DE3787322T2

DE3787322T2 - Motorbetriebene Servolenkung für Fahrzeuge.

Info

Publication number: DE3787322T2
Application number: DE87305217T
Authority: DE
Inventors: Shinichi C O Himeji Seis Kohge; Mitsuhara C O Himeji Morishita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-06-12
Filing date: 1987-06-12
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2007-06-13
Also published as: KR910000397B1; US4778021A; KR880000290A; EP0249488B1; JPS62292573A; EP0249488A2; DE3787322D1; EP0249488A3

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug, die ausgebildet ist, um den von einem Bediener durch eine Drehkraft eines Motors ausgelösten Lenkvorgang mit Hilfskraft zu unterstützen.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Es ist bereits eine motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug bekannt, wobei ein Motor betriebsmäßig über eine Reibkupplung und ein Untersetzungsgetriebe mit einer Zahnstange verbunden ist, die mit einem Lenkrad und den lenkbaren Laufrädern des Fahrzeugs verbunden ist, um die von dem Bediener auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkkräfte mit Hilfskraft zu unterstützen. Bei dieser Art von motorisch angetriebener Servolenkanlage hat die Reibkupplung die Funktion, die Übertragung des Ausgangsdrehmoments des Motors auf die Zahnstange so zu steuern, daß das vom Motor auf die Zahnstange übertragene Drehmoment kontinuierlich erhöht oder herabgesetzt wird. Dazu wird als eine solche Reibkupplung im allgemeinen eine Magnetpulverkupplung verwendet, die eine relativ große Drehmomentübertragungsleistung pro Gewichtseinheit hat. Bei der Magnetpulverkupplung besteht jedoch die Gefahr, daß eine Blockiererscheinung aufgrund von zusammengeklumptem Pulver auftreten kann, wobei sich Pulver zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangselement der Magnetpulverkupplung zusammenklumpt. Um mit einer solchen Situation fertigzuwerden, ist normalerweise eine elektromagnetische Schaltkupplung an einer Stelle zwischen dem Motor und dem Untersetzungsgetriebe oder zwischen dem Untersetzungsgetriebe und der Zahnstange ausschließlich aus Sicherheitsgründen vorgesehen. Dabei ist die elektromagnetische Schaltkupplung normalerweise eingeschaltet, um die Übertragung einer Hilfskraft vom Motor zu der Zahnstange zuzulassen, wird aber abgeschaltet, um die Kraftübertragung zu unterbrechen, wenn eine solche Blockiererscheinung der Magnetpulverkupplung auftritt.
Bei einem anderen Typ einer herkömmlichen motorisch angetriebenen Servolenkanlage ist ein Motor durch ein Untersetzungsgetriebe mit einer Zahnstange ohne Verwendung einer Reibkupplung verbunden, so daß das Ausgangsdrehmoment des Motors auf die Zahnstange durch das Untersetzungsgetriebe übertragen wird. In diesem Fall wird das Motordrehmoment direkt gesteuert, um nach Maßgabe der Intensität des Lenkdrehmoments, das von einem Bediener auf ein Lenkrad aufgebracht wird, zu- oder abzunehmen. Bei dieser Art von motorisch angetriebener Servolenkanlage wird jedoch, wenn der Motor aus irgendeinem Grund ausfällt, der Motor zu einer der Lenkbewegung des Bedieners entgegenwirkenden Last, und es ist daher notwendig, eine elektromagnetische Schaltkupplung an einer Stelle zwischen dem Motor und dem Untersetzungsgetriebe oder zwischen der Zahnstange und dem Untersetzungsgetriebe vorzusehen, um den Motor bei einem Ausfall von der Zahnstange zu trennen. Außerdem wird das Motordrehmoment im allgemeinen gesteuert, um nach Maßgabe einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs geringer zu werden, und die elektromagnetische Schaltkupplung wird abgeschaltet, um die Übertragung der Lenkhilfskraft zu unterbrechen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit so zunimmt, daß sie einen vorbestimmten