DE60303981T2

DE60303981T2 - Fahrzeuglenkungsregelsystem

Info

Publication number: DE60303981T2
Application number: DE60303981T
Authority: DE
Inventors: Toyoda Koki Kabushiki Kaisha Kazumasa Kariya-shi Kodama; Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Masahiro Toyota-shi Miyata
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2023-07-26
Also published as: EP1384650A2; DE60303981D1; US6915194B2; JP2004064844A; US20040133323A1; EP1384650B1; JP3983128B2; EP1384650A3

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG UND IN BETRACHT GEZOGENER STAND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkungsregelsystem für ein Fahrzeug wie ein Kraftfahrzeug, wobei in diesem Zusammenhang auf die die Beschreibung, die Zeichnungen und die Zusammenfassung einschließende Offenbarung der am 26. Juli 2002 eingereichten japanischen Patentanmeldung 2002-217 731 Bezug genommen wird.
In jüngerer Zeit ist in Bezug auf die Lenkanlage eines Fahrzeugs und zwar insbesondere eines Kraftfahrzeugs ein System entwickelt worden, das zur weiteren Verbesserung ihrer Betriebseigenschaften einen sogenannten variablen Lenkwinkel-Umsetzungsmechanismus umfasst, durch den das Umsetzungsverhältnis (Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis) des Betätigungs- bzw. Drehwinkels eines Lenkrades (Lenkrad-Drehwinkel bzw. Lenkradwinkel) zu einem Radwinkel der Fahrzeugräder (Lenkwinkel) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs verändert werden kann, ohne dass hierbei das Verhältnis des Lenkrad-Drehwinkels zu dem Radlenkwinkel auf 1:1 eingestellt wird. Der Betriebszustand des Fahrzeugs kann z.B. durch die Fahrzeuggeschwindigkeit gegeben sein. Wenn bei hoher Geschwindigkeit eine abrupte Vergrößerung des Lenkwinkels bei zunehmendem Lenkrad-Drehwinkel durch Verringerung des Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnisses verhindert wird, lässt sich das Fahrverhalten des Fahrzeugs bei hoher Geschwindigkeit stabilisieren. Wenn dagegen das Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis bei niedriger Geschwindigkeit vergrößert wird, lässt sich die Anzahl der bis zum Erreichen des Lenkradanschlags erforderlichen Lenkradumdrehungen verringern, wodurch einen großen Lenkwinkel erfordernde Fahrvorgänge wie das Einparken eines Fahrzeugs in eine Garage und das seitliche Einparken eines Fahrzeugs am Straßenrand erleichtert werden.
Ein aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 11-334 604 bekannter Mechanismus zur Veränderung des Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnisses umfasst z.B. eine Bauart, bei der eine Lenkradspindel über ein Lenkgetriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis direkt mit einer Radlenkwelle verbunden ist. Nachteiligerweise erfordert ein solcher Mechanismus jedoch einen komplexen Verstellungsmechanismus für das Übersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes. Demzufolge ist z.B. aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 11-334 628 auch bereits ein Mechanismus bekannt, bei dem die Betätigung und Drehung der Radlenkwelle mit Hilfe eines Motors erfolgt. Hierbei wird der abschließend erforderliche Radlenkwinkel durch eine computergestützte Verarbeitung auf der Basis des Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnisses berechnet, das in Abhängigkeit von dem von einer Winkelmesseinrichtung erfassten Lenkrad-Drehwinkel und einem Betriebszustand des Fahrzeugs bestimmt wird, wobei die in keiner mechanischen Verbindung mit der Lenkradspindel stehende Radlenkwelle von dem Motor zur Einstellung des berechneten Radlenkwinkels gedreht wird.
Bei einem solchen Lenkregelsystem wird die Drehzahl eines Lenkwellen-Antriebsmotors im Rahmen einer PDM-Regelung auf der Basis der Differenz zwischen einer vorliegenden Winkelstellung der Radlenkwelle (Lenkwellen-Istwinkelstellung) und einer Lenkwellen-Sollwinkelstellung derart geregelt, dass die Drehbewegung der Radlenkwelle der Drehbewegung der Lenkradspindel folgt. Wenn im Verlauf dieser Nachlaufregelung die Lenkwellen-Istwinkelstellung sich der Sollwinkelstellung nähert, muss jedoch die Drehbewegung des Motors zur Verhinderung einer Übersteuerung genau auf niedrigere Drehzahlen eingeregelt werden. Bei einer schnellen Drehung des Lenkrades muss der Motor zum Antrieb der Radlenkwelle dagegen hohe Drehzahlen ausführen, damit die Drehbewegung der Radlenkwelle der Drehbewegung des Lenkrades entspricht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Induktionsmotor erzeugt ein magnetisches Drehfeld durch aufeinanderfolgende Einschaltung und Erregung von mehreren Phasenwicklungen, wodurch ein Anker angetrieben und in Drehung versetzt wird. In Bezug auf die Verwendung eines Gleichstrommotors als Lenkungsregelmotor hat außer einer Bauart, bei der eine Stromphasenumschaltung mit Hilfe einer Bürste erfolgt, in jüngerer Zeit auf Grund seiner Zuverlässigkeit und Verschleissfestigkeit zunehmend ein bürstenloser Motor Verwendung gefunden, bei dem die Stromphasenumschaltung mit Hilfe einer elektronischen Schaltungsanordnung erfolgt. In jedem dieser Fälle stellt jedoch bei einem solchen Lenkungsregelsystem ein Motor die maßgebende Antriebsquelle der Lenkwelle dar, sodass eine zuverlässige Überwachung des Auftretens von Störzuständen von wesentlicher Bedeutung ist.
Das Vorliegen eines Störzustands in einer Wicklung des bürstenlosen Gleichstrommotors wird normalerweise durch Feststellung von Abweichungen bei dem Strom oder der Spannung zwischen den Anschlüssen der jeweiligen Phasen (der Spannung zwischen Wicklungen) erfasst. Diese Verfahren sind jedoch insofern nachteilig, als einerseits die Messung der Spannung zwischen diesen Anschlüssen eine aufwendige Schaltungsanordnung mit einer Differenzverstärkerschaltung erfordert und andererseits im Falle einer Stromdetektion auf Grund der Auswirkung von Rücklauf- oder Gegenströmen die erforderliche Genauigkeit nicht gewährleistet werden kann.
Aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 10-75 598 ist daher bereits ein Verfahren zur Erfassung des Vorliegens eines Störzustands bei einer Wicklung bekannt, bei dem die Spannung an einem Sternpunkt von in Sternschaltung angeordneten Phasenspulen überwacht wird. Die Sternpunktspannung lässt sich z.B. auf der Basis des Massepotentials leicht messen, sodass die erforderliche Messschaltung einfach aufgebaut sein kann und sich das Vorliegen eines Störzustands auf einfache Weise durch Vergleich mit einer Bezugsspannung ermitteln lässt. Da der Sternpunkt jedoch von den Verbindungspunkten der Spulen bzw. Wicklungen im Motor gebildet wird, besteht das Problem, dass der erforderliche Messpunkt nicht auf einfache Weise herausgeführt werden kann. Die zusätzliche Anordnung eines Messanschlusses im Motor zur Messung der Sternpunktspannung ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden und führt zu höheren Herstellungskosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeuglenkungsregelsystem anzugeben, bei dem keine Modifikationen zur Bildung eines Messanschlusses im Lenkwellen-Antriebsmotor und dergleichen erforderlich sind und ein Ausfall oder Störzustand des Motors mit einer einfach aufgebauten Messschaltung festgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeuglenkungsregelsystem gelöst, durch das ein auf eine Radlenkwelle zu übertragender Lenkwinkel in Abhängigkeit von einem einer Lenkradspindel zur Lenkung erteilten Drehbewegungswinkel und einem Betriebszustand des Fahrzeugs bestimmt und die Radlenkwelle durch einen von einem bürstenlosen Dreiphasenmotor gebildeten Lenkwellen-Antriebsmotor zur Herbeiführung des Lenkwinkels angetrieben und gedreht werden. Das System umfasst eine Lenkradspindel-Winkelerfassungseinrichtung zur Erfassung der Winkelstellung der Lenkradspindel (Lenkradspindel-Winkelstellung), eine Lenkwellen-Winkelerfassungseinrichtung zur Erfassung der Winkelstellung der Radlenkwelle (Lenkwellen-Winkelstellung) sowie eine Betriebszustandserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Betriebszustands des Fahrzeugs. Ferner umfasst das System eine Lenkregeleinrichtung, die eine Sollwinkelstellung der Radlenkwelle auf der Basis der ermittelten Winkelstellung der Lenkradspindel und des erfassten Betriebszustands des Fahrzeugs bestimmt und die Drehzahl des Lenkwellen-Antriebsmotors auf der Basis einer Differenz zwischen der Winkelstellung der Radlenkwelle und der Sollwinkelstellung durch ein Pulsdauermodulations-Steuerverfahren zur Regelung des Betriebs des Lenkwellen-Antriebsmotors dahingehend regelt, dass die Winkelstellung der Radlenkwelle der Sollwinkelstellung angenähert wird. Im Rahmen des Pulsdauermodulations-Steuerverfahrens erfolgt keine Umschaltung in einem Zustand, bei dem ein erster Anschluss mit einem ersten Pol einer Gleichstromversorgungseinrichtung verbunden ist, während eine Umschaltung in einem Zustand erfolgt, bei dem ein zweiter Anschluss mit einem zweiten Pol der Gleichstromversorgungseinrichtung verbunden ist, wobei einer der Leitungsanschlüsse eines Paares von gleichzeitig erregten Zweiphasenspulen des Lenkwellen-Antriebsmotors den ersten Anschluss bildet, während der andere Leitungsanschluss den zweiten Anschluss bildet. Das Fahrzeuglenkungsregelsystem umfasst außerdem eine Klemmenspannungs-Messeinrichtung zur separaten Messung der Klemmenspannung einer jeden Phasenspule des Lenkwellen-Antriebsmotors sowie eine Störzustands-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines Störzustands auf der Basis von Ergebnissen einer Berechnung zur Ermittlung, ob V₁ + V₃ innerhalb eines zulässigen Bereichs mit 2^*V₂ übereinstimmt. Hierbei sind die Messwerte der Klemmenspannung von Dreiphasen-Leitungsanschlüssen u, v und w des Lenkwellen-Antriebsmotors jeweils durch Vu, Vv und Vw gegeben, wobei bei Anordnung der Messwerte Vu, Vv und Vw in der Reihenfolge von der größten zur kleinsten Spannung jeweils die Werte V₁, V₂ und V₃ erhalten werden (unter der Voraussetzung, dass V₁ ≥ V₂ ≥ V₃ gilt).
