DE3801846A1 - Motorgetriebene servolenkeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine motorge­ triebene Servolenkeinrichtung, insbesondere auf eine motor­ getriebene Servolenkeinrichtung, die eine Fehlerdiagnose­ funktion für eine Motorsteuereinrichtung aufweist.

Motorgetriebene Servolenkeinrichtungen weisen einen Elektro­ motor zum Erzeugen einer unterstützenden Lenkkraft auf, wobei der Elektromotor einem Lenkkraft-Übertragungsmecha­ nismus zugeordnet ist, welcher manuell zugeführte Lenkkräfte auf lenkbare Fahrzeugräder überträgt. Der Betrieb des Elek­ tromotors wird abhängig von der manuell zugeführten Lenk­ kraft durch eine Motorsteuereinrichtung zum Reduzieren der manuell zuzuführenden Lenkkraft gesteuert. Die Motorsteuer­ einrichtung besteht aus einer Steuerschaltung und einer Treiberschaltung. Die Steuerschaltung verarbeitet ein Signal aus einem Sensor, der die manuell zugeführte Lenkkraft er­ faßt, und bestimmt die Größe und die Richtung einer unter­ stützenden Kraft, die durch den Motor zu erzeugen ist. Die Treiberschaltung treibt den Motor mit elektrischer Energie aus einer Stromversorgungsquelle, die aus einer in das Fahrzeug eingebauten Batterie besteht, auf der Grundlage eines Signals aus der Steuerschaltung.

Diese Stromversorgungsquelle für den die unterstüzende Kraft erzeugenden Motor ist eine Niederspannungs-Batterie, die in dem Fahrzeug angeordnet ist. Da der Motor bei einer niedri­ gen Drehzahl dreht und ein hohes Drehmoment erzeugen muß, fließt ein beträchtlich hoher Strom durch den Motor. Daher weisen der Motor und die Steuereinrichtung für diesen, ins­ besondere die Treiberschaltung, Leistungstransistoren auf, die eine große Wärmemenge erzeugen. Wenn die Servolenkein­ richtung bei hoher Umgebungstemperatur oder unter einer ex­ tremen Last arbeitet, ist die Treiberschaltung einer hohen Wärmebelastung ausgesetzt, und die Motorsteuereinrichtung zeigt aufgrund der extremen Wärmeverhältnisse Ausfallten­ denzen. Dementsprechend sind bereits verschiedene Vorschläge zur Verhinderung eines derart bedingten Motorsteuereinrich­ tungs-Ausfalls gemacht worden. Einer der Versuche zur Lösung dieses Problems hat zu einer Anordnung geführt, die in der US-PS 45 32 567 offenbart ist. In dieser bekannten Anordnung wird der Strom, der durch den Motor fließt, erfaßt, und der Motor wird abgeschaltet, wenn der erfaßte Motorstrom einen vorbestimmten Wert übersteigt.

Gemäß dem zuvor erläuterten System wird für den Fall, daß der erfaßte Motorstrom den vorbestimmten Wert übersteigt, die Motorsteuereinrichtung stets als ausgefallen bewertet, und der Motor wird ausgeschaltet. Indessen ist bekannt, daß auch dann ein großer Augenblicksstrom durch den Motor fließen kann, wenn das Fahrzeug auf einer unebenen Straße fährt, die eine große Last auf die Fahrzeugräder ausübt, oder wenn ein lenkbares Fahrzeugrad auf ein Hindernis trifft. Daher wird, wenn ein derart bedingter hoher Augen­ blicksstrom durch den Motor fließt, die Steuereinrichtung ebenfalls als fehlerhaft arbeitend beurteilt, und es wird dabei keine Lenkhilfskraft durch den Motor erzeugt, obgleich die Steuereinrichtung in diesem Augenblick einwandfrei ar­ beitet. Aus diesem Grund arbeitet die herkömmliche Fehler­ diagnose-Anordnung nicht ausreichend zuverlässig. In manchen Fällen kann es dazu kommen, daß der Motor wiederholt aus- und eingeschaltet wird, und zwar selbst dann, wenn die Kom­ ponenten der Servolenkeinrichtung normal funktionieren. Wenn ein solcher Fall eintritt, wird dem Fahrer des Fahrzeugs ein mangelhaftes Lenkgefühl von der Servolenkeinrichtung her vermittelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine motorgetriebene Servolenkeinrichtung zu schaffen, die besonders zuverlässig arbeitet und in der Lage ist, Fehler einer Treiberschaltung oder dergl. für eine Motorsteuerein­ richtung mit Genauigkeit und gutem Ansprechverhalten zu er­ fassen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch eine motorgetriebene Servolenkeinrichtung gelöst, die eine Feh­ lerdiagnosefunktion für eine Motorsteuereinrichtung aufweist und mit einem Lenkkraft-Übertragungsmechanismus zum Über­ tragen einer manuell zugeführten Lenkkraft, die auf ein Lenkrad ausgeübt wird, auf ein lenkbares Fahrzeugrad mit einem Elektromotor zum Erzeugen einer unterstützenden Kraft, einem Hilfskraft-Übertragungsmechanismus zum Übertragen der unterstützenden Kraft, die durch den Elektromotor erzeugt wird, auf den Lenkkraft-Übertragungsmechanismus, einem Mo­ torsteuermittel zum Steuern des Betriebs des Elektromotors in Reaktion auf die manuell zugeführte Lenkkraft, einem ersten Richtungserfassungsmittel, das in dem Lenkkraft- Übertragungsmechanismus zum Erfassen der Richtung der manu­ ell zugeführten Lenkkraft angeordnet ist, und zum Erzeugen eines Signals, das kennzeichnend für die Richtung der manu­ ell zugeführten Kraft ist, einem zweiten Richtungserfas­ sungsmittel zum Erfassen der Richtung der unterstützenden Kraft, die durch den Elektromotor erzeugt wird, und zum Erzeugen eines Signals, das kennzeichnend für die Richtung der unterstützenden Kraft ist, einem Prüfmittel zum Prüfen, ob die Richtung der manuell zugeführten Lenkkraft und die Richtung der unterstützenden Kraft einander gleich sind, und zwar auf der Grundlage der Signale aus dem ersten und dem zweiten Richtungserfassungsmittel, sowie einem Unterbre­ chungsmittel für die Zuführung der unterstützenden Kraft zum Abschalten des Motors, wenn die Richtung der manuell zuge­ führten Lenkkraft und die Richtung der unterstützenden Kraft unterschiedlich sind, versehen ist.

