DE68918743T2

DE68918743T2 - Elektrische Hilfskraftlenkung mit Sicherheitsrelais.

Info

Publication number: DE68918743T2
Application number: DE68918743T
Authority: DE
Inventors: Mitsuharu C O Himeji Morishita; Kosaku C O Himeji Seisaku Uota; Takeshi C O Himeji Se Yasukawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2009-04-05
Also published as: KR890015923A; EP0337645B1; DE68918743D1; KR920006530B1; JP2641245B2; EP0337645A1; JPH01266065A; US5027276A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft elektrische Servolenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge und speziell eine Steuerschaltung für elektrische Servolenkvorrichtungen mit einem Sicherheitsrelais, um die elektrische Stromversorgung von der Servolenkvorrichtung zu trennen, um den manuellen Lenkzustand wiederherzustellen.
Kraftfahrzeuge weisen im allgemeinen ein Lenkrad auf, mit dem der Fahrer des Fahrzeugs die Route des Fahrzeugs bestimmt und es nach rechts oder nach links lenkt; das von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment wird über eine Lenkwelle usw. auf die gelenkten Räder des Fahrzeugs übertragen, um die Fahrtrichtung des Fahrzeugs nach rechts oder nach links zu ändern. Zur Unterstützung des Fahrzeugfahrers beim Einschlagen des Lenkrads verwenden die meisten Fahrzeuge heute Hilfskraftmechanismen. Von diesen sind hydraulische Hilfskraftmechanismen am häufigsten. Elektrische Servolenkvorrichtungen, die einen Elektromotor verwenden, um eine Hilfskraft zur Unterstützung des Fahrers des Fahrzeugs zu liefern, setzen sich jedoch immer mehr durch; sie sind wirtschaftlicher, leichter und zuverlässig. Außerdem ist es leicht, im Fall von elektrischen Servolenkvorrichtungen hochentwickelte elektronische Steuerschaltungen zu verwenden.
Fig. 1 zeigt eine typische Organisation der Steuerschaltungsanordnung zur Steuerung der Richtung und des Betrags des Drehmoments des Elektromotors einer elektrischen Servolenkvorrichtung. Die Schaltungsanordnung weist dabei folgendes auf: einen Drehmomentsensor 1, um das von dem Fahrzeugfahrer aufgebrachte Drehmoment zu erfassen; einen Elektromotor 14, der mit der Lenkwelle über ein Untersetzungsgetriebe usw. gekoppelt ist, um ein Hilfsdrehmoment zu liefern, um den Fahrer beim Einschlagen der Lenkwelle zu unterstützen; und eine Steuerschaltung 16, die aufgrund des von dem Drehmomentsensor 1 erfaßten Lenkdrehmoments die Richtung und den Betrag des Motorstroms bestimmt, der dem Motor 14 zugeführt wird, so daß der Motor 14 ein korrektes Hilfsdrehmoment liefern kann.
Der Drehmomentsensor 1 ist mit der Lenkwelle (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verbunden, um das von dem Fahrzeugfahrer über das Lenkrad darauf aufgebrachte Drehmoment zu erfassen. Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem aufgebrachten Drehmoment und dem Ausgangssignal des Drehmomentsensors 1, wobei das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment T auf der Abszisse aufgetragen ist, während die Ausgangsspannung V des Drehmomentsensors 1 auf der ordinate aufgetragen ist; der Punkt T0 auf der Abszisse entspricht dem neutralen Drehmomentpunkt, bei dem das von dem Fahrer aufgebrachte Drehmoment Null ist; die Punkte auf der Abszisse rechts von dem Punkt T0 sind Lenkdrehmomente zum Einschlagen des Fahrzeugs nach rechts; dagegen sind die Punkte, die links von dem Punkt T0 liegen, Lenkdrehmomente nach links. Die Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment T und der Ausgangsspannung V ist im wesentlichen linear, wie Fig. 2 zeigt: Dem neutralen oder Null-Drehmomentpunkt T0 entspricht eine Ausgangsspannung V0; Linkslenkdrehmomenten T1 und T4 entsprechen Ausgangsspannungen V1 bzw. V4; und Rechtslenkdrehmomenten T2 und T3 entsprechen Ausgangsspannungen V2 bzw. V3.
