DE69401858T2

DE69401858T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE69401858T2
Application number: DE69401858T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Amako; Hirofumi Matsuoka; Mitsuhiko Nishimoto
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1994-07-01
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2014-07-02
Also published as: EP0631922A2; EP0631922B1; DE69401858D1; US5485067A; EP0631922A3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung. Insbesondere betrifft sie eine elektrische Servolenkung mit höherer Sicherheit.

Beschreibung der verwandten Technik

Die elektrische Servolenkung dient dazu, die Lenkdrehkraft zu detektieren und die Lenkdrehkraft durch die Drehung eines Elektromotors zu unterstützen, der in Übereinstimmung mit der detektierten Lenkdrehkraft angetrieben wird.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Bauplan einer konventionellen elektrischen Servolenkung zeigt. Das Ausgangssignal eines am (nicht gezeigten) Lenkstock vorgesehenen Drehkraftsensors 2 wird über einen AMP (Verstärker) 3, in dem zuerst die A/D-Wandlung durchgeführt wird, in eine CPU 1 eingegeben. Die CPU 1 speichert in ihrem Speicher eine Tabelle der Beziehung zwischen den detektierten Drehkraftwerten und den Soliwerten des Antriebsstroms für einen Elektromotor 5 und liest den der eingegebenen Drehkraft entsprechenden Sollstrom aus. In der CPU 1 wird die Abweichung zwischen dem ausgelesenen Sollstrom und dem rückgekoppelten Antriebsstrom des Motors 5 berechnet, der durch einen Antriebsstrom-Detektorwiderstand 6 und eine Antriebsstrom-Detektorschaltung 9 detektiert wird, um in die CPU 1 eingegeben zu werden. Die Abweichung wird in einer PI- Berechnung behandelt, wodurch die Steuervariable berechnet wird, so daß das PWM-Wellen-Signal, das der Variable entspricht, und das Antriebssteuersignal, das die Drehrichtung des Motors 5 anzeigt, herausbekommen werden, um einer FET- Antriebsschaltung 4 zugeführt zu werden.
Der Motor 5 ist in einer H-Brücke mit vier Schalttransistoren 8a, 8b, 8c, 8d verbunden, und die FET-Antriebsschaltung 4 gibt ein Steuersignal aus, um die Transistoren 8a, 8d für die Linksdrehung auf "Ein" zu schalten bzw. die Transistoren 8b, 8c für die Rechtsdrehung auf "Ein" zu schalten. An Anfang sind die Transistoren 8c, 8d immer für die entsprechende Drehung "Ein", und die Transistoren 8a, 8b werden durch das PWM-Wellen-Signal angesteuert.
Als Gegenmaßnahme gegen die Drift in der CPU list eine Antriebssperrschaltung 7 vorgesehen, und die Ausgangssignale des AMP 3 werden dem Minus-Eingang eines Vergleichers 71 bzw. dem Plus-Eingang eines Vergleichers 72 zugeführt. Dem Plus-Eingang des Vergleichers 71 und dem Minus-Eingang des Vergleichers 72 werden durch einen Spannungsteiler 73 Schwellenspannungen VR bzw. VL entsprechend R bzw. L wie in Fig. 2 gezeigt zugeführt.
Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen der detektierten Drehkraft (Abszisse) und dem von der CPU 1 ausgegebenen Antriebsstrom für den Motor (Ordinate) und drückt aus, daß der Rechtsantrieb des Motors 5 gesperrt wird, wenn die detektierte Drehkraft nicht größer als R einschließlich der Totzone ist, und daß der Linksantrieb ebenfalls gesperrt wird, wenn die Drehkraft nicht kleiner als L ist. Die Ausgangssignale der Vergleicher 71, 72 werden den Basen von Schalttransistoren 74 bzw. 75 zugeführt. Die Emitter der Transistoren 74, 75 sind auf dem Erdpotential, und die Kollektoren sind mit den Steueranschlüssen der Transistoren 8c bzw. 8d verbunden.
infolgedessen nimmt das Ausgangssignal des Vergleichers 71 den Pegel "H" (High; Hoch) an, wenn das Ausgangssignal der detektierten Drehkraft vom AMP 3 niedriger als VR wird, und der Transistor 74 wird auf uleinul geschaltet, wodurch der Steueranschluß des Transistors 8c zwangsweise auf den Pegel "L" gebracht wird, so daß die Rechtsdrehung des Motors 5 ungeachtet des Ausgangssignals der FET-Antriebsschaltung 4 gesperrt wird. Wenn das Ausgangssignal des AMP 3 höher als VL wird, wird ähnlich der Steueranschluß des Transistors 8d zwangsweise auf den Pegel "L" (Low; Niedrig) gebracht, wodurch die Linksdrehung des Motors 5 gesperrt wird. In der Zone, in der die Richtung der detektierten Drehkraft und die Richtung des Motorantriebs verschieden sind, wird daher der Betrieb des Motors gesperrt, so daß keine unvorhergesehene gefährliche Lage auftreten kann.
Als nächstes ist Fig. 3 ein Blockdiagramm, das den Bauplan der konventionellen elektrischen Servolenkung zeigt und worin der Programmbetrieb innerhalb der CPU 1 verdeutlicht ist. In Fig. 3 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Ausgangssignal des am (nicht gezeigten) Lenkstock vorgesehenen Drehkraftsensors 2 wird über eine Schnittstelle 43 in die CPU 1 eingegeben, in der zuerst die A/D-Wandlung (51) durchgeführt wird und danach die Phasenkompensation (52) durchgeführt wird. Die CPU 1 speichert in ihrem Speicher eine Sollstromtabelle (53), die die Beziehung zwischen den detektierten Drehkraftwerten und den Sollwerten des Antriebsstroms für einen Elektromotor 5 zeigt, und liest den Solistrom aus, der der eingegebenen Drehkraft entspricht. Andererseits wird das Ausgangssignal der A/D-Wandlung differenziert (58), und das Ergebnis wird zu dem Sollstrom addiert (54). Dieser Differentialwert wird für die Trägheitskompensation des Motors 5 addiert.
Die Abweichung wird berechnet (55) zwischen dem Ergebnis der oben beschriebenen Addition und dem rückgekoppelten Antriebsstrom des Motors 5, der durch den Antriebsstrom-Detektor 9 detektiert wird, um in der CPU 1 einer A/D-Wandlung (59) unterzogen zu werden. Die Abweichung wird in einer PI-Operation (56) behandelt, wodurch die Steuervariable berechnet wird, so daß das PWM-Weilen- Signal, das der Variable entspricht, und das Antriebssteuersignal, das die Drehrichtung des Motors 5 anzeigt, herausbekommen werden (57). Diese Signale werden einer Antriebsschaltung 40 zugeführt, die als eine H-Brücke aufgebaut ist, die aus dem Motor 5 und den vier Schalttransistoren besteht. Obwohl hier nicht dargestellt, werden iibrigens die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektierten Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen ebenfalls in die CPU 1 eingegeben, und es wird die Tabelle der Sollströme entsprechend den Informationen ausgelesen. Am Anfang ist der als Gegenmaßnahme gegen eine Drift in der CPU 1 vorgesehene Betrieb der Antriebssperrschaltung 7 der gleiche wie im oben beschriebenen konventionellen Fall, und ihre Betriebskennlinie ist in Fig. 2 gezeigt.
Bei so einer konventionellen elektrischen Servolenkung wird der Schutz gegen die Drift in der CPU 1 durch die Antriebssperrschaltung 7 zustande gebracht, während der anomale Zustand der Antriebssperrschaltung 7 nicht detektiert werden kann. infolgedessen ist zu befürchten, daß kein Schutz gegen die Drift zustande gebracht wird, wenn die CPU 1 bei einem offenen Fehler der Transistoren 74, 75 driftet, wodurch das System im anomalen Zustand arbeitet. Wird ferner die Unterstützung des Motors infolge der Drift in der CPU 1 gesperrt, während die Antriebssperrschaltung 7 in einem normalen Zustand arbeitet, nimmt die Lenkdrehkraft zu, und wenn die CPU 1 in den normalen Zustand zurückkehrt, nimmt die Lenkdrehkraft ab. Als Folge wird die Zunahme und die Abnahme der Lenkdrehkraft in Übereinstimmung mit der Driftart in der CPU 1 wiederholt, so daß das Lenkgefühl verschlechtert wird und ein Gefühl der Unruhe gegeben wird.
Da die detektierte Drehkraft in der CPU 1 phasenkompensiert wird und außerdem der Differentialwert hinzuaddiert wird, kann sich ferner die Situation ergeben, daß die Drehkraft während einer Detektion in einem bestimmten Moment nach rechts gerichtet ist, während die Drehrichtung zum Antreiben des Motors nach links gerichtet ist. Infolgedessen besteht das Problem, daß der Motor zwar bevorzugt auf die oben beschriebene Weise gedreht wird, die Drehung des Motors nach links aber gesperrt wird. Dieses Phänomen tritt für das Lenken in der Totzone auf, und es ist sind Gegenmaßnahmen gegen die Verschlechterung des Lenkgefühls zu treffen.
Die EP-A-0 536 590 offenbart eine elektrische Servolenkung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, die einen Hauptsteuerungsteil und einen Nebensteuerungsteil aufweist, beide zur Durchführung einer Steuerung in bezug auf eine Lenkunterstützung, wobei die beiden Steuerungsteile wechselweise gegenseitig eine Anomalie detektieren, indem sie den Zyklus eines Überwachungsimpulssignals überwachen, das ein Steuerungsteil an den anderen sendet. Wenn in irgendeinem der beiden Steuerungsteile eine Anomalie detektiert wird, wird die Lenkunterstützung außer Kraft gesetzt. Nachdem der anomale Steuerungsteil wieder einen normalen Betriebszustand angenommen hat, wird die außer Kraft gesetzte Lenkunterstützung erst dann wieder in Kraft gesetzt, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit auf Null zurückgegangen ist. Der Nebensteuerungsteil detektiert eine Anomalie im Hauptsteuerungsteil, indem er einfache arithmetische Operationen durchführt, wie den Vergleich von Informationen in bezug auf die Ein-/Ausgangssignale in den bzw. aus dem Hauptsteuerungsteil.

