DE3617772C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung für Fahrzeuge gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus DE-OS 22 37 166 ist eine elektrische Servolenkung für Fahrzeuge der vorstehend genannten Art bekannt. Hierbei bereitet die Vermittlung eines ausreichenden Lenkgefühls bei einer abrupten Änderung der Lenkgeschwindigkeit Schwierigkeiten, da dort trägheitsbedingte Einflüsse durch die sich drehenden Teile der elektrischen Servolenkung vorhanden sind, die die Ansprechgeschwindigkeit der Servolenkung in diesen Fällen beeinflußen.

Aus DE-OS 25 01 752 ist eine hydraulische Servolenkung mit Zeitvorbehalt bekannt, der von dem Lenkwinkel und der Lenkgeschwindigkeit abhängig ist. Hierdurch soll ein verbessertes Lenkgefühl vermittelt werden. Derartige hydraulische Servolenkanlagen haben einen komplizierten Aufbau, und daher wurden in den letzten Jahren mehrere elektrische Servolenkanlagen für Fahrzeuge vorgeschlagen.

In JP-OS 59-70 257 ist eine elektrische Servolenkung mit einer analogen Steuerung beschrieben. Diese elektrische Servolenkung umfaßt eine Lenkservoeinrichtung mit einem Elektromotor als Antrieb, und eine analoge Steuerschaltung zur Steuerung der Lenkservoeinrichtung in Abhängigkeit eines Lenkdrehmomentsignals einer Abtastschaltung, die das an ein Lenkrad angelegte Lenkdrehmoment erfaßt. Die Steuerschaltung steuert den Elektromotor derart, daß ein Hilfsdrehmoment erzeugt wird, das bewirkt, daß die Lenkkraft gering ist. Diese analoge Steuerschaltung weist eine pulsbreitenmodulationsgesteuerte Ankerspannung auf, die an dem Elektromotor mit einer solchen Polarität angelegt werden soll, daß beim Drehen des Lenkrades in beiden Richtungen der Elektromotor sich in einer der Lenkrichtung entsprechenden Richtung dreht, wobei ein dem Ankerstrom entsprechendes Signal rückgekoppelt wird.

Nicht nur bei der vorerwähnten Servolenkung, sondern ganz allgemein bei elektrischen Servolenkungen folgt dem Drehvorgang eines Lenkrades die Drehung eines Elektromotors und anderer damit zusammenwirkender Bauteile, wie z. B. eines Untersetzungsgetriebes, nach. Demzufolge tritt in Fällen, bei denen die Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades von einer hohen zu einer niedrigen oder von einer niedrigen zu einer hohen Geschwindigkeit innerhalb relativ kurzer Zeit wechselt, ein Problem dahingehend auf, daß der Lenkvorgang durch das Trägheitsmoment, d. h. das Trägheitsdrehmoment der vorstehend beschriebenen Drehteile, beeinflußt wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Servolenkung wird angesichts der Tatsache, daß sich das Lenkdrehmoment plötzlich ändert, falls das Lenkrad bei einem Lenkvorgang in jeder Richtung plötzlich zurückbewegt wird, der Elektromotor entsprechend den Änderungen des Drehmoments gebremst. Mit anderen Worten, wird das Lenkrad plötzlich in die entgegengesetzte Richtung bewegt, so wird entsprechend der zugehörigen Drehmomentänderung ein Bremsen des Elektromotors bewirkt, indem diesem ein Impulssignal mit einer solchen Polarität zugeführt wird, daß dieser in eine Richtung dreht, die entgegen der Lenkrichtung gerichtet ist. Diese Impulssignale zum Bremsen des Motors werden diesem zugeführt, indem von den Zeitintervallen zwischen den pulsbreitenmodulationsgesteuerten Signalen Gebrauch gemacht wird, die an den Elektromotor zur Ausführung einer Vorwärtsdrehung angelegt werden. Infolgedessen kann es bei der vorstehend erwähnten Servolenkung Schwierigkeiten bereiten, das vorerwähnte Problem der Wirkungen des Trägheitsmoments oder des Trägheitsdrehmoments des Elektromotors und der damit zusammenwirkenden Drehteile vorteilhaft zu umgehen. Außerdem besteht ein Problem im Hinblick auf die Haltbarkeit des Elektromotors und überdies ist der elektrische Leistungsverlust noch groß.

Andererseits wurden in den letzten Jahren infolge des Vorteils, daß komplizierte Steuerfunktionen mit relativ geringem baulichen Aufwand ausgeführt werden können, Mikroprozessoren eingesetzt, die im wesentlichen für digitale Signalprozesse ausgelegt sind, und als Steuereinrichtungen für verschiedene Arbeitseinrichtungen verwendet werden.

Im Hinblick darauf ist es wünschenswert, einen Mikroprozessor für die Steuereinrichtung der vorstehend beschriebenen Lenkung zu verwenden.

Da jedoch im allgemeinen Mikroprozessoren nicht in der Lage sind, gleichzeitig viele Eingangssignale zu lesen und außerdem diese für die Ausführung von Signalverarbeitungen in sequentieller Art abhängig von einem Arbeitstaktimpuls ausgelegt sind, tritt bei den Versuchen, einen Mikroprozessor zu verwenden, um Steuerfunktionen ähnlich denjenigen der analogen Steuerschaltung einer konventionellen elektrischen Servolenkung des beschriebenen Typs zu erhalten, eine Schwierigkeit dahingehend auf, daß eine vorbestimmte Bearbeitungszeit erforderlich ist.

Im Hinblick darauf ist es in Fällen, bei denen unter Verwendung eines Mikroprozessors eine Regelung durchgeführt wird, erforderlich, die Rückführungsschleife mehrmals zu durchlaufen, so daß das obige Problem beachtlich wird.

Aus diesen Gründen kann es in Fällen, bei denen ein Mikroprozessor als Steuereinrichtung einer elektrischen Servolenkung verwendet wird, vorkommen, daß der Elektromotor zur Erzeugung des Hilfsdrehmoments nicht so gesteuert werden kann, daß dieser der Geschwindigkeit des Lenkvorganges in ausreichendem Maße nachfolgen kann, was in der unzureichenden Verwirklichung eines optimalen Lenkgefühls resultieren kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Servolenkung für Fahrzeuge der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die insbesondere bei sich schnell ändernden Lenkgeschwindigkeiten dem Fahrer unter weitgehender Reduzierung trägheitsbedingter Einflüsse ein sicheres Lenkgefühl vermittelt, wobei in vorteilhafter Weise hierfür eine Mikroprozessor unterstützte elektrische Servolenkung bereitgestellt werden soll.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei der elektrischen Servolenkung für Fahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkung gehen bei der Steuerung das Lenkdrehmoment, die Lenkgeschwindigkeit und die Lenkbeschleunigung mit ein. Wenn daher die Lenkgeschwindigkeit am Lenkrad innerhalb relativ kurzer Zeit von einer hohen zu einer niedrigen oder von einer niedrigen zu einer hohen Geschwindigkeit geändert wird, lassen sich die trägheitsbedingten Auswirkungen von Elektromotor und der damit zusammenwirkenden Drehteile, wie Untersetzungsgetriebe u. dgl., wesentlich reduzieren. Daher wird bei der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkung der Elektromotor so gesteuert, daß er unter Vermittlung eines sicheren Gefühls in geeigneter Weise auf die Geschwindigkeit des Lenkvorganges anspricht. Ferner wird in vorteilhafter Weise ein Mikroprozessor als Steuereinheit bei der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkung für Fahrzeuge eingesetzt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer elektromagnetischen Servoeinrichtung als wesentlicher Bestandteil einer elektrischen Servolenkung im Längsschnitt, wobei ein Viertel weggeschnitten ist;

Fig. 2A ein bewegliches, aus Eisen bestehendes Element eines Lenkdrehmomentsensors der elektromagnetischen Servoeinrichtung in Querschnittsansicht entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 2B und 2C das bewegliche, aus Eisen bestehende Element in Seitenansicht bzw. Draufsicht;

Fig. 3 ein Schaltdiagramm, das eine Steuerschaltung der elektromagnetischen Servoeinrichtung im Detail wiedergibt;

Fig. 4A und 4B schematische Flußdiagramme von Steuervorgängen, die von einer in der Steuerschaltung der Fig. 3 vorgesehenen Mikroprozessoreinheit ausgeführt werden;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Kennlinien eines Lenkdrehmomenterfassungssignals wiedergibt;

Fig. 6 eine graphische Darstellung, die eine auf das Lenkdrehmoment zurückgeführte Komponente eines Betriebswerts wiedergibt;

Fig. 7 eine graphische Darstellung, die die Kennlinien eines Lenkgeschwindigkeitserfassungssignals wiedergibt;

Fig. 8 eine graphische Darstellung, die eine auf die Lenkgeschwindigkeit zurückgeführte Komponente des Betriebswerts darstellt;

Fig. 9 eine graphische Darstellung, die eine auf die Lenkbeschleunigung zurückgeführte Komponente des Betriebswerts wiedergibt;

Fig. 10 eine schematische, perspektivische Ansicht der elektrischen Servolenkung für Fahrzeuge und

Fig. 11 ein schematisches Funktionsblockdiagramm der Steuerschaltung der Fig. 3.

