DE69613808T2

DE69613808T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE69613808T2
Application number: DE69613808T
Authority: DE
Inventors: Ken Fukuda; Hirofumi Matsuoka; Yasuji Noritou
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: EP0788965A2; DE69613808D1; EP0788965B1; JPH0971252A; US5835872A; JP3521248B2; EP0788965A3

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer elektrischen Servolenkung.

Beschreibung des Standes der Technik

In einer herkömmlichen elektrischen Servolenkung wird ein Servolenkungsmotor so geregelt, daß er auf der Basis eines Stromzielwerts des Servolenkungsmotors, welcher auf der Basis eines Lenkdrehmoments festgelegt wird, und eines Antriebsstroms des Servolenkungsmotors angetrieben wird. Eine Regeleinheit, in der eine schnelle Ansprechleistung erforderlich ist, ist aus einem Mikrocomputer aufgebaut.
In dieser herkömmlichen elektrischen Servolenkung sind die Kennlinien des Stromzielwerts des Servolenkungsmotors zum Lenkdrehmoment in einem ROM in der Struktur einer Datentabelle gespeichert, und der Mikrocomputer berechnet den Stromzielwert des Servolenkungsmotors. Der Mikrocomputer führt auch einen Prozeß durch, um eine Differenz eines Werts des tatsächlich fließenden Stroms vom Stromzielwert des Servolenkungsmotors für den Zweck der Rückführungsregelung zu erhalten.
Wenn der vorstehend erwähnte Prozeß mit schlechter Ansprechempfindlichkeit durchgeführt wird, fühlt man sich beim Lenken unzufrieden. Daher ist der verwendete Mikrocomputer teuer, um die Notwendigkeit für eine hohe Leistung (hohe Geschwindigkeit) zu erfüllen, damit er zur Verwendung in Prozessen, in denen schnell reagiert werden muß, widerstandsfähig ist. Dies erhöht die Produktionskosten.
Eine Begrenzerschaltung, die eine analoge Schaltung verwendet, wird verwendet, um zu verhindern, daß zu viel Strom fließt, für den Zweck, den Servolenkungsmotor zu schützen. Ein Grenzwert des Stroms ist festgelegt und kann nicht gemäß den Fahrbedingungen eines Fahrzeugs, wie z.B. einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder eines Zustands, wenn das Fahrzeug stoppt, verändert werden.
Eine Servolenkung mit den im Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 angeführten Merkmalen ist aus EP 0 460 406 bekannt, wobei die sogenannte Indikatorstromfunktionseinheit die Rolle einer Knicklinienfunktionsschaltung und einer Verstärkungsschaltung übernimmt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wurde ausgedacht, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen und eine Alternative für die aus EP 0 460 406 bekannte Vorrichtung anzubieten, welche dieselben oder ähnliche Effekte mit einer verbesserten Funktionalität und verringerten Produktionskosten bereitstellt. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Servolenkung bereitzustellen, die das sanfte Gefühl beim Lenken weiter verbessern kann, während die Produktionskosten verringert werden.
Eine erfindungsgemäße elektrische Servolenkung weist die im beigefügten Anspruch 1 angeführten Merkmale auf.
Das aus der Knicklinienfunktionsschaltung ausgegebene Knicklinienfunktionssignal ist ein Hauptfaktor zum Synthetisieren von vorbestimmten Kennlinien zwischen dem Lenkdrehmoment und dem Stromzielwert des Servolenkungsmotors. Das von der Polaritätsumkehrschaltung durch Umkehren der Polarität des Knicklinienfunktionssignals erhaltene und ausgegebene Signal ist ein Faktor zum Ändern der Steigung des vorstehend erwähnten Knicklinienfunktionssignals, dem die vorbestimmte Verstärkung erteilt wird.
Die Additionsschaltung gibt den Additionswert als Motorstromzielwert auf der Basis der in Fig. 1 gezeigten Kennlinien zwischen dem Lenkdrehmoment und dem Stromzielwert des Servolenkungsmotors aus. Hier ist das von der ersten Dämpfungsvorrichtung ausgegebene Signal ein Faktor zum Erteilen der Steigung eines Bereichs "a", wo das Lenkdrehmoment fast 0 ist, in den vorbestimmten Kennlinien zwischen dem Lenkdrehmoment und dem Stromzielwert des Servolenkungsmotors.
Folglich wird in der elektrischen Servolenkung ein schnelles Ansprechen erhalten. Die Lenksanftheit wird auch verbessert und die Auflösung des Drehmomenterfassungssignals wird verbessert, wodurch das Regelungsrauschen verringert wird. Ferner ist ein kostengünstiger Mikrocomputer verwendbar, um dadurch die Produktionskosten zu senken.
Im Stand der Technik ist die niedrigste Verstärkung eines Bereichs "b", wo das Lenkdrehmoment groß ist, sowohl in der Richtung im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn gleich der Verstärkung des Bereichs "a", wo das Lenkdrehmoment fast 0 ist, in den Kennlinien zwischen dem Lenkdrehmoment und dem Stromzielwert des Servolenkungsmotors, so daß die erhaltenen Kennlinien in einem engen Bereich liegen. Die Bereitstellung der Polaritätsumkehrschaltung zum Berechnen des Zielwerts ermöglicht jedoch, daß die Verstärkung des Bereichs "b" frei verändert wird, wodurch der erhaltene Kennlinienbereich erweitert wird. Folglich ist die elektrische Servolenkung umfangreicher auf Arten von Fahrzeugen anwendbar.
Die elektrische Servolenkung umfaßt ferner auch eine Differentialschaltung zum Differenzieren des Drehmomenterfassungssignals und zum Ausgeben des Ergebnisses an die Polaritätsumkehrschaltung, wobei die Additionsschaltung das Ausgangssignal der Polaritätsumkehrschaltung mit einer vorbestimmten Rate dämpft, das gedämpfte Signal, das Ausgangssignal der Dämpfungsvorrichtung und das Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung addiert und den Additionswert als Zielwert ausgibt.