ABRISS DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkung zu schaffen, bei der die anomalen Zustände der Antriebssperrschaltung durch eine CPU detektiert werden können, die die Ausgangssignale der Antriebssperrschaltung überwacht, wobei im Falle des anomalen Zustands der Betrieb eines Elektromotors angehalten werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkung mit höherer Sicherheit zu schaffen, bei der ein Antriebssteuersignal für einen Elektromotor und das Ausgangssignal der Antriebssperrschaltung verglichen werden und bei der der Antriebsstoppzustand des Motors aufrechterhalten wird, wenn der anomale Zustand der CPU eine vorbestimmte Zeit lang anhält.
Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkung zu schaffen, bei der die Gegenmaßnahme gegen die Drift in der CPU ohne irgendeine Störung der Steuerung mit der Phasenkompensation und der Differential-Additionsoperation getroffen wird, indem die Einstellung der Antriebssperrzone des Motors geändert wird.
Die elektrische Servolenkung der vorliegenden Erfindung enthält einen Prozessor (CPU), der ein Antriebssteuersignal für einen Elektromotor ausgibt, der die Lenkkraft auf der Basis der detektierten Lenkdrehkraft unterstützt, und eine Antriebssperrschaltung, die ein Signal ausgibt, den Betrieb des Elektromotors anzuhalten, wenn die Richtung des Motorantriebs und die Richtung der detektierten Lenkdrehkraft einander entgegengesetzt sind. Das Ausgangssignal der Antriebssperrschaltung ist dafür eingerichtet, in den Prozessor eingegeben zu werden, der den normalen oder anomalen Zustand der Antriebssperrschaltung in Übereinstimmung mit dem Eingangssignal beurteilt. Da der Prozessor das Signal von der Antriebssperrschaltung überwacht, kann er folglich den anomalen Zustand der Antriebssperrschaltung in Übereinstimmung mit der Abweichung des Signal von dem Ergebnis der Berechnung im Prozessor detektieren, wodurch er einen Betrieb wie den Antriebsstopp des Motors durchführen kann.
Eine weitere elektrische Servolenkung der Erfindung enthält die oben beschriebene elektrische Servolenkung, in der eine Logikschaltung zum Beurteilen der Übereinstimmung zwischen dem Antriebssteuersignal, das die Richtung des Motorantriebs darstellt, und dem Ausgangssignal der Antriebssperrschaltung vorgesehen ist, die den Antriebsstopp des Motors aufrechterhält, wenn der durch das Beurteilungsausgangssignal der Logikschaltung detektierte anomale Zustand des Prozessors eine vorbestimmte Zeitspanne lang anhält. Wenn es daher eine Nichtübereinstimmung zwischen dem Signal von der Antriebssperrschaltung und dem Signal gibt, das die Antriebsrichtung des Motors in bezug auf das Ausgangssignal des Prozessors darstellt, und wenn dieser Zustand eine vorbestimmte Zeitspanne lang anhält, wird der Antriebsstopp des Motors aufrechterhalten, wodurch die Vorrichtung die Verschlechterung des Lenkgefühls infolge der Wiederholung der Drift im Prozessor und der Wiederherstellung des normalen Zustands verhindern kann.
Die weitere elektrische Servolenkung der Erfindung, bei der die Antriebssperrzone des Motors wie in Fig. 4 gezeigt so definiert ist, daß sie auf der entgegengesetzten Seite der detektierten Drehkraft liegt und größer als der vorbestimmte Drehkraftwert ist, enthält eine Einrichtung zum Vergleichen der detektierten Drehkraft mit dem vorbestimmten Drehkraftwert und eine Einrichtung zum Sperren des Antriebs des Motors in der Richtung, die der Richtung der detektierten Drehkraft entgegengesetzt ist, wenn die detektierte Drehkraft nicht kleiner als der vorbestimmte Drehkraftwert ist. Die Sperrzone ist nämlich in dem Bereich eingerichtet, in dem der Drehkraftwert größer als L, R ist, die etwas größer als der Drehkraftwert in der Totzone sind, wie in Fig. 4 gezeigt. Daher ist selbst dann, wenn die Richtung des Antriebsstroms in Übereinstimmung mit der Phasensteuerung und der Differential- Additionsoperation entgegengesetzt zu der Richtung der detektierten Drehkraft wird, der detektierte Drehkraftwert in diesem Fall kleiner als die Randwerte L, R der Sperrzone, so daß der Antrieb des Motors zugelassen wird, die gewünschte Lenkunterstützung durchgeführt wird und die Verschlechterung des Lenkgefühls vermieden wird. Ferner wird bei Umkehrung der Richtung infolge der Drift in der CPU der Antrieb des Motors in der der detektierten Drehkraft entgegengesetzten Richtung in der Zone (der Totzone neben dem Rand L, R) in der Nähe des Randes der Sperrzone, in der der Antrieb des Motors gesperrt wird, zugelassen. Die Sichereit wird jedoch nicht beeinträchtigt, da der Antriebsstrom des Motors gering ist.
Noch eine elektrische Servolenkung der Erfindung enthält eine erste Schaltung zum Berechnen des Differentialsignals des Signals, das der detektierten Drehkraft entspricht, eine zweite Schaltung zum Berechnen der Summe des in der ersten Schaltung berechneten Differentialsignals und des Signals, das der detektierten Drehkraft entspricht, und eine Einrichtung zum Sperren des Antriebs des Motors in Übereinstimmung mit der in der zweiten Schaltung berechneten Summe.
Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer konventionellen elektrischen Servolenkung;
Fig. 2 ist ein Kennliniendiagramm einer Antriebssperrschaltung;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer konventionellen elektrischen Servolenkung;
Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Antriebssperrzone bei einer elektrischen Servolenkung gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Servolenkung der Erfindung;
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das die Programmschritte zur Überwachung der Antriebssperrschaltung zeigt;
Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm zur Beschreibung des Betriebs der elektrischen Servolenkung der Erfindung;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer weiteren elektrischen Servolenkung der Erfindung;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm noch einer elektrischen Servolenkung der Erfindung;
Fig. 10 ist ein Signalformdiagramm einer konventionellen elektrischen Servolenkung;
Fig. 11 ist ein Signalformdiagramm einer elektrischen Servolenkung der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben, die ihre Ausführungsformen zeigen.

