DE3601851C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterstützung der Lenkung eines Fahrzeugs.

Bei einer nach der DE-OS 22 37 166 bekannten Vorrichtung dieser Art dient die Sensorschaltung zur Erfassung einer Geschwindigkeit der Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Nach der DE-OS 25 01 752 ist eine Vorrichtung zur Unter­ stützung der Lenkung eines Fahrzeugs bekannt, bei der der Lenkwinkel des zu lenkenden Rads aus einer Komponente, die von dem Drehwinkel des Lenkrads abhängt, und aus einer Winkelkomponente zusammengesetzt wird, die von der Lenk­ drehgeschwindigkeit des Lenkrads abhängt. Die Drehzahl des die Lenkung unterstützenden Elektromotors wird jedoch nicht an die Lenkdrehgeschwindigkeit angepaßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß das Lenkgefühl des Lenkers verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Maßgeblich für die Lösung der Aufgabe ist, daß die Drehzahl des Elektromotors im wesentlichen proportional zur Lenk­ drehgeschwindigkeit des Lenkrads gehalten wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Vor­ richtung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3A einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 3B und 3C eine Seitenansicht und eine Aufsicht des be­ weglichen Ferrokerns in Fig. 3A,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 ein ausführliches Blockschaltbild der Steuerschaltung der Vorrichtung,

Fig. 7 ein Flußdiagramm des durch den Mikrocomputer in der Steuerschaltung der Fig. 6 auszuführenden Programms,

Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lenk­ drehmoment und dem Rotorstrom des Elektromotors in der Vorrichtung wiedergibt,

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebscharakteri­ stik des Elektromotors, nämlich der Beziehungen zwischen dem Rotorstrom, der Drehzahl und dem Lastdrehmoment des Elektromotors,

Fig. 10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Rotor­ strom des Elektromotors und dem Erregerstrom einer elektro­ magnetischen Kupplung der Vorrichtung wiedergibt,

Fig. 11 ein Diagramm, das Beziehungen zwischen dem Lastdreh­ moment und dem auf die Vorrichtung einwirkenden Lenkdreh­ moment wiedergibt und

Fig. 12 ein schematisches Blockschaltbild der Steuerschaltung der Fig. 6.

Die Vorrichtung 200 zur Unterstützung der Lenkung eines Fahr­ zeugs nach den Fig. 1 bis 5 weist eine Eingangswelle 4 auf, die an ihrem in Fig. 1 rechten Ende mit einem nicht darge­ stellten Lenkrad verbunden ist. Eine an einem nicht darge­ stellten Teil des Fahrzeugs befestigte Lenksäule 1 nimmt die Eingangswelle 4 auf. Eine Ausgangswelle 7 ist an ihrem in Fig. 1 linken Ende mit einem nicht dargestellten Lenkgetrie­ be für ebenfalls nicht dargestellte gelenkte Räder des Fahr­ zeugs verbunden. Die Ausgangswelle 7 ist koaxial zur Ein­ gangswelle 4 in einem Gehäuse 3 gelagert und dort von einem Stator 2 eines Elektromotors 33 umschlossen. Der Stator 2 ist Bestandteil des Gehäuses 3 und mit der Lenksäule 1 verbunden.

Die Eingangswelle 4 ist an ihrem axial inneren Ende lose in das axial äußere Ende der Ausgangswelle 7 eingesetzt. Ein­ ander zugewandte Axialbohrungen in den Wellen sind durch einen Torsionsstab 8 miteinander verbunden. Die Eingangs­ welle 4 und die Ausgangswelle 7 sind in Lagern 9, 10, 11, 12, 13 gelagert.

Ein Sensor 20 für die Lenkgeschwindigkeit ist um die Eingangs­ welle 4 herum angeordnet. Ein Sensor 24 für das Lenkdrehmo­ ment ist um die einander zugewandten Enden der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 7 herum angeordnet. Der Elektro­ motor 33, bei dem es sich um einen Gleichstrommotor han­ delt, ist koaxial um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet. Der Motor 33 kann, gesteuert von Signalen, die von dem Sen­ sor 20 für die Lenkgeschwindigkeit und von dem Sensor 24 für das Lenkdrehmoment geliefert werden, über ein Untersetzungs­ getriebe 50 und eine elektromagnetische Kupplung 63 ein Hilfs­ drehmoment auf die Ausgangswelle 7 ausüben.

Die Eingangswelle 4 ist in eine kompakte erste Welle 5 und eine rohrförmige zweite Welle 6 unterteilt. An dem axial äußeren Ende der ersten Welle 5, d. h. an dem in Fig. 1 rechten Ende, ist das Lenkrad befestigt. Das axial innere Ende der ersten Welle 5 ist mit der rohrförmigen zweiten Welle 6 über eine Dämpfungsbuchse 14 verbunden, die die Über­ tragung von Schwingungen zwischen den Wellen 5, 6 unterdrückt. Die Dämpfungsbuchse 14 weist ein radial inneres Metallrohr­ stück 14 a und ein radial äußeres Metallrohrstück 14 b auf, zwischen denen ein elastisches Glied 14 c angeordnet ist. Das innere Metallrohrstück 14 a ist an der ersten Welle 5 be­ festigt. Das äußere Metallrohrstück 14 b ist an der zweiten Welle 6 befestigt.

Auf das axial innere Ende der ersten Welle 5 ist fest ein ringförmiges Teil 15 (Fig. 2) aufgesetzt, das mit Abstand in Umfangsrichtung zwei radial nach außen ragende Vorsprünge 15 a aufweist. Diese Vorsprünge 15 a sind unter Freilassung von Spalten in Schlitze 6 a im axial äußeren Ende der zweiten Welle 6, d. h. in dem in Fig. 1 rechten Ende dieser Welle 6 eingesetzt. Die erste Welle 5 und die zweite Welle 6, die durch die Dämpfungsbuchse 14 elastisch miteinander verbunden sind, können infolge der Spalte begrenzt relativ zueinander verdreht werden. Dabei verhindern die seitlichen Begrenzungen der Spalte, daß das elastische Glied 14 c übermäßigen Dreh­ momenten ausgesetzt wird. Eine ringförmige Klammer 16 hält das ringförmige Teil 15 in einer richtigen Lage.

Wie in den Fig. 3A bis 3C dargestellt, sind an dem axial inneren Ende der zweiten Welle 6, d. h. an dem in Fig. 1 linken Ende der zweiten Welle, zwei sich in axialer Richtung erstreckende Nuten 17 in einem Winkelabstand von 180° von­ einander ausgebildet. Im axial inneren Ende der Ausgangs­ welle 7, dessen Durchmesser vergrößert ist und von dem Sta­ tor 2 über ein Lager 11 a gehalten wird, ist ein Paar von sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprüngen 7 a an Stellen ausgebildet, die den Nuten 17 in der zweiten Welle 6 ent­ sprechen. Die Vorsprünge 7 a sind in die Nuten 17 eingeführt, wobei vorbestimmte seitliche Spalten bestehen bleiben.

Das innere Ende der zweiten Welle 6 ist in dem inneren Ende der Ausgangswelle 7 mittels des Lagers 11 gelagert.

