DE3703701C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. In neuerer Zeit sind elektrische Servolenkungen anstelle von hydraulischen Servolenkungen bekanntgeworden, da letztere in ihrem Aufbau aufwendig sind.

Beispielsweise in der veröffentlichten GB-Patentanmeldung 21 32 950 ist eine elektrische Servolenkung für Fahrzeuge mit Analogsteuerung beschrieben.

Diese Servolenkung enthält eine Servoeinheit mit einem Elektromotor und zugehöriger Spannungsversorgung sowie eine analoge Steuerschaltung zur Steuerung der Servoeinheit als Funktion eines Lenkdrehmomentsignals von einem Lenkzustandsdetektor, welche das auf ein Lenkrad wirkende Lenkdrehmoment detektiert. Der Elektromotor erzeugt ein Hilfslenkdrehmoment, um dadurch die für den Lenkvorgang notwenige Kraft zu verringern.

In den letzten Jahren werden mehr und mehr Digitalsignale verarbeitende Mikrocomputer als Steuereinrichtungen von Arbeitssystemen verwendet, da sie den Vorteil haben, daß komplizierte Steuerfunktionen mit relativ einfachem Systemaufbau realisiert werden können. Es ist daher zweckmäßig, für eine Servolenkung der vorgenannten Art einen Mikrocomputer als Steuereinrichtung zu verwenden und eine Diagnosefunktion für verschiedene Störungen vorzusehen, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Generell vermag jedoch ein Mikrocomputer nicht gleichzeitig viele Eingangssignale zu lesen, so daß Signalverarbeitungsoperation als Funktion eines Systemtaktimpulses sequentiell durchgeführt werden. Wird dem Mikrocomputer eine Vielzahl von Störungsdiagnosen zugewiesen, so besteht daher die Möglichkeit, daß das Ansprechvermögen der Motortreibersteuerung auf Lenkoperationen ungenügend wird. Kann eine Motortreibersteuerung einer Lenkoperation nicht mehr ausreichend folgen, so führt dies zu einem unangenehmen Lenkgefühl. Wird dem Ansprechvermögen auf Lenkvorgänge mehr Bedeutung beigemessen, so kann die Störungsdiagnosefunktion nachteilig beeinflußt werden, wodurch die Zuverlässigkeit leidet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Servolenkung für Fahrzeuge anzugeben, die auch bei Verwendung eines Mikrocomputers als Steuereinrichtung eine ausreichende Störungsdiagnosefunktion auszuführen vermag und bei der die Motortreibersteuerung Lenkvorgängen in ausreichendem Maße folgen kann.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Servolenkung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand eines Unteranspruchs.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung einer elektromagnetischen Servoeinheit als wesentlicher Teil einer elektrischen Servolenkung für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltungsanordnung der elektromagnetischen Servoeinheit;

Fig. 3 ein schematisches Flußdiagramm von durch einen Mikrocomputer in der Steuerschaltungsanordnung nach Fig. 2 abzuarbeitenden Steuerprozessen;

Fig. 4 ein Signaldiagramm eines Lenkdrehmoment-Detektorsignals;

Fig. 5 ein Signaldiagramm eines Lenkgeschwindigkeits- Detektorsignals;

Fig. 6 ein Diagramm eines Motortreibersignals als Funktion des Lenkdrehmomentes;

Fig. 7A bis 7C jeweils ein Zeitdiagramm des Frequenzverhältnisses von Störungsdiagnose- und Fahrzeuggeschwindigkeit; und

Fig. 8 ein schematisches Funktionsblockdiagramm der Steuerschaltungsanordnung nach Fig. 2.

Eine in Fig. 1 insgesamt mit 100 bezeichnete elektromagnetische Servoeinheit bildet einen wesentlichen Teil einer elektrischen Servolenkung gemäß einer Ausführung der Erfindung, das in ein nicht dargestelltes Fahrzeug eingebaut ist. Die in Fig. 1 dargestellte Schnittdarstellung der Servoeinheit 100 ist um 90° um die Längsachse gedreht. Die Einheit 100 enthält eine mit einem nicht dargestellten Lenkrad des Fahrzeugs verbundene Eingangswelle 1, sowie eine koaxial zu dieser angeordnete Ausgangswelle 2. Die Wellen 1 und 2 bilden eine Lenkwelle. Die Ausgangswelle 2 ist über ein nicht dargestelltes Kardangelenkt, ein Zahnstangengetriebe sowie Verbindungsgestänge mit Achsschenkeln verbunden, welche nicht dargestellte gelenkte Räder des Fahrzeugs halten. Die Wellen 1 und 2 sind miteinander über einen zu ihnen zentrierten Torsionsstab 4 miteinander verbunden. Das innere Ende der Eingangswelle 1 besitzt ein fest aufgepaßtes hohles zylindrisches Element 1 a, während das innere Ende der Ausgangswelle 2 ein aufgepaßtes hohles zylindrisches Element 2 a besitzt. Das zylindrische Element 1 a ist am linken Ende gabelförmig ausgebildet, während das zylindrisches Element 2 a am rechten Ende gabelförmig ausgebildet ist. Die gabelförmigen Teile greifen mit einem zwischen ihnen vorgesehenen Spiel ineinander. Die Eingangs- und die Ausgangswelle 1, 2 sind über Lager 3, 5, 6, 7 mittels eines an einer nicht dargestellten Aufhängung des Fahrzeugschassis befestigten Gehäuses 8 drehbar gelagert. Die Drehung des Lenkrades wird über die Eingangswelle 1 und den Torsionsstab 4 auf die Ausgangswelle 2 übertragen, wodurch die gelenkten Räder gedreht werden. Gleichzeitig wird von einem Elektromotor 11 ein Hilfsdrehmoment für die Ausgangswelle 2 erzeugt.

