DE60221474T2

DE60221474T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Absolutstellung

Info

Publication number: DE60221474T2
Application number: DE60221474T
Authority: DE
Inventors: Shigetoshi Chuo-ku Yamaguchi
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: JP3789791B2; EP1291264B1; JP2003075109A; US20030046012A1; US6901816B2; DE60221474D1; EP1291264A2; EP1291264A3

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG UND IN BETRACHT GEZOGENER STAND DER TECHNIK
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung der Absolutstellung eines Drehkörpers wie eines Lenkrades.
Es sind bereits elektrische Servolenkungen bekannt, bei denen die Lenkung zur Verringerung der am Lenkrad eines Fahrzeugs aufzubringenden Lenkkraft von einem Elektromotor unterstützt wird. Zur Steuerung einer solchen elektrischen Servolenkung ist es jedoch erforderlich, die Absolutstellung (den absoluten Lenkwinkel) des Lenkrades zu ermitteln. Bekanntermaßen kann ein Lenkrad nur eine begrenzte Anzahl von Umdrehungen ausführen, die meist einer Umdrehung oder mehr entspricht. Die Absolutstellung des Lenkrades ist hierbei der Winkel, um den das Lenkrad aus seiner Mittel- oder Neutralstellung heraus gedreht wird. Diese Mittel- oder Neutralstellung ist wiederum die Stellung des Lenkrades bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs.
Zur Ermittlung der Absolutstellung eines Lenkrades ist die Verwendung eines Lenksensors bekannt, der eine Schlitzplatte und drei Gruppen von fotoelektrischen Unterbrechern bzw. Lichtschranken umfasst. Die Schlitzplatte ist mit mehreren Schlitzen versehen und an dem Lenkrad angeordnet, sodass sie sich gemeinsam mit dem Lenkrad dreht. Die fotoelektrischen Unterbrecher bzw. Lichtschranken sind an einer Lenksäule angeordnet. Jede fotoelektrische Lichtschrankengruppe umfasst hierbei eine Leuchtdiode und einen Fotodetektor, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Bei der Drehung der zwischen der Leuchtdiode und dem Fotodetektor befindlichen Schlitzplatte wird dann der Lichtstrahlengang zwischen der Leuchtdiode und dem Fotodetektor selektiv unterbrochen und freigegeben, wodurch der Fotodetektor entsprechende Signale abgibt.
Hierbei werden mit Hilfe von zwei Gruppen der fotoelektrischen Lichtschranken die Anzahl der Umdrehungen sowie die Drehrichtung der Schlitzplatte ermittelt, während mit Hilfe der verbleibenden Gruppe der fotoelektrischen Lichtschranken die Mittel- oder Neutralstellung (die Bezugsstellung) des Lenkrades bei einer Umdrehung ermittelt wird. Die erhaltenen Ausgangssignale werden z.B. einer in dem Fahrzeug angeordneten Steuereinheit wie einer elektronischen Steuereinheit (ECU) zugeführt.
Normalerweise kann die Drehbewegung eines Lenkrades mehr als eine Umdrehung (360°) umfassen, wobei das Lenkrad z.B. aus der Mittel- oder Neutralstellung heraus zwei Umdrehungen (720°) nach links und zwei Umdrehungen (720°) nach rechts ausführen kann. Auch wenn somit ein die Neutralstellung angebendes Signal von der zur Erfassung der Bezugsstellung verwendeten fotoelektrischen Lichtschrankengruppe abgegeben wird, ist daraus nicht ersichtlich, wieviele Lenkradumdrehungen erfolgt sind. Eine genaue Erfassung der Absolutstellung eines Lenkrades ist somit unter alleiniger Verwendung der von dem Lenksensor erhaltenen Detektionssignale nicht möglich.
Darüber hinaus kann eine genaue Erfassung der Absolutstellung eines Lenkrades auch nicht unmittelbar nach dem Einschalten eines Zündschalters erfolgen. Wenn sich nämlich ein Fahrzeug in Bewegung setzt und die Neutralstellung von einer Gruppe der fotoelektrischen Lichtschranken erfasst wird, ermittelt die Steuereinheit zwar die Anzahl der Umdrehungen und die Drehrichtung des Lenkrades aus der Neutralstellung heraus auf der Basis des von der ersten Gruppe der fotoelektrischen Lichtschranken abgegebenen Ausgangssignals und der Ausgangssignale der beiden anderen Gruppen von fotoelektrischen Lichtschranken, jedoch ist aus der unmittelbar nach dem Einschalten des Zündschalters detektierten Neutralstellung die Anzahl der ausgeführten Umdrehungen des Lenkrades nicht ersichtlich. Die genaue Absolutstellung wird daher auf der Basis der Ausgangssignale der drei Gruppen von fotoelektrischen Lichtschranken sowie der von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und einem Drehraten- oder Giergeschwindigkeitssensor erhaltenen Messsignale erst im Verlauf der weiteren Fahrt des Fahrzeugs ermittelt. Das Steuergerät des Fahrzeugs, bei dem die Absolutstellung als Parameter Verwendung findet, wird dann auf der Basis der erfassten Absolutstellung in Betrieb gesetzt.
Hierbei wird natürlich angestrebt, die in Bezug auf die Erfassung der Absolutstellung des Lenkrades anfallenden Kosten zu senken, was jedoch auf Grund des Erfordernisses der Verwendung eines Lenksensors mit dem vorstehend beschriebenen komplizierten Aufbau zur Erfassung der Absolutstellung des Lenkrades mit Schwierigkeiten verbunden ist. Darüber hinaus ist es bei Verwendung dieses Lenksensors des Standes der Technik erforderlich, dass das Fahrzeug eine gewisse Strecke nach dem Einschalten des Zündschalters zurückgelegt hat, bevor der Lenksensor die genaue Absolutstellung erfassen kann. Zu einem früheren Zeitpunkt kann daher die Absolutstellung mit Hilfe eines solchen Sensors nicht erfasst werden.
Der bei einer elektrischen Servolenkung vorgesehene Elektromotor umfasst meist einen Motor-Drehmelder bzw. Drehwinkelgeber in Form eines sogenannten Resolvers, der den Drehwinkel des Motors erfasst. Ferner umfasst die elektrische Servolenkung einen Drehmomentsensor mit einem weiteren Drehmelder in Form eines Resolvers zur Erfassung des Lenkmoments des Lenkrades. Da sowohl der Motor-Resolver als auch der Drehmomentsensor Resolversignale und damit Drehwinkelsignale abgeben, kann davon ausgegangen werden, dass sich durch eine Erfassung der Absolutstellung unter Verwendung dieser Signale eine Kostensenkung erzielen lässt. Auch wenn jedoch die Absolutstellung unter Verwendung der von dem Motor-Resolver abgegebenen Resolversignale erfasst wird, ist die Bestimmung der Absolutstellung des Lenkrades weiterhin mit Schwierigkeiten verbunden, da die Rotorstellung durch den elektrischen Winkelgrad in nur einer Periode festgelegt ist.
