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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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(Technisches Gebiet)
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Die
Erfindung betrifft eine Lenkung mit variabler Lenkübersetzung
zur Verstellung der Lenkkraftübersetzung
zwischen dem Lenkrad und den zu lenkenden Rädern des Fahrzeugs.
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(Stand der Technik)
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Die
meisten Fahrzeuge sind mit einer Lenkung mit variabler Lenkübersetzung
ausgerüstet.
In der JP 2001-278087 A ist eine derartige Lenkung vorgeschlagen.
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Die
Lenkung mit variabler Lenkübersetzung
weist neben einer mit dem Lenkrad des Fahrzeugs verbundenen Eingangswelle
und einer mit den lenkbaren Rädern
des Fahrzeugs verbundenen Ausgangswelle einen Elektromotor, einen
Sperrstift, eine aus einer Magnetspule bestehende Erregerspule und
ein Steuereinheit auf.
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Der
Elektromotor wird im Ansprechen auf die Zufuhr von elektrischem
Strom angetrieben und überträgt eine
Antriebskraft auf die Ausgangswelle, wodurch der Drehwinkel der
Ausgangswelle verstellt wird. Der Sperrstift ist so angeordnet,
dass er die Eingangswelle und die Ausgangswelle lösbar zu
einer drehfest verbundenen Einheit verbindet. Die Erregerspule ist
so angeordnet, dass der Sperrstift betätigt werden kann, um die Verbindung
zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu lösen. Weiter
hat die Steuereinheit die Funktion, den Antrieb des Elektromotors
und der Erregerspule zu steuern.
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Für den Fall,
dass die Erregerspule nicht in Ordnung ist und ihre Funktion nicht
mehr ausüben
kann, könnte
die Situation eintreten, in der sich der Sperrstift nicht mehr betätigen lässt und
dadurch die Verbindung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle
nicht mehr lösen
lässt.
In solch einer Situation, in der die Verbindung zwischen der Eingangswelle
und der Ausgangswelle aufrechterhalten wird, bewirkt die Steuereinheit
jedoch, dass der Elektromotor mit Strom versorgt wird. Dies kann
zu unerwünschten
Auswirkungen, wie z.B. einer Überhitzung
oder einem Ausbrennen der Wicklungen, auf den Elektromotor führen.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist vor dem Hintergrund dieser Probleme entstanden. Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lenkung mit variabler
Lenkübersetzung
zu schaffen, bei der eine Beschädigung
eines integrierten Elektromotors im Falle einer Fehlfunktion einer
Erregerspule einer in der Lenkung integrierten Übersetzungsverstelleinheit
ausgeschlossen ist.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
ist nach dem Anspruch 1 bzw. 18 erfindungsgemäß eine Lenkung mit variabler
Lenkübersetzung
vorgesehen, die eine mit einem Lenkrad verbundene Eingangswelle,
eine operativ mit lenkbaren Rädern
verbundene Ausgangswelle, einen Elektromotor, ein Sperrteil und
eine Erregerspule aufweist. Der Elektromotor verstellt den Drehwinkel
der Ausgangswelle durch Anlegen einer in Abhängigkeit vom Drehwinkel der
Eingangswelle bestimmten Antriebskraft an die Ausgangswelle. Das
Sperrteil verriegelt die Eingangswelle mit der Ausgangswelle in
einer lösbaren
Weise. Die Erregerspule ermöglicht
eine Betätigung des
Sperrteils zum Lösen
der Verriegelung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle.
Die Lenkung weist des Weiteren eine Steuereinheit und eine Fehlfunktionserfas sungseinheit
auf. Die Steuereinheit regelt/steuert den der Erregerspule zuzuführenden
Strom. Die Fehlfunktionserfassungseinheit erfasst eine Fehlfunktion
der Erregerspule in Abhängigkeit
von dem Sollwert des Stroms, der in der Erregerspule fließen soll, und
dem Wert des durch die Erregerspule tatsächlich fließenden Stroms.
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Die
Lenkung weist vorzugsweise weiter eine Fehlfunktionsvermeidungseinheit
auf, die eine durch die Erregerspule verursachte Fehlfunktion vermeidet,
wenn die Fehlfunktionserfassungseinheit eine Fehlfunktion der Erregerspule
erfasst.
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Dementsprechend
lässt sich
mit Hilfe der Fehlfunktionserfassungseinheit eine Fehlfunktion erfassen, die
auf Seiten der Erregerspule auftreten könnte, und mit Hilfe der Fehlfunktionsvermeidungseinheit
eine geeignete Gegenmaßnahme
gegen eine festgestellte Fehlfunktion ergreifen. Die Gegenmaßnahme beinhaltet beispielsweise
die Unterbrechung des Antriebs des Elektromotors, wodurch verhindert
wird, dass durch die Erregerspule über einen längeren Zeitraum Strom fließt. Auf
diese Weise lässt
sich eine ungewollte Beschädigung
des Elektromotors, z.B. eine Überhitzung,
zuverlässig
verhindern.
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Die
Lenkung mit variabler Lenkübersetzung
weist vorzugsweise weiter eine Stromversorgungsspannungserfassungseinheit
auf, die den Spannungswert einer Stromversorgung erfasst, die die
Erregerspule mit Strom versorgt. In diesem Fall weist die Steuereinheit
eine Zufuhreinheit auf, die den Strom mit einem Tastverhältnis zur
Erregerspule führt,
das in Abhängigkeit
vom Spannungswert der Stromversorgung festgelegt wird, um zu ermöglichen,
dass der Strom des Sollwerts durch die Erregerspule fließt.
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Die
Fehlfunktionserfassungseinheit weist vorzugsweise einen mit der
Erregerspule elektrisch verbundenen Wider stand und eine Berechnungseinheit
auf, die den wert des durch die Erregerspule tatsächlich fließenden Stroms
in Abhängigkeit
von dem über
den widerstand erfassten Spannungswert berechnet.