In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal V des Drehmomentsensors 1 steuert die Steuerschaltung 16 die Ausgangsleistung P des Elektromotors 14, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wobei die Ausgangsspannung V des Drehmomentsensors 1 auf der Abszisse aufgetragen ist, während die Ausgangsleistung P des Motors 14 auf der Ordinate aufgetragen ist.
Wenn das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 1 in dem Bereich zwischen V1 und V2 liegt, bleibt die Ausgangsleistung P des Motors Null; wenn also das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment T in dem Bereich zwischen den Punkten T1 und T2 liegt (siehe Fig. 2), wird dem Motor 14 kein Strom zugeführt, um ihn einzuschalten. Somit bildet der Bereich des Lenkdrehmoments T zwischen den Punkten T1 und T2 oder der entsprechende Bereich der Sensorausgangsspannung V zwischen den Punkten V1 und V2 den Unempfindlichkeitsbereich, in dem der Motor 14 keine Hilfskraft liefert.
Wenn das Lenkdrehmoment T in der Rechtslenkrichtung größer als der durch den Punkt T2 bezeichnete Wert wird, wird von dem Motor 14 ein Hilfsdrehmoment in der gleichen Lenkrichtung auf die folgende Weise geliefert: Nachdem das Lenkdrehmoment T den Punkt T2 überschritten hat, um die Ausgangsspannung V des Drehmomentsensors 1 über den Pegel V2 anzuheben (wie in Fig. 3 gezeigt ist), wird die Ausgangsleistung P des Motors 14 im wesentlichen linear in bezug auf die Sensorausgangsspannung V erhöht, wie Fig. 4 zeigt, bis das Lenkdrehmoment T den Punkt T3 erreicht, um die Sensorausgangsspannung V auf einen Sättigungspegel V3 anzuheben; nachdem das Rechtslenkdrehmoment T den Punkt T3 überschritten hat, wird die Motorausgangsleistung P auf dem Konstantpegel Pmax gehalten. Zwischen den Punkten T2 und T3 wird also von dem Motor 14 ein Hilfsdrehmoment nach rechts geliefert, das dem Lenkdrehmoment T im wesentlichen proportional ist; oberhalb des Punkts T3 ist das von dem Motor 14 gelieferte Hilfsdrehmoment gesättigt, d. h. es wird auf einem vorbestimmten Maximalwert Pmax gehalten.
Wenn andererseits das Lenkdrehmoment T in der Linkslenkrichtung größer als der durch den Punkt T1 bezeichnete Wert wird (d. h., wenn das Lenkdrehmoment T in dem Bereich links von dem Punkt T1 in Fig. 3 liegt), wird von dem Motor 14 ein Hilfsdrehmoment in der gleichen (d. h. linken) Lenkrichtung auf eine Weise geliefert, die zu dem obigen Fall der Rechtslenkrichtung symmetrisch ist. Wenn dabei der Betrag des Linkslenkdrehmoments T von dem Punkt T1 auf den Punkt T4 ansteigt (d. h. sich von dem Punkt T1 nach links zu dem Punkt T4 auf der Abszisse in Fig. 3 verlagert), wird die Ausgangsspannung V des Sensors von V1 auf V4 verringert; in dem Bereich zwischen V1 und V4 ist die Ausgangsleistung P des Motors 14 im wesentlichen linear zu der Sensorausgangsspannung V, wie Fig. 4 zeigt, so daß ein Hilfsdrehmoment, das dem Lenkdrehmoment T im wesentlichen proportional ist, von dem Motor 14 in diesem Bereich geliefert wird; wenn das Lenkdrehmoment T über dem linken Sättigungspunkt T4 liegt, der der Sensorausgangsspannung V4 entspricht, wird die Motorausgangsleistung P auf dem konstanten Maximalwert Pmax gehalten. Somit entspricht der linke lineare Steuerbereich zwischen den Sensorausgangsspannungen V1 und V4 dem rechten linearen Steuerbereich zwischen den Sensorausgangsspannungen V2 und V3; der linke gesättigte Steuerbereich unter der Sensorausgangsspannung V4 entspricht dem rechten gesättigten Steuerbereich über der Sensorausgangsspannung V3.