Erfindungsgemäß wird somit der Lenkwellen-Antriebsmotor mit Hilfe eines Pulsdauermodulationsverfahrens folgendermaßen angesteuert: Einer der Leitungsanschlüsse eines Paares von gleichzeitig erregten Zweiphasenspulen des Lenkwellen-Antriebsmotors bildet einen ersten Anschluss, während der andere Leitungsanschluss einen zweiten Anschluss bildet, wobei in einem Zustand, bei dem der erste Anschluss mit einem ersten Pol einer Gleichstromversorgungseinrichtung verbunden ist, keine Umschaltung erfolgt, während in einem Zustand, bei dem der zweite Anschluss mit einem zweiten Pol der Gleichstromversorgungseinrichtung verbunden ist, eine Umschaltung stattfindet. Durch dieses Ansteuerverfahren wird das Anlegen der Versorgungsspannung auf der Basis eines vorgegebenen Tastverhältnisses eingeschaltet und abgeschaltet, während beide Phasenspulen mit der gleichen Polarität erregt werden, was die Vorteile aufweist, dass nicht die Gefahr des Auftretens von Abschaltverzögerungen auf Grund der Sperrschichtkapazität eines Halbleiterschaltelements und einer dadurch hervorgerufenen Totzeit besteht und dass eine gute Linearität der Motorkennlinie erhalten werden kann. Die Messwerte der Klemmenspannungen der Dreiphasen-Leitungsanschlüsse u, v und w sind hierbei durch Vu, Vv und Vw gegeben, wobei bei Anordnung dieser Messwerte Vu, Vv und Vw in der Reihefolge von der größten zur kleinsten Spannung jeweils die Werte V₁, V₂ und V₃ erhalten werden (unter der Voraussetzung, dass V₁ ≥ V₂ ≥ V₃ gilt). Wenn sich der Motor im Normalzustand befindet, wird somit stets die nachstehende mathematische Beziehung erhalten: (V1 + V3)/2 = V2 (A)
Obwohl (V₁ + V₃)/2 auf Grund verschiedener Stör- und Abweichungsfaktoren selten vollständig mit V₂ übereinstimmt, kann eine weitgehende Übereinstimmung von (V₁ + V₃)/2 mit V₂ erreicht werden, wenn ein bestimmter Toleranzbereich vorgegeben wird. Die Störzustands-Bestimmungseinrichtung kann somit das Vorliegen eines Störzustands sehr einfach auf der Basis von Rechenergebnissen ermitteln, die sich bei der rechnerischen Überprüfung ergeben, ob V₁ + V₃ innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs mit 2^*V₂ übereinstimmt.
Erfindungsgemäß werden zur Feststellung des Vorliegens eines Störzustands bei dem von einem bürstenlosen Dreiphasenmotor gebildeten Lenkwellen-Antriebsmotor nicht eine Spannung zwischen Anschlüssen im Motor, sondern die Klemmenspannungen an verschiedenen Leitungsanschlüssen der drei oder mehr Phasen separat erfasst und ein vorgegebener Störzustands-Ermittlungsvorgang unter Verwendung dieser gemessenen Spannungen durchgeführt. Die Leitungsanschlüsse des Motors sind hierbei zur Stromversorgung außerhalb eines Motorgehäuses frei angeordnet. Die einzelnen Klemmenspannungen können somit auf äußerst einfache Weise gemessen werden, indem lediglich eine Spannungsmessleitung mit den Leitungsanschlüssen verbunden und die Spannungen einer Spannungsmesseinrichtung zugeführt werden. Es sind somit keine Modifikationen zur Anordnung eines Messanschlusses im Motor oder dergleichen notwendig, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Messung einer Sternpunktspannung erforderlich ist. Weiterhin lassen sich die jeweiligen Klemmenspannungen bei einem normalen Betriebszustand des Motors der mathematischen Beziehung (A) zuordnen. Bei einem üblichen Verfahren, bei dem z.B. Zwischenspannungen zwischen Anschlüssen ausgewertet werden, liegt nur die Information bezüglich einer Spannungsdifferenz zwischen Leitungsanschlüssen vor, sodass die Festlegung einer mathematischen Beziehung zwischen Klemmenspannungen, die in einem Normalzustand erfüllt sein muss, nur unter Verwendung der Spannungsdifferenz als Parameter erfolgen kann. Die Festlegung einer solchen Beziehung ist daher im allgemeinen mit Schwierigkeiten verbunden oder gar unmöglich, wobei auch im Falle einer gegebenen Möglichkeit häufig komplizierte Verarbeitungsvorgänge erforderlich sind. Da erfindungsgemäß jedoch jeweilige Klemmenspannungen separat detektiert werden, kann mit Hilfe eines sehr einfachen Algorithmus festgestellt werden, ob zwischen den Klemmenspannungen die mathematische Beziehung (A) besteht, die im Normalzustand vorzuliegen hat.
Weiterhin wird die stromführende Phase bzw. Einschaltphase des bürstenlosen Dreiphasenmotors auf der Basis einer Erregungszeit zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes aufeinanderfolgend umgeschaltet. In diesem Zusammenhang wird die zwischen den Klemmenspannungen in einem normalen Betriebszustand vorliegende Beziehung (A) auch in unterschiedlicher Form angegeben, da sich die Reihenfolge der Messwerte Vu, Vv und Vw der Klemmenspannungen von der größten zur kleinsten Spannung in Abhängigkeit von der Art der stromführenden Phase verändert. Zweckmäßigerweise könnte daher in Betracht gezogen werden, eine stromführende Phase zu identifizieren, eine der stromführenden Phase entsprechende mathematische Beziehung auszuwählen und sodann eine Störzustandsermittlung unter Verwendung der ausgewählten Beziehung vorzunehmen. Dies erfordert jedoch eine erhebliche Anzahl von Schritten zur Durchführung einer Folge von Vorgängen von der Identifizierung einer jeweils leitenden Phase über eine Klemmenspannungsdetektion bis zu einem durch Computerverarbeitung erfolgenden Rechenvorgang zur Störzustandsermittlung. Wenn hierbei die Klemmenspannungsdetektion nicht direkt nach der Identifizierung der stromführenden Phase erfolgt, wird während der Messung der Klemmenspannung bereits die nächste Phase eingeschaltet, sodass die identifizierte stromführende Phase in keiner zeitlichen Zuordnung mehr zu dem Messwert der Klemmenspannung steht, womit eine Störzustandsermittlung unmöglich wird. Somit ist eine Echtzeitverarbeitung erforderlich, durch die eine entsprechende zeitliche Zuordnung zwischen der jeweiligen stromführenden Phase und dem Messwert der Klemmenspannung gewährleistet ist, was wiederum die Verwendung eines eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung ermöglichenden Computers (oder einer Zentraleinheit in Form einer CPU) erfordert.
Wenn jedoch die Häufigkeit des Auftretens eines Ausfalls oder Störzustands des Motors in Betracht gezogen wird, lässt sich feststellen, dass die Erfassung (Abtastung) der Klemmenspannung in der Praxis nicht derart häufig erfolgen muss. Wenn somit die Summe von zwei beliebig gewählten Werten der Messwerte Vu, Vv und Vw der Klemmenspannungen mit Vm und der verbleibende Wert mit Vr bezeichnet werden, kann die Störzustands-Bestimmungseinrichtung dahingehend ausgestaltet werden, einen Rechenvorgang für die Beurteilung auszuführen, ob Vm mit 2^*Vr innerhalb eines vorgegebenen Bereiches übereinstimmt, wobei die Kombination der zur Berechnung von Vm gewählten beiden Messwerte verändert wird. Wenn hierbei kein Rechenergebnis erhalten wird, bei dem eine Koinzidenz von Vm mit 2^*Vr vorliegt, wird ein Ausfall oder das Vorliegen eines Störzustands des Lenkwellen-Antriebsmotors festgestellt.
Nachstehend wird auf die wesentlichen Merkmale des vorstehend beschriebenen Verfahrens im einzelnen eingegangen. Auf eine Identifizierung einer stromführenden bzw. leitenden Phase wird somit bewusst verzichtet und nur die Klemmenspannung einer jeden Phase abgetastet. Unter Ausnutzung der Zeit, die bis zum Beginn des nächsten Abtastvorgangs zur Störzustandsermittlung zur Verfügung steht, werden verschiedene leitende Phasen bei der Abtastung einer jeden Kombination der erhaltenen Messwerte der Klemmenspannungen zugeordnet und eine Berechnung durchgeführt, bei der die Kombinationen der erhaltenen Klemmenspannungen nacheinander den Ermittlungsberechnungsmustern zugeordnet werden, die den jeweiligen leitenden Phasen entsprechen. Auf der Basis der hierbei erhaltenen Ergebnisse findet dann eine Störzustandsermittlung statt. Bei diesem Ablauf muss jede der zugeordneten leitenden Phasen bei der Abtastung der Klemmenspannungen auch vorgelegen haben, sodass in einem Normalzustand des Motors ein (in Bezug auf "normal") positives Ermittlungsrechenergebnis bei dem der hergestellten leitenden Phase entsprechenden Ermittlungsberechnungsmuster erhalten werden muss. Bei einem Ermittlungsberechnungsmuster, das einer nicht hergestellten leitenden Phase entspricht, wird dagegen ein negatives Ermittlungsrechenergebnis erhalten. Wenn dagegen ein Störzustand vorliegt, wird ein negatives Ermittlungsrechenergebnis auch bei einem einer hergestellten leitenden Phase entsprechenden Ermittlungsberechnungsmuster erhalten. Das Vorliegen eines Störzustands kann somit festgestellt werden, indem identifiziert wird, welche dieser Bedingungen vorliegt.
Dieses Verfahren ermöglicht daher die Feststellung des Vorliegens eines Störzustands ohne Identifizierung der jeweils stromführenden bzw. leitenden Phase, sodass sich eine Störzustandsermittlung problemlos auch bei Verwendung einer Mehrzweck-Zentraleinheit ohne Hochleistungseigenschaften durchführen lässt und auf diese Weise ein kostengünstiger Aufbau des Systems ermöglicht wird.
Ferner kann das erfindungsgemäße Fahrzeuglenkungsregelsystem dahingehend ausgestaltet sein, dass die Lenkradspindel mechanisch von der Radlenkwelle getrennt ist. Zur direkten Übertragung einer auf die Lenkradspindel ausgeübten manuellen Betätigungskraft auf die Radlenkwelle kann dann ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen werden, der zwischen einem Verriegelungszustand, bei dem die Lenkradspindel und die Radlenkwelle miteinander verbunden und gemeinsam drehbar verriegelt sind, und einem Eetriegelungszustand umschaltbar ist, bei dem die Verbindung und Verriegelung der Lenkradspindel mit der Radlenkwelle aufgehoben sind. Wenn die zu erwartende Lenkregelung auf Grund von Systemstörungen ausfällt, kann durch diese Anordnung eine manuelle Lenkung durch Verbindung und Verriegelung der Lenkradspindel mit der Radlenkwelle ermöglicht werden. Das Fahrzeug kann daher problemlos ohne Unterbrechung weiter betrieben werden.
