EP1814770A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines lenkwinkels in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines lenkwinkels in einem kraftfahrzeug

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EP1814770A1
EP1814770A1 EP05803388A EP05803388A EP1814770A1 EP 1814770 A1 EP1814770 A1 EP 1814770A1 EP 05803388 A EP05803388 A EP 05803388A EP 05803388 A EP05803388 A EP 05803388A EP 1814770 A1 EP1814770 A1 EP 1814770A1
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EP
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steering
steering angle
angle sensor
determining
sensor
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Peter Brenner
Gerd Reimann
Wolfgang Reinelt
Achim Thomä
Andreas GÄRTNER
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/16—Arrangement of linkage connections

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for determining a steering angle in a motor vehicle.
  • the invention also relates to a corresponding method.
  • optical or magnetoresistive steering angle sensors are used, which serve to detect the driving direction desired by the driver.
  • sensors are usually based on an optical or magnetoresistive measuring principle.
  • the information about the steering angle derived from the output signal of the steering angle sensor is used below as an input variable of different vehicle systems, for example an ABS / ESP system or an electric power steering system.
  • DE 100 64 630 A1 discloses a kingpin bearing is disclosed in which in a storage cassette, a rotation angle sensor is integrated, which detects a relative rotation between an inner pot and an outer pot.
  • the vehicle sensor is designed as a potentiometer wherein the potentiometer is arranged on a support or on tie rods of a forklift.
  • multiturn steering angle sensors can be used. Due to the high cost of multiturn sensor systems, however, steering angle sensors are usually used which can not clearly represent the total possible steering angle range of up to three steering wheel revolutions.
  • single-turn steering angle sensors can clearly map only one full revolution, 360 ° or a part thereof, for example 180 °.
  • the determination of the absolute steering angle over the total possible steering angle range can be carried out with further physical variables present from the vehicle, such as e.g. the wheel speeds of the individual wheels of the vehicle take place.
  • This method has the disadvantage that a certain distance traveled or driving speed is necessary to enable a clear determination of the steering angle.
  • the invention is based on the problem of disclosing a device and a method for determining an absolute steering angle information in a motor vehicle.
  • the invention is based on the idea to provide additional means for detecting elastokinematischer angle on a steering joint 10 of the steering for determining an absolute steering angle information in a motor vehicle with a arranged in the effective range of a rotatable steering element of a steering 8 steering angle sensor 7.
  • an integrated angle sensor for the detection of elastokinematic angle, an integrated angle sensor known from the prior art can be used.
  • the integrated angle sensor is arranged in a suitable steering joint of the wheel link of a steerable front or rear axle. It goes without saying that the deflection of the corresponding steering joint must correlate with the deflection of the wheel.
  • FIG. 1 shows by way of example the embodiment of an integrated angle sensor 4, 5 as it can be arranged in a ball joint:
  • a ball stud 3 consists of a joint ball 1, a pin 2 and the magnetic field transmitter 4 suitably arranged therein.
  • a magnetic field detector 5 In magnetic operative connection thereto is a magnetic field detector 5.
  • the arrangement shown is capable of relative angular movements of the magnetic field generator 4 and the magnetic field detector 5 to detect the longitudinal axis of the ball stud 3.
  • the integrated angle sensor 4,5 instead of a magnetic measuring principle, consisting of magnetic field sensors and magnetoresistive receiver elements and an optical measuring principle, consisting of a corresponding pair of optical sensors and detectors, pursue.
  • FIG. 2 shows schematically the structure of a front wheel steering in a vehicle, with steering wheel 6, steering angle sensor 7 and power steering 8.
  • the integrated angle sensor on the steering joint 10 which is the head-side angle joint of a tie rod 9, arranged or integrated.
  • the method according to the invention provides for the signal of a steering angle sensor 7 to be made plausible with a unique signal range of the integrated angle sensor 4, 5 in order to determine therefrom an unambiguous steering angle information 4, 5.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • FIG 3 shows an angle information normalized to the value 1 of a corresponding signal of a steering angle sensor. It can be seen that the angle information of the steering angle sensor is ambiguous over the total possible steering angle range, for example three full steering wheel revolutions.
