DE69009389T2

DE69009389T2 - Servolenkung mit einem elektrischen Motor.

Info

Publication number: DE69009389T2
Application number: DE69009389T
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Amano; Kazumasa Kodama; Akihiro Ohno; Yukio Okamura
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1995-02-02
Anticipated expiration: 2010-10-17
Also published as: EP0423737A1; US5103926A; EP0423737B1; DE69009389D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung mit einem Elektromotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine derartige Servolenkung ist aus EP-A-0 249 506 bekannt. Zu ihr gehören ein Typ, bei dem eine hydraulische Unterstützungskraft von einer von einem Elektromotor betriebenen Pumpe erzeugt wird, sowie ein Typ, bei der eine Unterstützungskraft direkt durch einen Elektromotor erzeugt wird.
Bei einer hydraulischen Servolenkung, wie sie bisher zur Verwendung in Kraftfahrzeugen bekannt ist, ist es allgemein üblich, daß eine Lenkachse und eine Ritzelachse miteinander über einen Torsionsstab verbunden sind. Beim Lenkvorgang wird in einem solchen Stab eine Torsion hervorgerufen, was eine phasenabhängige Winkeldifferenz zwischen der Lenkachse und der Ritzelachse bewirkt. Auf die so hervorgerufene phasenabhängige Winkeldifferenz hin wird das Servoventil so betätigt, daß es das Ansaugen und Ausgeben eines Betätigungsfluids für einen Servozylinder in solcher Weise einstellt, daß eine angemessene Unterstützungskraft erzeugt wird, die zur phasenabhängigen Winkeldifferenz paßt. Das Servoventil arbeitet auf eine Unterstützungskraft proportional zum von Hand ausgeübten Lenkdrehmoment hin, das auf die Lenkachse ausgeübt wird und das die phasenabhängige Winkeldifferenz hervorruft. Abhängig von einer Zunahme der phasenabhängigen Winkeldifferenz wird die Unterstützungskraft größer gemacht. Wenn die phasenabhängige Winkeldifferenz dagegen abnimmt, wird die Unterstützungskraft kleiner gemacht. Die Zufuhr des Betätigungsfluids zum Servoventil wird durch die Rotation einer Pumpe vorgenommen, die von der antreibenden Kraft eines Motors angetrieben wird.
Jedoch ist bei jedem Kraftfahrzeug, dessen Motor nicht vorne in ihm angeordnet ist (z.B. bei einem Mittelmotor) der Motor deutlich von der Lenkachse usw. beabstandet und die Verwendung einer Verbindungsleitung über den dazwischenliegenden Abstand verkompliziert die Struktur und bringt schließlich einige Probleme mit sich.
Angesichts solcher Umstände wurde eine Verbesserung erdacht, wie sie in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 56 (1981)- 99859 offenbart ist, bei der ein Elektromotor in der Nähe einer Lenkachse angeordnet ist und eine Pumpe durch die Kraft eines solchen Motors angetrieben wird, um ein Betätigungsf luid zuzuführen.
Zusätzlich zum Vorstehenden ist eine elektrische Servorlenkung bekannt, bei der eine Längsachse oder eine Ritzelachse direkt durch einen Elektromotor ohne Verwendung irgendwelcher hydraulischer Einwirkung angetrieben wird.
Sowohl bei einer solchen hydraulischen als auch einer solchen elektrischen Servolenkung werden Lenkvorgänge häufig ausgeführt, wenn ein Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt, oder auf jeder Straße mit vielen Kurven wie einer Gebirgsstraße. Daraus folgt, daß bei jeder Gelegenheit, die hohe Lenkhäufigkeit erfordert, ein Laststrom kontinuierlich im Elektromotor fließt, was die Möglichkeit einer Überhitzung des Elektromotors hervorruft.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Überhitzung eines Elektromotors bei einer Servolenkung zu verhüten. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Temperatur in einem Elektromotor zu erfassen, ohne irgend einen Temperatursensor zu verwenden, wie er herkömmlicherweise zur direkten Erfassung der Motortemperatur erfaßt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, jeden Mangel zu beseitigen, der dadurch hervorgerufen werden könnte, daß kein Temperatursensor verwendet wird.
Diese Aufgaben werden durch die im Anspruch 1 definierte Servolenkung gelöst.
Bei der Erfindung wird ein durch einen Elektromotor fließender Laststrom durch eine Stromerfassungseinrichtung erfaßt. Die im Elektromotor pro Zeiteinheit erzeugte Wärmemenge ist proportional zum Quadrat des Laststroms, und die pro Zeiteinheit vom Elektromotor an die Umgebung abgestrahlte Wärmemenge ist proportional zur Differenz zwischen der Motortemperatur und der Umgebungstemperatur. Indessen ist die pro Zeiteinheit im Elektromotor bewirkte Temperaturänderung proportional zur Differenz zwischen der pro Zeiteinheit erzeugten Wärmemenge und der pro Zeiteinheit abgestrahlten Wärmemenge. Demgemäß wird die pro Zeiteinheit im Elektromotor erzeugte Wärmemenge zu jedem Zeitpunkt durch den Laststrom, die Motortemperatur und die Umgebungstemperatur zu diesem Zeitpunkt bestimmt. Bei der gröbsten Näherung, die die Faktoren betreffend die Motortemperatur und die Umgebungstemperatur nicht berücksichtigt, wird die Temperaturänderung pro Zeiteinheit durch den Laststrom bestimmt. Indessen wird bei einer Feinnäherung unter der Annahme, daß die Umgebungstemperatur konstant bleibt, die pro Zeiteinheit im Elektromotor hervorgerufene Temperaturänderung durch den Laststrom und die Temperatur im Elektromotor zur aktuellen Zeit bestimmt.