Außerdem kann das System z.B. mit einer Verriegelungssteuereinrichtung versehen werden, durch die der Verriegelungsmechanismus bei Erhalt einer Störzustandsfeststellung von der Störzustands-Bestimmungseinrichtung in den Verriegelungszustand versetzt und der Lenkwellen-Antriebsmotor abgeschaltet werden. Wenn der Lenkwellen-Antriebsmotor ausfällt, ist natürlich eine Reparatur erforderlich. Wenn in einem solchen Falle auch die Lenkung völlig ausfällt und nicht mehr betätigt werden kann, muss das Kraftfahrzeug mit anderen Mitteln wie z.B. unter Verwendung eines Abschleppfahrzeugs in eine Werkstatt gebracht werden, was mit einem ziemlichen Aufwand verbunden ist. Wenn daher das System dahingehend ausgestaltet ist, dass eine manuelle Lenkung durch Verbindung und Verriegelung der Lenkradspindel mit der Radlenkwelle ermöglicht wird, sind die grundsätzlichen Lenkfunktionen gewährleistet, sodass das Fahrzeug in einem solchen Falle ohne Inanspruchnahme anderer Transportmittel in eine Werkstatt gefahren werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkungsregelsystems,
2 eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Antriebseinheit,
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III gemäß 2,
4 ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkungsregelsystems,
5 Ansichten, die die Bewegung eines bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel verwendeten bürstenlosen Dreiphasenmotors veranschaulichen,
6 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Stromsensorschaltung,
7 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für eine Ansteuereinrichtung des bürstenlosen Dreiphasenmotors,
8A eine schematische Darstellung eines Drehstellungscodierers oder Drehstellungsgebers, der bei dem bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß 5 Verwendung findet,
8B eine Übersicht, die die Wirkungsweise des bei dem bürstenlosen Dreiphasenmotor gemäß 5 verwendeten Drehstellungscodierers oder Drehstellungsgebers veranschaulicht,
9 eine Zuordnungstabelle, die eine Beziehung zwischen einem Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis und der Fahrzeuggeschwindigkeit veranschaulicht,
10 eine schematische Darstellung, die ein Ausführungsbeispiel für ein Muster zur Änderung des Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnisses in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit veranschaulicht,
11 ein zweidimensionales Kennfeld zur Bestimmung eines Tastverhältnisses auf der Basis einer Motor-Versorgungsspannung und einer Winkeldifferenz ΔΘ,
12 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein Hauptprogramm einer Computerverarbeitung bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkungsregelsystem,
13 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für einzelne Abschnitte des Lenkungsregelablaufs gemäß 12,
14 ein Steuerdiagramm eines Beispiels für ein erstes Pulsdauermodulations-Steuerverfahren, das bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung Verwendung findet,
15 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Erfassung einer Klemmenspannung eines Lenkwellen-Antriebsmotors,
16 ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels für einen Störzustandsbestimmungsablauf, und
17 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels für einen Störzustandsbestimmungsablauf.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für den Gesamtaufbau des erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkungsregelsystems. (Bei diesem Ausführungsbeispiel bezieht sich der Begriff "Fahrzeug" auf ein Kraftfahrzeug, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.) Das Fahrzeuglenkungsregelsystem 1 umfasst einen Aufbau, bei dem eine mit einem Lenkrad 2 direkt verbundene Lenkradspindel 3 mechanisch von einer Radlenkwelle 8 getrennt ist. Die Radlenkwelle 8 wird wiederum von einem als Stellglied wirkenden Motor (M) 6 angetrieben und hierbei gedreht. Ein Ende der Radlenkwelle 8 ist in einem Lenkgetriebe 9 angeordnet, wobei ein Ritzel 10, das sich zusammen mit der Radlenkwelle 8 dreht, eine Zahnstange 11 in Axialrichtung hin- und herbewegt und auf diese Weise den Lenkwinkel von Rädern 13, 13 verändert. Ferner findet bei dem erfindungsgemäßen Lenkungsregelsystem eine Servo- oder Hilfskraftlenkung Verwendung, durch die die Herbeiführung der Hin- und Herbewegung der Zahnstange 11 mit Hilfe eines bekannten hydraulischen, elektrischen oder elektrohydraulischen Servomechanismus (PA) 12 unterstützt wird.
Die Winkelstellung ϕ der Lenkradspindel 3 (die nachstehend als Lenkradspindel-Winkelstellung ϕ bezeichnet ist) wird von einer Lenkradspindel-Winkelerfassungseinrichtung 101 (AS) erfasst, die von einer bekannten Winkelmesseinrichtung wie einem Drehstellungscodierer oder Drehstellungsgeber gebildet wird. Weiterhin wird die Winkelstellung Θ der Radlenkwelle 8 (die nachstehend als Lenkwellen-Winkelstellung Θ bezeichnet ist) von einer Lenkwellen-Winkelerfassungseinrichtung 103 (AS) erfasst, die ebenfalls von einer Winkelmesseinrichtung wie einem Drehstellungscodierer oder Drehstellungsgeber gebildet wird. Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Messeinrichtung (ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor) 102 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit V als Betriebszustandserfassungseinrichtung vorgesehen, durch die ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugs erfasst wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit-Messeinrichtung 102 besteht hierbei z.B. aus einer Drehbewegungs- bzw. Drehzahl-Messeinrichtung (wie einem Drehstellungsgeber und einem Tachogenerator) zur Erfassung der Umdrehungen des Rades 13. Eine Lenkregeleinrichtung 100 bestimmt eine Sollwinkelstellung Θ' der Radlenkwelle 8 auf der Basis der erfassten Winkelstellung ϕ der Lenkradspindel 3 und der Fahrzeuggeschwindigkeit V und regelt die Betätigung des Motors 6 über eine Motor-Ansteuereinrichtung 18 dahingehend, dass die Winkelstellung Θ der Radlenkwelle 8 der Sollwinkelstellung Θ' angenähert wird.
Zwischen der Lenkradspindel 3 und der Radlenkwelle 8 ist ein Verriegelungsmechanismus 19 angeordnet, der zwischen einem Verriegelungszustand, bei dem die Lenkradspindel 3 und die Radlenkwelle 8 miteinander verbunden und gemeinsam drehbar verriegelt sind, und einem Entriegelungszustand umschaltbar ist, bei dem die Verbindung und Verriegelung der Lenkradspindel 3 mit der Radlenkwelle 8 aufgehoben sind. Im Verriegelungszustand wird der Drehwinkel der Lenkradspindel 3 ohne Umsetzung (d.h., bei einem Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis von 1 zu 1) auf die Radlenkwelle 8 übertragen, wodurch eine manuelle Lenkung ermöglicht wird. Der Verriegelungsmechanismus 19 wird bei Auftreten eines Störzustands oder dergleichen auf der Basis eines von der Lenkregeleinrichtung 100 abgegebenen Befehls in den Verriegelungszustand geschaltet.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer Antriebseinheit der Radlenkwelle 8, die im Betrieb des Fahrzeugs von dem Motor 6 angetrieben wird. Bei einer Antriebseinrichtung 14 dieser Antriebseinheit dreht sich ein Motorgehäuse 33 gemeinsam mit dem darin angeordneten Motor 6, wenn die Lenkradspindel 3 durch Betätigung des Lenkrads 2 (1) gedreht wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Lenkradspindel 3 über ein Universalgelenk 319 mit einer Eingangswelle 20 gekoppelt, die wiederum über Bolzen 21, 21 mit einem ersten Koppelelement 22 verbunden ist. In das erste Koppelelement 22 ist ein Stift 31 integriert, der in eine von der Mitte einer Plattenseite eines zweiten Koppelelements 32 rückwärts verlaufende Muffe 32a eingepasst ist und mit dieser in Eingriff steht. Das zylindrische Motorgehäuse 33 ist wiederum in die andere Plattenseite des zweiten Koppelelements 32 integriert. Eine aus Gummi oder Kunstharz bestehende Abdeckung 44 dreht sich gemeinsam mit der Lenkradspindel 3. Hierbei umgibt ein in einen Cockpitrahmen 48 integriertes Gehäuse 46 die Antriebseinrichtung 14, wobei ein Dichtungsring 45 zwischen der Abdeckung 44 und dem Gehäuse 46 vorgesehen ist.
Eine Statoranordnung 23 des Motors 6 mit Wicklungen bzw. Spulen 35, 35 ist fest an der Innenseite des Motorgehäuses 33 angeordnet. Hierbei ist eine Motor-Ausgangswelle 36 mit Hilfe eines Lagers 41 drehbar an der Innenseite der Statoranordnung 23 angeordnet. Die periphere Außenseite der Motor-Ausgangswelle 36 ist in einen aus einem Permanentmagneten bestehenden Anker 34 integriert, wobei die Spulen 35, 35 derart angeordnet sind, dass sie den Anker 34 umgeben. Weiterhin sind Zuleitungsanschlüsse 50 von den Spulen 35, 35 derart herausgeführt, dass die Anschlüsse am rückwärtigen Ende des Motorgehäuses 33 nebeneinander angeordnet sind, wie dies in 3 veranschaulicht ist (die eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III gemäß 2 darstellt), wobei die Spulen 35, 35 über ein Zuleitungskabel 42 und die Zuleitungsanschlüsse 50 mit Strom versorgt werden.
Wie nachstehend näher beschrieben ist, wird der Motor 6 bei diesem Ausführungsbeispiel von einem bürstenlosen Motor gebildet, wobei das Zuleitungskabel 42 aus einem mehradrigen Kabel besteht, in dem Leitungen zur getrennten Stromversorgung von jeweiligen Phasenspulen 35, 35 des bürstenlosen Motors zusammengefasst sind. In der Nähe des hinteren Endes des Motorgehäuses 33 ist ein einen Wickelkern oder eine Nabe 43a aufweisendes Kabelgehäuse 43 vorgesehen, in dem das Zuleitungskabel 42 in einem spiralförmig um die Nabe 43a herumgewickelten Zustand angeordnet ist. Hierbei ist das nicht mit den Zuleitungsanschlüssen 50 verbundene Ende des Zuleitungskabels 42 an der Nabe 43a des Kabelgehäuses 43 befestigt. Wenn sich die Lenkradspindel 3 zusammen mit dem Motorgehäuse 33 und damit den Zuleitungsanschlüssen 50 in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung dreht, dient das Zuleitungskabel 42 in dem Kabelgehäuse 43 zur Aufnahme der Drehbewegung des Motorgehäuses 33, indem es in Bezug auf die Nabe 43a aufgewickelt bzw. abgewickelt wird.
Die Drehbewegung der Motor-Ausgangswelle 36 wird auf die Radlenkwelle 8 übertragen, nachdem mit Hilfe eines Untersetzungsmechanismus 7 eine Reduktion auf ein vorgegebenes Untersetzungsverhältnis (von z.B. 1/50) erfolgt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Untersetzungsmechanismus 7 als harmonische Antriebsuntersetzungseinrichtung ausgestaltet, d.h., in die Motor-Ausgangswelle 36 ist ein Ellipsoid-Innenringlager 37 integriert, während an der Außenseite ein deformierbares dünnes Zahnrad 38 mit Außenverzahnung angeordnet ist. Die Außenverzahnung des Zahnrades 38 steht mit innenverzahnten Zahnrädern 39 und 139 in Eingriff, die über eine Kupplung 40 mit der Radlenkwelle 8 verbunden sind. Die innenverzahnten Zahnräder 39 und 139 umfassen in koaxialer Anordnung ein innenverzahntes Zahnrad 39 (das nachstehend auch als erstes Hohlrad 39 bezeichnet ist) sowie ein innenverzahntes Zahnrad 139 (das nachstehend auch als zweites Hohlrad 139 bezeichnet ist). Das erste Hohlrad 39 ist an dem Motorgehäuse 33 befestigt und dreht sich somit gemeinsam mit dem Motorgehäuse 33, während das zweite Hohlrad 139 nicht an dem Motorgehäuse 33 befestigt und in Bezug auf das Motorgehäuse 33 relativ drehbar ist. In Bezug auf die Anzahl der Zähne besteht zwischen dem ersten Hohlrad 39 und dem eingreifenden außenverzahnten Zahnrad 38 keine Differenz, sodass keine Relativdrehung in Bezug auf das außenverzahnte Zahnrad 38 hervorgerufen wird (was sich auch dahingehend ausdrücken lässt, dass das erste Hohlrad 39 und damit das Motorgehäuse 33 und die Lenkradspindel 3 mit der sich drehenden Motor-Ausgangswelle 36 frei drehbar verbunden sind). Das zweite Hohlrad 139 umfasst allerdings mehr Zähne als das außenverzahnte Zahnrad 38 (wobei der Unterschied z.B. durch den Faktor 2 gegeben ist). Wenn somit die Anzahl der Zähne des zweiten Hohlrades 139 durch N und die Differenz der Zähnezahl des außenverzahnten Zahnrads 38 und des zweiten Hohlrades 139 durch n gegeben sind, wird die Drehbewegung bzw. Drehzahl der Motor-Ausgangswelle 36 auf n/N untersetzt und sodann auf die Radlenkwelle 8 übertragen. Im übrigen sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Eingangswelle 20 der Lenkradspindel 3, die Motor-Ausgangswelle 36 und die Radlenkwelle 8 zur Erzielung eines kompakten Aufbaus koaxial angeordnet.
