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Die vorliegende Erfindung betrifft eine motorgetriebene,
hilfskraftunterstützte Lenksteuervorrichtung zur Verwendung
z.B. in einem Automobil gemäß dem ersten Teil von Anspruch
1 (EP-A 0 249 902).
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Eine herkömmliche motorgetriebene, hilfskraftunterstützende
Lenksteuervorrichtung, welche ähnlich zu der der EP-A 0 249
902 ist, ist so konstruiert, daß ein Drehmomentsensor ein
Lenkmoment detektiert, der Ausgang des Drehmomentsensors
einer Steuereinrichtung so zugeführt wird, daß ein
Hilfsdrehmoment im Verhältnis zu dem Ausgang des
Drehmomentsensors mit Hilfe eines Motors erzeugt wird und das
Hilfsdrehmoment einer Lenkwelle aufgegeben wird, um dadurch eine
Kraft zum Betätigen des Lenkrads zu unterstützen.
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Figur 2 ist ein Diagramm einer Steuerschaltung für eine
solche herkömmliche motorgetriebene, hilfskraftunterstützte
Lenksteuervorrichtung, worin die Bezugsziffer 1 einen
Drehmomentsensor bezeichnet, die Ziffer 16 eine
Motorsteuerschaltung, die Ziffern 15A, 15B Eingangsanschlüsse und die
Ziffer 2 eine Schnittstellenschaltung für ein Lenkmoment-
Detektionssignal, durch welche das
Lenkmoment-Detektionssignal einem Microcomputer 3 (im folgenden als CPU
bezeichnet) zugeführt wird. Die Ziffer 4 bezeichnet eine
Schnittstellenschaltung zum Zuführen eines Signals zum Drehen
eines Motors nach rechts, durch welche ein Signal zum
Antreiben des Motors nach rechts von der CPU 3 einer
Motortreiberschaltung 10 eingegeben wird. Die Ziffer 5
bezeichnet eine Schnittstellenschaltung zum Zuführen eines Signals
zum Drehen des Motors nach links, durch welche ein Signal
zum Antreiben des Motors nach links von der CPU 3 der
Motortreiberschaltung 10 eingegeben wird. Die Bezugsziffern
13A bzw. 13B bezeichnen jeweils Ausgangsanschlüsse, über
welche Anschlüsse des Motors 14 verbunden sind. Die Ziffer
6 bezeichnet eine D/A-Umwandlungsschaltung. Ein Verstärker
der Regelabweichung 7 zum Steuern des Motors 14 besitzt
einen Eingangsanschluß, welcher das
Drehmoment-Detektionssignal von der CPU 3 empfängt welches als Analogsignal
eingegeben wird, nachdem es einer D/A-Umwandlung
unterworfen wurde, und einen weiteren Eingangsanschluß, welcher
einen Ausgang von einer Detektionsschaltung 11 zum
Detektieren eines Motorstroms empfängt. Die Ziffer 9 bezeichnet
einen Pulsbreitenmodulations-Signaloszillator, welcher ein
Signal für die Steuerung der Pulsbreitenmodulation (PWM)
erzeugt, und der Ausgang des Oszillators 9 wird einem PWM-
Modulator 8 zusammen mit dem Ausgang von dem Verstärker der
Regelabweichung 7 eingegeben. Der PWM-Modulator 8 liefert
ein PWM-Signal an die Motortreiberschaltung 10. Die Ziffer
12 bezeichnet einen Widerstand zum Detektieren eines
Motorstroms.
