Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur redundanten
Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs
nach der Gattung der unabhängigen
Ansprüche.The
The invention relates to an apparatus and a method for redundant
Detecting a rotation angle of a steering device of a motor vehicle
after the genus of independent
Claims.
Stand der TechnikState of the art
Aus
der DE 197 44 722
A1 ist eine Anordnung zum Erfassen des Lenkwinkels in Kraftfahrzeugen
mit einer Lenksäule,
einem Lenkgetriebe und Spurstangen bekannt, bei der mit ersten Mitteln
ein Feinsignal abgeleitet wird, das die Winkelstellung der Lenksäule anzeigt.
Mit zweiten Mitteln wird ein Grobsignal abgeleitet, das die Anzahl
der Umdrehungen der Lenksäule
in der einen oder anderen Drehrichtung angibt. Durch Verknüpfung von
Feinsignal und Grobsingal wird der Lenkwinkel ermittelt, wobei als erste
Mittel ein Dauermagnet mechanisch fest mit der Lenksäule verbunden
ist, der sich vor einem die Winkelstellung derselben erfassenden,
magnetfeldrichtungsempfindlichen Feinsignal-Sensor dreht. Der Feinsignal-Sensor
gibt ein der Winkelstellung der Lenksäule entsprechendes analoges
Feinsignal ab. Als zweite Mittel ist einer Spurstange eine Grobsignal-Sensoreinrichtung
zugeordnet, welche die Verstellung der Spurstange innerhalb ihres
gesamten Verstellbereichs nach Teilbereichen und Vestellrichtung
berührungslos
erfasst und als digitale Grobsignale abgibt.From the DE 197 44 722 A1 is an arrangement for detecting the steering angle in motor vehicles with a steering column, a steering gear and tie rods known in which a first signal is derived with a first fine signal indicating the angular position of the steering column. With second means, a coarse signal is derived, which indicates the number of revolutions of the steering column in one or the other direction of rotation. By linking the fine signal and coarse signal, the steering angle is determined, as the first means a permanent magnet is mechanically fixedly connected to the steering column, which rotates in front of a angular position of the same detecting, magnetic field direction sensitive fine signal sensor. The fine signal sensor emits an analog fine signal corresponding to the angular position of the steering column. As a second means of a tie rod coarse signal sensor device is assigned, which detects the adjustment of the tie rod contactless within their entire adjustment range subregions and Vestellrichtung and emits as digital coarse signals.
Die US 5 201 380 offenbart ein
System zur Steuerung eines Motors für eine Lenkvorrichtung eines
Kraftfahrzeugs. Das System weist eine Lenksäule auf, die um ihre longitudinale
Achse rotierbar ist und an der in longitudinaler Richtung eine Mehrzahl von
Sensoren angeordnet sind. Jeder als Potentiometer ausgebildete Sensor
gibt ein sägezahnförmiges Signal
bezüglich
der Position der Lenksäule
für einen
unterschiedlichen Drehwinkelbereich derart ab, dass die einzelnen
Sensorsignale zueinander phasenversetzt sind. Durch eine alternierende
Auswertung aller Signale in einer Rechnereinheit ist eine genaue
Bestimmung des jeweiligen Drehwinkels der Lenksäule gewährleistet. Zusätzlich ist
für eines
der lenkbaren Räder
des Fahrzeugs ein weiterer Positionssensor vorgesehen, mit dem eine
Verstellung detektierbar ist und der zur Plausibilitätsüberprüfung der
Sensorsignale der Potentiometer dient.The US 5 201 380 discloses a system for controlling an engine for a steering device of a motor vehicle. The system comprises a steering column which is rotatable about its longitudinal axis and on which a plurality of sensors are arranged in the longitudinal direction. Each sensor designed as a potentiometer outputs a sawtooth-shaped signal with respect to the position of the steering column for a different rotation angle range such that the individual sensor signals are out of phase with one another. By an alternating evaluation of all signals in a computer unit, an accurate determination of the respective angle of rotation of the steering column is ensured. In addition, a further position sensor is provided for one of the steerable wheels of the vehicle, with which an adjustment can be detected and which serves for the plausibility check of the sensor signals of the potentiometer.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gegenüber dem
Stand der Technik weisen die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren
zur redundanten Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung
für ein Kraftfahrzeug,
mit einer ersten berührungslosen
Sensorik, die den Drehwinkel erfasst und ein erstes Drehwinkelsignal
an ein Steuergerät
abgibt, den Vorteil auf, dass eine erhöhte Sicherheit gegen Ausfälle von Sensoren
gewährleistet
werden kann. Dazu ist zumindest eine zweite berührungslose Sensorik vorgesehen
zur Abgabe eines weiteren Drehwinkelsignals desselben Drehwinkels
an das Steuergerät,
wobei eine Rechnereinheit des Steuergeräts den Drehwinkel entweder
anhand des ersten oder des weiteren Drehwinkelsignals ermittelt.Compared to the
The state of the art comprises the device according to the invention and the method according to the invention
for redundant detection of a rotation angle of a steering device
for a motor vehicle,
with a first non-contact
Sensor that detects the angle of rotation and a first rotation angle signal
to a control unit
gives the advantage on that increased security against failure of sensors
guaranteed
can be. For this purpose, at least a second non-contact sensor is provided
for delivering a further rotation angle signal of the same rotation angle
to the control unit,
wherein a computer unit of the control device, the rotation angle either
determined on the basis of the first or the further rotation angle signal.
Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen
Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.Further
Advantages of the invention will become apparent from those specified in the dependent claims
Features as well as from the drawing and the description below.
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Steuergerät einen
Vergleicher, der das erste Drehwinkelsignal anhand des weiteren
Drehwinkelsignals oder das weitere Drehwinkelsignal anhand des ersten
Drehwinkelsignals auf Plausibilität überprüft. Auf diese Weise kann der
Ausfall einer fehlerhaften Sensorik zuverlässig erkannt werden. Dabei
ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Vergleicher im Falle einer
erkannten Nicht-Plausibilität des ersten
Drehwinkelsignals das weitere Drehwinkelsignal oder im Falle einer
erkannten Nicht-Plausibilität
des weiteren Drehwinkelsignals das erste Drehwinkelsignal als ein resultierendes
Drehwinkelsignal an die Rechnereinheit übergibt.In
In an advantageous embodiment, the control unit comprises a
Comparator, the first rotation angle signal based on the other
Rotation angle signal or the further rotation angle signal based on the first
Angle of rotation signal checked for plausibility. In this way, the
Failure of a faulty sensor can be reliably detected. there
it is furthermore advantageous if the comparator in the case of
recognized non-plausibility of the first
Rotation angle signal, the further rotation angle signal or in the case of a
recognized non-plausibility
of the further rotation angle signal, the first rotation angle signal as a resultant
Passing angle signal to the computer unit.
Weiterhin
ist vorgesehen, dass das Steuergerät der Vorrichtung ein Umschaltmittel
umfasst, das zwischen dem ersten Drehwinkelsignal und dem weiteren
Drehwinkelsignal umschaltet zur Übergabe eines
resultierenden Drehwinkelsignals an die Rechnereinheit. Diesbezüglich ist
es von Vorteil, wenn das Umschalten des Umschaltmittels zwischen
dem ersten Drehwinkelsignal und dem weiteren Drehwinkelsignal zeitabhängig, insbesondere
zyklisch, erfolgt, wobei das Umschaltmittel als Hardware- oder als Software-Schalter
ausgebildet sein kann.Farther
it is provided that the control device of the device a switching means
comprising, between the first rotation angle signal and the other
Rotation angle signal switches to transfer a
resulting rotational angle signal to the computer unit. In this regard is
it is advantageous if the switching of the switching means between
the time of the first rotation angle signal and the further rotation angle signal, in particular
cyclically, wherein the switching means as a hardware or as a software switch
can be trained.
Die
erste und/oder die zumindest zweite berührungslose Sensorik umfassen
jeweils zumindest einen magnetfeldempfindlichen Sensor, insbesondere
einen Hall-Sensor und/oder einen AMR-Sensor. Weiterhin führt eine
Anordnung der ersten und der zumindest zweiten berührungslosen
Sensorik mit einem geringen Abstand zu einer kompakten Bauform, die überdies
eine bessere Erfassung desselben Drehwinkels durch die Sensoriken
sowie eine Integration der Sensoriken in eine multifunktionale Steuereinheit
ermöglicht.The
first and / or the at least second non-contact sensors include
in each case at least one magnetic field-sensitive sensor, in particular
a Hall sensor and / or an AMR sensor. Furthermore leads a
Arrangement of the first and the at least second non-contact
Sensor with a small distance to a compact design, which also
a better detection of the same angle of rotation by the sensors
and integration of the sensors into a multifunctional control unit
allows.
