DE60304644T2

DE60304644T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE60304644T2
Application number: DE60304644T
Authority: DE
Inventors: Kouya Yoshida; Yasuji Norito
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: JP2004106664A; EP1400434A3; EP1584543A3; US6907334B2; EP1584543B1; DE60304644D1; EP1400434A2; DE60318251D1; DE60318251T2; EP1584543A2; EP1400434B1; ES2297644T3; US20040054456A1; JP4089367B2; KR20040025547A; ES2261892T3; EP1400434B8

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Lenkkraft eines Lenkglieds durch einen Elektromotor zu unterstützen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In einer herkömmlichen bzw. konventionellen elektrischen Servolenkvorrichtung wird, wenn ein Schaltelement, das eine Antriebsschaltung eines Elektromotors bildet bzw. darstellt, beschädigt und kurzgeschlossen wird, ein Relaiskontakt eines Leistungs- bzw. Energiezufuhrsystems ausgeschaltet, um Energie bzw. Leistung zu unterbrechen.
Jedoch wird beispielsweise im Fall eines bürstenlosen Motors, selbst wenn die Schaltung unterbrochen wird und die Energie getrennt wird, eine Schaltung, in welcher ein durch den bürstenlosen Motor induzierter Strom fließt, in wenigstens einer von U-, V-, und W-Phasenschaltungen bzw. -schaltkreisen der Antriebsschaltung ausgebildet. Deshalb funktioniert bzw. fungiert, wenn ein Lenkrad ohne Aktivieren der elektrischen Servolenkvorrichtung betätigt wird, der bürstenlose Motor als ein Generator und erzeugt bzw. generiert einen induzierten Strom. Dann gibt es Probleme, daß das Lenkrad äußerst schwerfällig werden kann und eine Abweichung (Drehmomentwelligkeit) im Gewicht des Lenkrads auftreten kann.
Um diese Probleme zu lösen wurden herkömmlicherweise die folgenden Maßnahmen getroffen: ein Relaiskontakt wird mit einem Pfad bzw. Weg verbunden, durch welchen der induzierte Strom fließt bzw. strömt, und der Relaiskontakt wird bei einem Auftreten eines Kurzschlußversagens bzw. -fehlers ausgeschaltet; eine Verbindungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Kupplung wird zwischen dem Motor und dem Lenksystem zwischengeschaltet, und die Verbindungsvorrichtung wird bei Auftreten eines Kurzschlußfehlers getrennt, um den Motor daran zu hindern, durch das Lenkrad gedreht zu werden, und Energie zu erzeugen; weiterhin ist bzw. wird eine Schaltvorrichtung in Serie zum Motor angeordnet, und die Schaltvorrichtung wird geöffnet, wenn eine Abnormalität auftritt, um den Weg zu unterbrechen, durch welchen der induzierte Strom fließt.
Jedoch leiden all diese Maßnahmen an den Problemen von komplizierten Strukturen, eines Anstiegs in der Anzahl von Teilen, und eines Anstiegs in den Kosten von Teilen.
Zu beachten ist, daß als eine Technik zum Trennen der Schaltung die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 11-250790 (1999) eine zwangsweise schmelzende Sicherung zum gewaltsamen bzw. zwangsweisen Schmelzen einer Sicherung, und eine Stromtrenn- bzw. -unterbrechungsvorrichtung offenbart. Außerdem offenbart das japanische Patent Nr. 2662315 eine ein Überhitzen verhindernde Vorrichtung für ein Heizgerät, um ein Überhitzen bzw. Heißlaufen einer Heizungseinheit durch ein Detektieren eines abnormalen Zustands zu verhindern, in welchem ein Temperatursicherungsabschnitt eines elektrischen Gebläse- bzw. Ventilatorheizgeräts, ein elektrischer Teppich, oder dgl. nicht richtig arbeitet. Weiterhin offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-43783 Schutzvorrichtungen, wie beispielsweise eine Stromsicherung, eine Temperatursicherung und eine Sicherung mit einem Widerstand, welche die Notwendigkeit eines Erwärmens eines Abdichtungsharzes beim Abdichten eines Isoliergehäuses mit dem Abdichtungsharz beseitigen, und dadurch ein Schmelzen einer Legierung von niedrigem Schmelzpunkt oder einer löslichen Legierung beim Abdichten verhindern und einen Fehlervorgang bzw. eine fehlerhafte Betätigung in einem tatsächlichen Vorgang bzw. Betrieb verhindern.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde mit dem Ziel gemacht, die obigen Probleme zu lösen, und es ist ein Hauptziel bzw. -gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einfache Strukturen aufweist, um eine Verringerung in den Kosten von Teilen zu ermöglichen, und verhindert, daß die für ein Lenken erforderliche Kraft beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers zu groß wird.
Übrigens ergibt sich die Notwendigkeit eines Trennens bzw. Unterbrechens eines Pfads, durch welchen ein induzierter Strom fließt, wenn ein permanenter Fehler, wie beispielsweise ein Kurzschlußfehler an einem Schaltelement auftritt. In einem derartigen Fall ist eine Wiederherstellung nicht erforderlich und es ist gerade notwendig, einmal den Pfad, durch welchen der induzierte Strom in diesem Moment fließt, zu trennen bzw. zu unterbrechen. Demgemäß ist, um das obige Ziel zu erreichen, eine elektrische Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, indem eine Sicherung in einem Pfad bereitgestellt wird, durch welchen ein induzierter Strom möglicherweise fließt bzw. strömt, und die Sicherung gewaltsam bzw. zwangsweise schmilzt, wenn ein Kurzschlußfehler detektiert wird.
