DE3626811A1 - Elektrisches servolenksystem fuer fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servolenksystem für Fahrzeuge und insbesondere auf ein elektrisches Servolenksystem für Fahrzeuge, bei dem mittels einer Servolenkvorrichtung unter Verwendung eines Elektromotors ein Hilfslenkdrehmoment erzeugt wird.

In den letzten Jahren ist bezüglich der Probleme bei hydraulischen Servolenksystemen, wie z. B. deren komplizierter Konstruktion, eine Vielzahl elektrischer Servolenksysteme für Fahrzeuge vorgeschlagen worden.

Eines dieser elektrischen Servolenksysteme für Fahrzeuge ist z. B. in der GB-OS 21 32 950 (veröffentlicht am 18. Juli 1984) offenbart worden und ist ein Beispiel vom Analogsteuerungstyp.

Das elektrische Servolenksystem für Fahrzeuge gemäß der GB-OS 21 32 950 umfaßt eine Eingangswelle als mit einem Lenkrad verbundene Lenkwelle, eine Ausgangswelle, die am einen Ende durch ein Universalgelenk mit der Eingangswelle und am anderen Ende durch ein Zahnstangengetriebe mit einer Spurstange gelenkter Räder verbunden ist, einen Elektromotor zum Zuführen eines Hilfsdrehmoments durch ein Zwischenvorgelege bzw. Untersetzungsgetriebe zur Ausgangswelle, einen auf der Eingangswelle angeordneten Drehmoment detektierenden Mechanismus zum Detektieren des auf die Eingangswelle wirkenden Lenkdrehmoments, eine Motorantriebsschaltung zum Antreiben bzw. Ansteuern des Elektromotors und eine Analogsteuerschaltung zum Zuführung eines Steuersignals entsprechend einem Detektionssignal vom Drehmoment detektierenden Mechanismus zur Motorantriebsschaltung.

Die Analogsteuerschaltung ist eingereicht, eine pulsbreitenmodulierte Ankerspannung während eines Lenkvorgangs in einer Drehrichtung des Lenkrads dem Elektromotor mit einer derart bestimmten Polarität aufzuprägen, daß sich der Motor in einer Richtung entsprechend der Lenkrichtung dreht. Es wird ein Signal entsprechend einem Ankerstrom zur Steuerschaltung rückgekoppelt. Der Elektromotor kann ein gesteuertes Drehmoment erzeugen, das der Ausgangswelle durch das Zwischenvorgelege als Hilfsdrehmoment zugeführt wird, so daß eine Anordnung vorliegt, um die Lenkkraft gering zu machen.

Es wird jedoch nicht auf den Fall elektrischer Servolenksysteme beschränkt. Bei einem Lenksystem sind im allgemeinen zwei unterschiedliche Zustände in bezug auf seinen Lenkzustand vorstellbar, d. h. ein positiver Lenkzustand und ein negativer Lenkzustand. Der negative Lenkzustand kann als Zustand der Rückführung eines Lenkrads angesehen werden.

Wenn bei einem Fahrzeug, bei dem die Vorderräder gelenkt werden, wie dies meistens der Fall ist, die gelenkten Räder während der Fahrt in einer beliebigen Richtung gedreht werden, wirken auf die Vorderräder Rückstellkräfte, die dahin gerichtet sind, die Vorderräder in ihre Neutralstellungen zurückzuführen. Die Rückstellkräfte ergeben sich aus der Radausrichtung der Vorderräder und außerdem aus einem selbstausrichtenden Drehmoment aufgrund von Deformationen der Reifen der Vorderräder.

Wenn somit ein Vorderrad mit einer Lenkkraft gehandhabt wird, die größer ist, als dies zur Überwindung der auf die gelenkten Räder wirkenden Rückstellkräfte erforderlich ist, wird bewirkt, daß sich die gelenkten Räder von der Lenkradseite fort drehen. Ein solcher Zustand ist der positive Lenkzustand. Wenn hingegen die auf die gelenkten Räder wirkenden Rückstellkräfte so groß sind, daß sie die auf das Lenkrad wirkenden Lenkkräfte überwinden, wird bewirkt, daß sich das Lenkrad von der Seite des gelenkten Rads fort dreht. Das gelenkte Rad strebt nämlich zur Rückführung in seine Neutralstellung. Ein solcher Zustand ist der negative Lenkzustand, der einem Rückführzustand des Lenkrads entspricht, und wird im folgenden als "Lenkrad-Rückführzustand" bezeichnet. Dieser Zustand tritt bei einer solchen Gelegenheit auf, bei der der Fahrer während des Fahrens des Fahrzeugs in einer beliebigen Richtung versucht, das Lenkrad in seine Neutralstellung zurückzuführen, wobei er das Lenkrad nimmt oder losläßt.

Bei elektrischen Servolenksystemen mit einer Eingangswelle für den Lenkvorgang fällt beim positiven Lenkzustand die Richtung des auf die Eingangswelle wirkenden Lenkdrehmoments im allgemeinen mit der Drehrichtung der Eingangswelle zusammen, und beim Lenkrad-Rückführzustand ist erstere umgekehrt zu letzterer.

Es wird nicht auf den Fall des Servolenksystems gemäß der GB-OS 21 32 950 beschränkt. Bei zahlreichen in den vergangenen Jahren vorgeschlagenen elektrischen Servolenksystemen weisen die Lenkservovorrichtungen Reibungselemente wie z. B. einen Elektromotor und ein Zwischenvorgelege bzw. Untersetzungsgetriebe auf. Bei einer derartigen Servovorrichtung wird jedoch eine dem Elektromotor entsprechend dem Lenkdrehmoment aufzuprägende Ankerspannung lediglich als Funktion bestimmt, die eine Last von der Straßenoberflächenseite her berücksichtigt.

Im Fall des elektrischen Servolenksystems gemäß der GB-OS 21 32 950 wird daher beispielsweise die Ankerspannung bei einer solchen Phase des positiven Lenkzustands klein, bei der eine Handhabung des Lenkrads von der Neutralstellung nach links oder rechts mit einer geringen Geschwindigkeit und einer relativ kleinen Lenkkraft begonnen wird. Es tritt somit ein Lenkdrehmomentbereich auf, in dem kein Hilfsdrehmoment erzeugt wird, das einer solchen Last auf den Lenkvorgang entspricht, wie sie den Reibungselementen des Systems entspricht. In einem solchen Drehmomentbereich ist es erforderlich, die Reibungselemente, d. h. den Elektromotor und dgl., von der Seite des Lenkrads her zu drehen. Wenn daher eine Handhabung des Lenkrads begonnen wird, kann sich der Lenkvorgang schwerer anfühlen, als dies bei einem manuellen Lenksystem der Fall ist, so daß das Lenkgefühl verschlechtert sein kann.

Es ist diesbezüglich allgemein bekannt, daß zwischen der Ankerspannung Va und dem Ankerstrom Ia eines Elektromotors eine Beziehung besteht, daß Va = Ia·Ra + K·Nm ist, wobei Ra der Innenwiderstand des Motors, Nm die Drehzahl des Motors und K eine Konstante in Termen der induzierten elektromotorischen Kraft des Motors ist. Überdies ist beim Servolenksystem gemäß der GB-OS 21 32 950 die Drehzahl Nm des Elektromotors zur Lenkgeschwindigkeit des Lenkrads proportional. Selbst wenn die Ankerspannung, die dem Elektromotor aufgeprägt werden soll, derart gesteuert würde, daß eine induzierte Spannung Vi (Vi = K·Nm) des Motors berücksichtigt würde, könnten Probleme wie die beschriebenen nicht überwunden werden. Mit anderen Worten, selbst wenn die induzierte Spannung Vi des Elektromotors, die zur Lenkgeschwindigkeit bzw. -drehzahl des Lenkrads proportional ist, zusätzlich zur Last der Straßenoberflächenseite zur Steuerung der Ankerspannung Va berücksichtigt würde, könnten die obigen Probleme nicht überwunden werden. Dies beruht darauf, daß ein dem induzierten Spannungsterm K·Nm der Ankerspannung Va zuzuschreibender Arbeitswert (duty value) klein wird, wenn die Betätigung des Lenkrads ausgehend von der Neutralstellung bei einer niedrigen Geschwindigkeit bzw. Drehzahl begonnen wird.

Im Lenkrad-Rückführzustand besteht des weiteren die charakteristische Rückführeigenschaft des Lenkrads darin, daß Wirkungen von einigen der Reibungselemente, insbesondere vom Elektromotor aufgenommen werden. Spezieller, da in dem betrachteten Zustand bewirkt wird, daß sich das Lenkrad von der Seite des gelenkten Rads umgekehrt dreht, wird der Elektromotor somit von derselben Seite durch das Zwischenvorgelege in eine Drehung in entgegengesetzter Richtung zur Wirkrichtung des Lenkdrehmoments versetzt. Des weiteren wird das Übersetzungsverhältnis des Zwischenvorgeleges im allgemeinen beträchtlich größer als 1 eingestellt, damit sich der Elektromotor mit relativ hohen Drehzahlen drehen kann, um das Hilfsdrehmoment durch das Zwischenvorgelege zur Seite des gelenkten Rades auszugeben. Diesbezüglich wirkt das Übersetzungsverhältnis in dem Zustand, in dem der Motor in eine Drehung von der Seite des gelenkten Rads durch das Zwischenvorgelege versetzt wird, in der Form einr reziproken Zahl. Mit anderen Worten, das Übersetzungsverhältnis des Zwischenvorgeleges im Lenkrad-Rückführzustand ist reziprok zu demjenigen im positiven Lenkzustand. Dies hat zur Folge, daß die Rückführeigenschaft des Lenkrads einen entsprechenden Effekt erhält, so daß das Lenkgefühl verschlechtert sein kann.

Angesichts dieser Punkte ist die vorliegende Erfindung ausgeführt worden, um solche Probleme zu lösen, wie sie bezüglich herkömmlicher elektrischer Servolenksysteme beschrieben worden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Servolenksystem für Fahrzeuge zu schaffen, das es gestattet, ein Lenkrad im positiven Lenkzustand ohne Reibungsgefühl zu betätigen, selbst wenn eine Handhabung des Lenkrads von der Neutralstellung nach links oder nach rechts bei einer niedrigen Drehzahl oder Geschwindigkeit mit einer relativ kleinen Lenkkraft begonnen wird, und bei dem im Lenkrad-Rückführzustand eine günstige Rückführeigenschaft des Lenkrads ohne Reibungsgefühl erzielt werden kann, so daß es ermöglicht ist, ein glattes und günstiges Lenkgefühl vergleichbar mit dem Fall eines manuellen Lenksystems zu erreichen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem elektrischen Servolenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Servolenksystems sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßes elektrisches Servolenksystem für Fahrzeuge besitzt somit eine elektromagnetische Servovorrichtung mit einer funktionsmäßig mit einem Lenkrad verbundenen Eingangswelle, einer funktionsmäßig mit einem gelenkten Rad verbundenen Ausgangswelle, einem Elektromotor, um funktionsmäßig bzw. wirksam der Ausgangswelle ein Hilfsdrehmoment zuzuführen, einer Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung zum Detektieren eines Lenkdrehmoments, das auf die Eingangswelle wirkt, einer Lenkgeschwindigkeit detektierenden Einrichtung zum Detektieren der Lenkgeschwindigkeit des Lenkrads und einer Antriebssteuereinrichtung, die ein Ausgangssignal von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung und ein Ausgangssignal von der die Lenkgeschwindigkeit detektierenden Einrichtung empfängt und dem Elektromotor ein Motorantriebssignal entsprechend den Ausgangssignalen zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuereinrichtung eine erste Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines ersten vorläufigen oder Hilfsbestandteils des Motorantriebssignals in Abhängigkeit vom Ausgangssignal von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung, wobei der erste Hilfsbestandteil für den positiven Lenkzustand des Lenksystems voreingestellt ist, eine zweite Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines zweiten Hilfsbestandteils des Motorantriebssignals in Abhängigkeit vom Ausgangssignal von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung, wobei der zweite Hilfsbestandteil für den Lenkrad-Rückführzustand des Lenksystems voreingestellt ist, eine dritte Bestimmungseinrichtung zur Bestimung eines Bestandteils des Motorantriebssignals, der der Lenkgeschwindigkeit des Lenkrads entspricht, abhängig vom Ausgangssignal von der die Lenkgeschwindigkeit detektierenden Einrichtung, eine den Lenkrad- Rückführzustand detektierende Einrichtung zur Entscheidung, ob das Lenksystem in den positiven Lenkzustand oder in den Lenkrad-Rückführzustand versetzt ist, wobei die den Lenkrad-Rückführzustand detektierende Einrichtung zwischen dem ersten Hilfsbestandteil und dem zweiten Hilfsbestandteil denjenigen auswählt, der dem Ergebnis der Entscheidung entspricht, und eine Einrichtung umfaßt, um den so ausgewählten Hilfsbestandteil zum Lenkgeschwindigkeitsbestandteil zu addieren, um hierdurch die Größe des Motorantriebssignals zu bestimmen und das Motorantriebssignal an den Elektromotor auszugeben.

