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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Verifizierung einer ersten Relativlage mittels einer zweiten Relativlage, eine Vorrichtung zur Durchführung derartiger Verfahren sowie ein Fahrzeug mit derartigen Vorrichtungen.
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Moderne Kraftfahrzeuge können elektromechanische Lenksysteme aufweisen, die vorgesehen und in der Lage sind, in die Lenkung des Fahrers einzugreifen. Eine sog. Überlagerungslenkung kann beispielsweise mittels eines Stellmotors über ein Planetengetriebe in den Lenkstrang eingreifen und dem Lenkwinkel des Fahrers einen Zusatzlenkwinkel zur Unterstützung des Fahrverhaltens additiv überlagern, der mittels einer entsprechenden Regelung aus dem erfassten Lenkwinkel des Lenkrades und weiteren Fahrzeug- und bzw. oder Umweltgrößen ermittelt wurde. Z. B. kann durch einen Fahrdynamikregler ein Zusatzlenkwinkel ermittelt werden, der in unkritischen Fahrsituationen die Agilität des Fahrzeugs erhöht und in kritischen Fahrsituationen die Fahrzeugstabilität verbessert. Ferner kann z. B. mittels einer elektronischen Servolenkung der Lenkstrang durch ein elektronisch gesteuertes Lenkmoment beaufschlagt werden, um dem Fahrer beim Über- oder Untersteuern des Fahrzeugs eine Lenkempfehlung zur Stabilisierung des Fahrzeugs geben zu können.
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Derartige Systeme erfordern für ihre Anwendung die sichere und genaue Erfassung des Lenkwinkels, d. h. der Winkelstellung des Lenkrads des Fahrzeugs um dessen Lenkachse. Dies gilt sowohl für Fahrzeuge, bei denen eine mechanische Verbindung zur Lenkbewegungsübertragung vom Lenkrad auf die zu lenkenden Räder besteht, als auch für Fahrzeuge mit Steer-by-Wire-Lenkungen, bei denen die Drehbewegung des Lenkrades oder sonstiger Lenkelemente wie z. B. einem Steuerknüppel oder Lenkstick sensorisch erfasst und als elektronisches Signal an Aktoren zur Umsetzung der Lenkbewegung an den Rädern weitergeleitet wird. Der Lenkwinkel wird dabei üblicherweise mittels wenigstens eines absoluten und bzw. oder inkrementellen Sensors über die Drehbewegung der Lenkstange des Lenkstrangs bzw. des Lenkrades erfasst.
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Z. B. betrifft die
WO 2006/032568 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln eines Lenkradwinkels. Zur Reduzierung der Kosten der Lenkwinkelerfassung bei gleichzeitig guter Auflösung werden ein absolutes Lenkwinkelmesssystem mit einer vergleichsweise geringen Auflösung und ein inkrementelles Messsystem mit einer vergleichsweise hohen Auflösung parallel verwendet. Hierbei wird der Ausgangswert der Winkelstellung nach der Aktivierung des Systems mittels der absoluten gemessenen Winkelstellung festgelegt und hiervon ausgehend die Winkeländerungen des Lenkrades mittels des inkrementellen Messsystems erfasst. Wird die Referenzwinkelstellung des inkrementellen Systems im Laufe des Betriebes erreicht, wird ab diesem Zeitpunkt die inkrementelle gemessene Winkelstellung von der Referenzwinkelstellung aus gezählt.
