DE112019005731T5 - Acquisition system for a vehicle steering system that enables the torque and the absolute steering wheel angle to be measured at several revolutions - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkungserfassungssystem, das beinhaltet:- einen ersten Winkelpositionssensor (11), der den Winkel des Elektromotors (3) misst und ein erstes Signal liefert,- einen zweiten Winkelpositionssensor (12), der den Lenkungswinkel misst, der sich zwischen dem Untersetzungsgetriebe (4) und einer ersten Seite des Torsionsstabs (7) befindet, und ein zweites Signal liefert,- einen dritten Winkelpositionssensor (13), der den Lenkungswinkel misst, der sich auf einer zweiten Seite des Torsionsstabs (7) befindet und ein drittes Signal liefert,- und eine Verarbeitungseinheit (15), die einerseits eine Vernier-Berechnung auf der Grundlage des ersten und des zweiten Signals, um ein erstes berechnetes Signal (siehe „Signal 1“) zu erzeugen, das proportional zu dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung (θ̂2) ist, und andererseits eine gewichtete Winkelsumme des dritten Signals und von einem der Signale von dem ersten Signal, dem zweiten Signal und dem ersten berechneten Signal (siehe „Signal 1“) bewirkt, um ein zweites berechnetes Signal (siehe „Signal 2“) zu erzeugen, das proportional zu einem Drehmoment (T) ist.The invention relates to a steering detection system which includes: - a first angular position sensor (11) which measures the angle of the electric motor (3) and delivers a first signal, - a second angular position sensor (12) which measures the steering angle between the reduction gear (4) and a first side of the torsion bar (7) and supplies a second signal, - a third angular position sensor (13) which measures the steering angle, which is located on a second side of the torsion bar (7) and supplies a third signal , - and a processing unit (15), on the one hand, a Vernier calculation on the basis of the first and the second signal to generate a first calculated signal (see "Signal 1") that is proportional to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical rotation (θ̂2), and on the other hand a weighted angular sum of the third signal and one of the signals from the first signal, the second signal and the er The first calculated signal (see "Signal 1") is caused to generate a second calculated signal (see "Signal 2") that is proportional to a torque (T).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Erfassungssysteme zum Messen des Drehmoments und des absoluten Lenkradwinkels bei mehreren Umdrehungen einer Lenkung eines Fahrzeugs.The present invention relates generally to the technical field of detection systems for measuring the torque and the absolute steering wheel angle during several turns of a steering of a vehicle.

Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung strebt Erfassungssysteme zum Messen des Drehmoments und des absoluten Lenkradwinkels bei mehreren Umdrehungen einer elektrischen Servolenkung eines Fahrzeugs an.A preferred application of the invention is aimed at detection systems for measuring the torque and the absolute steering wheel angle during several revolutions of an electric power steering system of a vehicle.

Eine weitere Anwendung der Erfindung strebt Erfassungssysteme zum Messen des Drehmoments und des absoluten Lenkradwinkels bei mehreren Umdrehungen einer Lenkung eines Fahrzeugs an, bei welcher das Lenkrad mechanisch von den Rädern getrennt ist.Another application of the invention is aimed at detection systems for measuring the torque and the absolute steering wheel angle during several revolutions of a steering system of a vehicle in which the steering wheel is mechanically separated from the wheels.

Klassischerweise beinhaltet eine elektrische Servolenkung einen Elektromotor, der mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestattet ist, das ein unterstützendes Drehmoment auf die Lenkung des Fahrzeugs ausübt, nämlich die Lenksäule oder die Lenkzahnstange. Der Betrieb einer elektrischen Servolenkung erfordert die Kenntnis der Intensität des auf die Lenkung ausgeübten Drehmoments und des Lenkrad- oder Lenkwinkels.Classically, an electric power steering includes an electric motor equipped with a reduction gear that exerts a supporting torque on the steering of the vehicle, namely the steering column or the steering rack. Operating an electric power steering requires knowing the intensity of the torque applied to the steering and the steering wheel or steering angle.

Im Allgemeinen ist das Lenkrad eines Fahrzeugs ausgebildet, um sich von einem neutralen Punkt nach links und nach rechts zu drehen, ungefähr eineinhalb Umdrehungen. Anders gesagt kann das Lenkrad eine Drehung von ungefähr drei Umdrehungen von einem linken Ende zu einem rechten Ende erlauben. Folglich muss eine elektrische Servolenkung mit einem Lenkwinkelsensor ausgestattet sein, der dazu in der Lage ist, einen Winkelbereich größer oder gleich drei Umdrehungen (3 x 360°) zu erfassen, um diesen Lenkwinkel auf angemessene Weise zu erfassen. Darüber hinaus ist die Information Lenkradwinkel auch erforderlich für den Betrieb weiterer Funktionen des Fahrzeugs wie zum Beispiel die elektronische Spurkorrektur, oder für die neuen Hilfsfunktionen beim Autofahren.In general, the steering wheel of a vehicle is designed to turn left and right from a neutral point, approximately one and a half turns. In other words, the steering wheel can allow rotation of approximately three turns from a left end to a right end. Consequently, an electric power steering system must be equipped with a steering angle sensor which is able to detect an angular range greater than or equal to three revolutions (3 x 360 °) in order to detect this steering angle in an appropriate manner. In addition, the information on the steering wheel angle is also required for the operation of other functions of the vehicle, such as electronic lane correction, or for the new auxiliary functions when driving a car.

Das Patent FR 2 964 190 des Unternehmens MMT schlägt eine magnetische Erfassungsvorrichtung des absoluten Lenkradwinkels bei mehreren Umdrehungen vor, die insbesondere Magnete und magnetempfindliche Sonden umsetzt. Diese Erfassungsvorrichtung erfordert auch Bewegungsumwandlungssysteme (Getriebe), was zu einer kostspieligen Erfassungsvorrichtung führt.The patent FR 2 964 190 from the company MMT proposes a magnetic device for detecting the absolute steering wheel angle at several revolutions, which in particular converts magnets and magnetically sensitive probes. This detection device also requires motion conversion systems (gears), resulting in an expensive detection device.

Die Patentanmeldung EP 3 090 921 des Unternehmens NSK beschreibt eine Erfassungsvorrichtung des Lenkwinkels eines Fahrzeugs, die einen Vernier-Berechnungsabschnitt umfasst, der eine Vernier-Berechnung auf der Grundlage eines Winkels der Lenkwelle und eines Winkels der elektrischen Servomotorwelle bewirkt. Diese Vorrichtung setzt auch einen Bestimmungsabschnitt einer neutralen Periode um, die einen neutralen Punkt umfasst, der auf einem Referenzwinkel basiert, der durch die Vernier-Rechnung berechnet wird, und einen Spezifikationsabschnitt des neutralen Punktes, der den neutralen Punkt ab der neutralen Periode und einen gespeicherten Wert des neutralen Punktes spezifiziert. Die Vorrichtung ermöglicht die Bestimmung des Lenkwinkels mit mehreren Umdrehungen erst nach einem Lernschritt, so dass diese Vorrichtung es nicht ermöglicht, den Lenkwinkel von Anfang an zu kennen.The patent application EP 3 090 921 of NSK describes a detection device of the steering angle of a vehicle which includes a vernier calculation section that effects vernier calculation based on an angle of the steering shaft and an angle of the electric servomotor shaft. This device also implements a neutral period determining section including a neutral point based on a reference angle calculated by Vernier calculation and a neutral point specification section including the neutral point from the neutral period and a stored one The value of the neutral point is specified. The device enables the steering angle to be determined with several revolutions only after a learning step, so that this device does not make it possible to know the steering angle from the start.

Das Patent FR 2 872 896 des Unternehmens MMT beschreibt einen Drehmomentsensor, der die Winkelverformung eines Torsionsstabs mit bekannter Steifigkeit verwendet. Dieser Differentialwinkelverformungssensor beinhaltet mehrere magnetische Konzentratoren, ein magnetisiertes Ziel und eine Erfassungssonde mit Hall-Effekt. Dieser Sensor weist eine komplexe Gestaltung auf und misst einzig den Winkel zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. The patent FR 2 872 896 from MMT describes a torque sensor that uses the angular deformation of a torsion bar of known stiffness. This differential angular deformation sensor includes multiple magnetic concentrators, a magnetized target, and a Hall effect detection probe. This sensor has a complex design and only measures the angle between the input shaft and the output shaft.

Er gibt keinerlei Informationen über den Winkel der Eingangs- und Ausgangswellen in Bezug auf das Chassis des Fahrzeugs.It does not give any information about the angle of the input and output shafts in relation to the chassis of the vehicle.

Die Patentanmeldung DE 102009039764 des Unternehmens BMW beschreibt ein Erfassungssystem zum Messen des Drehmoments und des absoluten Lenkradwinkels bei mehreren Umdrehungen einer Lenkung eines Fahrzeugs, für die das Lenkrad mechanisch von den Rädern getrennt ist. Eine solche Lenkung, die unter der Bezeichnung „steer by wire“ bekannt ist, beinhaltet eine elektrische oder hydraulische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Rädern. Ein Elektromotor ist mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestattet, das ein Widerstandsdrehmoment für die Lenkung liefert. Dieses Dokument schlägt vor, den Lenkradwinkel mit dem Winkelpositionssensor zu messen, der den Winkel des Elektromotors misst, aber auch mit einer zusätzlichen Sonde mit Hall-Effekt, die den magnetischen Streufluss des magnetisierten Ziels des Drehmomentsensors (des Typs MMT) erfasst und sich auf der Seite des Untersetzungsgetriebes des Torsionsstabs befindet. Der Einsatz eines klassischen Drehmomentsensors führt zu einem kostspieligen Erfassungssystem und die Robustheit eines Positionssensors, der einen magnetischen Streufluss misst, muss erst noch demonstriert werden.The patent application DE 102009039764 from the company BMW describes a detection system for measuring the torque and the absolute steering wheel angle during several revolutions of a steering system of a vehicle for which the steering wheel is mechanically separated from the wheels. Such a steering system, known as “steer by wire”, includes an electrical or hydraulic connection between the steering wheel and the wheels. An electric motor is equipped with a reduction gear that provides drag torque for the steering. This document proposes to measure the steering wheel angle with the angular position sensor, which measures the angle of the electric motor, but also with an additional probe with Hall effect, which detects the leakage magnetic flux of the magnetized target of the torque sensor (des Type MMT) and is located on the side of the reduction gear of the torsion bar. The use of a classic torque sensor leads to an expensive acquisition system and the robustness of a position sensor that measures a magnetic leakage flux has yet to be demonstrated.

Die vorliegende Erfindung strebt an, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben, indem sie ein neues Erfassungssystem für eine Lenkung eines Fahrzeugs vorschlägt, das die Messung des Drehmoments, aber auch des absoluten Lenkradwinkels, über mehr als eine mechanische Umdrehung ermöglicht, ohne die Notwendigkeit, ergänzende Getriebe hinzuzufügen, und ohne die Notwendigkeit, eine Lernphase umzusetzen, wobei dieses Erfassungssystem Positionssensoren beinhaltet, die einfacher und weniger kostspielig als der Stand der Technik sind.The present invention seeks to remedy the disadvantages of the prior art by proposing a new detection system for a steering of a vehicle that enables the measurement of the torque, but also the absolute steering wheel angle, over more than one mechanical revolution, without the need to add complementary gears and without the need to implement a learning phase, this detection system incorporating position sensors which are simpler and less expensive than the prior art.

