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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, welche in der Lage ist, das von einem Fahrer aufzubringende
Lenkdrehmoment zu reduzieren, indem sie eine durch einen Motor erzeugte Kraft
auf die Lenkstrecke eines Fahrzeugs ausübt.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein
für eine
herkömmliche
elektrische Servolenkvorrichtung verwendeter Motor weist im Hinblick auf
Drehmoment, Drehzahl und Strom Eigenschaften auf, wie sie in 1 und 2 gezeigt
sind. Wenn ein Ausgangsdrehmoment Tm klein ist, so ist eine zugeordnete
Drehzahl Nm groß und
ein Strom Im ist klein. Wenn andererseits ein Ausgangsdrehmoment Tm
groß ist,
so ist eine zugehörige
Drehzahl Nm klein und ein Strom Im ist groß. 1 ist ein
Beispiel, welches Ausgabecharakteristiken eines Motors zeigt, der
das Ausgangsdrehmoment priorisiert. 2 ist das
andere Beispiel, welches stattdessen die Drehzahl priorisiert.
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Da
der Motor solche Charakteristiken aufweist, war es schwierig, ein
gutes Lenkgefühl
für einen
Fahrer gleichzeitig für
zwei Situationen zu realisieren, wenn er oder sie eine Lenkung ausführt, während das
Fahrzeug steht und während
es fährt.
Wenn ein Motor, der die in 1 gezeigten
Charakteristiken aufweist, für
ein elektrisches Servolenksystem verwendet wird, so ist der Motor
in der Lage, eine für ein
Lenken benötigte
Ausgangsleistung bereitzustellen, während sich ein Fahrzeug im
Stillstand befindet, nämlich
ein großes
Ausgangsdrehmoment und eine kleine Drehzahl, wie durch einen Punkt
A1 in 1 gezeigt. Andererseits ist eine für ein schnelles
Lenken während
einer Fahrzeugbewegung benötigte Motorausgangsleistung
von solcher Art, dass ein Ausgangsdrehmoment klein ist und eine
Drehzahl groß ist,
wie durch einen Punkt A2 in 1 gezeigt ist.
Daher gelingt es dem Motor nicht, eine ausreichende Ausgangsleistung
bezüglich
der Drehzahl bereitzustellen, was dazu führt, dass der Fahrer das Lenken
beschwerlicher empfindet.
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Wird
stattdessen ein Motor mit den in 2 gezeigten
Charakteristiken für
ein elektrisches Servolenksystem verwendet, so wird sich das Lenkgefühl verschlechtern,
wenn eine Lenkung während
des Stillstands des Fahrzeugs ausgeführt wird.
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Somit
entsteht eine Notwendigkeit für
einen größeren Motor,
welcher die in 3 gezeigten Charakteristiken
aufweist, um so eine elektrische Servolenkvorrichtung zu erzielen,
die in der Lage ist, ein gutes Lenkgefühl für einen Fahrer in beiden Punkten A1
und A2 aufrecht zu erhalten. Ein größerer Motor führt zu einer
Zunahme der Größe und des
Gewichts der Vorrichtung, was zu Lasten des Kraftstoffverbrauchs
und des Lenkgefühls
aufgrund einer Zunahme des Trägheitsmoments
des Motors führt.
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Die
japanische veröffentlichte
Patentanmeldung 2000-279000 offenbart eine elektrische
Servolenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und stellt einen Ansatz zur Lösung des oben beschriebenen
Problems durch Einführung
einer Steuerung/Regelung eines Motors bereit. Wie in
4 gezeigt
ist, berichtet die Druckschrift von einem Verfahren, welches einen
Strom verwendet, um ein magnetisches Feld innerhalb eines Motors
zu schwächen,
während
ein von dem Motor benötigtes Ausgangsdrehmoment
Tm klein ist. auf diese Weise kann das magnetische Feld innerhalb
des Motors so geschwächt
werden, dass eine Drehzahl Nm vergrößert werden kann, um beide
Punkte A1 und A2 zu erfassen.
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5 ist
ein Blockdiagramm, welches eine in der
japanischen veröffentlichten Patentanmeldung 2000-279000 offenbarte
Steuer-/Regeleinheit zeigt. In der Steuer-/Regeleinheit werden die
folgenden Prozesse ausgeführt.
Ein Block
131 zur Umwandlung eines Drehmoments berechnet
einen q-Achsen-Anweisungsstrom
Iqo auf Grundlage eines Anweisungsdrehmoments To. Eine Einrichtung
114 zur
Erfassung von Motorstrom erfasst Ströme, zum Beispiel Iu und Iv
für U-
bzw. V-Phasen eines Motors. Eine Addiereinrichtung
133 berechnet
einen Strom der W-Phase auf Grundlage der Ströme Iu und Iv. Ein Block
134 für dq-Umwandlung
führt eine
dq-Umwandlung für
den Strom aus. Eine Addiereinrichtung
122 berechnet eine
Abweichung ΔIq
zwischen dem q-Achsen-Anweisungsstrom
Iqo und einen q-Achsen-Iststrom Iqr. In ähnlicher Weise berechnet eine Addiereinrichtung
124 eine
Abweichung ΔId
zwischen einem d-Achsen-Anweisungsstrom Ido, welcher mit einem d-Achsen-Kompensationsstrom
Id durch eine Addiereinrichtung
123 kompensiert wird, und
einem d-Achsen-Iststrom Idr. PI-Steuer-/Regelblöcke
125 und
126 berechnen
Anweisungsspannungen Vdo bzw. Vqo. Ein Block
129 für inverse dq-Umwandlung
führt eine
inverse Umwandlung für den
Strom aus. Ein Block
130 für PWM-Umwandlung berechnet
ein PWM-Regelmuster. Eine Antriebsschaltung
113 liefert
einen Ausgangsstrom zum Antreiben des Motors. Ein Drehsensor
132 sowie
ein Block
135 zum Erfassen eines Winkels berechnen einen
Drehwinkel θ.
