DE10220162A1 - Elektrische Servolenkvorrichtung - Google Patents

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkvorrichtung 1 anzugeben, die in der Lage ist, einen bürstenlosen Motor 6 präzise zu steuern und für ein exzellentes Lenkgefühl zu sorgen, sowie die Zuverlässigkeit eines Steuermittels 4 zu gewährleisten. Die elektronische Servolenkvorrichtung 1 enthält einen Motor 6, ein Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel TS (Lenkdrehmomentsensor), ein Motordrehungs-Erfassungsmittel 13, ein Motorstrom-Erfassungsmittel 12, ein Sollstromsetzmittel 40 (Sollstromsetz-Untereinheit), ein Treibersteuermittel 50 (Treibersteuer-Untereinheit) und ein Motortreibermittel 51 (Motortreiberschaltung). Vorgesehen sind das Steuermittel 4 (Steuereinheit), das das Sollstromsetzmittel 40 enthält, sowie ein Treibermittel 5 (Treibereinheit), dem ein Motordrehsignal PMO zugeführt wird und das das Treibersteuermittel 50 und das Motortreibermittel 51 enthält. Ferner sind das Steuermittel 4 und das Treibermittel 5 voneinander entfernt angeordnet und durch eine Kommunikationsleitung WH elektrisch miteinander verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung, in der Motor­ kraft direkt auf einem Servolenksystem einwirkt, so dass die Lenkkraft des Fahrers reduziert wird.

Eine elektrische Servolenkvorrichtung verwendet die Antriebskraft eines Motors direkt, um die Lenkkraft des Fahrers zu unterstützen. Zusätzlich zu dem Motor ist die elektrische Servolenkvorrichtung mit einem Lenkdrehmo­ ment-Erfassungsmittel ausgestattet, um das auf ein Lenksystem einwir­ kende Lenkdrehmoment zu erfassen, einem Steuermittel zum Steuern/ Regeln des Motors sowie einem Motortreibermittel zum Antrieb des Mo­ tors. Das Motortreibermittel ist aus einer Mehrzahl von FETs (Feld-Effekt-Transistor) etc. aufgebaut, die den Strom von mehreren zehn Ampere leiten, um den Motor anzutreiben, wobei sie Wärme erzeugen. Wenn das Steuermittel in der Nähe des Motortreibermittels angeordnet ist, könnte die Zuverlässigkeit des Steuermittels schlechter werden, da eine interne Ana­ logschaltung zur Formung eines eingegebenen Lenkdrehmomentsignals durch die Wärme beeinflusst wird.

Der Anmelder hat in der japanischen Gebrauchsmusterschrift Nr. 4-27743 eine elektrische Servolenkvorrichtung in Zahnstangen-und-Ritzel-Bauart offenbart, in der eine Steuerschaltung (Steuermittel) und ein Drehmoment­ detektor quer über die Zahnstangenachse von einer Treiberschaltung (Mo­ tortreibermittel) entfernt angeordnet waren. Die Steuerschaltung vermeidet somit den Wärmeeinfluss der Treiberschaltung. Jedoch verwendet diese Servolenkvorrichtung einen DC-(Gleichstrom)-Bürstenmotor als Motor, bei dem möglicherweise ein Fall auftritt, dass durch Alterung die Bürsten abnutzen. Sobald die Bürste abgenutzt ist, kann dies einen zunehmenden Spannungsabfall zwischen der Bürste und dem Kollektor oder eine Un­ stabilität des elektrischen Motorstroms zur Folge haben. Wegen des Motor­ leistungsabfalls oder der Unstabilität des elektrischen Motorstroms könnte das Lenkgefühl des Fahrers schlechter werden. Ferner ist sein Trägheits­ moment groß, da der Bürstenmotor einen Rotor aufweist, der einen Stahl­ kern mit einer Wicklung enthält. Das große Trägheitsmoment führt dazu, dass die Handhabung des Lenkrads zum genauen Lenken schwierig wird, da das Trägheitsmoment auf das Lenkrad einwirkt. Dies könnte zu einem Problem führen, wie etwa der Schwierigkeit beim genauen Lenken eines Lenkrads auf einer Autobahn, einem hakeligen Gefühl während des Rück­ lenkens oder einer Verschlechterung des Lenkgefühls.

Es wurde eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, die einen bürstenlosen Motor verwendet. Ein bürstenloser Motor hat eine Dreipha­ senwicklung als Außenstator und eine Mehrzahl von Permanentmagneten als Innenrotor. Die Dreiphasenwicklung wird entsprechend dem Drehwinkel des Innenrotors ein-aus-gesteuert, um hierdurch den Innenrotor drehend anzutreiben. Ein bürstenloser Motor ist frei von einer Verschlechterung des Lenkgefühls durch die oben erwähnte Abnutzung der Bürste, da er keine Bürsten braucht. Auch ist ein bürstenloser Motor immun gegen eine Ver­ schlechterung des Lenkgefühls durch das zuvor erwähnte große Trägheits­ moment, da die Magneten für den Innenrotor des bürstenlosen Motors verwendet werden können, um das Trägheitsmoment zu reduzieren.

Die herkömmliche Steuereinheit einer elektrischen Servolenkvorrichtung mit einem bürstenlosen Motor wird in Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Eine Steuereinheit 100 gibt ein Motorsteuersignal VO an eine Motortreiberschal­ tung 101 aus, um die sechs FETs mit PWM (Impuls-Weiten-Modulation) zu betreiben oder auszuschalten, welche FETs die Motortreiberschaltung 101 bilden, die einen bürstenlosen Motor antreibt. Die Steuereinheit 100 setzt ein Sollstromsignal entsprechend einem Lenkdrehmomentsignal T eines Lenkdrehmomentsensors TS und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors VS in einer Sollstromsetz-Unter­ einheit 100a und auch ein Kompensationsstromsignal zur Trägheitssteue­ rung und Dämpfungssteuerung mit dem Lenkmomentsignal T und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V in einer Kompensationsstromsetz-Unter­ einheit 100b. Ferner führt die Steuereinheit 100 eine Addition oder Sub­ traktion des Kompensationsstromsignals an dem Sollstromsignal in einem Kompensator 100c aus. Die Steuereinheit 100 erzeugt das Motorsteuersi­ gnal VO entsprechend dem Sollstromsignal, das in einer Treibersteuer- Untereinheit 100d kompensiert ist, einem Motorstromsignal IMO, das von einem Motorstrom-Detektormittel 103 erfasst ist, sowie einem Motordreh­ signal PMO, das von einem Motordrehungs-Erfassungsmittel 104 erfasst ist. In der Motortreiberschaltung 101 starten dann die FETs den PMW-Antrieb entsprechend dem Motorsteuersignal VO und legen eine Spannung VM an die Dreiphasenwicklung des bürstenlosen Motors 102 an. In diesem Zusammenhang erzeugt die Motortreiberschaltung 101 Wärme, da die FETs mehrere zehn Ampere leiten. Wenn der bürstenlose Motor 102 verwendet wird, wird daher die Steuereinheit 100 von der Motortreiberschaltung 101 entfernt angeordnet, um ein Schlechterwerden der Zuverlässigkeit durch Wärme zu verhindern, wie in der japanischen Gebrauchsmusterschrift 4-27743 offenbart.

