DE3604396A1

DE3604396A1 - Elektrisches leistungssteuersystem fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3604396A1
Application number: DE19863604396
Authority: DE
Inventors: Toshitake Kawai; Yasuo Shimizu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1986-02-12
Publication date: 1986-08-14
Also published as: GB2170763B; US4727950A; DE3604396C2; GB8603335D0; FR2577187A1; JPH064417B2; FR2577187B1; GB2170763A; JPS61184171A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Leistungssytem für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung ein elektrisches Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge, das ein Hilfsdrehmoment zur Steuerung durch eine einen elektrischen Motor verwendende Steuerservoeinrichtung erzeugt.

Im Hinblick auf Probleme von hydraulischen Leistungssteuersystemen, die beispielsweise darin bestehen, daß ihr Aufbau kompliziert ist, wurde kürzlich eine Vielzahl von elektrischen Leistungssteuersystemen für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen. Beispielsweise ist in der Japanischen Auslegungsschrift Nr. 59-70257 ein elektrisches Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge beschrieben.

Dieses elektrische Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge enthält eine Eingangswelle als eine Steuerwelle, die mit dem Steuerrad verbunden ist, eine Ausgangswelle, die über ein Universalgelenk mit der Eingangswelle und über einen Zahnstangengetriebemechanismus mit einer Zug- bzw. Spurstange eines gesteuerten Rades verbunden ist, einen elektrischen Motor, der ein Hilfsdrehmoment über ein Un-

OQ tersetzungsgetriebe an die Ausgangswelle anlegt, einen Mechanismus zur Ermittlung des Drehmomentes, der an der Eingangswelle angeordnet ist, um das auf die Eingangswelle einwirkende Steuerdrehmoment zu ermitteln, und einen Antriebssteuerkreis, der auf der Grundlage eines Ermitt-

gc lungssignales von dem Mechanismus zur Ermittlung des Drehmomentes ein Signal für die Größe des Drehmomentes

und ein Signal für die Richtung des Drehmomentes, die die Größe und die Richtung des Steuerdrehmomentes, das auf die Eingangswelle einwirkt, jeweils darstellen, erzeugen kann. Bei diesem System wird dem elektrischen Motor ein Ankerstrom proportional zum Signal für die Größe des

Drehmomentes und in Übereinstimmung mit der Leitungsrichtung des Signales für die Richtung des Drehmomentes zugeführt. Der Mechanismus zur Ermittlung des Drehmomentes besteht aus einem Dehnungsmessersensor. 10

Bei einer derartigen Anordnung wird dann, wenn das Steuerrad betätigt wird, an die Ausgangswelle ein angemessenes Hilfsdrehmoment vom elektrischen Motor angelegt, so daß die Steueroperation erleichtert wird.

Bei einem elektronischen LeistungsSteuersystem gemäß der zuvor genannten Japanischen Offenlegungsschrift wird jedoch wie in dem Fall eines gewöhnlichen manuellen Steuersystems ohne Hilfsleistung, ein Steuergetriebemechanismus angewendet, in dem dann, wenn ein Steuerrad in einer Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn um einen vorbestimmten Winkel aus einer neutralen Position gedreht wird, eine Zahnstange an der Ausgangsseite so bewegt wird, daß sie an einem entsprechenden Ende ihrer Hubenden positioniert ist, weshalb das Steuerrad daran gehindert wird, weiter in dieselbe Richtung gedreht zu werden. Im allgemeinen beträgt der vorbestimmte Winkel etwa 540° oder entspricht er etwa eineinhalb Umdrehungen des Steuerrades.

In einem elektrischen Leistungssteuersystem dieser Art gemäß der zuvor genannten Japanischen Offenlegungsschrift ist es daher an den Hubenden einer ausgangsseitigen Zahnstange, d.h. an beiden Steuerenden eines Steuerrades, wünschenswert, das Hilfsdrehmoment zu verringern oder dessen Erzeugung durch einen elektrischen Motor zu beenden. Dieser Wunsch ergibt sich daraus, daß die Lebensdauer des

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elektrischen Motores selbst wie auch des ganzen Leistungssteuersystems dadurch vergrößert würden und daß der Verbrauch elektrischer Leistung verringert würde, was zu Leistungseinsparungen führen würde.

Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Wunsch bei herkömmlichen Leistungssteuersystemen der beschriebenen Art.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ¹Q ein elektrisches Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge anzugeben, in dem unter der Bedingung, daß ein Steuerrad in die Nähe eines seiner Steuerenden gedreht wird, die Entwicklung des Hilfsdrehmomentes durch einen elektrischen Motor wenigstens reduziert wird, wodurch die Lebensdauer des elektrischen Motores selbst wie auch des ganzen Leistungssteuersystems vergrößert werden kann und weshalb der Verbrauch von elektrischer Leistung verringert wird, wodurch sich Leistungseinsparungen ergeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge mit einer Eingangswelle, die wirksam mit einem Steuerrad verbunden ist, eine Ausgangswelle, die wirksam mit einem gesteuerten Rad verbunden ist, einem elektrischen Motor zum wirksamen Anlegen eines Hilfsdrehmomentes an die Ausgangswelle, einer Einrichtung zur Ermittlung des auf die Eingangswelle einwirkenden Steuerdrehmomentes und einer Antriebssteuereinrichtung zum Anlegen eines Motorantriebssignales an den elektrischen Motor unter Beachtung eines Ausgangssignales von der Einrichtung zur Ermittlung des Steuerdrehmomentes. Dieses System wird dadurch verbessert, daß eine Einrichtung zur Ermittlung des Steuerwinkels des gesteuerten Rades und eine Korrektureinrichtung vorgesehen werden, die eine wirksame Korrektur vornimmt, um das Motorantriebssignal zur Verringerung des am elektrischen Motor zu entwickelnden Hilfsdrehmomentes unter der

Bedingung zu verringern, daß durch die Ermittlungseinrichtung für den Steuerwinkel ermittelt wird, daß der Steuerwinkel des Steuerrades einen vorbestimmten Winkel überschreitet.
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Die obengenannten Merkmale, weitere Merkmale, Vorteile und Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung gehen noch deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung hervor. Dabei erfolgt diese Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektromagnetische Servovorrichtung, die ein wesentliches Teil eines elektrischen Leistungs

steuersystems für Kraftfahrzeuge gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Viertel weggeschnitten ist;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II

der Fig. 1;

Fig. 3A einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1, der ein bewegliches Ferroglied

eines Sensors für das Steuerdrehmoment in der elektromagnetischen Servovorrichtung zeigt;

Fig. 3B und 3C eine Seitenansicht und eine Aufsicht des

beweglichen Gliedes der Fig. 3A;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV

der Fig. 1, der einen Sensor für die Stouordrehung in der elektromagnetischen Servo

vorrichtung zeigt;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V

der Fig. 1;

Fig. 6 ein ausführliches Blockschaltbild eines Steuerkreises der elektromagnetischen

Servovorrichtung;

Fig. 7 ein weiteres ausführliches Blockschaltbild eines Ermittlungskreises für die

IC Steuerdrehung in dem Steuerkreis der

Fig. 6;

Fig. 8 ein Zeitdiagramm der Ausgangssignale an verschiedenen Bereichen des Kreises der Fig. 7;

Fig. 9A, 9B schematische Ablaufdiagramme von Hauptschleifenprozessen und Unterbrechungsprozessen, die in der Mikrocomputereinheit in dem Steuerkreis der Fig. 6 ausgeführt

werden;

Fig. 10 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen

einem integralen Wert von für den Steuerwinkel repräsentativen Ausgangsimpulsen

von dem Ermittlungskreis für die Steuerdrehung und einem Steuerwinkel zeigt;

Fig. 11 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem integralen Wert von für den Steuerwin

kel repräsentativen Impulsen und einem Korrekturwert für einen Prozeß im unbelasteten Zustand zeigt;

Fig. 12 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen

einem Steuerwinkelsignal und einem Anker-

3 ~

strom eines elektrischen Motors der elek

tromagnetischen Servovorrichtung zeigt;

Fig. 13 ein Diagramm zur Beschreibung von Betriebs-Charakteristiken des elektrischen Motors

der elektromagnetischen Servovorrichtung, wobei Beziehungen zwischen dem Ankerstrom, der Umdrehungsanzahl und dem Lastdrehmoment des Motors gezeigt sind; 10

Fig. 14 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Ankerstrom des elektrischen Motors und einem Antriebsstrom einer magnetischen Kupplung der elektromagnetischen Servovorrichtung zeigt;

Fig. 15 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen

einem auf die elektromagnetische Servovorrichtung ausgeübten Lastdrehmoment und einem auf die elektromagnetische Servo

vorrichtung einwirkenden Steuerdrehmoment zeigt; und

Fig. 16 ein schematisches Blockschaltbild des Steuerkreises der Fig. 6.

40 ; ,

In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 200 die Gesamtheit einer elektromagnetischen Servoeinrichtung, die ein wesentliches Teil eines elektrischen Leistungssteuersystems für Kraftfahrzeuge gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem ein nicht dargestelltes Fahrzeug ausgerüstet ist. Die Servovorrichtung 200 weist eine Eingangswelle 4, die mit ihrem rechten Ende gemäß Fig. 1 mit einem nicht dargestellten Steuerrad des Steuersystems verbunden ist, eine Steuersäule 1, die in ihrem Inneren die Eingangswelle 4 aufnehmen kann und an einem nicht dargestellten Körper des Kraftfahrzeuges befestigt ist, eine Ausgangswelle 7, die mit ihrem linken Ende gemäß Fig. 1 mit einem Steuergetriebe bzw. Steuergetriebegehäuse (nicht dargestellt) für die gesteuerten Räder (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeuges verbunden ist und in Bezug auf die Eingangswelle 4 koaxial angeordnet ist, ein Gehäuse 3 zur Aufnahme der Ausgangswelle 7 und einen Stator 2 eines elektrischen Motores 3 auf, der später erläutert werden wird. Der Stator 2 ist einstückig bzw. integral mit der Säule 1 und dem Gehäuse 3 verbunden.

Die Eingangswelle 4 ist mit ihrem axialen innersten Bereich lose in den axialen innersten Bereich der Ausgangswelle 7 eingesetzt, wobei die innersten Bereiche der Wellen 4, 7 über einen Torsionsstab 8 miteinander verbunden sind, der koaxial zu den Wellen 4, 7 angeordnet ist. Die Eingangswelle 4 und die Ausgangswelle 7 werden in der richtigen Lage drehbar durch ein Paar von Lagern 9, 10

ng bzw. drei Lager 11, 12, 13 gelagert.

Die elektromagnetische Servovorrichtung 200 besteht aus einem Sensor 20 für die Steuerdrehung, der um die Eingangswelle 4 herum angeordnet ist, einem Sensor 24 für das Steuerdrehmoment, der um die lose eingesetzten innersten Bereiche der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle

herum angeordnet ist, dem elektrischen Motor 33, bei dem es sich um einen Gleichstrommotor handelt, der koaxial um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet ist und ein Hilfsdrehmoment an die Welle 7 anlegen kann, wie dies später erläutert werden wird, einem Untersetzungsgetriebe 50, einer elektromagnetischen Kupplung 63 und einer Steuervorrichtung in der Form eines Steuerkreises 75 zum Antreiben und Steuern des elektrischen Motores 33 und der elektrischen Kupplung 63 in Übereinstimmung mit entsprechenden Ermittlungs-Signalen, die von dem Sensor 20 für die Steuerdrehung und dem Sensor 24 für das Steuerdrehmoment ausgesendet werden.

