DE3532627C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Servolenkvor­ richtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer nach der DE-OS 33 36 272 bekannten Servolenkvor­ richtung dieser Art liegt die Bandbreite der Totzone fest.

Es entstand der Wunsch, bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ein relativ großes Hilfsdrehmoment an die Ausgangswelle der Servolenkvorrichtung möglichst rasch und bei mittleren und hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten gesteuert anzulegen, weil im allgemeinen die nötige Kraft, die zur Betätigung eines Lenk­ rads ausgeübt werden muß, bei niedrigen Geschwindigkeiten rela­ tiv groß, bei mittleren und hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten jedoch nicht so groß ist.

Um diesen Wunsch zu erfüllen, wurde eine elektromagnetische Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge entwickelt, wie sie in der japanischen Offenlegungsschrift 50-38 228 beschrieben ist. Diese elektromagnetische Servolenkvorrichtung enthält einen Elektromotor, dessen Ankerstrom in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert wird.

Gemäß dieser japanischen Offenlegungsschrift wird das Ver­ hältnis Io/Ti des Ankerstroms Io zum Lenkdrehmoment Ti, d. h. das Verhältnis des Ankerstroms zu dem auf die Eingangswelle der elektromagnetischen Servolenkvorrichtung einwirkenden Drehmoment, so gesteuert, daß es abnimmt, wenn die Fahrzeug­ geschwindigkeit zunimmt. Insbesondere wird das Verhältnis Io/Ti so gesteuert, daß es im wesentlichen ununterbrochen von einem bestimmten Wert auf Null verändert wird, wenn die Fahr­ zeuggeschwindigkeit von einer bestimmten niedrigen Geschwindig­ keit zu einer vorbestimmten hohen Geschwindigkeit verändert wird. Die Eingangswelle der Servolenkvorrichtung kann direkt an die Ausgangswelle gekuppelt werden, wenn das Verhältnis Io/Ti auf Null verringert wird.

Dabei bestehen zwischen dem Lenkdrehmoment Ti und dem Ausgangs­ drehmoment To der Ausgangswelle Beziehungen, wie sie in Fig. 7 dargestellt sind.

In Fig. 7 ist längs der Abszisse das auf die Eingangswelle einwirkende Lenkdrehmoment Ti abgetragen. Längs der Ordinate ist das Ausgangsdrehmoment To der Ausgangswelle abgetragen. Mit dem Bezugszeichen Do ist die Totzone eines Mechanismus zur Ermittlung des Drehmoments der elektromagnetischen Servo­ lenkvorrichtung bezeichnet.

Im folgenden wird lediglich ein Bereich beschrieben, der sich vom Ursprung O der Darstellung der Fig. 7 nach rechts er­ streckt, also die Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment Ti und dem Ausgangsdrehmoment To, wenn das Lenkdrehmoment Ti im Uhrzeigersinn um die Eingangswelle wirkt. Die Beziehung im entsprechenden linken Bereich ist analog.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einem vorgegebenen Wert in einem unteren Geschwindigkeitsbereich gehalten wird und wenn das Lenkdrehmoment Ti von Null aus vergrößert wird, vergrößert sich das Ausgangsdrehmoment To im Inneren der Totzone Do entlang eines Liniensegments Th, das sich gerad­ linig vom Ursprung O aus mit einer bestimmten positiven Stei­ gung erstreckt. Außerhalb der Totzone Do vergrößert sich das Lenkdrehmoment Ti entlang eines weiteren Liniensegments Tl, das sich von dem Überkreuzungspunkt zwischen dem Liniensegment Th und der Grenze der Totzone Do geradlinig mit einer Steigung erstreckt, die größer ist als die Steigung des Liniensegments Th.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem mittleren Geschwin­ digkeitsbereich, der zwischen dem niedrigen Geschwindigkeits­ bereich und einem hohen Geschwindigkeitsbereich liegt, auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird und wenn das Lenkdreh­ moment Ti von Null aus vergrößert wird, vergrößert sich das Ausgangsdrehmoment To im Inneren der Totzone Do wieder entlang des Liniensegments Th und außerhalb der Totzone Do entlang eines weiteren Liniensegments Tm, das sich geradlinig von dem zuvor genannten Kreuzungspunkt aus mit einer mittleren Stei­ gung erstreckt, die zwischen den Steigungen der Liniensegmente Th und Tl verläuft, weil das Verhältnis Io/Ti des Ankerstroms Io zum Lenkdrehmoment Ti bei einer Änderung der Fahrzeug­ geschwindigkeit von der niedrigen Geschwindigkeit zur mitt­ leren Geschwindigkeit verringert wird. Andererseits vergrößert sich das Ausgangsdrehmoment To, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einer vorgegebenen hohen Geschwindigkeit gehalten wird, die gleich oder größer ist als die zuvor genannte vorbestimm­ te hohe Geschwindigkeit, und wenn das Lenkdrehmoment Ti von Null aus vergrößert wird, sowohl innerhalb als auch außerhalb der Totzone Do entlang des Liniensegments Th. Es entspricht daher einfach dem Lenkdrehmoment Ti, weil bei jenen Fahrzeug­ geschwindigkeiten, die gleich oder größer als die vorbestimmte hohe Geschwindigkeit sind, der Ankerstrom Io auf Null gesteu­ ert wird und die Eingangswelle direkt an die Ausgangswelle gekoppelt wird.

Bei einer solchen Eingangs/Ausgangs-Charakteristik ermög­ licht die elektromagnetische Servolenkvorrichtung gemäß der japanischen Offenlegungsschrift eine günstige Steuerung des Ausgangsdrehmoments To in Abhängigkeit von der Fahrzeug­ geschwindigkeit.

Bei vorgegebenen Geschwindigkeiten in dem niedrigen, dem mittleren und dem hohen Geschwindigkeitsbereich weist das Ausgangsdrehmoment To maximale Werte T₁, T₂ und T₃ auf, für die T₁ < T₂ < T₃ < 0 gilt und entsprechend begrenzte Be­ reiche T₁′, T₂′ und T₃′ des Lenkdrehmoments Ti, in denen sich das Ausgangsdrehmoment To von Null bis zu den maxima­ len Größen T₁, T₂ und T₃ ändert.

Da die Totzone Do eine konstante Bandbreite unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit hat, ist das Verhältnis der Breite der Totzone Do zur Breite des Bereichs der in Betracht kommenden Werte des Lenkdrehmoments Ti rela­ tiv groß, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem niedri­ gen Geschwindigkeitsbereich, insbesondere nahe Null, liegt. Daher wird der Elektromotor der elektromagnetischen Servo­ vorrichtung bei Beginn der Drehung des Lenkrads nicht er­ regt, so daß der Fahrer des Kraftfahrzeugs relativ große Lenkkräfte auf das Lenkrad ausüben muß. Die Lenkung ist daher relativ schwer.

Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit in dem hohen Geschwin­ digkeitsbereich bei einer Geschwindigkeit, die geringfügig kleiner ist als die zuvor genannte vorbestimmte hohe Ge­ schwindigkeit, so ist der Bereich der in Betracht kommenden Werte des Lenkdrehmoments Ti derart eingeengt, daß er etwas kleiner ist als der Bereich T₃′ bei der vorgegebenen hohen Geschwindigkeit, so daß das Verhältnis der Breite der Totzone Do zu dem Bereich des Lenkdrehmoments Ti relativ klein ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Servolenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß deren Elektromotor nicht allzu häufig wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, um dadurch die Lebensdauer der Servolenkvorrichtung zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Aus­ führungsform eines erfindungsgemäßen An­ triebssteuerkreises in einer elektromagne­ tischen Servovorrichtung für elektrische Leistungssteuersysteme für Kraftfahrzeuge;

Fig. 2A-1 bis 2A-8 und Fig. 2B-1 bis 2B-4 und 2B-6 Darstellungen, die charakteristische Aus­ gangskurven verschiedener Kreiselemente des Antriebssteuerkreises der Fig. 1 zei­ gen;

Fig. 3 ein Schaltbild eines Motorantriebskreises in dem Antriebssteuerkreis der Fig. 1;

Fig. 4 einen Längsschnitt einer elektromagneti­ schen Servoeinheit, die die elektromagne­ tische Servovorrichtung bildet, wobei die Servoeinheit durch den Antriebssteuer­ kreis der Fig. 1 gesteuert werden kann;

Fig. 5A eine Schnittdarstellung, die ein wesent­ liches Teil eines Mechanismus zur Ermitt­ lung des Drehmomentes der elektromagne­ tischen Servoeinheit zeigt, wobei der Schnitt entlang der Linie 5A-5A der Fig. 4 verläuft;

Fig. 5B und 5C Aufsichten und Seitenansichten eines beweg­ lichen Teiles des Mechanismus zur Ermitt­ lung des Drehmomentes der Fig. 5A;

Fig. 6 eine Darstellung charakteristischer Kurven des Eingangsdrehmomentes in Abhängigkeit vom Ausgangsdrehmoment der elektromagne­ tischen Servoeinheit der Fig. 4, die durch den Antriebssteuerkreis der Fig. 1 gesteu­ ert wird; und

Fig. 7 charakteristische Kurven des Eingangsdreh­ momentes in Abhängigkeit vom Ausgangsdreh­ moment einer herkömmlichen elektromagneti­ schen Servovorrichtung für elektrische Leistungssteuersysteme für Kraftfahrzeuge.

