WO2008040587A1 - Vorrichtung und verfahren zur redundanten erfassung eines drehwinkels einer lenkvorrichtung eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur redundanten erfassung eines drehwinkels einer lenkvorrichtung eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2008040587A1
WO2008040587A1 PCT/EP2007/057944 EP2007057944W WO2008040587A1 WO 2008040587 A1 WO2008040587 A1 WO 2008040587A1 EP 2007057944 W EP2007057944 W EP 2007057944W WO 2008040587 A1 WO2008040587 A1 WO 2008040587A1
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WO
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rotation angle
angle signal
signal
steering
control unit
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PCT/EP2007/057944
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Inventor
Torsten Henke
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D15/021—Determination of steering angle
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    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0235—Determination of steering angle by measuring or deriving directly at the electric power steering motor

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for redundantly detecting a rotational angle of a steering device of a motor vehicle according to the preamble of the independent claims.
  • Steering column indicates.
  • a coarse signal is derived, which indicates the number of revolutions of the steering column in one or the other direction of rotation.
  • the steering angle is determined, wherein the first means a permanent magnet is mechanically fixedly connected to the steering column, which is in front of a angular position of the same detecting magnetic field direction sensitive
  • Fine signal sensor turns.
  • the fine signal sensor emits an analog fine signal corresponding to the angular position of the steering column.
  • As a second means of a tie rod coarse signal sensor device is assigned, which detects the adjustment of the tie rod contactless within their entire adjustment range subregions and Vestellraum and emits as digital coarse signals.
  • US 5 201 380 discloses a system for controlling an engine for a steering device of a motor vehicle.
  • the system comprises a steering column which is rotatable about its longitudinal axis and on which a plurality of sensors are arranged in the longitudinal direction.
  • Each sensor designed as a potentiometer inputs sawtooth-shaped signal with respect to the position of the steering column for a different rotation angle range such that the individual sensor signals are out of phase with each other.
  • a further position sensor is provided for one of the steerable wheels of the vehicle, with which an adjustment can be detected and which serves for the plausibility check of the sensor signals of the potentiometer.
  • the inventive device and the inventive method for redundant detection of a rotation angle of a steering device for a motor vehicle with a first non-contact sensor that detects the rotation angle and outputs a first rotation angle signal to a control unit, the advantage that an increased Safety against failure of sensors can be guaranteed.
  • at least a second non-contact sensor is provided for delivering a further rotation angle signal of the same rotation angle to the control unit, wherein a computer unit of the control unit determines the rotation angle either on the basis of the first or the further rotation angle signal.
  • control unit comprises a comparator, the first rotation angle signal based on the further rotation angle signal or the other
  • Angle angle signal checked for plausibility based on the first rotation angle signal In this way, the failure of a faulty sensor can be reliably detected. It is also advantageous if the comparator in the case of a detected non-plausibility of the first rotation angle signal, the further rotation angle signal or in the case of a detected non-plausibility of the further rotation angle signal, the first
  • Rotary angle signal passes as a resulting rotation angle signal to the computer unit.
  • control device of the device comprises a switching means which is between the first rotation angle signal and the further rotation angle signal switches to the transfer of a resulting rotation angle signal to the computer unit.
  • switching means which is between the first rotational angle signal and the further rotation angle signal switches to the transfer of a resulting rotation angle signal to the computer unit.
  • the first and / or the at least second non-contact sensors each comprise at least one magnetic field-sensitive sensor, in particular a Hall sensor and / or an AMR sensor. Furthermore, an arrangement of the first and the at least second non-contact sensor with a small distance leads to a compact design, which also allows a better detection of the same angle of rotation by the sensors and integration of the sensors into a multifunctional control unit.
  • the first and the at least second non-contact sensors are designed such that they detect the rotational angle or speed index of a steering column connected to a steering wheel of the motor vehicle and rotatably mounted about its longitudinal axis.
  • the steering device comprises a trained as an actuator steering drive, wherein the first and the at least second non-contact sensors are integrated in the actuator.
  • the rotational angle signal is advantageously designed as an index signal for counting the full revolutions of the steering column and / or a rotor axis of the actuator.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention for detecting a rotation angle of a steering device
  • Fig. 2 a rotation angle signal in the form of an index signal
  • FIG 3 shows a second embodiment of the device according to the invention for detecting a rotation angle of a steering device.
  • FIG. 1 shows a steering device 10 for a motor vehicle. This includes, inter alia, a steering wheel 12 which is rotatably connected to a steering column 14. about
  • Universal joints 16 and a steering gear 18, a rotational movement of the steering wheel 12 is converted in a known manner into a linear movement of a rack 20.
  • the rack 20 is connected via tie rods 22 to wheels 24 of a front axle 26, so that from the driver's point of view a rotational movement of the steering wheel 12 in a clockwise direction causes a movement of the rack 20 or the tie rods 22 to the left, i. one
  • the steering device 10 has a steering drive 28 designed as an actuator 29, which consists of a gear part 30 and a drive part 32.