(Ausführungsform 1)

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das den Bauplan einer elektrischen Servolenkung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Ausgangssignal eines an einem (nicht gezeigten) Lenkstock vorgesehenen Drehkraftsensors 2 wird über einen AMP 3, in dem zuerst die A/D-Wandlung durchgeführt wird, in eine CPU 1 eingegeben. Die CPU 1 speichert in ihrem Speicher eine Tabelle, die die Beziehung zwischen den detektierten Drehkraftwerten und den Sollwerten des Antriebsstroms für einen Elektromotor 5 zeigt, und liest den der eingegebenen Drehkraft entsprechenden Sollstrom aus. In der CPU 1 wird die Abweichung zwischen dem ausgelesenen Sollstrom und dem rückgekoppelten Antriebsstrom des Motors 5 berechnet, der durch einen Antriebsstrom-Detektorwiderstand 6 und eine Antriebsstrom-Detektorschaltung 9 detektiert wird, um in die CPU 1 eingegeben zu werden. Die Abweichung wird in einer PI-Operation behandelt, wodurch die Steuervariable berechnet wird, so daß das PWM-Wellen-Signal, das der Variable entspricht, und das Antriebssteuersignal, das die Drehrichtung des Motors 5 anzeigt, herausbekommen werden, um einer FET-Antriebsschaltung 4 zugeführt zu werden.
Der Motor 5 ist in einer H-Brücke mit vier Schalttransistoren 8a, 8b, 8c, 8d verbunden, und die FET-Antriebsschaltung 4 gibt ein Steuersignal aus, um die Transistoren 8a, 8d für die Linksdrehung auf "Ein" zu schalten bzw. die Transistoren 8b, 8c für die Rechtsdrehung auf "Ein" zu schalten. An Anfang sind die Transistoren 8c, 8d immer für die entsprechende Drehung "Ein", und die Transistoren 8a, 8b werden durch das PWM-Wellen-Signal angesteuert.
Als Gegenmaßnahme gegen die Drift in der CPU 1 ist eine Antriebssperrschaltung 7 vorgesehen, und die Ausgangssignale des AMP 3 werden dem Minus-Eingang eines Vergleichers 71 bzw. dem Plus-Eingang eines Vergleichers 72 zugeführt. Dem Plus-Eingang des Vergleichers 71 und dem Minus-Eingang des Vergleichers 72 werden durch einen Spannungsteiler 73 Schwellenspannungen VR bzw. VL entsprechend R bzw. L wie in Fig. 2 gezeigt zugeführt.
Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen der detektierten Drehkraft (Abszisse) und dem von der CPU 1 ausgegebenen Antriebsstrom für den Motor (Ordinate) und drückt aus, daß der Rechtsantrieb des Motors 5 gesperrt wird, falls die detektierte Drehkraft nicht größer als R einschließlich der Totzone ist, und daß der Linksantrieb ebenfalls gesperrt wird, falls die Drehkraft nicht kleiner als L ist. Die Ausgangssignale der Vergleicher 71, 72 werden den Basen der Schalttransistoren 74 bzw. 75 zugeführt. Die Emitter der Transistoren 74, 75 sind auf dem Erdpotential, und die Kollektoren sind über Dioden 11 bzw. 1 2 mit den Steueranschlüssen der Transistoren 8c bzw. 8d verbunden.
Infolgedessen nimmt das Ausgangssignal des Vergleichers 71 den Pegel "H" an, wenn das Ausgangssignal der detektierten Drehkraft vom AMP 3 niedriger als VR wird, und der Transistor 74 wird auf "Ein" geschaltet, wodurch der Steueranschluß des Transistors 8c zwangsweise auf den Pegel "L" gebracht wird, so daß der Drehbetrieb des Motors 5 nach rechts ungeachtet des Ausgangssignals der FET-Antriebsschaltung 4 gesperrt wird. Wenn das Ausgangssignal des AMP 3 höher als VL wird, wird ähnlich der Steueranschluß des Transistors 8d zwangsweise auf den Pegel "L" gebracht, wodurch der Drehbetrieb des Motors 5 nach links gesperrt wird.
Die elektrischen Potentiale an den Knoten der Transistoren 74 bzw. 75 mit den Kathoden der Dioden 11 bzw. 12 sind geeignet, in die CPU 1 eingelesen zu werden, und die Knoten sind über die Widerstände 1 3 bzw. 14 mit der Stromquellenspannung verbunden. Die CPU 1 kann nämlich das Auftreten des Sperrsignals detektieren und von dem Rechts- oder Linksantrieb in Übereinstimmung mit dem Pegel "L" der elektrischen Potentiale an den oben erwähnten Knoten unterscheiden.
Andererseits werden die Ausgangssignale der CPU 1, die die Richtungen der Rechts- bzw. Linksdrehung anzeigen, den Basen der Transistoren 21 bzw. 22 zugeführt. Die Kollektoren der Transistoren 21, 22 sind über die Widerstände und Dioden 23, 24 mit der Stromquellenspannung gekoppelt, und die Emitter befinden sich auf dem Erdpotential. Die Anoden der Dioden 23, 24 sind mit den Plus- Eingangsanschlüssen der Vergleicher 25 bzw. 26 verbunden, deren Minus- Eingangsanschlüsse mit den Ausgangsanschlüssen der Vergleicher 71 bzw. 72 verbunden sind.
