DE60125433T2

DE60125433T2 - Stromleitende Steuervorrichtung und elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE60125433T2
Application number: DE60125433T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Kyoto-shi Fukumoto; Takamoto Kyoto-shi Sawano; Yoshi Kyoto-shi Higashihara
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-01-24
Also published as: JP2001206236A; EP1120805A2; JP3584832B2; US6520279B2; US20010026134A1; EP1120805B1; EP1120805A3; DE60125433D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine stromdurchflossene Steuerungsvorrichtung, welche einen Schaltzustand (Leitungszustand oder Abschaltzustand) einer stromdurchflossenen Leitung durch ein Relais, wie etwa ein elektromagnetisches Relais oder Halbleiterrelais, steuert, bzw. auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, welche eine solche stromdurchflossene Steuervorrichtung enthält. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung, die in der Lage ist, eine Überhitzung des Relais praktisch zu verhindern.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bei einer für ein Fahrzeug, wie etwa einen Kleinwagen, verwendeten elektrischen Servolenkungsvorrichtung wird ein an einer Lenkspindel durch Lenken eines Griffs des Fahrzeugs erzeugtes Lenkdrehmoment durch einen Drehmomentsensor abgefühlt. In Entsprechung zum Lenkdrehmoment wird ein Lenkunterstützungsdrehmoment erzeugt, indem aus einer Batterie des Fahrzeugs ein Strom durch einen Hilfsmotor (nachfolgend einfach Motor genannt), der an der Lenkspindel angebracht ist, geschickt wird. Bei der Stromsteuerung des Motors zur Drehmomenterzeugung wird eine H-Brückenschaltung, die üblicherweise vier FETs (Feldeffekttransistoren) enthält, verwendet, der Motor durch einen Steuerabschnitt, der einen Mikrocomputer mit PWM- (Impulsbreitenmodulations-) System enthält, über eine die H-Brückenschaltung enthaltende Ansteuerschaltung angesteuert.
In der stromdurchflossenen Leitung der Ansteuerschaltung (wenn es die Umstände erfordern, stromdurchflossene Leitung zwischen der Ansteuerschaltung und einer Spannungsquelle und stromdurchflossene Leitung zwischen der Ansteuerschaltung und dem Motor) ist ein Relais, wie etwa ein elektromagnetisches Relais, als so etwas wie eine allge meine Motorsteuervorrichtung vorgesehen, um so den Schaltzustand der stromdurchflossenen Leitung durch den Steuerabschnitt zu steuern. Das heißt, im Falle der elektronischen Servolenkvorrichtung wird im Nichtbetriebszustand der Vorrichtung die stromdurchflossene Leitung in den unterbrochenen Zustand gebracht, indem das Relais einen offenen Zustand beibehält, um so die Erzeugung eines großen Stroms (Überstroms) durch einen umgekehrten Anschluss der Batterie (Anschließen der Batterie des Fahrzeugs mit umgekehrter Polarität) zu verhindern. Im Falle eines Kurzschlussfehlers im FET im Betrieb der Vorrichtung wird das Relais in den offenen Zustand geschaltet, um so die stromdurchflossene Leitung zu unterbrechen um die Erzeugung eines großen Stromes, eine Fehlfunktion des Motors oder eine durch den Fehler bewirkte Rückwirkungssperre zu vermeiden.
Rückwirkungssperre meint hier die Erscheinung, dass beide Anschlüsse einer Motorwicklung durch den Kurzschlussfehler des FET verbunden werden und der Griff des Fahrzeugs, der mit dem Motor verbunden ist, nur schwer oder überhaupt nicht gedreht werden kann, weil die sogenannte Rückwirkungssperre des Motors erzeugt wird. Um das Problem einer solchen Rückwirkungssperre zu lösen, ist es erforderlich, ein Relais, wie etwa ein elektromagnetisches Relais, auch an der stromdurchflossenen Leitung zwischen der Ansteuerschaltung (exakt, der H-Brückenschaltung) und dem Motor vorzusehen.
Bei einer solchen elektrischen Servolenkungsvorrichtung, wurden im Stand der Technik zwar Maßnahmen zum Schutze des FET vor einem Erwärmen durch Steuern des dem FET zugeführten Stroms so, dass die Temperatur des FET nicht höher als eine bezeichnete Temperatur ist, ergriffen, keine Maßnahmen aber ergriffen, um das Relais gegenüber einer Erwärmung ausdrücklich zu schützen. Dies liegt an Folgendem. Im Stand der Technik wurde eine solche elektrische Servolenkungsvorrichtung nur für kleine Fahrzeuge, wie etwa Kleinwägen, wie oben erwähnt, verwendet, weil es schwierig ist, ein großes Lenkunterstützungsdrehmoment, vergleichbar mit einer hydraulischen Vorrichtung, zu erzeugen. Der durch den Motor fließende Strom hat niedriges Niveau, maximal ungefähr 40 A, bei Volllast der Vorrichtung, wie etwa dem Vorgang des schnellen Drehens des Lenkrades. Aus diesem Grund ist ein Wärmeerzeugungswert des Relais oder von Wärme erzeugenden Teilen, die darum herum angeordnet sind (dem obigen FET beispielsweise), nicht so groß, und eine Überhitzung des Relais wird problemlos mit Hilfe von Maßnahmen, einen geeigneten Wärmeabstrahler vorzusehen, praktisch verhindert.
Die obige elektrische Servolenkungsvorrichtung ist jedoch in ihrer elektrischen Steuerung einfach. Es sind die verschiedenen Vorteile vorhanden, dass eine Hydraulikpumpe und Ölleitungen nicht erforderlich sind und der Aufbau einfach ist. Dementsprechend wird die Anwendung für ein normales Personenfahrzeug neuerdings untersucht, und die Anwendung auf große Fahrzeuge ist in der Zukunft möglich.
Wenn die Vorrichtung in einem solchen verhältnismäßig großen Fahrzeug angebracht wird, wird ein Motorstrom von maximal 60 bis 80 A beispielsweise benötigt, um den Motor zu betreiben und dann das bezeichnete Lenkunterstützungsdrehmoment bei Volllast der Vorrichtung, wie etwa einem schnellen Zurückführen des Lenkrads, zu erzeugen. Unter solchen Bedingungen nimmt der Wärmeerzeugungswert (mit dem Quadrat des Stromes) des Relais selbst oder von Wärme erzeugenden Teilen in seiner Umgebung wesentlich zu, und es ist unmöglich, das Relais vor einem Überhitzen allein mit der Wirkung des Abstrahlkörpers zu schützen.
Eine Anordnung, die bewirkt, dass das Relais keinen Überhitzungszustand bei dem oben erwähnten Stormzuwachs einnimmt, ist im Prinzip dadurch möglich, dass ein Abstrahlkörper vorgesehen wird, der dem maximalen Wärmeerzeugungswert an der Steuereinheit der Vor richtung, wo die Ansteuerschaltung, der Mikrocomputer und das Relais untergebracht sind, entspricht, oder indem eine Kapazität des Relais selbst für den Maximalstrom ausgewählt wird. Praktisch ist das jedoch unmöglich. In diesem Fall wird der Abstrahlkörper extrem groß, und insbesondere das Relais wird groß. Deshalb lässt sich die Steuereinheit nicht im begrenzten Raum für die Einrichtung der Einheit bei dieser Art von Fahrzeug unterbringen.
Wenn das Relais den Überhitzungszustand einnimmt, besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass sich die Relaiswicklung desselben verschlechtert (Abnahme der Lebensdauer), brennt, oder seine Anschlüsse verbindendes Lot schmilzt. Ein solcher Überhitzungszustand muss unbedingt und sicher unter dem Gesichtspunkt vermieden werden, dass eine hohe Zuverlässigkeit des Steuersystems im Fahrzeug sichergestellt ist.
EP 0733535 beschreibt eine stromdurchflossene Steuervorrichtung und eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine stromdurchflossene Steuervorrichtung, welche den Schaltzustand einer stromdurchflossenen Leitung mit einem Relais, wie etwa einem elektromagnetischen Relais oder einem Halbleiterrelais, steuert, und eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, welche eine solche stromdurchflossene Steuervorrichtung enthält, im Einzelnen eine Vorrichtung zum bestimmten und sicheren Vermeiden eines Überhitzens des Relais mit einem kleinen Aufbau, zu schaffen.