In einander zugewandten axialen inneren Endbereichen der zweiten Welle 6 und der Ausgangswelle 7 ist in koaxialen Lö­ chern der Torsionsstab 8 koaxial angeordnet. Das äußere Ende des Torsionsstabs 8 (in Fig. 1 das rechte Ende) ist durch einen Stift 18 in der zweiten Welle 6 befestigt. Das innere Ende des Torsionsstabs 8 ist durch einen Stift 19 in der Aus­ gangswelle 7 befestigt. Das äußere Ende der Ausgangswelle 7 ist über eine an ihm ausgebildete Kerbverzahnung mit einer elektromagnetischen Kupplung 63 verbunden, über die von dem Elektromotor 33 auf die Ausgangswelle 7 ein Hilfsdrehmoment auszuüben ist. Ein von dem Lenkrad auf die Eingangswelle 4 ausgeübtes Drehmoment wird unter Deformation des Torsions­ stabs 8 auf die Ausgangswelle 7 übertragen. Die Dämpfungs­ buchse 14 zwischen der ersten Welle 5 und der zweiten Welle 6 ist elastisch härter als der Torsionsstab 8 zwischen der zweiten Welle 6 und der Ausgangswelle 7.

Wie in Fig. 4 dargestellt, weist der Sensor 20 für die Lenk­ geschwindigkeit entlang des Umfangs der zweiten Welle 6 eine Mehrzahl von sich radial nach außen erstreckenden Vorsprüngen 21 mit gleichen Winkelabständen voneinander auf. Der Sensor 20 enthält als photo­ elektrische Aufnahmeeinrichtung einen Photokoppler 22, der an der Lenksäule 1 befestigt ist. Er weist lichtaussendende und lichtempfan­ gende Elemente zu beiden Seiten einer Ebene auf, in der die radialen Vorsprünge 21 laufen. Im Sensor 20 werden die intermittierend durch die Spalte zwischen den Vorsprüngen 21 empfangenen Lichtstrahlen in elektrische Impulse umge­ wandelt, die der Sensor 20 abgibt.

Der Sensor 24 für das Lenkdrehmoment enthält einen Differen­ tialtransformator mit einem axial beweglichen röhrenförmigen Ferrokern 25, der axial gleitbar die ineinander greifenden Enden der zweiten Welle 6 der Eingangswelle 4 und der Aus­ gangswelle 7 umfaßt. Außerdem enthält der Sensor 24 ein Wicklungsteil 28. Wie in den Fig. 3A bis 3C dargestellt, ist der Ferrokern 25 von zwei ersten Langlöchern 25 a durch­ setzt, die an zwei radial von den axialen Vorsprüngen 7 a der Ausgangswelle 7 vorstehenden Stiften 26 angreifen, und von zwei zweiten Langlöchern 25 b durchsetzt, die an zwei in radialer Richtung von der zweiten Welle 6 vorstehenden Stiften 27 angreifen. Jeder der radialen Stifte 27 weist von den radialen Stiften 26 einen Winkelabstand von 90" auf. Die ersten Langlöcher 25 a verlaufen in der axialen Rich­ tung des Ferrokerns 25. Die zweiten Langlöcher 25 b sind in bezug auf die Achse des Ferroglieds 25 um einen Winkel ge­ neigt. Die Langlöcher 25 a und 25 b wirken mit den Stiften 26, 27 derart zusammen, daß der Ferrokern 25 in Überein­ stimmung mit dem auf die Eingangswelle 4 oder auf die zweite Welle 6 der Eingangswelle 4 einwirkenden Lenkdrehmoment in axialer Richtung verschoben wird.

Wird beispielsweise von dem Lenkrad auf die zweite Welle 6 im Uhrzeigersinn ein Lenkdrehmoment ausgeübt, das größer ist als das von der Ausgangswelle 7 ausgeübte Raddrehmoment, so wird die zweite Welle 6 relativ zur Ausgangswelle 7 im Uhrzeigersinn vom Lenkrad aus gesehen gedreht. Dadurch be­ wegt sich der bewegliche Ferrokern 25 in Fig. 3C nach oben, d. h. in Fig. 3B nach rechts und in Fig. 1 nach links.

Wird andererseits die zweite Welle 6 relativ zur Ausgangs­ welle 7 vom Lenkrad aus gesehen entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so wird der Ferrokern 25 in der zu der oben genann­ ten Richtung entgegengesetzten Richtung bewegt.

Der röhrenförmige Ferrokern 25 wird also aus einer neutralen Mittelposition im Verhältnis zur relativen Verdrehung der zweiten Welle 6 in bezug zur Ausgangswelle 7 in Fig. 1 nach links oder rechts verschoben.

Der Ferrokern 25 nimmt dabei eine neutrale Mittelposition ein, wenn kein Lenkdrehmoment auf die Eingangswelle 4 ein­ wirkt und daher die relative Verdrehung der zweiten Welle 6 in bezug zur Ausgangswelle 7 Null ist. In dem in den Fig. 1 und 3A bis 3C dargestellten Zustand befindet sich der Ferro­ kern 25 in dieser neutralen Mittelposition.

Das Wicklungsteil 28, das den beweglichen Ferrokern 25 um­ schließt, enthält eine Primärwicklung 29, an die ein Impuls­ signal angelegt wird, und zwei Sekundärwicklungen 30, 31, die koaxial zu beiden Seiten der Primärwicklung 29 angeordnet sind und Ausgangssignale entsprechend der axialen Verschie­ bung des Ferrokerns 25 erzeugen. Eine axiale Verschiebung des beweglichen Ferrokerns 25 wird also in elektrische Signa­ le umgewandelt.

Der Elektromotor 33 weist einen zylindrischen Stator 2 auf, der mittels Bolzen 34 mit der Lenksäule 1 und mit dem Gehäuse 3 verbunden ist. An seiner Innenseite sind wenigstens zwei Magnete 36 befestigt. Ein Rotor 37 auf einer röhrenförmigen Welle 38 ist frei drehbar auf der Ausgangswelle 7 über Nadel­ lager 12, 13 und in dem Gehäuse 3 über ein Kugellager 13 a gelagert. Auf der röhrenförmigen Welle 38 ist eine Anker­ einheit befestigt. Diese Ankereinheit besteht aus einem geschichteten, mit schrägen Schlitzen versehenen Ferro­ kern 39, auf den eine erste Mehrfachwicklung 40 und eine zweite darüberliegende Mehrfachwicklung 41 gewickelt sind, wobei ein enger Luftspalt zwischen den Magneten 36 und der zweiten Wicklung 41 bestehen bleibt. Außerdem sind an der röhrenförmigen Welle 38 ein erster Kommutator 42 befestigt, der mit der ersten Mehrfachwicklung 40 verbunden ist, und ein zweiter Kommutator 43 befestigt, der mit der zweiten Mehrfachwicklung 41 verbunden ist. Ein erster Satz von Bürsten 44 drückt auf den ersten Kommutator 42. Ein zweiter Satz von Bürsten 46 drückt auf den zweiten Kommutator 43. Die Bürsten 44, 46 befinden sich in Bürstenhaltern 45, 47, die an dem Stator 2 befestigt sind. Von nichtmagnetischen Rohren 2 a, 2 b umschlossene Anschlußdrähte der Bürsten 44, 46 sind von dem Stator 2 abgeführt.