Um ein solches Ziel zu erreichen, betrifft der Gegenstand der Erfindung ein neues Erfassungssystem für eine Lenkung eines Fahrzeugs, das die Messung des Drehmoments und des absoluten Lenkradwinkels über mehr als eine mechanische Umdrehung ermöglicht, wobei diese Lenkung einen Torsionsstab beinhaltet und mit einem Elektromotor ausgestattet ist, der mit einem Untersetzungsgetriebe versehen ist. Gemäß der Erfindung beinhaltet dieses Erfassungssystem:

  • - einen ersten Winkelpositionssensor, der N1 Polpaare besitzt, wobei N1 eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, wobei dieser erste Winkelpositionssensor den Winkel des Elektromotors misst und ein erstes Signal liefert,
  • - einen zweiten Winkelpositionssensor, der N2 Polpaare besitzt, wobei N2 eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, wobei dieser zweite Winkelpositionssensor den Winkel der Lenkung misst, die sich zwischen dem Untersetzungsgetriebe und einer ersten Seite des Torsionsstabs befindet, wobei dieser zweite Winkelpositionssensor ein zweites Signal liefert,
  • - einen dritten Winkelpositionssensor, der N3 Polpaare besitzt, wobei N3 eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, wobei dieser dritte Winkelpositionssensor den Winkel der Lenkung misst, die sich auf einer zweiten Seite des Torsionsstabs befindet, die sich gegenüber der ersten Seite befindet, und ein drittes Signal liefert,
  • - und eine Verarbeitungseinheit, die einerseits eine Vernier-Berechnung auf der Grundlage von zumindest dem ersten Signal und dem zweiten Signal, um ein erstes berechnetes Signal zu erzeugen, das proportional zu dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung ist, und andererseits eine gewichtete Winkelsumme des dritten Signals und von einem der Signale von dem ersten Signal, dem zweiten Signal und dem ersten berechneten Signal bewirkt, um ein zweites berechnetes Signal zu erzeugen, das proportional zu dem Drehmoment ist.
In order to achieve such an aim, the subject matter of the invention relates to a new detection system for a steering system of a vehicle which enables the torque and the absolute steering wheel angle to be measured over more than one mechanical revolution, this steering system comprising a torsion bar and being equipped with an electric motor which is provided with a reduction gear. According to the invention, this detection system includes:
  • a first angular position sensor which has N1 pole pairs, where N1 is an integer greater than or equal to 1, this first angular position sensor measuring the angle of the electric motor and delivering a first signal,
  • - A second angular position sensor having N2 pole pairs, where N2 is an integer greater than or equal to 1, this second angular position sensor measuring the angle of the steering that is located between the reduction gear and a first side of the torsion bar, this second angular position sensor having a second Signal delivers,
  • a third angular position sensor having N3 pole pairs, where N3 is an integer greater than or equal to 1, this third angular position sensor measuring the angle of the steering located on a second side of the torsion bar opposite the first side, and supplies a third signal,
  • - and a processing unit, on the one hand a Vernier calculation on the basis of at least the first signal and the second signal in order to generate a first calculated signal which is proportional to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution, and on the other hand a weighted one Angular sum of the third signal and one of the signals from the first signal, the second signal, and the first calculated signal to produce a second calculated signal proportional to the torque.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung beinhaltet auch in Kombination eine und/oder mehrere der folgenden zusätzlichen Eigenschaften:

  • - die Verarbeitungseinheit geht davon aus, dass das erste berechnete Signal dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung entspricht und dass das zweite berechnete Signal dem ausgeübten Drehmoment entspricht,
  • - die Verarbeitungseinheit bewirkt die Vernier-Berechnung, um das erste berechnete Signal zu erzeugen, die lautet:
θ ^ 2 = N t u r n s f s ( Θ q 1 f s ( N 1 R r e d N t u r n s Θ α 1 ) q 2 f s ( N 2 N t u r n s Θ α 2 ) )
Figure DE112019005731T5_0001
wobei: θ = fs(p1α1 +p2α2)
und fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, wobei q1 und q2 feste ausgewählte Gewichtungskoeffizienten sind, und α1 das Signal ist, das durch den ersten Winkelpositionssensor erzeugt wird, α2 das Signal ist, das durch den zweiten Winkelpositionssensor erzeugt wird,
und wobei p1, p2, und Nturns numerische Koeffizienten sind, die ausgewählt sind und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { p 1   u n d   p 2   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n ( R r e d N 1 p 1 + N 2 p 2 ) N t u r n s = 1 N t u r n s Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0002

wobei Δθ2 die Spitze-zu-Spitze-Variation des absoluten Lenkradwinkels über mehr als eine mechanische Umdrehung ist und Rred das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes ist,
  • - die Gewichtungskoeffizienten q1 und q2 vorteilhafterweise ausgewählt sein können gleich:
w e n n   N 2 < N 1 R r e d                                      { q 1 = 0 q 2 = 1 p 1 N t u r n s σ 1 2 p 1 N 2 σ 2 2 p 2 N 1 R r e d ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R r e d ) 2
Figure DE112019005731T5_0003
w e n n   N 2 > N 1 R r e d                                      { q 1 = 1 p 2 N t u r n s σ 2 2 p 2 N 1 R r e d σ 1 2 p 1 N 2 ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R r e d ) 2 q 2 = 0
Figure DE112019005731T5_0004
wobei σ1 die typische Fehleramplitude des ersten Winkelpositionssensors ist und wobei σ2 die typische Fehleramplitude des zweiten Winkelpositionssensors ist.The device according to the invention also includes in combination one and / or more of the following additional properties:
  • the processing unit assumes that the first calculated signal corresponds to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution and that the second calculated signal corresponds to the torque exerted,
  • the processing unit carries out the vernier calculation in order to generate the first calculated signal which reads:
θ ^ 2 = N t u r n s f s ( Θ - q 1 f s ( N 1 R. r e d N t u r n s Θ - α 1 ) - q 2 f s ( N 2 N t u r n s Θ - α 2 ) )
Figure DE112019005731T5_0001
where: θ = f s (p 1 α 1 + p 2 α 2 )
and f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, where q 1 and q 2 are fixed selected weighting coefficients, and α 1 is the signal generated by the first angular position sensor, α 2 is the signal generated by the second angular position sensor is generated,
and where p 1 , p 2 , and N turns are numeric coefficients that are selected and must meet the following conditions: { p 1 u n d p 2 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n ( R. r e d N 1 p 1 + N 2 p 2 ) N t u r n s = 1 N t u r n s Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0002

where Δθ 2 is the peak-to-peak variation of the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution and R red is the reduction ratio of the reduction gear,
  • the weighting coefficients q 1 and q 2 can advantageously be selected equal to:
w e n n N 2 < N 1 R. r e d { q 1 = 0 q 2 = 1 p 1 N t u r n s σ 1 2 p 1 N 2 - σ 2 2 p 2 N 1 R. r e d ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R. r e d ) 2
Figure DE112019005731T5_0003
w e n n N 2 > N 1 R. r e d { q 1 = 1 p 2 N t u r n s σ 2 2 p 2 N 1 R. r e d - σ 1 2 p 1 N 2 ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R. r e d ) 2 q 2 = 0
Figure DE112019005731T5_0004
where σ 1 is the typical error amplitude of the first angular position sensor and where σ2 is the typical error amplitude of the second angular position sensor.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante bewirkt die Verarbeitungseinheit die Vernier-Berechnung, um das erste berechnete Signal (θ̂2) zu erzeugen, das lautet: θ ^ 2 = N t u r n s * f s ( Θ q 1 * f s ( N 1 R r e d N t u r n s * Θ α 1 ) q 2 * f s ( N 23 N t u r n * Θ α 2 * ) )

Figure DE112019005731T5_0005
wobei:

  • - Θ * = f s ( p 1 * α 1 + p 2 * α 2 * )
    Figure DE112019005731T5_0006
  • - α 2 * = f s ( f s ( c 2 f s ( α 2 + n 3 δ ) + c 3 f s ( α 3 n 2 δ ) ) n 3 n 2 δ )
    Figure DE112019005731T5_0007
  • - δ = f s ( n 3 α 2 + n 2 α 3 ) n 2 2 + n 3 2
    Figure DE112019005731T5_0008
  • - { N 23 = p g c d ( N 2 , N 3 ) n 2 = N 2 N 23 n 3 = N 3 N 23
    Figure DE112019005731T5_0009
und fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, wobei pgcd der Operator „größter gemeinsamer Teiler“ ist, wobei q 1 *
Figure DE112019005731T5_0010
und q 2 *
Figure DE112019005731T5_0011
feste ausgewählte Gewichtungskoeffizienten sind, und a1 das Signal ist, das durch den ersten Winkelpositionssensor erzeugt wird, α2 das Signal ist, das durch den zweiten Winkelpositionssensor erzeugt wird, α3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor erzeugt wird.According to a further variant embodiment, the processing unit carries out the vernier calculation in order to generate the first calculated signal (θ̂ 2 ), which reads: θ ^ 2 = N t u r n s * f s ( Θ - q 1 * f s ( N 1 R. r e d N t u r n s * Θ - α 1 ) - q 2 * f s ( N 23 N t u r n * Θ - α 2 * ) )
Figure DE112019005731T5_0005
whereby:
  • - Θ * = f s ( p 1 * α 1 + p 2 * α 2 * )
    Figure DE112019005731T5_0006
  • - α 2 * = f s ( f s ( c 2 f s ( α 2 + n 3 δ ) + c 3 f s ( α 3 - n 2 δ ) ) - n 3 n 2 δ )
    Figure DE112019005731T5_0007
  • - δ = f s ( - n 3 α 2 + n 2 α 3 ) n 2 2 + n 3 2
    Figure DE112019005731T5_0008
  • - { N 23 = p G c d ( N 2 , N 3 ) n 2 = N 2 N 23 n 3 = N 3 N 23
    Figure DE112019005731T5_0009
and f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, where pgcd is the operator "greatest common divisor", where q 1 *
Figure DE112019005731T5_0010
and q 2 *
Figure DE112019005731T5_0011
are fixed selected weighting coefficients, and a 1 is the signal generated by the first angular position sensor, α 2 is the signal generated by the second angular position sensor, α 3 is the signal generated by the third angular position sensor.

Und wobei c2, c3, p 1 * ,

Figure DE112019005731T5_0012
p 2 *
Figure DE112019005731T5_0013
und N t u r n s *
Figure DE112019005731T5_0014
numerische Koeffizienten sind, die ausgewählt sind und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: {         c 2   u n d   c 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n p * 1   u n d   p * 2   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n c 2 n 2 + c 3 n 3 = 1 ( R r e d N 1 p 1 * + N 23 p 2 * ) N t u r n s * = 1 N t u r n s * Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0015
und wobei Δθ2 die Spitze-zu-Spitze-Variation des absoluten Lenkradwinkels über mehr als eine mechanische Umdrehung ist und Rred das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes ist,

  • - gemäß einer ersten Ausführungsvariante lautet das zweite berechnete Signal:
T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 2 α 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0016
wobei fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, α2 das Signal ist, das durch den zweiten Winkelpositionssensor erzeugt wird, α3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor erzeugt wird, und G die Steifigkeit des Torsionsstabs ist, und wobei k2, k3 numerische Koeffizienten sind, die ausgewählt sind und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { k 2   u n d   k 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n       N 2 k 2 + N 3 k 3 = 0       360 | k 3 N 3 | > Δ θ s h i f t
Figure DE112019005731T5_0017
wobei Δθshift die Spitze-zu-Spitze-Variation der Winkelverformung des Torsionsstabs ist,
  • - gemäß einer zweiten Ausführungsvariante lautet das zweite berechnete Signal:
T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 1 α 1 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0018
wobei fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, α1 das Signal ist, das durch den ersten Winkelpositionssensor erzeugt wird, α3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor erzeugt wird, und G die Steifigkeit des Torsionsstabs ist, und wobei k1, k3 numerische Koeffizienten sind, die ausgewählt sind und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { k 2   u n d   k 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n       R r e d N 1 k 1 + N 3 k 3 = 0       360 | k 3 N 3 | > Δ θ s h i f t
Figure DE112019005731T5_0019
wobei ΔθShift die Spitze-zu-Spitze-Variation der Winkelverformung des Torsionsstabs ist,
  • - gemäß einer dritten Ausführungsvariante lautet das zweite berechnete Signal:
T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 3 α 3 θ ^ 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0020
wobei fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, θ̂2 das erste berechnete Signal ist, a3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor erzeugt wird, und G die Steifigkeit des Torsionsstabs ist, und wobei k3 ein numerischer Koeffizient ist, der ausgewählt ist und die folgenden Bedingungen erfüllen muss: { k 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s h i f t
Figure DE112019005731T5_0021
wobei Δθshift die Spitze-zu-Spitze-Variation der Winkelverformung des Torsionsstabs ist,
  • - die Verarbeitungseinheit verifiziert, dass die Gesamtheit der gemessenen und berechneten Signale einer Gesamtheit an zulässigen Werten angehört, wobei die Verarbeitungseinheit ein Warnsignal liefert, wenn die Gesamtheit an Werten keiner Gesamtheit an zulässigen Werten angehört,
  • - der erste Winkelpositionssensor, der zweite Winkelpositionssensor und/oder der dritte Winkelpositionssensor sind Sensoren oder Kombinationen von Positionssensoren mit Hall-Effekt, Magnetwiderstand, Fluxgates, Induktion, mit Wirbelstrom oder mit variabler Reluktanz,
  • - der zweite Winkelpositionssensor und der dritte Winkelpositionssensor sind Positionssensoren mit Wirbelstrom, die eine gemeinsame Erfassungssonde beinhalten, die eine gemeinsame Stützplatte für die Wicklungen des zweiten Winkelpositionssensors und des dritten Winkelpositionssensors umfasst.
And where c 2 , c 3 , p 1 * ,
Figure DE112019005731T5_0012
p 2 *
Figure DE112019005731T5_0013
and N t u r n s *
Figure DE112019005731T5_0014
are numerical coefficients that are selected and must meet the following conditions: { c 2 u n d c 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n p * 1 u n d p * 2 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n c 2 n 2 + c 3 n 3 = 1 ( R. r e d N 1 p 1 * + N 23 p 2 * ) N t u r n s * = 1 N t u r n s * Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0015
and where Δθ 2 is the peak-to-peak variation of the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution and R red is the reduction gear ratio,
  • - According to a first variant, the second calculated signal reads:
T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 2 α 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0016
where f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, α 2 is the signal generated by the second angular position sensor, α 3 is the signal generated by the third angular position sensor, and G is the stiffness of the torsion bar , and where k 2 , k 3 are numeric coefficients that are selected and must meet the following conditions: { k 2 u n d k 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n N 2 k 2 + N 3 k 3 = 0 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0017
where Δθ shift is the peak-to-peak variation in the angular deformation of the torsion bar,
  • - According to a second variant, the second calculated signal reads:
T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 1 α 1 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0018
where f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, α 1 is the signal generated by the first angular position sensor, α 3 is the signal generated by the third angular position sensor, and G is the stiffness of the torsion bar , and where k 1 , k 3 are numeric coefficients that are selected and must meet the following conditions: { k 2 u n d k 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n R. r e d N 1 k 1 + N 3 k 3 = 0 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0019
where Δθ Shift is the peak-to-peak variation in the angular deformation of the torsion bar,
  • - According to a third embodiment, the second calculated signal reads:
T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 3 α 3 θ ^ 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0020
where f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, θ̂ 2 is the first calculated signal, a 3 is the signal generated by the third angular position sensor, and G is the stiffness of the torsion bar, and where k 3 is a is a numerical coefficient that is selected and must meet the following conditions: { k 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0021
where Δθ shift is the peak-to-peak variation in the angular deformation of the torsion bar,
  • the processing unit verifies that the totality of the measured and calculated signals belongs to a totality of admissible values, the processing unit delivering a warning signal if the totality of values does not belong to any set of admissible values,
  • - the first angular position sensor, the second angular position sensor and / or the third angular position sensor are sensors or combinations of position sensors with Hall effect, magnetic resistance, fluxgates, induction, with eddy current or with variable reluctance,
  • the second angular position sensor and the third angular position sensor are eddy current position sensors that include a common detection probe comprising a common support plate for the windings of the second angular position sensor and the third angular position sensor.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Lenkung, die mit dem Erfassungssystem gemäß der Erfindung ausgestattet ist, die einen Lenkbefehl in Abhängigkeit von dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung und dem ausgeübten Drehmoment ausführt.Another object of the invention relates to a steering system equipped with the detection system according to the invention which executes a steering command as a function of the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution and the torque exerted.

