DE4029828C2

DE4029828C2 - Vorrichtung zur Erfassung des Drehwinkels einer rotierenden Welle sowie damit ausgerüstete Drehmomenterfassungsvorrichtung und Servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE4029828C2
Application number: DE4029828A
Authority: DE
Inventors: Ryoso Masaki; Toshiyuki Koterazawa; Kazuo Tahara; Kunio Miyashita; Yoshikazu Hoshi; Tadashi Takahashi; Shuichi Nakano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2010-09-21
Also published as: JP2515891B2; KR910006700A; US5239490A; DE4029828A1; JPH03105225A

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, mit deren Hilfe sich zum ersten der Drehwinkel einer rotierenden Welle und zum zweiten das Drehmoment an einer solchen Welle erfassen lassen, sowie die Anwendung solcher Vorrichtungen für den Bau von Servolenkvorrichtungen.

Um bei einem Gerät, das drehbar gelagerte Wellen wie Lenksäulen von Fahrzeugen oder Dreharme von Robotern oder Werkzeugmaschinen besitzen, die Rotation dieser Wellen steuern zu können, ist es notwendig, den Drehwinkel oder das Drehmoment der jeweiligen rotierenden Welle zu erfassen.

Eine solche Einrichtung zur Erfassung des Drehmomentes einer rotierenden Welle ist zum Beispiel aus JP 1-97826-A bekannt. In der offenbarten Drehmomenterfassungseinrichtung wird das Drehmoment unter Verwendung von Drehwinkelsensoren, die an zwei in einem gegenseitigen Abstand sich befindenden Punkten angeordnet sind, folgendermaßen berechnet: Zunächst er mitteln zwei Magnetoresistenz-Elemente (MR-Elemente), die in der Nähe einer Magnettrommel angeordnet sind, das Magnet feld, das erzeugt wird, wenn die Umfangsfläche der mit der rotierenden Welle koaxial verbundene Rotations trommel abwechselnd mit einem Nordpol und mit einem Südpol magnetisiert wird.

Die Drehwinkelsensoren ermitteln sich aus einem Sinussignal und aus einem Kosinussignal, die von den beiden MR-Ele menten erzeugt werden, die Drehwinkel der rotierenden Welle, ferner ermitteln sie zwischen zwei Punkten der Welle, die durch eine Torsion hervorgerufene Differenz der Drehwinkel, wenn die Drehwelle gedreht wird, um damit das Drehmoment zu berechnen. Genauer werden Signale erzeugt, deren Amplituden sich entsprechend einer Sinuswelle und einer Kosinuswelle ändern, was einer Änderung des Drehwinkels der Welle entspricht; der Wert der Sinuswelle wird durch den Wert der Kosinuswelle dividiert, so daß sich eine Tangensfunktion x = tanR ergibt. Daraus kann die Arcustangensfunktion (R = tan^-1 x) der Tangensfunk tion berechnet werden, um den Drehwinkel R zu erhalten.

Aus US 4,774,464 ist ein Beispiel eines Drehsensors bekannt, der eine Ma gnettrommel und einen an einer Drehwelle angebrachten MR- Sensor verwendet. Ein solcher ein MR-Element verwendender Drehwinkelsensor besitzt ausgezeichnete Lebensdauer- und Zuverlässigkeitseigenschaften, weil er keine gleitenden Teile aufweist (kontaktlose Bauart).

Beispiele von Drehwinkelsensoren und Drehmoment-Erfas sungseinrichtungen sind außerdem aus JP 62-6130-A, JP 62-67401-A, JP 64-265127-A, US 4,724,710 und US 4,506,554 bekannt. Ferner sind Beispiele von elektrischen Servo lenkvorrichtungen aus US 4,828,060 und US 4,828,061 bekannt.

Weiter ist aus DE 30 24 716 A1 ein Interpolationsverfahren für periodische elektrische Signale bekannt, die in Abhängigkeit von Weg oder Dreh winkel eines beweglichen Bauteils variieren. In Durchführung dieses Ver fahrens erzeugt eine Abtasteinheit zwei sinusförmige elektrische Signale, die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind. Von diesen Signalen werden jeweils die Amplituden und ihr Gleichspannungsanteil erfaßt. Nach Umwandlung der erhaltenen analogen Signale in Rechtecksignale mit Hilfe von Triggerschaltungen werden die so gewonnenen digitalen Signale zur Ermittlung einer Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen verwendet. Die Verarbeitung beider Signale erfolgt jeweils unabhängig voneinander, und es bedarf jeweils der Berechnung eines Durchschnittswertes über eine Periode des Drehwinkelsignals. Die Berechnung eines solchen Durchschnittswertes gestaltet sich jedoch insbesondere bei sehr langsam arbeitenden Steuerungen extrem schwierig.

Hinzuweisen ist darauf, daß bei keiner der bisher bekannten Einrichtungen Vorkehrungen getroffen sind, Meßfehler bei der Drehwinkelbestimmung zu vermeiden, die sich durch ungewollte Änderungen in einzelnen Parametern im System ergeben können. Solche Parameteränderungen können insbesondere Schwankungen der Offsetspannung eines zum Verstärken eines kleinen Sensor signals eingesetzten Operationsverstärkers oder auf Ungleichmäßigkeiten in der Magnetisierung oder auf Lageänderungen von Sensorelementen zurückgehende Fluktuationen der Sensorausgangssignale sein. Solche Änderungen führen ihrerseits zu Änderungen der Mittelspannungen der erfaßten Signale und zu Änderungen der Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen, und im Endergebnis sind dann Fehler bei der Erfassung des Drehwinkels bzw. des Drehmoments die Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Drehwinkelerfassung für rotierende Wellen zu schaffen, die in der Lage ist, Änderungen der Mittenspannung oder der Phase der Drehwinkelerfassungs signale automatisch zu korrigieren und damit ein fehlerfreies Dreh winkelerfassungssignal zu liefern.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Vor richtung zur Erfassung des Drehwinkels einer rotierenden Welle, wie sie im einzelnen im Patentanspruch 1 angegeben ist; vorteilhafte Ausgestaltungen und Einsatzmöglichkeiten für die Erfindung ergeben sich aus entsprechenden Unteransprüchen.

