DE3434495C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen Servolenkeinrichtung gemäß der DE-OS 22 37 166 ist der Stator (Widerstandsbahn) des Detektorelementes fest in einer exzentrischen Position an der Ausgangslenkwelle angebracht und dessen Rotor (Schleifer) wird durch das zweite Zahnrad bewegt, welches mit dem ersten Zahnrad kämmt. Bei einer Relativdrehung von Eingangslenkwelle und Ausgangslenkwelle wird je nach Richtung und Größe der Relativdrehung der Schleifer zur einen oder anderen Seite aus seiner Neutralstellung ausgelenkt.

Nachteilig hierbei ist jedoch, daß das Detektorelement stets mit der Ausgangs­ lenkwelle bei deren Lenkbewegung mitrotiert wie ein Satellit. Dementsprechend wird ein weitaus größeres Bauvolumen im Fahrzeug beansprucht, als dies durch das Detektorelement selbst nötig wäre. Ein weiterer Nachteil folgt daraus, daß die Signalleitungen vom Detektorelement über rotierende Schleifkontakte zur fahrzeugfesten Steuervorrichtung geführt werden müssen, die sich abnutzen und leicht verschmutzen und damit die Zuverlässigkeit der Servolenkung beeinträchtigen.

Gemäß der DE-OS 31 06 088 sind anstelle von Zahnrädern an der Eingangslenk­ welle und der Ausgangslenkwelle jeweils zueinander koaxiale Lochscheiben ange­ bracht, die gemeinsam von einem gehäusefesten foto-optischen Detektor nach Art einer Lichtschranke übergriffen werden. Der gegenseitige Versatz der Lochscheiben ist proportional dem Lenkdrehmoment und soll als von Null ansteigende Lichtintensität der Lichtschranke angezeigt werden. Damit aber der feststehende Detektor in jeder Drehstellung des Lenkrades bzw. der Lenk­ wellen den Versatz feststellen kann, müssen die Löcher über den ganzen Umfang der Lochscheiben verteilt werden und zwar möglichst präzise, um keine Dreh­ momentschwankungen vorzutäuschen. Zwischen den Löchern gibt es zwangsläufig lichtundurchlässige Sektoren, so daß eine einzelne Lichtschranke im Verlauf der Lenkraddrehung stets periodisch an- und abschwellend moduliert wird. Um nun dennoch ein kontinuierliches Signal zu erhalten (vorausgesetzt der Versatz ist gleichbleibend), müssen mehrere Lichtschranken mit abweichender Teilung so über den Umfang verteilt werden, daß zumindest eine jeweils nicht hinter einem lichtsperrenden Sektor abgeschattet ist, unabhängig von der jeweiligen Dreh­ stellung des Lenkrades. Dies bedingt wiederum, daß die Lichtschranken gleiche Charakteristiken haben, damit keine Intensitätsunterschiede (und folglich Dreh­ momentunterschiede) vorgetäuscht werden, je nach dem, welche der Lichtschranken gerade zufällig aktiviert wird. Weiterhin ist eine Unterscheidung der Lenkrichtung nur durch zwei konzentrische Lochreihen mit zwei Reihen von Lichtschranken möglich, wodurch der vorstehend skizzierte Aufwand verdoppelt wird. Diese vorbe­ kannte Einrichtung erfordert eine sehr hohe Präzision und ist dementsprechend teuer und empfindlich.

Aus der DE-OS 31 00 067 ist eine hydraulische Servolenkeinrichtung bekannt, derzufolge die Pumpleistung der Servopumpe abhängig von der Fahrzeuggeschwindig­ keit und vom Lenkmoment gesteuert wird. Wie jedoch das Lenkmoment erfaßt wird, ist nicht ersichtlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß das Drehrichtungs- und Drehmomentsignal feinfühlig, einfach und betriebssicher erfaßt und an die Steuervorrichtung angeschlossen werden kann, wobei das beanspruchte Raumvolumen reduziert werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Unabhängig von der jeweiligen Drehstellung des Lenkrades erfolgt eine feinfühlige Auslenkung des zweiten Zahnrades proportional zum Drehversatz der Lenkwellen­ teile, wobei die Auslenkung gegenüber dem Gehäuse stets nur in einem eng begrenzten Bereich stattfindet. Daher kann vorteilhafterweise diese Auslenkung, deren Richtung bezüglich der neutralen Null-Lage eindeutig unterscheidbar ist, völlig unproblematisch durch ein einfaches gehäusefestes Detektorelement erfaßt und dessen Signal problemlos unmittelbar an die Steuervorrichtung weitergegeben werden.

Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 2 wird eine äußerst kompakte Einheit erzielt, wobei der Servomotor zugleich zur Erfassung des Lenk­ drehmomentes dient.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 hat den Vorteil eines spielfreien Eingriffs der kämmenden Zahnradpaare, da deren Rotationsachsen nicht gegeneinander schwenken.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsschema einer Servolenkeinrichtung gemäß einer Aus­ gestaltung der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Servolenkeinheit 3 in Fig. 1,

Fig. 3, 4 und 5 Teilschnitte der Servolenkeinheit 3 gemäß der Schnittlinien III-III, IV-IV und V-V gemäß Fig. 2,

Fig. 6 ein Schaltschema des Reglers 4 aus Fig. 1,

Fig. 7 -10 Diagramme von Ausgangsspannungen der Operationsverstärker 417 und 418 und des Drehmomentdetektors 410 in einem Lenkzustand und ein Steuerungsdiagramm, welches das Ausgangssignal eines Fahrzeug­ geschwindigkeits-Signalgenerators 430 darstellt, wenn sich die Fahrzeug­ geschwindigkeit ändert,

Fig. 11 eine Schnittansicht einer Servolenkeinheit 3 gemäß Fig. 1 entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung und

Fig. 12 eine Schnittansicht der Servolenkeinheit 3 entlang der Schnittlinie XII-XII gemäß Fig. 11.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Lenkrad, 2 einen Drehmomentsensor, 3 eine Servolenkeinheit, 4 einen Regler, 5 ein Relais, 6 eine Lenkeinheit, 7 eine Batterie, 8 eine Lichtmaschine, 9 eine Maschine und 9 a einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor.

Die Fig. 2 stellt eine Schnittansicht des Drehmomentsensors 2 und der Servo­ lenkeinheit 3 dar. Die Fig. 3, 4 und 5 sind Schnittansichten davon gemäß der Schnittlinie III-III, IV-IV und V-V. Mit Bezug auf die Fig. 2 bis 5 be­ zeichnen die Bezugszahlen 3 a eine Eingangslenkwelle, 3 b eine Ausgangslenkwelle, 3 c einen Drehstab, 3 d einen Drehanschlag. Eine Drehkraft des Lenkrades 1 wird auf die Eingangslenkwelle 3 a übertragen. Eine Drehkraft der Ausgangslenk­ welle 3 b wird zur Lenkeinheit 6 übertragen. Die beiden Enden des Drehstabes 3 c sind mittels zweier Zapfen 3 e mit der Eingangslenkwelle 3 a bzw. Ausgangs­ lenkwelle 3 b verbunden. Wie die Fig. 5 zeigt, ist der Drehanschlag 3 d so aus­ gebildet, daß die Eingangslenkwelle 3 a nicht in Berührung steht mit der Aus­ gangslenkwelle 3 b. Sie können zufolge des Drehstabes 3 c innerhalb eines vor­ gegebenen Lenkwinkelbereichs relativ zueinander verdreht werden. Wenn jedoch der vorgegebene Lenkwinkelbereich überschritten wird, treffen die Vorsprünge der Eingangslenkwelle 3 a und der Ausgangslenkwelle 3 b aufeinander, so daß die Drehung einer der Lenkwellen auf die andere übertragen wird. Die Bezugszahl 3 f bezeichnet einen Motor. Die Motorwelle 3 g des Motors 3 f steht von den beiden Enden des Motors ab und Zahnräder 3 h bzw. 3 i sind fest darauf montiert. Das Zahnrad 3 h kämmt mit einem Zahnrad 3 j, welches an der Eingangslenk­ welle 3 a angebracht ist und das Zahnrad 3 i kämmt mit einem Zahnrad 3 k, das an der Ausgangslenkwelle 3 b fixiert ist. Der Motor 3 f ist in einem Gehäuse 3 p untergebracht und wird von Tragzapfen 3 l und 3 m gehalten. der Tragzapfen 3 l ist fest im Gehäuse 3 p angebracht, während der Tragzapfen 3 m in einem Schlitz 3 n verschiebbar aufgenommen ist, wie die Fig. 4 zeigt. Der Tragzapfen 3 l ist so am Gehäuse 3 p befestigt, daß der Motor 3 f geschwenkt werden kann. Die Bezugszahl 2 a bezeichnet einen Schleifer, dessen eines Ende schwenkbar am Tragzapfen 3 m gelagert ist und dessen anderes Ende frei ist, so daß es über ein Widerstandselement 2 b schleifen kann. Im Schleifer 2 a ist in der Nähe des Tragzapfens 3 m eine Längsnut 2 c eingeformt und ein Zapfen 3 q, der im Gehäuse 3 p fixiert ist, greift verschiebbar in diese Längsnut 2 c ein. Eine Widerstandsänderung verursacht durch eine Verlagerung des Schleifers 2 a auf dem Widerstandselement 2 b wird zum Regler 4 gemäß Fig. 1 übertragen. Der Regler 4 verursacht den Motor 3 f zu rotieren in Abhängigkeit der Ände­ rung dieses Widerstandes. In der dargestellten Position, bei der die Eingangslenk­ welle 3 a gegenüber der Ausgangslenkwelle 3 b nicht verdreht ist und der Schleifer 2 a in der Mitte steht, wird der Motor 3 f nicht aktiviert. Die Dreh­ richtung wird bestimmt durch die Richtung, in welche der Schleifer 2 a zufolge einer Relativdrehung zwischen Eingangslenkwelle 3 a und Ausgangslenkwelle 3 b abgelenkt wird und das Drehmoment wird bestimmt durch den Betrag der Ab­ weichung. Der Schleifer 2 a und das Widerstandselement 2 b bilden einen Dreh­ momentsensor 2.

