DE3617772A1 - Elektrisches servolenksystem fuer fahrzeuge - Google Patents
Elektrisches servolenksystem fuer fahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Servo Lenksystem für Fahrzeuge,
insbesondere ein elektrisches Servo Lenksystem für Fahrzeuge,
das mit Hilfe einer einen ELektromotor verwendenden Lenkservoeinrichtung
ein HiLfs lenkdrehmoment erzeugt.
Angesichts der ProbLeme bei hydraulischen Servolenksystemen,
die z. B. im komplizierten Aufbau des Systems bestehen, wurde
in den letzten Jahren eine Vielfalt an elektrischen Servo-Lenksystemen
für Fahrzeuge vorgeschlagen.
So wird z. B. in der JP-OS 59-70 257 ein elektrisches Servo-Lenksystem
mit einer analogen Steuerung beschrieben. Dieses elektrische Servolenksystem umfaßt eine Lenkservoeinrichtung,
deren eigene Kraftquelle ein Elektromotor ist, und eine analoge Steuerschaltung zur Steuerung der Servoeinrichtung
in Abhängigkeit eines Lenkdrehmomentsigna I s einer Abtastschaltung,
die das auf ein Lenkrad einwirkende Lenkdrehmoment erfaßt. Dadurch, daß die Steuerschaltung auf den Elektromotor
zur Erzeugung eines Hi I fsdrehmoments einwirkt, soll bewirkt
werden, daß die,Lenkkraft gering ist. Diese analoge Steuerschaltung
weist eine puIsbreitenmodulationsgesteuerte Ankerspannung
auf, die dem Elektromotor mit einer solchen Polarität eingeprägt werden soll, daß beim Drehen des Lenkrades
in beiden Richtungen der Elektromotor sich in einer der Lenkrichtung
entsprechenden Richtung dreht, wobei ein dem Ankerstrom entsprechendes Signal rückgekoppelt wird.
Nicht nur bei dem vorerwähnten Servolenksystem, sondern ganz
allgemein bei elektrischen Servo lenksystemen folgt dem Drehvorgang
eines Lenkrades die Drehung eines Elektromotors und
anderer damit zusammenwirkender Bauteile, wie z. B. eines Untersetzungsgetriebes, nach. Demzufolge tritt in Fällen,
bei denen die Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades von einer
hohen zu einer niedrigen oder von einer niedrigen zu einer hohen Geschwindigkeit innerhaLb reLativ kurzer Zeit wechseLt,
ein ProbLem dahingehend auf, daß der Lenkvorgang Wirkungen
dreh
des Trägheitsmoments, d. h. des Trägheitsmoments dieser vorstehend
beschriebenen DrehteiLe aufnimmt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Servo Lenksystem wird angesichts
der Tatsache, daß sich das Lenkdrehmoment pLötzLich ändert, faLLs das Lenkrad bei einem Lenkvorgang in jeder
Richtung pLötzLich zurückgeLenkt wird, der ELektromotor entsprechend
den Änderungen des Drehmoments gebremst. Mit anderen
Worten, wird das Lenkrad pLötzLich in die entgegengesetzte
Richtung bewegt, so wird entsprechend der zugehörigen Drehmomentänderung
ein Bremsen des ELektromotors bewirkt, indem diesem ein ImpuLssignaL mit einer soLchen PoLarität zugeführt
wird, daß dieser in eine Richtung dreht, die der entgegengesetzten
Lenkrichtung entspricht. Diese ImpuLssignaLe zum
Bremsen des Motors werden diesem zugeführt, indem von den ZeitintervaLLen zwischen den puLsbreitenmoduLationsgesteuerten
SignaLen Gebrauch gemacht wird, die dem ELektromotor zur Ausführung
einer Vorwärtsdrehung aufgeprägt werden. InfoLgedessen kann es bei dem vorstehend erwähnten ServoLenksystem Schwierigkeiten
bereiten, das vorerwähnte ProbLem der Wirkungen des Trägheitsmoments oder des Trägheitsdrehmoments des
ELektromotors und der damit zusammenwirkenden DrehteiLe
vorteiLhaft zu umgehen. Außerdem besteht ein ProbLem im HinbLick auf die HaLtbarkeit des ELektromotors und überdies
ist der eLektrische LeistungsverLust noch groß.
Andererseits wurden in den Letzten Jahren infoLge des VorteiLs,
daß kompLizierte Steuerfunktionen mit einem reLativ einfachen Systemaufbau ausgeführt werden können, Mikrocomputersystem?,
die im wesentLichen für digitaLe Signa L-prozesse
ausgeLegt sind, aLs Steuereinrichtungen für ver-
schiedene Arbeitseinrichtungen verwendet.
Im HinbLick darauf ist es wünschenswert, ein Mikrocomputersystem
für die Steuereinrichtung der vorstehend beschriebenen
Lenksysteme zu verwenden.
Da jedoch im aLLgemeinen Mikrocomputersysteme nicht in der
Lage sind, gLeichzeitig vieLe EingangssignaLe zu Lesen und
außerdem diese für die Ausführung von SignaLprozessen in
sequentieLLer Art abhängig von einem SystemtaktimpuLs ausgelegt
sind, tritt bei den Versuchen, ein Mikrocomputersystem
zu verwenden, um Steuerfunktionen ähnLich denjenigen der
analogen Steuerschaltung eines konventioneLLen elektrischen
Servolenksyst ems des beschriebenen Typs zu erhalten, eine
Nebenbeschränkung bzw. ein Nebenproblem dahingehend auf, daß
eine vorbestimmte Bearbeitungszeit erforderlich ist.
Im HinbLick darauf ist es in Fällen, bei denen unter Verwendung eines Mikrocomputersystems eine Regelung durchgeführt
wird, erforderlich, die Rückführungsschleife mehrmaLs zu
durchlaufen, so daß das obige Problem beachtlich wird.
Aus diesen Gründen kann es in Fällen, bei denen ein Mikrocomputer als Steuereinrichtung eines elektrischen Servolenksystems
verwendet wird, vorkommen, daß der Elektromotor zur
Erzeugung des HiLfsdrehmoments nicht so gesteuert werden kann,
daß dieser der Geschwindigkeit des Lenkvorganges in ausreichendem
Maße nachfolgen kann, was in der unzureichenden Verwirklichung eines optimalen Lenkgefühls resultieren kann.
Angesichts dessen, daß bei den konventionellen elektrischen
ServoLenksystemen, die oben beschrieben wurden, ein derartiges
Problem auftritt, wurde die Erfindung zur wirksamen Lösung dieses Problems geschaffen. Insbesondere wurde die Erfindung
zur Beseitigung der vorerwähnten Beschränkung bzw. des vorer-
wähnten Problems selbst für die Fälle geschaffen, bei denen
zur Lösung eines derartigen Problems ein Mikrocomputersystem
als Steuereinrichtung verwendet wird.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Servolenksystem
für Fahrzeuge vorzuschlagen, das selbst in Fällen,
bei denen die Lenkgeschwindigkeit eines Lenkrades innerhalb relativ kurzer Zeit von einer hohen zu einer niedrigen oder
von einer niedrigen zu einer hohen Geschwindigkeit geändert wird, jene Wirkungen auf den Lenkvorgang annehmbar minimiert,
die das Trägheitsmoment oder das Trägheitsdrehmoment eines
Elektromotors und der damit zusammenwirkenden Drehteile,
wie z. B. eines Untersetzungsgetriebes, ansonsten aufweisen
würden. Ferner soll ein elektrisches Servolenksystem für
Fahrzeuge geschaffen werden, mit deren Hilfe der Elektromotor
so gesteuert werden kann, daß dieser in ausreichendem Maße der Geschwindigkeit des Lenkvorganges folgen kann, und
zwar obwohl für die Steuereinrichtung eines derartigen
elektrischen Servo lenksystems ein Mikrocomputersystem verwendet
wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche 2 bis 8.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer elektromagnetischen
Servoeinrichtung als wesentlicher Bestandteil eines elektrischen
Servolenksystems im Längsschnitt, wobei
ein Viertel weggeschnitten ist;
Fig. 2A ein bewegliches, aus Eisen bestehendes
Element eines Lenkdrehmoment sensors der elektromagnetischen Servoeinrichtung in
Querschnittsansicht entlang der Linie II-II
der Fig. 1 ;
Fig. 2B und 2C das bewegliche, aus Eisen bestehende Element in Seitenansicht bzw. Draufsicht;
Fig. 3 ein Schaltdiagramm, das eine Steuerschaltung
der elektromagnetischen Servoeinrichtung
im Detail wiedergibt;
Fig. 4A und 4B schematische Flußdiagramme von Steuerprozessen,
die von einer in der Steuerschaltung der Fig. 3 vorgesehenen Mikrocomputereinheit
ausgeführt werden;
Fig. 5 eine graphische Darstellung , die die Kenn
linien eines Lenkdrehmomente rfassungssigna I s
wiedergibt;
Fig. 6 eine graphische Darstellung, die eine auf
das Lenkdrehmoment zurückgeführte Komponente
eines Betriebswerts wiedergibt;
Fig. 7 eine graphische Darstellung, die die Kenn
linien eines Lenkgeschwindigkeitserfassungssignals
wiedergibt;
Fig. 8 eine graphische Darstellung, die eine auf
die Lenkgeschwindigkeit zurückgeführte
Komponente des Betriebswerts verkörpert;
Fig. 9 eine graphische Darstellung, die eine auf
die Lenkbeschleunigung zurückgeführte Korn-
— I U —
ponente des Betriebswerts wiedergibt;
Fig. 10 eine schematische, perspektivische Ansicht
des elektrischen ServoLenksystems für Fahrzeuge
und
Fig. 11 ein schematisches FunktionsbLockdiagramm
der Steuerschaltung der Fig. 3.