Die Ausgangsleistung des Motors 14 wird in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Drehmomentsensors 1 auf die obige Weise durch die Steuerschaltung 16 gesteuert. Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 sollen nun die Organisation und das Betriebsverfahren der Steuerschaltung 16 beschrieben werden, die eine Drehmomentsignal-Schnittstelle 2, die mit dem Ausgang des Drehmomentsensors 1 durch Eingänge 15A und 15B der Steuerschaltung 16 gekoppelt ist, und einen Mikrocomputer 3 aufweist, dem das Drehmomentsignal (d. h. das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 1) über die Schnittstelle 2 zugeführt wird. Der Mikrocomputer 3 bestimmt Richtung und Betrag des Hilfsdrehmoments, das von dem Motor 14 geliefert werden soll, auf der Basis des von dem Sensor 1 abgegebenen Drehmomentsignals; aufgrund des Eingangssignals von der Drehmomentsignal-Schnittstelle 2, das der obigen Ausgangsspannung V des Drehmomentsensors 1 entspricht, bestimmt dabei der Mikrocomputer 3 die Drehrichtung des Motors 14 entsprechend dem Lenkdrehmoment T und die Ausgangsleistung P des Motors 14 in Übereinstimmung mit der Sensorausgangsspannung V auf der Basis der Beziehungen, die in den Fig. 2 bzw. 3 gezeigt sind. Richtung und Betrag des Ausgangsdrehmoments des Motors 14 werden von der Motorantriebsschaltung 10 In Abhängigkeit von dieser Festlegungen durch den Mikrocomputer 3 gesteuert, wie nachstehend beschrieben wird.
Das Rechts- und Linksrichtungssignal von dem Mikrocomputer 3 werden an die Motorantriebsschaltung 10 durch die Rechtsrichtungs- und Linksrichtungs-Schnittstelle 4 bzw. 5 abgegeben. Wenn dabei das Lenkdrehmoment T in der Rechtslenkrichtung ist und somit die Ausgangs spannung y des Sensors über dem Pegel V0 entsprechend dem neutralen Lenkdrehmoment T0 liegt, wird von dem Mikrocomputer 3 ein Rechtsrichtungssignal über die Rechtsrichtungssignal-Schnittstelle 4 an die Motorantriebsschaltung 10 abgegeben; wenn dagegen das Lenkdrehmoment T in der Linkslenkrichtung ist und somit die Ausgangsspannung V des Sensors unter dem Pegel V0 liegt, wird von dem Mikrocomputer 3 ein Linksrichtungssignal über die Linksrichtungssignal-Schnittstelle 5 an die Motorantriebsschaltung 10 abgegeben.
Andererseits wird das Digitalsignal, das das Motorabtriebsdrehmoment P bezeichnet, das dem Sensorausgangspegel V in bezug auf die Beziehung von Fig. 3 entspricht, von dem Mikrocomputer 3 abgegeben und dem D/A-Wandler 6 zugeführt, in dem es in ein Analogsignal umgewandelt wird, das die Motorabtriebsleistung P bezeichnet; aufgrund dieses Analogsignals, das von dem D/A-Wandler 6 abgegeben wird, erzeugt eine Pulsbreitenmodulationsschaltung (die einen Fehlerverstärker 7, einen Pulsbreitenmodulator 8, einen Referenzfrequenz-Schwingkreis 9, einen Motorstromdetektorkreis 11 und einen Motorstromdetektierwiderstand 12 aufweist) Impulse mit einer vorbestiminten Frequenz, deren Pulsbreite sich proportional zu dem Wert des Motorleistungspegels P ändert, der durch den Mikrocomputer 3 bestimmt wird. Diese Pulsbreitenmodulation wird wie folgt durchgeführt:
An dem Widerstand 12 wird eine Spannung ausgebildet, die dem Betrag des Motorstroms entspricht, der dem Motor 14 von der Motorantriebsschaltung 10 zugeführt wird; die an dem Ausgang des Detektierwiderstands 12 ausgebildete Spannung, die dem Betrag des Motorstroms entspricht, wird dem Motorstromdetektorkreis 11 zugeführt, der seinerseits ein Signal abgibt, das dem Betrag des Motorstroms entspricht; der Detektorkreis 11 begrenzt jedoch sein Ausgangssignal unter einen vorbestimmten Pegel oder schneidet sein Ausgangssignal ab, wenn die von dem Widerstand 12 abgegebene Spannung einen vorbestimmten Pegel überschreitet.
