DE102008021856A1 - Electromechanical servo steering system for controlling desired steering angle of wheels of vehicle, has adjusting unit for adjusting steering angle of wheels, where supplementary signal is provided dependent on effect of road on wheels - Google Patents

Electromechanical servo steering system for controlling desired steering angle of wheels of vehicle, has adjusting unit for adjusting steering angle of wheels, where supplementary signal is provided dependent on effect of road on wheels Download PDF

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Abstract

The system has sensors (4, 5) for receiving a driver input-signal that is entered via steering handles (1), and an adjusting unit (9) for supportingly adjusting a steering angle of steered wheels (11) of a vehicle. A supplementary signal superimposes a control signal (S) for transmitting information to the steering handles, where a frequency of the steering handles lies above a predetermined frequency. The supplementary signal is provided dependent on the effect of a road on the steered wheels of the vehicle. An independent claim is also included for a method for impressing excitation provided by a roadway surface on a control signal of an adjusting unit in a servo steering system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servo-Lenksystem für Kraftfahrzeuge insbesondere elektromechanisches Servo-Lenksystem.The The present invention relates to a power steering system for Motor vehicles, in particular electromechanical power steering system.

Derartige Lenksysteme umfassen gewöhnlich einen Regelkreis, dessen Regelgröße zumindest von dem Lenkradmoment abhängig ist. Die in einem Steuergerät gespeicherten Vorgabefunktionen dienen dem Berechnen des Sollwerts des unterstützenden Moments in Abhängigkeit von Eingangsgrößen des Steuergerätes, insbesondere des Lenkradmomentes.such Steering systems usually comprise a control loop whose Control variable at least dependent on the steering wheel torque is. The default functions stored in a controller serve to calculate the setpoint of the supporting one Moments depending on input values of the Control unit, in particular the steering wheel torque.

In 1 ist der übliche Aufbau eines elektromechanisch arbeitenden Servo-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs dargestellt, welches ein Lenkrad 1 aufweist, das über einen ersten Abschnitt 2 einer Lenkstange 13, mittels eines oder mehrerer Kreuzgelenke 7 fest mit einem zweiten Abschnitt 3 der Lenkstange verbunden ist. Die Lenkstange 13 überträgt das von dem Fahrer des Kraftwagens auf das Lenkrad 2 aufgebrachten Moment auf ein Ritzel 6, das in eine Zahnstange 8 eingreift, die horizontal zur Achse des Fahrzeuges zwischen zwei gelenkten Rädern 11 angeordnet ist. Das Ritzel 6 kann auch durch ein beliebiges anderes Übertragungsmittel gebildet sein, zum Beispiel eine Schneckenwelle. Jedes gelenkte Rad 11 ist in der Lage, sich bei einer linearen Bewegung der Zahnstange 8 um eine vertikale Drehachse A zu drehen, wobei das gelenkte Rad 9 über die Zahnstange 8 von einem Gestänge 10 angetrieben wird.In 1 the usual structure of an electromechanically operating power steering system of a motor vehicle is shown, which is a steering wheel 1 that has a first section 2 a handlebar 13 , by means of one or more universal joints 7 stuck with a second section 3 the handlebar is connected. The handlebar 13 transfers this from the driver of the motor vehicle to the steering wheel 2 applied moment on a pinion 6 that in a rack 8th engages horizontally to the axis of the vehicle between two steered wheels 11 is arranged. The pinion 6 may also be formed by any other transmission means, for example a worm shaft. Every steered wheel 11 is able to engage in a linear movement of the rack 8th to rotate about a vertical axis of rotation A, wherein the steered wheel 9 over the rack 8th from a linkage 10 is driven.

Das Servo-Lenksystem besitzt ferner eine Servo-Steuerung, die dazu dient, auf die Zahnstange 8 eine Kraft auszuüben, die in der gleichen Richtung wirkt wie die Kraft des Ritzels 6, wodurch dem Fahrer des Fahrzeugs das Drehen des Lenkrads 1 erleichtert wird. Die Servo-Steuerung umfasst einen Servomotor 9, dessen Ausgangsmoment von einem elektronischen Steuergerät 12 gesteuert wird, welches ein Sollwertsignal S des Hilfsmomentes an den Servomotor 9 liefert. Das Ausgangsmoment des Servomotors 9 wird mittels einer nicht dargestellten Antriebswelle des Servomotors 9 auf die Zahnstange 8 und damit die Räder 11 übertragen. Wegen der erheblichen zu übertragenden Kräfte wirkt die Antriebswelle des Servomotors 9 in der Regel über ein nicht näher dargestelltes Kugelgetriebe 14 auf die Zahnstange 8.The servo steering system also has a servo-controller, which serves on the rack 8th To exert a force that works in the same direction as the power of the pinion 6 , causing the driver of the vehicle to turn the steering wheel 1 is relieved. The servo control includes a servomotor 9 , its output torque from an electronic control unit 12 is controlled, which a setpoint signal S of the auxiliary torque to the servo motor 9 supplies. The output torque of the servomotor 9 is by means of a drive shaft, not shown, of the servomotor 9 on the rack 8th and with it the wheels 11 transfer. Because of the considerable forces to be transmitted acts the drive shaft of the servomotor 9 usually via a not-shown ball gear 14 on the rack 8th ,

Die Abtriebswelle des Servomotors 9 ist somit über das Kugelgetriebe 14, die Zahnstange 8 und das Ritzel 6 mechanisch mit der Lenkstange 13 verbunden. Die mechanische Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Lenkstange 13 kann aber auch die direkt erfolgen, indem die Abtriebswelle an der Lenkstange 13 über ein geeignetes Getriebe direkt angreift. Die Abtriebswelle des Elektromotors unterstützt dabei den Lenkeinschlag des Lenkrads 1, indem sie mittels der vorstehend genannten mechanischen Einrichtungen auf die Lenkstange 13 ein Hilfsmoment ausübt, das direkt von dem Ausgangsmoment des Servo-Motors 9 und folglich von dem Sollwertsignal S des Hilfemoments abhängt.The output shaft of the servomotor 9 is thus on the ball gear 14 , the rack 8th and the pinion 6 mechanically with the handlebar 13 connected. The mechanical connection between the output shaft and the handlebar 13 but can also be done directly by the output shaft on the handlebar 13 directly attacks via a suitable gearbox. The output shaft of the electric motor supports the steering angle of the steering wheel 1 by applying to the handlebar by means of the abovementioned mechanical means 13 exerts an auxiliary torque directly from the output torque of the servo motor 9 and thus depends on the setpoint signal S of the auxiliary torque.

Das Steuergerät 12 ist in der Regel derart aufgebaut, dass es aufgrund der ankommenden Eingangsignale, z. B. des Drehmomentes DM und/oder des Drehwinkels DW die Höhe des durch den Servo-Motor 9 auszuübenden Hilfsmomentes berechnet und den entsprechenden Sollwert S an den Servomotor 9 ausgibt. Mit Hilfe geeigneter, in dem Steuergerät 12 gespeicherter Tabellen wird dabei das Hilfsmoment in der Regel derart bestimmt, dass in Abhängigkeit von der errechneten Differenz des Drehwinkels DW und einem von einem Lenkwinkelsensor 15 gemessenen Lenkwinkel LW der Räder 11 ein von dem Servo-Motor 9 aufzubringende es Hilfsmoment bestimmt wird. Dieses Hilfsmoment ist derart groß gewählt, dass hinsichtlich des insgesamt zur Betätigung der Räder aufzubringenden Momentes am Lenkrad 1 Restmoment übrig bleibt, welches von dem Fahrer gut beherrschbar ist. Damit wird in der Regel das Hilfsmoment auch von Größen abhängen, die Einfluss auf das Lenkmoment der Räder besitzen, wie beispielsweise Drehwinkel-Geschwindigkeit, Temperatur, Fahrzustand des Fahrzeugs, Straßenverhältnisse und so weiter.The control unit 12 is usually constructed so that it due to the incoming input signals, eg. B. the torque DM and / or the angle of rotation DW, the height of the servo motor 9 calculated auxiliary torque calculated and the corresponding setpoint S to the servo motor 9 outputs. With the help of appropriate, in the control unit 12 stored tables, the auxiliary torque is usually determined in such a way that depending on the calculated difference of the rotational angle DW and one of a steering angle sensor 15 measured steering angle LW of the wheels 11 one from the servo motor 9 It is determined to be applied auxiliary torque. This auxiliary torque is chosen so large that with regard to the total applied to the actuation of the wheels torque on the steering wheel 1 Remaining moment remains, which is well controlled by the driver. Thus, as a rule, the auxiliary torque will also depend on variables which influence the steering torque of the wheels, such as rotational speed, temperature, driving condition of the vehicle, road conditions and so on.