Auf der Eingangs- und Ausgangswelle 1, 2 sind ein Lenkgeschwindigkeitsdetektor 9, ein Lenkdrehmomentdetektor 10, der das Hilfsdrehmoment erzeugende Gleichstrommotor 11, ein das Drehmoment des Motors 11 auf die Ausgangswelle 2 übertragendes Untersetzungsgetriebe 12 sowie eine elektromagnetische Kupplung 13, über die die Drehmomentübertragung vom Getriebe 12 auf die Welle 2 erfolgt, angeordnet. Die Detektorsignale von den Detektoren 9, 10 werden in eine Treibersteuereinrichtung 15 eingespeist, die von einer Spannungsversorgungsschaltung 16 gespeist wird. In die Treibersteuereinrichtung 15 wird ein weiteres Detektorsignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitdetektor 14 eingespeist. Mit den Ausgangssignalen der Detektoren 9, 10 und 14 steuert die Treibersteuereinrichtung 15 den Motor 11 und die Kupplung 13.

Der Lenkgeschwindigkeitsdetektor 9 besitzt einen einstückig am Gehäuse 8 befestigten Gleichstromgenerator 9 a ein an einem Ende einer Welle des Generators 9 a befestigtes Zahnrad 9 b kleinen Durchmessers, ein am Außennumfang des zylindrischen Elementes 1 a ausgebildetes Zahnrad 1 b großen Durchmessers sowie einen über die Zahnräder 9 b, 1 b geführten Transmissionsriemen 9 c. Die Drehung der Eingangswelle 1 wird über den Transmissionsriemen 9 c auf den Generator 9 a übertragen, welcher eine Gleichspannung mit einer der Richtung der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns bzw. der Winkelgeschwindigkeit der Welle 1 entsprechenden Polarität und einer der Größe der Lenkdrehgeschwindigkeit Ns bzw. der Winkelgeschwindigkeit der Welle 1 entsprechenden Größe erzeugt.

Der Lenkdrehmomentdetektor 10 besitzt einen aus einer ferromagnetischen Substanz hergestellten Kern 10 a, das axial gleitend auf die zylindrischen Elemente 1 a, 2 b aufgepaßt ist sowie einen Differenztialtransformator 10 b zur Detektierung der Axialverschiebung des Kerns 10 a, wobei der Tranformator 10 b am Innenumfang des Gehäuses 8 befestigt ist. Ein Paar von Stiften 1 c, 1 c verläuft vom gabelförmigen Teil des zylindrischen Elementes 1 a radial nach außen. Entsprechend ist ein Paar von radial nach außen verlaufenden Stiften 2 b, 2 b am gabelförmigen Teil des zylindrischen Elementes 2 a vorgesehen. Der Kern 10 a ist mit Langlöchern versehen, in welche die Stifte 1 c, 1 c bzw. 2 b, 2 b eingreifen. Die Langlöcher, in welche die Stifte 1 c, 1 c am Ende der Eingangswelle 1 eingreifen, verlaufen parallel zu den Achsen der Eingangs- und Ausgangswelle 1, 2, während die Langlöcher, in welche die Stifte 2 b, 2 b am Ende der Ausgangswelle 2 eingreifen, um einen vorgegebenen Winkel gegen diese Achsen geneigt sind. Das auf die Eingangswelle 1 wirkende Steuermoment Ts wird über den Torsionsstab 4 auf die Ausgangswelle 2 übertragen, um diese gegen eine auf sie wirkende Last zu drehen. Überwiegt die auf die Ausgangsseite wirkende Last das übertragene Lenkdrehmoment Ts, so verwindet sich der Torsionsstab 4, wodurch zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 2 eine Umfangswinkeldifferenz entsteht. Der mit den Stiften 1 c, 2 b in Eingriff stehende Kern 10 a bewegt sich als Funktion der Wirkungsrichtung des Lenkdrehmomentes Ts in der jeweiligen Achsrichtung. Die axiale Verschiebung des Kerns 10 a entspricht der Größe des einwirkenden Lenkdrehmomentes Ts. Der Differentialtransformator 10 b besitzt eine Primärwicklung, in die von der Treibersteuereinrichtung 15 eine Wechselspannung eingespeist wird, sowie Sekundärwicklungen, von denen Ausgangsspannungen in die Treibersteuereinrichtung 15 eingespeist werden. Die Amplituden der Sekundärspannungen ändern sich differentiell als Funktion der Axialverschiebung des Kerns 10 a. In dieser Hinsicht ist der Kern 10 a so angeordnet, daß er eine Mittenstellung gemäß Fig. 1 annimmt, wenn ohne ein auf die Eingangswelle 1 wirkendes Lenkdrehmoment keine relative Winkeldifferenz zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle 1, 2 entsteht. Zwischen das hohl ausgebildete innere Ende der Eingangswelle 1 und einem reduzierten Axialansatz des inneren Endes der Ausgangswelle 2 ist ein elastischer Ring 10 d mit geeignetem Reibungskoeffizienten vorgesehen. Dieser Ring 10 d dient zur Erzeugung eines Gegendrehmomentes proportional zur Differenz zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Eingangs- und Ausgangswelle 1, 2, wodurch Schwankungen in der Phasendifferenz zwischen den Wellen 1, 2 aufgeglichen werden, was zu einer verbesserten Ausgangsstabilität des Lenkdrehmomentdetektors 10 führt. Mit anderen Worten ausgedrückt, wirkt der Ring 10 d mit dem inneren Ende der Eingangswelle 1 und dem reduzierten Ansatz am inneren Ende der Ausgangswelle 2 zusammen, um einen Drehmomentdämpfungsmechanismus 10 c zu bilden. Die Ausgangsspannung des Differenztialtransformators 10 b repräsentieren bei dieser Ausgestaltung die Richtung und die Größe des Lenkdrehmomentes Ts.

