DE102021201005A1

DE102021201005A1 - Electromechanical steering system and method for operating such with consideration of mechanical deformation in the steering system

Info

Publication number: DE102021201005A1
Application number: DE102021201005.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Kakas; Imre Szepessy
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-08-04
Also published as: WO2022167353A1; EP4288324A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems (1) mit einer Lenkwelle (2), über die mittels einer Lenkhandhabe (5) ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und mit einem Lenksteller (4). Dabei wird ein Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers (4) erzeugt, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers (4) in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern (5) eines Kraftfahrzeugs umzusetzen, wobei eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem (1) ermittelt wird und das erzeugte Steuersignal in Abhängigkeit von der ermittelten mechanischen Formänderung zu einem korrigierten Steuersignal (ST) angepasst wird.Ferner betrifft die Erfindung ein zur Ausführung des Verfahrens ausgebildetes Lenksystem (1).The present invention relates to a method for operating an electromechanical steering system (1) with a steering shaft (2) via which a steering command can be specified using a steering handle (5), and with a steering actuator (4). A control signal for controlling the steering actuator (4) is generated in order to convert a steering command by means of the steering actuator (4) into a steering movement of steerable wheels (5) of a motor vehicle, with a mechanical change in shape in the steering system (1) being determined and the generated control signal is adapted to a corrected control signal (ST) as a function of the determined mechanical deformation. The invention also relates to a steering system (1) designed to carry out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems mit einer Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und mit einem Lenksteller, wobei ein Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers erzeugt wird, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umzusetzen. Weiter betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Lenksystem. Dieses umfasst eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, einen Lenksteller, der ausgebildet ist, gemäß einem empfangenen Steuersignal auf ein Koppelelement des Lenksystems zur Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs einzuwirken, und mechanisch mit dem Koppelelement verbundene Spurstangen. Zur Erzeugung des Steuersignals ist dem Lenksystem eine Steuereinheit zugeordnet.The invention relates to a method for operating an electromechanical steering system with a steering shaft, via which a steering command can be specified using a steering handle, and with a steering actuator, with a control signal for controlling the steering actuator being generated in order to convert a steering command using the steering actuator into a steering movement of implement steerable wheels of a motor vehicle. The invention also relates to an electromechanical steering system. This comprises a steering shaft, via which a steering command can be specified using a steering handle, a steering actuator which is designed to act on a coupling element of the steering system in accordance with a received control signal in order to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle, and mechanically connected to the Coupling element connected tie rods. A control unit is assigned to the steering system to generate the control signal.

Ein Verfahren zur Bereitstellung einer Lenkkraftunterstützung für ein elektromechanisches Lenksystem ist beispielsweise aus der DE 10 2018 103 082 A1 bekannt. Weiter ist beispielsweise in der DE 10 2019 203 039 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Steer-by-Wire-Lenksystems für ein Kraftfahrzeug und ein Steer-by-Wire-Lenksystem offenbart. Das Steer-by-Wire-Lenksystem umfasst dabei einen auf gelenkte Räder wirkenden elektronisch regelbaren Lenksteller. Bei solchen Lenksystemen gibt es eine Vielzahl von Störparametern, die eine ideale Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung der lenkbaren Räder verhindern.A method for providing power steering for an electromechanical steering system is, for example, from DE 10 2018 103 082 A1 known. Next is for example in the DE 10 2019 203 039 A1 discloses a method for controlling a steer-by-wire steering system for a motor vehicle and a steer-by-wire steering system. The steer-by-wire steering system includes an electronically controllable steering actuator that acts on the steered wheels. In steering systems of this type, there are a large number of disruptive parameters that prevent a steering command from being ideally converted into a steering movement of the steerable wheels.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems und ein verbessertes elektromechanisches Lenksystem, insbesondere ein verbessertes Steer-by-Wire-Lenksystem, bereitzustellen, bei dem vorteilhafterweise eine präzisere Umsetzung eines Lenkbefehls, insbesondere eines über eine Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkbefehls, in eine Lenkbewegung der lenkbaren Räder realisiert werden kann.Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved method for operating an electromechanical steering system and an improved electromechanical steering system, in particular an improved steer-by-wire steering system, in which advantageously a more precise implementation of a steering command, in particular one via a steering handle predetermined steering command, can be realized in a steering movement of the steerable wheels.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems sowie ein elektromechanisches Lenksystemgemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.To solve this problem, a method for operating an electromechanical steering system and an electromechanical steering system according to the independent claims are proposed. Further advantageous configurations of the invention are described in the dependent claims and the description as well as shown in the figures.

Die vorgeschlagene Lösung sieht ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems, insbesondere eines Steer-by-Wire-Lenksystems vor, wobei das Lenksystem eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe, insbesondere mittels eines Lenkrades, ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und einen Lenksteller umfasst. Der Lenksteller umfasst insbesondere einen Elektromotor, insbesondere einen Synchronmotor, der beispielsweise ein Lenkritzel antreibt, welches insbesondere mit einer entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs in Eingriff stehen kann. Gemäß dem Verfahren wird ein Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers erzeugt, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umzusetzen. Zudem wird eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem ermittelt und das Steuersignal in Abhängigkeit von der ermittelten mechanischen Formänderung angepasst, also insbesondere das bereits erzeugte Steuersignal zu einem bezüglich der mechanischen Formänderung korrigierten Steuersignal angepasst. Die mechanische Formänderung in dem Lenksystem ist insbesondere eine mechanische Spannung in Folge der Belastung der Komponenten. Weiter ist eine mechanische Formänderung insbesondere eine Verzerrung oder Verwindung aufgrund der auf die Komponenten wirkenden Kräfte. Insbesondere wird als mechanische Formänderung eine reversible Formänderung berücksichtigt, also insbesondere eine Formänderung, die ein Körper bei mechanischer Belastung ausgehend von einer Ruhezustandsform vollzieht, wobei bei ausbleibender mechanischer Belastung wieder die Ruhezustandsform eingenommen wird.The proposed solution provides a method for operating an electromechanical steering system, in particular a steer-by-wire steering system, the steering system comprising a steering shaft, via which a steering command can be specified using a steering handle, in particular using a steering wheel, and a steering actuator . The steering actuator includes in particular an electric motor, in particular a synchronous motor, which drives a steering pinion, for example, which can engage in particular with a toothed rack mounted displaceably along a longitudinal axis for steering steerable wheels of a motor vehicle. According to the method, a control signal for controlling the steering actuator is generated in order to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle by means of the steering actuator. In addition, a mechanical change in shape in the steering system is determined and the control signal is adapted as a function of the determined mechanical change in shape, ie in particular the control signal already generated is adapted to a control signal corrected with regard to the mechanical change in shape. The mechanical deformation in the steering system is in particular a mechanical stress as a result of the loading of the components. Furthermore, a mechanical deformation is in particular a distortion or torsion due to the forces acting on the components. In particular, a reversible change in shape is taken into account as a mechanical change in shape, ie in particular a change in shape that a body performs under mechanical stress starting from a resting state shape, with the resting state shape being assumed again if there is no mechanical stress.

