DE68925130T2 - Servolenkung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung, die die zum Lenkvorgang erforderliche Kraft durch die Drehkraft eines Motors unterstützt, sowie einen Rotationsdetektor zum Ermitteln der Drehposition des Motors, und insbesondere eine Steuerung eines dem Motor bei der Zurückstellung eines Lenkrades zugeführten Treiberstroms sowie Verbesserungen der Konstruktion des Rotationsdetektors.
• Es ist eine elektrische Servolenkvorrichtung entwickelt worden, die einem Fahrer ein angenehmes Lenkgefühl vermittelt, indem ein Motor zur Unterstützung der Lenkkraft auf der Basis eines ermittelten Ergebnisses eines auf ein Lenkrad ausgeübten Lenkdrehmoments angetrieben wird und indem die zum Lenken eines Fahrzeugs erforderliche Kraft durch die Drehkraft des Motors unterstützt wird.
• Diese Servolenkvorrichtung besteht aus einer nach rechts und links von einem Fahrzeugkörper abstehenden Zahnstange, deren beide Enden jeweils mittels einer Spurstange mit dem rechten bzw. linken Vorderrad verbunden sind, und einer mit der Zahnstange an deren Mittelbereich zusammengreifenden Ritzelwelle, die mit dem Lenkrad zusammengreift.
• Mit dem Lenkmechanismus des Zahnstangen-Ritzel-Systems zum Ausführen des Lenkvorgangs durch Verändern der Umdrehungen des Ritzels, die die Drehbetätigung des Lenkrads begleiten, in eine längsgerichtete Bewegung der Zahnstange versehene Fahrzeuge sind im wesentlichen entsprechend der Stellposition des Motors zur Unterstützung der Lenkkraft in die folgenden beiden Kategorien unterteilt; d.h. eine, bei der die Welle dieses Ritzels weiter von der Zusammengriffsposition mit der Zahnstange absteht, wobei der Motor an diesem abstehenden Bereich mit einem geeigneten Reduktionsgetriebe versehen ist, um die Drehkraft zu übertragen, und die andere, bei der ein mit dieser Zahnstange zusammengreifendes Hilfsritzel an einer Position in axialer Richtung vorgesehen ist, die verschieden von der oben erwähnten Ritzelzusammengriffsposition ist, wobei der Motor an dem Hilfsritzel mit einem geeigneten Reduktionsgetriebe versehen ist, um die Drehkraft zu übertragen, wobei ersteres als Einzel-Ritzel-System und letzteres als Zwei-Ritzel-System bezeichnet wird, je nach Anzahl der mit der Zahnstange zusammengreifenden Ritzel.
• Somit besteht bei jeder der zuvor erwähnten Servolenkvorrichtungen die Schwierigkeit, daß sie kein natürliches Lenkgefühl vermitteln, da die Drehkraft des Motors zur Unterstützung der Lenkkraft über das Reduktionsgetriebe auf den verlängerten Bereich der Welle des Ritzels oder auf das Hilfsritzel übertragen wird, wodurch, wenn das Lenkrad in die Position zum Geradeausfahren zurückgestellt wird, das Zurückstellen aufgrund der Trägheitskraft des Motors und des Reibungswiderstandes des Reduktionsgetriebes spät erfolgt.
• Zur Lösung dieses Problems ist in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 61-215166, 1986, die der EP-A-0 190 678 entspricht, eine Erfindung offenbart, bei der die Motorsteuerung durch eine Beschleunigungs- und Verlangsamungsfunktion entsprechend der Drehzahl des Motors durchgeführt wird und bei der die Rückstellkraft vom Motor entsprechend der Rückstellkraftfunktion, die der Größe des Lenkwinkels entspricht, an das Lenkrad weitergegeben wird.
• Bei der genannten Erfindung besteht jedoch die Schwierigkeit, daß die Hilfskraft, welche ein wesentliches Ziel der Servolenkung darstellt, verringert wird, wodurch die Hilfscharakteristiken beeinträchtigt werden, wenn eine schnelle Umdrehung des Motors, wie beispielsweise ein schnelles Lenken, erforderlich ist, da die Beschleunigungs- und Verlangsamungssteuerung und die Rückstellsteuerung des Motors unter Verwendung der Drehzahl des Motors und des Lenkwinkels durchgeführt werden, wodurch das Blockierdrehmoment besonders im hohen Drehzahlbereich groß wird. Da die Rückstellkraft so erzeugt wird, daß das Lenkrad entsprechend dem Lenkwinkel in eine neutrale Position zurückgeführt wird, wird dadurch das Lenkgefühl aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Trägheit des Motors nicht stabilisiert, was dazu führt, daß die Position des Lenkrads manchmal die neutrale Position überschreitet, wodurch das Problem verursacht wird, daß die Adstringenz des Lenkens bei der Rückstellsteuerung des Lenkrads schlecht ist.
• Da die Drehkraft des Motors zur Unterstützung der Lenkkraft zu dem abstehenden Teil der Welle des Ritzels oder dem Hilfsritzel übertragen wird, tritt manchmal der Fall ein, daß bei Erzeugung einer Abnormalität in dem Motor aus irgendeinem Grund der Drehwiderstand von dessen Abtriebswelle zunimmt, wodurch die Abtriebswelle blockiert, so daß nicht gelenkt werden kann. Als herkömmliche Servolenkvorrichtung zur Verhinderung der oben erwähnten Schwierigkeiten ist eine bekannt, bei der an der Abtriebswelle des Motors eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen ist, und wenn der Zündschlüssel umgedreht - d.h. eingeschaltet - ist, werden der Motor und das Reduktionsgetriebe durch die elektromagnetische Kupplung getrennt, dem Motor wird vorübergehend elektrischer Strom zugeführt, wodurch das Blockieren des Motors durch die elektromotorische Kraft erkannt wird, die beim Drehen des Motors durch die Trägheitskraft erzeugt wird.
• Da bei der herkömmlichen Servolenkvorrichtung das Eintreten des Blockierens des Motors von der elektromotorischen Kraft des Motors erkannt wird, erfolgt dies nur bei eingeschalteter Zündung; daher tritt bei einem Eintreten des Blockierzustands des Motors während des Fahrens die Schwierigkeit auf, daß der Blokkierzustand nicht erkannt wird. Da dementsprechend das Blockieren des Motors nicht erkannt werden kann, wenn eine Abnormalität erzeugt wird, die zum Blockieren des Motors führt, ist in dem Fall, daß der Lenkmechanismus nicht betätigt werden kann, die herkömmliche Vorrichtung nicht in der Lage, mit der Situation fertig zu werden.
• Um die Abnormalität zu ermitteln, wird in Betracht gezogen, einen Rotationsdetektor zum Ermitteln des Drehzustands des Motors an dem Motor anzubringen, es besteht jedoch die Schwierigkeit, daß der Tachosignalgeber des herkömmlichen Rotationsdetektors nicht imstande ist, die niedrige Drehzahl und die Drehposition zu ermitteln, und ferner bestehen Schwierigkeiten dahingehend, daß ein einen Lichtunterbrecher verwendender Rotationskodierer nicht wärmebeständig ist, mit der Zeit in der Leistung nachläßt und kostenintensiv ist.
• GB-A-2 188 296 offenbart ein motorgetriebenes Servolenksystem für Kraftfahrzeuge. Dieses System schafft einen Motor, der ein einer Abtriebszahnstange zuzuführendes Hilfsdrehmoment erzeugt, und es wird von einer Logiksteuervorrichtung gesteuert, die die von einem Lenkgeschwindigkeitsermittlungssystem, einem Lenkdrehmomentermittlungssystem und einem Fahrzeuggeschwindigkeitsermittlungssystem kommenden Eingangsparameter verarbeitet. Diese Parameter werden einer Zentralverarbeitungseinheit zum Berechnen einer Hilfskraft und zum Antreiben eines PWM-Motors mittels dieser zugeführt, um den Fahrer eines Fahrzeugs beim Drehen des Lenkrads zu unterstützen. Die Verarbeitung der Parameter zur Berechnung eines Antriebsleistungsverhältnisses erfolgt sukzessiv. Zunächst wird aus dem ermittelten Lenkdrehmoment ein anfängliches Leistungsverhältnis berechnet. Zu diesem anfänglichen Leistungsverhältnis wird ein zweites Leistungsverhältnis hinzuaddiert, welches das Produkt aus einem durch die Lenkgeschwindigkeit definierten Basisleistungsverhältnis und einem von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Korrekturkoeffizienten darstellt. Das daraus resultierende Leistungsverhältnis ist das dem Motor zugeführte Antriebsleistungsverhältnis. Das Antriebsleistungsverhältnis wird permanent berechnet, während das Servolenksystem in Betrieb ist. Wenn das Lenkrad, unterstützt von einer hohen Hilfskraft, schnell gedreht worden ist, wird dieselbe hohe Hilfskraft der Rückdrehbewegung des Lenkrads mitgeteilt, wodurch ein unangenehmes Lenkgefühl entsteht.
• Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Umstände gemacht. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Servolenkvorrichtung zu schaffen, die selbst im hohen Motordrehzahlbereich die Hilfscharakteristiken nicht beeinträchtigt, indem die Winkelgeschwindigkeit des Motors ermittelt und der den Motor antreibende elektrische Strom entsprechend der Winkelgeschwindigkeit und dem Lenkdrehmoment gesteuert wird.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Servolenkvorrichtung zu schaffen, die bei der Rückstellsteuerung des Lenkrades das Maß nicht überschreitet, wodurch sie gute Lenkadstringenzeigenschaften aufweist, indem die Rückstellwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads entsprechend dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt und der dem Motor während der Zeit des Rückstellens des Lenkrads zugeführte Treiberstrom verändert wird, so daß die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads mit dem vorgenannten eingestellten Wert übereinstimmt.
• Der dritte Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Servolenkvorrichtung zu schaffen, die eine Lenkunfähigkeit des Fahrzeugs dadurch vermeidet, daß sie ein Blockieren des Motors auf der Basis des Lenkdrehmoments und der Drehposition des Motors erkennt und dann die Kupplung löst, wenn der Blockierzustand eingetreten ist.
• Der vierte Aspekt der Erfindung besteht darin, einen kostengünstigen Rotationsdetektor mit hoher Zuverlässigkeit zu schaffen.
• Die obigen und weitere Aspekte und Merkmale der Erfindung werden deutlicher anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, welche zeigen:
• Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung,
• Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Ausführungsbeispiels entlang der Linie II-II in Fig. 1,
• Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht des Aufbaus eines Rotationsdetektors entlang der Linie III-III in Fig. 1,
• Fig. 4 ein Wellenformdiagramm einer Ausgangswellenform des Rotationsdetektors,
• Fig. 5 ein Blockdiagramm des Aufbaus und Betriebs einer Steuereinheit,
• Fig. 6 - Fig. 10 Flußdiagramme zur Erläuterung jedes Steuervorgangs,
• Fig. 11 einen Graphen der Charakteristik des Verhältnisses zwischen Motorstrom und Drehmoment an einer Indikatorstromfunktionseinheit,
• Fig. 12 ein Flußdiagramm einer Winkelgeschwindigkeitssteuerung,
• Fig. 13 ein Blockdiagramm des Aufbaus und Betriebs einer Steuereinheit eines anderen Ausführungsbeispiels,
• Fig. 14 einen Graphen einer Charakteristik eines Verhältnisses zwischen Motorstrom und Drehmoment an einer Indikatorstromfunktionseinheit eines anderen Ausführungsbeispiels,
• Fig. 15 ein Flußdiagramm der Rückstellsteuerung eines Lenkrads,
• Fig. 16 eine teilweise weggebrochene Vorderansicht des dritten Ausführungsbeispiels der Servolenkvorrichtung der Erfindung, und
• Fig. 17 eine vergrößerte Schnittansicht desselben entlang der Linie XVII-XVII in Fig. 16.
• Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine teilweise weggebrochene Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung. Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1. Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Aufbaus eines Rotationsdetektors entlang der Linie III-III von Fig. 1.
• In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Zahnstange, die konzentrisch in ein zylindrisches Zahnstangengehäuse 2 eingeführt ist, das an einem Teil des Fahrzeugkörpers befestigt ist, wobei seine Längsrichtung die rechts-links-Richtung darstellt. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Ritzelwelle, die drehbar derart gelagert ist, daß ihre Mittelachse die Zahnstange 1 im Innern eines damit verbundenen Ritzelwellengehäuses 4 in der Nähe eines Endbereiches der Zahnstange 2 schräg schneidet.
• Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht die Ritzelwelle 3 aus einer oberen Welle 3a und einer unteren Welle 3b, die über eine Torsionsstange 5 koaxial miteinander verbunden sind, wobei die obere Welle 3a im Inneren des Ritzelwellengehäuses 4 durch ein Kugellager 40 gelagert ist, wobei ihr oberer Endbereich über ein nicht dargestelltes Universalgelenk mit einem Lenkrad verbunden ist. Die untere Welle 3b an der benachbarten Position des oberen Endbereiches ist im Inneren des Ritzelwellengehäuses 4 mittels eines Vierpunktkugellagers 41 derart gelagert, daß die geeignete Länge ihres unteren Teils aus einer Öffnung an der Unterseite des Ritzelwellengehäuses 4 ragt. Das Vierpunktkugellager 41 ist von außen auf die untere Welle 3b von der Seite des unteren Endbereiches her aufgepaßt und ist an der Außenseite der unteren Welle 3b in axialer Richtung angeordnet, wobei beide Seiten des inneren Rings durch Abstufungen, die in der Nähe des oberen Endbereiches der unteren Welle 3b ausgebildet sind, und durch eine Schulter 42, die von außen von der Seite des unteren Endbereiches her befestigt und an der Umfangsfläche verstemmt ist, gehalten sind. Dann wird es zusammen mit der unteren Welle 3b von der zuvor erwähnten Öffnung an der Unterseite her in das Ritzelwellengehäuse 4 eingepaßt und im Inneren des Ritzelwellengehäuses 4 in Axialrichtung positioniert, wobei beide Seiten des Außenringes von einem kreisförmigen Schulterteil, das am unteren Teil des Gehäuses 4 ausgebildet ist, und einer Sicherungsmutter 43, die von der Öffnung her an das Gehäuse 4 geschraubt ist, gehalten sind, und es trägt die auf die untere Welle 3b einwirkende radiale Last und die Axialbelastung beider Richtungen.
• Im mittleren Bereich der unteren Welle 3b, die aus dem Ritzelwellengehäuse 4 herausragt, sind in deren Axialrichtung Ritzelzähne 30 in geeigneter Länge ausgebildet. Wenn das Ritzelwellengehäuse 4 mit Befestigungsschrauben 44 an der oberseite des oben erwähnten Zahnstangengehäuses 2 befestigt ist, greifen die Ritzelzähne 30 mit den in der Nähe eines Endbereiches der Zahnstange 1 in deren Axialrichtung in geeigneter Länge im Inneren des Zahnstangengehäuses 2 ausgebildeten Zahnstangenzähnen 10 zusammen, wodurch die untere Welle 3b mit der Zahnstange 1 zusammengreift, wobei sich ihre Mittelachsen schräg schneiden. Von der Position des Zusammengreifens mit der Zahnstange 1 an erstreckt sich die untere Welle 3b weiter nach unten, wobei ein großes Kegelrad 31, dessen mit Zähnen versehene Fläche nach unten geneigt ist, koaxial zu der unteren Welle 3b auf deren unteren Endbereich aufgesetzt ist. Die untere Welle 3b ist mittels eines Nadellagers 33 in einem Kegelradgehäuse 20 gelagert, das an die Unterseite des Zahnstangengehäuses 2 so angesetzt ist, daß es das große Kegelrad 31 umgibt. Dementsprechend wird die untere Welle 3b an beiden Seiten der Position des Zusammengreifens der Zahnstange 10 mit den Ritzelzähnen 30 mittels des Vierpunktkugellagers 41 und des Nadellagers 33 gelagert, wodurch der Betrag der Biegung der unteren Welle 3b an der Position des Zusammengreifens innerhalb der Toleranz gehalten ist.
