DE102009034077B4

DE102009034077B4 - Lenkwinkelsensor und Fahrzeugsystem mit einem solchen Lenkwinkelsensor

Info

Publication number: DE102009034077B4
Application number: DE102009034077.7A
Authority: DE
Inventors: Chae-soo Kim
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2029-07-22
Also published as: CN101633369A; US8155840B2; CN101633369B; KR20100010608A; US20100023212A1; DE102009034077A1; KR101205685B1

Abstract

Ein Fahrzeugsystem mit einem Drehmoment-Lenkwinkelsensor (302), der als eine Sensoreinheit oder als zwei individuelle Sensorpaare zum Erkennen von Drehmoment und Lenkwinkel durch eine Lenkbetätigung des Fahrers strukturiert sind, bei dem das Tastverhältnis entsprechend dem Lenkwinkel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsbreitenmodulationssignal eines großen Arbeitsbereichs für Lenkwinkeldaten zwischen 0° und 1620° und ein Impulsbreitenmodulationssignal eines kleinen Arbeitsbereichs für Lenkwinkeldaten zwischen 0° und 90° erzeugt werden, und das Fahrzeugsystem ferner eine elektronische Steuereinheit (304) eines elektrisch unterstützten Lenksystems zum Empfangen des Impulsbreitenmodulationssignals des großen Arbeitsbereichs und des Impulsbreitenmodulationssignals des kleinen Arbeitsbereichs zum Gewinnen von Lenkwinkeldaten zum Liefern der Lenkwinkeldaten an andere Systeme (306, 308) aufweist, die Lenkwinkel in einer Fahrzeugsteuerung verwenden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugsystem mit einem Lenkwinkelsensor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Lenkwinkelsensor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 4. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Lenkwinkelsensor, der Lenkwinkeldaten über Impulsbreitenmodulations(PMW)-Signale überträgt und ein Fahrzeugsystem mit einem solchen Lenkwinkelsensor.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Gleichzeitig mit der Entwicklung der Automobiltechnologien erfolgte die Verwendung von Systemen zum Bewirken angenehmer Lenk- und Fahrerlebnisse. Solche Systeme weisen eine elektrische unterstützte Steuerung (hier als EPS (Electric Power Steering) bezeichnet), um den Fahrer bezüglich der Lenkung zu unterstützen, ein elektronisches Stabilisierungsprogramm (ESP) zum Verhindern einer Spurabweichung eines Fahrzeugs durch Vergleichen/Auswerten der Lenkabsicht des Fahrers und Steuern der Fahrzeugdynamik und eine elektronisch gesteuerte Aufhängung (ECS) zum Variieren der Höhe des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Straßenzustand und den Fahrerfordernissen zum Erhöhen der dynamischen Stabilität des Fahrkomforts, auf.
1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Fahrzeugsystem zeigt, das mit einem EPS, einem ESP und einem ECS ausgerüstet ist. Ein Drehmomentsensor 102 misst das Drehmoment, das von den Betätigungen des Lenkrades durch den Fahrer verursacht wird und liefert dieses Signal an eine elektronische Steuereinheit (oder ECU) des EPS (hier bei 106 als EPS ECU bezeichnet) und liefert einen Hilfsstrom an einen Motor entsprechend dem empfangenen Drehmoment zum Bewirken einer Lenkunterstützung.
Ein Lenkwinkelsensor 104 erkennt den Winkel des von dem Fahrer betätigten Lenkrades und liefert über ein CAN (Control Area Network) an die ECU des ESP (hier bei 108 als ESP ECU bezeichnet) und an eine ECS ECU 110, wo der empfangene Lenkwinkel zum Ausführen der jeweiligen Stabilitäts- und Aufhängungssteuerungen verwendet wird.
2 zeigt die Konstruktion eines üblichen Lenkwinkelsensors. Wie dargestellt, hat der Sensor ein Hauptzahnrad 202, mit dem ein erstes Hilfszahnrad 204 und ein zweites Hilfszahnrad 206 kämmen, die nahe zu diesen montierte Magnetwiderstandssensoren 208 bzw. 210 haben. Wenn das Lenkrad gedreht wird, werden das Hauptzahnrad 202 und die Hilfszahnräder 204 und 206 gemeinsam gedreht. Die Drehungen der Hilfszahnräder 204, 206 verursachen, dass die Magnetwiderstandssensoren 208 und 210 mit magnetischen Elementen zusammenwirken, die im Inneren der Hilfszahnräder 204, 206 vorgesehen sind, um elektrische Signale in Form von Sinuswellen wiederholt zu erzeugen.
