WO2022167353A1 - Electromechanical steering system, and method for operating same taking into account a mechanical change in shape in the steering system - Google Patents

Electromechanical steering system, and method for operating same taking into account a mechanical change in shape in the steering system Download PDF

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WO2022167353A1
WO2022167353A1 PCT/EP2022/052163 EP2022052163W WO2022167353A1 WO 2022167353 A1 WO2022167353 A1 WO 2022167353A1 EP 2022052163 W EP2022052163 W EP 2022052163W WO 2022167353 A1 WO2022167353 A1 WO 2022167353A1
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WO
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steering
steering system
mechanical
shape
control signal
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PCT/EP2022/052163
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Peter Kakas
Imre Szepessy
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Thyssenkrupp Presta Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
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    • B62D7/20—Links, e.g. track rods

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electromechanical steering system with a steering shaft, via which a steering command can be specified using a steering handle, and with a steering actuator, with a control signal for controlling the steering actuator being generated in order to convert a steering command using the steering actuator into a steering movement of implement steerable wheels of a motor vehicle.
  • the invention also relates to an electromechanical steering system. This includes a steering shaft, via which a steering command can be specified using a steering handle, a steering controller which is designed to act on a coupling element of the steering system in accordance with a received control signal in order to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle, and mechanically connected to the Coupling element connected tie rods.
  • a control unit is assigned to the steering system to generate the control signal.
  • a method for providing power steering for an electromechanical steering system is known, for example, from DE 10 2018 103 082 A1. Furthermore, a method for controlling a steer-by-wire steering system for a motor vehicle and a steer-by-wire steering system is disclosed, for example, in DE 10 2019 203 039 A1.
  • the steer-by-wire steering system includes an electronically controllable steering actuator that acts on the steered wheels. In steering systems of this type, there are a large number of disruptive parameters that prevent a steering command from being ideally converted into a steering movement of the steerable wheels.
  • an object of the present invention to provide an improved method for operating an electromechanical steering system and an improved electromechanical steering system, in particular an improved steer-by-wire steering system, in which advantageously a more precise implementation of a steering command, in particular one via a steering handle predetermined steering command, can be realized in a steering movement of the steerable wheels.
  • the proposed solution provides a method for operating an electromechanical steering system, in particular a steer-by-wire steering system, the steering system comprising a steering shaft, via which a steering command can be specified using a steering handle, in particular using a steering wheel, and a steering divider .
  • the steering divider comprises in particular an electric motor, in particular a synchronous motor, which drives a steering pinion, for example, which can engage in particular with a toothed rack mounted displaceably along a longitudinal axis for steering steerable wheels of a motor vehicle.
  • a control signal for controlling the steering actuator is generated in order to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle by means of the steering actuator.
  • a mechanical change in shape in the steering system in particular in the steering system between a position of the steering actuator and a position of a respective steerable wheel, is determined and the control signal is adapted as a function of the determined mechanical change in shape, i.e. in particular the control signal already generated is adjusted to one with respect to the mechanical Adjusted shape change corrected control signal.
  • the adjustment of the control signal is advantageously carried out in such a way that the determined mechanical deformation is at least partially, preferably completely, compensated.
  • the mechanical change in shape in the steering system is in particular a mechanical stress as a result of the loading of the components or is based in particular on a mechanical stress as a result of the loading of the components.
  • a mechanical deformation is in particular a distortion or torsion due to the forces acting on the components.
  • a reversible change in shape is taken into account as a mechanical change in shape, ie in particular a change in shape that a body performs under mechanical stress starting from a resting state shape, with the resting state shape being assumed again if there is no mechanical stress.
  • the method proposed according to the invention now advantageously takes into account occurring mechanical changes in shape, so that the steering actuator can be controlled in an improved manner.
  • the method at least reduces errors in the activation of the steering actuator due to mechanical changes in shape that occur.
  • a steering command is thus advantageously converted more precisely into a corresponding steering movement of the wheels.
  • the steering system includes components, in particular tie rods, joints and/or suspensions, via which the wheels of a motor vehicle are mechanically coupled to the steering system, with a mechanical change in shape of a component of the steering system, in particular a tie rod of the Steering system, is advantageously at least partially compensated by the adjusted control signal, in particular is fully compensated.
  • the invention provides that the control signal includes a steering angle specification.
  • the steering angle specification is advantageously corrected by an offset that depends in particular on the determined mechanical change in shape.
  • this offset is positive, so a predetermined steering angle is increased in order to compensate for a mechanical change in shape, for example of the tie rods of the motor vehicle.
  • a control command implemented by the steering controller without adaptation of the control signal in the case of a load leads to a different adjustment angle of the wheels than in the unloaded case.
  • Such an adaptation of the control signal can advantageously be implemented in a cost-effective manner.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that an estimate is carried out to determine the mechanical change in shape, which can be attributed to a stress on the steering system.
  • the actual mechanical change in shape is advantageously not measured exactly by metrological means.
  • the occurring mechanical deformation is advantageously estimated on the basis of at least one parameter associated with a mechanical deformation of the steering system, in particular based on a model adapted to the parameter, with the detected parameter advantageously being assigned a mechanical deformation, and the parameter in this respect in particular one input variable for the model.
  • An advantageous embodiment can in particular provide that a Kalman filtering of the parameters and an analysis of the filtered parameters is carried out for the estimation, wherein the mechanical deformation is advantageously estimated based on the filtered parameters.
  • an overall distortion is estimated as a mechanical change in shape on the basis of an actual motor torque of a motor of the steering actuator and/or a torque acting on a coupling element of the steering actuator.
  • This estimation is advantageously carried out using a lookup table and/or using a model representing the mechanical deformation.
  • Such an estimation of the mechanical deformation shows in particular the advantage that the costs for sensors for detecting an actual mechanical change in shape can be kept low.
  • the steering handle of the steering system is mechanically coupled via the steering shaft to the steering system and thus in particular to the steerable wheels of a motor vehicle, i.e. in particular in the case of a steering system not designed as a steer-by-wire steering system, at least at one position, a steering shaft torque acting on the steering shaft, ie in particular a torque acting on the steering shaft, is detected, in particular a torque applied by a driver to the steering shaft is detected.
  • the steering system is an EPAS system (EPAS: Electric Power Assisted Steering).
  • the detected steering shaft torque is advantageously taken into account.
  • the determined steering shaft torque is taken into account for determining the control signal.
  • the steering shaft torque is related to an extent of the adjustment of the control signal. It has been shown that a reproducible reference to an adjustment of the control signal can be derived from a torque acting on the steering shaft.
  • a torque sensor device of the steering system in particular a magnetic torque sensor device, is advantageously used to determine the torque.
  • correction values for the adaptation of the control signal are assigned directly to predetermined values for the steering shaft torque, in particular by means of a corresponding functional relationship using a calculation model or by directly storing pairs of values, in particular using a lookup table.
  • different torque values are given corresponding specifications for the adaptation of the control signal, in particular corresponding weighting factors for an adaptation.
  • a steering actuator torque acting on the steering actuator is detected, in particular by means of a torque sensor device.
  • the mechanical change in shape is advantageously determined based on the detected steering actuator torque.
  • the steering actuator torque is related to a mechanical shape change.
  • correction values for the adjustment of the control signal are assigned directly to predetermined values for the steering actuator torque, in particular by means of a corresponding functional relationship using a calculation model or by directly storing pairs of values, in particular using a lookup table.
  • different torque values are given corresponding specifications for the adaptation of the control signal, in particular corresponding offset values.
  • a better approximation of the mechanical change in shape actually occurring can be achieved, in particular by detecting the steering actuator torque. It is therefore advantageous to take into account in particular the steering actuator torque, preferably the motor torque of the electric motor of the steering actuator, for the adaptation of the control signal.
  • An advantageous development of the method also provides that, for the determination of the mechanical change in shape, further measured values recorded in relation to the steering actuator are taken into account, in particular a rotor position of a rotor of the electric motor of the steering actuator and/or an angular velocity of a rotor of the electric motor of the steering actuator.
  • these additional measured values are recorded using a rotor position sensor.
  • the determination of the mechanical deformation is based on the motor torque of the electric motor of the steering actuator and the measured values of the rotor position sensor, in particular the rotor angle and the angular velocity of the rotor of the electric motor of the steering actuator .
  • the steering system is not a steer-by-wire steering system, ie in particular a power-assisted steering system, a torque applied by a driver to the steering shaft is advantageously detected in order to determine the mechanical deformation.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that a measurement is carried out by means of a position sensor, a measurement is advantageously carried out by means of a respective position sensor at at least two different points of the steering system.
  • a change in length in particular compression and/or stretching
  • strain gauges can be provided as position sensors.
  • other position sensors or displacement sensors can also be provided.
  • the mechanical deformation is advantageously determined on the basis of a result of the respective measurement.
  • a detected change in path in particular a compression and/or a stretching of a component of the steering system, is related to a mechanical change in shape. It has also been shown that a reproducible reference to an occurring mechanical deformation can be derived from the results of measurements with position sensors.
  • correction values for the adjustment of the control signal are assigned directly to measured values recorded by means of the at least one position sensor, in particular by means of a corresponding functional relationship using a calculation model or by directly storing pairs of values, in particular using a lookup table.
  • different measured values are given corresponding specifications for the adaptation of the control signal, in particular corresponding offset values.
  • a position measurement on the drive unit in particular the drive unit of the steering actuator, and a position measurement on the steering rack of the steering system are provided.
  • a design variant is also provided in which position sensors are placed at a number of relevant points in the steering system, in particular on the drive unit and on the steered wheels.
  • the steering system includes components, in particular tie rods, joints and/or suspensions, via which the vehicle wheels are mechanically coupled to the steering system, with at least one measurement on at least one of the components, especially on the tie rods.
  • the measurement is carried out in particular by means of at least one position sensor. Since mechanical changes in shape occur in particular on the tie rods, which are often subjected to heavy loads, the arrangement of position sensors on the tie rods and taking into account the measurements of these position sensors for determining the mechanical shape change and thus for adapting the control signal for controlling the steering actuator has proven to be particularly advantageous.
  • a model for a mechanical change in shape is stored in the steering system, in particular in a control unit assigned to the steering system, preferably in the control unit that generates and/or adapts the control signal for controlling the steering actuator.
  • the model is therefore in particular a calculation model which simulates the mechanical change in shape, in particular taking into account at least one of the following parameters: steering actuator torque, in particular motor torque of the electric motor of the steering actuator; Rotor position of the rotor of the electric motor of the steering actuator; Angular speed of the rotor of the electric motor of the steering actuator; Measurement result of at least one position sensor.
  • the mechanical change in shape is advantageously determined based on the stored model.
  • the adjustment of the control signal for controlling the steering actuator is advantageously based on the stored model.
  • the mechanical change in shape is stored in the model as a function of a mechanical load on the steering system, in particular as a linear function or as a non-linear function.
  • the mechanical change in shape is advantageously determined via the function, in particular via a calculation instruction stored in the model.
  • a specific mechanical change in shape can be determined in this way for each load.
  • the steering system comprises tie rods, it being provided that the tie rods are fixed in a motor vehicle before the steering system is used as intended and the steering system is loaded with predetermined steering angles, and the mechanical loading of the steering system occurring at a respective steering angle recorded and stored in the model. If the steering system is later used as intended in a motor vehicle, the mechanical load or the mechanical stress can then be estimated Change in shape and taking into account the steering angle, for example using a rotor position sensor, the control signal can be suitably adjusted, in particular to at least partially compensate for the mechanical change in shape.
  • the recorded values are filtered with a Kalman filter for the estimation, and in particular the filtered values are supplied to the model.
  • a further embodiment provides that mechanical changes in shape are assigned to various mechanical loads on the steering system, in particular using a lookup table, with the mechanical change in shape advantageously being based on a detected mechanical load on the steering system and the corresponding assignment, in particular using the lookup table. is determined.
  • a method designed according to the invention is advantageous for autonomous driving in a classic electromechanical steering system, in particular a steering system with an actuator and mechanical connection.
  • An application of the method is particularly advantageous when the system is in position control mode, such as in automated parking, tracking, lane keeping and/or any other function that uses the steering system in position control mode.
  • the electromechanical steering system that is also proposed to solve the problem mentioned at the outset is advantageously designed to carry out a method with the features mentioned above, it being possible for the features to be implemented individually or in combination.
  • the steering system is a steer-by-wire steering system.
  • the steering system includes a steering shaft, via which a steering command can be specified by means of a steering handle.