Ein erster Aspekt einer elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Servolenkvorrichtung, welche eine Lenkkraft eines Lenkglieds durch einen Elektromotor unterstützt, der durch eine Brückenschaltung bestehend aus einer Mehrzahl von Schaltelementen angetrieben ist, welche entsprechend Steuer- bzw. Regelsignalen EIN/AUS gesteuert bzw. geregelt sind, die von einer Steuer- bzw. Regelschaltung zugeführt sind, und gekennzeichnet dadurch, daß sie umfaßt: eine Mehrzahl von Sicherungen, die zur Verfügung gestellt sind, um eine geschlossene Schaltung zu trennen bzw. zu unterbrechen, welche beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers an den Schaltelementen ausgebildet ist; Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel zum Spezifizieren eines kurzgeschlossenen Schaltelements; und Mittel zum Einschalten von einem oder einer Mehrzahl von Schaltelementen, welche nicht kurzgeschlossen sind, um einen Strom in der Sicherung zum Trennen bzw. Unterbrechen einer geschlossenen Schaltung zu einem Fließen zu veranlassen, beinhaltend das Schaltelement, das durch die Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel spezifiziert ist, während der Elektromotor umgangen ist.
Gemäß dem ersten Aspekt einer derartigen elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird die Lenkkraft des Lenkglieds durch den Elektromotor unterstützt, der durch die Brückenschaltung bestehend aus einer Mehrzahl von Schaltelementen angetrieben ist. Eine Mehrzahl von Sicherungen ist vorgesehen, um eine geschlossene Schaltung zu trennen, welche beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers an den Schaltelementen ausgebildet wird, und die Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel spezifizieren ein kurzgeschlossenes Schaltelement. Ein oder eine Mehrzahl von Schaltelementen, welche nicht kurzgeschlossen sind, werden eingeschaltet, um einen Strom zu einer Sicherung zum Trennen bzw. Unterbrechen einer geschlossenen Schaltung zu einem Fließen zu veranlassen, beinhaltend das kurzgeschlossene Schaltelement, das durch die Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel spezifiziert ist, während der Elektromotor umgangen ist.
Demgemäß ist es möglich, eine elektrische Servolenkvorrichtung zu verwirklichen bzw. zu realisieren, die einfache Strukturen aufweist, um eine Verringerung in den Kosten von Teilen zu ermöglichen, und verhindert, daß die zum Lenken erforderliche Kraft beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers zu groß wird.
Ein zweiter Aspekt einer elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung basiert auf dem dritten Aspekt und ist dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt: eine Motorspannungs-Detektionsschaltung zum Detektieren einer Spannung zwischen beiden Enden des Elektromotors; und eine Stromdetektionsschaltung zum Detektieren eines Stromwerts eines Stroms, der in dem Elektromotor fließt, und wobei die Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel ein kurzgeschlossenes Schaltelement spezifizieren basierend auf der Spannung, die durch die Spannungsdetektionsschaltung detektiert ist, dem Stromwert, der durch die Stromdetektions schaltung detektiert ist, und Steuer- bzw. Regelsignalen, die der Mehrzahl von Schaltelementen zugeführt sind.
Gemäß dem zweiten Aspekt einer derartigen elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung detektiert in dem dritten Aspekt die Spannungs-Detektionsschaltung eine Spannung zwischen beiden Enden des Elektromotors, und die Stromdetektionsschaltung detektiert den Wert eines Stroms, der im Elektromotor fließt. Die Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel spezifizieren ein kurzgeschlossenes Schaltelement basierend auf der Spannung, die durch die Spannungsdetektionsschaltung detektiert ist, dem Stromwert, der durch die Stromdetektionsschaltung detektiert ist, und Steuer- bzw. Regelsignalen, die zu der Mehrzahl von Schaltelementen zugeführt sind.
Demgemäß ist es möglich, eine elektrische Servolenkvorrichtung zu verwirklichen, die einfache Strukturen aufweist, um eine Verringerung in den Kosten von Teilen zu ermöglichen und verhindert, daß die zum Lenken erforderliche Kraft beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers zu groß wird.
Ein dritter Aspekt einer elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung basiert auf dem ersten Aspekt und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsverbindungsmittel und die Leistung-Aus-Mittel aus einem ausfallsicheren Relais zusammengesetzt sind, das einen normaler Weise offenen Kontakt aufweist.
Gemäß dem dritten Aspekt einer derartigen elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind im ersten oder dritten Aspekt die Leistungsverbindungsmittel und die Leistung-Aus-Mittel aus einem ausfallsicheren Re lais zusammengesetzt, das einen normaler Weise offenen Kontakt aufweist.
Die obigen und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden vollständiger aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines wesentlichen Abschnitts einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Strukturen eines bürstenlosen Motors und einer Motorantriebsschaltung zusammen mit einer Motorstromdetektionsschaltung der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
3A und 3B sind Flußdiagramme, die die Be- bzw. Verarbeitungsprozedur einer CPU zeigen, zum Erklären der Arbeitsweise bzw. des Betriebs der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines wesentlichen Abschnitts einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5A und 5B sind Flußdiagramme, die die Be- bzw. Verarbeitungsprozedur einer CPU zeigen, zum Erklären der Arbeitsweise der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklären, die bevorzugte Ausführungsformen davon illustrieren.
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration eines wesentlichen Abschnitts einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Servolenkvorrichtung wird ein Drehmomentdetektionssignal, welches durch einen Drehmomentsensor 10 detektiert und ausgegeben wird, zum Detektieren eines Drehmoments, das an eine Lenkwelle (nicht gezeigt) angewendet bzw. angelegt wird, durch eine Interface- bzw. Schnittstellenschaltung 11 an eine CPU 12 geliefert, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, welches durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 20 detektiert und ausgegeben wird, zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch eine Interface-Schaltung 21 an die CPU 12 geliefert.
