DE60217813T2

DE60217813T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE60217813T2
Application number: DE60217813T
Authority: DE
Inventors: Atsuhiko Wako-shi Yoneda; Yasuo Wako-shi Shimizu; Masanori Wako-shi Takagi; Takashi Wako-shi Kuribayashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2022-12-07
Also published as: DE60217813D1; EP1321348A2; EP1321348B1; CA2413379A1; US20030106738A1; US6719089B2; EP1321348A3; CA2413379C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrische Servolenkvorrichtungen und insbesondere eine Verbesserung an elektrischen Servolenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge, welche Kraft eines Elektromotors auf ein Lenksystem des Fahrzeugs ausüben, um eine notwendige manuelle Lenkkraft einer Bedienperson des Fahrzeugs oder des Fahrers zu reduzieren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verschiedene elektrische Servolenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge sind bekannt, in welchen ein Elektromotor unter der Steuerung/Regelung einer Motor-Steuer-/Regeleinheit angetrieben wird, und zwar auf Basis von Signalen, die ausgegeben werden von einem Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt, der ein auf ein Lenkrad ausgeübtes Lenkdrehmoment erfasst, sowie einem Fahrzeuggeschwindigkeit-Erfassungsabschnitt, der eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst, um auf diese Weise eine notwendige manuelle Lenkkraft einer Bedienperson zu reduzieren. Unter den bekannten elektrischen Servolenkvorrichtungen gibt es eine, die einen bürstenlosen Motor zur Erzeugung einer Lenkdrehmomentunterstützung verwendet.
Die elektrische Servolenkvorrichtung, die einen bürstenlosen Motor einsetzt, kann eine stabile Lenkunterstützungskraft erreichen, da das Ausbleiben von Spannungsabfällen zwischen einer Buchse und einem Kommutator eine Abnahme und eine Variation der Motorausgangsleistung verhindern kann. Da ferner der bürstenlose Motor ein geringeres Trägheitsmoment als der Bürstenmotor bietet, kann die elektrische Servolenkvorrichtung mit einem solchen bürstenlosen Motor ein gutes Lenkgefühl während einer Hochgeschwindigkeit-Geradeausfahrt oder einer Drehung eines Lenkrads erreichen.
Bei einer den bürstenlosen Motor verwendenden elektrischen Servolenkvorrichtung ist es jedoch notwendig, einen dem Motor zuzuführenden elektrischen Strom nach Maßgabe eines momentanen Drehwinkels des Motors zu steuern/zu regeln. Es ist somit bekannt, dass die elektrische Servolenkvorrichtung einen Dreherfassungsabschnitt zum Erfassen eines momentanen Drehwinkels des Motors sowie einen Motorstrom-Erfassungsabschnitt aufweist, so dass der bürstenlose Motor nach Maßgabe einer PWM-(Pulsbreitenmodulation)-Steuerung/Regelung auf der Basis der Erfassungssignale angesteuert wird, die aus dem Dreherfassungsabschnitt und dem Motorstrom-Erfassungsabschnitt ausgegeben werden.
5 ist ein Blockdiagramm, welches die Motor-Steuer-/Regeleinheit zum Steuern/Regeln der Drehung des bürstenlosen Motors zeigt. Mit dem bürstenlosen Motor 101 ist ein Drehmelder 102 vom VR-Typ (Typ mit variabler Reluktanz) zum Erfassen eines momentanen Drehwinkels des bürstenlosen Motors 101 verbunden.
Die Motor-Steuer-/Regeleinheit 100 zum Steuern/Regeln des Drehwinkels des bürstenlosen Motor 101 umfasst einen Phasenkorrekturabschnitt 103, einen Trägheitskorrekturabschnitt 104 und einen Dämpferkorrekturabschnitt 105.
Der Phasenkorrekturabschnitt 103 der Motor-Steuer-/Regeleinheit 100 korrigiert die Phase eines von einem Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt 106 zugeführten Lenkdrehmomentsignals T auf Basis eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals v von einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsabschnitt 107, um ein korrigiertes Lenkdrehmomentsignal T' an einen Sollstrom-Einstellabschnitt 108 auszugeben. Der Trägheitskorrekturabschnitt 104 erzeugt ein Trägheitskorrektursignal di auf Basis des Lenkdrehmomentsignals T von dem Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt 106, des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals v von dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsabschnitt 107 und eines Winkel-Geschwindigkeit-Entsprechungssignals, welches durch einen Differentiationsverarbeitungs abschnitt 12Id erzeugt wird, welcher ein Signal entsprechend einer Drehwinkelgeschwindigkeit ω eines Rotors des Motors differenziert, und gibt das so erzeugte Trägheitskorrektursignal di an einen Addierabschnitt 109 aus. Der Dämpferkorrekturabschnitt 105 erzeugt ein Dämpferkorrektursignal dd auf der Basis des Lenkdrehmomentsignals T von dem Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt 106, des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals v von dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsabschnitt 107 und des Signals entsprechend der Drehwinkelgeschwindigkeit ω des Rotors. Der Dämpferkorrekturabschnitt 105 gibt das so erzeugte Dämpferkorrektursignal dd an einen Subtrahierabschnitt 110 aus.
Der Sollstrom-Einstellabschnitt 108 berechnet Zweiphasen-Sollströme Id1 und Iq1 auf Grundlage des korrigierten Lenkdrehmomentsignals T', das von dem Phasenkorrekturabschnitt 103 ausgegeben wird, und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v. Die Sollströme Id1 und Iq1 entsprechen einer „d"-Achse und einer sich mit der „d"-Achse in einem Rotationskoordinatensystem schneidenden „q"-Achse, synchronisiert mit einem Rotationsmagnetfluss, der durch einen Permanentmagneten am Rotor des bürstenlosen Motors 101 erzeugt wird. Im Folgenden werden diese Sollströme Id1 und Iq1 als ein „d-Achsen-Sollstrom" bzw. „q-Achsen-Sollstrom" bezeichnet.
Der Addierabschnitt 109 addiert den d-Achsen-Sollstrom und den q-Achsen-Sollstrom Id1 und Iq1 mit dem Trägheitskorrektursignal di, um somit trägheitskorrigierte Sollströme Id2 und Iq2 auszugeben. Der Subtrahierabschnitt 110 subtrahiert das Dämpferkorrektursignal dd von den trägheitskorrigierten Sollströmen Id2 und Iq2, um auf diese Weise dämpferkorrigierte Sollströme Id3 und Iq3 auszugeben. Im Folgenden werden diese dämpferkorrigierten Sollströme Id3 und Iq3 als „endgültiger d-Achsen-Sollstrom" Id* bzw. als „endgültiger q-Achsen-Sollstrom" Iq* bezeichnet.
Der endgültige d-Achsen-Sollstrom Id* und der endgültige q-Achsen-Sollstrom Iq* werden an einen Verschiebungs-Berechnungsabschnitt 111 übergeben, welcher erfasste Ströme Id und Iq der d-Achse und der q-Achse jeweils von den endgültigen d-Achsen- bzw. q-Achsen-Sollströmen Id* bzw. Iq* abzieht, um so Verschiebungen DId und DIq zu berechnen, und dann die so berechneten Verschiebungen DId und DIq an einen PI-(Proportional- und Integral-)-Einstellabschnitt 112 ausgibt.
Der PI-Einstellabschnitt 112 führt arithmetische Operationen unter Verwendung der Verschiebungen DId und DIq aus, um auf diese Weise die d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vd und Vq so zu berechnen, dass die erfassten Ströme Id und Iq der d-Achse und der q-Achse dem endgültigen d-Achsen-Sollstrom Id* bzw. dem endgültigen q-Achsen-Sollstrom Iq* folgen. Die d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vd und Vq werden über einen Interferenzverhinderungs-Steuer-/Regelabschnitt 113 und einen Arithmetikabschnitt 114 zu korrigierten d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vd' und Vd' korrigiert, welche dann an einen dq-zu-Dreiphasen-Umwandlungsabschnitt 115 geliefert werden.
Nur ein Satz aus Addierabschnitt 109, Subtrahierabschnitt 110, Verschiebungsberechnungsabschnitt 111, PI-Einstellabschnitt 112 und Arithmetikabschnitt 114 ist aus Gründen der Klarheit in 5 gezeigt. In der Praxis werden jedoch zwei separate Sätze dieser Abschnitte 109, 110, 111, 112 und 114 für die beiden Sollströme Id1 und Iq1 bereitgestellt.
Der Interferenzverhinderungs-Steuer-/Regelabschnitt 113 berechnet die Interterenzverhinderungs-Steuer-/Regelkorrekturwerte für die d-Achsen und die q-Achsen-Sollspannungen Vd und Vq auf Grundlage der erfassten d-Achsenströme und q-Achsenströme Id und Iq und der Drehwinkelgeschwindigkeit ω des Rotors.
