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Die Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, welches eine mit einer Lenkhandhabe drehfest verbindbare Lenkwelle, einen Feedback-Aktuator, der einen auf eine Rotorwelle wirkenden Elektromotor aufweist, ein Getriebe, über das die Rotorwelle mit der Lenkwelle verbunden ist, und einen ersten Winkelsensor und einen zweiten Winkelsensor umfasst. Eine dem Lenksystem zugeordnete Steuereinheit ist dabei ausgebildet, ein von dem ersten Winkelsensor bereitgestelltes erstes Sensorsignal zu empfangen, ein von dem zweiten Winkelsensor bereitgestelltes zweites Sensorsignal zu empfangen, und zur Steuerung des Elektromotors ein Steuersignal bereitzustellen.
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Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-By-Wire-Lenksystems, welches eine mit einer Lenkhandhabe drehfest verbindbare Lenkwelle, einen Feedback-Aktuator, der einen eine Rotorwelle antreibenden Elektromotor aufweist, ein Getriebe, über das die Rotorwelle mit der Lenkwelle verbunden ist, einen ersten Winkelsensor und einen zweiten Winkelsensor umfasst. Eine dem Lenksystem zugeordnete Steuereinheit empfängt dabei ein von dem ersten Winkelsensor bereitgestelltes erstes Sensorsignal sowie ein von dem zweiten Winkelsensor bereitgestelltes zweites Sensorsignal und stellt zur Steuerung des Elektromotors ein Steuersignal bereit.
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Im Stand der Technik sind Steer-by-Wire-Lenksysteme bekannt. Beispielsweise wird in der
DE 10 2019 204 857 A1 ein Steer-by-Wire-Lenksystem sowie ein Verfahren zu Steuerung eines Steer-by-Wire-Lenksystems offenbart. Dabei wird von einem an einer Lenkwelle angeordneten Winkelsensor ein von einem Fahrer über eine Lenkhandhabe eingegebener Lenkwinkel erfasst und von einer Steuereinheit für die Steuerung eines Lenkstellers genutzt. Mittels der Steuereinheit wird ferner ein Feedback-Aktuator unter Berücksichtigung von an dem Lenksteller erfassten Kräften angesteuert, sodass Rückwirkungen der Fahrbahn über die Lenkhandhabe an einen Fahrer weitergegeben werden können. Aus der
WO 2018/233846 A1 ist zudem ein Steer-by-Wire-Lenksystem bekannt, welches einen ersten Winkelsensor und einen zweiten Winkelsensor umfasst. Um eine verbesserte Rückmeldung bezüglich einer Fahrsituation über die Lenkhandhabe an einen Fahrer bereitstellen zu können, ist darüber hinaus aus der
DE 10 2018 126 337 A1 bekannt, von einer an der Radaufhängung angeordneten Sensoreinrichtung weitere Daten zur Steuerung des Feedback-Aktuators zu empfangen.
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Zusätzliche Sensoren führen dabei allerdings zu höheren Kosten. Zudem werden Einflüsse innerhalb des Lenksystems bislang unvollständig berücksichtigt.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Steer-by-Wire-Lenksystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-By-Wire-Lenksystems zu verbessern, insbesondere hinsichtlich einer kostengünstig zu realisierenden Rückmeldung bezüglich einer Fahrsituation über die Lenkhandhabe an einen Fahrer.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Steer-By-Wire-Lenksystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-By-Wire-Lenksystems gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.
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Die vorgeschlagene Lösung sieht ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug vor, welches eine mit einer Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkrad, drehfest verbindbare Lenkwelle, einen Feedback-Aktuator, der einen auf eine Rotorwelle wirkenden Elektromotor aufweist, ein Getriebe, über das die Rotorwelle mit der Lenkwelle verbunden ist, und einen ersten Winkelsensor und einen zweiten Winkelsensor umfasst. Der erste Winkelsensor ist an der Lenkwelle positioniert, um eine Drehung der Lenkwelle zu erfassen und als ein erstes Sensorsignal bereitzustellen. Der zweite Winkelsensor ist an der Rotorwelle positioniert, um eine Drehung der Rotorwelle zu erfassen und als ein zweites Sensorsignal bereitzustellen. Eine dem Lenksystem zugeordnete Steuereinheit ist dabei ausgebildet, das von dem ersten Winkelsensor bereitgestellte erste Sensorsignal zu empfangen, das von dem zweiten Winkelsensor bereitgestellte zweite Sensorsignal zu empfangen, und zur Steuerung des Elektromotors ein Steuersignal bereitzustellen. Die Steuereinheit ist zudem weiter ausgebildet, basierend auf dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal unter Berücksichtigung eines in der Steuereinheit hinterlegten Modells des Getriebes eine Differenz zwischen der Drehung der Lenkwelle und der entsprechend übersetzten Drehung der Rotorwelle zu ermitteln und das Steuersignal unter Berücksichtigung der Differenz anzupassen.
