DE3835955A1

DE3835955A1 - Motor-driven power-assisted steering system

Info

Publication number: DE3835955A1
Application number: DE3835955A
Authority: DE
Inventors: Hirohisa Yamamura; Shotaro Naito; Seizi Yamashita; Masato Sakai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1989-05-11
Also published as: KR890006471A

Abstract

A motor-driven power-assisted steering system is disclosed which has the following: a steering shaft (125, 123), attached to a steering wheel (132), for transmitting a rotational steering force which is required for steering vehicle wheels; a mount (20) which rotatably holds the steering column; a contact-free rotational steering force detection unit (9, 10, 11) which is arranged on the steering shaft for detecting the rotational steering force; an electric motor (5) which supplies an auxiliary steering force for supporting the rotational steering force of the steering shaft; a power supply (B) which supplies electric current for driving the electric motor; and an electronic control unit (U) which is attached to the mount and electrically controls the auxiliary rotational steering force. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkraft-Steuereinrichtung, die die einer Welle zugeführte Drehkraft in eine Drehkraft- Erhöhungsrichtung nach Maßgabe eines Drehkraftwerts unterstützt, insbesondere eine Drehkraft-Steuereinrichtung, die sich zur Verwendung in einer motorisch angetriebenen Hilfskraftlenkanlage bzw. Servolenkung eines Fahrzeugs eignet. Speziell betrifft die Erfindung eine motorisch angetriebene Servolenkung, die so weit verbessert ist, daß die durch das Drehen einer Lenkwelle bedingte Erzeugung von Fehlern in einem erfaßten Drehkraftwert vermieden wird.The invention relates to a torque control device, the torque applied to a shaft into a torque Direction of increase supported according to a torque value, in particular a torque control device that for use in a power steering system or power steering of a vehicle is suitable. In particular, the invention relates to a motor-driven Power steering, which is so far improved that by the Turning a steering shaft to generate errors in a detected torque value is avoided.

Als Lenkanlagen von Kraftfahrzeugen u. dgl. werden Hilfskraftlenkanlagen bzw. Servolenkungen in großem Umfang verwendet, wodurch eine Ermüdung des Fahrers vermieden und die Sicherheit erhöht wird. Bei derartigen Servolenkungen wird als Energiequelle bisher hauptsächlich Hydraulik- oder Öldruck verwendet.As steering systems of motor vehicles u. The like. Power steering systems or power steering systems used on a large scale, thereby avoiding driver fatigue and the Security is increased. With such power steering systems So far mainly hydraulic or Oil pressure used.

Seit einiger Zeit besteht die Tendenz, sogenannte motorisch angetriebene Servolenkungen in großem Umfang einzusetzen, wobei elektrische Stelleinheiten wie Elektromotoren als Quellen zur Erzeugung der Hilfs-Lenkdrehkraft verwendet werden, so daß die Montage der Systeme in Motorräumen verbessert und die Regelcharakteristiken erweitert werden können.There has been a trend for some time now, so-called motor large-scale use of power steering systems, where electrical actuators such as electric motors as Sources used to generate the auxiliary steering torque be so that the assembly of the systems in engine compartments is improved and the control characteristics are expanded can.

Bei einer solchen motorisch angetriebenen Servolenkung wird bevorzugt die gesamte Einrichtung möglichst integriert, um den Vorteil bestmöglich zu nützen, daß eine Verringerung der Größe sowie die Montage in einfacher Weise möglich sind.With such a motor-driven power steering preferably the entire facility is integrated as possible to take advantage of the advantage that a reduction the size and assembly possible in a simple manner are.

Zu diesem Zweck sind bei der konventionellen Einrichtung der Elektromotor zur Erzeugung der Hilfs-Lenkdrehkraft und die Steuerschaltung dafür integriert ausgebildet, wie z. B. die nichtgeprüfte JP-Patentveröffentlichung Nr. 57-47 251 zeigt.For this purpose, conventional equipment the electric motor for generating the auxiliary steering torque and the control circuit is integrated, such. B. JP Unexamined Patent Publication No. 57-47251 shows.

Bei diesem Stand der Technik ist jedoch die Anbringung eines Drehkraftsensors sowie die Wärmeerzeugung durch den Elektromotor nicht berücksichtigt, so daß sich Probleme einstellen, weil die Zuverlässigkeit durch Vorsehen eines elektrischen Verbinders und von Zuleitungen zwischen dem Sensor und der Steuerschaltungseinheit verringert ist und weil zusätzliche Elemente benötigt werden, um die Unterdrückung von Störsignalen aufrechtzuerhalten, und außerdem eine Gegenmaßnahme hinsichtlich des Temperaturanstiegs der Steuerschaltung benötigt wird.In this state of the art, however, is the attachment a torque sensor and the heat generated by the Electric motor is not considered, so there are problems adjust because the reliability by providing a electrical connector and of leads between the Sensor and the control circuit unit is reduced and because additional elements are needed to suppress it of jamming signals, and also a countermeasure regarding the temperature rise of the Control circuit is needed.

Die nichtgeprüften JP-Patentveröffentlichungen 61-37 580 und 62-134 371 beschreiben die neuesten Techniken in bezug auf eine derartige motorisch angetriebene Servolenkung. Dabei wird die Drehkraft durch einen Drehkraftsensor erfaßt, der in einem Untersetzungsgetriebe angeordnet ist. JP Unexamined Patent Publications 61-37,580 and 62-134 371 describe the latest techniques in relation on such a motor-driven power steering. The torque is measured by a torque sensor detected, which is arranged in a reduction gear.

Ferner ist ein magnetischer Drehlagefühler bekannt, der Magnetowiderstandselemente verwendet. Wenn die Magnetowiderstandselemente für die Drehkrafterfassung in einer Servolenkung eingesetzt werden, kann eine Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 resultieren.A magnetic rotational position sensor is also known which uses magnetoresistive elements. If the magnetoresistive elements for the torque detection are used in a power steering system, an arrangement according to FIGS. 1 and 2 can result.

Nach Fig. 1 wird die auf ein Lenkrad 132 einwirkende Drehkraft auf Fahrzeugräder 136 durch eine erste Lenkwelle 125, eine zweie Lenkwelle 123, ein Antriebsritzel 134 und eine Zahnstange 135 in der angegebenen Reihenfolge übertragen.According to Fig. 1, acting on a steering wheel 132 turning force to the vehicle wheels 136 through a first steering shaft 125, a two BWA steering shaft 123, a pinion 134 and a rack is transferred in the order specified 135th

Die beiden Lenkwelle 125 und 123 sind miteinander durch einen Drehstab (in der Zeichnung nicht zu sehen) verbunden, und zwei Magnetzylinder 128 a und 128 b, die als Drehkraftsensor dienen, sind jeweils im Bereich der entgegengesetzten Enden des Drehstabes befestigt.The two steering shafts 125 and 123 are connected to each other by a torsion bar (not shown in the drawing), and two magnetic cylinders 128 a and 128 b , which serve as a torque sensor, are each fastened in the region of the opposite ends of the torsion bar.

Zwischen den beiden Magnetzylindern 128 a und 128 b wird eine Phasendifferenz erzeugt, die einem Drehwinkel des Drehstabs, also der das Lenkrad 132 beaufschlagenden manuellen Betätigungskraft, proportional ist. Die Phasendifferenz wird von einem Sensor 129 erfaßt.A phase difference is generated between the two magnetic cylinders 128 a and 128 b , which is proportional to an angle of rotation of the torsion bar, that is to say the manual actuating force acting on the steering wheel 132 . The phase difference is detected by a sensor 129 .

Eine Steuereinheit 130 ist vorgesehen und führt einem Elektromotor 104 einen der Phasendifferenz entsprechenden Strom zu, so daß der Elektromotor 104 die zweite Lenkwelle 123 über ein Untersetzungsgetriebe 116 mit Drehkraft beaufschlagt, um die auf das Lenkrad 132 wirkende Betätigungskraft zu verstärken.A control unit 130 is provided and supplies an electric motor 104 with a current corresponding to the phase difference, so that the electric motor 104 applies a torque to the second steering shaft 123 via a reduction gear 116 in order to amplify the actuating force acting on the steering wheel 132 .