Der Verriegelungsmechanismus 19 umfasst ein Verriegelungselement 51, das an einer Verriegelungsbasis (bei diesem Ausführungsbeispiel dem Motorgehäuse 33) befestigt ist, die keine Relativdrehung in Bezug auf die Lenkradspindel 3 ausführen kann, sowie ein Verriegelungseingriffselement 52, das an einer Verriegelungseingriffsbasis angeordnet ist (die sich bei diesem Ausführungsbeispiel auf der Seite der Motor-Ausgangswelle 36 befindet). Wie in 3 veranschaulicht ist, ist das Verriegelungselement 51 derart angeordnet, dass es zwischen einer Verriegelungsstellung, bei der ein Eingriff mit einer an dem Verriegelungseingriffselement 52 ausgebildeten Verriegelungsausnehmung 53 besteht, und einer Entriegelungsposition bewegbar ist, bei dem der Eingriff mit der Verriegelungsausnehmung 53 nicht besteht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl dieser Verriegelungsausnehmungen 53 in bestimmten Intervallen am Umfang bzw. Rand des sich gemeinsam mit der Motor-Ausgangswelle 36 drehenden Verriegelungseingriffselements 52 ausgebildet. Ein an einem Ende des Verriegelungselements 51 vorgesehener Verriegelungsabschnitt 51a tritt in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehwinkelphase der Motor- Ausgangswelle 36 selektiv mit einer der Verriegelungsausnehmungen 53 in Eingriff. Die Lenkradspindel 3 ist nicht drehbar mit dem Motorgehäuse 33 verbunden (bei diesem Ausführungsbeispiel durch das Koppelelement 22 und den zugehörigen Stift). Wenn das Verriegelungselement 51 und das Verriegelungseingriffselement 52 nicht in Eingriff stehen (Entriegelungszustand) dreht sich die Motor-Ausgangswelle 36 in Relation zu dem Motorgehäuse 33, wobei diese Drehbewegung über das außenverzahnte Zahnrad 38 jeweils auf das erste Hohlrad 39 und das zweite Hohlrad 139 übertragen wird. Da das an dem Motorgehäuse 33 angebrachte erste Hohlrad 39 in der vorstehend beschriebenen Weise keine Relativdrehung in Bezug auf das außenverzahnte Zahnrad 38 ausführt, dreht sich das erste Hohlrad 39 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Lenkradspindel 3 (d.h., die Drehbewegung des ersten Hohlrades 39 folgt der Lenkradbetätigung). Das zweite Hohlrad 139 überträgt die untersetzte Drehbewegung der Motor-Ausgangswelle 36 auf die Radlenkwelle 8, wodurch die Radlenkwelle 8 angetrieben und in Drehung versetzt wird. Wenn dagegen das Verriegelungselement 51 und das Verriegelungseingriffselement 52 in einem Verriegelungszustand miteinander in Eingriff stehen, kann die Motor-Ausgangswelle 36 in Bezug auf das Motorgehäuse 33 keine Relativdrehung mehr ausführen. Da bei den innenverzahnten Hohlrädern 39 und 139 des Untersetzungsmechanismus 7 das erste Hohlrad 39 an dem Motorgehäuse 33 befestigt ist, wird die Drehbewegung der Lenkradspindel 3 direkt auf das erste Hohlrad 39, das außenverzahnte Zahnrad 38, das zweite Hohlrad 39 und die Radlenkwelle 8 in dieser Reihenfolge übertragen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verriegelungseingriffselement 52 an der Außenseite der Motor-Ausgangswelle 36 an deren einem Ende angeordnet, wobei die jeweiligen Verriegelungsausnehmungen 53 in Form von Rastausnehmungen vorgesehen sind, die an der peripheren Außenseite des Verriegelungseingriffselements 52 in Radialrichtung eingeschnitten bzw. eingestanzt sind. Weiterhin ist das Verriegelungselement 51 in der in 2 veranschaulichten Weise um eine Axiallinie herum drehbar angeordnet, die im wesentlichen parallel zu der Radlenkwelle 8 und damit zu einer im Motorgehäuse 33 vorgesehenen Drehbasis 300 verläuft. Ferner ist ein elastisches Element 54 vorgesehen, durch das eine federnde Rückführung des Verriegelungselements 51 in seine Ausgangsstellung bei der Abschaltung eines Solenoiden 55 erfolgt. Durch Einschalten und Abschalten des Solenoiden 55 wird der am Ende des Verriegelungselements 51 ausgebildete Verriegelungsabschnitt 51a zur Herbeiführung der vorstehend beschriebenen Verriegelung und Entriegelung zu dem Verriegelungseingriffselement 52 hinbewegt und aus dem Verriegelungseingriffselement 52 herausbewegt, was über ein an einem Ende des Solenoiden 55 vorgesehenes Vorsprungselement 55a und einen an einem hinteren Endteil 51b des Verriegelungselements 51 ausgebildeten Schlitz herbeigeführt wird. Hierbei kann in geeigneter Weise bestimmt werden, ob der Verriegelungszustand oder der Entriegelungszustand durch Erregung des Solenoiden 55 hergestellt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wahl jedoch derart getroffen worden, dass durch Erregung des Solenoiden 55 der Entriegelungszustand hergestellt wird. Wenn somit bei einer Unterbrechung der Stromversorgung oder dergleichen eine Aberregung des Solenoiden 55 erfolgt, wird durch die Wirkungsweise des elastischen Elements 54 der Verriegelungszustand hergestellt, wodurch eine manuelle Lenkung ermöglicht wird.
4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für einen elektrischen Schaltungsaufbau der Lenkregeleinrichtung 100. Zwei Mikrocomputer 110 und 120 bilden hierbei wesentliche Elemente der Lenkregeleinrichtung 100. Der Mikrocomputer 110 stellt hierbei einen Haupt-Mikrocomputer dar, der eine Haupt-Zentraleinheit (CPU) 111, einen ein Regelprogramm speichernden Festspeicher (ROM) 112, einen als Arbeitsspeicher für die Haupt-Zentraleinheit 111 dienenden Direktzugriffsspeicher (RAM) 113 sowie eine Ein-Ausgabe-Schnittstelle 114 umfasst. Der Mikrocomputer 120 bildet einen untergeordneten Mikrocomputer, der eine untergeordnete Zentraleinheit (CPU) 121, einen ein Regelprogramm speichernden Festspeicher (ROM) 122, einen als Arbeitsspeicher für die untergeordnete Zentraleinheit 121 dienenden Direktzugriffsspeicher (RAM) 123 sowie eine Ein-Ausgabe-Schnittstelle 124 umfasst. Hierbei wird der Betrieb des die Radlenkwelle 8 antreibenden Motors 6 (des Stellgliedes) von dem Haupt-Mikrocomputer 110 direkt geregelt. Der untergeordnete Mikrocomputer 120 führt hierbei eine für die Betriebsregelung des Motors 6 erforderliche Datenverarbeitung wie die Berechnung der erforderlichen Parameter parallel zu dem Haupt-Mikrocomputer 110 durch und übermittelt die Ergebnisse dieser Datenverarbeitung dem Haupt-Mikrocomputer 110, sodass er als unterstützende Regeleinrichtung zur Überwachung und Überprüfung der Arbeitsweise des Haupt-Mikrocomputers 110 dient und gegebenenfalls zusätzliche Informationen liefert. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Datenübermittlung zwischen dem Haupt-Mikrocomputer 110 und dem untergeordneten Mikrocomputer 120 durch eine Kommunikation zwischen den Ein-Ausgabe-Schnittstellen 114 und 124. Hierbei wird den beiden Mikrocomputern 110 und 120 eine Versorgungsspannung Vcc (von z.B. +5 V) von einer (nicht dargestellten) stabilisierten Stromquelle auch nach Beendigung einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs (d.h., nach Abschalten der Zündung) zugeführt, sodass der Speicherinhalt der Direktzugriffsspeicher 113 und 123 oder eines (nachstehend noch näher beschriebenen) EEPROM-Speichers 115 aufrecht erhalten und damit gesichert wird.
Die jeweiligen Ausgangssignale der Lenkradspindel-Winkelerfassungseinrichtung 101, der Fahrzeuggeschwindigkeits-Messeinrichtung 102 und der Lenkwellen-Winkelerfassungseinrichtung 103 werden aufgeteilt und sowohl der Ein-Ausgabe-Schnittstelle 114 des Haupt-Mikrocomputers 110 als auch der Ein-Ausgabe-Schnittstelle 124 des untergeordneten Mikrocomputers 120 zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden diese Mess- und Erfassungseinrichtungen jeweils von einem Drehstellungscodierer gebildet, der nachstehend als Drehstellungsgeber bezeichnet ist, wobei die von dem jeweiligen Drehstellungsgeber abgegebenen Zählsignale über eine (nicht dargestellte) Schmitt-Triggerschaltung direkt in einen digitalen Dateneingang der Ein-Ausgabe-Schnittstellen 114 und 124 eingegeben werden. Weiterhin ist die Ein-Ausgabe-Schnittstelle 114 des Haupt-Mikrocomputers 110 über eine Solenoid-Treiberschaltung 56 mit dem die Betätigungseinrichtung des Verriegelungsmechanismus 19 bildenden Solenoiden 55 verbunden.
Der Motor 6 wird von einem bürstenlosen Dreiphasenmotor gebildet, dessen Drehzahl mit Hilfe einer Pulsdauermodulationsregelung geregelt wird. Hierbei ist die Motor-Ansteuereinrichtung 18 mit einer Fahrzeugbatterie 57 verbunden, die die Stromquelle des Motors 6 darstellt. Die von der Motor-Ansteuereinrichtung 18 aufgenommene Spannung (Versorgungsspannung) Vs der Batterie 57 ändert sich (z.B. in einem Bereich von 9 V bis 14 V) in Abhängigkeit von der fahrzeugbedingten Belastung und/oder der Strom- bzw. Spannungserzeugung durch einen Generator. Bei diesem Ausführungsbeispiel findet die Batteriespannung Vs, die sich in der vorstehend beschriebenen Weise verändert, ohne Zwischenschaltung einer stabilisierten Stromversorgungsschaltung direkt als Motorversorgungsspannung Verwendung. Da sich bei der Regelung des Motors 6 durch die Lenkregeleinrichtung 100 somit die Versorgungsspannung Vs in der vorstehend beschriebenen Weise in einem gewissen Bereich ändern kann, ist eine Messeinrichtung zur Messung der Versorgungsspannung Vs vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein für die Spannungsmessung abgezweigter Stromkreis in einem Bereich eines zu dem Motor 6 führenden Stromkreises (unmittelbar vor der Ansteuereinrichtung 18) vorgesehen, wobei ein Spannungsmesssignal mit Hilfe von Spannungsteilerwiderständen 60, 60 erhalten wird, die in diesem abgezweigten Stromkreis angeordnet sind. Nach einer Glättung des Spannungsmesssignals durch einen Kondensator 61 wird das Spannungsmesssignal sodann über eine Spannungsfolgerschaltung 62 Eingängen der Ein-Ausgabe-Schnittstellen 114 und 124 zugeführt, die eine Analog/Digital-Umsetzungsfunktion aufweisen (und nachstehend als Analog-Digital-Eingabekanäle bezeichnet sind).