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und die zumindest
zweite berührungslose
Sensorik derart ausgelegt, dass sie den Drehwinkel oder Drehzahlindex
einer mit einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs verbundenen und um ihre
Längsachse drehbar
gelagertern Lenksäule
erfassen. Alternativ oder ergänzend
ist es zudem möglich,
dass die Lenkvorrichtung einen als Aktuator ausgebildeten Lenkantrieb
umfasst, wobei die erste und die zumindest zweite berührungslose
Sensorik in dem Aktuator integriert sind.In an advantageous embodiment, the first and the at least second non-contact sensors are designed such that they detect the angle of rotation or speed index of a steering column connected to a steering wheel of the motor vehicle and rotatably mounted about its longitudinal axis. alternative or in addition, it is also possible that the steering device comprises a trained as an actuator steering drive, wherein the first and the at least second non-contact sensors are integrated in the actuator.
Da
besonders ein fehlerhaftes Indexsignal im Falle einer fehlerhaften
Synchronisation des Geradeauslaufs zu einem sicherheitskritischen
Verhalten des Kraftfahrzeugs führen
könnte,
ist in vorteilhafter Weise das Drehwinkelsignal als Indexsignal
zur Zählung
der vollen Umdrehungen der Lenksäule und/oder
einer Rotorachse des Aktuators ausgeführt.There
especially a faulty index signal in case of a faulty one
Synchronization of the straight-line stability to a safety-critical one
Behavior of the motor vehicle lead
could,
is advantageously the rotation angle signal as an index signal
to count
the full revolutions of the steering column and / or
a rotor axis of the actuator executed.
Zeichnungdrawing
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 3 beispielhaft
erläutert,
wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile
mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Die Figuren der Zeichnung,
deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale
in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten
und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere wird
ein Fachmann auch die Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.The invention will be described below with reference to the 1 to 3 explained by way of example, wherein like reference numerals in the figures indicate like components with a same operation. The figures of the drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. A person skilled in the art will also consider these features individually and combine them into further meaningful combinations. In particular, a person skilled in the art will also combine the features from different exemplary embodiments into further meaningful combinations.
Es
zeigenIt
demonstrate
1:
ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung, 1 a first embodiment of the device according to the invention for detecting a rotation angle of a steering device,
2:
ein Drehwinkelsignal in Gestalt eines Indexsignals und 2 a rotation angle signal in the form of an index signal and
3:
ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung. 3 A second exemplary embodiment of the device according to the invention for detecting a rotational angle of a steering device.
In 1 ist
eine Lenkvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug dargestellt.
Diese umfasst unter anderem ein Lenkrad 12, das mit einer
Lenksäule 14 drehfest
verbunden ist. Über
Kardangelenke 16 und ein Lenkgetriebe 18 wird
eine Drehbewegung des Lenkrads 12 in bekannter Weise in
eine lineare Bewegung einer Zahnstange 20 umgesetzt. Die
Zahnstange 20 ist über
Spurstangen 22 mit Rädern 24 einer
Vorderachse 26 verbunden, so dass aus der Sicht des Fahrers
eine Drehbewegung des Lenkrads 12 im Uhrzeigersinn eine
Bewegung der Zahnstange 20 bzw. der Spurstangen 22 nach
links, d.h. einen Rechtseinschlag der Räder 24, und eine Drehbewegung
gegen den Uhrzeigersinn eine Bewegung der Zahnstange 20 bzw.
der Spurstangen 22 nach rechts, d.h. einen Linkseinschlag
der Räder 24,
bewirkt. Auf den genauen mechanischen Aufbau der Vorderachsaufhängung sowie
des Lenkgetriebes 18 soll hier nicht weiter eingegangen
werden, da dieser dem Fachmann bekannt ist.In 1 is a steering device 10 represented for a motor vehicle. This includes, among other things, a steering wheel 12 that with a steering column 14 rotatably connected. About cardan joints 16 and a steering gear 18 becomes a rotary motion of the steering wheel 12 in a known manner in a linear movement of a rack 20 implemented. The rack 20 is about tie rods 22 with wheels 24 a front axle 26 connected so that from the driver's point of view, a rotational movement of the steering wheel 12 clockwise a movement of the rack 20 or the tie rods 22 to the left, ie a right turn of the wheels 24 , and a counterclockwise rotation, a movement of the rack 20 or the tie rods 22 to the right, ie a left turn of the wheels 24 , causes. On the exact mechanical structure of the front suspension and the steering gear 18 should not be discussed further here, since this is known in the art.
Zur
Unterstützung
des Fahrers bei durchzuführenden
Lenkbewegungen verfügt
die Lenkvorrichtung 10 über
einen als Lenkantrieb 28 ausgebildeten Aktuator 29,
der aus einem Getriebeteil 30 und einem Antriebsteil 32 besteht.