Die Beziehung zwischen der Temperaturänderung und dem Laststrom pro Zeiteinheit im Elektromotor wird vorab in einer Teniperaturcharakteristik-Speichereinrichtung abgespeichert.
Die Temperaturänderung im Elektromotor pro Zeiteinheit, die dem aktuellen, von der Stromerfassungseinrichtung erfaßten Laststrom entspricht, wird auf Grundlage der in einer solchen Speichereinrichtung abgespeicherten Temperaturcharakte ristik berechnet. Wenn mehrere Temperaturcharakteristiken für mehrere Motortemperaturen abgespeichert sind, wird eine der Temperaturcharakteristiken, die der abgeschätzten aktuellen Temperatur im Elektromotor entspricht, so ausgewählt, wie dies später beschrieben wird.
Ferner wird dann, wenn mehrere Temperaturcharakteristiken für mehrere Motortemperaturen und mehrere Umgebungstemperaturen abgespeichert sind, eine der Temperaturcharakteristiken, die der aktuellen Motortemperatur und der aktuellen Umgebungstemperatur entspricht, ermittelt.
Die so berechnete Temperaturänderung pro Zeiteinheit wird abhängig vom Verstreichen der Zeit integriert, um schließlich die aktuelle Temperatur im Elektromotor abzuschätzen.
Durch einen Vergleich zwischen der abgeschätzten Motortemperatur und einer vorgegebenen Temperatur wird ein Entscheidungssignal erzeugt, das anzeigt, ob sich der Elektromotor in heißem oder kühlem Zustand befindet.
Wenn ein derartiges Entscheidungssignal heißen Zustand des Elektromotors anzeigt, wird der dem Motor zugeführte Strom begrenzt oder abgeschaltet. Wenn dagegen das Entscheidungssignal anzeigt, daß sich der Motor in kühlem Zustand befindet, wird der Motor in drehbarem Zustand gehalten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt den Aufbau eine beispielhaften Ausführungsform einer pumpenbetriebenen erfindungsgemäßen Servolenkung;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 verwendeten Steuerung;
Fig. 3 und 4 sind Flußdiagramme, die Verarbeitungsabläufe zeigen, wie sie von der Steuerung beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ausgeführt werden;
Fig. 5 ist ein Diagramm für eine Charakteristik, das die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit V und einer Spannung E beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 graphisch zeigt;
Fig. 6 ist ein Diagramm einer Charakteristik, das die Beziehung zwischen einem Laststrom IM und einer Temperaturänderung Tm für jede Motortemperatur MTH beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 zeigt;
Fig. 7A ist ein Zeitsteuerdiagramm, das Änderungen des Laststroms IM beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 zeigt;
Fig. 7B ist ein Zeitsteuerdiagramm, das Änderungen der Motortemperatur MTH zeigt, wie sie abhängig von Änderungen des Laststroms IM in Fig. 7A hervorgerufen werden;
Fig. 8 zeigt den Aufbau einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer pumpenbetriebenen erfindungsgemäßen Servolenkung;
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das den Verarbeitungsablauf zeigt, wie er von einer beim Ausführungsbeispiel von Fig. 8 verwendeten Steuerung verwendet wird;
Fig. 10 zeigt die temperaturabhängige Betriebscharakteristik eines Bimetallschalters;
Fig. 11 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das Änderungen der Motortemperatur MTH und des Steuerungszustandes eines Elektromotors M abhängig von Ein/Aus-Zustand des Bimetallschalters zeigt; und
Fig. 12 ist ein Diagramm für eine Charakteristik, das graphisch die Beziehung zwischen dem Laststrom IM und der Temperaturänderung Tm für jede Differenz zwischen der Motortemperatur und der Umgebungstemperatur bei einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 1 sind ein Geschwindigkeitssensor 11 zum Erfassen der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs und ein Lenksensor 12 zum Erfassen, ob ein Lenkrad 13 betätigt wird oder nicht, dargestellt.
Mit 14 ist eine Steuerung bezeichnet, die mit elektrische Spannung von einer Batterie B versorgt wird und Ausgangssignale sowohl vom Geschwindigkeitssensor 11 als auch vom Lenksensor 12 empfängt.
Mit P ist eine von einem Elektromotor M drehend angetriebene Pumpe bezeichnet. Die Pumpe P und der Elektromotor M sind integral ausgebildet, um eine motorbetriebene Pumpe zu bilden. Ein von der Pumpe P geliefertes Betätigungsfluid wird einem Servoventil 16 zugeführt.
Der durch den Elektromotor M fließende Laststrom wird durch einen Stronidetektor 15 einer Stromerfassungseinrichtung erfaßt. Das Ausgangssignal des Stromdetektors 15 wird in die Steuerung 14 eingegeben.
Es ist auch ein Getriebegehäuse 21 mit einem Zahnstangengetriebe sowie ein Servozylinder 22 zum Erzeugen einer Lenkunterstützungskraft dargestellt. Das Ansaugen und Ausgeben des Betätigungsfluids für den Servozylinder 22 werden durch das Servoventil 16 gesteuert. Der Servozylinder 22 betreibt eine gelenkige Verbindung 25 über Lenkstangen 24 für links und rechts eines Kolbens 23 an, um dadurch die (nicht dargestellten) Vorderräder zu lenken.