Der Fehlerverstärker 7 vergleicht das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 6 mit demjenigen des Motorstromdetektorkreises 11 und verstärkt die Differenz zwischen beiden; der Verstärker 7 gibt also ein Signal ab, das dem Fehler des Motorstroms in bezug auf die von dem Mikrocomputer 3 bestimmte Motorausgangsleistung P entspricht. Aufgrund des Ausgangssignals des Verstärkers 7 moduliert der Pulsbreitenmodulator 8 die Breite der davon abgegebenen Impulse auf der Basis des Ausgangssignals des Schwingkreises 9, der mit einer vorbestimmten Frequenz schwingt. Der Pulsbreitenmodulator 8 gibt einen Impulszug ab, dessen Breite sich proportional zu der von dem Mikrocomputer 3 bestimmten Motorausgangsleistung erheblich ändert.
Aufgrund des pulsbreitenmodulierten Signals von dem Modulator 8 und eines Richtungssignals von den Richtungssignal- Schnittstellen 4 und 5 liefert die Motorantriebsschaltung 10 einen diesen Signalen entsprechenden Strom an den Motor 14 durch die Ausgänge 13A und 13B der Antriebsschaltung 10: Die Richtung des von der Antriebsschaltung 10 dem Motor 14 zugeführten Stroms entspricht dem Rechts- oder dem Linksrichtungssignal, das von der Schnittstelle 4 oder 5 empfangen wird; andererseits entspricht die Einschaltdauer dem Tastverhältnis des Impulszugs, der von dem Modulator 8 abgegeben wird.
Wenn dabei ein Rechtsrichtungssignal von der Schnittstelle 4 empfangen wird, liefert die Antriebsschaltung 10 den Motorstrom in einer Richtung, in der der Motor 14 ein Drehmoment erzeugt, um die Lenkwelle nach rechts zu drehen, um dadurch den Lenkvorgang des Fahrzeugfahrers nach rechts zu unterstützen; wenn dagegen ein Linksrichtungssignal von der Schnittstelle 5 empfangen wird, liefert die Antriebsschaltung 10 den Motorstrom in der anderen Richtung, in der der Motor 14 ein Drehmoment zum Drehen der Lenkwelle nach links erzeugt.
Außerdem weist die Antriebsschaltung 10 im allgemeinen Leistungsschalttransistoren auf, die aufgrund der von dem Modulator 8 abgegebenen Impulse ein- und ausgeschaltet werden, so daß die Einschaltdauer des Motorstroms der Impulsbreite der von dem Modulator 8 abgegebenen Impulse entspricht. Somit wird die Ausgangsleistung des Motors 14 auf den Wert gesteuert, der von dem Mikrocomputer 3 auf der Basis des Ausgangssignals des Drehmomentsensors 1 bestimmt wird.
Die oben beschriebenen Servolenkvorrichtungen weisen jedoch die folgenden Nachteile auf. Wenn der Motor 14 infolge einer Betriebsstörung des Mikrocomputers 3 usw. irrtümlich in dem neutralen oder Unempfindlichkeitsbereich des Drehmomentsensors 1 angetrieben wird, wirkt der Motor der Absicht des Fahrzeugfahrers entgegen, indem ein Drehmoment in einer Richtung geliefert wird, das derjenigen des Drehmoments entgegengesetzt ist, das von dem Fahrer aufgebracht wird, was außerordentlich gefährlich ist.
Die EP-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 249 902 betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung, die die in dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer elektrischen Servolenkvorrichtung mit verbesserter Sicherheit und Zuverlässigkei, insbesondere ist es das Ziel der Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung anzugeben, die den manuellen Lenkzustand wiederherstellen kann, wenn der Motor im neutralen oder Unempfindlichkeitsbereich angetrieben wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen Servolenkvorrichtung, die einfach aufgebaut und kostengünstig ist.
Gemäß der Erfindung wird eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß der Definition im Patentanspruch 1 angegeben.