In der elektrischen Servolenkvorrichtung nach der japanischen Gebrauchs­ musterschrift 4-27743 ist der Signalfluss (oder der Versorgungsstromfluss), der mit dem Motordrehsignal PMO startet, wie folgt: Motordrehungs-Erfas­ sungsmittel 104 → Steuereinheit 100 → Motortreiberschaltung 101 → bürstenloser Motor 102, was zu einem langen Übertragungsweg führt. Insbesondere sind die Steuereinheit 100 und die Motortreiberschaltung 101 voneinander entfernt angeordnet, um den Wärmeeinfluss zu vermeiden, und der Übertragungsweg zwischen diesen ist hierfür länger. Somit benö­ tigt das Signal, das mit dem Motordrehsignal PMO startet, Zeit, um durch den Übertragungsweg zu laufen, was zu einer Phasenverzögerung führt. Der bürstenlose Motor 102 benötigt eine präzise Ein-Aus-Steuerung zu seinem Antrieb entsprechend dem Drehwinkel des Innenrotors. In der oben erwähnten Anordnung der elektrischen Servolenkvorrichtung beinhaltet jedoch das Signal, das mit dem Motordrehsignal PMO startet, eine Phasen­ verzögerung. Somit könnte der bürstenlose Motor 102 möglicherweise nicht präzise gesteuert werden, da er durch die Drehphase des Innenrotors gesteuert wird, die eine Phasenverzögerung enthält. Im Ergebnis oszilliert die Leistung des bürstenlosen Motors 102 oder zeigt Unstabilität, was gegebenenfalls zu einem Pendeln des Lenkrads oder einer Verschlechterung des Lenkgefühls führen könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Servolenkvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, einen bürstenlosen Motor präzise zu steu­ ern/zu regeln und ein ausgezeichnetes Lenkgefühl zu geben, sowie die Zuverlässigkeit des Steuermittels beizubehalten.

Zur Lösung der obigen Aufgabe wird eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, umfassend: einen bürstenlosen Motor zum Hinzufügen eines Hilfsdrehmoments zu einem Lenksystem; ein Lenkdrehmoment-Erfas­ sungsmittel zum Erfassen eines auf das Lenksystem einwirkenden Lenk­ drehmoments und zum Ausgeben eines Lenkdrehmomentsignals; ein Mo­ tordrehungs-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Drehung des bürstenlosen Motors und zum Ausgeben eines Motordrehsignals; ein Motorstrom-Erfas­ sungsmittel zum Erfassen eines Motorstroms, der in dem bürstenlosen Motor fließt, und zum Ausgeben eines Motorstromsignals; ein Sollstrom­ setzmittel zum Setzen eines Sollstroms auf der Basis zumindest des Lenk­ drehmomentsignals und zum Ausgeben eines Sollstromsignals; ein Treiber­ steuermittel zum Ausgeben eines Motorsteuersignals auf der Basis zumin­ dest des Sollstromsignals, des Motorstromsignals und des Motordrehsig­ nals; und ein Motortreibermittel zum Antrieb des bürstenlosen Motors auf der Basis des Motorsteuersignals, worin das Sollstromsetzmittel und das Treibersteuermittel voneinander entfernt und durch eine Kommunikations­ leitung miteinander elektrisch verbunden sind.

Die erfindungsgemäße elektrische Servolenkvorrichtung ermöglichtes, dass das Steuermittel den Sollstrom ohne Wärmeeinfluss erzeugt, da das Steuer­ mittel, das Teile enthält, die frei von Wärmebeeinflussung sein sollten, wie etwa die Analogschaltung zur Formung des Lenkdrehmomentsignals, das von dem Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel geschickt wird, von dem Treibermittel, dass das wärmeerzeugende Motortreibermittel enthält, ent­ fernt angeordnet ist. Wenn in dieser elektrischen Servolenkvorrichtung das Motordrehsignal in das Treibermittel gelangt, ist der mit dem Motordrehsig­ nal startende Signalfluss wie folgt: Motordrehungs-Erfassungsmittel → Treibermittel → Motor, was zu einem kurzen Übertragungsweg führt. Somit gestattet die elektrische Servolenkvorrichtung eine präzise Steuerung/Regelung des Motors (bürstenlosen Motors) ohne Phasenverzögerung im Signal, das mit dem Motordrehsignal startet.

Ferner sieht die Erfindung eine elektrische Servolenkvorrichtung vor, in der das Treibersteuermittel und das Motortreibermittel nahe dem Motor an­ geordnet sind.

Diese elektrische Servolenkvorrichtung ermöglicht eine kurze Verdrahtungs­ leitung, die das Motortreibermittel mit dem Motor elektrisch verbindet, da das Treibermittel nahe dem Motor angeordnet ist. Daher kann ein kom­ fortables Lenkgefühl erreicht werden, indem der Spannungsabfall des Leitungsdrahts sowie der Leistungsabfall des Motors, während der Motor eingeschaltet ist, beseitigt wird. Je kürzer der Leitungsdraht ist, desto besser wird es sein, wenn das Treibermittel nahe dem Motor angeordnet ist. Jedoch könnte es akzeptabel sein, wenn das Treibermittel und der Motor nahe genug beieinander angeordnet sind, so dass der Effekt des Spannungsabfalls auf den Leitungsdraht vernachlässigbar ist, unter Berück­ sichtigung der Größe, der Form sowie der Form des Montageorts des Treibermittels und des Motors.

Nachfolgend wird eine Ausführung der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrie­ ben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der elektrischen Servolenkvor­ richtung der Ausführung;

Fig. 2 ist eine Vorderansicht der Gesamtstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung der Ausführung;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Querschnittsdraufsicht entlang Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das die Steuereinheit und die Treibe­ reinheit der Ausführung zeigt; und

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das die Steuereinheit der (herkömm­ lichen) elektrischen Servolenkvorrichtung mit einem bürstenlo­ sen Motor zeigt.

Hier verwendet die elektrische Servolenkvorrichtung einen bürstenlosen Motor, um hierdurch eine Verschlechterung des Lenkgefühls durch Ab­ nutzung der Bürste und das große Trägheitsmoment eines Gleichstrombür­ stenmotors zu vermeiden. Diese elektrische Servolenkvorrichtung ermög­ licht es sowohl, zu verhindern, dass das Lenkgefühl durch Wärmeeinfluss schlechter wird, als auch die Phasenverzögerung in dem Signal zu verhin­ dern, das mit dem Motordrehsignal startet, indem das Steuermittel (das Sollstromsetzmittel) von dem Treibermittel (dem Treibersteuermittel und dem Motortreibermittel) entfernt angeordnet wird. Ferner mindert diese elektrische Servolenkvorrichtung den Spannungsabfall des Leitungsdrahts so weit wie möglich, indem das Treibermittel nahe dem Motor angeordnet wird.

In der elektrischen Servolenkvorrichtung dieser Ausführung sind die Steuer­ einheit zum Setzen des Sollstroms, der dem bürstenlosen Motor zugeführt werden soll, sowie die Treibereinheit zum Antrieb des bürstenlosen Motors entsprechend dem Sollstrom voneinander entfernt angeordnet, und sie sind durch einen Kabelbaum miteinander verbunden. Die Steuereinheit, die längs einer Ritzelachse angeordnet ist, enthält eine Analogschaltung zur Formung eines Lenkdrehmomentsignals, das von einem Lenkdrehmomentsensor (einem Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel) geschickt ist, einem Ein-Chip-Mikrocomputer zur Durchführung verschiedener Berechnungen sowie Speicher zum Speichern verschiedener Kennfelder, die zum Setzen eines Sollstroms und eines Kompensationsstroms vorgesehen sind. Andererseits enthält die Treibereinheit einen Ein-Chip-Mikrocomputer zur Durchführung verschiedener Berechnungen sowie eine Motortreiberschaltung, die aus einer Brückenschaltung von 6 FETs aufgebaut ist, und ist nahe einem bürstenlosen Motor angeordnet.

Die Gesamtstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung wird anhand von Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Konzept der elektrischen Servolenkvor­ richtung.

Eine elektrische Servolenkvorrichtung 1 ist mit einem Lenksystem S ausge­ stattet, das von einem Lenkrad 3 zu gelenkten Rädern W, W reicht, und unterstützt die Lenkkraft eines manuellen Lenkkraft-Erzeugungsmittels 2. In der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 erzeugt eine Treibereinheit 5 eine Motorspannung VM entsprechend einem Nach-Kompensations-Sollstrom­ signal IMS' einer Steuereinheit 4 und reduziert die manuelle Lenkkraft des manuellen Lenkkraft-Erzeugungsmittels 2 durch Antrieb eines bürstenlosen Motors 6 zum Erzeugen eines Hilfsdrehmoments (Hilfslenkkraft) mit der Motorspannung VM.