Im Rahmen der Erfindung werden die beiden von den Signalerzeugungs einrichtungen ausgegebenen Signale miteinander in Beziehung gesetzt, um die korrekten Werte der jeweiligen Mittenspannungen zu bestimmen. Dabei werden beide Signale gleichzeitig beobachtet und für die Bestimmung der Kenngrößen für das jeweils andere Signal herangezogen. Verkürzt ausge drückt werden zunächst die Maximal- und Minimalwerte beider Signale ermittelt, indem für jedes Signal ein Maximalwert bzw. ein Minimalwert an genommen wird, wenn das jeweils andere Signal einen Nulldurchgang auf weist. Anhand der Maximalwerte werden dann die Schwingungsamplituden und die Mittenspannungen berechnet. Für die Phasenfehlerkorrektur wird mit für beiden Signalen gleichen bzw. gegengleichen, also bei gleichem Betrag vor zeichenverschiedenen Momentanwerten gearbeitet.

Die Erfindung ermöglicht eine automatische Erfassung der korrekten Werte für die Mittenspannungen, die Amplitudenwerte und die Phasendiffe renzen der Drehwinkelsignale auch bei langsamen Änderungen ohne kompli zierte Anpassungsschaltungen oder Justierungen, sie gestattet somit eine genaue Erfassung von Drehwinkeln und Drehmomenten und damit den Bau bei spielsweise von Servolenkeinrichtungen mit gutem Lenkverhalten.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele veranschaulicht sind; dabei zeigen

Fig. 1 den Aufbau einer Drehwinkel/Drehmoment- Erfassungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegnedne Erfindung, die in einer elektrischen Fahrzeug- Servolenkeinrichtung zum Einsatz kommt;

Fig. 2 ein Blockschaltbild, in dem der Aufbau der Winkelsignal-Erzeugungsschaltung, der Drehmomentesignal-Erzeugungsschaltung und der Mitten/Amplituden-Erfassungsschaltung von Fig. 1 genauer erläutert werden;

Fig. 3A, 3B Graphen eines Sinuswellensignals, die zur Identifizierung des Maximalwerts und des Minimalwerts eines Winkelsignals dienen;

Fig. 4 einen Flußdiagramm, in dem beispielhaft die Mitten/Amplituden-Erfassungsschaltung softwaremäßig in einem Mikrocomputer im plementiert ist;

Fig. 5 den Aufbau einer Drehwinkel/Drehmoment- Erfassungseinrichtung gemäß einer abgewandelten Ausführungsform, die sich von der in Fig. 1 ge zeigten ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß der lenkradseitige Winkel und der motorseitige Winkel mit der Mitten-Erfassungsschaltung rückgekoppelt sind;

Fig. 6 ein Flußdiagramm, in dem die Operation der in Fig. 5 gezeigten Mitten/ Amplituden-Erfassungsschaltung erläutert wird;

Fig. 7 ein Flußdiagramm des Berechnungsverfah rens, das in der Winkelberechnungsschaltung der abgewandelten Ausführungsform abgearbeitet wird;

Fig. 8 ein Flußdiagramm des Berechnungsverfahrens, das in der Winkelberechnungsschaltung einer weiteren Ausführungsform abgearbeitet wird;

Fig. 9 ein Flußdiagramm, mit dem das Verfahren zur Berechnung des Maximalwertes und des Minimalwertes des Winkelsignals in der abgewandelten Ausführungsform erläutert wird;

Fig. 10 ein Flußdiagramm, in dem die Phasenver schiebung im Sinuswellensignal erfaßt wird;

Fig. 11 ein Flußdiagramm des Winkelberechnungs verfahrens für die Kompensation der im Flußdiagramm von Fig. 10 erfaßten Phasen verschiebung;

Fig. 12A, 12B Graphen des Sinuswellensignals, die der Erläuterung des Prinzips für die Erfassung der Phasenverschiebung dienen; und

Fig. 13 eine Ansicht der Hardware, die dem Ver fahren zur Erfassung der Phasenverschiebung entspricht.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 eine erste Aus führungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Drehwinkel/Drehmoment-Erfassungseinrichtung, die in einer elektrischen Fahrzeug-Servolenkvor richtung zum Einsatz kommt, gezeigt.

Wenn im Betrieb ein Fahrer ein Lenkrad 1 dreht, erzeugt ein an einer Lenksäule 2 angebrachter Winkelsignalgenerator 3 vier Sinuswellensignale V_s1, V_c1, V_s2 und V_c2, die den Drehwinkeln der Lenksäule 2 an derjenigen Stelle, an der der Winkelsignalgenerator 3 angebracht ist, entsprechen (was später im einzelnen beschrieben wird). Diese Signale werden an eine Drehmomentberechnungseinrichtung 4 geliefert, die der Berechnung des Lenkdrehmoments τ der Lenksäule 2 dient. Das Lenkdrehmoment τ wird an eine Drehmoment-Steuereinrichtung 5 geschickt. Die Drehmoment- Steuereinrichtung 5 umfaßt eine Strombefehlsschaltung 6, die der Berechnung eines Strombefehls I_R für die Erzeugung eines zum Lenkdrehmoment τ hinzuzufügenden optimalen Zusatzdrehmomentes τ_s dient, und eine Stromsteuerschaltung 7, die der Berechnung eines Befehls V_R für eine an zulegende Spannung unter Verwendung des Strombefehls I_R und eines Motorstroms I_M dient.

Aufgrund des Anlegespannungsbefehls V_R erzeugt eine Treiber schaltung 8 eine an einen Motor 9 anzulegende Spannung V_M (sowohl die Strombefehlsschaltung 6 als auch die Stromsteuerschaltung 7 und die Treiberschaltung 8 können auf der Grundlage wohlbekannter Motorsteuerungstechniken verwirklicht werden). Auf diese Weise erzeugt der Motor 9 über Kraftübertragungsbauteile 10a und 10b das zusätzliche Drehmoment τ_s, das zum Einschlagen der Räder 11a und 11b dient. Außerdem dient ein Stromdetektor 12 dazu, den an die Stromsteuerschaltung 7 zu schickenden Motorstrom I_M zu erfassen, um auf diese Weise eine Stromrückkopp lungssteuerung auszuführen. Eine Reihe von Operationen, wie sie oben beschrieben worden sind, erlaubt ein freies Einschlagen der Räder 11a und 11b, wenn der Fahrer das Lenkrad 1 mit geringer Lenkkraft dreht.