Wenn die Richtung der manuell zugeführten Lenkkraft und die Richtung der unterstützenden Kraft unterschiedlich sind, d. h. wenn die unterstützende Kraft in einer Weise zugeführt wird, die der manuell zugeführten Lenkkraft entgegenwirkt, wird die Motorsteuereinrichtung als fehlerhaft arbeitend beurteilt. Der Motor wird dann ausgeschaltet, und die Zu­ führung der unterstützenden Kraft wird dadurch unterbrochen. Daher kann ohne Rücksicht auf den Zustand der Straße, auf welcher das Fahrzeug fährt, ein Fehler des Motorsteuermit­ tels zuverlässig erfaßt werden. Selbst wenn der Strom, der durch den Motor fließt, kurzzeitig während einer Zeit, in der das Fahrzeug auf einer unebenen Straße gelenkt wird, ansteigt, wird die Zuführung der durch den Motor erzeugten unterstützenden Kraft nicht unterbrochen. Die erfindungsge­ mäße Servolenkeinrichtung ist auf diese Weise in ihrem Be­ trieb stabil und vermittelt dadurch dem Fahrer ein gutes Lenkgefühl.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Die zuvor genannte Aufgabe, weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der im folgenden an­ hand mehrerer Figuren gegebenen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer motorgesteuer­ ten Servolenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Motorsteuereinrich­ tung für die motorgetriebene Servolenkeinrichtung.

Fig. 3a u. Fig. 3b zeigen jeweils ein Flußdiagramm einer Verarbeitungsfolge eines Mikrocomputers in der Mo­ torsteuereinrichtung.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, aus dem die Charakteristika ei­ nes erfaßten Drehmomentsignals hervorgehen.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, aus dem die Charakteristika ei­ nes erfaßten Motorstromsignals hervorgehen.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm, aus dem die Charakteristika ei­ nes Motorsteuersignals hervorgehen.

Gemäß Fig. 1 ist ein von einem Fahrzeugkörper (nicht ge­ zeigt) gehaltenes Getriebegehäuse 21 vorgesehen. In einem rechtsseitigen Abschnitt des Getriebegehäuses 21 ist - wie gezeigt - eine Ritzelwelle 22 drehbar durch Lager 23, 24, 25 gelagert. Die Ritzelwelle 22 enthält einen oberen Wellenteil 22 a, der mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) gekoppelt ist, und einen unteren Wellenteil 22 b, an dem ein Ritzel 27 be­ festigt ist. Der obere und der untere Wellenteil 22 a, 22 b sind miteinander derart durch einen Torsionsstab (nicht gezeigt) verbunden, daß sie relativ gegeneinander innerhalb eines kleinen Winkelbereichs ausgelenkt werden können. Zwi­ schen die Ritzelwelle 22 und das obere Ende des Getriebege­ häuses 21 ist ein Dichtungsteil 28 eingefügt. Das Dich­ tungsteil 28 und das obere Ende des Getriebegehäuses sind von einer Staubschutzkappe 29, die über die Ritzelwelle 22 gesetzt ist, abgedeckt.

In dem Getriebegehäuse 21 ist eine Zahnstange 26 axial ver­ schiebbar gehalten. Die Zahnstange 26 hat sich axial gegen­ überliegende Enden, die von den sich gegenüberliegenden Enden des Getriebegehäuses 21 vorstehen, und ist mit den Gelenkarmen von lenkbaren Fahrzeugrädern (nicht gezeigt) durch betreffende Lenkgestänge und dergl. gekoppelt. Daher können die Fahrzeugräder durch eine axiale Bewegung der Zahnstange 26 durch das Getriebegehäuse 21 gelenkt werden. Die Zahnstange 26 hat erste Zahnstangenzähne 26 a, die auf deren rechtsseitiger Oberfläche definiert sind und in Ein­ griff mit dem Ritzel 27 der Ritzelwelle 22 gehalten werden, und zweite Zahnstangenzähne 26 b, die auf deren linksseitiger Oberfläche definiert sind und in Eingriff mit einem Ritzel 30 gehalten werden.