In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 100 den gesam­ ten Antriebssteuerkreis einer elektromagnetischen Servo­ vorrichtung für elektrische Leistungssteuersysteme für Kraftfahrzeuge gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In den Fig. 2A-1 bis 2A-8, 2B-1 bis 2B-4 und 2B-6 sind Kurven von Ausgangscharakteristiken verschiedener Kreis­ elemente des Antriebssteuerkreises 100 dargestellt.

Außerdem zeigt die Fig. 3 ein Schaltbild eines Motoran­ triebskreises 57 in dem Antriebssteuerkreis 100.

In den Fig. 4 und 5A bis 5C sind jeweils Schnittdarstel­ lungen aller wesentlichen Teile einer elektromagnetischen Servoeinheit 200 dargestellt, die die elektromagnetische Servovorrichtung bildet. Die Servoeinheit 200 wird durch den Antriebssteuerkreis 100 gesteuert. Sie wurde ursprüng­ lich vom vorliegenden Anmelder entwickelt.

Um das Verständnis zu erleichtern, wird zuerst der Aufbau der elektromagnetischen Servoeinheit 200 im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5A bis 5C beschrieben, bevor der Aufbau und die Funktion des Antriebssteuerkreises 100 erläutert werden.

Die Fig. 4 zeigt, wie dies bereits beschrieben wurde, eine Schnittdarstellung. Insbesondere zeigt die Fig. 4 einen Längsschnitt durch die elektromagnetische Servo­ einheit 200, wobei ein Viertel weggeschnitten ist.

Es wird nun angenommen, daß die Servoeinheit 200 in einem nicht dargestellten Leistungssteuersystem eines nicht dar­ gestellten Fahrzeuges vorgesehen ist.

Die Servoeinheit 200 weist eine Eingangswelle 1, die dreh­ bar durch ein Kugellager 2 und ein Nadellager 3 gehalten wird und an ihrem axialen äußeren Ende mit einem nicht dargestellten Steuerrad des Leistungssteuersystems verbun­ den ist, und eine Ausgangswelle 4 auf, die koaxial zur Ein­ gangswelle 1 angeordnet ist und durch einen Torsionsstab 8 mit der Eingangswelle 1 verbunden ist. Die Ausgangswelle 4 ist ebenfalls drehbar durch ein Kugellager 5 und Nadellager 6, 7 gelagert. Das axiale äußere Ende der Ausgangswelle 4 weist einen Kerbverzahnungsbereich 4a auf, der betrieblich in ein Steuergetriebe bzw. ein Steuergetriebegehäuse (nicht dargestellt) des Leistungssteuersystems eingebaut ist.

Wie dies später ausführlicher beschrieben werden wird, greift ein besonders ausgebildeter, axialer innerer End­ bereich 1b der Eingangswelle 1 an seinem innersten Ende in einen besonders ausgebildeten axialen inneren Endbe­ reich 4b der Ausgangswelle 4 ein, wobei das Nadellager 3 dazwischen angeordnet ist.

Ein Ende des Torsionsstabes 8 ist an der Ausgangswelle 4 mit der Hilfe eines Stiftes 8a befestigt. An dem anderen Ende des Torsionsstabes 8 ist mit der Hilfe einer Schraube 9 die Eingangswelle 1 befestigt, die dadurch in die Lage versetzt wird, eine vorbestimmte Winkelposition um ihre Achse relativ zur Ausgangswelle 4 einzunehmen, wenn kein Steuerdrehmoment auf sie einwirkt. Mit anderen Worten wird, wenn der Drehmomentstab 8 unter Verwendung der Schraube 9 an der Eingangswelle 1 befestigt wird, die Eingangswelle 1 so eingestellt, daß sie eine vorbestimmte Zwischenwinkel­ position oder neutrale Winkelposition relativ zur Ausgangs­ welle 4 aufweist.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung wird ein Steuerdreh­ moment von dem Steuerrad 1 an die Eingangswelle 1 ange­ legt und von dieser über den Torsionsstab 8 an die Ausgangs­ welle übertragen, wobei der Torsionsstab 8 durch die Tor­ sion deformiert wird.

In der Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine die Eingangswelle umgebende Steuerwelle, die in ihrem die Eingangs­ welle 1 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, ei­ nen Mechanismus 11 zur Ermittlung eines Drehmomentes auf, der so angeordnet ist, daß er sich um die Eingangswelle herum erstreckt und das auf die Eingangswelle 1 einwirken­ de Drehmoment in der Form des Differenzdrehmomentes zwi­ schen dem an der Eingangswelle 1 entwickelten Drehmoment und dem an der Ausgangswelle 4 entwickelten Drehmoment ermitteln kann. Der Mechanismus 11 weist einen Brückenüber­ trager bzw. einen Differentialtransformator 12, der an dem Innenumfang der Steuersäule 10 befestigt ist, und ein röhrenförmiges bewegliches Teil 13 auf, das axial gleit­ bar um die wechselseitig eingreifenden Endbereiche 1b, 4b der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 4 herum auf­ gepaßt bzw. angeordnet ist. Der Differentialtransformator 12 weist ein Paar von Ausgangsanschlüssen auf, die mit dem Antriebssteuerkreis 100 (Fig. 1) verbunden ist. Die­ sem werden auf diese Weise ein Paar von elektrischen Signalen VR, VL (Fig. 1) zugeführt, die später näher er­ läutert werden und das Differenzdrehmoment zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 4 repräsentieren. Der Antriebssteuerkreis 100 arbeitet, um die Größe und die Richtung der Leitung eines Ankerstromes Io in Über­ einstimmung mit dem Steuerdrehmoment zu bestimmen, der einem später beschriebenen elektrischen Motor 18 zuzufüh­ ren ist.