In Fig. 1 ist eine elektromagnetische Servoeinrichtung 1
als ein wesentlicher Bestandteil eines für Fahrzeuge vorgesehenen elektrischen Servo lenksystems 200 (Fig. 10) wiedergegeben,
und zwar in einem Längsschnitt, bei dem ein Viertel weggeschnitten ist, d. h. der bei 90 um die Längsmittelachse
abgewickelt ist. Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine Lenksäule,
mit dem Bezugszeichen 3 ein Stator und mit dem Bezugszeichen
4 und 5 eine Eingangswelle bzw. eine Ausgangswelle, die koaxial
zueinander angeordnet sind, bezeichnet.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich, steht die Eingangswelle 4 der
elektromagnetischen Servoeinrichtung 1 mit ihrem äußeren Ende
mit einem Lenkrad 6 in Verbindung, während die Ausgangswelle
5 mit ihrem äußeren Ende mit einem Universalgelenk 7 in Verbindung
steht, das über eine Zwischenwelle 8 und ein anderes
Universalgelenk 9 mit einem Zahnstangenmechanismus 10 verbunden
ist. Der Zahnstangenmechanismus 10 weist eine Zahnstange
10a auf, die mit den gelenkten Rädern (nicht dargestellt) gekoppelt ist. Bei dem Lenksystem 200 mit einem derartigen
Aufbau wird die durch einen Lenkvorgang des Lenkrades
6 bewirkte Drehung in eine lineare Bewegung der Zahnstange
10a umgesetzt, wodurch die gelenkten Räder gedreht werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Eingangswelle 4 einen
inneren Endteil 4a mit reduziertem Durchmesser auf, der in
einen inneren, einen vergrößerten Durchmesser aufweisenden Endteil 5a der AusgangsweLLe 5 eingepaßt ist. Dabei wird
der innere Endteil. 4a mit Hilfe eines Lagers 11 in dem
inneren Endteil 5a drehbar abgestützt. Die Eingangswelle 4
und die Ausgangswelle 5 sind untereinander mittels eines
Torsionsstabs 12 verbunden, der koaxial zu beiden angeordnet
ist. Die Eingangswelle 4 ist ferner durch ein Lager 13 drehbar
an der Lenksäule 2 abgestützt, während die Ausgangswelle 5 durch ein Paar Lager 14 und 15 an der Lenksäule 2
bzw. dem Stator 3 drehbar abgestützt ist.
Die elektromagnetische Servoeinrichtung umfaßt ferner einen
um die Eingangswelle 4 angeordneten Lenkdrehgeschwindigkeitssensor
16, einen um den gegenseitigen Eingriffsabschnitt der
Eingangs- und Ausgangswelle 4 und 5 angeordneten Lenkdrehmoment
sensor 17, einen Elektromotor 18 sowie ein Untersetzungsgetriebe 19, die beide um die Ausgangswelle 5 herum angeordnet
sind, und eine Steuerschaltung 20 zur Steuerung des Elektromotors
18 in Abhängigkeit von entsprechenden Erfassungs- bzw.
Abtast signalen des Lenkgeschwindigkeitssensors 16 und des
Lenkdrehmoment sensors 17.
Der Lenkgeschwindigkeitssensor 16 weist einen Gleichstromgenerator
16a auf, der am äußeren Rand der Lenksäule 2 befestigt
ist. Der Generator 16a umfaßt eine Drehwelle, die parallel zur Achse der Eingangswelle 4 angeordnet ist. Andererseits
weist die Eingangswelle 4 entlang des äußeren Rands des einen
großen Durchmesser aufweisenden Abschnitts eine Riemennut 4b auf, die darin an einer Stelle ausgebildet ist, die einer
einen kleinen Durchmesser aufweisenden Riemenscheibe 16b entspricht,
die an einem Ende der Generatordrehwelle befestigt ist. über die Riemennut 4b und die Riemenscheibe 16b ist ein
Riemen 16c gespannt. Demzufolge wird bei einer Drehung der Eingangswelle 4 die Drehwelle des Generators 16a in Drehung
versetzt, wodurch zwei später beschriebene Signale in Abhängig·
keit von der Richtung und der Geschwindigkeit der Drehung
der EingangsweLIe 4 vom Generator 16a ausgegeben werden.
Der Lenkd rehmoment sensor 17 weist einen Di f f erent i a !.übertrager
auf, der aus einem rohrförmigen, beweglichen, eisernen
Element 17a, das axial verschiebbar auf dem äußeren Rand des gegenseitigen Eingriffsabschnitts der Eingangs- und der Ausgangswelle
4 und 5 angebracht ist, und einem am inneren Umfangsrand der Lenksäule 2 befestigten Spulenabschnitt 17b
besteht.
Wie aus Fig. 2A ersichtlich, sind in der äußeren Umfangsfläche
der Eingangswelle 4 zwei sich axial erstreckende
Schlitze 4c ausgebildet, die längs des Umfangs um 180 voneinander versetzt angeordnet sind. Andererseits weist die
Ausgangswelle 5 zwei Vorsprünge 5b auf, die sich von dem
inneren, einen vergrößerten Durchmesser aufweisenden Endteil
5a zu Positionen axial wegerstrecken, die den Schlitzen 4c
entsprechen. Dabei sind die Vorsprünge 5b in die Schlitze 4c so eingesetzt, daß zwischen diesen vorbestimmte Spalte bzw.
Zwischenräume vorgesehen werden.
Wie weiterhin aus den Fig. 2A bis 2C ersichtlich, weist das bewegliche, eiserne Element 17a längliche Löcher 17g und 17h
auf, die durch das Element 17a hindurch ausgebildet sind und mit zwei sich radial nach außen erstreckenden Stiften 17e,
die von den Vorsprüngen 5b entsprechend abstehen, sowie mit zwei weiteren sich radial nach außen erstreckenden Stiften
17f, die von der Eingangswelle 4 an Stellen vorstehen, die
bezüglich der Stifte 17e um 90 längs des Umfangs versetzt sind, entsprechend in Eingriff stehen. Die länglichen Löcher
17g sind relativ zur axialen Richtung in einem erforderlichen
Winkel geneigt, während die länglichen Löcher 17h parallel zur axialen Richtung ausgebildet sind. Wird, obwohl das auf
die Eingangswelle 4 wirkende Lenkdrehmoment über den Torsions-
stab 12 zur AusgangsweL Le 5 übertragen wird, eine größere
Betastung als das Lenkdrehmoment einem Ende der AusgangsweLLe
5 auferlegt, so entsteht demzufolge zwischen der EingangswelLe
4 und der Ausgangswelle 5 eine relative WinkeL-differenz
Längs des Umfangs, was von einer Verwindung des Torsionsstabs 12 begleitet ist, so daß dann das bewegliche
eiserne Element 17a in axialer Richtung bewegt wird. Mit anderen Worten, das eiserne Element 17a wird entsprechend
dem auf die Eingangswelle 4 einwirkenden Lenkdrehmoment in
axialer Richtung versetzt. Das Element 17a besteht an seinem axial mittleren Abschnitt aus einem magnetischen Material,
wobei an den beiden Enden des mittleren Abschnitts einstückig damit ausgebildete, nichtmagnetische Teile 17c, 17c vorgesehen
sind. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist zwischen das rechte Ende des beweglichen eisernen Elements 10a und einem
an der EingangsweLLe 4 befestigten Ansch lagfLansch 4d eine
aus einem nichtmagnetischen Material bestehende Druckfeder
17j eingesetzt, wodurch das Element 17a nach links gedrückt wird. Auf diese Weise wird ein Spiel, das ansonsten infolge
der auf Herste L lungsfehLer zurückzuführenden Spalte zwischen
den Stiften 17e, 17f und den länglichen Löchern 17g, 17h
hervorgerufen werden würde , unterbunden.
Der Spulenabschnitt 17b ist um das bewegliche, eiserne Element
17a herum angeordnet und weist eine Primärspule 17k, an die ein impu I sförmiges Wechselstromsignal angelegt wird,
sowie zwei Sekundärspulen 171, 17m auf, die zu beiden Seiten
der PrimärspuLe 17k angeordnet sind und zwei Signale abgeben, die der axialen Versetzung des eisernen Elements 17a entsprechen.
