DE10201705A1

DE10201705A1 - Elektrische Servolenkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10201705A1
Application number: DE10201705A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kifuku; Kazumichi Tsutsumi; Chiaki Fujimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: JP2002354871A; FR2825061A1; US6687590B2; US20020177932A1; DE10201705B4; FR2825061B1

Abstract

Aufgabe ist es, eine elektrische Servolenkungsvorrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist, ein Mikrocomputer-redundantes System zu konstruieren, welches den Motor mit extrem kleinem Rechenaufwand steuert und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zu verbessern. Die geschaffene elektrische Servolenkungsvorrichtung enthält einen Mehrphasenmotor, welcher die Lenkarbeit des Fahrers unterstützt, eine Motortreiberschaltung, welche mindestens mit einem oberen Schaltelement ausgestattet ist, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Energieversorgung verbindet oder trennt, und mit einem unteren Schaltelement, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und einer Erdung verbindet oder trennt, eine Logikschaltung, welche das AN/AUS des oberen Schaltelements und des unteren Schaltelements bestimmt, und erste und zweite Mikrocontroller, welche die Motortreiberschaltung über diese Logikschaltung steuern, wobei die Logikschaltung das AN/AUS des oberen Schaltelements und des unteren Schaltelements so bestimmen, dass die Energie zur Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors entsprechend einer Anweisung entweder des ersten Mikrocontrollern oder des zweiten Mikrocontrollers angehalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung und insbesondere auf eine Ausfallsicherungsfunktion der Servolenkung für Automobile usw., die einen Mehrphasenmotor mit drei oder mehr Phasen verwendet, wie einen bürstenlosen Gleichstrommotor.
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, das eine herkömmliche elektrische Servolenkungsvorrichtung zeigt, die in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 1-257674 beschrieben wird. In Fig. 16 bezeichnet die Bezugsziffer 11 einen Lenkdrehmomentdetektor; 12 eine Drehmomentsignaleingabe- Schnittstellenschaltung; 13 einen Mikrocomputer (CPU); 14 eine Ausgangsschnittstelle für die Rechtwärtsbetätigung des Motors; 15 eine Ausgangsschnittstelle für die Linkswärtsbetätigung des Motors; 16 eine D/A- Umwandlungsschaltung; 17 eine Differenzverstärkungsschaltung; 18 eine Pulsbreitenmodulations-Schaltung; 19 einen Pulsbreitenmodulations-Oszillator (PWM OSC); 20 eine Motorbetätigungs- bzw. Motorbetriebsschaltung; 20A und 20B UND-Schaltungen; 21 eine Motorstrom-Erfassungsschaltung; 22 ein Widerstand; 23A und 23B Ausgangsanschlüsse; 24 einen Motor; 25A und 25B Eingangsanschlüsse; 26 eine Motorsteuerschaltung; 27 ein Motorrotations- Betriebsbeurteilungsblock; 27A eine Drehmomentsignalrichtungs-Unterscheidungsschaltung; 27B ein Rechtwärts-Betätigungssignal; und 27C ein Linkswärts- Betätigungssignal.
Hierbei bildet der Motorrotations-Betriebbeurteilungsblock 17 ein redundantes System, das vom Mikrocomputer 13 unabhängig ist, welcher das hauptsächliche Motorsteuerungsmittel ist. Der Motorrotations-Betriebsbeurteilungsblock 27 entscheidet über die rechte oder linke Richtung des Lenkdrehmoments des Fahrers, das vom Lenkdrehmomentdetektor 11 über die Drehmomentsignalrichtungs-Unterscheidungsschaltung 27A erfasst wurde, und wenn das Lenkdrehmoment nach rechts geht erlaubt er die Betätigung des Motors 24 nach rechts, durch die Motorbetätigungsschaltung 20 über das Rechtwärtsbetätigungssignal 27B. Wenn das Lenkdrehmoment nach links geht, erlaubt der Motorrotations- Betriebbeurteilungsblock die Betätigung nach links, über das Linkswärtsbetätigungssignal 27C.

Herkömmlich wurden einphasige Motoren mit Bürsten in elektrischen Servolenkungsvorrichtungen verwendet. In den letzten Jahren besteht jedoch eine Nachfrage nach einem angenehmeren Lenkgefühl, so dass die Reibung der Bürsten nicht länger vernachlässigbar ist. Somit wird die Verwendung eines bürstenlosen Mehrphasenmotors, wie eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors für eine elektrische Servolenkungsvorrichtung untersucht.

Wenn ein Einphasenmotor mit einer Bürste mit einer H-förmigen Brückenschaltung reversibel betrieben wird, hat das AN/AUS jedes Schaltelements, das die H-förmige Brückenschaltung bildet, eine ein-zu-eins Entsprechung mit der Ausgangsdrehmomentrichtung des Motors. Somit, wie oben beschrieben, ist die herkömmliche elektrische Servolenkungsvorrichtung mit redundanten Mitteln zum Ein- oder Ausschalten der Schaltelemente entsprechend der Richtung des Lenkdrehmoments ausgerüstet, parallel zum hauptsächlichen Steuerungsmittel in der Steuervorrichtung, wie einem Mikrocomputer, und der Motor wird unter Verwendung eines logischen Produkts des hauptsächlichen Steuerungsmittels und des redundanten Mittels betätigt. Selbst in dem Fall, in dem das Hauptsteuerungsmittel ausfällt, verhindert dies, dass der Motor ein Lenkhilfsdrehmoment in die zum Lenkdrehmoment entgegengesetzte Richtung erzeugt, oder ein Lenkhilfsdrehmoment erzeugt, wenn das Lenkdrehmoment sich nahe einem neutralen Punkt befindet.

Andererseits, im Falle eines Mehrphasenmotors hat die Ein/Ausschaltung jedes Schaltelements der Motorbetätigungsschaltung keine eins-zu-eins Entsprechung mit der Ausgangsdrehmomentrichtung des Motors. Zum Beispiel, in dem Fall, in dem ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor durch einen Dreiphasen-Wechselrichter betätigt wird, können alle Schaltelemente welche den Dreiphasen-Wechselrichter bilden, entweder an oder aus sein, egal welche Drehmomentrichtung der Motor ausgibt. Aus diesem Grund besteht das Problem, dass die redundanten Mittel der herkömmlichen Vorrichtung nicht verwendet werden können.

Die vorliegende Erfindung wurde implementiert um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine höchst zuverlässige elektrische Servolenkungsvorrichtung zu schaffen, die ein gegenüber einem Mikrocomputer redundantes System enthält, welches auch auf eine elektrische Servolenkung unter Verwendung eines Mehrphasenmotors anwendbar ist.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung umfasst einen Mehrphasenmotor, welcher die Lenkarbeit eines Fahrers unterstützt, ein Treiber- bzw. Betätigungsmittel, das mit mindestens einem oberen Schaltelement ausgestattet ist, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Energieversorgung verbindet oder trennt, und ein untere Schaltelement, welches die Windung jeder Phase des Mehrphasenmotors und die Erde verbindet oder trennt, und eine Logikschaltung, welche das AN-AUS des oberen Schalterelements und des unteren Schaltelements bestimmt, und ein erstes und ein zweites Steuerungsmittel zur Steuerung des Treibermittels über die Logikschaltung, und dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung das AN/AUS des oberen Schaltelements und des unteren Schaltelements so bestimmt, dass die Energie zur Wicklung jeder Phase entsprechend der Anweisung entweder des ersten Steuermittels oder des zweiten Steuermittels unterbrochen wird.

