DE19809421A1 - Steuereinrichtung für eine elektrische Servolenkung - Google Patents
Steuereinrichtung für eine elektrische ServolenkungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische
Servolenkungssteuereinrichtung zur Unterstützung und
Voreinstellung einer Kraftfahrzeuglenkeinrichtung durch das
Drehmoment eines Motors.
Fig. 4 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen elektrischen
Lenkservosteuereinrichtung mit deren Leitungen als
Blockschaltbild.
In Fig. 4 wird ein Motor 40 zur Abgabe eines
Hilfsdrehmoments an ein Lenkrad (nicht gezeigt) des Fahrzeugs
dadurch angetrieben, daß ein Motorstrom IM von einer Batterie
41 geliefert wird.
Eine Brummkomponente des Motorstroms IM wird durch einen
Kondensator 42 mit hoher Kapazität (etwa 1000 bis 1300 µF)
ausgeglichen, und die Stärke des Motorstroms wird von einem
Nebenschlußwiderstand 43 erfaßt.
Weiterhin wird der Motorstrom IM entsprechend der Größe eines
Hilfsdrehmoments und dessen Richtung durch eine
Brückenschaltung 44 geschaltet, die aus mehreren
Halbleiterschaltelementen (beispielsweise FETs) Q1 bis Q4
besteht.
Ein Ende des Kondensators 42 ist über eine Leitung L1 an
Masse gelegt. Die Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 sind als
Brücke geschaltet, durch Leitungen P1 und P2, so daß eine
Brückenschaltung 44 ausgebildet wird.
Weiterhin verbinden die Leitungen P1 und P2 die
Brückenschaltung 44 mit dem Nebenschlußwiderstand 43. Eine
Ausgangsklemme der Brückenschaltung 44 wird durch eine
Leitung P3 gebildet.
Der Motor 40 und die Batterie 41 sind an die Brückenschaltung
44 durch einen Verbinder 45 mit mehreren
Leitungsanschlußklemmen angeschlossen. Der Motor 40, die
Batterie 41 und der Verbinder 45 sind miteinander über
externe Leitungen L2 verbunden. Der Motorstrom IM wird über
eine Leitung L3 durch ein normalerweise geöffnetes Relais 46
je nach Wunsch ein- und ausgeschaltet. Das Relais 46, der
Kondensator 42 und der Nebenschlußwiderstand 43 sind
miteinander über eine Leitung P4 verbunden.
Der Verbinder 45 ist über eine Leitung P5 an Masse gelegt.
Die Leitung P3, die als Ausgangsklemme der Brückenschaltung
44 dient, ist mit dem Verbinder 45 verbunden.
Der Motor 40 wird über die Brückenschaltung 44 durch eine
Treiberschaltung 47 getrieben. Diese Treiberschaltung 47
treibt auch das Relais 46. Die Treiberschaltung 47 ist an
eine Erregerwicklung des Relais 46 über eine Leitung L3
angeschlossen, und ist mit der Brückenschaltung 44 über eine
Leitung L4 verbunden.
Der Motorstrom IM wird von einer
Motorstromerfassungsschaltung 48 festgestellt, die an die
beiden Enden des Nebenschlußwiderstands 43 angeschlossen ist.
Die Treiberschaltung 47 und die
Motorstromerfassungsvorrichtung 48 bilden ein
Peripherieschaltungselement eines Mikrocomputers 55, der
nachstehend noch genauer erläutert wird.
Ein Lenkdrehmoment T des Lenkrades wird durch einen
Drehmomentsensor 50 festgestellt, und eine
Fahrzeuggeschwindigkeit V wird durch einen
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 51 ermittelt.
Der Mikrocomputer 55 berechnet ein Unterstützungsdrehmoment
auf der Grundlage des Lenkdrehmomentes T und der
Fahrzeuggeschwindigkeit V, und koppelt den Motorstrom IM
zurück, um ein Treibersignal entsprechend dem
Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen, und schickt einen
Drehrichtungsbefehl D0 und einen Stromsteuerbetrag I0 zum
Steuern der Brückenschaltung 44 als Treibersignale an die
Treiberschaltung 47.
Der Mikrocomputer 55 ist mit einer
Motorstrombestimmungsvorrichtung 56 zur Erzeugung eines
Motorstrombefehls Im entsprechend dem Drehrichtungsbefehl D0
des Motors 40 und dem Unterstützungsdrehmoment versehen, mit
einer Subtrahiervorrichtung 57 zur Berechnung einer
Stromabweichung ΔI zwischen dem Motorstrombefehl Im und dem
Motorstrom IM, und einer PID-Berechnungsvorrichtung 58 zur
Berechnung der Kompensationsbeträge einer proportionalen
Größe (P), einer integralen Größe (I) und einer
differentiellen Größe (D) aus der Stromabweichung ΔI zur
Erzeugung des Stromsteuerbetrages I0 entsprechend einem
PWM-Tastverhältnis (Impulsbreitenmodulationstastverhältnis).
Weiterhin weist, obwohl dies nicht dargestellt ist, der
Mikrocomputer 55 eine bekannte Selbstdiagnosefunktion
zusätzlich zu einem A/D-Wandler, einer PWM-Zeitgeberschaltung
und dergleichen auf, und führt ständig eine Selbstdiagnose in
der Hinsicht durch, ob das System normal arbeitet oder nicht.