Es sind weiterhin Sonderformen elektromechanisch arbeitender Servo-Lenksysteme bekannt geworden, bei denen die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad 1 und Zahnstange 8 aufgetrennt ist. Bei diesen so genannten steer-by wire-Lenksystemen müssen die von dem Lenkrad 1 auf die Zahnstange 8 aufzubringenden Kräfte und Momente durch entsprechende elektrisch arbeitende Geräte nachgebildet werden, die weiter oben geschilderten grundsätzlichen Prinzipien bleiben dabei allerdings erhalten.There are still special forms of electromechanically operating servo steering systems become known in which the mechanical connection between the steering wheel 1 and rack 8th is separated. In these so-called steer-by-wire steering systems, those of the steering wheel 1 on the rack 8th applied forces and moments are simulated by corresponding electrically working devices, the above-described basic principles, however, retained.

Für den Fahrer eines Fahrzeugs kann die Rückmeldung der Lenkung über den Zustand der Fahrbahn an das Lenkrad sehr wichtigen sein, da der Fahrer durch eine derartige Rückmeldung den Straßenzustand sehr schnell erfassen kann. Allgemein gilt das Lenkrad als gute haptische Informationsquelle, wie wissenschaftliche Untersuchungen bestätigen. Durch eine derartige Rückmeldung kann auch ein vom Fahrgeschehen abgelenkter Fahrer über mögliche Gefahren sehr schnell informiert werden.For the driver of a vehicle can feedback the steering over the condition of the roadway to the steering wheel be very important there the driver by such feedback the road condition can capture very quickly. Generally, the steering wheel is considered good Haptic information source, such as scientific investigations to confirm. Through such feedback can also a distracted from the driving driver over possible Dangers are informed very quickly.

Eine sehr gute Rückmeldung erhält der Fahrer mit einem rein mechanischen Lenksystem, welches keine Unterstützung bereitstellt beziehungsweise einleitet. Wegen des mangelnden Komforts finden heute derartige, einfache Lenksysteme heute nur noch geringe Akzeptanz. Servo-Lenksysteme bieten demgegenüber dem Fahrer einen erheblichen Komfort und machen vielfach die Steuerung schwerer Fahrzeuge erst möglich. Wegen der diesen Systemen immanenten Trägheit ist eine von den Rädern ausgehende und über die Lenkung auf das Lenkrad übertragene Rückmeldung des Straßenzustandes für den Fahrer kaum noch spürbar. Das gilt besonders auch für Servo-Lenksysteme des Typs steer by wire, bei denen wegen der fehlenden mechanischen Anbindung des Lenkrades an die Räder primär überhaupt keine Rückmeldung von der Straße an das Lenkrad stattfindet.The driver receives very good feedback with a purely mechanical steering system, which does not provide or initiate support. Because of the lack of comfort today, such simple steering systems today only still low acceptance. In contrast, power steering systems offer the driver considerable comfort and often make the control of heavy vehicles possible. Because of the inherent inertia of these systems, a feedback from the wheels and transmitted via the steering on the steering wheel feedback of the road condition for the driver is barely noticeable. This is especially true for steer by wire servo steering systems, where there is primarily no feedback from the road to the steering wheel due to the lack of mechanical connection of the steering wheel to the wheels.

Elektromechanische Servo-Lenksysteme besitzen zwar eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Rädern über die Lenkstange, das Ritzel und die Zahnstange, die Trägheit des Systems ist aber derart hoch, dass die für die Übertragung des Straßenzustandes wesentlichen Informationen so stark gedämpft werden, dass sie am Lenkrad kaum zu spüren sind. Diese Dämpfung resultierte im Wesentlichen daraus, dass für die Übertragung der Informationen von den Rädern zum Lenkrad die Zahnstange notwendigerweise bewegt werden muss. Für eine notwendige Bewegung der Zahnstange müssen auch das Kugelgetriebe und der Rotor des Motors in Bewegung gesetzt werden. Die für die Beschleunigung des Rotors mit seiner elektromotorischen Gegenkraft und des Kugelgetriebes benötigte Kraft lässt somit eine Übertragung höherer Frequenzen von den Rädern auf das Lenkrad kaum zu.electromechanical Although power steering systems have a mechanical connection between the steering wheel and the wheels via the handlebar, the pinion and the rack, the inertia of the system but is so high that the for the transmission the road condition essential information so strong be damped that they barely feel on the steering wheel are. This attenuation essentially resulted from that for the transfer of information from the wheels to the steering wheel, the rack necessarily has to be moved. For a necessary movement of the rack also need the ball gear and the rotor of the motor be set in motion. The for the acceleration the rotor with its counter electromotive force and the ball gear required force thus leaves a transmission higher frequencies from the wheels to the steering wheel hardly too.

Es hat daher Bemühungen gegeben bei Servo-Lenksystemen eine Möglichkeit zu finden, Informationen über das Lenksystem an das Lenkrad zu übertragen. So wird beispielsweise in der DE 60 200 5000 165 T2 vorgeschlagen, zur Verbesserung der Rückmeldung nur die Frequenzen zwischen 0 und 10 Hz ungedämpft zu übertragen und über 10 Hz liegende Frequenzen zu dämpfen. Ein derartiger Vorschlag stößt auf Bedenken, da zum einen die Ursache der schlechten Rückmeldung, nämlich die Trägheit des Systems gar nicht beseitigt wird. Selbst wenn man aber die in diesem Frequenzbereich anfallenden Frequenzen verstärkt, so bleibt das Problem, dass in diesem Frequenzbereich auch die von dem Lenkrad eingesteuerten Fahrermomente sowie auch die Eigenschwingungen des Fahrzeugs fallen, die ebenfalls verstärkt würden.There has therefore been an effort in servo steering systems to find a way to transfer information about the steering system to the steering wheel. For example, in the DE 60 200 5000 165 T2 proposed to improve the feedback only the frequencies between 0 and 10 Hz to transmit undamped and to dampen frequencies above 10 Hz. Such a proposal raises concerns, because on the one hand, the cause of the bad feedback, namely the inertia of the system is not eliminated. However, even if one amplifies the frequencies occurring in this frequency range, the problem remains that in this frequency range also the driver's torques applied by the steering wheel as well as the natural oscillations of the vehicle fall, which would also be amplified.

Aus der DE 10 2005 002 614 A1 ist es bekannt eine Korrekturgröße zu berücksichtigen, die in einen Frequenzbereich fällt, welcher oberhalb von 0,5 bis 4 Hz liegt. Hier gelten ebenfalls die schon weiter oben angedeuteten Bedenken hinsichtlich des Frequenzbereiches. Im Übrigen soll die Korrekturgröße hinsichtlich der Beschaffenheit der Fahrbahn nur in soweit eine Aussage machen, als sie sich in der Querbeschleunigung des Fahrzeugs äußert. Aussagen über die Beschaffenheit der Fahrbahn bei Geradeausfahrt sind hierbei nicht zu erwarten. Weiterhin ist der zuletzt genannten Vorschlag nicht hilfreich, falls der Fahrer Aussagen über die Unebenheiten der Fahrbahn am Lenkrad spüren möchte, wie etwa Kopfsteinpflaster oder Schlaglöcher.From the DE 10 2005 002 614 A1 It is known to take into account a correction quantity which falls within a frequency range which is above 0.5 to 4 Hz. Here, too, the concerns already mentioned above regarding the frequency range apply. Incidentally, the correction quantity should make a statement as to the condition of the roadway only insofar as it manifests itself in the lateral acceleration of the vehicle. Statements about the condition of the carriageway when driving straight ahead are not to be expected here. Furthermore, the latter proposal is not helpful if the driver wants to feel statements about the bumps of the road on the steering wheel, such as cobblestones or potholes.

Aus der EP 1 142 746 A2 ist ebenfalls ein Servo-Lenksystem bekannt, bei dem über das Lenksystem Informationen an das Lenkrad übermittelt werden sollen. Bei den Informationen ist dabei an Warnungen gedacht, die den Fahrer durch Schwingungen am Lenkrad auf eine Gefahrensituation hinsichtlich des Fahrzustandes des Fahrzeugs aufmerksam machen sollen. Abgesehen von den genannten Gefahrensignalen sollen im Übrigen die von der Lenkung zu dem Lenkrad gelangenden Schwingungen gedämpft werden, da sie den Fahrer irritieren. Diese Literaturstelle hat daher entgegen der vorliegenden Erfindung zum Ziel, statt Abhilfe bei einem gedämpften Übertragungsweg zu schaffen diesen noch zusätzlich zu bedämpfen.From the EP 1 142 746 A2 is also known a servo steering system, in which information is to be transmitted to the steering wheel via the steering system. The information is intended to warnings that should alert the driver by vibrations on the steering wheel on a dangerous situation with regard to the driving condition of the vehicle. Apart from the mentioned danger signals, moreover, the vibrations coming from the steering to the steering wheel are to be damped, as they irritate the driver. This reference has therefore contrary to the present invention to the goal, instead of remedy a damped transmission to create this even further attenuate.