Die Magnete 36, die erste Mehrfachwicklung 40, der erste Kommutator 42 und die Bürsten 44 bilden einen Gleichstrom­ generator 48, der als Drehzahlsensor die Anzahl der Umdre­ hungen pro Zeiteinheit des Rotors 37 des Elektromotors 33 erfaßt. Der Gleichstromgenerator 48 erzeugt nämlich eine Gleichspannung, die proportional zur Anzahl der Umdrehungen des Rotors 37 ist. Die Magnete 36, die zweite Mehrfachwick­ lung 41, der zweite Kommutator 43 und die Bürsten 46 bilden einen Kreis zur Erzeugung des Hilfsdrehmoments mittels des Elektromotors 36.

Das Untersetzungsgetriebe 50 umfaßt zwei Stufen 51, 52 von Planetengetrieben, die um die Ausgangswelle 7 herum ange­ ordnet sind. Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht die erste Stufe 51 aus einem ersten Sonnenrad 38 a, das entlang des äußeren Umfangs des linken Endbereichs der röhrenförmigen Welle 38 ausgebildet ist, der rechten Hälfte eines gemein­ samen Drehkranzes 53, der entlang des inneren Umfangs des Gehäuses 3 ausgebildet ist, drei ersten Planetenzahnrädern 54, die zwischen dem Sonnenrad 38 a und dem Drehkranz 53 angeordnet sind und in diese eingreifen, und einem ersten Trägerteil 55, an dem die Planetenzahnräder 54 drehbar gela­ gert sind. Das Trägerteil 55 ist lose auf die Ausgangs­ welle 7 aufgesetzt. Die zweite Stufe 52 besteht aus einem zweiten Sonnenrad 56 a, das entlang des äußeren Umfangs eines röhrenförmigen Teils 56 ausgebildet ist, das einstückig mit dem ersten Trägerteil 55 ist, der linken Hälfte des gemeinsamen Drehkranzes 53, drei zweiten Planetenzahnrädern 57, die zwischen dem zweiten Sonnenrad 56 a und dem Dreh­ kranz 53 angeordnet sind und in diese eingreifen, und einem zweiten Trägerteil 58, an dem die Planetenzahnräder 57 dreh­ bar gelagert sind. An radial verlaufenden Innenseiten des Trägerteils 58 ist einstückig ein innerer röhrenförmiger Be­ reich 60 angeformt, der auf der Ausgangswelle 7 über ein La­ ger 59 gelagert ist. An der in radialer Richtung verlaufen­ den Außenseite des zweiten Trägerteils 58 ist ein äußerer röhrenförmiger Bereich 61 angeformt, der sich entlang des inneren Umfangs des Gehäuses 3 erstreckt. Der äußere röhren­ förmige Bereich 61 weist entlang seines Innenumfangs ausge­ bildete Innenzähne 61 a auf. Wenn sich daher der Rotor 37 des Elektromotors 33 dreht, wird die Drehung des Rotors 37 über die röhrenförmige Welle 38, die ersten Sonnenräder 38 a, die ersten Planetenzahnräder 54, das erste Trägerteil 55, das zweite Sonnenrad 56 a und die zweiten Planetenzahnräder 57 zum zweiten Trägerteil 58 und daher zum äußeren röhrenförmi­ gen Bereich 61 desselben übertragen, wodurch die Drehzahl verringert, d. h. untersetzt wird.

In der elektromagnetischen Kupplung 63 ist ein röhrenförmig ausgebildeter Rotor 64 über ein Lager 66 drehbar auf einem Ringteil 65 gelagert, das über eine Kerbverzahnung auf der Ausgangswelle 7 befestigt ist. Der Rotor 64 ist elastisch mit der Ausgangswelle 7 über ein ringförmiges elastisches Teil 67 verbunden. Der Rotor 64 weist eine axiale Verlänge­ rung auf, die entlang ihrer gesamten Länge den inneren röh­ renförmigen Bereich 60 des zweiten Trägerteils 58 umgibt. Diese Verlängerung weist ein Paar von Vorsprüngen 64 a auf, die radial nach innen in Richtung zum äußeren Umfang der Ausgangswelle 7 vorstehen. Wie in Fig. 5 dargestellt, sind die radialen Vorsprünge 64 a in ein Paar von Schlitzen 65 a eingeführt, die in dem Ringteil 65 ausgebildet sind, wo­ bei ein Umfangsspalt bestehen bleibt. Der Rotor 64 bleibt daher während einer relativen Winkelverschiebung zwischen ihm und der Ausgangswelle, die dem Umfangsspalt entspricht, bevor die Vorsprünge 64 a des Rotors 64 an das Ringteil 65 anstoßen, elastisch mit der Ausgangswelle 7 verbunden. Die axiale Verlängerung des Rotors 64 weist entlang ihres äußeren Umfangs auf ihr ausgebildete Außenzähne 64 b auf. Der Rotor 64 weist am axial äußeren Ende seiner axialen Verlängerung eine scheibenähnliche Trägerplatte 64 c auf, die in radialer Richtung vorsteht. Zwischen der Trägerplatte 64 c und dem zweiten Trägerteil 58 sind abwechselnd eine Vielzahl von scheibenähnlichen Platten 68 angeordnet, in deren äußeren Um­ fängen Nuten eingeschnitten sind, die in die Innenzähne 61 a des äußeren röhrenförmigen Bereichs 61 des Trägerteils 58 kämmen. Außerdem sind eine Vielzahl von scheibenähnlichen Plat­ ten 69 vorgesehen, in deren inneren Umfängen Nuten eingeschnit­ ten sind, die in die Außenzähne 64 b der axialen Verlängerung des Rotors 64 kämmen. Dadurch wird eine Mehrscheibenkupplung gebildet. Die Platten 69 werden durch einen Anschlag 70 festgehalten.

Am axial äußeren Ende des Gehäuses 3 ist ein Ringteil 71 vorgesehen, das einen eine ringförmige Erregerspule 72 auf­ nehmenden Ringraum begrenzt. Die Erregerspule 72 ist über eine Leitung mit einer Steuerschaltung 75 verbunden. Wird die Erregerspule 72 mittels der Leitung von der Steuerschaltung 75 gespeist, so wirkt sie auf einen nicht dargestellten Anker ein, der die Platten 68, 69 an die Erregerspule 72 zieht, so daß das Hilfsdrehmoment, das von dem Elektromotor 33 auf den äußeren röhrenförmigen Bereich 61 des zweiten Trägerteils 58 durch das Untersetzungsgetriebe 50 untersetzt übertragen wird, über die elektromagnetische Kupplung 63 auf die Ausgangs­ welle 7 übertragen wird.

Wird der Rotor 64 relativ zur Ausgangswelle 7 so weit ge­ dreht, daß die radialen Vorsprünge 64 a an der axialen Ver­ längerung des Rotors 64 an die Seitenflächen der Schlitze 65 a in dem Ringteil 65 anstoßen, so wird das Hilfsdreh­ moment von dem Elektromotor 33 mechanisch über den Rotor 64 auf die Ausgangswelle 7 nicht-elastisch übertragen.

Die Steuerschaltung 75 enthält gemäß Fig. 6 einen Mikro­ computer 76, der Ausgangssignale S₁ bis S₇ einer Sensor­ schaltung 77 für das Lenkdrehmoment, einer Sensorschaltung 82 für die Lenkdrehgeschwindigkeit, einer Sensorschaltung 86 für die Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Sensorschaltung 120 für die Motordrehzahl und einer Sensorschaltung 114 für Unregelmäßigkeiten verarbeitet.