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Eine
CPU führt
im Normalfall eine Berechnung einer Abweichung zwischen Soll- und
Rückkopplungswerten
durch und steuert/regelt eine Anweisungseingabe nach Maßgabe eines
von der Abweichung abgeleiteten Anweisungssignals. In einer Stromrückkopplungsschleife
wird Strom durch einen Transformator in der Vorrichtung 114 erfasst,
welcher verstärkt
und dann in vorbestimmten Intervallen abgetastet wird. Erfasste
Ströme
Iu und Iv für
jeweilige Phasen, welche auf diese Art erhalten werden, sowie ein
Strom Iw, welcher aus diesen Strömen
berechnet wird, werden einer dq-Umwandlung unterzogen, die durch
den Block 134 ausgeführt
wird, so dass die d- Achsenkomponenten
und die q-Achsenkomponenten derselben die Sollwerte für die jeweiligen
Achsen bilden.
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Eine
d-Achsenkomponente eines geladenen Stroms repräsentiert einen Strom eines
magnetischen Feldes und eine q-Achsenkomponente repräsentiert
einen Drehmomentstrom. Auf diese Weise wird die Rückkopplungs-Steuerung/Regelung
von Strom zum Steuern/Regeln eines Ausgangsdrehmoments so ausgeführt, dass
die q-Achsenkomponente gleich einem Sollwert für das Ausgangsdrehmoment sein
kann.
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Ferner
weist dieses Beispiel eine Einrichtung 138 zum Bestimmen
eines d-Achsen-Kompensationsstroms
auf. Die Einrichtung 138, welche einen Strom zum Schwächen eines
magnetischen Feldes einem Motor 80 zuführt, indem sie einen d-Achsen-Kompensationsstrom
Id u einem d-Achsen-Anweisungsstrom Ido addiert, wenn ein Motoranweisungsdrehmoment
To klein ist, schwächt
das magnetische Feld innerhalb des Motors 80. Auf diese
Weise erhöht
die Einrichtung 138 eine Drehzahl Nm des Motors 80,
wodurch die den in 4 gezeigten Punkten A1 und A2
zugeordneten Anforderungen genügt wird.
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Das
in der
japanischen veröffentlichten
Patentanmeldung 2000-279000 offenbarte Verfahren bereitet
jedoch dennoch ein Problem. Am Punkt A3 in
4, an welchem
die von einem Motor geforderte Ausgangsleistung im Ergebnis der
geringen Anforderungen für
ein Ausgangsdrehmoment Tm und eine Drehzahl Nm während einer Fahrt des Fahrzeugs klein
ist, wird der Strom zum Schwächen
eines magnetischen Feldes innerhalb eines Motors unnötig dem
Motor zugeführt.
Dies wird zu einer Zunahme des Stroms Im des Motors führen, was
zu einer Beeinträchtigung
der Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs führt.
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Ferner
wird gemäß dem Verfahren
der Strom zum Abschwächen
des magnetischen Feldes dem Motor zugeführt, während ein Anweisungsdrehmoment
für den
Motor klein ist, so dass das magnetische Feld innerhalb des Motors
geschwächt
werden kann und dementsprechend eine Drehzahl Nm vergrößert werden
kann. Wenn der Motor an der oberen Grenze der Drehzahl Nm betrieben
wird, führt
die Ausübung
einer schnelleren Lenkung zu einer nicht erfolgreichen Unterstützung durch
den Motor, da der Motor nicht in der Lage ist, die Drehzahl zu steigern. Speziell
erzeugt der Motor, welcher als eine Quelle eines Widerstandsdrehmoments
für eine
Steuerstrecke in diesem Fall wirkt, ein Drehmoment, welches sich
stark von dem tatsächlich
zum Lenken benötigten
Drehmoment unterscheidet. Da ein Anweisungsdrehmoment To in einem
solchen Fall so gesteuert/geregelt wird, dass es ansteigt, so dass
ein Strom zum Abschwächen
des magnetischen Feldes innerhalb des Motors reduziert wird, arbeitet
der Motor dementsprechend derart, dass das Ausgangsdrehmoment Tm
vergrößert wird,
wodurch die Drehzahl Nm verringert wird. Auf diese Weise verschiebt
sich eine Motorausgabe von Punkten A4 zu A5 in 6 und
daher fühlt
sich das Lenken für
den Fahrer schwerer an.
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Wie
vorstehend beschrieben, sollte ein für eine elektrische Servolenkvorrichtung
verwendeter Motor zwei unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Zunächst sollte
der Motor eine Anforderung dahingehend erfüllen, dass ein Ausgangsdrehmoment
Tm groß ist,
während
eine Drehzahl Nm klein ist, wenn eine Lenkung während eines Stillstands des
Fahrzeugs ausgeführt
wird. Zweitens sollte der Motor die andere Anforderung erfüllen, dass
das Ausgangsdrehmoment Tm klein ist während eine Drehzahl Nm groß ist, das
heißt
umgekehrt bezüglich
der ersten Anforderung, wenn eine Lenkung während der Fahrt des Fahrzeugs
durchgeführt
wird. Wenn der Motor die Anforderungen nicht erfüllt, so erfährt der Fahrer eine schlechtere
Lenkung mit schwererem Lenkgefühl.