• Darüber hinaus ist an der Position des Zusammengreifens der Zahnstangenzähne 10 mit den Ritzelzähnen 30 ein Druckstück 12 vorgesehen, das die Zahnstange 1 durch Vorspannkraft einer Druckfeder 11 auf die Ritzelwelle 3 vorschiebt, so daß die Zahnstangenzähne 10 und die Ritzelzähne 30 lückenlos in Eingriff gebracht werden können. An der Zusammengriffsposition ist die Zahnstange 1, gestützt von dem Druckstück 12 und der unteren Welle 3b, so gehalten, daß sie von beiden Seiten in radialer Richtung gehalten ist und auch von einer Lagerbuchse 13, die in einen Endbereich des Zahnstangengehäuses 2 gegenüber dessen Verbindungsstelle mit dem Ritzelwellengehäuse 4 eingepaßt ist, wobei sie im Inneren des Zahnstangengehäuses 2 axial frei bewegbar ist. Sowohl die rechten als auch die linken Endbereiche der Zahnstange 1, die jeweils zu beiden Seiten des Zahnstangengehäuses 2 herausragen, sind mit Verbindungsstangen 15,15 verbunden, die sich über jeweilige Kugelgelenke 14,14 zu den nicht dargestellten rechten und linken Rädern erstrecken, wobei die Räder entsprechend der Bewegung der Zahnstange 1 in deren Axialrichtung nach rechts oder links gelenkt werden.
• In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 6 einen Drehmomentsensor zum Erkennen des auf das Lenkrad ausgeübten Drehmoments. Der Drehmomentsensor 6 verwendet ein Potentiometer mit einem Widerstandshalteteil 60, das außen auf die obere Welle 3a aufgepaßt ist, sich mit dieser dreht und an der unteren Endfläche einen kreisförmigen Widerstand bildet, wobei die Mittelachse der oberen Welle 3a die Mitte bildet, und einem Erkennungsstückhalteteil 61, das außen auf die untere Welle 3b aufgepaßt ist, sich mit dieser dreht und an der oberen Endfläche ein Erkennungsstück bildet, das mit einem Punkt in radialer Richtung auf dem Widerstand in Gleitkontakt ist. Die obere Welle 3a der Ritzelwelle 3 dreht sich entsprechend der Drehung des Lenkrades um die Axialwelle, der auf die Räder einwirkende Widerstand der Straßenoberfläche jedoch wirkt über die Zahnstange 1 auf die untere Welle 3b ein, wodurch an einer zwischen den beiden Wellen angeordneten Torsionsstange 5 eine Verdrehung entsprechend dem auf das Lenkrad ausgeübten Lenkdrehmoment bewirkt wird. Der Drehmomentsensor 6 gibt die in Umfangsrichtung erzeugte Relativverschiebung zwischen der oberen Welle 3a und der unteren Welle 3b, die eine Begleiterscheinung der Verdrehung der Torsionsstange 5 ist, als der Position des Gleitkontaktes zwischen dem Erkennungsstück und dem Widerstand entsprechendes Potential wieder, und falls an der Torsionsstange 5 keine Verdrehung erzeugt wird, mit anderen Worten, falls kein Lenken erfolgt, wird er zur Ausgabe des spezifizierten Referenzpotentials initialisiert. Das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 6 wird einer Steuereinheit 7 zugeführt, die das Signal mit dem Referenzpotential vergleicht, um Richtung und Größe des Drehmoments zu erkennen, und dann ein Treibersignal für einen Motor 8 zur Unterstützung der Lenkkraft erzeugt, der auf noch zu beschreibende Weise vorgesehen ist.
• Der Motor 8 zur Unterstützung der Lenkkraft dient zur Übertragung seiner Drehkraft zu der oben erwähnten unteren Welle 3b, und zwar über eine elektromagnetische Kupplung 16, ein Umlaufuntersetzungsgetriebe 9 und ein kleines Kegelrad 32, das mit dem großen Kegelrad 31 zusammengreift und einen geringeren Durchmesser als das große Kegelrad 31 aufweist.
• Die elektromagnetische Kupplung 16 besteht aus einer ringförmigen Wicklungseinheit 161, die an einem mittleren Gehäuse 81 des Motors 8 befestigt ist, einer Bewegungseinheit 162, die auf eine Seite einer Rotationsachse 80 des Motors 8 koaxial dazu aufgesetzt ist und sich mit der Rotationsachse 80 dreht, und einem scheibenförmigen Eingriffsteil 163, das der Bewegungseinheit 162 zugewandt ist und durch elektromagnetische Kraft, die durch Energiezufuhr zu der Wicklungseinheit 161 entsteht, mit der Bewegüngseinheit 162 zusammengreift, wodurch das Einrücken und Ausrücken der Drehkraft des Motors 8 erfolgt.
• Das Umlaufuntersetzungsgetriebe 9 besteht aus einer Umlaufwelle 90, die in das Eingriffsteil 163 eingesetzt ist, sich dreht und ein Sonnenrad aufweist, das an einem Ende durch ein in die Bewegungseinheit 162 eingepaßtes Lager und an dem anderen Ende durch ein in einen später zu beschreibenden Planetenradträger 93 eingepaßtes Lager gelagert ist, einem kreisförmigen Außenring 91, der an einer Gehäuseendfläche 82 des Motors 8 koaxial mit der Drehachse 80 befestigt ist, mehreren Planetenrädern 92,92..., die drehbar mit der Innenfläche des Außenrings 91 und der Außenfläche des Sonnenrads der Umlaufwelle 90 in Kontakt sind, sich selbst um ihre jeweiligen Mittelachsen und um die Mittelachse des Sonnenrades drehen, und dem Planetenradträger 93, der die jeweiligen Planetenräder 92,92... drehbar lagert. Das Umlaufuntersetzungsgetriebe 9 weist einen geringeren Außendurchmesser auf als der Motor 8 und ist mit dem Motor 8 und der elektromagnetischen Kupplung 16 an einer Seite der Rotationsachse 80 integriert. Eine Abtriebswelle 94 des Umlaufuntersetzungsgetriebes 9 ist an einer Position der Mittelachse des Planetenradträgers 93 eingepaßt und fixiert, der koaxial zur Rotationsachse 80 des Motors 8 positioniert ist, und sie ragt in geeigneter Länge aus dem Gehäuse. An dem Spitzenbereich der Abtriebswelle 94 ist das kleine Kegelrad 32 fest angebracht, wobei seine mit Zähnen versehene Fläche der Seite des Spitzenbereichs zugewandt ist, wobei das kleine Kegelrad 32 so konstruiert ist, daß es sich zusammen mit der Abtriebswelle 94 entsprechend der Umdrehung der Planetenräder 92,92... dreht.
• Der Motor 8, die elektromagnetische Kupplung 16 und das Umlaufuntersetzungsgetriebe 9 sind auf einem außerhalb des Zahnstangengehäuses 2 vorgesehenen Bügel 2a derart befestigt, daß diese Mittelachsen im wesentlichen parallel zu der Mittelachse der Zahnstange 1 sind und sie in das Kegelradgehäuse 20 eingesetzt sind, wobei das kleine Kegelrad 32 innen liegt. An der Innenseite des vorgenannten Gehäuses 20 ist das kleine Kegelrad 32 mit dem fest am unteren Endbereich der vorstehend erwähnten unteren Welle 3b angebrachten großen Kegelrad 31 im Eingriff.
• Die Einstellung des Spiels zwischen den großen Kegelrad 31 und dem kleinen Kegelrad 32 beim Einpassen des Umlaufuntersetzungsgetriebes 9 in das Kegelradgehäuse 20 kann auf einfache Weise durch Verändern der Dicke und/oder Anzahl der an dem Teil des Gehäuses des Umlaufuntersetzungsgetriebes 9, das an dem Kegelradgehäuse 20 anliegt, einzusetzenden Abstandsstücke durchgeführt werden.
• Auf der anderen Seite der Rotationsachse 80 des Motors 8 ist ein Rotationsdetektor 17 zur Ermittlung der Drehposition des Motors 8 vorgesehen. Der Rotationsdetektor 17 besteht aus einer Magnetplatte 170, die auf die andere Seite der Rotationsachse 80 des Motors 8 gesetzt ist und scheibenförmig ist, zwei N- und zwei S- Pole sowie zwei Reed-Schalter 171,171 aufweist, die unter einem festgelegten Einfallswinkel β (bei dem Ausführungsbeispiel ist β = 135º) um die Magnetplatte 170 angeordnet sind.
• Fig. 4 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Ausgangswellenform des Rotationsdetektors 17 zeigt. Da die beiden Reed-Schalter 171, 171 unter einem Einfallswinkel β von 135º angebracht sind, ist die Phase der ausgegebenen Ausgangswellenform um 90º phasenverschoben. Der Rotationsdetektor 17 hat eine Auflösungskapazität von 1/16 einer Umdrehung durch Ermittlung der Anstiegs- und Rückflanken der jeweiligen vier Wellenformen, die bei einer Umdrehung ausgegeben werden.
• Im Vergleich mit den herkömmlichen Rotationsdetektoren wie Tachosignalgeber und dergleichen ist der Rotationsdetektor 17 imstande, von der Umdrehungszahl 0 an zu ermitteln, wodurch er imstande ist, die Relativposition eines Motors zu ermitteln. Außerdem ist er kleinformatig, hohen Temperaturen gegenüber sehr widerstandsfähig, hat eine lange Lebensdauer und ist kostengünstig im Vergleich zu einem Rotationskodierer vom Lichtunterbrechungstyp. Außerdem kann, da die Ausgangswellenform zum Impulsausgangssignal wird, das ermittelte Ergebnis auf einfache Weise in eine CPU wie ein Mikrocomputer und dergleichen eingegeben werden.