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Die
Fehlfunktionserfassungseinheit weist vorzugsweise weiter eine Berechnungseinheit
auf, die einen normalen Bereich des durch die Erregerspule tatsächlich fließenden Stroms
in Abhängigkeit
von dem Strom des Sollwerts festlegt und bestimmt, dass die Erregerspule
nicht in Ordnung ist, wenn der Wert des tatsächlich fließenden Stroms außerhalb
des normalen Bereichs liegt.
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Die
Steuereinheit weist vorzugsweise einen Schalttransistor auf, der
den Strom regelt/steuert, der durch die Erregerspule fließen soll;
in diesem Fall weist die Fehlfunktionsvermeidungseinheit vorzugsweise eine
Einrichtung auf, die den Schalttransistor sperrend schaltet, wenn
die Fehlfunktionserfassungseinheit eine Fehlfunktion der Erregerspule
erfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Gegenstände
und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen hervor, in denen:
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1 die Ausgestaltung einer
in einem Fahrzeug eingebauten Lenkung mit variabler Lenkübersetzung
zeigt;
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2 einen axialen Schnitt
einer in der Lenkung mit variabler Lenkübersetzung enthaltenen Übersetzungsverstelleinheit
zeigt;
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3 ein Blockschema ist, das
den gesamten elektrischen Kreis der Lenkung zeigt;
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4 ein Schema ist, das den
elektrischen Kreis eines Magnetsteuerkreises zeigt; und
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5 bis 7 Flussdiagramme sind, die jeweils einen
Prozess zum Bestimmen eines Fehlfunktionszustands im Magnetsteuerkreis
zeigen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Anhand
der begleitenden Zeichnungen werden im Folgenden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
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Bezugnehmend
auf 1 bis 7 wird nun eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lenkung
mit variabler Lenkübersetzung
beschrieben.
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1 zeigt die Ausgestaltung
einer Lenkung 1 mit variabler Lenkübersetzung gemäß der Ausführungsform.
Diese Lenkung 1, die in 1 als
Bestandteil eines Lenkmechanismus eines Fahrzeugs gezeigt ist, hat
die Aufgabe, den Lenkwinkel der lenkbaren Räder in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
des Fahrzeugs zu verstellen.
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Wie
in 1 gezeigt, umfassen
die Bestandteile eines Steuersystems der Lenkung 1 mit
variabler Lenkübersetzung
eine ECU (elektrische Steuereinheit) 3, ein im Fahrzeug
eingebautes LAN 7, einen Lenkwinkelsensor 6 und
einen Ausgangswinkelsensor 14. Die mechanischen Bestandteile
der Lenkung 1 umfassen eine Eingangswelle 11,
eine Lenkübersetzungsverstelleinheit 12 und
eine Ausgangswelle 13.
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Im
Fahrzeug ist, wie in 1 gezeigt,
das obere Ende der Eingangswelle 11 mit dem Lenkrad 10 verbunden.
Die Lenkübersetzungsverstelleinheit 12 ist
so angeordnet, dass sie das untere Ende der Eingangswelle 11 mit
dem oberen Ende der Ausgangswelle 13 verbindet. Das untere
Ende der Aus gangswelle 13 ist mit einem nicht gezeigten
Ritzel verbunden, das in eine Zahnstange 16 eingreift,
die in einem Lenkgetriebegehäuse 15 angeordnet
ist. Die beiden Enden der Zahnstange 16 sind jeweils über eine
Spurstange und einen Spurstangenhebel (nicht gezeigt) mit einem
der lenkbaren Räder 17 verbunden.
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Der
Lenkwinkelsensor 6 ist an der Eingangswelle 11 angeordnet
und erfasst den durch das Lenkrad 10 eingestellten Lenkwinkel.
Der Ausgangswinkelsensor 14 ist an der Ausgangswelle 13 angeorndet
und erfasst den Einschlagwinkel der lenkbaren Räder 17. Signale, die
den Lenkwinkel und den Einschlagwinkel angeben, werden vom Lenkwinkelsensor 6 bzw.
Ausgangswinkelsensor 14 an die ECU 3 übertragen.
Neben diesen Signalen der Sensoren 6 und 14 empfängt die
ECU 3 weiter von dem im Fahrzeug eingebauten LAN 7 ein Signal,
das die Fahrzeuggeschwindigkeit (Fahrzeuggeschwindigkeitssignal)
angibt, und ein Signal, das die Drehzahl des Fahrzeugmotors (Motordrehzahlsignal)
angibt. Die ECU 3 erzeugt ein Steuersignal zur Steuerung
der Lenkübersetzungsverstelleinheit 12.
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Die
Lenkübersetzungsverstelleinheit 12 hat
den in 2 gezeigten Aufbau
mit einem Elektromotor 4 bestehend aus einem bekannten,
bürstenlosen
Motor und einem Untersetzungsmechanismus 5. In Abhängigkeit
von den Signalen des Lenkwinkelsensors 6 und des im Fahrzeug
eingebauten LAN 7 kann die Einheit 12 den Elektromotor 4 zur
Verdrehung der Ausgangswelle 13 zur Änderung deren Drehwinkels ansteuern.
Der in einem Motorgehäuse 44 angeordnete
Elektromotor 4 weist einen Stator 43 und einen
Rotor 42 auf. An der auf Seiten des Lenkrads gelegenen
Innenumfangsfläche
des Motorgehäuses 44,
ist eine Magnetspule 2 angeordnet, die ermöglicht,
dass ein Sperrstift 21 in einer Richtung parallel zur Achse
einer Drehwelle 41 zurückziehbar vorrückt. Der
Sperrstift 21 bildet eine Verbindungseinrichtung. Im Ansprechen
auf eine von der ECU 3 erteilte Anweisung bewirkt die Magnetspule 2,
dass der Sperrstift 21 in der Richtung parallel zur Drehwelle 41 wieder zurückgezogen
wird. An einer der beiden Stirnseiten des Rotors 42 sind
Eingriffslöcher 42a ausgespart,
in die der Sperrstift 21 einspuren kann.
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Bei
dieser Lenkung 1 mit variabler Lenkübersetzung werden das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
und das Motordrehzahlsignal des im Fahrzeug eingebauten LAN 7 und
das Signal, das den Lenkwinkel angibt, des Lenkwinkelsensors 6 der
ECU 3 zugeführt.
