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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische
Servolenkvorrichtung, die die zum Lenkvorgang erforderliche Kraft durch die
Drehkraft eines Motors unterstützt, sowie einen Rotationsdetektor
zum Ermitteln der Drehposition des Motors, und insbesondere eine
Steuerung eines dem Motor bei der Zurückstellung eines Lenkrades
zugeführten Treiberstroms sowie Verbesserungen der Konstruktion
des Rotationsdetektors.
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Es ist eine elektrische Servolenkvorrichtung entwickelt worden,
die einem Fahrer ein angenehmes Lenkgefühl vermittelt, indem ein
Motor zur Unterstützung der Lenkkraft auf der Basis eines
ermittelten Ergebnisses eines auf ein Lenkrad ausgeübten
Lenkdrehmoments angetrieben wird und indem die zum Lenken eines Fahrzeugs
erforderliche Kraft durch die Drehkraft des Motors unterstützt
wird.
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Diese Servolenkvorrichtung besteht aus einer nach rechts und links
von einem Fahrzeugkörper abstehenden Zahnstange, deren beide Enden
jeweils mittels einer Spurstange mit dem rechten bzw. linken
Vorderrad verbunden sind, und einer mit der Zahnstange an deren
Mittelbereich zusammengreifenden Ritzelwelle, die mit dem Lenkrad
zusammengreift.
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Mit dem Lenkmechanismus des Zahnstangen-Ritzel-Systems zum
Ausführen des Lenkvorgangs durch Verändern der Umdrehungen des
Ritzels, die die Drehbetätigung des Lenkrads begleiten, in eine
längsgerichtete Bewegung der Zahnstange versehene Fahrzeuge sind
im wesentlichen entsprechend der Stellposition des Motors zur
Unterstützung der Lenkkraft in die folgenden beiden Kategorien
unterteilt; d.h. eine, bei der die Welle dieses Ritzels weiter von
der Zusammengriffsposition mit der Zahnstange absteht, wobei der
Motor an diesem abstehenden Bereich mit einem geeigneten
Reduktionsgetriebe versehen ist, um die Drehkraft zu übertragen, und
die andere, bei der ein mit dieser Zahnstange zusammengreifendes
Hilfsritzel an einer Position in axialer Richtung vorgesehen ist,
die verschieden von der oben erwähnten Ritzelzusammen
griffsposition ist, wobei der Motor an dem Hilfsritzel mit einem
geeigneten Reduktionsgetriebe versehen ist, um die Drehkraft zu
übertragen, wobei ersteres als Einzel-Ritzel-System und letzteres
als Zwei-Ritzel-System bezeichnet wird, je nach Anzahl der mit der
Zahnstange zusammengreifenden Ritzel.
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Somit besteht bei jeder der zuvor erwähnten Servolenkvorrichtungen
die Schwierigkeit, daß sie kein natürliches Lenkgefühl vermitteln,
da die Drehkraft des Motors zur Unterstützung der Lenkkraft über
das Reduktionsgetriebe auf den verlängerten Bereich der Welle des
Ritzels oder auf das Hilfsritzel übertragen wird, wodurch, wenn
das Lenkrad in die Position zum Geradeausfahren zurückgestellt
wird, das Zurückstellen aufgrund der Trägheitskraft des Motors und
des Reibungswiderstandes des Reduktionsgetriebes spät erfolgt.
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Zur Lösung dieses Problems ist in der Japanischen
Offenlegungsschrift Nr. 61-215166, 1986, die der EP-A-0 190 678 entspricht,
eine Erfindung offenbart, bei der die Motorsteuerung durch eine
Beschleunigungs- und Verlangsamungsfunktion entsprechend der
Drehzahl des Motors durchgeführt wird und bei der die Rückstellkraft
vom Motor entsprechend der Rückstellkraftfunktion, die der Größe
des Lenkwinkels entspricht, an das Lenkrad weitergegeben wird.
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Bei der genannten Erfindung besteht jedoch die Schwierigkeit, daß
die Hilfskraft, welche ein wesentliches Ziel der Servolenkung
darstellt, verringert wird, wodurch die Hilfscharakteristiken
beeinträchtigt werden, wenn eine schnelle Umdrehung des Motors, wie
beispielsweise ein schnelles Lenken, erforderlich ist, da die
Beschleunigungs- und Verlangsamungssteuerung und die
Rückstellsteuerung des Motors unter Verwendung der Drehzahl des Motors und
des Lenkwinkels durchgeführt werden, wodurch das
Blockierdrehmoment besonders im hohen Drehzahlbereich groß wird. Da die
Rückstellkraft so erzeugt wird, daß das Lenkrad entsprechend dem
Lenkwinkel in eine neutrale Position zurückgeführt wird, wird dadurch
das Lenkgefühl aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit und der
Trägheit des Motors nicht stabilisiert, was dazu führt, daß die
Position des Lenkrads manchmal die neutrale Position überschreitet,
wodurch das Problem verursacht wird, daß die Adstringenz des
Lenkens
bei der Rückstellsteuerung des Lenkrads schlecht ist.
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Da die Drehkraft des Motors zur Unterstützung der Lenkkraft zu dem
abstehenden Teil der Welle des Ritzels oder dem Hilfsritzel
übertragen wird, tritt manchmal der Fall ein, daß bei Erzeugung einer
Abnormalität in dem Motor aus irgendeinem Grund der Drehwiderstand
von dessen Abtriebswelle zunimmt, wodurch die Abtriebswelle
blokkiert, so daß nicht gelenkt werden kann. Als herkömmliche
Servolenkvorrichtung zur Verhinderung der oben erwähnten
Schwierigkeiten ist eine bekannt, bei der an der Abtriebswelle des Motors eine
elektromagnetische Kupplung vorgesehen ist, und wenn der
Zündschlüssel umgedreht - d.h. eingeschaltet - ist, werden der Motor
und das Reduktionsgetriebe durch die elektromagnetische Kupplung
getrennt, dem Motor wird vorübergehend elektrischer Strom
zugeführt, wodurch das Blockieren des Motors durch die
elektromotorische Kraft erkannt wird, die beim Drehen des Motors aufgrund der
Trägheitskraft erzeugt wird.
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Da jedoch bei der herkömmlichen Servolenkvorrichtung das Eintreten
des Blockierens des Motors von der elektromotorischen Kraft des
Motors erkannt wird, erfolgt dies nur bei eingeschalteter Zündung;
daher tritt bei einem Eintreten des Blockierzustands des Motors
während des Fahrens die Schwierigkeit auf, daß der Blockierzustand
nicht erkannt wird. Da dementsprechend das Blockieren des Motors
nicht erkannt werden kann, wenn eine Abnormität erzeugt wird, die
zum Blockieren des Motors führt, ist in dem Fall, daß der
Lenkmechanismus nicht betätigt werden kann, die herkömmliche Vorrichtung
nicht in der Lage, mit der Situation fertig zu werden.
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Um die Abnormalität zu ermitteln, wird in Betracht gezogen, einen
Rotationsdetektor zum Ermitteln des Drehzustands des Motors an dem
Motor anzubringen, es besteht jedoch die Schwierigkeit, daß der
Tachosignalgeber des herkömmlichen Rotationsdetektors nicht
imstande ist, die niedrige Drehzahl und die Drehposition zu
ermitteln, und ferner bestehen Schwierigkeiten dahingehend, daß ein
einen Lichtunterbrecher verwendender Rotationskodierer nicht
wärmebeständig ist, mit der Zeit in der Leistung nachläßt und
kostenintensiv ist.