• Auch in die Steuereinheit 7 werden sowohl das Ausgangssignal des Rotationsdetektors 17 und das Ausgangssignal eines Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektors 18 zum Erkennen der Fahrzeuggeschwindigkeit als auch das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 6 eingegeben, und daraufhin wird die später zu beschreibende Steuerung ausgeführt und ein Treibersignal zum Treiben des Motors 8 und der elektromagnetischen Kupplung 16 wird ausgegeben.
• Als nächstes erfolgt die Erläuterung der Steuerung der Steuereinheit 7.
• Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm, das den Aufbau und die Steuerfunktion der Steuereinheit darstellt.
• Das Drehmomenterkennungssignal des Drehmomentsensors 6 wird jeweils einem Phasenkompensator 71a zum Vorschieben der Phase und zum Stabilisieren des Systems, einer Winkelbeschleunigungserkennungsschaltung 71b zum Erkennen der Winkelbeschleunigung der Drehungen des Lenkrads, einer Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c zur Bestimmung des Mittelpunkts des Lenkmechanismus, einer Blockiererkennungsschaltung 71f zur Erkennung des Blockierens des Motors 8, einer Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g zur Erkennung der Winkelgeschwindigkeit ω des Lenkrades und einer Drehmomentfunktionseinheit 73g, die eine dem Absolutwert T des Lenkdrehmoments T entsprechende Funktion erzeugt, zugeführt.
• Das Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 18 wird jeweils der Blockiererkennungsschaltung 71f, der Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c, der Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktionseinheit 73f zur Erzeugung einer der Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechenden Funktion, einer Kompensationsstromfunktionseinheilt 73b, der die Winkelbeschleunigung des Lenkrades, die von der Winkelbeschleunigungserkennungsschaltung 71b ausgegeben wird, zugeführt wird und die den Kompensationsstrom Ic zum Kompensieren der Trägheitskraft während der Beschleunigung und Verlangsamung des Motors 8 und zum Kompensieren der Trägheitskraft der Radbasisträger entsprechend der Winkelbeschleunigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt, und einer Variablenstromfuntionseinheit 73c zugeführt, der ein von einer später zu beschreibenden Lenkwinkelbestimmungsschaltung 71d ausgegebener Lenkwinkel θ zugeführt wird und die den variablen Strom Ia zur Veränderung einer Charakteristik des Indikatorstroms I entsprechend dem Lenkwinkel θ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt.
• Das Dreherkennungssignal des Rotationsdetektors 17 wird der Lenkwinkelbestimmungsschaltung 71d zugeführt, um den Lenkwinkel θ aus der Blockiererkennungsschaltung 71f, der Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c, der Winkelbeschleunigungserkennungsschaltung 71b, der Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g und der Lenkwinkelbestimmungsschaltung 71d zum Bestimmen des Lenkwinkels θ auf der Basis des Dreherkennungssignals und des Mittelpunkts der Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c zu bestimmen.
• Die Blockiererkennungsschaltung 71f erkennt die Drehung des Motors 8, wenn die Werte des Drehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit höher sind als ihre jeweiligen Sollwerte, indem sie das eingegebene Dreherkennungssignal, Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal und Drehmomenterkennungssignal verwendet, wodurch das Vorhandensein eines Blockierens erkannt wird, und ihr Ausgangssignal wird über eine Treiberschaltung 72b der elektromagnetischen Kupplung 16 zugeführt.
• Der Ausgang ω der Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g wird einer Winkelgeschwindigkeitsfunktionseinheit 73d zur Erzeugung einer Funktion entsprechend der Winkelgeschwindigkeit zugeführt.
• Ferner wird der variable Strom der erwähnten Funktionseinheit 73d zugeführt und der Versatzbetrag ist durch den variablen Strom Ia angegeben. Das Ausgangssignal des Phasenkompensators 71a und der variable Strom Ia werden einer Indikatorstromfunktionseinheit 73a zum Erzeugen des Indikatorstroms I für den Motor 8 zugeführt. Das Ausgangssignal der Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktionseinheit 73f wird der Drehmomentfunktionseinheit 73g zugeführt, woraufhin eine der Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechende Drehmomentfunktion fd ausgegeben wird. Der Ausgang wird einer Subtrahierstromfunktionseinheit 73e zugeführt, worauf der Subtrahierstrom Ir durch den Ausgang der Winkelgeschwindigkeitsfunktionseinheit 73d und den Ausgang der Drehmomentfunktionseinheit 73g gebildet wird.
• Das Ausgangssignal der Indikatorstromfunktionseinheit 73a wird in einen Subtrahierer 74c eingegeben, worauf hin der Subtrahierstrom Ir, der der Ausgang der Subtrahierstromfunktionseinheit 73e ist, subtrahiert und das Subtraktionsergebnis einem Addierer 74a zugeführt wird.
• Das Ausgangssignal der Kompensationsstromfunktionseinheit 73a wird in dem Addierer 74a hinzuaddiert und das Additionsergebnis einem Subtrahierer 74b zugeführt.
• Im Subtrahierer 74b wird ein Rückkopplungssignal der Stromerkennungsschaltung 71e zum Erkennen von durch den Motor 8 verbrauchten Strom von dem genannten Additionsergebnis subtrahiert und das Subtraktionsergebnis wird dem Motor 8 über eine PWM(Pulse- Width-Modulation) -Treiberschaltung 72a zugeführt.
• Im folgenden wird die Funktionsweise erläutert.
• Fig. 6 ist ein Flußdiagramm der Steuerung der Blockiererkennung. Im Schritt 10 wird festgestellt, ob die Zündung eingeschaltet ist, und wenn sie nicht eingeschaltet ist, wird im Schritt 11 die Fahrzeuggeschwindigkeit am Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18 abgelesen. Im Schritt 12 wird festgestellt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als der Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert VS1 ist, und wenn sie höher ist, wird das Lenkdrehmoment T im nächsten Schritt 13 aus dem Drehmomentsensor 6 ausgelesen. Im Schritt 14 wird festgestellt, ob das Lenkdrehmoment T größer ist als der Drehmomentschwellenwert TS1, und wenn es größer ist, wird im Schritt 15 die Drehposition des Motors 8 aus dem Rotationsdetektor 17 gelesen, und es wird auf der Basis dieses Wertes im Schritt 16 festgestellt, ob der Motor 8 dreht oder nicht. Dreht der Motor 8, kehrt der Verarbeitungsvorgang zurück, und wenn er nicht dreht, erkennt die Blockierungserkennungsschaltung 71f, daß der Motor 8 blockiert ist, und im Schritt 17 wird festgestellt, daß die elektromagnetische Kupplung 16 ausgeschaltet ist, wodurch die Verbindung des Motors 8 mit dem Umlaufuntersetzungsgetriebe 9 unterbrochen ist und der Lenkmechanismus vom Motor 8 gelöst ist. Im Schritt 18 wird ein nicht dargestellter Blockierungsalarm eingeschaltet und der Programmablauf kehrt zurück.
• Wenn andererseits im Schritt 10 festgestellt wird, daß der Zündschalter eingeschaltet ist, ist die elektromagnetische Kupplung 16 im Schritt 19 ausgeschaltet und der Motor 8 im Schritt 20 eingeschaltet. Wenn der Motor 8 eingeschaltet ist, wird im Schritt 21 festgestellt, ob eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, wonach im Schritt 22 die Drehposition des Motors 8 von dem Rotationsdetektor 17 gelesen wird, und es wird im Schritt 23 auf der Basis dieses Wertes festgestellt, ob der Motor 8 dreht. Dreht der Motor 8, wird der Motor im Schritt 24 ausgeschaltet und die elektromagnetische Kupplung 16 wird im Schritt 25 eingeschaltet. Wird im Schritt 23 festgestellt, daß der Motor 8 nicht dreht, wird der Blockierungsalarm im Schritt 26 eingeschaltet und der Programmablauf kehrt zurück.