Ein Relais-Regel- bzw. -Steuersignal, das von der CPU 12 ausgegeben wird, wird in eine Relaisantriebsschaltung 15 (Leistung-Aus-Mittel) eingegeben. Die Relaisantriebsschaltung 15 führt EIN/AUS Regelung bzw. Steuerung eines ausfallsicheren Relaiskontakts 15a (Leistungsverbindungsmittel) gemäß dem Relais-Regel- bzw. -Steuersignal aus, das von der CPU 12 geliefert wird. Zu beachten ist, daß der ausfallsichere Relaiskontakt 15a ein normalerweise offener Kontakt ist, um die ausfallsichere Funktion zu verwirklichen, und normalerweise in einen geschlossenen (EIN) Zustand durch die Relaisantriebsschaltung 15 eingestellt bzw. gesetzt wird, wenn die Hauptleistung eines Fahrzeugs, an welchem die elektrische Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung montiert bzw. angeordnet ist, eingeschaltet wird.
Unter Bezugnahme auf eine interne Drehmoment/Stromtabelle 16, die die Beziehung zwischen Drehmoment und einem entsprechenden Zielstromwert im Voraus speichert, generiert bzw. erzeugt die CPU 12 einen Motorstrom-Instruktions- bzw. -Befehlswert (PWM Instruktions- bzw. Befehlswert), basierend auf dem Drehmomentdetektionssignal, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und einem später beschriebenen Motorstromsignal. Der generierte Motorstrom-Instruktionswert wird an eine Motorantriebsschaltung 13 geliefert bzw. zugeführt. Die Motorantriebsschaltung 13 wird mit einer Stromversorgungsspannung einer Autobatterie P durch den ausfallsicheren Relaiskontakt 15a gespeist bzw. versorgt. Demgemäß treibt und dreht die Motorantriebsschaltung 13 einen bürstenlosen Motor 18, welcher ein das Lenken unterstützender Elektromotor ist, auf der Basis des gelieferten Motorstrom-Instruktionswerts.
Die CPU 12 erzeugt auch ein später beschriebenes Schmelz- bzw. Sicherungs-Instruktions- bzw. -Befehlssignal und liefert es an die Motorantriebsschaltung 13.
Wenn sich der bürstenlose Motor 18 dreht, detektiert ein Rotorpositionsdetektor 14 die Rotorposition des bürstenlosen Motors 18. Die Motorantriebsschaltung 13 regelt bzw. steuert eine Drehung des bürstenlosen Motors 18, basierend auf einem Rotorpositionssignal, das durch den Rotorpositionsdetektor 14 detektiert wird.
Der aktuelle bzw. Stromwert eines Motorstroms, der im bürstenlosen Motor 18 fließt, wird durch eine Motorstrom-Detektionsschaltung 17 (Stromdetektionsmittel) detektiert, und als ein Motorstromsignal an die CPU 12 geliefert.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Strukturen des bürstenlosen Motors 18 und der Motorantriebsschaltung 13 zusammen mit der Motorstrom-Detektionsschaltung 17 zeigt. Der bürstenlose Motor 18 umfaßt einen Stator 18a, in welchem Spulen A, B und C sterngeschaltet sind; einen Rotor 18b, welcher durch ein rotierendes Magnetfeld gedreht wird, das durch die Spulen A, B und C generiert bzw. erzeugt wird, und den Rotorpositionsdetektor 14 zum Detektieren der Rotationsposition des Rotors 18b.
In der Motorantriebsschaltung 13 ist die Leistungs- bzw. Energieversorgungsspannung der Autobatterie P an einem Anschluß einer positiven Seite eines Umschaltschaltkreises 8b angeschlossen. Der Umschaltschaltkreis bzw. die Umschaltschaltung 8b umfaßt eine Schaltung für die Spule A, in welcher Transistoren Q1 und Q2, die in Serie zwischen dem Anschluß der positiven Seite und der Erdungsklemme bzw. dem Erdungsanschluß angeschlossen sind, und Dioden D1 und D2, die in Serie in der Umkehr- bzw. Rückwärtsrichtung angeschlossen sind, parallel angeschlossen sind; eine Schaltung für die Spule B, in welcher Transistoren Q3 und Q4, die in Serie zwischen dem Anschluß der positiven Seite und dem Erdungsanschluß angeschlossen sind, und Dioden D3 und D4, die in Serie in der Rückwärtsrichtung angeschlossen sind, parallel angeschlossen sind; und eine Schaltung für die Spule C, in welcher Transistoren Q5 und Q6, die in Serie zwischen dem Anschluß der positiven Seite und dem Erdungsanschluß angeschlossen sind, und Dioden D5 und D6, die in Serie in der Rückwärtsrichtung angeschlossen sind, parallel angeschlossen sind, wobei diese Schaltungen parallel angeschlossen sind.
Der andere Anschluß U der sterngestalteten Spule A ist an einen gemeinsamen Verbindungs- bzw. Anschluß knoten der Transistoren Q1 und Q2 und an einen gemeinsamen Verbindungsknoten der Dioden D1 und D2 angeschlossen bzw. damit verbunden. Der andere Anschluß V der sterngeschalteten Spule B ist an einen gemeinsamen Verbindungsknoten der Transistoren Q3 und Q4 und an einen gemeinsamen Verbindungsknoten der Dioden D3 und D4 angeschlossen. Der andere Anschluß W der sterngeschalteten Spule C ist an einen gemeinsamen Verbindungsknoten der Transistoren Q5 und Q6 und an einen gemeinsamen Verbindungsknoten der Dioden D5 und D6 angeschlossen.
