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Die Erfindung bezieht sich auf ein für Automobile
gestaltetes Servolenksystem und insbesondere auf ein
Servolenksystem mit einem Motor, der eine Hilfskraft
für ein Lenksystem zur Unterstützung beim Lenken
liefert.
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Ein herkömmliches System des vorbeschriebenen Typs
ist so ausgebildet, daß es einen Motor aufweist,
welcher eine Hilfskraft liefert, die zur Unterstützung
beim Lenken für eine Lenkwelle eines
Zahnstangenlenkgetriebes über ein
Geschwindigkeitsherabsetzungssystem mittels eines Übertragungsmechanismus, wie einem
Getriebe oder Riemen, verwendet wird (EP-A-0 276
005).
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Jedoch ist mit dem beschriebenen herkömmlichen System
das Problem verbunden, daß der Motor übermäßige Wärme
erzeugt aufgrund der beträchtlichen Strommenge, die
kontinuierlich hierdurchfließt, und dies kann
wiederum Rauch oder unangenehme Gerüche vom Motor erzeugen
und schließlich einen kritischen Schaden bewirken,
wenn der Motor in solchen Zeiten brennt, wenn das
Lenkrad für eine lange Zeitperiode in seinen extremen
Positionen gehalten wird, wenn es voll gedreht ist,
während das Fahrzeug stationär ist, und wenn viel
Zeit verwendet wird zum Einstellen eines Autos in
eine Garage.
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Bei einem bekannten Servolenksystem vom
Motorantriebstyp ist eine Sicherheitsschaltung für den
elektrischen Motor vorgesehen (DE-A-3 402 332). Wenn der
Motorstrom einen maximalen Pegel überschreitet, wird
die Erregung des Motors unterbrochen.
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Angesichts des Vorstehenden ist es eine Aufgabe
dieser Erfindung, ein Servolenksystem eines
Motorantriebstyps vorzusehen, das niemals den obigen
Problemen von vom Motor erzeugter übermäßiger Wärme,
Rauchaustritt aus dem Motor, Brennen des Motors und
dergleichen begegnet.
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Ein Servolenksystem gemäß dieser Erfindung ist
gekennzeichnet durch Mittel zum Regulieren eines
maximalen Pegels des Motorstroms in Beziehung zum
mittleren Motorstrom, der bei jedem vorbestimmten
Zeitintervall während einer Periode von kontinuierlichem
Stromfluß durch den Motor gemessen wird, die eine
vorbestimmte Zeitperiode überschreitet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun mit
Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben,
in welchen:
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Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild des
Servolenksystems gemäß dieser Erfindung;
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Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild der
Steuereinheit für die Servolenkung gemäß dieser
Erfindung;
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Fig. 3 ist ein Diagramm gemäß dieser Erfindung,
das die Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment
und der Motorstromsteuerung zeigt;
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Fig. 4 ist ein Diagramm gemäß dieser Erfindung,
das die Beziehung zwischen einer
Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorstrom und der an eine
elektromagnetische Kupplung angelegten Spannung
zeigt;
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Fig. 5 ist ein Diagramm gemäß dieser Erfindung,
das den Übergang des angezeigten maximalen
Motorstroms zeigt, der auf der Basis des mittleren
Motorstroms gesteuert wird;
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Fig. 6 zeigt eine Hauptprogramm einer
Steuereinheit nach dieser Erfindung; und
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Fig. 7 zeigt ein Unterprogramm einer