In Fig. 1 ist eine elektromagnetische Servoeinrichtung 1 als ein wesentlicher Bestandteil einer für Fahrzeuge vorgesehenen elektrischen Servolenkung 200 (Fig. 10) wiedergegeben, und zwar in einem Längsschnitt, bei dem ein Viertel weggeschnitten ist, d. h. der bei 90° um die Längsmittelachse abgewickelt ist. Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine Lenksäule, mit dem Bezugszeichen 3 ein Stator und mit den Bezugszeichen 4 und 5 eine Eingangswelle bzw. eine Ausgangswelle, die koaxial zueinander angeordnet sind, bezeichnet.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich, steht die Eingangswelle 4 der elektromagnetischen Servoeinrichtung 1 mit ihrem äußeren Ende mit einem Lenkrad 6 in Verbindung, während die Ausgangswelle 5 mit ihrem äußeren Ende mit einem Universalgelenk 7 in Verbindung steht, das über eine Zwischenwelle 8 und ein anderes Universalgelenk 9 mit einer Zahnstangeneinrichtung 10 verbunden ist. Die Zahnstangeneinrichtung 10 weist eine Zahnstange 10 a auf, die mit den gelenkten Rädern (nicht dargestellt) gekoppelt ist. Bei der Servolenkung 200 mit einem derartigen Aufbau wird die durch einen Lenkvorgang des Lenkrades 6 bewirkte Drehung in eine lineare Bewegung der Zahnstange 10 a umgewandelt, wodurch die gelenkten Räder gedreht werden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Eingangswelle 4 einen inneren Endteil 4 a mit reduziertem Durchmesser auf, der in einen inneren, einen vergrößerten Durchmesser aufweisenden Endteil 5 a der Ausgangswelle 5 eingepaßt ist. Dabei wird der innere Endteil 4 a mit Hilfe eines Lagers 11 in dem inneren Endteil 5 a drehbar abgestützt. Die Eingangswelle 4 und die Ausgangswelle 5 sind untereinander mittels eines Torsionsstabs 12 verbunden, der koaxial zu beiden angeordnet ist. Die Eingangswelle 4 ist ferner durch ein Lager 13 drehbar an der Lenksäule 2 gelagert, während die Ausgangswelle 5 durch ein Paar Lager 14 und 15 an der Lenksäule 2 bzw. dem Stator 3 drehbar gelagert ist.

Die elektromagnetische Servoeinrichtung umfaßt ferner einen um die Eingangswelle 4 angeordneten Lenkdrehgeschwindigkeitssensor 16, einen um den gegenseitigen Eingriffsabschnitt der Eingangs- und Ausgangswelle 4 und 5 angeordneten Lenkdrehmomentsensor 17, einen Elektromotor 18 sowie ein Untersetzungsgetriebe 19, die beide um die Ausgangswelle 5 herum angeordnet sind, und eine Steuerschaltung 20 zur Steuerung des Elektromotors 18 in Abhängigkeit von entsprechenden Erfassungs- bzw. Abtastsignalen des Lenkgeschwindigkeitssensors 16 und des Lenkdrehmomentsensors 17.

Der Lenkgeschwindigkeitssensor 16 weist einen Gleichstromgenerator 16 a auf, der am äußeren Rand der Lenksäule 2 befestigt ist. Der Generator 16 a umfaßt eine Drehwelle, die parallel zur Achse der Eingangswelle 4 angeordnet ist. Andererseits weist die Eingangswelle 4 entlang des äußeren Rands des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitts eine Riemennut 4 b auf, die darin an einer Stelle ausgebildet ist, die einer einen kleinen Durchmesser aufweisenden Riemenscheibe 16 b entspricht, die an einem Ende der Generatordrehwelle befestigt ist. Über die Riemennut 4 b und die Riemenscheibe 16 b ist ein Riemen 16 c gespannt. Demzufolge wird bei einer Drehung der Eingangswelle 4 die Drehwelle des Generators 16 a in Drehung versetzt, wodurch zwei später beschriebene Signale in Abhängigkeit von der Richtung und der Geschwindigkeit der Drehung der Eingangswelle 4 vom Generator 16 a ausgegeben werden.

Der Lenkdrehmomentsensor 17 weist einen Differentialübertrager auf, der aus einem rohrförmigen, beweglichen, eisernen Element 17 a, das axial verschiebbar auf dem äußeren Rand des gegenseitigen Eingriffsabschnitts der Eingangs- und der Ausgangswelle 4 und 5 angebracht ist, und einem am inneren Umfangsrand der Lenksäule 2 befestigten Spulenabschnitt 17 b besteht.

Wie aus Fig. 2A ersichtlich, sind in der äußeren Umfangsfläche der Eingangswelle 4 zwei sich axial erstreckende Schlitze 4 c ausgebildet, die längs des Umfangs um 180° voneinander versetzt angeordnet sind. Andererseits weist die Ausgangswelle 5 zwei Vorsprünge 5 b auf, die sich von dem inneren, einen vergrößerten Durchmesser aufweisenden Endteil 5 a zu Positionen axial wegerstrecken, die den Schlitzen 4 c entsprechen. Dabei sind die Vorsprünge 5 b in die Schlitze 4 c so eingesetzt, daß zwischen diesen vorbestimmte Spalte bzw. Zwischenräume vorgesehen werden.

Wie weiterhin aus den Fig. 2A bis 2C ersichtlich, weist das bewegliche, eiserne Element 17 a längliche Löcher 17 g und 17 h auf, die durch das Element 17 a hindurch ausgebildet sind und mit zwei sich radial nach außen erstreckenden Stiften 17 e, die von den Vorsprüngen 5 b entsprechend abstehen, sowie mit zwei weiteren sich radial nach außen erstreckenden Stiften 17 f, die von der Eingangswelle 4 an Stellen vorstehen, die bezüglich der Stifte 17 e um 90° längs des Umfangs versetzt sind, entsprechend in Eingriff stehen. Die länglichen Löcher 17 g sind relativ zur axialen Richtung in einem erforderlichen Winkel geneigt, während die länglichen Löcher 17 h parallel zur axialen Richtung ausgebildet sind. Wird, obwohl das auf die Eingangswelle 4 wirkende Lenkdrehmoment über den Torsionsstab 12 zur Ausgangswelle 5 übertragen wird, eine größere Belastung als das Lenkdrehmoment an ein Ende der Ausgangswelle 5 angelegt, so entsteht demzufolge zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 eine relative Winkeldifferenz längs des Umfangs, was von einer Verwindung des Torsionsstabs 12 begleitet ist, so daß dann das bewegliche eiserne Element 17 a in axialer Richtung bewegt wird. Mit anderen Worten, das eiserne Element 17 a wird entsprechend dem auf die Eingangswelle 4 wirkenden Lenkdrehmoment in axialer Richtung versetzt. Das Element 17 a besteht an seinem axial mittleren Abschnitt aus einem magnetischen Material, wobei an den beiden Enden des mittleren Abschnitts einstückig damit ausgebildete, nichtmagnetische Teile 17 c, 17 c vorgesehen sind. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist zwischen das rechte Ende des beweglichen eisernen Elements 10 a und einem an der Eingangswelle 4 befestigten Anschlagflansch 4 d eine aus einem nichtmagnetischen Material bestehende Druckfeder 17 j eingesetzt, wodurch das Element 17 a nach links gedrückt wird. Auf diese Weise wird ein Spiel, das ansonsten infolge der auf Herstellungstoleranzen zurückzuführenden Spalte zwischen den Stiften 17 e, 17 f und den länglichen Löchern 17 g, 17 h hervorgerufen werden würde, unterbunden.

Der Spulenabschnitt 17 b ist um das bewegliche, eiserne Element 17 a herum angeordnet und weist eine Primärspule 17 k, an die ein impulsförmiges Wechselstromsignal angelegt wird, sowie zwei Sekundärspulen 17 l, 17 m auf, die zu beiden Seiten der Primärspule 17 k angeordnet sind und zwei Signale abgeben, die der axialen Versetzung des eisernen Elements 17 a entsprechen.

