DE102008021847A1 - Electromechanical steering system for controlling desired steering angle of wheel of vehicle, has steering handle for input of desired steering angle, where sensor is provided for receiving variable which is supplied by steering handle - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servo-Lenksystem für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektromechanisches Servo-Lenksystem mit zentralisierter Aufbereitung der Sensorsignale.The The present invention relates to a power steering system for Motor vehicles, in particular electromechanical power steering system with centralized processing of the sensor signals.
Derartige Lenksysteme umfassen gewöhnlich einen Regelkreis, dessen Regelgröße zumindest von dem Lenkradmoment abhängig ist. Die in einem Steuergerät gespeicherten Vorgabefunktionen dienen dem Berechnen des Sollwerts des unterstützenden Moments in Abhängigkeit von Eingangsgrößen des Steuergerätes, insbesondere des Lenkradmomentes.such Steering systems usually comprise a control loop whose Control variable at least dependent on the steering wheel torque is. The default functions stored in a controller serve to calculate the setpoint of the supporting one Moments depending on input values of the Control unit, in particular the steering wheel torque.
In
Das
Servo-Lenksystem besitzt ferner eine Servo-Steuerung, die dazu dient,
auf die Zahnstange
Die
Abtriebswelle des Servomotors
Das
Steuergerät
Es
sind weiterhin Sonderformen elektromechanisch arbeitender Servo-Lenksysteme
bekannt geworden, bei denen die mechanische Verbindung zwischen
Lenkrad
Lenksysteme sind ähnlich wie Bremsanlagen Sicherheitsaggregate, die unter keinen Umständen versagen dürfen, da die Folgen eines Versagens ungleich gravierender sein können als der Ausfall anderer für ein Kraftfahrzeug ebenfalls elementarer Aggregate. Während der Defekt beispielsweise des Motors eines Fahrzeugs ärgerlich und gegebenenfalls recht kostspielig ist, kann das Versagen eines Lenksystems oder der Bremsanlage tödliche Folgen haben. Bei derartigen Sicherheitsaggregaten müssen somit besondere Maßnahmen getroffen werden, die die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls derartiger Aggregate auf ein vertretbares Minimum herabsetzen.steering systems are similar to brake systems safety devices that under no circumstances be allowed to fail because the Consequences of a failure can be far more serious as the failure of others for a motor vehicle as well elementary aggregates. While the defect, for example the engine of a vehicle annoying and possibly quite expensive Failure of a steering system or brake system can be deadly Have consequences. In such safety devices must thus Special measures are taken, which the probability failure of such aggregates to an acceptable minimum decrease.
Hierzu werden an sich bekannte Strategien eingesetzt, wie die Verdoppelung oder noch höhere Vervielfachung relevanter Baugruppen dieser Aggregate, um bei Ausfall einer Baugruppe auf eine andere umschalten zu können. Um feststellen zu können, ob die Baugruppe beziehungsweise die Baugruppen korrekt arbeiten, können mehrere gleichartige Baugruppen unabhängig voneinander parallel arbeiten und durch Vergleich ihrer Arbeitsergebnisse auf Übereinstimmung kann auf die korrekte Arbeitsweise dieser Baugruppen geschlossen werden.These are known strategies used, such as the doubling or even higher multiplication of relevant assemblies of these units, in order to switch to another when one module fails. In order to be able to determine whether the assembly or the assemblies work correctly, several similar assemblies can work independently of each other in parallel, and by comparing their results of work on agreement can be concluded on the correct operation of these assemblies.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Arbeitsergebnis einer oder mehrerer Baugruppen daraufhin zu untersuchen, ob das Ergebnis Sinn macht. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das Arbeitsergebnis einer Baugruppe, welches einen bestimmten Zustand des Fahrzeuges beschreibt, mit dem Arbeitsergebnis einer vollkommen anderen Baugruppe dahingehend verglichen wird, ob dieses Arbeitsergebnis ebenfalls den gleichen Zustand beschreibt. Wird beispielsweise durch eine Baugruppe festgestellt, dass das Lenkrad eine bestimmte Winkelstellung hat und das Fahrzeug somit eine Kurve fährt, so muss logischerweise die Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder auf der rechten Seite gegenüber den Rädern auf der linken Seite entsprechend unterschiedlich sein. Sind die verglichenen Ergebnisse nicht zueinander plausibel, so muss eine der beiden Baugruppen fehlerhaft arbeiten und es können entsprechende Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden.A Another possibility is to work the result of a or several assemblies to examine whether the result Make sense. This can for example be done by the Work result of an assembly, which indicates a certain condition of the vehicle, with the work result of a perfect other assembly is compared to whether this work result also describes the same state. For example, by an assembly found that the steering wheel a certain angular position has and the vehicle thus turns a corner, so logically the rotational speed of the wheels on the right Side opposite the wheels on the left side be different accordingly. Are the results compared not mutually plausible, so one of the two modules must be faulty work and there can be appropriate security measures be initiated.