Wie dies in der Fig. 5A dargestellt ist, greift das beweg­ liche Teil 13 an der Eingangswelle 1 über ein Paar von radialen Stiften 14, 14 an, die an dem axialen inneren Endbereich 1b der Eingangswelle 1 befestigt sind. Das Teil 13 greift über ein weiteres Paar von radialen Stif­ ten 15, 15 an der Ausgangswelle 4 an, die an dem axialen, inneren Endbereich 4b der Ausgangswelle 4 befestigt sind. Die radialen Stifte 15, 15 sind jeweils durch einen Winkel von 90° von einem radialen Stift 14, 14 beabstandet, so daß die Stifte 14, 15 in der Umfangsrichtung jeweils an einem Ort angeordnet sind, der einem Viertel des Umfanges entspricht. Das bewegliche Teil 13 greift an den radialen Stiften 14, 14, die von der Eingangswelle 4 aus vorstehen, über ein Paar von Eingangslöchern 13a an, die durch das Teil 13 an entsprechenden Winkelpositionen derart verlau­ fen, daß sie sich in der axialen Richtung des Torsions­ stabes 8 erstrecken bzw. verlängern. Das bewegliche Teil 13 greift an den radialen Stiften 15, 15, die von der Aus­ gangswelle 4 aus vorstehen, über ein Paar von Angriffslö­ chern 13b an, die durch das Teil 13 verlaufen. Die längli­ chen Löcher 13b erstrecken sich unter einem geneigten Win­ kel in Bezug auf die axiale Richtung des Torsionsstabes 8. Das bewegliche Teil 13 ist normalerweise in der axialen Richtung in der Fig. 4 nach links durch eine Schraubenfeder 16 vorgespannt, die so komprimiert ist, daß sie zwischen dem Teil 13 und dem zuvor genannten Kugellager 2 angeordnet ist.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung besteht zwischen je­ dem radialen Stift 15 und dem entsprechenden länglichen Loch 13b ein Spiel infolge der Herstellungsgenauigkeit. An einer Seite 13c oder an der Arbeitsseite des Loches 13b wird jedoch jedes durch den Abstand zwischen dem Stift 15 und dem Loch 13b bewirkte Spiel im wesentlichen durch das Vorhandensein der Feder 16 beseitigt, die normalerweise den Stift 15 so drückt, daß er an der Arbeitsseite 13c angreift. Die andere Seite 13d des Loches 13 weist jedoch ein entsprechendes Spiel l in Bezug auf den Stift 15 auf.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung wird daher dann, wenn die Eingangswelle 1 durch ein auf das Steuerrad ausgeübtes Steuerdrehmoment gedreht wird, wodurch ein Drehmoment über den Torsionsstab 8 an die Ausgangswelle 4 übertragen wird, eine Phasendifferenz oder eine rela­ tive Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 4 erzeugt, wodurch bewirkt wird, daß das bewegliche Teil 13 sich in axialer Richtung in der Fig. 4 nach rechts oder links in Übereinstimmung mit dem Vorzeichen und dem absoluten Wert der Phasendifferenz, d. h. der Richtung und der Größe der relativen Winkelver­ schiebung, bewegt.

In dieser Hinsicht wird, unter der Bedingung, daß kein Steuerdrehmoment ausgeübt und auf die Eingangswelle 1 übertragen wird, das bewegliche Teil 13 so eingestellt, daß es an einer vorbestimmten axialen Position auf der Eingangswelle 1 gehalten wird, an der die radialen Stifte 14, 15 an den in Längsrichtung gesehenen mittleren Bereichen bzw. Teilen der länglichen Löcher 13a, 13b des Teiles 13 jeweils angeordnet sind. Wenn ein Steuerdrehmoment ausgeübt wird, entspricht daher die resultierende axiale Verschiebung des beweglichen Teiles 13 bezüglich der Richtung dem Differenz­ drehmoment und ihre Größe ist proportional zum Differenz­ drehmoment, das dann zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 4 so entwickelt wird, daß es auf die Eingangswelle 1 einwirkt. Wenn beispielsweise in der Fig. 4 die Eingangswelle 1 von rechts gesehen so beaufschlagt wird, daß sie sich relativ zur Ausgangswelle 4 im Uhrzeiger­ sinn dreht, wird bewirkt, daß sich das bewegliche Teil 13 in axialer Richtung nach rechts oder gegen den Beobachter bewegt. Mit anderen Worten wird dann bewirkt, daß es sich in der Fig. 5B nach oben bewegt. Der Differentialtransfor­ mator 12 kann dieses Differenzdrehmoment durch eine poten­ tiometrische Messung der axialen Verschiebung des beweg­ lichen Teiles 13 ermitteln.

Wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist, weist die Servo­ einheit 200 ein zylindrisches Gehäuse 17 auf, in dem der zuvor genannte elektrische Motor 18 enthalten und koaxial um die Ausgangswelle 4 angeordnet ist. Der elektrische Motor 18 besteht aus einem Paar von Permanentmagneten 19 als Feldmagneten, die an dem Innenumfang des Gehäuses 18 befestigt sind, und einem Rotor 24 als Anker, der aus einer röhrenförmigen Welle 21, die drehbar durch die Nadellager 6, 7 und ein Kugellager 22 gelagert ist, und einem Anker­ kern 22 besteht, der an der röhrenförmigen Welle 21 befestigt und mit einer Ankerwicklung 23 versehen ist, die so angeordnet ist, daß sie die durch die Magneten 19 entwickelten Linien des magnetischen Flusses unterbricht, wenn sie gedreht wird. Außerdem weist der Rotor 24 an seinem linken Ende einen Schleifring 25 auf, mit dem Anschlüsse 23a der Anker­ wicklung 23 derart verbunden sind, daß ein elektrischer Strom einer solchen Größe und in einer solchen Richtung durch die Ankerwicklung 23 geschickt werden kann, wie die Umstände dies erfordern. An jeder der erforderlichen elek­ trischen Winkelpositionen grenzt eine Bürste 27 an den Schleifring 25. Normalerweise wird die Bürste 27 durch eine Schraubenfeder 26 gegen den Schleifring gedrückt. Über die Bürste 27 wird der gesteuerte Ankerstrom Io von dem An­ triebssteuerkreis 100 in die Ankerwicklung 23 geschickt. Dadurch wird der elektrische Motor 18 derart angetrieben, daß der Rotor 24 sich um die Ausgangswelle 4 unabhängig von dieser in derselben Drehrichtung wie die Eingangs­ welle 1 dreht.

Wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist, ist das Kugel­ lager 20, das den linken Bereich der röhrenförmigen Welle 21 des Rotors 24 drehbar lagert, in eine rechte Öffnung 29a eines zylindrischen ringförmigen Zahnrades bzw. eines zy­ lindrischen Drehkranzes 29 eingepaßt, der an dem Innenum­ fang des Gehäuses 17 befestigt ist. Der Drehkranz 29 wird als ein gemeinsamer Drehkranz für primäre und sekundäre Planetenzahnräder 28A, 28B verwendet, die einen Mechanismus 28 zur Verringerung der Geschwindigkeit bilden, durch den die Drehung des Rotors 24 zur Ausgangswelle 4 übertragen wird.

In dem Mechanismus 28 zur Verringerung der Geschwindigkeit, der durch die beiden Stufen 28A, 28B des Planetengetriebes gebildet wird, besteht die primäre bzw. erste Stufe 28A aus einem Sonnenzahnrad 30, das entlang dem äußeren Um­ fang des linken Endbereiches der röhrenförmigen Welle 21 ausgebildet ist, dem zuvor genannten Drehkranz 29 und drei Planetenzahnrädern 31, die zwischen dem Sonnenrad 30 und dem Drehkranz 29 angeordnet sind und in diese eingreifen. Die Planetenzahnräder 31 sind drehbar an einem scheibenähn­ lichen, geflanschten Bereich eines ersten Trägergliedes 32 befestigt. Andererseits besteht die sekundäre bzw. zweite Stufe 28B aus einem Sonnenzahnrad 33, das entlang dem äußeren Umfang einer röhrenförmigen Welle 32a ausgebildet ist, die einstückig mit dem Trägerglied 32 verbunden ist, einer axialen Ausdehnung des Drehkranzes 29 und drei Pla­ netenzahnrädern 34, die zwischen dem Sonnenrad 33 und dem Drehkranz 29 angeordnet sind und in diese eingreifen. Die Planetenzahnräder 34 sind drehbar an einem scheibenähn­ lichen, geflanschten Bereich eines zweiten Trägergliedes 36 befestigt, das drehbar um die Ausgangswelle 4 angeordnet ist, wobei dazwischen ein Lager 35 angeordnet ist. Auf dem Umfangsteil des geflanschten Bereiches des zweiten Trä­ gergliedes 36 sind drei Vorsprünge 36a ausgebildet, die in der Fig. 4 in axialer Richtung von dem Glied 36 nach links vorstehen.

Außerdem weist, wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist, die Ausgangswelle 4 links vom zweiten Trägerglied 36 ein an ihr befestigtes röhrenförmiges Glied 37 auf, das axial nicht-gleitbar durch eine Kerbverzahnung an dem kerbver­ zahnten Bereich 4a der Welle 4 befestigt ist. Das Glied 37 ist in radialer Richtung nach außen an seinem axialen Zwischenbereich gestuft, so daß es einen ringförmigen Be­ reich 37a aufweist, der in radialer Richtung an seiner Innenseite den axialen Vorsprüngen 36a des Trägergliedes 36 gegenüberliegt. Der ringförmige Bereich 37a erstreckt sich um eine vorgegebene Länge in der axialen Richtung der Welle 4. Das ringförmige Glied 37 weist ein auf ihm auf­ gepaßtes ringförmiges Element 37b auf. Das Element 37b weist einen kanalähnlichen Querschnitt auf, der sich in ra­ dialer Richtung so lang erstreckt, wie er beinahe mit dem inneren Umfang des Gehäuses 17 in Berührung steht, wobei er einen ringförmigen Raum S₁ an der linken Seite des Ge­ häuses 17 bildet (Fig. 4).

