DE102008021847B4

DE102008021847B4 - Electromechanical steering system and method for controlling an electromechanical steering system

Info

Publication number: DE102008021847B4
Application number: DE102008021847.2A
Authority: DE
Inventors: Carsten Busse
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2008-05-02
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2028-05-03
Also published as: DE102008021847A1

Abstract

Elektromechanisches Lenksystem zum Steuern eines gewünschten Lenkwinkels (LW) mindestens eines Rades (11) eines Fahrzeugs mit einer Lenkhandhabe zur Eingabe des gewünschten Lenkwinkels (LW), mit mindestens einem Sensor zur Aufnahme einer durch die Lenkhandhabe eingegebenen Größe, mit einem Servomotor (9) zum unterstützenden Einstellen des Lenkwinkels (LW) und mit einer dem Sensor nachgeschalteten Steuervorrichtung (12) für den Servomotor (9), durch den das vom Fahrer zur Steuerung des Fahrzeugs tatsächlich aufzubringende Handmoment in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Fahrzeugs eingeregelt wird, wobei die Bestimmung des gewünschten Lenkwinkels (LW) aufgrund der durch den Sensor aufgenommenen Größe sowie die zum Einstellen des Servomotors (9) notwendige weitere Verarbeitung des bestimmten Lenkwinkels (LW) in der Steuervorrichtung (12) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor oder die Sensoren derart ausgebildet sind, dass der mindestens eine Sensor oder die Sensoren in zeitlichen Abständen der Steuervorrichtung (12) Impulse übergeben, welche die zeitliche Änderung des Drehwinkels (DW) und/oder des Drehmomentes (DM) beschreiben, und dass die Steuereinrichtung (12) derart ausgebildet ist, dass in der Steuereinrichtung (12) der geltende Absolutwert des Drehwinkels (DW) und/oder des Drehmomentes (DM) aufgrund der übergebenen Impulse bestimmt wird.Electromechanical steering system for controlling a desired steering angle (LW) of at least one wheel (11) of a vehicle with a steering handle for inputting the desired steering angle (LW), with at least one sensor for receiving a variable input by the steering handle, with a servomotor (9) for assistively adjusting the steering angle (LW) and with a control device (12) downstream of the sensor for the servomotor (9), by means of which the manual torque to be applied by the driver for controlling the vehicle is adjusted as a function of state variables of the vehicle, the determination of the desired Steering angle (LW) due to the recorded by the sensor size and necessary for adjusting the servomotor (9) further processing of the specific steering angle (LW) in the control device (12) is performed, characterized in that the at least one sensor or the sensors such are formed that at least a sensor or the sensors at intervals of the control device (12) pass pulses which describe the temporal change of the rotation angle (DW) and / or the torque (DM), and that the control device (12) is designed such that in the control device (12) the applicable absolute value of the angle of rotation (DW) and / or the torque (DM) is determined on the basis of the transmitted pulses.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromechanisches Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Steuerung eines elektromechanischen Lenksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.The present invention relates to an electromechanical steering system according to the preamble of claim 1 and to a method for controlling an electromechanical steering system according to the preamble of claim 11.

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 include a control loop whose controlled variable is at least dependent on the steering wheel torque. The default functions stored in a control unit are used to calculate the desired value of the assisting torque as a function of input variables of the control unit, in particular of the steering wheel torque.

In 1 ist der übliche Aufbau eines elektromechanisch arbeitenden Servo-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs dargestellt, welches ein Lenkrad 1 aufweist, das über einen ersten Abschnitt 2 einer Lenkstange 13, mittels eines oder mehrerer Kreuzgelenke 7 fest mit einem zweiten Abschnitt 3 der Lenkstange verbunden ist. Die Lenkstange 13 überträgt das von dem Fahrer des Kraftwagens auf das Lenkrad 1 aufgebrachten Moment auf ein Ritzel 6, das in eine Zahnstange 8 eingreift, die horizontal zur Achse des Fahrzeuges zwischen zwei gelenkten Rädern 11 angeordnet ist. Das Ritzel 6 kann auch durch ein beliebiges anderes Übertragungsmittel gebildet sein, zum Beispiel eine Schneckenwelle. Jedes gelenkte Rad 11 ist in der Lage, sich bei einer linearen Bewegung der Zahnstange 8 um eine vertikale Drehachse A zu drehen, wobei das gelenkte Rad 11 über die Zahnstange 8 von einem Gestänge 10 angetrieben wird.In 1 the usual structure of an electromechanically operating power steering system of a motor vehicle is shown, which is a steering wheel 1 that has a first section 2 a handlebar 13 , by means of one or more universal joints 7 stuck with a second section 3 the handlebar is connected. The handlebar 13 transfers this from the driver of the motor vehicle to the steering wheel 1 applied moment on a pinion 6 that in a rack 8th engages horizontally to the axis of the vehicle between two steered wheels 11 is arranged. The pinion 6 may also be formed by any other transmission means, for example a worm shaft. Every steered wheel 11 is able to engage in a linear movement of the rack 8th to rotate about a vertical axis of rotation A, wherein the steered wheel 11 over the rack 8th from a linkage 10 is driven.