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Figur 3 ist ein Diagramm, welches die
Ausgangscharakteristik des Drehmomentsensors 1 zeigt, worin die Abszisse ein
Lenkmoment nach rechts oder nach links bezeichnet und die
Ordinate den Drehmomentausgang bezeichnet. Das Symbol T&sub0;
gibt den neutralen Punkt des Lenkmoments (Nullpunkt des
Drehmoments) an. Der Bereich rechts von T&sub0; stellt ein
Lenkmoment für ein Lenkrad dar, das nach rechts gedreht wird,
und der linke Bereich stellt ein Lenkmoment für ein Lenkrad
dar, welches nach links gedreht wird. Das Symbol T&sub2; stellt
ein Lenkmoment dar, bei welchem eine nach rechts gerichtete
Steuerung begonnen wird und das Symbol T&sub1; stellt ein
Lenkmoment dar, bei welchem eine nach links gerichtete
Steuerung begonnen wird. Die Symbole V&sub0; - V&sub2; bezeichnen jeweils
Detektionsausgänge, welche T&sub0; - T&sub2; entsprechen. Die
Ausgangscharakteristik ist im Regelbereich im wesentlichen
linear. Als Folge davon bildet der Bereich zwischen T&sub1; und
T&sub2;
einen nichtempfindlichen Steuerbereich.
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Figur 4 ist ein Diagramm, welches die
Ausgangscharakteristik des Motors 14 zeigt, wobei die Symbole V&sub0;-V&sub2; dieselben
wie oben definiert sind, V&sub3; einen saturierten
Drehmomentdetektions-Ausgang in der Richtung nach rechts bezeichnet und
das Symbol V&sub4; einen saturierten
Drehmomentdetektions-Ausgang in der Richtung nach links bezeichnet. Der Ausgang des
Motors ändert sich in einer im wesentlichen linearen Weise
zwischen V&sub2; und V&sub3; und ändert sich in einer im wesentlichen
linearen Weise V&sub1; und V&sub4;, so daß er dazwischen symmetrisch
ist. Der Ausgang des Motors wird zwischen V&sub1; und V&sub2; null
und der Ausgang des Motors zeigt einen konstanten Wert Pmax
in dem Bereich oberhalb von V&sub3; oder unterhalb von V&sub4;.
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Die Wirkungsweise der herkömmlichen Vorrichtung, wie sie in
Figur 2 gezeigt ist, wird beschrieben. Wenn ein Bediener
das Lenkrad betätigt, wird ein Drehmoment-Detektionssignal
in einem Verhältnis zu dem Lenkmoment des Lenkrads von dem
Drehmomentsensor 1 abgegeben und das Signal wird der CPU 3
über die Schnittstellenschaltung 2 eingegeben. Die CPU 3
gibt ein Drehmoment-Detektionssignal als digitales Signal
ab. Das Drehmoment-Detektionssignal wird in ein
Analogsignal mit Hilfe der D/A-Umwandlungsschaltung 6
umgewandelt. Das Niveau des Drehmoment-Detektionssignals wird in
der CPU 3 bestimmt. Als Folge davon wird ein Antriebssignal
zum Antreiben des Motors nach rechts der
Schnittstellenschaltung 4 zugeführt oder ein Antriebssignal zum Antreiben
des Motors nach links wird der Schnittstellenschaltung 5
zugeführt. Die Motortreiberschaltung 10 empfängt ein
Antriebssignal von der Schnittstellenschaltung 4 oder 5, um
das Lenkrad nach rechts oder links anzutreiben. Auf diese
Weise wird eine Anweisung der Drehrichtung des Motors 14
gegeben.
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Der Ausgang der D/A-Umwandlungsschaltung 6 wird dem
Verstärker der Regelabweichung 7 zugeführt und der Ausgang des
Verstärkers der Regelabweichung 7 wird dem PWM-Modulator 8
zugeführt. Der Ausgang des PWM-Modulations-Oszillators 9
wird dem PWM-Modulator 8 eingegeben. Als Folge davon wird
ein Steuersignal mit einer Pulsbreite in einem Verhältnis
zu dem Drehmoment-Detektionssignal von dem PWM-Modulator 8
der Motortreiberschaltung 10 so zugeführt, daß das
Drehmoment des Motors 14 auf der Grundlage des Ausgangs der
Motortreiberschaltung 10 gesteuert wird. Der in dem Motor 14
fließende Strom wird durch die
Motorstrom-Detektionsschaltung 11 detektiert, wodurch der Motorstrom in Abhängigkeit
von dem detektierten Stromniveau begrenzt oder unterbrochen
wird.
