DE102005058224B4

DE102005058224B4 - Device and method for determining a steering angle

Info

Publication number: DE102005058224B4
Application number: DE102005058224A
Authority: DE
Inventors: Michael Henninger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: DE102005058224A1

Abstract

Vorrichtung zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines elektrischen Lenksystems (1) eines Kraftfahrzeuges, die einen mechanisch mit einer Lenkwelle (3) gekoppelten Motor (5) aufweist und der Motor (5) eine Motorwelle (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (6) über ein Getriebe (10) mit einer Nebenwelle (11) verbunden ist, der Motor (5), die Motorwelle (6) und die Nebenwelle (11) in einer Baugruppe zusammengefasst sind, der Drehwinkel der Motorwelle (5) von einem Motorwinkelsensor (14) erfasst wird, der Drehwinkel der Nebenwelle (11) von einem Nebenwellenwinkelsensor (15) erfasst wird, die Übersetzung zwischen der Motorwelle (6) und der Nebenwelle (11) so gewählt ist, dass, in einem zu erfassendem Drehwinkelbereich der Lenkwelle (3), der Lenkwinkel eindeutig bestimmt werden kann und der Lenkwinkel anhand der Signale des Motorwinkelsensors (14) und der Signale des Nebenwellenwinkelsensors (15) ermittelt wird.contraption for determining a steering angle of an electric steering system (1) a motor vehicle having a mechanical steering shaft (3) coupled motor (5) and the motor (5) has a motor shaft (6), characterized in that the motor shaft (6) via a Transmission (10) with a secondary shaft (11) is connected to the engine (5), the motor shaft (6) and the secondary shaft (11) in an assembly are summarized, the angle of rotation of the motor shaft (5) of a Motor angle sensor (14) is detected, the rotation angle of the secondary shaft (11) is detected by a secondary shaft angle sensor (15), the translation between the motor shaft (6) and the secondary shaft (11) is chosen so in that, in a rotational angle range of the steering shaft (3) to be detected, the steering angle can be clearly determined and the steering angle based on the signals of the motor angle sensor (14) and the signals of the Nebenwellenwinkelsensors (15) is determined.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung des Lenkwinkels eines Kraftfahrzeuges.The The present invention relates to an apparatus and a method for determining the steering angle of a motor vehicle.

Bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten elektrischen Servolenksystemen wird zur Unterstützung des Fahrers über einen Elektromotor ein Drehmoment auf eine Lenkwelle oder eine Zahnstange aufgebracht. Neben dem Drehmoment, welches der Fahrer auf die Lenkwelle aufbringt, ist der Lenkwinkel eine wichtige Messgröße von elektrischen Servolenksystemen, da er nicht nur für die Lenkung sondern auch für spezielle Komfort- und Sicherheitsfunktionen, wie z. B. Einparkhilfen oder ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) benötigt wird. Die Erfassung des Lenkwinkels geschieht durch an der Lenkwelle angebrachte Lenkwinkelsensoren. Da die Lenkwelle mehr als eine Umdrehung ausführen kann, werden zur Erfassung des absoluten Drehwinkels der Lenkwelle üblicherweise kostspielige Lenkwinkelsensoren eingesetzt, die neben dem Drehwinkel auch die Anzahl der Umdrehungen der Lenkwelle erfassen (Multi-Turn-Sensoren). Anhand des absoluten Drehwinkels der Lenkwelle kann der Lenkwinkel eindeutig bestimmt werden.at used in motor vehicles electric power steering systems in support of the Driver over an electric motor torque on a steering shaft or a rack applied. In addition to the torque, which the driver on the steering shaft The steering angle is an important measure of electrical power Power steering systems, as he not only for the steering but also for special Comfort and safety functions, such as B. parking aids or ESP (Electronic Stability Program) needed becomes. The detection of the steering angle is done by on the steering shaft mounted steering angle sensors. Because the steering shaft more than a turn can perform are usually used to detect the absolute angle of rotation of the steering shaft expensive steering angle sensors used in addition to the angle of rotation also detect the number of revolutions of the steering shaft (multi-turn sensors). Based on the absolute angle of rotation of the steering shaft, the steering angle clearly be determined.

Eine andere Möglichkeit zur eindeutigen Erfassung des Lenkwinkels offenbart das in US 6,354,396 B1 vorgestellte elektrische Servolenksystem. Das elektrische Servolenksystem umfasst eine Lenkwelle, die an einem Ende mit einem Lenkrad und an ihrem anderen Ende über ein Lenkgetriebe mit mindestens einem Fahrzeugrad verbunden ist, einen Elektromotor mit einem Rotor der über ein Getriebe mit einem nicht ganzzahligen Untersetzungsverhältnis mit der Lenkwelle verbunden ist, einen Lenkwinkelsensor zur Erfassung der Winkelstellung der Lenkwelle und einen Motorwinkelsensor zur Erfassung der Winkelstellung des Rotors. Aus den Signalen des Lenkwinkel- und des Motorwinkelsensors kann, aufgrund des nicht ganzzahligen Übersetzungsverhältnisses, eindeutig der Lenkwinkel bestimmt werden. Für die eindeutige Bestimmung des Lenkwinkels sind somit keine kostspieligen Multi-Turn-Sensoren erforderlich. Anstelle deren werden zwei separate Winkelsensoren benötigt, wobei der eine Sensor an der Lenkwelle und der andere Sensor an dem Rotor angebracht ist. Durch die Anbringung der beiden Sensoren an unterschiedlichen Orten werden Kosten verursacht, da jeder Sensor über ein Kabel mit einem Steuergerät verbunden werden muss.Another possibility for unambiguous detection of the steering angle reveals the in US 6,354,396 B1 presented electric power steering system. The electric power steering system includes a steering shaft connected at one end to a steering wheel and at its other end via a steering gear to at least one vehicle wheel, an electric motor having a rotor connected to the steering shaft via a gear having a non-integer reduction ratio Steering angle sensor for detecting the angular position of the steering shaft and a motor angle sensor for detecting the angular position of the rotor. From the signals of the steering angle and the motor angle sensor, because of the non-integer ratio, clearly the steering angle can be determined. For the unambiguous determination of the steering angle, no costly multi-turn sensors are required. Instead, two separate angle sensors are needed, with one sensor attached to the steering shaft and the other sensor attached to the rotor. Affixing the two sensors to different locations costs money as each sensor must be connected to a controller via a cable.