Die Steuerung 14 besteht aus einem Computersystem, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Eine CPU 30 empfängt über eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle 33 ein Geschwindigkeitssignal vom Geschwindigkeitssensor 11 und steuert den Elektromotor M über eine Motoransteuerschaltung 34 an. Die CPU 30 empfängt ferner über eine Eingangsschnittstelle ein Laststromsignal und ein Längssignal vom Stromdetektor 15 bzw. vom Lenksensor 12. An die CPU 30 sind ein ROM 31 und ein RAM 32 angeschlossen. Der ROM 31 weist einen Steuerprogrammbereich 311 zum Abspeichern eines Vorrichtungssteuerprogramms, einen Geschwindigkeitscharakteristikdaten-Bereich 312 zum Abspeichern der Geschwindigkeitscharakteristik zum Ändern der Unterstützungskraft abhängig von der Fahrgeschwindigkeit, sowie einen Temperaturcharakteristikdaten-Bereich 313 auf, um mehrere Temperaturcharakteristiken für mehrere Motortemperaturen abzuspeichern, von denen jede die Beziehung zwischen dem Laststrom im Elektromotor M und der Temperaturänderung pro Zeiteinheit im Elektromotor M repräsentiert. Der RAM 32 dient dazu, verschiedene Daten abzuspeichern, und er verfügt über einen Motorflag-Bereich 321 und einen Motortemperatur-Bereich 322.
Nun wird nachfolgend der Verarbeitungsablauf der Steuerung 14 zum Berechnen der an den Elektromotor M zu legenden Spannung unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 3 und das Charakteristikdiagramm [Kennfeld 1] von Fig. 5 beschrieben, das graphisch die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit V und der Spannung E zeigt.
Zunächst erfolgt in einem Schritt 100 eine Entscheidung, ob das Flag MOTOR zum Steuern des Elektromotors M auf 1 steht, was einen Modus für normale Steuerung kennzeichnet. Bei der anfänglichen Ansteuerung des Elektromotors M wird das Flag MOTOR auf 1 gesetzt, um den Elektromotor M in die Betriebsart für normale Steuerung zu versetzen. Demgemäß wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 100 bejahend, so daß der Ablauf zu einem Schritt 102 weitergeht. Im Schritt 102 erfolgt eine Entscheidung, ob das Lenkrad 13 gedreht wird oder nicht, d.h., ob ein Lenksignal vom Lenksensor 12 ausgegeben wird oder nicht.
Wenn das Entscheidungsergebnis im Schritt 102 bejahend ist, um anzuzeigen, daß vom Lenksensor 12 ein Lenksignal erhalten wird, geht der Ablauf zu einem Schritt 104 weiter, in dem die Fahrgeschwindigkeit V zu diesem Zeitpunkt vom Geschwindigkeitssensor 11 eingegeben wird.
Dann geht der Ablauf zu einem Schritt 106 weiter, in dem die Spannung E, die der Geschwindigkeit V zu diesem Zeitpunkt entspricht, und die an den Elektromotor M anzulegen ist, aus der Geschwindigkeitscharakteristik von Fig. 5 berechnet wird, wie sie in Form eines Kennfelds im Geschwindigkeitscharakteristikdaten-Bereich 312 des ROMs 31 abgespeichert ist.
Danach geht der Ablauf zu einem Schritt 108 weiter, in dem die Motoransteuerschaltung 34 so gesteuert wird, daß die im Schritt 106 berechnete Spannung E an den Elektromotor M angelegt wird. Die Geschwindigkeitscharakteristik von Fig. 5 ist dergestalt, daß die angelegte Spannung E abhängig von einer Erhöhung der Geschwindigkeit V verringert wird. Aufgrund einer solchen Charakteristik wird dann, wenn die Geschwindigkeit V hoch ist, die Unterstützungskraft durch die Regelung selbst dann verringert, wenn die Torsion der Lenkachse unverändert bleibt. Auf diese Weise wird die Steuerung so ausgeführt, daß das unterstützende Drehmoment abhängig von einer Verringerung der Fahrgeschwindigkeit zunimmt.
Wenn im vorstehend genannten Schritt 100 das Flag MOTOR betreffend die Steuerung des Elektromotors M 0 ist, was anzeigt, daß sich der Motor M nicht in der Betriebsart mit normaler Steuerung befindet, geht der Ablauf zu einem Schritt 110 weiter, in dem die anzulegende Spannung E auf null gesetzt wird. Indessen geht der Ablauf dann, wenn im Schritt 102 kein Lenksignal vom Lenksensor ausgegeben wird, was anzeigt, daß sich der Betrieb nicht im Lenkzustand befindet, ähnlich wie beim vorstehenden zum Schritt 110 weiter, so daß die anzulegende Spannung E auf 0 gesetzt wird. Danach geht der Ablauf zum vorstehend genannten Schritt 108 weiter, durch den das den Wert 0 repräsentierende Steuersignal für die angelegte Spannung E an die Motortreiberschaltung 34 ausgegeben wird, wodurch der Elektromotor M angehalten wird.
Nachfolgend wird der Verarbeitungsablauf der Steuerung 14 zum Steuern des Elektromotors M abhängig von der Motortemperatur unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 auf Grundlage des Flußdiagramms von Fig. 4 beschrieben.
Zunächst wird in einem Schritt 200 der in den Elektromotor M fließende Laststrom IM vom Stromdetektor 15 eingegeben.
Dann geht der Ablauf zu einem Schritt 202 weiter, in dem die Temperaturänderung Tm pro Zeiteinheit, die dem erfaßten Laststrom IM entspricht, und die Motortemperatur aus der Temperaturcharakteristik von Fig. 6 berechnet werden, wie sie im Temperaturcharakteristikdaten-Bereich 313 des ROMs 31 abgespeichert ist. Die Temperaturcharakteristiken werden dadurch erstellt, daß mehrere Charakteristiken zusammengefaßt werden, die die Beziehung zwischen den Temperaturänderungen pro Zeiteinheit und den Lastströmen bei mehreren Temperaturen von 80 ºC, 100 ºC, 120 ºC, 140 ºC und 180 ºC als Parameter festlegen. Die Temperatur im Elektromotor M ist eine abgeschätzte, was später beschrieben wird.
