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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer Sensoranordnung, die einen Lenkwinkelsensor umfasst.
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Stand der Technik
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Lenkeinheiten mit Lenkkraftverstärker (auch Servolenkung genannt) ermöglichen eine Verringerung der vom Fahrer aufzubringenden Betätigungskraft an der Lenkeinheit eines Fahrzeugs. Im Rahmen derartiger Lenkkraftverstärker werden typischerweise auf oder an eine Lenkwelle angebrachte Sensoranordnungen zur Ermittlung eines Lenkwinkels und ggf. eines an der Lenkwelle angreifenden Drehmoments verwendet. Die von einem derartigen Sensor ermittelten Drehwinkel und Drehmomentwerte werden in einem zugeordneten Steuergerät bearbeitet, das dann einem Motor des Lenkkraftverstärkers ein entsprechendes Steuersignal zur Verfügung gestellt. Dieser Motor kann, entsprechend einem gewünschten, gegebenenfalls geschwindigkeitsabhängigen Verstärkungsfaktor, ein zusätzliches Drehmoment erzeugen, wodurch die Handhabung der Lenkung für einen Fahrer bzw. Benutzer insgesamt erleichtert ist.
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Gemäß dem Stand der Technik werden Sensoren und Steuergeräte unabhängig voneinander in die Lenkung eingebaut. Die Sensoren werden auch unabhängig vom Steuergerät kalibriert. Zur Kalibrierung der Sensoren ist gemäß dem Stand der Technik ein Prüfstand notwendig, der ein Kalibrierdrehwinkel und ein Kalibrierdrehmoment aufbringt und diese mittels eines Referenzdrehwinkelsensors und eines Referenz-Drehmomentsensors und des zu kalibrierenden Lenk- bzw. Drehwinkelsensors und Drehmomentsensors als Eingangsgrößen misst. Zusätzlich müssen beide Sensoren mit einem Rechner des Prüfstands verbunden sein, der aus den Messwerten der Sensoren Kalibrier-Parameter ermittelt, und diese in den zu kalibrierenden Drehwinkelsensor und Drehmomentsensor, beispielsweise das EEPROM des Sensors, einprogrammiert. Nach einer derartigen Kalibrierung müssen Steuergerät und Referenzsensoren vom Prüfstand gelöst und das Steuergerät und die nun kalibrierte Sensoranordnung über ein Kabel miteinander verbunden werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 028 481 A1 ist eine Sensoranordnung zur Ermittlung eines Drehmoments oder eines Differenzwinkels bekannt, die zumindest ein Sensorelement aufweist, das eine Magnetfeldinformation, insbesondere basierend auf der Verdrehung zumindest eines Fluxrings gegenüber einem Magnetpolrad, als Maß für das Drehmoment und/oder den Differenzwinkel erfasst, wobei das Sensorelement eine integrierte Schaltung aufweist, die Magnetfeldinformationen in eine entsprechende digitale Information umsetzt, die über ein digitales Übertragungsprotokoll an ein Steuergerät übertragen wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer einfachen und preiswerten Möglichkeit für eine Kalibrierung einer Sensoranordnung, die einen Drehwinkelsensor umfasst. Diese Sensoranordnung kann einen Drehwinkelsensor und einen Drehmomentsensor umfassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung einer Sensoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
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Für die Kalibrierung des Lenkwinkelsensors mit einem Steuergerät, d. h. unter Einbeziehung eines Steuergeräts, wird die Lenkwelle gedreht und ein Referenzlenkwinkelsignal gemessen. Umfasst die Sensoranordnung neben dem Lenkwinkelsensor auch einen Drehmomentsensor, so kann zur Kalibrierung des Drehmomentsensors dieselbe Vorrichtung verwendet werden. Die Berechnung wenigstens eines Kalibrierwerts bzw. eines Kompensationswerts erfolgt extern oder im Steuergerät. Kalibrierdaten bzw. -werte können in der Sensoranordnung, somit im Lenkwinkelsensor und/oder dem Drehmomentsensor, gespeichert werden. Es kann auch ein Speichern im Steuergerät erfolgen, da dieses die Daten bereits berechnet. Das Steuergerät führt dann anstelle dessen die Kompensationsberechnungen durchführen.
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Es kann somit eine Kalibrierung eines Drehwinkelsensors und/oder eines Drehmomentsensors einer Lenkeinheit ohne Prüfstand durchgeführt werden. Funktionen, die herkömmlicherweise der Prüfstandrechner erfüllte, übernimmt nun erfindungsgemäß das Steuergerät der Lenkeinheit. Ferner kann der Referenzdrehwinkel und das Referenzdrehmoment durch den Motor der Lenkeinheit aufgebracht werden.
