DE69404424T2

DE69404424T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE69404424T2
Application number: DE69404424T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Matsuoka; Mitsuhiko Nishimoto
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2014-11-18
Also published as: EP0654393B1; JPH07137651A; US5600559A; DE69404424D1; EP0654393A1; JP2884315B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung zur Unterstützung einer Lenkkraft eines Lenkrades unter Verwendung eines Elektromotors, wie aus der EP-A-0 535 422 bekannt.

Beschreibung der verwandten Technik

In einer elektrischen Servolenkung wird die Lenkdrehkraft detektiert, um eine Lenkkraft unter Verwendung der Drehkraft eines in Übereinstimmung mit der detektierten Drehkraft angetrieben Motors zu unterstützen.
Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm der Konfiguration der elektrischen Servolenkung. Das Ausgangssignal eines an einem (nicht gezeigten) Lenkstock vorgesehenen Drehkraftsensors 2 wird über eine Schnittstelle 3 in eine CPU 1 eingegeben. Das Ausgangssignal wird in der CPU 1 einer A/D-Wandlung 11 und dann einer Phasenkompensation 12 unterzogen. Die CPU 1 speichert in ihrem Speicher eine Sollstromtabelle 13 in bezug auf die Beziehung zwischen der detektierten Drehkraft und einem Sollstromwert zum Antrieb eines Motors 5, wie in Fig. 2 gezeigt, und liest den der detektierten Drehkraft entsprechenden Sollstromwert aus der Tabelle 13 aus. Zur Kompensation der Trägheit des Motors 5 wird das aus der A/D-Wandlung 11 resultierende Ausgangssignal außerdem einer Differentiation 18 unterzogen und wird eine Addition 14 des differenzierten Wertes und des Sollstromwertes durchgeführt.
Danach erhält man eine Abweichung 15 zwischen dem Ergebnis der Addition 14 und einem Rückkoppelungswert des Antriebsstroms für den Motor 5, der durch eine Antriebsstrom-Detektorschaltung 6 detektiert und in der CPU 1 einer A/D- Wandlung 19 unterzogen wird. Die CPU 1 führt dann eine PI-Berechnung 16 des Resultates der Abweichung 15 durch, um eine Steuergröße zu erhalten, und erzeugt in Übereinstimmung mit der Steuergröße ein PWM-Wellen-Signal 17 und ein Signal, das die Drehrichtung des Motors 5 anzeigt. Diese Signale werden einer Antriebsschaltung 4, die eine H-Brücke mit vier Schalttransistoren enthält, und außerdem dem Motor 5 zugeführt. Obwohl in Fig. 1 nicht gezeigt, werden von einem Geschwindigkeitssensor detektierte Geschwindigkeitsinformationen ebenfalls in die CPU 1 eingegeben, und der Sollstromwert, der der detektierten Geschwindigkeit entspricht, wird aus der Tabelle 13 ausgelesen.
So eine elektrische Servolenkung enthält außerdem eine Sperrschaltung 7 zum Beschränken der Antriebsrichtung des Motors 5 als Gegenmaßnahme unter Verwendung von Hardware gegen Drift in der CPU 1. Die Sperrschaltung 7 verhindert, daß der Motor 5 angetrieben wird, wenn die Richtung der detektierten Drehkraft und die Antriebsrichtung des Motors 5 voneinander verschieden sind, wodurch verhindert wird, daß ein unvorhergesehener Unfall auftritt. Tatsächlich wird der Antrieb des Motors 5 auch in einer in Fig. 2 gezeigten Totzone gesperrt, in der die detektierte Drehkraft ungefähr 0 ist. Speziell, wenn die vom Drehkraftsensor 2 detektierte Drehkraft in einer Linksantriebs-Sperrzone in Fig. 2 liegt, erzeugt die Sperrschaltung 7 ein Linksantriebs-Sperrsignal, um das Potential eines Teils in der Antriebsschaltung 4, der zu dem Linksantrieb beiträgt, auf einem Pegel zu halten, bei dem der Motor 5 nicht gedreht wird, wodurch nur der Rechtsantrieb zugelassen wird. Ähnlich, wenn die detektierte Drehkraft in einer Rechtsantriebs-Sperrzone liegt, erzeugt die Sperrschaltung 7 ein Rechtsantriebs-Sperrsignal, wodurch nur der Linksantrieb zugelassen wird.
Die detektierte Drehkraft wird jedoch in der CPU 1 der Addition zu dem differenzierten Wert unterzogen, wie oben beschrieben, zur Kompensation der Trägheit des Motors 5. Wenn ein Fahrzeug mit einer mittleren Geschwindigkeit fährt, ist die beim leichten Bewegen des Lenkrades in einer Richtung detektierte Drehkraft so klein, daß der aus der Sollstromtabelle 13 ausgelesene Antriebsstrom in der Totzone gleich 0 ist, wobei aber noch die Addition 14 des differenzierten Wertes durchgeführt wird. In diesem Fall ist die detektierte Drehkraft so klein, daß sie in der Links- oder Rechtsantriebs-Sperrzone liegt. Daher wird kein Antriebsstrom geliefert, der dem differenzierten Wert entspricht, was einem Fahrer das unerwünschte Lenkgefühl gibt, als ob er ein Lenkrad mit einem großen Schwungrad drehen würde.
Wird ferner das Lenkrad in die anfängliche Mittelstellung zurückgebracht, wird gewünscht, die Richtung der detektierten Drehkraft so zu steuern, daß sie umgekehrt zu der Antriebsrichtung des Motors 5 ist, so daß die Lenkdrehkraft in der Totzone schnell auf neutral zurückgebracht wird. in so einem Fall ist die detektierte Drehkraft klein, und daher ist die Tabelle 13 mit einer Hysteresecharakteristik versehen, wie mit strichpunktierten Linien in Fig. 2 gezeigt, um die oben erwähnte Steuerung zu ermöglichen. Wenn aber die Sperrschaltung 7 vorgesehen ist, wird so eine Steuerung nicht durchgeführt. Ungünstigerweise ist es daher unmöglich, den Motor 5 auf die obengenannte Weise anzutreiben, wenn das Lenkrad in die Anfangsstellung zurückgedreht wird.