Die Wirkungsweise des Getriebeteils 30 auf die Zahnstange 20 ist
dem Fachmann bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden. Auf den Getriebeteil 30 wirkt
ein in dem Antriebsteil 32 untergebrachter Elektromotor 34,
mit dessen Rotorachse 36 ein in Drehrichtung mit abwechselnder
Polarität
(z.B. N, S, N, S, ...) segmentierter Permanentmagnetring 38 drehfest
verbunden ist. Dieser beeinflusst eine erste berührungslose Sensorik 40,
die aus einem ersten Hall-Sensor 42 und/oder einem ersten
AMR-Sensor 44 (gestrichelt dargestellt) besteht, derart,
dass ein Drehwinkel α der
Rotorachse 36 erfasst und als ein erstes Drehwinkelsignal
SD1 an ein Steuergerät 46 abgegeben wird.To assist the driver in performing steering movements, the steering device has 10 about as a steering drive 28 trained actuator 29 that made a gear part 30 and a drive part 32 consists. The mode of action of the transmission part 30 on the rack 20 is known in the art and will not be explained in detail here. On the transmission part 30 acts in the drive part 32 housed electric motor 34 , with its rotor axis 36 a permanent magnet ring segmented in the direction of rotation with alternating polarity (eg N, S, N, S, ...) 38 rotatably connected. This influences a first non-contact sensor 40 coming from a first Hall sensor 42 and / or a first AMR sensor 44 (shown in dashed lines), such that a rotational angle α of the rotor axis 36 detected and as a first rotation angle signal S D1 to a control unit 46 is delivered.
Im
Falle des Hall-Sensors 42 ist das Drehwinkelsignal SD1 ein Indexsignal, das bei jeder vollen Umdrehung
der Rotorachse 36 einen Impuls gemäß 2 aufweist,
mittels dem eine entsprechende Zählung
der Umdrehungen erfolgt. Alternativ oder ergänzend kann der mit dem Hall-Sensor 42 der
ersten Sensorik 40 in einer Wirkverbindung stehende Permanentmagnetring 38 auch
drehfest mit der Lenksäule 14 verbunden
sein, so dass das detektierte Indexsignal zur Zählung der vollen Umdrehungen
der Lenksäule 14 dient.
In diesem Fall ist der Hall-Sensor 42 in unmittelbarer
Nähe der
Lenksäule 14 angeordnet
und nicht in dem Aktuator 29 integriert.In the case of the Hall sensor 42 For example, the rotation angle signal S D1 is an index signal at each full revolution of the rotor axis 36 a pulse according to 2 by means of which a corresponding count of the revolutions takes place. Alternatively or additionally, the with the Hall sensor 42 the first sensor 40 in an operative connection permanent magnet ring 38 also rotatably with the steering column 14 be connected so that the detected index signal to count the full revolutions of the steering column 14 serves. In this case, the Hall sensor 42 in the immediate vicinity of the steering column 14 arranged and not in the actuator 29 integrated.
Das
analoge Drehwinkelsignal SD1 wird in einer
Signalaufbereitung 48 des Steuergeräts 46 zur Übergabe
an eine Rechnereinheit 50, beispielsweise einen Microprozessor,
einen ASIC oder einen entsprechenden diskret oder integriert aufgebauten Schaltkreis,
derart aufbereitet, dass es digital verarbeitet werden kann. Zu
diesem Zweck ist die Signalaufbereitung 48 als Analog-Digital-Umsetzer
ausgeführt.
Ist die Rechnereinheit 50 dagegen in der Lage, das erste
Drehwinkelsignal SD1 direkt zu verarbeiten, so
kann ohne Einschränkung
der Erfindung auf die Signalaufbereitung 48 verzichtet
werden. Weiterhin ist es denkbar, dass die Signalaufbereitung 48 als
ein analoger Verstärker
oder dergleichen ausgebildet ist.The analog rotation angle signal S D1 is in a signal conditioning 48 of the control unit 46 for transfer to a computer unit 50 , For example, a microprocessor, an ASIC or a corresponding discrete or integrated circuit, prepared so that it can be processed digitally. For this purpose, the signal conditioning 48 implemented as analog-to-digital converter. Is the computer unit 50 On the other hand, being able to directly process the first rotational angle signal S D1 , it is possible, without restricting the invention, to signal processing 48 be waived. Furthermore, it is conceivable that the signal processing 48 is designed as an analog amplifier or the like.