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Zu beachten ist hierbei, dass derartige Systeme, die in das Fahrverhalten des Fahrers bzw. Fahrzeugs aktiv eingreifen können, besonderen Anforderungen hinsichtlich ihrer Sicherheit und Zuverlässigkeit unterliegen. So stellt die ISO 26262 eine ISO-Norm für sicherheitsrelevante elektrische bzw. elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen dar. Diese Norm ist daraus motiviert, dass mit der stetig wachsenden Komplexität elektronischer Komponenten in Fahrzeugen auch die Möglichkeit von Fehlfunktionen steigt. Ist eine sicherheitsrelevante Komponente von einer solchen Fehlfunktion betroffen, können im schlimmsten Fall Menschen zu Schaden kommen, beispielsweise falls ein ESP-Steuergerät in einem Kraftfahrzeug bei zügiger Fahrt unberechtigt eine Vollbremsung auslösen würde, was zu einer Massenkarambolage führen könnte. Um derartige Risiken zu minimieren, fordert die ISO 26262 die Durchführung einer Gefährdungsanalyse und Risikoabschätzung des Fahrzeugsystems. Dies geschieht durch Betrachtung der möglichen Fehlfunktionen des untersuchten Systems in spezifischen Fahrsituationen. Anschließend wird jede Gefährdung mit einer Sicherheitsanforderungsstufe (ASIL – automotive safety integrity level) von A bis D klassifiziert bzw. als überhaupt nicht sicherheitsrelevant eingeordnet, wobei ASIL D die höchsten Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit darstellt.
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Soll z. B. ein elektromechanisches Lenksystem den Anforderungen der ISO 26262 genügen, ist es für ASIL D erforderlich, dass die Integrität des erfassten Lenkwinkels durch wenigstens zwei redundante Sensoren sichergestellt wird. Hierzu sollen zwei unabhängige Lenkwinkelstellungen erfasst und miteinander verglichen werden, so dass bei hinreichend übereinstimmenden Winkelstellungen von der Richtigkeit des so erfassten Lenkwinkels ausgegangen und das Lenksystem als sicher und zuverlässig angesehen werden kann. Diese Sensoren können als Lenkwinkelsensor und Referenzsensor bezeichnet werden. Dabei werden für beide Sensoren bisher üblicherweise absolut messende Sensoren verwendet, um sofort nach der Aktivierung des Systems den aktuellen Winkel der Lenkradstellung für das Lenksystem zur Verfügung stellen und wechselseitig überprüfen zu können. Derartige Sensoren sind jedoch vergleichsweise teuer, z. B. im Vergleich zu inkrementellen Sensoren, die jedoch nach der Aktivierung des Systems erst referenziert werden müssen, um durch die Zählung der durchlaufenen Inkremente eine aktuelle Winkelstellung gegenüber der Referenzwinkelstellung angeben zu können.
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Die
DE 10 2008 021 883 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Erfassung von Drehbewegungen eines Lenkrades, d. h. Rotationsbewegungen um die Lenkachse. Hierzu werden am Lenkrad gleichzeitig ein Inkrementalwinkelsensor und eine Absolutwinkelsensoreinheit verwendet. Die Umsetzung einer Steer-by-Wire-Lenkeinheit basiert auf dem absolut gemessenen Sensorsignal. Der inkrementelle Sensor dient der Erfassung eines Vergleichswertes, indem über die durchlaufenen Inkremente der zurückgelegte Drehwinkel zwischen dem Beginn und der Beendigung einer Drehbewegung des Lenkrades bestimmt wird. Unterscheiden sich dieser Vergleichswert und die Differenz der absolut bestimmten Anfangs- und Endwinkelstellung dieser Drehbewegung, so wird durch eine Auswerteeinheit eine Fehlermeldung ausgegeben. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass eine Fehlerüberprüfung der Winkelstellungen erst nach Beendigung einer Drehbewegung des Lenkrades erfolgt. Dies mag für die Anwendung einer Steer-by-Wire-Lenkung bei Sonderfahrzeugen wie z. B. Gabelstablern ausreichend sein, um diese als sicher ansehen zu können, genügt jedoch nicht den Anforderungen an Kraftfahrzeuge im Straßenverkehr, z. B. zur Erreichung der Stufe ASIL D der
ISO 26262. -
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache, kontinuierliche und sofort nach Betriebsbeginn durchführbare Verifizierung einer Relativlage bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Die Unteransprüche und Figuren zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verifizierung einer ersten Relativlage mittels einer zweiten Relativlage mit den Schritten:
Erfassen einer ersten Relativlage eines Körpers,
Zuordnen eines inkrementellen Sollwertes zur erfassten ersten Relativlage,
Erfassen einer zweiten Relativlage des Körpers, wobei die zweite Relativlage inkrementell erfasst wird, und
Vergleichen der erfassten zweiten inkrementellen Relativlage mit dem zugeordneten inkrementellen Sollwert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle Arten von Messungen anwendbar, die mittels inkrementell arbeitender Sensoren durchgeführt werden können. Diese können Inkrementalgeber sein, die als Zahnradgeber, mittels Schleifkontakten sowie magnetisch oder photoelektrisch, z. B. nach einem abbildenden oder interferentiellen Messprinzip abtastend arbeiten. Auch können derartige Sensoren sowohl Positions- und Längenmessungen (Linearmaßstab) als auch Winkelstellungs- und Winkeländerungsmessungen durchführen. Der zu vermessende Körper kann in der Länge oder durch Rotation beweglich sein. Dabei ist unter der inkrementellen Erfassung einer Relativlage des Körpers das Erfassen des Segmenttypes eines Inkrementalgebers zu verstehen, aus dem sich ebenfalls ein Segmenttypwechsel erkennen lässt.