Eine stromdurchflossene Steuervorrichtung gemäß der Erfindung weist ein Relais auf, das an einer stromdurchflossenen Leitung einer Last vorgesehen ist und die stromdurchflossene Leitung in einen leitfähigen Zustand oder unterbrochenen Zustand durch einen Schaltvorgang des Relais steuert. Die stromdurchflossene Steuervorrichtung weist auch einen Temperatursensor auf, der eine Temperatur an einem bezeichneten Abschnitt, wo die Temperatur des Relais festgestellt oder berechnet werden kann, feststellt, und eine Stromsteuereinheit, die eine Stromkorrektursteuerung zur Korrektur eines durch das Relais fließenden Stroms nach unten gemäß Notwendigkeit, beruhend auf einer Nachweistemperatur, die durch den Temperatursensor festgestellt wird, ausführt, um die Temperatur des Relais unter einer zulässigen Temperatur zu halten, ist ebenfalls vorgesehen.
In „Last" sind hier verschiedene Arten von elektrischen Lasten, wie ein Motor, ein Solenoid und eine Lampe, eingeschlossen. „Stromdurchflossene Leitung der Last" bedeutet eine Folge von Stromwegen (umfassend Schaltkreisleiter oder Kabel) zwischen der Last und einer Spannungsquelle (positivem Pol und negativem Pol). Wenn eine Ansteuerschaltung als Last vorhanden ist, ist ein Stromweg zwischen der Ansteuerschaltung und der Spannungsquelle und ein Stromweg zwischen der Ansteuerschaltung und der Last eingeschlossen.
In „Relais" ist ein übliches elektromagnetisches Relais, ein Halbleiterrelais und ein Schaltelement, wie etwa ein FET, eingeschlossen. „Temperatur des Relais" ist eine Temperatur an einem Ort, wo beurteilt wird, ob durch das Überhitzen eine Funktion oder die Zuverlässigkeit des Relais sich verschlechtert, oder es verloren ist oder nicht (d. h., ob die Temperatur niedriger als die zulässige Temperatur ist). Je nach Umstand ist sie eine mittlere Temperatur aller Relais oder eine Temperatur eines speziellen Ortes des Relais, der ein Wärmeproblem hat (beispielsweise die Temperatur des Kontakts des elektromagnetischen Relais, des Anschlusses oder der Wicklung).
In „bezeichneter Abschnitt, wo die Temperatur des Relais festgestellt oder berechnet werden kann" ist jeder Abschnitt des Relais selbst eingeschlossen, und ein Abschnitt, der sich grob auf der gleichen Tem peratur wie das Relais befindet (beispielsweise Schaltkreisleitungsanschluss des Relais oder Teil nahe zum Anschluss an der Leiterplatte), ist ebenfalls eingeschlossen.
Ferner ist ein Abschnitt eingeschlossen, wo sich die Temperatur ändert, während eine Beziehung zur Temperatur des Relais beibehalten wird (beispielsweise ein zum Relais vergleichsweise naher Teil an einer Abstrahlungsplatte zur Abstrahlung der Wärme des Relais). Als extremer Modus ist ein Abschnitt, der gleich der Zustandstemperatur der Vorrichtung ist, ebenfalls angeschlossen.
„Bezeichneter Abschnitt" ist ein sicherer Abschnitt, wo die Temperatur des Relais, darin eingeschlossen ein gewisser zulässiger Fehler, festgestellt oder berechnet werden kann. Bei einem Relais, wie etwa einem elektromagnetischen Relais, das üblicherweise für eine elektrische Servolenkungsvorrichtung verwendet wird, ist als zulässige Temperatur eines Anschlusses (Lötverbindung) und einer Spule ein Niveau von beispielsweise 120°C bis 200°C, bei wenigstens einem Fehler von 1°C bis 10°C, praktisch zulässig.
„Stromkorrektursteuerung" kann beispielsweise eine Steuerung zur Absenkung des Stroms auf weniger als normal beruhend auf der Nachweistemperatur des Temperatursensors sein (beispielsweise eine Steuerung zur sicheren Absenkung des Stromwerts in einem Verhältnis gemäß der Nachweistemperatur). Ferner kann die Steuerung eine Strombegrenzungssteuerung zur Begrenzung des Stroms mehr als üblich, beruhend der Nachweistemperatur des Temperatursensors sein (beispielsweise Steuerung zur Absenkung des Obergrenzenwerts des Stroms im Verhältnis gemäß der Nachweistemperatur, wobei der Strom nicht stets jedes Mal abnimmt).
Gemäß der Erfindung kann, wenn der Temperatursensor die Temperatur des bezeichneten Abschnitts, wie oben erwähnt, feststellt, die Temperatur des Relais beruhend auf der Feststellungstemperatur des Temperatursensors beurteilt und überwacht werden. Beruhend auf dem Überwachungsergebnis wird die Stromkorrektursteuerung durchgeführt, um den durch das Relais fließenden Strom nach Bedarf nach unten zu korrigieren, wobei die Temperatur des Relais auf weniger als der zulässigen Temperatur gehalten wird.
Demgemäß ist es bestimmt und sicher vermieden, dass das Relais sich durch die Überhitzung verschlechtert oder beschädigt wird. Da ferner der Strom, der die Quelle der Wärme ist, begrenzt wird, ist das Relais sicher vor einem Überhitzen ohne Vorsehen eines großen Abstrahlungskörpers oder Vergrößern der Kapazität (Größe) des Relais geschützt. Daher kann die Vorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit unter Vermeidung einer Vergrößerung der Vorrichtung sicherstellen.
Eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Hilfsmotor, welcher mit einem Lenksystem eines Fahrzeugs verbunden ist und ein Lenkunterstützungsdrehmoment erzeugt, eine Brückenschaltung, welche mehrere Schaltelemente umfasst und den Hilfsmotor ansteuert, sowie ein Relais, welches an einer stromdurchflossenen Leitung des Hilfsmotors vorgesehen ist, auf. Die Vorrichtung unterbricht die stromdurchflossene Leitung, indem sie das Relais in einen geöffneten Zustand bringt, wenn eine anomale Bedingung vorliegt, um so die stromdurchflossene Leitung zu unterbrechen. Als einen üblichen Arbeitszustand, der nicht die anomale Bedingung erzeugt, steuert die Vorrichtung durch Betätigen der Schaltelemente gemäß dem Lenkdrehmoment des Lenksystems den Strom des Hilfsmotors auf einen Sollstromwert derart, dass das Lenkunterstützungsdrehmoment einen Wert annimmt, der dem Lenkdrehmoment entspricht, wobei die stromdurchflossene Leitung auf einem leitenden Zustand gehalten wird, indem bewirkt wird, dass das Relais einen geschlossenen Zustand einnimmt. Die Vorrichtung weist einen Temperatursensor zur Feststellung einer Temperatur an einem bezeichneten Abschnitt, wo eine Temperatur des Re lais festgestellt oder berechnet werden kann, und Stromsteuermittel zur Durchführung einer Stromkorrektursteuerung zur Korrektur des Sollstromwerts nach unten gemäß Notwendigkeit, beruhend auf der Feststellungstemperatur, die durch den Temperatursensor festgestellt wird, auf, um die Temperatur des Relais auf weniger als einer zulässigen Temperatur zu halten.
Hierbei schließt „stromdurchflossene Leitung des Hilfsmotors" eine stromdurchflossene Leitung (Stromweg) zwischen der Brückenschaltung und der Spannungsquelle, sowie eine stromdurchflossene Leitung (Stromweg) zwischen der Brückenschaltung und dem Hilfsmotor ein.
Gemäß der Erfindung wird, während der Temperatursensor die Temperatur des bezeichneten Abschnitts, wie oben erwähnt, feststellt, die Temperatur des Relais beruhend auf der Feststellungstemperatur des Temperatursensors beurteilt und überwacht. Beruhend auf dem Überwachungsergebnis wird die Stromkorrektursteuerung zur Korrektur des Sollstromwerts des Hilfsmotors nach unten gemäß Notwendigkeit ausgeführt. Dementsprechend wird die Temperatur des Relais auf weniger als der zulässigen Temperatur gehalten.
Deshalb ist bestimmt und sicher vermieden, dass die einzelnen Relais durch Überhitzung sich verschlechtern oder beschädigt werden, wenngleich das Lenkunterstützungsdrehmoment im Maß der Begrenzung abgesenkt und der Lenkvorgang im Maß des Drehmoments schwer wird. Da ferner der Strom, der die Quelle der Wärme ist, beschränkt wird, ist jedes Relais sicher vor einem Überhitzen geschützt, ohne eine große Abstrahlvorrichtung vorzusehen und die Kapazität (Größe) des Relais groß zu machen. Demgemäß kann die Vorrichtung hohe Zuverlässigkeit unter Vermeidung einer Vergrößerung der Steuereinheit der elektrischen Servolenkungsvorrichtung bewahren. Damit lässt sich eine hochzuverlässige elektrische Servolenkungsvorrichtung, die sicher vor Überhitzung des Relais geschützt ist, auch für ein verhältnismäßig gro ßes Fahrzeug, wie etwa einen normalen Personenwagen, bei welchem ein großer Strom zur Ansteuerung des Hilfsmotors fließen muss, verwirklichen. Die Vorrichtung hat ferner überlegene Wirkung entsprechend den Bedürfnissen des Markts, nämlich, dass die Einheit mit einer für eine Anbringung der Steuereinheit der Vorrichtung am Fahrzeug geeigneter Größe aufgebaut ist.