Der Anfangswert T&sub0; der Motortemperatur wird z.B. auf 80 ºC eingestellt, wobei der ungünstigste Fall berücksichtigt wird, daß die Umgebungstemperatur um den Elektromotor M die höchstmögliche ist. Die Temperaturänderung Tm pro Einheitszeit, die dem Laststrom IM entspricht, wird aus der Temperaturcharakteristikkurve für 80 ºC berechnet.
Wenn die Motortemperatur keiner der Parametertemperaturen entspricht, kann die der Motortemperatur entsprechende Charakteristik durch Interpolation zweier Temperaturcharakteristikkurven erhalten werden.
Die pro Zeiteinheit vom Elektromotor M abgestrahlte Wärmemenge hängt von der Differenz zwischen der Motortemperatur und der Umgebungstemperatur zum aktuellen Zeitpunkt ab. Daher wird angenommen, daß, wenn der durch den Elektromotor M Laststrom IM unverändert bleibt, die Temperaturänderung Tm pro Einheitszeit sich abhängig von der Motortemperatur verringert. Wie es im Charakteristikdiagramm [Kennfeld 2] von Fig. 6 dargestellt ist, ist jede Temperaturcharakteristikkurve unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors aufgetragen, um sicher eine Beschädigung des Elektromotors M zu verhindern. Genauer gesagt, ist bei jeder Temperaturkurve dort, wo die aktuelle Motortemperatur hoch ist, die Temperaturänderung Tm pro Zeiteinheit im Darstellungsbereich erhöht, in dem der Laststrom IM groß ist. Jede der gesamten Temperaturcharakteristikkurven nähert sich allmählich der Kurve für die niedrigste Temperatur 80 ºC, abhängig von der Annäherung des Laststroms Im an 80 A.
Anschließend geht der Ablauf zu einem Schritt 204 weiter, in dem die aktuelle Motortemperatur MTH berechnet wird. Die Motortemperatur MTH wird als integral aus der Temperaturänderung Tm pro Zeiteinheit erhalten. Genauer gesagt, wird sie wie folgt dargestellt:
MTH = Tm dt (1)
Da das Programm von Fig. 1 mit einem Zyklus von k Sekunden wiederholt ausgeführt wird, wird Gleichung (1) durch Summation wie folgt berechnet:
wobei i die Anzahl von Wiederholungen bezeichnet und k i die verstrichene Zeit bezeichnet.
In der Praxis wird die Motortemperatur MTH (i-1), wie sie durch die vorangehende Berechnung erhalten wurde, abgespeichert, so daß die aktuelle Motortemperatur MTH (i) aus der folgenden Gleichung erhalten werden kann:
MTH (i) = MTH (i-1) + k Tm (i) (3).
Die Zahl (i) wird weggelassen, wenn eine Größe zum aktuellen Zeitpunkt wiedergegeben werden soll:
MTH = MTH (i-1) + k Tm (4).
Wenn angenommen wird, daß sich der Laststrom IM abhängig vom zeitlichen Verlauf so ändert, wie dies in Fig. 7A dargestellt ist, ändert sich die aktuelle Motortemperatur MTH, wie dies in Fig. 7B dargestellt ist.
Im Diagrammbereich bis zum Zeitpunkt t1, zu dem der Laststrom IM groß ist, nimmt die Temperaturänderung Tm pro Zeiteinheit immer einen positiven Wert ein, wie dies aus der in Fig. 6 dargestellten Charakteristikkurve erkennbar ist. Die Temperaturänderung Tm pro Zeiteinheit verringert sich abhängig von einem Anstieg der Motortemperatur MTH. Demgemäß steigt die Motortemperatur MTH im Diagrammbereich bis zum Zeitpunkt t1 immer weiter an, wenn der Laststrom IM groß ist, und die Anstiegsrate verkleinert sich mit einem Anstieg der Motortemperatur MTH.
Indessen nimmt im Diagrammbereich zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, wenn der Laststrom IM null ist, die Temperaturänderung Tm pro Zeiteinheit immer einen negativen Wert oder den Wert null an, wie dies aus der in Fig. 6 dargestellten Temperaturcharakteristikkurve erkennbar ist. Der Absolutwert der Temperaturänderung Tm pro Zeiteinheit steigt abhängig von einem Anstieg der Motortemperatur MTH an. Demgemäß fällt die Motortemperatur MTH im Bereich zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 immer, wenn der Laststrom IM null ist und die Abfallrate verringert sich mit einem Abfallen der Motortemperatur MTH.
Indessen nimmt im Bereich nach dem Zeitpunkt t2, wenn der Laststrom IM einen mittleren Wert einnimmt, die Temperaturänderung Tm pro Zeiteinheit einen positiven oder negativen Wert oder den Wert null abhängig von der Motortemperatur MTH und dem Laststrom IM ein, wie es aus der in Fig. 6 dargestellten Temperaturcharakteristikkurve erkennbar ist. Demgemäß ändert sich die Motortemperatur MTH abhängig von der Motortemperatur MTH und dem Laststrom IM im Bereich nach dem Zeitpunkt t2, wenn der Laststrom IM einen mittleren Wert einnimmt. Danach geht der Ablauf zu einem Schritt 206 weiter, in dem eine Entscheidung erfolgt, ob ein einen normalen Zustand oder einen anomalen Zustand des Elektromotors anzeigendes Flag MF null (MF = 0) ist oder nicht. Da das Flag MF anfangs auf null gesetzt ist, ist das Entscheidungsergebnis im Schritt 206 bejahend, so daß der Ablauf zu einem Schritt 208 weitergeht.
Im Schritt 208 erfolgt eine Entscheidung, ob MTH ≤ H ist oder nicht. Genauer gesagt, wird die aktuelle Motortemperatur MTH, wie sie durch die Integration im Schritt 204 erhalten wurde, mit einer vorgegebenen oberen Grenztemperatur H (von z.B. 180 ºC) verglichen, bei der der Elektromotor M ohne Beschädigung bleibt.
Wenn sich die Motortemperatur MTH nicht über der oberen Grenztemperatur H befindet, besteht keine Möglichkeit, daß Schäden am Elektromotor M hervorgerufen werden. In diesem Fall ist das Entscheidungsergebnis im Schritt 208 bejahend, wodurch ein Ausführungszyklus beendet wird.