Ergänzend oder
alternativ zu dem ersten Hall-Sensor 42 kann die erste
Sensorik 40 auch den ersten AMR-Sensor 44 (anistrop
magnetoresistiv) oder einen sonstigen magnetoresistiven Sensor zur Abgabe
des ersten Drehwinkelsignals SD1 aufweisen. Da
ein derartiger Sensor kein Indexsignal sondern ein vollwertiges,
analoges Drehwinkelsignal für
einen Winkelbereich von in der Regel 0° ≤ α ≤ 180° liefert, ist in diesem Fall
eine an die Signalform angepasste Signalaufbereitung 48 des
Steuergeräts 46 erforderlich.
Ebenso kann ein derartiges Drehwinkelsignal aber auch direkt von
der Rechnereinheit 50 des Steuergeräts 46 verarbeitet
werden. Die Berechnung des eingentlichen Lenkwinkels erfolgt dann
in der Rechnereinheit 50 auf Grundlage des vom ersten Hall-Sensor 42 als
Indexsignal abgegebenen Drehwinkelsignals in Verbindung mit dem
vom AMR-Sensor 44 abgegebenen Drehwinkelsignal. Alternativ
ist es möglich,
dass der Lenkwinkel in der Rechnereinheit 50 auf Grundlage
des Indexsignals und einer nachfolgenden Rotorwinkelintegration
ermittelt wird. Im Folgenden soll daher ohne Einschränkung der
Erfindung davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem ersten
Drehwinkelsignal SD1 um das Indexsignal
des ersten Hall-Sensors 42 handelt.Complementary or alternative to the first Hall sensor 42 can the first sensor 40 also the first AMR sensor 44 (Anistrop magnetoresistive) or another magnetoresistive sensor for emitting the first rotational angle signal S D1 . Since such a sensor does not provide an index signal but a full analogue rotational angle signal for an angular range of generally 0 ° ≦ α ≦ 180 °, is in this case a signal conditioning adapted to the signal conditioning 48 of the control unit 46 required. Likewise, such a rotation angle signal but also directly from the computer unit 50 of the control unit 46 are processed. The calculation of the particular steering angle then takes place in the computer unit 50 based on the first Hall sensor 42 as an index signal output rotational angle signal in conjunction with that of the AMR sensor 44 delivered angle of rotation signal. Alternatively, it is possible that the steering angle in the computer unit 50 is determined on the basis of the index signal and a subsequent rotor angle integration. In the following, it should therefore be assumed, without limiting the invention, that the first rotational angle signal S D1 is the index signal of the first Hall sensor 42 is.
Das
Indexsignal dient unter anderem zur Erkennung bzw. Ermittlung der
0°-Lage
der Lenkvorrichtung 10. Darüber hinaus ermöglicht es
eine Absicherung der intern in dem Steuergerät 46 abgelegten Summenwinkelfunktion
der übersetzten
Zahnstangenposition. Da das Indexsignal in der Regel ein Ausgangssignal
zur Kalibrierung der Lenkwinkelfunktion und des Geradeauslaufs bildet,
kann eine Fehlsynchronisation zu einer fehlerhaften Steuerung des Lenkwinkels
führen.
Somit stellt das Indexsignal ein sicherheitskritisches Drehwinkelsignal
dar, dessen Fehlerhaftigkeit es möglichst weitestgehend zu unterdrücken bzw.
zu vermeiden gilt. Erfindungsgemäß ist hierzu
zumindest eine zweite berührungslose Sensorik 52 vorgesehen,
die aus einem zweiten megnetfeldabhängigen Sensor, insbesondere
einem Hall-Sensor 54 und/oder einem AMR-Sensor 56,
besteht und die denselben Drehwinkel α wie die erste Sensorik 40 erfasst
zur Abgabe eines weiteren Drehwinkelsignals SD2 an
das Steuergerät 46.
Wie schon für
die erste Sensorik 40 so kann auch in diesem Fall eine
zweite Signalaufbereitung 58 vorgesehen sein, die das weitere
Drehwinkelsignal SD2 für die Rechnereinheit 50 aufbereitet.The index signal is used inter alia to detect or determine the 0 ° position of the steering device 10 , In addition, it allows for protection internally in the control unit 46 stored sum angle function of the translated rack position. Since the index signal usually forms an output signal for calibration of the steering angle function and the straight-line running, a mis-synchronization may lead to an erroneous control of the steering angle. Thus, the index signal represents a safety-critical rotation angle signal whose defectiveness is as far as possible to suppress or avoid. According to the invention for this purpose at least a second non-contact sensor 52 provided, which consists of a second megnetfeldabhängigen sensor, in particular a Hall sensor 54 and / or an AMR sensor 56 , and the same angle of rotation α as the first sensor 40 detected for delivering a further rotational angle signal S D2 to the control unit 46 , As for the first sensor 40 so in this case, a second signal conditioning 58 be provided that the further rotation angle signal S D2 for the computer unit 50 edited.