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Dabei liegt der vorliegenden Erfindung der Gedanke zugrunde, dass die Informationen eines inkrementell messenden Sensors bereits dann zur Verifikation eines anderen, vorzugsweise absolut messenden Sensors verwendet werden können, wenn der inkrementell messende Sensor noch nicht durch das Erreichen seiner Referenzmarkierung referenziert wurde und sogar noch bevor eine Positions- oder Winkelstellungsänderung vorgenommen wurde. So wird erfindungsgemäß nicht die mittels des inkrementell messenden Sensors bestimmte Position bzw. Winkelstellung zur Verifizierung verwendet, sondern die Informationen (Relativlage), welchen Segmenttyp oder welche Art von Segmenttypwechsel der zweite Sensor gerade erfasst, um konkrete Positionen oder Winkelstellungen des absolut messenden Sensors als fehlerhaft auszuschließen. Hierzu wird erfindungsgemäß eine Referenzinformation verwendet, die für die absoluten Positionen bzw. Winkelstellungen des absolut messenden Sensors die Segmenttypen angibt, die bei übereinstimmender und korrekter Erfassung der Position bzw. Winkelstellung beider Sensoren durch den inkrementell messenden Sensor erfasst werden müssten. Da für diesen Vergleich die Referenzierung des inkrementell messenden Sensors nicht erforderlich ist, kann dieses Verfahren sofort nach Inbetriebnahme dieses Sensors angewendet werden. Dabei weist dieses Verfahren eine geringere Genauigkeit seiner Aussagen auf als die genaue Positions- bzw. Winkelstellungserfassung eines referenzierten inkrementell messenden Sensors, jedoch eine höhere Genauigkeit, als wenn gar keine Verifikation des absolut messenden Sensors erfolgen würde. Da dieses Verfahren ohne zusätzliche Komponenten nur dadurch auf bereits vorhandene inkrementell messende Sensoren angewendet werden kann, weil bisher schon vorhandene aber nicht ausgewertete Informationen verwendet werden, kann dieses Verfahren zur Verbesserung der Signalverifikation einfach, kostengünstig und schnell auf bestehende derartige Systeme angewendet werden. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Signalverifikation vom Beginn des Betriebes eines derartigen Systems erhöht und steigert sich im Verlauf des Betriebs bis schließlich die Referenzmarkierung erreicht und ein direkter Abgleich zwischen beiden Sensorwerten erfolgen kann. So kann beispielsweise ein Lenkunterstützungssystem durch das erfindungsgemäße Verfahren von Beginn an der Sicherheitsanforderungsstufe ASIL B nach ISO 26262 genügen und sich im Laufe seines Betriebes über ASIL C bis zu ASIL D steigern, d. h. die Sicherheitsanforderungsstufe kann schrittweise ab dem Betriebsbeginn angehoben werden. Auf diese Weise wird die Zeitspanne mit verringerter Systemintegrität minimiert. Diese Mehrstufigkeit des Sicherheitskonzeptes ermöglicht eine höhere Diagnoseabdeckung bei Verwendung eines inkrementellen Referenzsensors in der Zeit nach dem Einschalten des z. B. Lenkunterstützungssystems. Dadurch lassen sich Anforderungen an die funktionale Sicherheit mit Verwendung eines kostengünstigeren Sensors, nämlich eines Inkrementalgebers, erreichen.