Das Servo-Lenksystem besitzt ferner eine Servo-Steuerung, die dazu dient, auf die Zahnstange 8 eine Kraft auszuüben, die in der gleichen Richtung wirkt wie die Kraft des Ritzels 6, wodurch dem Fahrer des Fahrzeugs das Drehen des Lenkrads 1 erleichtert wird. Die Servo-Steuerung umfasst einen Servomotor 9, dessen Ausgangsmoment von einem elektronischen Steuergerät 12 (nachfolgend auch als Steuervorrichtung bezeichnet) gesteuert wird, welches ein Sollwertsignal S des Hilfsmomentes an den Servomotor 9 liefert. Das Ausgangsmoment des Servomotors 9 wird mittels einer nicht dargestellten Antriebswelle des Servomotors 9 auf die Zahnstange 8 und damit die Räder 11 übertragen. Wegen der erheblichen zu übertragenden Kräfte wirkt die Antriebswelle des Servomotors 9 in der Regel über ein nicht näher dargestelltes Kugelgetriebe 14 auf die Zahnstange 8.The servo steering system also has a servo-controller, which serves on the rack 8th To exert a force that works in the same direction as the power of the pinion 6 , causing the driver of the vehicle to turn the steering wheel 1 is relieved. The servo control includes a servomotor 9 , its output torque from an electronic control unit 12 (hereinafter also referred to as a control device) is controlled, which a setpoint signal S of the auxiliary torque to the servo motor 9 supplies. The output torque of the servomotor 9 is by means of a drive shaft, not shown, of the servomotor 9 on the rack 8th and with it the wheels 11 transfer. Because of the considerable forces to be transmitted acts the drive shaft of the servomotor 9 usually via a not-shown ball gear 14 on the rack 8th ,

Die Abtriebswelle des Servomotors 9 ist somit über das Kugelgetriebe 14, die Zahnstange 8 und das Ritzel 6 mechanisch mit der Lenkstange 13 verbunden. Die mechanische Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Lenkstange 13 kann aber auch die direkt erfolgen, indem die Abtriebswelle an der Lenkstange 13 über ein geeignetes Getriebe direkt angreift. Die Abtriebswelle des Elektromotors unterstützt dabei den Lenkeinschlag des Lenkrads 1, indem sie mittels der vorstehend genannten mechanischen Einrichtungen auf die Lenkstange 13 ein Hilfsmoment ausübt, das direkt von dem Ausgangsmoment des Servo-Motors 9 und folglich von dem Sollwertsignal S des Hilfemoments abhängt.The output shaft of the servomotor 9 is thus on the ball gear 14 , the rack 8th and the pinion 6 mechanically with the handlebar 13 connected. The mechanical connection between the output shaft and the handlebar 13 but can also be done directly by the output shaft on the handlebar 13 directly attacks via a suitable gearbox. The output shaft of the electric motor supports the steering angle of the steering wheel 1 by applying to the handlebar by means of the abovementioned mechanical means 13 exerts an auxiliary torque directly from the output torque of the servo motor 9 and thus depends on the setpoint signal S of the auxiliary torque.

Das Steuergerät 12 ist in der Regel derart aufgebaut, dass es aufgrund der ankommenden Eingangsignale, z. B. des Drehmomentes DM eines Drehmomentsensors 4 und/oder des Drehwinkels DW eines Drehwinkelsensors 5 die Höhe des durch den Servomotor 9 auszuübenden Hilfsmomentes berechnet und den entsprechenden Sollwert S an den Servomotor 9 ausgibt. Dabei liefern der Drehmomentsensor 4 und der Drehwinkelsensor 5 bereits Drehmomentsignale und Drehwinkelsignale. Mit Hilfe geeigneter, in dem Steuergerät 12 gespeicherter Algorithmen und Datensätze wird dabei das Hilfsmoment in der Regel derart bestimmt, dass in Abhängigkeit von der errechneten Differenz des Drehwinkels DW und einem von einem Lenkwinkelsensor 15 gemessenen Lenkwinkel LW der Räder 11 ein von dem Servomotor 9 aufzubringendes Hilfsmoment bestimmt wird. Dieses Hilfsmoment ist derart groß gewählt, dass hinsichtlich des insgesamt zur Betätigung der Räder aufzubringenden Momentes am Lenkrad 1 ein Restmoment übrig bleibt, welches von dem Fahrer gut beherrschbar ist. Damit wird in der Regel das Hilfsmoment auch von Größen abhängen, die Einfluss auf das Lenkmoment der Räder besitzen, wie beispielsweise Drehwinkel-Geschwindigkeit, Temperatur, Fahrzustand des Fahrzeugs, Straßenverhältnisse und so weiter.The control unit 12 is usually constructed so that it due to the incoming input signals, eg. B. the torque DM of a torque sensor 4 and / or the angle of rotation DW of a rotation angle sensor 5 the height of the servo motor 9 calculated auxiliary torque calculated and the corresponding setpoint S to the servo motor 9 outputs. The torque sensor delivers 4 and the rotation angle sensor 5 already torque signals and rotation angle signals. With the help of appropriate, in the control unit 12 stored algorithms and data sets, the auxiliary torque is usually determined in such a way that depending on the calculated difference of the rotational angle DW and one of a steering angle sensor 15 measured steering angle LW of the wheels 11 one from the servomotor 9 applied auxiliary torque is determined. This auxiliary torque is chosen so large that with regard to the total applied to the actuation of the wheels torque on the steering wheel 1 a residual torque remains, which is well controlled by the driver. Thus, as a rule, the auxiliary torque will also depend on variables which influence the steering torque of the wheels, such as rotational speed, temperature, driving condition of the vehicle, road conditions and so on.