Die Fig. 2A und 2B sind einer Vorder- und eine Seitenansicht der Lagebeziehung zwischen den beiden Magnetzylindern 128 a und 128 b, dem Drehstab 126 und dem Sensor 129. Figs. 2A and 2B are a front view and a side view of the positional relationship between the two magnet cylinders 128 a and 128 b, the torsion bar 126 and the sensor 129th

Die Anordnung nach den Fig. 1 und 2 bietet den Vorteil, daß dadurch, daß die Drehkraft kontaktfrei mit den Lenkwellen 125 und 123 und dem Drehstab 126, die sämtlich Drehelemente sind, erfaßt werden kann, die Mittel zum Anlegen eines Drehkraftmeßsignals an die Steuereinheit 130 einfach ausgebildet sein können, so daß keine Gefahr einer Vermischung des Drehkraftmeßsignals mit Störsignalen bzw. Rauschen besteht. Allerdings werden bei dieser Anordnung nicht nur echte Torsionsverformungen, sondern auch elastische Biegeverformungen erzeugt, wenn der Drehstab 126 mit einer externen Kraft beaufschlagt wird, so daß ein aus der Biegeverformung resultierender Fehler im erfaßten Winkel erzeugt werden kann, wodurch die Genauigkeit des erfaßten Drehkraftwerts verringert wird.The arrangement according to FIGS. 1 and 2 offers the advantage that the means for applying a torque measurement signal to the control unit 130 can be detected by the fact that the torque can be detected without contact with the steering shafts 125 and 123 and the torsion bar 126 , which are all rotary elements can be simple, so that there is no risk of mixing the torque measurement signal with interference signals or noise. However, with this arrangement, not only true torsional deformations but also elastic bending deformations are generated when the torsion bar 126 is subjected to an external force, so that an error in the detected angle resulting from the bending deformation can be generated, thereby reducing the accuracy of the detected torque value .

Wenn mehrere Magnetowiderstandselemente 137 in dem Magnetfühler 129 gemäß der Vorderansicht von Fig. 2A angeordnet sind, kann, wenn die Magnetzylinder 128 a und 128 b in X-Richtung durch das Biegen des Drehstabs 126 bewegt werden, ein Fehler in den durch den Sensor 129 erfaßten Meßwert des Rotationswinkels R einfließen.If a plurality of magnetoresistive elements 137 are arranged in the magnetic sensor 129 according to the front view of FIG. 2A, if the magnetic cylinders 128 a and 128 b are moved in the X direction by bending the torsion bar 126 , an error in those detected by the sensor 129 Influence the measured value of the rotation angle R.

Wenn der Drehstab 126 in Y-Richtung verschoben wird, wird dagegen der Rotationswinkel R durch die Bewegung in vernachlässigbarer Weise geringfügig beeinflußt.On the other hand, when the torsion bar 126 is displaced in the Y direction, the angle of rotation R is negligibly influenced by the movement.

Weiterer Stand der Technik hinsichtlich einer motorisch angetriebenen Servolenkung ist durch folgende Veröffentlichungen gegeben: später geprüfte JP-Gebrauchsmuster 39-396 und 45-19 421; nichtgeprüfte JP-Patentveröffentlichungen 56-35 011, 56-37 507, 56-37 508, 56-75 267 und 60-234 069; sowie die US-PS'en 46 21 701, 45 77 716 und 44 48 275.Another state of the art with regard to a motor Power Steering is powered by the following publications given: later tested JP utility models 39-396 and 45-19 421; unexamined JP patent publications 56-35 011, 56-37 507, 56-37 508, 56-75 267 and 60-234 069; and U.S. Patents 46 21 701, 45 77 716 and 44 48 275.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Drehkraftsteuereinrichtung, die hinreichend klein gebaut werden kann, ohne daß sich durch die integrierte Bauweise Probleme hinsichtlich der Betriebszuverlässigkeit, der Störsignalfestigkeit, der Wärmebeständigkeit etc. einstellen, und die überlegene Montageeigenschaften bei Anwendung in einer motorisch angetriebenen Servolenkung für Fahrzeuge od. dgl. hat.The object of the present invention is to provide a torque control device that is sufficiently small can be built without the integrated Design reliability problems, the interference immunity, heat resistance, etc., and the superior assembly properties Application in a motor driven power steering for Vehicles or the like.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein berührungsloser Drehkraftsensor eingesetzt und in eine Steuerschaltungseinheit integriert wird.This object is achieved according to the invention in that a non-contact torque sensor inserted and into a Control circuit unit is integrated.

Da der Sensor und die Steuerschaltung als eine Einheit ausgebildet sind, brauchen keine externen Anschlußleitungen und Verbinder zwischen dem Sensor und der Steuerschaltung vorgesehen zu werden.Because the sensor and the control circuit as one unit trained, do not need external connecting lines and connectors between the sensor and the control circuit to be provided.

Es besteht daher kaum die Gefahr einer Störsignalaufnahme, so daß hierfür keine besonderen Gegenmaßnahmen erforderlich sind. Da ferner die Steuerschaltungseinheit nicht mit einem Elektromotor in Kontakt steht, gibt es kein Problem hinsichtlich der Warmfestigkeit. Somit kann eine hinreichende Zuverlässigkeit in einfacher Weise erzielt werden.There is therefore hardly any risk of interference signal recording, so that no special countermeasures are required for this are. Furthermore, since the control circuit unit does not have a Electric motor is in contact, there is no problem regarding the heat resistance. Thus, a sufficient Reliability can be achieved in a simple manner.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine motorisch angetriebene Servolenkung anzugeben, die einen berührungslosen Lenkdrehkraftsensor verwendet, so daß ein durch Verdrehen eines Drehstabs resultierender Fehler in einem erfaßten Drehkraftwert praktisch nicht erzeugt wird.Furthermore, it is an object of the invention, a motor powered power steering specify a non-contact Steering torque sensor used, so that by twisting of a torsion bar resulting error in one detected torque value is practically not generated.

Gemäß der Erfindung ist angesichts des vorher genannten Prinzips, daß eine Bewegung des Drehstabs in Y-Richtung einen vernachlässigbar geringen Einfluß auf den Rotationswinkel hat, ein Magnetsensor auf einer Geraden in Biegerichtung eines Drehstabs angeordnet.According to the invention, in view of the aforementioned principle that a movement of the torsion bar in the Y direction has a negligible influence on the angle of rotation, a magnetic sensor is arranged on a straight line in the bending direction of a torsion bar.

Man kann davon ausgehen, daß die Biegerichtung (Richtung A-A' in Fig. 14) parallel zur Tangentialrichtung (Richtung eines Pfeils W in Fig. 14) der von einem angetriebenen Zahnrad des Untersetzungsgetriebes 116 (Fig. 1) empfangenen Drehkraft ist. It can be assumed that the bending direction (direction A-A ' in Fig. 14) parallel to the tangential direction (direction of an arrow W in Fig. 14) is the rotational force received from a driven gear of the reduction gear 116 ( Fig. 1).

Wenn der Magnetsensor in der Richtung angeordnet ist, in die der Drehstab gebogen wird, also parallel zur Tangentialrichtung der vom angetriebenen Zahnrad empfangenen Drehkraft - bei Betrachtung von der Mittel des Drehstabs -, kann die Drehkraft ohne Beeinflussung durch die Biegebewegung des Drehstabs erfaßt werden, so daß ein gutes Lenkgefühl erhalten wird.When the magnetic sensor is arranged in the direction in the torsion bar is bent, i.e. parallel to the tangential direction the one received by the driven gear Torque - when considering the center of the torsion bar -, can change the torque without being affected by the bending movement of the torsion bar can be detected, so that a good steering feel is obtained.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:Using the drawing, the invention is for example explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht, die die Mittel zur Erfassung von Lenkdrehkraft durch einen Magnetsensor erläutert; Figure 1 is a schematic perspective view explaining the means for detecting steering torque by a magnetic sensor.