Die obigen und weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und der Zeichnung weiter hervor. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer elektromagnetischen Servovorrichtung, die den wesentlichen Teil eines elektrischen Servolenksystems für Fahrzeuge gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet, wobei der Schnitt bei 90° um die Längsachse der elektromagnetischen Servovorrichtung gebogen ist;

Fig. 2A eine Querschnittansicht, die einen beweglichen Kern eines Lenkdrehmomentsensors in der elektromagnetischen Servovorrichtung veranschaulicht, wobei der Schnitt längs Linie II- II von Fig. 1 ausgeführt ist;

Fig. 2B und 2C eine Seitenansicht bzw. Draufsicht des beweglichen Kerns von Fig. 2A;

Fig. 3 ein Diagramm, das eine Steuerschaltung der elektromagnetischen Servovorrichtung im einzelnen zeigt;

Fig. 4A und 4B schematische Flußdiagramme von Steuerprozessen, die durch eine Mikrorechnereinheit in der Steuerschaltung von Fig. 3 ausgeführt werden sollen;

Fig. 5 ein Diagramm, das die charakteristischen Eigenschaften eines Signals zur Detektion der Lenkgeschwindigkeit zeigt;

Fig. 6 ein Diagramm, das einen Leistungs- bzw. Arbeitswert zeigt, der auf die Lenkgeschwindigkeit zurückzuführen ist;

Fig. 7 ein Diagramm, das die charakteristischen Eigenschaften eines Signals zur Detektion des Lenkdrehmoments zeigt;

Fig. 8 ein Diagramm, das einen Leistungs- bzw. Arbeitswert zeigt, der einer Last von der Straßenoberflächenseite zuzuschreiben ist;

Fig. 9 ein Diagramm, das einen Leistungs- bzw. Arbeitswert zeigt, der einer Reibungslast der elektromagnetischen Servovorrichtung zuzuschreiben ist;

Fig. 10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment und einem vorläufigen bzw. Hilfssteuersignal eines Elektromotors zeigt;

Fig. 11 und 12 schematische Funktionsblockdiagramme der Steuerschaltung von Fig. 3;

Fig. 13 ein Teilflußdiagramm, das ein abgewandeltes Beispiel von durch die Mikrorechnereinheit durchzuführenden Steuerprozessen zeigt; und

Fig. 14 ein schematisches Funktionsblockdiagramm der Steuerschaltung mit einer teilweisen Abänderung in bezug auf Fig. 13.

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine elektromagnetische Servovorrichtung 1 dargestellt ist, die einen wesentlichen Teil eines elektrischen Servolenksystems 50 für Fahrzeuge gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. In Fig. 1 ist die elektromagnetische Servovorrichtung 1 mittels eines viertel weggeschnittenen Längsschnitts dargestellt, wie bei 90° um die Längsachse abgewickelt. Eine Lenksäule 2, ein Stator 3 und koaxial zueinander angeordnete Eingangs- und Ausgangswellen 5 bzw. 6 sind dargestellt.

Die Eingangswelle 5 der elektromagnetischen Servovorrichtung 1 ist an ihrem äußeren Ende mit einem nicht gezeigten Lenkrqd verbunden, und die Ausgangswelle 6 ist an ihrem äußeren Ende durch einen nicht gezeigten Zahnstangengetriebemechanismus mit nicht gezeigten gelenkten Rädern verbunden. Durch eine solche Anordnung wird bewirkt, daß sich die gelenkten Räder einem Drehlenkvorgang des Lenkrads folgend drehen.

Ein im Durchmesser verkleinerter innerer Endteil 5 a der Eingangswelle 5 steht so in Eingriff, daß er in einen im Durchmesser erweiterten inneren Endteil 6 a der Ausgangswelle 6 paßt und durch einen dazwischenliegendes Lager 7 abgestützt ist. Die Eingangswelle 5 und die Ausgangswelle 6 sind mittels eines Torsionsstabs 8 miteinander verbunden, der mit ihnen koaxial angeordnet ist. Außerdem ist die Eingangswelle 5 durch ein Lager 9 zur Lenksäule 2 drehbar unterstützt und die Ausgangswelle 6 ist ebenfalls durch ein Paar von Lagern 10, 11 auf der Seite der Längssäule 2 bzw. auf der Seite des Stators 3 drehbar unterstützt.

Die elektromagnetische Servovorrichtung 1 umfaßt des weiteren einen Lenkdrehzahlsensor 12, der um die Eingangswelle 5 herum angeordnet ist, einen Lenkdrehmomentsensor 13, der um den Abschnitt des wechselseitigen Eingriffs der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 6 herum angeordnet ist, einen Elektromotor 14 als Gleichstrommaschine und ein Zwischenvorgelege bzw. Untersetzungsgetriebe 15, die beide um die Ausgangswelle 6 herum angeordnet sind, und eine Steuerschaltung 16 zum Antreiben, um den Motor 14 entsprechend den jeweiligen Detektionssignalen vom Lenkgeschwindigkeits- und Lenkdrehmomentsensor 12 bzw. 13 zu steuern.

Der Lenkgeschwindigkeitssensor 12 umfaßt einen Gleichstromgenerator 12 a, der am Außenumfang der Lenksäule 2 befestigt ist. Die Drehachse des Generators 12 a ist parallel zur Drehachse der Eingangswelle 5 angeordnet, und an einem axialen Ende des Generators 12 a ist eine Riemenscheibe 12 b mit kleinem Durchmesser eingebaut. Andererseits weist ein Abschnitt der Eingangswelle mit großem Durchmesser bei einer axialen Position entsprechend der Riemenscheibe 12 b einen Riemenkanal bzw. eine Riemennut 5 a auf, die in ihm längs des Außenumfangs ausgebildet ist. Ein Riemen 12 c ist über den Riemenkanal 5 a und die Riemenscheibe 12 b gespannt. Wenn sich die Eingangswelle 5 mit Drehung der Lenkwelle dreht, wird somit bewirkt, daß sich der Generator 12 a um deren Achse dreht. Der Generator 12 a kann dann ein Paar von Signalen (die verarbeitet werden, um als später beschriebene Lenkgeschwindigkeitssignale ausgegeben zu werden) entsprechend der Drehrichtung und Drehzahl der Eingangswelle 5 und somit des Lenkrads ausgeben.

Der Drehmomentsensor 13 ist als Differentialübertrager ausgebildet, der aus einem rohrförmigen beweglichen Kern 13 a, der axial verschiebbar auf dem Außenumfang des Abschnitts des wechselweisen Eingriffs der Eingangs- und der Ausgangswelle 5 bzw. 6 angebracht ist, und aus einem Spulenabschnitt 13 b besteht, der an dem Innenumfang der Lenksäule 2 angebracht ist.

Wie in Fig. 2A gezeigt ist, ist im Außenumfang der Eingangswelle 5 ein Paar sich axial erstreckender Schlitze 5 c ausgebildet, die längs des Umfangs im Abstand von 180° voneinander angeordnet sind. Andererseits besitzt die Ausgangswelle 6 ein Paar von Vorsprüngen 6 b, die axial vom inneren Endteil 6 a bei Positionen vorspringen, die den Schlitzen 5 c entsprechen, wobei die Vorsprünge 6 b in die Schlitze 5 c eingefügt sind und jeweils vorbestimmte Spalte dazwischen vorgesehen sind.

Wie in Fig. 2A bis 2C gezeigt ist, weist der bewegliche Kern 13 a des weiteren Langlöcher 13 i und 13 h auf, die durchgehend ausgebildet sind und in denen sich jeweils ein Paar von Stiften 13 g, die jeweils von den Vorsprüngen 6 b der Ausgangswelle 6 radial nach außen vorspringen, und ein weiteres Paar von Stiften 13 f, die jeweils radial nach außen längs des Umfangs um 90° versetzten Positionen in bezug auf die Stifte 13 g von der Eingangswelle 5 vorspringen, in Eingriff stehen. Die Langlöcher 13 i sind um einen erforderlichen Winkel in bezug auf die axiale Richtung geneigt, während die Langlöcher 13 h zur axialen Richtung parallel ausgebildet sind. Wenn daher bei einem auf die Eingangswelle 5 wirkenden Lenkdrehmoment ein solcher Zustand erzeugt wird, daß zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 6 eine umfangsmäßige relative Winkeldifferenz erzeugt wird, was mit einer Verwindung des Torsionsstabs 8 einhergeht, obwohl das Lenkdrehmoment durch den Torsionsstab 8 auch zur Ausgangswelle 6 übertragen wird, da die Last an der Welle 6 größer als dieses Drehmoment ist, so folgt dann, daß der Kern 13 a in der axialen Richtung bewegt wird. Mit anderen Worten, der Kern 13 a wird entsprechend dem auf die Eingangswelle 5 wirkenden Lenkdrehmoment in axialer Richtung versetzt. Der bewegliche Kern 13 a ist an seinem mittleren Teil aus einem magnetischen Material hergestellt und besitzt integral ausgebildete nicht-magnetische stromleitende Teile 13 j, 13 j an beiden Enden. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist überdies zwischen dem rechten Ende des beweglichen Kerns 13 a und einem auf der Eingangswelle 5 befestigten Halteflansch 5 d eine aus nicht-magnetischen Material hergestellte Druckfeder 5 e angeordnet, wodurch der Kern 13 a normalerweise in der Richtung nach links gedrückt ist, um hierdurch eine derartige verlorene Bewegung zu verhindern, die sonst durch Zwischenräume zwischen den Stiften 13 f, 13 g und den Langlöchern 17 h, 17 i verursacht werden könnten, die auf Fehlern bei der Herstellung beruhen.