Ein im folgenden noch zu beschreibender Lenkzustandsdetektor gemäß Fig. 8 wird durch den Lenkgeschwindigkeitsdetektor 9 und den Lenkdrehmomentdetektor 10 gebildet.

Auf der rotierenden Welle des Elektromotors 11 ist ein Zahnrad 12 a kleinen Durchmessers befestigt. Dieses Zahnrad 12 a ist über einen Transmissionsriemen 12 c mit einem Zahnrad 12 b großen Durchmessers verbunden, das mittels eines Lagers 17 drehbar auf der Ausgangswelle 2 montiert ist. Dadurch wird die Drehung des Motors 11 mit reduzierter Geschwindigkeit auf das Zahnrad 12 b großen Durchmessers übertragen. Im linken Teil des Zahnrades 12 b ist ein Umlaufzahnrad 12 d vorgesehen, während in das Gehäuse 8 ein Ringzahnrad 12 f drehbar eingepaßt ist. Drei mit dem Umlaufzahnrad und dem Ringzahnrad 12 d, 12 f kämmendende Planetenzahnräder 12 e sind drehbar auf einer Trägerplatte 12 g gehaltert, die an der Ausgangswelle 2 befestigt ist. Die Zahnräder 12 a, 12 b, der Transmissionsriemen 12 sowie die Zahnräder 12 d, 12 e, 12 f bilden das Untersetzungsgetriebe 12.

Die elektromagnetische Kupplung 13 umfaßt eine am linken Ende des Ringzahnrades 12 f befestigte Kupplungsplatte 13 a, ein Feldelement 13 c mit kanalförmigem Querschnitt zur Aufnahme einer Erregerspule 13 b sowie eine zwischen dem rechten Ende des Ringzahnrades 12 f und einem Flansch des Gehäuses 8 vorgesehene Blattfeder 13 d. Diese Feder 13 d spannt eine Öffnung des Felderelementes 13 c federnd vor. Wird die Spule 13 b erregt, wird das Ringzahnrad 12 f zum Gehäuse 8 hingebogen, wobei der magnetische Fluß durch das Felderelement 13 c und die Kupplungsplatte 13 a verläuft. Damit kann das Untersetzungsgetriebe 12 so arbeiten, daß die auf die Ausgangswelle 2 zu übertragende Drehung des Motors 11 reduziert wird.

Der Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 14 enthält ein nicht dargestelltes Tachometerkabel, das mit einem nicht dargestellten Magneten verbunden ist, der seinerseits zusammen mit dem Kabel rotiert. Bei Drehung des Magneten wird ein nicht dargestellter Reed-Schalter zur Erzeugung eines impulsförmigen Signals ein- und ausgeschaltet, das in einen nicht dargestellten Frequenz-Spannungs-Umsetzer eingespeist wird, in dem es in eine als Fahrzeuggeschwingigkeitssignal auszugehende Gleichspannung überführt wird.

Im folgenden wird die Treibersteuereinrichtung 15 anhand von Fig. 2 beschrieben.

