DE102011000434B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Abgleichen eines ermittelten Lenkwinkels mit einem gemessenen Lenkwinkel - Google Patents

Abstract

Verfahren (100) zum Abgleichen eines ersten Lenkwinkels (LW*), der in einer Recheneinrichtung (ECU-LW*) zur Steuerung eines Lenksystems (LS) fortlaufend ermittelt wird, mit einem zweiten Lenkwinkel (LW#), der von einem Sensor (S-LW#) des Lenksystems (LS) fortlaufend gemessen wird, wobei die Lenkwinkel (LW*, LW#) von einem Neutralwert (LWO) negativ und positiv abweichend sich zeitlich ändern, wobei das Verfahren (100) die folgenden Schritte aufweist:ein erster zeitlicher Verlauf (I) des sich ändernden ersten Lenkwinkels (LW*) wird fortlaufend überwacht (101);ein zweiter zeitlicher Verlauf (II) des sich ändernden zweiten Lenkwinkels (LW#) wird fortlaufend überwacht (102);falls noch kein Abgleichen des ersten Lenkwinkels (LW*) mit dem zweiten Lenkwinkel (LW#) durchgeführt worden ist, wird der erste Lenkwinkel (LW*) auf den aktuellen Wert des zweiten Lenkwinkels (LW#) gesetzt (110);falls zuvor bereits mindestens ein Abgleichen des ersten Lenkwinkels (LW*) mit dem zweiten Lenkwinkel (LW#) durchgeführt worden ist und falls ein Vorzeichenwechsel in dem ersten Verlauf (I) auftritt, wird der erste Lenkwinkel (LW*) um einen Korrekturwert (KW) verändert (120; 140), der abhängig von einer im zweiten Verlauf (II) auftretenden Hysterese (HYS) bestimmt wird (130; 130').