  • the steering system also includes a steering divider which is designed to act on a coupling element of the steering system for converting a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle according to a received control signal, the coupling element being in particular a steering pinion.
  • the steering system comprises tie rods mechanically connected to the coupling element, it being provided in particular that the coupling element is a steering pinion, which engages with a toothed rack that is displaceably mounted along a longitudinal axis, and wherein the tie rods in particular, are each then arranged at one end of the rack.
  • a control unit for generating the control signal is assigned to the steering system.
  • the steering system can include the control unit.
  • a correspondingly set up central control unit of a motor vehicle is assigned to the steering system as a control unit.
  • the control unit is designed to generate and adapt the control signal for controlling the steering actuator.
  • the control unit determines the mechanical change in shape in the steering system, for which purpose the control unit is designed in particular to receive sensor signals from corresponding sensors, in particular from at least one torque sensor device and/or from at least one position sensor.
  • the steering system advantageously includes at least one position sensor on a tie rod of the steering system.
  • the steering system also advantageously includes at least one position sensor on a drive unit of the steering actuator.
  • the steering system also advantageously comprises at least one torque sensor device for detecting a torque acting on the steering shaft.
  • the steering system also advantageously includes at least one torque sensor device for detecting a torque acting on the steering actuator, in particular a torque acting on the rotor shaft of a DC motor of the steering actuator and/or a torque acting on the coupling element, in particular the steering pinion.
  • the steering system also advantageously includes a rotor position sensor, with which in particular a rotor position of an electric motor of the steering actuator can be determined.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a steering system designed according to the invention in a simplified perspective view
  • 2a shows a schematic block diagram representation of an exemplary embodiment of a control unit designed according to the invention for carrying out a method designed according to the invention in a steer-by-wire steering system
  • 2b shows a schematic block diagram representation of an exemplary embodiment of a control unit designed according to the invention for executing a method designed according to the invention in a power steering system (EPAS system)
  • EPAS system power steering system
  • a steering system 1 for a motor vehicle is shown schematically according to an embodiment of the invention.
  • the steering system 1 is a steer-by-wire steering system.
  • the steering system 1 has a steering shaft 2 via which a steering command can be specified by means of a steering handle 3 .
  • the steering handle 3 is designed as a steering wheel in this embodiment.
  • a feedback actuator 20 is arranged, which is designed to apply repercussions from wheel-road contact to the steering handle 3 and thus impart a familiar steering feel.
  • the steering system 1 also includes an electric steering controller 4, which is designed to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels 5 of the motor vehicle.
  • the steering divider 4 acts by means of a steering pinion 6 on a toothed rack 7 of a rack and pinion steering gear, which acts indirectly on the steered wheels 5 via tie rods 8 of the steering system 1 .
  • the steering divider 4 includes an electric motor 41 as a drive unit, wherein the electric motor 41 can in particular be a three-phase permanent magnet synchronous motor.
  • the steering controller 4 is controlled by a control unit 9 of the steering system.
  • the feedback actuator 20 is also controlled by the control unit 9 in this exemplary embodiment.
  • the control unit 9 generates corresponding control signals ST, SF, which are received by the feedback actuator 20 and the steering controller 4 .
  • the control unit 9 can in particular be an appropriately programmed microcontroller unit.
  • the steering system 1 also includes a number of sensors 10, 11, 12, 13, which are only shown schematically in FIG. It is provided in particular that the sensor 11 is a torque sensor that detects a torque applied to the steering shaft 2 .
  • sensor 10 can also be a torque sensor that acts on steering pinion 6 applied torque recorded.
  • the other sensors 12, 13 are in particular position sensors, with the position sensors 12, 13 being arranged in particular on a tie rod 8 in each case.
  • a strain gauge is provided as the position sensor.
  • further sensors in particular can be provided, which is indicated in FIG. . .” is shown symbolically.
  • a further position sensor can be provided on the drive unit.
  • a rotation angle sensor is arranged on the steering shaft 2, which detects a steering wheel angle.
  • a motor torque of the electric motor 41 of the steering actuator 4, a rotor position and an angular velocity of the electric motor 41 are transmitted to the control unit 9 as sensor signals S4.
  • the control unit 9 of the steering system 1 is designed to determine a mechanical change in shape, in particular a torsion occurring as a result of mechanical loading, and to transmit the control signal for controlling the steering actuator, which is based in particular on a detected steering torque and a detected steering angle speed, before sending it to the steering divider 4 as a function of the determined mechanical deformation, and then to transmit this adjusted control signal as the control signal ST to the steering divider 4, which then converts the received control signal ST into a corresponding motor movement and, via this, into a corresponding movement of the steering pinion 6.
  • the mechanical change in shape determined by the control unit 9 is not exactly recorded by measurement, but rather is estimated.
  • the sensor signals S2, S3 provided by the position sensors 12, 13 and the sensor signals S4 serve as the basis for this estimate.
  • control unit 9 of a steer-by-wire steering system is explained in more detail below with reference to the block diagram representation shown in FIG. 2a.
  • the control unit 9 can in particular be an appropriately programmed microcontroller unit.
  • the control unit 9 shown in FIG. 2a receives a large number of sensor signals S4, S2, S3, S# from sensors of the steering system.
  • the reference symbol S# stands for one or more sensor signals, in particular for sensor signals relating to a detected steering command.
  • an evaluation unit 90 of the control unit 9 in particular taking into account Position sensor signals S2, S3 and taking into account the sensor signals S4, i.e. in particular a motor torque of the electric motor of the steering actuator, a rotor angle and an angular speed of the electric motor, generates an unadapted control signal ST*, which generates a steering angle specification, which is converted in particular into a corresponding control signal for the motor of the Steering actuator can be transformed includes.
  • the control unit includes a unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system. This unit 91 uses in particular the sensor signals S4 and, in this exemplary embodiment, additionally the measurement results recorded by position sensors, for example the position sensor 13 .
  • a model 92 for a mechanical change in shape in the steering system is stored in the unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system.
  • the determination of the mechanical shape change is based on this stored model 92.
  • a function is stored for the different motor torques of the electric motor of the steering actuator, with a mechanical shape change being calculated from the torque signals via the stored functional relationship.
  • values for a mechanical shape change are assigned to detected signals S2, S3 from position sensors in a lookup table.
  • the values determined via this assignment and the values calculated from the motor torque signals are then combined by the model 92 to form an estimated result for a mechanical deformation occurring in the steering system, in particular after weighting and/or averaging and/or Kalman filtering has been carried out.
  • the evaluation unit 90 forms an offset signal Off which is dependent on the determined change in shape.
  • This offset signal Off is fed to a signal adjustment unit 93 of the control unit 9 together with the non-adjusted control signal ST*.
  • the signal adjustment unit 93 adjusts the control signal ST* by an offset, which is represented by the offset signal Off, in particular by adding the control signal ST* to the offset signal Off.
  • the offset signal Off can also be weighted taking into account the steering shaft torques detected by the sensor 11 .
  • the signal adaptation unit 93 then supplies an adapted control signal ST for controlling the steering actuator, which can then be received by the steering actuator or the electric motor of the steering actuator.
  • a possible exemplary embodiment for the control unit 9 of a steering system designed not as a steer-by-wire steering system but as an electric power steering system is explained in more detail below with reference to the block diagram representation shown in FIG. 2b.
  • the vehicle is in an automated driving mode, the steering of the vehicle is based on position control, and ideally the driver is not expected to intervene to steer.
  • the control unit 9 can in particular be an appropriately programmed microcontroller unit.
  • the control unit 9 shown in FIG. 2b receives a large number of sensor signals S0, S1, S2, S3, S5, S# from sensors of the steering system.
  • the signals S5 represent signals detected in relation to the electric motor of the steering actuator.
  • the reference symbol S# stands for one or more sensor signals, in particular for sensor signals relating to a detected steering command.
  • a non-adapted control signal ST* is generated, in particular taking into account the sensor signals S#, advantageously also taking into account the torque signal Sl with regard to a torque applied by a driver to the steering shaft, which control signal ST* contains a steering angle specification, which in particular a corresponding control signal for the motor of the steering actuator can be transformed, includes.
  • control unit includes a unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system.
  • This unit 91 uses in particular the measurement results recorded by position sensors, for example the position sensor 13 .
  • unit 91 advantageously uses torque signal S1 and optionally sensor signal SO detected by torque sensor 10, signal SO representing in particular a torque applied to a coupling element of the steering actuator, in particular the steering pinion.
  • a model 92 for a mechanical change in shape in the steering system is stored in the unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system.
  • the determination of the mechanical shape change is based on this stored model 92.
  • corresponding values for a mechanical shape change are assigned to the torques detected by means of the sensor signal S1, taking the steering angle into account.
  • the values determined via this assignment are then combined by the model 92 to form an estimated result for a mechanical shape change occurring in the steering system, in particular after weighting and/or averaging and/or Kalman filtering has been carried out.
  • the evaluation unit 90 forms one of the determined change in shape dependent offset signal Off.
  • This offset signal Off is fed to a signal adjustment unit 93 of the control unit 9 together with the non-adjusted control signal ST*.
  • the signal adjustment unit 93 adjusts the control signal ST* by an offset, which is represented by the offset signal Off, in particular by adding the control signal ST* to the offset signal Off.
  • the signal adaptation unit 93 then delivers an adapted control signal ST for controlling the steering actuator, which can then be received by the steering actuator or the electric motor of the steering actuator.
  • the disturbing loads can be compensated with the torque sensor 10 that is already present.
  • the loads that have no influence on the mechanical deformation can be determined.
  • One such load may be torque input from the driver. This torque input can be accidental or intentional, for example in an emergency situation.
  • Another irrelevant load can be the inertia of the steering wheel. With the help of the signal from the torque sensor 10, these can be filtered out of the loads that lead to a mechanical change in shape, in particular using a Kalman filter.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a method for operating an electromechanical steering system, as illustrated in FIG. 1, for example.
  • a control signal for activating a steering actuator is generated in a conventional manner in order to be able to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle by means of the steering actuator.
  • a mechanical torsion occurring in the steering system, in particular on the tie rods is estimated as a mechanical deformation in parallel in the steering system due to a mechanical load acting on the steering system.
  • the basis for this estimate can be a corresponding calculation model that simulates the behavior of the steering system with regard to mechanical torsion that occurs.
  • control signal previously determined in method step 30 is adapted as a function of the mechanical torsion determined by estimation, i.e. the error occurring due to the mechanical torsion that occurred when the control signal was generated in method step 30 is compensated is.
  • control signal adjusted in step 30 is then converted into a steering movement of the wheels of a motor vehicle.
  • part of the mechanical deformation of the steering system can be estimated based on the load on the steering system, which can also be measured. Based on the known mechanical change in shape, this can advantageously be compensated in such a way that the steering angle request, ie in particular the control signal for controlling the steering actuator, can be modified, in particular compensated for, by the estimated mechanical change in shape.
  • the mechanical deformation can be measured and estimated.
  • the amount of mechanical deformation, in particular the deformation between the position of the actuator for the wheels, in particular the steering actuator, and the position of the road wheel is advantageously determined as a function of the load, which can be measured in particular on the tie rods and/or in particular using the motor torque of the actuator for the wheels, can be estimated.
  • the characteristic of this change in shape can be stored, in particular as a function of the specific steering system, in particular as a linear function or as a non-linear function of the load mentioned above, in particular as a lookup table.
  • a position request ie in particular a steering command
  • a control unit in particular a regulator, generates a corresponding specification, in particular a corresponding control signal, which is implemented by the actuator for steering the wheels.
  • This position requirement is advantageously corrected with the above-mentioned estimated mechanical deformation, advantageously by generating an adjusted specification, in particular an adjusted control signal.
  • the actuator can thus advantageously set the position of the steerable wheels more precisely, in particular with less deviation from the steering command.

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Abstract

The present invention relates to a method for operating an electromechanical steering system (1) comprising: a steering shaft (2) by means of which a steering command can be specified by means of a steering handle (3); and a steering actuator (4). A control signal for controlling the steering actuator (4) is generated in order to convert a steering command by means of the steering actuator (4) into a steering movement of steerable wheels (5) of a motor vehicle, a mechanical change in shape in the steering system (1) being determined and the generated control signal being adapted depending on the determined mechanical change in shape to form a corrected control signal (ST). The invention also relates to a steering system (1) designed to carry out the method.