  • the relationship shown in the graph 2b of FIG. 3 shows an angle information normalized to the value 1 of a corresponding signal of an integrated angle sensor system 4, 5. It can be seen that the angle information of the integrated angle sensor 4, 5 is unambiguous over the possible deflection range of the steering joint.
  • An exemplary embodiment of the method according to the invention provides to plausibilize a signal that is ambiguous over the total possible steering angle range or an ambiguous angle information of a steering angle sensor 7 with the unambiguous angle information derived from a unique signal of the integrated angle sensor 4.5 in order to obtain clear steering angle information therefrom to determine.
  • a further exemplary embodiment, for which no figure is provided provides for a plausibility check of a signal which is unambiguous over the entire possible steering angle range or a unique angle information derived therefrom of a steering angle sensor with the unambiguous angle information derived from a unique signal of the integrated angle sensor system 4, 5 to determine or verify a unique steering angle information.
  • the method can also be used in superimposed steering systems, whereby the feed-in angle, which is introduced additively by means of an overlay gearbox, must be taken into account accordingly.
  • Another advantage of the invention is that the determination of the absolute steering angle information at vehicle standstill, i. immediately after the start-up phase of an electronic control unit, and without the need for vehicle movement that requires differential measurement of wheel rotation or speed information.
  • the problem with regard to the evaluation of such information when driving on ground with low coefficient of friction or spinning wheels thus also eliminated.
  • An absolute steering angle information determined by the method according to the invention can be supplied to further electronic vehicle systems in the following.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines Lenkwinkels in einem Kraftfahrzeug. Es wird vorgeschlagen, Mittel zur Erfassung elastokinematischer Winkel an mindestens einem, mit der Auslenkung eines Rades korrelierenden Lenkgelenks (10), vorzusehen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Lenkwinkels in einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Bestimmung eines Lenkwinkels in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren.
Zunehmend werden in Kraftfahrzeugen im Bereich der Lenksäule oder des Lenkrades optische oder magnetoresistive Lenkwinkelsensoren eingesetzt, die zur Erfassung des durch den Fahrer vorgegebenen Fahrrichtungswunsch dienen. Derartige Sensoren basieren zumeist auf einem optischen oder magnetoresistiven Messprinzip.
Die vom Ausgangssignal des Lenkwinkelsensor abgeleitete Information über den Lenkwinkel dient im Folgenden als Eingangsgröße unterschiedlicher Fahrzeugsysteme, beispielsweise eines ABS/ESP- Systems oder einer elektrischen Hilfskraftlenkung.
In der DE 101 10 785 C2 wird zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels ein Lenkwinkelsensor mit einer Kombination aus einer mechanischen Zähleinrichtung und einer optischen Codescheibe, welche innerhalb einer Lenkradumdrehung abgetastet wird, beschrieben.
Aus der DE 196 01 965 A1 ist eine Zähleinheit zur Zählung der vollen Umdrehungen des Lenkrades in Form einer Schrittschaltwerks bekannt.
In der DE 100 57 674 A1 wird vorgeschlagen, den durch den Lenkradeinschlag verursachten Verschiebeweg einer Zahnstange eines Lenkgetriebes zur Bestimmung des absoluten Lenkwinkels zu erfassen. Aus dem Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkradwinkel und der linearen Zahnstangenbewegung kann somit auf den Lenkwinkel geschlossen werden.
In der DE 100 64 630 A1 wird eine Achsschenkelbolzenlagerung offenbart, bei der in einer Lagerkassette ein Drehwinkelsensor integriert ist, welcher eine Relativdrehung zwischen einem Innentopf und einem Aussentopf detektiert.
Eine Möglichkeit des Schutzes eines Fahrzeugssensors mittels eines Dichtungsmaterials offenbart die DE 698 09 136 T2. Der Fahrzeugsensor ist dabei als Potentiometer ausgeführt wobei das Potentiometer auf einem Träger oder den auf Spurstangen eines Gabelstaplers angeordnet ist. Um den aktuellen Lenkwinkel aus einer Lenkradbewegung von bis zu drei vollen Umdrehungen eindeutig zu bestimmen, können Multitum-Lenkwinkelsensoren eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Kosten von multitum-fähigen Sensorsystemen werden jedoch meist Lenkwinkelsensoren verwendet, welche den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich von bis zu drei Lenkradumdrehungen nicht eindeutig abbilden können.