• Im folgenden wird die Winkelbeschleunigungserkennung und deren Verwendung bei der Motorträgheitssteuerung erläutert.
• Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Berechnung einer Winkelbeschleunigung und deren Verwendung bei der Steuerung der Motorträgheit. Zunächst wird das vom Drehmomentsensor 6 gelieferte Drehmoment T im Schritt 30 gelesen und anschließend wird im Schritt 31 die vom Rotationsdetektor 17 ausgegebene Drehgeschwindigkeit ωm des Motors 8 durch die Winkelbeschleunigungserkennungsschaltung 71b ausgelesen, und im Schritt 32 wird die Winkelbeschleunigung des Lenkrades mittels der folgenden Gleichungen berechnet.
• K bezeichnet hier die Federkonstante einer Torsionsstange.
• Andererseits gilt &sub0; = ωm/n
• wobei n das Untersetzungsverhältnis bezeichnet.
• Im Schritt 33 wird als nächstes aus der im Schritt 32 berechneten Winkelbeschleunigung des Lenkrades und der Fahrzeuggeschwindigkeit V der Kompensationsstrom Ic zum Kompensieren des durch die Trägheitskraft des Motors 8 und die Trägheitskraft eines Basisträgers, die in der Kompensationsstromfunktionseinheit 73b vorbestimmt sind, verursachten Effekts berechnet. Im Schritt 34 wird anschließend der im Schritt 33 berechnete Kompensationsstrom Ic in den Addierer 74a eingegeben und der in der Indikatorstromfunktionseinheit 73a berechnete Indikatorstrom I wird hierzu addiert, wodurch das Lenkverhalten durch das Addieren des Kompensationsstroms Ic zum Indikatorstrom I verbessert wird, entsprechend der Trägheitskraft, wenn die Winkelbeschleunigung zu Beginn und am Ende der Lenkunterstützung und dergleichen durch den Motor 8 erkannt wird, und der Trägheitskraft des Basisträgers.
• Im folgenden wird die Berechnung des Lenkwinkelmittelpunkts und die unter Verwendung derselben erfolgende Rückstellsteuerung des Lenkrades beschrieben.
• Fig. 8 stellt die Steuerung der Rückstellung des Lenkrades dar. Fig. 9 betrifft die Berechnung des Lenkradmittelpunkts und Fig. 10 ist ein Flußdiagramm des Vorgangs zur Erkennung der Rechtsoder Linksposition des Lenkrads. Fig. 11 ist eine graphische Darstellung der Charakteristiken des Zusammenhangs zwischen dem Motorstrom und dem Drehmoment an der Indikatorstromfunktionseinheit 73a, wobei die Ordinate den Indikatorstrom I und die Abszisse das Drehmoment T darstellt.
• Ferner zeigen eine unterbrochene Linie und eine gestrichelte Linie die Charakteristiken der hohen Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der geringen Fahrzeuggeschwindigkeit.
• In Fig. 8 wird im Schritt 40 zunächst das Drehmoment T gelesen, sodann wird im Schritt 41 festgestellt, ob sich das Drehmoment T in der Totzone befindet oder nicht. Befindet sich das Drehmoment T in der Totzone, wird im Schritt 42 festgestellt, ob die später zu beschreibende Mittelpunktberechnungsroutine abgeschlossen ist. Ist die Mittelpunktberechnung abgeschlossen, wird die vom Rotationsdetektor 17 gelieferte Drehposition des Motors 8 im Schritt 43 ausgelesen und im Schritt 44 wird der Lenkwinkel θ in der Lenkwinkelbestimmungsschaltung 71d unter Verwendung der Drehposition und des Mittelpunkts bestimmt. Wenn der Lenkwinkel θ bestimmt ist, wird im Schritt 45 der variable Strom Ia in der Variablenstromfunktionseinheit 73c anhand des Lenkwinkels θ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet, wobei der Wert und die Richtung des Indikatorstroms I in der Indikatorstromfunktionseinheit 73a berechnet werden.
• Wenn andererseits im Schritt 41 festgestellt wird, daß sich das Drehmoment T nicht in der Totzone befindet, kehrt der Programmablauf zurück, und wenn im Schritt 42 die Berechnung des Mittelpunkts nicht abgeschlossen ist, wird die Drehposition des Motors 8 aus dem Rotationsdetektor 17 im Schritt 46 gelesen, und im Schritt 47 wird der variable Strom Ia unter Verwendung des Lenkwinkelmindestwertes, der im Verlauf der später zu beschreibenden Rechts-Links-Bestimmungsroutine berechnet wird, berechnet, wodurch der Wert und die Richtung des Indikatorstroms I berechnet werden.
• Bei der in Fig. 9 dargestellten Mittelpunktberechnungsroutine wird die Fahrzeuggeschwindigkeit im Schritt 50 gelesen und im Schritt 51 wird festgestellt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher ist als der Schwellenwert VS2, und wenn sie höher ist, wird im Schritt 52 der der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende Drehmomentsollwert TS2 eingestellt, woraufhin im Schritt 53 das Drehmoment T gelesen wird, während im Schritt 54 festgestellt wird, ob das Drehmoment T geringer ist als der Drehmomentsollwert TS2. Wenn der Wert geringer ist, wird das Drehmoment T im Schritt 55 gezählt, und im Schritt 56 wird die Drehposition des Motors 8 gelesen. Im Schritt 57 wird die Drehposition zu der Summe der Drehpositionen bis zum vorhergehenden Zeitpunkt addiert, wobei das Additionsergebnis durch die Zahl der Zählungen geteilt wird, um den Lenkwinkelmittelpunkt zu berechnen, wodurch der Wert des Lenkwinkelmittelpunkts ersetzt wird. Wenn im Schritt 51 festgestellt wird, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit V geringer ist als der Schwellenwert VS2 oder das Drehmoment T größer ist als der Drehmomentsollwert TS2, kehrt der Programmablauf zurück.
• Da jedoch die Mittelpunktberechnung erheblich mehr Rechenzeit erfordert, erfolgt die Rückstellsteuerung mittels der als nächstes beschriebene Rechts-Links-Bestimmungsroutine, bis die Berechnung abgeschlossen ist.
• Bei der in Fig. 10 dargestellten Rechts-Links-Bestimmungsroutine wird im Schritt 60 die Fahrzeuggeschwindigkeit V gelesen, es wird im Schritt 61 festgestellt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher ist als der Schwellenwert VS3, und wenn sie höher ist, wird im Schritt 62 das Drehmoment T gelesen, das Drehmoment T wird im Schritt 63 integriert, und die Richtung des integrierten Wertes wird als rechts oder links erkannt. Ist sie rechts, wird im Schritt 65 der rechte Wert des Lenkwinkelmindestwertes ersetzt, und ist sie links, wird im Schritt 64 der linke Wert des Lenkwinkelmindestwertes ersetzt und die Verarbeitung kehrt zurück.
• Wenn andererseits, wie in Fig. 11 dargestellt, der variable Strom Ia unter Verwendung des Lenkwinkels θ bei der Rückstellsteuerung berechnet wird, verändert sich der Indikatorstrom I während der Rückstellsteuerung des Lenkrades bei in der Totzone befindlichem Drehmoment entsprechend dem variablen Strom Ia und der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit V beispielsweise hoch, wie durch die unterbrochene Linie dargestellt, ist die Anstiegsrate des Indikatorstroms I hoch, wenn das Drehmoment T in die Totzone eintritt, wobei der Motor 8 derart gesteuert wird, daß die Rückstellung zum Mittelpunkt schneller erfolgt. Wenn im Gegensatz dazu die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt, ist die Anstiegsrate des Indikatorstroms I gering, wenn das Drehmoment T in die Totzone eintritt, wobei der Motor 8 derart gesteuert ist, daß die Rückstellung zum Mittelpunkt langsamer erfolgt.
• Im folgenden wird die Winkelgeschwindigkeitssteuerung des Lenkrades erläutert, die einen wesentlichen Teil der Erfindung darstellt.
• Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm der Winkelgeschwindigkeitssteuerung des Lenkrades. Zunächst wird im Schritt 70 die Drehposition des Motors 8 anhand des Ausgangs des Rotationsdetektors 17 gelesen. Sodann wird im Schritt 71 der Lenkwinkel anhand der Drehposition bestimmt, dann wird der dem Lenkwinkel entsprechende Versatzbetrag der Winkelgeschwindigkeitsfunktionseinheit 73d zugeführt. Im Schritt 72 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V gelesen, und im Schritt 73 wird das Drehmoment T gelesen. Sodann wird im Schritt 74 eine Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktion fv in der Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktionseinheit 73f unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet. Anschließend wird in der Drehmomentfunktionseinheit 73g der Betrag der Geschwindigkeitsregelung unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeitsfunktion fv und des Drehmoments T berechnet. Dann wird im Schritt 75 die Winkelgeschwindigkeit w ermittelt, wodurch ein Versatzbetrag mit einer hinzu addierten Winkelgeschwindigkeitsfunktion fω berechnet wird.
