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Für die vorliegende
Patentanmeldung wird die Priorität
der japanischen Patentanmeldung 2002-349 893 vom 2. Dezember 2002
in Anspruch genommen.
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Die
Erfindung betrifft eine Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung und bezieht sich insbesondere
auf eine Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung des "steer-by-wire-Typs".
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Aus
dem Stand der Technik ist bereits eine erste Steuereinrichtung für eine Hilfskraftlenkung
dieses "steer-by-wire-Typs" bekannt. Bei einem
Fahrzeug mit einer solchen steer-by-wire-Hilfskraftlenkung besteht
keine mechanische Verbindung des Lenkrads mit einem mit den Vorderrädern (den
gelenkten Rädern)
in Wirkverbindung stehenden Lenkgetriebe, sondern bei einer solchen
Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung
wird ein Elektromotor des Lenkgetriebes in Abhängigkeit von der Lenkstellung des
Lenkrades (dem Lenkradwinkel) angetrieben.
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Bei
dieser bekannten Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung ist ein Sicherungssystem vorgesehen,
durch das eine Weiterführung
des Lenkvorgangs auch bei einem Ausfall oder Störzustand gewährleistet
ist. Aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
2002-37 112, der die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs
1 zu entnehmen sind, ist eine zwei Steuer- oder Regelsysteme umfassende
erste Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung des Standes der Technik
bekannt. Eines der beiden Steuersysteme bildet hierbei ein Primärsteuersystem,
während
von dem anderen Steuersystem ein Sekundärsteuersystem gebildet wird,
d.h., das Sicherungssystem dieser ersten Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung
des Standes der Technik wird von einem redundanten Steuersystem
gebildet.
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Das
Primärsteuersystem
umfasst einen Primärelektromotor
zum Antrieb einer mit den gelenkten Rädern in Wirkverbindung stehenden
Lenkschubstange, eine Primärtreiberschaltung
zur Ansteuerung eines Primärmotors,
eine Primärsteuerschaltung
zur Zuführung
von Steuersignalen für
die Ansteuerung des Primärelektromotors
zu der Primärtreiberschaltung
sowie verschiedene Arten von Sensoren. Der Aufbau des Sekundärsteuersystems
ist mit dem Aufbau des Primärsteuersystems
identisch. Wenn beide Steuersysteme normal arbeiten, erfolgt über das
Primärsteuersystem
und das Sekundärsteuersystem eine
dahingehende Betätigung
des Primärmotors und
eines Sekundärmotors
zum Antrieb der Lenkschubstange in Abhängigkeit von der Lenkstellung des
Lenkrades (dem Lenkradwinkel), dass gegenseitige Interferenzen zwischen
dem Primärmotor
und dem Sekundärmotor
vermieden werden.
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Wenn
dagegen ein Störzustand
des Primärsteuersystems
vorliegt, wird der Primärelektromotor durch
die Primärsteuerschaltung
außer
Betrieb gesetzt, wobei die Lenkschubstange dann über die Sekundärsteuerschaltung
nur mit Hilfe des Sekundär-Lenkantriebsmotors
angetrieben wird.
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Aus
der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 10-218 000 (die der US-Patentschrift
6 523 637 entspricht) ist ferner eine zweite Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung
des Standes der Technik bekannt, bei der ebenfalls zwei Lenkantriebsmotoren eingesetzt
werden. Eine Steuereinheit dieser Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung
verteilt hierbei die Antriebskräfte
der beiden Lenkantriebsmotoren in einem vorgegebenen Verhältnis.
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Bei
der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung des
Standes der Technik findet eine Steuerung bzw. Regelung von Elektromotoren
auf der Basis der von einem Lenkradwinkelsensor erhaltenen Messwerte statt,
der die Lenkstellung des Lenkrades in Form des Lenkradwinkels erfasst.
Hierdurch entstehen bei den Drehmomenten der beiden Lenkantriebsmotoren
gegenseitige Interferenzen.
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Obwohl
hierbei die Drehwinkel der Abtriebswellen der Elektromotoren jeweils
von einem bei jedem Elektromotor vorgesehenen Drehwinkelsensor erfasst
und unter Rückkopplung
im Rahmen einer im geschlossenen Regelkreis erfolgenden Regelung verwendet
werden, treten bei dieser Regelung dennoch abweichende Stellungen
bei den Abtriebswellen der beiden Elektromotoren auf Grund von herstellungsbedingten
Abweichungen bei den Elektromotoren und den Drehwinkelsensoren auf.
Hierdurch kommt es zu Fehlanpassungen der Antriebsdrehmomentrichtung
bei den beiden Lenkantriebsmotoren, sodass das gemeinsame Drehmoment
unzureichend ist. Darüber
hinaus treten eine höhere
Geräuschentwicklung
und Vibrationen in Verbindung mit einer übermäßigen Erwärmung der Elektromotoren auf.
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Bei
der ersten Lenkungs-Steuereinrichtung des Standes der Technik ist
ein Detektionsmechanismus zur Erfassung gegenseitiger Drehmomentinterferenzen
bei den Lenkantriebsmotoren der beiden Steuersysteme vorgesehen.
Wenn durch diesen Detektionsmechanismus gegenseitige Interferenzen festgestellt
werden, wird der Betrieb eines der Steuersysteme (einschließlich der
Betätigung
des zugehörigen
Elektromotors) unterbrochen bzw. beendet.
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Wenn
jedoch gegenseitige Drehmomentinterferenzen auftreten, wird hierbei
ein Steuersystem außer
Betrieb gesetzt und die mit den gelenkten Rädern in Wirkverbindung stehende
Lenkschubstange nur von dem Elektromotor des anderen Steuersystems
angetrieben, obwohl eigentlich beide Steuersysteme normal arbeiten.
Dieses Verfahren erweist sich somit als unzweckmäßig, wenn sich beide Steuersysteme
in einem normalen Betriebszustand befinden.
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Bei
der zweiten Lenkungs-Steuereinrichtung des Standes der Technik sind
dagegen ein Primär-Lenkantriebsmotor
und ein Sekundär-Lenkantriebsmotor
mit unterschiedlichem Aufbau und unterschiedlicher Leistung in verschiedenen
Positionen angeordnet. Da die Leistung (die Kennwerte) der beiden
Lenkantriebsmotoren unterschiedlich ist, kann eine Drehmomentverteilung
bei diesen beiden Lenkantriebsmotoren nur in ziemlich begrenztem
Umfang erfolgen. Außerdem
ergeben sich vor und nach dem Auftreten einer Störung Unterschiede in Bezug
auf die Lenkempfindlichkeit, und zwar unabhängig davon, bei welchem Motor
eine Störung
auftritt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung anzugeben,
durch die die Wärme-,
Vibrations- und Geräuschentwicklung
sowie Drehmomentinterferenzen zwischen mehreren Elektromotoren ohne
eine Verringerung des Drehmoments herabgesetzt werden können.
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Darüber hinaus
liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Fahrzeuglenkungs-Steuereinrichtung
anzugeben, durch die eine Abnahme der Fahrzeug-Lenkempfindlichkeit
bei Vorliegen einer Störung
in der Steuereinrichtung verhindert wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Lenkungs-Steuereinrichtung
angegeben, die einen Rad-Lenkantriebsmechanismus
mit mehreren koaxial angeordneten, im wesentlichen die gleiche Leistung
aufweisenden und gleichzeitig angetriebenen Motoren zum Lenkantrieb
eines gelenkten Rades, mehrere Steuereinrichtungen, die jeweils einen
zugehörigen
Motor steuern, und mehrere Systeme, die von den mehreren Motoren
und den mehreren Steuereinrichtungen gebildet werden, aufweist, wobei
die Steuereinrichtung eines der Systeme einen ein Drehmoment zur
Verstellung des gelenkten Rades repräsentierenden ersten Drehmomentbefehl
auf der Basis der Lenkstellung eines Lenkrades und einer Stellungsinformation
des diesem System zugeordneten Motors erzeugt, den ersten Drehmomentbefehl
in Abhängigkeit
von der Anzahl der Systeme zur Erzeugung eines oder mehrerer unterteilter
Drehmomentbefehle verteilt, die jeweils einem zugeordneten System
zugeführt
werden, und das Drehmoment des zugehörigen Motors in Abhängigkeit
von dem diesem System zugeteilten Drehmomentbefehl steuert, und
die Steuereinrichtung zumindest eines weiteren der Systeme das Drehmoment
des zugehörigen
Motors in Abhängigkeit
von dem dem zumindest einen weiteren System zugeteilten Drehmomentbefehl
steuert.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt und
das der Erfindung zu Grunde liegende Prinzip anhand von Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
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Die
Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich am besten
aus der nachstehenden Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsbeispielen,
die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen
erfolgt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Lenkungs-Steuereinrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
eines Rad-Lenkantriebsmechanismus,
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3 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 gemäß 2,
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4 ein
elektrisches Schaltbild einer ersten Antriebsschaltung,
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5 den
Betrieb der Lenkungs-Steuereinrichtung in einem Normalsteuermodus,
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6 ein
Blockschaltbild einer Stromregeleinheit,
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7 den
Betrieb der Lenkungs-Steuereinrichtung in einem Störungssteuermodus,
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8 ein
Ablaufdiagramm einer von einer ersten elektronischen Steuereinheit
(ECU) ausgeführten
Steuerung,
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9 eine
schematische Darstellung einer Lenkungs-Steuereinrichtung des Standes der Technik,
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10 den
Betrieb einer Lenkungs-Steuereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einem Normalsteuermodus,
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11 den
Betrieb der Lenkungs-Steuereinrichtung gemäß 10 in
einem Störungssteuermodus,
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12 eine
schematische Darstellung einer Lenkungs-Steuereinrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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13 ein
Ablaufdiagramm einer von einer ersten elektronischen Steuereinheit
(ECU) gemäß 12 ausgeführten Steuerung,
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14 den
Betrieb der Lenkungs-Steuereinrichtung gemäß 12 in
einem Normalsteuermodus,
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15 den
Betrieb der Lenkungs-Steuereinrichtung gemäß 12 in
einem ersten Störungssteuermodus,
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16 den
Betrieb der Lenkungs-Steuereinrichtung gemäß 12 in
einem zweiten Störungssteuermodus,
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17 den
Betrieb der Lenkungs-Steuereinrichtung gemäß 12 in
einem zweiten Störungssteuermodus,
und
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18 den
Betrieb einer Lenkungs-Steuereinrichtung des Standes der Technik.
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Nachstehend
wird eine Lenkungs-Steuereinrichtung 1 des steer-by-wire-Typs
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
beschrieben.
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Wie
in 1 dargestellt ist, umfasst die Lenkungs-Steuereinrichtung 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
einen Betätigungsmechanismus 100 mit
einem Lenkrad 10, einen Rad-Lenkantriebsmechanismus 200 und
eine Steuereinheit 300.
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Der
Betätigungsmechanismus 100 umfasst seinerseits
eine Lenkspindel 11, die in Bezug auf das (nicht dargestellte) Fahrzeug
bzw. Kraftfahrzeug drehbar angeordnet ist, sowie das mit der Lenkspindel 11 in
Wirkverbindung stehende Lenkrad 10.
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An
der Lenkspindel 11 sind ein erster Lenkradwinkelsensor 14 und
ein zweiter Lenkradwinkelsensor 15 zur Erfassung des Drehwinkels
der Lenkspindel 11 bzw. der Lenkstellung des Lenkrads 10 angeordnet.
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Der
erste Lenkradwinkelsensor 14 ist mit einer ersten Steuereinheit
(ECU) 21 eines ersten Systems Y1 verbunden, während der
zweite Lenkradwinkelsensor 15 mit einer zweiten Steuereinheit
(ECU) 22 eines zweiten Systems Y2 verbunden ist.
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 2 zunächst auf
den Rad-Lenkantriebsmechanismus 200 näher eingegangen.
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Der
Rad-Lenkantriebsmechanismus 200 umfasst ein erstes Lenkschubstangengehäuse 30, ein
zweites Lenkschubstangengehäuse 31 und
ein Motorgehäuse 32.
Die drei Gehäuse 30, 31 und 32 stellen
rohrartige Gehäuse
dar, die mit Hilfe von Schrauben 33 und 34 an
der (nicht dargestellten) Fahrzeugkarosserie derart angebracht sind,
dass sie die gleiche Achse aufweisen und zusammen ein rohrartiges
Gehäuse
bilden.
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Eine
Lenkschubstange 35 ist in diesem rohrartigen Gehäuse derart
angeordnet, dass sie nicht drehbar, jedoch in Längsrichtung bewegbar ist. Die beiden
Enden der Lenkschubstange 35 sind hierbei über eine
Spurstange 35a (1) jeweils mechanisch mit einem
linken und einem rechten Vorderrad T (einem gelenkten Rad) verbunden.
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In
dem Motorgehäuse 32 sind
zwei Elektromotoren (Lenkantriebsmotoren) 36 und 37 angeordnet,
wobei der erste Motor 36 und der zweite Motor 37 vorzugsweise
von dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrom-Synchronmotoren
gebildet werden.
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Der
erste Motor 36 und der zweite Motor 37 umfassen
hierbei einen gemeinsamen Stator 38 und einen Rotor bzw.
eine Motorwelle 39. Demzufolge sind der erste Motor 36 und
der zweite Motor 37 koaxial zueinander angeordnet.
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Der
Stator 38 umfasst eine Anzahl von Einzelpolen 40 (3),
die in gleichen Winkelintervallen in die Innenseite des Motorgehäuses 32 eingepasst sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind 12 Einzelpole 40 vorgesehen. An jedem Einzelpol 40 ist
ein isolierender Wicklungskörper 44 angeordnet,
auf den eine dem ersten Motor 36 entsprechende erste Motor-Feldwicklung 41 und
eine dem zweiten Motor 37 entsprechende zweite Motor-Feldwicklung 42 gewickelt
sind. Die erste Motor-Feldwicklung 41 ist hierbei näher am Motorgehäuse 32 angeordnet,
während
die zweite Motor-Feldwicklung 42 näher an der
Motorwelle 39 angeordnet ist.
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Die
erste Motor-Feldwicklung 41 und die zweite Motor-Feldwicklung 42 sind
mit Hilfe einer isolierenden Kunstharz-Vergussmasse in integrierter Bauweise
angebracht, wobei die erste Motor-Feldwicklung 41 und die
zweite Motor-Feldwicklung 42 eines
jeden Einzelpols 40 derart gewickelt sind, dass jeder Einzelpol 40 die
gleiche Phase und Polarität aufweist.
Die Zuführung
eines Erregerstroms zu der ersten Motor-Feldwicklung 41 und
der zweiten Motor-Feldwicklung 42 wird
hierbei jeweils von einer ersten Ansteuerschaltung 55 und
einer zweiten Ansteuerschaltung 57 gesteuert.
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So
ist z.B. eine zweite Motor-Feldwicklung 42 mit einer U-Phase auf einen Einzelpol 40 gewickelt,
auf den auch eine erste Motor-Feldwicklung 41 mit einer
U-Phase gewickelt ist. In ähnlicher
Weise ist eine zweite Motor-Feldwicklung 42 mit einer V-Phase auf
einen Einzelpol 40 gewickelt, auf den auch eine erste Motor-Feldwicklung 41 mit
einer V-Phase gewickelt ist, während
eine zweite Motor-Feldwicklung 42 mit einer W-Phase auf
einen Einzelpol 40 gewickelt ist, auf den auch eine erste
Motor-Feldwicklung 41 mit einer W-Phase gewickelt ist.
In ähnlicher
Weise ist eine Anzahl von zweiten Motor-Feldwicklungen 42 mit
einer jeweiligen /U-Phase,
/V-Phase und /W-Phase auf eine entsprechende Anzahl von Einzelpolen 40 gewickelt,
die mit einer entsprechenden Anzahl von ersten Motor-Feldwicklungen 41 mit
einer jeweiligen /U-Phase, /V-Phase und /W-Phase versehen sind.
Durch die Phasen mit dem hinzugefügten Schrägstrichsymbol "/" und die Phasen ohne dieses Schrägstrichsymbol "/" wird angegeben, dass entgegengesetzte
Wicklungsrichtungen vorliegen, sodass Einzelpole 40 mit
entgegengesetzter Polarität
erhalten werden. Im Rahmen der nachstehenden Beschreibung sind Wicklungen
mit einer U-Phase und einer /U-Phase vereinfacht als U-Phasenwicklungen bezeichnet,
wobei dies bei V-Phasenwicklungen und W-Phasenwicklungen ebenfalls
der Fall ist.
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Die
Feldwicklungen auf jedem Einzelpol 40 sind in der Motordrehrichtung
in der Reihenfolge U1, /U1, V1, /V1, W1, /W1, U2, /U2, V2, /V2,
W2, /W2 angeordnet, wobei mit U1 und U2 U-Phasen mit identischer
Polarität
und mit /U1 und /U2 ebenfalls U-Phasen mit identischer Polarität bezeichnet
sind. Dies gilt gleichermaßen
auch für
die V- und W-Phasen.