Diese Konfiguration ermöglicht es in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, welche einen Mehrphasenmotor verwendet, wie einen bürstenlosen Dreiphasen- Gleichstrommotor, ein bezüglich eines Mikrocomputer redundantes System aufzubauen, welches den Motor mit einer extrem kleinen Menge an Berechnungen steuert, und dadurch die Wirkung erzielt, dass die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert wird.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung umfasst einen Drehmomentsensor, welcher die Lenkarbeit des Fahrers erfasst, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor sowohl mit dem ersten Steuerungsmittel als auch dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, oder der Drehmomentsensor ist mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden und das erste Steuerungsmittel ist mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden, um einen von dem Drehmomentsensor erfassten Wert des Lenkdrehmoments an das zweite Steuerungsmittel zu schicken.

Diese Konfiguration trägt bei zur Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, das für eine elektrische Servolenkung mit einer extrem kleinen Menge an Berechnung geeignet ist, und ermöglicht auch eine strenge Überwachung mit einer einfacheren Hardware-Konfiguration zu implementieren.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung umfasst eine Motorstrom- Erfassungsschaltung, welche einen Strom des Mehrphasenmotors erfasst, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Motorstrom- Erfassungsschaltung sowohl mit dem ersten Steuerungsmittel als auch dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, oder die Motorstrom-Erfassungsschaltung ist mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden, und das erste Steuerungsmittel ist mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden, um einen erfassten Strom auf der Grundlage eines Sollstroms an dreiphasigen Wechselstrom-Koordinaten oder einen erfassten Strom auf der Grundlage der Stromerfassungsschaltung an das zweite Steuerungsmittel zu schicken.

Diese Konfiguration trägt bei zur Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, das geeignet ist für eine elektrische Servolenkung mit einer extrem kleinen Menge an Berechnung, und ermöglicht auch die Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, der den Motor der elektrischen Servolenkungsvorrichtung, welche den Mehrphasenmotor verwendet, steuert.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 4 der vorliegenden Erfindung umfasst einen Rotorpositionssensor, welcher die Position des Rotors des Mehrphasenmotors erfasst, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorpositionssensor sowohl mit dem ersten Steuerungsmittel als auch dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, oder der Rotorpositionssensor ist mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden, und das erste Steuerungsmittel ist mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden, um die auf der Grundlage des Positionssensors erfasste Position an das zweite Steuerungsmittel zu schicken.

Diese Konfiguration trägt bei zur Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, welches geeignet ist für eine elektrische Servolenkung mit einer extrem kleinen Menge an Berechnung, und ermöglicht die Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, welches den Motor der den Mehrphasenmotors verwendenden elektrischen Servolenkungsvorrichtung steuert.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 5 der vorliegenden Erfindung umfasst einen Geschwindigkeitssensor, welcher die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors des Mehrphasenmotors erfasst, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitssensor sowohl mit dem ersten Steuerungsmittel als auch dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, oder der Geschwindigkeitssensor ist mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden, und das erste Steuerungsmittel ist mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden, um die auf der Grundlage des Positionssensors erfasste Position an das zweite Steuerungsmittel zu schicken.

Diese Konfiguration trägt bei zur Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, das geeignet ist für eine elektrische Servolenkung mit einer extrem kleinen Menge an Berechnung, und ermöglicht die Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, welches den Motor der den Mehrphasenmotor verwendenden elektrischen Servolenkung steuert.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 6 der vorliegenden Erfindung umfasst einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, welcher die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst, in welchem die elektrische Servolenkungsvorrichtung eingebaut ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor sowohl mit dem ersten Steuerungsmittel als auch mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, oder der Geschwindigkeitssensor ist mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden, und das erste Steuerungsmittel ist mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden.

Diese Konfiguration trägt bei zur Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, welches geeignet ist für eine elektrische Servolenkung mit einer extrem kleinen Menge an Berechnung.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 7 der vorliegenden Erfindung umfasst die Logikschaltung, welche eingerichtet ist das obere Schaltelement und/oder das untere Schaltelement auf der Grundlage des ersten Steuerungsmittels oder des zweiten Steuerungsmittels auszuschalten.

Diese Konfiguration ermöglicht die Verringerung der Schaltungsabmessungen der Logikschaltung, Vereinfachung der Schaltungskonfiguration, und trägt zur Kostenverringerung bei, und ermöglicht auch die Schaffung eines bezüglich eines Mikrocomputers redundanten Systems, welches den Motor der den Mehrphasenmotor verwendenden elektrischen Servolenkungsvorrichtung steuert.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 8 der vorliegenden Erfindung umfasst das Treibermittel, welches zumindest ein oberes Schaltelement enthält, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Energieversorgung verbindet oder trennt, ein unteres Schaltelement, welches die Windung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Erdung verbindet oder trennt, und ein Schaltmittel zum Verbinden oder Trennen des oberen oder unteren Schaltelements und eine Energieversorgung oder Erdung, und ist dadurch gekennzeichnet, das die Logikschaltung eingerichtet ist das Schaltmittel auf der Grundlage der Anweisung des ersten Steuerungsmittels oder des zweiten Steuerungsmittels auszuschalten.

Diese Konfiguration ermöglicht die zuverlässige Unterbrechung der Versorgung des Mehrphasenmotors.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 9 der vorliegenden Erfindung umfasst das Treibermittel, welches mindestens ein oberes Schaltelement enthält, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Energieversorgung verbindet oder trennt, ein unteres Schaltelement, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Erdung verbindet oder trennt, und ein Schaltmittel zum Verbinden oder Trennen der Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und des oberen oder unteren Schaltelements und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung eingerichtet ist das Schaltelement auf der Grundlage der Anweisung entweder des ersten Steuerungsmittels oder des zweiten Steuerungsmittel auszuschalten.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 10 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerungsmittel und das zweite Steuerungsmittel auf solche Weise verbunden sind, dass sie vorbestimmte Daten austauschen, auf der Grundlage der ausgetauschten Daten ihre gegenseitigen Fehler bzw. Fehlfunktionen überwachen, und die Logikschaltung so steuern, dass die Versorgung des Mehrphasenmotors im Falle eines Fehlers bzw. einer Fehlfunktion im ersten oder zweiten Steuerungsmittel unterbrochen wird.

Diese Konfiguration ermöglicht, dass das erste Steuerungsmittel und das zweite Steuerungsmittel einander überwachen, um ein Weglaufen bzw. Runaway zu verhindern.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 11 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Versorgung des Mehrphasenmotors in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Richtung des Lenkdrehmoments mit der Richtung der unterstützenden Lenkkraft nicht übereinstimmt, und die Versorgung des Mehrphasenmotors in dem Fall unterbrochen wird, in dem das Lenkdrehmoment sich in der Nähe eines neutralen Punkts befindet, egal in welche Richtung die Lenkarbeit des Fahrers unterstützt wird.