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Bei einem idealen Lenksystem und einem idealen Getriebe, bei dem die Teile, insbesondere die Komponenten zwischen den beiden Winkelsensoren, eine unendliche Steifigkeit aufweisen, sollten der erste Winkelsensor und der zweite Winkelsensor unter Berücksichtigung der Übersetzung des Getriebes die gleichen Werte liefern. Wenn es bei einem idealen System keine unendliche Steifigkeit gibt, wird es eine gewisse Differenz zwischen den beiden Messpositionen der Winkelsensoren geben, die von der Steifigkeit und dem Drehmoment bzw. der Kraft zwischen den beiden Positionsmesspunkten abhängt. In der Realität zeigt sich daher, dass Abweichungen bei den bereitgestellten Sensorsignalen auftreten. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die unterschiedlichen Anordnungspositionen der Winkelsensoren die Abweichungen genutzt werden können, um eine Differenz zwischen der Drehung der Lenkwelle und der entsprechend übersetzten Drehung der Rotorwelle zu ermitteln und diese Differenz für eine verbesserte Steuerung des Feedback-Aktuators zu nutzen. Das Verhalten des Getriebes, insbesondere die Übertragungscharakteristik in unterschiedlichen Situationen, ist dabei vorteilhafterweise als Modell in der Steuereinheit hinterlegt, wobei das Modell insbesondere ein durch Software realisierte Simulation des Getriebes darstellt. So lassen sich vorteilhafterweise Einflüsse des Getriebes, insbesondere Reibungseinflüsse, reduzieren und insbesondere eine nicht gegebene unendliche Steifigkeit der Getriebekomponenten berücksichtigen. Darüber hinaus lassen sich vorteilhafterweise auf Basis von als Modell des Getriebes in der Steuereinheit hinterlegten Parametern und der an den unterschiedlichen Wellen erfassten Sensorwerte Rückschlüsse auf auf die Lenkhandhabe aufgebrachte Drehmomente ziehen und diese Drehmomente bei der Steuerung des Feedback-Aktuators berücksichtigen, vorteilhafterweise ohne externen Sensor.
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Die Anpassung des Steuersignals bewirkt dabei vorteilhafterweise eine Störungskompensation, insbesondere eine Kompensation einer durch Reibung verursachten Störung. Darüber hinaus wird vorteilhafterweise situationsspezifisch das Steuersignal so angepasst, dass ein zusätzliches Motordrehmoment zur ursprünglichen Anforderung hinzugefügt wird und/oder dass die ursprüngliche Motordrehmomentanforderung über eine Verstärkung modifiziert wird, um situationsspezifisch mehr oder weniger Drehmoment in einem Drehmomentbereich zu haben.
