DE102017214649A1

DE102017214649A1 - Lenksystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Riemensprungerkennung

Info

Publication number: DE102017214649A1
Application number: DE102017214649.4A
Authority: DE
Inventors: Simon Schmidt; Jens Lüddecke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Lenkhandhabe (2), einen Momentensensor (4), ein Lenkungssteuergerät (8), eine Leistungselektronik (9), einen elektrischen Servo-Motor (10), ein Getriebe und eine Zahnstange (7), wobei der elektrische Servo-Motor (10) über einen Riemen mit dem Getriebe verbunden ist, wobei dem Servo-Motor (10) ein Rotorlagesensor (11) zugeordnet ist, wobei das Lenkungssteuergerät (8) derart ausgebildet ist, aus den Daten des Rotorlagesensors (11) einen Lenkwinkel (φ) des Kraftfahrzeugs zu bestimmen, wobei das Lenkungssteuergerät (8) weiter derart ausgebildet ist, eine Unterstützungskraft mindestens in Abhängigkeit eines Handmoments (M_H) zu bestimmen, die durch den Servo-Motor (10) auf die Zahnstange (7) aufgebracht werden soll, wobei einer mit der Lenkhandhabe (2) verbundenen Eingangswelle (3) ein Indexsensor (5) zugeordnet ist, der bei einer vorgegebenen Verdrehung der Eingangswelle (3) um einen Winkel ein Indexsignal (I) erzeugt, wobei das Lenkungssteuergerät (8) derart ausgebildet ist, nach der Inbetriebnahme ein erstes Indexsignal (I) mit den Daten des Rotorlagesensors (11) abzugleichen und den ermittelten Lenkwinkel (φ) nachzuführen, wobei das Lenkungssteuergerät (8) weitere Indexsignale (I) mit den Daten des Rotorlagesensors (11) abgleicht, wobei bei einer Abweichung größer einem Schwellenwert auf einen Riemensprung erkannt wird, sowie ein Verfahren zur Riemensprungerkennung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Riemensprungerkennung.
Aus der DE 10 2008 021 849 A1 ist ein elektromechanisches Lenksystem für Fahrzeuge bekannt, mit einer Handhabe zur Eingabe des Fahrerwunsches, einer Messeinrichtung zur Messung des Fahrerwunsches, einen Motor, welcher über Antriebsmittel mit den Rädern verbunden ist, und einer Recheneinrichtung, welche in Abhängigkeit von dem Fahrerwunsch und dem geltenden Lenkwinkel der Räder mittels des Motors den Lenkwinkel der Räder verstellt, wobei der geltende Lenkwinkel mit Hilfe von Zustandsgrößen des Motors bestimmt wird, wobei eine Abgleicheinrichtung vorgesehen ist, die unter definierten Randbedingungen den geltenden Lenkwinkel an den sich aus dem Fahrerwunsch ergebenden Handwinkel anpasst. Dabei ist weiter vorgesehen, dass die Antriebsmittel mit einem Treibriemen, vorzugsweise Zahnriemen, versehen sind, durch welchen der Motor über ein Getriebe, vorzugsweise Kugelgetriebe, den Lenkwinkel der Räder verstellt und wobei eine Riemensprungerkennungseinrichtung vorgesehen ist, die unter vorgegebenen Randbedingungen das Auftreten eines Riemensprunges erkennt.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einem vereinfachten Aufbau hinsichtlich der Sensorik zu schaffen, wobei trotzdem ein Riemensprung zuverlässig erkannt wird. Ein weiteres technisches Problem ist es, ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst hierzu eine Lenkhandhabe, einen Momentensensor, ein Lenkungssteuergerät, eine Leistungselektronik, einen elektrischen Servo-Motor, ein Getriebe und eine Zahnstange, wobei der elektrische Servo-Motor über einen Riemen mit dem Getriebe verbunden ist. Dabei ist dem elektrischen Servo-Motor ein Rotorlagesensor zugeordnet, wobei das Lenkungssteuergerät derart