Diese Treibersteuereinrichtung 15 enthält einen Mikrocomputer 22 (im folgenden als MCU bezeichnet), eine Motortreiberschaltung 23, eine Kupplungstreiberschaltung 24 sowie eine Stromdetektorschaltung 25. Weiterhin können in dieser Einrichtung gemäß Fig. 2 auch die Sensoren 9, 10, 14 sowie die Spannungsversorgungsschaltung 16 enthalten sein. Die MCU 22 nimmt ein Paar von Detektorsignalen S₁, S₂ vom Lenkdrehmomentdetektor 10, ein Paar von Detektorsignalen S₃, S₄ vom Lenkgeschwindigkeitsdetektor 9, ein Detektorsignal S₅ vom Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 14 sowie ein Detektorsignal S₆ von der Stromdetektorschaltung 25 auf. Die Detektorsignale S₁ bis S₄ und S₆ werden als Funktion eines Befehls von der MCU 22 über einen Analog-Digital-Umsetzer 21 in die MCU 22 eingespeist, daß das Fahrzeuggeschwingigkeitssignal darstellende Detektorsignal S₅ wird direkt in die MCU 22 eingespeist.

Der Lenkdrehmomentdetektor 10 enthält eine nicht dargestellte Schnittstellenschaltung, welche einen internen Taktimpuls von der MCU 22 aufnimmt und diesen nach Teilung in einer Anzahl von Stufen zur Erzeugung eines Wechselsignals in die Primärwicklung des Differentialtransformators 10 b einspeist. Die Ausgangsspannungen der Sekundärwicklungen des Transformators 10 b werden in die Schnittstellenschaltung eingespeist, wo sie gleichgerichtet und geglättet werden, um Gleichspannungen zu erzeugen, die als Lenkdrehmoment-Detektorsignale, d. h. als Signale S₁, S₂ ausgegeben werden.

Der Lenkgeschwindigkeitsdetektor 9 enthält ebenfalls eine nicht dargestellte Schnittstellenschaltung, welche ein Paar von Spannungssignalen an den Ausgangsklemmen des Gleichstromgenerators 9 aufnimmt und deren hochfrequente Komponenten eliminiert, um geglättete Spannungssignale zu gewinnen, welche als Lenkgeschwindigkeits-Detektorsignale, d. h., als Signale S₃, S₄ ausgegeben werden.

Die MCU 22 enthält nicht dargestellte Anordnungen, wie beispielsweise Ein/Ausgabeschaltungen, RAM- und ROM-Speicher, einen programmierbaren Zeitgeber sowie einen mit einem Quarzoszillator gekoppelten Taktgenerator.

Die Spannungsversorgungsschaltung 16 liefert die für weitere Schaltungen in der MCU 22 notwenige Spannung. Sie enthält ein über einen Zündschalter 31 an eine positive Klemme einer Batterie 30 des Fahrzeugs angeschlossenes Ruhekontakt-Relais 32 sowie einen an dieses Relais 32 angeschalteten Spannungsstabilisator 33. Das Relais 32 besitzt einen Ausgangsanschluß 32 a zur Einspeisung von Spannung in die Motortreiberschaltung 23, während der Stabilisator 33 einen Ausgangsanschluß 33 a zur Einspeisung einer konstanten Spannung in die MCU 22, die Sensoren 9, 10 und 14 sowie weitere Schaltungen aufweist. Wird der Zündschalter 31 eingeschaltet, so wird die MCU 22 mit Spannung versorgt, so daß die Detektorsignale S₁ bis S₅ von den Sensoren 9, 10, 14 gemäß einem in die Speicher eingeschriebenen Programm verarbeitet. Sodann wird von der MCU 22 ein Paar von Treibersteuersignalen T₂, T₃ in die Motortreiberschaltung 23 eingespeist, welche den Motor 11 steuern. Das Signal T₂ dient zur Steuerung der Drehrichtung des Motors 11, während das Signal T₃ zur Steuerung des Motordrehmomentes durch Änderung einer Ankerspannung Va dient.

Die Motortreiberschaltung 23 enthält eine die Steuersignale T₂, T₃ aufnehmende Treiberschicht sowie eine aus vier Feldeffekttransistoren 41 bis 44 gebildete Brücke 40. In dieser Brücke 40 sind die Drain-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 41, 44 in einem Paar von benachbarten Brückenzweigen mit dem Ausgangsanschluß 32 a des Ralais 32 verbunden, während deren Source-Anschlüsse mit den Drain-Anschlüssen der verbleibenden Feldeffekttransistoren 42, 43 verbunden sind. Die Feldeffekttransistoren 42, 43 bilden das andere Paar von benachbarten Brückenzweigen und sind mit ihren Source-Anschlüssen über einen Widerstand 45 an Masse als Bezugsanschluß angeschlossen, an dem auch die negative Seite der Batterie 30 liegt. Die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 41 bis 44 liegen an jeweils einem Ausgangsanschluß 35 a, 35 d, 35 b bzw. 35 c der Treibereinheit 35. Die Source-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 41, 44 dienen als Ausgangsanschlüsse der Brücke 40 und sind mit den Eingangsanschlüssen des Motors 14 verbunden.