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GB-A-2 188 296 offenbart ein motorgetriebenes Servolenksystem für
Kraftfahrzeuge. Dieses System schafft einen Motor, der ein einer
Abtriebszahnstange zuzuführendes Hilfsdrehmoment erzeugt, und es
wird von einer Logiksteuervorrichtung gesteuert, die die von einem
Lenkgeschwindigkeitsermittlungssystem, einem
Lenkdrehmomentermittlungssystem und einem Fahrzeuggeschwindigkeitsermittlungssystem
kommenden Eingangsparameter verarbeitet. Diese Parameter werden
einer Zentralverarbeitungseinheit zum Berechnen einer Hilfskraft
und zum Antreiben eines PWM-Motors mittels dieser zugeführt, um
den Fahrer eines Fahrzeugs beim Drehen des Lenkrads zu
unterstützen. Die Verarbeitung der Parameter zur Berechnung eines
Antriebsleistungsverhältnisses erfolgt sukzessiv. Zunächst wird aus dem
ermittelten Lenkdrehmoment ein anfängliches Leistungsverhältnis
berechnet. Zu diesem anfänglichen Leistungsverhältnis wird ein
zweites Leistungsverhältnis hinzuaddiert, welches das Produkt aus
einem durch die Lenkgeschwindigkeit definierten
Basisleistungsverhältnis und einem von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhangigen
Korrekturkoeffizienten darstellt. Das daraus resultierende
Leistungsverhältnis ist das dem Motor zugeführte
Antriebsleistungsverhältnis. Das Antriebsleistungsverhältnis wird permanent
berechnet, während das Servolenksystem in Betrieb ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Servolenkvorrichtung
zu schaffen, die eine Lenkunfähigkeit des Fahrzeugs dadurch
vermeidet, daß sie ein Blockieren des Motors aufgrund des
Lenkdrehmoments und der Drehposition des Motors erkennt und dann die
Kupplung löst, wenn der Blockierzustand eingetreten ist.
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Die obigen und weitere Aspekte und Merkmale der Erfindung werden
deutlicher anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung mit den
zugehörigen Zeichnungen, welche zeigen:
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Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Vorderansicht eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung,
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Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Ausführungsbeispiels
entlang der Linie II-II in Fig. 1,
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Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht des Aufbaus eines
Rotationsdetektors entlang der Linie III-III in Fig. 1,
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Fig. 4 ein Wellenformdiagramm einer Ausgangswellenform des
Rotationsdetektors,
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Fig. 5 ein Blockdiagramm des Aufbaus und Betriebs einer
Steuereinheit
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Fig. 6 - Fig. 10 Flußdiagramme zur Erläuterung jedes
Steuervorgangs,
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Fig. 11 einen Graphen der Charakteristik des Verhältnisses
zwischen Motorstrom und Drehmoment an einer
Indikatorstromfunktionseinheit,
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Fig. 12 ein Flußdiagramm einer Winkelgeschwindigkeitssteuerung,
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Fig. 13 ein Blockdiagramm des Aufbaus und Betriebs einer
Steuereinheit eines anderen Ausführungsbeispiels,
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Fig. 14 einen Graphen einer Charakteristik eines Verhältnisses
zwischen Motorstrom und Drehmoment an einer
Indikatorstromfunktionseinheit eines anderen Ausführungsbeispiels,
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Fig. 15 ein Flußdiagramm der Rückstellsteuerung eines Lenkrads,
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Fig. 16 eine teilweise weggebrochene Vorderansicht des dritten
Ausführungsbeispiels der Servolenkvorrichtung der Erfindung, und
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Fig. 17 eine vergrößerte Schnittansicht desselben entlang der
Linie XVII-XVII in Fig. 16.
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf
die Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnungen beschrieben. Fig.
1 ist eine teilweise weggebrochene Vorderansicht einer
erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung. Fig. 2 ist eine vergrößerte
Schnittansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1. Fig. 3 ist eine
vergrößerte
Schnittansicht des Aufbaus eines Rotationsdetektors
entlang der Linie III-III von Fig. 1.
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In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Zahnstange, die
konzentrisch in ein zylindrisches Zahnstangengehäuse 2 eingeführt
ist, das an einem Teil des Fahrzeugkörpers befestigt ist, wobei
seine Längsrichtung die rechts-links-Richtung darstellt. Das
Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Ritzelwelle, die drehbar derart
gelagert ist, daß ihre Mittelachse die Zahnstange 1 im Innern
eines damit verbundenen Ritzelwellengehäuses 4 in der Nähe eines
Endbereiches der Zahnstange 2 schräg schneidet.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht die Ritzelwelle 3 aus einer
oberen Welle 3a und einer unteren Welle 3b, die über eine
Torsionsstange 5 koaxial miteinander verbunden sind, wobei die obere
Welle 3a im Inneren des Ritzelwellengehäuses 4 durch ein
Kugellager 40 gelagert ist, wobei ihr oberer Endbereich über ein nicht
dargestelltes Universalgelenk mit einem Lenkrad verbunden ist. Die
untere Welle 3b an der benachbarten Position des oberen
Endbereiches ist im Inneren des Ritzelwellengehäuses 4 mittels eines
Vierpunktkugellagers 41 derart gelagert, daß die geeignete Länge ihres
unteren Teils aus einer Öffnung an der Unterseite des
Ritzelwellengehäuses 4 ragt. Das Vierpunktkugellager 41 ist von außen auf
die untere Welle 3b von der Seite des unteren Endbereiches her
aufgepaßt und ist an der Außenseite der unteren Welle 3b in
axialer Richtung angeordnet, wobei beide Seiten des inneren Rings
durch Abstufungen, die in der Nähe des oberen Endbereiches der
unteren Welle 3b ausgebildet sind, und durch eine Schulter 42, die
von außen von der Seite des unteren Endbereiches her befestigt und
an der umfangsfläche verstemmt ist, gehalten sind. Dann wird es
zusammen mit der unteren Welle 3b von der zuvor erwähnten Öffnung
an der Unterseite her in das Ritzelwellengehäuse 4 eingepaßt und
im Inneren des Ritzelwellengehäuses 4 in Axialrichtung
positioniert, wobei beide Seiten des Außenringes von einem kreisförmigen
Schulterteil, das am unteren Teil des Gehäuses 4 ausgebildet ist,
und einer Sicherungsmutter 43, die von der Öffnung her an das
Gehäuse 4 geschraubt ist, gehalten sind, und es trägt die auf die
untere Welle 3b einwirkende radiale Last und die Axialbelastung
beider Richtungen.
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Im mittleren Bereich der unteren Welle 3b, die aus dem
Ritzelwellengehäuse 4 herausragt, sind in deren Axialrichtung Ritzelzähne
30 in geeigneter Länge ausgebildet. Wenn das Ritzelwellengehäuse
4 mit Befestigungsschrauben 44 an der Oberseite des oben erwähnten
Zahnstangengehäuses 2 befestigt ist, greifen die Ritzelzähne 30
mit den in der Nähe eines Endbereiches der Zahnstange 1 in deren
Axialrichtung in geeigneter Länge im Inneren des
Zahnstangengehäuses 2 ausgebildeten Zahnstangenzähnen 10 zusammen, wodurch die
untere Welle 3b mit der Zahnstange 1 zusammengreift, wobei sich
ihre Mittelachsen schräg schneiden. Von der Position des
Zusammengreifens mit der Zahnstange 1 an erstreckt sich die untere Welle
3b weiter nach unten, wobei ein großes Kegelrad 31, dessen mit
Zähnen versehene Fläche nach unten geneigt ist, koaxial zu der
unteren Welle 3b auf deren unteren Endbereich aufgesetzt ist. Die
untere Welle 3b ist mittels eines Nadellagers 33 in einem
Kegelradgehäuse 20 gelagert, das an die Unterseite des
Zahnstangengehäuses 2 so angesetzt ist, daß es das große Kegelrad 31 umgibt.