Der in dem Drehmomentsensor angeordnete Resolver erfasst dagegen die Torsion eines Torsionsstabes, der wiederum in eine mit dem Lenkrad gekoppelte Ritzelwelle integriert ist. Da hierbei jedoch bei einer Umdrehung des Lenkrades mehrere Signale abgegeben werden, ist nicht ersichtlich, welche Anzahl von Signalen in Bezug auf die Neutralstellung des Lenkrades erfasst worden ist.
Die Absolutstellung des Lenkrades kann somit nicht durch eine unabhängig voneinander erfolgende Verwendung der von jedem Resolver abgegebenen Signale festgestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine kostengünstige Vorrichtung und ein kostengünstiges Verfahren zur genauen Erfassung der Absolutstellung eines Lenkrades anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Erfassung der absoluten Drehstellung eines Lenkrades, das mit einer Servolenkungsvorrichtung gekoppelt ist, die einen Motor aufweist, der eine Hilfskraft zur Unterstützung der am Lenkrad aufzubringenden Lenkkraft erzeugt und in Abhängigkeit von dem Lenkmoment des Lenkrades und dem Motor-Drehwinkel gesteuert wird. Die Erfassungsvorrichtung umfasst hierbei einen ersten Detektor, einen zweiten Detektor sowie einen Computer. Der erste Detektor erzeugt in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades ein periodisches erstes Detektionssignal, das zur Erfassung des Lenkmoments des Lenkrades dient. Der zweite Detektor erzeugt in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Motors ein periodisches zweites Detektionssignal, das zur Erfassung des Motor-Drehwinkels dient und in Bezug auf den Zyklus des ersten Detektionssignals einen unterschiedlichen Zyklus aufweist, wobei sich die Pegeldifferenz zwischen dem Pegel des ersten und dem Pegel des zweiten Detektionssignals in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades verändert. Der Computer enthält hierbei eine vorgespeicherte charakteristische Information in Bezug auf die Änderung der sich in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades verändernden Pegeldifferenz und berechnet die absolute Drehstellung des Lenkrades auf der Basis der jeweils vorliegenden Pegeldifferenz und der charakteristischen Information.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Erfassung der absoluten Drehstellung eines Lenkrades, das mit einer Servolenkungsvorrichtung gekoppelt ist, die einen Motor aufweist, der eine Hilfskraft zur Unterstützung der am Lenkrad aufzubringenden Lenkkraft erzeugt und in Abhängigkeit von dem Lenkmoment des Lenkrades und dem Motor-Drehwinkel gesteuert wird. Das Verfahren umfasst hierbei die Erzeugung eines periodischen ersten Detektionssignals in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades, das zur Erfassung des Lenkmoments des Lenkrades dient, die Erzeugung eines periodischen zweiten Detektionssignals in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Motors, das zur Erfassung des Motor-Drehwinkels dient und in Bezug auf den Zyklus des ersten Detektionssignals einen unterschiedlichen Zyklus aufweist, wobei sich die Pegeldifferenz zwischen dem Pegel des ersten und dem Pegel des zweiten Detektionssignals in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades verändert, sowie die Berechnung der absoluten Drehstellung des Lenkrades auf der Basis einer charakteristischen Information in Bezug auf die Änderung der sich in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades verändernden Pegeldifferenz und der jeweils vorliegenden Pegeldifferenz.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt, in denen das der Erfindung zu Grunde liegende Prinzip anhand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht ist.
Die Zielsetzungen und vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung ergeben sich somit am besten aus der nachstehenden Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsbeispielen, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
1 eine teilweise als Schnittansicht ausgeführte Draufsicht einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Teil-Querschnittsansicht, die im wesentlichen einen in der elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß 1 angeordneten Drehmomentsensor veranschaulicht,
3 eine Teil-Querschnittsansicht eines in dem Drehmomentsensor gemäß 2 angeordneten ersten Drehmelders in Form eines Resolvers,
4 ein Schaltbild der elektrischen Schaltungsanordnung des ersten Resolvers gemäß 3,
5 eine Teil-Querschnittsansicht eines in der elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß 1 angeordneten Elektromotors,
6 ein Blockschaltbild der elektrischen Konfiguration einer Absolutstellungs-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
7 ein Ablaufdiagramm, das den von der Absolutstellungs-Erfassungsvorrichtung gemäß 6 durchgeführten Stellungserfassungsvorgang veranschaulicht,
8(a) ein Diagramm, das den zeitabhängigen Verlauf von Detektionssignalen veranschaulicht, die von einem in dem Drehmomentsensor gemäß 2 angeordneten zweiten Drehmelder in Form eines Resolvers abgegeben werden,
8(b) ein Diagramm, das den zeitabhängigen Verlauf von Detektionssignalen veranschaulicht, die von dem Motor-Resolver gemäß 5 abgegeben werden, und
8(c) ein Diagramm, das die Differenz zwischen den von dem zweiten Resolver gemäß 2 und dem Motor-Resolver gemäß 5 abgegebenen Detektionssignalen veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8(c) eine elektrische Servolenkungsvorrichtung 11 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
1 zeigt die elektrische Servolenkungsvorrichtung 11, die ein erstes Zahnstangengehäuse 12 in Form eines Hohlzylinders, ein zweites Zahnstangengehäuse 13 in Form eines Hohlzylinders und ein mit dem ersten Zahnstangengehäuse 12 und dem zweiten Zahnstangengehäuse 13 koaxial verbundenes Motorgehäuse 14 in Form eines Hohlzylinders umfasst. Das erste Zahnstangengehäuse 12 weist hierbei einen Montageflansch 15 auf, über den die elektrische Servolenkungsvorrichtung 11 unter Verwendung von Schrauben an einem nicht dargestellten Fahrzeugkörper bzw. Fahrzeugrahmen befestigt ist.
Mit dem ersten Zahnstangengehäuse 12 ist ein Ritzelgehäuse 17 mit einer darin angeordneten Ritzelwelle 16 verbunden, die wiederum mit einer mit einem Lenkrad 18 verbundenen Lenkwelle 18a gekoppelt ist, sodass sich die Ritzelwelle 16 gemeinsam mit dem Lenkrad 18 dreht.