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abgleichen eines ersten Lenkwinkels, der in einer Recheneinrichtung zur Steuerung eines Lenksystems fortlaufend ermittelt wird, mit einem zweiten Lenkwinkel, der von einem Sensor des Lenksystems fortlaufend gemessen wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein mit einer solchen Vorrichtung ausgestatteten Lenksystem.
• Lenksysteme sind hinreichend beschrieben worden, insbesondere Hilfskraft-Lenksysteme, die mittels Elektromotor eine Hilfskraft bzw. ein Hilfsmoment zur Unterstützung der vom Fahrer aufgebrachten manuellen Lenkkraft bzw. dem manuellen Lenkmoment erzeugen. Auch sind sog. Steer-by-Wire-Lenksysteme beschrieben worden, bei denen kein mechanischer Durchgriff zwischen Lenkhandhabe (Lenkrad) und Lenkung besteht, sondern ein Elektromotor das gesamte Lenkmoment erzeugt. In solchen Lenksysteme wird häufig ein bürstenloser Gleichstrommotor eingesetzt, der mittels einer Sensorik und einem damit verbundenen Steuergerät betrieben wird, um jederzeit das erforderliche Lenkmoment bzw. Hilfsmoment zu erzeugen. Die Übertragung auf das Lenkgestänge erfolgt z.B. über Zahnstangen oder Riementriebe. Wie bei allen Lenkungen ist es wichtig, dass die Auslenkung der angelenkten Räder möglichst genau in Abhängigkeit von dem gewünschten Lenkwinkel erfolgt. Der Lenkwinkel wird an der Lenkhandhabe (Lenkrad) vorgegeben und kann dort z.B. über Lenkwinkel-Sensoren gemessen werden. Der von separaten Sensoren gemessene Lenkwinkel (daher auch externer Lenkwinkel genannt) wird dann z.B. über Signalleitungen bzw. einen Datenbus (CAN oder Flexray) an die Steuerung übertragen. Normalerweise weicht der gemessene Lenkwinkel von dem physikalischen Lenkwinkel ab.
• Neben dem gemessenen Lenkwinkel kann auch mittels einer fortlaufenden Auswertung (insbesondere Integration) der Rotorlage am Elektromotor ein Lenkwinkel ermittelt werden (daher auch interner Lenkwinkel genannt). Die Rotorlage wird z.B. über magneto-resistive Sensoren erfasst. Die damit gewonnene Lenkwinkelinformation wird für manche Funktionen des elektrischen Lenksystems benötigt, wie z.B. für einen aktiven Rücklauf oder für künstlich generierte Endanschläge. Da die systeminternen Sensoren, relativ messende Winkelsensoren sind, wird ein Abgleich des internen Lenkwinkels auf den gemessenen Lenkwinkel durchgeführt, der z.B. von einem in der Lenksäule verbauten Winkelsensor gemessen und über CAN oder Flexray übertragen wird. Denn der system interne ermittelte bzw. berechnete Lenkwinkel ist nicht eindeutig einer Lenkrichtung zuordnenbar. Außerdem kann sein Betrag stark von dem physikalischen Lenkwinkel abweichen. Daher hat sich ein Abgleichen bzw. eine Synchronisierung der beiden Lenkwinkel als zweckmäßig erwiesen.
• In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die DE 10 2008 021 849 A1 verwiesen, welche ein entsprechendes Lenksystem mit einem Drehwinkelsensor zur fortlaufenden Ermittlung eines externen Lenkwinkels und mit einer Recheneinrichtung zur fortlaufenden Ermittlung eines internen Lenkwinkels offenbart.
• Jedoch treten bei den gemessenen Lenkwinkeln häufig nicht-lineare Störungen in Form von Hysteresen auf. Deshalb sollte bei einem Abgleichen der Lenkwinkel der Einfluss von Hysteresen möglichst vollkommen kompensiert werden.
• Aus diesem Grund schlägt beispielsweise die EP 1 882 624 A2 ein Lenksystem mit einem Lenkwinkelsensor sowie mit einem Motorpositionssensor vor, bei welchem eine Hysterese in den Ausgangssignalen des Lenkwinkelsensors und des Motorpositionssensors kompensiert werden.
• Die vorliegende Erfindung soll eine Kompensation von Winkelfehlern, die aufgrund von Hysterese entstehen, beim Synchronisieren eines lenksysteminternen Lenkwinkels auf einen externen Lenkwinkelsensor ermöglichen.
• Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme durch ein Verfahren zum Abgleichen eines ermittelten Lenkwinkels mit einem gemessenen Lenkwinkel zu lösen. Insbesondere soll die Erfindung beim Synchronisieren eines lenksysteminternen Lenkwinkels auf einen externen Lenkwinkelsensor eine wirksame Kompensation von Winkelfehlern ermöglichen, die aufgrund von Hysterese entstehen. Außerdem sollen eine das Verfahren ausführende Vorrichtung und ein damit ausgestattetes Lenksystem vorgeschlagen werden.
• Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 8 sowie durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Demnach wird ein Verfahren vorgeschlagen, das geeignet ist zum Abgleichen eines ersten Lenkwinkels, der in einer Recheneinrichtung zur Steuerung eines Lenksystems fortlaufend ermittelt wird, mit einem zweiten Lenkwinkel, der von einem Sensor des Lenksystems fortlaufend gemessen wird, wobei die Lenkwinkel von einem Neutralwert negativ und positiv abweichend sich zeitlich ändern, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
• ein erster zeitlicher Verlauf des sich ändernden ersten Lenkwinkels wird fortlaufend überwacht;
