DE10139732A1

DE10139732A1 - Steuereinheit für elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE10139732A1
Application number: DE10139732A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Kawada; Yusuke Itakura; Toru Sakaguchi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2002-04-04
Also published as: US20020022914A1; JP2002059854A; JP3968972B2; US6381528B1

Abstract

Eine Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung steuert einen Motor, um auf einen Lenkmechanismus eine Hilfslenkkraft zu geben, basierend auf einem Stromsollwert, der aus einem Lenkhilfe-Sollwert berechnet wurde, der seinerseits basierend auf dem in der Lenkwelle erzeugten Lenkmoment berechnet wurde, und basierend auf einem Stromistwert des Motors. Die Steuereinheit besitzt eine erste und eine zweite Steuerung zum Steuern des Motors. Basierend auf einem Stromsollwert, der von der zweiten Steuerung berechnet wird, überwacht die zweite Steuerung die erste Steuerung, die das Treiben des Motors, basierend auf dem von der ersten Steuerung berechneten Lenkhilfe-Sollwert steuert. Befindet sich die erste Steuerung in einem Zustand, in welchem sie den Lenkhilfe-Sollwert nicht steuert, so wird die Funktion der zweiten Steuerung beim Überwachen der ersten Steuerung beschränkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung, die ei nen Motor steuert, der eine Hilfslenkkraft auf eine Lenkanlage eines Kraftfahr zeugs oder eines Fahrzeugs allgemein gibt. Die Erfindung betrifft insbesondere ei ne Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung, die mit zwei Steuerungen, nämlich einer Haupt- und einer Nebensteuerung (in Form einer CPU (zentralen Verarbeitungseinheit) oder MCU (Microsteuereinheit)) ausgestattet ist, um einen eine große Trägheit aufweisenden Motor unter Verwendung einer digitalen Ser voregelung zu steuern, wobei die eine Steuerung zum Steuern des Motors und die andere zum Überwachen eines abnormalen Betriebszustands eines Antriebssy stems dient. Ziel dabei ist eine verbesserte Steuerbarkeit in Verbindung mit ge steigerter Sicherheit.

Eine elektrische Servolenkung, die eine Hilfskraft auf eine Lenkanlage eines Kraft fahrzeugs mit Hilfe des Drehmoments eines Motors gibt, bringt die Antriebskraft des Motors in einer Lenkwelle oder einer Zahnstange mit einem Übertragungsme chanismus, beispielsweise in Form von Zahnrädern oder Riemen, über einen Un tersetzungsmechanismus zur Wirkung. Eine solche herkömmliche elektrische Ser volenkung beruht auf einer Regelung des Motorstroms zum exakten Erzeugen ei nes Hilfsmoments (eines Lenkhilfemoments). Die Regelung dient zum Einstellen einer Motorklemmenspannung in dem Sinn, daß eine Differenz zwischen einem Stromsollwert und einem Stromistwert des Motors minimiert wird. Die Motorklem menspannung wird allgemein basierend auf dem Tastverhältnis einer PWM- Steuerung (Pulsbreitenmodulations-Steuerung) eingestellt.

Der allgemeine Aufbau einer elektrischen Servolenkung soll anhand der Fig. 1 nä her erläutert werden. Eine Welle 2 eines Lenkrads 1 ist mit einer Spurstange 6 der Laufräder über Reduktionsgetriebe 3, Universalgelenke 4a und 4b und einen Rit zel-Zahnstangen-Mechanismus 5 gekoppelt. Die Welle 2 ist mit einem Drehmo mentfühler 10 zum Erfassen eines Lenkmoments des Lenkrads 1 ausgestattet. Ein Motor 20 zum Unterstützen der Lenkkraft des Lenkrads 1 ist mit der Welle 2 über eine Kupplung 21 und die Reduktionsgetriebeeinheit 3 verbunden. Eine Steuerein heit 30 zum Steuern der Servolenkvorrichtung wird von einer Batterie 14 über ein Zündschloß 11 und ein Relais 13 gespeist. Die Steuereinheit 30 berechnet einen Lenkhilfe-Sollwert I eines Hilfsbefehls basierend auf einem Lenkmoment, wie es von dem Drehmomentfühler 11 erfaßt wird, und einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 12 erfaßt wird. Dann steuert die Steuereinheit 30 einen in den Motor 20 einzuspeisenden Strom auf der Grundlage des berechneten Lenkhilfe-Sollwerts I. Die Kupplung 21 wird von der Steuerein heit 30 einer EIN/AUS-Steuerung unterzogen und bleibt im normalen Betriebszu stand eingeschaltet (eingekuppelt). Hat die Steuereinheit 30 entschieden, daß in der Servolenkanlage eine Störung vorliegt, oder wurde die Versorgungsspannung (Vb) der Batterie 14 über das Zündschloß 14 und das Relais 13 ausgeschaltet, so wird die Kupplung 21 ausgeschaltet (ausgekuppelt).

Die Steuereinheit 30 besteht hauptsächlich aus einer CPU (Control Processing Unit; zentrale Verarbeitungseinheit). Fig. 2 zeigt allgemeine Funktionen, die basie rend auf einem Programm innerhalb der CPU auszuführen sind. Funktionen und Arbeitsweise der Steuereinheit 30 werden im folgenden erläutert.