Die Ausgangsanschlüsse der Vergleicher 25, 26 sind gebündelt, durch einen Widerstand 27 mit der Stromquellenspannung verbunden und außerdem über einen Widerstand 28 mit dem Plus-Eingangsanschluß des Vergleichers 29 gekoppelt. Dem Minus-Eingangsanschluß eines Vergleichers 29 wird das Durchgangsknotenpotential des aus Widerständen 30, 31 bestehenden Spannungsteilers zugeführt. Ein Schüsselschalter 33 des Kraftfahrzeugs, das mit der elektrischen Servolenkung der Erfindung ausgerüstet ist, gibt beim Einschalten ein Signal mit dem Pegel "H" aus. Dieses Schlüsselsignal wird über einen Kondensator 34 und einen Widerstand 35 der Basis eines Transistors 36 zugeführt.
Die Basis des Transistors 36 ist über einen Widerstand mit der Erde verbunden, und der Emitter ist geerdet. Ferner ist der Kollektor mit dem Minus-Eingangsanschluß des Vergleichers 29 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 29 ist über einen Widerstand mit der Stromquellenspannung verbunden und über eine Diode 38 und einen Widerstand 39 mit seinem Plus-Eingangsanschluß verbunden. Das Ausgangssignal des Vergleichers 29 wird einer (nicht gezeigten) Relaisspule eines Sicherheitsrelais 37 zugeführt, das in der Speiseschaltung des Motors vorgesehen ist.
Es wird nun die Überwachung des Betriebs der Antriebssperrschaltung 7 durch die CPU 1 in der wie oben erläutert aufgebauten ersten Ausführungsform beschrieben. Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsschritte zur Überwachung der Antriebssperrschaltung 7 durch die CPU 1 zeigt.
Das vom AMP 3 eingegebene Drehkraftsignal wird daraufhin geprüft, ob es in der Linksantriebszone liegt oder nicht (S1). Das heißt, daß geprüft wird, ob die Drehkraft links von L liegt oder nicht. Falls JA (die Drehkraft liegt in der Linksantriebszone), wird ein Zeitgeber 1 gelöscht (S9), und als nächstes wird geprüft, ob das Ausgangssignal der Rechtsantriebssperrung in Übereinstimmung mit dem Eingangssignal von der Diode 11 ausgegeben wird oder nicht (S10).
Falls NEIN, ist der Zustand anomal, wie in Fig. 2 gesehen, mit anderen Worten, wenn die detektierte Drehkraft in der Linksantriebszone liegt und das Ausgangssignal der Rechtsantriebssperrung nicht ausgegeben wird. Folglich wird ein Zeitgeber 2 zählen gelassen, um die Dauer dieses Zustands zu messen (S11). Danach wird die Dauer dieses Zustands geprüft (S12), und diese Routine wird eine vorbestimmte Zeitspanne lang wiederholt. Und wenn der Zählwert des Zeitgebers 2 den vorbestimmten Wert erreicht hat, wird der anomale Zustand der Antriebssperrschaltung 7 detektiert, insbesondere auf der Seite des Vergleichers 71, nämlich der Seite der Rechtsantriebssperrung, und der Sicherheitsbetrieb wird durchgeführt (S5).
Wenn der Schritt S1 NEIN ist (Das Drehkraftsignal liegt in Zone rechts von L in Fig. 2), wird geprüft, ob das Ausgangssignal der Linksantriebssperrung ausgegeben wird oder nicht (S2). Wenn das Ausgangssignal nicht ausgegeben wird (NEIN), ist dieser Zustand anomal, wie in Fig. 2 gesehen, so daß die Zeitspanne durch den Zeitgeber 1 gemessen wird (S3). Und wenn dieser Zustand die vorbestimmte Zeitspanne lang angehalten hat (S4: JA), wird der anomale Zustand der Antriebssperrschaltung 7 detektiert, insbesondere auf der Seite des Vergleichers 72, nämlich der Seite der Linksantriebssperrung, und der Sicherheitsbetrieb wird durchgeführt (S5).
Wenn der Zustand im Schritt S2 normal ist (JA), wird der Zeitgeber 1 gelöscht (S6), und es wird geprüft, ob die detektierte Drehkraft in der Totzone liegt oder nicht (S7). Das gleiche geschieht im Falle von NEIN im Schritt S4. Wenn die Drehkraft nicht in der Totzone liegt, liegt das Drehkraftsignal in der Rechtsantriebszone, so daß der Zeitgeber 2 gelöscht wird (S8). Wenn die Drehkraft in der Totzone liegt, wird im Schritt S10 geprüft, ob das Ausgangssignal der Rechtsantriebssperrung ausgegeben wird oder nicht. Wenn das Ausgangssignal nicht ausgegeben wird, heißt das, daß das Signal der Rechtsantriebssperrung nicht ausgegeben wird, während sich die Drehkraft zwischen L und R befindet, so daß der anomale Zustand mit dem Zeitgeber 2 gemessen werden kann (S11).
Kurz gesagt kann die CPU 1 das Auftreten des anomalen Zustands der Antriebssperrschaltung 7 durch Überwachung des Inhalts der Zeitgeber 1, 2 messen.