Fig. 2A und 2B eine Vorder- bzw. eine Seitenansicht, die die Magnetzylinder und den Magnetsensor im einzelnen zeigen; 2A and 2B are a front view and a side view showing the magnetic cylinder and the magnetic sensor in detail.

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 is a partially sectioned side view of an embodiment of the invention;

Fig. 4 das Blockschaltbild der Steuerschaltungseinheit; Fig. 4 shows the block diagram of the control circuit unit;

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Regelkennlinien der Hilfslenkdrehkraft; Fig. 5 is a graph of the control characteristics of the auxiliary steering torque;

Fig. 6 ein Blockschaltbild, das die Steuerschaltungseinheit im einzelnen zeigt; Fig. 6 is a block diagram showing the control circuit unit in detail;

Fig. 7 eine grafische Darstellung des Ausgangsspannungsverlaufs des Magnetfühlers; Fig. 7 is a graphical representation of the output voltage waveform of the magnetic sensor;

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuerschaltungseinheit; Fig. 8 is a flowchart for explaining the operation of the control circuit unit;

Fig. 9 und 10 Schnittansichten einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; FIGS. 9 and 10 are sectional views of another embodiment of the invention;

Fig. 11 eine Draufsicht, die im Detail den Magnetsensor der Fig. 2A und 2B zeigt; Fig. 11 is a plan view showing in detail the magnetic sensor of Figs. 2A and 2B;

Fig. 12 einen Schaltplan des Magnetsensors von Fig. 11; Fig. 12 is a circuit diagram of the magnetic sensor of Fig. 11;

Fig. 13 eine grafische Darstellung des Ausgangsspannungsverlaufs des Magnetsensors von Fig. 2; FIG. 13 shows a graphical representation of the output voltage profile of the magnetic sensor from FIG. 2; FIG.

Fig. 14, 15 und 16 Ansichten, die die Lagebeziehungen in der Anordnung des Magnetfühlers zeigen; und Fig. 14, 15 and 16 are views showing the positional relationships in the arrangement of the magnetic sensor; and

Fig. 17 eine Perspektivansicht des Dichtungskörpers von Fig. 10. Fig. 17 is a perspective view of the seal body of Fig. 10.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einer motorisch angetriebenen servo-unterstützten Zahnstangenlenkung eines Fahrzeugs. Dabei besteht die motorisch angetriebene Servolenkung aus einer Lenkwelle 1, einer Ritzelantriebswelle 2, einem Ritzel 3, einer Zahnstangenwelle 4, einem Elektromotor 5, einem Ritzel 6, einem Kegelrad 7, einem Drehstab 8, Magnetzylindern 9 und 10, die einen Drehkraftsensor bilden, einem Magnetowiderstand 11, der den Drehkraftfühler bildet, eine Leiterplatte 12, verschiedenen Steuerschaltungs-Bauelementen 13 mit einem Ein-Chip-Mikrocomputer etc., einem als Schalter dienenden Leistungs-FET 14, einem Kühlkörper 15, inneren Anschlußleitern 16, einem Anschlußelement 17, einer Sensorhalterung 20, einer Motorhalterung 21, einer Zahnstangenhalterlenkung 22, Lagern 23-26, Öldichtungen 27 und 28 sowie einer Staubdichtung 29. Fig. 3 shows an embodiment of the invention in conjunction with a motor-driven servo-assisted rack and pinion steering of a vehicle. The motor-driven power steering consists of a steering shaft 1 , a pinion drive shaft 2 , a pinion 3 , a rack shaft 4 , an electric motor 5 , a pinion 6 , a bevel gear 7 , a torsion bar 8 , magnetic cylinders 9 and 10 , which form a torque sensor, one Magnetoresistor 11 , which forms the torque sensor, a printed circuit board 12 , various control circuit components 13 with a one-chip microcomputer etc., a power FET 14 serving as a switch, a heat sink 15 , inner connecting conductors 16 , a connecting element 17 , a sensor holder 20 , a motor bracket 21 , a rack and pinion steering 22 , bearings 23-26 , oil seals 27 and 28 and a dust seal 29 .

Ein Lenkrad ist an der Lenkwelle 1 befestigt, so daß eine Lenkdrehkraft, die durch das Lenkrad auf die Lenkwelle 1 wirkt, auf die Ritzelantriebswelle 2 über den Drehstab 8 übertragen wird, um das Ritzel 3 zu drehen, so daß die Zahnstangenwelle 4 verschoben und dadurch ein Lenkvorgang durchgeführt wird.A steering wheel is fixed to the steering shaft 1 so that a steering torque acting through the steering wheel on the steering shaft 1 is transmitted to the pinion drive shaft 2 via the torsion bar 8 to rotate the pinion 3 so that the rack shaft 4 is displaced and thereby a steering operation is carried out.

Andererseits ist das Ritzel 6 an der Welle des Elektromotors 5 befestigt und mit der Ritzelantriebswelle 2 über das Kegelrad 7 so verbunden, daß Drehkraft vom Elektromotor 5 zur Ritzelantriebswelle 2 übertragen wird. Wenn also der Motor 5 eine Drehkraft erzeugt, wird diese auf die Ritzelantriebswelle 2 übertragen unter Erhalt einer Lenkhilfskraft.On the other hand, the pinion 6 is fixed to the shaft of the electric motor 5 and connected to the pinion drive shaft 2 via the bevel gear 7 so that torque is transmitted from the electric motor 5 to the pinion drive shaft 2 . Thus, when the motor 5 generates a rotating force, it is transmitted to the pinion drive shaft 2 while receiving an auxiliary steering force.

Die Magnetzylinder bzw. Magnettrommeln 9 und 10, die mit vorbestimmter Teilung umfangsmagnetisiert sind, sind am Unterende der Lenkwelle 1 und am Oberende der Ritzelantriebswelle 2 befestigt. Wenn also die Lenkwelle 1 gedreht wird, werden die Magnetzylinder 9 und 10 zusammen mit der Lenkwelle 1 gedreht. In dem Drehstab 8 wird jedoch eine Verdrehung durch Drehkraft erzeugt, die von der Lenkwelle 1 über den Drehstab 8 auf die Ritzelantriebswelle 2 übertragen wird, so daß eine Verschiebung zwischen den Winkellagen der jeweiligen Magnetzylinder 9 und 10 bewirkt wird, wodurch die Erfassung der Drehkraft auf der Grundlage der Verschiebung ermöglicht wird.The magnetic cylinders or magnetic drums 9 and 10 , which are circumferentially magnetized with a predetermined pitch, are attached to the lower end of the steering shaft 1 and to the upper end of the pinion drive shaft 2 . Thus, when the steering shaft 1 is rotated, the magnetic cylinders 9 and 10 are rotated together with the steering shaft 1 . In the torsion bar 8 , however, a twist is generated by torque, which is transmitted from the steering shaft 1 via the torsion bar 8 to the pinion drive shaft 2 , so that a displacement between the angular positions of the respective magnetic cylinders 9 and 10 is effected, whereby the detection of the rotational force on the basis of the shift is enabled.

Die Magnetowiderstandseinheit 11 ist so ausgelegt, daß sie einen kontaktfreien Drehkraftsensor in Verbindung mit den Magnetzylindern 9 und 10 darstellt, und sämtliche Elemente sind in Form einer einzigen Einheit integriert mit einer Steuerschaltungseinheit U angeordnet, die durch die auf der Leiterplatte 12 angeordneten Steuerschaltungs-Bauelemente 13, die Leistungs FETs 14 am Kühlkörper 15 und den Verbinder 17 gebildet ist. Somit kann die Magnetowiderstandseinheit 11 relativ zu den Magnetzylindern 9 und 10 richtig positioniert werden, indem einfach die Steuerschaltungseinheit U, die die Magnetowiderstandseinheit 11 umfaßt, an der Sensorhalterung 20 (oder einem Sensorgehäuse) befestigt wird.The magnetoresistive unit 11 is designed to be a non-contact torque sensor in connection with the magnetic cylinders 9 and 10 , and all elements are integrated in the form of a single unit with a control circuit unit U arranged by the control circuit components 13 arranged on the printed circuit board 12 , the power FETs 14 is formed on the heat sink 15 and the connector 17 . Thus, the magnetoresistive unit 11 can be properly positioned relative to the magnetic cylinders 9 and 10 by simply attaching the control circuit unit U , which includes the magnetoresistive unit 11 , to the sensor bracket 20 (or a sensor case).

