DE60319045T2 - Lenkwinkelsensor für eine elektrische Servolenkung - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenkung mit einem Elektromotor zur Unterstützung der auf Fahrzeugräder einwirkenden Lenkkraft sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung der elektrischen Servolenkung.
  • Es sind bereits elektrische Servolenkungen bekannt, bei denen einem mit einer Lenkwelle verbundenen Lenkmechanismus eine von einem Elektromotor erzeugte Hilfskraft zur Verringerung der an einem Lenkrad aufzubringenden Betätigungskraft zugeführt wird. Bei einer elektrischen Servolenkung dieser Art kann das Lenkrad in einem begrenzten Drehbereich mehr als eine volle Umdrehung nach links und mehr als eine volle Umdrehung nach rechts ausführen, sodass eine Mittel- oder Nullstellung des Lenkrades als Stellung bezeichnet werden kann, "die das Lenkrad bei einer Geradeausfahrt eines Fahrzeugs einnimmt", wobei ein Lenkradwinkel erfasst wird, in dem die Drehstellung des Lenkrades aus ihrer Mittel- oder Nullstellung nach links oder rechts als Absolutstellung detektiert wird.
  • Üblicherweise wird der Lenkradwinkel des Lenkrads hierbei unter Verwendung eines Drehwinkelsensors erfasst, der z. B. aus einer von der Lenkwelle in Drehung versetzten Schlitzplatte und einer Lichtschranke besteht. Wenn z. B. eine Konfiguration wie die auf den Seiten 2 bis 8 in Verbindung mit den 1 bis 4 der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2002-145 095 beschriebene Konfiguration "Lenksensor und Servolenkung" in Betracht gezogen wird, lässt sich eine genaue Erfassung der Mittel- oder Nullstellung des Lenkrades mit Hilfe eines einzigen Drehwinkelsensors realisieren.
  • Im übrigen sind Lenkräder von Fahrzeugen üblicherweise dahingehend ausgestaltet, dass der Lenkwinkel von gelenkten Fahrzeugrädern (wie z. B. der Vorderräder) über den gesamten Lenkwinkelbereich hinweg nicht durch eine einzige Lenkradumdrehung (von 360°) gesteuert werden kann. Wenn z. B. das Lenkrad aus einer Mittel- oder Nullstellung heraus zwei Umdrehungen (720°) in Linksrichtung und zwei Umdrehungen (720°) in Rechtsrichtung ausführen kann, lässt sich der Lenkradwinkel in einem vorgegebenen Winkelbereich durch Drehung des Lenkrads um 720° in positiver oder negativer Richtung in der gewünschten Weise verändern. Auch bei Verwendung der aus der vorstehend genannten Druckschrift bekannten Anordnung aus "Lenksensor und Servolenkung" besteht somit nicht die Möglichkeit, außer dem Drehwinkel auch die absolute Drehstellung des Lenkrades unter Verwendung nur eines einzigen Drehwinkelsensors zu erfassen. Zur Erfassung der absoluten Drehstellung ist somit die gemeinsame Verwendung von mehreren Drehwinkelsensoren erforderlich. Eine Anordnung, bei der die Verwendung von mehreren Drehwinkelsensoren in Betracht gezogen wird, führt jedoch unmittelbar zu höheren Herstellungskosten sowie zu einer höheren Störanfälligkeit, sodass eine solche Anordnung, durch die sich die Anzahl der verwendeten Bauelemente vergrößert, in der Praxis erhebliche Nachteile aufweist.
  • Darüber hinaus ist eine elektrische Servolenkung bekannt, bei der ein Resolver als Drehmelder zur Erfassung der Drehstellung eines eine Hilfskraft erzeugenden Elektromotors und ein weiterer Resolver als Drehmelder zur Erfassung des von einem Lenkrad erzeugten Lenkmoments Verwendung finden. Im Rahmen der Erfindung konnte jedoch festgestellt werden, dass bei einigen Winkelstellungen des Lenkrads im Falle dieser bekannten elektrischen Servolenkung die Gefahr besteht, dass gewisse absolute Drehstellungen von anderen Drehstellungen nicht oder nur ungenau unterschieden werden können.
  • Weiterhin ist aus der EP 1 026 068 A2 ein elektrisches Servolenksystem mit zwei Sensoren z. B. in Form von Resolvern bekannt, wobei ein Sensor (9) die Rotor-Winkelstellung bei einem Motor und der andere Sensor (10) die Winkelstellung einer mit Fahrzeugrädern in Verbindung stehenden Lenkwelle erfassen. Hierbei wird insbesondere auf die Verwendung eines unganzzahligen Übersetzungsverhältnisses für ein die Lenkwelle mit dem Motor (6) verbindendes Getriebe (7) im einzelnen eingegangen, das zur Bildung einer "Schwebungsfrequenz" zwischen den Ausgangssignalen der beiden Sensoren dient.
  • Darüber hinaus ist aus der DE 1997 12 869 A ein Lenkwinkel-Sensorsystem bekannt, bei dem zwei Sensoren zur Erzielung einer höheren Redundanz Verwendung finden. Im einzelnen wird hierbei die Verwendung von Sensoren mit unterschiedlicher Leistungsfähigkeit vorgeschlagen, um auf diese Weise eine Kostensenkung zu erzielen. Gemäß dieser Druckschrift muss nur ein Sensor das zur Winkelerfassung erforderliche Auflösungsvermögen aufweisen, während für den anderen Sensor ein geringeres Auflösungsvermögen ausreichend ist. Darüber hinaus wird die Verwendung von Sensoren vorgeschlagen, die mit unterschiedlichen Messverfahren arbeiten, wie z. B. die Verwendung eines Resolvers mit Polpaaren (wie im Falle der Erfindung) und eines optischen Messgebers bzw. einer Impulsscheibe unter Verwendung einer CCD-Technik.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt daher die Hauptaufgabe zu Grunde, eine verbesserte elektrische Servolenkung anzugeben, die eine genaue Erfassung der absoluten Drehstellung eines Lenkrads auch unter Einbeziehung von Fehlerfaktoren ermöglicht, sodass ein zur Unterstützung der Lenkradbetätigung vorgesehener Motor auf der Basis der derart genau erfassten absoluten Drehstellung des Lenkrads gesteuert werden kann.
  • Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Servolenkung anzugeben, die eine genaue Erfassung der absoluten Drehstellung eines Lenkrades auch unter Einbeziehung von Fehlerfaktoren ermöglicht, sodass sich eine elektrische Servolenkung herstellen lässt, die in Abhängigkeit von der derart genau erfassten absoluten Drehstellung des Lenkrads zuverlässig betrieben werden kann.
  • Demzufolge wird erfindungsgemäß eine elektrische Servolenkung angegeben, die ein Lenkrad, einen ersten Resolver zur Erfassung eines den Drehwinkel einer mit dem Lenkrad verbundenen Lenkwelle angebenden ersten Lenkwinkels, einen in Bezug auf den ersten Resolver eine unterschiedliche Anzahl von Polpaaren aufweisenden zweiten Resolver zur Erfassung eines den Drehwinkel der Lenkwelle angebenden zweiten Lenkwinkels, einen Elektromotor zur Unterstützung des von einem mit der Lenkwelle verbundenen Lenkmechanismus durchgeführten Lenkvorgangs über einen Untersetzungsgetriebemechanismus und einen dritten Resolver zur Erfassung eines den Drehwinkel des Elektromotors angebenden elektrischen Motorwinkels umfasst, wobei der Elektromotor im Rahmen der elektrischen Servolenkung in Abhängigkeit von der absoluten Drehstellung des Lenkrads steuerbar ist, die auf der Basis des ersten und zweiten Lenkwinkels und des elektrischen Motorwinkels berechnet wird, und das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebemechanismus und/oder die Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers derart eingestellt sind, dass ein durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl der Polpaare erhaltener Rechenwert einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt. Die Bezeichnung "Polpaare" beinhaltet hierbei die paarweise Zusammenstellung eines Nordpols und eines Südpols in Form einer Anzahl von Polpaaren.
  • Da bei dieser Konfiguration das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebemechanismus und/oder die Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers derart eingestellt sind, dass der durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl der Polpaare erhaltene Rechenwert einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt, kann der Rechenwert als Dezimalstellen-Zahlenwert nicht den Wert Null bzw. den Wert einer ganzen Zahl annehmen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der von dem ersten Resolver bei einer Umdrehung des Lenkrads erhaltene erste Lenkwinkel (0 bis 360°) und der von dem zweiten Resolver erhaltene zweite Lenkwinkel im Rahmen von mehreren Links- und Rechtsumdrehungen des Lenkrads bei einer eine Umdrehung umfassenden Drehbereichseinheit nicht den gleichen Wert wie bei einer anderen eine Umdrehung umfassenden Drehbereichseinheit annimmt. Hierdurch kann die absolute Drehstellung des Lenkrades genau erfasst werden, sodass der zur Unterstützung der Lenkradbetätigung vorgesehene Motor in Abhängigkeit von der derart genau erfassten absoluten Drehstellung des Lenkrads zuverlässig gesteuert werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Servolenkung angegeben, wobei die elektrische Servolenkung ein Lenkrad, einen ersten Resolver zur Erfassung eines den Drehwinkel einer mit dem Lenkrad verbundenen Lenkwelle angebenden ersten Lenkwinkels, einen in Bezug auf den ersten Resolver eine unterschiedliche Anzahl von Polpaaren aufweisenden zweiten Resolver zur Erfassung eines den Drehwinkel der Lenkwelle angebenden zweiten Lenkwinkels, einen Elektromotor zur Unterstützung des von einem mit der Lenkwelle verbundenen Lenkmechanismus durchgeführten Lenkvorgangs über einen Untersetzungsgetriebemechanismus, und einen dritten Resolver zur Erfassung eines den Drehwinkel des Elektromotors angebenden elektrischen Motorwinkels umfasst, wobei der Elektromotor im Rahmen der elektrischen Servolenkung in Abhängigkeit von der absoluten Drehstellung des Lenkrads steuerbar ist, die auf der Basis des ersten und zweiten Lenkwinkels und des elektrischen Motorwinkels berechnet wird. Das Verfahren zur Herstellung der in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten elektrischen Servolenkung umfasst hierbei den Schritt einer derartigen Einstellung des Untersetzungsverhältnisses des Untersetzungsgetriebemechanismus und/oder der Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers, dass ein durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers erhaltener Rechenwert einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt, der in einem der Zahlenwertbereiche "0,17 bis 0,28", "0,39 bis 0,42", "0,58 bis 0,61" und "0,72 bis 0,83" liegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Servolenkung angegeben, wobei die elektrische Servolenkung ein Lenkrad, einen ersten Resolver zur Erfassung eines den Drehwinkel einer mit dem Lenkrad verbundenen Lenkwelle angebenden ersten Lenkwinkels, einen in Bezug auf den ersten Resolver eine unterschiedliche Anzahl von Polpaaren aufweisenden zweiten Resolver zur Erfassung eines den Drehwinkel der Lenkwelle angebenden zweiten Lenkwinkels, einen Elektromotor zur Unterstützung des von einem mit der Lenkwelle verbundenen Lenkmechanismus durchgeführten Lenkvorgangs über einen Untersetzungsgetriebemechanismus und einen dritten Resolver zur Erfassung eines den Drehwinkel des Elektromotors angebenden elektrischen Motorwinkels umfasst, wobei der Elektromotor im Rahmen der elektrischen Servolenkung in Abhängigkeit von der absoluten Drehstellung des Lenkrads steuerbar ist, die auf der Basis des ersten und zweiten Lenkwinkels und des elektrischen Motorwinkels berechnet wird. Die Vorrichtung zur Herstellung der in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten elektrischen Servolenkung umfasst außerdem eine Einrichtung zur derartigen Einstellung des Untersetzungsverhältnisses des Untersetzungsgetriebemechanismus und/oder der Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers, dass ein durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers erhaltener Rechenwert einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt, der in einem der Zahlenwertbereiche "0,17 bis 0,28", "0,39 bis 0,42", "0,58 bis 0,61" und "0,72 bis 0,83" liegt.