Nun wird der Betrieb der Drehmomentberechnungseinrichtung 4 beschrieben. Die 4 Sinussignale V_s1, V_c1, V_s2 und V_c2, die vom Winkelsignalgenerator 3 bereitgestellt werden, werden zur Erfassung der Drehwinkel an zwei verschiedenen Positionen der Lenksäule 2 verwendet (Torsionserfassung); Einzelheiten der diesbezüglichen Strukturen werden später beschrieben. Die Werte V_s1 und V_c1 werden dazu verwendet, den Drehwinkel R an einem lenkradseitigen Punkt (Antriebsseite) zu liefern, während die Werte V_s2 und V_c2 zur Lieferung des Drehwinkels R₂ an einem motorseitigen Punkt (Abtriebsseite) verwendet werden. Diese Signale können im wesentlichen durch

V_s1 = V_s1h · sinR₁ + V_s10 (1)

V_c1 = V_c1h · cosR₁ + V_c10 (2)

V_s2 = V_s2h · sinR₂ + V_s20 (3)

V_c2 = V_c2h · cosR₁ + V_c20 (4)

ausgedrückt werden, wobei V_s10, V_c10, V_s20 und V_c20 die Mittenspannungen der entsprechenden Signale und V_s1h, V_c1h, V_s2h und V_c2h die Amplitudenspannungen der entsprechenden Signale sind.

Zunächst werden die Werte V_s1, V_c1, V_s2 und V_c2 an in der Drehmomentberechnungseinrichtung 4 befindliche A/D-Wandler 13a, 13b, 13c bzw. 13d geliefert. Die Werte V_s1 und V_c1 werden sowohl an eine Mitten/Amplituden-Erfassungs schaltung 14a als auch an eine Winkelberechnungsschaltung 15a geliefert. Die Mitten/Amplituden-Erfassungsschaltung 14a berechnet die Mittenspannungen V_s10 und V_c10 und die Amplitudenspananungen V_s1h und V_c1h. Die Ergebnisse werden an die Winkelberechnungsschaltung 15a geliefert. Die Winkel berechnungsschaltung 15a berechnet

s1 = (V_s1 - V_s10)/V_s1h = sinR₁ (5)

c1 = (V_c1 - V_c10)/V_c1h = cosR₁ (6)

Durch Berechnung von

R₁ = tan^-1 (s1/c1) (7)

kann der Winkel R₁ auf der Seite des Lenkrads erhalten werden.

Genauso wird unter Verwendung der Werte V_s2 und V_c2, der Mittenspannung V_s20 und V_c20 und der Amplitudenspannungen V_s2h und V_c2h, die von der Mitten /Amplituden-Erfas sungsschaltung 14b berechnet werden, von der Winkelbe rechnungsschaltung 15b der motorseitige Winkel R₂ durch

s2 = (V_s2 - V_s20)/V_s2h = sinR₂ (8)

c2 = (V_c2 - V_c20)/V_c2h = cosR₂ (9)

R₂ = tan^-1 (s2/c2) (10)

berechnet.

Eine Drehmomentberechnungsschaltung 16 berechnet unter Verwendung der Differenz zwischen dem lenkradseitigen Winkel R₁ und dem motorseitigen Winkel R₂ ein Lenkdrehmo ment τ, wobei der Berechnung die Annahme zugrundeliegt, daß die Torsion der Lenksäule 2 proportional zum Lenk drehmoment τ ist.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 2 die Winkelsignal-Erzeug gungsschaltung 3 und die ein Hauptmerkmal dieser Ausfüh rungsform bildende Mitten/Amplituden-Erfassungsschaltung 14 beschrieben.

Um die Zuverlässigkeit der elektrischen Servolenkvorrichtung zu verbessern, benutzt der Winkelsignalgenerator 3 einen kontaktlosen Magnetsensor. Um einen lenkradseitigen Lenksäulenabschnitt 2a bzw. um einen motorseitigen Lenk säulenabschnitt 2b sind Magnettrommeln 17a bzw. 17b ange bracht, die magnetische Signale erzeugen, die dem lenkradseitigen Drehwinkel R₁ bzw. dem motorseitigen Drehwinkel R₂ entsprechen. Beide Trommeln sind außerdem an den beiden Enden eines Torsionsstabes 18 angebracht. Der Torsionsstab 18 ist so ausgebildet, daß er entspre chend dem Lenkdrehmoment τ verdreht wird. Ein Magnetore sistenz-Element 19a umfaßt die magnetischen Signale der Magnettrommel 17a auf kontaktlose Weise und erzeugt die dem lenkradseitigen Winkel R₁ entsprechenden Sinuswellen signale V_s1 und V_c1. Ebenso erfaßt ein Magnetoresistenz- Element 19b die magnetischen Signale der Magnettrommel 17b auf kontaktlose Weise und erzeugt die dem motorseitigen Winkel R₂ entsprechenden Sinuswellensignale V_s2 und V_c2. Auf diese Weise wird die Drehmomenterfassungseinrichtung für die elektrische Servolenkvorrichtung von kontaktloser Bauart erhalten.

Nun wird die Berechnung der Mittenspannungen V_s10 und V_c10 und der Amplitudenspannungen V_s1h V_c1h aus den Sinus wellensignalen V_s1 und V_c1 beschrieben. Zunächst empfängt die Mitten/Amplituden-Erfassungsschaltung 14a die über A/D-Wandler 13a bzw. 13b erhaltenen Sinussignale V_s1 bzw. V_c1. Ein Komparator 20a vergleicht den Wert V_s1 mit der entsprechenden Mittenspannung V_s10, die auf eine später beschriebene Weise erhalten wird (für die anfängliche Berechnung wird V_s10 auf einen vorgegebenen Anfangswert gesetzt). Aufgrund des Vergleichsergebnisses wird ein Signal erzeugt, das eine Schaltvorrichtung 21a mit einer Halteschaltung 22a verbindet, falls V_s1<V_s10 ist, und das die Schaltvorrichtung 21a mit einer Halteschaltung 22b verbindet, falls V_s1<V_s10 ist. Wenn andererseits V_c1 im wesentlichen gleich V_c10 wird, das heißt, wenn gilt

V_c10 - ΔV V_c1 V_c10 + ΔV (11)

(wobei ΔV eine Identifizierungsspannung ist), erzeugt eine Haltesignal-Erzeugungsschaltung 23a ein Signal, derart, daß die Halteschaltungen 22a und 22b in einen Halte zustand versetzt werden. Falls in diesem Moment V_s1<V_s10 ist, wird der Wert V_s1 in diesem Moment (der als Ma ximalwert V_s1max betrachtet werden kann) in der Halteschalung 22a gehalten. Falls in diesem Moment V_s1<V_s10 ist, wird der Wert V_s1 (der als Minimalwert V_s1min betrachtet werden kann) in der Halteschaltung 22b gehalten. Darüber hinaus ist die von der Schaltvorrichtung 21a angesteuerte Halteschaltung so ausgebildet, daß sie den vorhergehenden Wert hält. Auf diese Weise können der Maximalwert V_s1max und der Minimalwert V_s1min erhalten werden. Unter Verwendung eines Addierers 24a und eines Verstärkers 25a kann die Mittenspannung V_s10 des Wertes V_s1 durch

V_s10 = (V_s1max + V_s1min)/2 (12)

berechnet werden. Die Amplitudenspannung V_s1h des Wertes V_s1 kann unter Verwendung eines Subtrahierers 26a und eines Verstärkers 25b durc h

V_s1h = (V_s1max - V_s1min)/2 (13)

berechnet werden.