In der elektrischen Servolenkung wird eine Phasenkompensation unter Verwendung des von der Differentialschaltung differenzierten Signals zur Berechnung des Zielwerts durchgeführt. Dies verbessert die Ansprechverzögerung und macht eine Trägheitsregelung zum Negieren einer Gewichtslast des Motors stabil, um Vibrationen eines Lenkrades zu unterdrücken.
Die elektrische Servolenkung umfaßt ferner eine Verstärkungsfestlegungsvorrichtung zum Festlegen der Verstärkung auf der Basis der Fahrbedingung des Fahrzeugs, wobei die Verstärkungsschaltung die von der Verstärkungsfestlegungsvorrichtung festgelegte Verstärkung dem Knicklinienfunktionssignal erteilt.
In dieser elektrischen Servolenkung legt die Verstärkungsfestlegungsvorrichtung im Mikrocomputer die Verstärkung auf der Basis der Fahrbedingung des Fahrzeugs, wie z.B. der Fahrzeugfahrgeschwindigkeit oder des Stoppzustands usw., fest. Der Prozeß, der im Stand der Technik vom Mikrocomputer bearbeitet wurde, wird überdies von der Verstärkungsschaltung einer analogen Schaltung durchgeführt. Dies kann die Belastung des Mikrocomputers erleichtern. Wenn das Widerstandsverhältnis von geteilten Widerständen zum Festlegen der Verstärkung in der Verstärkungsschaltung beispielsweise 1 : 2 : 4 : 8 ist, kann eine Fahrzeuggeschwindigkeitskennlinie (Verstärkung) der elektrischen Servolenkung mit gleicher Breite realisiert werden.
Es ist auch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Servolenkung bereitzustellen, in der ein Grenzwert einer Begrenzerschaltung in Übereinstimmung mit der Fahrbedingung eines Fahrzeugs verändert werden kann.
In einer elektrischen Servolenkung der Erfindung werden obere/untere Grenzwerte, die im Stand der Technik festgelegte Werte waren, auf der Basis der Fahrbedingung des Fahrzeugs, wie z.B. der Fahrgeschwindigkeit und des Stoppzustands usw., durch eine Festlegungsvorrichtung Ihr einen oberen/unteren Grenzwert in einem Mikrocomputer festgelegt, und eine Begrenzerschaltung begrenzt einen Motorstromzielwert durch die oberen/unteren Grenzwerte. Auf diese Weise kann der Grenzwert der Begrenzerschaltung, der im Stand der Technik festgelegt war, verändert werden.
Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen genauer ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur. 1 ist ein Kennliniendiagramm eines Lenkdrehmoments und eines Stromzielwerts eines Servolenkungsmotors;
Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Struktur einer elektrischen Servolenkung der Erfindung zeigt;
Fig. 3A ist ein Kennliniendiagramm eines Drehmomenterfassungssignals;
Fig. 3B ist ein Kennliniendiagramm eines Ausgangssignals einer Knicklinienfunktionsschaltung;
Fig. 3C ist ein Kennliniendiagramm eines Ausgangssignals einer Verstärkungsveränderungsschaltung;
Fig. 4A ist ein Kennliniendiagramm eines Ausgangssignals einer Polaritätsumkehrschaltung;
Fig. 4B ist ein Kennliniendiagramm eines Motorzielstromsignals;
Fig. 5 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Knicklinienfunktionsschaltung, einer Phasenkompensationsschaltung, der Polaritätsumkehrschaltung, der Verstärkungsveränderungsschaltung, einer Additionsschaltung und einer Begrenzerschaltung zeigt;
Fig. 6 ist ein Schaltplan, der ein weiteres Beispiel der Begrenzerschaltung zeigt; und
Fig. 7 ist ein Kennliniendiagramm der Begrenzerschaltung von Fig. 6.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen mit Bezug auf die Zeichnungen, die ihre Ausführungsbeispiele zeigen, beschrieben.
Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Beispiel der Struktur einer elektrischen Servolenkung der Erfindung zeigt. In dieser elektrischen Servolenkung wird ein Drehmomenterfassungssignal, das aus einem Drehmomentsensor 1 zum Erfassen eines Lenkdrehmoments, der an einer Lenksäule angeordnet ist, ausgegeben wird, in eine Knicklinienfunktionsschaltung 2, eine Phasenkompensationsschaltung (Differentialschaltung) 3, einen Mikrocomputer 22 und eine Phasenkompensationsschaltung (Differentialschaltung) 11 eingegeben und auch über einen Widerstand (erste Dämpfungsvorrichtung) 6 in eine Additionsschaltung 7 eingegeben.
Ein Knicklinienfunktionssignal, das aus der Knicklinienfunktionsschaltung 2 ausgegeben wird, wird zu einer Verstärkungsveränderungsschaltung (Verstärkungsschaltung) 5 und einer Polaritätsumkehrschaltung 4 geliefert, und zur Polaritätsumkehrschaltung 4 wird auch ein differenziertes Signal des aus der Phasenkompensationsschaltung 3 ausgegebenen Drehmomenterfassungssignals geliefert.
Ferner wird das Drehmomenterfassungssignal durch die Phasenkompensationsschaltung 3 differenziert und hinsichtlich der Polarität umgekehrt, dann durch die Polaritätsumkehrschaltung 4 wieder hinsichtlich der Polarität umgekehrt, damit es in die ursprüngliche Polarität zurückgeführt wird. Die Verstärkungsveränderungsschaltung 5 legt eine Verstärkung auf der Basis eines Befehls von einer Verstärkungsfestlegungseinheit 20 des Mikrocomputers 22 fest, verstärkt das Knicklinienfunktionssignal gemäß der Verstärkung und gibt das erhaltene Signal an die Additionsschaltung 7 aus.