  • Weitere Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt, wobei gleiche Bezugszahlen und Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Bauelemente bezeichnen. Es zeigen:
  • 1 eine teilweise als Schnittansicht ausgeführte schematische Darstellung einer elektrischen Servolenkung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 von einer strichpunktierten Linie II umgebenen Bereichs,
  • 3 eine weitere vergrößerte Darstellung des in 1 von einer strichpunktierten Linie III umgebenen Bereichs,
  • 4(A) eine schematische Darstellung von Resolvern, die bei diesem Ausführungsbeispiel der elektrischen Servolenkung Verwendung finden,
  • 4(B) ein Schaltbild der Schaltungsanordnung eines jeden Resolvers,
  • 5 ein Blockschaltbild der Verbindungskonfiguration zwischen einem zur Steuerung der elektrischen Servolenkung gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorgesehenen elektronischen Steuergerät (ECU) und den jeweiligen Resolvern,
  • 6 ein Schaubild, das Resolversignale eines ersten und eines zweiten Resolvers sowie den mechanischen Winkel eines Lenkrads in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Lenkrads veranschaulicht,
  • 7 ein Ablaufdiagramm einer von der Zentraleinheit (CPU) gemäß 5 durchgeführten Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung,
  • 8(A) ein Schaubild, das die Änderungen des mechanischen Winkels ΘTm eines Lenkrads und des elektrischen Winkels ΘMe eines Elektromotors in Abhängigkeit vom Drehbetrag des Lenkrads bei einem Rechenwert (r) = 3,75 veranschaulicht,
  • 8(B) ein 8(A) entsprechendes weiteres Schaubild für einen Rechenwert (r) = 3,05,
  • 8(C) ein 8(A) entsprechendes weiteres Schaubild für einen Rechenwert (r) = 4,00,
  • 9 ein Schaubild (Zickzackkennlinie K), das die Änderung eines Bereichs für eine Wahrheitswerterfassung in Abhängigkeit vom Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) veranschaulicht,
  • 10(A) ein Schaubild, das Abweichungen von berechneten elektrischen Motorwinkeln ΘMe(–2) in Abhängigkeit vom Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) veranschaulicht,
  • 10(B) ein ähnliches Schaubild (Zickzackkennlinie K), bei dem die in 10(A) dargestellten Abweichungen jeweils bei Erreichen einer Abweichung von 180° zurückgeführt werden,
  • 11(A) ein Schaubild, das die Abweichungen von berechneten elektrischen Motorwinkeln ΘMe(–1) in Abhängigkeit vom Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) veranschaulicht, und
  • 11(B) ein ähnliches Schaubild (Zickzackkennlinie L), bei dem die in 11(A) dargestellten Abweichungen jeweils bei Erreichen einer Abweichung von 180° zurückgeführt werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend werden eine elektrische Servolenkung sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung der Servolenkung gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben.
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 der Aufbau einer elektrischen Servolenkung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben.
  • Wie in den 1 und 5 dargestellt ist, besteht die elektrische Servolenkung 20 im wesentlichen aus einem Lenkrad 21, einer Lenkwelle 22, einer Ritzelwelle 23, einer Zahnstangenwelle 24, einem Drehmomentsensor 30, einem Elektromotor 40, einem Motor-Resolver 44, einem Kugelumlaufmechanismus 50, einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 60 und dergleichen. Bei der Servolenkung 20 wird der Lenkzustand am Lenkrad 21 erfasst und die durch den Fahrer erfolgende Lenkradbetätigung unterstützt, indem der Elektromotor 40 in Abhängigkeit vom erfassten Lenkzustand zur Erzeugung einer Hilfskraft gesteuert wird. Hierbei sind die Enden der Zahnstangenwelle 24 über Spurstangen und dergleichen jeweils mit lenkbaren Fahrzeugrädern (wie z. B. nicht dargestellten Vorderrädern) verbunden.
  • Wie in den 1 und 2 im einzelnen dargestellt ist, ist das Lenkrad 21 mit einem Ende der Lenkwelle 22 verbunden, deren anderes Ende über einen Stift 32 mit einer Antriebswelle 23a des Drehmomentsensors 30 und einem Torsionsstab 31 verbunden ist, die beide in einem Ritzelgehäuse 25 angeordnet sind. Das andere Ende 31a des Torsionsstabs 31 ist durch eine Keilnutenverbindung mit einer Abtriebswelle 23b der Ritzelwelle 23 gekoppelt.
  • Die Antriebswelle 23a und die Abtriebswelle 23b der Ritzelwelle 23 sind in dem Ritzelgehäuse 25 über jeweilige Lager 33a und 33b drehbar gelagert. Ein erster Resolver 35 des Drehmomentsensors 30 ist zwischen der Antriebswelle 23a und dem Ritzelgehäuse 25 angeordnet, während ein zweiter Resolver 37 des Drehmomentsensors 30 zwischen der Abtriebswelle 23b und dem Ritzelgehäuse 25 angeordnet ist. Der erste Resolver 35 und der zweite Resolver 37 dienen zur Erfassung des Lenkwinkels des Lenkrads 21 und sind über jeweilige Anschlüsse 39 mit der elektronischen Steuereinheit (ECU) 60 elektrisch verbunden, wie dies in 5 schematisch dargestellt ist. Auf den Aufbau der Resolver 35 und 37 wird nachstehend noch näher eingegangen.
  • Am äußersten Ende der Abtriebswelle 23b der Ritzelwelle 23 ist ein Ritzel 23c ausgebildet, mit dem ein Zahnstangenritzel 24a an der Zahnstangenwelle 24 in kämmendem Eingriff steht, wodurch ein Zahnstangenmechanismus erhalten wird.
  • Bei dieser Anordnung sind die Lenkwelle 22 und die Ritzelwelle 23 über den Torsionsstab 31 miteinander verbunden, sodass sie in Abhängigkeit von der Torsion des Torsionsstabs 31 relativ zueinander drehbar sind, wobei der Drehwinkel der Lenkwelle 22 bzw. der Drehwinkel (mechanische Winkel) ΘTm des Lenkrads 21 auf der Basis eines von dem ersten Resolver 35 erfassten ersten Lenkwinkels (elektrischen Winkels) ΘT1 und eines von dem zweiten Resolver 37 erfassten zweiten Lenkwinkels (elektrischen Winkels) ΘT2 erhalten werden kann. Ferner kann ein (dem Lenkmoment entsprechender) Torsionsbetrag als Torsionswinkel auf der Basis der Winkeldifferenz zwischen dem ersten Lenkwinkel ΘT1 und dem zweiten Lenkwinkel ΘT2, dem Verhältnis zwischen diesen Lenkwinkeln oder dergleichen erfasst werden.
  • Wie in den 1 und 3 dargestellt ist, verläuft die Zahnstangenwelle 24 durch ein Zahnstangengehäuse 26 und ein Motorgehäuse 27 hindurch, wobei in einem Zwischenbereich der Zahnstangenwelle 24 eine Kugelumlauf-Außenschnecke 24b ausgebildet ist. Um die Kugelumlauf-Außenschnecke 24b herum ist eine Motorwelle 43 in Form einer zylindrischen Hohlwelle mit Hilfe von Lagern 29 derart gelagert, dass sie koaxial zu der Zahnstangenwelle 24 drehbar ist. Die Motorwelle 43 bildet zusammen mit einer Erregerwicklung 42 und dergleichen den Elektromotor 40, wobei ein von der um einen Stator 41 herum gewickelten Erregerwicklung 42 erzeugtes Feldsystem auf an der Außenseite der als Rotor dienenden Motorwelle 43 angeordnete Permanentmagnete 45 einwirkt, wodurch die Motorwelle 43 in Drehung versetzt werden kann.
  • An der Innenseite der Motorwelle 43 ist eine Kugelumlaufmutter 52 ausgebildet, die sich somit mit der Motorwelle 43 dreht. An der Innenseite der Kugelumlaufmutter 52 ist eine Kugelumlauf-Innenschnecke 52a ausgebildet, wobei zwischen der Kugelumlauf-Innenschnecke 52a der Kugelumlaufmutter 52 und der Kugelumlauf-Außenschnecke 24b der Zahnstange 24 eine Anzahl von Kugeln 54 umlaufen, wodurch ein Kugelumlaufmechanismus 50 gebildet wird, durch den die Zahnstange 24 bei einer Drehung der Motorwelle 43 in Axialrichtung bewegt wird.
  • Mit Hilfe des aus den beiden Kugelumlaufschnecken 24b, 52a und dergleichen bestehenden Kugelumlaufmechanismus 50 kann somit ein in positiver Richtung und negativer Richtung verlaufendes Drehmoment der Motorwelle 43 in eine Hin- und Herbewegung der Zahnstangenwelle 24 in deren Axialrichtung umgesetzt werden. Durch diese Hin- und Herbewegung wird eine Hilfskraft zur Verringerung der am Lenkrad 21 aufzubringenden Betätigungskraft oder Lenkkraft über die Ritzelwelle 23 erzeugt, die zusammen mit der Zahnstangenwelle 24 den Zahnstangenmechanismus bildet.
  • Zwischen der Motorwelle 43 des Elektromotors 40 und dem Motorgehäuse 27 ist zur Erfassung des Drehwinkels (elektrischen Winkels) ΘMe der Motorwelle 43 ein Motor-Resolver 44 angeordnet, der in der in 5 schematisch dargestellten Weise ebenfalls mit der elektronischen Steuereinheit (ECU) 60 über (nicht dargestellte) Anschlüsse elektrisch verbunden ist.
  • Nachstehend wird der Aufbau des ersten Resolvers 35, des zweiten Resolvers 37 und des Motor-Resolvers 44 unter Bezugnahme auf 4(A) näher beschrieben. Da diese Resolver im wesentlichen den gleichen Aufbau aufweisen, wird nur der erste Resolver 35 in Bezug auf die sämtlichen Resolvern gemeinsamen Elemente beschrieben.
  • Wie in 4(A) dargestellt ist, umfasst der erste Resolver 35 ein erstes Joch YK1, ein zweites Joch YK2, ein drittes Joch YK3 und ein viertes Joch YK4 sowie eine erste Spule CL1, eine zweite Spule CL2, eine dritte Spule CL3 und eine vierte Spule CL4 und stellt eine Ausführung mit fünf Polpaaren (d. h. eine sogenannte 5x-Ausführung) dar, wobei auf die Bezeichnung "Anzahl der Polpaare" nachstehend noch näher eingegangen wird.
  • Das erste Joch YK1 ist in Form eines von der Innenseite des Ritzelgehäuses 25 umgebenen ringförmigen Zylinders ausgebildet und an dem Ritzelgehäuse 25 befestigt, wobei die erste Spule CL1 an der Innenseite des ersten Joch YK1 angeordnet ist. Das wie das erste Joch YK1 ebenfalls in Form eines ringförmigen Zylinders ausgebildete zweite Joch YK2 ist dagegen an der Außenseite der Antriebswelle 23a der Ritzelwelle 23 dem ersten Joch YK1 gegenüberliegend angebracht, wobei die zweite Spule CL2 an der Außenseite des zweiten Jochs YK2 angeordnet ist. Das zweite Joch YK2 dreht sich somit gemeinsam mit der Antriebswelle 23a.
  • Das dritte Joch YK3 ist an der Außenseite der Antriebswelle 23a in einer zu dem zweiten Joch YK2 axial verschobenen Lage angeordnet und dreht sich daher gemeinsam mit der Antriebswelle 23a. Die dritte Spule CL3 ist hierbei auf das dritte Joch YK3 gewickelt und der zweiten Spule CL2 des zweiten Jochs YK2 elektrisch parallel geschaltet. Das vierte Joch YK4 ist dagegen wie das erste Joch YK1 in Form eines von der Innenseite des Ritzelgehäuses 25 umgebenen ringförmigen Zylinders ausgebildet und an dem Ritzelgehäuse 25 befestigt. Hierbei bestehen die dritte Spule CL3 und die vierte Spule CL4 jeweils aus zwei Arten von Spulen, deren Phasen um 90° zueinander verschoben sind, wie dies in 4(B) schematisch dargestellt ist.
  • Der zweite Resolver 37 ist wie der erste Resolver 35 aufgebaut, jedoch mit der Ausnahme, dass das zweite Joch YK2, das dritte Joch YK3, die zweite Spule CL2 und die dritte Spule CL3 an der Antriebswelle 23b angeordnet sind und dass eine Anzahl von sechs Polpaaren vorgesehen ist (sogenannte "6x-Ausführung").
  • Der Motor-Resolver 44 ist ebenfalls ähnlich wie der erste Resolver 35 aufgebaut, unterscheidet sich jedoch von diesem Resolver in den nachstehend beschriebenen Punkten. Bei dem Motor-Resolver 44 sind nämlich das erste Joch YK1, das vierte Joch YK4, die erste Spule CL1 und die vierte Spule CL4 an der Innenseite des Motorgehäuses 27 angeordnet, während das zweite Joch YK2, das dritte Joch YK3, die zweite Spule CL2 und die dritte Spule CL3 an der Außenseite der Motorwelle 43 angeordnet sind. Außerdem ist bei dem Motor-Resolver 44 eine Anzahl von sieben Polpaaren vorgesehen (sogenannte "7x-Ausführung").
  • Nachstehend werden die elektrischen Eigenschaften des ersten Resolvers 35, des zweiten Resolvers 37 und des Motor-Resolvers 44 unter Bezugnahme auf 4(B) näher beschrieben. Da diese Resolver annähernd die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen, wird für diese Beschreibung nur der erste Resolver 35 betrachtet.