Der Spulenabschnitt 23 b ist um den beweglichen Kern 13 a herum angeordnet und umfaßt eine Primärspule 13 c, in die ein impulsartiges Wechselstromsignal eingegeben wird, und ein Paar von Sekundärspulen 13 d, 13 e, die an beiden Seiten der Primärspule 13 c angeordnet sind und in der Lage sind, ein Paar von Signalen entsprechend der axialen Versetzung des Kerns 13 a auszugeben.

Wenn daher beim Lenkdrehmomentsensor 13 mit einer solchen Konstruktion wie der beschriebenen eine umfangsmäßige relative Winkeldifferenz zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 6 folgend auf einen Lenkvorgang des Lenkrads erzeugt wird, wird diese zuerst in eine axiale Versetzung des beweglichen Kerns 13 a und dann von dort in die entsprechenden Signale umgewandelt, die elektrisch von den Sekundärspulen 13 d, 13 e ausgegeben werden.

Insbesondere in dem Fall, in dem, beispielsweise bei einem solchen Zustand, daß von der Seite des Lenkrads her gesehen, das Lenkdrehmoment mit einer Tendenz zur Erzeugung einer Drehung im Uhrzeigersinn auf die Eingangswelle 5 ausgeübt wird, während eine größere Last als das Lenkdrehmoment auf die Ausgangswelle 6 ausgeübt wird, die Eingangswelle 5 somit in bezug auf die Ausgangswelle 6 in der Richtung im Uhrzeigersinn gedreht wird, von der Seite des Lenkrads her gesehen, dann wird bewirkt, daß sich der bewegliche Kern 13 a in Fig. 1, Fig. 2B sowie in Fig. 3 nach rechts bewegt, was später beschrieben wird, d. h. in Fig. 2C nach oben.

In dem Fall, in dem die Eingangswelle 5 in bezug auf die Ausgangswelle 6 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, von der Seite des Lenkrads her gesehen, wird dann bewirkt, daß sich der bewegliche Kern 13 a in der entgegengesetzten Richtung zur obigen Richtung bewegt.

In jedem der oben stehenden Fälle wird der bewegliche Kern 13 a in einer der beiden axialen Richtungen um einen Abstand von einer ursprünglichen Mittelstellung im Verhältnis zur umfangsmäßigen relativen Winkeldifferenz zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 6 verstellt, da die geneigten Langlöcher 13 i des Kerns 13 a, die mit den an der Seite der Ausgangswelle 6 vorgesehenen Stiften 13 g in Eingriff stehen, so geformt sind, daß sie eine geradlinige Form besitzen, wenn der Kern 13 a mit einer Rohrform erzeugt wird.

In dieser Hinsicht ist der bewegliche Kern 13 a so angeordnet, daß er in der ursprünglichen Mittelposition unter der Bedingung bleibt, daß ohne das Einwirken eines Lenkdrehmoments auf die Eingangswelle 5 keine umfangsmäßige relative Winkeldifferenz zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 6 erzeugt wird. In dem in den Fig. 1 und 2A bis 2C gezeigten Zustand befindet sich der bewegliche Kern 13 a in einer solchen mittleren Position.

Aufgrund einer Eingriffsbeziehung zwischen den Vorsprüngen 6 b der Ausgangswelle und den Schlitzen 5 c der Eingangswelle 5 wird außerdem die umfangsmäßige relative Winkeldifferenz zwischen den Wellen 5, 6 so gesteuert, daß sie einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Wenn die relative Winkeldifferenz zwischen den Wellen 5, 6 zusammen mit einem Lenkbetrieb, der ein Drehen der Eingangswelle 5 bewirkt, auf den vorbestimmten interessierenden Wert erhöht wird, dann wird eine Seitenfläche eines jeden der Vorsprünge 6 b in Anschlag an eine Seitenfläche eines entsprechenden der Schlitze 5 c so gebracht, daß anschließend bewirkt wird, daß sich die Ausgangswelle 6 integral mit der Eingangswelle 5 dreht. Eine derartige Eingriffsbeziehung zwischen den Vorsprüngen 6 b und den Schlitzen 5 c spielt die Rolle eines Failsafe-Mechanismus der elektromagnetischen Servovorrichtung 1. Es ist ersichtlich, daß in dieser Hinsicht unter der Bedingung, daß der Antrieb des Elektromotors 14 durch Funktionen des Failsafe-Mechanismus und des Torsionsstabs 8 angehalten wird, wie später beschrieben wird, das elektrische Servolenksystem 50 dazu geeignet ist, daß manuelle Lenkvorgänge ohne Verstärkungskraft ausgeführt werden.

Der Elektromotor 14 umfaßt den Stator 3, der integral mit der Lenksäule 2 verbunden ist, zumindest ein Paar von Magneten 3 a, die am Innenumfang des Stators 3 befestigt sind, einen drehbar um die Ausgangswelle 6 herum angeordneten Rotor 14 a und ein Paar von Bürsten 14 b, die mit Federn 14 g in am Stator 3 befestigten Bürstenhaltern 14 h radial nach innen gestoßen werden können. Der Rotor 14 a umfaßt eine rohrförmige Welle 14 c (Rohrwelle), die in bezug auf die Ausgangswelle 6 und den Stator 3 durch Wälz- bzw. Kugellager 16 bzw. 17 drehbar gelagert ist. Die Rohrwelle 14 c ist koaxial mit der Ausgangswelle 6 angeordnet und auf ihrem Außenumfang ist ein geschichteter Eisenkern bzw. Blecheisenkern 14 d integral befestigt, der mit schrägen Schlitzen ausgebildet ist und auf dem Mehrfachwickelungen 14 e aufgelegt sind. Zwischen dem Innenumfang der Magneten 3 a und dem Außenumfang der Wickelungen 14 e ist ein vorbestimmter feiner Luftspalt gelassen. Außerdem ist auf der Welle 14 c ein Kommutator 14 f befestigt, der längs des Umfangs in gleichem Winkel in eine Anzahl von Segmenten unterteilt ist, die jeweils mit Anschlüssen 14 i der Wicklungen 14 e verbunden sind. Die Bürsten 14 b sind elastisch gegen den Kommutator 14 f gedrückt, um mit ihm in Kontakt zu bleiben.

Das Zwischenvorgelege 15 umfaßt ein Paar von Planetengetrieben 20, 21, die um die Ausgangswelle 6 herum angeordnet sind.

Das Planetengetriebe 20 als erste Stufe des Getriebes 15 umfaßt ein Sonnenrad 20 a, das mit einem Ausgangsendteil 14 j der Rohrwelle 14 c derart in Eingriff steht, daß es axial verschiebbar, aber umfangsmäßig nicht drehbar in bezug auf die Rohrwelle ist, wobei das Sonnenrad 20 a längs ihres Außenumfangs mit einer Anzahl von Ringnuten ausgebildet ist, die einen V-förmigen Querschnitt besitzen und axial mit Abstand voneinander angeordnet sind. Das Planetengetriebe 20 umfaßt des weiteren ein gemeinsames Ringrad 22, das axial verschiebbar in Keilanbringung auf dem Innenumfang eines Gehäuses 4 sitzt, wobei das Ringrad 22 aus einer Anzahl benachbarter Ringsegmente, die längs ihres Innenumfangs so geformt sind, daß zwischen ihnen Ringnuten mit einem Querschnitt von im wesentlichen V-Form abgegrenzt sind, drei zwischen dem Sonnenrad 20 a und dem Ringrad 22 angeordnete Planetenräder 20 b, die jeweils aus einer Anzahl axial verschiebbarer scheibenförmiger Elemente bestehen, die längs ihres Außenumfangs in eine Querschnittsform eines umgekehrten V geformt sind, und ein erstes Trägerelement 20 c zur Drehunterstützung der entsprechenden Planetenräder 20 b.

Das Planetengetriebe 21 als zweite Stufe des Getriebes 15 umfaßt ein Sonnenrad 21 a, das im losen Sitz auf der Ausgangswelle 6 sitzt und integral mit dem ersten Trägerelement 20 c verbunden ist, wobei das Sonnenrad 21 a längs seines Außenumfangs mit einer Anzahl von Ringnuten mit einem V-förmigen Querschnitt ausgebildet ist, die axial mit Abstand voneinander angeordnet sind. Das Planetengetriebe 21 umfaßt des weiteren das gemeinsame Ringrad 22, drei zwischen dem Sonnenrad 21 a und dem Ringrad 22 angeordnete Planetenräder 21 b, wobei die Planetenräder 21 b jeweils aus einer Anzahl axial verschiebbarer scheibenförmiger Elemente bestehen, die längs ihres Außenumfangs in einen Querschnitt von umgeführter V-Form geformt sind, und ein zweites Trägerelement 21 c zur drehbaren Unterstützung der entsprechenden Planetenräder 21 b. Das zweite Trägerelement 21 c ist auf einem ringförmigen Element 23 angebracht, das mit der Ausgangswelle 6 in Art einer Keilnutverbindung verbunden ist, wobei das Element 23 unter Verwendung des Lagers 11 drehbar an einem Abdeckelement 4 a des Gehäuses 4 gehaltert ist. Die Sonnenräder 20 a, 21 a, das gemeinsame Ringrad 22 und die Planetenräder 20 b, 21 b sind aus einem metallischen Material hergestellt.

Zwischen der Innenseite des Abdeckelements 4 a und dem gemeinsamen Ringrad 22 ist eine Druckfeder 24 eingebaut, wodurch die Ringsegmente des Ringrads 22 in die axiale Richtung gedrückt sind. Ebenso werden im wesentlichen gleichmäßige Oberflächendrücke auf reibschlüssig in Eingriff stehende Kontaktflächen zwischen den jeweiligen Rädern 20 a, 20 b, 21 a, 21 b, 22 ausgeübt, wodurch gestattet wird, daß das Zwischenvorgelege 15 die erforderliche Drehmomentübertragung bewirkt. Wie ersichtlich ist, wird die Drehung des Elektromotors 14 durch das Zwischenvorgelege 15, wo es in der Drehzahl reduziert wird, auf die Ausgangswelle 6 übertragen.

Als nächstes erfolgt unter Bezugnahme auf die Fig. 3 eine Beschreibung der Steuerschaltung 16.

In Fig. 3 ist eine Mikrorechnereinheit mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet und wird im folgenden als "MCU 30" bezeichnet. In die MCU 30 werden durch einen A/D-Wandler 31 entsprechende Detektionssignale S ₁ bis S ₄ von einer Schaltung 32 zur Detektion des Lenkdrehmoments und einer Schaltung 36 zur Detektion der Lenkgeschwindigkeit bzw. -drehzahl entsprechend den Befehlen von der MCU 30 eingegeben.

Die Schaltung 32 zur Detektion des Lenkdrehmoments umfaßt den oben erwähnten Lenkdrehmomentsensor 13, eine Ansteuerungs- bzw. Treibereinheit 33, durch die ein in der MCU 30 erzeugter Taktimpuls T ₁ bei einer Anzahl von Stufen geteilt und verstärkt wird, um in der Form eines Wechselstromsignals einer Rechteck- oder Sinuswelle an die Primärspule 13 c des Sensors 13 ausgegeben zu werden, ein Paar von Gleichrichtern 34 a, 34 b zum Gleichrichten der jeweiligen elektrischen Signale, die von den Sekundärspulen 13 d, 13 e des Drehmomentsensors 13 entsprechend der axialen Verstellung des beweglichen Kerns 13 a ausgegeben werden, und ein Paar von Tiefpaßfiltern 35 a, 35 b zum Eliminieren von Hochfrequenzbestandteilen von entsprechenden Ausgangssignalen der Gleichrichter 34 a, 34 b, um diese Signale hierdurch in stabile Gleichstromspannungssignale umzuwandeln, die dann als Signale (S ₁, S ₂) zur Lenkdrehmomentdetektion ausgegeben werden.

