DE102022205230A1 - Elektromechanisches Lenksystem und Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems mit Messfehlerkorrektur - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromechanisches Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems (1), wobei das Lenksystem (1) eine Lenkwelle (2), über die mittels einer Lenkhandhabe (3) ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und ein Lenkgetriebe (4) aufweist, wobei das Lenkgetriebe (4) einen Lenksteller (41) und ein Koppelelement (42), auf das der Lenksteller (41) zur Umsetzung eines Lenkbefehls einwirkt, umfasst. Der Lenksteller (41) kann von einem Elektromotor (43) zur Umsetzung eines Lenkbefehls angetrieben werden, wobei der Elektromotor (43) mittels eines Gleichstroms (15) angetrieben und mittels einer dem Elektromotor (43) zugeordneten Steuereinheit (10) angesteuert wird, wobei ein Drehwinkel (22) einer Motorwelle (5) des Elektromotors (43) von der Steuereinheit (10) bestimmt wird, für die Bestimmung des Drehwinkels (22) ein Drehwinkelmesswertsignal (20) von einem Rotorpositionssensor (6) bereitgestellt wird, und die Steuereinheit (10) bei der Bestimmung des Drehwinkels (22) einen Messfehler des bereitgestellten Drehwinkelmesswertsignals (20) kompensiert, der auf von dem Gleichstrom (15) hervorgerufene magnetische Störungen zurückgeht.

