DE102006042104B4

DE102006042104B4 - Lenksystem

Info

Publication number: DE102006042104B4
Application number: DE102006042104A
Authority: DE
Inventors: Arnulf Heilig
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2005-09-24
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: DE102006042104A1

Abstract

Lenksystem für ein Fahrzeug mit einem Servomotor (2) zur Bereitstellung eines Lenkmoments zur Lenkwinkelverstellung eines gelenkten Rades (3) des Fahrzeugs, wobei eine Drehbewegung einer Welle (4) des Servomotors (2) von einem Rotorlagesensor (5) erfasst ist, dessen Signale von einer Auswerteeinrichtung (6) zur Ermittlung eines absoluten Lenkwinkels (δ) des gelenkten Rades (3) herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung der Welle (4) des Servomotors (2) bei einer Außerbetriebstellung des Fahrzeugs von einer Steuereinrichtung (7) für die Auswerteeinrichtung (6) mit einem sleepmode-Zähler (8) in Größe, Richtung und über eine definierte Auswertedauer erfasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßes Lenksystem ist aus DE 600 11 684 T2 bekannt, welche Verbesserungen in elektrischen Servolenksystemen und insbesondere eine verbesserte Vorrichtung zur Messung des absoluten Lenkwinkels von Fahrbahnrädern betrifft. Die DE 600 11 684 T2 offenbart ein elektrisches Servolenkungssystem mit: einer Lenkwelle, die an einem ersten Ende betriebsmäßig mit einem Handrad und an ihrem anderen Ende betriebsmäßig mit wenigstens einem Fahrbahnrad verbunden ist, einem Elektromotor, der einen betriebsmäßig über ein Getriebe mit der Lenkwelle verbundenen Rotor aufweist, und einer ersten Sensiereinrichtung, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit der Winkelstellung der Lenkwelle zu erzeugen vermag, wobei das Getriebe ein nicht ganzzahliges Untersetzungsverhältnis hat und das System ferner eine zweite Sensiereinrichtung, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit der Winkelstellung des Rotors zu erzeugen vermag, und eine Verarbeitungseinrichtung umfasst, die beide Ausgangssignale zu verarbeiten vermag, um ein Winkelstellungssignal zu erzeugen, welches die Winkelstellung der Lenkwelle über einen Bereich angibt, der größer als eine vollständige Umdrehung ist.
Die DE 39 08 217 C2 offenbart eine Steuereinrichtung zum Steuern einer elektrischen Servolenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei der der einem Elektromotor zugeführte Sollstrom in Abhängigkeit von dem über eine Lenkspindel übertragenen Drehmoment gesteuert wird und die Servolenkeinrichtung durch den Elektromotor unterstützt wird. Die Steuereinrichtung weist einen Lenkwinkelsensor zur Erfassung von Drehwinkeländerungen der Lenksäule beim Einschlagen des Lenkrades auf. Die Steuereinrichtung umfasst ferner eine Vorrichtung, die einen Zustand ermittelt, in dem der Lenkwinkel einen Wert annimmt der einem vorbestimmten Winkel entspricht oder diesen übersteigt.
Um eine Überhitzung verschiedener Elemente der elektrischen Servolenkeinrichtung zu vermeiden, wird ein aktueller Strom des Elektromotors als ein Begrenzungsstrom gespeichert und mit dem Sollstrom verglichen. Der geringere der beiden Ströme wird selektiert und zur Steuerung der elektrischen Servolenkeinrichtung verwendet. Diese Steuereinrichtung arbeitet lediglich bei eingeschalteter Zündung des Fahrzeugs.
Es sind Lenksysteme mit elektronischen Stabilisierungsprogrammen (ESP) bekannt. Dabei überwachen ein Lenkwinkelsensor und je ein Drehzahlsensor an den Rädern die von einem Fahrer eines Fahrzeugs gewünschte Fahrtrichtung. Ein Gierwinkelsensor und Querbeschleunigungssensoren überwachen permanent die tatsächliche Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs. Das elektronische Stabilisierungsprogramm greift bei gravierenden Abweichungen zwischen den abgeglichenen Daten selbsttätig in den Fahrbetrieb ein, indem es einzelne Räder zur Stabilisierung des Kraftfahrzeugs abbremst.
