HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung zum Anlegen einer von
einem elektrischen Motor erzeugten Lenkhilfskraft an ein Lenksystem eines Fahrzeugs.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine solche elektrische Servolenkung,
welche die Zuverlässigkeit und Betriebsbereitschaft verbessern kann, indem entweder
ein Abschnitt oder ein gesamter Abschnitt einer elektrischen Verbindungseinheit als ein
doppeltes System ausgeführt wird, welches zwischen einen Lenkdrehmomentdetektor
und eine Regeleinrichtung geschaltet ist.
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In einer herkömmlichen elektrischen Servolenkung wird ein Motorantriebsstrom auf der
Basis eines von einem Drehmomentsensor detektierten Drehmoment-Detektionssignal
und einer von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektierten
Fahrzeuggeschwindigkeit geregelt, dieser Motorantriebsstrom einem elektrischen Motor zugeführt, so daß
die Lenkkraft eines Lenkrades unterstützt wird (siehe unveröffentlichte Japanische
Patentoffenlegung Nr. Sho. 63-232973 und die ungeprüfte Japanische
Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. Sho. 63-146736).
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In Fig. 12 ist ein Schaltungsabschnitt dargestellt, in welchem der Drehmomentsensor
das Hauptteil in einer derartigen elektrischen Servolenkung ist. In dieser Zeichnung
bezeichnet das Bezugszeichen 30 einen Drehmomentsensor mit zwei Potentiometern, daß
Bezugszeichen 18 repräsentiert einen Verbinder für eine lösbare Verbindung eines
Kabels zwischen dem Drehmomentsensor und einer Regeleinrichtung, und das
Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Regeleinrichtung, in welcher nur ein
Eingangsverarbeitungsabschnitt eines von dem Drehmomentsensor abgeleiteten Detektionssignals
dargestellt ist. Was jedes von den Potentiometern 31 und 32 des Drehmomentsensors 30
betrifft, wird deren Rotor als Reaktion auf das in die Lenkungswelle eingegebene
Lenkdrehmoment gedreht, und die Versorgungsspannung (Vcc) und die Massespannung
(GND) sind an beide Festanschlüsse angelegt, so daß Detektionsspannungen A und B
an den jeweiligen variablen Kontakten als Reaktion auf das Lenkdrehmoment erzeugt
werden. Dann werden diese Detektionsspannungen A und B über die Leitungen eines
Kabels für die elektrische Verbindung des Drehmomentsensors 30 mit der
Regeleinrichtung 13 und ferner über den Verbinder 18 in die Regeleinrichtung 13 als
Detektionsspannungen A' bzw. B' eingegeben. Andererseits werden sowohl die
Versorgungsspannung (Vcc) und die Massespannung (GND) in ähnlicher Weise von der Regeleinrichtung
13 über weitere Leitungen desselben Kabels an den Drehmomentsensor 30 angelegt.
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Die in die Regeleinrichtung 13 eingeführten Leitungen der Detektionsspannungen A' und
B' sind über Eingangswiderstände R1 und R2 im Hinblick auf die Störfestigkeit auf
Masse gelegt. Da die Eingangswiderstände R1 und R2 einen solch hohen Widerstandswert
Ri aufweisen, daß sie keine negativen Einflüsse auf die durch die
Widerstandsspannungsteilung erzeugten Detektionsspannungen A und B ausüben, stimmen die
Detektionsspannungen A' und B' normalerweise mit den Detektionsspannungen A und B
überein. Die Detektionsspannungen A' und B' werden als das das detektierte Drehmoment
anzeigende Signal in eine Drehmomentberechnungsschaltung 131 und eine
Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135 eingegeben. Die Drehmomentberechnungsschaltung 131
berechnet einen Mittelwert der Detektionsspannungen A' und B' oder dergleichen,
erzeugt nur ein Drehmoment-Detektionssignal T und liefert dieses einzige Drehmoment-
Detektionssignal an eine nachgeordnete Schaltung für die Regelung eines
Motorantriebsstroms. Ferner berechnet die Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135
beispielsweise eine Differenz zwischen den Detektionsspannungen A' und B', erzeugt ein
Abnormalitäts-Detektionssignal SR, wenn diese Differenz einen vorbestimmten Schwellenwert
überschreitet und liefert dieses Abnormalitäts-Detektionssignal an eine nachgeordnete
Schaltung zur Beendigung der Ausgabe des Motorantriebsstroms.
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Da wie vorstehend beschrieben, die Schaltungsabschnitte von dem Potentiometern in
dem Drehmomentsensor bis zu der Eingangsstufenschaltung in der Regeleinrichtung als
doppeltes System ausgeführt sind, kann die Mittelwertberechnung durchgeführt werden.
Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Drehmoment-Detektionssignale erhöht und es
kann die Ausfallsicherheitsfunktion als Reaktion auf die Detektion der den
Drehmomentsensor zugeordneten Abnormalität realisiert werden. Demzufolge kann die
Zuverlässigkeit der Gesamtvorrichtung ebenfalls erhöht werden.
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Selbst wenn die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht werden konnte, indem das
Drehmomentdetektionssystem, wie z. B. des Drehmomentsensors als doppeltes
Systems ausgeführt wurde, konnte keine 100-prozentige Zuverlässigkeit erreicht werden.
Was die Ausfallsicherheitsfunktion betrifft, konnte jedoch, obwohl eine derartige
Zuverlässigkeit in dem Sinne aufrecht erhalten werden konnte, daß das System nicht in den
Zustand der schlechtesten Bedingung gebracht wird, der Wirkungsgrad unter optimaler
Bedingung nicht immer verbessert werden. Beispielsweise gibt es, wenn ein loser
Kontakt in der Kontakteinheit des Verbinders für die Verbindung des
Lenkdrehmomentdetektors mit der Regeleinrichtung auftritt, ein Problem dahingehend, daß obwohl keine
Abnormalität in dem Drehmomentsensor selbst auftritt, entweder die Erzeugung der
Lenkhilfskraft beendet oder eine unnötige Lenkhilfskraft aufgrund der
Ausfallsicherheitsfunktion erzeugt wird. Dieser Verbinder wird zur Verbindung des
Lenkdrehmomentdetektors mit der Regeleinrichtung nach deren getrennter Herstellung benötigt. In einem
solchen Verbinder ist der detektierte Spannungswert des Lenkdrehmomentes nicht allzu
groß und da der Eingangswiderstand hoch ist, ist der detektierte Strom sehr klein. Unter
solchen Bedingungen tritt ein elektrisch loser Kontakt relativ oft in der Kontakteinheit auf.
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Der Nachteil in einem derartigen Falle wird nun anhand von konkreten Beispielen
erläutert. Als ein konkretes Beispiel wird der folgende Fall erläutert: Ein Kontaktabschnitt
18b des in der vorstehend beschriebenen elektronischen Servolenkung verwendeten
Verbinders 18 wird in einen losen Kontakt oder einen Kontaktausfallzustand gebracht,
und dieser Kontaktabschnitt 18b verbindet die Leitungen der Detektionsspannung A und
der Detektionsspannung A'. Es wird angenommen, daß ein weiterer Kontaktabschnitt
18a, der in die Versorgungsleitung eingefügt/geschaltet ist, ein weiterer Kontaktabschnitt
18c, der in die Masseleitung eingefügt/geschaltet ist und ein weiterer Kontaktabschnitt
18d, welcher in die Leitungen der Detektionsspannungen B und B' eingefügt/geschaltet
ist unter normalen Kontaktbedingungen betrieben werden und daher leitend sind. Es
werde nun angenommen, daß der Wert eines Kontaktwiderstandes in den
Kontaktabschnitt 18b gleich "RL" ist, wobei eine äquivalente Schaltung dieses Falles in Fig. 13
dargestellt ist. In diesem Falle stimmt, da die Detektionsspannung B aus dem variablen
Kontakt des Potentiometers 232 direkt unter Kurzschlußbedingungen der
Detektionsspannung B' gleich zu setzen ist, die Detektionsspannung B' korrekt mit der
Detektionsspannung B überein. Da jedoch die Detektionsspannung A aus dem variablen Kontakt
des Potentiometers 31 durch den Kontaktwiderstand RL läuft und danach als die Detektionsspannung
A'
gesetzt wird, wird die Detektionsspannung A' zu A(Ri/(RL + Ri)
aufgrund der Widerstandsspannungsteilung durch den Kontaktwiderstand RL und den
Eingangswiderstand R1. Mit anderen Worten, die Detektionsspannung A' stimmt nicht mit
der Detektionsspannung A überein. Demzufolge kann, wenn der Wert RL des
Kontaktwiderstandes nicht zu groß ist, eine von diesen Wert RL abhängige ungewollte
Abweichung in der Detektionsspannung A', dem Drehmoment-Detektionssignal T und ferner in
der aufgrund dieses Wertes erzeugten Lenkhilfskraft erzeugt werden. Wenn der Wert RL
des Kontaktwiderstandes groß wird, wird eine Differenz zwischen der
Detektionsspannung A' und der Detektionsspannung B' größer als ein vorgewählter Schwellenwert, was
als Abnormalität detektiert werden kann. Dann wird die Erzeugung der Lenkhilfskraft
durch die Ausfallsicherheitsfunktion gestoppt.