Die gleichen Operationen wie oben beschrieben werden be züglich des Wertes V_c1 ausgeführt. Genauer vergleicht ein Komparator 20b den Wert V_c1 mit der Mittenspannung V_c10 (bei der anfänglichen Berechnung wird V_c10 auf einen vorzu gebenen Anfangswert gesetzt), um ein Signal zu erzeugen, so daß eine Schaltvorrichtung 21b mit einer Halte schaltung 22c verbunden wird, falls V_c1<V_c10 ist, während die Schaltvorrichtung 21b mit einer Halteschaltung 22d verbunden wird, falls V_c1<V_c10 ist. Wenn ande rerseits V_s1 im wesentlichen gleich V_s10 ist, das heißt wenn

V_c10 - ΔV V_s1 V_sc10 + ΔV (14)

gilt (wobei ΔV eine Identifizierungsspannung ist), so er zeugt eine ein Haltesignal erzeugende Schaltung 23d ein Signal, derart, daß die Halteschaltungen 22c und 22d in einen Haltezustand versetzt werden. Auf diese Weise wird in der Halteschaltung 22c der Maximalwert V_c1max von V_c1 gehalten, während in der Halteschaltung 22d der Minimal wert V_c1min von V_c1 gehalten wird. Daher können unter Verwendung eines Addierers 24b, von Verstärkern 25c und 25d und eines Substrahierers 26b die Mittenspannung V_c10 und die Amplitudenspannung V_c1h von V_c1 durch

V_c10 = (V_c1max + V_c1min)/2 (15)

V_c1h = (V_c1max - V_c1min)/2 (16)

berechnet werden.

Weiterhin können die Mittenspannungen V_s20 und V_c20 und die Amplitudenspannungen V_s2h und V_c2h der Sinuswellensignale V_s2 und V_c2 durch die Mitten/Amplituden-Erfassungs schaltung 14b auf die gleiche Weise wie oben beschrieben erhalten werden.

In den Fig. 3A und 3B sind Graphen zur Erläuterung der Identifizierungsverarbeitung der Maximalwerte V_s1max und V_c1max und der Minimalwerte V_s1min und V_c1min entspre chend dem in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Verfahren gezeigt. In den Fig. 3A und 3B stellt die Abszisse jeweils den lenkradseitigen Winkel R₁ und die Ordinate die entsprechenden Sinuswellensignale V_s1 bzw. V_c1 dar. In Fig. 3A ist der Zustand gezeigt, in dem die wahre Mitten spannung V_s10 niedriger ist als ein vorgegebener Anfangs wert ist, während V_c10 höher als der vorgegebene Anfangs wert ist. Wie aus Fig. 3A ersichtlich ist, unterscheiden sich die ermittelten Maximalwerte V_s1max und V_c1max und die ermittelten Minimalwerte V_s1min und V_c1min von den entsprechenden wahren Maximal- und Minimalwerten. Die Am plitudenspannungen V_s1h und V_c1h, die unter Verwendung der Maximalwerte berechnet werden, sind kleiner als die entsprechenden tatsächlichen Werte, während die Mitten spannungen V_s10 und V_c10, die unter Verwendung der Mini malwerte berechnet werden, im wesentlichen gleich den entsprechenden wahren Werten sind. Dann werden unter Ver wendung der Mittenspannungen V_s10 und V_c10 die Maximal werte V_s1max und V_c1max und die Minimalwerte V_s1min und V_c1min erneut erfaßt. Wie aus Fig. 3B ersichtlich ist, sind diese Maximal- und Minimalwerte im wesentlichen gleich den entsprechenden wahren Werten.

Daher können Änderungen der Mittenspannungen und der Am plitudenspannungen, die aufgrund einer Änderung der Sensor kennlinie und aufgrund des auf die Lenksäule ausgeübten Drehmomentes auftreten können, automatisch erfaßt werden, so daß das Drehmoment mit hoher Genauigkeit er mittelt werden kann. Insbesondere beeinfluß in einer elektrischen Servolenkvorrichtung die Genauigkeit des Drehmomentsensors direkt das Lenkgefühl eines Fahrers. Die Übernahme des oben beschriebenen Systems erlaubt es daher, in eine Servolenkvorrichtung einen Lenkradbetrieb mit konstanter Lenkkraft und ohne Anpassungsschaltung zu implementieren und ein gutes Lenkgefühl zu schaffen.

In Fig. 4 ist ein Beispiel für die in einem Mikrocomputer softwaremäßig ausgeführten Verarbeitungen gezeigt, die anstelle der Mitten/Amplituden-Erfassungsschaltung 14 verwendet werden können. Obwohl die Verarbeitungen der Mitten/Amplituden-Erfassungsschaltung 14a entsprechen, können die gleichen Verarbeitungen selbstverständlich auch von der Mitten/Amplituden-Erfassungsschaltung 14b abgearbeitet werden.

Zunächst werden in einem Schritt 101 die Spannungsdifferenzen ΔV_s1 und ΔV_c1 zwischen V_s1 bzw. V_c1 und den nun bereitgestellten Mittenspannungen V_s10 bzw. V_c10 berechnet. Im Schritt 102 wird der Absolutwert |ΔV_c1| der Spannungsdifferenz mit der Identifizierungsspannung V verglichen. Wenn |ΔV_c1| größer als ΔV ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 103, während die Verarbeitung zum Schritt 104 geht, wenn |ΔV_c1| kleiner als der Wert ΔV ist.

Im Schritt 104 wird entschieden, ob die Spannungsdifferenz ΔV_s1 positiv oder negativ ist. Wenn ΔV_s1<0 ist, wird im Schritt 105 der Wert V_s1max berechnet. Wenn ΔV_s1 <0 ist, wird im Schritt 106 V_s1min berechnet. Dabei werden die Gleichungen

V_s1max = {(N - 1) · V_s1max + V_s1}/N (17)

V_s1min = {(N - 1) · V_s1min + V_s1}/N (18)

verwendet, wobei N eine (ganzzahlige) Gewichtungskonstante ist.