Dementsprechend wird die untere Welle 3b an beiden Seiten der
Position des Zusammengreifens der Zahnstange 10 mit den
Ritzelzähnen 30 mittels des Vierpunktkugellagers 41 und des Nadellagers
33 gelagert, wodurch der Betrag der Biegung der unteren Welle 3b
an der Position des Zusammengreifens innerhalb der Toleranz
gehalten ist.
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Darüber hinaus ist an der Position des Zusammengreifens der
Zahnstangenzähne 10 mit den Ritzelzähnen 30 ein Druckstück 12
vorgesehen, das die Zahnstange 1 durch Vorspannkraft einer Druckfeder 11
auf die Ritzelwelle 3 vorschiebt, so daß die Zahnstangenzähne 10
und die Ritzelzähne 30 lückenlos in Eingriff gebracht werden
können. An der Zusammengriffsposition ist die Zahnstange 1, gestützt
von dem Druckstück 12 und der unteren Welle 3b, so gehalten, daß
sie von beiden Seiten in radialer Richtung gehalten ist und auch
von einer Lagerbuchse 13, die in einen Endbereich des
Zahnstangengehäuses 2 gegenüber dessen Verbindungsstelle mit dem
Ritzelwellengehäuse 4 eingepaßt ist, wobei sie im Inneren des
Zahnstangengehäuses 2 axial frei bewegbar ist. Sowohl die rechten als auch
die linken Endbereiche der Zahnstange 1, die jeweils zu beiden
Seiten des Zahnstangengehäuses 2 herausragen, sind mit
Verbindungsstangen 15,15 verbunden, die sich über jeweilige Kugelgelenke
14,14 zu den nicht dargestellten rechten und linken Rädern
erstrecken, wobei die Räder entsprechend der Bewegung der Zahnstange
1 in deren Axialrichtung nach rechts oder links gelenkt werden.
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In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 6 einen Drehmomentsensor
zum Erkennen des auf das Lenkrad ausgeübten Drehmoments. Der
Drehmomentsensor 6 verwendet ein Potentiometer mit einem
Widerstandshalteteil 60, das außen auf die obere Welle 3a aufgepaßt ist, sich
mit dieser dreht und an der unteren Endf läche einen kreisförmigen
Widerstand bildet, wobei die Mittelachse der oberen Welle 3a die
Mitte bildet, und einem Erkennungsstückhalteteil 61, das außen auf
die untere Welle 3b aufgepaßt ist, sich mit dieser dreht und an
der oberen Endfläche ein Erkennungsstück bildet, das mit einem
Punkt in radialer Richtung auf dem Widerstand in Gleitkontakt ist.
Die obere Welle 3a der Ritzelwelle 3 dreht sich entsprechend der
Drehung des Lenkrades um die Axialwelle, der auf die Räder
einwirkende Widerstand der Straßenoberfläche jedoch wirkt über die
Zahnstange 1 auf die untere Welle 3b ein, wodurch an einer
zwischen den beiden Wellen angeordneten Torsionsstange 5 eine
Verdrehung entsprechend dem auf das Lenkrad ausgeübten Lenkdrehmoment
bewirkt wird. Der Drehmomentsensor 6 gibt die in Umfangsrichtung
erzeugte Relativverschiebung zwischen der oberen Welle 3a und der
unteren Welle 3b, die eine Begleiterscheinung der Verdrehung der
Torsionsstange 5 ist, als der Position des Gleitkontaktes zwischen
dem Erkennungsstück und dem Widerstand entsprechendes Potential
aus, und falls an der Torsionsstange 5 keine Verdrehung erzeugt
wird, mit anderen Worten, falls kein Lenken erfolgt, wird er zur
Ausgabe des spezifizierten Referenzpotentials initialisiert. Das
Ausgangssignal des Drehmomentsensors 6 wird einer Steuereinheit 7
zugeführt, die das Signal mit dem Referenzpotential vergleicht, um
Richtung und Größe des Drehmoments zu erkennen, und dann ein
Treibersignal für einen Motor 8 zur Unterstützung der Lenkkraft
erzeugt, der auf noch zu beschreibende Weise vorgesehen ist.
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Der Motor 8 zur Unterstützung der Lenkkraft dient zur Übertragung
seiner Drehkraft zu der oben erwähnten unteren Welle 3b, und zwar
über eine elektromagnetische Kupplung 16, ein
Umlaufuntersetzungsgetriebe 9 und ein kleines Kegelrad 32, das mit dem großen
Kegelrad 31 zusammengreift und einen geringeren Durchmesser als das
große Kegelrad 31 aufweist.
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Die elektromagnetische Kupplung 16 besteht aus einer ringförmigen
Wicklungseinheit 161, die an einem mittleren Gehäuse 81 des Motors
8 befestigt ist, einer Bewegungseinheit 162, die auf eine Seite
einer Rotationsachse 80 des Motors 8 koaxial dazu aufgesetzt ist
und sich mit der Rotationsachse 80 dreht, und einem
scheibenförmigen Eingriffsteil 163, das der Bewegungseinheit 162 zugewandt ist
und durch elektromagnetische Kraft, die durch Energiezufuhr zu der
Wicklungseinheit 161 entsteht, mit der Bewegungseinheit 162
zusammengreift, wodurch das Einrücken und Ausrücken der Drehkraft
des Motors 8 erfolgt.
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Das Umlaufuntersetzungsgetriebe 9 besteht aus einer Umlaufwelle
90, die in das Eingriffsteil 163 eingesetzt ist, sich dreht und
ein Sonnenrad aufweist, das an einem Ende durch ein in die
Bewegungseinheit 162 eingepaßtes Lager und an dem anderen Ende durch
ein in einen später zu beschreibenden Planetenradträger 93
eingepaßtes Lager gelagert ist, einem kreisförmigen Außenring 91, der
an einer Gehäuseendfläche 82 des Motors 8 koaxial mit der
Drehachse 80 befestigt ist, mehreren Planetenrädern 92,92..., die
drehbar mit der Innenfläche des Außenrings 91 und der Außenfläche
des Sonnenrads der Umlaufwelle 90 in Kontakt sind, sich selbst um
ihre jeweiligen Mittelachsen und um die Mittelachse des
Sonnenrades drehen, und dem Planetenradträger 93, der die jeweiligen
Planetenräder 92,92... drehbar lagert. Das
Umlaufuntersetzungsgetriebe 9 weist einen geringeren Außendurchmesser auf als der Motor 8
und ist mit dem Motor 8 und der elektromagnetischen Kupplung 16 an
einer Seite der Rotationsachse 80 integriert. Eine Abtriebswelle
94 des Umlaufuntersetzungsgetriebes 9 ist an einer Position der
Mittelachse des Planetenradträgers 93 eingepaßt und fixiert, der
koaxial zur Rotationsachse 80 des Motors 8 positioniert ist, und
sie ragt in geeigneter Länge aus dem Gehäuse. An dem
Spitzenbereich der Abtriebswelle 94 ist das kleine Kegelrad 32 fest
angebracht,
wobei seine mit Zähnen versehene Fläche der Seite des
Spitzenbereichs zugewandt ist, wobei das kleine Kegelrad 32 so
konstruiert ist, daß es sich zusammen mit der Abtriebswelle 94
entsprechend der Umdrehung der Planetenräder 92,92... dreht.
