DE3604396C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Servolenksystem für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein System der genannten Art ist aus der DE-OS 22 37 166 bekannt. Bei diesem bekannten System besteht der Drehmomentdetektor aus einem Winkelbewegungsfühler, der die Umformung einer zum Drehmoment proportionalen Winkelbewegung zwischen der Eingangswelle gegenüber der Ausgangswelle in ein elektrisches Signal ermöglicht. Dieses Signal wird zusammen mit den Drehsinn des Lenkrades anzeigenden und von Kontakten stammenden Signalen einem analogen Rechner zugeführt, der diese Signale in einen Strom umformt, dessen Stärke sich in Abhängigkeit von dem auf das Lenkrad einwirkenden Moment ändert und der den Elektromotor speist.

Bei besonderen Ausgestaltungen dieses bekannten Systems kann der Verlauf des Hilfsdrehmoments nicht nur in Abhängigkeit von dem Wert des auf das Lenkrad einwirkenden Drehmoments, sondern auch in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert werden und es kann erreicht werden, daß bei der Rückbewegung der gelenkten Räder in ihre Normallage kein Drehmoment vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübt werden muß.

Aus der DE-OS 28 39 121 geht ein Servolenksystem mit einer das Hilfsdrehmoment erzeugenden Pumpe hervor, die durch den Fahrzeugmotor angetrieben wird und stets im Normalbetrieb arbeitet. Die Pumpe arbeitet mit einem Arbeitszylinder zusammen, der über ein Steuerventil bei einer bestimmten Bedingung abgeschaltet wird. Dieses System weist auch eine Detektoreinrichtung zur Erfassung des Lenkwinkels und eine Korrektureinrichtung zur Verringerung des Hilfsdrehmoments auf null, derart auf, daß die Steuerwirkung des Arbeitszylinders unterbrochen wird, bevor der Lenkwinkel einen vorgegebenen Lenkwinkel übersteigt. Durch die Unterbrechung des Hilfsdrehmoments erfolgt in kleinen Zeitabständen bei weiterer Drehung der Lenkwelle eine erneute Einsteuerung des Hilfsdrehmoments. Durch diese Maßnahme kann vermieden werden, daß bei kleinem Lenkdrehmoment, beispielsweise auf Glatteis im Parkierbereich, die Servounterstützung wirkt bis zum Lenkradanschlag, wenn das Hilfsdrehmoment größer als die Verstellkraft ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Servolenksystem der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem beim Lenken in der Nähe des maximalen Lenkwinkels eine zu starke Erwärmung und ein zu großer Leistungsverlust des das Hilfsdrehmoment erzeugenden Elektromotors vermieden und damit die Lebensdauer des Motors und des gesamten Servolenksystems verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Servolenksystems;

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 Lenkdrehmoment in dem Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 3B und 3C eine Seitenansicht des und eine Draufsicht auf das Glied der Fig. 3A;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 1, der einen Sensor für die Lenkdrehung in dem Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 1;

Fig. 6 ein ausführliches Blockschaltbild eines Steuerkreises des Ausführungsbeispiels;

Fig. 7 ein weiteres ausführliches Blockschaltbild eines Ermittlungskreises für die Lenkdrehung in dem Steuerkreis nach Fig. 6;

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

Fig. 9A, 9B schematische Ablaufdiagramme von Hauptschleifprozessen und Unterbrechungsprozessen, die in der Mikrocomputereinheit in dem Steuerkreis nach Fig. 6 ausgeführt werden;

Fig. 10 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem integralen Wert von für den Lenkwinkel repräsentativen Ausgangsimpulsen von dem Ermittlungskreis für die Lenkdrehung und einem Lenkwinkel zeigt;

Fig. 11 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem integralen Wert von für den Lenkwinkel repräsentativen Impulsen und einem Korrekturwert für einen Prozeß im unbelasteten Zustand zeigt;

Fig. 12 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Lenkwinkelsignal und einem Ankerstrom des Elektromotors des Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 13 ein Diagramm zur Beschreibung von Betriebscharakteristiken des Elektromotors, wobei Beziehungen zwischen dem Ankerstrom, der Drehzahl und dem Lastdrehmoment des Motors gezeigt sind;

Fig. 14 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Ankerstrom des Elektromotors und einem Antriebsstrom einer magnetischen Kupplung des Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 15 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem auf das Ausführungsbeispiel ausgeübten Lastdrehmoment und einem auf das Beispiel einwirkenden Lenkdrehmoment zeigt; und

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

In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 200 das beispielhafte elektrische Servolenksystem mit dem ein nicht dargestelltes Fahrzeug ausgerüstet ist. Das System 200 weist auf: Eine Eingangswelle 4, die mit ihrem rechten Ende gemäß Fig. 1 mit einem nicht dargestellten Lenkrad des Systems 200 verbunden ist; eine Lenksäule 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 nicht dargestellten Lenkgetriebe für die nicht dargestellten gelenkten Räder 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 Elektromotors 3, der später erläutert 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 sind in der richtigen Lage drehbar durch ein Paar Lager 9, 10 bzw. drei Lager 11, 12, 13 gelagert.

Das Lenksystem 200 besteht aus einem Sensor 20 für die Lenkdrehung, der um die Eingangswelle 4 herum angeordnet ist, einem Sensor 24 für das Lenkdrehmoment, der um die lose eingesetzten innersten Bereiche der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 7 herum angeordnet ist, dem Elektromotor 33, bei dem es sich um einen Gleichstrommotor handelt, der koaxial um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet ist und, wie später erläutert, ein Hilfsdrehmoment auf die Welle 7 ausüben kann, einem Untersetzungsgetriebe 50, einer elektromagnetischen Kupplung 63 und einer Steuervorrichtung in der Form eines Steuerkreises 75 zum Antreiben und Steuern des Elektromotors 33 und der elektrischen Kupplung 63 in Übereinstimmung mit entsprechenden Ermittlungssignalen, die von dem Sensor 20 für die Lenkdrehung und dem Sensor 24 für das Lenkdrehmoment ausgesendet werden.

Die Eingangswelle 4 ist 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 Lenkrad befestigt. Mit dem axialen inneren Ende ist die erste Welle 5 mit der röhrenförmigen zweiten Welle 6 über eine Gummibuchse 14 elastisch verbunden, die dazwischen angeordnet ist und die Übertragung von Schwingungen bzw. Vibrationen verhindert. Die Gummibuchse 14 besteht aus einem radialen inneren und einem radialen äußeren Metallrohr 14 a, 14 b und einem elastischen Glied 14 c, das dazwischen angeordnet ist. Das innere Rohr 14 a ist an der ersten Welle 5 befestigt. Das äußere Rohr 14 b ist an der zweiten Welle 6 befestigt.

Am axialen inneren Endbereich der ersten Welle 5 ist nach Fig. 2 fest ein ringförmiges Teil 15 aufgesetzt, das ein Paar radial nach außen ragende Vorsprünge 15 a aufweist, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Diese Vorsprünge 15 a sind in ein Paar Schlitze 6 a eingesetzt, wobei ein geeigneter winkelförmiger Spalt bestehen bleibt. Die Schlitze 6 a 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 und 6 können infolge der Spalte relativ zueinander verdreht werden. Außerdem können sie durch das ringförmige Teil 14 in bezug aufeinander und nach einer relativen Verdrehung zueinander verriegelt werden, so daß verhindert wird, daß das elastische Teil 14 c in seiner Drehrichtung Drehmomenten ausgesetzt wird, die größer sind als vorbestimmte Drehmomente. Mit dem Bezugszeichen 16 ist eine kreisförmige Klammer bezeichnet, durch die verhindert wird, daß das ringförmige Teil 15 aus der richtigen Lage gelangt.