Koaxial mit der Zahnstange 26 ist im wesentlichen zentral in dem Getriebegehäuse 21 ein Elektromotor 31 angeordnet. Der Elektromtor 31 enthält einen Feldmagneten 32, der an der inneren Wandungsfläche des Getriebegehäuses 21 befestigt ist, und einen Rotor 33, der drehbar zwischen dem Feldma­ gneten 32 und der Zahnstange 26 angeordnet ist. Der Rotor 33 hat eine zylindrische Ausgangsbuchse oder -welle 36, die drehbar in dem Getriebegehäuse 21 mittels eines Paares von Lagern 34, 35 gehalten ist, wobei die Aus­ gangswelle 36 um einen kleinen Betrag axial bewegbar ist. Auf der äußeren Umfangsoberfläche der Ausgangswelle 36 sind ein geschichteter Eisenkern 37, der eine schräglaufende Nut hat, welche in dessen äußerem Umfang definiert ist, und eine Mehrpol-Ankerwicklung 38 über dem geschichteten Eisenkern 37 befestigt und koaxial montiert. Die Ankerwicklung 38 ist elektrisch mit einer Treibereinheit 48 (Fig. 2) durch einen Kommutator 39, der an der Ausgangswelle 36 befestigt ist, und eine Bürste 40, die gegen den Kommutator 39 gehalten ist, verbunden. Der Elektromotor 31 erzeugt ein Drehmoment, das mit einem Strom korrespondiert, der durch die Ankerwick­ lung 38 fließt.

Das Getriebegehäuse 21 nimmt in seinem Raum links von dem Elektromotor 31 das Ritzel 30, welches mit den zweiten Zahnstangezähnen 26 b auf der Zahnstange 26 kämmt, und außerdem einen schrägverzahnten Zahnradmechanismus 41 auf. Das Ritzel 30 ist mit Lagern 42, 43 drehbar in einer Posi­ tion gehalten, die nicht parallel zu der Ausgangswelle 36 des Elektromotors 31 liegt und sich nicht mit dieser durch­ schneidet. Das Ritzel 30 ist kraftschlüssig mit der Aus­ gangswelle 36 des Elektromotors 31 durch den schrägverzahn­ ten Zahnradmechanismus 41 gekoppelt. Der schrägverzahnte Zahnradmechanismus 41 enthält ein Treiberzahnrad 41 a, das an dem linksseitigen Ende der Ausgangswelle 36 des Elektromo­ tors 31 befestigt ist, und ein angetriebenes Zahnrad 41 b, welches mit dem Treiberzahnrad 41 a kämmt und koaxial mit dem Ritzel 30 an diesem befestigt ist. Diese schrägverzahnten Zahnräder 41 a, 41 b haben eine Steigungsoberfläche in Form eines Teils eines Hyperboloids und Zahnradzähne, die sich längs der Generatrix-Linien desselben erstrecken. Zwischen dem Treiberzahnrad 41 a und dem Lager 34 ist eine Feder 44 unter Druck zum Drücken des Treiberzahnrades 41 a in Eingriff mit dem angetriebenen Zahnrad 41 b eingesetzt, um einen Totgang zu verhindern. Eine Zahnstangenführung 45 dient dazu, die Zahnstange 26 zu führen und einen Totgang zwischen den zweiten Zahnstangenzähnen 26 b und dem Ritzel 30 zu ver­ hindern.

In einem rechtsseitigen Abschnitt des Getriebegehäuses 21 sind ein Drehmoment-Sensor 46 und eine Steuereinheit 47 oberhalb der Zahnstange 26 angeordnet. Außerdem ist eine Treibereinheit 48 in dem rechtsseitigen Abschnitt des Ge­ triebegehäuses 21 unterhalb der Zahnstange 26 angeordnet. Der Drehmoment-Sensor 46 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen, bewegbaren Eisenkern 49, durch welchen die Ritzelwelle 22 sich erstreckt, und aus einem Differenti­ altransformator 50, der um den beweglichen Eisenkern 49 herum angeordnet ist. Der Drehmoment-Sensor 46 ist koaxial mit der Ritzelwelle 22 in Nachbarschaft der Verbindung zwi­ schen den oberen und unteren Wellenteilen 22 a, 22 b angeord­ net. Der bewegliche Eisenkern 49 ist zwischen dem oberen und dem unteren Wellenteil 22 a, 22 b positioniert und ist axial durch einen Nockenmechanismus im Verhältnis zu der relativen Winkelauslenkung des oberen und des unteren Wellenteils 22 a, 22 b, die elastisch durch den Torsionsstab gekoppelt sind, auslenkbar, d. h. im Verhältnis zu einem Drehmoment, das auf die Ritzelwelle 22 ausgeübt wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, enthält der Differentialtransformator 50 eine Primärspule 61, zwei Sekundärspulen 62 a, 62 b und eine kompensierende, dritte Spule (nicht gezeigt), wobei die Spulen 61, 62 a, 62 b elektrisch mit der Steuereinheit 47 verbunden sind. Wenn der Primärspule 61 aus der Steuerein­ heit 47 ein Wechselstromsignal zugeführt wird, gibt der Differentialtransformator 50 als Lenkdrehmoment-Erfassungs­ signale Wechselstromsignale in Form von über den Sekundär­ spulen 62 a, 62 b in Reaktion auf die Auslenkung des bewegli­ chen Eisenkerns 49 erzeugten Spannungen aus.

Die Steuereinheit 47 ist mit der Treibereinheit 48 durch ein flexibles Kabel 53 mit einer Batterie 65 über einen Zünd­ schalter 63 und einen Sicherungsschaltkreis 64 durch Lei­ tungsdrähte 59 von der Treibereinheit 48 her sowie mit einer Warnlampe 66 und einer Relaisschaltung 67 durch einen Ver­ binder 60 von der Treibereinheit 48 her verbunden.

Einzelheiten der Steueranordnung für den Elektromotor 31, die die Steuereinheit 47 und die Treibereinheit 48 enthält, werden im folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben.