Wert überschreitet, bei dem kein Bedarf mehr für eine Hilfskraftunterstützung besteht. Die elektromagnetische Schaltkupplung hat ein Eingangselement, das mit dem Motor verbunden ist, und ein Ausgangselement, das mit der Zahnstange verbunden ist, so daß das Eingangs- und das Ausgangselement unter der Einwirkung der Magnetkraft mechanisch verbunden oder getrennt werden. Wenn jedoch bei dieser Art von Servolenkanlage die elektromagnetische Schaltkupplung plötzlich ein- oder ausgeschaltet wird, werden auf das Lenkrad Stöße übertragen. Um das zu vermeiden, wird in Betracht gezogen, die elektromagnetische Schaltkupplung auf solche Weise zu steuern, daß der der elektromagnetischen Schaltkupplung zugeführte Strom beim Ein- oder Ausschalten der Kupplung allmählich erhöht oder verringert wird. In diesem Fall tritt ein weiteres Problem auf, daß sich nämlich Reibgeräusche infolge des Gleitkontakts zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangselement während der Erhöhungs- oder Verringerungsperiode des Kupplungsstroms ausbilden - Die EP-PS 238 348 ist in bezug auf die Patentansprüche der vorliegenden Anmeldung gemäß Art. 54(3) und (4) EPÜ relevant. Diese Patentschrift betrifft eine motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug mit einer ersten Kupplung, die eine Hysteresiskupplung sein kann, in Kombination mit einer zweiten Kupplung in Form einer elektromagnetischen Schaltkupplung. Die erste Kupplung ermöglicht die Kraftübertragung zwischen dem Motor und der Lenkanlage in Abhängigkeit von einem Steuersignal, und die zweite Kupplung ermöglicht ein selektives Verbinden oder Trennen des Motors von der Lenkanlage.
Die UK-PS 2 161 770 betrifft eine elektromagnetische Servoeinheit zur Hilfskraftunterstützung einer Fahrzeuglenkung und weist die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Merkmale auf. Die Einheit hat einen Motor, der eine Hilfslenkkraft in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment liefert, das von einem Drehmomentsensor erfaßt wird. Eine elektromagnetische Schaltkupplung ist vorgesehen, um das Hilfskraftdrehmoment in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit wirksam oder unwirksam zu machen.
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen soll die vorliegende Erfindung die diversen beschriebenen Probleme des Stands der Technik lösen, und die Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer motorisch angetriebenen Servolenkanlage für ein Fahrzeug, die keine elektromagnetische Schaltkupplung, die herkömmlich für Sicherheitszwecke verwendet wird, benötigt, wodurch die Zahl von Bauteilen und damit die Herstellungskosten gesenkt werden, und die fähig ist, die Erzeugung von Stößen und Lärm beim Umschalten der Lenkanlage von einer Servolenkbetriebsart in eine manuelle Lenkbetriebsart oder umgekehrt zu verhindern oder wesentlich zu verringern.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine motorisch angetriebene Servolenkanlage angegeben für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad, das mit lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden ist, so daß das Lenkrad von einem Fahrer eingeschlagen wird, um die lenkbaren Laufräder angemessen zu lenken, wobei die motorisch angetriebene Servolenkanlage aufweist: einen Drehmomentsensor, um Lenkkraft, die von einem Fahrer auf das Lenkrad aufgebracht wird, zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die erfaßte Lenkkraft repräsentiert; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert; einen Motor, der mit den lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden und ausgebildet ist, um von einer Stromversorgung aktiviert zu werden, um die von dem Fahrer über das Lenkrad verursachte Lenkbewegung durch Hilfskraft zu unterstützen; eine