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Die
Ausgangsleistung des ersten Motors 36 und des zweiten Motors 37 ist
hierbei identisch. Da die jeweilige Ausgangsleistung der beiden
Motoren 36 und 37 gleich ist, ist auf jedem Einzelpol 40 die gleiche
Anzahl von ersten Motor-Feldwicklungen 41 und zweiten Motor-Feldwicklungen 42 vorgesehen, d.h.,
den ersten Motor-Feldwicklungen 41 und den zweiten Motor-Feldwicklungen 42 eines
jeden Einzelpols 40 werden betragsmäßig identische Erregerströme zugeführt. Wenn
somit die beiden Motoren 36 und 37 gleichzeitig
betrieben werden, entspricht ihr gemeinsames Abtriebsmoment dem
doppelten Abtriebsmoment eines einzelnen Motors.
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Die
Motorwelle 39 stellt hierbei eine Hohlwelle dar, die im
mittleren Bereich der Lenkschubstange 35 auf deren Außenseite
in Längsrichtung
angeordnet ist. Ein Ende der Motorwelle 39 (das rechte
Ende in 2) ist in dem Motorgehäuse 32 und
dem ersten Lenkschubstangengehäuse 30 in
einem ersten Lager 45 gelagert. Am anderen Ende der Motorwelle 39 (dem
linken Ende in 2) ist eine hohlzylinderartige Lenkmutterhalterung 47 ausgebildet,
wobei der Durchmesser dieser Lenkmutterhalterung 47 größer als
der Durchmesser des mittleren Teils der Motorwelle 39 ist.
Die Lenkmutterhalterung 47 ist ihrerseits in dem Motorgehäuse 32 und
dem zweiten Lenkschubstangengehäuse 31 in
einem zweiten Lager 46 gelagert.
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Die
Motorwelle 39 ist somit in dem ersten Lager 45 und
dem zweiten Lager 46 in Bezug auf das erste Lenkschubstangengehäuse 30,
das zweite Lenkschubstangengehäuse 31 und
das Motorgehäuse 32 drehbar
gelagert.
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In
einer dem Stator 38 gegenüberliegenden Position ist an
der Außenseite
der Motorwelle 39 ein Permanentmagnet 48 angebracht.
Wenn zumindest entweder der ersten Motor-Feldwicklung 41 oder der zweiten
Motor-Feldwicklung 42 ein Erregerstrom zugeführt wird,
wird somit die Motorwelle 39 durch das Zusammenwirken des
Stators 38 mit dem Permanentmagneten 48 in Drehung
versetzt.
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An
der Innenseite der Lenkmutterhalterung 47 ist koaxial zu
der Motorwelle 39 eine Kugelmutter oder Lenkmutter 49 angebracht,
an deren Innenseite ein Kugelumlaufkanal 50 ausgebildet
ist.
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Die
Lenkschubstange 35 weist ihrerseits einen Kugelumlaufkanal 51 auf,
der an ihrer Außenseite
in einem vorgegebenen Bereich in Längsrichtung ausgebildet ist.
Zwischen dem Kugelumlaufkanal 51 der Lenkschubstange 35 und
dem Kugelumlaufkanal 50 der Kugelmutter bzw. Lenkmutter 49 ist
eine Anzahl von (nicht dargestellten) Kugeln angeordnet. Von der
Kugelmutter bzw. Lenkmutter 49 und dem Kugelumlaufkanal 51 der
Lenkschubstange 35 wird somit ein Kugelumlaufmechanismus
gebildet, der als Umsetzungseinrichtung zur Umsetzung des Abtriebsmoments
der Motorwelle 39 in der Normaldrehrichtung und der Rückwärtsdrehrichtung
in eine in Längsrichtung
wirkende Schubkraft einer Hin- und Herbewegung der Lenkschubstange 35 wirkt.
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Ein
erster Drehwinkelsensor 52 und ein zweiter Drehwinkelsensor 53 sind
in der Längsrichtung der
Motorwelle 39 benachbart zueinander zwischen dem Stator 38 und
dem ersten Lager 45 angeordnet. Der erste Drehwinkelsensor 52 und
der zweite Drehwinkelsensor 53 werden vorzugsweise von
Drehstellungsgebern gebildet.
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Der
erste Drehwinkelsensor 52 und der zweite Drehwinkelsensor 53 sind
mit beiden elektronischen Steuereinheiten 21 und 22 verbunden
und erzeugen in Abhängigkeit
von der Drehbewegung der Motorwelle 39 Zweiphasen-Impulssignale
und eine Standard-Drehstellung repräsentierende Nullphasen-Impulssignale,
die den beiden elektronischen Steuereinheiten 21 und 22 in
vorgegebenen Abtastintervallen zugeführt werden. Die Phase der von dem
ersten Drehwinkelsensor 53 abgegebenen Zweiphasen-Impulssignale unterscheidet
sich in Bezug auf die Phase des zweiten Drehwinkelsensors 53 nur
um π/2.
Im Rahmen der nachstehenden Beschreibung werden die von jedem Drehwinkelsensor abgegebenen
Zweiphasen-Impulssignale und Nullphasen-Impulssignale vereinfacht
als Detektionssignale bezeichnet.
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Die
erste elektronische Steuereinheit (ECU) 21 und die zweite
elektronische Steuereinheit (ECU) 22 bestimmen hierbei
den Drehwinkel der Motorwelle 39 in Relation zu dem Stator 38 auf
der Basis der erhaltenen Detektionssignale.
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Nachstehend
wird die Steuereinheit 300 näher beschrieben.
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Die
Steuereinheit 300 umfasst die erste elektronische Steuereinheit
(ECU) 21, die zweite elektronische Steuereinheit (ECU) 22,
die erste Ansteuerschaltung 55 sowie die zweite Ansteuerschaltung 57, wobei
die erste Ansteuerschaltung 55 eine erste Treiber- oder
Ansteuereinrichtung und die zweite Ansteuerschaltung 57 eine
zweite Treiber- oder Ansteuereinrichtung bilden.
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1. Erste elektronische
Steuereinheit (ECU) 21
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Wie
in 5 veranschaulicht ist, umfasst die erste elektronische
Steuereinheit 21 einen Stellungsregler 21A, eine
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B sowie einen Stromregler 21C und
wird von einem Mikrocomputer gebildet, der Rechenoperationen, Verarbeitungsoperationen
und Speicheroperationen ausführt.
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Die
Steuerbetriebsarten der ersten elektronischen Steuereinheit 21 umfassen
einen Start-Steuermodus, der beim Starten einer Brennkraftmaschine des
Kraftfahrzeugs ausgeführt
wird, sowie einen Normal-Steuermodus, der zu allen anderen Zeiten
ausgeführt
wird.
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Bei
dem Start-Steuermodus und dem Normal-Steuermodus betätigt die
erste elektronische Steuereinheit 21 den ersten Motor 36 über die
erste Ansteuerschaltung 55 dahingehend, dass der Lenkwinkel
der gelenkten Räder
T auf einen der von dem ersten Lenkradwinkelsensor 14 erfassten
Lenkstellung (Lenkradwinkel) des Lenkrades 10 entsprechenden
Soll-Lenkwinkel eingestellt wird, indem die zur Einstellung des
Soll-Lenkwinkels erforderliche Schubkraft (Längskraft) erzeugt wird.
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Hierbei
wird dem Stellungsregler 21A z.B. der von dem ersten Lenkradwinkelsensor 14 erfasste Lenkradwinkel
des Lenkrades 10 zugeführt,
der einen Wert darstellt, durch den der Solldrehwinkel der Motorwelle 39 bestimmt
wird. Außerdem
erhält
der Stellungsregler 21A von dem Drehwinkelsensor 52 ein
eine Stellungsinformation in Bezug auf den Elektromotor enthaltendes
Detektionssignal und berechnet auf der Basis dieses Detektionssignals
den Ist-Drehwinkel
der Motorwelle 39 in Relation zu dem Stator 38.
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Der
Stellungsregler 21A berechnet sodann die Differenz zwischen
dem Ist-Drehwinkel des ersten Motors 36 (der Motorwelle 39)
und dem dem Lenkradwinkel des Lenkrades 10 entsprechenden Solldrehwinkel
der Motorwelle 39 und berechnet hierbei einen Drehmomentbefehl ΔP durch Multiplikation dieser
Differenz mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor für den Lenkwinkel
der gelenkten Räder T,
d.h., für
die Stellungsregelung der Lenkschubstange 35, woraufhin
dieser Drehmomentbefehl ΔP
der Drehmoment- Verteilungseinrichtung 21B zugeführt wird.
Der Drehmomentbefehl ΔP
entspricht hierbei einem ersten Drehmomentbefehl, der als Ergebnis der
Stellungsregelverarbeitung erzeugt wird.
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Der
Stellungsregler 21A führt
somit eine Stellungsregelung durch, bei der die Differenz zwischen
dem Befehlswert (dem Solldrehwinkel der Motorwelle 39)
und dem rückgekoppelten
Istwert bzw. Regelwert (dem Istdrehwinkel der Motorwelle 39 des ersten
Motors 36) auf Null eingeregelt wird.
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Die
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B verteilt dann den
Drehmomentbefehl ΔP
auf die beiden Systeme, d.h., die Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B unterteilt
den Drehmomentbefehl ΔP in
einen Drehmomentbefehl ΔP1
für das
erste System SY1 und einen Drehmomentbefehl ΔP2 für das zweite System SY2 und
führt die
geteilten Drehmomentbefehle ΔP1
und ΔP2
jeweils dem Stromregler 21C des ersten Systems SY1 sowie
dem Stromregler 22C des zweiten Systems SY2 zu. Das Verhältnis (Drehmoment-Verteilungsverhältnis) zwischen
den beiden Drehmomentbefehlen ΔP1
und ΔP2
wird hierbei von der Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B festgelegt.
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Wenn
sich die beiden Systeme SY1 und SY2 im Normalzustand befinden, ändert die
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B vorzugsweise das Drehmoment-Verteilungsverhältnis dahingehend, dass
beim Starten der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs ein unterschiedliches
Drehmoment-Verteilungsverhältnis im
Vergleich zu allen anderen Fällen vorliegt.
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So
beträgt
z.B. im Start-Steuermodus das Drehmoment-Verteilungsverhältnis 50 : 0 (ΔP1 : ΔP2), während im
Normal-Steuermodus das Drehmoment-Verteilungsverhältnis 50 :
50 (ΔP1
: ΔP2) beträgt.
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Die
von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 ausgeführte Antriebssteuerung
des ersten Motors 26 umfasst eine Stellungsregelung zur
Regelung des Lenkwinkels der gelenkten Räder T in Abhängigkeit
von dem Lenkradwinkel des Lenkrades 10 sowie eine Drehmomentregelung
in Bezug auf das Abtriebsmoment des Elektromotors, um die für die Stellungsregelung
erforderliche Schubkraft zu erhalten.
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Wie
in 6 veranschaulicht ist, umfasst der Stromregler 21C einen
Drehmoment-Strom-Umsetzer 61, zwei PI-Regler 64 und 65,
einen d/q-Wechselrichter 66, einen Pulsdauermodulator (PWM) 67,
einen d/q-Umsetzer 68 und einen Winkeldetektor 69.
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Im
Normal-Steuermodus erhält
der Stromregler 21C den Drehmomentbefehl ΔP1, das Detektionssignal
des ersten Drehwinkelsensors 52 und von den Stromsensoren 71 und 72 Strommesssignale, die
sich auf die beiden Erregerströme
iu und iv der Dreiphasen-Erregerströme iu, iv und iw des ersten Motors 36 beziehen.
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Der
Winkeldetektor 69 berechnet den Drehwinkel θ der Motorwelle 39 aus
dem Detektionssignal des ersten Drehwinkelsensor 52 und
führt den
berechneten Drehwinkel θ dem
d/q-Umsetzer 68 zu. Ein Rechner 70 berechnet den
Erregerstrom iw auf der Basis der die Erregerströme iu und iv betreffenden Strommesssignale
und führt
ein den Erregerstrom iw betreffendes Strommesssignal dem d/q-Umsetzer 68 zu.
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Die
Erregerströme
iu, iv und iw sind hierbei Ist-Erregerströme, die
dem ersten Motor 36 zugeführt werden.
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Der
d/q-Umsetzer 68 unterzieht die drei Strommesssignale (iu,
iv, iw) unter Verwendung des Drehwinkels θ einer d/q-Umsetzung zur Erzeugung von Stromwerten
id und iq, die jeweils zwei Abweichungsrechnern 62 und 63 zugeführt werden.
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Die
d/q-Umsetzung stellt ein bekanntes Verfahren zur Umsetzung eines
Wechselstroms in einen Gleichstrom durch Zuordnung bzw. Abbildung
von Vektoren des Wechselstroms einer jeden Phase in einem Koordinatensystem
dar, bei dem eine mit dem magnetischen Induktionsfluss des Elektromotors identische
Richtung die d-Achse bildet, während
die senkrecht zu der d-Achse verlaufende Richtung die q-Achse bildet.
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Der
Drehmoment-Strom-Umsetzer 61 setzt den Drehmomentbefehl ΔP1 in einen
q-Achsen-Strombefehlswert iq* um und führt diesen q-Achsen-Strombefehlswert
iq* dem Abweichungsrechner 63 zu, der dann die Differenz ΔIq zwischen
dem q-Achsen-Strombefehlswert
iq* und dem Stromwert iq berechnet.
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Der
Abweichungsrechner 62 berechnet seinerseits die Differenz ΔId zwischen
dem d-Achsen-Strombefehlswert id* und dem Stromwert id. Bei dem
im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels
verwendeten bürstenlosen
Gleichstrommotor ist der Rotor ein Permanentmagnet, sodass kein
Erregerstrom erforderlich ist. Demzufolge hat der d-Achsen-Strombefehlswert
id* normalerweise den Wert Null.
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Der
PI-Regler 64 führt
eine Proportional- und Integral-Verarbeitung
der Differenz ΔId
durch und berechnet einen d-Achsen-Spannungsbefehlswert
Vd* unter Verwendung einer Spannungsgleichung. Der PI-Regler 65 berechnet
seinerseits proportionale Integrale der Differenz ΔIq und damit
einen q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq* unter Verwendung einer Spannungsgleichung.
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Der
d/q-Wechselrichter 66 berechnet Spannungsbefehlswerte Vu*,
Vv* und Vw* unter Verwendung des d-Achsen-Spannungsbefehlswertes Vd* und des q-Achsen-Spannungsbefehlswertes
Vq* und führt
diese Spannungsbefehlswerte Vu*, Vv* und Vw* dem Pulsdauermodulator 67 zu.
Der Pulsdauermodulator 67 führt wiederum eine Vielzahl
von Impulssignalen (PDM-Steuersignalen)
mit einer den Spannungsbefehlswerten Vu*, Vv* und Vw* jeweils entsprechenden
Impulsdauer der ersten Ansteuerschaltung 55 zu, die wiederum
Treiberspannungen für
jede Phase des Motors 36 in Abhängigkeit von diesen Impulssignalen
(PDM-Steuersignalen) anlegt.
-
Auf
diese Weise regelt der Stromregler 21C die Stromrückkopplung
dahingehend, dass die Differenz zwischen dem Befehlswert (dem Drehmomentbefehl ΔP1) und dem
Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (Stromwert iq und Stromwert id des ersten Motors 36)
den Wert Null annimmt. Diese Regelung entspricht einer Drehmomentregelung.
-
Wenn
bei dem ersten System SY1 ein Störzustand
vorliegt, unterbricht die erste elektronische Steuereinheit 21 die
Steuerung des ersten Motors 36 in der in 7 veranschaulichten
Weise.
-
2. Zweite elektronische
Steuereinheit (ECU) 22
-
Die
zweite elektronische Steuereinheit (ECU) 22 wird ebenfalls
von einem Mikrocomputer mit Rechenfunktionen, Verarbeitungsfunktionen
und Speicherfunktionen gebildet, wobei ein Start-Steuermodus, ein
Normal-Steuermodus und ein Störungs-Steuermodus
vorgesehen sind.
-
Die
zweite elektronische Steuereinheit 22 umfasst einen Stromregler 22C,
der im Start-Steuermodus und im Normal-Steuermodus (5) aktiviert wird,
und einen Stellungsregler 22A, der in Verbindung mit dem
Stromregler 22C im Störungs-Steuermodus
aktiviert wird.
-
Im
Start-Steuermodus und im Normal-Steuermodus erhält der Stromregler 22C den
Drehmomentbefehl ΔP2,
das Detektionssignal des zweiten Drehwinkelsensors 53 und
von den Stromsensoren 71 und 72 gemäß 5 Strommesssignale,
die sich auf die beiden Erregerströme iu und iv der Dreiphasen-Erregerströme iu, iv
und iw des zweiten Motors 37 beziehen.
-
Der
Stromregler 22C umfasst wie der in 6 veranschaulichte
Stromregler 21C einen Drehmoment-Strom-Umsetzer 61, zwei PI-Regler 64 und 65,
einen d/q-Wechselrichter 66,
einen Pulsdauermodulator 67, einen d/q-Umsetzer 68 sowie einen Winkeldetektor 69.