Als nächstes wird in Übereinstimmung mit Fig. 7 die Detektion des anomalen Zustands durch Vergleichen des Antriebssteuersignals von der CPU 1 mit dem Ausgangssignal der Antriebssperrschaltung 7 beschrieben. Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das die Änderungen der Potentiale in den verschiedenen Abschnitten (1) - (10) in Fig. 5 zeigt; ihre linke Seite stellt den normalen Zustand dar unmittelbar nachdern der Schlüsselschalter 33 auf "Ein" geschaltet wird, und ihre rechte Seite stellt den Zustand dar, in dem in der CPU 1 eine Drift auftritt. Das Ausgangssignal des Schlüsselschalters 33 ist mit (6) gekennzeichnet, und das Ausgangssignal (7) des Kondensators 34 ist das Differentialsignal davon. Außerdern ist der Transistor 36 während der Zeitspanne T "Ein", und die Spannung des Minus-Eingangsanschlusses des Vergleichers 29 ist 0. Als Folge ist das Potential am Minus- Eingangsanschluß (8) niedriger als das Potential am Plus-Eingangsanschluß (9) und ist das Ausgangssignal (10) des Vergleichers 20 auf dem Pegel "H", obgleich das Ausgangssignal (10) des Vergleichers 29 unmittelbar nach dem Schalten des Schlüsselschalters auf "Ein" eigentlich NIEDRIG wäre. Folglich wächst das Eingangssignal des Plus-Eingangsanschlusses (9) durch die Ladung des Kondensators 32 und ist größer als die Spannung am Minus-Eingangsanschluß, die durch das Verhältnis der geteilten Spannungen an den Widerständen 30, 31 bestimmt ist, selbst wenn der Transistor 36 von "Ein" auf "Aus" wechselt. Als Folge behält das Ausgangssignal (10) des Vergleichers 29 den Zustand mit dem Pegel "H", bringt das Relais 37 auf "Ein" und stellt den Zustand her, in dem die Speisung des Motors 5 möglich ist.
Andererseits sollten im Ausgangssignal (1) des AMP 3 eigentlich die Potentialwerte höher als R in Fig. 2 die Rechtsantriebszone definieren und die Potentialwerte niedriger als L die Linksantriebszone definieren. Dementsprechend ist im Anfangsbereich auf der rechten Seite von Fig. 7 das Signal (2) des Rechtsantriebskommandos in der CPU 1 auf dem Pegel "H". In diesem Zeitpunkt ist das Ausgangssignal (3) des Vergleichers 71 zum Ausgeben des Sperrsignals des Rechtsantriebs auf dem Pegel "L". Obwohl das Ausgangssignal des Vergleichers 72 in bezug auf die Sperrung des Linksantriebs nicht dargestellt ist, ist es in diesern Zeitpunkt auf dem Pegel "H".
Da das Signal (2) des Rechtsantriebskommandos auf dem Pegel "H" ist, schaltet der Transistor 21 "Ein", so daß das Plus-Eingangssignal (4) des Vergleichers 25 auf dem Pegel "L" ist (der Spannung, die dem Spannungsabfall in der Vorwärtsrichtung der Diode 23 entspricht, beispielsweise 0,5 V). Da in diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal (3) auf dem Pegel "L" ist (0 V), ist das Ausgangssignal (5) des Vergleichers 25 auf dem Pegel "H". Übrigens werden (2), (3), (4) selbstverständlich umgekehrt, wenn die Drehkraft in die Linksantriebszone wie in der Zeichnung gezeigt eintritt.
Wenn nun, wie auf der rechten Seite von Fig. 7 gezeigt, eine Drift der CPU 1 auftritt und das Rechtsantriebssignal (2) den Pegel "H" annimmt, während die eingegebene Drehkraft (1) in der Linksantriebszone liegt, schaltet der Transistor 21 "Ein". Da andererseits das Minus-Eingangssignal des Vergleichers 71 niedriger als sein Plus-Eingangssignal VR ist, ist das Ausgangssignal (3) des Vergleichers 71 in diesem Zeitpunkt auf dem Pegel "H". Dementsprechend nimmt das Ausgangssignal des Vergleichers 25 den Pegel "L" an, und das Potential am Plus-Eingangsanschluß (9) des Vergleichers 29 wird über den Widerstand 28 entladen. Wenn das Potential niedriger als die Spannung (die durch das Verhältnis der Teilspannungen an den Widerständen 30, 31 bestimmt wird) am Minus-Eingangsanschluß (8) des Vergleichers 29 wird, nimmt das Ausgangssignal (10) des Vergleicher 29 den Pegel "L" an, schaltet das Sicherheitsrelais 37 "Aus" und wird die Speisung des Motors abgeschaltet.
Als Folge davon, daß das Ausgangssignal (10) des Vergleichers 29 den Pegel "L" annimmt, kehrt die Drift in der CPU 1 in den normalen Zustand zurück, und der Plus-Eingangsanschluß (9) des Vergleichers 29 wird niedriger als der Minus-Eingangsanschluß (8) gehalten, selbst wenn das Ausgangssignal (5) des Vergleichers 25 den Pegel "H" annimmt. Dementsprechend wird das Sicherheitsrelais 37 im Zustand "Aus" gehalten.
Wie oben beschrieben, kann in der ersten Ausführungsform die CPU 1 den anomalen Zustand der Antriebssperrschaltung 7 mittels des getakteten Inhalts oder dergleichen der Zeitgeber 1, 2 detektieren. Nach der Beurteilung der Übereinstimmung zwischen dem Antriebssteuersignal der CPU 1 und dem Antriebssperrsignal der Antriebssperrschaltung 7 wird ferner der Sicherheitszustand aufrechterhalten, wenn der anomale Zustand in der CPU 1 die vorbestimmte Zeitspanne lang anhält. Dadurch kann das zwiespältige Lenkgefühl infolge der Wiederholung der Drift in der CPU 1 und der Wiederherstellung des normalen Zustands verhindert werden, und es kann eine sichere elektrische Servolenkung realisiert werden.