Da
das erste und das weitere Drehwinkelsignal SD1 bzw.
SD2 Informationen zu demselben Drehwinkel α beinhalten,
ergibt sich hieraus eine redundante Signalaufbereitung bzw. Erfassung
in dem Steuergerät 46.
Dazu wird in einem Vergleicher 60, der entweder in der
Rechnereinheit 50 oder in dem Steuergerät 46 integriert ist,
das erste Drehwinkelsignal SD1 anhand des
weiteren Drehwinkelsignals SD2 oder umgekehrt
auf Plausibilität überprüft. Stellt
sich heraus, dass eines der beiden Drehwinkelsignale SD1 oder
SD2 fehlerhafte Angaben über den erfassten Drehwinkel α enthält, so übergibt
der Vergleicher 60 entweder das erste Drehwinkelsignal
SD1 als ein resultierendes Drehwinkelsignal
SD an die Rechnereinheit 50, wenn
das weitere Drehwinkelsignal SD2 nicht plausibel
ist, oder das weitere Drehwinkelsignal SD2 als
resultierendes Drehwinkelsignal SD, wenn
das erste Drehwinkelsignal SD1 nicht plausibel
ist. Eine Plausibilitätsüberprüfung kann
zudem erfolgen, indem die beiden Drehwinkelsignale SD1 und
SD2 mit einem kurz zuvor in der Rechnereinheit 50 oder
dem Vergleicher 60 abgespeicherten Drehwinkel verglichen
werden. Sollte der aktuell erfasste Drehwinkel α diesbezüglich um einen Mindestbetrag
von dem abgespeicherten Drehwinkel abweichen, so liegt eine Nicht-Plausibilität des entsprechendes
Drehwinkelsignals vor und es wird fortan das jeweils andere Drehwinkelsignal
für die
Erfassung des Drehwinkels α benutzt.
Diese Redundanz ermöglich
somit den Verzicht auf eine in üblichen
Lenkvorrichtungen erforderliche, deutlich aufwändigere Plausibilisierung.
Zudem ist in Verbindung mit einer schnelleren Erfassung des Drehwinkels α eine größere Sicherheit
bei der Erfassung der 0°-Lage
bzw. der Geradeausfahrt gegeben.Since the first and the further rotational angle signal S D1 or S D2 contain information about the same rotational angle α, this results in a redundant signal processing or detection in the control unit 46 , This is done in a comparator 60 that is either in the computer unit 50 or in the controller 46 is integrated, the first rotation angle signal S D1 on the basis of the further rotation angle signal S D2 or vice versa checked for plausibility. If it turns out that one of the two rotational angle signals S D1 or S D2 contains incorrect information about the detected rotational angle α, the comparator transfers 60 either the first rotational angle signal S D1 as a resulting rotational angle signal S D to the computer unit 50 if the further rotation angle signal S D2 is not plausible, or the further rotation angle signal S D2 as the resulting rotation angle signal S D , if the first rotation angle signal S D1 is not plausible. A plausibility check can also be carried out by the two rotational angle signals S D1 and S D2 with a shortly before in the computer unit 50 or the comparator 60 stored angle of rotation can be compared. If the currently detected rotation angle α in this respect differ by a minimum amount from the stored rotation angle, then there is a non-plausibility of the corresponding rotation angle signal and henceforth the respective other rotation angle signal is used for the detection of the rotation angle α. This redundancy thus makes it possible to dispense with a considerably more complicated plausibility check required in conventional steering devices. In addition, in conjunction with a faster detection of the rotation angle α greater security in the detection of the 0 ° position and the straight-ahead driving is given.