Kupplung zum Übertragen der Hilfskraft auf die lenkbaren Laufräder; und eine Steuereinheit zum Empfang der Ausgangssignale des Drehmomentsensors und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors, um den Betrieb des Motors und der Kupplung derart zu steuern, daß der dem Motor zugeführte Strom und der der Kupplung zugeführte Strom jeweils auf eine geeignete Weise nach Maßgabe des erfaßten Lenkdrehmoments und der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert werden; dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine elektromagnetische Hysteresiskupplung ist, die zwischen dem Motor und den lenkbaren Laufrädern angeordnet ist, um den Motor mit den lenkbaren Laufrädern derart elektromagnetisch zu verbinden, daß das von dem Motor auf die lenkbaren Laufräder übertragene unterstützende Drehmoment in Abhängigkeit von dem der Kupplung zugeführten Erregerstrom kontinuierlich geändert wird; und vorausgesetzt, daß die Anlage keine weitere Schaltkupplung aufweist, um die betriebsmäßige Verbindung des Motors selektiv herzustellen oder zu trennen.
Bei einer Ausführungsform steuert die Steuereinheit die elektromagnetische Hysteresiskupplung derart, daß der der elektromagnetischen Hysteresiskupplung zugeführte Strom nach Maßgabe einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit allmählich verringert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über einen vorbestimmten ersten Wert steigt, und nach Maßgabe einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit allmählich erhöht wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen vorbestimmten zweiten Wert sinkt, der größer als der erste Wert ist.
Bei einer anderen Ausführungsform steuert die Steuereinheit die elektromagnetische Hysteresiskupplung derart, daß Zufuhr und Unterbrechung des Kupplungsstroms bei beliebigen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs allmählich erfolgen. Insbesondere steuert die Steuereinheit die elektromagnetische Hysteresiskupplung derart, daß der der elektromagnetischen Hysteresiskupplung zugeführte Strom bei einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs allmählich auf Null verringert wird und bei einer zweiten vorbestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs allmählich von Null ausgehend erhöht wird.
Bevorzugt weist die elektromagnetische Hysteresiskupplung folgendes auf: einen Stator mit einer Erregerspule; eine hohle Antriebswelle mit einem ersten Rotor, der zur integralen Drehung damit fest darauf angebracht ist, wobei der erste Rotor eine Vielzahl von äußeren Magnetpolen und eine Vielzahl von inneren Magnetpolen hat, die relativ zu den äußeren Magnetpolen radial innen angeordnet sind, um einen Ringspalt dazwischen zu definieren, wobei die äußeren und inneren Magnetpole im Bereich der Erregerspule angeordnet sind; eine Abtriebswelle, die die hohle Antriebswelle durchsetzt, um die Antriebswelle drehbar abzustützen; und einen zweiten Rotor, der zur integralen Drehung damit fest auf der Abtriebswelle angebracht ist und an dem ein ringförmiges magnetisches Element befestigt ist, das in dem Ringspalt zwischen den äußeren und inneren Magnetpolen angeordnet ist.
Die Antriebswelle ist mit dem Motor betriebsmäßig verbunden, und die Abtriebswelle ist mit den lenkbaren Laufrädern oder dem Motor betriebsmäßig verbunden.
Bevorzugt sind die äußeren Magnetpole auf einem ersten Kreis in im wesentlichen gleichen umfangsmäßigen Abständen angeordnet, und die inneren Magnetpole sind auf einem zweiten Kreis, der zu dem ersten Kreis konzentrisch ist und relativ dazu radial innen liegt, in im wesentlichen gleichen umfangsmäßigen Abständen angeordnet.
Bevorzugt erstreckt sich das magnetische Element von dem zweiten Rotor nach radial außen, um in Axialrichtung in den Ringspalt gebogen zu sein.