Wie in 2 veranschaulicht ist, umfasst die Ritzelwelle 16 eine Antriebswelle 16a sowie eine Abtriebswelle 16b, die koaxial zueinander angeordnet sind. Die Antriebswelle 16a ist hierbei mit der Lenkwelle 18a gekoppelt, während ein Ritzel 16c an der Abtriebswelle 16b angeordnet ist. Die Ritzelwelle 16 ist in dem Ritzelgehäuse 17 mit Hilfe von Lagern 19a, 19b gelagert, sodass sie in Bezug auf das Ritzelgehäuse 17 eine Drehbewegung ausführen kann.
In die Antriebswelle 16a und die Abtriebswelle 16b ist ein Torsionsstab 20 eingebaut, über den die Antriebswelle 16a mit der Abtriebswelle 16b derart gekoppelt ist, dass sie sich gemeinsam mit der Abtriebswelle 16b dreht. Hierbei ist ein erstes Ende des Torsionsstabes 20 mit der Antriebswelle 16a über einen Stift 21 verbunden, während ein zweites Ende des Torsionsstabes 20 mit der Abtriebswelle 16b über Keilnuten verbunden ist. Bei einer Drehung der Antriebswelle 16a in Relation zu der Abtriebswelle 16b wird über den Torsionsstab 20 in Bezug auf die Torsionsrichtung eine elastische Wirkverbindung hergestellt. Die Antriebswelle 16a entspricht hierbei einer ersten Welle, während die Abtriebswelle 16b einer zweiten Welle entspricht.
Um die Eingangswelle 16a und die Ausgangswelle 16b herum ist ein Drehmomentsensor 22 angeordnet, der einen der Antriebswelle 16a zugeordneten ersten Drehmelder in Form eines Resolvers 23 und einen der Abtriebswelle 16b zugeordneten zweiten Drehmelder in Form eines Resolvers 24 aufweist.
Wie in 3 veranschaulicht ist, umfasst der erste Resolver 23 ein erstes bis viertes Joch 51, 52, 53 und 54 sowie eine erste bis vierte Spule 55, 56, 57 und 58. Das erste Joch 51 ist ringförmig entlang der zylindrischen Innenseite des Ritzelgehäuses 17 ausgebildet und hierbei an dem Ritzelgehäuse 17 befestigt, wobei die erste Spule 55 um das erste Joch 51 herumgewickelt ist. Das zweite Joch 52 ist ebenfalls ringförmig ausgebildet und an der Außenseite der Antriebswelle 16a gegenüber dem ersten Joch 51 befestigt, sodass es sich gemeinsam mit der Antriebswelle 16a dreht. Die zweite Spule 56 ist hierbei um das zweite Joch 52 herumgewickelt.
Das dritte Joch 53 ist ebenfalls ringförmig ausgebildet und neben dem zweiten Joch 52 an der Außenseite der Antriebswelle 16a befestigt, sodass es sich gemeinsam mit der Antriebswelle 16a dreht. Hierbei ist die dritte Spule 57 um das dritte Joch 53 herumgewickelt. Wie 4 zu entnehmen ist, umfasst die dritte Spule 57 zwei Arten von Spulen, deren Phasen in Bezug zueinander um 90° versetzt sind. Die dritte Spule 57 ist hierbei mit der zweiten Spule 56 verbunden. Das vierte Joch 54 ist ebenfalls ringförmig ausgebildet und gegenüber dem dritten Joch 53 an der zylindrischen Innenseite des Ritzelgehäuses 17 befestigt, wobei die vierte Spule 58 um das vierte Joch 54 herumgewickelt ist. Die vierte Spule 58 umfasst hierbei ebenfalls zwei Arten von Spulen, deren Phasen in Bezug zueinander um 90° versetzt sind.
Nachstehend wird auf den zweiten Resolver 24 näher eingegangen, der jedoch im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der erste Resolver 23 aufweist, sodass nachstehend nur die in Bezug auf den ersten Resolver 23 bestehenden Unterschiede unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben werden.
Wie der erste Resolver 23 umfasst auch der zweite Resolver 24 ein erstes bis viertes Joch 51, 52, 53 und 54 sowie eine erste bis vierte Spule 55, 56, 57 und 58. Anders als der zwischen dem Ritzelgehäuse 17 und der Antriebswelle 16a angeordnete erste Resolver 23 ist der zweite Resolver 24 jedoch zwischen dem Ritzelgehäuse 17 und der Abtriebswelle 16b angeordnet.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 4 ein Verfahren zur Erfassung des Lenkmoments unter Verwendung des ersten Resolvers 23 und des zweiten Resolvers 24 näher beschrieben.
Wenn eine Betätigung des Lenkrades 18 erfolgt und die Antriebswelle 16a hierbei um einen Drehwinkel Θ1 gedreht wird, fließt durch die erste Spule 55 ein Wechselstrom E1. Hierbei wird ein spannungsabhängiger magnetischer Induktionsfluss in dem ersten Joch 51 und dem zweiten Joch 52 erzeugt, der wiederum einen Wechselstrom in der zweiten Spule 56 induziert. Da die zweite Spule 56 mit der dritten Spule 57 verbunden ist, wird durch diesen magnetischen Induktionsfluss auch ein Wechselstrom in der dritten Spule 57 induziert. Die dritte Spule 57 umfasst jedoch zwei Arten von Spulen, deren Phasen eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen, sodass in der dritten Spule 57 zwei Arten von Wechselströmen induziet werden, deren Phasen ebenfalls eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen. Durch die in der dritte Spule 57 fließenden Ströme werden auch in der ebenfalls zwei Arten von Spulen aufweisenden vierten Spule 58 zwei Arten von Wechselströmen E2, E3 mit unterschiedlichen Phasen induziert, die die nachstehenden Gleichungen (a) und (b) erfüllen: E2 = k·E1 × cosΘ (a) E3 = k·E1 × sinΘ (b)
In den vorstehenden Gleichungen ist mit k das Verhältnis der Spannungsumsetzung bezeichnet. Der Winkel Θ stellt hierbei den Drehwinkel Θ1 der Antriebswelle 16a dar und wird durch die vorstehenden Gleichungen (a) und (b) erhalten.
Bei der bei einer Betätigung des Lenkrades 18 erfolgenden Drehbewegung der Antriebswelle 16a erfolgt jedoch auch eine Drehbewegung der mit der Antriebswelle 16a über den Torsionsstab 20 verbundenen Abtriebswelle 16b. Der Drehwinkel Θ2 der Abtriebswelle 16b wird ebenfalls durch die Gleichungen (a) und (b) auf der Basis von den Wechselströmen E2, E3 entsprechenden Ausgangssignalen des der Abtriebswelle 16b zugeordneten zweiten Resolvers 24 erhalten.