Ein Rechen/Steuermodul 212 berechnet den Lenkwinkel unter Verwendung von elektrischen Signalen von den Magnetwiderstandssensoren 208 und 210 und überträgt diese an andere Systeme über einen CAN(Controller Area Network)-Empfänger 214, Wegen des üblichen Lenksensors, der bei CAN Kommunikation bei dem Übertragen der berechneten Lenkwinkel vorgesehen ist, ist das zugehörige System eines CAN-Empfängers 214 für derartige CAN Kommunikationen erforderlich, was die Herstellungskosten erhöht.
Insbesondere sind bei dem Stand der Technik, ein konventioneller Drehmomentsensor und ein Lenkwinkelsensor in integrierten Module wie Drehmoment/Lenkwinkelsensoren ausgebildet, eine solche Anordnung gesonderter CAN-Kommunikationsmodule zum Übertragen der Lenkwinkeldaten an Systeme zeigt das Problem der Ineffizienz.
DE 10 2005 005 315 A1 beschreibt ein elektrisches Servolenkungssystem für ein Fahrzeug mit einem Lenksensor zum Erfassen eines Lenkvorgangs eines Lenkrads und einer Servolenkungs-Steuereinheit, welche ein Anweisungssignal von einer Fahrzeugbewegungs-Gesamtsteuereinheit empfängt, ein Soll-Servolenkungsdrehmoment aus einem Lenksignal aus dem Lenksensor und dem Anweisungssignal berechnet und einen Servolenkungs-Elektromotor in Übereinstimmung mit dem zuvor berechneten Soll-Servolenkungsdrehmoment ansteuert.
US 2006/0136171 A1 beschreibt ein Lenkwinkelsensorsystem mit einer Lenkwinkel-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines analogen Signals, das eine Lenkwinkelposition des Lenkrads angibt, und einem Prozessor, der die analogen Signale von der Lenkwinkel-Erfassungseinrichtung empfängt, einen Lenkwinkelwert auf der Grundlage der Analogsignale berechnet und ein impulsbreitenmoduliertes Signal ausgibt, das den berechneten Lenkwinkelwert angibt.
DE 197 39 823 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Ermittlung des Winkels eines ersten drehbaren Körpers, der mit zwei weiteren drehbaren Körpern zusammenwirkt. Der Winkel der beiden weiteren Körper kann gemessen und daraus der Winkel des ersten Körpers berechnet werden. Ferner sind Mittel vorgesehen, mit denen eine gleichzeitige Messung der Winkel der beiden weiteren Körper erreichbar ist.
DE 44 09 892 A1 beschreibt einen Sensor zur Erfassung des Lenkwinkels eines Fahrzeuges, wobei der Sensor eine erste Codescheibe aufweist, die von einer Anzahl von Aufnehmern abgetastet wird und sich mit derselben Geschwindigkeit wie das Lenkrad dreht. Eine zweite Codescheibe dreht sich mit einem Viertel der Geschwindigkeit der ersten Scheibe und weist drei Codespuren auf, die von entsprechenden Aufnehmern abgetastet werden. Die erzeugten Fein- und Grobsignale werden in geeigneter Weise verknüpft, um eine eindeutige Winkelbestimmung durchzuführen.