  • the mode of action of the gear part 30 on the toothed rack 20 is known to the person skilled in the art and will not be explained in detail here.
  • On the gear member 30 acts in the drive part 32 accommodated electric motor 34, with its rotor axis 36 in a rotational direction with alternating polarity (eg N, S, N, S, ...) segmented permanent magnet ring 38 is rotatably connected.
  • first non-contact sensor 40 the a first Hall sensor 42 and / or a first AMR sensor 44 (shown in phantom), such that a rotational angle ⁇ of the rotor axis 36 detected and delivered as a first rotation angle signal S D i to a control unit 46.
  • the rotation angle signal S D i is an index signal which has a pulse according to FIG. 2 for each full revolution of the rotor axis 36, by means of which a corresponding count of the revolutions takes place.
  • the standing with the Hall sensor 42 of the first sensor 40 in operative connection permanent magnet ring 38 also rotatably connected to the steering column 14, so that the detected index signal is used to count the full revolutions of the steering column 14.
  • the Hall sensor 42 is disposed in the immediate vicinity of the steering column 14 and is not integrated in the actuator 29.
  • the analog rotation angle signal S D i is in a signal conditioning 48 of the controller 46 for transfer to a computer unit 50, such as a microprocessor, a
  • the signal conditioning 48 is designed as an analog-to-digital converter.
  • the computer unit 50 is able to process the first rotational angle signal S D i directly, signal conditioning 48 can be dispensed with without restricting the invention.
  • the signal conditioning 48 is designed as an analog amplifier or the like.
  • the first sensor system 40 can also have the first AMR sensor 44 (anistropo magnetoresistive) or another magnetoresistive sensor for emitting the first rotational angle signal S D i. Since such a sensor provides no index signal but a full analog rotary angle signal for an angular range of usually 0 ° ⁇ ⁇ 180 °, in this case adapted to the waveform signal conditioning 48 of the control unit 46 is required. Likewise, such a rotation angle signal but also directly from the first AMR sensor 44 (anistropo magnetoresistive) or another magnetoresistive sensor for emitting the first rotational angle signal S D i. Since such a sensor provides no index signal but a full analog rotary angle signal for an angular range of usually 0 ° ⁇ ⁇ 180 °, in this case adapted to the waveform signal conditioning 48 of the control unit 46 is required. Likewise, such a rotation angle signal but also directly from the
  • Computing unit 50 of the controller 46 are processed.
  • the calculation of the particular steering angle then takes place in the computer unit 50 on the basis of the rotational angle signal emitted by the first Hall sensor 42 as an index signal in conjunction with the rotational angle signal output by the AMR sensor 44.
  • the steering angle is determined in the computer unit 50 on the basis of the index signal and a subsequent rotor angle integration.
  • the first rotational angle signal S D i is the index signal of the first Hall sensor 42.
  • the index signal serves to detect or determine the 0 ° position of the steering device 10. In addition, it makes it possible to protect the sum angle function stored internally in the control unit 46 from the translated rack position. Since the index signal usually forms an output signal for calibration of the steering angle function and the straight-line running, a mis-synchronization may lead to an erroneous control of the steering angle. Thus, the index signal represents a safety-critical rotation angle signal whose defectiveness is as far as possible to suppress or avoid.
  • at least one second non-contact sensor 52 is provided for this purpose, which consists of a second megnetfeldlasten sensor, in particular a Hall sensor 54 and / or a
  • AMR sensor 56 and the same rotational angle ⁇ as the first sensor 40 detected to deliver a further rotation angle signal S D2 to the control unit 46.
  • a second signal processing 58 the the further rotational angle signal S D2 for the computer unit 50 is processed.
  • the first and the further rotation angle signal S D i or S D2 contain information about the same rotation angle OC, this results in a redundant signal processing or detection in the control unit 46.
  • a comparator 60 either in the computer unit 50 or in the control unit 46 is integrated, the first rotation angle signal
  • the comparator 60 transfers either the first rotational angle signal S D i as a resulting rotational angle signal S D to the computer unit 50, if the other Rotation angle signal S D2 is not plausible, or the further rotation angle signal S D2 as the resulting rotation angle signal S D , if the first rotation angle signal S D i is not plausible.
  • a plausibility check can also be carried out by the two rotational angle signals S D i and S D2 with a shortly before in the computer unit 50 or the comparator 60th stored angle of rotation can be compared. If the currently detected rotational angle ⁇ in this respect differ by a minimum amount from the stored rotational angle, then there is a non-plausibility of the corresponding rotational angle signal and henceforth the respective other rotational angle signal for detecting the rotational angle oc is used. This redundancy thus makes it possible to forego one in the usual way
  • both the first sensor 40 and the second sensor 52 detect the same angle of rotation oc, both are arranged at a very small distance, for example a few millimeters, to each other.