Bei der Drehbewegung der Antriebswelle 16a und der Abtriebswelle 16b erfolgt eine Verdrehung des Torsionsstabes 20, wodurch eine relative Drehwinkeldifferenz ΔΘ (Θ1 – Θ2) zwischen der Antriebswelle 16a und der Abtriebswelle 16b erzeugt wird. Das Lenkmoment lässt sich somit aus der den Verdrehungswinkel des Torsionsstabes 20 darstellenden relativen Drehwinkeldifferenz ΔΘ und aus der Drehsteifigkeit des Torsionsstabes 20 ermitteln.
Eine Servolenkung zur Unterstützung der an dem Lenkrad 18 aufzubringenden Lenkkraft erfolgt üblicherweise durch Steuerung bzw. Regelung des Elektromotors 39 in Abhängigkeit von dem Lenkmoment, wodurch sich das Lenkrad 18 in geeigneter Weise betätigen lässt.
Wie in den 1 und 5 veranschaulicht ist, ist in dem von dem ersten Zahnstangengehäuse 12, dem zweiten Zahnstangengehäuse 13 und dem Motorgehäuse 14 gebildeten zylindrischen Körper eine Zahnstangenwelle 27 angeordnet, die in dem zylindrischen Körper axial bewegbar ist, jedoch keine Relativdrehung in Bezug auf den zylindrischen Körper ausführt. Mit den beiden Enden der Zahnstangenwelle 27 sind über nicht dargestellte Spurstangen ein linkes und ein rechtes Vorderrad verbunden. Wie in 2 veranschaulicht ist, ist an der Zahnstangenwelle 27 eine Zahnstange 27b ausgebildet, die mit dem Ritzel 16c der Ritzelwelle 16 kämmt, sodass das Ritzel 16c und die Zahnstange 27b einen Zahnstangenmechanismus bilden.
Wie in 5 veranschaulicht ist, ist an der Innenseite des Motorgehäuses 14 ein Stator 29 mit einer Wicklung eingepasst, während im mittleren Axialbereich der Zahnstangenwelle 27 eine zylindrische Motor-Hohlwelle 28 koaxial um die Zahnstangenwelle 27 herum angeordnet ist.
Ein Permanentmagnet 37 ist an der Außenseite der Motorwelle 28 befestigt, wobei die Motorwelle 28 in dem Motorgehäuse 14 mit Hilfe eines ersten Lagers 30 und eines zweiten Lagers 31 gelagert ist.
In das Ende der Motorwelle 28 ist eine Kugelumlaufmutter 36 eingepasst, an deren Innenseite eine Kugelumlauf-Spiralnut 36a ausgebildet ist. Eine weitere Kugelumlauf-Spiralnut 27a ist an der Außenseite der Zahnstangenwelle 27 ausgebildet. Zwischen der Kugelumlauf-Spiralnut 36a und der Kugelumlauf-Spiralnut 27a laufen mehrere darin befindliche (nicht dargestellte) Kugeln um. Die Kugelumlauf-Spiralnuten 27a und 36a bilden somit zusammen mit den Kugeln einen Kugelumlaufmechanismus, durch den das in Normalrichtung/Gegenrichtung wirkende Drehmoment der Motorwelle 28 in eine in Axialrichtung wirkende Antriebskraft (Hilfskraft) der Zahnstange 27 umgesetzt wird, durch die über die Ritzelwelle 16 die an dem Lenkrad 18 aufzubringende Lenkkraft reduziert wird. Der Elektromotor 39 wird von der Motorwelle 28, dem Stator 29 sowie anderen Komponenten gebildet und in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades 18 gesteuert bzw. geregelt.
Um die Motorwelle 28 herum ist ein als Drehwinkelsensor wirkender Motor-Resolver 41 angeordnet, der im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der erste Resolver 23 aufweist, sodass nachstehend unter Bezugnahme auf 3 nur auf die in Bezug auf den ersten Resolver 23 bestehenden Unterschiede näher eingegangen wird.
Wie der erste Resolver 23 umfasst auch der Motor-Resolver 41 ein erstes bis viertes Joch 51, 52, 53 und 54 sowie eine erste bis vierte Spule 55, 56, 57 und 58. Der Motor-Resolver 41 ist jedoch zwischen dem Motorgehäuse 14 und der Motorwelle 28 angeordnet.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Erfassung des Drehwinkels der Motorwelle 28 (der nachstehend auch als Motor-Drehwinkel bezeichnet wird) näher beschrieben.
Wenn eine Drehung der Motorwelle 28 um einen gewissen Drehwinkel erfolgt, fließt in der ersten Spule 55 ein Wechselstrom E1, durch den ein spannungsabhängiger magnetischer Induktionsfluss in dem ersten Joch 51 und dem zweiten Joch 52 erzeugt wird, der wiederum in der Spule 56 einen Wechselstrom induziert. Da die zweite Spule 56 mit der dritten Spule 57 verbunden ist, wird durch diesen magnetischen Induktionsfluss auch in der dritten Spule 57 ein Wechselstrom induziert, durch den dann wiederum in der vierten Spule 58 Wechselströme E2 und E3 induziert werden. Der Motordrehwinkel wird dann aus den vorstehenden Gleichungen (a) und (b) auf der Basis des dem Motor-Resolver 41 zugeführten Wechselstroms E1 und der von der vierten Spule 58 abgegebenen Wechselströme E2 und E3 erhalten und dann bei der elektrischen Servolenkungsvorrichtung für mehrere Steuer- und Regelvorgänge eingesetzt.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 6 die bei der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 11 vorgesehene Vorrichtung zur Erfassung der Absolutstellung des Lenkrades 18 näher beschrieben.
Wie in 6 veranschaulicht ist, sind der zweite Resolver 24 des Drehmomentsensors 22 und der Motor-Resolver 41 durch einen Computer verbunden, der bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 43 gebildet wird. Die Absolutstellungs-Erfassungsvorrichtung umfasst somit den zweiten Resolver 24, den Motor-Resolver 41 und die elektronische Steuereinheit (ECU) 43. Der zweite Resolver 24, der die Funktion eines ersten Detektors hat, führt der elektronischen Steuereinheit 43 ein Detektionssignal Rt (ein erstes Detektionssignal) zu, das dem Drehwinkel der Abtriebswelle 16b der Ritzelwelle 16 entspricht. Der Motor-Resolver 41, der die Funktion eines zweiten Detektors hat, führt der elektronischen Steuereinheit 43 ein Detektionssignal Rm (ein zweites Detektionssignal) zu, das dem Drehwinkel der Motorwelle 28 entspricht. Das Detektionssignal Rt entspricht hierbei dem über das vierte Joch 54 des zweiten Resolvers 24 erhaltenen Wechselstrom (E2 oder E3), während das Detektionssignal Rm dem von der vierten Spule 58 des Motor-Resolvers 41 abgegebenen Wechselstrom (E2 oder E3) entspricht. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechen die Detektionssignale Rt und Rm dem Wechselstrom E2 gemäß 4, jedoch können die Detektionssignale Rt und Rm auch von dem Wechselstrom E3 gebildet werden.