In der vorliegenden Ausführung bildet die Steuereinheit 4 das Steuermittel, bildet die Treibereinheit 5 das Treibermittel und bildet der bürstenlose Motor 6 den Motor gemäß den beigefügten Ansprüchen.

In dem manuellen Lenkkraft-Erzeugungsmittel 2 ist eine Ritzelachse 7a eines Zahnstangen-&-Ritzel-Mechanismus 7 durch eine Verbindungsachse 2b mit einer Lenkachse 2a verbunden, die mit dem Lenkrad 3 integriert ist. Die Verbindungsachse ist an ihren beiden Enden mit Universalgelenken 2c, 2d ausgestattet. Der Zahnstangen-&-Ritzel-Mechanismus 7 ist so angeord­ net, dass eine Zahnstange 7d zum Eingriff mit einem Ritzel 7b am Ende der Ritzelachse 7a an einer Zahnstangenachse 7c vorgesehen ist und durch den Eingriff des Ritzels 7b und der Zahnstange 7d die Drehbewegung der Ritzelachse 7a in eine seitliche Hin- und Herbewegung (in Richtung der Fahrzeugbreite) umwandelt. Ferner sind die rechten und linken Vorderräder W, W als gelenkte Räder mit beiden Enden der Zahnstangenachse 7c durch Kugelgelenke 8, 8 und Spurstangen 9, 9 verbunden.

Die elektrische Servolenkvorrichtung 10 weist den bürstenlosen Motor 6 auf, um ein Hilfsdrehmoment zu erzeugen. Der bürstenlose Motor 6 addiert das Hilfsdrehmoment zu der Ritzelachse 7a durch einen Drehmomentbe­ grenzer 10 sowie ein Untersetzungsgetriebe.

Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 überträgt das Lenkdrehmoment, das vom Fahrer auf das Lenkrad 3 ausgeübt wird, auf die Ritzelachse 7a sowie das von dem bürstenlosen Motor 6 erzeugte Hilfsdrehmoment auf die Ritzelachse 7a in Abhängigkeit vom Lenkdrehmoment, um hierdurch die gelenkten Räder W, W mit dem Zahnstangen-&-Ritzel-Mechanismus 7 zu lenken.

Signale V und T, die jeweils von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor VS und einem Lenkdrehmomentsensor TS erfasst werden, werden in die Steuereinheit 4 eingegeben. Die Steuereinheit 4 berechnet das Nach-Kom­ pensations-Sollstromsignal IMS' auf der Basis der erfassten Signale V und T, das der dem bürstenlosen Motor 6 zuzuführende Sollstrom ist, und schickt das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' zur Treibereinheit 5. Die Steuereinheit 4 ist durch einen Kabelbaum WH (siehe Fig. 2) mit der Treibereinheit 5 elektrisch verbunden.

In dieser Ausführung bildet der Lenkdrehmomentsensor TS das Lenkdreh­ moment-Erfassungsmittel, und der Kabelbaum WH bildet die Kommunika­ tionsleitung gemäß den beigefügten Ansprüchen.

Signale IMO und PMO, die jeweils von einem Motorstrom-Erfassungsmittel 12 und einem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 erfasst sind, werden in die Treibereinheit 5 eingegeben. Die Treibereinheit 5 erzeugt ein Motor­ steuersignal VO mit einer Treibersteuer-Untereinheit 50 entsprechend diesen erfassten Signalen IMO und PMO und legt eine Motorspannung VM an den bürstenlosen Motor 6 mit einer Motortreiberschaltung 51 entspre­ chend dem Motorsteuersignal VO an (siehe Fig. 5). Die Treibereinheit 5 ist mit einer Batterie BT durch Sicherungen FS, FS und einen Zündschalter IG verbunden, sowie direkt damit durch eine Sicherung FS, so dass sie mit Batteriestrom (12 V) versorgt wird. Die Treibereinheit 5 erzeugt eine kon­ stante Spannung (5 V), gewandelt aus Batteriespannung (12 V), und versorgt die Steuereinheit 4 mit dieser konstanten Spannung.

Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor VS erfasst die Fahrzeuggeschwindig­ keit als Anzahl von Impulsen pro Zeit und schickt entsprechend der erfass­ ten Impulsanzahl ein elektrisches Analogsignal zur Steuereinheit 4 als das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor VS kann entweder ein Sensor sein, der der elektrischen Servolenkvorrich­ tung 1 zugeordnet ist, oder ein allgemeiner Fahrzeuggeschwindigkeits­ sensor eines anderen Systems.

Der Lenkdrehmomentsensor TS erfasst die Höhe und Richtung des manuel­ len Lenkdrehmoments des Fahrers, wobei er den Magnetostriktionseffekt in Abhängigkeit vom auf die Ritzelachse 7a wirkenden Drehmoment mit einer elektrischen Spule elektromagnetisch erfasst. Der Lenkdrehmomentsensor TS schickt ein elektrisches Analogsignal entsprechend dem erfassten Lenkdrehmoment zur Steuereinheit 4 als Lenkdrehmomentsignal T. Dieses Lenkdrehmomentsignal T enthält die Lenkdrehmomentinformation, die die Höhe definiert, und die Drehmomentrichtung, die die Richtung definiert.

Das Motorstrom-Erfassungsmittel 12 weist Widerstände oder Hall-Elemente auf, die in Serie mit dem bürstenlosen Motor 6 verbunden sind, und erfasst einen Motorstrom IM, welcher der Ist-Strom ist, der in den bürstenlosen Motor 6 fließt. Das Motorstrom-Erfassungsmittel 12 koppelt das dem Motorstrom IM entsprechende Motorstromsignal IMO auf die Treibereinheit 12 zurück (negative Rückkopplung). Das Motorstromsignal IMO ist ein Dreiphasen-AC-(Wechselstrom)-Signal, das einen Motorstromwert enthält, der die Höhe des in die Wicklung jeder Phase des bürstenlosen Motors 6 fließenden Ist-Stroms zeigt, und die Information der Phasenwicklung der Dreiphasenwicklungen des bürstenlosen Motors 6, durch die der Motor­ strom fließt.

Das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 ist ein Funktionsgeber zum Erfas­ sen des Motordrehwinkels PM des Innenrotors 6b des bürstenlosen Motors 6 und ist am einen Ende des bürstenlosen Motors 6 (siehe Fig. 4) angeord­ net. Das Motordrehwinkel-Erfassungsmittel 13 ist mit einem Schichtkernro­ tor 13a ausgestattet, der am einen Ende einer Motorachse 6a befestigt ist, sowie einer Erfassungsvorrichtung (Kombination einer Erregungsspule und einer Erfassungsspule) 13b zur magnetischen Erfassung des Drehwinkels des Schichtkernrotors 13a (siehe Fig. 4). Das Motordrehungs-Erfassungs­ mittel 13 schickt das dem Motordrehwinkel PM entsprechende Motordreh­ signal PMO zur Treibereinheit 5. Das Motordrehsignal PMO enthält Informa­ tion zur Drehrichtung und Winkel des Innenrotors 6b des bürstenlosen Motors 6, das aus zwei Erregungssignalen, zwei Cosinus-Signalen und zwei Sinus-Signalen zusammengesetzt ist.

Die Innenstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 wird anhand der Fig. 2 bis 4 beschrieben. Fig. 2 ist eine Vorderansicht, die die Gesamt­ struktur der elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt. Fig. 3 ist ein Quer­ schnitt entlang Linie III-III in Fig. 2. Fig. 4 ist eine Querschnittsdraufsicht entlang Linie IV-IV.