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Der während der Fertigung durchzuführende Kalibrierschritt ist gegenüber dem Stand der Technik deutlich vereinfacht, da z. B. Taktzeitreduktionen realisiert werden können. Insgesamt führt dies zu einer Kostenreduktion in der Fertigung. Prüfstände, d. h. Anlagen für das Messen und zur Drehmomentaufbereitung, können vollständig entfallen, wodurch auch die Kosten für eine bereitzustellende Fertigungsanlage reduziert werden können.
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Auch ergeben sich Handhabungsvorteile bei der Kalibrierung. So muss die Verbindung zwischen dem zu kalibrierenden Drehwinkelsensor und Drehmomentsensor sowie dem Steuergerät der Lenkeinheit nur einmal gesteckt werden. Es ist nach der Kalibrierung keinerlei Umstecken zwischen einem Prüfstand und dem Steuergerät notwendig. Dies führt ebenfalls zu Taktzeitreduktionen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer Ausführung wird der wenigstens eine Kalibrierungswert, der von dem Steuergerät berechnet wird, in den zu kalibrierenden Drehwinkelsensor und Drehmomentsensor, insbesondere in ein EEPROM des Drehwinkelsensors und/oder Drehmomentsensors, einprogrammiert. Durch Vorsehen eines derartigen EEPROMs ist eine sinnvolle Verteilung von Rechenkapazität zwischen Sensoranordnung, nämlich Drehwinkel- und ggf. Drehmomentsensor, und Steuergerät erzielbar. Kalibrierwerte können auch im Steuergerät abgespeichert werden.
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Zweckmäßigerweise wird durch Wiederholung des Verfahrens bei unterschiedlichen, mittels des Motors aufgebrachten Kalibrier-Drehwinkel und Drehmomenten, eine Kennlinie des Drehwinkelsensors und/oder Drehmomentsensors ermittelt. Eine derart ermittelte Kennlinie wird zweckmäßigerweise ebenfalls in der Sensoranordnung, insbesondere dessen EEPROM, einprogrammiert.
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Es ist bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren in ein bestehendes Prüfungssystem als Bestandteil einer Fertigungsanlage für eine Lenkeinheit zu integrieren, wodurch Bereitstellungs- und Handhabungskosten im Zusammenhang mit einem Prüfungssystem vermindert werden können. Hierdurch ist der gesamte Prüfzyklus, der herkömmlicherweise auch die Kalibrierung des Drehmomentsensors an einem externen Prüfstand umfasste, vereinfacht.
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Zweckmäßigerweise werden magnetische Sensoren als zu kalibrierende Sensoren und Referenzsensoren verwendet. Derartige magnetische Sensoren arbeiten präzise und erweisen sich in der Praxis als robust.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt
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1 eine schematisch vereinfachte Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Kalibrierung eines Drehmomentsensors gemäß dem Stand der Technik, und
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2 eine analoge schematische Darstellung zur Darstellung einer Vorrichtung zum Kalibrieren eines Drehmomentsensors.
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3 zeigt eine Ausführung der Vorrichtung zur Kalibrierung einer Sensoranordnung.
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4 zeigt eine weitere Ausführung der Vorrichtung zur Kalibrierung einer Sensoranordnung.
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In 1 sind als Komponenten einer Lenkeinheit lediglich eine Lenkwelle 100 und ein an der Welle 100 vorgesehener Drehmomentsensor 110 zusammen mit einem (schematisch dargestellten) Lenkrad 120 gezeigt.
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Zur Kalibrierung des Drehmomentsensors 110 wird die Lenkwelle 100 mit dem darauf befindlichen Drehmomentsensor 110 in einen Prüfstand 150 eingebracht.
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Ferner vorgesehen sind eine Einrichtung 152 zum Blockieren der Lenkung zur Bereitstellung eines Gegenmoments bei Beaufschlagung der Lenkwelle mit einem Kalibrier-Drehmoment, ein Referenz-Drehmomentsensor 155, der in der Umgebung des zu kalibrierenden Drehmomentsensors 110 auf die Lenkwelle 100 aufgebracht wird, sowie ein Motor 160, mittels dessen das Kalibrier-Drehmoment auf die Lenkwelle 100 aufbringbar ist. Der Motor 160 ist Teil des Prüfstands 150.
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Der Prüfstand 150 weist ferner eine Elektronik 165 zur Kalibrierung des Drehmomentsensors 110 auf.