ABRISS DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung soll die oben erwähnten Probleme lösen, und eine der Aufgaben ist es, eine elektrische Servolenkung zu schaffen, bei der, während die Drift einer CPU verhindert wird, die Kompensation der Trägheit eines Motors unter Verwendung eines differenzierten Wertes gesteuert werden kann, selbst wenn die detektierte Drehkraft klein ist.
Die elektrische Servolenkung der Erfindung enthält einen Drehkraftsensor zum Detektieren einer Lenkdrehkraft, einen Datenprozessor zur Erzeugung eines Befehls zum Antreiben eines Motors in Übereinstimmung mit der detektierten Lenkdrehkraft, eine Sperrzonen-Entscheidungseinrichtung zum Entscheiden, ob die detektierte Lenkdrehkraft in einer vorbestimmten Drehsperrzone liegt oder nicht, eine Übereinstimmungs-Prüfungseinrichtung zum Prüfen der logischen Übereinstimmung zwischen einem Entscheidungsergebnis der Sperrzonen-Entscheidungseinrichtung und dem Befehl des Datenprozessors, einen Zeitgeber, der taktet, wenn das Prüfungsergebnis der Übereinstimmungs-Prüfungseinrichtung nichtübereinstimmend ist, und eine Antriebssperreinrichtung zum Sperren des Antriebs des Motors, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne von dem Zeitgeber getaktet worden ist.
Weil das Ausgangssignal des differenzierten Wertes nur eine kurze Zeit benötigt, wird der Zeitgeber vor dem Takten der vorbestimmten Zeitspanne zurückgesetzt, wodurch der Motor angetrieben wird. Die Kompensation der Trägheit des Motors wird daher selbst dann gesteuert, wenn die Lenkdrehkraft klein ist.
In einer Ausfiihrungsform weist die elektrische Servolenkung der Erfindung eine Einrichtung auf, um den Wiederantrieb des Motors zu sperren, bis ein vorbestimmter Betrieb durchgeführt wird, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne vergangen ist, nachdem der Antrieb des Motors von der Antriebssperreinrichtung gesperrt worden ist. Als Folge wird für Sicherheit gegen die Drift der CPU gesorgt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Servolenkung eine Einrichtung auf, um den Zeitgeber zurückzusetzen, wenn der Befehl zum Antreiben des Motors aufgehoben wird. Die Servolenkung kehrt daher in den Anfangszustand zurück, wenn der Antrieb des Motors gestoppt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkung zu schaffen, bei der, während die Drift einer CPU verhindert wird, der Antrieb eines Motors beim Zurückdrehen eines Lenkrades in seine Anfangsstellung gesteuert werden kann, wenn die detektierte Drehkraft in einer Totzone liegt.
Die elektrische Servolenkung der Erfindung enthält einen Drehkraftsensor zum Detektieren einer Lenkdrehkraft, einen Datenprozessor zur Erzeugung eines Befehls zum Antreiben eines Motors in Übereinstimmung mit der detektierten Drehkraft, eine Sperrzonen-Entscheidungseinrichtung zum Entscheiden, ob die detektierte Lenkdrehkraft in einer vorbestimmten Sperrzone liegt oder nicht, eine Übereinstimmungs-Prüfungseinrichtung zum Prüfen der logischen Übereinstimmung zwischen einem Entscheidungsergebnis der Sperrzonen-Entscheidungseinrichtung und dem Befehl des Datenprozessors, einen Zeitgeber, der taktet, wenn das Prüfungsergebnis der Übereinstimmungs-Prüfungseinrichtung nichtübereinstimmend ist, eine Antriebssperreinrichtung zum Sperren des Antriebs des Motors, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne von dem Zeitgeber getaktet worden ist, eine Totzonen- Detektoreinrichtung zum Detektieren, ob die detektierte Lenkdrehkraft in einer Totzone liegt, in der die Drehkraft ungefähr 0 ist, eine Antriebsstrom-Detektoreinrichtung zum Detektieren eines dem Motor zugeführten Antriebsstroms und eine Einrichtung zum Zurücksetzen des Zeitgebers, wenn der von der Antriebsstrom- Detektoreinrichtung detektierte Antriebsstrom unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt und die detektierte Lenkdrehkraft in der Totzone liegt.
Wenn daher die detektierte Lenkdrehkraft in der Totzone liegt und der Antriebsstrom des Motors kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird der Zeitgeber zurückgesetzt, wodurch der Motor angetrieben wird. Auf diese Weise wird der Antrieb des Motors beim Zurückdrehen des Lenkrades in seine Anfangsstellung gesteuert, und die Kompensation der Trägheit wird ebenfalls gesteuert.
Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Hauptteils einer konventionellen elektrischen Servolenkung,