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, wobei das Lenksystem eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und ein Lenkgetriebe aufweist. Das Lenkgetriebe umfasst einen Lenksteller und ein Koppelelement, auf das der Lenksteller zur Umsetzung eines Lenkbefehls einwirkt, wobei der Lenksteller von einem Elektromotor zur Umsetzung eines Lenkbefehls angetrieben werden kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektromechanischen Lenksystems, bei dem der Elektromotor mittels eines Gleichstroms angetrieben und mittels einer dem Elektromotor zugeordneten Steuereinheit angesteuert wird, wobei ein Drehwinkel einer Motorwelle des Elektromotors von der Steuereinheit bestimmt und für die Bestimmung des Drehwinkels ein Drehwinkelmesswertsignal von einem Rotorpositionssensor bereitgestellt wird.
• Ein Lenksystem und ein Verfahren zur Kompensation von Fehlern bei der Bestimmung der Rotorposition eines Elektromotors in einem Lenksystem werden in der Druckschrift WO 2017/092799 A1 beschrieben. Unter Anwendung trigonometrischer Funktionen werden dabei aus Stromvektoren Werte zur Kompensation von auftretenden Oberwellen bestimmt. Zudem ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Winkelfehlers in einer elektronisch kommutierten Synchronmaschine aus der EP 3 026 811 A1 bekannt. Des Weiteren ist aus der Druckschrift DE 100 41 089 A1 ein Verfahren zur Korrektur einer Winkelmessung bekannt, welches zur Lenkwinkelbestimmung in einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann. Mit mehreren einem Multipolrad zugeordneten Sensoren werden dabei Messwerte ermittelt, wobei Oberwellen mit Hilfe einer Fourier-Analyse reduziert werden. Die Druckschrift US 9,400,164 B2 offenbart ferner eine Winkelfehlerkorrektur für einen magnetischen Sensor, wobei für die Fehlerkorrektur eine Temperatur berücksichtigt wird. Darüber hinaus wird in der Druckschrift US 8,587,294 B2 ein Winkelsensor offenbart, bei dem eine Fehlerkorrektur durchgeführt wird, indem mit mehreren Elementen eine Messung vorgenommen wird, wobei über eine Verarbeitung der erfassten Messwerte ein Fehler, beispielsweise aufgrund von Oberwellen, ausgeglichen werden soll.
• Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einleitend genanntes elektromechanisches Lenksystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lenksystems zu verbessern, und insbesondere bei einem einleitend genannten elektromechanischen Lenksystem den Drehwinkel der Motorwelle des Elektromotors kostengünstig genauer zu ermitteln.
• Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren und ein elektromechanisches Lenksystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.
• Die vorgeschlagene Lösung sieht ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems für ein Kraftfahrzeug vor, wobei das Lenksystem eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und ein Lenkgetriebe aufweist. Das Lenkgetriebe umfasst einen Lenksteller und ein Koppelelement, auf das der Lenksteller zur Umsetzung eines Lenkbefehls einwirkt, wobei der Lenksteller von einem Elektromotor zur Umsetzung eines Lenkbefehls angetrieben werden kann. Der Elektromotor wird mittels eines Gleichstroms angetrieben und mittels einer dem Elektromotor zugeordneten Steuereinheit angesteuert, wobei ein Drehwinkel einer Motorwelle des Elektromotors von der Steuereinheit bestimmt wird. Für die Bestimmung des Drehwinkels wird ein Drehwinkelmesswertsignal von einem Rotorpositionssensor bereitgestellt, wobei die Steuereinheit bei der Bestimmung des Drehwinkels einen Messfehler des bereitgestellten Drehwinkelmesswertsignals kompensiert, der auf von dem Gleichstrom hervorgerufene magnetische Störungen zurückgeht. Vorteilhafterweise kann somit die Präzision des bereitgestellten Drehwinkels verbessert werden. Hierdurch wird vorteilhafterweise auch das von einem Nutzer des elektromechanischen Lenksystems wahrgenommene Lenkgefühl verbessert. Ein weiterer Vorteil eines so betriebenen elektromechanischen Lenksystems liegt darin, dass durch die Kompensierung von durch Gleichströme hervorgerufenen magnetischen Störungen mehr Freiheiten beim Einbau eines solchen elektromechanischen Lenksystems in einem Kraftfahrzeug bestehen, weil Gleichstrom führende Leitungen weniger berücksichtigt werden müssen. Der Aufwand für eine magnetische Abschirmung kann zudem reduziert werden.
• Vorteilhafterweise sieht das Verfahren vor, dass ein aktueller Wert des Gleichstroms für den Antrieb des Elektromotors für die Kompensierung des Messfehlers berücksichtigt wird. Ein entsprechender Wert des Gleichstroms für den Antrieb des Elektromotors wird dazu vorteilhafterweise erfasst. Die Kompensierung des Messfehlers erfolgt somit insbesondere abhängig von dem aktuell fließenden Gleichstrom. Insbesondere ist vorgesehen, dass als Messfehler eine erste Oberschwingung des Drehwinkelmesswertsignals kompensiert wird. Es hast sich gezeigt, dass sich hierdurch gute Messfehlerkorrekturen erzielen lassen.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird für die Kompensierung des Messfehlers ein erster Parameter berücksichtigt. Dieser erste Parameter beschreibt vorteilhafterweise ein Verhältnis von Amplitude der ersten Oberschwingung zum aktuellen Gleichstrom. Insbesondere beschreibt der erste Parameter ein Verhältnis von einem Amplitudenwert einer Amplitude der ersten Oberschwingung zu einem zugehörigen Wert des Gleichstroms. Des Weiteren ist der erste Parameter insbesondere ein linear verlaufender Parameter.
• Weiter vorteilhaft wird für die Kompensierung des Messfehlers ein zweiter Parameter berücksichtigt. Dieser zweite Parameter ist insbesondere ein von dem ersten Parameter verschiedener Parameter. Insbesondere ist vorgesehen, dass der zweite Parameter den Phasenwinkel eines Beginns der ersten Oberschwingung beschreibt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bezieht sich der zweite Parameter auf einen Winkelpositionsbereich, in dem ein maximaler Fehlerwert liegt. Insbesondere hat sich gezeigt, dass sich dieser bei verschiedenen Strömen immer an der gleichen oder zumindest annähernd an der gleichen Stelle befindet, die bei der Kompensation des Messfehlers berücksichtigt werden soll. Daher sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass der zweite Parameter konstant gehalten wird.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der erste Parameter durch eine anfängliche Kalibrierung festgelegt wird. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der zweite Parameter durch eine anfängliche Kalibrierung festgelegt wird. Ergänzend kann eine Kalibrierung beziehungsweise eine Re-Kalibrierung zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden. Bevorzugt wird die Kalibrierung beziehungsweise die Re-Kalibrierung unter Nutzung einer diskreten Fourier Transformation durchgeführt, insbesondere unter Nutzung einer diskreten Fourier Transformation bei vorgegebenen Betriebsbedingungen.
• Bevorzugt ist die Fourier Transformation, die für die Kalibrierung beziehungsweise die Re-Kalibrierung der Parameter verwendet wird, eine On-the-Fly-DFT. Damit wird vorteilhafterweise eine komplexe Fourier-Summe berechnet, allerdings nur für die erste Harmonische k=1. Vor der Berechnung werden insbesondere keine Samples (Abtastwerte) berücksichtigt, sondern die Summierung erfolgt vorzugsweise Sample für Sample. Die Gleichungen lauten dann insbesondere: $$X\left[k\right]={\displaystyle \sum _{n=0}^{N-1}{\alpha }_{err,n}{e}^{-j\frac{2\pi }{N}nk}}$$

