DE3348059C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenk­ einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Als Hilfe für einen Fahrer bei dem Steuern eines Kraft­ fahrzeuges sind Servolenkeinrichtungen bekannt. Bei diesen bekannten Einrichtungen wird entsprechend dem Lenken durch den Fahrer eine Antriebskraft als Hilfslenkkraft erzeugt, die zu einer Lenkungsgetriebevorrichtung übertragen wird. Die meisten der derzeit in der Praxis eingesetzten Servo­ lenkeinrichtungen werden hydraulisch betrieben. Das heißt, der hydraulische Antrieb der Servolenkeinrichtung ist mit einem Steuerventil, einem Hydraulikzylinder usw. ausge­ stattet, um die Hilfslenkkraft dadurch zu erzeugen, daß Öl in dem Hydraulikzylinder entsprechend einem Lenkvorgang bewegt wird.

Das Steuerventil, der Hydraulikzylinder usw. haben jedoch große Abmessungen. Ferner entsteht in entsprechenden Ver­ bindungsrohren ein großer Druckverlust. Zum Vermindern dieses Druckverlustes müssen die Rohre mit einer schwäche­ ren Krümmung gebogen sein. Darüber hinaus muß bei dem hy­ draulischen Antrieb eine gute Abdichtung vorgesehen sein, um zuverlässig das Austreten des Öls zu verhindern, wobei die Handhabung der Vorrichtungen zum Einbau der Dichtungen schwierig ist. Falls in einem Fahrzeug im Motorraum nicht genügend Platz zur Verfügung steht, wie beispielsweise bei einem Frontantriebsfahrzeug, ist es daher schwierig, diese Servolenkeinrichtung einzubauen.

In der eine gattungsgemäße Servolenkeinrichtung zeigenden DE-OS 22 37 166 wurde bereits vorgeschlagen, als Antriebs­ quelle einer Servolenkeinrichtung einen Elektromotor zu verwenden. In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr, daß in dem Elektromotor durch schlechte Isolation ein Brand entsteht, falls die Temperatur des Elektromotors eine vorbestimmte Temperatur übersteigt. Weiterhin bereitet die räumliche Anordnung des Elektromotors und des Motordrehmo­ ment-Übertragungsmechanismus Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrische Servolenkeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 zu schaffen, die sich durch gute räumliche Anordnung auszeichnet und bei der dennoch übermäßige Tem­ peraturen des Elektromotors zuverlässig vermeidbar sind.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Mitteln gelöst.

Durch das Angreifen des Motordrehmoment-Übertragungsmecha­ nismus an der dem Lenkgetriebe benachbarten Lenkwelle wird einerseits erreicht, daß das Raumangebot im Bereich des Lenkrads unbeeinträchtigt ist. Andererseits wird hierdurch sichergestellt, daß bei konstantem Lenkdrehmoment der Servolenkeinrichtung auch auf das Lenkgetriebe ein kon­ stantes Drehmoment aufgebracht wird, was bei Eingriff mit einer der weiteren, schrägstehenden Lenkwellen nicht der Fall wäre. Damit ist ein gleichmäßiger Lenkvorgang ohne Behinderung der Fahrbedienungsvorgänge gewährleistet. Die erfindungsgemäße Servolenkeinrichtung ist dabei klein bemessen und kann daher leicht in das Fahrzeug eingebaut werden. Übermäßige Temperaturen des Elektromotors, die bei der erfindungsgemäßen Anordnung andernfalls möglicherweise auftreten könnten, werden hierbei durch die weiterhin vorgesehene Laststromerfassung und -begrenzung zuverlässig vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung eines Ausfüh­ rungsbeispiels der elektrischen Servolenkein­ richtung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Lenksystems,

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer elektri­ schen Schaltung der Servolenkeinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild, das Einzelheiten eines Teils der in Fig. 3 gezeigten elektrischen Schaltung zeigt,

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das Einzelheiten eines Teils der in Fig. 3 gezeigten elektrischen Schal­ tung zeigt,

Fig. 6 eine Blockdarstellung, die Schaltzustände der elektrischen Schaltung bei jeweiligen Betriebs­ arten zeigt,

Fig. 7 ein Zeitdiagramm des Funktionsablaufs der in Fig. 3 gezeigten elektrischen Schaltung,

Fig. 8 eine graphische Darstellung, die Betriebskennli­ nien eines Gleichstrom Servomotors DM zeigt,

Fig. 9a eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem von dem Fahrer von Hand ausgeübten Drehmoment und dem von der in Fig. 1 gezeigten Servolenkeinrichtung abgegebenen Ausgangsdrehmo­ ment zeigt, und

Fig. 9b eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der ma­ nuellen Lenkkraft bei einem Fahrzeug mit der in Fig. 1 gezeigten Servolenkeinrichtung zeigt.