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Vorzugsweise wird durch den Schritt des Vergleichens ein erfasster Segmenttyp der zweiten inkrementellen Relativlage mit dem Segmenttyp des zugeordneten inkrementellen Sollwertes verglichen. Eine inkrementelle Positions- oder Winkelstellungserfassung weist eine Segmentierung auf, die sensorisch erfasst wird. Dabei werden gemäß der Funktionsweise eines inkrementell arbeitenden Messsystems die i. A. sehr fein geteilten Segmente erfasst und, sobald eine Referenzierung erreicht wurde, von dieser an mitgezählt, um die aktuelle Position bzw. Winkelstellung zu erfassen. Somit weist ein inkrementell messender Sensor stets Segmente wenigstens zweiter unterschiedlicher Typen wie magnetisch/unmagnetisch, lichtdurchlässig/lichtundurchlässig etc. auf, die eindeutig durch den Sensor voneinander unterschieden werden können. Ist nun erfindungsgemäß den absoluten Positionen bzw. Winkelstellungen ein inkrementelle Sollwertfolge dieser Segmente zugeordnet, so kann durch einen Vergleich zwischen dem inkrementell erfassten Segmenttyp und den vorgegebenen inkrementellen Segmenttyp, der an dieser Position bzw. Winkelstellung des absolut messenden Sensors erkannt werden müsste, eine Aussage mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit getroffen werden, ob das absolute Messsignal durch diesen Vergleich verifiziert werden kann oder nicht. Dabei ist zu beachten, dass bei z. B. zwei Segmenttypen jeweils knapp 50% der Segmente einem dieser beiden Typen entsprechen; die Referenzmarkierung nimmt als einmalig auftretender „dritter” Segmenttyp ebenfalls einen gewissen Platz ein. Daher kann diese Verifikation lediglich mit einer ca. 50% Eindeutigkeit eine fehlerhafte absolute Positions- bzw. Winkelstellungsmessung ausschließen, was einerseits deutlich unsicherer ist als die Verifikation mittels eines referenzierten inkrementell messenden Sensors, jedoch weitaus genauer als diesen Vergleich trotz vorhandenem inkrementellen Sensor zu unterlassen, bis dieser referenziert wurde. Eine derartige Aussage kann den Anforderungen der Sicherheitsanforderungsstufe ASIL B nach ISO 26262 genügen.
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Vorzugweise wird durch den Schritt des Vergleichens ein erfasster Segmenttypwechsel der zweiten inkrementellen Relativlage mit dem Segmenttypwechsel des zugeordneten inkrementellen Sollwertes verglichen. Aufgrund der Abfolge der verschiedenen Segmenttypen ergeben sich dazwischen Positionen, an denen ein Wechsel von einem Segmenttyp auf einen anderen stattfindet. Die Anzahl dieser Segmentwechsel entspricht bei einem linearen System der Anzahl der Segmente minus 1, bei einer geschlossenen kreisförmigen Abfolge von Segmenten der Anzahl der Segmente. Da in den inkrementellen Sollwerten ebenfalls diese Segmentwechsel vorhanden sind, können auch diese zu einem Vergleich herangezogen werden. Weil die Kante zwischen den Segmenten, an der der Segmentwechsel stattfindet, deutlich weniger Platz einnimmt als die Segmente selbst, kann hierdurch eine genauere Verifikation der beiden gemessenen Positionen bzw. Winkelstellungen über die inkrementellen Sollwerte erfolgen. Hierdurch lässt sich eine fehlerhafte absolute Positions- bzw. Winkelstellungsmessung mit einer ca. 90% Eindeutigkeit ausschließen, wodurch den Anforderungen der Sicherheitsanforderungsstufe ASIL C nach ISO 26262 genügt werden kann. Hierbei ist zwar eine Bewegung des Körpers erforderlich, um von einer Position innerhalb eines Segmentes an dessen Kante, an der der Segmentwechsel stattfindet, zu gelangen, doch ist diese erforderliche Bewegung desto geringer, je feiner die Segmentierung ist, so dass dieses Verfahren schon bei geringsten Bewegungen eingesetzt werden kann.