Die Sensorschaltung 77 für das Lenkdrehmoment umfaßt den zuvor genannten Sensor 24 für das Lenkdrehmoment, eine An­ triebseinheit 78, die einen Bezugstaktpuls T₁ des Mikro­ computers 76 in einer Anzahl von Stufen der Primärwicklung 29 des Sensors 24 zuführt, ein Gleichrichterpaar 79 a, 79 b zum Gleichrichten analoger elektrischer Signale, die von den Sekundärwicklungen 30, 31 des Sensors 24 in Übereinstimmung mit der axialen Verschiebung des beweglichen Ferrokerns 25 abgegeben werden, ein Paar von Tiefpaßfiltern 80 a, 80 b zum Beseitigen von Hochfrequenzkomponenten aus den gleich­ gerichteten Signalen und einen A/D-Wandler 81 zum Umwandeln der von den Tiefpaßfiltern 80 a, 80 b abgegebenen analogen elektrischen Signale in digitale Ausgangssignale S₁, S₂, die als Lenkdrehmomentsignale in den Mikrocomputer 76 ein­ gegeben werden.

Die Sensorschaltung 120 für die Motordrehzahl umfaßt den zuvor genannten Gleichstromgenerator 48 als Sensor für die Motordrehzahl und ein Tiefpaßfilter 121 zum Beseitigen von Hochfrequenzkomponenten aus dem analogen Spannungssignal, das von dem Gleichstromgenerator 48 abgegeben wird. Das von dem Tiefpaßfilter 121 abgegebene analoge Spannungssignal wird von dem A/D-Wandler 81 in ein digitales Ausgangssignal S₃ umgewandelt, das der Motordrehzahl N _m entspricht und als Motordrehzahlsignal in den Mikrocomputer 76 eingegeben wird.

Die Sensorschaltung 82 für die Lenkdrehgeschwindigkeit um­ faßt den zuvor genannten Sensor 20 für die Lenkdrehgeschwin­ digkeit, einen Impulsgenerator 83, der die lichtaussendenden Elemente des Photokopplers 22 speist und der die von den lichtempfangenden Elementen des Photokopplers 22 abge­ gebenen elektrischen Impulssignale umformt, einen Verstärker 84 zum Einstellen der Wellenform und Phase der Impulssignale und eine Antriebseinheit 85, die auf der Basis eines vom Verstärker 84 abgegebenen Impulssignals und eines von einem Anschluß CL₂ des Mikrocomputers 76 abgegebenen Impulses ein Ausgangssignal S₄ erzeugt, das der Lenkdrehgeschwindig­ keit Ns entspricht, und die Anzahl der vom Verstärker 84 abgegebenen Impulssignale zählt, um daraus ein dem Lenk­ winkel entsprechendes Ausgangssignal S₅ abzuleiten.

Die Sensorschaltung 86 für die Fahrzeuggeschwindigkeit um­ faßt einen Sensor 89 für die Fahrzeuggeschwindigkeit mit einem Magneten 87, der sich zusammen mit einem nicht dar­ gestellten Geschwindigkeitsmeßkabel dreht, und einem Reed- Schalter 88, der in Übereinstimmung mit der Drehung des Magneten 87 ein- und ausgeschaltet wird, einen von dem Reed- Schalter 88 gesteuerten Impulsgenerator 90, einen Verstärker 91 zum Verstärken und Einstellen der Wellenform und Phase des Ausgangssignals des Impulsgenerators 90 und eine Antriebs­ einheit 91 a, die auf der Basis eines vom Verstärker 91 aus­ gegebenen Impulssignals und eines Taktimpulses von einem wei­ teren Anschluß CL₃ des Mikrocomputers 76 ein der Fahrzeug­ geschwindigkeit V entsprechendes Ausgangssignal S₆ erzeugt.

Der Mikrocomputer 76 enthält notwendigerweise nicht dar­ gestellte I/O- bzw. Eingabe/Ausgabe-Einheiten, Speicher, Prozessoren und Steuereinrichtungen.

Zum Speisen des Mikrocomputers 76 und anderer Kreise dient ein elektrischer Leistungskreis 92, der ein normalerweise geschlossenes Relais 96 in einer Leistungsleitung enthält, die von einem positiven Anschluß einer in dem Fahrzeug be­ findlichen Batterie 93 über einen Schlüsselschalter 94 eines Zündschalters IG.SW. und eine Sicherung 95 kommt und zu einem Spannungsstabilisator 97 führt. Das Relais 96 weist einen Ausgangsanschluß 96 a zum Speisen eines Antriebskreises 100 für den Elektromotor 33 und eines Antriebskreises 108 für die elektromagnetische Kupplung 63 auf. Der Spannungs­ stabilisator 97 weist einen Ausgangsanschluß 97 a zum Anlegen einer stabilisierten Spannung an den Mikrocomputer 76 und andere Kreise auf. Ist der Schlüsselschalter 94 eingeschal­ tet, so wird dadurch der Mikrocomputer 76 in einen erregten Zustand gebracht, in dem er die Ausgangssignale S₁ bis S₇ als Eingangssignale verarbeiten kann. Dabei folgt der Mikro­ computer 76 einem in einem Speicher gespeicherten Programm, um drei Steuersignale T₃, T₄, T₅ zum Steuern des Antriebs­ kreises 100 des Elektromotors 33 und ein Steuersignal T₆ zum Steuern des Antriebskreises 108 der elektromagnetischen Kupplung 63 zu erzeugen. Die Steuersignale T₃ und T₄ legen die Drehung des Elektromotors 33 im Uhrzeigersinn und ent­ gegengesetzt zum Uhrzeigersinn durch Bestimmung der Anschluß­ polarität die Rotorspannung Va in Übereinstimmung mit der Lenkrichtung des Lenkrads fest. T₅ ist ein Spannungssteuer­ signal, das die Höhe der Rotorspannung Va festlegt.

Der Antriebssteuerkreis 100 für den Elektromotor 33 umfaßt eine Antriebseinheit 101 und einen aus zwei Relais 102, 103 und zwei npn-Transistoren 104, 105 bestehenden Brückenkreis. In dem Brückenkreis weisen die Relais 102, 103 einen gemein­ samen Versorgungsanschluß auf, der mit dem Ausgangsanschluß 96 a des Relais 96 des Leistungskreises 92 verbunden ist. Die Emitteranschlüsse der Transistoren 104, 105 sind über einen Widerstand 106 gemeinsam mit Masse verbunden. Die Erre­ gerspulen der Relais 102, 103 und die Basisanschlüsse der Transistoren 104, 105 sind mit Ausgangsanschlüssen 101 b, 101 a und 101 c, 101 d des Antriebskreises 101 verbunden. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren 104, 105 erzeugen eine Potentialdifferenz, die als Rotorspannung Va über die zuvor erwähnten zweiten Bürsten 46 an der zweiten Mehrfachwicklung 41, die eine Rotorwicklung des Elektromotors 33 darstellt, liegt.

Die Antriebseinheit 101 des Antriebskreises 100 des Elektro­ motors 33 kann das Relais 102 oder 103 und den Transistor 105 oder 104 in Übereinstimmung mit den Steuersignalen T₃, T₄, die der Drehrichtung des Lenkrads entsprechen, ansteuern und impulslängenmodulierte Rechteckimpulssignale konstanter Fre­ quenz in Übereinstimmung mit dem Spannungssteuersignal T₅ an die Basen der Transistoren 104, 105 legen.