Die obigen Aufgaben werden geinäß den Prinzipien der Erfindung mit einer elektrischen Servolenkvorrichtung gelöst, die ein Schaltungsunterbrechungs-Sicherheitsrelais aufweist, um die Zuführung von Betriebsstrom zu der elektrischen Servolenkvorrichtung zu unterbrechen. Es versteht sich, daß die Servolenkvorrichtung übliche Elemente aufweist: einen Elektromotor, der mit der Lenkwelle gekoppelt ist, um ein Hilfsdrehmoment auf diese aufzubringen; eine zwischen den Motor und die Lenkwelle geschaltete Kupplung, um den Motor mit der Lenkwelle zu verbinden und davon zu trennen; einen Drehmomentsensor zur Erfassung des Lenkdrehmoments, das von dem Fahrzeugfahrer aufgebracht wird; einen mit dem Drehmomentsensor gekoppelten Mikrocomputer zum Bestimmen der Richtung und des Betrags des Hilfsdrehmoments, das von dem Motor zugeführt werden soll; und eine elektrische Stromversorgung, wie etwa eine Speicherbatterie des Fahrzeugs, die dem Motor und der Kupplung Betriebsstrom durch die Motorantriebsschaltung bzw. die Kupplungsantriebsschaltung zuführt.
Der Schaltungsbereich, der die Sicherheitsrelais-Charakteristik der Erfindung betätigt, weist folgendes auf: eine Abtastschaltung für einen neutralen Drehmomentbereich, die mit dem Drehmomentsensor gekoppelt ist, um zu bestimmen, ob das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment in dem neutralen Bereich liegt, in dem das von dem Motor zuzuführende Hilfsdrehmoment Null ist, wobei die Schaltung ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Lenkdrehmoment in dem neutralen Bereich liegt; eine Motorstromdetektorschaltung, die mit der Motorantriebsschaltung gekoppelt ist, um den Motorstrom zu detektieren, wobei diese Schaltung ein Ausgangssignal erzeugt, wenn dem Motor ein Strom über die Motorantriebsschaltung zugeführt wird; und eine Relaisunterbrechungsschaltung, die das Sicherheitsrelais unterbricht, um die Motorantriebsschaltung und die Kupplungsantriebsschaltung von der elektrischen Stromversorgung zu trennen, wenn sowohl die Abtastschaltung für einen neutralen Bereich als auch die Motorstromdetektorschaltung ein Ausgangssignal erzeugen. Diese Relaisunterbrechungsschaltung kann ein UND-Gatter mit einem Paar von Eingängen, die mit dem Ausgang der Abtastschaltung für den neutralen Bereich bzw. dem Ausgang der Motorstromdetektorschaltung gekoppelt sind, und eine selbsthaltende Schaltung aufweisen, um das Ausgangssignal des UND-Gatters zu halten.
Gemäß der Erfindung werden daher die Kupplung und der Motor der Servolenkvorrichtung von der Stromversorgung getrennt, um den manuellen Lenkzustand wiederherzustellen, wenn der Elektromotor in einem Fall aktiviert wird, in dem das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment in dem neutralen Bereich liegt. Infolgedessen wird die Sicherheit der Vorrichtung erheblich verbessert.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Die für die Erfindung charakteristischen neuen Merkmale sind in den beigefügten Patentansprüchen im einzelnen aufgeführt. Die Erfindung selbst ergibt sich jedoch hinsichtlich ihres Aufbaus und des Betriebsverfahrens am besten unter Bezugnahme auf die nachstehende genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer elektrischen Servolenkvorrichtung, von der die Vorrichtung nach der Erfindung ausgeht;
Fig. 2 den Zusammenhang zwischen dem von dem Fahrzeugfahrer aufgebrachten Lenkdrehmoment und der Ausgangsspannung des Drehmomentsensors;
Fig. 3 den Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung des Drehmomentsensors und der Ausgangsleistung des Elektromotors einer elektrischen Servolenkvorrichtung; und