ausgebildet ist, aus den Daten des Rotorlagesensors einen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs zu bestimmen, wobei das Lenkungssteuergerät weiter derart ausgebildet ist, eine Unterstützungskraft mindestens in Abhängigkeit des Handmoments zu bestimmen, die durch den Servo-Motor auf die Zahnstange aufgebracht werden soll. Dabei ist einer mit der Lenkhandhabe verbundenen Eingangswelle ein Indexsensor zugeordnet, der bei vorgegebener Verdrehung der Eingangswelle um einen Winkel ein Indexsignal erzeugt, wobei das Lenkungssteuergerät derart ausgebildet ist, nach der Inbetriebnahme ein erstes Indexsignal mit den Daten des Rotorlagesensors abzugleichen und den ermittelten Lenkwinkel nachzuführen, wobei das Lenkungssteuergerät weitere Indexsignale mit den Daten des Rotorlagesensors abgleicht, wobei bei einer Abweichung größer einem Schwellwert auf einen Riemensprung erkannt wird. Somit kann trotz eines einfachen Indexsensors ein Riemensprung erkannt werden. Die Grundidee besteht darin, dass eine Abweichung zwischen Indexsensor und Rotorlagesensor verschiedene Ursachen haben kann. Beispielsweise kann auch die Riemenspannung oder die Temperatur einen Einfluss haben. Zu Beginn der Fahrt kann daher noch nicht mit Sicherheit festgestellt werden, was die Ursache für die Abweichung ist. Daher erfolgt beim ersten Indexsignal bei einer Abweichung eine Nachführung des Lenkwinkels, d.h. Indexsensor und Rotorlagesensor werden synchronisiert. Während des Betriebes ist dann der weitere Einfluss dieser Parameter vernachlässigbar und bewegt sich innerhalb tolerierbarer Abweichungen. Tritt dann bei einem weiteren Indexsignal eine neue Abweichung auf, die größer als ein Schwellwert ist, so kann dies als Riemensprung gewertet werden. Der Riemen ist vorzugsweise ein Zahnriemen. Die Eingangswelle kann, muss aber nicht, in Wirkverbindung mit der Zahnstange stehen. Die Inbetriebnahme meint dabei einen Start des Kraftfahrzeugs. Der Indexsensor kann dabei ein magnetischer oder ein optischer Indexsensor sein, wobei ersterer wegen seiner größeren Robustheit gegen Schmutz zu bevorzugen ist. Das Indexsignal ist beispielsweise ein Puls.
Grundsätzlich kann der Indexsensor alle 90° oder 180° ein Indexsignal erzeugen. In einer Ausführungsform ist der Indexsensor ein 360°-Indexsensor, der bei jeder vollen Umdrehung genau ein Indexsignal erzeugt. Derartige Indexsensoren sind besonders preiswert und robust.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Getriebe als Kugelgewindetrieb ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Lenkungssteuergerät derart ausgebildet, bei Erfassung eines oder mehrerer Riemensprünge ein Warnsignal zu generieren. Dieses Warnsignal kann beispielsweise eine Aufforderung für einen Werkstattbesuch sein und/oder das Kraftfahrzeug abzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Lenkungssteuergerät derart ausgebildet, dass bei einer Abweichung beim Abgleich von den weiteren Indexsignalen mit den Daten des Rotorlagesensors keine Nachführung des Lenkwinkels erfolgt, also die Synchronisation nur einmalig beim ersten Indexsignal erfolgt. Allerdings kann auch vorgesehen sein, dass sehr geringe Abweichungen, die auf keinen Fall von einem Riemensprung stammen können, kompensiert werden.
Weiter kann vorgesehen sein, dass, wenn die erste Abweichung beim ersten Indexsignal zu groß ist (größer als ein zweiter Schwellwert), keine Nachführung erfolgt, sondern gleich eine Fehlermeldung ausgegeben wird.