Demzufolge wird bei einem Lenkdrehmomentsensor 17 mit einem derartigen Aufbau irgendeine relative, umfangsmäßige Winkeldifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 4 und 5, die einem Lenkvorgang des Lenkrades 6 folgt, in eine axiale Verschiebung des beweglichen, eisernen Elements 17 a umgewandelt, die elektrisch als entsprechende Signale der Sekundärspulen 17 l und 17 m abgegeben wird.

In dem Fall, bei dem unter einer solchen Bedingung beispielsweise das Lenkdrehmoment an die Eingangswelle 4 im Uhrzeigersinn angelegt wird, falls man auf die Seite des Lenkrades 6 blickt, während andererseits eine größere Belastung als das Lenkdrehmoment an die Ausgangswelle 5 angelegt wird, so wird demzufolge die Eingangswelle 4 relativ zur Ausgangswelle 5 im Uhrzeigersinn gedreht, wenn man auf die Seite des Lenkrades 6 blickt, wodurch dann das bewegliche, eiserne Element 17 a in den Fig. 1 und 2B nach rechts, d. h. in den Fig. 2C wie auch in der später beschriebenen Fig. 3 nach oben bewegt wird.

Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, bei dem die Eingangswelle 4 relativ zur Ausgangswelle 5 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, falls man auf die Seite des Lenkrades 6 blickt, dann das eiserne Element 17 a in die entgegengesetzte Richtung zur obigen bewegt.

Da in jedem der beiden Fälle die schrägen, länglichen Löcher 17 g des beweglichen, eisernen Elements 17 a, die mit den auf der Seite der Ausgangswelle 5 vorgesehenen Stiften 17 e in Eingriff stehen, so ausgebildet sind, daß sie eine gerade lineare Form aufweisen, falls das rohrförmige, eiserne Element 17 a abgewickelt wird, unterliegt das Element 17 a einer axialen Verlagerung in Bewegungsrichtung von einer ursprünglichen Mittelposition aus, und zwar im Verhältnis zur relativen, umfangsmäßigen Winkeldifferenz zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5.

Das bewegliche, eiserne Element 17 a ist an der Mittelposition so angeordnet, daß auf die Eingangswelle 4 kein Lenkdrehmoment einwirkt und somit die relative, umfangsmäßige Winkeldifferenz zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 gleich Null ist. Bei dem in den Fig. 1 und 2A bis 2C gezeigten Zustand ist das eiserne Element 17 a in einer solchen Mittelposition angeordnet.

Infolge der Eingriffsbeziehung zwischen den Vorsprüngen 5 b der Ausgangswelle 5 und den Schlitzen 4 c der Eingangswelle 4 wird die relative umfangsmäßige Winkeldifferenz zwischen den Wellen 4, 5 so gesteuert, daß ein vorbestimmter Wert nicht überschritten wird. Wird nämlich bei einem Lenkvorgang, der ein Drehen der Eingangswelle 4 bewirkt, die umfangsmäßige, relative Winkeldifferenz zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 auf einen vorbestimmten Wert vergrößert, so wird eine Seitenfläche jedes der Vorsprünge 5 b in Anlage an eine Seitenfläche eines entsprechenden der Schlitze 4 c gebracht, worauf sich die Ausgangswelle 5 integral mit der Eingangswelle 4 dreht. Eine solche Eingriffsbeziehung zwischen den Vorsprüngen 5 b und den Schlitzen 4 c spielt eine Rolle bei einer Ausfallsicherung der elektrischen Servoeinrichtung 1. Im Hinblick darauf ist es verständlich, daß unter der Bedingung, daß der Antrieb des Elektromotors 18 gestoppt wird, wie dies später beschrieben wird, die elektrische Servolenkung 200 infolge der Ausfallsicherheit und des Torsionsstabs 12 an manuelle Steuervorgänge angepaßt wird, die ohne Hilfskraft ausgeführt werden.

Der Elektromotor 18 umfaßt den Stator 3, der einstückig mit der Lenksäule 2 verbunden ist, wenigstens ein Paar Magnete 3 a, die am inneren Umfang des Stators 3 befestigt sind, einen um die Ausgangswelle 5 drehbar angeordneten Rotor 18 a und ein Paar Bürsten 18 d, die in am Stator 3 befestigten Bürstenhalterungen 18 b so angeordnet sind, daß diese über Federn 18 c radial nach innen gestoßen werden. Der Rotor 18 a weist eine rohrförmige Welle 18 e auf, die bezüglich des Stators 3 mit Hilfe eines Lagers 21 und eines Untersetzungsgetriebes 19 vom Planetenreibwalzentyp drehbar gelagert ist. Die rohrförmige Welle 18 e ist koaxial zur Ausgangswelle 5 angeordnet und weist auf ihrem Außenumfang einen Eisenblechkern 18 f mit schrägen Nuten auf, in die Mehrfachwicklungen 18 g eingelegt sind, wobei ein vorbestimmter kleiner Luftspalt zwischen den Innenrändern der Magnete 3 und den Außenrändern der Wicklungen 18 g verbleibt. Auf der rohrförmigen Welle 18 e ist ferner ein Kommutator 18 h befestigt, der längs des Umfangs gleichwinkelig in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist, die mit Anschlüssen 18 a der Wicklungen 18 g entsprechend verbunden sind. Gegen diesen Kommutator 18 h werden die Bürsten 18 d elastisch gedrückt, um mit diesem in Kontakt gehalten zu werden.

Das Untersetzungsgetriebe 19 ist um die rohrförmige Welle 18 e und die Ausgangswelle 5 herum angeordnet, so daß dieses koaxial zu beiden ist. Im Hinblick auf das Untersetzungsgetriebe 19 sind im Außenumfang eines ausgangsseitigen Endes der rohrförmigen Welle 18 e des Elektromotors 18 drei ringförmige Nuten ausgebildet, die im Schnitt V-förmig und voneinander axial versetzt sind, wodurch ein Sonnenrad 19 a gebildet wird. Ferner ist auf dem Innenumfang des Stators 3 in Übereinstimmung mit dem Sonnenrad 19 a ein Ringrad 19 b vorgesehen, das längs des Innenumfangs drei ringförmige Nuten mit V-förmigem Querschnitt aufweist. Dieses Ringrad 19 b wird durch diese ringförmigen Nuten in axialer Richtung in vier Segmente unterteilt und kann sich somit axial mit Aussparungen versehen erstrecken. Zwischen das Sonnenrad 19 a und die Ringwalze 19 b sind zumindest zwei Sätze von Planetenrädern 19 c eingesetzt, die längs der Außenränder eine invertierte V-Form im Querschnitt aufweisen. Diese Planetenräder 19 c sind in die entsprechenden Ringnuten des Sonnenrads 19 a und des Ringrads 19 b eingesetzt. Die Planetenräder 19 c sind mittels Wellen 19 f drehbar abgestützt, die von einem Träger 19 d vorstehen, der durch Keilung an der Ausgangswelle 5 befestigt ist. Mit derartigen Ausführungen und einer zusätzlichen Erleichterung, die eine hohle Schraube 19 e aufweist, die an den Stator 3 geschraubt wird und nach dem Anziehen bewirkt, daß das in vier Segmente geteilte Ringrad 19 b und die Planetenräder 19 c zusammengeschoben werden, wird ein Aufbau erzielt, der die gewünschte Drehmomentübertragung ermöglicht. Die Drehung des Elektromotors 18 wird somit über das Untersetzungsgetriebe 19, mit dem diese im Hinblick auf die Geschwindigkeit herabgesetzt wird, zur Ausgangswelle 5 übertragen.

Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 3 die Regel- bzw. Steuerschaltung 20 beschrieben.

In Fig. 3 ist mit dem Bezugszeichen 30 eine Mikroprozessoreinheit bezeichnet. In die Mikroprozessoreinheit 30 werden in Übereinstimmung mit Befehlen, die von dieser abgegeben werden, entsprechende Signale S₁ bis S₅ einer Lenkdrehmomenterfassungsschaltung 31, einer Lenkdrehgeschwindigkeitserfassungsschaltung 35 und einer Abnormitätserfassungsschaltung 53 über einen A/D-Wandler 37 eingegeben. Die Lenkdrehmomenterfassungsschaltung 31 umfaßt den vorstehend erwähnten Lenkdrehmomentsensor 17, eine Ansteuereinheit 32, durch die ein in der Mikroprozessoreinheit 30 erzeugter Taktimpuls T₁ in einer Anzahl von Stufen bzw. Abschnitten unterteilt und verstärkt und dann in Form eines Wechselstromsignals mit rechteckiger oder sinusförmiger Wellenform an die Primärspule 17 k des Lenkdrehmomentsensors 17 abgegeben wird, ein Paar Gleichrichter 33 a, 33 b zum Gleichrichten der entsprechenden elektrischen Signalausgangsgrößen der Sekundärspulen 17 l, 17 m des Lenkdrehmomentsensors 17 in Übereinstimmung mit der axialen Versetzung des beweglichen eisernen Elements 17 a und ein Paar Tiefpaßfilter 34 a, 34 b zur Beseitigung hochfrequenter Komponenten von den entsprechenden Ausgangssignalen der Gleichrichter 33 a, 33 b, um dadurch diese Ausgangssignale in stabile Gleichspannungssignale umzuwandeln, die den Lenkdrehmomentsignalen S₁, S₂ entsprechen.