Gemäß Fig. 1, die schematisch den Aufbau eines Ausführungs­ beispiels der Servolenkeinrichtung zeigt, ist ein Lenkrad 1 mit einer ersten Lenkwelle 2 verbunden, welche ihrerseits über ein erstes Kreuzgelenk 4 mit einer zweiten Lenkwelle 5 verbunden ist. Die erste Lenkwelle 2 ist mit einem Drehmo­ mentfühler 8 versehen. An die zweite Lenkwelle 5 ist über ein zweites Kreuzgelenk 6 eine dritte Lenkwelle 7 angeschlos­ sen. Die dritte Lenkwelle 7 ist über ein Untersetzungsge­ triebe 9 mit einem Gleichstrom-Servomotor DM verbunden. An das Ende der Lenkwelle 7 ist ein Zahnritzel angeschlossen, das mit einer Lenkverstellungs-Zahnstange 3 b gemäß der Dar­ stellung in Fig. 2 kämmt. Der zwischen der ersten Lenkwelle 2 und der zweiten Lenkwelle 5 gebildete Winkel α ist gleich dem zwischen der zweiten Lenwelle 5 und der dritten Lenk­ welle 7 gebildeten Winkel α.

Das bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendete Untersetzungsgetriebe 9 enthält vier Zahnräder in Zusam­ menwirkung. Das Untersetzungsgetriebe 9 überträgt das Dreh­ moment des Gleichstrom-Servomotors DM zur dritten Lenkwelle 7 mit einer Drehzahl-Untersetzung auf ein Sechstel. Der bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Drehmomentfühler 8 ist mit einem Dehnungsmeßstreifen aufgebaut. Weiterhin ist ein zweiter, nicht gezeigter Drehmomentfühler vorhanden. Die für das Drehen des Lenkrads notwendige Kraft wird durch das Erfassen des Drehmoments an der Lenkwelle 2 ermittelt. Jeder dieser Drehmomentfühler 8 ist mit zwei Meßgebern mit von­ einander verschiedenen Meßausrichtungen versehen, wobei die vier Meßgeber zum Ausschalten von Temperatureinflüssen zu einer Brückenschaltung geschaltet sind, wie sie im nach­ folgenden beschrieben wird.

Gemäß Fig. 2 sind die Achsen von Vorderrädern 12 a und 12 b des Fahrzeugs jeweils mittels oberer Aufhängungsträger 14 a und 14 b über Stoßdämpfer 13 a und 13 b gelagert. Zwischen dem Stoßdämpfer 13 a und dem Aufhängungsträger 14 a sowie zwischen dem Stoßdämpfer 13 b und dem Aufhängungsträger 14 b sind je­ weils Schraubenfedern 15 a bzw. 15 b angeordnet. Mit den Lagern der Räder 12 a und 12 b sind jeweils Achsschenkelarme 16 a bzw. 16 b verbunden, die über Spurstangen 17 a bzw. 17 b mit der Zahnstange 3 b verbunden sind. Gemäß den vorstehenden Ausfüh­ rungen kämmt die Zahnspange 3 b mit dem Ritzel 3 a. Mit 18 a und 18 b sind untere Aufhängungsarme bezeichnet, während mit 19 ein Stabilisator bezeichnet ist.