Wie in Fig. 2 gezeigt, enthält die elektrische Servolenkvorrichtung 1 die Zahnstangenachse 7a, die in einem Gehäuse 20 in der axialen Richtung verschiebbar ist, wobei sich das Gehäuse 20 in Richtung der Fahrzeug­ breite erstreckt. An den aus dem Gehäuse 20 vorstehenden beiden Enden der Zahnstangenachse 7 sind die Kugelgelenke 8, 8 mit Schrauben befes­ tigt. Mit den Kugelgelenken 8, 8 sind die rechten und linken Spurstangen 9, 9 verbunden. Das Gehäuse 20 trägt Beschläge 20a, 20a, die zum An­ bringen desselben an einem Fahrzeug (nicht gezeigt) dienen. An beiden Enden der Zahnstangenachse 7c sind Dichtmanschetten 21, 21 vorgese­ hen, um die Zahnstangenachse 7a abzudecken.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, sind der Zahnstangen-&-Ritzel-Mecha­ nismus 7, der Drehmomentbegrenzer 10 und das Untersetzungsgetriebe 11 in dem Gehäuse 20 aufgenommen. Die obere Öffnung des Gehäuses 20 ist von einem Deckel 22 verschlossen, der mittels eines Deckelhaltebolzens 22a befestigt ist. In die Mitte des Deckels 22 ist die Ritzelachse 7a einge­ setzt, und der Lenkdrehmomentsensor TS ist innerhalb davon angebracht. Am Ende des Deckels 22 ist eine Öldichtung 22b vorgesehen. Ferner ist an der Außenfläche des Deckels 22 ein Gehäusekasten 22c angebracht, in dem die Steuereinheit 4 angeordnet ist.

Das Gehäuse 20 trägt das Unterende und die Mitte der Ritzelachse 7a frei drehbar mittels zwei Lagern 23 und 24. Zwischen dem Lager 24 und einem Schneckenrad 11c ist ein Abstandshalter 24a angeordnet. Zwischen dem Lager 24 und dem Ritzel 7b ist ein Haltering 24b angeordnet. Das Ritzel 7b ist mit dem unteren Abschnitt der Ritzelachse 7a integriert, und ein Ge­ windeabschnitt 7e ist am Unterende der Ritzelachse 7a vorgesehen. Das Oberende der Ritzelachse 7a steht von dem Deckel 22 vor. Eine Mutter 7f ist an dem Gewindeabschnitt 7e befestigt, die eine Verlagerung der Ritzel­ achse 7a in der axialen Richtung unterbindet. Am untersten Ende des Gehäuses 20 ist eine Hutmutter 25 angebracht, die die Mutter 7f abdeckt.

Seitens der Zahnstangenachse 7c des Gehäuses 20 ist eine Zahnstangen­ führung 26 vorgesehen. Die Zahnstangenführung 26 enthält ein Führungs­ element 26a, um die Zahnstangenachse 7c von der entgegengesetzten Seite der Zahnstange 7b zu berühren, sowie einen Einstellbolzen 26c, um das Führungselement 26a durch eine Druckfeder 26b unter Druck zu set­ zen. In der Zahnstangenführung 26 drückt der in das Gehäuse 20 einge­ schraubte Einstellbolzen 26c auf das Führungselement 26a über die Druck­ feder 26b, und hierdurch drückt das Führungselement 26a die Zahnstange 7d zu dem Ritzel 7b hin. Das Führungselement 26a drückt auf die Zahn­ stangenachse 7c mit einem Kontaktelement 26d, das auf der Rückseite der Zahnstangenachse 7c gleitet. Die Zahnstangenführung 26 ist an dem Gehäuse 20 durch eine Kippmutter 26e angebracht.

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Seitenöffnung des Gehäuses 20 mit einem Deckel 27 verschlossen, der mit einem Deckelhaltebolzen 27a befestigt ist. An dem Deckel 27, gegenüber dem Gehäuse 20, ist ein Motorgehäuse 28 mit einem Motorgehäusehaltebolzen 27b angebracht. Das Motorgehäuse 28 besitzt einen Zylinder mit einer Basis und nimmt den bürstenlosen Motor 6 auf. Eine Motorachse 6a des bürstenlosen Motors 6 erstreckt sich inner­ halb des Gehäuses 20. Der Deckel 27 und das Motorgehäuse 28 tragen die Motorachse 6a frei drehbar mittels Lagern 29 und 30.

In dem bürstenlosen Motor 6 ist der Innenrotor 6b um den Umfang der Motorachse 6a herum angebracht, ein zweiter Außenstator 6c ist um den Innenrotor 6b herum angebracht, und ein erster Außenstator 6d ist um den zweiten Außenstator 6c herum angebracht. Der erste Außenstator 6d ist zylindrisch und an der Innenumfangsfläche des Motorgehäuses 28 ange­ bracht. Der zweite Außenstator 6c besitzt einen zylindrischen Innenab­ schnitt 6e, von dem neun Schenkelpole 6f mit gleichmäßigen Abständen strahlenförmig nach außen vorstehen. Die Außenenden der Schenkelpole 6f passen mit dem ersten Außenstator 6d zusammen. Der zweite Außenstator 6c ist ein magnetischer Körper aus 9-Pol-Umfangsankerwicklungen 6g, worin jeder Schenkelpol 6f mit der Ankerwicklung 6g umwickelt ist. Jeder Schenkelpol 6f ist eine Rippe mit einer gegebenen Dicke. Der Innenrotor 6b ist ein Rotor, der 8 (8 Pole) Umfangs-Permanentmagnete 6h aufweist. Acht Permanentmagnete 6h sind in der radialen Richtung (Einwärts-Auswärts- Richtung) magnetisiert und so angeordnet, dass die Nord- und Südpole in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Von den auf die neun Schenkelpole 6f gewickelten Ankerwicklungen 6g sind in dem bürstenlosen Motor 6 drei benachbarte Pole in Serie verbunden und einer Phase zugeord­ net, um eine dreiphasige (U-Phase, V-Phase und W-Phase) Wicklung zu bilden. In diesem Zusammenhang bilden der erste Außenstator 6d und der zweite Außenstator 6c ein Außenrotorpaar. Zwischen dem Innenrotor 6b und dem zweiten Außenstator 6c befindet sich ein Spalt 6i.

Das Motorgehäuse 28 nimmt das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 am einen Ende des bürstenlosen Motors 6 auf. Das Motordrehungs-Erfassungs­ mittel 13 enthält einen Schichtkernrotor 13a, der an der Motorachse 6a angebracht ist, und die Erfassungsvorrichtung 13b um den Schichtkernro­ tor 13a herum. An dem Motorgehäuse 28 ist ein Deckel 28a angebracht, um das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 abzudecken.

Ein Gehäuse 28b zur Aufnahme der Treibereinheit 5 ist an der Außenum­ fangsfläche des Motorgehäuses 28 angebracht. Die Öffnung des Gehäuses 28b ist von einem Deckel 28d verschlossen. Die Treibereinheit 5 ist somit nahe dem bürstenlosen Motor 6 und dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 angebracht. Eine kleine Öffnung 28e ist an der Seite der Treibereinheit 5 des Motorgehäuses 28 vorgesehen, damit die Leitungsdrähte 5a und 5b hindurchtreten können. Der Leitungsdraht 5a dient zur Versorgung des bürstenlosen Motors 6 mit dem Strom und ist mit dem Ausgangsanschluss der Treibereinheit 5 und dem Eingangsanschluss des bürstenlosen Motors 6 verbunden. Der Leitungsdraht 5b dient zum Übermitteln des Motordreh­ signals PMO und ist mit dem Ausgangsanschluss des Motordrehungs-Erfas­ sungsmittels 13 und dem Eingangsanschluss der Treibereinheit 5 verbun­ den. Die Treibereinheit 5 ist nahe dem bürstenlosen Motor 6 und dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 angeordnet, um hierdurch die Leitungs­ drähte 5a und 5b zu verkürzen, was zu einem viel kürzeren Übertragungs­ weg des Signals (oder des zugeführten Stroms) des Motordrehsignals PMO führt.