Tritt ein anomaler Zustand auf, schaltet der Mikrocomputer 55
sämtliche Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 ab, welche die
Brückenschaltung 44 bilden, über die Treiberschaltung 47, und
öffnet das Relais 46, um den Motorstrom IM zu unterbrechen.
Gleichzeitig kann nach Feststellung der Störung die Art der
Störung in einem Speicher (nicht dargestellt) innerhalb der
Steuerung gespeichert werden.
Der Mikrocomputer 55 ist mit der Treiberschaltung 47 über die
Leitungen L5 verbunden.
Im allgemeinen weisen die Schaltungselemente 42 bis 44, die
zwischen dem Motor 40 und der Batterie 41 angeordnet sind,
die Leitungen P1 bis P5 und die Leitungen L1 und L2 große
Abmessungen auf, um mit dem hohen Motorstrom IM fertig zu
werden, angesichts der Wärmeabstrahlung (der Wärmefestigkeit)
und der Lebensdauer, wie dies nachstehend noch genauer
erläutert wird.
Andererseits sind der Mikrocomputer 55, die
Peripherieschaltungselemente einschließlich der
Treiberschaltung 47 und der Motorstromerfassungsvorrichtung
48, sowie die Leitungen L3 bis L5 klein ausgebildet, da sie
nur mit einem kleinen Strom fertig werden müssen, und eine
hohe Dichte angestrebt ist.
Fig. 5 ist eine Aufsicht auf den Aufbau der Steuerschaltung
einer elektrischen Lenkservosteuereinrichtung, und hierbei
werden die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher
Bauteile wie in Fig. 4 verwendet.
In Fig. 5 bestehen die Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4
aus jeweiligen Paaren von FETs (Feldeffekttransistoren), die
mit Harz beschichtet sind. Der Kondensator 42 mit hoher
Kapazität besteht tatsächlich aus drei Kondensatoren, und der
Mikrocomputer 55 wird durch einen Ein-Chip-IC gebildet.
Damit die Zeichnung nicht zu kompliziert wird, sind die
Peripherieschaltungselemente, bestimmte Leitungen und
dergleichen weggelassen, sondern nur typische Bauteile
gezeigt.
Eine isolierte Schaltungsplatine 2 ist auf eine
Bodenoberfläche eines kastenförmigen Metallrahmens 1
ausgelegt, und dient sowohl als Abschirmplatte als auch als
Isolierplatte. Eine Endoberfläche jeder Abstrahlplatte 3, die
beispielsweise aus Aluminium besteht, ist mit einer
Innenoberfläche des Metallrahmens 1 verbunden.
Die jeweiligen Schaltungselemente 42 bis 45 und 55 sind auf
die isolierte Schaltungsplatine 2 aufgelegt. Auch die
jeweiligen Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 sind mit der
anderen Endoberfläche jeder Abstrahlplatte 3 verbunden.
Die leitfähigen Platten 4a bis 4e entsprechen den Leitungen
oder Leitungsmustern P1 bis P5 und sind als Platten mit
größeren Abmessungen ausgebildet, die eine größere Dicke
aufweisen, zusätzlich zu den Leitungen auf der isolierten
Schaltungsplatine 2, um mit den höheren Strömen fertig zu
werden.
Der Betrieb der Steuerschaltung in der herkömmlichen
elektrischen Lenkservosteuereinrichtung von Fig. 5 wird
nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert.
Der Mikrocomputer 55 empfängt das Lenkdrehmoment T und die
Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Drehmomentsensor 50 bzw.
dem Fahrzeugsensor 51, und der Motorstrom IM wird von dem
Nebenschlußwiderstand 43 zurückgekoppelt, um hierdurch den
Drehrichtungsbefehl D0 der Lenkservoeinrichtung und den
Stromsteuerbetrag I0 entsprechend dem Ausmaß des
Hilfsdrehmoments zu erhalten, wobei I0 der Treiberschaltung 4
über die Leitungen L5 zugeführt wird.
Die Treiberschaltung 47 schließt das normalerweise geöffnete
Relais 46 entsprechend dem Befehl über die Leitung L3 im
normalen Betriebszustand. Wenn der Drehrichtungsbefehl D0 und
der Stromsteuerbetrag I0 in die Treiberschaltung 47
eingegeben werden, wird das PWM-Treibersignal
(Impulsbreitenmodulations-Treibersignal) erzeugt, und über
die Leitungen L4 an die jeweiligen Halbleiterschaltelemente
Q1 bis Q4 der Brückenschaltung 44 angelegt.
Der Motorstrom IM wird daher von der Batterie 41 an den Motor
40 über die externen Leitungen L2, den Verbinder 45, das
Relais 46, die Leitungen P4, den Nebenschlußwiderstand 43,
die Leitungen P1, die Brückenschaltung 44, die Leitungen P3,
den Verbinder 45 und die externen Leitungen L2 geliefert. Der
Motor 40 wird durch den Motorstrom IM angetrieben, damit er
ein vorbestimmtes Ausmaß an Hilfs- oder
Unterstützungsdrehmoment in der gewünschten Richtung abgibt.