Die ECU 3 verwendet diese Signale zur Berechnung eines Soll-Lenkwinkels.
Im Ansprechen auf den berechneten Soll-Lenkwinkel erteilt die ECU 3 eine
der Lenkübersetzungsverstelleinheit 12 zuzuführende Motorsteueranweisung.
Die Motorsteueranweisung bewirkt einen Antrieb des Elektromotors 4 der
Einheit 12, wodurch an den lenkbaren Rädern 17 ein Einschlagwinkel
entsprechend dem Soll-Lenkwinkel erzeugt wird.
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Anschließend liest
die ECU 3 ein Signal, das den durch den Ausgangswinkelsensor 14 erfassten Ist-Einschlagwinkel
der lenkbaren Räder 17 angibt;
das erfasste Signal wird in die Steuerung zurückgeführt, so dass an den lenkbaren
Rädern 17 ein
Einschlagwinkel entsprechend dem Soll-Lenkwinkel zuverlässig erzeugt
werden kann. Während
dieser Regelung ist die Magnetspule 2 eingeschaltet, so
dass der Sperrstift 21 in der Richtung parallel zur Drehachse 41 zurückgezogen
ist. Das Motorgehäuse 44 ist
somit vom Rotor 42 getrennt.
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Wenn
die ECU 3 einen fehlerhaften Zustand der Lenkübersetzungsverstelleinheit 12 (beispielsweise einen
Masseschluss der Magnetspule 2) erfasst, erteilt die ECU 3 der
Magnetspule 2 einen Anweisung, um den Stromfluss durch
die Magnetspule 2 zu unterbrechen. Die Steuerung verhindert
einen Stromfluss durch die Magnetspule 2, wodurch der Sperrstift 21 in
der Richtung parallel zur Drehwelle 41 vor rückt. Der
Sperrstift 21 spurt daher in eines der am Rotor 42 ausgesparten
Eingriffslöcher 42 ein,
wodurch das Motorgehäuse 44 und
der Rotor 42 miteinander verbunden werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
bezieht sich der fehlerhafte Zustand (oder die Fehlfunktion) der Lenkübersetzungsverstelleinheit 12 auf
die Magnetspule 2. Die Fehlfunktion der Magnetspule 2 entspricht
definitionsgemäß einer
Situation, in der die Magnetspule 2 funktionsgestört bzw.
nicht in Ordnung ist. Die Fehlfunktion der Magnetspule 2 beinhaltet
beispielsweise einen Masseschluss oder einen Zustand auf schwebendem
Potential sowie einen Bruch der zur Magnetspule 2 hin bzw.
von der Magnetspule 2 weg führenden elektrischen Leitungen.
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Bezugnehmend
auf 3 wird im Folgenden
die elektrische Konfiguration der Lenkung 1 mit variabler Lenkübersetzung
beschrieben.
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Wie
vorstehend bereits erwähnt,
weist die Lenkung 1 mit variabler Lenkübersetzung die Magnetspule 2,
die ECU 3, den Elektromotor 4 und den Untersetzungsmechanismus 5 auf.
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Die
Magnetspule 2, die der Erregerspule entspricht, ist mit
einem Magnetsteuerkreis 32 der ECU 3 verbunden.
Wie es nachstehend noch ausführlicher
beschrieben wird, erzeugt der Magnetsteuerkreis 32 ein
PWM (impulsdauermoduliertes) – Signal,
das an die Magnetspule 2 angelegt wird, um den Sperrstift 21 zu
betätigen.
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Die
ECU 3, die eine Steuereinheit bildet, ist zur Regelung/Steuerung
des durch die Magnetspule 2 und den Elektromotor 4 fließenden Stroms
in Abhängigkeit
von den vom Lenkwinkelsensor 6 und dem im Fahrzeug eingebauten
LAN 7 erhaltenen Informationen konfiguriert. Die ECU 3 ist
praktisch mit einem Mikrocomputer 31, dem vorstehend erwähnten Magnetsteuerkreis 32,
einem Relais 33, einem Steuerkreis 34, einem Stromversorgungskreis 35,
einem Spannungserfassungskreis 36, einem Stromerfassungskreis 37,
einer Schnittstelle 38, einem Lenkwinkelerfassungskreis 39,
einem Motorsteuerkreis 50, einem Stromerfassungskreis 51,
einem Motorklemmenpannungserfassungskreis 52 und einem
Kreis 53 zur Erfassung des elektrischen Winkels versehen.
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Unter
Verwendung der Signale des Lenkwinkelsensors 6 und des
im Fahrzeug eingebauten LAN 7 erzeugt der Mikrocomputer 31 ein
PWM-Signal zum Einregeln/Einsteuern des durch den Elektromotor 4 fließenden Tastverhältnis-Stroms.
Unter Verwendung der Signale des Lenkwinkelsensors 6 und
des im Fahrzeug eingebauten LAN 7 berechnet der Mikrocomputer 31 des
Weiteren einen Sollwert des der Magnetspule 2 zuzuführenden
Stroms. Der Mikrocomputer 31 erzeugt in Abhängigkeit
von der Spannung der Batterie 8 das PWM-Signal zur Leistungssteuerung
des durch die Magnetspule 2 tatsächlich fließenden Stroms, so dass der tatsächlich Strom
seinen Sollwert erreicht.
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Die
Spannung der Batterie 8 schwankt und ist damit nicht immer
konstant. Eine Gegenmaßnahme hierfür besteht
darin, das Tastverhältnis
des PWM-Signals in Abhängigkeit
von der Spannung der Batterie 8 zu regeln/steuern. wenn
die Spannung der Batterie 8 beispielsweise niedrig ist,
erzeugt der Mikrocomputer 31 ein PWM-Signal mit einem hohen
Tastverhältnis,
wodurch der durch die Magnetspule 2 fließende Strom
auf den Sollwert geregelt/gesteuert wird.