Genauer gesagt ist die Eingangswelle 4 in eine erste Welle 5 und eine röhrenförmige zweite Welle 6 unterteilt. An dem axialen äußeren Ende der ersten Welle 5, d.h. in der Fig.1 an dem rechten Ende, ist das Steuerrad befestigt. Mit dem axialen inneren Ende ist die erste Welle 5 mit der röhrenförmigen zweiten Welle über eine Gummibuchse 14 verbunden, die dazwischen angeordnet ist, um die Übertragung von Schwingungen bzw. Vibrationen zu verhindern. Die Gummibuchse 14 besteht aus einem radialen inneren und einem radialen äußeren Metallrohr 14a, 14b und einem elastischen Glied 14c, das dazwischen angeordnet ist. Das innere Rohr 14a ist an der ersten Welle 5 befestigt. Das äußere Rohr 14b ist an der zweiten Welle 6 befestigt.

Wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist, ist außerdem am axialen inneren Endbereich der ersten Welle 5 fest ein ringförmiges Teil 15 aufgesetzt, das ein Paar von radial nach außen ragenden Vorsprüngen 15a aufweist, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Diese Vorsprünge 15a sind in ein Paar von Schlitzen 6a eingesetzt, wobei ein geeigneter winkelförmiger Spalt bestehen bleibt. Die Schlitze 6a sind an dem axialen äußeren Ende der zweiten Welle 6, d.h. in der Fig. 1 an dem rechten Ende dieser Welle ausgebildet. Die erste und zweite Welle 5, 6, die

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durch die Gummibuchse 14 elastisch miteinander verbunden sind, können infolge der Spalte relativ zueinander winkelförmig verschoben werden. Außerdem können sie durch das ringförmige Teil 14 in bezug aufeinander und nach einer relativen winkelförmigen Verschiebung zwischen ihnen verriegelt werden, so daß verhindert wird, daß das elastische Teil 14c in seiner Drehrichtung Drehmomenten ausgesetzt wird, die größer sind als vorbestimmte Drehmomente. Mit dem Bezugszeichen 16 ist eine kreisförmige Klammer bezeich-IQ net, durch die verhindert wird, daß das ringförmige Teil 15 aus der richtigen Lage gelangt.

Wie dies in den Fig. 3A bis 3C dargestellt ist, ist an dem axial gegenüberliegenden Ende der zweiten Welle 6,

l§ d.h, in der Fig. 1 in dem linken Ende der zweiten Welle, ein Paar von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten 17 ausgebildet, die winkelförmig um 180° voneinander beabstandet sind. Im axial innersten Bereich der Ausgangswelle 7, dessen Durchmesser vergrößert ist und von dem

2Q Stator 2 über ein Lager 11a gehalten wird, ist ein Paar von sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprüngen 7a an Positionen ausgebildet, die den Nuten 17 der zweiten Welle 6 entsprechen. Die Vorsprünge 7a sind in die Nuten 17 eingeführt, wobei jeweils ein vorbestimmter Spalt besteht. Außerdem ist an diesem selben Ende die zweite Welle 6 verkleinert, wobei der verkleinerte Bereich in den vergrößerten innersten Bereich der Ausgangswelle 7 eingeführt ist, um von der Ausgangswelle 7 gehalten zu werden.

Weiterhin sind in den entsprechenden axialen inneren Endbereichen der zweiten Welle 6 und der Ausgangswelle 7 sich gegenüberliegende axiale Löcher koaxial zueinander ausgebildet. In diesen Löchern ist der Torsionsstab 8 koaxial angeordnet, der mit seinem einen Ende (in der Fig. 1 mit dem rechten Ende) durch einen Stift 18 an der

zweiten Welle 6 und mit seinem axial gegenüberliegenden Ende durch einen weiteren Stift 19 mit der Ausgangswelle 7 verbunden ist. Das axiale äußere Ende der Ausgangswelle 7 ist durch eine auf ihm ausgebildete Kerbverzahnung mit dem Steuergetriebe bzw. dem Steuergehäuse verbunden, das ein Glied an der Lastseite darstellt, wie dies beschrieben wurde. Das vom Steuerrad an die Eingangswelle 4 angelegte Drehmoment wird daher unter Deformation des Torsionsstabes 8 an die Ausgangswelle 7 und an die Glieder an der Lastseite übertragen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Gummibuchse 14, die zwischen der ersten und der zweiten Welle 5, 6 der ersten Welle 4 angeordnet ist, steifer bzw. fester oder härter in bezug auf ihre Deformation eingestellt ist, als der Torsionsstab 8, der zwischen der zweiten Welle 6 und der Ausgangswelle 7 angeordnet ist.

Wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist, umfaßt der Sensor 20 für die Steuerdrehung eine Mehrzahl von radial nach außen ragenden Vorsprüngen 21 in der Form von durch gleiche Winkel voneinander entlang des Umfanges der zweiten Welle 6 beabstandeten Zähnen, und ein Paar von Photokopplern 22a, 22b, die an der Steuersäule 1 derart befestigt sind, daß von jedem Koppler die gekoppelten Teile an beiden axialen Seiten der radialen Vorsprünge 21 vorgesehen sind. In dem derart angeordneten Sensor 20 wird daher die Kopplung durch den Lichtstrahl an jedem der Photokoppler 22a, 22b abwechselnd durch die Vorsprünge 21 und die dazwischen befindlichen Spalte 21a unterbrochen und hergestellt, wenn das Steuerrad bei seiner Betätigung gedreht wird.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die Photokoppler 22a, 22b lichtemittierende Elemente 22c, 22e, die aus LED-Elementen bestehen, und lichtempfangende Elemente 22d, 22f, die aus Phototransistoren bestehen, enthalten, wie dies in der Fig. 7 dargestellt ist. Die entsprechenden Positionen der Photokoppler 22a, 22b werden

derart bestimmt, daß die Perioden ihrer Ermittlung der Vorsprünge 21 und der Spalte 21a in bezug auf ihre Phase voneinander um einen vorgegebenen Wert verschoben werden, der bei dieser Ausführungsform einem Viertel jedes Zyklus entspricht.

Genauer gesagt werden die Umfangsbreiten jedes der Vorsprünge 21 und jedes der Spalte 21a gleich eingestellt. Wenn man annimmt, daß diese Breite W beträgt, sind die Positionen der Photokoppler 22a, 22b in Umfangsrichtung voneinander durch einen Abstand (n + 1/4).2W voneinander beabstandet, wobei n, das die Einheit in dieser Ausführungsform darstellt, eine ganze Zahl ist.

Wenn die zweite Welle 6 daher bei der Betätigung des Steuerrades in eine Richtung gedreht wird, senden die Phototransistoren 22d, 22f ein Paar von elektrischen Signalen aus, die um 1/4-Zyklus gegeneinander phasenverschoben sind.

Der Sensor 24 für das Steuerdrehmoment umfaßt einen Differentialtransformator, der aus einem beweglichen röhrenförmigen Ferrokernglied 25 besteht, das axial gleitbar um die gegenseitig aneinander angreifenden innersten Bereiche der zweiten Welle 6 der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 7 herum aufgesetzt ist. Außerdem weist der Sensor 24 ein Wicklungsteil 28 auf. Wie dies in den Fig.3A bis 3C dargestellt ist, verläuft durch das bewegliche Kernglied 25 ein Paar von ersten länglichen Löchern 25a, die an einem Paar von Stiften 26 angreifen, die radial von den axialen Vorsprüngen 7a der Ausgangswelle 7 vorstehen, und ein Paar von zweiten länglichen Löchern 25b, die an einem weiteren Paar von Stiften 27 angreifen, die von der zweiten Welle axial vorstehen. Jeder dieser radialen Stifte 27 ist von einem der radialen Stifte 26 durch einen Winkel von 90° beabstandet. Die ersten länglichen Löcher 25a sind in

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der axialen Richtung des Kerngliedes 25 ausgebildet. Die zweiten länglichen Löcher 25b sind in bezug auf die Achse des Gliedes 25 um einen erforderlichen Winkel geneigt. Als Ergebnis wirken die geneigten länglichen Löcher 25 in Übereinstimmung mit einer in Umfangsrichtung zwischen der zweiten Welle 6 und der Ausgangswelle 7 entwickelten Winkeldifferenz mit den Stiften 26 zusammen, die an ihnen angreifen, um zu verursachen, daß das bewegliche Kernglied 25 sich in axialer Richtung bewegt, so daß es in überein-Stimmung mit dem auf die Eingangswelle 4 oder auf die zweite Welle 6 der Eingangswelle 4 einwirkenden Steuerdrehmoment verschoben wird.

Genauer gesagt wird in dem Fall, in dem beispielsweise angenommen wird, daß das Steuerdrehmoment auf die zweite Welle 6 im Uhrzeigersinn von der Seite des Steuerrades her gesehen und ein Lastdrehmoment, das größer ist als das Steuerdrehmoment auf die Ausgangswelle 7 ausgeübt werden, die zweite Welle 6 relativ zur Ausgangswelle 7 im Uhrzeigersinn von der Seite des Steuerrades aus gesehen gedreht. Dann wird bewirkt, daß sich das bewegliche Kernglied in Fig. 3C nach oben, d.h. in der Fig. 3B nach rechts oder in der Fig. 1 nach links bewegt.

Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in dem die zweite Welle 6 relativ zur Ausgangswelle 7 entgegen dem Uhrzeigersinn von der Seite des Steuerrades aus gesehen gedreht wird, bewirkt, daß sich das Kernglied 25 in der zu der oben genannten Richtung entgegengesetzten Richtung bewegt.

In jedem der vorangehenden Fälle wird das Kernglied 25 infolge der geneigten länglichen Löcher 25b des beweglichen Kerngliedes 25, in die die radialen Stifte 26 eingreifen, die an der Seite der Ausgangswelle 7 vorgesehen sind, wobei die Löcher 26 so geformt sind, daß sie eine geradlinige Form aufweisen, wenn das röhrenförmige Kern-

glied 25 hergestellt bzw. entwickelt wird, axial in der Bewegungsrichtung aus einer ursprünglichen Mittelposition oder neutralen Position im Verhältnis zur relativen Winkelverschiebung in Umfangsrichtung zwischen der zweiten Welle 6 als ein Glied der Eingangsseite und der Ausgangswelle 7 verschoben.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß das bewegliche Kernglied 25 unter der Bedingung an der mittleren Position angeordnet werden kann, daß kein Steuerdrehmoment auf die Eingangswelle 4 einwirkt und daß daher die relative Winkelverschiebung zwischen der zweiten Welle 6 und der Ausgangswelle 7 auf Null gehalten wird. In dem in den Fig. 1 und 3A bis 3C dargestellten Zustand wird angenominen, daß sich das Kernglied 25 in dieser mittleren Position befindet.

In dem Differentialtransformator weist der Wicklungsbereich 28, der um das bewegliche Kernglied herum angeordnet ist, eine Primärwicklung 29, an die ein Impulssignal angelegt wird, und ein Paar von Sekundärwicklungen 30, 31 auf, die koaxial an beiden Seiten der Primärwicklung 29 angeordnet sind und ein Ausgangssignal entsprechend der axialen Verschiebung des Kerngliedes 25 erzeugen können. Wenn sich die relative WinkelverSchiebung zwischen der zweiten Welle 6 und der Ausgangswelle 7 bei einer Deformation des TorsionsStabes 8 entwickelt, wird dementsprechend die axiale Verschiebung des beweglichen Kerngliedes 25 in die auszusendenden elektrischen Signale umgewandelt.