Nach den Fig. 3A bis 3C ist an dem axial gegenüberliegenden Ende der zweiten Welle 6, d. h. in der Fig. 1 in dem linken Enden der zweiten Welle, ein Paar sich in axialer Richtung erstreckender Nuten 17 ausgebildet, die um 180° zueinander verdreht sind. Im axial innersten Bereich der Ausgangswelle 7, dessen Durchmesser vergrößert und von dem Stator 2 über ein Lager 11 a gehalten ist, ist ein Paar sich in axialer Richtung erstreckender Vorsprünge 7 a an Positionen ausgebildet, die den Nuten 17 der zweiten Welle 6 entsprechen. Die Vorsprünge 7 a sind in den Nuten 17 eingeführt, wobei jeweils ein vorbestimmter Spalt besteht. Außerdem ist an diesem Ende die zweite Welle 6 verkleinert, wobei der zerkleinerte Bereich in den vergrößerten innersten Bereich der Ausgangswelle 7 eingeführt und von der Ausgangswelle 7 gehalten ist.

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 Lenkgetriebe verbunden, das, wie beschrieben, ein Glied auf der Lastseite darstellt. Das vom Lenkrad an die Eingangswelle 4 angelegte Drehmoment wird daher unter Deformation des Torsionsstabes 8 an die Ausgangswelle 7 und an die Glieder auf der Lastseite übertragen. Die Gummibuchse 14 zwischen der ersten und der zweiten Welle 5, 6 der Eingangswelle 4 ist härter in bezug auf ihre Deformation eingestellt als der Torsionsstab 8, der zwischen der zweiten Welle 6 und der Ausgangswelle 7 angeordnet ist.

Nach Fig. 4 umfaßt der Sensor 20 für die Lenkdrehung mehrere radial nach außen ragende Vorsprünge 21 in Form von durch gleiche Winkel voneinander entlang des Umfanges der zweiten Welle 6 beabstandeten Zähnen, und ein Paar Photokoppler 22 a, 22 b, die an der Lenksäule 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 22 a, 22 b abwechselnd durch die Vorsprünge 21 und die dazwischen befindlichen Spalte 21 a unterbrochen und hergestellt, wenn das Lenkrad bei seiner Betätigung gedreht wird.

Die Photokoppler 22 a, 22 b lichtemittierende Elemente 22 c, 22 e enthalten, die aus LED-Elementen bestehen, und lichtempfangende Elemente 22 d, 22 f aufweisen, die aus Phototransistoren bestehen, wie dies in der Fig. 7 dargestellt ist. Die entsprechenden Positionen der Photokoppler 22 a, 22 b werden derart bestimmt, daß die Perioden ihrer Ermittlung der Vorsprünge 21 und der Spalte 21 a in bezug auf ihre Phase voneinander um einen vorgegebenen Wert verschoben werden, der bei dieser Ausführungsform einem Viertel jedes Zyklus entspricht.

Die Umfangsbreiten jedes der Vorsprünge 21 und jedes der Spalte 21 a sind gleich eingestellt. Ist diese Breite gleich W, sind die Positionen der Photokoppler 22 a, 22 b in Umfangsrichtung voneinander durch einen Abstand (n+¼) · 2 W voneinander beabstandet, wobei n, das bei diesem Ausführungsbeispiel die Einheit darstellt, eine ganze Zahl ist.

Wenn die zweite Welle 6 bei der Betätigung des Lenkrades in einer Richtung gedreht wird, senden daher die Phototransistoren 22 d, 22 f ein Paar elektrische Signale aus, die um ¼-Zyklus gegeneinander phasenverschoben sind.

Der Sensor 24 für das Lenkdrehmoment 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. Nach den Fig. 3A bis 3C verläuft durch das bewegliche Kernglied 25 ein Paar erste längliche Löcher 25 a, die an einem Paar Stifte 26 angreifen, die radial von den axialen Vorsprüngen 7 a der Ausgangswelle 7 vorstehen, und ein Paar zweite längliche Löcher 25 b, die an einem weiteren Paar Stifte 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 25 a sind in der axialen Richtung des Kerngliedes 25 ausgebildet. Die zweiten länglichen Löcher 25 b sind in bezug auf die Achse des Gliedes 25 um einen erforderlichen Winkel geneigt. Die geneigten länglichen Löcher 25 wirken 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 Übereinstimmung mit dem auf die Eingangswelle 4 oder auf die zweite Welle 6 der Eingangswelle 4 einwirkenden Lenkdrehmoment verschoben wird.

Ist beispielsweise angenommen, daß das Lenkdrehmoment auf die zweite Welle 6 im Uhrzeigersinn von der Seite des Lenkrades her gesehen und ein Lastdrehmoment, das größer ist als das Lenkdrehmoment auf die Ausgangswelle 7 ausgeübt werden, die zweite Welle 6 relativ zur Ausgangswelle 7 im Uhrzeigersinn von der Seite des Lenkrades aus gesehen gedreht. Dann wird bewirkt, daß sich das bewegliche Kernglied 25 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 Lenkrades aus gesehen gedreht wird, bewirkt, daß sich das Kernglied 25 in der zu der obengenannten Richtung entgegengesetzten Richtung bewegt.

In jedem der vorangehenden Fälle wird das Kernglied 25 infolge der geneigten länglichen Löcher 25 b 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 Kernglied 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.

