BE1031027B1 - Method for calibrating a steering angle sensor of an electromechanical motor vehicle steering system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Lenkwinkelsensors einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung (1) mit folgenden Schritten: a. Bewegen einer Zahnstange (6) von einem ersten Endanschlag zu einem zweiten Endanschlag und dabei speichern eines Signals des Lenkwinkelsensors in Abhängigkeit eines integrierten Rotorlagesignals eines Elektromotors (9) der elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung (1), b. Kurvenanpassung der in Schritt a. gespeicherten Datenpunkte, c. Bestimmen der jeweiligen Abweichung zwischen der Position der Datenpunkte und der in Schritt b. bestimmten Funktion, d. Filter der in Schritt c. bestimmten Abweichungen mittels Tiefpassfilter (14), e. Subtraktion der in Schritt d. herausgefilterten Komponente von den in Schritt a. gespeicherten Datenpunkten (15), f. Kurvenanpassung der in Schritt e. angepassten Datenpunkte (16), und g. Addieren der in Schritt d. herausgefilterten Komponente zu der in Schritt f. bestimmten Funktion (18).The invention relates to a method for calibrating a steering angle sensor of an electromechanical motor vehicle steering system (1), comprising the following steps: a. moving a rack (6) from a first end stop to a second end stop and in the process storing a signal from the steering angle sensor as a function of an integrated rotor position signal of an electric motor (9) of the electromechanical motor vehicle steering system (1), b. curve fitting of the data points stored in step a., c. determining the respective deviation between the position of the data points and the function determined in step b., d. filtering the deviations determined in step c. using a low-pass filter (14), e. subtracting the component filtered out in step d. from the data points (15) stored in step a., f. curve fitting of the data points (16) adjusted in step e., and g. adding the component filtered out in step d. to the function (18) determined in step f.
Description
: BE2022/5906: BE2022/5906
Verfahren zur Kalibrierung eines Lenkwinkelsensors einer elektromechanischen KraftfahrzeuglenkungMethod for calibrating a steering angle sensor of an electromechanical motor vehicle steering system
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einesThe present invention relates to a method for calibrating a
Lenkwinkelsensors einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung.Steering angle sensor of an electromechanical vehicle steering system.
In elektromechanischen Lenksystemen wird über einen Elektromotor ein Drehmoment erzeugt, das auf ein Getriebe übertragen und dort dem vom Fahrer gestelltenIn electromechanical steering systems, an electric motor generates a torque that is transmitted to a gearbox and then transmitted to the steering input provided by the driver.
Lenkmoment überlagert wird.steering torque is superimposed.
Lenkwinkelsensoren werden dazu eingesetzt, den Einschlagwinkel des Lenkrades einesSteering angle sensors are used to measure the steering angle of the steering wheel of a
Kraftfahrzeuges zu messen und diese Information dem elektromechanischenmotor vehicle and provide this information to the electromechanical
Lenksystem zur Verfügung zu stellen. Solche Lenkwinkelsensoren müssen kalibriert werden. Bei der Lenkwinkel-Kalibrierung wird der Lenkwinkel des Lenkrades aus dersteering system. Such steering angle sensors must be calibrated. During the steering angle calibration, the steering angle of the steering wheel is determined from the
Rotorlage des Elektromotors berechnet. Zur Kalibrierung wird der gesamteRotor position of the electric motor is calculated. For calibration, the entire
Zahnstangenweg zwischen den Endanschlagspositionen durchlaufen und anhand desRun through the rack path between the end stop positions and use the
Rotorlagesignals des Elektromotors die geometrische Zahnstangenmitte ermittelt sowie das Signal des Lenkwinkelsensors an dieser Position als Offset gespeichert.The geometric rack center is determined using the rotor position signal of the electric motor and the signal from the steering angle sensor is stored at this position as an offset.
Die Ausgabe des Lenkwinkelsensors ist in der Regel ein Signal, dass Oberwellen höherer Ordnung aufweist, die an bestimmten Positionen Signalspitzen haben. Wenn eine solche Signalspitze bei der geometrischen Zahnstangenmitte im Signal vorliegt, wird sie in den Offset mit einbezogen, was unerwünscht ist. Um eine solcheThe output of the steering angle sensor is usually a signal that has higher order harmonics that have signal peaks at certain positions. If such a signal peak is present at the geometric rack center in the signal, it is included in the offset, which is undesirable. To avoid such a
Auswirkung zu vermeiden, wird eine Ausgleichsrechnung vorgenommen und dasTo avoid any impact, a balancing calculation is made and the
Signal des Lenkwinkelsensors gefittet. In anderen Worten, es wird eine lineareSignal from the steering angle sensor is fitted. In other words, a linear
Funktion erster Ordnung über die Reihe der Messdaten des Signals gelegt und dieFirst order function is placed over the series of measurement data of the signal and the
Parameter der Funktion bestimmt, die am besten die Reihe beschreibt (Methode der kleinsten Quadrate). Die mittels des Fits bestimmte Funktion wird zur Bestimmung des Offsets verwendet.Parameters of the function that best describes the series are determined (method of least squares). The function determined by the fit is used to determine the offset.