Die Betriebsweise einer Servolenkeinrichtung mit den vorstehend beschriebenen Konstruktionsmerkmalen wird nachstehend näher erläutert.

Wenn eine an der Eingangslenkwelle 3 a wirkende Rotationskraft einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird der Drehstab 3 c verwunden, ohne daß die Ausgangslenkwelle 3 b und damit das Zahnrad 3 k mitdrehen. Als Folge davon umkreist das Zahnrad 3 h die Eingangslenkwelle 3 a und daher wird der Motor 3 f um seinen Tragzapfen 3 l beispielsweise in Richtung des Pfeiles in Fig. 4 verschwenkt.

Durch die Schwenkbewegung des Motors 3 f wird der Schleifer 2 a um seinen Zapfen 3 q geschwenkt und er schleift dadurch über das Widerstandselement 2 b und ein Widerstandsänderungssignal wird von ihm erzeugt. Wenn der Abstand zwischen dem Tragzapfen 3 m und dem Zapfen 3 q kleiner ist als der Abstand zwischen dem Zapfen 3 q und dem Widerstandselement 2 b, wird eine Verlagerung des Schleifers 2 a verstärkt erfolgen im Vergleich mit einer Schwenkbewegung des Motors 3 f.

Wenn das Widerstandsänderungssignal dem in Fig. 1 dargestellten Regler 4 zugeführt wird, veranlaßt dieser die Motorwelle 3 g des Motors 3 f zur Rotation entsprechend der Widerstandsänderung. Die Drehkraft der Zahnräder 3 h und 3 i wird auf das Zahnrad 3 k übertragen, so daß die Aus­ gangslenkwelle 3 b in der gleichen Richtung gedreht wird wie das Lenkrad 1. Die Drehkraft auf der Ausgangslenkwelle 3 b wird zur Lenkeinheit 6 übertragen und das Fahrzeug kann der Drehung entsprechend einschlagen. In diesem Fall entspricht die zur Drehung des Lenkrades 1 erforderliche Kraft der Kraft, die notwendig ist, um den Motor 3 f um seinen Tragzapfen 3 l zu schwenken. Mit anderen Worten, lediglich eine Kraft zum Verwinden des Drehstabs 3 c ist er­ forderlich. Die tatsächliche Lenkkraft wird vom Drehmoment des Motors 3 f aufgebracht.

Der Bewegungspfeil in Fig. 4 beruht auf einer Drehung der Eingangslenkwelle 3 a im Uhrzeigersinn bei einer Blickrichtung in Richtung der Wellenachse auf das Gehäuse 3 q und die Rotation der Motorwelle 3 g entspricht daher einer Dreh­ bewegung im Gegenuhrzeigersinn. Wenn also der Motor 3 f unter der Kontrolle des Reglers 4 im Gegenuhrzeigersinn angetrieben wird, rotiert das Zahnrad 3 h in der gleichen Richtung. Inzwischen wird das Lenkrad 1 vom Fahrer festgehalten und so sortiert jetzt das Zahnrad 3 j nicht, obwohl das Zahnrad 3 h sich dreht. Demgemäß kreist das Zahnrad 3 h bzw. die Motorwelle 3 g im Gegenuhrzeigersinn um die jetzt feststehende Eingangslenkwelle 3 a, so daß der Motor 3 f aus der vorhin ausgeschwenkten Stellung um den Tragzapfen 3 l zurückschwenkt. Der Schleifer 2 a gelangt somit in die Fluchtlinie der Eingangslenkwelle 3 a mit der Ausgangslenkwelle 3 b (in der Ansicht der Fig. 4) und in dieser Abgriff­ stellung unterbricht der Regler 4 den Strom zum Motor 3 f, so daß dieser anhält. Wenn der Fahrer weiterhin das Lenkrad 1 dreht, wird die Ausgangslenkwelle 3 b in der gleichen Richtung wie das Lenkrad 1 so gedreht, daß eine Winkelabweichung kompensiert wird.