Ein bevorzugter Aufbau der Erfindung besteht darin, dass der Temperatursensor eine Temperatur eines spezifischen Teils des Relais als die Temperatur des bezeichneten Abschnitts misst.
Gemäß dem Aufbau wird die Temperatur des spezifischen Teils des Relais direkt gemessen, und die Temperatur wird korrekt und einfach überwacht, um vor einem Überhitzen des Relais zu schützen.
Ein bevorzugter Aufbau der Erfindung besteht darin, dass der Temperatursensor eine Temperatur einer Platte, auf der das Relais angebracht ist, als die Temperatur des bezeichneten Abschnitts misst.
Gemäß dem Aufbau wird, und da der Temperatursensor durch Anbringen auf der oben erwähnten Platte vorgesehen ist, ein Anbringen des Temperatursensors einfach.
Ein bevorzugter Aufbau der Erfindung besteht darin, dass die Platte (mit dem Relais bestückte Platte) eine Platte aus Metall ist.
Gemäß dem Aufbau wird die vom Relais erzeugte Wärme über die Platte wirkungsvoll nach außen abgestrahlt. Dadurch kann sich eine Überhitzung des Relais nur schwer ausbilden, und die Arbeitshäufigkeit und der Grad der oben erwähnte Stromkorrektursteuerung wird klein, so dass ein Effekt erzielt wird, der den schädlichen Effekt der Stromkorrektursteuerung (schädlicher Effekt, der darin besteht, dass der Lenkvorgang nach Maßgabe der Korrektur des Sollstromwerts nach unten schwer wird) lockert. In diesem Fall wird es möglich, die Temperatur des Relais genau zu beurteilen und zu überwachen, da die Temperatur der Platte, die mit dem Temperatursensor gemessen wird, hinsichtlich des Punkts der Beurteilung der Temperatur des Relais wünschenswerter wird (d. h., die Beziehung zwischen Temperatur des Relais und der Temperatur der Platte wird stärker ausgebildet), so dass effektiv und effizient Wirkungsweise und Auswirkung der Stromkorrektursteuerung wiedergegeben werden.
Insbesondere wenn das Relais auf der Plattenoberfläche montiert ist, überträgt sich die vom Relais erzeugte Wärme wirkungsvoll auf die Platte, und die vom Relais erzeugte Wärme strahlt über die Platte wirkungsvoll nach außen ab, so dass die oben erwähnte Funktion und Auswirkung klarer wird.
Ein bevorzugter Aufbau der Erfindung besteht darin, dass die Stromsteuereinheit die Stromkorrektursteuerung ausführt, wenn die vom Temperatursensor festgestellte Feststellungstemperatur über einem bestimmten Wert liegt.
Gemäß dem Aufbau ist der Beurteilungsvorgang, ob die Stromkorrektursteuerung ausgeführt werden soll, oder nicht, vereinfacht.
Ein bevorzugter Aufbau der Erfindung besteht darin, dass die Stromkorrektursteuerung den Grad zur Abwärtskorrektur des Sollstromwerts schrittweise oder kontinuierlich gemäß der Zunahme der Feststellungstemperatur oder des unten erwähnten Temperaturschätzwerts anhebt.
Gemäß dem Aufbau ist beispielsweise, wenn das Ausmaß des Hochtemperaturzustands des Relais auf vergleichsweise niedrigem Niveau nicht so dringend ist, eine flexible Steuerung dahingehend möglich, dass der Grad zur Begrenzung des Stroms auf klein gesteuert und ein Lenkunterstützungsdrehmoment, das so groß wie nötig ist, aufrecht erhalten wird.
Speziell im Falle einer kontinuierlichen Zunahme des Korrekturniveaus wird eine feine Stromkorrektur gemäß dem Grad des Hochtemperaturzustands möglich, und es wird in feiner Weise mögliche, eine Über hitzung des Relais mit einer auf das notwendige begrenzten, minimalen Stromkorrektur und unter Aufrechterhaltung eines möglichst großen Lenkunterstützungsdrehmoments andererseits sicher zu vermeiden.
Ein bevorzugter Aufbau der Erfindung besteht darin, dass ein durch Joulesche Wärme am Relais, die von dem durch das Relais fließenden Strom herrührt, bewirkter Temperaturanstieg berechnet wird, die mit dem Temperatursensor festgestellte Feststellungstemperatur dem Temperaturanstieg hinzugefügt wird, ein Temperaturschätzwert des Relais berechnet wird und, wenn der Temperaturschätzwert über einen bestimmten Wert ansteigt, die Stromsteuermittel die Stromkorrektursteuerung ausführen.
Gemäß dem Aufbau ist die mit dem Temperatursensor festgestellte Temperatur eine Basistemperatur bei einer Einschätzung der Temperatur des Relais. Auch wenn der Temperatursensor nicht die Temperatur des Relais selbst, sondern die Temperatur eines mit ihm in Beziehung stehenden Teils misst (beispielsweise auch wenn die Temperatur an einem Platz festgestellt wird, der einige Grad vom Relais auf der Platte abweicht), wird der Temperaturschätzwert des Relais ausreichend korrekt (mit zulässigem Fehler) berechnet, so dass die Funktion und der Effekt der Stromkorrektursteuerung mit voll tatsächlichem Niveau wiedergegeben wird. Der Freiheitsgrad für die Anordnung des Temperatursensors nimmt daher zu, und es wird auf einfache Weise möglich, den Temperatursensor für ein anderes Objekt (beispielsweise die Temperaturüberwachung des die Brückenschaltung bildenden Schaltelements) zu verwenden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die den Gesamtaufbau einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung zeigt;
2A-C sind Ansichten, die den inneren Aufbau eines elektromagnetischen Relais bzw. den Umgebungsaufbau zeigen;
3 ist ein Flussdiagramm, welches eine Ausführungsform des Prozessinhalts einer Steuerschaltung zeigt; und
4A-B zeigen jeweils eine weitere Ausführungsform eines Prozessinhalts einer Steuerschaltung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Art der Ausführung der Erfindung wird nachstehend und unter Bezug auf die Figur beschrieben. Eine Ausführungsform eines Hardwareaufbaus einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung wird unter Verwendung von 1 beschrieben. Die Vorrichtung weist einen Hilfsmotor 11, eine Steuerschaltung 13, eine Spannungsversorgungsschaltung 15 und einen Drehmomentsensor 16 auf. Der Hilfsmotor 11 ist mit einem Lenksystem eines Fahrzeugs verbunden und erzeugt ein Lenkunterstützungsdrehmoment (nachfolgend einfach Motor 11 genannt). Die Steuerschaltung 13 steuert den Motor 11 über eine Ansteuerschaltung 12 (die eine H-Brückenschaltung 12a enthält). Die Spannungsversorgungsschaltung 15 liefert eine bezeichnete elektrische Spannung an die Steuerschaltung 13, beruhend auf der Ausgabe einer Spannungsquelle 14 (einer Batterie) des Fahrzeugs. Der Drehmomentsensor 16 stellt ein Lenkdrehmoment des Lenksystems fest. Die Steuerschaltung 13 ist hierbei für eine Stromsteuereinheit der Erfindung geeignet.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 17 einen Zündschalter, welcher als Startschalter für die Steuerschaltung 13 in der Vorrichtung wirkt.
Bezugszeichen 18a und 18b sind elektromagnetische Relais (genauer Kontaktpunkte der elektromagnetischen Relais), und Wicklungen dieser elektromagnetischen Relais werden durch die Steuerschaltung 13 über eine nicht gezeigte Schaltung betrieben und gesteuert.
Bezugszeichen 18c ist ein Temperatursensor (beispielsweise ein Thermistor) zur Messung einer Temperatur der unten erwähnten Ansteuerschaltungsplatte 41 (in diesem Fall genauer der Temperatur eines Schaltkreisleiters 42 auf der Platte 41) und angebracht auf der Ansteuerschaltungsplatte 41 dort, wo die Ansteuerschaltung 12 ausgebildet ist. Eine Ausgabe des Temperatursensors 18c wird auf die Steuerschaltung 13 gegeben.