Die beschriebenen Anforderungen an die Sicherheit gelten insbesondere für durch elektrische Hilfskraft unterstützte Servo-Lenksysteme, die mit elektrischen Steuerungen und Regelkreisen sowie elektrisch arbeitenden Sensoren arbeiten. Derartige elektrische Schaltkreise arbeiten zwar verschleißfrei können aber durch Beschädigung oder Alterung von Bauelementen gleichwohl ausfallen. Während sich aber der Ausfall mechanischer Baugruppen vielfach vorher durch leicht erkennbare Anzeichen (Klappern, Ölverlust und so weiter) ankündigt und der entstandene Schaden offensichtlich ist, fallen elektrische Bauteile oft unvorhersehbar aus und der Schaden ist nur mittelbar zu erkennen. Diese Tatsache ist umso gravierender als Servo-Lenksysteme die Aufgabe haben, schwere Fahrzeuge überhaupt erst lenkbar zu machen.The The safety requirements described in particular apply for assisted by electric power Servo steering systems equipped with electrical controls and control circuits and electrically operated sensors work. Such electrical Although circuits may work wear-free but by damage or aging of components nevertheless fail. But while the failure of mechanical Many times before by easily recognizable signs (rattling, oil loss and so on) and the resulting damage obviously is, electrical components are often unpredictable and the Damage is only indirectly recognizable. This fact is all the more serious As a power steering systems have the task of heavy vehicles at all first to make steerable.
Da das Arbeitsergebnis eines Aggregates nicht besser sein kann als die Qualität der zu verarbeitenden Messergebnisse, ist besonderer Wert darauf zu legen, dass die von den zugehörigen Sensoren zur Verfügung gestellten Messergebnisse zuverlässig sind. Daher werden regelmäßig umfangreiche Maßnahmen betrieben, um die von den Sensoren abgegebenen Ausgangssignale abzusichern. Da zusätzlich die Sensoren, wie weiter oben schon beschrieben, gedoppelt werden, ergibt sich somit an dieser Stelle ein erheblicher Aufwand, der sich nicht nur in Kosten sondern auch in dem für die zusätzlichen Maßnahmen benötigten Bauraum äußert.There the work result of an aggregate can not be better than the quality of the measurement results to be processed is to attach particular importance to that of the associated Sensors reliably provided measurement results are. Therefore, regularly take extensive measures operated to secure the output from the sensors output signals. In addition, since the sensors, as already described above, doubled, thus results in a significant at this point Effort, not only in costs but also in the for needed the additional measures Space issues.
Aus
der die
Die vorliegende Erfindung geht daher aus von einem elektromechanischen Lenksystem der sich aus dem Oberbegriff des Hauptanspruches ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem derartigen, gattungsgemäßen Lenksystem Maßnahmen zu treffen, die zum einen die Sicherheit des Lenksystems verbessern und zum anderen den hierfür nötigen Aufwand herabsetzen. Hierdurch lässt sich abgesehen von einer Kosteneinsparung auch der benötigte Bauraum für das System vermindern.The The present invention is therefore based on an electromechanical Steering system resulting from the preamble of the main claim Genus. The object of the invention is, in such, generic Steering system to take measures to ensure the safety of the Improve the steering system and on the other necessary for this Reduce effort. This is apart from a cost saving and the required space for reduce the system.
Die Aufgabe wird durch die sich aus Anspruch 1 und 13 ergebende Merkmalkombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, dass die Aufbereitung, Auswertung, Verarbeitung und Plausibilisierung der von dem Sensor beziehungsweise den Sensoren kommenden Signale weitgehend in der zentralen Steuervorrichtung geschieht. Das kann so weit gehen, dass die Sensoren nur noch einzelne aus der Bewegung des Lenkrades sich ergebende elektrische Impulse an die Steuervorrichtung senden, wobei dann die Steuervorrichtung die Impulse auswertet und zu Messwerten verarbeitet. Hinzu kommt dann noch die Bewertung der Messwerte durch Vergleich der Werte parallel arbeitender Sensoren und/oder die Prüfung auf Plausibilität durch Bewertung der Messergebnisse zweier auf unterschiedlichen Prinzipien gewonnener Ergebnisse, wie dies weiter oben schon ausführlich beschrieben wurde. Das erfinderische Prinzip ist nicht nur auf Sensoren anwendbar, welche den Drehwinkel oder das Drehmoment des Lenkrades messen sondern kann auch auf Sensoren angewendet werden, welche den Lenkwinkel der Räder bestimmen.The The object is achieved by the feature combination resulting from claims 1 and 13 solved. The invention is therefore in principle that the Preparation, evaluation, processing and plausibility of the signals coming from the sensor or sensors largely happening in the central control device. That can go so far that the sensors are only single from the movement of the steering wheel send resulting electrical pulses to the controller, in which case the control device evaluates the pulses and becomes measured values processed. Then there is the evaluation of the measured values Comparison of the values of sensors working in parallel and / or the test on plausibility by evaluation of the results of two results obtained on different principles, like this has already been described in detail above. The inventive The principle is not only applicable to sensors that determine the angle of rotation or measure the torque of the steering wheel but can also rely on sensors be applied, which determine the steering angle of the wheels.