Andererseits würde
die Einführung
eines größeren Motors
zu Lasten des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeugs gehen. Der oben
beschriebene Ansatz, welcher einen Strom zum Schwächen des
magnetischen Feldes innerhalb eines Motors verwendet, bietet weiterhin
Probleme im Zusammenhang mit dem Kraftstoffverbrauch und dem Lenkgefühl.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkvorrichtung
bereitzustellen, welche ein gutes/glattes Lenkgefühl bereitstellt,
ohne den Kraftstoffverbrauch und die Größe eines Motors zu beeinträchtigen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine elektrische Servolenkvorrichtung
gemäß Anspruch
1 bereit.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Drehzahl des Motors vergrößert werden, indem das magnetische
Feld innerhalb des Motors nur dann geschwächt wird, wenn sowohl die Stromabweichung als
auch eine von dem Motor benötigte
Ausgangsleistung groß sind.
Wenn dagegen von dem Motor bei kleiner und langsamer Lenkung während der
Fahrt eines Fahrzeugs eine kleine Ausgangsleistung angefordert wird,
so kann die Vorrichtung verhindern, dass unnötiger Strom zum Schwächen des
magnetischen Feldes durch den Motor fließt, wodurch ein guter Kraftstoffverbrauch
erzielt wird. Die Vorrichtung ermöglicht ferner die Verwendung
eines kompakten Motors sowie ein gutes/glattes Lenkgefühl bei optimaler
Steuerung/Regelung einer Drehzahl des Motors.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt außerdem eine elektrische Servolenkvorrichtung
bereit, welche aufweist: eine erste Einrichtung zum Erfassen eines
Lenkdrehmoments, einen Motor, eine Motoransteuerungseinheit, eine zweite
Einrichtung zum Bestimmen eines dem Motor zuzuführenden Sollstroms auf Grundlage
wenigstens eines Signals eines Lenkdrehmoments, das von der ersten
Einrichtung geliefert wird, eine dritte Einrichtung zum Erfassen
eines Motorstroms sowie eine Steuer-/Regeleinheit zum Erzeugen eines
Signals zur Motoransteuerung auf Grundlage wenigstens einer Abweichung
zwischen dem Sollstrom und dem Motorstrom und zum Übertragen
des Signals zur Motoransteuerung zu der Motoransteuerungs einheit. Die
Vorrichtung weist das Merkmal auf, dass die Steuer-/Regeleinheit
eine vierte Einrichtung zum Abschwächen eines magnetischen Feldes
innerhalb des Motors nach Maßgabe
des Motorstroms umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Vorrichtung nur dann, wenn der tatsächliche
Strom klein ist, den Strom zum Abschwächen des magnetischen Feldes
dem Motor zuführen,
wodurch das magnetische Feld innerhalb des Motors abgeschwächt wird
und die Drehzahl desselben gesteigert ist. Wenn der Motor an seiner
oberen Grenze der Drehzahl betrieben wird, so kann die Vorrichtung
ferner einen unerwünschten
Betrieb des Motors verhindern, um die Drehzahl durch Erhöhung eines
Anweisungsdrehmoments zu reduzieren. Die Vorrichtung erlaubt ferner die
Verwendung eines kompakten Motors und ermöglicht ein gutes/glattes Lenkgefühl bei optimaler Steuerung/Regelung
der Drehzahl des Motors.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt ferner eine elektrische Servolenkvorrichtung
bereit, welche aufweist: eine erste Einrichtung zum Erfassen eines
Lenkdrehmoments, einen Motor, eine Motoransteuerungseinheit, eine
zweite Einrichtung zum Bestimmen eines dem Motor zuzuführenden
Sollstroms auf Grundlage wenigstens eines Signals eines Lenkdrehmoments,
das von der ersten Einrichtung geliefert wird, eine dritte Einrichtung
zum Erfassen eines Motorstroms, eine vierte Einrichtung zum Erfassen
einer Drehzahl des Motors und eine Steuer-/Regeleinheit zum Erzeugen
eines Signals zur Motoransteuerung auf Grundlage wenigstens einer
Abweichung zwischen dem Sollstrom und dem Motorstrom und zum Übertragen
des Signals zur Motoransteuerung zu der Motoransteuerungseinheit.
Die Vorrichtung weist ein Merkmal auf, gemäß welchem die Steuer-/Regeleinheit
eine fünfte Einrichtung
zum Abschwächen
eines magnetischen Feldes innerhalb des Motors nach Maßgabe der Drehzahl
des Motors umfasst.
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Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann wahlweise Strom zum Abschwächen des magnetischen Feldes
innerhalb des Motors nur dann zu führen, wenn die Drehzahl groß ist. Auf
diese Weise wird vermieden, dass die Vorrichtung dem Motor unnötig Strom
zuführt,
wodurch die Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs verbessert
wird. Die Vorrichtung erlaubt ferner die Verwendung eines kompakten
Motors und eines guten/glatten Lenkgefühls bei optimaler Steuerung/Regelung
der Drehzahl des Motors.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine graphische Illustration der Charakteristiken eines Motors gemäß dem Stand
der Technik.
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2 ist
eine graphische Illustration der Charakteristiken eines Motors gemäß dem Stand
der Technik.
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3 ist
eine graphische Illustration der Charakteristiken eines Motors gemäß dem Stand
der Technik.
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4 ist
eine graphische Illustration der Charakteristiken eines Motors gemäß dem Stand
der Technik.
