DE3606234C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein motorgetriebenes Servolenksystem nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 2.

Ein motorgetriebenes Servolenksystem dieser Art ist nach der DE-AS 33 36 272 bekannt. In diesem System wird das die Lenkung unterstützende Drehmoment momentan erhöht oder erniedrigt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert unterschreitet bzw. überschreitet, wobei dieser Wert kontinuierlich verstellt wird.

Nach der AT-PS 3 29 981 ist es bekannt, zwischen einem Servomotor und einem Lenkmechanismus eine Kupplung mit variabler Drehmomentübertragung anzuordnen und mit einem von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Steuersignal diese Kupplung zu steuern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 2 anzugeben, das zu einer Verbesserung des Lenkgefühls und der Lenkstabilität führt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Kennzeichen dieser Ansprüche 1 bzw. 2 angegeben.

Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 2 haben zur Folge, daß, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert unterschreitet bzw. überschreitet, das unterstützende Drehmoment allmählich erhöht oder erniedrigt wird, was die gewünschte Verbesserung des Lenkgefühls und der Lenkstabilität zur Folge hat.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines motorgetriebenen Servolenksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht einer Servolenksystemeinheit des motorgetriebenen Servolenksystems;

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht längs einer Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht längs einer Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 4A zeigt eine Ansicht eines Abschnittes, der in Fig. 4 gezeigt ist;

Fig. 4B zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 4 gezeigten Abschnittes;

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht längs einer Linie V-V in Fig. 2;

Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht längs einer Linie VI-VI in Fig. 2;

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinheit in dem motorgetriebenen Servolenksystem;

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm einer Folge von Verarbeitungsschritten, die durch die Steuereinheit ausgeführt werden;

Fig. 9 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Drehmomentsignal und einem Ankerstrom veranschaulicht;

Fig. 10 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ankerstrom, einer Motordrehzahl und einem Motordrehmoment veranschaulicht;

Fig. 11 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und einer Lenkgeschwindigkeit veranschaulicht;

Fig. 12 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Kuplungsstrom und dem Ankerstrom veranschaulicht.

Fig. 13 und 14 zeigen Diagramme, die die Art und Weise veranschaulichen, wie sich der Ankerstrom über die Zeit ändert, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Motorfahrzeugs erhöht und herabgesetzt wird;

Fig. 15 zeigt ein Diagramm, das die Art und Weise veranschaulicht, in welcher sich der Kupplungsstrom über die Zeit verändert, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Motorfahrzeugs erhöht und herabgesetzt wird;

Fig. 16 zeigt ein Diagramm, das Impulssignale darstellt, die eine Aussage über die Lenkgeschwindigkeiten liefern;

Fig. 17 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Lenkdrehmoment und verschiedenen erfaßten Signalen veranschaulicht;

Fig. 18 zeigt ein Flußdiagramm einer Folge von aufeinanderfolgenden Schritten, die durch die Steuereinheit in einem motorgetriebenen Servolenksystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung ausgeführt werden.

Fig. 1 zeigt eine allgemeine Anordnung eines motorgetriebenen Servolenksystems zur Verwendung in einem Motorfahrzeug, beispielsweise einem Automobil, gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wenn ein Zündschalter eingeschaltet wird, erzeugen ein Lenkdrehmomentdetektor 77 und ein Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 86 jeweils erfaßte Ausgangssignale. Wenn das Lenkrad gedreht wird, bestimmt ein Motor/Kupplungs-Steuersignalgenerator 120 eine Ankerspannung für einen Hilfsdrehmoment- Erzeugungsmotor oder ein Drehmoment, das durch eine Kupplung auf der Grundlage des erfaßten Drehmomentsignals aus dem Lenkdrehmomentdetektor 77 zu übertragen ist, und legt die Ankerspannung oder das Drehmoment als ein Motor- oder Kupplungssteuersignal an eine Signalkorrektureinheit 121. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsdiskriminator 122 spricht auf die erfaßten Signale aus dem Lenkdrehmomentdetektor 77 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 86 an um zu bestimmen, ob die Fahrgeschwindigkeit des Motorfahrzeugs höher oder niedriger als ein voreingestellter Wert ist. Wenn die Geschwindigkeit des Motorfahrzeugs höher als der voreingestellte Wert ist, erzeugt der Fahrzeuggeschwindigkeitsdiskriminator 122 ein Verringerungssignal und liefert dasselbe an die Signalkorrektureinheit 121. Im Gegensatz dazu erzeugt der Fahrzeuggeschwindigkeitsdiskriminator 122, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als der voreingestellte Wert ist, ein Erhöhungssignal und liefert dasselbe an die Signalkorrektureinheit 121. Die Signalkorrektureinheit 121 spricht auf das Verringerungssignal zum progressiven Verringern der Ankerspannung oder des Kupplungsdrehmoments über die Zeit gegen Null an, und sie spricht außerdem auf das Erhöhungssignal zum progressiven Erhöhen der Ankerspannung oder des Kupplungsdrehmoments über die Zeit gegen einen vorbestimmten Wert an. Die Signalkorrektureinheit 121 liefert dann das Steuersignal, das auf diese Weise korrigiert wurde, an einen Motortreiber 100 oder einen Kupplungstreiber 108 zum Treiben des Motors oder der Kupplung.

Fig. 2 zeigt eine Servolenkeinheit in dem motorgetriebenen Servolenksystem, wobei die Servolenkeinheit in Schnittansicht dargestellt ist. An einem rohrförmigen Motorstator 2 ist eine Lenksäule 1 befestigt, welcher Motorstator an einem Gehäuse 3 angebracht ist. Koaxial ausgerichtete Eingangs- und Ausgangswellen 4, 7 sind drehbar in der Lenksäule 1, dem Motorstator 2 und dem Gehäuse 3 angeordnet. Die Eingangswelle 4 hat ein inneres Ende, das lose in das innere Ende der Ausgangswelle 7 eingesetzt ist. Die inneren Enden der Eingangs- und Ausgangswellen 4, 7 sind durch einen Torsionsstab 8 miteinander verbunden. Die Eingangswelle 4 wird drehbar durch Lager 9, 10, 11 in der Lenksäule 1 gehalten, und die Ausgangswelle 5 wird drehbar durch Lager 11A, 12, 13 in dem Motorstator 2 gehalten. Das Servolenksystem enthält außerdem einen Lenkdrehungssensor 20, der um die Eingangswelle 4 herum angeordnet ist, einen Lenkdrehmomentsensor 24, der um die Eingangs- und Ausgangswellen 4, 7 herum dort, wo sie zusammengefügt sind, angeordnet ist, einen Motor 33, der um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet ist, einen Drehzahl­ minderer 50, der in dem Gehäuse 3 untergebracht ist und um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet ist, eine elektromagnetische Kupplung 63, die in dem Gehäuse 3 untergebracht ist und um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet ist, und eine Steuereinheit 75 zum Steuern des Motors 33 und der elektromagnetischen Kupplung 63 auf der Grundlage von erfaßten Signalen, die durch den Lenkdrehungssensor 20 und den Lenkdrehmomentsensor 24 erzeugt werden.

Im einzelnen enthält die Eingangswelle 4 einen ersten Wel­ lenabschnitt 5 und einen zweiten rohrförmigen Wellenabschnitt 6. Der erste Wellenabschnitt 5 hat ein äußeres Ende (rechts in Fig. 2), mit dem ein Lenkrad (nicht gezeigt) verbunden ist, und ein inneres Ende, das in dem zweiten Wellenabschnitt 6 angeordnet ist und mit diesem durch eine Gummihülse 14 verbunden ist, die dazu dient, eine Übertragung von Schwingungen zwischen den ersten und zweiten Wellenabschnitten 5, 6 zu verhindern.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist ein ringförmiges Teil 15, das ein Paar von radialen Vorsprüngen 15a, 15a hat, an dem ersten Wellenabschnitt 5 befestigt, wobei die radialen Vorsprünge 15a, 15a lose in entsprechende Nuten 6a, 6a, die in einem Ende (rechts in Fig. 2) des zweiten Wellenabschnitts 6 definiert sind, eingesetzt sind. Daher sind die ersten und zweiten Wellenabschnitte 5, 6 durch die Gummihülse 14 elastisch miteinander verbunden und können miteinander durch das ringförmige Teil 15 in Eingriff gebracht werden, nachdem sie sich um einen bestimmten Winkel gedreht haben, so daß Lasten, die größer als ein bestimmtes Drehmoment sind, nicht auf die Gummihülse 14 einwirken können. Die radialen Vorsprünge 15a, 15a werden in den jeweiligen Nuten 6a, 6a durch einen Haltering 16 gehalten, um sie vor einem Heraustreten aus diesen zu sichern.