Ein von dem Drehmomentfühler 10 erfaßtes Lenkmoment T wird nach der Eingabe in die Steuereinheit von einem Phasenkompensator 31 einer Phasenkompensation unterzogen, um die Stabilität des Lenksystems zu erhöhen. Das in der Phase kompensierte Lenkmoment TA wird auf einen Lenkhilfe-Sollwert-Rechner 32 ge geben. Eine von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 12 erfaßte Fahrzeugge schwindigkeit V wird ebenfalls in den Lenkhilfe-Sollwert-Rechner 32 eingeben. Der Lenkhilfe-Sollwert-Rechner 32 berechnet einen Lenkhilfe-Sollwert I als Re gelungs-Zielwert für einen in den Motor 20 einzuspeisenden Strom basierend auf dem eingegebenen Lenkmoment TA und der eingegebenen Fahrzeuggeschwin digkeit V. Der Lenkhilfe-Sollwert I wird auf einen Subtrahierer 30A gegeben, au ßerdem auf einen Differential-Kompensator 34 eines Vorwärtsregelsystems, um die Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen.

Eine von dem Subtrahierer 30A berechnete Differenz (I - i) wird auf einen Propor tionalrechner 35 gegeben. Ein von dem Proportionalrechner 35 ausgegebener Proportionalwert wird in einen Addierer 30B eingegeben, außerdem in einen Inte grationsrechner 36, um die Kennlinie des Regelsystems zu verbessern.

Ausgangssignale von dem Differentialkompensator 34 und dem Integrationsrech ner 36 werden ebenfalls in den Addierer 30B eingegeben und von diesem addiert. Das Additionsergebnis vom Addierer 30B wird als Stromsollwert E erhalten, und dieser Stromsollwert E wird als Motortreibersignal in eine Motortreiberschaltung 37 eingegeben. Ein Motorstromwert i (Stromistwert) des Motors wird von einem Mo torstromdetektor oder -fühler 38 erfaßt, und dieser Motorstromwert i wird zurück geführt und in den Subtrahierer 30a eingegeben. Wie oben ausgeführt, ist es üb lich, daß die CPU den Stromsollwert basierend auf dem Drehmomentsignal (dem Lenkmoment C) und dem Stromistwert i berechnet. Die CPU steuert das Treiben des Motors basierend auf dem Stromsollwert. In diesem Fall wird ein Signal in Richtung des Lenkmoments erzeugt für die festgestellte Richtung des Motortrei berstroms, basierend auf dem Drehmomentsignal. Dies geschieht mit einer Hard warelogik oder mit einer weiteren CPU. Nur wenn das Signal in der Richtung des Lenkmoments übereinstimmt mit der Motorantriebsrichtung, wird der Motor tat sächlich angesteuert. Wird eine Abnormalität des Motortreibersystems festgestellt, so gibt es eine konstante Zeit zum Nachweisen bis hin zu einem Beheben einer Abnormalität. Dies war im Stand der Technik nicht immer genau einzuhalten.

Üblicherweise ist eine CPU mit einem externen WDT (Watch Dog Timer) ausge stattet, der hier als ÜT (Überwachungstimer) bezeichnet werden soll. Die CPU gibt an den ÜT immer wieder einen Löschimpuls, um ein Wegdriften der CPU zu ver hindern. Wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne kein Löschimpuls einge geben wird, so wird von dem ÜT ein Rücksetzsignal an die CPU gegeben, um da durch die CPU neu zu starten. Wenn außerdem das System zwei CPUs verwen det, so geben die zwei CPUs sich gegenseitig vorbestimmte Ausgangssignale vor bestimmter Periodendauer, und sie überwachen gegenseitig die Periodendauer der Impulse, um so zu erreichen, daß die eine CPU ein Wegdriften der anderen CPU überwacht.

Bei dem oben geschilderten herkömmlichen elektrischen Servolenksystem erhöht sich die Trägheit des Motors mit einer Steigerung der Ausgangsleistung des Mo tors. Um die Lenk-Kennlinie sicher einstellen zu können, war es daher notwendig, die Trägheit des Motors zu kompensieren. Wegen der Steuerung zum Kompen sieren der Trägheit kommt es vor, daß die Richtung des Drehmomentsignals nicht übereinstimmt mit der tatsächlichen Antriebsrichtung des Motors, im Gegensatz zu der üblichen Praxis. Im Ergebnis gibt ungeachtet der Tatsache, daß die Trägheits kompensationssteuerung normal arbeitet, die andere Steuerung ein Drehmoment- Richtungssignal basierend auf dem Drehmomentsignal aus, und es kommt zu dem unerwünschten Zustand, daß der Motorantrieb vorübergehend angehalten wird. In anderen Worten: Die Richtungs-Sperre basierend auf der Richtung des Lenkmo ments, ist bei dem aktuellen System nicht in der üblicherweise praktizierten Form anwendbar.

Wenn außerdem bei dem herkömmlichen System eine Abnormalität des Motor treibersystems erkannt wurde, so war die Zeit vom Erfassen einer Abnormalität bis zum Beheben dieser Abnormalität als konstante Zeit vorgegeben. Im Fall des Nachweises einer Abnormalität aufgrund einer Differenz zwischen Sollstromwert und Iststromwert des Motors wurde davon ausgegangen, daß im Fall einer starken Differenz ein deutlicher Fall von Abnormalität vorliegt. In diesem Fall muß man das System rasch anhalten. Wird eine kleine Abweichung festgestellt; so wird davon ausgegangen, daß es sich um eine fehlerhafte Erfassung des betreffenden Werts handelt, bedingt durch Rauschen oder ähnliche Einflüsse. In diesem Fall benötigt man Zeit, um die Abnormalität zu beheben.

Außerdem war es übliche Praxis, das Wegdriften der CPU mit Hilfe eines externen ÜT zu überwachen, wobei die CPU dann wegdriftet, wenn ein Programm nicht normal arbeitet und die CPU basierend auf ein von dem ÜT kommendes Rück setzsignal neu gestartet wird. Wenn allerdings eine Störung derart vorliegt, daß das Programm erneut an der selben Stelle wieder zu einem Wegdriften oder Hän genbleiben führt, so wechseln der Ausgabestatus und der Anhaltestatus des Mo tors laufend ab. Dies führt zu einer gefährlichen Situation für den Fahrer.