• ein zweiter zeitlicher Verlauf des sich ändernden zweiten Lenkwinkels wird fortlaufend überwacht;
• falls noch kein Abgleichen des ersten Lenkwinkels mit dem zweiten Lenkwinkel durchgeführt worden ist, wird der erste Lenkwinkel auf den aktuellen Wert des zweiten Lenkwinkels gesetzt;
• falls zuvor bereits mindestens ein Abgleichen des ersten Lenkwinkels mit dem zweiten Lenkwinkel durchgeführt worden ist und falls ein Vorzeichenwechsel in dem ersten Verlauf auftritt, wird der erste Lenkwinkel um einen Korrekturwert verändert, der abhängig von einer im zweiten Verlauf auftretenden Hysterese bestimmt wird.
• Auch wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Recheneinrichtung zur Steuerung eines Lenksystems aufweist, die den ersten Lenkwinkel fortlaufend ermittelt, und die mit einem Sensor verbunden ist, der den zweiten Lenkwinkel fortlaufend misst. Die Vorrichtung überwacht einen ersten zeitlichen Verlauf des sich ändernden ersten Lenkwinkels und einen zweiten zeitlichen Verlauf des sich ändernden zweiten Lenkwinkels fortlaufend. Falls noch kein Abgleichen des ersten Lenkwinkels mit dem zweiten Lenkwinkel durchgeführt worden ist, setzt die Vorrichtung den ersten Lenkwinkel auf den aktuellen Wert des zweiten Lenkwinkels. Falls aber zuvor bereits mindestens ein Abgleichen des ersten Lenkwinkels mit dem zweiten Lenkwinkel durchgeführt worden ist und falls ein Vorzeichenwechsel in dem ersten Verlauf auftritt, verändert die Vorrichtung den ersten Lenkwinkel um einen Korrekturwert in Abhängigkeit von einer im zweiten Verlauf auftretenden Hysterese. Die Vorrichtung kann z.B. als ein Steuergerät zur Steuerung des Lenksystems ausgestaltet sein.
• Außerdem wird ein Lenksystem vorgeschlagen, das mit einer solchen Vorrichtung ausgestattet ist.
• Die Erfindung geht von der folgenden Erkenntnis aus: Wenn der externe Lenkwinkelsensor, d.h. der gemessene Lenkwinkel, eine zu große Hysterese aufweist, so kann der intern ermittelte Lenkwinkel nicht mehr eindeutig auf diesen abgeglichen werden, da die Nullposition an unterschiedlichen Positionen gesendet wird, abhängig von der Richtung, in der der Nulldurchgang überlenkt wird. Das hat zur Folge, dass beim Abgleich ein Offset-Fehler entsteht und im weiteren Verlauf ein Nachsynchronisieren des internen auf den externen Lenkwinkel ausgelöst werden kann, wenn die Differenz beider Winkel einen Grenzwert überschreitet. Beim Nachsynchronisieren kommt es zu einem Sprung des internen Winkelsignals um einige Grad. In ungünstigen Fällen kann es sogar sein, dass bei jedem Nulldurchgang nach einem Umlenken wieder nachsynchronisiert wird.
• Wenn aber erfindungsgemäß beim Synchronisieren des internen Lenkwinkels auf den externen Lenkwinkel die Hysterese berücksichtigt wird, so wird ein späteres Nachsynchronisieren im Betrieb wesentlich seltener erfolgen. Der interne Lenkwinkel hat also einen stetigeren Verlauf und weitere interne Winkelkorrekturwerte können besser und stetiger ermittelt werden (z.B. im Zuge einer Langzeit-Lenkwinkelkorrektur).
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Demnach wird vorzugsweise dann festgestellt, dass eine für die Bestimmung des Korrekturwertes relevante Hysterese im zweiten Verlauf auftritt, wenn ein Drehmoment gemessen wird, das innerhalb eines vorgebbaren Drehmomentenbereichs liegt und/oder wenn eine Lenkgeschwindigkeit ermittelt wird, die innerhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsbereichs liegt.
• Vorzugsweise wird der erste Lenkwinkel um den Korrekturwert nur dann verändert, wenn der zweite Lenkwinkel innerhalb eines vorgebbaren Winkelbereichs liegt, in dessen Mitte der Neutralwert liegt.
• Bevorzugt wird der Korrekturwert abhängig von einer zwischen dem ersten Lenkwinkel und dem zweiten Lenkwinkel auftretenden Differenz bestimmt, die durch die Hysterese bewirkt wird, wobei die Differenz sowohl für die positive wie auch für die negative Lenkrichtung bestimmt wird. Dabei wird der Korrekturwert als Mittelwert dieser Differenzen in positive und negative Lenkrichtung ermittelt. Denn Versuche haben gezeigt, dass in den meisten Anwendungsfällen die Hysterese symmetrisch ist, also in beiden Lenkrichtungen annähernd den gleichen Wert besitzt.
• Die Bestimmung der Differenz in positiver und/oder negativer Lenkrichtung wird nur dann durchgeführt, wenn der zweite Lenkwinkel um einen Mindestwert von z.B. 8 Grad innerhalb des vorgebbaren Winkelbereichs von z.B. -10 Grad bis + 10 Grad verändert worden ist Denn dann ist anzunehmen, dass die Hysterese in der jeweiligen Lenkrichtung ganz aufgezogen worden ist.
• Die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile werden im Detail anhand der nachfolgenden Beschreibung erläutert, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird:
• Die 1 zeigt im schematischen Aufbau ein Lenksystem mit einer als Steuergerät ausgestalteten Vorrichtung, die nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren arbeitet.