Diese Konfiguration ermöglicht die striktere Überwachung des Betriebs.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 12 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Versorgung des Mehrphasenmotors in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Richtung des Lenkdrehmoments mit der Richtung der unterstützenden Lenkkraft nicht übereinstimmt, und die Versorgung des Mehrphasenmotors in dem Fall nicht unterbrochen wird, in dem das Lenkdrehmoment in der Nähe eines neutralen Punkts ist, egal in welche Richtung die Lenkarbeit des Fahrers unterstützt wird.

Diese Konfiguration ermöglicht die striktere Überwachung des Betriebs, und ermöglicht auch das Treiben des Motors in der Nähe eines neutralen Drehmomentpunkts, um eine Reibung des Motors usw. zu kompensieren, und das Lenkgefühl zu verbessern.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 13 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solch eine Weise steuert, dass die Versorgung des Mehrphasenmotors in dem Fall unterbrochen wird, in dem das Motorausgangsdrehmoment gegenüber dem Lenkdrehmoment übermäßig ist.

Diese Konfiguration ermöglicht eine striktere Überwachung des Betriebs.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 14 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Versorgung des Mehrphasenmotors in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Beziehung zwischen dem Motorstrom an orthogonalen Koordinaten und dem Motorstrom an dreiphasigen Wechselstrom-Koordinaten als anormal beurteilt wird.

Diese Konfiguration ermöglich die Schaffung des redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, welches den Motor der den Mehrphasenmotor verwendenden elektrischen Servolenkungsvorrichtung steuert.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 15 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Versorgung des Mehrphasenmotors in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Beziehung zwischen dem Motorstrom an orthogonalen Koordinaten, dem Motorstrom an dreiphasigen Wechselstrom-Koordinaten und der elektrische Winkel als anormal beurteilt wird. Diese Konfiguration ermöglicht die Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, welches den Motor der den Mehrphasenmotor verwendenden elektrischen Servolenkungsvorrichtung steuert.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 16 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Versorgung des Mehrphasenmotors in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Komponente des Motorstroms in der gleichen Richtung wie der durch das Magnetfeld erzeugte magnetische Fluss als anormal beurteilt wird.

Diese Konfiguration ermöglicht die Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, welches den Motor der den Dreiphasenmotor verwendenden elektrischen Servolenkungsvorrichtung steuert.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 17 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Versorgung des Mehrphasenmotors in dem Fall unterbrochen wird, in dem der Phasenwinkel, welcher durch die Stromkomponente des Motorstroms in der gleichen Richtung wie der durch das Magnetfeld erzeugte magnetische Fluss und durch die Stromkomponente in die zum durch das Magnetfeld erzeugten Magnetfluss 90° stehenden Richtung als anormal beurteilt wird.

Diese Konfiguration ermöglicht die Schaffung eines redundanten Systems mit einem Mikrocontroller, welches den Motor der den Mehrphasenmotor verwendenden elektrischen Servolenkungsvorrichtung steuert.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 18 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung so gesteuert wird, dass die Versorgung des Mehrphasenmotors unterbrochen wird, wenn die Bedingung zur Unterbrechung der Versorgung des Mehrphasenmotors für eine vorbestimmte Zeit anhält.

Diese Konfiguration ermöglicht das Verhindern eines Pendelns während der Versorgungsunterbrechung.

Die elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 19 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beurteilung einer Anormalität die Versorgung des Mehrphasenmotors unterbrochen wird, bis ein Einschalt- Zurücksetzen des ersten Steuerungsmittel oder zweiten Steuerungsmittels erfolgt.

Diese Konfiguration ermöglicht die Bereitstellung einer Ausfallsicherung bis sich das zweite Steuerungsmittel von dem Fehler erholt hat.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, um den Betrieb eines ersten Mikrocontrollers nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, um den Betrieb eines zweiten Mikrocontrollers nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
Fig. 4 ist eine Zeichnung, um den Betrieb der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
Fig. 5 ist eine Zeichnung, um den Betrieb der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches ein weiteres Beispiel der elektrischen Servolenkungsvorrichtung nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist ein funktionelles Blockdiagramm, welches ein spezifisches Beispiel eines Teils der elektrischen Servolenkungsvorrichtung nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Zeichnung, um den Betrieb der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
Fig. 10 ist eine Zeichnung, um den Betrieb der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
Fig. 11 ist ein funktionelles Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine Zeichnung, um den Betrieb der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären.
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 14 ist eine Zeichnung, um den Betrieb der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erklären;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, welches eine herkömmliche elektrische Servolenkungsvorrichtung zeigt.
Nun werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.