Die vorstehenden und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden genauen Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die die allgemeine Anordnung einer motorisch angetriebenen Servolenkanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein vertikaler Querschnitt einer elektromagnetischen Hysteresiskupplung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 ist ein Querschnitt der elektromagnetischen Hysteresiskupplung entlang der Linie III-III von Fig. 2;
Fig. 4 ist ein Diagramm einer Charakteristik der elektromagnetischen Hysteresiskupplung, wobei die Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment und dem Kupplungsstrom gezeigt ist;
Fig. 5 ist ein weiteres Diagramm einer Charakteristik der Hysteresiskupplung, das die Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment und der Schlupfdrehzahl des Motors in bezug auf den Motorstrom zeigt;
Fig. 6 ist ein Diagramm einer Charakteristik des Motors, wobei die Beziehung zwischen der Motorstromrate und dem Lenkdrehmoment gezeigt ist;
Fig. 7 ist ein Diagramm einer Steuercharakteristik der elektromagnetischen Hysteresiskupplung, wobei die Beziehung zwischen dem Erregerstrom der Kupplung und der Fahrzeuggeschwindigkeit gezeigt ist; und
Fig. 8 ist ein weiteres Diagramm einer Steuercharakteristik, wobei die Beziehung zwischen dem Erregerstrom der Kupplung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und den Ein- und Ausschaltpegeln der Kupplung in bezug auf die Zeit gezeigt ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf eine derzeit bevorzugte Ausführungsform, wie sie in den Zeichnungen gezeigt ist, beschrieben.
Fig. 1 zeigt die allgemeine Anordnung einer motorisch angetriebenen Servolenkanlage, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Die gezeigte motorisch angetriebene Lenkanlage weist folgendes auf: ein Lenkrad 1; eine Lenkspindel 2, die an ihrem Oberende fest mit dem Lenkrad 1 zur integralen Drehung damit verbunden ist; einen Drehmomentsensor 3, der an der Lenkspindel 2 angebracht ist, um die Drehkraft zu erfassen, die von einem Fahrer auf das Lenkrad 1 aufgebracht wird, um ein für das erfaßte Lenkdrehmoment repräsentatives elektrisches Signal zu erzeugen, wobei die Lenkspindel 2 einen oberen Abschnitt 2a und einen unteren Abschnitt 2b hat, die miteinander durch ein erstes Universalgelenk 4a verbunden sind; ein erstes Ritzel 5, das an seinem oberen Ende mit dem Unterende der Lenkspindel über ein zweites Universalgelenk 4b funktionsmäßig verbunden ist; eine Zahnstange 6, die an ihren entgegengesetzten Enden durch Kugelgelenke 7a, 7b funktionsmäßig mit Spurstangen 8a, 8b verbunden ist, die ihrerseits mit einem Paar von lenkbaren Laufrädern (nicht gezeigt) verbunden sind, wobei die Zahnstange 6 einen ersten Verzahnungsbereich 6a in Eingriff mit dem ersten Ritzel 5 und einen zweiten Verzahnungsbereich 6b hat, der in Axialrichtung von dem ersten Verzahnungsbereich 6a beabstandet oder damit kontinuierlich ist; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 10, um die Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs zu erfassen, um ein für die erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentatives Ausgangssignal zu erzeugen; eine Stromquelle 11 in Form einer Batterie, die ausgebildet ist, um an dem Fahrzeug angebracht zu sein; einen Schlüssel- oder Zündschalter 12; ein zweites Ritzel 17, das in kämmendem Eingriff mit dem zweiten Verzahnungsabschnitt 6b an der Zahnstange 6 ist; einen Motor 13, der über ein Untersetzungsgetriebe R funktionsmäßig mit dem zwetien Ritzel 17 verbunden ist, um die Lenkbewegung der Zahnstange 6, die von dem Fahrer ausgelöst wird, mit Hilfskraft zu unterstützen, wobei der Motor bevorzugt ein