Wenn ein Fahrzeug mit einem gegebenen Lenkwinkel in einer gleichförmigen Kreisbahn oder ähnlichem bewegt wird, wird eine Reaktionskraft von den Rädern zum Lenkrad 1 übertragen. Diese Reaktionskraft veranlaßt die Ausgangs­ lenkwelle 3 b, eine Drehkraft auf die Zahnräder 3 i und 3 h zu übertragen. Da jedoch auch eine Kraft von dem vom Fahrer gehaltenen Lenkrad 1 auf die Eingangs­ lenkwelle 3 a ausgeübt wird, (dieses soll z. B. festgehalten werden) kann das Zahnrad 3 j nicht drehen. Als Ergebnis wird der Drehstab 3 c verbunden und das Zahnrad 3 h kreist um das Zahnrad 3 j. Aus diesem Grund erzeugt der Dreh­ momentsensor 2 ein Ausgangssignal und der Motor 3 f erzeugt ein kontinuierliches Drehmoment, wobei die Servolenkung fortgesetzt wird. Sobald der Fahrer die Kraft reduziert, um zu einem geraden Fahrkurs zu wechseln, wird dadurch die Eingangslenkwelle 3 a zurückgedreht und die noch unter dem Einfluß der Reak­ tionskraft der Räder stehende Ausgangslenkwelle 3 b folgt dieser Drehung zu­ rück zur Geradeausfahrt.

Die vorstehende Beschreibung bezog sich auf eine Fahrzeugdrehung nach rechts. Es versteht sich, daß die gleiche Operation in entsprechender Weise bei einer Linksdrehung abläuft. Im Falle, daß der Motor 3 f oder der Regler 4 ausfallen sollten, kann die Drehkraft von der Eingangslenkwelle 3 a über den Drehanschlag 3 d (Fig. 5) auf die Ausgangslenkwelle 3 b unmittelbar übertragen werden.

Eine maximale Drehgeschwindigkeit der Lenkwellen 3 a und 3 b liegt bei etwa 2 Umdrehungen pro Sekunde, und daher kann die Drehzahl des Motors 3 f vier Umdrehungen pro Sekunde bzw. 240 Umdrehungen pro Minute betragen. Ein Reihenschlußmotor eignet sich, um ein hohes Drehmoment bei geringer Geschwindigkeit zu erreichen. Dieser Motor erfordert keinen Dauermagnet zur Erzeugung des magnetischen Feldes. Der Rotor kann daher leicht im abge­ schalteten Zustand rotieren. Wenn das Fahrzeug von einer Kurvenfahrt zur Gerade­ ausfahrt wechselt, kann daher das Lenkrad leicht bewegt werden, wie bei konven­ tionellen Servolenkeinrichtungen. Weiterhin, da die Geschwindigkeit des Motors 3 f reduziert ist, kann der Motor schnellen und wiederholten Drehungen des Lenk­ rades folgen. Eine Ansprechverzögerung wie bei konventionellen Servolenkein­ richtungen, welche direkt von einem Motor angetrieben werden, tritt auch nicht bei slalomähnlichem Fahren auf. Weiterhin wird die Lenkkraft bestimmt durch den Drehstab und den elektrischen Widerstand, mit der Folge einer hohen Zuverlässigkeit. Wenn ein kontaktfreier Typ eines Verlagerungsmessers anstelle des elektrischen Widerstandselementes 2 b verwendet wird, kann eine noch höhere Zuverlässigkeit erreicht werden.

Die elektrische Schaltung der Servolenkeinrichtung gemäß Fig. 1 ist in Fig. 6 dargestellt. Die gleichen Bezugszahlen wie in den Fig. 1 bis 4 bezeichnen die gleichen Teile in Fig. 6. Mit Bezug auf Fig. 6 besteht der Regler 4 aus einem Drehrichtungsdetektor 400 zum Erfassen der Drehrichtung der Eingangs­ lenkwelle 3 a, einem Drehmomentdetektor 410 zum Erfassen des Drehmoments zwischen der Eingangslenkwelle 3 a und der Ausgangslenkwelle 3 b, einem Fahr­ zeuggeschwindigkeits-Signalgenerator 430 zur Erzeugung eines Signales mit kleiner werdender Größe bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Signals vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 a und eine Motorsteuerschaltung 440 zum Verarbeiten der Signale des Drehmomentdetektors 410 und des Fahrzeug­ geschwindigkeits-Signalgenerators 430 und zum Stoppen des Motors 3 f, wenn keine Lenkhilfe erforderlich ist und zum Erhöhen des Drehmoments des Motors 3 f, wenn das Lenkdrehmoment steigt oder die Fahrzeuggeschwindigkeit sinkt.

Der Fahrzeuggeschwindigkeits-Signalgenerator 430 und die Motorsteuerschaltung 440 bilden eine Drehmomentsteuerschaltung. Das Relais 5 bildet ein Mittel zur Kontrolle der Drehrichtung des Motors 3 f in Abhängigkeit eines Ausgangssignales des Drehrichtungsdetektors 400.