-
In
Bezug auf Betrieb und Arbeitsweise entspricht hierbei der Stromregler 22C im
Normal-Steuermodus dem Stromregler 21C.
-
Die
verschiedenen Elemente des Stromreglers 22C verarbeiten
somit in der gleichen Weise wie die verschiedenen Elemente des Stromreglers 21C den
Drehmomentbefehl ΔP2,
das Detektionssignal des zweiten Drehwinkelsensors 53 und
die von den Stromsensoren 71 und 72 zugeführten und
sich auf die Erregerströme
iu und iv beziehenden Strommesssignale. Die im Rahmen dieser Verarbeitung
erzeugten Impulssignale (PDM-Steuersignale) werden dann von der
zweiten elektronischen Steuereinheit 22 der zweiten Ansteuerschaltung 57 zugeführt, die einer
jeden Phase des zweiten Motors 37 eine in Abhängigkeit
von diesen Impulssignalen (PDM-Steuersignalen) erzeugte Treiberspannung
zugeführt.
-
Wie
vorstehend beschrieben, wird durch den Stromregler 22C die
Stromrückkopplung
dahingehend geregelt, dass die Differenz zwischen dem Befehlswert
(Drehmomentbefehl ΔP2)
und dem Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (Stromwert iq und Stromwert id des zweiten Motors 37)
den Wert Null annimmt. Diese Regelung entspricht ebenfalls einer Drehmomentregelung.
-
Da
im Start-Steuermodus das Verteilungsverhältnis ΔP1 : ΔP2 durch 50 : 0 (ΔP1 : ΔP2) gegeben
ist, hat der dem Stromregler 22C zugeführte Drehmomentbefehl ΔP2 den Wert
Null, sodass im Start-Steuermodus der zweite Motor 37 von
der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 nicht betätigt wird.
-
Nachstehend
wird der von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 bei
Vorliegen eines Ausfalls bzw. Störzustands
des ersten Systems SY1 durchgeführte
Störungs-Steuermodus näher beschrieben.
Bei diesem Störungs-Steuermodus umfasst
die von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 ausgeführte Antriebssteuerung
des zweiten Motors 37 eine Positionsregelung zur Regelung
des Lenkwinkels der gelenkten Räder
T in Abhängigkeit von
dem Lenkradwinkel des Lenkrades 10 sowie eine Drehmomentregelung,
um das für
die Stellungsregelung erforderliche Abtriebsmoment des Elektromotors
bzw. eine entsprechende Schubkraft zu erhalten.
-
Im
Störungs-Steuermodus
betätigt
die zweite elektronische Steuereinheit 22 den zweiten Motor 37 über die
zweite Ansteuerschaltung 57 dahingehend, dass der Lenkwinkel
der gelenkten Räder
T mit einem Solllenkwinkel in Übereinstimmung
gebracht wird, der dem von dem zweiten Lenkradwinkelsensor 15 erfassten
Lenkradwinkel entspricht, bzw. die zur Einregelung des Solllenkwinkels
erforderliche Schubkraft erzeugt wird.
-
Der
Stellungsregler 22A erhält
hierbei z.B. den von dem zweiten Lenkradwinkelsensor 15 erfassten
Lenkradwinkel, durch den ein Solldrehwinkel für die Motorwelle 39 vorgegeben
wird. Außerdem
erhält
der Stellungsregler 22A von dem zweiten Drehwinkelsensor 53 ein
Detektionssignal und berechnet den Drehwinkel der Motorwelle 39 in
Relation zu dem Stator 38 auf der Basis dieses Detektionssignals.
-
Das
von dem zweiten Drehwinkelsensor 53 abgegebene Detektionssignal
umfasst hierbei eine Positionsinformation (den Drehwinkel der Motorwelle 39)
des zweiten Motors 37.
-
Der
Stellungsregler 22A berechnet sodann die Differenz zwischen
dem Istdrehwinkel der Motorwelle 39 und dem dem Lenkradwinkel
des Lenkrades 10 entsprechenden Solldrehwinkel der Motorwelle 39 und
erzeugt durch Multiplikation dieser Differenz mit einem für die Stellungssteuerung
der Lenkschubstange 35 bzw. den Lenkwinkel der gelenkten
Räder T
erforderlichen vorgegebenen Verstärkungsfaktor einen Drehmomentbefehl ΔP3, der sodann
dem Stromregler 22C zugeführt wird. Dieser Drehmomentbefehl ΔP3 entspricht
einem zweiten Drehmomentbefehl.
-
Der
Stellungsregler 22A führt
hierbei eine dahingehende Stellungsregelung durch, dass die Differenz
zwischen dem Befehlswert (dem Solldrehwinkel der Motorwelle 39)
und dem Rückkopplungswert bzw.
Regelwert (dem Istdrehwinkel der Motorwelle des zweiten Motors 37)
den Wert Null annimmt.
-
Nachstehend
wird der Drehmomentbefehl ΔP3
näher beschrieben.
-
Der
Lenkwinkel der gelenkten Räder
T wird in erheblichem Maße
von der Fahrbahnreaktion beeinflusst. Wenn sich das Fahrzeug in
Bewegung befindet und die Fahrbahnreaktion relativ gering ist, wird
ein dahingehender Drehmomentbefehl ΔP3 erzeugt, dass der Lenkwinkel
der gelenkten Räder
T, deren Lenkantrieb nur durch das Drehmoment des in Abhängigkeit
von dem Drehmomentbefehl ΔP3
betätigten
zweiten Motors 37 erfolgt, mit dem Lenkwinkel der gelenkten
Räder T
identisch ist, deren Lenkantrieb durch das im Normalbetrieb der
beiden Systeme SY1 und SY2 von beiden Motoren 36 und 37 erhaltene
Drehmoment erfolgt.
-
Wenn
ein Lenkeinschlag erfolgt, während sich
das Fahrzeug im Stillstand befindet und die Fahrbahnreaktion demzufolge
vergleichsweise groß ist,
wird ein dahingehender Drehmomentbefehl ΔP3 erzeugt, dass die gelenkten
Räder T
durch das Drehmoment des in Abhängigkeit
von dem Drehmomentbefehl ΔP3
allein betätigten
zweiten Motors 37 auf einen Lenkwinkel eingestellt werden,
der im Vergleich zu dem entsprechenden Lenkwinkel im Normalzustand
der beiden Systeme SY1 und SY2 kleiner ist.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
besitzt der Drehmomentbefehl ΔP3
den gleichen Wert wie der Drehmomentbefehl ΔP2 im Normal-Steuermodus.
-
Die
Arbeitsweise des Stromreglers 22C im Störungs-Steuermodus ist hierbei identisch mit
der Arbeitsweise des Stromreglers 22C im Normal-Steuermodus
(6).
-
Die
Stromschleifenverstärkung
der PI-Regler 64 und 65 des Stromreglers 22C im
Störungs-Steuermodus
wird vorzugsweise in Bezug auf den Normal-Steuermodus unterschiedlich
eingestellt. Die Stromschleifenverstärkung stellt hierbei die Integralverstärkung und
Proportionalverstärkung
der PI-Regler 64 und 65 dar.
Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel
sind die Verstärkungen
im Störungs-Steuermodus
größer als
die Verstärkungen
im Normal-Steuermodus. Wenn nämlich
die Stromschleifenverstärkung
im Störungs-Steuermodus
höher als
im Normal-Steuermodus eingestellt wird, tritt keine Verschlechterung
des Ansprechverhaltens des Motors auf eine Betätigung des Lenkrades 10 ein,
sodass sich auch die Nachführung
der gelenkten Räder
T nicht verschlechtert.
-
Die
verschiedenen Elemente des Stromreglers 22C verarbeiten
den Drehmomentbefehl ΔP3, das
Detektionssignal des zweiten Drehwinkelsensors 53 sowie
die von den Stromsensoren 71 und 72 zugeführten Strommesssignale
in Bezug auf die Erregerströme
iu und iv. Die im Rahmen dieser Verarbeitung erzeugten Impulssignale
(PDM-Steuersignale) werden von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 der
zweiten Ansteuerschaltung 57 zugeführt, die wiederum für jede Phase
des zweiten Motors 37 in Abhängigkeit von diesen Impulssignalen
(PDM-Steuersignalen) eine Treiberspannung erzeugt.
-
Wie
vorstehend beschrieben, erfolgt somit im Störungs-Steuermodus durch den Stromregler 22C eine
dahingehende Stromregelung, dass die Differenz zwischen dem Befehlswert
(dem Drehmomentbefehl ΔP3)
und dem Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (den Stromwerten iq und id des zweiten Motors 37)
den Wert Null annimmt. Diese Stromregelung entspricht einer Drehmomentregelung.
-
Die
Lenkungs-Steuereinheit 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
besitzt somit einen redundanten Aufbau in Form der beiden Systeme
SY1 und SY2. Das erste System SY1 umfasst hierbei die erste elektronische
Steuereinheit 21, den ersten Lenkradwinkelsensor 14,
die erste Ansteuerschaltung 55 und den ersten Motor 36,
während
das zweite System SY2 die zweite elektronische Steuereinheit 22,
den zweiten Lenkradwinkelsensor 15, die zweite Ansteuerschaltung 57 und
den zweiten Motor 37 umfasst.
-
Nachstehend
wird die erste Ansteuerschaltung 55 unter Bezugnahme auf 4 näher beschrieben.
Die zweite Ansteuerschaltung 57 besitzt in Bezug auf die
erste Ansteuerschaltung 55 einen identischen Aufbau, wobei
die Bezugszahlen der zweiten Ansteuerschaltung 57 in 4 in
Klammern wiedergegeben sind.
-
Die
erste Ansteuerschaltung 55 umfasst eine U-Phasen-Reihenschaltung aus
Feldeffekttransistoren 81U und 82U, eine V-Phasen-Reihenschaltung aus
Feldeffekttransistoren 81V und 82V sowie eine W-Phasen-Reihenschaltung
aus Feldeffekttransistoren 81W und 82W. Diese
drei Reihenschaltungen sind einander parallel geschaltet. Jede Reihenschaltung
ist mit einer in dem Fahrzeug angeordneten Batterie B verbunden,
sodass die Reihenschaltungen von der Batterie B mit einer Spannung
versorgt werden. Anstelle der Batterie B kann auch ein Generator Verwendung
finden. Ein zwischen den Feldeffekttransistoren 81U und 82U angeordneter
Knotenpunkt 83U ist mit der U-Phasenwicklung der ersten
Motor-Feldwicklung 41 verbunden, während ein zwischen den Feldeffekttransistoren 81V und 82V angeordneter
Knotenpunkt 83V mit der V-Phasenwicklung der ersten Motor-Feldspule 41 und
ein zwischen den Feldeffekttransistoren 81W und 82W angeordneter Knotenpunkt 83W mit
der W-Phasenwicklung der ersten Motor-Feldwicklung 41 verbunden
sind.
-
In
zwei Dreiphasen-Erregerstromkreisen (z.B. bei der U-Phase und der V-Phase)
sind zwei Stromsensoren 71 und 72 angeordnet,
die jeweils zwei Erregerströme
iu und iv der Dreiphasen-Erregerströme iu, iv und iw des ersten
Motors 36 erfassen und diese Stromwerte der ersten elektronischen Steuereinheit 21 zuführen.
-
Die
erste elektronische Steuereinheit 21 führt wiederum PDM-Steuersignale
den Feldeffekttransistoren 81U, 82U, 81V, 82V, 81W und 82W zu.
-
Die
erste Ansteuerschaltung 55 erzeugt somit Dreiphasen-Erregerströme in Abhängigkeit
von den PDM-Steuersignalen und führt
diese Dreiphasen-Erregerströme
jeweils dem ersten Motor 36 über die Dreiphasen-Erregerstromkreise
zu.
-
Wie
in den 1 und 4 veranschaulicht ist, ist zwischen
der Batterie B (oder dem Generator) und einem Knotenpunkt Q1 ein
Stromversorgungsrelais 90 angeordnet, das normalerweise
geschlossen ist, jedoch in Abhängigkeit
von einem von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 zugeführten Steuersignal
geöffnet
wird und hierbei die Verbindung zwischen der ersten Ansteuerschaltung 55 und
der Batterie B unterbricht.
-
Zwischen
dem Knotenpunkt 83U und dem ersten Motor 36 ist
ein Phasenunterbrechungsrelais 210 angeordnet, während ein
Phasenunterbrechungsrelais 220 zwischen dem Knotenpunkt 83W und
dem ersten Motor 36 angeordnet ist. Obwohl die Phasenunterbrechungsrelais 210 und 220 normalerweise
geschlossen sind, werden sie in Abhängigkeit von einem von der
zweiten elektronischen Steuereinheit 22 zugeführten Steuersignal
geöffnet
und unterbrechen hierbei die Verbindung zwischen der ersten Ansteuerschaltung 55 und
dem Motor 36.
-
Außerdem sind
die erste elektronische Steuereinheit 21 und die zweite
elektronische Steuereinheit 22 mit gegenseitigen Überwachungsfunktionen (einer Überwachungslogik)
in Bezug auf eine normale gegenseitige Kommunikation und den Austausch des
Ist-Drehwinkels des zugehörigen
Motors (des Rechenwertes), der Messwerte von zugehörigen Sensoren
verschiedener Art, von Informationen verschiedener Art für die Motorsteuerung
bzw. Motorregelung und einer Abweichungsinformation (eines Störzustandsfeststellungssignals)
ausgestattet. Wenn z.B. der von den beiden elektronischen Steuereinheiten 21 und 22 jeweils
berechnete Drehwinkel der Motorwellen 39 übereinstimmt,
wird von den elektronischen Steuereinheiten 21 und 22 die
Feststellung getroffen, dass sich das jeweils andere System SY1
oder SY2 (bzw. die elektronische Steuereinheit 22 oder 21)
im Normalzustand befindet. Wenn jedoch keine Übereinstimmung zwischen den
von den elektronischen Steuereinheiten 21 und 22 jeweils
berechneten Drehwinkeln der Motorwelle 39 vorliegt, wird von
den elektronischen Steuereinheiten 21 und 22 die
Feststellung getroffen, dass bei dem jeweils anderen System SY1
oder SY2 (bzw. der elektronischen Steuereinheit 22 oder 21)
ein Störzustand
vorliegt und unabhängig
davon, ob die Motorwelle 39 in Bezug auf beide Systeme
SY1 und SY2 relevant ist oder nicht, der jeweils anderen elektronischen
Steuereinheit 22 oder 21 eine Fehler- oder Abweichungsinformation
(ein Störzustandsfeststellungssignal) übermittelt.
Im Rahmen der nachstehenden Beschreibung wird die von der ersten
elektronischen Steuereinheit 21 der zweiten elektronischen
Steuereinheit 22 übermittelte
Abweichungsinformation mit α12
bezeichnet, während
die von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 der
ersten elektronischen Steuereinheit 21 übermittelte Abweichungsinformation
mit α21
bezeichnet wird.
-
Wenn
die elektronische Steuereinheit eines Systems (z.B. die elektronische
Steuereinheit 21 des Systems SY1) feststellt, dass bei
dem anderen System (z.B. dem System SY2) ein Störzustand vorliegt, schaltet
die elektronische Steuereinheit (21) des ersteren Systems
das Stromversorgungsrelais 90 sowie die Phasenunterbrechungsrelais 210 und 220 des anderen
Systems (SY2) ab.
-
Die
erste elektronische Steuereinheit 21 und die zweite elektronische
Steuereinheit 22 dienen somit jeweils sowohl als Steuereinrichtung
als auch als Störungserfassungseinrichtung
des ersten Systems SY1 und des zweiten Systems SY2.
-
Nachstehend
wird auf Betrieb und Arbeitsweise der Lenkungs-Steuereinheit 1 gemäß diesem ersten
Ausführungsbeispiel
näher eingegangen.
-
8 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Steuerprogramms, das von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 in
vorgegebenen Intervallen ausgeführt
wird.
-
In
einem Schritt S10 wird hierbei von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 überprüft, ob ein Startvorgang
der Brennkraftmaschine vorliegt oder ob die Brennkraftmaschine bereits
gestartet worden ist. Wenn hierbei eine vorgegebene Zeitdauer nach der
Zuführung
eines Einschaltsignals von einem (nicht dargestellten) Zündschalter
zu der ersten elektronischen Steuereinheit 21 des ersten
Systems SY1 noch nicht vergangen ist, trifft die erste elektronische Steuereinheit 21 die
Feststellung, dass diese Maschinenstartzeit noch nicht abgelaufen
ist und somit ein Maschinenstartvorgang vorliegt (S10:JA). Wenn jedoch
die vorgegebene Zeitdauer nach der Zuführung des Einschaltsignals
abgelaufen ist, stellt die erste elektronische Steuereinheit 21 fest,
dass die Brennkraftmaschine bereits gestartet worden ist (S10:NEIN).
Bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine führt die erste elektronische
Steuereinheit 21 in einem Schritt S20 eine Verarbeitung
des Start-Steuermodus aus.
-
Die
erste elektronische Steuereinheit 21 wird somit innerhalb
der Zeitdauer von der Zuführung
des Einschaltsignals des Zündschalters
bis zum Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer in den Start-Steuermodus
versetzt. Die zweite elektronische Steuereinheit 22 tritt
erst in Abhängigkeit
von einem von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 zugeführten Drehmomentbefehl ΔP2 in den
Start-Steuermodus ein.
-
Nach
Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer nach der Zuführung des Einschaltsignals
des Zündschalters
(S10:NEIN) wird in einem Schritt S30 überprüft, ob sich das erste System
SY1 im Normalzustand befindet oder nicht.
-
Im
einzelnen sind die zweite elektronische Steuereinheit 22 und
die erste elektronische Steuereinheit 21 über eine
(nicht dargestellte) Kommunikationsleitung miteinander verbunden.
Die zweite elektronische Steuereinheit 22 bestimmt hierbei
das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Normalzustands des ersten
Systems SY1 auf der Basis des von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 übermittelten Ist-Drehwinkels
des ersten Motors 36, der Messwerte der verschiedenen Sensoren
des zweiten Systems SY2 und verschiedener Informationen für die Motorsteuerung.
Wenn sich das erste System SY1 nicht im Normalzustand befindet, gibt
die zweite elektronische Steuereinheit 22 eine Abweichungsinformation α21 (ein Störzustandsfeststellungssignal)
ab und führt
diese Abweichungsinformation α21
der ersten elektronischen Steuereinheit 21 zu. Die erste
elektronische Steuereinheit 21 trifft dann auf der Basis
dieser Fehler- bzw. Abweichungsinformation α21 die Feststellung, dass sich
das erste System SY1 nicht im Normalzustand befindet.
-
Störzustände bzw.
Fehlfunktionen des ersten Systems SY1 umfassen hierbei Störzustände bzw.
Fehlfunktionen bei einem oder mehreren Bauelementen des ersten Systems
SY1 wie z.B. den Sensoren (dem ersten Lenkradwinkelsensor 14),
der ersten elektronischen Steuereinheit 21, der ersten
Ansteuerschaltung 55 und dergleichen.
-
Wenn
sich das erste System SY1 im Normalzustand befindet (Schritt S30:JA),
wird sodann in einem Schritt S40 von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 der
Normal-Steuermodus
ausgeführt, bei
dem im Schritt S40 der erste Motor 36 und der zweite Motor 37 gleichzeitig
in Abhängigkeit
von dem Drehmomentbefehl ΔP1
und dem Drehmomentbefehl ΔP2
betätigt
werden.
-
Bei
dem zweiten System SY2 tritt die zweite elektronische Steuereinheit 22 in
Abhängigkeit
von dem von der auf den Normal-Steuermodus eingestellten ersten
elektronischen Steuereinheit 21 zugeführten Drehmomentbefehl ΔP2 in den
Normal-Steuermodus ein.
-
Wenn
bei dem ersten System SY1 ein Störzustand
vorliegt (Schritt S30:NEIN), führt
die erste elektronische Steuereinheit 21 in einem Schritt
S50 jedoch eine Störungsverarbeitung
durch. Bei dieser Störungsverarbeitung
unterbricht die erste elektronische Steuereinheit 21 die Zuführung der
PDM-Steuersignale zu der ersten Ansteuerschaltung 55. Die zweite
elektronische Steuereinheit 22 schaltet hierbei gleichzeitig
mit der Zuführung
der Abweichungsinformation α21
zu der ersten elektronischen Steuereinheit 21 das Stromversorgungsrelais 90 und
die Phasenunterbrechungsrelais 210 und 220 des
ersten Systems SY1 ab. Auf diese Weise wird der ersten Motor-Feldwicklung 41 des
ersten Motors 36 kein Erregerstrom mehr zugeführt, sodass
der erste Motor 36 kein Abtriebsmoment mehr abgibt.
-
Bei
dem zweiten System SY2 tritt die zweite elektronische Steuereinheit 22 nach
der Abgabe der Fehler- oder Abweichungsinformation α21 in den Störungs-Steuermodus
ein. Hierbei betätigt
die zweite elektronische Steuereinheit 22 kontinuierlich
den zweiten Motor 37 dahingehend, dass die Motorwelle 39 wie
im Falle eines Normalbetriebszustands (d.h., wie im Falle einer
Betätigung
des ersten Motors 36) angetrieben wird. Wenn sich das Fahrzeug
in Bewegung befindet, kann auf diese Weise ein ausreichender Lenkantrieb
der gelenkten Räder
T gewährleistet werden,
obwohl das Abtriebsmoment nur den halben Wert des im Normalbetriebszustand
vorliegenden Abtriebsmoments aufweist.
-
Da
die Phasenunterbrechungsrelais 210 und 220 hierbei
abgeschaltet sind und der erste Motor 36 keine Ausgangsleistung
abgibt, treten in Bezug auf die von dem zweiten Motor 37 erzeugte
Schubkraft auch keine Ausgangsleistungsinterferenzen auf.
-
Das
erste Ausführungsbeispiel
bietet somit folgende Vorteile:
- (1) Die Lenkungs-Steuereinheit 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
umfasst die beiden Systeme SY1 und SY2 mit dem ersten Motor 36 und
dem zweiten Motor 37, die koaxial angeordnet sind und im
wesentlichen die gleiche Leistung aufweisen, und mit den elektronischen
Steuereinheiten 21 und 22 (Steuereinrichtungen)
zur jeweiligen Steuerung der beiden Motoren 36 und 37. Die
beiden elektronischen Steuereinheiten 21 und 22 steuern
gleichzeitig die zugehörigen
Motoren 36 und 37 zum Antrieb der gemeinsamen
Lenkschubstange 35. Die erste elektronische Steuereinheit 21 des
ersten Systems SY1 erzeugt einen Drehmomentbefehl ΔP (einen
ersten Drehmomentbefehl) zur Betätigung
des Rad-Lenkantriebsmechanismus 200 auf der Basis der Lenkstellung
des Lenkrades 10 und der Stellungsinformation bezüglich des
zugehörigen
ersten Motors 36 und verteilt den Drehmomentbefehl ΔP auf die Gesamtzahl
der Systeme SY1 und SY2 (bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Systeme).
Sodann steuert die erste elektronische Steuereinheit 21 das
Drehmoment des ersten Motors 36 in Abhängigkeit von dem dem ersten
System SY1 zugeteilten Drehmomentbefehl ΔP1, während bei dem anderen System,
d.h. dem zweiten System SY2, die zweite elektronische Steuereinheit 22 das Drehmoment
des zweiten Motors 37 in Abhängigkeit von dem dem zweiten
System SY2 zugeteilten Drehmomentbefehl ΔP2 steuert.
-
Auf
diese Weise ist das erste System (SY1) für einen Regelkreis höherer Ordnung
(die Stellungsregelung) verantwortlich, wobei es das für die Lenkungssteuerung
erforderliche Drehmoment berechnet und das berechnete Drehmoment
auf die Gesamtzahl der normal arbeitenden Systeme (in diesem Falle
2) verteilt. Weiterhin ist jedes System (SY1, SY2) für einen
Regelkreis niedrigerer Ordnung (die Drehmomentregelung) verantwortlich.
Da die Stellungsregelung der gelenkten Räder T (der Lenkschubstange 35 bzw.
des Elektromotors) allein über das
erste System SY1 erfolgt, treten auch bei gemeinsamer Betätigung der
beiden Motoren 36 und 37 keine Drehmomentinterferenzen
zwischen den beiden Motoren 36 und 37 auf, sodass
auch kein Drehmomentabfall auf Grund solcher Drehmomentinterferenzen
und keine Abnahme der Ansprech- oder Nachführungsempfindlichkeit
in Bezug auf die Betätigung
des Lenkrades 10 auftreten. Da keine Drehmomentinterferenzen
auftreten, kommt es auch nicht zu einer zusätzlichen Geräusch- und
Vibrationsentwicklung sowie Wärmeerzeugung.
-
Demgegenüber führen bei
der in 9 veranschaulichten Lenkungs-Steuereinrichtung
des Standes der Technik die elektronischen Steuereinheiten 21 und 22 jeweils
für den
zugehörigen
ersten Motor 36 und zweiten Motor 37 eine unter
Rückkopplung
erfolgende Stellungsregelung auf der Basis der von dem ersten Drehwinkelsensor 52 und
dem zweiten Drehwinkelsensor 53 erfassten Drehwinkel des ersten
Motors 36 und zweiten Motors 37 durch. Auf Grund
von herstellungsbedingten Abweichungen bei den beiden Motoren 36 und 37 sowie
den Drehwinkelsensoren 52 und 53 ergeben sich
bei dieser Regelung der beiden Motoren 36 und 37 jedoch
unterschiedliche Stellungen, sodass ein Drehmomentabfall auf Grund
fehlender Übereinstimmung
der erhaltenen Drehmomentrichtungen auftritt, eine Geräusch- und Vibrationsentwicklung
einsetzt und sich die Elektromotoren übermäßig erwärmen.
- (2)
Die erste elektronische Steuereinheit 21 des ersten Systems
SY1 erfasst einen Störzustand bei
anderen Systemen als dem ersten System SY1 (d.h., bei dem zweiten
System SY2), während
die zweite elektronische Steuereinheit 22 des zweiten Systems
SY2 einen Störzustand
bei anderen Systemen als dem zweiten System SY2 (d.h., bei dem ersten
System SY1) erfasst. Wenn bei dem den Drehmomentbefehl ΔP erzeugenden ersten
System ein Störzustand
vorliegt, erzeugt die zweite elektronische Steuereinheit 22 des zweiten
Systems SY2 auf der Basis der Stellungsinformation bezüglich des
zweiten Motors 37 des zweiten Systems SY2 und der Lenkstellung
des Lenkrades 10 einen Drehmomentbefehl ΔP3 (einen
zweiten Drehmomentbefehl) und verteilt diesen Drehmomentbefehl ΔP3 auf die
Anzahl der normal arbeitenden Systeme (bei diesem ersten Ausführungsbeispiel
ein System), wobei das Drehmoment des Motors 37 in Abhängigkeit
von dem dem zweiten System SY2 zugeteilten Drehmomentbefehl ΔP3 gesteuert
bzw. geregelt wird.
-
Bei
einem Störzustand
des ersten Systems SY1 ist somit sichergestellt, dass der Lenkantrieb
der gelenkten Räder
T durch Betätigung
des zweiten Motors 37 über
das zweite System SY2 erfolgt.
-
Wenn
sich somit das für
den Regelkreis höherer
Ordnung (die Stellungsregelung) vorgesehene System (SY1) unter den
Systemen befindet, bei denen ein Störzustand vorliegt, übernimmt
eines der anderen Systeme (SY2), die sich im Normalzustand befinden,
diesen Regelkreis höherer
Ordnung, sodass auf diese Weise das berechnete erforderliche Gesamtdrehmoment
in Abhängigkeit
von der Anzahl der normal arbeitenden Systeme erneut verteilt wird. Da
in Bezug auf die Leistung zwischen den vorhandenen mehreren Motoren 36 und 37 kein
Unterschied besteht, besteht auch keine Beschränkung in Bezug auf die Verteilung
des Drehmoments, wenn bei einem System ein Störzustand vorliegt, die Drehmomentsteuerung
bzw. Regelung wird erleichtert, und darüber hinaus tritt auch keine
Abnahme der Lenkempfindlichkeit (Ansprech- oder Nachführempfindlichkeit) des
Lenkrades 10 auf, wenn bei der Lenkungs-Steuereinrichtung 1 ein
Störzustand
vorliegt bzw. auftritt.
- (3) Bei Vorliegen eines
Störzustands
des ersten Systems SY1 hebt der Stromregler 22C des zweiten
Systems SY2 die Stromschleifenverstärkung auf einen höheren Wert
als im Normal-Steuermodus an, um auf diese Weise den ausgefallenen Bereich
des ersten Systems SY1 zu ersetzen. Hierdurch wird bei einem Störzustand
des ersten Systems SY1 eine Verringerung der Ansprechempfindlichkeit
auf eine Betätigung
des Lenkrades 10 verhindert.
-
Nachstehend
wird eine Lenkungs-Steuereinrichtung 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die 10 und 11 näher beschrieben,
wobei im wesentlichen auf die zu dem ersten Ausführungsbeispiel bestehenden
Unterschiede eingegangen wird.
-
Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
werden eine unter Rückkopplung
erfolgende Stellungsregelung, Stromregelung und Drehzahlregelung durchgeführt.
-
Nachstehend
werden zunächst
der von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 durchgeführte Start-Steuermodus und Normal-Steuermodus
näher beschrieben.
-
10 zeigt
hierbei die Steuerung im Normal-Steuermodus.
-
Im
Start-Steuermodus und Normal-Steuermodus betätigt die erste elektronische
Steuereinheit 21 den ersten Motor 36 über die
erste Ansteuerschaltung 55 dahingehend, dass der Lenkwinkel
der gelenkten Räder
T mit einem Solllenkwinkel in Übereinstimmung
gebracht wird, der dem von dem ersten Lenkradwinkelsensor 14 erfassten
Lenkradwinkel des Lenkrades 10 entspricht, d.h., dass die
zur Einregelung eines Solllenkwinkels erforderliche Schubkraft bzw.
Längskraft
erzeugt wird.
-
Der
Stellungsregler 21A erhält
z.B. von dem ersten Lenkradwinkelsensor 14 den Lenkradwinkel des
Lenkrades 10, der einen Wert darstellt, durch den der Solldrehwinkel
der Motorwelle 39 festgelegt wird. Außerdem erhält der Stellungsregler 21A von dem
ersten Drehwinkelsensor 52 ein Detektionssignal und berechnet
den Istdrehwinkel der Motorwelle 39 in Relation zu dem
Stator 38 auf der Basis dieses Detektionssignals des ersten
Drehwinkelsensors 52, das eine Stellungsinformation in
Bezug auf den Elektromotor enthält.
-
Der
Stellungsregler 21A berechnet sodann die Differenz zwischen
dem Istdrehwinkel der Motorwelle 39 des ersten Motors 36 und
dem dem Lenkradwinkel des Lenkrades 10 entsprechenden Solldrehwinkel
der Motorwelle 39 und erzeugt einen Drehzahlbefehl C1 durch
Multiplikation dieser Differenz mit einer für den Lenkwinkel der gelenkten
Räder T
bzw. die Stellungssteuerung der Lenkschubstange 35 erforderlichen
vorgegebenen Verstärkung, woraufhin
dieser Drehzahlbefehl C1 einem Drehzahlregler 21D zugeführt wird.
-
Ein
Differentialprozessor 21E berechnet die Motordrehzahl auf
der Basis des Detektionssignals des ersten Drehwinkelsensors 52 und
führt den
berechneten Motordrehzahlwert dem Drehzahlregler 21D zu.
-
Der
Drehzahlregler 21D berechnet sodann die Differenz zwischen
dem Drehzahlbefehl C1 und der Motor-Istdrehzahl, multipliziert diese
Differenz mit einer zur Lenkgeschwindigkeitsregelung der gelenkten
Räder T
erforderlichen vorgegebenen Verstärkung zur Erzeugung eines Drehmomentbefehls ΔP10 und führt diesen
Drehmomentbefehl ΔP10
der Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B zu.
-
Der
Drehmomentbefehl ΔP10
entspricht hierbei einem ersten Drehmomentbefehl, der auf der Basis
des Ergebnisses der Drehzahlregelung erzeugt wird.
-
Die
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B verteilt den Drehmomentbefehl ΔP10 auf zwei Systeme,
d.h., die Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B unterteilt
den Drehmomentbefehl ΔP10
in einen Drehmomentbefehl ΔP11
für das
erste System SY1 und einen Drehmomentbefehl ΔP12 für das zweite System SY2 und
führt die
beiden geteilten Drehmomentbefehle ΔP11 und ΔP12 jeweils dem Stromregler 21C des
ersten Systems SY1 sowie dem Stromregler 22C des zweiten
Systems SY2 zu.
-
Wenn
sich beide Systeme SY1 und SY2 im Normalzustand befinden, ändert die
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B vorzugsweise das Drehmoment-Verteilungsverhältnis dahingehend, dass
beim Starten der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs ein anderes
Drehmoment-Verteilungsverhältnis
als bei anderen Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine Verwendung findet. So beträgt z.B.
im Start-Steuermodus das Drehmoment-Verteilungsverhältnis ΔP1 : ΔP2 = 50 :
0, während
das Drehmoment-Verteilungsverhältnis
im Normal-Steuermodus ΔP1 : ΔP2 = 50 :
50 beträgt.