Gleichstrommotor mit einem Nebenschlußwicklungsfeld oder einem Magnetfeld ist und ausgebildet ist, um von der Batterie 11 zum Drehen angetrieben zu werden; eine elektromagnetische Hysteresiskupplung 14, die zwischen den Motor 13 und das zweite Ritzel 17 geschaltet ist, um zwischen ihnen Kraft im wesentlichen proportional zu der Intensität des ihr zugeführten Stroms zu übertragen, wobei die Kupplung 14 bei der gezeigten Ausführungsform direkt mit einer nicht gezeigten Abtriebswelle des Motors 13 verbunden ist; und eine Steuereinheit 9, die ausgebildet ist, um Ausgangssignale von dem Drehmomentsensor 3 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 10 zu empfangen, um den Betrieb des Motors 13 und der elektromagnetischen Hysteresiskupplung 14 zu steuern. Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Untersetzungsgetriebe R eine Schnecke 15 auf, die funktionsmäßig mit der elektromagnetischen Hysteresiskupplung 14 verbunden ist, sowie ein Schneckenrad 16, das mit der Schnecke 15 in kämmendem Eingriff und mit dem zweiten Ritzel 17 funktionsmäßig verbunden ist.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, weist die elektromagnetische Hysteresiskupplung 14 folgendes auf: einen Stator 14a mit einer Erregerwicklung 14b; eine hohlzylindrische Antriebswelle 14c, die mit der nicht gezeigten Drehwelle des Motors 13 verbunden ist und einen ersten Rotor 14e hat, der zur integralen Drehung damit fest darauf angebracht ist, wobei der erste Rotor 14e eine Vielzahl von äußeren Magnetpolen 14f, die auf einem ersten Kreis in gleichen umfangsmäßigen Abständen angeordnet sind, und eine Vielzahl von inneren Magnetpolen 14g hat, die in gleichen umfangsmäßigen Abständen auf einem zweiten Kreis angeordnet sind, der mit dem ersten Kreis konzentrisch ist und relativ dazu radial innen liegt; eine Abtriebswelle 14h, die mit der Schnecke 15 des Untersetzungsgetriebes R verbunden ist und die hohle Antriebswelle 14c durchsetzt, wobei die Abtriebswelle 14h die Antriebswelle 14c an deren entgegengesetzten Enden drehbar in einem Nadellager 14d und einem Kugellager 14i haltert; und einen zweiten Rotor 14j, der auf der Abtriebswelle 14h zur integralen Drehung damit an einer Stelle fest angebracht ist, die einem Ende des ersten Rotors 14e benachbart ist, wobei der zweite Rotor 14j ein ringförmiges plattenartiges magnetisches Element 14k hat, das an seinem Basisbereich an dem zweiten Rotor 14j befestigt ist, wobei das magnetische Element 14k von dem zweiten Rotor 14j nach radial außen verläuft und an seinem distalen Bereich in Axialrichtung in einen ringförmigen Zwischenraum oder Spalt 14m gebogen ist, der zwischen den äußeren und den inneren Polen 14f, 14g des ersten Rotors 14e definiert ist, wobei der zweite Rotor 14j ferner eine Abdeckung 14n hat, die von dem zweiten Rotor 14j nach radial außen verläuft, um eine Endfläche des ersten Rotors 14e abzudecken.
Nachstehend wird der Betrieb der motorisch angetriebenen Servolenkanlage, die wie beschrieben aufgebaut ist, im einzelnen beschrieben. Zuerst soll der Fall betrachtet werden, daß ein Fahrzeug ortsfest ist oder mit niedriger Geschwindigkeit (d. h. weniger als 10 km/h) fährt. Wenn gemäß Fig. 1 der Schlüssel- oder Zündschalter 12 betätigt wird, um eine Antriebsmaschine anzulassen, wird der Steuereinheit 12 Strom von der Stromquelle 11 über den Schlüsselschalter 12 zugeführt, und sie beginnt zu arbeiten. Wenn der gesamte elektrische Schaltkreis normal oder fehlerfrei ist, wird der Hysteresiskupplung 14 100% Erregerstrom unter Steuerung durch die Steuereinheit 9 zugeführt, so daß die nicht gezeigte Drehwelle des Motors 13 mit der Schnecke 15 verbunden wird, um die Hilfsdrehkraft von dem Motor 13 und der Schnekke 15 vollkommen zu übertragen. Wenn in diesem