  • the sensors 40, 52 are Hall sensors 42, 54, the arrangement according to FIG. 1 takes place in the longitudinal direction of the rotor axis 36 and / or of the steering column 14 or of the permanent magnet ring 38 connected to them in a torque-proof manner.
  • sensors 44, 56 can also be advantageous or expedient for another arrangement, for example on the head end at the end of the rotor axis 36 or the permanent magnet ring 38, wherein a positioning of the first and the at least second AMR sensor 44, 56 directly on or next to each other is possible ,
  • Permanent magnet ring 38 rotatably connected to the steering column 14 such that a rotational movement of the steering wheel 12 by the rotation angle oc on the first and the second non-contact sensors 40 and 52 for delivering the first and second rotational angle signal S D i or S D2 to the controller 46 works.
  • the two rotational angle signals S D i and S D2 first pass to a switching means 62 of the control unit 46, which switches between the first rotational angle signal S D i and the second rotational angle signal S D2 for transferring the resulting analog-to-digital conversion signal processing 64, resulting rotational angle signal S. D to the in the Control unit 46 integrated computer unit 50.
  • a switching means 62 may be a relay or a semiconductor switch (MOSFET, bipolar transistor, etc.) are used.
  • a software-based switching within the computer unit 50 is conceivable.
  • the computer unit 50 On the basis of the resulting rotational angle signal S D , the computer unit 50 finally actuates the actuator 28 constructed as shown in FIG. 1 as a steering drive 29.
  • connection between the computer unit 50 and the actuator 28 has been represented by a single line.
  • the actuator 28 a first and at least one other sensors according to Figure 1 are used, the compound can be configured arbitrarily complex.
  • the transfer between the switching means 62 and the computer unit 50 is bidirectional, so that the computer unit 50 can communicate with the signal conditioning device 64 integrated in the switching means 62 in order to control a switching of the switching means 62 between the two rotational angle signals S D i and S D2 .
  • the switching can also be initiated solely by the signal conditioning 64.
  • the signal conditioning 64 it is possible to dispense with a bidirectional connection between computer unit 50 and signal conditioning 64 in favor of a unidirectional connection. In the following, however, should be assumed by a triggered by the computer unit 50 switching.
  • Switchover is event- or time-dependent.
  • an event-dependent control for example, the determination of a non-plausible rotation angle signal S D should be understood in the computer unit 50, which deviates too much, ie by more than a defined threshold from a previously stored value.
  • a time-dependent switching is cyclically or at predetermined times between the first rotation angle signal S D i and the second rotation angle signal S D2 switched. If, in one of the switching strategies, a non-plausible rotational angle signal S D results, then only the respective other rotational angle signal S D i or S D2 for the detection of the rotational angle ⁇ is used as a basis. In this way, the reliability and safety of the entire device can be significantly increased.
  • FIGS. 1 to 3 nor to the types of sensor mentioned, the number of sensors used or the type of rotational angle signals. So can the Invention are applied to rotational angle signals from other non-contact sensors, such as optical sensors or the like, instead of an index signal.
  • the figures represent only a schematic representation of the invention, so that the control unit 46 can also be integrated in the housing of the steering drive 28 or in a common housing with the sensors 40, 52.

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur redundanten Erfassung eines Drehwinkels (α) einer Lenkvorrichtung (10,100) für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten berührungslosen Sensorik (40), die den Drehwinkel (α) erfasst und ein erstes Drehwinkelsignal (SD1) an ein Steuergerät (46) abgibt, wobei zumindest eine zweite berührungslose Sensorik (52) vorgesehen ist zur Abgabe eines weiteren Drehwinkelsignals (SD2) desselben Drehwinkels (α) an das Steuergerät (46), wobei eine Recheneinheit (50) des Steuergeräts (46) den Drehwinkel (α) entweder anhand des ersten (SD1) oder des weiteren Drehwinkelsignals (SD2) ermittelt.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zur redundanten Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur redundanten Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Aus der DE 197 44 722 Al ist eine Anordnung zum Erfassen des Lenkwinkels in Kraftfahrzeugen mit einer Lenksäule, einem Lenkgetriebe und Spurstangen bekannt, bei der mit ersten Mitteln ein Feinsignal abgeleitet wird, das die Winkelstellung der
Lenksäule anzeigt. Mit zweiten Mitteln wird ein Grobsignal abgeleitet, das die Anzahl der Umdrehungen der Lenksäule in der einen oder anderen Drehrichtung angibt. Durch Verknüpfung von Feinsignal und Grobsingal wird der Lenkwinkel ermittelt, wobei als erste Mittel ein Dauermagnet mechanisch fest mit der Lenksäule verbunden ist, der sich vor einem die Winkelstellung derselben erfassenden, magnetfeldrichtungsempfindlichen
Feinsignal-Sensor dreht. Der Feinsignal-Sensor gibt ein der Winkelstellung der Lenksäule entsprechendes analoges Feinsignal ab. Als zweite Mittel ist einer Spurstange eine Grobsignal-Sensoreinrichtung zugeordnet, welche die Verstellung der Spurstange innerhalb ihres gesamten Verstellbereichs nach Teilbereichen und Vestellrichtung berührungslos erfasst und als digitale Grobsignale abgibt.