Aus der DE 10 2004 028 855 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem auf der Lenkwelle ein Zahnrad angeordnet ist, in das die Zähne eines Zahnrads eines ersten Messelements eingreifen. In die Zähne des Zahnrads des ersten Messelements greifen wiederum die Zähne eines weiteren Zahnrads größeren Durchmessers eines zweiten Messelements ein, so dass von einer Drehbewegung der Lenkwelle das erste Zahnrad und von dem ersten Zahnrad das zweite Zahnrad drehbar angetrieben wird. Den beiden Zahnrädern der Messelemente sind jeweils Drehsensoren zur Erfassung der Drehbewegungen zugeordnet, aus deren Drehbewegungen der Drehwinkel der Lenkwelle ermittelbar ist.From the DE 10 2004 028 855 A1 a device for determining a steering angle of a steering system of a motor vehicle is known in which a gear is arranged on the steering shaft, in which engage the teeth of a gear of a first measuring element. In turn, the teeth of a further gear of larger diameter of a second measuring element engage in the teeth of the toothed wheel of the first measuring element, so that the first toothed wheel is rotatably driven by a rotational movement of the steering shaft and the second toothed wheel is driven by the first toothed wheel. The two gears of the measuring elements are each associated with rotary sensors for detecting the rotational movements, from the rotational movements of the rotational angle of the steering shaft can be determined.