  • Wie vorstehend beschrieben, umfasst der erste Resolver 35 die vier Spulen CL1 bis CL4 und stellt einen sogenannten Spannungserfassungtyp mit "einer Erregerphase und zwei Ausgangsphasen" dar. Ein über einen Ausgang PO einer Zentraleinheit (CPU) 61 der elektronischen Steuereinheit (ECU) 60 abgegebenes Erregersignal E1 wird somit der ersten Spule CL1 und der zweiten Spule CL2, die einen Transformator bilden, über einen Pufferverstärker 63 der elektronischen Steuereinheit 60 und außerdem der als Erregerphase dienenden dritten Spule CL3 zugeführt. Von der zwei Ausgangsphasenspulen umfassenden vierten Spule CL4 können dann Resolver-Ausgangssignale E2 und E3 in Abhängigkeit von einem Erfassungswinkel Θ (einem elektrischen Winkel) erhalten werden. Da es sich bei den von dem ersten Resolver 35 abgegebenen Resolver- Ausgangssignalen um Analogsignale handelt, die aus einem Sinusphasensignal und einem Cosinusphasensignal bestehen, werden sie über Pufferverstärker 64, 65 der elektronischen Steuereinheit 60 jeweiligen Analog-Digital-Umsetzern (A-D-Umsetzern) der Zentraleinheit 61 zugeführt und in Digitalsignale umgesetzt, die von der Zentraleinheit 61 verarbeitet werden können.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die von dem ersten Resolver 35 in der beschriebenen Weise erhaltenen Resolver-Ausgangssignale von der Zentraleinheit 61 in den in 6 dargestellten elektrischen Winkel ΘT1 umgesetzt, während die von dem zweiten Resolver 37 erhaltenen Resolver-Ausgangssignale von der Zentraleinheit 61 in der gleichen Weise in den in 6 dargestellten weiteren elektrischen Winkel ΘT2 umgesetzt werden.
  • Der über den ersten Resolver 35 erhaltene elektrische Winkel ΘT1 nimmt bei einer Umdrehung (von 360°) des Lenkrads 21 fünf (5) Spitzenwerte an, was darauf beruht, dass der erste Resolver 35 im elektrischen Sinne fünf Polpaare aus jeweils einem Nordpol und einem Südpol aufweist und demzufolge für mechanische Winkel von 360° 1800° (360 × 5) entsprechende elektrische Winkel erfassen kann. Der erste Resolver 35 weist somit eine fünffach höhere Auflösung als ein Resolver mit einer Auflösung von 360° entsprechenden elektrischen Winkeln auf.
  • Der über den zweiten Resolver 37 erhaltene elektrische Winkel ΘT2 nimmt dagegen bei einer Umdrehung (von 360°) des Lenkrads 21 sechs (6) Spitzenwerte an, was darauf beruht, dass der zweite Resolver 37 im elektrischen Sinne sechs Polpaare aus jeweils einem Nordpol und einem Südpol aufweist und demzufolge für mechanische Winkel von 360° 2160° (360 × 6) entsprechende elektrische Winkel erfassen kann. Der zweite Resolver 37 besitzt somit eine sechsfach höhere Auflösung als ein Resolver mit einer elektrischen Winkeln von 360° entsprechenden Auflösung.
  • Wie vorstehend beschrieben, nehmen somit das von dem ersten Resolver 35 in Form des elektrischen Winkels ΘT1 abgegebene Resolversignal und das von dem zweiten Resolver 37 in Form des elektrischen Winkels ΘT2 abgegebene Resolversignal in der in 6 dargestellten Weise auch bei einem beliebigen Winkel des Lenkrads 21 jedoch nicht den gleichen Wert an. Somit kann bei einer Umdrehung des Lenkrads 21 im Rahmen einer von der Zentraleinheit 61 durchgeführten Verarbeitung ein mechanischer Winkel ΘTm mit hoher Auflösung auf der Basis des von dem ersten Resolver 35 erhaltenen elektrischen Winkels ΘT1 und des von dem zweiten Resolver 37 erhaltenen elektrischen Winkels ΘT2 abgeleitet werden.
  • Nachstehend wird eine auf der Basis der von dem ersten Resolver 35 und dem zweiten Resolver 37 abgegebenen Resolversignale erfolgende Drehmomenterfassung näher beschrieben.
  • Wenn bei einer Betätigung des Lenkrads 21 durch den Fahrer die Antriebswelle 23a der Ritzelwelle 23 um einen Drehwinkel Θ1 gedreht wird und hierbei an der ersten Spule CL1 in der in 4(B) dargestellten Weise eine Wechselspannung E1 anliegt, wird um das erste Joch YK1 und das zweite Joch YK2 herum in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung E1 ein magnetischer Induktionsfluss erzeugt.
  • Da hierbei in Abhängigkeit von der Änderung des magnetischen Induktionsflusses in der zweiten Spule CL2 eine Wechselspannung induziert wird, wird auch in der mit der zweiten Spule CL2 verbundenen dritten Spule CL3 eine Wechselspannung induziert. Die in der dritten Spule CL3 erzeugte Wechselspannung führt wiederum zur Induzierung einer Wechselspannung in der vierten Spule CL4, wodurch Wechselspannungen E2 und E3 abgegeben werden. Von der aus zwei Spulenarten bestehenden vierten Spule CL4 werden die Wechselspannungen E2 und E3 hierbei mit unterschiedlicher Phase abgegeben, wobei die Wechselspannungen E2 und E3 jeweils die nachstehenden Gleichungen (1) und (2) erfüllen. E2 = K·E1 × cos Θ (1) E3 = K·E1 × sin Θ (2)
  • Bei den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) ist mit "K" das Spannungsumsetzungsverhältnis bezeichnet.
  • Aus den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) kann somit der Wert "Θ" berechnet werden, wobei dieser Winkel Θ den Drehwinkel Θ1 der Antriebswelle 23a der Ritzelwelle 23 bezeichnet. Da bei einer Drehung der Antriebswelle 23a auch die Abtriebswelle 23b der mit der Antriebswelle 23a über den Torsionsstab 31 verbundenen Ritzelwelle 23 gedreht wird, gibt der auf der Seite der Abtriebswelle 23b angeordnete zweite Resolver 37 entsprechende Signale E2 und E3 ab, auf deren Basis dann der Drehwinkel Θ2 unter Verwendung der vorstehenden Gleichungen (1) und (2) berechnet werden kann.
  • Über die Verdrehung des Torsionsstabs 31 wird eine relative Drehungsdifferenz ΔΘ ( = Θ1 – Θ2) zwischen der Antriebswelle 23a und der Abtriebswelle 23b erhalten. Aus der den Torsionswinkel des Torsionsstabs 31 und die Drehsteifigkeit des Torsionsstabs 31 angebenden relativen Drehungsdifferenz ΔΘ kann dann das Lenkmoment T berechnet werden. Durch Ausführung einer bekannten Hilfskraftsteuerung zur Unterstützung der Lenkkraft in Abhängigkeit von dem berechneten Lenkmoment T kann hierbei der Elektromotor 40 über die Zentraleinheit 61 der elektronischen Steuereinheit 60 dahingehend gesteuert werden, dass die Betätigung des Lenkrads durch den Fahrer durch die von dem Elektromotor 40 erzeugte Lenkkraft unterstützt wird.
  • Nachstehend wird auf die auf der Basis eines von dem Motor-Resolver 44 abgegebenen Resolversignals erfolgende Erfassung des Drehwinkels der Motorwelle 43 (der nachstehend als "Motordrehwinkel" bezeichnet wird) näher eingegangen.
  • Wenn die Motorwelle 43 eine Drehung um einen bestimmten Drehwinkel ausführt und an der ersten Spule CL1 des Motor-Resolvers 44 eine Wechselspannung E1 anliegt, wird in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung E1 ein magnetischer Induktionsfluss um das erste Joch YK1 herum erzeugt, wobei der erzeugte magnetische Induktionsfluss auf das zweite Joch YK2 übertragen wird. Da dieser magnetische Induktionsfluss die zweite Spule CL2 schneidet und hierbei eine Wechselspannung induziert, wird auch in der mit der zweiten Spule CL2 verbundenen dritten Spule CL3 eine Wechselspannung erzeugt. Die in der dritten Spule CL3 erzeugte Wechselspannung führt wiederum zur Induzierung einer Wechselspannung in der vierten Spule CL4, wodurch Wechselspannungen E2 und E3 abgegeben werden. Der Motordrehwinkel kann somit berechnet werden, indem die anliegende Wechselspannung E1 und die abgegebenen Wechselspannungen E2 und E3 in die vorstehenden Gleichungen (1) und (2) eingesetzt werden. Der auf diese Weise erfasste Motordrehwinkel kann dann von der elektrischen Servolenkung 20 für verschiedene Steuerungen verwendet werden.
  • Nachstehend wird die Verarbeitung zur Erfassung der Absolutstellung des Lenkrads 21 bei der in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten elektrischen Servolenkung 20 unter Bezugnahme auf die 7 bis 11 näher beschrieben.
  • Wie in Verbindung mit 5 beschrieben worden ist, ist die Zentraleinheit 61 der elektronischen Steuereinheit 60 über die Pufferverstärker 63, 64 und 65 jeweils mit dem ersten Resolver 35, dem zweiten Resolver 37 und dem Motor-Resolver 44 verbunden, wobei über den ersten Resolver 35 und den zweiten Resolver 37 der Lenkwinkel (die elektrischen Winkel (ΘT1, ΘT2) des Lenkrads 21 und über den Motor-Resolver 44 der Motordrehwinkel (der elektrische Winkel (ΘMe) des Elektromotors 40 erfasst werden können. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt somit die Verarbeitung zur Erfassung der absoluten Winkelstellung des Lenkrads 21 (die nachstehend als "Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung" bezeichnet wird) auf der Basis der elektrischen Winkel ΘT1, ΘT2 und ΘMe, die als jeweilige Resolver-Ausgangssignale von den drei Resolvern abgegeben werden. Diese Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung wird unmittelbar nach dem Einschalten eines Zündschalters durchgeführt, wobei anschließend ein im Rahmen der Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung erhaltener und den Drehbereich des Lenkrads 21 angebender Parameter A (A = 1, 0, –1, –2) in regelmäßigen Zeitintervallen (von z. B. 5 ms) im Rahmen einer zeitgeberabhängigen Unterbrechung oder dergleichen aktualisiert wird.
  • Wie in 7 veranschaulicht ist, erfolgt bei der Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung nach einer vorgegebenen Initialisierung in einem Schritt S101 zunächst eine Verarbeitung zur Erfassung der von den Resolvern 35, 37 und 44 erhaltenen elektrischen Winkel ΘT1, ΘT2 und ΘMe.
  • Da die dem Lenkwinkel des Lenkrads 21 entsprechenden elektrischen Winkel ΘT1 und ΘT2 von dem ersten Resolver 35 und dem zweiten Resolver 37 erfasst werden, werden die von dem ersten Resolver 35 und dem zweiten Resolver 37 abgegebenen Resolversignale hierbei über die Pufferverstärker 64, 65 und die Analog/Digital-Umsetzer erhalten. Gleichzeitig wird der dem Motordrehwinkel des Elektromotors 40 entsprechende elektrische Winkel ΘMe von dem Motor-Resolver 44 erfasst, wobei das von dem Motor-Resolver 44 abgegebene Resolversignal ebenfalls über die Pufferverstärker 64, 65 und die Analog/Digital-Umsetzer erhalten wird.
  • In einem nächsten Schritt S103 erfolgt eine Verarbeitung zur Berechnung des mechanischen Winkels ΘTm des Lenkrads 21 aus den elektrischen Winkeln ΘT1 und ΘT2. Da bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Resolver 35 fünf Polpaare und der zweite Resolver 37 sechs Polpaare aufweisen, lässt sich der mechanische Winkel ΘTm des Lenkrads 21 auf der Basis der von den beiden Resolvern 35 und 37 mit einer unterschiedlichen Anzahl von Polpaaren erfassten elektrischen Winkel ΘT1 und ΘT2 berechnen. Da diese Operation im einzelnen in der japanischen Patentanmeldung 2002-196 131 der Anmelderin beschrieben ist, wird im Hinblick auf Einzelheiten nachstehend darauf Bezug genommen.