Die elektronische Steuereinheit 43 erfasst die Absolutstellung des Lenkrades 18 auf der Basis der Detektionssignale Rt und Rm, wobei diese Absolutstellung angibt, um welchen Betrag das Lenkrad 18 aus der Mittel- bzw. Neutralstellung heraus gedreht worden ist. Die Mittel- bzw. Neutralstellung stellt hierbei diejenige Stellung des Lenkrades 18 dar, bei der die Vorderräder auf eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs ausgerichtet sind.
Nachstehend wird auf ein Verfahren zur Erfassung der Absolutstellung des Lenkrades 18 näher eingegangen.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Drehbereich des Lenkrades 18 plus oder minus 1,0 Umdrehung (plus oder minus 360°), wobei der Drehwinkel des Lenkrades 18 in dessen Mittel- bzw. Neutralstellung einen Wert von 0° aufweist. Eine in Bezug auf die Mittel- bzw. Neutralstellung in Uhrzeigerrichtung liegende Drehstellung wird hierbei durch einen positiven Drehwinkel angegeben, während eine in Bezug auf die Mittel- bzw. Neutralstellung in Gegenuhrzeigerrichtung liegende Drehstellung durch einen negativen Drehwinkel angegeben wird.
8(a) zeigt ein Diagramm, das die Änderungen des Spannungspegels des von dem zweiten Resolver 24 abgegebenen Detektionssignals Rt in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Lenkrades 18 veranschaulicht, während 8(b) ein Diagramm zeigt, das die Änderungen des Spannungspegels des von dem Motor-Resolver 41 abgegebenen Detektionssignals Rm in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Lenkrades 18 veranschaulicht. Die Detektionssignale Rt und Rm werden hierbei von periodischen Sägezahnsignalen gebildet, wobei der Spitzenwert (Endwert) des Spannungspegels der beiden Detektionssignale Rt und Rm durch FS gegeben ist. Bei einer in Uhrzeigerrichtung erfolgenden Drehung des Lenkrades 18 ändert sich der Pegel eines jeden Detektionssignals Rt, Rm periodisch in einem Zyklus, bei dem der Pegel allmählich von 0 auf den Spitzenwert FS übergeht und sodann schnell wieder auf 0 abfällt. Bei einer in Gegenuhrzeigerrichtung erfolgenden Drehbewegung des Lenkrades 18 ändert sich dagegen der Pegel eines jeden Detektionssignals Rt, Rm in einem periodischen Zyklus, bei dem der Pegel schnell von 0 auf den Spitzenwert FS übergeht und sodann allmählich wieder auf 0 abfällt. Die Bereiche, in denen sich der Pegel der Detektionssignale Rt, Rm allmählich verändert, werden nachstehend als allmähliche Veränderungsabschnitte bezeichnet, während die Bereiche, bei denen der Pegel der Detektionssignale Rt, Rm eine schnelle Änderung zeigt, nachstehend als schnelle Änderungsabschnitte bezeichnet werden.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Zyklen Tt des von dem zweiten Resolver 24 bei einer Drehbewegung des Lenkrades 18 abgegebenen Detektionssignals Rt durch 32 gegeben, während die Anzahl der Zyklen Tm1 des von dem Motor-Resolver 41 bei einer Drehbewegung der Motorwelle 28 abgegebenen Detektionssignals Rm durch 4 gegeben ist.
Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Bewegungsdistanz S, um die sich die Zahnstangenwelle 27 bei einer Umdrehung des Lenkrades 18 bewegt, durch 50 mm gegeben. Die Bewegungsdistanz S stellt hierbei den Hub/Umdrehung S des Zahnstangenmechanismus dar. Die Steigung L der Kugelumlaufnuten 27a der Zahnstangenwelle 27 und der Kugelumlaufnuten 36a der Motorwelle 28 für eine Umdrehung beträgt 6,17 mm. Wenn sich somit die Zahnstangenwelle 27 um 50 mm bewegt, führt die Motorwelle 28 8,1 Umdrehungen aus (S/L = 50/6,17 = 8,1). Bei einer Umdrehung des Lenkrades 18 führt die Motorwelle 28 somit 8,1 Umdrehungen aus. Die Anzahl der von dem Motor-Resolver 41 bei einer Umdrehung des Lenkrades 18 abgegebenen Zyklen Tm2 des Detektionssignals Rm beträgt somit 32,4 (Tm1 × 8,1 = 4 × 8,1 = 32,4).
Auf diese Weise ist die Differenz zwischen der Anzahl von Zyklen Tt des von dem zweiten Resolver 24 abgegebenen Detektionssignals Rt und der Anzahl von Zyklen Tm2 des von dem Motor-Resolver 41 abgegebenen Detektionssignals Rm bei einer Umdrehung des Lenkrades 18 durch 0,4 gegeben (32,4 – 32 = 0,4). Der Zyklus des Detektionssignals Rt unterscheidet sich somit von dem Zyklus des Detektionssignals Rm.
Die Differenz zwischen dem Zyklus des Detektionssignals Rt und dem Zyklus des Detektionssignals Rm ist in 8(c) in Form einer Zyklendifferenz I dargestellt. Wie in den 8(a), 8(b) und 8(c) veranschaulicht ist, wird die Stellung des Lenkrades 18, bei der die schnellen Änderungsabschnitte der Detektionssignale Rt, Rm übereinstimmen, als Neutralstellung eingestellt, d.h., der bei Übereinstimmung der schnellen Änderungsabschnitte der Detektionssignale Rt, Rm vorliegende Drehwinkel des Lenkrades 18 wird auf 0° eingestellt. Bei einer in Uhrzeigerrichtung oder Gegenuhrzeigerrichtung erfolgenden Drehbewegung des Lenkrades 18 aus der Neutralstellung heraus wird diese Zyklendifferenz I aufaddiert. Wenn sich somit der Drehwinkel des Lenkrades 18 in Bezug auf 0° verändert, nimmt die Differenz zwischen den Drehwinkeln des Lenkrades 18 bei den schnellen Änderungsabschnitten des Detektionssignals Rt und den schnellen Änderungsabschnitten des Detektionssignals Rm zu.