Fig. 2 ist eine Skizze, die den Betrieb der gewöhnlichen elektrischen Servolenkung darstellt,
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Hauptteils einer elektrischen Servolenkung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ist ein Schaltplan der elektrischen Servolenkung von Fig. 3,
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines Hauptteils einer elektrischen Servolenkung gemäß einer weiterenAusführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 6 ist ein Schaltplan der elektrischen Servolenkung von Fig. 5.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Servolenkung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die in der Figur gezeigte elektrische Servolenkung ermöglicht die Kompensation der Trägheit eines Motors unter Verwendung eines differenzierten Wertes, wie in bezug auf die konventionelle Servolenkung beschrieben. Das Ausgangssignal eines Drehkraftsensors 2 zum Detektieren einer über ein Lenkrad (auch nicht gezeigt) auf einen Lenkstock ausgeübten Drehkraft wird einer CPU 1 zugeführt. Die CPU 1 erzeugt durch vorbestimmte Berechnung ein PWM-Wellen- Signal und ein Signal, das die Drehrichtung eines Motors 5 anzeigt, und gibt die Signale an eine Antriebsschaltung 4 aus. Die Antriebsschaltung 4 betätigt den damit verbundenen Motor 5 in Übereinstimmung mit den Signalen. Die Konfiguration und der Betrieb der CPU 1 sind die gleichen wie bei der in Fig. 1 gezeigten konventionellen Vorrichtung. Die vorliegende elektrische Servolenkung ist außerdem mit einem System zur Rückkoppelung durch Detektieren des Antriebsstroms für den Motor 5 versehen, das in Fig. 3 nicht gezeigt ist.
Bei der vorliegenden elektrischen Servolenkung wird das Ausgangssignal des Drehkraftsensors 2 außerdem einer Antriebssperrzonen-Entscheidungsschaltung (nachstehend als DIA-Entscheidungsschaltung bezeichnet) 21 zugeführt. Die DIA-Entscheidungsschaltung 21 entscheidet, ob die detektierte Drehkraft in der in Fig. 2 gezeigten Links- oder Rechtsantriebs-Sperrzone liegt, und gibt das Ergebnis der Entscheidung links oder rechts aus. Das Ergebnis wird einer Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 zugeführt, in der das Ergebnis mit dem in der CPU 1 erzeugten Signal verglichen wird, das die Drehrichtung des Motors 5 anzeigt. Die Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 prüft die logische Übereinstimmung zwischen dem von der DIA-Entscheidungsschaltung 21 ausgegebenen Signal und dem Signal, das die Drehrichtung des Motors 5 anzeigt. Wenn diese nicht übereinstimmen, nämlich wenn von der DIA-Entscheidungsschaltung 21 entschieden wird, daß die detektierte Drehkraft in der Rechts- oder Linksantriebs-Sperrzone liegt, und das von der CPU 1 erzeugte Signal den Rechts- oder Linksantrieb anzeigt, führt die Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 einem Detektorzeitgeber 23 ein Nichtübereinstimmungs-Signal zu. Der Detektorzeitgeber 23 startet das Takten in Reaktion auf das Nichtübereinstimmungs-Signal von der Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 und gibt ein vorbestimmtes Signal aus, wenn das Nichtübereinstimmungs-Signal eine vorbestimmte Zeitspanne kontinuierlich zugeführt wird. Unter Berücksichtigung der für die Differentiation benötigten Zeit wird die Zeitspanne bevorzugt auf 30 bis 50 Millisekunden (msec) eingestellt.
Der Detektorzeitgeber 23 wird zurückgesetzt, wenn die CPU 1 aufhört, das die Drehrichtung anzeigende Signal zu erzeugen, d.h. wenn die CPU 1 den Antrieb des Motors 5 stoppt. Das Ausgangssignal des Detektorzeitgebers 23 wird einer Sperrschaltung 24 zugeführt. Die Sperrschaltung 24 legt das Potential eines spezifizierten Teils (d.h. des Steueranschlusses) eines Schaltelementes (FET), das die Antriebsschaltung 4 bildet, auf ein Potential zum Ausschalten des Schaltelementes fest. Das Ausgangssignal der Sperrschaltung 24 wird außerdem einem Entscheidungszeitgeber 25 zugeführt. Der Entscheidungszeitgeber 25 taktet einen Zeitraum, in dem die Sperrschaltung 24 ein Signal zum Sperren der Drehung des Motors 5 ausgibt. Wenn der Zeitraum ein vorbestimmter Wert wird (zum Beispiel 0,2 Sekunden), erregt der Entscheidungszeitgeber 25 ein Sicherheitsrelais 26, wodurch der Antrieb des Motors 5 abgeschaltet wird.
