DE10025875A1 - Lenksystem mit elektrischem Antrieb - Google Patents
Lenksystem mit elektrischem AntriebInfo
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Abstract
Ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb weist einen Elektromotor zur Unterstützung einer Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments auf und eine Elektromotortreiberschaltung und zeichnet sich dadurch aus, daß die Elektromotortreiberschaltung den Elektromotor auf der Grundlage zumindest entweder eines Trägheitskompensationsstroms oder eines Viskositätskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls treibt, wobei der Trägheitskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem Elektromotor die Winkelbeschleunigung zunimmt, und bei dem Elektromotor für ein Drehmoment in Richtung identisch zur Richtung der Elektromotor-Winkelbeschleunigung sorgt, und wobei der Viskositätskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem Elektromotor die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, und bei dem Elektromotor für ein Drehmoment in Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit sorgt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkung mit
elektrischem Antrieb für Kraftfahrzeuge und dergleichen, und
betrifft insbesondere die Verbesserung des Lenkgefühls im
Falle eines Ausfalls.
Fig. 10 zeigt ein typisches Lenksystem mit elektrischem
Antrieb. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 100
einen Elektromotor, der eine Lenkservokraft erzeugt, und der
zwischen die Ausgangsklemme einer Motortreiberschaltung 110
geschaltet ist, die eine Brückenschaltung aus vier FETs 110a
bis 110d aufweist, und der gesteuert angetrieben wird, wenn
eine Antriebseinheit 120 eines der entgegengesetzten Paare
von FETs in der Motortreiberschaltung 110 einschaltet. Wenn
bei einem derartigen typischen Lenksystem mit elektrischem
Antrieb beispielsweise der FET 110c einen Kurzschluß
verursacht, wird ein geschlossener Schaltkreis aus dem FET
110c, dem Motor, einer parasitären Diode in dem FET 110d und
dem FET 110c erzeugt. Wenn ein Fahrer das Lenkrad betätigt,
wird der Motor 100 über eine Lenkwelle und ein
Reduziergetriebe gedreht, so daß in dem Motor eine
elektromotorische Kraft 100 induziert wird. Da in dem
geschlossenen Schaltkreis ein hoher Strom fließt, arbeitet
der geschlossene Schaltkreis als Bremsschaltung, so daß es
für den Fahrer erforderlich wird, eine übermäßige Lenkkraft
anzulegen, was den Lenkvorgang beeinträchtigt.
Wenn der Motor in entgegengesetzter Richtung in einem
derartigen Zustand gedreht wird, in welchem wie voranstehend
geschildert der FET 110c einen Kurzschluß hervorgerufen hat,
wird keine Bremswirkung zur Verfügung gestellt, da infolge
des Nichtvorhandenseins des geschlossenen Schaltkreises kein
Strom fließt. Dies bedeutet, daß die Bremskraft oder die
erforderliche Lenkkraft unterschiedlich wird, abhängig von
der Lenkrichtung. Da die Lenkkraft in Richtung nach rechts
und jene in Richtung nach links nicht mehr ausgeglichen sind,
wird das Lenkgefühl extrem stark beeinträchtigt.
Um mit dieser Schwierigkeit fertig zu werden wurde ein
Vorschlag gemäß JP-B-796387 zur Verfügung gestellt. Nunmehr
wird ein herkömmliches Lenksystem mit elektrischem Antrieb
unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert. In dieser Figur sind
gleiche Teile wie in Fig. 10 mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet, und werden nicht erneut erläutert.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist der Motor 100 mit den
Ausgangsklemmen der Motortreiberschaltung 110 über ein Relais
130 verbunden.
Wenn wie bereits erwähnt der FET 110c einen Kurzschluß
hervorruft, öffnet dieses herkömmliche Servolenksystem das
Relais 130 und verhindert, daß ein geschlossener Schaltkreis
oder eine Bremsschaltung zur Verfügung gestellt wird, und
verhindert so, daß das Lenkgefühl beeinträchtigt wird.
Obwohl dieses herkömmliche Lenksystem mit elektrischem
Antrieb das Relais 130 im Falle eines Ausfalls öffnen kann,
um die Bereitstellung der Bremsschaltung zu verhindern, ist
bei dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb die Schwierigkeit
aufgetreten, daß das Verhalten des Fahrzeugs unter dem
Einfluß des Trägheitsmoments des Motors 100 instabil wird, da
der Motor 100 mit der Lenkwelle über das Reduziergetriebe
gekuppelt ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung
dieses Problems, und in der Bereitstellung eines Lenksystems
mit elektrischem Antrieb, welches ein stabiles Fahrverhalten
eines Fahrzeugs zur Verfügung stellen kann, um selbst im
Falle eines Ausfalls ein zufriedenstellendes Lenkgefühl zur
Verfügung zu stellen.
Gemäß einer ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung
gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung der
Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist,
und eine Elektromotortreiberschaltung zum Betrieb des
Elektromotors auf der Grundlage eines
Trägheitskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls, wobei
der Trägheitskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem
Elektromotor die Winkelbeschleunigung zunimmt, und für den
Elektromotor ein Drehmoment in einer Richtung zur Verfügung
stellt, welche mit der Winkelbeschleunigung des Elektromotors
übereinstimmt.