Bezugszeichen 19 ist ein Widerstand (Nebenschlusswiderstand), der mit einer großen Seite der Brückenschaltung 12a (d. h., stromdurchflossener Leitung L2 zwischen der Brückenschaltung 12a und einem negativen Pol der Spannungsquelle 14) verbunden ist, wobei eine Spannung, die für einen Spannungsabfall am Widerstand 19 geeignet ist, der Steuerschaltung 13 über die Eingangsleitung 20 eingegeben wird. Da ein aus der Eingangsleitung 20 eingegebener Spannungswert natürlich proportional zu einem Stromwert des Motors 11 (nachfolgend einfach Motorstromwert genannt) ist, ist es möglich, den Motorstromwert festzustellen. Der Widerstand 19 und die Eingangsleitung 20 bauen natürlich Stromfeststellungsmittel 21 des Motorstroms auf. Die Ansteuerschaltung 12, die Steuerschaltung 13, die Spannungsversorgungsschaltung 15 usw. bauen eine Steuereinheit 22 der Servolenkungsvorrichtung auf.
Die Ansteuerschaltung 12 enthält hierbei die H-Brückenschaltung 12a, bei welcher in diesem Fall vier Feldeffekttransistoren SW1 bis SW4 (nachfolgend FETSW1 bis FETSW4 genannt) im N-Brückentyp mit dem Motor 11 verbunden sind. Jeder der FETSW1 bis FETSW4, die als Schaltelement die H-Brückenschaltung 12a aufbauen, wird durch ein PWM-Ansteuersignal betätigt, das von der Steuerschaltung 13 ausgegeben wird. In diesem Fall ist jeder der FETSW1 bis FETSW4 ein MOSFET vom N-Kanal-Anreicherungstyp, wobei Dioden D1 bis D4 zwischen Drain und Source baulich angeordnet sind.
Das elektromagnetische Relais 18a (Relais A) ist an einer stromdurchflossenen Leitung L1 zwischen der Brückenschaltung 12a und dem positiven Pol der Spannungsquelle 14 vorgesehen. Das elektromagnetische Relais 18a bringt die stromdurchflossene Leitung L1 mit einem geschlossenen Zustand in einen leitfähigen Zustand unter einer Ansteuerbedingung (Wicklungserregungsbedingung), und bringt die stromdurchflossene Leitung L1 mit einem offenen Zustand in einen unterbrochenen Zustand bei einer Nicht-Ansteuer-Bedingung (Spulen-Nichterregungsbedingung). Das elektromagnetische Relais 18b (Relais B) ist an einer weiteren stromdurchflossenen Leitung L3 zwischen der Brückschaltung 12a und dem Motor 11 vorgesehen. Das elektromagnetische Relais 18b bringt mit einem geschlossenen Zustand die stromdurchflossene Leitung L3 bei einer Ansteuerbedingung in einen leitfähigen Zustand, und bringt mit einem offenen Zustand die stromdurchflossene Leitung L3 bei einer Nicht-Ansteuer-Bedingung in einen unterbrochenen Zustand.
Die Steuerschaltung 13 umfasst eine Schaltung, welche einen Mikrocomputer enthält und hat Steuerfunktion in einem üblichen Zustand (Normalbetriebszustand, nicht anomaler Zustand, wie unten erwähnt), in dem die N-Brückenschaltung 12a durch Erzeugung eines PWM-Ansteuersignals mit einem Tastverhältnis zur Realisierung eines Motorstroms, das dem Lenkdrehmoment entspricht, gesteuert wird, um ein Hilfslenkdrehmoment gemäß dem aus dem Nachweissignal des Drehmomentsensors 16 abgefühlten Lenkdrehmomentwert zu erzeugen. Die Steuerschaltung 13 korrigiert auch den Motorstrom nach unten (Unterdrückung oder Begrenzung) gegenüber der üblichen Bedingung durch Beurteilung verschiedener Arten von Anomaliezustand (nachstehend beschrieben), beruhend auf dem Nachweiswert des Temperatur sensors 18c und den Stromfeststellungsmitteln 21. Ferner hat die Steuerschaltung Failsafe-Funktion zur Vermeidung des Überstroms oder der Rückwirkungsverriegelung, indem das elektromagnetische Relais 18a oder 18b (Relais A oder B) in den offenen Zustand gebracht wird (Einzelheiten sind nachstehend beschrieben).
Die Spannungsversorgungsschaltung 15 wandelt die Spannung der Batterie 14 (üblicherweise 12V bis 14V) in die bezeichnete Spannung (5V beispielsweise) um und liefert die bezeichnete Spannung an die Steuerschaltung 13.
Das elektromagnetische Relais 18a kann an der stromdurchflossenen Leitung L2 zwischen der Brückschaltung 12a und dem negativen Pol der Spannungsquelle 14 (d. h., Masse) vorgesehen sein. Das elektromagnetische Relais 18b kann an der stromdurchflossenen Leitung L4 zwischen der Brückenschaltung 12a und dem Motor 11 vorgesehen sein. Ein Relais wie das elektromagnetische Relais 18a ist stets vorgesehen. Ein Relais wie das elektromagnetische Relais 18b ist nicht stets erforderlich und ist nicht erforderlich in einem Fall, in dem die Rückwirkungssperre nicht zum Problem wird (beispielsweise in dem Fall, dass der Drehvorgang des Griffs des Fahrzeugs irgendwie auch in einem Zustand möglich ist, dass beide Enden der Wicklung des Motors 11 verbunden sind, oder in einem Fall, dass die Verbindung von Motor 11 und Lenksystem durch Vorsehen einer Kupplung zwischen dem Motor 11 und dem Lenksystem geeignet gelöst wird).
Ein Elektrolytkondensator, welcher eine Reserve für die Spannungsquelle bei erhöhtem Strom des Motors 11 (hier einfach Motorstrom genannt) ist, und ein Keramikkondensator für Funkwellenmaßnahmen, welcher Störstrahlung unterdrückt, sind an einer Einheit 22 neben den oben erwähnten Elementen, obwohl in der Figur nicht gezeigt, vorgesehen.
Als nächstes werden Aufbau der elektromagnetischen Relais 18a und 18b sowie der Aufbau ihrer Umgebung unter Bezug auf 2A-C beschrieben.
2A ist eine perspektivische Ansicht, die das Äußere eines jeden Relais zeigt. 2B ist eine Seitenschnittansicht, die den inneren Aufbau der einzelnen Relais zeigt. 2C ist eine Seitenansicht einer Ansteuerschaltungsplatte, wo die einzelnen Relais angebracht sind.
Wie in 2A und 2B gezeigt, weist jedes Relais eine Basisplatte 31, einen Elektromagneten 32, eine Beweglichkontaktfeder 33, einen Beweglichkontakt 34, einen Festkontakt 35 und einen gemeinsamen Anschluss 36 auf. Die Basisplatte 33 unterstützt und fixiert die einzelnen Teile direkt oder indirekt. Der Elektromagnet 32 enthält eine Spule und einen Kern. Die Beweglichkontaktfeder 33 versetzt sich elastisch durch eine Anziehung durch den Elektromagneten 32. Der Beweglichkontakt 34 ist an einem freien Ende der Beweglichkontaktfeder 33 vorgesehen. Der Festkontakt 35 ist dem Beweglichkontakt 34 gegenüber angeordnet. Der gemeinsame Anschluss 36 ist mit dem Festkontakt 35 verbunden, und ein Kontaktieranschluss desselben liegt an der Unterseite am linken Ende der Basisplatte 31 frei. Ferner weist das Relais einen a-Kontaktanschluss 37, Spulenanschlüsse 38 und 39, sowie ein kastenartiges Gehäuse 40 auf. Der a-Kontaktanschluss 37 ist mit dem Beweglichkontakt 34 über die Beweglichkontaktfeder 33 verbunden, und ein Verbindungsanschluss desselben liegt an der Unterseite am rechten Ende der Basisplatte 31 frei. Die Spulenanschlüsse 38 und 39 sind mit den einzelnen Spulenanschlüssen des Elektromagneten 33 verbunden, und Verbindungsanschlüsse derselben liegen an beiden Seiten der Unterseite im Mittelabschnitt der Basisplatte 31 frei. Das kastenförmige Gehäuse 40 besteht aus Kunstharz, angebracht auf der Oberseite der Basisplatte 31 so, dass die einzelnen Teile (ausgenommen die Verbindungsanschlüsse der einzelnen Anschlüsse) abgedeckt werden.