Der Arithmetikabschnitt 114 subtrahiert die jeweiligen Interterenzverhinderung-Steuer-/Regelkorrekturwerte von den d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vd und Vq, um somit korrigierte d-Achsen und q-Achsen-Sollspannungen Vd' und Vq' zu berechnen, welche an den dq-zu-Dreiphasen-Umwandlungsabschnitt 115 ausgegeben werden.
Der dq-zu-Dreiphasen-Umwandlungsabschnitt 115 wandelt die korrigierten d-Achsen- und q-Achsen-Sollspannungen Vd' und Vq' in Dreiphasen-Sollspannungen Vu*, Vv* und Vw* um und gibt die so umgewandelten Dreiphasen-Sollspannungen Vu*, Vv* und Vw* an den Motoransteuerungsabschnitt 116 aus.
Der Motoransteuerungsabschnitt 116 umfasst einen PWM-gesteuerten Spannungserzeugungsabschnitt und eine Wechselrichterschaltung (beide nicht gezeigt). Der Motoransteuerungsabschnitt 116 erzeugt mittels des nicht gezeigten PWM-gesteuerten Spannungserzeugungsabschnitts PWM-gesteuerte Spannungssignale UU, VU, WU entsprechend den Dreiphasen-Sollspannungen Vu*, Vv* und Vw* und er gibt diese PWM-gesteuerten Spannungssignale UU, VU und WU an die nicht dargestellte Wechselrichterschaltung. Die Wechselrichterschaltung erzeugt dann Dreiphasen-AC-Ansteuerungsströme Iu, Iv und Iw entsprechend den PWM-gesteuerten Spannungssignalen UU VU und WU, die über Dreiphasen-Ansteuerungsstromwege 117 an den bürstenlosen Motor 101 bereitgestellt werden. Die Dreiphasen-AC-Ansteuerungsströme Iu, Iv und Iw sind jeweils ein sinusförmiger Strom zum Ansteuern des bürstenlosen Motors 101 auf Basis der PWM-Steuerung/Regelung (d.h. der PWM-Ansteuerung des bürstenlosen Motors 101).
Motorstrom-Erfassungsabschnitte 118 und 119, welche an zwei der Dreiphasen-Ansteuerungsstromwege 117 vorgesehen sind, erfassen zwei Ansteuerungsströme Iu und Iw von den Dreiphasen-AC-Ansteuerungsströmen Iu, Iv und Iw, die dem bürstenlosen Motor 101 zuzuführen sind, und geben die erfassten Ansteuerungsströme Iu und Iw an einen Dreiphasen-zu-dq-Umwandlungsabschnitt 120 aus. Umgekehrt berechnet der Umwandlungsabschnitt 120 den Restansteuerungsstrom Iv auf Grundlage der erfassten Ansteuerungsströme Iu und Iw und wandelt diese Dreiphasen-AC-Ansteuerungsströme Iu, Iv und Iw in erfasste d-Achsen- und q-Achsen-Ströme Id und Iq um.
Nacheinander durch den Drehmelder 102 erzeugte Signale werden in Aufeinanderfolge einem R/D-(Drehmelder/digital)-Umwandlungsabschnitt 121 zugeführt. Der R/D-Umwandlungsabschnitt 121 berechnet einen Winkel (Drehwinkel) Θ des Rotors relativ zum Stator des bürstenlosen Motors 101 und führt dann dem dq-zu-Dreiphasen-Umwandlungsabschnitt 115a und dem Dreiphasen-zu-dq-Umwandlungsabschnitt 120 ein Signal entsprechend dem berechneten Drehwinkel Θ zu. Ferner berechnet der R/D-Umwandlungsabschnitt 121 eine Drehwinkelgeschwindigkeit ω des Rotors relativ zum Stator des bürstenlosen Motors 101 und führt dann dem Dämpferkorrekturabschnitt 105, dem Differentiationsverarbeitungsabschnitt 121d und dem Interferenzverhinderungs-Steuer-/Regelabschnitt 113 ein Signal entsprechend der berechneten Drehwinkelgeschwindigkeit ω zu. Der VR-Typ-Drehmelder 102 und der R/D-Umwandlungsabschnitt 121 bilden zusammen einen Dreherfassungsabschnitt 102A zum Erfassen eines Drehwinkels des bürstenlosen Motors 101.
Wie in 6 illustriert ist, sind alle Bauteile der Motor-Steuer-/Regeleinheit 100 mit Ausnahme der verschiedenen Sensoren und der Wechselrichterschaltung in einer elektronischen Schalteinheit eingebaut und die Motor-Steuer-/Regeleinheit 100 ist tatsächlich durch einen Mikrocomputer 122 implementiert; das heißt, dass die jeweiligen Funktionen der Bauteile durch Verarbeitung auf Grundlage von Software-Programmen durchgeführt werden.
In 6 umfasst eine Schnittstellenschaltung 123 einen A/D-Wandler, welcher das Lenkdrehmomentsignal T von dem Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt 106, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v von dem Fahrzeuggeschwindigkeit-Erfassungabschnitt 107 und das Maschinendrehsignal r von einem Maschinendreh-Erfassungsabschnitt 124 in digitale Darstellung umwandelt. Die digitalen Signale, die in der Schnittstellenschaltung 123 auf diese Weise umgewandelt wurden, werden an den Mikrocomputer 122 übergeben.
Eine weitere Schnittstellenschaltung 125 wandelt die Ansteuerungsströme Iu und Iw, die durch die Motorstrom-Erfassungsabschnitte 118 und 119 erfasst wurden, in digitale Darstellung und liefert die so umgewandelten digitalen Signale an den Mikrocomputer 122. Eine darüber hinaus weitere Schnittstellenschaltung 126 übergibt einen Anregungsstrom von einem R/D-Wandler 127 an den Drehmelder 102 und ein Ausgangssignal von dem Drehmelder 102 an den R/D-Wandler 127. Wie später beschrieben wird, erzeugt der R/D-Wandler 127 ein Winkelsignal auf Grundlage des Ausgangssignals des Drehmelders 102 und sendet das so erzeugte Winkelsignal an den Mikrocomputer 122. Der Motoransteuerungsabschnitt 116 umfasst eine Voransteuerungsschaltung 128 und eine Wechselrichterschaltung mit sechs Leistungs-FETs.
Ein externer Kristalloszillator 129 und Kondensatoren 130 und 131 sind mit dem Mikrocomputer 122 verbunden und der Mikrocomputer 122 teilt eine Oszillationsfrequenz des Kristalloszillators 129, um eine Frequenz f_PWM von PWM-Signalen zur Ansteuerung des bürstenlosen Motors 101 (im Folgenden auch als „PWM-Ansteuerungsfrequenz" bezeichnet) zu erzeugen.
Ferner sind ein Kristalloszillator 132 und Kondensatoren 133 und 134 mit dem R/D-Wandler 127 verbunden und der R/D-Wandler 127 teilt eine Oszillationsfrequenz des Kristalloszillators 132, um eine Frequenz f_RES von Anregungssignalen zu erzeugen, die an den Drehmelder 102 zu senden sind.
Um allgemein eine elektrische Servolenkvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein gleichmäßiges Lenkgefühl zu erlauben, sind gleichmäßige Ausgaben eines bürstenlosen Motors nötig. Für diesen Zweck kann die Motor-Steuer-/Regeleinheit eine Vektorsteuerung/-regelung an dem bürstenlosen Motor auf Grundlage der Ausgangssignale des Motordreherfassungsabschnitts und der Motorstromerfassungseinheit durchführen, wie vorstehend angegeben wurde, und führt dem bürstenlosen Motor Sinuswellenströme als Motorströme zu, so dass der Motor Ausgaben mit geringen Drehmomentschwankungen erzeugt.
Speziell werden die Sinuswellenströme dem bürstenlosen Motor über den Motoransteuerungs-(Wechselrichter-)-Abschnitt zugeführt, der aus Schaltelementen, wie etwa FETs und diesen zugeordneten peripheren Schaltungen, aufgebaut ist. Solche Schaltelemente werden bei der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM jenseits des hörbaren Bereichs angesteuert und führen so die Ansteuerungsenergie dem bürstenlosen Motor 101 zu.
Da ferner die Vektor-Steuerung/Regelung die Erfassung eines absoluten Drehwinkels des bürstenlosen Motors 101 erfordert, umfasst die elektrische Servolenkvorrichtung einen Dreherfassungsabschnitt, wie etwa einen Drehmelder, um einen Drehwinkel, eine Winkelgeschwindigkeit, eine Winkelbeschleunigung, etc. des Motors 101 zu erfassen. Der Drehmelder erfasst Veränderungen eines Zwischenraums eines Eisenkerns des Rotors, um dadurch einen Drehwinkel des Motors zu erfassen.
7 ist eine Darstellung, welche die Funktionsprinzipien des Drehmelders erläutert. Spule A ist nahe einer Seite des Rotors R als Anregungsspule vorgesehen, während Spulen B und C nahe der gegenüberliegenden Seite des Rotors R als zwei Ausgabespulen vorgesehen sind, die zwischen sich einen rechten Winkel bilden. Ein Magnetfeld, welches durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Anregungsspule A strömt, strömt in den Ausgangsspulen B und C. Bei einer zeitlichen Änderung des Stroms wird nach Maßgabe des Farraday'schen Gesetzes der elektromagnetischen Induktion in den Ausgangsspulen B und C eine induktive elektromotorische Kraft erzeugt.
Eine Spannung einer Winkelfrequenz ω_E, wie sie durch den nachfolgenden mathematischen Ausdruck (1) dargestellt ist, wird nämlich an die Kontakte R1 und R2 der Anregungsspule A als Einphasenanregung angelegt.
Mathematischer Ausdruck (1)