  

  $$X_{DC}={\displaystyle \sum _{n=0}^{N-1}{\alpha }_{err,n}\text{cos}\left(-\frac{2\pi }{N}n\right)}$$

  

  $$Y_{DC}={\displaystyle \sum _{n=0}^{N-1}{\alpha }_{err,n}\text{sin}}\left(-\frac{2\pi }{N}n\right)$$

  
• Dabei beschreibt
  α_err,n
  den Winkelfehler bei Abtastwert n und
  N
  die Anzahl der Abtastwerte bei einer vollständigen Umdrehung.
• Insbesondere wird bei der Berechnung des Winkelfehlers von einer Rotation mit konstanter Geschwindigkeit ausgegangen. Vorteilhafterweise wird die Summe im laufenden Betrieb gebildet, insbesondere wenigstens einmal zu Beginn, wobei insbesondere von genau N Abtastwerten bei einer Rotation ausgegangen wird. Vorzugsweise wird die Abtastung und Summierung erneut gestartet, wenn ein Sägezahn, wie in 5a gezeigt, nicht genau N Abtastwerte umfasst.
• Nach erfolgter Abtastung werden der erste Parameter (insbesondere Amplitude pro Strom) und der zweite Parameter (insbesondere Phase des die erste Oberschwingung hervorrufenden Stroms) vorteilhafterweise wie folgt bestimmt: $${\phi }_{DC}=ta{n}^{-1}\frac{Y_{DC}}{X_{DC}}$$

  

  $$A_{DC}=\frac{\sqrt{X_{DC}^2+Y_{DC}^2}}{N}$$

  
• Dabei beschreibt hier
  A_DC
  den ersten Parameter, nachfolgend auch APC_DC genannt, und
  φ_DC
  den zweiten Parameter, nachfolgend auch PHI_DC genannt.
• Vorteilhafterweise wird der kompensierte Drehwinkel von der Steuereinheit wie folgt bestimmt: $$\text{alpha}\_\text{corrected}=\text{alpha}\_\text{APC}\_\text{DC}*\text{I}\_\text{DC}*\text{cos}\left(\text{alpha}\_\text{PHI}\_\text{DC}\right);\text{ mit}$$

  