Der ringförmige Bereich 37a des ringförmigen Gliedes 37 weist an seinem Außenumfang drei kleine radiale Vorsprünge 37c auf, die winkelmäßig durch gleiche Abstände voneinan­ der beabstandet sind. Zwischen dem ringförmigen Bereich 37a und den axialen Vorsprüngen 36a des Trägergliedes 36 sind vier ringförmige Kupplungsplatten 38 angeordnet, die so überlappen, daß sie in der axialen Richtung der Aus­ gangswelle 4 geschichtet sind. Von den vier Kupplungs­ platten 38 greifen, in der Fig. 4 von links aus geseh­ en, die erste und dritte an axialen Vorsprüngen des Trägergliedes 36 axial gleitbar und in einer relativ zu­ einander nicht-drehbaren Weise an. Die zweite und vierte Kupplungsplatte greifen in einer ähnlichen Weise an den radialen Vorsprüngen 37c des ringförmigen Bereiches 37a des röhrenförmigen Gliedes 36 an. In dieser Hinsicht ist die vierte der Kupplungsplatten 38 in Bezug auf ihre Rechtsbewegung in Fig. 4 durch einen Anschlagring 37d begrenzt, der an dem rechten Endteil des ringförmigen Bereiches 37a befestigt ist. Ein axial gleitbarer Bereich jeder Kupplungsplatte 38 ist so begrenzt, daß er sehr klein ist.

Außerdem weist die Servoeinheit 200 in der linken Öffnung des Gehäuses 17 ein Spulengehäuse 40 auf, das eine Erreger­ spule 39 so aufnimmt, daß sie in dem ringförmigen Raum S₁ angeordnet ist, der durch das ringförmige Element 37b be­ stimmt wird, das an dem röhrenförmigen Glied 37 befestigt ist. Die Erregerspule 39 ist mit einem Kupplungsantriebs­ kreis 60 (Fig. 1) verbunden, das später beschrieben werden wird.

Die axialen Vorsprünge 36a, die Kupplungsplatten 38, das ringförmige Element 37b und das ringförmige Glied 37 kön­ nen miteinander zusammenwirken, so daß sie mit der Erreger­ spule 39 eine elektromagnetische Kupplung 31 bilden.

In der zuvor beschriebenen Anordnung, die den elektrischen Motor 18, das erste und zweite Planetengetriebe 28A, 28B und die elektromagnetische Kupplung 41 enthält, wird die Drehung des Rotors 24 des Motors 18 zur Ausgangswelle 4 übertragen, wobei durch die Getriebe 28A, 28B die Ge­ schwindigkeit in Übereinstimmung mit der später beschrie­ benen Wirkung der Kupplung 41 verringert wird.

Im Zusammenhang mit den Fig. 1, 2A-1 bis 2A-8 und 2B-1 bis 2B-4 und 2B-6 und Fig. 3 wird nachfolgend die Funktion des Antriebssteuerkreises 100 beschrieben, der den elek­ trischen Motor 18 und die elektromagnetische Kupplung 41 der elektromagnetischen Servoeinheit 200 steuern kann.

In jeder Figur der Fig. 2A-1 bis 2A-8 und 2B-1 bis 2B-4 und 2B-6 stellt die Abszissenachse X die axiale Verschie­ bung des beweglichen Teiles 13 dar, während der Ursprung (O) der neutralen Position des Teiles 13 entspricht. Die positive Abszissenachse (+X) stellt die Aufwärtsbewegungen des Teiles 13 in Fig. 5B, d.h. das Steuerdrehmoment im Uhrzeigersinn dar. Die negative Abszisse (-X) stellt die Abwärtsbewegungen des Teiles 13 in Fig. 5B, d. h. das Steuerdrehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn dar.

Wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist, nimmt der Differen­ tialtransformator 12 in sich das bewegliche Teil 13 auf, so daß es aus der neutralen Position Xo in Übereinstimmung mit der Richtung und der Größe des zwischen der Eingangs­ welle 1 und der Ausgangswelle 4 entwickelten Differenzdreh­ momentes nach oben (+X) und nach unten (-X) verschoben wird.

In dem Differentialtransformator 12 sind eine einzige Pri­ märwicklung 12a und ein Paar von Sekundärwicklungen 12b, 12c angeordnet. Der Primärwicklung 12a wird ein Wechsel­ stromsignal von einem Oszillator 42 über einen Ansteuer­ kreis 43 für die Primärspule zugeführt. Die Sekundärwick­ lungen 12b, 12c sind so angepaßt, daß sie dann, wenn das bewegliche Teil 13 in der neutralen Position Xo angeordnet ist, ein Paar von Wechselstromsignalen einer vorbestimmten Frequenz mit einer gleichen Amplitude aussenden, und daß dann, wenn bewirkt wird, daß das Teil 13 nach oben (+X) oder nach unten (-X) verschoben wird, die eine Wicklung (beispielsweise 12b), die näher an der Seite des Teiles 13 angeordnet ist, ihr Wechselstromsignal mit einer vergrös­ serten Amplitude aussendet, und im Gegensatz dazu die an­ dere (beispielsweise 12c) Wicklung, die an der weiter von dem Teil 13 entfernten Seite angeordnet ist, ihr Wechsel­ stromsignal mit einer verringerten Amplitude aussendet.

In diesem Zusammenhang zeigt die Fig. 2A-1 eine beispiel­ hafte charakteristische Kurve des Ausgangssignales VR der Sekundärwicklung 12b. Die Fig. 2B-1 zeigt eine bei­ spielhafte charakteristische Kurve des Ausgangssignales VL der Sekundärwicklung 12c. Das eine Signal VR betrifft das die Eingangswelle 1 im Uhrzeiger drehende Drehmoment. Das andere Signal VL betrifft die Drehung der Eingangs­ welle 1 entgegen dem Uhrzeigersinn.

Die Ausgangssignale VR, VL von den Sekundärwicklungen 12b, 12c werden zuerst durch ein Paar von Gleichrichtern 44a, 44b gleichgerichtet und dann durch ein Paar von Tiefpaß­ filtern 45a, 45b geglättet bzw. von Wellungen befreit, so daß ein Paar von geglätteten Signalen VRo, VLo jeweils aus­ gesendet werden. Das Ausgangssignal VRo vom Tiefpaßfilter 45a und das Ausgangssignal VLo vom Tiefpaßfilter 45b, deren Cha­ rakteristiken jeweils beispielhaft in den Fig. 2A-2 und 2B-2 dargestellt sind, werden einem Paar von Subtrahierglie­ dern 38, 39 eingegeben, in denen sie durch ein Paar von Subtrahieroperationen derart verarbeitet werden, daß am Subtrahierer 46 VR₁ = VRo - VLo gilt, vorausgesetzt, daß VR₁ nahezu gleich Null wird, wenn VRo VLo gilt und daß am Subtrahierer 47 VL₁ = VLo - VRo gilt, vorausgesetzt, daß VL₁ nahezu Null wird, wenn VLo VRo. Als Ergebnis weisen die Ausgangssignale VR₁, VL₁ der Subtrahierglieder 46, 47 derartige charakteristische Kurven auf, wie sie jeweils beispielhaft in den Fig. 2A-3 und 2B-3 dargestellt sind.

Es wird angenommen, daß der Differenztialtransformator 12 der verbunden ist, daß dann, wenn das bewegliche Teil 13 aus der neutralen Position Xo in der Fig. 1 nach oben, d. h. in Richtung auf die Sekundärwicklung 12b verschoben wird, die Größe des Signales VR1 geradlinig-linear von Null aus im Verhältnis zur Aufwärtsverschiebung des Teiles 13 zu­ nimmt, und daß dann, wenn das Teil 13 aus der neutralen Position Xo nach unten, d. h. in Richtung auf die Sekun­ därwicklung 12c verschoben wird, die Größe des Signales VL₁ von Null aus geradlinig-linear im Verhältnis zur Abwärtsverschiebung des Teiles 13 zunimmt.