Die US 5 201 380 offenbart ein System zur Steuerung eines Motors für eine Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Das System weist eine Lenksäule auf, die um ihre longitudinale Achse rotierbar ist und an der in longitudinaler Richtung eine Mehrzahl von Sensoren angeordnet sind. Jeder als Potentiometer ausgebildete Sensor gibt ein sägezahnformiges Signal bezüglich der Position der Lenksäule für einen unterschiedlichen Drehwinkelbereich derart ab, dass die einzelnen Sensorsignale zueinander phasenversetzt sind. Durch eine alternierende Auswertung aller Signale in einer Rechnereinheit ist eine genaue Bestimmung des jeweiligen Drehwinkels der Lenksäule gewährleistet. Zusätzlich ist für eines der lenkbaren Räder des Fahrzeugs ein weiterer Positionssensor vorgesehen, mit dem eine Verstellung detektierbar ist und der zur Plausibilitätsüberprüfung der Sensorsignale der Potentiometer dient.
Offenbarung der Erfindung
Gegenüber dem Stand der Technik weisen die erfϊndungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur redundanten Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten berührungslosen Sensorik, die den Drehwinkel erfasst und ein erstes Drehwinkelsignal an ein Steuergerät abgibt, den Vorteil auf, dass eine erhöhte Sicherheit gegen Ausfälle von Sensoren gewährleistet werden kann. Dazu ist zumindest eine zweite berührungslose Sensorik vorgesehen zur Abgabe eines weiteren Drehwinkelsignals desselben Drehwinkels an das Steuergerät, wobei eine Rechnereinheit des Steuergeräts den Drehwinkel entweder anhand des ersten oder des weiteren Drehwinkelsignals ermittelt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Steuergerät einen Vergleicher, der das erste Drehwinkelsignal anhand des weiteren Drehwinkelsignals oder das weitere
Drehwinkelsignal anhand des ersten Drehwinkelsignals auf Plausibilität überprüft. Auf diese Weise kann der Ausfall einer fehlerhaften Sensorik zuverlässig erkannt werden. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Vergleicher im Falle einer erkannten Nicht- Plausibilität des ersten Drehwinkelsignals das weitere Drehwinkelsignal oder im Falle einer erkannten Nicht-Plausibilität des weiteren Drehwinkelsignals das erste
Drehwinkelsignal als ein resultierendes Drehwinkelsignal an die Rechnereinheit übergibt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Steuergerät der Vorrichtung ein Umschaltmittel umfasst, das zwischen dem ersten Drehwinkelsignal und dem weiteren Drehwinkelsignal umschaltet zur Übergabe eines resultierenden Drehwinkelsignals an die Rechnereinheit. Diesbezüglich ist es von Vorteil, wenn das Umschalten des Umschaltmittels zwischen dem ersten Drehwinkelsignal und dem weiteren Drehwinkelsignal zeitabhängig, insbesondere zyklisch, erfolgt, wobei das Umschaltmittel als Hardware- oder als Software-Schalter ausgebildet sein kann.
Die erste und/oder die zumindest zweite berührungslose Sensorik umfassen jeweils zumindest einen magnetfeldempfindlichen Sensor, insbesondere einen Hall-Sensor und/oder einen AMR- Sensor. Weiterhin führt eine Anordnung der ersten und der zumindest zweiten berührungslosen Sensorik mit einem geringen Abstand zu einer kompakten Bauform, die überdies eine bessere Erfassung desselben Drehwinkels durch die Sensoriken sowie eine Integration der Sensoriken in eine multifunktionale Steuereinheit ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und die zumindest zweite berührungslose Sensorik derart ausgelegt, dass sie den Drehwinkel oder Drehzahlindex einer mit einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs verbundenen und um ihre Längsachse drehbar gelagertem Lenksäule erfassen. Alternativ oder ergänzend ist es zudem möglich, dass die Lenkvorrichtung einen als Aktuator ausgebildeten Lenkantrieb umfasst, wobei die erste und die zumindest zweite berührungslose Sensorik in dem Aktuator integriert sind.
Da besonders ein fehlerhaftes Indexsignal im Falle einer fehlerhaften Synchronisation des Geradeauslaufs zu einem sicherheitskritischen Verhalten des Kraftfahrzeugs führen könnte, ist in vorteilhafter Weise das Drehwinkelsignal als Indexsignal zur Zählung der vollen Umdrehungen der Lenksäule und/oder einer Rotorachse des Aktuators ausgeführt.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere wird ein Fachmann auch die Merkmale aus - A -
unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen
Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung,
Fig. 2: ein Drehwinkelsignal in Gestalt eines Indexsignals und
Fig. 3: ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung.