Weiterhin ist eine Strommesseinrichtung in dem zum Motor 6 führenden Stromkreis zur Überwachung des Erregungszustands des Motors 6 in Bezug auf das Auftreten von Überströmen und dergleichen angeordnet. Hierbei wird die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Enden eines in diesem Stromkreis angeordneten Parallelwiderstands (Strommesswiderstands) 58 von einem Stromsensor 70 erfasst und den Analog-Digital-Eingabekanälen der Ein-Ausgabe-Schnittstellen 114 und 124 zugeführt. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 veranschaulicht ist, erfasst der Stromsensor 70 die Spannung an den beiden Enden des Parallelwiderstands 58 mit Hilfe der Spannungsfolgerschaltungen 71 und 72 und verstärkt sodann die Spannung zur Ausgabe mit Hilfe eines Differenzverstärkers 75, der von einem Operationsverstärker 73 und peripheren Widerständen 74 gebildet wird. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 75 ist dem über den Parallelwiderstand 58 fließenden Strom proportional und kann somit als Strommesswert Is Verwendung finden. In Verbindung mit dem Parallelwiderstand können auch eine Sonde wie ein Hall-Element und eine Strommessspule zur Erfassung des Stroms auf der Basis eines elektromagnetischen Prinzips Verwendung finden.
Wie in 4 veranschaulicht ist, sind bei den Direktzugriffsspeichern 113 und 123 der beiden Mikrocomputer 110 und 120 jeweils folgende Speicherbereiche vorgesehen:

(1) Speicherbereich für den Messwert der Fahrzeuggeschwindigkeit (V): In diesem Speicherbereich wird der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 102 erhaltene Messwert der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit V gespeichert.
(2) Speicherbereich für den Zählwert der Lenkradspindel-Winkelstellung (ϕ): In diesem Speicherbereich werden die Zählsignale des die Lenkradspindel-Winkelstellungserfassungseinrichtung 101 bildenden Drehstellungsgebers gezählt und der die jeweilige Lenkradspindel-Winkelstellung ϕ angebende Zählwert gespeichert. Hierbei findet ein Drehstellungsgeber mit identifizierbarer Drehrichtung Verwendung. Im Falle einer Vorwärtsdrehung wird der Zähler inkrementiert, während er bei einer Rückwärtsdrehung dekrementiert wird.
(3) Speicherbereich für den Rechenwert des Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnisses (α): In diesem Speicherbereich wird ein auf der Basis des gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeitswertes berechnetes Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α gespeichert.
(4) Speicherbereich für den Rechenwert einer Lenkwellen-Sollwinkelstellung (Θ'): In diesem Speicherbereich wird ein Sollwert der Lenkwellen-Winkelstellung, d.h. ein Wert der Lenkwellen-Sollwinkelstellung Θ' gespeichert, der aus den Werten der derzeitigen Lenkradspindel-Winkelstellung ϕ und des Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnisses α z.B. berechnet wird, indem ϕ mit α multipliziert wird.
(5) Speicherbereich für den Zählwert der Lenkwellen-Winkelstellung (Θ): In diesem Speicherbereich werden die Zählsignale des die Lenkwellen-Winkelerfassungseinrichtung 103 bildenden Drehstellungsgebers gezählt und der die jeweilige Lenkwellen-Winkelstellung Θ angebende Zählwert gespeichert.
(6) Speicherbereich für den Rechenwert ΔΘ: In diesem Speicherbereich wird ein Rechenwert der Differenz ΔΘ (= Θ' – Θ) zwischen der Lenkwellen-Sollwinkelstellung Θ' und der jeweiligen Lenkwellen-Winkelstellung Θ gespeichert.
(7) Speicherbereich für den Messwert der Versorgungsspannung (Vs): In diesem Speicherbereich wird der jeweilige Messwert der Versorgungsspannung Vs des Motors 6 gespeichert.
(8) Speicherbereich für den Festlegungswert des Tastverhältnisses (η): In diesem Speicherbereich wird ein Tastverhältnis η gespeichert, das zur Erregung des Motors 6 im Rahmen der Pulsdauermodulation Verwendung findet und auf der Basis von ΔΘ und der Versorgungsspannung Vs bestimmt wird.
(9) Speicherbereich für den Messwert des Stroms (Is): In diesem Speicherbereich wird der jeweilige Messwert des von dem Stromsensor 70 gemessenen Stroms Is gespeichert.

Wie vorstehend beschrieben, ist in dem Festspeicher 112 ein Regelprogramm gespeichert, durch das dem Haupt-Mikrocomputer 110 die Funktion einer Einrichtung zur Limitierung des Motorbetriebs verliehen wird (der untergeordnete Mikrocomputer 120 führt die gleiche Verarbeitung zur Überwachung des Haupt-Mikrocomputers mit Hilfe eines in dem Festspeicher 122 gespeicherten Regelprogramms durch), d.h., wenn über den Stromsensor 70 eine Störzustandsfeststellung erfolgt, werden der Erregungszustand des Verriegelungssolenoiden 55 des Verriegelungsmechanismus 19 umgeschaltet, die Lenkradspindel 3 und die Radlenkwelle 8 miteinander verbunden und verriegelt und der Motor 6 zum Stillstand gebracht.
Die Ein-Ausgabe-Schnittstelle 114 des Haupt-Mikrocomputers 110 weist den EEPROM-Speicher 115 als einen zweiten Speicherbereich zur Speicherung der Winkelstellung der Radlenkwelle 8 bei Beendigung des Fahrzeugbetriebs (d.h., beim Abschalten der Zündung) in Form einer abschließenden Winkelstellung auf. Der EEPROM-Speicher 115 (PROM-Speicher) ermöglicht ein Auslesen der Daten durch die Haupt-Zentraleinheit 111 bei einer ersten Betriebsspannung (+5 V), bei der die Haupt-Zentraleinheit 111 ein Auslesen und Einschreiben von Daten in Bezug auf den der Haupt- Zentraleinheit zugeordneten Direktzugriffsspeicher 113 ausführt, und darüber hinaus ein Einschreiben von Daten durch die Haupt-Zentraleinheit 111 durch Einstellung einer in Bezug auf die erste Betriebsspannung (+5 V) unterschiedlichen zweiten Betriebsspannung (die bei diesem Ausführungsbeispiel in Form einer höheren Spannung als die erste Betriebsspannung, d.h. z.B. in Form einer Spannung von +7 V Verwendung findet). Der Dateninhalt wird daher auch im Falle einer Fehlfunktion (eines Abstürzens) der Haupt-Zentraleinheit 111 nicht erneut eingeschrieben. Die zweite Betriebsspannung wird hierbei von einer zwischen dem EEPROM-Speicher 115 und der Ein-Ausgabe-Schnittstelle 114 angeordneten (nicht dargestellten) Spannungsanhebungsschaltung erzeugt.
Nachstehend werden Betrieb und Wirkungsweise des Fahrzeuglenkungsregelsystems 1 näher beschrieben.
12 veranschaulicht den Ablauf einer Hauptroutine des von dem Haupt-Mikrocomputer 110 ausgeführten Regelprogramms. In einem Schritt S1 erfolgt eine Initialisierung, bei der die (nachstehend noch näher beschriebene) abschließende Winkelstellung der Radlenkwelle 8 ausgelesen wird, die in den EEPROM-Speicher 115 bei der Abschaltung der Zündung zum Abschluss eingeschrieben worden ist, wobei diese abschließende Winkelstellung nun als Anfangswinkelstellung der Radlenkwelle 8 zu Beginn der Verarbeitung eingestellt wird. Hierbei wird ein die abschließende Winkelstellung repräsentierender Zählwert in dem vorstehend beschriebenen Zählerbereich für die Lenkwellen-Winkelstellung gesetzt, wobei zu diesem Zeitpunkt ein nachstehend noch näher beschriebenes Zustandszeichen gelöscht wird, das die Beendigung des Dateneinschreibens in den EEPROM-Speicher 115 bezeichnet.
Nach Beendigung der Initialisierung geht der Ablauf zur Lenkungsregelung auf einen Schritt S2 über. Der Lenkungsregelungsablauf wird in bestimmten Intervallen (von z.B. einigen 100 μs) wiederholt, um Parameterabtastintervalle auszugleichen. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 13 auf den Lenkungsregelungsablauf näher eingegangen. In einem Schritt S201 wird ein Messwert der Fahrzeuggeschwindigkeit V eingelesen, während in einem Schritt S202 sodann eine Lenkradspindel-Winkelstellung ϕ eingelesen wird. Anschließend wird in einem Schritt S203 ein Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α zur Umsetzung der Lenkradspindel-Winkelstellung ϕ in die Lenkwellen-Sollwinkelstellung Θ' auf der Basis des Rechenwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Das Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α wird in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V auf unterschiedliche Werte eingestellt. Wie in 10 veranschaulicht ist, wird das Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α auf einen geringeren Wert eingestellt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V einer bestimmten Geschwindigkeit entspricht oder höher ist, während das Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α auf einen größeren Wert bei langsamer Fahrt eingestellt wird, bei der die Fahrzeuggeschwindigkeit V unter dieser bestimmten Geschwindigkeit liegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in dem Festspeicher 112 (122) eine Tabelle 130 gespeichert, die in der in 9 veranschaulichten Weise verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten V entsprechende Einstellwerte für das Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α enthält, wobei das der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechende Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α mit Hilfe der Tabelle 130 durch Interpolation berechnet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel stellt die Fahrzeuggeschwindigkeit V die den Betriebszustand des Fahrzeugs angebende Information dar. Zusätzlich können jedoch auch die auf das Fahrzeug einwirkende Seitenkraft bzw. Querbeschleunigung, ein Steigungs- oder Gefällewinkel der Fahrbahn und dergleichen von entsprechenden Sensoren als den Betriebszustand des Fahrzeugs angebende Informationen einbezogen und das Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α in Abhängigkeit von den erhaltenen Messwerten auf einen spezifischen Wert eingestellt werden. Weiterhin kann auch ein Basiswert für das Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V festgelegt und sodann der verwendete Basiswert auf der Grundlage anderer Informationen als der Fahrzeuggeschwindigkeit in der vorstehend beschriebenen Weise je nach den Erfordernissen korrigiert werden.
In einem Schritt S204 wird die Lenkwellen-Sollwinkelstellung Θ' berechnet, indem die erfasste Lenkradspindel-Winkelstellung ϕ mit dem festgelegten Lenkwinkel-Umsetzungsverhältnis α multipliziert wird. Sodann wird in einem Schritt S205 die derzeitige Lenkwellen-Winkelstellung Θ ausgelesen. In einem Schritt S206 wird anschließend die Differenz ΔΘ (= Θ' – Θ) zwischen der über den Lenkwellen-Winkelstellungszähler erhaltenen derzeitigen Lenkwellen-Winkelstellung Θ und der Lenkwellen-Sollwinkelstellung Θ' berechnet. Sodann wird in einem Schritt S207 der vorliegende Messwert der Versorgungsspannung Vs eingelesen.