Durch die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile. Zum einen wird der Aufbau und der Aufwand für die Sensoren vereinfacht, ohne dass gleichzeitig die Sicherheit der gewonnenen Messergebnisse vermindert wird. Abgesehen von Kostenersparnissen ergibt sich hier auch ein verminderter Bauraum, der den Einsatz der oft vervielfachten Sensoren erst möglich macht. Weiterhin sind in der Steuereinrichtung ohnehin in der Regel erhebliche Maßnahmen zur Sicherung, Verarbeitung Plausibilisierung und Referenzierung der verarbeiteten Eingangsignale vorgesehen, so dass hier der ohnedies erhebliche Aufwand an Rechenkapazität und Speichermöglichkeit optimal ausgenutzt werden kann.The invention provides the following advantages. On the one hand, the structure and the effort for the sensors is simplified, without at the same time the safety of the measurement results obtained is reduced. Apart from cost savings, this also results in a reduced space, which makes the use of often multiplied sensors only possible. Furthermore, in the control device anyway, as a rule, considerable measures provided for backup, processing plausibility and referencing of the processed input signals, so that here the already considerable amount of computing capacity and storage capacity can be optimally utilized.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich durch die Anwendung der aus Anspruch 2 ersichtlichen Merkmale. Dabei ist die Lenkhandhabe als übliches Lenkrad ausgestaltet, mit dem der Fahrer den gewünschten Winkel, den er steuern möchte, als Drehwinkel eingibt. Hat der Fahrer den Drehwinkel festgelegt, so wird die Servo-Steuerung versuchen, den Lenkwinkel der Räder dementsprechend einzustellen. Der Drehwinkelsensor kann ein optisch arbeitender Sensor sein, bei dem sich die Drehlage des Sensors durch Impulse bestimmen lässt, die beim Drehen des Lenkrades durch den Sensor ausgegeben werden. Die Aufbereitung kann dabei in der Steuervorrichtung geschehen. Da derartige optische Sensoren empfindlich gegenüber Verschmutzung sind, wird der Sensor bevorzugt magnetisch arbeiten, wobei beispielsweise Hall-Elemente eingesetzt werden können. Auch bei derartigen magnetische arbeitenden Sensoren werden durch Drehen des Lenkrades Impulse erzeugt, die bevorzugt in der Steuervorrichtung ausgewertet werden. Im Rahmen der Erfindung können hier Impulse auch schon dezentral in dem Sensor vorverarbeitet werden.One a particularly simple structure results from the application of Claim 2 apparent features. The steering handle is as usual Steering wheel designed with which the driver the desired Angle, which he wants to control, enters as rotation angle. If the driver has set the angle of rotation, then the servo control try to adjust the steering angle of the wheels accordingly. The rotation angle sensor may be an optically operating sensor where the rotational position of the sensor can be determined by pulses, when the steering wheel is turned by the sensor. The preparation can be done in the control device. Since such optical sensors are sensitive to contamination, the sensor will preferably work magnetically, for example Hall elements can be used. Even with such Magnetic working sensors are made by turning the steering wheel Generates pulses which are preferably evaluated in the control device become. Within the scope of the invention, pulses can also be used here already decentralized processed in the sensor.
Um dem Fahrer ein Gefühl dafür zu vermitteln, wie hoch die Differenz zwischen der augenblicklichen Lenkwinkel-Stellung der Räder und der Drehwinkel-Stellung des Lenkrades ist, wird dem Fahrer einen entsprechendes, seiner Drehbewegung entgegengerichtetes Drehmoment auf das Lenkrad gegeben. Dies kann zum einen dadurch geschehen, dass der gesteuerte Servo-Antrieb ein entsprechendes Restmoment am Lenkrad belässt, oder dass ein derartiges Moment, z. B. mittels eines speziellen Motors, auf das Lenkrad gegeben wird (z. B. bei steer-by-wire). Umgekehrt lässt sich die Arbeitsweise der Steuervorrichtung dadurch vereinfachen, dass zusätzlich zu dem Lenkwinkel auch noch das Drehmoment am Steuerrad ausgewertet wird. Dieses Drehmomente kann als von der Drehgeschwindigkeit des Lenkrades abhängige Größe gesehen werden, aus der zum einen die Steuervorrichtung erkennt, wie schnell der Lenkwinkel geändert werden muss und aus der weiterhin eine Größe gewonnen werden kann, die die Differenz zwischen Drehwinkel und Lenkwinkel beschreibt. Es empfiehlt sich daher in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalkombination nach Anspruch 3 einzusetzen, da hierdurch eine größere Sicherheit in den Bewertungen der gewonnenen Signale erreicht wird, die sich im Ergebnis nicht einander widersprechen dürfen.Around to give the driver a sense of how high the difference between the instantaneous steering angle position the wheels and the rotational position of the steering wheel, the driver is a corresponding, his opposite direction of rotation Given torque on the steering wheel. This can for one thing happen that the controlled servo drive a corresponding residual torque leaves on the steering wheel, or that such a moment, for. B. by means of a special motor, is placed on the steering wheel (eg with steer-by-wire). Conversely, the way it works simplify the control device in that in addition to the steering angle and the torque at the steering wheel evaluated becomes. This torque can be considered as the rotational speed of the Steering wheel dependent size to be seen on the one hand, the control device detects how fast the steering angle must be changed and from the one size can be obtained, which is the difference between rotation angle and Steering angle describes. It is therefore recommended in training the invention to use the combination of features according to claim 3, because of this a greater security in the reviews the signals obtained is not resulting in the result may contradict each other.