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Der Motor 8, die elektromagnetische Kupplung 16 und das
Umlaufuntersetzungsgetriebe 9 sind auf einem außerhalb des
Zahnstangengehäuses 2 vorgesehenen Bügel 2a derart befestigt, daß diese
Mittelachsen im wesentlichen parallel zu der Mittelachse der
Zahnstange 1 sind und sie in das Kegelradgehäuse 20 eingesetzt sind,
wobei das kleine Kegelrad 32 innen liegt. An der Innenseite des
vorgenannten Gehäuses 20 ist das kleine Kegelrad 32 mit dem fest
am unteren Endbereich der vorstehend erwähnten unteren Welle 3b
angebrachten großen Kegelrad 31 im Eingriff.
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Die Einstellung des Spiels zwischen den großen Kegelrad 31 und dem
kleinen Kegelrad 32 beim Einpassen des
Umlaufuntersetzungsgetriebes 9 in das Kegelradgehäuse 20 kann auf einfache Weise durch
Verändern der Dicke und/oder Anzahl der an dem Teil des Gehäuses
des Umlaufuntersetzungsgetriebes 9, das an dem Kegelradgehäuse 20
anliegt, einzusetzenden Abstandsstücke durchgeführt werden.
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Auf der anderen Seite der Rotationsachse 80 des Motors 8 ist ein
Rotationsdetektor 17 zur Ermittlung der Drehposition des Motors 8
vorgesehen. Der Rotationsdetektor 17 besteht aus einer
Magnetplatte 170, die auf die andere Seite der Rotationsachse 80 des Motors
8 gesetzt ist und scheibenförmig ist, zwei N- und zwei S-Pole
sowie zwei Reed-Schalter 171,171 aufweist, die unter einem
festgelegten Einfallswinkel ß (bei dem Ausführungsbeispiel ist β = 135º)
um die Magnetplatte 170 angeordnet sind.
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Fig. 4 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Ausgangswellenform des
Rotationsdetektors 17 zeigt. Da die beiden Reed-Schalter 171,171
unter einem Einfallswinkel β von 135º angebracht sind, ist die
Phase der ausgegebenen Ausgangswellenform um 90º phasenverschoben.
Der Rotationsdetektor 17 hat eine Auflösungskapazität von 1/16
einer Umdrehung durch Ermittlung der Anstiegs- und Rückflanken der
jeweiligen vier Wellenformen, die bei einer Umdrehung ausgegeben
werden.
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Im Vergleich mit den herkömmlichen Rotationsdetektoren wie
Tachosignalgeber und dergleichen ist der Rotationsdetektor 17 imstande,
von der Umdrehungszahl 0 an zu ermitteln, wodurch er imstande ist,
die Relativposition eines Motors zu ermitteln. Außerdem ist er
kleinformatig, hohen Temperaturen gegenüber sehr widerstandsfähig,
hat eine lange Lebensdauer und ist kostengünstig im Vergleich zu
einem Rotationskodierer vom Lichtunterbrechungstyp. Außerdem kann,
da die Ausgangswellenform zum Impulsausgangssignal wird, das
ermittelte Ergebnis auf einfache Weise in eine CPU wie ein
Mikrocomputer und dergleichen eingegeben werden.
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Auch in die Steuereinheit 7 werden sowohl das Ausgangssignal des
Rotationsdetektors 17 und das Ausgangssignal eines
Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektors 18 zum Erkennen der
Fahrzeuggeschwindigkeit als auch das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 6
eingegeben, und daraufhin wird die später zu beschreibende
Steuerung ausgeführt und ein Treibersignal zum Treiben des Motors 8 und
der elektromagnetischen Kupplung 16 wird ausgegeben.
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Als nächstes erfolgt die Erläuterung der Steuerung der
Steuereinheit 7.
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Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm, das den Aufbau und die
Steuerfunktion der Steuereinheit darstellt.
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Das Drehmomenterkennungssignal des Drehmomentsensors 6 wird
jeweils einem Phasenkompensator 71a zum Vorschieben der Phase und
zum Stabilisieren des Systems, einer
Winkelbeschleunigungserkennungsschaltung 71b zum Erkennen der Winkelbeschleunigung 6, der
Drengen des Lenkrads, einer
Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c zur Bestimmung des Mittelpunkts des Lenkmechanismus,
einer Blockiererkennungsschaltung 71f zur Erkennung des
Blockierens des Motors 8, einer Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung
71g zur Erkennung der Winkelgeschwindigkeit ω des Lenkrades und
einer Drehmomentfunktionseinheit 73g, die eine dem Absolutwert T
des Lenkdrehmoments T entsprechende Funktion erzeugt, zugeführt.
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Das Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal des
Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 18 wird jeweils der Blockiererkennungsschaltung
71f, der Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c, der
Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktionseinheit 73f zur Erzeugung einer der
Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechenden Funktion, einer
Kompensationsstromfunktionseinheit 73b, der die Winkelbeschleunigung des
Lenkrades, die von der Winkelbeschleunigungserkennungsschaltung
71b ausgegeben wird, zugeführt wird und die den Kompensationsstrom
Ic zum Kompensieren der Trägheitskraft während der Beschleunigung
und Verlangsamung des Motors 8 und zum Kompensieren der
Trägheitskraft der Radbasisträger entsprechend der Winkelbeschleunigung 6,
und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt, und einer
Variablenstromfunktionseinheit 73c zugeführt, der ein von einer später zu
beschreibenden Lenkwinkelbestimmungsschaltung 71d ausgegebener
Lenkwinkel θ zugeführt wird und die den variablen Strom Ia zur
Veränderung einer Charakteristik des Indikatorstroms I
entsprechend dem Lenkwinkel θ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt.
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Das Dreherkennungssignal des Rotationsdetektors 17 wird der
Lenkwinkelbestimmungsschaltung 71d zugeführt, um den Lenkwinkel θ aus
der Blockiererkennungsschaltung 71f, der
Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c, der
Winkelbeschleunigungserkennungsschaltung 71b, der Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g
und der Lenkwinkelbestimmungsschaltung 71d zum Bestimmen des
Lenkwinkels θ auf der Basis des Dreherkennungssignals und des
Mittelpunkts der Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c zu
bestimmen.
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Die Blockiererkennungsschaltung 71f erkennt die Drehung des Motors
8, wenn die Werte des Drehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit
höher sind als ihre jeweiligen Sollwerte, indem sie das
eingegebene Dreherkennungssignal, Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal
und Drehmomenterkennungssignal verwendet, wodurch das
Vorhandensein eines Blockierens erkannt wird, und ihr Ausgangssignal wird
über eine Treiberschaltung 72b der elektromagnetischen Kupplung 16
zugeführt.
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Der Ausgang ω der Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g
wird einer Winkelgeschwindigkeitsfunktionseinheit 73d zur
Erzeugung einer Funktion entsprechend der Winkelgeschwindigkeit
zugeführt.