Hierbei wird der Motorstrom IM über den Nebenschlußwiderstand
43 und die Motorstromerfassungsvorrichtung 46 festgestellt,
und wird der Subtrahiervorrichtung 57 innerhalb des
Mikrocomputers 55 zugeführt, um so gesteuert oder geregelt zu
werden, daß er mit dem Motorstrombefehl Im übereinstimmt.
Weiterhin enthält der Motorstrom IM eine Brummkomponente,
infolge der Schaltvorgänge in dem PWM-Treiber der
Brückenschaltung 44, jedoch kann die Brummkomponente durch
den Kondensator 42 mit hoher Kapazität geglättet und
unterdrückt werden.
Der Wert des Motorstroms IM, der durch diese Art einer
elektrischen Lenkservosteuereinrichtung gesteuert oder
geregelt wird, beträgt etwa 25 Ampere, selbst bei einem sehr
kleinen Fahrzeug. Der Wert kann etwa 60 bis 80 Ampere in
einem Fahrzeug der unteren Mittelklasse erreichen. Die
Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4, welche die
Brückenschaltung 44 bilden, vergrößern sich daher
entsprechend der Stärke des Motorstroms IM. Wie dargestellt
sind die mehreren Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 parallel
geschaltet, so daß eine Wärmeerzeugung im eingeschalteten
Zustand und im PWM-Schaltbetrieb unterdrückt werden kann.
Um die Wärme der Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4
abzustrahlen ist es erforderlich, die Abstrahlplatten 3
vorzusehen. Je größer der Motorstrom IM wird, desto größer
wird die Anzahl der Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4.
Gleichzeitig vergrößern sich die Abmessungen der
Abstrahlplatten 3.
Weiterhin vergrößert sich die Länge der Leitungen P1, P2 und
P4 von der Anschlußklemme des Verbinders 45 über das Relais
46, den Nebenschlußwiderstand 43 und die Brückenschaltung 44,
sowohl die Länge der Leitung P3 von der Brückenschaltung 44
zum Motor 40, proportional zur Erhöhung des Motorstroms IM,
zur Erhöhung der Anzahl der Halbleiterschaltelemente Q1 bis
Q4, und der Vergrößerung der Abstrahlplatten 3.
Wenn die Temperaturerhöhung infolge der Wärmeerzeugung wegen
des Spannungsabfalls, der durch Fließen eines höheren Stroms
in den jeweiligen Leitungen P1 bis P5 hervorgerufen wird, zu
groß wird, besteht die Befürchtung, daß die Wärmefestigkeit
und die Lebensdauer der Leitungen P1 bis P5 beeinträchtigt
wird. Um dies zu verhindern werden bei der herkömmlichen
elektrischen Lenkservosteuereinrichtung die
Verdrahtungsplatten 4a bis 4e vorgesehen, die eine größere
Dicke und Breite aufweisen, und speziell für den hohen Strom
ausgelegt sind, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Dies führt
zu einer entsprechenden Vergrößerung der isolierten
Schaltungsplatine 2.
Weiterhin vergrößern sich die Abmessungen des Kondensators
42, des Nebenschlußwiderstands 43 und des Relais 46
entsprechend der Erhöhung des Motorstroms IM. Befinden sich
diese Bauteile auf der isolierten Schaltungsplatine 2, so
wird durch den vergrößerten Montageraum die isolierte
Schaltungsplatine 2 noch weiter vergrößert.
Wie voranstehend geschildert besteht bei der herkömmlichen
elektrischen Lenkservosteuereinrichtung die Schwierigkeit,
daß deswegen, da der Kondensator 42, der
Nebenschlußwiderstand 43, die Brückenschaltung 44, die
Abstrahlplatten 3 und die leitfähigen Platten 4a bis 4e
(Leitungen P1 bis P5) auf die isolierte Schaltungsplatine 2
entsprechend dem hohen Strom aufgelegt sind, sich die
Abmessungen der isolierten Schaltungsplatine 2 entsprechend
der Vergrößerung der Bauteile 42 bis 44 und der Leitungen P1
bis P5 erhöhen, und deren Gewicht zunimmt, was zu einer
erschwerten Montage und zu höheren Kosten führt.
Fig. 6 zeigt den grundlegenden Aufbau der elektrischen
Lenkservosteuereinrichtung (Säulenmontagetyp). Wie aus Fig.
6 hervorgeht wird, da der Motor 40 und die Steuerschaltung
200 der elektrischen Lenkservosteuereinrichtung als getrennte
Bauteile ausgebildet sind, bei einer langen externen Leitung
L2 ein Problem in Hinsicht auf den Spannungsabfall
hervorgerufen, insbesondere wenn wie in Fahrzeugen der
unteren Mittelklasse ein hoher Strom von 60 bis 80 Ampere
fließt.
Da der Motor 40 und die Steuerschaltung 200 getrennt
ausgebildet sind, ist die Bereitstellung entsprechender Räume
für die jeweiligen Bauteile oder Teile erforderlich. Wenn wie
bei Fahrzeugen der unteren Mittelklasse ein hoher Strom von
60 bis 80 Ampere fließt, vergrößern sich auch die
Außenabmessungen der Steuerschaltung 200, wobei allerdings
angestrebt wird, diese nahe am Motor 40 anzubringen, damit
der Fahrzeugkabelbaum verkürzt werden kann. Es ist daher
schwierig, diese Bauteile an einem Ort anzubringen, der in
Bezug auf die elektrischen Eigenschaften wünschenswert ist.