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Wie vorstehend beschrieben, ist selbst dann, wenn das Drehmomentdetektionssystem
als ein doppeltes Detektionssystem ausgelegt ist, da die elektrische Verbindungseinheit
zwischen dem Lenkdrehmomentdetektor und der Regeleinrichtung immer noch als
einfaches System ausgeführt ist, ein weiteres Problem zu lösen. D. h. die optimale
Betriebsbedingung der gesamten elektronischen Servolenkung würde aufgrund des
Kontaktausfalles oder eines losen Kontaktes verschlechtert.
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Andererseits ist es, da die elektrische Servolenkung direkten Einfluß auf das
Lenkverhalten des Fahrzeugs hat, erforderlich, daß die Auftrittshäufigkeit der vorstehend
erläuterten Probleme vermindert und sowohl die Zuverlässigkeit als auch die
Funktionsfähigkeit der elektrischen Servolenkung weiter verbessert werden sollten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Daher wurde die vorliegende Erfindung zur Lösung der vorstehenden Probleme des
Stands der Technik gemacht und hat als eine Aufgabe die Bereitstellung einer
elektrischen Servolenkung mit höherer Zuverlässigkeit und höherer Funktionsfähigkeit, indem
die Nachteile aufgrund eines Kontaktausfalles einer elektrischen Verbindungseinheit
zwischen einem Lenkdrehmomentdetektor und einer Regeleinrichtung eliminiert oder
reduziert wurden.
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Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung in
einer elektrischen Servolenkung, welche einen Lenkdrehmomentdetektor zum
Detektieren des Lenkdrehmomentes eines Lenksystems, einen Elektromotor für die Erzeugung
einer Lenkhilfskraft im Bezug auf das Lenksystem, und eine Regeleinrichtung zum
Regeln der von dem Elektromotor als Reaktion auf das von dem Lenkdrehmomentdetektor
detektierte Drehmoment erzeugten Lenkhilfskraft, die elektrische Servolenkung: erste
Leitungen zum elektrischen Verbinden des Lenkdrehmomentdetektors mit der
Regeleinrichtung, wobei mindestens eine von den ersten Leitungen zu einer zweiten Leitung
parallelgeschaltet ist; und einen Kontaktabschnitt mit trennbaren Kontaktabschnitten,
welche getrennt in jeder von den ersten Leitungen und der zweiten Leitung angeordnet
sind, wobei der trennbare Kontaktabschnitt in der einen von den ersten Leitungen
zwischen zwei Punkten angeordnet ist, wo die eine von den ersten Leitungen mit der
zweiten Leitung verbunden ist.
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Ein Kontaktteil mit trennbaren Kontaktabschnitten ist per se aus EP-A-0 510 995
bekannt. Dieses elektrische Kontaktteil oder Verbinderanordnung nach dem Stand der
Technik weist Kontaktelemente mit ersten elastischen Schenkeln und zweiten mit
Vorsprüngen versehenen Schenkeln auf. Die zweiten mit Vorsprüngen versehenen
Schenkeln arbeiten mit dem Gehäuse zusammen, um die Kontaktelemente darin zu sichern.
Die gesamte Länge des ersten elastischen Schenkels wird als ein elastischer Träger
verwendet. Die ersten und zweiten Schenkel stellen auch zwei parallele Pfade bereit,
über welche Signale laufen können. Die Konfiguration der Kontaktelemente minimieren
die Kontaktkräfte und stellt eine zuverlässige elektrische Verbindung her, über welche
Hochgeschwindigkeitssignale laufen können.
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In der elektrischen Servolenkung mit der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann, da die elektrische Verbindungseinheit, nämlich die Leitungen und die
Kontaktabschnitte parallel ausgeführt sind, selbst dann, wenn ein loser Kontakt in einigen der
Kontaktabschnitte des Mehrfachsystems auftritt, wenn weitere Kontaktabschnitte in
weiteren Systemen sich in Normalzustand befinden, ein elektrischer Strom über die
normalen Kontaktabschnitte geliefert werden. Somit kann die in paralleler Form
angeordnete relevante Leitung unter normalen Bedingungen funktionieren, sofern nicht alle
Mehrfachsysteme in einen Zustand loser Kontakte gebracht sind. Da die
Wahrscheinlichkeit, daß sich alle Mehrfachverbindungen in einem Zustand loser Kontakte befinden,
geringer als die Wahrscheinlichkeit ist, daß ein Kontaktausfall in einem Einzelsystem
auftritt, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, daß das detektierte Drehmoment
zwischen dem Lenkdrehmomentdetektor und der Regeleinrichtung, welche durch eine
derartige Leitung verbunden sind, unter normaler Bedingung übertragen werden kann.
Demzufolge kann die Effizienz, mit welcher die elektrische Servolenkung für die
Erzeugung der Lenkhilfskraft als Reaktion auf das detektierte Drehmoment unter optimalen
Bedingungen betrieben wird, erhöht werden. Mit anderen Worten, die Zuverlässigkeit
der elektrischen Servolenkung und auch deren Arbeitseffizienz unter optimaler
Bedingung kann erhöht werden.
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Demzufolge ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, eine derartige elektrische
Servolenkung mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Arbeitseffizienz bereitzustellen,
indem entweder ein Abschnitt oder ein gesamter Abschnitt, der zwischen den
Lenkdrehmomentdetektor und die Regeleinrichtung geschalteten elektrischen
Verbindungseinheit in paralleler Form ausgeführt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen ist:
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Fig. 1 eine schematische Skizze, um eine Anordnung einer elektrischen Servolenkung
gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darzustellen.
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Fig. 2 ein Kennliniendiagramm, um eine Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment
und einer Ausgangsspannung des Drehmomentsensors darzustellen.
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Fig. 3 ein Blockschaltbild, um eine Schaltungsanordnung hauptsächlich für die
Darstellung eines Signalpfades für die Detektion des Drehmomentes zu zeigen.
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Fig. 4 ein Kennliniendiagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einem
Stromwert eines Motors und dem Lenkdrehmoment, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit als
Parameter verwendet wird.
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Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung eines Bereiches, in welchem eine Abnormalität im
Bezug auf eine Ausgangsspannung des Drehmomentsensors detektiert wird.
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Fig. 6 eine äquivalente Schaltung, wenn ein Kontaktausfall in einem von den doppelten
Leitungen in der elektrischen Verbindungseinheit auftritt.
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Fig. 7 eine äquivalente Schaltung, wenn Kontaktausfälle in beiden Leitungen von den
doppelten Leitungen in der elektrischen Verbindungseinheit auftreten.
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Fig. 8 ein Schaltbild, um einen Hauptabschnitt einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darzustellen.
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Fig. 9 ein Schaltbild, um einen Hauptabschnitt einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darzustellen.
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Fig. 10 ein Schaltbild, um einen Hauptabschnitt einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darzustellen.
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Fig. 11 ein Schaltbild, um einen Hauptabschnitt einer fünften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darzustellen.
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Fig. 12 ein Blockschaltbild, um einen Hauptabschnitt einer herkömmlichen Servolenkung
darzustellen.
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Fig. 13 eine äquivalente Schaltung, wenn der Kontaktausfall in der herkömmlichen
Servolenkung auftritt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Fig. 1 stellt schematisch eine elektrische Servolenkung gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere eine mechanische Anordnung von
deren Lenksystem dar. In dieser Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein
Lenkrad. Eine auf dieses Lenkrad 1 ausgeübte Lenkkraft wird auf eine Lenkwelle 2
übertragen, welche aus einer Eingangswelle 2a und einer Ausgangswelle 2b besteht. Ein Ende
dieser Eingangswelle 2a ist mit dem Lenkrad 1 verbunden, und ihr anderes Ende ist mit
dem einen Ende der Ausführungswelle 2b über einen Drehmomentsensor 300
verbunden, welcher als ein Lenkdrehmomentdetektor funktioniert. Dann wird die auf die
Ausgangswelle 2b übertragene Lenkkraft über ein Kardangelenk 4 auf eine untere Welle 5
übertragen und ferner über ein weiteres Kardangelenk 6 auf ein Ritzelrad 7 übertragen.