Durch den Antrieb des Motors 6 wird eine Drehbewegung der Radlenkwelle 8 zur Verringerung der Differenz ΔΘ zwischen der Lenkwellen-Sollwinkelstellung Θ' und der derzeitigen Lenkwellen-Winkelstellung Θ herbeigeführt. Wenn die Differenz ΔΘ erheblich ist, wird die Drehzahl des Motors 6 erhöht, während sie bei einer kleinen Differenz ΔΘ verringert wird, sodass eine rasche und glatte Annäherung der Lenkwellen-Winkelstellung Θ an die Lenkwellen- Sollwinkelstellung Θ' herbeigeführt wird. Grundsätzlich kann hierbei eine Proportionalregelung unter Verwendung von ΔΘ als Parameter in Betracht gezogen werden, jedoch erfolgt vorzugsweise eine bekannte PID-Regelung unter Einbeziehung von Differential- oder Integralwerten von ΔΘ, um Übersteuerungs- und Nachlauferscheinungen und dergleichen besser unterdrücken zu können und eine stabile Regelung zu erhalten.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Motor 6 im Rahmen einer Pulsdauermodulation geregelt, wobei seine Drehzahl durch Änderung des Tastverhältnisses η eingestellt wird. Bei konstanter Versorgungsspannung Vs lässt sich die Drehzahl zweckmäßigerweise in einer 1:1-Beziehung zu dem Tastverhältnis einstellen. Wie vorstehend beschrieben, ist jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel die Versorgungsspannung Vs nicht konstant. Das Tastverhältnis η wird daher unter Berücksichtigung der jeweiligen Versorgungsspannung Vs festgelegt. So ist z.B. in der in 11 veranschaulichten Weise eine zweidimensionale Tastverhältnis-Umsetzungstabelle 131 in dem Festspeicher 112 (122) gespeichert, in der Tastverhältnisse η entsprechend jeweiligen Kombinationen der Versorgungsspannung Vs und der Differenz ΔΘ aufgeführt sind, sodass der Wert des Tastverhältnisses η entsprechend dem jeweiligen Messwert der Versorgungsspannung Vs und dem berechneten Wert der Differenz ΔΘ ausgelesen und verwendet werden kann. Außerdem ändert sich die Drehzahl des Motors 6 auch in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung. Der Motor-Lastzustand kann daher auf der Basis des von dem Stromsensor 70 erhaltenen Messwertes des Motorstroms Is bewertet und das Tastverhältnis η in entsprechend korrigierter Form verwendet werden.
Der Ablauf geht sodann auf einen Schritt S209 zur Strommessung über. Bei diesem Vorgang wird der von dem Stromsensor 70 abgegebene Strommesswert des Motors 6 eingelesen und hierbei das Vorliegen eines Überstroms festgestellt, wenn der Strommesswert Is einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei in diesem Falle die Lenkradspindel 3 und die Radlenkwelle 8 in der vorstehend beschriebenen Weise verriegelt und der Motor 6 zum Stillstand gebracht werden. Wenn hierbei z.B. der Strommesswert Is während einer bestimmten Zeitdauer oder länger den vorgegebenen Wert überschreitet, wird dies als Überstromzustand bewertet, sodass der Verriegelungsmechanismus 19 betätigt werden kann (wobei in diesem Falle der Verriegelungszustand aufgehoben wird, wenn der Überstromzustand nicht mehr besteht).
Die bis zu diesem Punkt erfolgenden Abläufe werden parallel sowohl in dem Haupt-Mikrocomputer 110 als auch in dem untergeordneten Mikrocomputer 120 durchgeführt. Zur Überprüfung eines normalen Betriebs des Haupt-Mikrocomputers 110 werden z.B. die in dem Direktzugriffsspeicher 113 des Haupt-Mikrocomputers 110 gespeicherten Rechenergebnisse der jeweiligen Parameter in der erforderlichen Weise dem untergeordneten Mikrocomputer 120 zugeführt und sodann unter Bezugnahme auf den Speicherinhalt des Direktzugriffsspeichers 123 auf der Seite des untergeordneten Mikrocomputers 120 verifiziert, wodurch eine Überwachung des Auftretens eines Störzustands ermöglicht wird. Weiterhin werden auf der Seite des Haupt-Mikrocomputers 110 Pulsdauermodulationssignale auf der Basis des festgelegten Tastverhältnisses η erzeugt. Diese Pulsdauermodulationssignale werden sodann unter Bezugnahme auf die von dem die Lenkwellen-Winkelerfassungseinrichtung 103 bildenden Drehstellungsgeber abgegebenen Signale Feldeffekttransistoren (7) der Motor- Ansteuereinrichtung 18 zugeführt, über die die Einschaltung einer entsprechenden Phasenspule und damit die Pulsdauermodulationsregelung des Motors 6 erfolgt.
Nachstehend wird auf die bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgende Pulsdauermodulationsregelung des Motors 6 näher eingegangen. Wie vorstehend beschrieben, wird der Motor 6 von einem bürstenlosen Dreiphasenmotor gebildet. Die in 2 dargestellten Spulen 35, 35 umfassen in der in 5 dargestellten Weise Dreiphasenspulen U, V und W, die in Intervallen von 120° angeordnet sind. Die relativen Winkelbeziehungen dieser Spulen U, V und W und des Ankers 34 werden von integrierten Hall-Schaltkreisen erfasst, die in dem Motor vorgesehene Winkelstellungssensoren bilden. In Abhängigkeit von den Ausgangssignalen dieser integrierten Hall-Schaltkreise führt dann die Motor-Ansteuereinrichtung 18 gemäß 1 eine aufeinanderfolgende zyklische Einschaltung der Spulen U, V und W in der in 5 veranschaulichten Weise von W U (1) bis U → V (3) und sodann bis zu V → W (5) durch (wobei diese Folge sich auf eine Vorwärtsdrehung bezieht, während im Falle einer Rückwärtsdrehung die Einschaltvorgänge in entgegengesetzter Reihenfolge ablaufen). 8(b) zeigt die Einschaltfolge der jeweiligen Phasenspulen bei einer Vorwärtsdrehung (wobei mit H der Einschaltzustand und mit L der Abschaltzustand bezeichnet sind und im Falle einer Rückwärtsdrehung eine symmetrische Inversion der in der Zeichnung dargestellten Einschaltfolge stattfindet). Die in der Figur in Klammern gesetzten Zahlen geben die Winkelstellungen des Ankers 34 für die entsprechenden Zahlenwerte gemäß 5 an.
Wie in 4 veranschaulicht ist, erfolgt die Drehzahlregelung des Motors 6 in Form einer Tastverhältnisregelung in Abhängigkeit von pulsdauermodulierten Signalen, die von der Lenkregeleinrichtung 100 (bei diesem Ausführungsbeispiel dem Haupt-Mikrocomputer 110) abgegeben und der Einschaltreihenfolge der Phasenspulen U, V und W überlagert werden. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung der Motor-Ansteuereinrichtung 18, bei der den jeweiligen Anschlüssen u, u', v, v', w und w' der Spulen U, V und W zugeordnete Feldeffekttransistoren (Halbleiter-Schaltelemente) 75 bis 80 in Form einer bekannten H-Brückenschaltung angeordnet sind (bei der Freilaufdioden 87 bis 92 einen Nebenschluss für den bei den Schaltvorgängen der Spulen U, V und W induzierten Strom bilden). Wenn von UND-Gliedern 81 bis 86 ein Signal erzeugt wird, das die logische Multiplikation eines Schaltsignals von einem integrierten Hall-Schaltkreis (Winkelstellungssensor) auf der Motorseite mit einem von der Lenkregeleinrichtung 100 abgegebenen Pulsdauermodulationssignal darstellt, und die Schaltbetätigung der Feldeffekttransistoren 75 bis 86 auf der Basis eines solchen Signals gesteuert wird, können die jeweils einzuschaltenden Phasenspulen selektiv im Rahmen einer solchen Pulsdauermodulationssteuerung erregt werden.
Hierbei können die Zeiten für die aufeinanderfolgende Zuführung von Pulsdauermodulationssignalen von der Lenkregeleinrichtung 100 zu den Feldeffekttransistoren 75 bis 80 durch entsprechende Zuführung von Signalen von den integrierten Hall-Schaltkreisen (Winkelstellungssensoren) zu der Lenkregeleinrichtung 100 erkannt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt diese zeitliche Steuerung jedoch unter Verwendung eines separaten Drehstellungsgebers, der den Drehwinkel der Motor-Ausgangswelle 36 erfasst, wobei der erfasste Winkelwert nach einer Drehzahluntersetzung eine 1:1-Beziehung zu der Winkelstellung der Radlenkwelle 8 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher ein solcher Drehstellungsgeber als Lenkwellen-Winkelerfassungseinrichtung 103 verwendet.
8(a) zeigt eine schematische Darstellung dieses Drehstellungsgebers, bei dem Bitmuster zur Identifizierung jeweiliger Spulenerregungsmuster, die in einer vorgegebenen chronologischen Reihenfolge auftreten, in vorgegebenen Winkelintervallen entlang des Kreisumfangs einer Scheibe zur Steuerung der Einschaltreihenfolge des bürstenlosen Motors ausgebildet sind. Da bei diesem Ausführungsbeispiel ein bürstenloser Dreiphasenmotor Verwendung findet, sind am Kreisumfang der Scheibe in 30°-Intervallen sechs Bitmuster entsprechend den Spuleneinschaltmustern (1) bis (6) ausgebildet (siehe 5), sodass die Einschaltreihenfolge gemäß 8(b) für die Spulen U, V und W erhalten wird. Bei der Drehbewegung des Ankers 34 des Motors 6 gibt daher der eine synchrone Drehbewegung ausführende Drehstellungsgeber konstant ein Bitmuster ab, durch das eine jeweils einzuschaltende Spule identifiziert wird. Die Lenkregeleinrichtung 100 liest das von dem Drehstellungsgeber abgegebene Bitmuster ein und kann auf diese Weise sofort einen Spulenanschluss (d.h., die Feldeffekttransistoren 75 bis 80 gemäß 7) bestimmen, dem das Pulsdauermodulationssignal zuzuführen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Dauer eines Pulsdauermodulationssignals z.B. auf annähernd 50 μs eingestellt.
Da die Drehzahl der Motor-Ausgangswelle 36 in untersetzter Form auf die Radlenkwelle 8 übertragen wird, führt die mit dem Drehstellungsgeber versehene Motor-Ausgangswelle 36 mehrere Umdrehungen aus, während die Radlenkwelle 8 lediglich eine Umdrehung ausführt. Die absolute Winkelstellung der Radlenkwelle 8 kann daher nicht mit Hilfe des von dem Drehstellungsgeber abgegebenen Bitmusters bestimmt werden, das nur die absolute Winkelstellung der Motor-Ausgangswelle 36 angibt. Wie in 4 veranschaulicht ist, ist daher in dem Direktzugriffsspeicher 113 (123) ein Zähler (Lenkwellen-Winkelstellungszähler) zur Zählung der Anzahl von erfassten Bitmusteränderungen vorgesehen, sodass sich die Lenkwellen-Winkelstellung (Θ) anhand der Zählwerte bestimmen lässt. Die Lenkwellen-Winkelerfassungseinrichtung 103 entspricht daher funktionsmäßig einem inkrementierenden Drehstellungsgeber. Da sich die absolute Winkelstellung der Motor-Ausgangswelle 36 anhand der Bitmuster identifizieren lässt, kann durch Überwachung der Folge von Bitmusteränderungen auch die Drehrichtung der Motor-Ausgangswelle 36 und damit die Drehrichtung der Radlenkwelle 8 (d.h., die Drehrichtung des Lenkrades) identifiziert werden. Der vorstehend beschriebene Zähler wird daher bei einer Vorwärtsdrehung der Radlenkwelle 8 inkrementiert und im Falle einer Rückwärtsdrehung dekrementiert.
Wie vorstehend beschrieben, werden die jeweiligen Phasenspulen U, V und W paarweise in der Reihenfolge U → V, V → W und W → U erregt. Jede dieser Phasenspulen ist an einem Ende mit den anderen Spulen verbunden, während das andere Ende mit dem Zuleitungsanschluss verbunden ist. Im Falle der Erregung des Spulenpaars U → V besitzt die H-Brückenschaltung gemäß 7 z. B. zwei Arten von Stromversorgungspolaritäten, nämlich eine Polarität, bei der ein erster Anschluss auf der Seite der Spule U mit einem positiven Pol (einem ersten Pol) der Gleichstromversorgung verbunden ist, und eine weitere Polarität, bei der ein zweiter Anschluss auf der Seite der Spule V mit einem positiven Pol (einem ersten Pol) der Gleichstromversorgung verbunden ist. Im Falle der ersteren Polarität werden ein Schalter u (Feldeffekttransistor 75) und ein Schalter v' (Feldeffekttransistor 78) durchgeschaltet, während im Falle der letzteren Polarität ein Schalter u' (Feldeffekttransistor 76) und ein Schalter v (Feldeffekttransistor 77) durchgeschaltet werden.