Es hat sich gezeigt, dass aufgrund solcher belastungsabhängiger mechanischer Verformungen ein vorgegebener Lenkwinkel nicht exakt in einen korrespondierenden Lenkwinkel der gelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs umgesetzt wird. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren berücksichtigt nun vorteilhafterweise auftretende mechanische Verformungen, sodass eine verbesserte Ansteuerung des Lenkstellers erfolgen kann. Insbesondere werden durch das Verfahren Fehler bei der Ansteuerung des Lenkstellers aufgrund von auftretenden mechanischen Verformungen zumindest reduziert. Ein Lenkbefehl wird somit vorteilhafterweise präziser in eine entsprechende Lenkbewegung der Räder umgesetzt.It has been shown that due to such load-dependent mechanical deformations, a predetermined steering angle is not converted exactly into a corresponding steering angle of the steered wheels of a motor vehicle. The method proposed according to the invention now advantageously takes into account mechanical deformations that occur, so that the steering actuator can be controlled in an improved manner. In particular, the method at least reduces errors in the activation of the steering actuator due to mechanical deformations that occur. A steering command is thus advantageously converted more precisely into a corresponding steering movement of the wheels.

Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass das Steuersignal eine Lenkwinkelvorgabe umfasst. Zur Anpassung des Steuersignals wird die Lenkwinkelvorgabe vorteilhafterweise um einen Offset korrigiert, der insbesondere von der ermittelten mechanischen Formänderung abhängt. Insbesondere ist dieser Offset positiv, ein vorgegebener Lenkwinkel wird also vergrößert, um eine mechanischen Formänderung, beispielsweise der Spurstangen des Kraftfahrzeugs, zu kompensieren. Hierbei wird also vorteilhafterweise berücksichtigt, dass ein von dem Lenksteller umgesetzter Steuerbefehl ohne Anpassung des Steuersignals im Belastungsfall zu einem anderen Stellwinkel der Räder führt, als im unbelasteten Fall. Eine solche Anpassung des Steuersignals lässt sich vorteilhafterweise kostengünstig realisieren.In particular, the invention provides that the control signal includes a steering angle specification. In order to adapt the control signal, the steering angle specification is advantageously corrected by an offset that depends in particular on the determined mechanical change in shape. In particular, this offset is positive, so a specified steering angle is increased by a mechanical form Change, for example, the tie rods of the motor vehicle to compensate. In this case, it is advantageously taken into account that a control command implemented by the steering actuator without adapting the control signal in the case of a load results in a different setting angle of the wheels than in the unloaded case. Such an adaptation of the control signal can advantageously be implemented in a cost-effective manner.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Ermittlung der mechanischen Formänderung, die auf eine Beanspruchung des Lenksystems zurückzuführen ist, eine Schätzung durchgeführt wird. Es wird bei dieser Ausgestaltung vorteilhafterweise also nicht messtechnisch exakt die tatsächliche mechanische Formänderung gemessen. Stattdessen wird vorteilhafterweise auf Basis zumindest eines im Zusammenhang mit einer mechanischen Formänderung des Lenksystems stehenden Parameters die auftretende mechanische Formänderung abgeschätzt, insbesondere basierend auf einem an den Parameter angepassten Modell. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine gesamte Verzerrung als mechanische Formänderung auf Grundlage eines tatsächlichen Motordrehmoments eines Motors des Lenkstellers und/oder eines an einem Koppelelement des Lenkstellers wirkenden Drehmoments geschätzt wird. Diese Abschätzung erfolgt vorteilhafterweise unter Verwendung einer Lookup-tabelle und/oder unter Verwendung eines mechanischen Modells. Eine solche Abschätzung der mechanischen Verformung weist insbesondere den Vorteil auf, dass die Kosten für Sensoren zur Erfassung einer tatsächlichen mechanischen Verformung gering gehalten werden können. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass sich durch eine Abschätzung der mechanischen Verformung trotz möglicher Abweichungen zur real auftretenden mechanischen Verformung präzisere Umsetzungen von Lenkbefehlen in entsprechende Lenkbewegungen der gelenkten Räder realisieren lassen, insbesondere im Vergleich zur Verwendung eines nicht angepassten Steuersignals.A further advantageous embodiment of the invention provides that an estimate is carried out to determine the mechanical change in shape, which can be attributed to a stress on the steering system. In this configuration, the actual mechanical change in shape is advantageously not measured exactly by metrological means. Instead, the occurring mechanical deformation is advantageously estimated on the basis of at least one parameter related to a mechanical deformation of the steering system, in particular based on a model adapted to the parameter. In particular, it is provided that a total distortion is estimated as a mechanical change in shape on the basis of an actual motor torque of a motor of the steering actuator and/or a torque acting on a coupling element of the steering actuator. This estimation is advantageously carried out using a lookup table and/or using a mechanical model. Such an estimation of the mechanical deformation has the particular advantage that the costs for sensors for detecting an actual mechanical deformation can be kept low. In addition, it has been shown that by estimating the mechanical deformation, despite possible deviations from the mechanical deformation that actually occurs, more precise conversions of steering commands into corresponding steering movements of the steered wheels can be implemented, especially compared to using a non-adapted control signal.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest an einer Position ein auf die Lenkwelle wirkendes Lenkwellendrehmoment, also insbesondere ein auf die Lenkwelle wirkendes Drehmoment, erfasst. Bei der Ermittlung der mechanischen Formänderung wird dabei vorteilhafterweise das erfasste Lenkwellendrehmoment berücksichtigt. Insbesondere wird das ermittelte Lenkwellendrehmoment für die Bestimmung des Steuersignals berücksichtigt. Insbesondere wird das Lenkwellendrehmoment in Bezug zu einer Ausprägung der Anpassung des Steuersignals gesetzt. So hat sich gezeigt, dass sich aus einem auf die Lenkwelle wirkenden Drehmoment ein reproduzierbarer Bezug zu einer Anpassung des Steuersignals ableiten lässt. Vorteilhafterweise wird zur Ermittlung des Drehmoments eine Drehmomentsensorvorrichtung des Lenksystems genutzt, insbesondere eine magnetische Drehmomentsensorvorrichtung. Als eine vorteilhafte mögliche Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass vorgegebenen Werten für das Lenkwellendrehmoment direkt Korrekturwerte für die Anpassung des Steuersignals zugeordnet sind, insbesondere durch einen entsprechenden funktionalen Zusammenhang mittels eines Rechenmodells oder durch direkte Hinterlegung von Wertepaaren, insbesondere mittels einer Lookup-Tabelle. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass unterschiedlichen Drehmomentwerten entsprechende Vorgaben für die Anpassung des Steuersignals vorgegeben sind, insbesondere entsprechende Gewichtungsfaktoren für eine Anpassung.According to a further advantageous embodiment of the invention, a steering shaft torque acting on the steering shaft, ie in particular a torque acting on the steering shaft, is detected at least at one position. When determining the mechanical deformation, the detected steering shaft torque is advantageously taken into account. In particular, the determined steering shaft torque is taken into account for determining the control signal. In particular, the steering shaft torque is related to an extent of the adjustment of the control signal. It has been shown that a reproducible reference to an adjustment of the control signal can be derived from a torque acting on the steering shaft. A torque sensor device of the steering system, in particular a magnetic torque sensor device, is advantageously used to determine the torque. As an advantageous possible embodiment, it is provided that correction values for the adaptation of the control signal are assigned directly to predetermined values for the steering shaft torque, in particular by means of a corresponding functional relationship using a calculation model or by directly storing pairs of values, in particular using a lookup table. In particular, it is provided that different torque values are given corresponding specifications for the adaptation of the control signal, in particular corresponding weighting factors for an adaptation.