Das bewegliche Kernglied 25 kann unter der Bedingung an der mittleren Position angeordnet werden, daß kein Lenkdrehmoment 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 angenommen, 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 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 Elektromotor 33 umfaßt einen zylinderförmigen Stator 2 der mit der Hilfe von Bolzen 34 einstückig bzw. integral sowohl mit der Lenksäule 1 als auch mit dem Gehäuse 3 verbunden ist, wobei der Stator 2 wenigstens ein Paar Magnete 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 ist der Rotor 37 am Gehäuse 3 über ein Kugellager 13 a 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 ist ein Satz von Bürsten 44 in Kontakt mit dem ersten Kommutator 42. Ein weiterer Satz Bürsten 46 ist in Kontakt mit dem zweiten Kommutator 43. 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 2 a, 2 b. Bei dem Ausführungsbeispiel 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 Ausgangssignal 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 zusammen, um einen geeigneten elektrischen Bereich des Elektromotors 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. Nach Fig. 1 besteht die erste Stufe 51 aus einem ersten Sonnenrad 38 a, 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 dem Sonnenrad 38 a 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 56 a, das entlang des äußeren Umfanges eines röhrenförmigen Teiles 56 ausgebildet ist, das einstückig mit dem ersten Trägerteil 55 verbunden ist, der linken Hälfte des gemeinsamen Drehkranzes 53, drei zweiten Planetenzahnrädern 57, die zwischen dem Sonnenrad 56 a 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 Innenzähne 61 a auf, die entlang seines Umfanges ausgebildet sind. Wenn sich daher der Rotor 37 des Elektromotors 33 dreht, wird die Drehung des Rotors 37 über die röhrenförmige Welle 38, das erste Sonnenrad 38 a, die ersten Planetenzahnräder 54, das erste Trägerteil 55, das zweite Sonnenrad 56 a 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 durch ein Lager 66 auf einem Ringteil 65 drehbar 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 58 umgibt. Diese Verlängerung weist ein Paar Vorsprünge 64 a auf, die radial nach innen von dem inneren Umfang der Verlängerung aus in Richtung auf den äußeren Umfang der Ausgangswelle 7 vorstehen. Nach Fig. 5 sind die radialen Vorsprünge 64 a in ein Paar Schlitze 65 a 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 zwischen ihm und der Ausgangswelle 7 elastisch mit der Ausgangswelle 7 verbunden gehalten werden, wobei diese Verschiebung dem Umfangsspalt entspricht bevor die Vorsprünge 64 a des Rotors 64 an dem Ringteil 65 angrenzen. Die axiale Verlängerung des Rotors 64 weist entlang ihres äußeren Umfanges Außenzähne 64 b auf, die auf ihr ausgebildet sind. Außerdem weist der Rotor 64 am entgegengesetzen Ende der axialen Verlängerung des Rotors in Bezug auf das zweite Trägerteil 58 an einer Position auf dem Rotor einen scheibenähnlichen Trägerplattenbereich 64 c auf, der in radialer Richtung vorsteht. Zwischen dem Trägerplattenbereich 64 c des Rotors 64 und dem zweiten Trägerteil 58 sind abwechselnd eine Vielzahl von scheibenähnlichen Platten 68 angeordnet, in deren äußeren Umfängen Nuten eingeschnitten sind, die mit den Innenzähnen 61 a 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 64 b der axialen Verlängerung des Rotors 64 kämmen. Dadurch wird ein Mehrscheibenkupplungsmechanismus gebildet. In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 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 Elektromotor 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 61 a, 68, 69 und 64 b 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 wurde, bis die relative Winkelverschiebung zwischen dem Rotor und der Ausgangswelle 7 einen vorbestimmten Wert erreicht hat, die radialen Vorsprünge 64 a von der axialen Verlängerung des Rotors 64 an entsprechenden Seitenflächen der Schlitze 65 a an dem Ringteil 65 angrenzen, so daß das Hilfsdrehmoment durch den Elektromotor 33 mechanisch vom Rotor 64 zur Ausgangswelle 7 auf eine nicht-elastische Art übertragen wird.

Im folgenden wird der Steuerkreis 75 des Servolenksystems 200 im Zusammenhang mit der Fig. 6 erläutert.

In der Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 76 eine Mikrocomputereinheit. An die Mikrocomputereinheit 76 werden entsprechende Ausgangssignale S₁ bis S₇ angelegt, die von einem Drehmomentdetektor 77 für das Lenkdrehmoment, einer Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung, einer Detektoreinrichtung 120 für die Motorgeschwindigkeit und einer Detektoreinrichtung 114 für eine Unregelmäßigkeit ausgesendet werden.

Der Drehmomentdetektor 77 umfaßt den zuvor genannten Sensor 24 für das Lenkdrehmoment, eine Antriebseinheit 78, die einen Bezugstaktimpuls T₁ in der Mikrocomputereinheit, während sie diesen in eine Anzahl von Stufen teilt, an die Primärwicklung 29 des Sensors 24 für das Lenkdrehmoment aussendet, ein Paar Gleichrichter 79 a, 79 b 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 Tiefpaßfilter 80 a, 80 b zum Eliminieren von Hochfrequenzkomponenten dieser gleichgerichteten Signale und einen Analog/Digital-Wandler 81 zum Umwandeln entsprechender analoger elektrischer Signale von den Tiefpaßfiltern 80 a, 80 b in ein Paar digitale Signale, die als Lenkdrehmomentsignale S₁, S₂ an die Mikrocomputereinheit 76 ausgesendet werden.

Die Detektoreinrichtung 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 S₃ ausgesendet wird, das die Drehgeschwindigkeit des Ankers 37 entsprechend der Anzahl Nm der Umdrehungen pro Minute desselben darstellt. Wie dies später erläutert wird, kann die Detektoreinrichtung 120 für die Motordrehzahl als ein Rückkopplungssignalgenerator arbeiten.

Nach den Fig. 6 und 7 umfaßt die Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung einen Signalgenerator 83, der eine elektrische Leistung an die Photokoppler 22 a, 22 b des Sensors 20 für die Lenkdrehung anlegen kann, so daß von diesem die zuvor genannten elektrischen Signale ausgesendet werden können, einen Wellenformerkreis 84, der aus einem Paar Schmidt-Triggerkreise 84 a, 84 b zur angemessenen bzw. richtigen Formung der Wellenform der Ausgangssignale vom Signalgenerator 83 besteht, und eine Antriebseinheit 85. Diese besteht aus 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 ODER-Kreis 86.

Bei einer derartigen Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung folgt in dem Fall, bei dem beispielsweise bei einer Drehung des Lenkrades im Uhrzeigersinn die Vorsprünge 21 als lichtabschirmende Teile und die Spalte 21 a als dazwischen angeordnete lichtdurchlassende Teile im Uhrzeigersinn von der Seite des Lenkrades her gesehen gedreht werden, daß die Phototransistoren 22 d, 22 f, die miteinander mit einer Phasendifferenz zusammenarbeiten, die einem ¼-Zyklus entspricht, die Lichtstrahlen empfangen, die von den LED-Elementen 22 c, 22 e ausgesendet werden und von Zeit zu Zeit durch einen entsprechenden Bereich der lichtübertragenden Bereiche 21 a und den nächstfolgenden Bereich jeweils übertragen werden. In diesem Fall wird daher das zuvor genannte Ausgangssignal vom Phototransistor 22 f um einen ¼-Zyklus bezüglich der Phase gegenüber demjenigen des Phototransistors 22 d verzögert. Als Ergebnis erscheinen an verschiedenen Bereichen der Detektoreinrichtung 82 die in der Fig. 8 dargestellten Ausgangssignale. Eine genauere Beschreibung folgt später.

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

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. Der Index n ist 1 oder 2.

Im Zusammenhang mit den Fig. 7 und 8 werden nun zahlreiche Zwischenbeziehungen unter den Ausgangssignalen A₁ bis A₄, B₁ bis B₄ und S₁ bis S₆ an wesentlichen Bereichen der Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung beschrieben.

Wie beschrieben, wird in der Detektoreinrichtung 82 an die Antriebseinheit 85 der Taktimpuls von dem Anschluß CL₂ der Mikrocomputereinheit 76 angelegt. Dieses Signal wird durch Teilen des Systemtaktes T₁ der Einheit 76 an einer vorbestimmten Anzahl von Stufen erhalten.