Demzufolge wird bei einem Lenkdrehmoment sensor 17 mit einem
derartigen Aufbau irgendeine relative, umfangsmäßige Winkeldifferenz
zwischen der Eingangs- und der AusgangsweLLe 4 und
5, die einem Lenkvorgang des Lenkrades 6 foLgt, in eine axiale
Verschiebung des beweglichen, eisernen Elements 17a umgewandelt,
die elektrisch als die entsprechenden Signale der Sekundärspulen 171 und 17m ausgegeben wird.
In dem Fall, bei dem unter einer solchen Bedingung beispielsweise
das Lenkdrehmoment auf die Eingangswelle 4 im Uhrzeigersinn
ausgeübt wird, falls man auf die Seite des Lenkrades 6 blickt, während andererseits eine größere Belastung, als das
Lenkdrehmoment auf die Ausgangswelle 5 ausgeübt wird, so wird
demzufolge die EingangsweLIe 4 relativ zur Ausgangswelle 5
im Uhrzeigersinn gedreht, wenn man auf die Seite des Lenkrades
6 blickt, wodurch dann das bewegliche, eiserne Element 17a
in den Fig. 1 und 2B nach rechts, d. h. in den Fig. 2C wie auch in der später beschriebenen Fig. 3 nach oben bewegt
wird.
Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, bei dem die Eingangswelle
4 relativ zur Ausgangswelle 5 im Gegenuhrzeigersinn gedreht
wird, falls man auf die Seite des Lenkrades 6 blickt, dann das eiserne Element 17a in die entgegengesetzte Richtung zur
obigen bewegt.
Da in jedem der beiden Fälle die schrägen, länglichen Löcher 17g des beweglichen, eisernen Elements 17a, die mit den auf
der Seite der Ausgangswelle 5 vorgesehenen Stiften 17e in
Eingriff stehen, so ausgebildet sind, daß sie eine gerade lineare Form aufweisen, falls das rohrförmige, eiserne EIement
17a abgewickelt wird, unterliegt das Element 17a einer axialen Verlagerung in Bewegungsrichtung von einer ursprünglichen
Mittelposition aus, und zwar im Verhältnis zur relativen,
umfangsmäßigen Winkeldifferenz zwischen der Eingangswelle
4 und der Ausgangswelle 5.
Das bewegliche, eiserne Element 17a ist an der Mittelposition
unter dem Umstand angeordnet, daß auf die Eingangswelle 4 kein
Lenkdrehmoment einwirkt und somit die relative, umfangsmäßige WinkeLdifferenz zwischen der EingangsweLLe 4 und der
AusgangsweLle 5 gleich NuLL ist. Bei dem in den Fig. 1 und
2A bis 2 C gezeigten Zustand ist das eiserne Element 17a in
einer solchen MitteLposition angeordnet.
InfoLge der Eingriffsbeziehung zwischen den Vorsprüngen 5b
der AusgangsweLLe 5 und den Schlitzen 4c der Eingangswelle
4 wird die relative umfangsmäßige Winkeldifferenz zwischen
den WelLen 4, 5 so gesteuert, daß ein vorbestimmter Wert
nicht überschritten wird. Wird nämlich bei einem Lenkvorgang,
der ein Drehen der EingangsweLIe 4 bewirkt, die umfangsmäßige,
relative Winkeldifferenz zwischen der Eingangswelle
4 und der AusgangsweLle 5 auf einen vorbestimmten
Wert vergrößert, so wird eine Seitenfläche jedes der Vor-Sprünge
5b in Anlage an eine Seitenfläche eines entsprechenden der Schlitze 4c gebracht, worauf sich die AusgangsweLle
5 integral mit der EingangsweI Le 4 dreht. Eine solche
Eingriffsbeziehung zwischen den Vorsprüngen 5b und den
Schlitzen 4c spielt eine RoLLe bei einem Fan Isafe-Mechanis~
mus der elektrischen Servoeinrichtung 1. Im Hinblick darauf
ist es verständlich, daß unter der Bedingung, daß der Antrieb
des Elektromotors 18 gestoppt wird, wie dies später
beschrieben wird, das elektrische ServoLenksyst em 200 infolge
des FaiIsafe-Mechanismus und des Torsionsstabs 12
an manuelle Steuervorgänge angepaßt wird, die ohne Hilfskraft
ausgeführt werden.
Der Elektromotor 18 umfaßt den vorerwähnten Stator 3, der
einstückig mit der Lenksäule 2 verbunden ist, wenigstens ein Paar Magnete 3a, die am inneren Umfang des Stators 3
befestigt sind, einen um die Ausgangswe I Le 5 drehbar angeordneten
Rotor 18a und ein Paar Bürsten 18d, die in am Stator 3 befestigten BürstenhaLterungen 18b so angeordnet
sind, daß diese über Federn 18c radiaL nach innen gestoßen
werden. Der Rotor 18a weist eine rohrförmige WeLLe 18e auf,
die bezügLich des Stators 3 mit HiLfe eines Lagers 21 und eines Untersetzungsgetriebes 19 vom PLanetenreibwa Izentyp
drehbar geLagert ist. Die rohrförmige WeLLe 18e ist koaxiaL
zur AusgangsweLLe 5 angeordnet und weist auf ihrem Außenumfang
einen EisenbLechkern 18f mit schrägen Nuten auf, in die
Mehrf achwickLungen 18g eingeLegt sind, wobei ein vorbestimmter
kLeiner LuftspaLt zwischen den Innen rändern der Magnete 3
und den Außenrändern der WickLungen 18g verbLeibt. Auf der
rohrförmigen WeLLe 18e ist ferner ein Kommutator 18h befestigt, der Längs des Umfangs gL eichwinkeLig in eine VieL-zahL
von Segmenten unterteiLt ist, die mit AnschLüssen 18a der WickLungen 18g entsprechend verbunden sind. Gegen diesen
Kommutator 18h werden die Bürsten 18d eLastisch gedrückt, um mit diesem in Kontakt gehaLten zu werden.
Das Untersetzungsgetriebe 19 ist um die rohrförmige WeLLe
18e und die Ausgangswelle 5 herum angeordnet, so daß dieses
koaxiaL zu beiden ist. Im HinbLick auf das Untersetzungsgetriebe
19 sind im Außenumfang eines ausgangsseitigen Endes
der rohrförmigen WeLLe 18e des ELektromotors 18 drei ringförmige
Nuten ausgebildet, die im Schnitt V-förmig und voneinander
axiaL versetzt sind, wodurch eine SonnenwaLze 19a gebildet wird. Ferner ist auf dem Innenumfang des Stators 3
in Übereinstimmung mit der SonnenwaLze 19a eine RingwaLze
19b vorgesehen, die Längs des Innenumfangs drei ringförmige Nuten mit V-förmigem Querschnitt aufweist. Diese RingwaLze
19b wird durch diese ringförmigen Nuten in axialer Richtung in vier Segmente unterteiLt und kann sich somit axial mit
Aussparungen versehen erstrecken. Zwischen die SonnenwaLze 19a und die RingwaLze 19b sind zumindest zwei Sätze von
PLanetenwaLzen 19c eingesetzt, die Längs der Außenränder
eine invertierte V-Form im Querschnitt aufweisen. Diese Planetenwalzen 19c sind in die entsprechenden Ringnuten der
SonnenwaLze 19a und der RingwaLze 19b eingesetzt. Die Pia-
netenwaLzen 19c sind mittels Wellen 19f drehbar abgestützt,
die von einem Träger 19d vorstehen, der durch Keilung an der
AusgangsweLLe 5 befestigt ist. Mit derartigen Ausführungen
und einer zusätzlichen Erleichterung, die eine hohle Schraube
19e aufweist, die an den Stator 3 geschraubt wird und nach dem Anziehen bewirkt, daß die in vier Segmente geteilte
Ringwalze 19b und die Planetenwalzen 19c zusammengeschoben
werden, wird ein Aufbau erzielt, der die gewünschte Drehmomentübertragung
ermöglicht. Die Drehung des Elektromotors 18 wird somit über das Untersetzungsgetriebe 19, wo diese
im Hinblick auf die Geschwindigkeit herabgesetzt wird, zur
Ausgangswelle 5 übertragen.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 3 die Regel- bzw.
Steuerschaltung 20 beschrieben.
In Fig. 3 ist mit dem Bezugszeichen 30 eine Mikrocomputereinheit
bezeichnet. In die Mikrocomputereinheit 30 werden
in Übereinstimmung mit Befehlen, die von dieser abgegeben
werden, entsprechende Meßsignale S1 bis S5 einer Lenkdrehmomenterf
assungsscha 11ung 31, einer LenkdrehgeschwindigkeitserfassungsschaLtung
35 und einer Abnormitätse rfassungsschaltung
53 über einen A/D-WandLer 37 eingegeben. Die Lenkdrehmomente rfassungsschaLtung 31 umfaßt den vorstehend erwähnten
Lenkdrehmomentsensor 17, eine Ansteuereinheit 32,
durch die ein in der Mikrocomputereinheit 30 erzeugter Taktimpuls T-. in einer Anzahl von Stufen bzw. Abschnitten unterteilt
und verstärkt und dann in Form eines Wechselstromsignals
mit rechteckiger oder sinusförmiger Wellenform an
die Primärspule 17k des Lenkdrehmoment sensors 17 abgegeben wird, ein Paar Gleichrichter 33a, 33b zum Gleichrichten der
entsprechenden elektrischen Signalausgangsgrößen der Sekundärspulen
171, 17m des Lenkdrehmomentsensors 17 in Übereinstimmung
mit der axialen Versetzung des beweglichen eisernen Elements 17a und ein Paar Tiefpaßfilter 34a, 34b zur Besei-
tigung hochfrequenter Komponenten von den entsprechenden
AusgangssignaLen der Gleichrichter 33a, 33b, um dadurch
diese Ausgangssignale in stabile Gleichspannungssignale umzuwandeln,
die den Meßsignalen S1, S-, entsprechen.