Die Steuereinheit 47 enthält eine Drehmoment-Schnittstelle 68 für den Drehmoment-Sensor 46, Strom-Schnittstellen 69, 70 für die Stromerfassung, eine Konstanspannungsschaltung 71, einen Mikrocomputer 72, einen Zusatzverstärker 73, einen Lampentreiber 74 und einen Relaistreiber 75. Die Drehmo­ ment-Schnittstelle 68 unterteilt ein Taktsignal frequenz­ mäßig, das dem Mikrocomputer 72 zugeführt wird, und liefert ein Wechselstromsignal an die Primärspule 61 des Drehmo­ ment-Sensors 46. Die Drehmoment-Schnittstelle 68 richtet Phasenausgangssignale aus den Sekundärspulen 62 a, 62 b des Drehmoment-Sensors 46 gleich, glättet sie und kompensiert sie phasenmäßig, um Signale S 1, S 2, (Fig. 4) an den Mikro­ computer 72 abzugeben. Die Strom-Schnittstelle 69 verstärkt ein Ausgangssignal aus einem Strom-Detektor 79, welcher einen Strom erfaßt, der in Richtung auf den Elektromotor 31 gerichtet ist, und gibt Signale S 3, S 4 (Fig. 5) an den Mi­ krocomputer 72 ab. In gleicher Weise verstärkt die Strom- Schnittstelle 70 ein Ausgangssignal aus einem Strom-Detektor 80, der einen Strom erfaßt, welcher zu einer Schalteinrich­ tung (die später zu beschreiben sein wird) fließt, und lie­ fert ein Signal S 5, das kennzeichnend für die Stärke des erfaßten Stroms ist, an den Mikrocomputer 72.

Der Mikrocomputer 72 verarbeitet die Signale S 1, S 2, S 3, S 4, S 5, die von den Schnittstellen 68, 69, 70 zugeführt werden, gemäß einem Programm, das in einem Speicher, beispielsweise einem ROM, gespeichert ist, und liefert Signale E, F an den Lampentreiber 74, den Relaistreiber 75, ein Signal C einer vorgeschriebenen Frequenz an den Zusatzverstärker 73 und Signale q 1, q 2, q 3, q 4 vorbestimmter Frequenzen an die Treibereinheit 48. Der Lampentreiber 74 ist mit der Warn­ lampe 66, die nahe dem Fahrersitz angeordnet ist, durch das flexible Kabel 53 und den Verbinder 60 verbunden. In Reak­ tion auf das Treibersignal E aus dem Mikrocomputer 72 ver­ sorgt der Lampentreiber 74 die Warnlampe 66 mit Strom. Der Relaistreiber 75 ist mit einer Relaissschaltung 81 in der Treibereinheit 48 durch das flexible Kabel 53 und außerdem mit der Relaisschaltung 67 durch das flexible Kabel 53 und den Verbinder 60 verbunden. In Reaktion auf das Treibersi­ gnal F aus dem Mikrocomputer 72 schließt der Relaistreiber 75 die Kontakte der Relaisschaltungen 67, 81. Der Zusatz­ verstärker 73 ist mit der Treibereinheit 48 verbunden und erhöht die Spannung des Signals C, die von dem Mikrocomputer 72 zugeführt wird, auf einen Pegel, der doppelt so hoch wie Spannung der Batterie 65 ist, um dadurch ein Signal G zu erzeugen. Die Konstantspannungsschaltung 71 ist mit der Batterie 65 über das flexible Kabel 53 und die Leitungs­ drähte 69 verbunden. Die Konstanspannungsschaltung 71 hält die Spannung von der Batterie 65 auf einem konstanten Pegel und liefert die konstante Spannung an die Schaltungen der Steuereinheit 47. Ein Quarzoszillator 76 liefert ein Refe­ renztaktsignal an den Mikrocomputer 72.

Die Treibereinheit 48 enthält eine Schalteinrichtung 77, einen FET-Treiber 78, die Strom-Detektoren 79, 80 und die Relaisschaltung 81. Die Schalteinrichtung 77 enthält ihrer­ seits eine Brückenschaltung aus vier Feldeffekt-Transistoren (FET′s) Q 1, Q 2, Q 3, Q 4. Die FET′s Q 1, Q 2 haben Drain-An­ schlüsse, die mit der Batteire 65 über die Relaisschaltung 67 und eine Sicherungschaltung 82 durch Leitungsdrähte 58 verbunden sind. Die FET′s Q 1, Q 2 haben Source-Anschlüsse, die mit den Drain-Anschlüssen der FET′s Q 3, Q 4 verbunden sind, deren Source-Anschlüsse mittelbar geerdet sind. Der Elektromotor 31 ist durch Leitungsdrähte 57 zwischen die Source- u. Drain-Anschlüsse der FET′s Q 1, Q 3 und außerdem zwischen die Source-Anschlüsse der FET′s Q 2, Q 4 geschaltet. Die FET′s Q 1, Q 2, Q 3, Q 4 haben Gate-Anschlüsse, die mit dem FET-Treiber 78 verbunden sind. In Reaktion auf Treibersi­ gnale aus dem FET-Treiber 78 schaltet die Schalteinrichtung 77 das Paar von FET′s Q 1, Q 4 oder das Paar von FET′s Q 2, Q 3 zum Steuern der Richtung und der Höhe eines Stroms, der durch den Elektromotor 31 fießen soll, gleichzeitig oder selektiv ein. Der FET-Treiber 78 wird mit der erhöhten Spannung G aus dem Zusatzverstärker 73, der Spannung aus der Batterie 65 und den Signalen q 1, q 2, q 3, q 4 aus dem Mikro­ computer 72 versorgt. Der FET-Treiber 78 treibt die Gates der FET′s Q 1, Q 2, Q 3, Q 4 mit diesen Signalen q 1, q 2, q 3, q 4. Das Signal q 1 korrespondiert mit dem FET Q 1, das Signal q 2 mit dem FET Q 2, das Signal q 3 mit dem FET Q 3 und das Signal q 4 mit dem FET Q 4.