Fig. 4 ist ein Schaltplan eines Hauptteils der vorliegenden Servolenkung von Fig. 3. Die DIA-Entscheidungsschaltung 21 enthält zwei Vergleicher 211 und 212, und der Ausgang des Drehkraftsensors 2 ist mit dem Minus-Eingangsanschluß des Vergleichers 211 und dem Plus-Eingangsanschluß des Vergleichers 212 verbunden. Den anderen Anschlüssen der Vergleicher 211 und 212 wird von einem Spannungsteiler 213 auf die folgende Weise eine gewünschte Spannung zugeführt: Dem Plus-Eingangsanschluß des Vergleichers 211 wird eine dem Punkt R in Fig. 2 entsprechende Spannung zugeführt, das heißt ein Grenzwert des Rechtsantriebs, und dem Minus-Eingangsanschluß des Vergleichers 212 wird eine dem Punkt L in Fig. 2 entsprechende Spannung zugeführt, das heißt ein Grenzwert des Linksantriebs.
Die Ausgangssignale der Vergeicher 211 und 212 werden jeweils den Minus-Eingangsanschlüssen von Vergleichern 221 und 222 in der Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 zugeführt. Die Plus-Eingangsanschlüsse der Vergleicher 221 und 222 sind jeweils mit Knoten zwischen Widerständen verbunden, die in Reihe verbunden sind, um zusammen mit Transistoren Spannungsteiler 223 bzw. 224 zu bilden. Den Basen der jeweiligen Transistoren in den Spannungsteilern 223 und 224 werden Signale zum Befehlen des Rechts- bzw. Linksantriebs des Motors 5 zugeführt. Die jeweiligen Transistoren werden in Übereinstimmung mit diesen Signalen eingeschaltet. Die Ausgänge der Vergleicher 221 und 222 sind kollektiv hochgezogen und mit dem Detektorzeitgeber 23 verbunden, der als einen Hauptteil eine CR-Schaltung enthält. Die Ausgangssignale der Vergleicher 221 und 222 werden einem Ende eines Widerstandes 231 zugeführt. Ein Verbindungspunkt zwischen dem anderen Ende des Widerstandes 231 und einem Kondensator 232 ist mit dem Minus-Eingangsanschluß eines Vergleichers 234 verbunden, dessen Plus-Eingangsanschluß durch einen Spannungsteiler 233 eine Konstantspannung zugeführt wird.
Das Ausgangssignal des Detektorzeitgebers 23 wird der Sperrschaltung 24 zugeführt. Die Sperrschaltung 24 enthält einen Transistor 241, der durch das Ausgangssignal auf einem hohen Pegel vom Vergleicher 234 im Detektorzeitgeber 23 eingeschaltet wird. Die Sperrschaltung 24 enthält weiterhin Dioden 242 und 243, deren Kathoden mit dem Kollektor des Transistors 241 verbunden sind, der ein Erdpotential hat, wenn der Transistor 241 eingeschaltet ist. Die Anoden der Dioden 242 und 243 sind mit dem Steueranschluß eines Schalt-FET in der Antriebsschaltung 4 verbunden, so daß der FET der Antriebsschaltung 4 abgeschaltet wird, wenn der Transistor 241 eingeschaltet wird, wodurch der Antrieb des Motors 5 abgeschaltet wird. Das Potential am Kollektor des Transistors 241 wird als das Ausgangssignal der Sperrschaltung 24 einem Ende eines hochgezogenen Widerstandes in einer CR-Schaltung 251 des Entscheidungszeitgebers 25 zugeführt. Der Verbindungspunkt zwischen dem anderen Ende des Widerstandes in der CR- Schaltung 251 und einem Kondensator ist mit dem Plus-Eingangsanschluß eines Vergleichers 252 verbunden, dessen Minus-Eingangsanschluß durch einen Spannungsteiler eine Konstantspannung zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Vergleichers 252 wird dem Sicherheitsrelais 26 als Betriebssignal zugeführt.
Es wird nun der Betrieb der oben erwähnten Schaltungen beschrieben. Wenn das Ausgangssignal des Drehkraftsensors 2 nicht in der Totzone liegt (d.h. der Zone zwischen den Punkten R und L in Fig. 2), sind die Ausgangssignale der Vergleicher 211 und 212 beide auf einem niedrigen Pegel, und daher haben die Minus-Eingangsanschlüsse der Vergleicher 221 und 222 ein Potential ungefähr gleich dem Erdpotential. Wenn die CPU 1 normal betrieben wird, wird den Transistoren in den Spannungsteilern 223 und 224 ein Rechts- oder Linksantriebssignal zugeführt, wodurch die Transistoren eingeschaltet werden, um den Vergleichern 221 bzw. 222 geteilte Spannungen von den Spannungsteilern 223 und 224 zuzuführen. Als Folge sind die Ausgangssignale der Vergleicher 221 und 222 auf einem hohen Pegel, und der Kondensator 232 im Detektorzeitgeber 23 wird nicht entladen, um das Takten zu starten.
Wenn das Ausgangssignal des Drehkraftsensors 2 in der Totzone liegt, sind die Ausgangssignale der Vergleicher 211 und 212 im Gegenteil auf einem hohen Pegel. Wenn die CPU 1 in diesem Fall kein Rechts- oder Linksantriebssignal ausgibt, bleiben die Transistoren in den Spannungsteilern 223 und 224 aus. Daher wird den Plus-Eingangsanschlüssen der Vergleicher 221 und 222 eine Versorgungsspannung der Spannungsteiler 223 bzw. 224 zugeführt, und die Ausgangssignale der Vergleicher 221 und 222 bleiben auf einem hohen Pegel. So ein Zustand gehört zum normalen Betrieb der CPU 1, und daher beginnt der Detektorzeitgeber 23 nicht zu takten.