Fig. 3 zeigt schematisch den elektrischen Schaltungsaufbau der in Fig. 1 gezeigten elektrischen Servolenkeinrichtung. Einzelheiten wesentlicher Teile der Schaltung nach Fig. 3 sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Die graphischen Darstel­ lungen in den jeweiligen Blöcken in Fig. 3 veranschaulichen die elektrischen Eigenschaften der jeweiligen Blöcke. In Fig. 4 sind Widerstände durch schmale Rechtecke dargestellt. Die beiden Drehmomentfühler 8 sind zu einer Widerstandsbrücke geschaltet, deren Ausgang mit einem Block B 0 verbunden ist. Der Block B 0 ist üblicherweise ein gewöhnlicher linearer Verstärker. Der Ausgang des Blocks B 0 ist mit zwei Blöcken B 1 und B 3 verbunden. Der Block B 1 ist eine Absolutwertschal­ tung, die eine von der Polarität des Eingangssignals unabhän­ gige lineare Verstärkung ergibt. Ein nachgeschalteter Block B 2 ist ein Verstärker, der als ein Funktionsgeber arbeitet, welcher ein Ausgangssignal "0" abgibt, wenn der Eingangspegel un­ terhalb L 1 liegt, und bis zu einem Ausgangspegel L 2 eine lineare Verstärkung ausführt, wenn der Eingangspegel über L 1 liegt, wobei aber der Ausgangspegel selbst bei einem wei­ teren Anstieg des Eingangspegels nicht über L 2 ansteigt. Der Pegel L 2 ist ein Wert, der durch die Arbeitskennlinie einer Zenerdiode ZD 1 bestimmt ist, während der Pegel L 1 mittels eines veränderbaren Widerstands VR 1 frei einstell­ bar ist. Der Pegel L 1 dient zum Festlegen einer unempfind­ lichen bzw. Totzone, die später beschrieben wird. Der Ver­ stärkungsfaktor im Block B 2 ist mittels eines veränderbaren Widerstands VR 2 einstellbar. Das heißt, mittels des veränderbaren Widerstands VR 2 ist die Aufteilung bzw. das Verhältnis zwi­ schen der für das Lenken aufzubringenden manuellen Kraft und der von dem Servomotor DM abgegebenen Kraft einstell­ bar. Das Ausgangssignal aus dem Block B 2 wird über einen Addierer additiv in einen Block B 5 eingegeben. Der Block B 5 ist ein linearer Verstärker, der als Fehlerverstärker dient. Der Ausgang des Blocks B 5 ist mit einem Modulations­ eingang eines Blocks B 6 verbunden. Der Block B 6 ist eine Impulsbreiten-Modulationsschaltung, mit der eine von einem Block B 9 abgegebene Rechteckwelle zu Impulsen mit einer Impulsbreite modulierbar ist, welche dem Steuersignal bzw. Modulationseingangssignal entspricht. Im Block B 6 und ei­ nem Block B 7 stellt CD eine Konstantstromdiode dar. Der Block B 9, nämlich die Impulsoszillatorschaltung, erzeugt die Rechteckwellen mit einer Frequenz von 2 kHz. Der Aus­ gang des Blocks B 6 ist mit einem Eingang B eines Blocks B 16 verbunden. Der Block B 16 ist eine logische Steuerschal­ tung.

Der an den Ausgang des Blocks B 0 angeschlossene Block B 3 ist eine Art Vergleicher, der zur Ermittlung der Polarität ausgebildet ist. Das heißt, der Block B 3 gibt an seinem Ausgang einen logischen Pegel ab, der sich in Abhängigkeit davon ändert, ob das erfaßte Drehmoment positiv oder negativ ist, d. h., in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Lenkrads 1. Der Ausgang des Blocks B 3 ist mit einem Eingang A des Blocks B 16 verbunden.

Ein an den Ausgang des Blocks B 1 angeschlossener Block B 4 ist eine Differenzierschaltung, die eine plötzliche Ände­ rung bei der Lenkung erfaßt. An den Ausgang des Blocks B 4 sind Blöcke B 7 und B 8 angeschlossen. Der Block B 7 ist eine Impulsbreiten-Modulationsschaltung, welche wie der Block B 6 die Rechteckwellen aus dem Block B 9 empfängt und die Impulsbreite des empfangenen Signals entsprechend dem Steuersignal moduliert. Der Ausgang des Blocks B 7 ist mit einem Eingang C des Blocks B 16 verbunden. Der Block B 8 ist ein Vergleicher, dessen Vergleichspegel mittels eines veränderbaren Widerstands VR 3 einstellbar ist. Der Ausgang des Blocks B 8 ist mit einem Eingang D des Blocks B 16 ver­ bunden. Diese Blöcke B 4, B 7 und B 8 kommen dann zur Wirkung, wenn sich das Drehmoment des Servomotors DM plötzlich ver­ ringert.

