DE3617772A1

DE3617772A1 - Elektrisches servolenksystem fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3617772A1
Application number: DE19863617772
Authority: DE
Inventors: Yasuo Shimizu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1986-12-04
Also published as: JPS61275057A; GB2175551B; GB2175551A; FR2582280A1; FR2582280B1; DE3617772C2; GB8612842D0; US4657103A; JPH0453748B2

Description

ELEKTRISCHES SERVOLENKSYSTEM FÜR FAHRZEUGE

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-

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 V_n 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 = "V_n, 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

27. Mai 1986 Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, DipL-Phys. Dr. K. Findte Dipl.-ing. F. A. WeiÄrainn, Dipi.-Chem. B. Huber Df.-Ing. H. Liska, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel Kä Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha 1-1, Minami-aoyama 2-chome Minato-ku, Tokyo / Japan ELEKTRISCHES SERVOLENKSYS TEM FÜR FAHRZEUGE Patentansprüche:

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-

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.