• Danach wird der Subtrahierstrom Ir in der Subtrahierstromfunktionseinheit 73e unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeitsfunktion fω und des im Schritt 76 berechneten Geschwindigkeitsregelungsbetrags fd berechnet, wobei der Subtrahierstrom Ir in den Subtrahierer 74c eingegeben wird, wodurch der dem Drehmoment T und der Winkelgeschwindigkeit ω entsprechende Strom von dem Indikatorstrom I subtrahiert wird.
• Wie oben beschrieben, wird der dem Lenkdrehmoment und der Winkelgeschwindigkeit entsprechende elektrische Strom von dem Indikatorstrom des Motors subtrahiert, und wenn sowohl das Lenkdrehmoment als auch die Winkelgeschwindigkeit hoch sind, wird der Subtraktionsbetrag verringert, und wenn das Lenkdrehmoment gering und die Winkelgeschwindigkeit hoch ist, wird der Subtraktionsbetrag vergrößert, so daß die Lenksteuerung imstande ist, der Drehung des Lenkrades in zufriedenstellender Weise zu folgen, und imstande ist, das Lenkrad an einer übermäßigen Rückstellbewegung zu hindern, indem während eines Lenkvorgangs, bei dem das Lenkrad schnell betätigt wird, eine hohe Hilfskraft zugeführt wird und indem während eines Rückstellvorgangs, bei dem das Lenkrad schnell betätigt wird, eine hohe Geschwindigkeitsreduzierungskraft zugeführt wird.
• Im folgenden wird ein anderes Ausführungsbeispiel erläutert, wobei den Unterschieden gegenüber dem vorgenannten Ausführungsbeispiel Vorrang eingeräumt wird.
• Fig. 13 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau und die Steuerfunktion einer Steuereinheit dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
• Das Drehmomenterkennungssignal des Drehmomentsensors 6 wird jeweils in den Phasenkompensator 71a zum Vorschieben der Phase und Stabilisieren des Systems und in die Mittelpunktberechnungsschaltung 71c zum Bestimmen des Mittelpunkt des Lenkmechanismus eingegeben.
• Das Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 18 wird jeweils der noch zu beschreibenden Indikatorstromfunktionseinheit 73a, die den Indikatorstrom I für den Motor 8 erzeugt, einer Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstellfunktionseinheit 76, die den gewünschten Wert der Rückstellwinkelgeschwindigkeit des Lenkrads entsprechend dem Lenkwinkel Δθ und der Fahrzeuggeschwindigkeit einstellt, und der Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c eingegeben.
• Das Dreherkennungssignal θ, das die Drehposition des Motors 8 wiedergibt, die von dem Rotationsdetektor 17 ermittelt wird, wird jeweils in die Mittelpunktberechnungsschaltung 71c und die Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g zum Erkennen der Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades eingegeben.
• Die Lenkwinkelmittelpunktberechnungsschaltung 71c bestimmt eine Mittelpunktposition θ&sub0; auf der Basis des Drehmomenterkennungssignals T, des Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignals v und des Dreherkennungssignals, wobei das Ergebnis einem Addierer 79a zugeführt wird. Der Addierer 79a bestimmt den Abweichungswert, d.h. den Lenkwinkel Δθ zwischen der Drehposition θ des Lenkrads und dem Mittelpunkt, wobei das Ergebnis der Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstellfunktionseinheit 76 zugeführt wird.
• In der Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstellfunktionseinheit 76 wird der Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstellwert des Lenkrads gegenüber dem vorgenannten Lenkwinkel Δθ funktionalisiert, wodurch die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18 gelieferte Fahrzeuggeschwindigkeit, V&sub1;, V&sub2;, V&sub3;... (hier V&sub1;> V&sub2;> V&sub3;) zum Parameter gemacht wird, so daß, wenn der Lenkwinkel Δθ kleiner wird, der Winkelgeschwindigkeitssollwert ωT kleiner wird, und wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, der Winkelgeschwindigkeitssollwert ωT geringer wird.
• Der Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT des Lenkrades wird entsprechend dem von dem vorgenannten Addierer 79a eingegebenen Lenkwinkel Δθ und der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18 eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, wobei das Ergebnis dem Addierer 79b zugeführt wird. In der Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g wird die Winkelgeschwindigkeit ωa zum Zeitpunkt des Betätigens des Lenkrades durch Differenzieren des von dem Rotationsdetektor 17 eingegebenen Drehbetrages in bezug auf die Zeit, wobei das Ergebnis dem vorgenannten Addierer 79b zugeführt wird, bestimmt.
• In dem Addierer 79b wird die Winkelgeschwindigkeitsabweichung Δω = ωT - ωa zwischen dem vorgenannten Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT und der Winkelgeschwindigkeit ωa bestimmt, wobei das Ergebnis der Variablenstromfunktionseinheit 73c zugeführt wird. In der Variablenstromfunktionseinheit 73c wird das Verhältnis zwischen der Winkelgeschwindigkeitsabweichung Δω und dem variablen Strom Ia zum Zeitpunkt des Zurückdrehens des Lenkrades, wie später zu beschreiben sein wird, funktionalisiert und voreingestellt, die eingegebene Winkelgeschwindigkeitsabweichung Δω wird PID-berechnet, und der variable Strom Ia wird entsprechend dem berechneten Ergebnis bestimmt, wobei das Ergebnis der Indikatorstromfunktionseinheit 73a eingegeben wird.
• Der Indikatorstromfunktionseinheit 73a werden jeweils das Drehmoment T als Ausgangssignal des vorgenannten Phasenkompensators 71a, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18 zugeführte Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal v und der variable Strom Ia von der Variablenstromfunktionseinheit 73c eingegeben. In der Indikatorstromfunktionseinheit 73a stellen das Fahrzeuggeschwindigkeitserkennungssignal v und der variable Strom Ia die Parameter dar, und das Verhältnis zwischen dem Drehmoment T und dem Indikatorstrom I für den Motor 8 wird zuvor funktionalisiert und eingestellt, wobei der Indikatorstrom I für den Motor 8 durch das Drehmoment T, das das Ausgangssignal des vorgenannten Phasenkompensators 71a ist, bestimmt wird, wobei das Ergebnis dem Addierer 74b eingegeben wird.
• Dem Addierer 74b werden der Indikatorstrom I und das Rückkopplungssignal von der Stromerkennungsschaltung 71e, die die Menge des von dem Motor 8 verbrauchten Stroms erkennt, eingegeben, wobei die Abweichung zwischen den beiden berechnet wird. Über die PWM(Pulse-Width Modulation)-Treiberschaltung 72a wird dem Motor 8 das Ergebnis zugeführt.
• Im folgenden wird die einen wesentlichen Teil der Erfindung darstellende Rückstellsteuerung des Lenkrads an der Steuereinheit 7 erläutert.
• Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die eine Charakteristik eines Verhältnisses zwischen dem Indikatorstrom I und dem Drehmoment T an der Indikatorstromfunktionseinheit 73a zeigt, wobei die Ordinate den Indikatorstrom I und die Abszisse das Drehmoment T angibt. Auf der Abszisse zeigt die positive Seite des Drehmoments T das Drehmoment beim Lenken nach rechts und die negative Seite beim Lenken nach links. Auf der Ordinaten zeigt die positive Seite des Indikatorstroms I den (Indikator-) Strom für den Motor 8, bei dem er sich zum Lenken nach rechts drehen kann, und die negative Seite den Strom für das Lenken nach links.