So wird der Prozeß dann, wenn sich der Elektromotor M in Normalzustand ohne Überhitzung befindet, durch die Schritte 200, 202, 204, 206 und 208 ausgeführt. Demgemäß wird die aktuelle Motortemperatur MTH mit verstreichender Zeit so abgeschätzt, wie dies in Fig. 7B dargestellt ist.
Zu einem Zeitpunkt (t1 in Fig. 7B), zu dem die Bedingung der Ungleichung MTH ≤ H im vorstehend genannten Schritt 208 nicht erfüllt ist, besteht die Möglichkeit, daß es zu einer Beschädigung des Elektromotors M aufgrund von Überhitzung kommt. Daher wird das Flag MF im Schritt 210 auf 1 gesetzt, um einen anomalen Zustand anzuzeigen, und der Ausführungszyklus wird beendet.
Im Ausführungszyklus nach dem Setzen des Flags MF auf 1 wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 206 negativ. Daher geht der Ablauf zu einem Schritt 212 weiter, in dem eine Entscheidung erfolgt, ob die Bedingung MTH ≥ L erfüllt ist oder nicht. Genauer gesagt, wird die durch die Integration im Schritt 204 erhaltene Motortemperatur MTH mit einer vorgegebenen unteren Grenztemperatur L (von z.B. 100 ºC) verglichen. Die untere Grenztemperatur L ist ein Punkt, bei dem der erhitzte Elektromotor M ausreichend abgekühlt ist und als bereit zum Wiederaufnehmen des Drehantriebs der Pumpe angesehen wird.
Im ersten Ausführungszyklus nach dem Setzen des Flags MF auf 1 wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 212 natürlich bejahend, so daß der Ablauf zu einem Schritt 214 weitergeht, in dem das Flag Motor auf null gesetzt wird, um die Ansteuerung für den Elektromotor M auf eine Betriebsart für anomalen Zustand zu setzen, und der aktuelle Ausführungszyklus wird beendet.
Wenn die Motorsteuerung durch das Flag Motor in die Betriebsart für den anomalen Zustand versetzt ist, wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 100 im Programm von Fig. 3 zum Ansteuern des Elektromotors M negativ. Demgemäß wird die angelegte Spannung E im Schritt 110 auf null verringert, wodurch der Elektromotor M zum Halt gebracht wird, um eine Beschädigung zu verhindern, die von einer Überhitzung herrühren könnte.
Bei einem solchen Halt des Elektromotors M wird der Laststrom IM null. Wie es aus dem Charakteristikdiagramm von Fig. 6 erkennbar ist, nimmt die Temperaturänderung TM pro Zeiteinheit zu diesem Zeitpunkt einen negativen Wert ein. Daher nimmt die Motortemperatur MTH allmählich (zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in Fig. 7B) durch die Temperaturintegration im Schritt 204 von Fig. 4 ab.
Während der Betriebsart für anomalen Zustand wird der Prozeß dauernd durch die Schritte 200, 202, 204, 206, 212 und 214 ausgeführt.
Wenn sich der Elektromotor M so auf eine Motortemperatur MTH unter dem Pegel L abgekühlt hat (zum Zeitpunkt t2 in den Fig. 7A und 7B), ändert sich das Entscheidungsergebnis im Schritt 212 auf negativ, so daß der Prozeß im Schritt 216 ausgeführt wird.
Im Schritt 216 wird das Flag MF für den Elektromotor M auf 0 rückgesetzt, was den normalen Zustand repräsentiert und dann geht der Ablauf zum Schritt 218 weiter, wo das Flag Motor für die Ansteuerung des Elektromotors M auf 1 gesetzt wird, was die normale Steuerungsbetriebsart repräsentiert.
Demgemäß wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 100 im Programm von Fig. 3 zum Ansteuern des Elektromotors M bejahend, um dadurch die Spannungssteuerung in der normalen Steuerungsbetriebsart in den Schritten nach 100 auszuführen.
Beim obigen Ausführungsbeispiel besteht das Temperaturcharakteristik-Speichermittel aus dem Teinperaturcharakteristikdaten-Bereich 313 des ROMs 31 in der Steuerung 14. Das Temperaturänderungsrate-Erfassungsmittel besteht aus dem Schritt 202 und das Temperaturabschätzmittel besteht aus dem Schritt 204. Ferner besteht das Temperaturentscheidungsmittel aus den Schritten 204 und 212 und das Motoransteuerungsmittel besteht aus den Schritten 214, 218 und dem Programm von Fig. 3.
Nun erfolgt eine Beschreibung für eine pumpenbetriebene Servolenkung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Dieses Ausführungsbeispiel ist so entworfen, daß es genaue ursprüngliche Einstellung der Motortemperatur MTH gewährleistet, um dadurch den Schätzfehler in Bezug auf die Motortemperatur MTH zu minimieren.
In Fig. 8 ist ein Bimetallschalter 18 in einem Außengehäuse eines Elektromotors M angeordnet. Der Ein/Aus-Betrieb des Bimetallschalters 18 weist eine solche Hysteresecharakteristik auf, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist. Genauer gesagt, befindet sich der Bimetallschalter 18 in einem Niedertemperaturbereich in seinem Ein-Zustand und er wird ausgeschaltet, wenn die Temperatur über 140 ºC ansteigt. Dagegen wird der Bimetallschalter 18 dann, wenn der Elektromotor M von irgendeiner Temperatur über 140 ºC auf unter 85 ºC abgekühlt wird, in seinen Ein-Zustand zurückgeschaltet. Die Temperatur von 140 ºC zum Umschalten des Bimetallschalters 18 vom Ein- in den Aus-Zustand ist niedriger als die Temperatur von 180 ºC zum Anhalten des Elektromotors M; und die Temperatur von 85 ºC zum Umschalten des Bimetallschalters 18 vom Aus- in den Ein-Zustand ist niedriger als die Temperatur von 100 ºC zum Rückführen des Elektromotors M in seinen Zustand, bei dem er sich dreht. Die Temperatur im Bimetallschalter 18 entspricht der Temperatur an der Oberfläche des Außengehäuses des Elektromotors M und ist niedriger als die abgeschätzte Motorinnentemperatur MTH. Daher ist die Temperaturcharakteristik so festgelegt, daß die tatsächliche Außentemperatur 140 ºC erreicht, wenn die abgeschätzte Motortemperatur MTH den oberen Grenzwert H (180 ºC) leicht übersteigt. Ferner ist die Temperaturcharakteristik so festgelegt, daß, bevor die abgeschätzte Motortemperatur MTH unter den unteren Grenzwert L (100 ºC) fällt, die tatsächliche Temperatur am Außengehäuse des Elektromotors M auf unter 85 ºC erniedrigt ist, bei der der Bimetallschalter 18 vom Aus-Zustand ausgehend eingeschaltet wird.