Die Schaltung 36 zur Detektion der Lenkdrehzahl umfaßt den Gleichstromgenerator 12 a des Lenkdrehzahlsensors 12, wobei der Generator 12 a ein Paar von Anschlüssen 12 d, 12 e zum Ausgeben der oben erwähnten Signale besitzt, ein Paar von Substrahiergliedern 37 a, 37 b zum Subtrahieren von entsprechenden Werten dieser ausgegebenen Signale voneinander und ein Paar von Tiefpaßfiltern 38 a, 38 b, um Hochfrequenzbestandteile von entsprechenden Ausgangssignalen der Subtrahierglieder 37 a, 37 b zu eliminieren, um ein Paar von Signalen zu erhalten, die dann als Lenkdrehzahldetektionssignale S ₃, S ₄ ausgegeben werden.

Die MCU 30 umfaßt solch notwendige Teile (nicht gezeigt) wie eine E/A-Anschlußstelle, einen Speicher, eine arithmetische logische Einheit, einen Prozessor bzw. eine Steuereinheit und einen Taktgenerator, in den ein Taktimpuls eines Kristalloszillators eingegeben wird.

Die MCU 30 sowie die Schaltungen 32, 36 und eine später beschriebene Motorantriebsschaltung 40 werden von einer Batterie (nicht gezeigt) durch einen Zündschalter (nicht gezeigt) mit elektrischer Spannung versorgt. Wenn der Zündschalter eingeschaltet wird, wird die MCU 30 somit ein einen erregten Zustand versetzt, in dem es ermöglicht ist, die jeweiligen Eingangssignale S ₁ bis S ₄ von den Detektionsschaltungen 32, 36 nach einem im Speicher gespeicherten Programm zu Ausgangssignalen T ₂, T ₃ und T ₄ zu verarbeiten, die für die Motorantriebsschaltung 40 zum Antreiben des Elektromotors 4 verwendet werden, um hierdurch den Antrieb des Motors 14 zu steuern. In diesen Steuersignalen T ₂ und T ₃ sind die Drehrichtung darstellende Signale dafür verantwortlich, daß die Anschlußpolarität einer Ankerspannung Va dem Elektromotor 14 entsprechend der Lenkrichtung aufgeprägt wird, und das Signal T ₄ liegt der Bestimmung der Größe der Ankerspannung Va zugrunde.

Die Motorantriebsschaltung 40 umfaßt eine Antriebseinheit 41 und eine Brückenschaltung 46, die aus vier FETs (Feldeffekttransistoren) 42, 43, 44, 45 besteht. Die Drainanschlüsse zweier FETs 42, 45 der vier FETs, die zwei Nachbarseiten der Brücke bilden, sind mit der positiven Seite der Batterie verbunden, und ihre Sourceanschlüsse sind jeweils mit den Drainanschlüssen der anderen beiden FETs 43, 44 verbunden. Die entsprechenden Sourceanschlüsse der FETs 43, 44 sind beide gemeinsam mit Erde und somit mit einem negativen Anschluß der Batterie verbunden. Die Gateanschlüsse der vier FETs 42, 43, 44, 45 sind jeweils mit Ausgangsanschlüssen 41 a, 41 d, 41 b, 41 c der Antriebseinheit 41 verbunden. Die Sourceanschlüsse der FETs 42, 45 sind als Ausgangsanschlüsse der Brückenschaltung 40 durch die Bürsten 14 b mit den Ankerwicklungen 14 e des Elektromotors 14 verbunden.

Die Antriebseinheit 41 kann vom Anschluß 41 a oder 41 c ein Signal zur exklusiven Ansteuerung ausgeben, um den FET 42 oder 45 entsprechend den Signalen T ₂, T ₃einzuschalten, die von der MCU 30 als Steuersignale für die Motordrehrichtung eingegeben worden sind, und sie kann gleichzeitig ein Signal vom Anschluß 41 b oder 41 d ausgeben, um den FET 44 oder 43 exklusiv in einen ansteuerbaren Zustand zu bringen, so daß hierdurch der Antrieb des Elektromotors 14 gesteuert wird. Im Fall eines Signals vom Anschluß 41 b oder 41 d wird ein frequenzkonstantes Rechteckimpulssignal mit einem Batteriepegel in der Pulsdauer moduliert, um es exklusiv an die Gateelektrode der FETs 44 oder 43 entsprechend dem Signal T ₄ als Motorspannungssteuersignal auszugeben.

Daher werden in der Motorantriebsschaltung 40 entsprechend den Steuersignalen T ₂, T ₃, T ₄ einer 42 der beiden FETs 42, 45 und der FET 44, die mit ihnen zusammenwirken, eingeschaltet und jeweils in Art einer Pulsbreitenmodulation gesteuert, oder es werden ebenso der andere FET 45 und der mit ihm zusammenwirkende FET 43 ein-gesteuert oder jeweils impulsbreitenmoduliert gesteuert, um hierdurch die Drehrichtung und die Ausgangsleistung (Drehzahl und Drehmoment) des Elektromotors 14 zu steuern.

In dem Fall, in dem die FETs 42 und 44 in dieser Hinsicht wie oben beschrieben angesteuert werden, besitzt die Ankerspannung Va beispielsweise eine Größe, die zur Pulsdauer des vom Anschluß 41 b der Antriebsschaltung 41 ausgegebenen Impulssignals proportional ist und eine Polarität, die einen Ankerstrom Ia in eine Richtung B führt, wodurch sich der Elektromotor 14 im Uhrzeigersinn dreht. In dem Fall hingegen, in dem die FETs 45 und 43 angesteuert werden, ist die Größe der Ankerspannung Va zur Pulsdauer des Impulssignals vom Anschluß 41 d der Einheit 41 proportional, und ihre Polarität ist so bestimmt, daß der Ankerstrom Ia in einer Richtung A geführt wird, wodurch sich der Motor 14 im Gegenuhrzeigersinn dreht.

Es werden nun untenstehend verschiedene programmierte Funktionen der MCU 30 beschrieben.

Die Fig. 4A und 4B stellen Flußdiagramme dar, die die Grundzüge der Steuerprozesse zeigen, die in der MCU 30 ausgeführt werden. In diesen Figuren sind zugeordnete Prozeßstufen bzw. Verarbeitungsschritte mit den Bezugszeichen 100 bis 132 bezeichnet.

Durch das Einschalten des Zündschalters werden die MCU 30 und weitere zugeordnete Schaltungen mit elektrischer Spannung versorgt und können ihre Steuerfunktionen ausführen.

Beim Schritt 101 werden als erstes entsprechende Register und Daten eines RAM sowie erforderliche Schaltungen in der MCU 30 initialisiert.

Als nächstes werden wiederum bei den Schritten 102 und 103 die Detektionssignale S ₃, S ₄ von der Schaltung 36 zur Detektion der Lenkgeschwindigkeit gelesen. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird auf den Schritt 103 folgend eine Diagnose ausgeführt, ob die so gelesenen Signalwerte normal sind oder nicht. Wenn eine Abnormität gefunden wird, dann wird die Zuführung der Steuersignale T ₂, T ₃, T ₄ von der MCU 30 zur Motorantriebsschaltung 40 unterbrochen, so daß der Antrieb des Elektromotors 14 anhält, was es gestattet, manuelle Lenkvorgänge ohne Hilfskraft auszuführen.

Wenn die Detektionsschaltung 36 diesbezüglich normal ist, haben die Detektionssignale S ₃, S ₄ aus dieser Schaltung solche Beziehungen zur algebraisch dargestellten Lenkdrehzahl Ns, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind. Die Schaltung 36 zur Detektion der Lenkgeschwindigkeit wird somit als abnorm beurteilt, wenn die entsprechenden Gleichstromspannungspegel der Detektionssignale S ₃, S ₄ gleichzeitig positive Werte annehmen und wenn entweder das Detektionssignal S ₃ oder das Detektionssignal S ₄ im wesentlichen gleich einem Batteriepegel Vcc ist. Diesbezüglich hat der Generator 12 a der Schaltung 36 ein solches Merkmal, das es sich ergibt, daß der zu erwartende höchste Pegel der Signale S ₃, S ₄ um eine vorbestimmte beträchtliche Spannungsdifferenz niederer als Vcc ist.

In dem Fall, in dem die bei den Schritten 102, 103 gelesenen Detektionssignale S ₃, S ₄ als normal beurteilt werden, geht der Fluß zum Schritt 104 fort, wo eine Berechnung S ₃-S ₄ ausgeführt wird und das Ergebnis als Wert der Lenkgeschwindigkeit bzw. -drehzahl Ns zugelassen wird. In praktischen Fällen kann jedoch zum Erhalten einer von fortlaufenden ganzen Zahlen als Wert von Ns das Ergebnis der Differenzbildung S ₃-S ₄ mit einer vorbestimmten Zahl multipliziert und dann für Ns substituiert werden. Dies kann auch beim Schritt 116 ausgeführt werden, der später beschrieben wird.

Als nächstes wird beim Entscheidungsschritt 105 zur Unterscheidung und Diskriminierung der Richtung der Lenkgeschwindigkeit entschieden, ob der Wert von Ns positiv oder negatif ist. Wenn die Lenkgeschwindigkeit einer Drehung im Uhrzeigersinn entspricht, d. h. wenn Ns positiv ist, geht der Fluß zum Schritt 106 fort, wo eine erste Markierung bzw. ein erstes Flag F so eingestellt wird, daß F = "1" ist. Wenn die Lenkgeschwindigkeit einer Drehung nicht dem Uhrzeigersinn entspricht, geht der Fluß zum Entscheidungsschritt 107 fort um zu beurteilen, ob Ns null ist oder nicht. Wenn die Lenkgeschwindigkeit einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn entspricht, d. h. wenn Ns nicht null ist, geht der Fluß über den Schritt 108, wo das erste Flag F derart eingestellt wird, daß F = "1" ist, zum Schritt 109 weiter, wo ein Umwandlungsprozeß ausgeführt wird, um die Lenkgeschwindigkeit Ns auf einen absoluten Wert zu bringen, so daß Ns = -Ns erfüllt ist. Anschließend geht der Fluß zum Schritt 111 weiter. Wenn beim Schritt 107 in bezug auf Ns entschieden wird, daß Ns = 0, dann geht der Fluß über den Schritt 110, wo das erste Flag F so eingestellt wird, daß F = "0" ist, zum Schritt 111.

Beim Schritt 111 wird in Abhängigkeit vom Absolutwert der Lenkgeschwindigkeit Ns ein Inhalt einer Tabelle 3 in einem ROM (nicht gezeigt) direkt in einer adressenbestimmenden Weise gelesen. In der voraub im ROM gespeicherten Tabelle 3 sind diejenigen Arbeitswerte D(K·Nm) aufgelistet, die verschiedenen Induktionsspannungen K·Nm des Elektromotors 14 entsprechen, die eine Beziehung zum Absolutwert der Lenkgeschwindigkeit Ns haben, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 6 stellt D ₁ eine Totzone dar. K ist eine Konstante in Termen der induzierten elektromotorischen Kraft des Elektromotors 14 und Nm ist die Drehzahl des Motors 14. Beim Schritt 111 wird somit ein Inhalt des Speichers gelesen, dessen Adresse durch den Absolutwert der Lenkgeschwindigkeit Ns dargestellt ist, d. h. es wird ein Arbeitswert D(K·Nm) von K·Nm gelesen. Da die Drehung des Elektromotors 14 durch das Zwischenvorgelege 15, dessen Untersetzungsverhältnis im wesentlichen konstant ist, auf die Ausgangswelle 6 übertragen wird, hängt diesbezüglich die Induktionsspannung K·Nm des Motors 14 von der Lenkgeschwindigkeit Ns ab, wie ersichtlich ist. Außerdem ist der Arbeitswert D(N·Nm) so vorbereitet, daß er als derjenige Bestandteil der Ankerspannung Va auftritt, der der Lenkgeschwindigkeit entspricht.