Aus der DE 195 06 938 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem auf der Lenkwelle ein Zahnrad angeordnet ist, in das die Zähne eines Zahnrads eines ersten Messelements eingreifen und die Zähne eines weiteren Zahnrads eines zweiten Messelements unterschiedlicher Zähnezahl zum ersten Zahnrad eingreifen, so dass von einer Drehbewegung der Lenkwelle das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad drehbar angetrieben werden. Den beiden Zahnrädern der Messelemente sind jeweils Drehsensoren zur Erfassung der Drehbewegungen zugeordnet, aus deren Drehbewegungen der Drehwinkel der Lenkwelle ermittelbar ist.From the DE 195 06 938 A1 a device for determining a steering angle of a steering system of a motor vehicle is known in which a gear is arranged on the steering shaft, in which engage the teeth of a gear of a first measuring element and the teeth of another gear of a second measuring element of different numbers of teeth to the first gear, so in that the first gear and the second gear are rotatably driven by a rotational movement of the steering shaft. The two gears of the measuring elements are each associated with rotary sensors for detecting the rotational movements, from the rotational movements of the rotational angle of the steering shaft can be determined.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Vorrichtung und ein einfaches Verfahren zur eindeutigen Ermittlung des Lenkwinkels von Kraftfahrzeugen zur Verfügung zu stellen.The The object of the invention is to provide a cost-effective device and a Simple method for unambiguous determination of the steering angle of motor vehicles to disposal to deliver.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Ermittlung des Lenkwinkels eines Kraftfahrzeuges, die einen mechanisch mit einer Lenkwelle gekoppelten Motor aufweist, der Motor eine Motorwelle umfasst, die Motorwelle über ein Getriebe mit einer Nebenwelle verbunden ist, der Motor, die Motorwelle und die Nebenwelle in einer Baugruppe zusammengefasst sind, der Drehwinkel der Motorwelle von einem Motorwinkelsensor erfasst wird, der Drehwinkel der Nebenwelle von einem Nebenwellenwinkelsensor erfasst wird, die Übersetzung zwischen der Motorwelle und der Nebenwelle so gewählt ist, dass, in einem zu erfassendem Drehwinkelbereich der Lenkwelle, der Lenkwinkel eindeutig bestimmt werden kann und der Lenkwinkel anhand der Signale des Motorwinkelsensors und der Signale des Nebenwellenwinkelsensors ermittelt wird.The Invention is characterized by a device and a corresponding Method for determining the steering angle of a motor vehicle, the has a motor mechanically coupled to a steering shaft, the motor comprises a motor shaft, the motor shaft over a Transmission is connected to a secondary shaft, the motor, the motor shaft and the secondary shaft are combined in an assembly, the rotation angle the motor shaft is detected by a motor angle sensor, the rotation angle of Secondary shaft is detected by a secondary shaft angle sensor, the translation between the motor shaft and the secondary shaft is chosen so that, in a rotational angle range of the steering shaft to be detected, the Steering angle can be clearly determined and the steering angle based the signals of the motor angle sensor and the signals of the Nebenwellenwinkelsensors is determined.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet eine genaue, eindeutige Ermittlung des Lenkwinkels anhand der Signale zweier Winkelsensoren die in einer Baugruppe, dem Motor, zusammengefasst sind. Der üblicherweise verwendete Lenkwinkelsensor und die aufwendige Anbringung des Lenkwinkelsensors an der Lenkwelle entfallen somit. Aus diesem Grunde werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung Kosten, im Vergleich zu den Vorrichtungen zur Erfassung des absoluten Lenkwinkels die aus dem Stand der Technik bekannt sind, vermindert, da der Aufwand für die Montage und Verkabelung reduziert werden kann. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass der Drehwinkel der Motorwelle auch anhand des mit dem Nebenwellenwinkelsensor ermittelten Drehwinkels der Nebenwelle bestimmt werden kann, da die Drehwinkel der beiden Wellen durch die Übersetzung des Getriebes in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Die Vorrichtung ermöglicht somit die eindeutige Bestimmung des Lenkwinkels als auch eine redundante Bestimmung des Drehwinkels der Motorwelle mit lediglich einem Motorwinkelsensor und einem Nebenwellenwinkelsensor. Für spezielle sicherheitsrelevante Anwendungen kann die Redundanz bei der Erfassung des Drehwinkels der Motorwelle erforderlich sein.The device according to the invention allows an accurate, unambiguous determination of the steering angle based on the signals of two angle sensors which are combined in a module, the engine. The commonly used steering angle sensor and the complex attachment of the steering angle sensor on the steering shaft thus eliminated. For this reason, the cost of the device according to the invention, in comparison to the devices for detecting the absolute steering angle from the known in the art, reduced because the cost of assembly and wiring can be reduced. A further advantage of the device is that the angle of rotation of the motor shaft can also be determined on the basis of the rotation angle of the secondary shaft determined with the secondary shaft angle sensor, since the rotational angles of the two shafts are in a specific relationship to one another due to the transmission ratio. The device thus enables the unambiguous determination of the steering angle as well as a redundant determination of the rotational angle of the motor shaft with only one motor angle sensor and one secondary shaft angle sensor. For special safety-relevant applications, redundancy may be required when detecting the angle of rotation of the motor shaft.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Differenz zwischen dem Drehwinkel der Motorwelle und dem Drehwinkel der Nebenwelle, in einem zu erfassenden Drehwinkelbereich der Lenkwelle, kleiner ±180°. Durch diese Ausführung, die durch eine entsprechende Auslegung der Übersetzung zwischen Motorwelle und Nebenwelle zu realisieren ist, wird auf einfache Weise sichergestellt, dass der absolute Drehwinkel der Lenkwelle und somit der Lenkwinkel eindeutig ermittelt werden kann.In an advantageous embodiment the invention is the difference between the rotation angle of the motor shaft and the rotation angle of the sub-shaft, in a rotation angle range to be detected the steering shaft, smaller ± 180 °. Through this Execution, by a corresponding interpretation of the translation between the motor shaft and side wave is to be realized, it is easily ensured that the absolute rotation angle of the steering shaft and thus the steering angle clearly can be determined.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird anhand der Signale des Motorwinkelsensors der Drehwinkel der Motorwelle bestimmt, anhand der Signale des Nebenwellenwinkelsensors der Drehwinkel der Nebenwelle bestimmt und der Lenkwinkel mit Hilfe der Differenz zwischen dem Drehwinkel der Motorwelle und dem Drehwinkel der Nebenwelle ermittelt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Bestimmung des Lenkwinkels.In A further advantageous embodiment of the invention is based on the signals of the motor angle sensor, the angle of rotation of the motor shaft determines, based on the signals of the Nebenwellenwinkelsensors the rotation angle determines the secondary shaft and the steering angle with the help of the difference between the angle of rotation of the motor shaft and the rotation angle of the secondary shaft determined. This embodiment allows a simple determination the steering angle.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst das Getriebe zwei Zahnräder, wobei das eine Zahnrad fest mit der Motorwelle und das andere Zahnrad fest mit der Nebenwelle verbunden ist. Durch unterschiedliche Durchmesser beider Zahnräder und somit unterschiedliche Anzahl der Zähne wird sichergestellt, dass der Lenkwinkel eindeutig ermittelt werden kann. Diese Ausführung kann besonders kostengünstig hergestellt werden.In a further advantageous embodiment of the invention the gearbox has two gears, being one gear fixed to the motor shaft and the other gear firmly connected to the secondary shaft. Due to different diameters both gears and thus different number of teeth will ensure that the steering angle can be determined clearly. This version can be special economical getting produced.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Unterschied im Durchmesser beider Zahnräder gering ausfällt. Durch den nur geringfügigen Unterschied der Durchmesser kann der absolute Drehwinkel der Lenkwelle innerhalb eines großen Bereiches erfasst werden. Bei einem großen Unterschied der Durchmesser, wie z. B. bei einem Verhältnis der Durchmesser von 0,5, ist der Bereich in dem der absolute Drehwinkel erfasst werden kann entsprechend geringer.Further It is advantageous if the difference in diameter of both gears turns out low. By the only minor Difference in diameter can be the absolute angle of rotation of the steering shaft within a big one Area are recorded. With a big difference in diameter, such as B. at a ratio the diameter of 0.5, is the range in which the absolute rotation angle can be detected accordingly lower.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden Magnetfeldsensoren zur Erfassung der Drehwinkel der Motorwelle und der Nebenwelle eingesetzt. Als Beispiele für Magnetfeldsensoren können Hallsensoren, AMR (Anisotropic Magneto Resistive)-Sensoren oder GMR (Giant Magneto Resistive)-Sensoren genannt werden. Diese Sensoren ermöglichen eine kostengünstige Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.In In another advantageous embodiment, magnetic field sensors are used used to detect the rotation angle of the motor shaft and the secondary shaft. As examples of Magnetic field sensors can Hall sensors, AMR (Anisotropic Magneto Resistive) sensors or GMR (Giant Magneto Resistive) sensors to be named. These sensors enable cost-effective implementation the device according to the invention.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird der Drehwinkel der Motorwelle zusätzlich anhand der Signale des Nebenwellenwinkelsensors bestimmt. Die Signale des Nebenwellenwinkelsensors werden bei dieser Ausführung nicht nur zur Ermittlung des eindeutigen Lenkwinkels sondern auch zur Bestimmung des Drehwinkels der Motorwelle verwendet. Hierdurch wird eine redundante Bestimmung des Drehwinkels der Motorwelle ermöglicht.In In another advantageous embodiment, the angle of rotation of Motor shaft in addition determined by the signals of the Nebenwellenwinkelsensors. The signals of the Nebenwellenwinkelsensors are not in this embodiment only to determine the unique steering angle but also for determination used the angle of rotation of the motor shaft. This will be a redundant Determining the angle of rotation of the motor shaft allows.