Das Relais ist ein elektromagnetisches Relais, das den Beweglichkontakt 34 zum Festkontakt 35 durch die Anziehung des Elektromagneten 33 und eine Rückstellkraft der Beweglichkontaktfeder 33 versetzt, und ein Kontaktzustand zwischen dem Beweglichkontakt 34 und dem Festkontakt 35 wird geschaltet. Das heißt, im Ansteuerzustand, in dem Spannung zwischen den Spulenanschlüssen 38 und 39 durch die Steuerung der Steuerschaltung 13 angelegt ist und der Elektromagnet 32 arbeitet, bewegt sich der Beweglichkontakt 34 durch die Anziehung des Elektromagneten 32 in eine Richtung und berührt den Festkontakt 35, und der gemeinsame Anschluss 36 und der a-Anschluss 37 werden in einen Leitungszustand gebracht. Im Nicht-Ansteuerzustand wird keine Spannung zwischen den Spulenanschlüssen 38 und 39 zugeführt, versetzt sich der Beweglichkontakt 34 durch die Rückstellkraft der Beweglichkontaktfeder 33 in eine Richtung, in der er sich vom Festkontakt 35 löst, und der gemeinsame Anschluss 36 und der a-Anschluss 37 werden in einen nichtleitenden Zustand gebracht. Die einzelnen elektromagnetischen Relais 18a und 18b werden zwar als den gleichen Aufbau habend beschrieben, sie können aber auch unterschiedlichen Aufbau haben und deren Kapazität (Größe) kann unterschiedlich sein.
In diesem Fall sind die einzelnen Relais auf einer Ansteuerschaltungsplatte 41, wie in 2C gezeigt, angebracht.
Die Ansteuerschaltungsplatte 41 ist eine Metallplatte, wobei die Ansteuerschaltung 12 darauf ausgebildet ist. Das heißt, die Ansteuerschaltungsplatte 41 ist in einer solchen Weise hergestellt, dass eine (nicht gezeigte) nichtleitende Schicht auf einer Oberfläche (Montageseite) einer Aluminiumplatte, die das Basismaterial darstellt, ausgebildet ist, ein Verdrahtungsmuster 42 als Schaltungsleiter auf der Schicht durch eine Verdrahtungs-Drucktechnik ausgebildet ist, und Teile, wie FETSW1 bis FETSW4 und elektromagnetische Relais 18a und 18b, die die Ansteuerschaltung 12 aufbauen, auf einem bezeichneten Abschnitt des Verdrahtungsmusters 42 angebracht sind. In diesem Fall sind FETSW1 bis FETSW4 und die elektromagnetischen Relais 18a und 18b in einer Linie angeordnet, die die Papierebene der 2C unter rechtem Winkel kreuzt, und der Chip des Temperatursensors 18c ist an einem Ort zwischen diesen FETSW1 bis FETSW4 und elektromagnetischen Relais 18a und 18b angebracht.
In 2C ist eine Oberseite eine Anbringungsfläche der Metallplatte (Ansteuerschaltungsplatte 41). Wenigstens jeder der Anschlüsse 36 bis 39 der elektromagnetischen Relais 18a und 18b ist in Form einer Montagefläche (Form seitlicher Richtung, parallel zur Anbringungsfläche) gemacht und ist an einem bestimmten Abschnitt des Verdrahtungsmusters 43 auf der Ansteuerungsschaltungsplatte 41 aufliegend angebracht. Beispielsweise wird, nachdem eine Oberfläche des bestimmten Abschnitts des Verdrahtungsmusters 42 mit Kremlot bestrichen ist, ein Löten durch Verbinden einer Außenfläche (unteren Fläche) eines jeden Anschlusses 36 bis 39 mit der Oberseite des bestimmten Abschnitts, Einstrahlung von Infrarotlicht am Verbindungsabschnitt und vorübergehendes Schmelzen des Kremlots durchgeführt.
In diesem Fall misst der Temperatursensor 18c die Temperatur der Ansteuerschaltungsplatte 41 (genauer des Verdrahtungsmusters 42).
In dieser Ausführungsform wird eine Abstrahlungsplatte 42 beispielsweise aus Aluminiumguss auf der Rückseite (Unterseite) der Ansteuerschaltungsplatte 41 vorgesehen, während sie miteinander verbunden werden. Die Abstrahlungsplatte 43 ist so vorgesehen, dass sie an der Außenseite (Unterseite) der Steuereinheit 22 freiliegt.
Bei einem solchen Aufbau wird die an den elektromagnetischen Relais 18a und 18b und FETSW1 bis FETSW4 erzeugte Wärme effizient in einer Richtung nach unten in der Figur über die Ansteuerschaltungs platte 41 übertragen und schließlich effizient aus der Einheit (in die Luft nach außen) von der Abstrahlungsplatte 43 übertragen.
Insbesondere überträgt sich wegen dieses Aufbaus bei den elekt romagnetischen Relais 18a und 18b Joulesche Wärme, die hauptsächlich an den Kontakten 34 und 35 erzeugt wird, effizient zunächst auf jedes Metallteil (gemeinsamer Anschluss 36, Beweglichkontaktfeder 33, a-Kontaktanschluss 37). Als nächstes überträgt sich die auf den gemeinsamen Anschluss 36 und a-Kontaktanschluss 37 übertragene Wärme wegen des Oberflächenbestückungsaufbaus effizient auf das Verdrahtungsmuster 42 der Ansteuerschaltungsplatte 41. Auf das Verdrahtungsmuster 42 übertragene Wärme wird dann effizient auf die Abstrahlungsplatte 43 übertragen und abgestrahlt.
Ferner ändert sich bei dem oben erwähnten Aufbau die mit dem Temperatursensor 18c gemessene Temperatur (Temperatur des Verdrahtungsmusters 42 der Ansteuerschaltungsplatte 41) ausgezeichnet als die Basistemperatur der elektromagnetischen Relais 18a und 18b, sowie FETSW1 bis FETSW4. Das heißt, ein mit dem Temperatursensor 18c gemessener Teil (das Verdrahtungsmuster 42 der Ansteuerschaltungsplatte 41) wird der bestimmte Abschnitt der Erfindung, der in der Lage ist, eine ausgezeichnete Basistemperatur beim Abschätzen von Temperatur der elektromagnetischen Relais 18a und 18b (Relais) zu sein. In diesem Fall kann die Nachweistemperatur des Temperatursensors 18c auch eine exzellente Basistemperatur sein, wenn die Temperatur der FETSW1 bis FETSW4 abgeschätzt wird. Das heißt, der Temperatursensor 18c ist in diesem Fall nicht nur ein Sensor zur Feststellung der Temperatur der elektromagnetischen Relais 18a und 18b, sondern wird auch als Sensor für die Feststellungstemperatur der FETSW1 bis FETSW4 verwendet, womit eine Reduktion der Anzahl von Teilen, verglichen mit dem Aufbau, der einen weiteren Temperatursensor vorsieht, realisiert ist. Wenngleich der Gesamtaufbau der Steuereinheit 22 in 2C nicht gezeigt ist, wird der folgende Aufbau beispielsweise zusammenfassend dargestellt.
Das heißt, die Steuereinheit 22 umfasst eine (nicht gezeigte) Basisplatte, die Ansteuerschaltungsplatte 41, ein rahmenförmiges Kunststoffgehäuse (nicht gezeigt), eine nichtleitende Platte (nicht gezeigt), die Abstrahlungsplatte 43 und ein Abdeckelement (nicht gezeigt). Auf der Basisplatte ist der Elektrolytkondensator und Nebenschlusswiderstand und eine Hochstromschaltung (ein Teil der stromdurchflossenen Leitungen L1 bis L4) ausgebildet. Die Ansteuerschaltungsplatte 41 ist mit Klebstoff an der Unterseite der Basisplatte angebracht. Das rahmenförmige Kunststoffgehäuse (nicht gezeigt) baut eine Außenwand einer Seitenfläche der Einheit auf und weist einen Verbinder für eine externe Verdrahtung (nicht gezeigt) auf. Auf der nichtleitenden Platte ist eine Niederspannungsschaltung, wie etwa die Steuerschaltung 13, ausgebildet und sie ist an der oberen Seite der Basisplatte angebracht. Die Abstrahlungsplatte 43 ist an einer Unterseite (Unterseite der Einheit) des Kunststoffgehäuses angebracht und mit einer Unterseite der Ansteuerschaltungsplatte 41, wie oben erwähnt, verbunden. Das (nicht gezeigte) Abdeckelement ist an einer Oberseite des Kunststoffgehäuses so angebracht, dass es eine Oberseite der Einheit abdeckt.