Anschließend geht der Fluß zum Entscheidungsschritt 112.

Um den Arbeitswert D(K·Nm) des der Lenkgeschwindigkeit zuzuschreibenden Bestandteils mit einem Vorzeichen zu versehen, das der Richtung der Lenkgeschwindigkeit bzw. -drehzahl entspricht, wird beim Schritt 112 der dann vorliegende Inhalt des ersten Flags F beurteilt. Wenn F = "-1" ist, beruht die Lenkgeschwindigkeit auf einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn und der Fluß geht zum Schritt 113 weiter, wo der Arbeitswert D(K·Nm) als negativer Wert gespeichert wird, und anschließend zum Schritt 114. Wenn nicht F = "-1" ist, ist die Richtung der Lenkgeschwindigkeit bzw. Drehung im Uhrzeigersinn oder entspricht einer Null-Drehzahl, und der Fluß geht direkt zum Schritt 114. Es ist außerdem verständlich, daß der Inhalt des ersten Flags F einer algebraischen Darstellung der Richtung der Lenkgeschwindigkeit entspricht.

Beim Schritt 114 und beim Schritt 115 werden wiederum die Signale S ₁, S ₂ zur Detektion des Lenkdrehmoments gelesen. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird auf den Schritt 115 folgend eine Diagnose ausgeführt, ob die entsprechenden Werte der gelesenen Signale S ₁, S ₂ normal sind oder nicht. Wenn eine Abnormität gefunden wird, dann wird die Zuführung der Steuersignale T ₂, T ₃, T ₄ von MCU 30 zur Motorantriebsschaltung 40 unterbrochen, so daß der Antrieb des Elektromtors 14 anhält, was es gestattet, manuelle Lenkvorgänge ohne Hilfskraft auszuführen.

Da der Lenkdrehmomentsensor 13 in der Form eines Differentialübertragers bzw. Brückenübertragers aufgebaut ist, haben bei normal arbeitender Detektionsschaltung 32 die Detektionssignale S ₁, S ₂ solche Beziehungen zum algebraisch dargestellten Lenkdrehmoment Ts, wie in Fig. 7 gezeigt, so daß die Hälfte der Summe der Signale S ₁, S ₂ ein im wesentlichen konstanter Wert k wird. Nach dem Schritt 115 wird beurteilt, ob die Differenz zwischen (S ₁ + S ₂)/2 und k innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht (dieser Schritt ist nicht gezeigt). Wenn die Differenz nicht in diesem Bereich liegt, wird entschieden, daß die Schaltung 32 zur Detektion des Lenkdrehmoments nicht in Ordnung ist. In dem Fall, daß die gelesenen Lenkdrehmomentdetektionssignale S ₁, S ₂ normal sind, geht der Fluß zum Schritt 116 weiter. Da, wie im Zusammenhang mit Fig. 2A beschrieben worden ist, die Seitenflächen der Vorsprünge 6 b der Ausgangswelle 6 mit entsprechenden Seitenflächen der Schlitze 5 c der Eingangswelle 5 in Anschlag bzw. aneinanderstoßend in denjenigen Bereichen in Fig. 7 gebracht werden, in denen das Lenkdrehmoment Ts einen vorbestimmten Wert entweder in der Richtung nach links oder nach rechts überschritten hat, werden die Werte der Detektionssignale S ₁, S ₂ konstant gehalten.

Beim Schritt 116 wird S ₁-S ₂ berechnet, wobei das Ergebnis als ein Wert des Lenkdrehmoments Ns zugelassen wird.

Beim Entscheidungsschritt 117 wird dann zur Unterscheidung und Diskriminierung der Wirkrichtung des Lenkdrehmoments entschieden, ob der Wert von Ts positiv oder negativ ist. Wenn die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments im Uhrzeigersinn erfolgt, d. h. wenn der Wert von Ts positiv ist, geht der Fluß über den Schritt 118, bei dem ein zweites Flag G so eingestellt wird, daß G = "1" ist, zum Entscheidungsschritt 119 weiter. Wenn die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments im Uhrzeigersinn erfolgt, geht der Fluß zum Entscheidungsschritt 120 weiter um zu beurteilen, ob Ts null ist oder nicht. Wenn das Lenkdrehmoment Ts beim Schritt 120 nicht null ist, geht der Fluß über den Schritt 121, bei dem das zweite Flag G so eingestellt wird, daß G = "-1" ist, zum Schritt 122 weiter, wo ein Umwandlungsprozeß ausgeführt wird, um das Lenkdrehmoment Ts in einen Absolutwert umzuwandeln, so daß Ts = -Ts ist; anschließend geht der Fluß zum Schritt 119 weiter. Wenn jedoch beim Schritt 120 beurteilt wird, daß Ts null ist, dann geht der Fluß über den Schritt 123, bei dem das zweite Flag G so eingestellt wird, daß G = "0" ist, zum Schritt 125 weiter. Selbstverständlich entspricht der Inhalt des zweiten Flags G einer algebraischen Darstellung der Wirkrichtung des Lenkdrehmoments, d. h. dem Vorzeichen des Lenkdrehmoments Ts.

Beim Entscheidungsschritt 119 wird der dann vorliegende Wert des ersten Flags F beurteilt, um zu entscheiden, ob das Lenkrad in einen Drehzustand versetzt ist oder nicht. Wenn F = "0" ist, geht der Fluß zum Schritt 125 weiter. Wenn F = "0" nicht zutrifft, geht der Fluß zum Entscheidungsschritt 124 weiter. Um zu beurteilen, ob die Drehrichtung des Lenkrads und die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments miteinander zusammenfallen oder nicht, wird beim Entscheidungsschritt 124 beurteilt, ob der Wert des ersten Flags F und der Wert des zweiten Flags G, wie sie dann vorliegen, gleich sind. Wenn F = G ist, dann fallen die Drehrichtung des Lenkrads und die Wirkrichtung des Lenkrads zusammen, so daß entschieden wird, daß sich das Lenksystem 50 im positiven Lenkzustand befindet. In diesem Fall geht der Fluß zum Schritt 125.

Beim Schritt 125 wird in Abhängigkeit vom Absolutwert des Lenkdrehmoments Ts ein Inhalt einer Tabelle 1 im ROM direkt in einer adressenbestimmenden Weise gelesen. In der vorab im ROM gespeicherten Tabelle 1 sind die Daten eines ersten vorläufigen oder Hilfsarbeitswerts D(Ts) für das Ankerspannungssteuersignal T ₄ aufgelistet, die eine solche Beziehung zu verschiedenen Absolutwerten des Lenkdrehmoments Ts haben, wie sie durch eine charakteristische Kurve L ₁ in Fig. 10 gezeigt ist. Der Arbeitswert D(Ts) ist ein Hilfswert, der für den positiven Lenkzustand voreingestellt ist und als Summe eines auf die Last von der Straßenoberflächenseite zurückzuführenden Arbeitswerts D(L) und eines auf die Reibungslast zurückzuführenden Arbeitswerts D(F) erhalten wird.

Der Arbeitswert D(L), der auf die Last von der Straßenoberflächenseite zurückzuführen ist, ist ein Arbeitswert, der in einer Beziehung zum Lenkdrehmoment Ts steht, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist. In Fig. 8 stellt D ₂ eine Totzone dar. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, bleibt der Arbeitswert D(L) null, während Ts von null zunimmt, bis es einen vorbestimmten Wert Tb erreicht. Der Inhalt der Tabelle 1 ist außerdem so vorbereitet, daß D(L) einen Wert k ₀ hat, wenn das Lenkdrehmoment Ts bis zu einem vorbestimmten Wert Ta zunimmt. Außerdem ist der Arbeitswert D(L) gleich einem Arbeitswert D(Ia·Ra), der auf den Term Ia·Ra im Ausdruck der Ankerspannung Va zurückzuführen ist, wobei Ia der Ankerstrom des Elektromotors 14 und Ra die Summe der Widerstände, wie z. B. der Ankerwicklungen, Bürsten und Verdrahtung, ist. Mit anderen Worten, der Arbeitswert D(L) wird so vorbereitet, daß er als Bestandteil der Ankerspannung Va auftritt, der der Last von der Straßenoberflächenseite her entspricht.

Der auf die Reibungslast zurückzuführende Arbeitswert D(F) ist ein Arbeitswert, der in einer Beziehung zum Lenkdrehmoment Ts steht, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist. In Fig. 9 stellt D ₃ eine Totzone dar, die so voreingestellt ist, daß sie schmaler als die Totzone D ₂ ist. Die Tabelle 1 ist so angefertigt worden, daß D(F) in einem Bereich, in dem Ts größer als der vorbestimmte Wert Tb ist, einen konstanten Wert k ₁ hat, wobei k ₁ ein erforderlicher Arbeitswert ist, damit der Elektromotor 14 einen Drehmomentbestandteil erzeugt, der der Last aufgrund von Reibungselementen der Servovorrichtung 1 entspricht. Mit anderen Worten, der Arbeitswert D(F) wird so vorbereitet, daß er als ein Bestandteil der Ankerspannung Va auftritt, der der Reibungslast entspricht.

In der Praxis soll übrigens der erste Hilfsarbeitswert D(Ts) in einer Adressenbestimmungsweise gelesen werden, nachdem eine Anfangsadresse der Tabelle 1 als Distanzwert zum Absolutwert des Lenkdrehmoments Ts addiert worden ist. Ähnliches gilt für den Schritt 126, der später beschrieben wird.

Wenn andererseits bei der Entscheidung beim Schritt 124 beurteilt wird, daß das erste Flag F ungleich dem zweiten Flag G ist, schreitet der Fluß zum Schritt 126 fort. In einem solchen Fall fällt die Drehrichtung des Lenkrads nicht mit der Wirkrichtung des Lenkdrehmoments zusammen, so daß daraus geschlossen wird, daß sich das Lenksystem (50) in einem Lenkrad-Rückführzustand befindet.

Beim Schritt 126 wird in Abhängigkeit vom Absolutwert des Lenkdrehmoments Ts ein Inhalt einer Tabelle 2 im ROM direkt in einer adressenbestimmenden Weise gelesen. In der vorab im ROM gespeicherten Tabelle 2 sind diejenigen Daten eines zweiten Hilfsarbeitswerts D′(Ts) für das Ankerspannungssteuersignal T ₄ aufgelistet, die in einer Beziehung zu verschiedenen Absolutwerten des Lenkdrehmoments Ts stehen, wie sie durch eine charakteristische Kurve F ₂ in Fig. 10 dargestellt ist.