Es wird dann das Ausgangssignal VR₁ des Subtrahiergliedes 46 einem weiteren Subtrahierglied 48 eingegeben. Das Ausgangssignal VL₁ des Subtrahiergliedes 47 wird einem weiteren Subtrahierglied 49 eingegeben.

In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 50 ein Sensor für die Fahrzeuggeschwindigkeit bezeichnet. Der Sensor 50 für die Fahrzeuggeschwindigkeit umfaßt einen Magnetrotor 51, der sich in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindig­ keit drehen kann und einen Reed-Schalter 52, der mit ei­ ner Frequenz ein- und ausgeschaltet werden kann, die von der Drehung des Magnetrotors abhängt. Ein Ausgangssignal vom Reed-Schalter 52 wird an einen Frequenz/Spannungs- Wandler 53 angelegt, in dem es in ein Spannungssignal Vf umgewandelt wird, das proportional zur Fahrzeugge­ schwindigkeit ist. Das Signal Vf wird beiden Subtrahier­ gliedern 48, 59 zugeführt. Obwohl dies nicht dargestellt ist, wird die Spannung des Signales Vf von Null aus propor­ tional vergrößert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit von Null aus zunimmt.

Am Subtrahierglied 48 wird zur Ausgabe eines Signales VR₂ eine Subtrahieroperation derart vorgenommen, daß VR₂ = VR₁-Vf gilt, vorausgesetzt, daß VR₂ nahezu Null wird, wenn VR₁ Vf ist. Eine charakteristische Kurve für das Ausgangssignal VR₂ ist beispielhaft in der Fig. 2A-4 ge­ zeigt. Die charakteristische Kurve bestimmt eine Totzone während eines positiven Intervalles K₁, deren Bandbreite so beschaffen ist, daß K₁ = kv gilt, wobei k eine propor­ tionale Konstante ist und v die Fahrzeuggeschwindigkeit bedeutet, so daß die Bandbreite direkt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

Im Subtrahierglied 49 wird eine Subtrahieroperation der­ art ausgeführt, daß VL₂ = VL₁-Vf gilt, vorausgesetzt, daß VR₂ nahezu Null wird, wenn VR₁ Vf ist. Dadurch wird am Ausgang des Subtrahiergliedes 49 ein Signal VR₂ erhal­ ten. Die charakteristische Kurve für das Ausgangssignal VR₂ ist beispielhaft in der Fig. 2B-4 dargestellt. Die charakteristische Kurve bestimmt eine Totzone während ei­ nes negativen Intervalles K₁ mit einer ähnlichen Band­ breite, die direkt proportional zur Fahrzeuggeschwindig­ keit ist.

Der Steuerkreis 100 weist als Leistungsquelle nur eine ein­ zige Spannungsquelle (nicht dargestellt) einer positiven Polarität auf, abgesehen von der Spannungsquelle des Oszil­ lators 42 und der Spannungsquelle des Ansteuerkreises 43 für die Primärspule. Aus diesen Gründen wird das Ausgangssignal jedes Subtrahiergliedes 46, 47, 48, 49 so eingestellt, daß es im wesentlichen gleich Null Volt an der positiven Span­ nungsseite ist, wenn seinem negativen Eingangsanschluß ein Eingangssignal einer Spannung zugeführt wird, die nicht größer als diejenige eines Eingangssignales ist, das seinem positiven Eingangsanschluß zugeführt wird.

Außerdem werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 die Ausgangs­ signale VR₂, VL₂ der Subtrahierglieder 48, 49 beide einem analogen OR-Kreis 54 und einem Paar von Spannungsvergleichern 55, 56 zugeführt. Am OR-Kreis 54 werden die Eingangssignale VR₂, VL₂ zusammengesetzt, so daß ein Signal Sa als Ausgangs­ signal erhalten wird. Das Signal Sa, dessen charakteristi­ sche Kurve beispielhaft in der Fig. 2A-5 dargestellt ist, wird als ein Signal für die Größe des Drehmomentes zur Steuerung der Größe des Ankerstromes Io verwendet, der dem elektrischen Motor 18 zuzuführen ist, so daß die Größe des Stromes Io direkt proportional zu derjenigen des Signales Sa ist, wie dies später erläutert werden wird.

Von den Spannungsvergleichern 55, 56 werden ein Paar von Signalen Sdr, Sdl jeweils ausgesendet, die zusammen zur Steuerung der Drehrichtung des elektrischen Motores 18 und der Wirkung der elektromagnetischen Kupplung 41 ver­ wendet werden. Wie dies beispielhaft in der Fig. 2A-6 dargestellt ist, ist das Ausgangssignal Sdr ein gestuftes Signal, das einen hohen Pegel annimmt, wenn das Eingangs­ signal VR₂ eine größere Spannung aufweist als das Eingangs­ signal VL₂. Andererseits ist, wie dies beispielhaft in der Fig. 2B-6 dargestellt ist, auch das Ausgangssignal Sdl ein gestuftes Signal, das einen hohen Pegel annimmt, wenn die Spannung des Eingangssignales VL₂ größer ist als die­ jenige des Eingangssignales VR₂. Als Ergebnis wird für jedes der Signale Sdr, Sdl eine Totzone mit einer Band­ breite K₁ gebildet, die direkt proportional zur Fahrzeug­ geschwindigkeit ist.

Das Ausgangssignal Sa des OR-Kreises 54 wird als ein Signal für die Größe des Drehmomentes an den Motorantriebskreis 57 angelegt. Die Ausgangssignale Sdr, Sdl der Vergleicher 55, 56 werden als Signale für die Richtung des Drehmomen­ tes an den Kreis 57 angelegt. Der genaue Aufbau des Motor­ antriebskreises 57 wird später erläutert werden.

Die Ausgangssignale Sdr, Sdl werden als Signale für die Richtung des Drehmomentes auch an einen anderen analogen OR-Kreis 58 angelegt, in dem sie so verarbeitet werden, daß sie derart zusammengesetzt werden, daß sich ein Signal Sd für die Richtung des Drehmomentes ergibt, dessen Charak­ teristik beispielhaft in der Fig. 2A-7 gezeigt ist.

Das Signal Sd für die Richtung des Drehmomentes wird von dem OR-Kreis 58 ausgesendet und dann an ein Addierglied 59 angelegt, in dem es zu dem Signal Sa für die Größe des Drehmomentes, das an das Addierglied 59 vom OR-Kreis 54 angelegt wird, addiert wird. Dadurch wird ein Steuer­ signal Vd erzeugt, wie es beispielhaft in der Fig. 2A-8 dargestellt ist. Dieses Signal Vd wird von dem Addierglied 59 ausgesendet und an den elektromagnetischen Kupplungs­ antriebskreis 60 angelegt.

Der Motorantriebskreis 57 kann an den elektrischen Motor 18 den Ankerstrom Io mit einer solchen Größe und einer solchen Richtung anlegen, wie dies in Übereinstimmung mit dem Signal Sa für die Größe des Drehmomentes und den Signa­ len Sdr, Sdl für die Richtung des Drehmomentes erforderlich ist. Genauer gesagt wird der Ankerstrom Io an den elektri­ schen Motor 18 mit einer solchen Größe angelegt, die in Übereinstimmung mit der Spannung des Signals Sa für die Größe des Drehmomentes, und mit einer Richtung angelegt, die in Abhängigkeit von den Signalen Sdr, Sdl für die Richtung des Drehmomentes ausgewählt wird, so daß be­ wirkt wird, daß der Rotor 24 sich im Uhrzeigersinn dreht, wenn das bewegliche Teil 13 in eine positive Richtung verschoben wird, die der positiven Abszisse (+X) ent­ spricht, sofern in Fig. 2A-5 die positive Grenze (am po­ sitiven Punkt X₁) der Totzone überschritten wird, und daß sich der Rotor 24 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, wenn das Teil 13 in einer negativen Richtung entsprechend der negativen Abszisse (-X) verschoben wird, sofern die negative Grenze (am negativen Punkt X₁) der Totzone über­ schritten wird.