Gemäß einer zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung
gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung einer
Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist,
und eine Elektromotortreiberschaltung zum Betreiben des
Elektromotors auf der Grundlage eines
Viskositätskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls, wobei
der Viskositätskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem
Elektromotor die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, und für den
Elektromotor ein Drehmoment in einer Richtung entgegengesetzt
zur Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors zur Verfügung
stellt.
Gemäß einer dritten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung
gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung einer
Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist,
und eine Elektromotortreiberschaltung zum Betreiben des
Elektromotors auf der Grundlage eines
Trägheitskompensationsstroms und eines
Viskositätskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls, wobei
der Trägheitskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem
Elektromotor die Winkelbeschleunigung zunimmt, und bei dem
Elektromotor für ein Drehmoment in gleicher Richtung wie der
Elektromotor Winkelbeschleunigung sorgt, und wobei der
Viskositätskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem
Elektromotor die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, und bei dem
Elektromotor für ein Drehmoment in Richtung entgegengesetzt
zur Winkelbeschleunigung des Elektromotors sorgt.
Gemäß einer vierten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird ein Betrieb des Elektromotors verhindert, wenn ein
Ausfall beim Elektromotor oder der Schaltung auftritt.
Gemäß einer fünften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
weist das System weiterhin einen
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Detektieren der
Fahrzeuggeschwindigkeit auf, wobei der Kompensationsstrom in
Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit
abgeändert wird.
Gemäß einer sechsten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird der Kompensationsstrom größer, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
Gemäß einer siebten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird der Kompensationsstrom auf der Grundlage einer
voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines
Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensor festgelegt.
Gemäß einer achten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung
gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung einer
Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist,
eine Elektromotortreiberschaltung zum Betreiben des
Elektromotors, wobei die Schaltung eine Brückenschaltung mit
vier Schaltgeräten aufweist, und der Motor zwischen
Ausgangsklemmen der Schaltung über einen Widerstand
angeschlossen ist, und ein Schalter zum Kurzschließen beider
Enden des Widerstands im Normalbetrieb vorgesehen ist.
Gemäß einer neunten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
weist das System weiterhin einen
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Detektieren der
Fahrzeuggeschwindigkeit auf, wobei der Widerstand einen
Widerstandswert aufweist, der in Reaktion auf die detektierte
Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird.
Gemäß einer zehnten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird der Widerstandswert kleiner, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
Gemäß einer elften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird der Widerstandswert auf der Grundlage einer
voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines
Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors festgelegt.
Gemäß einer zwölften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung
gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung einer
Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist,
und einen Schalter zum Kurzschließen beider Anschlußklemmen
des Elektromotors, wobei der Schalter durch ein Tastsignal im
Falle eines Ausfalls angetrieben wird.
Gemäß einer dreizehnten Zielrichtung der vorliegenden
Erfindung weist das System weiterhin einen
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Detektieren der
Fahrzeuggeschwindigkeit auf, wobei das Tastsignal zum Treiben
des Schalters ein Tastverhältnis aufweist, das in Reaktion
auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird.
Gemäß einer vierzehnten Zielrichtung der vorliegenden
Erfindung wird das Tastverhältnis größer, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
Gemäß einer fünften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
wird das Tastverhältnis auf der Grundlage einer
voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines
Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors festgelegt.
Gemäß einer sechzehnten Zielrichtung der vorliegenden
Erfindung weist das System weiterhin einen Alarm auf, um zu
warnen, daß ein Fehler auftritt, wenn dies geschieht.
Gemäß der ersten Zielrichtung kann ein negativer Effekt
infolge des Trägheitsmoments des Motors selbst im Falle eines
Ausfalls kompensiert werden, so daß das Verhalten des
Fahrzeugs stabil wird, wodurch das Lenkgefühl verbessert
wird.
Gemäß der zweiten Zielrichtung kann ein negativer Effekt auf
das Lenkgefühl infolge der Viskosität des Motors selbst im
Falle eines Ausfalls kompensiert werden, damit das Verhalten
des Fahrzeugs stabil wird, wodurch das Lenkgefühl verbessert
wird.
Gemäß der dritten Zielrichtung können negative Auswirkungen
infolge des Trägheitsmoments und der Viskosität des Motors
selbst im Falle eines Ausfalls kompensiert werden, um das
Verhalten des Fahrzeugs stabil auszubilden, wodurch das
Lenkgefühl verbessert wird.
Gemäß der vierten Zielrichtung kann dann, wenn die
Fortsetzung des Betriebs des Motor zum Durchbrennen infolge
eines Ausfalls führen kann, der Betrieb des Motors angehalten
werden, um bei dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb eine
verbesserte Sicherheit zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der fünften Zielrichtung kann das Ausmaß der
Kompensation bezüglich der Trägheit oder der Viskosität in
Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit
abgeändert werden, um das Lenkgefühl noch weiter zu
verbessern.