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Der
Magnetsteuerkreis 32 spricht auf das PWM-Signal des Mikrocomputers 31 an,
um das Tastverhältnis
des durch die Magnetspule 2 fließenden Ist-Stroms einzuregeln/einzusteuern,
so dass der Sperrstift 21 betätigt wird. Zur Realisierung
dieser Steuerung steht der Magnetsteuerkreis 32 über das
Relais 33 mit der Batterie 8 in Verbindung. Die
Konfiguration des Magnetsteuerkreises 32 wird im Detail
anhand von 4 beschrieben.
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Das
zwischen der Batterie 8 und dem Magnetsteuerkreis 32 angeordnete
Relais 33 verbindet die Batterie 8 mit dem Magnetsteuerkreis 32,
wenn das Relais 33 eingeschaltet ist. Im Gegensatz dazu
trennt das Relais 33 den Magnetsteuerkreis 32 von
der Batterie 8, wenn das Relais 33 ausgeschaltet
ist.
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Der
Steuerkreis 34 greift operativ zwischen dem Mikrocomputer 31 und
dem Relais 33 ein und empfängt ein Signal vom Mikrocomputer 31.
Im Ansprechen auf das Signal schaltet der Steuerkreis 34 das
Relais 33 aus.
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Weiter
versorgt der über
einen IG (Zündung)-Schalter 9 mit
der Batterie 8 verbundene Stromversorgungskreis 35 den
Mikrocomputer 31 mit Strom aus der Batterie 8.
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Der
Spannungserfassungskreis 36 erfasst die Spannung der Batterie 8 und
führt dem
Mikrocomputer 31 ein Signal zu, das die erfasste Spannung
angibt.
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Der
Stromerfassungskreis 37 ist zwischen der Batterie 8 und
dem Motorsteuerkreis 50 angeordnet, um den Motorsteuerkreis 50 mit
Strom aus der Batterie 8 zu versorgen. Gleichzeitig erfasst
der Stromerfassungskreis 37 den Wert des Stroms aus der
Batterie 8 zum Motorsteuerkreis 50 und führt dem
Mikrocomputer 31 ein Signal zu, das den erfassten Stromwert
angibt.
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Die
Schnittstelle 38 ist zwischen dem im Fahrzeug eingebauten
LAN 7 und dem Mikrocomputer 31 angeordnet, wie
es in 3 gezeigt ist.
Die Schnittstelle 38 wandelt das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
und das Motordrehzahlsignal in für
den Mikrocomputer 31 verwendbare, geeignete Formate um.
Das umgewandelte Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und das umgewandelte
Motordrehzahlsignal werden dem Mikrocomputer 31 zugeführt.
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In ähnlicher
Weise wandelt der Lenkwinkelsensor 6 und dem Mikrocomputer 31 angeordnete
Lenkwinkelerfassungskreis 39 das vom Sensor 6 erfasste
Signal in ein für
den Mikrocomputer 31 verwendbares, geeignetes Format um.
Das umgewandelte Lenkwinkelsignal wird dem Mikrocomputer 31 zugeführt.
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Der
mit dem Mikrocomputer 31, dem Stromerfassungskreis 37 und
dem Elektromotor 4 verbundene Motorsteuerkreis 50 umfasst
sechs Schalttransistoren, die eine Dreiphasen-Brückenschaltung
bilden. Im Ansprechen auf das PWM-Signal des Mikrocomputers 31 werden
die sechs Schalttransistoren im Motorsteuerkreis 50 zur
Ansteuerung des Elektromotors 4 im Tastverhältnis angesteuert.
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Der
weitere Stromerfassungskreis 51 erfasst den durch die sechs
Schalttransistoren im Motorsteuerkreis 50 fließenden Strom
und führt
dem Mikrocomputer 31 ein Signal zu, das den erfassten Stromwert
angibt.
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Wie
in 3 gezeigt, erfasst
der Motorklemmenpannungserfassungskreis 52 die Spannungen
an den sechs Schalttransistoren im Motorsteuerkreis 50.
Von diesem Motorklemmenspannungserfassungskreis 52 werden
dem Mikrocomputer 31 Signale zugeführt, die die erfassten Spannungen
angeben.
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Der
Kreis 53 zur Erfassung des elektrischen Winkels ist mit
dem Ausgangswinkelsensor 14 verbunden. Dieser Kreis 53 empfängt vom
Ausgangswinkelsensor 14 ein Signal, das den Einschlagwinkel
angibt, und wandelt das Signal in ein für den Mikrocomputer 31 verwendbares,
geeignetes Format um, so dass der Mikrocomputer 31 mit
dem umgewandelten Einschlagwinkelsignal versorgt wird.
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Im
Ergebnis führt
der Mikrocomputer 31 ein PWM-Signal dem Magnetsteuerkreis 32 zu,
so dass dieser Magnetsteuer kreis 32 das Tastverhältnis des
durch die Magnetspule 2 fließenden Ist-Stroms einregeln/einsteuern
kann. Im Ansprechen auf diese Regelung/Steuerung wird der Sperrstift 21 betätigt, wodurch
die Verriegelung zwischen dem Motorgehäuse 44 und dem Rotor 42 aufgehoben
wird. In dieser Lösesituation
dreht sich der Elektromotor 4 im Ansprechen auf die vom
Lenkwinkelsensor 6 und dem im Fahrzeug eingebauten LAN 7 kommenden
Signale mit der Folge, dass das Drehmoment des Elektromotors 4 über den
Untersetzungsmechanismus 5 auf die Ausgangswelle 13 übertragen
wird. Die lenkbaren Räder 14 erfahren
daher einen Antrieb in der Weise, dass sich ihr jeweiliger Einschlagwinkel ändert.
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Bezugnehmend
auf 4 wird im Folgenden
der Magnetsteuerkreis 32 hinsichtlich Konfiguration und Wirkungsweise
beschrieben.
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Wie
in 4 gezeigt, weist
der Magnetsteuerkreis 32 einen Widerstand 321,
eine erste Leitung 322, einen Strombegrenzungskreis 323,
einen Schalttransistor 324, eine Diode 325, einen
Leistungsversorgungsspannungserfassungskreis 326, einen
Klemmenspannungserfassungskreis 327 und eine zweite Leitung 328 auf.