Die vorliegende Erfindung geht daher aus von einem Servo-Lenksystem der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es ein Servo-Lenksystem anzugeben, welches die sichere Übertragung von den Zustand des Fahrweges beschreibenden Informationen über die Räder auf das Lenkrad erlaubt. Durch die vorliegende Erfindung soll insbesondere nicht die Arbeitsweise der Lenkung nachteilig beeinflusst werden, indem beispielsweise die zu übertragenden Informationen in einen Frequenzbereich fallen, der auch für den am Lenkrad eingegebenen Fahrerwunsch maßgeblich ist. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren anzugeben, in dem Arbeitsschritte dergestalt durchgeführt werden, dass sie der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Servo-Lenksystems entsprechen.The The present invention is therefore based on a power steering system the resulting from the preamble of claim 1 genus. task The invention is to provide a power steering system, which the safe transmission of the condition of the track descriptive Information about the wheels allowed on the steering wheel. By In particular, the present invention is not intended to limit the operation the steering are adversely affected by, for example the information to be transmitted in a frequency range also fall for the driver's input entered on the steering wheel is decisive. The object of the invention is also a Specify method performed in the work steps in such a way be that they the operation of the invention Servo steering system correspond.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Servo-Lenksystems durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalkombination gelöst und hinsichtlich des Verfahrens durch die sich aus Anspruch 15 ergebende Merkmalkombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, in einem Servo-Lenksystem die den Zustand der Fahrbahn beschreibenden Informationen in einem höheren Frequenzband zu übertragen, so dass die Übertragung dieser Informationen nicht durch Vermischung mit den Lenk-Informationen zur Lenkung der lenkenden Räder oder durch Vermischung mit den Eigenschwingungen des Fahrzeugs gestört werden kann. Unter diesen Randbedingungen ist es dann möglich, die zu übertragenden Informationen hinreichend zu verstärken ohne den Betrieb des Lenksystems zu stören.The Task is in terms of the servo steering system through which the characterizing part of claim 1 resulting feature combination solved and in terms of the procedure by the Claim 15 resulting feature combination solved. The invention In principle, this is in a servo steering system that the Condition of the roadway descriptive information in a higher Frequency band to transmit, so that the transmission This information does not mix with the steering information for steering the steering wheels or by mixing be disturbed with the natural oscillations of the vehicle can. Under these conditions, it is possible adequately reinforce the information to be transmitted without disturbing the operation of the steering system.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich, die Merkmale nach Anspruch 2 anzuwenden. Danach ist der Verlauf des Zusatzsignals von der Kraft abhängig, die von der Fahrbahn auf das Rad und von diesem wiederum auf das Lenkungssystem und/oder das Dämpfungssystem des Fahrzeugs ausgeübt wird. Da ein Fahrzeug in der Regel zwei lenkende Räder besitzt, hängt das Zusatzsignal somit von der von diesen beiden Rädern ausgeübten Kraft ab. In Verbindung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 werden erfindungsgemäß somit in einem höheren Frequenzbereich liegende, auf der Wirkung der Fahrbahn beruhende Signale über die Lenkung selbst zu dem Lenkrad übertragen oder aber über das Dämpfungssystem des Fahrzeugs.In Advantageous development of the invention, it is recommended that Use features according to claim 2. After that is the course of the Additional signal depends on the power coming from the roadway to the wheel and from this in turn to the steering system and / or the damping system of the vehicle is exercised. Since a vehicle usually has two steering wheels, The additional signal thus depends on the one of these two Wheels exerted force. Combined with The features of claim 1 according to the invention thus lying in a higher frequency range, on the effect of Roadway based signals about the steering itself to the Transferring the steering wheel or via the damping system of the vehicle.

Um die Informationen über den Zustand der Fahrbahn aufbereiten zu können empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalkombination nach Anspruch 3. Danach werden die den Zustand der Fahrbahn beschreibenden Signale durch einen Sensor aufgenommen und können danach gezielt weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Verstärkung, Selektion oder Umwandlung. Das Zusatzsignal ist dann von dem Ausgangssignal des betreffenden Sensors abhängig.Around to process the information about the condition of the roadway to be recommended in a further development of the invention The combination of features according to claim 3. Thereafter, the state of the Lane descriptive signals received by a sensor and can then be selectively processed further, for example by reinforcement, selection or transformation. The additional signal is then dependent on the output signal of the relevant sensor.

Entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 4 und 5 bestehen hinsichtlich der verwendbaren Sensoren verschiedene Möglichkeiten. Zum einen kann entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 4 der ohnedies vorhandene Drehmomentsensor zur Aufnahme der die Straße beschreibenden Informationen dienen. Da dieser Sensor auch die Handmoment-Signale des Fahrers zum Lenken des Fahrzeugs aufnimmt, müssen die unterschiedlichen Informationen in einer nachgeschalteten Verarbeitungseinrichtung voneinander getrennt werden. Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich den Motorlagewinkel messen, da auch kleine Bewegungen bis zum Motor durchkommen. Auch hier gilt für die weiter unten beschriebene Verarbeitungseinrichtung zum Trennen von Störungen gegenüber von Nutzsignalen, dass sehr hohe Frequenzen Störungen sind und niedrige Frequenzen. Fahreranregungen sind. Eine noch genauere Trennung erhält man in Verbindung mit dem Phasenvergleich, eine einfachere Trennung lässt sich allerdings ohne Phasenvergleich erreichen. Ansonsten funktioniert die Motorwinkelauswertung analog zur Motormomentauswertung.Corresponding The features of claim 4 and 5 are in terms of usable Sensors different ways. For one thing can be done accordingly the features of claim 4 of the already existing torque sensor to record the information describing the road serve. As this sensor also the manual torque signals of the driver to steer the vehicle takes the different information separated in a downstream processing device become. It is also possible in the context of the invention Measure motor angle, as well as small movements to the engine get through. Again, for the below described Processing device for separating faults over of useful signals that are very high frequency interference and low frequencies. Driver suggestions are. An even more precise separation one obtains in connection with the phase comparison, one however, easier separation can be achieved without phase comparison. Otherwise, the motor angle evaluation works in the same way as for the motor torque evaluation.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die den Zustand der Straße beschreibenden Informationen über die Sensoren des Dämpfungssystems des Fahrzeugs aufzunehmen. Vorteilhaften dabei ist, dass auf diese Weise im Wesentlichen Informationen über die vertikale Bewegung der lenkenden Räder aufgenommen werden, die ja für die Beschreibung des Straßenzustandes besonders wichtig sind. Nachteilig dabei ist allerdings, dass diese Informationen vom Dämpfungssystem dem Lenkungssystem zugeführt werden müssen. Da man hierzu in der Regel keine getrennte Verkabelung wählen wird, müssen diese Informationen zusätzlich über einen Bus übertragen werden. Dabei kann die für die Übertragung notwendige Zeit relativ groß sein, so dass die Informationen nicht mehr hinreichend aktuell sind.A Another possibility is the condition of the road descriptive information about the sensors of the damping system of the vehicle. The advantage here is that on this Way essentially information about the vertical Movement of the steering wheels are included, yes especially for the description of the road conditions are important. The disadvantage here is, however, that this information fed from the damping system to the steering system Need to become. As this is usually not a separate Wiring will choose this information additionally transmitted via a bus become. It may be necessary for the transfer Time to be relatively large, so the information is not are more sufficiently current.

Einen anderen Ansatz zur Aufnahme der Informationen über den Straßenzustand beschreiben die Merkmale nach Anspruch 5. Hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass zum einen bekannt ist, welche Kraft beziehungsweise welches Drehmomentes der Servomotor beziehungsweise das Stellaggregat ausüben muss, wenn der Fahrer ein bestimmtes Drehmomentes am Lenkrad einstellt. Andererseits ist es möglich durch Messen der Ströme am Motor, unter Berücksichtigung der zugehörigen Phasen und unter Berücksichtigung der Drehlage des Rotors, das von dem Motor gerade ausgeübte Moment beziehungsweise die von dem Motor ausgeübte Kraft rechnerisch zu bestimmen.a different approach to recording the information about the Road conditions describe the features of claim 5. This is made use of the fact that known on the one hand is what force or torque of the servomotor or the control unit must exercise when the Driver sets a specific torque on the steering wheel. on the other hand is it possible by measuring the currents at the motor, taking into account the associated phases and taking into account the rotational position of the rotor, the Moment just exerted by the engine or the To determine the force exerted by the engine mathematically.

Das gilt sowohl für den Fall, dass der Motor aktiv ein Moment abgibt als auch für den Fall, dass der Motor gerade als Generator arbeitet. Wird nun durch die Räder keine Kraft in die Lenkung eingebracht, so muss das aufgrund des Handmomentes des Fahrers bestimmte Moment gleich dem Moment sein, welches durch den Zustand des Motors bestimmt wird. Ergibt sich hier eine Differenz, so muss diese von den Rädern in Richtung Lenkung eingebracht worden sein. Durch den in Anspruch 5 genannten Kraftrechner ist es also ebenfalls möglich ein Signal zu bestimmen, welches den Zustand der Straße beschreibt.The applies both in the event that the motor is active a moment as well as in the event that the engine is currently running Generator works. Will now by the wheels no force introduced into the steering, it must be due to the hand moment of the Driver's definite moment equals the moment which is caused by the Condition of the engine is determined. If there is a difference so this must be introduced by the wheels in the direction of steering have been. By the power calculator mentioned in claim 5 It is therefore also possible to determine a signal which describes the condition of the road.