In Figur 1 ist eine Lenkvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Diese umfasst unter anderem ein Lenkrad 12, das mit einer Lenksäule 14 drehfest verbunden ist. Über
Kardangelenke 16 und ein Lenkgetriebe 18 wird eine Drehbewegung des Lenkrads 12 in bekannter Weise in eine lineare Bewegung einer Zahnstange 20 umgesetzt. Die Zahnstange 20 ist über Spurstangen 22 mit Rädern 24 einer Vorderachse 26 verbunden, so dass aus der Sicht des Fahrers eine Drehbewegung des Lenkrads 12 im Uhrzeigersinn eine Bewegung der Zahnstange 20 bzw. der Spurstangen 22 nach links, d.h. einen
Rechtseinschlag der Räder 24, und eine Drehbewegung gegen den Uhrzeigersinn eine Bewegung der Zahnstange 20 bzw. der Spurstangen 22 nach rechts, d.h. einen Linkseinschlag der Räder 24, bewirkt. Auf den genauen mechanischen Aufbau der Vorderachsaufhängung sowie des Lenkgetriebes 18 soll hier nicht weiter eingegangen werden, da dieser dem Fachmann bekannt ist.
Zur Unterstützung des Fahrers bei durchzuführenden Lenkbewegungen verfügt die Lenkvorrichtung 10 über einen als Lenkantrieb 28 ausgebildeten Aktuator 29, der aus einem Getriebeteil 30 und einem Antriebsteil 32 besteht. Die Wirkungsweise des Getriebeteils 30 auf die Zahnstange 20 ist dem Fachmann bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden. Auf den Getriebeteil 30 wirkt ein in dem Antriebsteil 32 untergebrachter Elektromotor 34, mit dessen Rotorachse 36 ein in Drehrichtung mit abwechselnder Polarität (z.B. N, S, N, S, ...) segmentierter Permanentmagnetring 38 drehfest verbunden ist. Dieser beeinflusst eine erste berührungslose Sensorik 40, die aus einem ersten Hall-Sensor 42 und/oder einem ersten AMR-Sensor 44 (gestrichelt dargestellt) besteht, derart, dass ein Drehwinkel α der Rotorachse 36 erfasst und als ein erstes Drehwinkelsignal SDi an ein Steuergerät 46 abgegeben wird.
Im Falle des Hall-Sensors 42 ist das Drehwinkelsignal SDi ein Indexsignal, das bei jeder vollen Umdrehung der Rotorachse 36 einen Impuls gemäß Figur 2 aufweist, mittels dem eine entsprechende Zählung der Umdrehungen erfolgt. Alternativ oder ergänzend kann der mit dem Hall-Sensor 42 der ersten Sensorik 40 in einer Wirkverbindung stehende Permanentmagnetring 38 auch drehfest mit der Lenksäule 14 verbunden sein, so dass das detektierte Indexsignal zur Zählung der vollen Umdrehungen der Lenksäule 14 dient. In diesem Fall ist der Hall-Sensor 42 in unmittelbarer Nähe der Lenksäule 14 angeordnet und nicht in dem Aktuator 29 integriert.
Das analoge Drehwinkelsignal SDi wird in einer Signalaufbereitung 48 des Steuergeräts 46 zur Übergabe an eine Rechnereinheit 50, beispielsweise einen Microprozessor, einen
ASIC oder einen entsprechenden diskret oder integriert aufgebauten Schaltkreis, derart aufbereitet, dass es digital verarbeitet werden kann. Zu diesem Zweck ist die Signalaufbereitung 48 als Analog-Digital-Umsetzer ausgeführt. Ist die Rechnereinheit 50 dagegen in der Lage, das erste Drehwinkelsignal SDi direkt zu verarbeiten, so kann ohne Einschränkung der Erfindung auf die Signalaufbereitung 48 verzichtet werden. Weiterhin ist es denkbar, dass die Signalaufbereitung 48 als ein analoger Verstärker oder dergleichen ausgebildet ist.
Ergänzend oder alternativ zu dem ersten Hall-Sensor 42 kann die erste Sensorik 40 auch den ersten AMR-Sensor 44 (anistrop magnetoresistiv) oder einen sonstigen magnetoresistiven Sensor zur Abgabe des ersten Drehwinkelsignals SDi aufweisen. Da ein derartiger Sensor kein Indexsignal sondern ein vollwertiges, analoges Drehwinkelsignal für einen Winkelbereich von in der Regel 0° < α < 180° liefert, ist in diesem Fall eine an die Signalform angepasste Signalaufbereitung 48 des Steuergeräts 46 erforderlich. Ebenso kann ein derartiges Drehwinkelsignal aber auch direkt von der
Rechnereinheit 50 des Steuergeräts 46 verarbeitet werden. Die Berechnung des eingentlichen Lenkwinkels erfolgt dann in der Rechnereinheit 50 auf Grundlage des vom ersten Hall-Sensor 42 als Indexsignal abgegebenen Drehwinkelsignals in Verbindung mit dem vom AMR-Sensor 44 abgegebenen Drehwinkelsignal. Alternativ ist es möglich, dass der Lenkwinkel in der Rechnereinheit 50 auf Grundlage des Indexsignals und einer nachfolgenden Rotorwinkelintegration ermittelt wird. Im Folgenden soll daher ohne Einschränkung der Erfindung davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem ersten Drehwinkelsignal SDi um das Indexsignal des ersten Hall-Sensors 42 handelt.