Falls gewünscht ist, daß die Steuerschaltung in der Nähe des
Motors 40 angebracht wird, angesichts der Vorteile in Bezug
auf die elektrischen Eigenschaften, so ist es erforderlich,
die Steuerschaltung klein auszubilden.
Wenn durch den Motor 40 die Lenksäule unterstützend
angetrieben werden soll, so ist der Anbringungsort für den
Motor 40 im Innenraum (Passagierraum), wogegen dann, wenn die
Zahnstangenwelle unterstützend angetrieben werden soll, der
Anbringungsort sich im Motorraum befindet.
Wenn der Motor 40 im Motorraum angeordnet ist, und die
Steuerschaltung 200 der elektrischen
Lenkservosteuereinrichtung innerhalb des Passagierraums
angebracht wird, ist der Fahrzeugkabelbaum lang, und tritt
ein Spannungsabfall auf, was nachteilig ist.
Wenn die Steuerschaltung 200 innerhalb des Motorraums
angeordnet wird, um die voranstehend geschilderten
Schwierigkeiten zu vermeiden, so müssen die Steuerschaltung
200 selbst und der Verbinder als wasserdichte Anordnungen
ausgebildet werden, und ist es erforderlich, die
Wärmefestigkeit der Teile zu erhöhen, die in der
Steuerschaltung 200 angebracht sind.
Zur Lösung der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten
besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung in der
Bereitstellung einer elektrischen Lenkservosteuereinrichtung,
die kleine Abmessungen aufweist, und deren Leistung und
Verläßlichkeit verbessert sind.
Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung zeichnet
sich eine elektrische Lenkservosteuereinrichtung, die mit
einem Motor versehen ist, dessen Ausgangswelle an ein
Lenkmechanismus eines Fahrzeugs angeschlossen ist, um eine
Lenkunterstützungskraft abzugeben, und mit einer
Steuerschaltung versehen ist, die Leistungselemente zum
Antrieb des Motors aufweist, dadurch aus, daß: die
Leistungselemente der Steuerschaltung auf einem Substrat mit
hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht sind, und die
Steuerschaltung in einem Motorgehäuse vereinigt mit dem Motor
angeordnet ist, so daß ihre Oberfläche, auf welcher keine
Teile des Substrats angebracht sind, eine
Ausrichtungsverbindungsoberfläche wird. Aus diesem Grund ist
es mit einer derartigen Anordnung möglich, als
Wärmeabstrahlplatte das Motorgehäuse ebenso wie ein
Lenksäulengehäuse oder ein Zahnstangengehäuse zu verwenden,
so daß hierdurch eine große Wärmeabstrahlungsplatte
entbehrlich wird, die speziell für die Steuerschaltung
vorgesehen ist. Da die Steuerschaltung mit dem Motor
vereinigt ausgebildet ist, kann die Einrichtung verkleinert
werden, was die Anbringbarkeit am Fahrzeug erleichtert. Da
die Steuerschaltung und der Motor miteinander vereinigt sind,
kann ein durch Leitungen hervorgerufener Spannungsabfall
unterdrückt werden, was die Verläßlichkeit der Einrichtung
erhöht. Da die Steuerschaltung und der Motor miteinander
vereinigt sind, kann die Verdrahtung zwischen dem Motor und
der Steuerschaltung innerhalb der Einrichtung vorgesehen
sein, wodurch ein Einklemmen oder Abschneiden von Leitungen
verhindert wird, und keine Gefahr von Störungen besteht,
beispielsweise in Bezug auf eine unzureichende elektrische
Verbindung des Verbinders, was ebenfalls die Verläßlichkeit
erhöht.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Motorgehäuse
als Endrahmen ausgebildet, auf welchem die jeweiligen
Bauteile des Motors angebracht sind, und ist eine
Motorverkleidung luftdicht mit dem Endrahmen zusammengebaut,
um die Bauteile des Motors abzudecken, und wird dadurch eine
Basisbefestigungsfläche zur Verfügung gestellt, daß der
Endrahmen zur Außenseite der Motorverkleidung hin verlängert
wird, wobei die Steuerschaltung auf der
Basisbefestigungsfläche zusammengebaut ist. Daher kann die
Steuerschaltung auf dem Motorgehäuse zusammengebaut werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht der
Endrahmen aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
Die Wärme, die in den Leistungselementen erzeugt wird, kann
so gut durch das Motorgehäuse, etwa dem Endrahmen, aber auch
über das Lenksäulengehäuse oder das Zahnstangengehäuse
abgestrahlt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die
Dicke der Basisbefestigungsfläche, die auf dem Endrahmen
vorgesehen ist, entsprechend der Wärmeerzeugung der
Leistungselemente gewählt. Die in den Leistungselementen
erzeugte Wärme kann durch den Endrahmen oder dergleichen gut
abgestrahlt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die
Dicke der Basisbefestigungsfläche, die auf dem Endrahmen
vorgesehen ist, entsprechend dem Gewicht der Steuerschaltung
gewählt. Daher kann die Steuerschaltung im zusammengebauten
Zustand stabil gehalten werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die