Erste Ausführung

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Im Diagramm bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Drehmomentsensor, um die Lenkarbeit des Fahrers zu erfassen, und die Bezugsziffer 2 bezeichnet einen Motor, um die Lenkarbeit des Fahrers zu unterstützen, wobei hier ein bürstenloser dreiphasiger Gleichstrommotor verwendet wird. Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Rotorpositionssensor, um die Position des Rotors des Motors 2 zu erfassen; 4 bezeichnet eine Batterie, um dem Motor 2 Energie zuzuführen; und 5 bezeichnet eine Steuerung bzw. einen Controller um auf der Grundlage des Drehmomentsensors 1 den Motor 2 zu steuern.
Die folgenden sind die Komponenten der Steuerung 5. Die Bezugsziffer 51 bezeichnet eine Eingangsschnittstellenschaltung für den Drehmomentsensor 1 und den Rotorpositionssensor 3; 52 bezeichnet eine Stromerfassungsschaltung, welche einen Phasenstrom des Motors 2 erfasst; 53 bezeichnet einen ersten Mikrocontroller (MCU1) als erstes Steuerungsmittel zur Steuerung des Motors 2 auf der Grundlage des Drehmomentsensors 1, Rotorpositionssensors 3 und der Motorstrom-Erfassungsschaltung 52; 54 bezeichnet einen zweiten Mikrocontroller (MCU2) als zweites Steuerungsmittel, um es dem ersten Mikrocontroller 53 zu ermöglichen oder zu unterbinden den Motor 2 auf der Grundlage des Rotorpositionssensors 3 und der Motorstrom- Erfassungsschaltung 52 zu treiben bzw. zu betätigen, und er ist mit der Ausgangsseite des ersten Mikrocontrollers 53 durch eine Logikschaltung 55 verbunden. Die Bezugsziffer 56 bezeichnet eine Motortreiberschaltung um den Motor 2 zu treiben, und ist eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung, die aus einer Vielzahl von Schaltelementen besteht (oberes Schaltelement und unteres Schaltelement). Die Bezugsziffer 57 bezeichnet eine Vorschaltung bzw. einen Vortreiber, welcher den Strom des Ausgangs der Logikschaltung 55 verstärkt, den Ausgang auf einen vorbestimmten Spannungspegel wandelt und die Motortreiberschaltung 56 ansteuert bzw. treibt. Die Motortreiberschaltung 56 und der Vor-Treiber 57 bilden das Treibermittel bzw. Betätigungsmittel.
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm um den Betrieb des ersten Mikrocontrollers 53 zu erklären, und Fig. 3 ist ein Flussdiagramm um den Betrieb des zweiten Mikrocontrollers 54 zu erklären. Der Betrieb der Steuerung 5 wird unten auf der Grundlage der Flussdiagramme in Fig. 2 und Fig. 3 beschrieben.
Der erste Mikrocontroller 53 besteht aus einem A/D-Wandler, einem PWM-Zeitgeber, einem ROM und einem RAM usw., welche nicht abgebildet sind, und steuert die elektrische Servolenkung. Fig. 2 ist ein Flussdiagramm um den Betrieb seines Hauptprogramms zu erklären, welches dafür bestimmt ist auf der Grundlage der Lenkarbeit, die vom Drehmomentsensor 1 erfasst wird, den Motor 2 bei dq-Koordinaten (Längs-/Quer- Koordinaten) zu steuern, und den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Man nehme an, dass dieses Programm periodisch aus einem höheren Programm aufgerufen wird.
Als erstes, bei Schritt s101 wird der Ausgang des Drehmomentsensors 1 über die Eingangsschnittstellenschaltung 51 gelesen. Dann, in Schritt s102, wird ein Sollquerachsenstrom entsprechend zum Beispiel der Charakteristik in Fig. 4 berechnet. Man nehme an, dass der Solllängsachsenstrom 0 ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Querachsenstrom proportional zum Ausgangsdrehmoment des Motors 2, und daher ist die vertikale Achse in Fig. 4 dem Motorausgangsdrehmoment äquivalent.
Dann, in Schritt s103 wird der elektrische Winkel auf der Grundlage des Rotorpositionssensors 3 berechnet. Ferner, in Schritt s104, wird der von der Stromerfassungsschaltung 52 erfasste Phasenstrom auf der Grundlage des oben berechneten elektrischen Winkels in dq-Koordinaten umgewandelt, und der Längsachsenstrom und Querachsenstrom wird berechnet.
In den Schritten s105 und s106 wird der Sollstrom in dq- Koordinaten, der in Schritt s102 berechnet wurde, einer Rückkoppelungs-Steuerung bzw. Regelung durch z. B. PI-Regelung unterzogen, so dass der Sollstrom mit dem in Schritt s104 erfassten Strom bei dq-Koordinaten übereinstimmt. Schließlich wird in Schritt s107 die angelegte Spannung, welche der Betriebsbetrag der Rückkopplungs-Regelung ist, in uvw- Koordinaten umgewandelt. Durch die obige Operation wird der Betrieb der elektrischen Servolenkung verwirklicht.
Ferner, in Schritt s108, wenn der Betrieb des zweiten Mikrocontrollers 54 unter Verwendung eines Verfahrens, welches später beschrieben wird, überwacht wird, und in Schritt s109 der Betrieb als normal beurteilt wird, wird die Pulsbreite der an den Motor 2 angelegten Spannung in Schritt s110 auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses in Schritt s107 moduliert und an die Motortreiberschaltung 56 über die Logikschaltung 55 und den Vortreiber 57 gegeben, um den Motor 2 zu treiben. Andererseits, im Falle eines Fehlers wird die Energie zum Motor 2 in Schritt 111 unterbrochen.
Der zweite Mikrocontroller 54 besteht aus einem A/D-Wandler, einem ROM und einem RAM, usw., welche nicht abgebildet sind, und arbeitet als ein paralleles redundantes System für den ersten Mikrocontroller 53. Fig. 3 ist ein Flussdiagramm um den Betrieb seines Hauptprogramms zu erklären, welches dafür bestimmt ist, die Energie zum Motor 2 zu unterbrechen, wenn beurteilt wird, dass der in den Motor 2 fließende Strom anormal ist. Man nehme an, dass dieses Programm aus einem höheren Programm periodisch aufgerufen wird.
Als erstes, in Schritt s201, wird ein elektrischer Winkel auf der Grundlage des Rotorpositionssensors 3 berechnet. Dann, in Schritt s202, wird der Phasenstrom der durch die Motorstrom- Erfassungsschaltung 52 erfasst wird, in dq-Koordinaten (Längs-/Querkoordinaten) auf der Grundlage des obigen elektrischen Winkels umgewandelt, um einen Längsachsenstrom zu erhalten. Ferner wird in Schritt s203 untersucht, ob der obige Längsachsenstrom größer als ein vorbestimmter Wert id_th ist oder nicht.
Hierbei ist id_th ein vorbestimmter Wert in der gleichen Richtung (positive Richtung) wie der durch das Magnetfeld erzeugte magnetische Fluss. Allgemein wird der Längsachsenstrom aus den folgenden zwei Gesichtspunkten gesteuert. (1) Der Längsachsenstrom = 0 wird eingestellt, um den Wirkungsgrad zu verbessern. (2) Der Längsachsenstrom wird auf einen negativen vorbestimmten Wert eingestellt, um die Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn der Längsachsenstrom größer oder gleich einem positiven vorbestimmten Wert id_th ist, gilt weder (1) noch (2) oben, und es wird beurteilt, dass der Mikrocontroller 53 anormal ist.
Daher, wenn in Schritt s203 beurteilt wird, dass der obige Längsachsenstrom größer als der vorbestimmte Wert id_th ist, und wenn in Schritt s204 beurteilt wird, dass dies eine vorbestimmte Zeit anhält, wird eine Anweisung an die Logikschaltung 55 ausgegeben, um in Schritt s205 die Energie zum Motor 2 zu unterbrechen. Diese Bedingung hält an, bis ein Einschalt-Zurücksetzen des ersten Mikrocontrollers 53 oder des zweiten Mikrocontrollers 54 stattfindet. In dem Fall, in dem Anomalien im ersten Mikrocontroller 53 auftreten, unterbricht dies die Energiezufuhr an alle Schaltelemente, welche die Motortreiberschaltung 56 bilden, um einen Ausfallsicherungs- bzw. Störsicherheitsvorgang durchzuführen. Andererseits, wenn in Schritt s203 beurteilt wird, dass der obige Längsachsenstrom kleiner als der vorbestimmte Wert id_th ist, wird eine Anweisung an die Logikschaltung 55 ausgegeben, um in Schritt s206 eine Energiezufuhr zum Motor 2 zu gestatten.
Nun wird der Betrieb in den Schritten s203 bis s206 ausführlich beschrieben.
Wenn der erste Mikrocontroller 52 außer Kontrolle wegläuft, fließt ein Strom in den Stator, unabhängig von der Position des Rotors. Somit, wenn man als Beispiel einen Fall annimmt, bei dem die Energie bei einer vorbestimmten Phase fixiert ist, wird der Einfluss des Weglaufens des ersten Mikrocontrollers 53 auf den Betrieb der elektrischen Servolenkung beschrieben.
Fig. 5 zeigt einen Längsachsenstrom id und einen Querachsenstrom iq, wenn die zuzuführende Erregungsphase fest ist, und der Fahrer das Lenkrad betätigt, was eine Drehung des Rotors bewirkt. Wie es hier gezeigt ist, ändern sich der Längsachsenstrom id und Querachsenstrom iq sinusförmig mit einer Phasendifferenz von 90° gemäß des elektrischen Winkels. Hierbei ist iq proportional zum Ausgangsdrehmoment des Motors, wenn der magnetische Fluss konstant ist, und die Polarität des Ausgangsdrehmoments des Motors 2 ist gleich der Polarität von iq. Somit, wie durch den Pfeil in Fig. 5 angegeben, an einem Punkt pro elektrischen Winkel von 360°, an dem der Längsachsenstrom ein Maximum in der Richtung des magnetischen Flusses des Rotors erreicht, widersteht der Rotor einer Rotation nach rechts oder nach links, und man glaubt die Lenkkraft ist schwerer als beim manuellen Lenken. Somit erfasst der zweite Mikrocontroller 54 diesen Zustand und unterbricht die Energie zum Motor 2.
Der oben beschriebene Betrieb wird in den Schritten s203 bis s206 durchgeführt, und der zweite Mikrocontroller 54 berechnet den Strom in Längs-/Quer-Koordinaten auf der Grundlage des Rotorpositionssensors 3 und der Motorstrom- Erfassungsschaltung 52, und unterbricht die Energie zum Motor 2 unabhängig von der Anweisung aus dem ersten Mikrocontroller 53, wenn beurteilt wird, dass der Längsachsenstrom größer oder gleich einem vorbestimmten Wert in der gleichen Richtung wie der durch den Rotor erzeugte magnetische Fluss ist.
Schließlich, in Schritt s207, wird ein Rechtecksignal mit vorbestimmter Periode ausgegeben, so dass der erste Mikrocontroller 53 den Betrieb des zweiten Mikrocontrollers 54 überwachen kann. Wenn die Periode anormal ist, unterbricht der Mikrocontroller 53 die Energie zum Motor 2, wie oben beschrieben. Dies wird auch fortgesetzt, bis entweder der erste Mikrocontroller 53 oder der zweite Mikrocontroller 54 ein Einschalt-Zurücksetzen erfährt.
Wie oben gezeigt, ermöglicht diese Ausführung ein Mikrocontroller-redundantes System, welches geeignet ist, damit eine elektrische Servolenkung aufgebaut werden kann, die einen extrem kleinen Rechenaufwand hat.
In der obigen Beschreibung wird ein Fehler des ersten Mikrocontrollers 53 mit einem Absolutwert des Längsachsenstroms beurteilt, aber der Maximalpunkt von id oben kann auch beurteilt werden unter Verwendung des Verhältnisses des Längsachsenstroms id zum Querachsenstrom iq d. h. id/iq. In diesem Fall kann ein geeigneter Ausfallsicherungsvorgang selbst mit einem Wert unternommen werden, welcher durch das obige Verfahren als kleiner gleich einer Schwelle angesehen worden wäre.
Darüber hinaus werden alle Schaltelemente, welche die Motortreiberschaltung 56 bilden im Falle eines Fehlers unterbrochen, aber es ist auch möglich nur die Energieversorgungsseite oder Erdungsseite der Brückenschaltung zu unterbrechen. In diesem Fall ist es möglich die Schaltungsabmessungen der Logikschaltung 55 zu halbieren.
Darüber hinaus werden der Motorstrom und elektrische Winkel aus jedem Sensor direkt in den zweiten Mikrocontroller 54eingegeben, aber es ist auch möglich sie aus dem ersten Mikrocontroller 53 mittels Kommunikation zu empfangen. Die Hardware-Konfiguration ist in diesem Fall wie in Fig. 6 gezeigt. In diesem Fall ist es möglich, eine Kommunikation für die Eingangssignalverarbeitung des Rotorpositionssensors 3 usw. am zweiten Mikrocontroller 54 zu ersetzen, was den Rechenaufwand weiter verringert.
Im übrigen, wenn der Motor 2 eine Asynchronmaschine ist, besteht keine Notwendigkeit die absolute Position des Rotors zu erfassen, was es möglich macht, einen Rotorwinkelgeschwindigkeitssensor wie einen inkrementalen Sensor zu verwenden, statt des Rotorpositionssensors 3, um ein Mikrocontroller-redundantes System in der gleichen Schaltungskonfiguration zu schaffen.