Sowohl die elektrische Servolenkung als auch das elektronische Stabilisierungsprogramm verwenden Signale von Lenkwinkelsensoren oder Rotorlagesensoren für die Welle des Servomotors. Im Zusammenhang mit der elektrischen Servolenkung finden relativ kostengünstige Lenkwinkelsensoren Verwendung, bei denen sich ein Ausgangssignal zyklisch wiederholt. Der tatsächliche Lenkwinkel wird durch Kalibrieralgorithmen von einer Auswerteeinrichtung berechnet. Bei einer Drehwinkeländerung des Lenkrades bei eingeschalteter Zündung ist es zur Bereitstellung der korrekten Lenkwinkelinformation erforderlich, zunächst den Kalibrieralgorithmus zu durchlaufen. Zur Erfassung von Drehwinkeländerungen der Lenkwelle oder der Welle des Servomotors werden insbesondere bei elektronischen Stabilisierungsprogrammen Lenkwinkelsensoren verwendet, die auch bei einer Mehrfachumdrehung des Lenkrades stets den korrekten Lenkwinkel liefern. Solche Lenkwinkelsensoren werden Multiturn-Lenkwinkelsensoren genannt und weisen einen komplexen Aufbau auf, weshalb sie relativ teuer sind. Bei ausgeschalteter Zündung werden die unterschiedlichen Sensoren sowie eine jeweils damit gekoppelte Steuereinrichtung in einen Ruhezustand versetzt, in dem sie einen relativ geringen Ruhestrom aufnehmen. Eine permanente Stromversorgung, die einen dauerhaft aktivierten Zustand und damit eine Erfassung einer Drehwinkeländerung des Lenkrads oder der Welle des Servomotors bewirken würde, ist aufgrund der Höhe des dafür benötigten Stromes nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Lenksystem für ein Fahrzeug zu schaffen, dessen Lenkwinkel bei einer Ausserbetriebstellung des Fahrzeugs mit geringem Energieaufwand erfasst ist.
Die Aufgabe wird mit einem Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass eine Drehbewegung der Welle des Servomotors, die vorzugsweise mit Codeanordnungen bestückt ist, die zwei sinuswellenförmige Signale mit einem vorzugsweisen Phasenversatz von 90° imstande sind, zu erzeugen, von einer Steuereinrichtung der Auswerteeinrichtung erfasst wird, die einen sleepmode-Zähler aufweist, der als Vorwärts-Rückwärtszähler den Änderungsbetrag des Rotorwinkels oder Drehwinkels der Welle des Servomotors über eine definierte Auswertedauer erfasst, ist auch bei einer Ausserbetriebstellung des Fahrzeugs, die vorzugsweise durch eine abgeschaltete Zündung charakterisiert ist, eine ständige aber energiesparende Überwachung der Änderung des Rotordrehwinkels und des Lenkwinkels des Fahrzeugs ermöglicht. Die zwei sinusförmigen Ausgangssignale des Rotorlagesensors werden beispielsweise über eine Schnittstellen- oder Interface-Schaltung einem Analog/Digitalumsetzer der Auswerteeinrichtung zugeführt, der die Ausgangssignale in digitale Signale umsetzt und einem Mikrorechner zuführt. Ändern sich bei einer Umdrehung der Welle des Servomotors die Ausgangssignale über eine Vielzahl von Sinuswellenperioden, beispielsweise n Perioden, beträgt der Drehwinkel der Welle pro Sinuswellenperiode 360/n Grad. Ein Drehwinkel, der der Anzahl der Sinuswellenperioden entspricht, die von einer neutralen Stellung des Lenksystems aus durchlaufen worden sind, erhält man somit dadurch, dass man die Periodenzahl mit 360/n Grad multipliziert.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Auswertedauer beträgt in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Lenksystems etwa 30 μs, was zur Erfassung einer etwaigen Drehwinkeländerung ausreichend ist und eine Minimierung des Energieeinsatzes in das Lenksystem bedeutet. Die Schrittweite des sleepmode-Zählers beträgt in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Lenksystems 45° Rotorwinkeländerung.