Es gehen verschiedene weitere Eigenschaften aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen hervor, die beispielhaft und nicht einschränkend Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung zeigen.

  • 1 ist das Schema, welches das Erfassungssystem gemäß der Erfindung veranschaulicht, das die Messung des Drehmoments und des absoluten Lenkradwinkels über mehr als eine mechanische Umdrehung für eine Lenkung eines Fahrzeugs ermöglicht.
  • 2 bis 4 sind synoptische Schemata, die drei Ausführungsvarianten für die Berechnung des ausgeübten Drehmoments veranschaulichen.
  • 5 veranschaulicht die Form der durch die drei Winkelpositionssensoren gelieferten Signale umgesetzt durch das Erfassungssystem gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von dem Lenkradwinkel in Grad und für ein ausgeübtes maximales Drehmoment.
  • 6 veranschaulicht das erste berechnete Signal θ̂2 proportional zu dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung für unterschiedliche Werte des Drehmoments.
  • 7 veranschaulicht das zweite berechnete Signal T̂ proportional zu dem Drehmoment für unterschiedliche Werte des Lenkradwinkels.
  • 8 und 9 sind Schemata, die zwei Ausführungsvarianten des zweiten Sensors und des dritten Sensors in der Form von Positionssensoren mit Wirbelstrom veranschaulichen.
Various other properties emerge from the following description with reference to the attached drawings, which show exemplary and non-limiting embodiments of the subject matter of the invention.
  • 1 Figure 3 is the diagram illustrating the detection system according to the invention, which enables the measurement of the torque and the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution for a steering of a vehicle.
  • 2 until 4th are synoptic diagrams that illustrate three design variants for calculating the torque exerted.
  • 5 illustrates the form of the signals supplied by the three angular position sensors converted by the detection system according to the invention as a function of the steering wheel angle in degrees and for a maximum torque exerted.
  • 6th illustrates the first calculated signal θ̂ 2 proportional to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution for different values of the torque.
  • 7th illustrates the second calculated signal T̂ proportional to the torque for different values of the steering wheel angle.
  • 8th and 9 are diagrams which illustrate two embodiment variants of the second sensor and the third sensor in the form of position sensors with eddy currents.

Wie es genauer aus 1 hervorgeht, betrifft der Gegenstand der Erfindung ein Erfassungssystem 1, das die Messung des Drehmoments T und des absoluten Lenkradwinkels θ2 über mehr als eine mechanische Umdrehung einer Lenkung 2 eines Fahrzeugs im allgemeinen Sinne ermöglicht. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das nachfolgend in der Beschreibung beschrieben wird, ermöglicht das Erfassungssystem 1, das Drehmoment und den absoluten Lenkradwinkel mit mehreren Umdrehungen einer elektrischen Servolenkung eines Fahrzeugs zu messen. Es versteht sich, dass das Erfassungssystem 1 auch ausgelegt ist, um das Drehmoment und den absoluten Lenkradwinkel mit mehreren Umdrehungen einer Lenkung eines Fahrzeugs zu messen, für die das Lenkrad mechanisch von den Rädern getrennt ist.How it looks more precisely 1 As can be seen, the subject matter of the invention relates to a detection system 1 which is the measurement of the torque T and the absolute steering wheel angle θ 2 over more than one mechanical turn of a steering 2 of a vehicle in the general sense. According to a preferred exemplary embodiment, which is described below in the description, the detection system enables 1 to measure the torque and the absolute steering wheel angle with several revolutions of an electric power steering of a vehicle. It goes without saying that the acquisition system 1 is also designed to measure the torque and the absolute steering wheel angle with several revolutions of a steering system of a vehicle for which the steering wheel is mechanically separated from the wheels.

Diese Lenkung 2 beinhaltet einen Elektromotor 3, der mit einem Untersetzungsgetriebe 4 aller bekannten Typen versehen ist, das ein Untersetzungsverhältnis Rred aufweist, das ein Drehmoment auf die Lenkung des Fahrzeugs ausübt, nämlich die Lenksäule 5 in dem veranschaulichten Beispiel, die mit einem Lenkrad 6 ausgestattet ist. Klassischerweise kann sich das Lenkrad 6 ungefähr drei Umdrehungen von einem linken Ende zu einem rechten Ende drehen. Der Elektromotor 3 übt in dem Fall einer elektrischen Servolenkung auf die Lenkung des Fahrzeugs ein unterstützendes Drehmoment und in dem Fall einer Lenkung, bei der das Lenkrad mechanisch von den Rädern getrennt ist, ein Widerstandsdrehmoment aus.This steering 2 includes an electric motor 3 that with a reduction gear 4th of all known types is provided, which has a reduction ratio R red , which exerts a torque on the steering of the vehicle, namely the steering column 5 in the illustrated example, the one with a steering wheel 6th Is provided. Classically, the steering wheel can 6th Turn approximately three turns from a left end to a right end. The electric motor 3 exerts an assisting torque on the steering of the vehicle in the case of electric power steering and a resisting torque in the case of steering in which the steering wheel is mechanically separated from the wheels.

Es versteht sich, dass das Untersetzungsgetriebe 4 das unterstützende Drehmoment auf die Lenkzahnstange ausüben kann, die nicht dargestellt ist und die dazu dient, die Räder des Fahrzeugs zum Drehen zu bringen.It goes without saying that the reduction gear 4th can exert the assisting torque on the steering rack, which is not shown and which serves to bring the wheels of the vehicle to rotate.

Diese Lenkung 2 beinhaltet auch einen Torsionsstab 7, der in dem veranschaulichten Beispiel auf der Lenksäule 5 zwischen dem Untersetzungsgetriebe 4 und dem Lenkrad 6 montiert ist. Dieser Torsionsstab 7 wird in geeigneter Weise umgesetzt, um die Messung durch Winkelverformung des auf die Lenkung ausgeübten Drehmoments zu ermöglichen. Das Drehmoment T, das auf den Torsionsstab 7 ausgeübt wird, ist die erste zu messende Größe.This steering 2 also includes a torsion bar 7th , which in the illustrated example is on the steering column 5 between the reduction gear 4th and the steering wheel 6th is mounted. This torsion bar 7th is implemented in a suitable manner to enable the measurement by angular deformation of the torque exerted on the steering. The torque T acting on the torsion bar 7th is the first quantity to be measured.

Gemäß der Erfindung beinhaltet das Erfassungssystem 1 einen ersten Winkelpositionssensor 11, der N1 Polpaare besitzt, wobei N1 eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist. Dieser erste Winkelpositionssensor 11 misst den Winkel θ1 des Rotors des Elektromotors 3 und liefert ein erstes Signal a1. Es ist zu beachten, dass der erste Winkelpositionssensor 11 im Allgemeinen in einer Servolenkung verfügbar ist, da er die Steuerung des Elektromotors 3 der Servolenkung ermöglicht.According to the invention, the detection system includes 1 a first angular position sensor 11 , which has N1 pole pairs, where N1 is an integer greater than or equal to 1. This first angular position sensor 11 measures the angle θ 1 of the rotor of the electric motor 3 and delivers a first signal a 1 . It should be noted that the first angular position sensor 11 Generally available in a power steering, as it is the control of the electric motor 3 the power steering allows.

Das Erfassungssystem 1 beinhaltet einen zweiten Winkelpositionssensor 12, der N2 Polpaare besitzt, wobei N2 eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist. Dieser zweite Winkelpositionssensor 12 misst den Winkel θ2 der Lenkung, die sich zwischen dem Untersetzungsgetriebe 4 und einer ersten Seite des Torsionsstabs 7 befindet, nämlich der Seite, die sich gegenüber dem Lenkrad 6 befindet. Dieser Winkel θ2 der Lenkung befindet sich zwischen dem Untersetzungsgetriebe 4 und dem Torsionsstab 7, er befindet sich also vor dem Torsionsstab. Dieser zweite Winkelpositionssensor 12 liefert ein zweites Signal α2. Es ist zu beachten, dass der zweite Winkelpositionssensor 12 den Winkel θ2 der Lenkung in Bezug auf das Chassis des Fahrzeugs misst.The registration system 1 includes a second angular position sensor 12th , which has N2 pole pairs, where N2 is an integer greater than or equal to 1. This second angular position sensor 12th measures the angle θ 2 the steering, which is between the reduction gear 4th and a first side of the torsion bar 7th located, namely the side opposite the steering wheel 6th is located. That angle θ 2 the steering is located between the reduction gear 4th and the torsion bar 7th , so it is in front of the torsion bar. This second angular position sensor 12th supplies a second signal α 2 . It should be noted that the second angular position sensor 12th the angle θ 2 the steering measures in relation to the chassis of the vehicle.

Die Tatsache, eine ganze Zahl an Polpaaren N2 größer oder gleich 1 auszuwählen, ermöglicht diesem zweiten Sensor, von einfacher Konzeption und wenig kostspielig zu sein. Die Konsequenz dessen ist, dass das zweite Signal α2 über mehr als eine mechanische Umdrehung nicht absolut ist.The fact of an integer number of pole pairs N2 Choosing greater than or equal to 1 enables this second sensor to be simple in design and inexpensive. The consequence of this is that the second signal α 2 is not absolute over more than one mechanical revolution.

Wie es in der nachfolgenden Beschreibung erläutert wird, strebt das Erfassungssystem 1 an, den entsprechenden Referenzlenkradwinkel zu bestimmen, der standardmäßig dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung θ2 entspricht. Dieser absolute Lenkradwinkel mit mehreren Umdrehungen θ2 ist die zweite zu messende Größe.As will be explained in the following description, the detection system aims 1 to determine the corresponding reference steering wheel angle, which by default is the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution θ 2 is equivalent to. This absolute steering wheel angle with several turns θ 2 is the second quantity to be measured.

Das Erfassungssystem 1 beinhaltet einen dritten Winkelpositionssensor 13, der N3 Polpaare besitzt, wobei N3 eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist. Dieser dritte Winkelpositionssensor 13 misst den Winkel θ3 der Lenkung, die sich auf einer zweiten Seite des Torsionsstabs 7 befindet, die sich gegenüber der ersten Seite des Torsionsstabs 7 befindet. Dieser dritte Winkelpositionssensor 13, der auf dem Teil der Lenksäule direkt in Bezug auf das Lenkrad 6 montiert ist, misst den Lenkradwinkel auf nicht absolute Weise nach dem Torsionsstab 7. Dieser dritte Winkelpositionssensor 13 liefert ein drittes Signal a3. Es ist zu beachten, dass der dritte Winkelpositionssensor 13 den Winkel θ3 der Lenkung in Bezug auf das Chassis des Fahrzeugs misst.The registration system 1 includes a third angular position sensor 13th , which has N3 pole pairs, where N3 is an integer greater than or equal to 1. This third angular position sensor 13th measures the angle θ 3 the steering, which is on a second side of the torsion bar 7th located opposite the first side of the torsion bar 7th is located. This third angular position sensor 13th that is on the part of the steering column directly related to the steering wheel 6th is mounted, measures the steering wheel angle in a non-absolute way after the torsion bar 7th . This third angular position sensor 13th delivers a third signal a 3 . It should be noted that the third angular position sensor 13th the angle θ 3 the steering measures in relation to the chassis of the vehicle.