Die Polaritätsumkehrschaltung 4 addiert das Knicklinienfunktionssignal und das differenzierte Signal des Drehmomenterfassungssignals, kehrt das addierte Signal hinsichtlich der Polarität um und liefert das erhaltene Signal zu einem Widerstand (zweite Dämpfungsvorrichtung) 76. Der Widerstand 76 dämpft ein Ausgangssignal aus der Polaritätsumkehrschaltung 4 mit einer vorbestimmten Rate und liefert das gedämpfte Signal zur Additionsschaltung 7. Die Additionsschaltung 7 addiert das durch den Widerstand 76 gedämpfte Signal, das Drehmomenterfassungssignal, das mit einer vorbestimmten Rate durch den Widerstand 6 gedämpft wird, und ein Ausgangssignal der Verstärkungsveränderungsschaltung 5, und gibt das erhaltene Signal an eine Begrenzerschaltung 8 als Stromzielwert für einen Servolenkungsmotor 24 aus. Die Begrenzerschaltung 8 legt obere/untere Grenzwerte des Stromzielwerts des Motors 24 fest, begrenzt den Stromzielwert des Motors 24 durch die oberen/unteren Grenzwerte und gibt den Wert an eine Differenzverstärkungsschaltung 9 aus.
Die Differenzverstärkungsschaltung 9 gibt ein Signal entsprechend einer Differenz eines Motorstromwerts, der von einer Motorstromerfassungsschaltung 26 erfaßt wird, vom Stromzielwert des Motors 24 an eine Motorantriebsschaltung 23 aus. Die Motorantriebsschaltung 23 treibt den Motor 24 mit PWM (Impulswellenmodulation [Impulsbreitenmodulation]) gemäß dem Signal von der Differenzverstärkungsschaltung 9 an. Die Motorstromerfassungsschaltung 26 erfaßt den Motorstrom von einer Spannung an beiden Enden eines Widerstandes 25, der zwischen die Motorantriebsschaltung 23 und einen Erdanschluß geschaltet ist, und gibt das Motorstromerfassungssignal an die Differenzverstärkungsschaltung 9 aus.
Ferner wird noch das Drehmomenterfassungssignal vom Drehmomentsensor 1, das in den Mikrocomputer 22 eingegeben wird, durch einen A/D-Wandler 10 in ein digitales Signal umgewandelt und dann einer Motorstromzielwert-Festlegungseinheit 12 übergeben. Die Motorstromzielwert-Festlegungseinheit 12 legt den Motorstromzielwert auf der Basis einer Datentabelle, die Kennlinien zwischen Lenkdrehmomenten und Motorstromzielwerten für jede Verstärkung speichert, und eines Befehlswerts aus der Verstärkungsfestlegungseinheit 20 fest, und liefert den Wert zu einer Additionseinheit 13.
Überdies wird das Drehmomenterfassungssignal vom Drehmomentsensor 1 durch die Phasenkompensationsschaltung 11 differenziert und hinsichtlich der Polarität umgekehrt und dann durch einen A/D-Wandler 27 in ein digitales Signal umgewandelt. Danach wird das digital Signal durch eine Polaritätsumkehreinheit 28 hinsichtlich der Polarität umgekehrt und zur Additionseinheit 13 geliefert. Die Additionseinheit 13 addiert das Signal von der Motorstromzielwert-Festlegungseinheit 12 zum Signal von der Polaritätsumkehreinheit 28 und gibt das Ergebnis an eine Vergleichseinheit 14 aus. Wenn der Stromzielwert des Motors 24, der durch einen A/D-Wandler 15 in ein digitales Signal umgewandelt wird, von der Additionsschaltung 7 zur Vergleichseinheit 14 geliefert wird, vergleicht die Vergleichseinheit 14 den Stromzielwert mit dem Stromzielwert von der Additionseinheit 13 und liefert das Ergebnis des Vergleichs zu einer Anormalitätsbeurteilungseinheit 21. Die Anormalitätsbeurteilungseinheit 21 beurteilt die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Anormalität aus dem Ergebnis. Wenn die Anormalitätsbeurteilungseinheit 21 beurteilt, daß eine Anormalität vorliegt, wird eine Diagnoseanzeigelampe eingeschaltet.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal wird von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 an den Mikrocomputer 22 gegeben. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Berechnungseinheit 17 in ein digitales Signal umgewandelt und dann zur Verstärkungsfestlegungseinheit 20 und zu einer Festlegungseinheit 18 für einen oberen/unteren Grenzwert geliefert. Die Verstärkungsfestlegungseinheit 20 legt eine Verstärkung der Verstärkungsveränderungsschaltung 5 und eine Kenlinie der Motorstromzielwert-Festlegungseinheit 12 auf der Basis des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals fest, und die festgelegte Verstärkung eines digitalen 4-Bit-Signals wird der Verstärkungsveränderungsschaltung 5 und der Motorstromzielwert-Festlegungseinheit 12 zugeführt. Die Festlegungseinheit 18 für einen oberen/unteren Grenzwert legt obere/untere Grenzwerte der Begrenzerschaltung 8 fest und befiehlt der Begrenzerschaltung 8 die festgelegten oberen/unteren Grenzwerte über einen D/A-Wandler 19.
Nachstehend wird der Betrieb der elektrischen Servolenkung mit der vorstehend angeführten Konfiguration beschrieben.
Das Drehmomenterfassungssignal vom Drehmomentsensor 1, wie in Fig. 3A gezeigt, wird zur Knicklinienfunktionsschaltung 2, zur Phasenkompensationsschaltung 3, zum Mikrocomputer 22 und zur Phasenkompensationsschaltung 11 geliefert und über den Widerstand 6 zur Additionsschaltung 7 geliefert.
Das aus der Knicklinienfunktionsschaltung 2 ausgegebene Knicklinienfunktionssignal weist eine Kennlinie in Form einer Knicklinie auf, wie in Fig. 3B gezeigt, und es wird an die Verstärkungsveränderungsschaltung 5 und die Polaritätsumkehrschaltung 4 angelegt. Zur Polaritätsumkehrschaltung 4 wird das differenzierte Signal des Drehmomenterfassungssignals geliefert, das aus der Phasenkompensationsschaltung 3 ausgegeben wird. Die Verstärkungsveränderungsschaltung 5 legt die Verstärkung auf der Basis des Befehls der Verstärkungsfestlegungseinheit 20 fest, verstärkt das Knicklinienfunktionssignal mit der Verstärkung und gibt das Ergebnis an die Additionsschaltung 7 aus. Das Ausgangssignal der Verstärkungsveränderungsschaltung 5 kann in der Kennlinie durch Verändern der Verstärkung, wie in Fig. 3C gezeigt, verändert werden.