Der elektrische Motor 33 umfaßt einen Stator 2 mit einer

zylindrischen Form, der mit der Hilfe von Bolzen 34 einstückig bzw. integral sowohl mit der Steuersäule 1 als auch mit dem Gehäuse 3 verbunden ist, wobei der Stator 2 wenigstens ein Paar von Magneten 36, die an seiner Innenseite befestigt sind, aufweist, und einen Rotor 37, der drehbar um die Ausgangswelle 7 angeordnet ist. Der Rotor 37 enthält eine röhrenförmige Welle 38, die frei drehbar auf die Ausgangswelle 7 mit der Hilfe von Nadellagern 12, 13 aufgesetzt ist, die dazwischen angeordnet sind. In einer ähnlichen Weise wird der Rotor 37 durch das Gehäuse 3 über ein Kugellager 13a gelagert. Außerdem umfaßt der Rotor 37 eine Ankereinheit, die einstückig auf der röhrenförmigen Welle 38 befestigt ist. Diese Einheit besteht aus einem geschichteten Ferrokern 39, in dem schräge Schlitze zur Anordnung einer ersten Mehrfachwicklung 40 und einer zweiten darüber vorgesehenen Mehrfachwicklung 41 ausgebildet sind, wobei ein feiner Luftspalt zwischen den Magneten 36 und der zweiten Wicklung 41 bestehen bleibt. Außerdem sind an der röhrenförmigen Welle 38 ein erster Kommutator 42, der mit der ersten Mehrfachwicklung 40 verbunden ist, und ein zweiter Kommutator 43 befestigt, der mit der zweiten Mehrfachwicklung 41 verbunden ist. Außerdem wird ein Satz von Bürsten 44 wirksam in Kontakt zu dem ersten Kommutator 42 gebracht. Ein weiterer Satz von Bürsten 46 wird in ähnlicher Weise in Kontakt zu dem zweiten Kommutator 43 gebracht. Die Bürsten 44, 46 sind jeweils in Bürstenhaltern 45, 47 enthalten, die an dem Stator 2 befestigt sind. Anschlußdrähte der Bürsten 44, 46 verlassen den Stator 2 über nichtmagnetische Rohre 2a, 2b. In der voranstehenden Ausführungsform wirken die Magnete 36, die erste Vielfachwicklung 40, der erste Kommutator 42 und die Bürsten 44 zusammen, um einen Gleichstromgenerator 48 als einen Sensor für die Motorgeschwindigkeit zu bilden, um die Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit des Rotors 37 des elektrischen Motores 33 zu ermitteln. Dieser Generator 48 kann daher angewendet werden, um ein Ausgangs-

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signal in der Form einer Gleichspannung zu erzeugen, die proportional zur Anzahl der Umdrehungen des Rotors 37 ist. Andererseits wirken die Magnete 36, die zweite Mehrfachwicklung 41, der zweite Kommutator 43 und die Bürsten 46

δ zusammen, um einen geeigneten elektrischen Bereich des elektrischen Motors 33 zur Erzeugung des Hilfsdrehmomentes zu bilden.

Das Untersetzungsgetriebe 50 umfaßt zwei Stufen 51, 52 von Planetengetrieben, die um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet sind. Wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist, besteht die erste Stufe 51 aus einem ersten Sonnenrad 38a, das entlang des äußeren Umfanges des linken Endbereiches der röhrenförmigen Welle 38 ausgebildet ist, der rechten Hälfte eines gemeinsamen Drehkranzes 53, der entlang des inneren Umfanges des Gehäuses 3 ausgebildet ist, drei ersten Planetenzahnrädern 54, die zwischen den Sonnenrad 38a und dem Drehkranz 53 angeordnet sind und in diese eingreifen, und einem ersten Trägerteil 55, das die Planetenzahnräder 54 drehbar hält. Das Trägerteil 55 ist lose auf die Ausgangswelle 7 aufgesetzt. Die zweite Stufe 52 besteht aus einem zweiten Sonnenrad 56a, das entlang des äußeren Umfanges eines röhrenförmigen Teiles 56 ausgebildet ist, das einstückig bzw. integral mit dem ersten Trägerteil 55 verbunden ist, der linken Hälfte des gemeinsamen Drehkranzes 53, drei zweiten Planetenzahnrädern 57, die zwischen dem Sonnenrad 56a und dem Drehkranz 53 angeordnet sind und in diese eingreifen, und einem zweiten Trägerteil 58, das die Planetenzahnräder 57 drehbar hält. An radial verlaufenden Innenseiten des Trägerteiles 58 ist einstückig ein innerer röhrenförmiger Bereich 60 angeformt, der von der Ausgangswelle 7 über ein Lager 59 gehalten wird. An der in radialer Richtung verlaufenden Außenseite des Trägerteils 58 ist ein äußerer röhrenförmiger Bereich 61 angeformt, der sich entlang des inneren Umfanges des Gehäuses 3 erstreckt. Der äußere röhrenförmige Bereich 61 weist In-

nenzähne 61a auf, die entlang seines Uitifanges ausgebildet sind. Wenn sich daher der Rotor 37 des elektrischen Motores 3 dreht, wird die Drehung des Rotors 37 über die röhrenförmige Welle 38, das erste Sonnenrad 38a, die ersten Planetenzahnräder 54, das erste Trägerteil 55, das zweite Sonnenrad 56a und die zweiten Planetenzahnräder 57 zum zweiten Trägerteil 58 und daher zum äußeren röhrenförmigen Bereich 61 desselben übertragen, wobei die Geschwindigkeit verringert bzw. untersetzt wird.

In der elektromagnetischen Kupplung 63 ist ein Rotor 64 derselben drehbar durch ein Lager 66 auf einem Ringteil 65 gelagert, das durch eine Kerbverzahnung an der Ausgangswelle 7 befestigt ist. Der Rotor 64 ist zur Absorption von Torsionsschwingungen elastisch mit der Ausgangswelle 7 über ein ringähnliches elastisches Teil 67 verbunden. Der röhrenförmig ausgebildete Rotor 64 weist eine axiale Verlängerung auf, die sich soweit bzw. lang erstreckt, wie sie den inneren röhrenförmigen Bereich 60 des zweiten Trägerteiles umgibt. Diese Verlängerung weist ein Paar von Vorsprüngen 64a auf, die radial nach innen von dem inneren Umfang der Verlängerung aus in Richtung auf den äußeren Umfang der Ausgangswelle 7 vorstehen. Wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist, sind die radialen Vorsprünge 64a in ein Paar von Schlitzen 65a eingeführt, die in dem Ringteil 65 ausgebildet sind, wobei ein erforderlicher Umfangsspalt dazwischen jeweils bestehen bleibt, so daß die Vorsprünge eine Winkel-Angriffsbeziehung zum Ringteil 65 aufweisen. Der Rotor 64 kann daher während einer relativen Winkelverschiebung zwisc'-en ihm und der Ausgangswelle 7 elastisch mit der Ausgangswelle 7 verbunden gehalten werden, wobei diese Verschiebung dem Umfangsspalt entspricht oder bevor die Vorsprünge 64a des Rotors 64 an dem Ringteil 65 angrenzen. Die axiale Verlängerung des Rotors 64 weist entlang ihres äußeren Umfanges Außenzähne 64b auf, die auf ihr ausgebildet sind. Außerdem weist der Rotor 64 am entgegengesetzten Ende der

axialen Verlängerung des Rotors in Bezug auf das zweite Trägerteil 58 an einer Position auf dem Rotor einen scheibenähnlichen Trägerplattenbereich 64c auf, der in radialer Richtung vorsteht. Zwischen dem Trägerplattenbereich 64c δ des Rotors 64 und dem zweiten Trägerteil 58 sind abwechselnd eine Vielzahl von scheibenähnlichen Platten 68 angeordnet, in deren äußeren Umfangen Nuten eingeschnitten sind, die mit den Innenzähnen 61a des äußeren röhrenförmigen Bereiches 61 des Trägerteiles 58 kämmen. Außerdem sind eine Vielzahl von scheibenähnlichen Platten 69 vorgesehen, in deren Innenumfänge Nuten eingeschnitten sind, die mit den Außenzähnen 64b der axialen Verlängerung des Rotors 6 4 kämmen. Dadurch wird ein MehrScheibenkupplungsmechanismus gebildet. In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszei- chen 70 ein Anschlag der Platten 69 bezeichnet.

Außerdem ist am axialen äußeren Ende des Gehäuses 3 eine ringförmige Öffnung 71 vorgesehen und darin befestigt, die einen kanalähnlichen Querschnitt aufweist. Diese ringförmige öffnung 71 nimmt in sich eine ringförmige Erregerspule 72 auf, die über einen Leitungsdraht mit der Steuervorrichtung 75 verbunden ist. Auf diese Weise wird bei einer Stromleitung durch die Erregerspule 72 ein Feld einer elektromagnetischen Kraft aufgebaut, durch die über eine nicht dargestellte geeignete Einrichtung die zuvor genannten Platten 68, 69 alle zusammen gegen die Spule 72 gezogen werden, so daß ein Hilfsdrehmoment, das vom elektrischen Motor 33 zu dem äußeren ringförmigen Bereich 61 des zweiten Trägerteiles 58 bezüglich seiner Geschwindigkeit durch das Untersetzungsgetriebe 50 untersetzt übertragen wurde, normalerweise weiter über den die vielen Platten aufweisenden Kupplungsmechanismus, der aus den Elementen 61a, 68, 69 und 64b besteht, den Rotor 64 und das elastische Glied 67 zur Ausgangswelle 7 übertragen wird. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß in einem Zustand, in dem der Rotor 64 relativ zur Ausgangswelle 7 gedreht

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wurde, bis die relative WinkelverSchiebung zwischen dem Rotor und der Ausgangswelle einen vorbestimmten Wert erreicht, die radialen Vorsprünge 64a von der axialen Verlängerung des Rotors 64 an entsprechenden Seitenflächen der Schlitze 65a an dem Ringteil 65 angrenzen, so daß das Hilfsdrehmoment durch den elektrischen Motor 3 3 mechanisch vom Rotor 64 zur Ausgangswelle 7 auf eine nicht-elastische Art übertragen wird.

Im folgenden wird nun die Steuervorrichtung 75 erläutert, die als ein Steuerkreis für die elektromagnetische Servovorrichtung 200 dient. Die Erläuterung erfolgt im Zusammenhang mit der Fig. 6.

In der Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 76 eine Mikrocomputereinheit. An die Mikrocomputereinheit 76 werden entsprechende Ermittlungssignale S- bis S^ angelegt, die von einem Ermittlungskreis 77 für das Steuerdrehmoment, einem Ermittlungskreis 82 für die Steuerdrehung, einem Ermittlungskreis 120 für die Motorgeschwindigkeit und einem Ermittlungskreis 114 für eine Unregelmäßigkeit ausgesendet werden.

Der Ermittlungskreis 77 umfaßt den zuvor genannten Sensor 24 für das Steuerdrehmoment, eine Antriebseinheit 78, die einen Bezugstaktimpuls T.. in der Mikrocomputereinheit, während sie diesen in einer Anzahl von Stufen teilt, an die Primärwicklung 29 des Sensors 24 für das Steuerdrehmoment aussendet, ein Paar von Gleichrichtern 79a, 79b zum Gleichrichten entsprechender analoger elektrischer Signale, die von den Sekundärwicklungen 30, 31 des Sensors 24 für das Drehmoment in Übereinstimmung mit der axialen Verschiebung des beweglichen Kerngliedes 25 des Sensors 24 ausgesendet werden, ein Paar von Tiefpaßfiltern 80a, 80b zum Eliminieren von Hochfrequenzkomponenten dieser gleichgerichteten Signale und einen Analog/Digital-Wandler 81 zum Umwandeln

entsprechender analoger elektrischer Signale von den Tiefpaßfiltern 80a, 80b in ein Paar von digitalen Signalen, die als Steuerdrehmomentsignale S₁, S₂ an die Mikrocomputereinheit 76 ausgesendet werden.
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Der Ermittlungskreis 120 für die Motorgeschwindigkeit umfaßt den zuvor genannten Generator 48 als einen Sensor für die Drehgeschwindigkeit des Motors und ein Tiefpaßfilter 121 zum Eliminieren von Hochfrequenzkomponenten eines analogen Spannungssignales, das vom Generator 48 ausgesendet wird. Ein vom Tiefpaßfilter 121 ausgesendetes analoges Spannungssignal wird an den A/D-Wandler 81 angelegt, von dem es in ein digitales Signal umgewandelt wird, das als ein Ankerdrehzahlsignal So ausgesendet wird, das die Drehgeschwindigkeit des Ankers 37 entsprechend der Anzahl Nm der Umdrehungen pro Minute desselben darstellt. Wie dies später erläutert werden wird, kann der Ermittlungskreis 120 für die Motordrehzahl als ein Rückkopplungssignalgenerator arbeiten.