Die Lenkdrehgeschwindigkeitse rfassungsschaItung 35 umfaßt
den Gleichstromgenerator 16a des Lenkgeschwindigkeitssensors 16, der ein Paar Anschlüsse 16c, 16d zur Abgabe der vorerwähnten
Signale aufweist, sowie ein Paar Subtrahierglieder 36a, 36b, um entsprechende Werte dieser Ausgangssignale ν ο η einander
zu subtrahieren und ein Paar Lenkgeschwindigkeitssignale
zu erhalten, die als Meßsignale S, und S.ausgegeben
werden.
Die Mikrocomputereinheit 30 weist erforderliche Bauteile,
wie z. B. ein Eingangs-Ausgangstor, einen Speicher, einen
Operator, eine Steuereinheit und einen Taktgenerator auf, in
den ein Taktimpuls eines Quarzoszillators 38 eingegeben wird.
Zum Betreiben der Mikrocomputereinheit 30 wie auch anderer Schaltungen ist ein elektrischer Arbeitsstromkreis 39 vorgesehen,
der ein normalerweise geschlossenes Relais 43, das in
einer Stromleitung installiert ist, die von einer positiven
Klemme einer am Fahrzeug befestigten Batterie 40 über einen Zündschalter 41 und eine Sicherung 42 weggeführt ist, und
einen Spannungsstabilisator 44 aufweist, der mit der Ausgangsseite
des Relais 43 verbunden ist. An der Ausgangsseite des Relais 43 ist eine Anschlußklemme 43a für die Zufuhr eines
Batteriestroms zu einer später beschriebenen Motorantriebsschaltung
45 vorgesehen. Ferner wird von einer Ausgangsklemme 44a des Spannungsstabilisators 44 eine Leistung mit
konstanter Spannung der Mikrocomputereinheit 30 und den entsprechenden
Erfassungsschaltungen 31, 35, 53 zugeführt.
Wird somit der Zündschalter 41 in die EIN-Stellung gebracht,
so wird die Mikrocomputereinheit 30 mit Energie versorgt, wodurch
die entsprechenden E i ngangs s i gna I e S1 bis S1. der Er-
fassungsschaLtungen 31, 35, 53 entsprechend einem im Speicher
abgespeicherten Programm verarbeitet und dementsprechend
AusgangssteuersignaLe T,, T, ausgegeben werden, die zum Ansteuern
des Elektromotors 18 über die Mot οrantriebsschaLtung
45 verwendet werden, um dadurch den Antrieb des ELektromotors
18 zu steuern. Unter diesen Steuersignalen stellt T, ein die
Drehrichtung darstellendes Signal, das für die Bestimmung
der Ansch lußpo larität einer Ankerspannung Va verantwortlich
ist, die dem Elektromotor 18 entsprechend der Lenkrichtung aufgeprägt wird, und T, ein für die Bestimmung der Größe der
Anker Spannung Va verantwortliches Signal dar.
Die Motorantriebsschaltung 45 weist eine Ansteuerungseinheit
46, eine Brückenschaltung 51, die aus vier Feldeffekttransistoren
47 , 48, 49, 50 besteht. Zwei Feldeffekttransistoren
47 und 50, die zwei benachbarte Seiten der Brücken bilden, stehen mit ihren entsprechenden Drain-Anschlüssen mit der
AusgangskLemme 43a des Relais 43 des Arbeitsstromkreises 39
und mit ihren Source-AnschIüssen mit den entsprechenden Drain-Anschlüssen
der restlichen beiden Feldeffekttransistoren 48,
49 in Verbindung, während die entsprechenden Source-Anschlüsse
dieser Feldeffekttransistoren 48 und 49 über einen Widerstand
52 mit Erde (als gemeinsame Seite) und demzufolge mit dem negativen Anschluß der Batterie 40 verbunden sind. Ferner
sind die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 47, 48,
49, 50 an die Ausgangsklemmen 46a, 46b, 46c bzw. 46d der Ansteuerungseinheit
46 angeschlossen und die entsprechenden Source-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 47, 50 sind als
Ausgangsklemmen der Brückenschaltung 51 mit den Bürsten 18d
des Elektromotors 18 verbunden, die dann wieder mit den Ankerwicklungen
18g in Verbindung stehen.
Die Ansteuerungseinheit 46 ist dabei so ausgelegt, daß ein
Signal von der Klemme 46a oder 46c zum ausschließlichen Einschalten
des Feldeffekttransistors 47 oder 50 entsprechend
als
dem Signal T, ausgegeben wird, das ein Motordrehrichtungs-
dem Signal T, ausgegeben wird, das ein Motordrehrichtungs-
steuersignal von der Mikrocomputereinheit 30 zugeführt wird,
und daß gleichzeitig ein Signal von der Klemme 46b oder 46d
abgegeben wird, das ausschließlich dem Feldeffekttransistor
49 oder 48 in einen steuerbaren Zustand bringt, um dadurch
den Antrieb des Elektromotors 18 zu steuern. Das Signal von
der Klemme 46b oder 46d stellt ein frequenzkonstantes, rechteckiges
Impulssignal mit BatteriepegeL dar, das pulsbreitenmoduliert
ist und ausschließlich an den Gate-Anschluß des
Feldeffekttransistors 49 oder 48 entsprechend dem als Motor-Spannungssteuersignal
dienenden Signal T, abgegeben wird.
In der Motorantriebsschaltung 45 werden demzufolge in Übereinstimmung
mit den Steuersignalen T3, T4 einer (47) der
beiden Feldeffekttransistoren 47, 50 und der mit diesem zusammenarbeitende
Feldeffekttransistor 49 in den Einschaltzustand
gesteuert bzw. in einer Pulsbreitenmodul ationsart gesteuert oder der andere Feldeffekttransistor 50 und
der damit zusammenarbeitende Feldeffekttransistor 48 werden
in den Einschaltzustand gesteuert bzw. in einer Pulsbreitenmodulationsart
gesteuert, um dadurch die Drehrichtung und die Ausgangsleistung (Drehzahl und Drehmoment) des Elektromotors
18 zu steuern.
Für den Fall, daß die Feldeffekttransistoren 47 und 49 wie
oben beschrieben gesteuert werden, weist z. B. die Ankerspannung Va einerseits eine Größe auf, die proportional der
Impulsdauer bzw. -breite des Impulssignals ist, das von der
Klemme 46b der Ansteuerungseinheit 46 abgegeben wird und
andererseits eine derartige Polarität auf, daß ein Ankerstrom Ia in eine Richtung B geführt wird, wodurch der
Elektromotor 18 sich im Uhrzeigersinn dreht. Für den Fall,
daß im Gegensatz zu oben die Feldeffekttransistoren 50 und
48 gesteuert werden, so ist die Größe der Ankerspannung Va
proportional der Impulsbreite des Impulssignals, das von
der Klemme 46d der Ansteuerungseinheit 46 abgegeben wird,
und die Polarität der Ankerspannung Va wird so bestimmt, daß
der Ankerstrom Ia in eine Richtung A geleitet wird, wodurch
der Elektromotor 18 sich im Gegenuhrzeigersinn dreht.
Wie bereits beschrieben, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Abnormitat serfassungsschaItung 53 verwendet,
die der Erfassung von Abnormitäten der Motorantriebsschaltung
45 und des Elektromotors 18 dient. Die Abnormitäterfassungsschaltung
53 weist einen Verstärker 54 zum Verstärken der Klemmenspannung des Widerstands 52, die
der Größe des Ankerstroms Ia entspricht, und ein Tiefpaßfilter 55 auf, das der Beseitigung hochfrequenter Komponenten
aus dem Ausgangssignal des Verstärkers 54 dient,um somit
dieses Ausgangssignal in eine Gleichspannung umzuwandeln.
Ein Ausgangssignal, das dem Steuersignal S5 entspricht, wird
von der Abnormitätse rfassungsschaItung 53 über den A/D-Wandler
37 zur Mikrocomputereinheit 30 zurückgeführt. Diese Abnormi
t ät serf assungsscha Itung 53 erfaßt Abnormitäten des
Elektromotors 18 wie auch der Motorantriebsschaltung 45,
indem die Klemmenspannung des Widerstands 52 überprüft wird. In den Fällen, bei denen eine Abnormität von der Schaltung
53 erfaßt wird, tritt die Mikrocomputereinheit 30 in einen
Abnormitätsdiagnoseprozeß ein, infolgedessen ein Relaissteuersignal
Tp an das Relais 43 abgegeben wird, wodurch die über das Relais 43 erfolgende Stromzufuhr zu den Schaltungselementen
unterbrochen wird.