Das Verfahren zur Riemensprungerkennung in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem einen Indexsensor an einer Eingangswelle, einen elektrischen Servo-Motor mit einem Rotorlagesensor und ein über einen Riemen mit dem Servo-Motor verbundenen Getriebe aufweist, umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Nach der Inbetriebnahme wird ein erstes Indexsignal erfasst und mit den Daten des Rotorlagesensors abgeglichen und ein ermittelter Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Abweichung nachgeführt, wobei weitere Indexsignale mit den Daten des Rotorlagesensors abgeglichen werden, wobei bei einer Abweichung größer einem Schwellwert auf einen Riemensprung erkannt wird.
Hinsichtlich der weiteren Ausgestaltungen wird auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Lenksystems und
2 ein vereinfachtes Flussdiagramm des Verfahrens.

Das Lenksystem 1 umfasst eine Lenkhandhabe 2, die mit einer Eingangswelle 3 verbunden ist, an der ein Momentensensor 4 und ein Indexsensor 5 angeordnet sind. Die Eingangswelle 3 kann dabei über eine Ausgangswelle 6 mit einer Zahnstange 7 verbunden sein oder aber ohne mechanischen Durchgriff als steer-by-wire-System ausgebildet sein. Weiter umfasst das Lenksystem 1 ein Lenkungssteuergerät 8, eine Leistungselektronik 9, einen elektrischen Servo-Motor 10 mit einem Rotorlagesensor 11 und ein Kugelgewindetrieb 12, wobei der Servo-Motor 10 und der Kugelgewindetrieb 12 über einen nicht dargestellten Riemen, insbesondere Zahnriemen, miteinander verbunden sind.
Über die Lenkhandhabe 2 gibt der Fahrer einen Lenkwunsch ein. Der Momentensensor 4 erfasst dieses Handmoment M_H und gibt dieses an das Lenkungssteuergerät 8 weiter, das in Abhängigkeit vom Handmoment M_H und weiteren Größen wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit V und Signalen von Fahrerassistenzsystemen und/oder elektronischen Stabilitätsprogrammen eine Unterstützungskraft berechnet, die durch den elektrischen Servo-Motor 10 auf die Zahnstange 7 aufgebracht werden soll. Dabei liegt ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen Verdrehung der Eingangswelle 3 und der Rotorbewegung des Servo-Motors 10 vor.
Aus verschiedenen Gründen kann es nun zu einer Abweichung zwischen dem Winkel der Eingangswelle und dem Rotorwinkel φ_R unter Berücksichtigung der Übersetzung kommen. Liefert nun der Indexsensor 5 erstmalig nach Inbetriebnahme ein Indexsignal I, ist der Winkel der Eingangswelle 3 bekannt und kann nun mit dem Rotorwinkel φ_R verglichen werden. Diese Differenz kann nun vom Lenkungssteuergerät 8 bei der Ausgabe des Lenkwinkels φ berücksichtigt werden, indem dieser nachgeführt wird, sodass Indexsensor 5 und Rotorlagesensor 11 synchronisiert sind. Wird nachfolgend erneut ein Indexsignal I erfasst, so gleicht das Lenkungssteuergerät 8 erneut den Rotorwinkel φ_R mit dem bekannten Übersetzungsverhältnis mit dem Indexsignal I ab. Ist die Abweichung geringer als ein Schwellwert, so wird diese Abweichung ignoriert und der Lenkwinkel φ bleibt gültig. Ist die Abweichung hingegen größer als ein Schwellenwert, so wird auf einen Riemensprung erkannt. Der Lenkwinkel φ wird auf ungültig gesetzt und eine Warnmeldung generiert.