Description

Elektromechanisches Lenksystem und Verfahren zum Betreiben eines solchen mit Berücksichtigung mechanischer Formänderung im Lenksystem Electromechanical steering system and method for operating such with consideration of mechanical deformation in the steering system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems mit einer Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und mit einem Lenksteiler, wobei ein Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers erzeugt wird, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umzusetzen. Weiter betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Lenksystem. Dieses umfasst eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, einen Lenksteiler, der ausgebildet ist, gemäß einem empfangenen Steuersignal auf ein Koppelelement des Lenksystems zur Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs einzuwirken, und mechanisch mit dem Koppelelement verbundene Spurstangen. Zur Erzeugung des Steuersignals ist dem Lenksystem eine Steuereinheit zugeordnet. The invention relates to a method for operating an electromechanical steering system with a steering shaft, via which a steering command can be specified using a steering handle, and with a steering actuator, with a control signal for controlling the steering actuator being generated in order to convert a steering command using the steering actuator into a steering movement of implement steerable wheels of a motor vehicle. The invention also relates to an electromechanical steering system. This includes a steering shaft, via which a steering command can be specified using a steering handle, a steering controller which is designed to act on a coupling element of the steering system in accordance with a received control signal in order to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle, and mechanically connected to the Coupling element connected tie rods. A control unit is assigned to the steering system to generate the control signal.
Ein Verfahren zur Bereitstellung einer Lenkkraftunterstützung für ein elektromechanisches Lenksystem ist beispielsweise aus der DE 10 2018 103 082 Al bekannt. Weiter ist beispielsweise in der DE 10 2019 203 039 Al ein Verfahren zur Steuerung eines Steer-by-Wire- Lenksystems für ein Kraftfahrzeug und ein Steer-by-Wire-Lenksystem offenbart. Das Steer-by- Wire-Lenksystem umfasst dabei einen auf gelenkte Räder wirkenden elektronisch regelbaren Lenksteller. Bei solchen Lenksystemen gibt es eine Vielzahl von Störparametern, die eine ideale Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung der lenkbaren Räder verhindern. A method for providing power steering for an electromechanical steering system is known, for example, from DE 10 2018 103 082 A1. Furthermore, a method for controlling a steer-by-wire steering system for a motor vehicle and a steer-by-wire steering system is disclosed, for example, in DE 10 2019 203 039 A1. The steer-by-wire steering system includes an electronically controllable steering actuator that acts on the steered wheels. In steering systems of this type, there are a large number of disruptive parameters that prevent a steering command from being ideally converted into a steering movement of the steerable wheels.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems und ein verbessertes elektromechanisches Lenksystem, insbesondere ein verbessertes Steer-by-Wire-Lenksystem, bereitzustellen, bei dem vorteilhafterweise eine präzisere Umsetzung eines Lenkbefehls, insbesondere eines über eine Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkbefehls, in eine Lenkbewegung der lenkbaren Räder realisiert werden kann. Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved method for operating an electromechanical steering system and an improved electromechanical steering system, in particular an improved steer-by-wire steering system, in which advantageously a more precise implementation of a steering command, in particular one via a steering handle predetermined steering command, can be realized in a steering movement of the steerable wheels.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems sowie ein elektromechanisches Lenksystemgemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt. Die vorgeschlagene Lösung sieht ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems, insbesondere eines Steer-by-Wire-Lenksystems vor, wobei das Lenksystem eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe, insbesondere mittels eines Lenkrades, ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und einen Lenksteiler umfasst. Der Lenksteiler umfasst insbesondere einen Elektromotor, insbesondere einen Synchronmotor, der beispielsweise ein Lenkritzel antreibt, welches insbesondere mit einer entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs in Eingriff stehen kann. Gemäß dem Verfahren wird ein Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers erzeugt, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umzusetzen. Zudem wird eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem, insbesondere in dem Lenksystem zwischen einer Position des Lenkstellers und einer Position eines jeweiligen lenkbaren Rades, ermittelt und das Steuersignal in Abhängigkeit von der ermittelten mechanischen Formänderung angepasst, also insbesondere das bereits erzeugte Steuersignal zu einem bezüglich der mechanischen Formänderung korrigierten Steuersignal angepasst. Die Anpassung des Steuersignals erfolgt vorteilhafterweise derart, dass die ermittelte mechanische Verformung zumindest teilweise, vorzugsweist vollständig, kompensiert wird. Die mechanische Formänderung in dem Lenksystem ist insbesondere eine mechanische Spannung in Folge der Belastung der Komponenten beziehungsweise beruht insbesondere auf einer mechanischen Spannung in Folge der Belastung der Komponenten. Weiter ist eine mechanische Formänderung insbesondere eine Verzerrung oder Verwindung aufgrund der auf die Komponenten wirkenden Kräfte. Insbesondere wird als mechanische Formänderung eine reversible Formänderung berücksichtigt, also insbesondere eine Formänderung, die ein Körper bei mechanischer Belastung ausgehend von einer Ruhezustandsform vollzieht, wobei bei ausbleibender mechanischer Belastung wieder die Ruhezustandsform eingenommen wird. To solve this problem, a method for operating an electromechanical steering system and an electromechanical steering system according to the independent claims are proposed. Further advantageous configurations of the invention are described in the dependent claims and the description as well as shown in the figures. The proposed solution provides a method for operating an electromechanical steering system, in particular a steer-by-wire steering system, the steering system comprising a steering shaft, via which a steering command can be specified using a steering handle, in particular using a steering wheel, and a steering divider . The steering divider comprises in particular an electric motor, in particular a synchronous motor, which drives a steering pinion, for example, which can engage in particular with a toothed rack mounted displaceably along a longitudinal axis for steering steerable wheels of a motor vehicle. According to the method, a control signal for controlling the steering actuator is generated in order to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle by means of the steering actuator. In addition, a mechanical change in shape in the steering system, in particular in the steering system between a position of the steering actuator and a position of a respective steerable wheel, is determined and the control signal is adapted as a function of the determined mechanical change in shape, i.e. in particular the control signal already generated is adjusted to one with respect to the mechanical Adjusted shape change corrected control signal. The adjustment of the control signal is advantageously carried out in such a way that the determined mechanical deformation is at least partially, preferably completely, compensated. The mechanical change in shape in the steering system is in particular a mechanical stress as a result of the loading of the components or is based in particular on a mechanical stress as a result of the loading of the components. Furthermore, a mechanical deformation is in particular a distortion or torsion due to the forces acting on the components. In particular, a reversible change in shape is taken into account as a mechanical change in shape, ie in particular a change in shape that a body performs under mechanical stress starting from a resting state shape, with the resting state shape being assumed again if there is no mechanical stress.
Es hat sich gezeigt, dass aufgrund solcher belastungsabhängiger mechanischer Formänderungen ein vorgegebener Lenkwinkel nicht exakt in einen korrespondierenden Lenkwinkel der gelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs umgesetzt wird. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren berücksichtigt nun vorteilhafterweise auftretende mechanische Formänderungen, sodass eine verbesserte Ansteuerung des Lenkstellers erfolgen kann. Insbesondere werden durch das Verfahren Fehler bei der Ansteuerung des Lenkstellers aufgrund von auftretenden mechanischen Formänderungen zumindest reduziert. Ein Lenkbefehl wird somit vorteilhafterweise präziser in eine entsprechende Lenkbewegung der Räder umgesetzt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Lenksystem Komponenten, insbesondere Spurstangen, Gelenke und/oder Aufhängungen, umfasst, über die die Räder eines Kraftfahrzeugs mechanisch mit dem Lenksystem gekoppelt sind, wobei eine mechanische Formänderung einer Komponente des Lenksystems, insbesondere einer Spurstange des Lenksystems, durch das angepasste Steuersignal vorteilhafterweise zumindest teilweise kompensiert wird, insbesondere vollständig kompensiert wird. It has been shown that due to such load-dependent mechanical changes in shape, a predetermined steering angle is not exactly converted into a corresponding steering angle of the steered wheels of a motor vehicle. The method proposed according to the invention now advantageously takes into account occurring mechanical changes in shape, so that the steering actuator can be controlled in an improved manner. In particular, the method at least reduces errors in the activation of the steering actuator due to mechanical changes in shape that occur. A steering command is thus advantageously converted more precisely into a corresponding steering movement of the wheels. An advantageous embodiment of the method provides that the steering system includes components, in particular tie rods, joints and/or suspensions, via which the wheels of a motor vehicle are mechanically coupled to the steering system, with a mechanical change in shape of a component of the steering system, in particular a tie rod of the Steering system, is advantageously at least partially compensated by the adjusted control signal, in particular is fully compensated.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass das Steuersignal eine Lenkwinkelvorgabe umfasst. Zur Anpassung des Steuersignals wird die Lenkwinkelvorgabe vorteilhafterweise um einen Offset korrigiert, der insbesondere von der ermittelten mechanischen Formänderung abhängt. Insbesondere ist dieser Offset positiv, ein vorgegebener Lenkwinkel wird also vergrößert, um eine mechanischen Formänderung, beispielsweise der Spurstangen des Kraftfahrzeugs, zu kompensieren. Hierbei wird also vorteilhafterweise berücksichtigt, dass ein von dem Lenksteiler umgesetzter Steuerbefehl ohne Anpassung des Steuersignals im Belastungsfall zu einem anderen Stellwinkel der Räder führt, als im unbelasteten Fall. Eine solche Anpassung des Steuersignals lässt sich vorteilhafterweise kostengünstig realisieren. In particular, the invention provides that the control signal includes a steering angle specification. In order to adapt the control signal, the steering angle specification is advantageously corrected by an offset that depends in particular on the determined mechanical change in shape. In particular, this offset is positive, so a predetermined steering angle is increased in order to compensate for a mechanical change in shape, for example of the tie rods of the motor vehicle. In this case, it is advantageously taken into account that a control command implemented by the steering controller without adaptation of the control signal in the case of a load leads to a different adjustment angle of the wheels than in the unloaded case. Such an adaptation of the control signal can advantageously be implemented in a cost-effective manner.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Ermittlung der mechanischen Formänderung, die auf eine Beanspruchung des Lenksystems zurückzuführen ist, eine Schätzung durchgeführt wird. Es wird bei dieser Ausgestaltung vorteilhafterweise also nicht messtechnisch exakt die tatsächliche mechanische Formänderung gemessen. Stattdessen wird vorteilhafterweise auf Basis zumindest eines im Zusammenhang mit einer mechanischen Formänderung des Lenksystems stehenden Parameters die auftretende mechanische Formänderung abgeschätzt, insbesondere basierend auf einem an den Parameter angepassten Modell, wobei dem erfassten Parameter vorteilhafterweise eine mechanische Formänderung zugeordnet wird, und der Parameter insofern insbesondere eine Eingangsgröße für das Modell ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann insbesondere vorsehen, dass für die Schätzung eine Kalman-Filterung der Parameter und eine Analyse der gefilterten Parameter durchgeführt wird, wobei vorteilhafterweise die mechanische Formänderung basierend auf den gefilterten Parametern geschätzt wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine gesamte Verzerrung als mechanische Formänderung auf Grundlage eines tatsächlichen Motordrehmoments eines Motors des Lenkstel lers und/oder eines an einem Koppelelement des Lenkstellers wirkenden Drehmoments geschätzt wird. Diese Abschätzung erfolgt vorteilhafterweise unter Verwendung einer Lookup-Tabelle und/oder unter Verwendung eines die mechanische Formänderung repräsentierenden Modells. Eine solche Abschätzung der mechanischen Formänderung weist insbesondere den Vorteil auf, dass die Kosten für Sensoren zur Erfassung einer tatsächlichen mechanischen Formänderung gering gehalten werden können. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass sich durch eine Abschätzung der mechanischen Formänderung trotz möglicher Abweichungen zur real auftretenden mechanischen Formänderung präzisere Umsetzungen von Lenkbefehlen in entsprechende Lenkbewegungen der gelenkten Räder realisieren lassen, insbesondere im Vergleich zur Verwendung eines nicht angepassten Steuersignals. A further advantageous embodiment of the invention provides that an estimate is carried out to determine the mechanical change in shape, which can be attributed to a stress on the steering system. In this configuration, the actual mechanical change in shape is advantageously not measured exactly by metrological means. Instead, the occurring mechanical deformation is advantageously estimated on the basis of at least one parameter associated with a mechanical deformation of the steering system, in particular based on a model adapted to the parameter, with the detected parameter advantageously being assigned a mechanical deformation, and the parameter in this respect in particular one input variable for the model. An advantageous embodiment can in particular provide that a Kalman filtering of the parameters and an analysis of the filtered parameters is carried out for the estimation, wherein the mechanical deformation is advantageously estimated based on the filtered parameters. In particular, it is provided that an overall distortion is estimated as a mechanical change in shape on the basis of an actual motor torque of a motor of the steering actuator and/or a torque acting on a coupling element of the steering actuator. This estimation is advantageously carried out using a lookup table and/or using a model representing the mechanical deformation. Such an estimation of the mechanical deformation shows in particular the advantage that the costs for sensors for detecting an actual mechanical change in shape can be kept low. In addition, it has been shown that by estimating the mechanical deformation, despite possible deviations from the mechanical deformation that actually occurs, more precise conversions of steering commands into corresponding steering movements of the steered wheels can be implemented, especially compared to using a non-adapted control signal.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Lenkhandhabe des Lenksystems über die Lenkwelle mechanisch mit dem Lenksystem und somit insbesondere mit lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, also insbesondere bei einem nicht als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildeten Lenksystem, wird zumindest an einer Position ein auf die Lenkwelle wirkendes Lenkwellendrehmoment, also insbesondere ein auf die Lenkwelle wirkendes Drehmoment, erfasst, insbesondere ein von einem Fahrer auf die Lenkwelle aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Insbesondere ist das Lenksystem dabei ein EPAS-System (EPAS: Electric Power Assisted Steering). Bei der Ermittlung der mechanischen Formänderung wird dabei vorteilhafterweise das erfasste Lenkwellendrehmoment berücksichtigt. Insbesondere wird das ermittelte Lenkwellendrehmoment für die Bestimmung des Steuersignals berücksichtigt. Insbesondere wird das Lenkwellendrehmoment in Bezug zu einer Ausprägung der Anpassung des Steuersignals gesetzt. So hat sich gezeigt, dass sich aus einem auf die Lenkwelle wirkenden Drehmoment ein reproduzierbarer Bezug zu einer Anpassung des Steuersignals ableiten lässt. Vorteilhafterweise wird zur Ermittlung des Drehmoments eine Drehmomentsensorvorrichtung des Lenksystems genutzt, insbesondere eine magnetische Drehmomentsensorvorrichtung. Als eine vorteilhafte mögliche Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass vorgegebenen Werten für das Lenkwellendrehmoment direkt Korrekturwerte für die Anpassung des Steuersignals zugeordnet sind, insbesondere durch einen entsprechenden funktionalen Zusammenhang mittels eines Rechenmodells oder durch direkte Hinterlegung von Wertepaaren, insbesondere mittels einer Lookup-Tabelle. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass unterschiedlichen Drehmomentwerten entsprechende Vorgaben für die Anpassung des Steuersignals vorgegeben sind, insbesondere entsprechende Gewichtungsfaktoren für eine Anpassung. According to a further advantageous embodiment of the invention, in which the steering handle of the steering system is mechanically coupled via the steering shaft to the steering system and thus in particular to the steerable wheels of a motor vehicle, i.e. in particular in the case of a steering system not designed as a steer-by-wire steering system, at least at one position, a steering shaft torque acting on the steering shaft, ie in particular a torque acting on the steering shaft, is detected, in particular a torque applied by a driver to the steering shaft is detected. In particular, the steering system is an EPAS system (EPAS: Electric Power Assisted Steering). When determining the mechanical deformation, the detected steering shaft torque is advantageously taken into account. In particular, the determined steering shaft torque is taken into account for determining the control signal. In particular, the steering shaft torque is related to an extent of the adjustment of the control signal. It has been shown that a reproducible reference to an adjustment of the control signal can be derived from a torque acting on the steering shaft. A torque sensor device of the steering system, in particular a magnetic torque sensor device, is advantageously used to determine the torque. As an advantageous possible embodiment, it is provided that correction values for the adaptation of the control signal are assigned directly to predetermined values for the steering shaft torque, in particular by means of a corresponding functional relationship using a calculation model or by directly storing pairs of values, in particular using a lookup table. In particular, it is provided that different torque values are given corresponding specifications for the adaptation of the control signal, in particular corresponding weighting factors for an adaptation.
Insbesondere hat sich gezeigt, dass bei größeren Lenkwellendrehmomenten in der Regel auch beim Fahrer das Gefühl für ein präzises Lenkverhalten weniger ausgeprägt ist, als bei geringeren Lenkwellendrehmomenten. Dem kann somit entsprechend bei der Anpassung des Steuersignals, insbesondere einer Gewichtung für den Korrekturfaktor des Steuersignals, Rechnung getragen werden. Alternativ oder zusätzlich wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein an dem Lenksteiler wirkendes Lenkstellerdrehmoment erfasst, insbesondere mittels einer Drehmomentsensorvorrichtung. Dabei wird die mechanische Formänderung vorteilhafterweise basierend auf dem erfassten Lenkstellerdrehmoment ermittelt. Insbesondere wird dabei das Lenkstellerdrehmoment in Bezug zur einer mechanischen Formänderung gesetzt. Insbesondere werden vorgegebenen Werten für das Lenkstellerdrehmoment direkt Korrekturwerte für die Anpassung des Steuersignals zugeordnet, insbesondere durch einen entsprechenden funktionalen Zusammenhang mittels eines Rechenmodells oder durch direkte Hinterlegung von Wertepaaren, insbesondere mittels einer Lookup-Tabelle. Insbesondere ist vorgesehen, dass unterschiedlichen Drehmomentwerten entsprechende Vorgaben für die Anpassung des Steuersignals vorgegeben sind, insbesondere entsprechende Offset-Werte. Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Lenksteiler einen Elektromotor umfasst, wobei ein Motordrehmoment des Elektromotors als das Lenkstellerdrehmoment erfasst wird. In particular, it has been shown that with greater steering shaft torques, the driver's feeling for precise steering behavior is generally less pronounced than with lower steering shaft torques. This can thus be taken into account accordingly when adapting the control signal, in particular a weighting for the correction factor of the control signal. Alternatively or additionally, according to a further advantageous embodiment of the invention, a steering actuator torque acting on the steering actuator is detected, in particular by means of a torque sensor device. In this case, the mechanical change in shape is advantageously determined based on the detected steering actuator torque. In particular, the steering actuator torque is related to a mechanical shape change. In particular, correction values for the adjustment of the control signal are assigned directly to predetermined values for the steering actuator torque, in particular by means of a corresponding functional relationship using a calculation model or by directly storing pairs of values, in particular using a lookup table. In particular, it is provided that different torque values are given corresponding specifications for the adaptation of the control signal, in particular corresponding offset values. Provision is also advantageously made for the steering actuator to include an electric motor, with a motor torque of the electric motor being detected as the steering actuator torque.
Je nachdem, an welchen Stellen des Lenksystems die mechanische Formänderung auftritt, kann insbesondere über eine Erfassung des Lenkstellerdrehmoments eine bessere Annäherung an die tatsächlich auftretende mechanische Formänderung erreicht werden. Es ist daher vorteilhaft, insbesondere das Lenkstellerdrehmoment, vorzugsweise das Motordrehmoment des Elektromotors des Lenkstellers, für die Anpassung des Steuersignals zur berücksichtigen. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht zudem vor, dass für die Ermittlung der mechanischen Formänderung weitere in Bezug auf den Lenksteiler erfasste Messwerte berücksichtigt werden, insbesondere eine Rotorposition eines Rotors des Elektromotors des Lenkstellers und/oder eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors des Elektromotors des Lenkstellers. Vorteilhafterweise werde diese weiteren Messwerte mittels eines Rotorpositionssensor erfasst. Insbesondere wenn das Lenksystem ein Steer-by-Wire- Lenksystem ist, ist es vorteilhaft, wenn die Ermittlung der mechanischen Formänderung basierend auf dem Motordrehmoment des Elektromotors des Lenkstellers und den Messwerten des Rotorpositionssensors, insbesondere dem Rotorwinkel und der Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors des Lenkstellers. Ist das Lenksystem kein Steer-by-Wire-Lenksystem, also insbesondere ein Hilfskraft-Lenksystem, wird vorteilhafterweise zur Ermittlung der mechanischen Formänderung ein von einem Fahrer auf die Lenkwelle aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mittels eines Positionssensors eine Messung durchgeführt wird, vorteilhafterweise mittels jeweils einem Positionssensor an wenigstens zwei unterschiedlichen Stellen des Lenksystems eine Messung durchgeführt wird. Insbesondere wird mittels des wenigstens einen Positionssensors eine Längenänderung, insbesondere eine Stauchung und/oder eine Streckung erfasst. Insbesondere können Dehnungsmessstreifen als Positionssensoren vorgesehen werden. Andere Positionssensoren beziehungsweise Wegsensoren können aber ebenfalls vorgesehen werden. Vorteilhafterweise wird bei dieser Ausführungsform, bei der mittels wenigstens eines Positionssensors an wenigstens einer Stelle des Lenksystems wenigstens eine Messung durchgeführt wird, die mechanische Formänderung basierend auf einem Ergebnis der jeweiligen Messung ermittelt. Insbesondere wird dabei eine erfasste Wegänderung, insbesondere eine Stauchung und/oder eine Streckung einer Komponente des Lenksystems, in Bezug zur einer mechanischen Formänderung gesetzt. So hat sich ebenfalls gezeigt, dass sich aus dem Ergebnis von Messungen mit Positionssensoren ein reproduzierbarer Bezug zu einer auftretenden mechanischen Formänderung ableiten lässt. Insbesondere ist vorgesehen, dass mittels des wenigstens einen Positionssensors erfasste Messwerte direkt Korrekturwerte für die Anpassung des Steuersignals zugeordnet werden, insbesondere durch einen entsprechenden funktionalen Zusammenhang mittels eines Rechenmodells oder durch direkte Hinterlegung von Wertepaaren, insbesondere mittels einer Lookup-Tabelle. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass unterschiedlichen Messwerten entsprechende Vorgaben für die Anpassung des Steuersignals vorgegeben sind, insbesondere entsprechende Offset-Werte. Depending on the points in the steering system at which the mechanical change in shape occurs, a better approximation of the mechanical change in shape actually occurring can be achieved, in particular by detecting the steering actuator torque. It is therefore advantageous to take into account in particular the steering actuator torque, preferably the motor torque of the electric motor of the steering actuator, for the adaptation of the control signal. An advantageous development of the method also provides that, for the determination of the mechanical change in shape, further measured values recorded in relation to the steering actuator are taken into account, in particular a rotor position of a rotor of the electric motor of the steering actuator and/or an angular velocity of a rotor of the electric motor of the steering actuator. Advantageously, these additional measured values are recorded using a rotor position sensor. In particular if the steering system is a steer-by-wire steering system, it is advantageous if the determination of the mechanical deformation is based on the motor torque of the electric motor of the steering actuator and the measured values of the rotor position sensor, in particular the rotor angle and the angular velocity of the rotor of the electric motor of the steering actuator . If the steering system is not a steer-by-wire steering system, ie in particular a power-assisted steering system, a torque applied by a driver to the steering shaft is advantageously detected in order to determine the mechanical deformation. A further advantageous embodiment of the invention provides that a measurement is carried out by means of a position sensor, a measurement is advantageously carried out by means of a respective position sensor at at least two different points of the steering system. In particular, a change in length, in particular compression and/or stretching, is detected by means of the at least one position sensor. In particular, strain gauges can be provided as position sensors. However, other position sensors or displacement sensors can also be provided. In this embodiment, in which at least one measurement is carried out at least at one point of the steering system by means of at least one position sensor, the mechanical deformation is advantageously determined on the basis of a result of the respective measurement. In particular, a detected change in path, in particular a compression and/or a stretching of a component of the steering system, is related to a mechanical change in shape. It has also been shown that a reproducible reference to an occurring mechanical deformation can be derived from the results of measurements with position sensors. In particular, it is provided that correction values for the adjustment of the control signal are assigned directly to measured values recorded by means of the at least one position sensor, in particular by means of a corresponding functional relationship using a calculation model or by directly storing pairs of values, in particular using a lookup table. In particular, it is provided that different measured values are given corresponding specifications for the adaptation of the control signal, in particular corresponding offset values.
