DE10003633C2

DE10003633C2 - Elektrische Servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE10003633C2
Application number: DE10003633A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Chikaraishi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: DE10003633A1; JP2001088719A; GB2352215A; US6328128B1; GB2352215B; GB0002220D0; JP3677772B2

Abstract

Eine elektrische Servolenkvorrichtung weist einen Drehmomentsensor auf, der in linearer Weise ein Detektionssignal abgibt, das mit einem ersten Umwandlungsverhältnis in Bezug auf die Torsion konvertiert ist, falls die Torsion eines Torsionsstabes innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs liegt. Falls die Torsion den vorbestimmten Winkelbereich überschritten hat und innerhalb eines Grenzwinkelbereiches liegt, dann gibt der Torsionssensor ein Detektionssignal ab, das mit einem zweiten Umwandlungsverhältnis konvertiert ist, welches niedriger ist als das erste Umwandlungsverhältnis. Wenn ferner das Detektionssignal einen oberen Schwellwert überschritten hat oder unter einen unteren Schwellwert abgefallen ist, welche Schwellwerte außerhalb des Bereiches des Detektionssignals gesetzt sind, das von dem Drehmomentsensor in seinem normalen Status abgegeben wird, innerhalb dessen die Torsion des Torsionsstabes noch innerhalb des Grenzwinkels liegt, dann wird eine Feststellung getroffen, dass in dem Drehmomentsensor bzw. der Abtastvorrichtung eine Abnormalität aufgetreten ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung gemäß dem Ober begriff von Anspruch 1. Eine derartige elektrische Servolenkung ist aus der ungeprüf ten japanischen Patentpublikation Nr. Hei. 8-207798 bekannt.

Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtungen betreffen ferner die DE 43 42 451 A1, DE 197 47 638 C1, EP 0 894 694 A2 sowie US 5 906 250 A.

Die aus der DE 43 42 451 A1 bekannte elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung umfasst einen Lenkdrehmomentdetektor zur Erfassung eines auf ein Lenksystem zur Lenkung des Kraftfahrzeuges ausgeübten manuellen Lenkdrehmomentes und einen Motor zur Erzeugung eines unterstützenden Drehmomentes, das als unterstützende Lenkkraft auf das Lenksystem übertragen wird. Ein Unterstützungsdrehmoment- Detektor erfasst ein aktuelles Unterstützungs-Lenkdrehmoment, welches aktuell von dem Motor auf das Lenksystem übertragen wird. Zur Erzeugung eines Sollwertes für ein unterstützendes Drehmoment, welches von dem Elektromotor in Abhängigkeit von dem manuellen Lenkdrehmoment zu erzeugen ist und welches von dem Lenkdreh moment-Detektor detektiert wird, ist wenigstens ein Ziel-Unterstützungsdrehmoment- Generator vorgesehen. Auf der Basis der Differenz zwischen dem von dem Unterstüt zungsdrehmoment-Detektor erfassten aktuellen Unterstützungs-Drehmoment und dem von dem Ziel-Unterstützungsdrehmoment-Generator erzeugten Sollwert wird ein Steuersignal erzeugt, auf dessen Basis der Motor über einen Motortreiber getrieben wird.

Bei der aus der DE 197 47 638 C1 bekannten elektrischen Servolenkvorrichtung ist eine mit einem Lenkrad verbundene Eingangswelle sowie eine Ausgangswelle zum Abgeben einer Lenkkraft zum Lenken der Fahrzeugräder vorgesehen. Die Eingangs welle und die Ausgangswelle sind über einen Drehstab als Torsionsglied miteinander verbunden. Eine Abtastvorrichtung umfasst je einen mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle verbundenen Magnetring und einen dazugehörigen Sensor. Jeder Magnetring weist eine Anzahl von magnetischen Polpaaren auf. Darüber hinaus ist jedem Magnetring ein gehäusefester Sensor zugeordnet, durch den sowohl das Lenkdrehmoment als auch die Lenkdrehgeschwindigkeit der Eingangswelle erfasst werden kann. Über ein Untersetzungsgetriebe ist ein Magnetring mit der Eingangs welle verbunden, so dass eine absolute Lenkwinkelerfassung über den gesamten Be reich der Lenkhandradumdrehung möglich ist. Die elektrische Servolenkvorrichtung weist jedoch - wie auch die aus der DE 43 42 451 A1 bekannte Servolenkvorrichtung - kein Begrenzungsglied auf, so dass nicht verhindert werden kann, dass ein über mäßig hohes Torsionsmoment auf das Torsionsglied einwirkt. Dies kann dazu führen, dass das Torsionsglied bei einem übermäßig hohen Drehmoment Schaden nimmt bzw. aufgrund der übermäßig hohen Dauerbelastung versagt.

Sämtlichen Vorrichtungen ist gemein, dass ein Lenkdrehmoment beim Lenken der Räder detektiert wird, um die manuelle Lenkkraft zu unterstützen. Bei einer solchen Struktur erhält eine Eingangswelle eine Lenkkraft vom Lenkrad und überträgt eine Ausgangswelle die Lenkkraft auf die Räder. Die Eingangswelle und die Ausgangs welle sind durch einen Torsionsstab verbunden. Das zum Steuern erforderliche Len kungsdrehmoment kann durch Abtasten der Torsion eines solchen Torsionsstabes detektiert werden.

In einem Fall, in welchem ein Rad in Kontakt mit einer Schulter eines Straßenbelags gekommen ist, oder in welchem während eines raschen Lenkausschlages das Lenk rad bis an das Ende des möglichen Drehhubs gedreht worden ist, wird zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle eine sehr große Kraft übertragen, so dass die Möglichkeit besteht, dass diese große Kraft auch auf den Torsionsstab ausgeübt wird. Falls in einem solchen Fall der Torsionsstab eine plastische Verformung über seine Elastizitätsgrenze hinaus erfährt, verändert sich der Null-Referenzpunkt des Lenk drehmoments, so dass die Steuerfunktion der elektrischen Servolenkvorrichtung be einträchtigt wird. Um diesem Umstand vorzubauen, wird allgemein ein Begrenzungs glied vorgesehen zum Begrenzen der relativen Verdrehung zwischen der Eingangs welle und der Ausgangswelle. Dieses Glied funktioniert so, dass es dann das Auftreten einer plastischen Deformation in dem Torsionsstab verhindert, wenn auf diesen eine zu große Kraft ausgeübt wird.

