DE102005059883A1 - Steering system for motor vehicle has signal of first angle sensor divided over its maximum possible scope into number of signal periods - Google Patents

Steering system for motor vehicle has signal of first angle sensor divided over its maximum possible scope into number of signal periods Download PDF

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DE102005059883A1
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Markus Heger
Michael Sprinzl
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Abstract

The steering system includes a steering wheel (2) linked by a steering column (3) to the steering rod (4) of at least one steerable wheel (5), and includes angle sensors (6, 8, 9, 10, 11, 12, 13). The signal of the first angle sensor is divided over its maximum possible scope into a number of signal periods. The signal from the other sensors has the fixed angle value of the defined signal period of the first sensor allocated to it.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a steering system for a vehicle according to the preamble of claim 1.

Aus der Druckschrift EP 1 508 501 A1 ist ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das einen Servomotor zur Verstärkung des Lenkmomentes und darüber hinaus ein motorisch einstellbares Überlagerungsgetriebe in der Lenkspindel zur Realisierung einer Aktivlenkung umfasst. Mithilfe derartiger Aktivlenkungen kann dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel ein zusätzlicher Winkelwert überlagert werden, wodurch das Fahrverhalten des Fahrzeugs und auch der Fahrkomfort beeinflusst werden können.From the publication EP 1 508 501 A1 a steering system for a motor vehicle is known which comprises a servo motor for amplifying the steering torque and moreover a motor-adjustable superposition gear in the steering shaft for realizing an active steering. With the aid of such active steering systems, an additional angle value can be superimposed on the steering angle predetermined by the driver, as a result of which the driving behavior of the vehicle and also the driving comfort can be influenced.

Die Höhe des Überlagerungswinkels, der im Überlagerungsgetriebe erzeugt wird, hängt vom aktuellen Fahr- und Betriebszustand des Fahrzeuges ab, zu dessen Ermittlung Sensorsignale mit aktuellen Informationen über die Winkelwerte im Lenksystem bereitgestellt werden. In der EP 1 508 501 A1 ist vorgesehen, den Lenkradwinkel, welcher vom Fahrer über das Lenkrad vorgegeben wird, sowie den auf die Vorderräder wirkenden Lenkwinkel (auch Ritzel- oder Summenwinkel genannt) über Motorwinkelsensoren des Servomotors und des Stellmotors über das Überlagerungsgetriebe zu bestimmen. Hierzu werden die Motorlageinformationen von Servo- und Stellmotor unter Berücksichtigung der bekannten Getriebeübersetzungen auf das Ritzel des Lenkgetriebes umgerechnet, anschließend können über eine Winkelbilanz an dem Überlagerungsgetriebe die noch fehlenden Winkelinformationen im Lenksystem ermittelt werden.The amount of overlay angle generated in the superposition gearing depends on the current driving and operating condition of the vehicle, to which sensor signals with up-to-date information about the angle values in the steering system are provided. In the EP 1 508 501 A1 is provided to determine the steering wheel angle, which is determined by the driver via the steering wheel, as well as acting on the front wheels steering angle (also called pinion or sum angle) via motor angle sensors of the servomotor and the servo motor via the superposition gearbox. For this purpose, the motor position information of servo and servomotor, taking into account the known gear ratios to the pinion of the steering gear, then can be determined via an angle balance on the superposition of the missing angular information in the steering system.

Problematisch ist allerdings, dass die Motorlagesensoren üblicherweise nur einen begrenzten, absoluten Messbereich aufweisen und daher nicht den gesamten Lenkbereich abdecken, so dass nur die Information über einen Relativwinkel sensiert werden kann, jedoch nicht der Absolutwinkel. Um auch den Absolutwinkel ermitteln zu können, ist eine zusätzliche Zähleinrichtung zum Zählen der Motorumdrehungen des Stellmotors erforderlich; die Zähleinrichtung ist jedoch an eine Energieversorgung gekoppelt. Wird diese unterbrochen, beispielsweise beim Abklemmen der Batterie, geht auch die Information über die Umdrehung des Motors verloren und es ist ohne weitere Maßnahmen keine absolute Winkelbestimmung für das Lenkrad und die gelenkten Räder mehr möglich.Problematic is, however, that the engine position sensors usually only a limited, absolute Measuring range and therefore do not cover the entire steering range, so only the information about a relative angle can be sensed, but not the absolute angle. In order to determine the absolute angle, is an additional counting to count the engine revolutions of the servomotor required; the counting device but is coupled to a power supply. If this is interrupted, for example, when disconnecting the battery, is also the information about the Rotation of the engine lost and it is without further action no absolute angle determination for the steering wheel and the steered Wheels more possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen ein Lenksystem für ein Fahrzeug dahingehend auszubilden, dass die Winkelinformationen im Lenksystem als Absolutwerte zur Verfügung stehen.Of the Invention is based on the object with simple measures a steering system for to design a vehicle such that the angle information in the steering system are available as absolute values.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved. The dependent claims give expedient further education at.