Nachfolgend werden verschiedene programmierte Funktionen
der Mikrocomputereinheit 30 beschrieben.
Die Fig. 4A und 4B stellen F lußdiag ramme dar, die einen a L L gemeinen
überblick über die von der Mikrocomputereinheit
auszuführenden Steuerprozesse geben. In diesen Figuren deuten
die Bezugzeichen 100 bis 146 auf zugehörige Prozeßschritte hin,
Wird der Zündschalter 41 in den EIN-Zustand versetzt, so
wird die Mikrocomputereinheit 30 wie auch andere zugehörige
Schaltungen mit elektrischer Leistung versorgt, so daß die Steuerfunktionen ausgeführt werden können. Beim Schritt 100
werden zuerst die entsprechenden Register und die Daten
eines RAM (Direktzugriffsspeicher) wie auch benötigte Schaltungen in der Mikrocomputereinheit 30 initialisiert.
Danach werden beim Schritt 101 die Lenkdrehmomentmeßsigna I e
S-, S? der Reihe nach gelesen und beim Schritt 102 eine
Diagnose dahingehend durchgeführt, ob die gelesenen Werte
normal sind oder nicht. Wird irgendeine Abnormität gefunden,
so wird dann das RelaissteuersignaI T? von der Mikrocomputereinheit
30 dem Relais 43 zugeführt, wodurch die Stromversorgung vom Arbeitsstromkreis 39 unterbrochen und somit die
Ansteuerung der elektromagnetischen Servoeinrichtung 1 unterbunden
wird, was die Durchführungen manueller Lenkvorgänge ohne Hilfskraft ermöglicht.
Da der Lenkdrehmomentsensor 17 in Form eines Differentialübertragers
ausgebildet ist, weisen, falls die Erfassungsschaltung 31 normal arbeitet, die Meßsignale S1, S _ derartige
Beziehungen zum Drehmoment Ts auf (vgl. Fig. 5), daß die Hälfte der Summe der Signale S,., S _ einen im wesentlichen
konstanten Wert k ergibt. Demzufolge wird beim Schritt 102
beurteilt, ob die Differenz zwischen (S. + S ?) / 2 und dem
Wert k innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder
nicht. Liegt diese Differenz nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs, so wird davon ausgegangen, daß die Lenkdrehmoment
e rf assungsscha I tung 31 nicht in Ordnugn ist. Für
den Fall, daß die gelesenen Lenkdrehmomentmeßsignale S1, S-normal
sind, wird zum Schritt 103 fortgeschritten. Da ,
wie in Verbindung mit Fig. 2 A beschrieben, die Seitenflächen
der Vorsprünge 5b der Ausgangswelle 5 in Anlage an
die entsprechenden Seitenflächen der Nuten 4c der Eingangs-
_ 23 _ 36Ί7772
weLLe 4 gelangen, werden in jenen Bereichen der Fig. 5,
in denen das Lenkdrehmoment Ts einen vorbestimmten Wert nach
Links oder rechts überschritten hat, die Werte der Meßsignale
S1, S? konstant gehalten.
Beim Schritt 103 wird die Berechnung S- - S_ durchgeführt, wobei
das Ergebnis der Wert des Lenkdrehmoments Ts ist. In der
Praxis wird jedoch zur Erzeugung einer aLs Wert Ts dienenden
ganzen ZahL aus einer Reihen von fort Lauf enden ganzen ZahLen
das Ergebnis der Berechnung S. - S_ mit einer vorbestimmten
ZahL muLtiρ Liziert und dann für Ts eingesetzt. Der gleiche
Kommentar trifft für den Schritt 114 zu, der später beschrieben
wird.
Beim Schritt 104 wird zur Unterscheidung der Wirkrichtung des
Drehmoments Ts geprüft, ob der Wert Ts positiv oder negativ ist
VerLäuft die Wirkrichtung des Drehmoments Ts im Uhrzeigersinn,
d. h. ist dessen Wert posjtiv oder Null, so schreitet der
Fluß zum Schritt 105 fort, wo eine erste Markierung F gesetzt wird, so daß gilt F = "0". Dann wird zum Schritt 108
fortgeschritten. Hat das Drehmoment Ts jedoch einen negativen
Wert, so verläuft der Fluß über den Schritt 106, wo ein Umwand
Lungsprozeß ausgeführt wird^ um aus dem Drehmoment Ts
einen Absolutwert zu machen, so daß gilt Ts = -TS7 zum Schritt
, . fortgeschritten 107 zum Setzen der ersten Markierung F^ so daß gilt F = 1".
Anschließend wird zum Schritt 108 fortgeschritten, wo die
Markierung F als Parameter verwendet wird, der das Vorzeichen
des Werts des Drehmoments Ts wiedergibt, d. h. die Wirkrichtung des Drehmoments.
Beim Schritt 108 wird in Abhängigkeit vom AbsoLutwert des
Lenkdrehmoments Ts der InhaLt einer in einem Fest wertspei eher
ROM agespeicherten Tabelle 1 direkt in einer Adressenbestimmungsart
gelesen. In das ROM wird vorher die Tabelle 1 eingelesen, in der Betriebswerte D^a-Ra) von Ia-Ra
gespeichert sind, die die in Fig. 6 gezeigte Beziehung zum Absolutwert des Lenkdrehmoments Ts aufweisen, wobei Ia den
Ankerstrom des Elektromotors 18 und Ra die Summe der Widerstände,
wie z. B. der Ankerwicklung,der Bürsten und der Verdrahtung
darstellt. Beim Schritt 108 wird der Inhalt des Speichers gelesen, der eine Adresse aufweist, die vom Absolutwert
des Lenkdrehmoments Ts verkörpert wird, d. h. ein
Betriebswert D(Ia . Ra) von Ia . Ra. Anschließend schreitet
der Fluß zum Schritt 109 fort.
Beim Schritt 109 wird zur Ausgabe eines der Richtung des
Drehmoments Ts entsprechenden Vorzeichens an den dem Lenkdrehmoment
zugehörigen Betriebswert D(Ia-Ra) geprüft, welchen Inhalt dann die erste Markierung F aufweist. Ist F = "0",
so verläuft die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments Ts im Uh r zeigersinn
und somit schreitet der Fluß zum Schritt 110 fort, bei dem der Betriebswert D(Ia-Ra) von Ia-Ra, so wie er ist,
als Ts gespeichert wird. Ist im Gegensatz dazu F = "1", so verläuft die Wirkrichtung des Lenkdrehmoments Ts im Gegenuhrzeigersinn
und der Fluß schreitet somit zum Schritt 111 fort, wo der Betriebswert D(Ia-Ra) von Ia-Ra als ein negativer Wert
gespeichert wird. Anschließend schreitet der Fluß zum Schritt
112 fort. Es ist nebenbei bemerkt verständlich, daß der Schritt
110, obwohl in der Praxis nicht erforderlich, für ein besseres
Verstehen des Flusses dargestellt ist. Das gleiche gilt auch für die später beschriebenen Schritte 128 und 131.
Beim Schritt 112 werden die von der Lenkdrehgeschwindigkeitserfassungsscha
11ung 35 stammenden Meßsignale S_, S, der Reihe
nach gelesen, und beim Schritt 113 wird eine Diagnose durchgeführt,
ob diese gelesenen Werte normal sind oder nicht. Wird
irgendeine Abnormität festgestellt, so wird dann von der Mikrocomputereinheit
30 an das Relais 43 das Relaissteuersignal T ->
ausgegeben, wodurch die Stromzufuhr vom Arbeitsstromkreis 39
unterbrochen und die Ansteuerung der elektromagnetischen
Servoeinrichtung 1 unterbunden wird, was die Ausführung von
manuellen Lenkvorgängen ohne Hilfskraft ermöglicht.
Arbeitet die Lenkdrehgeschwindigkeitserf assungsscha Itung 35
normal, so weisen deren Meßsignale S,, S, die in Fig. 7 gezeigte Beziehung zur Lenkgeschwindigkeit Ns auf. Für den Fall,
daß die entsprechenden Gleichspannungswerte der Meßsignale
S7,, S, beide positiv sind und daß entweder das Meßsignal S,
oder S. im wesentlichen der Spannung Vcc des SpannungsstabiIisators
44 entspricht, wird die Lenkdrehgeschwindigkeitserfassungsscha
Itung 35 als anormal betrachtet. Der Generator 16a weist im Hinblick darauf eine solche Charakteristik auf, die
die erwartete maximale Ausgangsgröße um einen vorbestimmten
Wert niedriger als Vcc macht.
Für den Fall, daß die beim Schritt 112 gelesenen Meßwerte S_,
S, beim Schritt 113 als normal beurteilt werden, schreitet der
Fluß zum Schritt 114 fort, bei dem eine Berechnung S, - S, ausgeführt wird, deren Ergebnis der Wert der Lenkgeschwindigkeit
Ns ist.