Entsprechen die Ausgangssignale S₁, S₂ einem Lenkdrehmoment bestimmter Größe im Uhrzeigersinn auf die Eingangswelle 4, so sendet der Mikrocomputer 76 bei einer Drehung im Uhrzei­ gersinn bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn Steuersignale T₃, T₄ mit einem hohen Pegel "high" bzw. einem niedrigen Pegel "low" und ein Spannungssteuersignal T₅ mit einer Höhe aus, die dem Lenkdrehmoment entspricht. Dann erregt die Antriebs­ einheit 101 das Relais 102 über den Anschluß 101 b und gibt gleichzeitig das in Übereinstimmung mit der Höhe des Span­ nungssteuersignals T₅ ein impulsdauermoduliertes Rechteck­ impulssignal über den Anschluß 101 d an den Basisanschluß des Transistors 105. Der effektive Wert der an den Elektro­ motor 33 angelegten Rotorspannung Va ist dann proportional zur Dauer des impulsdauermodulierten Rechteckimpulssignals. Die Rotorspannung Va weist dabei eine Anschlußpolarität auf, die den Rotorstrom Ia in einer den Elektromotor 33 im Uhrzeigersinn drehenden Richtung A fließen läßt.

Die Antriebseinheit 101 sendet dabei keinen Erregerstrom über den Anschluß 101 a und kein Rechteckimpulssignal über den Anschluß 101 c aus, so daß das Relais 103 entregt und der Transistor 104 ausgeschaltet bleibt.

Wirkt andererseits ein Lenkdrehmoment eine bestimmte Größe entgegen dem Uhrzeigersinn auf die Eingangswelle 4, so sendet der Mikrocomputer 76 die der Drehung im Uhrzeigersinn und der Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn entsprechenden Signale T₃, T₄ so aus, daß sie einen Pegel "low" bzw. "high" aufweisen, und das Spannungssteuersignal T₅ erhält eine Höhe, die dem Lenkdrehmoment entspricht. Dadurch wird das Relais 103 erregt und der Transistor 104 eingeschaltet, so daß der Rotorstrom Ia durch den Elektromotor 33 in einer Richtung B fließt, die den Elektromotor 33 entgegen dem Uhr­ zeigersinn dreht.

In dem Antriebskreis 100 für den Elektromotor erfolgt also eine Steuerung der Drehrichtung des Elektromotors 33 durch selektive Stromleitung an eine Kombination des Relais 102 und des Transistors 105 oder an eine Kombination des Relais 103 und des Transistors 104 und eine Steuerung der Leitungs­ periode der Transistoren 104, 105 durch Modulieren der Dauer der an die Basisanschlüsse der Transistoren 104, 105 ange­ legten Impulse, so daß an den Elektromotor 33 eine Rotor­ spannung Va gelegt wird, deren effektiver Wert der Leitungs­ periode entspricht. Dadurch wird der Elektromotor 33 so ge­ steuert, daß er ein Hilfsdrehmoment in Übereinstimmung mit dem an das Lenkrad angelegten Lenkdrehmoment erzeugt.

Der Antriebskreis 108 für die elektromagnetische Kupplung 63 weist eine Antriebseinheit 109 und einen npn-Transistor 110 auf. Der Kollektoranschluß des Transistors 110 ist über die Erregerspule 72 der elektromagnetischen Kupplung 63 mit dem Ausgangsanschluß 96 a des Relais 96 in dem Leistungskreis 92 verbunden. Der Emitteranschluß des Transistors 101 ist über einen Widerstand 111 mit Masse verbunden. Der Basis­ anschluß des Transistors 110 ist mit einem Ausgangsanschluß der Antriebseinheit 109 verbunden. Die Antriebseinheit 109 gibt an den Basisanschluß des Transistors 110 ein Impuls­ signal, dessen Breite dem von dem Mikrocomputer 76 abge­ gebenen Steuersignal T₆ für den Kupplungsstrom entsprechend moduliert ist. Die Steuerung der Stromleitung des Transistors 110 entspricht daher dem Steuersignal T₆ und der Drehmoment­ übertragung der elektromagnetischen Kupplung 63.

Die Sensorschaltung 114 für Unregelmäßigkeiten erfaßt Unre­ gelmäßigkeiten des Elektromotors 33 und der elektromagnetischen Kupplung 63. Sie weist einen Verstärker 115 a zum Verstär­ ken eines Spannungssignals auf, das an einem Anschluß des Widerstands 106 in dem Antriebskreis 100 für den Elektromotor 33 auftritt, einen Verstärker 115 b zum Ver­ stärken eines Spannungssignals auf, das an einem Anschluß des Widerstands 111 in dem Antriebskreis 108 für die elektromagnetische Kupplung 63 auftritt, zwei Tiefpaß­ filter 116 a, 116 b zur Beseitigung von Hochfrequenzkompo­ nenten aus den Ausgangssignalen der Verstärker 115 a, 115 b und einen A/D-Wandler 117 zum Umwandeln der von den Tief­ paßfiltern 116 a, 116 b durchgelassenen analogen Signale in ein digitales Signal auf, das als das Ausgangssignal S₇ in den Mikrocomputer 76 gegeben wird. Die Sensorschal­ tung 114 ermittelt also Unregelmäßigkeiten des Elektro­ motors 33 und der elektromagnetischen Kupplung 63 dadurch, daß sie die Anschlußspannungen der Widerstände 106, 111 überwacht. Treten solche Unregelmäßigkeiten auf, so gibt der Mikrocomputer 76 ein Steuersignal T₂ an das Relais 96 des Leistungskreises 92, um die Spannungsversorgung der Steuerschaltung 75 zu unterbrechen.

Fig. 7 zeigt in einem Flußdiagramm Arbeitsschritte 300 bis 340 des Mikrocomputers 76.

Durch Einschalten des Schlüsselschalters 94 im Leistungs­ kreis 92 mit dem Zündschlüssel werden der Mikrocomputer 76 und die ihm zugeordneten Kreise mit elektrischer Lei­ stung versorgt.

Zuerst werden im Schritt 300 verschiedene Parameter und Faktoren wie auch Kreise in dem Mikrocomputer 76 initialisiert.

Dann werden im Schritt 302 die Ausgangssignale S₁ bis S₇ der Sensorschaltungen 77, 82, 86, 114, 120 zum Lesen und Speichern aufgenommen.

Im nächsten Schritt 304 werden die Ausgangssignale S₁ bis S₇ auf Unregelmäßigkeiten geprüft. Wenn irgendeine Unregelmäßigkeit herausgefunden wird, wird das Steuer­ signal T₂ von dem Mikrocomputer 76 an das Relais 96 ge­ geben und dadurch die Leistungsversorgung durch den Lei­ stungskreis 92 unterbrochen, so daß keine Unterstützung der Lenkung erfolgt, also die Lenkung allein durch menschliche Kraft erfolgen muß.

Die Steuerschaltung 75 steuert dann also nicht den Elektromotor 33. Wird unter einer derartigen Bedingung die Eingangswelle 4 durch das Lenkrad gedreht, so er­ folgt anfänglich eine Drehmomentübertragung von der Ein­ gangswelle 4 auf die Ausgangswelle 7 über den Torsions­ stab 8. Wird die Verdrehung der Eingangswelle 4 in bezug auf die Ausgangswelle 7 so groß, daß sich die Vorsprünge 7 a am axial inneren Ende der Ausgangswelle 7 an die Seitenwände der Nuten 17 im inneren Ende der zweiten Welle 6 der Eingangswelle 4 anlegen, so wird die Aus­ gangswelle 7 formschlüssig von der Eingangswelle 4 ge­ dreht.