Zweite Ausführung

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Diese Ausführung zeigt ein Beispiel des strikteren Überwachens des Betriebs als bei der ersten Ausführung. Die zweite Ausführung unterscheidet sich von der ersten Ausführung darin, dass der Drehmomentsensor 1 mit dem ersten Mikrocontroller 53 verbunden ist.
Fig. 8 ist ein funktionelles Blockdiagramm, um eine Software- Konfiguration dieser Ausführung zu erklären. In Fig. 8 ist die Eingangsschnittstellenschaltung 51 in Fig. 7 weggelassen, und die Motortreiberschaltung 56 und der Vor-Treiber 57, welcher diese ansteuert, werden als Motortreibermittel ausgedrückt.
Der Betrieb dieser Ausführung wird unten auf der Grundlage der Fig. 8 beschrieben. Die Teile mit der gleichen Funktion wie jene in der obigen ersten Ausführung tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht erneut beschrieben. Wie im Falle der obigen ersten Ausführung kann die Verarbeitung des ersten Mikrocontrollers 53 in zwei Blöcke aufgeteilt werden, einen Abschnitt 53a zur Steuerung der elektrischen Servolenkung und einen Abschnitt 53b zur Steuerung des dreiphasigen Motors. Diese Verarbeitung ist die gleiche wie bei der obigen ersten Ausführung. Das bedeutet, dass der Steuerungsabschnitt 53a für die elektrische Servolenkung das Ausgangsdrehmoment des Motors 2 auf der Grundlage des Ausgangs des Drehmomentsensors 1 berechnet, zum Beispiel gemäß der Charakteristik in Fig. 4, dieses als Anweisung an den Steuerabschnitt 53b des Dreiphasenmotors gibt, und der Steuerabschnitt 53b des Dreiphasenmotors den Motor 2 auf der Grundlage des Motorstromwerts, der von der Motorstrom- Erfassungsschaltung 52 erfasst wurde, und der Motorrotorposition aus dem Rotorpositionssensor 3 betreibt, so dass das obige Motorausgangsdrehmoment erhalten wird.
Andererseits besteht die Verarbeitung des zweiten Mikrocontrollers 54 aus einem Steuerungs-/Überwachungsabschnitt 54a für die elektrische Servolenkung, welcher die Rechnung des Steuerabschnitts 53a für die elektrische Servolenkung überwacht, und einem Steuerungs-/Überwachungs-Abschnitt 54b für den dreiphasigen Motor, welcher die Rechnung des Steuerabschnitts 53b des dreiphasigen Motors überwacht. Der Steuerungs-/Überwachungs- Abschnitt 54a für die elektrische Servolenkung vergleicht das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 1, das Ausgangssignal der Motorstrom-Erfassungsschaltung 52 und das Ausgangssignal des Magnetpol-Positionssensors 3, und überwacht dadurch, ob die Berechnungen des Steuerungsabschnitts 53a für die elektrische Servolenkung normal sind oder nicht. Der Steuer/Überwachungs-Abschnitt 54b für den Dreiphasenmotor vergleicht das Ausgangssignal des Rotorpositionssensors 3 mit dem Ausgangssignal der Motorstrom-Erfassungsschaltung 52, und überwacht dadurch, ob die Berechnungen bei dem Steuerabschnitt 53b für den Dreiphasenmotor normal sind oder nicht.
Nun wird der Steuer/Überwachungs-Abschnitt 54a für die elektrische Servolenkung und der Steuer/Überwachungs- Abschnitt 54b für den Dreiphasenmotor ausführlich beschrieben.
Fig. 9 ist eine Zeichnung, um den Betrieb des Steuer/Überwachungs-Abschnitts 54a für die elektrische Servolenkung zu erklären. Die vertikale Achse in Fig. 9 zeigt einen angegebenen Wert des Querachsenstroms des Motors 2, und ist einem angegebenen Wert des obigen Motorausgangsdrehmoments äquivalent. Der Steuerung/Überwachungs-Abschnitt 54a für die elektrische Servolenkung berechnet den Querachsenstrom aus dem Phasenstrom, der durch die Motorstrom-Erfassungsschaltung 52 erfasst wurde, und der Rotorposition, die von dem Rotorpositionssensor 3 erfasst wurde, und wenn die Polarität des Querachsenstroms sich von der Polarität des Werts des durch den Drehmomentsensor 1 erfassten Lenkdrehmoments unterscheidet, d. h. wenn die Richtung des Lenkdrehmoments nicht mit der Richtung übereinstimmt, in der die Lenkkraft unterstützt wird, weist der Steuerung/Überwachungs-Abschnitt 54a für die elektrische Servolenkung die Logikschaltung 55 an, die Energie zum Motor 2 zu unterbrechen. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist der Bereich nahe einem neutralen Punkt des Lenkdrehmoments eine Totzone der Lenkkraftunterstützung, und es fließt kein Motorstrom, und daher unterbricht der Steuer/Überwachungs-Abschnitt 54a für die elektrische Servolenkung die Energie, so dass kein Motorstrom nach rechts oder nach links fließt.
Wie im Fall der obigen Ausführung 1 weist der Steuerungs-/Überwachungs-Abschnitt 54b für den Dreiphasenmotor die Logikschaltung 55 an die Ansteuerung des Motors zu unterbrechen, auf der Grundlage des Ausgangssignals des Rotorpositionssensors 2 und des Ausgangaassignals der Motorstrom-Erfassungsschaltung 52. Darüber hinaus, wie im Fall der obigen Ausführung 1, beurteilt der erste Mikrocontroller 53 es als Fehler, wenn sich die Überwachungspulsperiode aus dem zweiten Mikrocontroller 54 verlängert. Die obige Unterbrechungsanweisung wird bis zu einem Einschalt-Zurücksetzen fortgesetzt.
Wie oben gezeigt überwacht der erste Mikrocontroller 53 der elektrischen Servolenkungsvorrichtung dieser Ausführung auch den Steuerabschnitt für die elektrische Servolenkung des ersten Mikrocontrollers 53, welche in der obigen ersten Ausführung nicht überwacht wird, und kann daher den Betrieb strikter überwachen.
Der Steuerungs-/Überwachungs-Abschnitt 54a, der elektrischen Servolenkung nimmt an, dass das Motortreiben in Bereichen in der Nähe des neutralen Punkts des Drehmoments verboten ist, aber wie in Fig. 10 gezeigt, ist es auch möglich, eine Konfiguration zu wählen, bei welcher die Zufuhr eines Mikro- Querachsenstroms iq1 in beide Richtungen erlaubt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist es möglich, den Motor in der Nähe des neutralen Drehmomentpunkts zu treiben, und die Reibung des Motors usw. zu kompensieren, und dadurch das Lenkgefühl zu verbessern. Darüber hinaus kann die Verarbeitung am zweiten Mikrocontroller 54 auf nur den Steuerungs-/Überwachungs- Abschnitt 54a für die elektrische Servolenkung beschränkt werden. In diesem Fall wird die Verarbeitung einfacher und ein kostengünstiger Mikrocontroller kann verwendet werden.