Fig. 4 ein der Fig. 1 ähnliches Blockdiagramm, das jedoch eine Servolenkvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
In den Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile oder Bereiche jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die der Servolenkvorrichtung von Fig. 1 ähnlich ist.
Die in Fig 4 gezeigte Servolenkvorrichtung weist einen Elektromotor 14 zur Zuführung eines Hilfsdrehmoments zu der Lenkwelle des Fahrzeugs (nicht gezeigt) und eine Kupplung 21a zum Verbinden und Trennen des Motors 14 mit bzw. von der Lenkwelle auf. Die Motorantriebsschaltung 10 und die Kupplungsantriebsschaltung 21 werden mit einem elektrischen Betriebsstrom für den Motor 14 bzw. die Kupplung 21a von der Speicherbatterie 36 über einen Schlüsselschalter (Zündschalter) 46 des Fahrzeugs und ein Sicherheitsrelais 26 versorgt, das gemäß der Erfindung von einem Relaisbetätigungsschaltungsteil gemäß der Erfindung betätigt wird; der Relaisbetätigungsschaltungsbereich umfaßt eine Motorstromdetektorschaltung 11, eine Abtastschaltung 23 für einen neutralen Drehmomentbereich, ein UND-Gatter 28, eine Selbsthalteschaltung 24 und eine Relaisunterbrechungsschaltung 25, die nachstehend beschrieben werden.
Der Schaltungsaufbau zur Steuerung des dem Motor 14 zugeführten Stroms gleicht dem der Servolenkvorrichtung von Fig. 1. Dabei mißt der Drehmomentsensor 1 das Lenkdrehmoment, das von dem Fahrzeugfahrer auf die Lenkwelle über das Lenkrad aufgebracht wird, und gibt ein Spannungssignal gemäß Fig. 2 ab. Dieses Ausgangssignal (d. h. Drehmomentsignal) des Drehmomentsensors 1 wird dem Mikrocomputer 3 direkt und über eine Differenzierungsschaltung 20 zugeführt.
Der Mikrocomputer 3 bestimmt die Richtung und den Betrag des Hilfsdrehmoments, das dem Motor 14 zuzuführen ist, aufgrund des ihm direkt und über die Differenzierungsschaltung 20 zugeführten Drehmomentsignals auf der Basis der Beziehungen, wie sie in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind. Die Motorantriebsschaltung 10, die mit der Batterie 36 durch das Relais 26 und den Schalter 46 gekoppelt ist, weist vier Leistungs- MOSFETs 35, 37, 38 und 40 auf, die in einer Brückenschaltung miteinander verbunden sind.
Der Mikrocomputer 3 steuert die Steuerspannungen der MOSFETs 35, 37, 38 und 40 in Abhängigkeit von der von ihm bestimmten Richtung und dem Betrag des Hilfsdrehmoments. Dabei wird je nach der bestimmten Richtung einer der beiden MOSFETs 35 und 37 (beispielsweise der MOSFET 35) eingeschaltet; einer der beiden anderen MOSFETs 38 und 40, der dem obigen MOSFET, der eingeschaltet wird, diagonal gegenüberliegt (und zwar, wenn der obige MOSFET, der eingeschaltet wird, der MOSFET 35 ist, der diagonal gegenüberliegende MOSFET 38), wird intermittierend von einem pulsbreitenmodulierten Signal (d. h. von einem Impulszug, dessen Impulsbreite sich proportional mit dem bestimmten Betrag des Hilfsdrehmoments ändert) eingeschaltet. Dem Motor 14 wird daher über die Ausgänge 44 und 45 der Motorantriebsschaltung 10 ein Strom von der Batterie 36 zugeführt, dessen Richtung und Betrag (oder Einschaltdauer) den von dem Mikrocomputer 3 bestimmten Werten entsprechen. (In der Darstellung von Fig. 4 schließt der Mikrocomputer 3 die Funktionen der Schaltungselemente 4 bis 11 von Fig. 1 ein.)
Die elektromagnetische Kupplung 21a wird von der Kupplungsantriebsschaltung 21 angetrieben, die den Strom von der Batterie 36 zu der Kupplung 21a führt, um eine elektromagnetische Spule der Kupplung 21a zu erregen. Die Kupplung 21a wird durch ein Aktivierungssignal von dem Mikrocomputer 3 aktiviert, um den Motor 14 mit der Lenkwelle zu verbinden, wenn der Schlüsselschalter 46 betätigt wird.