Gemäß der Erfindung ist die mathematische Funktion fs definiert, die eine mathematische Funktion in Sägezahnform mit Steigung gleich 1 ist und deren Wert null ist, wenn die Eingabedaten null sind. Diese mathematische Funktion fs ermöglicht, einen beliebigen Winkel, der in Grad definiert ist, in einen Winkel zu transformieren, der zwischen -180° und 180° (nicht eingeschlossen) enthalten ist: f s : x ( ( x + 180 ) m o d   360 ) 180

Figure DE112019005731T5_0022
wobei mod der Modulo-Operator ist, der den Rest einer Division angibt. Die Funktion fs ist eine Funktion in Sägezahnform mit Steigung gleich 1, enthalten zwischen -180° und 180° (nicht eingeschlossen) und null durchlaufend, wenn x gleich null ist. Standardmäßig verwendet dieses Dokument Winkel, die in Grad definiert sind, aber es ist auch möglich, die gleiche Funktion mit anderen Winkeleinheiten zu definieren. Zum Beispiel ist die Funktion fs, die einen beliebigen Winkel, der in Bogenmaß definiert ist, in einen Winkel transformiert, der zwischen -π und π (nicht eingeschlossen) enthalten ist, definiert durch: f s : x ( ( x + π ) m o d   2 π ) π
Figure DE112019005731T5_0023
Wenn die Funktion fs mit Bogenmaßwinkeln definiert ist, kann die Funktion fs alternativ auch auf vollkommen äquivalente Weise definiert sein durch: f s : x a t a n 2 ( sin ( x ) ,  cos ( x ) )
Figure DE112019005731T5_0024
wobei sin und cos die klassischen trigonometrischen Funktionen sind und wobei atan2 die Funktion ist, welche die Winkelkoordinierung (definiert zwischen -π und π nicht eingeschlossen) eines Punktes in der euklidischen Ebene angibt.According to the invention, the mathematical function f s is defined, which is a mathematical function in a sawtooth shape with a slope equal to 1 and whose value is zero when the input data is zero. This mathematical function f s allows any angle, defined in degrees, to be transformed into an angle between -180 ° and 180 ° (not included): f s : x ( ( x + 180 ) m O d 360 ) - 180
Figure DE112019005731T5_0022
where mod is the modulo operator that specifies the remainder of a division. The function f s is a sawtooth function with a slope equal to 1, contained between -180 ° and 180 ° (not included) and running through zero when x is equal to zero. By default, this document uses angles that are defined in degrees, but it is also possible to define the same function with other angle units. For example, the function f s that transforms any angle defined in radians to an angle contained between -π and π (not included) is defined by: f s : x ( ( x + π ) m O d 2 π ) - π
Figure DE112019005731T5_0023
If the function f s is defined with radian angles, the function f s can alternatively be defined in a completely equivalent way by: f s : x a t a n 2 ( sin ( x ) , cos ( x ) )
Figure DE112019005731T5_0024
where sin and cos are the classical trigonometric functions and where atan2 is the function which gives the angular coordination (defined between -π and π not included) of a point in the Euclidean plane.

Es versteht sich, dass es möglich ist, weitere Einheiten wie zum Beispiel die Bitzahl zu verwenden.It goes without saying that it is possible to use further units such as the number of bits.

Die Winkelverformung des Torsionsstabs 7 wird als θshift bezeichnet. Die Beziehung zwischen der Winkelverformung θshift und dem Drehmoment T lautet: θ s h i f t = T G

Figure DE112019005731T5_0025
wobei G die Steifigkeit des Torsionsstabs 7 ist.The angular deformation of the torsion bar 7th is referred to as θ shift . The relationship between the angular deformation θ shift and the torque T is: θ s H i f t = T G
Figure DE112019005731T5_0025
where G is the stiffness of the torsion bar 7th is.

Standardmäßig wird in Betracht gezogen, dass der Winkel θ2 den Referenzlenkradwinkel darstellt. Gemäß dem Vorhergehenden können die mathematischen Beziehungen zwischen den unabhängigen mechanischen Winkeln θ2 , θshift und den abhängigen mechanischen Winkeln θ1 , θ3 auf folgende Weise modelliert werden: θ 1 = R r e d θ 2 θ 3 =   θ 2 + θ s h i f t  

Figure DE112019005731T5_0026
By default, it is considered that the angle θ 2 represents the reference steering wheel angle. According to the foregoing, the mathematical relationships between the independent mechanical angles θ 2 , θ shift and the dependent mechanical angles θ 1 , θ 3 can be modeled in the following way: θ 1 = R. r e d θ 2 θ 3 = θ 2 + θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0026

Der zu messende Referenzlenkradwinkel θ2 weist eine beachtete Spitze-zu-Spitze-Variation Δθ2 auf. Das zu messende Drehmoment weist eine beachtete Spitze-zu-Spitze-Variation ΔT auf. Dies impliziert, dass die zu messende Winkelverformung des Torsionsstabs 7 eine beachtete Spitze-zu-Spitze-Variation Δθshift aufweist, die gleich ΔT/G ist.The reference steering wheel angle to be measured θ 2 has a noticeable peak-to-peak variation Δθ 2 . The torque to be measured has an observed peak-to-peak variation ΔT. This implies that the angular deformation of the torsion bar to be measured 7th has an observed peak-to-peak variation Δθ shift equal to ΔT / G.

Das erste, das zweite und das dritte Signal α1, α2, α3, die jeweils durch den ersten, den zweiten und den dritten Winkelpositionssensor 11, 12, 13 erzeugt werden, sind gleich: α 1 = f s ( N 1 θ 1 ) α 2 = f s ( N 2 θ 2 ) α 3 = f s ( N 3 θ 3 )

Figure DE112019005731T5_0027
Aus dem Vorhergehenden folgt, dass jedes der Signale α1, α2, α3 in dem Intervall [-180°, 180° [enthalten ist, was für die mechanischen Winkel θ1 , θ2 , θ3 im Allgemeinen nicht der Fall ist.The first, the second and the third signal α 1 , α 2 , α 3 , each by the first, the second and the third angular position sensor 11 , 12th , 13th are the same: α 1 = f s ( N 1 θ 1 ) α 2 = f s ( N 2 θ 2 ) α 3 = f s ( N 3 θ 3 )
Figure DE112019005731T5_0027
From the above it follows that each of the signals α 1 , α 2 , α 3 is contained in the interval [-180 °, 180 ° [, which is for the mechanical angle θ 1 , θ 2 , θ 3 generally not the case.

Es ist auch wichtig, zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Winkelpositionssensoren 11, 12, 13 beschränkt ist, die explizit die Signale a1, a2, a3 an die Verarbeitungseinheit 15 übertragen. Oft übertragen in dem Rahmen einer physischen Umsetzung die Winkelpositionssensoren 11, 12, 13 die Information a1, α2, α3 in einer kodierten Form, um die Übertragung zu vereinfachen und um die Robustheit dieser Signale gegenüber Rauschen und jeglicher Störquelle zu optimieren. Zum Beispiel kann ein Signal α in der Form von zwei Signalen Ssin und Scos kodiert sein, definiert durch: S s i n = A sin ( 2 π 360 α )

Figure DE112019005731T5_0028
S c o s = A cos ( 2 π 360 α )
Figure DE112019005731T5_0029
wobei A die Amplitude der Signale ist. Es versteht sich, dass die Verarbeitungseinheit 15 anschließend die Signale Ssin und Scos dekodieren muss, um das Signal α zurückzubekommen. In dem vorhergehenden Beispiel wird die Dekodierung auf folgende Weise bewirkt: α = a t a n 2 ( S s i n , S c o s ) 360 2 π
Figure DE112019005731T5_0030
wobei atan2 die Funktion ist, welche die Winkelkoordinierung (definiert zwischen -π und π nicht eingeschlossen) eines Punktes in der euklidischen Ebene angibt.It is also important to note that the present invention does not relate to angular position sensors 11 , 12th , 13th is limited, which explicitly sends the signals a 1 , a 2 , a 3 to the processing unit 15th transfer. Often times, as part of a physical implementation, the angular position sensors transmit 11 , 12th , 13th the information a 1 , α 2 , α 3 in a coded form in order to simplify the transmission and to optimize the robustness of these signals against noise and any source of interference. For example, a signal α can be encoded in the form of two signals S sin and S cos , defined by: S. s i n = A. sin ( 2 π 360 α )
Figure DE112019005731T5_0028
S. c O s = A. cos ( 2 π 360 α )
Figure DE112019005731T5_0029
where A is the amplitude of the signals. It goes without saying that the processing unit 15th then has to decode the signals S sin and S cos in order to get the signal α back. In the previous example, the decoding is done in the following way: α = a t a n 2 ( S. s i n , S. c O s ) 360 2 π
Figure DE112019005731T5_0030
where atan2 is the function that gives the angular coordination (defined between -π and π not included) of a point in the Euclidean plane.

Gemäß der Erfindung beinhaltet das Erfassungssystem 1 auch eine Verarbeitungseinheit 15, die das erste Signal α1, das zweite Signal α2 und das dritte Signal α3 empfängt und dazu ausgestaltet ist, Berechnungen zu bewirken, um ein erstes berechnetes Signal θ̂2, das proportional zu dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung θ2 ist, und ein zweites berechnetes Signal T̂̂ zu erzeugen, das proportional zu dem ausgeübten Drehmoment T ist. Diese Verarbeitungseinheit 15 wird von allen Informatiksystemen umgesetzt, die programmiert und dazu ausgestaltet sind, die Verarbeitungs- und Berechnungsvorgänge gemäß der Erfindung umzusetzen.According to the invention, the detection system includes 1 also a processing unit 15th , which receives the first signal α 1 , the second signal α 2 and the third signal α 3 and is configured to effect calculations to produce a first calculated signal θ̂ 2 which is proportional to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution θ 2 and to generate a second calculated signal T̂̂ proportional to the torque T exerted. This processing unit 15th is implemented by all computer systems that are programmed and designed to implement the processing and calculation operations according to the invention.

Diese Verarbeitungseinheit 15 bewirkt einerseits eine Vernier-Berechnung auf der Grundlage von zumindest dem ersten Signal α1 und dem zweiten Signal α2, um ein erstes berechnetes Signal θ̂̂2 zu erzeugen, das proportional zu dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung ist, und andererseits eine gewichtete Winkelsumme des dritten Signals α3 und von einem der Signale von dem ersten Signal α1, dem zweiten Signal α2 und dem ersten berechneten Signal θ̂2, um ein zweites berechnetes Signal T zu erzeugen, das proportional zu dem Drehmoment T ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante bewirkt die Verarbeitungseinheit 15 eine Vernier-Berechnung, um das erste berechnete Signal θ̂2 zu erzeugen, die lautet: θ ^ 2 = N t u r n s f s ( Θ q 1 f s ( N 1 R r e d N t u r n s Θ α 1 ) q 2 f s ( N 2 N t u r n s Θ α 2 ) )

Figure DE112019005731T5_0031
wobei:

  • - Θ = f s ( p 1 α 1 + p 2 α 2 )
    Figure DE112019005731T5_0032
  • - fs die vorstehend definierte mathematische Funktion ist,
  • - q1 und q2 feste Gewichtungskoeffizienten sind, die der Entwickler auswählen kann, um den Sensorfehler zu minimieren. Die einfachste Wahl (q1 = 0, q2 = 0) definiert ein funktionelles Signal θ̂2, das aber nicht immer optimal in Bezug auf Abweisung von Rauschen und von Messfehlern ist. Es gibt zahlreiche weitere Möglichkeiten, wie zum Beispiel (q1 = 0, q2 = 1/(N2Nturns)) oder (q1 = 1/(N1RredNturns), q2 = 0). Auf allgemeine Weise hängt die optimale Wahl der Koeffizienten q1 und q2 von der Präzision der zwei Winkelpositionssensoren 11, 12 ab, die für den Vernier-Effekt verwendet werden.
  • - α1 das Signal ist, das durch den ersten Winkelpositionssensor 11 erzeugt wird, α2 das Signal, das durch den zweiten Winkelpositionssensor 12 erzeugt wird, Die Parameter p1, p2, und Nturns sind numerische Koeffizienten, die von dem Entwickler ausgewählt werden und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen:
{ p 1   u n d   p 2   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n ( R r e d N 1 p 1 + N 2 p 2 ) N t u r n s = 1 N t u r n s Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0033
wobei Δθ2 die Spitze-zu-Spitze-Variation des absoluten Lenkradwinkels über mehr als eine mechanische Umdrehung ist und Rred das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes 4 ist.This processing unit 15th causes on the one hand a Vernier calculation on the basis of at least the first signal α 1 and the second signal α 2 in order to generate a first calculated signal θ̂̂ 2 , which is proportional to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution, and on the other hand a weighted angular sum of the third signal α 3 and one of the signals from the first signal α 1 , the second signal α 2 and the first calculated signal θ̂ 2 to generate a second calculated signal T proportional to the torque T.
According to a first variant embodiment, the processing unit effects 15th a vernier computation to produce the first computed signal θ̂ 2 , which is: θ ^ 2 = N t u r n s f s ( Θ - q 1 f s ( N 1 R. r e d N t u r n s Θ - α 1 ) - q 2 f s ( N 2 N t u r n s Θ - α 2 ) )
Figure DE112019005731T5_0031
whereby:
  • - Θ = f s ( p 1 α 1 + p 2 α 2 )
    Figure DE112019005731T5_0032
  • - f s is the mathematical function defined above,
  • q 1 and q 2 are fixed weighting coefficients that the designer can choose to minimize sensor error. The simplest choice (q 1 = 0, q 2 = 0) defines a functional signal θ̂ 2 , which, however, is not always optimal with regard to the rejection of noise and measurement errors. There are numerous other possibilities, such as (q 1 = 0, q 2 = 1 / (N 2 N turns )) or (q 1 = 1 / (N 1 R red N turns ), q 2 = 0). In general, the optimal choice of the coefficients q 1 and q 2 depends on the precision of the two angular position sensors 11 , 12th used for the vernier effect.
  • - α 1 is the signal that is passed by the first angular position sensor 11 is generated, α 2 the signal that is generated by the second angular position sensor 12th The parameters p 1 , p 2 , and N turns are numerical coefficients that are selected by the developer and must meet the following conditions:
{ p 1 u n d p 2 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n ( R. r e d N 1 p 1 + N 2 p 2 ) N t u r n s = 1 N t u r n s Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0033
where Δθ 2 is the peak-to-peak variation of the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution and R red is the reduction ratio of the reduction gear 4th is.