Insbesondere hat sich gezeigt, dass bei größeren Lenkwellendrehmomenten in der Regel auch beim Fahrer das Gefühl für ein präzises Lenkverhalten weniger ausgeprägt ist, als bei geringeren Lenkwellendrehmomenten. Dem kann somit entsprechend bei der Anpassung des Steuersignals, insbesondere eine Gewichtung für den Korrekturfaktor des Steuersignals, Rechnung getragen werden.In particular, it has been shown that with greater steering shaft torques, the driver's feeling for precise steering behavior is generally less pronounced than with lower steering shaft torques. Accordingly, this can be taken into account when adapting the control signal, in particular a weighting for the correction factor of the control signal.

Alternativ oder zusätzlich wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein an dem Lenksteller wirkendes Lenkstellerdrehmoment erfasst, insbesondere mittels einer Drehmomentsensorvorrichtung. Dabei wird die mechanische Formänderung vorteilhafterweise basierend auf dem erfassten Lenkstellerdrehmoment ermittelt. Insbesondere wird dabei das Lenkstellerdrehmoment in Bezug zur einer mechanischen Formänderung gesetzt. Insbesondere werden vorgegebenen Werten für das Lenkstellerdrehmoment direkt Korrekturwerte für die Anpassung des Steuersignals zugeordnet, insbesondere durch einen entsprechenden funktionalen Zusammenhang mittels eines Rechenmodells oder durch direkte Hinterlegung von Wertepaaren, insbesondere mittels einer Lookup-Tabelle. Insbesondere ist vorgesehen, dass unterschiedlichen Drehmomentwerten entsprechende Vorgaben für die Anpassung des Steuersignals vorgegeben sind, insbesondere entsprechende Offset-Werte.Alternatively or additionally, according to a further advantageous embodiment of the invention, a steering actuator torque acting on the steering actuator is detected, in particular by means of a torque sensor device. In this case, the mechanical change in shape is advantageously determined based on the detected steering actuator torque. In particular, the steering actuator torque is related to a mechanical shape change. In particular, correction values for the adjustment of the control signal are assigned directly to predetermined values for the steering actuator torque, in particular by means of a corresponding functional relationship using a calculation model or by directly storing pairs of values, in particular using a lookup table. In particular, it is provided that different torque values are given corresponding specifications for the adaptation of the control signal, in particular corresponding offset values.

Je nachdem, an welchen Stellen des Lenksystems die mechanische Formänderung auftritt, kann insbesondere über eine Erfassung des Lenkstellerdrehmoments eine bessere Annäherung an die tatsächlich auftretende mechanische Formänderung erreicht werden. Es ist daher vorteilhaft, insbesondere das Lenkstellerdrehmoment für die Anpassung des Steuersignals zur berücksichtigen.Depending on the points in the steering system at which the mechanical change in shape occurs, a better approximation of the mechanical change in shape actually occurring can be achieved, in particular by detecting the steering actuator torque. It is therefore advantageous, in particular, to take into account the steering actuator torque for adjusting the control signal.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mittels eines Positionssensors eine Messung durchgeführt wird, vorteilhafterweise mittels jeweils einem Positionssensor an wenigstens zwei unterschiedlichen Stellen des Lenksystems eine Messung durchgeführt wird. Insbesondere wird mittels des wenigstens einen Positionssensors eine Längenänderung, insbesondere eine Stauchung und/oder eine Streckung erfasst. Insbesondere können Dehnungsmessstreifen als Positionssensoren vorgesehen werden. Andere Positionssensoren beziehungsweise Wegsensoren können aber ebenfalls vorgesehen werden. Vorteilhafterweise wird bei dieser Ausführungsform, bei der mittels wenigstens eines Positionssensors an wenigstens einer Stelle des Lenksystems wenigstens eine Messung durchgeführt wird, die mechanische Formänderung basierend auf einem Ergebnis der jeweiligen Messung ermittelt. Insbesondere wird dabei eine erfasste Wegänderung, insbesondere eine Stauchung und/oder eine Streckung einer Komponente des Lenksystems, in Bezug zur einer mechanischen Formänderung gesetzt. So hat sich ebenfalls gezeigt, dass sich aus dem Ergebnis von Messungen mit Positionssensoren ein reproduzierbarer Bezug zu einer auftretenden mechanischen Verformung ableiten lässt. Insbesondere ist vorgesehen, dass mittels des wenigstens einen Positionssensors erfasste Messwerte direkt Korrekturwerte für die Anpassung des Steuersignals zugeordnet werden, insbesondere durch einen entsprechenden funktionalen Zusammenhang mittels eines Rechenmodells oder durch direkte Hinterlegung von Wertepaaren, insbesondere mittels einer Lookup-Tabelle. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass unterschiedlichen Messwerten entsprechende Vorgaben für die Anpassung des Steuersignals vorgegeben sind, insbesondere entsprechende Offset-Werte.A further advantageous embodiment of the invention provides that a measurement is carried out by means of a position sensor, advantageously a measurement is carried out at least two different points of the steering system by means of a respective position sensor. In particular, a change in length, in particular compression and/or stretching, is detected by means of the at least one position sensor. In particular, strain gauges can be provided as position sensors. However, other position sensors or displacement sensors can also be provided. In this embodiment, in which at least one measurement is carried out at least at one point of the steering system by means of at least one position sensor, the mechanical deformation is advantageously determined on the basis of a result of the respective measurement. In particular, a detected change in path, in particular a compression and/or a stretching of a component of the steering system, is related to a mechanical change in shape. It has also been shown that a reproducible reference to an occurring mechanical deformation can be derived from the results of measurements with position sensors. In particular, it is provided that correction values for the adjustment of the control signal are assigned directly to measured values recorded by means of the at least one position sensor, in particular by means of a corresponding functional relationship using a calculation model or by directly storing pairs of values, in particular using a lookup table. In particular, it is provided that different measured values are given corresponding specifications for the adaptation of the control signal, in particular corresponding offset values.