Insbesondere ist eine Positionsmessung an der Antriebseinheit, insbesondere der Antriebseinheit des Lenkstellers, und eine Positionsmessung an der Zahnstange des Lenksystems vorgesehen. Für den restlichen Bereich wird dann vorteilhafterweise eine Schätzung vorgenommen, die insbesondere vom Ergebnis der erfolgten Positionsmessung abhängt. Insbesondere ist allerdings auch eine Ausgestaltungsvariante vorgesehen, bei der Positionssensoren an mehreren relevanten Stellen im Lenksystem platziert werden, insbesondere an der Antriebseinheit und an den gelenkten Rädern. Hierdurch kann die Ermittlung der mechanischen Formänderung vorteilhafterweise noch präziser erfolgen und somit eine weiter verbesserte Anpassung des Steuersignals erfolgen. In particular, a position measurement on the drive unit, in particular the drive unit of the steering actuator, and a position measurement on the steering rack of the steering system are provided. An estimate is then advantageously made for the remaining area, which depends in particular on the result of the position measurement that has taken place. In particular, however, a design variant is also provided in which position sensors are placed at a number of relevant points in the steering system, in particular on the drive unit and on the steered wheels. As a result, the determination of the mechanical change in shape can advantageously take place even more precisely and thus a further improved adaptation of the control signal can take place.
Weiter ist insbesondere vorgesehen, dass das Lenksystem Komponenten, insbesondere Spurstangen, Gelenke und/oder Aufhängungen, umfasst, über die Fahrzeugräder mechanisch mit dem Lenksystem gekoppelt sind, wobei zumindest eine Messung an zumindest einer der Komponenten, insbesondere an den Spurstangen, durchgeführt wird. Die Messung erfolgt dabei insbesondere mittels wenigstens eines Positionssensors. Da mechanische Formänderungen insbesondere an den häufig stark beanspruchten Spurstangen auftreten, hat sich die Anordnung von Positionssensoren an den Spurstangen und das Berücksichtigen der Messungen dieser Positionssensoren für die Ermittlung der mechanischen Formänderung und somit für die Anpassung des Steuersignals zur Steuerung des Lenkstellers als besonders vorteilhaft herausgestellt. It is further provided in particular that the steering system includes components, in particular tie rods, joints and/or suspensions, via which the vehicle wheels are mechanically coupled to the steering system, with at least one measurement on at least one of the components, especially on the tie rods. The measurement is carried out in particular by means of at least one position sensor. Since mechanical changes in shape occur in particular on the tie rods, which are often subjected to heavy loads, the arrangement of position sensors on the tie rods and taking into account the measurements of these position sensors for determining the mechanical shape change and thus for adapting the control signal for controlling the steering actuator has proven to be particularly advantageous.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Modell für eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem hinterlegt, insbesondere in einer dem Lenksystem zugeordneten Steuereinheit, vorzugsweise in der Steuereinheit, die das Steuersignal für die Steuerung des Lenkstellers erzeugt und/oder anpasst. Das Modell ist also insbesondere ein Rechenmodell, welches die mechanische Formänderung simuliert, insbesondere unter Berücksichtigung wenigstens eines der nachfolgenden Parameter: Lenkstellerdrehmoment, insbesondere Motordrehmoment des Elektromotors des Lenkstellers; Rotorposition des Rotors des Elektromotors des Lenkstellers; Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors des Lenkstellers; Messergebnis wenigstens eines Positionssensors. Die mechanische Formänderung wird dabei vorteilhafterweise basierend auf dem hinterlegten Modell ermittelt. Vorteilhafterweise erfolgt die Anpassung des Steuersignals zur Steuerung des Lenkstellers basierend auf dem hinterlegten Modell. According to a further advantageous embodiment of the invention, a model for a mechanical change in shape is stored in the steering system, in particular in a control unit assigned to the steering system, preferably in the control unit that generates and/or adapts the control signal for controlling the steering actuator. The model is therefore in particular a calculation model which simulates the mechanical change in shape, in particular taking into account at least one of the following parameters: steering actuator torque, in particular motor torque of the electric motor of the steering actuator; Rotor position of the rotor of the electric motor of the steering actuator; Angular speed of the rotor of the electric motor of the steering actuator; Measurement result of at least one position sensor. The mechanical change in shape is advantageously determined based on the stored model. The adjustment of the control signal for controlling the steering actuator is advantageously based on the stored model.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die mechanische Formänderung in dem Modell als Funktion einer mechanischen Belastung des Lenksystems hinterlegt ist, insbesondere als lineare Funktion oder als nichtlineare Funktion. Vorteilhafterweise wird die mechanische Formänderung über die Funktion ermittelt, insbesondere über eine in dem Modell hinterlegte Rechenanweisung. Vorteilhafterweise lässt sich hierüber für jede Belastung eine konkrete mechanische Formänderung ermitteln. In particular, it is provided that the mechanical change in shape is stored in the model as a function of a mechanical load on the steering system, in particular as a linear function or as a non-linear function. The mechanical change in shape is advantageously determined via the function, in particular via a calculation instruction stored in the model. Advantageously, a specific mechanical change in shape can be determined in this way for each load.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Lenksystem Spurstangen, wobei vorgesehen ist, dass die Spurstangen vor einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Lenksystems in einem Kraftfahrzeug fixiert werden und das Lenksystem mit vorgegebenen Lenkwinkeln belastet wird, und die bei einem jeweiligen Lenkwinkel auftretende mechanische Belastung des Lenksystems erfasst und in dem Modell hinterlegt wird. Bei späterem bestimmungsgemäßen Einsatz des Lenksystems in einem Kraftfahrzeug kann dann unter Schätzung der mechanischen Belastung beziehungsweise der mechanischen Formänderung und unter Berücksichtigung des Lenkwinkels, beispielsweise unter Verwendung eines Rotorpositionssensors, das Steuersignal geeignet angepasst werden, insbesondere um die mechanische Formänderung zumindest teilweise zu kompensieren. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die Schätzung die erfassten Werte mit einem Kalman-Filter gefiltert werden, und insbesondere die gefilterten Werte dem Modell zugeführt werden. According to a further advantageous embodiment of the method, the steering system comprises tie rods, it being provided that the tie rods are fixed in a motor vehicle before the steering system is used as intended and the steering system is loaded with predetermined steering angles, and the mechanical loading of the steering system occurring at a respective steering angle recorded and stored in the model. If the steering system is later used as intended in a motor vehicle, the mechanical load or the mechanical stress can then be estimated Change in shape and taking into account the steering angle, for example using a rotor position sensor, the control signal can be suitably adjusted, in particular to at least partially compensate for the mechanical change in shape. In particular, it is provided that the recorded values are filtered with a Kalman filter for the estimation, and in particular the filtered values are supplied to the model.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass verschiedenen mechanischen Belastungen des Lenksystems jeweils mechanische Formänderungen zugeordnet sind, insbesondere über eine Lookup-Tabelle, wobei vorteilhafterweise die mechanische Formänderung basierend auf einer erfassten mechanischen Belastung des Lenksystems und der entsprechenden Zuordnung, insbesondere über die Lookup-Tabelle, ermittelt wird. Vorteilhafterweise kann hierdurch die Durchführung einer Rechenoperation entfallen. Zudem stellt dies eine vorteilhafte Variante dar, wenn das konkrete Lenksystem weniger geeignet sein sollte, die mechanische Belastung und die mechanische Formänderung in einem geeigneten funktionalen Zusammenhang zu beschreiben. A further embodiment provides that mechanical changes in shape are assigned to various mechanical loads on the steering system, in particular using a lookup table, with the mechanical change in shape advantageously being based on a detected mechanical load on the steering system and the corresponding assignment, in particular using the lookup table. is determined. Advantageously, this means that no arithmetic operations need to be carried out. In addition, this represents an advantageous variant if the specific steering system is less suitable for describing the mechanical load and the mechanical deformation in a suitable functional context.
Insbesondere ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren beim autonomen Fahren bei einem klassischen elektromechanischen Lenksystem vorteilhaft, insbesondere einem Lenksystem mit einem Aktuator und mechanischer Verbindung. Dabei ist insbesondere dann eine Anwendung des Verfahrens vorteilhaft, wenn sich das System im Positionsregelungsmodus befindet, wie insbesondere beim automatisierten Einparken, bei der Bahnverfolgung, bei der Spurhaltung und/oder jeder anderen Funktion, die das Lenksystem im Positionsregelungsmodus verwendet. In particular, a method designed according to the invention is advantageous for autonomous driving in a classic electromechanical steering system, in particular a steering system with an actuator and mechanical connection. An application of the method is particularly advantageous when the system is in position control mode, such as in automated parking, tracking, lane keeping and/or any other function that uses the steering system in position control mode.
Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ebenfalls vorgeschlagene elektromechanische Lenksystem ist vorteilhafterweise zur Ausführung eines Verfahrens mit den vorstehend genannten Merkmalen ausgebildet, wobei die Merkmale einzeln oder in Kombination verwirklicht sein können. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Lenksystem ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist. Das Lenksystem umfasst eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann. Weiter umfasst das Lenksystem einen Lenksteiler, der ausgebildet ist, gemäß einem empfangenen Steuersignal auf ein Koppelelement des Lenksystems zur Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs einzuwirken, wobei das Koppelelement insbesondere ein Lenkritzel ist. Ferner umfasst das Lenksystem mechanisch mit dem Koppelelement verbundene Spurstangen, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Koppelelement ein Lenkritzel ist, welches mit einer entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange in Eingriff steht und wobei die Spurstangen insbesondere sich jeweils an ein Ende der Zahnstange anschließend angeordnet sind. Dem Lenksystem ist darüber hinaus eine Steuereinheit zur Erzeugung des Steuersignals zugeordnet. Insbesondere kann das Lenksystem die Steuereinheit umfassen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine entsprechend eingerichtete zentrale Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs dem Lenksystem als Steuereinheit zugeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuereinheit zur Erzeugung und zur Anpassung des Steuersignals zur Steuerung des Lenkstellers ausgebildet ist. Insbesondere ist weiter vorgesehen, dass die Steuereinheit die mechanische Formänderung in dem Lenksystem ermittelt, wozu die Steuereinheit insbesondere ausgebildet ist, Sensorsignale von entsprechenden Sensoren, insbesondere von wenigstens einer Drehmomentsensorvorrichtung und/oder von wenigstens einem Positionssensor zu empfangen. The electromechanical steering system that is also proposed to solve the problem mentioned at the outset is advantageously designed to carry out a method with the features mentioned above, it being possible for the features to be implemented individually or in combination. In particular, it is provided that the steering system is a steer-by-wire steering system. The steering system includes a steering shaft, via which a steering command can be specified by means of a steering handle. The steering system also includes a steering divider which is designed to act on a coupling element of the steering system for converting a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle according to a received control signal, the coupling element being in particular a steering pinion. Furthermore, the steering system comprises tie rods mechanically connected to the coupling element, it being provided in particular that the coupling element is a steering pinion, which engages with a toothed rack that is displaceably mounted along a longitudinal axis, and wherein the tie rods in particular, are each then arranged at one end of the rack. In addition, a control unit for generating the control signal is assigned to the steering system. In particular, the steering system can include the control unit. However, it can also be provided that a correspondingly set up central control unit of a motor vehicle is assigned to the steering system as a control unit. In particular, it is provided that the control unit is designed to generate and adapt the control signal for controlling the steering actuator. In particular, it is further provided that the control unit determines the mechanical change in shape in the steering system, for which purpose the control unit is designed in particular to receive sensor signals from corresponding sensors, in particular from at least one torque sensor device and/or from at least one position sensor.
Vorteilhafterweise umfasst das Lenksystem wenigstens einen Positionssensor an einer Spurstange des Lenksystems. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem wenigstens einen Positionssensor an einer Antriebseinheit des Lenkstellers. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem wenigstens eine Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines auf die Lenkwelle wirkenden Drehmoments. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem wenigstens eine Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines an dem Lenksteller wirkenden Drehmoment, insbesondere eines an der Rotorwelle eines Gleichstrommotors des Lenkstellers wirkenden Drehmoments und/oder eines an dem Koppelelement, insbesondere dem Lenkritzel, wirkenden Drehmoments. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem einen Rotorpositionssensor, mit dem insbesondere eine Rotorposition eines Elektromotors des Lenkstellers bestimmt werden kann. The steering system advantageously includes at least one position sensor on a tie rod of the steering system. The steering system also advantageously includes at least one position sensor on a drive unit of the steering actuator. The steering system also advantageously comprises at least one torque sensor device for detecting a torque acting on the steering shaft. The steering system also advantageously includes at least one torque sensor device for detecting a torque acting on the steering actuator, in particular a torque acting on the rotor shaft of a DC motor of the steering actuator and/or a torque acting on the coupling element, in particular the steering pinion. The steering system also advantageously includes a rotor position sensor, with which in particular a rotor position of an electric motor of the steering actuator can be determined.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt: Further advantageous details, features and design details of the invention are explained in more detail in connection with the exemplary embodiments illustrated in the figures (Fig.: Figure). It shows:
Fig. 1 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lenksystem; 1 shows an exemplary embodiment of a steering system designed according to the invention in a simplified perspective view;
Fig. 2a in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit zur Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem; Fig. 2b in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit zur Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens bei einem Hilfskraft-Lenksystem (EPAS-System); und 2a shows a schematic block diagram representation of an exemplary embodiment of a control unit designed according to the invention for carrying out a method designed according to the invention in a steer-by-wire steering system; 2b shows a schematic block diagram representation of an exemplary embodiment of a control unit designed according to the invention for executing a method designed according to the invention in a power steering system (EPAS system); and
Fig. 3 anhand eines vereinfachten Ablaufdiagramms ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren. 3, using a simplified flow chart, shows an exemplary embodiment of a method designed according to the invention.