Der Arbeitswert D′(Ts) ist ein vorläufiger Wert, der für den Lenkrad-Rückführzustand voreingestellt worden ist und durch Subtrahieren des Arbeitswerts D(F), der auf die Reibungslast zurückzuführen ist, von dem Arbeitswert D(L) erhalten wird, der auf die Straßenoberflächenseitenlast zurückzuführen ist. Nach dem Schritt 126 geht der Fluß zum Schritt 127 weiter, wo der zweite Hilfsarbeitswert D′(Ts) als vorläufiger bzw. Hilfsarbeitswert D(Ts) gespeichert wird.

Es wird nun auf Fig. 10 Bezug genommen. Die charakteristische Kurve L ₁ des positiven Lenkzustands beschreibt, daß, wenn das Lenkdrehmoment Ts über die Totzone D ₃ hinaus zunimmt, wobei es sich der oberen Grenze der Totzone D ₂ nähert, der erste Hilfsarbeitswert D(Ts) ebenfalls zunimmt und den Wert k ₁ oder D(Ts) = k ₁ erreicht, gerade wenn die Totzone D ₂ überschritten worden ist, d. h. bei einem Ereignis, daß Ts = Tb ist.

Durch die charakteristische Kurve L ₂ des Lenkrad- Rückführzustandes wird zum anderen beschrieben, daß wenn das Lenkdrehmoment Ts von einem Wert, der größer als der vorbestimmte Wert Tc ist, auf den Wert Tc abnimmt, der zweite Hilfsarbeitswert D′(Ts) ebenfalls zu null hin abnimmt, und daß wenn Ts = Tc ist, der zweite Hilfsarbeitswert null wird oder D′(Ts) = 0 ist. Wenn das Lenkdrehmoment Ts vom Wert Tc auf den Wert Tb abnimmt, nimmt außerdem der Hilfsarbeitswert D′(Ts) allmählich im Absolutwert von null auf -k ₁ zu, während bei einem solchen Zustand D′(Ts) negativ ist. Wenn Ts noch weiter vom Tb abnimmt, nimmt D′(Ts) im Absolutwet von -k ₁ auf null ab, während D′(Ts) selbst einen negativen Wert annimmt.

Der beim Schritt 125 oder durch die Kombination der Schritte 126, 127 erhaltene Hilfsarbeitswert D(Ts) umfaßt den auf die Reibungslast zurückzuführende Arbeitswert D(F). Somit wird der Lenkvorgang im positiven Lenkzustand des Lenksystems (50) frei von Wirkungen der Reibungselemente gehalten. Ein solcher Vorteil ist bedeutsam, da das Lenkdrehmoment Ts zwischen den Werten Ta und Tb liegt.

Es wird nun auf Fig. 4B Bezug genommen. Beim Entscheidungsschritt 128 wird zur Unterscheidung und Diskriminierung der Wirkrichtung des Lenkdrehmoments Ts beurteilt, was für einen Wert das zweite Flag G dann hat. Wenn G = "-1" ist, d. h. wenn die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments im Gegenuhrzeigersinn erfolgt, dann schreitet der Fluß zum Schritt 129 fort, wo eine Umwandlung ausgeführt wird, um den Hilfsarbeitswert D(Ts) zu einem Absolutwert zu machen so daß D(Ts) = -D(Ts) ist, und anschließend schreitet der Fluß zum Schritt 130 fort. Wenn G = "-1" nicht gegeben ist, d. h. wenn die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments im Uhrzeigersinn erfolgt oder wenn kein Lenkdrehmoment wirkt, dann geht der Fluß direkt zum Schritt 130 weiter.

Beim Schritt 130 wird der Arbeitswert D(K·Nm) zum Arbeitswert D(Ts) addiert, der auf die beschriebene Weise erhalten worden ist, und das Ergebnis wird als bestimmter Wert des Steuersignals T ₄ gespeichert, der die Basis der Größe der dem Elektromtor 14 aufzuprägenden Ankerspannung Va bildet. Genaugenommen ist der Wert des Signals T ₄, wie er nun gegeben ist, ein Arbeitswert für das Impulssignal, das dem FET 43 oder 44 von der Antriebseinheit 41 zuzuführen ist.

Als nächstes wird beim Entscheidungsschritt 131 zur Bestimmung der Polarität der Ankerspannung Va beurteilt, ob das so erhaltene Signal T ₄ null ist oder nicht. Wenn T ₄ null ist, schreitet der Fluß über den Schritt 134, bei dem entsprechende Werte der für die Motorantriebsrichtung verantwortlichen Steuersignale T ₂, T ₃ so bestimmt werden, daß T ₂ = "0", T ₃ = "0" ist, und den Schritt 135, bei dem das Signal T ₄ auf null gesetzt wird, zum Schritt 138 weiter. Wenn der Wert T ₄ hingegen nicht null ist, schreitet der Fluß zum Entscheidungsschritt 132 weiter.

Beim Entscheidungsschritt 132 wird beurteilt, ob T ₄ größer als null ist. Wenn T ₄ größer als null ist, schreitet der Fluß zum Schritt 138 über den Schritt 133 fort, bei dem die Signale T ₂, T ₃ so eingestellt werden, daß T ₂ = "1" und T ₃ = "0" ist. Wenn T ₄ nicht größer als null ist, d. h. wenn T ₄ negativ ist, schreitet der Fluß zum Schritt 136 fort, wo die Signale T ₂, T ₃ so eingestellt werden, daß T ₂ = "0" und T ₃ = "1" ist, und anschließend schreitet der Fluß zum Schritt 137 fort, um eine Umwandlung in den Absolutwert des Signals T ₄ auszuführen. Mit anderen Worten wird T ₄ beim Schritt 137 mit einem Faktor -1 multipliziert und hierdurch in einen positiven Wert umgewandelt. Anschließend schreitet der Fluß zum Schritt 138 fort.

Beim Schritt 138 werden die Signale T ₂, T ₃, T ₄ ausgegeben. Dann geht der Fluß zum Schritt 102 weiter. Bei der obigen Anordnung ist die Antriebseinheit 41 der Motorantriebsschaltung 40 geeignet, die Steuersignale von den Anschlüssen 41 a bis 41 d auszugeben, wie dies für die Steuerung der Größe und Polarität der Ankerspannung Va erforderlicht ist, so daß, wenn T ₂ = "1" und T ₃ = "0" ist, der FET 42 eingeschaltet wird und der FET 44 in einen ansteuerbaren Zustand versetzt wird, und wenn T ₂ = "0" und T ₃ = "1" ist, der FET 45 eingeschaltet und der FET 43 in einen ansteuerbaren Zustand versetzt wird. Wie beschrieben worden ist, ist das Signal T ₄ für die Bestimmung der Größe der Ankerspannung Va verantwortlich, die dem Elektromotor 14 von der Brückenschaltung 46 her aufgeprägt wird. Beispielsweise im Fall, daß die Richtungssteuersignale T ₂, T ₃ solche Werte haben, daß T ₂ = "1" und T ₃ = "0" ist, wird der FET 44 entsprechend dem Signal T ₄ impulsbereitenmoduliert angesteuert. Im Fall hingegen, daß die Richtungssteuersignale T ₂, T ₃ solche Werte haben, daß T ₂ = "0" und T ₃ = "1" ist, wird der FET 43 entsprechend dem Signal T ₄ impulsbreitenmoduliert angesteuert. In dem Fall, daß die Signale T ₂, T ₃, T ₄ sämtlich null sind, wird außerdem der Elektromotor 14 nicht angetrieben.

Bei dem oben beschriebenen programmierten Vorgehen wird bei den Schritten 111, 125 und 126, bei denen der der Lenkgeschwindigkeit Ns zuzuschreibende Arbeitswert D(K·Nm), der erste Hilfsarbeitswert D(Ts) für den positiven Lenkzustand und der zweite Hilfsarbeitswert D′(Ts) für den Lenkrad-Rückführzustand jeweils bestimmt werden, die Bestimmung dieser Arbeitswerte direkt auf eine adressenbestimmende Weise ohne komplizierte Berechnungsprozesse ausgeführt. Dementsprechend ist die Zeit, die erforderlich ist, damit der Fluß um die Schritte 102 bis 138 hindurch geht, im wesentlichen konstant, während eine solche erforderliche Zeit in bezug auf die Ausstattung der MCU 30 vorab eingestellt werden kann.

Es wird nun wieder auf Fig. 10 Bezug genommen. Es wird unten beschrieben, wie sich der Arbeitswert D(Ts) oder D′(Ts) als Hilfsbestandteil der Ankerspannung Va ändert, während das Lenkrad nach einer Handhabung in einer beliebigen Richtung in die Neutralstellung zurückkehrt. Es wird ein typischer Fall angenommen, daß das Lenkdrehmoment Ts einmal von null auf einen vorbestimmten Wert Td zugenommen hat und anschließend wieder von diesem Wert auf null zurückgegangen ist. Wenn das Lenkdrehmoment Ts von null auf den vorbestimmten Wert Td ansteigt, nimmt der Hilfsarbeitswert längs der charakteristischen Kurve L ₁ bis zu einem Punkt R ₁ in Fig. 10 als erstes zu. Wenn das Lenkdrehmoment Ts vom Wert Td auf null abnimmt, so ändert sich der Hilfsarbeitswert fortgesetzt längs der charakteristischen Kurve L ₂ ausgehend von einem Punkt R ₂ in Fig. 10.

Fig. 11 ist ein Diagramm, in dem verschiedene Funktionen der Steuerschaltung 16 schematisch unter Verwendung von Blöcken dargestellt sind, wobei Zwischenbeziehungen zwischen den wesentlichen Elementen der Schaltung 16, die in Fig. 3 gezeigt sind, und den zugeordneten Verarbeitungsschritten im Verarbeitungsfluß der Fig. 4A und 4B gezeigt sind.

In Fig. 12 ist weiter ein Blockdiagramm gezeigt, das im einzelnen eine Einrichtung zur Detektion des Rückführzustandes zeigt, die in Fig. 11 dargestellt ist.

Bei Steuerungsverarbeitungen wie den Schritten 100 bis 138 wird im positiven Lenkzustand des Systems 50 die dem Elektromotor 14 aufzuprägende Ankerspannung Va in Abhängigkeit vom Steuersignal T ₄ bestimmt, abhängig von der charakteristischen Kurve L ₁, die dadurch erhalten worden ist, daß der der Last aufgrund Reibungselementen der Servovorrichtung 1 entsprechende Arbeitswert D(F) zu dem auf die Last von der Straßenoberflächenseite her zurückzuführende Arbeitswert D(L) addiert wird. In Fällen, in denen die Lenkgeschwindigkeit Ns klein ist und somit auch der auf die Last von der Straßenoberflächenseite zurückzuführende Arbeitswert D(L) um so mehr klein ist, sogar im Fall, daß das Lenkdrehmoment Ts gleich dem vorbestimmten Wert Tb ist, der einem solchen Zustand entspricht, daß Ts gerade die Totzone D ₂ überschritten hat, die in Fig. 8 gezeigt ist, führt der Hilfsarbeitswert D(Ts) des Steuersignals T ₄ zum Wert k ₁, der einem auf Reibungslast zurückzuführenden Bestandteil entspricht, wie er in Fig. 10 gezeigt ist. Dementsprechend kann der Elektromotor 14 ein Hilfsdrehmoment erzeugen, das der Lenklast aufgrund der Reibungselemente der Servovorrichtung 1 entspricht, selbst im Fall, daß eine Handhabung des Lenkrads von der Neutralstellung nach links oder rechts bei einer niedrigen Geschwindigkeit mit einer relativ geringen Kraft begonnen wird. Wenn im positiven Lenkzustand begonnen wird, das Lenkrad zu drehen, kann daher ein glattes Lenkgefühl frei von einem Reibgefühl erreicht werden.