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Wenn jedoch ein Blockierphänomen oder dergleichen in dem
Motor 14 bei der herkömmlichen Vorrichtung stattfindet,
tritt das Lenkrad in einen Zustand des Blockierens ein oder
seine Rotation erfordert eine extrem hohe Betätigungskraft,
die von dem Fahrer aufgebracht werden muß, wodurch es sehr
schwierig ist, das Lenkrad zu betätigen, was eine
gefährliche Situation herbeiführt.
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Es ist ein Problem der vorliegenden Erfindung, eine
motorgetriebene, hilfskraftunterstützte Lenksteuervorrichtung zu
schaffen, welche ein Lenkrad daran hindert, in einen
Zustand des Blockierens oder der schweren Handhabung aufgrund
eines Blockierzustands des Motors einzutreten, um auf
diese Weise permanent sicheres Lenken zu gewährleisten.
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Dieses Problem wird durch den Gegenstand des Anspruchs
gelöst.
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In den Zeichnungen sind:
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Figur 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der
Steuerschaltung für eine motorgetriebene,
hilfskraftunterstützte Lenksteuervorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung,
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Figur 2 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen
Steuerschaltung für eine hilfskraftunterstützte
Lenksteuervorrichtung,
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Figur 3 ein Diagramm, welches die Ausgangscharakteristik
eines Drehmomentsensors zeigt, und
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Figur 4 ein Diagramm der Ausgangscharakteristik eines
Motors.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der motorgetriebenen,
hilfskraftunterstützten Lenksteuervorrichtung der
vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben.
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Figur 1 ist ein Diagramm, welches eine Steuerschaltung für
die hilfskraftunterstützte Lenksteuervorrichtung der
vorliegenden Erfindung zeigt, worin die Ziffer 20 eine
Differenzierschaltung bezeichnet, die Bezugsziffer 21 einen
Kupplungstreiber zum Betreiben einer Kupplung bezeichnet,
die Ziffer 23 eine Detektionsschaltung für den stabilen
Zustand des Drehmoments (Detektionsschaltung für den
neutralen Punkt des Drehmoments) zum Detektieren des neutralen
Punkts des Drehmoments bezeichnet, die Ziffer 24 eine sich
selbst erhaltende Schaltung (self sustaining circuit)
bezeichnet, die Ziffer 25 eine
Ausfallrelais-Unterbrecherschaltung bezeichnet, die Ziffer 26 ein Ausfallrelais
bezeichnet, welches stationäre Kontakte 41a, 41b, einen
beweglichen Kontakt 42 und eine Erregerspule 43 umfaßt, die
Ziffer 27 einen ersten Pegeldetektor bezeichnet, die
Ziffern
28 und 32 UND-Gatter bezeichnen, die Ziffer 29 einen
zweiten Pegeldetektor bezeichnet, die Ziffer 30 eine
Kupplungsstrom-Steuerschaltung bezeichnet, die Ziffer 31 eine
Kupplungsspule bezeichnet und die Ziffer 36 eine
Stromquelle bezeichnet. Die Motortreiberschaltung 10 besteht aus
einer Brückenschaltung, welche vier Leistungs-MOSFETs 37-40
umfaßt. Die Ziffern 44, 45 bezeichnen Ausgangsanschlüsse
und die Ziffer 46 bezeichnet einen Schloßkontakt.
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Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung der vorliegenden
Erfindung wird beschrieben.