Für ein elektromechanisches Lenksystem ist in der US 2008/0023255 Al einFor an electromechanical steering system, US 2008/0023255 Al specifies a
Verfahren zur Kompensierung eines periodischen Lenkwinkelsensorfehlers beschrieben wird, wobei insbesondere ein Offset korrigiert wird.A method for compensating a periodic steering angle sensor error is described, wherein in particular an offset is corrected.
° BE2022/5906° BE2022/5906
Es sind elektromechanische Lenksysteme bekannt, die ein variables mechanischesElectromechanical steering systems are known that use a variable mechanical
Übersetzungsverhältnis von Lenksäule zu Motorwelle aufweisen, das in der Regel durch eine Veränderung des Zahnabstandes auf der Zahnstange erreicht wird, wodurch sich in der geometrischen Zahnstangenmitte ein anderestransmission ratio from the steering column to the motor shaft, which is usually achieved by changing the tooth spacing on the rack, which results in a different
Übersetzungsverhältnis als bei den Endanschlägen ergibt. Der beschriebene Fit destransmission ratio than at the end stops. The described fit of the
Signals des Lenkwinkelsensors in Abhängigkeit des Rotorlagesignals kann nicht vorgenommen werden, da das Übersetzungsverhältnis nicht linear ist und die gefitteteSignal of the steering angle sensor depending on the rotor position signal cannot be made, because the transmission ratio is not linear and the fitted
Funktion zu sehr von den realen Messwerten abweichen würde.function would deviate too much from the actual measured values.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, das eine genaue Bestimmung des Offsets des Signals des Lenkwinkelsensors in der geometrischen Zahnstangenmitte ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a method which enables an accurate determination of the offset of the signal of the steering angle sensor in the geometric rack center.
Diese Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.
Demnach ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Lenkwinkelsensors einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit folgenden Schritten vorgesehen: a. Bewegen einer Zahnstange von einem ersten Endanschlag zu einem zweitenAccordingly, a method for calibrating a steering angle sensor of an electromechanical motor vehicle steering system is provided, comprising the following steps: a. Moving a rack from a first end stop to a second
Endanschlag und dabei speichern eines Signals des Lenkwinkelsensors inEnd stop and storing a signal from the steering angle sensor in
Abhängigkeit eines integrierten Rotorlagesignals eines Elektromotors der elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung, b. Kurvenanpassung der in Schritt a. gespeicherten Datenpunkte,Dependence of an integrated rotor position signal of an electric motor of the electromechanical vehicle steering, b. Curve fitting of the data points stored in step a.,
C. Bestimmen der jeweiligen Abweichung zwischen der Position der Datenpunkte und der in Schritt b. bestimmten Funktion, d. Filter der in Schritt c. bestimmten Abweichungen mittels Tiefpassfilter, e. Subtraktion der in Schritt d. herausgefilterten Komponente von den in Schritt a. gespeicherten Datenpunkten, f. Kurvenanpassung der in Schritt e. angepassten Datenpunkte, und g. Addieren der in Schritt d. herausgefilterten Komponente zu der in Schritt f. bestimmten Funktion.C. Determining the respective deviation between the position of the data points and the function determined in step b., d. Filtering the deviations determined in step c. using a low-pass filter, e. Subtracting the component filtered out in step d. from the data points stored in step a., f. Curve fitting the data points fitted in step e., and g. Adding the component filtered out in step d. to the function determined in step f.