Das Lenksystem ist mit einer motorisch angetriebenen Stelleinrichtung versehen und außerdem mit mindestens einem ersten Winkelsensor zur Ermittlung des Lenkwinkels oder eines mit dem Lenkwinkel korrelierenden Winkels. Darüber hinaus ist eine weitere Messeinrichtung vorgesehen, deren Messsignal mit einem Winkelsignal in Bezug steht. Bei dieser weiteren Messeinrichtung kann es sich entweder um einen zusätzlichen Winkelsensor, um einen Indexsensor zur Erzeugung eines Indexsignals bei einem festgelegten Lenkwinkelwert oder um eine Zähleinheit zur Ermittlung der Signalperioden des Winkelsensors handeln. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Signal des ersten Winkelsensors – über seinen maximal möglichen Winkelbereich gesehen – in eine Mehrzahl aufeinander folgender Signalperioden unterteilt ist und dass das Signal der weiteren Messeinrichtung innerhalb einer definierten Signalperiode einem festgelegten Winkelwert des ersten Winkelsensors zugeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Relativ-Winkelinformation aus dem Winkelsensor mithilfe des Signals der weiteren Messeinrichtung in einen Absolutwert umgerechnet werden kann, so dass im Prinzip lediglich insgesamt zwei Messeinrichtungen im Lenksystem für die Bestimmung der absoluten Winkelinformation ausreichend sind, selbst wenn eine dieser Messeinrichtungen einen Winkelsensor umfasst, der lediglich einen Relativwinkelwert generiert. Die weiteren Winkelwerte können mithilfe der bekannten Getriebeübersetzungen errechnet und ebenfalls als Absolutwerte ermittelt werden.The Steering system is equipped with a motor-driven adjusting device provided and as well with at least one first angle sensor for determining the steering angle or an angle correlating with the steering angle. Furthermore is another measuring device provided, the measurement signal with is related to an angle signal. In this further measuring device It can be either an extra angle sensor or a second Index sensor for generating an index signal at a specified value Steering angle value or about a counting unit act to determine the signal periods of the angle sensor. According to the invention, it is provided that the signal of the first angle sensor - over its maximum possible Angle range seen - in a plurality of consecutive signal periods is divided and that the signal of the further measuring device within a defined signal period a predetermined angle value of the first angle sensor assigned. This means that the relative angle information from the angle sensor using the signal of the other measuring device can be converted into an absolute value, so that in principle only a total of two measuring devices in the steering system for the determination the absolute angle information is sufficient even if one of these measuring devices comprises an angle sensor, the only generates a relative angle value. The other angle values can be used with the known gear ratios calculated and also determined as absolute values.

Für den Fall, dass die weitere Messeinrichtung ein Winkelsensor ist, wird das Signal dieses weiteren Winkelsensors – über seinen maximal möglichen Winkelbereich gesehen – ebenfalls in eine Mehrzahl von Signalperioden unterteilt, wobei der erste Winkelsensor und der weitere Winkelsensor unterschiedlich lange Signalperioden besitzen. Unter dieser Voraussetzung ist das Nonius-Prinzip anwendbar, unter dem man ein Messverfahren versteht, mit dem die Auflösung und Genauigkeit einer Messung sowie der absolute Messbereich erhöht werden können, indem der benötigte Messbereich durch zwei Skalen mit unterschiedlicher Periode dargestellt wird. Es wird der gesamte Winkel- bzw. Messbereich jedes der beiden Winkelsensoren in einen ganzzahligen Wert von Signalperioden unterteilt, wobei die Anzahl der Signalperioden sich zwischen den beiden Winkelsensoren unterscheidet. Es wird hierdurch eine Verstimmung zwischen den Messbereichen der beiden Winkelsensoren erzielt, wobei es mithilfe des Nonius-Verfahrens möglich ist, aus den beiden Einzelmessungen der Winkelsensoren, die jeweils für sich genommen nur Relativinformationen liefern, durch Bezugnahme aufeinander einen absoluten Winkelwert zu bestimmen. Der Vorteil eines zweiten Winkelsensors mit einer unterschiedlichen Anzahl von Signalperioden, die in fester Beziehung zu den Signalperioden des ersten Winkelsensors stehen, ist darin zu sehen, dass zu jedem Zeitpunkt und in jedem Zustand des Lenksystems eine absolute Winkelinformation vorliegt bzw. ermittelt werden kann, und zwar unabhängig von einer Unterbrechung der Energieversorgung oder einem Systemausfall oder dergleichen. Auch ist es nicht erforderlich, nach einem Neustart zunächst eine bestimmte, vorgegebene Lenkbewegung des Lenksystems vorauszusetzen, um auf diese Weise eine Kalibrierung zu erzeugen.In the event that the further measuring device is an angle sensor, the signal of this further angle sensor - seen over its maximum possible angular range - also divided into a plurality of signal periods, wherein the first angle sensor and the other angle sensor have different lengths signal periods. Under this assumption, the vernier principle is applicable, which is understood to mean a measuring method with which the resolution and accuracy of a measurement and the absolute measuring range can be increased by representing the required measuring range by two scales with different periods. The entire angular or measuring range of each of the two angle sensors is subdivided into an integer value of signal periods, the number of signal periods differing between the two angle sensors. This results in a detuning between the measuring ranges of the two angle sensors, it being possible with the aid of the vernier method to obtain an absolute value from the two individual measurements of the angle sensors, which in themselves provide only relative information, by reference to one another To determine the angle value. The advantage of a second angle sensor with a different number of signal periods, which are firmly related to the signal periods of the first angle sensor, is the fact that at any time and in any state of the steering system, an absolute angle information is or can be found, and although independent of an interruption of the power supply or a system failure or the like. Also, it is not necessary to first assume a certain, predetermined steering movement of the steering system after a restart in order to generate a calibration in this way.