Insbesondere ist eine Positionsmessung an der Antriebseinheit, insbesondere der Antriebseinheit des Lenkstellers, und eine Positionsmessung an der Zahnstange des Lenksystems vorgesehen. Für den restlichen Bereich wird dann vorteilhafterweise eine Schätzung vorgenommen, die insbesondere vom Ergebnis der erfolgten Positionsmessung abhängt. Insbesondere ist allerdings auch eine Ausgestaltungsvariante vorgesehen, bei der Positionssensoren an mehreren relevanten Stellen im Lenksystem platziert werden, insbesondere an der Antriebseinheit und an den gelenkten Rädern. Hierdurch kann die Ermittlung der mechanischen Verformung vorteilhafterweise noch präziser erfolgen und somit eine weiter verbesserte Anpassung des Steuersignals erfolgen.In particular, a position measurement on the drive unit, in particular the drive unit of the steering actuator, and a position measurement on the steering rack of the steering system are provided. An estimate is then advantageously made for the remaining area, which depends in particular on the result of the position measurement that has taken place. In particular, however, a design variant is also provided in which position sensors are placed at a number of relevant points in the steering system, in particular on the drive unit and on the steered wheels. As a result, the determination of the mechanical deformation can advantageously be carried out even more precisely and thus a further improved adaptation of the control signal can take place.

Weiter ist insbesondere vorgesehen, dass das Lenksystem Spurstangen umfasst, über die Fahrzeugräder mechanisch mit dem Lenksystem gekoppelt sind, wobei zumindest eine Messung an den Spurstangen durchgeführt wird. Die Messung erfolgt dabei insbesondere mittels wenigstens eines Positionssensors. Da mechanische Formänderungen insbesondere an den häufig stark beanspruchten Spurstangen auftreten, hat sich die Anordnung von Positionssensoren an den Spurstangen und das Berücksichtigen der Messungen dieser Positionssensoren für die Ermittlung der mechanischen Verformung und somit für die Anpassung des Steuersignals zur Steuerung des Lenkstellers als besonders vorteilhaft herausgestellt.It is further provided in particular that the steering system includes tie rods, via which the vehicle wheels are mechanically coupled to the steering system, with at least one measurement being carried out on the tie rods. The measurement is carried out in particular by means of at least one position sensor. Since mechanical changes in shape occur in particular on the tie rods, which are often subjected to heavy loads, the arrangement of position sensors on the tie rods and taking into account the measurements of these position sensors for determining the mechanical deformation and thus for adapting the control signal for controlling the steering actuator has proven to be particularly advantageous.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Modell für eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem hinterlegt, insbesondere in einer dem Lenksystem zugeordneten Steuereinheit, vorzugsweise in der Steuereinheit, die das Steuersignal für die Steuerung des Lenkstellers erzeugt und/oder anpasst. Das Modell ist also insbesondere ein Rechenmodell, welches die mechanische Verformung simuliert, insbesondere unter Berücksichtigung wenigstens eines der nachfolgenden Parameter: Lenkstellerdrehmoment; Messergebnis wenigstens eines Positionssensors. Die mechanische Formänderung wird dabei vorteilhafterweise basierend auf dem hinterlegten Modell ermittelt. Vorteilhafterweise erfolgt die Anpassung des Steuersignals zur Steuerung des Lenkstellers basierend auf dem hinterlegten Modell.According to a further advantageous embodiment of the invention, a model for a mechanical change in shape is stored in the steering system, in particular in a control unit assigned to the steering system, preferably in the control unit that generates and/or adapts the control signal for controlling the steering actuator. The model is therefore in particular a calculation model which simulates the mechanical deformation, in particular taking into account at least one of the following parameters: steering actuator torque; Measurement result of at least one position sensor. The mechanical change in shape is advantageously determined based on the stored model. The adjustment of the control signal for controlling the steering actuator is advantageously based on the stored model.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die mechanische Formänderung in dem Modell als Funktion einer mechanischen Belastung des Lenksystems hinterlegt ist, insbesondere als lineare Funktion oder als nichtlineare Funktion. Vorteilhafterweise wird die mechanische Formänderung über die Funktion ermittelt, insbesondere über eine in dem Modell hinterlegte Rechenanweisung. Vorteilhafterweise lässt sich hierüber für jede Belastung eine konkrete mechanische Formänderung ermitteln.In particular, it is provided that the mechanical change in shape is stored in the model as a function of a mechanical load on the steering system, in particular as a linear function or as a non-linear function. The mechanical change in shape is advantageously determined via the function, in particular via a calculation instruction stored in the model. Advantageously, a specific mechanical change in shape can be determined in this way for each load.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass verschiedenen mechanischen Belastungen des Lenksystems jeweils mechanische Formänderungen zugeordnet sind, insbesondere über eine Lookup-Tabelle, wobei vorteilhafterweise die mechanische Formänderung basierend auf einer erfassten mechanischen Belastung des Lenksystems und der entsprechenden Zuordnung, insbesondere über die Lookup-Tabelle, ermittelt wird. Vorteilhafterweise kann hierdurch die Durchführung einer Rechenoperation entfallen. Zudem stellt dies eine vorteilhafte Variante dar, wenn das konkrete Lenksystem weniger geeignet sein sollte, die mechanische Belastung und die mechanische Formänderung in einem geeigneten funktionalen Zusammenhang zu beschreiben.A further embodiment provides that mechanical changes in shape are assigned to various mechanical loads on the steering system, in particular using a lookup table, with the mechanical change in shape advantageously being based on a detected mechanical load on the steering system and the corresponding assignment, in particular using the lookup table. is determined. Advantageously, this means that no arithmetic operations need to be carried out. In addition, this represents an advantageous variant if the specific steering system is less suitable for describing the mechanical load and the mechanical deformation in a suitable functional context.

Insbesondere ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren beim autonomen Fahren bei einem klassischen elektromechanischen Lenksystem vorteilhaft, insbesondere einem Lenksystem mit einem Aktuator und mechanischer Verbindung. Dabei ist insbesondere dann eine Anwendung des Verfahrens vorteilhaft, wenn sich das System im Positionsregelungsmodus befindet, wie insbesondere beim automatisierten Einparken, bei der Bahnverfolgung, bei der Spurhaltung und/oder jeder anderen Funktion, die das Lenksystem im Positionsregelungsmodus verwendet.In particular, a method designed according to the invention is advantageous in autonomous driving with a classic electromechanical steering system, in particular a steering system with an actuator and mechanical connection. In this case, in particular, an application of the Method advantageous when the system is in position control mode, such as in particular automated parking, trajectory following, lane keeping and/or any other function that uses the steering system in position control mode.

Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ebenfalls vorgeschlagene elektromechanische Lenksystem ist vorteilhafterweise zur Ausführung eines Verfahrens mit den vorstehend genannten Merkmalen ausgebildet, wobei die Merkmale einzeln oder in Kombination verwirklicht sein können. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Lenksystem eine Steer-by-Wire-Lenksystem ist. Das Lenksystem umfasst eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann. Weiter umfasst das Lenksystem einen Lenksteller, der ausgebildet ist, gemäß einem empfangenen Steuersignal auf ein Koppelelement des Lenksystems zur Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs einzuwirken, wobei das Koppelelement insbesondere ein Lenkritzel ist. Ferner umfasst das Lenksystem mechanisch mit dem Koppelelement verbundene Spurstangen, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Koppelelement ein Lenkritzel ist, welches mit einer entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange in Eingriff steht und wobei die Spurstangen insbesondere sich jeweils an ein Ende der Zahnstange anschließend angeordnet sind. Dem Lenksystem ist darüber hinaus eine Steuereinheit zur Erzeugung des Steuersignals zugeordnet. Insbesondere kann das Lenksystem die Steuereinheit umfassen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine entsprechend eingerichtete zentrale Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs dem Lenksystem als Steuereinheit zugeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuereinheit zur Erzeugung und zur Anpassung des Steuersignals zur Steuerung des Lenkstellers ausgebildet ist. Insbesondere ist weiter vorgesehen, dass die Steuereinheit die mechanische Formänderung in dem Lenksystem ermittelt, wozu die Steuereinheit insbesondere ausgebildet ist, Sensorsignale von entsprechenden Sensoren, insbesondere von wenigstens einer Drehmomentsensorvorrichtung und/oder von wenigstens einem Positionssensor zu empfangen.The electromechanical steering system that is also proposed to solve the problem mentioned at the outset is advantageously designed to carry out a method with the features mentioned above, it being possible for the features to be implemented individually or in combination. In particular, it is provided that the steering system is a steer-by-wire steering system. The steering system includes a steering shaft, via which a steering command can be specified by means of a steering handle. The steering system also includes a steering actuator which is designed to act on a coupling element of the steering system for converting a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle according to a received control signal, the coupling element being in particular a steering pinion. The steering system also includes tie rods that are mechanically connected to the coupling element, it being provided in particular that the coupling element is a steering pinion, which engages with a toothed rack that is movably mounted along a longitudinal axis, and wherein the tie rods are each arranged adjoining one end of the toothed rack . In addition, a control unit for generating the control signal is assigned to the steering system. In particular, the steering system can include the control unit. However, it can also be provided that a correspondingly set up central control unit of a motor vehicle is assigned to the steering system as a control unit. In particular, it is provided that the control unit is designed to generate and adapt the control signal for controlling the steering actuator. In particular, it is further provided that the control unit determines the mechanical change in shape in the steering system, for which purpose the control unit is designed in particular to receive sensor signals from corresponding sensors, in particular from at least one torque sensor device and/or from at least one position sensor.

Vorteilhafterweise umfasst das Lenksystem wenigstens einen Positionssensor an einer Spurstange des Lenksystems. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem wenigstens einen Positionssensor an einer Antriebseinheit des Lenkstellers. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem wenigstens eine Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines auf die Lenkwelle wirkenden Drehmoments. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem wenigstens eine Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines an dem Lenksteller wirkenden Drehmoment, insbesondere eines an der Rotorwelle eines Gleichstrommotors des Lenkstellers wirkenden Drehmoments und/oder eines an dem Koppelelement, insbesondere dem Lenkritzel, wirkenden Drehmoments.The steering system advantageously includes at least one position sensor on a tie rod of the steering system. The steering system also advantageously includes at least one position sensor on a drive unit of the steering actuator. The steering system also advantageously comprises at least one torque sensor device for detecting a torque acting on the steering shaft. The steering system also advantageously includes at least one torque sensor device for detecting a torque acting on the steering actuator, in particular a torque acting on the rotor shaft of a DC motor of the steering actuator and/or a torque acting on the coupling element, in particular the steering pinion.

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 Lenksystem;
2 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit zur Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens; und
3 anhand eines vereinfachten Ablaufdiagramms ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren.

Further advantageous details, features and design details of the invention are explained in more detail in connection with the exemplary embodiments illustrated in the figures (Fig.: Figure). It shows:

1 in a simplified perspective view, an embodiment of a steering system designed according to the invention;
2 in a schematic block diagram representation, an exemplary embodiment of a control unit designed according to the invention for executing a method designed according to the invention; and
3 an exemplary embodiment of a method designed according to the invention using a simplified flow chart.

In 1 ist schematisch ein Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Lenksystem 1 ein Steer-by-Wire-Lenksystem. Das Lenksystem 1 weist eine Lenkwelle 2 auf, über die mittels einer Lenkhandhabe 3 ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann. Die Lenkhandhabe 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Lenkrad ausgebildet.In 1 is shown schematically a steering system 1 for a motor vehicle according to an embodiment of the invention. In this embodiment, the steering system 1 is a steer-by-wire steering system. The steering system 1 has a steering shaft 2 via which a steering command can be specified by means of a steering handle 3 . The steering handle 3 is designed as a steering wheel in this embodiment.

An dem der Lenkhandhabe 3 abgewandten Ende der Lenkwelle 2 ist ein Feedback-Aktuator 20 angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, Rückwirkungen von einem Räder-Fahrbahn-Kontakt auf die Lenkhandhabe 3 aufzubringen und somit ein gewohntes Lenkgefühl zu vermitteln.At the end of the steering shaft 2 facing away from the steering handle 3, a feedback actuator 20 is arranged, which is designed to apply repercussions from wheel-road contact to the steering handle 3 and thus impart a familiar steering feel.

Weiter umfasst das Lenksystem 1 einen elektrischen Lenksteller 4, welcher ausgebildet ist, einen Lenkbefehl in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern 5 des Kraftfahrzeugs umzusetzen. Der Lenksteller 4 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Lenkritzels 6 auf eine Zahnstange 7 eines Zahnstangen-Lenkgetriebes ein, wodurch über Spurstangen 8 des Lenksystems 1 mittelbar auf die gelenkten Räder 5 eingewirkt wird. Zum Antrieb des Lenkritzes 6 umfasst der Lenksteller 4 einen Elektromotor 41 als Antriebseinheit, wobei der Elektromotor 41 insbesondere ein dreiphasiger Permanentmagnet-Synchronmotor sein kann.The steering system 1 also includes an electric steering actuator 4, which is designed to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels 5 of the motor vehicle. In this exemplary embodiment, the steering actuator 4 acts by means of a steering pinion 6 on a toothed rack 7 of a rack and pinion steering gear, which acts indirectly on the steered wheels 5 via tie rods 8 of the steering system 1 . To drive the steering pinion 6, the steering actuator 4 includes an electric motor 41 as a drive unit, wherein the electric motor 41 can be a three-phase permanent magnet synchronous motor in particular.