Vorteilhaft können in einer weiteren Ausführung die Signale des Nebenwellenwinkelsensors zur Prüfung der Plausibilität des anhand der Signale des Motorwinkelsensors bestimmten Drehwinkels der Motorwelle verwendet werden. Ein fehlerhafter Motorwinkelsensor oder Fehler bei der Verarbeitung der Signale des Motorwinkelsensors werden hierdurch erkannt.Advantageous can in a further embodiment the signals of the Nebenwellenwinkelsensors to check the plausibility of the signals of the motor angle sensor certain rotation angle of the motor shaft be used. A faulty motor angle sensor or fault in the processing of the signals of the motor angle sensor are thereby detected.

In einer anderen Ausgestaltung zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines elektrischen Lenksystems eines Kraftfahrzeuges, die einen mechanisch mit einer Lenkwelle gekoppelten Motor aufweist, der Motor eine Motorwelle umfasst, die Motorwelle über ein Getriebe mit einer Nebenwelle verbunden ist, die Motorwelle über ein Zusatzgetriebe mit einer Zusatzwelle verbunden ist, der Motor, die Motorwelle, die Nebenwelle und die Zusatzwelle in einer Baugruppe zusammengefasst sind, der Drehwinkel der Zusatzwelle von einem Motorwinkelsensor erfasst wird, der Drehwinkel der Nebenwelle von einem Nebenwellenwinkelsensor erfasst wird, die Übersetzung zwischen der Zusatzwelle und der Nebenwelle so gewählt ist, dass, in einem zu erfassendem Drehwinkelbereich der Lenkwelle, der Lenkwinkel eindeutig bestimmt werden kann und der Lenkwinkel anhand der Signale des Motorwinkelsensors und der Signale des Nebenwellenwinkelsensors ermittelt wird. Der Drehwinkel der Motorwelle wird durch den von dem Motorwinkelsensor erfassten Drehwinkel der Zusatzwelle bestimmt. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass der Motorwinkelsensor nicht mehr am Ende der Motorwelle angebracht werden muss. Hierdurch gewinnt man Spielraum bei der konstruktiven Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.In another embodiment, the invention is characterized by a device for determining a steering angle of an electric Steering system of a motor vehicle having a mechanical with a Steering shaft coupled engine, the engine has a motor shaft includes the motor shaft over one Transmission is connected to a secondary shaft, the motor shaft via a Additional gear is connected to an auxiliary shaft, the engine, the Motor shaft, the secondary shaft and the additional shaft combined in one module are the rotation angle of the additional shaft of a motor angle sensor is detected, the rotation angle of the secondary shaft of a secondary shaft angle sensor is captured, the translation between the additional wave and the secondary wave is chosen such that in a rotational angle range of the steering shaft to be detected, the steering angle can be clearly determined and the steering angle based on the signals of Motor angle sensor and the signals of the Nebenwellenwinkelsensors is determined. The angle of rotation of the motor shaft is determined by the determined the angle of rotation of the additional shaft detected the motor angle sensor. This embodiment has the advantage that the motor angle sensor no longer needs to be attached to the end of the motor shaft. hereby you gain leeway in the structural design of the device according to the invention.