  alpha_corrected = kompensierter Drehwinkel;
  alpha = aktueller Wert des Drehwinkelmesswertsignals;
  APC_DC = erster Parameter;
  I_DC = aktueller Wert des Gleichstroms; und
  PHI_DC = zweiter Parameter.
• Dabei steht „-“ für eine Subtraktion, „*“ für eine Multiplikation und „cos“ bezeichnet die Kosinusfunktion.
• Durch Anwendung dieser Fehlerkorrektur lässt sich der Messfehler vorteilhafterweise deutlich reduzieren. Auch wenn Messfehler mitunter nicht vollständig kompensiert werden, so ist der kompensierte Drehwinkel alpha_corrected doch mit einem deutlich geringeren Fehler behaftet, als der aktuelle Wert des Drehwinkelmesswertsignals alpha.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Elektromotor, der Rotorpositionssensor und die Steuereinheit redundant vorhanden sind, wobei als aktueller Wert des Gleichstroms vorteilhafterweise die Summe der Werte der Gleichströme für den Betrieb der beiden Elektromotoren festgelegt wird. Vorteilhafterweise lässt sich der Messfehler hierdurch weiter reduzieren.
• Das zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe des Weiteren vorgeschlagene Lenksystem ist vorteilhafterweise ausgebildet, nach einem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren betrieben zu werden, wobei insbesondere die vorstehend genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination realisiert sein können. Das Lenksystem ist insbesondere ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, wobei das Lenksystem eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und ein Lenkgetriebe mit einem Lenksteller und einem Koppelelement aufweist. Dem Lenksteller ist dabei ein Elektromotor zugeordnet, wobei der Lenksteller ausgebildet ist, zur Umsetzung eines Lenkbefehls auf das Koppelelement einzuwirken und von dem Elektromotor zur Umsetzung eines Lenkbefehls angetrieben zu werden. Der Elektromotor ist ausgebildet, mittels eines Gleichstroms angetrieben zu werden, wobei dem Elektromotor eine Steuereinheit zugeordnet ist, die ausgebildet ist, den Elektromotor anzusteuern, und wobei ein dem Elektromotor zugeordneter Rotorpositionssensor ausgebildet ist, ein Drehwinkelmesswertsignal bereitzustellen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des elektromechanischen Lenksystems sind der Elektromotor, der Rotorpositionssensor und die Steuereinheit redundant vorhanden.
• 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 perspektivischen Ansicht eine vereinfachte, schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lenksystem;
• 2 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für den Elektromotor des Lenkstellers samt zugeordneter Steuereinheit eines erfindungsgemäß ausgebildeten Lenksystems;
• 3 in einem stark vereinfachten Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel für eine Kompensierung eines Messfehlers eines bereitgestellten Drehwinkelmesswertsignals bei der Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens;
• 4 in einer Diagrammdarstellung ein Ausführungsbeispiel für ein von dem Rotorpositionssensor bereitgestelltes fehlerbehaftetes Drehwinkelmesswertsignal für unterschiedliche Gleichstromwerte; und
• 5 anhand von Diagrammdarstellungen ein Ausführungsbeispiel für Verfahrensschritte zur Kalibrierung der für die erfindungsgemäß ausgebildete Fehlerkompensierung zu nutzenden Parameter.
• 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.
• 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein elektromechanisches Lenksystem 1 eines Kraftfahrzeugs, wobei der besseren Übersicht halber einige Bestandteile des Lenksystems 1 nicht dargestellt sind. Alternativ zu dem in 1 dargestellten Lenksystem 1 kann auch ein Steer-by-Wire-Lenksystem vorgesehen sein.
• Das in 1 dargestellte Lenksystem 1 umfasst eine Lenksäule 10 mit einer Lenkwelle 2 und einer drehfest mit der Lenkwelle 2 verbundenen Lenkhandhabe 3, die in diesem Ausführungsbeispiel als Lenkrad ausgebildet ist. Über die Lenkhandhabe 3 kann ein Fahrer dabei in bekannter Weise durch Drehung einen Lenkbefehl vorgeben. Die Lenkwelle 2 ist über ein Lenkgetriebe 4 mechanisch mit den gelenkten Rädern 7 des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Das Lenkgetriebe 4 umfasst einen Lenksteller 41 mit einem Elektromotor 43 und eine Koppelelement 42, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Lenksteller 41 als Ritzel, das auf eine Zahnstange als Koppelelement 42 einwirkt, ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 4 dient in diesem Ausführungsbeispiel zur Übersetrung einer rotatorischen Bewegung des Lenkstellers 41 in eine translatorische Bewegung des Koppelelementes 42 entlang dessen Längsachse, wobei der Lenksteller 41 von dem Elektromotor 43 zur Umsetzung eines Lenkbefehls angetrieben werden kann. Das sich entlang seiner Längsachse linear bewegende Koppelelement 42 ist jeweils zu beiden Seiten des Kraftfahrzeugs mechanisch mit einer Spurstange 8 gekoppelt. Die Spurstangen 8 sind wiederum jeweils mit den Fahrzeugrädern 7 mechanisch gekoppelt.