Danach werden im Schritt 107 unter Verwendung der Gleichungen (12) und (13) die Mittenspannung V_s10 und die Amplitudenspannung V_s1h berechnet.

Wenn die Verarbeitung andererseits zum Schritt 103 geht, wird dort der Absolutwert |ΔV_s1| der Spannungsdiffernz mit der Identifizierungsspannung ΔV verglichen. Wenn gilt, daß |ΔV_s1|ΔV ist, wird die Verarbeitung beendet, weil dieser Fall nicht erfaßt werden kann. Wenn gilt, daß |ΔV_s1|<ΔV ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 108. Im Schritt 108 wird entschieden, ob die Spannungsdifferenz ΔV_c1 positiv oder negativ ist. Wenn gilt, daß ΔV_c1<0 ist, wird im Schritt 109 der Wert V_c1max berechnet. Wenn gilt, daß ΔV_c1<0 ist, wird im Schritt 110 der Wert V_c1min berechnet. Bei dieser Berechnung werden die Gleichungen

V_c1max = {(N - 1) · V_c1max + V_c1}/N (19)

V_c1min = {(N - 1) · V_c1min + V_c1}/N (20)

verwendet, wobei N eine (ganzzahlige) Gewichtungskonstante ist.

Danach werden im Schritt 111 unter Verwendung der Gleichungen (15) und (16) die Mittenspannung V_c10 und die Amplitudenspannung V_c1h berechnet.

Entsprechend diesem Beispiel kann die Identifizierungsgeschwindigkeit der Mittenspannungen und der Amplitudenspannungen (Konvergenzintervall) durch die Verarbeitung passend variiert werden, indem eine Gewichtungskonstante verwendet wird, derart, daß eine stabilisierte Sensorausgabe geschaffen werden kann, die frei von Einflüssen eines Rauschens ist, dessen Periode kürzer als die Konvergenzperiode ist.

In Fig. 5 ist eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser abgewandelten Ausführungsform ist eine weitere Einrichtung hinzugefügt, mit der der lenkradseitige Winkel R₁ und der motorseitige Winkel R₂, die von der Winkelberechnungsschaltung 15 berechnet werden, mit der Mitten/ Amplituden-Erfassungsschaltung 14 rückgekoppelt werden. Mit Ausnahme der hinzugefügten Einrichtung arbeitet das in Fig. 5 gezeigte System auf die gleiche Weise wie das in Fig. 1 gezeigte System. Die Operation der Mitten/ Amplituden-Erfassungsschaltung 14, an die die Winkel R₁ und R₂ rückgekoppelt werden, ist in Fig. 6 gezeigt. Genauer ist in Fig. 6, die der Fig. 4 entspricht, die Mitten/Amplituden-Erfassungsschaltung 14a gezeigt, die durch eine in einem Mikrocomputer ausgeführte softwaremäßige Verarbeitung abgearbeitet wird. Die in Fig. 6 gezeigte Verarbeitung unterscheidet sich in den Schritten 201 bis 204 von der in Fig. 4 gezeigten Verarbeitung, während die Schritte 109 bis 111 mit denjenigen von Fig. 4 identisch sind. Zunächst wird im Schritt 201 festgestellt, ob der lenkradseitige Winkel R₁ im Intervall 90° ±ΔR (ΔR: Identifizierungswinkel) liegt. Wenn die Antwort "Ja" lautet, wird im Schritt 105 V_s1max berechnet. Wenn die Antwort "Nein" lautet, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 202. Im Schritt 202 wird festgestellt, ob der lenkradseitige Winkel im Bereich 270° ±ΔR liegt. Wenn die Antwort "Ja" lautet, wird im Schritt 106 der Wert V_s1min berechnet. Wenn die Antwort "Nein" lautet, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 203. In diesem Schritt wird festgestellt, ob der lenkradseitige Winkel R₁ im Bereich 180° ±ΔV liegt. Wenn die Antwort "Ja" lautet, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 110, in dem V_c1min berechnet wird. Wenn die Antwort "Nein" lautet, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 204. In diesem Schritt wird festgestellt, ob der lenkradseitige Winkel R₁ im Bereich ±ΔR liegt. Wenn die Antwort "Ja" lautet, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 109, in dem V_c1max berechnet wird. Wenn der lenkradseitige Winkel R₁ keine der obigen Bedingungen erfüllt, wird die Identifizierungsverarbeitung nicht ausgeführt. Gemäß der oben beschriebenen Identifizierungsverarbeitung hat der Identifizierungswinkel ΔR selbst die Bedeutung eines zulässigen Winkelfehlers, so daß der Drehmomentsensor mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden kann.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 7 eine Verarbeitung erläutert, die vom Berechnungsverfahren in der Winkelberechnungsschaltung 15, wie es mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben worden ist, verschieden ist. Genauer sind in Fig. 7 die in einem Mikrocomputer abzuarbeitenden softwaremäßigen Verarbeitungen gezeigt, die von der Winkelberechnungsschaltung 15a ausgeführt werden. Im Schritt 301 werden die Gleichungen (5) und (6) berechnet, um den Sinuswert s1 und den Kosinuswert c1 zu erhalten. Im Schritt 302 werden deren jeweilige Absolutwerte miteinander verglichen. Falls gilt, daß |s1||c1|, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 303, während die Verarbeitung zum Schritt 304 geht, falls |s1|<|c1| ist. Wenn die Verarbeitung zum Schritt 303 geht, wird entschieden, ob c1 positiv oder negativ ist. Wenn c1<0 ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 305, andernfalls geht sie zum Schritt 306. Wenn die Verarbeitung zum Schritt 305 gegangen ist, bedeutet dies, daß cosR₁<0 und |sinR₁||cos R₁| ist, so daß der lenkradseitige Winkel R₁ im Bereich zwischen -45° und +45° liegt. Daher wird im Schritt 205 der lenkradseitige Winkel R₁ durch die Formel

R₁ = sin^-1 (s1) (21)

berechnet.

Entsprechend geht die Verarbeitung zum Schritt 306, wenn der lenkradseitige Winkel R₁ im Bereich zwischen 135° und 225° liegt. Daher wird im Schritt 306 der lenkradseitige Winkel R₁ durch

R₁ = π - sin^-1 (s1) (22)

berechnet.

