DE3529475A1 - Antriebssteuerverfahren und kreis fuer elektromagnetische servoeinrichtungen - Google Patents
Antriebssteuerverfahren und kreis fuer elektromagnetische servoeinrichtungenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Antriebssteuerverfahren
und einen Kreis für elektromagnetische Servoeinrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Antriebssteuerverfahren und einen Kreis für eine elektromagnetische Servoeinrichtung, die in einem elektrischen
Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge anwendbar
ist.
In den letzten Jahren wurde im Hinblick darauf, daß bei hydraulischen LeistungsSteuersystemen beispielsweise Probleme
darin bestehen, daß deren Struktur kompliziert war, eine Vielzahl von elektrischen Leistungssteuersystemen für
Kraftfahrzeuge vorgeschlagen.
In diesen elektrischen Leistungssteuersystemen wurden verschiedene
Arten von elektromagnetischen Servoeinrichtungen angewendet.
Diese Typen von elektromagnetischen Servoeinrichtungen enthielten eine Eingangswelle, die mit einem Steuerrad verbindbar
ist, eine Ausgangswelle, die über ein Steuergetriebe oder sonstwie mit einer Spurstange eines zu steuernden
Straßenrades verbindbar ist, einen Mechanismus zur Ermittlung sowohl der Größe als auch der Richtung des an
der Eingangswelle infolge einer auf das Steuerrad einwirkenden Steuerkraft entwickelten Drehmomentes im Verhältnis
zu einer Last am Ende der Spurstange, einen elektrischen Motor zum Anlegen eines Hilfsdrehmomentes bzw. eines zusätzlichen
Drehmomentes an die Ausgangswelle und einen
Antriebssteuerkreis zum Senden eines elektrischen Stromes, der eine solche Größe und eine solche Richtung aufweist,
wie dies gemäß einem Ermittlungssignal von dem Mechanismus zur Ermittlung des Drehmomentes erforderlich ist, an den
elektrischen Motor.
Beispielsweise wurde in der japanischen Offenlegungsschrift 59-70257 eine derartige elektromagnetische Servoeinrichtung
beschrieben.
In dieser elektromagnetischen Servoeinrichtung ist an der
Eingangswelle als Mechanismus zur Ermittlung des Drehmomentes ein Dehnungsmesser-Sensor vorgesehen. Auf der Basis eines
Ausgangssignales vom Sensor werden ein die Richtung des auf die Eingangswelle einwirkenden Drehmomentes anzeigendes Signal
und ein Signal erzeugt, das die Größe des Drehmomentes in
der Form eines absoluten Wertes darstellt, entwickelt, um an den elektrischen Motor einen elektrischen Strom zu
schicken, der eine solche Größe und eine solche Richtung
aufweist, wie dies gemäß den entsprechenden Signalen erforderlich ist, so daß an die Ausgangswelle das notwendige
Hilfsdrehmoment angelegt wird. .....-..■
Wie dies in der Fig. 7A dargestellt ist, besteht in diesen elektromagnetischen Servoeinrichtungen , in denen, wie dies
dargestellt ist, ein Kreis zur Erzeugung eines die Größe des Drehmomentes anzeigenden Signales Sa eine inhärente
Totzone DZ in einem Drehmomentbereich aufweist, in dem die Größe des auf eine Eingangswelle einwirkenden Drehmomentes in der Nähe
von Null liegt,herkömmlicherweise ein Problem darin, daß ein derartiger
elektrischer Motor nicht in der Lage ist, zu starten, wenn ein Steuerrad mit einer kleinen Steuerkraft gedreht
wird.
Im Hinblick auf dieses Problem wurde in der elektromagnetischen Servoeinrichtung gemäß der genannten japanischen
Offenlegungsschrift das die Größe des Drehmomentes anzeigende Signal Sa durch eine Spannung /^, V nur in einem solchen
Bereich vorgespannt, der eine Totzone DZ bei der Erzeugung derselben bildet (Fig.7B) .Als Ergebnis kann der elektrische Motor
immer von dem Antrieb mit einem elektrischen Strom gesteuert werden, der eine angemessene Größe selbst dann aufweist,
wenn das auf die Eingangswelle einwirkende Drehmoment klein ist.
Wie dies später ausführlich im Zusammenhang mit den Fig. und 9 ausgeführt wird, muß in dieser elektromagnetischen
Servoeinrichtung,in der das Signal Sd zur Ermittlung der Richtung des Drehmomentes in Übereinstimmung mit einem Signal zur Ermittlung
des Drehmomentes erzeugt wird,das im wesentlichen dieselbe Form wie das Signal Sa zur Ermittlung der Größe des Drehmomentes
aufweist, das in der Fig. 7A dargestellt ist, dem elektrischen Motor in einem Drehmomentbereich, in dem der Signalzustand
des Richtungssignales Sd von dem Zustand "EIN" zu dem Zustand "AUS", d.h. vom hohen Pegel zu einem niedrigen
Pegel oder umgekehrt geändert werden muß, kein elektrischer Strom gerade zu der Zeit zugeführt werden, wenn der Zustand
des Signales Sd von dem Zustand "EIN" zum Zustand "AUS" geändert wird und ein elektrischer Strom einer bestimmten
Größe gerade dann zugeführt werden, wenn dieser Signalzustand von dem Zustand "AUS" zu dem Zustand "EIN" geändert
wird, so daß in diesem Drehmomentbereich ein Rattern bzw. Rütteln wahrscheinlich eintritt. Mit anderen Worten muß
in dieser Servoeinrichtung der Zustand des Signales Sd zur Ermittlung der Richtung des Drehmomentes in einem Drehmomentbereich,
in dem das auf die Eingangswelle einwirkende Drehmoment klein ist, zwischen dem Zustand "EIN" und dem
Zustand "AUS" von Zeit zu Zeit geändert werden, was dazu
führt, daß die Neigung zum Rattern bzw. Rütteln besteht.
In der Fig. 8 ist die Beziehung zwischen einem Signal Sd
zur Ermittlung der Richtung des Drehmomentes und einem Signal Sa zur Ermittlung der Größe des Drehmomentes in einer
herkömmlichen elektromagnetischen Servoeinrichtung dargestellt, die auch die elektromagnetische Servoeinrichtung
gemäß der zuvor genannten japanischen Offenlegungsschrift
einschließt.
In dieser herkömmlichen elektromagnetischen Servoeinrichtung wurde zur Erzeugung des Signals Sd zur Ermittlung der
Richtung des Drehmomentes in Abhängigkeit von einem Ermittlungssignal von einem Mechanismus zur Ermittlung des Drehmomentes
ein Spannungsvergleichskreis, wie beispielsweise ein Schmidt-Triggerkreis angewendet, der im allgemeinen
eine Hysterischarakteristik aufweist.
In der Fig. 8 stellt die Achse der Abszisse die Größe und
Richtung des Drehmomentes dar, das auf eine Eingangswelle
einwirkt. Die Abszisse entspricht rechts vom Ursprung 0 einer Drehung des Steuerrades im Uhrzeigersinn und an der
linken Seite des Ursprungs 0 einer Drehung des Steuerrades entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Ordinantenachse stellt
den Wert der entsprechenden Spannungen dar, die die Signale Sa und Sd für die Größe und die Richtung des Drehmomentes
bestimmen.