Ein Block B 10 ist zum Zuführen eines Gegenkopplungssignals ausgebildet, welches dem in dem Gleichstrom-Servomotor DM fließenden Strom entspricht. Der Block B 10 ist ein line­ arer Verstärker, der sein Ausgangssignal an eine Absolut­ wertschaltung B 11 abgibt. Der Ausgang der Absolutwertschal­ tung B 11 ist mit Blöcken B 12 und B 13 verbunden, welche ein linearer Verstärker bzw. ein Vergleicher sind. Das Aus­ gangssignal des Verstärkers B 12 wird dem Eingangssignal des Blocks B 5 hinzugefügt bzw. von diesem subtrahiert. Der Block B 13 ist ein Vergleicher, welcher (durch einen abnormalen Strom) irgendeine Überlastung des Servomotors DM erfaßt. Der Vergleichspegel im Vergleicher B 13 ist mittels eines veränderbaren Widerstands VR 4 einstellbar. Mit SS ist ein Drehzahlmeßgeber bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel ist der Drezahlmeßgeber SS mit einem Magneten und einem Reed-Schalter aufgebaut. Der Magnet ist an ein Tacho­ meterkabel angeschlossen, so daß er mit einer zur Achsen­ drehzahl proportionalen Drehzahl umläuft. Beim Umlauf des Magneten wird der Reed-Schalter geöffnet und geschlossen, so daß ein Impulssignal mit einer Frequenz erzeugt wird, welche der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Das Signal wird an eine Frequenz/Spannung- bzw. f/v-Wandlerschaltung B 14 angelegt, deren Ausgangssignal über einen Vergleicher B 15 einem Eingang F des Blocks B 16 zugeführt wird. Der Block bzw. Vergleicher B 15 enthält einen veränderbaren Widerstand VR 5, mit welchem der Vergleichspegel eingestellt wird. Der veränderbare Widerstand VR 5 hat einen Bedienungs­ knopf, der innerhalb der Reichweite des Fahrers angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann mit dem Vergleichs­ pegel eine kritische Fahrzeuggeschwindigkeit auf lineare Weise in dem Bereich von 20 bis 50 km/h verändert werden.

An Ausgänge Q 1 bis Q 6 des Blocks bzw. der logischen Steuer­ schaltung B 16 sind über Basistreiberstufen BD Schalttransi­ storen Q 1 bis Q 6 zur elektrischen Leistungssteuerung ange­ schlossen. Die Transistoren Q 1, Q 2, Q 3 und Q 4 dienen zum Speisen des Servomotors DM. Diese Transistoren sind zu ei­ nem Polaritätswechsel geschaltet, nämlich in der Form ei­ ner Brücke. Im einzelnen wird dem Servomotor DM Strom in einer bestimmten Polarität zugeführt, wenn zwei diagonal zueinanderliegende Transistoren durchgeschaltet werden. Die Transistoren Q 5 und Q 6, welche zum Bremsen verwendet werden, sind mit einem Widerstand R in Reihe geschaltet. Diese Rei­ henschaltung ist zu dem Servomotor DM parallelgeschaltet. Mit CT ist ein Stromwandler für die Erfassung des Last­ stroms bezeichnet, während mit L eine Gleichstromdrossel zum Verhindern der auf der Impulsbreitensteuerung beruhen­ den Unterbrechung des Motorstroms bezeichnet ist.

Nach Fig. 5 weist die logische Steuerschaltung B 16 UND- Glieder AN 1 bis AN 14, Inverter IN 1 bis IN 11 und Treiber­ stufen DV 1 bis DV 6 auf. Die Treiberstufen DV 1 bis DV 6 haben identischen Aufbau. Die Treiberstufe DV 1 weist einen Tran­ sistor Qa, einen Fotokoppler PC 1 mit einer Leuchtdiode usw. auf. Fotodioden, die mit den Leuchtdioden der Fotokoppler der Treiberstufen DV 1 bis DV 6 Paare bilden, sind jeweils in einer Basistreiberstufe BD für die Basisansteuerung der Transistoren Q 1 bis Q 6 enthalten.