Ein anderer Ansatz zur Sensierung der den Straßenzustand beschreibenden Informationen geht dahin, die Lenkwinkel-Signale eines ESP-Assistenz-Systems mit den Lenkwinkelsignale des zum Lenksystem gehörenden Lenkwinkelsensors zu vergleichen und die Laufzeitunterschiede zur Sensierung der Informationen über den Straßenzustand auszunutzen. Ein anderer ähnlicher Ansatz geht dahin, den aufgrund der Rotorlage des Motors bestimmbaren Lenkwinkel mit dem vom Fahrer eingegebenen Lenkwinkel zu vergleichen. Aufgrund der Systemträgheit beziehungsweise der endlichen Übertragungsgeschwindigkeit des Lenksystems sprechen bei einer durch den Fahrer durchgeführten Lenkbewegung zunächst der Drehwinkelsensor des Lenkrades und dann der Lenkwinkelsensor des Motors an. Somit eilt das Winkelsignal des Drehwinkelsensors des Lenkrades dem Lenkwinkelsensor des Motors vor. Kommt aber die Anregung von der Straße (z. B. unebenen Straße, Kopfsteinpflaster, Schlagloch und so weiter) dann eilt das Lenkwinkelsignal des Motors dem Drehwinkel-Signal des Lenkrades voraus. Auf diese Weise kann man daher über den Vergleich des Signal-Vorlaufes und einen Phasen-Vergleich die den Straßenzustand beschreibenden Informationen sensieren.Another approach to sensing information describing the road condition is to compare the steering angle signals of an ESP assistance system with the steering angle signals of the steering angle sensor associated with the steering system and to exploit the transit time differences to sense the road condition information. Another similar approach is to compare the determinable due to the rotor position of the engine steering angle with the driver's input steering angle. Due to the inertia of the system or the finite transmission speed of the steering system, the rotational angle sensor of the steering wheel and then the steering angle sensor of the engine initially respond to a steering movement performed by the driver. Thus, the angle signal of the rotation angle sensor of the steering wheel leads the steering angle sensor of the motor. But if the excitation of the road (eg uneven road, cobblestones, pothole and so on) then the steering angle signal of the engine precedes the rotation angle signal of the steering wheel. In this way one can therefore compare over the Signal-Vorlaufes and a phase comparison senses the road condition descriptive information.

Ein weiterer Ansatz besteht in folgendem. Es wird nur der Motorlagewinkel gemessen. Kleine Winkel kommen bis zum Motor durch. Auch hier gilt, dass sehr hohe Frequenzen Störungen sind und niedrige Frequenzen Fahreranregungen sind. Eine noch höhere Genauigkeit erhält man, wenn man zusätzlich noch den Phasenvergleich anwendet, während die Bestimmung einfacher wird, wenn man auf den Phasenvergleich verzichtet. Ansonsten arbeitet die Motorwinkelauswertung analog zur Auswertung des Motormomentes.One Another approach is the following. It is only the motor angle measured. Small angles get through to the engine. The same applies here, that very high frequencies are interference and low frequencies Driver suggestions are. An even higher accuracy receives one, if one additionally uses the phase comparison, while the determination becomes easier when looking at the Phase comparison omitted. Otherwise the motor angle evaluation works analogous to the evaluation of the engine torque.

Entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 6 und 7 wird das durch den jeweiligen Sensor sensierte Signal durch eine den Sensor nachgeschaltete Verarbeitungseinrichtung verarbeitet und dann mittels einer Überlagerungsschaltung dem Steuersignal des Stellaggregates überlagert. In der Verarbeitungseinrichtung kann dabei das Ausgangssignal des Sensors problemlos verstärkt werden, da es ja erfindungsgemäß in einem anderen Frequenzbereich liegt als die von dem Fahrer eingegebenen Drehmomente oder die Eigenschwingungen des Fahrzeugs.Corresponding The features of claim 6 and 7, by the respective Sensor sensed signal through a processing device downstream of the sensor processed and then by means of a superposition circuit superimposed on the control signal of the actuator. In the processing facility can easily amplify the output signal of the sensor be, since it is according to the invention in another Frequency range is set as the torque input by the driver or the natural vibrations of the vehicle.

Eine einfache Möglichkeit sicherzustellen, dass die den Straßenzustand beschreibenden Signale in einem geeigneten Frequenzbereich liegen schafft in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalkombination nach Anspruch 8. Unter diesen Voraussetzungen kann das den Straßenzustand beschreibende Signal entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 9 in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung in geeigneter Weise verarbeitet werden. Dies kann im einfachsten Fall durch eine Verstärkung geschehen. Das gefilterte Signal kann aber auch bewertet und entsprechend der Bewertung umgeformt oder durch ein geeignetes anderes Signal ersetzt werden um sicherzustellen, dass durch das bewertete Signale keine Störungen ausgelöst werden oder der Fahrer das am Lenkrad erscheinende bewertete Signal nicht vernünftig deuten kann.A easy way to ensure that the road conditions creates descriptive signals in a suitable frequency range in development of the invention, the feature combination according to claim 8. Under these conditions, this can be the road condition descriptive signal according to the features of claim 9 in an advantageous embodiment of the invention in a suitable manner are processed. In the simplest case this can be done by reinforcement happen. The filtered signal can also be evaluated and accordingly the rating transformed or by a suitable other signal be replaced to ensure that through the evaluated signals No faults are triggered or the driver the judgment signal appearing on the steering wheel is not reasonable can interpret.

Es bleibt nachzutragen, dass Unebenheiten der Fahrbahn sich in der Regel durch Stöße und Schläge äußern. Diese Stöße und Schläge setzen sich gemäß der Fourier-Analyse aus einer Vielzahl von Schwingungen zusammen, die unter Berücksichtigung der jeweiligen Amplitude und Phase gemeinsam den jeweiligen Stoß beziehungsweise Schlag kennzeichnenden. Auf diese Weise ist es vergleichsweise einfach die am Drehwinkel-Sensor beziehungsweise Drehmoment-Sensor vom Fahrer eingegebenen Signale von denen unterscheiden zu können, die den Straßenzustand beschreiben.It It remains to be added that unevenness of the road surface is in the Rule by bumps and blows express. These shocks and blows settle according to the Fourier analysis composed of a variety of vibrations, the taking into account the respective amplitude and phase together characterizing the respective impact or stroke. In this way it is comparatively easy to the rotation angle sensor or torque sensor input signals from the driver to be able to distinguish from those that the road condition describe.

Bei der Wahl des Filters ist ein Bandpass-Filter einem Hochpass Filter in der Regel vorzuziehen, da bei einem hinreichend breiten Frequenzband des Bandpasses oberhalb des Bandes ohnedies nur noch Rauschen übertragen wird. Es lassen sich somit außerhalb des Bandes liegende Störungen leicht unterdrücken.at The choice of filter is a bandpass filter a high-pass filter usually preferable, given a sufficiently broad band of frequencies the bandpass above the tape anyway only transmit noise becomes. It can thus be out of the band Suppress interference easily.

Eine einfache Möglichkeit zur Bildung des Zusatzsignal des beschreibt die Merkmalkombination nach Anspruch 10. Danach wird dieses Signal nur gefiltert und verstärkt und dann direkt über die Überlagerungsschaltung auf das Steuersignal des Stellaggregates aufgeschaltet. Die Verstärkung muss dabei derart gewählt werden, dass der Fahrer das Zusatzsignal gut am Lenkrad wahrnehmen kann andererseits aber nicht durch die Stärke und/oder Phasenlage des Signals irritiert wird. Im übrigen ist auch darauf zu achten, dass das Zusatzsignal nicht einen Einfluss auf den Lenkwinkel der lenkenden Räder bekommt.A simple way to form the additional signal of describes the feature combination according to claim 10. Thereafter, this signal just filtered and amplified and then directly over the superposition circuit on the control signal of the actuator switched. The gain must be chosen in this way be that the driver perceive the additional signal well on the steering wheel on the other hand, but not by the strength and / or Phase of the signal is irritated. For the rest, too to make sure that the additional signal does not affect gets the steering angle of the steering wheels.

Sollten diese genannten Randbedingungen nicht befriedigend erfüllt werden können, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Anwendung der Merkmale nach Anspruch 11. Danach wird durch eine Bewertung des Frequenzmusters des geschilderten Signals dieses Signal klassifiziert. Aufgrund der festgestellten Klasse wird dann ein dieser Klasse zugeordnetes, vorgegebenes Zusatzsignal ausgegeben, welches ein geeignetes Muster aufweist, um den Fahrer bei durch die in die Wirkung des Zusatzsignals auf das Lenkrad einen sinnvollen Hinweis auf den Zustand der Straße zu geben.Should these mentioned boundary conditions are not satisfactorily fulfilled can be, is recommended in development of the invention the application of the features of claim 11. Thereafter, by a Evaluation of the frequency pattern of the described signal this signal classified. Because of the detected class then becomes one output this class assigned, predetermined additional signal, which has a suitable pattern to the driver in by in the effect of the additional signal to the steering wheel a meaningful To give an indication of the condition of the road.