Ein solches Begrenzungsglied, wie es aus der JP 8-207798 A, US 5 906 250 A sowie EP 0 894 694 A2 bekannt ist, weist einen vorstehenden Abschnitt und einen vertieften Abschnitt auf. Der vorstehende Abschnitt wird an der Ausgangswelle geformt und hat einen kreuzförmigen Querschnitt. Der vertiefte Abschnitt ist an der Eingangswelle ge formt und hat eine Konfiguration, die mit dem vorstehenden Abschnitt korrespondiert. Während normalen Lenkbetriebs kommen der vorstehende Abschnitt und der vertiefte Abschnitt miteinander nicht in direkten Eingriff, so dass sie das Verdrehen des Torsionsstabs zulassen. Wenn hingegen die relative Verdrehung der Ausgangs welle und der Eingangswelle größer geworden ist, als ein vorbestimmter Grenzwinkel, dann greift der vorstehende Abschnitt direkt an dem vertieften Abschnitt an, um ein weiteres exzessives Verdrehen des Torsionsstabes zu verhindern.

Obwohl die elektrische Servolenkvorrichtung hauptsächlich für kleinere Personen kraftwagen (subcompact passenger car) mit relativ geringem Gewicht verwendet wor den ist, werden solche elektrischen Servolenkvorrichtungen nun auch für kompaktere Personenkraftwagen mit höherem Gewicht verwendet. Bei solchen kompakten Perso nenkraftwagen mit höherem Gewicht tendieren die Rad-Kräfte von der Straßenober fläche und die Lenkungskraft dazu, sehr groß zu werden, so dass es die Möglichkeit gibt, dass der Torsionsstab ohne weiteres bis an seinen Grenzwinkel verdreht wird. Durch das direkte Zusammenwirken zwischen dem vorstehenden Abschnitt der Aus gangswelle und dem vertieften Abschnitt der Eingangswelle kommt es dann zu einem häufigen Schlaggeräusch als Folge der Kollision zwischen diesen Abschnitten.

Im Gegensatz dazu wird im Falle einer elektrohydraulischen Servolenkvorrichtung, wie sie konventionell für kompakte Personenkraftwagen und dgl. verwendet wird, ein höherer Viskositätswiderstand produziert, um eine zu schlagartige relative Verdrehung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu verhindern, wobei ein Schlaggeräusch kein besonderes Problem mehr präsentiert.

Um bei der elektrischen Servolenkvorrichtung ein solches Schlaggeräusch zu unter drücken, ist es zweckmäßig, den Grenzwinkel auf ein großes Ausmaß einzustellen, so dass auch dann, wenn der Torsionsstab über einen größeren Winkel verdreht wird, der vorstehende Abschnitt der Ausgangswelle und der vertiefte Abschnitt der Ein gangswelle miteinander nicht kollidieren. Wenn jedoch der Torsionsstab über ein gro ßes Ausmaß verdreht worden ist, dann nimmt ein Ausgangssignal eines Drehmo mentsensors korrespondierend zu, oder ab, so dass die Möglichkeit entsteht, dass das Ausgangssignal einen zur Detektion einer Abnormalität des Drehmomentsensors gesetzten Schwellwert überschreitet. Wenn ein solches Ausgangssignal, das von dem Drehmomentsensor abgegeben wird, falls der Torsionsstab über ein starkes Ausmaß verdreht worden ist, den Schwellwert überschreitet, wird möglicherweise eine fehler hafte Diagnose dahingehend gestellt, dass der Drehmomentsensor abnormal funktio niert, obwohl dessen Steuerkreis normal arbeitet, so dass daraus zu Unrecht ein Fehlersignal abgeleitet wird.

Es ist demzufolge und im Hinblick auf die vorbeschriebenen Probleme ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung anzugeben, bei der es möglich ist, das Aufschlaggeräusch effektiver zu unterdrücken. Diesbezüglich und in Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Servo lenkvorrichtung vorgeschlagen, die aufweist:
Ein Gehäuse;
eine Ausgangswelle zum Abgeben einer Lenkkraft, um Fahrzeugräder zu lenken;
eine Eingangswelle zum Übertragen der Lenkkraft von einem Lenkrad auf die Aus gangswelle;
ein Torsionsglied zum Verbinden der Eingangswelle mit der Ausgangswelle, während das Torsionsglied in Übereinstimmung mit einem auf die Eingangsweile aufgebrach ten Lenkungsdrehmoment nachgiebig verdreht wird;
einen an dem Gehäuse angebrachten Motor zum Aufbringen einer Hilfs-Lenkkraft auf die Ausgangswelle;
einen Kraftübertragungsmechanismus, der eine rotierende Welle des Motors mit der Ausgangswelle kuppelt, um die Hilfslenkkraft vom Motor auf die Ausgangswelle zu ü bertragen;
eine Abtastvorrichtung zum Detektieren eines Torsionsausmaßes des Torsionsgliedes und zum Abgeben eines Detektionssignals, das mit dem Torsionsausmaß korrespon diert;
eine Steuereinheit zum Steuern des Motors auf der Basis des Detektionssignals von der Abtastvorrichtung; und
ein Begrenzungsglied zum Begrenzen einer relativen Rotation zwischen der Aus gangswelle und der Eingangswelle, um zu verhindern, dass die Torsion des Torsions gliedes einen Grenzwinkel erreicht oder übersteigt,
in welcher die Abtastvorrichtung ein erstes Detektionssignal abgibt, das mit einem ersten Umwandlungsverhältnis in Bezug auf die Torsion umgewandelt wird, falls die Torsion des Torsionsgliedes innerhalb eines vorbestimmten Winkels liegt, der kleiner ist als der Grenzwinkelbereich, und in welchem die Abtastvorrichtung ein zweites De tektionssignal abgibt, das mit einem zweiten Umwandlungsverhältnis umgewandelt wird, welches geringer ist als das erste Umwandlungsverhältnis, falls die Torsion des Torsionsgliedes den vorbestimmten Winkel überschritten hat.

Bei der vorerwähnten Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Steuereinheit diskriminiert, dass in der Abtastvorrichtung eine Abnormalität aufgetre ten ist, falls das von der Abtastvorrichtung abgegebene Detektionssignal einen oberen Schwellwert überschritten hat oder unter einen unteren Schwellwert gefallen ist, wobei die oberen und unteren Schwellwarte so eingestellt sind, dass sie sich außer halb eines Bereiches des Detektionssignals von der Abtastvorrichtung in derem nor malen Status befinden, in welchem die Torsion des Torsionsgliedes noch innerhalb des Grenzwinkels liegt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Drehmoment, dem das Torsionsglied bis zu ei nem Grenzwinkel unterworfen wird, -15 Nm oder weniger oder 15 Nm oder mehr be trägt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Abtastvorrichtung einen Drehmomentsensor ei nes nicht kontaktierenden Typs aufweist.

In der vorerwähnten Struktur ist es bevorzugt, dass die Ausgangscharakteristik des ersten Detektionssignals, das mit dem ersten Umwandlungsverhältnis konvertiert worden ist, eine lineare Kurve darstellt, und dass die Ausgangscharakteristik des zweiten, mit dem zweiten Umwandlungsverhältnis konvertierten Detektionssignals ei ne quadratische Kurve, eine Sinuskurve oder eine periodische Kurve ähnlich einer Si nuskurve darstellt.