Der Montagevorgang ist in Umrissen folgender. Zunächst wird die Ansteuerschaltungsplatte 41, die die Ansteuerschaltung 12 ausbildet an der Basisplatte angebracht und durch Drahtbonden angeschlossen. Als nächstes wird das so zusammengebaute Zwischenzusammenbauteil mit dem Kunststoffgehäuse zusammengebaut, an welchem die Abstrahlungsplatte 43 vorher angebracht worden ist. Danach wird die nichtleitende Platte mit der darauf ausgebildeten Steuerschaltung 13 an der Basisplatte so angebracht, dass sie an der oberen Position der Ansteuerschaltungsplatte 41 beispielsweise angeordnet wird, wonach das Ab deckelement an der Oberseite der Einheit angebracht wird, so dass der Zusammenbauvorgang abgeschlossen ist.
Als nächstes wird eine Ausführungsform (erste Ausführungsform) des Steuerungsinhalts der Steuerschaltung 13 beschrieben.
Die Steuerschaltung 13 beginnt zu arbeiten, wenn ein Zündschalter 17 als ein Startschalter eingeschaltet wird, und führt wiederholt eine Folge von Vorgängen, darin eingeschlossen die folgenden Vorgänge zu einer bestimmten Zeitdauer beispielsweise, so lange durch, bis ein üblicher Betriebszustand der Steuerschaltung 13 durch Abschalten des Zündschalter 17 endet.
Zunächst wird ein Vorgang zur Berechnung des Sollstromwerts des Motorstroms gemäß dem Wert des anhand des Nachweissignals des Drehmomentsensors 16 festgestellten Lenkdrehmoments durchgeführt. Diese Berechnung berechnet den Motorstromwert zur Erzeugung des Solllenkunterstützungsdrehmoments gemäß (beispielsweise proportional zu) dem Lenkdrehmoment als Sollstromwert, der Sollstromwert (d. h., dass Soll-Lenkunterstützungsdrehmoment) kann aber auch unter Berücksichtigung anderer Parameter als das Lenkdrehmoment berechnet werden. Beispielsweise ist ein Aufbau möglich, bei welchem sich das Lenkunterstützungsdrehmoment etwas gemäß der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ändert, indem der Sollstromwert beruhend auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auch dann geändert wird, wenn das Lenkdrehmoment das gleiche ist. Da heutzutage Mittel zur Feststellung der Geschwindigkeit üblicherweise bei allen Arten von Fahrzeugen vorgesehen sind, ist es möglich, die obige Berechnung dadurch auszuführen, dass die Steuerschaltung 13 die Geschwindigkeit feststellt, wenn ein Signal der Geschwindigkeitsfeststellmittel auch in die Steuerschaltung 13 eingegeben wird.
Nach einem Vorgang zur Durchführung zur Stromkorrektursteuerung zum Schutze der elektromagnetischen Relais 18a und 18b vor ei ner Überhitzung steuert die Steuerschaltung 13 jeden FET der H-Brückenschaltung 12a durch Erzeugung eines PWM-Ansteuersignals mit einem Tastverhältnis zur Verwirklichung eines in vorherigen Vorgängen gewonnenen Sollstromwerts. Deshalb fließt ein Strom, der dem Sollstromwert nahezu äquivalent ist, in die bezeichnete Richtung des Motors. In dem Zustand, dass die Stromkorrektursteuerung nicht arbeitet (in diesem Fall, ein Niedertemperaturzustand, bei dem die Überhitzung der elektromagnetischen Relais 18a und 18b unmöglich ist), beispielsweise, wird ein Hilfslenkdrehmoment mit der gleichen Richtung wie das Lenkdrehmoment mit der Größe gemäß dem Lenkdrehmoment erzeugt, so dass der Lenkvorgang voll unterstützt wird.
Obwohl die Steuerschaltung 13 natürlich jedes elektromagnetische Relais 18a und 18b im üblichen Betriebszustand in den geschlossenen Zustand steuert, führt die Steuerschaltung 13 einen Vorgang der ständigen Überwachung eines Auftretens einer Anomalie wie der folgenden durch. Die Steuerschaltung 13 hat eine Failsafe-Funktion zur Unterbrechung der stromdurchflossenen Leitung L1, indem wenigstens das elektromagnetische Relais 18a (Relais A) in den offenen Zustand gebracht wird, wenn die Anomalie festgestellt wird.
Wenn beispielsweise der mit den Stromfeststellmitteln 21 festgestellte tatsächliche Motorstromwert extrem höher als der Sollstromwert ansteigt und dann nicht mehr gesteuert werden kann und es angenommen wird, dass einer der FETs kurzgeschlossen ist, wird die stromdurchflossene Leitung L1 augenblicklich unterbrochen, indem das elektromagnetische Relais 18a (Relais A) in den offenen Zustand gebracht wird, um so eine Fehlfunktion oder Beschädigung des Motors 11 zu vermeiden. In diesem Fall wird gleichzeitig die stromdurchflossene Leitung L3 unterbrochen, indem das elektromagnetische Relais 18b (Relais B) in den offenen Zustand gebracht wird, um so die Rückwirkungssperre des Motors 11 zu vermeiden.
Beispielsweise in dem Fall, dass die mit dem Temperatursensor 18c festgestellte Temperatur extrem ansteigt und es beurteilt wird, dass es unmöglich ist, den Überhitzungszustand durch die oben erwähnte Stromkorrektursteuerung zu beseitigen, wird die stromdurchflossene Leitung L1 augenblicklich unterbrochen, indem das elektromagnetische Relais 18a (Relais A) in den offenen Zustand gebracht wird, und der Strom in jeder der stromdurchflossenen Leitungen L1 bis L4 wird zu null gemacht, um sicher vor einer Beschädigung der einzelnen Relais und FETs durch Überhitzung zu schützen.
Die Steuerschaltung 13 führt wenigstens eine Folge von in 3 gezeigten Vorgängen als den Stromkorrekturvorgang gemäß der Erfindung durch. In diesem Fall werden diese Vorgänge zyklisch wiederholt, solange die Steuerschaltung arbeitet, als Subroutine im Gegensatz zur Hauptroutine im Betriebsprogramm der Steuerschaltung 13 beispielsweise ausgeführt.
Wenn die Subroutine begonnen wird, wird in Schritt 1 ein Temperaturabschätzwert T der elektromagnetischen Relais 18a und 18b (in diesem Fall genau genommen ein Schätzwert der Temperatur der Kontakte der Relais) anhand der mit dem Temperatursensor 18c festgestellten Feststellungstemperatur Ts berechnet. Konkret wird durch Berechnen des Quadrats des mit den Stromfeststellungsmitteln 21 festgestellten Stromwerts I einer jeden stromdurchflossenen Leitung L1 oder L3 (d. h., des Stromwerts, der durch jedes der Relais fließt) und Multiplizieren eines Kontaktwiderstandswerts R (vorab durch Experiment oder Berechnung aufgestellter Wert) eines jeden Relais ein Heizwert RI² von Joulescher Wärme, die am Kontakt eines jeden Relais erzeugt wird, einzeln berechnet. Durch einzelnes Ausführen einer Integralberechnung, wobei der physikalische Eigenschaftswert des Kontakts eines jeden Relais als Parameter (vorab durch Experiment oder Berechnung aufgestellter Wert) in die neueste Datenreihe von Heizwerten RI², die wie oben gewonnen sind, gebracht wird, wird ein Temperaturanstiegswert ΔTr, der durch den Heizwert bewirkt wird, berechnet. Dann wird durch Addieren des wie oben gewonnenen Temperaturanstiegswerts ΔTr zu der zu dieser Zeit festgestellten Feststellungstemperatur Ts der Temperaturschätzwert Tr (= Ts + ΔTr) eines jeden Relais zu diesem Zeitpunkt berechnet.
Die Berechnungsmethode für den Temperaturabschätzwert Tr beschränkt sich nicht auf die obige, und verschiedene geeignete Arten werden nach Maßgabe der Position für die Anbringung des Temperatursensors 18c (Temperaturmessabschnitts) oder Aufbau des Relais verwendet.
Beispielsweise wird die Temperatur des spezifischen Teils eines jeden Relais (beispielsweise der gemeinsame Anschluss 36 und der a-Kontaktanschluss 37) oder die Temperatur eines Teils, wo sich die Temperatur so ändert, dass eine Beziehung zur Temperatur eines jeden Relais beibehalten wird (beispielsweise eine Position in der Nähe eines jeden Relais auf der Ansteuerschaltungsplatte 41) gemessen, wonach der Messwert selbst oder ein Wert, der durch Multiplizieren eines bestimmten Koeffizienten mit dem Messwert gewonnen ist, der Temperaturschätzwert sein kann.
In diesem Fall ist es, da der Wert des durch ein Relais fließenden Stroms I für die elektromagnetischen Relais 18a und 18b unterschiedlich sein kann und der Temperaturzustand in den elektromagnetischen Relais 18a und 18b unterschiedlich ist, wünschenswerterweise erforderlich, den Temperaturschätzwert an jedem Relais zu berechnen. In der Beurteilung der folgenden Schritte S2, S4, S6, beispielsweise ist es wünschenswert, die Verarbeitung unter Verwendung des Temperaturschätzwerts des Relais der Seite, wo der Hochtemperaturzustand hoch (in der Nähe der zulässigen Temperatur) ist, durchzuführen.