Eine durch ein variables mechanisches Übersetzungsverhältnis entstehendeA variable mechanical transmission ratio
Signalkomponente kann so herausgerechnet werden, so dass ein Offset des Signals des Lenkwinkelsensors in der geometrischen Zahnstangenmitte ohne Beeinträchtigung mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.The signal component can be calculated out so that an offset of the signal of the steering angle sensor in the geometric rack center can be determined with high accuracy without impairment.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: — Bestimmen einer geometrischen Zahnstangenmitte mittels des integriertenPreferably, the method comprises the following steps: — Determining a geometric rack center by means of the integrated
Rotorlagesignals des Elektromotors, — Bestimmen eines Offsets anhand der aus Schritt g. und h. resultierenden Daten zwischen dem Signal des Lenkwinkelsensors und der geometrischenrotor position signal of the electric motor, — determining an offset between the signal of the steering angle sensor and the geometric
Zahnstangenmitte.Rack center.
Vorzugsweise wird bei der Kurvenanpassung eine Ausgleichsgerade bestimmt, wobei die Summe der Abstandsquadrate von den Datenpunkten den kleinstmöglichen Wert annimmt.Preferably, when fitting the curve, a best fit line is determined, whereby the sum of the squared distances from the data points takes the smallest possible value.
Es ist vorteilhaft, wenn der Tiefpassfilter ein einpoliger Filter, zum Beispiel ein passiverIt is advantageous if the low-pass filter is a single-pole filter, for example a passive
RC-Tiefpassfilter ist oder ein gleitender Durchschnitt als Tiefpassfilter mit endlicherRC low-pass filter or a moving average as a low-pass filter with finite
Impulsantwort (FIR-Tiefpass) verwendet wird.Impulse response (FIR low-pass) is used.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand derIn the following, an embodiment of the present invention is described with reference to
Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen:Drawings. Identical components or components with the same functions have the same reference symbols. They show:
Figur 1: eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Servolenkung, sowieFigure 1: a schematic representation of an electromechanical power steering system, as well as
Figur 2: ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Offsets zwischen des Signals des Lenkwinkelsensors und der geometrischenFigure 2: a block diagram of a method for determining the offset between the steering angle sensor signal and the geometric
Zahnstangenmitte.Rack center.
In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einemFigure 1 shows an electromechanical motor vehicle power steering system 1 with a
Lenkrad 2, das mit einer oberen Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist, schematischSteering wheel 2, which is coupled to an upper steering shaft 3 in a rotationally fixed manner, schematically
4 BE2022/5906 dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein entsprechendes Drehmoment als4 BE2022/5906. The driver applies a corresponding torque via the steering wheel 2 as
Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Ein Lenkwinkelsensor misst den Einschlagwinkel desSteering command into the steering shaft 3. A steering angle sensor measures the steering angle of the
Lenkrades. Das Drehmoment wird über die obere Lenkwelle 3 und untere Lenkwelle 4 auf ein Lenkritzel 5 übertragen. Das Ritzel 5 kämmt in bekannter Weise mit einemThe torque is transmitted via the upper steering shaft 3 and lower steering shaft 4 to a steering pinion 5. The pinion 5 meshes in a known manner with a
Zahnsegment einer Zahnstange 6. Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungsgehäuse inToothed segment of a rack 6. The rack 6 is mounted in a steering housing in
Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist dieThe shaft is mounted so that it can move along its longitudinal axis. At its free end, the
Zahnstange 6 mit Spurstangen 7 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. DieRack 6 is connected to tie rods 7 via ball joints (not shown).
Spurstangen 7 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 8 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 5 zu einer Längsverschiebung derTie rods 7 themselves are connected in a known manner via steering knuckles to a steered wheel 8 of the motor vehicle. A rotation of the steering wheel 2 leads to a longitudinal displacement of the
Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 8. Die gelenkten Räder 8 erfahren über eine Fahrbahn 80 eine Rückwirkung, die derRack 6 and thus to a pivoting of the steered wheels 8. The steered wheels 8 experience a reaction via a track 80, which
Lenkbewegung entgegenwirkt. Zum Verschwenken der Räder 8 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht.steering movement. To pivot the wheels 8, a force is therefore required, which requires a corresponding torque on the steering wheel 2.
Ein Elektromotor 9 einer Servoeinheit 10 ist vorgesehen, um den Fahrer bei dieserAn electric motor 9 of a servo unit 10 is provided to assist the driver in this
Lenkbewegung zu unterstützen.to support steering movement.