Gemäß der sechsten Zielrichtung kann die Viskosität oder die
Trägheit in einem Bereich hoher Geschwindigkeiten stärker
kompensiert werden, damit das Verhalten des Fahrzeugs stabil
wird, wodurch das Lenkgefühl noch weiter verbessert wird.
Gemäß der siebten Zielrichtung kann eine ausreichende
Kompensation selbst im Falle eines Ausfalls zur Verfügung
gestellt werden, was das Lenkgefühl verbessert.
Gemäß der achten Zielrichtung kann, wenn das System im
Normalbetrieb befindet, der Widerstand kurzgeschlossen
werden, um zu verhindern, daß die Treiberschaltung negativ
beeinflußt wird. Wenn ein Fehler in dem System auftritt, kann
der Widerstand als Bremswiderstand arbeiten, um eine
Bremskraft an den Motor anzulegen, wodurch eine
Verschlechterung des Verhaltens des Fahrzeugs verhindert
wird, infolge des Trägheitsmoments des Motors, und das
Lenkgefühl selbst im Falle eines Ausfalls verbessert wird.
Gemäß der neunten Zielrichtung kann die Bremskraft, die an
den Motor angelegt wird, in Reaktion auf die detektierte
Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert werden, um das Lenkgefühl
noch weiter zu verbessern.
Gemäß der zehnten Zielrichtung kann das System eine stärkere
Bremskraft an den Motor im Bereich hoher Geschwindigkeiten
anlegen, damit das Verhalten des Fahrzeugs stabil wird,
wodurch das Lenkgefühl weiter verbessert wird.
Gemäß der elften Zielrichtung kann eine ausreichende
Bremskraft selbst im Falle eines Ausfalls gleichmäßig
angelegt werden, wodurch das Lenkgefühl verbessert wird.
Gemäß der zwölften Zielrichtung kann, wenn ein Ausfall in dem
System auftritt, eine Bremskraft an den Motor angelegt
werden, um so eine Beeinträchtigung des Verhaltens des
Fahrzeugs zu verhindern, infolge des Trägheitsmoments,
wodurch das Lenkgefühl selbst im Falle eines Ausfalls
verbessert wird, und der Vorteil zur Verfügung gestellt wird,
daß das System kleiner und kostengünstig ausgebildet werden
kann, da es nicht erforderlich ist, ein zusätzliches Teil
vorzusehen, beispielsweise einen Widerstand für das Bremsen.
Gemäß der dreizehnten Zielrichtung kann die Bremskraft, die
an den Motor angelegt wird, in Reaktion auf die detektierte
Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert werden, um das Lenkgefühl
noch weiter zu verbessern.
Gemäß der vierzehnten Zielrichtung kann das System eine
höhere Bremskraft an den Motor in einem Bereich mit hohen
Geschwindigkeiten anlegen, damit das Fahrverhalten des
Fahrzeugs stabil wird, wodurch das Lenkgefühl weiter
verbessert wird.
Gemäß der fünften Zielrichtung kann eine ausreichende
Bremskraft selbst im Falle eines Ausfalls angelegt werden,
wodurch das Lenkgefühl verbessert wird.
Gemäß der sechzehnten Zielrichtung kann im Falle eines
Ausfalls dem Fahrer eine Warnung zur Verfügung gestellt
werden, was dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb eine
weitere erhöhte Sicherheit verleiht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Lenksystems mit
elektrischem Antrieb gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuerung in dem
Lenksystem mit elektrischem Antrieb gemäß der
ersten Ausführungsform;
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung von Prozessen der
Steuerung;
Fig. 4 einen Graphen zur Erläuterung von Prozessen der
Steuerung;
Fig. 5 einen Graphen zur Erläuterung von Prozessen der
Steuerung;
Fig. 6 einen Graphen zur Erläuterung von Prozessen der
Steuerung;
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Steuerung in dem
Lenksystem mit elektrischem Antrieb gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Erläuterung von Prozessen
einer Steuerung in dem Lenksystem mit elektrischem
Antrieb gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 9 einen Graphen zur Erläuterung von Prozessen einer
Steuerung in dem Lenksystem mit elektrischem
Antrieb gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine schematische Ansicht eines typischen
Lenksystems mit elektrischem Antrieb; und
Fig. 11 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen
Lenksystems mit elektrischem Antrieb.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In
Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Lenkrad, das
Bezugszeichen 2 eine Lenkwelle, das Bezugszeichen 3 einen
Drehmomentsensor zum Detektieren einer von einem Fahrer
aufgebrachten Lenkkraft, das Bezugszeichen 4 einen
Elektromotor zur Unterstützung der von dem Fahrer
aufgebrachten Lenkkraft, das Bezugszeichen 5 ein
Reduziergetriebe zur Übertragung eines Ausgangsdrehmoments
von dem Motor an die Lenkwelle 2, das Bezugszeichen 6 einen
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Detektieren der
Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, das Bezugszeichen 7 eine
auf dem Fahrzeug angebrachte Batterie, und das Bezugszeichen
8 eine Steuerung zum Betreiben des Motors 4 auf der Grundlage
von Ausgangssignalen von dem Drehmomentsensor und dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6.