Die Lenkdrehgeschwindigkeitserfassungsschaltung 35 umfaßt den Gleichstromgenerator 16 a des Lenkgeschwindigkeitssensors 16, der ein Paar Anschlüsse 16 c, 16 d zur Abgabe der vorerwähnten Signale aufweist, sowie ein Paar Subtrahierglieder 36 a, 36 b, um entsprechende Werte dieser Ausgangssignale voneinander zu subtrahieren und ein Paar Lenkgeschwindigkeitssignale zu erhalten, die als Signale S₃ und S₄ ausgegeben werden.

Die Mikroprozessoreinheit 30 weist erforderliche Bauteile, wie z. B. ein Eingangs-Ausgangstor, einen Speicher, einen Operator, eine Steuereinheit und einen Taktgenerator auf, in den ein Taktimpuls eines Quarzoszillators 38 eingegeben wird. Zum Betreiben der Mikroprozessoreinheit 30 wie auch anderer Schaltungen ist ein elektrischer Arbeitsstromkreis 39 vorgesehen, der ein normalerweise geschlossenes Relais 43, das in einer Stromleitung vorgesehen ist, die von einer positiven Klemme einer am Fahrzeug befestigten Batterie 40 über einen Zündschalter 41 und eine Sicherung 42 weggeführt ist, und einen Spannungsstabilisator 44 aufweist, der mit der Ausgangsseite des Relais 43 verbunden ist. An der Ausgangsseite des Relais 43 ist eine Anschlußklemme 43 a für die Zufuhr eines Batteriestroms zu einer später beschriebenen Motorantriebsschaltung 45 vorgesehen. Ferner wird von einer Ausgangsklemme 44 a des Spannungsstabilisators 44 eine Leistung mit konstanter Spannung der Mikroprozessoreinheit 30 und den entsprechenden Erfassungsschaltungen 31, 35, 53 zugeführt. Wird somit der Zündschalter 41 in die EIN-Stellung gebracht, so wird die Mikroprozessoreinheit 30 mit Energie versorgt, wodurch die entsprechenden Eingangssignale S₁ bis S₅ der Erfassungsschaltungen 31, 35, 53 entsprechend einem im Speicher abgespeicherten Programm verarbeitet und dementsprechend Ausgangssteuersignale T₃, T₄ ausgegeben werden, die zum Ansteuern des Elektromotors 18 über die Motorantriebsschaltung 45 verwendet werden, um dadurch den Antrieb des Elektromotors 18 zu steuern. Unter diesen Steuersignalen stellt T₃ ein die Drehrichtung darstellendes Signal, das für die Bestimmung der Anschlußpolarität einer Ankerspannung Va maßgebend ist, die dem Elektromotor 18 entsprechend der Lenkrichtung aufgeprägt wird, und T₄ ein für die Bestimmung der Größe der Ankerspannung Va maßgebendes Signal dar.

Die Motorantriebsschaltung 45 weist eine Ansteuerungseinheit 46, eine Brückenschaltung 51, die aus vier Feldeffekttransistoren 47, 48, 49, 50 besteht. Zwei Feldeffekttransistoren 47 und 50, die zwei benachbarte Seiten der Brücken bilden, stehen mit ihren entsprechenden Drain-Anschlüssen mit der Ausgangskleme 43 a des Relais 43 des Arbeitsstromkreises 39 und mit ihren Source-Anschlüssen mit den entsprechenden Drain-Anschlüssen der restlichen beiden Feldeffekttransistoren 48, 49 in Verbindung, während die entsprechenden Source-Anschlüsse dieser Feldeffekttransistoren 48 und 49 über einen Widerstand 52 mit Erde (als gemeinsame Seite) und demzufolge mit dem negativen Anschluß der Batterie 40 verbunden sind. Ferner sind die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 47, 48 49, 50 an die Ausgangsklemmen 46 a, 46 b, 46 c bzw. 46 d der Ansteuerungseinheit 46 angeschlossen, und die entsprechenden Source-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 47, 50 sind als Ausgangsklemmen der Brückenschaltung 51 mit den Bürsten 18 d des Elektromotors 18 verbunden, die dann wieder mit den Ankerwicklungen 18 g in Verbindung stehen.

Die Ansteuerungseinheit 46 ist dabei so ausgelegt, daß ein Signal von der Klemme 46 a oder 46 c zum ausschließlichen Einschalten des Feldeffekttransistors 47 oder 50 entsprechend dem Signal T₃ ausgegeben wird, das als ein Motordrehrichtungssteuersignal von der Mikroprozessoreinheit 30 zugeführt wird, und daß gleichzeitig ein Signal von der Klemme 46 b oder 46 d abgegeben wird, das ausschließlich dem Feldeffekttransistor 49 oder 48 in einen steuerbaren Zustand bringt, um dadurch den Antrieb des Elektromotors 18 zu steuern. Das Signal von der Klemme 46 b oder 46 d stellt ein frequenzkonstantes, rechteckiges Impulssignal mit Batteriepegel dar, das pulsbreitenmoduliert ist und ausschließlich an den Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 49 oder 48 entsprechend dem als Motorspannungssteuersignal dienenden Signal T₄ abgegeben wird.

In der Motorantriebsschaltung 45 werden demzufolge in Übereinstimmung mit den Steuersignalen T₃, T₄ einer (47) der beiden Feldeffekttransistoren 47, 50 und der mit diesem zusammenarbeitende Feldeffekttransistor 49 in den Einschaltzustand gesteuert bzw. in einer Pulsbreitenmodulationsart gesteuert oder der andere Feldeffekttransistor 50 und der damit zusammenarbeitende Feldeffekttransistor 48 werden in den Einschaltzustand gesteuert bzw. in einer Pulsbreitenmodulationsart gesteuert, um dadurch die Drehrichtung und die Ausgangsleistung (Drehzahl und Drehmoment) des Elektromotors 18 zu steuern.

Für den Fall, daß die Feldeffekttransistoren 47 und 49 wie oben beschrieben gesteuert werden, weist z. B. die Ankerspannung Va einerseits eine Größe auf, die proportional der Impulsdauer bzw. -breite des Impulssignals ist, das von der Klemme 46 b der Ansteuerungseinheit 46 abgegeben wird und andererseits eine derartige Polarität auf, daß ein Ankerstrom Ia in eine Richtung B geführt wird, wodurch der Elektromotor 18 sich im Uhrzeigersinn dreht. Für den Fall, daß im Gegensatz zu oben die Feldeffekttransistoren 50 und 48 gesteuert werden, so ist die Größe der Ankerspannung Va proportional der Impulsbreite des Impulssignals, das von der Klemme 46 d der Ansteuerungseinheit 46 abgegeben wird, und die Polarität der Ankerspannung Va wird so bestimmt, daß der Ankerstrom Ia in eine Richtung A geleitet wird, wodurch der Elektromotor 18 sich im Gegenuhrzeigersinn dreht.

Wie bereits beschrieben, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Abnormitätserfassungsschaltung 53 verwendet, die der Erfassung von Abnormitäten der Motorantriebsschaltung 45 und des Elektromotors 18 dient. Die Abnormitätserfassungsschaltung 53 weist einen Verstärker 54 zum Verstärken der Klemmenspannung des Widerstands 52, die der Größe des Ankerstroms Ia entspricht, und ein Tiefpaßfilter 55 auf, das der Beseitigung hochfrequenter Komponenten aus dem Ausgangssignal des Verstärkers 54 dient, um somit dieses Ausgangssignal in eine Gleichspannung umzuwandeln. Ein Ausgangssignal, das dem Steuersignal S₅ entspricht, wird von der Abnormitätserfassungsschaltung 53 über den A/D-Wandler 37 zur Mikroprozessoreinheit 30 zurückgeführt. Diese Abnormitätserfassungsschaltung 53 erfaßt Abnormitäten des Elektromotors 18 wie auch der Motorantriebsschaltung 45, indem die Klemmspannung des Widerstands 52 überprüft wird. In den Fällen, bei denen eine Abnormität von der Schaltung 53 erfaßt wird, nimmt die Mikroprozessoreinheit 30 eine Abnormitätsdiagnose vor, infolgederen ein Relaissteuersignal T₂ an das Relais 43 abgegeben wird, wodurch die über das Relais 43 erfolgende Stromzufuhr zu den Schaltungselementen unterbrochen wird.