Steuereinheit nach dieser Erfindung.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 bedeutet eine Zahl 1 ein
Lenkrad, das manuell von einem Fahrer gedreht wird,
die Zahl 3 bedeutet einen Drehmomentsensor, der mit
dem Lenkrad 1 über eine erste Lenkwelle 2a verbunden
ist und der zur Ausgabe eines die Größe des auf das
Lenkrad 1 ausgeübten Drehmoments anzeigenden
elektrischen Signals geeignet ist, die Zahl 16 bedeutet ein
Schneckenrad, das über eine zweite Lenkwelle 2b mit
dem Drehmomentsensor 3 verbunden ist, die Zahl 4a
bedeutet ein erstes Universalgelenk, das über eine
dritte Lenkwelle 2c mit dem Schneckenrad 16 verbunden
ist, die Zahl 4b bezeichnet ein zweites
Universalgelenk, das über eine vierte Lenkwelle 2d mit dem
ersten Universalgelenk 4a verbunden ist, die Zahl 5
bezeichnet eine Ritzelwelle, die körperlich mit dem
zweiten Universalgelenk 4b verbunden ist, die Zahl 6
bezeichnet eine Welle mit einem
Zahnstangenlenkgetriebe 6a, das mit der Ritzelwelle 5 in Eingriff ist,
die Zahl 7a bezeichnet ein Kugelgelenk, das ein Ende
der Zahnstangenwelle 6 mit einer von Zugstangen 8a
verbindet, die Zahl 7b bezeichnet das andere
Kugelgelenk, das das andere Ende der Zahnstangenwelle 6 mit
der anderen Zugstange 8b verbindet die Zahl 9
bezeichnet eine Steuereinheit, die Zahl 10 bezeichnet
einen Geschwindigkeitssensor zum Erfassen der
Fahrzeuggeschwindigkeit, die Zahl 11 bezeichnet eine
Batterie, die Zahl 12 bezeichnet einen
Schlüsselschalter, die Zahl 13 bezeichnet einen Gleichstrommotor
mit Nebenschluspulen oder Feldmagneten, der unter
Steuerung der Steuereinheit 9 betätigt wird, und die
Zahl 14 bezeichnet eine elektromagnetische Kupplung
zur Herstellung einer körperlichen Verbindung oder
Unterbrechung zwischen dem Motor 13 und einer
Schneckenwelle 15 gemäß einem von der Steuereinheit 9
gelieferten Signal. Die Schneckenwelle 15 ist so
gestaltet, daß sie mit dein Schneckenrad 16 in Eingriff
ist.
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Bezugnehmend auf Fig. 2, die schematisch die
Ausbildung der Steuereinheit 9 zeigt, bezeichnet die Zahl
9a eine Meßvorrichtung zum Bestimmen des
Lenkdrehmoments auf der Grundlage eines Eingangssignals vom
Drehmomentsensor 3, bezeichnet die Zahl 9b eine
Meßvorrichtung zur Bestimmung der
Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Grundlage eines Eingangssignals vom
Geschwindigkeitssensor 10, bezeichnet die Zahl 9c eine
Meßvorrichtung zur Bestimmung der Größe des durch den
Motor 13 fließenden elektrischen Stroms auf der
Grundlage eines Ausgangssignals von einem
Stromsensor, der in einem Leistungselement 9i zur Betätigung
des Motors vorgesehen ist, bezeichnet die Zahl 9d
eine Rechenvorrichtung zum Berechnen eines
Mittelwertes für den durch den Motor fließenden Motorstrom
während einer vorbestimmten Zeitperiode auf der
Grundlage eines Ausgangssignals von der
Meßvorrichtung 9c, bezeichnet die Zahl 9e eine
Speichervorrichtung, in welcher Daten über den dem Motor zugeführten
Strom in Verbindung mit Werten für das
Lenkdrehmoment, die Fahrzeuggeschwindigkeit und den mittleren
Motorstrom gespeichert werden, bezeichnet die Zahl 9f
eine Lesevorrichtung zum Lesen der Stromdaten aus der
Speichervorrichtung 9e auf der Grundlage des
gemessenen Lenkdrehmoments, der gemessenen
Fahrzeuggeschwindigkeit und des berechneten mittleren Motorstroms,
bezeichnet die Zahl 9g eine
Kupplungssteuervorrichtung zum Erregen oder Entregen der
elektromagnetischen Kupplung 14 in Übereinstimmung mit Bedingungen,
die zumindest durch die Fahrzeuggeschwindigkeit
bestimmt werden, und bezeichnet die Zahl 9h eine
Leistungselement-Steuervorrichtung zur Ausgabe von
Befehlen an das Leistungselement 9i für die Steuerung
der Größe und Richtung des Motorstroms auf der
Grundlage der von der Lesevorrichtung 9f gelesenen Daten.