Ferner wird die Lenkkraft über ein Lenkgetriebe 8 auf eine Lenkspurstange 9
übertragen, so daß ein gelenktes Rad gelenkt wird. Das Lenkgetriebe 8 ist in der Form einer
Zahnstange und eines Ritzels mit einem Ritzel 8a und einer Zahnstange 8b aufgebaut.
Die auf das Ritzel 8a übertragene Rotationsbewegung wird über die Zahnstange 8b in
eine Linearbewegung umgewandelt.
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Ein Reduktionsgetriebe 10 für die Übertragung einer Lenkhilfskraft (Unterstützungskraft)
auf die Ausgangswelle 2b ist mit der Ausgangswelle 2b der Lenkwelle 2 verbunden. Mit
diesem Reduktionsgetriebe 10 ist eine Ausgangswelle eines Motors 12, welcher als der
elektrische Motor für die Erzeugung der Lenkhilfskraft dient, über eine
elektromagnetische Kupplungsvorrichtung 11 (welche hierin nachstehend als Kupplung bezeichnet
wird) für die Übertragung/Unterbrechung der Lenkhilfskraft verbunden. Diese Kupplung
11 ist beispielsweise aus einer elektromagnetischen Kupplung aufgebaut, während der
Motor 12 beispielsweise aus einem DC-Servomotor aufgebaut ist. Ferner enthält die
Kupplung 11 einen Elektromagneten. Diesem Elektromagneten wird ein
Aktivierungsstrom von einer Regeleinrichtung 130 zugeführt, welcher als eine (später diskutierte)
Regelvorrichtung dient, so daß das Reduktionsgetriebe 10 mechanisch mit dem Motor
12 verbunden und davon getrennt wird, indem die Zufuhr des Aktivierungsstrom beendet
wird.
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Der Drehmomentsensor 300 ist an dem Lenkrad 1 so angeordnet, daß er das auf die
Eingangswelle 2a übertragene Lenkdrehmoment erfaßt. Beispielsweise ist der
Drehmomentsensor 300 so aufgebaut, daß das Lenkdrehmoment in eine
Torsionswinkelabweichung einer Torsionsstange umgewandelt wird, welche zwischen die Eingangswelle
2a und die Ausgangswelle 2b geschaltet ist, und diese Torsionswinkelabweichung wird
von einem Potentiometer detektiert. Wenn dann das Lenkrad 1 von einem Fahrzeugfahrer
gelenkt wird, gibt der Drehmomentsensor 300 eine Drehmomentdetektionsspannung
als ein analoges Spannungssignal aus, welches einer Größe und einer Richtung der in
der Lenkwelle 2 erzeugten Torsion entspricht. Der Drehmomentsensor 300 wird
beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt betrieben. Wenn das Lenkrad 1 in einem
Neutralzustand angeordnet ist, gibt der Drehmomentsensor 300 eine vorgewählte
Neutralspannung Vo aus. Wenn das Lenkrad 1 aus dieser Neutralposition in die Richtung nach
rechts gedreht wird, gibt der Drehmomentsensor eine Spannung höher als die
Neutralspannung Vo als Antwort auf das Lenkdrehmoment zu diesem Zeitpunkt aus. Wenn das
Lenkrad 1 aus dieser Neutralposition in die Richtung nach links gedreht wird, gibt der
Drehmomentsensor 300 eine Spannung niedriger als die Neutralspannung Vo als
Reaktion auf das Lenkdrehmoment zu diesem Zeitpunkt aus. Es sei angemerkt, daß als
Neutralspannung Vo im allgemeinen der halbe Wert der Versorgungsspannung Vcc, nämlich
Vcc/2 gewählt wird.
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Das Bezugszeichen 130 bezeichnet eine Regeleinrichtung zum Regeln der
Antriebsoperation des Motors 12, um die an das Lenksystem angelegte Lenkhilfskraft zu regeln. Die
Regeleinrichtung 130 wird durch eine Spannungsversorgung aus einer Fahrzeugbatterie
16 betrieben. Die negative Polarität der Batterie ist auf Masse gelegt, und deren positive
Polarität ist über einen Zündschalter 14 zum Starten einer Maschine des Fahrzeugs und
eine Sicherung 15a an die Regeleinrichtung 130 angelegt und ist auch direkt über eine
weitere Sicherung 15b an die Regeleinrichtung 130 angelegt. Die Spannung der über
diese Sicherung 15b angelegte Stromversorgung wird beispielsweise zur Regelung des
Motors verwendet. Die Regeleinrichtung 130 steuert den Antriebsoperation des Motors
12 auf der Basis des von dem Drehmomentsensor 300 detektierten Drehmoments und
der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17 detektierten
Fahrzeuggeschwindigkeit, und schaltet auch die Kupplung 11 Ein/Aus um so die Ausgangswelle des Motors
12 und das Reduktionsgetriebe 10 in die Kopplungs/Trennungs-Bedingungen zu
bringen.
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Fig. 3 ist ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Schaltungsanordnung, in welcher
hauptsächlich die Signalpfade des detektierten Lenkdrehmoments dargestellt sind.
Diese Schaltungsanordnung ist aus dem Drehmomentsensor 300, welcher als der
Lenkdrehmomentdetektor funktioniert, einem Verbinder 180, welcher als das Kontaktteil
funktioniert, der Regeleinrichtung 130, welche als Regelvorrichtung funktioniert und dem
Motor 12, welcher als Elektromotor funktioniert aufgebaut.
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Der Drehmomentsensor 300 enthält zwei Potentiometer 31 und 32, damit das
Drehmomentdetektionssystem als Doppelsystem aufgebaut ist. Das Potentiometer 31 von
diesen ist mit dem Torsionsabschnitt der Lenkwelle 2 in einer solchen Weise verbunden,
daß dessen Schleifer als Reaktion auf das in das Lenkrad 1 eingegebene
Lenkdrehmoment gedreht wird. Ein fester Anschluß des Potentiometers 31 ist mit einer Leitung 301
der Spannungsversorgung (Vcc) verbunden. Der andere feste Anschluß ist mit einer
Leitung 302 der Massespannung (GND) verbunden, und dessen variabler Kontakt ist mit
einer Ausgangsleitung 303 der Detektionsspannung A verbunden. Demzufolge wird,
wenn die Versorgungsspannung zwischen diesen beiden festen Anschlüssen angelegt
ist, die Detektionsspannung A dem Lenkdrehmoment entsprechend erzeugt.
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Andererseits ist das Potentiometer 32 in ähnlicher Weise mit der Lenkwelle 2
beispielsweise an einer axialsymmetrischen Position im Bezug auf das Potentiometer 31 in einer
solchen Weise verbunden, daß dessen Schleifer als Reaktion auf das in das Lenkrad 1
eingegebene Lenkdrehmoment gedreht wird. Ein fester Anschluß dieses Potentiometers
32 ist mit der Leitung 301 der Versorgungsspannung (Vcc) verbunden, der andere feste
Anschluß ist mit der Leitung 302 der Massespannung (GND) verbunden und ein
variabler Kontakt davon ist mit einer Ausgangsleitung 304 der Detektionsspannung B
verbunden. Demzufolge wird, wenn die Versorgungsspannung zwischen diesen beiden
festen Anschlüssen angelegt ist, die Detektionsspannung B dem Lenkmoment
entsprechend erzeugt. Es sei angemerkt, daß sowohl das Potentiometer 31 als auch das
Potentiometer 32 dieselben Kennwerte aufweisen, und somit die Detektionsspannung A im
Prinzip mit der Detektionsspannung B übereinstimmt.
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Da zwei derartige Potentiometer 31 und 32 verwendet werden, ist das
Drehmomentdetektionssystem in dem Drehmomentsensor 300 als doppeltes System ausgeführt. Dann
wird als Reaktion auf das in die Lenkwelle 1 eingegebene Lenkmoment ein Paar der
Detektionsspannungen A und B, welche gemäß Darstellung in Fig. 2 gleichzeitig
verändert werden, erhalten. Die Leitungen 301 und 302 sind mit der Versorgungsleitung Vcc,
bzw. der Masseleitung GND der Regeleinrichtung 130 verbunden. Die Leitungen 303
und 304 geben die Detektionsspannungen A und B an die Regeleinrichtung 130 aus.
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Dann werden die Detektionsspannungen extern über ein mit der Regeleinrichtung 130
verbundenes Kabel oder dergleichen abgeleitet. Es sei angemerkt, daß die Leitungen
301, 302, 303, 304 verzweigt sind, um zwei Leitungen innerhalb des
Drehmomentsensors auszubilden, und daß die verzweigten Leitungen nach außen geführt sind.
Demzufolge sind die Leitungen 301, 302, 303 und 304 als Doppelsystem zusätzlich zu dem
Doppelsystem des Drehmomentdetektionssystems ausgebildet.