Wie dies in der Fig. 8 dargestellt ist, ergibt im aufgezeichneten Zustand das Signal Sa für die Größe des Drehmomentes, dessen Spannung der Größe des Eingangsdrehmomentes
entspricht und bei der der absolute Wert des Ankerstromes
eines elektrischen Motores so gesteuert wurde, daß er abhängig ist, eine talähnliche charakteristische Kurve, deren
AO
Boden eine Totzone DZa aufweist. Das Signal Sd für die Richtung des Drehmomentes, das aus einem Paar von Signalen
Sd1, Sd2 besteht, wobei das Signal Sd1 für die Drehung des
Steuerrades in der Uhrzeigerrichtung und das Signal Sd2
für die Drehung des Steuerrades entgegen dem Uhrzeigersinn verantwortlich ist,und in Abhängigkeit von dem die Richtung
der Leitung des Ankerstromes des elektrischen Motores in Übereinstimmung mit der Drehrichtung des Eingangsdrehmomentes
gesteuert wird, ergibt ein Paar von gestuften charakteristischen Kurven, die das Signal Sd1 für die Drehung im
Uhrzeigersinn und das Signal Sd9 für die Drehung entgegen
dem Uhrzeigersinn darstellen. Die gestuften Kurven wirken zusammen,um dazwischen eine Totzone DZd zu bestimmen/ durch
die rechte und linke Hysteresisschleife H1 und H2 wird die
Phase der Stufung der Hysteresisnatur dargestellt. Die entsprechenden
Signale Sa und Sd (Sd1, Sd2) werden dem Antriebssteuerkreis
des elektrischen Motors zugeführt.
In dieser herkömmlichen elektromagnetischen Servoeinrichtung, in der tatsächlich das Signal Sd für die Richtung des
Drehmomentes, das aus den Signalen Sd1 und Sd2 besteht, in
dem zuvor genannten Spannungsvergleichskreis auf der Basis des Signales Sa für die Größe des Drehmomentes erzeugt wird,
wird die Totzone DZd bei der Erzeugung des Richtungssignales Sd breiter als die Totzone DZa in dem Signal Sa für die
Größe eingestellt.
In der Fig. 8 weisen die Signale Sd1, Sd Minimumwerte '
auf, die zum Zwecke der Unterscheidung über Null liegen, wohingegen diese Minimümwerte im wesentlichen Null betragen
.
Die Fig. 9 zeigt eine Darstellung des Ankerstromes des elektrischen Motores Am für verschiedene Größen in beiden
Drehrichtungen des Eingangsdrehmomentes, wenn die Signale Sa, Sd-, Sd2 gemäß der Fig. 8 verändert werden. In der
Fig. 9 weist der Ankerstrom Am auch einen minimalen Wert
auf, der zum leichteren Verständnis so dargestellt ist, daß
er sichtbar über Null liegt, wohingegen dieser Wert in Wirklichkeit nahe bei Null liegt.
Wie dies in der Fig. 9 dargestellt ist, weist der Ankerstrom
Am infolge der rechten und linken Hysteresisschleife H-,
H2 der Signale Sd1,Sd2 für die Drehrichtung eine ■ Hysteresisnatur
auf, die durch die rechte und linke Hysteresisschleife
H3 und H, dargestellt ist. Außerdem weist der Ankerstrom Am
eine Totzone auf, die den Totzonen DZa, DZd der Signale Sa, Sd für die Größe und Richtung des Drehmomentes entspricht.
Infolge des Vorhandenseins der Totzone weist der Ankerstrom Am einen Bereich mit einem hohen Pegel und einem Zustand mit
einem niedrigen Pegel ,, die nicht miteinander übereinstimmen, obwohl sie nahe beieinander liegen, in einem Bereich
auf, in dem das auf die Eingangswelle einwirkende Drehmoment eine kleine Größe besitzt. Die Hysteresisnatur ist
derart, daß bei der Größe des in jeder Leitungsrichtung ausgeübten
Ankerstromes Am ein plötzlicher Anstieg von dem niedrigpegeligen Zustand zu einem hohen Pegel A1 bei einem Wert
der Größe T1 (bei der Drehung im Uhrzeigersinn) oder T2 (bei
der Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn) des Eingangsdrehmomentes auftritt, wie dies bei der Vergrößerung von Null aus
der Fall ist, und daß ein plötzlicher Abfall von einem anderen hohen Pegel A2, der kleiner ist als der Pegel A1, zu einem
Zustand mit einem niedrigen Pegel bei einem anderen Wert der Größe T3 (für die Drehung im Uhrzeigersinn) oder T, (für
die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn) des Eingangsdrehmomentes
auftritt, wie dies bei der Abnahme auf Null der Fall war.
In diesem Zusammenhang ist die Breite der Hysteresis, die als Abweichung zwischen den Anstiegs- und Abfallpunkten T1,
T3 (für die Drehung im Uhrzeigersinn) und als die Abweichung
zwischen den Anstiegs- und Abfallpunkten T2, T, (entgegen
dem Uhrzeigersinn) so klein, daß dann, wenn der elektrische Motor von dem Zustand "AUS" in den Zustand "EIN" bei der
Drehung der Eingangswelle in einer Richtung geschaltet wird, ein Hilfsdrehmoment in einem übermäßigen Maß an die Ausgangswelle
angelegt wird. Dadurch wurde die Phasenverzögerung, die die Ausgangswelle relativ zur Eingangswelle aufwies, ausgelöscht.
Auf diese Weise wird der Pegel des Ermittlungssignales von dem Mechanismus zur Ermittlung des Drehmomentes verringert.
Der Ankerstrom Am wird dann auf den niedrigen Pegel zurückgebracht. Aus diesem Grunde wird eine vergrößerte Phasendifferenz
zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle erzeugt, wodurch der elektrische Motor wieder eingeschaltet
wird. Als Ergebnis gelangt der elektrische Motor abwechselnd in den Zustand "EIN" und "AUS", wenn das Steuerrad
in dem Bereich betätigt wird, in dem das auf die Eingangswelle einwirkende Drehmoment klein ist. Dies führt dazu, daß
der Motor in einen Ratter- bzw. Rüttelzustand eintritt.
Durch die vorliegende Erfindung sollen derartige Probleme, die bei einer herkömmlichen elektromagnetischen Servoeinrichtung, und insbesondere bei einer elektromagnetischen
Servoeinrichtung für ein elektrisches Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge auftreten, wirksam gelöst werden.
Das erfindungsgemäße Antriebssteuerverfahren für eine elektromagnetische.
Servoeinrichtung weist erfindungsgemäß eine Eingangswelle,
eine Ausgangswelle, einen elektrischen Motor, der an die Ausgangswelle ein Hilfsdrehmoment anlegt, eine
Einrichtung zur Ermittlung des Eingangsdrehmomentes, das auf die Eingangswelle einwirkt, und einen Antriebssteuer-
kreis zur Erzeugung eines Signales für die Größe des Drehmomentes
und eines Signales für die Richtung des Drehmomentes
auf der Basis eines Ausgangssignales von der Einrichtung
zur Ermittlung des Drehmomentes auf. Das Verfahren dient dazu
/ an den elektrischen Motor einen Antriebsstrom zu senden/der
so groß ist und eine solche Richtung aufweist, wie dies gemäß dem Signal für die Größe des Drehmomentes und dem
Signal für die Richtung des Drehmomentes gewünscht wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Breite einer
Totzone des Signales für die Größe des Drehmomentes breiter eingestellt wird als diejenige einer Totzone für das Signal
für die Richtung des Drehmomentes.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin,
ein Antriebssteuerverfahren für eine elektromagnetische Servoeinrichtung
anzugeben, durch das selbst dann, wenn das auf eine Eingangswelle der Servoeinrichtung einwirkende Eingangsdrehmoment
klein ist, wirksam verhindert werden kann, daß die Servoeinrichtung rattert bzw. rüttelt. Dadurch wird
sichergestellt, daß die Einrichtung in einer stabilen Weise eine Funktion zur Kraftvergrößerung ausführt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine elektromagnetische Servoeinrichtung,
die eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, einen elektrischen Motor, der der Ausgangswelle ein Hilfsdrehmoment
erzeugt, eine Einrichtung zur Ermittlung des auf die Eingangswelle einwirkenden Eingangsdrehmomentes, und einen
Antriebssteuerkreis zur Erzeugung eines Signales für die Größe des Drehmomentes und eines Signales für die Richtung
des Drehmomentes auf der Basis eines Ausgangssignales von der Einrichtung zur Ermittlung des Drehmomentes aufweist,
um an den elektrischen Motor einen Antriebsstrom zu senden, dessen Größe und dessen Richtung so beschaffen sind, wie
dies in Übereinstimmung mit dem Signal für die Größe des
Drehmomentes und dem Signal für die Richtung des Drehmomentes
gewünscht wird. Die Servoeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebssteuerkreis eine Steuereinrichtung
für die Totzone aufweist, durch die die Breite einer Totzone des Signals für die Größe des Drehmomentes breiter
eingestellt wird als diejenige einer Totzone des Signales für die Richtung des Drehmomentes.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine elektromagnetische Servoeinrichtung anzugeben,
durch die selbst dann, wenn das auf eine Eingangswelle der Servoeinrichtung einwirkende Drehmoment klein ist, ein Rattern
bzw. Rütteln wirksam verhindert werden kann. Auf diese Weise wird eine stabile Kraftvergrößerungsfunktion sichergestellt
.