-
Die
von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 ausgeführte Antriebsregelung
des ersten Motors 36 umfasst eine Stellungsregelung zur
Steuerung des Lenkwinkels der gelenkten Räder T in Abhängigkeit
von dem Lenkradwinkel des Lenkrades 10, eine Drehzahlregelung
zur Regelung der Motordrehzahl auf einen dem Drehzahlbefehl C1 entsprechenden
Wert sowie eine Drehmomentregelung des Abtriebsmoments des Elektromotors,
durch die die für
die Stellungsregelung erforderliche Schubkraft bzw. Längskraft
erhalten wird.
-
Da
der Aufbau des Stromreglers 21C dem ersten Ausführungsbeispiel
entspricht, wird auf den Stromregler 21C nicht erneut eingegangen.
-
Der
Stromregler 21C regelt die Stromrückkopplung dahingehend, dass
die Differenz zwischen dem Befehlswert (Drehmomentbefehl ΔP11) und dem
Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (Stromwert iq und Stromwert id des ersten Motors 36)
den Wert Null annimmt. Diese Stromregelung entspricht einer Drehmomentregelung.
-
2. Zweite elektronische
Steuereinheit (ECU) 22
-
Die
zweite elektronische Steuereinheit (ECU) 22 wird von einem
Mikrocomputer mit Rechenfunktionen, Verarbeitungsfunktionen und
Speicherfunktionen gebildet, der einen Start-Steuermodus, einen
Normal-Steuermodus und einen Störungs-Steuermodus
ausführt.
-
Die
zweite elektronische Steuereinheit 22 umfasst gemäß 10 einen
im Start-Steuermodus und im Normal-Steuermodus aktivierten Stromregler 22C und
gemäß 11 einen
Stellungsregler 22A, den Stromregler 22C, einen
Drehzahlregler 22D sowie einen Differentialprozessor 22E.
-
Im
Start-Steuermodus und im Normal-Steuermodus erhält der Stromregler 22C einen
Drehmomentbefehl ΔP12,
ein Detektionssignal des zweiten Drehwinkelsensors 53 sowie
von den Stromsensoren 71 und 72 in der in 10 veranschaulichten
Weise zugeführte
Strommesssignale in Bezug auf die beiden Erregerströme iu und
iv der Dreiphasen-Erregerströme
iu, iv und iw des zweiten Motors 37.
-
Wie
der Stromregler 21C (gemäß 6) umfasst
auch der Stromregler 22C einen Drehmoment-Strom-Umsetzer 61,
zwei PI-Regler 64 und 65, einen d/q-Wechselrichter 66,
einen Pulsdauermodulator 67, einen d/q-Umsetzer 68 sowie
einen Winkeldetektor 69.
-
Betrieb
und Wirkungsweise des Stromregler 22C im Normal-Steuermodus entsprechen
hierbei dem Stromregler 21C.
-
In
der gleichen Weise wie die verschiedenen Elemente des Stromreglers 21C verarbeiten
auch die verschiedenen Elemente des Stromreglers 22C den Drehmomentbefehl ΔP12, das
Detektionssignal des zweiten Drehwinkelsensors 53 sowie
die von den Stromsensoren 71 und 72 zugeführten Strommesssignale
in Bezug auf die Erregerströme
iu und iv. Die im Rahmen dieser Verarbeitung erzeugten Impulssignale
(PDM-Steuersignale) werden von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 der
zweiten Ansteuerschaltung 57 zugeführt, die ihrerseits einer jeden Phase
des zweiten Motors 37 eine in Abhängigkeit von den Impulssignalen
(PDM-Steuersignalen)
erzeugte Treiberspannung zuführt.
-
Wie
vorstehend beschrieben, regelt der Stromregler 22C die
Stromrückkopplung
derart, dass die Differenz zwischen dem Befehlswert (dem Drehmomentbefehl ΔP12) und
dem Rückkopplungswert bzw.
Regelwert (dem Stromwert iq und dem Stromwert id des zweiten Motors 37)
den Wert Null annimmt. Diese Stromregelung entspricht einer Drehmomentregelung.
-
Da
im Start-Steuermodus das Verteilungsverhältnis ΔP11 : ΔP12 den Wert 50 : 0 aufweist,
hat der dem Stromregler 22C zugeführte Drehmomentbefehl ΔP12 den Wert
Null. Demzufolge wird der zweite Motor 37 im Start-Steuermodus
von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 nicht betätigt.
-
Nachstehend
wird ein von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 bei
Vorliegen eines Störzustands
des ersten Systems SY1 ausgeführter
Störungs-Steuermodus
näher beschrieben.
-
In
diesem Störungs-Steuermodus
umfasst die von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 durchgeführte Antriebsregelung
des zweiten Motors 37 eine Stellungsregelung zur Steuerung
des Lenkwinkels in Abhängigkeit
von dem Lenkradwinkel, eine Drehzahlregelung zur Regelung der Motordrehzahl entsprechend
dem Drehzahlbefehl C2 sowie eine für die Stellungsregelung erforderliche
Drehmomentregelung des Abtriebsmoments des Elektromotors, um die
erforderliche Schubkraft bzw. Längskraft
zu erhalten.
-
In
diesem Störungs-Steuermodus
betätigt die
zweite elektronische Steuereinheit 22 den zweiten Motor 37 über die
zweite Ansteuerschaltung 57 dahingehend, dass der Lenkwinkel
der gelenkten Räder
T mit einem Solllenkwinkel übereinstimmt,
der dem von dem zweiten Lenkradwinkelsensor 15 erfassten
Lenkradwinkel entspricht, d.h., dass die zur Einstellung des Solllenkwinkels
erforderliche Schubkraft bzw. Längskraft
erzeugt wird.
-
Der
Stellungsregler 22A erhält
hierbei z.B. den von dem zweiten Lenkradwinkelsensor 15 erfassten
Lenkradwinkel, der einen Wert darstellt, durch den ein Solldrehwinkel
für die
Motorwelle 39 festgelegt wird. Außerdem erhält der Stellungsregler 22A von
dem zweiten Drehwinkelsensor 53 ein Detektionssignal und
berechnet auf der Basis dieses Detektionssignals den Drehwinkel
der Motorwelle 39 in Relation zu dem Stator 38.
-
Das
Detektionssignal des zweiten Drehwinkelsensors 53 entspricht
hierbei einer Stellungsinformation in Bezug auf den zweiten Motor 37.
-
Der
Stellungsregler 22A berechnet sodann die Differenz zwischen
dem Istdrehwinkel der Motorwelle 39 und dem der Lenkstellung
des Lenkrades 10 entsprechenden Solldrehwinkel der Motorwelle 39 und
erzeugt einen Drehzahlbefehl C2 durch Multiplikation dieser Differenz
mit einer für
die Stellungsregelung der Lenkschubstange 35 bzw. den Lenkwinkel
der gelenkten Räder
T entsprechenden vorgegebenen Verstärkung, woraufhin dieser Drehzahlbefehl C2
dem Drehzahlregler 22D zugeführt wird.
-
Der
Differentialprozessor 22E berechnet die Motordrehzahl auf
der Basis des Detektionssignals des zweiten Drehwinkelsensors 53 und
führt die
berechnete Motordrehzahl dem Drehzahlregler 22D zu.
-
Der
Drehzahlregler 22D berechnet seinerseits die Differenz
zwischen dem Drehzahlbefehl C2 und der Motor-Istdrehzahl und erzeugt
hierbei einen Drehmomentbefehl ΔP13
durch Multiplikation dieser Differenz mit einer für die Lenkgeschwindigkeitssteuerung
der gelenkten Räder
T erforderlichen vorgegebenen Verstärkung, woraufhin dieser Drehmomentbefehl ΔP13 dem Stromregler 22C zugeführt wird.
-
Der
Drehmomentbefehl ΔP13
entspricht hierbei einem zweiten Drehmomentbefehl, der auf der Basis
des Ergebnisses der Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsregelung erzeugt
wird.
-
Der
Drehzahlregler 22D führt
hierbei eine dahingehende Drehzahlregelung durch, dass die Differenz
zwischen dem Befehlswert (dem Drehzahlbefehl C2) und dem Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (der Motordrehzahl des zweiten Motors 37)
den Wert Null annimmt.
-
Nachstehend
wird auf den Drehmomentbefehnl ΔP13
näher eingegangen.
-
Wenn
sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, wird ein dahingehender Drehmomentbefehl ΔP13 erzeugt,
dass der Lenkwinkel der gelenkten Räder T, der von dem Drehmoment
des in Abhängigkeit
von dem Drehmomentbefehl ΔP13
betätigten zweiten
Motors 37 herbeigeführt
wird, mit dem Lenkwinkel der gelenkten Räder T identisch ist, der von dem
Drehmoment beider Motoren 36 und 37 im Normalzustand
der beiden Systeme SY1 und SY2 herbeigeführt wird.
-
Wenn
sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, wird der Drehmomentbefehl ΔP13 dagegen
dahingehend erzeugt, dass die gelenkten Räder T durch das Drehmoment,
das durch alleinige Betätigung
des zweiten Motors 37 auf der Basis des Drehmomentbefehls ΔP13 erhalten
wird, auf einen Lenkwinkel eingestellt werden, der im Vergleich
zu dem im Normalzustand der beiden Systeme SY1 und SY2 erhaltenen
Lenkwinkel kleiner ist.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
entspricht der Wert des Drehmomentbefehls ΔP13 dem Wert des Drehmomentbefehls ΔP12 im Normal-Steuermodus.
-
Betrieb
und Arbeitsweise des Stromreglers 22C im Störungs-Steuermodus entsprechen
weitgehend dem Betrieb und der Arbeitsweise des Stromreglers 21C im
Normal-Steuermodus.
-
Bei
diesem zweiten Ausführungsbeispiel
ist die Stromschleifenverstärkung
der PI-Regler 64 und 65 des Stromreglers 22C im
Störungs-Steuermodus vorzugsweise
auf einen im Vergleich zum Normal-Steuermodus unterschiedlichen
Wert eingestellt. Die Stromschleifenverstärkung stellt hierbei die Integralverstärkung und
Proportionalverstärkung
der PI-Regler 64 und 65 dar. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
sind die Verstärkungsfaktoren
im Störungs-Steuermodus
größer als
die Verstärkungsfaktoren
im Normal-Steuermodus. Da die Stromschleifenverstärkung im
Störungs-Steuermodus
auf einen höheren
Wert als im Normal-Steuermodus
eingestellt ist, tritt keine Abnahme der Motor-Ansprechempfindlichkeit in Relation
zu einer Betätigung
des Lenkrades 10 auf, sodass eine Abnahme der Lenkempfindlichkeit
bei der Betätigung
des Lenkrades 10 (der Nachführempfindlichkeit der gelenkten
Räder T)
verhindert wird.
-
Die
verschiedenen Elemente des Stromreglers 22C verarbeiten
den Drehmomentbefehl ΔP13, das
Detektionssignal des zweiten Drehwinkelsensors 53 sowie
die von den Stromsensoren 71 und 72 zugeführten Strommesssignale
in Bezug auf die Erregerströme
iu und iv. Die im Rahmen dieser Verarbeitung erzeugten Impulssignale
(PDM-Steuersignale) werden von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 der
zweiten Ansteuerschaltung 57 zugeführt, die einer jeden Phase
des zweiten Motors 37 eine in Abhängigkeit von diesen Impulssignalen
(PDM-Steuersignalen) erzeugte Treiberspannung zuführt.
-
Wie
vorstehend beschrieben, regelt der Stromregler 22C die
Stromrückkopplung
im Störungs-Steuermodus
dahingehend, dass die Differenz zwischen dem Befehlswert (dem Drehmomentbefehl ΔP3) und dem
Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (dem Stromwert iq und dem Stromwert id des zweiten Motors 37)
den Wert Null annimmt. Diese Stromregelung entspricht einer Drehmomentregelung.
-
Die
erste elektronische Steuereinheit 21 und die zweite elektronische
Steuereinheit 22 wirken hierbei als Steuereinrichtung und
Störungserfassungseinrichtung
des ersten Systems SY1 und des zweiten Systems SY2.
-
Betrieb
und Arbeitsweise der ersten elektronischen Steuereinheit 21 und
der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 des zweiten
Ausführungsbeispiels
entsprechen weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe 8).
-
Das
zweite Ausführungsbeispiel
bietet folgende Vorteile:
- (1) Bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Lenkungs-Steuereinrichtung 1 führt die
erste elektronische Steuereinheit 21 des ersten Systems
SY1 im Normal-Steuermodus
eine Stellungsregelung bzw. Stellungssteuerung auf der Basis der
Lenkstellung des Lenkrades 10 und der in Bezug auf den
ersten Motor 36 erhaltenen Stellungsinformation durch.
Hierbei führt
die erste elektronische Steuereinheit 21 eine Drehzahlregelung
auf der Basis eines Befehlswertes (des Drehzahlbefehls C2) und eines
Rückkopplungswertes
bzw. Regelwertes (der Motordrehzahl des zweiten Motors 37)
durch und erzeugt einen Drehmomentbefehl ΔP10 (einen ersten Drehmomentbefehl)
auf der Basis des Ergebnisses der Drehzahlregelung, wobei dieser
Drehzahlbefehl ΔP10
dann in Abhängigkeit
von der Anzahl der Systeme verteilt wird. Die erste elektronische
Steuereinheit 21 führt
ferner eine Drehmomentregelung in Bezug auf den ersten Motor 36 auf
der Basis des dem zugehörigen
System (SY1) zugeteilten Drehmomentbefehls ΔP11 und der Ist-Erregerströme iu, iv
und iw des ersten Motors 36 des zugehörigen Systems (SY1) durch.
-
Im
Normal-Steuermodus führt
die zweite elektronische Steuereinheit 22 des zweiten Systems SY2
eine Drehmomentregelung in Bezug auf den zweiten Motor 37 des
zweiten Systems SY2 auf der Basis des dem zweiten System SY2 zugeteilten Drehmomentbefehls ΔP12 und der
Ist-Erregerströme iu, iv
und iw des zweiten Motors 37 durch.
-
Auf
diese Weise ist ein System (SY1) für einen Regelkreis höherer Ordnung
(Stellungsregelung und Drehzahlregelung) vorgesehen, berechnet das für die Lenksteuerung
erforderliche Drehmoment und verteilt das berechnete Drehmoment
auf die Gesamtzahl der normal arbeitenden Systeme (in diesem Fall 2).
Jedes System (SY1, SY2) ist darüber
hinaus für einen
Regelkreis niedrigerer Ordnung (die Drehmomentregelung) vorgesehen.
Da die Lenksteuerung der gelenkten Räder T (Lenkschubstange 35 oder Elektromotor)
allein über
das erste System SY1 erfolgt, treten auch bei gemeinsamer Betätigung der beiden
Motoren 36 und 37 keine Drehmomentinterferenzen
zwischen den beiden Motoren 36 und 37 auf, sodass
auch keine Abnahme der Ansprech- oder Nachführempfindlichkeit in Bezug
auf eine Betätigung
des Lenkrades 10 auftritt. Da somit keine Drehmomentinterferenzen
auftreten, entsteht auch keine Geräusch-, Vibrations- und Wärmeentwicklung.
-
Demgegenüber erfolgt
bei der Lenkungs-Steuereinrichtung des Standes der Technik gemäß 18 durch
die elektronischen Steuereinheiten 21 und 22 jeweils
eine Stellungsregelung des zugehörigen
ersten Motors 36 und zweiten Motors 37 auf der
Basis der von dem ersten Drehwinkelsensor 52 und dem zweiten
Drehwinkelsensor 53 erfassten Drehwinkel des ersten Motors 36 und
des zweiten Motors 37. Auf Grund von herstellungsbedingten
Abweichungen bei den beiden Motoren 36 und 37 und den
beiden Drehwinkelsensoren 52 und 53 ergeben sich
bei dieser Regelung der beiden Motoren 36 und 37 jedoch
unterschiedliche Stellungen, sodass sich das Drehmoment auf Grund
fehlender Übereinstimmung
der erzeugten Drehmomentrichtungen verringert und darüber hinaus
Geräusche
und Vibrationen in Verbindung mit einer zusätzlichen Erwärmung des Elektromotors
entstehen.
- (2) Wenn ein Störzustand des ersten Systems SY1
vorliegt, führt
die zweite elektronische Steuereinheit 22 des zweiten Systems
SY2 eine Stellungsregelung auf der Basis der Lenkstellung des Lenkrades 10 und
der in Bezug auf den zweiten Motor 37 des zweiten Systems
SY2 vorliegenden Stellungsinformation durch. Die zweite elektronische
Steuereinheit 22 erzeugt hierbei einen Befehlswert (einen
Drehzahlbefehl C2) auf der Basis des Ergebnisses der Stellungsregelung
und führt eine
Drehzahlregelung auf der Basis des erhaltenen Befehlswertes und
eines Rückkopplungswertes
bzw. Regelwertes (der Motordrehzahl des zweiten Motors 37)
durch. Die zweite elektronische Steuereinheit 22 erzeugt
ferner einen Drehmomentbefehl ΔP13
(einen zweiten Drehmomentbefehl) auf der Basis des Ergebnisses der Drehzahlregelung
und führt
auf der Basis dieses Drehmomentbefehls ΔP13 (des zweiten Drehmomentbefehls)
und der Ist-Erregerströme
iu, iv und iw des zweiten Motors 37 des zweiten Systems SY2
eine Drehmomentregelung durch.