Die Sensorhalterung 20, die Motorhalterung 21 und die Zahnstangenhalterung 22 bestehen aus Aluminiumdruckguß od. dgl. und sind so angeordnet, daß sie die Lenkwelle 1 und die Ritzelantriebswelle 2 über die Lager 23-26 haltern und als Befestigungsteile für die Steuerschaltungseinheit U und den Elektromotor 5 sowie als Getriebegehäuse für das Ritzel 3 und die Zahnstangenwelle 4 dienen, so daß die gesamte Einrichtung eine Einheit bildet.The sensor bracket 20 , the motor bracket 21 and the rack bracket 22 are made of die-cast aluminum or the like and are arranged so that they hold the steering shaft 1 and the pinion drive shaft 2 via the bearings 23-26 and as fastening parts for the control circuit unit U and the electric motor 5th and serve as a gear housing for the pinion 3 and the rack shaft 4 , so that the entire device forms a unit.

Fig. 4 zeigt die gesamte Steuerschaltung zur Steuerung des Motors 5 einschließlich der Steuerschaltungseinheit U (stark ausgezogene Linie in Fig. 3). Die Steuerschaltung ist für die folgende Funktionsweise ausgelegt: Ein Drehkraftsignal τ und ein die Fahrzeuggeschwindigkeit bezeichnendes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v werden von der Magnetowiderstandseinheit 11 bzw. einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 30 abgenommen und in einem Mikrocomputer 13 A verknüpft und in einem Logikkreis 13 B verarbeitet. In Brückenschaltung angeordnete FETs 14 A-14 D werden ein-ausgesteuert und führen Schaltvorgänge durch aufgrund des Ausgangssignals des Logikkreises 13 B, so daß eine Schaltregelung des Motors 5 stattfindet. Ein Motor 5 zugeführter Strom wird von einem Stromfühler 13 D erfaßt, so daß der Logikkreis 13 B entsprechend einem Erfassungssignal des Stromfühlers 13 D stromgesteuert wird. Damit kann eine vorbestimmte Hilfs-Lenkdrehkraft erhalten werden. FIG. 4 shows the entire control circuit for controlling the motor 5, including the control circuit unit U (solid line in FIG. 3). The control circuit is designed for the following operation: τ a torque signal and a vehicle speed indicative vehicle speed signal v are removed from the magneto-resistance unit 11 and a vehicle speed sensor 30 and linked 13 A in a microcomputer and processed 13 B in a logic circuit. FETs 14 A - 14 D arranged in a bridge circuit are switched on and off and carry out switching operations on the basis of the output signal of the logic circuit 13 B , so that a switching regulation of the motor 5 takes place. A current supplied to a motor 5 is detected by a current sensor 13 D , so that the logic circuit 13 B is current-controlled in accordance with a detection signal from the current sensor 13 D. With this, a predetermined auxiliary steering torque can be obtained.

Der Strom von einer Batterie B wird von einem Zündschalter K des Fahrzeugs ein- und ausgeschaltet, so daß Spannungen von 5 V und 15 V, die in einem Leistungskreis 13 C stabilisiert werden, dem Mikrocomputer 13 A bzw. dem Logikkreis 13 B zugeführt werden. Andererseits wird elektrischer Strom für den Motor 5 durch den Kontakt eines Relais R zugeführt, so daß im Strömungsfall od. dgl. der Strom durch Lösen des Relais R abgeschaltet werden kann.The current from a battery B is switched on and off by an ignition switch K of the vehicle, so that voltages of 5 V and 15 V, which are stabilized in a power circuit 13 C , are supplied to the microcomputer 13 A and the logic circuit 13 B, respectively. On the other hand, electrical current for the motor 5 is supplied through the contact of a relay R , so that in the event of a flow or the like, the current can be switched off by releasing the relay R.

Die Grafik von Fig. 5 zeigt Kennlinien der Hilfs-Lenkdrehkraft gegenüber dem Meßwert vom Drehkraftsensor, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeiten als Parameter eingesetzt sind. Wie die Grafik zeigt, nimmt mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit die Hilfsdrehkraft ab.The graph of FIG. 5 shows characteristics of the auxiliary steering torque with respect to the measured value from the torque sensor, the vehicle speeds are used as parameters. As the graphic shows, the auxiliary torque decreases with increasing vehicle speed.

Wie Fig. 6 zeigt, ist bei dieser Ausführungsform die Magneto widerstandseinheit 11 durch vier Paare von Magnetowiderstandselementen gebildet, d. h. durch zwei brückengeschaltete Paare von Magnetowiderstandselementen 1 A 1 bis 1 A 4 und 1 B 1 bis 1 B 4, die entsprechend dem einen Magnetzylinder 9 angeordnet sind, und durch zwei brückengeschaltete Paare von Magnetowiderstandselementen 2 A 1 bis 2 A 4 und 2 B 1 bis 2 B 4, die entsprechend dem anderen Magnetzylinder 10 angeordnet sind.As shown in FIG. 6, in this embodiment, the magnetoresistive unit 11 is formed by four pairs of magnetoresistive elements, ie by two bridge-connected pairs of magnetoresistive elements 1 A 1 to 1 A 4 and 1 B 1 to 1 B 4 , which correspond to the one magnetic cylinder 9 are arranged, and by two bridge-connected pairs of magnetoresistive elements 2 A 1 to 2 A 4 and 2 B 1 to 2 B 4 , which are arranged corresponding to the other magnetic cylinder 10 .

Es sei angenommen, daß das Lenkrad betätigt wird, um die Lenkwelle 1 mit einer bestimmten Drehkraft zu beaufschlagen und sie dadurch zu verdrehen.It is assumed that the steering wheel is actuated in order to apply a certain rotational force to the steering shaft 1 and thereby to twist it.

Dann erzeugen entsprechend dem Magnetzylinder 9 die eine Brückenschaltung, bestehend aus den Magnetowiderstandselementen 1 A 1 bis 1 A 4, und die andere Brückenschaltung, bestehend aus den Magnetowiderstandselementen 1 B 1 bis 1 B 4, eine Spannung e _{A 1} bzw. e _{B 1}, wie Fig. 7 zeigt. Diese beiden Brückenschaltungen sind so angeordnet, daß die Spannungen e _{A 1} und e _{B 1} mit einer Phasendifferenz von 90° erzeugt werden. Wenn also eine bestimmte Rotationswinkellage der Lenkwelle 1 als Bezugspunkt 0 angenommen wird, kann ein Rotationswinkel R₁ ausgehend vom Bezugspunkt 0 durch den folgenden Ausdruck erhalten werden:Then, in accordance with the magnetic cylinder 9, the one bridge circuit, consisting of the magnetoresistive elements 1 A 1 to 1 A 4 , and the other bridge circuit, consisting of the magnetoresistive elements 1 B 1 to 1 B 4 , generate a voltage e _{A 1} or e _{B 1} , . shows how 7. These two bridge circuits are arranged so that the voltages e _{A 1} and e _{B 1} are generated with a phase difference of 90 °. Therefore, if a certain rotational angle position of the steering shaft 1 is assumed as the reference point 0, a rotation angle R ₁ can be obtained from the reference point 0 by the following expression:

R₁ = tan^-1 (e _{B 1}/e _{A 1}). R ₁ = tan ^-1 (e _{B 1} / e _{A 1} ).