Um
zu gewährleisten,
dass sowohl die erste Sensorik 40 als auch die zweite Sensorik 52 denselben
Drehwinkel α erfassen,
werden beide mit einem sehr geringen Abstand, beispielsweise wenige
Millimeter, zueinander angeordnet. Handelt es sich bei den Sensoriken 40, 52 um
Hall-Sensoren 42, 54, so erfolgt die Anordnung
gemäß 1 in
Längsrichtung der
Rotorachse 36 und/oder der Lenksäule 14 bzw. des mit
ihnen drehfest verbundenen Permanentmagnetrings 38. Im
Falle der AMR-Sensoren 44, 56 kann dagegen auch
eine andere Anordnung, beispielsweise kopfseitig am Ende der Rotorachse 36 oder
des Permanentmagnetrings 38 vorteilhaft bzw. zweckmäßig sein,
wobei eine Postitionierung des ersten und des zumindest zweiten
AMR-Sensors 44, 56 unmittelbar auf- oder nebeneinander
möglich
ist.To ensure that both the first sensor 40 as well as the second sensor 52 capture the same rotational angle α, both are arranged with a very small distance, for example a few millimeters, to each other. Is it the sensors? 40 . 52 around Hall sensors 42 . 54 , the arrangement according to 1 in the longitudinal direction of the rotor axis 36 and / or the steering column 14 or of the non-rotatably connected permanent magnet ring 38 , In the case of the AMR sensors 44 . 56 on the other hand can also be another arrangement, for example, at the head end at the end of the rotor axis 36 or the permanent magnet ring 38 be advantageous or expedient, with a postitioning of the first and the at least second AMR sensor 44 . 56 directly on or next to each other is possible.
Die
Lenkvorrichtung 100 in 3 unterscheidet
sich von der Lenkvorrichtung 10 gemäß 1 darin,
dass auf eine direkte, mechanische Kopplung zwischen der mit dem
Lenkrad 12 drehfest verbundenen Lenksäule 14 und der Zahnstange 20 der
Vorderachse 26 – beispielsweise über ein
Lenkgetriebe gemäß 1 – verzichtet
wurde. Statt dessen wird der Aktuator 28 nur noch über das
Steuergerät 46 angesteuert.
Dazu ist der Permanentmagnetring 38 drehfest mit der Lenksäule 14 derart
verbunden, dass eine Drehbewegung des Lenkrads 12 um den
Drehwinkel α auf
die erste und die zweite berührungslose
Sensorik 40 bzw. 52 zur Abgabe des ersten und
des zweiten Drehwinkelsignals SD1 bzw. SD2 an das Steuergerät 46 wirkt.The steering device 100 in 3 is different from the steering device 10 according to 1 in that on a direct, mechanical coupling between the with the steering wheel 12 rotatably connected steering column 14 and the rack 20 the front axle 26 - For example, via a steering gear according to 1 - was waived. Instead, the actuator becomes 28 only via the control unit 46 driven. This is the permanent magnet ring 38 rotatably with the steering column 14 connected such that a rotational movement of the steering wheel 12 about the angle of rotation α on the first and the second non-contact sensors 40 respectively. 52 for the delivery of the first and the second rotational angle signal S D1 or S D2 to the control unit 46 acts.
Die
beiden Drehwinkelsignale SD1 und SD2 gelangen zunächst auf ein Umschaltmittel 62 des Steuergeräts 46,
das zwischen dem ersten Drehwinkelsignal SD1 und
dem zweiten Drehwinkelsignal SD2 umschaltet
zur Übergabe
des mittels einer Signalaufbereitung 64 analog-digital-gewandelten,
resultierenden Drehwinkelsignals SD an die
in dem Steuergerät 46 integrierte
Rechnereinheit 50. Als Umschaltmittel 62 kann
dabei ein Relais oder ein Halbleiterschalter (MOSFET, Bipolartransistor,
etc.) zum Einsatz kommen. Ebenso ist eine softwaremäßige Umschaltung innerhalb
der Rechnereinheit 50 denkbar. Auf Grundlage des resultierenden
Drehwinkelsignals SD steuert die Rechnereinheit 50 schließlich den
entsprechend der obigen Beschreibung zu 1 aufgebauten
Aktuator 28 als Lenkantrieb 29 an. Der Übersichtlichkeit halber
wurde die Verbindung zwischen der Rechnereinheit 50 und
dem Aktuator 28 durch eine einzige Linie dargestellt. Es
dürfte
aber selbstverständlich sein,
dass, insbesondere, wenn auch im Aktuator 28 eine erste
und zumindest eine weitere Sensorik gemäß 1 zum Einsatz
kommen, die Verbindung beliebig komplex ausgebildet sein kann.The two rotational angle signals S D1 and S D2 initially reach a switching means 62 of the control unit 46 which switches over between the first rotation angle signal S D1 and the second rotation angle signal S D2 for the transfer of the signal by means of a signal conditioning 64 analog-digital converted, resulting rotational angle signal S D to the in the control unit 46 integrated computer unit 50 , As switching means 62 can be a relay or a semiconductor switch (MOSFET, bipolar transistor, etc.) are used. Likewise, a software-based switching within the computer unit 50 conceivable. Based on the resulting rotation angle signal S D controls the computer unit 50 finally, according to the description above 1 constructed actuator 28 as a steering drive 29 at. For clarity, the connection between the computer unit 50 and the actuator 28 represented by a single line. However, it should be obvious that, in particular, although in the actuator 28 a first and at least one further sensor according to 1 come used, the connection can be configured arbitrarily complex.
