DE102018106997A1 - Torque-dependent correction of the rotation angle of a steering shaft of an electromechanical motor vehicle steering - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) aufweisend eine Lenksäule (9), die über ein Lenkgetriebe mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange (5) zur Lenkung von Rädern (6) in Eingriff steht, aufweisend einen Elektromotor (7) zur Lenkkraftunterstützung, der mittels eines Zahnradgetriebes (10) die Lenksäule (9) antreibt, und aufweisend eine Steuereinrichtung (15), die einen Istdrehwinkel der Lenksäule (STWA) anhand eines Signals eines Rotorpositionssensors des Elektromotors (14) berechnet, wobei die Steuereinrichtung (15) eine Korrektureinheit (16) aufweist, die dazu eingerichtet ist, den Istdrehwinkel der Lenksäule (STWA) zu korrigieren, so dass eine durch das Drehmoment des Elektromotors (7) auftretende Verdrehung der Bauteile zwischen Elektromotor (7) und Lenksäule (9) kompensiert ist.The invention relates to an electromechanical motor vehicle steering system (1) comprising a steering column (9) which engages via a steering gear with a rack (5) displaceably mounted in a housing along a longitudinal axis for steering wheels (6), comprising an electric motor (7 ) for steering force assistance, which drives the steering column (9) by means of a gear transmission (10), and comprising a control device (15) which calculates an actual rotational angle of the steering column (STWA) on the basis of a signal of a rotor position sensor of the electric motor (14), wherein the control device ( 15) has a correction unit (16) which is set up to correct the actual rotational angle of the steering column (STWA), so that a rotation of the components occurring between the electric motor (7) and the steering column (9) due to the torque of the electric motor (7) compensates is.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.The present invention relates to an electromechanical vehicle steering system having the features of the preamble of
In elektromechanischen Kraftfahrzeugservolenkungen kann die Servoeinheit an der Lenksäule des Lenkgetriebes angeordnet sein. Die Servoeinheit umfasst einen elektrischen Motor mit einer Rotorwelle, die über eine Kupplung Drehmomente bzw. Drehbewegungen auf eine Schneckenwelle überträgt und somit mittels des Schneckengetriebes auf die Lenkwelle wirkt. Die mechanischen Teile, die zwischen der Motorwelle und der Lenkwelle angeordnet sind, haben eine Torsionssteifigkeit, die dazu führt, dass es zu Abweichungen bei der Berechnung der Istposition der Lenkwelle kommt. Diese Abweichung ist abhängig von dem Drehmoment des elektrischen Motors und führt somit zu einem drehmomentabhängigen Fehler in der Berechnung des Drehwinkels der Lenkwelle und hat dadurch direkten Einfluss auf die Steuerung des Lenksystems.In automotive electromechanical power steering systems, the servo unit may be disposed on the steering column of the steering gear. The servo unit comprises an electric motor with a rotor shaft which transmits torques or rotational movements to a worm shaft via a coupling and thus acts on the steering shaft by means of the worm gear. The mechanical parts, which are arranged between the motor shaft and the steering shaft, have a torsional rigidity which leads to deviations in the calculation of the actual position of the steering shaft. This deviation is dependent on the torque of the electric motor and thus leads to a torque-dependent error in the calculation of the angle of rotation of the steering shaft and thereby has a direct influence on the control of the steering system.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung anzugeben, das eine höhere Genauigkeit bei der Berechnung der Istposition der Lenkwelle aufweist, sowie ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, das das Verfahren ausführen kann.It is an object of the present invention to provide a method for operating an electromechanical motor vehicle steering having a higher accuracy in the calculation of the actual position of the steering shaft, and an electromechanical steering system for a motor vehicle, which can perform the method.
Diese Aufgabe wird von einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung genannt.This object is achieved by an electromechanical motor vehicle steering system with the features of
Demnach ist eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung vorgesehen, die eine Lenksäule aufweist, die über ein Lenkgetriebe mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von Rädern in Eingriff steht, und einen Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung, der mittels eines Zahnradgetriebes die Lenksäule antreibt, sowie eine Steuereinrichtung, die einen Istdrehwinkel der Lenksäule anhand eines Signals eines Rotorpositionssensors des Elektromotors berechnet. Die Steuereinrichtung umfasst eine Korrektureinheit, die dazu eingerichtet ist, den Istdrehwinkel der Lenksäule zu korrigieren, so dass eine durch das Drehmoment des Elektromotors auftretende Verdrehung der Bauteile zwischen Elektromotor und Lenksäule kompensiert ist. Ein drehmomentabhängiger Fehler in der Berechnung des Drehwinkels der Lenkwelle kann somit auf einfache Weise korrigiert werden.Accordingly, an electromechanical motor vehicle steering is provided which has a steering column which is connected via a steering gear with a displaceably mounted in a housing along a longitudinal axis rack for steering wheels, and an electric motor for power steering, which drives the steering column by means of a gear transmission, and a control device that calculates a Istdrehwinkel the steering column based on a signal of a rotor position sensor of the electric motor. The control device comprises a correction unit, which is set up to correct the actual rotation angle of the steering column, so that a rotation of the components occurring between the electric motor and the steering column caused by the torque of the electric motor is compensated. A torque-dependent error in the calculation of the rotation angle of the steering shaft can thus be corrected in a simple manner.