Die vorstehend beschriebene Lenkeinrichtung arbeitet in der nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9b be­ schriebenen Weise. Vor der Beschreibung der Funktionsweise werden die diesbezüglichen Figuren kurz erläutert. Fig. 6 zeigt die Verbindungen zwischen dem Servomotor DM und Transistoren, die bei jeweiligen Betriebsarten durchgeschal­ tet werden, während Fig. 7 ein Beispiel für die Be­ triebszeitsteuerung zeigt. Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die die Arbeitskennlinien des bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel verwendeten Gleichstrom-Servomotors DM zeigt, nämlich eine Drehmoment/Strom-Kennlinie I, eine Drehmoment/ Drehzahl-Kennlinie N und eine Drehmoment/Wirkungsgrad-Kenn­ linie η. Fig. 9a zeigt den Zusammenhang zwischen ei­ nem von dem Fahrer an dem Lenkrad ausgeübten manuellen Drehmoment Tm und einem an dem Lenkmechanismus aufgebrach­ ten Drehmoment Ts einschließlich des von dem Servomotor DM erzeugten unterstützenden bzw. Hilfsdrehmoments. Die Fig. 9b zeigt den Zusammenhang zwischen der Fahrzeugge­ schwindigkeit und der zum Lenken aufgewandten Kraft, die einerseits ohne die Unterstützung durch die Servolenkein­ richtung (Doppepunkt-Strich-Linie) und andererseits bei der Verwendung der Servolenkeinrichtung beobachtet werden.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer mittels des veränderbaren Widerstands VR 5 eingestellten Geschwindigkeit Vm liegt, wird an den Eingang F der logischen Steuerschal­ tung B 16 der niedrige logische Pegel L angelegt. Sobald der Fahrer das Lenkrad mit einem Drehmoment dreht, das grö­ ßer als ein vorbestimmtes Drehmoment ist, wird der Pegel an dem Eingang A der Schaltung B 16 entsprechend der Dreh­ richtung des Lenkrads eingestellt. Zugleich werden an den Eingang B der Schaltung B 16 Impulse einer vorbestimmten Breite angelegt. Infolgedessen nehmen entsprechend der Dreh­ richtung des Lenkrads die Ausgangssignale der UND-Glieder AN 1, AN 2 und AN 9 oder die Ausgangssignale der UND-Glieder AN 3, AN 4 und AN 10 den logischen Pegel "1" an, so daß der Fotokoppler der Treiberstufe DV 4 oder DV 3 eingeschaltet wird. Sogleich werden die Impulse aus der Impulsbreiten- Modulationsschaltung B 6 über das UND-Glied AN 13 und den Inverter IN 6 an die Treiberstufe DV 1 oder über das UND- Glied AN 14 und den Inverter IN 7 an die Treiberstufe DV 2 angelegt. Nimmt man an, daß die Impulse beispielsweise an die Treiberstufe DV 1 angelegt werden, so wird der Transi­ stor Qa entsprechend den Impulsen ein- und ausgeschaltet und damit entsprechend den Impulsen durchgeschaltet und gesperrt. Mit dem Ein- und Ausschalten des Transistors Qa wird der Fotokoppler PC 1 abgeschaltet bzw. gespeist. Die Treiberstufen, die keine Impulse empfangen, werden in dem Einschaltzustand gehalten, so daß daher die diesen Trei­ berstufen zugeordneten Fotokoppler abgeschaltet gehalten werden. Sobald der Fotokoppler PC 1 eingeschaltet wird, wer­ den die Transistoren Q 1 und Q 4 durchgeschaltet, so daß dem Motor der Strom in der Weise zugeführt wird, wie es in der Fig. 6 für die Vorwärtsantriebs-Betriebsart gezeigt ist. Sobald jedoch der Fotokoppler abgeschaltet wird, wird der Transistor Q 1 gesperrt und damit der Stromkreis unterbro­ chen. Der dem Motor zugeführte Strom wird entsprechend den Impulsen geschaltet. Infolgedessen ändert sich die dem Motor zugeführte elektrische Leistung in Übereinstimmung mit der Impulsbreite, so daß sich das Motordrehmoment ändert. Falls die Impulse an die Treiberstufe DV 2 angelegt werden, wird entsprechend den Impulsen der Transistor Q 2 ein- und ausgeschaltet, so daß hierdurch sich die Schal­ tungsverbindung entsprechend der Darstellung in Fig. 6 für "EIN" und "AUS" bei dem Rückwärtsantrieb ändert. Der Pegel des elektrischen Stroms im Motor wird mittels des Strom­ wandlers CT erfaßt, welcher ein der Motorstromstärke ent­ sprechendes Signal zu der Impulsbreiten-Modulationsschal­ tung B 6 in der Weise zurückführt, daß der Servomotor DM mit einem Strom betrieben wird, dessen Pegel der von dem Fahrer an dem Lenkrad ausgeübten manuellen Lenkkraft entspricht.