Wie in den Fig. 4, 4A und 4B gezeigt, hat das andere Ende des zweiten Wellenabschnitts 6 (links in Fig. 2) ein Paar von axialen Nuten 17, 17, die diametral zueinander definiert sind. Die Ausgangswelle 7 hat einen inneren Endabschnitt mit einem größeren Durchmesser, der ein Paar von axial vorstehenden Zungen 7a, 7a hat, die jeweils in die Nuten 17, 17 eingesetzt sind, wobei sich ein Spielraum dazwischen befindet. Das andere Ende des zweiten Wellenabschnitts 6 hat einen Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser, der durch das Lager 11 in dem inneren Endabschnitt mit größerem Durchmesser der Ausgangswelle 7 gehalten wird. Der Torsionsstab 8 erstreckt sich axial durch Bohrungen, die in den inneren Endabschnitten des zweiten Wellenabschnitts 6 und der Ausgangswelle 7 definiert sind. Der Torsionsstab 8 hat ein Ende (rechts in Fig. 2), das durch einen Stift 18 an dem zweiten Wellenabschnitt 6 befestigt ist. Das andere Ende des Torsionsstabes 8 ist durch einen Stift 19 an der Ausgangswelle 7 befestigt. Das äußere Ende (links in Fig. 2) der Ausgangswelle 7 ist mit einer Welle (nicht gezeigt) verbunden, die ihrerseits mit einem Lastende durch Federnute in der Ausgangswelle 7 verbunden ist. Daher kann das Lenkdrehmoment, das auf das Lenkrad ausgeübt wird, auf die Ausgangswelle 7 übertragen werden, und demzufolge wird der Torsionsstab 8 durch die Kraft, die ausgeübt wird, verdreht. Die Steifigkeit der Gummihülse 14 ist so ausgewählt, daß sie größer als die des Torsionsstabes 8 ist.

Wie in Fig. 5 gezeigt, enthält der Lenkdrehungssensor 20 eine Vielzahl von Zähnen 21, die auf der äußeren Umfangsfläche des zweiten Wellenabschnitts 6 bei gleichen Winkelintervallen angeordnet sind und radial nach außen vorstehen, sowie einen Optokoppler (photoelektrischen Empfänger oder Wandler) 22, der an der Lenksäule 1 zwischen den Zähnen 21 angebracht ist. Der Optokoppler 22 dient dazu, Licht zu erfassen, das durch die Zähne 21 unterbrochen wird, und wandelt das erfaßte Licht in ein pulsierendes elektrisches Signal um.

Der Lenkdrehmomentsensor 24 enthält einen Differential­ transformator, der aus einem rohrförmigen sich bewegenden Eisenteil 25, das axial bewegbar um den zweiten Wellenabschnitt 6 und die Ausgangswelle herum dort, wo diese zusammengefügt sind, angeordnet ist, und eine Spulenanordnung 28, die an der inneren Umfangsoberfläche der Lenksäule befestigt ist. Wie in den Fig. 4, 4A und 4B gezeigt, hat das rohrförmige sich bewegende Eisenteil 25 Schlitze 25a, 25b, in welche Stifte 26, die auf den Zungen 7a der Ausgangswelle 7 montiert sind, und Stifte 27, die auf dem zweiten Wellenabschnitt 6 um 90° zu den Stiften 26 versetzt montiert sind, eingreifen. Die Schlitze 25a erstrecken sich längs der Achse des rohrförmigen sich bewegenden Eisenteils 25, und die Schlitze 25b sind um einen bestimmten Winkel zu der Achse des rohrförmigen sich bewegenden Eisenteils 25 geneigt. Daher wird, wenn der zweite Wellenabschnitt 6 und die Ausgangswelle 7 winkelmäßig voneinander in deren Umfangsrichtung ausgelenkt werden, das rohrförmige sich bewegende Eisenteil 25 axial aufgrund des Eingriffs der Stifte 26 in die Schlitze 25b und der Stifte 27 in die Schlitze 25a bewegt. Auf diese Weise wird das rohrförmige sich bewegende Eisenteil 25 axial in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment ausgelenkt, das dem zweiten Wellenabschnitt 6 zugeführt wird. Die Spulenanordnung 28, die um das rohrförmige sich bewegende Eisenteil 25 herum angeordnet ist, enthält eine Primärwicklung 29, die mit einem Impulssignal versorgt wird, und ein Paar von Sekundärwicklungen 30, 31, die koaxial auf den sich gegenüberliegenden Seiten der Primärwicklung 29 zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das mit der Auslenkung des rohrförmigen sich bewegenden Eisenteils 25 übereinstimmt, angeordnet sind. Demzufolge wird, wenn eine winkelmäßige Auslenkung zwischen dem zweiten Wellenabschnitt 6 und der Ausgangswelle stattfindet, wenn der Torsionsstab 8 verdreht wird, die axiale Auslenkung des rohrförmigen sich bewegenden Eisenteils 25 in ein korrespondierendes elektrisches Signal umgesetzt.

Der Motor 33 enthält den rohrförmigen Motorstator 2, der an der Lenksäule 1 und dem Gehäuse 3 durch Schrauben 34 befestigt ist. Der Motor 33 enthält außerdem zumindest ein Paar von Magneten 36, die an der inneren Oberfläche des Motorstators 2 befestigt sind, und einen Rotor 37, der drehbar um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet ist. Der Rotor 37 hat eine rohrförmige Welle 38, die drehbar auf der Ausgangswelle 7 durch die Lager 12, 13 gelagert ist und drehbar auf dem Motorstator 2 und dem Gehäuse 3 durch das Lager 11A und ein Lager 13A gehalten wird. Um die rohrförmige Welle 38 herum sind ein Eisenkern 39, der abgeschrägte Nuten hat, und eine Mehrfachwicklung 41, die um einen schmalen Luftspalt von den Magneten 36 entfernt ist, angeordnet. Die rohrförmige Welle 38 trägt außerdem einen Kommutator 43, der mit der Mehr­ fachwicklung 41 verbunden ist. Bürsten 47, die verschiebbar gegen den Kommutator 43 gedrückt werden, werden durch Bürstenhalter 46 gehalten, die an dem Gehäuse 3 befestigt sind und mit Leitungen verbunden sind, die sich durch ein nicht­ magnetisches Rohr aus dem Motorstator 2 heraus erstrecken. Der Motor 33, der aus der Mehrfachwicklung 41, dem Kommutator 43 und den Bürsten 47 besteht, dient dazu, ein Hilfsdrehmoment zum Unterstützen des Fahrers beim Drehen des Lenkrades zu erzeugen.