Dritte Ausführung

Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der dritten Ausführung der Erfindung zeigt. In Fig. 11 werden Teilen mit den gleichen Funktionen wie jenen in der obigen Ausführung die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und nicht erneut beschrieben. Wie im Falle der Fig. 8 wird in Fig. 11 die Eingangsschnittstellenschaltung 51 weggelassen, und die Motortreiberschaltung 56 und der Vor-Treiber 57 werden als Motortreibermittel ausgedrückt.
In den obigen ersten und zweiten Ausführungen berechnet der zweite Mikrocontroller 54 einen Strom in Längs-/Quer- Koordinaten (dq-Koordinaten) aus dem Ausgangssignal der Motorstrom-Erfassungsschaltung 52, und überwacht den Betrieb des ersten Mikrocontrollers 53, es ist jedoch auch möglich den zweiten Mikrocontroller 54 so zu konfigurieren dass er mit dem ersten Mikrocontroller 53 kommuniziert und einen Stromwert in Längs-/Quer-Koordinaten empfängt, der vom ersten Mikrocontroller 53 berechnet wurde. Dies erlaubt es dem zweiten Mikrocontroller 54 die Verarbeitung zur Umwandlung des Phasenstroms in einen Querachsenstrom zu verringern.
Der Betrieb des Steuerungs-/Überwachungs-Abschnitts 54a für die elektrische Servolenkung kann auf die gleiche Weise durchgeführt werden, außer dass ein Sollwert des Querachsenstroms, der aus dem ersten Kontroller 53 empfangen wird, anstelle des Querachsenstroms verwendet wird, der aus dem Ausgangssignal der Motorstrom-Erfassungsschaltung 52 umgewandelt wurde. Andererseits kann die Verarbeitung des Steuerungs-/Überwachungs-Abschnitts 54b für den Dreiphasenmotor die gleiche wie in den Ausführungen 1 und 2 sein, es ist jedoch auch möglich den Strom in Längs-/Quer- Koordinaten, der aus dem ersten Mikrocontroller 53 empfangen wird, mit dem Ergebnis der Umwandlung des Ausgangssignals der Motorstrom-Erfassungsschaltung 52 in Längs-/Quer-Koordinaten zu vergleichen.
Fig. 12 ist eine Zeichnung zur Erklärung des Verfahrens zum Vergleichen des Stroms in Längs-/Quer-Koordinaten, der aus dem ersten Mikrocontroller 53 empfangen wird, mit dem Strom in Längs-/Quer-Koordinaten, der aus dem Ausgangssignal der Motorstrom-Erfassungsschaltung 52 umgewandelt wird.
Der zweite Mikrocontroller 54 berechnet einen Absolutwert |im| des Stromvektors und seinen Phasenwinkel θ, aus einem elektrischen Winkel θre des Rotors, welcher das Ausgangssignal des Rotorpositionssensors 2 ist, und dem Längsachsenstrom id und dem Querachsenstrom iq, empfangen aus dem ersten Mikrocontroller 53. Andererseits wandelt der zweite Mikrocontroller 54 das Ausgangssignal der Motorstrom- Erfassungsschaltung 52 in Längs-/Quer-Koordinaten. Indem diese beiden verglichen werden, ist es möglich, den Betrieb des Steuerabschnitts 53b für den Dreiphasenmotor des ersten Mikrocontrollers 53 zu überwachen.
Es ist auch möglich nur die dreiphasigen Wechselstromkoordinaten und den absoluten Stromwert |im| in Längs-/Quer-Koordinaten zu vergleichen, statt einen Stromvektor zu vergleichen. Auf diese Weise ist θre nicht notwendig, und die Verarbeitung wird einfacher. Selbstverständlich ist es auch möglich nur den Phasenwinkel θ zu vergleichen. Ferner ist der erste Mikrocontroller 53 konstruiert, um einen Sollwert in Längs-/Quer-Koordinaten zu senden/empfangen, es ist aber auch möglich das Ergebnis der Umwandlung des Werts des Phasenstroms, der durch die Motorstrom-Erfassungsschaltung 52 erfasst wurde, in Längs-/Quer-Koordinaten, an den Mikrocontroller 54 zu senden.
Andererseits kann der zweite Mikrocontroller 54 das Lenkdrehmoment und/oder den elektrischen Winkel und/oder den Phasenstrom aus dem ersten Mikrocontroller 53 mittels Kommunikation empfangen. Im Falle des Übertragens/Empfangens all dieser Gegenstände mittels einer Kommunikation, wird die Hardware/Konfiguration die gleiche sein wie in Fig. 6 gezeigt, was eine Verwirklichung der Überwachung mit einer einfacheren Hardware-Konfiguration gestattet.
Ferner verwirklicht in den obigen Ausführungen 1 und 2 der erste Mikrocontroller 53 eine gegenseitige Überwachung zwischen den Mikrocontrollern durch Überwachung eines periodischen Signals, das aus dem zweiten Mikrocontroller 54 gesendet wird, aber wenn Daten mittels einer Kommunikation übertragen/empfangen werden, wie im Falle dieser Ausführung, kann die gegenseitige Überwachung mittels einer Kommunikation durchgeführt werden. Zum Beispiel, wenn sich die Periode der Datenübertragung aus dem ersten Mikrocontroller 53 erstreckt, kann der zweite Mikrocontroller 54 eine Verarbeitung der Beurteilung hinzufügen, dass Anomalien im ersten Mikrocontroller 53 aufgetreten sind. Darüber hinaus, wenn kein Bestätigungssignal der Vollendung des Empfangs aus dem zweiten Mikrocontroller 54 zurückgegeben wird, kann der erste Mikrocontroller 53 beurteilen, dass Anomalien im zweiten Mikrocontroller 54 aufgetreten sind. Der erste Mikrocontroller 53 kann den gesendeten/empfangenen Daten auch eine Redundanz hinzufügen, wie eine Prüfsumme, und beurteilen, dass Anomalien im zweiten Mikrocontroller 53 aufgetreten sind, wenn aus den Daten ein Fehler erfasst wird.