Die Polaritätsumkehrschaltung 4 addiert das Knicklinienfunktionssignal zum differenzierten Signal des Drehmomenterfassungssignals, kehrt das addierte Signal hinsichtlich der Polarität um und liefert das erhaltene, hinsichtlich der Polarität umgekehrte Signal, wie in Fig. 4A gezeigt, zum Widerstand 76. Der Widerstand 76 dämpft das Ausgangssignal der Polaritätsumkehrschaltung 4 mit der vorbestimmten Rate und liefert das gedämpfte Signal zur Additionsschaltung 7. Die Additionsschaltung 7 addiert das durch den Widerstand 76 gedämpfte Signal, das Drehmomenterfassungssignal, das mit der vorbestimmten Rate durch den Widerstand 6 gedämpft wird, und das Ausgangssignal der Verstärkungsveränderungsschaltung 5 und gibt das in Fig. 4B gezeigte addierte Signal als Stromzielwert des Motors 24 aus. In der in Fig. 4B gezeigten Kennlinie des Stromzielwerts wird die Steigung eines mittleren Bereichs durch den Wert des Widerstandes 6 festgelegt. Da das gedämpfte Signal des Ausgangssignals von der Polaritätsumkehrschaltung 4 addiert wird, kann die Kennlinie freier verändert werden.
Der Stromzielwert des Motors 24, der von der Additionsschaltung 7 ausgegeben wird, wird in die Begrenzerschaltung 8 eingegeben. Die Begrenzerschaltung 8 legt die oberen/unteren Grenzwerte des Stromzielwerts des Motors 24 auf der Basis des Befehls von der Festlegungseinheit 18 für einen oberen/unteren Grenzwert fest, begrenzt den Stromzielwert des Motors 24 durch die oberen/unteren Grenzwerte und gibt den Wert an die Differenzverstärkungsschaltung 9 aus. Die oberen/unteren Grenzwerte weisen dieselbe Breite über eine vorbestimmte Bezugsspannung als mittleren Wert auf.
Die Differenzverstärkungsschaltung 9 gibt das Signal entsprechend der Differenz zwischen dem Stromzielwert des Motors 24 und dem Motorstrom von der Motorstrom- Erfassungsschaltung 26 an die Motorantriebsschaltung 23 aus. Die Motorantriebsschaltung 23 treibt den Motor 24 mit PWM gemäß dem Signal von der Differenzverstärkungsschaltung 9 an. Die Motorstrom-Erfassungsschaltung 26 erfaßt den Motorstrom von der Spannung an beiden Enden des Widerstandes 25, zu dem derselbe Strom wie jener im Motor 24 fließt, und gibt das Erfassungssignal des Motorstroms an die Differenzverstärkungsschaltung 9 aus.
Da der Betrieb des Mikrocomputers 22 derselbe ist wie der bei der vorstehend erwähnten Anordnung beschriebene Betrieb, wird auf dessen Beschreibung verzichtet.
Fig. 5 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Knicklinienfunktionsschaltung 2, der Phasenkompensationsschaltung 3, der Polaritätsumkehrschaltung 4, der Verstärkungsveränderungsschaltung 5, der Additionsschaltung 7 und der Begrenzerschaltung 8 zeigt.
In der Knicklinienfunktionsschaltung 2 wird das Drehmomenterfassungssignal vom Drehmomentsensor 1 über Widerstände 47 und 57 in invertierende Eingangsanschlüsse von Operationsverstärkern 46 und 56 eingegeben.
Eine konstante Spannung von 2,5 V wird über einen Widerstand 48 an einen nicht- invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 46 angelegt und ein Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 46 ist mit einer Anode einer Diode 49 verbunden. Eine Kathode der Diode 49 ist über einen Widerstand 43 mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 46 verbunden. Die Widerstände 47 und 43 sind so festgelegt, daß sie denselben Wert aufweisen. Eine Anode einer Diode 44 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 46 verbunden. Die Diode 44 ist in Durchlaßrichtung mit einer Diode 45 verbunden, deren Kathode mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 46 verbunden ist. Eine geteilte Spannung einer Spannungsteilerschaltung mit einer konstanten Spannung von 5 V mit Widerständen 40 und 41 wird über einen Widerstand 42 an den invertierenden Eingangsanschluß angelegt.
Eine konstante Spannung von 2,5 V wird über einen Widerstand 58 an einen nicht- invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 56 angelegt und ein Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 56 ist mit einer Kathode einer Diode 59 verbunden, deren Anode über einen Widerstand 53 mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 56 verbunden ist. Die Widerstände 57 und 53 sind so festgelegt, daß sie denselben Wert aufweisen. Eine Kathode einer Diode 54 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 56 verbunden. Die Diode 54 ist in Durchlaßrichtung mit einer Diode 55 verbunden, deren Anode mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 56 verbunden ist. Eine geteilte Spannung einer Spannungsteilerschaltung mit einer konstanten Spannung von 5 V mit Widerständen 50 und 51 wird über einen Widerstand 52 an den invertierenden Eingangsanschluß angelegt.
Die zwei Schaltungen, die im wesentlichen die vorstehend erwähnten Operationsverstärker 46 und 56 umfassen, sind ideale Dioden mit zueinander entgegengesetzten Kennlinien, wobei negative Rückführungsspannungen jeweils durch die Spannungsteilerschaltungen (40 und 41/50 und 51) eingestellt werden und Vorspannungen von 2,5 V angelegt werden.
Die Ausgangssignale dieser idealen Dioden werden über Widerstände 60 und 61 addiert und über einen Widerstand 63 in einen invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 64 eingegeben.
Eine konstante Spannung von 2,5 V wird an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 64 angelegt und ein Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 64 ist über einen Widerstand 62 und den Widerstand 63 mit dessen invertierendem Eingangsanschluß verbunden. Die Schaltung, die im wesentlichen aus dem Operationsverstärker 64 besteht, ist eine invertierende Verstärkungsschaltung mit einer Umkehrspannung von 2,5 V.