Wenn die Verarbeitung zum Schritt 304 geht, wird dort entschieden, ob s1 positiv oder negativ ist. Wenn s1<0 ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 307, andernfalls geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 308. Wenn die Verarbeitung zum Schritt 305 gegangen ist, bedeutet dies, daß sinR₁<0 und |sinR₁|<|cosR₁| ist, so daß der lenkradseitige Winkel R₁ im Bereich zwischen 45° und 135° liegt. Daher wird im Schritt 307 der lenkradseitige Winkel R₁ durch

R₁ = cos^-1 (c1) (23)

berechnet. Entsprechend geht die Verarbeitung zum Schritt 308, wenn der lenkradseitige Winkel im Bereich zwischen -135° und -45° liegt. Daher wird im Schritt 308 der lenkradseitige Winkel R₁ durch

R₁ = - cos^-1 (c1) (24)

berechnet.

In diesem Beispiel kann der Winkel R₁ durch Divisionen berechnet werden, deren Anzahl kleiner als im Fall von Gleichung (7) ist, so daß die Berechnung mit höherer Geschwindigkeit ausgeführt werden kann.

Wenn sich sowohl der Wert sin R₁ als auch der Wert cos R₁ dem Wert 1 nähert, wird die Änderungsrate des lenkradseitigen Winkels R₁ klein, so daß die Genauigkeit von sin^-1(s1) bzw. von cos^-1(c1) abgesenkt wird. In diesem Beispiel werden sin^-1(s1) oder cos^-1(c1) in vier Unterteilungsbereichen stets so verwendet, daß sie eine höhere Genauigkeit besitzen, weshalb das Drehmoment mit hoher Genauigkeit erfaßt werden kann.

In Fig. 8 ist eine Abwandlung des in Fig. 7 gezeigten Winkelerfassungsverfahrens gezeigt. Die Grundidee der in Fig. 8 gezeigten Verarbeitung ist die gleiche wie in Fig. 7. Im Schritt 401 von Fig. 8 werden jedoch die Werte s1 und c1 durch

s1 = (V_s1 - V_s10) (25)

c1 = (V_c1 - V_c10) (26)

berechnet, ohne daß Divisionen ausgeführt werden müssen.

In den Schritten 402 bis 404 werden die gleichen Verarbeitungen wie in den Schritten 302 bis 304 von Fig. 7 abgearbeitet. Die Schritte 405 bis 408 entsprechen den Schritten 305 bis 308 von Fig. 7; in den Schritten 405 bis 408 werden die Divisionen mit einem Divisor V_s1h bzw. V_c1h ausgeführt. Daher kann die Anzahl der Divisionen im Vergleich zum Fall von Fig. 7 weiter reduziert werden. Außerdem hängt der Bereich der Divisionen in den Schritten 405 bis 408 von V_s1h und von V_c1h ab, so daß der lenkradseitige Winkel R₁ nicht notwendig bei -45°=, +45°=, +135°= und +225° unterteilt werden muß. Ferner wird im Schritt 407 statt des Ausdrucks cos^-1(c1/V_c1h) der Ausdruck π/2- sin^-1(c1/V_c1h) und im Schritt 408 statt des Ausdrucks cos^-1(c1/V_c1h) der Wert 3π/2+sin^-1(c1/V_c1h) berechnet (-90°= wird als äquivalent mit +270° betrachtet). In diesem Verfahren sind nur die Werte von Arcussinusfunktionen im voraus in einer ROM-Tabelle gespeichert, die über ein Tabellenabrufsystem ausgelesen werden. Daher können in dem Verfahren von Fig. 8 Berechnungen mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden, ferner kann ein System mit weniger Speicherkapazität verwirklicht werden, da keine Arcuskosinusfunktionen verwendet werden. Folglich kann erfindungsgemäß eine elektrische Servolenkvorrichtung geschaffen werden, die eine kompakte und billige Steuereinrichtung aufweist.

In Fig. 9 ist das Flußdiagramm einer softwarenmäßigen Verarbeitung gezeigt, die sich vom Verfahren zur Berechnung des Maximalwerts und des Minimalwerts des Sinuswellensignals unterscheidet. Im Schritt 501 wird festgestellt, ob der lenkradseitige Winkel R₁ die gleiche Orientierung wie bei der vorhergehenden Erfassung besitzt. Wenn er eine andere Orientierung besitzt, können die Maximal- und Minimalwerte durch das Verfassen von Fig. 9 nicht berechnet werden. Dann geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 506. Wenn der lenkradseitige Winkel R₁ die gleiche Orientierung wie bei der vorhergehenden Erfassung besitzt, wird im Schritt 502 die entsprechende Winkelgeschwindigkeit festgestellt. Wenn die Winkelgeschwindigkeit gleich oder größer als eine vorgegebene Geschwindigkeit ω₀ ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 506; dann ist die Winkelgeschwindigkeit zu hoch, so daß der Maximalwert bzw. der Minimalwert nicht erfaßt werden kann. Wenn andererseits die Winkelgeschwindigkeit geringer als die vorgegebene Geschwindigkeit ω₀ ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 503. In diesem Schritt wird festgestellt, ob sich der lenkradseitige Winkel R₁ bis zum Winkelwert 360° ununterbrochen unterhalb der vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit in die gleiche Richtung bewegt hat. Wenn er sich nicht bis zum Wert 360° gedreht hat, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 510 und den folgenden Schritten. Zunächst wird im Schritt 510 der momentane Wert V_s1 mit dem momentanen Wert V_s1max verglichen. Wenn V_s1V_s1max ist, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 511, während die Verarbeitung zum Schritt 512 geht, falls V_s1<V_s1max ist. Im Schritt 512 wird der Wert V_s1max durch den Wert V_s1 aktualisiert. Im Schritt 511 wird der momentane Wert V_s1 mit dem Wert V_s1min verglichen. Wenn V_s1<V_s1min, wird im Schritt 513 der Wert V_s1min durch den Wert V_s1 aktualisiert. Wenn V_s1 V_stmin, wird die Aktualisierungsoperation nicht ausgeführt. Genauso werden in den Schritten 514 bis 517 die Werte V_c1max und V_c1min aktualisiert. Wenn das Ergebnis der Aktualisierung ergibt, daß sich der lenkradseitige Winkel R₁ bis zum Wert 360° gedreht hat, geht die Verarbeitung vom Schritt 503 weiter zum Schritt 504. Im Schritt 504 werden die aktualisierten Werte V_s1max, V_s1min, V_c1max und V_c1min als neue Werte V_s1max bzw. V_s1min bzw. V_c1max bzw. V_c1min verwendet. Im Schritt 505 werden die Gleichungen (12), (13), (14) und (15) berechnet. Auf diese Weise können die entsprechenden Mittenspannungen und Amplitudenspannungen von V_s1 bzw. V_c1 erhalten werden. Im Schritt 506 werden V_s1max und V_s1min auf den Anfangswert V_s10 gesetzt, während V_c1max und V_c1min auf den Anfangswert V_c10 gesetzt werden. In diesem Beispiel gibt es keinen Toleranzbereich, in dem die Mittenspannungen und die Amplitudenspannungen identifiziert werden, so daß der Drehmomentsensor vom Beginn der durch die Leistungsversorgung bewirkten Drehung des Lenkrades an mit hoher Genauigkeit arbeitet. Somit kann eine elektrische Servolenkvorrichtung so betrieben werden, daß sie von Beginn an ein gutes Lenkgefühl schafft.