Im Rahmen der Erfindung findet ein Pulsdauermodulations-Regelverfahren Verwendung, wie es in 14 veranschaulicht ist. Bei fester Polarität der angelegten Spannung findet hierbei keine Polaritätsumschaltung in einem Zustand statt, bei dem der erste Anschluss eines Spulenpaars mit dem ersten Pols (z.B. dem positiven Pol) der Fahrzeugbatterie (Gleichstromquelle) 57 verbunden ist, während eine Umschaltung auf der Basis des vorher festgelegten Tastverhältnisses η in einem Zustand erfolgt, bei dem der zweite Anschluss mit dem zweiten Pol (z.B. dem negativen Pol, wobei in diesem Zusammenhang auch eine Masseverbindung als äquivalent zu einer negativen Verbindung angesehen wird) verbunden ist. Bei dem Diagramm der U → V-Erregung gemäß 14 ist z.B. der Schalter u (Feldeffekttransistor 75) auf der Seite der Spule U kontinuierlich durchgeschaltet, während der Schalter v' (Feldeffekttransistor 78) auf der Seite der Spule V geschaltet wird. Wenn die Kombination der zu erregenden Spulenpaare in der Reihenfolge U → V, V → W und W → U umgeschaltet wird, werden die entsprechenden Schalter aufeinanderfolgend ausgewählt, wobei die gleichen Schaltvorgänge in der in der Figur dargestellten Weise erfolgen.
Bei dem vorstehend im einzelnen beschriebenen Verfahren wird eine günstige Linearität bei der Drehzahlregelung erhalten, da bei der Schaltsteuerung keine Totzeit auftritt. Hierbei ergibt sich die Klemmenspannung in einem Normalbetriebszustand in der nachstehend beschriebenen Weise, wobei die Erregung von U → V als Beispiel herangezogen wird, bei dem die Spannungen zwischen den Anschlüssen der jeweiligen Phasen Vu, Vv und Vw betragen und die Versorgungsspannung durch Vs gegeben ist. Da die U-Phase normalerweise eingeschaltet ist, ergibt sich die folgende Beziehung: Vu = Vs (1)
Da die V-Phase auf der Basis des Tastverhältnisses η umgeschaltet wird, nimmt Vv im Einschaltzustand den Massepegel an und entspricht im Abschaltzustand der Versorgungsspannung. Im Mittel ergibt sich daher die folgende Beziehung: Vv = (1 – η) Vs (2)
Weiterhin befindet sich die Masseseite der mit der U-Phase und der V-Phase in Sternschaltung verbundenen W-Phase normalerweise im Leerlauf, sodass Vw dem mittleren Spannungspegel von Vz und Vv entspricht, was sich durch die nachstehende Gleichung ausdrücken lässt: Vw = (Vu + Vv)/2 (3)
Sodann geht der Ablauf zur Störzustandsbestimmung auf einen Schritt S210 gemäß 13 über. Die Funktion der die Hauptrolle bei der Störzustandsbestimmung spielenden Störzustandsbestimmungseinrichtung wird hierbei von der Haupt-Zentraleinheit 111 (der Lenkregeleinrichtung 100) übernommen, die ein in dem Festspeicher 112 gespeichertes Störzustandsbestimmungsprogramm verarbeitet (der gleiche Vorgang kann natürlich auch von der untergeordneten Zentraleinheit 122 durchgeführt werden). Wie in 7 veranschaulicht ist, wird ein Störzustand durch Erfassung der Spannungen der drei Phasenanschlüsse u, v und w ermittelt. Wie in 15 veranschaulicht ist, werden die Spannungen an den jeweiligen Anschlüssen u, v und w über Spannungsteilerwiderstände 150 und 151 in die Analog-Digital-Eingänge der Ein-Ausgabe-Schnittstelle 114 des Haupt-Mikrocomputers 110 eingegeben. Da diese Klemmenspannungen auf Grund der Schaltvorgänge sämtlich in Form von intermittierenden Signalverläufen vorliegen, wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine Mittelwertbildung bei einer Anzahl von benachbarten bzw. aufeinanderfolgenden Abtastwerten der Klemmenspannungen vorgenommen. Weiterhin sind die Signaleingabeleitungen jeweils einem Kondensator 153 zur Glättung bzw. Unterdrückung von Störsignalanteilen parallel geschaltet.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel der Lenkwellen-Antriebsmotor 6 von einem bürstenlosen Dreiphasenmotor gebildet wird, werden für die Klemmenspannungen an den drei Phasenzuleitungsanschlüssen u, v und w jeweils die Messwerte Vu, Vv und Vw erhalten. Wie in den vorstehenden Gleichungen (1) bis (3) angegeben ist, werden bei Anordnung der Messwerte Vu, Vv und Vw der Klemmenspannungen in der Reihenfolge von der größten zur kleinsten Spannung jeweils die Werte V₁, V₂ und V₃ erhalten (vorausgesetzt, dass V₁ ≥ V₂ ≥ V₃ gilt), sodass sich im Normalzustand des Motors auf der Basis von Gleichung (3) die nachstehende Beziehung ergibt: (V1 + V3)/2 = V2 (4)
Obwohl (V₁ + V₃)/2 auf Grund von verschiedenen Abweichungsfaktoren selten vollständig mit V₂ übereinstimmt, kann bei Vorgabe eines gewissen zulässigen Toleranzbereichs eine weitgehende Übereinstimmung von (V₁ + V₃)/2 mit V₂ erhalten werden. Die Störzustandsbestimmungseinrichtung kann somit das Vorliegen eines Störzustands auf der Basis von Rechenergebnissen bestimmen, die bei der Überprüfung erhalten werden, ob eine Koinzidenz von V₁ + V₃ mit 2^*V₂ innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereichs vorliegt.
16 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Störzustandsbestimmungsablauf. Wenn die Summe von zwei beliebig gewählten Werten der Klemmenspannungs-Messwerte Vu, Vv und Vw durch Vm und der verbleibende Wert durch Vr gegeben sind, besteht dieser Ablauf im wesentlichen darin, dass ein Rechenvorgang zur Bestimmung des Vorliegens einer Koinzidenz von Vm mit 2^*Vr in einem vorgegebenen Bereich durchgeführt wird, bei dem die Kombination der zur Berechnung von Vm gewählten beiden Messwerte verändert wird. Wenn hierbei kein Rechenergebnis erhalten wird, bei dem eine Koinzidenz von Vm mit 2^*Vr vorliegt, wird ein Störzustand des Lenkwellen-Antriebsmotors 6 festgestellt. In Schritten D10 und D11 wird von einer U → W-Phasenerregung oder einer W → U-Phasenerregung ausgegangen, während in Schritten D13 und D14 von einer V → W-Phasenerregung oder einer W → V-Phasenerregung ausgegangen wird. Weiterhin wird in Schritten D16 und D17 von einer U → V-Phasenerregung oder einer V → U-Phsenerregung ausgegangen. Unter Ausnutzung einer bestimmten Zeitdauer, die bis zum Beginn der nächsten Abtastung für die Störzustandsbestimmung zur Verfügung steht, wird dann von verschiedenen leitenden Phasen während der Abtastung in Bezug auf die Kombinationen der erhaltenen Messwerte Vu, Vv und Vw der Klemmenspannungen ausgegangen, wobei Rechenvorgänge durch nacheinander erfolgende Verwendung der Kombinationen der gemessenen Klemmenspannungen bei den leitenden Phasen jeweils entsprechenden Bestimmungsberechnungsmustern (D12, D15 und D18) durchgeführt werden. Die Bestimmungsmuster entsprechen jeweils Gleichung (4) und dienen der Ermittlung, ob der Absolutwert eines durch Subtraktion der doppelten Klemmenspannung einer nicht erregten Phase von der Summe der Klemmenspannungen von zwei erregten Phasen erhaltenen Wertes einem einen Toleranzbereich angebenden Schwellenwert ε entspricht oder kleiner ist.
Wenn bei diesem Rechenablauf ein Ergebnis für eine beliebige der leitenden Phasen erhalten wird, das angibt, dass dieser Wert dem Schwellenwert ε entspricht oder kleiner ist, erfolgt die sofortige Feststellung, dass kein Störzustand vorliegt, woraufhin der Störzustandsbestimmungsablauf beendet wird, ohne dass spezielle Maßnahmen zur Störzustandsbehebung getroffen werden. Wenn dagegen kein derartiges Ergebnis erhalten wird, das angibt, dass dieser Wert dem Schwellenwert ε entspricht oder kleiner ist, erfolgt in einem der Schritte D19 bis D21 die Feststellung des Vorliegens eines Störzustands. Bei Erhalt dieses Ergebnisses führt die Lenkregeleinrichtung 100 z.B. einen Vorgang zur Umschaltung des Verriegelungsmechanismus 19 in den Verriegelungszustand durch. Hierbei können im Rahmen der Ermittlung, ob eine Koinzidenz von V₁ + V₃ mit 2^*V₂ innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches vorliegt, zusätzlich zu einer Gleichung (4) direkt entsprechenden Berechnung auch verschiedene alternative Algorithmen mathematisch einbezogen werden. Hierbei können beliebige Methoden dieser Art Anwendung finden, solange weitgehend äquivalente Bestimmungsergebnisse erhalten werden. So kann z.B. auch ein Verfahren zur Berechnung des Verhältnisses von (V₁ + V₃) zu 2^*V₂ Verwendung finden. Da diese Verfahren sämtlich eine Störzustandsbestimmung ohne Identifizierung der jeweils leitenden Phase ermöglichen, kann eine Störzustandsbestimmung problemlos auch unter Verwendung einer Mehrzweck-Zentraleinheit erfolgen.
Außerdem kann durch Anordnung von Vu, Vv und Vw in der Reihenfolge von der größten zur kleinsten Spannung und entsprechende Zuordnung von V₁, V₂ und V₃ (vorausgesetzt, dass V₁ ≥ V₂ ≥ V₃ gilt) das Vorliegen eines Störzustands auch durch einen Rechenvorgang bestimmt werden, bei dem nur ein einmaliger Vergleich von V₁ + V₃ und 2^*V₂ erfolgt. Darüber hinaus können die Bestimmungsrechenergebnisse zusätzlich zu einer qualitativen Information bezüglich des Vorliegens eines Störzustands auch eine Information enthalten, durch die die zugehörige Phase identifiziert werden kann, bei der der Störzustand vorliegt. Unter Verwendung dieser Information kann dann ein Vorgang zur Identifizierung der den Störzustand zuzuordnenden Phase durchgeführt werden. 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Ablauf, bei dem ein erstes Pulsdauermodulationsregelverfahren eingestellt ist. In einem Schritt D110 werden Vu, Vv und Vw in der Reihenfolge von der größten zur kleinsten Spannung angeordnet, wobei eine entsprechende Zuordnung von V₁, V₂ und V₃ erfolgt. Sodann wird in einem Schritt D111 ein Bestimmungsrechenvorgang gemäß Gleichung (4) in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführt. Hierbei wird das Vorliegen eines Normalzustands festgestellt, wenn V₁ + V₃ mit 2^*V₂ (innerhalb eines durch den Schwellenwert ε gegebenen Bereiches) übereinstimmt, womit der Störzustandsbestimmungsablauf abgeschlossen ist. Wenn dagegen V₁ + V₃ keine Koinzidenz mit 2^*V₂ aufweist, geht der Ablauf auf einen Schritt D112 über, an den sich Schritte zur Durchführung eines Vorgangs zur Identifizierung der gestörten Phase anschließen. Wenn die Klemmenspannungen der leitenden Phasen durch V₁ + V₃ gegeben sind und bei der V₁ entsprechenden Phase eine Unterbrechung vorliegt, befindet sich der V₁ zugeordnete Anschluss bei der Stromzufuhr von der Batterie unverändert im Leerlauf. Demzufolge entspricht der Wert der Klemmenspannung V₁ der Batteriespannung Vs. Da jedoch die V₃ entsprechende Phase und die V₂ entsprechende Phase, die über den Sternpunkt angeschlossen sind, auf Grund dieser Unterbrechung batterieseitig von der V₁ entsprechenden Phase getrennt sind, gehen die Klemmenspannungen V₂ und V₃ auf den Wert Null über. Im Schritt D112 werden daher gleichzeitig Rechenvorgänge für die Ermittlung durchgeführt, ob die nachstehenden Beziehungen gegeben sind: |V1 – Vs| < ε (5) V2 < ε (6) V3 < ε (7)wobei mit ε der Schwellenwert bezeichnet ist. Wenn diese Beziehungen vorliegen, wird ein Unterbrechungszustand bei der V₁ entsprechenden Phase festgestellt und eine entsprechende Meldung abgegeben.