Der Lenksteller 4 wird dabei von einer Steuereinheit 9 des Lenksystems angesteuert. Auch der Feedback-Aktuator 20 wird in diesem Ausführungsbeispiel von der Steuereinheit 9 angesteuert. Die Steuereinheit 9 generiert dazu entsprechende Steuersignale ST, SF, die von dem Feedback-Aktuator 20 und dem Lenksteller 4 empfangen werden. Die Steuereinheit 9 kann insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollereinheit sein.The steering actuator 4 is controlled by a control unit 9 of the steering system. The feedback actuator 20 is also controlled by the control unit 9 in this exemplary embodiment. The control unit 9 generates corresponding Corresponding control signals ST, SF, which are received by the feedback actuator 20 and the steering actuator 4. The control unit 9 can in particular be an appropriately programmed microcontroller unit.

Das Lenksystem 1 umfasst zudem mehrere Sensoren 10, 11, 12, 13, die in 1 lediglich schematisch dargestellt sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Sensor 11 ein Drehmomentsensor ist, der ein auf die Lenkwelle 2 aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Der Sensor 10 kann insbesondere auch ein Drehmomentsensor sein, der ein auf das Lenkritzel 6 aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Die weiteren Sensoren 12, 13 sind insbesondere Positionssensoren, wobei die Positionssensor 12, 13 insbesondere jeweils an einer Spurstange 8 angeordnet sind. Als Positionssensor ist insbesondere ein Dehnmesstreifen vorgesehen. Darüber hinaus können insbesondere weitere Sensoren vorgesehen sein, was in 1 durch „...“ symbolisch dargestellt ist. Insbesondere kann ein weiterer Positionssensor an der Antriebseinheit vorgesehen sein. Insbesondere ist weiter vorgesehen sein, dass wenigstens ein in 1 nicht explizit dargestellter Sensor einen Lenkbefehl erfasst, der von einem Fahrer durch Drehen der Lenkhandhabe 3 aufgebracht wird. Dazu ist insbesondere ein Drehwinkelsensor an der Lenkwelle 2 angeordnet ist, der einen Lenkradwinkel erfasst.The steering system 1 also includes a number of sensors 10, 11, 12, 13, which are 1 are shown only schematically. It is provided in particular that the sensor 11 is a torque sensor that detects a torque applied to the steering shaft 2 . The sensor 10 can in particular also be a torque sensor which detects a torque applied to the steering pinion 6 . The other sensors 12, 13 are in particular position sensors, with the position sensors 12, 13 being arranged in particular on a tie rod 8 in each case. In particular, a strain gauge is provided as the position sensor. In addition, further sensors in particular can be provided, which in 1 is symbolically represented by "...". In particular, a further position sensor can be provided on the drive unit. In particular, it is further provided that at least one in 1 not explicitly shown sensor detects a steering command that is applied by a driver by turning the steering handle 3. For this purpose, in particular, a rotation angle sensor is arranged on the steering shaft 2, which detects a steering wheel angle.

Die Steuereinheit 9 des Lenksystems 1 ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, eine mechanische Formänderung, insbesondere eine aufgrund mechanischer Belastung auftretende Verwindung, zur ermitteln und das Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers, welches insbesondere auf einem erfassten Lenkmoment und einer erfassten Lenkwinkelgeschwindigkeit basiert, vor dem Senden an den Lenksteller in Abhängigkeit von der ermittelten mechanischen Formänderung anzupassen, und dann dieses angepasste Steuersignal als das Steuersignal ST an den Lenksteller 4 zu übertragen, der dann das empfangene Steuersignal ST in eine entsprechende Motorbewegung und darüber in eine entsprechende Bewegung des Lenkritzels 6 umsetzt. Die von der Steuereinheit 9 ermittelte mechanische Verformung ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel nicht exakt messtechnisch erfasst, sondern geschätzt. Als Basis für diese Schätzung dienen dabei die von den Positionssensoren 12, 13 bereitgestellten Sensorsignale S2, S3 und die von den Drehmomentsensoren 10, 11 bereitgestellten Signale SO, S1.In this exemplary embodiment, the control unit 9 of the steering system 1 is designed to determine a mechanical change in shape, in particular a torsion occurring as a result of mechanical loading, and to transmit the control signal for controlling the steering actuator, which is based in particular on a detected steering torque and a detected steering angle speed, before sending it to the steering actuator as a function of the determined mechanical change in shape, and then to transmit this adapted control signal as the control signal ST to the steering actuator 4, which then converts the received control signal ST into a corresponding motor movement and, via this, into a corresponding movement of the steering pinion 6. In this exemplary embodiment, the mechanical deformation determined by the control unit 9 is not exactly recorded by measurement, but rather is estimated. The sensor signals S2, S3 provided by the position sensors 12, 13 and the signals S0, S1 provided by the torque sensors 10, 11 serve as the basis for this estimation.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Steuereinheit 9 eines elektromechanischen Lenksystems wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in 2 gezeigte Blockschaltbilddarstellung näher erläutert. Die Steuereinheit 9 kann insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollereinheit sein.A possible exemplary embodiment for the control unit 9 of an electromechanical steering system is described below with reference to 2 shown block diagram representation explained in more detail. The control unit 9 can in particular be an appropriately programmed microcontroller unit.

Die in 2 gezeigte Steuereinheit 9 empfängt dabei eine Vielzahl von Sensorsignalen S0, S1, S2, S3, S# von Sensoren des Lenksystems. Das Bezugszeichen S# steht dabei für ein oder mehrere Sensorsignale, insbesondere für Sensorsignale in Bezug auf einen erfassten Lenkbefehl. In einer Auswerteeinheit 90 der Steuereinheit 9 wird dabei insbesondere unter Berücksichtigung der Sensorsignale S#, vorteilhafterweise zusätzlich unter Berücksichtigung des Drehmomentsignals S1 bezüglich eines auf die Lenkwelle aufgebrachten Drehmoments, ein nicht angepasstes Steuersignal ST* erzeugt, welches eine Lenkwinkelvorgabe, die insbesondere in ein entsprechendes Ansteuerungssignal für den Motor des Lenkstellers transformiert sein kann, umfasst. Darüber hinaus umfasst die Steuereinheit eine Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem. Diese Einheit 91 nutzt dabei insbesondere die von Positionssensoren, beispielsweise dem Positionssensor 13, erfasste Messergebnisse. Darüber hinaus nutzt die Einheit 91 vorteilhafterweise das von dem Drehmomentsensor 10 erfasste Sensorsignal S0, wobei das Signal S0 insbesondere ein auf ein Koppelelement des Lenkstellers, insbesondere das Lenkritzel, aufgebrachtes Drehmoment repräsentiert.In the 2 The control unit 9 shown receives a large number of sensor signals S0, S1, S2, S3, S# from sensors of the steering system. The reference symbol S# stands for one or more sensor signals, in particular for sensor signals relating to a detected steering command. In an evaluation unit 90 of the control unit 9, a non-adapted control signal ST* is generated, in particular taking into account the sensor signals S#, advantageously also taking into account the torque signal S1 with regard to a torque applied to the steering shaft, which control signal ST* is a steering angle specification, which in particular is converted into a corresponding control signal can be transformed for the motor of the steering actuator includes. In addition, the control unit includes a unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system. This unit 91 uses in particular the measurement results recorded by position sensors, for example the position sensor 13 . In addition, the unit 91 advantageously uses the sensor signal S0 detected by the torque sensor 10, the signal S0 representing in particular a torque applied to a coupling element of the steering actuator, in particular the steering pinion.