Der Drehmomentsensor kann in der üblichen Weise aufgebaut sein, in dem in die Lenkstange einen Drehstab eingefügt ist, dessen Verdrehung bei der Betätigung des Lenkrades gemessen wird. Da die Qualität der Lenkung als Sicherheitsaggregat von der Zuverlässigkeit der zugeführten Signale abhängt, ist es vorteilhaft, den Drehwinkelsensor und/oder den Drehmomentsensor zu doppeln, so dass bei Abweichung der beiden einander entsprechenden parallelen Signale auf einen Defekt des entsprechenden Sensors geschlossen werden kann und sich dementsprechende Maßnahmen ergreifen lassen. In Weiterbildung der Erfindung wird gemäß den Merkmalen nach Anspruch 4 empfohlen, bevorzugt den Drehmomentsensor zu doppeln. Der Grund dafür liegt in folgendem. Das Handlenkmoment ist direkt proportional der Unterstützungskraft und wird zur Berechnung der Unterstützungskraft herangezogen. Ein falsches Signal des Handlenkmomentsensors könnte zu einem zu einem GAU der Lenkung führen, in der Terminologie der Lenkungstechnik ”Top-Event” genannt, und die Lenkung ggf. in einen nichtgewollten ”Selbstlenker” verwandeln. Um sicherzustellen dass das detektierte Handlenkmoment korrekt ist, erfolgt ein Vergleich mit einem 2-ten unabhängigen Kanal. Nur wenn beide unabhängigen Handlenkmoment-Sensoren ein gleiches Ergebnis liefern, wird das detektierte Handlenkmoment zur Berechnung der Unterstützungskraft verwendet. Bei Abweichung erfolgt ein Notlaufbetrieb bzw. wird das Lenksystem in den sicheren Zustand (Lenkunterstüzung AUS) überführt.Of the Torque sensor can be constructed in the usual way, in which a torsion bar is inserted in the handlebar, its rotation measured during the operation of the steering wheel becomes. Because the quality of the steering as a safety aggregate from the reliability of the supplied signals depends, it is advantageous to the rotation angle sensor and / or to double the torque sensor, so that in case of deviation of the two corresponding to a defect of the parallel signals corresponding sensor can be closed and accordingly Take action. In development of the invention is recommended according to the features of claim 4, preferably to double the torque sensor. The reason for this lies in the following. The manual steering torque is directly proportional to the Support force and is used to calculate the support force used. A wrong signal of the manual steering torque sensor could to lead to a GAU of steering, in terminology the steering technology called "top event", and the If necessary, turn steering into a non-intended "self-steering". To ensure that the detected manual steering torque is correct, a comparison is made with a 2nd independent channel. Only if both independent manual steering torque sensors on deliver the same result, the detected manual steering torque to Calculation of the support force used. In case of deviation is an emergency operation or the steering system in the safe Condition (steering assist OFF) transferred.
Demgegenüber ist das Lenkwinkelsignal des Lenkrades ist nur ein ”sekundäres Signal”, was zur Lenkkraftunterstützungsberechnung herangezogen wird. Alle Funktion die auf dem Lenkwinkel beruhen sind sogenannte Komfortfunktionen. Weiterhin kann der Lenkwinkel über die Raddrehzahlen plausibilisiert werden. Ein 2-ter hardware-redundanter Kanal ist nicht unbedingt notwendig.In contrast, is the steering angle signal of the steering wheel is only a "secondary Signal ", which leads to the steering assistance calculation is used. All functions based on the steering angle so-called comfort functions. Furthermore, the steering angle over the wheel speeds are checked for plausibility. A 2nd hardware redundant Channel is not necessary.
In Fortbildung der Merkmale nach Anspruch 4 wird empfohlen, bevorzugt die Merkmale nach Anspruch 5 anzuwenden, indem alle die Drehbewegungsbewegung des Lenkrades bewertenden Sensoren in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Das gilt auch für den Fall, dass ein oder mehrere Sensoren gedoppelt sind, wie beispielsweise der Drehmomentsensor. Vorteilhaft hierbei ist, dass für eine mögliche Vorverarbeitung der Sensor-Signale eine gemeinsame Recheneinheit verwendet werden kann. Im Übrigen ist aber auch die Gewinnung der einzelnen Signale sehr ähnlich. Sowohl bei der Messung der Momente als auch bei der Messung des Winkels wird jeweils die Drehlage der Lenkstange gemessen. Unterschiedlich sind nur die Bezugspunkte. Während sich der Drehwinkel auf die Ausgangslage beziehungsweise Nulllage der Lenkstange bezieht, wird bei der Messung des Drehmomentes der gemessene Lenkradwinkel auf die Drehlage des der Lenkstange abgewandten Endes des Drehstabes (Torsionsstabes) bezogen.In Training of the features according to claim 4 is recommended, preferred to apply the features of claim 5, by all the rotary motion the steering wheel evaluating sensors in a common housing are housed. This also applies to the case that one or multiple sensors are duplicated, such as the torque sensor. The advantage here is that for a possible Pre-processing of the sensor signals a common processing unit can be used. Incidentally, however, is also the extraction very similar to the individual signals. Both in the measurement of the moments as well as in the measurement of the angle is in each case the Rotational position of the handlebar measured. Different are only the reference points. While the angle of rotation to the starting position or Zero position of the handlebar refers to when measuring the torque the measured steering wheel angle on the rotational position of the handlebar facing away from the end of the torsion bar (Torsionsstabes).