In einer weiteren Ausführung zeichnet sich die Erfindung durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Lenkwinkels eines Kraftfahrzeuges aus, bei dem eine Prüfung der Plausibilität der Signale eines Sensors anhand der Signale des anderen Sensors erfolgt und bei dem nach der Detektion eines fehlerbehafteten Sensors der Lenkwinkel anhand der Signale des fehlerfreien Sensors ermittelt und ein Notlaufprogramm eingeleitet wird. So werden bei dem Verfahren die Signale des Motorwinkelsensors anhand der Signale des Nebenwellensensors geprüft oder die Signale des Nebenwellensensors anhand der Signale des Motorwinkelsensors geprüft. Falls ein Sensor als fehlerbehaftet detektiert wird, erfolgt nach der Detektion die Ermittlung des Lenkwinkels anhand der Signale des fehlerfreien Sensors. Des Weiteren wird ein Notlaufprogramm eingeleitet, welches kritische Zustände des Kraftfahrzeuges, aufgrund des fehlerhaften Sensors, vermeidet. Das Notlaufprogramm kann z. B. Warnmeldungen an einen Fahrer des Kraftfahrzeuges umfassen.In a further embodiment, the invention is characterized by a method for determining a steering angle of a motor vehicle, in which a check of the plausibility of the signals of a Sen sors based on the signals of the other sensor and in which after the detection of a faulty sensor, the steering angle determined based on the signals of the error-free sensor and an emergency program is initiated. Thus, in the method, the signals of the motor angle sensor are checked on the basis of the signals of the auxiliary shaft sensor or the signals of the auxiliary shaft sensor are checked on the basis of the signals of the motor angle sensor. If a sensor is detected as faulty, the determination of the steering angle is based on the signals of the error-free sensor after detection. Furthermore, an emergency program is initiated, which avoids critical conditions of the motor vehicle, due to the faulty sensor. The emergency program can z. B. include warning messages to a driver of the motor vehicle.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:embodiments The invention will be described below with reference to the schematic drawings explained. Show it:

1 ein elektrisches Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, 1 an electric steering system of a motor vehicle,

2 eine Draufsicht auf eine Stirnseite eines des elektrischen Lenksystems zugehörigen Motors, 2 a plan view of an end face of a motor associated with the electric steering system,

3 ein fest mit einer Motorwelle verbundenes und ein fest mit einer Nebenwelle verbundenes Zahnrad bei verschiedenen Lenkwinkel und 3 a fixedly connected to a motor shaft and a fixed to a secondary shaft connected gear at different steering angle and

4 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Zusatzwelle aufweist. 4 An embodiment of the device according to the invention, which has an additional shaft.

In 1 ist ein elektrisches Lenksystem 1 eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Das elektrische Lenksystem 1 weist ein Lenkrad 2 auf, das über eine Lenkwelle 3 mit einem Lenkgetriebe 4 gekoppelt ist. Weiterhin umfasst das elektrische Lenksystem 1 einen Motor 5, der über eine Motorwelle 6 mit dem Lenkgetriebe 4 und hierdurch auch mit der Lenkwelle 3 gekoppelt ist. Über den Motor 5 kann ein Drehmoment auf das Lenkgetriebe 4 und somit auch auf die Lenkwelle 3 aufgebracht werden. Durch das Lenkgetriebe 4 wird die Drehbewegung des Lenkrades 2 auf eine Zahnstange 7 übertragen. Über Spurstangen 8 wird die Bewegung der Zahnstange 7 auf Fahrzeugräder 9 übertragen. In diesem Beispiel ist der Motor 5 mit dem Lenkgetriebe 4 gekoppelt. Es ist für andere Ausführungen aber auch möglich den Motor 5 beispielsweise mit der Zahnstange 7 zu koppeln. Diese spezielle Ausführung wird auch als achsparalleler Antrieb (APA) bezeichnet.In 1 is an electric steering system 1 a motor vehicle shown. The electric steering system 1 has a steering wheel 2 on, that over a steering shaft 3 with a steering gear 4 is coupled. Furthermore, the electric steering system includes 1 an engine 5 that has a motor shaft 6 with the steering gear 4 and thus also with the steering shaft 3 is coupled. About the engine 5 can apply torque to the steering gear 4 and thus also on the steering shaft 3 be applied. Through the steering gear 4 is the rotational movement of the steering wheel 2 on a rack 7 transfer. About tie rods 8th becomes the movement of the rack 7 on vehicle wheels 9 transfer. In this example, the engine is 5 with the steering gear 4 coupled. It is possible for other versions but also the engine 5 for example, with the rack 7 to pair. This special version is also referred to as axis-parallel drive (APA).

In 2 ist eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Motors 5 gezeigt. Die Motorwelle 6 ist über ein Getriebe 10 mit einer Nebenwelle 11 verbunden. Das Getriebe 11 weist zwei Zahnräder auf, wobei ein Zahnrad 12 fest mit der Motorwelle 6, ein anderes Zahnrad 13 fest mit der Nebenwelle 11 verbunden ist. Zur Erfassung des Drehwinkels der Motorwelle 6 wird ein Motorwinkelsensor 14, zur Erfassung des Drehwinkels der Nebenwelle 11 ein Nebenwellenwinkelsensor 15 verwendet. Die komplette Vorrichtung zur Ermittlung des Lenkwinkels ist in einer Baugruppe, dem Motor 5, zusammengefasst. In diesem Beispiel befinden sich die Sensoren seitlich neben den entsprechenden Zahnrädern. Es ist aber auch möglich die Sensoren bei einer anderen Ausführung auf den zugehörigen Wellen anzuordnen. Bei dieser Ausführung befindet sich der Motorwinkelsensor 14 auf der Motorwelle 6 und der Nebenwellenwinkelsensor 15 auf der Nebenwelle 11.In 2 is a plan view of a front side of the engine 5 shown. The motor shaft 6 is about a gearbox 10 with a side wave 11 connected. The gear 11 has two gears, with a gear 12 firmly with the motor shaft 6 , another gear 13 firmly with the secondary shaft 11 connected is. For detecting the angle of rotation of the motor shaft 6 becomes a motor angle sensor 14 , for detecting the rotation angle of the secondary shaft 11 a secondary shaft angle sensor 15 used. The complete device for determining the steering angle is in an assembly, the engine 5 , summarized. In this example, the sensors are located laterally next to the corresponding gears. But it is also possible to arrange the sensors in another embodiment on the associated waves. In this version, the motor angle sensor is located 14 on the motor shaft 6 and the sub-shaft angle sensor 15 on the spur 11 ,