Die obengenannten Merkmale, weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen genauer aus der
ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der
Erfindung und den Figuren hervor. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Antriebssteuerkreises für eine erfindungsgemäße elektromagnetische
Servoeinrichtung;
Fig. 2 eine Darstellung charakteristischer Kurven
des Antriebssteuerkreises der Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt der elektromagnetischen
Servoeinrichtung, die durch den Antriebssteuerkreis der Fig. 1 steuerbar ist;
Fig. 4A eine Schnittdarstellung, die ein wesentliches Teil eines Mechanismus zur Ermittlung
des Drehmomentes der elektromagnetischen Servoeinrichtung zeigt, wobei der Schnitt
entlang der Linie 4A - 4A der Fig. 3 verläuft; - ■ .
Fig. 4B und 4C Ansichten von oben und von der Seite eines
beweglichen Teiles zur Ermittlung des Drehmomentes in dem Mechanismus zur Ermittlung
des Drehmomentes der Fig. 4A;
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines wesentlichen Teiles eines Antriebssteuerkreises gemäß eines
teilweise abgeänderten Antriebssteuerkreises der Fig. 1;
Fig. 6 eine Darstellung charakteristischer Kurven
des Antriebssteuerkreises der Fig. 5;
Fig. 7A und 7B Darstellungen charakteristischer Kurven
eines Signales Sa für die Größe des Drehmomentes gemäß der japanischen Offenlegungsschrift
59-70257 und eine verbesserte charakteristische Kurve eines ähnlichen Signales
in dieser japanischen Offenlegungsschrift;
Fig. 8 eine Darstellung charakteristischer Kurven,
die die Beziehung zwischen dem Drehmoment und den Spannungen in einem Antriebssteuerkreis
einer herkömmlichen elektromagnetischen Servoeinrichtung zeigen; und
Fig. 9 eine Darstellung charakteristischer Kurven,
die eine Beziehung zwischen dem Drehmoment
und einem bestimmten Ankerstrom auf der Basis der obigen Spannungen zeigen, wobei
der Ankerstrom an einen elektrischen Motor der elektrischen Servoeinrichtung der Fig.8
anzulegen ist.
In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 100 den gesamten Antriebssteuerkreis für eine elektromagnetische Servoeinrichtung
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
In der Fig. 2 sind charakteristische Kurven des Antriebssteuerkreises
100 dargestellt.
Die Fig. 3 und 4A bis 4C zeigen Schnittdarstellungen der ganzen und wesentlichen Teile einer elektromagnetischen
Servoeinheit als die durch das Bezugszeichen 200 bezeichnete elektromagnetische Servoeinrichtung, die durch den Antriebssteuerkreis
100 jeweils zu steuern sind. Die elektromagnetische Servoeinheit 20 0 wurde ursprünglich durch
den vorliegenden Anmelder entwickelt.
Zum besseren Verständnis wird zuerst der Aufbau der elektromagnetischen
Servoeinrichtung 200 im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4A bis 4C beschrieben, bevor sowohl der Aufbau
als auch die Funktion des Antriebssteuerkreises 100 beschrieben werden.
Die Fig. 3 zeigt, wie dies beschrieben wurde, eine Schnittdarstellung
und insbesondere einen Schnitt in Längsrichtung durch die elektromagnetische Servoeinheit 200, die in
einem elektrischen Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge anwendbar ist, wobei ein Viertel weggeschnitten ist.
Die Servoeinheit 200 weist eine Eingangswelle 1, die
drehbar durch ein Kugellager 2 und ein Nadellager 3 gehalten wird und an ihrem axial gesehen äußeren Ende mit einem
Steuerrad (nicht dargestellt) des Leistungssteuersystems verbunden ist und eine Ausgangswelle 4 auf, die koaxial zur
Eingangswelle 1 angeordnet ist und mit dieser durch einen Torsionsstab 8 verbunden ist. Die Ausgangswelle 8 ist ebenfalls
durch ein Kugellager 5 und Nadellager 6,7 drehbar gelagert. Das in axialer Richtung gesehen äußere Ende der
Ausgangswelle 4 weist einen mit einer Kerbverzahnung versehenen Bereich 4a auf, der wirksam mit einem nicht dargestellten
Getriebe des Leistungssteuersystems zusammengebaut ist. Wie dies später ausführlich erläutert werden wird,
greift ein besonders geformter axialer innerer Endbereich 1b der Eingangswelle 1 an seinem innersten Ende in den besonders
geformten axialen inneren Endbereich 4b der Ausgangswelle 4 ein, wobei die Nadellager 3 dazwischen angeordnet
sind.
Die Eingangswelle 1 und die Ausgangswelle 4 sind in der unten
beschriebenen Weise an dem Torsionsstab 8 befestigt.
Zuerst wird ein Endbereich 8a des Torsionsstabes 8 in eine axiale Aushöhlung 4c der Ausgangswelle 4 eingeführt und von
der Außenseite der Ausgangswelle 4,an einer geeigneten Position derselben gedreht, damit in ein gebohrtes Loch ein
Federstift 11 aus Befestigungsgründen hineingestoßen werden
kann. Danach wird, nach dem Montieren notwendiger Komponententeile an und um die Eingangswelle 1 der andere Endbereich
8b des Torsionsstabes 8 in eine axiale Aushöhlung 1c der Eingangswelle eingeführt und die Eingangswelle 1
wird gedreht, um eine geeignete Winkelposition relativ zur Ausgangswelle 4 herzustellen, in der sie an dem Torsionsstab
8 in einer provisorischen Weise befestigt wird.
Diese provisorische Befestigung der Eingangswelle 1 an dem Torsionsstab 8 wird mit einer Befestigungsschraube
(nicht dargestellt) ausgeführt, die in ein Schraubenloch 9 eingeführt wird, das in der Eingangswelle 1 an einer geeigneten
Position derselben entsprechend dem Endbereich 8b des Torsionsstabes 8 ausgebildet ist. Der Torsionsstab 8
wird wieder von der Außenseite der Eingangswelle 1, die an ihm provisorisch befestigt ist, gedreht, so daß in das
gebohrte Durchgangsloch ein weiterer Federstift 10 für
eine normale Befestigung eingeführt wird. Danach wird die provisorische Befestigungsschraube entfernt.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird das Steuerdrehmoment
von dem Steuerrad an die Eingangswelle 1 angelegt und von dieser durch den Torsionsstab 8 an die Ausgangswelle
übertragen, wobei in dem Torsionsstab 8 Torsionsdeformationen bewirkt werden.
In der Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Steuersäule, die die Eingangswelle 1 umgibt und aufnimmt.