Vorzugsweise ist das Zahnradgetriebe ein Schneckenradgetriebe. Es kann sein, dass eine Welle des Zahnradgetriebes mit der Motorwelle über eine Gummikupplung verbunden ist.Preferably, the gear transmission is a worm gear. It may be that a shaft of the gear transmission is connected to the motor shaft via a rubber coupling.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Zahnradgetriebe ein Stirnradgetriebe.In another advantageous embodiment, the gear transmission is a spur gear.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Zahnradgetriebe ein Kegelradgetriebe.In another advantageous embodiment, the gear transmission is a bevel gear.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Zahnradgetriebe ein Stirnradschraubgetriebe.In another advantageous embodiment, the gear transmission is a spur gear.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Zahnradgetriebe ein Kegelradschraubgetriebe.In another advantageous embodiment, the gear transmission is a Kegelradschraubgetriebe.
Vorzugsweise sind ein geschätztes Motordrehmoment des Elektromotors und ein Wert für die durchschnittliche Torsionssteifigkeit der zwischen Lenksäule und Elektromotor angeordneten Bauteile ein Input für die Korrektureinheit.Preferably, an estimated motor torque of the electric motor and a value for the average torsional stiffness of the components arranged between the steering column and the electric motor are an input for the correction unit.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Korrektureinheit dazu eingerichtet, folgende Berechnung durchzuführen:
Weiterhin ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung vorgesehen, wobei die elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung eine Lenksäule, die über ein Lenkgetriebe mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von Rädern in Eingriff steht, einen Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung, der mittels eines Zahnradgetriebes die Lenksäule antreibt, und eine Steuereinrichtung aufweist, die einen Istdrehwinkel der Lenksäule anhand eines Signals eines Rotorpositionssensors des Elektromotors berechnet. Das Verfahren umfasst dabei folgenden Schritt: Korrigieren der Berechnung des Istdrehwinkels der Lenksäule in einer Korrektureinheit, die Teil der Steuereinrichtung ist, wobei die Korrektur eine durch ein Drehmoment des Elektromotors auftretende Verdrehung der Bauteile zwischen Elektromotor und Lenksäule kompensiert. Furthermore, a method for operating an electromechanical motor vehicle steering is provided, wherein the electromechanical motor vehicle steering a steering column, which is via a steering gear with a displaceably mounted in a housing along a longitudinal axis rack for steering wheels engaged, an electric motor for steering power assistance, by means of a gear transmission drives the steering column, and has a control device which calculates a Istdrehwinkel the steering column based on a signal of a rotor position sensor of the electric motor. The method comprises the following step: Correcting the calculation of the actual rotational angle of the steering column in a correction unit, which is part of the control device, wherein the correction compensates for a rotation of the components occurring between the electric motor and the steering column by a torque of the electric motor.
Vorzugsweise empfängt die Korrektureinheit das geschätzte Motordrehmoment des Elektromotors und beinhaltet einen Wert für die durchschnittliche Torsionssteifigkeit der zwischen Lenksäule und Elektromotor angeordneten Bauteile.Preferably, the correction unit receives the estimated motor torque of the electric motor and includes a value for the average torsional stiffness of the components arranged between the steering column and the electric motor.
In einer bevorzugten Ausführungsform führt die Korrektureinheit folgende Berechnung durch:
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Korrektureinheit folgende Berechnung vornimmt:
Weitere vorteilhafte Berechnung:
Vorzugsweise wird der korrigierte Istdrehwinkel der Lenksäule an die Steuereinrichtung zur Regelung der Lenkkraftunterstützung weitergegeben.Preferably, the corrected actual rotational angle of the steering column is passed to the control device for controlling the power steering assistance.
Vorteilhafterweise ist das Zahnradgetriebe ein Schneckenradgetriebe. Es kann sein, dass eine Welle des Zahnradgetriebes mit der Motorwelle über eine Gummikupplung verbunden ist.Advantageously, the gear transmission is a worm gear. It may be that a shaft of the gear transmission is connected to the motor shaft via a rubber coupling.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.An embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the drawing.
In der
Die Korrektur basiert auf dem geschätzten Motordrehmoment Mmotor,estimated, dass bereits in der Steuerung des Lenksystems verwendet wird und daher eine bekannte Größe ist. Zudem wird die durchschnittliche Torsionssteifigkeit der mechanischen Bauteile zwischen der Rotorwelle
Der korrigierte Istdrehwinkel der Lenksäule STWAcompensated berechnet sich nach der folgenden Formel:
Die Berechnung des Istdrehwinkel der Lenksäule erfolgt bevorzugt in einer Steuereinrichtung
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