ER1-R2 = EsinωEt

Wenn sich somit der Rotor R bei einem Winkel Θ befindet, so wird eine durch den nachfolgenden mathematischen Ausdruck (2) dargestellte Spannung von den Kontakten S1 und S3 der Ausgangsspule B ausgegeben, während eine durch den mathematischen Ausdruck (3) repräsentierte Spannung von den Kontakten S2 und S4 der Ausgangsspule C ausgegeben wird.
Mathematischer Ausdruck (2)

Es1-s3 = KE sinωEt × cosΘ

Mathematischer Ausdruck (3)

Es2-s4 = KE sinωEt × sinΘ

8 ist eine Blockdarstellung, welche die R/D-Umwandlungsprinzipien des R/D-Wandlers 127 erläutert. Die dem R/D-Wandler 127 eingegebene Spannung E_s1-s3 wird einem Arithmetikabschnitt 135 zugeführt, welcher ein Produkt zwischen der Eingangsspannung E_s1-s3 und einem Sinuswert eines Winkels ϕ (sinϕ), der in einem internen ROM gespeichert ist, berechnet. Auf ähnliche Weise wird die dem R/D-Wandler 127 eingegebene Spannung E_s2-s4 einem anderen Arithmetikabschnitt 136 zugeführt, welcher ein Produkt zwischen der eingegebenen Spannung E_s2-s4 und einem Cosinuswert des Winkels ϕ, der in dem internen ROM gespeichert ist, berechnet. Dann bestimmt ein Arithmetikabschnitt 137 eine Differenz D1, wie sie durch den nachfolgenden mathematischen Ausdruck (4) repräsentiert ist.
Mathematischer Ausdruck (4)

D1 = Es2-s4x cosϕ – Es1-s3 × sinϕ = KE sinωEt × (sinΘcosϕ – cosΘsinϕ)

Die so bestimmte Differenz D1 wird modifiziert, wie es durch den nachfolgenden mathematischen Ausdruck (5) repräsentiert ist.
Mathematischer Ausdruck (5)

D1 = KE sinωEt × sin(Θ-ϕ)

Der synchronisierte Erfassungsabschnitt 138 erfasst ein Signal, das die Differenz d1 synchron mit einer Anregungseingangsspannung anzeigt, so dass ein Signal D2, wie es durch den nachfolgenden mathematischen Ausdruck (6) repräsentiert ist, von dem synchronisierten Erfassungsabschnitt 138 ausgegeben wird.
Mathematischer Ausdruck (6)

D2 = sin(Θ-ϕ)