Wie dies in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, umfaßt der Ermittlungskreis 82 für die Steuerdrehung einen Signalgenerator 83, der eine elektrische Leistung an die Photokoppler 22a, 22b des Sensors 20 für die Steuerdrehung anlegen kann, so daß dadurch an diesem die zuvor genannten elektrischen Signale ausgesendet werden können, einen Wellenformerkreis 84, der aus einem Paar von Schmidt-Triggerkreisen 84a, 84b zur angemessenen bzw. richtigen Formung der Wellenform der Ausgangssignale vom Signalgenerator 83 besteht, und eine Antriebseinheit 85. Diese besteht aus einem Flip-Flop-Vierling bzw. vier Flip-Flops 87, 88, 89, 90 vom D-Typ, die mit einem Taktpuls arbeiten können, der von einem Anschluß CL₂ der Mikrocomputereinheit 76 gesendet wird, einem Multiplexer 91, bei dem es sich um einen doppelten Vier-Kanal-Kreis handelt, und einem exklusiven OR-Kreis 86.

Bei einem derartigen Ermittlungskreis 82 für die Steuerdrehung folgt in dem Fall, in dem beispielsweise bei einer Drehung des Steuerrades im Uhrzeigersinn die Vorsprünge 21 als lichtabschirmende Teile und die Spalte 21a als dazwischen angeordnete lichtdurchlassende Teile im Uhrzeigersinn von der Seite des Steuerrades her gesehen gedreht werden, daß die Phototransistoren 22d, 22f, die miteinander mit einer Phasendifferenz zusammenarbeiten, die 1/4-Zyklus entspricht, diese Lichtstrahlen empfangen, die von den LED-Elementen 22c, 22e ausgesendet werden und von Zeit zu Zeit durch einen entsprechenden Bereich der lichtübertragenden Bereiche 21a und den nächstfolgenden Bereich jeweils übertragen werden. In diesem Fall wird daher das zuvor genannte Ausgangssignal vom Phototransistor 22f um 1/4-Zyklus bezüglich der Phase gegenüber demjenigen des Phototransistors 22d verzögert. Als Ergebnis erscheinen an verschiedenen Bereichen des Ermittlungskreises 82 die in der Fig. 8 dargestellten Ausgangssignale. Eine genauere Beschreibung erfolgt später.

Nebenbei bemerkt kann der Multiplexer 91 in Übereinstimmung mit der unten dargestellten Wahrheitstabelle arbeiten.

Steueranschlüsse	91b	91a	Auscränae
"S_n	X	X	Fn
H	L	L	L
L	L	H	DnO
L	H	L	DnI
L	H	H	^Dn2
L	Dn3

In der obigen Tabelle bezeichnet das Bezugszeichen H einen hohen Pegel "high". Das Bezugszeichen L bezeichnet einen niedrigen Pegel 'low". X kann entweder ein hoher Pegel H oder ein niedriger Pegel L sein. Das Suffix η ist 1 oder 5

Im Zusammenhang mit den Fig. 7 und 8 werden nun zahlreiche Zwischenbeziehungen unter den Ausgangssignalen A. bis A., B₁ bis B. und S₁ bis S_fi an wesentlichen Bereichen des Ermittlungskreises 82 für die Steuerdrehung beschrieben.

Wie dies beschrieben wurde, wird in dem Ermittlungskreis 82 an die Antriebseinheit 85 der Taktpuls von dem Anschluß CL- der Mikrocomputereinheit 76 angelegt. Dieses Signal wird durch Teilen des Systemtaktes T₁ der Einheit 76 an einer vorbestimmten Anzahl von Stufen erhalten.

Wenn das Steuerrad beispielsweise im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie dies beschrieben wurde, werden die zuvor genannten elektrischen Signale, die gegeneinander um 1/4-Zyklus verschoben sind, vom Signalgenerator 83 an den Wellenformerkreis 84 angelegt,in dan die Schmidt-Triggerkreise 84a, 84b Rechteckimpulssignale A₁, B₁ erzeugen, die ausgesendet werden. Diese Signale unterscheiden sich ebenfalls in der Phase um 1/4-Zyklus voneinander. In dem in der Fig. 8 dargestellten Beispiel ist das Signal B₁, das vom Kreis 84b ausgesendet wird, gegenüber dem Ausgangssignal A₁ vom Kreis 84a um 1/4-Zyklus verzögert.

Die Ausgangssignale A₁, B₁ werden an die D-Anschlüsse der Flip-Flops 87, 88 jeweils angelegt. Diese werden so getriggert, daß ihre Ausgangssignale A₂, B- in bezug auf die Anstiegsflanke/Abfallflanke der Signale A₁ , B₁ maximal um eine Periode verzögert sind, die einem Zyklus des Taktpulses vom Anschluß CL₂ entspricht.

Außerdem wird das Ausgangssignal A- des Flip-Flops 87 an

den D-Anschluß des nächsten Flip-Flops 89 angelegt, das so getriggert wird, daß sein Ausgangssignal A, am Q-Anschluß gegenüber dem Signal A„ im Hinblick auf die Anstiegsflanke/ Abfallsflanke um eine Periode verzögert ist, die maximal einem Zyklus des Taktpulses vom Anschluß CL₀ entspricht.Gleichzeitig sendet das Flip-Flop 89 an seinem Q-Anschluß ein invertiertes Signal A. aus, dessen Pegel in bezug auf das Signal A., umgekehrt ist.
In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal B„ des Flip-Flops 88 an den D-Anschluß des nächsten Flip-Flops 90 angelegt, das so getriggert wird, daß sein Ausgangssignal am Q-Anschluß in bezug auf die Anstiegs/Abfallflanke vom Signal B„ um eine Periode verzögert ist, die einem Zyklus des Taktimpulses vom Anschluß CL„ maximal entspricht. Gleichzeitig sendet des Flip-Flop 90 am Q-Anschluß ein invertiertes Signal B₄ aus, dessen Pegel in bezug auf das Signal B^ umcekehrt ist. Dann werden die Eingangssignale A-,, A₄, B„, B. an die Eingangsanschlüsse D₁₀, D₁₁, D₁₂, D₁₃, D₂₀, D₂₁, D₂₂, D₂₃ des Multiplexers 91 über die in der Fig. 7 dargestellten Verbindüngen angelegt. Unter den Steueranschlüssen 91a, 91b, UL ,S₇ des Multiplexers 91 sind die beiden Steueranschlüsse S , S geerdet.

An den Ausgangsanschlüssen F₁, F„ des Multiplexers 91, dessen Logik in der obigen Wahrheitstabelle dargestellt ist, erscheinen Signale S₅, S_g, deren Wellenverläufe jeweils in der Fig. 8 dargestellt sind. Genauer gesagt wird das Signal S₁- in der Fig. 8 ununterbrochen auf dem Pegel "low" gehalten, während das Signal S, während eines Zyklus des Ausgangssignales A₁ oder genauer gesagt während eines Zyklus des Ausgangssignales A„ vier Rechteckimpulse aufweist.

Außerdem werden in der Antriebseinheit 85 des Ermittlungskreises 82 für die Steuerdrehung die Ausgangssignale A₁, A₉ des Wellenformerkreises 84 an den exklusiven OR-Kreis 86 angelegt, der wiederum das Signal S₄ aussendet, das zwei Rechteckimpulse aufweist, die in einem Zyklus des Signales A₁ erscheinen, wie dies in der Fig. 8 dargestellt ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Zeitdiagramm der Fig. 8 dem Fall entspricht, gemäß dem das Steuerrad in der beschriebenen Weise im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Im Gegensatz dazu werden in dem Fall, in dem das Steuerrad entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, die entsprechenden Impulse in dem Signal A.. gegenüber entsprechenden Impulsen in dem Signal B₁ um 1/4-Zyklus verzögert und werden in Abhängigkeit davon andere Signale A₂ bis A₄, B₂ bis B, und S₄ bis S_fi erzeugt und ausgesendet. In diesem Fall werden daher die Wellenformen der Signale Sc, Sg, wie sie in der Fig. 8 dargestellt sind, gegeneinander vertauscht, während die Wellenform des Signales S₄ erhalten bleibt.

Es ist leicht zu verstehen, daß die Dauer derjenigen Impulse, die in den Signalen A₁, B₁ als den quasi ursprünglichen Ermittlungssignalen erscheinen, umgekehrt proportional zu einer Steuergeschwindigkeit Ns des Steuerrades ist.

Wie dies aus der voranstehenden Beschreibung hervorgeht, erscheinen unter den Ausgangssignalen S₅ und Sg des Ermittlungskreises 82 für die Steuerdrehung nur in dem Signal Sg Impulse, wenn das Steuerrad im Uhrzeigersinn gedreht wird, und nur in dem Signal S^ Impulse, wenn das Steuerrad entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird.

Die Ausgangssignale S₄ bis Sg des Ermittlungskreises 82 für die Steuerdrehung werden an die Mikrocomputereinheit 76 und insbesondere an drei nicht dargestellte Zähler in der Mikrocomputereinheit angelegt, während das Taktsignal, das durch den Anschluß CL₂ repräsentiert wird, an einen weiteren nicht dargestellten Zähler in der Einheit 76 angelegt wird. In der Mikrocomputereinheit 76 wird das Eingangssignal S₄ vom Ermittlungskreis 82 als ein Signal zum Berechnen der Steuergeschwindigkeit Ns verwendet. Außerdem werden in der Einheit 76 die Eingangssignale S₅ und Sg vom Ermittlungskreis 82 als Signale zur Berechnung des Steuerwinkels Th des Steuerrades verwendet.

Die Mikrocomputereinheit 76 umfaßt notwendigerweise nicht dargestellte I/O- bzw. Eingabe/Ausgabe-Einheiten, einen Speicher, einen Prozessor und eine Steuereinrichtung.

Zum Ansteuern der Mikrocomputereinheit 76 wie auch anderer Kreise ist ein elektrischer Leistungskreis 92 vorgesehen, der ein normalerweise geschlossenes Relais 96, das in einer Leistungsleitung angeordnet ist, die von einem positiven Anschluß einer in dem Fahrzeug montierten Batterie 93 über einen Schlüsselschalter 94 eines Zündschalters IG. SW.und eine Sicherung abgeleitet ist, und einen Spannungsstabilisator 97, an den die elektrische Leistung über das Relais 96 angelegt wird, aufweist. Das Relais 96 weist einen Ausgangsanschluß 96a zum Anlegen von elektrischer Leistung von der Batterie 93 an einen Antriebskreis 100 für den elektrischen Motor und einen Antriebskreis 108 für die elektromagnetische Kupplung auf. Der Spannungsstabilisator 97 weist einen Ausgangsanschluß 97a zum Anlegen der stabilisierten Leistung bzw. Spannung an die Mikro-Computereinheit 76 und andere Kreiselemente auf. Während der Schlüsselschalter 94 eingeschaltet ist, wird daher die Mikrocomputereinheit 76 in einen erregten Zustand gebracht, in demsie die entsprechenden Eingangssignale S- bis S^ verarbeiten kann, wobei sie einem in dem Speicher gespeicherten Programm folgt, um drei Steuersignale T₃, T₄, Tr, die zum Ansteuern des elektrischen Motors 33 verwendet werden, und ein Steuersignal T_g für den Strom der Kupplung auszusenden, das zum Ansteuern der elektromagnetischen Kupplung 63, des Ansteuerkreises 100 des Motors und des Ansteuerkreises 108 der Kupplung jeweils verwendet wird, um dadurch die Ansteuerung des Motors 33und der Kupplung 63 zu steuern. Unter diesen Steuersignalen stellen T₃ und T₄ Signale für die Drehung im Uhrzeigersinn und die Drehung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn dar, die für die Bestimmung der Anschlußpolarität einer Ankerspannung Va verantwortlich sind, die an den elektrischen Motor 33 in Übereinstimmung mit der

ig :■-■■' ■"■■■■

Steuerrichtung des Steuerrades anzulegen sind. T₅ ist ein Spannungssteuersignal, das für die Bestimmung der Ankerspannung Va verantwortlich ist.