In Fig. 9, die den Verarbeitungsablauf der Steuerung 14 bei diesem Ausführungsbeispiel zeigt, werden die Schritte 300 bis 308 auf ähnliche Weise wie die vorstehend genannten entsprechenden Schritte 200 bis 208 von Fig. 4 beim vorigen Ausführungsbeispiel ausgeführt. Wenn die Motortemperatur MTH nicht über dem oberen Grenzwert H (von z.B. 180 ºC) liegt, was bedeutet, daß sich der Elektromotor M unter der Temperatur befindet, die Beschädigungen oder dergleichen hervorruft, ist die Bedingung der Ungleichung im Schritt 308 erfüllt. In diesem Fall erfolgt in einem Schritt 310 eine Entscheidung dahingehend, ob der Bimetallschalter 18 in seinem Ein-Zustand ist oder nicht. Wenn erkannt wird, daß sich der Bimetallschalter 18 im Ein-Zustand befindet, wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 310 bejahend, wodurch der aktuelle Ausführungszyklus beendet wird.
Der Verarbeitungsablauf durch die Schritte 300 - 306, 308 und 310 wird bei der normalen Steuerungsbetriebsart wiederholt ausgeführt, in der der Elektromotor M nicht überhitzt wird.
Der Bimetallschalter 18 wird dann ausgeschaltet, wenn die Außentemperatur des Elektromotors M über 140 ºC ansteigt. Dann wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 310 negativ, so daß der Ablauf zum Schritt 312 weitergeht, in dem die Teinperatureinstellung als MTH = H ausgeführt wird. D.h., daß die Motortemperatur MTH auf den oberen Grenzwert H (180 ºC) gesetzt wird, der den heißen Zustand des Elektromotors repräsentiert (entsprechend dem Sprung von MTH zum Zeitpunkt t1 in Fig. 11)
Der Grund für eine solche Temperatureinstellung wird nachfolgend beschrieben.
Bei der Schätzwertberechnung für die Motortemperatur wird, wenn die Spannungsversorgung für die Steuerung 14 eingeschaltet wird, nachdem sie einmal ausgeschaltet war (Zustand, bei dem der Kraftfahrzeug-Zündschlüssel herausgezogen ist), der Elektromotor M unabhängig von der tatsächlichen Motortemperatur auf die Umgebungstemperatur 80 ºC initialisiert. Daher wird, wenn das Kraftfahrzeug erneut vor dem Ablauf einer ausreichenden Abkühlzeit betrieben wird, nachdem der Elektromotor M beim vorangehenden Fahrzyklus erhitzt wurde, die abgeschätzte Motortemperatur MTH niedriger als die tatsächliche Temperatur während des anfänglichen Betriebszyklus des Kraftfahrzeugs. Demgemäß wird es, selbst wenn sich der Elektromotor M in der Praxis in seinem heißen Zustand befindet, als nichterhitzter Zustand angesehen, was schließlich zur Möglichkeit eines Durchbrennens des Elektromotors M führt.
Wenn sich jedoch der Bimetallschalter 18 in seinem Aus-Zustand befindet, wird die Motortemperatur MTH auf ihren oberen Grenzwert H (180 ºC) initialisiert, wodurch vermieden wird, daß die tatsächliche Motortemperatur den oberen Grenzwert H überschreitet.
Die Motortemperatur MTH sinkt, nachdem eine solche Korrektur wie die genannte für die abgeschätzte Motortemperatur MTH ausgeführt wurde, und danach steigt die Motortemperatur MTH erneut. Die Vorrichtung ist so beschaffen, daß die abgeschätzte Motortemperatur MTH den oberen Grenzwert H (180 ºC) überschreitet, bevor die Außentemperatur des Elektromotors M die Temperatur (140 ºC) übersteigt, bei der der Bimetallschalter 18 ausgehend von seinem Ein-Zustand ausgeschaltet wird. Demgemäß wird bei normalem Betrieb, bei dem die obige Korrektur nicht erforderlich ist, das Entscheidungsergebnis im Schritt 308 bejahend, um im Schritt 310 die Bedingung auszuschließen, daß der Bimetallschalter 18 ausgeschaltet wird, und daher wird die Motortemperatur MTH im Schritt 312 nicht mehr auf den oberen Grenzwert H gesetzt.
Anschließend geht der Ablauf zu einem Schritt 314 über, in dem das Flag MF, das den normalen oder anomalen Zustand des Elektromotors M anzeigt, auf 1 gesetzt wird, was den anomalen Zustand repräsentiert und so wird der aktuelle Ausführungszyklus abgeschlossen. Bei einem anschließenden Ausführungszyklus, nachdem das Flag MF auf 1 gesetzt wurde, wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 306 negativ, so daß anschließend ein Schritt 316 ausgeführt wird. In diesem Schritt erfolgt eine Entscheidung dahingehend, ob MTH ≥ L ist oder nicht. Genauer gesagt, wird die durch die Integration im Schritt 304 erhaltene Motortemperatur MTH mit der voreingestellten unteren Grenztemperatur L (von z.B. 100 º) verglichen. Die untere Grenztemperatur L ist ein Punkt, bei dem der überhitzte Elektromotor M ausreichend abgekühlt ist und er als bereit zum Aufnehmen des drehenden Antreibens der Pumpe angesehen wird.