Das Signal D2 (sin(Θ-ϕ)) wird an einen VCO-(spannungsgesteuerten Oszillator)-Abschnitt 139 und einen Zähler 140 übergeben, welche einen Winkel Θ durch Erhöhen oder Veningern des Werts des Winkels φ derart, dass das Signal D2 stets einen Wert Null aufweist, ausgeben.
Kurz gesagt, wird eine Einphasen-Eingangsspannung durch die durch den mathematischen Ausdruck (1) repräsentierte Sinuswelle angeregt und Zweiphasen-(Sinus- und Cosinus-)-Ausgangsspannungen, moduliert mit den durch den mathematischen Ausdruck (2) und den mathematischen Ausdruck (3) repräsentierten Sinus- und Cosinuswellen, werden erhalten. Die Zweiphasenausgaben werden dann der oben erwähnten R/D-Umwandlung unterzogen, um dadurch eine Winkelausgabe bereitzustellen. Dabei beträgt die Anregungsfrequenz f_RES ungefähr 10 kHz.
Wenn in diesem Fall ein durch die PWM-Ansteuerung verursachtes Schaltrauschen in die Ausgaben des Drehmelders eingebracht wird, so werden die Ausgaben des R/D-Wandlers 127 Variationen entsprechend einer Differenz zwischen der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (f1 = f_PWM – f_RES) oder der Differenz zwischen jeweiligen Harmonischen (Frequenzkomponenten höherer Ordnung) der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (f2 = n × f_PWM – m × f_RES, wobei n = 1, 2, ..., m = 1, 2, ...) zeigen. In der Folge werden auch die Ausgaben des bürstenlosen Motors ebenfalls Variationen entsprechend der Frequenzdifferenz f1 (Hz) oder f2 (Hz) zeigen. In der herkömmlichen Motor-Steuer-/Regeleinheit der 6 würden sich solche Ausgabevariationen aus dem folgenden Grund selbst dann ergeben, wenn die PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und die Anregungsfrequenz f_RES zueinander identisch eingestellt sind.
In der herkömmlichen Motor-Steuer-/Regeleinheit der 6 wird nämlich die Frequenz f_PWM des PWM-Signals (d.h. die PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM) erzeugt, indem der Mikrocomputer 122 die Oszillationsfrequenz des Kristalloszillators 129 teilt, und die Frequenz f_RES der Anregungsspannung (d.h. die Anregungsfrequenz f_RES) wird erzeugt, indem der R/D-Wandler 127 die Oszillationsfrequenz des Kristal oszillators 132 teilt. Da die PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und die Anregungsfrequenz f_RES auf Grundlage zweier getrennter Kristalloszillatoren erzeugt werden, würden Variationen in der Lastkapazität aufgrund individueller Unterschiede etc. zwischen den Kristalloszillatoren 129 und 132 sowie zwischen den Kondensatoren 130, 131 und 133, 134 hervorgerufen. Selbst wenn daher zwei Kristalloszillatoren mit stabilen Frequenzen verwendet werden, so würde eine Frequenzdifferenz zwischen den von den beiden unterschiedlichen Kristalloszillatorschaltungen erzeugten Signalen hervorgerufen. Aus diesem Grund war es schwierig, die PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und die Anregungsfrequenz f_RES miteinander auf exakt identische Werte zu bringen. Daher erzeugt der R/D-Wandler 127 beachtliche Variationen in seinen Ausgaben, was zu unerwünschten Variationen oder Fluktuationen in der Lenkunterstützungskraft führen würde, die durch den bürstenlosen Motor 101 ausgeübt wird. Die Variationen in der Lenkunterstützungskraft würden Vibrationen des Lenkrads verursachen, wodurch das Lenkgefühl signifikant beeinträchtigt werden würde.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der US 2001/0005121 A1 offenbart und umfasst einen Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt, einen Motor, einen Drehwinkel-Erfassungsabschnitt, einen Motorstrom-Erfassungsabschnitt und eine Motor-Steuer-/ Regeleinheit. Die Motor-Steuer-/Regeleinheit der gattungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung steuert/regelt eine PWM-Ansteuerung des Motors bei einer vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz auf Grundlage von Ausgangssignalen der Erfassungsabschnitte. Aufgrund von Variationen zwischen der PWM-Ansteuerungsfrequenz und einer Anregungsfrequenz eines Drehmelders des Drehwinkel-Erfassungsabschnitts sind auch in dieser Vorrichtung Probleme, wie sie vorstehend detaillierter beschrieben wurden, unvermeidlich.
Ferner offenbart die JP-A-61210889 eine Motor-Steuer-/Regeleinheit, welche einen PWM-Ansteuerungsabschnitt zur PWM-Ansteuerung eines Elektromotors und einen Drehwinkel-Erfassungsabschnitt, umfassend einen Drehmelder umfasst. Der Drehmelder erzeugt ein Synchronisationssignal auf Grundlage der erfassten Drehung des Motors, welches an den PWM-Steuer-/Regelabschnitt übertragen wird. Auf Grundlage des Synchronisationssignals erzeugt der PWM-Steuer-/Regelabschnitt ein PWM-Ansteuerungssignal für den Motor in Synchronisation mit dem Synchronisationssignal von dem Drehmelder.
Die Druckschrift US-B-6373219 beschreibt einen Elektromotor für ein Hybridfahrzeug, umfassend einen PWM-Steuer-/Regelabschnitt zum Steuern/Regeln einer PWM-Ansteuerung des Motors und einen Drehwinkel-Erfassungsabschnitt mit einem Drehmelder. In diesem System des Stands der Technik erzeugt der PWM-Steuer-/Regelabschnitt ein PWM-Synchronisationssignal in Synchronisation mit dem PWM-Signal und der Drehmelder des Drehwinkel-Erfassungsabschnitts wird unter Verwendung dieses PWM-Synchronisationssignals angesteuert.
In Anbetracht der Probleme des vorstehenden Stands der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung eines einen bürstenlosen Motor einsetzenden Typs bereitzustellen, bei welcher keine Beeinträchtigung des Lenkgefühls aufgrund von Abnutzung und Bruch einer Motorbürste und aufgrund des Trägheitsmoments des Motorrotors auftritt und welche ein gleichmäßiges Lenkgefühl mit minimalen Variationen in der Lenkunterstützungskraft durch Reduzierung von Variationen in der Ausgabeleistung des bürstenlosen Motors ermöglichen kann.
Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine elektrische Servolenkvorrichtung bereit, welche umfasst: einen Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt zum Erfassen eines auf ein Lenkrad ausgeübten Lenkdrehmoments; einen bürstenlosen Motor zum Ausüben einer Lenkdrehmomentunterstützung auf ein Lenksystem; einen Drehwinkel-Erfassungsabschnitt zum Erfassen eines Drehwinkels des bürstenlosen Motors, wobei der Drehwinkel-Erfassungsabschnitt einen Drehmelder umfasst; einen Motorstrom-Erfassungsabschnitt zum Erfassen eines dem bürstenlosen Motor zugeführten Stroms sowie eine Motor-Steuer-/Regeleinheit zum Steuern/Regeln einer PWM-Ansteuerung des bürstenlosen Motors bei einer vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz auf Basis von Ausgangssignalen wenigstens des Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitts, des Drehwinkel-Erfassungsabschnitts und des Motorstrom-Erfassungsabschnitts. In dieser elektrischen Servolenkvorrichtung ist eine Frequenz aus vorbestimmter PWM-Ansteuerungsfrequenz und vorbestimmter Anregungsfrequenz des Drehmelders auf ein ganzzahliges Vielfaches größer als 1 der anderen Frequenz aus vorbestimmter PWM-Ansteuerungsfrequenz und vorbestimmter Anregungsfrequenz gesetzt.
Da eine Frequenz aus der vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz, bei welcher der bürstenlose Motor angesteuert wird, und der vorbestimmten Anregungsfrequenz des Drehmelders auf ein integrales Vielfaches größer als 1 der anderen Frequenz eingestellt ist, kann die Differenz zwischen der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (d.h. f1 = f_PWM – f_RES) oder die Differenz zwischen jeweiligen Harmonischen (Frequenzkomponenten höherer Ordnung) der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (d.h. f2 = n × f_PWM – m × f_RES, wobei n = 1, 2, ..., m = 1, 2, ...) ein integrales Vielfaches de Anregungsfrequenz f_RES sein oder die Differenz f2 kann 0 Hz betragen. Somit zeigen die Ausgaben des R/D-Umwandlungsabschnitts und des bürstenlosen Motors keine wesentliche Variation, so dass eine variationsfreie Lenkunterstützungskraft an das Lenkrad angelegt werden kann. Im Ergebnis kann die vorliegende Erfindung ein gleichmäßiges Lenkgefühl erzielen.