Der Drehzahlminderer 50 enthält zwei vordere und hintere Planetengetriebemechanismen 51, 52, die um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet sind. Der vordere Planetengetriebemechanismus 51 enthält ein gemeinsames inneres Zahnrad 53, das auf der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 3 angeordnet ist, ein Zentralzahnrad 38a auf der äußeren Umfangsoberfläche eines Endes (des linken Endes) der rohrförmigen Welle 38, drei Planetenzahnräder 54, die mit dem gemeinsamen inneren Zahnrad 53 und dem Zentralzahnrad 38a kämmen, und einen ersten Träger 55, auf dem die Planetenzahnräder 54 drehbar gehalten werden. Der hintere Planetengetriebemechanismus 52 enthält das gemeinsame innere Zahnrad 53, ein Zentralzahnrad 56a auf der äußeren Umfangsoberfläche eines rohrförmigen Körpers 56, der um die Ausgangswelle 7 herum angeordnet ist und fest mit dem ersten Träger 55 verbunden ist, drei Planetenzahnräder 57, die mit dem gemeinsamen inneren Zahnrad 53 und dem Zentralzahnrad 56a kämmen, und einen zweiten Träger 58, auf dem die Planetenzahnräder 57 drehbar gehalten werden. Ein rohrförmiger Körper 60, der drehbar auf der Ausgangswelle 7 durch ein Lager 59 gehalten wird, ist integral mit dem inneren Rand des zweiten Trägers 58 verbunden. Ein weiterer rohrförmiger Körper 61 ist integral mit dem äußeren Rand des zweiten Trägers 58 verbunden und erstreckt sich längs der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 3. Der rohrförmige Körper 61 hat innere Zähne 61a, die auf der inneren Umfangsoberfläche desselben angeordnet sind und umfangsmäßig einen Abstand voneinander aufweisen. Daher wird, wenn der Rotor 37 des Motors 33 dreht, dessen Drehung bei einer reduzierten Drehzahl über die rohrförmige Welle 38, die Planetenzahnräder 54, den ersten Träger 55, die Planetenzahnräder 57 und den zweiten Träger 58 auf den rohrförmigen Körper 61 übertragen.

Eine elektromagnetische Kupplung 63 enthält einen rohrförmigen Rotor 64, der drehbar durch ein Lager 66 auf einem ringförmigen Körper 65 gehalten wird, welcher mit der Ausgangswelle 7 keilnutverzahnt ist, wobei der Rotor 64 an der Ausgangswelle 7 durch ein ringförmiges elastisches Teil 67 befestigt ist, das dazu dient, Torsionsschwingungen zu absorbieren. Der rohrförmige Rotor 64 hat eine axiale Ausdehnung, die sich zu dem rohrförmigen Körper 60 des zweiten Trägers 58 erstreckt und ein Paar von Vorsprüngen 64a hat, die radial in Richtung auf die äußere Umfangsoberfläche der Ausgangswelle 7 vorstehen.

Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Vorsprünge 64a lose in ent­ sprechende Nuten 65a, die in dem ringförmigen Körper 65 definiert sind, eingesetzt, wobei Spalte verbleiben, die umfangsmäßig zwischen den Vorsprüngen 64a und den Rändern der Nuten 65a entstehen. Auf diese Weise werden die Vorsprünge 64a in Eingriff mit dem ringförmigen Körper 65 in Umfangsrichtung gehalten. Der Rotor 64 und die Ausgangswelle 7 sind daher elastisch miteinander gekoppelt, solange die Vorsprünge 64a in den Nuten 65a verbleiben, d. h. bis die Vorsprünge 64a in den ringförmigen Körper 65 eingreifen. Die axiale Ausdehnung des Rotors 64 hat äußere Zähne 64b auf dessen äußerer Umfangsoberfläche und eine scheibenförmige Tragplatte 64c, die sich radial nach außen erstreckt und entfernt von dem zweiten Träger 58 positioniert ist. Zwischen der Tragplatte 64c und dem zweiten Träger 58 sind abwechselnd Scheibenplatten 68, die Nuten haben, die in deren äußeren Umfangsrändern definiert sind und mit den inneren Zähnen 61a des rohrförmigen Körpers 61 kämmen, und Scheibenplatten 69, die Nuten haben, die in deren inneren Umfangsrändern definiert sind und mit den äußeren Zähnen 64b des Rotors 64 kämmen, positioniert, um auf diese Weise einen Mehrscheibenkupplungsmechanismus zu bilden. Die Platten 69 werden durch einen Anschlag 70 in Position gehalten.

An dem Gehäuse 3 ist ein Rahmen 71, der einen kanalförmigen Querschnitt hat, befestigt. In dem Rahmen 71 ist eine ringförmige Erregerspule 72 untergebracht und mit der Steuereinheit 75 über eine Leitung verbunden. Wenn die Erregerspule 72 erregt wird, werden die Platten 68, 69 durch elek­ tromagnetische Kräfte in Richtung auf die Erregerspule 72 gezogen. Das Drehmoment, das von dem Motor 33 über den Drehzahlminderer 50 übertragen wird, kann daher über den Mehrscheibenkupplungsmechanismus und die Vorsprünge 64a des Rotors 64 auf die Ausgangswelle 7 übertragen werden.

Im folgenden wird die Steuereinheit 75 anhand von Fig. 7 beschrieben.

Die Steuereinheit 75 enthält den Motor/Kupplungs-Steuer­ signalgenerator 120, die Signalkorrektureinheit 121, den Fahrzeuggeschwindigkeitsdiskriminator 122, den Motortreiber 100, den Kupplungstreiber 108 und einen Teil des Lenkdreh­ momentdetektors 77 und des Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektors 86 (Fig. 1). Die Steuereinheit 75 enthält einen Mikrocomputer 76 (Fig. 7), der den Motor/Kupplungs-Steuersignalgenerator 120, die Signalkorrektureinheit 121 und den Fahrzeug­ geschwindigkeitsdiskriminator 122 ergänzt. Der Mikrocomputer 76 wird mit erfaßten Signalen S1 . . . S6 aus dem Lenkdrehmoment­ detektor 77, einem Lenkdrehungsdetektor 82, dem Fahrzeug­ geschwindigkeitsdetektor 86 und einem Fehlfunktionsdetektor 114 versorgt.

Der Lenkdrehmomentdetektor 77 enthält den Lenkdrehmomentsensor 24, eine Treibereinheit 78 zur Frequenzteilung und Lieferung von Taktimpulsen T1 aus dem Mikrocomputer 76 an die Primärspule 29 des Lenkdrehmomentsensors 24, ein Paar von Gleichrichterschaltungen 79a, 79b zum Gleichrichten elektrischer Signale, die jeweils durch die Sekundärwicklungen 30, 31 in Abhängigkeit von einer axialen Verschiebung des sich bewegenden Eisenteils 25 erzeugt werden, ein Paar von Tiefpaßfiltern 80A, 80B zum Entfernen hochfrequenter Anteile aus den gleichgerichteten elektrischen Signalen, und einen A/D-Wandler 81 zum Umsetzen der analogen elektrischen Signale aus den Tiefpaßfiltern 80A, 80B in digitale Signale und zum Liefern dieser digitalen Signale als erfaßte Lenk­ drehmomentsignale S1, S2 an den Mikrocomputer 76.

Der Lenkdrehungsdetektor 82 enthält den Lenkdrehungssensor 20, einen Impulsumsetzer 83 zum Liefern elektrischer Ströme an zwei lichtemittierende Elemente in dem Optokoppler 22, die winkelmäßig um 90° in bezug auf die Zähne 21 auf dem zweiten Wellenabschnitt 6 versetzt angeordnet sind und zum Umsetzen elektrischer Signale, die durch Lichtdetektoren erzeugt werden, welche den lichtemittierenden Elementen gegen­ überstehen, in Impulssignale, eine Wellenformungsschaltung 84 zum Formen der Wellen der Impulssignale aus dem Impulsumsetzer 83, eine Treibereinheit 85 zum Erzeugen pulsierender Lenkgeschwindigkeitssignale S3, S4 auf der Grundlage der Impulssignale aus der Wellenformungsschaltung 84 und der Taktimpulse aus dem Mikrocomputer 76. Diese Lenk­ geschwindigkeitssignale S3, S4 haben Frequenzen, die proportional zu den Geschwindigkeiten der Drehung des Lenkrades sind. Im einzelnen wird, wenn das Lenkrad im Uhrzeigersinne, wie in Fig. 16 gezeigt, gedreht wird, das Impulssignal S3 erzeugt, dessen Frequenz proportional zu der Geschwindigkeit der Drehung des Lenkrades ist, und das Impulssignal S4 hat eine Spannung, die Null ist. Wenn das Lenkrad entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht wird, wird das Impulssignal S4 erzeugt, das eine Frequenz hat, die proportional zu der Geschwindigkeit der Drehung des Lenkrades ist, und das Impulssignal S3 hat eine Spannung, die Null ist.

