DE68902857T2

DE68902857T2 - Servolenkeinrichtung mit elektrischem motor.

Info

Publication number: DE68902857T2
Application number: DE8989303275T
Authority: DE
Inventors: Mitsuharu C O Himeji Morishita; Kosaku C O Himeji Seisaku Uota; Takeshi C O Himeji Se Yasukawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2009-04-04
Also published as: KR890015924A; EP0336682A3; EP0336682A2; DE68902857D1; KR920005425B1; EP0336682B1; US4896735A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Servolenkanlagen mit Elektromotor für Kraftfahrzeuge und insbesondere eine Steuerschaltung für elektrische Servolenkanlagen, wobei die Drehrichtung des unterstützenden Elektromotors mit erhöhter Zuverlässigkeit bestimmt wird.
Kraftfahrzeuge weisen allgemein ein Lenkrad auf, mit dem der Fahrer des Fahrzeugs den Kurs des Fahrzeugs lenkt und es nach rechts oder nach links einschlägt; das von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment wird über eine Lenkwelle usw. auf die gelenkten Räder des Fahrzeugs übertragen, um das Fahrzeug nach rechts oder links zu fahren. Um den Fahrer des Fahrzeugs beim Einschlagen des Lenkrads zu unterstützen, verwenden heute die meisten Kraftfahrzeuge Servolenkungen. Von diesen sind hydraulische Servolenkungen die gebräuchlichsten. Elektrische Servolenkanlagen, die einen Elektromotor zur Lieferung einer Hilfskraft verwenden, um den Fahrer des Fahrzeugs zu unterstützen, werden aber heute immer gebräuchlicher; sie versprechen eine größere Wirtschaftlichkeit, geringeres Gewicht und erhöhte Zuverlässigkeit. Außerdem ist es im Fall von elektrischen Servolenkanlagen leicht, hochentwickelte elektronische Steuerschaltungen zu verwenden.
Fig. 1 zeigt eine typische Organisation der Steuerschaltung zur Steuerung der Drehrichtung und der Größe des Drehmoments des Elektromotors einer elektrischen Servolenkanlage. Die Schaltung weist folgendes auf: einen Drehmomentsensor 1, um das von dem Fahrer des Fahrzeugs aufgebrachte Drehmoment zu erfassen; einen Elektromotor 14, der mit der Lenkwelle über ein Untersetzungsgetriebe usw. verbunden ist, um eine Hilfskraft zu liefern, um den Fahrer beim Drehen der Lenkwelle zu unterstützen; und eine Steuerschaltung 16, die aufgrund des von dem Drehmomentsensor 1 erfaßten Lenkdrehmoments die Richtung und die Größe des Motorstroms, der dem Motor 14 zugeführt wird, steuert, so daß von dem Motor 14 ein geeignetes Hilfsdrehmoment geliefert werden kann.
Der Drehmomentsensor 1 ist mit der Lenkwelle (nicht gezeigt) des Fahrzeugs gekoppelt, um das darauf vom Fahrer des Fahrzeugs über das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment zu erfassen. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem aufgebrachten Drehmoment und dem Ausgangssignal des Drehmomentsensors 1, wobei das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment T auf der Abszisse aufgetragen ist, während die Ausgangsspannung V des Drehmomentsensors 1 auf der Ordinate aufgetragen ist; der Punkt To auf der Abszisse entspricht dem neutralen Drehmomentpunkt, bei dem das von Fahrer aufgebrachte Drehmoment Null ist; die Punkte auf der Abszisse rechts von dem Punkt To bezeichnen Lenkdrehmomente, um das Fahrzeug nach rechts einzuschlagen; andererseits bezeichnen diese Punkte, die links vom Punkt To liegen, Lenkdrehmomente nach links. Die Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment T und der Ausgangsspannung V ist im wesentlichen linear, wie Fig. 3 zeigt; dem Neutral- oder Null-Drehmomentpunkt To entspricht eine Ausgangsspannung Vo; den linken Lenkdrehmomenten T1 und T4 entsprechen Ausgangsspannungen V1 bzw. V4; und rechten Lenkdrehmomenten T2 und T3 entsprechen Ausgangsspannungen V2 bzw. V3.
Aufgrund des Ausgangssignals V vom Drehmomentsensor 1 steuert die Steuerschaltung 16 die Ausgangsleistung P des Elektromotors 14, wie Fig. 4 zeigt, wobei die Ausgangsspannung V des Drehmomentsensors 1 auf der Abszisse aufgetragen ist, während die Ausgangsleistung P des Motors 14 auf der 0rdinate aufgetragen ist.
Wenn das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 1 im Bereich zwischen V1 und V2 liegt, bleibt die Ausgangsleistung P des Motors Null; wenn also das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment T in dem Bereich zwischen den Punkten T1 und T2 liegt (siehe Fig. 3), wird dem Motor 14 kein Strom zugeführt, um ihn zu aktivieren. Somit bildet der Bereich des Lenkdrehmoments T zwischen den Punkten T1 und T2 oder der entsprechende Bereich der Sensorausgangsspannung V zwischen den Punkten V1 und V2 den Unempfindlichkeitsbereich, in dem der Motor 14 keine Hilfskraft liefert.
Wenn das Lenkdrehmoment T in Lenkrichtung nach rechts größer als der mit T2 bezeichnete Pegel wird, wird von dem Motor 14 ein Hilfsdrehmoment in die gleiche Lenkrichtung auf folgende Weise geliefert: Nachdem das Lenkdrehmoment T den Punkt T2 überschritten hat, um die Ausgangsspannung V des Drehmomentsensors 1 über den Pegel V2 anzuheben (wie Fig. 3 zeigt), wird die Ausgangsleistung P des Motors 14 im wesentlichen linear in bezug auf die Sensor-Ausgangsspannung V erhöht, wie Fig. 4 zeigt, bis das Lenkdrehmoment T den Punkt T3 erreicht, um die Sensorausgangsspannung V auf einen Sättigungspegel V3 zu erhöhen; nachdem das Rechts-Lenkdrehmoment T den Punkt T3 überschritten hat, wird die Motorausgangsleistung P auf dem Konstantpegel Pmax gehalten. Zwischen den Punkten T2 und T3 wird also ein Hilfsdrehmoment nach rechts, das dem Lenkdrehmoment T im wesentlichen proportional ist, von dem Motor 14 geliefert; oberhalb des Punkts T3 ist das von dem Motor 14 gelieferte Hilfsdrehmoment gesättigt, d. h. es wird auf einem vorbestimmten Maximalpegel Pmax gehalten.