Es sind weiterhin Sonderformen elektromechanisch arbeitender Servo-Lenksysteme bekannt geworden, bei denen die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad 1 und Zahnstange 8 aufgetrennt ist. Bei diesen so genannten steer-by-wire-Lenksystemen müssen die von dem Lenkrad 1 auf die Zahnstange 8 aufzubringenden Kräfte und Momente durch entsprechende elektrisch arbeitende Geräte nachgebildet werden., die weiter oben geschilderten grundsätzlichen Prinzipien bleiben dabei allerdings erhalten.There are still special forms of electromechanically operating servo steering systems become known in which the mechanical connection between the steering wheel 1 and rack 8th is separated. In these so-called steer-by-wire steering systems, those of the steering wheel 1 on the rack 8th applied forces and moments are simulated by corresponding electrically working devices., The above-described basic principles, however, remain.

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 braking systems safety devices that may not fail under any circumstances, since the consequences of failure can be far more serious than the failure of other equally elementary for a motor vehicle units. While the defect of, for example, the engine of a vehicle is annoying and possibly quite costly, the failure of a steering system or the brake system can have fatal consequences. In such safety devices must Thus special measures are taken, which reduce the probability of failure of such aggregates to a reasonable minimum.

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.For this purpose, known strategies are used, such as the duplication or even higher multiplication of relevant assemblies of these aggregates, 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 work results 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.Another possibility is to examine the work result of one or more assemblies to see if the result makes sense. This can be done, for example, by comparing the work result of an assembly, which describes a particular condition of the vehicle, with the work result of a completely different assembly, as to whether this work result also describes the same condition. For example, if it is determined by an assembly that the steering wheel has a certain angular position and thus the vehicle is turning, then obviously the speed of rotation of the wheels on the right side must be correspondingly different from the wheels on the left side. If the compared results are not mutually plausible, one of the two assemblies must work incorrectly and appropriate safety measures can 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 safety requirements described apply in particular to servo-assisted power steering systems which operate with electrical controls and control circuits as well as electrically-operated sensors. Although such electrical circuits work wear-free but can fail due to damage or aging of components nevertheless. But while the failure of mechanical assemblies often beforehand announces by easily recognizable signs (rattling, oil loss and so on) and the resulting damage is obvious, electrical components are often unpredictable and the damage is only indirectly visible. This fact is all the more serious as servo steering systems have the task of making heavy vehicles navigable in the first place.

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.Since the work result of an aggregate can not be better than the quality of the measurement results to be processed, particular importance must be attached to ensuring that the measurement results provided by the associated sensors are reliable. Therefore, extensive measures are regularly taken to secure the output from the sensors output signals. In addition, since the sensors, as described above, are doubled, this results in a considerable effort at this point, which manifests itself not only in costs but also in the space required for the additional measures.

Aus der die DE 199 14 383 A1 ist eine Lenkanlage bekannt geworden, bei der zwei parallel arbeitende Sensoren den Lenkwinkel messen, wobei dann das verarbeitete Ergebnis einem zentralen Steuergerät zugeführt wird. Weiterhin ist aus der EP 1 382 510 A1 ein zum Teil elektromagnetisch arbeitender Sensor für ein Lenksystem bekannt, bei dem sowohl eine den Drehwinkel des Lenkrades als auch eine das Drehmoment an der Lenkstange messende Einrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind.Out of the DE 199 14 383 A1 a steering system has become known in which two sensors working in parallel measure the steering angle, in which case the processed result is fed to a central control unit. Furthermore, from the EP 1 382 510 A1 a partially electromagnetically operating sensor for a steering system, in which both a rotation angle of the steering wheel and a torque measuring on the handlebar device are integrated in a common housing.