In Fig. 2 sind die Einzelheiten der Steuerung 8 dargestellt.
Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Mikrosteuerung, welche
einen Mikroprozessor MPU aufweist, Speicher (ROM und RAM),
Eingangs/Ausgangsports I/O, einen Analog-Digitalwandler A/D
sowie eine Impulsbreitenmodulationssignalausgangsschaltung
PWM. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine
Motortreiberschaltung, die eine Brückenschaltung aus vier
Leistungs-MOSFETs 10a, 10b, 10c, 10d aufweist (nachstehend
als die FETs bezeichnet). Das Bezugszeichen 11 bezeichnet
Gatetreiberschaltungen zum Treiben der Motortreiberschaltung
9, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine
Motorstromdetektorschaltung zum Detektieren eines
Motorstroms. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine
Motorspannungsdetektorschaltung zum Detektieren der
Motorspannung. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine
Drehmomentsensorsignaleingangsschaltung zur Behandlung eines
Ausgangssignals von dem Drehmomentsensor 3. Das Bezugszeichen
15 bezeichnet eine
Fahrzeuggeschwindigkeitssensorsignaleingangsschaltung zur
Behandlung eines Ausgangssignals von dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6.
Nunmehr werden die Betriebsabläufe bei dem Lenksystem mit
elektrischem Antrieb gemäß der ersten Ausführungsform
erläutert. Die Mikrosteuerung 9 führt erforderliche Prozesse
entsprechend dem Programm durch, das in einem Speicher
gespeichert ist, und die Prozesse sind in dem Flußdiagramm
von Fig. 3 dargestellt.
Im Schritt s1 wird ein Ausgangssignal von dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6 durch die
Fahrzeugsensorsignaleingangsschaltung 15 ausgelesen, und wird
eine Operation durchgeführt, um die momentane
Fahrzeuggeschwindigkeit festzustellen. Im Schritt s2 wird
eine Operation mit einer momentanen Winkelgeschwindigkeit des
Motors durchgeführt.
Die Operation bezüglich der Winkelgeschwindigkeit des Motors
im Schritt s2 wird im einzelnen erläutert. Der Motor 4 ist
ein fremderregter Gleichstrommotor, bei welchem die Spannung,
die durch eine elektromotorische Gegenkraft induziert wird,
proportional zur Winkelgeschwindigkeit ist. Bekanntlich kann
die Winkelgeschwindigkeit des Motors dadurch ermittelt
werden, daß eine Operation mit der elektromotorischen
Gegenkraft durchgeführt wird.
Wenn andererseits ein Transiententherm in Bezug auf den Motor
4 vernachlässigt wird, gilt die Schaltungsgleichung
Vm = Ia . Ra + Ve. Vm ist die Motorspannung, Ia ist der
Motorstrom, Ra ist der Ankerwiderstand des Motors, und Ve ist
die Spannung, die durch eine elektromotorische Gegenkraft in
dem Motor induziert wird. Die Motorspannung Vm wird durch die
Motorspannungsdetektorschaltung 13 detektiert, und der
Motorstrom Ia wird durch die Motorstromdetektorschaltung 12
detektiert. Der Motorankerwiderstand Ra weist einen
konstanten Wert auf, der in Abhängigkeit von dem Motor
festgelegt ist. Im Schritt s2 wird die induzierte Spannung Ve
auf der Grundlage eines Ausgangssignals von der
Motorspannungsdetektorschaltung 13 und eines Ausgangssignals
von der Motorstromdetektorschaltung 12 ermittelt,
entsprechend der Gleichung, um die Motorwinkelgeschwindigkeit
festzustellen.
Im Schritt s3 wird die im Schritt s2 ermittelte
Motorwinkelgeschwindigkeit differenziert, um die
Motorwinkelbeschleunigung zu ermitteln. Im Schritt s4 wird
festgestellt, ob ein Ausfall in dem Drehmomentsensor 3, dem
Motor 4, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6 oder anderen
Geräten auftritt, oder nicht.
Wenn im Schritt s5 auf der Grundlage der Ergebnisse der
Feststellungen im Schritt s4 bestätigt wird, daß kein Ausfall
auftritt, geht die Verarbeitung mit dem Schritt s6 weiter. Im
Schritt s6 wird unter Bezugnahme auf eine in einem Speicher
gespeicherte Tabelle eine Operation durchgeführt, um einen
Lenkkraftservostrom zu ermitteln, der die Eigenschaft hat,
daß der Servostrom zunimmt, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt,
und abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wie
dies in Fig. 4 als Beispiel gezeigt ist. Wenn andererseits
im Schritt s5 auf der Grundlage der Untersuchungsergebnisse
im Schritt s4 bestätigt wird, daß ein Ausfall auftritt, so
geht die Verarbeitung zum Schritt s7 über, in welchem der
Servostrom für die Lenkkraft auf 0 eingestellt wird.
