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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksteuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 und des Patentanspruchs 4.
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Ein
derartiges Lenksteuergerät
ist bekannt aus
US 5,829,547
A . Es wird vorgeschlagen, eine Hauptbatterie und eine Hilfsbatterie
entkoppelt voneinander zu betreiben, und die Hauptbatterie direkt mit
einem Leistungscontroller zu verbinden.
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Ferner
wird in
DE 195 44
755 C2 eine elektrische Servolenkeinrichtung beschrieben,
die mit einem Reduktionsgetriebemechanismus zwischen einem Elektromotor
und dem Lenksystem arbeitet. Eine Steuerschaltung und zumindest
Teile einer Treiberschaltung sind integral auf einem flexiblen Schaltkreissubstrat
angeordnet, das außenseitig
eines Gehäuses
vorliegt, wobei das Schaltkreissubstrat so verformt wird, dass es
einen Teil der äußeren Oberfläche des
Gehäuses
entlang der Form der äußeren Oberfläche abdeckt.
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Bisher
war es allgemeine Praxis, die Energie- bzw. Energieversorgungsspannung
zum Anheben der Wirkungsweise von Fahrzeugsausrüstungen mit hohem Energieverbrauch
zu erhöhen.
Obgleich die Energieversorgungs(Batterie)spannung in Passagierfahrzeugen
beispielsweise zu 12 V festgelegt ist, ist die Energieversorgungsspannung
in kommerziellen Fahrzeugen, wie Lastwägen, zu 24 V festgelegt, da
sie eine leistungsstärkere
Energieversorgung benötigen.
Es wurde sogar schon in Betracht gezogen, die Energieversorgungsspannung
zu 42 V selbst in Passagierfahrzeugen festzulegen, da die hierin
montierten Ausrüstungsgegenstände zunehmen.
Weiterhin ist eine Energieversorgung mit einer Fähigkeit zum Zuführen von
Spannung von bis zu 200 V oder 300 V sogar in elektrischen Fahrzeugen montiert.
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Es
ist beispielsweise ein elektrisches Servolenk-Steuergerät bekannt,
das in einem Fahrzeugsystem mit hoher Spannung zu montieren ist,
wie es in
JP 2000-168605
A offenbart ist. Ein derartiges elektrisches Servolenk-Steuergerät ist für einen
optimalen Motorbetrieb in Übereinstimmung
mit der Energieversorgungsspannung und Stromlastbedingungen entworfen,
durch Bereitstellen von Schaltelementen für die Hochpotentialsseite einer
Brückenschaltung
mit zwei Gruppen von Treibervorrichtungen einschließlich einer
ersten Treibervorrichtung
321 gemäß einer ersten Energieversorgung
(z. B. 24 V) und einer zweiten Treibervorrichtung
322 gemäß einer
zweiten Energieversorgung (z. B. 12 V).
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Jedoch
besteht bei dem zuvor erwähnten Lenksteuergerät gemäß dem Stand
der Technik ein Problem dahingehend, dass das Gerät tendenziell kompliziert
ist, was zu einer Kostenzunahme führt, da die Zahl der Schaltelemente
in der Brückenschaltung erhöht ist und
mehrere Treiberschaltungen zum Treiben dieser Schaltelemente ebenso
erforderlich sind.
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Demnach
besteht das technische Problem der vorliegenden Erfindung in der
Schaffung eines Lenksteuergeräts
mit einfacher Struktur und geringen Kosten.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem gelöst mit einem
Lenksteuergerät
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 2.
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Demnach
lässt sich
das erfindungsgemäße Lenksteuergerät bei Fahrzeugen
mit einer Hochspannungsenergieversorgung mit 200 V, 42 V und 24 V
einsetzen. Ohne Kostenzunahme kann es in einem Fahrzeug allgemein
angewandt werden und zusammen mit 200 V oder 42 V Versorgungsspannung
eingesetzt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
eine Serienreguliereinrichtung zwischen der Schaltreguliereinrichtung
und der Steuervorrichtung vorgesehen, und es lässt sich eine stabilisierte
Energie der Steuervorrichtung zuführen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind der Controller, der Treiber und die Schaltreguliereinrichtung
in demselben Gehäuse aufgenommen.