• Der dem Lenksteller 41 zugeordnete Elektromotor 43 ist ausgebildet, mittels eines Gleichstroms angetrieben zu werden. Insbesondere kann der Elektromotor 43 ein Permanentmagnet-Synchronmotor sein. Zur Ansteuerung des Elektromotors 43 umfasst das Lenksystem 1 eine Steuereinheit 10, insbesondere eine ECU (ECU: Electronic Control Unit). Für die Steuerung des Elektromotors 43 wird der Drehwinkel der Motorwelle 5 des Elektromotors 43 berücksichtigt. Daher wird von einem Rotorpositionssensor 6, der dem Elektromotor 43 zugeordnet ist, ein Drehwinkelmesswertsignal bereitgestellt. Die Steuereinheit 10 kann dabei insbesondere einen Lenkbefehl repräsentierende Sensorsignale S1, insbesondere einen Lenkwinkel der Lenkwelle 2 und/oder ein auf die Lenkwelle 2 aufgebrachtes Drehmoment, empfangen. Zudem empfängt die Steuereinheit 10 das von dem Rotorpositionssensor 6 bereitgestellte Drehwinkelmesswertsignal 20. Die Steuereinheit 10 ist zudem ausgebildet, ein Ansteuerungssignal C1 zu Steuerung des Elektromotors 43 bereitzustellen.
• Eine schematische Darstellung für eine mögliche Ausgestaltung des Elektromotors 43 mit der Motorwelle 5, dem Rotorpositionssensor 6 und der Steuereinheit 10 ist in 2 gezeigt. Der Rotorpositionssensor 6 umfasst dabei zumindest einen an der Motorwelle 5 angeordneten Sensormagneten 61 sowie ein Sensorelement 62, insbesondere wenigstens einen Hallsensor, der das sich durch die Drehung der Motorwelle 5 verändernde magnetische Feld des Sensormagneten 61 erfasst. Wie ebenfalls schematisch in 2 dargestellt, ist die Steuereinheit 10, die die Bestromung des Elektromotors 43 entsprechend steuert, direkt an dem Elektromotor 43 angeordnet. Insbesondere ist die Steuereinheit 10 ein sogenanntes Powerpack. Durch die in der Schaltungsanordnung 17 für die Motorsteuerung fließenden Gleichströme wirken dabei magnetische Störfelder auf das Sensorelement 62 des Rotorpositionssensors 6. Hierdurch ist das von dem Rotorpositionssensor 6 bereitgestellte Drehwinkelmesswertsignal mit einem Messfehler behaftet. Die Steuereinheit 10 ist dabei ausgebildet, diesen Messfehler, der auf die von dem Gleichstrom hervorgerufene magnetische Störungen zurückgeht, zumindest teilweise zu kompensieren, sodass der Drehwinkel der Motowelle 5 genauer bestimmt werden kann. Dazu kann die Steuereinheit 10 insbesondere eine entsprechend ausgebildete Auswerteeinheit 11, insbesondere eine entsprechend eingerichtete Mikrocontrollereinheit, umfassen.
• Insbesondere ist gemäß einer nicht dargestellten Ausgestaltungsvariante vorgesehen, dass das Lenksystem 1 zumindest teilweise redundant ausgebildet ist, und insbesondere ein weiterer Elektromotor 43, ein weiterer Rotorpositionssensor 6 und eine weitere Steuereinheit 10 vorhanden sind.
• Ein Ausführungsbeispiel für die Auswerteeinheit 11 der dem Elektromotor 43 zugeordneten Steuereinheit 10 ist schematisch in 5 dargestellt. Dabei ist vorgesehen, dass der Auswerteeinheit 11 als Eingangssignale das von dem Rotorpositionssensor 6 bereitgestellte Drehwinkelmesswertsignal 20 und der Wert für den aktuellen Gleichstrom 15 bereitgestellt werden. Das Drehwinkelmesswertsignal 20 wird dann unter Berücksichtigung des aktuellen Werts des Gleichstroms 15 für den Antrieb des Elektromotors 43 um einen auf die von dem Gleichstrom 5 hervorgerufenen magnetischen Störungen zurückgehendenMessfehler korrigiert, und das auf diese Weise fehlerkompensierte Drehwinkelmesswertsignal als Drehwinkel 22 bereitgestellt.
• Einen beispielhaften Verlauf für das der Auswerteeinheit 11 bereitgestellte Drehwinkelmesswertsignal 20, 20', 20" für unterschiedliche Gleichströme zeigt in einer Diagrammdarstellung 4. Auf der Abszisse ist dabei der Referenzwinkel (in grad) angegeben und auf der Ordinate der Winkelfehler (in grad). Das Drehwinkelmesswertsignal 20 wurde dabei in diesem Ausführungsbeispiel bei einem Wert des Gleichstroms von 20,2 A (A: Ampere) erfasst, das Drehwinkelmesswertsignal 20' bei einem Wert des Gleichstroms von 5,9 A und das Drehwinkelmesswertsignal 20" bei einem Wert des Gleichstroms von 0,4 A.
• Durch die Auswerteeinheit 11 wird dabei als Messfehler die erste Oberschwingung des Drehwinkelmesswertsignals 20, 20', 20" kompensiert. Hierdurch wird der durch die magnetischen Störungen hervorgerufene Messfehler nicht vollständig kompensiert, aber das Drehwinkelmesswertsignal 20, 20', 20" als kompensierter Drehwinkel 22 dem tatsächlichen Drehwinkel deutlich besser angenähert.
• Die Auswerteeinheit 11 der Steuereinheit 10 bestimmt dabei den kompensierten Drehwinkel 22 wie folgt: $$\text{alpha}\_\text{corrected}=\text{alpha}-\text{APC}\_\text{DC}*\text{I}\_\text{DC}*\text{cos}\left(\text{alpha}-\text{PHI}\_\text{DC}\right);$$