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5 ist
eine Blockdarstellung, welche eine Steuer-/Regeleinheit gemäß dem Stand
der Technik zeigt.
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6 ist
eine graphische Illustration der Charakteristiken eines Motors gemäß dem Stand
der Technik.
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7 ist
eine Figur, welche eine Gesamtstruktur einer elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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8 ist
eine Blockdarstellung, welche eine Steuer-/Regeleinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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9 ist
ein funktionelles Blockdiagramm, welche eine Einrichtung zum Bestimmen
des d-Achsen-Kompensationsstroms gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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10 ist
eine Figur, welche ein Kennfeld zeigt, das in einer Einrichtung
für Kennfeldverarbeitung
auf Grundlage der q-Achsen-Anweisungsspannung
verwendet wird, und zwar nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
eine Figur, welche ein Kennfeld zeigt, das in einer Einrichtung
für Kennfeldverarbeitung
auf Grundlage eines q-Achsen-Iststroms verwendet wird, und zwar
nach Maßgabe
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
eine Figur, welche ein Kennfeld zeigt, welches in einer Einrichtung
zur Kennfeldverarbeitung auf Grundlage einer Motordrehzahl verwendet
wird, und zwar nach Maßgabe
der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Eine
Gesamtstruktur einer elektrischen Servolenkvorrichtung 1 wird
unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung 1, welche eine Steuerstrecke
S aufweist, die von einem Lenkrad 3 zu gelenkten Rädern W reicht, übt ein Unterstützungsdrehmoment
auf die Steuerstrecke S zusätzlich
zum durch einen Manuelllenkdrehmomentgenerator 2 erzeugten
Lenkdrehmoment aus. Eine Motoransteuerungseinheit 13 erzeugt
eine Motorspannung VM auf Grundlage eines Signals VO zur Motorsteuerung/regelung,
welches durch eine Steuer-/Regeleinheit 12 geliefert
wird. Die Motoransteuerungseinheit 13 steuert einen Motor 8 nach
Maßgabe der
Motorspannung VM an, wodurch ein Unterstützungsdrehmoment erzeugt wird,
das mit dem Manuelllenkdrehmoment zu kombinieren ist, welches durch
den Manuelllenkdrehmomentgenerator 2 erzeugt wird.
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In
dieser Ausführungsform
wird ein bürstenloser
Dreiphasenmotor für
den Motor 8 gewählt,
für dessen
Antrieb eine dq-Steuerung/Regelung verwendet wird.
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In
dem Manuelllenkdrehmomentgenerator 2 ist ein Ritzel 7a eines
Zahnstangen-Ritzel-Mechanismus 7, der in einem Lenkgetriebekasten 6 untergebracht
ist, über
eine Verbindungswelle 5 mit einer Lenkwelle 4 gekoppelt,
welche integral mit dem Lenkrad 3 ausgebildet ist. Die
Verbindungswelle 5 weist Universalgelenke 5a und 5b an
ihren beiden Enden auf. Der Zahnstangen-Ritzel-Mechanismus 7,
welcher Zahnstangenzähne 7b aufweist,
die um eine Zahnstange 9 herum ausgebildet sind, um mit
dem Ritzel 7a zu kämmen,
wandelt eine Drehbewegung des Ritzels 7a in eine Linearbewegung
der Zahnstange 9 in seitlicher Richtung bezüglich der
Fahrtrichtung des Fahrzeugs um. Vordere gelenkte Räder W sind über Zugstangen 10 mit
der Zahnstange 9 verbunden.
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Der
Motor 8 befindet sich koaxial auf der Zahnstange 9,
um ein Unterstützungslenkdrehmoment
zu erzeugen. Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 wandelt
die Drehung des Motors 8 über einen Kugelgewindemechanismus 11,
der sich koaxial auf der Zahnstange 9 befindet, in eine
Schubkraft um, wodurch die Schubkraft auf die Zahnstange 9,
genauer gesagt, eine Kugelschraubwelle 11a, ausgeübt wird.
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Die
Steuer-/Regeleinheit 12 empfängt ein durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
VS erfasstes Signal V, ein durch einen Lenkdrehmomentsensor TS (nicht
gezeigt) erfasstes Signal T sowie ein durch eine Einrichtung 14 zum Erfassen
eines Motorstroms erfasstes Signal IMO. Die Steuer-/Regeleinheit 12 bestimmt
die Größe und Richtung
eines dem Motor 8 zuzuführenden
Motorstroms IM auf Grundlage der Signale V, T und IMO, wobei ein
Signal VO zur Motorsteuerung/Regelung an die Motoransteuerungseinheit 13 geliefert
wird. Die Steuer-/Regeleinheit 12 beurteilt ferner auf
Grundlage des Signals T des Lenkdrehmoments und des Signals IMO
des Motorstroms, ob eine Ausführung
einer Unterstützung
von der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 benötigt wird
oder nicht, und steuert/regelt den Antrieb des Motors 8 dementsprechend.
In diesem Zusammenhang umfasst die Steuer-/Regeleinheit 12 eine
zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) zum Ausführen verschiedener Berechnungen
und Prozesse, einen Eingangssignalwandler, einen Signalgenerator und
einen Speicher. Die CPU ist für
Haupt-Steuer-/Regelprozesse
verantwortlich, die mit der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 in
Zusammenhang stehen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
entspricht ein Lenkdrehmomentsensor TS einer ersten Einrichtung
zur Erfassung eines Lenkdrehmoments und eine Einrichtung 14 zum
Erfassen eines Motorstroms entspricht einer dritten Einrichtung
zur Erfassung eines Motorstroms in den beigefügten Ansprüchen.