Wenn in Übereinstimmung mit dem vorbeschriebenen ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Torsion des Torsionsgliedes noch innerhalb des vorbestimmten Winkel bereiches liegt, dann gibt die Abtastvorrichtung ein erstes Detektionssignal ab, das mit dem ersten Umwandlungsverhältnis in Bezug auf die Torsion konvertiert wird. Falls die Torsion des Torsionsgliedes den vorbestimmten Winkelbereich überschritten hat, dann gibt die Abtastvorrichtung ein zweites Detektionssignal ab, das mit dem zweiten Umwandlungsverhältnis konvertiert worden ist, das niedriger ist als das erste Um wandlungsverhältnis. Deshalb ist es im Steuerbereich der elektrischen Servolenkvor richtung, die in dem normalen Steuerbereich arbeitet, innerhalb dessen der relative Winkel zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle innerhalb eines vorbe stimmten Winkelbereichs bleibt, möglich, ein relativ hohes Detektionssignal zu ver wenden, das mit dem ersten Umwandlungsverhältnis in Bezug auf die Torsion des Torsionsgliedes konvertiert wird. Weiterhin wird sogar in einem Fall, in welchem die Torsionssteifigkeit des Torsionsgliedes erhöht wird, um das Aufschlaggeräusch des Begrenzungsgliedes zu vermeiden, d. h., dass die Federkonstante des Torsionsstabes gesteigert worden ist, die Möglichkeit geschaffen, den Motor gleichmäßig zu steuern. Andererseits wird in einem Bereich, in welchem der normale Steuerbereich über schritten worden ist, ein relativ niedriges Detektionssignal mit dem zweiten Umwand lungsverhältnis in Bezug auf die Torsion des Torsionsgliedes konvertiert und abgege ben, so dass dann, wenn von der Abtastvorrichtung ein Abnormalitätssignal abgege ben wird, das Abnormalitätssignal sehr zuverlässig beurteilt werden kann.

Weiterhin diskriminiert die Steuereinheit, dass in der Abtastvorrichtung eine Abnorma lität aufgetreten ist, falls das von der Abtastvorrichtung abgegebene Detektionssignal einen oberen Schwellwert überschritten hat oder unter einen unteren Schwellwert ab gefallen ist, wobei die oberen und unteren Schwellwerte außerhalb eines Bereiches des Detektionssignals gesetzt sind, wie es von der Abtastvorrichtung in ihrem norma len Status abgegeben wird, d. h., solange die Torsion des Torsionsgliedes innerhalb des vorbestimmten Grenzwinkelbereichs liegt. Demzufolge kann die Abnormalität bei der Abtastvorrichtung sehr präzise festgestellt werden, auch dann, wenn das zulässi ge Drehmoment für das Torsionsglied angehoben worden ist.

Wenn weiterhin die Torsionssteifigkeit des Torsionsgliedes bis zu einem solchen Ausmaß gesteigert worden ist, dass das Drehmoment, dem das Torsionsglied unter worfen wird, falls das Torsionsglied bis zu dem Grenzwinkel verdreht ist, -15 Nm oder weniger oder 15 Nm oder mehr beträgt, dann kann das Aufschlaggeräusch des Be grenzungsgliedes wirksam unterdrückt werden.

In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, die aufweist:
Ein Gehäuse;
eine Ausgangswelle zum Abgeben einer Lenkkraft, um Fahrzeugräder zu lenken;
eine Eingangsweile zum Übertragen der Lenkkraft von einem Lenkrad auf die Aus gangswelle;
ein Torsionsglied zum Verbinden der Eingangswelle mit der Ausgangswelle, während das Torsionsglied nachgiebig in Abhängigkeit von einem Lenkungsdrehmoment ver dreht wird, das auf die Eingangswelle aufgebracht wird;
einen an dem Gehäuse befestigten Motor zum Aufbringen einer Hilfslenkkraft auf die Ausgangswelle;
einen eine drehbare Welle des Motors mit der Ausgangswelle kuppelnden Kraftüber tragungsmechanismus, um die Hilfslenkkraft vom Motor auf die Ausgangswelle zu übertragen;
eine Abtastvorrichtung zum Detektieren eines Torsionsausmaßes des Torsionsgliedes und zum Abgeben eines Detektionssignals, das mit dem Torsionsausmaß korrespon diert;
eine Steuereinheit zum Steuern des Motors auf der Basis des Detektionssignals von der Abtastvorrichtung; und
ein Begrenzungsglied zum Begrenzen einer relativen Rotation zwischen der Aus gangswelle und der Eingangswelle, um die Torsion des Torsionsgliedes soweit zu be grenzen, dass diese einen Grenzwinkel oder mehr nicht erreicht,
in welcher die Steuereinheit basierend auf dem Detektionsresultat der Abtastvorrich tung feststellt, dass das Torsionsglied bis zu einem vorbestimmten Winkel nahe beim Grenzwinkel verdreht worden ist, worauf die Steuereinheit die Abgabe des Motors in einer Richtung steigert oder vermindert, in der die Torsion des Torsionsgliedes ver mindert wird.

Bei der vorbeschriebenen, erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, dass die Steuereinheit festlegt, dass das Torsionsglied schon bis zu einem vorbestimmten Winkel nahe dem Grenzwinkel verdreht worden ist, wenn das Detektionssignal einen oberen vorbestimmten Wert überschritten hat oder unter einen unteren vorbestimmten Wert abgefallen ist.

In Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung vermindert die Steuereinheit die Abgabe des Motors oder erhöht die Abga be des Motors in der Richtung, in welcher die Torsion des Torsionsgliedes erleichtert oder vermindert wird, und zwar sobald die Steuereinheit festgestellt hat, basierend auf einem Detektionsresultat der Abtastvorrichtung, dass das Torsionsglied bis zu einem vorbestimmten Winkel nahe an dem Grenzwinkel verdreht worden ist. Es ist auf diese Weise möglich, das Aufschlaggeräusch des Begrenzungsgliedes wirksam zu unter drücken.

Die vorgenannten und weiteren Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfin dung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung hervor, gelesen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Achsschnitt in der Achse einer Eingangswelle bei einer Ausfüh rungsform einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der Erfin dung;

Fig. 2 einen Querschnitt in Richtung der Pfeile II-II in der elektrischen Servo lenkvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ausgangswelle,

Fig. 4 einen Achsschnitt in Richtung von Pfeilen IV-IV der Ausgangswelle von Fig. 3;

Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Abgabecharakteristik eines Drehmomentsensors, wobei die Abszisse das Lenkungsdrehmoment und die Ordinate die Ausgangsspannung des Drehmomentsensors zei gen; und

Fig. 6 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Ausgangscharakteristik des Drehmomentsensors, wobei auf der Abszisse das Lenkungsdrehmo ment und auf der Ordinate die Ausgangsspannung des Drehmoment sensors aufgetragen sind.