Besitzt das System zwei Steuerungen, von denen die eine Steuerung (die erste Steuerung) eine Steuerung ausführt und die andere Steuerung (die zweite Steue rung) den Steuervorgang überwacht, so müssen sich die beiden Steuerungen ge genseitig bezüglich eines Wegdriftens der CPUs überwachen, um zu bestätigen, daß die überwachende Steuerung normal arbeitet (vgl. z. B. die japanische Patent- Offenlegungsschrift 5-213208A). Besitzt das System zwei CPUs, und senden/empfangen die beiden CPUs gegenseitig Impulssignale zum Überwachen des Wegdriftens der jeweils anderen CPU, so kann es zu folgenden Problemen kommen: Das Programm selbst arbeitet möglicherweise nicht normal und setzt die Abgabe lediglich eines Überwachungsimpulses fort, mit dem Ergebnis, daß es nicht möglich ist, ein Wegdriften festzustellen. Ein Impulssignal, welches basierend auf einer elektromagnetischen Welle oder Rauschen normal erzeugt wurde, wird möglicherweise falsch gemessen und falsch erfaßt.

Wenn die erste Steuerung angehalten wird, oder wenn der Stromsollwert basie rend auf der Wirkung einer Schutzfunktion beschränkt wird, so beurteilt dies die zweite Steuerung möglicherweise so, als ob der Steuervorgang der ersten Steue rung abnormal wäre. Selbst wenn die erste Steuerung eine Anfangsdiagnose nicht ausführt oder unterstützt, fließt möglicherweise ein Motorstrom abhängig vom Wegdriften der CPU. Abhängig von der Stärke des Motorstroms kann es zu einem Selbstlenkvorgang kommen, bei dem das Lenken automatisch ohne jegliche Steuerung erfolgt. Weiterhin fließt möglicherweise ein Strom in der Motortreiber schaltung in Abhängigkeit eines Störvorgangs der Treiberschaltung.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde im Licht der oben geschilderten Situation ge macht, und es ist Ziel der Erfindung, eine Steuereinheit für eine elektrische Servo lenkung zu schaffen, die mit zwei Steuerungen, nämlich einer Hauptsteuerung und einer Nebensteuerung (CPU oder MCU) ausgestattet ist, um einen eine große Trägheit aufweisenden Motor zu steuern, wobei die eine Steuerung die Servolen kung steuert und die andere Steuerung den Steuervorgang überwacht, um da durch eine bessere Steuerbarkeit und erhöhte Sicherheit zu erreichen.

Zur Lösung dieses Ziels schafft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt eine Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung, die einen Motor steuert, der eine Hilfslenkkraft auf eine Lenkanlage gibt, basierend auf einem Stromsollwert, der berechnet wird aus einem Lenkhilfe-Sollwert, seinerseits berechnet auf der Grundlage des in der Lenkwelle erzeugten Lenkmoments, und einem Stromistwert des Motors. Insbesondere besitzt die Steuereinheit eine erste Steuerung und eine zweite Steuerung, um den Motor zu steuern. Basierend auf einem von der zweiten Steuerung berechneten Stromsollwert überwacht die zweite Steuerung die erste Steuerung, die ihrerseits das Treiben des Motors basierend auf dem Lenkhilfe- Sollwert steuert, der von der ersten Steuerung berechnet wurde. Wenn die erste Steuerung sich in einem Zustand befindet, in welchem sie den Lenkhilfe-Sollwert nicht steuert, so wird die Überwachungsfunktion der zweiten Steuerung für die er ste Steuerung beschränkt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung geschaffen, die einen Motor steuert, der eine Hilfslenkkraft auf die Lenkanlage gibt, basierend auf einem Stromsollwert, der be rechnet wird aus einem Lenkhilfe-Sollwert, seinerseits berechnet auf der Grundla ge des in der Lenkwelle erzeugten Lenkmoments, und einem Stromistwert des Motors. Speziell besitzt die Steuereinheit eine erste und eine zweite Steuerung zum Steuern des Motors. Basierend auf einem von der zweiten Steuerung be rechneten Stromsollwert überwacht die zweite Steuerung die erste Steuerung, welche das Treiben des Motors steuert, basierend auf dem Lenkhilfe-Sollwert, der von der ersten Steuerung berechnet wurde. Befindet sich die erste Steuerung in einem Zustand des Beschränkens des Stromsollwerts basierend auf einer Eigen schutzfunktion, so wird die Überwachungsfunktion der zweiten Steuerung für die erste Steuerung beschränkt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnun gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches schematisch eine elektrische Servolenkung zeigt;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel einer Steuereinheit für eine elek trische Servolenkung zeigt;

Fig. 3 ein Blockdiagramm des Aufbaus einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer funktionellen Struktur eines Soll strom-Rechenteils in einer Steuerung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Beispiels für den Betrieb (bei einer Stromabnor malität) gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Beispiels für den Betrieb (bei einer Abnormalität der Motordrehung) gemäß der Erfindung;