In Fig. 10 ist das Flußdiagramm einer softwaremäßigen Verarbeitung gezeigt, in der die Phasendifferenzen der Sinuswellensignale, die von einer Differenz von 90° abweichen, korrigiert werden. Im allgemeinen können die Phasendifferenzen von Sinuswellensignalen von einer Differenz von 90° aufgrund eines Fehlers bei der Befestigung des Drehmomentsensors abweichen. Im folgenden wird das Prinzip der Erfassung der Phasenabweichung α₁, um die die Phasendifferenz zwischen V_s1 und V_c1 von der 90°-Differenz abweicht, beschrieben. Daher können die Werte V_s1 und V_c1 folgendermaßen dargestellt werden:

V_s1 = V_s1h · sin R₁ + V_s10 (27)

V_s1 = V_s1h · cos (R₁ + α₁) + V_c10 (28)

Aus den Gleichungen (27) und (28) können die Werte sin R₁ und cos (R₁+α₁) durch

s1 = sin R₁ = (V_s1 - V_s10)/V_s1h (29)

c1 = cos (R₁ + α₁) = (V_c1 - V_c10)/V_c1h (30)

dargestellt werden. Nun wird angenommen, daß der Absolutwert von s1 und c1 in den Gleichungen (29) und (30) dann, wenn s1=c1 gilt, durch V_a gegeben ist, während der Absolutwert von s1 und von c1 dann, wenn s1=-c1 gilt, durch V_b gegeben ist. Anhand der Gleichungen (29) und (30) kann die Beziehung zwischen der Phasenabweichung α₁ und den Absolutwerten V_a und V_b durch

(1 + sin α₁)/cos α₁ = V_b/V_a (31)

dargestellt werden. Daher kann durch die Erfassung von V_a und V_b aus Gleichung (31) die Phasenabweichung α₁ eindeutig berechnet werden. Wenn die Phasenabweichung α₁ den Wert 0 bsitzt, ist V_b/V_a gleich 1.

Mit Bezug auf Fig. 10 wird nun ein konkretes Verfahren zur Berechnung der Phasenabweichung erläutert.

Im Schritt 601 werden die Mittenspannungen V_s10 und V_c10 und die Amplitudenspannungen mittels Verfahren, die mit Bezug auf die Fig. 2 und 9 beschrieben worden sind, berechnet. Selbst wenn hierbei eine Phasenabweichung α₁ auftritt, hat dies kaum einen Einfluß auf diese Verfahren. Insbesondere wird das Verfahren von Fig. 9 durch die Abweichung α₁ nicht beeinflußt. Im Schritt 602 werden aus den Gleichungen (29) und (30) der Sinuswert s1 und der Kosinuswert c1 berechnet. Im Schritt 603 wird festgestellt, ob die Differenz zwischen s1 und c1 im Intervall V₀ liegt, anschließend wird im Schritt 604 der Absolutwert von (s1+c1), dividiert durch 2, gleich dem Wert V_a gesetzt. Wenn die obige Differenz das Intervall ΔV₀ übersteigt, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 605. Im Schritt 605 wird festgestellt, ob die Differenz zwischen s1 und -c1 im Intervall ΔV₀ liegt. Wenn die Antwort "Ja" lautet, geht die Verarbeitung weiter zum Schritt 606, während die Abweichung α₁ nicht berechnet wird, falls die Antwort "Nein" lautet. Im Schritt 606 wird der Absolutwert von (s1-c1), dividiert durch 2, gleich dem Wert V_b gesetzt. Im Schritt 607 werden die in den Schritten 604 und 605 berechneten Werte V_a bzw. V_b dazu verwendet, die Phasenabweichung α₁ zu berechnen, um die Gleichung (31) zu erfüllen.

In Fig. 11 ist das Flußdiagramm der softwaremäßigen Verarbeitung, die der Winkelberechnungsschaltung 15 entspricht, gezeigt, wobei die Phasenabweichung α₁ Berücksichtigung findet. Die Schritte 701 bis 704 sind mit den Schritten 301 bis 304 in Fig. 7 identisch. Die Schritte 705 und 706 sind mit den Schritten 305 und 306 in Fig. 7 identisch, weil die Phase von sin R₁ als Standardphase verwendet wird. Daher wird in den Schritten 707 und 708 eine Subtraktion der Phasenabweichung α₁ ausgeführt, um den lenkradseitigen Winkel R₁ zu erhalten.

In den Fig. 12A und 12B sind Wellenformen gezeigt, die die Beziehungen zwischen der Phasenabweichung α₁ und den Werten V_a und V_b angeben. In Fig. 12A sind die Größen von V_a und V_b gezeigt, wenn die Phasenabweichung α₁=0 ist. Dann gilt: V_a=V_b. In Fig. 12B sind die Größen von V_a und V_b gezeigt, wenn die Phasenabweichung α₁=-30° ist. Da V_a<V_b ist, besitzt die Phasenabweichung α₁ einen negativen Wert, wie aus Gleichung (31) verständlich wird. Die Erfassung der Phasenabweichung α₁, wie sie in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist, ist in Fig. 2 durch den Block 29 dargestellt.