Die Rotationsposition des Rotors 18b, die durch den Rotorpositionsdetektor 14 detektiert wird, wird an eine Gate-Regel- bzw. -Steuerschaltung 8c übermittelt bzw. übertragen. An die Gate-Regel- bzw. -Steuerschaltung 8c werden die Rotationsrichtungsinstruktion und der Motorstrom-Instruktionswert (PWM Instruktionswert) von der CPU 12 geliefert. Durch ein Durchführen einer EIN/AUS Regelung bzw. Steuerung von jedem Gate der Transistoren Q1 bis Q6 gemäß der Rotationsrichtungsinstruktion, die von der CPU 12 geliefert wird, und der Rotationsposition des Rotors 18b, die durch den Rotorpositionsdetektor 14 detektiert wird, schaltet die Gate-Regel- bzw. -Steuerschaltung 8c den Pfad des Stroms, der zum Rotor 18a fließt, beispielsweise auf U-V, U-W, V-W, V-U, W-U, W-V und U-V, und erzeugt bzw. geniert im Rotor 18a ein rotierendes Magnetfeld.
Auf dem Weg von Verdrahtungen, die den Umschaltschaltkreis 8b mit den jeweiligen Spulen A und B verbinden, sind jeweils Sicherungen Fa und Fb (Stromtrenn- bzw. -unterbrechungsmittel) vorgesehen. Die Sicherungen Fa und Fb können derart konstruiert sein, daß Heizleitungen 8d, um zuzulassen, daß der Strom von einer Schmelz- bzw. Sicherungsschaltung 8a fließt, sich um die Sicherungen Fa und Fb windet oder mit denselben in Kontakt gelangt. Demgemäß werden, wenn die Sicherungsschaltung 8a bewirkt, daß der Strom in den Heizleitungen 8d fließt, die Sicherungen Fa und Fb geschmolzen. Die Schmelz- bzw. Sicherungsschaltung 8a bewirkt, daß der Strom in den Heizleitungen 8d bei Erhalt bzw. Empfang einer Schmelz- bzw. Sicherungsinstruktion von der CPU 12 fließt.
Der Rotor 18b ist ein Permanentmagnet, und rotiert bei Erhalt eines Drehmoments, das durch das rotierende Magnetfeld bewirkt wird, welches durch die Spulen A, B und C nämlich den Rotor 18a erzeugt wird. Durch ein PWM (Pulsbreiten-Modulation) Steuern bzw. Regeln des EIN/AUS der Transistoren Q1 bis Q6 gemäß dem Motorstrom-Instruktionswert, steuert bzw. regelt die Gate-Regel- bzw. -Steuerschaltung 8c auch eine Zunahme/Abnahme des Rotationsdrehmoments des bürstenlosen Motors 18.
Die Dioden D1 bis D6 sind Schwungraddioden zum Schützen der Transistoren Q1 bis Q6 und lassen den Strom fortfahren, im Stator 18a zu fließen.
Die Motorstromdetektionsschaltung 17 detektiert den aktuellen Wert des Stroms, der in jedem der Anschlüsse U, V und W des bürstenlosen Motors 18 fließt, und liefert ihn als ein Motorstromsignal an die CPU 12.
Bezugnehmend auf die Flußdiagramme von 3A und 3B, die die Bearbeitungs- bzw. Verarbeitungsprozedur der CPU 12 zeigen, wird die nachfolgende Beschreibung die Arbeitsweise bzw. Betätigung der elektrischen Servolenkvorrichtung erklären, die eine derartige Konfiguration aufweist.
In der ein Lenken unterstützenden Tätigkeit beurteilt die CPU 12 zuerst, ob ein Flag F 0 ist oder nicht (Schritt S1). Es wird angenommen, daß das Flag F im Anfangszustand auf 0 rückgesetzt ist.
Wenn das Flag F 0 ist (JA in Schritt S1), liest die CPU 12 ein Drehmomentdetektionssignal, das durch den Drehmomentsensor 10 detektiert wird, durch die Interface-Schaltung 11 (Schritt S2), und liest ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 20 detektiert wird, durch die Interface-Schaltung 21 (Schritt S3).
Als nächstes bestimmt unter Bezugnahme auf die Drehmoment/Stromtabelle 16 die CPU 12 einen Ziel-Motorstromwert basierend auf dem in Schritt S2 bzw. S3 gelesenen Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und Drehmomentdetektionssignal (Schritt S4).
Anschließend liest die CPU 12 ein Motorstromsignal von der Motorstrom-Detektionsschaltung 17 (Schritt S5), und beurteilt, ob der gelesene Motorstromwert einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet oder nicht, welcher als ein Kriterium für einen Kurzschlußfehler voreingestellt ist (Schritt S6). Wenn der gelesene Motorstromwert nicht den ersten vorbestimmten Wert überschreitet (NEIN in Schritt S6), berechnet die CPU 12 die Differenz zwischen dem Ziel- Motorstromwert, der in Schritt S4 bestimmt wird, und dem Motorstromwert, der in Schritt S5 gelesen bzw. abgelesen wird (Schritt S7).
Als nächstes bestimmt basierend auf der in Schritt 57 berechneten Differenz die CPU 12 einen Motorstrom-Instruktionswert, um einen Strom des Ziel-Motorstromwerts im bürstenlosen Motor 18 fließen zu lassen (Schritt S8).
Anschließend bestimmt die CPU 12 einen PWM Instruktionswert und eine Rotationsrichtung entsprechend dem Motorstrom-Instruktionswert, der in Schritt S8 bestimmt wurde (Schritt S9), liefert den bestimmten PWM Instruktionswert und das die Rotationsrichtung anzeigende Signal an die Motorantriebsschaltung 13 (Schritt S10), und kehrt dann zurück und bewegt sich zu einem anderen Prozessor.