Das Indexsignal dient unter anderem zur Erkennung bzw. Ermittlung der 0°-Lage der Lenkvorrichtung 10. Darüber hinaus ermöglicht es eine Absicherung der intern in dem Steuergerät 46 abgelegten Summenwinkelfunktion der übersetzten Zahnstangenposition. Da das Indexsignal in der Regel ein Ausgangssignal zur Kalibrierung der Lenkwinkelfunktion und des Geradeauslaufs bildet, kann eine Fehlsynchronisation zu einer fehlerhaften Steuerung des Lenkwinkels führen. Somit stellt das Indexsignal ein sicherheitskritisches Drehwinkelsignal dar, dessen Fehlerhaftigkeit es möglichst weitestgehend zu unterdrücken bzw. zu vermeiden gilt. Erfindungsgemäß ist hierzu zumindest eine zweite berührungslose Sensorik 52 vorgesehen, die aus einem zweiten megnetfeldabhängigen Sensor, insbesondere einem Hall-Sensor 54 und/oder einem
AMR-Sensor 56, besteht und die denselben Drehwinkel α wie die erste Sensorik 40 erfasst zur Abgabe eines weiteren Drehwinkelsignals SD2 an das Steuergerät 46. Wie schon für die erste Sensorik 40 so kann auch in diesem Fall eine zweite Signalaufbereitung 58 vorgesehen sein, die das weitere Drehwinkelsignal SD2 für die Rechnereinheit 50 aufbereitet.
Da das erste und das weitere Drehwinkelsignal SDi bzw. SD2 Informationen zu demselben Drehwinkel OC beinhalten, ergibt sich hieraus eine redundante Signalaufbereitung bzw. Erfassung in dem Steuergerät 46. Dazu wird in einem Vergleicher 60, der entweder in der Rechnereinheit 50 oder in dem Steuergerät 46 integriert ist, das erste Drehwinkelsignal
SDI anhand des weiteren Drehwinkelsignals SD2 oder umgekehrt auf Plausibilität überprüft. Stellt sich heraus, dass eines der beiden Drehwinkelsignale SDi oder SD2 fehlerhafte Angaben über den erfassten Drehwinkel oc enthält, so übergibt der Vergleicher 60 entweder das erste Drehwinkelsignal SDi als ein resultierendes Drehwinkelsignal SD an die Rechnereinheit 50, wenn das weitere Drehwinkelsignal SD2 nicht plausibel ist, oder das weitere Drehwinkelsignal SD2 als resultierendes Drehwinkelsignal SD, wenn das erste Drehwinkelsignal SDi nicht plausibel ist. Eine Plausibilitätsüberprüfung kann zudem erfolgen, indem die beiden Drehwinkelsignale SDi und SD2 mit einem kurz zuvor in der Rechnereinheit 50 oder dem Vergleicher 60 abgespeicherten Drehwinkel verglichen werden. Sollte der aktuell erfasste Drehwinkel α diesbezüglich um einen Mindestbetrag von dem abgespeicherten Drehwinkel abweichen, so liegt eine Nicht-Plausibilität des entsprechendes Drehwinkelsignals vor und es wird fortan das jeweils andere Drehwinkelsignal für die Erfassung des Drehwinkels oc benutzt. Diese Redundanz ermöglich somit den Verzicht auf eine in üblichen
Lenkvorrichtungen erforderliche, deutlich aufwändigere Plausibilisierung. Zudem ist in Verbindung mit einer schnelleren Erfassung des Drehwinkels oc eine größere Sicherheit bei der Erfassung der O°-Lage bzw. der Geradeausfahrt gegeben.
Um zu gewährleisten, dass sowohl die erste Sensorik 40 als auch die zweite Sensorik 52 denselben Drehwinkel oc erfassen, werden beide mit einem sehr geringen Abstand, beispielsweise wenige Millimeter, zueinander angeordnet. Handelt es sich bei den Sensoriken 40, 52 um Hall-Sensoren 42, 54, so erfolgt die Anordnung gemäß Figur 1 in Längsrichtung der Rotorachse 36 und/oder der Lenksäule 14 bzw. des mit ihnen drehfest verbundenen Permanentmagnetrings 38. Im Falle der AMR-Sensoren 44, 56 kann dagegen auch eine andere Anordnung, beispielsweise kopfseitig am Ende der Rotorachse 36 oder des Permanentmagnetrings 38 vorteilhaft bzw. zweckmäßig sein, wobei eine Postitionierung des ersten und des zumindest zweiten AMR-Sensors 44, 56 unmittelbar auf- oder nebeneinander möglich ist.