Die Übertragung
zwischen dem Umschaltmittel 62 und der Rechnereinheit 50 erfolgt
bidirektional, so dass die Rechnereinheit 50 mit der in
dem Umschaltmittel 62 integrierten Signalaufbereitung 64 kommunizieren
kann, um ein Umschalten des Umschaltmittels 62 zwischen
den beiden Drehwinkelsignalen SD1 und SD2 zu steuern. Alternativ kann die Umschaltung
aber auch allein durch die Signalaufbereitung 64 veranlasst
werden. In diesem Fall ist es möglich,
zugunsten eine unidirektionalen Verbindung auf eine bidirektionale
Verbindung zwischen Rechnereinheit 50 und Signalaufbereitung 64 zu
verzichten. Im Folgenden soll jedoch von einer durch die Rechnereinheit 50 ausgelösten Umschaltung
ausgegangen werden. Die Steuerung der Umschaltung erfolgt dabei
ereignis- oder zeitabhängig.
Unter einer ereignisabhängigen
Steuerung wäre
zum Beispiel die Feststellung eines nicht-plausiblen Drehwinkelsignals
SD in der Rechnereinheit 50 zu
verstehen, das zu stark, d.h. um mehr als einen definierten Grenzwert,
von einem vorher abgespeicherten Wert abweicht. Bei einer zeitabhängigen Umschaltung
wird dagegen zyklisch oder zu vorher festgelegten Zeitpunkten zwischen
dem ersten Drehwinkelsignal SD1 und dem zweiten
Drehwinkelsignal SD2 umgeschaltet. Ergibt sich
bei einer der Umschaltstrategien ein nicht-plausibles Drehwinkelsignal
SD, so wird fortan nur noch das jeweils
andere Drehwinkelsignal SD1 oder SD2 für die
Erfassung des Drehwinkels α zugrunde
gelegt. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit und Sicherheit der
gesamten Vorrichtung deutlich erhöht werden.The transmission between the switching means 62 and the computer unit 50 is bidirectional, so that the computer unit 50 with the in the switching means 62 integrated signal conditioning 64 can communicate to switch the switching means 62 between the two rotational angle signals S D1 and S D2 to control. Alternatively, however, the switching can also be done solely by the signal conditioning 64 be initiated. In this case, it is possible to favor a unidirectional connection on a bidirectional connection between computer unit 50 and signal conditioning 64 to renounce. In the following, however, is intended by one by the computer unit 50 triggered changeover. The control of the switching takes place event- or time-dependent. Under an event-dependent control would be, for example, the determination of a non-plausible rotation angle signal S D in the computer unit 50 to understand that too much, ie by more than a defined limit, deviates from a previously stored value. In a time-dependent switching, however, cyclically or at predetermined times between the first rotation angle signal S D1 and the second rotation angle signal S D2 is switched. If, in one of the switching strategies, a non-plausible rotational angle signal S D results, then only the respective other rotational angle signal S D1 or S D2 for the detection of the rotational angle α is used as a basis. In this way, the reliability and safety of the entire device can be significantly increased.
Es
sei abschließend
noch darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die 1 bis 3 noch
auf die genannten Sensorarten, die Anzahl der verwendeten Sensoren
oder die Art der Drehwinkelsignale beschränkt ist. So kann die Erfindung
statt auf ein Indexsignal auch auf Drehwinkelsignale von anderen
berührungslosen
Sensoren, wie zum Beispiel optischen Sensoren oder dergleichen,
angewendet werden. Weiterhin geben die Figuren nur eine schematische
Darstellung der Erfindung wieder, so dass das Steuergerät 46 auch
im Gehäuse
des Lenkantriebs 28 oder in einem gemeinsamen Gehäuse mit
den Sensoriken 40, 52 integriert sein kann.It should finally be noted that the embodiments shown neither on the 1 to 3 is still limited to the types of sensors mentioned, the number of sensors used or the type of rotation angle signals. Thus, instead of an index signal, the invention may also be applied to rotational angle signals from other non-contact sensors, such as optical sensors or the like. Furthermore, the figures represent only a schematic representation of the invention, so that the control unit 46 also in the housing of the steering drive 28 or in a common housing with the sensors 40 . 52 can be integrated.