Die Relaisschaltung 81 hat Kontakte, die zwischen die Schalteinrichtung 77 und den Elektromotor 31 geschaltet sind, und öffnet diese Kontakte in Reaktion auf ein Signal aus dem Relaistreiber 75, um dadurch den Elektromotor 31 auszuschalten. Der Strom-Detektor 79 ist zwischen die Schalteinrichtung 77 und den Elektromotor 31 zum Erfassen der Richtung und der Höhe eines Stroms, der durch den Elek­ tromotor 31 fließt, geschaltet. Der Strom-Detektor 80 ist zwischen die Schalteinrichtung 77 und Erde zum Erfassen eines Stroms geschaltet, der durch die Schalteinrichtung 77 fließt. Der Strom-Detektor 79 ist mit der Strom-Schnitt­ stelle 69 verbunden, und der Strom-Detektor 80 ist mit der Strom-Schnittstelle 70 verbunden.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Motorsteuereinrich­ tung anhand eines Verarbeitungsablaufs, wie er in Fig. 3a u. Fig. 3b gezeigt ist, beschrieben.

Wenn der Zündschlüssel des Fahrzeugmotors betätigt wird, um den Zündschalter 63 zu schließen, startet der Mikrocomputer 72, um eine Folge von Operationsschritten (die im folgenden beschrieben werden) zum Steuern des Betriebs des Elektromo­ tors 31 auszuführen.

In einem Schritt P 1 wird der Mikrocomputer 72 initialisiert, um Daten, die in dessen RAM gespeichert sind, zu löschen und andere Initialisierungsvorgänge auszuführen. Dann werden der Drehmoment-Sensor 46, die Drehmoment-Schnittstelle 68, die Relaisschaltungen 68, 81 und die Schalteinrichtung 77 an­ fänglich auf Fehlfunktionen hin gemäß einer Subroutine in einem Schritt P 2 diagnostiziert. Im einzelnen werden der Drehmoment-Sensor 46 und die Drehmoment-Schnittstelle 68 durch Lesen von Signalen S 1, S 2, Berechnen von deren Mit­ telwert (S 1+S 2)/2 und Prüfen, ob der Mittelwert (S 1+ S 2)/2 innerhalb eines Bereichs a liegt, der durch unterbro­ chene Linien in Fig. 4 angedeutet ist, diagnostiziert. Falls der Mittelwert (S 1+S 2)/2 innerhalb des Bereichs a liegt, werden der Drehmoment-Sensor 46 und die Drehmoment-Schnitt­ stelle 68 als für in Ordnung befindlich beurteilt. Falls der Mittelwert (S 1+S 2)/2 außerhalb des Bereichs a liegt, wer­ den der Drehmoment-Sensor und die 46 und die Drehmoment- Schnittstelle 68 als fehlerhaft arbeitend beurteilt. Die Relaisschaltung 67 wird durch Prüfen eines Signals S 5 aus der Strom-Schnittstelle 70 diagnostiziert, wenn die FET′s Q 1, Q 3 oder die FET′s Q 2, Q 4 gleichzeitig eingeschaltet werden, während die Relaisschaltung 67 ausgeschaltet ist. Die Relaisschaltung 67 wird als normal arbeitend beurteilt, wenn das Signal S 5 "0" ist, und als nicht normal arbeitend beurteilt, wenn das Signal S 5 nicht "0" ist. In gleicher Weise wird die Relaisschaltung 81 durch Prüfen der Signale S 3, S 4, S 5 aus den Strom-Schnittstellen 69, 70 diagnosti­ ziert, wenn die FET′s Q 1, Q 4 gleichzeitig eingeschaltet werden, während die Relaisschaltung 67 eingeschaltet ist und die Relaisschaltung 81 ausgeschaltet ist, und außerdem durch Prüfen von Signalen S 3, S 4, S 5, wenn die FET′s Q 2, Q 3 gleichzeitig eingeschaltet sind, nachdem die FET′s Q 1, Q 4 eingeschaltet worden sind. Die Relaisschaltung 81 wird als normal arbeitend beurteilt, wenn diese Signale S 3, S 4, S 5 "0" sind, und als nicht normal arbeitend beurteilt, wenn zumindest eines dieser Signale S 3, S 4, S 5 nicht "0" ist. In dem Schritt P 2 wird, falls der Drehmoment-Sensor 46, die Drehmoment-Schnittstelle 68 und die Relaisschaltungen 67, 81 als normal arbeitend beurteilt wurden, dann die Relais­ schaltung 81 eingeschaltet, um die Schalteinrichtung 77 zu diagnostizieren. Die Schalteinrichtung 77 wird durch gleichzeitiges Einschalten der FET′s Q 1, Q 2 und Prüfen von Signalen S 3, S 4, S 5 aus den Strom-Schnittstellen 69, 70 diagnostiziert. Falls diese Signale "0" sind, wird die Schalteinrichtung 77 als normal arbeitend beurteilt, und falls dies nicht der Fall ist, wird die Schalteinrichtung 77 als fehlerhaft arbeitend beurteilt. Dann werden die FET′s Q 3, Q 4 gleichzeitig eingeschaltet, und Signale S 3, S 4, S 5 aus den Strom-Detektoren 79, 80 werden zum Zweck der Dia­ gnose der Schalteinrichtung 77 geprüft. Falls die Schalt­ einrichtung 77 normal arbeitet, setzt sich die Steuerung zu einem nächsten Schritt P 3 fort. Falls sie nicht normal ar­ beitet, wird die Warnlampe 66 eingeschaltet, alle Vorgänge werden unterbrochen und die Relaisschaltungen 67, 81 werden ausgeschaltet.