In 3 sind die Positionen des fest mit der Motorwelle 6 verbundenen Zahnrades 12 und des fest mit der Nebenwelle 11 verbundenen Zahnrades 13 beispielhaft für drei verschiedene Lenkwinkel dargestellt. Die Zahnräder weisen unterschiedliche Durchmesser auf. Der bei beiden Zahnrädern von den jeweiligen Mittelpunkten ausgehende eingezeichnete Zeiger veranschaulicht die Position des jeweiligen Zahnrades, welche sich in Abhängigkeit des Lenkwinkels ändert. Bei dem Lenkwinkel 1 sind beide Zeiger parallel zu einer Vertikalen durch den Mittelpunkt eines Zahnrades. Die Zahnräder weisen die gleiche Winkelposition auf. Der Lenkwinkel 1 soll in diesem Beispiel der Nulllage des Lenkrades 2 entsprechen.In 3 are the positions of the fixed with the motor shaft 6 connected gear 12 and firmly with the secondary shaft 11 connected gear 13 exemplified for three different steering angle. The gears have different diameters. The drawn in both gears from the respective center points drawn pointer illustrates the position of the respective gear, which changes depending on the steering angle. At the steering angle 1 Both hands are parallel to a vertical through the center of a gear. The gears have the same angular position. The steering angle 1 should in this example the zero position of the steering wheel 2 correspond.

Bei dem Lenkwinkel 2 hat die Motorwelle 6 exakt zwei Umdrehungen entgegen dem Uhrzeigersinn durchgeführt und der Zeiger des fest mit der Motorwelle 6 verbundenen Zahnrades 12 weist die gleiche Position wie bei dem Lenkwinkel 1 auf. Dagegen hat sich die Position des Zeigers des fest mit der Nebenwelle 11 verbundenen Zahnrades 13, aufgrund des geringeren Durchmessers, verändert. Der Zeiger ist nicht mehr parallel zu der gestrichelt eingezeichneten Vertikalen durch den Mittelpunkt des Zahnrades 13 sondern schließt mit ihr einen Winkel α ein. Das fest mit der Nebenwelle 11 verbundene Zahnrad 13 hat mehr als zwei Umdrehungen in Richtung des Uhrzeigersinns durchgeführt. In 3 wird der Umdrehungssinn der Zahnräder durch Pfeile verdeutlicht. Aufgrund des geringeren Durchmessers eilt der Drehwinkel der Nebenwelle 11 dem Drehwinkel der Motorwelle 6 voraus, d. h. der Betrag des Drehwinkels der Nebenwelle 11 ist größer oder für den Lenkwinkel 1 gleich dem Betrag des Drehwinkels der Motorwelle 6.At the steering angle 2 has the motor shaft 6 performed exactly two turns counterclockwise and the pointer of the fixed with the motor shaft 6 connected gear 12 has the same position as the steering angle 1 on. In contrast, the position of the pointer of the fixed with the secondary shaft 11 connected gear 13 , due to the smaller diameter, changed. The pointer is no longer parallel to the dashed vertical lines through the center of the gear 13 but encloses an angle α with it. That solid with the secondary shaft 11 connected gear 13 has made more than two turns in the clockwise direction. In 3 The sense of rotation of the gears is illustrated by arrows. Due to the smaller diameter, the angle of rotation of the secondary shaft rushes 11 the angle of rotation of the motor shaft 6 ahead, ie the amount of the rotation angle of the secondary shaft 11 is greater or for the steering angle 1 equal to the amount of rotation angle of the motor shaft 6 ,

Somit kann der Lenkwinkel eindeutig anhand der Drehwinkel der Motorwelle 6 und der Nebenwelle 11 bestimmt werden, falls sichergestellt ist, dass die Differenz der Drehwinkel zwischen Motorwelle 6 und Nebenwelle 11 einen Wert von ±180° nicht erreicht. Die ±180° resultieren aus der aus der Gegebenheit, dass ausgehend von der Nulllage Drehbewegungen des Lenkrades 2 in beiden Richtungen möglich sind. Die Drehwinkel der jeweiligen Welle werden von dem Motorwinkelsensor 14 bzw. dem Nebenwellenwinkelsensor 15 erfasst. Der Lenkwinkel kann anhand der vorzeichenbehafteten Differenz zwischen dem Drehwinkel der Motorwelle 6 und dem Drehwinkel der Nebenwelle 11 eindeutig ermittelt werden.Thus, the steering angle can be clearly based on the rotation angle of the motor shaft 6 and the secondary wave 11 be determined if it is ensured that the difference in the rotational angle between the motor shaft 6 and secondary shaft 11 not reached a value of ± 180 °. The ± 180 ° result from the fact that that starting from the zero position rotational movements of the steering wheel 2 in both directions are possible. The angles of rotation of the respective shaft are determined by the motor angle sensor 14 or the secondary shaft angle sensor 15 detected. The steering angle can be determined by the signed difference between the angle of rotation of the motor shaft 6 and the rotation angle of the secondary shaft 11 be clearly determined.

Bei dem Lenkwinkel 3 ist der Fall für die maximal mögliche Anzahl von Drehungen der Motorwelle 6 entgegen dem Uhrzeigersinn dargestellt. Die Differenz der Drehwinkel ist kleiner ±180°, so dass eine eindeutige Ermittlung des Lenkwinkels möglich ist.At the steering angle 3 is the case for the maximum possible number of rotations of the motor shaft 6 shown counterclockwise. The difference in the angle of rotation is less than ± 180 °, so that a clear determination of the steering angle is possible.