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Der
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor VS erfasst die Geschwindigkeit eines
Fahrzeugs durch Zählen
der Anzahl an Impulsen pro Zeiteinheit und überträgt ein Signal V der Fahrzeuggeschwindigkeit, welches
ein analoges elektrisches Signal entsprechend einer erfassten Anzahl
von Impulsen enthält, an
die Steuer-/Regeleinheit 12. In diesem Zusammenhang kann
ein anderer vorhandener Sensor alternativ mit verwendet werden,
anstatt dass ein speziell vorgesehener Sensor für den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
VS vorgesehen ist.
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Der
Lenkdrehmomentsensor TS (nicht gezeigt), welcher in dem Lenkgetriebekasten 6 untergebracht
ist, erfasst die Größe und Richtung
des manuell durch einen Fahrer ausgeübten Lenkdrehmoments. Der Lenkdrehmomentsensor
TS überträgt ein Signal
T des Lenkdrehmoments, welches ein analoges elektrisches Signal
entsprechend einem erfassten Lenkdrehmoment enthält, an die Steuer-/Regeleinheit 12.
Das Signal T umfasst sowohl eine Größe als auch eine Richtung eines
manuellen Lenkdrehmoments. Die Richtung des Drehmoments im Uhrzeigersinn
oder entgegen dem Uhrzeigersinn wird mit einem Vorzeichen ausgewählt aus
Plus-Vorzeichen und Minus-Vorzeichen identifiziert.
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Die
Einrichtung 14 zum Erfassen eines Motorstroms, welche beispielsweise
einen Stromtransformator aufweist, der für jede der Wicklungen des Motors 8 vorgesehen
ist, erfasst die Größe und Richtung
eines Motorstrom IM, der tatsächlich
durch den Motor 8 fließt.
Die Einrichtung 14 führt
außerdem eine
negative Rückkopplung
mit einem Signal IMO, welches einen Motorstrom IM repräsentiert,
zu der Steuer-/Regeleinheit 12 aus. Eine Einrichtung 15 zur Erfassung
einer Motorspannung erfasst eine Motorspannung VM und führt eine
negative Rückkopplung mit
einem Signal VMO aus.
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Die
Motoransteuerungseinheit 13 legt eine Motorspannung VM
an den Motor 8 auf Grundlage eines Signals VO zur Motorsteuerung/Regelung
an, wodurch der Motor 8 angesteuert wird. Die Motoransteuerungseinheit 13 führt jeder
der Wicklungen des Motors 8 einen sinusförmigen Strom über eine
Voransteuerungsschaltung und eine Feldeffekttransistor-(FET-)-Brücke gemäß einem
Tastverhältnis
eines pulsbreitenmodulierten (PWM-)-Signals zu, wodurch die Vektorsteuerung/Regelung
des Motors 8 durchgeführt
wird.
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Der
Betrieb der Steuer-/Regeleinheit 12 wird unter Bezugnahme
auf 8 beschrieben. Die Steuer-/Regeleinheit 12 steuert/regelt
den Motor 8 nach Maßgabe
eines Anweisungsdrehmoments To mittels Vektorsteuerung/Regelung,
ausgedrückt
in einem dq-Koordinatensystem. Die Steuer-/Regeleinheit 12 führt nämlich eine
Vektor-Steuerung/Regelung des Motors 8 derart aus, dass
ein Unterstützungsdrehmoment
einem auf dass Lenkrad 3 der Lenkstrecke S ausgeübten Lenkdrehmoment
T angepasst werden kann, welches der Lenkdrehmomentsensor TS erfasst.
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Unter
Verwendung einer Einrichtung 21 zum Bestimmen eines q-Achsensollstroms
bestimmt die Steuer-/Regeleinheit 12 zuerst ein Anweisungsdrehmoment
To mit einem Ausdruck (1), welcher ein Lenkdrehmoment T und eine
Lenkwinkelgeschwindigkeit dϕ/dt, welche durch den Lenkdrehmomentsensor
TS erfasst wird, sowie ein Signal V der Fahrzeuggeschwindigkeit,
welches durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor VS erfasst wird,
mit berücksichtigt. To = F(T, V, dϕ/dt) (1)
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Eine
Funktion von F bestimmt ein Anweisungsdrehmoment To.
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Das
Anweisungsdrehmoment To wird dann in einen q-Achsen-Anweisungsstrom Iqo
durch Drehmoment-Strom-Wandlung in der Einrichtung 21 mit einem
Ausdruck (2) umgewandelt. Iqo = G(To) (2).
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Eine
Funktion von G dient der Durchführung einer
vorbestimmten Drehmoment-Strom-Wandlung.
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Ein
d-Achsen-Anweisungsstrom Ido wird im Grunde auf Null gesetzt.
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Ein
Signal IMO eines Motorstroms, der durch die Einrichtung 14 gesendet
wird, welches erfasste Ströme
enthält,
wie etwa Ströme
Iu und IV für
die U- und V-Phasen
eines Motors, wird durch einen Stromtransformator erfasst. Das Signal
IMO wird verstärkt und
dann in vorbestimmten Intervallen abgetastet. Ein erfasster Strom
für jede
Phase wird einer Umwandlung unterzogen, die durch einen dq-Umwandlungsblock 34 auf
Grundlage eines Signals θ der
Motordrehung ausgeführt
wird, welches durch eine Einrichtung zum Erfassen einer Drehzahl
des Motors, einschließlich
eines VR-Resolver 32 und eines RD-Wandlers 35, erfasst wird.