Fig. 1 ist eine Achsschnittansicht entlang der Achse einer Eingangswelle bei einer Ausführungsform einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der Erfindung. Fig. 2 ist ein Querschnitt in der Ebene II-II der elektrischen Servolenkvorrichtung von Fig. 1.

In Fig. 1 sind eine Eingangswelle 2 und eine Ausgangswelle 3 in einem Gehäuse 1 vorgesehen, das einen Hauptkörper 1a und ein Abdeckglied 1b aufweist. Die hohl ausgebildete Eingangswelle 2 hat ein oberes, mit einer Lenkspindel (nicht gezeigt) verbundenes Ende, wobei sie mittels eines Lagers 4 so abgestützt ist, dass sie sich relativ zum Gehäuse 1 drehen lässt. Als ein Torsionsglied dient ein Torsionsstab 5, der sich durch die Eingangswelle 2 derart erstreckt, dass sein oberes Ende mit der Eingangswelle 2 verbunden ist, während sein unteres Ende mit der Ausgangswelle 3 durch eine Presspassung über eine Büchse 7 verbunden ist.

Eine Abtastvorrichtung, d. h. ein Drehmomentsensor 6, ist um ein unteres Ende der Eingangswelle 2 angeordnet, um auf der Basis der Verdrehung des Torsionsstabes 5 in Proportion zu dem davon aufgenommenen Drehmoment ein Lenkungsdrehmoment zu detektieren. Der Drehmomentsensor 6 ist ein Typ, der verdrehbar ist und ohne Kontakt funktioniert. Der Drehmomentsensor 6 weist eine Elektromagnet-Joch- Abdeckung 6a, ein elektromagnetisches Joch 6b, eine Spule 6c, eine Hülse 6d und sechzehn Zähne 2a auf. Die Abdeckung 6a ist am Gehäuse 1 befestigt. Die Hülse 6d ist aus magnetischem Material hergestellt und an einem oberen Ende der Ausgangs welle 3 befestigt, so das sie sich innerhalb der Spule 6c befindet. Die sechzehn Zähne 2a sind mit gleichmäßigen Intervallen an der äußeren Peripherie des unteren Endes der Eingangswelle 2 geformt.

Der Drehmomentsensor 6 detektiert die positionale Versetzung in Drehrichtung zwi schen Fenstern 6e, die in der äußeren Peripherie der Hülse 6d geformt sind, und den Zähnen 2a der Eingangswelle 2, und zwar als eine Änderung in der Impedanz in der Spule 6c. Die positionale Versetzung korrespondiert mit der relativen Winkelverset zung zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 basierend auf der Tor sion des Torsionsstabes 5. Die detektierte positionale Versetzung, wie vom Drehmo mentsensor 6 festgestellt, wird an einen externen Steuerkreis 90 gegeben, und zwar in Form eines elektrischen Signals über eine Schaltungsplatine 6f. Ein derartiger ex terner Steuerkreis ist in der Lage, auf der Basis des empfangenen elektrischen Sig nals das zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 übertragene Len kungsdrehmoment zu detektieren. Es ist hervorzuheben, dass keine ausführliche Be schreibung eines derartigen Drehmomentsensors gegeben wird, da ein derartiger Drehmomentsensor beispielsweise in der nicht geprüften japanischen Patentveröf fentlichung Nr. Hei-8-24 04 91 ausführlich beschrieben ist.

Ein Ritzel 3a ist beispielsweise mit der Form einer Schneckenverzahnung auf einem zentralen Abschnitt der Ausgangswelle 3 geformt und kämmt mit entsprechenden Zähnen 11a einer Zahnstangenwelle 11, die sich in einer Richtung senkrecht zur Aus gangswelle 3 erstreckt. Die Zahnstangenwelle 11 ist an ihrer hinteren Fläche von ei ner bekannten Zahnstangenabschnittsvorrichtung 12 abgestützt, welche eine Zahn stangenführung 12a, eine Feder 12b und ein Verriegelungsglied 12c aufweist. Die Zahnstangenwelle 11 wird gegen das Ritzel 3a gepresst.

Ein Schneckenrad 13 ist fest an der äußeren Peripherie benachbart zum oberen Ende der Ausgangswelle 3 durch Aufpressen oder dgl. festgelegt. Das Schneckenrad 13 kämmt mit einer Schnecke 30a, die mit einer drehenden Welle 30 eines elektrischen Motors 50 verbunden ist, so dass die Rotation des elektrischen Motors über die rotie rende Welle 30, die Schnecke 30a und das Schneckenrad 13 auf die Ausgangswelle 3 übertragen wird. Dieser Elektromotor 50 ist mit dem Steuerkreis 90 verbunden. Im Steuerkreis werden Informationen wie das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 6 und die Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt, um eine vorbestimmte elektrische Leistung auf den Elektromotor zu übertragen, und um auf diese Weise ein passendes Hilfsdrehmoment zu generieren.

Ein innerer Ring eines oberen Lagers 14 ist unterhalb des Schneckenrades 13 auf die Ausgangswelle 3 gepasst. Ein innerer Ring eines unteren Lagers 15 ist hingegen auf ein unteres Ende der Ausgangswelle 3 gepasst und durch eine Mutter 17 festgelegt. Demzufolge wird die Ausgangswelle 3 in dem Hauptkörper 1a mittels Winkelkontakt- Kugellagern 14 und 15 drehbar abgestützt. Das untere Lager 15 wird an einem Schulterabschnitt 1d des Gehäuses 1 festgelegt, sobald eine ein Gewinde aufweisen de Abdeckung 9 in das Gehäuse 1 eingeschraubt worden ist. Unterhalb des Schne ckenrades 13 ist an der Außenoberfläche der Ausgangswelle 3 ein abgestufter Ab schnitt 3c geformt. Der innere Ring 14a des Lagers 14 liegt an dem abgestuften Ab schnitt 3c an.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Ausgangswelle 3, während Fig. 4 ein Achsteilschnitt in Richtung von Pfeilen IV-IV der Ausgangswelle 3 in Fig. 3 ist. In Fig. 3 ist an einer o beren Fläche der Ausgangswelle 3 ein im wesentlichen kreuzförmiger vertiefter Ab schnitt 3d geformt. Andererseits ist ein unteres Ende 2b der Eingangswelle 2, das ei nen im wesentlichen kreuzförmigen Querschnitt hat, in den vertieften Abschnitt 3d eingesetzt, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 angedeutet ist.

