DE102004053690A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Lenkwinkels eines Fahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Lenkwinkels eines Fahrzeugs durch die zusätzliche Messung von Winkel an Gelenken, die mit der Radstellung eines gelenkten Rades korrelieren. DOLLAR A Das Verfahren betrifft ebenfalls die Auswertung eines Winkelsignals in Verbindung mit einem Multiturn- und einem Singelturn-Lenkwinkelsensor zur Bestimmung und Verifizierung des absoluten Lenkwinkels.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren.
• Zunehmend werden in Kraftfahrzeugen im Bereich der Lenksäule Lenkwinkelsensoren eingesetzt, welche zur Erfassung des Fahrerrichtungswunsches dienen. Das von einem Lenkwinkelsensor erfasste Signal dient in verschiedenen Fahrzeugsystemen, wie z.B. eines Fahrstabilisierungssystem oder einer elektrischen Lenkhilfe als wesentliche Eingangsgröße.
• In der DE 101 10 785 C2 wird zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels ein Lenkwinkelsensor mit einer Kombination aus einer mechanischen Zähleinrichtung und einer optischen Codescheibe, welche innerhalb einer Lenkradumdrehung abgetastet wird, beschrieben.
• Aus der DE 196 01 965 A1 ist eine Zähleinheit zur Zählung der vollen Umdrehungen des Lenkrades in Form einer Schrittschaltwerks bekannt.
• In der DE 100 57 674 A1 wird vorgeschlagen, den durch den Lenkradeinschlag verursachten Verschiebeweg einer Zahnstange eines Lenkgetriebes zur Bestimmung des absoluten Lenkwinkels zu erfassen. Aus dem Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkradwinkel und der linearen Zahnstangenbewegung kann somit auf den Lenkwinkel geschlossen werden.
• Um den momentanen Drehwinkel einer Lenkradbewegung von bis zu drei vollen Umdrehungen eindeutig zu bestimmen, können Multiturn-Lenkwinkelsensoren verwendet werden. Aufgrund der hohen Kosten solcher absolut arbeitenden Lenkwinkelsensoren werden auch Lenkwinkelsensoren verwendet, welche den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich von bis zu drei Lenkradumdrehungen nicht eindeutig abbilden können. Bedingt durch ihre Konstruktion können so genannte Singleturn-Lenkwinkelsensoren nur eine volle Umdrehung oder einen Teil davon eindeutig abbilden. Die Bestimmung des absoluten Lenkwinkels über den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich erfolgt mit weiteren aus dem Fahrzeug vorliegenden physikalischen Messgrößen wie z.B. die Raddrehzahlen der einzelnen Räder des Fahrzeugs.
• Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass eine bestimmte zurückgelegte Fahrstrecke oder Fahrgeschwindigkeit notwendig ist, um eine eindeutige Bestimmung des Lenkwinkels zu ermöglichen.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines absoluten Lenkwinkels zu offenbaren, mit welchen eine einfache und unmittelbare Bestimmung des absoluten Lenkwinkels sowie der Radstellung eines gelenkten Rades eines Fahrzeuges möglich ist.
• Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
• Darin wird vorgeschlagen, zur Bestimmung des absoluten Lenkwinkels eine zusätzliche Messung der elastokinematischen Winkel durchzuführen. Eine hierfür erforderliche Winkelsensorik wird in einem geeigneten Lenkgelenk der Radlenker einer lenkbaren Vorder- oder Hinterradachse integriert.
• Diese Winkelsensorik kann beispielsweise in oder an einem Kugelgelenk angebracht oder integriert sein, wobei sie über Mittel zur optischen oder magnetoresistiven Winkeldetektion verfügt.
• Damit kann einerseits ein absolutes Lenkwinkelsignal auf einfache Weise auf Richtigkeit überprüft werden und andererseits ein Lenkwinkelsensor, welcher nur ein oder einen Teil einer Lenkradumdrehung eindeutig abbilden kann, dahingehend plausibilisiert werden, dass eine Bestimmung des absoluten Lenkwinkels ermöglicht wird.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Bestimmung des absoluten Lenkwinkels auch bei Fahrzeugstillstand, ohne die Verwendung von Differenzmessungen welche eine Fahrzeugbewegung erfordern würde, ermöglicht wird. Die Problematik die hinsichtlich der Auswertung von Raddrehzahl- und Fahrzeuggeschwindigkeits- Informationen bei Fahrten auf Untergrund mit niedrigem Reibwert, z.B. Eis oder Schnee entsteht, entfällt somit.