Anschließend,
nachdem der Strom durch die Dämpfer 36 und 37 hindurchtritt,
werden tatsächliche
d-Achsen- und q-Achsen-Ströme (Rückkopplungsströme) Idr
und Iqr erhalten. Die Dämpfer 36 und 37 sind
in der Lage, hochfrequentes Rauschen zu eliminieren, welches von
außen
in eine Rückkopplungsschleife
eintritt. Mechanische und elektrische Schalter mit Ein-/Aus-Betrieb
erzeugen Geräusche
in einem Maschinenraum. PI-Steuer-/Regelblöcke 25 und 26, welche
später
zu beschreiben sind, sind für
Hochfrequenzrauschen empfindlich, was zu dem Problem führt, dass
das Lenkgefühl
verschlechtert wird aufgrund einer durch dieses Rauschen hervorgerufenen instabilen
Steuerung/Regelung. Auf diese Weise können die Dämpfer 36 und 37 das
Problem lösen, indem
sie das Hochfrequenzrauschen eliminieren.
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Eine
Addiereinrichtung 22 berechnet eine Abweichung ΔIq zwischen
einem q-Achsen-Anweisungsstrom
Iqo (Soll) und einem q-Achsen-Iststrom Iqr (Rückkopplung). Eine Addiereinrichtung 23 führt eine
d-Achsen-Stromkopensation
für einen
d-Achsen-Anweisungsstrom Ido(= 0)(Soll) mit einem d-Achsenkompensationsstrom
Id aus. Eine Addiereinrichtung 24 berechnet eine Abweichung ΔId zwischen
einem d-Achsen-Sollstrom Idc zur Kompensation, welcher von der Addiereinrichtung 23 geliefert wird,
und einem d-Achsen-Iststrom Idr (Rückkopplung). Die Addiereinrichtungen 22 und 24 führen eine Berechnung
mit einem Ausdruck (3) aus. ΔId = Idc – Idr
ΔIq = Iqo – Iqr (3)
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ΔId repräsentiert
eine d-Achsenstromabweichung und ΔIq
repräsentiert
eine q-Achsenstromabweichung.
In dieser Ausführungsform
entspricht eine Einrichtung 21 zum Bestimmen eines q-Achsen-Sollstroms
einer Einrichtung zum Bestimmen eines Sollstroms und ein d-Achsen-Sollstrom
Idc zur Kompensation sowie ein q-Achsen-Anweisungsstrom Iqo entsprechen
einem Sollstrom in den beigefügten
Ansprüchen.
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Die
PI-Steuer-/Regelblöcke 25 und 26 führen eine
Proportional-(P) und Integral-(I)-Steuerung/Regelung
für eine
d-Achsenstromabweichung ΔId
bzw. eine q-Achsenstromabweichung ΔIq aus, wodurch eine
d-Achsen-Anweisungsspannung
Vd0 und eine q-Achsen-Anweisungsspannung Vq0 erzeugt werden. Ein
dq-Inversionsumwandlungsblock 29 führt eine dq-Inversionsumwandlung für die Anweisungsspannungen
Vd0 und vq0 aus, wodurch die Spannungen Vdo und Vqo in Anweisungsspannungen
Vu, Vv und Vw entsprechend den jeweiligen Phasen U, V und W umgewandelt
werden. Ein PWM-Umwandlungsblock 30 wandelt diese Anweisungsspannungen
Vu, Vv und Vw in PWM-Abtastungssignale um. Jedes PWM-Abtastungssignal,
welches die Zuführung
eines Sinusstroms für
jede Wicklung des Motors 8 (bürstenloser Motor) über eine
Voransteuerungsschaltung und eine FET-Brückenschaltung in der Motoransteuerungseinheit 13 auslöst, initiiert
eine Vektorsteuerung/Regelung für
den Motor 8.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
bestimmt eine Einrichtung 38 zum Bestimmen eines d-Achsenkompensationsstroms
einen d-Achsenkompensationsstrom Id. Ferner berechnet die Addiereinrichtung 23 einen
d-Achsensollstrom
Idc zur Kompensation mit einem Ausdruck (4). Idc = Ido + Id (4)
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Ein
Symbol von Id repräsentiert
einen d-Achsenkompensationsstrom, der von der Einrichtung 38 geliefert
wird. Ferner ist ein d-Achsen-Anweisungsstrom Ido auf Null gesetzt.
Wenn ein d-Achsenstrom nach Maßgabe
des Kompensationsstroms Id (negativer Wert) zugeführt wird,
so fließt
ein Strom zum Abschwächen
des magnetischen Feldes innerhalb des Motors in den Motor 8 hinein
und dadurch wird das magnetische Feld des Motors 8 geschwächt. In
der Folge kann die Drehzahl Nm des Motors 8 erhöht werden.
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Die
in der Einrichtung 38 zum Bestimmen des d-Achsenkompensationsstroms
durchgeführten Prozesse
werden beschrieben.
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9 ist
ein Funktionsblockdiagramm, welches die Einrichtung 38 zeigt. 10 zeigt
ein Kennfeld, welches in einem Abschnitt 40 verwendet wird, um
eine Kennfeldverarbeitung auf Grundlage der q-Achsen-Anweisungsspannung
auszuführen. 11 zeigt
ein Kennfeld, welches in einem Abschnitt 41 verwendet wird,
um eine Kennfeldverarbeitung auf Grundlage eines q-Achsen-Iststroms auszuführen. Ferner
zeigt 12 ein Kennfeld, welches in einem
Abschnitt 43 verwendet wird, um eine Kennfeldverarbeitung
auf Grundlage einer Drehzahl des Motors auszuführen.