Die Motorantriebsschaltung 13 treibt an und dreht den bürstenlosen Motor 18, auf der Basis des PWM Instruktionswerts und dem eine Rotationsrichtung anzeigenden Signal, die, wie oben beschrieben, von der CPU 12 geliefert bzw. zugeführt werden.
In Schritt S6 beurteilt, wenn der in Schritt S5 gelesene Motorstromwert den ersten vorbestimmten Wert überschreitet (JA in Schritt S6), die CPU 12, ob dieser Zustand ein Kurzschlußfehler ist oder nicht, auf der Basis, ob der Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer angedauert hat oder nicht (Schritt S11). Wenn es nicht ein Kurzschlußfehler ist (NEIN in Schritt S11), berechnet die CPU 12 die Differenz zwischen dem Ziel-Motorstromwert, der in Schritt S4 bestimmt wird, und dem Motorstromwert, der in Schritt S5 gelesen wird (Schritt S7), und führt dann die gleichen Prozesse bzw. Arbeitsgänge wie oben durch.
Andererseits gibt in Schritt 511, wenn der Zustand, in welchem der Motorstromwert, der in Schritt S5 gelesen wird, den ersten vorbestimmten Wert überschreitet, für die vorbestimmte Zeitdauer angedauert hat und als ein Kurzschlußfehler beurteilt wird (JA in Schritt S11), dann die CPU 12 ein Relais-Regel- bzw. -Steuersignal an die Relaisantriebsschaltung 15 ein, um den ausfallsicheren Relaiskontakt 15a auszuschalten (Schritt S12), und stoppt dadurch die Zufuhr von Energie bzw. Leistung von der Stromversorgung P an den Schaltkreis 8b und setzt das Flag F auf l (Schritt S13).
Als nächstes liest die CPU 12 ein Motorstromsignal von der Motorstrom-Detektionsschaltung 17 (Schritt S14), und beurteilt, ob der Wert des gelesenen Motorstromsignals einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet oder nicht, welcher viel kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist (Schritt S15). Wenn der Wert des in Schritt S14 gelesenen Motorstromsignals nicht den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet (NEIN in Schritt S15), kehrt die CPU 12 zurück und bewegt sich zu einem anderen Prozeß bzw. Arbeitsgang. Zu beachten ist, daß der zweite vorbestimmte Wert dem Stromwert eines induzierten Stroms entspricht, welcher erzeugt wird, wenn der bürstenlose Motor durch die Betätigung des Lenkrads als ein Generator fungiert.
Andererseits gibt, wenn der Wert des in Schritt S14 gelesenen Motorstromsignals den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet (JA in Schritt S15), die CPU 12 eine Sicherungs- bzw. Schmelzinstruktion an die Schmelz- bzw. Sicherungsschaltung 8a ab (Schritt S16), und kehrt dann zurück und bewegt sich zu einem anderen Prozeß bzw. Arbeitsgang.
In Schritt S16 läßt, wenn eine Sicherungs- bzw. Schmelzinstruktion durch die CPU 12 gegeben wird, die Sicherungs- bzw. Schmelzschaltung 8a den Strom in den Heizleitungen 8d fließen und schmilzt dadurch die Sicherungen Fa und Fb, wie dies oben beschrieben ist.
Zu beachten ist, daß in Schritt S1, wenn das Flag nicht 0 ist, nämlich 1 ist (NEIN in Schritt S1), der ausfallsichere Relaiskontakt 15a bereits ausgeschaltet worden ist und keine Lenkunterstützung durchgeführt wird. Deshalb liest die CPU 12 ein Motorstromsignal von der Motorstrom-Detektionsschaltung 17 (Schritt S14), und beurteilt, ob der Wert des gelesenen Motorstromsignals den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet oder nicht (Schritt S15). Die nachfolgenden Prozesse sind die gleichen wie oben.
Ausführungsform 2
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines wesentlichen Abschnitts einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Servolenkvorrichtung bilden Leistungstransistoren T1, T2, T3 und T4 als Schaltelemente eine Brückenschaltung zwischen der Stromversorgung P und dem Erdanschluß.
Diese Brückenschaltung überbrückt zwischen einem Verbindungsknoten, wo die Leistungstransistoren T1 und T2 in Serie geschaltet sind, und einem Verbindungsknoten, wo die Leistungstransistoren T3 und T4 in Serie geschaltet sind, und ein Gleichstrommotor 30 ist in Serie dazwischen geschaltet. Dioden D1, D2, D3 und D4 sind parallel jeweils zu den Leistungstransistoren T1, T2, T3 und T4 in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Fließrichtung von Strom von der Stromversorgung P geschaltet. Die Stromversorgung P und die oben erwähnte Brückenschaltung sind durch einen ausfallsicheren Relaiskontakt 23a und einen Widerstand R1 zur Stromdetektion verbunden.
Eine Sicherung F1 ist zwischen dem Leistungstransistor T2 und dem Erdanschluß angeschlossen, und eine Sicherung F2 ist zwischen dem Widerstand R1 und dem Leistungstransistor T3 angeschlossen.
Ein Drehmomentdetektionssignal eines Drehmomentsensors 10 zum Detektieren eines Drehmoments, das an eine Lenkwelle (nicht gezeigt) angewendet bzw. angelegt wird, wird durch eine Interface-Schaltung 11 an eine CPU 22 geliefert.
Außerdem wird ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 20 zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit durch eine Interface-Schaltung 21 an die CPU 22 geliefert.