Die obere Lenkwelle 3 und die untere Lenkwelle 4 sind drehelastisch über einen nicht gezeigten Drehstab miteinander gekoppelt. Eine Drehmomentsensoreinheit 11 erfasst die Verdrehung der oberen Lenkwelle 3 gegenüber der unteren Lenkwelle 4 als einThe upper steering shaft 3 and the lower steering shaft 4 are torsionally elastically coupled to one another via a torsion bar (not shown). A torque sensor unit 11 detects the rotation of the upper steering shaft 3 relative to the lower steering shaft 4 as a
Maß des an der Lenkwelle 3 oder des Lenkrades 2 manuell ausgeübtenMeasure of the manually exerted force on the steering shaft 3 or the steering wheel 2
Drehmomentes. In Abhängigkeit des von der Drehmomentsensoreinheit 11 gemessenTorque. Depending on the torque measured by the torque sensor unit 11
Drehmoments 111 stellt die Servoeinheit 10 eine Lenkunterstützung für den Fahrer bereit. Die Servoeinheit 10 kann dabei als Hilfskraftunterstützungseinrichtung 10, 100, 101 entweder mit einer Lenkwelle 3, dem Lenkritzel 5 oder der Zahnstange 6 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 10, 100, 101 trägt einThe servo unit 10 provides steering assistance for the driver by means of the torque 111. The servo unit 10 can be coupled as an auxiliary power assistance device 10, 100, 101 either with a steering shaft 3, the steering pinion 5 or the rack 6. The respective auxiliary power assistance 10, 100, 101 carries a
Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 5 und/oder in die Zahnstange 6 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in Figur 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungseinrichtungen 10, 100, 101 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung. Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfskraftunterstützung belegt. Die Servoeinheit 10 weist zur Berechnung der Lenkunterstützung eine elektronische Steuereinheit 12 auf.Auxiliary power torque is introduced into the steering shaft 3, the steering pinion 5 and/or the rack 6, thereby assisting the driver in steering. The three different auxiliary power assistance devices 10, 100, 101 shown in Figure 1 show alternative positions for their arrangement. Usually only one of the positions shown is occupied by an auxiliary power assistance. The servo unit 10 has an electronic control unit 12 for calculating the steering assistance.
Figur 2 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zur Bestimmung des Offsets zwischen demFigure 2 shows a sequence of a method for determining the offset between the
Signal des Lenkwinkelsensors und der geometrischen Zahnstangenmitte. DieSignal from the steering angle sensor and the geometric rack center. The
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Zahnstange wird von einem Endanschlag zum anderen Endanschlag und zurückbewegt. Dabei wird das Ausgabesignal des Lenkwinkelsensors und dasThe rack is moved from one end stop to the other end stop and back. The output signal of the steering angle sensor and the
Rotorlagesignal des Elektromotors der Servoeinheit gespeichert. In einem ersten Block 13 des dargestellten Verfahrens, wird das sägezahnförmige Rotorlagesignal aufbereitet, so dass das resultierende integrierte Rotorlagesignal ein absolutes Signal von einem Endanschlag zum anderen Endanschlag ist. Das Ausgabesignal desRotor position signal of the electric motor of the servo unit is stored. In a first block 13 of the method shown, the sawtooth-shaped rotor position signal is processed so that the resulting integrated rotor position signal is an absolute signal from one end stop to the other end stop. The output signal of the
Lenkwinkelsensors wird in Abhängigkeit von dem integrierten Rotorlagesignal gespeichert. Es wird eine Kurvenanpassung der Datenpunkte vorgenommen, bei der eine lineare Funktion bestmöglich an die Datenpunkte angepasst wird. Dabei wird einesteering angle sensor is stored depending on the integrated rotor position signal. A curve fitting of the data points is carried out, in which a linear function is adapted to the data points as best as possible.
Ausgleichsgerade bestimmt, wo die Koeffizienten k und d des Polynoms ersten GradesThe best fit line determines where the coefficients k and d of the first degree polynomial
Hx,k,d) = kx+d so bestimmt werden, dass die Summe der Abstandsquadrate von denHx,k,d) = kx+d such that the sum of the squared distances from the
Datenpunkten den kleinstmöglichen Wert annimmt. Diese Minimierung der Summe der Abstandsquadrate bezeichnet man als "Least Squares"-Verfahren (Methode der kleinsten Quadrate).data points takes the smallest possible value. This minimization of the sum of the squared distances is called the "least squares" method.
Nach dem Fitten wird die jeweilige Abweichung zwischen der Position der Datenpunkte und der gefitteten linearen Funktion bestimmt.After fitting, the respective deviation between the position of the data points and the fitted linear function is determined.