Der Antriebssteuerkreis 100 für den elektrischen Motor umfaßt eine Antriebseinheit 101 und einen aus einem Relaispaar 102, 103 und einem Paar von npn-Transistoren 104, 105 bestehenden Brückenkreis. In dem Brückenkreis weisen die Relais 102, 103 einen gemeinsamen Versorgungsanschluß auf, der mit dem Ausgangsanschluß 96a des Relais 96 des Leistungskreises 92 verbunden ist. Außerdem sind die Emitteranschlüsse der Transistoren 104, 105 über einen Widerstand 106 gemeinsam mit Masse verbunden. Dagegen sind die entsprechenden Erregerspulen der Relais 102, 103 und die Basisanschlüsse der Transistoren 104, 105 jeweils mit Ausgangsanschlüssen 101b, 101a und 101c, 101d des Antriebskreises 101 verbunden. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren 104, 105 wirken zusammen, um eine Potentialdifferenz zu erzeugen, die als Ankerspannung Va über die zuvor erwähnten Bürsten 46, 46 an die zweite Mehrfachwicklung 41, die eine Ankerwicklung des elektrischen Motores 33 darstellt, angelegt wird.

Die Antriebseinheit 101 des Antriebskreises 100 des Motors kann das Relais 102 oder 103 und den Transistor 105 oder 104 in Übereinstimmung mit den Steuersignalen T₃, T₄, die für die Drehrichtung repräsentativ sind, ansteuern, und ein Impulssignal als eine Reihe von PWM-Wellen (Impulsdauermodulation) an die Basis der Transistoren 104, 105 aussenden, die durch Modulieren der Dauer eines Rechteckimpulssignales einer konstanten Frequenz in Übereinstimmung mit dem Spannungs Steuers ignal T₁. erhalten wird.

In einem Zustand, in dem die das Steuerdrehmoment repräsentierenden Ermittlungssignale S₁ , S₂ so beschaffen sind, daß sie ein Steuerdrehmoment einer bestimmten Größe repräsen-

13 ->*- 360Λ396

tieren, das im Uhrzeigersinn auf die Eingangswelle 4 wirkt, sendetdie Mikrocomputereinheit 76 in einer später beschriebenen Weise die für die Drehung im Uhrzeigersinn und die Drehung entgegen dem Uhrzeigersin repräsentativen Signale T₃, T. in der Form eines hohen Pegels "high" bzw. eines niedrigen Pegels "low" und das Spannungssteuersignal T₅ mit einem Signalwert aus, der dem obigen Steuerdrehmoment entspricht. Dann wird bewirkt, daß die Antriebseinheit 101 das Relais 102 über den Anschluß 101b erregt und gleichzeitig das zuvor genannte Impulssignal, dessen Impulsbreite in Übereinstimmung mit dem Wert des Spannungssteuersignales T₅ moduliert wird, über den Anschluß 101d an den Basisanschluß des Transistors 105 anlegt. Unter diesen Umständen ist der effektive Wert der an den elektrischen Motor 33 anzulegenden Ankerspannung Va proportional zur Dauer des modulierten Impulssignales. Die Ankerspannung weist eine Anschlußpolarität auf, die so beschaffen ist, daß ein Ankerstrom Ia in einer Leitungsrichtung A fließt, die bewirkt, daß der Motor 33 im Uhrzeigersinn dreht.

In dem obengenannten Fall sendet die Antriebseinheit 101 keinen Erregerstrom über den Anschluß 101a und kein Impulssignal über den Anschluß 101c aus, so daß das Relais 103 entregt bleibt und der Transistor 104 ausgeschaltet bleibt bzw. sperrt.

Im Gegensatz dazu wird in einem Zustand, in dem das Steuerdrehmoment einer bestimmten Größe entgegen dem Uhrzeigersinn auf die Eingangswelle 4 einwirkt, und daher die Mikrocomputereinheit 76 die für die Drehung im Uhrzeigersinn und die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn repräsentativen Signale T₃, T₄ so aussendet, daß sie einen Pagel "low" bzw. "high" aufweisen, und in dem das Spannungssignal mit dem Signalwert ausgesendet wird, der dem Steuerdrehmoment entspricht, eine Reihe von in der Richtung umgekehrten Schritten ausgeführt. Dadurch wird bewirkt, daß

das Relais 103 erregt und gleichzeitig der Transistor eingeschaltet wird, so daß der Ankerstrom Ia durch den elektrischen Motor 33 in einer Drehrichtung B läuft, wodurch erzwungen wird, daß sich der Motor 33 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht.

Mit anderen Worten werden in dem Antriebskreis 100 für den elektrischen Motor ein Prozeß zur Steuerung der Drehrichtung des elektrischen Motors 33 durch eine selektive Stromleitung an eine Kombination des Relais 102 und des Transistors 105 oder eine entgegengesetzte Kombination des Relais 103 und des Transistors 104 wie auch ein Prozeß zur Bewirkung der Steuerung der Leitungsperiode der Transistoren 104,105 durch modulierender Dauer der an die Basisanschlüsse der Transistoren 104, 105 anzulegenden Impulse ausgeführt, während an den elektrischen Motor 33 die Ankerspannung Va angelegt wird, die einen effektiven Wert aufweist, der der Steuerung der Leitungsperiode entspricht. Dadurch wird der Motor 33 so gesteuert, daß er ein Hilfsdrehmoment in

2Q Übereinstimmung mit dem an das Steuerrad angelegten Steuerdrehmoment erzeugt.

Der Antriebskreis 108 für die elektromagnetische Kupplung weist eine Antriebseinheit 109 und einen npn-Transistor 110 auf. Der Kollektor von 110 ist über die Erregerspule der elektromagnetischen Kupplung 63 mit dem zuvor genannten Ausgangsanschluß 96a des Relais 96 in dem Leistungskreis verbunden. Der Emitteranschluß des Transistors 101 ist über einen Widerstand 111 mit Masse als gemeinsamer An-

oQ Schluß verbunden. Der Basisanschluß des Transistors 110 ist mit einem Ausgangsanschluß der Antriebseinheit 109 verbunden. Die Antriebseinheit 109 kann an den Basisanschluß des Transistors 110 ein Impulssignal anlegen, dessen Dauer in Übereinstimmung mit dem Steuersignal Tg für den Kupplungsstrom moduliert ist, das von der Mikrocomputereinheit 76 ausgesendet wird. In dem Antriebskreis 108 für die

Kupplung wird daher an der Antriebseinheit 109 ein Prozeß ausgeführt, durch den die Steuerung der Stromleitung des Transistors 110 in Übereinstimmung mit dem Steuersignal Tg bewirkt wird, um dadurch die Drehmomentübertragung der elektromagnetischen Kupplung 63 zu steuern.

Wie dies beschrieben wurde, wird in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ein Ermittlungskreis 114 für eine Unregelmäßigkeit angewendet, der Unregelmäßigkeiten des elektrischen Motors 33 und der elektromagnetischen Kupplung 63 ermitteln kann. Der Ermittlungskreis 114 weist einen Verstärker 115azum Verstärken eines Spannungssignales, das an einem Anschluß des zuvor genannten Widerstandes 106 in dem Steuerkreis 100 für den Motor anliegt, einen weiteren Verstärker 115b zum Verstärken eines Spannungssignales, das von einem Anschluß des zuvor genannten Widerstandes 111 in dem Antriebskreis 108 für die Kupplung abgenommen wird, ein Paar von Tiefpaßfiltern 116a, 116b zur Beseitigung von Hochfrequenzkomponenten der Ausgangssignale von den Verstärkern 115a bzw. 115b und einen Analog/Digital-Wandler 117 zum Umwandeln der von den Tiefpaßfiltern 116a bzw. 116b ausgesendeten analogen Signale in ein digitales Ermittlungssignal auf, das als das zuvor genannte Signal S₇ an die Mikrocomputereinheit 76 angelegt wird. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß dieser Ermittlungskreis 114 Unregelmäßigkeiten des elektrischen Motors 33 und der elektromagnetischen Kupplung 63 dadurch ermitteln kann, daß er die entsprechenden Anschlußspannungen der Widerstände 106, 111 prüft. In dem Fall, in dem eine Unregelmäßigkeit durch den Kreis 114 ermittelt wird, tritt die Mikrocomputereinheit 76 in einen Diagnoseprozeß für Unregelmäßigkeiten ein, indem sie so arbeitet, daß sie ein Relaissteuersignal T₂ an das Relais 96 des Leistungskreises 92 anlegt, um dadurch die Spannungsversorgung für die Kreiselemente zu unterbrechen.

Ira folgenden werden nun verschiedene programmierte Funktionen der Mikrocomputereinheit 76 erläutert.

Die Fig. 9A und 9B zeigen Ablaufdiagramme, die schematisch Hauptschleifenprozesse und ünterbrechungsprozesse in der Mikrocomputereinheit 76 zeigen. In diesen Figuren sind mit dem Bezugszeichen 300 bis 334 und 350 bis 358 zugeordnete Prozeßstufen bzw. Schritte bezeichnet.

Durch Einschalten des Zündschlüssels am Schlüsselschalter 94 am Leistungskreis 92 wird an den Mikrocomputer 76 wie auch an die anderen zugeordneten Kreise eine elektrische Leistung angelegt. Außerdem wird es ermöglicht, daß diese Steue.rfunktionen ausführen.

Zuerst gelangt der Steuerablauf zur Initialisierungsstufe 30 2, wo zuallererst durch Maskierungsunterbrechungen verschiedene Parameter und Faktoren wie auch Kreise in der Mikrocomputereinheit 76 initialisiert werden. Zu diesem Augenblick werden die Zähler, an die das Ausgangssignal S, vom Ermittlungskreis 82 für die Steuerdrehung und das Taktsignal CL- jeweils anzulegen sind, zurückgesetzt. Außerdem wird ein später erläutertes Kennzeichen Fth, das die Zulässigkeit der Steuerung im Unlast- bzw. Entlastungszustand betrifft, auf "0" gesetzt. Danach wird eine Unterbrechung eingeschaltet.

In diesem Zusammenhang weist die elektromagnetische Servovorrichtung 200 einen Sensor für eine neutrale Position zum Anlegen einer Unterbrechungsanforderung an die Mikrocomputereinheit 76 auf, wenn die neutrale Position der Eingangswelle 4 durch diesen ermittelt wird.

Das Ablaufdiagramm der Fig. 9B zeigt als Ganzes eine eine solche Unterbrechung abwickelnde Routine.

Sofort, nachdem der Ablauf zur Unterbrechungsstufe 350 gelangt, wird die Unterbrechung in der Stufe 352 deaktiviert. Danach, d.h. nachdem die neutrale Position der Eingangswelle 4 einmal unter der Bedingung ermittelt wurde, daß der Zündschalter IG.SW. eingeschaltet ist, wird daher die Unterbrechungsanforderung von dem zuvor genannten Sensor für die neutrale Position an die Mikrocomputereinheit 76 durch diese nicht quittiert.