Das Schaltungsunterbrechungs-Sicherheitsrelais 26 umfaßt ein Paar Festkontakte 41a und 41b, ein bewegliches Kontaktstück 42, das zwischen einer Ein- und einer Ausschaltstellung bewegbar ist, und eine elektromagnetische Spule 43 zum Betätigen des beweglichen Kontaktstücks 42. Das Relais 26 wird eingeschaltet, wenn der Schlüsselschalter 46 eingeschaltet wird, so daß die Batterie 36 mit der Kupplungsantriebsschaltung 21 und der Motorantriebsschaltung 10 gekoppelt wird. Andererseits wird das Relais aufgrund des Ausgangssignals von der Relaisunterbrechungsschaltung 25 ausgeschaltet, um die Batterie 36 von der Motorantriebsschaltung 10 und der Kupplungsantriebsschaltung 21 zu trennen. Der Aufbau und der Betrieb des Relaisbetätigungsschaltungsteils einschließlich der Schaltung 25, die für die Erfindung charakteristisch ist, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung:
Die Abtastschaltung 23 für einen neutralen Drehmomentbereich ist mit dem Ausgang der Differenzierungsschaltung 20 gekoppelt und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das Drehmomentsignal in dem neutralen oder Unempfindlichkeitsbereich liegt (z. B. in dem Bereich zwischen den Pegeln V1 und V2 in Fig 3), in dem die Ausgangsleistung des Motors 14 auf Null gesteuert werden sollte. Die Motorstromdetektorschaltung 11 erzeugt dagegen ein Ausgangssignal, wenn dem Motor 14 von der Batterie 36 über die Antriebsschaltung 10 ein Strom zugeführt wird.
Dabei wird über den Meßwiderstand 12, der zwischen einen Anschluß der Motorantriebsschaltung 10 und Masse parallelgeschaltet ist, eine Spannung ausgebildet, die dem Betrag des dem Motor 14 zugeführten Stroins entspricht; die Motorstromdetektorschaltung 11 erzeugt ein Ausgangssignal aufgrund dieser Spannung, da sie mit dem Anschluß des Widerstands 12, an dem diese dem Motorstrom entsprechende Spannung ausgebildet wird, gekoppelt ist. Ein UND-Gatter 28, das ein Paar von Eingängen hat, die mit den Ausgängen der Abtastschaltung 23 für einen neutralen Drehmomentbereich und der Motorstromdetektorschaltung 11 gekoppelt sind, führt mit den Ausgangssignalen dieser Schaltungen 23 und 11 eine UND-Operation durch.
Daher wird das Ausgangssignal des UND-Gatters 28 in dem Fall erzeugt, in dem der Motor 14 ungeachtet der Tatsache aktiviert wird, daß das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment in dem neutralen Bereich (z. B. dem Bereich zwischen T1 und T2 in Fig. 2) liegt. Die Selbsthalteschaltung 24 hält das Ausgangssignal des UND-Gatters 28 und erzeugt ein kontinuierliches Ausgangssignal, wenn von dem UND-Gatter 28 ein Ausgangssignal empfangen wird; aufgrund des Ausgangssignals der Selbsthalteschaltung 24 unterbricht die Relaisunterbrechungsschaltung 25 das Relais 26, um die Motorantriebsschaltung 10 und die Kupplungsantriebsschaltung 21 von der Batterie 36 zu trennen.
Wenn also aufgrund einer Fehlfunktion des Mikrocomputers 3 usw. dem Motor 14 ein Betriebsstrom zu einer Zeit zugeführt wird, zu der das von dem Fahrzeugfahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment in dem neutralen Bereich liegt, in dem der Motor 14 nicht aktiviert werden sollte, wird das Relais 26 unterbrochen, um die Kupplungsantriebsschaltung 21 und die Motorantriebsschaltung 10 von der Batterie 36 zu trennen. Infolgedessen wird die Kupplung 21a aberregt, um den Motor 14 von der Lenkwelle zu trennen; außerdem wird die Zuführung von Strom zu dem Motor 14 unterbrochen. Somit geht die Lenkung des Fahrzeugs in den manuellen Lenkzustand über, um die Sicherheit im Betrieb zu garantieren.