Es ist anzumerken, dass der Parameter Nturns eine physikalische Bedeutung aufweist. Er entspricht der Anzahl an mechanischen Lenkradumdrehungen, bei der das erste berechnete Signal θ2 angestrebt sein wird. Aus diesem Grund ist die Einschränkung Nturns ≧Δθ2/360 vorhanden, was bedeutet, dass die lineare Spitze-zu-Spitze-Variation des ersten berechneten Signals θ̂2 zumindest größer als die Spitze-zu-Spitze-Variation der Messgröße sein muss, die durch das Lastenheft der Anwendung definiert ist. Darüber hinaus muss Nturns keine ganze Zahl sein.It should be noted that the parameter N turns has a physical meaning. It corresponds to the number of mechanical turns of the steering wheel at which the first calculated signal θ 2 will be sought. For this reason, the restriction N turns ≧ Δθ 2/360 is present, which means that the linear peak-to-peak variation θ of the first calculated signal to be 2 at least greater than the peak-to-peak variation of the measured parameter must which is defined by the specification of the application. In addition, N turns does not have to be an integer.

Es ist zu berücksichtigen, dass der Gegenstand der Erfindung die Technik mit Vernier-Effekt anwendet, um das erste berechnete Signal θ̂2 des Lenkradwinkels zu konstruieren.It should be noted that the subject invention uses the Vernier effect technique to construct the first calculated signal θ̂ 2 of the steering wheel angle.

Ein weiterer wichtiger zu berücksichtigender Punkt ist, dass es, um über einen absoluten Lenkradwinkelsensor über mehrere mechanische Umdrehungen (Nturns > 1) zu verfügen, unerlässlich ist, über ein nicht vollständiges Untersetzungsverhältnis Rred zu verfügen. Dies versteht sich mit Hilfe der Einschränkung, die bereits weiter oben definiert ist: R r e d N 1 p 1 + N 2 p 2 = 1 N t u r n s  

Figure DE112019005731T5_0034
wobei N1, p1, N2, p2, ganze Zahlen sindAnother important point to consider is that in order to have an absolute steering wheel angle sensor over several mechanical turns (N turns > 1), it is essential to have an incomplete reduction ratio R red . This is understood with the help of the restriction that is already defined above: R. r e d N 1 p 1 + N 2 p 2 = 1 N t u r n s
Figure DE112019005731T5_0034
where N 1 , p 1 , N 2 , p 2 are integers

Wenn Nturns > 1, ist gut zu erkennen, dass die einzige Weise, diese Einschränkung zu beachten, darin liegt, über ein nicht vollständiges Untersetzungsverhältnis Rred zu verfügen. Dies ist im Allgemeinen bei den elektrischen Servolenkungen der Fall. Um über mehrere Lenkradumdrehungen (beim Einschalten des Systems) absolut sicher zu sein, verwenden die derzeitigen Lenkradwinkelsensoren Getriebe, um dazu in der Lage zu sein, die mechanischen Umdrehungen zu unterscheiden. Diese zusätzlichen Getriebe sind kostspielig. Dank der vorgeschlagenen Erfindung ist es möglich, einen Sensor mit mehreren Umdrehungen umzusetzen, ohne Getriebe hinzuzufügen, da der Gegenstand der Erfindung das Getriebe des Untersetzungsgetriebes 4 des Elektromotors 3, das bereits verfügbar ist, erneut verwendet.If N turns > 1, it is easy to see that the only way to address this constraint is to have an incomplete reduction ratio R red . This is generally the case with electric power steering. In order to be absolutely safe over several turns of the steering wheel (when the system is switched on), the current steering wheel angle sensors use gears in order to be able to differentiate between the mechanical turns. These additional transmissions are costly. Thanks to the proposed invention, it is possible to implement a sensor with several revolutions without adding gear, since the subject of the invention is the gear of the reduction gear 4th of the electric motor 3 that is already available will be used again.

Gemäß einer vorteilhaften Variante sind die optimalen Werte der Gewichtungskoeffizienten q1 und q2 die folgenden: w e n n   N 2 < N 1 R r e d                                      { q 1 = 0 q 2 = 1 p 1 N t u r n s σ 1 2 p 1 N 2 σ 2 2 p 2 N 1 R r e d ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R r e d ) 2

Figure DE112019005731T5_0035
w e n n   N 2 > N 1 R r e d                                      { q 1 = 1 p 2 N t u r n s σ 2 2 p 2 N 1 R r e d σ 1 2 p 1 N 2 ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R r e d ) 2 q 2 = 0
Figure DE112019005731T5_0036
wobei σ1 die typische Fehleramplitude des ersten Winkelpositionssensors ist und wobei σ2 die typische Fehleramplitude des zweiten Winkelpositionssensors ist.According to an advantageous variant, the optimal values of the weighting coefficients q 1 and q 2 are the following: w e n n N 2 < N 1 R. r e d { q 1 = 0 q 2 = 1 p 1 N t u r n s σ 1 2 p 1 N 2 - σ 2 2 p 2 N 1 R. r e d ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R. r e d ) 2
Figure DE112019005731T5_0035
w e n n N 2 > N 1 R. r e d { q 1 = 1 p 2 N t u r n s σ 2 2 p 2 N 1 R. r e d - σ 1 2 p 1 N 2 ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R. r e d ) 2 q 2 = 0
Figure DE112019005731T5_0036
where σ 1 is the typical error amplitude of the first angular position sensor and where σ 2 is the typical error amplitude of the second angular position sensor.

Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante wird das erste Signal θ̂2 anhand der Signale α1, α2 und α3 auf folgende Weise berechnet. Zunächst wird ein Zwischensignal α 2 *

Figure DE112019005731T5_0037
wie folgt berechnet: α 2 * = f s ( f s ( c 2 f s ( α 2 + n 3 δ ) + c 3 f s ( α 3 n 2 δ ) ) n 3 n 2 δ )
Figure DE112019005731T5_0038
wobei :   δ = f s ( n 3 α 2 + n 2 α 3 ) n 2 2 + n 3 2
Figure DE112019005731T5_0039
{ N 23 = pgcd ( N 2 , N 3 ) n 2 = N 2 N 23 n 3 = N 3 N 23
Figure DE112019005731T5_0040
wobei pgcd der Operator „größter gemeinsamer Teiler“ ist. Die Parameter c2 et c3 sind numerische Koeffizienten, die von dem Entwickler ausgewählt werden und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { c 2   u n d   c 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n       c 2 n 2 + c 3 n 3 = 1
Figure DE112019005731T5_0041
According to a second variant embodiment, the first signal θ̂ 2 is calculated on the basis of the signals α 1 , α 2 and α 3 in the following way. First there is an intermediate signal α 2 *
Figure DE112019005731T5_0037
calculated as follows: α 2 * = f s ( f s ( c 2 f s ( α 2 + n 3 δ ) + c 3 f s ( α 3 - n 2 δ ) ) - n 3 n 2 δ )
Figure DE112019005731T5_0038
whereby : δ = f s ( - n 3 α 2 + n 2 α 3 ) n 2 2 + n 3 2
Figure DE112019005731T5_0039
{ N 23 = pgcd ( N 2 , N 3 ) n 2 = N 2 N 23 n 3 = N 3 N 23
Figure DE112019005731T5_0040
where pgcd is the operator "greatest common divisor". The parameters c 2 et c 3 are numerical coefficients that are selected by the developer and must meet the following conditions: { c 2 u n d c 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n c 2 n 2 + c 3 n 3 = 1
Figure DE112019005731T5_0041

Es ist möglich, zu demonstrieren, dass das Zwischensignal α 2 *

Figure DE112019005731T5_0042
den gleichen absoluten Messfehler (in mechanischen Grad) wie das Signal α2 besitzt, aber dass es eine schwächere Periodizität (gleich N23) als die Periodizität des Signals α2 (gleich N2) besitzt. Anders gesagt hat die Verwendung des Signals α3 es ermöglicht, den relativen Messfehler (in elektrischen Grad) von α2 dank der Verringerung seiner Periodizität zu verringern. Dank dieser Verbesserung ist es in der Praxis in einem zweiten Schritt einfacher, a1 mit θ̂2 anstatt mit a2 zu kombinieren, um α 2 *
Figure DE112019005731T5_0043
zu erhalten. Diese Rechnung ist wie folgt definiert: θ ^ 2 = N t u r n s * f s ( Θ q 1 * f s ( N 1 R r e d N t u r n s * Θ α 1 ) q 2 * f s ( N 23 N t u r n * Θ α 2 * ) )
Figure DE112019005731T5_0044
wobei: Θ * = f s ( p 1 * α 1 + p 2 * α 2 * )
Figure DE112019005731T5_0045
wobei q 1 *
Figure DE112019005731T5_0046
und q 2 *
Figure DE112019005731T5_0047
feste Gewichtungskoeffizienten sind, die der Entwickler auswählen kann, um den Sensorfehler zu minimieren. Die einfachste Wahl ( q 1 * = 0,   q 2 * = 0 )
Figure DE112019005731T5_0048
definiert ein funktionelles Signal θ̂2, das aber nicht immer optimal in Bezug auf Abweisung von Rauschen und von Messfehlern ist. Die Parameter p 1 *
Figure DE112019005731T5_0049
, p 2 *
Figure DE112019005731T5_0050
und N t u r n s *
Figure DE112019005731T5_0051
sind numerische Koeffizienten, die von dem Entwickler ausgewählt werden und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { p 1 *   u n d   p 2 *   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n ( R r e d N 1 p 1 * + N 23 p 2 * ) N t u r n s * = 1 N t u r n s * Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0052
wobei Δθ2 die Spitze-zu-Spitze-Variation des absoluten Lenkradwinkels über mehr als eine mechanische Umdrehung ist und Rred das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes 4 ist.It is possible to demonstrate that the intermediate signal α 2 *
Figure DE112019005731T5_0042
has the same absolute measurement error (in mechanical degrees) as the signal α 2 , but that it has a weaker periodicity (equal to N 23 ) than the periodicity of the signal α 2 (equal to N 2 ). In other words, the use of the signal α 3 made it possible to reduce the relative measurement error (in electrical degrees) of α 2 thanks to the reduction in its periodicity. Thanks to this improvement, in practice, in a second step, it is easier to combine a 1 with θ̂ 2 instead of with a 2 in order to α 2 *
Figure DE112019005731T5_0043
to obtain. This calculation is defined as follows: θ ^ 2 = N t u r n s * f s ( Θ - q 1 * f s ( N 1 R. r e d N t u r n s * Θ - α 1 ) - q 2 * f s ( N 23 N t u r n * Θ - α 2 * ) )
Figure DE112019005731T5_0044
whereby: Θ * = f s ( p 1 * α 1 + p 2 * α 2 * )
Figure DE112019005731T5_0045
whereby q 1 *
Figure DE112019005731T5_0046
and q 2 *
Figure DE112019005731T5_0047
are fixed weighting coefficients that the designer can choose to minimize sensor error. The easiest choice ( q 1 * = 0, q 2 * = 0 )
Figure DE112019005731T5_0048
defines a functional signal θ̂ 2 , which, however, is not always optimal with regard to the rejection of noise and measurement errors. The parameters p 1 *
Figure DE112019005731T5_0049
, p 2 *
Figure DE112019005731T5_0050
and N t u r n s *
Figure DE112019005731T5_0051
are numerical coefficients that are selected by the developer and must meet the following conditions: { p 1 * u n d p 2 * r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n ( R. r e d N 1 p 1 * + N 23 p 2 * ) N t u r n s * = 1 N t u r n s * Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0052
where Δθ 2 is the peak-to-peak variation of the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution and R red is the reduction ratio of the reduction gear 4th is.

Wenn alle vorstehend beschriebenen Bedingungen für eine gegebene Ausführungsform beachtet werden, ist es möglich, den annähernden Messfehlern und den annähernden Steigungsanzeichen zu demonstrieren, dass das erste berechnete Signal θ̂̂2 gleich dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung θ2 ist, nämlich: θ ^ 2 = θ 2

Figure DE112019005731T5_0053
Die Verarbeitungseinheit 15 bewirkt eine gewichtete Winkelsumme der unterschiedlichen verfügbaren Signale, um das zweite berechnete Signal T zu erzeugen, das proportional zu dem Drehmoment T ist. Eine gewichtete Winkelsumme der Signale ist eine lineare Kombination von Signalen, wobei das finale Ergebnis in dem Intervall [-180, 180° [(oder in dem Intervall [-π;ττ [gemäß der Wahl der Winkeleinheit) verringert wird.If all the conditions described above are observed for a given embodiment, it is possible to demonstrate the approximate measurement errors and the approximate slope indications that the first calculated signal θ̂̂ 2 equals the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution θ 2 is, namely: θ ^ 2 = θ 2
Figure DE112019005731T5_0053
The processing unit 15th effects a weighted angular sum of the different available signals to produce the second calculated signal T which is proportional to the torque T. A weighted angle sum of the signals is a linear combination of signals, the final result being reduced in the interval [-180, 180 ° [(or in the interval [-π; ττ [according to the choice of the angle unit).