In Fig. 1 ist schematisch ein Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Lenksystem 1 ein Steer-by-Wire-Lenksystem. Das Lenksystem 1 weist eine Lenkwelle 2 auf, über die mittels einer Lenkhandhabe 3 ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann. Die Lenkhandhabe 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Lenkrad ausgebildet. In Fig. 1, a steering system 1 for a motor vehicle is shown schematically according to an embodiment of the invention. In this embodiment, the steering system 1 is a steer-by-wire steering system. The steering system 1 has a steering shaft 2 via which a steering command can be specified by means of a steering handle 3 . The steering handle 3 is designed as a steering wheel in this embodiment.
An dem der Lenkhandhabe 3 abgewandten Ende der Lenkwelle 2 ist ein Feedback-Aktuator 20 angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, Rückwirkungen von einem Räder-Fahrbahn-Kontakt auf die Lenkhandhabe 3 aufzubringen und somit ein gewohntes Lenkgefühl zu vermitteln. At the end of the steering shaft 2 facing away from the steering handle 3, a feedback actuator 20 is arranged, which is designed to apply repercussions from wheel-road contact to the steering handle 3 and thus impart a familiar steering feel.
Weiter umfasst das Lenksystem 1 einen elektrischen Lenksteiler 4, welcher ausgebildet ist, einen Lenkbefehl in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern 5 des Kraftfahrzeugs umzusetzen. Der Lenksteiler 4 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Lenkritzels 6 auf eine Zahnstange 7 eines Zahnstangen-Lenkgetriebes ein, wodurch über Spurstangen 8 des Lenksystems 1 mittelbar auf die gelenkten Räder 5 eingewirkt wird. Zum Antrieb des Lenkritzes 6 umfasst der Lenksteiler 4 einen Elektromotor 41 als Antriebseinheit, wobei der Elektromotor 41 insbesondere ein dreiphasiger Permanentmagnet-Synchronmotor sein kann. The steering system 1 also includes an electric steering controller 4, which is designed to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels 5 of the motor vehicle. In this exemplary embodiment, the steering divider 4 acts by means of a steering pinion 6 on a toothed rack 7 of a rack and pinion steering gear, which acts indirectly on the steered wheels 5 via tie rods 8 of the steering system 1 . To drive the steering pinion 6, the steering divider 4 includes an electric motor 41 as a drive unit, wherein the electric motor 41 can in particular be a three-phase permanent magnet synchronous motor.
Der Lenksteiler 4 wird dabei von einer Steuereinheit 9 des Lenksystems angesteuert. Auch der Feedback-Aktuator 20 wird in diesem Ausführungsbeispiel von der Steuereinheit 9 angesteuert. Die Steuereinheit 9 generiert dazu entsprechende Steuersignale ST, SF, die von dem Feedback- Aktuator 20 und dem Lenksteiler 4 empfangen werden. Die Steuereinheit 9 kann insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollereinheit sein. The steering controller 4 is controlled by a control unit 9 of the steering system. The feedback actuator 20 is also controlled by the control unit 9 in this exemplary embodiment. For this purpose, the control unit 9 generates corresponding control signals ST, SF, which are received by the feedback actuator 20 and the steering controller 4 . The control unit 9 can in particular be an appropriately programmed microcontroller unit.
Das Lenksystem 1 umfasst zudem mehrere Sensoren 10, 11, 12, 13, die in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Sensor 11 ein Drehmomentsensor ist, der ein auf die Lenkwelle 2 aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Der Sensor 10 kann insbesondere auch ein Drehmomentsensor sein, der ein auf das Lenkritzel 6 aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Die weiteren Sensoren 12, 13 sind insbesondere Positionssensoren, wobei die Positionssensor 12, 13 insbesondere jeweils an einer Spurstange 8 angeordnet sind. Als Positionssensor ist insbesondere ein Dehnmesstreifen vorgesehen. Darüber hinaus können insbesondere weitere Sensoren vorgesehen sein, was in Fig. 1 durch „. . .“ symbolisch dargestellt ist. Insbesondere kann ein weiterer Positionssensor an der Antriebseinheit vorgesehen sein. Insbesondere ist weiter vorgesehen sein, dass wenigstens ein in Fig. 1 nicht explizit dargestellter Sensor einen Lenkbefehl erfasst, der von einem Fahrer durch Drehen der Lenkhandhabe 3 aufgebracht wird. Dazu ist insbesondere ein Drehwinkelsensor an der Lenkwelle 2 angeordnet ist, der einen Lenkradwinkel erfasst. Insbesondere ist zudem vorgesehen, dass ein Motordrehmoment des Elektromotors 41 des Lenkstellers 4, eine Rotorposition und eine Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 41 als Sensorsignale S4 an die Steuereinheit 9 übertragen werden. The steering system 1 also includes a number of sensors 10, 11, 12, 13, which are only shown schematically in FIG. It is provided in particular that the sensor 11 is a torque sensor that detects a torque applied to the steering shaft 2 . In particular, sensor 10 can also be a torque sensor that acts on steering pinion 6 applied torque recorded. The other sensors 12, 13 are in particular position sensors, with the position sensors 12, 13 being arranged in particular on a tie rod 8 in each case. In particular, a strain gauge is provided as the position sensor. In addition, further sensors in particular can be provided, which is indicated in FIG. . .” is shown symbolically. In particular, a further position sensor can be provided on the drive unit. In particular, it is further provided that at least one sensor, not shown explicitly in FIG. 1 , detects a steering command that is applied by a driver by turning the steering handle 3 . For this purpose, in particular, a rotation angle sensor is arranged on the steering shaft 2, which detects a steering wheel angle. In particular, it is also provided that a motor torque of the electric motor 41 of the steering actuator 4, a rotor position and an angular velocity of the electric motor 41 are transmitted to the control unit 9 as sensor signals S4.
Die Steuereinheit 9 des Lenksystems 1 ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, eine mechanische Formänderung, insbesondere eine aufgrund mechanischer Belastung auftretende Verwindung, zur ermitteln und das Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers, welches insbesondere auf einem erfassten Lenkmoment und einer erfassten Lenkwinkelgeschwindigkeit basiert, vor dem Senden an den Lenksteiler 4 in Abhängigkeit von der ermittelten mechanischen Formänderung anzupassen, und dann dieses angepasste Steuersignal als das Steuersignal ST an den Lenksteiler 4 zu übertragen, der dann das empfangene Steuersignal ST in eine entsprechende Motorbewegung und darüber in eine entsprechende Bewegung des Lenkritzels 6 umsetzt. Die von der Steuereinheit 9 ermittelte mechanische Formänderung ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel nicht exakt messtechnisch erfasst, sondern geschätzt. Als Basis für diese Schätzung dienen dabei in diesem Ausführungsbeispiel die von den Positionssensoren 12, 13 bereitgestellten Sensorsignale S2, S3 und die Sensorsignale S4. In this exemplary embodiment, the control unit 9 of the steering system 1 is designed to determine a mechanical change in shape, in particular a torsion occurring as a result of mechanical loading, and to transmit the control signal for controlling the steering actuator, which is based in particular on a detected steering torque and a detected steering angle speed, before sending it to the steering divider 4 as a function of the determined mechanical deformation, and then to transmit this adjusted control signal as the control signal ST to the steering divider 4, which then converts the received control signal ST into a corresponding motor movement and, via this, into a corresponding movement of the steering pinion 6. In this exemplary embodiment, the mechanical change in shape determined by the control unit 9 is not exactly recorded by measurement, but rather is estimated. In this exemplary embodiment, the sensor signals S2, S3 provided by the position sensors 12, 13 and the sensor signals S4 serve as the basis for this estimate.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Steuereinheit 9 eines Steer-by-Wire-Lenksystems wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in Fig. 2a gezeigte Blockschaltbilddarstellung näher erläutert. Die Steuereinheit 9 kann insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollereinheit sein. A possible exemplary embodiment for the control unit 9 of a steer-by-wire steering system is explained in more detail below with reference to the block diagram representation shown in FIG. 2a. The control unit 9 can in particular be an appropriately programmed microcontroller unit.
Die in Fig. 2a gezeigte Steuereinheit 9 empfängt dabei eine Vielzahl von Sensorsignalen S4, S2, S3, S#von Sensoren des Lenksystems. Das Bezugszeichen S# steht dabei für ein oder mehrere Sensorsignale, insbesondere für Sensorsignale in Bezug auf einen erfassten Lenkbefehl. In einer Auswerteeinheit 90 der Steuereinheit 9 wird dabei insbesondere unter Berücksichtigung von Positionssensorsignalen S2, S3 und unter Berücksichtigung der Sensorsignale S4, also insbesondere eines Motordrehmoments des Elektromotors des Lenkstellers, eines Rotorwinkels und einer Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors, ein nicht angepasstes Steuersignal ST* erzeugt, welches eine Lenkwinkelvorgabe, die insbesondere in ein entsprechendes Ansteuerungssignal für den Motor des Lenkstellers transformiert sein kann, umfasst. Darüber hinaus umfasst die Steuereinheit eine Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem. Diese Einheit 91 nutzt dabei insbesondere die Sensorsignale S4 und, in diesem Ausführungsbeispiel, ergänzend die von Positionssensoren, beispielsweise dem Positionssensor 13, erfasste Messergebnisse. The control unit 9 shown in FIG. 2a receives a large number of sensor signals S4, S2, S3, S# from sensors of the steering system. The reference symbol S# stands for one or more sensor signals, in particular for sensor signals relating to a detected steering command. In an evaluation unit 90 of the control unit 9, in particular taking into account Position sensor signals S2, S3 and taking into account the sensor signals S4, i.e. in particular a motor torque of the electric motor of the steering actuator, a rotor angle and an angular speed of the electric motor, generates an unadapted control signal ST*, which generates a steering angle specification, which is converted in particular into a corresponding control signal for the motor of the Steering actuator can be transformed includes. In addition, the control unit includes a unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system. This unit 91 uses in particular the sensor signals S4 and, in this exemplary embodiment, additionally the measurement results recorded by position sensors, for example the position sensor 13 .