Nachfolgend werden verschiedene programmierte Funktionen der Mikroprozessoreinheit 30 beschrieben.

Die Fig. 4A und 4B stellen Flußdiagramme dar, die einen allgemeinen Überblick über die von der Mikroprozessoreinheit 30 auszuführenden Steuervorgänge geben. In diesen Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 100 bis 146 entsprechende Steuerschritte.

Wird der Zündschalter 41 in den EIN-Zustand versetzt, so wird die Mikroprozessoreinheit 30 wie auch andere zugehörige Schaltungen mit elektrischer Leistung versorgt, so daß die Steuerfunktionen ausgeführt werden können. Beim Schritt 100 werden zuerst die entsprechenden Register und die Daten eines RAM (Direktzugriffsspeicher) wie auch benötigte Schaltungen in der Mikroprozessoreinheit 30 initialisiert.

Danach werden beim Schritt 101 die Lenkdrehmomentsignale S₁, S₂ der Reihe nach gelesen und beim Schritt 102 eine Diagnose dahingehend durchgeführt, ob die gelesenen Werte normal sind oder nicht. Wird irgendeine Abnormität gefunden, so wird dann das Relaissteuersignal T₂ von der Mikroprozessoreinheit 30 dem Relais 43 zugeführt, wodurch die Stromversorgung vom Arbeitsstromkreis 39 unterbrochen und somit die Ansteuerung der elektromagnetischen Servoeinrichtung 1 unterbunden wird, was die Durchführungen manueller Lenkvorgänge ohne Hilfskraft ermöglicht.

Da der Lenkdrehmomentsensor 17 in Form eines Differentialübertragers ausgebildet ist, weisen, falls die Erfassungsschaltung 31 normal arbeitet, die Meßsignale S₁, S₂ derartige Beziehungen zum Drehmoment Ts auf (vgl. Fig. 5), daß die Hälfte der Summe der Signale S₁, S₂ einen im wesentlichen konstanten Wert k ergibt. Demzufolge wird beim Schritt 102 beurteilt, ob die Differenz zwischen (S₁ + S₂)/2 und dem Wert k innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht. Liegt diese Differenz nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs, so wird davon ausgegangen, daß die Lenkdrehmomenterfassungsschaltung 31 nicht in Ordnung ist. Für den Fall, daß die gelesenen Lenkdrehmomentmeßsignale S₁, S₂ normal sind, wird zum Schritt 103 fortgeschritten. Da, wie in Verbindung mit Fig. 2A beschrieben, die Seitenflächen der Vorsprünge 5 b der Ausgangswelle 5 in Anlage an die entsprechenden Seitenflächen der Nuten 4 c der Eingangswelle 4 gelangen, werden in jenen Bereichen der Fig. 5, in denen das Lenkdrehmoment Ts einen vorbestimmten Wert nach links oder rechts überschritten hat, die Werte der Signale S₁, S₂ konstant gehalten.

Beim Schritt 103 wird die Berechnung S₁-S₂ durchgeführt, wobei das Ergebnis der Wert des Lenkdrehmoments Ts ist. In der Praxis wird jedoch zur Erzeugung einer als Wert Ts dienenden ganzen Zahl aus einer Reihe von fortlaufenden ganzen Zahlen das Ergebnis der Berechnung S₁-S₂ mit einer vorbestimmten Zahl multipliziert und dann für Ts eingesetzt. Gleiches gilt für den Schritt 114, der später beschrieben wird.

Beim Schritt 104 wird zur Unterscheidung der Wirkrichtung des Drehmoments Ts geprüft, ob der Wert Ts positiv oder negativ ist. Verläuft die Wirkrichtung des Drehmoments Ts im Uhrzeigersinn, d. h. ist dessen Wert positiv oder Null, so wird mit dem Schritt 105 fortgefahren, wo ein erster Merker F gesetzt wird, so daß gilt F = "0". Dann wird zum Schritt 108 fortgeschritten. Hat das Drehmoment Ts jedoch einen negativen Wert, so verläuft der Fluß über den Schritt 106, wo ein Umwandlungsprozeß ausgeführt wird, um aus dem Drehmoment Ts einen Absolutwert zu machen, so daß gilt Ts = -Ts, zum Schritt 107 zum Setzen des ersten Merkers F fortgeschritten, so daß gilt F = "1". Anschließend wird zum Schritt 108 fortgeschritten, wo der Merker F als Parameter verwendet wird, der das Vorzeichen des Werts des Drehmoments Ts wiedergibt, d. h. die Wirkrichtung des Drehmoments.

Beim Schritt 108 wird in Abhängigkeit vom Absolutwert des Lenkdrehmoments Ts der Inhalt einer in einem Festwertspeicher ROM abgespeicherten Tabelle 1 direkt in einer Adressenbestimmungsart gelesen. In das ROM wird vorher die Tabelle 1 eingelesen, in der Betriebswerte D(Ia · Ra) von Ia · Ra gespeichert sind, die die in Fig. 6 gezeigte Beziehung zum Absolutwert des Lenkdrehmoments Ts aufweisen, wobei Ia den Ankerstrom des Elektromotors 18 und Ra die Summe der Widerstände, wie z. B. der Ankerwicklung, der Bürsten und der Verdrahtung darstellt. Beim Schritt 108 wird der Inhalt des Speichers gelesen, der eine Adresse aufweist, die vom Absolutwert des Lenkdrehmoments Ts verkörpert wird, d. h. ein Betriebswert D(Ia · Ra) von Ia · Ra. Anschließend wird mit dem Schritt 109 fortgefahren.

Beim Schritt 109 wird zur Ausgabe eines der Richtung des Drehmoments Ts entsprechenden Vorzeichens an den dem Lenkdrehmoment zugehörigen Betriebswert D(Ia · Ra) geprüft, welchen Inhalt dann der erste Merker F aufweist. Ist F = "0", so ist die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments Ts im Uhrzeigersinn gerichtet und somit wird mit dem Schritt 110 fortgefahren, bei dem der Betriebswert D(Ia · Ra) von Ia · Ra, so wie er ist, als Ts gespeichert. Ist im Gegensatz dazu F = "1", so ist die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments Ts im Gegenuhrzeigersinn gerichtet und es wird mit dem Schritt 111 fortgefahren, wo der Betriebswert D(Ia · Ra) von Ia · Ra als ein negativer Wert gespeichert wird. Anschließend wird mit dem Schritt 112 fortgefahren. Es ist nebenbei bemerkt verständlich, daß der Schritt 110, obwohl in der Praxis nicht erforderlich, für ein besseres Verstehen des Ablaufes dargestellt ist. Das gleiche gilt auch für die später beschriebenen Schritte 128 und 131.

Beim Schritt 112 werden die von der Lenkdrehgeschwindigkeitserfassungsschaltung 35 stammenden Meßsignale S₃, S₄ der Reihe nach gelesen, und beim Schritt 113 wird eine Diagnose durchgeführt, ob diese gelesenen Werte normal sind oder nicht. Wird irgendeine Abnormität festgestellt, so wird dann von der Mikroprozessoreinheit 30 an das Relais 43 das Relaissteuersignal T₂ ausgegeben, wodurch die Stromzufuhr vom Arbeitsstromkreis 39 unterbrochen und die Ansteuerung der elektromagnetischen Servoeinrichtung 1 unterbunden wird, was die Ausführung von manuellen Lenkvorgängen ohne Hilfskraft ermöglicht.

Arbeitet die Lenkdrehgeschwindigkeitserfassungsschaltung 35 normal, so weisen deren Meßsignale S₃, S₄ die in Fig. 7 gezeigte Beziehung zur Lenkgeschwindigkeit Ns auf. Für den Fall, daß die entsprechenden Gleichspannungswerte der Meßsignale S₃, S₄ beide positiv sind und daß entweder das Meßsignal S₃ oder S₄ im wesentlichen der Spannung Vcc des Spannungsstabilisators 44 entspricht, wird die Lenkdrehgeschwindigkeitserfassungsschaltung 35 als anormal betrachtet. Der Generator 16 a weist im Hinblick darauf eine solche Charakteristik auf, die die erwartete maximale Ausgangsgröße um einen vorbestimmten Wert niedriger als Vcc macht.