Das Leistungselement 9i steuert die Größe und
Richtung des Motorstroms unter der Steuerung der
Vorrichtung 9h.
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Es wird nun Bezug genommen auf die Fig. 3 - 6 beim
lesen der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise des
vorbeschriebenen Systems. Wenn der Schlüsselschalter
12 in die "Ein"-Stellung gebracht ist, um eine
Maschine zu starten, wird die Kupplung 14 erregt oder
eingeschaltet, wodurch sich eine mechanische
Verbindung des Motors 15 zur Schneckenwelle 15 ergibt. In
diesem Zustand steuert die Steuereinheit 9 den durch
den Motor 13 fließenden Motorstrom, wie aus Fig. 3
ersichtlich ist, auf der Grundlage des auf das
Lenkrad 1 ausgeübten Drehmoments. Wenn das im
Uhrzeigersinn
auf das Lenkrad ausgeübte Drehmoment ansteigt,
beginnt gemäß Fig. 3 die Betätigung des Motors 13 ab
Punkt a; dann steigt der Motorstrom linear an; und
dann verläuft der Motorstrom horizontal bei 100
Prozent des Nennmotorstroms, nachdem das Drehmoment den
Punkt b überschritten hat. Wenn das Drehmoment von
einem Punkt oberhalb des Punktes b abnimmt, beginnt
umgekehrt der Motorstrom am Punkt b abzunehmen, und
dann wird der Motor am Punkt a abgeschaltet. Diese
Steuerung des Motorstroms findet auch für den Fall
statt, daß ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn
auf die Lenkwelle ausgeübt wird.
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Das Ausgangsdrehmoment des Motors 13 ist im
wesentlichen proportional zur Größe des diesem zugeführten
Motorstroms. Da eine Erhöhung des auf das Lenkrad
ausgeübten Drehmoments über den Punkt a in Fig. 3, an
welchem der Motor 13 eingeschaltet wird, zu einer
Erhöhung des Motorstroms führt, führt jede Erhöhung
des auf das Lenkrad ausgeübten Drehmoments zu einer
Erhöhung des Ausgangsdrehmoments des Motors, das auf
die Schneckenwelle 15 ausgeübt wird. Somit übt der
Motor 13 ein Hilfsdrehmoment auf die Lenkwellen 2a -
2d über die elektromagnetische Kupplung 14, die
Schneckenwelle 15 und das Schneckenrad 16 aus in
Abhängigkeit von dem von einem Fahrer auf das Lenkrad 1
ausgeübten Drehmoment. Die Größe des Drehmoments, das
auf das Lenkrad 1 ausgeübt werden muß, kann um
dieselbe Größe wie die des vom Motor gelieferten
Hilfsdrehmoments verringert werden.
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Der Motorstrom wird auf einer regelmäßigen Grundlage
überwacht, beispielsweise jede 1 - 100 ms, und diese
überwachten Werte des Motorstroms werden akkumuliert.
Auf der Grundlage dieser akkumulierten Daten wird der
mittlere Motorstrom auf einer regelmäßigen Grundlage
berechnet, beispielsweise jede 30 s - 3 min. Wenn der
mittlere Motorstrom beispielsweise oberhalb von 60 -
80 Prozent des Nennmotorstroms ist, wird ein
maximaler Motorstrom, der von der Steuereinheit 9 angezeigt
wird und durch welchem der maximale Pegel des
tatsächlich durch den Motor fließenden Motorstroms
reguliert wird, um einen vorbestimmten Wert verringert,
beispielsweise 5 - 10 Prozent des Nennmotorstroms,
wie auf der linken Seite von Fig. 5 gezeigt ist. Wenn
der mittlere Motorstrom in der nächsten Periode noch
oberhalb des vorgenannten Wertes ist, wird eine
weitere Verringerung um denselben vorbestimmten Wert für
den angezeigten maximalen Motorstrom bewirkt.