Unter Bezugnahme auf eine interne Drehmoment/Stromtabelle 22a, die die Beziehung zwischen dem Drehmoment und einem entsprechenden Zielstromwert im Voraus speichert, generiert die CPU 22 einen Motorstrom-Instruktionswert, der dem gelieferten bzw. zugeführten Drehmomentdetektionssignal und Fahrzeuggeschwindigkeitssignal entspricht. Der generierte Motorstrom-Instruktionswert beinhaltet Signalwerte zum Steuern bzw. Regeln der Größe des Motorstromwerts und der Rotationsrichtung, und wird an eine PWM Regel- bzw. Steuereinheit 31 eingegeben.
Die PWM Regel- bzw. Steuereinheit 31 generiert ein PWM Signal, das ein Arbeits- bzw. Lastverhältnis gemäß dem Motorstrom-Instruktionswert aufweist, der von der CPU 22 eingegeben wird. Wenn der Gleichstrommotor 30 in einer positiven Richtung angetrieben wird und sich dreht, schaltet beispielsweise die PWM Regel- bzw. Steuereinheit 31 den Leistungstransistor T4 ein, und schaltet auch den Leistungstransistor T1 durch das PWM Signal. Wenn der Gleichstrommotor 30 in der entgegengesetzten Richtung angetrieben wird und sich dreht, schaltet andererseits die PWM Regel- bzw. Steuereinheit 31 den Leistungstransistor T2 ein, und schaltet auch den Leistungstransistor T3 durch das PWM Signal.
Eine Spannung zwischen beiden Enden des Widerstands R1 wird an eine Motorstrom-Detektionsschaltung 27 geliefert, um einen Spannungswert zu detektieren. Das Detektionssignal der Motorstrom-Detektionsschaltung 27 wird als ein Feedback- bzw. Rückkopplungssignal an die CPU 22 geliefert.
Eine Spannung zwischen beiden Enden des Gleichstrommotors 30 wird an eine Motorspannungs-Detektionsschaltung 28 geliefert, um einen Spannungswert zu detektieren. Das Detektionssignal der Motorspannungs-Detektionsschaltung 28 wird an die CPU 22 geliefert.
Ein Relais-Regel- bzw. -Steuersignal, das durch die CPU 22 ausgegeben wird, wird an eine Relaisantriebsschaltung 23 geliefert. Die Relaisantriebsschaltung 23 führt eine EIN/AUS Regelung bzw. Steuerung des ausfallsicheren Relais kontakts 23a gemäß dem Relais-Regel- bzw. -Steuersignal durch, das von der CPU 22 geliefert wird. Zu beachten ist, daß der ausfallsichere Relaiskontakt 23a ein normalerweise offener Kontakt ist, um die ausfallsichere Funktion zu verwirklichen bzw. zu realisieren, und normalerweise in einem geschlossenen (EIN) Zustand durch die Relaisantriebsschaltung 23 eingestellt ist, wenn die Hauptenergie eines Fahrzeugs, an welchem die elektrische Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung montiert ist, eingeschaltet wird.
Wenn der Motorstromwert, der durch die Motorstrom-Detektionsschaltung 27 detektiert wird, einen oberen Grenzwert überschreitet, der als ein Kriterium für einen Kurzschlußfehler voreingestellt ist, oder wenn ein übermäßig großer Drehmomentwert durch den Drehmomentsensor 10 detektiert wird, liefert die CPU 22 ein Relais-Regel- bzw. -Steuersignal an die Relaisantriebsschaltung 23, und schaltet dadurch den ausfallsicheren Relaiskontakt 23a aus und stoppt die Zufuhr von Energie von der Stromversorgung P an die Brückenschaltung.
Bezugnehmend auf die Flußdiagramme von 5A und 5B, die die Be- bzw. Verarbeitungsprozedur der CPU 22 zeigen, wird die nachfolgende Beschreibung die Arbeitsweise der elektrischen Servolenkvorrichtung erklären, die eine derartige Konfiguration aufweist.
Bei der Lenkungsunterstützungstätigkeit liest die CPU 22 zuerst ein Drehmomentdetektionssignal, das durch den Drehmomentsensor 10 detektiert wird, durch die Interface-Schaltung 11 (Schritt S22), und liest ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 20 detektiert wird, durch die Interface-Schaltung 21 (Schritt S24).
Als nächstes bestimmt unter Bezugnahme auf die Drehmoment/Stromtabelle 22a die CPU 22 einen Ziel-Motorstromwert auf der Basis des in Schritt S24 gelesenen Fahrzeuggeschwindigkeitssignals und des in Schritt S22 abgelesenen Drehmomentdetektionssignals (Schritt S26).
Dann liest die CPU 22 ein Motorstromsignal von der Motorstrom-Detektionsschaltung 27 (Schritt S28), und beurteilt, ob der gelesene Motorstromwert den oben erwähnten oberen Grenzwert überschreitet oder nicht (Schritt S29). Wenn der abgelesene Motorstromwert die obere Grenze überschreitet (JA in Schritt S29), beurteilt die CPU 22, ob dieser Zustand ein Kurzschlußfehler ist oder nicht, auf der Basis, ob der Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer angedauert hat oder nicht (Schritt S38).
Wenn der Wert des gelesenen Motorstromsignals nicht den vorbestimmten Wert übersteigt (NEIN in Schritt S29), oder wenn der Zustand nicht ein Kurzschlußfehler ist (NEIN in Schritt S38), berechnet die CPU 22 die Differenz zwischen dem Ziel-Motorstromwert, der in Schritt S26 bestimmt wird, und dem Wert des in Schritt S28 gelesenen Motorstromsignals (Schritt S30). Dann bestimmt die CPU 22 auf der Basis der berechneten Differenz einen Motorstrom-Instruktionswert, um einen Strom des Zielstromwerts im Gleichstrommotor 30 fließen zu lassen (Schritt S32).