Wenn das Ausgangssignal des Drehkraftsensors 2 in der Totzone liegt und die CPU 1 ein Rechts- oder Linksantriebssignal ausgibt, werden die Transistoren in den Spannungsteilern 223 und 224 eingeschaltet, wodurch die Eingangsspannung in den Plus-Eingangsanschluß des Vergleichers 221 oder 222 verringert wird. Als Folge wird das Ausgangssignal des Vergleichers 221 oder 222 niedrig. Dies bewirkt die Entladung des Kondensator 232, um die Spannung an seinem Anschluß zu verringern. Wenn von der CPU 1 durch die Steuerung unter Verwendung des differenzierten Wertes ein Rechts- oder Linksantriebssignal erzeugt wird, erlischt das Rechts- oder Linksantriebssignal augenblicklich, und die Ausgangssignale der Vergleicher 221 und 222 werden hoch. Daher verringert sich die Spannung am Anschluß des Kondensators 232 nicht unter die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 233, wodurch das Ausgangssignal des Detektorzeitgebers 23, d.h. des Vergleichers 234, auf einem niedrigen Pegel gehalten wird.
Wenn im Gegensatz dazu der Zeitraum, in dem die Ausgangssignale der Vergleicher 221 und 222 auf einem niedrigen Pegel bleiben, infolge der Drift oder dergleichen in der CPU 1 lange andauert, nimmt die Spannung am Anschluß des Kondensators 232 weiter ab. Als Folge erfährt das Ausgangssignal des Vergleichers 234 einen Übergang von niedrig nach hoch, wodurch der Transistor 241 eingeschaltet wird, um den Antrieb des Motors 5 zu sperren. Wenn der Transistor 241 eingeschaltet wird, wird das Plus-Eingangssignal des Vergleichers 252 in den Entscheidungszeitgeber 25 ebenfalls verringert. Wenn so eine Verringerung lange andauert, so daß das Plus-Eingangssignal niedriger als das Minus-Eingangssignal wird, erfährt das Ausgangssignal des Vergleichers 252 rechtzeitig einen Übergang von hoch nach niedrig, wodurch das Sicherheitsrelais 26 erregt wird.
Es wird nun die Antriebssteuerung für den Motor 5 in der oben beschriebenen Vorrichtung beschrieben. Wie oben beschrieben, wird von der DIA-Entscheidungsschaltung 21 bestimmt, ob das Ausgangssignal des Drehkraftsensors 2 in der Rechts- oder Linksantriebs-Sperrzone liegt oder nicht, und es wird ein Signal in Übereinstimmung mit der Bestimmung erzeugt. Wenn die detektierte Drehkraft in der Totzone liegt, werden sowohl ein Rechtsantriebs-Sperrsignal als auch ein Linksantriebs-Sperrsignal erzeugt.
Wenn die CPU 1 normal betrieben wird und die detektierte Drehkraft nicht in der Totzone liegt, stimmt ein von der CPU 1 ausgegebenes Signal, das die Drehrichtung anzeigt, logisch mit dem Ausgangssignal der DIA-Entscheidungsschaltung 21 überein. Speziell, wenn die detektierte Drehkraft am Punkt A in Fig. 2 liegt, befiehlt das von der CPU 1 ausgegebene Signal den Rechtsantrieb, und das Ausgangssignal der DIA-Entscheidungsschaltung 21 sperrt den Linksantrieb. In so einem Fall gibt es kein Problem. Dementsprechend gibt die Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 keinerlei Signal aus, und daher werden die nachfolgenden Schaltungen nicht betätigt. Der Motor 5 wird in diesem Fall in der Richtung nach rechts angetrieben.
Wenn die CPU 1 infolge der Drift der CPU 1 ein Signal zum Befehlen des Linksantriebs ausgibt, obwohl die detektierte Drehkraft am Punkt A liegt, gibt die Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 ein Nichtübereinstimmungs- Signal aus. Dies startet das Takten durch den Detektorzeitgeber 23, das fortgesetzt wird, bis die vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Danach wird der Sperrschaltung 24 ein Timingsignal zugeführt, wodurch die Antriebsschaltung 4 gestoppt wird. Dies stoppt den Motor 5, was zur Sperrung einer gefährlichen Lenkkraftunterstützung in der umgekehrten Richtung führt. Wenn die Drift in der CPU 1 vorübergehend ist, kann die logische Übereinstimmung der in die Schaltung zur Prüfung auflogische Übereinstimmung 22 eingegebenen beiden Signale rechtzeitig erhalten werden, und der Detektorzeitgeber 23 wird in diesem Zeitpunkt zurückgesetzt. Der Detektorzeitgeber 23 wird auch dann zurückgesetzt, wenn die detektierte Drehkraft in der Totzone liegt und die CPU 1 den Antrieb des Motors 5 in einer von beiden Richtungen stoppt.