Wenn, wie beschrieben, das Lenkrad beispielsweise im Uhrzeigersinn gedreht wird, werden die zuvor genannten elektrischen Signale, die gegeneinander um einen ¼- Zyklus verschoben sind, vom Signalgenerator 83 an den Wellenformerkreis 84 angelegt, in dem die Schmidt-Trigger- Kreise 84 a, 84 b Rechteckimpulssignale A₁, B₁ erzeugen, die ausgesendet werden. Diese Signale unterscheiden sich ebenfalls in der Phase um einen ¼-Zyklus voneinander. In dem in der Fig. 8 dargestellten Beispiel ist das Signal B₁, das vom Kreis 84 b ausgesendet wird, gegenüber dem Ausgangssignal A₁ vom Kreis 84 a um einen ¼-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, B₂ in bezug auf die Anstiegsflanke/Abfallflanke der Signale A₁, B₁ maximal um eine Periode verzögert sind, die einem Zyklus des Taktimpulses vom Anschluß CL₂ entspricht.

Außerdem wird das Ausgangssignal A₂ des Flip-Flops 87 an den D-Anschluß des nächsten Flip-Flops 89 angelegt, das so getriggert wird, daß sein Ausgangssignal A₃ am Q-Anschluß gegenüber dem Signal A₂ im Hinblick auf die Anstiegsflanke/ Abfallsflanke um eine Periode verzögert ist, die maximal einem Zyklus des Taktpulses vom Anschluß CL₂ entspricht. Gleichzeitig sendet das Flip-Flop 89 an seinem -Anschluß ein invertiertes Signal A₄ aus, dessen Pegel in bezug auf das Signal A₃ umgekehrt ist.

In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal B₂ 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 B₂ um eine Periode verzögert ist, die einem Zyklus des Taktimpulses vom Anschluß CL₂ maximal entspricht. Gleichzeitig sendet das Flip-Flop 90 am -Anschluß ein invertiertes Signal B₄ aus, dessen Pegel in bezug auf das Signal B₃ umgekehrt ist.

Dann werden die Eingangssignale A₃, A₄, B₃, B₄ an die Eingangsanschlüsse D₁₀, D₁₁, D₁₂, D₁₃, D₂₀, D₂₁, D₂₂, D₂₃ des Multiplexers 91 über die in der Fig. 7 dargestellten Verbindungen angelegt. Unter den Steueranschlüssen 91 a, 91 b, ₁, ₂ des Multiplexers 91 sind die beiden Steueranschlüsse ₁, ₂ geerdet.

An den Ausgangsanschlüssen F₁, F₂ des Multiplexers 91, dessen Logik in der obigen Wahrheitstabelle dargestellt ist, erscheinen Signale S₅, S₆, deren Wellenverläufe jeweils in der Fig. 8 dargestellt sind. Genauer gesagt wird das Signal S₅ in der Fig. 8 ununterbrochen auf dem Pegel "low" gehalten, während das Signal S₆ während eines Zyklus des Ausgangssignales A₁ oder genauer gesagt während eines Zyklus des Ausgangssignales A₂ vier Rechteckimpulse aufweist.

Außerdem werden in der Antriebseinheit 85 der Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung die Ausgangssignale A₁, A₂ des Wellenformerkreises 84 an den exklusiven ODER-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 Lenkrad in der beschriebenen Weise im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Im Gegensatz dazu werden in dem Fall, in dem das Lenkrad entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, die entsprechenden Impulse in dem Signal A₁ gegenüber entsprechenden Impulsen in dem Signal B₁ um einen ¼-Zyklus verzögert und es werden in Abhängigkeit davon andere Signale A₂ bis A₄, B₂ bis B₄ und S₄ bis S₆ erzeugt und ausgesendet. In diesem Fall werden daher die Wellenformen der Signale S₅, S₆, wie sie in der Fig. 8 dargestellt sind, gegeneinander vertauscht, während die Wellenform des Signales S₄ erhalten bleibt.

Die Dauer derjenigen Impulse, die in den Signalen A₁, B₁ als die ursprünglichen Ausgangssignale erscheinen, umgekehrt proportional zu einer Lenkgeschwindigkeit Ns des Lenkrades ist.

Unter den Ausgangssignalen S₅ und S₆ der Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung erscheinen nur in dem Signal S₆ Impulse, wenn das Lenkrad im Uhrzeigersinn gedreht wird, und nur in dem Signal S₅ Impulse, wenn das Lenkrad entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird.

Die Ausgangssignale S₄ bis S₆ der Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung 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 von der Detektoreinrichtung 82 als ein Signal zum Berechnen der Lenkgeschwindigkeit Ns verwendet. Außerdem werden in der Einheit 76 die Eingangssignale S₅ und S₆ von der Detektoreinrichtung 82 als Signale zur Berechnung des Lenkwinkels Th des Lenkrades 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 aufweist, 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 aufweist, an den die elektrische Leistung über das Relais 96 angelegt wird. Das Relais 96 weist einen Ausgangsanschluß 96 a zum Anlegen 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 97 a zum Anlegen der stabilisierten Leistung bzw. Spannung an die Mikrocomputereinheit 76 und andere Kreiselemente auf. Während der Schlüsselschalter 94 eingeschaltet ist, wird daher die Mikrocomputereinheit 76 in einen erregten Zustand gebracht, in dem sie die entsprechenden Signale S₁ bis S₇ verarbeiten kann, wobei sie einem in dem Speicher gespeicherten Programm folgt, um drei Steuersignale T₃; T₄, T₅, die zum Ansteuern des Elektromotors 33 verwendet werden, und ein Steuersignal T₆ 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 33 und 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 eines Motortreibersignals Va in Form einer Ankerspannung verantwortlich sind, die an den Elektromotor 33 in Übereinstimmung mit der Lenkrichtung des Lenkrades anzulegen sind. T₅ ist ein Spannungssteuersignal, das für die Bestimmung des Motortreibersignals Va verantwortlich ist.

Der Antriebssteuerkreis 100 für den Elektromotor 33 umfaßt eine Antriebseinheit 101 und einen aus einem Relaispaar 102, 103 und einem Paar npn-Transistoren 104, 105 bestehenden Brückenkreis. In dem Brückenkreis weisen die Relais 102, 103 einen gemeinsamen Versorgungsanschluß auf, der mit dem Ausgangsanschluß 96 a 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 101 b, 101 a und 101 c, 101 d des Antriebskreises 101 verbunden. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren 104, 105 wirken zusammen, um einen Potentialdifferenz zu erzeugen, die als Motortreibersignal Va über die erwähnten Bürsten 46, 46 an die zweite Mehrfachwicklung 41, die eine Ankerwicklung des Elektromotors 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 Spannungssteuersignal T₅ erhalten wird.

In einem Zustand, in dem die das Lenkdrehmoment repräsentierenden Ausgangssignale S₁, S₂ so beschaffen sind, daß sie ein Lenkdrehmoment einer bestimmten Größe repräsentieren, das im Uhrzeigersinn auf die Eingangswelle 4 wirkt, sendet die Mikrocomputereinheit 76 in einer später beschriebenen Weise die für die Drehung im Uhrzeigersinn und die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn repräsentativen Signale T₃, T₄ in der Form eines hohen Pegels "high" bzw. eines niedrigen Pegels "low" und das Spannungssteuersignal T₅ mit einem Signalwert aus, der dem obigen Lenkdrehmoment entspricht. Dann wird bewirkt, daß die Antriebseinheit 101 das Relais 102 über den Anschluß 101 b erregt und gleichzeitig das zuvor genannte Impulssignal, dessen Impulsbreite in Übereinstimmung mit dem Wert des Spannungssteuersignales T₅ moduliert wird, über den Anschluß 101 d an den Basisanschluß des Transistors 105 anlegt. Unter diesen Umständen ist der effektive Wert des an den Elektromotor 33 anzulegenden Motortreibersignals Va proportional zur Dauer des modulierten Impulssignales. Das Motortreibersignal Va 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 101 c 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 Lenkdrehmoment 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 Pegel "low" bzw. "high" aufweisen, und in dem das Spannungssignal mit dem Signalwert ausgesendet wird, der dem Lenkdrehmoment entspricht, eine Reihe von in der Richtung umgekehrten Schritten ausgeführt. Dadurch wird bewirkt, daß das Relais 103 erregt und gleichzeitig der Transistor 104 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.