-
Bei
einem Störzustand
des ersten Systems SY1 ist somit die Lenkeinstellung der gelenkten
Räder T
durch eine entsprechende Betätigung
des zweiten Motors 37 über
das zweite System SY2 gewährleistet.
-
Wenn
somit das für
den Regelkreis höherer Ordnung
(die Stellungsregelung und Drehzahlregelung) vorgesehene System
(SY1) in den Systemen enthalten ist, bei denen ein Störzustand
vorliegt, übernimmt
eines der anderen normal arbeitenden Systeme (SY2) diesen Regelkreis
höherer
Ordnung und nimmt eine erneute Verteilung des berechneten erforderlichen
Gesamtdrehmoments in Abhängigkeit von
der Anzahl der normal arbeitenden Systeme vor.
-
Da
in Bezug auf die Leistung zwischen den vorgesehenen Motoren 36 und 37 kein
Unterschied besteht, besteht bei Auftreten eines Störzustands
bei einem System auch keine Beschränkung in Bezug auf die Drehmomentverteilung,
was die Drehmomentregelung vereinfacht. Außerdem tritt keine Abnahme
der Motor-Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf die Betätigung des
Lenkrades 10 auf, sodass auch keine Abnahme der Lenkempfindlichkeit
des Lenkrades 10 (der Nachführempfindlichkeit der gelenkten
Räder T)
auftritt.
- (3) Bei Vorliegen eines Störzustands
des ersten Systems SY1 hebt der Stromregler 22C des zweiten
Systems SY2 die Stromschleifenverstärkung auf einen höheren Wert
als im Normal-Steuermodus an, wodurch eine Abnahme der Ansprechempfindlichkeit
bei einer Betätigung
des Lenkrades 10 auf Grund des gestörten Bereiches des ersten Systems
SY1 verhindert wird. Auf diese Weise kann eine Abnahme der Ansprechempfindlichkeit
in Bezug auf eine Betätigung
des Lenkrades 10 bei einem Störzustand des ersten Systems SY1
verhindert werden.
-
Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf die 12 bis 17 eine
Lenkungs-Steuereinrichtung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
näher beschrieben,
wobei die in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel bestehenden
Unterschiede hervorgehoben werden.
-
Wie
in 12 veranschaulicht ist, umfasst die Lenkungs-Steuereinrichtung 1 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
einen Betätigungsmechanismus 100 mit
einem Lenkrad 10, einen Rad-Lenkantriebsmechanismus 200 sowie
eine Steuereinheit 300 und umfasst hierbei drei Systeme
SY1, SY2 und SY3, deren Anzahl (3) sich von der Anzahl der Systeme
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
(2) unterscheidet.
-
Das
erste System SY1 umfasst hierbei eine erste elektronische Steuereinheit
(ECU) 21, einen ersten Lenkradwinkelsensor 14,
eine erste Ansteuerschaltung 55 sowie einen ersten Motor 36,
während das
zweite System SY2 eine zweite elektronische Steuereinheit (ECU) 22,
einen zweiten Lenkradwinkelsensor 15, eine zweite Ansteuerschaltung 57 sowie
einen zweiten Motor 37 und das dritte System SY3 eine dritte
elektronische Steuereinheit (ECU) 23, einen dritten Lenkradwinkelsensor 16,
eine dritte Ansteuerschaltung 58 sowie einen dritten Motor 43 umfassen.
-
Die
drei Lenkradwinkelsensoren 14, 15, 16 sind
an der Lenkspindel 11 angeordnet, wobei der dritte Lenkradwinkelsensor 16 mit
der dritten elektronischen Steuereinheit 23 elektrisch
verbunden ist.
-
Der
erste Motor 36, der zweite Motor 37 und der dritte
Motor 43 sind in dem Rad-Lenkantriebsmechanismus 200 koaxial
zueinander angeordnet und umfassen einen gemeinsamen Stator und
einen gemeinsamen Rotor in Form einer gemeinsamen Motorwelle 39.
Die Motoren 36, 37 und 43 werden sämtlich von
dreiphasigen bürstenlosen
Synchron-Gleichstrommotoren
mit im wesentlichen der gleichen Leistung gebildet, wobei der dritte
Motor 43 von der dritten elektronischen Steuereinheit 23 über die
dritte Ansteuerschaltung 58 gesteuert wird.
-
Die
erste Ansteuerschaltung 55 dient hierbei als erste Ansteuereinrichtung,
während
die zweite Ansteuerschaltung 57 als zweite Ansteuereinrichtung und
die dritte Ansteuerschaltung 58 als dritte Ansteuereinrichtung
dienen.
-
Die
drei Drehwinkelsensoren 52, 53 und 54 sind
parallel entlang der Motorwelle 39 angeordnet, wobei die
Drehwinkelsensoren 52, 53 und 54 vorzugsweise
von einem jeweiligen Drehstellungsgeber gebildet werden.
-
Der
erste Drehwinkelsensor 52, der zweite Drehwinkelsensor 53 und
der dritte Drehwinkelsensor 54 führen jeweilige Detektionssignale
der ersten elektronischen Steuereinheit 21, der zweiten
elektronischen Steuereinheit 22 und der dritten elektronischen
Steuereinheit 23 in vorgegebenen Abtastintervallen zu,
wobei die elektronischen Steuereinheiten 21, 22 und 23 dann
jeweils den Drehwinkel der Motorwelle 39 des ersten Motors 36,
des zweiten Motors 37 und des dritten Motors 43 relativ
zum Stator in Abhängigkeit
von dem erhaltenen Detektionssignal berechnen.
-
Nachstehend
wird auf die Steuereinheit 300 näher eingegangen.
-
Die
Steuereinheit 300 umfasst die erste elektronische Steuereinheit
(ECU) 21, die zweite elektronische Steuereinheit (ECU) 22,
die dritte elektronische Steuereinheit (ECU) 23, die erste
Ansteuerschaltung 55, die zweite Ansteuerschaltung 57 und die
dritte Ansteuerschaltung 58, wobei die elektronischen Steuereinheiten 21, 22 und 23 von
jeweiligen Mikrocomputern gebildet werden. Der Aufbau der dritten
elektronischen Steuereinheit 23 entspricht hierbei dem
Aufbau der ersten elektronischen Steuereinheit 21 und der
zweiten elektronischen Steuereinheit 22 des zweiten Ausführungsbeispiels.
-
Die
elektronischen Steuereinheiten 21, 22 und 23 sind
hierbei über
eine gemeinsame Kommunikationsleitung miteinander verbunden. Die
erste elektronische Steuereinheit 21, die zweite elektronische
Steuereinheit 22 und die dritte elektronische Steuereinheit 23 umfassen
gegenseitige Überwachungsfunktionen
(eine Überwachungslogik)
zur gegenseitigen Übermittlung
des Istdrehwinkels des ersten Motors 36, des zweiten Motors 37 und
des dritten Motors 43, der Messwerte von verschiedenen
Sensoren der zugehörigen
Systeme SY1, SY2 und SY3 sowie von verschiedenen Informationen für die Motorregelung
und einer Fehler- oder Abweichungsinformation (eines Störzustandsfeststellungssignals). Die
elektronische Steuereinheit eines Systems überwacht somit gleichzeitig
die anderen beiden Systeme und führt
eine Fehler- oder Abweichungsinformation des zugehörigen Systems
den anderen beiden Systemen zu, d.h., eine Fehler- oder Abweichungsinformation
von den beiden elektronischen Steuereinheiten der anderen beiden
Systeme wird auch der elektronischen Steuereinheit des einen Systems
zugeführt.
Demzufolge bestimmt die elektronische Steuereinheit eines Systems
den Zustand (Normalzustand oder Störzustand) sämtlicher Systeme oder eines
jeden Systems auf der Basis einer Fehler- oder Abweichungsinformation,
die von den jeweils anderen beiden Systemen zugeführt wird.
-
Wenn
z.B. der von den elektronischen Steuereinheiten 21, 22 und 23 jeweils
berechnete Drehwinkel der Motorwelle 39 übereinstimmt,
wird von den elektronischen Steuereinheiten 21, 22 und 23 die Feststellung
getroffen, dass die jeweils anderen Systeme (elektronischen Steuereinheiten)
sich im Normalzustand befinden, da die Motorwelle 39 den
Motoren 36, 37 und 43 gemeinsam zugeordnet
ist. Wenn dagegen ein Störzustand
vorliegt, führen
die elektronischen Steuereinheiten eine Fehler- oder Abweichungsinformation
(ein Störzustandsfeststellungssignal)
den elektronischen Steuereinheiten der jeweils anderen Systeme zu.
-
Hierbei
sind die von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 der
zweiten elektronischen Steuereinheit 22 zugeführte Abweichungsinformation mit α12, die von
der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 der ersten
elektronischen Steuereinheit 21 zugeführte Abweichungsinformation
mit α21,
die von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 der
dritten elektronischen Steuereinheit 23 zugeführte Abweichungsinformation
mit α23,
die von der dritten elektronischen Steuereinheit 23 der
zweiten elektronischen Steuereinheit 22 zugeführte Abweichungsinformation
mit α32,
die von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 der
dritten elektronischen Steuereinheit 23 zugeführte Abweichungsinformation
mit α13
und die von der dritten elektronischen Steuereinheit 23 der
ersten elektronischen Steuereinheit 21 zugeführte Abweichungsinformation
mit α31
bezeichnet.
-
Wenn
z.B. ein System feststellt, dass bei zumindest einem der anderen
Systeme ein Störzustand vorliegt,
führt das
erstere System eine Abschaltung des Stromversorgungsrelais 90 sowie
der Phasenunterbrechungsrelais 210 und 220 des
zumindest einen anderen Systems herbei und stellt den Modus in Abhängigkeit
von dem Zustand (Normalzustand oder Störzustand) des zumindest einen
anderen Systems ein.
-
Da
somit die elektronische Steuereinheit eines Systems über den
Zustand eines jeden anderen Systems informiert ist, führt diese
elektronische Steuereinheit Vorgänge
in Abhängigkeit
von dem Zustand eines jeden Systems aus.
-
Auf
diese Weise wirken die erste elektronische Steuereinheit 21,
die zweite elektronische Steuereinheit 22 und die dritte
elektronische Steuereinheit 23 auch als Steuereinrichtungen
und Störungserfassungseinrichtungen
der zugeordneten Systeme.
-
Nachstehend
wird auf die Funktionen der ersten elektronischen Steuereinheit 21,
der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 und der dritten
elektronischen Steuereinheit 23 näher eingegangen.
-
1. Erste elektronische
Steuereinheit (ECU) 21
-
Wenn
sich beim Starten der Brennkraftmaschine sämtliche Systeme im Normalzustand
befinden oder wenn bei zumindest einem anderen System als dem ersten
System SY1 ein Störzustand
vorliegt, wirkt die erste elektronische Steuereinheit 21 des ersten
Systems SY1 in Bezug auf das zweite System SY2 und das dritte System
SY3 als Steuereinrichtung höherer
Ordnung, d.h., die erste elektronische Steuereinheit 21 des
ersten Systems SY1 wirkt als Hauptsteuereinrichtung, während die
zweite elektronische Steuereinheit 22 und die dritte elektronische
Steuereinheit 23 als Nebensteuereinrichtungen wirken.
-
(1-1) Betrieb der ersten
Steuereinheit 21 im Start-Steuermodus und im Normal-Steuermodus
-
14 veranschaulicht
die Steuerung, wenn sich sämtliche
Systeme im Normalzustand befinden.
-
Der
Betrieb der ersten elektronischen Steuereinheit 21 im Start-Steuermodus
und Normal-Steuermodus ist bereits in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel
beschrieben worden. Der Drehmomentbefehl ΔP10 gemäß 14 entspricht
somit dem ersten Drehmomentbefehl, der auf der Basis des Ergebnisses
der Drehzahlregelung erzeugt wird.
-
Die
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B verteilt den zugeführten Drehmomentbefehl ΔP10 auf die
drei Systeme, d.h., die Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B unterteilt
den Drehmomentbefehl ΔP10
in einen Drehmomentbefehl ΔP11
für das
erste System SY1, einen Drehmomentbefehl ΔP12 für das zweite System SY2 und
einen Drehmomentbefehl ΔP14
für das
dritte System SY3 und führt
die drei geteilten Drehmomentbefehle ΔP11, ΔP12 und ΔP14 den Stromreglern 21C, 22C und 23C der
zugehörigen
Systeme zu (siehe 14).
-
Wenn
sich die Systeme SY1, SY2 und SY3 sämtlich im Normalzustand befinden,
verwendet die Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B unterschiedliche
Verteilungsverhältnisse
in Bezug auf einen Startvorgang der Brennkraftmaschine und andere
Betriebszustände
der Brennkraftmaschine als den Startvorgang.
-
Bei
einem Startvorgang der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs (Start-Steuermodus)
beträgt das
Verteilungsverhältnis
z.B. 100/3:0:0 (ΔP11:ΔP12:ΔP14), während bei
anderen Betriebszuständen
als einem Startvorgang der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs (im
Normal-Steuermodus) das Verteilungsverhältnis 100/3:100/3:100/3 (ΔP11:ΔP12:ΔP14) beträgt.
-
Die
von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 ausgeführte Antriebsregelung
des ersten Motors 36 umfasst eine Stellungsregelung zur
Steuerung des Lenkwinkels in Abhängigkeit
vom Lenkradwinkel, eine Drehzahlregelung zur Regelung der Motordrehzahl
entsprechend dem Drehzahlbefehl C1 sowie eine für die Stellungsregelung erforderliche Drehmomentregelung
des Abtriebsmoments des Elektromotors, um die erforderliche Schubkraft
bzw. Längskraft
zu erhalten.
-
Bei
dem Stromregler 21C erfolgt hierbei unter Rückkopplung
eine dahingehende Stromregelung, dass die Differenz zwischen dem
Befehlswert (Drehmomentbefehl ΔP11)
und dem Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (Stromwert iq und Stromwert id des ersten Motors 36)
den Wert Null annimmt. Diese Stromregelung entspricht einer Drehmomentregelung.
-
(1-2) Erster Störungs-Steuermodus
-
Wenn
sich das erste System SY1 im Normalzustand befindet und bei dem
zweiten System SY2 und/oder dem dritten System SY3 ein Störzustand vorliegt,
geht die erste elektronische Steuereinheit 21 in den ersten
Störungs-Steuermodus über. Hierbei verteilt
die Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B der ersten elektronischen
Steuereinheit 21 den Drehmomentbefehl ΔP10 auf die beiden im Normalzustand
befindlichen Systeme und schließt
das im Störzustand
befindliche System aus.
-
15 veranschaulicht
die Steuerung bzw. Regelung für
den Fall, dass sich das erste System SY1 und das zweite System SY2
im Normalzustand befinden, während
bei dem dritten System SY3 ein Störzustand vorliegt.
-
Wenn
bei dem zweiten System SY2 ein Störzustand vorliegt, während sich
das erste System SY1 und das dritte System SY3 im Normalzustand
befinden, kann das zweite System SY2 durch das dritte System SY3
gemäß 15 ersetzt
werden.
-
Wenn
bei dem dritten System SY3 ein Störzustand vorliegt, unterbricht
die dritte elektronische Steuereinheit 23 des dritten Systems
SY3 die Regelung des dritten Motors 43. Sodann nimmt die
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B des ersten Systems
SY1 eine Neuverteilung des Drehmomentbefehls ΔP10 auf zwei Systeme vor, d.h.,
die Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B unterteilt
den Drehmomentbefehl ΔP10
in einen geteilten Drehmomentbefehl ΔP11a für das erste System SY1 und
einen geteilten Drehmomentbefehl ΔP12a
für das
zweite System SY2 und führt
die beiden geteilten Drehmomentbefehle ΔP11a und ΔP12a jeweils dem Stromregler 21C des
ersten Systems SY1 bzw. dem Stromregler 22C des zweiten
Systems SY2 zu, wobei das Verteilungsverhältnis hierbei 50:50 (ΔP11a:ΔP12a) beträgt.
-
Im
ersten Störungs-Steuermodus
werden die PI-Regler 64 und 65 der Stromregler
bei jedem im Normalzustand befindlichen System im Vergleich zu dem
Normal-Steuermodus, bei dem sich sämtliche Systeme im Normalzustand
befinden, auf unterschiedliche Stromschleifenverstärkungen
eingestellt. Die Stromschleifenverstärkung stellt hierbei die Integralverstärkung und
Proportionalverstärkung
der PI-Regler 64 und 65 dar,
wobei diese Verstärkungen im
Störungs-Steuermodus
im Vergleich zu den Verstärkungsfaktoren
im Normal-Steuermodus auf höhere
Werte eingestellt werden.