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Vorzugsweise wird die erste Relativlage absolut gemessen. Auf diese Weise kann ein absolut gemessenes Signal mittels der erfindungsgemäßen Verfahren überprüft werden. Da gerade absolute Sensoren um ein Vielfaches teuer sind als inkrementell messende Sensoren, kann die Verifikation der absoluten gemessenen Winkelstellung durch einen inkrementellen Sensor kostengünstig erfolgen.
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Vorzugsweise weist das Verfahren ferner den Schritt des Vergleichens der ersten Relativlage mit einem weiteren Signal, vorzugsweise einer weiteren Relativlage, auf. Hierdurch kann ein weiteres Referenzsignal in die Verifikation der ersten Relativlage miteinbezogen werden, um diese weiter zu verbessern.
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Vorzugsweise weist das Verfahren ferner den Schritt des Ausgebens eines Signals als Ergebnis des Vergleichens auf. Ein derartiges Signal kann der verifizierte erste gemessene Absolutwert sein, eine Aussage, dass die Verifikation erfolgreich oder nicht erfolgreich war, eine Warnung oder Fehlermeldung, eine Anweisung an ein System oder Element, ein bestimmtes Verhalten auszuführen, oder eine Kombination aus diesen Informationen und Anweisungen oder dergleichen. Auf diese Weise kann nicht nur der absolut erste Wert als Ergebnis des Verfahrens ausgegeben und verwendet werden, sondern es kann insbesondere im Falle einer nicht-erfolgreichen Verifikation des Wertes hierauf direkt reagiert werden, z. B. durch das Aussetzen anschließender Verfahrensschritte, die bei ihrer Ausführung auf Grundlage einer falsch erfasste Positions- oder Winkelstellung zu Schaden oder Sicherheitsgefährdungen führen könnten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese auch eine Vorrichtung zur Verifizierung einer ersten Relativlage mittels einer zweiten Relativlage mit einem ersten Sensor zum Erfassen einer ersten Relativlage eines Körpers, einem zweiten Sensor zum Erfassung einer zweiten Relativlage des Körpers, wobei der zweite Sensor ein Inkrementalgeber ist, und einer Auswerteeinheit, welche eingerichtet ist, die erste Relativlage und die zweite Relativlage zu erhalten. Die Auswerteeinheit ist ferner eingerichtet, der Relativlage des ersten Sensors einen inkrementellen Sollwerte zuzuordnen und ein Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen.
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Als eine solche Vorrichtung können die entsprechenden Elemente z. B. eines Lenkunterstützungssystems verwendet werden, bei denen das zweite Messsignal des inkrementellen Sensors ohnehin für eine derartige Verifikation des ersten Messsignals verwendet wird, jedoch bisher erst nach der Referenzierung des inkrementellen Sensors. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß ein bereits ohnehin bei einem derartigen System vorhandener inkrementeller Sensor schon vor seiner Referenzierung für eine erfindungsgemäße Verifikation verwendet und damit die Zuverlässigkeit des ersten Messsignals von Beginn des Betriebes an erhöht werden, ohne hierzu zusätzliche Sensoren verwenden zu müssen.
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Vorzugsweise weist der zweite Sensor eine segmentierte Scheibe und einen die segmentierte Scheibe berührungslos erfassenden Sensorkopf auf. Mittels einer berührungslosen inkrementellen Messung kann eine verschleißfreie Sensorik verwendet werden, die eine höhere Lebensdauer und damit auch Zuverlässigkeit aufweist. Die segmentierte Scheibe kann auch als Index-Ring bezeichnet werden.