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Von
diesen Komponenten ist der Widerstand 321 in der zweiten
Leitung 328 angeordnet. Die erste Leitung 322 verbindet
eine Klemme LV der beiden Enden der Magnetspule 2 mit der
Batterie 8 und hat die Funktion, die Magnetspule 2 mit
Strom zu versorgen, wodurch die Magnetspule 2 den Sperrstift 21 betätigen kann.
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Der
Strombegrenzungskreis 323 ist in der ersten Leitung 322 angeordnet
und weist einen Transistor 323a und einen Widerstand 323b auf.
Der Transistor 323a hat einen mit dem Relais 33 elektrisch
verbundenen Emitteranschluss, einen mit der einen Klemme der Magnetspule 2 elektrisch
verbunde nen Kollektoranschluss und einen über den Widerstand 323b mit
der Masse elektrisch verbundenen Basisanschluss.
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Der
Schalttransistor 324 versorgt die Magnetspule 2 mit
Strom in Abhängigkeit
von einem PWM-Signal entsprechend einem Sollwert des der Magnetspule 2 zuzuführenden
Stroms, wobei der Sollwert vom Mikrocomputer 31 festgelegt
wird.
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Die
Diode 325 ist parallel zu den Klemmen der Magnetspule 2 geschaltet.
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Darüber hinaus
hat der Leistungsversorgungsspannungserfassungskreis 326,
wie in 4 gezeigt, eine
Reihenschaltung von Widerständen 326a und 326b,
wobei einer der Anschlüsse
des Widerstands 326a mit dem Relais 33 und der
andere Anschluss mit einem der Anschlüsse des anderen Widerstands 326b elektrisch
verbunden ist. Der andere Anschluss des Widerstand 326b ist
mit der Masse verbunden. Der elektrisch gemeinsame Punkt der beiden
Widerstände 326a und 326b ist
mit dem Mikrocomputer 31 elektrisch verbunden.
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Der
Klemmenspannungserfassungskreis 327 hat eine Reihenschaltung
von Widerständen 327a und 327b.
Im Klemmenspannungserfassungskreis 327 ist einer der Anschlüsse des
Widerstands 327a mit der anderen Klemme LG der Magnetspule 2 und
der andere Anschluss des Widerstands 327a mit einem der
Anschlüsse
des anderen Widerstands 327b elektrisch verbunden. Der
andere Anschluss des Widerstands 327b ist mit der Masse
verbunden. Der elektrisch gemeinsame Punkt der Widerstands 327a und 327b ist
mit dem Mikrocomputer 31 elektrisch verbunden.
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Die
zweite Leitung 328 verbindet die Klemme LV der Magnetspule 2 mit
der Batterie 8 und hat die Funktion, die Magnetspule 2 mit
Strom aus der Batterie 8 zu versorgen.
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Bezugnehmend
auf 5 bis 7 werden im Folgenden Prozesse
zur Vermeidung eines Fehlfunktionszustands im Magnetsteuerkreis 32 beschrieben.
Ein diesbezüglich
durchgeführter
Bestimmungsprozess wird vom Mikrocomputer 31 ausgeführt.
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Wenn
der Fahrzeugführer
den IG-Schalter 9 einschaltet, wird der Mikrocomputer 31 über den
Stromversorgungskreis 35 mit Leistung aus der Batterie 8 versorgt
und aktiviert, um die in 5 bis 7 gezeigten Prozesse sequentiell
auszuführen.
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Wenn
der IG-Schalter 9 eingeschaltet wird, wird weiter die Magnetspule 2 zur
Vorbereitung auf die Stromzufuhr mit der Batterie 8 elektrisch
verbunden. Da in der zweiten Leitung 328 der Widerstand 321 angeordnet
ist, begrenzt der Widerstand 321 jedoch den Strom zur Magnetspule 2 auf
einen niedrigen Pegel, bei dem eine Aktivierung der Magnetspule 2 noch
nicht möglich
ist.
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Bezugnehmend
auf 5 wird zunächst der
Prozess zur Bestimmung eines Fehlfunktionszustands erläutert, der
vor der Leistungssteuerung des durch die Magnetspule 2 tatsächlich fließenden Stroms
ausgeführt
wird.
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Im
Ansprechen auf das Einschalten des IG-Schalters 9 beginnt
der Mikrocomputer 31 mit der Ausführung des in 5 gezeigten Prozesses.
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Im
Schritt S101 in 5 steuert
der Mikrocomputer 31 das Relais 33 an, so dass
das Relais 33 ausgeschaltet wird, um die Stromversorgung
von der Batterie 8 zur Magnetspule 2 zu unterbrechen.
Der Mikrocomputer 31 schaltet den Schalttransistor 324 sperrend,
bevor er zum zum Schritt S102 weitergeht.
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Im
Schritt S102 liest der Mikrocomputer 31 die Klemmenspannung
Vm an der Magnetspule 2 in Abhängigkeit von der Teilspannung
zwischen den Widerständen 327a und 327b.
Dann geht der Prozess zum Schritt S103 weiter.
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Im
Schritt S103 bestimmt der Mikrocomputer 31 in Abhängigkeit
von der eingelesenen Klemmenspannung Vm, ob sich die Magnetspule 2 in
einem normalen Zustand befindet oder nicht. Wenn bestimmt wird,
dass sich die Magnetspule 2 in einem normalen Zustand befindet,
geht der Prozess zu dem in 6 gezeigten Schritt
S200. Wenn dagegen bestimmt wird, dass die Magnetspule 2 nicht
in Ordnung ist (d.h. sich in einem Fehlfunktionszustand befindet),
geht der Prozess zum Schritt S104.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wird zur Bestimmung von Problemen, die in der Magnetspule 2 auftreten
könnten,
beispielsweise wie folgt vorgegangen. Unter der Annahme, dass die
Klemmenspannung der Batterie 8 auf V1 liegt, wird die Klemmenspannung
Vm an der Magnetspule 2 dem durch die folgende Bedingung
(1) definierten Vergleich unterzogen: V1·1/4 < Vm < V1·3/4 (1)wenn diese
Bedingung (1) erfüllt
ist, bestimmt der Mikrocomputer 31, dass sich die Magnetspule 2 in
einem normalen Zustand befindet. Wenn die vorstehende Bedingung
(1) dagegen nicht erfüllt
ist, d.h. die Klemmenspannung Vm außerhalb der Vergleichsbedingung
(1) liegt, bestimmt der Mikrocomputer 31, dass
sich die Magnetspule 2 in einem Fehlfunktionszustand befindet.