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Der
in der Einrichtung 38 angeordnete Abschnitt 40 bestimmt
eine Ausgabe C1, welche ein Kompensationsstromelement ist, das durch
eine Kennfeldabfrageadressierung mit einer q-Achsen-Anweisungsspannung
Vqo erhalten wird. Der Abschnitt 40 führt eine Umwandlung mit einem
Ausdruck (5) aus. C1 = G1(Vqo) (5)
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Wie
in 10 gezeigt ist, ergibt ein Kennfeld C1(Vqo), welches
eine Ausgabe C1 gegenüber
einer q-Achsen-Anweisungsspannung Vqo definiert, die Ausgabe C1
von Null für
einen Bereich eines kleinen Vqo, was einem Bereich einer geringen
q-Achsenstromabweichung entspricht. Andererseits ergibt das Kennfeld
G1(Vqo) eine im Wesentlichen konstante Ausgabe C1 für einen
Bereich eines großen
Vqo, was einem Bereich einer großen q-Achsenstromabweichung entspricht. Auf
diese Weise führt
der Abschnitt 40 nur dann, wenn eine q-Achsen-Anweisungsspannung
Vqo groß ist,
entsprechend einer großen
q-Achsenstromabweichung ΔIq,
einen d- Achsenkompensationsstrom
Id zu, um das magnetische Feld innerhalb des Motors 8 zu
schwächen,
wodurch die Drehzahl Nm des Motors gesteigert wird. Dies verhindert,
dass ein Strom zum Abschwächen
des magnetischen Feldes durch den Motor 8 in einem Fall
fließt,
in welchem das Lenkrad 3 während einer Fahrt des Fahrzeugs
langsam und geringfügig
gelenkt wird, wie durch den Punkt A3 in 4 gezeigt ist,
wodurch ein mit der unnötigen
Stromzufuhr verbundenes Problem beseitigt wird.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
entspricht ein Abschnitt für
Kennfeldverarbeitung auf Grundlage einer q-Achsen-Anweisungsspannung
einer Einrichtung zum Schwächen
eines magnetischen Feldes innerhalb des Motors in den beigefügten Ansprüchen.
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Der
Abschnitt 41 bestimmt eine Ausgabe C2, welche ein Kompensationsstromelement
ist, das durch Kennfeldabfrageadressierung mit einem q-Achsen-Iststrom
Iqr erhalten wurde. Der Abschnitt 41 führt eine Umwandlung mit einem
Ausdruck (6) aus. C2 = G2(Iqr) (6)
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Wie
in 11 gezeigt ist, ergibt ein Kennfeld G2(Iqr), welches
die Ausgabe C2 gegenüber
einem q-Achsen-Iststrom definiert, eine im Wesentlichen konstante
Ausgabe C2 für
einen Bereich eines kleinen q-Achsen-Iststroms Iqr. Andererseits
ergibt das Kennfeld G2(Iqr) die Ausgabe C2 von Null für einen Bereich
eines großen
q-Achsen-Iststroms Iqr. Auf diese Weise führt der Abschnitt 41 nur
dann, wenn ein q-Achsen-Iststrom Iqr klein ist, einen d-Achsenkompensationsstrom
Id zu, um das magnetische Feld innerhalb des Motors zu schwächen, wodurch die
Drehzahl Nm des Motors 8 gesteigert wird. Dies verhindert
die Verschiebung des Motorarbeitspunktes von dem Punkt A4 zu dem
Punkt A5, gezeigt in 6, und zwar für einen
Fall, dass das Lenkrad 3 schneller gelenkt wird, wenn der
Motor 8 sich an der oberen Grenze der Drehzahl Nm befindet,
wodurch ein Problem gelöst
wird, dass ein Fahrer schwereres Lenken als unerwünscht empfindet.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
entspricht ein Abschnitt 41 zur Kennfeldverarbeitung auf Grundlage
eines q-Achsen-Iststroms einer Einrichtung zur Schwächung eines
magnetischen Feldes innerhalb des Motors in den beigefügten Ansprüchen.
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Der
Abschnitt 43 zur Kennfeldverarbeitung bestimmt eine Ausgabe
C3, welche ein Kompensationsstromelement ist, das durch Kennfeldabfrageadressierung
mit einer Drehzahl Nm des Motors erhalten wird. Der Abschnitt 43 führt eine
Umwandlung mit einem Ausdruck (7) aus. C3
= G3(Nm) (7)
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Wie
in 12 gezeigt ist, ergibt ein Kennfeld G3(Nm) die
Ausgabe C3 von Null für
einen Bereich einer kleinen Drehzahl Nm eines Motors und andererseits
eine im Wesentlichen konstante Ausgabe C3 für einen Bereich einer großen Drehzahl
Nm. Dies verhindert, dass der Strom zum Schwächen eines magnetischen Feldes
durch den Motor 8 fließt,
für den
Fall, dass das Lenkrad 3 zum Zeitpunkt A3 in 4 langsam
gelenkt wird, wodurch ein Problem gelöst wird, das mit einer unnötigen Stromzufuhr
verbunden ist.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
entspricht ein Abschnitt 43 zur Kennfeldverarbeitung auf Grundlage
einer Motordrehzahl einer Einrichtung zum Schwächen eines magnetischen Feldes
innerhalb des Motors in den beigefügten Ansprüchen.
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Die
Drehzahl Nm eines Motors wird durch eine Einrichtung zur Erfassung
einer Drehzahl eines Motors, einschließlich eines VR-Resolvers 32 und
eines RD-Wandlers 35,
erfasst. Die durch die Einrichtung erfassten Daten werden direkt in
den Abschnitt 43 eingegeben, der sich in der Einrichtung 38 befindet,
um einen d-Achsenkompensationsstrom zu bestimmen.