• Ferner zeigen die gestrichelten Linien die vorerwähnten Charakteristiken, die abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit V&sub1;, V&sub2;, V&sub3; unterschiedlich sind, und die unterbrochenen Linien zeigen den Indikatorstrom I für den Motor 8 zum Zeitpunkt des Rückstellens des Lenkrads, der durch den Kompensationsstrom Ia zum Zeitpunkt des Rückstellens des Lenkrads, bestimmt durch die Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω, verändert wird.
• D&sub1; bis D&sub2; zeigt die Totzone, und wenn das Drehmoment nach rechts (oder links) durch den Lenkvorgang den Umfang der Totzone D&sub1; bis D&sub2; übersteigt, nimmt der Indikatorstrom I des Motors 8 mit der Zunahme des Drehmomentes T zu, wodurch die Lenkhilfskraft zunimmt. In diesem Fall hängt das Verhältnis zwischen dem Drehmoment T und dem Indikatorstrom I von der Fahrzeuggeschwindigkeit V&sub1;, V&sub2;, V&sub3;... (dabei ist V&sub1;> V&sub2;> V&sub3;) ab, und wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird, nimmt der Indikatorstrom I gegenüber dem Drehmoment T ab. In diesem Fall wird, wenn das Lenkrad nach rechts (oder links) gedreht und dann zurückgestellt wird, dann, wenn das Drehmoment T in die Totzone D&sub1; bis D&sub2; gelangt, der mittels der unterbrochenen Linie dargestellte variable Strom -Ia (oder Ia) zum Indikatorstrom I, wonach dann, wenn sich das Drehmoment T innerhalb der Totzone D&sub1; bis D&sub2; befindet, der Indikatorstrom I konstant gesteuert und der Motor 8 mit konstantem Drehmoment angetrieben wird. Auf diese Weise wird die Lenkhilfskraft zum Zeitpunkt der Rückstellung des Lenkrades konstant.
• Der Absolutwert des variablen Stroms Ia wird jedoch noch größer, wenn die vorgenannte Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω größer wird, und wenn die Abweichung zwischen der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit ωa des Lenkrades und dem Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT groß ist, wird der Indikatorstrom I verstärkt und die Regelungsgeschwindigkeit erhöht.
• Da das Mittelpunktberechnungsverfahren dasselbe ist wie im vorgenannten Ausführungsbeispiel, entfällt dessen Erläuterung an dieser Stelle.
• Fig. 15 ist ein Flußdiagramm, das die Rückstellsteuerung des Lenkrads darstellt, d.h. die Funktion des Signalweges von dem Addierer 79a zu dem in Fig. 13 gezeigten Addierer 74b. Bei der Rüchstellsteuerung des Lenkrades wird im Schritt 9 die Mittelpunktposition θ&sub0; gelesen und im Schritt 10 die Lenkposition θ. Als nächstes wird in dem Addierer 79a die Mittelpunktposition θ&sub0; von der Lenkposition θ subtrahiert, um den Lenkwinkel Δθ (Schritt 11) zu bestimmen.
• Im Schritt 12 wird in der Rückstellwinkelgeschwindigkeitseinstellfunktionseinheit 76 der Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT auf der Basis des vorgenannten Lenkwinkels Δθ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Andererseits wird der von dem Rotationsdetektor 17 eingegebene Drehbetrag in der Winkelgeschwindigkeitserkennungsschaltung 71g in bezug auf die Zeit differenziert, wodurch die tatsächliche Lenkwinkelgeschwindigkeit ωa bestimmt wird (Schritt 13). Im Schritt 14 wird die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωa mittels des Addierers 79b von dem vorgenannten Rückstellwinkelgeschwindigkeitssollwert ωT subtrahiert, und die Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω wird berechnet. Als nächstes wird im Schritt 15 in der Variablenstromfunktionseinheit 73c die vorgenannte Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω PID-berechnet und dann auf der Basis des voreingestellten Verhältnisses zwischen der Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω und dem variablen Strom Ia in den variablen Strom Ia umgewandelt. Im Schritt 16 wird in der Indikatorstromfunktionseinheit 73a die Einstellung des variablen Stroms Ia gemäß Fig. 14 verändert.
• Der Indikatorstrom I wird auf der Basis des Drehmoments T, der Fahrzeuggeschwindigkeit V&sub1;, V&sub2;, V&sub3;... und des variablen Stroms Ia bestimmt.
• Wenn der Wert des Drehmoments T außerhalb der Totzone D&sub1; bis D&sub2; liegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist (V&sub1;), wird die Zunahmerate des Indikatorstroms I in bezug auf das Drehmoment T verringert, im Gegensatz zu dem Fall, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist (V&sub3;), und so wird der Indikatorstrom I, durch den Wert des vorgenannten variablen Stroms Ia gesteuert, konstant, wenn das Drehmoment T innerhalb der Totzone D&sub1; bis D&sub2; liegt. Der variable Strom Ia wird erhöht, wenn die vorgenannte Lenkwinkelgeschwindigkeitsabweichung Δω zunimmt, wodurch die Nachführung gegenüber dem Rückstellwinkelgeschwindigkeitssoll -wert ωT der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωa gesteigert wird. Das stabilisierte Lenkgefühl kann in der Nähe des Lenkwinkelmittelpunkts zum Zeitpunkt der Rückstellung des Lenkrads durch Ausführen der oben erwähnten Steuerung gewonnen werden.
• Durch die Steuerung der Lenkwinkelgeschwindigkeit in der oben beschriebenen Form entsprechend dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit kann verhindert werden, daß das Lenkrad den Mittelpunkt überschreitet, und ein stabilisiertes Lenken kann erzielt werden.
• Wie oben beschrieben, wird bei der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung die Rückstellwinkelgeschwindigkeit des Lenkrades entsprechend dem Lenkrad und der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt, und Zuführung des elektrischen Stroms zum Motor wird so geregelt, daß die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades mit der obigen Einstellung zusammenfällt, wodurch verhindert wird, daß die Rückstellsteuerung des Lenkrades übermäßig ist, und wodurch die Lenkadstringenz besser ist.
• Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert.
• Die Erläuterung erfolgt unter Betonung der von dem ersten Ausführungsbeispiel abweichenden Punkte.
• Fig. 16 ist eine teilweise weggebrochene Vorderansicht des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung und Fig. 17 ist eine vergrößerte Schnittansicht derselben entlang der Linie XVII-XVII in Fig. 16.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Motor 8 und das sich daran anschließende Umlaufuntersetzungsgetriebe 9, die elektromagnetische Kupplung 16 und der Rotationsdetektor 17 im Innern des Zahnstangengehäuses 2 (der Drehmomentsensorseite) vorgesehen. Das große Kegelrad 31 ist zwischen der Ritzelwelle 30 der unteren Welle 3b und dem Drehmomentsensor 6 angeordnet. Die untere Welle 3b wird zu beiden Seiten der Zusammengriffsposition der Zahnstangenzähne 10 mit der Ritzelwelle 30 von dem außen auf den Vorsprungsbereich des großen Kegelrades 31 aufgesetzten Nadellager 33 und dem außen auf den unteren Teil der Welle aufgesetzten Vierpunktkugellager 41 gelagert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Elemente, wie z.B. der Motor 8, die elektromagnetische Kupplung 16 und dergleichen an einem oberen Bereich der Zahnstange 1 vorgesehen, der Abstand zwischen Oberfläche zu Motor 8 ist größer als beim ersten Ausführungsbeispiel, so daß dieses Ausführungsbeispiel von Vorteil im Falle von von der Oberfläche herkommendem Spritzwasser und von die Oberfläche bedeckendem Wasser ist.
• Da diese Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden kann, ohne ihren wesentlichen Charakteristiken abzuweichen, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel veranschaulichend und nicht einschränkend, da der Umfang der Erfindung durch die angehängten Ansprüche und nicht durch die ihnen vorangehende Beschreibung begrenzt wird.