Steuerschaltung in einer Verkleidung aufgenommen und in dem
Motorgehäuse zusammengebaut; die Verkleidung nimmt eine
derartige Form an, daß ein Teil des Motorgehäuses auf der
Seite der Montageoberfläche geöffnet ist, wobei das
Motorgehäuse als Teil der Verkleidung nach dem Zusammenbau
dient. Hierdurch wird es möglich, Materialkosten zu sparen,
und die Einrichtung mit geringen Abmessungen auszubilden,
ohne daß die Teile nach außen hin freiliegen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine
Basisbefestigungsfläche dadurch zur Verfügung gestellt, daß
der Endrahmen zur Außenseite der Motorverkleidung hin
verlängert wird, wobei die Steuerschaltung auf der
Basisbefestigungsfläche zusammengebaut wird; die Dicke der
Basisbefestigungsfläche ist an verschiedenen Orten
unterschiedlich. Diese Anordnung ist dazu wirksam,
Vibrationen zu unterdrücken.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind Durchgangslöcher zum Durchführen von
Verdrahtungsleitungen in dem Endrahmen vorgesehen, der das
Motorgehäuse bildet. Hierdurch kann das Freiliegen der
Verdrahtungsleitungen vermieden werden, wenn die
Steuerschaltung in dem Motorgehäuse zusammengebaut ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind die Verdrahtungsleitungen zwischen dem Motor und der
Steuerschaltung durch Durchführungsdichtungen geführt, die in
die im Endrahmen vorgesehenen Durchgangslöcher eingeführt und
dort befestigt sind. Hierdurch wird es möglich, das
Eindringen von Wasser in die Steuerschaltung über die
Verdrahtungsleitungen zu verhindern.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein
Verbinder zum Verbinden der Steuerschaltung und der Außenwelt
miteinander vereinigt mit der Verkleidung ausgebildet, welche
die Steuerschaltung aufnimmt. Dies fördert die Kompaktheit
und die Stabilität des Verbinders.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die
Richtung des Verbinders so festgelegt, daß ein zugeordneter
Verbinder abnehmbar mit diesem Verbinder in Eingriff steht,
wenn die Verkleidung zur Aufnahme der Steuerschaltung in dem
Motorgehäuse zusammengebaut ist. Es ist möglich, das
Einführen und Abziehen des zugehörigen Verbinders im
zusammengebauten Zustand der Steuerschaltung durchzuführen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die
Verkleidung zur Aufnahme der Steuerschaltung durch einen
Abschirmdeckel zur elektrischen Abschirmung abgedeckt.
Hierdurch ist es möglich, eine gute elektrische Abschirmung
der Steuerschaltung zu erzielen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das
Motorgehäuse aus einem Material mit guten
Wärmeabstrahlungseigenschaften und ist an einem Montageteil
befestigt, welches gute Wärmeabstrahlungseigenschaften
aufweist. Hierdurch ist es möglich, die in den
Leistungselementen erzeugte Wärme durch das Motorgehäuse oder
das Montageteil gut abzustrahlen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das
Montageteil als Gehäuse aus Aluminium zur Aufnahme des
Lenkmechanismus ausgebildet. Die in den Leistungselementen
erzeugte Wärme kann gut durch das Motorgehäuse oder das
Montageteil abgestrahlt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1(A), 1(B) und 1(C) Ansichten einer elektrischen
Lenkservosteuereinrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung
des Innenaufbaus der Steuerschaltung;
Fig. 3 ein Blockschaltbild von Teilen der elektrischen
Lenkservosteuereinrichtung;
Fig. 4 ein Blockschaltbild von Teilen einer allgemeinen
Lenkservosteuereinrichtung;
Fig. 5 eine Aufsicht auf den Aufbau einer herkömmlichen
elektrischen Lenkservosteuereinrichtung; und
Fig. 6 eine Ansicht eines Systems einer an einer
Lenksäule befestigten elektrischen
Lenkservosteuereinrichtung.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 wird nachstehend
eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
geschildert.
Die Fig. 1(A) bis 1(C) zeigen eine elektrische
Lenkservosteuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
Fig. 1(A) zeigt nur einen Motor 40, ohne eine
Steuerschaltung. Fig. 1(B) ist eine Längsschnittansicht des
Motors 40. Fig. 1(C) ist eine Querschnittsansicht des Motors
40, wobei die Schnittebene sich in einem
Bürstenmontageabschnitt befindet.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, gibt der Motor 40, dessen
Ausgangswelle mit dem Lenkmechanismus eines Fahrzeugs
verbunden ist, die Lenkunterstützungskraft ab. Der Motor 40
ist in dem Motorgehäuse aufgenommen. Das Motorgehäuse besteht
aus einem Endrahmen 71, auf welchem die jeweiligen Bauteile
zusammengebaut sind, und einer Motorverkleidung 72, die
luftdicht mit dem Endrahmen 71 zusammengebaut ist, um die
Bauteile des Motors 40 abzudecken.