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Beim Betätigen des Schloßkontakts 46 wird das Ausfallrelais
26 aktiviert und der bewegliche Kontakt 41 kommt in Kontakt
mit den stationären Kontakten 41a, 41b, wodurch ein Strom
der Motortreiberschaltung 10 und dem Kupplungstreiber 21
zugeführt wird, so daß der Motor 14 mit der Lenkwelle über
die Kupplung verbunden ist. Ein Lenkmoment, welches in dem
Lenkrad erzeugt wird, wird durch den Drehmomentsensor 1
detektiert und der Ausgang des Drehmomentsensors wird der
CPU 3 und über die Differenzierschaltung 20 der
Detektionsschaltung 23 für den stabilen Zustand des Drehmoments
eingegeben. Die CPU 3 verarbeitet das
Drehmoment-Detektionssignal, um die Richtung und die Größe des Drehmoments zu
detektieren, welches in dem Lenkrad erzeugt wurde, und gibt
ein Signal an die Motortreiberschaltung 10 ab. Die
Motortreiberschaltung 10 steuert die Größe und Richtung eines
Stroms, der in dem Motor 14 fließt über die
Ausgangsanschlüsse 44, 45, so daß der Motor 14 angetrieben wird. Die
antreibende Kraft des Motors 14 wird der Lenkwelle
zugeführt, um dadurch eine Betriebskraft für das Lenkrad zu
unterstützen.
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Die Motorstrom-Detektionsschaltung 11 detektiert den Strom,
welcher in dem Motor fließt über den Widerstand 12. Die
Detektionsschaltung 23 für den stabilen Zustand des
Drehmoments detektiert den Neutralpunkt des Drehmoments, TD, d.h.
den neutralen Zustand des Lenkrads. Der Ausgang der
Detektionsschaltung 23 für den stabilen Zustand des Drehmoments
wird dem UND-Gatter 28 zusammen mit dem Ausgang des zweiten
Pegeldetektors 29 eingegeben. Der Ausgang des UND-Gatters
28 wird dem Ausfallrelais 26 über die sich selbst
erhaltende Schaltung 24 und die
Ausfallrelais-Unterbrecherschaltung 25 zugeführt. Der Ausgang der Detektionsschaltung
23 für den stabilen Zustand des Drehmoments wird dem UND-
Gatter 32 zusammen mit dem Ausgang der ersten
Pegelbestimmungsvorrichtung 27 eingegeben. Der Ausgang des UND-Gatters
32 wird der Kupplungsstrom-Steuerschaltung 30 zugeführt.
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Wenn die Detektionsschaltung 23 für den stabilen Zustand
des Drehmoments feststellt, daß das Drehmoment auf das
Lenkrad außerhalb des Bereichs des neutralen Punktes ist,
und wenn ein in dem Motor 14 fließender Strom jenseits des
ersten Niveaus ist, wird ein Steuersignal der
Kupplungsstrom-Steuerschaltung 30 zugeführt, um den Kupplungsstrom
zu verringern, wodurch ein Schleifen in der Kupplung
auftritt. Dementsprechend wird dann, wenn der Motor 14 in
einen blockierten oder nahezu blockierten Zustand fällt,
während der Motorstrom anwächst, der Kupplungsstrom
verringert, um die antreibende Verbindung zwischen dem Motor
und der Lenkwelle zu verringern, um auf diese Weise das
Lenkrad in einen Zustand manueller Betätigung zu bringen.
Wenn andererseits der Motor 14 in einen blockierten Zustand
fällt und der Motorstrom weiter erhöht wird, wird das UND-
Gatter 28 angeschaltet, um das Ausfallrelais 26 zu öffnen,
wodurch der Strom, welcher der Motortreiberschaltung 10 und
dem Kupplungstreiber 21 zugeführt wird, unterbrochen wird.
Dementsprechend wird das Lenkrad in einen Zustand
vollständiger manueller Betätigung gebracht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben
wurde, dann, wenn der Motor in einen blockierten oder
nahezu blockierten Zustand fällt, das Lenkrad mehr oder weniger
von der Kupplung oder dem Motor isoliert, so daß das
Lenkrad in einen Zustand manueller Betätigung oder nahezu
manueller Betätigung versetzt wird. Dementsprechend gibt es
keine Möglichkeit, daß der Betreiber das Gefühl hat, daß
das Betätigen des Lenkrads unnormal schwer ist, wodurch ein
Automobil sicher gefahren werden kann.