Gemäß einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die weitere, zusätzlich zum ersten Winkelsensor vorgesehene Messeinrichtung als Indexsensor ausgebildet ist, der bei einem festgelegten Lenkwinkelwert des Lenksystems ein Indexsignal liefert. Dieses Indexsignal kann beispielsweise beim Nulldurchgang, also in der Neutralstellung des Lenksystems, ein einzelnes, impulsähnliches Signal liefern, das in einer definierten Beziehung zum Signalverlauf des ersten Winkelsensors steht. Mit der Erzeugung des Indexsignals über den Indexsensor ist somit eine Umrechnung der Relativ-Winkelinformation aus dem ersten Winkelsensor in eine Absolut-Winkelinformation möglich. Voraussetzung ist, dass der Indexsensor ein an eine definierte Bewegung des Lenksystems gebundenes Indexsignal liefert.According to one further execution is provided that the further, in addition to the first angle sensor provided measuring device is designed as an index sensor, the at a specified steering angle value of the steering system, an index signal supplies. This index signal can, for example, at zero crossing, that is, in the neutral position of the steering system, a single, impulse-like Signal deliver, in a defined relationship to the waveform the first angle sensor is. With the generation of the index signal over the Index sensor is thus a conversion of the relative angle information from the first angle sensor in an absolute angle information possible. requirement is, that the index sensor on to a defined movement of the steering system bound index signal provides.

Eine weitere Möglichkeit, einen absoluten Winkelwert zu erhalten, liegt darin, als weitere Messeinrichtung eine Zähleinheit vorzusehen, über die die Signalperioden des ersten Winkelsensors ermittelt werden. Über das Zählen der Signalperioden des ersten Winkelsensors kann festgelegt werden, innerhalb welchen Winkelbereiches sich die betreffende Signalperiode befindet, woraus der absolute Winkelwert ermittelbar ist. Um nach einer Deaktivierung des Lenksystems wieder auf den absoluten Winkelwert schließen zu können, wird der Zählwert zweckmäßig in einer Speichereinheit gespeichert und nach dem erneuten Start des Lenksystems wieder abgerufen. Alternativ ist auch eine neue Initialisierung möglich.A another possibility to get an absolute angle value lies in it, as another Measuring device a counting unit to provide, over the signal periods of the first angle sensor are determined. About the counting the signal periods of the first angle sensor can be specified within which angular range the relevant signal period from which the absolute angle value can be determined. To after deactivation of the steering system to be able to close the absolute angle value is again the count appropriate in one Memory unit stored and after restarting the steering system retrieved again. Alternatively, there is a new initialization possible.

Das Lenksystem für das Kraftfahrzeug ist vorteilhaft sowohl mit einem Servomotor als auch mit einer aktiven Lenkeinrichtung ausgestattet, die ein Überlagerungsgetriebe und einen Stellmotor umfasst. Zweckmäßig sind sowohl der Servomotor, der ein unterstützendes Lenkmoment bereitstellt, als auch der Stellmotor für das Überlagerungsgetriebe jeweils als Elektromotor ausgebildet, wobei den beiden Elektromotoren jeweils ein Motorwinkelsensor zur Ermittlung der Motor- bzw. Rotorlage des Elektromotors zugeordnet sein kann. Hierbei ist es grundsätzlich ausreichend, die Signale der beiden Motorwinkelsensoren in der vorbeschriebenen Weise über den zu vermessenden Winkelbereich mit einer jeweils unterschiedlichen Anzahl an Signalperioden in Bezug zueinander zu setzen, um hieraus Winkelinformationen in Absolutwerten im Lenksystem zu erhalten. Aus wenigstens einem ermittelten Winkel in Absolutwerten können die weiteren Winkelgrößen aus den bekannten Getriebeübersetzungen im Überlagerungsgetriebe und im Lenkgetriebe errechnet werden.The Steering system for the motor vehicle is advantageous both with a servomotor Also equipped with an active steering device, which is a superposition gearbox and a servomotor. Conveniently, both the servomotor, the one supportive Steering torque provides, as well as the servo motor for the superposition gearbox respectively designed as an electric motor, wherein the two electric motors respectively a motor angle sensor for determining the motor or rotor position of Electric motor can be assigned. It is basically sufficient the signals of the two motor angle sensors in the above Way over that to be measured angle range with a different one each Number of signal periods in relation to each other to get out of this Obtain angle information in absolute values in the steering system. From at least one determined angle in absolute values, the further angle sizes the known gear ratios in the superposition gearbox and be calculated in the steering gear.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further Advantages and expedient designs are the further claims, the figure description and the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Kraftfahrzeug, 1 a schematic representation of a steering system in a motor vehicle,

2 zwei Diagramme mit den Signalverläufen von zwei Winkelsensoren im Lenksystem als Funktion eines mechanischen Drehwinkels, wobei jeder Signalverlauf eine Mehrzahl an Signalperioden umfasst, jedoch die Signalperioden der beiden Winkelsensoren eine unterschiedliche Periodenlänge aufweisen, 2 two diagrams with the signal curves of two angle sensors in the steering system as a function of a mechanical rotation angle, wherein each signal waveform comprises a plurality of signal periods, but the signal periods of the two angle sensors have a different period length,

3 eine 2 entsprechende Darstellung, wobei im unteren Schaubild nur ein einzelnes, impulsförmiges Indexsignal eines Indexsensors dargestellt ist. 3 a 2 corresponding representation, wherein in the lower graph only a single, pulse-shaped index signal of an index sensor is shown.