Es kann zweckmäßig sein, die Steuereinrichtung der Auswerteeinrichtung im Schlummerbetrieb, etwa bei ausgeschalteter Zündung des Fahrzeugs zum intermittierenden Ansteuern des Rotorlagesensors zu verwenden und um die Auswerteeinrichtung für ein definiertes Zeitintervall im Wachmodus zu halten. Nur wenn sich die Signale des Rotorlagesensors von den unmittelbar vorausgehenden unterscheiden, wird die Auswerteeinrichtung in den Wachmodus geschaltet und ein absoluter aktueller Drehwinkel der Welle des Servomotors berechnet. Die Intervalldauer beim intermittierenden Ansteuern kann vorzugsweise 10 ms betragen.
Die Auswerteeinrichtung errechnet über einen Proportionalitätsfaktor ausgehend von dem Rotorwinkel einen absoluten Lenkwinkel indem die Periodenzahl der Sinuswellen von der neutralen Stellung aus in der Rechtsrichtung oder in der Linksrichtung ausgezählt wird und abgespeichert wird und der Zählerstand des sleepmode-Zählers bei Wiederinbetriebnahme des Fahrzeugs bei eingeschalteter Zündung mit den aktuellen Signalen des Rotorlagesensors verknüpft wird.
Es ist zweckmäßig, zwei sleepmode-Zähler in dem Lenksystem vorzusehen, die mit der Steuereinrichtung signalübertragend verbunden sind. Insbesondere um Redundanz zu schaffen, aber auch um gegenseitige Plausibilisierung darzustellen.
Eine Anfangssynchronisation des Lenksystems, etwa nach einem Abklemmen von der Bordversorgungsquelle, kann durch ein Überfahren einer Referenzmarke zu der Welle des Servomotors oder sonstigen bewegten Bauteilen des Lenksystems vorgenommen werden. Die Signale der Raddrehzahlsensoren können zur Anfangssynchronisation mit herangezogen werden. Die Signale von Raddrehzahlsensoren können auch zur Plausibilisierung der Auswerteeinrichtung herangezogen werden.
Das Lenksystem kann als elektrisches oder elektrohydraulisches Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystem ausgebildet sein, das auch eine Überlagerungseinrichtung etwa im Sinne von ESP aufweisen kann.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems mit einer Auswerteeinrichtung und einem sleepmode-Zähler.
In 1 ist in einer schematischen Ansicht ein Lenksystem 1, das als Zahnstangen-Elektrolenkung für einen Personenkraftwagen gebildet ist, gezeigt. Auf ein als Zahnstange 10 gebildetes Getriebeelement eines Lenkgetriebes 11 wirken über eine Lenkwelle 12 eine Lenkhandhabe 13 und eine Welle 4 eines elektrischen Servomotors 2 zur Lenkwinkelverstellung lenkbarer Räder 3. Der elektrische Servomotor 2 wirkt über ein Zugmittelgetriebe 14 auf eine Kugelumlaufmutter und einen Spindelabschnitt der Zahnstange 10. Die lenkbaren Räder 3 sind über Radlenkhebel und Spurstangen mit der Zahnstange 10 gelenkig verbunden und ihr Lenkwinkel δ ist über eine Axialverschiebung der Zahnstange 10 in an sich bekannter Weise veränderbar.
Um mit geringstem Energieaufwand bei abgeschalteter Zündung oder Betriebsschalter des Personenkraftwagens eine Veränderung des Lenkwinkels δ und den aktuellen Lenkwinkel δ erfassen zu können, weist das Lenksystem 1 einen Rotorlagesensor 5 für die Welle 4 des Servomotors 2 auf, der mit einer Auswerteeinrichtung 6 mit ein oder mehreren sleepmode-Zählern 8 signalübertragend verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 6 errechnet über einen Proportionalitätsfaktor ausgehend von dem Rotorwinkel den absoluten Lenkwinkel δ, wobei der Zählerstand des sleepmode-Zählers 8 bei Wiederinbetriebnahme des Personenkraftwagens mit eingeschaltetem Betriebsschalter oder Zündung mit den aktuellen Signalen des Rotorlagesensors 5 verknüpft wird.
Eine Steuereinrichtung 7 für die Auswerteeinrichtung 6 und den sleepmode-Zähler 8 dient zur Ansteuerung des Rotorlagesensors 5 im Schlummerbetrieb des Lenksystems 1 und um mit geringem Energieaufwand die Auswerteeinrichtung 6 für ein definiertes Zeitintervall (Auswertedauer) in einem Wachmodus zu halten. Der Wachmodus wird nur gewählt, wenn sich die Signale des Rotorlagesensors 5 von den unmittelbar vorausgehenden unterscheiden. Signale von Raddrehzahlsensoren 9 können auch zur Anfangssynchronisation des Lenksystems 1 oder zur Plausibilisierung der Auswerteeinrichtung 6 herangezogen werden.
Bezugszeichenliste