Fig. 7 ein Flußdiagramm eines Beispiels für den Betrieb des gegenseitigen Überwachens von Steuerungen gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Aufbaus einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Aufbaus einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Erfindungsgemäß sind zwei Steuerungen, die CPUs oder MCUs enthalten, als Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung vorgesehen. In jede Steuerung wird zumindest ein Drehmomentsignal, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal (oder Fahrgeschwindigkeitssignal), ein Motordrehzahlsignal, ein Motorstrom-Istwert und eine Motorklemmenspannung eingegeben. Ein Motor wird basierend auf einem von der ersten Steuerung berechneten Motorstrom-Sollwert (Stromsollwert) ge steuert. Es wird entschieden, ob der Motorstrom-Sollwert, welcher von der ersten Steuerung berechnet wurde, normal ist oder nicht, und zwar anhand einer Diffe renz zwischen einem von der zweiten Steuerung berechneten Motorstrom-Soll wert und einem Motorstrom-Istwert. Für den Fall, daß die erste Steuerung nicht einen Lenkhilfe-Sollwert berechnet, oder in dem Zustand, daß die erste Steuerung basierend auf einer Eigenschutzfunktion einen Stromsollwert beschränkt, wird die Überwachung der ersten Steuerung durch die zweite Steuerung nicht angehalten, und die Überwachungsfunktion der zweiten Steuerung wird begrenzt und über wacht. Die Überwachungsfunktion der zweiten Steuerung wird deshalb be schränkt, damit hierdurch die zweite Steuerung davor bewahrt wird, eine fehler hafte Erfassung vorzunehmen, wenn die erste Steuerung angehalten wird. Außer dem ist jede Steuerung mit einem ÜT zur Eigenüberwachung ausgestattet, außer dem mit einer ÜT zum Überwachen der anderen Steuerung. Jede Steuerung er faßt oder detektiert ein Wegdriften der anderen Steuerung durch Senden/Empfan gen von Kommunikationsbefehlen zu/von der anderen Steuerung.

Anhand der Zeichnungen werden im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfin dung näher erläutert.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung. Ein von ei nem Drehmomentfühler 201 kommendes Drehmomentsignal Tr, ein Fahrge schwindigkeitssignal Vs und eine Motordrehzahl Er von einem Fahrgeschwindig keitsfühler 202 werden in eine Haupt-MCU 101 und in eine Neben-MCU 102 je weils eingegeben. Ein Motortreibersignal Ir, das von der Haupt-MCU 101 berech net wird, wird in eine Motortreiberschaltung 110 eingegeben. Die Motortreiber schaltung 110 treibt einen Motor 200 basierend auf dem Motortreibersignal Ir. Die Neben-MCU 102 entscheidet bezüglich einer Motorantriebsrichtung eines Strom sollwerts, der von der MCU 102 selbst berechnet wird und gibt ein Motorantriebs richtungssignal Ds, welches die Haupt-MCU 101 ausgegeben hat, an die Motor treiberschaltung 110. Die Neben-MCU 102 vergleicht beide Richtungen und ent scheidet, ob die Haupt-MCU 101 das Motorantriebs-Richtungssignal Ds korrekt berechnet hat oder nicht.

Die Haupt-MCU 101 besitzt einen Überwachungs-Timer, ÜT, 101S zum Überwa chen der Neben-MCU, außerdem einen ÜT 101M zum Überwachen ihrer selbst. Die Neben-MCU 102 besitzt ebenfalls einen ÜT 102M zum Überwachen der Haupt-MCU, und einen ÜT 102S zum Überwachen von sich selbst. Ein Relais 111 zum EIN/AUS-Schalten des Anschlusses an eine Batterie 203 wird von einem Relais-EIN/AUS-Signal RS1 gesteuert, das von der Haupt-MCU 101 ausgegeben wird, ferner von einem Relais-EIN/AUS-Signal RS2, das von der Neben-MCU 102 ausgegeben wird. Ein Strom des Motors 200 wird von einer Motorstrom-De tektorschaltung (Motorstromfühler) 112 erfaßt. Ein Stromdetektorwert (Stro mistwert) Id und eine Motorklemmenspannung Vm werden sowohl in die Haupt- MCU 101 als auch in die Neben-MCU 102 eingegeben. Ein Motortreibersperrsi gnal Mp, das von der Neben-MCU 102 ausgegeben wird, wird in die Motortreiber schaltung 110 eingegeben.

Sowohl die Haupt-MCU 101 als auch die Neben-MCU 102 erzeugen das Motor treibersignal (den Stromsollwert) Ir basierend auf dem Drehmomentsignal Tr, der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, dem Motordrehzahlsignal Er, dem Stromistwert Id und der Motorklemmenspannung Vm. Lediglich das Motortreibersignal (der Soll stromwert) Ir von der Haupt-MCU 101 wird in die Motortreiberschaltung 110 ein gegeben. Der Stromsollwert Ir, der von der Neben-MCU 102 berechnet wird, wird zur Überwachung eingesetzt.

Die Haupt-MCU 101 und die Neben-MCU 102 besitzen funktionelle Strukturen, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind. Die Haupt-MCU 101 und die Neben-MCU 102 be rechnen beide den Sollstromwert Ir basierend auf dem Drehmomentsignal Tr, der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, dem Motordrehzahlsignal Er, dem Motor-Iststrom wert Id und der Motorklemmenspannung Vm. Sowohl die Haupt-MCU 101 als auch die Neben-MCU 102 enthält einen Motor-Winkelgeschwindigkeits-Ab schätzteil 120, einen Motorträgheits-Kompensationsteil 121, einen Strenge-Steu erteil 122, einen Steuerhilfe-Sollwert-Berechnungsteil 123, einen Mittenansprech- Verbesserungsteil 124, einen robusten Stabilisations-Kompensationsteil 125 und Addierer 130 und 131. Der Motor-Winkelgeschwindigkeits-Abschätzteil 120 be rechnet eine Gegen-EMK des Motors 200 basierend auf dem Motor-Iststromwert Id und der Motorklemmenspannung Vm, und er schätzt eine Motor-Winkelge schwindigkeit ω aus der Gegen-EMK ab. Die abgeschätzte Motor-Winkelge schwindigkeit ω wird in den Motorträgheits-Kompensationsteil 121 und in den Strenge-Steuerteil 122 eingegeben. Das Ausgangssignal des Motorträgheits- Kompensationteils 121 wird auf den Addierer 131 gegeben. Ein Ausgangssignal des Strenge-Steuerteil 122 wird auf den Addierer 130 gegeben. Der Lenkhilfe- Sollwert-Berechnungsteil 123 berechnet einen Wert, der zur Grundlage des Motor- Stromsollwerts Ir basierend auf dem Drehmomentsignal Tr wird. Der Mittenan sprech-Verbesserungsteil 124 berechnet ebenfalls einen Wert, der Grundlage wird für den Motor-Stromsollwert Ir, basierend auf dem Drehmomentsignal Tr. Beide addierte Werte werden auf den Addierer 130 gegeben.