Beim Schritt 115 wird der Arbeitsprozeß Ns - Nsf ausgeführt
und das Ergebnis als Wert der Lenkbeschleunigung dNs gespeichert,
wobei Nsf die Lenkgeschwindigkeit vom letztenmal darstellt
und einen Anfangswert aufweist, der beim Schritt auf Null gebracht wurde.
Dann wird beim Schritt 116 Ns nach Nsf übertragen. Anschließend
schreitet der Fluß zum Schritt 117 fort.
Beim Schritt 117 wird zur Unterscheidung der Richtung der
Lenkgeschwindigkeit geprüft, ob der Wert von Ns positiv
oder negativ ist. Breitet sich die Lenkgeschwindigkeit im
Uhrzeigersinn aus, d. h. ist Ns positiv oder Null, so schreitet
der Fluß zum Schritt 118 fort, bei dem eine erste Mar-
kierung F so gesetzt wird, daß gilt F = "0". Verläuft die
Lenkgeschwindigkeit im Gegenuhrzeigersinn, d. h. ist Ns negativ,
so schreitet der FLuß über den Schritt 119, bei dem
eine Umwandlung erfolgt, um die Lenkgeschwindigkeit Ns zu
einem Absolutwert zu machen, so daß gilt Ns = -Ns/zum Schritt
120 fort, bei dem die erste Markierung F auf F = "1" gesetzt wird. Anschließend schreitet der Fluß zum Schritt 121 fort.
Beim Schritt 121 wird in Abhängigkeit vom Absolutwert der
Lenkgeschwindigkeit Ns der Inhalt einer im ROM gespeicherten
Tabe 11e^direkt in einer Adressenbestimmungsart gelesen.
In das ROM wurde vorher die Tabelle 2 eingeschrieben, in
der Betriebswerte D(K-Nm) der Induktionsspannungen K-Nm eingespeichert
sind, die die in Fig. 8 gezeigte Beziehung zum Absolutwert der Lenkgeschwindigkeit Ns aufweisen, wobei K
eine Konstante der induktiven, elektromotorischen Kraft des
Elektromotors 18 und Nm die Drehgeschwindigkeit des Motors
18 darstellt. Beim Schritt 121 wird der Inhalt des Speichers gelesen, dessen Adresse durch den Absolutwert der Lenkgeschwindigkeit
Ns bestimmt ist, d. h. ein Betriebswert D(K-Nm)
von K-Nm. Im Hinblick darauf ist es verständlich, daß die
Induktionsspannung K-Nm des Elektromotors 18 von der Lenkgeschwindigkeit
Ns abhängt, da die Drehung des Elektromotors
18 über ein Untersetzungsgetriebe 19 zur Ausgangswelle übertragen
wird und das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes
19 konstant ist. Anschließend schreitet der Fluß zum Schritt 122 fort.
Beim Schritt 122 wird zur Unterscheidung der Richtung der
Lenkbeschleunigung geprüft, ob der Wert dNs positiv oder
negativ ist. Verläuft die Richtung der Lenkbeschleunigung
im Uhrzeigersinn, d. h. ist dNs positiv oder Null, so
schreitet der Fluß zum Schritt 123 fort, bei dem eine zweite MarkierungG (Flagge) auf G = "0" gesetzt wird. Verläuft die
Richtung der Lenkbeschleunigung im Gegenuhrzeigersinn, d. h.
ist dNs negativ, so schreitet der Fluß über den Schritt 124,
bei dem ein Umwandlungsprozeß ausgeführt wird, um die LenkbeschLeunigung
dNs zu einem Absolutwert zu machen, so daß gilt dNs = -dNs, zum Schritt 125 fort, bei dem die zweite
Markierung G auf G = "1" gesetzt wird. Anschließend schreitet der Fluß zum Schritt 126 fort.
Beim Schritt 126 wird in Abhängigkeit vom Absolutwert der
Lenkbeschleunigung dNs der Inhalt einer im ROM gespeicherten
Tabelle 3 direkt in einer Adressenbestimmungsart gelesen.
In das ROM wurde vorher die Tabelle 3 eingeschrieben, in der
Betriebswerte D(a · J · dw/dt) des Trägheitsmoments a-J-dw/dt
der Drehteile der elektromagnetischen Servoeinrichtung 1 gespeichert
sind, die die in Fig. 9 gezeigte Beziehung zum Absolutwert der Lenkbeschleunigung dNs aufweisen, wobei J
die Summe der entsprechenden Trägheitsmomente des Rotors
18a des Elektromotors 18, des Untersetzungsgetriebes 19 und
anderer Drehteile und der Wert dw/dt die Winkelbeschleunigung
der Drehteile darstellt, während a eine Proportionalitätskonstante
ist. Beim Schritt 126 wird nämlich der Inhalt des Speichers gelesen, dessen Adresse durch den Absolutwert
der Lenkbeschleunigung dNs bestimmt ist, d. h. ein Betriebswert DCa-J-dw/dt) des Trägheitsmoments a-J-dw/dt der Drehteile.
Anschließend schreitet der Fluß zum Schritt 127 fort.
Beim Schritt 127 wird zur Ausgabe eines der Richtung der Lenkgeschwindigkeit entsprechenden Vorzeichens für den der
Lenkgeschwindigkeit zugehörigen Betriebswert D(K-Nm) geprüft,
welchen Inhalt dann die erste Markierung F aufweist. Ist F = "0", so verläuft die Drehgeschwindigkeit Ns im Uhrzeigersinn,und
somit schreitet der Fluß zum Schritt 128 fort, bei dem der der Lenkgeschwindigkeit Ns zugehörige Betriebswert
D(K-Nm), so wie er ist, als Ns gespeichert wird. Ist im Gegensatz
dazu F = "1", so verläuft die Lenkgeschwindigkeit
Ns im Gegenuhrzeigersinn, und der Fluß schreitet somit zum
Schritt 129 fort, bei dem der der Lenkgeschwindigkeit Ns zu-
gehörige Betriebswert D(K-Nm) als negativer Wert gespeichert
wird. Anschließend schreitet der FLuß zum Schritt 130 fort.
Beim Schritt 130 wird zur Ausgabe eines der Richtung der
LenkbeschLeunigung dNs entsprechenden Vorzeichens an den der
LenkbeschLeunigung zugehörigen Betriebswert D(a-J-dw/dt) geprüft,
welchen Inhalt dann die zweite Markierung G aufweist. Ist G = "0", so verläuft die Richtung der Lenkbeschleunigung dNs im Uhrzeigersinn,und somit schreitet der Fluß zum
Schritt 131 fort, bei dem der der Lenkbeschleunigung dNs
zugehörige Betriebswert D(a ■ J - dw/dt), so wie er ist, als
dNs gespeichert wird. Ist im Gegensatz dazu G = "1", so verläuft die Richtung der Lenkbeschleunigung im Gegenuhrzeigersinn,
und der Fluß schreitet zum Schritt 132 fort, bei dem
der der Lenkbeschleunigung dNs zugehörige Betriebswert
D(a·J-dw/dt) als ein negativer Wert gespeichert wird. Anschließend
schreitet der Fluß zum Schritt 133 fort.
Beim Schritt 133 werden die so bestimmten Betriebswertkomponenten,
d. h. der dem Lenkdrehmoment zugehörige Betriebswert D(Ia-Ra), der der Lenkgeschwindigkeit zugehörige Betriebswert
D(K-Nm) und der der Lenkbeschleunigung zugehörige
Betriebswert D(a ■ J-dw/dt) addiert, um einen Betriebswert
Va1 für die dem Elektromotor aufzuprägende Ankerspannung Va
zu erhalten, der dann gespeichert wird. Genau genommen stellt
der Wert Va1 einen Betriebswert des Impulssignals dar, das
von der Ansteuerungseinheit 46 an den Feldeffekttransistor
48 oder 49 abgegeben wird.
Als nächstes wird beim Schritt 134 zur Unterscheidung der
Polarität der Ankerspannung Va das Vorzeichen des so erhaltenen
Werts Va' überprüft. Ist Va1 positiv oder Null,
so schreitet der Fluß zum Schritt 135 fort, bei dem entsprechende
Werte eines Paars von Markierungen R, L, die die Basis des MotorantriebsrichtungssignaIs T, bilden, so be-
stimmt werden, daß gilt R = "1" und L = "0". Ist im Gegensatz dazu der Wert von Va" negativ, so schreitet der FLuß
über den Schritt 136, bei dem Va1 mit -1 muLtiρ Liζiert und
dadurch in einen positiven Wert umgewandelt wird, zum
Schritt 137 fort, bei dem die Werte der Markierungen R, L
so bestimmt werden, daß gilt R = "0" und L = "1". AnschLießend
schreitet der FLuß zum Schritt 138 fort.