Entsprechend dem Magnetzylinder erzeugen andererseits die eine Brückenschaltung, bestehend aus den Magnetowiderstandselementen 2 A 1 bis 2 A 4, und die andere Brückenschaltung, bestehend aus den Magnetowiderstandselementen 2 B 1 bis 2 B 4, eine Spannung e _{A 2} bzw. e _{B 2}, wie Fig. 7 zeigt. Diese beiden Brückenschaltungen sind so angeordnet, daß die Spannungen e _{A 2} und e _{B 2} mit einer Phasendifferenz von 90° erzeugt werden, und die Erfassungslage wird gegenüber dem Bezugspunkt 0 um einen Rotationswinkel R₂ gedreht. Infolgedessen kann der Rotationswinkel R₂ durch den folgenden Ausdruck erhalten werden:Corresponding to the magnetic cylinder, on the other hand, the one bridge circuit, consisting of the magnetoresistive elements 2 A 1 to 2 A 4 , and the other bridge circuit, consisting of the magnetoresistive elements 2 B 1 to 2 B 4 , generate a voltage e _{A 2} or e _{B 2} , such as Fig. 7 shows. These two bridge circuits are arranged so that the voltages e _{A 2} and e _{B 2} are generated with a phase difference of 90 °, and the detection position is rotated with respect to the reference point 0 by a rotation angle R ₂. As a result, the rotation angle R ₂ can be obtained by the following expression:

R₂ = tan^-1 (e _{B 2}/e _{A 2}). R ₂ = tan ^-1 (e _{B 2} / e _{A 2} ).

Die Lenkwelle 1 ist mit der Ritzelantriebswelle 2 über den Drehstab 8 verbunden, so daß bei Drehkraftübertragung durch die Lenkwelle 1 und den Drehstab 8 eine Differenz des Drehwinkels R zwischen den Magnetzylindern 9 und 10 entsprechend dem Wert der Drehkraft auftritt. Der Wert von R ist gleich der Differenz zwischen den Rotationswinkeln R₁ und R₂, nämlich R = R₁-R₂.The steering shaft 1 is connected to the pinion drive shaft 2 via the torsion bar 8 , so that when torque is transmitted through the steering shaft 1 and the torsion bar 8, a difference in the angle of rotation R between the magnet cylinders 9 and 10 occurs in accordance with the value of the torque. The value of R is equal to the difference between the angles of rotation R ₁ and R ₂, namely R = R ₁- R ₂.

Es ist daher möglich, die angelegte Drehkraft τ aus der Differenz des Rotationswinkels R auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung zu bestimmen:It is therefore possible to determine the applied torque τ from the difference in the rotation angle R on the basis of the following equation:

τ = K R = K ( R₂-R₂) τ = K R = K ( R ₂- R ₂)

wobei K eine Konstante ist, die durch die Steifigkeit etc. des Drehstabs 8 bestimmt ist.where K is a constant determined by the rigidity etc. of the torsion bar 8 .

Dazu ruft der Mikrocomputer 13 A die Spannungen e _{A 1}, e _{B 1}, e _{A 2} und e _{B 2} ab, indem er alle 0,2-0,5 ms mittels der Unterbrechungsroutine von Fig. 8 eine Abtastung durchführt, um dadurch die logische Verknüpfung der Rotationswinkel R₁ und R₂, die Berechnung der Drehkraft τ, die Bestimmung der Rotationsrichtung, also Rechtsdrehen oder Linksdrehen, auf der Grundlage des Vorzeichens der Drehkraft t, das Abrufen einer Motorstrom-Map (I _MC-Map) in bezug auf die Drehkraft, die Berechnung des Motorstroms I _MC durch Nutzung eines Fahrzeuggeschwindigkeits-Korrekturkoeffizienten kv und die Zuführung von Befehlen des Motorstroms I _MC an einen Digital-Analog-Umsetzer bzw. DAU 44 in Form von Digitalinformation aus 8 Bits auszuführen. Zu diesem Zeitpunkt sind Operationsverstärker 40-43 Verstärker für das Abrufen der Spannungen e _{B 2}, e _{A 2}, e _{B 1} und e _{A 1}, und der Mikrocomputer 13 A führt eine Analog-Digital-Umsetzung dieser Spannungen als interne Operation durch. Andererseits wird das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal v durch ein Eingangsfilter F dem Mikrocomputer 13 A zugeführt.For this purpose, the microcomputer 13 A retrieves the voltages e _{A 1} , e _{B 1} , e _{A 2} and e _{B 2} by sampling every 0.2-0.5 ms using the interrupt routine of FIG Logical combination of the angles of rotation R ₁ and R ₂, the calculation of the torque τ , the determination of the direction of rotation, i.e. clockwise or anti-clockwise, based on the sign of the torque t , retrieving a motor current map (I _MC map) in relation the torque, the calculation of the motor current I _MC by using a vehicle speed correction coefficient kv and the supply of commands of the motor current I _MC to a digital-to-analog converter or DAU 44 in the form of digital information from 8 bits. At this time, operational amplifiers 40-43 are amplifiers for retrieving voltages e _{B 2} , e _{A 2} , e _{B 1} and e _{A 1} , and the microcomputer 13 A performs analog-to-digital conversion of these voltages as an internal operation. On the other hand, the vehicle speed signal v is supplied to the microcomputer 13 A through an input filter F.

Somit wird nach Durchführung der Signalverarbeitung gemäß Fig. 8 und nach Durchführung der Digital-Analog-Umsetzung im DAU 44 das analoge Ausgangssignal des DAU 44 einem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 45 zugeführt. Das vom Stromführer 13 D erfaßte Stromsignal des Motors 5 wird einem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 45 zugeführt. Der differenzierte Ausgang des Differenzverstärkers 45 wird einem PBM-Signalgeber 46 zugeführt. Das Ausgangssignal des PBM-Signalgebers 46 wird UND-Gliedern 47 und 48 zugeführt zur Durchführung einer UND-Verknüpfung zwischen dem Ausgangssignal des PBM-Signalgebers 46 und den Entscheidungs-Ausgangssignalen r und l des Mikrocomputers 13 A, die eine Rechts- bzw. eine Linksdrehung bezeichnen. Die Ausgangssignale der jeweiligen UND- Glieder 47 und 48 werden dann den FETs 14 B bzw. 14 D zugeführt.Thus-to-analog conversion in the DAC Digital after performing signal processing according to Figs. 8 and 44 after carrying out the 44 fed to the analog output signal of the DAC a non-inverting input of a differential amplifier 45. The current signal of the motor 5 detected by the current conductor 13 D is fed to an inverting input of the differential amplifier 45 . The differentiated output of the differential amplifier 45 is fed to a PBM signal generator 46 . The output signal of the PBM signal generator 46 is fed to AND gates 47 and 48 for performing an AND operation between the output signal of the PBM signal generator 46 and the decision output signals r and l of the microcomputer 13 A , which makes a right and a left turn describe. The output signals of the respective AND gates 47 and 48 are then fed to the FETs 14 B and 14 D, respectively.

Andererseits bildet der Leistungskreis 13 C eine Spannungsquelle von 15 V, so daß eine Gate-Spannung ungenügend wird, und führt die Quellenspannung von 15 V an die FETs 14 A und 14 C durch Treiber-FETs 49 und 50, wobei das Anlegen der Quellenspannung von 15 V an die FETs 14 A und 14 C durch diese Treiber-FETs 49 udn 50 geschaltet wird. Nichtglieder 51 und 52 bilden Pufferglieder.On the other hand, the power circuit 13 C forms a voltage source of 15 V, so that a gate voltage becomes insufficient, and leads the source voltage of 15 V to the FETs 14 A and 14 C through driver FETs 49 and 50 , the application of the source voltage of 15 V is switched to the FETs 14 A and 14 C by these driver FETs 49 and 50 . Non-links 51 and 52 form buffer links.