Nachdem die Sperrschaltung 24 ein Signal zum Sperren des Antriebs des Motors 5 ausgegeben hat, beginnt der Entscheidungszeitgeber 25 zu takten. Wenn der vom Entscheidungszeitgeber 25 getaktete Zeitraum die vorbestimmte Zeitspanne andauert, wird das Sicherheitsrelais 26 betätigt, wodurch die Stromzufuhr an den Motor 5 abgeschaltet wird. Die Erregung des Sicherheitsrelais 26 wird beseitigt, indem die gesamte Servolenkung zurückgesetzt wird, und in diesem Fall kehrt die Servolenkung in den Anfangszustand zurück.
Als nächstes wird die Kompensation der Trägheit unter Verwendung des differenzierten Wertes in oder in der Nähe der Totzone beschrieben. Wenn die detektierte Drehkraft am Punkt B in Fig. 2 liegt, gibt die CPU 1 ein Signal zum Befehlen des Rechts- oder Linksantriebs des Motors 5 durch die Addition des differenzierten Wertes zu dem detektierten Wert aus. Wenn die detektierte Drehkraft am Punkt B liegt, gibt die DIA-Entscheidungsschaltung 21 ein Signal aus, das anzeigt, daß die detektierte Drehkraft in den Rechts- und Linksantriebs-Sperrzonen liegt, und daher gibt die Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 ein Nichtübereinstimmungs-Signal aus. Obwohl der Detektorzeitgeber 23 in Reaktion auf dieses Nichtübereinstimmungs-Signal zu takten beginnt, braucht das Ausgangssignal des differenzierten Wertes nur eine kurze Zeit, und daher erlischt das Ausgangssignal des differenzierten Wertes oder das infolge des Ausgangssignals des differenzierten Wertes erzeugte Rechts- oder Linksantriebssignal bevor die vorbestimmte Zeitspanne zu Ende ist. Auf diese Weise wird die Kompensation der Trägheit unter Verwendung des differenzierten Wertes gesteuert.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Konfiguration der vorliegenden elektrischen Servolenkung. Die in Fig. 5 gezeigte Servolenkung ermöglicht wie die in Fig. 3 gezeigte Servolenkung die Kompensation der Trägheit unter Verwendung des differenzierten Wertes, und zusätzlich ist es möglich, die Rückkehr des Lenkrades in die Anfangsstellung zu steuern.
Das Ausgangssignal der DIA-Entscheidungsschaltung 21 wird einer Totzonen- Detektorschaltung 27 zugeführt. Die Totzonen-Detektorschaltung 27 detektiert, ob die Drehkraft in der in Fig. 2 gezeigten Totzone liegt oder nicht. Wenn die Drehkraft in der Totzone detektiert wird, führt die Totzonen-Detektorschaltung 27 ihr vorbestimmtes Ausgangssignal einer Schaltung zur Entscheidung über die Zulassung eines Rückkehrstroms (nachstehend als RCP-Entscheidungsschaltung bezeichnet) 28 zu. In eine Antriebsstrom-Versorgungsleitung, die die RCP-Entscheidungsschaltung 28 mit dem Motor 5 verbindet, ist eine Antriebsstrom-Detektorschaltung 6 gelegt. Im Falle daß die RCP-Entscheidungsschaltung 28 das Ausgangssignal der Totzonen-Detektorschaltung 27 empfängt, das anzeigt, daß die detektierte Drehkraft in der Totzone liegt, liefert die Antriebsstrom-Detektorschaltung 6 das Ausgangssignal zum Zurücksetzen des Detektorzeitgebers 23, wenn der detektierte Antriebsstrom unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt (zum Beispiel 10 Ampere (A)).
Der zum Zurücksetzen des Detektorzeitgebers 23 verwendete vorbestimmte Wert soll ungefähr so groß sein wie der, der zum Zurückbringen des Lenkrades in die Anfangsstellung benötigt wird. Ferner muß der Wert so groß sein, daß er für eine außergewöhnliche Antriebskraft des Motors 5 infolge der Drift der CPU 1 geeignet ist, d.h. so groß sein, daß ein Fahrer mit der außergewöhnlichen Kraft fertig wird, indem die vom Fahrer selbst ausgeübte Lenkkraft verstärkt wird.
Gleiche Elemente in der in Fig. 5 gezeigten Konfiguration haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 und werden hier nicht mehr beschrieben.
Fig. 6 ist ein Schaltplan des Hauptteils der Servolenkung von Fig. 5. Die Ausgangsanschlüsse der Vergleicher 211 und 212 in der DIA-Entscheidungsschaltung 21 sind jeweils mit den Kathoden von Dioden 271 und 272 in der Totzonen-Detektorschaltung 27 verbunden. Die Anoden dieser Dioden 271 und 272 sind kollektiv mit dem Minus-Eingangsanschluß eines Vergleichers 281 in der RCP-Entscheidungsschaltung 28 verbunden. Dem Minus-Eingangsanschluß des Vergleichers 281 wird außerdem das Ausgangssignal eines Spannungsteilers 282 zugeführt, und dem Plus-Eingangsanschluß des Vergleichers 281 wird die Ausgangsspannung der Antriebsstrom-Detektorschaltung 6 zugeführt. Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 281 ist mit den Kathoden von Dioden 283 und 284 verbunden, deren Anoden jeweils mit den Minus-Eingangsanschlüssen der Vergleicher 221 und 222 in der Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 verbunden sind.