Sind die Ausgangssignale S₁ bis S₇ nicht unregelmäßig, so wird im Schritt 306 aus dem Ausgangssignal S₆, das der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, ermittelt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner als eine Bezugsge­ schwindigkeit Vr ist oder nicht.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer ist als die Bezugsgeschwindigkeit Vr, werden im Schritt 340 der Elektromotor 33 und die elektromagnetische Kupplung 63 allmählich entregt, wenn sie nicht schon entregt sind, nämlich eine Steuerung zur allmählichen Verklei­ nerung der Rotorspannung Va oder des Rotorstroms Ia des Elektromotors 33 und des Erregerstroms Ic der elektro­ magnetischen Kupplung 63 vorgenommen, um dadurch die Wirkung des Elektromotors 33 und der elektromagnetischen Kupplung 63 zu stoppen. Danach wird vom Schritt 340 wie­ der zum Schritt 302 übergegangen.

Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner als die Bezugs­ geschwindigkeit Vr, werden im Schritt 308 die Ausgangs­ signale S₁, S₂ der Sensorschaltung 77 für das Lenkdreh­ moment verglichen, um festzustellen, ob die Lenkrich­ tung des Lenkdrehmoments im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn ist und dementsprechend festgelegt, wel­ ches der Steuersignale T₃, T₄ auf den Pegel "high" ein­ zustellen ist.

Wird in der Stufe 308 festgestellt, daß das Ausgangs­ signal S₂ für das Lenkdrehmoment im Uhrzeigersinn größer ist als das Ausgangssignal S₁ für das Lenkdrehmoment ent­ gegen dem Uhrzeigersinn, so wird zum Schritt 310 über­ gegangen und das Steuersignal T₃ für die Drehung im Uhr­ zeigersinn auf den Pegel "high" eingestellt. Andern­ falls wird zum Schritt 312 übergegangen und das Steuer­ signal T₄ für die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn auf dep Pegel "high" eingestellt.

Danach wird im Schritt 314 der absolute Wert D des Lenk­ drehmoments aus den dem Lenkdrehmoment entsprechenden Ausgangssignalen S₁, S₂, also D = / S₁-S₂ /, ermittelt. Dann wird im Schritt 316 in Abhängigkeit von dem dem Lenk­ winkel entsprechenden Ausgangssignal S₅ ermittelt, ob der Lenkwinkel größer ist als ein vorbestimmter Wert C. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 318 D durch einen kompensierten Wert D′ = D - X ersetzt, wobei X ein vorbestimmter Korrekturwert ist. (Im folgenden wird auch D′ wieder D genannt.)

Danach wird im Schritt 320 in Abhängigkeit von der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns, die dem von der Sensor­ schaltung 82 abgegebenen Ausgangssignal S₄ entspricht und von der Größe D des in der beschriebenen Weise be­ stimmten, ggf. kompensierten Lenkdrehmoments die Höhe des Spannungssteuersignals T₅ bestimmt, das die Rotor­ spannung Va festlegt. Die Bestimmung erfolgt durch die Bezeichnung von Speicheradressen.

Die Bestimmung des Spannungssteuersignals T₅ geschieht in folgender Weise:

Zwischen der Drehzahl Ns der Eingangswelle 4 und der Dreh­ zahl Nm des Elektromotors 33, der über das Untersetzungs­ getriebe 50 und die elektromagnetische Kupplung 63 mit der Ausgangswelle 7 verbunden ist, die sich im wesent­ lichen mit derselben Drehzahl wie die Eingangswelle 4 dreht, muß eine Beziehung Nm = K · Ns bestehen, in der K das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes 50 bezeichnet.

Die notwendige Drehzahl Nm des Elektromotors 33 wird also durch die Lenkdrehgeschwindigkeit Ns bestimmt.

In dem Mikrocomputer 76 ist in einem Speicher ein Satz von numerischen Daten des Rotorstroms Ia als Funktion Ia(D) der Größe D des Lenkdrehmoments dauerhaft unter Adressen gespeichert, wobei Ia zu D die in Fig. 8 darge­ stellte Beziehung aufweist. Wenn daher die Größe D des Lenkdrehmoments vorgegeben ist, kann der Wert des ent­ sprechenden Rotorstroms Ia(D) durch eine entsprechende Adresse aus dem Speicher bestimmt werden. Es müssen keine besonderen Berechnungen ausgeführt werden.

Aus der in Fig. 9 dargestellten Betriebscharakteristik des Elektromotors 33 geht hervor, daß sich proportional zur Vergrößerung des Lastdrehmoments Tm am Elektromotor 33 dessen Rotorstrom Ia vergrößert und die Drehzahl Nm des Elektromotors 33 abnimmt, wenn die an den Elektro­ motor 33 angelegte Rotorspannung Va konstant gehalten wird. Ist andererseits das Lastdrehmoment Tm konstant, so nimmt die Drehzahl Nm zu, wenn die Rotorspannung Va zunimmt und der Rotorstrom Ia konstant gehalten wird.

Die erforderliche Drehzahl Nm des Elektromotors 33 wird also aus der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns bestimmt und hierzu der erforderliche Rotorstrom Ia(D) durch die Adresse des Lenkdrehmoments D festgelegt.

In dem Speicher des Mikrocomputers 76 ist auch ein Satz numerischer Daten der Rotorspannung Va als Funktion der Drehzahl Nm und des Rotorstroms Ia gemäß Fig. 9 dauerhaft unter Adressen gespeichert. Bei Vorgabe der Drehzahl Nm und des Rotorstroms Ia kann daher der Wert der erforderlichen Rotorspannung Va einfach durch Be­ stimmung eines Paares entsprechender Adressen festgelegt werden. Soll beispielsweise die erforderliche Drehzahl Nm gemäß Fig. 9 N₁ betragen und ist das Lenkdrehmoment gemäß Fig. 8 D₁, so wird der erforderliche Ankerstrom Ia(D) so bestimmt, daß er in Fig. 8 und 9 Ia₁ beträgt und V₂ in Fig. 9 als die erforderliche Rotorspannung Va bestimmt.

In Übereinstimmung mit einem derart bestimmten Wert der erforderlichen Rotorspannung Va wird das Spannungssteuer­ signal T₅ festgelegt.

Die numerischen Daten der Rotorspannung Va sind in der Praxis so gespeichert, daß sie durch Adressenbestimmung in Übereinstimmung mit entsprechenden Werten der Dreh­ zahl Ns und des Rotorstroms Ia(D) ermittelt werden können, ohne daß eine Bestimmung der erforderlichen Dreh­ zahl Nm aus der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns erforderlich ist. Dies ist wegen der Proportionalität der Drehzahl Nm zur Lenkdrehgeschwindigkeit Ns möglich.

Die Rotorspannung Va wird daher allein durch eine Adres­ senbezeichnung bestimmt, die auf den dem Lenkdrehmoment entsprechenden Ausgangssignalen S₁, S₂ und dem der Lenk­ drehgeschwindigkeit entsprechenden Ausgangssignal S₄ beruht. Dies führt zu einer vergrößerten Arbeitsgeschwin­ digkeit des Mikrocomputers 76.