In dem Fall, in dem die geteilten Spannungen der Spannungsteilerschaltungen (40 und 41/50 und 51) in der Knicklinienfunktionsschaltung 2 jeweils 2,8 V und 2,2 V betragen, gibt der Operationsverstärker 46 eine negative Spannung aus, wenn das Drehmomenterfassungssignal 2,2 bis 2,8 V beträgt, da die Spannung des invertierenden Eingangsanschlusses des Operationsverstärkers 46 eine überwiegende Tendenz zeigt, erhöht zu werden, so daß sie höher ist als die Spannung von 2,5 V, aufgrund des virtuellen Kurzschlusses durch die geteilte Spannung von 2,8 V. In diesem Fall gibt der Operationsverstärker 56 eine positive Spannung aus, da die Spannung des invertierenden Eingangsanschlusses des Operationsverstärkers 56 überwiegend wahrscheinlich gesenkt wird, so daß sie niedriger ist als die Spannung von 2,5 V, aufgrund des virtuellen Kurzschlusses durch die geteilte Spannung von 2,2 V. Folglich geben die Operationsverstärker 46 und 56 von idealen Dioden 2,5 V aus.
Der Operationsverstärker 46 gibt eine positive Spannung aus, wenn das Drehmomenterfassungssignal niedriger ist als 2,2 V, da der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 46 überwiegend gewöhnlich auf eine niedrigere Spannung als die Spannung von 2,5 V gesenkt wird. Folglich gibt der Operationsverstärker 46 der idealen Diode eine höhere Spannung aus, wenn das Drehmomenterfassungssignal gesenkt wird.
Der Operationsverstärker 56 gibt eine negative Spannung aus, wenn das Drehmomenterfassungssignal höher ist als 2,8 V, da der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 56 überwiegend dazu neigt, auf eine höhere Spannung als die Spannung von 2,5 V angehoben zu werden. Folglich gibt der Operationsverstärker 56 der idealen Diode gemäß der Zunahme des Drehmomenterfassungssignals eine niedrigere Spannung aus.
Die invertierende Verstärkungsschaltung mit dem Operationsverstärker 64 kehrt die Ausgangssignale der Operationsverstärker 46 und 56 der vorstehend erwähnten idealen Diode hinsichtlich der Polarität mit der Umkehrspannung von 2,5 V um. Daher weist die Knicklinienfunktionsschaltung 2 einen unempfindlichen Bereich (2, 2 bis 2,8 V), der durch die geteilte Spannung der Spannungsteilerschaltungen (40 und 41 / 50 und 51) festgelegt ist, dessen Zentrum bei 2,5 V liegt, wie in Fig. 3B gezeigt, und eine Eingangs-Ausgangs-Kennlinie mit einer polygonalen Linienform, die eine Rotationssymmetrie von 180º zeigt, auf.
In der Phasenkompensationsschaltung 3 wird das Drehmomenterfassungssignal vom Drehmomentsensor 1 über einen Widerstand 71 und einen Kondensator 72 in einen invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 74 eingegeben. Eine konstante Spannung von 2,5 V wird über einen Widerstand 73 an einen nicht- invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 74 angelegt, und der Operationsverstärker 74 wird über eine parallele Schaltung mit einem Widerstand 70 und einem Kondensator 69 gegengekoppelt. Die Phasenkompensationsschaltung 3 ist eine Differentialschaltung zum Umkehren der Polarität des Drehmomenterfassungssignals vom Drehmomentsensor 1, zum Differenzieren des Ergebnisses und zum Ausgeben des differenzierten Signals über einen Widerstand 75 an die Polaritätsumkehrschaltung 4.
In der Polaritätsumkehrschaltung 4 werden das differenzierte Signal des Drehmomenterfassungssignals von der Phasenkompensationsschaltung 3 und das Ausgangssignal der Knicklinienfunktionsschaltung 2, das über einen Widerstand 65 eingegeben wird, addiert und das Ergebnis wird über einen Widerstand 67 in einen invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 68 eingegeben. Eine konstante Spannung von 2,5 V wird an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 68 angelegt und der Operationsverstärker 68 wird über einen Widerstand 66 und den Widerstand 67 gegengekoppelt. Die Polaritätsumkehrschaltung 4 ist eine invertierende Verstärkungsschaltung mit einer Umkehrspannung von 2,5 V, die das differenzierte Signal des Drehmomenterfassungssignals und das Ausgangssignal der Knicklinienfunktionsschaltung 2 addiert, die Polarität des addierten Signals umkehrt und das Ergebnis über den Widerstand 76 an die Additionsschaltung 7 ausgibt.
In der Verstärkungsveränderungsschaltung 5 wird das Ausgangssignal der Knicklinienfunktionsschaltung 2 in einen analogen Schaltkreis eingegeben, in dem vier Reihenschaltungen jeweils mit Schaltkreisen 78, 79, 80 und 81 und Widerständen 82, 83, 84 und 85 und ein Widerstand 77 parallel geschaltet sind. Ein Ausgangssignal des analogen Schaltkreises wird in einen invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 88 über einen Widerstand 87 in der Additionsschaltung 7 eingegeben. Die Schaltkreise 78, 79, 80 und 81 werden auf der Basis des Verstärkungsbefehlssignals von der Verstärkungsfestlegungseinheit 20 im Mikrocomputer 22 geöffnet/geschlossen, wodurch die Verstärkung festgelegt wird.
Wenn in der Verstärkungsveränderungsschaltung 5 das Verhältnis der Widerstände 82, 83, 84 und 85 so festgelegt ist, daß es 1 : 2 : 4 : 8 ist, kann die Fahrzeuggeschwindigkeitskennlinie (Verstärkung) der Vorrichtung mit gleicher Breite realisiert werden.
Eine konstante Spannung von 2,5 V wird an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 88 angelegt, und der Operationsverstärker 88 wird über einen Widerstand 89 und den Widerstand 87 gegengekoppelt. Die Schaltung, die im wesentlichen aus dem Operationsverstärker 88 besteht, ist eine invertierende Verstärkungsschaltung mit einer Umkehrspannung von 2,5 V.