Wie aus den Fig. 1(B) und 1(C) hervorgeht, ist die
Steuerschaltung 200 des Motors 40 auf einer
Basisbefestigungsfläche (Basissitz) 73 zusammengebaut, die
durch Verlängerung von Teilen des Endrahmens 71 ausgebildet
ist, und mit dem Motor 40 vereinigt ist. Hierbei sind die
Leistungselemente der Steuerschaltung 200 auf einem Substrat
65 angebracht, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist,
was nachstehend noch genauer erläutert wird. Die
Leistungselemente sind auf der Befestigungsfläche 73 so
zusammengebaut, daß ihre Oberflächen, auf welchen die Teile
des Substrats 65 nicht angebracht sind, die
Ausrichtungsverbindungsoberfläche bilden können.
Der Endrahmen 71 besteht aus einem Material mit hoher
Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium, und wird als
Wärmeabstrahlkörper für die Leistungselemente und dergleichen
verwendet, die in der Steuerschaltung 200 vorgesehen sind.
Weiterhin sind Rippen 74, die durch Vergrößerung der Dicke
der Teile der Basisbefestigungsfläche 73 zur Anbringung der
Steuerschaltung 200 auf dieser ausgebildet werden, auf der
Basisbefestigungsfläche 73 vorgesehen, die durch Verlängerung
von Teilen des Endrahmens 71 hergestellt wird, um mit
Vibrationen fertig zu werden, wie in Fig. 1(C) gezeigt.
Darüber hinaus ist die Dicke der Teile der
Basisbefestigungsfläche 73 entsprechend der Erhöhung des
Gewichtes oder des Ausmaßes der Wärmeerzeugung der
Leistungselemente entsprechend der Erhöhung des Motorstroms
der Steuerschaltung 200 vergrößert. Die Dicke der
Basisbefestigungsfläche 73 ist daher so gewählt, daß sie an
die Wärmeerzeugung der Leistungselemente der Steuerschaltung
200 angepaßt ist, und gleichzeitig an das Gewicht der
Steuerschaltung 200.
Weiterhin ist, wie in Fig. 1(B) gezeigt, der Endrahmen 71,
der einen Teil des Motorgehäuses bildet, fest durch
Befestigungsmittel wie etwa Bolzen auf dem Gehäuse 75
(Säulengehäuse oder Zahnstangengehäuse) zur Aufnahme des
Lenkmechanismus befestigt.
Das Gehäuse 75 besteht aus Druckgußaluminium, welches eine
hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der Endrahmen 71 wird als
Wärmeabstrahlungskörper für die Teile verwendet, welche Wärme
erzeugen, beispielsweise die Leistungselemente, die in der
Steuerschaltung 200 vorgesehen sind, zusammen mit dem
Endrahmen 71.
Weiterhin weist, obwohl dies nicht gezeigt ist, die
Steuerschaltung 200 den externen Verbinder auf. Wenn die
Steuerschaltung 200 in dem Endrahmen 71 zusammengebaut ist,
ist die Steuerschaltung 200 so angebracht, daß ein
zugehöriger Verbinder des externen Verbinders in geeigneter
Richtung lösbar eingeführt werden kann.
Weiterhin sind, wie in den Fig. 1(A) und 1(B) gezeigt,
Durchgangslöcher 77 zum Einführen von Verdrahtungsleitungen
76 (Motorverdrahtungsleitungen P3) zwischen dem Motor 40 und
der Steuerschaltung 200 auf dem Endrahmen 71 vorgesehen, der
das Motorgehäuse bildet, so daß die Verdrahtungsleitungen 76
nicht freiliegen, wenn die Steuerschaltung 200 mit der
Basisbefestigungsfläche 73 zusammengebaut ist.
Die Verdrahtungsleitungen 76 werden in die Durchgangslöcher
77 eingeführt, und mit Leitungsanschlußklemmen des Verbinders
45 verbunden, der einstückig mit einer Verkleidung 62
ausgebildet ist, die später noch genauer erläutert wird (vgl.
Fig. 2).
Wenn der Motor 40. in einem Motorraum
(Brennkraftmaschinenraum) angebracht wird, wie in Fig. 1(A)
und 1(B) gezeigt, werden Durchführungsdichtungen 78 in die
Durchgangslöcher 77 eingepaßt, und werden in diese die
Verdrahtungsleitungen 76 eingeführt, so daß ein Eintritt von
Wasser in die Steuerschaltung 200 verhindert wird.
Fig. 2 zeigt den Innenaufbau der Steuerschaltung 200. Fig.
3 ist ein Schaltbild, in welchem die elektrische
Lenkservosteuereinrichtung und Teile der Einrichtung als
Blockschaltbild dargestellt sind. Der Aufbau der
Steuerschaltung 200 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
Fig. 2 und 3 beschrieben. In Fig. 3 werden die gleichen
Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Teile wie in
Fig. 4 verwendet. Insoweit erfolgt nachstehend nicht
unbedingt eine erneute Beschreibung.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Steuerschaltung 2 als
Verbundsubstrataufbau ausgebildet, und besteht aus einem
Substrat 64 (für einen Mikrocomputer und dessen
Peripherieschaltung 100) sowie einem Substrat 65 (zur
Anbringung von Leistungselementen), um eine kompakte
Ausbildung zu erzielen.