Der Drehrichtungsdetektor 400 umfaßt Widerstände 401 bis 404, Vergleichs­ schaltungen 406 und 407 und einen Transistor 408. Der Drehmomentdetektor 410 umfaßt Widerstände 411 bis 416, Operationsverstärker 417 und 418, Dioden 419 und 420, eine Zener-Diode 421, einen Transistor 422 und Feldeffekttransistoren 423 und 424. Die Zener-Spannung der Zener-Diode 421 wird auf im wesent­ lichen ¹/₂ der Spannung V der Batterie 7 bestimmt. Der Fahrzeuggeschwindigkeits- Signalgenerator 430 umfaßt Widerstände 431 bis 434, einen Kondensator 435, einen Operationsverstärker 436 und einen Frequenz-Spannungskonverter 437, welcher eine Ausgangsspannung reduziert, wenn die Anzahl von Impulsen eines Eingangs­ signales ansteigt. Die Motorsteuerschaltung 440 enthält einen Widerstand 441, eine Vergleichsschaltung 442, einen Feldeffekttransistor 443 und Transistoren 444 und 445.

Die vorstehend beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt:

Eine vom Schleifer 2 a abgegriffene Spannung ist ^V /₂ im nicht aus­ gelenkten Zustand des Lenkrades 1, während die Spannung höher ist, wenn das Lenkrad nach rechts gedreht wird und niedriger ist, wenn das Lenkrad nach links gedreht wird, wie dies die Fig. 7 veranschaulicht.

Die in Abhängigkeit eines gegebenen Lenkungszustandes erzeugte Spannung wird dem nicht invertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 406 und dem invertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 407 zugeführt. Die Widerstände 401 bis 404 sind so ausgewählt, daß die Vergleichsschaltung 406 und 407 an ihren Ausgängen ein Signal von logisch "0" abgeben, wenn der nicht ausgelenkte Zustand vorliegt. Da die Spannung am Schleifer 2 a bei einer Rechtsaussteuerung größer wird als im nichtausgesteuerten Zustand, wird die Spannung am nicht­ invertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 406 höher als die an ihrem inver­ tierenden Eingang anliegende Spannung, so daß die Vergleichsschaltung 406 ein logisches Signal "1" erzeugt. Bei Linksaussteuerung wird die Spannung am invertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 407 kleiner als an ihrem nicht­ invertierenden Eingang, so daß die Vergleichsschaltung 407 das logische Signal "1" abgibt. Die Ausgangssignale der Vergleichsschaltungen 406 und 407 werden den Feldeffekttransistoren 423 und 424 zugeführt. Der Feldeffekttransistor 424 wird ausgesteuert bei einer Rechtsaussteuerung und der Feldeffekttransistor 423 wird ausgesteuert bei einer Linksaussteuerung.

Die vom Schleifer 2 a abgegriffene Spannung wird ebenfalls dem Drehmoment­ detektor 410 zugeführt. Hier sind die Operationsverstärker 417 und 418 so ein­ gestellt, daß sie Konstanten haben, um eine Spannung im Nichtaussteuerzustand von ¹/₂ der Betriebsspannung abzugeben. Der Operationsverstärker 417 erhöht seine Ausgangsspannung mit einem Anstieg der vom Schleifer 2 a abgegriffenen Spannung, was gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Lenkdrehmomentes ist, wie dies mit der ausgezogenen Linie in Fig. 8 angegeben ist. Eine Kollektor­ spannung des Transistors 422 sinkt nach Maßgabe eines Anstieges der Basis­ spannung, das heißt, einem Anstieg des Lenkdrehmoments. In diesem Fall erzeugt der Operationsverstärker 418 eine mit dem Anstieg des Lenkdrehmoments ab­ fallende Spannung, wie dies die strichpunktierte Linie in Fig. 8 veranschaulicht, so daß die Wirkung des Operationsverstärkers 417 nicht gestört wird. In diesem Fall gibt die Vergleichsschaltung 406 ein Signal logisch "1" ab, so daß der Feldeffekttransistor 424 eingeschaltet ist, und eine Änderung der Kollektor­ spannung des Transistors 422 somit an die Motorsteuerschaltung 440 weiter­ geführt wird.

Bei einer Linksaussteuerung sinkt die vom Drehmomentsensor 2 abgegebene Spannung und daher steigt die vom Operationsverstärker 418 abgegebene Spannung gemäß der in Fig. 8 ausgezogenen Linie. Dementsprechend zeigt der Transistor 422 die in Fig. 9 veranschaulichte Charakteristik. Das Ausgangs­ signal des Transistors 422 wird in diesem Fall der Motorsteuerschaltung 440 über den Feldeffekttransistor 423 zugeführt.

Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 a erzeugt ein Signal mit einer größeren Anzahl von wiederholenden Impulsen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit steigt. Der Frequenz-Spannungs-Konverter 437 erzeugt eine geringe Ausgangsspannung, wenn sich die Anzahl der Eingangsimpulse vermindert. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 436 erhält ein Signal, dessen Spannung steigt, in Abhängigkeit mit einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 436 hat eine drei­ eckförmige Wellenform mit einer hohen Amplitude, wenn die Fahrzeuggeschwindig­ keit gering ist. Wenn jedoch die Fahrzeuggeschwindigkeit steigt, hat die dreieck­ förmige Welle eine kleine Amplitude.

Dieses dreieckförmige Signal wird der Motorsteuerschaltung 440 zusammen mit dem Signal zugeführt, welches die in Fig. 9 dargestellte Charakteristik hat und welches vom Drehmomentdetektor 410 erzeugt wird. Der Feldeffekt­ transistor 443 wird gesperrt im Nichtsteuerzustand und die Motorsteuerschaltung 440 gibt dann kein Ausgangssignal ab. Als Folge wird auch der Motor 3 f nicht aktiviert. Wenn die Lenkbewegung mit kleinem Drehmoment stattfindet, ist die dem nichtinvertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 442 zugeführte Spannung groß, wie dies mit der strichpunktierten Linie a in Fig. 10 dargestellt ist. Die Vergleichsschaltung 442 erzeugt einen Impuls mit einem kleinen Arbeitsverhältnis. Wenn jedoch das Lenkdrehmoment groß wird, wird die dem nichtinvertierenden Eingang zugeführte Spannung klein, wie dies mit der strich­ punktierten Linie b in Fig. 10 dargestellt ist. In diesem Fall erzeugt die Ver­ gleichsschaltung 442 ein Signal mit einem hohen Arbeitsverhältnis. Wenn das Arbeitsverhältnis klein ist, d. h., wenn das Lenkdrehmoment klein ist, wird der Durchschnittwert der Ausgangssignale der Vergleichsschaltung 442 klein und das Drehmoment des Motors 3 f wird klein. Zur gleichen Zeit ist die Lenkkraftverstärkung ebenfalls klein. Wenn jedoch das Lenkdrehmoment groß ist, wird auch das Drehmoment des Motors 3 f groß und die Lenkkraftverstärkung ebenfalls groß. Sogar wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, während ein vorgegebenes Lenkdrehmoment anliegt, kann die vorhin beschriebene Wirkung erzielt werden. Das heißt mehr im einzelnen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit klein ist, wird das Drehmoment des Motors 3 f größer. Wenn jedoch die Fahrzeug­ geschwindigkeit groß ist, wird das Drehmoment des Motors 3 f klein.

Die Drehrichtung des Motors 3 f wird so festgelegt, daß der Motor 3 f im Gegenuhrzeigersinn rotiert, bei einer Bewegung des Lenkrades 1 in der gleichen Richtung (Linksaussteuerung). Wenn das Lenkrad im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der Transistor 408 im Drehrichtungsdetektor 400 aufgesteuert und das Relais 5 erregt. In diesem Fall wird die Richtung des durch den Motor 3 f fließenden Stromes umgekehrt und die Drehrichtung des Motors umgekehrt um eine Rechtsdrehung (Uhrzeigersinn) zu bewirken.

Die Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung durch eine Servolenkeinheit 10 und einen Drehmomentsensor 11 gemäß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung. In Fig. 11 bezeichnet die Bezugszahl 10 a eine Eingangslenkwelle, 10 b eine Ausgangslenkwelle, 10 c einen Drehstab und 10 d einen Drehanschlag.