Wenn andererseits das Lenkdrehmoment T in Links-Lenkrichtung größer als der durch den Punkt T1 gegebene Pegel wird (d. h. wenn das Lenkdrehmoment T in dem Bereich links von dem Punkt T1 in Fig. 3 ist), wird von dem Motor 14 ein Hilfsdrehmoment in die gleiche (d. h. linke) Lenkrichtung geliefert, und zwar auf eine Weise, die zu dem obigen Fall der Rechts-Lenkrichtung swymmetrisch ist. Das heißt, wenn die Größe des Links-Drehmoments T von dem Pegel T1 auf den Pegel T4 ansteigt (d. h. sich von dem Punkt T1 nach links zu dem Punkt T4 auf der Abszisse in Fig. 3 verlagert), nimmt die Sensorausgangsspannung V von V1 auf V4 ab; in dem Bereich zwischen V1 und V4 ist die Ausgangsleistung P des Motors 14 mit der Sensorausgangsspannung V gemäß Fig. 4 im wesentlichen linear, so daß von dem Motor 14 in diesem Bereich ein Hilfsdrehmoment geliefert iwrd, das dem Lenkdrehmoment T im wesentlichen proportional ist; wenn das Lenkdrehmoment T über dem linken Sättigungspunkt T4, der der Sensorausgangsspannung V4 entspricht, liegt, wird die Motorausgangsleistung P auf dem konstanten Maximalpegel Pmax gehalten. Somit entspricht der linke lineare Steuerbereich zwischen den Sensorausgangsspannungen V1 und V4 dem rechten linearen Steuerbereich zwischen den Sensorausgangsspannungen V2 und V3; der linke gesättigte Steuerbereich unter der Sensorausgangsspannung V4 entspricht dem rechten gesättigten Steuerbereich über der Sensorausgangsspannung V3.
Die Ausgangsleistung des Motors 14 wird von der Steuerschaltung 16 nach Maßgabe des Ausgangssignals vom Drehmomentsensor 1 gesteuert, wie oben beschrieben wurde, und nach Fig. 1 weist die Steuerschaltung 16 eine Drehmomentsignal-Schnittstelle 2 auf, die mit dem Ausgang des Drehmomentsensors 1 über Eingänge 15A und 15B der Steuerschaltung 16 verbunden ist, sowie einen Mikrocomputer 3, dem das Drehmomentsignal (d. h. das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 1) über die Schnittstelle 2 zugeführt wird. Der Mikrocomputer 3 bestimmt Richtung und Größe des Hilfsdrehmoments, das von dem Motor 14 zu liefern ist, auf der Basis des vom Sensor 1 abgegebenen Drehmomentsignals; aufgrund des Eingangssignals von der Drehmomentsignal-Schnittstelle 2, das der obigen Ausgangsspannung V des Drehmomentsensors 1 entspricht, bestimmt der Mikrocomputer 3 dabei die Drehrichtung des Motors 14 entsprechend dem Lenkdrehmoment T bzw. die Ausgangsleistung P des Motors 14 entsprechend der Sensorausgangsspannung V auf der Basis der Beziehungen nach den Fig. 3 bzw. 4. Die Richtung und Größe des Ausgangsdrehmoments des Motors 14 werden von dem Motortreiberkreis 10 entsprechend dieser Bestimmung durch den Mikrocomputer 3 gesteuert, wie nachstehend beschrieben wird.
Das Rechts- und das Links-Richtungssignal vom Mikrocomputer 3 werden an den Motortreiberkreis 10 durch die Rechts- und die Links-Schnittstelle 4 bzw. 5 abgegeben. Wenn dabei das Lenkdrehmoment T in Rechts-Lenkrichtung geht und somit die Sensorausgangsspannung V über dem Pegel Vo liegt, der dem Neutral-Lenkdrehmoment To entspricht, wird vom Mikrocomputer 3 ein Rechts-Richtungssignal an den Motortreiberkreis 10 durch die Rechts-Richtungssignal-Schnittstelle 4 abgegeben; wenn dagegen das Lenkdrehmoment T in Links-Lenkrichtung geht und somit die Sensorausgangsspannung V unter dem Pegel Vo liegt, wird vom Mikrocomputer 3 ein Links-Richtungssignal durch die Links-Richtungssignal-Schnittstelle 5 an den Motortreiberkreis 10 abgegeben.
Andererseits wird das Digitalsignal, das das Motorausgangsdrehmoment P bezeichnet, das dem Sensorausgangspegel V in bezug auf die Beziehung von Fig. 4 entspricht, von dem Mikrocomputer 3 zu dem Digital-Analog-Wandler 6 abgegeben, in dem es in ein Analogsignal umgewandelt wird, das die Motorausgangsleistung P bezeichnet; aufgrund dieses Analogsignals vom D-A-Wandler 6 erzeugt ein Impulsdauermodulationskreis (mit einem Fehlerverstärker 7, einem Impulsdauermodulator 8, einem Bezugsfrequenzoszillator 9, einem Motorstromdetektor 11 und einem Motorstrom-Detektierwiderstand 12) Impulse mit einer vorbestimmten Frequenz, deren Impulsdauer sich proportional zu der Größe des Motorausgangspegels P, der durch den Mikrocomputer 3 bestimmt ist, ändert. Diese Impulsdauermodulation wird auf die folgende Weise durchgeführt: An dem Widerstand 12 bildet sich eine Spannung aus, die der Größe des Motorstroms entspricht, der dem Motor 14 vom Motortreiberkreis 10 zugeführt wird; die an dem Ausgang des Detektierwiderstands 12 ausgebildete Spannung, die der Größe des Motorstroms entspricht, wird dem Motorstrom-Detektierkreis 11 zugeführt, der seinerseits ein Signal abgibt, das der Größe des Motorstroms entspricht; der Detektierkreis 11 begrenzt jedoch sein Ausgangssignal unter einem vorbestimmten Pegel oder unterbricht sein Ausgangssignal, wenn die vom Widerstand 12 abgegebene Spannung einen vorbestimmten Pegel überschreitet. Der Fehlerverstärker 7 vergleicht das Ausgangssignal des D-A-Wandlers 6 mit dem des Motorstrom-Detektierkreises 11 und verstärkt die Differenz zwischen beiden; d. h. der Verstärker 7 gibt ein Signal ab, das dem Fehler des Motorstroms in bezug auf den Motorausgangspegel P, der vom Mikrocomputer 3 bestimmt ist, entspricht. Aufgrund des Ausgangssignals des Verstärkers 7 moduliert der Impulsdauermodulator 8 die Dauer der von ihm abgegebenen Impulse auf der Basis des Ausgangssignals des Oszillators 9, der mit einer vorbestimmten Frequenz schwingt; die Impulsdauermodulation erfolgt derart, daß der vom Verstärker 7 abgegebene Fehler auf Null reduziert wird. Somit gibt der Impulsdauermodulator 8 einen Impulszug ab, desen Dauer sich im wesentlichen proportional zu dem vom Mikrocomputer 3 bestimmten Motorausgangspegel ändert.