In Fig. 3 sind der Nebenschlußwiderstand 43 und die
Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4, welche Teile darstellen,
in denen der fließende Motorstrom Wärme erzeugt, und welche
die Brückenschaltung 44 bilden, auf dem Substrat 65 (zur
Montage von Leistungselementen) angebracht, das in Fig. 2
gezeigt ist.
Das Substrat 65 besteht aus einer Platte mit hoher
Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einem Metallsubstrat, oder
aus einem Keramiksubstrat. Wenn die Steuerschaltung 200 auf
der Basisbefestigungsfläche 73 angebracht ist, die durch
Verlängerung des Endrahmens 71 ausgebildet ist, welcher das
Motorgehäuse bildet, wird die Wärme, die von dem
Nebenschlußwiderstand 73 und den Halbleiterschaltelementen Q1
bis Q4 erzeugt wird, welche die wärmeerzeugenden Teile
bilden, wirksam über das Substrat 65 an die
Basisbefestigungsfläche 73 abgestrahlt.
Da der Endrahmen 71 und das Gehäuse (Säulengehäuse oder
Zahnstangengehäuse) 75 als Wärmeabstrahlplatten verwendet
werden, ist wie voranstehend geschildert keine spezielle
Wärmeabstrahlplatte mit großen Abmessungen mehr erforderlich,
etwa die Wärmeabstrahlplatte 3, die bei der in Fig. 5
dargestellten, herkömmlichen elektrischen
Lenkservosteuereinrichtung verwendet wird. Daher kann die
Steuerschaltung 200 kompakt ausgebildet werden.
In Bezug auf die Leitungsanordnungen P1, P2 und P3, welche
die Brückenschaltung 44 bilden, unter den Verdrahtungsplatten
4a bis 4e (Verdrahtungsanordnungen P1 bis P5), die in der in
Fig. 5 gezeigten, herkömmlichen elektrischen
Lenkservosteuereinrichtung verwendet werden, ist es infolge
der guten Wärmeabstrahleigenschaften des Substrats 65
möglich, die Wärmeabstrahleigenschaften der Leitungsmuster zu
vernachlässigen. Daher kann die Wärmeabstrahlung von den
Leitungsplatten an die Substrate übertragen werden. Dies
führt dazu, daß die Steuerschaltung 200 noch weiter
verkleinert werden kann.
Weiterhin sind, wie aus Fig. 2 hervorgeht, die Verkleidung
62 und der Verbinder 45, durch welchen ein starker Strom zum
Motor 40 fließt, miteinander vereinigt ausgebildet. Hierbei
sind die Leitungsanschlußklemmen des Verbinders 45 vereinigt
mit der Verkleidung 62 ausgebildet, und sind so verlängert,
daß sie an das voranstehend beschriebene Substrat 65
angeschlossen werden. Dann werden der Kondensator 42 und das
Relais 46 auf den Verlängerungsteilen der voranstehend
beschriebenen Leitungsanschlußklemmen angebracht, die
einstückig mit der Verkleidung 62 ausgebildet sind.
Weiterhin sind der Mikrocomputer 55, die Treiberschaltung 47
und die Motorstromerfassungsvorrichtung 48 in Fig. 3 auf dem
Substrat 64 (für den Mikrocomputer und dessen
Peripherieschaltung) von Fig. 2 angebracht.
Das Substrat 64 und das Substrat 65 sind miteinander über die
Leitungen L5 verbunden.
Wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Steuerschaltung
200 zur elektrischen Abschirmung durch einen Metalldeckel 60
abgedeckt. Der Metalldeckel 60 wird durch eine
Montageschraube 61 am Endrahmen 71 befestigt, der das
Motorgehäuse bildet, durch Schraubbefestigung zusammen mit
der Verkleidung 62.
In der Stufe vor dem Vorgang des Zusammenbauens der
Steuerschaltung 200 mit dem Motorgehäuse liegen der
Kondensator 42 und das Relais 46 nach außen hin frei. Wenn
jedoch die Steuerschaltung 200 in dem Motorgehäuse angebracht
ist, wird das Motorgehäuse als Teil der Verkleidung genutzt,
so daß nach dem Zusammenbau der Kondensator 42 und das Relais
46 nicht freiliegen.
Wenn das Gehäuse nicht als Teil der Verkleidung beim
Zusammenbau mit dem Motorgehäuse verwendet werden kann, so
ist es ausreichend, die freiliegenden Teile durch den
Schutzdeckel 63 zu schützen, so daß die sonst frei liegenden
Teile nicht nach außen hin freiliegen.
Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform ist ein
Aufbau aus zwei Platten des Substrats 64 (für den
Mikrocomputer und seine Peripherieschaltung) und dem Substrat
65 (für die Leistungselemente) vorgesehen. Allerdings kann
selbstverständlich auch eine Anordnung mit einem einzigen
Substrat dazu eingesetzt werden, dieselben Auswirkungen zu
erzielen.
Verschiedene Einzelheiten der Erfindung lassen sich ändern,
ohne von dessen Wesen oder Umfang abzuweichen. Weiterhin wird
darauf hingewiesen, daß die voranstehende Beschreibung zum
Zwecke der Erläuterung dient, und nicht das Wesen und den
Umfang der vorliegenden Erfindung einschränken soll, die sich
aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben
und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen.