Andererseits wird das Ausgangssignal Vd des Addiergliedes 59, das das Ergebnis der Addition des Signals Sa für die Größe des Drehmomentes und des Signals Sd für die Rich­ tung des Drehmomentes ist, wie dies aus der Fig. 2A-8 ersichtlich ist, an den Kupplungsantriebskreis 60 ange­ legt, der an die Erregerspule 39 der elektromagnetischen Kupplung 41 einen gesteuerten elektrischen Strom anlegen kann, dessen Größe so beschaffen ist, daß sie proportio­ nal zur Spannung des Signales Vd ist, um die Kupplung 41 zu erregen.

Aus der voranstehenden Beschreibung geht hervor, daß unter der Bedingung, daß der dem elektrischen Motor 18 zugeführte Ankerstrom Io einen positiven Wert über Null hat, und daß der Motor 18 sich daher dreht, die elektromagnetische Kupplung 41 immer im erregten Zustand gehalten wird. Außer­ dem wird die Kupplungskraft der Kupplung 41 umso stärker, je größer der Ankerstrom Io wird. Mit anderen Worten wird die Kupplungskraft umso stärker, je stärker die Größe des auf die Eingangswelle 1 einwirkenden Steuerdrehmomentes wird.

Die Fig. 3 zeigt ein Schaltbild des Antriebskreises 57 für den elektrischen Motor. Weiter unten werden Steuer­ funktionen des Kreises 57 erläutert, die für den elektri­ schen Motor 18 in Übereinstimmung mit dem Signal Sa für die Größe des Drehmomentes und den Signalen Sdr, Sdl für die Richtung des Drehmomentes ausgeführt werden.

Zuerst wird die Steuerung der Drehrichtung des Rotors 24 beschrieben.

Wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, weist der Motor­ antriebskreis 57 eine Gleichstromquelle 61 als Leistungs­ quelle auf, die einen Gleichstrom liefert, der als Anker­ strom Io verwendet wird. Dieser Gleichstrom wird über ei­ nen Leistungsschalter 62 und eine Sicherung 63 an einen Richtungssteuerkreis 64 angelegt, der die Leitungsrichtung des Ankerstromes Io bestimmen kann. Der Richtungssteuer­ kreis 64 weist vier Relaisschalter 65, 66, 67, 68 auf, deren Ein-Aus-Operationen mit vier Erregerspulen 65a, 66a, 67a, 68a gesteuert werden. Die Relaisschalter 65, 66, 67, 68 sind zu einer Brücke miteinander verbunden, deren Aus­ gangsanschlüsse a, b mit den Bürsten 27 des elektrischen Motors 18 verbunden sind. Die Erregerspulen 65a, 66a, 67a, 68a der Relaisschalter 65, 66, 67, 68 sind mit einer Lei­ tung 70 verbunden, die zu einem Eingangsanschluß 69 führt, an den das Signal Sdr für die Richtung des Drehmomentes angelegt wird. Außerdem sind diese Relaisschalter mit einer weiteren Leitung 72 verbunden, die zu einem weiteren Ein­ gangsanschluß 71 führt, dem das Signal Sdl für die Richtung des Drehmomentes zugeführt wird. Die Schaltungsverbindung der Spulen 65a, 68a mit den Leitungen 70, 72 ist so aus­ geführt, daß sie bezüglich der Leitungsrichtung dieselbe ist, während diejenige der Spulen 66a, 67a mit den Leitungen 70, 72 umgekehrt ist, so daß dann, wenn das Signal Sdr für die Richtung, das an den Anschluß 69 angelegt wird, zum hohen Pegel umgeschaltet wird, die Schalter 66, 67 öffnen und gleichzeitig die Schalter 65, 68 schließen, und umgekehrt dann, wenn das Richtungssignal Sdl, das an den Anschluß 71 angelegt wird, auf den hohen Pegel umge­ schaltet wird, die Schalter 65, 68 öffnen und gleichzeitig die Schalter 66, 67 schließen.

Als Ergebnis wird die Richtung des Ankerstromes so ausge­ wählt, daß sie entweder vom Anschluß a zum Anschluß b oder vom Anschluß b zum Anschluß a verläuft. Genauer ge­ sagt werden, wenn das Richtungssignal Sdr einen hohen Pegel aufweist, nur die Relaisschalter 65, 68 geschlossen, so daß der Gleichstrom von der Quelle 61 über einen Brückenanschluß c, den Schalter 65 und den Anschluß a zum elektrischen Motor 18 gesendet wird und dann vom Motor 18 über den Anschluß b zum Schalter 68 zurückgeführt wird. Im Gegensatz dazu werden, wenn das Richtungssignal Sdl einen hohen Pegel aufweist, nur die Relaisschalter 66, 67 geschlossen, so daß der Gleichstrom von der Quelle 61 über den Anschluß c, den Schalter 67 und den Anschluß b zum elektrischen Motor fließt und dann vom Motor 18 über den Anschluß a zum Schalter 66 zurückfließt.

Mit jedem der Relaisschalter 65, 66, 67, 68 ist parallel ein Schutzkreis 73 verbunden, der aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator besteht und der eine Funkenentladung verhindert, die die Ein-Aus-Operationen der Schalter 65 bis 68 begleitet.

Der Motorantriebssteuerkreis 57 weist außerdem einen Steuerkreis 74 zur Steuerung der Größe des Ankerstromes Io auf. Der Steuerkreis 74 legt ein weiter unten beschrie­ benes Signal an einen Transistorkreis 75 an, der aus drei Hochleistungstransistoren besteht, die in Reihe mit­ einander verbunden sind. Durch den Kreis 75 wird die Größe des Stromes Io proportional zu dem an den Kreis 75 angelegten Signal gesteuert.

Der Steuerkreis 74 weist einen Anschluß 76 zum Empfang des Signales Sa für die Größe des Drehmomentes auf. Dieses Signal Sa wird durch einen Widerstand 77 in eine nötige Spannung geteilt und dann an einen Verstärker 78 angelegt, in dem es so verstärkt wird, daß das zuvor genannte Signal erhalten wird, das dem Transistorkreis 75 eingegeben wird. Aus diesem Grunde weist der dem elektrischen Motor 18 zuzuführende Ankerstrom Io eine Größe auf, die proportio­ nal zur Spannung des Signals Sa für die Größe des Drehmo­ mentes ist, so daß an die Ausgangswelle 4 ein Hilfsdreh­ moment angelegt wird, dessen Größe proportional zum Signal Sa für die Größe ist.

Der Steuerkreis 74 für die Größe des Ankerstromes weist außerdem einen nicht-invertierenden Verstärker 79, ein Tiefpaßfilter 80 und einen Kreis 81 zur Verhinderung eines Überstromes auf. Die Größe des Ankerstromes Io wird mit der Hilfe eines Widerstandes 83 in der Form eines Spannungssignales ermittelt. Dieses Signal wird über den nicht-invertierenden Verstärker 79 und das Tiefpaßfilter 80 zum Verstärker 78 und zu einem Transistor 82 in dem Kreis 81 zur Verhinderung eines Überstromes zurückgeführt. Der Transistor 82 ist parallel zum Widerstand 77 ange­ ordnet. Bei einer derartigen Kreisanordnung wird der Tran­ sistor 82 eingeschaltet, wenn der Ankerstrom Io in den Zustand eines Überstromes gebracht wird. Dadurch wird die Lieferung des Signales Sa für die Größe an den Wider­ stand 77 unterbrochen, so daß der Strom Io nicht mit einer übermäßig großen Ampere-Zahl an den elektrischen Motor 18 geliefert werden kann.

Aus der voranstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Größe des dem elektrischen Motor 18 zuzuführenden Anker­ stromes Io mit dem Signal Sa für die Größe des Drehmomen­ tes gesteuert wird, das vom OR-Kreis 54 angelegt wird, und daß die Leitungsrichtung des Ankerstromes mit den Signalen Sdr, Sdl gesteuert wird, die von den Spannungs­ vergleichern 55, 56 an den Kreis 57 angelegt werden.