Claims

1. Elektrische Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein vom Fahrzeugfahrer zu betätigendes Lenkrad, mindestens ein lenkbares Rad und eine das Lenkrad mit dem lenkbaren Rad betriebsmäßig verbindende Lenkwelle aufweist, wobei die Servolenkvorrichtung folgendes aufweist:

- einen Elektromotor (14), der mit der Lenkwelle gekoppelt ist, um ein Hilfsdrehmoment auf die Lenkwelle des Fahrzeugs auszuüben;

- eine Kupplung (21a), die zwischen den Elektromotor (14) und die Lenkwelle des Fahrzeugs geschaltet ist, um den Elektromotor (14) mit der Lenkwelle zu verbinden und von dieser zu trennen;

- eine Drehmomentsensoreinrichtung (1) zur Erfassung eines Lenkdrehmomentes der Lenkwelle, das von dem Fahrzeugfahrer über das Lenkrad des Fahrzeugs ausgeübt wird;

- eine Recheneinrichtung mit einem Mikrocomputer (3), die mit einem Ausgang der Drehmomentsensoreinrichtung (1) gekoppelt ist, um eine Richtung und einen Betrag des Hilfsdrehmomentes zu bestimmen, das von dem Elektromotor (14) auf die Lenkwelle auszuüben ist;

- eine elektrische Stromversorgung (36);

- eine Motorantriebsschaltung (10), die mit einem Ausgang der Recheneinrichtung gekoppelt ist, um einen Strom zu steuern, der von der elektrischen Stromversorgung (36) dem Elektromotor (14) zugeführt wird, wobei die Richtung und der Betrag von der Recheneinrichtung bestimmt werden;

- eine Kupplungsantriebsschaltung (21) zur Lieferung eines elektrischen Stromes von der elektrischen Stromversorgung (36) an die Kupplung (21a), um dadurch die Kupplung (21a) zu erregen, um den Elektromotor (14) mit der Lenkwelle zu verbinden;

- ein Stromkreisunterbrechungsrelais (42), das zwischen die elektrische Stromversorgung (36) und die Motorantriebsschaltung (10) und die Kupplungsantriebsschaltung (21) geschaltet ist;

- eine Abtastschaltung (23) für einen neutralen Drehmomentbereich, die mit einem Ausgang der Drehmomentsensoreinrichtung (1) gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn sich das Lenkdrehmoment in einem neutralen Drehmomentbereich befindet, in welchem das von dem Elektromotor (14) zu liefernde Hilfsdrehmoment Null ist;

- eine Motorstromdetektorschaltung (11), die mit der Motorantriebsschaltung (10) gekoppelt ist, um ein Ausgangssiggnal zu erzeugen, wenn dem Elektromotor (14) von der elektrischen Stromversorgung (36) über die Motorantriebsschaltung (10) Strom zugeführt wird; und

- eine Relaisunterbrechungsschaltung (25), die mit der Motorstromdetektorschaltung (11) und der Abtastschaltung (23) für einen neutralen Drehmomentbereich über ein UND-Gatter (28) gekoppelt ist, um das Stromkreisunterbrechungsrelais (42) zu unterbrechen, um die Motorantriebsschaltung (10) und die Kupplungsantriebsschaltung (21) von der elektrischen Stromversorgung (36) zu trennen, wenn ein Motorstrom während einer Zeit gemessen wird, in der ein neutraler Drehmomentzustand vorliegt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Abtastschaltung (23) für einen neutralen Drehmomentbereich elektrisch mit dem Ausgang der Drehmomentsensoreinrichtung (1) gekoppelt ist

und daß die Relaisunterbrechungsschaltung (25) eine selbsthaltende Schaltung (24) aufweist, um ein Ausgangssignal des UND-Gatters (28) zu halten.

2. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Differenzierungsschaltung (20) aufweist, die zwischen einen Ausgang der Drehmomentsensoreinrichtung (1) und Eingänge des Mikrocomputers (3) der Recheneinrichtung und der Abtastschaltung (23) für einen neutralen Drehmomentbereich geschaltet ist.

3. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die elektrische Stromversorgung (36) eine Speicherbatterie aufweist.