  • In einem nächsten Schritt S105 erfolgt eine Verarbeitung zur Berechnung des einem jeweiligen Umdrehungsbetrag (A = 1, 2, –1, –2) entsprechenden elektrischen Winkels ΘMe(A). In Bezug auf die die Lenkungs-Mittellage darstellende Nullstellung des Lenkrads 21 werden hierbei z. B. ein Drehbereich (0 < Θ ≤ 360°) in Rechtsrichtung als A = 0 und ein weiterer folgender Drehbereich (360 < Θ ≤ 720°) in Rechtsrichtung als A = 1 eingestellt, während in Bezug auf die Nullstellung als Lenkungs-Mittellage ein Drehbereich (0 > Θ ≥ –360°) in Linksrichtung als A = –1 und ein weiterer folgender Drehbereich (–360°< Θ ≤ –720°) in Linksrichtung als A = –2 eingestellt werden. Bei dieser Einstellung der Drehbereiche werden unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (3) vier elektrische Motorwinkel ΘMe(1), ΘMe(0), ΘMe(–1) und ΘMe(–2) entsprechend A = 1, 0, –1 und –2 berechnet. Im Schritt S105 erfolgt somit eine Verarbeitung zur Berechnung des elektrischen Motorwinkels ΘMe(A) für die jeweiligen Gesamtumdrehungen des Lenkrads 21 (bei diesem Ausführungsbeispiel für vier Umdrehungen des Lenkrads 21). ΘMe(A) = (ΘTm + 360 × A) × r (3)
  • In der vorstehenden Gleichung ist mit "r" ein Rechenwert bezeichnet, der das Produkt des Untersetzungsverhältnisses des Kugelumlaufmechanismum 50 und der Anzahl der Polpaare des Motor-Resolvers 44 darstellt, wobei ein wesentliches Erfordernis darin besteht, dass dieses Produkt einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird. Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Untersetzungsverhältnis des Kugelumlaufmechanismus 50 z. B. auf 8,2 und die Anzahl der Polpaare des Motor-Resolvers 44 z. B. auf 7 eingestellt sind, wird der Rechenwert zu 57,4 (= 8,2 × 7), wobei der Dezimalstellen-Zahlenwert 0,4 beträgt.
  • In einem Schritt S107 erfolgt sodann eine Verarbeitung zur Umsetzung der vier berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) in vorgegebene Winkelbereiche. Damit die im Schritt S105 berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) jeweils in einem Winkelbereich von 0 bis 360° liegen, werden die unter 0° liegenden elektrischen Winkel als Absolutwerte verarbeitet, während die über 360° liegenden elektrischen Winkel in Form der Berechnung "ΘMe(A) – INT(ΘMe(A)/360) × 360" verarbeitet werden. Das bei dieser Berechnung verwendete Symbol "INT()" bezeichnet eine Funktion zur Umsetzung des in Klammern gesetzten Quotienten in eine ganze Zahl.
  • Diese Umsetzungsverarbeitung erfolgt derart, dass z. B. im Falle eines berechneten elektrischen Motorwinkels ΘMe(–2) von –80° dieser Winkel in +80° (= |–80°|) umgesetzt wird, während bei einem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(1) von 380° dieser Winkel in 20° (= 380 – 1 × 360°) umgesetzt und bei einem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(2) von –400° dieser Winkel in 40° (= |–400 – (–360)|) umgesetzt werden.
  • In einem anschließenden Schritt S109 erfolgt eine Verarbeitung, bei der aus den vier berechneten elektrischen Motorwinkeln ΘMe(A) der Winkel mit dem nächstliegenden Wert zu einem tatsächlichen elektrischen Motorwinkel ΘMe (der nachstehend zur Unterscheidung von den berechneten elektrischen Motorwinkeln ΘMe(A) als "echter oder wirklicher elektrischer Motorwinkel ΘMe" bezeichnet wird) ausgewählt wird. Wie nachstehend noch näher beschrieben wird, stellt von den in den Schritten S105 und S109 für die gesamte Umdrehung des Lenkrads 21 erhaltenen vier berechneten elektrischen Motorwinkeln ΘMe(A) ein Winkel den berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(nächstliegend) dar, der die Absolutstellung des Lenkrads 21 korrekt angibt, sodass im Schritt S109 eine Verarbeitung zur Auswahl eines solchen berechneten elektrischen Motorwinkels ΘMe(A) erfolgt.
  • Die im Schritt S109 erfolgende Verarbeitung kann auch dahingehend modifiziert werden, dass aus den in den Schritten S105 und S109 berechneten elektrischen Motorwinkeln ΘMe(A) ein in Bezug auf eine ganze Zahl nächstliegender Winkel ausgewählt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt jedoch im Schritt S109 eine Verarbeitung zur Auswahl eines in Bezug auf den von dem Motor-Resolver 44 erfassten echten bzw. wirklichen elektrischen Motorwinkel ΘMe nächstliegenden Winkels, was erfolgen kann, indem die Differenzen zwischen dem im Schritt S101 erfassten echten bzw. wirklichen elektrischen Motorwinkel ΘMe und sämtlichen berechneten elektrischen Motorwinkeln ΘMe(A) berechnet und sodann als der berechnete elektrische Motorwinkel ΘMe(nächstliegend) ein der kleinsten Differenz entsprechender Winkel ausgewählt wird. Durch eine solche Wahl lässt sich der Algorithmus zur Realisierung der im Schritt S109 erfolgenden Verarbeitung im Vergleich zu einer Verarbeitung vereinfachen, bei der ein in Bezug auf eine ganze Zahl nächstliegender Winkel ausgewählt wird.
  • In einem Schritt S111 erfolgt sodann eine Verarbeitung, bei der beurteilt wird, ob der im Schritt S109 ausgewählte berechnete elektrische Motorwinkel ΘMe(nächstliegend) wirklich geeignet ist. Der berechnete elektrische Motorwinkel ΘMe(nächstliegend) ist zwar im Schritt S109 als nächstliegender Winkel in Bezug auf den von dem Motor-Resolver 44 erfassten echten bzw. wirklichen elektrischen Motorwinkel ΘMe ausgewählt worden, jedoch kann in einem Fall, bei dem die Differenz zwischen dem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(nächstliegend) und dem wirklichen elektrischen Motorwinkel ΘMe einen vorgegebenen Schwellenwert (von z. B. 10°) überschreitet, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vom Vorliegen eines eine vorgegebene Toleranz überschreitenden Fehlers ausgegangen werden. Ein solcher Fehler kann z. B. auf Abweichungen der Dimensionsgenauigkeit von die Ritzelwelle 23, die Zahnstangenwelle 24, den Kugelumlaufmechanismus 50 oder dergleichen bildenden mechanischen Bauteilen z. B. auf Grund von Verschleißerscheinungen und/oder auf Abweichungen der Temperaturcharakteristik von elektronischen Halbleiterbauelementen wie z. B. den zur Verarbeitung der Resolversignale herangezogenen Operationsverstärkern oder dergleichen beruhen. In einem solchen Fall wird das Vorliegen eines Störzustands angezeigt und der Ablauf der Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung fehlerbedingt beendet (FEHLER).
  • Wenn dagegen die Differenz zwischen dem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(nächstliegend) und dem wirklichen elektrischen Motorwinkel ΘMe kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist, erfolgt die Beurteilung, dass derzeit bei den die Ritzelwelle 23, die Zahnstangenwelle 24, den Kugelumlaufmechanismus 50 oder dergleichen bildenden mechanischen Bauteilen und/oder bei elektronischen Halbleiterbauelementen wie z. B. den die Resolversignale verarbeitenden Operationsverstärkern oder dergleichen keine Fehler vorliegen. Das Unterprogramm geht daraufhin auf den nächsten Schritt S113 über, bei dem eine Verarbeitung zur Berechnung eines absoluten Lenkwinkels ΘAm erfolgt, d. h. im Schritt S113 wird ein den im Schritt S109 ausgewählten berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe angebender Parameter A (der bei diesem Ausführungsbeispiel die Werte 0, 1, –1 und –2 umfasst) in die nachstehende Gleichung (4) zur Durchführung einer Verarbeitung auf der Basis des im Schritt S103 berechneten mechanischen Winkels ΘTm des Lenkrads 41 eingesetzt. Auf diese Weise lässt sich der absolute Lenkwinkel ΘAm des Lenkrads 21 bestimmen, womit der Ablauf der Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung im Normalverlauf endet. ΘAm = ΘTm + 360 × A (4)
  • Durch Überwachung des aus den Ausgangssignalen des ersten Resolvers 35 und des zweiten Resolvers 37 erhaltenen mechanischen Winkels ΘTm in regelmäßigen Zeitintervallen (wie z. B. in Intervallen von jeweils 5 ms) kann der auf diese Weise erhaltene Parameter A aktualisiert oder erneuert werden. Im Rahmen der Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung kann somit der absolute Lenkwinkel ΘAm unter Verwendung der vorstehenden Gleichung berechnet werden.
  • Die Aktualisierung des Parameters A erfolgt hierbei unter Verwendung der nachstehenden Gleichungen (4)' und (4)''. Zunächst wird beurteilt, ob ein durch Subtraktion des vorherigen mechanischen Winkels ΘTm-alt von dem derzeitigen mechanischen Winkel ΘTm des Lenkrads 21 erhaltener Winkel 180° überschreitet oder nicht, d. h. ob die nachstehende Gleichung (4)' erfüllt ist oder nicht. Wenn die nachstehende Gleichung (4)' erfüllt ist, bedeutet dies, dass das Lenkrad 21 in Linksrichtung um mehr als eine Umdrehung gedreht worden ist. Der Parameter A wird daher dekrementiert und zu A = A – 1 aktualisiert, wobei der derzeitige mechanische Winkel ΘTm als der vorherige mechanische Winkel ΘTm-alt gespeichert wird.
  • Wenn dagegen die nachstehende Gleichung (4)' nicht erfüllt ist, wird beurteilt, ob der durch Subtraktion des vorherigen mechanischen Winkels ΘTm-alt von dem derzeitigen mechanischen Winkel ΘTm des Lenkrads 21 erhaltene Winkel kleiner als 180° ist, d. h. ob die nachstehende Gleichung (4)'' erfüllt ist oder nicht. Wenn die nachstehende Gleichung (4)'' erfüllt ist, beinhaltet dies, dass das Lenkrad 21 in Rechtsrichtung um mehr als eine Umdrehung gedreht worden ist. Der Parameter A wird dann inkrementiert und zu A = A + 1 aktualisiert, wobei der derzeitige mechanische Winkel ΘTm als der vorherige mechanische Winkel ΘTm-alt gespeichert wird. Wenn die Gleichungen (4)' und (4)'' beide nicht erfüllt sind, beinhaltet dies, dass das Lenkrad 21 in Linksrichtung oder Rechtsrichtung nur im Rahmen einer einzigen Umdrehung gedreht worden ist. Hierbei ist eine Aktualisierung des Parameters A und des vorherigen mechanischen Winkels ΘTm-alt nicht erforderlich, sodass der derzeitige Wert des Parameters A und der vorherige mechanische Winkel ΘTm-alt aufrecht erhalten werden. ΘTm – ΘTm-alt > 180° (4)' ΘTm – ΘTm-alt < –180° (4)''
  • In Abhängigkeit von diesem Algorithmus kann der Parameter A in geeigneter Weise aktualisiert werden, sodass nach der Ausführung der vorstehend beschriebenen Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung der absolute Lenkwinkel ΘAm unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (4) berechnet werden kann.
  • Nachstehend wird näher auf den Grund eingegangen, warum in Bezug auf den Rechenwert (r) der im Schritt S105 verwendeten Gleichung (3) das wesentliche Erfordernis besteht, dass dieser Rechenwert einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellen soll.
  • In der japanischen Patentanmeldung 2002-196 131 der Anmelderin sind ein von einem Drehmomentsensor 30 erfasster Lenkwinkel mit Θt (entsprechend dem vorstehend beschriebenen mechanischen Winkel ΘTm) und ein elektrischer Motordrehwinkel mit Θm (entsprechend dem vorstehend beschriebenen wirklichen elektrischen Motorwinkel ΘMe) bezeichnet, wobei eine von einem Drehmomentsensor erfasste Absolutstellung Pt des Lenkrads 21 durch die nachstehende Gleichung (5) und eine aus dem Motordrehwinkel abgeleitete Absolutstellung Pm des Lenkrads 21 durch die nachstehende Gleichung (6) gegeben sind. Der Rechenwert (r) stellt hierbei das Produkt des Untersetzungsverhältnisses des Kugelumlaufmechanismus 50 und der Anzahl der Polpaare des Motor-Resolvers 44 dar. Pt = Θt + 360·A (5) Pm = (Θm + 360·B)/r (6)
  • In Gleichung (5) nimmt der Parameter A die ganzzahligen Werte –2, –1, 0 und 1 an, während in Gleichung (6) der Parameter B einen ganzzahligen Wert im Bereich von –126 bis 125 annimmt, wobei in diesem Fall theoretisch davon ausgegangen wird, dass weder ein erschütterungs- oder stoßbedingter Fehler in dem das Lenkrad 21 mit dem Elektromotor 40 verbindenden mechanischen System noch ein Fehler in Bezug auf die absolute Genauigkeit des von dem ersten Resolver 35 und dem zweiten Resolver 37 des Drehmomentsensors 30 oder des von dem Motor-Resolver 44 des Elektromotors 40 erfassten elektrischen Winkels vorliegen.