Claims (8)

1. Servolenkvorrichtung mit einem Lenkmechanismus (1, 3) zum Lenken eines Fahrzeugs durch Umsetzung der Drehung eines Lenkrades in nach rechts-links gerichtete Bewegung, mit

- einer Lenkpositionsdetektoreinrichtung (17) zum Erkennen des Lenkwinkels des Lenkmechanismus (1,3) und einer Lenkwinkelbestimmungsschaltung (17, 71c, 79a) zur Bestimmung des Lenkwinkels (θ) des Lenkmechanismus auf der Basis der ermittelten Lenkposition,

- einer Einrichtung (18) zum Erkennen der Fahrzeuggeschwindigkeit,

- einem Drehmomentsensor (6) zum Erkennen des auf das Lenkrad einwirkenden Drehmoments (T),

- einem durch einen dem erkannten Lenkdrehmoment (T) entsprechenden Treiberstrom (I) angetriebenen Motor (8) zur Bereitstellung einer Hilfslenkkraft, und

- einer Stromsteuereinrichtung (73c) zum Steuern des Treiberstroms (I),

gekennzeichnet durch

- eine Winkelgeschwindigkeitserkennungseinrichtung (71g) zum Erkennen der Winkelgeschwindigkeit (ω) des Lenkmechanismus (1, 3),

eine Winkelgeschwindigkeitseinstelleinrichtung (76) zum Einstellen einer Zielwinkelgeschwindigkeit (ωT) auf der Basis des bestimmten Lenkwinkels (θ) und der Fahrzeuggeschwindigkeit,

- eine Abweichungsberechnungseinrichtung (79b) zum Berechnen der Abweichung zwischen der eingestellten Zielwinkelgeschwindigkeit (ωT) und der erkannten Winkelgeschwindigkeit (ωa), und

- dadurch, daß die Stromsteuereinrichtung (73c) den Treiberstrom (I) auf der Basis des berechneten Ergebnisses (Δω) der Abweichungsberechnungseinrichtung (79b) steuert, wenn sich das erkannte Lenkdrehmoment (T) innerhalb einer vorbestimmten Zone befindet.

2. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Winkelgeschwindigkeitseinstelleinrichtung (76) die Zunahmerate der Zielwinkelgeschwindigkeit (ωT) entsprechend der Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit verkleinert.

3. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Winkelgeschwindigkeitseinstelleinrichtung (76) die Zielwinkelgeschwindigkeit (ωT) entsprechend der Vergrößerung des Lenkwinkels erhöht.

4. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Stromsteuereinrichtung (73c) den Treiberstrom (I) erzeugt, welcher bei Zunahme des berechneten Ergebnisses (Δω) zunimmt.

5. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Kupplung (16) zum An- und Abkuppeln der Drehkraft des Motors (8),

einer Einrichtung (S16) zum Feststellen der Drehposition des Motors (8) anhand der Drehposition, wenn das erkannte Drehmoment (T) größer als ein vorbestimmter Wert ist, und

einer Kupplungssteuereinrichtung (S17) zum Lösen der Kupplung (16) von dem Motor (8), wenn die Feststelleinrichtung (S16) feststellt, daß der Motor (8) nicht dreht.

6. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Motor (8) derart vorgesehen ist, daß er seine Drehkraft an einer Position zwischen dem Drehmomentsensor (6) und dem Lenkmechanismus (1, 3) zu dem Lenkrad überträgt.

7. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Lenkpositionsdetektoreinrichtung (17) ein die Anzahl der Umdrehungen des Motors (8) ermittelnder Rotationsdetektor ist.

8. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Rotationsdetektor aufweist:

einen an einer Seite der Drehwelle des Motors (8) installierten und mit mehreren Magnetpolen in seiner Umfangsrichtung versehenen Magneten, und

mehrere Reed-Schalter (171), die von 90º abweichende spezielle Winkel (β) definieren.