In einer nachfolgenden Stufe bzw. einem nachfolgenden Schritt 354 werden beide Zähler, denen die Ausgangssignale S₅, S₆ vom Ermittlungskreis 82 für die Steuerdrehung zuzuführen sind, jeweils zurückgesetzt.

Weiterhin wird bei der Stufe bzw. beim Schritt 356 der Inhalt eines später näher erläuterten Registers Y für den Steuerwinkel auf Null gelöscht.

Danach wird beim Schritt 357 das Kennzeichen Fth für die Zulässigkeit der Steuerung im unbelasteten Zustand auf "1" gesetzt.

Nach der Vollendung aller erforderlichen Prozesse bzw. Schritte durch die zuvor genannten Stufen 352 bis 357, kehrt der Ablauf bei der in bezug auf diejenige Adresse, bei der die fragliche Unterbrechunqsanforderung erhoben wurde, nächsten Adresse zu einer Hauptschleife zurück, die in der Fig. 9A dargestellt ist.

Es ist ersichtlich, daß bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die Routine der Fig. 9B zur Abwicklung der Unterbrechung so programmiert ist, daß eine Folge von Schritten zur Ermittlung der neutralen Position der Eingangswelle 4 und unter Beachtung des Steuerwinkels Th zur richtigen Einstellung eines Kennzeichens, zum Zurücksetzen des Zählers und zum Löschen eines Registers auf Null ausgeführt werden.

In diesem Zusammenhang kann jedoch vorteilhaft ein abgeändertes Beispiel angewendet werden, bei dem anstelle der Ausführung der oben beschriebenen Abwicklung der Unterbrechung die neutrale Position einer Eingangswelle in einer Mikrocomputereinheit zur Zeit der Herstellung des Steuersystems gespeichert wird und bei dem unabhängig davon, ob ein Zündschalter ein- oder ausgeschaltet ist, die elektrische Leistung normalerweise an ein Kreiselement angelegt wird, das Änderungen des Steuerwinkels speichern kann.

In der Hauptschleife der Fig. 9A werden beim Schritt 304 die Ermittlungssignale S. bis S₇ von den entsprechenden Ermittlungskreisen 77, 82, 114, 120 zum Einlesen und Speichern eingegeben.

Beim nächsten Schritt 306 wird als ein Schritt einer Subroutine eine Störungs- bzw. Fehlerdiagnose ausgeführt, ob die Ermittlungssignale S. bis S_ richtig sind oder nicht. Dabei erfolgt die Prüfung dadurch, daß die Signale S.. bis S₇ in bezug auf Unregelmäßigkeiten geprüft werden. Wenn irgendeine Unregelmäßigkeit herausgefunden wird, wird das Relaissteuersignal T~ von der Mikrocomputereinheit 76 an das Relais 96 angelegt. Dadurch wird die Leistungsversorgung von dem Leistungskreis 92 unterbrochen, so daß die leistungsunterstützende Funktion des elektrischen Leistungssteuersystems gestoppt bzw. beendet wird, wodurch es ermöglicht wird, daß das Steuersystem durch menschliche Kraft betätigt wird.

Genauer gesagt beendet dann der Steuerkreis 75 die Steuerung des elektrischen Motors 33. In Fällen, in denen unter einer derartigen Bedingung, bei der bewirkt wird, daß die Eingangswelle 4 durch das an das Steuerrad angelegte Steuerdrehmoment in einer Richtung gedreht wird, am Anfang die Drehmomentübertragung von der Eingangswelle 4 zur Ausgangswelle 7 über den Torsionsstab 8 bewirkt wird,

führt dies zu einer sich vergrößernden Torsionsdeformation derselben. Und wenn auf die Ausgangswelle 7 ein Lastdrehmoment ausgeübt wird, das derart größer ist als das Steuerdrehmoment, so daß bewirkt wird, daß die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 7 sich soweit entwickelt, daß sie einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht, werden zu dieser Zeit die obengenannten Vorsprünge 7a des axialen innersten Bereiches der Ausgangswelle 7 zum Anliegen an den entsprechenden Seitenwänden der Nuten 17 gebracht, die an dem inneren Ende der zweitenWelle 6 der Eingangswelle 4 angeordnet sind. Es wird dort eine Eingriffsbeziehung hergestellt, in der die Ausgangswelle 7 mechanisch und einstückig bzw. integral mit der Eingangswelle 4 in der entsprechenden einen Richtung gedreht wird. Eine solche Eingriff sbeziehung zwischen den Vorsprüngen 7a und der Ausgangswelle 7 und den Nuten 17 der zweiten Welle 6 der Eingangswelle 4 stellt eine Sicherheitsfunktion für die elektromagnetische Servovorrichtung 200 dar.

In dem Fall, in dem die Ermittlungssignale S- bis S^ alle normal und richtig sind, wird dann beim nachfolgenden Schritt 308, der ein Entscheidungsschritt ist, ein Vergleich des Signalwertes zwischen den ErmittlungsSignalen S.. , S₂ von dem Ermittlungskreis 77 für das Steuerdrehmoment, die für das Steuerdrehmoment repräsentativ sind, ausgeführt, um dadurch zu beurteilen, ob die Steuerrichtung des Steuerdrehmomentes im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt. Daraufhin wird entschieden, welches der Signale T-j, T^, die für die Drehung im Uhrzeigersinn bzw. für die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn repräsentativ sind, auf den Pegel "high" einzustellen ist.

Genauer gesagt wird beim Schritt 308 beurteilt, ob der Signalwert des Signales S„ für das Steuerdrehmoment im Uhrzeigersinn größer ist als das Signal S„ für das Steuer-

drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn oder nicht.Dann wird,wenn der Fall gerade so ist, daß der Ablauf zum Schritt 310 gehen soll, eine Entscheidung getroffen, gemäß der das Signal T^ für die Drehung im Uhrzeigersinn auf den Pegel "high" eingestellt wird und daß bei einer anderen Beurteilung zum Schritt 312 gegangen wird, indem das Signal T. für die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn auf den Pegel "high" eingestellt wird.

Nachdem diese Prozesse durchgeführt wurden, gelangt man zum Schritt 314, bei dem eine Operation zur Bestimmung der Größe D als der absolute Wert des Steuerdrehmomentes aus den für das Steuerdrehmoment repräsentativen Signalen S₁, S₂ derart ausgeführt wird, daß D = / S-. - S₂ / gilt.

Nachfolgend zu dem Prozeß beim Schritt 314 wird ein Prozeß zur Steuerung des unbelasteten Zustandes durch eine Gruppe von Schritten 315 bis 318 ausgeführt.

2C Genauer gesagt wird beim Schritt 315, der ein Entscheidungsschritt ist, beurteilt, ob das Kennzeichen Fth für die Zulässigkeit der Steuerung im Entlastungs z.us tand auf "1" eingestellt ist oder nicht.Wenn das Kennzeichen Fth nicht auf "1" eingestellt ist, geht der Ablauf zum Schritt 320, bei dem der Prozeß zur Steuerung im Entlastungszustand gesperrt bzw. verhindert wird, wie dies später erläutert werden wird.

In dem Fall, in dem das Kennzeichen Fth auf "1" eingestellt ist, geht der Ablauf zum nächsten Schritt 316, bei dem der Inhalt des (integrierten) Registers Y für den Steuerwinkel aktualisiert wird, wobei einem arithmetischen Ausdruck derart gefolgt wird, daß Y=Y+ (S₅ ¹ +S₅ ¹) gilt. Dabei handelt es sich bei S₅ ¹, Sg¹ um Zählwerte der zuvor genannten Zähler der an sie angelegten Ermittlungssignale S₅, Sg, die den Steuerwinkel repräsentieren. Diese Werte sind daher immer positiv. Wenn das Steuerrad aus seiner

neutralen Position im Uhrzeigersinn gedreht wird, weist Y daher einen negativen Wert auf und wenn das Steuerrad aus seiner neutralen Position entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, ist der Wert Y positiv.

In diesem Zusammenhang werden beim Schritt 304 Zählwerte der Signale S- bis S- und des Taktsignals CL„ ausgelesen um gespeichert zu werden. Außerdem werden die Zähler der Signale CL₂, S., Sj-, Sg sofort auf Null gelöscht, nachdem ihre Zählwerte ausgelesen wurden.

Zwischen dem absoluten Wertbetrag I Y j des Inhaltes des Registers Y für den Steuerwinkel und des Steuerwinkels Th besteht eine Beziehung, die in der Fig. 10 durch die geraden Linien P dargestellt ist. In der Fig. 10 ist durch das Bezugszeichen Thmax der maximale Wert bezeichnet, den der Steuerwinkel Th des Steuerrades haben darf, wenn das Steuerrad im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Th- bezeichnet einen vorbestimmten Wert des Steuerwinkels Th, der kleiner ist als der maximale Steuerwinkel Thmax, aber in dessen Nähe liegt. Der absolute Wertbetrag I Y ί des Registers Y wird gleich dem vorbestimmten Wert Th- und dem maximalen Wert Thmax, wenn der Steuerwinkel Th bis zu den Werten Th- bzw. Thmax entwickelt wird.

Beim Schritt 317, der ein Entscheidungsschritt ist, der dem Schritt 316 folgt, wird beurteilt, ob der absolute Wertbetrag | Y i kleiner ist als der vorbestimmte Wert Th.j oder nicht. In dem Fall, in dem Betrag I Y | kleiner ist als Th- ist der Steuerwinkel Th natürlich kleiner als der vorbestimmte Wert Th-. Der Ablauf schreitet daher zum nachfolgenden Schritt 320 fort.

Im Gegensatz dazu schreitet der Ablauf zum Schritt 318, wenn beim Schritt 317 beurteilt wird, daß der Betrag | Yf größer ist als Th-. Beim Schritt 318 wird ein Korrektur-

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wert X von der Größe D des ermittelten Steuerdrehmomentes abgezogen. In dieser Hinsicht besteht zwischen dem absoluten Wertbetrag | Y j des Registers Y und dem Korrekturwert X der Größe D eine Beziehung, wie sie in der Fig. 11 dargestellt ist. Wenn der Wert der in dieser Weise korrigierten Größe D negativ wird, wird die Größe D jedoch auf Null eingestellt. Außerdem wird auch in dem Fall, in dem der absolute Wert |YJ im wesentlichen gleich dem maximalen Steuerwinkel Thmax ist, die Größe D unabhängig von dem IC Korrekturwert X auf Null eingestellt.

Beim Schritt 320 werden zuerst Operationen zur Bestimmung der Steuergeschwindigkeit Ns aus entsprechenden Zählwerten des Taktsignales CL₂ und dem für die Steuergeschwindxgkeit repräsentativen Ausgangssignal S, des Ermittlungskreises 82 für die Steuerdrehung ausgeführt. Danach erfolgen Operationen, bei denen durch eine Speicheradressenbezeichnung, die auf der Steuergeschwindigkeit Ns und der Drehmomentgröße D beruht, dem Spannungssteuer signal T₅ ein Wert gegeben wird, der zur Bestimmung der Ankerspannung Va verwendet wird, wie dies später erläutert werden wird.

Die Zählwerte des Taktsignales CL„ und des Ermittlungssignales S^ können vorzugsweise beim Schritt 320 gelesen werden.

Im folgenden wird nun beschrieben, wie der Signalwert des Spannungssteuersignales Tr bestimmt wird.