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Eine
Multipliziereinrichtung 44 führt eine Multiplikation für die Ausgabe
C1 eines Abschnitts 40, die Ausgabe C2 des Abschnitts 41 und
die Ausgabe C3 des Abschnitts 43 aus. Die Einrichtung 38 zum Bestimmen
des d-Achsenkompensationsstroms liefert einen d-Achsenkompensationsstrom
Id an die Addiereinrichtung 23, welcher proportional zu
einer durch einen Ausdruck (8) ausgedrückten Multiplikation ist. Id = k × C1 × C2 × C3 (8)
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Auf
diese Weise kann jedes Element, das an der Kompensation des d-Achsenstroms teilnimmt, unabhängig wirken,
wodurch d-Achsenkompensationsstrom
Id dem Motor 8 zugeführt
wird, um das magnetische Feld in den folgenden Fällen zu schwächen. Wenn
eine q-Achsenstromabweichung ΔIq oder eine
q-Achsenanweisungsspannung Vqo, berechnet auf Grundlage von ΔIq, groß ist, wenn
ein q-Achsen-Iststrom Iqr klein ist und wenn eine Motordrehzahl
Nm groß ist.
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Eine
Einrichtung 39 zum Steuern/Regeln einer Wechselwirkung
und die Addiereinrichtungen 27, 28, welche mit
dieser elektrisch verbunden sind, gezeigt in 8, sind
in der Lage, gegenseitige Wechselwirkung zu eliminieren, so dass
eine Anweisungseingabe so begrenzt werden kann, dass nur eine kontrollierte
Variable beeinflusst wird, wenn eine gegenseitige Wechselwirkung
zwischen mehreren Anweisungseingaben und kontrollierten Variablen
auftritt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Einrichtung
und die Addiereinrichtungen dafür
eingesetzt, eine kleine Rückkopplungsschleife,
umfassend einen d-Achsen-Iststrom Idr und einen q-Achsen-Iststrom
Iqr des Motors 8, zu realisieren, um die Reaktion desselben
zu beschleunigen.
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Die
Einrichtung 38 zum Bestimmen des d-Achsenkompensationsstroms
nach Maßgabe
der vorliegenden Erfindung kompensiert einen d-Achsenstrom, eine
d-Achsenkomponente des Motors 8, so dass das magnetische
Feld innerhalb des Motors 8 geschwächt werden kann, wenn eine
q-Achsenanweisungsspannung groß ist,
ein q-Achsen-Iststrom klein ist und eine Motordrehzahl groß ist. Auf
diese Weise kann die Motordrehzahl vergrößert werden, ohne den Nennstrom
zu vergrößern. Wenn
ein Anweisungsdrehmoment sich steil ändert, so kann die elektrisch
Servolenkvorrichtung 1 ein optimales Unterstützungslenkdrehmoment
auf die Lenkstrecke S ausüben,
indem sie die Reaktion des Motors 8 verstärkt. Dementsprechend
kann die Vorrichtung 1 ein gutes/glattes Lenkgefühl ohne
Beeinträchtigung
der Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs und der Größe des Motors 8 bereitstellen.
Es wird nun aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar sein, dass
die vorliegende Erfindung nicht auf die speziell illustrierte und
oben diskutierte Ausführungsform
beschränkt
ist und in verschiedenen modifizierten Formen ausgeführt werden
kann.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist ein bürstenloser
Motor für
einen Motor zur Ausübung
eines Unterstützungslenkdrehmoments
ausgewählt. Eine
Vektor-Steuerung/Regelung
unter Verwendung einer dq-Steuerung/Regelung, welche einen sinusförmigen Strom über die
Phasen des bürstenlosen Motors
bereitstellt, ist als Antriebssteuerung/Regelung des bürstenlosen
Motors gewählt.
Andere alternative Ansätze
können
anstelle des in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Beispiels
gewählt
werden. Zum Beispiel ist es möglich,
einen sinusförmigen
Strom für
jede Phase eines bürstenlosen
Motors zu steuern/zu regeln. Ferner ist es möglich, einen Rechteckwellenstrom über die
Phasen eines bürstenlosen
Motors bereitzustellen, sowie einen pseudosinusförmigen Strom, der mit Rechteckwellenströmen synthetisiert
wurde. Andere Typen eines Motors können außerdem alternativ gewählt werden.
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Eine
elektrische Servolenkvorrichtung wird bereitgestellt, welche aufweist:
eine erste Einrichtung zum Erfassen eines Lenkdrehmoments, einen
Motor, eine Motoransteuerungseinheit, eine zweite Einrichtung zum
Bestimmen eines Sollstroms auf Grundlage wenigstens eines Signals
des Lenkdrehmoments, eine dritte Einrichtung zum Erfassen eines
Motorstroms sowie eine Steuer-/Regeleinheit
zum Erzeugen eines Signals zur Motoransteuerung auf Grundlage wenigstens
einer Abweichung zwischen dem Sollstrom und dem Motorstrom und zum Übertragen des
Signals zur Motoransteuerung zu der Motoransteuerungseinheit. Die
Vorrichtung weist das Merkmal auf, dass die Steuer-/Regeleinheit
eine vierte Einrichtung zum Schwächen
eines magnetischen Feldes innerhalb des Motors nach Maßgabe der
Abweichung oder eines auf Grundlage der Abweichung berechneten Werts
umfasst.