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Die dem Lenksystem zugeordnete Steuereinheit ist insbesondere eine ECU (ECU: electronic control unit), insbesondere eine ECU eines Kraftfahrzeugs, die vorzugsweise über eine entsprechend ausgebildete Schnittstelle mit dem Lenksystem zum Übertragen von Signalen verbunden ist. Insbesondere für den Fall, dass die dem Lenksystem zugeordnete Steuereinheit nicht von dem Lenksystem umfasst ist, sieht die Erfindung als Lösung der Aufgabe auch ein Kraftfahrzeug mit einer zentralen Steuereinheit und einem erfindungsgemäß ausgestalteten Lenksystem vor, wobei die zentrale Steuereinheit des Kraftfahrzeugs die der Lenksäule zugeordnete Steuereinheit ist. Insbesondere ist als vorteilhafte Ausgestaltung aber auch vorgesehen, dass das dem Lenksystem eine eigene Steuereinheit umfasst, wobei diese Steuereinheit die dem Lenksystem zugeordnete Steuereinheit ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des vorgeschlagenen Steer-by-Wire-Lenksystem sieht vor, dass von dem in der Steuereinheit hinterlegten Modell des Getriebes zumindest eine der nachfolgend genannten Eigenschaften berücksichtigt ist: Getriebeübersetzung; Getriebesteifigkeit; Getriebeträgheit; Getriebespiel; Getriebetemperatur. Insbesondere ist vorgesehen, dass hierzu entsprechende Parameter in dem Modell hinterlegt sind. Insbesondere lässt sich unter Berücksichtigung eines oder mehrerer dieser Parameter eine vorteilhafte Störkompensation erreichen. Ein Parameter, wie die Getriebetemperatur, ist dabei vorteilhafterweise dynamisch anpassbar. Vorteilhafterweise liefert ein Sensor einen entsprechenden Parameterwert. Weiter vorteilhaft sind für unterschiedliche Situationen in einer Lookup-Tabelle entsprechende Werte zugeordnet. Insbesondere können für unterschiedliche Temperaturfenster einer Umgebungstemperatur und/oder unterschiedliche Nutzungsintensität des Getriebes Erfahrungswerte hinsichtlich der Getriebetemperatur hinterlegt sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Lenksystems ist Werten für die Differenz jeweils ein Faktor zugeordnet, insbesondere mittels einer in der Steuereinheit hinterlegten Lookup-Tabelle. Die Steuereinheit ist dabei voreilhafterweise weiter ausgebildet, das Steuersignal durch Multiplikation mit dem der ermittelten Differenz zugeordneten Faktor anzupassen. Hierdurch ist voreilhafterweise eine einfache Anpassbarkeit des Steuersignals bereitgestellt, die letztlich bereits für einen Fahrer zu einem verbesserten Lenkgefühl führt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Steuereinheit weiter ausgebildet ist, das Steuersignal gemäß einem funktionalen Zusammenhang, insbesondere einer in dem Modell hinterlegten mathematischen Funktion, zu bestimmen, wobei die ermittelte Differenz oder ein dem Wert der ermittelten Differenz zugeordneter Faktor in dem funktionalen Zusammenhang berücksichtigt wird, insbesondere um das Steuersignal unter Berücksichtigung der Differenz anzupassen. Insbesondere kann dabei ein linearer Zusammenhang zugrunde gelegt werden, wobei der funktionale Zusammenhang vorteilhafterweise durch den Faktor angepasst wird, insbesondere mittels einer entsprechenden mathematischen Operation. Insbesondere in Abhängigkeit von der tatsächlichen Charakteristik des Getriebes kann aber auch ein nichtlinearer Zusammenhang zugrunde gelegt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Steer-by-Wire-Lenksystems ist der erste Winkelsensor ein Single-Turn-Sensor. Alternativ oder zusätzlich ist insbesondere vorgesehen, dass der zweite Winkelsensor ein Single-Turn-Sensor ist. Ein Single-Turn-Sensor ist ausgebildet, jeweils nur eine vollständige Umdrehung zu umfassen und insofern keine Winkelbereiche über 360° zu erfassen. Solche Sensoren sind vorteilhafterweise preisgünstig verfügbar.
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Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass der erste Winkelsensor ein Multi-Turn-Sensor ist. Zusätzlich oder alternativ ist der zweite Winkelsensor vorteilhafterweise ein Multi-Turn-Sensor. Ein Multi-Turn-Sensor ist dabei vorteilhafterweise ausgebildet, auch Winkel größer als 360° zu erfassen. Als vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung gezeigt, bei der der erste Winkelsensor ein Multi-Turn-Sensor ist und der zweite Winkelsensor ein Single-Turn-Sensor ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Steer-by-Wire-Lenksystems sieht vor, dass das Getriebe ausschließlich Komponenten und/oder Materialien umfasst, deren Eigenschaften bei der Nutzung des Getriebes in dem Lenksystem vorhersagbar sind, und sich somit insbesondere mittels eines in der Steuereinheit hinterlegbaren Modells beschreiben lassen. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Getriebe eine gewisse Steifigkeit hat, und die Steifigkeit vorteilhafterweise einen bestimmten Wert mit einer bestimmten - und vorteilhafterweise bereits bekannten - Charakteristik hat. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich die Steifigkeit des Getriebes linear verhält. Sofern sich die Steifigkeit des Getriebes nichtlinear verhält, ist vorgesehen, dass das Getriebe dann zumindest eine bekannte Charakteristik aufweist. Auf der Grundlage dieser Information wird dann vorteilhafterweise das Drehmoment berechnet, das durch das Getriebe übertragen wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuereinheit weiter ausgebildet ist, das Steuersignal derart anzupassen, dass ein von dem Elektromotor bereitgestelltes Drehmoment erhöht wird, wenn die Differenz negativ ist. Es hat sich gezeigt, dass sich hierdurch ein realistischeres Lenkgefühl erzeugen lässt.