Die Verarbeitungseinheit 15 bewirkt eine gewichtete Winkelsumme des dritten Signals α3 und von einem der Signale von dem ersten Signal α1, zweiten Signal α2 und dem ersten berechneten Signal θ̂2.The processing unit 15th causes a weighted angle sum of the third signal α 3 and of one of the signals from the first signal α 1 , second signal α 2 and the first calculated signal θ̂ 2 .

Gemäß einer ersten Ausführungsvariante, die in 2 veranschaulicht ist, wird das zweite berechnete Signal T̂̂ anhand des dritten Signals a3 und des ersten Signals α1 berechnet. Das zweite berechnete Signal T lautet: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 1 α 1 + k 3 α 3 )

Figure DE112019005731T5_0054
wobei fs die vorstehend definierte mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, a1 das Signal ist, das durch den ersten Winkelpositionssensor 11 erzeugt wird, a3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor 13 erzeugt wird, und G die Steifigkeit des Torsionsstabs 7 ist, und wobei k1, k3 numerische Koeffizienten sind, die von dem Entwickler ausgewählt werden und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { k 1   u n d   k 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n       R r e d N 1 k 1 + N 3 k 3 = 0       360 | k 3 N 3 | > Δ θ s h i f t
Figure DE112019005731T5_0055
wobei Δθshift die Spitze-zu-Spitze-Variation der Winkelverformung des Torsionsstabs 7 ist.According to a first variant embodiment, which is shown in 2 is illustrated, the second calculated signal T̂̂ is calculated using the third signal a 3 and the first signal α 1 . The second calculated signal T is: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 1 α 1 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0054
where f s is the mathematical function defined above in sawtooth form and with a slope equal to 1, a 1 is the signal that is transmitted by the first angular position sensor 11 is generated, a 3 is the signal generated by the third angular position sensor 13th is generated, and G is the rigidity of the torsion bar 7th and where k 1 , k 3 are numerical coefficients selected by the designer and which must meet the following conditions: { k 1 u n d k 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n R. r e d N 1 k 1 + N 3 k 3 = 0 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0055
where Δθ shift is the peak-to-peak variation in angular deformation of the torsion bar 7th is.

Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante, die in 3 veranschaulicht ist, wird das zweite berechnete Signal T anhand des dritten Signals α3 und des zweiten Signals α2 berechnet. Das zweite berechnete Signal T̂ lautet: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 2 α 2 + k 3 α 3 )

Figure DE112019005731T5_0056
wobei fs die vorstehend definierte mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, α2 das Signal ist, das durch den zweiten Winkelpositionssensor 12 erzeugt wird, a3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor 13 erzeugt wird, und G die Steifigkeit des Torsionsstabs 7 ist, und wobei k2, k3 numerische Koeffizienten sind, die von dem Entwickler ausgewählt werden und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { k 2   u n d   k 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n       N 2 k 2 + N 3 k 3 = 0       360 | k 3 N 3 | > Δ θ s h i f t
Figure DE112019005731T5_0057
wobei Δθshift die Spitze-zu-Spitze-Variation der Winkelverformung des Torsionsstabs 7 ist.According to a second embodiment variant, which is shown in 3 is illustrated, the second calculated signal T is calculated based on the third signal α 3 and the second signal α 2 . The second calculated signal T̂ is: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 2 α 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0056
where f s is the mathematical function defined above in sawtooth form and with a slope equal to 1, α 2 is the signal that is transmitted by the second angular position sensor 12th is generated, a 3 is the signal generated by the third angular position sensor 13th is generated, and G is the rigidity of the torsion bar 7th and where k 2 , k 3 are numerical coefficients selected by the designer and which must meet the following conditions: { k 2 u n d k 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n N 2 k 2 + N 3 k 3 = 0 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0057
where Δθ shift is the peak-to-peak variation in angular deformation of the torsion bar 7th is.

Gemäß einer dritten Ausführungsvariante, die in 4 veranschaulicht ist, wird das zweite berechnete Signal T anhand des dritten Signals α3 und des ersten berechneten Signals θ̂̂2 berechnet. Das zweite berechnete Signal T̂̂ lautet: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( N 3 k 3 θ ^ 2 + k 3 α 3 )

Figure DE112019005731T5_0058
wobei fs die vorstehend definierte mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, θ̂2 das erste berechnete Signal ist, a3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor 13 erzeugt wird, und G die Steifigkeit des Torsionsstabs 7 ist, und wobei k3 ein numerischer Koeffizient ist, der ausgewählt ist und die folgenden Bedingungen erfüllen muss: { k 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s h i f t
Figure DE112019005731T5_0059
wobei Δθshift die Spitze-zu-Spitze-Variation der Winkelverformung des Torsionsstabs 7 ist.According to a third embodiment variant, which is shown in 4th is illustrated, the second calculated signal T is calculated based on the third signal α 3 and the first calculated signal θ̂̂ 2 . The second calculated signal T̂̂ is: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( N 3 k 3 θ ^ 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0058
where f s is the mathematical function defined above in sawtooth form and with a slope equal to 1, θ̂ 2 is the first calculated signal, a 3 is the signal that is transmitted by the third angular position sensor 13th is generated, and G is the rigidity of the torsion bar 7th is, and where k 3 is a numerical coefficient that is selected and must meet the following conditions: { k 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0059
where Δθ shift is the peak-to-peak variation in angular deformation of the torsion bar 7th is.

Wenn alle vorstehend beschriebenen Bedingungen beachtet werden (für eine gegebene Ausführungsvariante), ist es möglich, den annähernden Messfehlern und den annähernden Steigungsanzeichen zu demonstrieren, dass das zweite berechnete Signal T gleich dem ausgeübten Drehmoment ist, nämlich: T ^ = T

Figure DE112019005731T5_0060
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass das Referenzdrehmoment und der Referenzlenkradwinkel ohne „physischen“ Sensor des Drehmoments und des Lenkradwinkels bestimmt werden. Tatsächlich wird der absolute Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung θ2 anhand des ersten Signals a1, das durch den ersten Winkelpositionssensor 11 erzeugt wird, und des zweiten Signals α2 bestimmt, das durch den zweiten Winkelpositionssensor 12 erzeugt wird, während das ausgeübte Drehmoment T anhand des dritten Signals α3, das durch den dritten Winkelpositionssensor 13 erzeugt wird, und anhand von einem der Signale von dem ersten berechneten Signal α1, dem zweiten Signal α2 und dem dritten berechneten Signal θ̂2 bestimmt wird.If all the conditions described above are observed (for a given embodiment variant), it is possible to demonstrate the approximate measurement errors and the approximate slope indications that the second calculated signal T is equal to the torque exerted, namely: T ^ = T
Figure DE112019005731T5_0060
From the above description it can be seen that the reference torque and the reference steering wheel angle are determined without a “physical” sensor of the torque and the steering wheel angle. In fact, the absolute steering wheel angle becomes over more than one mechanical turn θ 2 based on the first signal a 1 , which is generated by the first angular position sensor 11 is generated, and the second signal α 2 determined by the second angular position sensor 12th is generated while the exerted torque T based on the third signal α 3 , which is generated by the third angular position sensor 13th is generated, and based on a of the signals from the first calculated signal α 1 , the second signal α 2 and the third calculated signal θ̂ 2 is determined.

Der erste Winkelpositionssensor 11, der zweite Winkelpositionssensor 12 und der dritte Winkelpositionssensor 13 sind Winkelpositionssensoren mit Ni Polpaaren (wobei Ni eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist) aller an sich bekannter Typen. Zum Beispiel sind der erste Winkelpositionssensor 11, der zweite Winkelpositionssensor 12 und/oder der dritte Winkelpositionssensor 13 Sensoren oder Kombinationen von Positionssensoren mit Hall-Effekt, Magnetwiderstand, Fluxgates, Induktion, mit Wirbelstrom oder mit variabler Reluktanz.The first angular position sensor 11 , the second angular position sensor 12th and the third angular position sensor 13th are angular position sensors with Ni pole pairs (where Ni is an integer greater than or equal to 1) of all known types. For example, are the first angular position sensor 11 , the second angular position sensor 12th and / or the third angular position sensor 13th Sensors or combinations of position sensors with Hall effect, magnetic resistance, fluxgates, induction, with eddy current or with variable reluctance.

Die komplexen und kostspieligen Sensoren des Standes der Technik werden durch viel einfachere Winkelpositionssensoren und durch eine spezifische Signalverarbeitung ersetzt. Dieser Ersatz wurde dank der eleganten Wiederverwendung des ersten Signals des ersten Winkelpositionssensors 11 ermöglicht, der bereits auf dem Großteil der elektrischen Servolenkungen verfügbar ist und der die Steuerung des Elektromotors 3 der Servolenkung sicherstellt, und auch dank der eleganten Wiederverwendung des Untersetzungsgetriebes des Elektromotors, das bereits auf allen elektrischen Servolenkungen verfügbar ist. Außerdem erfordert das Erfassungssystem 1 gemäß der Erfindung keine Initialisierung beim Start und erfordert kein kontinuierliches Steuersystem. Das erste berechnete Signal und das zweite berechnete Signal sind ab dem Einschalten der Winkelpositionssensoren verfügbar. Es ist keine vorherige Bewegung der Lenkung erforderlich, um über diese zwei berechneten Signale zu verfügen.The complex and expensive sensors of the prior art are being replaced by much simpler angular position sensors and by specific signal processing. This replacement was made thanks to the elegant reuse of the first signal from the first angular position sensor 11 which is already available on most of the electric power steering systems and which controls the electric motor 3 of the power steering, and also thanks to the elegant re-use of the reduction gear of the electric motor, which is already available on all electric power steering systems. In addition, the registration system requires 1 according to the invention no initialization at start-up and does not require a continuous control system. The first calculated signal and the second calculated signal are available as soon as the angular position sensors are switched on. No previous steering movement is required to have these two calculated signals.

5 bis 7 veranschaulichen den Gegenstand der Erfindung, indem eine numerische Berechnung gemäß den vorstehend beschriebenen Grundsätzen mit der folgenden Dimensionierung umgesetzt wird: Δθ2 = 1000° mec, ΔT=21 N.m, G=3 N.m/°, Rred = 61/3, N1 = 1, N2 = 10, N3 = 20, p1 = 1, p2 = -2, Nturns = 3, k2 = -2, k3 = 1, q1 = 0, q2 = 0. Die zweite Ausführungsvariante ist für die Berechnung des Drehmoments verwendet worden. 5 until 7th illustrate the subject matter of the invention by implementing a numerical calculation according to the principles described above with the following dimensions: Δθ 2 = 1000 ° mec, ΔT = 21 Nm, G = 3 Nm / °, R red = 61/3, N 1 = 1, N 2 = 10, N 3 = 20, p 1 = 1, p 2 = -2, N turns = 3, k 2 = -2, k 3 = 1, q 1 = 0, q 2 = 0. The second variant was used to calculate the torque.

5 zeigt die Form des ersten, des zweiten und des dritten Signals a1, a2, a3, die jeweils durch die drei Winkelpositionssensoren 11, 12, 13 erzeugt werden, in Abhängigkeit von dem Referenzlenkradwinkel in einem idealen Fall, in dem es kein Rauschen und keinen Messfehler gibt. 5 Fig. 10 shows the shape of the first, second and third signals a 1 , a 2 , a 3 , each given by the three angular position sensors 11 , 12th , 13th are generated depending on the reference steering wheel angle in an ideal case where there is no noise and no measurement error.

6 veranschaulicht das erste berechnete Signal θ̂̂2 proportional zu dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung für unterschiedliche Werte des Drehmoments. Das erste berechnete Signal θ̂2 hängt linear von dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung θ2 ab, wobei es vollkommen unsensibel gegenüber dem Drehmoment ist. 6th illustrates the first calculated signal θ̂̂ 2 proportional to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution for different values of the torque. The first calculated signal θ̂ 2 depends linearly on the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution θ 2 from, whereby it is completely insensitive to the torque.

7 veranschaulicht das zweite berechnete Signal T̂ proportional zu dem Drehmoment für unterschiedliche Werte des Lenkradwinkels. Das zweite berechnete Signal T hängt linear von dem ausgeübten Drehmoment T ab, wobei es vollkommen unsensibel gegenüber dem Lenkradwinkel ist. 7th illustrates the second calculated signal T̂ proportional to the torque for different values of the steering wheel angle. The second calculated signal T depends linearly on the torque T exerted, being completely insensitive to the steering wheel angle.