Die Servoeinheit 200 weist an einer axialen Position, an der der innere Endbereich 1b der Eingangswelle 1 in den
inneren Endbereich 4b der Ausgangswelle 4 eingreift, einen Mechanismus 13 zur Ermittlung des Drehmomentes auf, der so
angeordnet ist, daß er sich um die Eingangswelle 1 herum erstreckt und das auf die Eingangswelle 1 einwirkende Drehmoment
als ein Differenzdrehmoment zwischen dem an der Eingangswelle 1 entwickelten Drehmoment, das beispielsweise
durch das an die Eingangswelle 1 angelegte Steuerdrehmoment bewirkt wird, und dem Drehmoment ermitteln kann, das an
der Ausgangswelle beispielsweise durch das von der Eingangswelle 1 durch den Torsionsstab 8 an die Ausgangswelle 2 über-
tragene Drehmoment bewirkt wird. Der Mechanismus 13 umfaßt
einen Differentialtransformator 14, der an dem Innenumfang
der Steuersäule 12 befestigt ist und ein röhrenförmiges bewegliches Teil 15, das axial gleitbar auf den wechselseitig
eingreifenden Endbereichen 1b, 4b der Eingangswelle 1 und
der Ausgangswelle 4·aufgepaßt ist. Der Differentialtransformator
14 weist ein Paar von Ausgangsanschlüssen auf, die mit einem später beschriebenen Antriebssteuerkreis 100
(Fig. 1) verbunden sind, dessen Funktion darin besteht, die Größe und die Richtung der Leitung eines Antriebsstromes zu
bestimmen, der in der Form eines Ankerstromes an einen später beschriebenen elektrischen Motor 20 zu senden ist, um dadurch
den Motor 20 zu steuern, um die Größe und die wirksame Richtung des zusätzlich von dem Motor an die Ausgangswelle 4
angelegten Hilfsdrehmomentes zu steuern.
Wie dies in der Fig. 4A dargestellt ist, greift das bewegliche
Teil 15 an der Eingangswelle 1 einerseits über ein Paar von
radialen Stiften 16, 16 an, die in radialer Richtung von dem axialen inneren Endbereich 1b der Eingangswelle 1 vorstehen.
Andererseits greift das bewegbare Teil 15 an der Ausgangswelle 4 über ein weiteres Paar von radialen Stiften 17, 17
an, die von dem axialen inneren Endbereich 4b der Ausgangswelle 4 radial nach außen vorstehen. Jeder radiale Stift 17,17
ist jeweils durch einen Winkel von 90° von einem der radialen Stifte 16, 16 winkelmäßig beabstandet, so daß die Stifte
16, 17 an Viertelpunkten der Umfangsrichtung angeordnet sind. Zur Herstellung des Eingriffes an den radialen Stiften 17,17,
die von der zweiten Welle 4 vorstehen, weist das bewegliche Teil 15 ein Paar von Eingriffslöchern 15a auf, die durch das
Teil 15 an entsprechenden Winkelpositionen verlaufen, so daß sie sich in der axialen Richtung des Torsionsstabes 8
ausdehnen. Für den Eingriff an den radialen Stiften 16, 16 weist das bewegliche Teil 15 ein Paar von durch das Teil 15
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verlaufenden Eingriffslöchern 15b auf, die an entsprechenden
Winkelpositionen derart angeordnet sind, daß sie sich in Bezug auf die axiale Richtung des TorsionsStabes 8 unter
einem schrägen Winkel verlängern. Das bewegliche Teil 15 ist normalerweise in der axialen Richtung nach links (Fig. 3)
vorgespannt, wobei eine Schraubenfeder 18 so zusammengedrückt ist, daß sie zwischen dem Teil 15 und dem zuvor genannten
Kugellager 2 angeordnet ist. Zwischen jedem radialen Stift und dem entsprechenden verlängerten Loch 15b besteht ein
Spiel & infolge der Herstellungsgenauigkeit, das jedoch durch das Vorhandensein der Feder 18 wirksam eliminiert wird, die
normalerweise den Stift 16 so drückt, daß er an einer Seite 15c des Loches 15b anliegt, während die andere Seite 15d
dieses Loches relativ zum Stift 16 ein Spiel aufweist.
In der vorangehenden Ausführungsform wird, wenn eine Drehung der Eingangswelle 1 erzwungen wird, um ein Drehmoment über
den Torsionsstab 8 an die Ausgangswelle 4 zu übertragen, eine Phasendifferenz oder eine relative Winkelverschiebung zwischen
der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 4 bewirkt, was wiederum bewirkt, daß sich das bewegliche Teil 15 in
axialer Richtung, in der Fig. 3 nach rechts oder links, in Übereinstimmung mit dem Vorzeichen und dem absoluten Wert
der Phasendifferenz, d.h. der Richtung und der Größe der relativen WinkelverSchiebung, bewegt. In dieser Hinsicht kann
der Differenzialtransformator 14 das auf die Eingangswelle 1 einwirkende Drehmoment dadurch ermitteln, daß er elektrometrisch
bzw. potentiometrisch die Axialverschiebung des beweglichen Teiles 15 mißt, die bezüglich der Richtung und
in der Größe proportional dem Drehmoment entspricht.
Wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, weist die Servoeinheit 200 ein Gehäuse 19 auf, das den zuvor genannten elektrischen
Motor 20, der koaxial um die Ausgangswelle 4 ange-
ordnet ist, aufnimmt. Der elektrische Motor 20 besteht aus
einem Paar von Permanentmagneten 21, die an dem Innenumfang des Gehäuses 19 befestigt sind, um das Feld zu erzeugen, und
einem Rotor 26 als Anker, der aus einer röhrenförmigen Welle 23 besteht, die durch ein Paar von Nadellagern 6, 7 und ein
Kugellager 22 drehbar gelagert ist. Außerdem weist der Motor 20 einen Ankerkern 24 auf, der auf der röhrenförmigen Welle
23 befestigt ist und mit einer Ankerwicklung 25 versehen ist, die so angeordnet ist, daß sie, wenn sie gedreht wird,
die Linien des durch den Magneten 21 entwickelten magnetischen Flusses schneidet. Außerdem weist der Rotor 26 an
seinem linken Ende einen Schleifring 27 auf, mit dem Anschlüsse 25a der Ankerwicklung 25 verbunden sind, um es zu ermöglichen,
daß ein elektrischer Strom durch sie gesendet wird, der eine solche Größe und eine solche Richtung aufweist, wie
die Umstände dies erfordern. An jeder notwendigen elektrischen Winkelposition grenzt eine Bürste 29 an den Schleifring
27, wobei die Bürste normalerweise durch eine Schraubenfeder 28 gegen den Schleifring gedrückt wird. Durch die
Bürste 27 wird der gesteuerte Antriebsstrom als ein Ankerstrom von dem Antriebssteuerkreis 100 in die Ankerwicklung
25 gesendet. Genauer gesagt funktioniert der Antriebssteuerkreis 100 in einer später beschriebenen Weise, um einen gesteuerten
Antriebsstrom durch die Bürste 29 in die Ankerwicklung 25 zu senden, wenn das auf die Eingangswelle 1
einwirkende Drehmoment, wie es durch das Steuerdrehmoment
ausgeübt wird, durch den Mechanismus 13 zur Ermittlung des
Drehmomentes ermittelt wird. Dadurch wird der Antriebsmotor 20 angetrieben, so daß der Rotor 26 zu einer Drehung um die
Ausgangswelle 4,unabhängig von dieser, in derselben Richtung
wie die Eingangswelle 1 gezwungen wird.