Um das obige Problem zu lösen, offenbart die vorliegende Erfindung einen Lenksensor bei einem Fahrzeugsystem, das mit demselben Lenksensor ausgerüstet ist, bei dem die Lenkdaten in einem PWM(Impulsbreitenmodulation)-Signal statt der CAN Kommunikation übertragen werden.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugsystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 bereitgestellt.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lenkwinkelsensor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 4 bereitgestellt.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
KURZE ERLÄUTERUNGEN DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Dabei zeigt:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugsystems, das mit üblicher EPS, ESP und ECS ausgerüstet ist;
2 ist ein Diagramm einer Konstruktion eines üblichen Lenkwinkelsensors;
3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugsystems nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein Diagramm einer Konstruktion eines Lenkwinkelsensors nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
5 und 6 sind Darstellungen, die ein PWM Signal einer großen Arbeitsbereichs und ein PWM Signal eines kleinen Arbeitsbereichs, die bei der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, zeigen.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden wird ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. In der nachfolgenden Beschreibung werden dieselben Elemente durch dieselben Bezugszeichnen bezeichnet, obwohl sie in unterschiedlichen Zeichnungen gezeigt sind. Weiter wird in der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Offenbarung auf eine eingehende Beschreibung bekannter Funktionen und Konfigurationen, die hier vorgesehen sind, verzichtet, wenn dieses den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung unklar machen würde.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugsystems nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Das Fahrzeugsystem nach der vorliegenden Offenbarung weist einen Drehmoment/Lenkwinkelsensor 302, ein EPS ECU 304, ein ESP ECU 306 und ECS ECU 308 auf. Der Drehmoment/Lenkwinkelsenor 302 erkennt das Drehmoment und den Lenkwinkel einer Lenksäule, die durch eine Betätigung des Lenkrades bewirkt werden und liefert das erkannte Drehmoment und den Lenkwinkel an die EPS ECU 304. Bei diesem Vorgang liefert der Drehmoment/Lenkwinkelsensor 302 das erkannte Drehmoment und den Lenkwinkel in zwei Kanäle von Impulsbreitenmodulationssignale oder PWM-Signale, die in PWM-Signale eines großen Arbeitsbereichs klassifiziert werden, die 0–1620° der Lenkwinkeldaten (Lenkwinkeldaten in Bezug auf einen Absolutwinkel) repräsentieren, und PWM-Signale eines kleinen Arbeitsbereichs, die Lenkwinkeldaten von 0–90° der Lenkwinkeldaten repräsentieren (Lenkwinkeldaten in Bezug auf eine Relativwinkel). Die groben PWM-Signale und die feinen PWM-Signale werden in Bezugnahme auf die 5 und 6 diskutiert.
EPS ECU 304 verwendet die empfangenen Drehmoment- und Steuerungslenkdaten zum Ausführen der Steuerung zum Bewirken der Steuerungsunterstützung und liefert die Lenkwinkeldaten an die ESP ECU 306 oder die ECS ECU 308. Es ist möglich, die CAN Kommunikation zum Übertragen der Lenkwinkeldaten zu verwenden.
Die ESP ECU 306 und ECS ECU 308 können die jeweiligen Stabilitäts- und Aufhängungssteuerung unter Verwendung der gelieferten Lenkwinkeldaten ausführen. Bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel wird der Drehlenkwinkelsensor 302 als einstückig modular beschrieben, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht derart beschränkt. Es können vielmehr zwei gesonderte Module vorhanden sein, die den Drehmomentsensor beziehungsweise den Lenkwinkelsensor tragen.
4 ist ein Diagramm einer Konstruktion eines Lenkwinkelsensor nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Lenkwinkelsensor nach der vorliegenden Erfindung hat ein Hauptzahnrad 402, ein Hilfszahnrad 404, ein zweites Hilfszahnrad 406, Winkelerkennungsmittel 408 und 410 und ein Rechen/Steuer-Modul 412.
Ein Hauptzahnrad 402 ist integral gekoppelt mit und gemeinsam mit der Lenksäule drehbar vorgesehen, mit dem ein erstes und ein zweites Hilfszahnrad 404, 406 kämmt. Benachbart zu diesen Hilfszahnrädern 404 und 406 können Winkelerkennungsmittel 408 und 410 wiederholt elektrische Signale ausgeben, die die Rotationswinkel der Hilfszahnräder 404, 406 wiedergeben. Als Winkelerkennungsmittel 408 und 410 können magnetische Widerstandssensoren und insbesondere anisotrope magnetische Widerstandssensoren verwendet werden. Alternativ können Hall-ICs verwendet werden.
In Antwort auf eine Betätigung des Lenkrades durch den Fahrer wird das Hauptzahnrad 402 gemeinsam mit den von diesem angetriebenen ersten und zweiten Hilfszahnrad 404, 406 gedreht, wodurch ein Winkelerkennungsmittel 408, 410 mit magnetischen Elementen (nicht gezeigt) zusammenwirkt, die im Inneren des ersten und des zweiten Hilfszahnrades 404, 406 vorgesehen sind, um elektrische Signale auszugeben.