Der Drehmomentbegrenzer 10 ist innerhalb der Seitenöffnung des Gehäu­ ses 20 aufgenommen. Der Drehmomentbegrenzer 10 ist ein Drehmoment­ begrenzungsmechanismus, in dem ein Innenelement 10a in Form eines kegelförmigen Einsatzes, der mit der Motorachse 6a des bürstenlosen Motors 6 durch eine Verzahnung verbunden ist, mit einem kegelförmigen (topfartigen) Innenelement zusammenpasst, der mit einer Schneckenachse 11a des Untersetzergetriebes durch eine Verzahnung verbunden ist. Eine Tellerfeder 10d, die durch eine Mutter 10c begrenzt ist, drückt auf das Innenelement 10a. Ein Haltering 10e begrenzt die Verlagerung des Außen­ elements 1 Ob. In diesem Drehmomentbegrenzer 10 kann die Innenumfangs­ fläche des Außenelements 10b mit der Außenumfangsfläche des Innen­ elements 10a mit einer gegebenen Reibkraft in Eingriff stehen.

Wenn ein starkes Drehmoment, das einen gegebenen Wert überschreitet, auf den Drehmomentbegrenzer 10 einwirkt, kommt es zu einem Schlupf zwischen der Außenumfangsfläche des Innenelements 10a und der Innen­ umfangsfläche des Außenelements 10b. Dies begrenzt hierdurch das Hilfsdrehmoment, das von dem bürstenlosen Motor 6 auf das Unterset­ zungsgetriebe 11 übertragen wird, was ein Überdrehmoment beseitigt. Daher verhindert der Drehmomentbegrenzer 10, dass der bürstenlose Motor 6 ein übermäßiges Drehmoment erzeugt und überträgt dieses nicht zur stromabwärtigen Seite des Drehmomentbegrenzers 10.

Das Untersetzungsgetriebe 11 ist in dem Gehäuse 20 aufgenommen. Das Untersetzungsgetriebe 11 ist ein Drehmomentübertragungsmittel, um das vom bürstenlosen Motor 6 erzeugte Hilfsdrehmoment auf die Ritzelachse 7a zu übertragen und das ein Schneckengetriebe enthält. Das Unterset­ zungsgetriebe 11 enthält die Schneckenachse 11a, die mit der Motorachse 6a des bürstenlosen Motors 6 durch den Drehmomentbegrenzer 10 ver­ bunden ist, die Schnecke 11b, die an der Schneckenachse 11a vorgesehen ist, und das Schneckenrad 11c, das mit der Ritzelachse 7a verbunden ist.

Die Steigungswinkel der Schnecke 11b und des Schneckenrads 11c sind ein wenig größer als der Reibwinkel festgelegt. Hierdurch wird es möglich, dass sich die Motorachse 6a des bürstenlosen Motors 6 von dem Lenk­ drehmoment der Ritzelachse 7a durch das Schneckenrad 11c, die Schne­ cke 11b und die Schneckenachse 11a in Drehung versetzt wird, wenn der bürstenlose Motor 6 nicht in Betrieb ist.

Die Schneckenachse 11a ist koaxial zur Motorachse 6a angeordnet und ist mit zwei Lagern 11d und 11e des Gehäuses 20 frei drehbar gehalten. Das der Motorachse 6a nähere Lager 11d ist so angebracht, dass es sich in der Achsrichtung nicht verlagern kann, und das von der Motorachse 6a weiter entfernte Lager 11e ist so angebracht, dass es sich in der Achsrichtung an dem Gehäuse 20 verlagern kann. Der Versatz des Lagers 11d wird durch einen Haltering begrenzt.

Ein Einstellbolzen 11g drückt auf die Endfläche des Außenrings des Lagers 11e mit einer Tellerfeder 11f zu der Motorachse 6a hin. Es erfolgt eine Einstellung, um das Spiel in der Achsrichtung der Schneckenachse 11a zu beseitigen, indem die Lager 11d und 11e mit dem Einstellbolzen 11g und der Tellerfeder 11f aus einer dünnen Scheibe unter Druck gesetzt werden, um hierdurch das Spiel zu beseitigen. Der Einstellbolzen 11g ist mit einer Sperrmutter 11h einstellbar. Diese stellt den Versatz in der Achsrichtung der Schnecke 11b und hält den Eingriff der Schnecke 11b und des Schne­ ckenrads 11c mit einer geeigneten Reibung, um hierdurch das Spiel zu beseitigen. Zusätzlich kann eine thermische Ausdehnung in der Achsrich­ tung der Schneckenachse 11a durch die Elastizität der Tellerfeder 11f aufgenommen werden.

Die Struktur der Steuereinheit 4 wird in Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das die Steuereinheit und die Treibereinheit zeigt.

Die Steuereinheit 4 ist an der Außenumfangsfläche des Deckels 22 längs der Ritzelachse 7a angeordnet und von der Treibereinheit 5 entfernt (siehe Fig. 3). Die Steuereinheit 4 ist mit der Treibereinheit 5 durch den Kabelbaum WH elektrisch verbunden, durch den die Eingabe/Ausgabe verschiedener Signale erfolgt und die konstante Versorgungsspannung zugeführt wird (siehe Fig. 2). Die Steuereinheit 4 enthält einen Ein-Chip-Mikrocomputer, Eingabeschaltungen verschiedener Sensoren, Ausgabeschaltungen ver­ schiedener Signale sowie Speicher, wie etwa ein ROM, zum Speichern verschiedener Kennfelder. Obwohl die Steuereinheit 4 mit Analogschaltun­ gen ausgestaltet ist, um das Lenkdrehmomentsignal T zu formen, und deren Zuverlässigkeit durch den Einfluss von Wärme beeinträchtigt werden kann, wird die Steuereinheit 4 nicht nachteilig beeinflusst, da sie von der Treibereinheit 5 entfernt angeordnet ist, die die wärmeerzeugende Motor­ treiberschaltung 51 enthält.

Die Steuereinheit 4 bestimmt den dem bürstenlosen Motor 6 zuzuführenden Sollmotorstrom entsprechend den verschiedenen erfassten Signalen des Fahrzeugs. Die Steuereinheit 4 enthält eine Sollstromsetz-Untereinheit 40, eine Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 und einen Kompensator 42.

In dieser Ausführung bildet die Sollstromsetz-Untereinheit 40 das Soll­ stromsetzmittel gemäß den beigefügten Ansprüchen.

Die Sollstromsetz-Untereinheit 40 erhält das Lenkdrehmomentsignal T des Lenkdrehmomentsensors TS und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors VS und schickt das Sollstromsignal IMS zu dem Kompensator 42. Die Sollstromsetz-Untereinheit 40 liest das entsprechende Sollstromsignal IMS mit dem Lenkdrehmomentsignal T und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V als Adressen aus, die durch die eingebauten Analogschaltungen geformt sind, unter Verwendung des Kennfelds, dass das Lenkdrehmomentsignal T und das Fahrzeuggeschwin­ digkeitssignal V mit dem Sollstromsignal IMS korreliert, das auf der Basis experimenteller oder konstruktiver Werte vorab aufgestellt ist. Das Soll­ stromsignal IMS enthält die Information für den Referenzstrom zum Setzen des Sollmotorstroms, der dem bürstenlosen Motor 6 zuzuführen ist. In diesem Zusammenhang wird das Sollstromsignal IMS mit dem Fahrzeug­ geschwindigkeitssignal V derart korreliert, dass es bei niedriger Geschwin­ digkeit groß ist, wenn die Straßenreaktionskraft groß ist, hingegen bei hoher Geschwindigkeit zugunsten der Fahrstabilität klein ist. Das Sollstrom­ signal IMS wird mit dem Lenkdrehmomentsignal T korreliert: Das Sollstrom­ signal IMS ist gleich null, wenn das Lenkdrehmomentsignal T in der Nähe von null ist, und das Sollstromsignal IMS nimmt mit dem Lenkdrehmoment­ signal T zu, wenn das Lenkdrehmomentsignal T einen gegebenen Wert überschreitet. Das Sollstromsignal IMS wird nicht höher als der maximale Sollstrom gesetzt, da der bürstenlose Motor 6 den maximalen Strom be­ grenzt.