Das untere Ende 2b der Eingangswelle 2 hat einen vertieften Abschnitt im wesentli chen ähnlich dem vertieften Abschnitt 3d, jedoch mit geringfügig kleinerer Größe. Demzufolge ist eine relative Rotation zwischen der Eingangswelle 2 und der Aus gangswelle 3 in beiden Richtungen möglich, bis das untere Ende 2b gegen die Innen wand des vertieften Abschnittes 3d direkt anläuft. Jedoch wird eine weitere relative Rotation ausgeschlossen, sobald das untere Ende 2b gegen die innere Wand des vertieften Abschnitts 3d angelegt ist. Der Drehwinkel der relativen Rotation der Ein gangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 aus einer Neutralposition bis zu einem Zeit punkt, an dem das untere Ende 2b gegen die innere Wand des vertieften Abschnittes 3d angelaufen ist, wird als der Grenzwinkel bezeichnet. Es ist hervorzuheben, dass das untere Ende 2b und der vertiefte Abschnitt 3d miteinander ein Begrenzungsglied konstituieren.

Als nächstes wird die Operation der beschriebenen Ausführungsform gemäß der Er findung erläutert.

Wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, und über das nicht gezeigte Lenkrad und die Lenkspindel (nicht gezeigt) keine Lenkkraft auf die Eingangswelle 2 ausgeübt wird, generiert der Drehmomentsensor 6 kein Ausgangssignal, so dass der Elektromotor 50 keine Hilfslenkkraft abgibt.

Sobald der Fahrer das nicht gezeigte Lenkrad verdreht, wenn es an der Zeit ist, dass in einer Kurve das Fahrzeug der Biegung folgt, dann wird der Torsionsstab 5 in Über einstimmung mit der Lenkkraft verdreht. Dann tritt auch zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 eine relative Rotation auf. Der Drehmomentsensor 6 gibt dann ein Signal ab, das übereinstimmt mit der Richtung und dem Ausmaß dieser relativen Rotation. Auf der Basis dieses Signals beginnt der Elektromotor 50 zu rotie ren und die Hilfslenkkraft zu generieren. Die Rotation des Elektromotors 50 wird durch den Schneckenradmechanismus 30a, 13 reduziert und auf die Ausgangswelle 3 übertragen, wobei einer Bewegung der Zahnstangenwelle 11 assistiert wird.

Die Fig. 5 und 6 sind Diagramme, die die Ausgangscharakteristik des Drehmoment sensors illustrieren. Auf der Abszisse ist das zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 übertragene Lenkungsdrehmoment aufgetragen. Auf der Ordinate ist die jeweilige Ausgangsspannung des Drehmomentsensors 6 aufgetragen. Wenn die Ausgangsspannung 2,5 V beträgt, wird angenommen, dass das Lenkungsdreh moment einen nicht übertragenden Status repräsentiert, d. h. einen Neutralstatus. Es ist anzumerken, dass als Folge von Reibwiderständen ein bestimmtes Maß einer Hysterese auftritt, die Fig. 5 und 6 ideale Statii darstellen, bei denen es keine Hyste rese gibt.

Der normale Steuerbereich der elektrischen Servolenkvorrichtung umfasst einen Be reich R1, innerhalb dessen das Lenkungsdrehmoment -8 Nm bis 8 Nm beträgt. Beim Stand der Technik, falls ein derartiger Bereich überschritten wird (beispielsweise falls das Lenkungsdrehmoment abgefallen ist unter -12 Nm oder 12 Nm überschritten hat), dann schlägt das kreuzförmige untere Ende 2a der Eingangswelle 2 wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt gegen die innere Wand des vertieften Abschnitts 3d der Aus gangswelle 3 an und wird eine weitere relative Rotation zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 unterdrückt. Dies verhindert die plastische Deformation oder dgl. des Torsionsgliedes 5. Demzufolge wird, sobald das Lenkungsdrehmoment unter -12 Nm abgefallen ist oder 12 Nm überschritten hat, der Torsionsstab 5 nicht mehr weiter verdreht, so dass dann der Drehmomentsensor 6 einen festen Wert (4,2 V oder 0,7 V) abgibt, wie dies durch die ausgezogene Linie A in Fig. 5 angezeigt ist.

Es gibt jedoch Fälle, in denen von der Seite des Fahrzeugrades her eine schlagartige impulsive Kraft übertragen wird, und zwar zufolge eines Kontakts mit einer Schulter im Straßenbelag. Eine solche impulsive Kraft wird über die Zahnstangenwelle 11 über tragen, wodurch zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 ein relativ großes Drehmoment (±15 bis 20 Nm) aufgebracht wird. In einem solchen Fall schlägt das kreuzförmige untere Ende 2a der Eingangswelle 2 (Fig. 3 und 4) impulsiv gegen die Innenwand des vertieften Abschnittes 3d der Ausgangswelle 3, woraus das Schlaggeräusch resultiert.

Eine Idee zum Verhindern dieses Schlaggeräusches besteht darin, das Drehmoment höher zu setzen, das ab dem Zeitpunkt wirken darf, wenn das kreuzförmige Unteren de 2a der Eingangswelle 2 gegen die Innenwand des vertieften Abschnittes 3d der Ausgangswelle 3 anliegt (dieses Drehmoment wird hiernach als das Stopper-Blockier- Drehmoment zum Zeitpunkt des Blockierens durch den Stopper bezeichnet). Unter Bezugnahme auf einen runden Stab als ein Beispiel, wird nachstehend eine Be schreibung einer Ausbildung des Torsionsstabes 5 mit erhöhtem Stopper-Blockier- Drehmoment gegeben.

Mit der Annahme, dass der Durchmesser des runden Stabes D beträgt, seine Länge L ist, und sein Faktor der transversalen Elastizität G beträgt, dann beträgt die maximale Scherspannung mit dem Drehmoment T τ = 16 T/πD³. Der Torsionswinkel des runden Stabes als Folge des Drehmomentes entspricht θ = 32 TL/πGD⁴. Die Federkonstante des Torsionsstabes 5 beträgt K = T/θ.

Um das Stopper-Blockier-Drehmoment zu steigern, ist es vorstellbar entweder, eine Ausbildung zu wählen, bei der die Federkonstante des Torsionsstabes 5 geändert ist, oder eine Ausbildung, bei der die Federkonstante geändert wird.

Zunächst wird eine Ausbildung in Betracht gezogen, bei der die Federkonstante des Torsionsstabes 5 nicht geändert wird. In diesem Fall muss der Torsionswinkel vergrö ßert werden, um das Stopper-Blockier-Drehmoment zu erhöhen. Da jedoch der Torsi onsstab 5 wiederholt der Torsion unterworfen wird, wird seine zulässige Scherspan nung bestimmt aus einem SN-Diagramm des Materials. Es ist deshalb schwierig, die maximale Scherspannung in Proportion zum Torsionswinkel zu vergrößern. Demzu folge werden der Durchmesser D und die Länge L verändert mit festgelegter maxi maler Scherspannung.

Wenn angenommen wird, dass sowohl die Federkonstante K als die maximale Scher spannung τ festgelegt sind, dann werden der maximale Torsionswinkel θ, der Durch messer D und die Länge L zwecks Änderung des maximalen Drehmomentes von T zu T₁ entsprechend zu θ₁, D₁, und L₁. Dann lassen sich die nachfolgenden Verhältnisse aus der oben angegebenen Formel ableiten.