In der Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel ein Modell 92 für eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem hinterlegt. Die Ermittlung der mechanischen Formänderung basiert dabei auf diesem hinterlegten Modell 92. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die unterschiedlichen Motordrehmomente des Elektromotors des Lenkstellers eine Funktion hinterlegt ist, wobei über den hinterlegten funktionalen Zusammenhang aus den Drehmomentsignalen eine mechanische Formänderung berechnet wird. Darüber hinaus ist ergänzend bei diesem Ausführungsbeispiel insbesondere vorgesehen, dass erfassten Signalen S2, S3 von Positionssensoren in einer Lookup-Tabelle jeweils Werte für eine mechanische Formänderung zugeordnet sind. Die über diese Zuordnung ermittelten Werte und die aus den Motordrehmomentsignalen berechneten Werte werden dann, insbesondere nach Durchführung einer Gewichtung und/oder Mittelung und/oder Kalman-Filterung, von dem Modell 92 zu einem geschätzten Ergebnis für eine in dem Lenksystem auftretende mechanische Formänderung zusammengeführt. Die Auswerteeinheit 90 bildet dabei ein von der ermittelten Formänderung abhängiges Offset-Signal Off. Dieses Offset- Signal Off wird dabei zusammen mit dem nicht angepassten Steuersignal ST* einer Signalanpassungseinheit 93 der Steuereinheit 9 zugeführt. Die Signalanpassungseinheit 93 passt dabei das Steuersignal ST* um einen Offset, der durch das Offset-Signal Off repräsentiert wird an, insbesondere durch Addition des Steuersignals ST* mit dem Offset-Signal Off. Insbesondere kann noch eine Gewichtung des Offset-Signals Off unter Berücksichtigung von mit dem Sensor 11 erfassten Lenkwellendrehmomenten erfolgen. Die Signalanpassungseinheit 93 liefert dann als Ergebnis ein angepasstes Steuersignal ST zur Steuerung des Lenkstellers, welches dann von dem Lenksteiler beziehungsweise dem Elektromotor des Lenkstellers empfangen werden kann. Ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Steuereinheit 9 eines nicht als Steer-by-Wire- Lenksystem sonders als elektrisches Hilfskraft-Lenksystem ausgebildeten Lenksystems (EPAS- System) wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in Fig. 2b gezeigte Blockschaltbilddarstellung näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das Fahrzeug in einem automatisierten Fahrmodus, das Lenken des Fahrzeugs basiert auf einer Positionsregelung und im Idealfall wird nicht erwartet, dass der Fahrer lenkend eingreift. Die Steuereinheit 9 kann insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollereinheit sein. In this exemplary embodiment, a model 92 for a mechanical change in shape in the steering system is stored in the unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system. The determination of the mechanical shape change is based on this stored model 92. In particular, it is provided that a function is stored for the different motor torques of the electric motor of the steering actuator, with a mechanical shape change being calculated from the torque signals via the stored functional relationship. In addition, it is additionally provided in this exemplary embodiment in particular that values for a mechanical shape change are assigned to detected signals S2, S3 from position sensors in a lookup table. The values determined via this assignment and the values calculated from the motor torque signals are then combined by the model 92 to form an estimated result for a mechanical deformation occurring in the steering system, in particular after weighting and/or averaging and/or Kalman filtering has been carried out. In this case, the evaluation unit 90 forms an offset signal Off which is dependent on the determined change in shape. This offset signal Off is fed to a signal adjustment unit 93 of the control unit 9 together with the non-adjusted control signal ST*. The signal adjustment unit 93 adjusts the control signal ST* by an offset, which is represented by the offset signal Off, in particular by adding the control signal ST* to the offset signal Off. In particular, the offset signal Off can also be weighted taking into account the steering shaft torques detected by the sensor 11 . As a result, the signal adaptation unit 93 then supplies an adapted control signal ST for controlling the steering actuator, which can then be received by the steering actuator or the electric motor of the steering actuator. A possible exemplary embodiment for the control unit 9 of a steering system (EPAS system) designed not as a steer-by-wire steering system but as an electric power steering system is explained in more detail below with reference to the block diagram representation shown in FIG. 2b. In this exemplary embodiment, the vehicle is in an automated driving mode, the steering of the vehicle is based on position control, and ideally the driver is not expected to intervene to steer. The control unit 9 can in particular be an appropriately programmed microcontroller unit.
Die in Fig. 2b gezeigte Steuereinheit 9 empfängt dabei eine Vielzahl von Sensorsignalen SO, Sl, S2, S3, S5, S#von Sensoren des Lenksystems. Die Signale S5 repräsentieren in Bezug auf den Elektromotor des Lenkstellers erfasste Signale. Das Bezugszeichen S# steht für ein oder mehrere Sensorsignale, insbesondere für Sensorsignale in Bezug auf einen erfassten Lenkbefehl. In einer Auswerteeinheit 90 der Steuereinheit 9 wird dabei insbesondere unter Berücksichtigung der Sensorsignale S#, vorteilhafterweise zusätzlich unter Berücksichtigung des Drehmomentsignals Sl bezüglich eines von einem Fahrer auf die Lenkwelle aufgebrachten Drehmoments, ein nicht angepasstes Steuersignal ST* erzeugt, welches eine Lenkwinkelvorgabe, die insbesondere in ein entsprechendes Ansteuerungssignal für den Motor des Lenkstellers transformiert sein kann, umfasst. Darüber hinaus umfasst die Steuereinheit eine Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem. Diese Einheit 91 nutzt dabei insbesondere die von Positionssensoren, beispielsweise dem Positionssensor 13, erfasste Messergebnisse. Darüber hinaus nutzt die Einheit 91 vorteilhafterweise das Drehmomentsignal Sl und optional das von dem Drehmomentsensor 10 erfasste Sensorsignal SO, wobei das Signal SO insbesondere ein auf ein Koppelelement des Lenkstellers, insbesondere das Lenkritzel, aufgebrachtes Drehmoment repräsentiert. The control unit 9 shown in FIG. 2b receives a large number of sensor signals S0, S1, S2, S3, S5, S# from sensors of the steering system. The signals S5 represent signals detected in relation to the electric motor of the steering actuator. The reference symbol S# stands for one or more sensor signals, in particular for sensor signals relating to a detected steering command. In an evaluation unit 90 of control unit 9, a non-adapted control signal ST* is generated, in particular taking into account the sensor signals S#, advantageously also taking into account the torque signal Sl with regard to a torque applied by a driver to the steering shaft, which control signal ST* contains a steering angle specification, which in particular a corresponding control signal for the motor of the steering actuator can be transformed, includes. In addition, the control unit includes a unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system. This unit 91 uses in particular the measurement results recorded by position sensors, for example the position sensor 13 . In addition, unit 91 advantageously uses torque signal S1 and optionally sensor signal SO detected by torque sensor 10, signal SO representing in particular a torque applied to a coupling element of the steering actuator, in particular the steering pinion.
In der Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel ein Modell 92 für eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem hinterlegt. Die Ermittlung der mechanischen Formänderung basiert dabei auf diesem hinterlegten Modell 92. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die mittels des Sensorsignals Sl erfassten Drehmomente unter Berücksichtigung des Lenkwinkels entsprechende Werte für eine mechanische Formänderung zugeordnet sind. Die über diese Zuordnung ermittelten Werte werden dann, insbesondere nach Durchführung einer Gewichtung und/oder Mittelung und/oder Kalman-Filterung, von dem Modell 92 zu einem geschätzten Ergebnis für eine in dem Lenksystem auftretende mechanische Formänderung zusammengeführt. Die Auswerteeinheit 90 bildet dabei ein von der ermittelten Formänderung abhängiges Offset-Signal Off. Dieses Offset-Signal Off wird dabei zusammen mit dem nicht angepassten Steuersignal ST* einer Signalanpassungseinheit 93 der Steuereinheit 9 zugeführt. Die Signalanpassungseinheit 93 passt dabei das Steuersignal ST* um einen Offset, der durch das Offset-Signal Off repräsentiert wird an, insbesondere durch Addition des Steuersignals ST* mit dem Offset-Signal Off. Die Signalanpassungseinheit 93 liefert dann als Ergebnis ein angepasstes Steuersignal ST zur Steuerung des Lenkstel lers, welches dann von dem Lenksteiler beziehungsweise dem Elektromotor des Lenkstellers empfangen werden kann. In this exemplary embodiment, a model 92 for a mechanical change in shape in the steering system is stored in the unit 91 for determining a mechanical change in shape in the steering system. The determination of the mechanical shape change is based on this stored model 92. In particular, it is provided that corresponding values for a mechanical shape change are assigned to the torques detected by means of the sensor signal S1, taking the steering angle into account. The values determined via this assignment are then combined by the model 92 to form an estimated result for a mechanical shape change occurring in the steering system, in particular after weighting and/or averaging and/or Kalman filtering has been carried out. In this case, the evaluation unit 90 forms one of the determined change in shape dependent offset signal Off. This offset signal Off is fed to a signal adjustment unit 93 of the control unit 9 together with the non-adjusted control signal ST*. The signal adjustment unit 93 adjusts the control signal ST* by an offset, which is represented by the offset signal Off, in particular by adding the control signal ST* to the offset signal Off. As a result, the signal adaptation unit 93 then delivers an adapted control signal ST for controlling the steering actuator, which can then be received by the steering actuator or the electric motor of the steering actuator.
Um die Genauigkeit der Schätzung der mechanischen Formänderung und somit der wirkenden mechanischen Belastung zu erhöhen, können die störenden Belastungen mit dem bereits vorhandenen Drehmomentsensor 10 kompensiert werden. Auf diese Weise können die Belastungen, die keinen Einfluss auf die mechanische Formänderung haben, ermittelt werden. Eine solche Belastung kann eine Drehmomenteingabe durch den Fahrer sein. Diese Drehmomenteingabe kann zufällig oder absichtlich erfolgen, zum Beispiel in einer Notfallsituation. Eine weitere nicht relevante Belastung kann die Trägheit des Lenkrads sein. Mit Hilfe des Signals des Drehmomentsensors 10 können diese aus den Belastungen, die zu einer mechanischen Formänderung führen, herausgefiltert werden, insbesondere unter Verwendung eines Kalman-Filters. In order to increase the accuracy of the estimation of the mechanical deformation and thus of the acting mechanical load, the disturbing loads can be compensated with the torque sensor 10 that is already present. In this way, the loads that have no influence on the mechanical deformation can be determined. One such load may be torque input from the driver. This torque input can be accidental or intentional, for example in an emergency situation. Another irrelevant load can be the inertia of the steering wheel. With the help of the signal from the torque sensor 10, these can be filtered out of the loads that lead to a mechanical change in shape, in particular using a Kalman filter.
Fig. 3 zeigt in einem stark vereinfachten Ablaufdiagramm ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt. Dabei wird in einem Verfahrensschritt 30 auf herkömmliche Weise ein Steuersignal für die Ansteuerung eines Lenkstellers erzeugt, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umsetzen zu können. Zusätzlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt 31 parallel eine in dem Lenksystem aufgrund einer auf das Lenksystem einwirkenden mechanischen Belastung eine in dem Lenksystem, insbesondere an den Spurstangen, auftretende mechanische Verwindung als mechanische Formänderung geschätzt. Grundlage für diese Schätzung kann insbesondere ein entsprechendes Rechen-Modell sein, welches das Verhalten des Lenksystems bezüglich auftretender mechanischer Verwindungen simuliert. In einem weiteren Verfahrensschritt 32 wird das zuvor in dem Verfahrensschritt 30 ermittelte Steuersignal in Abhängigkeit von der durch Schätzung ermittelten mechanischen Verwindung angepasst, das heißt es erfolgt eine Kompensation des durch die mechanische Verwindung auftretenden Fehlers, der bei der Erzeugung des Steuersignals in dem Verfahrensschritt 30 aufgetreten ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann das so in dem Verfahrensschritt 30 angepasste Steuersignal in eine Lenkbewegung der Räder eines Kraftfahrzeugs umgesetzt. In a greatly simplified flow chart, FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a method for operating an electromechanical steering system, as illustrated in FIG. 1, for example. In a method step 30, a control signal for activating a steering actuator is generated in a conventional manner in order to be able to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels of a motor vehicle by means of the steering actuator. In addition, in a further method step 31, a mechanical torsion occurring in the steering system, in particular on the tie rods, is estimated as a mechanical deformation in parallel in the steering system due to a mechanical load acting on the steering system. In particular, the basis for this estimate can be a corresponding calculation model that simulates the behavior of the steering system with regard to mechanical torsion that occurs. In a further method step 32, the control signal previously determined in method step 30 is adapted as a function of the mechanical torsion determined by estimation, i.e. the error occurring due to the mechanical torsion that occurred when the control signal was generated in method step 30 is compensated is. In another In step 30, the control signal adjusted in step 30 is then converted into a steering movement of the wheels of a motor vehicle.
Insbesondere kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren sowie bei dem vorgeschlagenen Lenksystem ein Teil der mechanischen Formänderung des Lenksystems anhand der Belastung des Lenksystems abgeschätzt werden, was auch gemessen werden kann. Basierend auf der bekannten mechanischen Formänderung kann diese vorteilhafterweise so kompensiert werden, dass die Lenkwinkelanforderung, also insbesondere das Steuersignal zur Ansteuerung des Lenkstellers, um die geschätzte mechanische Formänderung modifiziert, insbesondere ausgeglichen, werden kann. Die mechanische Formänderung kann insbesondere gemessen und geschätzt werden. Der Betrag der mechanischen Formänderung, insbesondere der Formänderung zwischen der Position des Aktuators für die Räder, insbesondere des Lenkstellers, und der Position des Straßenrads, wird vorteilhafterweise als eine Funktion der Last bestimmt, die insbesondere an den Spurstangen gemessen werden kann und/oder insbesondere anhand des Motordrehmoments des Aktuators für die Räder, geschätzt werden kann. In particular, with the proposed method and with the proposed steering system, part of the mechanical deformation of the steering system can be estimated based on the load on the steering system, which can also be measured. Based on the known mechanical change in shape, this can advantageously be compensated in such a way that the steering angle request, ie in particular the control signal for controlling the steering actuator, can be modified, in particular compensated for, by the estimated mechanical change in shape. In particular, the mechanical deformation can be measured and estimated. The amount of mechanical deformation, in particular the deformation between the position of the actuator for the wheels, in particular the steering actuator, and the position of the road wheel is advantageously determined as a function of the load, which can be measured in particular on the tie rods and/or in particular using the motor torque of the actuator for the wheels, can be estimated.