Als nächstes wird in Schritt S2 beurteilt, ob der in Schritt S1 berechnete Temperaturschätzwert Tr des Relais höher als ein bestimmter Wert K1 ist oder nicht. Wenn der Temperaturschätzwert Tr höher als der bestimmte Wert K1 ist, wird beurteilt, dass sich die Temperatur in einem hohen Temperaturzustand befindet, in dem eine Stromkorrektur (in diesem Fall, eine Strombegrenzung) erforderlich ist, wonach der Vorgang nach Schritt S4 weitergeht. Wenn dies nicht der Fall ist, wird beurteilt, dass eine Strombegrenzung nicht erforderlich ist, und der Vorgang geht nach Schritt S3 weiter.
In Schritt S3 wird ein Wert des Strombegrenzungswert Imax auf unendlich (∞) eingestellt.
Andererseits wird in Schritt S4 beurteilt, ob der im Schritt S1 berechnete Temperaturschätzwert Tr des Relais größer als ein bestimmter Wert K2 ist oder nicht. Wenn die Temperatur höher als der bestimmte Wert K2 ist, wird beurteilt, dass sich die Temperatur in einem hohen Temperaturzustand befindet, in welchem eine vergleichsweise starke Strombegrenzung erforderlich ist, wonach der Vorgang nach Schritt S6 weitergeht. Wenn dies nicht der Fall ist, wird beurteilt, dass eine vergleichsweise lockere Strombegrenzung durchzuführen ist, wonach der Vorgang nach Schritt S5 weitergeht.
In Schritt S5 wird der Wert des Strombegrenzungswerts Imax auf den größten Einstellwert A eingestellt.
In Schritt S6 wird beurteilt, ob der in Schritt S1 berechnete Temperaturschätzwert Tr des Relais höher als ein bestimmter Wert K3 ist oder nicht. Wenn die Temperatur höher als der bestimmte Wert K3 ist, wird beurteilt, dass sich die Temperatur in einem hohen Temperaturzustand nahe einer zulässigen Temperatur befindet, wo die stärkste Strombegrenzung erforderlich ist, wonach der Vorgang nach Schritt S8 weitergeht. Wenn dies nicht der Fall ist, wird beurteilt, dass ein mittle rer Grad von Strombegrenzung durchzuführen ist, wonach der Vorgang nach Schritt S7 weitergeht.
In Schritt S7 wird der Wert des Strombegrenzungswerts Imax auf einen mittelgradigen Einstellwert B eingestellt. Andererseits wird in Schritt S8 der Wert des Strombegrenzungswerts Imax auf den kleinsten Einstellwert C eingestellt.
Jeder der bestimmten Werte K1 bis K3 kann auf einen anpassbaren Wert unter Berücksichtigung einer zulässigen Temperatur eines jeden Relais und eines Sicherheitsfaktors (Abstandsbreite) dazu eingestellt werden.
In diesem Fall ist es notwendig, so einzustellen, dass die Beziehung K3 > K2 > K1 errichtet wird. Konkret kann die Einstellung so erfolgen, dass K3 90 % der oben erwähnten zulässigen Temperatur, K2 80 % der zulässigen Temperatur und K1 70 % der zulässigen Temperatur ist.
Jeder als Wert des Strombegrenzungswerts Imax ausgewählter Einstellwert A bis C kann so eingestellt werden, dass eine anpassbare Strombegrenzung gemäß jedem bestimmten Wert K1 bis K3 gegeben ist. Beispielsweise ist der Einstellwert A 90 % des Maximums des Sollstromwerts, der Einstellwert B 50 % desselben und der Einstellwert C 10 % desselben.
Als nächstes wird in Schritt S9 beurteilt, ob ein Strombefehl (d. h., gemäß dem Lenkdrehmoment bestimmter Sollstromwert) größer als der Wert des Strombegrenzungswerts Imax ist oder nicht. Wenn der Strom größer als der Wert des Strombegrenzungswerts Imax ist, geht der Vorgang nach Schritt S10 weiter. Wenn dies nicht der Fall ist, wird beurteilt, dass eine Strombegrenzung wegen eines kleineren Werts als der Strombegrenzungswert nicht erforderlich ist, wonach der Vorgang den Vorgang einer Abfolge beendet.
In Schritt S10 wird der Wert des Sollstromwerts durch Erneuerung auf den Wert des Strombegrenzungswert Imax nach unten korrigiert. Das heißt, wenn der Sollstromwert größer als der Wert des Strombegrenzungswerts Imax ist, wird der Sollstromwert auf den Wert des Strombegrenzungswerts Imax geändert und so korrigiert, dass er gleich dem oder kleiner als der Wert des Strombegrenzungswerts ist (d. h., der Stromsollwert wird auf gleich oder kleiner als der Wert des Strombegrenzungswerts Imax begrenzt).
In dem Fall, dass die Beurteilung des Schritts S2, wie oben erwähnt, negativ ist, wird Schritt S3 ausgeführt, so dass der Wert des Strombegrenzungswerts Imax unendlich ist. Deshalb wird in diesem Fall die Strombegrenzung praktisch nicht ausgeführt. In diesem Fall nimmt der Sollstromwert nicht frei zu. Da ein bestimmter Begrenzungswert (Maximalwert) natürlich existiert, ist es unmöglich, dass der Sollstromwert ein Wert wird, der größer als der Maximalwert ist. Die Stromkorrektursteuerung (Strombegrenzungssteuerung) der in 3 gezeigten Ausführungsform ist daher dazu da, den Maximalwert des Sollstromwerts gemäß der Temperatur des Relais nach unten zu korrigieren.
Gemäß dem oben beschriebenen Vorgang der 3 wird, wenn die Temperatur des Relais in die Nähe der zulässigen Temperatur ansteigt und höher als ein bestimmter Wert K1 ist, der Solltemperaturwert stärker begrenzt, als es der Normalzustand ist, und nach Bedarf nach unten korrigiert, wobei auch das PWM-Ansteuersignal gemäß dieser Begrenzung korrigiert wird. Dadurch wird auch der Stromwert eines jedes Relais (in diesem Fall, der Stromwert der stromdurchflossenen Leitungen L1 und L3) in ähnlicher Weise begrenzt. Deswegen ist bestimmt und sicher vermieden, dass die einzelnen Relais durch die Überhitzung sich verschlechtern oder beschädigt werden, wenngleich das Lenkunterstützungsdrehmoment nach Maßgabe der Begrenzung abgesenkt und der Lenkvorgang nach Maßgabe des Drehmoments damit schwer wird.
Da ferner der Strom, der die Quelle der Wärme darstellt, begrenzt wird, ist jedes Relais sicher gegen Überhitzung geschützt, ohne die Kapazität (Größe) der Abstrahlungsplatte 43, bzw. jedes Relais zu vergrößern, und der Vorgang hat überlegene Auswirkungen, die die hohe Zuverlässigkeit praktisch bewahren, ohne die Vorrichtung zu vergrößern.
Die Begrenzung des Stromwerts erfolgt Schritt für Schritt entsprechend der Temperatur eines jeden Relais mit mehreren oben erwähnten Werten K1 bis K3 und Strombegrenzungswerten A bis C. Deshalb ist beispielsweise, wenn ein Grad einer Hochtemperaturbedingung eines jeden Relais verhältnismäßig niedriges Niveau hat und nicht so dringend ist, eine flexible Steuerung, die sicherstellt, dass das Lenkunterstützungsdrehmoment so groß wie möglich ist, durch Absenken eines Grades zur Begrenzung des Stromes möglich.
Ein Steuervorgang ähnlich der Stromkorrektursteuerung für den Überhitzungsschutz des oben erwähnten Relais kann ferner auch zu FETSW1 bis FETSW4 ausgeführt werden. Dann erzielt man den Effekt, bestimmt und sicher selbst ein Überhitzen von FETSW1 bis FETSW4 zu vermeiden. In diesem Fall ist die Temperaturabschätzung des FETSW1 bis FETSW4 unter Verwendung des gleichen Temperatursensors 18c wie das Relais möglich.