Wenn weiterhin bei der V₂ entsprechenden Phase eine Unterbrechung vorliegt, befinden sich die V₁ und V₃ entsprechenden Phasen bezüglich der Erregung im Normalzustand, sodass V₁ und V₃ gemäß den Gleichungen (1) und (2) jeweils die Werte Vs bzw. (1 – η)Vs annehmen. Da die V₂ entsprechende Phase, die im Normalzustand den Mittelwert von V₁ und V₃ annimmt, jedoch auf Grund der Unterbrechung von der Batterie getrennt ist, nimmt V₂ den Wert Null an. In einem Schritt D114 werden daher gleichzeitig Berechnungen für die Ermittlung durchgeführt, ob die nachstehenden Beziehungen gegeben sind: |V1 – Vs| < ε (8) V2 < ε (9) |V3 – (1 – η)Vs| < ε (10)wobei mit ε der Schwellenwert bezeichnet ist. Wenn diese Beziehungen vorliegen, wird ein Unterbrechungszustand bei der V₂ entsprechenden Phase festgestellt und eine entsprechende Meldung abgegeben.
Wenn weiterhin bei der V₃ entsprechenden Phase eine Unterbrechung vorliegt, verbleibt der V₁ zugeordnete Anschluss in Bezug auf die Stromzufuhr von der Batterie im Leerlauf, sodass der Wert der Klemmenspannung V₁ der Batteriespannung Vs entspricht. Da jedoch die V₃ entsprechende Phase auf Grund der Unterbrechung von der Batterie getrennt ist, nimmt deren Klemmenspannung den Wert Null an. Außerdem besitzt die Klemmenspannung V₂, die im Normalzustand den Mittelwert von V₁ und V₃ annimmt, das gleiche Potential wie V₁ d.h. Vs, da die V₃ entsprechende Phase auf Grund der Unterbrechung abgeschaltet ist. Demzufolge finden in einem Schritt D116 gleichzeitige Rechenvorgänge für die Ermittlung statt, ob die nachstehenden Beziehungen gegeben sind: |V1 – Vs| < ε (11) |V2 – Vs| < ε (12) V3 < ε (13)wobei mit ε der Schwellenwert bezeichnet ist. Wenn diese Beziehungen vorliegen, wird ein Unterbrechungszustand bei der V₃ entsprechenden Phase festgestellt und eine entsprechende Meldung abgegeben.
Wie in 12 veranschaulicht ist, wird in einem Schritt S3 sodann überprüft, ob der Zündschalter abgeschaltet ist, wobei bei Vorliegen des Abschaltzustands des Zündschalters der Ablauf auf einen Schritt S4 übergeht, der einen Beendigungsvorgang darstellt. Der Abschaltzustand des Zündschalters beinhaltet, dass der Betrieb des Kraftfahrzeugs beendet ist. Der Haupt-Mikrocomputer 110 liest daher die in dem Lenkwellen-Winkelstellungszähler enthaltene abschließende Winkelstellung der Radlenkwelle 8 zur Einspeicherung dieser Winkelstellung in den EEPROM-Speicher 115 aus und setzt außerdem ein in dem Direktzugriffsspeicher 113 vorgesehenes Dateneinschreibbeendigungszeichen, womit der Ablauf abgeschlossen ist.
Wie vorstehend beschrieben, werden somit die Klemmenspannungen von jeweiligen Phasenspulen eines von einem bürstenlosen Dreiphasenmotor gebildeten Lenkwellen-Antriebsmotors separat erfasst. Wenn die an zumindest drei verschiedenen Zuleitungsanschlüssen u, v und w erfassten Klemmenspannungen jeweils durch Vu, Vv und Vw und diese Messwerte Vu, Vv und Vw bei Anordnung in der Reihenfolge von der größten zur kleinsten Spannung durch V₁, V₂ und V₃ gegeben sind, vorausgesetzt, dass V₁ ≥ V₂ ≥ V₃ gilt, wird eine Berechnung für die Ermittlung durchgeführt, ob V₁ + V₃ Koinzidenz mit 2^*V₂ innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches aufweist und auf der Basis der durch diese Berechnung erhaltenen Ergebnisse eine Feststellung bezüglich des Vorliegens eines Störzustands getroffen.
Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte ersichtlich sein, dass im Rahmen der Erfindung auch zahlreiche Modifikationen und Änderungen möglich sind. Es sei daher darauf hingewiesen, dass die Erfindung im Rahmen der Patentansprüche auch in einer von der vorstehenden Beschreibung abweichenden Weise ausgeführt werden kann.

Claims

Fahrzeuglenkungsregelsystem, durch das ein auf eine Radlenkwelle zu übertragender Lenkwinkel in Abhängigkeit von einem einer Lenkradspindel zur Lenkung erteilten Drehbewegungswinkel und einem Betriebszustand des Fahrzeugs bestimmt und die Radlenkwelle durch einen von einem bürstenlosen Dreiphasenmotor gebildeten Lenkwellen-Antriebsmotor zur Herbeiführung des Lenkwinkels angetrieben und gedreht werden, mit einer Lenkradspindel-Winkelerfassungseinrichtung zur Erfassung der Winkelstellung der Lenkradspindel, einer Lenkwellen-Winkelerfassungseinrichtung zur Erfassung der Winkelstellung der Radlenkwelle, einer Betriebszustandserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Betriebszustands des Fahrzeugs, einer Lenkregeleinrichtung zur Bestimmung einer Sollwinkelstellung der Radlenkwelle auf der Basis der ermittelten Winkelstellung der Lenkradspindel und des erfassten Betriebszustands des Fahrzeugs und Regelung der Drehzahl des Lenkwellen-Antriebsmotors auf der Basis einer Differenz zwischen der Winkelstellung der Radlenkwelle und der Sollwinkelstellung durch ein Pulsdauermodulations-Steuerverfahren zur Regelung des Betriebs des Lenkwellen-Antriebsmotors dahingehend, dass die Winkelstellung der Radlenkwelle der Sollwinkelstellung angenähert wird, wobei durch das Pulsdauermodulations-Steuerverfahren keine Umschaltung in einem Zustand erfolgt, bei dem ein erster Anschluss mit einem ersten Pol einer Gleichstromversorgungseinrichtung verbunden ist, während eine Umschaltung in einem Zustand erfolgt, bei dem ein zweiter Anschluss mit einem zweiten Pol der Gleichstromversorgungseinrichtung verbunden ist, und wobei einer der Leitungsanschlüsse eines Paares von gleichzeitig erregten Zweiphasenspulen des Lenkwellen-Antriebsmotors den ersten Anschluss bildet, während der andere Leitungsanschluss den zweiten Anschluss bildet, einer Klemmenspannungs-Messeinrichtung zur separaten Messung der Klemmenspannung von jeweiligen Phasenspulen des Lenkwellen-Antriebsmotors, und einer Störzustands-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines Störzustands auf der Basis von Ergebnissen einer Berechnung zur Bestimmung, ob V₁ + V₃ innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereichs mit 2^*V₂ übereinstimmt, wobei die Messwerte der Klemmenspannungen von Dreiphasen-Leitungsanschlüssen u, v und w des Lenkwellen-Antriebsmotors jeweils durch Vu, Vv und Vw gegeben sind und bei Anordnung der Messwerte Vu, Vv und Vw in der Reihenfolge von der größten zur kleinsten Spannung jeweils die Werte V₁, V₂ und V₃ unter der Voraussetzung erhalten werden, dass V₁ ≥ V₂ ≥ V₃ gilt.
Fahrzeuglenkungsregelsystem nach Anspruch 1, bei dem die Störzustands-Bestimmungseinrichtung einen Rechenvorgang durchführt, um zu bestimmen, ob eine Koinzidenz von Vm mit 2^*Vr in einem vorgegebenen Bereich vorliegt, wobei die Summe von zwei beliebig gewählten Werten der Messwerte Vu, Vv und Vw der Klemmenspannungen durch Vm und der verbleibende Wert durch Vr gegeben sind und die Kombination der zur Berechnung von Vm gewählten beiden Messwerte verändert wird, und wobei das Vorliegen eines Störzustands des Lenkwellen-Antriebsmotors festgestellt wird, wenn kein Rechenergebnis erhalten wird, bei dem eine Koinzidenz von Vm mit 2^*Vr vorliegt.
Fahrzeuglenkungsregelsystem nach Anspruch 1, bei dem die Lenkradspindel mechanisch von der Radlenkwelle getrennt ist, mit einem Verriegelungsmechanismus, der zwischen einem Verriegelungszustand, bei dem die Lenkradspindel und die Radlenkwelle miteinander verbunden und gemeinsam drehbar derart verriegelt sind, dass eine auf die Lenkradspindel ausgeübte manuelle Betätigungskraft direkt auf die Radlenkwelle übertragen wird, und einem Entriegelungszustand umschaltbar ist, bei dem die Verbindung und Verriegelung der Lenkradspindel mit der Radlenkwelle aufgehoben sind, und einer Verriegelungssteuereinrichtung, durch die der Verriegelungsmechanismus bei Erhalt eines Störzustands-Feststellungsergebnisses von der Störzustands-Bestimmungseinrichtung in den Verriegelungszustand versetzt und der Lenkwellen-Antriebsmotor abgeschaltet werden.
Fahrzeuglenkungsregelsystem nach Anspruch 2, bei dem die Lenkradspindel mechanisch von der Radlenkwelle getrennt ist, mit einem Verriegelungsmechanismus, der zwischen einem Verriegelungszustand, bei dem die Lenkradspindel und die Radlenkwelle miteinander verbunden und gemeinsam drehbar derart verriegelt sind, dass eine auf die Lenkradspindel ausgeübte manuelle Betätigungskraft direkt auf die Radlenkwelle übertragen wird, und einem Entriegelungszustand umschaltbar ist, bei dem die Verbindung und Verriegelung der Lenkradspindel mit der Radlenkwelle aufgehoben sind, und einer Verriegelungssteuereinrichtung, durch die der Verriegelungsmechanismus bei Erhalt eines Störzustands-Feststellungsergebnisses von der Störzustands-Bestimmungseinrichtung in den Verriegelungszustand versetzt und der Lenkwellen-Antriebsmotor abgeschaltet werden.