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Der Verbinder 180 ist aus einem Einführungsabschnitt und einem Aufnahmeabschnitt,
welche trennbar sind, ausgebildet, und enthält mindestens 8 Kontaktabschnitte 180a bis
180h, welche mit Steck- und Buchsenabschnitten ausgebildet sind, welche
kontaktgebend/leitend gemacht werden, wenn diese Einführung/Aufnahme-Abschnitte ineinander
gesteckt werden. In dem Kontaktabschnitt 180a ist beispielsweise der Steckabschnitt mit
einer der verzweigten Leitungen der Leitung 301 verbunden und der Buchsenabschnitt
ist mit der Versorgungsleitung Vcc der Regeleinrichtung 130 verbunden. In dem
Kontaktabschnitt 180b ist der Steckabschnitt mit der anderen Leitung der verzweigten
Leitung 301 und der Buchsenabschnitt mit der Versorgungsleitung Vcc der
Regeleinrichtung 130 verbunden. Demzufolge werden bezüglich der Leitung 301 für die elektrische
Verbindung des festen Anschlusses von einem der Potentiometer 31 und 32 des
Drehmomentsensors 300 mit der Versorgungsleitung Vcc der Regeleinrichtung 130 die
trennbaren Kontaktabschnitte 180a und 180b getrennt in die doppelten Abschnitte der
Leitung eingefügt.
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In gleicher Weise werden die Kontaktabschnitte 180c und 180d in die entsprechend
verzweigten Leitungen der Leitung 303 eingefügt/geschaltet; die Kontaktabschnitte 180e
und 180f in die entsprechend verzweigten Leitung der Leitung 302 eingefügt/geschaltet;
und auch die Kontaktabschnitte 180g und 180h sind in die entsprechend verzweigten
Leitungen der Leitung 304 eingefügt/geschaltet. Mit einer solchen Verbindung aller
elektrischen Verbindungsleitungen zwischen dem Drehmomentsensor 300 und der
Regeleinrichtung 130 sind die einzelnen Kontaktabschnitte in die entsprechenden
doppelten Abschnitte der Leitungen eingefügt.
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Die Regeleinrichtung 130 liefert die Energie aus der Stromversorgung Vcc und der
Masseleitung GMD an den Drehmomentsensor 300 und nimmt die Detektionsspannungen A
und B aus dem Drehmomentsensor 300 als Eingangsgrößen auf. Nachdem die Detektionsspannung
A die doppelt ausgeführte Leitung 303 innerhalb des Drehmomentsensor
300 und auch die Kontaktabschnitte 180b und 180c des Verbinders 180, welcher in der
Mitte der Leitung vorgesehen ist, passiert hat, wird diese Detektionsspannung A auf die
nur eine Leitung übertragen, welche durch Kombination der verzweigten Leitungen
innerhalb der Regeleinrichtung 130 erhalten wird und bildet dadurch die
Detektionsspannung A'. Die Leitung für diese Detektionsspannung A' wird über den
Eingangswiderstand R1 im Hinblick auf Störfestigkeitseigenschaften auf Masse gelegt. Der
Widerstandswert R1 dieses Eingangswiderstandes R1 wird so gewählt, daß er ausreichend
höher als der Widerstandswert des Potentiometers 31 ist, so daß er keinerlei nachteilige
Einflüsse auf die Detektionsspannung A ausübt, welche durch Teilung einer Spannung
durch einen Widerstand des Potentiometers 31 erzeugt wird. Die Detektionsspannung B
passiert die doppelt ausgeführte Leitung 304 innerhalb des Drehmomentsensor 300 und
die Kontaktabschnitte 180g und 180h des Verbinders 180 in der Mitte der doppelt
ausgeführten Leitung 304 und wird anschließend an die nur eine Leitung übertragen,
welche durch Kombination der verzweigten Leitung innerhalb der Regeleinrichtung 130
erhalten wird und erzeugt dadurch die Detektionsspannung B'. Aus demselben Grund wie
für die Leitung der Detektionsspannung A' ist auch die Leitung dieser
Detektionsspannung B' über den Eingangswiderstand R2 mit dem Widerstandswert R1 auf Masse
gelegt. Diese Detektionsspannungen A' und B' werden in eine
Drehmomentberechnungsschaltung 131 und eine Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135, welche in Stufen
dahinter angeordnet ist, als das das detektierte Drehmoment anzeigende Signale
eingegeben.
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Die Drehmomentberechnungsschaltung 131 ist beispielsweise aus einem
Operationsverstärker aufgebaut, an welchen sowohl die Detektionsspannung A', als auch die
Detektionsspannung B' als die zu invertierende Eingangsgröße in addierender Weise
geliefert werden, und die Neutralspannung Vo zwischen den Detektionsspannungen A' und
B', nämlich die Spannung (Vcc/2) als die nicht zu invertierende Eingangsgröße geliefert
werden, und auch der Wert des Rückkopplungswiderstandes so eingestellt ist, daß eine
invertierende Verstärkung von 1/2 erhalten wird. Demzufolge wird eine Berechnung zur
Mittelwertbildung der Detektionsspannungen A' und B' ausgeführt, so daß nur ein
Drehmoment-Detektionssignal T aus einem Paar von Detektionsspannungen A' und B'
erzeugt wird. Das Drehmoment-Detektionssignal T wird an eine
Motorstrom-Vorgabeeinrichtung 132 ausgegeben.
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In die Motorstrom-Vorgabeeinrichtung 132 wird nicht nur das
Drehmoment-Detektionssignal T sondern auch das Fahrzeuggeschwindigkeit-Detektionssignal V eingegeben,
und ist beispielsweise durch Verwendung einer Linienfunktion-Erzeugungsschaltung
und dergleichen aufgebaut, welche hauptsächlich einen Operationsverstärker enthält.
Die Motorstrom-Vorgabeeinrichtung 132 erzeugt ein Motorstromvorgabesignal SI zur
Festlegung des an dem Motor 12 zu liefernden Antriebsstroms. Eine konkretere
Erläuterung erfolgt nun. In Fig. 4 ist ein Kennliniendiagramm zur Darstellung einer Beziehung
zwischen dem Lenkdrehmoment, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Motorstrom
dargestellt. Ein Sollwert des Motorstroms, welcher den Werten des eingegebenen
Drehmoment-Detektionssigrtals T und des Fahrzeuggeschwindigkeit-Detektionssignals
V entspricht, wird der Funktion entsprechend auf der Basis des Kennliniendiagramms
von Fig. 4 berechnet, und der berechnete Motorstromsollwert wird als das
Motorstromvorgabesignal SI ausgegeben. Dieses Kennliniendiagramm zeigt die entsprechende
graphische Darstellung zwischen dem Motorstrom, dem Lenkdrehmoment und der
Fahrzeuggeschwindigkeit. Dieser Motorstrom ist für den Betrieb des Motors 12 zur
Erzeugung der Lenkhilfskraft erforderlich, welche dem an die Lenkwelle 2 angelegten
Lenkdrehmoment entspricht. Dieser ist so ausgelegt, daß je geringer die
Geschwindigkeit des Fahrzeuges wird, der Wert des Motorstromvorgabesignal SI umso wird. Ferner
wird auch, je größer das Lenkdrehmoment wird, auch der Wert des
Motorstromvorgabesignal SI größer, und wenn der Wert des Motorvorgabesignals einen vorbestimmten
Wert überschreitet, wird er nicht mehr größer als dieser vorbestimmte Wert. Das
Motorstromvorgabesignal SI wird einer Motorantriebsschaltung 133 zugeführt.
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Obwohl die Motorantriebsschaltung 133 in der Zeichnung nicht im Detail dargestellt ist,
ist diese Motorantriebsschaltung 133 beispielsweise durch eine H-Brückenschaltung mit
vier MOS-FETs (Feldeffektransistoren) als Schaltransistoren, einer
Gate-Treiberschaltung zur Ansteuerung der Gates dieser Transistoren; und einer PWM-Schaltung zur
Regelung der Gate-Treiberschaltung durch ein Signal mit einer dem
Motorstromvorgabesignal SI entsprechenden Impulsbreite aufgebaut. Ferner ist die H-Brückenschaltung mit
der Versorgungsleitung aus der Batterie 16 verbunden, um so den Batteriestrom zu
empfangen, und eine Ausgangsleitung ist mit dem Motor 12 verbunden, um eine
Schaltregelung des Motorantriebsstroms I durchzuführen. Ein Pulsbreitenmodulations-(PWM)-
Signal wird von der PWM-Schaltung gemäß dem Wert des Motorstrom-Vorgabesignals
SI
erzeugt. Die Schalttransistoren der H-Brückenschaltung werden von der
Gate-Treiberschaltung dem Pulsbreitenmodulationssignal entsprechend Ein/Ausgeschaltet, und die
Motorantriebsstrom I zu dem Motor 12 wird durch die Schaltoperationen der
H-Brückenschaltung geregelt. Demzufolge wird der Motorantriebsstrom I gemäß dem
Motorantriebs-Vorgabesignal SI variiert, so daß die Normal/Rückwärts-Rotationsrichtung des
Motors 12 und die in dem Motor 12 erzeugte Lenkhilfskraft geregelt werden. Es sei
angemerkt, daß eine PID-Regeleinrichtung verwendet werden kann, um somit die
Nachlaufregelung des Motorantriebsstroms I als Reaktion auf das Motorstromvorgabesignal
SI zu verbessern.