Die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 erhält das Lenkdrehmoment­ signal T des Lenkdrehmomentsensors TS und das Fahrzeuggeschwindig­ keitssignal V des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors VS und schickt das Kompensationsstromsignal RS zu dem Kompensator 42. Die Kompensa­ tionsstromsetz-Untereinheit 41 bestimmt das Kompensationsstromsignal RS zum Kompensieren des Sollstroms mit Trägheitssteuerung und Dämpf­ steuerung, um das Lenkgefühl zu verbessern. Die Trägheitssteuerung wird durchgeführt, um die Lenkreaktion zu verbessern, indem ein Trägheitskom­ pensationswert entsprechend der Lenkdrehmomentdifferenzierung und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird und indem eine additive Kom­ pensation für den Sollstrom durchgeführt wird. Andererseits wird die Dämpfsteuerung durchgeführt, um die Fahrstabilität während des Lenkens zu verbessern, indem ein Dämpfkompensationswert entsprechend der Motordrehgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird und indem eine Dämpfkompensation für den Sollstrom durchgeführt wird. Die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 differenziert das Lenkdrehmo­ mentsignal T, um die zeitliche Differenzierung des Lenkdrehmoments zu berechnen. Die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 liest das ent­ sprechende Trägheitskompensationsstromsignal mit dem zeitlich differen­ zierten Lenkdrehmoment und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V als Adressen aus, unter Verwendung des Kennfelds, das die zeitliche Differen­ zierung des Lenkdrehmoments und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V mit dem Trägheitskompensationsstromsignal korreliert, das auf der Basis der experimentellen oder konstruktiven Werte vorab aufgestellt ist. Ferner liest die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 das entsprechende Dämpfkompensationsstromsignal mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V als Adresse aus, unter Verwendung des Kennfelds, dass das Fahrzeug­ geschwindigkeitssignal V mit dem Dämpfkompensationsstromsignal korre­ liert, das auf der Basis der experimentellen oder konstruktiven Werte vorab aufgestellt ist. Ferner bestimmt die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 ein Kompensationsstromsignal RS entsprechend dem Trägheitskom­ pensationsstromsignal und dem Dämpfkompensationsstromsignal.

Der Kompensator 42 erhält das Sollstromsignal IMS der Sollstromsetz- Untereinheit 40 und das Kompensationsstromsignal RS der Kompensations­ stromsetz-Untereinheit 41 und schickt das Nach-Kompensations-Sollstrom­ signal IMS' zur Treibereinheit 5. Der Kompensator 42 berechnet das Nach- Kompensations-Sollstromsignal IMS', indem er die Addition oder Subtrak­ tion des Kompensationsstromsignals RS zu oder von dem Sollstromsignal IMS durchführt, unter Berücksichtigung der Drehrichtung des Lenkdrehmo­ mentsignals T etc.

Das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' ist ein digitales Signal und wird seriell übertragen. Das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' kann einen anderen digitalen Signaltyp haben, wie etwa ein PWM-Signal, anstatt des seriell übertragenen digitalen Signals.

Die Struktur der Treibereinheit 5 wird anhand von Fig. 5 beschrieben.

Wie zuvor erwähnt, ist die Treibereinheit 5 nahe dem bürstenlosen Motor 6 und von der Steuereinheit 4 entfernt angeordnet (siehe Fig. 4). Die Treibereinheit 5 enthält Ein-Chip-Mikrocomputer, Eingabeschaltungen von verschiedenen Erfassungsmitteln, Ausgabeschaltungen, Konstantspan­ nungsschaltungen, Treiberschaltungen und Schaltelemente etc.

Die Treibereinheit 5 bestimmt das Motorsteuersignal VO entsprechend dem Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' der Steuereinheit 4 und liefert den Strom zum Antrieb des bürstenlosen Motors 6. Daher enthält die Treibereinheit 5 eine Treibersteuer-Untereinheit 50 und eine Motortreiber­ schaltung 51. Die Motortreiberschaltung 51, die Wärme erzeugt, wird zu keinem Problem führen, da die Treibereinheit 5 nicht mit einer Analogschal­ tung zur Formung des Lenkdrehmomentsignals T ausgestattet ist, deren Zuverlässigkeit durch den Einfluss von Wärme beeinträchtigt werden könn­ te.

In dieser Ausführung bildet die Treibersteuer-Untereinheit 50 das Treiber­ steuermittel, und die Motortreiberschaltung 51 bildet das Motortreibermittel gemäß den beigefügten Ansprüchen.

Die Treibersteuer-Untereinheit 50 erhält das Nach-Kompensations-Soll­ stromsignal IMS' der Steuereinheit 4, das Motorstromsignal IMO des Mo­ torstrom-Erfassungsmittels 12 und das Motordrehsignal PMO des Motor­ drehungs-Erfassungsmittels 13 und schickt das Motorsteuersignal VO zu der Motortreiberschaltung 51. Die Treibersteuer-Untereinheit 50 enthält einen Drehsignalwandler 50a, einen Stromsignalwandler 50b und ein Ab­ weichungs-Berechnungsteil 50c, einen PI-(Proportional-Integral)-Regler 50d und einen Motorsteuersignalgenerator 50e.

Der Drehsignalwandler 50a erhält das Motordrehsignal PMO des Motor­ drehungs-Erfassungsmittels 13 und schickt das digitale Motordrehsignal PMO' zu dem Stromsignalwandler 50b und dem Motorsteuersignalgenera­ tor 50e. Der Drehsignalwandler 50a berechnet die Drehrichtung und den Winkel mit dem Motordrehsignal PMO eines Analogsignals und wandelt es in das digitale Motordrehsignal PMO' um. Zum Beispiel ist der Drehsignal­ wandler 50a aus einem RD-(Resolver-Digital)-Wandler aufgebaut.

Der Stromsignalwandler 50b erhält das Motorstromsignal IMO des Motor­ strom-Erfassungsmittels 12 und das Motordrehsignal PMO' des Drehsignal­ wandlers 50a und schickt das Gleichstrom-Motorstromsignal IMO' zu dem Abweichungs-Berechnungsteil 50c. Gemäß dem Motorstromsignal IMO eines Dreiphasen-Wechselstromsignals und der Drehrichtung und dem Winkel des Motordrehsignals PMO' wandelt der Stromsignalwandler 50b das Motorstromsignal IMO in das Gleichstrom-Motorstromsignal IMO' um, das die Stärke des Motorstroms und den Drehwinkel des bürstenlosen Motors 6 repräsentiert.

Das Abweichungs-Berechnungsteil 50c erhält das Nach-Kompensations- Sollstromsignal IMS' der Steuereinheit 4 und das Motorstromsignal IMO' des Stromsignalwandlers 50b und schickt ein Abweichungssignal ΔIM zu dem PI-Regler 50d. Das Abweichungs-Berechnungsteil 50c subtrahiert das Motorstromsignal IMO' von dem Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS', um das Abweichungssignal ΔIM (= IMS'-IMO') zu erzeugen.

Der PI-Regler 50d erhält das Abweichungssignal ΔIM des Abweichungs- Berechnungsteils 50c und schickt ein PI-Steuersignal zu dem Motorsteuer­ signalgenerator 50e. Der PI-Regler führt die P-(Proportional)- und I-(Inte­ gral)-Regelung für das Abweichungssignal ΔIM durch, um das PI-Steuersig­ nal zu erzeugen, das den dem bürstenlosen Motor 6 zuzuführenden Stromwert des Motorstroms IM und die Drehrichtung des bürstenlosen Motors 6 darstellt, um die Abweichung auf null zu reduzieren.