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Bei gleichzeitiger Blockierung durch die Einrichtung 152 bringt der Motor 160 ein Kalibrier-Drehmomentsignal auf die Lenkwelle 100 auf. Das hierbei gemessene Referenz-Drehmoment des Referenz-Drehmomentsensors 155 sowie das gemessene Drehmomentsignal des Drehmomentsensors 110 werden über entsprechende Leitungen 155a bzw. 110a an die Elektronik 165 des Prüfstands 150 übertragen.
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Derartige Messungen werden für verschiedene mittels des Motors 160 aufgebrachte Kalibrier-Drehmomente durchgeführt.
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Anhand von Vergleichen zwischen den gemessenen Drehmomenten bzw. Drehmomentsignalen, wie sie durch den Referenz-Drehmomentsensor 155 und den zu kalibrierenden Drehmomentsensor 110 bereitgestellt werden, erfolgt in der Elektronik 165 eine Kalibrierung des Drehmomentsensors 110. Zweckmäßigerweise berechnet die Elektronik eine komplette Kennlinie des Drehmomentsensors 110.
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Nach Beendigung der Kalibrierung muss die Lenkwelle 100 aus dem Prüfstand 150 entfernt werden. Insbesondere ist es erforderlich, die Verbindung 110a zwischen Drehmomentsensor 110 und Prüfstand 150 zu entfernen. Hierbei müssen auch der Referenz-Drehmomentsensor 155 sowie der Motor 160, welcher lediglich zur Aufbringung der Kalibrierungs-Drehmomente dient, von der Lenkwelle 110 entfernt werden.
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In 2 ist ein Schaubild zur Darstellung eines Verfahrens zur Kalibrierung eines Drehmomentsensors dargestellt.
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Eine Lenkeinheit ist hier insgesamt mit 20 bezeichnet. Zusätzlich zu den Komponenten Lenkwelle 200, Drehmomentsensor 210 und Lenkrad 220, welche bereits unter Bezugnahme auf 1 bezüglich des Stands der Technik erwähnt wurden, sind eine Lenkung 230, welche Räder 232 beaufschlagt, ein Steuergerät 265 und ein Motor 270 der Lenkeinheit 20 dargestellt. Steuergerät 265 und Motor 270 bilden zusammen einen Lenkkraftverstärker 240 der Lenkeinheit 20.
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Steuergerät 265 und Motor 270, welche wie erwähnt Komponenten des Lenkkraftverstärkers 240 der Lenkeinheit 20 sind, sind, wie nun erläutert wird, zusätzlich zu ihrer eigentlichen Funktion auch im Rahmen der Kalibrierung des Drehmomentsensors 210 einsetzbar:
Zur Kalibrierung des Drehmomentsensors 210 wird, analog zum Stand der Technik, eine Einrichtung 252 zum Blockieren der Lenkwelle auf diese aufgebracht. Ferner wird, wiederum analog zum Stand der Technik, in der Nähe des zu kalibrierenden Drehmomentsensors 210 ein Referenz-Drehmomentsensor 255 aufgebracht. Mittels einer Leitung 210a werden der Drehmomentsensor 210 und das Steuergerät 265 miteinander verbunden. Diese Leitung 210a wird sowohl für die Kalibrierung verwendet, als auch im Rahmen der späteres normalen Funktionalität der Lenkeinheit, muss also nach der Kalibrierung nicht abgesteckt werden. Die Leitung 210a dient zur Übertragung von Daten zwischen Drehmomentsensor 210 und Steuergerät 265, insbesondere von mittels des Drehmomentsensors 210 erfassten Messwerten bzw. Drehmomentsignalen an das Steuergerät 265, sowie von Programmierbefehlen von dem Steuergerät 265 an den Drehmomentsensor 210. Eine weitere Leitung 255a verbindet den Referenz-Drehmomentsensor 255 und das Steuergerät 265. Diese Leitung 255a wird nach der Kalibrierung, wie unten weiter erläutert, zusammen mit dem Referenz-Drehmomentsensor 255 und der Einrichtung 252 zum Blockieren der Lenkung von der Lenkeinheit 20 entfernt. Ein Kalibrier-Drehmoment wird, im Gegensatz zum Stand der Technik, mittels des Motors 270 der Lenkeinheit auf die Lenkwelle aufgebracht.