Die Merkmale nach Anspruch 6 bilden eine Konkretisierung des aus dem Hauptanspruch sich ergebenden allgemeinen Prinzips, dass die Informationen der Sensoren in der Steuervorrichtung aufbereitet werden. Vorteilhaft ist zum einen, dass hier die zentrale Rechnerkapazität genutzt und damit Bauraum bei den Sensoren eingespart werden kann. Weiterhin stehen der Steuervorrichtung eine große Anzahl zusätzlicher Informationen zur Verfügung, durch welche die von den Drehwinkelsonsoren und Drehmomentsensoren erhaltenen Informationen aufbereitet und abgesichert werden können. Dabei kann es sich beispielsweise um Signale handeln, die von der ESP-Anlage stammen wie Gierwinkel, Querbeschleunigung, Raddrehzahlen. Ähnliche Größen können von der Dämpfungsregelung des Fahrzeugs oder von der Motorregelung stammen.The Features according to claim 6 form a concretization of the Main claim resulting general principle that the information the sensors are processed in the control device. Advantageous On the one hand, this is the central computer capacity used and thus space can be saved at the sensors. Farther stand the controller a large number of additional Information available through which of the angle brackets and torque sensors obtained information processed and can be secured. This can be for example to deal with signals coming from the ESP facility such as yaw angles, Lateral acceleration, wheel speeds. Similar sizes can be from the damping control of the vehicle or come from the engine control.
Betrachtet man die Raddrehzahlen, so können diese beispielsweise dafür ausgenutzt werden, die Unterstützung der Lenkung durch die Hilfskraft von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig zu machen, indem beispielsweise bei niedrigen Geschwindigkeiten die Unterstützung größer wird (Parken, enge Kurven), während bei hohen Geschwindigkeiten das versehentliche Verreißen der Steuerung erschwert werden soll. Aus der unterschiedlichen Drehzahl der beiden lenkenden Räder kann aber auch gleichzeitig auf den durch die Rädergefahrenen Lenkwinkel geschlossen werden. Auf diese Weise lässt sich der gemessene Drehwinkel des Lenkrades auf seine Richtigkeit überprüfen (plausibilisieren). Aber auch die Querbeschleunigung und der Gierwinkel der elektronischen Stabilitätsregelung (ESP) oder der Dämpfungsregelung des Fahrzeugs lassen sich für die Überprüfung der gemessenen, der Betätigung des Lenkrades zugeordneten Sensorwerte ausnutzen. Bevorzugte Merkmalkombinationen, die die Erfindung in dieser Richtung weiterbilden, sind in den Ansprüchen 8 und 9 aufgeführt.considered If you change the wheel speeds, you can do it for example be exploited, the support of the steering through the assistant depending on the vehicle speed for example, at low speeds the support gets bigger (parking, close Curves), while at high speeds the accidental Tearing the control should be difficult. From the different speed of the two steering wheels can but also at the same time on the driven by the wheels steering angle getting closed. In this way, the measured Check the angle of rotation of the steering wheel for correctness (Plausibility). But also the lateral acceleration and the yaw angle electronic stability control (ESP) or damping control The vehicle can be checked for the measured, the operation of the steering wheel associated Take advantage of sensor values. Preferred feature combinations that the Invention in this direction, are in the claims 8 and 9 listed.
Eine sehr weit gehende Verarbeitung der dem Lenkrad zugeordneten Sensorsignale beschreibt in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Merkmalkombination nach Anspruch 7. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung wird die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung sehr konsequent angewendet. Werden die entsprechenden Signale auf einem gemeinsamen Bus übertragen, so muss dafür Sorge getragen werden, dass die Steuervorrichtung die eingehenden Impulse auch dem jeweiligen Sensor richtig zuordnen kann. Dabei ist es nicht zwingend notwendig jeden der ankommenden Impulse mit einer entsprechenden Markierung zu versehen. Es kann auch ein Taktraster vorgesehen sein, mit welchen die einzelnen Sensoren sich nacheinander melden, wobei dieses Muster allerdings in Abständen auf seine Gültigkeit überprüft werden muss.A very extensive processing of the steering wheel associated sensor signals describes in an advantageous embodiment of the invention, the feature combination according to claim 7. In this advantageous embodiment, the basic idea of the present invention applied very consistently. If the corresponding signals are transmitted on a common bus, so it must be ensured that the control device the incoming impulses also assign to the respective sensor correctly can. It is not absolutely necessary that each of the incoming Provide pulses with a corresponding marking. It can Also, a clock grid be provided with which the individual sensors to contact each other in turn, but this pattern at intervals its validity must be checked.