Ein von dem Addierer 130 erhaltener Wert wird in den robusten Stabilisations- Kompensationsteil 125 eingegeben. Ein Ausgang des Kompensationsteils 125 geht an den Addierer 131 als Eingangsgröße. Ein von dem Addierer 131 erhalte ner Summenwert wird zu dem Motor-Stromsollwert Ir. der Strenge-Steuerteil 122 und der Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungsteil 123 verwenden das Fahrzeugge schwindigkeitssignal Vs als einen Parameter. Der Strenge-Steuerteil 122 übt eine Bremswirkung auf die Schwingung des Lenkrads aus, um die Strenge oder Stärke des Gierens des Fahrzeugs zu verbessern. Der Motorträgheits-Kompensationsteil 121 dient zur Kompensation der Trägheit und Reibung des Motors 200. Der Mit tenansprech-Verbesserungsteil 124 steigert die Ansprechempfindlichkeit der Steuerung in der Nähe des neutralen Punkts der Lenkung und realisiert eine wei che und glatte Lenkung. Der robuste Stabilisations-Kompensationsteil 125 ist ein Kompensationsteil, wie er in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 8- 290778A dargestellt ist. Dieser Kompensationsteil hat eine Charakteristik gemäß dem Ausdruck G(s) = (s² + a1.s + a2)/(s² + b1.s + b2), wobei "s" ein Laplace- Operator ist. Der Kompensationsteil beseitigt einen Spitzenwert einer Resonanz frequenz eines Resonanzsystems, welches ein Trägheitselement und ein Federe lement enthält und in einem nachgewiesenen Drehmoment enthalten ist. Basie rend darauf kompensiert der Kompensationsteil eine Phasenabweichung der Re sonanzfrequenz, die der Stabilität und dem feinen Ansprechen des Steuersystems entgegensteht. In dem charakteristischen Ausdruck G (s) sind a1, a2, b1 und b2 Parameter, die basierend auf der Resonanzfrequenz des Resonanzsystems be stimmt werden.

Der Motor-Winkelgeschwindigkeits-Abschätzteil 120 kann die Abschätzung der Winkelgeschwindigkeit nach einem Verfahren vornehmen, wie es in der japani schen Patent-Offenlegungsschrift 10-109655A offenbart ist. Alternativ kann der Motor-Winkelgeschwindigkeits-Abschätzteil 120 die Abschätzung der Winkelge schwindigkeit nach einem Verfahren vornehmen, wie es in der japanischen Pa tentOffenlegungsschrift 10-338152A der Anmelderin beschrieben ist. In anderen Worten: Es werden Impedanzmodelle des Motorantriebssystems definiert, die ei nen Unterschied machen zwischen einem intermittierenden Modus und einem kontinuierlichen Modus. Mit dieser Ausgestaltung wird die Motor-Winkelgeschwin digkeit im Hinblick auf den Einfluß abgeschätzt, den das Treibersystem auf die Treibersystem-Impedanz ausübt. Die Motor-Winkelgeschwindigkeit wird basie rend auf folgenden Ausdrücken (1) und (2) abgeschätzt, wobei I₀ einen Stromwert repräsentiert für den Fall, daß der intermittierende Modus auf kontinuierlichen Mo dus umgeschaltet wird, und K_┬.ω einen Schätzwert für eine Gegen-EMK dar stellt.

Für I < Io,

K_┬.ω = Vm - R1.i (1)

Für I ≧ Io,

K_┬.ω = Vm - (R2.i + b) (2)

wobei R1 eine Impedanz des intermittierenden Modus bei einer Referenz temperatur, R2 eine Impedanz des kontinuierlichen Modus bei einer Refe renztemperatur und b eine Konstante ist.

Für den obigen Aufbau wird der Vorgang des Erfassens einer Stromberechnung unter Bezugnahme auf das in Fig. 5 gezeigte Flußdiagramm erläutert.

Die Neben-MCU 102 liest einen Stromsollwert Irs, der von der Neben-MCU 102 berechnet wurde (Schritt S1). Anschließend liest die Neben-MCU 102 einen Stromdetektorwert Id (Schritt S2) und entscheidet, ob ein Absolutwert |Ir - Id| ei ner Differenz zwischen diesen Werten größer als ein vorbestimmter Wert lerr ist oder nicht (Schritt S3). Ist der Absolutwert der Differenz gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert lerr, löscht die Neben-MCU 102 den Zähler (Schritt S7) und kehrt zu dem Schritt S1 zurück. Ist der Absolutwert der Differenz größer als der vorbestimmte Wert lerr, so beurteilt die Neben-MCU 102, ob eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist (Schritt S4). Ist die vorbestimmte Zeit noch nicht vorbei, zählt die Neben-MCU 102 die verstrichene Zeit hoch (Schritt S5) und kehrt zum Schritt S1 zurück. War die vorbestimmte Zeit abgelaufen, so sperrt die Neben-MCU 102 ein Überwachungstreibersignal und hält den Motor 200 an und schaltet das Relais 111 aus (Schritt S6). In anderen Worten: Die Neben-MCU 102 gibt an die Motor treiberschaltung 110 ein Motortreiber-Sperrsignal Mp und hält das Treiben des Motors 200 an. Gleichzeitig gibt die Neben-MCU 102 ein Relais-EIN/AUS-Signal RS2 an das Relais 111 und unterbricht das Relais 111.