• Die 2 zeigt den zeitlichen Verlauf eines physikalischen Lenkwinkels (Idealverlauf) und eines gemessenen Lenkwinkels, der durch Hysteresen gestört ist.
• Die 3 zeigt aufbauend auf 2 auch noch den zeitlichen Verlauf eines ermittelten Lenkwinkel, der mit dem gemessenen Lenkwinkels abgeglichen wird.
• Die 4a-c veranschaulichen die Bestimmung einer im Verlauf des gemessenen Lenkwinkels auftretenden Hysterese.
• Die 5 zeigt ein Ablaufdiagram für das hier vorgeschlagene Verfahren zum Abgleichen des ermittelten Lenkwinkels mit dem gemessenen Lenkwinkel.
• Die 1 zeigt ein Lenksystem LS, das im Bereich der Lenksäule eine Sensorik bzw. Sensoren S-LW# aufweist, die dort den Lenkwinkel (siehe LW# in 2 & 3) messen. Das Lenksystem LS weist auch einen Drehmomenten-Sensor S-DM auf, der das aktuelle Lenkmoment (s. DM in 4a) erfasst Zudem weist das Lenksystem LS ein Steuergerät SG auf, das an dem Elektromotor angeordnet ist und diesen ansteuert Das Steuergerät enthält eine Recheneinheit ECU-LW*, die u.a. einen Lenkwinkel (siehe LW* in 2 & 3) aus der Rotorlage des Elektromotors ermittelt Das Steuergerät SG stellt auch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar, die nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren (siehe auch 5) einen Abgleich des ermittelten Lenkwinkels mit dem gemessenen Lenkwinkel durchführt. In dem Steuergerät SG werden somit folgende Signale bzw. Daten verarbeitet der vom Sensor S-LW# gemessene Lenkwinkel LW#, wobei die Daten über einen CAN-Bus übertragen werden, und das vom Sensor S-DM gemessene Drehmoment DM sowie der im Steuergerät intern ermittelte Lenkwinkel LW*.
• Als Ursachen für die im Lenkungs-Steuergerät SG gesehene Hysterese des Lenkwinkelsignals ist die tatsächliche Hysterese des Lenkwinkelsensors S-LW# zu nennen, zu der sich aber noch Fehler aufgrund der Laufzeit bei der Signalübertragung (z.B. über den CAN-Bus) addieren. Außerdem sind zwischen dem an der Lenksäule gemessenen Lenkwinkelsignal LW# und dem Steuergerätinternen Lenkwinkel LW* noch Fehler aufgrund der Verdrehung der Lenksäule (Drehstab) und der Kreuzgelenke enthalten.
• In 2 wird das Problem auftretender Hysterese veranschaulicht Der zeitliche Verlauf des physikalischen Lenkwinkels LW (tatsächliche Lenkradposition) weist keine Störungen auf und ist idealisiert als sinusförmiger Verlauf dargestellt, bei dem der Lenkwinkel zwischen +15 Grad und -15 Grad sich gleichmäßig ändert Dieser Verlauf wird durch einen sinusförmig sich gleichmäßig ändernden Lenkeinschlag oder durch eine entsprechende Simulation am Steuergerät SG erreicht. Der zeitliche Verlauf des am externen Lenkwinkel-Sensor S-LW# gemessenen Lenkwinkels LW# stellt sich als ein Hysterese-behaftetes Signal dar. Die senkrechten Pfeile veranschaulichen den sog. Schleppzeiger der Hysterese, also den Betrag, um den der Messwert hinterher läuft. In den Bereichen des Umlenkens, die durch ein X markiert sind, ist keine eindeutige Zuordnung des Messwerts zur tatsächlichen Position möglich, da die Hysterese nicht vollständig „aufgezogen“ ist Unter „Aufziehen“ der Hysterese ist hier der Zustand zu verstehen, bei dem die Funktion LW# zwar der Funktion LW nacheilt (siehe in 2 z.B. das Zeitintervall von 0 bis 3 Sekunde), bei dem aber noch kein Verharrungszustand bzw. Sättigungszustand eingetreten ist Wenn die Hysterese vollständig aufgezogen ist, verharrt die Funktion LW# zunächst konstant auf dem letzten Wert und folgt erst später der Änderung bzw. Umkehrtendenz der Funktion LW (siehe in 2 z.B. das Zeitintervall von 3 bis 4,5 Sekunde).
• Anhand der 3 bis 5 wird das Abgleichen bzw. Synchronisieren des intern ermittelten Lenkwinkels LW* auf den extern gemessenen Lenkwinkel LW# unter Berücksichtigung der Hysterese beschrieben.
• Die 3 zeigt neben den zeitlichen Verläufen des physikalischen Lenkwinkels LW und des gemessenen Lenkwinkels LW# auch den Verlauf des vom Steuergerät ermittelten Lenkwinkels LW*, der möglichst genau dem Verlauf des physikalischen Lenkwinkel entsprechen soll. Da allerdings der physikalische Lenkwinkel nicht als Messgröße selbst vorliegen kann, sondern nur die gemessenen bzw. ermittelten Lenkwinkel zur Verfügung stehen, wird hier der Lenkwinkel LW* mit dem Lenkwinkels LW# abgeglichen, um dann im Ergebnis einen Verlauf zu haben, der den echten Verlauf (physikalischer Lenkwinkel LW) möglichst genau wiedergeben soll.
• Ergänzend zur 3 dienen die 4a-c und 5 der weiteren Erläuterung der Erfindung. Die 4a-c veranschaulichen die Bestimmung einer im Verlauf des gemessenen Lenkwinkels auftretenden Hysterese und Berechnung eines Korrekturwertes. Die 5 zeigt ein Ablaufdiagram für das hier vorgeschlagene Verfahren.
• Zur detaillierten Beschreibung der Erfindung wird daher nachfolgend auf die 3 bis 5 gemeinsam Bezug genommen:
• Das Verfahren 100 (s. 5) zum Abgleichen des ersten Lenkwinkels LW* mit dem zweiten Lenkwinkel LW# (s. 3) umfasst die fortlaufende Überwachung der beiden Lenkwinkel. Dazu wird in einem Schritt 101 der zeitliche Verlauf I des ersten Lenkwinkels LW* überwacht und wird in einem Schritt 102 der zeitliche Verlauf II des zweiten Lenkwinkels LW# überwacht.
• Im Schritt 105 wird geprüft, ob eine Grob-Synchronisierung erfolgen soll. Falls noch kein Abgleich durchgeführt worden ist, was z.B. beim Start oder Reset des Steuergerätes SG (s. 2) der Fall ist, wird in einem Schritt 110 der erste Lenkwinkel LW* auf den aktuellen Wert des zweiten Lenkwinkels LW# gesetzt. In dem in 3 veranschaulichten Beispiel geschieht dies zum Zeitpunkt t= 0 Sekunde. Hier wird z.B. der Lenkwinkel LW* auf den Wert -4,8 Grad gesetzt.
• Mit anderen Worten: Direkt nach dem Aufstarten des Lenksystems wird der interne Lenkwinkel LW* auf den ersten gültigen Wert des externen Lenkwinkels LW# abgeglichen (siehe auch Punkt 110 in 3). Somit ist der interne Lenkwinkel LW* sofort verfügbar. Allerdings wird dieser Zustand zunächst als ,grob initialisiert‘ bezeichnet, da noch nicht sichergestellt ist, dass der Nullpunkt des internen Lenkwinkels auch mit dem Nullpunkt des externen Sensors übereinstimmt Mögliche Fehler, die in diesem Status noch enthalten sein können, sind z.B. eine nichtlineare Zahnstangenübersetzung; Kardanfehler der Kreuzgelenke, Hysterese und Verspannungen der Lenksäule sowie des Lenksystems (Druckstückspiel, Schneckenrad) und/oder Signallaufzeit / Datenalter bei einer sich drehenden Lenksäule.
• Die weiteren Abgleiche erfolgen immer zu einem bestimmten Zeitpunkt, hier vorzugsweise beim Nulldurchgang von LW#. Zum einen ist Nulldurchgang ist mit einem Vorzeichenwechsel der Lenkrichtung verbunden, was leicht detektiert werden kann. Zum anderen erfolgt der Abgleich nur im Nahbereich um die Neutrallage herum (Neutralwert LWO), d.h. im Bereich der Geradeausfahrt, welche besonders exakt überwacht und gesteuert werden soll.
• Falls also bereits mindestens ein Abgleich durchgeführt worden ist und falls ein Vorzeichenwechsel in dem ersten Verlauf I auftritt (Abfrage 114), wird in einem Schritt 120 bzw. 140 der erste Lenkwinkel LW* um einen Korrekturwert verändert (siehe auch Punkte 120 und 140 in 3). Dabei soll der Korrekturwert möglichst abhängig von der Hysterese sein (s. HYS in 2), um somit eine Kompensation derselben zu erreichen.
• Sofern aber die Hysterese noch nicht quantifiziert ist, was insbesondere unmittelbar nach Beginn des Verfahrens der Fall ist (siehe Zeitpunkt t= 1 Sekunde in 3), kann auch noch kein Korrekturwert vorliegen (Abfrage 115). In diesem Fall wird der interne Lenkwinkel LW* erneut auf den externen Lenkwinkel LW# abgeglichen, damit die Nullpositionen beider Lenkwinkel besser übereinstimmen (siehe Pkt. 120 in 3). Nachdem dieser genauere Abgleich des internen Lenkwinkels stattgefunden hat, ist er ,exakt initialisiert‘ (Schritt 120). Im bisherigen Ablauf wurde also noch keine Hysterese berücksichtigt.
• Sobald eine Hysterese quantifiziert werden kann und somit ein Korrekturwert berechnet werden kann (Block 130), wird der interne Lenkwinkel LW* unter Berücksichtigung der Hysterese mit dem externen Lenkwinkel LW# abgeglichen (siehe Pkt. 140 in 3). Um die Hysterese beim Abgleichen bzw. Synchronisieren kompensieren zu können, muss diese also zunächst ermittelt werden. Dies geschieht separat in die positive und in die negative Lenkrichtung (siehe Bereiche 130 und 130' in Abbildung 3). Das Aufziehen der Hysterese in eine Richtung ist erfüllt, wenn das Lenkmoment und die Lenkgeschwindigkeit in diese Richtung gerichtet und oberhalb von Mindestwerten sind und mehr als die zu erwartende Hysterese in diese Richtung gelenkt wurde. Dies wird beispielhaft anhand der 4 a) bis 4 c) veranschaulicht:
• Dargestellt ist in der 4 a) der zeitliche Verlauf des Drehstabmoments DM (siehe auch Sensor S-DM in 1), das bei ca. 0,07 Sekunde die Bedingung für das Aufziehen erfüllt, indem DM oberhalb des Minimalwertes von 1 Nm liegt Der Toleranzbereich Ya, in dem das Drehmoment DM liegen darf, reicht beispielsweise von 1 Nm bis 4 Nm.
• Die 4 b) zeigt den zeitlichen Verlauf der Lenkgeschwindigkeit LGK, die bei 0,15 Sekunde die Bedingungen erfüllt, nämlich einen Mindestwert von z.B. 10 Grad/Sekunde zu überschreiten. Dieser Zeitpunkt legt den Startwert des internen Lenkwinkels für das Aufziehen der Hysterese fest. Wenn sich der Lenkwinkel LW* von hier aus um einen gewissen Mindestwert in die positive Richtung weiterbewegt und das Drehstabmoment und die Lenkgeschwindigkeit dabei oberhalb des Mindestwertes bleiben, so kann danach die Hysterese für diese Richtung berechnet werden, sofern der Lenkwinkel LW* im Mittenbereich Yc ist und das Drehstabmoment DM innerhalb des Toleranzbandes Ya sowie die Lenkgeschwindigkeit innerhalb des Toleranzbandes Yb liegen.
• Für die positive Bewegungsrichtung bzw. Lenkrichtung gilt: $$Hysteres\_pos=extLw-intLw$$