In dem Schritt P 3 werden die Signale S 1, S 2 aus dem Dreh­ moment-Sensor 46 ausgelesen. In einem Schritt P 4 wird der Drehmoment-Sensor 46 auf fehlerhaftes Arbeiten hin entspre­ chend einer Subroutine in gleicher Weise wie in dem Schritt P 2 diagnostiziert. Die Steuerung setzt sich dann zu einem Schritt P 5 nur dann fort, wenn der Drehmoment-Sensor 46 in dem Schritt P 4 als normal arbeitend beurteilt wurde.

In dem Schritt P 5 wird dann das Signal S 2 von dem Signal S 1 subtrahiert, um ein Signal T zu erzeugen, das kennzeichnend für ein Lenkdrehmoment (im folgenden als "Lenkdrehmoment T" bezeichnet) ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird das Lenkdreh­ moment T positiv oder negativ abhängig von der Richtung, in welcher es ausgeübt wird, und der Absolutwert des Lenk­ drehmoments T repräsentiert die Stärke desselben. In einem nächsten Schritt P 6 wird geprüft, ob das Lenkdrehmoment T positiv oder negativ ist. Falls das Lenkdrehmoment T positiv oder Null ist, wird ein Kennzeichnungsbit F in einem Schritt P 7 auf "0" gesetzt. Falls das Lenkdrehmoment T negativ ist, wird das Kennzeichnungsbit F in einem Schritt P 8 auf "1" gesetzt, und das Vorzeichen des Lenkdrehmoments T wird in einem Schritt P 9 invertiert (d. h. sein Absolutwert wird bestimmt). Das Kennzeichnungsbit F zeigt die Richtung an, in welcher das Lenkdrehmoment T ausgeübt wird. Beispielsweise repräsentiert "1" ein Rechtsrichtung, während "0" eine Linksrichtung repräsentiert.

In einem Schritt P 10 wird eine Datentabelle, die in Fig. 6 gezeigt ist, für ein unterstützendes Drehmoment D durch Benutzung des Absolutwerts des Lenk-Drehmoments T als eine Adresse abgesucht, und es wird ein internes Signal, das kennzeichnend für das unterstützende Drehmoment D (im fol­ genden auch als "Lenkunterstützungs-Drehmoment D" bezeich­ net) ist, erzeugt. Das Unterstützungs-Drehmomentsignal ist ein Signal, das repräsentativ für die Stärke eines unter­ stützenden Drehmoments ist, welches durch den Elektromotor 31 zu erzeugen ist, und gibt außerdem das Tastverhältnis eines PWM- (Impulsbreitenmodulations-) Steuersignals zum Steuern des Stroms an, der durch den Elektromotor 31 fließ­ en soll.

In einem nächsten Schritt P 11 wird festgestellt, ob das unterstützende Drehmoment T Null ist oder nicht. Falls das unterstützende Drehmoment Null ist, werden die Signale q 1, q 2, q 3, q 4 alle auf "0" gesetzt und in einem Schritt P 12 ausgegeben. Falls das unterstützende Drehmoment nicht Null ist, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt P 13 fort.

In dem Schritt P 13 wird das Kennzeichnungsbit F geprüft. Falls das Kennzeichnungsbit F "1" ist, werden die Signale q 1, q 2, q 3, q 4 auf "0", "1", "D" bzw. "0" gesetzt und in einem Schritt P 14 ausgegeben. Falls das Kennzeichnungsbit F "0" ist, werden die Signale q 1, q 2, q 3, q 4 auf "1", "0", "0" "D" jeweils gesetzt und in einem Schritt P 15 ausgegeben. Durch die Schritte P 14, P 15 wird der Elektromotor 31 in einer PWM- (Impulsbreitenmodulations-) Betriebsweise mit dem Tastzyklus D zum Erzeugen eines gewünschten unterstützenden Dehmoments erregt.

In einem nächsten Schritt P 16 werden Ausgangssignale S 3, S 4 aus der Strom-Schnittstelle 69 ausgelesen. In einem Schritt P 17 wird das Signal S 4 von dem Signal S 3 subtrahiert, um ein Signal zu erzeugen, das kennzeichnend für einen Strom ist, der durch den Elektromotor 31 fließen soll (im folgenden als ein "Motorstrom IM" bezeichnet. Wie in Fig. 5 gezeigt, re­ präsentiert jedes der Signale S 3, S 4 die Stärke eines Stroms, der in einer Richtung fließt. Daher kennzeichnet der Motorstrom IM den positiven oder negativen Wert eines Stroms abhängig von der Richtung, in welcher der Strom fließt.

