DE102014210524A1

DE102014210524A1 - Lenkmomentmessung mittels Resolver

Info

Publication number: DE102014210524A1
Application number: DE102014210524.2A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stählin
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2015-12-03
Also published as: WO2015185626A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern (42) eines Elektromotors (40) zum Unterstützten einer Lenkung (30) eines Fahrzeuges (2) basierend auf einem an einen Torsionsstab (44) angelegten Lenkmoment zwischen einem Lenkrad (32) der Lenkung und dem Elektromotor (40), umfassend: – Erfassen einer lenkradseitigen Winkelstellung (20) über einen Winkelgeber (18); – Erfassen einer elektromotorseitigen Winkelstellung (58) über einen Resolver (46) des Elektromotors (40); und – Ansteuern (42) des Elektromotors basierend auf einer Gegenüberstellung (56) der lenkradseitigen und elektromotorseitigen Winkelstellungen (20, 58).

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung eines Lenkmoments, eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Fahrzeug mit der Steuervorrichtung.
Aus der DE 100 60 287 A1 ist ein Lenkmomentsensor bekannt, der in einem Fahrzeug zur Erfassung eines zur Ansteuerung einer Servolenkung notwendigen Lenkmoments eine durch das zu messende Lenkmoment verursachte Winkeldifferenz misst.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung den bekannten Lenkmomentsensor zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotor zum Unterstützten einer Lenkung eines Fahrzeuges basierend auf einem an einen Torsionsstab angelegten Lenkmoment zwischen einem Lenkrad der Lenkung und dem Elektromotor, umfassend:

– Erfassen einer lenkradseitigen Winkelstellung über einen Winkelgeber;
– Erfassen einer elektromotorseitigen Winkelstellung über einen Resolver des Elektromotors; und
– Ansteuern des Elektromotors basierend auf einer Gegenüberstellung der lenkradseitigen und elektromotorseitigen Winkelstellungen.