  • Da die vorstehenden Gleichungen (5) und (6) beide die Absolutstellung des Lenkrads 21 angeben und damit gleichgesetzt werden können, ergibt sich die nachstehende Gleichung (7), aus der sich wiederum die nachstehende Gleichung (8) ableiten lässt. Θt + 360·A = (Θm + 360·B)/r (7) B = (r (Θt + 360·A) – Θm)/360 (8)
  • In der vorstehend genannten japanischen Patentanmeldung der Anmelderin ist in den vorstehenden Gleichungen (5) bis (8) der Rechenwert (r) durch den Wert 57,4 ersetzt worden. Wenn nämlich bei einer Umdrehung des Lenkrads 21 die Zahnstangenwelle 24 um S mm bewegt wird und die Steigung des Kugelumlaufmechanismus 50 durch L gegeben ist, wird durch die Bewegung der Zahnstangenwelle 24 um S mm die Motorwelle 43 um den Betrag S/L gedreht, wobei diese Bewegungsumsetzung entsprechend einem auf 8,2 eingestellten Untersetzungsverhältnis des Kugelumlaufmechanismus 50 erfolgt. Wenn hierbei die Zeitintervalle Tm1, in denen der Motor-Resolver 44 sein Detektionssignal Θm abgibt, entsprechend der Anzahl von Polpaaren des Motor-Resolvers 44 auf 7 Zyklen eingestellt ist, nimmt das Zeitintervall Tm2, in dem der Motor-Resolver 44 sein Detektionssignal Θm für eine Umdrehung des Lenkrads 21 (oder der Ritzelwelle 23) abgibt, d. h. das Produkt, das durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses des Kugelumlaufmechanismus 50 mit der Anzahl der Polpaare des Motor-Resolvers 44 erhalten wird, den Wert 57,4 an (= Tm1 × (S/L) = 7 × 8,2).
  • Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei dem Parameter B um einen Wert, der theoretisch als ganze Zahl gegeben ist. Tatsächlich müssen jedoch erschütterungsbedingte Fehler in dem das Lenkrad 21 mit dem Elektromotor 40 verbindenden mechanischen System sowie Fehler in Bezug auf die absolute Genauigkeit der von dem ersten Resolver 35 und dem zweiten Resolver 37 des Drehmomentsensors 30 und dem Motor-Resolver 44 des Elektromotors 40 erfassten elektrischen Winkel berücksichtigt werden. Da in der Praxis somit der Parameter B einen Dezimalstellenwert umfasst und vier Arten der B-Parameter in Abhängigkeit von den Werten des Parameters A (nämlich –2, –1, 0, 1) durch die vorstehende Gleichung (8) erhalten werden, kann der Fall eintreten, dass bei der Auswahl eines geeigneten Wertes (eines wahren Wertes) als Absolutstellung des Lenkrads 21 dieser geeignete Wert mit drei anderen Werten (nämlich falschen Werten) verwechselt wird.
  • Da nämlich bei der Vorrichtung gemäß der vorstehend genannten japanischen Patentanmeldung 2002-196 131 eine Verarbeitung zur Auswahl des in Bezug auf eine ganze Zahl nächstliegenden Parameters B aus sämtlichen B-Parametern erfolgt, kann bei Auftreten eines Fehlers z. B. auf Grund der vorstehend beschriebenen Erschütterungen im mechanischen System fehlerhafterweise einer der drei anderen Werte (nämlich der falschen Werte) bei der Bestimmung des geeigneten Wertes (d. h. des wahren Wertes) ausgewählt werden. Diese Befürchtung ergab sich bei Untersuchungen, die im Rahmen der Erfindung durchgeführt wurden.
  • Die 8(A) bis 8(C) zeigen Schaubilder, die jeweils Änderungen des mechanischen Winkels ΘTm (dicke Kennlinie) des Lenkrads 21 und der von dem Motor-Resolver 44 erfassten wirklichen elektrischen Motorwinkel ΘMe (dünne Kennlinie) in Abhängigkeit von den Umdrehungsbeträgen (A = –2, –1, 0, 1) des Lenkrads 21 veranschaulichen. 8(A) zeigt hierbei die Kennlinien für einen Rechenwert r von r = 3,75, während 8(B) die Kennlinien für einen Rechenwert r von r = 3,05 und 8(C) die Kennlinien für einen Rechenwert r von r = 4,00 zeigen. Der Rechenwert (r) stellt hierbei das Produkt des Untersetzungsverhältnisses des Kugelumlaufmechanismus 50 und der Anzahl der Polpaare des Motor-Resolvers 44 dar.
  • Wenn z. B. in der in 8(A) dargestellten Weise bei Einstellung des Dezimalstellen-Zahlenwertes auf 0,75 (r = 3,75) ein der Nullstellung des Lenkrads 21 entsprechender Wert γa einen wahren Wert (Wahrheitswert) darstellt, nehmen drei andere Werte αa, βa, δa jeweils Werte an, die sich sowohl voneinander als auch von dem wahren Wert γa um 90° unterscheiden. 8(A) zeigt somit, dass auch bei Vorliegen von Fehlern auf Grund von Erschütterungen des mechanischen Systems oder dergleichen der wahre Wert (Wahrheitswert) γa einen Abstandsbereich von 90° zu einem beliebigen benachbarten Wert aufweist, sodass nur eine geringe Gefahr besteht, dass eine Verwechslung des wahren Wertes γa mit den falschen Werten αa, βa und δa erfolgt.
  • Wenn ferner in der in 8(B) dargestellten Weise der Dezimalstellen-Zahlenwert auf 0,05 (r = 3,05) eingestellt ist und ein der Nullstellung des Lenkrads 21 entsprechender Wert γb einen wahren Wert darstellt, besteht bei diesem wahren Wert γb nur eine Differenz von ungefähr 10° in Bezug auf die falschen Werte αb, βb und δb. 8(B) zeigt somit, dass auf Grund des geringen Abstands von 10° des wahren Wertes γb zu benachbarten Werten eine gewisse Gefahr besteht, dass der wahre Wert γb in Abhängigkeit von der Größe eines z. B. auf Erschütterungen des mechanischen Systems beruhenden Fehlers mit den falschen Werten αb, βb und δb verwechselt wird.
  • Wenn dagegen in der in 8(C) veranschaulichten Weise der Dezimalstellen-Zahlenwert auf Null (r = 4,00) eingestellt ist und ein der Nullstellung des Lenkrads 21 entsprechender Wert γc einen wahren Wert darstellt, nehmen die anderen falschen Werte αc, βc und δc den gleichen Wert wie der wahre Wert γc an (kein Abstandsbereich vorhanden), sodass der wahre Wert γc nicht von den anderen falschen Werten ac, βc und δc unterschieden werden kann. 8(C) zeigt somit, dass eine Unterscheidung des wahren Wertes γc von den anderen falschen Werten αc, βc und δc unmöglich ist.
  • Aus den 8(A), 8(B) und 8(C) ist somit ersichtlich, dass der das Produkt des Untersetzungsverhältnisses des Kugelumlaufmechanismus 50 und der Anzahl der Polpaare des Motor-Resolvers 44 darstellende Wert (r) einen maßgeblichen Einfluss auf eine ohne Verwechslung mit falschen Werten erfolgende Auswahl des wahren Wertes aus der Anzahl der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) in dem vorstehend beschriebenen Schritt S109 hat. Insbesondere ist aus diesen Figuren ferner ersichtlich, dass der wahre Wert nicht identifiziert werden kann, wenn der Rechenwert (r) in Form einer ganzen Zahl vorliegt. Aus diesem Grund besteht das vorstehend beschriebene wesentliche Erfordernis, dass der Rechenwert (r) in der vorstehenden Gleichung (3), mit dem im Schritt S105 eine Berechnung erfolgt, einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 8(A), 8(B), 8(C) und 9 näher auf den Einfluss eines solchen Abstandsbereiches in Verbindung mit Fehlern näher eingegangen, die auf Erschütterungen in dem die elektrische Servolenkung 20 bildenden mechanischen System beruhen. 9 zeigt hierbei ein Schaubild, das die Änderung eines Bereichs für Wahrheitswerterfassung in Verbindung mit Dezimalstellen-Zahlenwerten des Rechenwertes (r) veranschaulicht, wobei auf dieses Schaubild nachstehend noch näher eingegangen wird.
  • Mit dem Begriff "Bereich für Wahrheitswerterfassung" ist hiermit ein Index oder dergleichen bezeichnet, der in Form eines Absolutwertes (0 ≤ geringste Abweichung < 180°) die Differenz zwischen dem wahren Wert und einem dem wahren Wert nächstliegenden falschen Wert aus den in der vorstehend beschriebenen Weise berechneten vier Arten (A = –2, –1, 0, 1) von elektrischen Motorwinkeln ΘMe(A) angibt. Bei dem in 8(B) veranschaulichten Fall beträgt die Differenz zwischen dem wahren Wert γb und dem in Bezug auf den wahren Wert γb nächstliegenden falschen Wert δb z. B. 20°. Der Bereich für Wahrheitswerterfassung entspricht hierbei der "Winkelabweichung von dem elektrischen Motorwinkel" gemäß den Patentansprüchen.
  • Wenn nun bei diesem Ausführungsbeispiel angenommen wird, dass z. B. der auf Erschütterungen des mechanischen Systems beruhende Fehler ± 0,24° und die Messgenauigkeit des Drehmomentsensors 30 ± 0,16° betragen, nimmt der Fehler des in der vorstehend beschriebenen Weise aus den elektrischen Winkeln ΘT1 und ΘT2 berechneten mechanischen Winkels ΘTm des Lenkrads 21 als Summe dieser Fehlerwerte einen Wert von 0,4° an.
  • Da der elektrische Motorwinkel ΘMe(A) mit Hilfe der vorstehenden Gleichung (3) berechnet wird, wird z. B. im Falle von A = 0, ΘTm = 0 und r = 60,67 der elektrische Motorwinkel ΘMe(0) durch Ersetzen von ΘTm durch einen den ΘTm-Fehlerwert 0,4 umfassenden Wert in Form von ΘTm = (0 + 0,4) und Einsetzen von ΘTm = (0 + 0,4) in Gleichung (3) berechnet und nimmt somit den Wert ((0 + 0,4) + 360 × 0) × 60,76 = 24,3°) an, d. h. der Fehler 0,4 wird mit (r) multipliziert (bei diesem Beispiel mit 60,76 multipliziert), um in die berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) einzugehen. Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass ein solcher Fehler sowohl in den wahren Wert als auch in die benachbarten falschen Werte eingeht, sodass der Fehler bei einer unter dieser Annahme erfolgenden Berechnung den doppelten Wert von 24,3° annimmt und damit 48,6° beträgt.
  • Auch wenn wie im Falle von 8(A) der wahre Wert einen Abstand von 90° zu dem nächsten Wert aufweist, führt der auf Erschütterungen des mechanischen Systems beruhende Fehler bei dem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) somit zu einem Fehler von fast 50° (nämlich ca. 48,6°), woraus sich eine Verringerung des Abstands auf 40° (= 90 – 50) ergibt. In 9 ist die Grenze dieser Fehlerzone durch eine strichpunktierte Linie entlang der Linie des 50°-Bereichs der Wahrheitswerterfassung gekennzeichnet.
  • Wie ferner in Verbindung mit 7 beschrieben worden ist, wird bei diesem Ausführungsbeispiel im Schritt S111 bei der Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung beurteilt, ob die Differenz zwischen dem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(nächstliegend) und dem wirklichen elektrischen Motorwinkel ΘMe einen vorgegebenen Schwellenwert (von z. B. 10°) überschreitet oder nicht, wobei im Falle eines Überschreitens dieses vorgegebenen Schwellenwertes der Verarbeitungsablauf des Unterprogramms auf Grund des Vorliegens eines Störzustands beendet wird (FEHLER). Hierbei kann ein Additionswert von 60°, der durch Addition des vorgegebenen Schwellenwertes (von z. B. 10°) zu der Fehlerzonengrenze (von 50°) erhalten wird, als unterer Grenzwert für die Winkelabweichung von dem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) festgelegt werden, wobei in 9 ein Abstandsbereich (von 60°) für eine auf diese Weise berechnete Wahrheitswerterfassung durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist.
  • Wenn somit in der in 9 dargestellten Weise der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) dahingehend eingestellt wird, dass er in einer Zone liegt (der schräg gestrichelten Zone in 9), in der der Bereich der Wahrheitswerterfassung nicht unter 60° und nicht über 90° liegt (d. h. zwischen 60 und 90°), kann der wahre Wert auch bei Vorliegen eines Fehlers auf Grund von Erschütterungserscheinungen in dem die elektrische Servolenkung 20 bildenden mechanischen System im Rahmen des vorstehend beschriebenen Schrittes S109 aus der Anzahl der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) ohne Verwechslung mit anderen falschen Werten ausgewählt werden.