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform (zweite Ausführungsform) des Steuerungsinhalts der Steuerschaltung 13 nachstehend beschrieben. Da die zweite Ausführungsform ein Charakteristikum bei einem Vorgangsteil zur Stromkorrektursteuerung hat und ein weiterer Vorgangsinhalt ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist, wird von einer wiederholten Beschreibung des Inhalts, der ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist, abgesehen, wobei die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
Die Steuerschaltung 13 der Ausführungsform führt einen im Flussdiagramm 4A gezeigten Vorgang als Vorgang der oben erwähnten Subroutine zur Stromkorrektursteuerung aus. Charakteristisch ist hier ein Schritt S11, der anstelle der oben genannten Schritte S2 bis S8 vorgesehen ist. Im Schritt S11 wird der Strombegrenzungswert Imax bestimmt, indem der Temperaturabschätzwert Tr des Relais kontinuierlich beruhend auf einer Datentabelle (oder Funktion) zur Bestimmung eines Maximalstroms, die als 4B vorab eingerichtet worden ist, abgeschätzt wird.
Bei einem solchen Vorgangsinhalt wird das folgende Charakteristikum gewonnen, als Zusatzeffekt zu der oben erwähnten ersten Ausführungsform. Das heißt, es ist eine Feinbegrenzung des Stroms gemäß dem Grad des Hochtemperaturzustands des Relais möglich, und es wird fein möglich, ein überhitzendes Relais bei einer notwendigen minimalen Stromkorrektur und einer Erzeugung des Lenkunterstützungsdrehmoment soweit wie möglich, sicher zu vermeiden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen, und es ist klar, dass es verschieden Arten von Ausführungsformen gibt.
Beispielsweise ist die Stromkorrektursteuerung der Erfindung nicht auf den Steuervorgang zur Begrenzung des Stroms (zur Korrektur des Maximalwerts des Stroms nach unten), wie oben erwähnt, beschränkt. Die Stromkorrektursteuerung kann eine solche Steuerung sein, dass der Sollstromwert vermindert wird, indem ein bestimmtes Verhältnis gemäß dem Hochtemperaturwert des Relais beispielsweise weg vom Sollstromwert, der gemäß dem Lenkdrehmoment bestimmt ist, genommen wird, wenn die Temperatur (festgestellter Wert oder Schätzwert) des Relais höher als ein bestimmter Wert ist.
Als oben erwähnte Ausführungsform kann, wenn Relais an mehreren Orten vorhanden sind und Überhitzung eines der Relais allein durch natürliche Abstrahlung verhindert ist, die Stromkorrektursteuerung gemäß der Erfindung allein zu dem anderen Relais durchgeführt werden.
Wenn Relais an mehreren Plätzen vorhanden sind, können betreffende Stromkorrektursteuerungen zu allen Relais ausgeführt werden.
Der Temperatursensor 18c der oben erwähnten Ausführungsform wird zwar auch für die Temperaturüberwachung von FETs verwendet, der Temperatursensor kann aber auch allein für das Relais vorgesehen sein. Wenn mehrere Relais vorhanden sind, können Temperatursensoren an allen Relais vorgesehen sein.
Der Grundgedanke der Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben erwähnte elektrische Servolenkungsvorrichtung, eine Vorrichtung, die ein Relais aufweist (elektromagnetisches Relais oder Schaltelement, wie etwa einen FET) zum Schalten einer stromdurchflossenen Leitung und mit dem Problem einer Überhitzung des Relais (insbesondere Vorrichtung, die Miniaturisierung erfordert) ist anwendbar und hat ähnliche Effekte wie oben.
Die stromdurchflossene Steuervorrichtung gemäß der Erfindung kann die Temperatur des Relais beruhend auf der Feststellungstemperatur des Temperatursensors beurteilen und das Relais überwachen. Eine Stromkorrektursteuerung zum Korrigieren des Stroms durch das Relais nach unten, wie erforderlich, beruhend auf dem Ergebnis der Überwachung wird durchgeführt, um die Temperatur niedriger als die zulässige Temperatur zu halten.
Deshalb kann sie bestimmt und sicher vermeiden, dass das Relais durch die Überhitzung verschlechtert oder beschädigt wird. Da ferner der Strom, der die Quelle der Wärme darstellt, begrenzt wird, ist das Relais sicher gegenüber einer Überhitzung geschützt, ohne dass ein großer Abstrahlkörper vorgesehen oder die Kapazität (Größe) des Relais vergrößert wird, und die Vorrichtung kann hohe Zuverlässigkeit unter Vermeidung einer Vergrößerung der Vorrichtung gewährleisten.
Auch eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die eine solche stromdurchflossene Steuerungsvorrichtung ver wendet, kann auf ähnliche Weise hohe Zuverlässigkeit unter Vermeidung einer Vergrößerung der Vorrichtung (in diesem Fall Vergrößerung der Steuereinheit) sicherstellen. Dadurch lässt sich eine hochzuverlässige elektrische Servolenkungsvorrichtung, die sicher gegenüber einer Überhitzung des Relais geschützt ist, auch für ein vergleichsweise großes Fahrzeug, wie etwa einen normalen Personenwagen, bei welchem ein großer Strom für das Betätigen des Hilfsmotors fließen muss, realisieren. Ferner hat die Vorrichtung einen besonders überlegenen Effekt, der den Bedürfnissen des Markts dahingehend entspricht, dass die Einheit mit einer geeigneten Größe zur Anbringung der Steuereinheit der Vorrichtung am Fahrzeug aufgebaut sein kann.

Claims

Stromdurchflossene Steuervorrichtung, welche aufweist: ein Relais (18a), welches an einer stromdurchflossenen Leitung (21) einer Last vorgesehen ist und durch einen Schaltvorgang des Relais (18a) die stromdurchflossene Leitung (21) in einen leitfähigen Zustand oder einen abgeschalteten Zustand steuert, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: einen Temperatursensor (18c), der eine Temperatur an einem bestimmten Abschnitt, wo eine Temperatur des Relais (18a) festgestellt oder berechnet werden kann, feststellt, und eine Stromsteuereinheit (13), welche eine Stromkorrektursteuerung zur Korrektur eines durch das Relais (18a) fließenden Stroms nach unten beruhend auf einer mit dem Temperatursensor (18c) festgestellten Nachweistemperatur ausführt.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung, welche aufweist: einen mit einem Lenksystem eines Fahrzeugs verbundenen Hilfsmotor (11), welcher ein lenkunterstützendes Drehmoment erzeugt, eine Brückenschaltung (12a) mit einer Anzahl von Schaltelementen und zur Ansteuerung des Hilfsmotors (11), ein an einer stromdurchflossenen Leitung (L3) des Hilfsmotors (11) vorgesehenes Relais (18b), dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: einen Temperatursensor (18c), der eine Temperatur an einem bestimmten Abschnitt, wo eine Temperatur des Relais (18a) festgestellt oder berechnet werden kann, feststellt, und eine Stromsteuereinheit (13), welche eine Stromkorrektursteuerung zur Korrektur eines durch das Relais (18a) fließenden Stroms nach unten beruhend auf einer mit dem Temperatursensor (18c) festgestellten Nachweistemperatur ausführt.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Temperatursensor eine Temperatur eines speziellen Teils des Relais als die Temperatur des bestimmten Abschnitts misst.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Temperatursensor eine Temperatur einer Platine, auf der das Relais montiert ist, als die Temperatur des bestimmten Abschnitts misst.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Platine eine Platine aus Metall ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Stromsteuereinheit die Stromkorrektursteuerung durchführt, wenn die mit dem Temperatursensor festgestellte Nachweistemperatur über einen bestimmten Wert ansteigt.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Stromsteuereinheit den durch das Relais fließenden Strom stufenweise oder kontinuierlich gemäß einem Anstieg der Nachweistemperatur nach unten korrigiert, um die Temperatur des Relais kleiner als eine zulässige Temperatur zu halten.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Stromsteuereinheit die Stromkorrektursteuerung durchführt, wenn ein geschätzter Temperaturwert über einen bestimmten Wert ansteigt, wobei der geschätzte Temperaturwert eine Summe aus einem durch Joulesche Wärme am Relais verursachten Temperaturanstieg, berechnet anhand des durch das Relais fließenden Stroms, und der mit dem Temperatursensor festgestellten Nachweistemperatur ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Stromsteuereinheit das Relais in einen geöffneten Zustand bringt, um die stromdurchflossene Leitung in einen unterbrochenen Zustand zu bringen, wenn ein anomaler Zustand auftritt.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei in einem gewöhnlichen Betriebszustand die Stromsteuereinheit durch Betätigen der Schaltelemente gemäß einem Lenkdrehmoment des Lenksystems einen Strom des Hilfsmotors auf einen Sollstromwert zur Erzeugung des lenkunterstützenden Drehmomentes gemäß dem Lenkdrehmoment steuert, während das Relais in einen geschlossenen Zustand gebracht wird, um die stromdurchflossene Leitung auf einen leitfähigen Zustand zu halten.