In 4 ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der neben der Motorwelle 6 und der Nebenwelle 11 eine Zusatzwelle 16 vorhanden ist. Die Motorwelle 6 ist über ein Zusatzgetriebe 18, welches zwei Zahnräder umfasst, mit der Zusatzwelle 16 verbunden, wobei das eine Zahnrad 12 fest mit der Motorwelle 6, ein anderes Zahnrad 17 fest mit der Zusatzwelle 11 verbunden ist. Ferner ist die Motorwelle 6 über zwei Zahnräder mit der Nebenwelle 11 verbunden, wobei das eine Zahnrad 12 fest mit der Motorwelle 6, das andere Zahnrad 13 fest mit der Nebenwelle 11 verbunden ist. Zur Erfassung des Drehwinkels der Zusatzwelle 16 wird der Motorwinkelsensor 14, zur Erfassung des Drehwinkels der Nebenwelle 11 der Nebenwellenwinkelsensor 15 verwendet. Bei dieser Ausgestaltung wird der Drehwinkel der Motorwelle 6 anhand der Zusatzwelle 16 mit Hilfe des Motorwinkelsensors 14 erfasst. In diesem Beispiel befinden sich die Sensoren seitlich neben den entsprechenden Zahnrädern. Es ist aber auch möglich die Sensoren bei einer anderen Ausführung auf den zugehörigen Wellen anzuordnen. Bei dieser Ausführung befindet sich der Motorwinkelsensor 14 auf der Zusatzwelle 16 und der Nebenwellenwinkelsensor 15 auf der Nebenwelle 11.In 4 an embodiment of the device according to the invention is shown, in which in addition to the motor shaft 6 and the secondary wave 11 an additional wave 16 is available. The motor shaft 6 is via an additional gear 18 , which includes two gears, with the auxiliary shaft 16 connected, where the one gear 12 firmly with the motor shaft 6 , another gear 17 firmly with the additional wave 11 connected is. Furthermore, the motor shaft 6 over two gears with the secondary shaft 11 connected, where the one gear 12 firmly with the motor shaft 6 , the other gear 13 firmly with the secondary shaft 11 connected is. For detecting the rotation angle of the additional shaft 16 becomes the motor angle sensor 14 , for detecting the rotation angle of the secondary shaft 11 the secondary shaft angle sensor 15 used. In this embodiment, the rotation angle of the motor shaft 6 on the additional wave 16 with the help of the motor angle sensor 14 detected. In this example, the sensors are located laterally next to the corresponding gears. But it is also possible to arrange the sensors in another embodiment on the associated waves. In this version, the motor angle sensor is located 14 on the additional wave 16 and the sub-shaft angle sensor 15 on the spur 11 ,

Es folgt eine Berechnung des Drehwinkels der Nebenwelle 11 in Abhängigkeit des Drehwinkels der Motorwelle 6. Für die Berechnung wird angenommen, dass das fest mit der Motorwelle 6 verbundene Zahnrad 12 75 Zähne und das fest mit der Nebenwelle 11 verbundene Zahnrad 13 74 Zähne aufweist. Nach einer Umdrehung der Motorwelle 6 beträgt der Drehwinkel der Motorwelle 6 360°. Die Nebenwelle 11 hat 1,0135135 (= 1 + 1/74) Umdrehungen durchgeführt. Somit beträgt der Drehwinkel der Nebenwelle 11 360°·1,0135135 = 364,864864°. Die Differenz zwischen dem Drehwinkel der Nebenwelle 11 und dem Drehwinkel der Motorwelle 6 beträgt demnach 4,864864°. Pro Umdrehung der Motorwelle 6 eilt die Nebenwelle 11 der Motorwelle 6 um 4,864864° voraus.This is followed by a calculation of the rotation angle of the secondary shaft 11 depending on the angle of rotation of the motor shaft 6 , For the calculation, it is assumed that this is fixed to the motor shaft 6 connected gear 12 75 teeth and that with the auxiliary shaft 11 connected gear 13 Has 74 teeth. After one revolution of the motor shaft 6 is the angle of rotation of the motor shaft 6 360 °. The secondary wave 11 has performed 1.0135135 (= 1 + 1/74) revolutions. Thus, the rotation angle of the secondary shaft 11 360 ° · 1.0135135 = 364.864864 °. The difference between the rotation angle of the secondary shaft 11 and the angle of rotation of the motor shaft 6 is therefore 4.864864 °. Per revolution of the motor shaft 6 rushes the auxiliary shaft 11 the motor shaft 6 ahead by 4.864864 °.