Der Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 86 enthält einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 89, welcher aus einem Magneten 87, der drehbar mit einer Tachometerwelle (nicht gezeigt) verbunden ist, und einen Reed-Schalter 88, der in Abhängigkeit von der Drehung des Magneten 87 geschlossen oder geöffnet werden kann, einen Impulsumsetzer 90 zum Liefern eines elektrischen Stroms an den Reed-Schalter 88 und zum Erzeugen eines Impulssignals in Abhängigkeit vom Schließen und Öffnen des Reed-Schalters 88 sowie eine Wellenformungs­ schaltung 91 zum Formen der Welle des Ausgangsimpulssignals aus dem Impulsumsetzer 90 und zum Ausgeben des geformten Impulssignals als ein Ausgangssignal S5, wobei dessen Frequenz proportional zu der Fahrzeuggeschwindigkeit des Motorfahrzeugs ist.

Der Mikrocomputer 76 enthält einen Eingabe/Ausgabe-Teil, Speicher sowie eine arithmetische Steuereinheit. Der Mikrocomputer 76 und weitere Schaltungen werden durch eine Stromversorgungsschaltung 92 mit Energie versorgt, die eine Relaisschaltung 96, welche mit der positiven Klemme einer von dem Fahrzeug mitgeführten Batterie 93 über einen Zünd­ schloßschalter 94 und eine Sicherung 95 sowie eine Kon­ stantspannungsschaltung 97, die mit der Ausgangsklemme 96 verbunden ist, enthält. Der Motortreiber 100 und der Kupplungs­ treiber 108 werden mit einem elektrischen Strom über eine Klemme A versorgt, die mit der Ausgangsklemme 96 verbunden ist. Die Konstantspannungsschaltung 97 hat eine Klemme B, über die ein elektrischer Strom an den Mikrocomputer 76 und andere Steuereinheiten geliefert wird. Daher verarbeitet der Mikrocomputer 76, wenn der Zündschloßschalter 94 geschlossen ist, die erfaßten Signale S1 . . . S6 entsprechend einem Programm, das in den Speicher desselben eingeschrieben ist, und liefert Steuersignale T3, T4, T5 an den Motortreiber 100 zum Steuern des Motors 33 und ein Stromsteuersignal T6 an den Kupplungstreiber 108 zum Steuern der elektromagnetischen Kupplung.

Der Motortreiber 100 enthält eine Brückenschaltung, die eine Treibereinheit 101, Relais 102, 103 und Transistoren 104, 105 aufweist. Die Verbindung zwischen den Relais 102, 103 ist an die Klemme A der Stromversorgungsschaltung 92 angeschlossen. Die Transistoren 104, 105 sind über einen Widerstand 106 gemeinsam an Masse gelegt. Die Erregerspulen der Relais 102, 103 und die Basisanschlüsse der Transistoren 104, 105 sind mit Ausgangsklemmen der Treibereinheit 101 verbunden. Die Statorwicklung 41 des Motors 33 ist zwischen die Kollektoren der Transistoren 104, 105 gelegt, die mit den Ausgangsklemmen der Brückenschaltung verbunden sind.

Die Treibereinheit 101 schaltet in Abhängigkeit von dem Steuersignal T3 oder T4 aus dem Mikrocomputer 76 für die Richtung der Drehung des Motors das Relais 102 ein, um den Transistor 105 wirksam zu machen, oder sie schaltet das Relais 103 ein, um den Transistor 104 wirksam zu machen. Die Treibereinheit 101 setzt das Motorsteuersignal T5 in ein analoges Signal um und treibt den wirksam gemachten Transistor in einer PWM-(Impulsbreitenmodulations-)Betriebsweise, so daß die Ankerspannung VA des Motors 33 an das Steuersignal T5 angepaßt wird. Auf diese Weise werden die Richtung der Drehung und die Ankerspannung VA des Motors 33 entsprechend den Steuersignalen T3, T4, T5 durch das Relais 102 und den Transistor 105, der in der PWM-Betriebsweise betrieben wird, oder das Relais 103 und den Transistor 104, der in der PWM-Betriebsweise betrieben wird, in dem Motortreiber 100 gesteuert.

Der Kupplungstreiber 108 enthält eine Treibereinheit 109 und einen Transistor 110, dessen Kollektor über die Erregerspule 72 der elektromagnetischen Kupplung 63 mit der Klemme A der Stromversorgungsschaltung 92 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 110 ist über einen Widerstand 111 mit einer gemeinsamen Masse verbunden, und die Basis desselben ist mit der Ausgangsklemme der Treibereinheit 109 verbunden. Die Treibereinheit 109 dient dazu, das Steuersignal T6 in ein analoges Signal umzuwandeln und das analoge Signal dem Transistor 110 zuzuführen, so daß das umgesetzte Signal der Spannung über der Erregerspule 72 angeglichen wird. Wenn angenommen wird, daß die Spannung über der Erregerspule 72 durch Vc, der Widerstand derselben durch Rc und der Strom, der durch diese fließt, durch Ic ausgedrückt wird, gilt

Vc = Rc×Ic .

Da Rc konstant ist, kann der Strom Ic durch die Spannung Vc gesteuert werden. Auf diese Weise wird der Transistor 110 in dem Kupplungstreiber 108 durch die Treibereinheit 109 auf der Grundlage des Stromsteuersignals T6 aus dem Mikrocomputer 76 gesteuert, um dadurch die Drehmomentkupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 63 zu steuern.

Der Fehlfunktionsdetektor 114 dient dazu, eine Fehlfunktion des Motors 33 und der elektromagnetischen Kupplung 63 zu erfassen. Der Fehlfunktionsdetektor 114 enthält einen Verstärker 115A zum Verstärken der Spannung über dem Widerstand 106, einen Verstärker 115B zum Verstärken der Spannung über dem Widerstand 111, ein Paar von Tiefpaßfiltern 116A, 116B zum Entfernen hochfrequenter Anteile aus den Ausgangssignalen der Verstärker 115A, 115B und einen A/D-Wandler 117 zum Umsetzen der Spannungen aus den Tiefpaßfiltern 116A, 116B in digitale Signale S6 und zum Liefern der digitalen Signale S6 an den Mikrocomputer 76. Der Fehlfunktionsdetektor 114 erfaßt auf diese Weise Fehlfunktionen des Motors 33 und der Kupplung 63 durch die Spannungen über den betreffenden Widerständen 106, 111. Falls der Motor 33 oder die Kupplung 63 ausfällt oder fehlerhaft arbeitet, liefert der Mikrocomputer 76 ein Relaissteuersignal T2 an die Relaisschaltung 96 in der Stromversorgungsschaltung 92, um die Stromversorgung aus der Stromversorgungsschaltung 92 abzuschalten.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm für die aufeinanderfolgenden Schritte, die durch den Mikrocomputer 76 zum Steuern des Motors 33 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Motorfahrzeugs durchgeführt werden.

Wenn der Zündschloßschalter 94 geschlossen wird, werden der Mikrocomputer 76 und die anderen Schaltkreise mit Strom versorgt, um die Steuersequenz zu starten. Alle Dateneintragungen in den Registern und den Direktzugriffsspeichern RAM in dem Mikrocomputer werden auf Null gestellt. Die erfaßten Lenkdrehmomentsignale S1, S2 werden aufeinanderfolgend in einem Schritt P1 ausgelesen. Ein nächster Schritt P2 stellt fest, ob die ausgelesenen Signale normal sind oder nicht. Falls die ausgelesenen Signale nicht normal sind, gibt der Mikrocomputer 76 das Steuersignal T2 aus, um die Relaisschaltung 96 abzuschalten und die Operation des Mikrocomputers 76 und der anderen Schaltkreise zu stoppen. Da der Lenkdrehmomentsensor 24 die Form eines Differential­ transformators hat, sind das Lenkdrehmoment Ts und die Lenkdrehmomentsignale S1, S2, wie in Fig. 17 gezeigt, korreliert, und die Summe der Lenksignale S1, S2 ist, wie bekannt, konstant. Der Mikrocomputer 76 bestimmt, ob der Wert (S1+S2)/2 in einem vorbestimmten Bereich liegt. Wenn dieser Wert nicht in dem vorbestimmten Bereich liegt, bewertet der Mikrocomputer 76 den Lenkdrehmomentsensor als fehlerhaft. Wenn die ausgelesenen Lenkdrehmomentsignale S1, S2 normal sind, wird die Prozedur zu einem Schritt P3 fortgesetzt, in welchem die Differenz S1-S2 zwischen den Lenkdrehmomentsignalen berechnet und als ein Lenkdrehmoment T = (Ts) gespeichert wird.