Die Drehung des Rotors 26 wird an die Ausgangswelle 4 über eine erste Stufe 32 und eine zweite Stufe 33 eines Planeten-
getriebes übertragen, die in Reihe zueinander geschaltet sind. Dabei wird es bezüglich der Geschwindigkeit verkleinert,
während es im Hinblick auf das Drehmoment vergrößert wird. Das Planetengetriebe der ersten Stufe 32 besteht aus
einem Sonnenrad 30, das entlang dem Außenumfang des linken Endbereiches der röhrenförmigen Welle 23 ausgebildet ist, einem
ringförmigen Zahnrad bzw. Drehkranz 31, der entlang dem Innenumfang des Gehäuses 19 ausgebildet ist, und drei Planetenzahnrädern
32a, die an dem Sonnenrad 30 und dem Zahnkranz 30 angreifen. Die Planetenzahnräder 32a werden drehbar
durch einen scheibenförmigen Flansch 32b gehalten, der an einem anderen Sonnenzahnrad 33a befestigt ist, das drehbar
auf die Ausgangswelle 4 aufgepaßt ist. Das Planetengetriebe der zweiten Stufe 33 besteht aus dem Sonnenzahnrad 33a, dem
ringförmigen Zahnrad bzw. Drehkranz 31 und drei Planetenzahnrädern 33b, die an dem Sonnenzahnrad 33a und dem Drehkranz
31 angreifen. Die Planetenzahnräder 33b werden drehbar durch einen scheibenförmigen Flansch 33c gehalten, der
einstückig mit dem röhrenförmigen Teil 33e ausgebildet ist.
Dieses Teil 33e ist durch eine Kerbverzahnung auf dem kerbverzahnten
Bereich 4a der Ausgangswelle 4 aufgepaßt und außerdem über einen radialen Bolzen 33d an derselben Welle 4 befestigt.
Wenn ein Steuerdrehmoment an die Eingangswelle 1 ausgeübt wird, empfängt die Ausgangswelle 4 demgemäß zusätzlich zu dem
von der Eingangswelle 1 durch den Torsionsstab 8 übertragenen Drehmoment das durch die elektromagnetischen Wirkungen
des elektrischen Motores 20, der um die Ausgangswelle 4 angeordnet
ist, entwickelte Drehmoment, das über die Planetengetriebe 32, 33 übertragen wird. Als Ergebnis wird in der
Servoeinheit 200 das an die Eingangswelle 1 angelegte Drehmoment sichtbar vergrößert, wenn es übertragen wird, um
als Ausgangsdrehmoment an der Ausgangswelle 4 entwickelt
zu werden. Daher kann die Servoeinheit 200 als eine elektromagnetische
Kraftverstärkungseinrichtung für ein elektrisches Leistungssteuersystem wirken.
Im folgenden werden nun der Aufbau und die Funktion des Antriebssteuerkreises 100 beschrieben, der den Antriebsstrom
des elektrischen Motors 20 steuern kann.
Gemäß Fig. 1 weist der Differentialtransformator 14 eine
Primärwicklung 14a auf, an die ein elektrisches Wechselstromsignal
einer vorbestimmten Frequenz von einem Oszillator 35 angelegt wird. Außerdem weist der Transformator 14
ein Paar von Sekundärwicklungen 14b, 14c auf, die ein Paar von SpannungsausgangsSignalen VR, VL erzeugen können, von
denen das eine VR auf eine Drehung im Uhrzeigersinn des auf die Eingangswelle 1 wirkenden Drehmomentes und das andere
VL auf eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn zurückzuführen sind. Die Ausgangssignale VR, VL werden zuerst durch ein Paar
von Gleichrichtern 36, 36 gleichgerichtet. Durch ein Paar von Tiefpaßfiltern 37, 37 werden ihnen Wellungen entzogen,
so daß sie in der Form eines Paares von geglätteten Spannungssignalen VRo, VLo einem Paar von Addierern 38, 39^ zugeführt
werden.
Der Differentialtransformator 14 ist derart verbunden, daß
dann, wenn bewirkt wird, daß das bewegliche Teil 15 sich in der Fig. 1 nach oben bewegt, die Spannung sowohl des
Signales VRo als auch des Signales VR ansteigt und die Spannung sowohl des Signales VLo als auch des Signales VL
proportional zur Aufwärtsbewegung des Teiles 15 abfällt, und daß im Gegensatz dazu, wenn bewirkt wird, daß das Teil
15 sich in der Fig. 1 nach unten bewegt, die Spannung der
Signale VRo und VR abfällt und die Spannung der Signale VLo, VL proportional zur Abwärtsbewegung · ansteigen.
In dieser Hinsicht wird in dem Fall, in dem trotz des Vorhandenseins
eines im Uhrzeigersinn an die Eingangswelle 1 angelegten Drehmomentes, die Ausgangswelle 4 davon abgehalten
wird, sich im Einklang mit der Eingangswelle 1 im Uhrzeigersinn zu drehen^, -bewirkt, daß sich das bewegliche Teil
15 in der Fig. 4C 'nach rechts, d.h. in der Fig. 4B nach oben bewegt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Im Hinblick auf
das bewegliche Teil 15 fällt die vertikale Richtung der Fig.1
mit derjenigen in Fig. 4B 'zusammen.
Am Addierer 38 wird die Spannung des Signales VRo zu derjenigen eines Bezugsspannungssignales Vr addiert, das von
einem Spannungsstabilisator 40 geliefert wird. Andererseits wird am Addierer 39 die Spannung des Signales VLo zu derjenigen
eines Spannungssignales Vb1 addiert, das von einem
Kreis 42 für eine variable Spannung geliefert wird, der durch ein Nulleinstellglied 41 gesteuert wird. Die Ausgangsspannungssignale
VR., VL1 der Addierer 38, 39 werden einem Paar
von Subtrahierern 43, 44 jeweils eingegeben.
Die Subtrahierer 43, 44 können Ausgangssignale VR-, VRL„
aussenden derart, daß VR3 ■= Ai(VR1 - VL1) und VL3 = Ai
(VL1 - VR1) gelten, wobei Ai ein Verstärkungsfaktor ist.
In dem Steuerkreis 100, in dem eine einzige Spannungsversorgung (nicht dargestellt) einer positiven Polarität selbst
unter einer Bedingung, bei der beispielsweise VR1 -<r VL1
ist, verwendet wird, wird verhindert, daß eine Spannung des vom Subtrahierer 43 ausgesendeten Signales VR~ negativ
wird, während sie sich unter dieser Bedingung an der positiven Seite Null annähert. Diese Charakteristik ist analog
zu dem Spannungssignal VL2 des Subtrahierers 44.
In der voranstehend beschriebenen Kreisanordnung wird am Addierer 39 das Eingangssignal VLo durch das Spannungssignal
Vb- vorgespannt, um dadurch die Spannung des AusgangsSignales
VL1 des Addierers 39 so zu steuern, daß sie mit derjenigen
des Ausgangssignales VR. des Addierers 38 ausgeglichen
wird, wenn kein Drehmoment an die Eingangswelle 1 angelegt wird. Aus diesem Grunde wird das Nulleinstellglied 41 ohne
ein an der Eingangswelle 1 anliegendes Drehmoment geeicht.
Die Spannungen der Ausgangssignale VR2, VL2 der Subtrahierer
43, 44 werden daher so eingestellt, daß sie beide im wesentlichen Null sind, wenn an die Welle 1 kein Drehmoment angelegt
wird.
In dieser Hinsicht werden die Subtrahierer 43, 44 aus den folgenden Gründen als eine erste Stufe vorgesehen. In der
Servoeinheit 200kann das bewegliche Teil 15 infolge möglicher
mechanischer Fehler, die beispielsweise auf die maschinelle Bearbeitung und Herstellung des Mechanismus 13 zur Ermittlung
des Drehmomentes zurückzuführen sind, nicht immer am magnetisch neutralen Punkt des Differentialtransformators 14 angeordnet werden. Als Ergebnis können die Addierer
38, 39, der Spannungsstabilisator 40, das Null-Einstellglied 41 und der Spannungskreis 42 zusammenwirken, um die
Spannungen der Ausgangssignale VR-, VL- der Addierer 38, 39
derart einzustellen, daß VR- = VL- unter der Bedingung gilt, daß kein Drehmoment an die Eingangswelle 1 angelegt wird.
Selbst unter dieser Bedingung kann daher der Fall eintreten, daß VR- = VL- = k >-0 (Null) gilt, was, wenn dies so belassen
würde, für die nachfolgenden Prozesse Unzulänglichkeiten
bringen würde.