Im Schritt s8 wird festgestellt, ob der Schritt s4
festgestellte Ausfall beim Motor 4 oder bei der
Motortreiberschaltung 10 (nachstehend als Motorausfall
bezeichnet) auftritt, oder nicht. Falls nein, geht die
Verarbeitung zum Schritt s9 über, in welchem jeweilige
Kompensationsströme festgestellt werden, die dazu
erforderlich sind, die Trägheit und die Viskosität des Motors
4 zu kompensieren, welche das Lenksystem beeinflussen.
Im Schritt s9 werden ein Trägheitskompensationsstrom, der
direkt proportional zur Motorwinkelbeschleunigung ist, und
eine Drehkraft auf den Motor 4 in derselben Richtung wie der
Richtung der Motorwinkelbeschleunigung ausübt, wie dies in
Fig. 5 als Beispiel gezeigt ist, und ein
Viskositätskompensationsstrom, der direkt proportional zur
Motorwinkelgeschwindigkeit ist, und eine Drehkraft auf den
Motor 4 in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung der
Motorwinkelgeschwindigkeit ausübt, wie dies in Fig. 6 als
Beispiel gezeigt ist, jeweils festgestellt, unter Bezugnahme
auf eine in einem Speicher gespeicherte Tabelle. Anderenfalls
geht, wenn der Motorausfall auftritt, die Verarbeitung vom
Schritt s8 zum Schritt s10 über, in welchem der
Trägheitskompensationsstrom und der
Viskositätskompensationsstrom beide auf 0 eingestellt werden.
Im Schritt s11 wird ein Sollstrom für den Motor 4, der durch
Addition des Servostroms für die Lenkkraft, des
Trägheitskompensationsstroms und des
Viskositätskompensationsstroms erhalten wird, mit dem
tatsächlichen Strom für den Motor verglichen, der von der
Motorstromdetektorschaltung 12 detektiert wird. Darüber
hinaus treiben die Gatetreiberschaltungen 11 die
Motortreiberschaltung 10 so, daß der tatsächliche Strom dem
Sollstrom entspricht, mittels Rückkopplungsregelung.
Schließlich wird im Schritt s12, damit eine derartige Gruppe
von Verarbeitungen in einem bestimmten Zyklus durchgeführt
wird, die Verarbeitung in einem Bereitschaftszustand
gehalten, bis ein Zyklus abgelaufen ist. Nach Ablauf eines
Zyklus geht die Verarbeitung zum Schritt s1 zurück, und
beginnt dieselbe Verarbeitung erneut.
Wie geschildert kann bei der ersten Ausführungsform im Falle
eines Ausfalls die Lenkkraftservosteuerung, die in Reaktion
auf ein Lenkdrehmoment und eine Fahrzeuggeschwindigkeit im
Normalbetrieb durchgeführt wird, gesperrt werden, um eine
verbesserte Sicherheit zur Verfügung zu stellen. Wenn der
Drehmomentsensor einen Ausfall hervorruft, obwohl der Motor
oder die Motortreiberschaltung in Ordnung ist, kann die
Kompensation der Trägheit und der Viskosität für den Motor
fortgesetzt werden, um das Verhalten des Fahrzeugs zu
stabilisieren, und das Lenkgefühl selbst im Falle eines
Aufalls zu verbessern.
Wenn der Motor oder die Motortreiberschaltung den Ausfall
hervorruft (beispielsweise ein Kurzschluß nach Masse in dem
Motor, der zum Durchbrennen führt, wenn die Stromversorgung
des Motors fortgesetzt wird), kann der Betrieb des Motors
vollständig gesperrt werden, um eine erhöhte Sicherheit zur
Verfügung zu stellen.
Wie voranstehend erwähnt stellen bei der ersten
Ausführungsform der Trägheitskompensationsstrom und der
Viskositätskompensationsstrom Werte dar, die unabhängig von
der Fahrzeuggeschwindigkeit sind. Das Lenkgefühl kann dadurch
weiter verbessert werden, daß bei dem
Trägheitskompensationsstrom und dem
Viskositätskompensationsstrom die Eigenschaft vorgesehen
wird, daß sie zunehmen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
zunimmt, wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist.
Obwohl im Schritt s7 von Fig. 3 der Lenkservostrom gleich 0
ist, unabhängig davon, welcher Ausfall auftritt, kann der
Lenkservostrom gleich 0 nur dann sein, wenn ein Ausfall beim
Drehmomentsensor auftritt, der für die wesentlichste
Eingangsgröße bei der Lenkkraftservosteuerung sorgt.
Im Falle eines Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors
kann eine erhöhte Sicherheit dadurch sichergestellt werden,
daß der Lenkservostrom, der Trägheitskompensationsstrom und
der Viskositätskompensationsstrom ermittelt werden, im
Schritt s6 und im Schritt s9 von Fig. 3, auf der Grundlage
einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich mittlerer
oder hoher Geschwindigkeiten. (Diese Maßnahme ist deswegen
sicherer, da der Lenkservostrom klein ist, während der
Trägheitskompensationsstrom und der
Viskositätskompensationsstrom groß sind).