Es ist notwendig, dass die von den Sensoren abgegebenen Informationen nicht nur auf ihre tendenzielle Richtigkeit überprüft werden (Plausibilisierung), sondern es muss auch sichergestellt sein, dass die in der Steuervorrichtung ermittelten Werte sich auf den richtigen Bezugswert beziehen, der in der Regel durch die Mittelstellung des Lenkrades festgelegt ist. Um hier den richtigen Referenzwert zu finden (Referenzierung) machen die Merkmalkombinationen nach Anspruch 10 und 11 geeignete Vorschläge. Um beispielsweise einen Drehwinkel genauer bestimmen zu können empfehlen sich die Merkmale nach Anspruch 10. Durch diese Merkmale wird vermieden, dass die Bestimmung des Drehwinkels durch die Dynamik des Systems verfälscht wird, indem die Messzeitpunkte der sich dynamisch ändernden, in die Rechnung eingehenden Größen zeitlich zu weit auseinander liegen. Ein anderer Grund für eine fehlerhafte Rechnung kann daran liegen, dass das System schwingt und die Elastizität der Komponenten das Ergebnis verfälscht.It it is necessary that the information provided by the sensors not just checked for their tendentiousness (plausibility), but it also has to be ensured be that the values determined in the control device up to refer to the correct reference, usually by the middle position the steering wheel is fixed. Here's the right reference value find (referencing) the feature combinations after Claim 10 and 11 suitable proposals. For example to be able to determine a rotation angle more accurately the features according to claim 10. By these features is avoided that the determination of the rotation angle through the dynamics of the system is falsified by the measuring points of the dynamically changing, in the invoice incoming quantities in time far apart. Another reason for a faulty one Invoice may be because the system is vibrating and the elasticity the components falsify the result.
Um die Mittellage des Lenkrades zu referenzieren empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Verwendung der Merkmale nach Anspruch 11. Diese Merkmalkombination geht von der Überlegung aus, dass bei Geradeausfahrt sowohl das Lenkrad sich in seiner Mittelstellung befindet als auch die beiden lenkenden Räder (bei gleichem Radumfang) die gleiche Drehgeschwindigkeit besitzen. Wenn zudem noch sichergestellt ist, dass das Lenkrad sich in Ruhestellung befindet und nicht gerade durch Anwendung eines Drehmomentes durch die Ruhelage gedreht wird, ist hinreichend sichergestellt, dass die Nullstellung des Drehwinkels referenziert werden kann.Around to refer to the middle position of the steering wheel is recommended in Development of the invention, the use of the features of claim 11. This combination of characteristics is based on the idea that that when driving straight ahead, both the steering wheel in its center position located as well as the two steering wheels (at the same Wheel circumference) have the same rotational speed. If more it is ensured that the steering wheel is at rest and not just by applying a torque through the rest position is rotated, it is sufficiently ensured that the zero position of the rotation angle can be referenced.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass durch die Aufbereitung der Sensorsignale in der Steuervorrichtung, diese entsprechend der Merkmalkombination nach Anspruch 12 der Sicherheitsarchitektur der Steuervorrichtung unterstellt werden können. Im einzelnen kann das bedeuten, dass, abgesehen von der weiter oben beschriebenen Plausibilisierung aufgrund anderer am Fahrzeug gewonnener Informationen, die Sensorinformationen gegebenenfalls mehrfach parallel berechnet und auf ihre Gültigkeit überprüft werden können. So können beispielsweise gleichartige Sensorinformationen von zwei parallelen Drehwinkel-Sensoren beziehungsweise Drehmoment-Sensoren zueinander invers übertragen werden. Werden in der Steuervorrichtung zur Kontrolle diese beiden Signale miteinander überlagert und ergibt sich ein von null hinreichend abweichende Wert, so liegt entweder ein Fehler bei der Messung oder bei der Übertragung vor und die Steuervorrichtung kann dementsprechende Sicherheitsmaßnahmen veranlassen.One particular advantage of the present invention is that by conditioning the sensor signals in the control device, this according to the feature combination according to claim 12 of the security architecture the control device can be assumed. In detail This may mean that, apart from the one described above Plausibility check based on other information obtained on the vehicle, If necessary, the sensor information is calculated several times in parallel and checked for validity can. For example, similar Sensor information from two parallel rotation angle sensors respectively Torque sensors are inversely transmitted to each other. Are in the control device for control, these two signals superimposed and if a value deviating sufficiently from zero results, then that is either an error in the measurement or in the transmission before and the control device can corresponding security measures cause.