Im Lenkrad-Rückführzustand des Systems 50 wird andererseits die dem Elektromotor 14 aufzuprägende Ankerspannung in Abhängigkeit vom Steuersignal T ₄ bestimmt, abhängig von der charakteristischen Kurve L ₂, die dadurch erhalten worden ist, daß der auf die Reibungslast zurückzuführende Arbeitswert D(F) von dem auf die Last von der Straßenoberflächenseite her zurückzuführenden Arbeitswert D(L) abgezogen wurde. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, daß sich der Elektromtor 14 von der Seite des gelenkten Rads durch das Zwischenvorgelege 15 dreht. Somit tritt der Fall nicht auf, daß die Rückführcharakteristik des Lenkrads Wirkungen von den Reibungsgelementen aufnimmt, insbesondere von Reibungsbestandteilen des Elektromotors 14. Es ist daher sogar im Lenkrad-Rückführzustand ermöglicht vorzusehen, daß das Lenkrad eine günstige Rückführcharakteristik frei von Reibungsgefühl hat.

Wie beschrieben worden ist, wird erfindungsgemäß die Größe einer Ankerspannung Va stets unter Berücksichtigung der Lenklast aufgrund von Reibungselementen einer Servovorrichtung 1 zusätzlich zur Last von der Straßenoberflächenseite sowie zur Lenkgeschwindigkeit Ns bestimmt. Demgemäß ist ein elektrisches Servolenksystem 50 für Fahrzeuge geschaffen worden, das es gestattet, daß im positiven Lenkzustand ein Lenkrad ohne Reibungsgefühl selbst in dem Fall betätigt wird, daß eine Handhabung des Lenkrads von der Neutralstellung nach links oder nach rechts bei einer niedrigen Geschwindigkeit mit einer relativ geringen Lenkkraft begonnen wird, und daß außerdem im Lenkrad-Rückführzustand eine günstige Rückführcharakteristik des Lenkrads ohne Reibungsgefühl erzielt wird, so daß ein glattes und günstiges Steuergefühl vergleichbar mit dem Fall eines manuellen Lenksystems erzielt wird.

Beim obigen Ausführungsbeispiel werden außerdem die Arbeitswerte D(K·Nm, D(Ts), D′(Ts) zur Bestimmung des Steuersignals T ₄ im wesentlichen in einer adressenbestimmenden Weise aus den Signalen S ₁, S ₂, S ₃, S ₄ bestimmt, obwohl die Steuerschaltung 16 einschließlich der MCU 30 als Steuervorrichtung für das gesamte Lenksystem 50 verwendet wird, wodurch es ermöglicht ist, daß der Elektromotor 14 so gesteuert wird, daß er der Lenkgeschwindigkeit Ns ausreichend schnell folgt.

In der Steuerschaltung 16 kann außerdem anstelle der MCU 30 eine Schaltung verwendet werden, die vergleichbare Funktionen hat.

In Fig. 13 ist ein abgewandeltes Beispiel einer Steuerverarbeitung bei der MCU 30 gezeigt. Bei dem abgewandelten Beispiel werden die in Fig. 13 gezeigten Verarbeitungsschritte 218 bis 232 anstelle der Schritte 117 bis 127 von Fig. 4A und 4B verwendet. Andere Verarbeitugnen und Abläufe sind beim abgewandelten Beispiel ähnlich wie diejenigen in Fig. 4A, 4B und ihre Darstellung und Beschreibung sind fortgelassen. Gleiche Teile und Parameter sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Beim Schritt 218 wird eine Substraktion Ts-Tsf ausgeführt, wobei Ts das algebraisch dargestellte Lenkdrehmoment im laufenden Programmzyklus und Tsf dasjenige des letzten Zyklus ist, und das Ergebnis wird als Lenkdrehmomentänderung dTs abgespeichert. Die Lenkdrehmomentänderung dTs wird außerdem auf null gesetzt, wenn die Schaltung 16 mit angelegter Spannung initialisiert wird.

Als nächstes wird beim Schritt 219 das dann gegebene Lenkdrehmoment Ts als das Lenkdrehmoment Tsf des letzten Zyklus für die Verwendung im nächsten Zyklus gespeichert. Anschließend geht der Fluß zum Entscheidungsschritt 220 weiter.

Beim Entscheidungsschritt 220 wird zur Diskriminierung der Wirkrichtung des Lenkdrehmoments entschieden, ob der Wert von Ts positiv ist oder nicht. Wenn die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments im Uhrzeigersinn erfolgt, d. h. wenn der Wert von Ts positiv ist, geht der Fluß über den Schritt 221, bei dem ein zweites Flag G gesetzt wird, so daß G = "1" ist, zum Entscheidungsschritt 222 fort. Beim Entscheidungsschritt 222 wird entschieden, ob die Lenkdrehmomentänderung dTs negativ ist oder nicht. Wenn dTs negativ ist, geht der Fluß zum Entscheidungsschritt 223. Beim Entscheidungsschritt 223 wird zur Diskriminierung der Drehrichtung des Lenkrads entschieden, ob der dann vorliegende Wert eines ersten Flags F "-1" ist oder nicht; wenn F = "-1" ist, geht der Fluß zum Schritt 230.

Wenn beim Schritt 222 die Lenkdrehmomentänderung dTs als nicht negativ beurteilt wird, oder wenn beim Schritt 223 entschieden wird, daß das erste Flag die Bedingung nicht erfüllt, daß F = "-1" ist, geht der Fluß zum Schritt 232.

Wenn andererseits beim Entscheidungsschritt 220 das Lenkdrehmoment Ts als nicht positiv beurteilt wird, geht der Fluß zum Entscheidungsschritt 224. Beim Schritt 224 wird entschieden, ob Ts null ist oder nicht. Wenn Ts null ist, geht der Fluß zum Schritt 229, wo das zweite Flag G so gesetzt wird, daß G = "0" ist, und anschließend zum Schritt 232.

Wenn beim Schritt 224 entschieden wird, daß das Lenkdrehmoment Ts nicht null ist, d. h. wenn die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments im Gegenuhrzeigersinn erfolgt, geht der Fluß zum Schritt 225. Beim Schritt 225 wird das zweite Flag G so gesetzt, daß G = "-1" ist. Dann erfolgt der Fluß über den nächsten Schritt 226, bei dem ein Umwandlungsprozeß ausgeführt wird, um das Lenkdrehmoment in einen absoluten Wert umzuwandeln, so daß Ts = -Ts ist, zum Entscheidungsschritt 227 weiter.

Beim Entscheidungsschritt 227 wird entschieden, ob die Lenkdrehmomentänderung dTs positiv ist oder nicht. Wenn dTs positiv ist, geht der Fluß zum Entscheidungsschritt 228. Beim Schritt 228 wird der dann vorliegende Wert des ersten Flags F zur Diskriminierung der Drehrichtung des Lenkrads beurteilt. Wenn f = "1" ist, geht der Fluß zum Schritt 230.

Wenn beim Schritt 227 entschieden wird, daß die Lenkdrehmomentänderung dTs nicht positiv ist, oder wenn beim Schritt 228 beurteilt wird, daß das erste Flag F die Bedingung F = "1" nicht erfüllt, dann geht der Fluß zum Schritt 232 weiter.

Im übrigen entspricht der Inhalt des ersten Flags wie beim ursprünglichen Ausführungsbeispiel der algebraischen Darstellung der Drehrichtung des Lenkrads, d. h. dem Vorzeichen einer algebraisch dargestellten Lenkgeschwindigkeit bzw. -drehzahl Ns; und das Vorzeichen des zweiten Flags G entspricht einer algebraischen Darstellung der Wirkrichtung des Lenkdrehmoments, d. h. dem Vorzeichen des Lenkdrehmoments Ts.

Beim Schritt 230 wird in Abhängigkeit vom Absolutwert des Lenkdrehmoments Ts ein zweiter Hilfsarbeitswert D′(Ts) für das Ankerspannungssteuersignal T ₄ direkt aus einer Tabelle 2 in einem nicht gezeigten ROM in einer adressenbestimmenden Weise gelesen. Die Tabelle 2 ist dieselbe wie die, die beim Schritt 126 von Fig. 4B verwendet worden ist, und ihre detallierte Beschreibung wird daher fortgelassen. Nach dem Schritt 230 geht der Fluß zum Schritt 231, wo der zweite Hilfsarbeitswert D′(Ts) als Hilfsarbeit D(Ts) gespeichert wird.

Beim Schritt 232 wird andererseits in Abhängigkeit vom Absolutwert des Lenkdrehmoments Ts ein erster Hilfsarbeitswert D(Ts) für das Ankerspannungssteuersignal T ₄ direkt aus einer Tabelle 1 im ROM in einer adressenbestimmenden Weise gelesen. Die Tabelle 1 ist dieselbe, die beim Schritt 125 von Fig. 4B verwendet worden ist, und ihre detaillierte Beschreibung ist fortgelassen.

Beim obigen abgewandelten Beispiel läuft der Fluß nach dem Schritt 220 über die Schritte 221, 222, 223 oder über die Schritte 224, 225, 226, 227, 228 zum Schritt 230.

Wie im vorhergehenden Fall sind diesbezüglich Bedingungen erfüllt, daß das Lenkdrehmoment im Uhrzeigersinn wirkt (oder das Lenkdrehmoment Ts größer als null ist), sich das Lenkdrehmoment in Richtung einer Abnahme ändert (oder die Lenkdrehmomentänderung dTs negativ ist) und sich das Lenkrad im Gegenuhrzeigersinn dreht (das erste Flag F so gesetzt ist, daß F = "-1" ist).

Im letzteren Fall hingegen sind die Bedingungen erfüllt, daß das Lenkdrehmoment im Gegenuhrzeigersinn wirkt (oder das Lenkdrehmoment Ts kleiner als null ist), sich das Lenkdrehmoment in einer Richtung einer Zunahme ändert (oder die Lenkdrehmomentänderung dTs positiv ist) und sich das Lenkrad im Uhrzeigersinn dreht (oder das erste Flag F so gesetzt ist, daß F = "1" ist).

In jedem der obenstehenden Fälle ist eine Bedingung erfüllt, daß die Lenkdrehmomentänderung dTs ein Vorzeichen hat, das mit dem Wert des ersten Flags F zusammenfällt, unter der Bedingung, daß der Wert des ersten Flags F, das die Drehrichtung des Lenkrads darstellt, und der Wert des zweiten Flags G, das die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments darstellt, nicht miteinander zusammenfallen.

Mit anderen Worten, der Fluß führt über die Schritte 220, 221, 222 und 223 zum Schritt 230 in einer solchen Lenkphase, daß bewirkt wird, daß sich das Lenkrad nach einer Betätigung aus der Neutralstellung im Uhrzeigersinn in die Neutralstellung zurückgeführt wird. Im Fall hingegen, in dem das Lenkrad im Gegenuhrzeigersinn aus der Neutralstellung heraus betätigt worden ist, verläuft der Fluß über die Schritte 220, 224, 225, 226, 227 und 228 zum Schritt 230, während das Lenkrad im Rückführzustand in die Neutralstellung versetzt wird.

Gemäß dem obigen abgewandelten Beispiel wird die Bestimmung der zugeordneten Steuerparameter im Lenkrad- Rückführzustand des Lenksystems stabiler und sicherer gemacht.