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In Bezug auf das zur Lösung der obenstehend genannten Aufgabe ebenfalls vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Steer-By-Wire-Lenksystems ist insbesondere vorgesehen, dass das Steer-By-Wire-Lenksystem die vorstehend genannten Merkmale einzeln oder in Kombination aufweist. Insbesondere ist bei dem vorgeschlagenen Verfahren vorgesehen, dass das Steer-By-Wire-Lenksystem eine mit einer Lenkhandhabe drehfest verbindbare Lenkwelle, einen Feedback-Aktuator, der einen eine Rotorwelle antreibenden Elektromotor aufweist, ein Getriebe, über das die Rotorwelle mit der Lenkwelle verbunden ist, einen ersten Winkelsensor und einen zweiten Winkelsensor umfasst. Das vorgeschlagene Verfahren sieht dabei weiter vor, dass der erste Winkelsensor eine Drehung der Lenkwelle erfasst und als ein erstes Sensorsignal bereitstellt und dass der zweite Winkelsensor eine Drehung der Rotorwelle erfasst und als ein zweites Sensorsignal bereitstellt. Eine dem Lenksystem zugeordnete Steuereinheit empfängt das von dem ersten Winkelsensor bereitgestellte erste Sensorsignal und das von dem zweiten Winkelsensor bereitgestellte zweite Sensorsignal. Die Steuereinheit stellt darüber hinaus ein Steuersignal zur Steuerung des Elektromotors des Feedback-Aktuators bereit, wobei die Steuereinheit basierend auf dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal unter Berücksichtigung eines in der Steuereinheit hinterlegten Modells des Getriebes eine Differenz zwischen der Drehung der Lenkwelle und der entsprechend übersetzten Drehung der Rotorwelle ermittelt und das Steuersignal unter Berücksichtigung der Differenz anpasst. So lassen sich vorteilhafterweise Einflüsse des Getriebes, insbesondere Reibungseinflüsse, kompensieren. Darüber hinaus lassen sich vorteilhafterweise auf Basis von als Modell des Getriebes in der Steuereinheit hinterlegten Parametern und der an den unterschiedlichen Wellen erfassten Sensorwerte Rückschlüsse auf Drehmomente, die auf die Lenkhandhabe aufgebracht werden, ziehen und diese Drehmomente bei der Steuerung des Feedback-Aktuators berücksichtigen, vorteilhafterweise ohne externen Sensor. Die Anpassung des Steuersignals bewirkt somit vorteilhafterweise eine Störungskompensation, insbesondere eine Kompensation einer durch Reibung verursachten Störung. Darüber hinaus wird vorteilhafterweise situationsspezifisch das Steuersignal so angepasst, dass ein zusätzliches Motordrehmoment zur ursprünglichen Anforderung hinzugefügt wird und/oder dass die ursprüngliche Motordrehmomentanforderung über eine Verstärkung modifiziert wird, um situationsspezifisch mehr oder weniger Drehmoment in einem Drehmomentbereich zu haben.
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Vorteilhafterweise wird für das Modell des Getriebes zumindest eine der nachfolgend genannten Eigenschaften berücksichtigt: Getriebeübersetzung; Getriebesteifigkeit; Getriebeträgheit; Getriebespiel; Getriebetemperatur. Insbesondere lässt sich unter Berücksichtigung eines oder mehrerer dieser Parameter eine vorteilhafte Störkompensation erreichen.