Aus der DE 10 2004 009 822 A1 ist ein gattungsgemäßes elektromechanisches Lenksystem zum Steuern eines gewünschten Lenkwinkels mindestens eines Rades eines Fahrzeugs bekannt, mit einer Lenkhandhabe zur Eingabe des gewünschten Lenkwinkels, mit mindestens einem Sensor zur Aufnahme einer durch die Lenkhandhabe eingegebenen Größe, mit einem Servomotor zum unterstützenden Einstellen des Lenkwinkels und mit einer dem Sensor nachgeschalteten Steuervorrichtung für den Servomotor, durch den das vom Fahrer zur Steuerung des Fahrzeugs tatsächlich aufzubringende Handmoment in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Fahrzeugs eingeregelt wird. Dabei wird die Bestimmung des gewünschten Lenkwinkels aufgrund der durch den Sensor aufgenommenen Größe sowie die zum Einstellen des Servomotors notwendige weitere Verarbeitung des bestimmten Lenkwinkels in der Steuervorrichtung durchgeführt.From the DE 10 2004 009 822 A1 a generic electromechanical steering system for controlling a desired steering angle of at least one wheel of a vehicle is known, with a steering handle for inputting the desired steering angle, with at least one sensor for receiving a size input by the steering handle, with a servomotor for assisting adjusting the steering angle and with a the control device downstream of the sensor for the servomotor, by means of which the manual torque actually to be applied by the driver to control the vehicle is adjusted as a function of state variables of the vehicle. In this case, the determination of the desired steering angle is carried out on the basis of the size recorded by the sensor and the further processing of the specific steering angle in the control device necessary for setting the servomotor.

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. Ein weiteres Problem ist das Zurverfügungstellen eines entsprechenden Verfahrens zur Steuerung eines elektromechanischen Lenksystems.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 to take measures in such a generic steering system, on the one hand improve the safety of the steering system and on the other reduce the effort required for this purpose. As a result, apart from a cost saving and the required space for the system can be reduced. Another problem is the provision of a corresponding method for controlling an electromechanical steering system.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein elektromechanisches Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from an electromechanical steering system having the features of claim 1 and a method having the features of claim 11. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

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 geht soweit, 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 vorzugsweise 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.The invention thus consists, in principle, in the fact that the processing, evaluation, processing and plausibility of the signals coming from the sensor or the sensors largely takes place in the central control device. This goes so far that the sensors send only individual from the movement of the steering wheel resulting electrical impulses to the control device, in which case the control device evaluates the pulses and processed into measured values. In addition, the evaluation of the measured values by comparing the values of sensors operating in parallel and / or checking for plausibility by evaluating the measurement results of two results obtained on different principles, as has already been described in detail above, is preferred.

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 Drehwinkelsensoren 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.It is advantageous, on the one hand, that the central computer capacity is used here and thus space can be saved in the sensors. Furthermore, a large number of additional information is available to the control device, by means of which the information obtained from the rotation angle sensors and torque sensors can be processed and secured. These may, for example, be signals originating from the ESP system, such as yaw angle, lateral acceleration, wheel speeds. Similar quantities may come from the damping control of the vehicle or 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 Räder gefahrenen 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.Considering the wheel speeds, for example, these can be exploited to make assisting the steering by the power of the vehicle depending on the vehicle speed, for example, at low speeds (parking, tight bends), while at high speeds accidental tearing the control should be difficult. From the different speed of the two steering wheels but can also be closed simultaneously on the driven by the wheels steering angle. In this way the measured angle of rotation of the steering wheel can be checked for its correctness (plausibility check). However, the lateral acceleration and the yaw angle of the electronic stability control (ESP) or the damping control of the vehicle can also be used for checking the measured sensor values assigned to the actuation of the steering wheel.

Werden die entsprechenden Signale mehrerer Sensoren 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.If the corresponding signals of several sensors are transmitted on a common bus, care must be taken that the control device can also correctly assign the incoming pulses to the respective sensor. It is not absolutely necessary to provide each of the incoming pulses with a corresponding mark. It may also be provided a clock grid, with which the individual sensors are reported in succession, although this pattern must be checked at intervals to its validity.

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, considerable measures for securing, processing plausibility and referencing of the processed input signals are generally provided in the control device anyway, so that the already considerable amount of computing capacity and storage capacity can be optimally utilized here.

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 magnetisch arbeitenden Sensoren werden durch Drehen des Lenkrades Impulse erzeugt, die in der Steuervorrichtung ausgewertet werden. Im Rahmen der Erfindung können hier Impulse auch schon dezentral in dem Sensor vorverarbeitet werden.A particularly simple structure results from the application of the apparent from claim 2 features. In this case, the steering handle is designed as a conventional steering wheel, with which the driver enters the desired angle, which he wants to control, as a rotation angle. If the driver has set the rotation angle, the servo control will try to adjust the steering angle of the wheels accordingly. The rotation angle sensor may be an optically operating sensor in which the rotational position of the sensor can be determined by pulses that are output by the sensor when turning the steering wheel. 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 magnetically operating sensors pulses are generated by turning the steering wheel, which are evaluated in the control device. Within the scope of the invention, pulses can also be preprocessed decentrally 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 ein 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 Drehmoment 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.In order to give the driver a sense of how high the difference between the instantaneous steering angle position of the wheels and the rotational position of the steering wheel, the driver is given a corresponding, its rotational movement opposing torque to the steering wheel. This can happen, on the one hand, that the controlled servo drive leaves a corresponding residual torque on the steering wheel, or that such a moment, for. B. by means of a special motor, is placed on the steering wheel (eg, at steer-by-wire). Conversely, the Simplify operation of the control device in that in addition to the steering angle and the torque at the steering wheel is evaluated. This torque can be seen as dependent on the rotational speed of the steering wheel size, on the one hand, the control device detects how fast the steering angle must be changed and from which a size can still be obtained, which describes the difference between rotation angle and steering angle. It is therefore advisable to use in a further development of the invention, the feature combination according to claim 3, since this greater security in the ratings of the signals obtained is achieved, which may not contradict each other in the result.