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Ferner wird der variable Strom Ia der erwähnten Funktionseinheit
73d zugeführt und der Versatzbetrag ist durch den variablen Strom
Ia angegeben. Das Ausgangssignal des Phasenkompensators 71a und
der variable Strom Ia werden einer Indikatorstromfunktionseinheit
73a zum Erzeugen des Indikatorstroms 1 für den Motor 8 zugeführt.
Das Ausgangssignal der Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktionseinheit
73f wird der Drehmomentfunktionseinheit 73g zugeführt, woraufhin
eine der Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechende
Drehmomentfunktion fd ausgegeben wird. Der Ausgang wird einer
Subtrahierstromfunktionseinheit 73e zugeführt, worauf der Subtrahierstrom Ir
durch den Ausgang der Winkelgeschwindigkeitsfunktionseinheit 73d
und den Ausgang der Drehmomentfunktionseinheit 73g gebildet wird.
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Das Ausgangssignal der Indikatorstromfunktionseinheit 73a wird in
einen Subtrahierer 74c eingegeben, woraufhin der Subtrahierstrom
Ir, der der Ausgang der Subtrahierstromfunktionseinheit 73e ist,
subtrahiert und das Subtraktionsergebnis einem Addierer 74a
zugeführt wird.
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Das Ausgangssignal der Kompensationsstromfunktionseinheit 73a wird
in dem Addierer 74a hinzuaddiert und das Additionsergebnis einem
Subtrahierer 74b zugeführt.
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Im Subtrahierer 74b wird ein Rückkopplungssignal der
Stromerkennungsschaltung 71e zum Erkennen von durch den Motor 8 verbrauchten
Strom von dem genannten Additionsergebnis subtrahiert und das
Subtraktionsergebnis wird dem Motor 8 über eine PWM(Pulse-Width-
Modulation)-Treiberschaltung 72a zugeführt.
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Im folgenden wird die Funktionsweise erläutert.
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Fig. 6 ist ein Flußdiagramm der Steuerung der Blockiererkennung.
Im Schritt 10 wird festgestellt, ob die Zündung eingeschaltet ist,
und wenn sie nicht eingeschaltet ist, wird im Schritt 11 die
Fahrzeuggeschwindigkeit
am Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18
abgelesen. Im Schritt 12 wird festgestellt, ob die
Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als der Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert VS1 ist,
und wenn sie höher ist, wird das Lenkdrehmoment T im nächsten
Schritt 13 aus dem Drehmomentsensor 6 ausgelesen. Im Schritt 14
wird festgestellt, ob das Lenkdrehmoment T größer ist als der
Drehmomentschwellenwert TS1, und wenn es größer ist, wird im
Schritt 15 die Drehposition des Motors 8 aus dem Rotationsdetektor
17 gelesen, und es wird auf der Basis dieses Wertes im Schritt 16
festgestellt, ob der Motor 8 dreht oder nicht. Dreht der Motor 8,
kehrt der Verarbeitungsvorgang zurück, und wenn er nicht dreht,
erkennt die Blockierungserkennungsschaltung 71f, daß der Motor 8
blockiert ist, und im Schritt 17 wird festgestellt, daß die
elektromagnetische Kupplung 16 ausgeschaltet ist, wodurch die
Verbindung des Motors 8 mit dem Umlaufuntersetzungsgetriebe 9
unterbrochen ist und der Lenkmechanismus vom Motor 8 gelöst ist. Im
Schritt 18 wird ein nicht dargestellter Blockierungsalarm
eingeschaltet und der Programmablauf kehrt zurück.
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Wenn andererseits im Schritt 10 festgestellt wird, daß der
Zündschalter eingeschaltet ist, ist die elektromagnetische Kupplung 16
im Schritt 19 ausgeschaltet und der Motor 8 im Schritt 20
eingeschaltet. Wenn der Motor 8 eingeschaltet ist, wird im Schritt 21
festgestellt, ob eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist,
wonach im Schritt 22 die Drehposition des Motors 8 von dem
Rotationsdetektor 17 gelesen wird, und es wird im Schritt 23 auf der
Basis dieses Wertes festgestellt, ob der Motor 8 dreht. Dreht der
Motor 8, wird der Motor im Schritt 24 ausgeschaltet und die
elektromagnetische Kupplung 16 wird im Schritt 25 eingeschaltet. Wird
im Schritt 23 festgestellt, daß der Motor 8 nicht dreht, wird der
Blockierungsalarm im Schritt 26 eingeschaltet und der
Programmablauf kehrt zurück.
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Im folgenden wird die Winkelbeschleunigungserkennung und deren
Verwendung bei der Motorträgheitssteuerung erläutert.
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Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Berechnung einer
Winkelbeschleunigung und deren Verwendung bei der Steuerung der Motorträgheit.
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Zunächst wird das vom Drehmomentsensor 6 gelieferte Drehmoment T
im Schritt 30 gelesen und anschließend wird im Schritt 31 die vom
Rotationsdetektor 17 ausgegebene Drehgeschwindigkeit ωm des Motors
8 durch die Winkelbeschleunigungserkennungsschaltung 71b
ausgelesen, und im Schritt 32 wird die Winkelbeschleunigung 6, des
Lenkrades mittels der folgenden Gleichungen berechnet.
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T = K (θi - θ&sub0;)
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(θi - θ&sub0;) = T/K
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( i - &sub0;) = /K
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i = /T + &sub0;
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K bezeichnet hier die Federkonstante einer Torsionsstange.
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Andererseits gilt
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&sub0; = ωm/n
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wobei n das Untersetzungsverhältnis bezeichnet.
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Im Schritt 33 wird als nächstes aus der im Schritt 32 berechneten
Winkelbeschleunigung 6, des Lenkrades und der
Fahrzeuggeschwindigkeit V der Kompensationsstrom Ic zum Kompensieren des durch die
- Trägheitskraft des Motors 8 und die Trägheitskraft eines Basis
trägers, die in der Kompensationsstromfunktionseinheit 73b
vorbestimmt sind, verursachten Effekts berechnet. Im Schritt 34 wird
anschließend der im Schritt 33 berechnete Kompensationsstrom Ic in
den Addierer 74a eingegeben und der in der
Indikatorstromfunktionseinheit 73a berechnete Indikatorstrom I wird hierzu addiert,
wodurch das Lenkverhalten durch das Addieren des
Kompensationsstroms Ic zum Indikatorstrom I verbessert wird, entsprechend der
Trägheitskraft, wenn die Winkelbeschleunigung zu Beginn und am
Ende der Lenkunterstützung und dergleichen durch den Motor 8
erkannt wird, und der Trägheitskraft des Basisträgers.
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Im folgenden wird die Berechnung des Lenkwinkelmittelpunkts und
die unter Verwendung derselben erfolgende Rückstellsteuerung des
Lenkrades beschrieben.
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Fig. 8 stellt die Steuerung der Rückstellung des Lenkrades dar.
Fig. 9 betrifft die Berechnung des Lenkradmittelpunkts und Fig. 10
ist ein Flußdiagramm des Vorgangs zur Erkennung der Rechts- oder
Linksposition des Lenkrads. Fig. 11 ist eine graphische
Darstellung der Charakteristiken des Zusammenhangs zwischen dem
Motorstrom und dem Drehmoment an der Indikatorstromfunktionseinheit
73a, wobei die Ordinate den Indikatorstrom I und die Abszisse das
Drehmoment T darstellt.
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Ferner zeigen eine unterbrochene Linie und eine gestrichelte Linie
die Charakteristiken der hohen Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der
geringen Fahrzeuggeschwindigkeit.