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Gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
lässt sich
das Lenksteuergerät
standardisieren, da sich die Zahl der Kabelbäume für die Anwendung bei der Zuführung der
Energie zu der Steuereinrichtung verringern lässt, und das Lenksteuergerät weist zudem
einen einfachen Aufbau auf.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Steuer- und die Treibervorrichtung elektrisch geerdet,
so dass sich ein stabiles Lenksteuergerät bereitstellen lässt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Steuer- und Treibervorrichtung elektrisch isoliert, wodurch
ein Lenksteuergerät
erhalten wird, das frei von einer Potentialdifferenz zwischen den
jeweiligen Massepotentialdifferenzen ist.
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Nun
erfolgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung; es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines elektrischen Servolenkgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
Blockschaltbild zum Darstellen eines elektrischen Servolenkgeräts gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 ein
Blockschaltbild zum Darstellen eines allgemeinen Serienregulators
bzw. einer allgemeinen Serienreguliereinrichtung;
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4 ein
Blockschaltbild eines elektrischen Servolenkgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 ein
Blockschaltbild eines elektrischen Servolenkgeräts gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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6 ein
Blockschaltbild einer allgemeinen Schaltreguliereinrichtung;
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7 ein
Blockschaltbild zum Darstellen eines elektrischen Servolenkgeräts gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung; und
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8 ein
Blockschaltbild zum Darstellen der Treibervorrichtung des üblichen
elektrischen Servolenkgeräts.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die 1 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung derart, dass das Bezugszeichen 1 eine Energieversorgung
wie eine Batterie bezeichnet; 2 bezeichnet einen Motor
zum Erhöhen
der Lenkenergie des Fahrzeugführers; 3 eine Steuereinheit
zum Steuern des Motors 2; und 4 einen DC/DC-Umsetzer
zum Induzieren einer niedrigeren Spannung ausgehend von der Hochspannungs-Energieversorgung 1.
Die Steuereinheit 3 ist mit einer Steuervorrichtung 32 ausgestattet,
zum Steuern des Motors derart, dass der Fahrzeugführer mit
einer geeigneten Lenkkraft in Übereinstimmung
mit der Lenkenergie des Fahrzeugführers unterstützt wird,
und eine Treibervorrichtung 32 zum Treiben des Motors 2 gemäß der Anweisung
von der Steuervorrichtung 31.
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Obgleich
die zuvor erwähnte
Energieversorgung allgemein zu 12 V für Passagierfahrzeuge und zu
24 V für
kommerzielle Fahrzeuge wie Lastwägen festgelegt
ist, wird nun eine Anpassung von 42 V hierfür betrachtet, und ein Fall
mit einer Anwendung einer Energieversorgung von 42 V wird beschrieben.
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Es
ist wünschenswert,
die Energieversorgungsspannung zum Anheben des Wirkungsgrads von
Fahrzeugausrüstungsgegenständen mit
hohem Energieverbrauch zu erhöhen,
wie oben beschrieben, und Mikrocontrollereinheiten (hiernach als MCU-Einheiten
bezeichnet) zum Bilden des Steuergeräts zum Steuern der Fahrzeugausrüstungsgegenstände werden
allgemein zu einem Betrieb bei 3,3 V, 5 V oder 8 V festgelegt. In
einem Fall, in dem eine Hochspannung einer Energieversorgungsschaltung zum
Zuführen
von Energie zu der Steuervorrichtung 31 zugeführt wird,
wird ein Spannungsabfall in der Energieversorgungsschaltung größer, was
tendenziell den Spannungsverlust erhöht. Gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung wird eine niedrige Spannung der Steuervorrichtung 31 über den
DC/DC-Umsetzer 4 zugeführt,
wie in 1 gezeigt, und eine Hochspannung wird direkt der
Treibervorrichtung 32 zugeführt, wodurch der Motor 2 bei
einer hohen Spannung betrieben wird, während irgendein Verlust in
der Energieversorgungsschaltung der Steuervorrichtung 31 vermieden
wird. Demnach lässt
sich die Energieversorgungsschaltung mit hohem Wirkungsgrad betreiben.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung wird lediglich die Hochspannung (42 V) von der Energieversorgung
zum Treiben des Motors 2 zugeführt, und – wie in 2 gezeigt – es ist
lediglich die erste Treibervorrichtung 321 erforderlich,
so dass jedwede Zunahme nicht nur der Zahl von Elementen, sondern
auch der Kosten vermeidbar wird.