Außerdem werden in die Haupt-MCU 101 und die Neben-MCU 102 ein Mo tordrehzahlsignal ER eingegeben, um über eine eventuelle Abnormalität zu ent scheiden, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Sowohl die Haupt-MCU 101 als auch die Ne ben-MCU 102 empfangen als Eingangssignale das Motordrehzahlsignal ER (Schritt S30), und es wird ermittelt, ob die Motordrehzahl normal ist oder nicht (Schritt S31). Ist die Motordrehzahl nicht normal, so entscheidet sowohl die Haupt-MCU 101 als auch die Neben-MCU 102, ob der Stromistwert Id größer ist als der von der Neben-MCU 102 berechnete Stromsollwert Ir oder nicht, und zwar um einen vorbestimmten Wert β. In anderen Worten: Sowohl die Haupt-MCU 101 als auch die Neben-MCU 102 entscheidet, ob eine Differenz zwischen dem Stro mistwert Id und dem Stromsollwert Ir größer oder gleich dem vorbestimmten Wert β ist oder nicht (Schritt S36). Ist die Differenz gleich oder größer als der vorbe stimmte Wert β, so entscheidet sowohl die Haupt-MCU 101 als auch die Neben- MCU 102, ob eine vorbestimmte Zeit vorbei ist oder nicht (Schritt S37A). Wenn die vorbestimmte Zeit vorbei ist, entscheiden sowohl die Haupt-MCU 101 als auch die Neben-MCU 102, daß entweder die Haupt-MCU 101 oder die Motortreiberschal tung 110 abnormal arbeitet (Schritt S37). Wenn die Differenz zwischen dem Stro mistwert Id und dem Stromsollwert Ir kleiner als der vorbestimmte Wert β ist, was im Schritt S36 abgefragt wird, und auch dann, wenn die vorbestimmte Zeit noch nicht passiert ist, vergleiche Schritt S37A, so geht der Prozeß in jedem Fall zum Schritt S30 zurück.

Wenn im Schritt S31 entschieden wurde, daß die Motordrehzahl nicht abnormal ist, entscheidet sowohl die Haupt-MCU 101 als auch die Neben-MCU 102, ob die Differenz zwischen dem Stromistwert Id und dem Stromsollwert Ir gleich oder grö ßer als ein vorbestimmter Wert α ist oder nicht (Schritt S32). Gleichzeitig ent scheidet sowohl die Haupt-MCU 101 als auch die Neben-MCU 102, ob eine Mo torantriebsrichtung anders ist oder nicht (Schritt S34). Ist die Differenz zwischen dem Stromistwert Id und dem Stromsollwert Ir gleich oder größer als der vorbe stimmte Wert α, so erfolgt eine Entscheidung dahingehend, ob eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist oder nicht (Schritt S33A). Ist die vorbestimmte Zeitspanne ab gelaufen, so entscheiden die Haupt-MCU 101 und die Neben-MCU 102 jeweils, daß die Haupt-MCU 101 abnormal arbeitet (Schritt S33). In ähnlicher Weise er folgt, wenn die Motorantriebsrichtung anders ist, eine Entscheidung darüber, ob eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist oder nicht (Schritt S35A). Ist die vorbe stimmte Zeit abgelaufen, entscheiden die Haupt-MCU 101 und die Neben-MCU 102 jeweils, daß die Motortreiberschaltung 110 abnormal ist (Schritt S35).

Ist die Motorantriebsrichtung gleich im Schritt S34, oder ist die Differenz zwischen dem Stromistwert Id und dem Stromsollwert Ir kleiner als der vorbestimmte Wert α im Schritt S32, so kehrt der Prozeß in jedem Fall zum Schritt S30 zurück. Ist die vorbestimmte Zeit noch nicht abgelaufen im Schritt S33A und im Schritt S35A, so kehrt der Prozeß in jedem Fall zum Schritt S30 zurück.

In der Zwischenzeit überwachen die Haupt-MCU 101 und die Neben-MCU 102 einander gegenseitig bezüglich des Betriebs (eines Wegdriftens) über serielle Nachrichtenübermittlungen. Ein Beispiel für diese Betriebsweise wird anhand des in Fig. 7 gezeigten Flußdiagramms erläutert. Während Fig. 7 die Arbeitsweise der Haupt-MCU 101 zeigt, führt die Neben-MCU 102 einen ähnlichen Arbeitsablauf durch.