Eine einfache Möglichkeit zur Klassifizierung des geschilderten Ausgangssignals des Sensors in der Bewertungseinrichtung beschreibt die Merkmalkombination nach Anspruch 12. Hierbei wird das gefilterte Signal mehreren parallel angeordneten Filtern zugeführt, die voneinander unterschiedliche Frequenzbänder abdecken. Je nach Muster des gefilterten Signals werden die zur Bewertung dienenden Filter in unterschiedlicher Zusammensetzung angesprochen. Die jeweils angesprochenen Filter bilden ein definiertes Raster, dem dann ein spezielles Zusatzsignal zugeordnet ist, welches von der Verarbeitungseinheit ausgegeben wird.A easy way to classify the described Output signal of the sensor in the evaluation device describes the feature combination according to claim 12. Here, the filtered Signal fed to several parallel filters, cover the different frequency bands. Depending on the pattern of the filtered signal will be the evaluation Serving filter addressed in different composition. The respectively addressed filters form a defined grid, then a special additional signal is assigned, which of the processing unit is issued.

Die vorliegende Erfindung eröffnet eine große Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten. So können beispielsweise aufgrund eines klassifizierten Signals optische oder akustische Warnungen anstatt des Zusatzsignals oder zusätzlich zu diesem ausgegeben werden. Weiter oben war schon erläutert worden, dass haptische Signale von dem Fahrer eines Fahrzeugs besonders schnell erfasst werden. Somit können derartige Signale dazu ausgenutzt werden, die Konzentration des Fahrers umgehend auf die Gefahrensituation zu richten. Wird beispielsweise ein gefiltertes Signal derart klassifiziert, dass es darauf hinweist, dass die Fahrbahn verlassen wird, so können heftige Bewegungen des Lenkrades, eingespielte Poltergeräusche und auffällige optische Signale den Fahrer auf die erhebliche Gefahr aufmerksam machen.The present invention opens up a large number of possible applications. For example, due to a classified signal, visual or audible warnings may be output instead of or in addition to the supplemental signal. It has already been explained above that haptic signals are detected particularly quickly by the driver of a vehicle. Thus, such signals can be exploited to direct the concentration of the driver immediately to the dangerous situation. For example, a Filtered signal classified so that it indicates that the road is abandoned, so violent movements of the steering wheel, well-rehearsed bullying noise and conspicuous optical signals can alert the driver to the significant risk.

Unabhängig davon bietet aber die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, eine komfortable, wenige Rückmeldungen gebende Lenkung problemlos derart umzustellen, dass sie umfangreiche Rückmeldungen gibt. Auf diese Weise lässt sich auch die Sportlichkeit eines Fahrzeugs betonen. Durch die Erfindung ist es weiterhin möglich quasi per Knopfdruck ein Fahrzeug von einer komfortablen Lenkung auf eine sportliche Lenkung umzustellen und umgekehrt. Es ist weiterhin zu betonen, dass die Erfindung nicht nur für elektromechanische Servo-Lenksysteme und Lenksysteme nach dem steer-by-wire-Prinzip geeignet ist sondern auch hydraulische und elektro-hydraulische Servo-Lenksysteme.Independently of which, however, the present invention offers the possibility a comfortable, few feedback giving steering Easily convert in such a way that they provide extensive feedback gives. In this way, also the sportiness of a vehicle. By the invention it is still possible almost a touch of a button a vehicle from a comfortable steering switch to a sporty steering and vice versa. It is still to emphasize that the invention is not just for electromechanical Servo steering systems and steering systems according to the steer-by-wire principle is suitable but also hydraulic and electro-hydraulic Power steering systems.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:embodiments The invention will be explained below with reference to the drawing. Show:

1 in skizzierter Form einen gebräuchlichen Aufbau eines Servo-Lenksystems, 1 in sketched form a common structure of a power steering system,

2 in vereinfachter Form die messbaren Frequenzen des Ausgangssignals eines Drehmomentsensors 2 in a simplified form, the measurable frequencies of the output signal of a torque sensor

3 ausschnittsweise die erfindungsgemäße Verarbeitungseinrichtung mit Filter und Bewertungseinrichtung, 3 detail of the processing device according to the invention with filter and evaluation device,

4 die Gegenüberstellung eines gemessenen Handmomentes gegenüber der gefilterten Fahrbahnanregung und 4 the comparison of a measured manual torque against the filtered roadway excitation and

5 in skizzierter Form die Überlagerung des Steuersignals des Stellaggregates mit dem Zusatzsignal. 5 in sketched form, the superimposition of the control signal of the actuator with the additional signal.

In 2 sind die möglichen Frequenzen in dem Ausgangssignal eines Drehwinkelsensors des Lenksystems dargestellt. In dem sich über die Bereiche I, II und III erschreckenden gesamten Frequenzbereich können niederfrequente Schwankungen aufgrund des von dem Fahrer eingesteuerten Handmomentes, Eigenschwingungen des Fahrzeugs mit etwas höherer Frequenz, im mittleren Frequenzbereich Fahrbahnanregungen mit deren Oberwellen in Folge von kleineren und größeren Stößen und schließlich im höchsten Frequenzbereich durch die elektrischen Schaltungen bedingtes Rauschen liegen. Die Frequenzbereiche der einzelnen möglichen Ereignisse überschneiden sich, so dass eine scharfe Trennung der unterschiedlichen Ereignisse hinsichtlich der auftretenden Frequenzen nicht vorgenommen werden kann. Es ist somit eine Sache der Optimierung, durch welche Eckfrequenzen des Hochpass Filters oder Bandpasses man die einzelnen Ereignisse voneinander abgegrenzt.In 2 the possible frequencies are shown in the output signal of a rotation angle sensor of the steering system. In the frightening over the areas I, II and III total frequency range can low-frequency variations due to the driver-controlled manual torque, natural oscillations of the vehicle at a slightly higher frequency in the middle frequency range road excursion with their harmonics as a result of smaller and larger shocks and finally in highest frequency range caused by the electrical circuits conditional noise. The frequency ranges of the individual possible events overlap, so that a sharp separation of the different events with respect to the frequencies occurring can not be made. It is therefore a matter of optimization, by which cut-off frequencies of the high-pass filter or bandpass you separated the individual events from each other.

In untersten, in 2 linken Frequenzbereich I liegen die Schwankungen, die sich durch die Lenkbewegung des Fahrers und durch die Eigenschwingungen des Fahrzeugs ergeben. Dabei werden die durch den Fahrer bedingten Schwankungen nicht wesentlich über 1 Hz gehen, während die Eigenfrequenzen des Fahrzeugs in der Regel unterhalb von 5 Hz liegen. Die Fahrbahnanregungen liegen hauptsächlich in einen Frequenzbereich II von 2 Hz bis 200 Hz, wobei der aktuelle Frequenzbereich stark schwanken kann. Die Frequenzen hängen naturgemäß erheblich von der Fahrgeschwindigkeit und dem Zustand der Fahrbahn ab. So wird das langsame Fahren über einen größeren mittleren Abstand zueinander aufweisende Schlaglöcher ein anderes Frequenzbild ergeben als eine Fahrt mit mittlerer Geschwindigkeit über Kopfsteinpflaster oder hoher Geschwindigkeit über Asphalt.In bottom, in 2 left frequency range I are the fluctuations that result from the driver's steering movement and the natural oscillations of the vehicle. The fluctuations caused by the driver will not go significantly above 1 Hz, while the natural frequencies of the vehicle are usually below 5 Hz. The road excitations are mainly in a frequency range II of 2 Hz to 200 Hz, the current frequency range can vary widely. Naturally, the frequencies depend considerably on the driving speed and the condition of the road. Thus, slow driving over a larger mean-pitch pothole will result in a different frequency image than a mid-speed, cobblestone or high-speed over-tarmac ride.

Um zu verhindern, dass Eigenschwingungen des Fahrzeugs und Schwankungen infolge von Lenkbewegungen des Fahrers das Frequenzbild der Fahrbahnanregung stark verfälschen empfiehlt es sich für die Bewertung der Fahrbahnanregungen nur Frequenzen zu berücksichtigen, die oberhalb von 2 bis 5 Hz liegen. Die Obergrenze der zu bewertenden Frequenzen ist weniger kritisch. Zum einen kann man im einfachsten Fall ganz auf eine Obergrenze verzichten und zum Extrahieren der den Fahrbahnzustand beschreibenden Frequenzen einem Hochpass-Filter wählen. Will man aber das am rechten Rand (III) des gesamten Frequenzbandes liegende Rauschen unterdrücken, so empfiehlt sich die Obergrenze für einen Bandpass zwischen 50 Hz und 200 Hz zu legen. Damit kann ein Bandpass, der einen Frequenzbereich zwischen 5 und 100 Hz überstreicht, eine sinnvolle Wahl sein.Around to prevent self-oscillations of the vehicle and fluctuations as a result of steering movements of the driver, the frequency image of the roadway excitation strongly distort it is recommended for the rating the roadside suggestions only to consider frequencies which are above 2 to 5 Hz. The upper limit of the frequencies to be evaluated is less critical. For one thing, in the simplest case, you can do it all waive an upper limit and to extract the road condition descriptive frequencies select a high-pass filter. But you want that on the right edge (III) of the entire frequency band Suppress horizontal noise, so the upper limit is recommended for a bandpass between 50 Hz and 200 Hz. This allows a bandpass that has a frequency range between 5 and 100 Hz sweeps over, make a sensible choice.

