DE102010033494A1 - Method for determining steering angle that is adjusted at steering wheel of motor car for deflecting wheels, involves calculating steering angle based on model under utilization of measurement variable - Google Patents

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Abstract

The method involves attaching an auxiliary force steering device (18) to a steering handle (12) i.e. steering wheel, for application of force that assists a steering process. A measurement variable e.g. rotational torque (M) and deflection angle of a wheel (22), different from a steering angle of the wheel is measured. The steering handle is coupled with a torsion bar (24) for measuring the rotational torque applied at the handle. The steering angle is calculated based on a model under utilization of the measurement variable.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines an einer Lenkhandhabe eines Kraftwagens zum Auslenken von zumindest einem Rad, typischerweise zwei Rädern an einer Achse, eingestellten Lenkwinkels. Vorausgesetzt ist, dass der Lenkhandhabe eine Hilfskraftlenkeinrichtung zugeordnet ist, die eine die Lenkkraft unterstützende Kraft aufbringt. Es soll sich um eine elektrische Hilfskrafteinrichtung handeln, also eine solche, die einen Elektromotor benutzt, um die Hilfskraft aufzubringen.The invention relates to a method for determining a steering angle set on a steering handle of a motor vehicle for deflecting at least one wheel, typically two wheels on an axle. Provided that the steering handle is associated with a power steering device, which applies a steering force assisting force. It should be an electrical auxiliary power device, ie one which uses an electric motor to apply the auxiliary power.

Ein Lenkwinkel wird an einer Lenkhandhabe üblicherweise mit Hilfe eines Lenkwinkelsensors gemessen. Die Information über den Lenkwinkel wird von anderen Einheiten verwendet, z. B. der Hilfskraftlenkeinrichtung oder einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Zusatzwinkels (Überlagerungslenkung).A steering angle is measured on a steering handle usually with the aid of a steering angle sensor. The information about the steering angle is used by other units, eg. B. the auxiliary power steering device or a device for providing an additional angle (superposition steering).

Aus der DE 10 2005 046 014 A1 ist es ferner bekannt, einen solchen Lenkwinkel an der Lenkhandhabe (Lenkradwinkel) zu verwenden, um einen im Bereich der zu lenkenden Räder eingestellten Auslenkwinkel zu ermitteln. Auch ein Verfahren zum Betrieb eines Servo-Lenksystems nach der DE 10 2006 052 092 A1 kennt den Lenkradwinkel als Eingangsgröße.From the DE 10 2005 046 014 A1 It is also known to use such a steering angle on the steering handle (steering wheel angle) to determine a set in the range of steering wheels deflection angle. Also, a method of operating a power steering system according to DE 10 2006 052 092 A1 knows the steering wheel angle as input.

Die EP 1 714 853 A2 beschreibt, wie ein von dem Elektromotor einer Hilfskrafteinrichtung aufzubringendes Moment geeignet bestimmt werden kann. Eine Eingangsgröße ist das auf die Lenkhandhabe wirkende Drehmoment, das man auch als „Handmoment” bezeichnen kann, wobei auf dessen Grundlage ein Basismoment für den Elektromotor berechnet wird. Dieser wird anhand der aufgrund einer Messung zur Verfügung stehenden Information über den Lenkradwinkel oder auch seiner zeitlichen Ableitung geeignet verändert.The EP 1 714 853 A2 describes how a torque to be applied by the electric motor of an auxiliary power device can be suitably determined. An input quantity is the torque acting on the steering handle, which may also be referred to as "manual torque", on the basis of which a basic torque for the electric motor is calculated. This is suitably changed on the basis of the available information on the steering wheel angle or its time derivative.

Es ist im Automobilbau eine grundsätzlich bestehende Aufgabe, möglichst wenige Bauteile zu verwenden bzw. durch Bauteile möglichst wenig Platz einzunehmen und hierbei geringe Kosten zu erzeugen. In je größerem Maße verschiedene Informationen genutzt werden, in desto größerem Umfang ist eine Sensorik erforderlich, um diese Information zur Verfügung zu stellen.It is a fundamentally existing task in the automotive industry to use as few components as possible or to occupy as little space as possible by means of components and to thereby generate low costs. The greater the amount of information that is used, the greater the need for sensor technology to provide this information.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie das Lenksystem eines Kraftwagens möglichst unaufwändig gestaltet werden kann.It is an object of the invention to show a way how the steering system of a motor vehicle can be designed as easily as possible.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß wird somit zumindest eine von dem Lenkwinkel verschiedene Messgröße gemessen, und aufgrund eines Modells wird unter Verwendung dieser zumindest einen Messgröße der Lenkwinkel berechnet.Thus, according to the invention, at least one measured variable different from the steering angle is measured, and based on a model, the steering angle is calculated using this at least one measured variable.