Wenn das Ausgangssignal des Drehkraftsensors 2 nicht in der Totzone liegt, sind die Ausgangssignale der Vergleicher 211 und 212 auf einem niedrigen Pegel, und wenn es in der Totzone liegt, sind die Ausgangssignale auf einem hohen Pegel, wie oben beschrieben. Wenn die detektierte Drehkraft nicht in der Totzone liegt und die Ausgangssignale der Vergleicher 211 und 212 auf einem niedrigen Pegel sind, ist das Ausgangssignal des Vergleichers 281 immer auf einem hohen Pegel. In diesem Fall werden die Dioden 283 und 284 nicht durchgeschaltet, mit dem Resultat, daß die Vergleicher 221 und 222 nicht beeinflußt werden.
Wenn das Ausgangssignal des Drehkraftsensors 2 in der Totzone liegt, wird dem Minus-Eingangsanschluß des Vergleichers 281 eine geteilte Spannung von dem Spannungsteiler 282 zugeführt. Wenn unter dieser Bedingung das Ausgangssignal der Antriebsstrom-Detektorschaltung 6 niedrig ist (d.h. wenn das Lenkrad in die Anfangsstellung zurückgekehrt ist), ist das Ausgangssignal des Vergleichers 281 auf einem niedrigen Pegel, wodurch die Minus-Eingangsanschlüsse der Vergleicher 221 und 222 auf Erdpotential gebracht werden. Als Folge erfahren die Ausgangssignale der Vergleicher 221 und 222 einen Übergang von niedrig nach hoch, was zur Ladung des Kondensators 232 im Detektorzeitgeber 23 führt. Auf diese Weise wird der Detektorzeitgeber 23 zurückgesetzt.
Wenn das Ausgangssignal der Antriebsstrom-Detektorschaltung 6 höher als das Ausgangssignal des Spannungsteilers 282 wird, wird das Ausgangssignal des Vergleichers 281 hoch, mit der Folge, daß die Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 und der Detektorzeitgeber 23 nicht beeinflußt werden.
Es wird nun die Antriebssteuerung für den Motor 5 in der oben beschriebenen Servolenkung beschrieben. Wenn die detektierte Drehkraft während der Rückkehr des Lenkrades in der Totzone liegt, detektiert dies die Totzonen-Detektorschaltung 27 und führt der RCP-Entscheidungsschaltung 28 ein Erfassungssignal zu. Ein in so einem Fall fließender Strom ist kleiner als ein Antriebsstrom, der im Zeitpunkt des Lenkens fließt, wie in Fig. 2 gezeigt, und daher übersteigt das Eingangssignal von der Stromdetektorschaltung 6 den vorbestimmten Wert (zum Beispiel 10 A) nicht. Daher setzt die RCP-Entscheidungsschaltung 28 den Detektorzeitgeber 23 über die Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22 zurück. Da der Detektorzeitgeber 23 sein Ausgangssignal nicht der Sperrschaltung 24 zuführt, wird als Folge der Motor 5 auf eine Weise angetrieben, daß das Lenkrad in die Anfangsstellung zurückkehrt. Auf diese Weise wird die Kompensation der Trägheit unter Verwendung des differenzierten Wertes durchgeführt. Es ist auch möglich, den Detektorzeitgeber 23 direkt durch das Ausgangssignal der RCP-Entscheidungsschaltung 28 zurückzusetzen.
Wenn die detektierte Drehkraft infolge der Drift in der CPU 1 nicht in der Totzone liegt oder wenn der detektierte Antriebsstrom den vorbestimmten Wert übersteigt, gibt die RCP-Entscheidungsschaltung 28 kein Signal zum Zurücksetzen des Detektorzeitgebers 23 aus. In die einem Fall wird die Sperrschaltung 24 betätigt, den Antrieb des Motors 5 zu stoppen. Der Rest des Betriebs dieser Servolenkung ist dem der Vorrichtung von Fig. 3 ähnlich und wird hier nicht mehr beschrieben.
Die DIA-Entscheidungsschaltung 21, die Schaltung zur Prüfung auf logische Übereinstimmung 22, der Detektorzeitgeber 23, die Sperrschaltung 24, der Entscheidungszeitgeber 25, die Totzonen-Detektorschaltung 27 und die RCP-Entscheidungsschaltung 28, die in den oben erwähnten Ausführungsformen alle aus analogen Schaltungen bestehen, können auch mit digitalen Schaltungen oder Software hergestellt werden.
Bei der obengenannten elektrischen Servolenkung der Erfindung kann selbst im Falle der Drift der CPU Sicherheit gewährleistet werden, indem der Motor gestoppt wird. Ferner beeinträchtigt die Drift der CPU weder die Kompensation der Trägheit unter Verwendung eines differenzierten Wertes des Ausgangssignals des Drehkraftsensors noch die Steuerung zum Zurückbringen des Lenkrades in die Anfangsstellung.
Da die Erfindung in mehreren Formen verkörpert werden kann, ohne den Geist ihrer wesentlichen Merkmale zu verlassen, ist die vorliegende Ausführungsform nur beispielhaft und nicht beschränkend.