Da bei dieser Ausführungsform die Steuerschaltungseinheit U und die Magnetowiderstandseinheit 11 als integrierte Einheit ausgebildet sind, brauchen keine externen Anschlußleiter vorgesehen zu werden, so daß die Montage vereinfacht, die Wahrscheinlichkeit einer Störsignalaufnahme vermindert, eine hohe Zuverlässigkeit erhalten wird und die Einrichtung kompakt gebaut werden kann.In this embodiment, since the control circuit unit U and the magnetoresistive unit 11 are designed as an integrated unit, no external connection conductors need to be provided, so that the assembly is simplified, the probability of interference signal reception is reduced, high reliability is obtained and the device can be made compact.

Ferner ergibt sich bei dieser Ausführungsform kein Problem in bezug auf die Beherrschung der Temperatur, da die Steuerschaltungseinheit U keinen Teil wie etwa den Motor 5 od. dgl. berührt, der eine hohe Temperatur annimmt, und somit können Kühlrippen od. dgl. je nach den Umständen klein gemacht oder weggelassen werden, weil die Steuerschaltungseinheit U direkt am Sensorgehäuse (d. h. der Sensorhalterung 20) aus Aluminiumdruckguß od. dgl. befestigt ist, das relativ gute Wärmeabstrahlungseigenschaften hat, so daß die Einrichtung mit geringem Gewicht gebaut werden kann.Further, in this embodiment, there is no problem in controlling the temperature because the control circuit unit U does not touch a part such as the motor 5 or the like that becomes high in temperature, and thus the cooling fins or the like can be changed depending on the May be made small or omitted because the control circuit unit U is directly attached to the die-cast aluminum sensor case (ie, the sensor bracket 20 ) or the like, which has relatively good heat radiation properties, so that the device can be built with a light weight.

Da ferner bei dieser Ausführungsform sämtliche den Mechanismus der Servolenkung bildenden Teile einschließlich des Motors 5 mittels der Sensorhalterung 20, der Motorhalterung 21 und der Zahnstangenhalterung 22 einheitlich miteinander ausgebildet sind, kann die Einrichtung kompakt gebaut werden, so daß sie in den Motorraum eines Fahrzeugs in einfacher Weise einbaubar ist, wodurch sich eine erhebliche Kosteneinsparung erzielen läßt.Further, in this embodiment, since all of the parts constituting the power steering mechanism including the motor 5 are integrally formed with each other by the sensor bracket 20 , the motor bracket 21 and the rack bracket 22 , the device can be made compact so that it is easier to get into the engine compartment of a vehicle Is installable, which can achieve significant cost savings.

Bei dieser Ausführungsform ergibt sich ferner die Auswirkung, daß die Signalerfassung sicher durchführbar ist, so daß sich eine hohe Betriebszuverlässigkeit einstellt, weil vier Paare von brückengeschalteten Magnetowiderstandselementen 1 A 1 bis 2 B 4 als Drehkraftsensor verwendet werden.In this embodiment, there is also the effect that the signal detection can be carried out safely, so that a high operational reliability arises because four pairs of bridge-connected magnetoresistive elements 1 A 1 to 2 B 4 are used as the torque sensor.

Die vorliegende Erfindung wird zwar durch die Verwendung eines Sensors implementiert, der aus Magnetowiderstandselementen und Magnetzylindern gebildet ist; selbstverständlich ist die Implementierung auch mit einem anderen Sensor möglich, solange dieser eine kontaktfreie Drehkrafterfassung durchführen kann.While the present invention is accomplished through use implemented a sensor made of magnetoresistive elements and magnetic cylinders are formed; Of course is the implementation with another sensor possible, as long as this contact-free torque measurement can perform.

Wie vorstehend beschrieben, ist es somit möglich, eine kleine Drehkraftregeleinrichtung zu schaffen, die eine sichere, einfache und kostengünstige Drehkraftregelung erlaubt, weil sämtliche Teile der Einrichtung ohne Verlust an Zuverlässigkeit zu einer Einheit zusammengefaßt werden.As described above, it is thus possible to use a to create small torque control device that a Safe, simple and inexpensive torque control allowed because all parts of the facility without loss Reliability can be combined into one unit.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform der motorisch angetriebenen Servolenkung. Fig. 9 ist dabei ein Schnitt durch eine eine Motorwelle enthaltende Ebene und senkrecht zu einer Lenkwelle, während Fig. 10 ein Schnitt durch eine einen Drehstab aufweisende Ebene ist. FIGS. 9 and 10 show a further embodiment of the motor-driven power steering. Fig. 9 is a section containing a motor shaft through a plane and to a steering shaft, while FIG. 10 is a section perpendicularly through a plane containing a pivot rod.

Nach Fig. 9 ist ein Feldkern einer elektromagnetischen Kupplung 100 durch ein Getriebegehäuse 103 und ein Joch 105 eines Elektromotors 104 positioniert und mit drei durchgehenden Bolzen 106 befestigt. Eine Ankerwelle 107 des Motors 104 ist an ihrem Ende in einem Lager 108 aufgenommen. Ein Läufer 112 ist an der Ankerwelle 107 über eine Keilverbindung 109, eine Beilegscheibe 110 und einen Sprengring 111 befestigt. Eine Federscheibe 114 ist durch einen Niet 115 an einem Anker 113 der Kupplung 100 befestigt, der an eine Stirnfläche des Läufers 112 angezogen wird. Die Federscheibe 114 ist ferner mittels einer Schraube an einer Stirnfläche einer Ritzelantriebswelle 117 eines Hypoiduntersetzungsgetriebes 116 befestigt. Die Ritzel antriebswelle 117 ist im Getriebekasten 103 in Lagern 119 a und 119 b gelagert und weist an ihrem zentralen Abschnitt ein Hypoidritzel 120 auf.According to FIG. 9, a field core of an electromagnetic clutch 100 is positioned by a gear housing 103 and a yoke 105 of an electric motor 104 and fastened with three through bolts 106 . An armature shaft 107 of the motor 104 is received in a bearing 108 at its end. A rotor 112 is attached to the armature shaft 107 via a spline connection 109 , a washer 110 and a snap ring 111 . A spring washer 114 is fastened by a rivet 115 to an armature 113 of the clutch 100 , which is attracted to an end face of the rotor 112 . The spring washer 114 is also fastened by means of a screw to an end face of a pinion drive shaft 117 of a hypoid reduction gear 116 . The pinion drive shaft 117 is mounted in the gear box 103 in bearings 119 a and 119 b and has a hypoid pinion 120 at its central section.

Das Hypoidritzel 120 steht mit eine Hypoidabtriebsrad 121 (Fig. 10) in Eingriff, und letzteres ist auf einer zweiten Lenkwelle 123 mit einer Schraube 122 befestigt. Die zweite Lenkwelle 123, die im Getriebekasten 103 über ein Lager 124 abgestützt ist, ist mit einer ersten Lenkwelle 125 über einen Drehstab 126 mittels Stiften 127 a und 127 b verbunden. Magnetzylinder 128 a und 128 sind auf die zweite bzw. die erste Lenkwelle 123 bzw. 125 aufgezogen, und ein Magnetsensor 129 a steht den Magnetzylindern 128 a und 128 b gegenüber unter Bildung eines Drehkraftsensors 129 im Zusammenwirken mit den Magnetzylindern 128 a und 128 b. Die Magnetzylinder 128 a und 128 b des Drehkraftsensors 129 sind durch einen Dichtungskörper 140 (Fig. 10) geschützt, so daß (im Getriebeöl schwimmender) Eisenstaub, der durch den Zahneingriff des Untersetzungsgetriebes 116 entsteht, nicht an den Magnetzylindern 128 a und 128 b haften kann. Der Dichtungskörper 140 ist an den Magnetzylindern 128 a und 128 b mit einem Klemmelement 141 befestigt. Eine Steuereinheit 130 ist am Getriebekasten 103 befestigt und stützt die erste Lenkwelle 125 über ein Lager 131 ab.The hypoid pinion 120 meshes with a hypoid driven gear 121 ( FIG. 10), and the latter is fixed on a second steering shaft 123 with a screw 122 . The second steering shaft 123 , which is supported in the gearbox 103 via a bearing 124 , is connected to a first steering shaft 125 via a torsion bar 126 by means of pins 127 a and 127 b . Magnetic cylinders 128 a and 128 are mounted on the second and first steering shafts 123 and 125 , respectively, and a magnetic sensor 129 a is opposed to the magnetic cylinders 128 a and 128 b to form a torque sensor 129 in cooperation with the magnetic cylinders 128 a and 128 b . The magnetic cylinders 128 a and 128 b of the torque sensor 129 are protected by a sealing body 140 ( Fig. 10), so that (floating in the gear oil) iron dust, which arises from the meshing of the reduction gear 116 , does not adhere to the magnetic cylinders 128 a and 128 b can. The sealing body 140 is attached to the magnetic cylinders 128 a and 128 b with a clamping element 141 . A control unit 130 is attached to the gearbox 103 and supports the first steering shaft 125 via a bearing 131 .