  

  mit
  alpha_corrected = kompensierter Drehwinkel 22;
  alpha = aktueller Wert des Drehwinkelmesswertsignals 20;
  APC_DC = erster Parameter;
  I_DC = aktueller Wert des Gleichstroms 15; und
  PHI_DC = zweiter Parameter.
• Für den in den Ausführungsbeispielen nicht dargestellten Fall, dass der Elektromotor 43, der Rotorpositionssensor 6 und die Steuereinheit 10 jeweils redundant vorhanden sind, wird als aktueller Wert des Gleichstroms 15 vorteilhafterweise die Summe der Werte der Gleichströme für den Betrieb der beiden Elektromotoren 43 festgelegt.
• Der erste Parameter APC_DC, der für die Kompensierung des Messfehlers berücksichtigt wird, beschreibt ein Verhältnis von einem Amplitudenwert einer Amplitude der ersten Oberschwingung des Drehwinkelmesswertsignals 20 zu einem zugehörigen Wert des Gleichstroms 15. Die Korrelation zwischen dem Amplitudenwert und dem entsprechenden Wert des Gleichstroms 15 ist dabei regelmäßig linear.
• Der zweite Parameter PHI_DC, der für die Kompensierung des Messfehlers berücksichtigt wird, beschreibt den Phasenwinkel eines Beginns der ersten Oberschwingung, wobei sich der zweite Parameter PHI_DC auf einen Winkelpositionsbereich bezieht, in dem ein maximaler Fehlerwert liegt. Dieser zweite Parameter PHI_DC wird - zumindest bis zur Durchführung einer Re-Kalibrierung - konstant gehalten. Bei dem in 4 gezeigten Verlauf des Drehwinkelmesswertsignals liegt der maximale Fehler beispielsweise bei dem Referenzwinkel von etwa 200°.
• Der erste Parameter APC_DC und der zweite Parameter PHI_DC werden in diesem Ausführungsbeispiel durch eine anfängliche Kalibrierung festgelegt, was nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird.
• Dazu wird der Elektromotor 43 so angesteuert, dass die Motorwelle 5 bei einem fest vorgegebenem Gleichstrom 15 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit rotiert, beispielsweise bei einem Wert des Gleichstroms 15 von 32 A mit einer Drehgeschwindigkeit von 500 Umdrehungen/Minute. Die Kalibrierung der Parameter APC_DC, PHI_DC erfolgt unter Anwendung einer diskreten Fourier Transformation, in dem unter Bezugnahme auf 5 erläuterten Ausführungsbeispiel unter Anwendung einer On-the-Fly-DFT.
• Wie in der Diagrammdarstellung in 5a skizziert, wird in einem Kalibrierungsschritt KS1 über eine volle Umdrehung der Motorwelle 5 eine vorgegebene Anzahl N von Abtastwerten erfasst. Wenn nicht genau N Abtastwerte während der Umdrehung erfasst wurden, wird dieser Schritt wiederholt.
• Aus den erfassten Werten erfolgt dann in einem weiteren Kalibrierungsschritt KS2 die Winkelfehlerbestimmung, die in 5b exemplarisch dargestellt ist. Für die volle Umdrehung von 360° sind dabei auf der Ordinate die Winkelfehler in grad dargestellt. Ausgehend davon wird in einem weiteren Kalibrierungsschritt KS3 eine Fourier Transformation durchgeführt. Für die erste Harmonische k=1 wird eine komplexe Fourier-Summe berechnet mit $$X\left[k\right]={\displaystyle \sum _{n=0}^{N-1}{\alpha }_{err,n}{e}^{-j\frac{2\pi }{N}nk}}$$