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Eine Ausgabestoppschaltung 134 ist zwischen der PWM-Schaltung und der Gate-
Treiberschaltung in der Motorschaltung 133 vorgesehen. Die Ausgabestoppschaltung
134 ist beispielsweise durch eine Gatterschaltung aufgebaut, welche aus einer UND-
Gattergruppe besteht, in welche ein invertiertes Signal des
Abnormalitäts-Detektionssignal SR und das Ausgangssignal von der PWM-Schaltung eingegeben werden und
dessen Ausgangssignal an die Gate-Treiberschaltung geliefert wird. Wenn das
Abnormalitäts-Detektionssignal SR zugeführt wird, nämlich wenn der Wert des Abnormalitäts-
Detektionssignal SR zu einem "H"-Pegel wird, wird die Signalzufuhr aus der PWM-
Schaltung an die Gate-Treiberschaltung unterbrochen. Andererseits wird, wenn das
Abnormalitäts-Detektionssignal SR ungleich dem "H"-Pegel ist, das Ausgangssignal der
PWM-Schaltung direkt auf die Gate-Treiberschaltung übertragen. Demzufolge werden,
wenn das Abnormalitäts-Detektionssignal SR ausgegeben wird, alle Schaltelemente in
der H-Brückenschaltung ausgeschaltet, um die Zufuhr des Motorantriebsstroms zu
unterbrechen, so daß die Erzeugung der Lenkhilfskraft durch den Motor 12 gestoppt wird.
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Die Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135 enthält beispielsweise einen
Differenzverstärker, welcher die Detektionsspannungen A' und B' empfängt und eine
Differenzspannung "ΔV" zwischen diesen Spannungen ausgibt; und einen Komparator, welcher die
Differenzspannung ΔV und einem vorbestimmten Schwellenwert Vdif damit vergleicht,
und das Abnormalitäts-Detektionssignal SR mit dem H-Pegel ausgibt, wenn die
Differenzspannung ΔV größer als der Schwellenwert Vdif wird. Demzufolge wird, wenn die
Detektionsspannungen A' und B' größer als der Schwellenwert Vdif werden, die
Entscheidung für "Abnormalität" getroffen. Die Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135
enthält ferner einen Komparator zur Ausgabe des Abnormalitäts-Detektionssignal SR mit
dem H-Pegel, wenn die Detektionsspannung A' größer als ein vorgewählter
Schwellenwert Vhoch wird; einen weiteren Komparator für die Ausgabe des
Abnormalitäts-Detektionssignal SR mit dem H-Pegel, wenn die Detektionsspannung A' kleiner als ein
vorbestimmter Schwellenwert Vniedrig wird; einen weiteren Komparator für die Ausgabe des
Abnormalitäts-Detektionssignal SR mit dem H-Pegel, wenn die Detektionsspannung B'
höher als ein vorbestimmter Schwellenwert Vhoch wird; und einen weiteren Komparator
für die Ausgabe des Abnormalitäts-Detektionssignal SR mit dem H-Pegel, wenn die
Detektionsspannung B' niedriger als die vorbestimmte Schwellenwert Vniedrig wird.
Demzufolge wird, wenn eine der Detektionsspannungen A' und B' höher als der Schwellenwert
Vhoch oder niedriger als die Schwellenspannung Vniedrig wird, die Entscheidung für
"Abnormalität" getroffen.
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Gemäß Darstellung in Fig. 5 sind die entsprechenden Schwellenwerte Vdif, Vhoch; Vniedrig
auf der Basis der Veränderungsbereiche der Detektionsspannungen A' und B'
eingestellt, wobei die Detektionsspannung A' als eine Referenz verwendet wird. Mit anderen
Worten, der Schwellenwert Vdif ist auf einen kleinen Wert gesetzt, wobei die Abweichung
zwischen der Detektionsspannung A' und der Detektionsspannung B', welche durch
Schwankungen in den Kennlinie der Potentiometer 31 und 32 verursacht sind,
berücksichtigt sind. Andererseits ist der Schwellenwert Vhoch auf einen solchen Schwellenwert
eingestellt, welcher geringfügig die obere Grenze der Veränderungsrate der
Detektionsspannungen A' und B' unter Normalbetrieb des Drehmomentsensors überschreitet,
während der Schwellenwert Vniedrig auf einen solchen Wert eingestellt ist, welcher geringfügig
niedriger als der untere Grenzwert dieses Veränderungsbereiches ist. Auf der Basis des
Vergleichsergebnisses mit diesen Schwellenwertspannungen wird das durch die
Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135 auf hohen Pegel gebrachte Abnormalitäts-
Detektionssignal SR an die Ausgabestoppschaltung 134 geliefert. Demzufolge wird,
wenn die in dem Drehmomentdetektionssystem aufgetretene Abnormalität auf der Basis
der Detektionsspannungen A' und B' detektiert wird, die Erzeugung der Lenkhilfskraft
durch den Motor 2 gestoppt. Ferner stoppt, wenn das Abnormalitäts-Detektionssignal
mit dem hohen Pegel erzeugt wird, die Regeleinrichtung 130 die Ausgabe eines
Kupplungssteuersignals an die Kupplungsteuerschaltung 63, so daß die Kupplung 11 betätigt
wird, um so die Ausgangswelle des Motors 12 und das Drehzahlreduktionszahnrad 10 in
den gelösten Zustand zu bringen. Ferner kann auf dieser Basis, ein solcher Zustand
vermieden werden, das eine unerwünschte Lenkhilfskraft an das Lenksystem angelegt
wird, wenn die Abnormalität detektiert wird.
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Der Betrieb der elektrischen Servolenkung der ersten Ausführungsform mit dem
vorstehend beschriebenen Aufbau wird nun beschrieben. Konkret ist die nachfolgende
Beschreibung in drei Fälle unterteilt. D. h., es gibt einen Fall, bei dem alle Kontaktabschnitte
180a bis 180h in dem Verbinder 180 sich im normalen kontaktgebenden/leitenden
Zustand befinden und deren Kontaktwiderstände vernachlässigbar sind. Es gibt einen
weiteren Fall, daß der Kontaktabschnitt 180d in dem Verbinder 180 den
Widerstandswert RL mit einem erheblichen Wert aufweist und kontaktgebend/leitend ist. Ein weiterer
Fall ist ein solcher, daß der Kontaktabschnitt 180d und der Kontaktabschnitt 180e in
dem Verbinder 180 die Widerstandswerte RL bzw. R4 mit erheblichen Werten aufweisen
und diese kontaktgebend/leitend sind. Es wird angenommen, daß die Potentiometer 31
und 32 und die Regeleinrichtung 130 sich nicht in einem Abnormalitätszustand befinden.
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Der erste Fall, in welchem sich alle Kontaktabschnitte 180a bis 180h in dem Verbinder
180 im normalen kontaktgebenden/leitenden Zustand befinden, so daß deren
Kontaktwiderstand vernachlässigbar ist, wird nun beschrieben. Da die Kontaktwiderstände der
Kontaktabschnitte 180a bis 180h in dem Verbinder 180 vernachlässigbar sind, wird die
über die Kontaktabschnitte 180a und 180b angelegte Versorgungsspannung Vcc an den
einen Festanschluß jedes Potentiometers 31 und 32 angelegt, während der andere
Festanschluß jedes Potentiometers 31 und 32 auf Masse gelegt ist. Unter der Annahme,
daß das Lenksystem sich in einem Zustand einer Geradeausfahrt befindet und das
Lenkdrehmoment gleich Null ist, sind beide variablen Kontakte der Potentiometer 31 und
32 in den neutralen Positionen angeordnet, und beide Detektionsspannungen A und B
werden zu neutralen Spannungen Vo, nämlich (Vcc/2). Wenn der Fahrer das Lenkrad 1
beispielsweise während des Fahrbetriebs in die rechte Richtung dreht, wird, wenn die
Rotationskraft in der Lenkwelle 2 durch die Betätigung des Lenkrads 1 erzeugt wird,
dann diese Lenkkraft in das Lenkgetriebe 8 übertragen und auch auf das gelenkte Rad.