Diese numerische Modellierung ermöglicht, zu demonstrieren, dass das erste berechnete Signal und das zweite berechnete Signal jeweils dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung θ2 und dem ausgeübten Drehmoment T entsprechen.This numerical modeling makes it possible to demonstrate that the first calculated signal and the second calculated signal each correspond to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution θ 2 and the applied torque T.

Es ist anzumerken, dass die Figuren Simulationen veranschaulichen, die ohne Rauschen umgesetzt wurden. Es sind weitere Simulationen bei Vorhandensein von Rauschen umgesetzt worden. Diese Simulationen haben gezeigt, dass die vorliegende Erfindung gegenüber diesem Rauschen robust ist, einschließlich auf Höhe mechanischer Winkel oder des ersten, des zweiten und des dritten Signals a1, a2, a3 in Sägezahnform, die Unterbrechungen besitzt. Das heißt, dass das Rauschen, das am Eingang vorhanden ist, zum Ausgang übertragen wird, ohne wesentlich verstärkt zu werden. In dem Fall, in dem die Gewichtungskoeffizienten q1 et q2 sinnvoll ausgewählt werden, ermöglicht die Anwendung des Vernier-Effekts sogar, das Signal-Rausch-Verhältnis am Ausgang stark zu verbessern.It should be noted that the figures illustrate simulations implemented with no noise. Further simulations in the presence of noise have been implemented. These simulations have shown that the present invention is robust to this noise, including at mechanical angles or the first, second and third signals a 1 , a 2 , a 3 in sawtooth shape that have interruptions. This means that the noise that is present at the input is transferred to the output without being significantly amplified. In the case in which the weighting coefficients q 1 and q 2 are sensibly selected, the use of the Vernier effect even makes it possible to greatly improve the signal-to-noise ratio at the output.

Es ist zu berücksichtigen, dass sich das Erfassungssystem gemäß der Erfindung auf die Grundlage von Eingabedaten stützt, die aus dem Lastenheft jeder angestrebten Anwendung ausgegeben werden. Somit entsprechen die Spitze-zu-Spitze-Variationen Δθ2 und ΔT des Lenkradwinkels und des Drehmoments dem Umfang des Messungssystems, der durch das Lastenheft gefordert wird. Diese Eingabedaten können natürlich unterschiedliche Werte in Abhängigkeit von den angestrebten Anwendungen darstellen.It should be taken into account that the acquisition system according to the invention is based on input data which are output from the specifications of each desired application. Thus, the peak-to-peak variations Δθ 2 and ΔT of the steering wheel angle and the torque correspond to the scope of the measurement system required by the specification. These input data can of course represent different values depending on the intended application.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform verifiziert die Verarbeitungseinheit 15, dass die Gesamtheit an gemessenen und berechneten Signalen einer Gesamtheit an zulässigen Werten angehört. Wenn das nicht der Fall ist, liefert die Verarbeitungseinheit 15 ein Warnsignal, wenn die Gesamtheit an gemessenen und berechneten Signalen nicht der Gesamtheit an zulässigen Werten angehört. Dieser Ansatz ermöglicht, bestimmte Fehlerkategorien von ungewöhnlich großen Messungen zu erfassen. Zum Beispiel kann die Verarbeitungseinheit das folgende Signal D berechnen: D = f s ( R r e d N 1 θ ^ 2 α 1 ) 2 + f s ( N 2 θ ^ 2 α 2 ) 2

Figure DE112019005731T5_0061
Ausgehend von den Konzeptionsparametern ist es möglich, den folgenden Schwellenwert Dlim zu definieren: D l i m = λ 360 2 N 1 R r e d N t u r n s cos ( a t a n ( N 2 N 1 R r e d ) )
Figure DE112019005731T5_0062
wobei λ ein fester Koeffizient ist, der zwischen 0 und 1 beträgt, der von dem Entwickler ausgewählt wird und der ermöglicht, die Schwere des Diagnosesystems zu regulieren. Somit ist, wenn die Verarbeitungseinheit in einem beliebigen Moment das Ereignis erfasst, D > D l i m
Figure DE112019005731T5_0063
Somit liefert die Verarbeitungseinheit 15 ein Warnsignal.According to a particularly advantageous embodiment, the processing unit verifies 15th that the set of measured and calculated signals belongs to a set of permissible values. If this is not the case, the processing unit delivers 15th a warning signal if the set of measured and calculated signals does not belong to the set of permissible values. This approach enables certain categories of errors to be captured from unusually large measurements. For example, the processing unit can calculate the following signal D: D. = f s ( R. r e d N 1 θ ^ 2 - α 1 ) 2 + f s ( N 2 θ ^ 2 - α 2 ) 2
Figure DE112019005731T5_0061
Based on the design parameters, it is possible to define the following threshold value D lim: D. l i m = λ 360 2 N 1 R. r e d N t u r n s cos ( a t a n ( N 2 N 1 R. r e d ) )
Figure DE112019005731T5_0062
where λ is a fixed coefficient, between 0 and 1, selected by the designer, which allows the severity of the diagnostic system to be regulated. Thus, if at any moment the processing unit detects the event, D. > D. l i m
Figure DE112019005731T5_0063
Thus the processing unit delivers 15th a warning sign.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind der zweite Winkelpositionssensor 12 und der dritte Winkelpositionssensor 13 Positionssensoren mit Wirbelstrom. 8 veranschaulicht beispielhaft den zweiten Winkelpositionssensor 12 und den dritten Winkelpositionssensor 13, die auf beiden Seiten des Torsionsstabs 7 angeordnet sind. Jeder Winkelpositionssensor 12, 13 beinhaltet einerseits ein jeweiliges Ziel 121 , 131 , das fest auf jeder Seite des Torsionsstabs 7 montiert ist, und andererseits eine jeweilige Erfassungssonde 122 , 132 , die in Bezug auf das entsprechende Ziel außerhalb in Bezug auf den Torsionsstab 7 platziert ist.According to one embodiment variant, the second angular position sensor 12th and the third angular position sensor 13th Eddy current position sensors. 8th exemplifies the second angular position sensor 12th and the third angular position sensor 13th that are on either side of the torsion bar 7th are arranged. Any angular position sensor 12th , 13th contains on the one hand a respective goal 12 1 , 13 1 that is firmly on each side of the torsion bar 7th is mounted, and on the other hand, a respective detection probe 12 2 , 13 2 that in relation to the corresponding target outside in relation to the torsion bar 7th is placed.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante, die in 9 veranschaulicht ist, besitzen der zweite Winkelpositionssensor 12 mit Wirbelstrom und der dritte Winkelpositionssensor 13 mit Wirbelstrom eine gemeinsame Erfassungssonde 23, die zwischen den Zielen 121 , 131 der zwei Sensoren platziert ist, also auf Höhe des Torsionsstabs 7. Diese gemeinsame Erfassungssonde 23 beinhaltet eine gemeinsame Stützplatte für die Wicklungen des zweiten Winkelpositionssensors 12 und des dritten Winkelpositionssensors 13. Die Umsetzung der Wicklungen der zwei Winkelpositionssensoren 12, 13 ermöglicht, die Herstellungskosten unter Einsatz eines einzelnen Schaltungsträgers zu reduzieren. Das Nebensprechen zwischen diesen zwei Winkelpositionssensoren kann aufgehoben werden, indem eine Anzahl an Polpaaren N2 anders als N3 verwendet wird, oder indem zwischen die Wicklungen ein leitendes und/oder magnetisches Material eingefügt wird, das die Entkopplung des Magnetfeldes von diesen zwei Sensoren ermöglicht.According to an advantageous embodiment variant, which is shown in 9 illustrated have the second angular position sensor 12th with eddy current and the third angular position sensor 13th with eddy current a common detection probe 23 that between goals 12 1 , 13 1 the two sensors are placed, i.e. at the height of the torsion bar 7th . This common acquisition probe 23 includes a common support plate for the windings of the second angular position sensor 12th and the third angular position sensor 13th . Implementation of the windings of the two angular position sensors 12th , 13th enables manufacturing costs to be reduced using a single circuit carrier. The crosstalk between these two angular position sensors can be canceled by using a number of pole pairs N 2 other than N 3 , or by inserting a conductive and / or magnetic material between the windings that enables the magnetic field to be decoupled from these two sensors.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt, da verschiedene Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne den Rahmen zu verlassen.The invention is not restricted to the examples described and illustrated, since various modifications can be made without departing from the scope.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • FR 2964190 [0006]FR 2964190 [0006]
  • EP 3090921 [0007]EP 3090921 [0007]
  • FR 2872896 [0008]FR 2872896 [0008]
  • DE 102009039764 [0010]DE 102009039764 [0010]

Claims (12)