(Ausführungsform 2)

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das den Bauplan einer elektrischen Servolenkung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Ausgangssignal eines am (nicht gezeigten) Lenkstock vorgesehenen Drehkraftsensors 2 wird über eine Schnittstelle in die CPU 1 und in die Antriebssperrschaltung 7 zur Beschränkung der Antriebsrichtung des Motors 5 eingegeben. In der CPU 1 wird zuerst die A/D-Wandlung durchgeführt (51), und nach Durchführung der Phasenkompensation (52) wird der Zugriff auf die Sollstromtabelle (53) in Übereinstimmung mit dem detektierten Drehkraftwert durchgeführt. Als Folge wird der Sollantriebsstrom proportional zur detektierten Drehkraft für den Motor 5 erhalten. Der so erhaltene Zielstrom wird in einen D/A-Wandler 48 außerhalb der CPU 1 eingegeben und in einen analogen Wert umgewandelt, um einem Addierer 49 zugeführt zu werden.
Der aktuelle Antriebsstrom des Motors 5 wird im Antriebsstromdetektor 9 detektiert, und der rückgekoppelte Strom wird dem Addierer 49 zugeführt, in dem die Abweichung vom Ausgangssignal des D/A-Wandlers 48 berechnet wird. Diese Abweichung wird in eine PWM-Schaltung 50 eingegeben, in der das PWM-Signal zur Eingabe in eine Antriebsschaltung 40 des Motors 5 und das Signal zur Befehligung der Drehrichtung aufgestellt werden. Die Antriebsschaltung 40 ist eine H- Brückenschaltung, die aus vier Schalttransistoren und dem Motor 5 besteht.
Die Antriebssperrschaltung 7 prüft die Größe und die Richtung der detektierten Drehkraft, und wenn eine Drehkraft in der rechten (linken) Drehrichtung eingegeben wird, die größer als der Randwert L (R) der linken (rechten) Antriebssperrzone ist, wird der Antriebsschaltung 40 das Ausgangssignal der linken (rechten) Antriebssperrung zugeführt. Das Signal der linken (rechten) Antriebssperrung ist so verbunden, daß der jeweils leitende Schalttransistor in der Antriebsschaltung 40 während der Drehung in der linken (rechten) Richtung in den nichtleitenden Zustand gebracht werden kann. Als Folge wird die Drehung des Motors 5 gesperrt, wenn sich die Richtung der detektierten Drehkraft von der Richtung zum Antrieb des Motors oder der durch den Betrieb der CPU 1 befohlenen Richtung unterscheidet und die Größe der Drehkraft größer als der Wert von L, R ist, so daß die Gefahr infolge der CPU-Drift vermieden wird.
Andererseits kann es den Fall geben, daß sich die Richtung des in der CPU 1 berechneten Antriebsstroms wegen der Phasenkompensation von der Richtung der detektierten Drehkraft unterscheidet. Werden die Werte L, R jedoch so gewählt, daß die diesem Antriebsstrom entsprechende Drehkraft in dem Bereich zwischen L und R gehalten werden kann, so kann die Lenkkraftunterstützung durchgeführt werden, ohne die Wirkung der Phasenkompensation zu beeinträchtigen.