Zustand das Lenkrad 1 von dem Fahrer gedreht wird, wirkt die Steuereinheit 9 zur Steuerung des dem Motor 13 zugeführten Stroms auf die Weise, die in der Steuercharakteristik von Fig. 6 gezeigt ist. Wenn dabei das Lenkdrehmoment nach rechts vergrößert wird, nimmt der Motorstrom im wesentlichen direkt proportional der Intensität des Lenkdrehmoments zu. Selbst wenn das Lenkdrehmoment Null ist, wird zu diesem Zeitpunkt dem Motor 13 ein bestimmter Stromwert entsprechend dem lastfreien Motorstrom (beispielsweise 20-30% des Vollaststroms) zugeführt, um einen Widerstand herabzusetzen, der sonst während einer Anstiegsdauer des Motorstroms hervorgerufen werden würde. Wenn das Lenkdrehmoment nach links vergrößert wird, wird der Motorstrom auf die gleiche Weise wie oben beschrieben gesteuert. Auf diese Weise wird dem Motor 13 Strom einer Intensität zugeführt, die dem Lenkdrehmoment entspricht, um eine Drehkraft oder ein Drehmoment zu erzeugen, das durch die Hysteresiskupplung 14 auf die Schnecke 15 und von dort auf die Zahnstange 6 über das Schneckenrad 16, das zweite Ritzel 17 und den zweiten Verzahnungsabschnitt 6b übertragen wird. In diesem Fall hat die Hysteresiskupplung 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor 14e, 14j überhaupt keinen Schlupf und überträgt das Drehmoment von dem Motor 13 auf die Schnecke 15 mit einer Übertragungsrate von 100%. Das so von dem Motor 13 zu der Zahnstange 6 übertragene Drehmoment wirkt in der gleichen Richtung wie das vom Fahrer auf das Lenkrad 1 aufgebrachte Lenkdrehmoment, um so die Lenkkraft des Fahrers mit Hilfskraft zu unterstützen, wodurch dem Fahrer der Lenkvorgang erleichtert wird.
Wie bereits erwähnt, wird der vorstehende Betrieb der Servolenkanlage durchgeführt, wenn das Fahrzeug stillsteht oder mit niedriger Geschwindigkeit fährt, und in diesem Zustand wird der Hysteresiskupplung 14 100% Erregerstrom zugeführt, wie Fig. 7 deutlich zeigt, so daß das Ausgangsdrehmoment des Motors 13 auf die Schnecke 15 durch die Hysteresiskupplung 14 ohne irgendeine Verringerung übertragen wird und sich in der Hysteresiskupplung 14 kein Schlupf ausbildet.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2-5 werden die Betriebsprinzipien und die Betriebscharakteristiken der Hysteresiskupplung 14 beschrieben. Zuerst wird, wie Fig. 2 zeigt, der Erregerwicklung 14b des Stators 14a Erregerstrom von der Stromversorgung 11 durch die Steuereinheit 9 zugeführt, um ein drehendes Magnetfeld in dem Spalt 14m zu erzeugen, der zwischen den äußeren und den inneren Magnetpolen 14f und 14g des ersten Rotors 14e definiert ist. Aufgrund dieses drehenden Magnetfelds wird das magnetische Element 14k des zweiten Rotors 14j, das in dem Spalt 14m angeordnet ist, magnetisiert. In diesem Fall hat das magnetische Element 14k eine Hysterese, die die Polaritätsänderung des magnetischen Elements 14k in bezug auf die Polaritätsänderung der äußeren und inneren Magnetpole 14f und 14g des ersten Rotors 14e verzögert, und infolgedessen wird der erste Rotor 14e mit dem zweiten Rotor 14j magnetisch verbunden infolge der magnetischen Wechselwirkung zwischen den äußeren und inneren Magnetpolen 14f und 14g und dem magnetischen Element 14k. Eine solche Hysteresecharakteristik der Kupplung 14 ist in den Fig. 4 und 5 deutlich gezeigt. Dabei zeigt Fig. 4 die Beziehung zwischen dem Erregerstrom und dem Lenkdrehmoment. Gemäß der Erfindung wird derjenige Bereich der charakteristischen Beziehung oder der Hysteresekurve genutzt, der gute Linearität hat, so daß das durch die Kupplung 14 zu übertragende Drehmoment der Sättigungscharakteristik des Magnetkreises (d. h. dem der Kupplung 14 zugeführten Strom) direkt proportional ist. Die Charakteristik von Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Schlupfdrehzahl des Motors 13 und dem Lenkdrehmoment, wobei die Änderung des Übertragungsdrehmoments in bezug auf die Schlupfdrehzahl mit dem Erregerstrom als einem Parameter gezeigt ist. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Änderung der Schlupfdrehzahl keinen wesentlichen Einfluß auf das Übertragungsdrehmoment hat.