Dieselbe Verringerung wird wiederholt, bis der mittlere
Motorstrom beispielsweise unterhalb von 50 Prozent
des Nennmotorstroms liegt, bei welchem Pegel ein
kontinuierlicher Stromfluß niemals einen Schaden des
Motors 13 oder des Leistungselements 9i in der
Steuereinheit neu verursacht. Umgekehrt wird, wenn der so
berechnete mittlere Motorstrom unterhalb von
beispielsweise 40 Prozent des Nennmotorstroms liegt, der
angezeigte maximale Motorstrom um denselben
vorbestimmten Wert erhöht, wie auf der rechten Seite von
Fig. 5 gezeigt ist. Solange wie der mittlere
Motorstrom niedrig bleibt, wird der angezeigte maximale
Motorstrom wiederholt angehoben, bis der anfänglich
angezeigte maximale Motorstrom erhalten wird, und der
Strom wird auf diesem anfänglichen Wert gehalten.
Wenn der berechnete mittlere Motorstrom zwischen
beispielsweise 30 und 70 Prozent des Nennmotorstroms
liegt, wird der angezeigte maximale Motorstrom auf
seinem bestehenden Pegel gehalten. Was bisher
erläutert wurde, bezieht sich auf die Situation, in der
das Fahrzeug stationär ist.
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Während der Fahrt wird der Motorstrom, wie in Fig. 4
gezeigt, auf der Grundlage eines Wertes IM1
gesteuert, der zuvor in Verbindung mit dem Lenkdrehmoment
und der Fahrzeuggeschwindigkeit gespeichert wurde,
d.h. der Wert IM1 wird in Verbindung mit dem
Lenkdrehmoment, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem
mittleren Strom unter der Bedingung, daß die
Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als die durch den Punkt c in
Fig. 4 ausgedrückte ist, bestimmt; der angezeigte
maximale Motorstrom wird verringert, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt unter der Bedingung, daß
die Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen dem Punkt c und
dem Punkt d (Anzeigegeschwindigkeit V&sub2;) liegt; der
Wert IM1 wird auf einem konstanten Wert IOF
festgehalten unter der Bedingung, daß die
Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen dem Punkt d und dem Punkt e
(Anzeigegeschwindigkeit V&sub1;) liegt; und unter der Bedingung,
daß die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als der
Punkt e, wird kein Strom zum Motor 13 oder der
elektromagnetischen Kupplung 14 geliefert, wodurch sich
eine Unterbrechung zwischen dem Motor 13 und der
Schneckenwelle 15 ergibt, worauf der Fahrer das
Lenkrad 1 ohne die Hilfe des normalerweise vom Motor
gelieferten Hilfsdrehmoments betätigen muß.
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Es wird nun beim Lesen der folgenden Beschreibung der
Arbeitsweise der Steuereinheit 9 auf die Fig. 6 und 7
Bezug genommen. Die Initialisierung der Einheit 9
wird im Schritt 21 durchgeführt, und dann wird eine
Variable TS als der Wert des gemessenen
Lenkdrehmoments im Schritt 22, eine Variable V als der Wert der
gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit im Schritt 23
bestimmt. Eine Variable IMS wird im Schritt 24 als der
Wert des gemessenen Motorstroms bestimmt. Dann wird
im Schritt 25 eine Variable IM(MAX) als der angezeigte
maximale Motorstrom definiert, der auf der Grundlage
des mittleren Motorstroms in der in Fig. 7 gezeigten
Weise bestimmt wird. Eine Variable IM1 wird definiert
als der Motorstromwert, der aus dem Speicher 9e mit
Bezug auf das gemessene Lenkdrehmoment, die gemessene
Fahrzeuggeschwindigkeit und den berechneten mittleren
Motorstrom in Schritt 26 ausgelesen wird. Dann
erfolgt in Schritt 27 eine Entscheidung bezüglich der
Variablen IMO, die im letzten Zyklus bestimmt wurde,
und, solange wie die Variable IMO nicht Null ist,
erfolgt eine weitere Entscheidung im Schritt 28
bezüglich der Variablen IMS, die in diesem Zyklus als
der gemessene Motorstrom bestimmt wurde. Solange wie
die Variable IMS nicht Null ist, erfolgt in den
Schritten 29 und 30 eine weitere Entscheidung
bezüglich der Variablen V. Wenn V < V&sub2; ist, wird im
Schritt 31 die Variable IM als der gelesene Stromwert
der Variablen IM1 bestimmt. Die Variable IM zeigt die
Größe des dem Motor 13 zugeführten elektrischen
Stroms an. Im Schritt 32 wird die Kupplung 14 erregt,
und dann wird die Variable IMO im Schritt 33 als der
Wert der Variablen IM bestimmt, und der Ablauf in der
Steuereinheit 9 geht dann zum Schritt 22 zurück. Wenn
das Ergebnis der in den Schritten 29 und 30
durchgeführten Entscheidung gleich V&sub2; < V < V&sub1; ist, wird die
Variable IM im Schritt 34 als der Wert der Variablen
IM1 (die nun den konstanten Wert IOF hat) bestimmt und
die Kupplung 14 wird dann erregt, die Variable IMO
wird als der Wert der Variablen IM (nun = IOF)
bestimmt, und dann kehrt der Ablauf zum Schritt 22
zurück.