Die erwähnten Ansprüche 1 bis 12 befassen sich mit dem Aufbau des erfindungsgemäßen Lenksystems in Form von Sachansprüchen. Diese Sachansprüche umfassen zum Teil neuartige Einrichtungen, die durch ihre Funktionen und ablaufenden Prozesse beschrieben werden. Durch Anspruch 13 wird deutlich gemacht, dass die Anmelderin auch Schutz für die durch Zusammenwirken der einzelnen Einrichtungen sich ergebenden Verfahren beansprucht.The mentioned claims 1 to 12 are concerned with the structure of the steering according to the invention in the form of property claims. These claims include, in part, novel devices that are described by their functions and ongoing processes. By claim 13 it is made clear that the applicant also claims protection for the resulting by interaction of the individual facilities procedures.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigenembodiments The invention will be explained below with reference to the drawing. Show in it
Ausgegeben
von der Steuervorrichtung
Die beiden Lenkmomentkanäle sind invers aufgebaut, so dass Gleichauf-Fehler und Signal- Grenzbereichs-Überschreitungen sehr zuverlässige innerhalb weniger Millisekunden erkannt werden. Beide Lenkmomentkanäle haben autarke Energieversorgungen, getrennte Signalführungen und separate Auswerteeinheiten in der Steuervorrichtung. Die Ermittlung des Lenkmomentes erfolgt durch ratiometrische Aufbereitung der Ausgangssignale der beiden Lenkmomentkanäle. Die ratiometrische Messmethode hat den Vorteil, dass Signalbeeinflussungen auf beiden Kanälen eliminiert werden. Generell lässt sich das so erklären. Wenn sich das gemessene Signal durch eine Störgröße ändert so muss sich die gleiche Größe auf dem zweiten Kanal genauso ändern. Auf diese Weise lassen sich die auf beiden Kanälen gleichzeitig auftretenden Änderungen sozusagen heraus kürzen. Damit man gleichartige Störungen von gleichartigen Messergebnissen unterscheiden kann, werden die Messergebnisse auf den beiden Kanälen zueinander invers übertragen.The Both steering torque channels are constructed inversely, so that Same-time errors and signal limit range overshoots very reliable detected within a few milliseconds become. Both steering torque channels have self-sufficient power supplies, separate signal guides and separate evaluation units in the control device. The determination of the steering torque takes place by ratiometric processing of the output signals of the two Steering torque channels. The ratiometric measuring method has the Advantage that signal interference on both channels be eliminated. Generally this can be explained in this way. When the measured signal changes due to a disturbance so must the same size on the second Change channel as well. In this way, the on both channels simultaneously occurring changes so to speak cut it out. So you have similar disorders can distinguish from similar measurement results, the Inverted measurement results on the two channels.
Der Lenkmomentsensor kommt ohne Wickelfeder aus, ist berührungslos und verschleißfrei. Die zentralen Spezifikationsmerkmale des Drehmomentsensors sind exakte und hochauflösende Erfassung des Handlenkmomentes. Eine herausragende Eigenschaft des Lenkmomentsensors ist der geringe Zeitverzug beziehungsweise das geringe Signalalter von der Signalermittlung bis zur abgeschlossenen Verarbeitung in der Steuervorrichtung, inklusive aller Plausibilisierungen und Diagnosemaßnahmen der Signale. Ein geringes Signalalter ist ein entscheidendes Gütekriterium für das Ansprechverhalten und die Feinfühligkeit der Lenkung, da das Lenkmoment als zentrale Eingangsgröße für die auf Software basierenden Lenkfunktionen dient.Of the Steering torque sensor does not use a clock spring, is contactless and wear-free. The central specification features The torque sensor is accurate and high resolution detection the manual steering torque. An outstanding feature of the steering torque sensor is the small time delay or the low signal age of Signaling until completed processing in the Control device, including all plausibility checks and diagnostic measures the signals. A low signal age is a decisive quality criterion for the response and the sensitivity the steering, since the steering torque as a central input for the software-based steering functions.
Das
Blockschaltbild nach
Wie
aus
In dem mit ”Referenzierung” bezeichneten Block kann der Drehwinkel beziehungsweise Lenkwinkel zum Beispiel dadurch referenziert werden, dass die Mittelstellung des Drehwinkels erkannt wird, wenn die Raddrehzahlen der beiden Räder einander gleich sind. Diese Strategie kann auch zum Plausibilisierung des Drehwinkels angewendet werden, da der sich aus der Differenz der Raddrehzahlen ergebende Lenkwinkel der Räder unter bestimmten Voraussetzungen (kein Drehmoment am Lenkrad) dem Drehwinkel nicht grob widersprechen darf.In the block referred to as "referencing", the rotation angle or steering angle can be referenced, for example, by recognizing the center position of the rotation angle when the wheel speeds of the two wheels are equal to each other. This strategy can also be plausibi Lisierungs the rotation angle can be applied, since the resulting from the difference in the wheel speeds steering angle of the wheels under certain conditions (no torque on the steering wheel) must not grossly contradict the rotation angle.
In dem mit ”Fahrzeugmodell” bezeichneten Block werden im Wesentlichen die aus den Raddrehzahlen sich ergebenden Informationen ausgewertet. Sind die Raddrehzahlen gleich, so wird von einem Geradeauslauf ausgegangen, wie dies in dem Teilblock ”Geradeauslauferkennung” (GALE) erkennbar ist. Weiterhin lässt sich aus der Differenz der Raddrehzahlen der aktuelle Lenkwinkel der Räder berechnen, wie dies in dem Teilblock ”synthetischer Lenkwinkel” angedeutet ist. Wie weiter oben schon erläutert lässt sich mit Hilfe des synthetischen Lenkwinkels der tatsächlich gemessene Lenkwinkel plausibilisieren, wie aus dem Block ”Plausibilisierung Lenkwinkel” erkennbar ist.In become the block labeled "Vehicle Model" essentially the information resulting from the wheel speeds evaluated. If the wheel speeds are the same, then it is a straight-ahead wheel as stated in the sub-block "straight-ahead detection" (GALE) is recognizable. Furthermore, can be calculated from the difference of Wheel speeds calculate the current steering angle of the wheels, as indicated in the sub-block "synthetic steering angle" is. As already explained above with the help of the synthetic steering angle the actual Plausibilisieren measured steering angles, as shown in the block "plausibility steering angle" recognizable is.