Zu diesem Zeitpunkt werden, da Widerstandskräfte in der Ausgangswelle 2b der
Lenkwelle 2, welche einer Reibungskraft zwischen dem gelenkten Rad und der
Straßenoberfläche und auch der Reibungskraft, welche durch die Zahnradeingriffe zwischen der
Zahnstange und dem Ritzel entsprechen, die relativen Drehungen durch eine Torsion
zwischen der Eingangswelle 2a und der Ausgangswelle 2b der Lenkwelle 2 erzeugt.
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Dann werden die Schleifer der Potentiometer 31 und 32, welche mit diesem Abschnitt
verbunden sind, in Verbindung mit der relativen Rotation gedreht. Ferner werden die
variablen Kontakte durch die Rotation gedreht, so daß die Detektionsspannungen A und
B aufgrund einer dem Lenkdrehmoment entsprechenden Spannung höher als die
Neutralspannung Vo werden. In allen Fällen sind die Detektionsspannungen A und B
innerhalb des normalen Veränderungsbereichs und sind im wesentlichen zueinander
identisch. Mit anderen Worten, beide Detektionsspannungen A und B überschreitenden
Schwellenwert Vniedrig und liegen unterhalb des Schwellenwert Vhoch und eine Differenz
zwischen den Schwellenwertspannungen A und B liegt unterhalb des Schwellenwertes
Vdif.
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Da die Kontaktwiderstandswerte der Kontaktabschnitte 180a bis 180h in dem Verbinder
180 vernachlässigbar sind, wird die von dem Potentiometer 31 abgeleitete
Detektionsspannung A als die Detektionsspannung A' mit demselben Spannungswert, wie dem der
Detektionsspannung A über die Kontaktabschnitte 180c und 180d in die
Regeleinrichtung 130 eingegeben. Ebenso wird die von dem Potentiometer 32 abgeleitete
Detektionsspannung B als die Detektionsspannung B' mit demselben Spannungswert wie dem
der Detektionsspannung B über die Kontaktabschnitte 180g und 180h in die
Regeleinrichtung 130 eingegeben. Somit überschreiben ähnlich zu den Detektionsspannungen A
und B beide Detektionsspannungen A' und B' den Schwellenwert Vniedrig und liegen
unterhalb des Schwellenwertes Vhoch, und eine Differenz zwischen den
Detektionsspannungen A' und B' liegt unterhalb des Schwellenwert Vdif.
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Die in die Regeleinrichtung 130 eingegebenen Detektionsspannungen A' und B' werden
der Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135 und der Drehmomentberechnungsschaltung
131 zugeführt. Da die innerhalb eines solchen Bereichs vorhandenen
Detektionsspannungen A' und B' nicht der Abnormalitäts-Detektionsbedingung in der Abnormalitäts-
Detektionsschaltung 135 entsprechen, wird in diesem Falle kein
Abnormalitäts-Detektionssignal SR mit dem H-Pegel aus der Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135
ausgegeben. Demzufolge wird die Ausgabestoppoperation durch die Ausgabestoppschaltung
134 nicht durchgeführt. Somit wird ein Mittelwert der Detektionsspannungen A' und B'
durch die Drehmomentberechnungsschaltung 131 berechnet, so daß ein Drehmoment-
Detektionssignal T erzeugt wird. Auf der Basis dieses Drehmoment-Detektionssignals T
und des getrennt erzeugten Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektionssignals V wird das
Motorstromvorgabesignal SI durch die Motorstrom-Vorgabeeinrichtung 132 erzeugt. Als
Reaktion auf dieses Motorstromvorgabesignal SI wird der Motorantriebsstrom I durch die
Motorantriebsschaltung 133 geliefert. Die von dem Motor 12 erzeugte Lenkhilfskraft wird
in einer solchen Weise geregelt, daß dann, wenn das Fahrzeug im Zustand einer
Geradeausfahrt gefahren wird, und das Lenkdrehmoment Null ist, die Lenkhilfskraft im
wesentlichen Null wird und wenn das Lenkdrehmoment positiv wird, indem das Lenkrad in
die rechte Richtung gedreht wird, die Lenkhilfskraft ebenfalls einen dazu
entsprechenden positiven Wert annimmt. Demzufolge wird in diesem Falle, nämlich in dem Falle,
daß kein loser Kontakt oder kein Kontaktausfall in der elektrischen Verbindungseinheit
vorliegt, die gesamte Servolenkung in den optimalen Fahrzustand gebracht.
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Anschließend wird ein weiterer Fall, in welchem der Kontaktabschnitt 180d mit dem
Widerstandswert RL eines erheblichen Wertes im Verbinder 180 in einem
kontaktgebenden/leitenden Zustand ist, so daß dessen Kontaktwiderstand nicht vernachlässigbar ist,
beschrieben. Im übrigen wird angenommen, daß die anderen Kontaktwiderstände der
anderen Kontaktabschnitte vernachlässigbar sind. Mit anderen Worten, nur der
Kontaktabschnitt 180d von den Kontaktabschnitten 180c und 180d für die Verbindung der
Leitungen der Detektionsspannung A und der Detektionsspannung A' ist in den losen
Kontaktzustand gebracht. In diesem Falle stellt Fig. 6 eine äquivalente Schaltung,
hauptsächlich für die Darstellung des Verbinders 180 dar. Es liegt ein Widerstand RL an der
dem Kontaktabschnitt 180d entsprechenden Position und eine leitende Leitung an der
dem Kontaktabschnitt 180c entsprechenden Position vor. Somit werden beide Enden
des Widerstandswertes RL durch die zu diesem Widerstandswert RL parallel geschaltete
Leitung in einen Kurzschlußzustand gebracht. Demzufolge wird die an dem
Potentiometer 31 als Reaktion auf das Lenkdrehmoment erzeugte Spannung A als die
Detektionsspannung A' mit derselben Spannung wie die der Detektionsspannung A über den
Kontaktabschnitt 180c in die Regeleinrichtung 130 eingegeben. Die von dem
Potentiometer 32 abgeleitete Detektionsspannung B wird als die Detektionsspannung B' mit
derselben Spannung wie die der Detektionsspannung B über die Kontaktabschnitte 180g
und 180h in die Regeleinrichtung 130 eingegeben. Die Detektionsspannungen A' und B'
werden nämlich ähnlich wie in dem Falle erhalten, in welchem sich die
Kontaktabschnitte 180a bis 180h in dem Verbinder 180 im normalen Kontaktzustand befinden.
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Wie vorstehend beschrieben gibt die Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135 kein
Abnormalitäts-Detektionssignal SR mit dem H-Pegel im Falle derartiger
Detektionsspannungen A' und B' aus, so daß die Ausgabestoppoperation durch die
Ausgabestoppschaltung 134 nicht ausgeführt wird, das Drehmoment-Detektionssignal T aus den
Detektionsspannungen A' und B' erzeugt wird, das Motorstromvorgabesignal SI aus diesem
Drehmoment-Detektionssignal T und dergleichen erzeugt wird, und der
Motorantriebsstrom I als Reaktion auf dieses Motorstromvorgabesignal SI zugeführt wird. Demzufolge
wird die an dem Motor erzeugte Lenkhilfskraft gemäß dem Lenkdrehmoment geregelt.
Somit kann in diesem Falle, nämlich dann, wenn der lose Kontakt in einer von den
doppelten Leitungen in der elektrischen Kontakteinheit auftritt, die gesamte elektrische
Servolenkung in dem optimalen Betriebszustand gehalten werden.