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Im
Schritt S104 wird ein Fehlfunktionsvermeidungsprozess "A" ausgeführt, nachdem bestimmt wurde, dass
in der Magnetspule 2 ein Problem aufgetreten ist.
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Wenn
der Fehlfunktionsvermeidungsprozess "A" erforderlich
ist, speichert der Mikrocomputer 31 eine Information über die
Art der Fehlfunktion und erteilt eine Anweisung zum Einschalten
einer (nicht gezeigten) Warnlampe eines Instruments am Armaturenbrett
des Fahrzeugs. Das Aufleuchten der Lampe zeigt dem Fahrzeugführer das
Vorliegen des Fehlfunktionszustands der Magnetspule 2 an.
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In
dem Fall, in dem bestimmt wird, dass die Magnetspule 2 normal
ist (JA im Schritt S103), wird der Prozess des Schritts S200 in 6 ausgeführt. Der Prozess im Schritt
S200 ermöglicht,
dass der Mikrocomputer 31 den Steuerkreis 34 mit
einem Signal zum Einschalten des Relais 33 versieht. Somit
wird das Relais 33 eingeschaltet und Strom aus der Batterie 8 über die
zweite Leitung 322 der Magnetspule 2 zugeführt. Der Prozess
geht anschließend
zum Schritt S201.
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Im
Schritt S201 liest der Mikrocomputer 31 erneut die Teilspannung
zwischen den Widerständen 327a und 327b zur Überprüfung der
Klemmenspannung Vm an der Magnetspule 2. In dieser Situation
legt der Mikrocomputer 31 noch kein PWM-Signal an den Schalttransistor 324 an.
Der Prozess geht dann zum Schritt S202.
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Im
Schritt S202 bestimmt der Mikrocomputer 31, ob die gelesene
Klemmenspannung Vm eine vorgegebene Bedingung erfüllt oder
nicht, d.h. ob die Magnetspule 2 normal ist oder nicht.
Wenn bestimmt wird, dass die Magnetspule 2 normal ist,
geht der Prozess zum Schritt S300 in 7,
wohingegen der Prozess zum Schritt S203 geht, wenn bestimmt wird,
dass die Magnetspule 2 nicht normal ist.
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Die
für die
vorstehend genannte Bestimmung angewandte vorgegebene Bedingung
ist durch folgenden Ausdruck (2) definiert: 5[V] < Vm < V1 (2), wobei V1
die Spannung der Batterie 8 ist.
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Wenn
die tatsächlich
erfasste Klemmenspannung Vm also außerhalb dieser Bedingung (2)
liegt, bestimmt der Mikrocomputer 31, dass sich die Magnetspule
in einem Fehlfunktionszustand befindet. Wenn die Spannung Vm dagegen
die Bedingung (2) erfüllt,
ist die Magnetspule 2 normal.
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Im
Schritt S203 wird ein anderer Fehlfunktionsvermeidungsprozess "B" ausgeführt, nachdem bestimmt wurde,
dass in der Magnetspule 2 ein Problem aufgetreten ist.
Im Besonderen ordnet der Mikrocomputer 31 an, dass das
Relais 33 ausgeschaltet wird, was zur Folge, dass die Stromversorgung
von der Batterie 8 zur Magnetspule 2 unterbrochen
wird. Außerdem
speichert der Mikrocomputer 31 eine Information über die Art
der Fehlfunktion und erteilt eine Anweisung zum Einschalten einer
(nicht gezeigten) Warnlampe eines Instruments auf dem Armaturenbrett
des Fahrzeugs. Das Aufleuchten der Lampe zeigt dem Fahrzeugführer an, dass
der Fehlfunktionszustand der Magnetspule 2 eingetreten
ist.
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Als
Teil des Routineprozesses zur Vermeidung der Fehlfunktion führt der
Mikrocomputer 31 anschließend, wie in 7 gezeigt, während der Regelung/Steuerung
des Tastverhältnisses
des tatsächlich
durch die Magnetspule 2 fließenden Stroms einen weiteren
Fehlfunktionsvermeidungsprozess "C" durch. Die Leistungssteuerung
erfolgt ebenfalls unter der Kontrolle des Mikrocomputers 31.
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Um
zu erreichen, dass durch die Magnetspule 2 ein Strom entsprechend
dem Sollwert fließt
(d.h. die Magnetspule 2 angesteuert wird (eingeschaltet
wird)), legt der Mikrocomputer 31 im Schritt S300 an den Schalttransistor 324 im
Magnetsteuerkreis 32 ein PWM-Signal an, das in Abhängigkeit
von der Klemmenspannung der Batterie 8 festgelegt wird.
Der Schalttransistor 324 regelt/steuert somit das Tastverhält nis des
tatsächlich
durch die Magnetspule 2 fließenden Stroms. Im Ansprechen
darauf wird der Sperrstift 21 aktiviert, um die Verbindung
zwischen dem Motorgehäuse 44 und
dem Rotor 42 aufzuheben, so dass das Motorgehäuse 44 vom
Rotor 42 getrennt wird. Der Prozess geht dann zum Schritt
S301.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist der Mikrocomputer 31 so programmiert, dass im Fall
der Betätigung
des Sperrstifts 21 (der Entriegelung) ein PWM-Signal mit
einem Tastverhältnis
von 100% an den Schalttransistor 324 angelegt wird. Nach
dem Ende der Betätigung
des Sperrstifts 21 legt der Mikrocomputer 31 an
den Schalttransistor 324 ein PWM-Signal mit einem Tastverhältnis von
40 bis 80% an, um den betätigten Zustand
(d.h. den entriegelten Zustand) des Sperrstifts 21 zu halten.