• Zusätzlich kann mit der Messung der elastokinematischer Winkel die grobe Stellung eines gelenkten Rades ermittelt werden. Durch die entsprechende Auswertung solcher Winkelinformation in einem Steuergerät des Fahrzeugs kann das Verhalten des Lenk-Aktuators anhand der Auswirkung auf die gelenkten Räder festgestellt werden.
• Es zeigt 2 den Aufbau einer Vorderradlenkung in einem Fahrzeug, mit Lenkrad 6, Lenkwinkelsensor 7 und Hilfskraftlenkung 8. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Winkelmessung am Gelenk 10, welches das kopfseitige Winkelgelenk einer Spurstange 9 darstellt, durchgeführt.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.
• Einen möglichen Aufbau der erwähnten Winkelsensorik in einem Kugelgelenk ist in 1 dargestellt. Die beispielhafte Lösung zeigt das Winkelgelenk einer Spurstange welches mit einer integrierten Sensorik für die magnetoresistive Winkeldetektion versehen ist.
• Der Kugelzapfen 3 besteht aus einer Gelenkkugel 1, einem Zapfen 2 und dem darin in geeigneter Weise angeordneten Magnetfeldgeber 4.
• In magnetischer Wirkverbindung dazu befindet sich ein Magnetfelddetektor 5. Die gezeigte Anordnung ist in der Lage, Winkelbewegungen um die Längsachse des Kugelzapfens 3 zu detektieren.
• Verfahren zur Auswertung der Winkelinformation in einem Steuergerät sind in den Verfahrensansprüchen 4 und 5 vorgeschlagen.
• Ein Ausführungsbeispiel zu dem in Patentanspruch 4 angegebenen Verfahren ist in 3 dargestellt und wird im Folgenden beschrieben.
• Die im Graphen 3a von 3 dargestellte Funktion zeigt die auf den numerischen Wert 1 normierte Winkelinformation eines Lenkwinkelsensors, welcher ein mehrdeutiges, periodisches Signal über den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich zur Verfügung stellt. Die im Graphen 2b dargestellte Funktion zeigt die normierte, eindeutige Winkelinformation einer Winkelsensorik, welche zur Bestimmung des absoluten Lenkwinkels herangezogen wird Durch eine integrierte Logik oder durch eine arithmetische Rechnereinheit werden die mehrdeutigen Bereiche des Lenkwinkels mit dem eindeutigen Bereich des Signals eines Winkelsensors derart verknüpft, so dass eine Bestimmung des absoluten Lenkwinkels möglich ist.
• Ein Ausführungsbeispiel zu Anspruch 5, zu dem keine Figur gezeigt ist, arbeitet wie im Folgenden beschrieben:
  Das eindeutige Lenkwinkelsignal wird mit dem eindeutigen Messbereichs des Winkelsensors derart plausibilisiert, dass der absolute Lenkwinkel verifiziert werden kann. In vorteilhafter Weise kann dadurch auch das Gesamtverhalten des Lenksystems im Fahrzeug funktional überprüft werden.
• Das Verfahren kann auch in Überlagerungslenkungen verwendet werden.

Claims (5)

1. Sensorvorrichtung zur Bestimmung eines Lenkwinkels bei einer Lenkradbewegung in einem Fahrzeug mit einem Lenkwinkelsensor (7), angeordnet in einem drehbaren Lenkungselement im Niedermomententeil einer Lenkung (8), dadurch gekennzeichnet, dass zur Überprüfung oder Bestimmung des absoluten Lenkwinkels eine zusätzliche Messung von elastokinematischer Winkel an mindestens einem, mit der Stellung eines lenkbaren Rades korrelierenden Gelenks erfolgt.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung von elastokinematischer Winkel an mindestens einem der Winkelgelenke (10) der Spurstange (9) einer Fahrzeuglenkung erfolgt.
3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Winkel durch eine im Gelenk integrierte Winkelsensorik erfolgt, welche Mittel zur optischen oder magnetoresistiven Winkeldetektion aufweist.
4. Verfahren zur Bestimmung des absoluten Lenkwinkels im Falle dass der Lenkwinkelsensor kein eindeutiges Winkelsignal über den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich abbilden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des absoluten Lenkwinkels die eindeutige Winkelinformation der Winkelsensorik mit verwendet wird.
5. Verfahren zur Überprüfung der Winkelinformation eines Lenkwinkelsensors, welcher ein eindeutiges Signal über den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich abbilden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die eindeutige Winkelinformation der Winkelsensorik mit verwendet wird.