Die invertierende Verstärkungsschaltung addiert das Drehmomenterfassungssignal, das mit der vorbestimmten Rate durch den Widerstand 6 gedämpft wird, das Ausgangssignal der Verstärkungsveränderungsschaltung 5 und das Ausgangssignal der Polaritätsumkehrschaltung 4, das mit der vorbestimmten Rate durch den Widerstand 76 gedämpft wird, invertiert und verstärkt das addierte Signal, und gibt dann das Ergebnis als Zielstromwert des Motors 24 aus.
In der Begrenzerschaltung 8 wird das Begrenzersignal von der Festlegungseinheit 18 für einen oberen/unteren Grenzwert im Mikrocomputer 22 über Widerstände 91 und 99 in invertierende Eingangsanschlüsse von Operationsverstärkern 92 und 100 eingegeben.
Eine konstante Spannung von 2,5 V wird an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 92 angelegt und der Operationsverstärker 92 wird über einen Widerstand 93 gegengekoppelt. Die Schaltung, die im wesentlichen aus dem Operationsverstärker 92 besteht, ist eine invertierende Verstärkungsschaltung mit einer Umkehrspannung von 2,5 V. Ein Ausgangssignal der invertierenden Verstärkungsschaltung wird über einen Widerstand 94 in einen invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 95 eingegeben.
Im Operationsverstärker 100 wird eine konstante Spannung von 2,5 V an einen nicht- invertierenden Eingangsanschluß desselben angelegt und ein Ausgangsanschluß desselben ist mit einer Kathode einer Diode 103 verbunden. Eine Anode der Diode 103 ist über einen Widerstand 102 mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 100 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß ist mit einer Kathode einer Diode 101 verbunden, und der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 100 ist mit einer Anode der Diode 101 verbunden.
An einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 95 wird eine konstante Spannung von 2,5 V angelegt und ein Ausgangsanschluß desselben ist mit einer Anode einer Diode 98 verbunden. Eine Kathode der Diode 98 ist über einen. Widerstand 97 an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 95 angelegt. Der invertierende Eingangsanschluß ist mit einer Anode einer Diode 96 verbunden, und der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 95 ist mit einer Kathode der Diode 96 verbunden.
Die Schaltungen, die im wesentlichen die Operationsverstärker 100 und 95 umfassen, sind ideale Dioden mit zueinander entgegengesetzten Kennlinien, an die Vorspannungen von 2,5 V angelegt werden.
Die Kathode der Diode 98 und die Anode der Diode 103 sind über einen Widerstand 90 mit einem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 88 verbunden. Ein gemeinsamer Anschlußpunkt der Kathode der Diode 98, der Anode der Diode 103 und des Widerstandes 90 ist ein Ausgangsanschluß der Begrenzerschaltung.
Das Verhältnis des Widerstandes 94 und der Summe der Widerstände 97 und 90 ist auf 2 : 1 festgelegt. Das Verhältnis des Widerstandes 99 und der Summe der Widerstände 102 und 90 ist auf 2 : 1 festgelegt.
In der Begrenzerschaltung 8 gibt der Operationsverstärker 92 5,5 V aus, wenn das Begrenzersignal von der Festlegungseinheit 18 für den oberen/unteren Grenzwert im Mikrocomputer 22 beispielsweise -0,5 V ist und die Werte der Widerstände 91 und 93 einander gleich sind. Zu diesem Zeitpunkt empfangen die idealen Dioden, die im wesentlichen die Operationsverstärker 95 und 100 umfassen, Eingangsspannungen von 5,5 V bzw. -0,5 V.
Wenn in diesem Einstellungszustand die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 88 l bis 4 V beträgt, gibt der Operationsverstärker 95 eine negative Spannung aus, da der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 95 überwiegend dazu neigt, auf eine höhere Spannung als die Spannung von 2,5 V angehoben zu werden, aufgrund des virtuellen Kurzschlusses durch die Eingangsspannung von 5,5 V. Folglich wird die Diode 96 durchgesteuert und die Diode 98 wird gesperrt.
In diesem Fall gibt der Operationsverstärker 100 eine positive Spannung aus, da der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 100 überwiegend dazu neigt, auf eine niedrigere Spannung als die Spannung von 2,5 V gesenkt zu werden, aufgrund des virtuellen Kurzschlusses durch die Eingangsspannung von -0,5 V. Folglich wird die Diode 101 durchgesteuert und die Diode 103 wird gesperrt.
Folglich üben die Operationsverstärker 95 und 100 der idealen Dioden keine Einflüsse auf die Ausgangsspannung der Begrenzerschaltung 8 durch den Spannungsabfall der Widerstände 97 und 102 aus. Die Ausgangsspannung der Begrenzerschaltung 8 ist gleich der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 88, die von dem Spannungsabfall des Widerstandes 90 beeinflußt wird.
Wenn die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 88 niedriger ist als 1 V, gibt der Operationsverstärker 95 eine positive Spannung aus, da der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 95 überwiegend dazu neigt, auf eine niedrigere Spannung als die Spannung von 2,5 V gesenkt zu werden, aufgrund des virtuellen Kurzschlusses. Folglich wird die Diode 96 gesperrt und die Diode 98 wird durchgesteuert.
Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 95 der idealen Diode auf etwa 1 V gehalten, wodurch die Ausgangsspannung der Begrenzerschaltung 8 auch auf etwa 1 V gehalten wird.
Hier gibt der Operationsverstärker 100 eine positive Spannung aus, da der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 100 überwiegend dazu neigt, auf eine niedrigere Spannung als die Spannung von 2,5 V gesenkt zu werden, aufgrund des virtuellen Kurzschlusses. Folglich wird die Diode 101 durchgesteuert und die Diode 103 wird gesperrt. Der Operationsverstärker 100, der die ideale Diode bildet, übt keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung der Begrenzerschaltung 8 aufgrund des Spannungsabfalls des Widerstandes 102 aus.