  

  (also die Differenz H zwischen LW# und LW* im Pkt. 130 in 3)
• Analog gilt dies für die negative Bewegungsrichtung: $$Hysteres\_neg=extLw-intLw$$

  

  (also die Differenz H' zwischen LW# und LW* im Pkt 130' in 3)
• Die jeweilige Hysterese wird nur in Mittennähe ermittelt, da sie auch in diesem Winkelbereich zur Kompensation verwendet werden soll, so dass positionsabhängige Fehler, wie sie z.B. durch das Kreuzgelenk entstehen können, nicht zum Tragen kommen.
• Zur Kompensation wird nun nicht die jeweilige Hysterese als Ganzes genommen, sondern ein Mittelwert aus beiden Hysteresen wie folgt berechnet $$Hysteres\_ges=\left(Hysterese\_neg-Hysterese\_pos\right)/2$$

  
• Dieser Mittelwert stellt den Korrekturwert KW dar (siehe auch 3) und berechnet sich in diesem Beispiel wie folgt:
• Zunächst wird die positive Hysterese berechnet: (s. Ende des Bereichs 130 in der 3) $$Hysteres\_pos=extLw-intLw=5\text{ Grad}-5\text{ Grad}=0\text{ Grad}$$

  
• Im dargestellten Beispiel ist die Hysterese bzw. Differenz H = 0 Grad, weil die Werte LW* und LW# im Bereich 130 etwa gleich sind.
• Dann wird negative Hysterese berechnet (s. Pkt 130') $$Hysterese\_neg=extLw-intLw=0\text{ Grad}-\left(-7\text{ Grad}\right)=7\text{ Grad}$$

  
• Im dargestellten Beispiel ist die Differenz H' = +7 Grad, weil am Ende des Bereichs 130' der Wert LW* entsprechend stark von LW# abweicht
• Schließlich wird durch Mittelwertbildung der Korrekturwert KW berechnet $$\begin{array}{c}KW=Hysterese\_ges=\left(Hysterese\_neg-Hysterese\_pos\right)/2\\ =\left(7\text{ Grad}-\left(0\text{ Grad}\right)\right)/2=7\text{ Grad}/2=\mathrm{3,5}\text{ Grad}\end{array}$$