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Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass Werten für die Differenz jeweils ein Faktor zugeordnet ist, wobei die Steuereinheit das Steuersignal durch Multiplikation mit diesem Faktor anpasst. Hierdurch ist voreilhafterweise eine einfache Anpassbarkeit des Steuersignals bereitgestellt, die letztlich bereits für einen Fahrer zu einem verbesserten Lenkgefühl führt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Steuereinheit das Steuersignal gemäß einem funktionalen Zusammenhang, insbesondere gemäß einer mathematischen Funktion, bestimmt. Die ermittelte Differenz oder ein dem Wert der ermittelten Differenz zugeordneter Faktor in der mathematischen Funktion werden vorteilhafterweise berücksichtigt, um das Steuersignal unter Berücksichtigung der Differenz anzupassen. Der funktionale Zusammenhang berücksichtigt dabei insbesondere zumindest eine Getriebeeigenschaft, insbesondere das Verhalten der Steifigkeit des Getriebes.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuereinheit das Steuersignal derart anpasst, dass ein von dem Elektromotor bereitgestelltes Drehmoment erhöht wird, wenn die ermittelte Differenz negativ ist. Vorteilhafterweise lässt sich hierdurch ein realistischeres Lenkgefühl erzeugen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Steer-by-Wire-Lenksystem;
- 2 in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Steer-by-Wire-Lenksystem; und
- 3 in einer schematischen Blockdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit zur Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens.
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile in der Regel mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher mitunter auch jeweils nur im Zusammenhang mit einer der Figuren erläutert.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 gezeigt. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 umfasst eine Lenkwelle 3, an welcher ein Lenkrad als Lenkhandhabe 2 angeordnet ist. Lenkbewegungen eines Fahrers werden erfasst, wobei eine Steuereinheit, bei der es sich insbesondere auch um die in 1 gezeigte Steuereinheit 10 handeln kann, aus den erfassten Lenkbewegungen ein Lenkstellersteuersignal erzeugt. Das Lenkstellersteuersignal wird dann über eine Leitung 15 an einen Lenksteller 16 übertragen. Der Lenksteller 16 steuert dabei die Stellung der gelenkten Räder 18. Der Lenksteller 26 bewirkt mittels eines Ritzels 17 eine axiale Verlagerung einer Zahnstange 19. Die gelenkten Räder 18 sind dabei über Spurstangen 20 mit der Zahnstange 19 verbunden.
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An der Lenkwelle 3 des Steer-by-Wire-Lenksystems 1 ist darüber hinaus ein Feedback-Aktuator 4 angeordnet. Der Feedback-Aktuator 4 dient dabei dazu, Drehmomente auf die Lenkhandhabe 2 zu übertragen, um einem Fahrer eine Rückmeldung über das Lenk- und Fahrverhalten eines Fahrzeugs, in dem das Lenksystem 1 eingesetzt wird, zu geben. Der Feedback-Aktuator 4 umfasst einen Elektromotor 5, wobei der Elektromotor 5 auf eine in 1 nur angedeutet dargestellte Rotorwelle 6 wirkt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Elektromotor 5 ein Drei-Phasen-Motor ist, insbesondere ein Synchronmotor, weiter insbesondere ein Permanentmagnet Synchronmotor. Über ein Getriebe 7 ist die Rotorwelle 6 mit der Lenkwelle 3 verbunden, wobei das Getriebe 7 ausschließlich Komponenten umfasst, deren Eigenschaften bei der Nutzung des Getriebes 7 in dem Lenksystem 1 vorhersagbar und somit deterministisch sind.