In dem Schritt 322 wird das Steuersignal T₆ für den Erregerstrom Ic der elektromagnetischen Kupplung 63 gemäß der Größe D des Lenkdrehmoments ebenfalls durch Adres­ senbezeichnung bestimmt. Hierzu wird zuerst der Erreger­ strom Ic durch Adressenbezeichnung gemäß dem erforder­ lichen Ankerstrom Ia(D) bestimmt, der durch die berech­ nete Größe D des Lenkdrehmoments festgelegt ist. Der Er­ regerstrom Ic hat zum Rotorstrom Ia(D) die aus Fig. 10 ersichtliche Beziehung. Dann wird in Übereinstimmung mit dem so bestimmten Erregerstrom Ic das Steuersignal T₆ für den Erregerstrom Ic bestimmt. In Fig. 10 ist mit Ico eine Vorstromkomponente des Erregerstroms Ic be­ zeichnet, die zur Überwindung von Reibungskräften er­ forderlich ist.

Dann wird im Schritt 324 eine Abweichung M = / Nm′-Ns / zwischen der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns, die dem Ausgangs­ signal S₄ der Sensorschaltung 82 für die Lenkdrehge­ schwindigkeit entspricht und einer scheinbaren Drehzahl Nm′ des Elektromotors 33 ermittelt, die dem Ausgangssignal S₃ der Sensorschaltung 120 für die Drehzahl des Elektro­ motors 33 entspricht. Diese Abweichung M wird also als ein absoluter Wert der Differenz zwischen der Drehzahl Nm′ und der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns bestimmt. Sie kann aber auch als Verhältnis zwischen der Lenkdrehge­ schwindigkeit Ns und dem Produkt der Drehzahl Nm des Elektromotors 33 und des Untersetzungsverhältnisses K des Untersetzungsgetriebes 50 dargestellt werden. Der Gleichstromgenerator 48 der Sensorschaltung 120 kann eine Ausgangscharakteristik aufweisen, die einer Beziehung Nm′ = Nm · K entspricht, in der Nm′ die scheinbare Drehzahl des Elektromotors 33 und Nm die tatsächliche Drehzahl des Elektromotors bezeichnet. K bezeichnet das zuvor ge­ nannte Untersetzungsverhältnis. Die scheinbare Drehzahl Nm′ des Elektromotors 33 ist daher von Natur aus direkt mit der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns vergleichbar.

Dann wird im Schritt 326 festgestellt, ob M < M₀ ist. Da­ bei bezeichnet M₀ einen vorbestimmten kritischen Wert. Wenn herausgefunden wird, daß die Abweichung M unter M₀ liegt, werden im Schritt 334 die Steuersignale T₃, T₄, T₅, T₆ abgegeben, ohne daß das Spannungssteuersignal T₅ zur Steuerung der Rotorspannung Va und das Steuer­ signal T₆ zur Steuerung des Erregerstroms Ic korrigiert werden.

Ist die Abweichung M größer als M₀, wird im Schritt 328 festgestellt, ob die scheinbare Drehzahl Nm′ des Elektro­ motors 33 kleiner als die Lenkdrehgeschwindigkeit Ns ist oder nicht.

Ist die Lenkdrehgeschwindigkeit Ns größer als die schein­ bare Drehzahl Nm′ des Elektromotors 33, so wird im Schritt 330 eine Vergrößerungskorrektur des Spannungs­ steuersignals T₅ für die Rotorspannung Va vorgenommen, um die tatsächliche Drehzahl Nm des Elektromotors 33 zu vergrößern und in Übereinstimmung damit eine Vergröße­ rungskorrektur des Signals T₆ zur Vergrößerung des Erre­ gerstroms Ic vorgenommen.

Ist die Lenkdrehgeschwindigkeit Ns kleiner als die scheinbare Drehzahl Nm′ des Elektromotors 33, so wird im Schritt 332 eine Verkleinerungskorrektur des Span­ nungssteuersignals T₅ vorgenommen, um die tatsächliche Drehzahl Nm des Elektromotors 33 zu verringern und auch eine Verkleinerungskorrektur des Steuersignals T₆, um den Erregerstrom Ic zu verringern. Danach wird zum Schritt 334 übergegangen.

Durch die Korrektur der Steuersignale T₅, T₆ in den Schritten 324, 326, 328, 330 und 332 werden sehr kleine Änderungen im Lauf des Elektromotors 33 und Schwankungen des Steuergefühls, die auf sehr kleine Änderungen der Reibung der elektromagnetischen Kupplung 63 und des Unter­ setzungsgetriebes 50 zurückzuführen sind, beseitigt.

Im Schritt 334 werden die Steuersignale T₃, T₄ für die Drehrichtung des Elektromotors 33 und das Spannungssteuer­ signal T₅ für die Rotorspannung Va, wenn nötig, in der korrigierten Form, an den Antriebskreis 100 für den Elektromotor 33 gegeben. Außerdem wird das Steuersignal T₆ zur Steuerung des Erregerstroms Ic, wenn nötig in der korrigierten Form, an den Antriebskreis 108 für die elek­ tromagnetische Kupplung 63 gegeben.

Im Antriebskreis 100 für den Elektromotor 33 wird eine Impulslängenmodulation der Rotorspannung Va des Elektro­ motors 33 in Abhängigkeit von den die Drehrichtung be­ stimmenden Steuersignalen T₃, T₄ und dem Spannungssteuer­ signal T₅ ausgeführt. Gleichzeitig wird im Antriebskreis 108 der Erregerstrom Ic für die elektromagnetische Kupp­ lung 63 in Abhängigkeit von dem Steuersignal T₆ zur Steuerung des Erregerstroms Ic durch Impulslängenmodu­ lation gesteuert, so daß die Kupplungskraft der Kupplung 63 proportional zum Rotorstrom Ia, d. h. dem Ausgangs­ drehmoment Tm des Elektromotors 33, gesteuert wird. Da­ durch wird ein nutzloser Verbrauch von elektrischer Leistung an der Kupplung 63 verhindert.

Schließlich wird wieder zum ersten Schritt 302 überge­ gangen.

Das Diagramm in Fig. 11 zeigt für den manuellen oder lei­ stungslosen Betrieb und den leistungsunterstützten Be­ trieb die Beziehungen zwischen dem Lenkdrehmoment Ts, das auf die Eingangswelle 4 einwirkt, und dem Lastdreh­ moment Tl, das von dem Untersetzungsgetriebe 50 auf die Ausgangswelle 7 ausgeübt wird. Der kleine Buchstabe l kennzeichnet eine geradlinige Charakteristik des lei­ stungslosen Betriebs. Der große Buchstabe L kennzeichnet eine gekrümmte Charakteristik des leistungsunterstütz­ ten Betriebs. In einem Bereich R₁, in dem das Lastdreh­ moment Tl klein ist, überlappt die leistungsunterstütz­ te Charakteristik im wesentlichen die leistungslose Charakteristik. In einem Bereich R₂, in dem das Last­ drehmoment Tl groß ist, verläuft jedoch die leistungs­ unterstützte Charakteristik wesentlich flacher. Aus diesem Grunde kann daher, wenn das Lastdrehmoment Tl groß wird, das Lenkdrehmoment T s erheblich verringert werden.

Fig. 12 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild verschiedene Einrichtungen, in der Steuerschaltung 75 und die ihnen zugeordneten Schritte entsprechend dem Flußdiagramm in Fig. 7. Die Ausgangssignale S₆, S₇ und die Steuersignale T₁, T₂, T₆ sind weggelassen.