Wenn eine Warnleuchte 19, die mit der Steuerung über eine
Warnleuchtentreiberschaltung 20 verbunden ist, wie dies in
Fig. 2 gezeigt ist, im Falle eines Ausfalls eingeschaltet
wird, um eine Warnung an den Fahrer abzugeben, kann das
Lenksystem mit elektrischem Antrieb noch sicherer ausgebildet
werden.
Bei der ersten Ausführungsform ist jene Anordnung vorgesehen,
bei welcher die Trägheit und die Viskosität des Motors
kompensiert werden, also das Trägheitsmoment ausgeglichen
wird, und eine Bremskraft angelegt wird. Eine Anordnung, bei
welcher entweder nur die Trägheit oder die Viskosität
kompensiert wird, kann einen ähnlichen Effekt zur Verfügung
stellen. Bei der zweiten Ausführungsform wird nur eine
Bremskraft angelegt.
In Fig. 7 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der
Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform dargestellt.
Gleiche oder ähnliche Teile wie bei der ersten
Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet, und werden nicht unbedingt erneut erläutert. In
Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 16 einen Bremswiderstand
in Reihe mit dem Motor 4, das Bezugszeichen 17 ein Relais zum
Kurzschließen beider Enden des Bremswiderstands 16, und das
Bezugszeichen 18 eine Relaistreiberschaltung zum Treiben des
Relais 17.
Nunmehr werden unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von
Fig. 8 Operationen bei der zweiten Ausführungsform
erläutert. Gleiche Prozesse wie bei der ersten
Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
Im Schritt s1 wird ein Ausgangssignal von dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor durch die
Fahrzeuggeschwindigkeitssensoreingangsschaltung 15
ausgelesen, und wird eine Operation zur Ermittlung der
momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt. Im Schritt
s4 wird festgestellt, ob ein Ausfall an dem Drehmomentsensor
3, dem Motor 4, dem Fahrzeugsensor 6 und anderen Geräten
auftritt.
Wenn im Schritt s23 auf der Grundlage der Ergebnisse der
Feststellungen im Schritt s4 bestätigt wird, daß kein Ausfall
auftritt, geht die Verarbeitung zum Schritt s14 über. Im
Schritt s14 wird unter Bezugnahme auf eine in einem Speicher
gespeicherte Tabelle eine Operation durchgeführt, um einen
Lenkkraftservostrom zu ermitteln, welcher die Eigenschaft
hat, daß der Servostrom zunimmt, wenn das Lenkdrehmoment
zunimmt, und abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
abnimmt, wie dies in Fig. 4 als Beispiel gezeigt ist.
Im Schritt s15 wird die Relaistreiberschaltung 18 leitend, um
das Relais 17 einzuschalten, wodurch der Bremswiderstand 16
kurzgeschlossen wird. Im Schritt s16 wird festgestellt,
welche Richtung der Sollmotorstrom hat, der im Schritt 14
ermittelt wurde.
Wenn der Sollmotorstrom in Fig. 7 nach rechts gerichtet ist,
geht die Verarbeitung zum Schritt s17 über, in welchem der
FET 10c abschaltet, und der FET 10d einschaltet. Wenn der
Sollmotorstrom in Fig. 7 in Richtung nach links weist, geht
die Verarbeitung zum Schritt s18 über, in welchem der FET 10c
einschaltet, und der FET 10d ausschaltet. Im Schritt s11 wird
eine sogenannte Rückkopplungsregelung durchgeführt, damit der
tatsächliche Strom für den Motor 4, der von der
Motorstromdektorschaltung 12 detektiert wird, mit dem
Sollstrom für den Motor 4 übereinstimmt, der wie voranstehend
geschildert ermittelt wurde. Daher wird ein
PWM-Tastverhältnis (Impulsbreitenmodulations-Tastverhältnis)
ermittelt, und werden die FETs 10a und 10b in Abhängigkeit
von der Drehrichtung des Motors betrieben.
Wenn andererseits im Schritt s13 festgestellt wird, daß ein
Ausfall auftritt, geht die Verarbeitung zum Schritt s19 über,
in welchem der Sollstrom für den Motor auf 0 eingestellt
wird. Im Schritt s20 wird die Relaistreiberschaltung 18
ausgeschaltet, um das Relais 17 auszuschalten. Im Schritt s21
werden der FET 10a und der FET 10b ausgeschaltet, und der FET
10c und der FET 10d eingeschaltet.
Schließlich wird im Schritt s12, damit eine derartige Gruppe
von Verarbeitungen in einem bestimmten Zyklus durchgeführt
wird, die Verarbeitung in einem Bereitschaftszustand
gehalten, bis ein Zyklus abgelaufen ist. Nach Ablauf eines
Zyklus geht die Verarbeitung zum Schritt s1 zurück, und wird
dieselbe Verarbeitung wiederholt.
