DE102023003721A1

DE102023003721A1 - Device for detecting a steering angle of a vehicle

Info

Publication number: DE102023003721A1
Application number: DE102023003721.4A
Authority: DE
Inventors: Philipp Röding
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-09-14
Filing date: 2023-09-14
Publication date: 2024-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Lenkwinkels eines Fahrzeuges, umfassend ein Lenkrad (3), auf welchem zwei Beschleunigungssensoren (9, 11) angeordnet sind, die mit einem Steuergerät (5) zur Bestimmung des Lenkwinkels verbunden sind. Bei einer Vorrichtung, welche die Funktionsfähigkeit des Lenkverbundes des Fahrzeuges unbeeinflusst lässt, sind auf einem Lenkradkranz (7) des Lenkrades (3) zwei Dreiachsbeschleunigungssensoren (9, 11) beabstandet zueinander zur Bestimmung des Lenkwinkels mittels der Erdbeschleunigung angeordnet.The invention relates to a device for detecting a steering angle of a vehicle, comprising a steering wheel (3) on which two acceleration sensors (9, 11) are arranged, which are connected to a control unit (5) for determining the steering angle. In a device which does not affect the functionality of the steering system of the vehicle, two three-axis acceleration sensors (9, 11) are arranged on a steering wheel rim (7) of the steering wheel (3) at a distance from one another for determining the steering angle by means of the acceleration due to gravity.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Lenkwinkels eines Fahrzeuges, umfassend ein Lenkrad, auf welchem zwei Beschleunigungssensoren angeordnet sind, die mit einem Steuergerät zur Bestimmung des Lenkwinkels verbunden sind.The invention relates to a device for detecting a steering angle of a vehicle, comprising a steering wheel on which two acceleration sensors are arranged, which are connected to a control unit for determining the steering angle.

Für fahrdynamische Untersuchungen an einem Fahrzeug muss ein Lenkwinkel bekannt sein, da dieser für viele Kennwerte im Fahrzeug benötigt wird.For driving dynamics investigations on a vehicle, a steering angle must be known, as this is required for many parameters in the vehicle.

Aus der DE 199 14 397 A1 ist ein Lenkwinkelsensor zum Detektieren des Lenkwinkels oder der Lenkwinkeländerung des Lenkrades eines Fahrzeuges bekannt, bei dem mindestens ein Sensorelement zur Erzeugung eines dem Lenkwinkel oder der Lenkwinkeländerung entsprechenden elektronischen Signals an einer Lenkspindel angebracht ist. Das Sensorelement an der Lenkspindel besteht aus zwei Beschleunigungssensoren, die auf einem Kreis um die Drehachse der Lenkspindel angeordnet sind und deren Messrichtung um 90° gegeneinander versetzt ist. Ein weiteres Sensorelement kann an der mit dem Fahrzeugchassis verbundenen Lenksäule angebracht sein.From the DE 199 14 397 A1 A steering angle sensor for detecting the steering angle or the steering angle change of the steering wheel of a vehicle is known, in which at least one sensor element is attached to a steering spindle for generating an electronic signal corresponding to the steering angle or the steering angle change. The sensor element on the steering spindle consists of two acceleration sensors that are arranged on a circle around the axis of rotation of the steering spindle and whose measuring direction is offset by 90° from one another. A further sensor element can be attached to the steering column connected to the vehicle chassis.

Die DE 10 2016 015 000 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeuges, die ein Lenkrad und ein Lenkradsteuergerät umfasst. Ein am Lenkrad angeordneter Beschleunigungssensor weist ein internes Siliziumpendel auf, welches sowohl durch eine Lenkwinkelbeschleunigung als auch durch eine Neigung des Beschleunigungssensors auslenkbar ist.The EN 10 2016 015 000 A1 shows a device for steering a vehicle, which comprises a steering wheel and a steering wheel control unit. An acceleration sensor arranged on the steering wheel has an internal silicon pendulum, which can be deflected both by a steering angle acceleration and by an inclination of the acceleration sensor.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erfassung eines Lenkwinkels eines Fahrzeuges anzugeben, welche die Funktionsfähigkeit des Lenkverbundes des Fahrzeuges bei der Nachrüstung mit Beschleunigungssensoren unbeeinflusst lässt.The object of the invention is to provide a device for detecting a steering angle of a vehicle, which leaves the functionality of the steering system of the vehicle unaffected when retrofitting with acceleration sensors.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous further developments and refinements are the subject of the dependent claims. Further features, possible applications and advantages of the invention result from the following description and the explanation of embodiments of the invention, which are shown in the figures.

Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.The problem is solved with the subject matter of patent claim 1.

Bei der eingangs erläuterten Vorrichtung, umfassend ein Lenkrad, auf welchem zwei Beschleunigungssensoren angeordnet sind, die mit einem Steuergerät zur Bestimmung des Lenkwinkels verbunden sind, sind auf einem Lenkradkranz des Lenkrades zwei Dreiachsbeschleunigungssensoren beabstandet zueinander zur Bestimmung des Lenkwinkels mittels der Erdbeschleunigung angeordnet. Dies ermöglicht eine schnelle Montage der Sensoren und erlaubt die Erfassung des Lenkwinkels in allen bestehenden Fahrzeugen, da ein Eingriff in den Lenkverbund bei der Nachrüstung mit Beschleunigungssensoren entfällt. Darüber hinaus behalten an der Lenksäule angeschlagene Airbag-Systeme genauso wie Bedienungselemente über das Lenkrad ihre volle Funktionsfähigkeit.In the device explained at the beginning, comprising a steering wheel on which two acceleration sensors are arranged, which are connected to a control unit for determining the steering angle, two three-axis acceleration sensors are arranged on a steering wheel rim at a distance from one another to determine the steering angle using the acceleration due to gravity. This enables the sensors to be installed quickly and allows the steering angle to be recorded in all existing vehicles, since there is no need to intervene in the steering system when retrofitting with acceleration sensors. In addition, airbag systems attached to the steering column as well as controls on the steering wheel retain their full functionality.

Vorteilhafterweise sind die zwei Dreiachsbeschleunigungssensoren in einem definierten Abstand zueinander auf dem Lenkradkranz positioniert. Dadurch ist deren räumliche Position zueinander exakt bekannt, was die Genauigkeit des berechneten Lenkwinkels erhöht.Advantageously, the two three-axis acceleration sensors are positioned at a defined distance from each other on the steering wheel rim. This means that their spatial position relative to each other is exactly known, which increases the accuracy of the calculated steering angle.

In einer Ausgestaltung ist ein Drehratensensor an einer beliebigen Position an dem Lenkrad, jedoch in einer Drehachsenebene positioniert. Mittels des Drehratensensors kann ein Lenkwinkel größer 360° zuverlässig am Lenkrad erfasst werden, so das ein Weiterlenken über die 360° erkannt wird. Zusätzlich wird so die Genauigkeit der Lenkwinkelbestimmung erhöht.In one embodiment, a yaw rate sensor is positioned at any position on the steering wheel, but in a plane of the axis of rotation. Using the yaw rate sensor, a steering angle greater than 360° can be reliably detected on the steering wheel, so that further steering beyond the 360° is detected. In addition, the accuracy of the steering angle determination is increased.

In einer Variante sind ein weiterer Dreiachsenbeschleunigungssensor und ein weiterer Drehratensensor an der Karosserie des Fahrzeuges angeordnet, die mit dem Steuergerät zur Eliminierung von Störgrößen bei der Bestimmung des Lenkwinkels verbunden sind. Mittels des weiteren Dreiachsenbeschleunigungssensors und dem weiteren Drehratensensor werden Störgrößen, welche bei der Fahrt des Fahrzeuges auftreten, erfasst und an das Steuergerät weitergeleitet.In one variant, another three-axis acceleration sensor and another yaw rate sensor are arranged on the body of the vehicle and are connected to the control unit to eliminate disturbances when determining the steering angle. Disturbances that occur when the vehicle is driving are recorded using the additional three-axis acceleration sensor and the additional yaw rate sensor and passed on to the control unit.