Die Treibereinheit 35 arbeitet in Abhängigkeit von dem die Motordrehrichtung angebenden Steuersignal T₂ und dem die Motordrehmomentgröße angebenden Steuersignal T₃ von der MCU 22, so daß in Abhängigkeit vom Steuersignal T₂ ein Ein/Aus-Signal Q₁ oder ein Ein/Aus-Signal Q₃ am Ausgangsanschluß 35 a oder 35 c abgegeben wird, um den Feldeffekttransistor 41 oder 44 leitend zu schalten. Gleichzeitig wird am Ausgang 35 b oder 35 d ein PWM-Signal Q₂ oder ein PWM-Signal Q₄ abgegeben, um den Feldeffekttransistor 43 oder 42 leitend zu schalten. Die Signale Q₂, Q₄ liegen in Form einer Folge von PWM-Signalzügen (Pulsdauermodulations-Signalzüge) vor, die durch Modulation der Dauer eines Rechteckimpulssignals mit dem Wert der Batteriespannung und konstanter Frequenz als Funktion des Steuersignals T₃ gewonnen werden. Der Motor 11 wird daher mit einer Ankerspannung Va angesteuert, deren Polarität und Größe dem Signal T₂ bzw. T₃ entspricht.

Mit anderen Worten ausgedrückt, steuert die Motortreiberschaltung 23 den Motor 11 in Abhängigkeit von den Steuersignalen T₂, T₃ von der MCU 22 in der Weise, daß die Drehrichtung und die Ausgangsleistung (Drehzahl und Drehmoment) des Motors 11 entweder durch Leitendschaltung des Feldeffekttransistors 41 und des Feldeffekttransistors 43 oder durch Leitendschalten des Feldeffekttransistors 44 und des Feldeffekttransistors 42 gesteuert werden.

Für den Fall, daß der Motor 11 durch die Feldeffekttransistoren 41, 43 gesteuert wird, ist die Größe der Ankerspannung Va proportional zur Impulsdauer des PWM-Signals Q₂ am Ausgangsanschluß 35 b der Treibereinheit 35 und die Polarität der Spannung Va so beschaffen, daß ein Ankerstrom Ia in der Richtung fließt, welche zu einer Rotation des Motors 11 im Uhrzeigersinn führt. Für den Fall der Steuerung durch die Feldeffekttransistoren 42, 44 ist anderereits die Größe der Spannung Va proportional zur Impulsdauer des PWM-Signals Q₄ am Ausgangsanschluß 35 d und die Polarität so beschaffen, daß der Ankerstrom Ia in der Gegenrichtung fließt, wodurch der Motor 11 im Gegenuhrzeigersinn rotiert.

Die Kupplungstreiberschaltung 24 enthält eine Treiberschaltung, welche die elektromagnetische Kupplung 13 in Abhängigkeit von einem Steuersignal T₄ von der MCU 22 ein- und ausschaltet.

Die Stromdetektorschaltung 25 dient zur Detektierung von Störungen in Bezug auf die Motortreiberschaltung 23. Diese Stromdetektorschaltung 25 enthält ein nicht dargestelltes Tiefpaßfilter zur Erzeugung einer Gleichspannung aus der Spannung am Widerstand 45 sowie einen nicht dargestellten Verstärker zur Verstärkung der Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters. Die Schaltung 25 detektiert einen im Widerstand 45 fließenden Störstrom, um eine Information über Störungen in der Motortreiberschaltung 23 und im Motor 11 zu gewinnen. Wird eine Störung auf der Basis des Detektorsignals S₆ von der Schaltung 25 gefunden, so liefert die MCU 22 ein Steuersignal T₁ zum Relais 23 der Spannungsversorgungsschalter 16. Dieses Signal T₁ öffnet das Relais 32, wodurch die Spannungszufuhr von der Schaltung 26 zu anderen Schaltungen unterbrochen wird.

Dies wird im folgenden anhand verschiedener programmierter Funktionen der MCU 22 erläutert.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Flußdiagramm, aus dem verschiedene Steuerprozesse in der MCU 22 ersichtlich sind. Die Bezugszeichen 100 bis 116 repräsentieren die Prozeßschritte.

Durch Einschalten des Zündschalters 31 werden die MCU 22 sowie weitere zugehörige Schaltungen mit Spannung versorgt und können damit die Steuerfunktionen durchführen.

Zunächst werden in einem Schritt 101 entsprechende Register, Faktoren und Parameter, Daten im RAM und Schaltungen in der MCU 22 initialisiert.

Sodann wird in einem Schritt 102 das Detektorsignal S₆ von der Stromdetektorschaltung 25 gelesen und eine Diagnose durchgeführt, ob der Motor 11 und die Treiberschaltung 23 Störungen aufweisen oder nicht, was durch Prüfung hinsichtlich von Störungen des Stroms erfolgt. Sodann werden die Detektorsignale S₁ bis S₅ von den Sensoren 9, 10, 14 in der angegebenen Reihenfolge gelesen und hinsichtlich Störungen des Signalwertes geprüft, um dadurch eine Diagnose durchzuführen, ob die zugehörigen Schaltungen gestört sind oder nicht. Weiterhin können Testdaten für verschiedene Schaltungen ausgegeben werden, um zu prüfen, ob zugehörige Elemente arbeiten oder nicht. Durch solche Diagnosen wird zunächst eine Störprüfung durchgeführt. Wird eine Störung als vorhanden festgestellt, so wird das Steuersignal T₁ in das Relais 32 eingespeist. Dieses Relais 32 öffnet dann, so daß die MCU 22 nicht mehr weiterarbeitet. Damit wird auch die Funktion der Treibersteuerschaltung 15 unterbrochen. Wird keine Störung festgestellt, so schreitet der Prozess zum Schritt 103.