Aufgrund des impulsdauermodulierten Signals vom Modulator 8 und eines Richtungssignals von den Richtungssignal-Schnittstellen 4 und 5 liefert der Motortreiberkreis 10 einen Strom, der diesen Signalen entspricht, an den Motor 14 durch die Ausgänge 13A und 13B des Treiberkreises 10: Die Richtung des Stroms, der von dem Treiberkreis 10 dem Motor 14 zugeführt wird, entspricht dem Rechts- oder dem Links-Richtungssignal, das von der Schnittstelle 4 oder 5 empfangen wird; seine Einschaltdauer entspricht andererseits dem Tastverhältnis des Impulszugs, der von dem Modulator 8 abgegeben wird. Wenn also ein Rechts-Richtungssignal von der Schnittstelle 4 empfangen wird, liefert der Treiberkreis 10 den Motorstrom in eine Richtung, in der der Motor 14 ein Drehmoment erzeugt, um die Lenkwelle nach rechts einzuschlagen, so daß der Einschlagvorgang vom Fahrer des Fahrzeugs nach rechts unterstützt wird; wenn dagegen von der Schnittstelle 5 ein Links-Richtungssignal empfangen wird, liefert der Treiberkreis 10 den Motorstrom in die andere Richtung, wobei der Motor 14 ein Drehmoment erzeugt, um die Lenkwelle nach links zu drehen. Außerdem umfaßt der Treiberkreis 10 im allgemeinen Leistungsschalttransistoren, die nach Maßgabe der vom Modulator 8 abgegebenen Impulse ein- und ausgeschaltet werden, so daß die Einschaltdauer des Motorstroms der Impulsdauer der vom Modulator 8 abgegebenen Impulse entspricht. Somit wird die Ausgangsleistung des Motors 14 auf den vom Mikrocomputer 3 auf der Basis des Ausgangssignals des Drehmomentsensors 1 bestimmten Pegel gesteuert.
Fig. 1 zeigt keine Kupplungsvorrichtung; eine elektrische Servolenkanlage für Kraftfahrzeuge kann jedoch eine Kupplung aufweisen, die die Abtriebswelle des Elektromotors 4 mit der Lenkwelle verbindet bzw. sie davon trennt. Fig. 2 zeigt daher eine elektromagnetische Kupplung 25 und einen Kupplungstreiberkreis 23 zusätzlich zu den Elementen von Fig. 1. Im Fall der Servolenkanlage von Fig. 2 wird eine elektromagnetische Wicklung der Kupplung 25 von dem Strom erregt, der von dem Kupplungstreiberkreis 23 durch Ausgänge 24A und 24B des Treiberkreises 23 zugeführt wird, so daß die Kupplung 25 die Abtriebswelle des Motors 14 mit der Lenkwelle verbindet. Der Kupplungstreiberkreis 23 liefert den Erregerstrom an die Kupplung 25 nach Maßgabe des Erregungssignals, das von dem Mikrocomputer 3 abgegeben wird, wenn der Schlüssel- oder Zündschalter des Fahrzeugs eingeschaltet wird. Im übrigen sind Organisation und Betriebsverfahren der Schaltung von Fig. 2 mit der Schaltung von Fig. 1 identisch mit der Ausnahme, daß die in Fig. 1 gezeigte Drehmomentsignal-Schnittstelle 2 weggelassen ist.
Die vorstehend beschriebenen Servolenkanlagen weisen jedoch den folgenden Nachteil auf. Wenn der Mikrocomputer 3 ein falsches Richtungssignal infolge von Außengeräuschen usw. abgibt, wird der Motor 14 in die falsche Richtung gedreht; wenn das der Fall ist, wirkt der Motor der Absicht des Fahrers des Fahrzeugs entgegen, indem er ein Drehmoment in eine entgegengesetzte Richtung zu dem vom Fahrer aufgebrachten Drehmoment liefert. Im schlimmsten Fall, in dem das vom Motor 14 gelieferte Drehmoment in die falsche Richtung das Lenkdrehmoment vom Fahrer überwindet, verliert der Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug. Ebenso gefährlich ist der Fall, bei dem der Motor 14 infolge einer Fehlfunktion des Mikrocomputers 3 schwingt.
Die US-PS 4 724 711 betrifft einen Drehmomentdetektor zur Verwendung in einer Servolenkanlage. Der Drehmomentdetektor besteht aus zwei Dehnungsmessereinheiten, um zwei Signale zu liefern, die in einem die Hilfskraft steuernden Schaltkreis miteinander verglichen werden. Der Schaltkreis wird aktiviert, um die Hilfskraft zu liefern, wenn die Ausgangssignale der Dehnungsmesser übereinstimmen. Der Schaltkreis ist unwirksam, um das Servosystem in Abhängigkeit von einer unabhängigen Prüfung dahingehend zu versorgen, ob der Schaltkreis selbst nicht ordnungsgemäß funktioniert und ein falsches Lenkhilfskraftsignal liefert.
Die PCT-Patentschrift W087/02631 beschreibt ein elektronisches Steuersystem, das einen elektronischen Schaltkreis zum Steuern des Grads der Hilfskraft aufweist, die dem Motor einer Servolenkanlage zugeführt wird. Eine Sicherheitsschaltung ist vorgesehen, um zu prüfen, ob die Ausgangssignale von zwei Torsionssensoren miteinander übereinstimmen. Die Sicherheitsschaltung wirkt nicht dahingehend, daß sie prüft, ob Fehlfunktionen in der elektronischen Schaltung selbst auftreten, die zu einem falschen Lenkrichtungssignal führen könnten.