Die Haupt-MCU 101 entscheidet, ob die Haupt-MCU 101 stets einen normalen Befehl von der Neben-MCU 102 empfangen hat oder nicht (Schritt S10). Hat die Haupt-MCU 101 einen normalen Befehl empfangen, so löscht sie den eingebau ten ÜT 101S zum Überwachen der Neben-MCU (Schritt S11) und kehrt zum War tezustand zurück. Wenn eine Entscheidung im Schritt S10 erfolgt, wonach ein normaler Befehl nicht empfangen wurde, so addiert die Haupt-MCU 101 "+1" auf den eingebauten ÜT 101S (Schritt S12) und entscheidet, ob der Zählerstand des ÜT 101S gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist oder nicht (Schritt S13). Ist der Zählerstand gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwel lenwert, so kehrt der Prozeß zurück zum Wartezustand. Hat der Zählerstand den vorbestimmten Schwellenwert überschritten, so behebt die Haupt-MCU 101 das Wegdriften der Neben-MCU 102 (Schritt S14). Gleichzeitig setzt die Haupt-MCU das Motortreibersignal Ir auf AUS und schaltet das Relais 111 aus, basierend auf dem Relais-EIN/AUS-Signal RS1 (Schritt S15). Hat die Neben-MCU 102 ein Wegdriften behoben, so wird das Motortreibersignal Ir nicht auf AUS eingestellt, sondern das Motortreibersignal Mp wird ausgegeben, um die Motortreiberschal tung 110 anzuhalten, und basierend auf dem Relais-EIN/AUS-Signal RS2 wird das Relais 111 ausgeschaltet; dies deshalb, weil der Motor-Stromsollwert Irs, der von der MCU 102 erzeugt wird, zur Überwachung dient und nicht an die Motortrei berschaltung 110 geliefert wird.

Wenn die Nachweiszeit für ein Abdriften der MCU im ÜT für die Selbstüberwa chung der MCU gleichgesetzt wird mit der Nachweiszeit für eine MCU-Abdriftung des ÜT, der die andere MCU überwacht, so kommt es zu folgendem Problem:
Wenn die beiden MCUs einen "runaway" (Wegdriften) etwa gleichzeitig erzeugen, so arbeiten beide Steuerungen vorübergehend normal, nachdem der ÜT zum Überwachen der eigenen MCU neu gestartet wurde und der ÜT zum Überwachen der anderen MCU nicht arbeitet. Wenn eine ähnliche Programmstörung erneut auftritt, so besteht die Gefahr, daß der ÜT zur Überwachung der eigenen MCU wiederholt einen Neustart versucht. Deshalb wird erfindungsgemäß die MCU-Stö rungs-Nachweiszeit für den ÜT zum Überwachen der Haupt-MCU auf einen an deren Wert eingestellt als die MCU-Störungs-Nachweiszeit des ÜT, der zum Überwachen der Neben-MCU dient. Durch diese Maßnahme ist es möglich, ein Wegdriften sicherer zu erfassen.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung basierend auf einem Lay out, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Eine Haupt-MCU 101 gibt in eine Neben-MCU 102 ein Hilfsanhaltesignal AS ein. Wenn die Haupt-MCU 101 basierend auf dem Hilfsanhaltesignal AS für die Neben-MCU 102 einen Hilfssperrstatus eingerichtet hat, so entscheidet die Neben-MCU 102, daß die Haupt-MCU 101 oder die Mo tortreiberschaltung abnormal arbeitet, nur dann, wenn der Stromistwert um einen vorbestimmten Wert größer ist als der von der Neben-MCU 102 berechnete Stromsollwert. Wenn außerdem die Haupt-MCU 101 für die Neben-MCU 102 ei nen Hilfsstatus festgelegt hat, entscheidet die Neben-MCU 102, daß die Haupt- MCU 101 oder die Motortreiberschaltung abnormal arbeitet, wenn die Differenz zwischen dem von der Neben-MCU 102 berechneten Stromsollwert und dem Stromistwert größer als ein vorbestimmter Wert ist, oder wenn das Motortreibersi gnal abweicht. Die Haupt-MCU 101 und die Neben-MCU 102 kommunizieren miteinander unter Verwendung serieller Signale oder unter Verwendung von Hoch-/Tief-Signalen durch Addieren eines neuen Port-Signals.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, basierend auf einem der Fig. 3 entsprechenden Layout. Eine Haupt-MCU 101 gibt ein Schutzoperations signal PS in eine Neben-MCU 102 ein. Wenn die Haupt-MCU 101 für sich selbst eine Schutzoperation erfaßt und ausgeführt hat, entscheidet die Neben-MCU 102 nur dann, daß die Haupt-MCU 101 oder die Motortreiberschaltung abnormal ist, wenn der Stromistwert um einen vorbestimmten Wert größer ist als der von der Neben-MCU 102 berechnete Stromsollwert. Nachdem die Haupt-MCU 101 von der Schutzoperation zurückgekehrt ist, entscheidet die Neben-MCU 102, daß die Haupt-MCU 101 oder die Motortreiberschaltung abnormal ist, wenn die Differenz zwischen dem von der Neben-MCU 102 berechneten Stromsollwert und dem Stromistwert größer als ein vorbestimmter Wert ist oder wenn das Motortreibersi gnal anders ist. Die Haupt-MCU 101 und die Neben-MCU 102 können miteinan der unter Verwendung serieller Signale oder unter Verwendung von Hoch-/Tief- Signalen durch Addition eines neuen Portsignals kommunizieren.

Die vorliegende Erfindung läßt sich nicht nur bei dem Säulen-Typ oder dem Rit zel-Typ einer elektrischen Servolenkung einsetzen, sondern auch bei einer elek trischen Zahnstangen-Servolenkung. Wenngleich die Erfindung basierend auf MCUs erfolgte, so ist eine Anwendung mit CPUs gleichermaßen möglich.