Falls der Fahrer das Lenkrad plötzlich in Gegenrichtung, nämlich in Gegenrichtung zur Neutralstellung hin dreht, um irgendeine während der Schwenkung des Fahrzeugs ent­ deckten Hindernis auszuweichen, wird bei dem mittels des Drehmomentfühlers erfaßten Drehmoment eine plötzliche Ände­ rung hervorgerufen. Dieser plötzlichen Änderung wird mit­ tels des Vergleichers B 8 erfaßt, wodurch der Pegel an dem Eingang D der logischen Steuerschaltung B 16 auf den hohen Pegel H wechselt. Zugleich werden an den Eingang C Impulse angelegt, deren Breite entsprechend dem Differentialwert des gemessenen Drehmoments gesteuert wird. Infolgedessen wird ein Impulssignal entsprechend der Drehrichtung des Lenkrads über die UND-Glieder AN 5, AN 6 und AN 11 der Schal­ tung B 16 an die Treiberstufe DV 5 oder über die UND-Glieder AN 7, AN 8 und AN 12 der Schaltung an die Treiberstufe DV 6 angelegt. Dadurch werden gemäß der Darstellung bei der in Fig. 6 gezeigten Brems-Betriebsart den Impulsen entspre­ chend die Transistoren Q 5 oder Q 6 ein- und ausgeschaltet. Wenn einer dieser Transistoren eingeschaltet wird, werden die Anschlüsse des Servomotors DM über den Widerstand R kurzgeschlossen, so daß eine Bremswirkung entsteht. Die Bremswirkung ändert sich in Abhängigkeit von der Impuls­ breite, nämlich von der Drehmomentänderung.

Das Verhältnis zwischen der von dem Fahrer ausgeübten ma­ nuellen Drehmoment Tm und dem von der Servo-Lenkvorrich­ tung erzeugten Hilfsdrehmoment Ts ändert sich gemäß der Darstellung in Fig. 9a. Das heißt, in einer Zone zwischen -T 1 und T 1, die durch den veränderbaren Widerstand VR 1 bestimmt ist, nimmt das Ausgangssignal des Funktionsgebers B 2 den Pe­ gel "0" an, so daß dem Servomotor DM kein Strom zugeführt wird. Daher nimmt in dieser nachstehend als "Totzone" be­ zeichneten Zone das von der Servo-Lenkvorrichtung erzeugte unterstützende Lenkungs-Drehmoment Ts den gleichen Wert wie das von dem Fahrer ausgeübte manuelle Lenkungs-Drehmoment an. Sobald das Drehmoment T 1 erreicht ist, beginnt der Funk­ tionsgeber B 2 ein Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Pegel dem Wert des Drehmoments entspricht, so daß der Motor ein Hilfsdrehmoment abgibt, welches die von dem Fahrer aufge­ brachte manuelle Lenkungskraft unterstützt. Das heißt, das Aus­ gangs-Lenkungsdrehmoment wird um eine Größe angehoben, die dem von dem Motor erzeugten Hilfsdrehmoment entspricht. Sobald das gemessene Drehmoment bis zu einem Wert ansteigt, der gleich dem maximal von dem Motor abgebbaren Drehmoment ist, wird der Ausgangspegel des Funktionsgebers B 2 auf einen konstanten Pegel begrenzt, so daß das Motordrehmo­ ment auf einen dementsprechenden Wert festgelegt wird. Das heißt, das Motordrehmoment ändert sich auch dann nicht, wenn das gemessene Drehmoment weiter zunimmt.