3 zeigt Teile der Verarbeitungseinrichtung 34 gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12. Die Verarbeitungseinrichtung 34 nach 3 kann als Filter einen Bandpass-Filter 35 oder einem Hochpass-Filter besitzen. Mittels eines Bandpasses, welcher in der den Drehwinkelsensor nachgeschalteten Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist, lassen sich die in dem Bereich II von 2 befindlichen Frequenzen herausfiltern und bearbeiten. Das Ausgangssignal des Filters 35 wird auf den Eingang einer Bewertungseinrichtung 36 gegeben, die einen Klassifikator 37 besitzt, der (aufgrund des durch den Bandpass 35 herausgefilterten Frequenzmusters und gegebenenfalls der Amplitude und/oder Phasenlage der einzelnen Frequenzen) das Frequenzmuster einer bestimmten Klasse von einer Reihe möglicher Klassen zuordnet. Zu der Bewertungseinrichtung 36 gehört noch ein Krafterzeuger 38, der aufgrund der festgelegten Klasse des Frequenzmusters ein dieser Klasse zugeordnetes Zusatzsignal ausgibt, welches dem Steuersignal für das Stellaggregat überlagert wird. Das aus dem Soll-Moment und dem Zusatzsignal kombinierte Stellsignal des Motors wird über das Kugelgetriebe in Form eines Momentes auf die Zahnstange 8 gegeben, wobei der Fahrer den Einfluss des Zusatzsignals über das Ritzel 6 und die Lenkstange 13 am Lenkrad 1 spüren kann (siehe 1). 3 shows parts of the processing device 34 according to one of claims 8 to 12. The processing device 34 to 3 can use a bandpass filter as filter 35 or a high-pass filter. By means of a bandpass filter, which is arranged in the processing device connected downstream of the rotation angle sensor, it is possible to determine in the region II of FIG 2 filter out and edit available frequencies. The output signal of the filter 35 is the receipt of a rating device 36 given that a classifier 37 owns, (due to the bandpass 35 filtered out frequency pattern and optionally the amplitude and / or phase of the individual frequencies) the frequency pattern of a particular class of a number of possible Assigns classes. To the evaluation facility 36 is still a power generator 38 which, on the basis of the specified class of the frequency pattern, outputs an additional signal assigned to this class, which is superimposed on the control signal for the control unit. The motor control signal combined from the setpoint torque and the additional signal is transmitted via the ball gear in the form of a torque to the rack 8th given the driver, the influence of the additional signal on the pinion 6 and the handlebar 13 at the steering wheel 1 can feel (see 1 ).

An den Aufbau das Zusatzsignals sind eine Reihe von Forderungen zu stellen. Zum einen muss es stark genug sein, dass der Fahrer es am Lenkrad überhaupt erkennen kann. Es sollte zum anderen hinsichtlich Frequenz und Stärke derart aufgebaut sein, dass es keinen nennenswerten Einfluss auf die Bewegung der gelenkten Räder hat. Der Aufbau des Zusatzsignals sollte weiterhin derart gewählt sein, dass es für den Fahrer in seiner Bedeutung leicht erkannt werden kann. Zum Beispiel sollte der Zustand, dass das Fahrzeug über ein Kopfsteinpflaster fährt, auch einem Zusatzsignal zugeordnet sein, welches am Lenker das Gefühl vermittelt, dass das Fahrzeug über Kopfsteinpflaster fährt. Das am Lenker vermittelte Gefühl sollte daher nicht in Widerspruch zu dem Gefühl stehen, welches dem Fahrer über seine Sitzposition über das Chassis des Fahrzeugs vermittelt wird.At the construction of the additional signal are a series of demands too put. For one thing, it must be strong enough for the driver to do it can recognize at all on the steering wheel. It should be regarding the other Frequency and strength be constructed such that there is no Significant influence on the movement of the steered wheels Has. The structure of the additional signal should continue to be selected be that easy for the driver in its meaning can be recognized. For example, the condition that the vehicle should over a cobblestones drive, also assigned an additional signal be, which on the handlebars gives the feeling that the Vehicle drives over cobblestone. The am Handlebar-mediated feeling should therefore not be in contradiction to feel like the driver over its seating position is conveyed through the chassis of the vehicle.

Weiterhin ist darauf zu achten, dass das über den Drehmomentsensor in die Verarbeitungseinrichtung zurück gekoppelte Signal nicht nach seiner Filterung einer anderen Klasse zugeordnet wird oder in einer anderen Form die von der Straße kommende Informationen stark verfälscht. Schließlich ist, wie schon betont, streng darauf zu achten, dass Zusatzsignal nicht den Vorgang der Lenkung beeinflussen oder sogar instabil machen kann. Entsprechendes gilt, wenn als Sensor der die Winkellage des Servomotors bestimmende Sensor angewendet wird. Einzelheiten zur Trennung von Störsignale am gegenüber Anregungssignalen beziehungsweise Nutzsignalen sind weiter oben bereits erörtert worden.Farther Care must be taken that this is done via the torque sensor signal coupled back into the processing device is not assigned to another class after filtering or in another form the information coming from the road heavily distorted. Finally, as already emphasized, Strictly ensure that the additional signal does not interrupt the process Influence steering or even make it unstable. The same applies if the sensor determining the angular position of the servomotor sensor is applied. Details of the separation of interference signals on opposite excitation signals or useful signals have already been discussed above.

4 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit zwei Kurvenverläufe. Die untere Kurve beschreibt bis zu dem Zeitpunkt 2 Minuten 19 Sekunden einen durch die Lenkung bestimmten Kurvenverlauf, während danach sich die Eigenschwingungen des Fahrzeugs aufgrund einer Fahrt über Kopfsteinpflaster bemerkbar machen. Die obere, dazu zeitlich parallel verlaufende Kurve zeigt das entsprechende Ausgangssignal eines Filters mit den entsprechenden höheren Frequenzen. Es zeigt sich, dass etwa bei 2 Minuten 18 Sekunden die Fahrt über das Kopfsteinpflaster einsetzt, wobei zeitversetzt der Aufbau des Fahrzeugs in entsprechende Schwingungen gerät, die dann nach dem Ende der Fahrt über Kopfsteinpflaster bei 2 Minuten 30 Sekunden allmählich ausklingen. 4 shows two curves as a function of time. The lower curve describes up to the time 2 minutes 19 seconds a curve determined by the steering, while then make the natural oscillations of the vehicle due to a ride on cobblestones noticeable. The upper curve, parallel in time, shows the corresponding output signal of a filter with the corresponding higher frequencies. It turns out that about 2 minutes 18 seconds, the drive begins on the cobblestones, with time-delayed, the structure of the vehicle in corresponding vibrations, which then gradually fade after the end of the ride on cobblestones at 2 minutes 30 seconds.

5 beschreibt einen Teil des Aufbaus der Lenkung, der im Zusammenhang mit den Ansprüchen 5 und 10 steht. Das Signal SMnk stellt das unkorrigierte Sollmoment dar, welches der Motor erhalten würde, wenn dieses Sollmoment nicht durch das Zusatzsignal ZS abgeändert würde, wobei das Zusatzsignal den Zustand der Fahrbahn beschreibt. Das Signal SMnk wird in der üblichen Weise durch das Steuergerät 12 der Lenkung aufgrund des von dem Fahrer ein gegebenen Handmomentes sowie der aktuellen Fahrzuständen berechnet. 5 describes a part of the structure of the steering, which is in connection with the claims 5 and 10. The signal SMnk represents the uncorrected desired torque which the motor would receive if this desired torque were not modified by the additional signal ZS, the additional signal describing the condition of the road. The signal SMnk is in the usual way by the controller 12 the steering calculated on the basis of the driver given a manual torque and the current driving conditions.