Beim Schritt 138 wird zur Erstellung einer Totzone für den
Betriebswert Va1, der - wie oben beschrieben - nun in Form
eines Absolutwerts vorliegt, ein Wert Va1 - V-, der durch
Subtraktion eines vorbestimmten Werts Vn vom Va1 erhalten
wird, als Va1 gespeichert. Anschließend schreitet der Fluß
zum Schritt 139 fort. In einigen Fällen kann der Wert von
Va1 nach dem Prozeß beim Schritt 138 negativ werden. Z. B.
kann unter einer Bedingung, bei der das Lenkrad 6 in
einer neutralen Stellung gehalten wird, ohne daß ein Lenkdrehmoment
auf dieses ausgeübt wird, Va1 einen negativen
Wert annehmen, so daß gilt Va1 = "Vn, und zwar nach dem
Prozeß beim Schritt 138.
Beim Schritt 139 wird geprüft, ob der Wert Va1 größer als
Null ist oder nicht. Ist der Wert Va1 größer als Null, so
schreitet der Programmfluß zum Schritt 140, bei dem die entsprechenden Werte der Markierungen R, L, so wie sie sind,
als Komponenten des MotorantriebsrichtungssignaIs T, ausgegeben
werden,, und dann zum Schritt 141 fort, bei dem Va1 als
eine Komponente des MotorspannungssignaIs T, ausgegeben wird,
Ist im Gegensatz dazu der Wert Va1 Null oder kleiner, so
schreitet der Fluß über den Schritt 142, bei dem als Komponenten des Moto rant r i ebs r i chtungss i gna I s T7, solche Werte von
R und L ausgegeben werden, daß gilt R = L = "0", zum Schritt 143 fort, bei dem Va1 = 0 ausgegeben wird. Die Ansteuerungseinheit
46 der Motorantriebsschaltung 45 ist dabei so ausgelegt, daß sie die Signale nach Bedarf von den Klemmen 46a
bis 46d abgibt, so daß im Falle R = "1" und L = "0" der
Feldeffekttransistor 47 eingeschaltet und der Feldeffekttransistor
49 in einen steuerbaren Zustand gebracht wird, und daß im Falle R = "0" und L = "1" der Feldeffekttransistor
50 eingeschaltet und der Feldeffekttransistor 48 in einen
steuerbaren Zustand gebracht wird, um auf diese Weise die Polarität und die Größe der Ankerspannung Va des Elektromotors
18 zu steuern. Außerdem wird der Betriebswert Va1
zur Bestimmung der Größe der Ankerspannung Va, die dem
Elektromotor 18 von der Brückenschaltung 57 aufgeprägt werden
soll, als eine Komponente des Steuersignals T, von der
Mikrocomputereinheit 30 ausgegeben. Für den Fall, daß das
Richtungssteuersignal T, solche Komponenten aufweist, daß
gilt R = "1" und L = "0", so wird der Feldeffekttransistor
49 in Abhängigkeit von Va1 mittels Pulsbreitenmodulation
gesteuert. Im Gegensatz dazu wird im Falle, daß das Richtungssteuers
i gna I T, solche Komponenten aufweist, daß gilt
R = "0" und L = "1", der Feldeffekttransistor 48 in Abhängigkeit
von Va1 mi11e I s.Pu I sbreitenmodu lation gesteuert.
Als nächstes wird beim Schritt 144 das Signal S1- von der Abnormitätserfassungsschaltung
53 abgelesen, wobei das Signal S5 dem Ankerstrom Ia des Elektromotors 18 entspricht, der in
Abhängigkeit von den Signalen T,, T, angetrieben werden soll.
Dann wird beim Schritt 145 durch Subtraktion des beim Schritt
108 bestimmten Werts Ts vom Wert S1. geprüft, ob die so erhaltene
Differenz innerhalb eines vorbestimmten, zulässigen
Bereichs liegt oder nicht. Befindet sich diese Differenz nicht innerhalb des zulässigen Bereichs, so wird davon ausgegangen,
daß irgendeiner der Feldeffekttransistoren 47 bis
49, der Elektromotor 18 oder irgendeine der anderen Schal tu η g e η
nicht in Ordnung ist, und ein Relaissteuersigna I T_ von der
Mikrocomputereinheit 30 an das Relais 43 abgegeben, wodurch
die Stromversorgung seitens des Arbeitsstromkreises 39 zu
den jeweiligen Schaltungen unterbrochen wird. Für den Fall,
daß die Differenz zwischen S5 und Ts innerhalb des zulässigen
Bereichs Liegt, so schreitet der Programmfluß zum Schritt
fort, bei dem ein vorbestimmtes ZeitintervaLL, z. B. 1 ms,
verstreicht. Daraufhin schreitet der FLuß zum Schritt 101 fort.
Da bei den Schritten 108, 121 und 126 der obigen Prozedur,
bei denen der dem Lenkdrehmoment Ts zugehörige Betriebswert D(Ia-Ra), der der Lenkgeschwindigkeit Ns zugehörige Betriebswert
D(K-Nm) und der der LenkbeschLeunigung dNs zugehörige
Betriebswert D(a-J-dw/dt) bestimmt werden, die Bestimmung
dieser Betriebswerte direkt in einer Adressenbestimmungsart
ohne komplizierte Berechnungsvorgänge erfolgt, ist die Zeit,
die für den Programmfluß erforderlich ist, um die Schritte 101 bis 164 zu durchlaufen, im wesentlichen konstant. Diese
erforderliche Zeit kann im voraus entsprechend dem Aufbau
der Mikrocomputereinheit 30 bestimmt werden und kann gut dem
Faktor dt im Betriebswert D(a - J-dw/dt) des Trägheitsdrehmoments
a-J-dw/dt der Drehteile der elektromagnetischen
Servoeinrichtung 1 entsprechen, was in Verbindung mit Fig.
beschrieben wurde.
Es ist nebenbei bemerkt verständlich, daß es ebenso möglich
ist, die Prozesse der Schritte 127 bis 129 nach dem Schritt 121 durchzuführen, da während der Schritte 117 bis 121 der
der Lenkgeschwindigkeit zugehörige Betriebswert D(K-Nm) in
einer Adressenbestimmtungsart in Abhängigkeit vom Absolutwert
der Lenkgeschwindigkeit Ns bestimmt und während der
Schritte 127 bis 129 ein der Richtung der Lenkgeschwindigkeit
entsprechendes Vorzeichen dem Betriebswert D(K-Nm) hinzugefügt wird .
Mit HiLfe der durch die Schritte 101 bis 146 verdeutlichten
Steuervorgänge kann die Größe der dem Elektromotor 18 aufzuprägenden
Ankerspannung Va jederzeit bestimmt werden.
indem man die Lenkgeschwindigkeit Ns, die LenkbeschLeunigung
dNs und das Lenkdrehmoment Ts berücksichtigt. In Fällen, bei
denen das Lenkrad 6 in irgendeine Richtung gelenkt wird, wird
der Wert der Ankerspannung Va unter Berücksichtigung der
Induktionsspannung K-Nm des Elektromotors 18, die einer Zunahme
oder Abnahme der Lenkgeschwindigkeit Ns entspricht
und des Trägheitsdrehmoments a-J-dw/dt der Drehteile bestimmt,
das einer Zunahme oder Abnahme der Lenkbeschleunigung dNs
entspricht. Demzufolge werden die auf die Lenkvorgänge einwirkenden
Effekte, die ansonsten insbesondere bei einem elektrischen ServoIenksyst em 200 infolge des Trägheitsmoments,
d. h. des Trägheitsdrehmoments der Drehteile, hervorgerufen
werden wurden, annehmbar minimiert, wodurch das Lenkgefühl vernünftig verbessert wird.
Fig. 11 stellt ein Diagramm dar, bei dem verschiedene
Funktionen der Steuerschaltung 20 schematisch durch Blöcke
dargestellt sind. Es werden dabei die Wechselbeziehungen
zwischen den wesentlichen in Fig. 3 gezeigten Elementen der Schaltung 20 und zugehöriger Prozeßschritte im Prozeßfluß
der Fig. 4A und 4B aufgezeigt, wobei in dieser Figur jedoch
z. B. das Meßsignal S1. und die Steuersignale T1 und T ? w e g gelassen
sind.
Da gemäß der Erfindung die Größe der Ankerspannung Va stets
unter Berücksichtigung der Lenkgeschwindigkeit Ns,der Lenkbeschleunigung
dNs und des Lenkdrehmoments Ts bestimmt wird, können jene auf die Lenkvorgänge einwirkenden Effekte, die
ansonsten infolge des Trägheitsmoments, d. h. des Trägheitsdrehmoments der Drehteile, insbesondere bei einem elektrischen
Servo lenksystem, wie das System 200, hervorgerufen werden
würden, beachtlich minimiert werden, wodurch das Lenkgefühl annehmbar verbessert wird.
Bei dem System 200 entsprechend dem obigen Ausführungsbei-
spieL wird die LenkbeschLeunigung dNs in Abhängigkeit von
der Lenkgeschwindigkeit bestimmt, d. h. aus den von der
Lengeschwindigkeitse rfassungsschaLtung 35 abgegebenen Signalen
S , S, bestimmt. Jedoch kann eine derartige Lenkbesch
I eunigung vorzugsweise mittels einer Schaltung bestimmt
werden, die speziell (unabhängig) zur Erfassung der Lenkbeschleunigung
vorgesehen wird.