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In Fig. 8 wird im Schritt 40 zunächst das Drehmoment T gelesen,
sodann wird im Schritt 41 festgestellt, ob sich das Drehmoment T
in der Totzone befindet oder nicht. Befindet sich das Drehmoment
T in der Totzone, wird im Schritt 42 festgestellt, ob die später
zu beschreibende Mittelpunktberechnungsroutine abgeschlossen ist
oder nicht. Ist die Mittelpunktberechnung abgeschlossen, wird die
vom Rotationsdetektor 17 gelieferte Drehposition des Motors 8 im
Schritt 43 ausgelesen und im Schritt 44 wird der Lenkwinkel θ in
der Lenkwinkelbestimmungsschaltung 71d unter Verwendung der
Drehposition und des Mittelpunkts bestimmt. Wenn der Lenkwinkel θ
bestimmt ist, wird im Schritt 45 der variable Strom Ia in der
Variablenstromfunktionseinheit 73c anhand des Lenkwinkels θ und der
Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet, wobei der Wert und die
Richtung des Indikatorstroms I in der Indikatorstromfunktionseinheit
73a berechnet werden.
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Wenn andererseits im Schritt 41 festgestellt wird, daß sich das
Drehmoment T nicht in der Totzone befindet, kehrt der
Programmablauf zurück, und wenn im Schritt 42 die Berechnung des
Mittelpunkts nicht abgeschlossen ist, wird die Drehposition des Motors
8 aus dem Rotationsdetektor 17 im Schritt 46 gelesen, und im
Schritt 47 wird der variable Strom Ia unter Verwendung des
Lenkwinkelmindestwertes, der im Verlauf der später zu beschreibenden
Rechts-Links-Bestimmungsroutine berechnet wird, berechnet, wodurch
der Wert und die Richtung des Indikatorstroms 1 berechnet werden.
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Bei der in Fig. 9 dargestellten Mittelpunktberechnungsroutine wird
die Fahrzeuggeschwindigkeit im Schritt 50 gelesen und im Schritt
51 wird festgestellt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher ist
als der Schwellenwert VS2 und wenn sie höher ist, wird im Schritt
52 der der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende
Drehmomentsollwert TS2 eingestellt, woraufhin im Schritt 53 das Drehmoment T
gelesen wird, während im Schritt 54 festgestellt wird, ob das
Drehmoment T geringer ist als der Drehmomentsollwert TS2. Wenn der
Wert geringer ist, wird das Drehmoment T im Schritt 55 gezählt,
und im Schritt 56 wird die Drehposition des Motors 8 gelesen. Im
Schritt 57 wird die Drehposition zu der Summe der Drehpositionen
bis zum vorhergehenden Zeitpunkt addiert, wobei das
Additionsergebnis durch die Zahl der Zählungen geteilt wird, um den
Lenkwinkelmittelpunkt zu berechnen, wodurch der Wert des
Lenkwinkelmittelpunkts
ersetzt wird. Wenn im Schritt 51 festgestellt wird, daß
die Fahrzeuggeschwindigkeit V geringer ist als der Schwellenwert
VS2 oder das Drehmoment T größer ist als der Drehmomentsollwert TS2,
kehrt der Programmablauf zurück.
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Da jedoch die Mittelpunktberechnung erheblich mehr Rechenzeit
erfordert, erfolgt die Rückstellsteuerung mittels der als nächstes
beschriebenen Rechts-Links-Bestimmungsroutine, bis die Berechnung
abgeschlossen ist.
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Bei der in Fig. 10 dargestellten Rechts-Links-Bestimmungsroutine
wird im Schritt 60 die Fahrzeuggeschwindigkeit V gelesen, es wird
im Schritt 61 festgestellt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher
ist als der Schwellenwert VS3, und wenn sie höher ist, wird im
Schritt 62 das Drehmoment T gelesen, das Drehmoment T wird im
Schritt 63 integriert, und die Richtung des integrierten Wertes
wird als rechts oder links erkannt. Ist sie rechts, wird im
Schritt 65 der rechte Wert des Lenkwinkelmindestwertes ersetzt,
und ist sie links, wird im Schritt 64 der linke Wert des
Lenkwinkelmindestwertes ersetzt und der Programmablauf kehrt zurück.
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Wenn andererseits, wie in Fig. 11 dargestellt, der variable Strom
Ia unter Verwendung des Lenkwinkels θ bei der Rückstellsteuerung
berechnet wird, verändert sich der Indikatorstrom I während der
Rückstellsteuerung des Lenkrades bei in der Totzone befindlichem
Drehmoment entsprechend dem variablen Strom Ia und der
Fahrzeuggeschwindigkeit V. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit V
beispielsweise hoch, wie durch die unterbrochene Linie dargestellt, ist die
Anstiegsrate des Indikatorstroms 1 hoch, wenn das Drehmoment T in
die Totzone eintritt, wobei der Motor 8 derart gesteuert wird, daß
die Rückstellung zum Mittelpunkt schneller erfolgt. Wenn im
Gegensatz dazu die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist, wie durch die
gestrichelte Linie dargestellt, ist die Anstiegsrate des
Indikatorstroms 1 gering, wenn das Drehmoment T in die Totzone eintritt,
wobei der Motor 8 derart gesteuert ist, daß die Rückstellung zum
Mittelpunkt langsamer erfolgt.
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Im folgenden wird die Winkelgeschwindigkeitssteuerung des
Lenkrades
erläutert, die einen wesentlichen Teil der Erfindung
darstellt.
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Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm der Winkelgeschwindigkeitssteuerung
des Lenkrades. Zunächst wird im Schritt 70 die Drehposition des
Motors 8 anhand des Ausgangs des Rotationsdetektors 17 gelesen.
Sodann wird im Schritt 71 der Lenkwinkel anhand der Drehposition
bestimmt, dann wird der dem Lenkwinkel entsprechende Versatzbetrag
der Winkelgeschwindigkeitsfunktionseinheit 73d zugeführt. Im
Schritt 72 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V gelesen, und im
Schritt 73 wird das Drehmoment T gelesen. Sodann wird im Schritt
74 eine Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktion fv in der
Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktionseinheit 73f unter Verwendung der
Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet. Anschließend wird in der
Drehmomentfunktionseinheit 73g der Betrag fd der Geschwindigkeitsregelung
unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktion fv und des
Drehmoments T berechnet. Dann wird im Schritt 75 die
Winkelgeschwindigkeit ω ermittelt, wodurch ein Versatzbetrag mit einer
hinzu addierten Winkelgeschwindigkeitsfunktion fω berechnet wird.
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Danach wird der Subtrahierstrom Ir in der
Subtrahierstromfunktionseinheit 73e unter Verwendung der
Winkelgeschwindigkeitsfunktion fω und des im Schritt 76 berechneten
Geschwindigkeitsregelungsbetrags fd berechnet, wobei der Subtrahierstrom Ir in den
Subtrahierer 74c eingegeben wird, wodurch der dem Drehmoment T und
der Winkelgeschwindigkeit ω entsprechende Strom von dem
Indikatorstrom 1 subtrahiert wird.