In einem Schritt P 18 wird geprüft, ob der Motorstrom positiv oder negativ ist. Falls der Motorstrom IM positiv oder Null ist, wird ein Kennzeichnungsbit G in einem Schritt P 19 auf "0" gesetzt. Falls der Motorstrom IM negativ ist, wird das Kennzeichnungsbit G in einem Schritt P 20 auf "1" gesetzt, und das Vorzeichen des Motorstoms IM wird invertiert, um in einem Schritt P 21 dessen Absolutwert bestimmen zu können. Das Kennzeichnungsbit G kennzeichnet die Richtung, in wel­ cher ein Strom durch den Elektromotor 31 fließt, d. h. die Richtung, in welcher das unterstützende Drehmoment D, wel­ ches durch den Elektromotor 31 erzeugt wird, bereitgestellt wird. Wie bei dem Kennzeichnungsbit F gibt das Kennzeich­ nungsbit G, wenn es auf "1" gesetzt ist, eine Rechtsrichtung an, und wenn das Kennzeichnungsbit G auf "0" gesetzt ist, gibt es eine Linksrichtung an.

In einem Schritt P 22 wird geprüft, ob die Kennzeichnungsbits F u. G gleiche oder ungleiche Wert haben. Falls die Kenn­ zeichnungsbits F u. G gleiche Werte haben, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt P 23 fort. Falls die Kennzeich­ nungsbits F u. G ungleiche Werte aufweisen, werden Schritte P 29 bis P 31 ausgeführt. In dem Schritt P 23 wird der Motor­ stom IM von dem Lenkunterstüzungs-Drehmoment D subtrahiert, um eine Differenz X zu bilden. In einem nächsten Schritt P 24 wird festgestellt, ob die Differenz X positiv oder negativ ist. Falls die Differenz X negativ ist, wird in einem Schritt P 25 der Absolutwert der Differenz X bestimmt. Falls die Differenz X positiv oder Null ist, setzt sich die Steu­ erung direkt zu einem Schritt P 26 fort.

In dem Schritt P 26 werden die Größen der Differenz X und eines vorgeschriebenen erlaubten Werts A miteinander ver­ glichen. Falls die Differenz X den erlaubten Wert A über­ steigt, führt die Steuerung die Schritte P 29 bis P 31 aus. Falls die Differenz X gleich oder kleiner als der erlaubte Wert A ist, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt P 27 fort. Wie in Fig. 6 gezeigt, definiert der erlaubte Wert A einen erlaubten Bereich (der eine obere Begrenzung D 1 und eine untere Begrenzung D 2 hat) des Motorstroms IM mit Bezug auf das voreingestellte Lenkunterstützungs-Drehmoment D.

In dem Schritt P 27 wird das Ausgangssignal S 5 aus der Strom-Schnittstelle 70 gelesen. Dem Schritt P 27 folgt ein Schritt P 28, in dem geprüft wird, ob das Signal S 5, d. h. ein Signal, das kennzeichnend für den Wert des Stroms ist, welcher durch die Schalteinrichtung 77 fließt, größer als ein vorbestimmter Wert B ist. Der Wert B wird größer als der Strom gewählt, welcher durch den Elektromotor 31 fließen kann, und dient dazu, eine Fehlfunktion der Schalteinrich­ tung 77, beispielsweise ein gleichzeitiges Einschalten der FET′s Q 1, Q 3 zu erfassen. Falls das Signal S 5 gleich oder kleiner als der Wert B ist, führt die Steuerung wiederholt den Schritt P 3 und die folgenden Schritte aus. Falls das Signal S 5 den Wert B übersteigt, führt die Steuerung die Schritte P 29 bis P 31 aus.

In dem Schritt P 29 werden alle Signale q 1, q 2, q 3, q 4 auf "0" gesetzt und ausgegeben. In dem nächsten Schritt P 30 wird dem Relaistreiber 75 ein Treibersignal F zugeführt, um die Kontakte der Relaisschaltungen 67, 81 zu öffnen. In dem Schritt P 31 wird an den Lampentreiber 74 ein Treibersignal E gelegt, um die Warnlampe 66 einzuschalten. Danach wird der gesamte Ablauf beendet.

In dem offenbarten Ausführungsbeispiel wird die Motorsteu­ ereinrichtung in dem Fall als fehlerhaft arbeitend beur­ teilt, in dem die Richtungen, in welchen das Lenkdrehmoment T und das Lenkunterstützungs-Drehmoment D, welche ausgeübt werden, unterschiedlich sind (Schritt P 22), in dem der Mo­ torstrom IM den erlaubten Bereich übersteigt (Schritt P 26) oder in dem ein zu großer Strom durch die Schalteinrichtung 77 fließt (Schritt P 28). Falls ein derartiger Fehler auf­ tritt, werden die Kontakte in den Relaisschaltungen 67, 81 geöffnet, und die Warnlampe 66 wird mit Strom versorgt (Schritte P 29, P 30, P 31).

Falls ein Fehler, beispielsweise ein gleichzeitiges Ein­ schalten der FETS′s Q 1, Q 4, in der Schalteinrichtung 77 auf­ tritt, wenn keine manuell zugeführte Lenkoperation bewirkt wird, erzeugt der Elektromotor 31 ein nach links gerichtetes Lenkunterstützungs-Drehmoment, und das Kennzeichnungsbit G wird auf "0" gesetzt. Zum Gegenwirken gegen das erzeugte Lenkunterstützungs-Drehmoment dreht der Fahrer das Lenkrad nach rechts, und der Drehmoment-Sensor 46 erfaßt die nach rechts gerichtete, manuell zugeführte Lenkkraft, woraufhin das Kennzeichnungsbit F auf "1" gesetzt wird. Daher kann dieser Fehler rasch durch Vergleich zwischen den Kennzeich­ nungsbits F, G ohne Rücksicht auf die Stärke des Stroms, der durch den Elektromotor 31 fließt, erfaßt werden, und demzu­ folge wird der Elektromotor 31 bei kurzer Reaktionszeit ausgeschaltet.