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Energie
wird der Steuervorrichtung 31 über einen Serienregulator bzw.
eine Serienreguliereinrichtung 33 gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung zugeführt.
Wie in 3 gezeigt, kann die Serienreguliereinrichtung 33 in
einer allgemein bekannten Form vorliegen. Obgleich diese Serienreguliereinrichtung
im Hinblick auf den Wirkungsgrad einer üblichen Einrichtung unterlegen
ist, ist sie im Hinblick auf die Energieversorgungsstabilität überlegen.
Jedoch bleibt das Wirkungsgradproblem der Serienreguliereinrichtung
unberührt,
da der DC/DC-Umsetzer 4 für die Niederspannungsumsetzung
gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird. Wird Energie stabil der MCU-Einheit der Steuervorrichtung 31 zugeführt, so
ist es möglich,
ein hochwirksames System aufzubauen.
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In
Fahrzeugen werden üblicherweise
zahlreiche Steuereinheiten zum Steuern von deren Maschinen montiert,
und der DC/DC-Umsetzer 4 kann – wie oben
erwähnt – allgemein
zum Zuführen einer
Niederspannung zu diesen Einheiten zum Vereinfachen der Fahrzeugenergieversorgung
verwendet werden.
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Obgleich
die Steuervorrichtung 31, die Treibervorrichtung 32 und
die Serienreguliereinrichtung 33, die die Steuereinheit 3 bilden,
getrennt geerdet sind, können
sie geerdet werden, nachdem ihre Erdpotentiale in der Steuereinheit 3 verbunden
sind, zum Erzielen eines stabileren Lenksteuergeräts.
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Bei
der ersten und zweiten Ausführungsform der
Erfindung kann ein Fotokoppler zum elektrischen Isolieren der Steuervorrichtung 31 verwendet
werden, der die niedrige Spannung von der Treibervorrichtung 32 zugeführt wird,
der die Hochspannung zugeführt
wird, wodurch ein Lenksteuergerät
frei von einer Potentialdifferenz zwischen den jeweiligen Massepotentialdifferenzen
erhalten wird.
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Unter
Bezug auf die 5 wird eine dritte Ausführungsform
3 beschrieben. Gemäß dieser
Ausführungsform
3 der Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponententeile
wie bei der ersten Ausführungsform
der Erfindung. Gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung wird die Hochspannung der Energieversorgung 1 direkt
bei der Steuereinheit 3 eingegeben und ein Abzweigen innerhalb
des Gehäuses
der Steuereinheit bewirkt. Anschließend wird diese Hochspannung
direkt der Treibervorrichtung 32 zugeführt, wohingegen das Ergebnis
der Umsetzung der Hochspannung in die Niederspannung mittels einer
Schaltreguliereinrichtung 34 der Steuervorrichtung 31 zugeführt wird.
Die Schaltreguliereinrichtung 34 kann so gebildet sein,
wie es allgemein bekannt und in 6 gezeigt
ist.
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Mit
der obigen Anordnung wird aufgrund der Tatsache, dass jede Niederspannung
mit der Eignung für
die Steuervorrichtung 31 in der Steuereinheit 3 formbar
ist, jedwede variable Fahrzeugspannung einschließlich 12 V, 24 V, 42 V, 200
V und dergleichen direkt anwendbar, ohne Variation der Gerätekonstruktion.