Danach werden in dem Antriebskreis 100 für den Elektromotor 33 ein Prozeß zur Steuerung der Drehrichtung dieses 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 Modulieren der Dauer der an die Basisanschlüsse der Transistoren 104, 105 anzulegenden Impulse ausgeführt, während an den Elektromotor 33 das Motortreibersignal Va angelegt wird, das einen effektiven Wert aufweist, der der Steuerung der Leitungsperiode entspricht. Dadurch wird der Motor 33 so gesteuert, daß er ein Hilfsdrehmoment in Übereinstimmung mit dem an das Lenkrad angelegten Lenkdrehmoment 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 72 der elektromagnetischen Kupplung 63 mit dem zuvor genannten Ausgangsanschluß 96 a des Relais 96 in dem Leistungskreis 92 verbunden. Der Emitteranschluß des Transistors 101 ist über einen Widerstand 111 mit Masse als gemeinsamer Anschluß 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 T₆ 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 T₆ bewirkt wird, um dadurch die Drehmomentübertragung der elektromagnetischen Kupplung 63 zu steuern.

Wie beschrieben, wird bei dem Ausführungsbeispiel eine Detektoreinrichtung 114 für eine Unregelmäßigkeit angewendet, die Unregelmäßigkeiten des Elektromotors 33 und der elektromagnetischen Kupplung 63 ermitteln kann. Die Detektoreinrichtung 114 weist einen Verstärker 115 a zum Verstärken eines Spannungssignales, das an einem Anschluß des genannten Widerstandes 106 in dem Steuerkreis 100 für den Motor anliegt, einen weiteren Verstärker 115b zum Verstärken eines Spannungssignales, das von einem Anschluß des genannten Widerstandes 111 in dem Antriebskreis 108 für die Kupplung abgenommen wird, ein Paar Tiefpaßfilter 116 a, 116 b zur Beseitigung von Hochfrequenzkomponenten der Ausgangssignale von den Verstärkern 115 a bzw. 115 b und einen Analog/ Digital-Wandler 117 zum Umwandeln der von den Tiefpaßfiltern 116 a bzw. 116 b 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 diese Detektoreinrichtung 114 Unregelmäßigkeiten des Elektromotors 33 und der elektromagnetischen Kupplung 63 dadurch ermitteln kann, daß sie die entsprechenden Anschlußspannungen der Widerstände 106, 111 prüft. In dem Fall, in dem eine Unregelmäßigkeit durch die Detektoreinrichtung 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.

Im folgenden werden verschiedene programmierte Funktionen der Mikrocomputereinheit 76 erläutert.

Die Fig. 9A und 9B zeigen Ablaufdiagramme, die schematisch Hauptschleifenprozesse und Unterbrechungsprozesse 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 Steuerfunktionen ausführen.

Zuerst gelangt der Steuerablauf zur Initialisierungsstufe 302, wo zuallererst durch Maskierungsunterbrechungen verschiedene Parameter und Faktoren wie auch Kreise in der Mikrocomputereinheit 76 initialisiert werden. In diesem Augenblick werden die Zähler, an die das Ausgangssignal S₄ von der Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung und das Taktsignal CL₂ jeweils anzulegen sind, zurückgesetzt. Außerdem wird ein später erläutertes Kennzeichen Fth, das die Zuverlässigkeit der Lenkung im entlasteten Zustand betrifft, auf "0" gesetzt. Danach wird eine Unterbrechung eingeschaltet.

In diesem Zusammenhang weist das Servolenksystem 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 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 von der Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung zuzuführen sind, jeweils zurückgesetzt.

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

Danach wird beim Schritt 357 das Kennzeichen Fth für die Zulässigkeit der Lenkung 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 Unterbrechungsanforderung erhoben wurde, nächsten Adresse zu einer Hauptschleife zurück, die in der Fig. 9A dargestellt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Routine der Fig. 9B zur Abwicklung der Unterbrechung so programmiert, daß eine Folge von Schritten zur Ermittlung der neutralen Position der Eingangswelle 4 und unter Beachtung des Lenkwinkels 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 Lenksystems 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 Lenkwinkels speichern kann.

In der Hauptschleife der Fig. 9A werden beim Schritt 304 die Signale S₁ 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 Signale S₁ bis S₇ richtig sind oder nicht.

Dabei erfolgt die Prüfung dadurch, daß die Signale S₁ bis S₇ in bezug auf Unregelmäßigkeiten geprüft werden. Wenn irgendeine Unregelmäßigkeit herausgefunden wird, wird das Relaissteuersignal T₂ 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 Elektromotors 33. In Fällen, in denen unter einer solchen Bedingung, bei der bewirkt wird, daß die Eingangswelle 4 durch das an das Lenkrad angelegte Lenkdrehmoment 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 des Stabes. Wenn auf die Ausgangswelle 7 ein Lastdrehmoment ausgeübt wird, das um einen Betrag größer als das Lenkdrehmoment ist, bei dem bewirkt wird, daß die relative Verdrehung 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 7 a des axialen innersten Bereiches der Ausgangswelle 7 zum Anliegen an den entsprechenden Seitenwänden der Nuten 17 gebracht, die an dem inneren Ende der zweiten Welle 6 der Eingangswelle 4 angeordnet sind. Es wird dort eine Eingriffsbeziehung hergestellt, in der die Ausgangswelle 7 mechanisch mit der Eingangswelle 4 in der entsprechenden einen Richtung gedreht wird. Eine solche Eingriffsbeziehung zwischen den Vorsprüngen 7 a und der Ausgangswelle 7 und den Nuten 17 der zweiten Welle 6 der Eingangswelle 4 stellt eine Sicherheitsfunktion für das Servolenksystem 200 dar.

In dem Fall, in dem alle Signale S₁ bis S₇ normal und richtig sind, wird beim nachfolgenden Schritt 308, der ein Entscheidungsschritt ist, ein Vergleich des Signalwertes zwischen den Ausgangssignalen S₁, S₂ des Drehmomentdetektors 77 für das Lenkdrehmoment ausgeführt, um zu beurteilen, ob die Lenkrichtung des Lenkdrehmomentes im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt. Daraufhin wird entschieden, welches der Signale T₃, T₄, die für die Drehung im Uhrzeigersinn bzw. für die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn repräsentativ sind, auf den Pegel "high" einzustellen ist.

Demnach wird beim Schritt 308 beurteilt, ob der Signalwert des Signales S₂ für das Lenkdrehmoment im Uhrzeigersinn größer ist als das Signal S₂ für das Lenkdrehmoment 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 T₃ für die Drehung im Uhrzeigersinn auf den Pegel "high" eingestellt wird und daß bei einer anderen Beurteilung zum Schritt 312 gegangen wird, in dem das Signal T₄ 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 Lenkdrehmomentes aus den für das Lenkdrehmoment repräsentativen Signalen S₁, S₂ derart ausgeführt wird, daß D=|S₁-S₂| gilt.