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 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.The torque sensor may be constructed in the usual manner in which a torsion bar is inserted in the handlebar, the rotation of which is measured during the operation of the steering wheel. Since the quality of the steering as a safety aggregate depends on the reliability of the supplied signals, it is advantageous to double the rotation angle sensor and / or the torque sensor so that a deviation of the two corresponding parallel signals can be concluded that a defect of the corresponding sensor occurs take appropriate action. In a further 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. A wrong signal of the hand steering torque sensor could lead to a GAU of the steering, called in the terminology of the steering technology "top event", and possibly turn the steering in a non-desired "self-steering". To ensure that the detected manual steering torque is correct, a comparison is made with a second independent channel. Only if both independent manual steering torque sensors deliver the same result, the detected manual steering torque is used to calculate the supporting force. In the event of a deviation, an emergency operation or the steering system is transferred to the safe state (steering assistance OFF).

Demgegenüber ist das Lenkwinkelsignal des Lenkrades 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, the steering angle signal of the steering wheel is only a "secondary signal", which is used for power steering calculation. All functions based on the steering angle are so-called comfort functions. Furthermore, the steering angle can be made plausible via the wheel speeds. 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 Drehbewegung 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 development of the features according to claim 4, it is recommended to use preferably the features according to claim 5, by all the rotational movement of the steering wheel evaluating sensors are housed in a common housing. This also applies in the event that one or more sensors are doubled, such as the torque sensor. The advantage here is that a common processing unit can be used for a possible preprocessing of the sensor signals. Incidentally, however, the extraction of the individual signals is very similar. Both in the measurement of the moments and in the measurement of the angle, the rotational position of the handlebar is measured in each case. Different are only the reference points. While the angle of rotation refers to the starting position or zero position of the handlebar, in the measurement of the torque of the measured steering wheel angle relative to the rotational position of the handlebar remote end of the torsion bar (Torsionsstabes).

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 8 und 9 geeignete Vorschläge. Um beispielsweise einen Drehwinkel genauer bestimmen zu können empfehlen sich die Merkmale nach Anspruch 8. 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 is necessary that the information provided by the sensors be not only checked for their tendentiousness (plausibility check), but it must also be ensured that the values determined in the control device refer to the correct reference value, which is usually determined by the Center position of the steering wheel is fixed. In order to find the correct reference value here (referencing), the feature combinations according to claim 8 and 9 make appropriate suggestions. To be able to determine a rotation angle more accurately, for example, the features according to claim 8 are recommended. These features prevent the determination of the rotation angle from being falsified by the dynamics of the system by temporally increasing the measuring times of the dynamically changing quantities entering the calculation far apart. Another reason for a faulty bill may be that the system is vibrating and the elasticity of the components distorts the result.

Um die Mittellage des Lenkrades zu referenzieren empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Verwendung der Merkmale nach Anspruch 9. 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.To reference the center position of the steering wheel is recommended in a further development of the invention, the use of the features of claim 9. This feature combination is based on the idea that when driving straight both the steering wheel is in its center position and the two steering wheels (with the same wheel circumference ) have the same rotational speed. In addition, if it is still ensured that the steering wheel is in the rest position and is not just rotated by applying a torque through the rest position, 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 10 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 abweichender Wert, so liegt entweder ein Fehler bei der Messung oder bei der Übertragung vor und die Steuervorrichtung kann dementsprechende Sicherheitsmaßnahmen veranlassen.A particular advantage of the present invention is that the processing of the sensor signals in the control device, this according to the feature combination according to claim 10 of the security architecture of the control device can be assumed. Specifically, this may mean that, apart from the plausibility check described above due to other information obtained on the vehicle, the sensor information may optionally be calculated several times in parallel and checked for validity. For example, similar sensor information from two parallel rotation angle sensors or torque sensors can be transmitted inversely to one another. If these two signals are superimposed on one another in the control device for checking and a value deviating from zero results, then either an error occurs during the measurement or during the transmission and the control device can initiate corresponding safety measures.

Die erwähnten Ansprüche 1 bis 10 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 11 wird deutlich gemacht, dass die Anmelderin auch Schutz für die durch Zusammenwirken der einzelnen Einrichtungen sich ergebenden Verfahren beansprucht.The mentioned claims 1 to 10 are concerned with the structure of the steering system according to the invention in the form of claims. These claims include, in part, novel devices that are described by their functions and ongoing processes. By claim 11 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 of the invention are explained below with reference to the drawing. Show in it

1 den üblichen Aufbau eines Servo-Lenksystems, 1 the usual structure of a power steering system,

2 in Form eines Blockschaltbildes die Steuervorrichtung eines erfindungsgemäßen Lenksystems mit einem Teil der über einen Bus ankommenden und abgehenden Signale, 2 in the form of a block diagram, the control device of a steering system according to the invention with a part of the incoming and outgoing signals via a bus,

3 Einzelheiten zu der Steuervorrichtung nach 2 in Form eines Blockschaltbildes und 3 Details of the control device according to 2 in the form of a block diagram and

4 ein Blockschaltbild, in welchem die Sicherheitsphilosophie der Steuervorrichtung näher dargestellt ist. 4 a block diagram in which the safety philosophy of the control device is shown in more detail.