Das in 1 dargestellte Lenksystem 1 in einem Kraftfahrzeug umfasst eine als Lenkrad 2 ausgebildete Lenkhandhabe, über die der Fahrer eine Lenkbewegung auf das Lenksystem aufgibt, die über eine Lenksäule 3 und ein mit der Lenksäule 3 kinematisch gekoppeltes Lenkgestänge 4 auf lenkbare Fahrzeugräder 5 übertragen wird. Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Lenkmomentes ist eine elektrische Servolenkung EPS vorgesehen, über die ein zusätzliches, unterstützendes Lenkmoment auf das Lenkgestänge 4 übertragbar ist. Die elektrische Servolenkung EPS umfasst einen Elektromotor M, der auf ein Lenkgetriebe G einwirkt, über das das Moment des Elektromotores auf das Lenkgestänge 4 übertragen wird.This in 1 illustrated steering system 1 in a motor vehicle includes a steering wheel 2 trained steering handle over which the driver gives a steering movement to the steering system, via a steering column 3 and one with the steering column 3 kinematically coupled steering linkage 4 on steerable vehicle wheels 5 is transmitted. To support the steering torque applied by the driver, an electric power steering EPS is provided, via which an additional, assisting steering torque to the steering linkage 4 is transferable. The electric power steering EPS comprises an electric motor M, which acts on a steering gear G, via which the moment of the electric motor on the steering linkage 4 is transmitted.

Des Weiteren umfasst das Lenksystem 1 eine Aktivlenkung AFS, über die ein zusätzlicher Winkel erzeugbar ist, der als Überlagerungswinkel dem vom Fahrer erzeugten Lenkradwinkel überlagert wird, wodurch fahrerunabhängig der den Fahrzeugrädern 5 aufzugebende Lenkwinkel variiert werden kann, beispielsweise um die Fahrdynamik oder den Fahrkomfort zu beeinflussen. Die Aktivlenkung AFS umfasst ein Überlagerungsgetriebe ÜG, das in die geteilte Lenksäule 3 zwischengeschaltet und über einen Elektromotor M einzustellen ist. Aus Sicherheitsgründen ist in der Aktivlenkung AFS eine mechanische Sperre MS vorgesehen, die bei einem Systemausfall einen mechanischen Durchgriff über die Lenksäule 3 sicherstellt.Furthermore, the steering system includes 1 an active steering AFS, via which an additional angle can be generated, which is superimposed as a superposition angle of the steering wheel angle generated by the driver, whereby driver independently of the vehicle wheels 5 abandoned steering angle can be varied, for example, to influence the driving dynamics or driving comfort. The Active Steering AFS includes a superposition gearbox ÜG, in the split steering column 3 be interposed and adjust via an electric motor M. For safety reasons AFS is a mechani in the active steering AFS MS lock provided that in case of system failure, a mechanical passage through the steering column 3 ensures.

Die Einstellung der Elektromotoren M in der Aktivlenkung AFS und der elektrischen Servolenkung EPS erfolgt mithilfe von Stellsignalen einer Regel- und Steuereinheit, wobei die Stellsignale auf der Grundlage von Eingangssignalen generiert werden, die den Fahr- und Betriebszustand des Kraftfahrzeugs einschließlich des Lenksystems kennzeichnen. Zu diesen Signalinformationen gehören diverse Winkelgrößen im Lenksystem 1, die mithilfe von Sensoren ermittelt werden. In 1 sind eine Reihe von Winkelsensoren eingetragen, die in unterschiedlicher Kombination im Fahrzeug realisiert werden können. Exemplarisch dargestellt sind ein Lenkwinkelsensor bzw. Lenkradwinkelsensor 6 zur Ermittlung des vom Fahrer aufgebrachten Lenkradwinkels, ein Lenkmomentsensor 7 zur Ermittlung des vom Fahrer erzeugten Lenkmomentes, ein Summenwinkelsensor 8, der auch als Ritzel- oder Lenkwinkelsensor bezeichnet wird und den auf die Fahrzeugräder 5 aufgebrachten Lenkwinkel ermittelt, sowie zwei Motorwinkelsensoren 12 und 13, über die die aktuelle Rotorlage der Elektromotoren M in der Aktivlenkung AFS bzw. der elektrischen Servolenkung EPS feststellbar ist. Des Weiteren sind zwei Indexsensoren 9 und 10 unmittelbar vor bzw. hinter der Aktivlenkung AFS vorgesehen, die jeweils ein einzelnes, impulsförmiges Indexsignal generieren, beispielsweise bei dem Überstreichen einer bestimmten, vorgegebenen Lenkradwinkelposition, insbesondere der Nulllage des Lenksystems. Der Lenkradwinkelsensor 6 und der Lenkmomentsensor 7 sind der Aktivlenkung AFS vorgeschaltet, der Summenwinkelsensor 8 ist der Aktivlenkung AFS nachgeschaltet.The adjustment of the electric motors M in the active steering AFS and the electric power steering EPS by means of actuating signals of a control and control unit, wherein the control signals are generated on the basis of input signals that characterize the driving and operating state of the motor vehicle including the steering system. These signal information includes various angular sizes in the steering system 1 that are detected by sensors. In 1 are entered a number of angle sensors that can be realized in different combinations in the vehicle. Illustrated by way of example are a steering angle sensor or steering wheel angle sensor 6 for determining the steering wheel angle applied by the driver, a steering torque sensor 7 for determining the steering torque generated by the driver, a sum angle sensor 8th , which is also referred to as a pinion or steering angle sensor and the vehicle wheels 5 applied steering angle determined, and two motor angle sensors 12 and 13 over which the current rotor position of the electric motors M in the active steering AFS and the electric power steering EPS can be determined. Furthermore, there are two index sensors 9 and 10 provided immediately before or behind the active steering AFS, each generating a single, pulse-shaped index signal, for example, when sweeping a certain, predetermined steering wheel angle position, in particular the zero position of the steering system. The steering wheel angle sensor 6 and the steering torque sensor 7 are preceded by the Active Steering AFS, the sum angle sensor 8th is the Active Steering AFS downstream.