Wie dies leicht zu verstehen ist, sollte zwischen der Eingangswelle 4 und dem elektrischen Motor 33, der über das Untersetzungsgetriebe 50 und die elektromagnetische Kupplung 63 mit der Ausgangswelle 7 verbunden ist, die sich naturgemäß im wesentlichen mit derselben Drehgeschwindigkeit oder Winkelgeschwindigkeit wie die Eingangswelle 4

drehen muß, eine solche Beziehung bestehen, daß N KN gilt. Dabei bezeichnet Nm. die Drehgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl in der Form der Anzahl der Umdrehungen pro Zeit, die der Motor 33 ausführen muß, wenn die Eingangswelle mit einer Steuergeschwindigkeit Ns₁ gedreht wird. K bezeichnet das übersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes 50, das in der Form des Verhältnisses der Geschwindigkeit der Antriebsseite zur Geschwindigkeit der angetriebenen Seite gegeben ist. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die elektromagnetische Kupplung 63 grundsätzlich so betrieben werden kann, daß das Drehmoment von dem Untersetzungsgetriebe 50, so wie es ist, zur Ausgangswelle 7 übertragen wird, während der Erregerstrom Ic zur Kupplung 6 3 in einer später beschriebenen Weise gesteuert wird.

Die notwendige Drehzahl Nm des elektrischen Motors 3 3 wird so durch die Steuergeschwindigkeit Ns bestimmt.

In der Mikrocomputereinheit 76 ist in einem bestimmten Bereich des Speichers ein Satz von numerischen Daten des Ankerstromes Ia als eine Funktion Ia(D) der Größe D des Steuerdrehmomentes dauerhaft bzw. ununterbrochen adressiert, wobei der Strom Ia zur Größe D die in der Fig. 12 dargestellte Beziehung aufweist. Wenn daher ein Wert der Größe D des Steuerdrehmomentes vorgegeben ist, kann der Wert

des erforderlichen Ankerstromes Ia(D) in der Form von Daten aus den gespeicherten Daten bestimmt werden, wobei die Daten dadurch identifiziert werden, daß einfach eine entsprechende Adresse bezeichnet wird. Es müssen keine besonderen 3Q Berechnungen ausgeführt werden.

Außerdem geht aus der Fig. 13 hervor, die die Betriebscharakteristiken des Gleichstrommotores 33 zeigt, daß proportional zur Vergrößerung des Lastdrehmomentes Tm am Motor der Ankerstrom Ia sich vergrößert und die Drehzahl Nm des Motors abnimmt, während die an den Motor anzulegende Anker-

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spannung Va konstant gehalten wird. Andererseits nimmt in dem Fall, in dem das Lastdrehmoment Tm konstant ist, die Drehzahl Nm des Motors zu, wenn die Ankerspannung Va zunimmt, während der Ankerstrom Ia konstant gehalten wird.

An diesem Punkt der Beschreibung wird festgestellt, daß die erforderliche Drehzahl Nm des Motors aus der Steuergeschwindigkeit Ns bestimmt wird und daß der erforderliche Ankerstrom Ia(D) durch Adressenbestimmung entsprechend der IC Größe D des Steuerdrehmomentes bestimmt wird.

In dem Speicher der Mikrocomputereinheit 76 ist in einem anderen Bereich ein Satz von numerischen Daten der Ankerspannung Va als eine Funktion sowohl der Drehzahl Nm des Motors und des Ankerstromes Ia, gemäß dem zwischen ihnen bestehenden Beziehungen, die in der Fig. 9 dargestellt sind, matrixförmig ununterbrochen bsw. dauerhaft adressiert gespeichert. Bei der Vorgabe entsprechender Werte der Drehzahl Nm des Motors und des Ankerstromes Ia kann daher der Wert

2C der erforderlichen Ankerspannung Va in der Form von Daten aus den gespeicherten Daten bestimmt werden, wobei diese Daten einfach durch Bestimmung eines Paares entsprechender Adressen identifiziert werden. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem die erforderliche Drehzahl Nm des Motors so bestimmt wird, daß sie in Fig. 13 N. beträgt und in dem die Größe des Steuerdrehmomentes in Fig. 12 als ein Wert D₁ gegeben ist und der erforderliche Ankerstrom Ia(D) folglich so bestimmt wird, daß der in Fig. 12, 13 Ia. beträgt, ein Wert V₂ in Fig. 13 als die erforderliche Ankerspannung Va bestimmt.

In Übereinstimmung mit einem solchen bestimmten Wert der erforderlichen Ankerspannung Va wird das Spannungssteuersignal Tr bestimmt.
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In der Praxis sind jedoch numerische Daten der Ankerspannung

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Va derart gespeichert, daß die Spannung Va durch Adressenbestimmung in Übereinstimmung mit entsprechenden Werten der Drehzahl Ns und des Ankerstromes Ia(D) bestimmt werden kann, ohne daß die Bestimmung der erforderlichen Drehzahl Hm des Motors aus der Steuergeschwindigkeit Ns erforderlich ist. Der Grund, weshalb eine derartige Operation möglich ist, ergibt sich aus der proportionalen Beziehung oder Linearität zwischen der Drehzahl Nm des Motors und der Steuergeschwindigkeit Ns.

Die Ankerspannung Va wird daher durch eine Adressenbezeichnung bestimmt, die auf den für das Steuerdrehmoment repräsentativen Signalen S-, S₂ und dem Signal S^ beruht, das die Steuergeschwindigkeit bezeichnet. Dies führt zu einer vergrößerten Steuergeschwindigkeit des Mikrocomputersystems 76.

In dem Ablaufdiagramm der Fig. 9A wird beim Schritt 322 das Steuersignal T^ für den Strom der elektromagnetischen Kupplung 63 gemäß der Größe D des Steuerdrehmomentes bestimmt. Im Zusammenhang mit dem Signal T_fi erfolgt die Bestimmung ebenfalls durch Adressenbezeichnung. Genauer gesagt wird zuerst der Erregerstrom Ic für die Kupplung durch Adressenbezeichnung gemäß dem erforderlichen Ankerstrom Ia

(D) bestimmt, der aus der berechneten Größe D des Steuerdrehmomentes bestimmt wird. In dieser Hinsicht besitzt der Kupplungsstrom Ic zum Ankerstrom Ia(D) eine in der Fig. 14 dargestellte Beziehung. Dann wird in Übereinstimmung mit dem so bestimmten Kupplungsstrom Ic das Steuersignal Tg für den Kupplungsstrom bestimmt. In der Fig. 14 ist mit dem Bezugszeichen Ico eine Vorspannungskomponente bzw. eine Vorstromkomponente des Kupplungsstromes Ic bezeichnet, die für die erforderliche Absorption von beispielsweise Reibungskräften angelegt wird.

Dann wird beim Schritt 324 in bezug auf die Steuergeschwin-

digkeit Ns, die durch das Signal S₄ vom Ermittlungskreis 82 für die Steuergeschwindigkeit bestimmt wird und in bezug auf eine scheinbare bzw. sichtbare Drehzahl Nm¹ des Motors, die durch das Signal S₃ dargestellt wird, das die Drehzahl des Motors betrifft und vom Ermittlungskreis 120 für die Drehzahl des Motors stammt, eine dazwischen vorliegende Abweichung M erhalten derart, daß M = |Nm'-Ns][ gilt. Mit anderen Worten wird die Abweichung M als ein absoluter Wert der Differenz zwischen der Drehzahl Nm¹ und der Steuergeschwindigkeit Ns bestimmt, wohingegen diese Abweichung beispielsweise anders in der Form eines Verhältnisses zwischen der Steuergeschwindigkeit Ns und dem Produkt der Drehzahl Nm des Motors und des Übersetzungsverhältnisses K des Untersetzungsgetriebes 50 dargestellt werden kann. Der Generator 48 des Ermittlungskreises 120 kann eine Ausgangscharakteristik aufweisen, die eine Beziehung derart sicherstellen kann, daß Nm¹ = Nm/K gilt. Dabei bezeichnet Nm¹ die scheinbare Drehzahl des Motors. Nm bezeichnet die tatsächliche Drehzahl des Motors. K bezeichnet das zuvor genannte übersetzungsverhältnis. Die scheinbare Drehzahl Nm¹ des Motors ist daher von Natur aus direkt mit der Steuergeschwindigkeit Ns vergleichbar.

Dann wird beim Schritt 326, der ein Entscheidungsschritt ist, eine Beurteilung der Größe der Abweichung M dadurch getroffen, daß beurteilt wird, ob M> M_n ist. Dabei bezeichnet M_Q einen vorbestimmten kritischen Wert. Wenn herausgefunden wird, daß die Abweichung M in einem zulässigen Bereich unter dem Wert M„ liegt, wird zum Schritt 334 übergegangen, der ein Ausgegeschritt ist, bei dem die Steuersignale T^, T,, T^, T_fi so ausgesendet werden, wie sie bis dann bestimmt werden, ohne daß das Signal T_n. zur Steuerung der Ankerspannung und das Signal T₆ zur Steuerung des Kupplungsstromes korrigiert werden.

In dem Fall, in dem die Abweichung M größer ist als der

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Wert M wird zum nächsten Schritt 3 28 übergegangen, der ein Entscheidungsschritt ist, bei dem die scheinbare Drehzahl Nm¹ des Motors und die Steuergeschwindigkeit Ns miteinander dadurch verglichen werden, daß beurteilt wird,

ob Ns=>Nm' gilt. >

Dann wird in dem Fall, in dem die Steuergeschwindigkeit Ns schneller ist als die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl Nm' des Motors, zum Schritt 330 gegangen, bei dem eine Vergrößerungskorrektur des Steuersignals IV für die Spannung ausgeführt wird, um die Ankerspannung Va zu vergrößern, um dadurch die tatsächliche Drehzahl Nm in der Form der Umdrehungsanzahl des elektrischen Motors 33 anzuheben. In Übereinstimmung damit wird eine Vergrößerungskorrektur des Signals T_ß zur Steuerung des Kupplungsstromes ausgeführt.

Im Gegensatz dazu wird, wenn die Steuergeschwindigkeit Ns kleiner ist als die scheinbare Drehzahl Nm¹ des Motors zum Schritt 332 übergegangen, bei dem eine Verkleinerungskorrektur des Signals Tr zur Steuerung der Spannung ausgeführt wird, um dadurch die tatsächliche Drehzahl Nm des Motors und auch des Signals Tg zur Steuerung des Kupplungsstromes kleiner zu machen. Danach wird zum Ausgabeschritt 334 übergegangen.

Durch die Korrektur der Steuersignale T₅, T_g bei den Schritten, 324, 326, 328, 330 und 332 werden sehr kleine Änderungen des Betriebes des elektrischen Motores und Schwankungen des Steuergefühls, die auf sehr kleine Änderungen des Betriebes der Reibungselemente der elektromagnetischen Kupplung 63 und des Untersetzungsgetriebes 50 zurückzuführen sind, beseitigt.

Beim Ausgabeschritt 334 werden die Steuersignale T₃, T. für die Drehrichtung des Motors und das Signal T₅ zur

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Steuerung der Ankerspannung, wenn nötig, in der korrigierten Form, an den Antriebskreis 100 für den elektrischen Motor ausgesendet. Außerdem wird das Signal T^ zur Steuerung des Kupplungsströmes, nötigenfalls in der korrigierten Form, an den Antriebskreis 108 für die elektromagnetische Kupplung ausgesendet.

Wie dies beschrieben wurde, wird im Antriebskreis 100 für den Motor eine PWM-Steuerung der Ankerspannung Va des elektrischen Motors 33 in Abhängigkeit von den die Drehrichtung steuernden Signalen T-,, T* und dem Spannungssteuersignal Tr ausgeführt. Gleichzeitig wird im Antriebskreis 10 8 für die Kupplung der Erregerstrom Ic für die elektromagnetische Kupplung 63 in Abhängigkeit von dem Signal T_ß zur Steuerung des Kupplungsstromes durch Impulsbreitenmodulation gesteuert, so daß die Kupplungskraft der Kupplung 63 proportional zum Ankerstrom Ia oder Ausgangsdrehmoment Tm des elektrischen Motors 33 gesteuert wirfd. Dadurch wird ein nutzloser oder besonderer Verbrauch von elektrischer Leistung an der Kupplung 63 wirksam verhindert.