Die Drehkraft des Lenkrades 1 wird der Eingangslenkwelle 10 a zugeführt, und die Drehkraft der Ausgangslenkwelle 10 b wird an die Lenkeinheit 6 weitergeleitet. Ein Ende des Drehstabs 10 c ist über einen Zapfen 10 e mit der Eingangslenkwelle 10 a verbunden und dessen anderes Ende ist eingetrieben und eingesetzt in eine Ausnehmung der Ausgangslenkwelle 10 b, so daß der Dreh­ stab 10 c zusammen mit der Ausgangslenkwelle 10 b rotiert. Das Bezugszeichen 10 f bezeichnet einen Motor 10 g eine Motorwelle, an der ein Zahnrad 10 h angebracht ist. Das Zahnrad 10 h treibt über ein Zahnrad 10 i ein Zahnrad 10 j, welches mit der Ausgangslenkwelle 10 b verbunden ist. Im Endbereich der Aus­ gangslenkwelle 10 b, welcher an der Seite des Drehstabs liegt, ist ein Zahnrad 10 k einstückig mit der Ausgangslenkwelle 10 b ausgebildet. Das Zahnrad 10 k kämmt mit einem Zahnrad 10 l. Ein Teil des Zahnrads 10 l an der Seite der Ausgangslenkwelle 10 b ist drehbar in einer Ausnehmung des Gehäuses 10 m aufgenommen. Ein Zahnrad 10 n ist einstückig mit der Eingangslenkwelle 10 a ausgebildet und kämmt mit einem Zahnrad 10 o. Ein Endbereich des Zahnrads 10 o, welches an der Seite des Zahnrades 10 l liegt, ist mit dem Zahnrad 10 l über eine Oldham-Kupplung 10 p verbunden. Der andere Endbereich des Zahnrads 10 o ist drehbar in einer Ausnehmung eines beweglichen Elementes 10 q aufgenommen. Ein Teil des beweglichen Elementes 10 q, welcher nicht mit dem Zahnrad 10 o verbunden ist, ragt von diesem weg. Ein konkav geformtes Sensorelement 11 a ist am entfernten Ende davon angebracht. Ein Teil des beweglichen Elementes 10 q, welcher mit dem Zahnrad 10 o in Verbindung ist, ist drehbar in einer Tragplatte 10 r aufgenommen, die in Fig. 12 gezeigt ist, welche eine Schnitt­ ansicht entlang der Schnittlinie XII-XII gemäß Fig. 11 darstellt. Die Trag­ platte 10 r ist schwenkbar an der Eingangslenkwelle 10 a gehalten. Eine läng­ liche Ausnehmung 10 s ist im Gehäuse 10 m in einer senkrecht zur Blattebene der Fig. 11 orientierten Richtung eingeformt, und das bewegliche Element 10 q kann sich in der gleichen Richtung bewegen. Die Bezugszahl 11 b bezeichnet ein Sensorelement, welches am Gehäuse 10 m befestigt ist und in eine Aus­ nehmung des Sensorelementes 11 a ragt. Die Sensorelemente 11 a und 11 b bilden den Drehmomentsensor 11.

Die Servolenkeinrichtung mit der vorstehenden Konstruktion arbeitet in der folgenden Weise: Wenn der Fahrer das Lenkrad 1 in der Rechtsrichtung dreht, wird die Eingangslenkwelle 10 a gleichermaßen bei einer Blickrichtung nach vorne im Uhrzeigersinn gedreht. Demnach wird der Drehstab 10 c verwunden, wodurch ein relativer Drehversatz zwischen der Eingangslenkwelle 10 a und der Ausgangs­ lenkwelle 10 b auftritt. Die Zahnräder 10 l und 10 o sind dem gleichen Drehver­ satz unterworfen und gleiten entlang der Oldham-Kupplung 10 p, wobei die Tragplatte 10 r mit dem beweglichen Element 10 q gleichermaßen wie das Zahnrad 10 o in Fig. 12 nach rechts um die Ein­ gangswelle 10 a schwenkt. Der Drehmomentsensor 11 erzeugt ein elektrisches Signal entsprechend dem Versatz zwischen dem Sensorelement 11 a und dem feststehenden Sensorelement 11 b. Dieses Signal wird dem Regler 4 zugeführt und veranlaßt den Motor 10 f, nach Maßgabe des Sensorausgangs zu rotieren. In diesem Fall ist der Motor 10 f so ausgelegt, daß er im gleichen Drehsinn wie die Eingangslenkwelle 10 a rotiert. Seine Drehkraft wird von der Motorwelle 10 g über das Zahnrad 10 h und über das Zahnrad 10 i auf das Zahnrad 10 j der Ausgangslenkwelle 10 b übertragen, so daß diese ebenfalls in der gleichen Richtung angetrieben wird. Demgemäß bewirkt die Ausgangslenkwelle 10 b bei einer Rechtsdrehung des Lenkrades 1 einen Lenkausschlag der Räder des Fahrzeuges für eine Rechtskurve. Wenn die Ausgangslenkwelle 10 b zufolge einer Reaktionskraft von den Rädern im Uhrzeigersinn gedreht wird (mit Blickrichtung nach vorne), wird auch das Zahnrad 10 k, welches damit einstückig ausgeführt ist, gleichfalls im Uhrzeigersinn gedreht. Die Drehkraft des Zahnrades 10 wird über die Oldham-Kupplung 10 p zum Zahnrad 10 o übertragen und dieses kämmt mit dem Zahnrad 10 n, welches zusammen mit der Eingangslenkwelle 10 a rotiert. Da die Eingangslenkwelle 10 a zufolge einer auf das Lenkrad 1 wir­ kenden Kraft festgehalten wird, kann das Zahnrad 10 n nicht rotieren trotz der Drehkraft, die vom Zahnrad 10 o übertragen wird. Statt dessen rollt das Zahnrad 10 o am feststehenden Umfang des Zahnrads 10 n ab, und zwar in diesem Beispiel im Gegenuhrzeigersinn.