Bedingt durch ihren Aufbau und Art der Detektor-Elemente können so genannte Singleturn- Lenkwinkelsensoren nur eine volle Umdrehung, 360° oder einen Teil davon, beispielsweise 180°, eindeutig abbilden.
Die Bestimmung des absoluten Lenkwinkels über den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich kann mit weiteren aus dem Fahrzeug vorliegenden physikalischen Messgrößen wie z.B. die Raddrehzahlen der einzelnen Räder des Fahrzeugs erfolgen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass eine bestimmte zurückgelegte Fahrstrecke oder Fahrgeschwindigkeit notwendig ist, um eine eindeutige Bestimmung des Lenkwinkels zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer absoluten Lenkwinkelinformation in einem Kraftfahrzeug zu offenbaren.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das Problem wird auch mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit den
Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen wobei auch ein entsprechendes Computerprogramm mit Programmcodemitteln beansprucht ist.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, zur Bestimmung einer absoluten Lenkwinkelinformation in einem Kraftfahrzeug mit einem im Wirkbereich eines drehbaren Lenkungselements einer Lenkung 8 angeordneten Lenkwinkelsensors 7 zusätzliche Mittel zur Erfassung elastokinematischer Winkel an einem Lenkgelenk 10 der Lenkung vorzusehen.
Zur Erfassung von elastokinematischer Winkel kann ein aus dem Stand der Technik bekannter integrierter Winkelsensor eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird die integrierte Winkelsensorik in einem geeigneten Lenkgelenk der Radlenker einer lenkbaren Vorder- oder Hinterradachse angeordnet. Es versteht sich dabei von selbst, dass die Auslenkung des entsprechenden Lenkgelenks mit der Auslenkung des Rads korrelieren muss.
Figur 1 zeigt beispielhaft die Ausführungsform eines integrierten Winkelsensors 4,5 wie er in einem Kugelgelenk angeordnet sein kann: Ein Kugelzapfen 3 besteht aus einer Gelenkkugel 1 , einem Zapfen 2 und dem darin in geeigneter weise angeordneten Magnetfeldgeber 4. In magnetischer Wirkverbindung dazu befindet sich ein Magnetfelddetektor 5. Die gezeigte Anordnung ist in der Lage, relative Winkelbewegungen des Magnetfeldgebers 4 und des Magnetfelddetektors 5 um die Längsachse des Kugelzapfens 3 zu detektieren. Der integrierte Winkelsensor 4,5 kann anstelle eines magnetischen Messprinzips, bestehend aus magnetischen Feldgebern und magnetoresistiven Empfängerelementen auch ein optisches Messprinzip, bestehend aus einem korrespondieren Paar optischer Geber und Detektoren, verfolgen.
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorderradlenkung in einem Fahrzeug, mit Lenkrad 6, Lenkwinkelsensor 7 und Hilfskraftlenkung 8. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der integrierte Winkelsensor am Lenkgelenk 10, welches das kopfseitige Winkelgelenk einer Spurstange 9 darstellt, angeordnet oder integriert.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Signal eines Lenkwinkelsensors 7 mit einem eindeutigen Signalbereich des integrierten Winkelsensors 4,5 plausibilisiert wird, um daraus eine eindeutige Lenkwinkelinformation 4,5 zu bestimmen.
In der Figur 3 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
Der im Graphen 3a der Figur 3 dargestellte Zusammenhang zeigt eine auf den Wert 1 normierte Winkelinformation eines entsprechenden Signals eines Lenkwinkelsensors. Es ist zu erkennen, dass die Winkelinformation des Lenkwinkelsensors mehrdeutig über den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich, beispielsweise drei vollen Lenkradumdrehungen, ist.
Der im Graphen 2b der Figur 3 dargestellte Zusammenhang zeigt eine auf den Wert 1 normierte Winkelinformation eines entsprechenden Signals einer integrierten Winkelsensorik 4,5. Es ist zu erkennen, dass die Winkelinformation der integrierten Winkelsensorik 4,5 über den möglichen Auslenkungsbereich des Lenkgelenks eindeutig ist.