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Im
Schritt S301 ermittelt der Mikrocomputer 31 anschließend die
tatsächliche
Klemmenspannung Vm an der Magnetspule 2, die dem tatsächlich durch
die Magnetspule fließenden
Strom entspricht, in Abhängigkeit von
der gelesenen Teilspannung zwischen den Widerständen 327a und 327b.
Der Prozess geht anschließend zum
Schritt S302.
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Im
Schritt S302 wird die gelesene Klemmenspannung Vm herangezogen,
um zu bestimmen, ob eine Fehlfunktion im Zusammenhang mit der Magnetspule 2 vorliegt
oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Magnetspule 2 in
Ordnung ist, wird die Fehlfunktionsbestimmung in Intervallen wiederholt.
Im Gegensatz dazu geht der Prozess zum Schritt S303, wenn eine Fehlfunktion
erfasst wird.
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Die
Bestimmung im Schritt S302 wird in der folgenden Weise ausgeführt. In
der vorliegenden Ausführungsform
kann, wenn das Tastverhältnis
des PWM-Signals des Mikrocomputers 31 an den Schalttransistor 324 mit
P [%] angegeben wird, der Wert Vs der Spannung, die einem Sollwert
des Stroms durch die Magnetspule 2 entspricht, durch die
folgende Formel (3) berechnet werden: Vs = V1(1 – P/100) (3),wobei V1
der Spannungswert der Batterie 8 ist.
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Es
wird daher bestimmt, dass die Magnetspule 2 normal bzw.
in Ordnung ist, wenn die Klemmenspannung Vm an der Magnetspule 2 die
durch die folgende Formel (4) definierte Bedingung erfüllt: Vs – 1,5 < Vm < Vs
+ 1,5 (4).
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Um
zu verhindern, dass der Mikrocomputer 31 fälschlicherweise
eine Fehlfunktion der Magnetspule 2 bestimmt, wird die
Bedingung durch die Formel (4) definiert. Anders ausgedrückt liegt
der Spannungsbereich, der dem normalen Zustand entspricht, über einem
ersten Spannungswert, der erhalten wird, indem eine vorgegebene
Spannung von 1,5 [V] von der berechneten Spannung Vs subtrahiert
wird, und unter einem zweiten Spannungswert, der erhalten wird,
indem die vorgegebene Spannung von 1,5 [V] zu der berechneten Spannung
Vs addiert wird.
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Somit
folgert der Mikrocomputer 31 in den Fällen, in denen festgestellt
wird, dass der Wert der Klemmenspannung Vm an der Magnetspule 2 außerhalb
des durch die Formel (4) definierten Bereichs liegt, dass die Magnetspule 2 nicht
in Ordnung ist. In diesem Fall wird der Prozess des Schritts S303
ausgeführt.
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Im
Schritt S303 wird ein weiterer Fehlfunktionsvermeidungsprozess "C" ausgeführt. In der Praxis erzeugt
der Mikrocomputer 31 nicht nur ein Signal zum sperrend
Schalten des Schalttransistors 324 sondern auch ein Signal
zum Ausschalten der sechs Schalttransistoren zur Ansteuerung des Elektromotors 4.
Des Weiteren speichert der Mikrocomputer 31 eine Information über die
Art der aufgetretenen Fehlfunktion und ordnet an, dass das Relais 33 ausgeschaltet
wird, wodurch die Stromversorgung von der Batterie 8 zur
Magnetspule 2 unterbrochen wird. Außerdem erteilt der Mikrocomputer 31 den
Anweisung, eine (nicht gezeigte) Warnlampe eines Instrument am Armaturenbrett
des Fahrzeugs einzuschalten. Das Aufleuchten der Lampe zeigt dem Fahrzeugführer zuverlässig das
Vorliegen des Fehlfunktionszustands in der Magnetspule 2 an.
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In
den Prozessen der Schritte S104, S203 und S303 werden Informationen über die
vermuteten Fehlfunktionstypen im Zusammenhang mit der Magnetspule
2 im
Mikrocomputer
31 gesammelt. Die gesammelten Informationen,
die in Tabelle zusammengefasst sind, können für Reparaturen oder anderweitig
verwendet werden. Tabelle
1
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Die
Lenkung 1 mit variabler Lenkübersetzung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist so konfiguriert und arbeitet so, wie es vorstehend beschrieben
wurde. Damit lassen sich verschiedene Vorteile erzielen, die im
Folgenden erläutert
werden.
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Der
Mikrocomputer 31 zieht einen Vergleich zwischen der an
die Magnetspule 2 anzulegenden Spannung Vs und der tatsächlich an
der Magnetspule 2 anliegenden Klemmenspannung Vm, um eine
Fehlfunktionszustand betreffend die Magnetspule 2 zu erfassen.
Der Mikrocomputer 31 erfasst demnach einen Fehlfunktionszustand
durch einen Vergleich eines Sollwerts des Stroms, der durch die
Magnetspule 2 fließen
sollte, mit dem Wert des tatsächlich
durch die Magnetspule 2 fließenden Stroms. Auf diese Weise
kann eine Fehlfunktion (Störung,
Defekt) der Magnetspule 2 zuverlässig erfasst werden. Wenn festgestellt
wird, das eine Fehlfunktion vorliegt, ergreift der Mikrocomputer 31 eine
Gegenmaßnahme,
die darin besteht, einen Anweisung zum Ausschalten der sechs Schalttransistoren
zur Ansteuerung des Elektromotors 4 zu erteilen, wodurch
der Antrieb des Elektromotors 4 unmittelbar abgebrochen
wird. Damit lässt
sich also zuverlässige
die Situation vermeiden, in der der Stromfluss durch den Elektromotor 4 über eine
lange Zeit aufrechterhalten wird, wodurch der Elektromotor 4 vor
einer Überhitzung
bewahrt werden kann.