  • Da im einzelnen ein Bereich von 60° für die Wahrheitswerterfassung 67% (= 60/90) des größten Wertes von 90° der Zickzackkennlinie K gemäß 9 entspricht, entspricht der Bereich von 60° bis 90° der Wahrheitswerterfassung somit 67% oder mehr bzw. 100% oder weniger der Zickzackkennlinie K, die die Änderung des Bereichs für die Wahrheitswerterfassung in Relation zu der Änderung des Dezimalstellen-Zahlenwertes des Rechenwertes (r) angibt. Wie 9 zu entnehmen ist, liegt der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) in dieser Zone in einem der Bereiche "0,17 bis 0,28", "0,39 bis 0,42", "0,58 bis 0,61" und "0,72 bis 0,83". Wenn ein in diesen Zahlwertbereichen liegender Rechenwert (r) eingestellt wird, kann der wahre Wert aus der Anzahl der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) ohne Verwechslung mit anderen falschen Werten ausgewählt werden. Die Bereiche "0,17 bis 0,28", "0,39 bis 0,42", "0,58 bis 0,61" und "0,72 bis 0,83" stellen hierbei Dezimalstellen-Zahlenwertbereiche dar, durch die Winkelabweichungen herbeigeführt werden, die 67% bis 100% der größten Winkelabweichungen von den elektrischen Motorwinkeln entsprechen, wobei diese Abweichungen für die zumindest eine Linksumdrehung und eine Rechtsumdrehung umfassenden jeweiligen Drehbereichseinheiten des Lenkrads unterschiedlich sind.
  • Wenn somit der Bereich für die Wahrheitswerterfassung auf 90° und damit auf 100% des oberen Grenzwertes der Fehlerzone (schräg gestrichelte Zone) eingestellt wird, nimmt er seinen höchsten Wert an. Da nämlich in der aus 8(A) ersichtlichen Weise das Lenkrad 21 vier Umdrehungen ausführt, wenn sich der Parameter A in Form von A = –2, –1, 0, 1 verändert, entspricht ein durch Teilung von 360° durch 4 (= 360/4) erhaltener Wert von 90° der mittleren Stellung zwischen den falschen Werten βa, δa, die winkelmäßig jeweils auf entgegengesetzten Seiten des wahren Wertes γa liegen, sodass der Bereich für die Wahrheitswerterfassung maximal wird. Aus diesem Grund wird der obere Grenzwert der Fehlerzone auf 90° eingestellt.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 10(A), 10(B), 11(A) und 11(B) näher auf das die Änderung des Bereichs für die Wahrheitswerterfassung in Relation zu den Dezimalstellen-Zahlenwerten des Rechenwertes (r) angebende Schaubild (Zickzackkennlinie K) näher eingegangen. 10(A) zeigt hierbei ein Kennlinienfeld, das die Änderung der Abweichungen von dem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(–2) in Abhängigkeit von den Dezimalstellen-Zahlenwerten des Rechenwertes (r) wiedergibt.
  • Wie in Verbindung mit 8(C) beschrieben worden ist, nimmt bei Einstellung des Dezimalstellen-Zahlenwertes des Rechenwertes (r) auf Null der berechnete elektrische Motorwinkel ΘMe(A) den gleichen Wert für jeden der vier Arten von Umdrehungsbeträgen (A = –2, –1, 0, 1) des Lenkrads 21 an, sodass der wahre Wert nicht von den falschen Werten unterschieden werden kann. Da in 10(A) der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) auf Null eingestellt ist, und somit die Abweichung von der gestrichelten Linie für A = –2 Null wird, nehmen die durchgezogene Kennlinie für A = –1, die punktierte Kennlinie für A = 0 und die strichpunktierte Kennlinie für A = 1 jeweils den Wert Null an.
  • Wenn dagegen der Dezimalstellen-Zahlenwert allmählich vergrößert wird, vergrößert sich bei der durchgezogenen Kennlinie für A = –1, der punktierten Kennlinie für A = 0 und der strichpunktierten Kennlinie für A = 1 auch die Abweichung von der gestrichelten Kennlinie für A = –2. Hierbei vergrößert sich der positive Steigungsbetrag in der Reihenfolge der durchgezogenen Kennlinie für A = –1, der punktierten Kennlinie für A = 0 und der strichpunktierten Kennlinie für A = 1, was darauf beruht, dass das Produkt aus dem Parameter A und 360 in der aus der vorstehenden Gleichung (3) ersichtlichen Weise außerdem mit dem Rechenwert (r) multipliziert wird. Wenn somit gemäß 10(A) die gestrichelte Kennlinie für A = –2 als Basis herangezogen wird, verändern sich die durchgezogene Kennlinie für A = –1 von 0 bis 360°, die punktierte Kennlinie für A = 0 von 0 bis 720°, was in Bezug auf die durchgezogene Kennlinie für A = –1 den doppelten Wert darstellt, und die strichpunktierte Kennlinie für A = 1 von 0 bis 1080°, was in Bezug auf die durchgezogene Kennlinie für A = –1 den dreifachen Wert darstellt.
  • Wenn somit die Abweichungen des berechneten elektrischen Motorwinkels ΘMe(A) von der als Grundlage dienenden gestrichelten Kennlinie für A = –2 in Abhängigkeit von einer Veränderung des Dezimalstellen-Zahlenwertes des Rechenwertes (r) von 0 bis 1 für die jeweiligen Fälle A = –1, A = 0 und A = 1 berechnet werden, besteht zwischen ihnen die in 10(A) dargestellte Beziehung. Wenn hierbei die auf diese Weise berechneten Abweichungen beim Erreichen von 180° jeweils zurückgeführt werden, ergeben sich die in 10(B) dargestellten zickzackförmigen Kennlinien, wobei in 10(B) die gestrichelte Kennlinie für A = –2 entfallen ist.
  • Während die durchgezogene Kennlinie für A = –1 in 10(A) linear von 0 bis 360° ansteigt, erfolgt in 10(B) jeweils bei Erreichen von 180° eine Umkehr. Die durchgezogene Kennlinie für A = –1 in 10(B) kehrt somit jeweils um, wenn der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) 0,5 erreicht, sodass dann ein linearer Abfall mit negativer Steigung erfolgt und auf diese Weise eine Zickzackkennlinie (durchgezogene Kennlinie) in Form eines gleichschenkligen Dreiecks erhalten wird.
  • Während die punktierte Kennlinie für A = 0 in 10(A) linear von 0 bis 720° ansteigt, erfolgt in 10(B) jeweils bei Erreichen von 180° und 0° eine Umkehr. Die punktierte Kennlinie für A = 0 in 10(B) kehrt somit jeweils um, wenn der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) 0,25, 0,5 und 0,75 erreicht, sodass ein zweifacher Anstieg und Abfall erfolgt und auf diese Weise eine Zickzackkennlinie (punktierte Kennlinie) in Form von zwei gleichschenkligen Dreiecken erhalten wird.
  • Während schließlich die strichpunktierte Kennlinie für A = 1 in 10(A) linear von 0 bis 1080° ansteigt, erfolgt in 10(B) jeweils bei Erreichen von 180° und 0° eine Umkehr. Die strichpunktierte Kennlinie für A = 1 in 10(B) kehrt somit jeweils um, wenn der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) 0,167, 0,333, 0,5, 0,667 und 0,833 erreicht, sodass ein dreifacher Anstieg und Abfall erfolgt und auf diese Weise eine Zickzackkennlinie (strichpunktierte Kennlinie) in Form von drei gleichschenkligen Dreiecken erhalten wird.
  • Wenn nun davon ausgegangen wird, dass der für A = –2 berechnete elektrische Motorwinkel ΘMe(–2) den wahren Wert darstellt, zeigen die vorstehend beschriebenen jeweiligen Zickzackkennlinien eine Abweichung von der gestrichelten Kennlinie für A = –2 im Bereich von 0, sodass eine Verwechslungsgefahr zwischen dem als wahrer Wert berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(–2) und den als falsche Werte berechneten anderen elektrischen Motorwinkeln ΘMe(–1), ΘMe(0) und ΘMe(1) besteht. Wenn somit bei diesen Zickzackkennlinien die dem elektrischen Winkel ΘMe(–2) jeweils nächstliegenden falschen Werte bei den jeweiligen Dezimalstellen-Zahlenwerten als echte Werte gewählt werden, wird die Zickzackkennlinie K (die in 10(B) dick eingezeichnete Kennlinie) erhalten. Diese Zickzackkennlinie K entspricht der in Verbindung mit 9 beschriebenen Charakteristik (Zickzackkennlinie K), die die Änderung des Bereiches für die Wahrheitswerterfassung in Relation zu den Dezimalstellen-Zahlenwerten des Rechenwertes (r) angibt.
  • Bei den 10(A) und 10(B) werden die Abweichungen der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) von der als Basis herangezogenen gestrichelten Kennlinie für A = –2 für die jeweiligen Fälle von A = –1, A = 0 und A = 1 in Abhängigkeit von einer Änderung des Dezimalstellen-Zahlenwertes des Rechenwertes (r) von 0 bis 1 berechnet. Wenn jedoch die durchgezogene Kennlinie für A = –1 als Basis herangezogen und sodann die Abweichungen der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) von dieser Kennlinie für die jeweiligen Fälle A = –2, A = 0 und A = 1 berechnet werden, ergibt sich das Kennlinienfeld gemäß 11(A). Werden nun die in 11(A) dargestellten Abweichungen beim jeweiligen Erreichen von 180° wieder zurückgeführt bzw. umgekehrt, werden wiederum zickzackförmige Kennlinien erhalten, wie sie in 11(B) dargestellt sind. Wenn nun angenommen wird, dass der für den Fall A = –1 berechnete elektrische Motorwinkel ΘMe(–1) den wahren Wert darstellt, und bei diesen Kennlinien die in Bezug auf den elektrischen Winkel ΘMe(–1) jeweils nächstliegenden falschen Werte als wahre Werte bei den jeweiligen Dezimalstellen-Zahlenwerten ausgewählt werden, wird eine weitere Zickzackkennlinie L (die in 11(B) als strichpunktierte Kennlinie dick eingezeichnet ist) erhalten, wobei in 11(B) die durchgezogene Kennlinie für A = –1 entfallen ist.
  • Wenn ferner die punktierte Kennlinie für A = 0 als Basis herangezogen und die Abweichungen der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) von dieser Kennlinie für die jeweiligen Fälle A = –2, A = –1 und A = 1 berechnet werden, sind die Abweichungen von der als Basis herangezogenen punktierten Kennlinie für A = 0 in den Fällen A = –1 und A = 1 gleich, wobei die Abweichung im Falle von A = –2 größer als die Abweichungen in den Fällen A = –1 und A = 1 sind. Die Abweichungen der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) von der als Basis herangezogenen strichpunktierten Kennlinie für A = 0 können somit in der gleichen Weise wie im Falle der als Basis dienenden durchgezogenen Kennlinie für A = –1 erhalten werden, wie dies in den 11(A) und 11(B) dargestellt ist.
  • Wenn ferner die strichpunktierte Kennlinie für A = 1 als Basis herangezogen und die Abweichungen der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) von dieser Kennlinie für die jeweiligen Fälle A = –2, A = –1 und A = 0 berechnet werden, verschieben sich die Abweichungen in der Reihenfolge der Fälle A = 0, A = –1 und A = –2. Die Abweichungen von der strichpunktierten Kennlinie für A = 1 können somit in der gleichen Weise wie im Falle der als Basis herangezogenen und in den 10(A) und 10(B) dargestellten gestrichelten Kennlinie für A = –2 erhalten werden.
  • Bei einem Vergleich des Kennlinienfeldes gemäß 10(B) mit dem Kennlinienfeld gemäß 11(B) zeigt sich, dass die in Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit einem Spitzenwert (Maximalwert) bei dem Rechenwert (r) = 0,5 verlaufende Kennlinie für den Fall A = –1 gemäß 10(B) der in Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit einem Spitzenwert (Maximalwert) bei dem Rechenwert (r) = 0,5 verlaufenden Kennlinie für die Fälle A = 0 und A = –2 gemäß 11(B) entspricht. Gleichermaßen entspricht die in Form von zwei gleichschenkligen Dreiecken mit Spitzenwerten (Maximalwerten) bei den Rechenwerten (r) = 0,25 und (r) = 0,75 verlaufende Kennlinie für den Fall A = 0 gemäß 10(B) der in Form von zwei gleichschenkligen Dreiecken mit einem Spitzenwert (Maximalwert) bei dem Rechenwert (r) = 0,25 und einem weiteren Spitzenwert (Maximalwert) bei dem Rechenwert (r) = 0,75 verlaufenden Kennlinie für den Fall A = 1 gemäß 11(B).