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Schließlich wird ein Fall, in welchem sich der Kontaktabschnitt 180d und der
Kontaktabschnitt 180c mit den Widerstandswerten RL und RL' mit erheblichen Werten in dem
Verbinder 180 ein einem kontaktgebenden/leitenden Zustand befinden, oder nicht in
Kontakt befinden (in diesem Falle werden die Widerstandswert RL und RL, unendlich), so
daß deren Kontaktwiderstandswerte nicht vernachlässigbar sind, beschrieben. Es wird
angenommen, daß die Kontaktwiderstandswerte der anderen Kontaktabschnitte
vernachlässigbar sind. Mit anderen Worten, nur der Kontaktabschnitt 180c und der
Kontaktabschnitt 180d in dem Verbinder 180, welche die Leitungen für die
Detektionsspannungen A und die Detektionsspannung A' verbinden, sind in lose Kontaktbedingungen
gebracht. In diesem Falle stellt Fig. 7 eine äquivalente Schaltung, hauptsächlich für die
Darstellung des Verbinders 180 dar. Es liegen der Widerstandswert RL an der dem
Kontaktabschnitt 180d entsprechenden Position vor und ferner der Widerstandswert RL'
an der dem Kontaktabschnitt 180c entsprechenden Position. D. h., die Leitung für die
Detektionsspannung A und die Leitung für die Detektionsspannung A' werden durch
eine Parallelschaltung der Widerstandswerte RL und RL, in den verbundenen Zustand
gebracht. D. h., dieses ist gleich einem Zustand, daß ein Widerstand mit einem
Widerstandswert RLL = (RL · RL')/(RL + RL') zwischen die Leitungen der
Detektionsspannungen A und A' geschaltet ist. Da in diesem Falle der Widerstandswert RLL kleiner als der
kleinere Widerstandswert von einem der Widerstandswerte RL und RL' ist, kann, selbst
wenn beide Widerstandswert RL und RLL den erheblichen Wert überschreiten, ein solcher
Fall vorliegen, daß der Widerstandswert RLL kleiner als der erhebliche Wert wird. In
diesem Falle ist die zwischen den Linien für die Detektionsspannung A und A' existierende
Widerstandskomponente vernachlässigbar. Demzufolge kann, obwohl keine detaillierte
Erläuterung erfolgt, die gesamte elektrische Servolenkung in dem optimalen
Betriebszustand ähnlich wie in dem vorstehend beschriebenen Falle gehalten werden.
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Wenn im Gegensatz dazu der Widerstandswert RLL nicht vernachlässigbar, sondern
groß wird, wird die in dem Potentiometer 31 als Reaktion auf das Lenkdrehmoment
erzeugte Detektionsspannung A über den Widerstand mit dem Widerstandswert RLL in die
Regeleinrichtung 130 eingegeben und dann die Detektionsspannung A' auf der Basis
der Widerstandsspannungsteilung zwischen dem Widerstand mit dem Widerstandswert
RLL und dem Eingangswiderstand R1 erzeugt. Demzufolge wird die Detektionsspannung
A' ein Wert, der durch Multiplizieren der Detektionsspannung A mit (R1/(RLL + R1))
erhalten wird, und stimmt daher nicht mit der Detektionsspannung A überein. Wenn als
konkretes Beispiel die Detektionsspannung A gleich der Neutralspannung Vo ist, wird
die Detektionsspannung A' um den Wert von (RLL/(RLL + Ri)) · Vo kleiner als die
Neutralspannung Vo. Andererseits wird die von dem Potentiometer 32 abgeleitete
Detektionsspannung als die Detektionsspannung B' mit demselben Spannungswert wie dem
der Detektionsspannung B über die Kontaktabschnitte 180g und 180h in die
Regeleinrichtung 130 eingegeben. Mit anderen Worten, ist, wenn die Detektionsspannung B
gleich der Neutralspannung Vo ist, diese Detektionsspannung B' ebenfalls gleich dieser
Spannung Vo. Demzufolge entspricht, wenn irgendeine Differenz zwischen der
Detektionsspannung A' und der Detektionsspannung B', nämlich (RLL/(RLL + Ri)) · Vo, größer
als der Schwellenwert Vdif wird, oder die Detektionsspannung A', nämlich (R1/(RLL + Ri)
· Vo kleiner als der Schwellenwert Vniedrig wird, dieser Zustand der
Abnormalitäts-Detektionsbedingung in der Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135. In diesem Falle wird das
Abnormalitäts-Detektionssignal SR mit dem H-Pegel aus der
Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135 ausgegeben. Dann wird als Reaktion auf diesen Zustand die
Ausgabestoppoperation von der Ausgabestoppschaltung 134 durchgeführt. Nun wird die
Erzeugung der Lenkhilfskraft durch den Motor 12 gestoppt und die Ausfallsicherheitsfunktion
durchgeführt. Das heißt, in diesem Falle wird, wenn beide von den doppelten Leitungen
in der elektrischen Verbindungseinheit in einen losen Kontaktzustand gebracht sind und
auch der Widerstandswert des gesamten Parallelwiderstandes nicht vernachlässigbar,
sondern groß ist, was der Abnormalitäts-Detektionsbedingung entspricht, die
Ausfallsicherheitsfunktion durchgeführt.
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Wenn die vorliegende Bedingung nicht der Abnormalitäts-Detektionsbedingung in der
Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135 entspricht, wird kein
Abnormalitäts-Detektionssignal SR mit dem H-Pegel von der Abnormalitäts-Detektionsschaltung 135 ausgegeben
und die Ausgabestoppoperation durch die Ausgabestoppschaltung 134 nicht ausgeführt.
Das Drehmoment-Detektionssignal T wird aus den Detektionsspannungen A' und B'
erzeugt. Jedoch ist selbst, wenn beide Detektionsspannungen A und B gleich der
Neutralspannung Vo sind, das Drehmoment-Detektionssignal T zu diesem Zeitpunkt nicht
gleich einem Wert im Neutralzustand. Konkret ist, da die Detektionsspannung A' um (RLL
/(RLL + Ri)) · Vo niedriger als die Neutralspannung Vo ist, das durch Mitteln der
Detektionsspannung A' und der Detektionsspannung B' erhaltene
Drehmoment-Detektionssignal gleich einem Wert, welcher von dem Neutralzustand um [(RLL/(RLL + Ri)) · Vo]/2
abweicht. Dann wird das Motorstromvorgabesignal 81 aus diesem
Drehmoment-Detektionssignal T und dergleichen erzeugt. Wenn der Motorantriebsstrom I als Reaktion auf
dieses Motorstromvorgabesignal SI zugeführt wird, wird die Lenkhilfskraft in der
Lenkungsrichtung nach links durch den Motor 12 erzeugt. Demzufolge wird das Lenkrad 1
ungewollt (Eigenrotation) in die linke Richtung gedreht. Es sei jedoch angemerkt, daß
selbst in einem solchen Falle das Drehmoment-Detektionssignal T nur um [(RLL/ (RLL +
Ri)) · Vo]/2 von dem Wert im Neutralzustand abweicht, während das Drehmoment-
Detektionssignal T um [(RL/(RL + Ri)) · Vo]/2 von dem Wert im Neutralzustand nach
dem Stand der Technik abweicht. Wie vorstehend erläutert ist, da RL RLL ist, dieser
Abweichungsbetrag im allgemeinen kleiner als der herkömmliche Abweichungsbetrag.
Demzufolge wird in diesem Falle, nämlich wenn beide von den doppelten Leitungen in
der elektrischen Verbindungseinheit lose Kontaktbedingungen aufweisen, der
Gesamtwiderstandswert der parallelgeschalteten Widerstandswerte nicht vernachlässigbar
sondern groß ist, und auch nicht der Abnormalitäts-Detektionsbedingung entspricht, ein
solcher Nachteil ähnlich dem nach dem Stand der Technik erzeugt. Jedoch ist im
allgemeinen das Ausmaß des Nachteils in der vorliegenden Erfindung nicht ernsthaft.
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Wie es aus den vorstehenden Erläuterungen ersichtlich ist, liegt selbst dann, wenn ein
loser Kontakt in der elektrischen Verbindungseinheit auftritt, wenn der lose Kontakt in
nur einer von den doppelten Leitungen in der elektrischen Verbindungseinheit auftritt
keine Beeinträchtigung in der Gesamtvorrichtung vor. Ein Problem tritt nur dann auf,
wenn ein loser Kontakt in beiden von den doppelten Leitungen in der elektrischen
Verbindungseinheit auftritt. Somit wird unter der Annahme, daß ein Auftrittsverhältnis eines
losen Kontaktes im Kontaktabschnitt, wenn die Leitungen zwischen dem
Drehmomentsensor und der Regeleinrichtung nicht als doppeltes System ausgeführt sind, gleich F1
ist, ein Auftrittsverhältnis eines losen Kontaktes in dem Verbindungsabschnitt, wenn die
Leitungen zwischen dem Drehmomentsensor und der Regeleinrichtung als doppeltes
System ausgeführt sind, zu F1 · F1. Normalerweise wird, da F1 gleich einem Wert
wesentlich kleiner als 1,0 ist, F1 · F1 zu einem sehr kleinen Wert. Demzufolge wird bei der
elektrischen Servolenkung der vorliegenden Erfindung das Abnormalitätsverhältnis der
Gesamtvorrichtung, welches durch einen in der elektrischen Verbindungseinheit
zwischen dem Drehmomentsensor und der Regeleinrichtung aufgetretenen losen Kontakt
ausgelöst wird, niedrig, und die Zuverlässigkeit sowie der Arbeitseffizienz werden hoch.
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Elektrische Servolenkungen gemäß einer zweiten bis fünften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben. Da diese Ausführungsformen
Modifikationen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform entsprechen, werden nur die
Hauptabschnitte, d. h., Schaltungsabschnitte hauptsächlich in den elektrischen
Verbindungseinheiten zwischen den Drehmomentsensoren und den Regelvorrichtungen in den
Fig. 8 bis Fig. 11 dargestellt und nur unterschiedliche Punkte nachstehend erläutert.