In der Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel ein Modell 92 für eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem hinterlegt. Die Ermittlung der mechanischen Formänderung basiert dabei auf diesem hinterlegten Modell 92. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die mittels des Sensorsignals S0 erfassten Drehmomente eine Funktion hinterlegt ist, wobei über den hinterlegten funktionalen Zusammenhang aus den Drehmomentsignalen eine mechanische Formänderung berechnet wird. Darüber hinaus ist bei diesem Ausführungsbeispiel insbesondere vorgesehen, dass erfassten Signale S2, S3 von Positionssensoren in einer Lookup-Tabelle jeweils Werte für eine mechanische Formänderung zugeordnet sind. Die über diese Zuordnung ermittelten Werte und die aus den Drehmomentsignalen berechneten Werte werden dann, insbesondere nach Durchführung einer Gewichtung und/oder Mittelung, von dem Modell 92 zu einem geschätzten Ergebnis für eine in dem Lenksystem auftretende mechanische Formänderung zusammengeführt. Die Auswerteeinheit 90 bildet dabei ein von der ermittelten Formänderung abhängiges Offset-Signal Off. Dieses Offset-Signal Off wird dabei zusammen mit dem nicht angepassten Steuersignal ST* einer Signalanpassungseinheit 93 der Steuereinheit 9 zugeführt. Die Signalanpassungseinheit 93 passt dabei das Steuersignal ST* um einen Offset, der durch das Offset-Signal Off repräsentiert wird an, insbesondere durch Addition des Steuersignals ST* mit dem Offset-Signal Off. Insbesondere kann noch eine Gewichtung des Offset-Signals Off unter Berücksichtigung von mit dem Sensor 11 erfassten Lenkwellendrehmomenten erfolgen. Die Signalanpassungseinheit 93 liefert dann als Ergebnis ein angepasstes Steuersignal ST zur Steuerung des Lenkstellers, welches dann von dem Lenksteller beziehungsweise dem Elektromotor des Lenkstellers empfangen werden kann.In this exemplary embodiment, a model 92 for a mechanical change in shape in the steering system is stored in the unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system. The determination of the mechanical deformation is based on this stored model 92. In particular, it is provided that a function is stored for the torques detected by means of the sensor signal S0, a mechanical deformation being calculated from the torque signals via the stored functional relationship. In addition, in this exemplary embodiment it is provided in particular that values for a mechanical deformation are assigned to detected signals S2, S3 from position sensors in a lookup table. The values determined via this assignment and the values calculated from the torque signals are then combined by the model 92 to form an estimated result for a mechanical deformation occurring in the steering system, in particular after weighting and/or averaging has been carried out. In this case, the evaluation unit 90 forms an offset signal Off which is dependent on the determined change in shape. This offset signal Off is fed to a signal adjustment unit 93 of the control unit 9 together with the non-adjusted control signal ST*. The signal adjustment unit 93 adjusts the control signal ST* by an offset that is represented by the offset signal Off on, in particular by adding the control signal ST* to the offset signal Off. In particular, the offset signal Off can also be weighted taking into account the steering shaft torques detected by the sensor 11 . As a result, the signal adaptation unit 93 then delivers an adapted control signal ST for controlling the steering actuator, which can then be received by the steering actuator or the electric motor of the steering actuator.

3 zeigt in einem stark vereinfachten Ablaufdiagramm ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems, wie beispielsweise in 1 dargestellt. Dabei wird in einem Verfahrensschritt 30 auf herkömmliche Weise ein Steuersignal für die Ansteuerung eines Lenkstellers erzeugt, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umsetzen zu können. Zusätzlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt 31 parallel eine in dem Lenksystem aufgrund einer auf das Lenksystem einwirkenden mechanischen Belastung eine in dem Lenksystem, insbesondere an den Spurstangen, auftretende mechanische Verwindung als mechanische Formänderung geschätzt. Grundlage für diese Schätzung kann insbesondere ein entsprechendes Rechen-Modell sein, welches das Verhalten des Lenksystems bezüglich auftretender mechanischer Verwindungen simuliert. In einem weiteren Verfahrensschritt 32 wird das zuvor in dem Verfahrensschritt 30 ermittelte Steuersignal in Abhängigkeit von der durch Schätzung ermittelten mechanischen Verwindung angepasst, das heißt es erfolgt eine Kompensation des durch die mechanische Verwindung auftretenden Fehlers, der bei der Erzeugung des Steuersignals in dem Verfahrensschritt 30 aufgetreten ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann das so in dem Verfahrensschritt 30 angepasste Steuersignal in eine Lenkbewegung der Räder eines Kraftfahrzeugs umgesetzt. 3 shows a further exemplary embodiment of a method for operating an electromechanical steering system, such as in FIG 1 shown. In a method step 30, a control signal for activating a steering actuator is generated in a conventional manner in order to be able to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle by means of the steering actuator. In addition, in a further method step 31, a mechanical torsion occurring in the steering system, in particular on the tie rods, is estimated as a mechanical deformation in parallel in the steering system due to a mechanical load acting on the steering system. In particular, the basis for this estimate can be a corresponding calculation model that simulates the behavior of the steering system with regard to mechanical torsion that occurs. In a further method step 32, the control signal previously determined in method step 30 is adapted as a function of the mechanical torsion determined by estimation, i.e. the error occurring due to the mechanical torsion that occurred when the control signal was generated in method step 30 is compensated is. In a further method step, the control signal adapted in method step 30 is then converted into a steering movement of the wheels of a motor vehicle.

Insbesondere kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren sowie bei dem vorgeschlagenen Lenksystem ein Teil der mechanischen Verformung des Lenksystems anhand der Belastung des Lenksystems abgeschätzt werden, was auch gemessen werden kann. Basierend auf der bekannten mechanischen Verformung kann diese vorteilhafterweise so kompensiert werden, dass die Lenkwinkelanforderung, also insbesondere das Steuersignal zur Ansteuerung des Lenkstellers, um die geschätzte mechanische Verformung modifiziert, insbesondere ausgeglichen, werden kann. Die mechanische Verformung kann insbesondere gemessen und geschätzt werden. Der Betrag der mechanischen Verformung, insbesondere der Verformung zwischen der Position des Aktuators für die Räder, insbesondere des Lenkstellers, und der Position des Straßenrads, wird vorteilhafterweise als eine Funktion der Last bestimmt, die insbesondere an den Spurstangen gemessen werden kann und/oder insbesondere anhand des Motordrehmoments des Aktuators für die Räder, geschätzt werden kann.In particular, with the proposed method and with the proposed steering system, part of the mechanical deformation of the steering system can be estimated based on the load on the steering system, which can also be measured. Based on the known mechanical deformation, this can advantageously be compensated in such a way that the steering angle request, ie in particular the control signal for controlling the steering actuator, can be modified, in particular compensated, by the estimated mechanical deformation. In particular, the mechanical deformation can be measured and estimated. The amount of mechanical deformation, in particular the deformation between the position of the actuator for the wheels, in particular the steering actuator, and the position of the road wheel is advantageously determined as a function of the load, which can be measured in particular on the tie rods and/or in particular by means of the motor torque of the actuator for the wheels, can be estimated.