Nachfolgend zu dem Prozeß beim Schritt 314 wird ein Prozeß zur Lenkung im unbelasteten Zustand durch eine Gruppe von Schritten 315 bis 318 ausgeführt.

Beim Schritt 315, der ein Entscheidungsschritt ist, wird beurteilt, ob das Kennzeichen Fth für die Zulässigkeit der Lenkung im unbelasteten Zustand 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 Lenkung im unbelasteten Zustand gesperrt bzw. verhindert wird, wie dies später erläutert 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 Lenkwinkel aktualisiert wird, wobei einem arithmetischen Ausdruck derart gefolgt wird, daß Y=Y+(S₅′+S₆′) gilt. Dabei handelt es sich bei S₅′, S₆′ um Zählwerte der genannten Zähler der an sie angelegten Signale S₅, S₆, die den Lenkwinkel repräsentieren. Diese Werte sind daher immer positiv. Wenn das Lenkrad aus seiner neutralen Position im Uhrzeigersinn gedreht wird, weist Y daher einen negativen Wert auf und wenn das Lenkrad aus seiner neutralen Position entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, ist der Wert Y positiv.

In diesem Zusammenhang werden beim Schritt 304 Zählwerte der Signale S₁ bis S₇ und das Taktsignal CL₂ ausgelesen um gespeichert zu werden. Außerdem werden die Zähler der Signale CL₂, S₄, S₅, S₆ sofort auf Null gelöscht, nachdem ihre Zählwerte ausgelesen wurden.

Zwischen dem absoluten Wertbetrag |Y| des Inhaltes des Register Y für den Lenkwinkel und des Lenkwinkels Th besteht eine Beziehung, die in der Fig. 10 durch die geraden Linien P dargestellt ist. In der Fig. 10 ist durch das Bezugszeichen Th max der maximale Lenkwinkel bezeichnet, den der Lenkwinkel Th des Lenkrades haben darf, wenn das Lenkrad im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Th₁ bezeichnet einen Wert des Lenkwinkels Th, der kleiner ist als der maximale Lenkwinkel Th max, aber in dessen Nähe liegt. Der absolute Wertbetrag |Y| des Registers Y wird gleich dem vorbestimmten Wert Th₁ und dem maximalen Lenkwinkel Th max, wenn der Lenkwinkel Th bis zu den Werten Th₁ bzw. Th max entwickelt wird.

Beim Schritt 317, der ein Entscheidungsschritt ist, der dem Schritt 316 folgt, wird beurteilt, ob der absolute Wertbetrag |Y| kleiner ist als der vorgegebene Lenkwinkel Th₁ oder nicht. In dem Fall, in dem Betrag |Y| kleiner ist als der vorgegebene Lenkwinkel Th₁, ist der Lenkwinkel Th natürlich kleiner als der vorgegebene Lenkwinkel Th₁. 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 |Y| größer ist als der vorgegebene Lenkwinkel Th₁. Beim Schritt 318 wird ein Korrekturwert X von der Größe D des ermittelten Lenkdrehmomentes abgezogen. In dieser Hinsicht besteht zwischen dem absoluten Wertbetrag |Y| 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 |Y| im wesentlichen gleich dem maximalen Lenkwinkel Th max ist, die Größe D unabhängig von dem Korrekturwert X auf Null eingestellt.

Beim Schritt 320 werden zuerst Operationen zur Bestimmung der Lenkgeschwindigkeit Ns aus entsprechenden Zählwerten des Taktsignales CL₂ und dem für die Lenkgeschwindigkeit repräsentativen Ausgangssignal S₄ der Detektoreinrichtung 82 für die Lenkdrehung ausgeführt. Danach erfolgen Operationen, bei denen durch eine Speicheradressenbezeichnung, die auf der Lenkgeschwindigkeit Ns und der Drehmomentgröße D beruht, dem Spannungssteuersignal T₅ ein Wert gegeben wird, der zur Bestimmung des Motortreibersignals Va verwendet wird, wie dies später erläutert wird.

Die Zählwerte des Taktsignales CL₂ und des Signales S₄ können vorzugsweise beim Schritt 320 gelesen werden.

Im folgenden wird nun beschrieben, wie der Signalwert des Spannungssteuersignals T₅ bestimmt wird.

Zwischen der Eingangswelle 4 und dem Elektromotor 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, sollte die Beziehung Nm _i =K · Ns _i bestehen. Dabei bezeichnet Nm _i die Drehzahl, die der Motor 33 haben muß, wenn die Eingangswelle 4 mit einer Lenkgeschwindigkeit Ns _i 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 von dem Untersetzungsgetriebe 50 abgegebene Drehmoment zur Ausgangswelle 7 übertragen wird, während das aus einem Erregerstrom bestehende Kupplungstreibersignal Ic zur Kupplung 63 in einer später beschriebenen Weise gesteuert wird.

Die notwendige Drehzahl Nm des Elektromotors 33 wird so durch die Lenkgeschwindigkeit Ns bestimmt.

In der Mikrocomputereinheit 76 ist in einem bestimmten Bereich des Speichers ein Satz numerischer Daten des Ankerstromes Ia als eine Funktion Ia(D) der Größe D des Lenkdrehmomentes 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 Lenkdrehmomentes 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 Berechnungen ausgeführt werden.

Außerdem geht aus der Fig. 13 hervor, die die Betriebscharakteristiken des Elektromotors 33 in Form eines Gleichstrommotors zeigt, daß proportional zur Vergrößerung des Lastdrehmomentes Tm am Motor 33 der Ankerstrom Ia sich vergrößert und die Drehzahl Nm des Motors abnimmt, während die an den Motor anzulegenden und das Motortreibersignal Va bildende Ankerspannung konstant gehalten wird. Andererseits nimmt in dem Fall, in dem das Lastdrehmoment Tm konstant ist, die Drehzahl Nm des Motors zu, wenn das Motortreibersignal Va zunimmt, während der Ankerstrom Ia konstant gehalten wird.

Es ist festzustellen, daß die erforderliche Drehzahl Nm des Motors aus der Lenkgeschwindigkeit Ns bestimmt wird, und daß der erforderliche Ankerstrom Ia(D) durch Adressenbestimmung entsprechend der Größe D des Lenkdrehmomentes bestimmt wird.

In dem Speicher der Mikrocomputereinheit 76 ist in einem anderen Bereich ein Satz numerischer Daten des Motortreibersignals als eine Funktion sowohl der Drehzahl Nm des Motors und des Ankerstromes Ia, gemäß den zwischen ihnen bestehenden Beziehungen, die in der Fig. 9 dargestellt sind, matrixförmig ununterbrochen bzw. dauerhaft adressiert gespeichert. Bei der Vorgabe entsprechender Werte der Drehzahl Nm des Motors 33 und des Ankerstromes Ia kann daher der erforderliche Wert des Motortreibersignals 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 33 so bestimmt wird, daß sie in Fig. 13 N₁ beträgt und in dem die Größe des Lenkdrehmomentes 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 Ia₁ beträgt, ein erforderlicher Wert V₂ in Fig. 13 für das Motortreibersignal Va bestimmt.