Ausgehend von der Überlegung, dass zur Erfassung eines auf eine Lenkwelle ausgeübten Lenkmoment eine Gegenüberstellung zweier axial beabstandeter Winkelstellungen der Lenkwelle notwendig sind, liegt dem angegebenen Verfahren die Idee zugrunde, eine der beiden notwendigen Winkelstellungen nicht mit einem dedizierten Winkelsensor, sondern mit dem Resolver des Elektromotors der in dem Elektromotor beispielsweise zum Zwecke seiner Kommutierung verbaut sein kann. Der Resolver erfasst in der Regel die Winkelverschiebung zwischen Rotor und Stator im Elektromotor. Diese Winkelverschiebung ist unmittelbar abhängig von der Winkelstellung, zu deren Erfassung der Resolver als Ersatz für den zweiten dedizierten Winkelsensor eingesetzt werden soll.
Die andere der beiden Winkelstellungen wird weiterhin in an sich bekannter Weise durch einen dedizierten Winkelsensor erfasst und das Lenkmoment ergibt sich weiterhin in an sich bekannter Weise aus der Differenz zwischen den beiden Winkeln. Im Rahmen des angegebenen Verfahrens entfällt daher ein zweiter dedizierter Winkelsensor zur Erfassung des Lenkmoments, wodurch die Komplexität der Sensorik sinkt, der notwendige Bauraum kleiner wird und Kosten eingespart werden können.
Zwar kann der Elektromotor basierend auf einer beliebigen Gegenüberstellung der beiden erfassten Winkelstellungen, beispielsweise im Rahmen eines Vergleichs der beiden Winkelstellungen angesteuert werden. In einer Weiterbildung des angegebenen Verfahrens umfasst die Gegenüberstellung der lenkradseitigen und elektromotorseitigen Winkelstellung die bereits genannte Winkeldifferenz zwischen den beiden Winkelstellungen. Ist diese Winkeldifferenz bekannt, kann das Lenkmoment unmittelbar über die Materialeigenschaften des tordierten Bereichs der Lenkwelle abgeleitet und entsprechend der Elektromotor angesteuert werden.
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird die elektromotorseitige Winkelstellung über den Resolver des Elektromotors ausgehend von einem Indexwinkel durch Integrieren eines Winkelsignals aus dem Resolver erfasst. Der Resolver des Elektromotors gibt die elektromotorseitige Winkelstellung prinzipbedingt nicht unmittelbar aus. Aber jede Drehung der Lenkwelle führt prinzipbedingt zu einer Ansteuerung des Elektromotors, so dass durch Integration des Winkelsignals aus dem Resolver ausgehend vom dem Indexwinkel als Integrationskonstante auf die elektromotorseitige Winkelstellung geschlossen werden kann. Hierzu sind bei der Integration selbstverständlich geeignete Formfaktoren zu wählen, um die Geschwindigkeit der Integration anzupassen.
In einer besonders günstigen Weise kann der Indexwinkel vom Winkelgeber vorgegeben werden. Da der Winkelgeber als True-Power-On Sensor aufgebaut werden kann, kann somit sofort nach einem Systemneustart, beispielsweise nach einem Batteriewechsel ein geeigneter Indexwinkel und somit die Integrationskonstante vorgegeben werden, ohne dass die Integrationskonstante zunächst aufwändig bestimmt werden müsste.
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird die elektromotorseitige Winkelstellung redundant zur lenkradseitigen Winkelstellung ausgegeben. Auf diese Weise können hohe Sicherheitsstandards erfüllt werden, wie sie beispielsweise im Rahmen des ASIl-D Levels definiert sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eingerichtet, eines der angegebenen Verfahren durchzuführen.
In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine angegebene Steuervorrichtung.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges, und
2 eine Prinzipdarstellung eines Lenksystems für das Fahrzeug der 1 zeigen.
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges 2 mit einer an sich bekannten Fahrdynamikregelung zeigt. Details zu dieser Fahrdynamikregelung können beispielsweise der DE 10 2011 080 789 A1 entnommen werden.
Das Fahrzeug 2 umfasst ein Chassis 4 und vier Räder 6. Jedes Rad 6 kann über eine ortsfest am Chassis 4 befestigte Bremse 8 gegenüber dem Chassis 4 verlangsamt werden, um eine Bewegung des Fahrzeuges 2 auf einer nicht weiter dargestellten Straße zu verlangsamen.
Dabei kann es in einer dem Fachmann bekannten Weise passieren, dass das die Räder 6 des Fahrzeugs 2 ihre Bodenhaftung verlieren und sich das Fahrzeug 2 sogar von einer beispielsweise über ein nicht weiter gezeigtes Lenkrad vorgegebenen Trajektorie durch Untersteuern oder Übersteuern wegbewegt. Dies wird durch an sich bekannte Regelkreise wie ABS (Antiblockiersystem) und ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) vermieden.
In der vorliegenden Ausführung weist das Fahrzeug 2 dafür Drehzahlsensoren 10 an den Rädern 6 auf, die eine Drehzahl 12 der Räder 6 erfassen. Ferner weist das Fahrzeug 2 einen Inertialsensor 14 auf, der nachstehend Fahrdynamidaten 16 genannte Inertialdaten des Fahrzeuges 2 erfasst die beispielsweise eine Nickrate, eine Wankrate, eine Gierrate, eine Querbeschleunigung, eine Längsbeschleunigung und/oder eine Vertikalbeschleunigung des Fahrzeuges 2 umfassen können. Schließlich weist das Fahrzeug einen Lenkwinkelsensor 18 auf, der einen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel 20 erfasst.
Basierend auf den erfassten Drehzahlen 12, den Fahrdynamikdaten 16 und dem Lenkwinkel 20 kann ein Regler 22 in einer dem Fachmann bekannten Weise bestimmen, ob das Fahrzeug 2 auf der Fahrbahn rutscht oder sogar von der oben genannten vorgegebenen Trajektorie abweicht und entsprechen mit einem an sich bekannten Reglerausgangssignal 24 darauf reagieren. Das Reglerausgangssignal 24 kann dann von einer Stelleinrichtung 26 verwendet werden, um mittels Stellsignalen 28 Stellglieder, wie die Bremsen 8 anzusteuern, die auf das Rutschen und die Abweichung von der vorgegebenen Trajektorie in an sich bekannter Weise reagieren.
Der Regler 22 kann beispielsweise in eine an sich bekannte Motorsteuerung des Fahrzeuges 2 integriert sein. Auch können der Regler 22 und die Stelleinrichtung 26 als eine gemeinsame Regeleinrichtung ausgebildet und optional in die zuvor genannte Motorsteuerung integriert sein.
Es wird auf 2 Bezug genommen, die ein Lenksystem 30 für das Fahrzeug 2 der 1 zeigt.
Das Lenksystem 30 umfasst ein Lenkrad 32, das auf eine Welle 34 aufgesetzt ist, die wiederum um eine Rotationsachse 36 drehbar angeordnet ist. Das Lenkrad 32 ist somit eingerichtet, basierend auf einer Winkelstellung um die Rotationsachse 36 den oben genannten Lenkwinkel 20 zur Einstellung eines Lenkgetriebes 38 des Fahrzeuges 2 vorzugeben. Dazu wird das Lenkrad 32 beispielsweise von einem Fahrer des Fahrzeuges 2 gedreht.
Die Einstellung des Lenkgetriebes 38 kann durch einen Elektromotor 40 unterstützt werden, der im Rahmen der vorliegenden Ausführung mit einem Steuersignal 42 angesteuert wird, dass von einem auf die Lenkwelle 34 ausgeübten Lenkmoment abhängig ist. Um das Lenkmoment sensorisch gut erfassen zu können ist axial zwischen dem Lenkrad 32 und dem Elektromotor 40 ein Torsionsstab 44 verbaut.
Der Elektromotor 40 selbst kann beispielsweise als fremdkommutierter Gleichstrommotor aufgebaut sein und einen Resolver 46 umfassen, der ein Winkelsignal 48 ausgibt. Basierend auf dem Winkelsignal 48 kann dann die Kommutierung des Elektromotors 40 durchgeführt werden.
Das zuvor genannte, vom Lenkmoment abhängige Steuersignal 42 wird in an sich bekannter Weise in einer Steuereinrichtung 50 basierend auf einem Differenzwinkel 52 gebildet. Der Differenzenwinkel 52 wird dabei in einem Subtraktionsglied 56 gebildet, dass von dem Lenkwinkel 20 als lenkradseitige Winkelstellung der Welle 34 eine elektromotorseitige Winkelstellung 58 der Welle 34 abzieht.
Zur Erzeugung der elektromotorseitigen Winkelstellung 58 ist ein Integrator 60 vorgesehen, der das Winkelsignal 48 aus dem Resolver 46 integriert. Die für die Integration im Integrator 60 notwendige Integrationskonstante wird im Rahmen eines Indexwinkels in Form des Lenkwinkels 20 aus dem Lenkwinkelsensor 18 bereitgestellt. Damit kann auch einen eigenen Winkelsensor zur Erfassung der elektromotorseitigen Winkelstellung 58 der Welle 34 verzichtet werden.
In der in 1 gezeigten Weise kann die elektromotorseite Winkelstellung 58 ebenfalls an den Regler 22 ausgegeben werden, damit dieser den Lenkwinkel 20 mit einem höheren Sicherheitslevel beispielsweise gemäß ASIl-D auswerten und im Rahmen der Fahrdynamikregelung zur Bestimmung der Solltrajektorie verwenden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10060287 A1 [0002]
DE 102011080789 A1 [0021]