Erfassungssystem für eine Lenkung (2) eines Fahrzeugs, welches das Messen des Drehmoments (T) und des absoluten Lenkradwinkels über mehr als eine mechanische Umdrehung (θ̂2) ermöglicht, wobei diese Lenkung einen Torsionsstab (7) beinhaltet und mit einem Elektromotor (3) ausgestattet ist, der mit einem Untersetzungsgetriebe (4) versehen ist, wobei dieses Erfassungssystem beinhaltet: - einen ersten Winkelpositionssensor (11), der N1 Polpaare besitzt, wobei N1 eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, wobei dieser erste Winkelpositionssensor (11) den Winkel des Elektromotors (3) misst und ein erstes Signal (α1) liefert, - einen zweiten Winkelpositionssensor (12), der N2 Polpaare besitzt, wobei N2 eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, wobei dieser zweite Winkelpositionssensor (12) den Winkel der Lenkung misst, der sich zwischen dem Untersetzungsgetriebe (4) und einer ersten Seite des Torsionsstabs (7) befindet, wobei dieser zweite Winkelpositionssensor ein zweites Signal (α2) liefert, - einen dritten Winkelpositionssensor (13), der N3 Polpaare besitzt, wobei N3 eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, wobei dieser dritte Winkelpositionssensor (13) den Winkel der Lenkung misst, der sich auf einer zweiten Seite des Torsionsstabs (7) befindet, die sich gegenüber der ersten Seite befindet, und ein drittes Signal (α3) liefert, - und eine Verarbeitungseinheit (15), die einerseits eine Vernier-Berechnung auf der Grundlage von zumindest dem ersten Signal (α1) und dem zweiten Signal (α2), um ein erstes berechnetes Signal (θ̂2) zu erzeugen, das proportional zu dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung (θ̂2) ist, und andererseits eine gewichtete Winkelsumme des dritten Signals (α3) und von einem der Signale von dem ersten Signal (α1), dem zweiten Signal (α2) und dem ersten berechneten (θ̂2) Signal bewirkt, um ein zweites berechnetes Signal (f) zu erzeugen, das proportional zu dem Drehmoment (T) ist.Detection system for a steering system (2) of a vehicle, which enables the torque (T) and the absolute steering wheel angle to be measured over more than one mechanical revolution (θ̂ 2 ), this steering system including a torsion bar (7) and an electric motor (3) equipped with a reduction gear (4), this detection system comprising: - a first angular position sensor (11) having N1 pole pairs, where N1 is an integer greater than or equal to 1, this first angular position sensor (11) den Measures the angle of the electric motor (3) and delivers a first signal (α 1 ), - a second angular position sensor (12), which has N2 pole pairs, where N2 is an integer greater than or equal to 1, this second angular position sensor (12) measuring the angle the steering measures, which is located between the reduction gear (4) and a first side of the torsion bar (7), this second angular position sensor providing a second signal (α 2 ) fert, - a third angular position sensor (13), which has N3 pole pairs, where N3 is an integer greater than or equal to 1, this third angular position sensor (13) measuring the angle of the steering, which is on a second side of the torsion bar (7) which is located opposite the first side and delivers a third signal (α 3 ), - and a processing unit (15) which, on the one hand, a Vernier calculation on the basis of at least the first signal (α 1 ) and the second signal (α 2 ) to generate a first calculated signal (θ̂ 2 ) proportional to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution (θ̂ 2 ), and on the other hand a weighted angle sum of the third signal (α 3 ) and from one the signals from the first signal (α 1 ), the second signal (α 2 ) and the first calculated (θ̂ 2 ) signal to produce a second calculated signal (f) proportional to the torque (T). System nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verarbeitungseinheit (15) davon ausgeht, dass das erste berechnete (θ̂2) Signal dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung (θ̂2) entspricht und dass das zweite berechnete (T̂) Signal dem ausgeübten Drehmoment (T) entspricht.System according to the preceding claim, wherein the processing unit (15) assumes that the first calculated (θ̂ 2 ) signal corresponds to the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution (θ̂ 2 ) and that the second calculated (T̂) signal corresponds to the torque exerted (T) corresponds to. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (15) die Vernier-Berechnung bewirkt, um das erste berechnete Signal (θ̂2) zu erzeugen, die lautet: θ ^ 2 = N t u r n s f s ( Θ q 1 f s ( N 1 R r e d N t u r n s Θ α 1 ) q 2 f s ( N 2 N t u r n s Θ α 2 ) )
Figure DE112019005731T5_0064
wobei: θ = fs (p1α1 + p2α2) und fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1, wobei q1 und q2 feste ausgewählte Gewichtungskoeffizienten sind, und α1 das Signal ist, das durch den ersten Winkelpositionssensor (11) erzeugt wird, α2 das Signal ist, das durch den zweiten Winkelpositionssensor (12) erzeugt wird, und wobei p1, p2, und Nturns numerische Koeffizienten sind, die ausgewählt sind und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { p 1   u n d   p 2   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n ( R r e d N 1 p 1 + N 2 p 2 ) N t u r n s = 1 N t u r n s Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0065
wobei Δθ2 die Spitze-zu-Spitze-Variation des absoluten Lenkradwinkels über mehr als eine mechanische Umdrehung ist und Rred das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes (4) ist.
System according to any one of the preceding claims, wherein the processing unit (15) effects the vernier calculation to generate the first calculated signal (θ̂ 2 ) which reads: θ ^ 2 = N t u r n s f s ( Θ - q 1 f s ( N 1 R. r e d N t u r n s Θ - α 1 ) - q 2 f s ( N 2 N t u r n s Θ - α 2 ) )
Figure DE112019005731T5_0064
where: θ = f s (p 1 α 1 + p 2 α 2 ) and f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, where q 1 and q 2 are fixed selected weighting coefficients, and α 1 is the signal that is generated by the first angular position sensor (11), α 2 is the signal generated by the second angular position sensor (12), and where p 1 , p 2 , and N turns are numerical coefficients selected and satisfying the following conditions have to: { p 1 u n d p 2 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n ( R. r e d N 1 p 1 + N 2 p 2 ) N t u r n s = 1 N t u r n s Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0065
where Δθ 2 is the peak-to-peak variation of the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution and R red is the reduction ratio of the reduction gear (4).
System nach Anspruch 3, wobei die Gewichtungskoeffizienten q1 und q2 die folgenden sind: w e n n   N 2 < N 1 R r e d                                      { q 1 = 0 q 2 = 1 p 1 N t u r n s σ 1 2 p 1 N 2 σ 2 2 p 2 N 1 R r e d ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R r e d ) 2
Figure DE112019005731T5_0066
w e n n   N 2 > N 1 R r e d                                      { q 1 = 1 p 2 N t u r n s σ 2 2 p 2 N 1 R r e d σ 1 2 p 1 N 2 ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R r e d ) 2 q 2 = 0
Figure DE112019005731T5_0067
wobei σ1 die typische Fehleramplitude des ersten Winkelpositionssensors ist und wobei σ2 die typische Fehleramplitude des zweiten Winkelpositionssensors ist.
System according to Claim 3 , where the weighting coefficients q 1 and q 2 are: w e n n N 2 < N 1 R. r e d { q 1 = 0 q 2 = 1 p 1 N t u r n s σ 1 2 p 1 N 2 - σ 2 2 p 2 N 1 R. r e d ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R. r e d ) 2
Figure DE112019005731T5_0066
w e n n N 2 > N 1 R. r e d { q 1 = 1 p 2 N t u r n s σ 2 2 p 2 N 1 R. r e d - σ 1 2 p 1 N 2 ( σ 1 N 2 ) 2 + ( σ 2 N 1 R. r e d ) 2 q 2 = 0
Figure DE112019005731T5_0067
where σ 1 is the typical error amplitude of the first angular position sensor and where σ 2 is the typical error amplitude of the second angular position sensor.
System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Verarbeitungseinheit (15) die Vernier-Berechnung bewirkt, um das erste berechnete Signal (θ̂2) zu erzeugen, die lautet: θ ^ 2 = N t u r n s * f s ( Θ q 1 * f s ( N 1 R r e d N t u r n s * Θ α 1 ) q 2 * f s ( N 23 N t u r n * Θ α 2 * ) )
Figure DE112019005731T5_0068
wobei: - Θ * = f s ( p 1 * α 1 + p 2 * α 2 * )
Figure DE112019005731T5_0069
- α 2 * = f s ( f s ( c 2 f s ( α 2 + n 3 δ ) + c 3 f s ( α 3 n 2 δ ) ) n 3 n 2 δ )
Figure DE112019005731T5_0070
- δ = f s ( n 3 α 2 + n 2 α 3 ) n 2 2 + n 3 2
Figure DE112019005731T5_0071
- { N 23 = pgcd ( N 2 , N 3 ) n 2 = N 2 N 23 n 3 = N 3 N 23
Figure DE112019005731T5_0072
und fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1, wobei pgcd der Operator „größter gemeinsamer Teiler“ ist, wobei q 1 *
Figure DE112019005731T5_0073
und q 2 *
Figure DE112019005731T5_0074
feste ausgewählte Gewichtungskoeffizienten sind, und α1 das Signal ist, das durch den ersten Winkelpositionssensor (11) erzeugt wird, α2 das Signal ist, das durch den zweiten Winkelpositionssensor (12) erzeugt wird, α3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor (13) erzeugt wird, und wobei c2, c3, p 1 * ,
Figure DE112019005731T5_0075
p 2 *
Figure DE112019005731T5_0076
und Nturns numerische Koeffizienten sind, die ausgewählt sind und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: {         c 2   u n d   c 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n p * 1   u n d   p * 2   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n c 2 n 2 + c 3 n 3 = 1 ( R r e d N 1 p 1 * + N 23 p 2 * ) N t u r n s * = 1 N t u r n s * Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0077
wobei Δθ2 die Spitze-zu-Spitze-Variation des absoluten Lenkradwinkels über mehr als eine mechanische Umdrehung ist und Rred das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes (4) ist.
System according to one of the Claims 1 or 2 wherein the processing unit (15) effects the vernier computation to generate the first computed signal (θ̂ 2 ) which is: θ ^ 2 = N t u r n s * f s ( Θ - q 1 * f s ( N 1 R. r e d N t u r n s * Θ - α 1 ) - q 2 * f s ( N 23 N t u r n * Θ - α 2 * ) )
Figure DE112019005731T5_0068
whereby: - Θ * = f s ( p 1 * α 1 + p 2 * α 2 * )
Figure DE112019005731T5_0069
- α 2 * = f s ( f s ( c 2 f s ( α 2 + n 3 δ ) + c 3 f s ( α 3 - n 2 δ ) ) - n 3 n 2 δ )
Figure DE112019005731T5_0070
- δ = f s ( - n 3 α 2 + n 2 α 3 ) n 2 2 + n 3 2
Figure DE112019005731T5_0071
- { N 23 = pgcd ( N 2 , N 3 ) n 2 = N 2 N 23 n 3 = N 3 N 23
Figure DE112019005731T5_0072
and f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, where pgcd is the operator "greatest common divisor", where q 1 *
Figure DE112019005731T5_0073
and q 2 *
Figure DE112019005731T5_0074
are fixed selected weighting coefficients, and α 1 is the signal generated by the first angular position sensor (11), α 2 is the signal generated by the second angular position sensor (12), α 3 is the signal generated by the third Angular position sensor (13) is generated, and where c 2 , c 3 , p 1 * ,
Figure DE112019005731T5_0075
p 2 *
Figure DE112019005731T5_0076
and N turns are numeric coefficients that are selected and must meet the following conditions: { c 2 u n d c 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n p * 1 u n d p * 2 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n c 2 n 2 + c 3 n 3 = 1 ( R. r e d N 1 p 1 * + N 23 p 2 * ) N t u r n s * = 1 N t u r n s * Δ θ 2 360
Figure DE112019005731T5_0077
where Δθ 2 is the peak-to-peak variation of the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution and R red is the reduction ratio of the reduction gear (4).
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite berechnete Signal (T̂) lautet: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 2 α 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0078
wobei fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, α2 das Signal ist, das durch den zweiten Winkelpositionssensor (12) erzeugt wird, α3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor (13) erzeugt wird, und G die Steifigkeit des Torsionsstabs (7) ist, und wobei k2, k3 numerische Koeffizienten sind, die ausgewählt sind und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { k 2   u n d   k 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n       N 2 k 2 + N 3 k 3 = 0       360 | k 3 N 3 | > Δ θ s h i f t
Figure DE112019005731T5_0079
wobei Δθshtft die Spitze-zu-Spitze-Variation der Winkelverformung des Torsionsstabs ist.
System according to one of the preceding claims, wherein the second calculated signal (T̂) is: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 2 α 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0078
where f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, α 2 is the signal generated by the second angular position sensor (12), α 3 is the signal generated by the third angular position sensor (13), and G is the stiffness of the torsion bar (7), and where k 2 , k 3 are numerical coefficients that are selected and must meet the following conditions: { k 2 u n d k 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n N 2 k 2 + N 3 k 3 = 0 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0079
where Δθ shtft is the peak-to-peak variation in angular deformation of the torsion bar.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite berechnete Signal (T̂) lautet: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 1 α 1 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0080
wobei fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, α1 das Signal ist, das durch den ersten Winkelpositionssensor (11) erzeugt wird, α3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor (13) erzeugt wird, und G die Steifigkeit des Torsionsstabs (7) ist, und wobei k1, k3 numerische Koeffizienten sind, die ausgewählt sind und die folgenden Bedingungen erfüllen müssen: { k 2   u n d   k 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l e n       R r e d N 1 k 1 + N 3 k 3 = 0       360 | k 3 N 3 | > Δ θ s h i f t
Figure DE112019005731T5_0081
wobei Δθshift die Spitze-zu-Spitze-Variation der Winkelverformung des Torsionsstabs ist.
System according to one of the Claims 1 until 5 , where the second calculated signal (T̂) is: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( k 1 α 1 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0080
where f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, α 1 is the signal generated by the first angular position sensor (11), α 3 is the signal generated by the third angular position sensor (13), and G is the stiffness of the torsion bar (7), and where k 1 , k 3 are numerical coefficients that are selected and must meet the following conditions: { k 2 u n d k 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l e n R. r e d N 1 k 1 + N 3 k 3 = 0 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0081
where Δθ shift is the peak-to-peak variation in angular deformation of the torsion bar.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite berechnete Signal (T̂) lautet: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( N 3 k 3 θ ^ 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0082
wobei fs die mathematische Funktion in Sägezahnform und mit Steigung gleich 1 ist, θ̂2 das erste berechnete Signal ist, a3 das Signal ist, das durch den dritten Winkelpositionssensor (13) erzeugt wird, und G die Steifigkeit des Torsionsstabs (7) ist, und wobei k3 ein numerischer Koeffizient ist, der ausgewählt ist und die folgenden Bedingungen erfüllen muss: { k 3   r e l a t i v e   g a n z e   Z a h l 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s h i f t
Figure DE112019005731T5_0083
wobei Δθshtft die Spitze-zu-Spitze-Variation der Winkelverformung des Torsionsstabs (7) ist.
System according to one of the Claims 1 until 5 , where the second calculated signal (T̂) is: T ^ = G | k 3 N 3 | f s ( N 3 k 3 θ ^ 2 + k 3 α 3 )
Figure DE112019005731T5_0082
where f s is the mathematical function in sawtooth form and with a slope equal to 1, θ̂ 2 is the first calculated signal, a 3 is the signal generated by the third angular position sensor (13), and G is the stiffness of the torsion bar (7) , and where k 3 is a numerical coefficient that is selected and must meet the following conditions: { k 3 r e l a t i v e G a n z e Z a H l 360 | k 3 N 3 | > Δ θ s H i f t
Figure DE112019005731T5_0083
where Δθ shtft is the peak-to-peak variation of the angular deformation of the torsion bar (7).
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (15) verifiziert, dass die Gesamtheit der gemessenen und berechneten Signale einer Gesamtheit an zulässigen Werten angehört, wobei die Verarbeitungseinheit (15) ein Warnsignal liefert, wenn die Gesamtheit an Werten keiner Gesamtheit an zulässigen Werten angehört.System according to one of the preceding claims, wherein the processing unit (15) verifies that the set of measured and calculated signals belongs to a set of admissible values, wherein the processing unit (15) delivers a warning signal if the set of values does not belong to a set of admissible values listened to. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkelpositionssensor (11), der zweite Winkelpositionssensor (12) und/oder der dritte Winkelpositionssensor (13) Positionssensoren mit Hall-Effekt, Magnetwiderstand, Fluxgates, Induktion, mit Wirbelstrom oder mit variabler Reluktanz sind.System according to one of the preceding claims, characterized in that the first angular position sensor (11), the second angular position sensor (12) and / or the third angular position sensor (13) position sensors with Hall effect, magnetic resistance, flux gates, induction, with eddy current or with variable Are reluctance. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Winkelpositionssensor (12) und der dritte Winkelpositionssensor (13) Sensoren sind, bei denen Kombinationen von Wirbelstrompositionssensoren eine gemeinsame Erfassungssonde (23) beinhalten, die eine gemeinsame Stützplatte für die Wicklungen des zweiten Winkelpositionssensors (12) und des dritten Winkelpositionssensors (13) umfasst.System according to one of the preceding claims, characterized in that the second angular position sensor (12) and the third angular position sensor (13) are sensors in which combinations of eddy current position sensors include a common detection probe (23) which has a common support plate for the windings of the second angular position sensor (12) and the third angular position sensor (13). Lenkung, die mit dem Erfassungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgestattet ist und die einen Lenkungsbefehl in Abhängigkeit von dem absoluten Lenkradwinkel über mehr als eine mechanische Umdrehung (θ̂2) und dem Drehmoment (T) ausführt.Steering with the detection system (1) according to one of the Claims 1 until 11 and which executes a steering command as a function of the absolute steering wheel angle over more than one mechanical revolution (θ̂ 2 ) and the torque (T).
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