Der Spannungsstabilisator 40 und der Kreis 42 für die variable
Spannung sind so aufgebaut, daß die Äusgangsspannung einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) für eine konstante
Spannung für den ersteren durch einen Teilerwiderstand (nicht dargestellt) und für den letzteren durch einen konstanten
Widerstand und einen variablen Widerstand (nicht dargestellt) geteilt wird.
Sn -
2C
Es ist ersichtlich, daß an der Stelle der Addierer 38, 39 ein Paar von Subtrahierern zur Nulleinstellung der Spannungssignale
VR0, VL0 verwendet werden können.
Außerdem wird gemäß Fig. 1 das vom Subtrahierer 43 ausgesendete
Signal VR0 einem Subtrahierer 45 und einem Spannungsvergleicher
46 mit einer Hysteresisnatur eingegeben, während das Spannungssignal VL0 von dem Subtrahierer 44
einem weiteren Subtrahierer 47 und einem weiteren Spannungsvergleicher 48 mit einer Hysteresisnatur eingegeben wird.
Den Subtrahierern 45, 47 wird außerdem ein vorspannungsorientiertes Spannungssignal Vb0, das von dem Kreis 50
für die variable Spannung ausgesendet wird, der mit einem Einstellglied 49 für die Totzone gesteuert wird, eingegeben,
so daß die Spannungssignale VR^, VL.,, die von den
Subtrahierern 45, 47 ausgesendet werden, im Hinblick auf ihre Spannung durch die Spannung des Signales Vb0 von den
Pegeln der Signale VR0, VL0 jeweils verkleinert werden.
Dadurch wird die Breite einer Totzone DZ. bei der unten beschriebenen Signalerzeugung durch diese Signale VR^,
VL~ vergrößert. Die Signale VR.,, VLn werden einem analogen
OR-Kreis 51 eingegeben, der ein Signal Sa für die Größe des Drehmomentes erzeugt.
Die Fig. 2 enthält eine charakteristische Kurve des Signales Sa für die Größe des Drehmomentes, das eine Kombination
der Spannungssignale VRo und VL3 ist. In der Fig. 2 ist die
Totzone DZ.. in der Erzeugung des Signales Sa in einer vergrößerten
Form dargestellt.
Der Spannungsvergleicher 46, der das Signal VR0 3?om Subtrahierer
43 empfängt, kann ein Signal Sdr für die Richtung des Drehmomentes erzeugen, das ein Spannungssignal ist, das auf
einen hohen Pegel eingestellt wird, wenn die Spannung des
Eingangssignales VR2 größer ist als ein vorbestimmter Wert
Vr1 und das auf einen niedrigen Pegel eingestellt wird, wenn
die obige Spannung kleiner ist als ein weiterer vorbestimmtert Wert Vr2, wobei die Werte Vr1, Vr3 derart eingestellt
werden, daß 0 «; Vr2 «~ Vr1 gilt. Das Signal Sdr für die Richtung
des Drehmomentes zeigt eine Hysteresis, wenn es sich
vom hohen Pegel in den niedrigen Pegel und umgekehrt verändert. Diese Hysteresis ist absichtlich vorgesehen, um zu verhindern,
daß der Spannungsvergleicher 46 in der Nähe seiner Arbeitsspannungen, d.h. in der Nähe der Spannungen Vr1, Vr2
ff
JP
klappert. Das Signal Sdr für die Richtung des Drehmomentes weist einen hohen Pegel auf, wenn bewirkt wird, daß sich das
bewegliche Teil 15 in der Fig. 1 nach .oben bewegt und eine
vorbestimmte Größe der Verschiebung überschreitet, wodurch impliziert wird, daß die Eingangswelle 1 im Uhrzeigersinn
in Bezug auf die Ausgangswelle 4 gedreht wird.
Der Spannungsvergleicher 48, der das Signal VL2 vom Subtrahierer
45 empfängt, kann ein weiteres Signal SdI für die Richtung des Drehmomentes erzeugen, das impliziert, daß die
Eingangswelle 1 in Bezug auf die Ausgangswelle 4 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht wird. Dieser Vergleicher 48
ist analog zum obigen Vergleicher 46 aufgebaut. Als ein Ergebnis ist das Signal SdI
für die Richtung des Drehmomentes symmetrisch zu dem obengenannten
Signal Sdr für die Richtung des Drehmomentes und es wird daher hier nicht weiter erläutert.
Es wird leicht verständlich, daß der Zusammenhang zwischen den Spannungssignalen VR2, VL2 und den Signalen Sdr, SdI
der für die Richtung des Drehmomentes in Fig. 1 analog ist zu dem Zusammenhang zwischen den Signalen Sa für die Größe
des Drehmomentes und dem Signal Sd für die Richtung des Drehmomentes, das aus den Signalen Sd1, Sd2 für die Drehrichtung
in Fig. 8 besteht.
Die Fig. 2 hat außerdem ein paar von charakterischen Kurven, die die Signale Sdr, SdI für die Richtung des Drehmomentes
darstellen, die von den Spannungsvergleichern 46, 48 jeweils ausgesendet werden. Wie in den Fig. 8 und 9 weisen
die entsprechenden Signale Sa, Sdr, SdI Minimumwerte auf,
die im wesentlichen gleich Null Volt sind.
Das Signal Sa für die Größe des Drehmomentes und die Signale Sdr, SdI für die Richtung des Drehmomentes werden alle an
einen Antriebskreis 52 des elektrischen Motores 20 eingegeben. Dieser Kreis 52 ist mit einer geeigneten Spannungsversorgung
(nicht dargestellt) verbunden. Der Antriebskreis 52 kann an den elektrischen Motor 20 einen Ankerstrom An
einer geforderten Größe und in einer geforderten Richtung in Übereinstimmung mit den Signalen Sa, Sdr, SdI senden, um
dadurch den Motor 20 derart anzutreiben, daß:
(1) wenn beide Signale Sdr, SdI für die Richtung des Drehmomentes
einen niedrigen Pegel aufweisen, kein Strom zum Motor 20 gesendet wird;
(2) wenn das Signal Sdr für die Richtung einen hohen Pegel aufweist, während das Signal SdI für die Richtung einen niedrigen
Pegel aufweist, der Ankerstrom An in einer Größe, deren Amperezahl proportional zur Spannung des Signals Sa für
die Größe des Drehmomentes ist und in einer solchen Leitungsrichtung an den Motor gesendet wird, daß eine Drehung
des Rotors 26 des Motors 20 im Uhrzeigersinn bewirkt wird;
(3) wenn das Signal Sdr einen niedrigen Pegel aufweist,
während das Signal SdI einen hohen Pegel aufweist, wird der Ankerstrom An mit einer Größe, die proportional zur
Spannung des Signals Sa für die Größe des Drehmomentes ist, und in einer solchen Richtung an den Motor 20 gesendet, daß
eine Drehung des Rotors 26 entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt wird.
— zflr —
In dem Antriebssteuerkreis 100 weist/ wie dies in der Fig.2
dargestellt ist, die Totzone DZ.. bei der Erzeugung des
Signals Sa für die Größe des Drehmomentes eine Breite auf, die breiter eingestellt wird als diejenige einer Totzone DZ2
bei der Erzeugung der Signale Sdr, SdI für die Richtung des
Drehmomentes. Aus diesem Grunde funktioniert nach einer Phase, in der kein Drehmoment an die Eingangswelle 1 angelegt
wird, wenn das darauf einwirkende Drehmoment ermittelt wird, zuerst der Spannungsvergleicher 46 oder 48 derart,
daß er die Drehrichtung des Rotors 26 und des Motors 20 bestimmt.
Dann wird der Ankerstrom An zu der Bürste 29 mit einer Größe einer Amperezahl gesendet, die proportional zur
Spannung des Signals Sa für die Größe des Drehmomentes ist.