Für den Fall, daß die beim Schritt 112 gelesenen Meßwerte S₃, S₄ beim Schritt 113 als normal beurteilt werden, wird mit dem Schritt 114 fortgefahren, bei dem eine Berechnung S₃-S₄ ausgeführt wird, deren Ergebnis der Wert der Lenkgeschwindigkeit Ns ist.

Beim Schritt 115 wird der Arbeitsprozeß Ns-Nsf ausgeführt und das Ergebnis als Wert der Lenkbeschleunigung dNs gespeichert, wobei Nsf die Lenkgeschwindigkeit vom letzten Mal darstellt und einen Anfangswert aufweist, der beim Schritt 100 auf Null gebracht wurde.

Dann wird beim Schritt 116 Ns nach Nsf übertragen. Anschließend wird mit dem Schritt 117 fortgefahren.

Beim Schritt 117 wird zur Unterscheidung der Richtung der Lenkgeschwindigkeit geprüft, ob der Wert von Ns positiv oder negativ ist. Ist die Lenkgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn gerichtet, d. h. ist Ns positiv oder Null, so wird mit dem Schritt 118 fortgefahren, bei dem ein erster Merker F so gesetzt wird, daß gilt F = "0". Ist die Lenkgeschwindigkeit im Gegenuhrzeigersinn gerichtet, d. h. ist Ns negativ, so wird mit dem Schritt 119 fortgefahren, bei dem eine Umwandlung erfolgt, um die Lenkgeschwindigkeit Ns zu einem Absolutwert zu machen, so daß gilt Ns = -Ns und dem Schritt 120 fortgefahren, bei dem der erste Merker F auf F = "1" gesetzt wird. Anschließend wird mit dem Schritt 121 fortgefahren.

Beim Schritt 121 wird in Abhängigkeit vom Absolutwert der Lenkgeschwindigkeit Ns der Inhalt einer im ROM gespeicherten Tabelle 2 direkt in einer Adressenbestimmungsart gelesen. In das ROM wurde vorher die Tabelle 2 eingeschrieben, in der Betriebswerte D(K · Nm) der Induktionsspannung K · Nm eingespeichert sind, die die in Fig. 8 gezeigte Beziehung zum Absolutwert der Lenkgeschwindigkeit Ns aufweisen, wobei K eine Konstante der induktiven, elektromotorischen Kraft des Elektromotors 18 und Nm die Drehgeschwindigkeit des Motors 18 darstellt. Beim Schritt 121 wird der Inhalt des Speichers gelesen, dessen Adresse durch den Absolutwert der Lenkgeschwindigkeit Ns bestimmt ist, d. h. ein Betriebswert D(K · Nm) von K · Nm. Im Hinblick darauf ist es verständlich, daß die Induktionsspannung K · Nm des Elektromotors 18 von der Lenkgeschwindigkeit Ns abhängt, da die Drehung des Elektromotors 18 über ein Untersetzungsgetriebe 19 zur Ausgangswelle übertragen wird und das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes 19 konstant ist. Anschließend wird mit dem Schritt 122 fortgefahren.

Beim Schritt 122 wird zur Unterscheidung der Richtung der Lenkbeschleunigung geprüft, ob der Wert dNs positiv oder negativ ist. Verläuft die Richtung der Lenkbeschleunigung im Uhrzeigersinn, d. h. ist dNs positiv oder Null, so wird mit dem Schritt 123 fortgefahren, bei dem ein zweiter Merker G auf G = "0" gesetzt wird. Ist die Richtung der Lenkbeschleunigung im Uhrzeigersinn gerichtet, d. h. ist dNs negativ, so wird mit dem Schritt 124, bei dem ein Umwandlungsprozeß ausgeführt wird, um die Lenkbeschleunigung dNs zu einem Absolutwert zu machen, so daß gilt dNs = -dNs, und dem Schritt 125 fortgefahren, bei dem der zweite Merker G auf G = "1" gesetzt wird. Anschließend wird mit Schritt 126 fortgefahren.

Beim Schritt 126 wird in Abhängigkeit vom Absolutwert der Lenkbeschleunigung dNs der Inhalt einer im ROM gespeicherten Tabelle 3 direkt in einer Adressenbestimmungsart gelesen. In das ROM wurde vorher die Tabelle 3 eingeschrieben, in der Betriebswerte D(a · J · dw/dt) des Trägheitsmoments a · J · dw/dt der Drehteile der elektromagnetischen Servoeinrichtung 1 gespeichert sind, die die in Fig. 9 gezeigte Beziehung zum Absolutwert der Lenkbeschleunigung dNs aufweisen, wobei J die Summe der entsprechenden Trägheitsmomente des Rotors 18 a des Elektromotors 18, des Untersetzungsgetriebes 19 und anderer Drehteile und der Wert dw/dt die Winkelbeschleunigung der Drehteile darstellt, während a eine Proportionalitätskonstante ist. Beim Schritt 126 wird nämlich der Inhalt des Speichers gelesen, dessen Adresse durch den Absolutwert der Lenkbeschleunigung dNs bestimmt ist, d. h. ein Betriebswert D(a · J · dw/dt) des Trägheitsmoments a · J · dw/dt der Drehteile. Anschließend wird mit dem Schritt 127 fortgefahren.

Beim Schritt 127 wird zur Ausgabe eines der Richtung der Lenkgeschwindigkeit entsprechenden Vorzeichens für den der Lenkgeschwindigkeit zugehörigen Betriebswert D(K · Nm) geprüft, welchen Inhalt dann der erste Merker F aufweist. Ist F = "0", so ist die Drehgeschwindigkeit Ns im Uhrzeigersinn gerichtet, und es wird mit dem Schritt 128 fortgefahren, bei dem der der Lenkgeschwindigkeit Ns zugehörige Betriebswert D(K · Nm), so wie er ist, als Ns gespeichert wird. Ist im Gegensatz dazu F = "1", so ist die Lenkgeschwindigkeit Ns im Gegenuhrzeigersinn gerichtet, und es wird mit dem Schritt 129 fortgefahren, bei dem der der Lenkgeschwindigkeit Ns zugehörige Betriebswert D(K · Nm) als negativer Wert gespeichert wird. Anschließend wird mit dem Schritt 130 fortgefahren.

Beim Schritt 130 wird zur Ausgabe eines der Richtung der Lenkbeschleunigung dNs entsprechenden Vorzeichens an den der Lenkbeschleunigung zugehörigen Betriebswert D(a · J · dw/dt) geprüft, welchen Inhalt dann der zweite Merker G aufweist. Ist G = "0", so ist die Richtung der Lenkbeschleunigung dNs im Uhrzeigersinn gerichtet, und es wird mit dem Schritt 131 fortgefahren, bei dem der der Lenkbeschleunigung dNs zugehörige Betriebswert D(a · J · dw/dt), so wie er ist, als dNs gespeichert wird. Ist im Gegensatz dazu G = "1", so ist die Richtung der Lenkbeschleunigung im Gegenuhrzeigersinn gerichtet, und es wird mit dem Schritt 132 fortgefahren, bei dem der der Lenkbeschleunigung dNs zugehörige Betriebswert D(a · J · dw/dt) als ein negativer Wert gespeichert wird. Anschließend wird mit dem Schritt 133 fortgefahren.

Beim Schritt 133 werden die so bestimmten Betriebswertkomponenten, d. h. der dem Lenkdrehmoment zugehörige Betriebswert D(Ia · Ra), der der Lenkgeschwindigkeit zugehörige Betriebswert D(K · Nm) und der der Lenkbeschleunigung zugehörige Betriebswert D(a · J · dw/dt) addiert, um einen Betriebswert Va′ für die an den Elektromotor anzulegende Ankerspannung Va zu erhalten, der dann gespeichert wird. Genau genommen stellt der Wert Va′ einen Betriebswert des Impulssignals dar, das von der Ansteuerungseinheit 46 an den Feldeffekttransistor 48 oder 49 abgegeben wird.

Als nächstes wird beim Schritt 134 zur Unterscheidung der Polarität der Ankerspannung Va das Vorzeichen des so erhaltenen Werts Va′ überprüft. Ist Va′ positiv oder Null, so wird mit dem Schritt 135 fortgefahren, bei dem entsprechende Werte eines Paars von Merkern R, L, die die Basis des Motorantriebsrichtungssignals T₃ bilden, so bestimmt werden, daß gilt R = "1" und L = "0". Ist im Gegensatz dazu der Wert von Va′ negativ, so wird mit dem Schritt 136, bei dem Va′ mit -1 multipliziert und dadurch in einen positiven Wert umgewandelt wird, und dem Schritt 137 fortgefahren, bei dem die Werte der Merker R, L so bestimmt werden, daß gilt R = "0" und L = "1". Anschließend wird mit dem Schritt 138 fortgefahren.