In Fig. 14 ist des weiteren ein Diagramm dargestellt, bei dem Hauptfunktionen eines wesentlichen Teils der Steuerschaltung 16 gemäß der obigen Abwandlung der Erfindung unter Verwendung von Blöcken schematisch dargestellt sind, während die Beziehungen zwischen einigen wesentlichen Elementen der Schaltung 16 und zugeordneten Verarbeitungsschritten im Flußdiagramm von Fig. 13 dargestellt sind.

Die Erfindung läßt sich folgendermaßen zusammenfassen: Ein elektrisches Servolenksystem 50 für Fahrzeuge umfaßt eine elektromagnetische Servovorrichtung 1, die eine Antriebssteuerschaltung 30, 40 zur Zuführung eines Motorantriebssignals Va zu einem Elektromotor 14 umfaßt, um ein Hilfsdrehmoment zu erzeugen, das einer Ausgangswelle 6 entsprechend einem Lenkdrehmomentsignal S ₁, S ₂ von einem Mechanismus 32 zur Detektion des Lenkdrehmoments, der das auf eine Eingangswelle 5 wirkende Lenkdrehmoment Ts detektiert, und einem Lenkgeschwindigkeitssignal S ₃, S ₄ von einem Mechanismus 36 zur Detektion der Lenkgeschwindigkeit zugeführt wird, der die Lenkgeschwindigkeit Ns eines Lenkrads detektiert. Die Antriebssteuerschaltung bestimmt in Abhängigkeit vom Lenkgeschwindigkeitssignal einen Bestandteil D(K·Nm), der der Lenkgeschwindigkeit entspricht, und beurteilt entsprechend dem Lenkdrehmomentsignal und dem Lenkgeschwindigkeitssignal, ob das System in einen positiven Lenkzustand oder in einen Lenkrad-Rückführzustand versetzt ist. Im Fall, daß sich das Lenksystem im positiven Lenkzustand befindet, besitzt das Motorantriebssignal eine Größe, die als die Summe eines Lenkgeschwindigkeitsbestandteils und eines ersten Hilfsbestandteils D(Ts) bestimmt ist, der für den positiven Lenkzustand voreingestellt ist. Im Fall, daß sich das Lenksystem im Lenkrad-Rückführzustand befindet, wird die Größe des Motorantriebssignals als Summe des Lenkgeschwindigkeitsbestandteils und eines zweiten Hilfsbestandteils D′(Ts) bestimmt, der für den Lenkrad- Rückführzustand voreingestellt worden ist.

Obwohl obenstehend ein gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden ist, kann die Erfindung selbstverständlich in anderen speziellen Ausführungsformen verkörpert sein, ohne daß sie ihre wesentlichen Merkmale verliert. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist somit in jeglicher Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend anzusehen.

Claims (7)

1. Elektrisches Servolenksystem (50) für Fahrzeuge mit einer elektromagnetischen Servovorrichtung (1), die eine funktionsmäßig mit einem Lenkrad verbundene Eingangswelle (5), eine funktionsmäßig mit einem gelenkten Rad verbundene Ausgangswelle (6), einen Elektromotor (14) zur funktionsmäßigen Zuführung eines Hilfsdrehmoments zur Ausgangswelle (6), eine das Lenkdrehmoment detektierende Einrichtung (32) zur Detektion des auf die Eingangswelle (5) wirkenden Lenkdrehmoments (Ts), eine die Lenkgeschwindigkeit detektierende Einrichtung (36) zur Detektion der Lenkgeschwindigkeit (Ns) des Lenkrads und eine Antriebssteuereinrichtung (30, 40) umfaßt, die ein Ausgangssignal (S ₁, S ₂) von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung (32) und ein Ausgangssignal (S ₃, S ₄) von der die Lenkgeschwindigkeit detektierenden Einrichtung (36) empfängt und dem Elektromotor (14) ein Motorantriebssignal (Va) entsprechend den Ausgangssignalen (S ₁, S ₂, S ₃, S ₄) zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuereinrichtung (30, 40) eine erste Bestimmungseinrichtung (125; 232) zur Bestimmung eines ersten Hilfsbestandteils (D (Ts)) des Motorantriebssignals (Va) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S ₁, S ₂) von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung (32), wobei der erste Hilfsbestandteil (D (Ts)) für den positiven Lenkzustand des Lenksystems (50) voreingestellt ist, eine zweite Bestimmungseinrichtung (126; 230) zur Bestimmung eines zweiten Hilfsbestandteils (D′ (Ts)) des Motorantriebssignals (Va) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S ₁, S ₂) von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung (32), wobei der Hilfsbestandteil (D′(Ts)) für den Lenkrad-Rückführzustand des Lenksystems (50) voreingestellt ist, eine dritte Bestimmungseinrichtung (111) zur Bestimmung eines Bestandteils (D (K·Nm)) des Motorantriebssignals (Va), der der Lenkgeschwindigkeit (Ns) des Lenkrads entspricht, abhängig vom Ausgangssignal (S ₃, S ₄) von der die Lenkgeschwindigkeit detektierenden Einrichtung (36), eine den Lenkrad-Rückführzustand detektierende Einrichtung (119, 124; 222, 223, 227, 228) zur Beurteilung, ob das Lenksystem in den positiven Lenkzustand oder in den Lenkrad-Rückführzustand versetzt ist, wobei die den Lenkrad-Rückführzustand detektierende Einrichtung (119, 124; 222, 223, 227, 228) von dem ersten Hilfsbestandteil (D (Ts)) und dem zweiten Hilfsbestandteil (D′ (Ts)) denjenigen auswählt, der dem Ergebnis der Beurteilung entspricht, und eine Einrichtung (130, 140) umfaßt, um den so ausgewählten der Hilfsbestandteile (D (Ts)/D′ (Ts)) zum Lenkgeschwindigkeitsbestandteil (D (K·Nm)) zu addieren, um hierdurch die Größe des Motorantriebssignals (Va) zu bestimmen und das Motorantriebssignal (Va) an den Elektromotor (14) auszugeben.

2. Elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lenkrad-Rückführzustand detektierende Einrichtung (119, 124; 222, 223, 227, 228) entsprechend den Ausgangssignalen (S ₁, S ₂, S ₃, S ₄) von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung (32) und der die Lenkgeschwindigkeit detektierenden Einrichtung (36) beurteilen kann, ob das Lenksystem (50) in den positiven Lenkzustand oder in den Lenkrad-Rückführzustand versetzt ist.

3. Elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lenkrad-Rückführzustand detektierende Einrichtung (119, 124) eine Einrichtung (117 bis 123) umfaßt, um eine Wirkrichtung (G) des Lenkdrehmoments (Ts) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S ₁, S ₂) von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung (32), eine Einrichtung (105 bis 110) zur Bestimmung einer Drehrichtung (F) des Lenkrads in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S ₃, S ₄) von der die Lenkgeschwindigkeit detektierenden Einrichtung (36) und eine Vergleichseinrichtung (124) umfaßt, um die Wirkrichtung (G) des Lenkdrehmoments (Ts) und die Drehrichtung (F) des Lenkrads zu vergleichen und zu beurteilen, daß das Lenksystem (50) in den Lenkrad-Rückführzustand versetzt ist, nur wenn die Wirkrichtung (G) und die Drehrichtung (F) nicht miteinander zusammenfallen.

4. Elektrisches Servolenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lenkrad-Rückführzustand detektierende Einrichtung (222, 223, 227, 228) eine Einrichtung (220, 221, 224 bis 226, 229) zur Bestimmung einer Wirkrichtung (G) des Lenkdrehmoments (Ts) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S ₁, S ₂) von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung (32), eine Einrichtung (218, 219) zur Bestimmung einer Richtung einer Änderung (dTs) des Lenkdrehmoments (Ts) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S ₁, S ₂) von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung (32), eine Einrichtung (105 bis 110) zur Bestimmung einer Drehrichtung (F) des Lenkrads in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S ₃, S ₄) von der die Lenkgeschwindigkeit detektierenden Einrichtung (36) und eine Einrichtung (220 bis 229) umfaßt, um zu beurteilen, daß das Lenksystem (50) in den Lenkrad-Rückführzustand versetzt ist, nur wenn die Wirkrichtung (G) des Lenkdrehmoments (Ts) und die Drehrichtung (F) des Lenkrads nicht miteinander zusammenfallen und die Lenkrad- Drehrichtung (F) und die Richtung der Lenkdrehmomentänderung (dTs) miteinander zusammenfallen.

5. Elektrisches Servolenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die erste Bestimmungseinrichtung (125; 232) bestimmte erste Hilfsbestandteil (D(Ts)) als die Summe eines Bestandteils (D(L)) des Motorantriebssignals (Va), der einer Last von der Straßenoberflächenseite entspricht, und aus einem Bestandteil (D(F)) des Motorantriebssignals (Va) gegeben ist, der einer Last aufgrund von Reibungselementen der elektromagnetischen Servovorrichtung (1) entspricht, und daß der durch die zweite Bestimmungseinrichtung (126; 230) bestimmte zweite Hilfsbestandteil (D′(Ts)) erhalten wird, indem der Reibungslastbestandteil (D(F)) von dem Bestandteil (D(L)) der Last von der Straßenoberflächenseite des Motorantriebssignals (Va) substrahiert wird.

6. Elektrisches Servolenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungslastbestandteil (D(F)) so voreingestellt wird, daß er einen konstanten Wert (k ₁) hat, wenn die Größe des Lenkdrehmoments (Ts) größer als ein vorbestimmter Wert (Tb) ist, und der konstante Wert (k ₁) so groß ist, wie es benötigt wird, damit der Elektromotor (14) ein der Last aufgrund der Reibungselemente der elektromagnetischen Servovorrichtung (1) entsprechendes Drehmoment erzeugt.

7. Elektrisches Servolenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuereinrichtung (30, 40) eine Mikrorechnereinheit (30), die das Ausgangssignal (S ₁, S ₂) von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung (32) und das Ausgangssignal (S ₃, S ₄) von der die Lenkggeschwindigkeit detektierenden Einrichtung (36) empfängt und bestimmt, um ein Motorsteuersignal (T ₂, T ₃, T ₄) auszugeben, das den Inhalt des dem Elektromotor (14) zuführenden Motorantriebssignals (Va) darstellt, und eine Motorantriebseinrichtung (40) umfaßt, die das Motorsteuersignal (T ₂, T ₃, T ₄) empfängt und das Motorantriebssignal (Va) an den Elektromotor (14) entsprechend dem Motorsteuersignal (T ₂, T ₃, T ₄) ausgibt, wobei die erste, zweite und dritte Bestimmungseinrichtung den ersten Hilfsbestandteil (D(Ts)), den zweiten Hilfsbestandteil (D′(Ts)) und den Lenkgeschwindigkeitsbestandteil (D(K·Nm)) jeweils bestimmen und ein Programm (100 bis 138) für die Mikrorechnereinheit (30) umfassen, und daß die Mikrorechnereinheit (30) den ersten Hilfsbestandteil (D(Ts)), den zweiten Hilfsbestandteil (D′(Ts)) und den Lenkgeschwindigkeitsbestandteil (D(K·Nm)) in einer adressenbestimmenden Weise in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S ₁, S ₂) von der das Lenkdrehmoment detektierenden Einrichtung (32) und dem Ausgangssignal (S ₃, S ₄) von der die Lenkgeschwindigkeit detektierenden Einrichtung (36) in Abhängigkeit vom Programm (100 bis 138) bestimmt.