Das Rechen/Steuer-Modul 412 berechnet den Lenkwinkel unter Verwendung der elektrischen Signale von dem Winkelerkennungsmittel 408, 410, Das Verfahren der Berechnung des Lenkwinkels ist in dem Stand der Technik bekannt und auf eine Beschreibung wird daher verzichtet. Zusätzlich verwendet das Rechen/Steuer-Modul 412 die Formen des PWM Signals des großen Arbeitsbereichs und des PWM-Signals des kleinen Arbeitsbereichs in Lieferung der Lenkwinkeldaten des Fahrzeugsystems, das diese erfordert.
Die 5 und 6 dienen zur Beschreibung der PWM-Signale des großen Arbeitsbereichs und der PWM-Signale des kleinen Arbeitsbereichs, wobei 5 die Beziehung zwischen den Lenksäulenwinkeln und den Tastverhältnisse der PWM-Signale verdeutlicht.
Das Lenkrad kann 4.5 Drehungen (1620°) ausführen, um eine Verschwenken des Rades von Anschlag zu Anschlag (von weit links zu weit rechts) durchzuführen und das PWM-Signal des großen Arbeitsbereichs liefert eine entsprechende Information, d. h. eine Information mit geringer Auflösung bezüglich 0–1620° des Lenkwinkels. In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Lenkwinkel 1620° um eine Einheit von 90° geteilt in achtzehn Teile, deren jeweilige Tastverhältnisse bestimmt sind. Für einen Lenkwinkel in dem Bereich von 0–90° beispielsweise ist die Division 1, das Tastverhältnis wird auf 15% eingestellt und für den Lenkwinkel in dem Bereich von 90–180° ist die Division 2, das Tastverhältnis wird auf 19% eingestellt. Bei einer Berechnung des Lenkwinkels in dem Berechnungs/Steuer-Modul des entsprechenden Tastverhältnis zu dem Lenkwinkel kann bestimmt werden und in Form des PWM-Signals der hohen Arbeitsbereich übertragen werden. Es ist, mit anderen Worten, möglich, die allgemeine Lenkwinkelinformation durch das PWM-Signal der ECU zu übermitteln.
Das PWM-Signal des kleinen Arbeitsbereichs kann dagegen verwendet werden zur Schaffung einer Information mit hoher Definition bezüglich des 0–90° des Lenkwinkels. Unter Berücksichtigung der Begrenzung des PWM-Signals des großen Arbeitsbereichs, das lediglich einen Schwenkwinkel mit geringerer Auflösung, der geringer ist als die genaue Lenkwinkeldaten, ist das PWM-Signal des kleinen Arbeitsbereichs angepasst zum Erreichen der notwendigen Genauigkeit des Lenkwinkels des Teillenkwinkelwerts, der aus dem PWM-Signal des großen Arbeitsbereichs berechnet ist
In dem Ausführungsbeispiel von 5 kann der Lenkwinkel in einem Ausmaß geteilt werden, dass ein 0–90° Bereich des Lenkwinkels durch eine Einheit von 0,1° in 909 Divisionen gebrochen wird. Das heißt, Tastverhältnisse, die bei jeweils bei 0,1° bestimmt werden, schaffen genauere Lenkwinkel. In einem Fall, wo das Tastverhältnis des PWM-Signals des großen Arbeitsbereichs 15% beträgt und das Signalverhältnis des PWM-Signals des kleinen Arbeitsbereichs 15° beträgt, ist es aus dem Tastverhältnis des PWM Signals des großen Arbeitsbereichs bekannt, dass der Lenkwinkel irgendwo in dem Bereich von 0–90° liegt und genau 0–0.1° von dem Tastverhältnis des Signals des kleinen Arbeitsbereichs, wodurch der übertragene Lenkwinkel als Null angegeben wird. Wenn das Tastverhältnis des PWM-Signals der großen Arbeitsbereichs 19% ist und das Tastverhältnis des PWM-Signals des kleinen Arbeitsbereichs 15%, bedeutet dieser Zustand, dass der Lenkwinkel zwischen 90° und 180° beträgt und damit bei 90° liegt.
Ohne das Erfordernis der Verwendung einer CAN Kommunikation können PWN Signale des großen und des kleinen Arbeitsbereichs die Lenkwinkel an verschiedene Fahrzeugsteuersysteme liefern.