Beim Schritt 138 wird zur Erstellung einer Totzone für den Betriebswert Va′, der - wie oben beschrieben - nun in Form eines Absolutwerts vorliegt, einen Wert Va′ - V₀, der durch Subtraktion eines vorbestimmten Werts V₀ vom Va′ erhalten wird, als Va′ gespeichert. Anschließend wird mit dem Schritt 139 fortgefahren. In einigen Fällen kann der Wert von Va′ nach der Verarbeitung beim Schritt 138 negativ werden. Zum Beispiel kann unter einer Bedingung, bei der das Lenkrad 6 in einer neutralen Stellung gehalten wird, ohne daß ein Lenkdrehmoment auf dieses ausgeübt wird, Va′ einen negativen Wert annehmen, so daß gilt Va′ = -V₀, und zwar nach der Verarbeitung im Schritt 138.

Beim Schritt 139 wird geprüft, ob der Wert Va′ größer als Null ist oder nicht. Ist der Wert Va′ größer als Null, so wird mit dem Schritt 140, bei dem die entsprechenden Werte der Merker R, L, so wie sie sind, als Komponenten des Motorantriebsrichtungssignals T₃ ausgegeben werden, und dann mit dem Schritt 141 fortgefahren, bei dem Va′ als eine Komponente des Motorspannungssignals T₄ ausgegeben wird. Ist im Gegensatz dazu der Wert Va′ Null oder kleiner, so wird mit dem Schritt 142, bei dem als Komponenten des Motorantriebsrichtungssignals T₃ solche Werte von R und L ausgegeben werden, daß gilt R = L = "0", und mit dem Schritt 143 fortgefahren, bei dem Va′ = 0 ausgegeben wird. Die Ansteuerungseinheit 46 der Motorantriebsschaltung 45 ist dabei so ausgelegt, daß sie die Signale nach Bedarf von den Klemmen 46 a bis 46 d abgibt, so daß im Falle R = "1" und L = "0" der Feldeffekttransistor 47 eingeschaltet und der Feldeffekttransistor 49 in einen steuerbaren Zustand gebracht wird, und daß im Falle R = "0" und L = "1" der Feldeffekttransistor 50 eingeschaltet und der Feldeffekttransistor 48 in einen steuerbaren Zustand gebracht wird, um auf diese Weise die Polarität und die Größe der Ankerspannung Va des Elektromotors 18 zu steuern. Außerdem wird der Betriebswert Va′ zur Bestimmung der Größe der Ankerspannung Va, die dem Elektromotor 18 von der Brückenschaltung 57 aufgeprägt werden soll, als eine Komponente des Steuersignals T₄ von der Mikroprozessoreinheit 30 ausgegeben. Für den Fall, daß das Richtungssteuersignal T₃ solche Komponenten aufweist, daß gilt R = "1" und L = "0", so wird der Feldeffekttransistor 49 in Abhängigkeit von Va′ mittels Pulsbreitenmodulation gesteuert. Im Gegensatz dazu wird im Falle, daß das Richtungssteuersignal T₃ solche Komponenten aufweist, daß gilt R = "0" und L = "1", der Feldeffekttransistor 48 in Abhängigkeit von Va′ mittels Pulsbreitenmodulation gesteuert.

Als nächstes wird beim Schritt 144 das Signal S₅ von der Abnormitätserfassungsschaltung 53 abgelesen, wobei das Signal S₅ dem Ankerstrom Ia des Elektromotors 18 entspricht, der in Abhängigkeit von den Signalen T₃, T₄ angetrieben werden soll.

Dann wird beim Schritt 145 durch Subtraktion des beim Schritt 108 bestimmten Werts Ts vom Wert S₅ geprüft, ob die so erhaltene Differenz innerhalb eines vorbestimmten, zulässigen Bereichs liegt oder nicht. Befindet sich diese Differenz nicht innerhalb des zulässigen Bereichs, so wird davon ausgegangen, daß irgendeiner der Feldeffekttransistoren 47 bis 49, der Elektromotor 18 oder irgendeine der anderen Schaltungen nicht in Ordnung ist, und ein Relaissteuersignal T₂ von der Mikroprozessoreinheit 30 an das Relais 43 abgegeben, wodurch die Stromversorgung seitens des Arbeitsstromkreises 39 zu den jeweiligen Schaltungen unterbrochen wird. Für den Fall, daß die Differenz zwischen S₅ und Ts innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, so wird mit dem Schritt 146 fortgefahren, bei dem ein vorbestimmtes Zeitintervall, z. B. 1 ms, verstreicht. Daraufhin wird mit dem Schritt 101 fortgefahren.

Da bei den Schritten 108, 121 und 126 des obigen Ablaufs, bei denen der dem Lenkdrehmoment Ts zugehörige Betriebswert D(Ia · Ra), der der Lenkgeschwindigkeit Ns zugehörige Betriebswert D(K · Nm) und der der Lenkbeschleunigung dNS zugehörige Betriebswert D(a · J · dw/dt) bestimmt werden, die Bestimmung dieser Betriebswerte direkt in einer Adressenbestimmungsart ohne komplizierte Berechnungsvorgänge erfolgt, ist die Zeit, die für die Programmabarbeitung erforderlich ist, um die Schritte 101 bis 164 zu durchlaufen, im wesentlichen konstant. Diese erforderliche Zeit kann im voraus entsprechend dem Aufbau der Mikroprozessoreinheit 30 bestimmt werden und kann gut dem Faktor dt im Betriebswert D(a · J · dw/dt) des Trägheitsdrehmoments a · J · dw/dt der Drehteile der elektromagnetischen Servoeinrichtung 1 entsprechen, was in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben wurde.

Es ist nebenbei bemerkt verständlich, daß es ebenso möglich ist, die Abarbeitung in den Schritten 127 bis 129 nach dem Schritt 121 durchzuführen, da während der Schritte 117 bis 121 der der Lenkgeschwindigkeit zugehörige Betriebswert D(K · Nm) in einer Adressenbestimmungsart in Abhängigkeit vom Absolutwert der Lenkgeschwindigkeit Ns bestimmt und während der Schritte 127 bis 129 ein der Richtung der Lenkgeschwindigkeit entsprechendes Vorzeichen dem Betriebswert D(K · Nm) hinzugefügt wird.

Mit Hilfe der durch die Schritte 101 bis 146 verdeutlichten Steuervorgänge kann die Größe der an den Elektromotor 18 anzulegenden Ankerspannung Va jederzeit bestimmt werden, indem man die Lenkgeschwindigkeit Ns, die Lenkbeschleunigung dNs und das Lenkdrehmoment Ts berücksichtigt. In Fällen, bei denen das Lenkrad 6 in irgendeine Richtung gelenkt wird, wird der Wert der Ankerspannung Va unter Berücksichtigung der Induktionsspannung K · Nm des Elektromotors 18, die einer Zunahme oder Abnahme der Lenkgeschwindigkeit Ns entspricht und des Trägheitsdrehmoments a · J · dw/dt der Drehteile bestimmt, das einer Zunahme oder Abnahme der Lenkbeschleunigung dNs entspricht. Demzufolge werden die auf die Lenkvorgänge einwirkenden Effekte, die ansonsten insbesondere bei einer elektrischen Servolenkung 200 infolge des Trägheitsmoments, d. h. des Trägheitsdrehmoments der Drehteile, hervorgerufen werden würden, annehmbar minimiert, wodurch das Lenkgefühl vernünftig verbessert wird.

Fig. 11 stellt ein Diagramm dar, bei dem verschiedene Funktionen der Steuerschaltung 20 schematisch durch Blöcke dargestellt sind. Es werden dabei die Wechselbeziehungen zwischen den wesentlichen in Fig. 3 gezeigten Elementen der Schaltung 20 und zugehöriger Abarbeitungsschritte beim Ablauf nach den Fig. 4A und 4B aufgezeigt, wobei in dieser Figur jedoch z. B. das Signal S₅ und die Steuersignale T₁ und T₂ weggelassen sind.

Da die Größe der Ankerspannung Va stets unter Berücksichtigung der Lenkgeschwindigkeit Ns, der Lenkbeschleunigung dNs und des Lenkdrehmoments Ts bestimmt wird, können jene auf die Lenkvorgänge einwirkenden Effekte, die ansonsten infolge des Trägheitsmoments, d. h. des Trägheitsdrehmoments der Drehteile, insbesondere bei einer elektrischen Servolenkung 200, hervorgerufen werden würden, beachtlich minimiert werden, wodurch das Lenkgefühl annehmbar verbessert wird.