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Der
tatsächliche
Strom der durch die Magnetspule 2 fließt, ändert sich in seiner Stärke in Abhängigkeit von
der Spannung der Batterie 8. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache
wendet die vorliegende Ausführungsform
eine characteristische Steuerungsweise zur Ansteuerung des Schalttransistors 324 im
Magnetsteuerkreis 32 an. Praktisch wird die Teilspannung
zwischen den Widerständen 326a und 326b erfasst,
um die Spannung der Batterie 8 zu ermitteln, und die ermittelte
Batteriespannung wird dann zur Berechnung des Tastverhältnisses
des an den Schalttransistor 324 anzulegenden PWM-Signals
verwendet. Das PWM-Signal mit dem so berechneten Tastverhältnis ermöglicht,
dass durch die Magnetspule 2 ein Strom entsprechend dem gewünschten
Sollwert fließt.
Durch eine Minimierung der Differenz zwischen dem Istwert und dem
gewünschten
Sollwert des durch die Magnetspule 2 fließenden Stroms
lässt sich
eine Fehlfunktion, die in Verbindung mit der Magnetspule 2 aufteten
könnte,
zuverlässig
erfassen.
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Ein
weiterer Vorteil geht auf den Spannungsbereich zurück, der
für die
Bestimmung, ob die Magnetspule 2 in Ordnung ist oder nicht,
verwendet wird. Der Spannungsbereich zur Bestimmung des normalen
Zustands ist höher
als ein erster Spannungswert, der erhalten wird, indem eine vorgegebene
Spannung von 1,5 [v] von der berechneten Spannung Vs subtrahiert
wird, und kleiner als ein zweiter Spannungswert, der erhalten wird,
indem die vorgegebene Spannung von 1,5 [v] zur berechneten Spannung
Vs addiert wird. Wenn die Klemmenspannung Vm entsprechend dem tatsächlichen
Strom außerhalb
des normalen Spannungsbereichs liegt, wird bestimmt, dass die Magnetspule 2 nicht
in Ordnung ist. Die unter Verwendung der Widerstände 327a und 327b erfasste
Klemmenspannung Vm ist nicht immer völlig gleich dem Spannungswert
vs aufgrund eines Störeinflusses
oder ungewollter Faktoren. Somit hat wie vorstehend der Spannungsbereich
für den
Normalzustand eine bestimmte Breite. Dies ist besonders effektiv,
um die Genauigkeit bei der Bestimmung der Fehlfunktion der Magnetspule 2 zu
erhöhen.
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Ein
weiterer Vorteil betrifft die Ermittlung einer sicheren Steuerung.
Wenn bestimmt wird, dass die Magnetspule 2 nicht in Ordnung
ist, unternimmt der Mikrocomputer 31 den vorgenannten Fehlfunktionsvermeidungsprozess "C", in dem ein Signal, das den Ausschaltzustand
anweist, an den Schalttransistor 324 angelegt wird, so
dass von der Batterie 8 kein Strom zur Magnetspule 2 geführt wird.
Der Sperrstift 21 wird somit nicht in der weise betätigt, dass
er zurückgezogen
wird, wodurch die direkte Sperre zwischen dem Lenkrad 10 und den
lenkbaren Rädern 17 sichergestellt
werden kann und damit eine sichere Steuerung ermöglicht wird.
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Verschiedene
Modifikationen betreffend die vorstehend beschriebenen Konfigurationen
sind möglich. Beispielsweise
kann zur Bestimmung der Fehlfunktion der Magnetspule 2 der
durch die Magnetspule 2 tatsächlich fließende Strom mittels eines anderen
Stromdetektors erfasst werden, der nicht auf den in Verbindung mit
der vorstehenden Ausführungsform
beschriebenen Stromerfassungskreis beschränkt ist. Wenn ein derartiger
Stromdetektor verwendet wird, besteht keine Notwendigkeit dafür, die in
Reihe mit der Magnetspule 2 geschalteten Widerstände 327a und 327b anzuordnen.
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Die
in den Schritten S103, S202 und S302 zur Bestimmung verwendeten
Bedingungen sind nur Beispiele. Diese Bestimmungsbedingungen können daher
verschiedenartig abgewandelt werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann im Rahmen des in den Ansprüchen definierten
Schutzbereichs modifiziert werden. Die vorliegenden Ausführungsformen
bezwecken daher nur die Veranschaulichung jedoch keinerlei Beschränkung der
Erfindung. Der Schutzbereich wird daher nur durch die Ansprüche definiert,
jedoch nicht durch die vorstehende Beschreibung, so dass Änderungen
im Rahmen des Wortsinns der Ansprüche und innerhalb des Äquivalenzbereichs
mit umfasst sind.
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Der
gesamte Offenbarungsgehalte der am 7. Mai 2003 eingereichten JP
2003-129559, einschließlich der
Beschreibung, Ansprüche,
Zeichnungen und Zusammenfassung, wird hiermit in die vorliegende
Anmeldung aufgenommen.
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Zusammenfassend
betrifft die Erfindung somit eine Lenkung (1) mit variabler
Lenkübersetzung,
die eine mit einem Lenkrad (10) verbundene Eingangswelle
(11) und eine operativ mit lenkbaren Rädern (17) verbundene
Ausgangswelle (13) aufweist. Die Lenkung (1) umfasst
einen Elektromotor (4), der den Drehwinkel der Ausgangswelle
(13) verstellt, indem er eine in Abhängigkeit vom Drehwinkel der
Eingangswelle (11) festgelegte Antriebskraft an die Ausgangswelle
(13) anlegt, ein Sperrteil (21), das die Eingangswelle
(11) mit der Ausgangswelle (13) lösbar verbindet,
und eine Erregerspule (2) zum Betätigen des Sperrteils (21)
zum Lösen der
Sperre zwischen der Eingangswelle (11) und der Ausgangswelle
(13). Die Lenkung umfasst des Weiteren eine Steuereinheit
(3), die den der Erregerspule (2) zuzuführenden
Strom regelt/steuert, und eine Fehlfunktionserfasssungseinheit (31,
S103, S202, S302) zum Erfassen einer Fehlfunktion der Erregerspule
(2) in Abhängigkeit
von einem Sollwert des durch die Erregerspule (2) zu fließenden Stroms
und einem Wert des durch die Erregerspule (2) tatsächlich fließenden Stroms.