Es ist ersichtlich, daß der Strom An allmählich von einem Pegel, der im wesentlichen gleich Null Ampere ist, vergrössert.
Im Gegensatz dazu ist in dem Fall, in dem das auf die Eingangswelle
1 ausgeübte Drehmoment eine Verringerung der Größe von einem relativ großen Wert im wesentlichen auf Null
erfährt, auch der an die Bürste 29 gesendete Ankerstrom An
allmählich in der Größe der Amperezahl auf Null in Übereinstimmung
mit dem das Signal Sa für die Größe des Drehmomentes zu verringern, bevor die Signale Sdr oder SdI für die
Richtung des Drehmomentes, die die Richtung der Drehung des Rotors 26 bestimmen, auf den niedrigen Pegel absinken.
Demgemäß folgt der von dem Antriebskreis 52 an die Bürste 29 gesendete Strom An im wesentlichen der charakteristischen
Kurve des in der Fig. 2 dargestellten Signales Sa für die Größe des Drehmomentes, wenn die Eingangswelle 1 im Uhrzeigersinn
oder entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gedreht wird, weil die Totzone DZ. für das Signal Sa durch die Zusammenwirkung
der Subtrahierer 45, 47, des Einstellgliedes 49
für die Totzone.und des Kreises 50 für die variable Spannung
breiter eingestellt wird, als die Totzone DZ2 für die
Signale Sdr, SdI.
Aus diesem Grunde wird in der elektromagnetischen Servoeinheit 200, deren Antriebssteuerkreis 100 in den Fig. 1
bis 4 dargestellt ist, unterschiedlich vom Ankerstrom Am in Fig. 9, wirksam verhindert, daß die Größe des Antriebsstromes
An zum elektrischen Motor 20 plötzlich auf einen relativ hohen Pegel ansteigt, was sonst eintreten würde,
wenn der Motor 20 vom Zustand "AUS" zum Zustand "EIN" umgeschaltet würde. Außerdem wird wirksam verhindert, daß die
Größe des Antriebsstromes An plötzlich auf einen Pegel abfällt, der im wesentlichen Null beträgt, was sonst eintreten
würde, wenn der Motor 20 im Zustand "EIN" ausgeschaltet würde. Als Ergebnis wird vorteilhafterweise selbst
in einem Drehmomentbereich, in dem das auf die Eingangswelle 1 einwirkende Drehmoment klein ist, verhindert, daß die
Servoeinheit 200 rattert bzw." schwingt. Auf diese Weise wird eine feste und stabile Ausführung der glatten Kraftver- ·
stärkungsfunktion sichergestellt.
Die Fig. 5 zeigt einen wesentlichen Teil des Antriebssteuerkreises
300 gemäß einem teilweise modifizierten Beispiel des Antriebssteuerkreises 100 der Fig. 1. Ähnliche Teile
sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
Bei dieser Teilmodifikation wird ein Paar von Flip-Flop-Kreisen
53, 54 vom R-S-Typ, die als ein Speicherkreis bekannt sind, angewendet, um ein Paar von Spannungsvergleichern
46, 48 an einem Antriebskreis 52 anzuschließen. Andere Kreiselemente sind analog aufgebaut wie die der
Fig. 1 und aus diesem Grunde in der Fig. 5 weggelassen.
Ein Signal Sdr für die Richtung des Drehmomentes, das vom
Spannungsvergleicher 46 ausgesendet wird, wird als ein Triggersignal an einen Setzanschluß S eines Flip-Flop-Kreises
53 und einen Zurücksetz-Anschluß R des anderen Flip-Flop-Kreises
54 angelegt. Ein anderes Signal SdI für die Richtung des Drehmomentes vom Spannungsvergleicher 48 wird
als ein anderes Triggersignal an einen Zurücksetz-Anschluß
R des Flip-Flop-Kreises 53 und an einen Setz-Anschluß S des Flip-Flop-Kreises 54 angelegt. Dann werden ein phasenverzögertes Signal Sdr1 für die Richtung des Drehmomentes
von dem Ausgangsanschluß Q des Flip-Flop-Kreises 53 und
ein weiteres phasenverzögertes Signal SdI' für die Richtung
des Drehmomentes von einem Ausgangsanschluß Q des Flip-Flop-Kreises
54 an den Steuerkreis 52 angelegt.
Gemäß der obigen Teilmodifikation werden immer dann, wenn das Ausgangssignal Sdr des Spannungsvergleichers 46 vom
niedrigen Pegel zum hohen Pegel ansteigt, die Signalzustände des Ausgangssignales Sdr1 vom. Flip-Flop-Kreis 53 und
des Ausgangssignales SdI1 vom Flip-Flop-Kreis 54 jeweils
vom niedrigen zum hohen Pegel und vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel geändert. Jedesmal dann, wenn das Ausgangssignal
SdI vom Spannungsvergleicher 48 vom niedrigen zum
hohen Pegel ansteigt, ändert sich das Signal Sdr' vom Kreis
53 vom hohen zum niedrigen Pegel und das Signal SdI1 vom
Kreis 54 vom hohen zum niedrigen Pegel.
Fig. 6 zeigt entsprechende charakteristische Kurven der Signale Sdr1, SdI1 für die Richtung des Drehmomentes und
des Signales Sa für die Größe des Drehmomentes in dieser Teilmodifikation.
Wie dies in der Fig. .6 dargestellt ist, bilden die aufgezeichneten Signale Sdr1, SdI' für die Richtung des Dreh-
momentes ein paar von Hysteresisschleifen Hr-, Hg, deren
Breiten WH., WH2 breiter sind als diejenige der Hysteresisschleifen
H1, H2, die durch die Signale Sdr, SdI in Fig. 2
jeweils gebildet werden.
Ähnlich zur Fig. 2 weisen die Signale Sdr1, SdI1, Sa in
Fig. 6 Minimumwerte auf, die alle im wesentlichen gleich Null Volt betragen. Außerdem sind die Hysteresisschleifen
Hr, Hg zum leichteren Verständnis so dargestellt, als ob
sie voneinander abweichen würden, während sie sich entlang der Breiten WH.., WH2 überlappen, wie dies aus der Funktion
der Flip-Flop-Kreise 53, 54 zu verstehen ist.
Gemäß dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten modifizierten
Beispiel, wie auch in der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform wird ein Schwingen der elektromagnetischen
Servoeinheit 200 wirksam selbst in einem Drehmomentbereich verhindert, in dem das auf eine Eingangswelle 1 einwirkende
Drehmoment klein ist. Dadurch wird eine glatte und stabile Ausführung einer kraftverstärkenden Funktion sichergestellt.
Außerdem weisen die Signale Sdr1, SdI1 für die
Richtung des Drehmomentes Hysteresisschleifen Hr, Hg auf,
deren . Schleifenbreiten WH., , WH2 breit eingestellt sind,
so daß dann, wenn einmal bewirkt wird, daß die Eingangswelle 1 sich zu drehen beginnt, die Signale Sdr1 oder SdI' für
die Richtung des Drehmomentes sich nicht vom hohen oder niedrigen Pegel ändern, sofern nicht ein Fahrer absichtlich
versucht, die Eingangswelle 1 in die umgekehrte Richtung zu drehen. Aus diesem Grunde wird sichergestellt, daß ein
Antriebsstrom An, der dem Signal Sa für die Größe des Drehmomentes
entspricht, weiter stabilisiert durch eine Bürste 29 in einen Rotor 26 eines elektrischen Motors 20 gesendet
wird.
In der voranstehend beschriebenen Ausfuhrungsform der
Erfindung können die jeweiligen Antriebssteuerkreise 100, 300 vorteilhafterweise ein Mikrocomputersystem aufweisen.
Außerdem ist leicht verständlich, daß die vorliegende Erfindung
auch im Zusammenhang mit einer elektromagnetischen Servoeinrichtung anwendbar ist, in der ein Signal Sd für
die Richtung des Drehmomentes keine Hysteresis:eigenschaft aufweist.