Die Lenkvorrichtung 100 in Figur 3 unterscheidet sich von der Lenkvorrichtung 10 gemäß Figur 1 darin, dass auf eine direkte, mechanische Kopplung zwischen der mit dem Lenkrad 12 drehfest verbundenen Lenksäule 14 und der Zahnstange 20 der Vorderachse 26 - beispielsweise über ein Lenkgetriebe gemäß Figur 1 - verzichtet wurde. Statt dessen wird der Aktuator 28 nur noch über das Steuergerät 46 angesteuert. Dazu ist der
Permanentmagnetring 38 drehfest mit der Lenksäule 14 derart verbunden, dass eine Drehbewegung des Lenkrads 12 um den Drehwinkel oc auf die erste und die zweite berührungslose Sensorik 40 bzw. 52 zur Abgabe des ersten und des zweiten Drehwinkelsignals SDi bzw. SD2 an das Steuergerät 46 wirkt.
Die beiden Drehwinkelsignale SDi und SD2 gelangen zunächst auf ein Umschaltmittel 62 des Steuergeräts 46, das zwischen dem ersten Drehwinkelsignal SDi und dem zweiten Drehwinkelsignal SD2 umschaltet zur Übergabe des mittels einer Signalaufbereitung 64 analog-digital-gewandelten, resultierenden Drehwinkelsignals SD an die in dem Steuergerät 46 integrierte Rechnereinheit 50. Als Umschaltmittel 62 kann dabei ein Relais oder ein Halbleiterschalter (MOSFET, Bipolartransistor, etc.) zum Einsatz kommen. Ebenso ist eine softwaremäßige Umschaltung innerhalb der Rechnereinheit 50 denkbar. Auf Grundlage des resultierenden Drehwinkelsignals SD steuert die Rechnereinheit 50 schließlich den entsprechend der obigen Beschreibung zu Figur 1 aufgebauten Aktuator 28 als Lenkantrieb 29 an. Der Übersichtlichkeit halber wurde die Verbindung zwischen der Rechnereinheit 50 und dem Aktuator 28 durch eine einzige Linie dargestellt. Es dürfte aber selbstverständlich sein, dass, insbesondere, wenn auch im Aktuator 28 eine erste und zumindest eine weitere Sensorik gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen, die Verbindung beliebig komplex ausgebildet sein kann.
Die Übertragung zwischen dem Umschaltmittel 62 und der Rechnereinheit 50 erfolgt bidirektional, so dass die Rechnereinheit 50 mit der in dem Umschaltmittel 62 integrierten Signalaufbereitung 64 kommunizieren kann, um ein Umschalten des Umschaltmittels 62 zwischen den beiden Drehwinkelsignalen SDi und SD2 zu steuern.
Alternativ kann die Umschaltung aber auch allein durch die Signalaufbereitung 64 veranlasst werden. In diesem Fall ist es möglich, zugunsten eine unidirektionalen Verbindung auf eine bidirektionale Verbindung zwischen Rechnereinheit 50 und Signalaufbereitung 64 zu verzichten. Im Folgenden soll jedoch von einer durch die Rechnereinheit 50 ausgelösten Umschaltung ausgegangen werden. Die Steuerung der
Umschaltung erfolgt dabei ereignis- oder zeitabhängig. Unter einer ereignisabhängigen Steuerung wäre zum Beispiel die Feststellung eines nicht-plausiblen Drehwinkelsignals SD in der Rechnereinheit 50 zu verstehen, das zu stark, d.h. um mehr als einen definierten Grenzwert, von einem vorher abgespeicherten Wert abweicht. Bei einer zeitabhängigen Umschaltung wird dagegen zyklisch oder zu vorher festgelegten Zeitpunkten zwischen dem ersten Drehwinkelsignal SDi und dem zweiten Drehwinkelsignal SD2 umgeschaltet. Ergibt sich bei einer der Umschaltstrategien ein nicht-plausibles Drehwinkelsignal SD, so wird fortan nur noch das jeweils andere Drehwinkelsignal SDi oder SD2 für die Erfassung des Drehwinkels α zugrunde gelegt. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit und Sicherheit der gesamten Vorrichtung deutlich erhöht werden.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die Figuren 1 bis 3 noch auf die genannten Sensorarten, die Anzahl der verwendeten Sensoren oder die Art der Drehwinkelsignale beschränkt ist. So kann die Erfindung statt auf ein Indexsignal auch auf Drehwinkelsignale von anderen berührungslosen Sensoren, wie zum Beispiel optischen Sensoren oder dergleichen, angewendet werden. Weiterhin geben die Figuren nur eine schematische Darstellung der Erfindung wieder, so dass das Steuergerät 46 auch im Gehäuse des Lenkantriebs 28 oder in einem gemeinsamen Gehäuse mit den Sensoriken 40, 52 integriert sein kann.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur redundanten Erfassung eines Drehwinkels ( OC ) einer Lenkvorrichtung (10, 100) für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten berührungslosen Sensorik (40), die den Drehwinkel ( α ) erfasst und ein erstes Drehwinkelsignal (SDi) an ein Steuergerät (46) abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite berührungslose Sensorik (52) vorgesehen ist zur Abgabe eines weiteren Drehwinkelsignals (SD2) desselben Drehwinkels ( α ) an das Steuergerät (46), wobei eine Rechnereinheit (50) des Steuergeräts (46) den Drehwinkel ( α ) entweder anhand des ersten (SDi) oder des weiteren Drehwinkelsignals (SD2) ermittelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (46) einen Vergleicher (60) umfasst, der das erste Drehwinkelsignal (SDi) anhand des weiteren Drehwinkelsignals (SD2) oder das weitere Drehwinkelsignal (SD2) anhand des ersten Drehwinkelsignals (SDi) auf Plausibilität überprüft.