Im Schritt 103 wird das Detektorsignal S₅ vom Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 14 gelesen, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit V zu erhalten. Sodann wird in einem Schritt 104 in Bezug auf die so gewonnene Fahrzeuggeschwindigkeit V eine Referenzfrequenz bzw. eine Periodenzahl bzw. Zeit Kv festgelegt, die für die Prozeßschleife einen Erfahrungswert dargestellt. Bei der Größe Kv handelt es sich um eine vorgesetzte ganze Zahl, die vorher in eine Tabelle in einen Speicher der MCU 22 eingeschrieben wird und mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt.

Sodann wird in einem Schritt 105 eine Beurteilung durchgeführt, ob der Inhalt eines Zählers, welcher eine Anzahl von Zeiten Ki zählt, welche die Prozeßschleife bis dahin durchlaufen hat, gegenüber der Größe Kv eine kleinere ganze Zahl darstellt. Die laufende Anzahl von Zeiten Ki ist im Schritt 101 auf Null gesetzt worden, wobei sie auch in einem Schritt 116 auf Null rückgesetzt wird. Ist im Schritt 105 festgelegt worden, daß Ki kleiner als Kv ist, so schreitet der Prozeß zum Schritt 106 fort.

Im Schritt 106 werden die Lenkdrehmoment-Detektorsignale S₁, S₂ gelesen. Arbeitet der den Differentialtransformator 10 b enthaltende Lenkdrehmomentdetektor 10 normal, so stehen die Detektorsignale S₁, S₂ in dem in Fig. 4 dargestellten Zusammenhang zum Lenkdrehmoment Ts. Die Hälfte der Summe der Signale S₁ und S₂ ist im wesentlichen gleich einem konstanten Werk k. Die Phasendifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangszwelle 1, 2 ist durch das in Eingriffstehen zwischen dem gabelförmigen Teil des zylindrischen Elementes 1 a und demjenigen des zylindrischen Elementes 2 a innerhalb eines vorgegebenen Winkels begrenzt. Somit werden die Werte der Signale S₁, S₂ konstant gehalten, wenn das Lenkdrehmoment Ts in jeder Wirkungsrichtung größer als ein vorgegebener Wert ist. Im Schritt 106 wird eine Berechnung dahingehend durchgeführt, daß das Ergebnis von S₁-S₂ ein Wert des Lenkdrehmomentes Ts ist. Um die Wirkung des Lenkdrehmomentes Ts zu berurteilen, wird darüber hinaus eine Bestimmung dahingehend durchgeführt, ob der Wert von Ts positiv oder negativ ist. Wirkt das Drehmoment Ts im Uhrzeigersinn, d. h., ist der Wert positiv oder Null, so wird ein nicht dargestelltes Lenkrichtungskennzeichen auf "1" gesetzt. Ist der Wert Ts negativ, so wird durch Abarbeitung eines Prozesses derart, daß Ts = - Ts ist, sein Absolutwert erzeugt, wobei das Lenkrichtungskennzeichen auf "0" rückgesetzt wird.

Sodann werden in einem Schritt 107 die Detektorsignale S₃, S₄ des Lenkgeschwindigkeitsdetektor 9 gelesen. Arbeitet dieser Lenkgeschwindigkeitsdetektor 9 normal, so stehen die Detektorsignale S₃, S₄ zur Lenkgeschwindigkeit Ns in dem Fig. 5 dargestellten Zusammenhang. Der Sensor 9 arbeitet normal, wenn die Gleichspannungswerte der beiden Signale S₃, S₄ gleichzeitig positiv sind und wenn die Signale S₃, S₄ außerhalb des Bereiches der Ausgangsspannung Vcc des Stabilisators 33 liegen. Der Generator 9 a besitzt dazu eine solche Charakteristik, daß seine maximal zu erwartende Ausgangsspannung um einen vorgegebenen Wert kleiner als Vcc ist. Darüber hinaus wird in einem Schritt 107 eine Berechnung S₃ - S₄ durchgeführt, deren Ergebnis ein Wert der Lenkgeschwindigkeit Ns ist.

In einem Schritt 108 wird der Inhalt einer nicht dargestellten Tabelle im ROM in Abhängigkeit des Absolutwertes des Lenkdrehmomentes Ts direkt adressiert gelesen. Die Tabelle ist vorher in das ROM eingeschrieben, wobei Tastwerte D gespeichert sind, welche in dem in Fig. 6 dargestellten Zusammenhang zum Absolutwert des Lenkdrehmomentes Ts stehen. D₁ ist dabei eine Totzone.

Sodann wird in einem Schritt 109 die Rotationsrichtung N des Motors 11 in Abhängigkeit vom Wert des im Schritt 106 gesetzten Lenkrichtungskennzeichen festgelegt.