In Übereinstimmung mit einem solchen bestimmten Wert des Motortreibersignals Va wird das Spannungssteuersignal T₅ bestimmt.

In der Praxis sind jedoch numerische Daten des Motortreibersignals Va derart gespeichert, daß dieses Signal 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 Nm des Motors 33 aus der Lenkgeschwindigkeit 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 33 und der Lenkgeschwindigkeit Ns.

Das Motortreibersignal Va wird daher durch eine Adressenbezeichnung bestimmt, die auf den für das Lenkdrehmoment repräsentativen Signalen S₁, S₂ und dem Signal S₄ beruht, das die Lenkgeschwindigkeit bezeichnet. Dies führt zu einer vergrößerten Steuergeschwindigkeit des Mikrocomputersystems 76.

In dem Ablaufdiagramm der Fig. 9A wird beim Schritt 322 das Steuersignal T₆ für den Strom der elektromagnetischen Kupplung 63 gemäß der Größe D des Lenkdrehmomentes bestimmt. Im Zusammenhang mit dem Signal T₆ 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 Lenkdrehmomentes bestimmt wird. In dieser Hinsicht besitzt das Kupplungstreibersignal Ic zum Ankerstrom Ia(D) eine in der Fig. 14 dargestellte Beziehung. Dann wird in Übereinstimmung mit dem so bestimmten Kupplungstreibersignal Ic das Steuersignal T₆ für das Kupplungstreibersignal bestimmt. In der Fig. 14 ist mit dem Bezugszeichen Ico eine Vorspannungskomponente bzw. eine Vorstromkomponente des Kupplungstreibersignals Ic bezeichnet, die für die erforderliche Absorption von beispielsweise Reibungskräften angelegt wird.

Dann wird beim Schritt 324 in bezug auf die Lenkgeschwindigkeit Ns, die durch das Signal S₄ von der Detektoreinrichtung 82 für die Lenkgeschwindigkeit bestimmt wird und in bezug auf eine scheinbare bzw. sichtbare Drehzahl Nm′ des Motors 33, die durch das Signal S₃ dargestellt wird, das die Drehzahl des Motors 33 bestrifft und von der Detektoreinrichtung 120 für die Drehzahl des Motors 33 stammt, eine dazwischen vorliegende Abweichung M erhalten, derart, daß M=|Nm′-Ns| gilt, d. h., es wird die Abweichung N als ein absoluter Wert der Differenz zwischen der Drehzahl Nm′ und der Lenkgeschwindigkeit Ns bestimmt, wohingegen diese Abweichung beispielsweise anders in der Form eines Verhältnisses zwischen der Lenkgeschwindigkeit Ns und dem Produkt der Drehzahl Nm des Motors 33 und des Übersetzungsverhältnisses K des Untersetzungsgetriebes 50 dargestellt werden kann. Der Generator 48 der Detektoreinrichtung 120 kann eine Ausgangscharakteristik aufweisen, die eine Beziehung derart sicherstellt, daß Nm′=Nm/K gilt. Dabei bezeichnet Nm′ die scheinbare Drehzahl des Motors 33. Nm bezeichnet die tatsächliche Drehzahl des Motors 33. K bezeichnet das zuvor genannte Übersetzungsverhältnis. Die scheinbare Drehzahl Nm′ des Motors 33 ist daher von Natur aus direkt mit der Lenkgeschwindigkeit 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 < M₀ ist. Dabei bezeichnet M₀ einen vorbestimmten kritischen Wert. Wenn herausgefunden wird, daß die Abweichung M in einem zulässigen Bereich unter dem Wert M₀ liegt, wird zum Schritt 334 übergegangen, der ein Auslegeschritt ist, bei dem die Steuersignale T₃, T₄, T₅, T₆ so ausgesendet werden, wie sie bis dahin bestimmt werden, ohne daß das Signal T₅ zur Steuerung des Motortreibersignals und das Signal T₆ zur Steuerung des Kupplungsstromes korrigiert werden.

In dem Fall, in dem die Abweichung M größer ist als der Wert M₀ wird zum nächsten Schritt 328 übergegangen, der ein Entscheidungsschritt ist, bei dem die scheinbare Drehzahl Nm′ des Motors 33 und die Lenkgeschwindigkeit Ns miteinander verglichen und entschieden wird, ob Ns < Nm′ gilt.

Dann wird in dem Fall, in dem die Lenkgeschwindigkeit Ns schneller ist als die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl Nm′ des Motors 33, zum Schritt 330 gegangen, bei dem eine Vergrößerungskorrektur des Steuersignals T₅ für die Spannung ausgeführt wird, um das Motortreibersignal Va zu vergrößern, um dadurch die tatsächliche Drehzahl Nm in Form der Umdrehungsanzahl des Elektromotors 33 anzuheben. In Übereinstimmung damit wird eine Vergrößerungskorrektur des Signals T₆ zur Steuerung des Kupplungsstromes ausgeführt.

Im Gegensatz dazu wird, wenn die Lenkgeschwindigkeit Ns kleiner ist als die scheinbare Drehzahl Nm′ des Motors 33 zum Schritt 332 übergegangen, bei dem eine Verkleinerungskorrektur des Signals T₅ zur Steuerung der Spannung ausgeführt wird, um dadurch die tatsächliche Drehzahl Nm des Motors 33 und auch des Signals T₆ zur Steuerung des Kupplungsstromes kleiner zu machen. Danach wird zum Ausgabeschritt 334 übergegangen.

Durch die Korrektur der Steuersignale T₅, T₆ bei den Schritten 324, 326, 328, 330 und 332 werden sehr kleine Änderungen des Betriebes des Elektromotors 33 und Schwankungen des Lenkgefühls, 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, T₄ für die Drehrichtung des Motors 33 und das Signal T₅ zur Steuerung des Motortreibersignals, wenn nötig, in der korrigierten Form, an den Antriebskreis 100 für den Elektromotor 33 ausgesendet. Außerdem wird das Signal T₆ zur Steuerung des Kupplungsstromes, nötigenfalls in der korrigierten Form, an den Antriebskreis 108 für die elektromagnetische Kupplung 63 ausgesendet.

Wie beschrieben, wird im Antriebskreis 100 für den Motor 33 eine PWM-Steuerung des Motortreibersignals Va des Elektromotors 33 in Abhängigkeit von den die Drehrichtung steuernden Signalen T₃, T₄ und dem Spannungssteuersignal T₅ ausgeführt. Gleichzeitig wird im Antriebskreis 108 für die Kupplung der Erregerstrom Ic für die elektromagnetische Kupplung 63 in Abhängigkeit von dem Signal T₆ zur Steuerung des Kupplungsstromes durch Impulsbreitenmodulation gesteuert, so daß die Kupplungskraft der Kupplung 63 proportional zum Ankerstrom Ia oder Ausgangsdrehmoment Tm des Elektromotors 33 gesteuert wird. Dadurch wird ein nutzloser 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 leistungsunterstützten Betrieb jeweils Beziehungen zwischen dem Lenkdrehmoment Ts, das auf die Eingangswelle 4 einwirkt, und dem Lastdrehmoment Tl, das vom Lenkgetriebe auf die Ausgangswelle 7 ausgeübt wird. Mit dem kleinen Buchstaben l ist eine geradlinige charakteristische Kurve bezeichnet, der im leistungslosen Betrieb des Lenksystems, beispielsweise in dem Fall gefolgt wird, in dem die Operation des Lenksystems beim Schritt 306 beendet wird. Der große Buchstabe L bezeichnet eine charakteristische Kurve, die für die leistungsunterstützte Operation des Lenksystems maßgeblich ist.