Die Charakteristik dieser Verformung kann, insbesondere abhängig von dem konkreten Lenksystem, insbesondere als lineare Funktion oder als nichtlineare Funktion der oben genannten Last hinterlegt sein, insbesondere als Lookup-Tabelle. Eine Positionsanforderung, also insbesondere ein Lenkbefehl, kann also bei einem Lenksystem, insbesondere bei einem Steer-by-Wire-System vorgegeben werden. Eine Steuereinheit, insbesondere eine Regelung, erzeugt eine entsprechende Vorgabe, insbesondere ein entsprechendes Steuersignal, von dem Aktuator für das Lenken der Räder umgesetzt wird. Diese Positionsanforderung wird vorteilhafterweise mit der oben erwähnten geschätzten mechanischen Verformung korrigiert, indem vorteilhafterweise eine angepasste Vorgabe, insbesondere ein angepasstes Steuersignal erzeugt wird. Der Aktuator kann somit vorteilhafterweise die Position der lenkbaren Räder präziser, insbesondere mit geringerer Abweichung gegenüber dem Lenkbefehl, einstellen.The characteristic of this deformation can be stored, in particular as a function of the specific steering system, in particular as a linear function or as a non-linear function of the above-mentioned load, in particular as a lookup table. A position request, ie in particular a steering command, can therefore be specified in a steering system, in particular in a steer-by-wire system. A control unit, in particular a regulator, generates a corresponding specification, in particular a corresponding control signal, which is implemented by the actuator for steering the wheels. This position requirement is advantageously corrected with the above-mentioned estimated mechanical deformation, advantageously by generating an adjusted specification, in particular an adjusted control signal. The actuator can thus advantageously set the position of the steerable wheels more precisely, in particular with less deviation from the steering command.

Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.The exemplary embodiments illustrated in the figures and explained in connection with these serve to explain the invention and are not restrictive of it.

BezugszeichenlisteReference List

11: Lenksystemsteering system
22: Lenkwellesteering shaft
33: Lenkhandhabesteering handle
44: Lenkstellersteering adjuster
4141: Elektromotor des Lenkstellers (4)Steering actuator electric motor (4)
55: Radwheel
66: Lenkritzelsteering pinion
77: Zahnstangerack
88th: Spurstangetie rod
99: Steuereinheitcontrol unit
9090: Auswerteeinheitevaluation unit
9191: Einheit zur Ermittlung einer mechanischen FormänderungUnit for determining a mechanical deformation
9292: Modellmodel
9393: Signalanpassungseinheitsignal conditioning unit
10, 1110, 11: Drehmomentsensortorque sensor
12, 1312, 13: Positionssensorposition sensor
2020: Feedback-Aktuatorfeedback actuator
S0, S1, S2, S3, S#S0, S1, S2, S3, S#: Sensorsignalsensor signal
SFSF: Steuersignal zur Steuerung des Feedback-Aktuators (20)Control signal for controlling the feedback actuator (20)
STST: Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers (9)Control signal for controlling the steering actuator (9)
ST*ST*: nicht angepasstes Steuersignalunmatched control signal
Offoff: Offset-Signaloffset signal
3030: Erzeugung eines Steuersignalsgeneration of a control signal
3131: Schätzung der mechanischen FormänderungEstimation of mechanical strain
3232: Kompensationcompensation
3434: Umsetzung des angepassten Steuersignals in eine Lenkbewegung der Räder (5)Conversion of the adjusted control signal into a steering movement of the wheels (5)

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102018103082 A1 [0002]
DE 102019203039 A1 [0002]

Claims

Method for operating an electromechanical steering system (1) with a steering shaft (2) via which a steering command can be specified by means of a steering handle (5), and with a steering actuator (4), with a control signal (ST*) for controlling the steering actuator ( 4) is generated in order to convert a steering command by means of the steering actuator (4) into a steering movement of steerable wheels (5) of a motor vehicle, characterized in that a mechanical change in shape in the steering system (1) is determined and the control signal (ST*) in Depending on the determined mechanical deformation is adjusted.

procedure after claim 1 , characterized in that the control signal (St*) includes a steering angle specification, wherein the steering angle specification for adapting the control signal (ST*) is corrected by an offset (Off), which depends on the determined mechanical deformation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an estimate is carried out to determine the mechanical change in shape which can be attributed to stress on the steering system (1).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a steering shaft torque acting on the steering shaft (2) is detected at least at one position, the detected steering shaft torque being taken into account for determining the mechanical deformation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a steering actuator torque acting on the steering actuator (4) is detected, the mechanical shape change being determined on the basis of the detected steering actuator torque.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a measurement is carried out at at least one point of the steering system (1) using at least one position sensor (12, 13), the mechanical deformation being determined based on a result of the measurement.

procedure after claim 6 , characterized in that the steering system (1) comprises tie rods (8) via which the wheels (5) of a motor vehicle are mechanically coupled to the steering system (1), at least one measurement being carried out on the tie rods (8).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a model (92) for a mechanical change in shape is stored in the steering system (1), the mechanical change in shape being determined on the basis of the stored model (92).

procedure after claim 8 , characterized in that the mechanical change in shape is stored in the model (92) as a function of a mechanical load on the steering system (1).

procedure after claim 8 or claim 9 , characterized in that different mechanical loads on the steering system (1) are associated with mechanical changes in shape, the mechanical changes in shape being determined on the basis of a detected mechanical load on the steering system (1) and the corresponding assignment.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steering system (1) is a steer-by-wire steering system.

Electromechanical steering system (1) comprising a steering shaft (2) via which a steering command can be specified by means of a steering handle (3), a steering actuator (4) which is designed, according to a received control signal (ST), to a coupling element (6) of the Steering system (1) for converting a steering command into a steering movement of steerable wheels (5) of a motor vehicle, and tie rods (8) mechanically connected to the coupling element, wherein the steering system (1) has a control unit (9) for generating the control signal (ST* , ST) is assigned, characterized in that the steering system (1) for carrying out a method according to one of Claims 1 until 10 is trained.

Electromechanical steering system (1) after claim 12 , characterized in that the steering system (1) is a steer-by-wire steering system.