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleicher (60) im Falle einer erkannten Nicht-Plausibilität des ersten Drehwinkelsignals (SDi) das weitere Drehwinkelsignal (SD2) oder im Falle einer erkannten Nicht-Plausibilität des weiteren Drehwinkelsignals (SD2) das erste Drehwinkelsignal (SDi) als ein resultierendes Drehwinkelsignal (SD) an die Rechnereinheit (50) übergibt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (46) ein Umschaltmittel (62) umfasst, das zwischen dem ersten Drehwinkelsignal (SDi) und dem weiteren Drehwinkelsignal (SD2) umschaltet zur Übergabe eines resultierenden Drehwinkelsignals (SD) an die Rechnereinheit (50).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltmittel (62) zwischen dem ersten Drehwinkelsignal (SDi) und dem weiteren Drehwinkelsignal (SD2) zeitabhängig, insbesondere zyklisch, umschaltet.
6. Vorrichtung nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltmittel (62) einen Hardware- oder Software-Schalter umfasst.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (40) und/oder die zumindest zweite berührangslose Sensorik (52) jeweils zumindest einen magnetfeldempfindlichen Sensor (42, 44, 54, 56), insbesondere einen Hall-Sensor (42, 44) und/oder einen AMR-Sensor (54, 56), umfassen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (40) und die zumindest zweite berührungslose Sensorik (52) mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (40) und die zumindest zweite berührungslose Sensorik (52) derart ausgelegt sind, dass sie den Drehwinkel ( α ) einer mit einem Lenkrad (12) des Kraftfahrzeugs verbundenen und um ihre Längsachse drehbar gelagertem Lenksäule (14) erfassen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkvorrichtung (10, 100) einen als Aktuator (28) ausgebildeten Lenkantrieb (29) umfasst.
11. Vorrichtung nach Ansprach 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (40) und die zumindest zweite berührangslose Sensorik (52) in dem Aktuator (28) integriert sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehwinkelsignal (SD, SDI, SD2) ein Indexsignal zur Zählung der vollen Umdrehungen der Lenksäule (14) oder einer Rotorachse (36) eines in dem Aktuator (28) integrierten Elektromotors (34) ist.
13. Verfahren zur redundanten Erfassung eines Drehwinkels ( OC ) einer Lenkvorrichtung (10, 100) für ein Kraftfahrzeug, wobei durch eine erste berührangslose Sensorik (40) der Drehwinkel erfasst und als ein erstes Drehwinkelsignal (SDi) an ein Steuergerät (46) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch zumindest eine zweite berührangslose Sensorik (52) ein weiteres Drehwinkelsignal (SD2) desselben Drehwinkels ( oc ) an das Steuergerät (46) abgegeben wird, wobei durch eine Rechnereinheit (50) des Steuergeräts (46) der Drehwinkel ( α ) entweder anhand des ersten (SDi) oder des weiteren Drehwinkelsignals (SD2) ermittelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drehwinkelsignal (SDi) anhand des weiteren Drehwinkelsignals (SD2) oder das weitere Drehwinkelsignal (SD2) anhand des ersten Drehwinkelsignals (SDi) von einem Vergleicher (60) des Steuergeräts (46) auf Plausibilität überprüft wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Vergleicher (60) im Falle einer erkannten Nicht-Plausibilität des ersten Drehwinkelsignals (SDi) das weitere Drehwinkelsignal (SD2) oder im Falle einer erkannten Nicht-Plausibilität des weiteren Drehwinkelsignals (SD2) das erste Drehwinkelsignal (SDi) als ein resultierendes Drehwinkelsignal (SD) an die Rechnereinheit (50) übergeben wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Umschaltmittels (62) des Steuergeräts (46) zwischen dem ersten Drehwinkelsignal (SDi) und dem weiteren Drehwinkelsignal (SD2) umgeschaltet wird und das resultierende Drehwinkelsignal (SD) an die
Rechnereinheit (50) übergeben wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Umschaltmittels (62) zwischen dem ersten Drehwinkelsignal (SDi) und dem weiteren Drehwinkelsignal (SD2) zeitabhängig, insbesondere zyklisch, umgeschaltet wird.
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