Aus der Fig. 15 ist ersichtlich, daß gemäß dieser Ausführungsform, in der die Größe des Ankerstroms Ia aus der Größe D des Lenkdrehmomentes unter Anwendung einer in Fig. 12 dargestellten Beziehung zwischen diesen 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 Lenkwinkels Th entsprechen, die in einem Bereich anzutreffen sind, der von dem vorgegebenen Lenkwinkel Th₁ bis zum maximalen Lenkwinkel Th max reicht, steigt die leistungsunterstützte charakteristische Kurve L allmählich an und koinzidiert schließlich mit der Kurve l 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 Lenkdrehmomentes bestimmt wird, wie dies in der Fig. 12 gezeigt ist. Andererseits beruht dieser Grund darauf, daß die Größe D des Lenkdrehmomentes im voraus bei den Schritten 315 bis 318 in der beschriebenen Weise unter Beachtung des Lenkwinkels Th korrigiert wird, was zur Folge hat, daß der Ankerstrom Ia relativ zum Lastdrehmoment Tl geändert wird, wie dies in der Fig. 15 durch die gestrichelte 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 Lenkwinkel Th steht.

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

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Motortreibersignal Va des Elektromotors 33 grundsätzlich in Abhängigkeit von den Signalen S₁, S₂ für das Lenkdrehmoment und dem Signal S₄ für die Lenkgeschwindigkeit bestimmt, so daß die tatsächliche Drehzahl Nm des Motors 33 vorteilhaft an die Lenkgeschwindigkeit Ns der Eingangswelle 4 und daher auch des Lenkrades angepaßt wird. Dadurch wird ein optimales Lenkgefühl sichergestellt.

Außerdem wird als ein besonders bestimmter Punkt bei den Schritten 315 bis 318 ein Prozeß zur Lenkung im entlasteten Zustand ausgeführt, der ermöglicht, daß dann, wenn das Lenkrad sich einem der beiden Lenkenden nähert, das an den Elektromotor 33 angelegte Motortreibersignal Va allmählich verringert wird und schließlich am Lenkende Null wird, so daß das am Motor 33 entwickelte Hilfsdrehmoment ebenfalls entsprechend verringert wird und schließlich am Lenkende Null wird.

Als Ergebnis wird die Lebensdauer des Elektromotors 33 selbst wie auch diejenige des gesamten Servolenksystems wirksam vergrößert. Gleichzeitig wird der Verbrauch an elektrischer Leistung des gesamten Systems und insbesondere des Motors 33 verringert, so daß Leistung gespart werden kann. Zusätzlich dazu trägt der Prozeß zur Lenkung im entlasteten Zustand weiter zur Verbesserung des Lenkgefühls bei.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird, bis der Lenkwinkel Th, wenn er den vorgegebenen Lenkwinkel Th₁ überschritten hat, den maximalen Lenkwinkel Th max erreicht, die Größe D des Lenkdrehmomentes, die auf Daten des Lenkwinkels beruht, allmählich und ununterbrochen abnehmend korrigiert, bis sie schließlich auf Null reduziert wird. Die Größe des Drehmomentes, die auf solchen Daten beruht, kann vorteilhafterweise verringert werden, so daß sie absichtlich durch eine geradlinige oder stufenweise Reduktion oder in extremen Fällen sogar ohne Reduktion auf dem Weg zu einem Null-Zustand korrigiert werden kann, der am Lenkende erreicht werden soll.

Die erforderlichen Mechanismen zur Ermittlung des Lenkendes bzw. maximalen Lenkwinkels können beliebig beschaffen sein. Beispielsweise kann vorteilhafterweise ein Code-Rad an einer Lenkwelle zur Anzeige eines Lenkwinkelbereiches in der Nähe des Lenkendes verwendet werden. Außerdem kann ein Grenzschalter zur Ermittlung des Lenkendes vorteilhaft an einer Lenkwelle oder in einem Zahnstangenmechanismus selbst vorgesehen sein.

Claims (7)

1. Elektrisches Servolenksystem (200) für Kraftfahrzeuge mit einer mit einem Lenkrad in Wirkverbindung stehenden Eingangswelle (4), einer mit einem zu lenkenden Rad in Wirkverbindung stehenden Ausgangswelle (7), einem Elektromotor (33) zur Aufprägung eines Hilfsdrehmomentes auf die Ausgangswelle (7), einem Drehmomentdetektor (77) zur Erfassung eines auf die Eingangswelle (4) wirkenden Lenkdrehmoments (Ts) und einer Treibersteuerschaltung (76, 100, 108) zur Einspeisung eines Motortreibersignals (Va) in den Elektromotor (33) als Funktion eines Ausgangssignals (S₁, S₂) des Drehmomentdetektors (77), gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung (82, 315, 316) zur Erfassung des Lenkwinkels (Th) des Lenkrades und durch einen Korrektureinrichtung (317, 318) zur Verringerung des Motortreibersignals (Va) zwecks Reduzierung des durch den Elektromotor (33) erzeugten Hilfsdrehmomentes, wenn der durch die Detektoreinrichtung (82, 315, 316) erfaßte Lenkwinkel (Th) des Lenkrades einen in der Nähe eines der beiden maximalen Lenkwinkel (Th max) liegenden vorgegebenen Winkel (Th₁) übersteigt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (317, 318) das Motorantriebssignal (Va) abnehmend auf Null korrigiert, wenn der Lenkwinkel (Th) den vorgegebenen Winkel (Th₁) überschritten hat, um dadurch den Betrieb des Elektromotors (33) zu beenden.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (317, 318) eine Korrektur ausführt, um das Motorantriebssignal (Va) zu verkleinern und schließlich auf Null zu verringern, wenn der Lenkwinkel (Th) vom vorgegebenen Winkel (Th₁) bis zu einem der maximalen Lenkwinkel (Th max) geändert wird, um dadurch das vom Elektromotor (33) erzeugte Hilfsdrehmoment zu verkleinern und schließlich den Betrieb des Elektromotors (33) zu beenden.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (317, 318) das Motorantriebssignal (Va) ununterbrochen bis auf Null korrigiert.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorantriebssignal (Va), das von der Treibersteuerschaltung (76, 100, 108) in den Elektromotor (33) eingespeist wird, ein Ankerspannungssignal (Va) ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromagnetische Kupplungseinrichtung (63) zur Übertragung des vom Elektromotor (33) erzeugten Hilfsdrehmoments auf die Ausgangswelle (7) vorgesehen ist und daß die Treibersteuerschaltung (76, 100, 108) in die elektromagnetische Kupplungseinrichtung (63) ein Kupplungsantriebssignal (Ic) als Funktion des Ausgangssignals (S₁, S₂) des Drehmomentdetektors (77) einspeist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Untersetzungsgetriebe (50) zur Übertragung des von dem Elektromotor (33) erzeugten Hilfsdrehmoments auf die elektromagnetische Kupplungseinrichtung (63) vorgesehen ist, um deren Drehzahl zu verringern.