  
• In diesem Beispiel beträgt der Korrekturwert KW also 3,5 Grad.
• Ist der Korrekturwert KW (gemittelte Gesamthysterese) bekannt, so wird er bei der nächsten Nachsynchronisation des internen Lenkwinkels LW* auf den externen Lenkwinkel LW# berücksichtigt (siehe Verfahrensschritt 140 in 150 bzw. Punkt 140 in 3). Ein Abgleich bzw. eine Synchronisation wird allerdings nur dann vorgenommen, wenn die Hysterese auch aufgezogen ist. Dies kann im Schritt115 abgefragt werden. Denn nur in diesem Fall ist der Bezug zwischen der physikalischen Lenkradposition LW und dem hysteresebehafteten Messwert LW# des Lenkwinkelsensors bekannt Wenn eine Synchronisation durchgeführt wurde, also der Wert des internen Lenkwinkels LW* neu gesetzt wurde, müssen die bisher ermittelten Teilwerte der Hysterese in positive oder negative Richtung verworfen und neu ermittelt werden. Ein bereits ermittelter Korrekturwert KW (Gesamthysterese) kann hingegen beibehalten werden. Das Nachsynchronisieren wird hier beispielhaft immer beim Nulldurchgang vorgenommen; es kann aber auch in einem gewissen Bereich um die Mittellage (Neutralwert) durchgeführt werden.
• Um die oben angeführten Fehler aufgrund der Signallaufzeit und einer möglichen Lenkungsverspannung bei der Synchronisation zu reduzieren, wird diese nur bei geringer Lenkdynamik vorgenommen. Niedrige Lenkdynamik bedeutet, dass die Lenkgeschwindigkeit hinreichend klein ist, dass das Handmoment hinreichend klein ist, und dass das Motormoment hinreichend klein ist. Dies kann im Schritt115 abgefragt werden.
• Eine Lenkgeschwindigkeit LGK von 100 Grad/Sekunde ergäbe bei einer CAN-Bus-Übertragung im 10 ms-Raster z.B. einen Winkelfehler von bis zu 100 Grad/Sekunde * 0,01 Sekunde = 1 Grad. Ebenso ergäbe eine Verdrehung der Lenksäule mit 3 Nm Handmoment bei einer Drehstabsteifigkeit von 2,1 Nm/Grad eine Verdrehung von 3Nm / 2,1Nm/Grad = 1,4 Grad. Ohne Einschränkung oder Korrektur der genannten Größen würden also zusätzliche relevante Fehler entstehen.
• Um auch bereits beim ersten Nachsynchronisieren nach dem Systemstart die Hysterese HYS berücksichtigen zu können (z.B. im Schritt 120), wird diese in einem nicht flüchtigen Speicher dauerhaft abgelegt und mit jeweils neu ermittelten Werten überschrieben. Dieser Wert wird dann bei jedem Systemstart aus dem Speicher gelesen und beim ersten Nachsynchronisieren berücksichtigt Voraussetzung dafür ist, dass die Hysterese dabei bereits aufgezogen ist, ansonsten muss das erste Nachsynchronisieren (Schritt 120) ohne Berücksichtigung der Hysterese erfolgen.
• Die Erfindung ist besonders zum Einsatz in einem Steuergerät eines elektrischen Hilfskraft-Lenksystems geeignet.
• Bezugszeichenliste

LS

Lenksystem

S-LW#

Sensor an der Lenksäule (misst Lenkwinkel LW#)

S-DM

Sensor am Lenkgetriebe (misst Drehmoment DM)

SG

Steuergerät

ECU-LW*

Recheneinheit (berechnet Lenkwinkel LW*)

LW#

gemessener Lenkwinkel

LW*

ermittelter bzw. berechneter Lenkwinkel

LW

physikalischer Lenkwinkel

LWO

Neutralwert (Nullwinkel bei Geradeausfahrt)

I, II

zeitlicher Verlauf von LW* bzw. LW#

HYS

Hysterese

X

Bereich der aufgezogenen Hysterese

H

Differenz zwischen LW* und LW# bei positiver Lenkrichtung

H'

Differenz zwischen LW* und LW# bei negativer Lenkrichtung

KW

Korrekturwert

DM

Drehmoment innerhalb des Toleranzbereichs Ya

LGK

Lenkgeschwindigkeit innerhalb des Toleranzbereichs Yb

Yc

Toleranzbereich für Lenkwinkel LW*

LH

Mindestwert für Lenkwinkeländerung

100

Verfahren mit den Schritten 101 - 145

Claims (11)