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Vorzugsweise weist die segmentierte Scheibe eine Mehrzahl von magnetisierten ersten Segmenten und unmagnetisierten zweiten Segmenten und der Sensorkopf ein Hall-Element auf. Auf diese Weise kann ein inkrementeller Sensor mit magnetischer Abtastung realisiert werden. Dies ist insbesondere bei Anwendungen im Fahrzeugbereich vorteilhaft, weil ein derartiger Inkrementalgeber nicht mit nachträglichem Aufwand vor Schmutz, Feuchtigkeit etc. geschützt werden muss. Ein solcher Sensor kann auch als elektromagnetischer Multipol-Indexsensor bezeichnet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren;
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2 eine schematische Darstellung einer segmentierten Scheibe eines inkrementell messenden Winkelstellungssensors zur Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren;
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3 eine schematische Darstellung zu vergleichender Mess- bzw. Sollwerte zur Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren;
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4a eine schematische Darstellung eines inkrementell messenden Winkelstellungssensors zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4b eine schematische Darstellung eines inkrementell messenden Winkelstellungssensors zur Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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4c eine schematische Darstellung eines inkrementell messenden Winkelstellungssensors bei Erreichen der Referenzmarkierung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren. Diese weist einen rotierbaren Körper 1 wie z. B. eine Lenkwelle 1 oder Lenkstange 1 eines Lenksystems eines Fahrzeugs auf, der um seine Längsachse A gedreht werden kann, die mit der Lenkachse A zusammenfällt. Zur Erfassung der Winkelstellung der Lenkwelle 1 als Relativlage und damit auch der Lenkachse A ist diese über einen Übertragungsriemen 3 mit einem absolut messenden Winkelstellungssensor 2 verbunden, so dass der absolut messende Winkelstellungssensor 2 stets die aktuelle Winkelstellung als absolute Angabe erfassen und als erste absolute Winkelstellung abs an eine Auswerteeinheit 6 übermitteln kann.
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Zur Verifizierung der ersten absoluten Winkelstellung abs weist die Vorrichtung einen zweiten inkrementellen Winkelstellungssensor 4 auf, der direkt um die Lenkwelle 1 vorgesehen sein kann oder, wie in der 1 gezeigt, mittels eines Übertragungsmechanismus' 5 deren Winkelstellung erfasst. Der zweite inkrementelle Winkelstellungssensor 4 (vgl. 2) weist eine segmentierte Scheibe 4a, die auch als Index-Ring 4a bezeichnet werden kann, und einen die segmentierte Scheibe 4a berührungslos erfassenden Sensorkopf 4b auf. Die segmentierte Scheibe 4a weist zwei unterschiedliche Typen von Segmenten 41, 42 auf, die abwechselnd einen identischen Winkelbereich einnehmen und zusammen einen geschlossenen Ring bilden. Lediglich ein Segment 40 ist als Referenzsegment 40 zur Definition einer Referenzmarkierung 40 unterschiedlich, vorzugsweise breiter ausgebildet (vgl. 2). Vorzugsweise sind die ersten Segmente 41 als magnetische und die zweiten Segmente 42 als unmagnetische Segmente 41, 42 ausgebildet und der Sensorkopf 4b in der Lage, diese beiden Zustände (magnetisch, unmagnetisch) zu erfassen, z. B. mittels eines Hall-Elementes. Die Winkelstellungserfassung des Sensors 4 stellt somit auch ein digitales Signal inc dar, welches die beiden Zustände magnetisch/unmagnetisch z. B. als 0 und 1 an die Auswerteeinheit 6 überträgt. Der Übergang des digitalen Signals von 0 nach 1 und umgekehrt stellt einen Segmentwechsel dar.