  

  $$X_{DC}={\displaystyle \sum _{n=0}^{N-1}{\alpha }_{err,n}\text{cos}\left(-\frac{2\pi }{N}n\right)}$$

  

  $$Y_{DC}={\displaystyle \sum _{n=0}^{N-1}{\alpha }_{err,n}\text{sin}\left(-\frac{2\pi }{N}n\right)}$$

  

  wobei
  α_err,n
  den Winkelfehler bei Abtastwert n beschreibt.
• Aus den Ergebnissen werden dann der erste Parameter APC_DC und der zweite Parameter PHI_DC bestimmt mit $${\phi }_{DC}={\text{tan}}^{-1}\frac{Y_{DC}}{X_{DC}}$$

  

  $$A_{DC}=\frac{\sqrt{X_{DC}^2+Y_{DC}^2}}{N},$$

  

  wobei
  A_DC
  der erste Parameter APC_DC ist und
  φ_DC
  der zweite Parameter PHI_DC ist.
• Die auf diese Weise kalibrierten Parameter APC_DC und PHI_DC werden dann von der Auswerteeinheit 11 genutzt, um mit $$\text{alpha}\_\text{corrected}=\text{alpha}-\text{APC}\_\text{DC}*\text{I}\_\text{DC}*\text{cos}\left(\text{alpha}-\text{PHI}\_\text{DC}\right)$$

  

  den kompensierten Drehwinkel 22 zu bestimmen.
• Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
• Bezugszeichenliste

1

Lenksystem

2

Lenkwelle

3

Lenkhandhabe

4

Lenkgetriebe

41

Lenksteller

42

Koppelelement

43

Elektromotor

5

Motorwelle

6

Rotorpositionssensor

61

Sensormagneten

62

Sensorelement

7

Rad

8

Spurstange

9

Lenksäule

10

Steuereinheit

11

Auswerteeinheit der Steuereinheit (10)

15

Gleichstrom

16

Gleichstromquelle

17

Schaltungsanordnung

20

Drehwinkelmesswertsignal

22

Drehwinkel

30

eine Umdrehung der Motorwelle (5)

S1

Sensorsignal

C1

Ansteuerungssignal

KS1

Kalibrierungsschritt

KS2

Kalibrierungsschritt

KS3

Kalibrierungsschritt

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2017092799 A1 [0002]
• EP 3026811 A1 [0002]
• DE 10041089 A1 [0002]
• US 9400164 B2 [0002]
• US 8587294 B2 [0002]

Claims (15)

1. Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Lenksystem (1) eine Lenkwelle (2), über die mittels einer Lenkhandhabe (3) ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und ein Lenkgetriebe (4) aufweist, wobei das Lenkgetriebe (4) einen Lenksteller (41) und ein Koppelelement (42), auf das der Lenksteller (41) zur Umsetzung eines Lenkbefehls einwirkt, umfasst, wobei der Lenksteller (41) von einem Elektromotor (43) zur Umsetzung eines Lenkbefehls angetrieben werden kann, wobei der Elektromotor (43) mittels eines Gleichstroms (15) angetrieben wird, der Elektromotor (43) mittels einer dem Elektromotor (43) zugeordneten Steuereinheit (10) angesteuert wird, und ein Drehwinkel (22) einer Motorwelle (5) des Elektromotors (43) von der Steuereinheit (10) bestimmt wird, wobei für die Bestimmung des Drehwinkels (22) ein Drehwinkelmesswertsignal (20) von einem Rotorpositionssensor (6) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) bei der Bestimmung des Drehwinkels (22) einen Messfehler des bereitgestellten Drehwinkelmesswertsignals (20) kompensiert, der auf von dem Gleichstrom (15) hervorgerufene magnetische Störungen zurückgeht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Wert des Gleichstroms (15) für den Antrieb des Elektromotors (43) für die Kompensierung des Messfehlers berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Messfehler eine erste Oberschwingung des Drehwinkelmesswertsignals (20) kompensiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kompensierung des Messfehlers ein erster Parameter berücksichtigt wird, wobei der erste Parameter ein Verhältnis von einem Amplitudenwert einer Amplitude der ersten Oberschwingung zu einem zugehörigen Wert des Gleichstroms (15) beschreibt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter ein linear verlaufender Parameter ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kompensierung des Messfehlers ein zweiter Parameter berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Parameter den Phasenwinkel eines Beginns der ersten Oberschwingung beschreibt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Parameter auf einen Winkelpositionsbereich bezieht, in dem ein maximaler Fehlerwert liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Parameter konstant gehalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter und/oder der zweite Parameter durch eine anfängliche Kalibrierung festgelegt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung unter Nutzung einer diskreten Fourier Transformation bei vorgegebenen Betriebsbedingungen durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kompensierte Drehwinkel (22) von der Steuereinheit (10) wie folgt bestimmt wird: alpha_corrected = alpha - APC_DC * I_DC * cos(alpha - PHI_DC); mit alpha_corrected = kompensierter Drehwinkel; alpha = aktueller Wert des Drehwinkelmesswertsignals; APC_DC = erster Parameter; I_DC = aktueller Wert des Gleichstroms; und PHI_DC = zweiter Parameter.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (43), der Rotorpositionssensor (6) und die Steuereinheit (10) redundant vorhanden sind, wobei als aktueller Wert des Gleichstroms (15) die Summe der Werte der Gleichströme für den Betrieb der beiden Elektromotoren (43) festgelegt wird.
14. Elektromechanisches Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Lenksystem (1) eine Lenkwelle (2), über die mittels einer Lenkhandhabe (3) ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und ein Lenkgetriebe (4) mit einem Lenksteller (41) und einem Koppelelement (42) aufweist, wobei dem Lenksteller (41) ein Elektromotor (43) zugeordnet ist und der Lenksteller (41) ausgebildet ist, zur Umsetzung eines Lenkbefehls auf das Koppelelement (42) einzuwirken und von dem Elektromotor (43) zur Umsetzung eines Lenkbefehls angetrieben zu werden, wobei der Elektromotor (43) ausgebildet ist, mittels eines Gleichstroms (15) angetrieben zu werden, und dem Elektromotor (43) eine Steuereinheit (10) zugeordnet ist, die ausgebildet ist, den Elektromotor (43) anzusteuern, und wobei ein dem Elektromotor (43) zugeordneter Rotorpositionssensor (6) ausgebildet ist, ein Drehwinkelmesswertsignal (20) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) ausgebildet ist, nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche betrieben zu werden.
15. Elektromechanisches Lenksystem (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (43), der Rotorpositionssensor (6) und die Steuereinheit (10) redundant vorhanden sind.

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