Fig. 17 ist eine teilweise geschnittene Perspektivansicht des Dichtungskörpers 140. Dabei hat der Dichtungskörper 140 eine Öffnung zur Durchführung des Magnetsensors 129 a und eine Ringnut 140 b zum Einsetzen des Klemmelements 141. Der Dichtungskörper 140 besteht z. B. aus Gummi und dient dem Zweck, die Magnetzylinder 128 a und 128 b und den Magnetsensor 129 a gegenüber Getriebeöl u. dgl. hermetisch anzuordnen. Fig. 17 is a partially sectioned perspective view of the seal body 140. The sealing body 140 has an opening for the passage of the magnetic sensor 129 a and an annular groove 140 b for inserting the clamping element 141 . The sealing body 140 consists, for. B. made of rubber and serves the purpose, the magnetic cylinder 128 a and 128 b and the magnetic sensor 129 a compared to gear oil u. Like to arrange hermetically.

Fig. 11 zeigt schematisch den Magnetsensor 129 a. Fig. 11 shows schematically the magnetic sensor 129 a .

Die Magnetzylinder 128 a und 128 b bestehen aus Magneten mit einer Anzahl von Magnetpolen. Gruppen 137 a und 137 b von Magnetowiderstandselementen sind im Magnetsensor 129 a so angeordnet, daß sie den Magnetzylindern 128 a bzw. 128 b jeweils gegenüberstehen.The magnetic cylinders 128 a and 128 b consist of magnets with a number of magnetic poles. Groups 137 a and 137 b of magnetoresistive elements are arranged in the magnetic sensor 129 a so that they face the magnetic cylinders 128 a and 128 b, respectively.

Während die Magnetzylinder 128 a und 128 b rotieren, wird ein an die Magnetowiderstandselemente angelegtes Magnetfeld zum Pulsieren gebracht, so daß der magnetische Widerstand der Magnetowiderstandselemente pulsiert.While the magnetic cylinders 128 a and 128 b rotate, a magnetic field applied to the magnetoresistive elements is made to pulsate, so that the magnetic resistance of the magnetoresistive elements pulsates.

Wenn Magnetowiderstandselemente R ⁿx bis R ^qx und R ⁿ bis R ^q, die die Magnetowiderstandselementgruppe 137 a bilden, miteinander entsprechend Fig. 12 verschaltet sind, ändert sich der magnetische Widerstand der Magnetowiderstandselemente entsprechend dem Rotationswinkel des Magnetzylinders 128 a, und es werden Ausgangsspannungen v _a und v _b als elektrische Signale entsprechend Fig. 13 erhalten. Wenn die Magnetowiderstandselementgruppe entsprechend einer vorgegebenen Regel angeordnet ist, können die Ausgangsspannungen v _a und v _b als Signale mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90° in bezug auf den Rotationswinkel R des Magnetzylinders 128 a (vgl. Fig. 13) erhalten werden. Infolgedessen kann der Phasenwinkel R₁ des Magnetzylinders 128 a in einer gegebenen Stellung relativ zu einer Bezugswinkellage R₀ ausgedrückt werden alsIf magnetoresistive elements R ⁿ x to R ^q x and R ⁿ to R ^q , which form the magnetoresistive element group 137 a, are connected to one another in accordance with FIG. 12, the magnetic resistance of the magnetoresistive elements changes in accordance with the rotation angle of the magnetic cylinder 128 a , and there are output voltages v _a and v _{b obtained} as electrical signals corresponding to FIG. 13. If the magnetoresistive element group is arranged according to a predetermined rule, the output voltages v _a and v _{b can be obtained} as signals with a mutual phase difference of 90 ° with respect to the angle of rotation R of the magnetic cylinder 128 a (see FIG. 13). As a result, the phase angle R ₁ of the magnetic cylinder 128 a in a given position relative to a reference angle position R ₀ can be expressed as

R₀ = tan^-1 (V _a/V _b) R ₀ = tan ^-1 (V _a / V _b )

wobei V _a bzw. V _b die jeweiligen Werte der Ausgangsspannungen v _a bzw. v _b bezeichnen. Wenn entsprechend der Phasenwinkel des Magnetzylinders 128 b, der durch die Magnetowiderstandselementgruppe 137 b erhalten wird, mit R₂ bezeichnet ist, kann die Drehkraft T gemäß der Gleichungwherein V _a or V _b, the respective values of the output voltages V _A and V _B indicate. Accordingly, when the phase angle of the magnetic cylinder 128 b , which is obtained by the magnetoresistive element group 137 b , is denoted by R ₂, the torque T can be according to the equation

T = K ( R₁-R₂) T = K ( R ₁- R ₂)

erhalten werden, wobei K eine Konstante ist, die der Steifigkeit des Drehstabs 126 proportional ist. Somit können die Magnetzylinder und die Magnetowiderstandselemente als Drehkraftsensor arbeiten, die Drehkraft durch Erfassung der Rotationswinkel der Magnetzylinder aufnehmen können.can be obtained, where K is a constant proportional to the rigidity of the torsion bar 126 . Thus, the magnetic cylinder and the magnetoresistive elements can work as a torque sensor, which can absorb torque by detecting the rotation angle of the magnetic cylinder.

Aus den Ergebnissen der verschiedensten Untersuchungen ist es für motorisch angetriebene Servolenkungen bekannt, daß ein ausreichendes Lenkgefühl nur erhalten werden kann, wenn der maximale Strom des Motors eine Auflösung von 8-10 Bits, d. h. eine Auflösung von 256-1024 hat. Angenommen, die sinusförmige Welle von Fig. 13 hat eine Frequenz von 50 Hz und jeder Zylinder hat einen Durchmesser von 30 mm, so entspricht 1° der Auflösung von 8 Bits einer Verschiebung des Außenumfangs des Zylinders um 3 µm.It is known from the results of the most varied of investigations for motor-driven power steering systems that a sufficient steering feel can only be obtained if the maximum current of the motor has a resolution of 8-10 bits, ie a resolution of 256-1024. Assuming that the sinusoidal wave of Fig. 13 has a frequency of 50 Hz and each cylinder has a diameter of 30 mm, 1 ° corresponds to the resolution of 8 bits of a shift of the outer circumference of the cylinder by 3 µm.

Fig. 14 dient der Erläuterung der Lagebeziehungen zwischen dem Hypoidabtriebszahnrad 121, dem Hypoidritzel 120 und dem Magnetsensor 129 a. Fig. 14 for explanation of the positional relationships between the Hypoidabtriebszahnrad 121, the hypoid pinion 120 and the magnetic sensor 129a.