Die Rotorspannung Va des Elektromotors 33 wird nach alle­ dem in Abhängigkeit von den dem Lenkdrehmoment Ts entspre­ chenden Ausgangssignalen S₁, S₂ und dem der Lenkdreh­ geschwindigkeit Ns entsprechenden Ausgangssignal S₄ derart bestimmt, daß die tatsächliche Drehzahl Ns des Elektromotors 33 an die Lenkdrehgeschwindigkeit Ns der Eingangswelle 4 und daher des Lenkrads optimal angepaßt wird. Dadurch wird ein optimales Steuergefühl erreicht.

Dabei wird in der Steuerschaltung 75, die den Mikrocomputer 76 enthält, die Rotorspannung Va aus den Ausgangssignalen S₁, S₂, S₃ durch Adressenbezeich­ nung festgelegt. Dadurch wird die Steuerung des Elektro­ motors 33 schnell genug, um der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns effektiv nachzufolgen.

Durch Feineinstellung der Drehzahl Nm des Elektromotors 33 in Abhängigkeit von dem dieser Drehzahl Nm entspre­ chenden Ausgangssignal S₃ als Rückkopplungssignal und dem der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns entsprechenden Ausgangs­ signal S₄ werden außerdem unerwünschte Effekte vermin­ dert, die auf sehr kleine Änderungen der Arbeitsbedin­ gung zurückzuführen sind, die wiederum Folge von klei­ nen mechanischen Änderungen, beispielsweise an den Lagern im Untersetzungsgetriebe 50 und der elektromagnetischen Kupplung 63, und Folge kleiner Änderungen in der Charak­ teristik des Elektromotors 33 sind. Dadurch wird das Steuergefühl zusätzlich verbessert.

In einer vereinfachten Ausführung kann die Sensor­ schaltung 120 für die Motordrehzahl Nm und können die zugeordneten Schritte 324, 326, 328, 330, 332 entfal­ len.

Claims (10)

1. Vorrichtung (200) zur Unterstützung der Lenkung eines Fahr­ zeugs mit einer von einem Lenkrad des Fahrzeugs zu verdre­ henden Eingangswelle (4), mit einer ein lenkbares Rad len­ kenden Ausgangswelle (7), mit einem ein Hilfsdrehmoment (Tl) auf die Ausgangswelle (7) ausübenden Elektromotor (33), mit einer ein auf die Eingangswelle (4) ausgeübtes Lenkdrehmoment (Ts) erfassenden Sensorschaltung (77), mit einem von Ausgangssignalen (S₁, S₂) dieser Sensorschaltung (77) gesteuerten Steuerschaltung (75), die dem Elektromotor (33) ein Antriebssignal (Va) zuführt und mit einer Sensor­ schaltung (82) zur Erfassung einer Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschaltung (82) zur Erfassung der Geschwindig­ keit die Lenkdrehgeschwindigkeit (Ns) der Eingangswelle (4) erfaßt, daß Ausgangssignale (S₄, S₅) auch dieser Sensorschal­ tung (82) die Steuerschaltung (75) steuern und daß die Steuerschaltung (75) ein Antriebssignal (Va) erzeugt, das die Drehzahl des Elektromotors (33) im wesentlichen proportional zur Lenkdrehgeschwindigkeit (Ns) der Ein­ gangswelle (4) hält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (75) einen Mikrocomputer (76) enthält, dem die Ausgangssignale (S₁, S₂) der Sensor­ schaltung (77) für das Lenkdrehmoment (Ts) und die Aus­ gangssignale (S₄, S₅) der Sensorschaltung (82) für die Lenkdrehgeschwindigkeit (Ns) zugeführt werden und der aus diesen Signalen (S₁, S₂; S₄, S₅) Steuersignale (T₃, T₄, T₅) für den Elektromotor (33) bestimmt, und einem Antriebskreis (100) zuführt, der das dem Elektromotor (33) zuzuführende Antriebssignal (Va) festlegt, wobei in dem Mikrocomputer (76) die Steuersignale (T₃, T₄, T₅) durch Adressenbezeichnung entsprechend den Ausgangssigna­ len (S₁, S₂) der Sensorschaltung (77) für das Lenkdreh­ moment (Ts) und der Ausgangssignale (S₄, S₅) der Sensor­ schaltung (82) für die Lenkdrehgeschwindigkeit (Ns) ausgewählt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (76) durch Adressenbezeichnung einen dem Elektromotor (33) zuzuführenden Rotorstrom (Ia) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen (S₁, S₂) der Sensorschaltung (77) für das Lenkdrehmoment (Ts) bestimmt und daß der Mikrocomputer (76) durch Adressen­ bezeichnung eine dem Elektromotor (33) als Antriebssignal (Va) zuzuführende Antriebsspannung (Va) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen (S₄, S₅) der Sensorschaltung (82) für die Lenkdrehgeschwindigkeit (Ns) und dem Rotor­ strom (Ia) bestimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensorschaltung (120) zum Erfassen der Drehzahl (Nm) des Elektromotors (33) vorgesehen ist und daß der Mikrocomputer (76) die Steuersignale (T₃, T₄, T₅) für die Drehzahl (Nm) des Elektromotors (33) auch in Abhängig­ keit von einem Ausgangssignal (S₃) dieser Sensorschaltung (120) bestimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (76) eine Motordrehzahl (Nm′), die durch das Ausgangssignal (S₃) der Sensorschaltung (120) für die Drehzahl (Nm) des Elektromotors (33) be­ stimmt ist, mit der Lenkdrehgeschwindigkeit (Ns), die durch die Ausgangssignale (S₄, S₅) der Sensorschaltung (82) für die Lenkdrehgeschwindigkeit (Ns) bestimmt ist, vergleicht und eine Abweichung (M) zwischen der Motor­ drehzahl (Nm′) und der Lenkdrehgeschwindigkeit (Ns) ermittelt und, wenn diese Abweichung (M) einen vorgege­ benen Wert (M₀) überschreitet, durch Adressenbezeichnung die Steuersignale (T₃, T₄, T₅) für den Antrieb des Elek­ tromotors (33) in Abhängigkeit von dem Maß der Abweichung (M) korrigiert und dem Antriebskreis (100) zuführt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssignal (Va) ein Rotorspannungssignal (Va) für den Elektromotor (33) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (75) das Antriebssignal (Va) derart festlegt, daß die Lenkdrehgeschwindigkeit (Ns) der Ausgangswelle (4) und die Drehzahl (Nm) des Elektro­ motors (33) in vorgegebener Weise einander angepaßt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensorschaltung (120) zum Erfassen der Drehzahl (Nm) des Elektromotors (33) vorgesehen ist, deren Aus­ gangssignal (S₃) an die Steuerschaltung (75) rückgekoppelt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromagnetische Kupplung (63) zur Übertra­ gung des Drehmoments (Tl) des Elektromotors (33) auf die Ausgangswelle (7) vorgesehen ist und daß die Steuer­ schaltung (75) der elektromagnetischen Kupplung (63) ein Erregersignal (Ic) für die elektromagnetische Kupp­ lung (63) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen (S₁, S₂) der Sensorschaltung (77) für das Lenkdrehmoment (Ts) zuführt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Untersetzungsgetriebe (50) zur Übertragung des Drehmoments (Tl) des Elektromotors (33) auf die elektro­ magnetische Kupplung (63) vorgesehen ist.