-
Da
die Stromschleifenverstärkung
in diesem ersten Störungs-Steuermodus auf einen
höheren Wert
als die Stromschleifenverstärkung
im Normal-Steuermodus eingestellt wird, tritt keine Abnahme der
Motor-Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf eine Betätigung des
Lenkrades 10 und damit auch keine Abnahme der Nachführempfindlichkeit
in Bezug auf eine Betätigung
des Lenkrades 10 auf.
-
Nachstehend
wird auf den Drehmomentbefehl ΔP10
näher eingegangen.
-
Wenn
sich das Fahrzeug in Bewegung befindet und die Fahrbahnreaktion
relativ gering ist, wird ein derartiger Drehmomentbefehl ΔP10 (d.h.,
die Summe von ΔP11a
und ΔP12a)
erzeugt, dass der Lenkwinkel der gelenkten Räder T, der durch das Drehmoment
der Betätigung
nur des ersten Motors 36 und des zweiten Motors 37 in
Abhängigkeit
von den geteilten Drehmomentbefehlen ΔP11a und ΔP12a erhalten wird, mit dem
Lenkwinkel der gelenkten Räder
T identisch ist, der durch das durch Betätigung sämtlicher drei Motoren 36, 37 und 43 im
Normalzustand sämtlicher
Systeme erzeugte Drehmoment erhalten wird.
-
Wenn
sich das Fahrzeug dagegen im Stillstand befindet, wird ein derartiger
Drehmomentbefehl ΔP10
erzeugt, dass bei den gelenkten Rädern T durch das von dem ersten
Motor 36 und dem zweiten Motor 37 in Abhängigkeit
von den Drehmomentbefehlen AP11a und ΔP12a erzeugte Drehmoment ein kleinerer
Winkel eingestellt wird, als dies im Normalzustand sämtlicher
drei Systeme SY1, SY2 und SY3 der Fall ist.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
stellt der Drehmomentbefehl ΔP10
einen Wert dar, der mit dem Gesamtwert der Drehmomentbefehle ΔP11 und ΔP12 im Normal-Steuermodus
identisch ist (siehe 14).
-
2. Zweite elektronische
Steuereinheit (ECU) 22 und dritte elektronische Steuereinheit
(ECU) 23
-
Nachstehend
wird auf die zweite elektronische Steuereinheit 22 und
die dritte elektronische Steuereinheit 23 näher eingegangen.
-
(2-1) Erste elektronische
Steuereinheit 21 im Start-Steuermodus und im Normal-Steuermodus
-
Wenn
sich die erste elektronische Steuereinheit 21 im Normal-Steuermodus
befindet, erhalten der Stromregler 22C der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 und
der Stromregler 23C der dritten elektronischen Steuereinheit 23 geteilte
Drehmomentbefehle ΔP12
und ΔP14
in der in 14 veranschaulichten Weise.
-
Betrieb
und Arbeitsweise der Stromregler 22C und 23C im
Normal-Steuermodus sind bereits in Bezug auf den Stromregler 21C gemäß 6 beschrieben
worden.
-
Der
Stromregler 22C führt
eine unter Rückkopplung
erfolgende Stromregelung dahingehend durch, dass die Differenz zwischen
dem Befehlswert (Drehmomentbefehl ΔP12) und dem Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (Stromwert iq und Stromwert id des zweiten Motors 37)
den Wert Null annimmt.
-
Der
Stromregler 23C führt
eine unter Rückkopplung
erfolgende Stromregelung dahingehend durch, dass die Differenz zwischen
dem Befehlswert (Drehmomentbefehl ΔP14) und dem Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (dem Stromwert iq und dem Stromwert id des dritten
Motors 43) den Wert Null annimmt. Die von den Stromreglern 21C, 22C und 23C durchgeführte Stromregelung
entspricht hierbei einer Drehmomentregelung.
-
(2-2) Zweiter Störungs-Steuermodus
-
Nachstehend
wird die im Falle eines Störzustands
des ersten Systems SY1 erfolgende Steuerung bzw. Regelung näher beschrieben.
-
Wenn
bei dem ersten System SY1 ein Störzustand
vorliegt, während
sich das zweite System SY2 im Normalzustand befindet, wirkt die
zweite elektronische Steuereinheit 22 des zweiten Systems SY2
in Bezug auf die dritte elektronische Steuereinheit 23 des
dritten Systems SY3 als Steuereinrichtung höherer Ordnung, d.h., die zweite
elektronische Steuereinheit 22 wirkt in diesem Falle als
Hauptsteuereinrichtung, während
die dritte elektronische Steuereinheit 23 dann als Nebensteuereinrichtung
wirkt.
-
Wenn
dagegen bei dem ersten System SY1 und dem zweiten System SY2 ein
Störzustand
vorliegt, während
sich das dritte System SY3 im Normalzustand befindet, wirkt die
dritte elektronische Steuereinheit 23 des dritten Systems
SY3 als alleinige Steuereinheit der Lenkungs-Steuereinrichtung 1.
-
Der
zweite Störungs-Steuermodus
wird ausgeführt,
wenn nur ein Störzustand
des ersten Systems SY1 vorliegt (16) oder
wenn bei dem ersten System SY1 und einem der beiden anderen Systeme SY2
und SY3 ein Störzustand
vorliegt 17).
-
(2-2-1) Vorliegen eines
Störzustands
nur bei dem ersten System SY1
-
Wenn
nur bei dem ersten System SY1 ein Störzustand vorliegt, unterbricht
die erste elektronische Steuereinheit 21 des ersten Systems
SY1 die Steuerung des ersten Motors 36 in der in 16 veranschaulichten
Weise.
-
Im
zweiten Störungs-Steuermodus
aktiviert die zweite elektronische Steuereinheit 22 den
Stellungsregler 22A, die Drehmoment-Verteilungseinrichtung 22B,
den Stromregler 22C, den Drehzahlregler 22D und
den Differentialprozessor 22E.
-
Im
zweiten Störungs-Steuermodus
umfasst die von der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 ausgeführte Antriebsregelung
des zweiten Motors 37 eine Stellungsregelung zur Steuerung
des Lenkwinkels in Abhängigkeit
von dem Lenkradwinkel, eine Drehzahlregelung zur Regelung der Motordrehzahl entsprechend
dem Drehzahlbefehl C2 und eine für die
Stellungsregelung erforderliche Drehmomentregelung des Abtriebsmoments
des Elektromotors, um die erforderliche Schubkraft bzw. Längskraft
zu erhalten.
-
Im
zweiten Störungs-Steuermodus
führt die zweite
elektronische Steuereinheit 22 eine dahingehende Betätigung des
zweiten Motors 37 über
die zweite Ansteuerschaltung 57 herbei, dass der Lenkwinkel
der gelenkten Räder
T mit einem Sollwinkel übereinstimmt,
der dem von dem zweiten Lenkradwinkelsensor 15 erfassten
Lenkradwinkel entspricht, d.h., dass die zur Einstellung eines Solllenkwinkels erforderliche
Schubkraft bzw. Längskraft
erzeugt wird.
-
Im
einzelnen erhält
der Stellungsregler 22A hierbei den von dem Lenkradwinkelsensor 15 erfassten
Lenkradwinkel (Stellungsbefehl) und das von dem zweiten Drehwinkelsensor 53 zugeführte Detektionssignal
und berechnet den Drehwinkel der Motorwelle 39 in Relation
zum Stator auf der Basis dieses Detektionssignals des zweiten Drehwinkelsensors 53,
das einer Stellungsinformation in Bezug auf den zweiten Lenkantriebsmotor 37 entspricht.
-
Der
Stellungsregler 22A berechnet sodann die Differenz zwischen
dem Istdrehwinkel des zweiten Motors 37 (der Motorwelle 39)
und dem der Lenkstellung des Lenkrades 10 entsprechenden
Solldrehwinkel der Motorwelle 39 und erzeugt hierbei einen Drehzahlbefehl
C2 durch Multiplikation dieser Differenz mit einer für die Stellungsregelung
der Lenkschubstange 35 bzw. den Lenkwinkel der gelenkten Räder T erforderlichen
vorgegebenen Verstärkung, woraufhin
dieser Drehzahlbefehl C2 dem Drehzahlregler 22D zugeführt wird.
-
Der
Differentialprozessor 22E berechnet hierbei die Motordrehzahl
auf der Basis des von dem zweiten Drehwinkelsensor 53 abgegebenen
Detektionssignals und führt
die berechnete Motordrehzahl dem Drehzahlregler 22D zu.
-
Der
Drehzahlregler 22D berechnet sodann die Differenz zwischen
dem Drehzahlbefehl C2 und der Motor-Istdrehzahl und erzeugt einen
Drehmomentbefehl ΔP13
durch Multiplikation dieser Differenz mit einer zur Lenkgeschwindigkeitsregelung
der gelenkten Räder
T erforderlichen vorgegebenen Verstärkung, woraufhin dieser Drehmomentbefehl ΔP13 der Drehmoment-Verteilungseinrichtung 22B zugeführt wird.
Der Drehzahlregler 22D führt somit eine dahingehende
Drehzahlregelung durch, dass die Differenz zwischen dem Befehlswert
(dem Drehzahlbefehl C2) und dem Rückkopplungswert bzw. Regelwert
(der Motordrehzahl des zweiten Motors 37) den Wert Null
annimmt. Der Drehmomentbefehl ΔP13 entspricht
hierbei einem zweiten Drehmomentbefehl, der auf der Basis des Ergebnisses
der Drehzahlregelung erzeugt wird.
-
Die
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 22B teilt den Drehmomentbefehl ΔP13 durch
ein der Anzahl der im Normalzustand befindlichen Systeme entsprechendes
Verhältnis,
erzeugt hierbei geteilte Drehmomentbefehle ΔP15 und ΔP16 und führt diese geteilten Drehmomentbefehle ΔP15 und ΔP16 jeweils
dem Stromregler 22C des zweiten Systems SY2 bzw. dem Stromregler 23C des
dritten Systems SY3 zu.
-
Da
sich bei diesem Beispiel die Systeme SY2 und SY3 beide im Normalzustand
befinden, beträgt
das Verteilungsverhältnis
50:50 (ΔP15:ΔP16).
-
Im
Vergleich zu dem Fall, dass sich sämtliche Systeme im Normalzustand
befinden (dem Normal-Steuermodus) erzeugen die PI-Regler 64 und 65 der
Stromregler eines jeden Systems im zweiten Störungs-Steuermodus unterschiedliche
Stromschleifenverstärkungen.
Die Stromschleifenverstärkung stellt
hierbei die Integralverstärkung
und Proportionalverstärkung
der PI-Regler 64 und 65 dar. Im Störungs-Steuermodus
sind diese Verstärkungen
vorzugsweise größer als
die Verstärkungsfaktoren
im Normal-Steuermodus. Auf diese Weise wird eine Abnahme der Motor-Ansprechempfindlichkeit
in Bezug auf eine Betätigung
des Lenkrades 10 vermieden.
-
Nachstehend
wird auf den Drehmomentbefehl ΔP13
näher eingegangen.
-
Wenn
sich das Fahrzeug in Bewegung befindet und die Fahrbahnreaktion
relativ gering ist, wird ein derartiger Drehmomentbefehl ΔP13 (d.h.,
die Summe von ΔP15
und ΔP16)
erzeugt, dass der Lenkwinkel der gelenkten Räder T, der durch das durch
Betätigung
nur des zweiten Motors 37 und des dritten Motors 43 in
Abhängigkeit
von den geteilten Drehmomentbefehlen ΔP15 und ΔP16 erzeugte Drehmoment erhalten
wird, mit dem Lenkwinkel der gelenkten Räder T identisch ist, der durch
das im Normalzustand sämtlicher
Systeme durch Betätigung
der drei Motoren 36, 37 und 43 erzeugte
Drehmoment erhalten wird.
-
Wenn
sich das Fahrzeug dagegen im Stillstand befindet, wird der Drehmomentbefehl ΔP13 dahingehend
erzeugt, dass die gelenkten Räder
T durch das von dem zweiten Motor 37 und dem dritten Motor 43 in
Abhängigkeit
von den Drehmomentbefehlen ΔP15
und ΔP16
erzeugte Drehmoment auf einen kleineren Lenkwinkel als im Falle
eines Normalzustands sämtlicher
Systeme SY1, SY2 und SY3 eingestellt wird.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
stellt der Drehmomentbefehl ΔP13
einen Wert dar, der mit dem Gesamtwert der Drehmomentbefehle ΔP12 und ΔP14 im Normal-Steuermodus
identisch ist.
-
Im
zweiten Störungs-Steuermodus
entsprechen Betrieb und Arbeitsweise des Stromreglers 22C weitgehend
dem Normal-Steuermodus.
-
Die
Elemente des Stromreglers 22C verarbeiten den Drehmomentbefehl ΔP15, das
Detektionssignal des zweiten Drehwinkelsensors 53 sowie die
von den Stromsensoren 71 und 72 zugeführten Strommesssignale
in Bezug auf die Erregerströme
iu und iv und erzeugen hierbei eine Anzahl von Impulssignalen (PDM-Steuersignale),
die der zweiten Ansteuerschaltung 57 zugeführt werden.
Die zweite Ansteuerschaltung 57 erzeugt ihrerseits in Abhängigkeit von
diesen Impulssignalen (PDM-Steuersignalen) eine Anzahl von Treiberspannungen,
die einer jeden Phase des zweiten Motors 37 zugeführt werden.
-
Auf
diese Weise führt
der Stromregler 22C im zweiten Störungs-Steuermodus eine dahingehend Stromregelung
durch, dass die Differenz zwischen dem Befehlswert (dem Drehmomentbefehl ΔP15) und
dem Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (dem Stromwert iq und dem Stromwert id des zweiten
Motors 37) den Wert Null annimmt. Diese Stromregelung entspricht
einer Drehmomentregelung.
-
Wenn
nur bei dem ersten System SY1 ein Störzustand vorliegt, wird der
Stromregler 23C der dritten elektronischen Steuereinheit 23 aktiviert,
der dann eine unter Rückkopplung
erfolgende Stromregelung dahingehend durchführt, dass die Differenz zwischen
dem Befehlswert (dem Drehmomentbefehl ΔP16) und dem Rückkopplungswert
bzw. Regelwert (dem Stromwert iq und dem Stromwert id des dritten Motors 43)
den Wert Null annimmt. Diese Stromregelung entspricht ebenfalls
einer Drehmomentregelung.
-
(2-2-2) Vorliegen eines
Störzustands
bei dem ersten System SY1 und einem weiteren System
-
Wenn
gleichzeitig bei dem ersten System SY1 und einem weiteren System
(dem System SY2 oder dem System SY3) ein Störzustand vorliegt, unterbricht
die erste elektronische Steuereinheit 21 des ersten Systems
SY1 die Steuerung bzw. Regelung des ersten Motors 36, während die
elektronische Steuereinheit des anderen im Störzustand befindlichen Systems
die Steuerung bzw. Regelung des Motors dieses Systems unterbricht.
-
17 veranschaulicht
einen Steuermodus, bei dem im Falle des ersten Systems SY1 und des dritten
Systems SY3 ein Störzustand
vorliegt, während
sich das zweite System SY2 im Normalzustand befindet.
-
Der
Steuermodus für
den Fall, dass bei dem ersten System SY1 und dem zweiten System
SY2 ein Störzustand
vorliegt, während
sich das dritte System SY3 im Normalzustand befindet, ergibt sich
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 17,
indem das zweite System SY2 gegen das dritte System SY3 ausgetauscht
wird.
-
Bei
der zweiten elektronischen Steuereinheit 22 werden der
Stellungsregler 22A, die Drehmoment-Verteilungseinrichtung 22B,
der Stromregler 22C, der Drehzahlregler 22D und
der Differentialprozessor 22E aktiviert.
-
Die
Anordnung dieser Bauelemente ist mit der Anordnung gemäß 16 identisch,
obwohl das Verteilungsverhältnis
der Drehmoment-Verteilungseinrichtung 22B unterschiedlich
ist und bei diesem Ausführungsbeispiel
100:0 (ΔP15:ΔP16) beträgt. Der von
der Drehmoment-Verteilungseinrichtung 22B dem Stromregler 22C zugeführte Drehmomentbefehl ΔP15 ist somit
identisch mit dem Drehmomentbefehl ΔP13, der von dem Drehzahlregler 22D der
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 22B zugeführt wird.
Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, führt die
Drehmoment-Verteilungseinrichtung 22B zwar der
dritten elektronischen Steuereinheit 23 den Drehmomentbefehl ΔP16 zu, der
in diesem Falle jedoch den Wert Null hat.
-
Nachstehend
wird auf Betrieb und Wirkungsweise der Lenkungs-Steuereinrichtung 1 gemäß diesem
dritten Ausführungsbeispiel
näher eingegangen.
-
13 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Steuerprogramms, das von der ersten elektronischen Steuereinheit 21 in
vorgegebenen Intervallen ausgeführt
wird.
-
In
einem Schritt S100 überprüft die erste elektronische
Steuereinheit 21, ob ein Startvorgang bzw. eine Startzeit
der Brennkraftmaschine vorliegt oder ob die Brennkraftmaschine bereits
gestartet worden ist. Wenn hierbei die Brennkraftmaschinen-Startzeit
vorliegt (Schritt S100:JA) führt
die erste elektronische Steuereinheit 21 den Ablauf des Start-Steuermodus
in einem Schritt S200 durch.