(Ausführungsform 3)

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das den Bauplan einer elektrischen Servolenkung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Ausgangssignal eines Drehkraftsensors 2 wird über eine Schnittstelle 43 in die CPU 1 eingegeben, und ebenso wie in der zweiten Ausführungsform wird zuerst die A/D- Wandlung durchgeführt (51) und wird nach Durchführung der Phasenkompensation (52) der Zugriff auf die Sollstromtabelle (53) in Übereinstimmung mit dem Drehkraftwert durchgeführt. Als Folge wird der Sollantriebsstrom proportional zur detektierten Drehkraft für den Motor 5 erhalten. Ferner wird das Ausgangssignal der A/D-Wandlung differenziert (58), und das Ergebnis wird zu dem Sollstrom hinzuaddiert (54).
Die Abweichung wird berechnet (55) zwischen dem Ergebnis der oben beschriebenen Addition und dem rückgekoppelten Antriebsstrom des Motors 5, der durch den Antriebsstrom-Detektor 9 detektiert wird, um in der CPU 1 einer A/D-Wandlung (59) unterzogen zu werden. Aus der Abweichung wird in einer PI-Operation (56) eine Steuervariable berechnet, wodurch das PWM-Wellen-Signal, das der Variable entspricht, und das Antriebssteuersignal, das die Drehrichtung des Motors 5 anzeigt, aufgestellt werden (57). Diese Signale werden einer Antriebsschaltung 40 zugeführt, die als eine H-Brücke aufgebaut ist, die aus den vier Schalttransistoren und dem Motor 5 besteht.
Obwohl hier nicht dargestellt, werden außerdern die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektierten Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen in die CPU 1 eingegeben und wird die Sollstromwerttabelle entsprechend den Informationen ausgelesen. Das Ausgangssignal der Schnittstelle 43 wird in einen Addierer 62 und eine Differenzierschaltung 61 eingegeben, und das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 61 wird in den Addierer 62 eingegeben. Das Ausgangssignal des Addierers 62 wird die Antriebssperrschaltung 7 eingegeben, in der die Richtung und die Größe der Drehkraft zuzüglich des Differentialwertes berechnet wird. Ferner wird die Drehkraft hinsichtlich des Größenverhältnisses zu den Werten L, R in Fig. 2 geprüft, und wenn die Drehkraft nach links (nach rechts) kleiner als L (R) ist, gibt die Antriebssperrschaltung 7 das Signal der Antriebssperrung nach links (nach rechts) aus. Das Sperrsignal des Antriebs nach links (nach rechts) hat die Eigenschaft, den Schalttransistor in der Antriebsschaltung 40 in bezug auf den Antrieb des Motors nach links (nach rechts) nichtleitend zu machen.
In der oben beschriebenen dritten Ausführungsform finden die Operation zur Bestimmung der Antriebsrichtung des Motorantriebs bei der Berechnung innerhalb der CPU 1 und die anderen Operationen zum Sperren des Antriebs des Motors in der Antriebsperrschaltung 7 auf der gleichen Ebene statt, in dem Sinne, daß sie den Differentialwert der Drehkraft widerspiegeln. Das heißt, die erstere wird durch die Richtung des Sollstroms bestimmt, der durch Addieren des Differentialwertes zu dem Sollstrom auf der Basis der detektierten Drehkraft berechnet wird, und die letztere durch die Drehkraft, die die Summe der detektierten Drehkraft und der Differentialdrehkraft ist. Als Folge wird die Beurteilung der Sperrung in der Antriebssperrschaltung 7 auf eine genauere Weise durchgeführt. Der Sperrbetrieb in der Antriebssperrschaltung 7 kann nämlich stattfinden, wenn der Sollstrom (das Ergebnis der Additionsoperation (54)) Null oder in der entgegengesetzten Richtung ist.
Übrigens wird bevorzugt, daß die Verstärkung der Differenzierschaltung 61 größer als die Verstärkung des Differenzierbetriebs (58) ist. Der Grund dafür ist der folgende. Im Betrieb der CPU 1 wird zu dem aus der Sollstromtabelle ausgelesenen Stromwert der Differentialwert addiert, so daß selbst wenn das detektierte Drehkraftsignal in der Totzone liegt der Solistrom nicht Null ist, sofern der Differentialwert nicht Null ist. Wenn in der Antriebssperrschaltung 7 das detektierte Drehkraftsignal in der Totzone liegt und die Drehkraft zuzüglich des Differentialwertes in der Totzone liegt, wird der Antrieb des Motors nach rechts (nach links) gesperrt, selbst wenn der Differentialwert nicht Null ist. Selbst wenn daher das detektierte Drehkraftsignal in der Totzone liegt, hat, falls der Differentialwert nicht Null ist, die Verstärkung in der Differenzierschaltung 61 die Eigenschaft, größer zu sein, so daß der Drehkraftwert zuzüglich des Differentialwertes außerhalb der Totzone liegen kann. Dadurch wird die Differentialsteuerung in der CPU 1 nicht beeinträchtigt, selbst wenn die Drehkraft in der Totzone liegt.
Fig. 10 und Fig. 11 zeigen die Signalformen der verschiedenen Abschnitte der Wellenformen entsprechend den berechneten Werten bei dem konventionellen Gerät bzw. bei dem Gerät der dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Beide Zeichnungen zeigen gemeinsam (a) die detektierten Drehkraftsignale und (b) die aus der Sollstromtabelle ausgelesenen Werte. Fig. 10 (c) zeigt das Ausgangssignal der Antriebssperrschaltung 7 in Fig. 3. Fig. 10 (d) zeigt die Ergebnisse der Additionsoperation (54) oder die Antriebsströme, bei denen der Antrieb in dem schraffierten Bereich gesperrt wird, so daß die natürlich notwendige Lenkunterstützung nicht durchgeführt werden kann, und es ist die Verschlechterung des Lenkgefühls dargestellt. Andererseits zeigt die durchgezogene Linie in Fig. 11 (c) das Ausgangssignal des Addierers 62, und das als Summe des Differentialsignals und des Drehkraftsignals (gestrichelte Linie) ausgegebene Antriebssperrsignal ist in Fig. 11 (d) gezeigt. Der resultierende Antriebsstrom ist in Fig. 11 (e) gezeigt. Kurz gesagt, die natürlich notwendige Lenkunterstützung kann durchgeführt werden.
Da die Erfindung in mehreren Formen verkörpert sein kann, ohne vom Geist ihrer wesentlichen Merkmale abzuweichen, ist die vorliegende Ausführungsform nur beispielhaft und nicht beschränkend, da der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Patentansprüche und nicht durch die vorangehende Beschreibung bestimmt wird.