  • In Bezug auf die Zickzackkennlinie L (11(B)), die durch Berechnung der Abweichungen der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) von der durchgezogenen Kennlinie für A = –1 in den jeweiligen Fällen A = –2, A = 0 und A = 1 erhalten wird, sowie in Bezug auf die Zickzackkennlinie L (11(B)), die durch Berechnung der Abweichungen der berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(A) von der punktierten Kennlinie für A = 0 in den jeweiligen Fällen A = –2, A = –1 und A = 1 erhalten wird, liegt somit die Zone (von z. B. 60 bis 120°) im Bereich des größten Wertes (von etwa 120°) innerhalb der Zone (der schräg gestrichelten Zone) von 60 bis 90° der Zickzackkennlinie K gemäß 9. Auch in den Fällen, in denen die gestrichelte Kennlinie für A = –2 und die punktierte Kennlinie für A = 0 als Basis herangezogen werden, kann die Zone von 60 bis 90° der Zickzackkennlinie K gemäß 9 (die schräg gestrichelte Zone) in dieser Form Verwendung finden.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird bei der elektrischen Servolenkung 20 gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Untersetzungsverhältnis des Kugelumlaufmechanismus 50 derart eingestellt, dass der als Produkt des Untersetzungsverhältnisses und der Anzahl der Polpaare des Motor-Resolvers 44 erhaltene Rechenwert (r) einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt. Auf diese Weise kann nicht der Fall eintreten, dass der Rechenwert (r) den Wert 0 annimmt, da der Zahlenwert nicht kleiner als eine Dezimalstelle und auch nicht ganzzahlig werden kann. Ferner kann der auf der Basis des von dem ersten Resolver 35 erhaltenen elektrischen Winkels ΘT1 und des von dem zweiten Resolver 37 erhaltenen elektrischen Winkels ΘT2 berechnete mechanische Winkel ΘTm des Lenkrads 21 bei einer Drehbereichseinheit (A = –2, –1, 0, 1) einer beliebigen Umdrehung von insgesamt vier, nämlich zwei Linksumdrehungen und zwei Rechtsumdrehungen umfassenden Lenkradumdrehungen nicht den gleichen Wert annehmen. Im Schritt S109 der von der Zentraleinheit 61 der elektronischen Steuereinheit 60 durchgeführten Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung kann somit die Absolutstellung ΘAm des Lenkrads 21 genau erfasst werden. Auf diese Weise kann der Elektromotor 40 zur Unterstützung der Lenkradbetätigung von der elektronischen Steuereinheit 60 in Abhängigkeit von dem in der vorstehend beschriebenen Weise erfassten absoluten Lenkwinkel ΘAm des Lenkrads 21 gesteuert werden.
  • Gemäß einer modifizierten Form dieses Ausführungsbeispiels kann auch die Anzahl von Polpaaren des Motor-Resolvers 44 derart eingestellt werden, dass der als Produkt des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl von Polpaaren des Motor-Resolvers 44 erhaltene Rechenwert (r) einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt. Auf diese Weise kann ebenfalls der auf der Basis des von dem ersten Resolver 35 erhaltenen elektrischen Winkels ΘT1 und des von dem zweiten Resolver 37 erhaltenen elektrischen Winkels ΘT2 berechnete mechanische Winkel ΘTm des Lenkrads 21 bei einer Drehbereichseinheit (A = –2, –1, 0, 1) einer beliebigen Umdrehung der insgesamt vier, nämlich zwei Linksumdrehungen und zwei Rechtsumdrehungen umfassenden Lenkradumdrehungen nicht den gleichen Wert annehmen. Hierdurch kann die Absolutstellung ΘAm des Lenkrads 21 im Schritt S109 der von der Zentraleinheit 61 der elektronischen Steuereinheit 60 durchgeführten Absolutstellungs-Erfassungsverarbeitung genau detektiert werden, sodass wie im Falle einer entsprechenden Einstellung des Untersetzungsverhältnisses des Kugelumlaufmechanismus 50 der Elektromotor 40 zur Unterstützung der Lenkradbetätigung auch in diesem Falle von der elektronischen Steuereinheit 60 in Abhängigkeit von dem absoluten Lenkwinkel ΘAm des Lenkrads 21 gesteuert werden kann.
  • Bei der elektrischen Servolenkung 20 gemäß diesem Ausführungsbeispiel liegt der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) ebenfalls in einem vorgegebenen Bereich, der auf einen Bereich von 67% bis 100% des Maximalwertes der Abweichungen von dem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(–2) eingestellt ist, die wiederum in Bezug auf die Drehbereichseinheiten (A = –2, –1, 0, 1) bei den insgesamt vier, nämlich zwei Umdrehungen in Linksrichtung und zwei Umdrehungen in Rechtsrichtung umfassenden Lenkradumdrehungen unterschiedlich sind. Auch wenn somit ein Messfehler in Bezug auf den mechanischen Winkel ΘTm des Lenkrads 21 auf Grund von verschleißbedingten Dimensionsgenauigkeitsabweichungen bei den die Ritzelwelle 23, die Zahnstangenwelle 24, den Kugelumlaufmechanismus 50 oder dergleichen bildenden mechanischen Bauteilen oder auf Grund einer Verschlechterung der Temperaturcharakteristik der zur Verarbeitung der Resolversignale oder dergleichen vorgesehenen elektronischen Bauelemente auftritt, ist dennoch gewährleistet, dass sich zwischen benachbarten Drehbereichseinheiten nicht der gleiche Wert ergibt (bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 10 z. B. zwischen der Drehbereichseinheit A = –2 und der Drehbereichseinheit A = –1, zwischen der Drehbereichseinheit A = –1 und der Drehbereichseinheit A = 0 und zwischen der Drehbereichseinheit A = 0 und der Drehbereichseinheit A = 1). Auch bei Vorliegen eines solchen Fehlers kann somit der absolute Lenkwinkel ΘAm des Lenkrads 21 genau erfasst werden, sodass die elektronische Steuereinheit 60 den Elektromotor 40 zur Unterstützung der Lenkradbetätigung auf der Basis des derart genau erfassten absoluten Lenkwinkels ΘAm des Lenkrads 21 steuern kann.
  • Ferner ist bei der elektrischen Servolenkung 20 sowie der Vorrichtung und dem Verfahren zur Herstellung der elektrischen Servolenkung 20 der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) auf einen von mehreren Dezimalstellen-Zahlenwertbereichen eingestellt, die zu Winkelabweichungen führen, deren Werte 67% bis 100% der größten Winkelabweichung von dem berechneten elektrischen Motorwinkel ΘMe(–2) entsprechen, wobei diese Winkelabweichungen für die jeweiligen Drehbereichseinheiten (A = –2, –1, 0, 1) bei insgesamt vier, nämlich zwei Linksumdrehungen und zwei Rechtsumdrehungen umfassenden Lenkradumdrehungen unterschiedlich sind. Diese Zahlenwertbereiche umfassen hierbei z. B. "0,17 bis 0,28", "0,39 bis 0,42", "0,58 bis 0,61" und "0,72 bis 0,83". Auch wenn somit ein Messfehler in Bezug auf den mechanischen Winkel ΘTm des Lenkrads 21 auf Grund von verschleißbedingten Dimensionsgenauigkeitsabweichungen bei den die Ritzelwelle 23, die Zahnstangenwelle 24, den Kugelumlaufmechanismus 50 oder dergleichen bildenden mechanischen Bauteilen oder auf Grund einer Verschlechterung der Temperaturcharakteristik der zur Verarbeitung der Resolversignale oder dergleichen vorgesehenen elektronischen Bauelemente auftritt, ist dennoch gewährleistet, dass sich bei zwei benachbarten Drehbereichseinheiten nicht der gleiche Wert ergibt (bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 10 z. B. zwischen dem Drehbereich A = –2 und dem Drehbereich A = –1, zwischen dem Drehbereich A = –1 und dem Drehbereich A = 0 und zwischen dem Drehbereich A = 0 und dem Drehbereich A = 1). Auch bei Vorliegen eines solchen Fehlers lässt sich der absolute Lenkwinkel ΘAm des Lenkrads 21 somit genau erfassen, sodass die elektronische Steuereinheit 60 den Elektromotor 40 zur Unterstützung der Lenkradbetätigung in Abhängigkeit von dem derart genau erfassten absoluten Lenkwinkel ΘAm des Lenkrads 21 steuern kann.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass bei dem Verfahren und der Vorrichtung zur Herstellung der elektrischen Servolenkung der Schritt oder die Maßnahme zur Einstellung des Dezimalstellen-Zahlenwertes des Rechenwertes (r) z. B. auf einen der Zahlenwertbereiche "0,17 bis 0,28", "0,39 bis 0,42", "0,58 bis 0,61" und "0,72 bis 0,83" auch durch eine Maßnahme zur Einstellung des Untersetzungsverhältnisses des Kugelumlaufmechanismus 50 mit Hilfe der nachstehenden Gleichungen (9) und (10) ersetzt werden kann. Untersetzungsverhältnis = Hub/Steigung (9) Untersetzungsverhältnis = (Modul × Anzahl von Ritzelzähnen × π/cos (Zahnstangendrehwinkel)) (10)
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen worden, dass das Lenkrad 21 zwei Umdrehungen in Linksrichtung und zwei Umdrehungen in Rechtsrichtung und damit insgesamt vier Umdrehungen ausführen kann, jedoch ist die Erfindung natürlich nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Solange das Lenkrad nämlich zwei Umdrehungen oder mehr ausführen kann, lassen sich die gleichen technologischen Funktionen und damit auch die gleichen Vorteile erzielen, was z. B. der Fall ist, wenn das Lenkrad nur eine Umdrehung in Linksrichtung und eine Umdrehung in Rechtsrichtung und damit insgesamt nur zwei Umdrehungen ausführen kann, wenn es drei Umdrehungen in Linksrichtung und drei Umdrehungen in Rechtsrichtung und damit insgesamt sechs Umdrehungen ausführen kann, oder wenn es 1,5 Umdrehungen in Linksrichtung und 1,5 Umdrehungen in Rechtsrichtung und damit insgesamt drei Umdrehungen ausführen kann.
  • Nachstehend werden verschiedene Merkmale und die damit erzielbaren Vorteile des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels einer zusammenfassenden Betrachtung unterzogen.
  • Da bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebemechanismus und/oder die Anzahl von Polpaaren des dritten Resolvers 44 derart eingestellt sind, dass ein durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl der Polpaare erhaltener Rechenwert (r) einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt, kann der Fall nicht eintreten, dass der Rechenwert (r) als Dezimalstellen-Zahlenwert den Wert Null annimmt bzw. ganzzahlig wird. Der durch den von dem ersten Resolver 35 erfassten ersten Lenkwinkel ΘT1 und den von dem zweiten Resolver 37 erfassten zweiten Lenkwinkel ΘT2 erhaltene Lenkwinkel (von 0 bis 360°) für eine Umdrehung des Lenkrads 21 kann damit im Rahmen von mehreren Links- und Rechtsumdrehungen des Lenkrads 21 für eine beliebige Drehbereichseinheit (A = –2, –1, 0, 1) nicht den gleichen Wert wie bei einer anderen Drehbereichseinheit annehmen. Dies ermöglicht eine genaue Erfassung der absoluten Drehstellung des Lenkrads 21, sodass der Motor zur Unterstützung der Lenkradbetätigung in Abhängigkeit von der derart genau erfassten absoluten Lenkrad-Drehstellung zuverlässig gesteuert werden kann.
  • Außerdem liegt bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) in einem vorgegebenen Bereich, d. h. der durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses des Untersetzungsgetriebemechanismus mit der Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers 44 erhaltene Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) liegt in einem vorgegebenen Bereich. Außer dem Vorteil, dass der mit Hilfe des von dem ersten Resolver 35 erfassten ersten Lenkwinkels ΘT1 und des von dem zweiten Resolver 37 erfassten zweiten Lenkwinkels ΘT2 erhaltene Lenkwinkel (von 0 bis 360°) für eine Umdrehung des Lenkrads 21 bei einer beliebigen Drehbereichseinheit (A = –2, –1, 0, 1) nicht den gleichen Wert wie bei einer anderen Drehbereichseinheit von mehreren Links- und Rechtsumdrehungen des Lenkrads 21 annimmt, ist auch gewährleistet, dass zwischen einer Drehbereichseinheit und einer benachbarten Drehbereichseinheit ein interferenzfreier Bereich besteht. Wenn somit ein Messfehler in Bezug auf den Lenkwinkel des Lenkrads 21 auf Grund von verschleißbedingten Dimensionsgenauigkeitsabweichungen bei den den Lenkmechanismus bildenden mechanischen Bauteilen oder auf Grund von Abweichungen der Temperaturcharakteristik der zur Verarbeitung der Resolversignale dienenden elektrischen Bauelemente auftritt, ist ein Bereich vorhanden, in dem der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) für eine Drehbereichseinheit des Lenkrads 21 nicht den gleichen Wert wie für eine benachbarte andere Drehbereichseinheit annimmt. Auch bei Auftreten eines solchen Fehlers ist somit gewährleistet, dass die Absolutstellung des Lenkrads genau erfasst wird, sodass der zur Unterstützung der Lenkradbetätigung vorgesehene Motor 40 in Abhängigkeit von dem derart genau erfassten Absolutstellungswert des Lenkrads 21 zuverlässig gesteuert werden kann.
  • Weiterhin liegt bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwerts (r) in einem der vorgegebenen Bereiche, bei denen es sich um Dezimalstellen-Zahlenwertbereiche handelt, die zu Winkelabweichungen führen, deren Werte 67% bis 100% der größten Winkelabweichung von den elektrischen Motorwinkeln entsprechen, wobei diese Winkelabweichungen für die zumindest eine Linksumdrehung und eine Rechtsumdrehung des Lenkrads umfassenden jeweiligen Drehbereichseinheiten unterschiedlich sind.