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Wenn die in Schritt 27 durchgeführte Entscheidung IMO
= 0 ergibt, springt der Ablauf zum Schritt 29, in
welchem die Entscheidung bezüglich der
Fahrzeuggeschwindigkeit gemacht wird. Wenn im Schritt 27 IMO ≠
0 ist und im Schritt 28 IMS = 0 ist, oder wenn im
Schritt 29 V > V&sub1; ist, wird die variable IM im
Schritt 35 gleich Null bestimmt, und die Kupplung 14
wird im Schritt 36 ausgeschaltet, die Variable IMO
wird im Schritt 33 als der Wert der Variablen IM (=
0) bestimmt, und der Vorgang geht dann zum Schritt 22
zurück.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 7, welche ein Unterprogramm
mit Schritten zur Berechnung des mittleren
Motorstroms, das im Schritt 25 von Fig. 6 aufgerufen wird,
zeigt, wird eine Variable IM(AV) im Schritt 41 als das
Ergebnis der Berechnung des mittleren Motorstroms der
Variablen IM(AV) im letzten Zyklus, der mehr als der
Wert der Variablen IM ist, bestimmt. Im Schritt 42
erfolgt dann eine Entscheidung darüber, ob die
vorbestimmte Zeitperiode vergangen ist. Wenn diese
Zeitperiode noch nicht vergangen ist, kehrt der Ablauf
zum in Fig. 6 gezeigten Hauptprogramm zurück.
Andernfalls erfolgt in den Schritten 43 und 44 eine weitere
Entscheidung bezüglich der Variablen IM(AV) Wenn der
Wert der Variablen IM(AV) zwischen 30 und 60 Prozent
des Nennmotorstroms liegt, wird die Variable IM(AV) im
Schritt 45 freigegeben, und dann kehrt der Ablauf zum
Hauptprogramm zurück. Wenn die Entscheidung ergibt,
daß die Variable IM(AV) unterhalb von 30 Prozent des
Nennmotorstroms ist, wird der angezeigte maximale
Motorstrom um 5 Prozent des Nennmotorstroms im
Schritt 46 angehoben, und dann wird die Variable IM(AV)
im Schritt 45 freigegeben, worauf der Ablauf zum
Hauptprogramm zurückkehrt. Wenn die Entscheidung
ergibt, daß die Variable IM(AV) oberhalb von 60 Prozent
das Nennmotorstroms liegt, wird der angezeigte
maximale Motor strom um 5 Prozent des NennmotorstromS im
Schritt 47 verringert, und die Variable IM(AV) wird
freigegeben, und der Ablauf kehrt dann zum
Hauptprogramm zurück.
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Wie vorerwähnt ist, wird der angezeigte maximale
Motorstrom in Abhängigkeit von dem berechneten
mittleren Motorstrom solange verändert, wie der Motorstrom
weiterfließt, um den maximalen Pegel des Motorstroms
zu regulieren, so daß der Motor keinen Problemen mit
Bezug auf eine Überhitzung, Rauchentwicklung oder
Feuerentstehung ausgesetzt ist, wenn beispielsweise
das Lenkrad für eine lange Zeit in einer extremen
Position gehalten wird, während das Fahrzeug
stationar ist.