Sodann wird in einem Schritt 110 die festgelegte Richtung N und in einem Schritt 111 der gelesene Tastwert D ausgegeben. In einem Schritt 112 wird die laufende Anzahl von Zeiten Ki um 1 inkrmentiert. Dann geht der Prozeß zum Schritt 103 weiter.

Die Schritte 106 bis 112 bilden ein Unterprogramm für die Motortreibersteuerung.

Speziell werden in den Schritten 111 und 11 die folgenden Prozesse ausgeführt:

Ist das Lenkrichtungskennzeichen "1", d. h., wirkt das Lenkdrehmoment Ts im Uhrzeigersinn, werden die Treibersignale Q₁ bis Q₄ so gesetzt, daß folgende Beziehungen gelten:

Q₃ = "0", Q₁ = "1",
Q₂ = "1", Q₄ = "0".

Ist andererseits das Lenkrichtungskennzeichen "0", d. h., wirkt das Lenkdrehmoment Ts im Gegenuhrzeigersinn, so werden die Signale Q₁ bis Q₄ so gesetzt, daß folgende Beziehungen gelten:

Q₃ = "1", Q₁ = "0",
Q₂ = "0", Q₄ = "1".

Sodann werden die Werte der so gesetzten Signale Q₁ bis Q₄ und der Tastwert D zur Treibereinheit 35 ausgegeben. Der Tastwert D repräsentiert den Anteil der Impulsdauer des PWM-Signals Q₂ oder Q₄. Speziell wird der Tastwert D so modifiziert, daß sich eine an die im Schritt 107 detektierte Lenkgeschwindigkeit Ns angepaßte Motordrehzahl Nm ergibt. Dieser Prozeß ergibt das Motorsteuersignal T₂, T₃. Auf diese Weise wird der Motor 11 in beiden Richtungen gedreht, wobei sein Ausgangsdrehmoment geschwindigkeitsuntersetzt auf die Ausgangswelle 2 übertragen wird, um dadurch die notwenige Lenkkraft zu verringern. Wird der Motor 11 angesteuert, so wird das Steuersignal T₄ in die Treiberschaltung 24 eingespeist, um die elektromagnetische Kupplung 13 zu betätigen.

Der die Treibersteuerprozesse zwischen den Schritten 106 und 112 enthaltende Zyklus wird wiederholt, bis die laufende Anzahl von Zeiten ki die Anzahl der aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V im Schritt 103 festgelegte Anzahl von Zeiten Kv erreicht.

Wird im Entscheidungsschritt 105 entschieden, daß Ki nicht kleiner als Kv oder Ki gleich oder größer als Kv ist, so schreitet der Prozeß zum Schritt 113 fort. Die notwendige Zeit, die das Programm zur Abarbeitung der Schritte 103 bis 112 oder der Schritte 103 bis 105 und 113 bis 116 benötigt, ist sehr kurz. Die Fahrzeuggeschwindigkeit Vi, welche auftritt, wenn das Programm die Schritte 103 bis 105 in einem bestimmten Zyklus durchläuft, kann geändert werden, wenn das Programm zum nächsten Zyklus fortschreitet. Der Wert von Kv wird im Schritt 104 direkt aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V festgelegt und geändert, wenn sich die Fahzeuggeschwindigkeit V ändert. In einem bestimmten Fall kann daher Ki größer als Kv sein.

Im Schritt 113 wird das Detektorsignal S₆ aus der Stromdetektorschaltung 25 gelesen.

Sodann wird im Schritt 114 der Ankerstrom Ia des Motors 11 in Abhängigkeit vom gelesenen Signal S₆ festgelegt. Ein durch das Signal S₆ repräsentierter Stromwert wird durch den Ausgangstastwert D geteilt, um einen verringerten Ankerstrom Ia′ zu erhalten.

Sodann wird im Schritt 115 bestimmt, ob der reduzierte Ankerstrom Ia′ kleiner als ein vorgegebener Wert innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Differenzbereiches ist oder nicht. Ist dies nicht der Fall, so entscheidet das Programm, daß eine Ströung vorhanden ist, und gibt das Steuersignal T₁ zum Relais 32 aus. Das Relais 32 wird geschlossen, wonach die MCU 22 nicht mehr weiter arbeitet, so daß auch die Treibersteuereinrichtung 15 nicht mehr weiter arbeitet.

Wird im Schritt 115 keine vorhandene Störung festgestellt, so schreitet das Programm zum Schritt 116 fort, in dem die laufende Zahl von Zeiten Ki durch Null ersetzt wird. Danach geht das Programm zum Schritt 103.

Bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform wird ein Anteil-(= 1/Kv) der Abarbeitung eines die Schritte 113 bis 116 enthaltenden Störungsdiagnose-Unterprogramms an einem die Schritte 106 bis 112 enthaltenden Motortreibersteuer- Unterprogramm in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Die Anzahl Kv der Abarbeitungen der Prozeßschleife nimmt mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit V ab. Für drei unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten V₁, V₂, V₃ (V₁<V₂<V₃) ändert sich die Frequenz der Abarbeitung des Störungsdiagnose-Unterprogramms gemäß den Fig. 7A bis 7C. In diesen Figuren bedeutet die Größe t₀, welche im wesentlichen konstant ist, die Abarbeitungszeit des Störungsdiagnose-Unterprogramms. Zeiten t₁, t₂, t₃ sind kontinuierliche Abarbeitungszeiten des Motortreibersteuer-Unterprogramms für die Fahrzeuggeschwindigkeiten V₁, V₂ bzw. V₃, wobei t₁<t₂<t₃ gilt. Die Frequenz der Störungsdiagnose nimmt nämlich mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit V zu.

Fig. 8 zeigt ein schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung verschiedener Funktionen der Treibersteuereinrichtung 15 sowie die Zusammenhänge zwischen der Treibersteuereinrichtung 15 nach Fig. 2 und prinzipiellen Schritten des Programmablaufs nach Fig. 3. Die Steuersignale T₁, T₄ sind dabei weggelassen.

Gemäß der beschriebenen Ausführungsform ändert sich im elektrischen Servoeinheit 100 für Fahrzeuge mit der MCU 22 in der Treibersteuereinrichtung 15 der Anteil der Abarbeitung (1/Kv) eines Störungsdiagnoseprozesses an einem Motortreibersteuer-Prozeß in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V so, daß eine Motortreibersteuerung der Lenkwirkung in einem ausreichenden Maße folgt, wobei eine Störungs-Selbstdiagnosefunktion erfolgreich durchführbar ist. Auf diese Weise ist ein angenehmes Lenkgefühl gewährleistet.

Die Frequenz der Abarbeitung des Störungsdiagnoseprozesses ist bei kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten klein, nimmt mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit V zu und wird bei großen Fahrzeuggeschwindigkeiten groß. Daher liegt für die Motorsteuerung bei kleiner Geschwindigkeit gegenüber Störungsdiagnosen eine Priorität vor, da bei solchen Geschwindigkeiten der Lenkvorgang gewöhnlich mit einem relativ großen Winkel erfolgt. Andererseits wird bei großen Geschwindigkeiten, bei denen ein Lenkvorgang nicht so oft und mit einem relativ kleinen Winkel erfolgt, die Bedeutung auf die Störungsdiagnose gelegt. Im Bereich von kleiner bis zu großer Fahrzeuggeschwindigkeit wird daher der Motor mit einem günstigen Ansprechvermögen auf den Lenkvorgang angesteuert, ohne daß die Störungsdiagnosefunktion beeinträchtigt wird.

Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Abarbeitungzeit t₀ des Störungsdiagnoseprozesses im wesentlichen konstant gehalten, wobei die Abarbeitungsfrequenz mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit V zunimmt. Es kann jedoch auch die Abarbeitungsfrequenz konstant gehalten werden, wobei die Zeit für die Störungsdiagnose mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit V zunehmen kann. Anstelle einer im wesentlichen kontinuierlichen Änderung, wie dies bei der beschriebenen Ausführungsform der Fall ist, kann der Anteil der Abarbeitung eines Störungsdiagnoseprozesses an einem Motortreibersteuer-Prozeß auch schrittweise geändert werden.

Der Gehalt der Störungsdiagnose-Prozeßabläufe in den Schritten 113 bis 115 ist lediglich beispielhaft angegeben.

Claims (2)

1. Elektrische Servolenkung (100) für Fahrzeuge mit einer Lenkwelle (1, 2), einem Lenkzustandsdetektor (9, 10) zur Detektierung eines Lenkzustandes der Lenkwelle (1, 2), einem Elektromotor (11) zur Erzeugung eines Hilfsdrehmomentes (Ts) für die Lenkwelle (1, 2) und mit einer einen Mikrocomputer (22) enthaltenden Treibersteuereinrichtung (15), die ein Ausgangssignal (S 1 bis S 4) vom Lenkzustandsdetektor (9, 10) aufnimmt und als Funktion des Ausgangssignales (S 1 bis S 4) einen Motortreiberprozeß (106 bis 111) zur Speisung des Elektromotors (11) mit einem Treibersignal sowie einen Störungsdiagnoseprozeß (113 bis 115) für die Servolenkung (100) abarbeitet, gekennzeichnet durch eine mit der Treibersteuereinrichtung (15) in Wirkverbindung stehende Diagnose-Anteilsänderungseinrichtung (14, 103 bis 105, 112, 116), welche das Verhältnis der Abarbeitung des Störungsdiagnoseprozesses (113 bis 115) zur Abarbeitung des Motortreiberprozesses (106 bis 111) als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) ändert.

2. Elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnose-Anteilsänderungseinrichtung (14, 103 bis 105, 112, 116) die Abarbeitungsfrequenz des Störungsdiagnoseprozesses (113 bis 115) so einstellt, daß sie kleiner Fahrzeuggeschwindigkeit (V) klein ist, mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit (V) zunimmt und bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit (V) groß ist.