Außerdem kann bei der Steuerschaltung statt der Mikrocomputereinheit
30 eine Schaltung vorgesehen werden, die vergleichbare Funktionen aufweist.
Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel die Steuerschaltung
20 mit der Mikrocomputereinheit 30 als eine Steuereinheit für
das gesamte Lenksystem verwendet wird, wird der Betriebswert
Va1 zur Bestimmung der Ankerspannung Va aufgrund der
Signale S,. , S_, S,, S, in grundlegender Weise durch eine
Adressenbestimmungsart festgelegt, wodurch der Elektromotor
18 so gesteuert werden kann, daß dieser in ausreichendem Maße
der Lenkgeschwindigkeit Ns folgen kann.
Claims (8)
1. Elektrisches ServoLenksystem für Fahrzeuge mit einer
EingangsweLLe (4), die mit einem Lenkrad verbunden ist,
einer AusgangsweL Ie (5), die mit einem gelenkten Rad
verbunden ist, einem Elektromotor (18) zur Zufuhr eines HiLfsdrehmoments zur AusgangsweI Le (5), einer Drehmomenterfassungseinrichtung
(31) zum Erfassen des auf die EingangswelLe (4) einwirkenden Lenkdrehmoments (Ts) und
einer Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53), die dem
Elektromotor (18) ein AntriebssignaL (Va) unter Berücksichtigung
eines Ausgangssi gna Ls (S.., S^) der Drehmomenterfassungseinrichtung
(31) zuführt, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (35) zum Erfassen der Lenkgeschwindigkeit
(Ns) der EingangsweLIe (4) und eine Einrichtung
(115, 116, 122 - 126, 130 - 132) zum Erfassen der Lenkbeschleunigung
(dNs) der EingangsweI Le (4) vorgesehen
sind und daß die Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53)
ein Motorantriebssignal (Va) dem Elektromotor (18) zuführt
und dabei zusätzlich zum Lenkdrehmoment signaL (S1,
S2) ein Ausgangssignal (S3, S.) der Lenkgeschwindigkeits-
erfassungseinrichtung (35) und ein AusgangssignaL (dNs)
der LenkbeschLeunigungserfassungseinrichtung (115, 11.6,
122 - 126, 130 - 132) berücksichtigt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h n e t , daß die Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53)
eine Mikrocomputereinheit (30), die das AusgangssignaL
(S1, S-,) der Lenkdrehmomenterfassungseinrichtung (31),
das AusgangssignaL (S,, S.) der Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung
(35) und das AusgangssignaL (dNs) der LenkbeschLeunigungserfassungseinrichtung (115, 116,
122 - 126, 130 - 132) empfängt und ein MotorsteuersignaL
(T,, T.) bestimmt und abgibt, das den InhaLt des dem ELektromotor (18) zuzuführenden AntriebssignaLs (Va)
wiedergibt, und eine MotorantriebsschaLtung (45) aufweist,
die das MotorsteuersignaL (T,, T.) empfängt und
das MotorantriebssignaL (Va) dem ELektromotor (18) in
Abhängigkeit vom MotorsteuersignaL (T,, T.) zuführt,
und daß die Mikrocomputereinheit (30) das Motorsteuersignal
^T-?' T/) in einer Adressenbestimmungsart in Abhängigkeit
von entsprechenden Ausgangss i gna Len (S.., S-,
S,, S, und dNs) der entsprechenden Erfassungseinrichtungen
(31, 35 und 115, 116, 122 - 126, 130 - 132) best i mmt.
3. System nach Anspruch 2, dadurch g e k e η nz e i c h net
, daß das von der MotorantriebsschaLtung (45) dem
ELektromotor (18) zugeführte MotorantriebssignaL (Va)
ein AnkerspannungssignaL darsteLLt, daß die Motorantriebs-
. eine AntryiebsschaL tung ,.
einnchtungv(45) aufweist, die das Ankerspannungssignal (Va)-- als Pulsbreitenmodulations-SignaL dem ELektromotor (18) aufprägt, daß die Mikrocomputereinheit (30) in Abhängigkeit vom Lenkdrehmomentsignal (S., S2) einen dem Lenkdrehmoment (Ts) zugehörigen Betriebswert (D(Ia-Ra)) in einer Adressenbestimmungsart bestimmt, in Abhängigkeit vom LenkgeschwindigkeitssignaL (T,, T.) einen der Lenkge-
einnchtungv(45) aufweist, die das Ankerspannungssignal (Va)-- als Pulsbreitenmodulations-SignaL dem ELektromotor (18) aufprägt, daß die Mikrocomputereinheit (30) in Abhängigkeit vom Lenkdrehmomentsignal (S., S2) einen dem Lenkdrehmoment (Ts) zugehörigen Betriebswert (D(Ia-Ra)) in einer Adressenbestimmungsart bestimmt, in Abhängigkeit vom LenkgeschwindigkeitssignaL (T,, T.) einen der Lenkge-
schwindigkeit (Ns) zugehörigen Betriebswert (D(K-Nm)) in
einer Adressenbestimmungsart bestimmt und in Abhängigkeit
vom LenkbeschLeunigungssignal (dNs) einen der LenkbeschLeunigung
(dNs) zugehörigen Betriebswert (a.J-dw/dt) in einer Adressenbestimmungsart bestimmt, unddaß die
Mikrocomputereinheit (30) an die AntriebsschaLtung (45)
das MotorsteuersignaL (T,, T.) abgibt, das als eine Komponente
die Summe der entsprechenden Betriebswerte
[D(Ia-Ra), D(K-Nm), D ( a ■ J ■ dw/dt)] aufweist.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h n e t , daß das AusgangssignaL (dNs) der Lenkbesch leunigungserfassungseinrichtung
(115, 116, 122 - 126, 130 132) von der Antriebssteuereinrichtung (30, 45) in Abhängigkeit
vom AusgangssignaL (S,, S.) der Lenkgeschwindigkeitse
rfassungseiηrichtung (35) bestimmt wird.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebssteuereinrichtung (30,
45, 53) eine Steuerschaltung (30), die das Ausgangssignal
(S,, S_) der Lenkdrehmomente rfassungseinrichtung (31),
das Ausgangssignal (S,, S.) der Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung
(35) und das Ausgangssignal (dNs) der
LenkbeschLeunigungserfassungseinrichtung (115, 116, 122-126,
130 - 132) empfängt und ein Motorsteuersignal (T,, T.)
bestimmt und abgibt, das den Inhalt des dem Elektromotor
(18) zuzuführenden Antriebssignals (Va) wiedergibt, und
eine Motorantriebsschaltung (45) aufweist, die das Motorsteuersignal
(T,, T.) empfängt und das Motorantriebssignal
(Va) dem Elektromotor (18) in Abhängigkeit vom Motorsteuersignal (T,, T.) zuführt, wobei die Steuerschaltung (30)
das Motorsteuersignal (T-,, T.) in Abhängigkeit von entsprechenden
Ausgangssignalen (S., S^, S,, S, und dNs)
der entsprechenden Erfassungseinrichtungen (31, 35, 115,
116, 122 - 126, 130 - 132) bestimmt.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzei chn e t , daß das von der MotorantriebsschaLtung (45) dem
Elektromotor (18) zugeführte MotorantriebssignaL (Va)
ein Ankerspannungssigna L ist, daß die Motorantriebsschaltung
(45) dem Elektromotor (18) das Ankerspannungssignal
als ein Pu Isbreitenmodulations-Signa I aufprägt, daß die
Steuerschaltung (30) in Abhängigkeit vom Lenkdrehmomentsignal
(S1, S_) einen dem Lenkdrehmoment (Ts) zugehörigen
Betriebswert (D(Ia-Ra)), in Abhängigkeit vom Lenkgeschwindigkeitssigna
I (S,, S.) einen der Lenkgeschwindigkeit
(Ns) zugehörigen Betriebswert (D(K-Nm)) und in Abhängigkeit vom LenkbeschIeunigungssigna I (dNs) einen der Lenkbeschleunigung
(dNs) zugehörigen Betriebswert (a"J-dw/dt) bestimmt und daß die Steuerschaltung (30) an die Antriebsschaltung
(45) das Motorsteuersignal (T,, T.) abgibt, das als Komponente
die Summe der entsprechenden Betriebswerte [D(Ia-Ra),
D(K-Nm), D-(-a-J-dw/dt)J aufweist.
7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h -
n e t , daß das Motorantriebssignal (Va), das dem Elektromotor
(18) von der Motorantriebsschaltung (30, 45, 53) zugeführt
wird, ein Ankerspannungssignal ist und daß die Antriebssteuereinrichtung
(30, 45, 53) eine Rückkopplungssignalerzeugungseinrichtung
(53) aufweist, die den Ankerstrom (Ia) des Elektromotors (18) erfaßt und ein Ausgangssignal
(S5) der Antriebssteuereinrichtung (30, 45, 53) zuführt.
8. System nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h net
, daß ein Geschwindigkeitsuntersetzungsmechanismus
(19) das vom Elektromotor (18) erzeugte Drehmoment auf die Ausgangswelle (5) in geschwindigkeitsreduzierter Art
und Weise überträgt.
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