In einer bevorzugten Implementation verwendet die elektrische Servolenkvorrichtung denselben Oszillator zur Erzeugung vorbestimmter Signale und sowohl die PWM-Ansteuerung des bürstenlosen Motors als auch die Anregung des Drehmelders werden nach Maßgabe der Ausgangssignale desselben Oszillators in solcher Weise durchgeführt, dass eine Frequenz aus der vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz und der vorbestimmten Anregungsfrequenz des Drehmelders auf ein integrales Vielfaches größer als 1 der anderen Frequenz aus der vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz und der vorbestimmten Anregungsfrequenz gesetzt wird. Da die vorbestimmte PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM, bei welcher der bürstenlose Motor angesteuert wird, und die vorbestimmte Anregungsfrequenz f_RES des Drehmelders auf Basis der Ausgangssignale desselben Oszillators erzeugt werden und eine Frequenz aus der vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz und der vorbestimmten Anregungsfrequenz des Drehmelders auf ein integrales Vielfaches größer als 1 der anderen Frequenz gesetzt wird, kann die Differenz zwischen der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (d.h. f_PWM – f_RES) oder die Differenz zwischen jeweiligen Harmonischen (Frequenzkomponenten höherer Ordnung) der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (d.h. f2 = n × f_PWM – m × f_RES, wobei n = 1, 2, ..., m = 1, 2, ...) zuverlässig so eingestellt werden, dass sie ein integrales Vielfaches der Anregungsfrequenz f_RES ist, oder die Differenz f2 kann zuverlässig auf 0 Hz eingestellt werden. Somit zeigen die Ausgaben von den R/D-Umwandlungsabschnitt und dem bürstenlosen Motor keine wesentliche Variation, so dass eine variationsfreie Lenkunterstützungskraft auf das Lenkrad ausgeübt werden kann. Im Ergebnis kann die vorliegende Erfindung ein gleichmäßiges Lenkgefühl bereitstellen.
Eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden, lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, im Detail beschrieben, wobei:
1 eine schematische Ansicht ist, welche einen allgemeinen Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Schnittansicht entlang der Linien 4-4 in 2 ist;
3 eine Schnittansicht entlang der Linien 5-5 in 3 ist;
4 eine Blockdarstellung ist, welche eine allgemeine Anordnung einer in der elektrischen Servolenkvorrichtung der 1 eingesetzten Motor-Steuer-/Regeleinheit zeigt;
5 eine Blockdarstellung ist, welche eine Motor-Steuer-/Regeleinheit in einer herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt;
6 eine Blockdarstellung ist, welche eine allgemeine Anordnung einer in der herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung der
5 eingesetzten Motor-Steuer-/Regeleinheit zeigt;
7 eine Darstellung ist, welche die Funktionsprinzipien eines Drehmelders erläutert, und
8 eine Blockdarstellung ist, welche die R/D-Umwandlungsprinzipien eines R/D-Wandlers erläutert.
Zunächst wird sich auf die 1 bezogen, welche schematisch einen allgemeinen Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei linke und rechte Endabschnitte der Lenkvorrichtung im Schnitt gezeigt sind. In 1 umfasst die elektrische Servolenkvorrichtung 10, welche für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeignet ist, eine in einem Gehäuse 12 aufgenommene Zahnstange 11, welche sich in Breitenrichtung (in der Figur die Links-Rechts-Richtung) des Fahrzeugs erstreckt, um sich entlang des Gehäuses 12 axial verschiebend zu bewegen. Die elektrische Servolenkvorrichtung 10 umfasst außerdem einen Getriebekasten 13, einen Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt 14, eine Motor-Steuer-/Regeleinheit 15 und einen bürstenlosen Motor 16. Kugelgelenke 17 sind über Schrauben an gegenüberliegenden lenkseitigen Endabschnitten der Zahnstange 11 befestigt, die von gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 12 aus vorstehen, und linke und rechte Zugstangen 18 sind mit diesen Kugelgelenken 17 verbunden. Das Gehäuse 12 weist Halterungen 19 auf, über welche es an einer Fahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) angebracht ist, sowie Stopper 20 an seinen lenkseitigen gegenüberliegenden Enden. Bezugszeichen 80 repräsentiert einen Zündschalter, 82 eine Batterie und 82 einen AC-Generator (A.C.G.).
Wenn sich die Zahnstange 11 einen vorbestimmten Betrag nach rechts verschiebt, so stößt eine linke Anschlagsfläche 21 des linken Kugelgelenks 17 (d.h. das linke Zahnstangenende) gegen den linken Stopper 20 des Gehäuses 12. In ähnlicher Weise stößt dann, wenn sich die Zahnstange 11 einen vorbestimmten Betrag nach links verschiebt, eine rechte Anschlagsfläche 21 des rechten Kugelgelenks 17 (d.h. rechtes Zahnstangenende) gegen den rechten Stopper 20 des Gehäuses 12. Durch diese Begrenzung der axialen Verschiebungsbewegung de Zahnstange 11 ist es möglich, einen maximalen Lenkwinkel für das linke und das rechte gelenkte Rad (nicht gezeigt) des Fahrzeugs zu begrenzen. Wenn sich nämlich die Zahnstange entweder zum linken oder zum rechten äußersten Ende ihres beweglichen Bereichs verschiebt, so erreicht der Lenkwinkel des linken und rechten gelenkten Rads seinen Maximalwert. Ferner epräsentiert in 1 das Bezugszeichen 22 eine Staubschutz-Manschette.
2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in 1, welche eine vertikale Schnittkonstruktion der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 zeigt. In der Servolenkvorrichtung 10 ist in dem Gehäuse 12 eine Eingangswelle 23, ein Zahnstangenmechanismus 24, ein Lenkdrehmomentsensor 25, ein Drehmomentbegrenzer und ein getriebebetätigter Untersetzungsmechanismus 26 untergebracht und die Öffnung am oberen Ende des Gehäuses 12 ist durch einen Deckel 27 verschlossen. Der Lenkdrehmomentsensor 25 ist an dem Gehäuse 12 oder dem Deckel 27 angebracht.
In dem Gehäuse 12 sind drehbar ein unterer Endabschnitt und in Längsrichtung mittlere Abschnitte der Eingangswelle 23 mittels eines Paars oberer und unterer Lager 28 und 29 in solcher Weise gelagert, dass die Eingangswelle 23 sich in vertikaler Richtung des Fahrzeugs erstreckt, und das Gehäuse 12 umfasst eine Zahnstangenführung 30. Bezugszeichen 31 ist ein Deckelanbringungsbolzen und 32 stellt einen Stopperring dar.
Ritzel 33 und Zahnstange 34 sind jeweils plastisch geformt, wie etwa durch Gießen oder Walzen. Insbesondere ist das Ritzel 33 integral am unteren Endabschnitt der Eingangswelle 23 ausgebildet und an ihrem unteren Ende ist ein Gewindeabschnitt 35 ausgebildet. Die Eingangswelle 23 weist außerdem einen oberen Endabschnitt auf, welcher nach oben über den Deckel 27 hinaus vorsteht. Die Verzahnung 34 ist integral an der Zahnstange 11 ausgebildet. Mit einer Mutter 36, welche auf den Gewindeabschnitt 35 der Eingangswelle 23 aufgeschraubt ist, kann eine Längsbewegung (axiale Bewegung) der Eingangswelle 23 begrenzt werden. Bezugszeichen 37 stellt eine Hutmutter, 38 eine Öldichtung und 39 einen Abstandshalter dar.