Bei der motorgetriebenen Servolenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie zuvor beschrieben wurde, wird in dem Fall, daß die Richtung, in welcher die uner­ stützende Kraft, die durch den Elektromotor erzeugt wird, zugeführt wird, und die Richtung, in welcher die manuelle Lenkkraft dem Lenkrad zugeführt wird, unterschiedlich sind, die Motorsteuereinrichtung als fehlerhaft arbeitend beur­ teilt, und der Elektromotor wird ausgeschaltet. Dement­ sprechend wird eine Fehlfunktion zuverlässsig und schnell ohne Rücksicht auf den Zustand der Straße, auf welcher das Fahrzeug fährt, erfaßt. Die Fehlerdiagnose der motorgetrie­ benen Servolenkeinrichtung ist daher höchst zuverlässig. Dem Fahrer wird durch die motorgetriebene Servolenkeinrichtung ein gutes Lenkgefühl vermittelt.

Obgleich lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele für die vorliegende Erfindung beschrieben wurden, ist für den Fach­ mann offensichtlich, daß zahlreiche Änderungen und Modifi­ kationen ausgeführt werden können, ohne daß dazu der allge­ meine Erfindungsgedanke oder der Schutzumfang, wie er durch die Ansprüche bestimmt ist, verlassen werden müßte.

Claims (5)

1. Motorgetriebene Servolenkeinrichtung mit einem Lenk­ kraft-Übertragungsmechanismus zum Übertragen einer ma­ nuell zugeführten Lenkkraft, die auf ein Lenkrad ausgeübt wird, auf ein lenkbares Fahrzeugrad, mit einem Elektro­ motor zum Erzeugen einer unterstützenden Kraft, einem Hilfskraft-Übertragungsmechanismus zum Übertragen der unterstützenden Kraft, die durch den Elektromotor erzeugt wird, zu dem Lenkkraft-Übertragungsmechanismus, und einem Motorsteuermittel zum Steuern des Betriebs des Elektro­ motors in Reaktion auf die manuell zugeführte Lenkkraft, gekennzeichnet durch

• - ein erstes Richtungserfassungsmittel, das in dem Lenk­ kraft-Übertragungsmechanismus angeordnet ist, zum Er­ fassen der Richtung der manuell zugeführten Lenkkraft und zum Erzeugen eines Signals, das für die Richtung der manuell zugeführten Lenkkraft kennzeichnend ist,
• - ein zweites Richtungserfassungsmittel zum Erfassen der Richtung der unterstützenden Kraft, die durch den Elek­ tromotor (31) erzeugt wird, und zum Erzeugen eines Si­ gnals, das kennzeichnend für die Richtung der unter­ stützenden Kraft ist,
• - ein Prüfmittel (72) zum Prüfen, ob die Richtung der manuell zugeführten Lenkkraft und die Richtung der un­ terstützenden Kraft gleich sind, auf der Grundlage von Signalen aus dem ersten und dem zweiten Richtungs­ erfassungsmittel und
• - ein Unterbrechungsmittel für die Zuführung der unter­ stützende Kraft zum Ausschalten des Elektromotors (31), wenn die Richtung der manuell zugeführten Lenkkraft und die Richtung der unterstützenden Kraft unterschiedlich sind.

2. Motorgetriebene Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Richtungserfassungsmittel aus einem Drehmoment-Sensor (46) zum Erfassen des Drehmoments, welches von dem Lenk­ rad auf das lenkbare Fahrzeugrad übertragen wird, besteht und daß das zweite Richtungserfassungsmittel aus einem Strom-Detektor (79) zum Erfassen der Richtung eines Stroms, der durch den Elektromotor (31) fließt, besteht.

3. Motorgetriebene Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenk­ kraft-Übertragungsmechanismus einen Lenkgetriebemecha­ nismus mit einer Zahnstange (26) und einer Ritzelwelle (22) enthält und daß der Drehmoment-Sensor (46) aus einem Differentialtransformator (50) zum Erfassen des Drehmo­ ments, das auf die Ritzelwelle (22) ausgeübt wird, und zum Erzeugen eines Signals, das kennzeichnend für die Stärke und die Richtung des ausgeübten Drehmoments ist, besteht.

4. Motorgetriebene Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Motor­ steuermittel eine Steuerschaltung (47) und eine Treiber­ schaltung (48) enthält und daß das Unterbrechungsmittel für die Zuführung der unterstützenden Kraft eine Relais­ schaltung (81) enthält, welche zwischen die Treiber­ schaltung (48) und den Elektromotor (31) geschaltet ist, wobei die Relaisschaltung betätigbar ist, um einen Stromkreis zu unterbrechen, wenn die Richtung der manuell zugeführten Lenkkraft und die Richtung der unterstützen­ den Kraft unterschiedlich sind.

5. Motorgetriebene Servolenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Batterie (65) zum Versorgen des Elektromotors (31) mit elektri­ scher Ernergie vorgesehen ist und daß das Unterbre­ chungsmittel für die Zuführung der unterstützenden Kraft eine Relaisschaltung (67) enthält, die zwischen die Bat­ terie (65) und die Treiberschaltung (48) geschaltet ist, wobei die Relaisschaltungen (67, 81) betätigbar sind, um einen Stromkreis zu unterbrechen, wenn die Richtung der manuell zugeführten Lenkkraft und die Richtung der un­ terstüzenden Kraft unterschiedlich sind.