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Bei Aufbringung eines Kalibrier-Drehmoments auf die Lenkwelle 200 bei gleichzeitigem Blockieren der Lenkwelle mittels Einrichtung 252 überträgt der Referenz-Drehmomentsensor 255 ein Drehmomentsignal bzw. einen Messwert über die Leitung 255a an das Steuergerät 265. In analoger Weise überträgt der zu kalibrierende Drehmomentsensor 210 ein Drehmomentsignal bzw. einen Messwert an das Steuergerät 265. Mittels Vergleichs dieser Messwerte ist eine Kalibrierung des zu kalibrierenden Drehmomentsensors 210 durchführbar. Zweckmäßigerweise wird dieser Vergleich für unterschiedliche Kalibrier-Drehmomente durchgeführt, so dass insgesamt eine Kennlinie des Drehmomentsensors 210 im Rahmen der Kalibrierung bereitstellbar ist.
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Bevorzugt werden als Drehmomentsensoren magnetische Sensoren verwendet, bei denen bei Verdrehung eines mit der Lenkwelle verbundenen Torsionsstabs eine Winkeldifferenz zwischen einem Magnetpolrad und Fluxringen entsteht. Durch diese Winkeldifferenz wird eine magnetische Feldstärkenänderung im Bereich des Sensorelements erzeugt, welche in ein vom Drehmoment abhängiges elektrisches Signal umgewandelt werden kann. (Bemerkung: Passage ist für Erfindung nicht relevant)
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Zweckmäßigerweise wird mittels des Motors 270 ein Drehmoment über einen Bereich entsprechend der Hysteresekurve eines derartigen magnetischen Sensorelements aufgebracht, beispielsweise von –8 Nm bis +8 Nm zurück zu –8 Nm. Das Steuergerät 265 ist dann in der Lage. aus dem Signal des Referenz-Drehmomentsensors 255 und des zu kalibrierenden Sensors 210 die Kennlinie des zu kalibrierenden Drehmomentsensors 210 zu errechnen, und somit den Drehmomentsensor 210 zu kalibrieren. Die Kennlinie wird bevorzugt in ein EEPROM des Sensors 210 einprogrammiert. Erfindungsgemäß kann somit auf umfangreiche Kalibriereinrichtungen, wie beispielsweise Prüfstände, vollständig verzichtet werden.
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Nach Durchführung der Kalibrierung können, wie bereits erwähnt, die Leitung 255a, der Referenz-Drehmomentsensor 255 und die Einrichtung 252 zum Blockieren der Lenkwelle in einfacher Weise von der Lenkeinheit 20 entfernt werden. Steuergerät 265 und Motor 270 verbleiben in der Lenkeinheit 20.
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Der Referenz-Drehmomentsensor 255 und/oder Drehmomentsensor 210 können ihre jeweiligen Messwerte bzw. Signale beispielsweise über eine CAN-Schnittstelle übertragen.
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In 3 ist eine Ausführung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, die insgesamt mit der Bezugsziffer 300 versehen ist. Die Darstellung zeigt eine Lenkung 302 auf einem Schlussprüfstand, wozu ein Prüfstandsrechner 304 vorgesehen ist. Weiterhin zeigt die Darstellung ein Steuergerät 306, einen Referenzsensor 308 (Es kann für Lenkwinkel und Drehmoment jeweils ein Referenzsensor vorgesehen sein) für Lenkwinkel und Drehmoment, einen Lenkwinkelsensor 312, einen Drehmomentsensor 314 und eine Lenkwelle 316. Ein Pfeil 318 verdeutlicht die Rotation der Lenkwelle 316. Kabel 320 zum Verbinden der Komponenten sind ebenfalls vorgesehen.
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Bei der gezeigten Ausführung werden der Lenkwinkelsensor 312 und der Drehmomentsensor 314 nicht einzeln kalibriert. Das Steuergerät 306 verarbeitet die Kalibrierungsinformationen. Es muss lediglich eine Verbindung zwischen dem Prüfrechner 304 und dem Steuergerät 306 gesteckt werden. Hierzu kann ein CAN-Bus verwendet werden.
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4 zeigt die Kalibrierung im Steuergerät. Wiederum ist eine Vorrichtung 350 zur Durchführung des Verfahrens wiedergegeben. Die Darstellung zeigt ein Steuergerät 352, das über einen CAN-Bus 354 anzuschließen ist. An einer Lenkwelle 356 sind ein Lenkwinkelsensor 358 und ein Drehmomentsensor 359 angeordnet.
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In einer Ausführung ist nunmehr ein Speicher 360 im Steuergerät 352 vorgesehen. In diesem Fall werden alle Kalibrierdaten im Speicher 360 des Steuergeräts 352 abgelegt.
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In einer anderen Ausführung ist jeweils ein Speicher 370 bzw. 372 im Lenkwinkelsensor 358 und Drehmomentsensor 359 vorgesehen. In diesem Fall werden die Sensoren 358 und 359 durch das Steuergerät 352 einzeln kalibriert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007028481 A1 [0004]