In der 2 ist ein Flussdiagramm dargestellt, wobei in einem ersten Schritt S1 das Verfahren mit Inbetriebnahme des Lenksystems 1 gestartet wird. In einem zweiten Schritt S2 wird erstmalig ein Indexsignal I erfasst. Dabei erfolgt ein Abgleich aus dem Winkel der Eingangswelle 3 aufgrund des Indexsignals I mit dem Rotorwinkel φ_R , wobei die beiden synchronisiert werden, sodass der Lenkwinkel φ im Lenkungssteuergerät 8 nachgeführt wird. In einem weiteren Schritt S3 wird erneut ein Indexsignal I erfasst und in einem Schritt S4 wird der Abgleich bei jedem weiteren Indexsignal I wiederholt, ohne jedoch den Lenkwinkel φ nachzuführen. Ist die Abweichung kleiner als ein Schwellenwert, wird S3 beim nächsten Indexsignal I wiederholt. Ist hingegen der Schwellenwert überschritten, so wird in einem Schritt S5 eine Warnmeldung generiert und der Lenkwinkel φ auf ungültig gesetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008021849 A1 [0002]

Claims

Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Lenkhandhabe (2), einen Momentensensor (4), ein Lenkungssteuergerät (8), eine Leistungselektronik (9), einen elektrischen Servo-Motor (10), ein Getriebe und eine Zahnstange (7), wobei der elektrische Servo-Motor (10) über einen Riemen mit dem Getriebe verbunden ist, wobei dem Servo-Motor (10) ein Rotorlagesensor (11) zugeordnet ist, wobei das Lenkungssteuergerät (8) derart ausgebildet ist, aus den Daten des Rotorlagesensors (11) einen Lenkwinkel (φ) des Kraftfahrzeugs zu bestimmen, wobei das Lenkungssteuergerät (8) weiter derart ausgebildet ist, eine Unterstützungskraft mindestens in Abhängigkeit eines Handmoments (M_H) zu bestimmen, die durch den Servo-Motor (10) auf die Zahnstange (7) aufgebracht werden soll, wobei einer mit der Lenkhandhabe (2) verbundenen Eingangswelle (3) ein Indexsensor (5) zugeordnet ist, der bei einer vorgegebenen Verdrehung der Eingangswelle (3) um einen Winkel ein Indexsignal (I) erzeugt, wobei das Lenkungssteuergerät (8) derart ausgebildet ist, nach der Inbetriebnahme ein erstes Indexsignal (I) mit den Daten des Rotorlagesensors (11) abzugleichen und den ermittelten Lenkwinkel (φ) nachzuführen, wobei das Lenkungssteuergerät (8) weitere Indexsignale (I) mit den Daten des Rotorlagesensors (11) abgleicht, wobei bei einer Abweichung größer einem Schwellenwert auf einen Riemensprung erkannt wird.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Indexsensor (5) als 360°-Indexsensor ausgebildet ist.
Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Kugelgewindetrieb (12) ausgebildet ist.
Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkungssteuergerät (8) derart ausgebildet ist, bei Erfassung eines oder mehrerer Riemensprünge ein Warnsignal zu erzeugen.
Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkungssteuergerät (8) derart ausgebildet ist, dass bei einer Abweichung des Abgleichs von den weiteren Indexsignalen (I) mit den Daten des Rotorlagesensors (11) keine Nachführung des Lenkwinkels erfolgt.
Verfahren zur Riemensprungerkennung in einem Lenksystem (12) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem (1) einen Indexsensor (5) an einer Eingangswelle (3), einen elektrischen Servo-Motor (10) mit einem Rotorlagesensor (11) und ein üb er einen Riemen mit dem Servo-Motor (10) verbundenes Getriebe aufweist, wobei nach der Inbetriebnahme ein erstes Indexsignal (I) mit den Daten des Rotorlagesensors (11) abgeglichen wird und ein ermittelter Lenkwinkel (φ) in Abhängigkeit von der Abweichung nachgeführt wird, wobei weitere Indexsignale (I) mit den Daten des Rotorlagesensors (11) abgeglichen werden, wobei bei einer Abweichung größer einem Schwellenwert auf einen Riemensprung erkannt wird.