Als nächstes bestimmt die CPU 22 einen PWM Instruktionswert und eine Rotationsrichtung gemäß dem in Schritt S32 bestimmten Motorstrom-Instruktionswert (Schritt S34), gibt ab und liefert den bestimmten PWM Instruktionswert und das eine Rotationsrichtung anzeigende Signal an eine PWM Regel- bzw. Steuereinheit 31 (Schritt S36), und kehrt dann zurück und bewegt sich zu einem anderen Prozeß.
Die PWM Regel- bzw. Steuereinheit 31 treibt an und dreht den Gleichstrommotor 30 auf der Basis des PWM Instruktionswerts und dem die Rotationsrichtung anzeigenden Signal, die von der CPU 22, wie oben beschrieben, geliefert werden.
Wenn in Schritt S38 beurteilt wird, daß der Zustand, in welchem der Wert des gelesenen Motorstromsignals den vorbestimmten Wert übersteigt, für die vorbestimmte Zeitdauer angedauert hat und somit ein Kurzschlußfehler ist (JA in Schritt S38), beurteilt andererseits die CPU 22, ob der Leistungstransistor T1 kurzgeschlossen ist oder nicht (Schritt S40). Wenn der Leistungstransistor T1 nicht kurzgeschlossen ist (NEIN in Schritt S40), beurteilt die CPU 22, ob der Leistungstransistor T2 kurzgeschlossen ist oder nicht (Schritt S42).
Wenn der Leistungstransistor T2 nicht kurzgeschlossen ist (NEIN in Schritt S42), beurteilt die CPU 22, ob der Leistungstransistor T3 kurzgeschlossen ist oder nicht (Schritt S44). Wie oben beschrieben, fungiert die CPU 22 als Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel.
Wenn der Leistungstransistor T3 nicht kurzgeschlossen ist (NEIN in Schritt S44), bestimmt die CPU 22, daß der Leistungstransistor T4 kurzgeschlossen ist, und schaltet die Leistungstransistoren T1 und T2 ein, um eine geschlossene Schaltung, die durch die Leistungstransistoren T4, T2 und den Gleichstrommotor 30 gebildet wird, zu trennen (Schritt S46). Folglich fließt übermäßiger Strom in der Sicherung F1 durch ein Umgehen des Gleichstrommotors 30, und die Sicherung F1 wird geschmolzen.
Als nächstes liefert die CPU 22 ein Relais-Regel- bzw. -Steuersignal an die Relaisantriebsschaltung 23, um den ausfallsicheren Relaiskontakt 23a auszuschalten (Schritt S47), und kehrt zurück.
Wenn der Leistungstransistor T1 kurzgeschlossen ist (JA in Schritt S40), schaltet die CPU 22 die Leistungstransistoren T3 und T4 ein, um eine geschlossene Schaltung, die durch die Leistungstransistoren T1, T3 und den Gleichstrommotor 30 ausgebildet wird, zu trennen (Schritt S48). Folglich fließt durch ein Umgehen des Gleichstrommotors 30 ein übermäßiger Strom in der Sicherung F2, und die Sicherung F2 wird geschmolzen. Als nächstes liefert die CPU 22 ein Relais-Regel- bzw. -Steuersignal an die Relaisantriebsschaltung 23, um den ausfallsicheren Relaiskontakt 23a auszuschalten (Schritt S47), und kehrt zurück.
Wenn der Leistungstransistor T2 kurzgeschlossen ist (JA in Schritt S42), schaltet die CPU 22 den Leistungstransistor T1 ein, um eine geschlossene Schaltung, die durch die Leistungstransistoren T2, T4 und den Gleichstrommotor 30 ausgebildet wird, zu trennen (Schritt S50). Folglich fließt durch ein Umgehen des Gleichstrommotors 30 ein übermäßiger Strom in der Sicherung F1, und die Sicherung F1 wird geschmolzen. Als nächstes liefert die CPU 22 ein Relais-Steuer- bzw. -Regelsignal an die Relaisantriebsschaltung 23, um den ausfallsicheren Relaiskontakt 23a auszuschalten (Schritt S47), und kehrt zurück.
Wenn der Leistungstransistor T3 kurzgeschlossen ist (JA in Schritt S44), schaltet die CPU 22 den Leistungstransistor T4 ein, um eine geschlossene Schaltung, die durch die Leistungstransistoren T1, T3 und den Gleichstrommotor 30 ausgebildet wird, zu trennen (Schritt S52). Folglich fließt durch ein Umgehen des Gleichstrommotors 30 ein übermäßiger Strom in der Sicherung F2, und die Sicherung F2 wird geschmolzen. Als nächstes liefert die CPU 22 ein Relais-Regel- bzw. -Steuersignal an die Relaisantriebsschaltung 23, um den ausfallsicheren Relaiskontakt 23a auszuschalten (Schritt S47), und kehrt zurück.
Die CPU 22 beurteilt, ob jeder der Leistungstransistoren T1, T2, T3 und T4 kurzgeschlossen ist oder nicht, auf der Basis des Detektionssignals der Motorstrom-Detektionsschaltung 27, des Detektionssignals der Motorspannungs-Detektionsschaltung 28, und eines Regel- bzw. Steuersignals an jeden der Leistungstransistoren T1, T2, T3 und T4.