Der Motorsteuersignalgenerator 50e erhält das Motordrehsignal PMO' des Drehsignalwandlers 50a und das PI-Steuersignal des PI-Reglers 50d und schickt das Motorsteuersignal VO zu der Motortreiberschaltung 51. Der Motorsteuersignalgenerator 50e bestimmt die Phase der Wicklung, der der Motorstrom IM der drei Phasen zuzuführen ist (U-Phase, V-Phase und W- Phase) entsprechend dem Ist-Drehwinkel und der Richtung des Motordreh­ signals PMO'. Ferner erzeugt der Motorsteuersignalgenerator 50e den dem bürstenlosen Motor 6 zuzuführenden Stromwert des Motorstroms IM und entweder das PWM-Signal oder das Aus-Signal, das jeder Phase (U-Phase, V-Phase und W-Phase) entspricht, für den jeweiligen FET 51a bis 51f der Motortreiberschaltung 51 entsprechend dem PI-Steuersignal. Der Motor­ steuersignalgenerator 50e wählt die FETs des FET 51a bis 51f, für den das PWM-Signal entsprechend der Information der mit dem Motorstrom IM zu versorgenden Phasenwicklung erzeugt wird, auf der Basis des Motordreh­ signals PMO', und setzt das Tastverhältnis des PWM-Signals entsprechend der Information des Stroms vom Motorstrom IM, die vom PI-Steuersignal erzeugt wird, um hier die Motorspannung VM entsprechend dem Tast­ verhältnis zu erzeugen.

Der bürstenlose Motor 6 ist aus der Dreiphasenwicklung der U-Phase, V- Phase und W-Phase zusammengesetzt. Der Innenrotor 6b (Motorachse 6a) dreht sich durch Anlegen der Motorspannung VM (VMU, VMV und VMW) an jede Phase des Anschlusses Uo, Vo oder Wo, und durch Versorgung der Dreiphasenwicklungen mit einem Dreiphasenwechselstrom in der Reihen­ folge der Phase (siehe Fig. 4). Der bürstenlose Motor 6 dreht sich in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durch Zufuhr des Stroms in der Reihen­ folge der U-Phase → V-Phase → W-Phase → U-Phase oder U-Phase → W- Phase → V-Phase → U-Phase. Der PI-Regler 50d bewertet die Drehrichtung des bürstenlosen Motors 6 und den Strom des Motorstroms IM mit dem Abweichungssignal ΔIM. Der Motorsteuersignalgenerator 50d bestimmt die Phasenwicklung, die mit dem Strom zu versorgen ist, entsprechend dem Motordrehsignal PMO'.

Die Motortreiberschaltung 51 erhält das Motorsteuersignal VO von der Treibersteuer-Untereinheit 50 und legt die Motorspannung VM an den bürstenlosen Motor 6 an. Die Motortreiberschaltung 51 ist aus einer Brü­ ckenschaltung mit FETs 51a, 51b, 51c, 51d, 51e und 51f zusammen­ gesetzt und wird mit einer Spannung von 12 V von einer Stromversor­ gungsspannung 51g versorgt. Ferner ist die Motortreiberschaltung 51 so angeordnet, dass der Uo-Anschluss des bürstenlosen Motors 6 mit der Source Sa von FET 51a und dem Drain Db des FET 51b verbunden ist, dass der Vo-Anschluss des bürstenlosen Motors 6 mit der Source Sc des FET 51c und dem Drain Dd des FET 51d verbunden ist, und dass der Wo- Anschluss des bürstenlosen Motors 6 mit der Source Se des FET 51e und dem Drain Df des FET 51f verbunden ist. Die FETs 51a bis 51f werden mit dem PWM-Signal oder dem Aus-Signal an ihren jeweiligen Gates Ga bis Gf versorgt und eingeschaltet, wenn bei der Eingabe des PWM-Signals der Logikwert 1 ist. Die an dem bürstenlosen Motor 6 angelegte Motorspan­ nung VM wird durch das PWM-Signaltastverhältnis des selektiv PMW-betriebenen FET bestimmt.

Die Funktion der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 wird nun in Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben. Die Beschreibung erfolgt für den Fall, dass das Lenkrad 3 vom Fahrer gelenkt wird.

Wenn ein Fahrer die Lenkkraft auf das Lenkrad 3 ausübt, erfasst der Lenk­ drehmomentsensor TS das Lenkdrehmoment, das die Stärke der Lenkkraft repräsentiert, sowie die Drehmomentrichtung und schickt das Lenkdrehmo­ mentsignal T zur Steuereinheit 4.

In der Steuereinheit 4 bestimmt die Sollstromsetz-Untereinheit 40 das Sollstromsignal IMS auf der Basis des Lenkdrehmomentsignals T und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V, und die Kompensationssetz-Unter­ einheit 41 bestimmt das Kompensationsstromsignal RS auf der Basis des Lenkdrehmomentsignals T und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V. Ferner berechnet die Steuereinheit 4 das Nach-Kompensations-Sollstrom­ signal IMS' mit dem Sollstromsignal IMS und dem Kompensationsstrom­ signal RS. Die Steuereinheit 4 schickt das Nach-Kompensations-Sollstrom­ signal IMS' zur Treibereinheit 5 durch den Kabelbaum WH. Die Steuer­ einheit 4 berechnet das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' und schickt es mit regelmäßigen Intervallen zu der Treibereinheit 5.

Ferner wird das Motordrehsignal PMO zu der Treibereinheit 5 von dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 durch den Leitungsdraht 5b geschickt.

In der Treibereinheit 5 berechnet das Abweichungs-Berechnungsteil 50c der Treibersteuer-Untereinheit 50 das Abweichungssignal ΔIM mit dem Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' und dem Nach-Konversions- Motorstromsignal IMO', das durch den Stromsignalwandler 50b umgewan­ delt ist. Ferner erzeugt der PI-Regler 50d der Treibersteuer-Untereinheit 50 das PI-Signal mit dem Abweichungssignal ΔIM, und der Motorsteuersignal­ generator 50e erzeugt das Motorsteuersignal VO mit dem Nach-Kompensa­ tions-Motordrehsignal PMO', das von dem Drehsignalwandler 50a umge­ wandelt ist, und dem PI-Steuersignal, um hierdurch das Motorsteuersignal VO zu der Motortreiberschaltung 51 zu schicken.

In der Treibereinheit 5 führen die FETs 51a, 51b, 51c, 51d, 51e und 51f der Motortreiberschaltung 51 einen selektiven PWM-Betrieb durch und legen die Motorspannung VM an den Uo-Anschluss, den Vo-Anschluss oder den Wo-Anschluss des bürstenlosen Motors 6 entprechend dem Motorsteuersignal VO durch den Leitungsdraht 5a an. Die Motortreiber­ schaltung 51 wählt die PWM-anzutreibenden FETs aus den FETs 51a, 51b, 51c, 51d, 51e und 51f abwechselnd aus und variiert die angelegte Span­ nung der Motortreiberspannung VM, um den bürstenlosen Motor 6 in der Vorwärtsrichtung (oder Rückwärtsrichtung) in Abhängigkeit vom Motor­ steuersigna) VO anzutreiben.

In dem bürstenlosen Motor 6 wird die Motorspannung VM an die Wicklung der U-Phase, V-Phase oder W-Phase angelegt, und es wird der Motorstrom IM zugeführt. Dann wird in dem bürstenlosen Motor 6 der Innenrotor 6b in der Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung angetrieben, und die Motor­ achse 6a dreht sich entsprechend. Gleichzeitig erfasst das Motorstrom- Erfassungsmittel 12 den Motortreiberstrom IM und schickt das Motorstrom­ signal IMO zur Treibereinheit 5. Das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 erfasst den Motordrehwinkel PM des Innenrotors 6b und schickt das Mo­ tordrehsignal PMO zur Treibereinheit 5 durch den Leitungsdraht 5b.

Anschließend wird die Drehantriebskraft der Motorachse 6a des bürstenlo­ sen Motors 6 auf die Ritzelachse 7a durch den Drehmomentbegrenzer 10 und das Untersetzungsgetriebe 11 übertragen. Diese Drehantriebskraft wirkt auf die Ritzelachse 7a als Hilfsdrehmoment, um das Lenkdrehmoment (die Lenkkraft) des Fahrers zu unterstützen, um hierdurch die Lenkkraft des Fahrers zu mindern.