In einer Ausführungsform ist das Steuergerät derart ausgebildet, im statischen Zustand des Fahrzeuges eine Lenkbewegung und die dabei auftretenden Beschleunigungen am Lenkrad mit den zugehörigen Lenkwinkeln einzulernen. Dadurch wird die räumliche Ausrichtung des Lenkrades und dessen Bewegungskinematik bei der Berechnung des Lenkwinkels berücksichtigt.In one embodiment, the control unit is designed to learn a steering movement and the accelerations occurring on the steering wheel with the associated steering angles when the vehicle is in a static state. This means that the spatial orientation of the steering wheel and its movement kinematics are taken into account when calculating the steering angle.

Es ist von Vorteil, wenn das Steuergerät derart ausgebildet ist, während einer dynamischen Fahrt des Fahrzeuges eine, um die Störgrößen korrigierte Beschleunigung am Lenkrad zu berechnen und daraus den Lenkwinkel in Abhängigkeit der im statischen Zustand des Fahrzeuges durchgeführten Durchlenkversuche zu ermitteln. Durch die Verwendung der beiden Dreiachsbeschleunigungssensoren wird der Lenkwinkel erdbeschleunigungsneutral bestimmt.It is advantageous if the control unit is designed in such a way that, during dynamic driving of the vehicle, it calculates an acceleration on the steering wheel that has been corrected for the disturbance variables and from this determines the steering angle depending on the steering tests carried out in the static state of the vehicle. By using the two three-axis acceleration sensors, the steering angle is determined in a way that is neutral to the acceleration due to gravity.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details emerge from the following description, in which - if necessary with reference to the drawing - at least one embodiment is described in detail. Described and/or illustrated features can form the subject matter of the invention on their own or in any meaningful combination, possibly also independently of the claims, and can in particular also be the subject of one or more separate applications. Identical, similar and/or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein Ausführungsbeispiel zur Bestimmung des Lenkwinkels mittels der in 1 beschriebenen Vorrichtung.

Show it:

1 an embodiment of the device according to the invention,
2 an embodiment for determining the steering angle using the 1 described device.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung dargestellt, die in einem Fahrzeug zur Bestimmung eines Lenkwinkels verwendet wird. Das Fahrzeug 1 umfasst eine Lenkanlage, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit nur durch das Lenkrad 3 und ein Lenkradsteuergerät 5 angedeutet ist. Auf dem Lenkradkranz 7 sind sich gegenüberliegend im Abstand vom 180° zwei Dreiachsbeschleunigungssensoren 9,11 angeordnet, während ein Drehratensensor 13 auf der Nabe 15 befestigt ist. Sowohl die Dreiachsbeschleunigungssensoren 9, 11 als auch der Drehratensensor 13 sind mit dem Lenkradsteuergerät 5 gekoppelt. Ein weiterer Dreiachsbeschleunigungssensor 17 und ein weiterer Drehratensensor 19 sind fest an der Fahrzeugkarosserie positioniert und ebenfalls mit dem Lenkradsteuergerät 5 verbunden.In 1 an embodiment of the measuring device according to the invention is shown, which is used in a vehicle to determine a steering angle. The vehicle 1 comprises a steering system, which for reasons of clarity is only indicated by the steering wheel 3 and a steering wheel control unit 5. Two three-axis acceleration sensors 9, 11 are arranged opposite one another on the steering wheel rim 7 at a distance of 180°, while a rotation rate sensor 13 is attached to the hub 15. Both the three-axis acceleration sensors 9, 11 and the rotation rate sensor 13 are coupled to the steering wheel control unit 5. Another three-axis acceleration sensor 17 and another rotation rate sensor 19 are firmly positioned on the vehicle body and are also connected to the steering wheel control unit 5.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Bestimmung des Lenkwinkels mit der beschriebenen Vorrichtung. Der Algorithmus zur Bestimmung des Lenkwinkels ist im Lenkradsteuergerät 5 abgelegt. Im Block 100 werden mit den Dreiachsbeschleunigungssensoren 9, 11 und dem Drehratensensor 13 die Lenkbewegungen im Fahrzeug 1 erfasst und an das Lenkradsteuergerät 5 weitergeleitet. Die Erfassung eines Fahrzustandes des Fahrzeuges 1 erfolgt im Block 110 über ein Trägheitsnavigationssystem. Befindet sich das Fahrzeug 1 in Bewegung wird im Block 120 eine Beschleunigung am Lenkrad 3 berechnet, welcher um die bei der Fahrt auftretenden Störgrößen bereinigt wird. Die Störgrößen werden dem Lenkradsteuergerät 5 von dem weiteren Dreiachsbeschleunigungssensor 17 und dem weiteren Drehratensensor 19 übermittelt. Die Störgrößen werden dabei auf die Lenkradposition gerechnet und von den am Lenkrad erfassten Beschleunigungen abgezogen, was eine erdbeschleunigungsneutrale Bestimmung der Beschleunigung ermöglicht. Die Berechnung des Lenkradwinkels beruht auf einem Initialwert, welcher im Block 130 im statischen Zustand des Fahrzeuges 1 ermittelt wurde, in dem das Lenkrad 3 durchgelenkt wurde, wobei die Lenkbewegung und die damit auftretenden Beschleunigungen am Lenkrad 3 mit den entsprechenden Lenkwinkeln eingelernt werden. Im Block 140 erfolgt eine Ausgabe des Lenkwinkels, welcher in Korrelation zum statischen Lenken bestimmt wurde. 2 shows an embodiment for determining the steering angle with the device described. The algorithm for determining the steering angle is stored in the steering wheel control unit 5. In block 100, the steering movements in the vehicle 1 are recorded using the three-axis acceleration sensors 9, 11 and the yaw rate sensor 13 and forwarded to the steering wheel control unit 5. The driving state of the vehicle 1 is recorded in block 110 using an inertial navigation system. If the vehicle 1 is moving, an acceleration on the steering wheel 3 is calculated in block 120, which is adjusted for the disturbances that occur during the journey. The disturbances are transmitted to the steering wheel control unit 5 from the additional three-axis acceleration sensor 17 and the additional yaw rate sensor 19. The disturbances are calculated for the steering wheel position and deducted from the accelerations recorded on the steering wheel, which enables the acceleration to be determined in a way that is neutral to the acceleration of gravity. The calculation of the steering wheel angle is based on an initial value which was determined in block 130 in the static state of the vehicle 1 in which the steering wheel 3 was steered, whereby the steering movement and the resulting accelerations on the steering wheel 3 are learned with the corresponding steering angles. In block 140, the steering angle is output which was determined in correlation with the static steering.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA accepts no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19914397 A1 [0003]
DE 102016015000 A1 [0004]

Claims

Device for detecting a steering angle of a vehicle, comprising a steering wheel (3) on which two acceleration sensors (9, 11) are arranged, which are connected to a control unit (5) for determining the steering angle, characterized in that two three-axis acceleration sensors (9, 11) are arranged on a steering wheel rim (7) of the steering wheel (3) at a distance from one another for determining the steering angle by means of the acceleration due to gravity.

Device according to Claim 1 , characterized in that the two three-axis acceleration sensors (9, 11) are positioned at a defined distance from each other on the steering wheel rim (7).

Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that a rotation rate sensor (13) is positioned at any position (15) on the steering wheel (3), but in the rotation axis plane.

Device according to Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that a further three-axis acceleration sensor (17) and a further rotation rate sensor (19) are arranged on the body of the vehicle (1), which are connected to the control unit (5) for eliminating disturbances when determining the steering angle.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the control device (5) is designed to learn a steering movement and the accelerations occurring at the steering wheel (3) with the associated steering angles in the static state of the vehicle (1).

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the control device (5) is designed to calculate an acceleration at the steering wheel (3) corrected for the disturbance variables during dynamic travel of the vehicle (1) and to determine therefrom the steering angle as a function of the steering tests carried out in the static state of the vehicle (1).