Claims

1. Elektrische Servolenkung mit

einern Prozessor (1), in den ein detektiertes Signal der Lenkdrehkraft eingegeben wird und der ein Antriebssteuersignal für einen Elektromotor (5) ausgibt, der eine Lenkkraft auf der Basis der detektierten Lenkdrehkraft unterstützt, und

eine Antriebssperrschaltung (7), die ein Signal ausgibt, den Betrieb des Elektromotors (5) anzuhalten, wenn die Richtung des Antriebs des Elektromotors (5) durch den Prozessor (1) und die Richtung der detektierten Lenkdrehkraft einander entgegengesetzt sind, wobei der Prozessor (1) dafür eingerichtet ist, den normalen oder anomalen Zustand der Antriebssperrschaltung (7) zu beurteilen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (1) eine Einrichtung aufweist, die den anomalen Zustand der Antriebssperrschaltung (7) auf der Basis des Antriebssperrsignals durch die folgenden Verfahrensschritte beurteilt:

a) zu beurteilen, ob das Drehkraftsignal in der Linksantriebszone liegt oder nicht und, wenn die Antwort JA ist, mit dem Verfahrensschritt b1) fortzufahren oder, wenn die Antwort NEIN ist, mit den Verfahrensschritt b2) fortzufahren,

b1) zu beurteilen, ob ein Rechtsantriebs-Sperrsignal ausgegeben wird und, wenn die Antwort NEIN ist, mit dem Verfahrensschritt c) fortzufahren,

b2) zu beurteilen, ob ein Linksantriebs-Sperrsignal ausgegeben wird und, wenn die Antwort NEIN ist, mit dem Verfahrensschritt c) fortzufahren,

c) die Dauer dieses anomalen Zustandes zu prüfen,

d) den Verfahrensschritt (c) eine vorbestimmte Zeitspanne lang zu wiederholen,

e) und, wenn dieser anomale Zustand die vorbestimmte Zeitspanne lang angehalten hat, den anomalen Zustand zu beurteilen.

2. Elektrische Servolenkung wie in Anspruch 1 angegeben, worin vorgesehen ist:

eine Logikschaltung (21-32, 34-36, 38, 39) zum Beurteilen der Übereinstimmung zwischen dem Antriebssteuersignal, das die Antriebsrichtung des Elektromotors (5) darstellt, und dem Ausgangssignal der Antriebssperrschaltung (7), und

daß der Antrieb des Elektromotors (5) angehalten bleibt, während der durch das Beurteilungsausgangssignal der Logikschaltung (21-32, 34-36, 38, 39) detektierte anomale Zustand des Prozessors (1) eine vorbestimmte Zeitspanne lang anhält.

3. Elektrische Servolenkung wie in Anspruch 1 angegeben, worin vorgesehen sind:

eine Einrichtung (7) zum Vergleichen der detektierten Drehkraft mit einern vorbestimmten Wert, und

eine Einrichtung (7) zum Sperren des Antriebs des Elektromotors (5) in der Richtung, die der Richtung der detektierten Drehkraft entgegengesetzt ist, wenn die detektierte Drehkraft nicht kleiner als der vorbestimmte Wert ist.

4. Elektrische Servolenkung wie in Anspruch 1 angegeben, worin vorgesehen sind:

eine erste Schaltung (61) zum Berechnen eines Differentialsignals eines Signals, das der detektierten Drehkraft entspricht,

eine zweite Schaltung (62) zum Berechnen der Summe des von der ersten Schaltung (61) berechneten Differentialsignals und des Signals, das der detektierten Drehkraft entspricht, und

eine Einrichtung (7) zum Sperren des Antriebs des Elektromotors (5) auf der Basis der in der ziveiten Schaltung (62) berechneten Summe.

5. Elektrische Servolenkung wie in Anspruch 4 angegeben, worin weiterhin vorgesehen ist:

eine Differenziereinrichtung (58) zum Berechnen eines Differentialsignals der detektierten Lenkdrehkraft, und

daß der Elektromotor (5) auf der Basis der Summe des in Übereinstimmung mit der detektierten Lenkdrehkraft bestimmten Stromwertes und des Ausgangssignals der Differenziereinrichtung (58) angetrieben wird.

6. Elektrische Servolenkung wie in Anspruch 5 angegeben, worin:

die Verstärkung der ersten Schaltung (61) größer als die Verstärkung der Differenziereinrichtung (58) ist.