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Die Auswerteeinheit 6 führt basierend auf den Eingangssignalen der ersten absoluten Winkelstellung abs und der zweiten inkrementellen Winkelstellung inc eine Verifikation der ersten absoluten Winkelstellung abs durch und gibt in Abhängigkeit des Ergebnisses der Verifikation ein entsprechendes Signal z. B. an eine Steuerungseinheit 7 aus. Die Steuerungseinheit 7 kann z. B. die Steuerung eines Lenkunterstützungssystems sein, welches für seine Funktion die Winkelstellung der Lenkwelle 1 benötigt und dies als sicherheitsrelevantes Fahrzeugsystem mit einer so hohen Zuverlässigkeit, dass die Verifikation der absoluten Winkelstellung abs erforderlich ist. Die Steuerungseinheit 7 kann auch ein ESP-System (elektronisches Stabilitätsprogramm) sein, welches im Falle einer fehlerhaft erfassten Winkelstellung stabilisierend in das Fahrverhalten eingreift. Die Auswerteeinheit 6 kann auch als Funktion z. B. durch Software in der Steuerungseinheit 7 implementiert sein.
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Die Auswerteeinheit 6 verwendet für die Verifikation inkrementelle Sollwert-Daten ref, die als Referenzdaten zu den erfassten ersten Winkelstellung abs in der Auswerteeinheit 6 hinterlegt sind oder ihr durch von einer anderen Quelle zur Verfügung gestellt werden, siehe 3. Die Sollwert-Daten ref werden in der Auswerteeinheit 6 derart fest vorgegeben, dass sie die Entsprechungen zwischen den absoluten Winkelstellung abs der Lenkwelle 1 und den inkrementellen Winkelstellung inc der Lenkwelle 1 für eine korrekt übereinstimmende Messung beider Sensoren 2, 4 darstellen. Mit anderen Worten weisen die Sollwert-Daten ref den Verlauf der Segmente 41, 42 in Relation zu den absoluten Winkelstellung abs auf, wie er zu sein hat, damit die Winkelstellung der Lenkwelle 1 von beiden Sensoren 2, 4 übereinstimmende und richtig erfasst wird.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform wird wie folgt ausgeführt: Die Winkelstellung der Lenkwelle 1 wird mittels des absolut messenden Winkelstellungssensors 2 erfasst und als erste absolute Winkelstellung abs an die Auswerteeinheit 6 übertragen. Gleichzeitig wird von dem inkrementell messenden Winkelsensor 4 eine zweite inkrementelle Winkelstellung inc an die Auswerteeinheit 6 übertragen. Wird das Fahrzeug und damit auch das Lenkunterstützungssystem mit der Winkelstellungsmessung in Betrieb genommen, kann der inkrementell messende Winkelstellungssensor 4 noch gar nicht seine Referenzmarkierung 40 überfahren haben, d. h. noch keine absolute Winkelstellung durch die Berechnung der inkrementelle Abstände der aktuellen Messposition von der Referenzmarkierung 40 durchführen. Im Moment seiner Aktivierung steht durch die inkrementelle Winkelstellung inc lediglich die Information zur Verfügung, welcher Segmenttyp 41, 42 gerade erfasst wird, z. B. ein unmagnetisiertes Segment 42, wie in 4a dargestellt. Diese Information wird jedoch erfindungsgemäß genutzt, um auch mit einem unreferenzierten inkrementellen Winkelstellungssensor 4 die absolute Winkelstellung abs zumindest mit einer höheren Wahrscheinlichkeit zu verifizieren als ohne die Auswertung der inkrementellen Winkelstellung inc in dieser Situation.