Wie voranstehend geschildert schalten bei der zweiten
Ausführungsform im Falle eines Ausfalls sowohl der FET 10c
als auch der FET 10d ein, um eine geschlossene Schaltung aus
dem FET 10c, dem Motor 4, dem Bremswiderstand 16 und dem FET
10d zu bilden. Wenn der Fahrer das Lenkrad betätigt, wird der
Motor 4 durch die Lenkwelle über das Reduziergetriebe
gedreht, so daß in dem Motor 4 eine elektromotorische
Gegenkraft induziert wird. Die induzierte elektromotorische
Gegenkraft führt dazu, daß ein Strom in der geschlossenen
Schaltung fließt, so daß die geschlossene Schaltung als
Bremsschaltung arbeitet. Daher kann eine Bremskraft
proportional zur Drehgeschwindigkeit des Motors 4 erhalten
werden, um eine negative Auswirkung infolge des
Trägheitsmoments des Motors auszuschalten, wodurch das
Verhalten des Fahrzeugs selbst im Falle eines Ausfalls
stabilisiert wird.
Die Bereitstellung des Bremswiderstands in der geschlossenen
Schaltung verhindert, daß der Strom größer wird als
erforderlich, und verhindert daher, daß die Bremskraft
stärker wird als erforderlich.
Daher kann der Fahrer ein zufriedenstellendes Lenkgefühl
haben, ohne daß von ihm gefordert wird, eine zu hohe
Lenkkraft aufzubringen.
Da sowohl der FET 10c als auch der FET 10d einschalten, kann
die geschlossene Schaltung unabhängig von der Lenkrichtung
ausgebildet werden, um zu verhindern, daß das Lenken in
Richtung nach rechts und das Lenken in Richtung nach links
ein Ungleichgewicht zeigen, und das Lenkgefühl beeinträchtigt
wird.
Zwar ist bei der zweiten Ausführungsform nur ein
Bremswiderstand vorgesehen, jedoch können mehrere
Bremswiderstände vorhanden sein, die in Reaktion
beispielsweise auf die Fahrzeuggeschwindigkeit zugeschaltet
werden, wodurch ein erheblich feiner abgestufter
Ausfallsicherungsvorgang durchgeführt wird. In diesem Fall
können die Bremswiderstände so umgeschaltet werden, daß sich
ein kleinerer Widerstandswert ergibt, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit höher wird. Daher kann das Verhalten
des Fahrzeugs bei hohen Geschwindigkeiten stabilisiert
werden, und kann das Lenkgefühl im Falle eines Ausfalls noch
weiter verbessert werden.
Wenn ein Ausfall bei dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor bei
jener Anordnung auftritt, bei welcher der Widerstandswert in
Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird,
kann der Widerstandswert auf der Grundlage einer
voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich mittlerer
und hoher Geschwindigkeiten festgelegt werden, um zu
verhindern, daß das Verhalten des Fahrzeugs bei einer
unzureichenden Bremsung beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit
instabil wird.
Wenn eine Warnleuchte 19, die mit der Steuerung über eine
Warnleuchtentreiberschaltung 20 verbunden ist, wie dies in
Fig. 7 gezeigt ist, im Falle eines Ausfalls eingeschaltet
wird, um an den Fahrer eine Warnung abzugeben, kann das
Lenksystem mit elektrischem Antrieb noch sicherer ausgebildet
werden.
Obwohl eine gewünschte Bremskraft durch den Bremswiderstand
bei der zweiten Ausführungsform angelegt wird, können der FET
10a und der FET 10b unter PWM-Steuerung durch ein einziges
PWM-Signal getrieben werden, mit demselben Aufbau wie bei der
ersten Ausführungsform, im Falle eines Ausfalls. In diesem
Fall können, wenn der FET 10a und der FET 10b einschalten,
der FET 10a, der Motor 4 und der FET 10b eine geschlossene
Schaltung ausbilden, um eine Bremskraft anzulegen, wodurch
das Verhalten des Fahrzeugs selbst im Falle eines Ausfalls
wie bei der zweiten Ausführungsform stabilisiert wird.
Mit der dritten Ausführungsform kann erreicht werden, daß
kein Bremswiderstand oder ein Relais mehr erforderlich ist,
verglichen mit der zweiten Ausführungsform. Die dritte
Ausführungsform kann ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb
zur Verfügung stellen, bei welchem das Lenkgefühl
kostengünstiger verbessert wird, da die Kosten verringert
werden können.
Das Tastverhältnis eines PWM-Signals zum Treiben des FET 10a
ist so eingestellt, daß es mit steigender
Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird, wie dies in Fig. 9 als
Beispiel gezeigt ist. Durch diese Anordnung kann eine
gewünschte Bremskraft nacheinander in Reaktion auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten werden, um das Lenkgefühl
weiter zu verbessern.
Wenn ein Ausfall bei dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor bei
jener Anordnung auftritt, bei welcher das Tastverhältnis mit
zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird, kann das
Tastverhältnis auf der Grundlage einer voreingestellten
Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich mittlerer und hoher
Geschwindigkeiten eingestellt werden, um zu verhindern, daß
das Verhalten des Fahrzeugs infolge einer unzureichenden
Bremsung beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit instabil wird.