2 zeigt ausschnittsweise die Steuervorrichtung 12 nach 1, der Signale zugeführt werden und von welcher Signale abgegeben werden. Bei den zugeführten Signalen handelt es sich um Signale eines Lenkwinkelsensors sowie Signale zweier Drehmomentsensoren. Durch den Block 4, 5 ist angedeutet, dass die drei Sensoren innerhalb eines Gehäuses integriert und damit einstückig vereint sind. Außer den Signalen des kombinierten Drehmoment-Lenkwinkelsensors 4, 5 werden der Steuervorrichtung 12 noch Signale zugeführt, die die Drehzahlen der gelenkten Räder 11 (1) beschreiben. Das im Wesentlichen unvorverarbeitete Signal des Lenkwinkelsensors wird in der Steuervorrichtung 12 aufbereitet und mit Hilfe der anderen in 2 gezeigten Eingangsignale plausibilisiert und referenziert. 2 shows a detail of the control device 12 to 1 which signals are supplied and from which signals are emitted. The supplied signals are signals of a steering angle sensor and signals of two torque sensors. Through the block 4 . 5 is indicated that the three sensors are integrated within a housing and thus are integrally united. Except for the signals of the combined torque-steering angle sensor 4 . 5 become the control device 12 Still signals are fed to the speeds of the steered wheels 11 ( 1 ). The substantially unprocessed signal of the steering angle sensor is detected in the control device 12 prepared and with the help of others in 2 Plausibilisiert and referenced input signals shown.

Ausgegeben von der Steuervorrichtung 12 werden dann die in der Vorrichtung bestimmten Signale wie die Lenkwinkelgeschwindigkeit, das Lenkwinkelsignal und ein Signal, welches die Geradeauslauferkennung darstellt. Sowohl das die Raddrehzahlen beschreibende Eingangssignal als auch die Ausgangssignale werden über den CAN-Bus des Antriebes in der üblichen Form übertragen.Issued by the control device 12 are then determined in the device signals such as the steering angle speed, the steering angle signal and a signal representing the straight-line detection. Both the input signal describing the wheel speeds and the output signals are transmitted via the CAN bus of the drive in the usual form.

Die beiden Lenkmomentkanäle sind invers aufgebaut, so dass Gleichlauf-Fehler und Signal-Grenzbereichs-Überschreitungen sehr zuverlässig innerhalb weniger Millisekunden erkannt werden. Beide Lenkmomentkanäle haben autarke Energieversorgungen, getrennte Signalführungen und separate Auswerteeinheiten in der Steuervorrichtung 12. 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 two steering torque channels are constructed inversely, so that synchronization errors and signal limit range excesses are detected very reliably within a few milliseconds. Both steering torque channels have autonomous power supplies, separate signal routing and separate evaluation in the control device 12 , The steering torque is determined by ratiometric processing of the output signals of the two steering torque channels. The ratiometric measurement method has the advantage that signal effects on both channels are eliminated. Generally this can be explained in this way. If the measured signal changes due to a disturbance, the same size on the second channel must change in the same way. In this way, the changes that occur simultaneously on both channels can be cut out, so to speak. In order to be able to differentiate similar disturbances from similar measurement results, the measurement results are transmitted inversely to each other on the two channels.

Der Drehmomentsensor 4 kommt ohne Wickelfeder aus, ist berührungslos und verschleißfrei. Die zentralen Spezifikationsmerkmale des Drehmomentsensors 4 sind exakte und hochauflösende Erfassung des Handlenkmomentes. Eine herausragende Eigenschaft des Drehmomentsensors 4 ist der geringe Zeitverzug beziehungsweise das geringe Signalalter von der Signalermittlung bis zur abgeschlossenen Verarbeitung in der Steuervorrichtung 12, 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.The torque sensor 4 comes without coil spring, is non-contact and wear-free. The central specification features of the torque sensor 4 are exact and high-resolution detection of the manual steering torque. An outstanding feature of the torque sensor 4 is the small time delay or the low signal age from the signal detection to the completed processing in the control device 12 , including all plausibility checks and diagnostic measures of the signals. A low signal age is a key quality criterion for steering responsiveness and steering sensitivity because steering torque is the central input to software-based steering functions.

Das Blockschaltbild nach 3 zeigt mehr ins Einzelne gehend die sich in der Steuervorrichtung 12 abspielenden Vorgänge. Wie schon aus 2 ersichtlich werden der Steuervorrichtung 12 zumindest die Raddrehzahlen und die Signale des kombinierten Drehmoment/Lenkwinkelsensors zugeführt, also ein die Winkelstellung des Lenkrades 1 beschreibendes Signal (an dieser Stelle wird der Drehwinkel als Lenkwinkel bezeichnet) und ein das von der Hand des Fahrers ausgeübte Drehmoment beschreibendes Signal (hier als Handlenkmoment bezeichnet).The block diagram after 3 shows more in detail going on in the control device 12 playing operations. As already out 2 become apparent the control device 12 at least the wheel speeds and the signals of the combined torque / steering angle sensor supplied, so one the angular position of the steering wheel 1 descriptive signal (at this point the angle of rotation is referred to as the steering angle) and a signal describing the torque exerted by the driver's hand (referred to herein as manual steering torque).