Die Kondition zum Festlegen der maximalen Scherspannung ist T₁/T = (D₁, D)³.

Die Kondition zum Festlegen der Federkonstante ist L₁/L = (D₁/D)⁴.

Wenn als Resultat das Drehmoment zu dem Zeitpunkt des Anschlagens des Be grenzungsgliedes (Stoppers) auf das Zweifache gesetzt wird, muss der Durchmesser D des Torsionsstabes 5 auf das in etwa 1,26-Fache und seine Länge L auf das annä hernd 2,52-Fache eingestellt werden.

Wenn jedoch der Torsionsstab 5 so lang ist, wird die gesamte Vorrichtung in ihren Abmessungen so groß, so dass Probleme auftreten bezüglich der Kosten, des Ge wichts und dgl. Wenn weiterhin der Drehmomentsensor an einer Lenksäule angeord net ist, tritt weiter das Problem auf, dass der Hub zum Absorbieren von Energie wäh rend einer Kollision durch einen verlängerten Abschnitt des Drehmomentsensors nicht mehr ausreichend lang gemacht werden kann. Es wird demzufolge außerordentlich wichtig, die andere Ausbildung durch Verändern der Federkonstante zu wählen, um das Stopper-Blockier-Drehmoment zu erhöhen.

Als nächstes wird eine Ausbildung in Betracht gezogen, bei der die Federkonstante geändert ist.

Unter der Annahme, dass sowohl die Länge L des Torsionsstabes 5 als auch die ma ximale Scherspannung τ festgelegt sind, dann ändern sich die Federkonstante K, der maximale Torsionswinkel θ und der Durchmesser D nach einer Änderung des maxi malen Drehmoments von T zu T₁ jeweils auf K₁, θ₁, D₁, wobei K₁ = aK. Aus der oben angegebenen Formel lassen sich dann die folgende Verhältnisse ableiten.

Die Kondition zum Festlegen der maximalen Scherspannung ist T₁/T = (D₁/D)³.

Die Kondition zum Festlegen der Länge L ist a = (D₁/D)⁴.

Das Verhältnis zwischen dem Torsionswinkel und dem Drehmoment ist T₁/T = aθ₁/θ.

Daraus resultiert, falls das Drehmoment zum Zeitpunkt des Blockierens durch den Stopper auf den zweifachen Wert gesetzt ist (T₁/T = 2), dass der Durchmesser D des Torsionsstabes 5 annähernd das 1,26-Fache, seine Federkonstante K₁ annähernd das 2,52-Fache, und sein maximaler Torsionswinkel θ annähernd das 0,79-Fache werden müssen.

Es ist deshalb essentiell, eine Ausbildung zu wählen, bei der die Länge L des Torsi onsstabes so kurz wie möglich ist, und dafür die Federkonstante zu erhöhen, um den Torsionsstab 5 mit einem großen Stopper-Blockier-Drehmoment zu erhalten.

Wenn die Federkonstante des Torsionsstabes 5 hoch gewählt wird, dann schlägt das kreuzförmige untere Ende 2a der Eingangswelle 2 in den Fig. 3 und 4 nicht gegen die Innenwand des vertieften Abschnittes 3d der Ausgangswelle 3, auch dann nicht, wenn zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 aufgrund einer impulsiven Kraft von der Straße ein relativ großes Drehmoment (±15 bis 20 Nm) aufgebracht wird. Dadurch ist es möglich, das Auftreten des Aufschlaggeräusches zu verhindern. Zusätzlich gibt es den Vorteil, dass der Drehmomentsensor 6 in einem Bereich, in welchem das Lenkungsdrehmoment niedriger als -12 Nm oder höher als 12 Nm ist, eine mit dem Lenkungsdrehmoment korrespondierende Abgabe zu generieren.

Wenn jedoch die Federkonstante des Torsionsstabes 5 hoch wird, dann verändert sich die Abgabecharakteristik des Drehmomentsensors 6 so, wie dies durch die ge strichelte Linie B in Fig. 5 gezeigt ist, und beträgt die Abgabespannung V2 des Dreh momentsensors innerhalb des normalen Steuerbereiches R1 1,8 V bis 3,2 V. Da demzufolge der Abgabebereich um ca. 40% abnimmt, verglichen mit der Ausgangs spannung V1 von 1,3 V bis 3,7 V als Ausgangsspannung vor der Steigerung der Torsionssteifigkeit des Torsionsstabes 5, ist die Möglichkeit nicht auszuschließen, dass die Steuerung in diesem Randbereich gröber wird.

Im Besonderen, wenn eine Ausbildung, mit einer Vergrößerung der Federkonstante des Torsionsstabes 5 gewählt wird, um das Stopper-Blockier-Drehmoment entspre chend zu steigern, dann nimmt am Torsionsstab die Versetzung pro Winkeleinheit der Torsion ab, so dass auch die Abgabe von dem Drehmomentsensor 6 klein wird. Es gibt demzufolge die Möglichkeit, dass die Drehmomentdetektionsgenauigkeit nach lässt, was das Lenkgefühl für den Fahrer verschlechtert. Wenn andererseits in einem Fall, in welchem ein Umwandlungsmechanismusabschnitt modifiziert wird, um die ab gegriffene Versetzung pro Winkeleinheit der Torsion zu vergrößern, dann wird auch die Reibungskomponente, die mit diesem mechanischen Abschnitt in Kauf zu nehmen ist, verstärkt und nimmt die Hysterese-Komponente der Sensorcharakteristik zu, wäh rend die Drehmoment-Detektions-Präzision ähnlich abnimmt, wodurch insgesamt das Lenkgefühl möglicherweise verschlechtert wird.

Im Gegensatz dazu und in Verbindung mit der Tatsache, dass die Torsionssteifigkeit des Torsionsstabes 5 zu steigern ist, ist es vorstellbar, das Verhältnis (Konversions verhältnis) der Abgabespannung des Drehmomentsensors zum Torsionswinkel des Torsionsstabes 5 zu erhöhen, und zwar z. B. durch Steigern der Anzahl der Fenster 6e der Hülse 6d und der Anzahl der Zähne 2a auf der Eingangswelle 2 im Drehmoment sensor 6. Wenn jedoch die Abgabespannung des Drehmomentsensors 6 unter 0,5 V (unterer Schwellwert LT) abfällt oder 4,5 V (oberer Schwellwert UT) überschreitet, dann legt der Steuerkreis 90 fest, dass im Drehmomentsensor 6 eine Abnormalität aufgetreten ist. Wenn deshalb das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung des Drehmomentsensors 6 und dem Torsionswinkel des Torsionsstabes 5 einfach vergrö ßert wird, dann kann die Abgabespannung nahe an einem solchen Schwellwert LT oder UT liegen, so dass leichter ein Fehlersignal auftreten kann. Demzufolge ist die Möglichkeit nicht auszuschließen, dass die Funktion der elektrischen Servolenkvor richtung beeinträchtigt ist.