Mit DA ist das Ausgangssignal eines Sensors bezeichnet, wie er im Zusammenhang mit Anspruch 5 ausführlich beschrieben wurde. Um zu dem Signal DA zu kommen wird zum einen die Kraft beziehungsweise das Moment berechnet, welches sich für das Steuergerät 12 aufgrund des Handmomentes des Fahrers sowie der durch den aktuellen Fahrzustand bedingten Randbedingungen ergibt. Dieses so berechnete Sollmoment SMnk wird verglichen mit dem tatsächlich am Stellglied beziehungsweise Motor 9 herrschenden Moment. Das tatsächlich herrschende Moment beziehungsweise die tatsächlich herrschende Kraft lässt sich durch die Amplitude und die Phase der Ströme am Motor 9 und die Drehlage des Motor-Rotors bestimmen. Da die beiden berechneten Kräfte beziehungsweise Momente an sich gleich seinen müssten, geht man davon aus, dass die Differenz der miteinander verglichenen Größen über die lenkenden Räder in das Lenksystem eingebracht wurden.DA denotes the output signal of a sensor, as has been described in detail in connection with claim 5. In order to arrive at the signal DA, on the one hand the force or the moment is calculated, which is for the control unit 12 due to the manual torque of the driver as well as the conditional on the current driving conditions boundary conditions. This calculated target torque SMnk is compared with that actually on the actuator or motor 9 prevailing moment. The actually prevailing moment or the actually prevailing force can be determined by the amplitude and the phase of the currents on the motor 9 and determine the rotational position of the motor rotor. Since the two calculated forces or moments would have to be equal to his, it is assumed that the difference of the sizes compared with each other were introduced via the steering wheels in the steering system.

Die geschilderte Differenz bildet somit das Signal DA in 5. Der als Hochpass ausgestaltete Filter 35 hat wieder die weiter oben schon beschriebene Aufgabe zu verhindern, dass zu dem Vorgang der Lenkung beziehungsweise den Eigenschwingungen des Fahrzeugs gehörende Frequenzanteile den den Straßenzustand beschreibenden Frequenzen zugeschlagen werden. Das Zusatzsignal ZS am Ausgang des Filters 35 wird in einer Überlagerungseinrichtung 31 dem unkorrigierten Sollmoment SMnk überlagert, so dass sich ein korrigiertes Sollmoment SMk ergibt, welches dem Motor 9 zugeführt wird.The described difference thus forms the signal DA in 5 , The high pass filter 35 again has the task already described above to prevent that belonging to the process of steering or the natural oscillations of the vehicle belonging frequency shares the road condition descriptive frequencies. The additional signal ZS at the output of the filter 35 is in a superposition facility 31 the uncorrected target torque SMnk superimposed, so that there is a corrected target torque SMk, which the engine 9 is supplied.

An das Zusatzsignal ZS sind wiederum die weiter oben im Zusammenhang mit dem klassifizierten Signal beschriebenen Forderungen zu stellen, die an dieser Stelle nicht wiederholt werden sollen. Wie weiter oben schon beschrieben gelangt die Wirkung des Zusatzsignals ZS vom Motor 9 über die Zahnstange 8 und das Ritzel 6 sowie die Lenkstange 13 zu dem Lenkrad 1.To the additional signal ZS in turn are the demands described above in connection with the classified signal, which should not be repeated at this point. As already described above, the effect of the additional signal ZS passes from the engine 9 over the rack 8th and the pinion 6 as well as the handlebar 13 to the steering wheel 1 ,

Zusammenfassend lässt sich die Erfindung kurz wie folgt beschreiben. Derzeit werden bedingt durch die Trägheit eines elektromechanischen und auch hydraulischen Lenksystems wenig bis keine Information über den Fahrweg und den Fahrbahnzustand über das Lenkrad an den Fahrer geleitet. Diese Massenträgheiten sind zwar vorteilhaft für den Fahrkomfort, da Anregungen von der Fahrbahn stark gedämpft werden. Bei Fahrzeugen mit eher sportlichem Charakter kann diese Eigenschaft manchmal störend wirken, da sehr wenig Rückmeldung von der Fahrbahn für den Fahrer spürbar ist.In summary, the invention can be briefly described as follows. Currently, due to the inertia of an electromechanical and Even hydraulic steering system little to no information about the track and the road condition via the steering wheel to the driver passed. Although these mass inertias are advantageous for ride comfort, as suggestions from the road are greatly attenuated. On vehicles with a rather sporty character, this feature can sometimes be disturbing, since very little feedback from the roadway is noticeable to the driver.

Um hier Abhilfe zu schaffen wird folgendes vorgeschlagen. Die Trägheit des Lenksystems führt zur Dämpfung der Straßenanregungen. Es ist dennoch möglich diese im Handmomentsensor zu detektieren. Dazu wird das Handmomentsignal des Drehmomentsensors, welches in jedem elektromechanischen Lenksystem verbaut ist, mittels Bandpassfilterung in geeignete Frequenzanteile partitioniert (siehe 2). In Figur zwei sind dargestellt: I. Frequenzanteile von Handmomentsignal-Lenkanforderungen des Fahrers; II. Anregung durch die Fahrbahn; III. Rauschen durch den Messgeber.To remedy this situation, the following is proposed. The inertia of the steering system leads to the damping of the road excitations. It is still possible to detect these in the manual torque sensor. For this purpose, the manual torque signal of the torque sensor, which is installed in each electromechanical steering system, partitioned by means of bandpass filtering in suitable frequency components (see 2 ). In figure two are shown: I. Frequency components of manual torque signal steering requirements of the driver; II. Excitation by the roadway; III. Noise through the encoder.

Es kann der Anteil II (des Frequenzbandes nach 2) der den Frequenzbereich der Anregung durch die Fahrbahn darstellt, genutzt werden, um den Zustand der Fahrbahn, z. B. Unebenheiten oder Beläge, zu detektieren. Das Blockschaltbild einer geeigneten Signalverarbeitungskette ist in 3 dargestellt. Der darin dargestellte Klassifikator entscheidet auf der Basis der Amplitude und der Frequenz, welche Art der Anregung gemessen wurde. Der daran angeschlossene Krafterzeugungsteil erstellt auf Basis des klassifizierten Signals ein geeignetes Zahnstangenkraftsignal, welches die gemessene Fahrweganregung am deutlichsten darstellt.It can the proportion II (of the frequency band to 2 ) representing the frequency range of the excitation by the roadway, be used to the state of the road, z. B. bumps or deposits to detect. The block diagram of a suitable signal processing chain is in 3 shown. The classifier presented therein decides which type of excitation was measured based on the amplitude and the frequency. The connected thereto Krafterzeugsteil created on the basis of the classified signal, a suitable rack force signal, which represents the measured travel excitation most clearly.

Bei der Kraftsynthese ist zum einen darauf zu achten, dass das „künstliche” Signal ZS vom Fahrer spürbar ist und zugeordnet werden Kann, zum anderen dürfen keine Signale eingeleitet werden, die den Klassifikator oder gar die Stabilität beeinträchtigen.at The synthesis of forces is firstly to pay attention to the fact that the "artificial" signal ZS is felt by the driver and can be assigned to others must not be allowed to initiate signals Classifier or even affect the stability.

4 zeigt eine Gegenüberstellung einer gemessenen Handmoment/Fahrbahnanregung (weiß/unten) und der durch den Filter extrahierten Fahrbahnanregung (gelb/oben) bei Überfahrt von „Kopfsteinpflaster”. Die extrahierte Fahrbahnanregung kann genutzt werden, um ein spürbares und eindeutiges Signal, wie zum Beispiel ein niederfrequentes Rütteln mit signifikanter Amplitude, zu erzeugen. 4 shows a comparison of a measured manual moment / lane excitation (white / bottom) and the lane excitation (yellow / top) extracted by the filter when crossing "cobblestones". The extracted lane excitation can be used to produce a noticeable and unambiguous signal, such as low frequency, significant amplitude shaking.

5 beschreibt eine Möglichkeit, die von der Fahrbahn kommende Anregung gezielt zu bestimmen. Bei einem üblichen Servoregler mit feldorientierter Regelung können über eine Strangstromessung oder ein Motormodell die momentenbildenden Ströme bestimmt werden, wenn die Position des Rotors bekannt ist. Beim modellbasierten Ansatz benutzt man zusätzlich die Rotordrehzahl. Anhand der so berechneten momentenbildenden Ströme und deren Phasenbezug kann ermittelt werden, ob die Maschine als Generator oder als Motor arbeitet. Bildet man nun die Differenz zum einen aus dem Fahrersollmoment, welches über einen Drehmomentsensor und einer geeigneten Lenkfunktion berechnet wird und zum anderen aus dem über die Daten des Motors bestimmten Moment, so können die Kräfte bestimmt werden, die von außen in das Lenksystem eingebracht werden. Damit nur der Anregung durch die Fahrbahn zuordenbare dynamische Ereignisse bewertet werden, führt man die so berechneten Kräfte DA über einen Hochpass 35 und moduliert diese wieder auf die Unterstützungskraft SMnk auf. So werden ”hochfrequente” Anregungen, die ausschließlich von der Fahrbahn kommen für den Fahrer besser spürbar. 5 describes a way to specifically determine the coming of the roadway excitation. In a conventional servo controller with field-oriented control, the torque-generating currents can be determined via a line current measurement or a motor model, if the position of the rotor is known. The model-based approach also uses the rotor speed. On the basis of the torque-generating currents calculated in this way and their phase reference, it can be determined whether the machine works as a generator or as a motor. If one then forms the difference to one from the driver's desired torque, which is calculated by means of a torque sensor and a suitable steering function, and secondly from the torque determined by the data of the engine, the forces introduced from outside into the steering system can be determined. Thus, only the excitation can be attributed to the road assignable dynamic events, one leads the thus calculated forces DA over a high pass 35 and modulates these again on the support force SMnk. Thus, "high-frequency" suggestions that come exclusively from the road surface are better felt by the driver.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 602005000165 T2 [0011] - DE 602005000165 T2 [0011]
  • - DE 102005002614 A1 [0012] DE 102005002614 A1 [0012]
  • - EP 1142746 A2 [0013] - EP 1142746 A2 [0013]