Wie aus 2 ersichtlich, ist das Signal des Handlenkmomentes dadurch abgesichert, dass es aus den Ausgangssignalen zweier parallel arbeitender Drehmomentsensoren 4 abgeleitet ist. Da das den Drehwinkel (Lenkwinkel) des Lenkrades beschreibende Signal mit Hilfe der die Raddrehzahlen beschreibenden Signale sowohl referenziert als auch plausibilisiert werden kann, ist es nicht notwendig den Lenkwinkelsensor zu doppeln.How out 2 can be seen, the signal of the manual steering torque is ensured that it from the output signals of two parallel torque sensors 4 is derived. Since the signal describing the rotation angle (steering angle) of the steering wheel can be both referenced and made plausible by means of the signals describing the wheel speeds, it is not necessary to double the steering angle sensor.

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 used to check the plausibility of the angle of rotation, since the steering angle of the wheels resulting from the difference in the wheel speeds may not roughly contradict the angle of rotation under certain conditions (no torque at the steering wheel).

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 the block labeled "vehicle model", the information resulting from the wheel speeds is essentially evaluated. If the wheel speeds are the same, then a straight-ahead operation is assumed, as can be seen in the sub-block "straight-ahead detection" (GALE). Furthermore, can be calculated from the difference of the wheel speeds of the current steering angle of the wheels, as indicated in the sub-block "synthetic steering angle". As already explained above, the actually measured steering angle can be plausibilized with the aid of the synthetic steering angle, as can be seen from the block "plausibility check of steering angle".

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.Finally, the straight-line signal GALE, which is recognized in the "straight-ahead detection" sub-block, can be made plausible on the steering wheel by means of the torque and the angle of rotation (called steering angle in the figures). This is shown in the block "Plausibilisierung Geradeauslauf". If, in fact, the straight-line runout is detected (thus the signal GALE is present) and if the manual steering torque is sufficiently long and, in addition, the angle of rotation of the steering wheel is also zero, then the detected straight-ahead runout is plausible.

In 4 ist auszugsweise die Sicherheitsphilosophie der Steuervorrichtung 12 angedeutet. Aus dem mit ”Lenkmoment-Sensor” bezeichneten Block werden die den Drehwinkel und das Drehmoment am Lenkrad beschreibenden Signale dem Hauptrechner 23 zugeführt. Ein den Drehwinkel des Servomotors 9 beschreibender Motorlagesensor 24 führt seine Ausgangssignale ebenfalls dem Hauptrechner 23 zu. Aus der Motorlage lässt sich unter bestimmten Voraussetzungen der Lenkwinkel der Räder bestimmen. Der Motorlagensensor 24 ist mit dem Servomotor 9 der Servo-Lenkung verbunden, um die Stellung des Motor-Rotors erkennen zu können.In 4 is partially the safety philosophy of the control device 12 indicated. From the block labeled "Steering Moment Sensor", the signals describing the angle of rotation and the torque at the steering wheel become the main computer 23 fed. A rotation angle of the servomotor 9 descriptive motor position sensor 24 also carries its output signals to the main computer 23 to. From the engine position can be determined under certain conditions, the steering angle of the wheels. The engine position sensor 24 is with the servomotor 9 connected to the servo-steering, in order to recognize the position of the motor rotor.

In dem Hauptrechner 23 wird die Stellgröße ermittelt, mit der der Servomotor 9 angesteuert werden soll. Die entsprechenden Ströme werden dem Servomotor 9 über eine Leistungsstufe 26 zugeführt und zur Sicherheit wird der Hauptrechner 23 noch durch einen Überwachungsrechner 27 überprüft.In the main computer 23 the manipulated variable with which the servomotor is determined is determined 9 to be controlled. The corresponding currents are the servomotor 9 about a performance level 26 fed and for security becomes the main computer 23 still through a monitoring computer 27 checked.

Die Steuervorrichtung 12 ist als zwei-Rechner-Systemen ausgeführt. Der Hauptrechner 23 besitzt einen 16 Bit-Signalprozessor mit besonderen Eigenschaften zur hochwertigen Motoraussteuerung. Er bietet eine Rechenleistung von 60 MIPS bei 60 MHz. Alle Lenkungsfunktionen, die Motoransteuerung sowie die Handhabung der Eingabe und Ausgabe von Signalen sind auf dem Hauptrechner realisiert. Der Überwachungsrechner 27 und der Hauptrechner 23 kommunizieren über eine digitale Schnittstelle. Beide Rechner tauschen hochfrequente Frage-Antwort-Sequenzen aus. Jeder Rechner besitzt einen autarke Takt- und Energieversorgung um völlige Unabhängigkeit und Rückwirkungsfreiheit zu gewährleisten.The control device 12 is designed as two-computer systems. The main computer 23 has a 16-bit signal processor with special features for high-quality motor control. It offers a computing power of 60 MIPS at 60 MHz. All steering functions, the motor control as well as the handling of the input and output of signals are realized on the main computer. The monitoring computer 27 and the main computer 23 communicate via a digital interface. Both computers exchange high-frequency question-answer sequences. Each computer has a self-sufficient clock and power supply to ensure complete independence and freedom from interference.