Dann liest der Mikrocomputer 76 die erfaßten Signale S3, S4 aus dem Lenkdrehungsdetektor 82 in einem Schritt P4 aus. Die Perioden ts3, ts4 der Signale S3, S4 werden in einem Schritt P5 gemessen, dem ein Schritt P6 folgt, welcher die Differenz t zwischen den Perioden ts3, ts4 berechnet, um die Richtung der Drehung des Lenkrades zu bestimmen. Wenn das Lenkrad im Uhrzeigersinne gedreht wird, ist t = ts3 (ts=0), und wenn das Lenkrad entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht wird, ist ts=ts4 (ts3=0).

In dem Mikrocomputer-Speicher wird eine Liste 1, die die Ankerspannung VA speichert, erstellt, in welcher das Lenk­ drehmoment T als eine Adresse hoher Ordnung und die Periode t als eine Adresse niedriger Ordnung benutzt wird. Die Ankerspannung VA ist allgemein durch VA =RM IM+KN auszudrücken, wobei RM der Widerstand der Mehrfachwicklung, K eine induzierte Spannungskonstante, N die Drehgeschwindigkeit des Motors und IM der Ankerstrom ist, vorausgesetzt, daß die Induktanz ausreichend klein ist.

Die Ankerspannung VA ist in Fig. 10 gezeigt. Für das motor­ getriebene Servolenksystem wird bevorzugt, daß der Ankerstrom IM proportional zu dem Lenkdrehmoment T ist und daß die Motordrehzahl NM proportional zu der Lenkgeschwindigkeit Ns ist. In Fällen, in denen das Lenkdrehmoment T proportional zu dem Ankerstrom IM ist, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, und in denen die Lenkgeschwindigkeit Ns proportional zu der Motordrehzahl NM ist, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, ist die Ankerspannung VA durch

VA = RM K1 T + k k2 (1/t)

gegeben, wobei k1, k2 Proportionalitätskonstanten sind. Mit den Werten, die entsprechend der zuvor genannten Gleichung, welche in der Liste 1 gespeichert ist, berechnet werden, kann eine Ankerspannung VA durch eine Adresse bestimmt werden, die durch ein Lenkdrehmoment T und eine Periode t korrespondierend mit einer Lenkgeschwindigkeit Ns gekennzeichnet ist. Die Ankerspannung VA wird durch das digitale Signal T5 repräsentiert. In einem Schritt P8 wird festgestellt, ob das digitale Signal T5 positiv oder negativ ist. Falls es positiv ist, verarbeitet ein Schritt P9 die Steuersignale T3, T4, so daß T3=1 und T4=0 (Drehung im Uhrzeigersinne) wird, und speichert diese Signale. Falls es negativ ist, macht ein Schritt P10 das Signal T5 positiv, und ein Schritt P11 verarbeitet die Steuersignale T3, T4, so daß T3=0 und T4=1 wird (Drehung entgegen dem Uhrzeigersinne), und speichert diese Steuersignale.

Die Prozedur geht dann zu einem Schritt P12, in welchem ein vorbestimmter Wert von dem Steuersignal T5 subtrahiert wird, um einen ersten Totbereich zu schaffen, und das Ergebnis wird als das Steuersignal T5 gespeichert. Ein nächster Schritt P13 bestimmt, ob das Steuersignal T5 positiv oder negativ ist. Falls es negativ oder Null ist, springt die Prozedur zu einem Schritt P14, in welchem die Steuersignale T3, T4 an T3=T4 0 angeglichen und ausgegeben werden, um die Relais 102, 103 und die Transistoren 104, 105 abzu­ schalten. Dann werden die Steuersignale T5, T6 in einem Schritt P15 beendet, um den Motor 33 und die elektromagnetische Kupplung 63 abzuschalten, und danach springt die Prozedur zu dem Schritt P1 zurück. Das Lenkrad befindet sich nun in dem manuellen Betätigungszustand. Wenn das Steuersignal T5 positiv ist, springt die Prozedur zu einem Schritt P16, in welchem die Steuersignale T3, T4 ausgegeben werden. Wenn T3=1, T=0 wird das Relais 102 erregt, um den Transistor 105 steuerbar zu halten. Wenn T3=0, T4=1 wird das Relais 103 erregt, um den Transistor 104 steuerbar zu halten.

In einem Schritt P17 wird ein vorbestimmter Wert b von dem Steuersignal T5 subtrahiert, um einen zweiten Totbereich zu schaffen, und das Ergebnis wird als das Steuersignal T5 verwendet. Ein nächster Schritt P18 bestimmt, ob das Steuer­ signal T5 positiv oder negativ ist. Falls es negativ oder Null ist, springt die Prozedur zu dem Schritt P15, um die Steuersignale T5, T6 zu Null zu machen und den Motor 33 und die Kupplung 63 auszuschalten. Die Prozedur springt dann zu dem Schritt P1 zurück. Wenn das Steuersignal T5 positiv ist, springt die Prozedur zu einem Schritt P19, in welchem eine Liste 2 erstellt wird, die das Produkt des Kupplungsstroms Ic und des Widerstands Rc speichert, und zwar in einem Mikrocomputer-Speicher, wobei das Motorsteuersignal T5 als eine Adresse benutzt wird. Auf diese Weise werden die Werte von Rc×Ic berechnet, um einen Strom Ic, der proportional zu dem Steuersignal T5 ist, fließen zu lassen. Die Kupplungskraft stimmt daher mit dem Lenkdrehmoment und der Lenkgeschwindigkeit überein. Die Steuersignale T3, T4 für die Richtungen der Drehung des Motors werden bestimmt, und die Steuersignale T5, T6 werden in der Weise bestimmt, wie sie zuvor beschrieben wurde (diese Signale werden als "be­ stimmte Werte") bezeichnet und sind schnell auszugeben. Das Steuersignal T5 enthält den ersten und zweiten Totbereich aus dem folgenden Grund:

Die Relais weisen bei ihrer Betätigung verglichen mit den Transistoren eine große Verzögerung auf. Wenn die Relais zur gleichen Zeit erregt werden, zu der das Steuersignal T5 zugeführt wird, könnte das Steuersignal T5 als ein stufenförmiges Signal zugeführt werden. Damit würde das Lenkdrehmoment abrupt reduziert, wodurch das Lenkgefühl verschlechtert würde. Der erste und zweite Totbereich sind wirksam zum Verhindern eines derartigen abrupten Verringerns des Lenkdrehmoments.

Im folgenden wird die Steuerung des Motors 33 und der Kupplung 63 abhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Motorfahrzeugs beschrieben.