1: Lenksystem
2: Servomotor
3: Rad, gelenkt
4: Welle
5: Rotorlagesensor
6: Auswerteeinrichtung
7: Steuereinrichtung
8: sleepmode-Zähler
9: Raddrehzahlsensor
10: Zahnstange
11: Lenkgetriebe
12: Lenkwelle
13: Lenkhandhabe
14: Zumittelgetriebe
δ: Lenkwinkel

Claims

Lenksystem für ein Fahrzeug mit einem Servomotor (2) zur Bereitstellung eines Lenkmoments zur Lenkwinkelverstellung eines gelenkten Rades (3) des Fahrzeugs, wobei eine Drehbewegung einer Welle (4) des Servomotors (2) von einem Rotorlagesensor (5) erfasst ist, dessen Signale von einer Auswerteeinrichtung (6) zur Ermittlung eines absoluten Lenkwinkels (δ) des gelenkten Rades (3) herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung der Welle (4) des Servomotors (2) bei einer Außerbetriebstellung des Fahrzeugs von einer Steuereinrichtung (7) für die Auswerteeinrichtung (6) mit einem sleepmode-Zähler (8) in Größe, Richtung und über eine definierte Auswertedauer erfasst ist.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertedauer 30 μs beträgt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schrittweite des sleepmode-Zählers (8) 45° des Rotorwinkels beträgt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Außerbetriebstellung des Fahrzeugs die Signale des Rotorlagesensors (5) von der Auswerteeinrichtung (6) oder der Steuereinrichtung (7) in einem definierten Intervall verstärkt und von dem sleepmode-Zähler (8) erfasst sind.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Drehbewegung der Welle (4) des Servomotors (2) die Auswerteeinrichtung (6) durch die Steuereinrichtung (7) für ein definiertes Zeitintervall im Wachmodus gehalten ist.
Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Intervalldauer 10 ms beträgt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Auswerteeinrichtung (6) oder die Steuereinrichtung (7) der Zählerstand des sleepmode-Zählers (8) bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs mit dem Signal des Rotorlagesensors (5) verknüpft und ein hochaufgelöster absoluter Lenkwinkel (δ) oder ein Rotorwinkel der Welle (4) des Servomotors (2) berechnet ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei sleepmode-Zähler (8) redundant geschaltet sind.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sleepmode-Zähler (8) durch Überfahren einer Referenzmarke des Lenksystems kalibriert sind.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Auswerteeinrichtung (6) eine Plausibilitätsprüfung des Zählerstandes und der Signale des Rotorlagesensors (5) durch die Erfassung der Signale von Raddrehzahlsensoren (9) des Fahrzeugs durchgeführt ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor (2) Teil einer elektrischen Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) eine elektrohydraulische Hilfskraftlenkung ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) eine Überlagerungslenkung ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug ist.