Die Zahnstangenführung 30 weist einen Führungsabschnitt 40, welcher eine der Verzahnung 34 gegenüberliegende Seitenfläche der Zahnstange 11 kontaktiert, sowie eine Einstellschraube 42, welche über eine Kompressionsfeder (Einstellfeder) 41 gegen den Führungsabschnitt 40 gepresst ist. Die so eingerichtete Zahnstangenführung 30 kann durch die Einstellschraube 42, die in das Gehäuse 12 eingeschraubt ist, die Verzahnung 34 gegen das Ritzel 33 pressen, wobei der Führungsabschnitt 40 über die Kompressionsfeder 41 mit einer geeigneten Kraft derart gepresst wird, dass der Führungsabschnitt 40 einen Druck auf die Verzahnung 34 ausübt. Bezugszeichen 43 repräsentiert ein Verschiebungsführungselement, entlang welchem die Rückseite der Zahnstange 11 gleitet, und 44 repräsentiert eine Verriegelungsmutter.
3 ist eine Schnittansicht entlang Linien 5-5 in 2, welche Beziehungen zwischen der oben erwähnten Eingangswelle 23, dem bürstenlosen Motor 16, dem Drehmomentbegrenzer 45 und dem getriebebetätigten Untersetzungsmechanismus 26 zeigt. Der Motor 16 ist an dem Gehäuse 12. befestigt, wobei seine Ausgangswelle 46 sich horizontal in dem Gehäuse 12 erstreckt.
Der getriebebetätigte Untersetzungsmechanismus 26 ist in der Form eines Schneckengetriebemechanismus ausgebildet, umfassend eine Kombination eines Antriebsrads und eines angetriebenen Rads, welcher eine durch den bürstenlosen Motor 16 erzeugte Lenkdrehmomentunterstützung auf die Eingangswelle 23 überträgt. Speziell umfasst der Untersetzungsmechanismus 26 eine Übertragungswelle 47, die über den Drehmomentbegrenzer 45 mit der Ausgangswelle 46 des bürstenlosen Motors 16 verbunden ist, eine Schnecke 48, welche an der Übertragungswelle 47 ausgebildet ist, und ein Schneckenrad 49, das mit der Schnecke 48 kämmt und betriebsmäßig mit der Eingangswelle 23 verbunden ist. Mit dem so aufgebauten Untersetzungsmechanismus 26 kann die durch den Motor 16 erzeugte Lenkdrehmomentunterstützung über die Eingangswelle 23 auf den Zahnstangenmechanismus übertragen werden.
Die Übertragungswelle 47, welche konzentrisch mit der Ausgangswelle 46 angeordnet ist, ist mittels zweier Lager 50 und 51 drehbar durch das Gehäuse 12 gelagert. Die ersten Lager 50, welche sich in der Nähe der Ausgangswelle 46 befinden, sind an dem Gehäuse 12 für eine axiale Bewegung entlang des Gehäuses 12 angebracht, und die zweiten Lager 51, die sich weiter entfernt von der Ausgangswelle 46 befinden, sind ebenfalls an dem Gehäuse 12 für eine axiale Bewegung entlang des Gehäuses 12 angebracht. Ferner weisen die zweiten Lager 51 eine äußere Laufbahn auf, welche im Normalfall durch die Einstellschraube 53 über eine scheibenförmige Blattfeder 52 axial zur Ausgangswelle 46 hin vorgespannt ist. Indem die Einstellschraube 53 und die Blattfeder 52 die zweiten Lager 51 im Normalfall so vorspannen, dass ein Druck auf die ersten und zweiten Lager 50 und 51 ausgeübt wird, kann die Übertragungswelle 47 so eingestellt werden, dass sie kein axiales Spiel, d.h. axiales Klappern oder Rütteln, aufweist. Darüber hinaus kann durch Einstellen der axialen Verschiebung der Schnecke 48 der Kämmeingriff zwischen der Schnecke 48 und dem Schneckenrad 49 so eingestellt werden, dass ein Klappern oder Rütteln nicht auftritt, während ein geeigneter Reibeingriff aufrechterhalten wird. Darüber hinaus kann die Elastizität der Blattfeder 52 eine axiale thermische Ausdehnung usw. der Übertragungswelle 47 ausgleichen. Bezugszeichen 47 stellt eine Verriegelungsmutter dar und 55 stellt einen Stopperring dar.
In 2 und 3 ist die Eingangswelle 23 des Getriebekastens 13 drehbar über Lager 28 und 29 gelagert und ist drehbar mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) über ein Universalgelenk, einen Säulenschaft usw. verbunden. Eine Drehung der Eingangswelle 23, die durch das Lenkrad hervorgerufen wird, wird über das Ritzel 24 und die Verzahnung 34 in eine axiale Verschiebung der Zahnstange 11 umgewandelt und die axiale Verschiebung der Zahnstange 11 bewirkt mittels der Zugstangen 18 eine horizontale Schwenkbewegung von lenkbaren Vorderrädern (nicht gezeigt), um so eine Lenkung des Fahrzeugs zu bewirken.
Das Schneckenrad 49 ist an einem Abschnitt der Eingangswelle 23 oberhalb des Ritzels 24 befestigt. Wie in 3 gezeigt ist, kämmt das Schneckenrad 49 mit der Schnecke 48, die drehbar über Lager 50 und 51 gelagert ist.
Die Eingangswelle 23 weist an ihrer Innenumfangsfläche eine Kerbverzahnung 56 auf und diese Kerbverzahnung 56 kämmt mit einer Kerbverzahnung, die an der Außenumfangsfläche der Ausgangswelle 46 des bürstenlosen Motors 16 ausgebildet ist, so dass die Ausgabe des bürstenlosen Motors 16 über eine Kupplung 58 auf die Schnecke 48 übertragen wird.
Im Grunde ist die Motor-Steuer-/Regeleinheit 15 in der vorliegenden Ausführungsform ähnlich der herkömmlichen Motor-Steuer-/Regeleinheit, welche zuvor unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben wurde. 4 ist eine Blockdarstellung, welche eine allgemeine Anordnung der Motor-Steuer-/Regeleinheit 15 zeigt. Wie dargestellt, umfasst die Motor-Steuer-/Regeleinheit 15 einen Ein-Chip-Mikrocomputer und diesem zugeordnete Peripherschaltungen, Voransteuerungsschaltung, FET-Brücke, Stromsensor, Relais, R/D-Wandler usw. In 4 sind die gleichen Elemente, wie sie in der herkömmlichen Motor-Steuer-/Regeleinheit eingesetzt sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet wie in 6. Alle diese Bauteile mit Ausnahme der verschiedenen Sensoren und der Wechselrichterschaltung sind in einer elektronischen Schalteinheit eingebaut und durch einen Mikrocomputer 122 implementiert und die jeweiligen Funktionen der Bauteile werden durch eine Verarbeitung auf Grundlage von Software-Programmen durchgeführt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Motor-Steuer-/Regeleinheit, welche zwei Kristalloszillatoren verwendet, die jeweils mit dem Mikrocomputer und dem R/D-Wandler verbunden sind, verwendet die Motor-Steuer-/Regeleinheit 15 in der vorliegenden Ausführungsform einen Kristalloszillator, der sowohl mit dem Mikrocomputer 122 als auch dem R/D-Wandler 127 verbunden ist, so dass der Mikrocomputer 122 und der R/D-Wandler 127 sich die Ausgangssignale desselben Kristalloszillators teilen.
In 4 umfasst eine Schnittstellenschaltung 123 einen A/D-Wandler, welcher ein Lenkdrehmomentsignal T von einem Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt 106, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v von einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsabschnitt 107 und ein Maschinendrehsignal r von einem Maschinendreh-Erfassungsabschnitt 124 in eine digitale Darstellung umwandelt. Die so durch die Schnittstellenschaltung 123 umgewandelten digitalen Signale werden an den Mikrocomputer 122 übergeben.
Eine weitere Schnittstellenschaltung 125 wandelt Anregungsströme Iu und Iw, welche durch Motorstrom-Erfassungsabschnitte 118 und 119 erfasst werden, in eine digitale Darstellung um und liefert die so umgewandelten digitalen Signale an den Mikrocomputer 122. Eine zusätzliche weitere Schnittstellenschaltung 126 führt einen Anregungsstrom von dem R/D-Wandler 127 an einen Drehmelder 102 vom VR-Typ und ein Ausgangssignal des Drehmelders 102 zu dem R/D-Wandler 127. Wie später beschrieben wird, erzeugt der R/D-Wandler 127 ein Winkelsignal auf Grundlage des Ausgangssignals von dem Drehmelder 102 und sendet das so erzeugte Winkelsignal an den Mikrocomputer 122. Der Motoransteuerungsabschnitt 116 umfasst eine Voransteuerungsschaltung 128 und eine Wechselrichterschaltung mit sechs Leistungs-FETs.
Ein externer Kristalloszillator 70 und Kondensatoren 71 und 72 sind mit dem Mikrocomputer 122 verbunden und der Mikrocomputer 122 teilt eine Oszillationsfrequenz des Kristalloszillators 70, um eine Frequenz f_PWM des PWM-Signals zur Ansteuerung des bürstenlosen Motors 16 zu erzeugen (PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM).