8(c) zeigt ein Diagramm, das die Änderungen der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) der Detektionssignale Rt, Rm in Bezug auf den Drehwinkel des Lenkrades 18 veranschaulicht. Bei einer Drehbewegung des Lenkrades 18 zwischen den Drehwinkeln 0° und +360° führt die Zyklendifferenz I zu einem Anteil K1, bei dem die Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) schnell abfällt, sodass dieser Bereich K1 nachstehend als abfallende Flanke bezeichnet wird. Bei einer Drehbewegung des Lenkrads 18 zwischen den Drehwinkeln 0° und –360° führt die Zyklendifferenz I dagegen zu einem Anteil K2, bei dem ein schneller Anstieg der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) erfolgt, sodass dieser Anteil K2 nachstehend als Anstiegsflanke bezeichnet wird. Die abfallende Flanke K1 und die Anstiegsflanke K2 treten hierbei entsprechend dem Winkelbereich zwischen dem Drehwinkel des Lenkrades 18 bei dem schnellen Änderungsabschnitt des Detektionssignals Rt und dem Drehwinkel des Lenkrades 18 bei dem schnellen Änderungsbereich des Detektionssignals Rm auf. Zur Erleichterung des Verständnisses sind die Dauer bzw. Breite der abfallenden Flanke K1 und der Anstiegsflanke K2 in Richtung der Horizontalachse übertrieben dargestellt.
Ferner fällt auch die Steigung der Detektionssignale Rt, Rm in den allmählichen Änderungsabschnitten unterschiedlich aus. Bei einer Drehbewegung des Lenkrades 18 von dem Drehwinkel 0° bis zu dem Drehwinkel +360° erfolgt daher mit Ausnahme des Bereiches der abfallenden Flanke K1 ein allmählicher Anstieg der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) von dem Wert 0, während bei einer Drehbewegung des Lenkrades 18 von dem Drehwinkel 0° bis zu dem Drehwinkel –360° mit Ausnahme des Bereiches der Anstiegsflanke K2 ein allmählicher Abfall der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) von dem Wert 0 erfolgt.
Wenn der Drehwinkel des Lenkrades 18 +360° beträgt, hat der Pegel des Detektionssignals Rt den Wert 0 (siehe 8(a)). Der Pegel des Detektionssignals Rm wird dann durch Multiplizieren des Spitzenwertes FS des Detektionssignals Rm mit der durch 0,4 gegebenen Differenz der Zyklenzahl (Tm2 – Tt) erhalten. Es sei nun angenommen, dass der Spitzenwert ES der Detektionssignale Rt, Rm durch 256 gegeben ist. Wenn der Drehwinkel des Lenkrades 18 +360° beträgt, ist der Pegel des Detektionssignals Rm durch 102,4 (256 × 0,4 = 102,4) gegeben. Wie in 8(c) veranschaulicht ist, ist somit die Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) bei einem Drehwinkel des Lenkrades 18 von +360° durch 102,4 (102,4 – 0 = 102,4) gegeben, während bei einem Drehwinkel des Lenkrades 18 von –360° die Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) durch –102,4 gegeben ist.
Wenn somit der Drehwinkel des Lenkrades 18 von 0° auf 360° übergeht, findet mit Ausnahme des Bereiches der abfallenden Flanke K1 ein allmählicher (linearer) Anstieg der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) von 0 auf 102,4 statt. In ähnlicher Weise findet mit Ausnahme des Bereiches der Anstiegsflanke K2 ein allmählicher (linearer) Abfall der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) von 0 auf –102,4 statt, wenn ein Übergang des Drehwinkels des Lenkrades 18 von 0° auf –360° erfolgt.
Nachstehend wird der bei einem Drehwinkel des Lenkrades 18 von + oder –360° vorliegende Absolutwert der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) als Kriteriumsdifferenz ΔRs bezeichnet. Diese Kriteriumsdifferenz ΔRs wird in der elektronischen Steuereinheit 43 vorgespeichert und dient zur Ermittlung der Absolutstellung (des absoluten Drehwinkels) des Lenkrades 18.
Die Kriteriumsdifferenz ΔRs entspricht hierbei dem Änderungsbetrag der Pegeldifferenz (Rm – Rt) für eine Umdrehung des Lenkrades 18, d.h., die Kriteriumsdifferenz ΔRs entspricht einer Information (einer charakteristischen Information) in Bezug auf die in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades 18 erfolgende Änderung der Pegeldifferenz (Rm – Rt).
Die Absolutstellung (der absolute Drehwinkel) Θ des Lenkrades 18 ergibt sich somit auf der Basis der laufenden Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) und der mit Ausnahme der Bereiche der abfallenden Flanke K1 und der Anstiegsflanke K2 erhaltenen Kriteriumsdifferenz ΔRs aus der nachstehenden Gleichung (1). Wie vorstehend beschrieben, sind hierbei die Kriteriumsdifferenz ΔRs durch 102,4 und die Spitzenwerte FS der Detektionssignale Rt und Rm durch 256 gegeben. Θ = ((Rm – Rt) × 360)/ΔRs (1)
Die durch 102,4 gegebene Kriteriumsdifferenz wird durch den bei der abfallenden Flanke K1 und der Anstiegsflanke K2 auftretenden Absolutwert der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) überschritten. Wenn somit in dem zwischen –360° und +360° liegenden zulässigen Drehwinkelbereich des Lenkrades 18 der Absolutwert der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) den Wert 102,4 überschreitet, wird daraus geschlossen, dass sich das Lenkrad 18 in einer der abfallenden Flanke K1 oder der Anstiegsflanke K2 entsprechenden Stellung befindet.
Wenn sich das Lenkrad 18 hierbei in einer der Anstiegsflanke K2 entsprechenden Stellung befindet und die Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) damit größer als 102,4 ist, wird die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 durch die nachstehende Gleichung (2) erhalten. Bei Gleichung (2) wird der in 8(c) dargestellte Übergang der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) unter Vernachlässigung der Anstiegsflanke K2 durch Subtraktion des durch 256 gegebenen Spitzenwertes von der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) erhalten, da davon ausgegangen wird, dass sich die Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) bei einer Drehbewegung des Lenkrades 18 zwischen 0° und –360° allmählich (linear) zwischen 0 und –102,4 verändert. Θ = ((Rm – Rt – FS) × 360)/ΔRs (2)
Wenn sich das Lenkrad 18 dagegen in einer der abfallenden Flanke K1 entsprechenden Stellung befindet und damit die Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) unter –102,4 liegt, wird die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 durch die nachstehende Gleichung (3) erhalten. In Gleichung (3) wird der in 8(c) veranschaulichte Übergang der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) unter Vernachlässigung der abfallenden Flanke K1 durch Addition des durch 256 gegebenen Spitzenwertes FS zu der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) erhalten, da davon ausgegangen wird, dass auf Grund einer Drehbewegung des Lenkrades 18 zwischen 0 und +360° eine allmähliche (lineare) Änderung der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) zwischen 0 und +102,4 erfolgt. Θ = ((Rm – Rt + FS) × 360)/ΔRs (3)
Nachstehend wird der von der elektronischen Steuereinheit 43 zur Erfassung der Absolutstellung des Lenkrades 18 durchgeführter Ablauf unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 7 näher beschrieben. Das in 7 dargestellte Unterprogramm wird hierbei in jeweils vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt.