Wie dies bereits beschrieben wurde, wird in dem Antriebs­ steuerkreis 100 das Signal Vf, dessen Spannung im Ver­ hältnis zur Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößert wird, in der Form einer Spannung in den Subtrahiergliedern 48, 49 von den Signalen VR₁, VL₁ abgezogen, so daß sich die Signale VR₂, VL₂ ergeben. In diesem Zusammenhang bedeutet, wenn man nur die Signale VR₁ und VR₂ beispielsweise be­ trachtet, die Subtraktion der Spannung des Signals Vf von derjenigen des Signales VR₁ in Fig. 2A-3, daß die charakteristische Kurve oder das Liniensegment von VR₁ um eine Strecke nach unten verschoben wird, die der Span­ nung Vf entspricht. Eine derartige Verschiebung des Li­ niensegmentes VR₁ nach unten ergibt die charakteristische Kurve von VR₂ in Fig. 2A-4, wohingegen das Signal VR₂ keinen Bereich von negativen Werten in dem Steuerkreis 100 aufweist, der eine einzige positive Spannungsquelle verwendet, wie dies beschrieben wurde. Zwischen den Signa­ len VL₁ und VL₂ besteht eine ähnliche Beziehung.

Die Bandbreite K₁ der Totzone der Signale VR₂, VL₂ wird daher direkt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Breite größer. Als Ergebnis weist das Signal Sa für die Größe des Drehmomentes, das durch Zusammenfügen der Signale VR₂, VL₂ im OR-Kreis 54 erhalten wird, eine Band­ breite (2K₁) auf, die doppelt so groß ist wie die ur­ sprüngliche Breite K₁. Es ist daher noch proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Die zusammengesetzte Bandbreite 2K₁ kann gut als eine offenbare bzw. scheinbare Totzone des Mechanismus 11 zur Ermittlung des Drehmomentes betrach­ tet werden.

Die Breite 2K₁ der Totzone ist eng bzw. klein in dem Be­ reich einer kleinen Geschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindig­ keit und wird umso breiter, je größer die Fahrzeugge­ schwindigkeit wird. In einem bestimmten Bereich einer ho­ hen Geschwindigkeit kann die Breite ein Intervall ein­ nehmen, das größer ist als der Bereich T₃′ der Fig. 7 sonst sein würde. In einem solchen hohen Geschwindigkeitsbe­ reich wird daher selbst dann, wenn auf die Eingangswelle 1 ein Steuerdrehmoment ausgeübt wird, verhindert, daß der elektrische Motor 18 startet, so daß das Leistungssteuer­ system in seinen nicht unterstützenden Zustand gebracht wird. Es ist daher so, als ob es einfach manuell betätigt wird.

In dieser Hinsicht wird unter der Bedingung, daß ein Star­ ten des elektrischen Motores 18 verhindert wird, das an die Eingangswelle 1 ausgeübte Drehmoment so wie es ist über den Torsionsstab 8 an die Ausgangswelle 4 übertragen. Ins­ besondere wird dann, wenn die durch die Ausgangswelle 4 getragene Last größer ist als eine vorbestimmte Größe, das an die Eingangswelle 1 angelegte Steuerdrehmoment vollstän­ dig und direkt zur Ausgangswelle 4 unter der Wirkung des Eingriffes zwischen den Eingriffsflächen 1c eines flügel­ rad-ähnlich vertieften Teiles des axialen inneren Endbe­ reiches 1b der Eingangswelle 1 und gegenüberliegenden An­ griffsflächen 4c eines bogenförmig vorspringenden Teiles des axialen inneren Endbereiches 4b der Ausgangswelle 4 übertragen (Fig. 5A).

Die Fig. 6 zeigt eine Kurve, die derjenigen der Fig. 7 ähnlich ist und eine Eingangs-Ausgangs-Charakteristik des elektrischen Leistungssteuersystemes darstellt. Insbe­ sondere zeigt die Fig. 6 verschiedene Beziehungen zwischen dem Steuerdrehmoment Ti, das auf die Eingangswelle 1 ein­ wirkt, und dem Ausgangsdrehmoment To der Ausgangswelle 4 der elektromagnetischen Servoeinheit 200.

In der Fig. 6 stellt die Abszissenachse das auf die Ein­ gangswelle einwirkende Steuerdrehmoment Ti dar. Die Ordinatenachse stellt das Ausgangsdrehmoment To von der Ausgangswelle 4 dar. Mit den Bezugszeichen Dl, Dm, Dh sind diejenigen scheinbaren Totzonen bezeichnet, die der Mechanismus 11 zur Ermittlung des Drehmomentes der Servo­ einheit 200 aufweist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmten typischen Geschwindigkeiten in einem niedrigen, mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich entspricht. T₁, T₂, T₃ sind maximale Werte in solchen Bereichen von Werten des Ausgangsdrehmomentes To, die für die Servoein­ heit 200 zulässig sind, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit bei den oben bezeichneten typischen Geschwindigkeiten gehalten wird. T₁′′, T₂′′, T₃′′ sind diejenigen Defini­ tionsbereiche des Steuerdrehmomentes Ti, die den obigen Bereichen der Werte jeweils entsprechen.

Zum besseren Verständnis wird unten lediglich ein sich vom Ursprung O der Darstellung der Fig. 6 nach rechts erstreckender Bereich, d. h. von charakteristischen Be­ ziehungen beschrieben, die das steuernde Drehmoment Ti in Bezug auf das Ausgangsdrehmoment To hat, wenn das erstere in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Eingangs­ welle bewirkt wird. Die im rechten Halbbereich der Dar­ stellung enthaltenen Beziehungen sind analog zu den oben definierten Beziehungen der rechten Hälfte und aus der folgenden Beschreibung leicht verständlich.

Während die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einer vorgegebenen typischen Geschwindigkeit in dem unteren Geschwindigkeits­ bereich gehalten wird, wenn das steuernde Drehmoment Ti, das auf die Eingangswelle wirkt, von Null aus vergrößert wird, nimmt das Ausgangsdrehmoment To im Inneren der Tot­ zone Dl entlang eines Liniensegmentes Th′, das sich gerad­ linig vom Ursprung O aus mit einer bestimmten positiven Steigung erstreckt, zu. Außerhalb der Totzone Dl nimmt es entlang eines Liniensegmentes Tl′, das sich geradlinig erstreckt, vom Überkreuzungspunkt zwischen dem Linien­ segment Th′ und der Grenze der Totzone Dl mit einer größeren Steigung als der Steigung des Liniensegmentes Th′ zu.

Während die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einer vorgegebenen typischen Geschwindigkeit im mittleren Geschwindigkeits­ bereich gehalten wird, wenn das steuernde Drehmoment Ti von Null aus vergrößert wird, nimmt das Ausgangsdrehmoment To innerhalb der Totzone Dm wieder entlang des Linienseg­ ments Th′ und außerhalb der Totzone Dm entlang eines an­ deren Liniensegments Tm′, das sich von dem Überkreuzungs­ punkt zwischen dem Liniensegment Th′ und der Grenze der Totzone Dm mit der im wesentlichen selben Steigung wie das Liniensegment Tl′ geradlinig erstreckt, zu. Dies ist deshalb so, weil außerhalb der scheinbaren Totzone 2K₁ die Steigung der charakteristischen Kurve des Signals Sa für die Größe des Drehmomentes selbst unabhängig von der Fahr­ zeuggeschwindigkeit konstant ist, wie dies in der Fig. 2A-5 gezeigt ist.

Andererseits nimmt dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem solchen Hochgeschwindigkeitsbereich gehalten wird, der einschließlich der vorgegebenen typischen Geschwin­ digkeit in dem Hochgeschwindigkeitsbereich jene Fahrzeug­ geschwindigkeiten beinhaltet, die gleich oder größer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit in dem Hochgeschwindig­ keitsbereich sind, wenn das steuernde Drehmoment Ti von Null aus vergrößert wird, das Ausgangsdrehmoment To ent­ lang dem Liniensegment Th′ zu. Es entspricht daher einfach dem steuernden Drehmoment Ti. Dies ist deshalb so, weil in einem solchen Hochgeschwindigkeitsbereich die scheinbare Totzone des Mechanismus 11 zur Ermittlung des Drehmomentes eine Bandbreite aufweist, die das Intervall des Definitionsbereiches des steuernden Drehmomentes Ti überschreitet, wie dies für die Totzone Dh und den Be­ reich T₃′′ gilt.