Wenn die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 88 höher ist als 4 V, gibt der Operationsverstärker 100 eine negative Spannung aus, da der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 100 überwiegend dazu neigt, auf eine höhere Spannung als die Spannung von 2,5 V angehoben zu werden, aufgrund des virtuellen Kurzschlusses. Folglich wird die Diode 101 gesperrt und die Diode 103 wird durchgesteuert. Folglich wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 100 der idealen Diode auf etwa 4 V gehalten, und die Ausgangsspannung der Begrenzerschaltung 8 wird auch auf etwa 4 V gehalten.
Hier gibt der Operationsverstärker 95 eine negative Spannung aus, da der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 95 überwiegend dazu neigt, auf eine höhere Spannung als die Spannung von 2,5 V angehoben zu werden, aufgrund des virtuellen Kurzschlusses. Folglich wird die Diode 96 durchgesteuert und die Diode 98 wird gesperrt. Der Operationsverstärker 95 der idealen Diode übt keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung der Begrenzerschaltung 8 aufgrund des Spannungsabfalls des Widerstandes 97 aus.
Folglich kann die Begrenzerschaltung 8 die oberen/unteren Grenzwerte mit gleicher Breite von 2,5 V beabstandet festlegen.
Fig. 6 ist ein Schaltplan, der ein weitres Beispiel der Begrenzerschaltung zeigt.
In dieser Begrenzerschaltung 8a wird das Begrenzersignal von der Festlegungseinheit 18 für einen oberen/unteren Grenzwert im Mikrocomputer 22 über einen Widerstand 106 in einen invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 107 eingegeben. Eine konstante Spannung von 2,5 V wird an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 107 angelegt und der Operationsverstärker 107 wird über einen Widerstand 108 einer Gegenkopplung unterzogen. Die Schaltung, die im wesentlichen den Operationsverstärker 107 umfaßt, ist eine invertierende Verstärkungsschaltung mit einer Umkehrspannung von 2,5 V. Ein Ausgangssignal der invertierenden Verstärkungsschaltung wird in einen invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 104 und in einen invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 110 über einen Widerstand 109 eingegeben.
An einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 110 wird eine konstante Spannung von 2,5 V angelegt und ein Ausgangsanschluß desselben ist mit einer Anode einer Diode 113 verbunden. Eine Kathode der Diode 113 ist über einen Widerstand 112 mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 110 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß ist mit einer Anode einer Diode 111 verbunden und der Ausgangsanschluß ist mit einer Kathode der Diode 111 verbunden.
Ein Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 104 ist mit einer Basis eines NPN- Transistors 105 verbunden, dessen Emitter geerdet ist, und dessen Kollektor mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 104 verbunden ist.
Die Kathode der Diode 113 und der Kollektor des NPN-Transistors 105 sind über den Widerstand 90 mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 88 verbunden.
In der Begrenzerschaltung 8a sind die Widerstände 106 und 108 so festgelegt, daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 107 4 V beträgt, wenn das Begrenzersignal von der Festlegungseinheit 18 für den oberen/unteren Grenzwert im Mikrocomputer 22 beispielsweise 0 V beträgt. Die Widerstände 109 und 112 sind so festgelegt, daß sie einen gleichen Wert aufweisen.
Wenn in diesem Einstellungszustand ein Ausgangssignal der Additionsschaltung 7, das heißt ein Eingangssignal der Begrenzerschaltung 8a, V&sub2;, 0 V beträgt, gibt der Operationsverstärker 110 eine positive Spannung aus, da der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 110 überwiegend dazu neigt, auf eine niedrigere Spannung als die Spannung von 2,5 V gesenkt zu werden, aufgrund des virtuellen Kurzschlusses. Folglich wird die Diode 113 durchgesteuert und die Diode 111 wird gesperrt. Hier befindet sich der Transistor 105 im Sperrzustand. Da der Spannungsabfall in den Widerständen 109 und 112 gleich ist (1,5 V), wird ein Ausgangssignal V&sub3; der Begrenzerschaltung 8a auf 1 V gehalten.
Wenn das Eingangssignal V&sub2; nicht niedriger als 4 V ist, beispielsweise 5 V, gibt der Operationsverstärker 104 eine positive Spannung aus und der Transistor 105 wird durchgesteuert, wodurch das Ausgangssignal V&sub3; auf 4,0 V gehalten wird. Hier wird die Diode 113 gesperrt und die Diode 111 wird durchgesteuert.
Wenn das Eingangssignal V&sub2; der Additionsschaltung 7 3 V beträgt, wird der Transistor 105 gesperrt, die Diode 113 wird gesperrt und die Diode 111 wird durchgesteuert. Das Ausgangssignal V&sub3; wird zu einem Wert, der geringfügig kleiner ist als 3 V, aufgrund der geteilten Spannung, die durch Teilen der Differenz, d.h. 0,5 V, zwischen der Spannung von 2,5 V des invertierenden Eingangsanschlusses des Operationsverstärkers 110 und dem Eingangssignal V&sub2; von 3 V durch die Widerstände 112, 90 erhalten wird.
Wie vorstehend beschrieben, weist das Ausgangssignal V&sub3; der Begrenzerschaltung 8a eine Kennlinie, die aufgrund des Widerstandes 90 eine leicht sanfte Steigung zeigt, zum Ausgangssignal der Additionsschaltung 7, das heißt zum Eingangssignal der Begrenzerschaltung 8a, V&sub2;, wie in Fig. 7 gezeigt, auf. Die oberen/unteren Grenzwerte können auf 4,0 V und 1,0 V, im gleichen Abstand von 2,5 V als mittlerem Wert, festgelegt werden.