Erfindungsgemäß besteht die Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung aus zwei Steuerungen (CPUs oder MPUs). Jede Steuerung hat eine Funktion zum Ab schätzen einer Motor-Winkelgeschwindigkeit. Die erste Steuerung generiert einen Stromsollwert und treibt einen Motor, die zweite Steuerung führt eine ähnliche Operation durch. Die zweite Steuerung vergleicht den von der zweiten Steuerung berechneten Stromsollwert mit dem Motor-Stromistwert, der von der ersten Steuerung gesteuert wird. Weiterhin wird eine Abnormalität basierend auf einer Abnormalität der Motordrehzahl, des Vorhandenseins oder Fehlens eines Hilfe- Stops und des Vorhandenseins oder Fehlens einer Schutzoperation ermittelt. Da her sind die Steuerfähigkeit und die Sicherheit verbessert. Weiterhin führen die beiden Steuerungen eine gegenseitige Überwachung durch, außerdem eine Über wachung der eigenen MCU unter Verwendung von ÜTs, die in jeder MCU einge baut sind, basierend auf serieller Kommunikation. Hierdurch ist es möglich, Schä den oder Unfälle durch Wegdriften der CPUs zu vermeiden.

Claims

1. Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung, die einen Motor steuert, der eine Hilfslenkkraft auf eine Lenkanlage gibt, basierend auf einem Stromsoll wert (Ir), der berechnet wird aus einem Lenkhilfe-Sollwert, seinerseits auf der Grundlage des in der Lenkwelle erzeugten Lenkmoments berechnet, und ei nem Stromistwert (Id) des Motors, umfassend eine erste Steuerung (101) und eine zweite Steuerung (102) zum Steuern des Motors, wobei basierend auf ei nem von der zweiten Steuerung berechneten Stromsollwert die zweite Steue rung die erste Steuerung überwacht, welche das Treiben des Motors basie rend auf dem Lenkhilfe-Sollwert steuert, der von der ersten Steuerung be rechnet wurde, und wenn die erste Steuerung sich in einem Zustand befindet, in dem der Lenkhilfe-Sollwert nicht gesteuert wird, die Überwachungsfunktion der zweiten Steuerung für die erste Steuerung beschränkt wird.

2. Steuereinheit nach Anspruch 1, bei der die erste Steuerung und die zweite Steuerung als Eingangsgrößen ein Drehmomentsignal, ein Fahrzeugge schwindigkeitssignal und ein Motordrehzahlsignal empfangen, die zweite Steuerung eine Motorantriebsrichtung eines von der zweiten Steuerung selbst berechneten Stromsollwerts festlegt und ein Motorantriebs-Richtungssignal empfängt, das von der ersten Steuerung ausgegeben wird, und die zweite Steuerung entscheidet, ob die erste Steuerung das Motorantriebs-Richtungs signal korrekt berechnet hat oder nicht.

3. Steuereinheit nach Anspruch 2, bei der die erste Steuerung einen ersten ÜT (Überwachungs-Timer) zum Überwachen der zweiten Steuerung und einem zweiten ÜT zur Eigenüberwachung enthält, und die zweite Steuerung einen dritten ÜT zum Überwachen der ersten Steuerung und einen vierten ÜT zur Eigenüberwachung enthält.

4. Steuereinheit nach Anspruch 3, bei der ein detektiertes Stromistsignal und ei ne Motorklemmenspannung in die erste Steuerung und die zweite Steuerung eingegeben werden, und daß ein von der zweiten Steuerung ausgegebenes Motorantriebs-Sperrsignal in eine Motortreiberschaltung (110) eingegeben wird.

5. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Artsprüche, bei der die erste Steuerung und die zweite Steuerung jeweils das Motortreibersignal erzeugen und nur das Motortreibersignal von der ersten Steuerung in eine Motortreiber schaltung (110) eingegeben wird, während ein von der zweiten Steuerung be rechneter Stromsollwert zur Überwachung dient.

6. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sowohl die erste Steuerung als auch die zweite Steuerung aufweisen: Einen Motor-Win kelgeschwindigkeits-Abschätzteil, einen Motorträgheits-Kompensationsteil, einen Strenge-Steuerteil (122), einen Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungsteil, ei nen Mittenansprech-Verbesserungsteil, einen robusten Stabilisations-Kom pensationsteil, wobei die erste Steuerung (101) einen Stromsteller zum Trei ben des Motors und die zweite Steuerung einen Stromabnormalitäts-Überwa chungsteil enthält.

7. Steuereinheit nach Anspruch 3, bei der eine erste Störungs-Nachweiszeit des ersten ÜT verschieden ist von einer zweiten Störungs-Nachweiszeit des drit ten ÜT.

8. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Hilfe- Stop-Signal von der ersten Steuerung in die zweite Steuerung eingegeben wird.

9. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Schutz- Operationssignal von der ersten Steuerung in die zweite Steuerung eingege ben wird.

10. Steuereinheit für eine elektrische Servolenkung, die einen Motor steuert, der eine Hilfslenkkraft auf einen Lenkmechanismus gibt, basierend auf einem Stromsollwert, der aus einem Lenkhilfe-Sollwert berechnet wird, seinerseits berechnet auf der Grundlage des in der Lenkquelle erzeugten Lenkmoments, und einem Stromistwert, der vom Motor abgekühlt wird, wobei die Steuerein heit eine erste Steuerung und eine zweite Steuerung zum Steuern des Motors aufweist, wobei basierend auf dem von der zweiten Steuerung berechneten Stromsollwert die zweite Steuerung die erste Steuerung, welche das Treiben des Motors basierend auf dem von der ersten Steuerung berechneten Lenk hilfe-Sollwert steuert, überwacht, und, wenn die erste Steuerung sich in einem Zustand der Beschränkung des Stromsollwerts basierend auf einer Selbst schutzfunktion befindet, die Funktion der zweiten Steuerung zum Überwachen der ersten Steuerung beschränkt wird.