Beim ersten Ausführungszyklus nach dem Setzen des Flags MF auf 1 wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 316 natürlich bejahend, so daß ein Schritt 318 ausgeführt wird. In diesem Schritt wird das auf die Steuerung des Elektromotors M bezogene Flag Motor auf null rückgesetzt, was das Anhalten des Motors anzeigt, wodurch eine Betriebsart für anomalen Zustand ausgewählt wird und daher wird dem Elektromotor M kein Strom ausgeführt.
Bei einem solchen Halt des Elektromotors M wird der Laststrom IM null und die Temperaturänderung Tm zu diesem Zeitpunkt nimmt einen negativen Wert an, wie es aus dem Charakteristikdiagramm von Fig. 6 [Kennfeld 3] erkennbar ist. Demgemäß wird die im Schritt 304 berechnete Motortemperatur MTH beim anschließenden Ausführungszyklus (zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in Fig. 11) proportional zur Temperaturänänderung Tm pro Einheitszeit etwas erniedrigt.
Dann ist die Bedingung der Ungleichung MTH ≥ L im Schritt 316 nicht mehr länger erfüllt (zum Zeitpunkt t2 in Fig. 11). Daher geht der Ablauf zu einem Schritt 320 weiter, in dem eine Entscheidung erfolgt, ob sich der Bimetallschalter 18 in seinem Aus-Zustand befindet oder nicht. Während der Zeitspanne, in der der Bimetallschalter 18 im Aus-Zustand gehalten wird, ist das Entscheidungsergebnis im Schritt 320 bejahend, so daß der Ablauf zum vorgenannten Schritt 318 weitergeht und der Elektromotor M auf ähnliche Weise im Stillstand gehalten wird.
Wenn anschließend der Bimetallschalter 18 eingeschaltet wird, wird das Entscheidungsergebnis im Schritt 320 negativ, so daß der Ablauf zu einem Schritt 322 weitergeht, in dem die Motortemperatur MTH auf L gesetzt wird. Genauer gesagt, wird beim Umschalten des Bimetallschalters 18 auf seinen Ein-Zustand die Motortemperatur MTH erneut auf die vorstehend genannte untere Grenztemperatur L (100 ºC) gesetzt.
Im Normalfall, wenn die Temperaturabschätzung richtig ist, ist die Motortemperatur MTH so berechnet, daß sie die untere Grenztemperatur L erreicht, nachdem der Bimetallschalter 18 ausgehend von seinem Aus-Zustand eingeschaltet ist, wie dies in Fig. 11 graphisch dargestellt ist. Demgemäß wird der Schritt 322 zu einem Zeitpunkt ausgeführt, zu dem die Motortemperatur MTH unter den unteren Grenzwert L gefallen ist, wodurch die Motortemperatur MTH erneut auf den unteren Grenzwert L (100 ºC) eingestellt wird.
Jedoch tritt ein Fall auf, bei dem die abgeschätzte Motortemperatur MTH aufgrund einer fehlerhaften Abweichung der Abschätzung niedriger als die tatsächliche Temperatur ist. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, daß der Elektromotor M erneut mit Energie versorgt wird, bevor er vollständig abgekühlt ist und demgemaß die tatsächliche Motortemperatur dazu neigt, die obere Grenztemperatur H leicht zu erreichen. Um einen solchen Fehler zu verhindern, wird der Elektromotor M selbst dann, wenn die abgeschätzte Motortemperatur MTH unter den unteren Grenzwert L fällt, nicht mit Energie versorgt, sondern erst, wenn der Bimetallschalter 18 einschaltet. Genauer gesagt, werden die Schritte 320 und 322 zum Zeitpunkt ausgeführt, zu dem der Bimetallschalter 18 eingeschaltet wird (d.h., wenn die Außentemperatur 85 ºC erreicht). Die Motortemperatur MTH wird im Schritt 322 erneut auf den unteren Grenzwert (100 ºC) eingestellt und dann wird das Flag MF zum Auswählen der normalen Steuerungsbetriebsart im Schritt 324 auf 0 gesetzt. Anschließend wird das Flag Motor im Schritt 326 auf 1 gesetzt, um den Elektromotor M in einen Zustand zu versetzen, in dem er mit Energie versorgt werden kann.
So wird bei diesem Ausführungsbeispiel die abgeschätzte Motortemperatur abhängig vom Ein/Aus-Zustand des Bimetallschalters 18 korrigiert und demgemäß wird jede Ausweitung des Temperaturschätzfehlers verhütet. Insbesondere ist dies von guter Wirkung zum verhindern jedes Schätzfehlers hinsichtlich der Motortemperatur beim Neustart eines Kraftfahrzeugs. Daher wird es möglich, das Erfordernis dauernder Abschätzung der Motortemperatur bei geparktem Kraftfahrzeug zu beseitigen.
Bei den zwei vorstehend angegebenen beispielhaften Ausführungsformen wird eine der Temperaturcharakteristiken unter Verwendung der abgeschätzten aktuellen Motortemperatur MTH ausgewählt und die Temperaturänderung pro Zeiteinheit wird auf Grundlage des Laststroms unter Verwendung der ausgewählten Temperaturcharakteristik berechnet. Wenn es jedoch erforderlich ist, eine genauere Abschätzung der Motortemperatur auszuführen, kann, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist, die Temperaturcharakteristik dadurch eingestellt werden, daß als Parameter die Differenz zwischen der Motortemperatur und der Umgebungstemperatur verwendet wird. Nach dem Messen der Umgebungstemperatur kann die Temperaturänderung pro Zeiteinheit aus der Charakteristikkurve berechnet wurden, die aus den in Fig. 12 dargestellten Kurven auf Grundlage des Laststroms und der Differenz zwischen der Motortemperatur und der Umgebungstemperatur ausgewählt wurde. Wenn dagegen die Motortemperatur durch eine grobe Näherung zu berechnen ist, ist es möglich, die Änderung der Motortemperatur pro Zeiteinheit lediglich alleine aus dem Laststrom zu berechnen.
Die Erfindung kann auf einen anderen Typ von Servolenkung angewandt werden, bei dem eine Unterstützungskraft direkt durch einen Elektromotor erzeugt wird, der antreibend mit dem Lenkmechanismus verbunden ist.