Schließlich lässt sich das in dem Teilblock ”Geradeauslauferkennung” erkannte Geradeauslaufssignal GALE mit Hilfe des Drehmomentes und des Drehwinkels (in den Figuren durchgehend Lenkwinkel genannt) am Lenkrad plausibilisieren. Dies ist in dem Block ”Plausibilisierung Geradeauslauf” dargestellt. Ist nämlich der Geradeauslauf erkannt (es liegt somit das Signal GALE vor) und ist das Handlenkmoment hinreichend lange Null und zusätzlich auch der Drehwinkel des Lenkrades ebenfalls Null, so ist der erkannte Geradeauslauf plausibel.After all this can be detected in the sub-block "straight-ahead detection" Straight-line signal GALE with the aid of torque and angle of rotation (in the figures throughout steering angle called) plausibility on the steering wheel. This is shown in the block "Plausibilisierung Geradeauslauf". Is namely the straight line detected (it is therefore the Signal GALE before) and the manual steering torque is sufficiently long zero and also the angle of rotation of the steering wheel as well Zero, the recognized straight-ahead is plausible.
In
In
dem Hauptrechner
Die
Steuervorrichtung
Zusammenfassend lässt sich die vorliegende Erfindung kurz wie folgt beschreiben.In summary The present invention can be briefly described as follows.
Nachteile des Standes der Technik.
- a) In heutigen Fahrzeugen wird das Lenkwinkelsignal vom ESP-Lenkwinkelsensor generiert, plausibilisiert und via CAN versendet.
- b) Für die Plausibilisierung und Gültig-Erkennung des Lenkwinkelsignals ist eine aufwendige Mehrrechner-Architektur des ESP-Lenkwinkelsensor notwendig.
- c) Es soll nun durch eine kombinierte Drehmoment- und Lenkwinkelsensorik, die im Lenksystem integriert, ist ein Lenkwinkelsignal generiert werden.
- d) Das generierte Lenkwinkelsignal wird dann von der komb. Sensorik an die Auswerteeinheit (Steuergerät) des Lenksystems gesendet.
- e) Nun wird das Lenkwinkelsignal mittels der 2-Rechnerstruktur und zugrunde liegendem 3 Ebenen Sicherheitskonzept des Lenksystems plausibilisiert und abgesichert, bevor es vom Lenksystem auf dem Antriebs-CAN versendet wird
- a) In today's vehicles, the steering angle signal from the ESP steering angle sensor is generated, checked for plausibility and sent via CAN.
- b) For the plausibility and valid detection of the steering angle signal, a complex multi-computer architecture of the ESP steering angle sensor is necessary.
- c) It is now to be generated by a combined torque and steering angle sensor integrated into the steering system, a steering angle signal.
- d) The generated steering angle signal is then from the comb. Sensors are sent to the evaluation unit (control unit) of the steering system.
- e) Now the steering angle signal is plausibility checked and secured by means of the 2-computer structure and underlying 3-level safety concept of the steering system, before it is sent by the steering system on the drive CAN
Aufgabe der Erfindung ist die:
- a) Generierung eines Lenkwinkelsignals innerhalb der Lenksystem-Drehmomentsensorik,
- b) Weiterleitung des Lenkwinkelsignals an das elektrom. Lenksystem
- c) Absicherung und Plausibilisierung des Lenkwinkelsignals durch die Sicherheitsstruktur (3 Ebenen Konzept) des Lenksystems,
- d) Versendung des Lenkwinkelsignals auf dem Fahrzeugantriebs-CAN
- a) generating a steering angle signal within the steering torque sensor system,
- b) forwarding the steering angle signal to the electrom. steering system
- c) securing and plausibility of the steering angle signal through the safety structure (3 levels concept) of the steering system,
- d) transmission of the steering angle signal on the vehicle drive CAN
Merkmale der Erfindung
- a) Generierung des Lenkwinkelsignals durch kombinierte Drehmoment-/Lenkwinkelsensorik, integriert im Lenksystem.
- b) Nutzung der Sicherheitsstruktur des Lenksystems zur Lenkwinkel-Signalabsicherung.
- c) Versendung des Lenkwinkelsignals durch Lenksystem via CAN
- a) Generation of the steering angle signal by combined torque / steering angle sensor, integrated in the steering system.
- b) Use of the safety structure of the steering system for steering angle signal protection.
- c) transmission of the steering angle signal by steering system via CAN
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - EP 1382510 A1 [0013] - EP 1382510 A1 [0013]
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