Nachstehend soll der Fall betrachtet werden, daß das Fahrzeug mit einem Geschwindigkeit fährt, die 10 km/h überschreitet. In diesem Fall steuert die Steuereinheit 9 den Betrieb der Hysteresiskupplung 14 auf die in Fig. 7 gezeigte Weise. Der der Hysteresiskupplung 14 zugeführte Erregerstrom beginnt ab einer Fahrzeuggeschwindigkeit von ca. 10 km/h allmählich abzunehmen nach Maßgabe einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und wird bei einer Geschwindigkeit von 40 km/h zu Null gemacht, so daß bei einer über 40 km/h liegenden Geschwindigkeit, bei der eine Hilfskraftunterstützung nicht erforderlich ist, das Fahrzeug in einer nicht durch Hilfskraft unterstützten manuellen Lenkbetriebsart fährt. Wenn dagegen die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, beginnt sich der Erregerstrom allmählich ab der Fahrzeuggeschwindigkeit von 40 km/h zu erhöhen und wird bei 20 km/h zu 100% gemacht. In diesem Zusammenhang wird die Hilfslenkkraft allmählich verringert oder erhöht, während die Fahrzeuggeschwindigkeit zu- oder abnimmt, so daß keine abrupte Änderung der Lenkbetriebsart auftritt, wodurch die Erzeugung von Stößen beim Übergang der Lenkanlage vom Servolenkbetrieb in den manuellen Lenkbetrieb und umgekehrt verhindert wird. Während einer solchen allmählichen Änderung des Kupplungsstroms werden in der Hysteresiskuplung 14 keine Geräusche erzeugt, weil kein Gleitkontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor 14e und 14j auftritt.
Fig. 8 zeigt einen weiteren Steuervorgang gemäß der Erfindung, wobei die Lenkanlage von einer Servolenkbetriebsart in eine manuelle Lenkbetriebsart oder umgekehrt bei beliebigen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs gebracht wird. Wenn dabei die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, um einen ersten vorbestimmten Wert (z. B. 40 km/h) an einem Punkt a zu erreichen, an dem die Hysteresiskupplung 14 abgeschaltet werden soll, liefert die Steuereinheit 9 ein AUS-Signal an die Hysteresiskupplung 14, so daß der der Hysteresiskupplung 14 zugeführte Strom nicht abrupt unterbrochen wird, sondern statt dessen allmählich von 100% gegen 0% innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums (beispielsweise 100-1000 ms) verringert wird. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen zweiten vorgegebenen Wert (beispielsweise 20 km/h) an einem Punkt b abnimmt, bei dem die Hysteresiskupplung 14 eingeschaltet werden soll, beginnt der Kupplungsstrom innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums allmählich von 0% gegen 100% erhöht zu werden. Auf diese Weise können etwaige Stöße und Geräusche, die aus plötzlichen Änderung des Hilfslenkdrehmoments resultieren, wirkungsvoll verhindert werden, wodurch jedes ungewöhnliche oder instabile Gefühl beim Fahrer vermieden wird.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden zwar das erste Ritzel 5 und das zweite Ritzel 17 verwendet, das zweite Ritzel 17 kann aber mit dem ersten Ritzel 5 integral verbunden sein, um eine einzige Ritzelwelle zu ergeben. In diesem Fall werden die gleichen Ergebnisse erzielt, die vorstehend beschrieben sind.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind ferner die Antriebswelle 14c und die Abtriebswelle 14h der elektromagnetischen Hysteresiskupplung 14 mit dem Motor 13 bzw. der Schnecke 15 des Untersetzungsgetriebes R verbunden, aber diese Verbindungen können auch umgekehrt werden.