Demzufolge wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 6 gezeigt, innerhalb des normalen Steuerbereiches R1, innerhalb dessen sich der relative Winkel zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs befindet, die Abgabespannung des Drehmomentsen sors 6 im wesentlichen linear variiert in dem Bereich von 1,3 V bis 3,7 V mit einem ersten Umwandlungsverhältnis, wohingegen in dem Bereich R2, innerhalb dessen das Lenkungsdrehmoment niedriger ist als -8 Nm oder 8 Nm übersteigt, eine Anordnung vorgesehen, derart, dass die Veränderungsrate weniger verstärkt wird durch Verwen den eines zweiten Umwandlungsverhältnisses, das geringer ist als das erste Um wandlungsverhältnis, d. h., dass die Abgabecharakteristik eine quadratische Kurve bil det. Der Grund hierfür ist, dass ein solches Umwandlungsverhältnis ein variabler Wert sein kann. Demzufolge werden als die Abgabecharakteristik auch eine Sinuskurve oder eine periodische Kurve ähnlich einer Sinuskurve als zweckmäßig angesehen. Daraus resultiert, dass innerhalb des Steuerbereiches R1 eine Steuerung mit hoher Präzision durchgeführt werden kann, wohingegen es der Abgabespannung in dem Bereich R2 erschwert wird, unter den Schwellwert LT abzufallen oder den Schwellwert UT zu überschreiten. Augenfällig kann gemäß der Abgabecharakteristik des Dreh momentsensors 6 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 das Stopper-Blockier- Drehmoment ausgedehnt werden von -12 Nm auf -17 Nm und von 12 Nm auf 17 Nm. Dies bedeutet, dass das Stopper-Blockier-Drehmoment ausgedehnt werden kann auf einen Bereich C, wie er in Fig. 6 gezeigt ist. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform das Drehmoment, dem der Torsionsstab unterworfen wird, wenn der Torsionsstab bis zum Grenzwinkel verdreht wird, zweckmäßigerweise so vorausgesetzt, dass es -15 Nm oder weniger oder 15 Nm oder mehr beträgt.

Weiterhin ist es bei einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung vorstellbar, falls die Abgabespannung des Drehmomentsensors 6 z. B. 4,0 V überschritten hat (o der unter 1,0 V abgefallen ist), dass der Steuerkreis 90 die Steuerung auf eine derar tige Weise vornimmt, dass das von dem Elektromotor aufgebrachte Drehmoment ge steigert oder verringert wird, und zwar in der Richtung, in der die Torsion des Torsi onsstabes erleichtert bzw. gemindert wird, und zwar nach vorheriger Bestimmung, dass das kreuzförmige Unterende 2a der Eingangswelle 2 wie in den Fig. 3 und 4 ge zeigt, einen Status erreicht hat unmittelbar vor einer Anlage an der Innenwand des vertieften Abschnitts 3d der Ausgangswelle 3, da dann der Torsionsstab 5 bis zu ei nem vorbestimmten Winkel nahe beim Grenzwinkel verdreht worden ist. Mit einer solchen Steuerung kann das starke Anschlagen des unteren Endes 2a gegen den ver tieften Abschnitt 2d vermieden werden, und wird auf diese Weise das Anschlagge räusch unterdrückt. Es ist hervorzuheben, dass bei Verwendung der nicht linearen Abgabecharakteristik des Drehmomentsensors, wie in Fig. 6 gezeigt, die Tatsache, dass der Torsionsstab 5 bis zu dem vorbestimmten Winkel nahe an dem Grenzwinkel verdreht worden ist, auch in Korrespondenz mit dem Abfall bei der Rate der Zunahme (oder der Rate der Abnahme) der Abgabespannung festgestellt werden kann.

Obwohl vorstehend zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine detail lierte Beschreibung gegeben wurde, ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen einzuschränken. Es liegt auf der Hand, dass Änderungen und Modifikationen, wie erforderlich, möglich sind, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann, obwohl ein Drehmomentsensor des nicht kontaktierenden Typs bei den beschriebenen Aus führungsformen verwendet wurde, es möglich sein, einen Drehmomentsensor des Kontakttyps zu benutzen, der eine Helix-Nut und Kugeln umfasst. In einem solchen Fall kann durch Variieren der Steigung der Helix-Nut zwischen dem Zentralbereich und den einander gegenüberliegenden Endabschnitten es möglich sein, eine Abgabe charakteristik zu erreichen, die der in Fig. 6 gezeigten entspricht.

Bei einer Ausführungsform der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der Erfin dung gibt die Abtastvorrichtung ein erstes Detektionssignal ab, das mit einem ersten Umwandlungsverhältnis in Bezug auf die Torsion konvertiert ist, sofern die Torsion des Torsionsgliedes innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches liegt. Hingegen gibt die Abtastvorrichtung ein zweites Detektionssignal ab, das mit einem zweiten Umwandlungsverhältnis konvertiert ist, welches niedriger ist als das erste Umwand lungsverhältnis, falls die Torsion des Torsionsgliedes den vorbestimmten Winkelbe reich überschritten hat. Demzufolge ist es innerhalb des Steuerbereichs der elektrischen Servolenkvorrichtung möglich, ein relativ hohes Detektionssignal zu ver wenden, das mit dem ersten Umwandlungsverhältnis in Bezug auf die Torsion des Torsionsgliedes konvertiert ist, sogar in einem Fall, in welchem die Torsionssteifigkeit des Torsionsgliedes gesteigert ist, um das Aufschlaggeräusch des Begrenzungsglie des zu vermeiden, und es trotzdem möglich ist, den Motor gleichmäßig zu steuern.

Andererseits wird in einem Bereich, in welchem der innere Steuerbereich überschrit ten worden ist, ein relativ niedriges Detektionssignal abgegeben, das mit dem zweiten Umwandlungsverhältnis in Bezug auf die Torsion des Torsionsgliedes konvertiert ist, so dass das Abnormalitätssignal zuverlässig beurteilt werden kann, wenn ein Abnor malitätssignal von der Abtastvorrichtung abgegeben worden ist.