1. Verfahren (100) zum Abgleichen eines ersten Lenkwinkels (LW*), der in einer Recheneinrichtung (ECU-LW*) zur Steuerung eines Lenksystems (LS) fortlaufend ermittelt wird, mit einem zweiten Lenkwinkel (LW#), der von einem Sensor (S-LW#) des Lenksystems (LS) fortlaufend gemessen wird, wobei die Lenkwinkel (LW*, LW#) von einem Neutralwert (LWO) negativ und positiv abweichend sich zeitlich ändern, wobei das Verfahren (100) die folgenden Schritte aufweist: ein erster zeitlicher Verlauf (I) des sich ändernden ersten Lenkwinkels (LW*) wird fortlaufend überwacht (101); ein zweiter zeitlicher Verlauf (II) des sich ändernden zweiten Lenkwinkels (LW#) wird fortlaufend überwacht (102); falls noch kein Abgleichen des ersten Lenkwinkels (LW*) mit dem zweiten Lenkwinkel (LW#) durchgeführt worden ist, wird der erste Lenkwinkel (LW*) auf den aktuellen Wert des zweiten Lenkwinkels (LW#) gesetzt (110); falls zuvor bereits mindestens ein Abgleichen des ersten Lenkwinkels (LW*) mit dem zweiten Lenkwinkel (LW#) durchgeführt worden ist und falls ein Vorzeichenwechsel in dem ersten Verlauf (I) auftritt, wird der erste Lenkwinkel (LW*) um einen Korrekturwert (KW) verändert (120; 140), der abhängig von einer im zweiten Verlauf (II) auftretenden Hysterese (HYS) bestimmt wird (130; 130').
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass festgestellt wird, dass eine für die Bestimmung des Korrekturwertes (KW) relevante Hysterese (HYS) im zweiten Verlauf (II) auftritt, wenn ein Drehmoment (DM) gemessen wird, das innerhalb eines vorgebbaren Drehmomentenbereichs (Ya) liegt.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass festgestellt wird, dass eine für die Bestimmung des Korrekturwertes (KW) relevante Hysterese (HYS) im zweiten Verlauf (II) auftritt, wenn eine Lenkgeschwindigkeit (LGK) ermittelt wird, die innerhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsbereichs (Yb) liegt.
4. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lenkwinkel (LW*) um den Korrekturwert (KW) nur dann verändert wird (120; 140), wenn der zweite Lenkwinkel (LW#) innerhalb eines vorgebbaren Winkelbereichs (Yc) liegt, in dessen Mitte der Neutralwert (LWO) liegt.
5. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (KW) abhängig von einer zwischen dem ersten Lenkwinkel (LW*) und dem zweiten Lenkwinkel (LW#) auftretenden Differenz (H, H') bestimmt wird, die durch die Hysterese (HYS) in positiver und/oder negative Lenkrichtung bewirkt wird.
6. Verfahren (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (KW) als Mittelwert der in positiver Lenkrichtung auftretenden Differenz (H) und der in negativer Lenkrichtung auftretenden Differenz (H') berechnet wird.
7. Verfahren (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (KW) dann berechnet wird, wenn der zweite Lenkwinkel (LW#) um einen vorgebbaren Mindestwert (LH) innerhalb des vorgebbaren Winkelbereichs (Yc) verändert worden ist.
8. Vorrichtung (SG) zum Abgleichen eines ersten Lenkwinkels (LW*) mit einem zweiten Lenkwinkel (LW#), wobei die Vorrichtung eine Recheneinrichtung (ECU-LW*) zur Steuerung eines Lenksystems (LS) aufweist, die den ersten Lenkwinkel (LW*) fortlaufend ermittelt, und mit einem Sensor (S-LW#) verbunden ist, der den zweiten Lenkwinkel (LW#) fortlaufend misst, wobei die Lenkwinkel (LW*, LW#) von einem Neutralwert (LWO) negativ und positiv abweichend sich zeitlich ändern, wobei die Vorrichtung: einen ersten zeitlichen Verlauf (I) des sich ändernden ersten Lenkwinkels (LW*) fortlaufend überwacht; einen zweiten zeitlichen Verlauf (II) des sich ändernden zweiten Lenkwinkels (LW#) fortlaufend überwacht; und wobei die Vorrichtung: falls noch kein Abgleichen des ersten Lenkwinkels (LW*) mit dem zweiten Lenkwinkel (LW#) durchgeführt worden ist, den ersten Lenkwinkel (LW*) auf den aktuellen Wert des zweiten Lenkwinkels (LW#) setzt; oder falls zuvor bereits mindestens ein Abgleichen des ersten Lenkwinkels (LW*) mit dem zweiten Lenkwinkel (LW#) durchgeführt worden ist und falls ein Vorzeichenwechsel in dem ersten Verlauf (I) auftritt, den ersten Lenkwinkel (LW*) um einen Korrekturwert (KW) verändert (120; 140), der abhängig von einer im zweiten Verlauf (II) auftretenden Hysterese (HYS) bestimmt ist (130; 130').
9. Vorrichtung (SG) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6 ausführt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als ein Steuergerät (SG) zur Steuerung des Lenksystems (LS) ausgestaltet ist.
11. Lenksystem (LS) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10.

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