Claims

1. Servolenkung mit einem Elektromotor (M) für Kraftfahrzeuge, mit:

- einem Stromerfassungsmittel (15) zum Erfassen des durch den Elektromotor (M) fließenden Laststroms;

- einem Temperaturschätzmittel (204, 304) zum Schätzen der aktuellen Motortemperatur;

- einem Temperaturentscheidungsmittel (208, 212, 308, 316) zum Vergleichen der von der Temperaturschätzeinrichtung (204, 304) erhaltenen aktuellen Motortemperatur mit einer vorgegebenen Einstelltemperatur zum Ausgeben eines Entscheidungssignals, das anzeigt, ob sich der Elektromotor (M) in heißem oder kühlem Zustand befindet; und

- einem Motoransteuermittel (214, 218, 318, 326) zum Ansteuern des Elektromotors (M) abhängig von dem vom Temperaturentscheidungsmittel (208, 212, 308, 316) ausgegebenen Entscheidungssignal;

dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Temperaturcharakteristik-Speichermittel (313) vorhanden ist, das mindestens eine Temperaturcharakteristik speichert, die für die Beziehung zwischen dem durch den Elektromotor (M) fließenden Laststrom und die Temperaturänderung repräsentativ ist, wie sie durch einen solchen Laststrom pro Zeiteinheit im Elektromotor (M) hervorgerufen wird;

- ein Temperaturänderungsrate-Berechnungsmittel (202, 302) vorhanden ist, das aus der im Temperaturcharakteristik-Speichermittel (313) abgespeicherten Temperaturcharakteristik die Änderung der Motortemperatur berechnet, wie sie pro Zeiteinheit im Elektromotor (M) entsprechend dem vom Stromerfassungsmittel (15) erfaßten Laststrom hervorgerufen wird; und

- das Temperaturschätzmittel (204, 304) die aktuelle Motortemperatur dadurch abschätzt, daß es die vergangenen Motortemperaturänderungen pro Zeiteinheit integriert, wie sie vom Temperaturänderungsrate-Berechnungsmittel (202, 302) erhalten werden.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, bei der:

- mehrere Temperaturcharakteristiken im Temperaturcharakteristik-Speichermittel (313) für verschiedenen Motortemperaturen abgespeichert sind; und

- das Temperaturänderungsrate-Berechnungsmittel (202, 302) die Motortemperaturänderung aufgrund einer Temperaturcharakteristik berechnet, die aus den mehreren im Speichermittel (313) abgespeicherten Temperaturcharakteristiken ausgewählt wurde und die der abgeschätzten aktuellen Motortemperatur im Elektromotor entspricht.

3. Servolenkung nach Anspruch 1, bei der:

- mehrere Temperaturcharakteristiken im besagten Temperaturcharakteristik-Speichermittel (313) für mehrere Differenzen zwischen der Temperatur im Elektromotor (M) und der Umgebungstemperatur in der Nähe des Elektromotors (M) abgespeichert sind; und

- das Temperaturänderungsrate-Berechnungsmittel (202, 302) die Motortemperaturänderung auf Grundlage einer Temperaturcharakteristik berechnet, die aus den mehreren im Speichermittel (313) abgespeicherten Temperaturcharakteristiken ausgewählt wird und der Differenz zwischen der abgeschätzten aktuellen Temperatur im Elektromotor (M) und der Umgebungstemperatur entspricht.

4. Servolenkung nach Anspruch 1, ferner mit:

- einem thermischen Schaltmittel (18), das in Kontakt mit einem Außengehäuse des Elektromotors (M) gehalten wird und eine Hysteresecharakteristik in bezug auf die Temperatur aufweist, mit der Fähigkeit, Binärsignale auszugeben, die für einen Zustand hoher Temperatur und einen Zustand niedriger Temperatur repräsentativ sind; und

- einem Temperaturkorrekturmittel (312, 322) zum korrigierenden Rücksetzen der vom Temperaturschätzmittel (304) abgeschätzten aktuellen Motortemperatur in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des thermischen Schaltmittels (18) und der vom Temperaturschätzmittel (304) abgeschätzten Motortemperatur.

5. Servolenkung nach Anspruch 4, bei der dann, wenn das Ausgangssignal des thermischen Schaltmittels (18) den Zustand hoher Temperatur repräsentiert und die abgeschätzte Motortemperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, die nicht den heißen Zustand anzeigt, das Temperaturkorrekturmittel (312, 322) die abgeschätzte Motortemperatur korrigierend auf eine obere Grenztemperatur rücksetzt, die das Erreichen des heißen Zustandes anzeigt.

6. Servolenkung nach Anspruch 4, bei der dann, wenn das Ausgangssignal des thermischen Schaltmittels (18) den Zustand niedriger Temperatur repräsentiert und die abgeschätzte Motortemperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, die den kühlen Zustand anzeigt, das Temperaturkorrekturmittel (313, 322) die abgeschätzte Motortemperatur korrigierend auf eine untere Grenztemperatur rücksetzt, die das Erreichen des kühlen Zustands anzeigt.