Das Hypoidabtriebsrad 121 wird mit einer tangentialen Kraft beaufschlagt, wie der Pfeil W zeigt. Daher wird der Drehstab 126 in die Richtung einer Geraden A-A im Diagramm parallel zum Pfeil W gebogen, so daß der Drehstab 126 in die Lage A₁ oder A₂ bewegt wird. Wenn der Magnetsensor 129 a auf der Geraden A-A liegt, ändert sich der Wert des Phasenwinkels R₁ nicht, obwohl die entsprechenden Werte V _a und V _b der Ausgangssignale v _a und v _b des Magnetsensors 129 a sich ändern. Wenn also der Magnetsensor 129 a in Tangentialrichtung des Zahnrads angeordnet ist, tritt bei der Drehkrafterfassung ein geringerer Fehler auf. Wenn der Magnetsensor 129 a in Richtung einer Geraden B-B senkrecht zur Tangentialrichtung angeordnet ist, führt die Verschiebung des Drehstabs 126 dagegen zu einem Fehler in der Drehkrafterfassung.The hypoid driven wheel 121 is subjected to a tangential force, as the arrow W shows. Therefore, the torsion bar 126 is bent in the direction of a straight line AA in the diagram parallel to the arrow W , so that the torsion bar 126 is moved into the position A ₁ or A ₂. If the magnetic sensor 129 a lies on the straight line AA , the value of the phase angle R 1 does not change, although the corresponding values V _a and V _{b of} the output signals v _a and v _{b of} the magnetic sensor 129 a change. So if the magnetic sensor 129 a is arranged in the tangential direction of the gearwheel, a lower error occurs during the torque detection. On the other hand, if the magnetic sensor 129 a is arranged in the direction of a straight line BB perpendicular to the tangential direction, the displacement of the torsion bar 126 leads to an error in the rotational force detection.

Gemäß der Erfindung liegt also der Magnetsensor 129 a im Bereich der Geraden A-A. Infolgedessen ist es auch dann, wenn der Motor 104 zur Erzeugung einer Hilfsdrehkraft angetrieben wird, möglich, den Fehler der Drehkrafterfassung aufgrund einer Biegung des Drehstabs 126 zu verringern, so daß ein sehr gutes Lenkgefühl aufrechterhalten werden kann.According to the invention, the magnetic sensor 129 a is in the area of the straight line AA . As a result, even when the motor 104 is driven to generate an auxiliary torque, it is possible to reduce the error of the torque detection due to a bending of the torsion bar 126 , so that a very good steering feeling can be maintained.

Fig. 15 zeigt den Fall, daß das Untersetzungsgetriebe aus Antriebs- und Abtriebs-Geradstirnrädern 138 und 139 besteht. Wenn ein in der Zeichnung nicht gezeigter Magnetsensor auf der Geraden A-A senkrecht zu der Linie angeordnet ist, die die entsprechenden Mitten des auf der Lenkwelle angeordneten Abtriebsrads 139 und des auf der Motorwelle angeordneten Antriebsrads 138 durchsetzt, kann der Fehler in der Drehkrafterfassung durch den Drehkraftsensor verringert werden. Fig. 15 shows the case where the reduction gear consists of input and output spur gears 138 and 139 . If a magnetic sensor, not shown in the drawing, is arranged on the straight line AA perpendicular to the line which passes through the corresponding centers of the driven wheel 139 arranged on the steering shaft and the drive wheel 138 arranged on the motor shaft, the error in the torque detection by the torque sensor can be reduced will.

Fig. 16 zeigt den Fall, daß das Untersetzungsgetriebe durch eine Antriebs- und eine Abtriebsschnecke 140 bzw. 141 gebildet ist. Ebenso wie im Fall von Fig. 15 ist ein Magnetsensor auf der Geraden A-A entsprechend der Zeichnung angeordnet. Fig. 16 shows the case that the reduction gear unit by a drive and a driven screw 140 is formed and 141, respectively. As in the case of FIG. 15, a magnetic sensor is arranged on the straight line AA in accordance with the drawing.

Wie oben beschrieben, besteht bei der motorisch angetriebenen Servolenkung nach der Erfindung kaum die Gefahr der Einführung eines Fehlers in einen erfaßten Drehkraftwert, auch wenn eine Biegung im Drehstab erzeugt wird.As described above, the motorized one Power steering according to the invention hardly the risk of Introduction of an error in a recorded torque value, even if a bend is created in the torsion bar.

Claims

1. A motor-driven power steering system, characterized by a fixed to a steering wheel (132) steering shaft (123, 125) for the transmission of the required for the steering of vehicle wheels (136) steering torque;
a bracket ( 20 ) rotatably supporting the steering shaft;
a non-contact steering torque detection unit ( 9, 10, 11 ) provided on the steering shaft ( 123, 125 ) for detecting the steering torque;
an electric motor ( 5 ) which supplies an auxiliary torque to support the steering torque of the steering shaft;
a power supply (B) which supplies current for driving the electric motor; and
an electronic control unit (U) , which is attached to the holder ( 20 ) and electrically regulates the auxiliary torque.

2. Motor-driven power steering system according to claim 1, characterized in that the steering shaft consists of a first steering shaft ( 125 ) connected to the steering wheel ( 132 ) and a second steering shaft ( 123 ) connected to the vehicle wheels ( 136 ).

3. Motor-driven power steering according to claim 2, characterized by a first magnetic cylinder ( 128 a) , which is attached to the first steering shaft ( 125 ), a second magnetic cylinder ( 128 b) , which is attached to the second steering shaft ( 123 ), and first and second detection elements for magnetic detection of corresponding rotational angle positions of the first and second magnetic cylinders as respective sine and cosine values of a sinusoidally changing signal, so that the respective rotational angles of the first and second magnetic cylinders result from an inverse tangential value of a ratio of the sine value of the sinusoidally changing Signal to the cosine value of the sinusoidally changing signal can be calculated, whereby the steering torque can be detected as the difference between the angles of rotation of the first and the second magnetic cylinder.

4. Motor-driven power steering, characterized by
a steering shaft ( 123, 125 ) consisting of a first steering shaft ( 125 ) connected to the steering wheel ( 132 ) and a steering shaft ( 123 ) connected to vehicle wheels ( 136 ) for transmitting a steering torque required to steer the vehicle wheels ( 136 ) ;
a bracket ( 20 ) rotatably supporting the steering shaft;
a non-contact steering torque detection unit ( 9, 10, 11 ) provided on the steering shaft ( 123, 125 ) for detecting the steering torque;
an electric motor ( 5 ) that supplies auxiliary torque to assist the steering torque of the second steering shaft ( 123 );
a power supply (B) which supplies current for driving the electric motor; and
an electronic control unit (U) which is attached to the holder ( 20 ) for the electrical control of the auxiliary torque.

5. Motor-driven power steering, characterized by
a steering shaft ( 123, 125 ) which is attached to a steering wheel ( 132 ) for the transmission of steering torque required for steering vehicle wheels ( 136 ) and which consists of a first steering shaft ( 125 ) which is connected to the steering wheel ( 132 ), and a second steering shaft ( 123 ) connected to the vehicle wheels ( 136 );
a bracket ( 20 ) rotatably supporting the steering shaft;
a contactless steering torque detection unit ( 9, 10, 11 ) which is provided on the steering shaft ( 123, 125 ) for detecting the steering torque, the contactless steering torque detection unit ( 9, 10, 11, 128 a , 128 b , 129 a) having a first magnetic cylinder ( 9, 128 a) , which is attached to the first steering shaft ( 125 ), a second magnetic cylinder ( 10, 128 b) , which is attached to the second steering shaft ( 123 ), and a magnetic sensor ( 11, 129 a) , which is arranged opposite the two magnetic cylinders;
an electric motor ( 5 ) that supplies an auxiliary torque to the second steering shaft ( 123 ) to support the steering torque;
a power supply (B) which supplies current for driving the electric motor; and
an electronic control unit (U) attached to the bracket ( 20 ) and electrically regulating the auxiliary torque;
wherein the magnetic sensor ( 11, 129 a) has a surface opposite the two magnetic cylinders which runs parallel to a tangential direction (W) of the auxiliary torque which is supplied to the second steering shaft ( 123 ) by the electric motor.

6. Motor-driven power steering system according to claim 5, characterized by an essentially cylindrical sealing body ( 140 ) which encloses the entirety of the magnetic cylinders, the sealing body having an opening ( 140 a) for the passage of the opposite surface of the magnetic sensor ( 11, 129 a). has, so that the outer circumferential surfaces of the two magnetic cylinders and the opposing surface of the magnetic sensor are hermetically sealed against the ingress of oil by means of the sealing body ( 140 ).