Vierte Ausführung

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Im Diagramm bezeichnet die Bezugsziffer 6 einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, um die Fahrtgeschwindigkeit eines Fahrzeugs zu erfassen, in welchem eine elektrische Servolenkungsvorrichtung eingebaut ist, welcher Sensor sowohl mit dem ersten Mikrocontroller 53 als auch dem zweiten Mikrocontroller verbunden ist, über die Eingangsschnittstelle 51. Die Teile, welche die gleiche Funktion wie jene in den obigen Ausführungen haben, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht erneut beschrieben.
Der Steuerungs-/Überwachungs-Abschnitt 54a für die Servolenkung des zweiten Mikrocontrollers 54 der obigen Ausführung vergleicht nur die Polaritäten des Lenkdrehmoments und des Motorausgangsdrehmoments, aber diese Ausführung überwacht auch den Steuerabschnitt für die elektrische Servolenkung strikter.
Nun wird unten der Betrieb beschrieben.
Die obigen Ausführungen 2 und 3 vergleichen die Polaritäten des Lenkdrehmoments und des Motorausgangsdrehmoments, aber diese Ausführung überwacht den Betrieb der elektrischen Servolenkung strikter, indem der Betrag des Lenkdrehmoments und des Motorausgangsdrehmoments verglichen wird.
Fig. 14 veranschaulicht den Betrieb dieser Ausführung.
Ein Motorausgangsdrehmoment entgegengesetzt zum Lenkdrehmoment wird unterbunden, und gleichzeitig wird ein übermäßiges Motorausgangsdrehmoment auch unterbunden, selbst wenn es die gleiche Richtung wie das Lenkdrehmoment hat. Dies verhindert eine übermäßige Unterstützung der Lenkkraft. Selbstverständlich, wie im Fall der obigen Ausführung kann diese Ausführung auch eine Charakteristik haben, derzufolge die Energie in der Nähe eines neutralen Punkts des Drehmoments unterbrochen wird.
Darüber hinaus werden Fahrzeuggeschwindigkeits- Berechnungsergebnisse zwischen dem ersten Mikrocontroller 53 und dem zweiten Mikrocontroller 54 verglichen.
Wie oben gezeigt, erlaubt diese Ausführung eine striktere Überwachung des Steuerabschnitts der elektrischen Servolenkung. Auf diese Weise ist es eine allgemeine Praxis, dass die Lenkkraftunterstützungs-Charakteristik gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit empfindlich ist, und daher ist es auch möglich die Charakteristik in Fig. 14 gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit empfindlich zu machen. Dies erlaubt die Verwirklichung einer viel strikteren Überwachung.

Fünfte Ausführung

Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Servolenkungsvorrichtung nach der fünften Ausführung der Erfindung zeigt.
In dem Diagramm ist die Bezugsziffer 58 ein Relais, welches zwischen der Batterie 4 und der Motortreiberschaltung 56 als Schaltmittel vorgesehen ist. Die Teile, welche die gleiche Funktion haben wie jene in den obigen Ausführungen, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht erneut beschrieben.
Die obige Ausführung gestaltet die Logikschaltung 55 auf solche Weise, dass die Motortreiberschaltung 57 im Falle eines Fehlers unterbrochen wird, das Verfahren ist jedoch nicht hierauf beschränkt, wenn die Energiezufuhr zum Motor 2 unterbrochen werden kann.
Zum Beispiel, wie in Fig. 15 gezeigt, wird ein Relais 58 zwischen die Batterie 4 und die Motortreiberschaltung 56 eingefügt. Das Relais 58 ist so konstruiert, dass es über die Logikschaltung 55 und den Vor-Treiber 57 betätigt werden kann, und durch eine Anweisung entweder aus dem ersten Mikrocontroller 53 oder dem zweiten Mikrocontroller 54 getrennt wird. Diese Konfiguration erlaubt eine zuverlässigere Unterbrechung der Energiezufuhr zum Motor 2.
Das Wählen einer Konfiguration, bei welcher die Energiezufuhr zum Motor 2 nicht durch die Motortreiberschaltung 56 unterbrochen wird, sondern nur durch das Relais 58, ermöglicht die Abmessungen der Logikschaltung 55 zu verringern. Das Relais 58 kann auch zwischen der Motortreiberschaltung 56 und dem Motor 2 eingefügt sein. Bei dieser Ausführung ist das Schaltmittel in die Steuerung 5bzw. den Controller 5 eingebaut, das Schaltmittel kann sich jedoch auch außerhalb der Steuerung befinden.
Die obigen Ausführungen 1 bis 5 beschreiben den Fall, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Servolenkung angewendet wird, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und kann auf Lenkung per Draht (drive-by- wire) usw. angewendet werden, und kann dadurch eine höchst zuverlässige Lenkungssteuerungsvorrichtung schaffen.