Das erfaßte Signal S5 aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 86 wird in einem Schritt P20 ausgelesen. Dann wird in einem Schritt P21 die Periode tv des Signals S5 gemessen. Da das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal S5 eine Frequenz hat, die proportional zu der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, ist die Periode tv außerdem auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezogen. In einem nächsten Schritt P22 wird festgestellt, ob die Periode tv kleiner als ein vorbestimmter Wert C ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als ein vorgeschriebener Wert ist, ist die Periode tv kleiner als der vorbestimmte Wert C. Im Gegensatz dazu ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als der vorgeschriebene Wert ist, die Periode tv größer als der vorbestimmte Wert C. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als der vorgeschriebene Wert ist, ist daher die Periode tv größer als der vorbestimmte Wert C, und die Prozedur wird bei einem Schritt P23 fortgesetzt. Der Mikrocomputer 76 enthält Signale A, F, G, die repräsentativ für den vorhergehenden Steuerzustand sind. Wenn F=G=0 ist, befindet sich das Servolenksystem in einem stabilen Niedriggeschwindigkeitsbereich, in dem es durch die bestimmten Werte T5, T6 gesteuert wird. Wenn F=G=1 ist, befindet sich das Servolenksystem in einem stabilen Hochgeschwindigkeitsbereich, in welchem es unwirksam ist, wobei die Motorsteuersignale T3, T4, T5 und das Kupplungssteuersignal T6 Null sind. Wenn F=1 und G=0 befindet sich das Servolenksystem in einem unstabilen Niedrig- oder Hochgeschwindigkeitsbereich, in welchem die Fahrgeschwindigkeit außerhalb des vorgeschriebenen Werts liegt und die Steuersignale T5, T6 zu dieser Zeit reduziert sind, jedoch noch nicht den Wert Null erreicht haben oder in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als der vorgeschriebene Wert ist und die Steuersignale T5, T6 in dieser Zeit erhöht sind, jedoch noch nicht deren vorbestimmte Werte erreicht haben. Das Signal A hat einen korrigierten Wert. Der Schritt P23 bestimmt, ob der vorhergehende Steuermodus in dem Hochgeschwindigkeitsbereich liegt. Da die anfänglichen Datenwerte am Beginn der Steuersequenz alle auf Null gestellt wurden, ist F=0. Daher setzt sich die Prozedur bei einem Schritt P24 fort, in welchem A, F und G auf Null gestellt werden, was den stabilen Niedriggeschwindigkeitsbereich kennzeichnet. Danach werden in einem Schritt P25 die bestimmten Steuersignale T5, T6 ausgegeben, um das motorgetriebene Servolenksystem zu betätigen. In einem Schritt P26 wird das erfaßte Signal S6 aus dem Fehlfunktionsdetektor 114 mit den Steuersignalen T5, T6 verglichen. Wenn sich das erfaßte Signal S6 nicht in einem vorgeschriebenen Bereich befindet, gibt der Mikrocomputer 76 das Steuersignal T2 aus, um die Relaisschaltung 96 auszuschalten, was den gesamten Steuervorgang stoppt, um das Lenksystem in die manuelle Lenkbetriebsweise zurückzuversetzen. Wenn das erfaßte Signal S6 in den vorgeschriebenen Bereich fällt, kehrt die Prozedur zu dem Schritt P1 zum Wiederholen der Steuersequenz zurück.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb des vorgeschriebenen Wertes liegt und demzufolge die Periode tv des erfaßten Signals S6 kleiner als der vorbestimmte Wert C in dem Schritt P22 ist, setzt sich die Prozedur zu einem Schritt P27 fort, bei dem das Signal F auf 1 gesetzt wird, was anzeigt, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit den vorgeschriebenen Wert überschritten hat. Danach setzt sich die Prozedur bei einem Schritt P28 fort, in dem bestimmt wird, ob der vorhergehende Steuermodus in dem stabilen Hochgeschwindigkeitsbereich liegt oder nicht. Da der vorhergehende Steuermodus in dem stabilen Niedriggeschwindigkeitsbereich liegt, ist G=0. Daher setzt sich die Prozedur bei einem Schritt P29 fort, bei dem der korrigierte Wert A von dem Steuersignal T5 subtrahiert wird. Sofern zu dieser Zeit A=0 ist, bleibt das Signal T5 dasselbe wie bei dem Schritt P29, und das Signal T6 bleibt dasselbe wie bei dem Schritt P30. Ein nächster Schritt P31 berechnet A = A+1, um die Daten zu speichern, die anzeigen, daß die Prozedur einmal bis zu den Schritten P29, P30 gegangen ist. Danach setzt sich die Prozedur zu einem Schritt P32 fort, bei dem bestimmt wird, ob das Steuersignal T5 positiv ist oder nicht. Wenn es positiv ist, springt die Prozedur zu dem Schritt P25, da die Steuersignale T5, T6 reduziert werden müssen. Nachdem die Steuersignale T5, T6 ausgegeben worden sind, setzt sich die Prozedur durch den Diagnoseschritt P26 zu dem Schritt P1 fort. Wenn die Prozedur den Schritt P29 erneut erreicht, wird das Steuersignal T5 gemäß T5 = T5-1 bei dem Schritt P29 verarbeitet, und das Steuersignal T6 wird gemäß T6 = T6-1 verarbeitet, so daß jedes der Steuersignale T5, T6 um 1 reduziert wird. Die Steuersignale T5, T6 werden daher zu dieser Zeit jedesmal dann reduziert, wenn die Prozedur durch die Schritte P29, P30, P31 verläuft. Wenn das Steuersignal T5 Null erreicht, setzt sich die Prozedur von dem Schritt P32 zu einem Schritt P33 fort, in welchem der reduzierte Wert A auf Null gesetzt wird und das Signal G auf 1 gesetzt wird, was anzeigt, daß der stabile Hochgeschwindig­ keitsbereich erreicht ist. Dann wird bei einem Schritt P34 T3 = T4 = T5 = T6 = 0 ausgegeben, um das motorgetriebene Servolenksystem inaktiv zu machen, auf welche Weise das Lenkrad zurück in den manuellen Lenkmodus versetzt wird. Die Prozedur setzt sich zu einem Schritt P35 für eine Motor- und Kupplungsdiagnose fort. Wenn der Motor und die Kupplung normal arbeiten, springt die Prozedur zu dem Schritt P20. Solange sich das Servolenksystem in dem stabilen Hochgeschwindigkeitsbereich befindet, geht die Prozedur von dem Schritt P22 zu einer Schleife der Schritte P27, P28, P33, P34, P35, P20, P21 und wiederholt diese Schleife, so daß das Lenksystem ständig in dem manuellen Lenkmodus arbeitet.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den vorgeschriebenen Wert von dem stabilen Hochgeschwindigkeitsbereich aus abfällt, setzt sich die Prozedur von dem Schritt P22 zu dem Schritt P23 fort. Da F=1 in dem Schritt P29 ist, springt die Prozedur zu einem Schritt P36, bei dem bestimmt wird, ob der vorhergehende Steuermodus in dem stabilen Hochgeschwindigkeitsbereich liegt. Weil der vorhergehende Steuermodus in dem stabilen Hochgeschwindigkeitsbereich liegt, ist in dem Schritt P36 G=1, und demzufolge setzt sich die Prozedur zu einem Schritt P37 fort, um zu bestimmen, ob der erhöhte Wert A der Steuersignale T5, T6 den bestimmten Wert erreicht hat. Sofern sich der vorhergehende Steuermodus in dem stabilen Hochgeschwindigkeitsbereich befindet, ist der korrigierte Wert A in dem Schritt P33 auf Null gesetzt worden. Daher ist A in dem Schritt P37 kleiner als T5, und die Prozedur setzt sich zu einem Schritt P38 fort, in welchem T5 auf Null gesetzt wird. Danach wird T6 in einem Schritt P39 auf Null gesetzt. Der erhöhte Wert A wird in einem Schritt P40 um 1 inkrementiert, von welchem Schritt aus die Prozedur zu dem Schritt P25 springt, in welchem die Steuersignale T5, T6 ausgegeben werden. Dann geht die Prozedur über den Diagnoseschritt P26 zurück zu dem Schritt P1. Wenn die Prozedur die Schritte P38, P39 erneut erreicht, werden die Signale T5, T6 in diesen Schritten auf 1 gesetzt, so daß die Steuer­ signale T5, T6 um 1 größer als die vorhergehenden Werte derselben sind. Jedesmal wenn die Prozedur die Schritte P38, P39, P40 durchläuft, werden die Steuersignale T5, T6 erhöht, bis sie die normalen Steuerwerte erreichen, d. h. die be­ stimmten Werte. Wenn das Steuersignal T5 den normalen Steuerwert erreicht, d. h. den bestimmten Wert, ist in dem Schritt P37 A=T5, und die Prozedur springt zu dem Schritt P24, bei dem der Steuermodus in den stabilen Niedriggeschwindig­ keitsbereich eintritt. Das motorgetriebene Servolenksystem wird nun unter Steuerung der bestimmten Werte von T5, T6 gesteuert.