Demnach lässt
sich das Lenksteuergerät
standardisieren. Weiterhin lässt
sich die Zahl der Kabelbäume
für die
Anwendung der Energieversorgung zu der Steuereinheit verringern,
und das Lenksteuergerät
weist eine einfache Konstruktion auf.
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Obgleich
Energie von der Schaltreguliereinrichtung 34 der Steuervorrichtung 31 gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung zugeführt
wird, kann aufgrund der Tatsache, dass der Schaltreguliereinrichtung
allgemein die Stabilität
fehlt, Energie über die
Serienreguliereinrichtung 33 der Steuervorrichtung 31 zugeführt werden,
wie in 7 gezeigt, wodurch sich Energie stabil der Steuervorrichtung 31 zuführen lässt.
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Obgleich
der Serienreguliereinrichtung 33 und der Schaltreguliereinrichtung 34 eine
einzige Spannung für
jede der Ausführungsformen
der Erfindung zugeführt
wird, lassen sich mehrere Spannungen der MCU-Einheit und den Betriebsverstärkern zuführen.
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Das
Lenksteuer- bzw. Regelgerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
die erste Energieversorgung, die zweite Energieversorgung zum Ausgeben
einer Spannung niedriger als die Spannung der ersten Energieversorgung,
den Motor zum Erzeugen einer Hilfslenkenergie, die Steuervorrichtung
zum Steuern des Motors und die Antriebsvorrichtung zum Antreiben
des Motors in Ansprechen auf die Ausgangsgröße der Steuervorrichtung, derart,
dass Energie von der ersten Energieversorgung der Treibervorrichtung
zugeführt
wird, und dass Energie von der zweiten Energieversorgung der Steuervorrichtung zugeführt wird,
so dass ein hochwirksames Lenksteuergerät ohne Kostenerhöhung verfügbar wird.
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Die
zweite Energieversorgung besteht aus einem DC/DC-Umsetzer, der durch Zuführen von
Energie von der ersten Energieversorgung betrieben wird, so dass
in dem Fahrzeug mit allgemeiner Anwendbarkeit und Montage mit 200
V oder 42 V ein Einsatz eines hochwirksames Steuerlenkgeräts ohne eine
Kostenzunahme möglich
ist.
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Das
Lenksteuergerät
enthält
eine Energieversorgung, einen Motor zum Erzeugen einer Hilfslenkenergie,
eine Steuervorrichtung zum Steuern des Motors, eine Treibervorrichtung
zum Treiben des Motors in Ansprechen auf die Ausgangsgröße der Steuervorrichtung,
derart, dass eine Schaltreguliereinrichtung zum Absenken der Ausgangsspannung der
Energieversorgung vorgesehen ist, und der Steuervorrichtung eine
Energie über
die Schaltreguliereinrichtung zugeführt wird, und dass der Treibervorrichtung
Energie über
die Energieversorgung zugeführt
wird, derart, dass in dem Fahrzeug mit allgemeiner Anwendbarkeit
und montiert mit 200 V oder 42 V ein hochwirksames Lenksteuergerät ohne eine
Kostenerhöhung
eingesetzt werden kann.
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Die
Steuervorrichtung, die Treibervorrichtung und die Schaltreguliereinrichtung
sind in ein und demselben Gehäuse
aufgenommen. Demnach lässt sich
das Lenksteuergerät
standardisieren, da sich die Zahl der Kabelbäume für die Anwendung bei der Zuführung der
Energie zu der Steuereinrichtung verringern lässt, und das Lenksteuergerät weist
einen einfachen Aufbau auf.
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Die
Serienreguliereinrichtung ist zwischen der Schaltreguliereinrichtung
und der Steuervorrichtung vorgesehen, wodurch sich stabile Energie
zu der Steuervorrichtung zuführen
lässt.
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Die
Steuer- und Treibervorrichtung sind elektrisch geerdet, so dass
ein stabiles Lenksteuergerät verfügbar wird.
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Die
Steuer- und Treibervorrichtung sind elektrisch isoliert, wodurch
ein Lenksteuergerät
erhalten wird, das frei von einer Potentialdifferenz zwischen den
jeweiligen Massepotentialdifferenzen ist.