Claims

1. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad (1), das mit lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden ist, so daß das Lenkrad von einem Fahrer eingeschlagen wird, um die lenkbaren Laufräder angemessen zu lenken, wobei die motorisch angetriebene Servolenkanlage aufweist:

einen Drehmomentsensor (3), um Lenkkraft, die von einem Fahrer auf das Lenkrad (1) aufgebracht wird, zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die erfaßte Lenkkraft repräsentiert;

einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (10) zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert;

einen Motor (13), der mit den lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden und ausgebildet ist, um von einer Stromversorgung aktiviert zu werden, um die von dem Fahrer über das Lenkrad verursachte Lenkbewegung durch Hilfskraft zu unterstützen;

eine Kupplung (14) zum Übertragen der Hilfskraft auf die lenkbaren Laufrädern; und

eine Steuereinheit (9) zum Empfang der Ausgangssignale des Drehmomentsensors (3) und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (10), um den Betrieb des Motors (13) und der Kupplung derart zu steuern, daß der dem Motor zugeführte Strom und der der Kupplung (14) zugeführte Strom jeweils auf eine geeignete Weise nach Maßgabe des erfaßten Lenkdrehmoments und der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (14) eine elektromagnetische Hysteresiskupplung (14) ist, die zwischen dem Motor (13) und den lenkbaren Laufrädern angeordnet ist, um den Motor mit den lenkbaren Laufrädern derart elektromagnetisch zu verbinden, daß das von dem Motor (13) auf die lenkbaren Laufräder übertragene unterstützende Drehmoment in Abhängigkeit von dem der Kupplung zugeführten Erregerstrom kontinuierlich geändert wird; und

vorausgesetzt, daß die Anlage keine weitere Schaltkupplung aufweist, um die betriebsmäßige Verbindung des Motors selektiv herzustellen oder zu trennen.

2. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (9) die elektromagnetische Hysteresiskupplung derart steuert, daß der der elektromagnetischen Hysteresiskupplung (14) zugeführte Strom nach Maßgabe einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit allmählich verringert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über einen vorbestimmten ersten Wert steigt, und nach Maßgabe einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit allmählich erhöht wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen vorbestimmten zweiten Wert sinkt, der größer als der erste Wert ist.

3. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (9) die elektromagnetische Hysteresiskupplung (14) derart steuert, daß Zufuhr und Unterbrechung des Kupplungsstroms bei beliebigen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs allmählich erfolgen.

4. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (9) die elektromagnetische Hysteresiskupplung derart steuert, daß der der elektromagnetischen Hysteresiskupplung zugeführte Strom bei einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs allmählich auf Null verringert wird und bei einer zweiten vorbestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs allmählich von Null ausgehend erhöht wird.

5. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, die ferner ein Untersetzungsgetriebe (15, 16) aufweist, das zwischen der elektromagnetischen Hysteresiskupplung und den lenkbaren Laufrädern angeordnet ist.

6. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die elektromagnetische Hysteresiskupplung aufweist:

einen Stator (14a) mit einer Erregerspule (14b);

eine hohle Antriebswelle (14c) mit einem ersten Rotor, der zur integralen Drehung damit fest darauf angebracht ist, wobei der erste Rotor (14e) eine Vielzahl von äußeren Magnetpolen (14f) und eine Vielzahl von inneren Magnetpolen (14g) hat, die relativ zu den äußeren Magnetpolen radial innen angeordnet sind, um einen Ringspalt dazwischen zu definieren, wobei die äußeren und inneren Magnetpole im Bereich der Erregerspule angeordnet sind;

eine Abtriebswelle (14h), die die hohle Antriebswelle (14c) durchsetzt, um die Antriebswelle drehbar abzustützen; und

einen zweiten Rotor (14i), der zur integralen Drehung damit fest auf der Abtriebswelle (14h) angebracht ist und an dem ein ringförmiges magnetische Element (14k) befestigt ist, das in dem Ringspalt zwischen den äußeren und inneren Magnetpolen angeordnet ist.

7. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Antriebswelle mit dem Motor (13) betriebsmäßig verbunden ist und wobei die Abtriebswelle mit den lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden ist.

8. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Antriebswelle mit den lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden ist und wobei die Abtriebswelle mit dem Motor betriebsmäßig verbunden ist.

9. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die äußeren Magnetpole (14f) auf einem ersten Kreis in im wesentlichen gleichen umfangsmäßigen Abständen angeordnet sind und wobei die inneren Magnetpole (14g) auf einem zweiten Kreis, der zu dem ersten Kreis konzentrisch ist und relativ dazu radial innen liegt, in im wesentlichen gleichen umfangsmäßigen Abständen angeordnet sind.

10. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei das magnetische Element sich von dem zweiten Rotor nach radial außen erstreckt, um in Axialrichtung in den Ringspalt gebogen zu sein.