Die internationale Patentbeschreibung W088/00545 betrifft eine Servolenkanlage für Kraftfahrzeuge. Die Anordnung weist eine elektronische Steuerschaltung zum Ein- und Ausschalten eines Elektromotors auf, der wirksam ist, um über eine Kupplung einer Zahnstangenlenkung Hilfskraft zuzuführen. Eine redundante Sicherheitsschaltung ist vorgesehen und hat eine mechanische Schalteinrichtung zum Trennen der Hilfskraft für den Fall, daß die Richtung der dem Motor zugeführten Hilfskraft zu der Richtung entgegengesetzt ist, die von der redundanten Sicherheitsschaltung bestimmt ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist somit eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Servolenkanlage mit Elektromotor anzugeben, bei der die Richtung des von der Servolenkanlage gelieferten Hilfsdrehmoments mit hoher Zuverlässigkeit bestimmt wird, um ihre Sicherheit zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen Servolenkanlage, die einfach organisiert und kostengünstig ist.
Gemäß der Erfindung wird eine Steuerschaltung angegeben für eine elektrische Servolenkanlage eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuerschaltung aufweist: einen Drehmomentsensor, um ein Lenkdrehmoment zu erfassen, das von einem Fahrer auf eine Lenkwelle des Fahrzeugs aufgebracht wird, eine Recheneinrichtung zum Erzeugen eines Signals, um die Richtung und Größe der Servolenkung zu steuern, die aufgrund des Lenkdrehmoments aufzubringen ist, einen Elektromotor, um eine Hilfskraft zu liefern, und eine gesonderte zusätzliche Richtungsbestimmungseinrichtung, um die Bestimmung der Richtung des aufgebrachten Lenkdrehmoments zu duplizieren; dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Verknüpfungseinrichtung vorgesehen ist, um eine Steuerung des Elektromotors auufgrund des Signals der Recheneinrichtung und des Ausgangssignals der gesonderten zusätzlichen Richtungsbestimmungseinrichtung nur dann zu ermöglichen, wenn sowohl die gesonderte zusätzliche Richtungsbestimmungseinrichtung als auch die Recheneinrichtung anzeigen, daß das Lenkdrehmoment in die gleiche Richtung geht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt der Drehmomentsensor ein Spannungssignal ab, das eine im wesentlichen lineare Beziehung zu dem Lenkdrehmoment hat, das von dem Fahrer des Fahrzeugs aufgebracht wird (d. h. der Drehmomentsensor gibt ein Spannungssignal ab, das mit zunehmendem Lenkdrehmoment in die rechte Richtung größer wird und mit zunehmendem Lenkdrehmoment in die linke Richtung kleiner wird; alternativ ein Spannungssignal, das kleiner wird, während das Lenkdrehmoment in die rechte Richtung zunimmt, und größer wird, während das Lenkdrehmoment in die linke Richtung zunimmt); ferner weist die Richtungsbestimmungsschaltung eine Analogschaltung auf, die einen ersten und einen zweiten Vergleicher aufweist. Der erste Vergleicher vergleicht die Ausgangsspannung des Drehmomentsensors mit einem ersten Bezugsspannungspegel und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Sensorausgangsspannung den ersten Bezugspegel überschreitet; der zweite Vergleicher vergleicht die Drehmomentsensorausgangsspannung mit einem zweiten Bezugsspannungspegel, der niedriger als der erste Bezugsspannungspegel ist, und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Sensorausgangsspannung kleiner als der zweite Bezugspegel ist. Die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Vergleichers bilden das rechte und das linke Richtungssignal der Richtungsbestimmungsschaltung. (In dem Fall, in dem die Ausgangsspannung des Drehmomentsensors größer wird, während das Lenkdrehmoment in die rechte Richtung zunimmt, ist das Ausgangssignal des ersten Vergleichers das rechte Richtungssignal und das des zweiten Vergleichers das linke Richtungssignal; in dem Fall, in dem die Ausgangsspannung des Drehmomentsensors zunimmt, während das Lenkdrehmoment in die linke Richtung zunimmt, ist das Ausgangssignal des ersten Vergleichers das linke Richtungssignal und das des zweiten Vergleichers das rechte Richtungssignal.) Die erste und die zweite Bezugsspannung können von einem Spannungsteilerkreis geliefert werden, der aus einer Reihenschaltung von drei Widerständen besteht, die parallel zu einer Konstantspannungsquelle und Masse geschaltet sind.
Wenn der Spannungspegel des Drehmomentsignals vom Drehmomentsensor zwischen der ersten und der zweiten Bezugsspannung liegt, wird weder ein rechtes noch ein linkes Richtungssignal von der Richtungsbestimmungsschaltung abgegeben, und daher wird der Elektromotor nicht aktiviert; solange also die Ausgangsspannung des Drehmomentsensors zwischen den beiden Bezugsspannungen liegt, besteht keine Gefahr, daß der Motor in die falsche Richtung angetrieben wird. Daher kann die Sicherheit der Anlage weiter dadurch erhöht werden, daß der erste und der zweite Bezugsspannungspegel am oberen und unteren Endpunkt (z. B. an den Punkten V2 und V1 in den Fig. 3 und 4) des Unempfindlichkeitsbereichs des Drehmomentsensorausgangssignals gewählt werden, in dem die Motorausgangsleistung Null ist (wie Fig. 4 zeigt).
Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß der Drehmomentsensor zwei unabhängige Signale abgibt, von denen jedes dem vom Fahrer des Fahrzeugs aufgebrachten Lenkdrehmoment entspricht; das eine Ausgangssignal des Drehmomentsensors wird dem Mikrocomputer zugeführt, während das andere der Richtungsbestimmungsschaltung zugeführt wird. Somit werden die nachteiligen Auswirkungen der Störungen, die in den Ausgangssignalen des Drehmomentsensors enthalten sein können, minimiert, um dadurch die Gefahr einer falschen Richtungsbestimmung weiter herabzusetzen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die neuen Merkmale, die als kennzeichnend für die Erfindung angesehen werden, sind im einzelnen in den beigefügten Ansprüchen angegeben. Die Erfindung selbst ist sowohl hinsichtlich ihrer Organisation als auch ihres Betriebsverfahrens am besten unter Bezugnahme auf die folgende genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 ein Blockbild einer Servolenkanlage mit Elektromotor, die mit der Anlage gemäß der Erfindung verwandt ist;
Fig. 2 ein Blockbild einer weiteren Servolenkanlage mit Elektromotor, die mit der Anlage nach der Erfindung verwandt ist;
Fig. 3 die Beziehung zwischen dem von dem Fahrer des Fahrzeugs aufgebrachten Lenkdrehmoment und der Ausgangsspannung des Drehmomentsensors;
Fig. 4 die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des Drehmomentsensors und der Ausgangsleistung des Elektromotors einer Servolenkanlage mit Elektromotor;
Fig. 5 ein Blockbild einer Servolenkanlage mit Elektromotor gemäß der Erfindung;
Fig. 6 ein Schaltbild der Richtungsbestimmungsschaltung von Fig. 5; und
Fig. 7 ein Blockbild einer weiteren Servolenkanlage mit Elektromotor gemäß der Erfindung.
In den Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile oder Bereiche mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 der Zeichnungen wird eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Fig. 5 zeigt die Gesamtorganisation der Servolenkanlage mit Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Anlage weist auf: einen Elektromotor 14, einen Drehmomentsensor 1 und eine Steuerschaltung 16, die sämtlich den entsprechenden Teilen der Anlage von Fig. 1 entsprechen mit der Ausnahme, daß die Steuerschaltung 16 von Fig. 5 ein doppeltes Sicherheits-Richtungsbestimmungssystem aufweist. Das doppelte Sicherheits-Richtungsbestimmungssystem, das für die Erfindung charakteristisch ist, hat eine analoge Richtungsbestimmungsschaltung 17 sowie ein erstes und ein zweites UND-Glied 20A und 20B; alle übrigen Teile sind hinsichtlich Organisation und Betriebsverfahren identisch mit den entsprechenden Teilen der Anlage von Fig. 1, die in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Daher werden nachstehend nur diejenigen Teile beschrieben, die für die Erfindung charakteristisch sind, und die Beschreibung der Teile, die mit den entsprechenden Teilen von Fig. 1 identisch sind, entfällt in der Hauptsache.
In Fig. 5 ist die analoge Richtungsbestimmungsschaltung 17 mit dem Ausgang des Drehmomentsensors 1 gekoppelt und empfängt das gleiche Drehmomentsignal wie die Drehmomentsignal- Schnittstelle 2. Wie oben beschrieben, hat der Spannungspegel V des vom Drehmomentsensor 1 abgegebenen Drehmomentsignals eine lineare Beziehung zu dem vom Fahrer des Fahrzeugs aufgebrachten Lenkdrehmoment T, wobei diese Beziehung in Fig. 3 gezeigt ist. Die analoge Richtungsbestimmungsschaltung 17 gibt ein zweites oder zusätzliches rechtes Richtungssignal 17a ab, wenn der Spannungspegel V des Drehmomentsignals größer als ein erster vorbestimmter Bezugsspannungspegel E1 ist; dieser erste Bezugsspannungspegel E1 wird bevorzugt mit V2 entsprechend dem rechten Start-Hilfsdrehmoment T2 gewählt; er kann aber jeden Pegel zwischen den Sensorausgangsspannungspegeln Vo und V2 haben, der dem Neutral- oder Null-Drehmomentpegel To bzw. dem Hilfsdrehmoment- Startpunkt T2 entspricht (siehe die Fig. 3 und 4). Andererseits gibt die analoge Richtungsbestimmungsschaltung 17 ein zweites oder zusätzliches linkes Richtungssignal 17b ab, wenn der Spannungspegel V niedriger als ein zweiter vorbestimmter Bezugsspannungspegel E2 ist; dieser zweite Bezugsspannungspegel E2 wird bevorzuggt bei dem Sensorausgangsspannungspegel V1 entsprechend dem linken Start-Hilfsdrehmoment T1 gewählt; er kann jedoch auf jedem Pegel zwischen den Sensorausgangsspannungspegeln Vo und V1 liegen, die dem neutralen Drehmomentpunkt To bzw. dem linken Hilfsdrehmoment-Startpunkt T1 entsprechen.
Solange die Drehmomentsignalspannung V zwischen den beiden Bezugsspannungen E1 und E2 liegt, gibt die Richtungsbestimmungsschaltung 17 weder ein rechtes noch ein linkes Richtungssignal ab, und somit wird dem Motor 14 kein Strom zugeführt (wie noch beschrieben wird). Damit können die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Servolenkanlage gemäß der Erfindung maximiert werden, indem die erste und die zweite Bezugsspannung E1 und E2 bei dem oberen und dem unteren Endpunkt V2 bzw. V1 des Unempfindlichkeitsbereichs des Signalspannungspegels gewählt werden, in dem der Motor 14 nicht aktiviert wird (siehe Fig. 4).
Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Implementierung der analogen Richtungsbestimmungsschaltung 17. Der Eingang 30 der Bestimmungsschaltung 17 ist mit dem Ausgang des Drehmomentsensors 1 über den Anschluß 15A der Steuerschaltung 16 gekoppelt, um die Spannung V des Drehmomentsignals zu empfangen. Ein Spannungsteiler, der aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Widerstand 33-35 besteht, ist einer positiven Konstantspannungsquelle 36 und Masse 37 parallelgeschaltet, um eine erste und eine zweite Bezugsspannung E1 und E2 am Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand 33 und 34 bzw. am Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand 34 und 35 bereitzustellen. Ein erster Vergleicher 31, der einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Eingang hat, die mit dem Eingang 30 bzw. mit dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand 33 und 34 gekoppelt sind, vergleicht den Drehmomentsignal-Spannungspegel V mit der Bezugsspannung E1 und gibt das obige zweite rechte Richtungssignal 17a ab, wenn der Spannungspegel V den Bezugsspannungspegel E1 übersteigt. Andererseits vergleicht ein zweiter Vergleicher 32, der einen nichtinvertierenden und einen invertierenden Eingang hat, die mit dem Eingang 30 bzw. mit dem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand 34 und 35 gekoppelt sind, den Drehmomentsignal-Spannungspegel V mit der Bezugsspannung E2 und gibt das obige zweite linke Richtungssignal 17b ab, wenn der Spannungspegel V unter dem Bezugsspannungspegel E2 liegt.
Das erste UND-Glied 20A erhält das logische Produkt des ersten rechten Richtungssignals, das vom Mikrocomputer 3 durch die Rechts-Richtungssignal-Schnitttstelle 4 abgegeben wird, und des zweiten rechten Richtungssignals 17a, das von der analogen Richtungsbestimmungsschaltung 17 abgegeben wird. Der erste und der zweite Eingang des ersten UND-Glieds 20A sind mit der Schnittstelle 4 bzw. mit dem Rechte- Richtung-Signalausgang der Richtungsbestimmungsschaltung 17 verbunden, und das UND-Glied gibt ein finales rechtes Richtungssignal ab (das von dem Motortreiber 10 zur Bestimmung der Richtung des dem Motor 14 zugeführten Stroms genutzt wird), wenn - und nur wenn - sowohl das erste als auch das zweite rechte Richtungssignal empfangen werden.
Andererseits erhält das zweite UND-Glied 20B das logische Produkt des ersten linken Richtungssignals, das vom Mikrocomputer 3 durch die Links-Richtungssignal-Schnittstelle 5 abgegeben wird, und des zweiten linken Richtungssignals 17b, das von der analogen Richtungsbestimmungsschaltung 17 abgegeben wird. Dabei hat das zweite UND-Glied 20B einen ersten und einen zweiten Eingang, die mit der Schnittstelle 5 bzw. dem Linke-Richtung-Signalausgang der Richtungsbestimmungsschaltung 17 gekoppelt sind, und gibt ein finales linkes Richtungssignal ab (das von dem Motortreiber 10 genutzt wird), wenn - und nur wenn - sowohl das erste als auch das zweite linke Richtungssignal empfangen werden.
Die Größe des Stroms, der von dem Motortreiber 10 dem Motor 14 zugeführt wird, wird durch das impulsdauermodulierte Signal vom Impulsdauermodulator 8 gesteuert. Diese Steuerung der Größe (oder Einschaltdauer) des Motorstroms erfolgt auf eine Weise, die mit dem oben erläuterten Fall von Fig. 1 identisch ist. Andererseits wird die Richtung des Stroms, der von dem Motortreiber 10 dem Motor 14 zugefiährt wird, nach Maßgabe der Ausgangssignale des ersten und des zweiten UND-Glieds 20A und 20B bestimmt: Wenn ein Ausgangssignal vom ersten UND-Glied 20A empfangen wird, liefert der Treiber 10 einen Strom zum Motor 14 in einer Richtung, in der der Motor 14 ein Hilfsdrehmoment nach rechts an die Lenkwelle liefert; wenn dagegen ein Ausgangssignal vom zweiten UND-Glied 20B empfangen wird, liefert der Treiber 10 einen Strom an den Motor 14 in der anderen Richtung, in der der Motor 14 ein Hilfsdrehmoment nach links an die Lenkwelle liefert. In dem Fall, in dem weder das erste UND-Glied 20A noch das zweite UND-Glied 20B ein Ausgangssignal erzeugen, wird dem Motor 14 kein Strom vom Treiber 10 zugeführt.
Wie oben beschrieben, erfolgt die Richtungsbestimmung auf eine zweifache sichere Weise: Eine erste Richtungsbestimmung wird vom Mikrocomputer 3 mittels einer digitalen Berechnung vorgenommen, um ein erstes rechtes und ein erstes linkes Richtungssignal zu erzeugen; eine zweite Bestimmung erfolgt durch die Richtungsbestimmungsschaltung 17 mittels einer analogen Berechnung, um ein zweites rechtes und ein zweites linkes Richtungssignal zu erzeugen; die finalen Richtungssignale werden erhalten durch eine UND-Operation an den beiden rechten Richtungssignalen bzw. linken Richtungssignalen durch die UND-Glieder 20A bzw. 20B. Somit kann der schwerwiegende Ausfall der Servolenkanlage, d. h. ein Ausfall, bei dem der Motor 14 der Absicht des Fahrers des Fahrzeugs entgegenwirkt, praktisch nicht auftreten.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 der Zeichnung wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Fig. 7 zeigt die Gesamtorganisation der Servolenkanlage mit Elektromotor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die mit derjenigen der obigen ersten Ausführungsform mit Ausnahme des folgenden Punkts identisch ist. Der Drehmomentsensor 1 gibt hier anstelle der Abgabe eines einzigen Drehmomentsignals zwei unabhängige Drehmomentsignale 1 und 2 ab, die dem Mikrocomputer 3 durch die Drehmomentsignal- Schnittstelle 2 bzw. die analoge Richtungsbestimmungsschaltung 17 zugeführt werden. Dadurch werden die nachteiligen Auswirkungen von Störungen, die in den Drehmomentsignalen vom Drehmomentsensor 1 enthalten sein können, minimiert, um die Gefahr der falschen Richtungsbestimmung weiter zu verringern.
Ausführungsformen der Erfindung sind in gleicher Weise bei einer Servolenkanlage anwendbar, die eine Kupplung aufweist, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Claims