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Das in 1 dargestellte Steer-by-Wire-Lenksystem 1 umfasst ferner einen ersten Winkelsensor 8, der in diesem Ausführungsbeispiel als Single-Turn-Sensor ausgebildet ist, und einen zweiten Winkelsensor 9, der in diesem Ausführungsbeispiel als Multi-Turn-Sensor ausgebildet ist. Die Winkelsensoren 8, 9 sind in 1 jeweils nur schematisch dargestellt. Es ist vorgesehen, dass der erste Winkelsensor 8 an der Lenkwelle 3 positioniert ist, um eine Drehung der Lenkwelle 3 zu erfassen und als ein erstes Sensorsignal S1 bereitzustellen. Weiter ist vorgesehen, dass der zweite Winkelsensor 9 an der Rotorwelle 6 positioniert ist, um eine Drehung der Rotorwelle 6 zu erfassen und als ein zweite Sensorsignal S2 bereitzustellen. Eine dem Lenksystem 1 zugeordnete Steuereinheit 10, die insbesondere von dem Lenksystem 1 umfasst sein kann und in 1 ebenfalls nur schematisch dargestellt ist, empfängt dabei das erste Sensorsignal S1 und das zweite Sensorsignal S2. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 10 weitere Signale empfängt, insbesondere Sensorsignale bezüglich auf den Lenksteller 16 wirkende Kräfte. Die Steuereinheit 10 ist dabei ausgebildet, ein Steuersignal ST zur Steuerung des Elektromotors 5 des Feedback-Aktuators 4 bereitzustellen. Weiter ist die Steuereinheit 10 ausgebildet, dieses Steuersignal ST dabei basierend auf dem ersten Sensorsignal S1 und dem zweiten Sensorsignal S2 unter Berücksichtigung eines in der Steuereinheit hinterlegten Modells des Getriebes 7 anzupassen. Für diese Anpassung ist die Steuereinheit 10 ausgebildet, basierend auf dem ersten Sensorsignal S1 und dem zweiten Sensorsignal S2 eine Differenz zwischen der Drehung der Lenkwelle 3 und der entsprechend aufgrund des Getriebes 7 übersetzten Drehung der Rotorwelle zu ermitteln, und das Steuersignal ST unter Berücksichtigung dieser Differenz anzupassen, insbesondere derart, dass ein von dem Elektromotor 5 bereitgestelltes Drehmoment erhöht wird, wenn die Differenz negativ ist. Insbesondere kann die Steuereinheit 10 auch ausgebildet sein, wie unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
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In 2 ist in einer stark vereinfachten Weise ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, umfassend eine mit einer Lenkhandhabe 2 drehfest verbundene Lenkwelle 3, einen Feedback-Aktuator 4, der einen auf eine Rotorwelle 6 wirkenden Elektromotor 5 (in 2 nicht explizit dargestellt) aufweist, ein Getriebe 7, insbesondere ein Riemengetriebe, über das die Rotorwelle 6 mit der Lenkwelle 3 verbunden ist, und einen ersten Winkelsensor 8 und einen zweiten Winkelsensor 9. Der erste Winkelsensor 8 ist an der Lenkwelle 3 positioniert, um eine Drehung der Lenkwelle 3 zu erfassen und als diese Drehung der Lenkwelle 3 als erstes Sensorsignal S1 bereitzustellen. Der zweite Winkelsensor 9 ist an der Rotorwelle 6 positioniert, um eine Drehung der Rotorwelle 6 zu erfassen und diese Drehung der Rotorwelle 6 als das zweite Sensorsignal S2 bereitzustellen. Das Lenksystem 1 umfasst weiter eine Steuereinheit 10, die ausgebildet ist, das von dem ersten Winkelsensor 8 bereitgestellte erste Sensorsignal S1 und das von dem zweiten Winkelsensor 9 bereitgestellte zweite Sensorsignal S2 zu empfangen. Die Steuereinheit 10 ist weiter ausgebildet, basierend auf dem ersten Sensorsignal S1 und dem zweiten Sensorsignal S2 unter Berücksichtigung eines in der Steuereinheit 10 hinterlegten Modells des Getriebes 7 eine Differenz zwischen der Drehung der Lenkwelle 3 und der entsprechend übersetzten Drehung der Rotorwelle 6 zu ermitteln und unter Berücksichtigung dieser Differenz ein angepasstes Steuersignal ST zur Steuerung des Elektromotors 5 bereitzustellen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass Werten für die ermittelte Differenz jeweils über eine Lookup-Tabelle ein Faktor zugeordnet ist, wobei die Steuereinheit 10 weiter ausgebildet ist, das Steuersignal ST durch Multiplikation mit dem der ermittelten Differenz zugeordneten Faktor anzupassen. Insbesondere kann die Steuereinheit 10 auch, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 erläutert, ausgebildet sein.