Der Fluss der Signale (oder der zugeführte Ströme), beginnend mit dem Motordrehsignal PMO des Motordrehungs-Erfassungsmittels 13, ist wie folgt: Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 → Leitungsdraht 5b → Treiberein­ heit 5 → Leitungsdraht 5a → bürstenloser Motor 6. Da das Motordrehungs- Erfassungsmittel 13 nahe der Treibereinheit 5 angeordnet ist, ist die Zeit zur Signalübertragung dazwischen angenähert null. Der bürstenlose Motor kann präzise gesteuert werden, da sich das vom Motordrehungs-Erfas­ sungsmittel 13 erfasste Motordrehsignal PMO in der Steuerung des bürs­ tenlosen Motors 6 ohne Phasenverzögerung widerspiegelt. Daher wird die Ausgabe des bürstenlosen Motors 6 schwingungsfrei stabilisiert.

Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 ist in der Lage, eine Verschlechte­ rung des Lenkgefühls durch Bürstenabnützung zu verhindern, indem sie den bürstenlosen Motor 6 verwendet. Auch vermeidet die elektrische Servo­ lenkvorrichtung 1 eine Verschlechterung des Lenkgefühls aufgrund eines großen Trägheitsmoments, das durch einen Außenrotor verursacht wird, da der bürstenlose Motor 6 statt des Außenrotors den Innenrotor 6b verwen­ det.

Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 ermöglicht es, dass die Analog­ schaltung, die zur Formung des Lenkdrehmomentsignals T der Steuerein­ heit 4 dient, frei von dem nachteiligen Einfluss der Wärme ist, die von der Motortreiberschaltung 51 erzeugt wird, da die Steuereinheit 4 und die Treibereinheit 5 voneinander entfernt angeordnet sind. Da die Steuereinheit 4 das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' ohne Wärmeeinfluss setzen kann, bleibt die hohe Zuverlässigkeit der Steuereinheit 4 erhalten.

Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 benötigt angenähert keine Zeit dafür, um das Signal von dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 zu der Treibereinheit 5 zu schicken und den Strom von der Treibereinheit 5 dem bürstenlosen Motor 6 zuzuführen, da die Treibereinheit 5 nahe dem bürs­ tenlosen Motor 6 und dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 angeordnet ist. Das so erfasste Signal des Motordrehwinkels PM des Innenrotors 6b wird in der Treibersteuerung des bürstenlosen Motors 6 ohne Phasenver­ zögerung verwendet, was zu einer präzisen Steuerung des bürstenlosen Motors 6 führt. Im Ergebnis wird die Leistung des bürstenlosen Motors 6 stabilisiert und man erhält ein komfortables Lenkgefühl.

Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 hat annähernd keinen Spannungs­ abfall des Leitungsdrahts 5a bei der Stromversorgung des bürstenlosen Motors 6, was zu angenähert keinem Leistungsabfall des bürstenlosen Motors 6 führt, da der Leitungsdraht 5a zwischen der Motortreiberschal­ tung 51 und dem bürstenlosen Motor 6 sehr kurz ist. Im Ergebnis wird die Leistung des bürstenlosen Motors 6 stabilisiert und man erhält ein kom­ fortables Lenkgefühl.

Obwohl in dieser Ausführung die Steuereinheit zum Beispiel längs der Ritzelachse angeordnet ist, ist die Position hierauf nicht beschränkt. Die Steuereinheit kann auch so weit von der Treibereinheit angeordnet werden, dass sie frei vom Wärmeeinfluss der Treibereinheit ist. Die Position der Treibereinheit ist ebenfalls nicht eingeschränkt, und sie kann frei gewählt werden, solange sie keinen Wärmeeinfluss auf die Steuereinheit hat, bevor­ zugt in der Nähe des bürstenlosen Motors.

In dieser Ausführung wirkt das Hilfsdrehmoment auf die Ritzelachse mit dem bürstenlosen Motor. Alternativ kann jedoch das Hilfsdrehmoment auch auf die Zahnstangenachse wirken.

In dieser Ausführung erfasst das Motordrehungs-Erfassungsmittel den Drehwinkel des bürstenlosen Motors. Jedoch kann es auch so angeordnet sein, dass das Motordrehungs-Erfassungsmittel die Drehphase, die Drehge­ schwindigkeit oder die Drehbeschleunigung des bürstenlosen Motors er­ fasst, und der bürstenlose Motor in Abhängigkeit vom Drehphasensignal, dem Drehgeschwindigkeitssignal oder dem Drehbeschleunigungssignal gesteuert bzw. geregelt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkvorrichtung 1 anzugeben, die in der Lage ist, einen bürstenlosen Motor 6 präzise zu steuern und für ein exzellentes Lenkgefühl zu sorgen, sowie die Zuver­ lässigkeit eines Steuermittels 4 zu gewährleisten. Die elektrische Servolenk­ vorrichtung 1 enthält einen Motor 6, ein Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel TS (Lenkdrehmomentsensor), ein Motordrehungs-Erfassungsmittel 13, ein Motorstrom-Erfassungsmittel 12, ein Sollstromsetzmittel 40 (Sollstromsetz- Untereinheit), ein Treibersteuermittel 50 (Treibersteuer-Untereinheit) und ein Motortreibermittel 51 (Motortreiberschaltung). Vorgesehen sind das Steuermittel 4 (Steuereinheit), dass das Sollstromsetzmittel 40 enthält, sowie ein Treibermittel 5 (Treibereinheit), dem ein Motordrehsignal PMO zugeführt wird und dass das Treibersteuermittel 50 und das Motortreiber­ mittel 51 enthält. Ferner sind das Steuermittel 4 und das Treibermittel 5 voneinander entfernt angeordnet und durch eine Kommunikationsleitung WH elektrisch miteinander verbunden.

Claims (5)

1. Elektrische Servolenkvorrichtung, umfassend:
einen bürstenlosen Motor (6) zum Hinzufügen eines Hilfsdreh­ moments zu einem Lenksystem (S);
ein Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel (TS) zum Erfassen eines auf das Lenksystem (S) einwirkenden Lenkdrehmoments und zum Ausgeben eines Lenkdrehmomentsignals (T);
ein Motordrehungs-Erfassungsmittel (13) zum Erfassen einer Drehung des bürstenlosen Motors (6) und zum Ausgeben eines Motordrehsignals (PMO);
ein Motorstrom-Erfassungsmittel (12) zum Erfassen eines Motorstroms (IM), der in dem bürstenlosen Motor (6) fließt, und zum Ausgeben eines Motorstromsignals (IMO);
ein Sollstromsetzmittel (40) zum Setzen eines Sollstroms auf der Basis zumindest des Lenkdrehmomentsignals (T) und zum Aus­ geben eines Sollstromsignals (IMS);
ein Treibersteuermittel (50) zum Ausgeben eines Motorsteuer­ signals (VO) auf der Basis zumindest des Sollstromsignals (IMS), des Motorstromsignals (IMO) und des Motordrehsignals (PMO); und
ein Motortreibermittel (51) zum Antrieb des bürstenlosen Motors (6) auf der Basis des Motorsteuersignals (VO), worin das Sollstromsetzmittel (40) und das Treibersteuermittel (50) voneinander entfernt und durch eine Kommunikationsleitung (WH) miteinander elektrisch verbunden sind.

2. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Treibersteuermittel (50) und das Motortreiber­ mittel (51) nahe dem bürstenlosen Motor (6) angeordnet sind.

3. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass ein Motorsteuermittel (5) und das Motortreibermittel (51) in einem Gehäuse (28b, 28d) aufgenommen sind, das an der Außenumfangsfläche eines Motorgehäuses (28) angebracht ist.

4. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Sollstromsetzmittel (40) längs einer Lenkachse (7a) angeordnet ist.

5. Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bürstenlose Motor (6) ein Ritzel (11b) antreibt.