1. Steuerschaltung (16) für eine elektrische Servolenkanlage eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuerschaltung aufweist: einen Drehmomentsensor (1), um ein Lenkdrehmoment zu erfassen, das von einem Fahrer auf eine Lenkwelle des Fahrzeugs aufgebracht wird, eine Recheneinrichtung (3, 4, 5) zum Erzeugen eines Signals, um die Richtung und Größe der Servolenkung zu steuern, die aufgrund des Lenkdrehmoments aufzubringen ist, einen Elektromotor (14), um eine Hilfskraft zu liefern, und eine gesonderte zusätzliche Richtungsbestimmungseinrichtung (17), um die Bestimmung der Richtung des aufgebrachten Lenkdrehmoments zu duplizieren; dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Verknüpfungseinrichtung (20a, 20b) vorgesehen ist, um eine Steuerung des Elektromotors (14) aufgrund des Signals der Recheneinrichtung (3, 4, 5) und des Ausgangssignals der gesonderten zusätzlichen Richtungsbestimmungseinrichtung (17) nur dann zu ermöglichen, wenn sowohl die gesonderte zusätzliche Richtungsbestimmungseinrichtung als auch die Recheneinrichtung anzeigen, daß das Lenkdrehmoment in die gleiche Richtung geht.

2. Servolenkanlage mit Elektromotor, die eine Steuerschaltung nach Anspruch 1 aufweist, für ein Kraftfahrzeug, das ein von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigtes Lenkrad, wenigstens ein gelenktes Rad und eine Lenkwelle aufweist, die das Lenkrad betriebsmäßig mit dem gelenkten Rad verbindet, wobei:

der Elektromotor (14) durch Zufuhr eines Stroms in einer ersten bzw. einer zweiten Richtung in eine erste bzw. eine zweite Richtung drehbar ist, wobei der Elektromotor betriebsmäßig mit der Lenkwelle verbunden ist, um ein Hilfsdrehmoment in einer rechten bzw. einer linken Richtung durch Drehen in die erste bzw. zweite Richtung zu liefern; der Drehmomentsensor (1) wirksam ist, um ein Lenkdrehmoment der Lenkwelle zu erfassen, das von dem Fahrer des Fahrzeugs über das Lenkrad aufgebracht wird;

die Recheneinrichtung (2-6) mit einem Ausgang des Drehmomentsensors (1) gekoppelt ist, um eine Richtung des Hilfsdrehmoments zu bestimmen, die dem von dem Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmoment der Lenkwelle entspricht, und um einen Betrag des Hilfsdrehmoments zu bestimmen, das von dem Elektromotor (14) auf die Lenkwelle aufgebracht wird, wobei die Recheneinrichtung (2-6) ein erstes Rechts-Signal liefert, wenn das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment in die rechte Richtung geht, und ein erstes Links-Signal liefert, wenn das Lenkdrehmoment in die linke Richtung geht; und

die Richtungsbestimmungsschaltung (17, 17a, 17b) mit einem Ausgang des Drehmomentsensors (1) gekoppelt und wirksam ist, um eine Richtung des Hilfsdrehmoments zu bestimmen, die dem von dem Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmoment der Lenkwelle entspricht, wobei die Richtungsbestimmungsschaltung ein zweites Rechts-Signal liefert, wenn das Lenkdrehmoment in die rechte Richtung geht, und ein zweites Links-Signal liefert, wenn das Lenkdrehmoment in die linke Richtung geht; und wobei die Recheneinrichtung (2-6) einen Mikrocomputer (3) hat und die Anlage ferner aufweist:

ein erstes UND-Verknüpfungsglied (20A) mit einem ersten und einem zweiten Eingang, die mit einem Ausgang (4) der Recheneinrichtung (2-6) bzw. einem Ausgang (17a) der Richtungsbestimmungsschaltung gekoppelt sind, um ein Verknüpfungsprodukt des ersten und des zweiten Rechts-Signals zu berechnen und auszugeben;

ein zweites UND-Verknüpfungsglied (20B) mit einem ersten und einem zweiten Eingang, die mit einem Ausgang (5) der Recheneinrichtung (2-6) bzw. einem Ausgang (17b) der Richtungsbestimmungsschaltung gekoppelt sind, um ein Verknüpfungsprodukt des ersten und des zweiten Links-Signals zu berechnen und auszugeben; und

eine Motorstromsteuereinrichtung (10), die mit den Ausgängen des ersten und des zweiten UND-Verknüpfungsglieds (20A, 20B) und einem Ausgang der Recheneinrichtung gekoppelt ist, um einen dem Elektromotor (14) zugeführten Strom auf einen Betrag zu steuern, der dem Betrag des von der Recheneinrichtung bestimmten Hilfsdrehmoments entspricht, wobei die Motorstromsteuereinrichtung eine Richtung von dem Elektromotor zugeführtem Strom aufgrund eines Ausgangssignals des ersten UND-Verknüpfungsglieds (20A) in die erste Richtung und aufgrund eines Ausgangssignals des zweiten UND-Verknüpfungsglieds (20B) in die zweite Richtung steuert.

3. Servolenkanlage mit Elektromotor nach Anspruch 2, wobei

der Drehmomentsensor (1) ein Spannungssignal (V) abgibt, von dem ein Pegel sich im wesentlichen linear mit dem Lenkdrehmoment der Lenkwelle ändert; und

die Richtungsbestimmungsschaltung (17, 17a, 17b) eine Analogschaltung (17) aufweist, die umfaßt: einen ersten Vergleicher (31), um den Pegel des Spannungssignals (V) des Drehmomentsensors mit einem ersten Bezugsspannungspegel (E&sub1;) zu vergleichen, wobei der erste Vergleicher ein Signal (17a) abgibt, wenn der Pegel des Spannungssignals (V) den ersten Bezugsspannungspegel überschreitet; und einen zweiten Vergleicher (32), um den Pegel des Spannungssignals (V) des Drehmomentsensors (1) mit einem zweiten Bezugsspannungspegel (E&sub2;) zu vergleichen, der niedriger als der erste Bezugsspannungspegel ist, wobei der zweite Vergleicher (32) ein Signal (17b) abgibt, wenn der Pegel des Spannungssignals den zweiten Bezugsspannungspegel unterschreitet, wobei die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Vergleichers das zweite Rechts- Signal und das zweite Links-Signal bilden, die von der Richtungsbestimmungsschaltung abgegeben werden.

4. Servolenkanlage mit Elektromotor nach Anspruch 3, wobei die erste und die zweite Bezugsspannung (E&sub1;, E&sub2;) am oberen bzw. unteren Endpunkt eines Unempfindlichkeitsbereichs des Spannungssignals (V) des Drehmomentsensors (1), in dem dem Elektromotor (14) von der Motorstromsteuereinrichtung kein Strom zuzuführen ist, ausgewählt werden.

5. Servolenkanlage mit Elektromotor nach Anspruch 3, wobei die Analogschaltung (17) der Richtungsbestimmungsschaltung ferner einen Spannungsteiler aufweist, der aus einer Reihenschaltung aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Widerstand (33, 34, 35) besteht, die einer Konstantspannungsquelle (36) und einem Massepotential (37) parallelgeschaltet sind, wobei ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand den ersten Bezugsspannungspegel (E&sub1;) und ein Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand den zweiten Bezugsspannungspegel (E&sub2;) liefert, wobei ein erster Eingang des ersten Vergleichers (31) mit einem Ausgang (30) des Drehmomentsensors und ein zweiter Eingang mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand des Spannungsteilers gekoppelt ist und ein erster Eingang des zweiten Vergleichers (32) mit einem Ausgang (30) des Drehmomentsensors (1) und ein zweiter Eingang mit einem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand des Spannungsteilers gekoppelt ist.

6. Servolenkanlage mit Elektromotor nach einem der Ansprüche 2-5, wobei der Drehmomentsensor (1) ein erstes und ein zweites Ausgangssignal liefert, die jeweils dem erfaßten Lenkdrehmoment entsprechen, wobei das erste Ausgangssignal der Recheneinrichtung (2-6) und das zweite Ausgangssignal der Richtungsbestimmungsschaltung (17, 17a, 17b) zugeführt wird.

7. Servolenkanlage mit Elektromotor nach Anspruch 2, wobei die Motorstromsteuerschaltung (10) aufweist:

einen Impulsdauermodulator (8), der mit einem Ausgang der Recheneinrichtung gekoppelt ist, um eine Impulsdauer einer Impulsfolge nach Maßgabe des Betrags des von der Recheneinrichtung bestimmten Hilfslenkdrehmoments zu modulieren; und eine Einrichtung (11), die mit dem Impulsdauermodulator gekoppelt ist, um eine Einschaltzeit des dem Elektromotor zugeführten Stroms aufgrund einer Änderung der Impulsdauer der Impulsfolge zu steuern.