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In 3 ist in einer Blockschaltbilddarstellung schematisch eine Steuereinheit 10 für ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1, wie insbesondere unter Bezugnahme auf 1 und 2 erläutert, dargestellt. Die Steuereinheit 10 kann insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollereinheit sein. Die in 3 gezeigte Steuereinheit 10 empfängt ein von einem ersten Winkelsensor 8 bereitgestelltes erstes Sensorsignal S1, welches die Drehung einer Lenkwelle des Lenksystems repräsentiert. Zudem empfängt die Steuereinheit 10 ein von einem zweiten Winkelsensor 9 bereitgestelltes zweites Sensorsignal S2, welches die Drehung einer von einem Elektromotor eines Feedback-Aktuators angetriebenen Rotorwelle repräsentiert. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 10 wenigstens ein weiteres Signal S# empfängt, insbesondere ein Signal, welches ein auf die Lenkwelle wirkendes Drehmoment repräsentiert.
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Die Signale S1, S2, S# werden dabei einer Auswerteeinheit 101 der Steuereinheit 10 zugeführt. Diese Auswerteeinheit 101 umfasst als Untereinheit eine Differenzbildungseinheit 102. In dieser Differenzbildungseinheit 102 ist dabei ein Modell M für ein Getriebe des Steer-By-Wire-Lenksystems, über das die Rotorwelle mit der Lenkwelle mechanisch gekoppelt ist, hinterlegt. Das Modell M berücksichtigt dabei insbesondere die Getriebeübersetzung und die Getriebesteifigkeit. Dieses Modell M wird dabei von der Steuereinheit 10 genutzt, um basierend auf dem ersten Sensorsignal S1 und dem zweiten Sensorsignal S2 eine Differenz D zwischen der Drehung der Lenkwelle und der entsprechend übersetzten Drehung der Rotorwelle zu ermitteln. Die Auswerteeinheit 101 stellt dabei ein entsprechendes die Differenz repräsentierendes Signal D bereit. Weiter bestimmt die Auswerteeinheit 101 ein nicht angepasstes Steuersignal ST*, welches insbesondere auf dem erfassten zumindest einen Signal S# basiert, aber insbesondere zudem auf zumindest einem der Sensorsignale S1, S2 der Winkelsensoren basieren kann. Das Steuersignal ST* ist dabei bereits grundsätzlich geeignet, um den Elektromotor des Feedback-Aktuators so zu steuern, dass ein Fahrer über eine Lenkhandhabe des Steer-by-Wire-Lenksystems eine Rückmeldung bezüglich einer aktuellen Fahrsituation erhält.
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Bei einer Ansteuerung des Elektromotors mit dem Steuersignal ST* können aber Störeinflüsse in der Lenkhandhabe spürbar sein, die insbesondere auf Systemeinflüsse seitens des Lenksystems zurückzuführen und unerwünscht sind. Um diese zu vermeiden wird das nicht angepasste Steuersignal ST* und das die Differenz repräsentierende Signal D einer Steuersignal-Erzeugungseinheit 103 zugeführt, in welcher das nicht angepasste Steuersignal ST* unter Berücksichtigung der Differenz D angepasst wird und als Ergebnis ein Steuersignal ST zu Steuerung des Elektromotors bereitgestellt wird. Insbesondere wird das Steuersignal ST von der Steuersignal-Erzeugungseinheit 103 der Steuereinheit 10 gemäß einer mathematischen Funktion bestimmt. Die mathematische Funktion weist einer ermittelte Differenz D dabei einen Faktor zu und multipliziert diesen Faktor mit dem Steuersignal ST*, um das Steuersignal ST* unter Berücksichtigung der Differenz D anzupassen.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steer-by-Wire-Lenksystem
- 2
- Lenkhandhabe
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Feedback-Aktuator
- 5
- Elektromotor
- 6
- Rotorwelle
- 7
- Getriebe
- 8
- erster Winkelsensor
- 9
- zweiter Winkelsensor
- 10
- Steuereinheit
- 101
- Auswerteeinheit der Steuereinheit (10)
- 102
- Differenzbildungseinheit der Steuereinheit (10)
- 103
- Steuersignal-Erzeugungseinheit
- 15
- Leitung
- 16
- Lenksteller
- 17
- Ritzel
- 18
- Rad
- 19
- Zahnstange
- 20
- Spurstange
- M
- Modell des Getriebes (7)
- S1
- erstes Sensorsignal
- S2
- zweites Sensorsignal
- S#
- wenigstens ein weiteres Signal
- ST
- Steuersignal
- ST*
- nicht angepasstes Steuersignal
- D
- Differenz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019204857 A1 [0003]
- WO 2018/233846 A1 [0003]
- DE 102018126337 A1 [0003]