Claims

1. Elektrische Servolenkung mit

einem Drehkraftsensor (2) zum Detektieren einer Lenkdrehkraft; und

einem Datenprozessor (2) zur Erzeugung eines Befehls zum Antreiben eines Motors (5) in Übereinstimmung mit der vom Drehkraftsensor (2) detektierten Lenkdrehkraft;

gekennzeichnet durch

eine Sperrzonen-Entscheidungseinrichtung (21) zum Entscheiden, ob die vom Drehkraftsensor detektierte Lenkdrehkraft in einer vorbestimmten Antriebssperrzone liegt oder nicht;

eine Übereinstimmungs-Prüfungseinrichtung (22) zum Prüfen der logischen Übereinstimmung zwischen einem Entscheidungsergebnis der Sperrzonen-Entscheidungseinrichtung (21) und dem vom Datenprozessor (1) erzeugen Befehl;

einen Zeitgeber (23), der taktet, wenn ein Prüfungsergebnis der Übereinstimmungs-Prüfungseinrichtung (22) nichtübereinstimmend ist; und

eine Antriebssperreinrichtung (24) zum Sperren des Antriebs des Motors, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne von dem Zeitgeber (23) getaktet worden ist.

2. Elektrische Servolenkung gemäß Anspruch 1, die weiterhin eine Einrichtung (26) aufweist, um den Wiederantrieb des Motors (5) zu sperren, bis ein vorbestimmter Betrieb durchgeführt wird, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne vergangen ist, nachdem der Antrieb des Motors von der Antriebssperreinrichtung (24) gesperrt worden ist.

3. Elektrische Servolenkung gemäß Anspruch 1, die weiterhin eine Einrichtung (22) aufweist, um den Zeitgeber (23) zurückzusetzen, wenn der Befehl zum Antreiben des Motors aufgehoben wird.

4. Elektrische Servolenkung gemäß Anspruch 1, die weiterhin folgendes aufweist:

eine Totzonen-Detektoreinrichtung (27) zum Detektieren, ob die vom Drehkraftsensor (2) detektierte Lenkdrehkraft in einer Totzone liegt, in der die Drehkraft ungefähr 0 ist;

eine Antriebsstrom-Detektoreinrichtung (6) zum Detektieren eines Antriebsstroms des Motors (5); und

eine Einrichtung zum Zurücksetzen des Zeitgebers (23), wenn der von der Antriebsstrom-Detektoreinrichtung (6) detektierte Antriebsstrom unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt und die vom Drehkraftsensor (2) detektierte Lenkdrehkraft in der Totzone liegt.