  • Wenn z. B. in Bezug auf die Mittellage des Lenkrads als Nullstellung ein Umdrehungsbereich (0 < Θ ≤ 360°) in Rechtsrichtung des Lenkrads 21 als A = 0 und ein weiterer Umdrehungsbereich (360 < Θ ≤ 720°) in Rechtsrichtung des Lenkrads 21 als A = 1 in Betracht gezogen und weiterhin in Bezug auf die Mittellage des Lenkrads als Nullstellung ein Umdrehungsbereich (0 < Θ ≤ –360°) in Linksrichtung des Lenkrads 21 als A = –1 und ein weiterer Umdrehungsbereich (–360° < Θ ≤ –720°) in Linksrichtung des Lenkrads 21 als A = –2 in Betracht gezogen werden, konnte im Rahmen der Erfindung durch Experimente und Untersuchungen festgestellt werden, dass die elektrischen Motorwinkel in jeweiligen anderen Einumdrehungsbereichen A = –1, 0, 1 in Relation zu dem elektrischen Motorwinkel in einem bestimmten Einumdrehungsbereich A = –2 jeweils die in 10(A) dargestellten Winkelabweichungen in Relation zu dem Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes des in diesem Einumdrehungsbereich A = –2 liegenden elektrischen Motorwinkels aufweisen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass bei einer Darstellung dieser Winkelabweichungen, bei der jeweils bei Erreichen eines elektrischen Winkels von 180° eine Umkehr erfolgt, die in 10(B) dargestellte Zickzackkennlinie K (die in der Figur dick eingezeichnete strichpunktierte Kennlinie) erhalten werden kann. Diese Zickzackkennlinie K ergibt sich durch Auswahl der kleinsten Winkelabweichung aus den Winkelabweichungen in den jeweiligen Einumdrehungsbereichen A = –1, 0, 1 in Abhängigkeit von den jeweiligen Dezimalstellen-Zahlenwerten (0 bis 1).
  • Hierbei bezeichnet der Ausdruck "die Winkelabweichungen der elektrischen Motorwinkel, die für zumindest eine Linksumdrehung und eine Rechtsumdrehung des Lenkrads umfassende jeweilige Drehbereichseinheiten unterschiedlich sind", die durch die in 10(B) dargestellte Zickzackkennlinie K wiedergegebenen Abweichungen von elektrischen Motorwinkeln innerhalb der Umdrehungsbereichseinheit A = –2 in Abhängigkeit von der Änderung des Dezimalstellen-Zahlenwertes des Rechenwertes (r). Ferner lässt sich der Ausdruck "67% bis 100% der größten Winkelabweichung" z. B. anhand der vorstehend beschriebenen Zickzackkennlinie K gemäß 9 beschreiben, da hiermit die schräg gestrichelten Zonen in 9 bezeichnet sind, die jeweils im Bereich von 67% bis 100% (60° bis 90°) des größten Wertes (von 90°) der Zickzackkennlinie K liegen.
  • Durch die vorstehend beschriebene Anordnung ist somit auch bei Auftreten eines Messfehlers in Bezug auf den Lenkwinkel des Lenkrads 21 auf Grund von verschleißbedingten Dimensionsgenauigkeitsabweichungen bei den den Lenkmechanismus bildenden mechanischen Bauteilen oder auf Grund von Abweichungen der Temperaturcharakteristik der zur Verarbeitung der Resolversignale dienenden elektrischen Bauelemente gewährleistet, dass die berechneten Werte der elektrischen Motorwinkel auf Grund solcher Fehler und Abweichungen nicht den gleichen Wert bei zwei benachbarten Einumdrehungsbereichseinheiten annehmen (bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 10(A) z. B. bei dem Umdrehungsbereich A = –2 und dem Umdrehungsbereich A = –1, bei dem Umdrehungsbereich A = –1 und dem Umdrehungsbereich A = 0 sowie bei dem Umdrehungsbereich A = 0 und dem Umdrehungsbereich A = 1). Auch bei Auftreten eines solchen Fehlers kann somit die Absolutstellung des Lenkrads 21 genau erfasst werden, sodass der Elektromotor 40 zur Unterstützung der Lenkradbetätigung in Abhängigkeit von dem derart genau erfassten Absolutstellungswert des Lenkrads 21 zuverlässig gesteuert werden kann.
  • Ferner sind bei den Ausführungsformen der Erfindung, die sich auf das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung der elektrischen Servolenkung beziehen, Schritte und Einrichtungen zur derartigen Einstellung des Untersetzungsverhältnisses des Untersetzungsgetriebemechanismus und/oder der Anzahl von Polpaaren des dritten Resolvers 44 vorgesehen, dass der durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers 44 erhaltene Rechenwert (r) einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt, der in einem der Zahlenwertbereiche "0,17 bis 0,28", "0,39 bis 0,42", "0,58 bis 0,61" und "0,72 bis 0,83" liegt. Der Dezimalstellen-Zahlenwert des Rechenwertes (r) liegt somit in einem der Zahlenwertbereiche, die zu Winkelabweichungen mit Werten von 67% bis 100% der größten Winkelabweichung von den elektrischen Motorwinkeln ΘMe führen, wobei diese Winkelabweichungen für die zumindest eine Linksumdrehung und eine Rechtsumdrehung des Lenkrads 21 umfassenden jeweiligen Umdrehungsbereichseinheiten (A = –2, –1, 0, 1) unterschiedlich sind. Der Grund, warum diese Dezimalstellen-Zahlenwertbereiche im einzelnen die Bereiche "0,17 bis 0,28", "0,39 bis 0,42", "0,58 bis 0,61" und "0,72 bis 0,83" umfassen, besteht darin, dass bei Bewertung der Mittellage des Lenkrads 21 als Nullstellung und Festlegung eines Umdrehungsbereichs (0 < Θ ≤ 360°) in der Rechtsrichtung des Lenkrads als A = 0 und eines weiteren Umdrehungsbereichs (360° < Θ ≤ 720°) in der Rechtsrichtung des Lenkrads als A = 1 und bei Bewertung der Mittellage des Lenkrads als Nullstellung und Festlegung eines Umdrehungsbereichs (0 < Θ ≤ –360°) in der Linksrichtung des Lenkrads als A = –1 und eines weiteren Umdrehungsbereichs (–360° < Θ ≤ –720°) in der Linksrichtung des Lenkrads als A = –2 die in 9 dargestellte Zickzackkennlinie K erhalten werden kann, indem die kleinste Winkelabweichung (A = –2 in 10(A)) als Basis für die Abweichungen in den jeweiligen Einumdrehungsbereichen A = –2, –1, 0, 1 ausgewählt wird.
  • Auch bei Auftreten eines Messfehlers in Bezug auf den Lenkwinkel des Lenkrads 21 auf Grund von verschleißbedingten Dimensionsgenauigkeitsabweichungen der den Lenkmechanismus bildenden mechanischen Bauteile oder auf Grund von Abweichungen der Temperaturcharakteristik der zur Verarbeitung der Resolversignale dienenden elektrischen Bauelemente ist somit gewährleistet, dass die Rechenwerte der elektrischen Motorwinkel ΘMe auf Grund solcher Fehler und Abweichungen nicht die gleichen Werte bei zwei benachbarten Einumdrehungsbereichen annehmen (in 10(A) z. B. bei dem Umdrehungsbereich A = –2 und dem Umdrehungsbereich A = –1, bei dem Umdrehungsbereich A = –1 und dem Umdrehungsbereich A = 0 sowie bei dem Umdrehungsbereich A = 0 und dem Umdrehungsbereich A = 1). Auch bei Auftreten eines solchen Fehlers kann somit die Absolutstellung des Lenkrads 21 genau erfasst werden, sodass ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung der elektrischen Servolenkung 20 erhalten werden können, mit deren Hilfe sich der Elektromotor 40 zur Unterstützung der Lenkradbetätigung in Abhängigkeit von dem derart genau erfassten Absolutstellungswert des Lenkrads 21 zuverlässig steuern lässt.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der elektrischen Servolenkung sind somit außer einem Motor-Resolver eines zur Unterstützung der Betätigung einer Lenkwelle vorgesehenen Elektromotors ein erster und ein zweiter Resolver zur Erfassung der Drehstellung der Lenkwelle vorgesehen, die eine unterschiedliche Anzahl von N-S-Polpaaren aufweisen. Das Untersetzungsverhältnis eines Untersetzungsgetriebemechanismus in Form eines von dem Elektromotor angetriebenen Kugelumlaufmechanismus ist hierbei derart eingestellt, dass ein durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl von Polpaaren des Motor-Resolvers erhaltener Rechenwert einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt. Der Rechenwert kann somit keinen ganzzahligen Zahlenwert annehmen, der keine Dezimalstelle umfasst. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der auf der Basis der von dem ersten und zweiten Resolver erhaltenen elektrischen Winkel berechnete mechanische Winkel des Lenkrads im Rahmen von zwei Linksumdrehungen und zwei Rechtsumdrehungen umfassenden vier Lenkradumdrehungen bei einer beliebigen Einumdrehungsbereichseinheit nicht den gleichen Wert wie bei einer anderen Einumdrehungsbereichseinheit annimmt. Dies ermöglicht eine genaue Erfassung der absoluten Drehstellung des Lenkrads, sodass der Elektromotor zur Unterstützung der Lenkradbetätigung in Abhängigkeit von der derart genau erfassten absoluten Drehstellung des Lenkrads zuverlässig gesteuert werden kann.

Claims (3)

  1. Elektrische Servolenkung, mit einem Lenkrad (21), einem ersten Resolver (35) zur Erfassung eines den Drehwinkel einer mit dem Lenkrad verbundenen Lenkwelle (22) angebenden ersten Lenkwinkels (θT1), einem in Bezug auf den ersten Resolver eine unterschiedliche Anzahl von Polpaaren aufweisenden zweiten Resolver (37) zur Erfassung eines den Drehwinkel der Lenkwelle angebenden zweiten Lenkwinkels (θT2), einem Elektromotor (40) zur Unterstützung des von einem mit der Lenkwelle verbundenen Lenkmechanismus durchgeführten Lenkvorgangs über einen Untersetzungsgetriebemechanismus (50), und einem dritten Resolver (44) zur Erfassung eines den Drehwinkel des Elektromotors angebenden elektrischen Motorwinkels (θMe), wobei der Elektromotor im Rahmen der elektrischen Servolenkung in Abhängigkeit von der Drehstellung des Lenkrads steuerbar ist, die auf der Basis des ersten und zweiten Lenkwinkels und des elektrischen Motorwinkels berechnet wird, wobei das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebemechanismus und/oder die Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers derart eingestellt sind, dass ein durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl der Polpaare erhaltener Rechenwert einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt, der in einem der Zahlenwertbereiche „0,17 bis 0,28", „0,39 bis 0,42", „0,58 bis 0,61" und „0,72 bis 0,83" liegt.
  2. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, bei der die Dezimalstellen-Zahlenwertbereiche zu Winkelabweichungen führen, deren Werte 67% bis 100% der größten Winkelabweichung von den elektrischen Motorwinkeln entsprechen, wobei diese Winkelabweichungen für die zumindest eine Linksumdrehung und eine Rechtsumdrehung des Lenkrades umfassenden jeweiligen Drehbereichseinheiten unterschiedlich sind.
  3. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Servolenkung, mit den Schritten Herstellung einer elektrischen Servolenkung mit einem Lenkrad (21), einem ersten Resolver (35) zur Erfassung eines den Drehwinkel einer mit dem Lenkrad verbundenen Lenkwelle (22) angebenden ersten Lenkwinkels (θT1), einem in Bezug auf den ersten Resolver eine unterschiedliche Anzahl von Polpaaren aufweisenden zweiten Resolver (37) zur Erfassung eines den Drehwinkel der Lenkwelle angebenden zweiten Lenkwinkels (θT2), einem Elektromotor (40) zur Unterstützung des von einem mit der Lenkwelle verbundenen Lenkmechanismus durchgeführten Lenkvorgangs über einen Untersetzungsgetriebemechanismus (50), und einem dritten Resolver (44) zur Erfassung eines den Drehwinkel des Elektromotors angebenden elektrischen Motorwinkels (θMe), wobei der Elektromotor im Rahmen der elektrischen Servolenkung in Abhängigkeit von der absoluten Drehstellung des Lenkrads steuerbar ist, die auf der Basis des ersten und zweiten Lenkwinkels und des elektrischen Motorwinkels berechnet wird, und dem weiteren Schritt einer derartigen Einstellung des Untersetzungsverhältnisses des Untersetzungsgetriebemechanismus und/oder der Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers, dass ein durch Multiplikation des Untersetzungsverhältnisses mit der Anzahl der Polpaare des dritten Resolvers erhaltener Rechenwert einen unganzzahligen Dezimalstellen-Zahlenwert darstellt, der in einem der Zahlenwertbereiche „0,17 bis 0,28", „0,39 bis 0,42", „0,58 bis 0,61" und „0,72 bis 0,83" liegt.
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