Es versteht sich dabei von selbst, dass das von der integrierten Winkelsensorik 4,5 abgegebene Signal stets eindeutig auf einen Wert innerhalb des möglichen Winkelbereichs des Lenkgelenks 10 abbildbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, ein über den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich mehrdeutiges Signal bzw. eine davon abgeleitete mehrdeutige Winkelinformation eines Lenkwinkelsensors 7 mit der eindeutigen Winkelinformation, abgeleitet aus einem eindeutigen Signal der integrierten Winkelsensorik 4,5 , zu plausibilisieren um daraus eine eindeutige Lenkwinkelinformation zu bestimmen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel, zu dem keine Figur vorgesehen ist, sieht vor, ein über den gesamt möglichen Lenkwinkelbereich eindeutiges Signal bzw. eine davon abgeleitete eindeutige Winkelinformation eines Lenkwinkelsensors mit der eindeutigen Winkelinformation, abgeleitet aus einem eindeutigen Signal der integrierten Winkelsensorik 4,5 , zu plausibilisieren um daraus eine eindeutige Lenkwinkelinformation zu bestimmen oder zu verifizieren.
In vorteilhafter weise kann dadurch auch das Gesamtverhalten des Lenksystems im Fahrzeug funktional überprüft werden. Das Verfahren kann prinzipiell auch in Überlagerungslenkungen verwendet werden, wobei der mittels eines Überlagerungsgetriebes additiv eingeleitete Zustellwinkel entsprechend berücksichtigt werden muss.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Bestimmung der absoluten Lenkwinkelinformation bei Fahrzeugstillstand, d.h. unmittelbar nach der Hochlaufphase eines elektronischen Steuergeräts, und ohne die Notwendigkeit einer Fahrzeugbewegung, die eine Differenzmessung von Raddreh- oder Geschwindigkeits- Informationen voraussetzt, ermöglicht wird. Die Problematik hinsichtlich der Auswertung derartiger Informationen bei Fahrt auf Untergrund mit niedrigem Reibwert oder bei durchdrehenden Rädern entfällt somit ebenfalls.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte absolute Lenkwinkelinformation kann im Folgenden weiteren elektronischen Fahrzeugsystemen zugeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Sensorvorrichtung zur Bestimmung einer Lenkwinkelinformation in einem Kraftfahrzeug mit einem im Wirkbereich eines drehbaren Lenkungselements einer Lenkung (8) angeordneten Lenkwinkelsensor (7), geeignet zur Erfassung eines mittels einer Lenkhandhabe eingeleiteten Fahrrichtungswunsches, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung elastokinematischer Winkel an mindestens einem, mit der Auslenkung eines Rades korrelierendes Lenkgelenk(IO) vorgesehen sind.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung elastokinematischer Winkel mittels einer integrierten Winkelsensorik erfolgt, wobei die integrierte Winkelsensorik über ein korrespondierendes Paar optischer oder magnetischer Geber und Detektoren verfügt.
3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Winkelsensorik in einem Lenkgelenk (10) der Spurstange (9) angeordnet ist.
4. Verfahren zur Bestimmung einer Lenkwinkelinformation, dadurch gekennzeichnet, dass Signale des Lenkwinkelsensors (7) mit einem eindeutigen Signalbereich der integrierten Winkelsensorik plausibilisiert werden und daraus eine eindeutige Lenkwinkelinformation bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Lenkwinkelinformation, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Lenkwinkelsensors (7) über einen gesamt möglichen Lenkbereich mehrdeutig ist, und mit dem eindeutigen Signalbereich der integrierten Winkelsensorik zur Bestimmung einer eindeutigen Lenkwinkelinformation plausibilisiert wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Lenkwinkelinformation, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Lenkwinkelsensors (7) über einen gesamt möglichen Lenkbereich eindeutig ist, und mit dem eindeutigen Signalbereich der integrierten Winkelsensorik zur Bestimmung einer eindeutigen Lenkwinkelinformation plausibilisiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 5, dadruch gekennzeichnet dass die Lenkwinkelinformaiton einem elektronischem Fahrzeugsystem zugeführt wird.
8. Computerprogramm mit Programmcodemitteln um ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7 durchzuführen.
9. Computersystem, insbesondere ein Steuergerät zum Betreiben einer elektrischen Hilfskraftlenkung in einem Kraftfahrzeug auf dem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 8 ausgeführt wird.
EP05803388A 2004-11-06 2005-11-02 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines lenkwinkels in einem kraftfahrzeug Withdrawn EP1814770A1 (de)

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