Wenn die Achse des Zahnrades 10 l fluchtet mit der des Zahnrades 10 o, befindet sich das Sensorelement 11 a in der Ausgangsposition und der Dreh­ momentsensor 11 erzeugt kein Signal. Folglich wird der Motor 10 f gestoppt und die entsprechenden verbundenen Zahnräder gleichermaßen.

Wenn das Fahrzeug vollständig gedreht wurde und die auf das Lenkrad 1 wirkende Kraft zurückgenommen wird, verschwindet auch die am Zahnrad 10 n wirkende Kraft. Die Ausgangslenkwelle 10 b dreht im Gegenuhrzeigersinn auf­ grund der Reaktionskraft, welche von der Lenkeinheit 6 übertragen wird. Das Zahnrad 10 l dreht sich im Uhrzeigersinn. In diesem Falle, da die Achse des Zahnrads 10 l mit der des Zahnrades 10 o ausgerichtet ist, rotieren die beiden Zahnräder in der gleichen Richtung. Als Ergebnis rotiert auch die Eingangs­ lenkwelle 10 a im Gegenuhrzeigersinn (da sie nicht festgehalten wird) und das Lenkrad 1 kehrt in die Ausgangsposition zurück.

Wenn das Lenkrad 1 vom Fahrer aus gesehen im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird eine Linkskurve in derselben vorhin beschriebenen Weise ausgeführt. Die elektrische Schaltung für dieses zweite Ausführungsbeispiel ist im wesent­ lichen die gleiche, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß der Drehmomentsensor 11 jetzt ein kontaktfreier Typ ist.

Claims (3)

1. Servolenkeinrichtung mit folgenden bekannten Merkmalen:
das Lenkrad ist mit einer Eingangslenkwelle verbunden;
mit der Lenkeinheit des Fahrzeugs ist eine Ausgangslenkwelle gekoppelt;
die Eingangslenkwelle und die Ausgangslenkwelle sind koaxial zueinander ausgerichtet und über einen Torsionsstab verbunden;
ein Detektorelement ist vorgesehen zur Erfassung der Richtung und der Größe der Relativdrehung zwischen Eingangslenkwelle und Ausgangs­ lenkwelle zur Bildung eines Drehrichtungssignales und eines Drehmoment­ signales;
ein Geschwindigkeitsdetektor zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit und zur Bildung eines Geschwindigkeitssignales ist vorgesehen;
mit der Ausgangslenkwelle ist der Rotor eines Gleichstromservomotors gekoppelt, dessen Stator fahrzeugfest abgestützt ist;
eine Steuervorrichtung ist vorgesehen, zum Ansteuern des Gleichstrom­ servomotors nach Maßgabe des Drehrichtungssignales, des Drehmomentsignales und des Geschwindigkeitssignales in dem Sinne, um die Relativdrehung von Eingangslenkwelle und Ausgangslenkwelle aufzuheben;
an der Eingangslenkwelle ist ein erstes Zahnrad drehstarr angekoppelt, mit dem ein zweites Zahnrad kämmt;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
an der Ausgangslenkwelle (3 b, 10 b) ist ein drittes Zahnrad (3 k, 10 k) drehstarr angekoppelt, mit dem ein viertes Zahnrad (3 i, 10 l) kämmt;
das zweite (3 h, 10 o) und vierte Zahnrad (3 i, 10 l) sind drehstarr miteinander gekoppelt und das vierte Zahnrad (3 i, 10 l) ist im wesentlichen ortsfest in einem fahrzeugfesten Gehäuse (3 p, 10 m) drehbar gelagert, während das zweite Zahnrad (3 h, 10 o) relativ zum Gehäuse und in Umfangsrichtung des damit kämmenden ersten Zahnrades (3 j, 10 n) beweglich und drehbar gelagert ist;
das Detektorelement (2, 11) ist so ausgebildet, um die Relativbewegung des beweglichen zweiten Zahnrades (3 h, 10 o) gegenüber dem Gehäuse (3 p, 10 m) zu erfassen.

2. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindung zwischen dem zweiten und vierten Zahnrad (3 h, 3 i) starr ist und den Rotor des Gleichstromservomotors (3 f) umfaßt, dessen Stator in der Ebene des vierten Zahnrades (3 i) schwenkbar im Gehäuse (3 p) gelagert ist, wobei die Relativbewegung von Stator und Gehäuse vom Detektorelement (2) erfaßt wird.

3. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Zahnrad (10 l) feststehend im Gehäuse (10 m) drehbar gelagert ist und die Verbindung zum zweiten Zahnrad (10 o) als Oldham-Kupplung (10 p) ausgebildet ist, so daß ein radialer Versatz zwischen deren Achsen statt­ finden kann, wobei die Relativbewegung zwischen zweitem Zahnrad (10 o) und Gehäuse (10 m) vom Detektorelement (11) erfaßt wird.