Ferner sind der Kristalloszillator 70 und die Kondensatoren 71 und 72 auch mit dem R/D-Wandler 127 in paralleler Anordnung zu dem Mikrocomputer 122 verbunden und der R/D-Wandler 127 teilt die Oszillationsfrequenz des Kristalloszillators 70, um eine Frequenz f_RES von Anregungssignalen des Drehmelders 102 von VR-Typ zu erzeugen (Anregungsfrequenz f_RES).
Es wird nun ein Betrieb oder ein Verhalten der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Ein durch eine Bedienperson oder einen Fahrer ausgeübtes Lenkdrehmoment auf das Lenkrad wird durch den Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt 106 erfasst und ein so durch den Erfassungsabschnitt 106 erzeugtes Lenkdrehmomentsignal wird der Motor-Steuer-/Regeleinheit 15 zugeführt. Die Motor-Steuer-/Regeleinheit 15 berechnet Soll-Motorströme (d.h. endgültige d-Achsen und q-Achsen-Sollströme Id* und Iq*) auf Grundlage des Lenkdrehmomentsignals von dem Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt 106, des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals usw.
Es wird dann ein PWM-Tastverhältnis zur Ansteuerung des bürstenlosen Motors 16 auf Grundlage der Soll-Motorströme, der Motoransteuerungsströme Iu und Iw, die durch die Motorstrom-Erfassungsabschnitte 118 und 119 erzeugt werden, und des Motordrehwinkelsignals, das durch einen Drehwinkel- Erfassungsabschnitt erzeugt wird, berechnet. Danach wird eine Vektor-Steuerung/Regelung ausgeführt, indem Sinuswellenströme (Ansteuerungsströme Iu, Iv und Iw) über die Voransteuerungsschaltung 128 und die FET-Brücke des Motoransteuerungsabschnitts 116 an die jeweiligen Windungen des bürstenlosen Motors 16 angelegt werden. Die Motorstrom-Erfassungsabschnitte 118 und 119 umfassen jeweils den Drehmelder 102 vom VR-Typ, den R/D-Wandler 127 und die diesem zugeordneten peripheren Schaltungen.
Eine Frequenz von PWM-Signalen zur Ansteuerung des bürstenlosen Motors 101 (PWM-Ansteuerungsfrequenz), welche sich jenseits des hörbaren Bereichs befindet, wird durch den Mikrocomputer 122 erzeugt, der die Oszillationsfrequenz des mit dem Mikrocomputer 122 verbundenen Kristalloszillators 70 teilt. Derselbe Kristalloszillator 70 ist in paralleler Anordnung zum Mikrocomputer 122 ebenfalls auch mit dem R/D-Wandler 127 verbunden, der Teil des Drehwinkel-Erfassungsabschnitts bildet, und die Anregungsfrequenz des Drehmelders 102 vom VR-Typ wird durch den R/D-Wandler 127 erzeugt, der die Oszillationsfrequenz des Kristalloszillators 70 teilt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM auf 20 kHz eingestellt, während die Anregungsfrequenz f_RES des Drehmelders 102 auf 10 kHz eingestellt ist. Da jedoch diese Frequenzen f_PWM und f_RES auf Grundlage der Ausgangssignale derselben Kristalloszillatorschaltung erzeugt werden, kann die PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM auf exakt ein integrales Vielfaches größer als 1 der Anregungsfrequenz f_RES eingestellt werden. Daher kann die Differenz zwischen der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (f1 = f_PWM – f_RES) exakt 10 kHz betragen, was identisch mit der Anregungsfrequenz f_RES ist. Ferner kann die Differenz zwischen den jeweiligen Harmonischen (Frequenzkomponenten höherer Ordnung) der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (f2 = n × f_PWM – m × f_RES, wobei n = 1, 2, ..., m = 1, 2, ...) 0 Hz betragen oder kann identisch mit der Anregungsfrequenz f_RES oder einem integralen Vielfachen derselben sein. Daher werden keine Variationen in den synchronisierten Erfassungssignalen sin(Θ-ϕ) verursacht, die durch einen Synchronisations-Erfassungsabschnitt (ähnlich dem Synchronisations-Erfassungsabschnitt 138 der 8) während der R/D-Umwandlung durch den R/D-Wandler 127 erfasst werden, so dass Variationen entsprechend der Frequenzdifferenz f1 oder f2 in den Ausgaben des R/D-Wandlers 127 nicht auftreten werden. Dementsprechend können die Anordnungen der vorliegenden Ausführungsform zuverlässig unerwünschte Variationen in den Ausgaben des bürstenlosen Motors 16 verhindern. Im Ergebnis kann die vorliegende Erfindung eine elektrische Servolenkvorrichtung bereitstellen, welche ein gleichmäßiges Lenkgefühl mit einer Lenkdrehmomentunterstützung erlaubt, die keine niederfrequenten Variationen aufweist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der einzelne Kristalloszillator 70 sowohl mit dem Mikrocomputer 122 als auch mit dem R/D-Wandler 127 in paralleler Weise verbunden, so dass sich der Mikrocomputer 122 und der R/D-Wandler 127 dieselbe Taktfrequenz teilen, um zu ermöglichen, dass die PWM-Ansteuerungsfrequenz ein integrales Vielfaches größer als 1 der Anregungsfrequenz des Drehmelders ist. Alternativ kann der Kristalloszillator 70 nur mit dem Mikrocomputer 122 verbunden sein und von dem Oszillator 70 ausgegebene Taktsignale können von dem Mikrocomputer 120 an den R/D-Wandler 127 gesendet werden, so dass die PWM-Ansteuerungsfrequenz auf ein integrales Vielfaches größer als 1 der Anregungsfrequenz des Drehmelders eingestellt werden kann. In einer anderen Alternative kann der Kristalloszillator 70 nur mit dem R/D-Wandler 127 verbunden sein und von dem Oszillator 70 ausgegebene Taktsignale können von dem R/D-Wandler 127 an den Mikrocomputer 122 gesendet werden, so dass die PWM-Ansteuerungsfrequenz auf ein integrales Vielfaches größer als 1 der Anregungsfrequenz des Drehmelders eingestellt werden kann.
Wie aus dem Vorstehenden deutlich wird, erzielt die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile.
Da nämlich eine Frequenz aus der vorbestimmten PWM-Ansteuerungs fequenz, bei welcher der bürstenlose Motor angesteuert wird, und der vorbestimmten Anregungsfrequenz des Drehmelders so eingestellt ist, dass sie ein integrales Vielfaches größer als 1 der anderen Frequenz ist, kann die Differenz zwischen der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (d.h. f1 = f_PWM – f_RES) oder die Differenz zwischen den jeweiligen Frequenzkomponenten höherer Ordnung der PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und der Anregungsfrequenz f_RES (d.h. f2 = n × f_PWM – m × f_RES) ein integrales Vielfaches der Anregungsfrequenz f_RES sein oder die Differenz f2 kann 0 Hz betragen. Somit zeigen die Ausgaben von dem bürstenlosen Motor keine wesentlichen Variationen, so dass eine variationsfreie Lenkunterstützungskraft auf das Lenkrad ausgeübt werden kann. Als Ergebnis erlaubt die vorliegende Erfindung ein gleichmäßiges Lenkgefühl.
Insbesondere da sowohl die PWM-Ansteuerung des bürstenlosen Motors als auch die Anregung des Drehmelders nach Maßgabe der Ausgangssignale desselben Oszillators derart durchgeführt werden, dass eine Frequenz aus der vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz und der vorbestimmten Anregungsfrequenz des Drehmelders auf ein integrales Vielfaches größer als 1 der anderen Frequenz aus der vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz und der vorbestimmten Anregungsfrequenz gesetzt ist, erlaubt die vorliegende Erfindung ein gleichmäßiges Lenkgefühl.
In einer elektrischen Servolenkvorrichtung steuert/regelt eine Motor-Steuer-/Regeleinheit (15) eine PWM-Ansteuerung eines bürstenlosen Motors (16) zur Ausübung einer Lenkdrehmomentunterstützung auf Grundlage von Ausgangssignalen wenigstens eines Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitts (14), eines Motorstrom-Erfassungsabschnitts (118, 119) und eines Drehwinkel-Erfassungsabschnitts (102, 127), der einen Drehmelder (102) umfasst. Eine Frequenz aus der vorbestimmten Frequenz der PWM-Ansteuerung und der vorbestimmten Anregungsfrequenz des Drehmelders (102) ist auf ein integrales Vielfaches größer als 1 der anderen Frequenz aus der vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz und der vorbestimmten Anregungsfrequenz gesetzt.