Claims

1. Elektrische Servolenkungsvorrichtung, umfassend:
einen Mehrphasenmotor (2), welcher die Lenkarbeit eines Fahrers unterstützt;
ein Treibermittel (56, 57), welches mit einem oberen Schaltelement ausgestattet ist, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Energieversorgung verbindet oder trennt, und ein unteres Schaltelement, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Erdung verbindet oder trennt; und
eine Logikschaltung (55), welche das AN/AUS des oberen Schaltelements und des unteren Schaltelements bestimmt;
ein erstes und zweites Steuerungsmittel (53, 54) zur Steuerung des Treibermittels über die Logikschaltung,
wobei die Logikschaltung das AN/AUS des oberen Schaltelements und des unteren Schaltelements so bestimmt, dass die Energie zur Wicklung jeder Phase entsprechend der Anweisung entweder des ersten Steuermittels oder des zweiten Steuermittels unterbrochen wird.

2. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Drehmomentsensor (1), welcher die Lenkarbeit des Fahrers erfasst, wobei der Drehmomentsensor sowohl mit dem ersten Steuerungsmittel als auch dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, oder der Drehmomentsensor mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden ist, und das erste Steuerungsmittel mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, um einen Wert des durch den Drehmomentsensor erfassten Lenkdrehmoments an das zweite Steuerungsmittel zu schicken.

3. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Motorstrom- Erfassungsschaltung (52), welche einen Strom des Mehrphasenmotors erfasst, wobei die Motorstrom- Erfassungsschaltung sowohl mit dem ersten Steuerungsmittel als auch dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist; oder die Motorstrom-Erfassungsschaltung mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden ist, und das erste Steuerungsmittel mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, um einen erfassten Strom auf der Grundlage eines Sollstroms oder einen erfassten Strom auf der Grundlage der Stromerfassungsschaltung an das zweite Steuerungsmittel zu schicken.

4. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Rotorpositionssensor (3), welcher die Position des Rotors des Mehrphasenmotors erfasst, wobei der Rotorpositionssensor sowohl mit dem ersten Steuerungsmittel als auch dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, oder der Rotorpositionssensor mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden ist, und das erste Steuerungsmittel mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, um die auf der Grundlage des Positionssensors erfasste Position an das zweite Steuerungsmittel zu schicken.

5. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Geschwindigkeitssensor, welcher die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors des Mehrphasenmotors erfasst, wobei der Geschwindigkeitssensor sowohl mit dem ersten Steuerungsmittel als auch dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, oder der Geschwindigkeitssensor mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden ist, und das erste Steuerungsmittel mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, um die auf der Grundlage des Positionssensors erfasste Position an das zweite Steuerungsmittel zu schicken.

6. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (6), welcher die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst, in dem die elektrische Servolenkungsvorrichtung eingebaut ist, wobei der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor mit sowohl dem ersten Steuerungsmittel als auch dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist, oder der Geschwindigkeitssensor mit dem ersten Steuerungsmittel verbunden ist, und das erste Steuerungsmittel mit dem zweiten Steuerungsmittel verbunden ist.

7. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung eingerichtet ist das obere Schaltelement und/oder das untere Schaltelement auf der Grundlage einer Anweisung des ersten Steuerungsmittels oder des zweiten Steuerungsmittels auszuschalten.

8. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibermittel zumindest umfasst:
ein oberes Schaltelement, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Energieversorgung verbindet oder trennt;
ein unteres Schaltelement, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Erdung verbindet oder trennt; und
ein Schaltmittel zum Verbinden oder Trennen des oberen oder unteren Schaltelements und einer Energieversorgung oder Erdung,
wobei die Logikschaltung eingerichtet ist, um das Schaltmittel auf der Grundlage einer Anweisung des ersten Steuerungsmittels oder des zweiten Steuerungsmittels auszuschalten.

9. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibermittel zumindest umfasst:
ein oberes Schaltmittel, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Energieversorgung verbindet oder trennt;
ein unteres Schaltelement, welches die Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und eine Erdung verbindet oder trennt; und
ein Schaltmittel (57) zum Verbinden oder Trennen der Wicklung jeder Phase des Mehrphasenmotors und des oberen oder unteren Schaltelements,
wobei die Logikschaltung eingerichtet ist das Schaltmittel auf der Grundlage einer Anweisung des ersten Steuerungsmittels oder des zweiten Steuerungsmittels auszuschalten.

10. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerungsmittel und das zweite Steuerungsmittel auf solche Weise verbunden sind, dass sie vorbestimmte Daten austauschen, und auf der Grundlage der ausgetauschten Daten gegenseitig ihre Fehler überwachen und die Logikschaltung auf solche Weise steuern, dass die Energie zum Mehrphasenmotor im Falle eines Fehlers im ersten oder zweiten Steuerungsmittel unterbrochen wird.

11. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Energie zum Mehrphasenmotor in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Richtung des Lenkdrehmoments nicht mit der Richtung der unterstützenden Lenkkraft übereinstimmt, und die Energie zum Mehrphasenmotor in dem Fall unterbrochen wird, in dem das Lenkdrehmoment in der Nähe eines neutralen Punkt ist, egal in welche Richtung die Lenkarbeit des Fahrers unterstützt wird.

12. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Energie zum Mehrphasenmotor in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Richtung des Drehmoments nicht mit der Richtung der unterstützenden Lenkkraft übereinstimmt, und die Energie zum Mehrphasenmotor in dem Fall nicht unterbrochen wird, in dem das Lenkdrehmoment in der Nähe eines neutralen Punkts ist, egal in welche Richtung die Lenkarbeit des Fahrers unterstützt wird.

13. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Energie zum Mehrphasenmotor in dem Fall unterbrochen wird, in dem das Motorausgangsdrehmoment gegenüber dem Lenkdrehmoment übermäßig ist.

14. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Energie zum Mehrphasenmotor in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Beziehung zwischen dem Motorstrom in orthogonalen Koordinaten und dem Motorstrom in Dreiphasigen Wechselstrom-Koordinaten als anormal beurteilt wird.

15. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Energie zum Mehrphasenmotor in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Beziehung zwischen dem Motorstrom in orthogonalen Koordinaten, dem Motorstrom in dreiphasigen Wechselstrom-Koordinaten und ein elektrischer Winkel als anormal beurteilt wird.

16. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Energie zum Mehrphasenmotor in dem Fall unterbrochen wird, in dem die Komponente des Motorstroms in der gleichen Richtung wie die des durch das Magnetfeld erzeugten magnetischen Flusses als anormal beurteilt wird.

17. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerungsmittel die Logikschaltung auf solche Weise steuert, dass die Energie zum Mehrphasenmotor in dem Fall unterbrochen wird, in dem der Phasenwinkel, welcher durch die Stromkomponente des Motorstroms in der gleichen Richtung wie der durch das Magnetfeld erzeugte Magnetfluss und die Stromkomponente in die Richtung 90° zum vom Magnetfeld erzeugten Magnetfluss gebildet wird, als anormal beurteilt wird.

18. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung so gesteuert wird, dass die Energie zum Mehrphasenmotor unterbrochen wird, wenn die Bedingung zur Unterbrechung der Energie zum Mehrphasenmotor eine vorbestimmte Zeit anhält.

19. Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Beurteilung von Anormalität die Unterbrechung der Energie zum Mehrphasenmotor fortgesetzt wird, bis das erste Steuerungsmittel oder das zweite Steuerungsmittel ein Einschalt-Zurücksetzen erfahren.