In einem Schritt S11 bestimmt die elektronische Steuereinheit 43 hierbei, ob der Absolutwert der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) gleich dem durch 102,4 gegebenen Schwellenwert in Form der Kriteriumsdifferenz ΔRs oder kleiner ist. Wenn dies der Fall ist, trifft die elektronische Steuereinheit 43 die Feststellung, dass der Wert der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) weder dem Wert bei der abfallenden Flanke K1 noch dem Wert bei der Anstiegsflanke K2 entspricht und geht auf einen Schritt S12 über, bei dem die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 unter Verwendung der Gleichung (1) abgeleitet wird.
Wenn dagegen festgestellt wird, dass der Absolutwert der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) größer als 102,4 ist, trifft die elektronische Steuereinheit 43 die Feststellung, dass der Wert der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) dem Wert bei der abfallenden Flanke K1 oder dem Wert bei der Anstiegsflanke K2 entspricht und geht auf einen Schritt S13 über. Im Schritt S13 ermittelt die elektronische Steuereinheit 43 sodann, ob die Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) größer als 0 ist und damit einem positiven Wert entspricht. Wenn dies der Fall ist, trifft die elektronische Steuereinheit 43 die Feststellung, dass der Wert der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) dem Wert bei der Anstiegsflanke K2 entspricht und geht auf einen Schritt S14 über, bei dem die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 unter Verwendung der Gleichung (2) abgeleitet wird.
Wenn dagegen im Schritt S13 festgestellt wird, dass die Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) einen negativen Wert aufweist, trifft die elektronische Steuereinheit 43 die Feststellung, dass der Wert der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) dem Wert bei der abfallenden Flanke K1 entspricht und geht auf einen Schritt S15 über, bei dem die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 unter Verwendung der Gleichung (3) abgeleitet wird.
Wie vorstehend beschrieben, erfasst somit die elektronische Steuereinheit 43 die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 in Bezug auf die Neutralstellung unter Verwendung einer der Gleichungen (1) bis (3) auf der Basis des von dem zweiten Resolver 24 abgegebenen Detektionssignals Rt und des von dem Motor-Resolver 41 abgegebenen Detektionssignals Rm.
Der in 8(c) veranschaulichte Übergang der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) beruht auf dem mechanischen Aufbau der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wobei dieser Übergang der Spannungspegeldifferenz (Rm – Rt) im Einschaltzustand des Zündschalters des Fahrzeugs konstant und damit unmittelbar erhalten wird. Die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 wird somit unmittelbar nach dem Einschalten des Zündschalters in einem Anfangsstadium erfasst.
Auf der Basis der erfassten Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 kann dann eine übliche Servolenkungssteuerung bzw. Hilfskraft-Zuführungssteuerung in Verbindung mit einer Lenkrad-Rückführungssteuerung und dergleichen erfolgen.
Das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel bietet folgende Vorteile:

(1) Die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 wird auf der Basis des von dem zweiten Resolver 24 abgegebenen Detektionssignals Rt und des von dem Motor-Resolver 41 abgegebenen Detektionssignals Rm erfasst. Da der zweite Resolver 24 zur Erfassung des bei einer Drehbewegung des Lenkrades 18 erzeugten Lenkmoments und der Motor-Resolver 41 zur Erfassung des Drehwinkels des in Abhängigkeit von einer Drehbewegung des Lenkrades 18 angetriebenen Elektromotors 39 Verwendung finden, werden der zweite Resolver 24 und der Motor-Resolver 41 zusätzlich zu ihren grundsätzlichen Funktionen auch als Vorrichtung zur Erfassung der Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 eingesetzt. Demzufolge muss bei der elektrischen Servolenkung 11 kein zusätzlicher Lenksensor vorgesehen werden. Die Absolutstellung Θ wird somit in zweckmäßiger und gleichzeitig kostensenkender Weise erfasst.
(2) Die Zyklendifferenz I zwischen der Anzahl von Zyklen des Detektionssignals Rt und des Detektionssignals Rm tritt als charakteristisches Merkmal der elektrischen Servolenkung 11 konstant und damit unmittelbar auf. Da bei dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel die Zyklendifferenz I zur Erfassung der Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 dient, lässt sich die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 in einem frühzeitigen Stadium bereits unmittelbar nach dem Einschalten des Zündschalters erfassen.
(3) Wie eingangs beschrieben, lässt sich die Absolutstellung des Lenkrades 18 eigentlich nicht durch alleinige Verwendung des von dem zweiten Resolver 24 abgegebenen Detektionssignals Rt sowie des von dem Motor-Resolver 41 abgegebenen Detektionssignals Rm erfassen, jedoch ermöglicht das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel eine genaue und zuverlässige Erfassung der Absolutstellung des Lenkrades 18 unter ausschließlicher Verwendung des von dem zweiten Resolver 24 abgegebenen Detektionssignals Rt und des von dem Motor-Resolver 41 abgegebenen Detektionssignals Rm.
(4) Wenn in Betracht gezogen wird, dass anstelle des von dem zur Erfassung der Absolutstellung Θ verwendeten Drehmomentsensor 22 abgegebenen Detektionssignals Rt das von dem der Antriebswelle 16a zugeordneten ersten Resolver 23 abgegebene Detektionssignal verwendet wird, ist zu berücksichtigen, dass auf Grund der über ein elastisches Element in Form des Torsionsstabes 20 erfolgenden Verbindung der Antriebswelle 16a mit der Zahnstangenwelle 27 die Erfassung der Absolutstellung Θ unter Einbeziehung der durch die Drehbewegung des Lenkrades 18 hervorgerufenen Verdrehung des Torsionsstabes 20 zu erfolgen hat. Die Abtriebswelle 16b der Ritzelwelle 16 ist dagegen ohne Einbeziehung eines elastischen Elements mit der Motorwelle 28 verbunden. Da bei dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel das von dem der Abtriebswelle 16b zugeordneten zweiten Resolver 24 abgegebene Detektionssignal zur Erfassung der Absolutstellung Θ Verwendung findet, ist eine genaue und einfache Erfassung der Absolutstellung Θ gewährleistet.

Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die Erfindung auch durch viele andere spezifische Ausführungsformen verkörpert werden kann, ohne vom Erfindungsgedanken oder dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Hierbei kann die Erfindung insbesondere auch in der nachstehend näher beschriebenen Weise ausgeführt werden.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Absolutstellung Θ des Lenkrades 18 auf der Basis einer Neutralstellung mit dem Wert 0 angegeben, jedoch kann die Neutralstellung auch durch einen anderen Wert als 0° gegeben sein.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zulässige Drehbewegungsbereich des Lenkrades 18 zwar auf plus oder minus eine Umdrehung (plus oder minus 360°) begrenzt, jedoch kann dieser Bereich auch in der erforderlichen Weise verändert werden. So kann z.B. der Bereich auch plus oder minus 2 Umdrehungen umfassen. In diesem Falle wird der im Schritt S11 gemäß 7 verwendete Schwellenwert in Abhängigkeit von dem zulässigen Drehbewegungsbereich des Lenkrades 18 entsprechend verändert.
Im übrigen können der Spitzenwert (Endwert) FS, der relative Hub S des Zahnstangenmechanismus, die Steigung L der Kugelumlaufnut 27a sowie die Anzahl der Zyklen Tt, Tm1 der Detektionssignale Rt, Rm in der erforderlichen Weise angepasst bzw. verändert werden.
Die vorstehend beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen dienen daher lediglich zur Veranschaulichung und haben keinerlei einschränkende Charakter, sodass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Merkmale und Einzelheiten beschränkt ist, sondern im Rahmen des durch die Patentansprüche gegebenen Schutzumfangs modifiziert werden kann.
Die vorstehend beschriebene Servolenkungsvorrichtung umfasst somit einen Motor, einen Drehmomentsensor und einen Motor-Resolver, wobei der Motor eine Hilfskraft zur Verringerung der an einem Lenkrad aufzubringenden Lenkkraft erzeugt, der Drehmomentsensor das Lenkmoment des Lenkrades erfasst und der Motor-Resolver wiederum den Drehwinkel des Motors erfasst. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) erfasst hierbei die Absolutstellung des Lenkrades auf der Basis eines von einem zweiten Resolver des Drehmomentsensors abgegebenen Detektionssignals Rt und eines von dem Motor-Resolver abgegebenen Detektionssignals Rm. Auf diese Weise lässt sich eine Kostensenkung erzielen, wobei eine genaue Erfassung der Absolutstellung des Lenkrades gewährleistet ist.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung der absoluten Drehstellung eines Lenkrades (18), das mit einer Servolenkungsvorrichtung (11) gekoppelt ist, die einen Motor (14) aufweist, der eine Hilfskraft zur Unterstützung der am Lenkrad aufzubringenden Lenkkraft erzeugt und in Abhängigkeit von dem Lenkmoment des Lenkrades und dem Motor-Drehwinkel gesteuert wird, gekennzeichnet durch einen ersten Detektor (24), der in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades ein periodisches erstes Detektionssignal erzeugt, das zur Erfassung des Lenkmoments des Lenkrades dient, einen zweiten Detektor (41), der in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Motors ein periodisches zweites Detektionssignal erzeugt, das zur Erfassung des Motor-Drehwinkels dient und in Bezug auf den Zyklus des ersten Detektionssignals einen unterschiedlichen Zyklus aufweist, wobei sich die Pegeldifferenz zwischen dem Pegel des ersten und dem Pegel des zweiten Detektionssignals in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades verändert, und einen Computer (43), der eine vorgespeicherte charakteristische Information in Bezug auf die Änderung der sich in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades verändernden Pegeldifferenz enthält und die absolute Drehstellung des Lenkrades auf der Basis der jeweils vorliegenden Pegeldifferenz und der charakteristischen Information berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor und der zweite Detektor jeweils aus einem Drehmelder in Form eines Resolvers (24, 41) bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Servolenkungsvorrichtung eine mit dem Lenkrad verbundene erste Welle (16a), eine koaxial zu der ersten Welle (16a) angeordnete zweite Welle (16b), einen die zweite Welle mit der ersten Welle verbindenden Torsionsstab (20), einen ersten Drehmelder in Form eines Resolvers (23), der ein Signal in Abhängigkeit von der Drehbewegung der ersten Welle erzeugt, und einen zweiten Drehmelder in Form eines Resolvers (24) aufweist, der ein Signal in Abhängigkeit von der Drehbewegung der zweiten Welle erzeugt, wobei das Lenkmoment des Lenkrades auf der Basis des von dem ersten Resolver abgegebenen Signals und des von dem zweiten Resolver abgegebenen Signals erhalten wird, und wobei der zweite Resolver (24) den ersten Detektor bildet.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Information den Änderungsbetrag der Pegeldifferenz je Drehbewegungseinheit des Lenkrades angibt.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Pegeldifferenz außer bei bestimmten Drehstellungen des Lenkrades in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades allmählich verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegeldifferenz in einer vorgegebenen Bezugsstellung des Lenkrades Null ist und außer bei den bestimmten Drehstellungen des Lenkrades in Abhängigkeit von einer Drehbewegung des Lenkrades in einer Richtung von der Bezugsstellung allmählich in Bezug auf Null ansteigt sowie in Abhängigkeit von einer Drehbewegung des Lenkrades in der anderen Richtung von der Bezugsstellung allmählich in Bezug auf Null abfällt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Information den Absolutwert der Pegeldifferenz angibt, wenn das Lenkrad eine von der Bezugsstellung beabstandete vorgegebene Drehstellung einnimmt.
Verfahren zur Erfassung der absoluten Drehstellung eines Lenkrades, das mit einer Servolenkungsvorrichtung gekoppelt ist, die einen Motor aufweist, der eine Hilfskraft zur Unterstützung der am Lenkrad aufzubringenden Lenkkraft erzeugt und in Abhängigkeit von dem Lenkmoment des Lenkrades und dem Motor-Drehwinkel gesteuert wird, gekennzeichnet durch Erzeugung eines periodischen ersten Detektionssignals in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades, das zur Erfassung des Lenkmoments des Lenkrades dient, Erzeugung eines periodischen zweiten Detektionssignals in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Motors, das zur Erfassung des Motor-Drehwinkels dient und in Bezug auf den Zyklus des ersten Detektionssignals einen unterschiedlichen Zyklus aufweist, wobei sich die Pegeldifferenz zwischen dem Pegel des ersten und dem Pegel des zweiten Detektionssignals in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades verändert, und Berechnung der absoluten Drehstellung des Lenkrades auf der Basis einer charakteristischen Information in Bezug auf die Änderung der sich in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Lenkrades verändernden Pegeldifferenz und der jeweils vorliegenden Pegeldifferenz.