Bei der Servolenkung 200 entsprechend dem obigen Ausführungsbeispiel wird die Lenkbeschleunigung dNs in Abhängigkeit von der Lenkgeschwindigkeit bestimmt, d. h. aus den von der Lenkgeschwindigkeitserfassungsschaltung 35 abgegebenen Signalen S₃, S₄ bestimmt. Jedoch kann eine derartige Lenkbeschleunigung vorzugsweise mittels einer Schaltung bestimmt werden, die speziell (unabhängig) zur Erfassung der Lenkbeschleunigung vorgesehen wird.

Außerdem kann bei der Steuerschaltung statt der Mikroprozessoreinheit 30 eine Schaltung vorgesehen werden, die vergleichbare Funktionen aufweist.

Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel die Steuerschaltung 20 mit der Mikroprozessoreinheit 30 als eine Steuereinheit für die gesamte elektrische Servolenkung verwendet wird, wird der Betriebswert Va′ zur Bestimmung der Ankerspannung Va aufgrund der Signale S₁, S₂, S₃, S₄ in grundlegender Weise durch eine Adressenbestimmungsart festgelegt, wodurch der Elektromotor 18 so gesteuert werden kann, daß dieser in ausreichendem Maße der Lenkgeschwindigkeit Ns folgen kann.

Claims (8)

1. Elektrische Servolenkung für Fahrzeuge mit einer Eingangswelle (4), die mit einem Lenkrad verbunden ist, einer Ausgangswelle (5), die mit einem gelenkten Rad verbunden ist, einem Elektromotor (18) zum Anlegen eines Hilfsdrehmoments an die Ausgangswelle (5), einer Drehmomenterfassungseinrichtung (31) zum Erfassen des auf die Eingangswelle (4) einwirkenden Lenkdrehmoments (Ts) und einer Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53), die dem Elektromotor (18) ein Antriebssignal (Va) unter Berücksichtigung eines Ausgangssignals (S₁, S₂) der Drehmomenterfassungseinrichtung (31) zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (35) zum Erfassen der Lenkgeschwindigkeit (Ns) der Eingangswelle (4) und eine Einrichtung (115, 116, 122-126, 130-132) zum Erfassen der Lenkbeschleunigung (dNs) der Eingangswelle (4) vorgesehen sind und daß die Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53) bei dem dem Elektromotor (18) zugeführten Motorantriebssignal (Va) zusätzlich zum Lenkdrehmomentsignal (S₁, S₂) ein Ausgangssignal (S₃, S₄) der Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung (35) und ein Ausgangssignal (dNs) der Lenkbeschleunigungserfassungseinrichtung (115, 116, 122-126, 130-132) berücksichtigt.

2. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53) eine Mikrocomputereinheit (30), die das Ausgangssignal (S₁, S₂) der Lenkdrehmomenterfassungseinrichtung (31), das Ausgangssignal (S₃, S₄) der Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung (35) und das Ausgangssignal (dNs) der Lenkbeschleunigungserfassungseinrichtung (115, 116, 122-126, 130-132) empfängt und ein Motorsteuersignal (T₃, T₄) bestimmt und abgibt, das den Inhalt des dem Elektromotor (18) zuzuführenden Antriebssignals (Va) wiedergibt, und eine Motorantriebsschaltung (45) aufweist, die das Motorsteuersignal (T₃, T₄) empfängt und das Motorantriebssignal (Va) dem Elektromotor (18) in Abhängigkeit vom Motorsteuersignal (T₃, T₄) zuführt, und daß die Mikrocomputereinheit (30) das Motorsteuersignal (T₃, T₄) in einer Adressenbestimmungsart in Abhängigkeit von entsprechenden Ausgangssignalen (S₁, S₂, S₃, S₄ und dNs) der entsprechenden Erfassungseinrichtungen (31, 35 und 115, 116, 122-126, 130-132) bestimmt.

3. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Motorantriebsschaltung (45) dem Elektromotor (18) zugeführte Motorantriebssignal (Va) ein Ankerspannungssignal darstellt, daß die Motorantriebsschaltung (45) das Ankerspannungssignal (Va) als Pulsbreitenmodulations-Signal dem Elektromotor (18) aufprägt, daß die Mikrocomputereinheit (30) in Abhängigkeit vom Lenkdrehmomentsignal (S₁, S₂) einen dem Lenkdrehmoment (Ts) zugehörigen Betriebswert [D(Ia · Ra)] in einer Adressenbestimmungsart bestimmt, in Abhängigkeit vom Lenkgeschwindigkeitssignal (S₃, S₄) einen der Lenkgeschwindigkeit (Ns) zugehörigen Betriebswert [D(K · Nm)] in einer Adressenbestimmungsart bestimmt und in Abhängigkeit vom Lenkbeschleunigungssignal (dNs) einen der Lenkbeschleunigung (dNs) zugehörigen Betriebswert (a · J · dw/dt) in einer Adressenbestimmungsart bestimmt, und daß die Mikrocomputereinheit (30) an die Motorantriebsschaltung (45) das Motorsteuersignal (T₃, T₄) abgibt, das als eine Komponente die Summe der entsprechenden Betriebswerte [D(Ia · Ra), D(K · Nm), D(a · J · dw/dt)] aufweist.

4. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (dNs) der Lenkbeschleunigungserfassungseinrichtung (115, 116, 122-126, 130-132) von der Antriebssteuereinrichtung (30, 45) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S₃, S₄) der Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung (35) bestimmt wird.

5. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53) eine Steuerschaltung (30), die das Ausgangssignal (S₁, S₂) der Lenkdrehmomenterfassungseinrichtung (31), das Ausgangssignal (S₃, S₄) der Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung (35) und das Ausgangssignal (dNs) der Lenkbeschleunigungserfassungseinrichtung (115, 116, 122-126, 130-132) empfängt und ein Motorsteuersignal (T₃, T₄) bestimmt und abgibt, das den Inhalt des dem Elektromotor (18) zuzuführenden Antriebssignals (Va) wiedergibt, und eine Motorantriebsschaltung (45) aufweist, die das Motorsteuersignal (T₃, T₄) empfängt und das Motorantriebssignal (Va) dem Elektromotor (18) in Abhängigkeit vom Motorsteuersignal (T₃, T₄) zuführt, wobei die Steuerschaltung (30) das Motorsteuersignal (T₃, T₄) in Abhängigkeit von entsprechenden Ausgangssignalen (S₁, S₂, S₃, S₄ und dNs) der entsprechenden Erfassungseinrichtungen (31, 35, 115, 116, 122-126, 130-132) bestimmt.

6. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Motorantriebsschaltung (45) dem Elektromotor (18) zugeführte Motorantriebssignal (Va) ein Ankerspannungssignal ist, daß die Motorantriebsschaltung (45) dem Elektromotor (18) das Ankerspannungssignal als ein Pulsbreitenmodulations-Signal aufprägt, daß die Steuerschaltung (30) in Abhängigkeit vom Lenkdrehmomentsignal (S₁, S₂) einen dem Lenkdrehmoment (Ts) zugehörigen Betriebswert [D(Ia · Ra)], in Abhängigkeit vom Lenkgeschwindigkeitssignal (S₃, S₄) einen der Lenkgeschwindigkeit (Ns) zugehörigen Betriebswert [D(K · Nm)] und in Abhängigkeit vom Lenkbeschleunigungssignal (dNs) einen der Lenkbeschleunigung (dNs) zugehörigen Betriebswert (a · J · dw/dt) bestimmt und daß die Steuerschaltung (30) an die Antriebsschaltung (45) das Motorsteuersignal (T₃, T₄) abgibt, das als Komponente die Summe der entsprechenden Betriebswerte [D(Ia · Ra), D(K · Nm), D(a · J · dw/dt)] aufweist.

7. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorantriebssignal (Va), das dem Elektromotor (18) von der Motorantriebsschaltung (30, 45, 53) zugeführt wird, ein Ankerspannungssignal ist und daß die Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53) eine Rückkopplungssignalerzeugungseinrichtung (53) aufweist, die den Ankerstrom (Ia) des Elektromotors (18) erfaßt und ein Ausgangssignal (S₅) der Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53) zuführt.

8. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geschwindigkeitsuntersetzungsmechanismus (19) das vom Elektromotor (18) erzeugte Drehmoment auf die Ausgangswelle (5) in geschwindigkeitsreduzierter Art und Weise überträgt.