-
Die
erste elektronische Steuereinheit 21 befindet sich somit
im Start-Steuermodus vom Zeitpunkt der Zuführung eines Einschaltsignals
des Zündschalters
bis zum Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer. Die zweite elektronische
Steuereinheit 22 des zweiten Systems SY2 und die dritte
elektronische Steuereinheit 23 des dritten Systems SY3
treten dagegen in Abhängigkeit
von der Abgabe der Drehmomentbefehle ΔP12 und ΔP14 von der ersten elektronischen
Steuereinheit 21 in den Start-Steuermodus ein.
-
Wenn
nach der Zuführung
des Einschaltsignals eine vorgegebene Zeitdauer vergangen ist (Schritt
S100:NEIN), ermittelt die erste elektronische Steuereinheit 21 in
Abhängigkeit
von der Zuführung einer
Fehler- oder Abweichungsinformation von den anderen Systemen SY2
und SY3, ob sich sämtliche Systeme
im Normalzustand befinden oder nicht.
-
Wenn
sich sämtliche
Systeme im Normalzustand befinden (Schritt S300:JA), tritt die erste
elektronische Steuereinheit 21 in einem Schritt S400 in den
Normal-Steuermodus
ein. Im Schritt S400 werden sämtliche
Elektromotoren 36, 37 und 43 gleichzeitig
in Abhängigkeit
von dem dem jeweiligen System zugeteilten Drehmomentbefehl ΔP11, ΔP12 bzw. ΔP14 betätigt.
-
Wenn
dagegen im Schritt S300 festgestellt wird, dass sich nicht sämtliche
Systeme im Normalzustand befinden bzw. dass bei zumindest einem System
ein Störzustand
vorliegt (Schritt S300:NEIN), identifiziert die erste elektronische
Steuereinheit 21 in einem Schritt S500 das System, bei
dem der Störzustand
vorliegt, auf der Basis der von den jeweils anderen Systemen erhaltenen
Fehler- oder Abweichungsinformationen.
-
Wenn
sich hierbei das erste System SY1 im Normalzustand befindet (Schritt
S500:JA), führt
die erste elektronische Steuereinheit 21 in einem Schritt S600
eine erste Störungsverarbeitung
durch, bei der die Drehmoment-Verteilungseinrichtung 21B der
ersten elektronischen Steuereinheit 21 den Drehmomentbefehl ΔP10 auf die
im Normalzustand befindlichen Systeme verteilt und das im Störzustand
befindliche System ausschließt.
Hierbei unterbricht die elektronische Steuereinheit des im Störzustand
befindlichen Systems die Steuerung bzw. Regelung des zugehörigen Motors.
-
Wenn
dagegen bei dem ersten System SY1 ein Störzustand vorliegt (Schritt
S500:NEIN), führt die
erste elektronische Steuereinheit 21 in einem Schritt S700
eine zweite Störungsverarbeitung durch,
bei der die erste elektronische Steuereinheit 21 die Steuerung
bzw. Regelung des ersten Motors 36 in der in 16 veranschaulichten
Weise unterbricht.
-
Wenn
nur bei dem ersten System SY1 ein Störzustand vorliegt, wirkt die
zweite elektronische Steuereinheit 22 des zweiten Systems
SY2 in Bezug auf die dritte elektronische Steuereinheit 23 des
dritten Systems SY3 als Steuereinrichtung höherer Ordnung und führt den
unter dem Abschnitt 2-2-1 beschriebenen Ablauf aus.
-
Wenn
bei dem ersten System SY1 und einem weiteren System ein Störzustand
vorliegt, führt somit
die elektronische Steuereinheit des im Normalzustand befindlichen
Systems den unter dem Abschnitt 2-2-2 beschriebenen Ablauf aus.
-
Das
vorstehend beschriebene dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung
bietet folgende Vorteile:
- (1) Die Lenkungs-Steuereinrichtung 1 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
umfasst eine Anzahl von Systemen SY1, SY2 und SY3 mit drei Motoren 36, 37 und 43,
die koaxial angeordnet sind und im wesentlichen die gleiche Leistung
aufweisen, sowie drei Steuereinrichtungen 21, 22 und 23 zur
jeweiligen Steuerung dieser drei Motoren. Die drei Steuereinrichtungen 21, 22 und 23 führen zum
Antrieb einer gemeinsamen Lenkschubstange 35 eine gleichzeitige
Betätigung
der zugehörigen
Motoren 36, 37 und 43 herbei. Hierbei
erzeugt die erste elektronische Steuereinheit 21 des ersten
Systems SY1 einen Drehmomentbefehl ΔP10 (einen ersten Drehmomentbefehl) zur
Betätigung
des Rad-Lenkantriebsmechanismus 200 auf
der Basis der Lenkstellung des Lenkrades 10 und der Stellungsinformation
des zugehörigen
ersten Motors 36 und verteilt diesen Drehmomentbefehl ΔP10 in Abhängigkeit
von der Anzahl der Systeme. Die erste elektronische Steuereinheit 21 führt außerdem eine
Drehmomentregelung für
den ersten Motor 36 in Abhängigkeit von einem dem ersten
System SY1 zugeteilten Drehmomentbefehl ΔP11 durch. Bei den anderen Systemen,
d.h., den Systemen SY2 und SY3, führen die zweite elektronische
Steuereinheit 22 und die dritte elektronische Steuereinheit 23 eine
Drehmomentregelung für
die zugehörigen
Motoren 37 und 43 in Abhängigkeit von dem diesen Systemen jeweils
zugeteilten Drehmomentbefehl ΔP12
bzw. ΔP14
zu.
Auf diese Weise ist ein System einem Regelkreis höherer Ordnung
(der Stellungsregelung und Drehzahlregelung) zugeordnet, berechnet
das für die
Lenkungssteuerung erforderliche Drehmoment und verteilt das berechnete
Drehmoment auf die Gesamtzahl der im Normalzustand befindlichen
Systeme (in diesem Falle 3). Jedes System führt außerdem auch eine Regelung (Drehmomentregelung)
im Rahmen eines Regelkreises niedrigerer Ordnung durch. Da die Stellungssteuerung
bzw. Stellungsregelung der gelenkten Räder T (der Lenkschubstange 35 bzw.
des Elektromotors) allein über
das erste System SY1 erfolgt, treten auch bei gleichzeitiger Betätigung sämtlicher
Motoren 36, 37 und 43 keine Drehmomentinterferenzen
zwischen den Motoren 36, 37 und 43 auf,
sodass auch kein Drehmomentabfall durch Drehmomentinterferenzen
verursacht wird und damit auch keine Verringerung der Ansprechempfindlichkeit
oder Nachführempfindlichkeit
in Bezug auf eine Betätigung
des Lenkrades 10 auftritt. Da keine Drehmomentinterferenzen
auftreten, kommt es auch nicht zu einer Geräusch-, Vibrations- und Wärmeentwicklung.
- (2) Die erste elektronische Steuereinheit 21, die zweite
elektronische Steuereinheit 22 und die dritte elektronische
Steuereinheit 23 erfassen jeweils Störzustände bei anderen Systemen als
dem eigenen System. Wenn bei einem oder mehreren Systemen einschließlich des
den Drehmomentbefehl ΔP10
erzeugenden ersten Systems ein Störzustand vorliegt, erzeugt
eine der elektronischen Steuereinheiten eines weiteren, im Normalzustand
befindlichen Systems auf der Basis der Stellungsinformation in Bezug
auf den Motor des eigenen Systems und der Lenkstellung des Lenkrades 10 einen
weiteren Drehmomentbefehl ΔP13
(einen zweiten Drehmomentbefehl) und verteilt diesen Drehmomentbefehl ΔP13 (den zweiten
Drehmomentbefehl) in Abhängigkeit
von der Anzahl der weiterhin im Normalzustand befindlichen Systeme.
Bei jedem System wird dann die Drehmomentregelung für den zugehörigen Motor
in Abhängigkeit
von dem dem System jeweils zugeteilten Drehmomentbefehl ΔP15 bzw. ΔP16 durchgeführt.
-
Auch
wenn somit bei dem ersten System SY1 ein Störzustand vorliegt, kann der
Lenkeinschlag der gelenkten Räder
T durch ein weiterhin im Normalzustand befindliches System wie z.B.
das zweite System SY2 gewährleistet
werden.
-
Wenn
das dem Regelkreis höherer
Ordnung (der Stellungsregelung und Drehzahlregelung) zugeordnete
System (SY1) zu den Systemen zählt,
bei denen ein Störzustand
vorliegt, übernimmt
auf diese Weise eines der weiterhin im Normalzustand befindlichen
anderen Systeme (SY2, SY3) diesen Regelkreis höherer Ordnung und nimmt eine
Neuverteilung des berechneten erforderlichen Gesamtdrehmoments in
Abhängigkeit
von der Anzahl der weiterhin im Normalzustand befindlichen Systeme
vor. Da die vorgesehenen Motoren 36, 37 und 43 eine
identische Leistung aufweisen, besteht bei Auftreten eines Störzustands
bei einem System keine Beschränkung
in Bezug auf die Drehmomentverteilung, was die Drehmomentregelung
vereinfacht, wobei darüber
hinaus auch keine Verringerung der Motor-Ansprechempfindlichkeit
in Bezug auf eine Betätigung
des Lenkrades 10 bei Vorliegen eines Störzustands in der Lenkungs-Steuereinrichtung 1 auftritt.
- (3) Die Lenkungs-Steuereinrichtung 1 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
umfasst die elektronischen Steuereinheiten 21, 22 und 23,
die jeweils als Störungserfassungseinrichtung
zur Erfassung eines Störzustands
bei anderen Systemen als dem eigenen System dienen. Wenn bei einem
oder mehreren Systemen mit Ausnahme des den Drehmomentbefehl ΔP10 erzeugenden ersten
Systems SY1 ein Störzustand
vorliegt, verteilt die erste elektronische Steuereinheit 21 des ersten
Systems SY1 den Drehmomentbefehl ΔP10
auf die Anzahl der weiterhin im Normalzustand verbliebenen Systeme.
Die erste elektronische Steuereinheit 21 und die elektronische
Steuereinheit 22 des weiterhin im Normalzustand verbliebenen
anderen Systems (des zweiten Systems SY2 bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 15)
führen
dann eine Drehmomentregelung für
die zugehörigen
Motoren 36 und 37 in Abhängigkeit von dem dem zugehörigen System
jeweils zugeteilten Drehmomentbefehl ΔP11a bzw. ΔP12a durch.
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Wenn
somit bei einem anderen System als dem ersten System SY1 ein Störzustand
vorliegt, ist der Lenkeinschlag der gelenkten Räder T weiterhin durch die erste
elektronische Steuereinheit 21 gewährleistet, die den Drehmomentbefehl ΔP10 (den ersten
Drehmomentbefehl) auf die Anzahl der weiterhin im Normalzustand
verbliebenen Systeme verteilt.
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Wenn
dagegen das dem Regelkreis höherer Ordnung
(der Stellungsregelung und Drehzahlregelung) zugeordnete System
nicht zu den Systemen zählt,
bei denen ein Störzustand
vorliegt, bleibt dieses vor Auftreten des Störzustands dem Regelkreis höherer Ordnung
zugeordnete System auch nach Vorliegen des Störzustands weiterhin dem Regelkreis
höherer
Ordnung zugeordnet und verteilt den Drehmomentbefehl ΔP10 auf die
Anzahl der im Normalzustand verbliebenen Systeme. Da die vorgesehenen
Motoren die gleiche Leistung aufweisen, vereinfacht sich die Verteilung
des Drehmomentbefehls ΔP10,
wobei keine Verringerung der Motor-Ansprechempfindlichkeit in Bezug
auf eine Betätigung des
Lenkrades 10 auch bei Vorliegen eines Störzustands
in der Lenkungs-Steuereinrichtung 1 auftritt.
- (4) Bei der Drehmomentregelung des dritten
Ausführungsbeispiels
findet eine Rückkopplung
des Stroms der Elektromotoren statt. Wenn sich sämtliche Systeme im Normalzustand
befinden und wenn bei einem oder mehreren Systemen ein Störzustand
vorliegt, erfolgt über
die drei elektronischen Steuereinheiten 21, 22 und 23 eine Änderung der
Stromschleifenverstärkung
im Rahmen der Stromregelung. Auf diese Weise wird eine Verschlechterung
des Ansprechverhaltens bzw. eine Verringerung der Ansprechempfindlichkeit
in Bezug auf eine Betätigung
des Lenkrades 10 auch dann verhindert, wenn ein oder mehrere Systeme
schadhaft sind.
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Für den Fachmann
ist ersichtlich, dass die Erfindung auch in anderer Weise ausgeführt werden kann,
ohne vom Erfindungsgedanken oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Hierbei kann die Erfindung insbesondere in folgender Form modifiziert werden:
- (1) Die Anzahl der Systeme ist nicht auf zwei
oder drei beschränkt,
sondern kann auch vier oder mehr betragen.
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In
diesem Falle übernimmt
ein System den Regelkreis höherer
Ordnung für
die Stellungsregelung und Stromregelung, während die anderen Systeme einen
Regelkreis niedrigerer Ordnung für
die Stromregelung übernehmen.
Wenn bei einem System ein Störzustand
vorliegt, übernimmt
eines der im Normalzustand verbliebenen Systeme die Stellungsregelung
und Stromregelung, während
die anderen Systeme die Stromregelung übernehmen.
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Wenn
somit vier oder mehr Systeme vorhanden sind und sich sämtliche
Systeme im Normalzustand befinden, übernimmt ein System einen Regelkreis
höherer
Ordnung für
die Stellungsregelung, Drehzahlregelung und Stromregelung, während die anderen
Systeme einen Regelkreis niedrigerer Ordnung für die Stromregelung übernehmen.
Wenn sich ein System im Störzustand
befindet, übernimmt
eines der im Normalzustand verbliebenen Systeme die Stellungsregelung,
Drehzahlregelung und Stromregelung, während die anderen Systeme die
Stromregelung übernehmen.
Wenn sich somit sämtliche
Systeme im Normalzustand befinden, wird die Lenkschubstange 35 von
der gemeinsamen Abtriebsleistung sämtlicher Motoren angetrieben,
während
bei Vorliegen eines Störzustands
eines Systems die Lenkschubstange 35 von der gemeinsamen
Abtriebsleistung der verbleibenden Motoren angetrieben wird.
- (2) Der Drehwinkelsensor kann anstelle des
verwendeten Drehgebers bzw. Drehstellungsgebers in Form eines Drehcodierers
auch einen Drehstellungssensor wie einen Drehmelder (Resolver) umfassen.
- (3) Die Erfindung ist nicht auf die Lenkungs-Steuereinrichtung 1 des steer-by-wire-Typs
beschränkt,
sondern kann auch bei einer Steuereinrichtung für eine elektrische bzw. elektromotorische
Hilfskraftlenkung Verwendung finden, wobei in diesem Falle die Lenkschubstange 35 durch eine
Zahnstange ersetzt ist, ein Ritzel mit der Lenkspindel 11 verbunden
ist und die Zahnstange und die Lenkspindel über einen Zahnstangenmechanismus
miteinander in Wirkverbindung stehen.
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Wenn
bei sämtlichen
Systemen (SY2) mit Ausnahme des Systems (SY1), das die den Drehmomentbefehl
verteilende elektronische Steuereinheit (21) umfasst, ein
Störzustand
vorliegt, beinhaltet der Begriff "Drehmomentbefehlsverteilung" die Zuführung eines
Drehmomentbefehls nur zu dem diese elektronische Steuereinheit umfassenden
System (SY1).
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Die
Erfindung bezieht sich somit auf eine Lenkungs-Steuereinrichtung (1) zur Aufrechterhaltung
von Betriebseigenschaften unabhängig
davon, ob normale Betriebsbedingungen oder ein Störzustand
vorliegen. Die Lenkungs-Steuereinrichtung umfasst hierbei mehrere
Motoren (36, 37, 43) für den Lenkantrieb
von gelenkten Rädern
(T) sowie eine Anzahl von elektronischen Steuereinheiten (21, 22, 23), die
jeweils einem der Motoren zugeordnet sind. Wenn ein normaler Betriebszustand
der Lenkungs-Steuereinrichtung
vorliegt, wird ein Drehmomentbefehl erzeugt, der das für den Lenkeinschlag der
gelenkten Räder
erforderliche Drehmoment repräsentiert.
Dieser Drehmomentbefehl wird entsprechend der Anzahl von vorhandenen
Motoren unterteilt. Die elektronischen Steuereinheiten steuern dann
den jeweils zugeordneten Motor in Abhängigkeit von dem entsprechenden
zugeteilten Drehmoment.
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Im übrigen sei
darauf hingewiesen, dass die Erfindung nur durch die Patentansprüche definiert
ist.