11: elektrisches Lenksystemelectrical steering system
22: Lenkradsteering wheel
33: Lenkwellesteering shaft
44: Lenkgetriebesteering gear
55: Motorengine
66: Motorwellemotor shaft
77: Zahnstangerack
88th: Spurstangetie rod
99: Fahrzeugradvehicle
1010: Getriebetransmission
1111: Nebenwellespurious
1212: Zahnrad Motorwellegear motor shaft
1313: Zahnrad Nebenwellegear spurious
1414: MotorwinkelsensorMotor angle sensor
1515: NebenwellenwinkelsensorIn addition to shaft angle sensor
1616: Zusatzwelleadditional shaft
1717: Zahnrad Zusatzwellegear additional shaft
1818: Zusatzgetriebeadditional gear
αα: Winkel zwischen Zeiger und der Vertikalen durch den Mittelpunkt des Zahnradesangle between the pointer and the vertical through the center of the gear

Claims

Device for determining a steering angle of an electric steering system ( 1 ) of a motor vehicle having a mechanical with a steering shaft ( 3 ) coupled engine ( 5 ) and the engine ( 5 ) a motor shaft ( 6 ), characterized in that the motor shaft ( 6 ) via a transmission ( 10 ) with a secondary wave ( 11 ), the engine ( 5 ), the motor shaft ( 6 ) and the secondary wave ( 11 ) are combined in an assembly, the angle of rotation of the motor shaft ( 5 ) from a motor angle sensor ( 14 ), the angle of rotation of the secondary shaft ( 11 ) from a secondary shaft angle sensor ( 15 ), the ratio between the motor shaft ( 6 ) and the secondary wave ( 11 ) is selected such that, in a rotational angle range of the steering shaft to be detected ( 3 ), the steering angle can be determined unambiguously and the steering angle can be determined from the signals of the motor angle sensor ( 14 ) and the signals of the secondary shaft angle sensor ( 15 ) is determined.

Device according to claim 1, characterized in that the difference between the angle of rotation of the motor shaft ( 5 ) and the angle of rotation of the secondary shaft ( 11 ), in a rotational angle range of the steering shaft to be detected ( 3 ), less than ± 180 °.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that based on the signals of the motor angle sensor ( 14 ) the angle of rotation of the motor shaft ( 6 ) is determined based on the signals of the Nebenwellenwinkelsensors ( 15 ) the angle of rotation of the secondary shaft ( 11 ) and the steering angle with the aid of the difference between the angle of rotation of the motor shaft ( 6 ) and the angle of rotation of the secondary shaft ( 11 ) is determined.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission ( 10 ) comprises two gears, wherein the one gear ( 12 ) fixed to the motor shaft ( 6 ) and the other gear ( 13 ) fixed to the secondary shaft ( 11 ) is connected and the two gears have a different diameter.

Device according to claim 4, characterized in that that the difference between the diameters of both gears is low fails.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that magnetic field sensors for detecting the rotational angle of the motor shaft ( 6 ) and secondary wave ( 11 ) are used.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of rotation of the motor shaft ( 6 ) additionally on the basis of the signals of the secondary shaft angle sensor ( 15 ) is determined.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that based on the signals of the secondary shaft angle sensor ( 15 ) a plausibility check based on the signals from the motor angle sensor ( 14 ) certain rotation angle of the motor shaft ( 6 ) he follows.

Device for determining a steering angle of an electric steering system ( 1 ) of a motor vehicle having a mechanical with a steering shaft ( 3 ) coupled engine ( 5 ) and the engine ( 5 ) a motor shaft ( 6 ), characterized in that the motor shaft ( 6 ) via a transmission ( 10 ) with a secondary wave ( 11 ), the motor shaft ( 6 ) via an additional gear ( 19 ) with an additional wave ( 16 ), the engine ( 5 ), the motor shaft ( 6 ), the secondary wave ( 11 ) and the additional wave ( 16 ) are combined in an assembly, the rotation angle of the additional shaft ( 16 ) from a motor angle sensor ( 14 ), the angle of rotation of the secondary shaft ( 11 ) from a secondary shaft angle sensor ( 15 ), the translation between the supplemental wave ( 16 ) and the secondary wave ( 11 ) is selected such that, in a rotational angle range of the steering shaft to be detected ( 3 ), the steering angle can be determined unambiguously and the steering angle can be determined from the signals of the motor angle sensor ( 18 ) and the signals of the secondary shaft angle sensor ( 15 ) is determined.

Method for determining a steering angle of an electric steering system ( 1 ) of a motor vehicle, which mechanically with a steering shaft ( 3 ) coupled engine ( 5 ) and the engine ( 5 ) a motor shaft ( 6 ), characterized in that the angle of rotation of the motor shaft ( 5 ) from a motor angle sensor ( 14 ), the angle of rotation of a via a transmission ( 10 ) with the motor shaft ( 6 ) and in or on the engine ( 5 ) arranged secondary shaft ( 11 ) from a secondary shaft angle sensor ( 15 ) and the steering angle is clearly determined by the signals of the motor angle sensor ( 14 ) and the signals of the secondary shaft angle sensor ( 15 ) is determined.

Method for determining a steering angle of an electric steering system ( 1 ) of a motor vehicle, which mechanically with a steering shaft ( 3 ) coupled engine ( 5 ) and the engine ( 5 ) a motor shaft ( 6 ), characterized in that the angle of rotation of a via an additional transmission ( 18 ) with the motor shaft ( 6 ) and in or on the engine ( 5 ) arranged additional wave ( 16 ) from a motor angle sensor ( 14 ), the angle of rotation of a via a transmission ( 10 ) with the motor shaft ( 6 ) and in or on the engine ( 5 ) arranged secondary shaft ( 11 ) from a secondary shaft angle sensor ( 15 ) and the steering angle is clearly determined by the signals of the motor angle sensor ( 14 ) and the signals of the secondary shaft angle sensor ( 15 ) is determined.

Method according to one of the preceding claims 10 or 11, characterized by an examination of the Plau sibility of the signals a sensor is based on the signals of the other sensor and that after the detection of a faulty sensor, the steering angle determined on the basis of the signals of the error-free sensor and initiated an emergency program becomes.