Weiterhin diskriminiert die Steuereinheit, dass in der Abtastvorrichtung eine Abnorma lität aufgetreten ist, falls das von der Abtastvorrichtung abgegebene Detektionssignal einen oberen Schwellwert überschritten hat oder unter einen unteren Schwellwert ab gefallen ist, wobei die oberen und unteren Schwellwerte außerhalb eines Bereiches gesetzt sind, innerhalb dessen das Detektionssignal von der Abtastvorrichtung in sei nem normalen Status abgegeben wird, bei dem die Torsion des Torsionsgliedes noch innerhalb des Grenzwinkelbereiches liegt. Demzufolge kann die Abnormalität bei der Abtastvorrichtung präzise detektiert werden, selbst wenn das zulässige Drehmoment des Torsionsgliedes erhöht ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Servo lenkvorrichtung steigert die Steuereinheit die Abgabe des Motors oder verringert es die Abgabe des Motors in der Richtung, in welcher die Torsion des Torsionsgliedes erleichtert wird, falls die Steuereinheit feststellt, basierend auf einem Resultat der Be urteilung durch die Abtastvorrichtung, dass das Torsionsglied bis zu einem vorbe stimmten Winkel nahe an dem Grenzwinkel verdreht worden ist. Es ist deshalb mög lich, das Aufschlaggeräusch in dem Begrenzungsglied effektiv zu unterdrücken.

Claims

1. Elektrische Servolenkvorrichtung, mit:
Einem Gehäuse (1);
einer Ausgangswelle (3) zum Abgeben einer Lenkkraft, um Fahrzeugräder zu lenken;
einer Eingangswelle (2) zum Übertragen der Lenkkraft von einem Lenkrad auf die Ausgangswelle;
einem Torsionsglied (5) zum Verbinden der Eingangswelle mit der Ausgangswelle, während das Torsionsglied in Übereinstimmung mit einem auf die Eingangswelle auf gebrachten Lenkungsdrehmoment nachgiebig verdreht wird;
einem an dem Gehäuse angebrachten Motor (50) zum Aufbringen einer Hilfslenkkraft auf die Ausgangswelle;
einem Kraftübertragungsmechanismus, der eine rotierende Welle des Motors mit der Ausgangsweile kuppelt, um die Hilfslenkkraft von dem Motor auf die Ausgangswelle zu übertragen;
einer Abtastvorrichtung (6) zum Detektieren eines Torsionsausmaßes des Torsions gliedes und zum Abgeben eines Detektionssignals, das mit dem Torsionsausmaß kor respondiert;
einer Steuereinheit (90) zum Steuern des Motors (50) auf der Basis des Detektions signals von der Abtastvorrichtung; und
einem Begrenzungsglied (2b, 3d) zum Begrenzen einer relativen Rotation zwischen der Ausgangswelle und der Eingangswelle, um zu verhindern, dass die Torsion des Tor sionsgliedes einen Grenzwinkel erreicht oder übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung (6) ein erstes Detektionssignal abgibt, das mit einem ersten Umwandlungsverhältnis in Bezug auf die Torsion umgewandelt wird, falls die Tor sion des Torsionsgliedes (5) innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches liegt, der kleiner ist als der Grenzwinkelbereich, und dass die Abtastvorrichtung (6) ein zweites Detektionssignal abgibt, das mit einem zweiten Umwandlungsverhältnis umgewandelt wird, welches geringer ist als das erste Umwandlungsverhältnis, und falls die Torsion des Torsionsgliedes den vorbestimmten Winkelbereich überschritten hat.

2. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (90) diskriminiert, dass in der Abtastvorrichtung (6) eine Ab normalität aufgetreten ist, falls das von der Abtastvorrichtung abgegebene Detekti onssignal einen oberen Schwellwert überschritten oder einen unteren Schwellwert unterschritten hat, wobei die oberen und unteren Schwellwerte außerhalb eines Be reiches gesetzt sind, innerhalb dessen das Detektionssignal von der Abtastvorrichtung in ihrem normalen Status abgegeben wird, wenn die Torsion des Torsionsgliedes (5) innerhalb des Grenzwinkels liegt.

3. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment, dem das Torsionsglied unterworfen wird, wenn das Torsions glied bis zu dem Grenzwinkel verdreht wird, -15 Nm oder weniger oder 15 Nm oder mehr beträgt.

4. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung einen Drehmomentsensor (6) eines nicht kontaktierenden Typs aufweist.

5. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung einen Drehmomentsensor (6) eines nicht kontaktierenden Typs aufweist.

6. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgabecharakteristik des ersten, mit dem ersten Umwandlungsverhältnis umgewandelten Detektionssignals eine lineare Kurve darstellt.

7. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgabecharakteristik des zweiten, mit dem zweiten Umwandlungsverhältnis umgewandelten Detektionssignals eine quadratische Kurve darstellt.

8. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgabecharakteristik des zweiten, mit dem zweiten Umwandlungsverhältnis umgewandelten Detektionssignals eine Sinuskurve darstellt.

9. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabecharakteristik des zweiten, mit dem zweiten Umwandlungsverhältnis umgewandelten Detektionssignals eine periodische Kurve darstellt.

10. Elektrische Servolenkvorrichtung, mit:
Einem Gehäuse (1);
einer Ausgangswelle (3) zum Abgeben einer Lenkkraft, um Fahrzeugräder zu lenken;
einer Eingangswelle (2) zum Übertragen der Lenkkraft von einem Lenkrad auf die Ausgangswelle;
einem Torsionsglied (5) zum Verbinden der Eingangswelle mit der Ausgangswelle während das Torsionsglied nachgiebig und in Abhängigkeit von einem Lenkungs- Drehmoment verdreht wird, das auf die Eingangswelle (2) aufgebracht wird;
einem an dem Gehäuse (1) befestigten Motor (50) zum Aufbringen einer Hilfslenkkraft auf die Ausgangswelle (3);
einem eine drehbare Welle des Motors mit der Ausgangswelle kuppelnden Kraftüber tragungsmechanismus, um die Hilfslenkkraft von dem Motor auf die Ausgangswelle zu übertragen;
einer Abtastvorrichtung zum Detektieren eines Torsionsausmaßes des Torsionsgliedes und zum Abgeben eines Detektionssignals, das mit dem Torsionsausmaß korrespon diert;
einer Steuereinheit (90) zum Steuern des Motors (50) auf der Basis des Detektions signals von der Abtastvorrichtung, und
einem Begrenzungsglied (3d, 2b) zum Begrenzen einer relativen Rotation zwischen der Ausgangswelle und der Eingangswelle, um die Torsion des Torsionsgliedes (5) so weit zu begrenzen, dass diese einen Grenzwinkel oder mehr nicht erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (90) basierend auf dem Detektionsresultat feststellt, dass das Torsionsglied bis zu einem vorbestimmten Winkel nahe dem Grenzwinkel verdreht worden ist, und dass die Steuereinheit (90) eine Abgabe des Motors (50) in einer Richtung steigert oder vermindert, in welcher die Torsion des Tor sionsgliedes (5) gemindert wird.

11. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (90) feststellt, dass das Torsionsglied (5) bis zu einem vorbe stimmten Winkel nahe dem Grenzwinkel verdreht worden ist, sobald das Detektions signal einen oberen vorbestimmten Wert überschritten hat oder unter einen unteren vorbestimmten Wert abgefallen ist.