Der elektrischen Servolenkung EPS ist außerdem eine Zähleinheit 11 zugeordnet, die im Ausführungsbeispiel als Hardwarezähler ausgeführt ist, gegebenenfalls aber auch auf Softwarebasis realisiert sein kann, und die die Signalperioden des Motorwinkelsensors 13 in der elektrischen Servolenkung EPS zählt.The electric power steering EPS is also a counting unit 11 assigned, which is executed in the embodiment as a hardware counter, but may also be implemented on a software basis, and the signal periods of the motor angle sensor 13 in the electric power steering EPS counts.

Das Lenksystem 1 kann in unterschiedlichen Varianten realisiert sein, die jedoch alle die Aktivlenkung AFS und die elektrische Servolenkung EPS und zweckmäßig auch den Lenkmomentsensor 7 umfassen. Zudem sind in allen Varianten die Motorwinkelsensoren 12 und 13 in der Aktivlenkung AFS bzw. der elektrischen Servolenkung EPS vorgesehen.The steering system 1 can be realized in different variants, but all the active steering AFS and the electric power steering EPS and expediently the steering torque sensor 7 include. In addition, in all variants, the motor angle sensors 12 and 13 provided in the active steering AFS and the electric power steering EPS.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante ist zusätzlich der Lenkwinkelsensor 6 und der Summenwinkelsensor 8 angeordnet, darüber hinaus jedoch keine weiteren Sensoren (mit Ausnahme der Motorwinkelsensoren 12 und 13) und auch keine Zähleinheit.According to a first advantageous variant, the steering angle sensor is additionally provided 6 and the sum angle sensor 8th but no further sensors (with the exception of the motor angle sensors 12 and 13 ) and no counting unit.

Gemäß einer weiteren Variante umfasst das Lenksystem 1 die Aktivlenkung AFS einschließlich des Motorwinkelsensors 12, die elektrische Servolenkung EPS einschließlich des Motorwinkelsensors 13, jedoch ohne Hardwarezähler, und darüber hinaus den Lenkwinkelsensor 6 und den Lenkmomentsensor 7. Weitere Sensoren sind nicht vorgesehen, insbesondere kein Summenwinkelsensor. Gegebenenfalls kann diese Ausführung aber noch mit einem der Aktivlenkung AFS nachgeschalteten Indexsensor 10 kombiniert werden.According to a further variant, the steering system comprises 1 the Active Steering AFS including the motor angle sensor 12 , the electric power steering EPS including the motor angle sensor 13 , but without hardware counter, and beyond the steering angle sensor 6 and the steering torque sensor 7 , Further sensors are not provided, in particular no summation angle sensor. If necessary, this version can still with an active steering AFS downstream index sensor 10 be combined.

In noch einer weiteren Variante umfasst das Lenksystem die Aktivlenkung AFS und die elektrische Servolenkung EPS einschließlich der jeweiligen Motorwinkelsensoren 12 und 13 und darüber hinaus den der Aktivlenkung AFS vorgeschalteten Lenkmomentsensor 7 sowie den Summenwinkelsensor 8 im Bereich des Ritzels zwischen Lenksäule und Lenkgestänge. Diese Ausführung kann gegebenenfalls mit einem zwischen Aktivlenkung AFS und Summenwinkelsensor 8 angeordneten Indexsensor 10 kombiniert werden; darüber hinaus sind keine weiteren Sensoren und keine Zähleinheit vorgesehen.In yet another variant, the steering system includes the active steering AFS and the electric power steering EPS including the respective motor angle sensors 12 and 13 and in addition to the active steering AFS upstream steering torque sensor 7 and the sum angle sensor 8th in the area of the pinion between steering column and steering linkage. If necessary, this version can be equipped with one between active steering AFS and sum angle sensor 8th arranged index sensor 10 be combined; In addition, no further sensors and no counting unit are provided.