Claims

Elektrische Servolenkung, wobei ein Zielwert für den Zweck der automatischen Regelung eines Stroms zum Antreiben eines Servolenkungsmotors (24) auf der Basis eines Drehmomenterfassungssignals von einem Drehmomentsensor (1) zum Erfassen eines Lenkdrehmoments festgelegt wird, und der Motor (24) so geregelt wird, daß er unter Verwendung eines Motorstroms angetrieben wird, der von einer Erfassungsschaltung (26) als Rückführungswert für den Zweck der automatischen Regelung erfaßt wird, umfassend:

eine Knicklinienfunktionsschaltung (2) zum Ausgeben eines vorbestimmten analogen Knicklinienfunktionssignals auf der Basis des Drehmomenterfassungssignals;

eine Verstärkungsschaltung (5) zum Erteilen einer vorbestimmten Verstärkung an das Knicklinienfunktionssignal;

eine Additionsschaltung (7) zum Addieren von mindestens einem Signal und einem Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung (5) und zum Ausgeben des Additionswerts als Zielwert des Motorstroms; und

eine Differenzverstärkungsschaltung (9) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Zielwert und dem Motorstrom, der von der Erfassungsschaltung (26) für den Zweck der Rückführungsregelung erfaßt wird,

wobei der Motor (24) so geregelt wird, daß er auf der Basis eines Ausgangssignals der Differenzverstärkungsschaltung (9) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner folgendes umfaßt:

eine Polaritätsumkehrschaltung (4) zum Umkehren der Polarität des Knicklinienfunktionssignals;

eine erste Dämpfungsvorrichtung (6) zum Dämpfen des Drehmomenterfassungssignals mit einer vorbestimmten Rate;

eine zweite Dämpfungsvorrichtung (76) zum Dämpfen eines Ausgangssignals der Polaritätsumkehrschaltung (4) mit einer vorbestimmten Rate;

und dadurch, daß die Additionsschaltung (7) ein Signal aus der ersten Dämpfungsvorrichtung (6), ein Signal aus der zweiten Dämpfungsvorrichtung (76) und das Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung (5) addiert, um den Additionswert auszugeben.
2. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, welche ferner eine Phasenkompensationsschaltung (3) zum Differenzieren des Drehmomenterfassungssignals und zum Ausgeben des differenzierten Signals an die Polaritätsumkehrschaltung (4) umfaßt.
3. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, welche ferner eine Verstärkungsfestlegungsvorrichtung (20) zum Festlegen der Verstärkung auf der Basis der Fahrbedingungen eines Fahrzeugs umfaßt, wobei die Verstärkungsschaltung (5) die von der Verstärkungsfestlegungsvorrichtung (20) festgelegte Verstärkung dem Knicklinienfunktionssignal erteilt.
4. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 2, welche ferner eine Verstärkungsfestlegungsvorrichtung (20) zum Festlegen der Verstärkung auf der Basis der Fahrbedingungen eines Fahrzeugs umfaßt, wobei die Verstärkungsschaltung (5) die von der Verstärkungsfestlegungsvorrichtung (20) festgelegte Verstärkung dem Knicklinienfunktionssignal erteilt.
5. Elektrische Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche ferner folgendes umfaßt:

eine Festlegungsvorrichtung (18) für einen oberen/unteren Grenzwert zum Festlegen von oberen/unteren Grenzwerten des Zielwerts auf der Basis der Fahrbedingungen eines Fahrzeugs; und

eine Begrenzerschaltung (8) zum Begrenzen des Zielwerts durch die oberen/unteren Grenzwerte.