Claims (15)

Servo-Lenksystem zum Steuern eines gewünschten Lenkwinkels mindestens eines Rades (11) eines Fahrzeugs mit einer Lenkhandhabe (1) zur Eingabe des Fahrerwunsches, mit mindestens einem Sensor (4, 5) zum Aufnahme eines durch die Lenkhandhabe (1) eingegebenen Fahrerwunsch-Signals, mit einem Stellaggregat (9) zum unterstützenden Einstellen des Lenkwinkels und mit einer dem Sensor nachgeschalteten Steuervorrichtung (12), welche mittels eines von dem Fahrerwunsch abhängigen Steuersignals (S, SMnk) das Stellaggregat (9) steuert, wobei dem Steuersignal (S, SMnk) ein Zusatzsignal (ZS) zur Übertragung einer Informationen zu der Lenkhandhabe (1) überlagert ist, dessen Freqenzen oberhalb einer vorgegebenen Frequenz liegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzsignal (ZS) von der Wirkung der Fahrbahn auf das mindestens eine gelenkte Rad (11) abhängig ist.Servo steering system for controlling a desired steering angle of at least one wheel ( 11 ) of a vehicle with a steering handle ( 1 ) for entering the driver's request, with at least one sensor ( 4 . 5 ) for receiving a by the steering handle ( 1 ) inputted driver command signal, with a control unit ( 9 ) for assistively adjusting the steering angle and with a control device connected downstream of the sensor ( 12 ), which by means of a dependent of the driver's request control signal (S, SMnk), the control unit ( 9 ), wherein the control signal (S, SMnk) an additional signal (ZS) for transmitting information to the steering handle ( 1 ) whose frequencies are above a predetermined frequency, characterized in that the additional signal (ZS) depends on the effect of the roadway on the at least one steered wheel (ZS). 11 ) is dependent. Servo-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzsignal (ZS) von der Kraft abhängt, die von dem mindestens einen Rad (11) auf das Lenksystem und/oder das Dämpfungssystem des Fahrzeugs ausgeübt wird.Servo steering system according to claim 1, characterized in that the additional signal (ZS) depends on the force generated by the at least one wheel ( 11 ) is applied to the steering system and / or the damping system of the vehicle. Servo-Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzsignal (ZS) von dem Ausgangssignal (DM, DA) eines Sensors (4) abgeleitet ist.Servo steering system according to claim 2, characterized in that the additional signal (ZS) from the output signal (DM, DA) of a sensor ( 4 ) is derived. Servo-Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Drehmomentsensor (4) des Lenksystems und/oder der die vertikal gerichtete Kraft des mindesten einen Rades (11) auf das Dämpfungssystem des Fahrzeugs bestimmende Sensor und/oder der die Drehlage des als Stellaggregat dienenden Servomotors bestimmende Sensor ist.Servo steering system according to claim 3, characterized in that the sensor of the torque sensor ( 4 ) of the steering system and / or the vertical force of the at least one wheel ( 11 ) is on the damping system of the vehicle-determining sensor and / or the rotational position of serving as actuator servomotor sensor. Servo-Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mit einem Kraft-Rechner versehen ist, welcher das dem Fahrerwunsch entsprechende Motormoment (SMnk) von dem berechneten tatsächlichen Moment des Motors abzieht und aus der so berechneten Momentdifferenz (DA) die über das Rad (11) in die Lenkung eingebrachte Kraft berechnet.Servo steering system according to claim 3, characterized in that the sensor is provided with a force calculator, which deducts the driver's request corresponding engine torque (SMnk) of the calculated actual torque of the engine and from the thus calculated torque difference (DA) over the Wheel ( 11 ) calculated in the steering force. Servo-Lenksystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Verarbeitungseinrichtung (34) versehen ist, die das Ausgangssignal des Sensors (DM) verarbeitet und das Zusatzsignal (ZS) ausgibt.Servo-steering system according to one of claims 3 to 5, characterized in that it is provided with a processing device ( 34 ), which processes the output signal of the sensor (DM) and outputs the additional signal (ZS). Servo-Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlagerungsschaltung (31) vorgesehen ist, welche das Zusatzsignal (ZS) dem Steuersignal (SMnk) überlagert.Servo steering system according to one of the preceding claims, characterized in that an overlay circuit ( 31 ) is provided, which superimposes the additional signal (ZS) the control signal (SMnk). Servo-Lenksystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (34) mit einem Filter (35) versehen ist, welcher jene Frequenzen des Ausgangssignals (DM) des Sensors (4) im wesentlichen unterdrückt, die unterhalb einer vorgegebenen Frequenz liegen, wobei der Filter (35) bevorzugt ein Bandpass-Filter oder Hochpass-Filter ist.Servo steering system according to claim 6 or 7, characterized in that the processing device ( 34 ) with a filter ( 35 ), which determines those frequencies of the output signal (DM) of the sensor ( 4 ) are substantially suppressed, which are below a predetermined frequency, wherein the filter ( 35 ) is preferably a bandpass filter or high pass filter. Servo-Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (34) mit einer Auswerteeinrichtung versehen ist, die das in dem Filter (35) gefilterte Filter-Ausgangssignal bewertet und/oder transformiert und/oder verstärkt und das so bearbeitete Signal als Zusatzsignal (ZS) der Verarbeitungseinrichtung (34) ausgibt.Servo steering system according to claim 8, characterized in that the processing device ( 34 ) is provided with an evaluation device, which in the filter ( 35 ) filtered and / or transformed and / or amplified and the signal thus processed as additional signal (ZS) of the processing device ( 34 ). Servo-Lenksystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (34) das gefilterte und verstärkte Signal direkt als Zusatzsignal (ZS) ausgibt.Servo steering system according to claim 7 or 8, characterized in that the processing device ( 34 ) outputs the filtered and amplified signal directly as an additional signal (ZS). Servo-Lenksystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (34) mit einer Bewertungseinrichtung (36) versehen ist, die das in dem Filter (35) gefilterte Filter-Ausgangssignal hinsichtlich der auftretenden Frequenzen und/oder hinsichtlich deren zugehöriger Amplituden und/oder der zugehöriger Phasenlagen klassifiziert und abhängig von der Klassifizierung (37) ein entsprechendes Zusatzsignal (ZS) ausgibt.Servo steering system according to one of claims 7 to 9, characterized in that the processing device ( 34 ) with an evaluation facility ( 36 ) provided in the filter ( 35 ) filtered filter output signal with respect to the occurring frequencies and / or with regard to their associated amplitudes and / or the associated phase positions classified and dependent on the classification ( 37 ) outputs a corresponding additional signal (ZS). Servo-Lenksystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinrichtung (36) mit mehreren Bewertungsfiltern versehen ist und dass abhängig von den Ausgangssignalen der Bewertungsfilter das Eingangsignal (DM) der Verarbeitungseinrichtung (36) klassifiziert wird.Servo steering system according to claim 11, characterized in that the evaluation device ( 36 ) is provided with a plurality of weighting filters and that, depending on the output signals of the weighting filters, the input signal (DM) of the processing device ( 36 ) is classified. Servo-Lenksystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Klassifizierung (37) des Eingangsignals (DM) der Verarbeitungseinrichtung (34) beziehungsweise des Ausgangssignals des Filters (35) ein akustisches und/oder optisches Signal ausgelöst wird.Servo steering system according to claim 11 or 12, characterized in that, depending on the classification ( 37 ) of the input signal (DM) of the processing device ( 34 ) or the output signal of the filter ( 35 ) an acoustic and / or optical signal is triggered. Servo-Lenksystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandfilter (35) ein sich zwischen 2 Hz und 200 Hz befindliches Frequenzband besitzt, das sich sich vorzugsweise von 5 bis 100 Hz erstreckt.Servo steering system according to one of claims 8 to 13, characterized in that the band filter ( 35 ) has a frequency band between 2 Hz and 200 Hz, which preferably extends from 5 to 100 Hz. Verfahren zum Aufprägen von Fahrbahnanregungen auf das Steuersignal (S, SMnk) eines Stellaggregates (9) in einem Servo-Lenksystem, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Verfahrensschritte derart ausgestaltet sind, dass sie der Arbeitsweise eines Lenksystems nach einem der vorangegangenen Ansprüche entsprechen.Method for impressing roadway excitations on the control signal (S, SMnk) of a position aggregates ( 9 ) in a power steering system, characterized in that the individual method steps are designed such that they correspond to the operation of a steering system according to one of the preceding claims.
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