Es wurde herausgefunden, dass bei Vorliegen eines variablen mechanischenIt was found that in the presence of a variable mechanical
Übersetzungsverhältnisses zwischen der oberen Lenkwelle und der Motorwelle dieGear ratio between the upper steering shaft and the motor shaft, the
Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses nicht-linear von dem integriertenDependence of the gear ratio non-linear on the integrated
Rotorlagesignal ist und der Verlauf des Ausgabesignals des Lenkwinkelsensors inRotor position signal and the course of the output signal of the steering angle sensor in
Abhängigkeit von dem integrierten Rotorlagesignal eine Oberschwingungskomponente mit niedriger Ordnungszahl, insbesondere unter der 5. Harmonischen aufweist. Durch das Fitten werden hingegen Oberschwingungskomponenten mit hoher Ordnungszahl, insbesondere über der 5. Harmonischen unterdrückt. Es kann daher klar zwischen denDepending on the integrated rotor position signal, the harmonic component has a low harmonic number, especially below the 5th harmonic. By fitting, however, harmonic components with a high harmonic number, especially above the 5th harmonic, are suppressed. It is therefore possible to clearly distinguish between the
Oberschwingungen, hervorgerufen durch den Lenkwinkelsensor und solchen, hervorgerufen durch das variable mechanische Übersetzungsverhältnis unterschieden werden, da sie in unterschiedlichen Oberwellenbereichen liegen.Harmonics caused by the steering angle sensor and those caused by the variable mechanical transmission ratio can be distinguished because they lie in different harmonic ranges.
Um die durch das variable Ubersetzungsverhältnis hervorgerufeneIn order to reduce the impact caused by the variable transmission ratio
Oberschwingungskomponenten aus dem Signal herauszufiltern, wird ein Tiefpassfilter auf die Abweichung zwischen dem gefitteten Verlauf und den realen Datenpunkten angewendet 14. Die herausgefilterte Komponente, die dem variablenTo filter out harmonic components from the signal, a low-pass filter is applied to the deviation between the fitted curve and the real data points 14. The filtered component corresponding to the variable
Übersetzungsverhältnis zuzuordnen ist, wird von dem Ausgabesignal desThe gear ratio is assigned to the output signal of the
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Lenkwinkelsensors in Abhängigkeit von dem integrierten Rotorlagesignal abgezogen 15. Danach wird eine erneute (zweite) Kurvenanpassung vorgenommen 16. Diesteering angle sensor depending on the integrated rotor position signal 15. Then a new (second) curve adjustment is made 16. The
Abweichung zwischen der zweiten gefitteten linearen Funktion und dem originalenDeviation between the second fitted linear function and the original
Datensatz weist nur noch Oberschwingungen mit höherer Ordnung auf. Die durch das variable Ubersetzungsverhältnis hervorgerufene Oberschwingungskomponenten wurden vollständig herausgefiltert. Es wird mittels der zweiten Kurvenanpassung einThe data set only contains higher order harmonics. The harmonic components caused by the variable transmission ratio were completely filtered out. A second curve fitting is used to
Offset zwischen dem Signal des Lenkwinkelsensors und der geometrischenOffset between the steering angle sensor signal and the geometric
Zahnstangenmitte bestimmt 17. Am Ende wird die aus der Abweichung herausgefilterte Komponente zu dem Offset addiert 18 und ein finaler Offset bestimmt 19. Der Offset wird anhand der linearisierten Daten bestimmt, aber nach Hinzufügen der herausgefilterten Komponente kann sich der Offset ändern. Im Normalfall sollte die herausgefilterte Komponente keinen Einfluss auf den Offset haben, aber in derrack center 17. Finally, the component filtered out of the deviation is added to the offset 18 and a final offset is determined 19. The offset is determined from the linearized data, but after adding the filtered out component, the offset may change. In normal cases, the filtered out component should not affect the offset, but in the
Regel liegt ein mechanischer Fehler vor (Fehler bei der Herstellung der Zahnstange,Usually there is a mechanical fault (fault in the manufacturing of the rack,
Montagefehler), so dass der Versatz vor und nach der Hinzufügung der herausgefilterten Komponente nicht derselbe ist. Da das variableassembly error), so that the offset before and after adding the filtered component is not the same. Since the variable
Ubersetzungsverhältnis nunmehr keinen Einfluss mehr auf die Bestimmung desThe gear ratio no longer has any influence on the determination of the
Offsets hat, kann dieser mit großer Genauigkeit bestimmt werden. Das Verfahren wird nach der Montage des Lenksystems im Kraftfahrzeug werkseitig durchgeführt.offsets, this can be determined with great accuracy. The procedure is carried out at the factory after the steering system has been installed in the vehicle.
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2022
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20240610 |