Die Erläuterung der dritten Ausführungsform erfolgte anhand
jenes Falles, bei welchem der FET 10a und der FET 10b beide
mittels PWM-Steuerung getrieben werden. Ein entsprechender
Effekt kann auch mit einer anderen Anordnung erzielt werden,
bei welcher dann, wenn der FET 10a in einem Zustand
einschaltet, in welchem beispielsweise der FET 10a so
eingestellt ist, daß er unter PWM-Steuerung betrieben wird,
und der FET 10b einschaltet, der FET 10a, der Motor 4 und der
FET 10b eine geschlossene Schaltung ausbilden, um ein Lenkrad
zu unterstützen, das sich im Uhrzeigersinn dreht, und dann,
wenn der FET 10b in einem Zustand einschaltet, in welchem
beispielsweise der FET 10b so eingestellt ist, daß er unter
PWM-Steuerung betrieben wird, und der FET 10a einschaltet,
der FET 10b, der Motor 4 und der FET 10a eine geschlossene
Schaltung ausbilden, um ein Lenkrad zu unterstützen, das sich
im Gegenuhrzeigersinn dreht. Bei dieser Anordnung kann jener
FET, der nicht so eingestellt ist, daß er unter PWM-Steuerung
betrieben wird (also der FET 10b, wenn sich das Lenkrad im
Uhrzeigersinn dreht, und der FET 10a, wenn sich das Lenkrad
im Gegenuhrzeigersinn dreht) ausschalten, um eine
geschlossene Schaltung durch eine parasitäre Diode in diesem
FET auszubilden.
Wenn eine Warnleuchte, die mit der Steuerung verbunden ist,
wie dies in den Fig. 2 oder 7 gezeigt ist, im Falle eines
Ausfalls einschaltet, um eine Warnung an den Fahrer
abzugeben, kann das Lenksystem mit elektrischem Antrieb noch
sicherer ausgebildet werden.
Claims (14)
1. Lenksystem mit elektrischem Antrieb, welches aufweist:
eine Elektromotor (4) zur Unterstützung einer Lenkkraft
auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments; und eine
Elektromotortreiberschaltung (10),
dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektromotortreiberschaltung den Elektromotor auf der
Grundlage zumindest entweder eines
Trägheitskompensationsstroms oder eines
Viskositätskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls
treibt, wobei der Trägheitskompensationsstrom größer
wird, wenn beim Elektromotor die Winkelbeschleunigung
zunimmt, und bei dem Elektromotor für ein Drehmoment in
Richtung identisch zur Elektromotorwinkelbeschleunigung
sorgt, und wobei der Viskositätskompensationsstrom
größer wird, wenn bei dem Elektromotor die
Winkelgeschwindigkeit zunimmt, und bei dem Elektromotor
für ein Drehmoment in Richtung entgegengesetzt zu jener
der Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit sorgt.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb
des Elektromotors gesperrt wird, wenn ein Ausfall bei
dem Elektromotor oder Schaltung auftritt.
3. System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin
ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (6) zum Detektieren
der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen ist, wobei der
Kompensationsstrom in Reaktion auf die detektiert
Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird.
4. System nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Kompensationsstrom größer wird, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
5. System nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Kompensationsstrom auf der Grundlage einer
voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines
Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors festgelegt
wird.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektromotortreiberschaltung eine Brückenschaltung
aufweist, die mit vier Schaltgeräten (10a-10d) versehen
ist, und an welche der Motor über deren Ausgangsklemmen
über einen Widerstand (17) angeschlossen ist, und einen
Schalter (17) zum Kurzschließen beider Enden des
Widerstands im Normalbetrieb aufweist.
7. System nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin
ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (6) zum Detektieren
der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen ist, wobei der
Widerstandswert des Widerstands in Reaktion auf die
detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird.
8. System nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Widerstandswert mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit
geringer wird.
9. System nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Widerstandswert auf der Grundlage einer voreingestellten
Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines Ausfalls des
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor festgelegt wird.
10. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter
(17) zum Kurzschließen beider Anschlußklemmen des
Elektromotors vorgesehen ist, wobei der Schalter durch
ein Tastsignal im Falle eines Ausfalls getrieben wird.
11. System nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin
ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (6) zum Detektieren
der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen ist, wobei das
Tastsignal zum Treiben des Schalters ein Tastverhältnis
aufweist, das in Reaktion auf die detektierte
Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird.
12. System nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Tastverhältnis mit wachsender Fahrzeuggeschwindigkeit
größer wird.
13. System nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Tastverhältnis auf der Grundlage einer voreingestellten
Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines Ausfalls des
Fahrzeuggeschwindigkeitssensors festgelegt wird.
14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin
ein Alarm (19) vorgesehen ist, um im Falle eines
Ausfalls eine Warnung abzugeben, daß ein Ausfall
auftritt.
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