Schließlich wird wieder zum Schritt 304 zurückgegangen.

Das Diagramm der Fig. 15 zeigt für den manuellen oder leistungslosen Betrieb und den leistungsünterstützten Betrieb jeweils Beziehungen zwischen dem Steuerdrehmoment Ts, das auf die Eingangswelle 4 einwirkt, und dem Lastdrehmoment Tl, das vom Steuergetriebe auf die Ausgangswelle ausgeübt wird. Mit dem kleinen Buchstaben _1 ist eine geradlinige charakteristische Kurve bezeichnet, der im leistungslosen Betrieb des Steuersystems, beispielsweise in dem Fall gefolgt wird, in dem die Operation des Steuersystems beim Schritt 30 6 beendet wird. Der große Buchstabe L bezeichnet eine charakteristische Kurve, die für die leistungsunterstützte Operation des Steuersystems eigentümlich bzw. maßgeblich ist.

Aus der Fig. 15 ist ersichtlich, daß gemäß dieser Ausführungsform, in der die Größe des Ankerstromes Ia aus der Größe D des Steuerdrehmomentes unter Anwendung einer Beziehung zwischen diesen, die wie in der Fig. 12 be- ° schaffen ist, bestimmt wird, die leistungsunterstützte Charakteristik im wesentlichen die leistungslose Charakteristik in einem Bereich eines kleinen Lastdrehmomentes Tl überlappt. In anderen Bereichen, in denen das Lastdrehmoment Tl noch, darüber hinaus vergrößert wird, wird die charakteristische Kurve L der leistungsunterstützten Operation erfolgreich im wesentlichen flach gehalten. Wenn das Lastdrehmoment Tl weiter entlang einem Bereich Re vergrößert wird, der solche Werte des Lastdrehmomentes überdeckt, die denjenigen Werten des Steuerwinkeis Th entsprechen, die in einem Bereich anzutreffen sind, der von dem vorbestimmten Wert Th^ bis zum maximalen Wert Thmax reicht, steigt die leistungsunterstützte charakteristische Kurve L allmählich an und koinzidiert schließlich mit der Kurve _1 für die leistungslose Charakteristik. Der Grund dafür, warum die leistungsunterstützte Charakteristik in der durch die Kurve L der Fig. 15 dargestellten Weise variabel ist, beruht einerseits darauf, daß der Ankerstrom Ia relativ zur Größe D des Steuerdrehmomentes bestimmt wird, wie dies in der Fig. 12 gezeigt ist. Andererseits beruht dieser Grund darauf, daß die Größe D des Steuerdrehmomentes im voraus bei den Schritten 315 bis 318 in der beschriebenen Weise unter Beachtung des Steuerwinke Ls Th korrigiert wird, was zur Folgii hat, daß der Ankerstrom Ia relativ zum Lastdrehmoment Tl geändert wird, wie dies in der Fig. 15 durch die unterbrochene Linie dargestellt ist. In diesem Zusammenhang ergibt sich aus der Fig. 14, daß der Kupplungserregungsstrom Ic proportional zum Ankerstrom Ia geändert wird.

Im Hinblick auf das zuvor Gesagte ist es ratsam, daß

das Lastdrehmoment Tl während der Fahrt des Fahrzeuges praktisch in einem festen bzw. wesentlichen Verhältnis zum Steuerwinkel Th steht.

Fig. 16 zeigt ein schematisches Blockschaltbild, in dem verschiedene Funktionen des Steuerkreises 75 dadurch beschrieben sind, daß Zwischenbeziehungen zwischen zwischen wesentlichen Elementen des in der Fig. 6 dargestellten Kreises 75 und zugeordneten Prozeßschritten in dem Ablaufdiagramm der Fig. 9 mit Rücksicht auf den Pro-XO zeß zur Steuerung im-Entlastungszustand ■ dargestellt sind. Auf diese Weise werden die Kreise, Ermittlungssignale, Prozeßschritte und Steuersignale eliminiert, die keine direkte Beziehung zu dem Prozeß der Steuerung im Entlastungszustand haben.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Ankerspannung Va des elektrischen Motors 33 grundsätzlich in Abhängigkeit von den Signalen S₁, S„ für das Steuerdrehmoment und dem Signal S. für die 2Q Steuergeschwindigkeit bestimmt, so daß die tatsächliche Drehgeschwindigkeit Nm des Motors 33 vorteilhaft an die Steuergeschwindigkeit Ns der Eingangswelle 4 und daher auch des Steuerrades angepaßt wird. Dadurch wird ein optimales Steuergefühl sichergestellt.

Außerdem wird als ein besonders bestimmter Punkt bei den Schritten 315 bis 318 ein Prozeß zur Steuerung im Entlastungszustand ausgeführt, der ermöglicht, daß dann, wenn das Steuerrad sich einem der beiden Steuerenden „₀ nähert, die an den elektrischen Motor 3 3 angelegte Ankerspannung Va allmählich verringert wird und schließlich am Steuerende Null wird, so daß das am Motor 33 entwickelte Hilfsdrehmoment ebenfalls entsprechend verringert wird und schließlich am Steuerende Null wird.

Als Ergebnis wird die Lebensdauer des elektrischen Mo-

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tors 33 selbst wie auch diejenige des gesamten Leistungssteuersystems wirksam vergrößert. Gleichzeitig wird der Verbrauch von elektrischer Leistung des gesamten Systems und insbesondere des Motors 3 3 verringert, so daß Leistung gespart werden kann. Zusätzlich dazu trägt der Prozeß zur Steuerung im Entlastungszustand weiter zur Verbesserung des Steuergefühls bei.

Bei der voranstehenden Ausführungsform wird, bis der Steuerwinkel Th, wenn er den vorbestimmten Wert Th- überschritten hat, den maximalen Steuerwinkel Thmax erreicht, die Größe D des Steuerdrehmomentes, die auf Daten des Steuerwinkels beruht, allmählich und ununterbrochen abnehmend korrigiert, bis sie schließlich auf Null reduziert wird. Es wird darauf hingewiesen, daß die Größe des Drehmomentes, die auf solchen Daten beruht, vorteilhafterweise verringert werden kann, so daß sie absichtlich durch eine geradlinige oder stufenweise Reduktion oder in extremen Fällen sogar ohne Reduktion auf dem Weg zu einer. Null-Zustand korrigiert werden kann, der am Steuerende erreicht werden soll.

Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung ein elektrisches Leistungssteuersystem betrifft, in dem ein an einem elektrischen Motor entwickeltes Hilfsdrehmoment klein oder zu Null gemacht wird, wenn ein Steuerrad in die Nähe eines seiner beiden Steuerenden gedreht wird. Die vorliegende Erfindung ist daher wirksam im Zusammenhang mit jedem Leistungssteuersystem anwendbar, das einen elektrischen Motor aufweist, der zur Entwicklung eines Hilfsdrehmomentes geeignet ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß die erforderlichen Mechanismen zur Ermittlung des Steuerendes willkürlich beschaffen sein können. Beispielsweise kann vorteilhafterweise ein Code-Rad an einer Steuerwelle zur Anzeige eines

Steuerwinkelbereiches in der Nähe des Steuerendes verwendet werden. Außerdem kann ein Grenzschalter zur Ermittlung des Steuerendes vorteilhaft an einer Steuerwelle oder in einem Zahnstangenmechanismus selbst vorgesehen werden.

Claims

Pate itanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmanij, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmahn, D-.pl.-Ciiem. ß. Huber Dr.-Ing. H. LiSKA, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel <l« Γ ·-■ -■{■(·£■ 8000 MÜNCHEN 86 XL· i !;ί := ί·ίθϋ POSTFACH 860 820 MOHLSTRASSE 22 TELEFON (0 89) 9S 03 52 TELEX 5 22 621 TELEGRAMM PATHNTYF.ICKMANN .MÜNCHEN VP/He HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA 1-1, Minami-Aoyama 2-chome, Minato-ku, Tokyo 1o7, Japan Elektrisches Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge Patentansprüche

1. Elektrisches Leistungssteuersystem (200) für Kraftfahrzeuge mit einer Eingangswelle (4), die wirksam mit einem Steuerrad verbunden ist, einer Ausgangswelle (7), die wirksam mit einem gesteuerten Rad verbunden ist, einem elektrischen Motor (33), der ein Hilfsdrehmoment wirksam an die Ausgangswelle (7) anlegt, einer Einrichtung (77) zur Ermittlung des auf die Eingangswelle (4) einwirkenden Steuerdrehmomentes (Ts) und einer Antriebssteuereinrichtung (76, 100, 108) zum Anlegen eines Antriebssignales (Va) an den elektrischen Motor (33) unter Beachtung eines Ausgangssignales (S., S₂) von der Ermittlungseinrichtung (77) für das Steuerdrehmoment, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrich-

tung (82, 315, 316) zur Ermittlung eines Steuerwinkels (Th) des Steuerrades und eine Korrektureinrichtung (317, 318) vorgesehen sind, die eine Korrektur ausführt, um das Motorantriebssignal (Va) unter der Be dingung, daß der durch die Ermittlungseinrichtung (82, 315, 316) für den Steuerwinkel ermittelte Steuerwinkel (Th) des Steuerrades einen vorbestimmten Winkel (Th₁) überschreitet, zu verkleinern, um dadurch das am elektrischen Motor (33) zu entwickelnde Hilfsdrehmoment zu verringern.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Korrektureinrichtung (317, 318) das Motorantriebssignal (Va) abnehmend auf Null korrigieren kann, wenn der Steuerwinkel (Th) den vorbestimmten Winkel (Th₁) überschritten hat, um dadurch den Betrieb des elektrischen Motors (33) zu beenden.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vorbestimmte Winkel sich in der Nähe eines maximalen Steuerwinkels (Thmax) des Steuerrades befindet.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (317, 318) eine wirksame Korrektur ausführen kann, um das Motorantriebssignal (Va) zu verkleinern und schließlich auf Null zu verringern, wenn der Steuerwinkel (Th) vom vorbestimmten Winkel (Th₁) zum maximalen Steuerwinkel (Thmax) geändert wird, um dadurch das am elektrischen Motor (33) zu entwickelnde Hilfsdrehmoment zu verkleinern und schließlich den Betrieb des elektrischen Motors (33) zu beenden.

5. System nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Korrektureinrichtung (317, 318) das Motorantriebssignal (Va) wirksam und ununterbrochen bis auf Null korrigieren kann.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Motorantriebssignal (Va)/ das von der Antriebssteuereinrichtung (76, 100, 108) an den elektrischen Motor (33) anzulegen ist, ein Ankerspannungssignal (Va) umfaßt.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß eine elektromagnetische Kupplungseinrichtung (63) zur Übertragung des am elektrisehen Motor (33) entwickelnden Drehmomentes an die Ausgangswelle (7) vorgesehen ist und daß die Antriebssteuereinrichtung (76, 100, 108) an die elektromagnetische Kupplungseinrichtung (63) ein Kupplungsantriebssignal (Ic) unter Beachtung des Ausgangssignales (S-, S2) von der Ermittlungseinrichtung (77) für das Steuerdrehmoment anlegen kann.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Untersetzungsmechanismus (50) zur übertragung des am elektrischen Motor (33) entwickelten Drehmomentes an die elektromagnetische Kupplungseinrichtung (63) vorgesehen ist, wobei dessen Geschwindigkeit verringert wird.