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Entsprechend ordnet die Auswerteeinheit 6 der aktuellen absoluten Winkelstellung abs einen inkrementellen Segmenttyp 41, 42 der inkrementellen Sollwerte ref zu, der bei korrekter Funktionsweise des absolut messenden Winkelstellungssensors 2 durch den inkrementell messenden Winkelstellungssensor 4 erfasst werden müsste, und vergleicht diesen inkrementellen Sollwert ref mit der erfassten inkrementellen Winkelstellung inc. Stimmen die beiden Segmenttypen 41, 42 überein, so besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit für die Richtigkeit der absoluten Winkelstellung abs und diese kann durch die Steuerungseinheit 7 verwendet werden. Würde der Vergleich dazu führen, dass der andere Segmenttyp 41, 42 durch den inkrementell messenden Winkelstellungssensor 4 erfasst wird als für die aktuelle absolut erfasste Winkelstellung abs der Lenkwelle 1 gemäß der inkrementellen Sollwerte ref zu erwarten ist, dann würde hierdurch ein Fehler der absoluten Winkelstellung abs erkannt, diese Winkelstellung abs nicht durch die Steuerungseinheit 7 verwendet und eine entsprechende Warnung oder Fehlermeldung durch die Auswerteeinheit 6 ausgegeben werden. Durch diese Art der Verifikation der gemessenen Winkelstellung abs der Lenkwelle 1 kann z. B. der Sicherheitsanforderungsstufe ASIL B nach ISO 26262 erreicht werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform wird im Wesentlichen wie ein Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt, setzt jedoch erst dann ein, sobald durch die Auswerteeinheit 6 ein erster Segmentwechsel zwischen den Segmenten 41, 42, d. h. ein Wechsel des Signalpegels der inkrementellen Winkelstellung inc zwischen 0 und 1 erkannt wird, siehe 4b. Dann wird durch die Auswerteeinheit 6 beim Vergleich überprüft, ob in diesem Moment auch dieser Segmentwechsel in den inkrementellen Sollwerten ref vorgesehen ist. Wird hier eine Übereinstimmung festgestellt, so kann die absolute Winkelstellung abs durch die Steuerungseinheit 7 verwendet werden, ansonsten nicht, wie zuvor beschrieben. Dabei wird durch das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine höhere Wahrscheinlichkeit für die Richtigkeit der absoluten Winkelstellung abs erreicht, weil die Bereiche der Segmentwechsel der segmentierten Scheibe 4a einen deutlich geringeren Umfang der segmentierten Scheibe 4a einnehmen als die Hälfte aller Segmente 41, 42, die gemäß der ersten Ausführungsform zur Verifikation betrachtet werden. Somit kann durch die zweite Ausführungsform eine bessere Verifikation erreicht werden, die z. B. der Sicherheitsanforderungsstufe ASIL C nach ISO 26262 genügen kann.
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Wird schließlich im Laufe des Betriebes die Referenzmarkierung 40 der segmentierten Scheiben 4a erkannt, siehe 4c, so ist von diesem Moment an die genaue Winkelstellung des inkrementell messenden Winkelstellungssensors 4 bekannt und kann als solche direkt, d. h. ohne die Verwendung der inkrementellen Sollwerte inc, zur Verifikation der absoluten Winkelstellung abs verwendet werden. Hierdurch kann dann eine Verifikation gemäß der Sicherheitsanforderungsstufe ASIL C nach ISO 26262 erfolgen.
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Allgemein betreffen diese Ausführungsbeispiele eine Winkelstellungsmessung mittels zweiter Sensoren 2, 4, wobei der erste Sensor 2 ein absolut messender Sensor 2 ist. Jedoch können diese erfindungsgemäßen Aspekte auch auf die Verifizierung einer ersten, ebenfalls inkrementell erfassten Winkelstellung angewendet werden. Ebenso können beide Sensoren 2, 4 auch Längenmessungen z. B. als Linearmaßstab 2, 4 vornehmen und die Winkelstellung abs mittels der erfindungsgemäßen Aspekte verifiziert werden, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Anstelle einer magnetischen Abtastung können auch Inkrementalgeber als Sensoren 4 verwendet werden, die als Zahnradgeber, mittels Schleifkontakten oder photoelektrisch, z. B. nach einem abbildenden oder interferentiellen Messprinzip, arbeiten.
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Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsbeispiele anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/032568 [0004]
- DE 102008021883 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 26262 [0005]
- ISO 26262 [0005]
- ISO 26262 [0006]
- ISO 26262. [0007]
- ISO 26262 [0012]
- ISO 26262 [0013]
- ISO 26262 [0014]
- ISO 26262 [0035]
- ISO 26262 [0036]
- ISO 26262 [0037]