Gemäß Fig. 9b ändert sich die für das Lenken des Fahr­ zeugs aufzuwendende Kraft in starkem Ausmaß in Abhängig­ keit von einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn das Fahrzeug steht oder mit geringer Geschwindigkeit fährt, ist eine außerordentlich große Kraft erforderlich. Bei der Servolenkeinrichtung gemäß dem beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel ändert sich jedoch hierbei das von dem Fahrer aufzubringende manuelle Lenkungsdrehmoment nicht so stark, da das von dem Servomotor abgegebene Drehmoment, das sich entsprechend dem Lenkungsdrehmoment verändert, zu dem durch die vom Fahrer aufgebrachte manuelle Lenkungskraft hervor­ gerufene Drehmoment hinzukommt. Daher kann der Fahrer selbst bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit das Fahrzeug mit verhältnismäßig geringem Kraftaufwand lenken. Wenn je­ doch die Fahrzeuggeschwindigkeit auf den Wert Vm ansteigt, der mittels des veränderbaren Widerstands VR 5 eingestellt ist, und keinerlei Kraftunterstützung mehr erforderlich ist, wird an den Eingang F der logischen Steuerschaltung B 16 ein Signal mit dem hohen Pegel H angelegt, wodurch die Speisung des Servomotors DM unterbrochen wird. Daher nimmt beim Erreichen der Fahrzeuggeschwindigkeit Vm das von Hand aufzubringende Drehmoment Tm um eine Größe zu, die dem von dem Servomotor erzeugten Drehmoment Ta ent­ spricht. Daher ist dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als Vm ist, das von dem Fahrer manuell aufzubringende Lenkungsdrehmoment Tm um eine Größe, die dem von dem Servo­ motor DM, dem Untersetzungsgetriebe 9 usw. hervorgerufenen Widerstand entspricht, größer als das bei einem herkömm­ lichen Lenkungssystem (siehe Doppelpunkt-Strich-Linie). Im allgemeinen nimmt das für das Lenken aufzubringende Dreh­ moment stark ab, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit an­ steigt; daher kann trotz einer geringfügigen Zunahme des Lenkungswiderstands mit einer nur geringen Kraft gelenkt weden. Zur Entlastung des Fahrers ist eher ein mittlerer Lenkungswiderstand, nämlich ein für das Lenken aufzubringen­ des mittleres Drehmoment vorzuziehen, da es eine gleich­ mäßige Lenkung bzw. ein besseres Lenkungsempfinden ergibt.

Das automatische Steuersystem bzw. Regelsystem kann ein PI- Regelsystem oder PID-Regelsystem sein. Die Umstellung der Regelungsart zwischen der PI-Regelung und PID-Regelung kann auf einfache Weise durch Verändern von Elementen wie z. B. in dem Fehlerverstärker B 5 erfolgen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Servolenkeinrichtung aus einer Kombination einer logi­ schen Steuerschaltung, die gewöhnliche logische Elemente enthält, und analogen Schaltungen gebildet. Es ist offen­ sichtlich, daß die logische Steuerschaltung durch einen Mi­ krocomputer ersetzt werden kann. Gleichermaßen können die analogen Schaltungen durch einen Computer mit hoher Verarbei­ tungsgeschwindigkeit ersetzt werden.

Der Drehmomentfühler 8 kann statt mit der ersten Lenkwelle 2 auch mit der dritten Lenkwelle 7 verbunden sein.

Claims (11)

1. Elektrische Servolenkeinrichtung mit einem Lenkdrehmo­ ment-Übertragungsmechanismus zum Übertragen des Drehmo­ ments von einem Lenkrad über mehrere Lenkwellen, die je­ weils über Anschlußvorrichtungen miteinander verbunden sind, zu einem Lenkgetriebe, einem Elektromotor, der über einen Motordrehmoment-Übertragungsmechanismus mit dem Lenkdrehmoment-Übertragungsmechanismus gekoppelt ist, einer Lenkdrehmoment-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des manuell ausgeübten Lenkdrehmoments in einer der Lenk­ wellen und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Elek­ tromotors, dadurch gekennzeichnet, daß der Motordrehmo­ ment-Übertragungsmechanismus (9) mit der dem Lenkgetriebe benachbarten Lenkwelle (7) in Eingriff steht, daß eine Laststrom-Erfassungsvorrichtung (CT) zum Erfassen des über den Elektromotor (DM) fließenden Laststroms vorgese­ hen ist, und daß die Steuereinrichtung den über den Elek­ tromotor (DM) fließenden Laststrom in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Lenkdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (8) und der Laststrom-Erfassungsvorrichtung (CT) bestimmt und derart begrenzt, daß er einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt.

2. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung die Zufuhr des Last­ stroms zu dem Elektromotor (DM) begrenzt, wenn der mittels der Laststrom-Erfassungsvorrichtung (CT) erfaßte Wert des Laststroms den vorbestimmten Wert zu übersteigen droht.

3. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung den Pegel des Ausgangssignals der Lenkdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (8) unter einen vorbestimmten Pegel begrenzt.

4. Servolenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkgetriebe eine Zahn­ stange (3 b) und ein Ritzel aufweist, drei Lenkwellen (2, 5, 7) vorgesehen sind, die miteinander über zwei Kreuzgelenke (4, 6) als Anschlußvorrichtungen verbunden sind und das Ritzel an diejenige Lenkwelle (7) ange­ schlossen ist, an der der Motordrehmoment-Übertragungsme­ chanismus (9) angreift.

5. Servolenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Vergleicher (B 3) zum Ermitteln der Polarität des Ausgangs­ signals der Lenkdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (8) und eine logische Schaltung (B 1) zum Festlegen der Richtung des über den Elektromotor (DM) fließenden Laststroms ent­ sprechend der ermittelten Polarität aufweist.

6. Servolenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Differenzierschaltung (B 4) zum Differenzieren des Aus­ gangssignals der Lenkdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (8), einen Vergleicher (B 8) zum Vergleichen des differenzierten Werts mit einem bestimmten Vergleichswert, eine logi­ sche Schaltung (B 16) zum Unterbrechen der Zufuhr des Last­ stroms zu dem Elektromotor (DM) entsprechend einem Aus­ gangssignal des Vergleichers, eine Impulsbreiten-Modula­ tionsschaltung (B 7) zum Modulieren der Impulsbreite eines Rechtecksignals aus einem Oszillator (B 9) mit dem diffe­ renzierten Wert aus der Differenzierschaltung (B 4) und eine durch das Ausgangssignal der Impulsbreiten-Modulations­ schaltung (B 7) angesteuerte Motorbremsschaltung (Q 5, Q 6, R) aufweist.

7. Servolenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Impulsbreiten-Modulationsschaltung (B 6) zum Modulieren der Impulsbreite eines Rechtecksignals aus einem Oszillator (B 9) mit dem Absolutwert des Ausgangssignals der Lenkdreh­ moment-Erfassungsvorrichtung (8) und eine Treiberschaltung (B 16, B 17) zum Betreiben des Elektromotors (DM) mit dem Ausgangssignal der Impulsbreiten-Modulationsschaltung auf­ weist.

8. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Begrenzer (B 2) aufweist, der verhindert, daß der Absolutwert den vorbe­ stimmten Wert (L 2) übersteigt.

9. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Impulsbrei­ ten-Modulationsschaltung (B 6) zum Modulieren der Impuls­ breite eines Rechtecksignals aus einem Oszillator (B 9) mit dem Absolutwert des Ausgangssignals der Lenkdrehmoment- Erfassungsvorrichtung (8) und mit dem Wert des über den Elektromotor (DM) fließenden Laststroms aufweist.

10. Servolenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (Fig. 4) eine Umsetzschaltung (B 14) zum Umsetzen eines Impulssi­ gnals mit einer zur Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Frequenz in ein Spannungssignal und eine logische Schaltung (B 15, B 16) aufweist, die die Zufuhr des Last­ stroms zu dem Elektromotor (DM) unterbricht, wenn das Ausgangssignal der Umsetzschaltung einen vorbestimmten Wert übersteigt.

11. Servolenkeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrich­ tung eine Schaltungseinrichtung (B 2) zur Ermittlung eines Drehmoment-Schwellwerts (L 1) aufweist, unterhalb dessen keine Motorerregung erfolgt.