Im folgenden wird der unstabile Niedrig- oder Hochgeschwindig­ keitsbereich beschrieben.

In diesem unstabilen Bereich schwankt die Fahrzeuggeschwindigkeit in der Nähe des vorgeschriebenen Wertes. Beispielsweise steigt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit von einer niedrigen Geschwindigkeit zu einer hohen Geschwindigkeit wechselt, die Fahrzeuggeschwindigkeit über den vorgeschriebenen Wert hinaus an, und die Steuersignale T5, T6 beginnen, abzusinken, jedoch fällt die Fahrzeuggeschwindigkeit wiederum unter den vorgeschriebenen Wert, bevor die Steuersignale T5, T6 noch nicht vollständig reduziert sind. Alternativ dazu verringert sich, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit von einer hohen Geschwindigkeit zu einer niedrigen Geschwindigkeit wechselt, die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den vorgeschriebenen Wert, und die Steuersignale T5, T6 beginnen, anzusteigen, jedoch wird die Fahrzeuggeschwindigkeit wiederum über den vorgeschriebenen Wert hinaus erhöht, bevor die Steuersignale T5, T6 noch nicht vollständig angehoben worden sind. Das motorgetriebene Servolenksystem kann gleichförmig in dem zuvor beschriebenen unstabilen Bereich wie folgt gesteuert werden:

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit von einer niedrigen Geschwindigkeit aus ansteigt, d. h. A = F = G = 0, und zwar über den vorgeschriebenen Wert hinaus, geht die Prozedur durch die Schritte P22, P27, P28, P29, P30, P31, P32, P25, P26. Wenn diese Schleife beispielsweise zehnmal wiederholt worden ist, wird A zu 10, und es werden T5-9 und T6-9 ausgegeben. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den vor­ geschriebenen Wert fällt, geht die Prozedur durch die Schritte P22, P23, P36 und springt zu einem Schritt P41, in dem A = A-1 ist, d. h. A=9 berechnet wird. Dann wird in einem Schritt P42 B = T5-9 berechnet, und T6 wird in einem Schritt P43 auf T6-9 gesetzt. In einem nächsten Schritt P44 wird bestimmt, ob B, d. h. das Steuersignal, kleiner als der bestimmte Wert ist. Da B 9 ist, was kleiner als T5 ist, setzt sich die Prozedur zu einem Schritt P45 fort, in welchem T5 auf B gesetzt wird. Danach springt die Prozedur zu dem Schritt P25, in dem die Steuersignale T5, T6 ausgegeben werden. Wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit weiterhin verringert, geht die Prozedur durch die Schritte P22, P23, P36, P41, P42, P43, P44, P45, um mit der Zeit die Steuersignale T5, T6 zu erhöhen. Wenn die Steuersignale T5, T6 die bestimmten Werte erreichen, springt die Prozedur von dem Schritt P44 zu dem Schritt P24, bei dem der Steuermodus in den stabilen Niedriggeschwindigkeitsbereich eintritt. Daher wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über den vorgeschriebenen Wert hinaus ansteigt und dann unter den vorgeschriebenen Wert sinkt, bevor die Steuersignale noch nicht vollständig reduziert worden sind, der reduzierte Wert A gespeichert, und die Steuersignale werden von dem gespeicherten Wert aus erhöht. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den vorgeschriebenen Wert herabgesetzt wird und dann über den vorgeschriebenen Wert hinaus ansteigt, bevor die Steuersignale noch nicht vollständig erhöht worden sind, der erhöhte Wert A gespeichert, und die Steuersignale werden von dem gespeicherten Wert aus reduziert. Der Ankerstrom Ia des Motors 33 und der Kupplungsstrom Ic ändern sich über die Zeit, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit v über den vorgeschriebenen Wert ansteigt, wobei das Lenkdrehmoment zugeführt wird, wird das Hilfsdrehmoment, das durch den Motor 33 eingebracht wird, progressiv gegen Null verringert, und zwar mit dem Ergebnis, daß das Lenkgefühl und die Lenkstabilität verbessert werden. Bei t1 ist ein Zeitpunkt angegeben, bei dem sich die Fahrzeuggeschwindigkeit v über den vorgeschriebenen Wert hinaus verändert, bei t2 ist ein Zeitpunkt angegeben, bei dem die Steuersignale T5, T6 auf Null abfallen, wobei To eine gegebene Zeit, Tl ein Lastdrehmoment, Ts ein Lenkdrehmoment, Ia ein Ankerstrom und Ic ein Kupplungsstrom ist. Demgegenüber verändern sich, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit von einer hohen Geschwindigkeit zu einer niedrigen Geschwindigkeit über den vorgeschriebenen Wert hinaus wechselt, der Ankerstrom Ia und der Kupplungsstrom Ic über die Zeit t, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit v unter den vorgeschriebenen Wert abgesunken ist, wird das Hilfsdrehmoment, das durch den Motor 33 eingebracht wird, progressiv zu dem bestimmten Wert für die gegebene Zeit To von einem Zeitpunkt t3 an erhöht, und zwar mit dem Ergebnis, daß das Lenkgefühl kund die Lenkstabilität verbessert werden.

Fig. 18A und Fig. 18B zeigen ein Flußdiagramm einer Steuer­ sequenz gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung. Das Flußdiagramm gemäß den Fig. 18A und 18B enthält zahlreiche Schritte, die identisch mit denjenigen des Flußdiagramms gemäß den Fig. 8A und 8B sind, und derartige identische Schritte werden nicht mehr im einzelnen beschrieben. Das Flußdiagramm gemäß den Fig. 18A und 18B enthält nicht die Schritte P7, P19, P30, P34, P39, P43, die in den Fig. 8A und 8B gezeigt sind, enthält jedoch zusätzliche Schritte P46, P47, P49, die hauptsächlich im folgenden beschrieben werden.

Der Schritt P46 ist zwischen die Schritte P6 und P8 eingefügt. In dem Schritt P46 wird eine Liste 1, die Motorsteuersignale T5 speichert, in einem Mikrocomputer-Speicher eingerichtet, in welcher das Lenkdrehmoment T als eine Adresse hoher Ordnung und die Periode t als Adresse niedriger Ordnung benutzt werden. Da das Steuersignal T5 zum Treiben des Motortreibers 100 in dem PWM-Modus benutzt wird, werden Soll-Verhältnisse (das Verhältnis einer Periode "H" in einem Zyklus) als die Steuersignale gespeichert. Das Sollverhältnis ist durch

T5 = Sollverhältnis (%) = {RM·IM/(Vcc-KN)} × 100

auszudrücken, wobei RM der Widerstand der Mehrfachwicklung 41, K eine induzierte Spannungskonstante, N die Dreh­ geschwindigkeit des Motors, IM der Ankerstrom und Vcc die Stromversorgungsspannung ist, vorausgesetzt, daß die Induktanz ausreichend klein ist. In dem motorgetriebenen Servolenksystem wird bevorzugt, daß der Ankerstrom IM proportional zu dem Lenkdrehmoment ist und daß die Motordrehzahl NM proportional zu der Lenkgeschwindigkeit Nx ist. In Fällen, in denen das Lenkdrehmoment T proportional zu dem Ankerstrom IM ist, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, und die Lenk­ geschwindigkeit Ns proportional zu der Motordrehzahl NM ist, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, ist das Steuersignal T5 durch

T5 = Sollverhältnis (%) = k1·RM·T/{(Vcc-k·k2(1/t)}

gegeben, wobei k1, k2 Proportionalitätskonstanten sind.

Mit den Werten, die entsprechend der zuvor angegebenen Gleichung berechnet werden, die in der Liste 1 gespeichert ist, kann ein Steuersignal T5 durch eine Adresse bestimmt werden, die durch ein Lenkdrehmoment T und eine Periode t, welche mit einer Lenkgeschwindigkeit Ns korrespondiert, gekennzeichnet ist. Der Mikrocomputer-Speicher speichert die berechneten Soll-Verhältnisse in Form von 8-Bit-Parallelsignalen. Der Mikrocomputer hat eine Schaltung, die geeignet ist, die Soll-Verhältnisse durch die 8-Bit-Parallelsignale programmierbar zu verändern und serielle Impulssignale T5 auszugeben, die kennzeichnend für die Soll-Verhältnisse sind, welche in der Liste 1 gespeichert sind. Das Steuersignal T5, das zu diesem Zeitpunkt von dem Mikrocomputer 76 ausgegeben wird, und das Soll-Verhältnis, das in dem Mikrocomputer 76 verarbeitet wird, werden gleichartig behandelt, obgleich sie sich voneinander unterscheiden.