Der Lenkwinkel von 1620° kann derart unterteilt werden, dass das Tastverhältnis des PWM-Signals des großen Arbeitsbereichs linear abhängig ist von den Lenkwinkeln, um jedwede Fehler, die von der Form des PWM-Signals der Lieferung der Lenksignale induziert sind, zu reduzieren. Wenn, beispielsweise, das Tastsignal des PWM-Signals der einen Arbeitsbereich 15% beträgt und das PWM-Signal des großen Arbeitsbereichs eine Hysterese oder eine Schwankung nahe 90° hat, wird das Tastverhältnis des PWM-Signals des großen Arbeitsbereichs in Division 1 oder Division 2 bestimmt, d. h. bei 15% oder 19%. Der Lenkwinkel wird dann mit entweder zu 0° oder 90°, was zu einem 90° Fehler führt.
6 dient zur Beschreibung eines Verfahrens zum Reduzieren eines Fehlers, die eine Darstellung wiedergibt, bei dem das Tastverhältnis des PWM-Signals der großen Arbeitsbereichs angepasst ist, um dem Lenkwinkel linear zu folgen.
Das Ausführungsbeispiel von 6 teilt den Lenkwinkel um eine Einheit von 0,8° in 900 Teile, wobei das Tastverhältnis des PWM-Signals des großen Arbeitsbereichs um eine Einheit von 1,8° bestimmt wird, wodurch jeder Fehler auf ein Minimum gehalten wird, auch wenn eine hysterere oder eine Schwankung auftritt.
Wie oben beschrieben, können nach diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Lenkwinkeldaten, die durch den Lenkwinkel erzeugt werden, an verschiedene Fahrzeugsysteme geliefert werden, ohne dass eine besondere CAN Kommunikation vorhanden ist, was die Herstellungskosten begrenzt.

Claims

Ein Fahrzeugsystem mit einem Drehmoment-Lenkwinkelsensor (302), der als eine Sensoreinheit oder als zwei individuelle Sensorpaare zum Erkennen von Drehmoment und Lenkwinkel durch eine Lenkbetätigung des Fahrers strukturiert sind, bei dem das Tastverhältnis entsprechend dem Lenkwinkel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsbreitenmodulationssignal eines großen Arbeitsbereichs für Lenkwinkeldaten zwischen 0° und 1620° und ein Impulsbreitenmodulationssignal eines kleinen Arbeitsbereichs für Lenkwinkeldaten zwischen 0° und 90° erzeugt werden, und das Fahrzeugsystem ferner eine elektronische Steuereinheit (304) eines elektrisch unterstützten Lenksystems zum Empfangen des Impulsbreitenmodulationssignals des großen Arbeitsbereichs und des Impulsbreitenmodulationssignals des kleinen Arbeitsbereichs zum Gewinnen von Lenkwinkeldaten zum Liefern der Lenkwinkeldaten an andere Systeme (306, 308) aufweist, die Lenkwinkel in einer Fahrzeugsteuerung verwenden.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastverhältnis des Impulsbreitenmodulationssignals des großen Arbeitsbereichs für Lenkwinkeldaten zwischen 0° und 1620° linear zu dem Lenkwinkel bestimmt wird.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Systeme (306, 308) wenigstens ein elektronisches Stabilisierungssystem und eine elektronisch gesteuerte Aufhängung beinhalten.
Ein Lenkwinkelsensor zum Montieren an einem Fahrzeug mit einem Hauptzahnrad (402), das gekoppelt ist an und gedreht wird mit einer Lenksäule, einem ersten Hilfszahnrad (404) und einem zweiten Hilfszahnrad (406), die mit dem Hauptzahnrad (402) kämmen, und einem Winkelerkennungsmittel (408, 410), das benachbart zu dem ersten bzw. dem zweiten Hilfszahnrad montiert ist zum Erzeugen von elektrischen Signalen in Übereinstimmung mit den Drehungen des ersten bzw. des zweiten Hilfszahnrads dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelsensor ferner ein Rechen/Steuerungsmodul (412) zum Berechnen der Lenkwinkel aus den elektrischen Signalen, die durch die Winkelerkennungsmittel (408, 410) erzeugt werden, Bestimmen des Tastverhältnisses entsprechend dem Lenkwinkel und Erzeugen eines Impulsbreitenmodulationssignals mit großem Arbeitsbereich für Lenkwinkeldaten zwischen 0° und 1620° und eines Impulsbreitenmodulationssignals mit kleinem Arbeitsbereich für Lenkwinkeldaten zwischen 0° und 90° aufweist.
Lenkwinkelsensor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Tastverhältnis des Impulsbreitenmodulationssignals des großen Arbeitsbereichs für Lenkwinkeldaten zwischen 0° und 1620°, das linear zu dem Lenkwinkel bestimmt wird.