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Fig. 8 stellt die zweite Ausführungsform dar, in welcher nur ein Abschnitt der
Verbindungsleitungen zwischen einem Drehmomentsensor 306 und einer Regeleinrichtung
136 aus doppelten Leitungen besteht. Konkret sind, obwohl die Leitungen für die
Dektektionsspannungen A und B mit sehr kleinen Strömen als Doppelsystem ausgeführt
sind, die Versorgungsleitung Vcc und die Masseleitung GND mit größeren Strömen als
die vorstehend beschriebenen Ströme nicht als doppeltes System ausgeführt. Da ein
Abschnitt der elektrischen Verbindungseinheit selektiv als doppeltes System ausgeführt
ist, ist es möglich, den Widerspruch zwischen den Verbesserungen in der
Zuverlässigkeit und der Zunahme in den Kosten aufgrund der erforderlichen Anzahl von Leitungen
und Anschlüssen des Verbinders 186 zu lösen.
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In der in Fig. 9 dargestellten dritten Ausführungsform sind sowohl ein
Drehmomentsensor 307 und ein Verbinder 187 mit dem Drehmomentsensor 300 und dem Verbinder 180
in der ersten Ausführungsform identisch. Hinsichtlich der Regeleinrichtung 137 ist
jedoch die Leitung für die Detektionsspannung A' über einen Eingangswiderstand R1 auf
Masse gelegt und ist auch über einen weiteren Eingangswiderstand R3 auf die Versorgungsleitung
Vcc gelegt, während die Leitung für die Detektionsspannung B' über einen
Eingangswiderstand R2 auf Masse gelegt und ebenfalls über einen weiteren
Eingangswiderstand R4 auf die Versorgungsleitung Vcc gelegt ist. Demzufolge ist es möglich, die
nachstehenden Probleme zu verhindern oder zu verringern. D. h., wenn Kontaktausfälle
in beiden von den doppelten Leitungen im Verbinder 187 auftreten, weicht die
Detektionsspannung A' ohne jede Bedingung auf die Masseseite ab.
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In der in Fig. 10 dargestellten vierten Ausführungsform und der in Fig. 11 dargestellten
fünften Ausführungsform sind eine Versorgungsleitung und eine Masseleitung getrennt
für die Potentiometer 31 und 32 vorgesehen und sind als ein doppeltes System im
Bezug auf die erste Ausführungsform von Fig. 3 und die vierte Ausführungsform von Fig. 9
ausgeführt. Demzufolge wird die Zuverlässigkeit der an die Potentiometer 31 und 32
angelegten Versorgungsspannung und der Massespannung weiter erhöht.
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Es sei angemerkt, daß, obwohl die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
erläutert wurden, wenn eine Lenkoperation nach rechts durchgeführt wird, ein ähnlicher
Effekt auch dann erzielt werden kann, wenn eine Lenkoperation nach links ausgeführt
wird.
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Ferner sind, wenn die Leitungen als doppeltes System ausgeführt sind, die Leitungen in
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen innerhalb des Drehmomentsensors
und der Regeleinrichtung getrennt. Alternativ sind die Leitungen innerhalb des
Drehmomentsensors und der Regeleinrichtung nicht getrennt, wobei aber die Leitungen an dem
Verbinderanschlußverbindungsabschnitt verzweigt sein können, um so die doppelten
Leitungen auszuführen. Ferner ist, obwohl die Leitungen in einem doppelten System
ausgeführt worden sind, die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges doppeltes
Leitungssystem beschränkt, sondern kann auch in einem solchen Falle angewendet
werden, in dem mehr als zwei Leitungen zueinander parallel geschaltet werden.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden für einen solchen Fall
ausgeführt, daß die Leitungen zwischen den Drehmomentsensor und der Regeleinrichtung
in dem doppelten Modus in der elektrischen Servolenkung ausgeführt wurden, deren
Drehmomentdetektionssystem als doppeltes System ausgeführt ist. Die vorliegende
Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, daß das Drehmomentdetektionssystem als
doppeltes System ausgeführt ist. Alternativ kann das Drehmomentdetektionssystem als
dreifaches oder noch höheres Mehrfachsystem ausgeführt werden. Umgekehrt kann das
Drehmomentdetektionssystem nicht als Mehrfachsystem ausgeführt werden.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden mit derartigen Beispielen
ausgeführt, daß die durch die Potentiometer gebildeten Drehmomentsensoren die
Drehelemente aufweisen. Das Potentiometer des Drehmomentsensors kann von einem
Potentiometer gebildet werden, welches kein Drehelement aufweist und wovon ein
Schleifkontakt direkt als Reaktion auf die Abweichung der Lenkwelle verschoben wird. Ferner
kann der Drehmomentsensor durch andere Abweichungssensoren oder einen
Drehmomentsensor aufgebaut sein, welcher eine Signalverstärkungsschaltung, wie z. B. einen
Verstärker enthält. Beispielsweise ist es möglich, einen Drehmomentsensor zu
verwenden, welcher eine Spule aufweist, deren Induktivität als Reaktion auf das Drehmoment
verändert wird, wobei das Drehmoment durch eine in die Spule induzierte Spannung
erfaßt wird.
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Die in der Regeleinrichtung verwendete Eingangsschaltung ist nicht auf eine derartige
Eingangsschaltung beschränkt, welche lediglich durch einen Eingangswiderstand
abgeschlossen ist, sondern kann zusätzlich mit einer Störungsunterdrückungsfilterschaltung
ausgestattet sein.
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Die mit beiden festen Anschlüssen der Potentiometer verbundenen Leitungen sind nicht
auf die Versorgungsleitung und die Masseleitung beschränkt, sondern können auch
durch andere Referenzspannungsleitungen realisiert werden.
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Der Verbinder muß nicht in der Mitte des Kabels für die Verbindung des
Drehmomentsensors und der Regeleinrichtung angeordnet sein. Alternativ kann der
Einführungsabschnitt oder Aufnahmeabschnitt des Verbinders in einem Stück in der Regeleinrichtung
angeordnet sein oder kann in dem Drehmomentsensor angeordnet sein.
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Die Kontaktkomponente ist nicht auf den Verbinder beschränkt, sondern kann durch
einen sogenannten "Stift/Buchs-Verbinder" realisiert sein.
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Das Drehmoment-Detektionssignal wurde die Mittelung der Detektionsspannungen A'
und B' erzeugt, ist aber nicht darauf beschränkt. Alternativ kann die Detektionsspannung
A' als das Drehmoment-Detektionssignal verwendet werden, und die
Detektionsspannung B' kann dazu verwendet, um die Detektionsspannung A' zu überwachen.
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Obwohl ein Kabel verwendet wurde, um den Drehmomentsensor elektrisch mit der
Regeleinrichtung in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zu verbinden,
können auch unabhängig eingesetzte Kabelbäume verwendet werden.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde die Antriebsregelung des
Motors auf der Basis einer PID-Regelung ausgeführt. Alternativ kann die
Antriebsregelung des Motors auf der Basis einer PI-Regelung und dergleichen ausgeführt werden.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde beschrieben, daß der
Motorregelungsvorgabewert auf der Basis des Lenkdrehmomentes und der
Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird. Alternativ kann der Motorregelungsvorgabewert nur auf
der Basis des Lenkdrehmomentes eingestellt werden.
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Ferner wurden in den vorstehend erläuterten Ausführungsformen beschrieben, daß die
Regeleinrichtung direkt durch die elektronische Schaltung gebildet wird. Die Funktionen
der Motorstromvorgabeeinrichtung und die Abnormalitäts-Detektionsschaltung können
durch einen Mikrocomputer und ein von dem Mikrocomputer ausgeführtes Programm
realisiert werden.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde die Motorantriebsschaltung
durch FETs (Feldeffekttransistoren) aufgebaut. Alternativ kann dieser
Motorantriebsschaltung durch Verwendung anderer Schaltelemente, wie z. B. von bipolaren
Transistoren aufgebaut werden.
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Wie vorstehend beschrieben sind entweder ein Abschnitt der elektrischen
Verbindungseinheit zwischen dem Lenkdrehmomentdetektor und der Regeleinrichtung oder alle
Abschnitte davon als doppeltes System in der Servolenkung der vorliegenden Erfindung
ausgeführt, so daß der durch lose Kontakte der elektrischen Verbindungseinheit
bewirkte Nachteil eliminiert oder reduziert werden kann.
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Demzufolge ist es möglich, die elektrische Servolenkung mit einer hohen Zuverlässigkeit
und einem hohen Arbeitseffizienz zu versehen.