Claims

Elektrische Servolenkvorrichtung, umfassend: einen Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitt (14) zum Erfassen eines auf ein Lenkrad ausgeübten Lenkdrehmoments; einen Motor (16) zum Ausüben einer Lenkdrehmomentunterstützung auf ein Lenksystem, wobei der Motor (16) ein bürstenloser Motor ist; einen Drehwinkel-Erfassungsabschnitt (102, 127) zum Erfassen eines Drehwinkels des bürstenlosen Motors (16), wobei der Drehwinkel-Erfassungsabschnitt (102, 127) einen Drehmelder (102) umfasst; einen Motorstrom-Erfassungsabschnitt (118, 119) zum Erfassen eines dem bürstenlosen Motor (16) zugeführten Stroms und eine Motor-Steuer-/Regeleinheit (15) zum Steuern/Regeln einer PWM-Ansteuerung des bürstenlosen Motors (16) mit einer vorbestimmten PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM auf Basis von Ausgangssignalen wenigstens des Lenkdrehmoment-Erfassungsabschnitts (14), des Drehwinkel-Erfassungsabschnitts (102, 127) und des Motorstrom-Erfassungsabschnitts (118, 119), dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz aus vorbestimmter PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und einer vorbestimmten Anregungsfrequenz f_RES des Drehmelders (102) auf ein ganzzahliges Vielfaches größer als 1 der anderen Frequenz aus vorbestimmter PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und vorbestimmter Anregungsfrequenz f_RES des Drehmelders gesetzt ist.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die PWM-Ansteuerung des bürstenlosen Motors (16) als auch die Anregung des Drehmelders (102) nach Maßgabe von Ausgangssignalen eines selben Oszillators (70) derart durchgeführt werden, dass eine Frequenz aus vorbestimmter PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und vorbestimmter Anregungsfrequenz f_RES des Drehmelders (102) auf ein ganzzahliges Vielfaches größer als 1 der anderen Frequenz aus vorbestimmter PWM-Ansteuerungsfrequenz f_PWM und vorbestimmter Anregungsfrequenz f_RES des Drehmelders gesetzt ist.