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Wie oben beschrieben, wird der dem Lenkdrehmoment und der
Winkelgeschwindigkeit entsprechende elektrische Strom von dem
Indikatorstrom des Motors subtrahiert, und wenn sowohl das Lenkdrehmoment
als auch die Winkelgeschwindigkeit hoch sind, wird der
Subtraktionsbetrag verringert, und wenn das Lenkdrehmoment gering und die
Winkelgeschwindigkeit hoch ist, wird der Subtraktionsbetrag
vergrößert, so daß die Lenksteuerung imstande ist, der Drehung des
Lenkrades in zufriedenstellender Weise zu folgen, und imstande
ist, das Lenkrad an einer übermäßigen Rückstellbewegung zu
hindern, indem während eines Lenkvorgangs, bei dem das
Lenkradschnell
betätigt wird, eine hohe Hilfskraft zugeführt wird und
indem während eines Rückstellvorgangs, bei dem das Lenkrad schnell
betätigt wird, eine hohe Drehzahlreduzierungskraft zugeführt wird.
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Im folgenden wird ein anderes Ausführungsbeispiel erläutert, wobei
den Unterschieden gegenüber dem vorgenannten Ausführungsbeispiel
Vorrang eingeräumt wird.
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Fig. 13 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau und die
Steuerfunktion einer Steuereinheit dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
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Das Drehmomenterkennungssignal des Drehmomentsensors 6 wird
jeweils in den Phasenkompensator 71a zum Vorschieben der Phase und
Stabilisieren des Systems und in die
Mittelpunktberechnungsschaltung 71c zum Bestimmen des Mittelpunkts des Lenkmechanismus
eingegeben.
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Das Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal des
Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 18 wird jeweils der noch zu beschreibenden
Indikatorstromfunktionseinheit 73a, die den Indikatorstrom 1 für
den Motor 8 erzeugt, einer
Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstellfunktionseinheit 76, die den gewünschten Wert der
Rückstellwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads entsprechend dem
Lenkwinkel Δθ und der Fahrzeuggeschwindigkeit einstellt, und der
Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c eingegeben.
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Das Dreherkennungssignal θ, das die Drehposition des Motors 8
wiedergibt, die von dem Rotationsdetektor 17 ermittelt wird, wird
jeweils in die Mittelpunktberechnungsschaltung 71c und die
Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g zum Erkennen der
Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades eingegeben.
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Die Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c bestimmt eine
Mittelpunktposition θ&sub0; auf der Basis des
Drehmomenterkennungssignals T, des Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignals v und des
Dreherkennungssignals, wobei das Ergebnis einem Addierer 79a
zugeführt wird. Der Addierer 79a bestimmt den Abweichungswert, d.h.
den Lenkwinkel Δθ zwischen der Drehposition θ des Lenkrads und dem
Mittelpunkt, wobei das Ergebnis der
Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstellfunktionseinheit 76 zugeführt wird.
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In der Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstellfunktionseinheit 76
wird der Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstellwert des Lenkrads
gegenüber dem vorgenannten Lenkwinkel Δθ funktionalisiert, wodurch
die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18 gelieferte
Fahrzeuggeschwindigkeit, V&sub1;, V&sub2;, V&sub3;... (hier V&sub1;> V&sub2;> V&sub3;) zum Parameter gemacht
wird, so daß, wenn der Lenkwinkel Δθ kleiner wird, der
Winkelgeschwindigkeitssollwert ωT kleiner wird, und wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, der Winkelgeschwindigkeitssollwert ωT
geringer wird.
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Der Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT des Lenkrades wird
entsprechend dem vpn dem vorgenannten Addierer 79a eingegebenen
Lenkwinkel Δθ und der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18
eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, wobei das Ergebnis
dem Addierer 79b zugeführt wird. In der
Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g wird die Winkelgeschwindigkeit ωa zum
Zeitpunkt des Betätigens des Lenkrades durch Differenzieren des
von dem Rotationsdetektor 17 eingegebenen Drehbetrages in bezug
auf die Zeit, wobei das Ergebnis dem vorgenannten Addierer 79b
zugeführt wird, bestimmt.
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In dem Addierer 79b wird die Winkelgeschwindigkeitsabweichung Δω
= ωT - ωa zwischen dem vorgenannten
Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT und der Winkelgeschwindigkeit ωa bestimmt, wobei
das Ergebnis der Variablenstromfunktionseinheit 73c zugeführt
wird. In der Variablenstromfunktionseinheit 73c wird das
Verhältnis zwischen der Winkelgeschwindigkeitsabweichung Δω und dem
variablen Strom Ia zum Zeitpunkt des Rückstellens des Lenkrades, wie
später zu beschreiben sein wird, funktionalisiert und
voreingestellt, die eingegebene Winkelgeschwindigkeitsabweichung Δω wird
PID-berechnet, und der dem berechneten Ergebnis entsprechende
variable Strom Ia wird bestimmt, wobei das Ergebnis der
Indikatorstromfunktionseinheit 73a eingegeben wird.
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Der Indikatorstromfunktionseinheit 73a werden jeweils das
Drehmoment T als Ausgangssignal des vorgenannten Phasenkompensators
71a, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18 zugeführte
Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal v und der variable Strom
Ia von der Variablenstromfunktionseinheit 73c eingegeben. In der
Indikatorstromfunktionseinheit 73a stellen das
Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal v und der variable Strom Ia die Parameter
dar, und das Verhältnis zwischen dem Drehmoment T und dem
Indikatorstrom I für den Motor 8 wird zuvor funktionalisiert und
eingestellt, wobei der Indikatorstrom I für den Motor 8 durch das
Drehmoment T, das das Ausgangssignal des vorgenannten
Phasenkompensators 71a ist, bestimmt wird, wobei das Ergebnis dem Addierer 74b
eingegeben wird.
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Dem Addierer 74b werden der Indikatorstrom I und das
Rückkopplungssignal von der Stromerkennungsschaltung 71e, die die Menge
des von dem Motor 8 verbrauchten Stroms erkennt, eingegeben, wobei
die Abweichung zwischen den beiden berechnet wird. Über die
PWM(Pulse-Width Modulation)-Treiberschaltung 72a wird dem Motor 8
das Ergebnis zugeführt.
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Im folgenden wird die einen wesentlichen Teil der Erfindung
darstellende Rückstellsteuerung des Lenkrads an der Steuereinheit 7
erläutert.
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Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die eine Charakteristik
eines Verhältnisses zwischen dem Indikatorstrom I und dem
Drehmoment T an der Indikatorstromfunktionseinheit 73a zeigt, wobei
die Ordinate den Indikatorstrom I und die Abszisse das Drehmoment
T angibt. Auf der Abszisse zeigt die positive Seite des
Drehmoments T das Drehmoment beim Lenken nach rechts und die negative
Seite beim Lenken nach links Auf der Ordinaten zeigt die positive
Seite des Indikatorstroms I den (Indikator-) Strom für den Motor
8, bei dem er sich zum Lenken nach rechts drehen kann, und die
negative Seite den Strom für das Lenken nach links.
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Ferner zeigen die gestrichelten Linien die vorerwähnten
Charakteristiken, die abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit V&sub1;, V&sub2;, V&sub3;
unterschiedlich sind, und die unterbrochenen Linien zeigen den
Indikatorstrom I für den Motor 8 zum Zeitpunkt des Rückstellens
des Lenkrads, der durch den Kompensationsstrom Ia zum Zeitpunkt
des Rückstellens des Lenkrads, bestimmt durch die
Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω, verändert wird.