Die Schritte P47, P48 sind zwischen die Schritte P24, P25 eingefügt. In dem Schritt P47 wird das erfaßte Signal S6, das mit dem Ankerstrom IM korrespondiert und durch den Fehlfunktionsdetektor 114 erzeugt wird, ausgelesen. In dem Schritt P48 wird eine Liste 2 in einem Mikrocomputer-Speicher erstellt, wobei das erfaßte Signal S6 als eine Adresse dient und wobei die Liste 2 Werte speichert, die gemäß der folgenden Gleichung

T6 = Soll-Verhältnis (%) = (Gm·R1·IM/Vcc) × 1,0

berechnet werden, wobei Gm der Gewinn des Verstärkers 115A, R1 der Widerstand des Widerstands 106 und IM der Ankerstrom sind. Da der Ankerstrom IM des Motors 33 proportional zu dem Kupplungsstrom ist, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, ist das Kupplungssteuersignal T6 ebenfalls proportional zu dem Lenkdrehmoment T. Der Mikrocomputer-Speicher speichert die berechneten Soll-Verhältnisse in Form von 8-Bit-Parallelsignalen. Der Mikrocomputer hat eine Schaltung, die in der Lage ist, die Soll-Verhältnisse durch die 8-Bit-Parallelsignale programmierbar zu variieren und Seriellimpulssignale T6 auszugeben, die kennzeichnend für die Soll-Verhältnisse sind, welche in der Liste 2 gespeichert sind. Das Steuersignal T6, das zu dieser Zeit von dem Mikrocomputer 76 ausgegeben wird, und das Soll-Verhältnis, das in dem Mikrocomputer 76 verarbeitet wird, werden gleichartig behandelt, obwohl sie sich voneinander unterscheiden. Der Schritt P48 wählt aus der Liste 2 ein Steuersignal T6 aus, das eine Impulsbreite hat, welche proportional zu einem Ankerstrom ist, der mit dem Lenkdrehmomentsignal korrespondiert.

Der Schritt P49 ist zwischen die Schritte P33, P35 zum Ausgeben von T3 = T4 = T5 = T6 = 0 eingefügt.

Fig. 15 zeigt die Art und Weise, in welcher der Ankerstrom Ia und der Kupplungsstrom Ic über die Zeit t in dem unstabilen Bereich gemäß dem Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 18A und 18B gezeigt ist, variiert.

Mit der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Hilfsdrehmoment, das durch den Motor erzeugt wird, oder das Drehmoment, das durch die elektromagnetische Kupplung übertragen wird, über die Zeit gesteuert, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit des Motorfahrzeugs ändert, um dadurch das Lenkgefühl und die Lenkstabilität zu verbessern. Der vorgeschriebene Wert, mit welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit zu vergleichen ist, muß nicht mit einer Hysterese versehen sein, und das motorgetriebene Servolenksystem kann stabil betrieben werden, wenn der vorgeschriebene Wert erreicht ist. Des weiteren ist die elektrische Leistung, die durch das motorgetriebene Servolenksystem verbraucht wird, gering, da das Drehmoment, das durch die elektromagnetische Kupplung übertragen wird, über die Zeit geregelt wird.

Obgleich lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele für die vorliegende Erfindung beschrieben wurden, ist für den Fachmann ersichtlich, daß die Erfindung in anderen speziellen Formen ausgeführt werden kann, ohne daß dazu der allgemeine Erfindungsgedanke oder die erfinderischen Merkmale verlassen werden müßten.

Claims (2)

1. Motorgetriebenes Servolenksystem zur Verwendung in einem Motorfahrzeug
mit einem Lenkdrehmomentdetektor (77) zum Erfassen eines Lenkdrehmoments (Ts), das einem Lenkmechanismus (4, 8, 7) zugeführt wird und zum Erzeugen eines Drehmomentsignals (S1, S2), das dem erfaßten Lenkdrehmoment (Ts) entspricht,
mit einem Motor-Steuersignalgenerator (120 in 76), der auf das Drehmomentsignal (S1, S2) anspricht und in Abhängigkeit von dem Drehmomentsignal (S1, S2) ein Motorsteuersignal (T3, T4, T5) erzeugt,
mit einem Motortreiber (101), der auf das Motorsteuersignal (T3, T4, T5) anspricht und in Abhängigkeit von dem Motorsteuersignal (T3, T4, T5) einen ein Hilfsdrehmoment auf den Lenkmechanismus (4, 8, 7) ausübenden Motor (33) antreibt,
mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor (86) zum Erfassen der Fahrgeschwindigkeit des Motorfahrzeugs und zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssignals (S5), das der erfaßten Fahrgeschwindigkeit entspricht,
mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsdiskriminator (122 in 76), der auf das Geschwindigkeitssignal (S5) anspricht und in Abhängigkeit davon, ob die Fahrgeschwindigkeit höher oder niedriger als eine vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit ist, ein Ausgangssignal (aus P22) erzeugt,
mit einer Signalkorrektureinheit (121 in 76), die auf das Ausgangssignal (aus P22) anspricht und in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal (aus P22) das Motorsteuersignal (T5) erniedrigt, wenn die Fahrgeschwindigkeit höher als die vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit ist und das Motorsteuersignal (T5) erhöht, wenn die Fahrgeschwindigkeit niedriger als die vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erniedrigung und die Erhöhung des Motorsteue­ rungssignals (T5) jeweils über eine vorbestimmte Zeitdauer (To) progressiv erfolgen.

2. Motorgetriebenes Servolenksystem zur Verwendung in einem Motorfahrzeug
mit einem Lenkdrehmomentdetektor (77) zum Erfassen eines Lenkdrehmoments (Ts), das einem Lenkmechanismus (4, 8, 7) zugeführt wird und zum Erzeugen eines Drehmomentsignals (S1, S2), das dem erfaßten Lenkdrehmoment (Ts) entspricht,
mit einem Kupplungs-Steuersignalgenerator (120 in 76), der auf das Drehmomentsignal (S1, S2) anspricht und in Abhängigkeit von dem Drehmomentsignal (S1, S2) ein Kupplungs­ steuersignal (T6) erzeugt,
mit einem Kupplungstreiber (109), der auf das Kupplungs­ steuersignal (T6) anspricht und in Abhängigkeit von dem Kupplungssteuersignal (T6) eine steuerbare Kupplung (63) zwischen dem Lenkmechanismus (4, 8, 7) und einem ein Hilfsdrehmoment auf den Lenkmechanismus (4, 8, 7) ausübenden Motor (33) betätigt,
mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor (86) zum Erfassen der Fahrgeschwindigkeit des Motorfahrzeugs und zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssignals (S5), das der erfaßten Fahrgeschwindigkeit entspricht,
mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsdiskriminator (122 in 76), der auf das Geschwindigkeitssignal (S5) anspricht und in Abhängigkeit davon, ob die Fahrgeschwindigkeit höher oder niedriger als eine vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit ist, ein Ausgangssignal (aus P22) erzeugt,
mit einer Signalkorrektureinheit (121 in 76), die auf das Ausgangssignal (aus P22) anspricht und in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal (aus P22) das Kupplungssteuersignal (T6) erniedrigt, wenn die Fahrgeschwindigkeit höher als die vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit ist und das Kupplungssteuersignal (T6) erhöht, wenn die Fahr­ geschwindigkeit niedriger als die vorbestimmte Fahr­ geschwindigkeit ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erniedrigung und die Erhöhung des Kupplungs­ steuersignals (T6) jeweils über eine vorbestimmte Zeitdauer (To) progressiv erfolgen.