Claims

Electromechanical steering system for controlling a desired steering angle (LW) of at least one wheel ( 11 ) of a vehicle with a steering handle for inputting the desired steering angle (LW), with at least one sensor for receiving a variable input by the steering handle, with a servomotor ( 9 ) for assistively adjusting the steering angle (LW) and with a control device connected downstream of the sensor ( 12 ) for the servomotor ( 9 ), by means of which the manual torque actually to be applied by the driver for controlling the vehicle is adjusted as a function of state variables of the vehicle, the determination of the desired steering angle (LW) based on the magnitude recorded by the sensor and the setting of the servomotor ( 9 ) necessary further processing of the specific steering angle (LW) in the control device ( 12 ), characterized in that the at least one sensor or the sensors are designed such that the at least one sensor or the sensors at intervals of the control device ( 12 ) Pass pulses which describe the temporal change of the rotation angle (DW) and / or the torque (DM), and that the control device ( 12 ) is formed such that in the control device ( 12 ) the valid absolute value of the angle of rotation (DW) and / or the torque (DM) is determined on the basis of the transmitted pulses.

Steering system according to claim 1, characterized in that the steering handle with a steering wheel ( 1 ) is provided that the desired steering angle (LW) by means of the steering wheel ( 1 ) in the form of a rotation angle (DW) is entered and that the sensor is a rotation angle sensor ( 5 ), which is considered by the steering wheel ( 1 ) input the angle of rotation (DW).

Steering system according to claim 2, characterized in that instead of the rotation angle sensor ( 5 ) or in addition to the rotation angle sensor ( 5 ) at least one torque sensor ( 4 ) is provided, which one by the steering wheel ( 1 ) applied torque (DM) receives corresponding size.

Steering system according to claim 3, characterized in that a first torque sensor ( 4 ) and a second torque sensor ( 4 ) are provided, which parallel through the steering wheel ( 1 ) absorb applied torque (DM).

Steering system according to one of claims 2 to 4, characterized in that the rotation angle sensor ( 5 ) and the torque sensor ( 4 ) or the torque sensors ( 4 ) are structurally united into a single unit.

Steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicle with two mutually substantially parallel running, in its steering angle (LW) by the servo motor ( 9 ) adjustable wheels ( 11 ) is provided that speed sensors are provided, the current speeds of the wheels ( 11 ) and the control device ( 12 ) to provide.

Steering system according to claim 6, characterized in that the control device ( 12 ) is designed such that in the control device ( 12 ) by means of the difference between the speeds of the two wheels ( 11 ) the position of the steering wheel ( 1 ) and thus the rotation angle (DW) plausibility and / or referenced.

Steering system according to claim 6, characterized in that the control device ( 12 ) is designed such that in the control device ( 12 ) depending on the difference between the speeds of the two wheels ( 11 ) taking into account the current, preferably constant over a sufficient time torque, the position of the steering wheel ( 1 ) and thus the angle of rotation (DW) is referenced.

Steering system according to claim 8, characterized in that at substantially coinciding rotational speeds of the two wheels ( 11 ) and with sufficient torque negligible torque the straight ahead driving of the vehicle by the control device ( 12 ) and thus the middle position or zero position of the steering wheel ( 1 ) and thus the angle of rotation (DW) is referenced.

Steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 12 ) is designed such that the determination of the angle of rotation (DW) or the torque (DM) or the torques (DM) and the further processing of the specific steering angle or torque (DM) or the torques (DM) in the control device ( 12 ) using the for the control device ( 12 ) security architecture is performed.

Method for controlling an electromechanical steering system for controlling a desired steering angle (LW) of at least one wheel ( 11 ) of a vehicle having a steering handle for inputting the desired steering angle, by means of at least one sensor for receiving a variable input by the steering handle, a servomotor ( 9 ) for assisting adjusting the steering angle (LW) and a control device connected downstream of the sensor ( 12 ) for the servomotor ( 9 ), by means of which the manual torque actually to be applied by the driver for controlling the vehicle is adjusted as a function of state variables of the vehicle, the determination of the desired steering angle (LW) based on the magnitude recorded by the sensor and the setting of the servomotor ( 9 ) necessary further processing of the specific steering angle (LW) in the control device ( 12 ), characterized in that the at least one sensor or the sensors at intervals of the control device ( 12 ) Pass pulses which describe the temporal change of the rotational angle (DW) and / or torque (DM), and that in the control device ( 12 ) the applicable absolute value of the angle of rotation (DW) and / or torque (DM) is determined on the basis of the transmitted pulses.