Bei der voranstehenden Ausführungsform werden die Spannungssignale VR-/ VL? von den Subtrahierern 43, 44 dadurch erhalten,
daß die Ausgangssignale VR, VL des Mechanismus 13
zur Ermittlung des Drehmomentes unter Anwendung der Addierer 38, 39, des Spannungsstabilisierers 40, des Null-Einstellgliedes
41 und des Kreises 42 für die variable Spannung, die aus diesem Grunde mit den Elementen 43, 44 zusammenarbeiten,
auf Null eingestellt werden. In diesem Zusammenhang kann bei einem Anwendungsfall, bei dem ein Dehnungsmesser-Sensor
als Einrichtung zur Ermittlung des Drehmomentes verwendet wird, ein Ermittlungssignal von einem solchen Sensor
vorzugsweise an der Stelle der obigen Signale VR2, VL2' direkt
den Subtrahierern 45, 47 und den Spannungsvergleichern
46, 48 zugeführt werden.
Das charakteristische Merkmal der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß die Totzone DZ1 bei der Erzeugung des
Signales Sa für die Größe des Drehmomentes breiter eingestellt wird als die Totzone DZ2 bei der Erzeugung der
Signale Sdr, SdI für die Richtung des Drehmomentes. Es ist
ersichtlich, daß der Kreisaufbau zur Verwirklichung dieses Merkmales nicht auf die oben beschriebenen Kreise beschränkt
ist.
Claims (12)
1. Antriebssteuerverfahren für eine elektromagnetische
Servoeinrichtung (200), die eine Eingangswelle (1), eine Ausgangswelle (4), einen elektrischen Motor (20) zum
Anlegen eines Hilfsdrehmomentes an die Ausgangswelle (4), einen Mechanismus (13) zur Ermittlung des auf die Eingangswelle
(1) einwirkenden Drehmomentes und einen Antriebssteuerkreis (100; 300) zur Erzeugung eines Signales (Sa)
für die Größe des Drehmomentes und eines Signales (Sdr,
SdI; Sdr1, SdI1) für die Richtung des Drehmomentes auf
der Basis eines Ausgangssignales (VR, VL; VR2, VL2) von
dem Mechanismus (13) für die Richtung des Drehmomentes aufweist, um zum elektrischen Motor (20) einen Antriebsstrom
(An) zu senden, der eine solche Größe und eine solche Richtung aufweist, wie dies in Übereinstimmung mit sowohl dem
Signal (Sa) für die Größe des Drehmomentes und dem Signal (Sdr, SdI; Sdr', SdI1) für die Richtung des Drehmomentes
gewünscht wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite einer Totzone (DZ1) des Signals (Sa) für die
Größe des Drehmomentes breiter eingestellt wird als diejenige einer Totzone (DZ2) des Signales (Sdr, SdI; Sdr1,
SdI1) für'die Richtung des Drehmomentes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Einstellung der Breite
ein Vorspannsignal (Vb2) ^u dem Ausgangssignal (VR„, VL2)
der Einrichtung (13) zur Ermittlung des Drehmomentes hinzuaddiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß außerdem bei der Einstellung der
Breite vor dem Hinzuaddieren des VorspannungsSignaIs (Vb2)
zu dem Ausgangssignal (VR2, VL2) der Einrichtung (13)
zur Ermittlung des Drehmomentes der Wert des Vorspannsignales (Vb2) eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß beim Schritt zur Einstellung der
Breite vor dem Hinzuaddieren des Vorspannungssignales (Vb2)
zu dem Ausgangs signal (VR2/ ^1^ ^er Einrichtung (13) zur
Ermittlung des Drehmomentes das von der Einrichtung (13) zur Ermittlung des Drehmomentes ausgegebene Signal (VR,
VL) zur Ermittlung des Drehmomentes auf Null eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η—
zeichnet , daß außerdem unter Verwendung eines eines
Spannungsvergleichers (46, 48) das Signal (Sdr, SdI) für die Richtung des Drehmomentes von dem Ausgangssignal (VR2,
VL-) der Einrichtung (13) zur Ermittlung des Drehmomentes
erzeugt wird. ■
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß außerdem unter Verwendung eines
Spannungsvergleichers (46, 48) und eines Zustandsspeicherkreises (53, 54) das Signal (Sdr1, SdI1) für die Richtung
des Drehmomentes von dem Ausgangssignal (VR2, VL2) der
Einrichtung (13) zur Ermittlung des Drehmomentes erzeugt
wird.
7. Elektromagnetische Servoeinrichtung (200) zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Servoeinrichtung (200) eine Eingangswelle (1),
eine Ausgangswelle (4), einen elektrischen Motor (20) zur Erzeugung eines Hilfsdrehmomentes an der Ausgangswelle
(4),eine Einrichtung (13) zur Ermittlung des auf die
Eingangswelle (1) einwirkenden Drehmomentes und einen Antriebssteuerkreis
(1Ό0; 300) zur Erzeugung -eines Signals (Sa) für die Größe des Drehmomentes und eines Signals
(Sdr, SdI; Sdr1, SdI1) für die Richtung des Drehmomentes
auf der Basis eines Ausgangssignales (VR, VL; VR2, VL2)
von der Einrichtung (13) zur Ermittlung des Drehmomentes aufweist, um an den elektrischen Motor (20) einen Antriebsstrom
(An) zu senden, der eine solche Größe und eine solche Richtung aufweist, wie dies in Übereinstimmung mit sowohl
dem Signal (Sa) für die Größe des Drehmomentes und
dem Signal (Sdr, SdI; Sdr1, SdI') für die Richtung des
Drehmomentes wünschenswert ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Antriebssteuerkreis (100; 300)
eine Steuereinrichtung (45, 47, 49, 50) für die Totzone aufweist, um die Breite einer Totzone (DZ^) des Signals
(Sa) für die Größe des Drehmomentes breiter einzustellen als diejenige einer Totzone (DZ9) des Signals (Sdr, SdI;
Sdr', SdI1) für die Richtung des Drehmomentes.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung (45, 47, 49, 50)
für die Totzone eine Einrichtung (45, 47, 49, 50) zum Addieren eines Vorspannungssignals (Vb-) zu dem Ausgangssignal
(VR2, VL2) der Einrichtung (13) zur Ermittlung des
Drehmomentes aufweist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (45, 47, 49, 50)
zum Addieren des Vorspannungssignals (Vb9) eine Einrichtung
(49, 50) zum Einstellen der Vorspannung aufweist, durch die der Wert des Vorspannungssignals (Vb2) einstellbar ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Antrxebssteuerkreis (100;300)
außerdem eine Einrichtung (38, 39, 40, 41, 42, 43, 44) zum Einstellen eines Signales (VR, VL) zur Erzeugung
des Drehmomentes auf Null, das von der Einrichtung (13) zur Ermittlung des Drehmomentes ausgesendet wird, bevor
das Vorspannungssignal (Vb?) zu dem Ausgangssignal (VR9,
VL2) der Einrichtung (13) zur Ermittlung des Drehmomentes
hinzuaddiert wird , aufweist.
11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Antrxebssteuerkreis (100)
außerdem einen Spannungsvergleicher (46, 48) zur Erzeugung des Signals (Sdr, SdI) für die Richtung des Drehmomentes
aus dem Ausgangssignal (VR9, VL9) der Einrichtung
Λ ft
■f K. -
~ 5 —
(13) zur Ermittlung des Drehmomentes aufweist.
12. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Antriebssteuerkreis (300) außerdem
einen Spannungsvergleicher (46, 48) und einen Zustandsspeicherkreis
(53, 54) aufweist, die miteinander zusammenwirken, um das Signal(Sdr1, SdI1) für die Richtung des
Drehmomentes aus dem Ausgangssignal (VR„, VL9) der Einrichtung
(13) zur Ermittlung des Drehmomentes zu erzeugen.
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