In diesem Zusammenhang wird festgestellt, daß die jewei­ ligen Liniensegmente Tl′, Tm′, Th′ von Natur aus in den entsprechenden Bereichen T₁′′, T₂′′, T₃′′ definiert sind, d. h. in der Fig. 6 an durchgezogenen Linienbereichen, wo­ hingegen unterbrochene Linienverlängerungen zum besseren Verständnis dargestellt sind.

Die Eingangs-Ausgangs-Charakteristik des elektrischen Leistungssteuersystems wird, wie sie im Zusammenhang mit der Fig. 6 dargestellt ist, von einem erfindungs­ gemäßen Merkmal abgeleitet, gemäß dem eine Bandbreite der Totzone (2K₁) des Mechanismus 11 zur Ermittlung des Drehmomentes so verändert wird, daß sie von Null aus ver­ breitert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit von Null aus zunimmt.

In der elektromagnetischen Servoeinheit 200 ist daher das Verhältnis, das die Breite der Totzone (2K₁) in dem Inter­ vall des Definitionsbereiches des steuernden Drehmomentes Ti belegt, d. h. das Verhältnis Dl/T₁′′ in Fig. 6, relativ klein, während die Fahrzeuggeschwindigkeit in dem niedri­ gen Geschwindigkeitsbereich liegt. Insbesondere wird die­ ses Verhältnis im wesentlichen Null, wenn die Geschwindig­ keit nahe bei Null liegt.

Als ein Ergebnis wird selbst in einer Anfangsphase des Drehbetriebes des Steuerrades der elektrische Motor 18 in der elektromagnetischen Servoeinheit 200 sofort gestar­ tet, so daß der Fahrer des Kraftfahrzeuges nicht so große Steuerkräfte auf das Steuerrad ausüben muß oder ihm, anders ausgedrückt, die Steueroperation leicht fällt.

Außerdem unterscheidet sich selbst dann, wenn die Fahr­ zeuggeschwindigkeit im mittleren Geschwindigkeitsbereich liegt, wie dies beispielhaft in der Fig. 6 dargestellt ist, das Verhältnis der Breite der Totzone (z. B. Dm) zum Intervall des Bereiches (z. B. T₂′′) des steuernden Dreh­ momentes Ti, d. h. das Verhältnis Dm/T₂′′ in Fig. 6, nur wenig von demjenigen (z. B. dem Verhältnis Dl/T₁′′) in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich. Aus diesem Grund wird beim praktischen Gebrauch vorteilhafterweise ver­ hindert, daß die Servoeinheit 200 häufig Ein/Aus-Operatio­ nen wiederholt, die sonst der elektrische Motor ausführen müßte. Dadurch wird eine verbesserte Lebensdauer der Ein­ heit 200 und des gesamten steuernden Systems erhalten.

Insbesondere wird dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in dem Hochgeschwindigkeitsbereich oberhalb der zuvor genannten vorbestimmten hohen Geschwindigkeit gehalten wird, die Eingangswelle 1 direkt an die Ausgangswelle 4 gekuppelt, wobei der elektrische Motor 18 in einem im wesentlichen ausgeschalteten Zustand gehalten wird. Da­ durch wird die Lebensdauer der Servoeinheit 200 und des gesamten steuernden Systems weiter verbessert.

Aus der obigen Beschreibung des bevorzugten Ausführungs­ beispieles geht hervor, daß die Erfindung eine elektro­ magnetische Servovorrichtung 200 für elektrische Leistungs­ steuersysteme für Kraftfahrzeuge betrifft, wobei in der Servovorrichtung die Totzone (2K₁) eines Mechanismus 11 zur Ermittlung des Drehmomentes eine Bandbreite aufweist, die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit variabel ist, so daß sie bei Fahrzeuggeschwindigkeiten in einem niedrigen Ge­ schwindigkeitsbereich klein gehalten wird und breiter wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Als Ergebnis wird die Operation bzw. Handhabung eines Steuerrades in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich in der Anfangsphase wirksam erleichtert. In den mittleren und hohen Geschwin­ digkeitsbereichen wird die Frequenz der Wiederholung der Ein/Aus-Operationen des elektrischen Motors 18 vorteil­ hafterweise verringert. Dadurch wird die Lebensdauer der Servoeinheit verbessert.

Claims (8)

1. Elektromagnetische Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einer Eingangswelle (1), die wirksam mit dem Lenkrad verbindbar ist, einer Ausgangswelle (4), die wirksam mit einem gelenkten Rad des Kraftfahrzeuges verbindbar ist, einem Elektromotor (18), durch den an der Ausgangswelle (4) ein Hilfsdrehmoment erzeugbar ist, einer Einrichtung (11) zur Ermittlung des auf die Ein­ gangswelle (1) einwirkenden Lenkdrehmomentes (Ti), einem Fahrzeuggeschwindig­ keitssensor (50) einem Antriebssteuerkreis (100) zur Erzeugung eines Signales (Sa) für die Größe des Lenkdrehmomentes und eines Signales (Sdr; Sdl) für die Richtung des Lenkdrehmomentes auf der Grundlage eines Ausgangssigna­ les (VR; VL) von der Einrichtung (11) zur Ermittlung des Lenkdrehmomentes und eines Ausgangssignales (Vf) von dem Fahrzeuggeschwindig­ keitssensor (50), wobei dem Elektromotor (18) ein Ankerstrom (Io) mit einer Größe und einer Richtung entsprechend dem Signal (Sa) für die Größe des Lenkdrehmomentes und dem Signal (Sdr; Sdl) für die Richtung des Lenkdremomentes zuführbar ist, und wobei eine Totzone (2K₁; Do; Dl; Dm; Dh), während der das Signal (Sa) für die Größe des Lenkdrehmomentes den Wert Null besitzt, für das Ausgangs­ signal (V_R; V_L) von der Einrichtung (11) zur Erzeugung des Lenkdrehmomentes vorgesehen ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bandbreite der Totzone (2K₁ Dl; Dm; Dh) des Signales (Sa) für die Größe des Lenkdrehmomentes bei einer durch das Ausgangssignal (Vf) von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (50) angezeigten Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit verbrei­ tert wird.

2. Vorichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wert des Ausgangssignales (Vf) von dem Fahrzeuggeschwindig­ keitssensor (50) allmählich von Null aus im Verhältnis zur Fahrzeug­ geschwindigkeit ansteigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Signal (Sa) für die Größe des Lenk­ drehmomentes durch Subtrahieren des Wertes des Aus­ gangssignales (Vf) von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (50) von einem Wert eines Signales (VR₁; FL₁) erhalten wird, das auf der Grundlage des Ausgangssignales (VR; VL) von der Einrichtung (11) zur Ermittlung des Lenkdrehmomentes erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite der Totzone (2K₁; Dl; Dm; Dh) des Signales (Sa) für die Größe des Lenkdrehmomentes allmählich von Null zunimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit allmählich von Null aus zunimmt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite der Totzone (2K₁; Dl; Dm; Dh) des Signales (Sa) für die Größe des Lenkdrehmomentes dann, wenn die Fahrzeuggeschwindig­ keit in einem hohen Geschwindigkeitsbereich liegt, breiter ist als ein Bereich (T₃′′) des auf die Ein­ gangswelle (1) einwirkenden Lenkdrehmomentes (Ti), so daß der Elektromotor (18) nicht in Betrieb gesetzt wird, und daß die Eingangswelle (1) und die Ausgangswelle (4) direkt miteinander verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebe (28) zwischen dem Elektromo­ tor (18) und der Ausgangswelle (4) vorgesehen ist, um das Drehmoment des Elektromotors (18) bei einer gleich­ zeitigen Verringerung der Geschwindigkeit auf die Aus­ gangswelle (4) zu übertragen.

7. Vorrichtung näch Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine elektromagnetische Kupplungseinrich­ tung (41) zwischen dem Getriebe (28) und der Ausgangswelle (4) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung näch Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektromagnetische Kupplungseinrich­ tung (41) durch den Antriebssteuerkreis (100) entspre­ chend einem Signal (Vd) gesteuert wird, das durch Zusam­ mensetzen des Signales (Sa) für die Größe des Lenkdreh­ momentes und des Signales (Sdr; Sdl) für die Richtung des Lenkdrehmomentes erhalten wird.