In noch einer weiteren Ausführung ist dem Lenksystem 1 die Aktivlenkung AFS und die elektrische Servolenkung EPS einschließlich der jeweiligen Motorwinkelsensoren zugeordnet, darüber hinaus auch ein der Aktivlenkung AFS vorgeschalteter Lenkmomentsensor 7 und der Summenwinkelsensor 8. Die elektrische Servolenkung EPS ist mit einer Hardware-Zähleinheit 11 ausgestattet, die es erlaubt, die Signalperioden des von dem Motorwinkelsensor 13 in der elektrischen Servolenkung EPS generierten Sensorsignal zu zählen und abzuspeichern. Darüber hinaus sind keine weiteren Sensoren vorgesehen.In yet another embodiment, the steering system 1 assigned to the active steering AFS and the electric power steering EPS including the respective motor angle sensors, in addition, a steering steering sensor upstream of the active steering AFS 7 and the sum angle sensor 8th , The electric power steering EPS is equipped with a hardware counting unit 11 equipped, which allows the signal periods of the motor angle sensor 13 to count and store the sensor signal generated in the electric power steering EPS. In addition, no further sensors are provided.

Gemäß einer weiteren Variante besteht das Lenksystem 1 aus der Aktivlenkung AFS, der elektrischen Servolenkung EPS – jeweils mit Motorwinkelsensoren 12 bzw. 13 –, der Hardware-Zähleinheit 11 an der Servolenkung EPS sowie als der Aktivlenkung AFS vorgeschaltete Sensoren dem Lenkmomentsensor 7 und einem zwischen Lenkmomentsensor und Aktivlenkung AFS angeordneten Indexsensor 9. Der Indexsensor 9 ist in dieser Ausführung der Servolenkung EPS zugeordnet. Gemäß einer alternativen Ausführung kann es aber auch zweckmäßig sein, den Indexsensor der Aktivlenkung AFS nachzuschalten (Indexsensor 10) und dieser Aktivlenkung zuzuordnen.According to another variant, there is the steering system 1 from the Active Steering AFS, the electric power steering EPS - each with motor angle sensors 12 respectively. 13 -, the hardware counting unit 11 on the power steering EPS as well as the Active Steering AFS upstream sensors to the steering torque sensor 7 and an index sensor arranged between the steering torque sensor and the active steering AFS 9 , The index sensor 9 is assigned in this embodiment of the power steering EPS. According to an alternative embodiment, it may also be expedient to connect the index sensor of the active steering system AFS (index sensor 10 ) and assign this active steering.

Schließlich kann es gemäß einer weiteren Ausführung auch ausreichend sein, zusätzlich zu der Aktivlenkung AFS und der elektrischen Servolenkung EPS mit den jeweiligen Winkelsensoren 12 und 13 lediglich den Lenkmomentsensor 7 und ansonsten keine weiteren Sensoren vorzusehen.Finally, according to another embodiment, it may also be sufficient, in addition to the active steering AFS and the electric power steering EPS with the respective angle sensors 12 and 13 only the steering torque sensor 7 and otherwise provide no other sensors.

In noch einer weiteren Ausführung umfasst das Lenksystem 1 die Aktivlenkung AFS, die elektrische Servolenkung EPS einschließlich der jeweiligen Winkelsensoren. Als weitere Sensoren bzw. Messeinrichtungen ist der elektrischen Servolenkung EPS die Hardwarezähleinheit 11 zugeordnet, außerdem ist ein Lenkwinkelsensor 6, ein zwischen Lenkwinkelsensor und Aktivlenkung AFS angeordneter Indexsensor 9 sowie ein weiterer, der Aktivlenkung AFS nachgeschalteter Indexsensor 10 vorgesehen. Der erste Indexsensor 9 ist der elektrischen Servolenkung EPS, der zweite Indexsensor 10 der Aktivlenkung AFS zugeordnet.In yet another embodiment, the steering system includes 1 the active steering AFS, the electric power steering EPS including the respective angle sensors. As additional sensors or measuring devices, the electrical power steering EPS is the hardware counting unit 11 assigned, also is a steering angle sensor 6 , an index sensor disposed between the steering angle sensor and the active steering AFS 9 and another, the active steering AFS downstream index sensor 10 intended. The first index sensor 9 is the electric power steering EPS, the second index sensor 10 assigned to the active steering AFS.

In 2 ist der Signalverlauf von zwei Sensorsignalen β und γ dargestellt. Die Signalverläufe sind über einem Drehwinkel α aufgetragen, der beispielsweise den fortlaufend ansteigenden Rotationswert der Rotorachse eines Elektromotors darstellt. Die Y-Komponente in den Schaubildern repräsentiert einen sich periodisch wiederholenden, definierten Phasendurchgang, beispielsweise eine 180°-Umdrehung pro Signalperiode. Der gesamte, dargestellte X-Bereich entspricht dem maximal möglichen Winkel-Verstellbereich des zu vermessenden Bauteiles; innerhalb dieses maximal möglichen Winkel-Stellbereiches liegen für jedes der beiden Sensorelemente eine ganzzahlige Anzahl von Signalperioden. Allerdings unterscheiden sich die Signalperioden von oberem und unterem Sensorsignal, bezogen auf den gleichen maximal möglichen Winkelbereich α. Soweit die Beziehung zwischen den beiden Kurvenverläufen zueinander bekannt ist, kann aus der jeweils gemessenen Relativ-Winkelinformation auf den absoluten Winkelwert rückgerechnet werden. Dies ist möglich, wenn zu jedem Winkelwert β des ersten gemessenen Signalverlaufes genau ein gemessener, zweiter Wert des Signalverlaufs γ gehört (Nonius-Prinzip).In 2 the waveform of two sensor signals β and γ is shown. The signal curves are plotted against a rotation angle α which, for example, represents the continuously increasing rotational value of the rotor axis of an electric motor. The Y component in the graphs represents a periodically repeating, defined phase pass, for example, a 180 ° turn per signal period. The entire X-region shown corresponds to the maximum possible angular adjustment range of the component to be measured; Within this maximum possible angular adjustment range, an integer number of signal periods are available for each of the two sensor elements. However, the signal periods differ from the upper and lower sensor signal, based on the same maximum possible angular range α. As far as the relationship between the two curves is known to each other, can be recalculated from the measured relative angle information to the absolute angle value. This is possible if exactly one measured, second value of the signal profile γ belongs to each angle value β of the first measured signal curve (vernier principle).