Fig. 13 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Berechnung der Phasenabweichung α₁ auf der Grundlage der Werte V_a und V_b. Eine Dividiereinrichtung 27 berechnet aufgrund der Eingabe der Werte V_a und V_b den Quotienten V_b/V_a. Dieser Wert wird an einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 28 geliefert. Genauer wird der Wert V_b/V_a in den Adressenbus des ROMs 28 eingegeben. Es wird angenommen, daß das ROM 28 die Daten der Phasenabweichung α₁, die durch Gleichung (31) gegeben sind, unter der Adresse des Wertes V_a/V_b speichert. Wenn dann der Wert V_b/V_a in den Adressenbus des ROMs 28 eingegeben wird, werden die der Phasenabweichung entsprechenden Daten an den Datenbus ausgegeben. Durch dieses Verfahren kann die Phasenabweichung α₁ ohne Abarbeitung irgendeiner komplizierten Berechnung berechnet werden. Daher werden sowohl die Phasenabweichung als auch die Mittenspannung und die Amplitudenspannung kompensiert, so daß die Drehmomentsteuerung mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann. Ferner kann die Phasenabweichung lediglich durch Berechnung, das heißt durch die Umwandlung von Gleichung (31) erhalten werden, so daß keine ROM-Tabelle verwendet werden muß. Wenn daher die Kapazität des ROMs verringert werden soll, kann die Phasenabweichung durch eine ausschließlich softwaremäßige Abarbeitung in einem Mikrocomputer erhalten werden. Es wird festgestellt, daß für den motorseitigen Winkel R₂ dieselben Verarbeitungen wie oben beschrieben ausgeführt werden müssen, so daß Einzelheiten dieser Verarbeitungen nicht erläutert werden.

Selbstverständlich kann der Drehmomentsensor gemäß der bisher beschriebenen Ausführungsform nicht nur für eine Servolenkvorrichtung, sondern auch für andere Geräte verwendet werden; ferner kann der Drehmomentsensor auch als Positionssensor zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann der Drehmomentsensor zur Robotersteuerung verwendet werden. Wenn zur Erfassung der Drehmomente der entsprechenden Wellen eines Roboters zugeordneten Motoren der Drehmomentsensor an jeder der direkt mit den entsprechenden Motoren verbundenen Wellen angeordnet ist, können die Abtriebsdrehmomente der Motoren leicht erfaßt werden, wodurch eine leichte Steuerung der Roboterkraft ermöglicht wird. Somit kann der Drehmomentsensor für die Steuerung des der Berührung mit einer menschlichen Hand entsprechenden Ergreifens eines empfindlichen Gegenstandes verwendet werden. Ferner kann der Drehmomentsensor zur Erfassung eines mit hoher Geschwindigkeit pulsierenden Drehmomentes in einer einen Kompressor verwendenden Vorrichtung wie etwa einem Kühlapparat verwendet werden, so daß eine Drehmomentsteuerung mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt und dadurch eine Geschwindigkeitssteuerung für einen mit geringerer Drehzahl und damit leiser laufenden Motor verwirklicht werden kann.

Obwohl der Drehmomentsensor in der oben beschriebenen Ausführungsform als Digitalschaltung ausgebildet worden ist, kann er auch als Analogschaltung konstruiert werden. Die vorliegende Erfindung kann durch die Abarbeitung einer der Drehmomentberechnungseinrichtung entsprechenden Software implementiert werden, wobei die Drehmomentsteuervorrichtung als Einchip-Mikrocomputer ausgelegt werden kann. Der Drehmomentsensor kann entweder ein optischer oder ein magnetischer Sensor sein.

In einem Wellensignale verwendenden, kontaktlosen Drehwinkel/Drehmoment-Sensor kann eine möglicherweise auftretende Signalveränderung automatisch erfaßt werden, so daß ein Drehwinkel/Drehmoment-Sensor mit hoher Genauigkeit geschaffen wird. Eine elektrische Servolenkvorrichtung, die einen solchen Drehwinkel/ Drehmoment-Sensor verwendet, benötigt keine Signalanpassungsschaltung und kann dennoch ohne Signalanpassung und bei niedrigen Kosten ein gutes Lenkgefühl erzeugen.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung des Drehwinkels einer rotierenden Welle mit

- Signalerzeugungseinrichtungen (3) zur Erzeugung zweier Signale (V_s1, V_s2; V_c1, V_c2) mit einer periodischen Aufeinanderfolge von Maximal- und Minimalwerten, die jeweils entsprechend dem Drehwinkel (R) der rotierenden Welle (2) variieren und die zueinander eine vorbestimmte Phasenverschiebung haben,
- Erfassungseinrichtungen (14a, 14b), die beide Signale (V_s1, V_s2; V_c1, V_c2) erfassen und dann, wenn ein Signal (V_s1, V_s2) den Wert seiner Mittenspannung (V_s10, V_s20) besitzt, die Maximal- und Minimalwerte des jeweils anderen Signals (V_c1, V_c2) erfassen und anhand der erfaßten Werte den Wert der Mittenspannung (V_c10, V_c20) dieses Signals (V_c1, V_c2) korrigieren und
- Winkelberechnungseinrichtungen (15a, 15b), die aus den Montentanwerten der beiden Signale (V_s1, V_s2; V_c1, V_c2) und deren Maximal- und Minimalwerten den Drehwinkel (R) der rotierenden Welle (2) berechnen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- Phasenerfassungseinrichtungen (27, 28, 29), die aus den Momentanwerten der beiden Signale (V_s1, V_s2; V_c1, V_c2) eine Abweichung der Phasenverschiebung von der vorbestimmten Phasenverschiebung erfassen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenerfassungseinrichtungen (27, 28, 29) die Abweichung der Phasenverschiebung auf der Grundlage des Betrags (V_a) derjenigen Signalwerte bestimmen, die sich ergeben, wenn die Momentanwerte der beiden Signale (V_s1, V_s2; V_c1, V_c2) einander gleich bzw. gegengleich (bei gleichem Betrag im Vorzeichen verschieden) sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtungen (3) gleichzeitig ein erstes und ein zweites Signal (V_s1, V_s2; V_c1, V_c2) erzeugen, die sinuswellenförmig entsprechend der Änderung des Drehwinkels (R) der rotierenden Welle (2) variieren, wobei das zweite Signal (V_c1, V_c2) gegenüber dem ersten Signal (V_s1, V_s2) eine Phasenverschiebung von 90° aufweist.

5. Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments einer rotierenden Welle, dadurch gekennzeichnet,
daß entlang der rotierenden Welle (2) mit gegenseitigem Abstand zwei Vorrichtungen zur Erfassung des Drehwinkels (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 angeordnet sind, von denen jede den Drehwinkel (R₁; R₂) des entsprechenden Wellenabschnitts ermittelt, und
daß Drehmomentberechnungseinrichtungen (16) vorgesehen sind, die das Drehmoment (τ) an der rotierenden Welle (2) auf der Grundlage der Differenz zwischen den beiden ermittelten Drehwinkeln (R₁; R₂) berechnen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ihre Anwendung bei einer Servolenkung mit einem an einer Lenksäule (2) angebrachten Elektromotor (9) zu dessen Steuerung für die Erzeugung eines zusätzlichen Drehmoments (τ_s) für die Lenksäule (2).