Die Charakteristik dieser Formänderung kann, insbesondere abhängig von dem konkreten Lenksystem, insbesondere als lineare Funktion oder als nichtlineare Funktion der oben genannten Last hinterlegt sein, insbesondere als Lookup-Tabelle. Eine Positionsanforderung, also insbesondere ein Lenkbefehl, kann also bei einem Lenksystem, insbesondere bei einem Steer-by-Wire-System vorgegeben werden. Eine Steuereinheit, insbesondere eine Regelung, erzeugt eine entsprechende Vorgabe, insbesondere ein entsprechendes Steuersignal, von dem Aktuator für das Lenken der Räder umgesetzt wird. Diese Positionsanforderung wird vorteilhafterweise mit der oben erwähnten geschätzten mechanischen Formänderung korrigiert, indem vorteilhafterweise eine angepasste Vorgabe, insbesondere ein angepasstes Steuersignal erzeugt wird. Der Aktuator kann somit vorteilhafterweise die Position der lenkbaren Räder präziser, insbesondere mit geringerer Abweichung gegenüber dem Lenkbefehl, einstellen. The characteristic of this change in shape can be stored, in particular as a function of the specific steering system, in particular as a linear function or as a non-linear function of the load mentioned above, in particular as a lookup table. A position request, ie in particular a steering command, can therefore be specified in a steering system, in particular in a steer-by-wire system. A control unit, in particular a regulator, generates a corresponding specification, in particular a corresponding control signal, which is implemented by the actuator for steering the wheels. This position requirement is advantageously corrected with the above-mentioned estimated mechanical deformation, advantageously by generating an adjusted specification, in particular an adjusted control signal. The actuator can thus advantageously set the position of the steerable wheels more precisely, in particular with less deviation from the steering command.
Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Bezugszeichenliste The exemplary embodiments illustrated in the figures and explained in connection with these serve to explain the invention and are not restrictive of it. Reference List
1 Lenksystem 1 steering system
2 Lenkwelle 2 steering shaft
3 Lenkhandhabe 3 steering handle
4 Lenksteiler 4 steering dividers
41 Elektromotor des Lenkstellers (4) 41 Steering actuator electric motor (4)
5 Rad 5 wheels
6 Lenkritzel 6 steering pinions
7 Zahnstange 7 rack
8 Spurstange 8 tie rod
9 Steuereinheit 9 control unit
90 Auswerteeinheit 90 evaluation unit
91 Einheit zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung 91 Unit for determining a mechanical deformation
92 Modell 92 model
93 Signalanpassungseinheit 93 signal conditioning unit
10, 11 Drehmomentsensor 10, 11 torque sensor
12, 13 Positionssensor 12, 13 position sensor
20 Feedback-Aktuator 20 feedback actuator
SO, SI, S2, S3, Sensorsignal SO, SI, S2, S3, sensor signal
S4, S5; S# S4, S5; S#
SF Steuersignal zur Steuerung des Feedback-Aktuators (20) SF control signal for controlling the feedback actuator (20)
ST Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers (9) ST control signal for controlling the steering actuator (9)
ST* nicht angepasstes Steuersignal ST* unadjusted control signal
Off Offset-Signal Off offset signal
30 Erzeugung eines Steuersignals 30 generation of a control signal
31 Schätzung der mechanischen Formänderung 31 Estimation of mechanical strain
32 Kompensation 32 Compensation
34 Umsetzung des angepassten Steuersignals in eine Lenkbewegung der Räder (5) 34 Conversion of the adjusted control signal into a steering movement of the wheels (5)

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems (1) mit einer Lenkwelle (2), über die mittels einer Lenkhandhabe (3) ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und mit einem Lenksteiler (4), wobei ein Steuersignal (ST*) zur Steuerung des Lenkstel lers (4) erzeugt wird, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers (4) in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern (5) eines Kraftfahrzeugs umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem (1) zwischen einer Position des Lenkstellers (4) und einer Position eines jeweiligen lenkbaren Rades (5) ermittelt wird und das Steuersignal (ST*) in Abhängigkeit von der ermittelten mechanischen Formänderung angepasst wird. 1. Method for operating an electromechanical steering system (1) with a steering shaft (2), via which a steering command can be specified by means of a steering handle (3), and with a steering divider (4), with a control signal (ST*) for controlling the Steering positioner (4) is generated in order to convert a steering command by means of the steering positioner (4) into a steering movement of steerable wheels (5) of a motor vehicle, characterized in that a mechanical change in shape in the steering system (1) between a position of the steering positioner (4 ) and a position of a respective steerable wheel (5) is determined and the control signal (ST*) is adjusted as a function of the determined mechanical deformation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) Komponenten, insbesondere Spurstangen (8), Gelenke und/oder Aufhängungen, umfasst, über die Räder (5) eines Kraftfahrzeugs mechanisch mit dem Lenksystem (1) gekoppelt sind, wobei eine mechanische Formänderung einer Komponente (7, 8) des Lenksystems (1) durch das angepasste Steuersignal (ST*) zumindest teilweise kompensiert wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the steering system (1) comprises components, in particular tie rods (8), joints and/or suspensions, via which the wheels (5) of a motor vehicle are mechanically coupled to the steering system (1), wherein a mechanical change in shape of a component (7, 8) of the steering system (1) is at least partially compensated for by the adapted control signal (ST*).
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der mechanischen Formänderung, die auf eine Beanspruchung des Lenksystems (1) zurückzuführen ist, eine Schätzung durchgeführt wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an estimate is carried out to determine the mechanical deformation, which is due to a stress on the steering system (1).
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Lenksteiler (4) wirkendes Lenkstellerdrehmoment erfasst wird, wobei die mechanische Formänderung basierend auf dem erfassten Lenkstellerdrehmoment ermittelt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on the steering divider (4) acting steering actuator torque is detected, wherein the mechanical deformation is determined based on the detected steering actuator torque.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenksteiler (4) einen Elektromotor (41) umfasst, wobei ein Motordrehmoment des Elektromotors (41) als das Lenkstellerdrehmoment erfasst wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the steering actuator (4) comprises an electric motor (41), wherein a motor torque of the electric motor (41) is detected as the steering actuator torque.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der mechanischen Formänderung weitere in Bezug auf den Lenksteiler (4) erfasste Messwerte berücksichtigt werden, insbesondere eine Rotorposition eines Rotors eines Elektromotors (41) des Lenkstellers (4) und/oder eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors eines Elektromotors (41) des Lenkstellers (4). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkhandhabe (3) über die Lenkwelle (2) mechanisch mit dem Lenksystem (1) gekoppelt ist, wobei ein von einem Fahrer auf die Lenkwelle (2) aufgebrachtes Drehmoment erfasst und bei der Ermittlung der mechanischen Formänderung berücksichtigt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens eines Positionssensors (12, 13) eine Messung an wenigstens einer Stelle des Lenksystems (1) durchgeführt wird, wobei die mechanische Formänderung basierend auf einem Ergebnis der Messung ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) Komponenten (7, 8), insbesondere Spurstangen (8), Gelenke und/oder Aufhängungen, umfasst, über die Räder (5) eines Kraftfahrzeugs mechanisch mit dem Lenksystem (1) gekoppelt sind, wobei zumindest eine Messung an zumindest einer der Komponenten (7, 8) durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modell (92) für eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem (1) hinterlegt ist, wobei die mechanische Formänderung basierend auf dem hinterlegten Modell (92) ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Formänderung in dem Modell (92) als Funktion einer mechanischen Belastung des Lenksystems (1) hinterlegt ist. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) Spurstangen (8) umfasst, wobei die Spurstangen (8) vor einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Lenksystems (1) in einem Kraftfahrzeug fixiert werden und das Lenksystem (1) mit vorgegebenen Lenkwinkeln belastet wird, und die bei 19 einem jeweiligen Lenkwinkel auftretende mechanische Belastung des Lenksystems (1) erfasst und in dem Modell (92) hinterlegt wird. 6. The method according to claim 4 or claim 5, characterized in that for the determination of the mechanical change in shape further measured values recorded in relation to the steering divider (4) are taken into account, in particular a rotor position of a rotor an electric motor (41) of the steering actuator (4) and/or an angular velocity of a rotor of an electric motor (41) of the steering actuator (4). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steering system (1) is a steer-by-wire steering system. Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the steering handle (3) is mechanically coupled to the steering system (1) via the steering shaft (2), a torque applied by a driver to the steering shaft (2) being detected and the determination of the mechanical deformation is taken into account. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a measurement is carried out at at least one point of the steering system (1) using at least one position sensor (12, 13), the mechanical deformation being determined based on a result of the measurement. Method according to Claim 9, characterized in that the steering system (1) comprises components (7, 8), in particular tie rods (8), joints and/or suspensions, via the wheels (5) of a motor vehicle mechanically connected to the steering system (1) are coupled, at least one measurement being carried out on at least one of the components (7, 8). Method according to one of the preceding claims, characterized in that a model (92) for a mechanical change in shape is stored in the steering system (1), the mechanical change in shape being determined on the basis of the stored model (92). Method according to Claim 11, characterized in that the mechanical change in shape is stored in the model (92) as a function of a mechanical load on the steering system (1). Method according to Claim 11 or Claim 12, characterized in that the steering system (1) comprises tie rods (8), the tie rods (8) being fixed in a motor vehicle before the steering system (1) is used as intended and the steering system (1) with predetermined steering angles is loaded, and at 19 a respective steering angle occurring mechanical load of the steering system (1) is recorded and stored in the model (92).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedenen mechanischen Belastungen des Lenksystems (1) jeweils mechanische Formänderungen zugeordnet sind, wobei die mechanische Formänderung basierend auf einer erfassten mechanischen Belastung des Lenksystems (1) und der entsprechenden Zuordnung ermittelt wird. 14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that different mechanical loads of the steering system (1) are assigned to mechanical changes in shape, the mechanical shape change being determined based on a detected mechanical load on the steering system (1) and the corresponding assignment .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedenen mechanischen Belastungen des Lenksystems (1) jeweils mechanische Formänderungen über eine Lookup-Tabelle zugeordnet sind. 15. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that different mechanical loads on the steering system (1) are each associated with mechanical changes in shape via a lookup table.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (St*) eine Lenkwinkelvorgabe umfasst, wobei die Lenkwinkelvorgabe zur Anpassung des Steuersignals (ST*) um einen Offset (Off), der von der ermittelten mechanischen Formänderung abhängt, korrigiert wird. 16. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the control signal (St*) includes a steering angle specification, the steering angle specification for adapting the control signal (ST*) being corrected by an offset (Off) which depends on the determined mechanical deformation becomes.
17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren dann ausgeführt wird, wenn sich das Lenksystem in einem Positionsregelungsmodus befindet, wie insbesondere beim automatisierten Einparken und/oder bei der Bahnverfolgung und/oder bei der Spurhaltung. 17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out when the steering system is in a position control mode, such as in particular automated parking and / or tracking and / or tracking.
18. Elektromechanisches Lenksystem (1) umfassend eine Lenkwelle (2), über die mittels einer Lenkhandhabe (3) ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, einen Lenksteiler (4), der ausgebildet ist, gemäß einem empfangenen Steuersignal (ST) auf ein Koppelelement (6) des Lenksystems (1) zur Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern (5) eines Kraftfahrzeugs einzuwirken, und mechanisch mit dem Koppelelement verbundene Spurstangen (8), wobei dem Lenksystem (1) eine Steuereinheit (9) zur Erzeugung des Steuersignals (ST*, ST) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist. 18. Electromechanical steering system (1) comprising a steering shaft (2) via which a steering command can be specified by means of a steering handle (3), a steering actuator (4) which is designed to act on a coupling element (6 ) of the steering system (1) to convert a steering command into a steering movement of steerable wheels (5) of a motor vehicle, and mechanically connected to the coupling element tie rods (8), wherein the steering system (1) has a control unit (9) for generating the control signal ( ST*, ST) is assigned, characterized in that the steering system (1) is designed to carry out a method according to one of Claims 1 to 17.
19. Elektromechanisches Lenksystem (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist. 19. Electromechanical steering system (1) according to claim 18, characterized in that the steering system (1) is a steer-by-wire steering system.
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