Zum Beispiel in einem Zustand, in welchem der Leistungstransistor T2 eingeschaltet ist und der Leistungstransistor T3 durch das PWM Signal geschaltet wird, wenn die Detektionsspannung der Motorspannungs-Detektionsschaltung 28 0 ist und der Wert des Detektionssignals der Motorstrom-Detektionsschaltung 27 sich nicht geändert hat und fortsetzt, den hohen Stromwert aufzuweisen, bestimmt dann die CPU 22, daß der Leistungstransistor T1 kurzgeschlossen ist. Wenn die Detektionsspannung der Motorspannungs-Detektionsschaltung 28 0 ist und der Wert des Detektionssignals der Motorstrom-Detektionsschaltung 27 durch das PWM Signal geändert wurde, dann bestimmt die CPU 22, daß der Leistungstransistor T4 kurzgeschlossen ist. Weiterhin bestimmt, wenn die Detektionsspannung der Motorspannungs-Detektionsschal tung 28 nicht 0 ist und der Wert des Detektionssignals der Motorstrom-Detektionsschaltung 27 sich nicht geändert hat, dann die CPU 22, daß der Leistungstransistor T3 kurzgeschlossen ist.
In einem Zustand, in welchem der Leistungstransistor T4 eingeschaltet ist und der Leistungstransistor T1 durch das PWM Signal geschaltet ist, wenn die Detektionsspannung der Motorspannungs-Detektionsschaltung 28 0 ist und der Wert des Detektionssignals der Motorstrom-Detektionsschaltung 27 sich nicht geändert hat und fortsetzt, den hohen Stromwert aufzuweisen, bestimmt dann die CPU 22, daß der Leistungstransistor T3 kurzgeschlossen ist. Wenn die Detektionsspannung der Motorspannungs-Detektionsschaltung 28 0 ist und der Wert des Detektionssignals der Motorstrom-Detektionsschaltung 27 sich durch das PWM Signal geändert hat, dann bestimmt die CPU 22, daß der Leistungstransistor T2 kurzgeschlossen ist. Weiterhin bestimmt, wenn die Detektionsspannung der Motorspannungs-Detektionsschaltung 28 nicht 0 ist und der Wert des Detektionssignals der Motorstrom-Detektionsschaltung 27 sich nicht geändert hat, dann die CPU 22, daß der Leistungstransistor T1 kurzgeschlossen ist.
Zu bemerken ist, daß Ausführungsform 2 ein Beispiel erklärt, in welchem die Antriebsschaltung eine H-Typ-Brücke ist. Jedoch ist es, selbst wenn die Antriebsschaltung eine Mehrphasenbrücke, wie beispielsweise eine Dreiphasenbrücke ist, überflüssig zu sagen, daß die gleiche Funktion und Wirkung erzielt werden können.
Wie oben im Detail beschrieben, ist es gemäß dem ersten und zweiten Aspekt einer elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung möglich, eine elektrische Servolenk vorrichtung zu verwirklichen, die einfache Strukturen aufweist, um eine Verringerung in den Kosten von Teilen zu ermöglichen, und die zum Lenken erforderliche Kraft daran hindert, beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers zu groß zu werden.
Außerdem ist es gemäß einem anderen Aspekt einer elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung möglich, da die Sicherung, die mit der Wicklung des Stators des Elektromotors verbunden ist, als Stromtrenn- bzw. -unterbrechungsmittel fungiert, den Elektromotor sicher daran zu hindern, als ein Generator zu fungieren bzw. zu funktionieren.
Ferner funktioniert gemäß dem dritten Aspekt einer elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung im ersten Aspekt, da die Leistungsverbindungsmittel und die Leistung-Aus-Mittel aus einem ausfallsicheren Relais zusammengesetzt sind, das einen normalerweise offenen Kontakt aufweist, die elektrische Servolenkvorrichtung immer auf der sicheren Seite.

Claims

Elektrische Servolenkvorrichtung, welche eine Lenkkraft eines Lenkglieds durch einen Elektromotor unterstützt, der durch eine Brückenschaltung bestehend aus einer Mehrzahl von Schaltelementen angetrieben ist, welche entsprechend Steuer- bzw. Regelsignalen EIN/AUS gesteuert bzw. geregelt sind, die von einer Steuer- bzw. Regelschaltung zugeführt sind, gekennzeichnet dadurch, daß sie umfaßt: eine Mehrzahl von Sicherungen (F1, F2), die zur Verfügung gestellt sind, um eine geschlossene Schaltung zu trennen, welche beim Auftreten eines Kurzschlußfehlers an den Schaltelementen (T1, T2, T3, T4) ausgebildet ist; Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel (22) zum Spezifizieren eines kurzgeschlossenen Schaltelements (ex. T1); und Mittel zum Einschalten von einem oder einer Mehrzahl von Schaltelementen (ex. T3, T4), welche nicht kurzgeschlossen sind, um einen Strom in der Sicherung (ex. F1) zum Trennen bzw. Unterbrechen einer geschlossenen Schaltung fließen zu lassen, beinhaltend das Schaltelement (ex. T1), das durch die Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel (22) spezifiziert ist, während der Elektromotor (30) umgangen ist.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiters umfaßt: eine Motorspannungs-Detektionsschaltung (28) zum Detektieren einer Spannung zwischen beiden Enden des Elektromotors (30); und eine Stromdetektionsschaltung (27) zum Detektieren eines Stromwerts eines Stroms, der in dem Elektromotor (30) fließt, und wobei die Kurzschlußelement-Spezifikationsmittel (22) ein kurzgeschlossenes Schaltelement (ex. T1) spezifizieren basierend auf der Spannung, die durch die Spannungsdetektionsschaltung (28) detektiert ist, dem Stromwert, der durch die Stromdetektionsschaltung (27) detektiert ist, und Steuer- bzw. Regelsignalen, die der Mehrzahl von Schaltelementen (T1, T2, T3, T4) zugeführt sind.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsverbindungsmittel (15a; 23a) und die Leistungs-Aus-Mittel (15; 23) aus einem ausfallsicheren Relais zusammengesetzt sind, das einen normaler Weise offenen Kontakt aufweist.