Claims

Verfahren zum Ansteuern (42) eines Elektromotors (40) zum Unterstützten einer Lenkung (30) eines Fahrzeuges (2) basierend auf einem an einen Torsionsstab (44) angelegten Lenkmoment zwischen einem Lenkrad (32) der Lenkung und dem Elektromotor (40), umfassend: – Erfassen einer lenkradseitigen Winkelstellung (20) über einen Winkelgeber (18); – Erfassen einer elektromotorseitigen Winkelstellung (58) über einen Resolver (46) des Elektromotors (40); und – Ansteuern (42) des Elektromotors basierend auf einer Gegenüberstellung (56) der lenkradseitigen und elektromotorseitigen Winkelstellungen (20, 58).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gegenüberstellung (56) der lenkradseitigen und elektromotorseitigen Winkelstellung (20, 58) eine Differenz (52) zwischen der lenkradseitigen Winkelstellung (20) und der elektromotorseitigen Winkelstellung (58) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektromotorseitige Winkelstellung (58) über den Resolver (46) des Elektromotors ausgehend von einem Indexwinkel (20) durch Integrieren eines Winkelsignals (48) aus dem Resolver (46) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Indexwinkel (20) vom Winkelgeber (18) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektromotorseitige Winkelstellung (58) redundant zur lenkradseitigen Winkelstellung (20) ausgegeben wird.
Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Fahrzeug (2), umfassend eine Steuervorrichtung nach Anspruch 6.