Auf das Lenksystem übertragen bedeutet dies, dass die Informationen von zwei Winkelsensoren im Lenksystem ausreichen, den absoluten Lenkwinkel bzw. jeden anderen Winkel im Lenksystem absolut darzustellen, selbst wenn der von den beiden Winkelsensoren gelieferte Signalverlauf jeweils nur einen Relativwinkel darstellt.On transmit the steering system This means that the information from two angle sensors in the Steering system sufficient, the absolute steering angle or any other Absolutely represent angles in the steering system, even if that of the two waveform sensors supplied waveform only one at a time Represents relative angle.

In 3 ist eine Alternative zur Bestimmung des absoluten Winkelbereiches gezeigt. Der untere Signalverlauf γ ist als einzelnes, impulsähnliches Indexsignal dargestellt, das aber ebenfalls in einer festen, bekannten Beziehung zum Signalverlauf des im oberen Schaubild mit periodischem Signalverlauf dargestellten Winkelbereich steht. Da jedoch das Indexsignal ein Einzelsignal ist, muss in dem betreffenden Bauteil, in welchem der das Indexsignal liefernde Indexsensor eingebaut ist, zunächst eine bestimmte Position erreicht werden, damit der Indexsensor anspricht. Diese Position ist insbesondere die Nulllage des Lenksystems.In 3 an alternative for determining the absolute angle range is shown. The lower signal curve γ is shown as a single, pulse-like index signal, which is also in a fixed, known relationship to the waveform of the angular range shown in the upper graph with periodic waveform. However, since the index signal is a single signal, in the relevant component, in which the index signal supplying index sensor is installed, first a certain position must be reached, so that the index sensor responds. This position is in particular the zero position of the steering system.

Als weitere Alternative kann anstelle eines Indexsensors auch eine Zähleinheit eingesetzt werden. In diesem Fall werden von der Zähleinheit die einzelnen Signalperioden des Winkelverlaufes β durchgezählt, was in 3 beispielhaft mit den mit 1 bis 5 durchnummerierten Signalverläufen dargestellt ist. Anhand des Zählwertes und der zugeordneten Signalperiode kann auf den absoluten Winkelwert rückgeschlossen werden.As a further alternative, a counting unit can also be used instead of an index sensor. In this case, the individual signal periods of the angle curve β are counted by the counting unit, which in 3 is shown by way of example with the numbered by 1 to 5 signal waveforms. On the basis of the count value and the associated signal period can be deduced the absolute angle value.

11
Lenksystemsteering system
22
Lenkradsteering wheel
33
Lenksäulesteering column
44
Lenkgestängesteering linkage
55
Fahrzeugradvehicle
66
LenkwinkelsensorSteering angle sensor
77
LenkmomentsensorSteering torque sensor
88th
SummenwinkelsensorTotal angle sensor
99
erster Indexsensorfirst index sensor
1010
zweiter Indexsensorsecond index sensor
1111
Zähleinheitcounting
1212
MotorwinkelsensorMotor angle sensor
1313
MotorwinkelsensorMotor angle sensor
AFSAFS
Aktivlenkungactive steering
EPSEPS
elektrische Servolenkungelectrical Power steering
MM
Motorengine
ÜGLEL
ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
MSMS
Motorsperreengine immobilizer
GG
Lenkgetriebesteering gear

Claims (16)

Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einer Lenkhandhabe (2), die über eine Lenksäule (3) mit einem Lenkgestänge (4) mindestens eines lenkbaren Fahrzeugrades (5) gekoppelt ist, wobei im Übertragungsweg zwischen der Lenkhandhabe (2) und dem lenkbaren Fahrzeugrad (5) eine motorisch angetriebene Stelleinrichtung (EPS, AFS) angeordnet ist, mit einem ersten Winkelsensor (6, 8, 12, 13) zur Ermittlung des Lenkwinkels oder eines mit dem Lenkwinkel korrelierenden Winkels, und mit einer weiteren Messeinrichtung (6, 8, 9, 10, 11, 12, 13) im Lenksystem, deren Messsignal mit einem Winkelsignal in Bezug steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des ersten Winkelsensors (6, 8, 12, 13) über seinen maximal möglichen Winkelbereich in eine Mehrzahl von Signalperioden unterteilt ist und dass das Signal der weiteren Messeinrichtung (6, 8, 9, 10, 11, 12, 13) einem festgelegten Winkelwert einer definierten Signalperiode des ersten Winkelsensors (6, 8, 12, 13) zugeordnet ist.Steering system for a vehicle, with a steering handle ( 2 ), which via a steering column ( 3 ) with a steering linkage ( 4 ) at least one steerable vehicle wheel ( 5 ), wherein in the transmission path between the steering handle ( 2 ) and the steerable vehicle wheel ( 5 ) a motor-driven adjusting device (EPS, AFS) is arranged, with a first angle sensor ( 6 . 8th . 12 . 13 ) for determining the steering angle or an angle correlating with the steering angle, and with a further measuring device ( 6 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 . 13 ) in the steering system whose measurement signal is related to an angle signal, characterized in that the signal of the first angle sensor ( 6 . 8th . 12 . 13 ) is divided over its maximum possible angular range in a plurality of signal periods and that the signal of the further measuring device ( 6 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 . 13 ) a predetermined angle value of a defined signal period of the first angle sensor ( 6 . 8th . 12 . 13 ) assigned. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Messeinrichtung ein zweiter Winkelsensor (6, 8, 12, 13) ist.Steering system according to claim 1, characterized in that the further measuring device is a second angle sensor ( 6 . 8th . 12 . 13 ). Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des zweiten Winkelsensors (6, 8, 12, 13) über seinen maximal möglichen Winkelbereich in eine Mehrzahl von Signalperioden unterteilt ist, wobei der erste Winkelsensor (6, 8, 12, 13) und der zweite Winkelsensor (6, 8, 12, 13) unterschiedliche Signalperioden aufweisen.Steering system according to claim 2, characterized ge indicates that the signal of the second angle sensor ( 6 . 8th . 12 . 13 ) is divided over its maximum possible angular range into a plurality of signal periods, wherein the first angle sensor ( 6 . 8th . 12 . 13 ) and the second angle sensor ( 6 . 8th . 12 . 13 ) have different signal periods. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Messeinrichtung ein Indexsensor (9, 10) ist, der bei einem festgelegten Lenkwinkelwert ein Indexsignal liefert.Steering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the further measuring device is an index sensor ( 9 . 10 ) which provides an index signal at a specified steering angle value. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Messeinrichtung eine die Signalperioden des Winkelsensors (6, 8, 12, 13) ermittelnde Zähleinheit (11) ist.Steering system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the further measuring device one the signal periods of the angle sensor ( 6 . 8th . 12 . 13 ) determining counting unit ( 11 ). Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die motorisch angetriebene Stelleinrichtung eine auf das Lenkgestänge (4) des lenkbaren Fahrzeugrad (5) wirkende Servolenkung (EPS) mit einem Servomotor (M) ist.Steering system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the motor-driven actuating device on the steering linkage ( 4 ) of the steerable vehicle wheel ( 5 ) acting power steering (EPS) with a servo motor (M) is. Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor (M) als Elektromotor ausgebildet ist.Steering system according to claim 6, characterized the servomotor (M) is designed as an electric motor. Lenksystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Servomotor (M) ein Motorwinkelsensor (13) zugeordnet ist.Steering system according to claim 6 or 7, characterized in that the servo motor (M) is a motor angle sensor ( 13 ) assigned. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die motorisch angetriebene Stelleinrichtung eine Aktivlenkung (AFS) mit einem Überlagerungsgetriebe (ÜG) und einem Stellmotor (M) ist.Steering system according to one of Claims 1 to 8, characterized that the motor-driven adjusting device an active steering (AFS) with a superposition gearbox (ÜG) and a servomotor (M) is. Lenksystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (M) als Elektromotor ausgebildet ist.Steering system according to claim 9, characterized that the servomotor (M) is designed as an electric motor. Lenksystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stellmotor (M) ein Motorwinkelsensor (12) zugeordnet ist.Steering system according to claim 9 or 10, characterized in that the servomotor (M) is a motor angle sensor ( 12 ) assigned. Lenksystem nach Anspruch 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Indexsensor (10) dem Motorwinkelsensor (12) zugeordnet ist.Steering system according to claim 4 and 11, characterized in that the index sensor ( 10 ) the motor angle sensor ( 12 ) assigned. Lenksystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stellmotor (M) der Aktivlenkung (AFS) eine Motorsperre (MS) zugeordnet ist.Steering system according to one of Claims 9 to 12, characterized that the servomotor (M) of the active steering (AFS) a motor lock (MS) is assigned. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Winkelsensoren als Lenkradwinkelsensor (6) zur Ermittlung des Lenkradwinkels ausgeführt ist.Steering system according to one of claims 1 to 13, characterized in that one of the angle sensors as Lenkradwinkelsensor ( 6 ) is executed to determine the steering wheel angle. Lenksystem nach Anspruch 4 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Indexsensor (9) dem Lenkradwinkelsensor (6) zugeordnet ist.Steering system according to claim 4 and 14, characterized in that the index sensor ( 9 ) the steering wheel angle sensor ( 6 ) assigned. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Winkelsensoren als Summenwinkel- bzw. Lenkwinkelsensor (8) zur Ermittlung des Lenkwinkels am gelenkten Fahrzeugrad (5) ausgeführt ist.Steering system according to one of claims 1 to 15, characterized in that one of the angle sensors as summation angle or steering angle sensor ( 8th ) for determining the steering angle on the steered vehicle wheel ( 5 ) is executed.
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