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D&sub1; bis D&sub2; zeigt die Totzone, und wenn das Lenkdrehmoment nach
rechts (oder links) durch den Lenkvorgang den Umfang der Totzone
D&sub1; bis D&sub2; übersteigt, nimmt der Indikatorstrom I des Motors 8 mit
der Zunahme des Drehmomentes T zu, wodurch die Lenkhilfskraft
zunimmt. In diesem Fall hängt das Verhältnis zwischen dem Drehmoment
T und dem Indikatorstrom I von der Fahrzeuggeschwindigkeit V&sub1;, V&sub2;,
V&sub3;... (dabei ist V&sub1;> V&sub2;> V&sub3;) ab, und wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
erhöht wird, nimmt der Indikatorstrom I gegenüber dem Drehmoment
T ab. In diesem Fall wird, wenn das Lenkrad nach rechts (oder
links) gedreht und dann zurückgestellt wird, dann, wenn das
Drehmoment T in die Totzone D&sub1; bis D&sub2; gelangt, der mittels der
unterbrochenen Linie dargestellte variable Strom -Ia (oder Ia) zum
Indikatorstrom I, wonach dann, wenn sich das Drehmoment T
innerhalb der Totzone D&sub1; bis D&sub2; befindet, der Indikatorstrom I konstant
gesteuert und der Motor 8 mit konstantem Drehmoment angetrieben
wird. Auf diese Weise wird die Lenkhilfskraft zum Zeitpunkt der
Rückstellung des Lenkrades konstant.
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Der Absolutwert des variablen Stroms Ia wird jedoch noch größer,
wenn die vorgenannte Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω
größer wird, und wenn die Abweichung zwischen der tatsächlichen
Winkelgeschwindigkeit ωa des Lenkrades und dem
Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT groß ist, wird der Iridikatorstrom I
verstärkt und die Regelungsgeschwindigkeit erhöht.
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Da das Mittelpunktberechnungsverfahren dasselbe ist wie im
vorgenannten Ausführungsbeispiel, entfällt dessen Erläuterung an
dieser Stelle.
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Fig. 15 ist ein Flußdiagramm, das die Rückstellsteuerung des
Lenkrads darstellt, d.h. die Funktion des Signalweges von dem Addierer
79a zu dem in Fig. 13 gezeigten Addierer 74b. Bei der
Rüchstellsteuerung des Lenkrades wird im Schritt 9 die Mittelpunktposition
θ&sub0; gelesen und im Schritt 10 die Lenkposition θ. Als nächstes wird
in dem Addierer 79a die Mittelpunktposition θ&sub0; von der Lenkposition
subtrahiert, um den Lenkwinkel Δθ (Schritt 11) zu bestimmen.
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Im Schritt 12 wird in der
Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstelifunktionseinheit 76 der
Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT auf der Basis des vorgenannten Lenkwinkels Δθ und der
Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Andererseits wird der von dem
Rotationsdetektor 17 eingegebene Drehbetrag in der
Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g in bezug auf die Zeit
differenziert, wodurch die tatsächliche Lenkwinkelgeschwindigkeit ωa
bestimmt wird (Schritt 13). Im Schritt 14 wird die
Lenkwinkelgeschwindigkeit ωa mittels des Addierers 79b von dem vorgenannten
Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT subtrahiert, und die
Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω wird berechnet. Als
nächstes wird im Schritt 15 in der Variablenstromfunktionseinheit 73c
die vorgenannte Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω
PID-berechnet und dann auf der Basis des voreingestellten Verhältnisses
zwischen der Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω und dem
variablen Strom Ia in den variablen Strom Ia umgewandelt. Im Schritt
16 wird in der Indikatorstromfunktionseinheit 73a die Einstellung
des variablen Stroms Ia gemäß Fig. 14 verändert.
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Der Indikatorstrom I wird auf der Basis des Drehmoments T, der
Fahrzeuggeschwindigkeit V&sub1;, V&sub2;, V3... und des variablen Stroms Ia
bestimmt.
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Wenn der Wert des Drehmoments T außerhalb der Totzone D&sub1; bis D&sub2;
liegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist (V&sub1;), wird die
Zunahmerate des Indikatorstroms I in bezug auf das Drehmoment T
verringert, im Gegensatz zu dem Fall, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist (V&sub3;), und so wird der Indikatorstrom I, durch
den Wert des vorgenannten variablen Stroms Ia gesteuert, konstant,
wenn das Drehmoment T innerhalb der Totzone D&sub1; bis D&sub2; liegt. Der
variable Strom Ia wird erhöht, wenn die vorgenannte
Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω zunimmt, wodurch die Nachführung
gegenüber dem Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT der
Lenkwinkelgeschwindigkeit ωa gesteigert wird. Das stabilisierte Lenkgefühl
kann in der Nähe des Lenkwinkelmittelpunkts zum Zeitpunkt der
Rückstellung des Lenkrads durch Ausführen der oben erwähnten
Steuerung gewonnen werden.
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Durch die Steuerung der Lenkwinkelgeschwindigkeit in der oben
beschriebenen Form entsprechend dem Lenkwinkel und der
Fahrzeuggeschwindigkeit kann verhindert werden, daß das Lenkrad den
Mittelpunkt überschreitet, und ein stabilisiertes Lenken kann erzielt
werden
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Wie oben beschrieben, wird bei der erfindungsgemäßen
Servolenkvorrichtung die Rückstellwinkelgeschwindigkeit des Lenkrades
entsprechend dem Lenkrad und der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt,
und Zuführung des elektrischen Stroms zum Motor wird so geregelt,
daß die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades mit der
obigen Einstellung zusammenfällt, wodurch verhindert wird, daß die
Rückstellsteuerung des Lenkrades übermäßig ist, und wodurch die
Lenkadstringenz besser ist.
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Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert.
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Die Erläuterung erfolgt unter Betonung der von dem ersten
Ausführungsbeispiel abweichenden Punkte.
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Fig. 16 ist eine teilweise weggebrochene Vorderansicht des dritten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung
und Fig. 17 ist eine vergrößerte Schnittansicht derselben entlang
der Linie XVII-XVII in Fig. 16.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Motor 8 und das sich daran
anschließende Umlaufuntersetzungsgetriebe 9, die
elektromagnetische Kupplung 16 und der Rotationsdetektor 17 im Innern des
Zahnstangengehäuses 2 (der Drehmomentsensorseite) vorgesehen. Das
große Kegelrad 31 ist zwischen der Ritzelwelle 30 der unteren
Welle 3b und dem Drehmomentsensor 6 angeordnet. Die untere Welle
3b wird zu beiden Seiten der Zusammengriffsposition der
Zahnstangenzähne 10 mit der Ritzelwelle 30 von dem außen auf den
Vorsprungsbereich des großen Kegelrades 31 aufgesetzten Nadellager 33
und dem außen auf den unteren Teil der Welle aufgesetzten
Vierpunktkugellager 41 gelagert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind
die elektrischen Elemente, wie z.B. der Motor 8, die
elektromagnetische Kupplung 16 und dergleichen an einem oberen Bereich der
Zahnstange 1 vorgesehen, der Abstand zwischen Oberfläche zu Motor
8 ist größer als beim ersten Ausführungsbeispiel, so daß dieses
Ausführungsbeispiel von Vorteil im Falle von von der Oberfläche
herkommendem Spritzwasser und von die Oberfläche bedeckendem
Wasser ist.
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Da diese Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden kann, ohne
ihren wesentlichen Charakteristiken abzuweichen, ist das
vorliegende Ausführungsbeispiel veranschaulichend und nicht
einschränkend, da der Umfang der Erfindung durch die angehängten Ansprüche
und nicht durch die ihnen vorangehende Beschreibung begrenzt wird.