Claims (14)
1. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung mit einem Motor
(40), dessen Ausgangswelle an einen Lenkmechanismus
eines Fahrzeugs angeschlossen ist, um eine
Lenkhilfskraft abzugeben, und einer Steuerschaltung
(200) mit Leistungselementen (Q1 bis Q4) zum Betreiben
des Motors,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Leistungselemente der Steuerschaltung auf einem Substrat (65) mit hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht sind; und
die Steuerschaltung in einem Motorgehäuse (71, 72) vereinigt mit dem Motor angebracht ist, so daß ihre Oberfläche, auf welcher keine Teile des Substrats angebracht sind, eine Ausrichtungsverbindungsoberfläche wird.
die Leistungselemente der Steuerschaltung auf einem Substrat (65) mit hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht sind; und
die Steuerschaltung in einem Motorgehäuse (71, 72) vereinigt mit dem Motor angebracht ist, so daß ihre Oberfläche, auf welcher keine Teile des Substrats angebracht sind, eine Ausrichtungsverbindungsoberfläche wird.
2. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Motorgehäuse (71, 72) aus einem Endrahmen (71) besteht,
auf welchem die jeweiligen Bauteile des Motors
zusammengebaut sind, und aus einer Motorverkleidung
(72), die luftdicht mit dem Endrahmen zusammengebaut
ist, um die jeweiligen Bauteile des Motors abzudecken;
und
eine Basisbefestigungsfläche (73) durch Verlängerung des Endrahmens (71) zur Außenseite der Motorverkleidung (72) hin ausgebildet ist, wobei die Steuerschaltung auf der Basisbefestigungsfläche (73) angebracht ist.
eine Basisbefestigungsfläche (73) durch Verlängerung des Endrahmens (71) zur Außenseite der Motorverkleidung (72) hin ausgebildet ist, wobei die Steuerschaltung auf der Basisbefestigungsfläche (73) angebracht ist.
3. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Endrahmen (71) aus einem Material mit hoher
Wärmeleitfähigkeit besteht.
4. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch
2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
der Basisbefestigungsfläche (73) auf dem Endrahmen (71)
so gewählt ist, daß sie der Wärmeerzeugung der
Leistungselemente (Q1 bis Q4) entspricht.
5. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch
2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
der Basisbefestigungsfläche (73) auf dem Endrahmen (71)
so gewählt ist, daß sie dem Gewicht der Steuerschaltung
(200) entspricht.
6. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuerschaltung (200) in einer Verkleidung (62)
aufgenommen und in dem Motorgehäuse (71, 72)
zusammengebaut ist; und
die Verkleidung (62) so ausgebildet ist, daß ein Teil des Motorgehäuses zur Seite der Montageoberfläche hin geöffnet ist, und das Motorgehäuse (71, 72) nach dem Zusammenbau einen Teil der Verkleidung (62) bildet.
die Verkleidung (62) so ausgebildet ist, daß ein Teil des Motorgehäuses zur Seite der Montageoberfläche hin geöffnet ist, und das Motorgehäuse (71, 72) nach dem Zusammenbau einen Teil der Verkleidung (62) bildet.
7. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach einem der
Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Basisbefestigungsfläche (73) durch Verlängerung des
Endrahmens (71) zur Außenseite der Motorverkleidung (72)
hin ausgebildet ist, wobei die Steuerschaltung auf der
Basisbefestigungsfläche (73) angebracht ist; und
die Dicke der Basisbefestigungsfläche (73) an verschiedenen Orten unterschiedlich ist.
die Dicke der Basisbefestigungsfläche (73) an verschiedenen Orten unterschiedlich ist.
8. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach einem der
Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
Durchgangslöcher (77) zum Hindurchleiten von
Verdrahtungsleitungen (76) in dem Endrahmen (71)
vorgesehen sind, der das Motorgehäuse (71, 72) bildet.
9. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Verdrahtungsleitungen (76) zwischen dem Motor (40) und
der Steuerschaltung (200) durch Durchführungsdichtungen
(78) hindurch verlaufen, die in die Durchgangslöcher
(77) in dem Endrahmen (71) eingeführt und dort befestigt
sind.
10. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Verbinder (45) zum Verbinden der Steuerschaltung (200)
und Einrichtungen außerhalb von dieser einstückig mit
der Verkleidung (62) zur Aufnahme der Steuerschaltung
(200) ausgebildet ist.
11. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung
des Verbinders (45) so gewählt ist, daß ein zugehöriger
Verbinder lösbar im Eingriff mit dem Verbinder (45)
steht, wenn die Verkleidung (62) zur Aufnahme der
Steuerschaltung (200) in dem Motorgehäuse (71, 72)
angebracht ist.
12. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Verkleidung (62) zur Aufnahme der Steuerschaltung (200)
zur elektrischen Abschirmung durch einen Abschirmdeckel
(60) abgedeckt ist.
13. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Motorgehäuse (71, 72) aus einem Material mit hoher
Wärmeleitfähigkeit besteht, und an einem Montageteil
befestigt ist, welches ein hohes
Wärmeabstrahlungsvermögen aufweist.
14. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Montageteil ein Gehäuse (75) aus Aluminium zur Aufnahme
des Lenkmechanismus ist.
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