Da der Lenkwinkel berechnet wird, muss er nicht gemessen werden, und der Sensor, der diesen Lenkwinkel bei bisherigen Kraftfahrzeugen misst, kann entfallen. Dadurch wird ein Bauteil eingespart, die Kosten sind im Vergleich zum Stand der Technik verringert, und es steht mehr Bauraum zur Verfügung.Since the steering angle is calculated, it does not have to be measured, and the sensor that measures this steering angle in previous motor vehicles, can be omitted. As a result, a component is saved, the costs are reduced compared to the prior art, and there is more space available.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Lenkwinkel in einer vorbestimmten Beziehung zu anderen messbaren Größen steht, sodass der Lenkwinkel nicht zusammen mit diesen sämtlichen anderen Größen gemessen werden muss, sondern dass aus den anderen Größen auf den Lenkwinkel zurückgeschlossen werden kann.The invention is based on the recognition that the steering angle is in a predetermined relationship to other measurable quantities, so that the steering angle need not be measured together with these all other sizes, but that can be deduced from the other variables on the steering angle.

Die vom Lenkwinkel verschiedene Größe kann ein Auslenkwinkel eines Rades und/oder eine die Lage eines Rotors des Elektromotors angebende Größe sein.The variable other than the steering angle may be a deflection angle of a wheel and / or a variable indicative of the position of a rotor of the electric motor.

In diesem Aspekt ist davon ausgegangen, dass der Auslenkwinkel eines Rades in einem deterministischen Zusammenhang zum Lenkwinkel an der Lenkhandhabe steht, sodass vom Rad her wieder „zurückgerechnet” werden kann. Die Lage des Rotors des Elektromotors gibt das Ausmaß an, wie sich dieser Rotor gedreht hat. Diese Drehung steht in deterministischem Zusammenhang zur Auslenkung des Rades und damit auch wieder zum Lenkwinkel an der Lenkhandhabe.In this aspect, it is assumed that the deflection angle of a wheel is in a deterministic relationship to the steering angle on the steering handle, so that the wheel can be back-calculated. The position of the rotor of the electric motor indicates the extent to which this rotor has rotated. This rotation is deterministically related to the deflection of the wheel and thus again to the steering angle of the steering handle.

Bei einem ganz einfachen System genügt eine dieser beiden Größen, um den Lenkwinkel zu berechnen.In a very simple system, one of these two quantities is enough to calculate the steering angle.

Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen ist die Lenkhandhabe mit einer Einrichtung zum Messen des an der Lenkhandhabe aufgebrachten Drehmoments (Handmoments) gekoppelt. Diese Einrichtung zum Messen kann einen Einfluss auf den Auslenkwinkel des Rades bzw. Lage des Rotors des Elektromotors haben. Die Einrichtung ist z. B. als Torsionsstab ausgeführt, der gewissermaßen das Einstellen eines Lenkwinkels zumindest in der Anfangsphase abpuffert; es gibt insbesondere den Fall, dass bereits ein Lenkwinkel eingestellt ist, das Rad aber noch gar nicht ausgelenkt ist, weil zunächst der Torsionsstab verdreht wird. Um auch dem Rechnung zu tragen, wird bei Vorhandensein einer solchen Einrichtung zum Messen des Handmoments selbiges ebenfalls als eine solche Messgröße behandelt, die in die Berechnung des Lenkwinkels eingeht. Insbesondere ist auch der Zusammenhang zwischen dem Lenkwinkel und dem Drehmoment deterministisch.In conventional motor vehicles, the steering handle is coupled to a device for measuring the torque applied to the steering handle (manual torque). This device for measuring may have an influence on the deflection angle of the wheel or position of the rotor of the electric motor. The device is z. B. designed as a torsion bar, which effectively suppresses the setting of a steering angle, at least in the initial phase; There is in particular the case that a steering angle is already set, but the wheel is still not deflected, because first the torsion bar is twisted. In order to take this into account, in the presence of such a device for measuring the moment of hand, the same is also treated as such a measurable quantity which is included in the calculation of the steering angle. In particular, the relationship between the steering angle and the torque is deterministic.

Es gibt Kraftfahrzeuge, bei denen eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Zusatzwinkels bei zumindest einigen Werten für den Lenkwinkel vorgesehen ist, die eine über das Ausmaß der von der Lenkhandhabe unmittelbar bewirkten Auslenkung des zumindest einen Rades hinausgehende Auslenkung bewirkt, indem ein Bauteil um diesen Zusatzwinkel gedreht wird. Diese Einrichtung zum Bereitstellen eines Zusatzwinkels, die auch als Überlagerungslenkung bezeichnet werden kann, beeinflusst naturgemäß den Auslenkwinkel des Rades in deterministischer Abhängigkeit vom Lenkwinkel. Aus diesem Grunde ist bei Vorhandensein einer solchen Einrichtung vorgesehen, dass der Zusatzwinkel ebenfalls eine Größe ist, die in die Berechnung des Lenkwinkels eingeht. (Der Zusatzwinkel ist in der Regel nicht Messgröße, sondern Ausgangsgröße, die von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den Eingangsgrößen festgelegt wird und gegebenenfalls ausgegeben wird.)There are motor vehicles in which a device for providing an additional angle is provided at at least some values for the steering angle, which causes an over the extent of the directly caused by the steering handle deflection of at least one wheel deflection by a component is rotated by this additional angle , This device for providing an additional angle, which can also be referred to as superposition steering, naturally influences the deflection angle of the wheel in a deterministic dependence on the steering angle. For this reason, it is provided in the presence of such a device that the additional angle is also a size that enters into the calculation of the steering angle. (The additional angle is usually not measured variable, but output variable, which is determined by a control device as a function of the input variables and output if necessary.)

Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Sinn, den Wert für den Lenkwinkel, wie er berechnet ist, weiter zu nutzen, insbesondere als Eingangsgröße für andere Einrichtungen. Insbesondere kann sich der Kreis hier wieder schließen: Der berechnete Lenkwinkel kann Eingangsgröße für die Hilfskraftlenkeinrichtung sein und/oder für eine gegebenenfalls vorhandene Einrichtung zum Bereitstellen eines Zusatzwinkels.In particular, the method according to the invention has the purpose of continuing to use the value for the steering angle as calculated, in particular as an input variable for other devices. In particular, the circle may close here again: The calculated steering angle may be an input variable for the auxiliary power steering device and / or for an optionally existing device for providing an additional angle.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben insbesondere erkannt, dass bei geeigneter Regelungsführung Rückkopplungen vermeidbar sind. Es kann also ein stabiler Zustand dauerhaft vorherrschen, in dem einerseits von dem Ergebnis der Hilfskraftlenkung (Lage des Rotors des Elektromotors oder Auslenkwinkel eines Rades) auf den Lenkwinkel geschlossen wird und andererseits der Lenkwinkel wieder Eingangsgröße für die Hilfskraftlenkeinrichtung ist. Gleiches gilt für die Überlagerungslenkung.The inventors of the present application have recognized, in particular, that feedback can be avoided with suitable control. Thus, it is possible for a stable state to prevail permanently, in which, on the one hand, the result of the power steering (position of the rotor of the electric motor or deflection angle of a wheel) on the steering angle is closed and, on the other hand, the steering angle is again the input variable for the auxiliary power steering device. The same applies to the superposition steering.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur schematisch eine Lenkanordnung in einem Kraftwagen veranschaulicht, bei der das erfindungsgemäße Verfahren umsetzbar ist.Hereinafter, a preferred embodiment will be described with reference to the drawing, in which the single figure schematically illustrates a steering assembly in a motor vehicle, in which the inventive method can be implemented.

Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Lenkanordnung umfasst ein Lenkrad 12 als Lenkhandhabe, das um einen Lenkwinkel φ drehbar ist. Eine Überlagerungslenkeinrichtung 14 bewirkt in an sich bekannter Weise, dass an einem nachgeordneten Bauteil zusätzlich zum Lenkwinkel φ ein Lenkwinkel δ(φ) hinzutritt. Auf dem Kraftpfad zu den Rädern sind dann zwei Kardangelenke 16a und 16b angeordnet. Den Kardangelenken 16a und 16b ist eine Hilfskraftlenkeinrichtung 18 nachgeordnet, die vorliegend einen Elektromotor umfassen soll, und deren Aufgabe es ist, ein Zusatzdrehmoment aufzubringen, das eine Drehung der Räder um einen Summenwinkel φgesamt bewirkt.One in total with 10 designated steering assembly comprises a steering wheel 12 as a steering handle, which is rotatable about a steering angle φ. A superposition steering device 14 causes in a conventional manner that in addition to the steering angle φ a steering angle δ (φ) is added to a downstream component. On the power path to the wheels are then two universal joints 16a and 16b arranged. The universal joints 16a and 16b is a power steering device 18 which is intended to include an electric motor in the present case, and whose task is to apply an additional torque, which causes a total rotation of the wheels by a sum angle φ.

φgesamt hängt in deterministischer Weise vom Lenkwinkel φ ab, daher lässt sich aus φgesamt auf den Lenkwinkel φ zurückrechnen. φgesamt kann durch einen geeigneten Sensor 20 im Bereich der Räder gemessen werden, es kann aber auch im Bereich des Elektromotors die Rotorlage eines Rotors der Hilfskraftlenkeinrichtung 18 durch einen Sensor 22 gemessen werden. Auf dem Wirkpfad von der Lenkhandhabe 12 zu den Rädern 22 sind neben der Wirkung der Unterstützungslenkeinrichtung auch die Kardangelenke beachtlich. Es gilt, dass ein Ausgangswinkel α2 eines der Kardangelenke 16a zu einem Eingangswinkel α1 in folgender Beziehung steht:

Figure 00040001
hierbei ist β der Knickwinkel des Kardangelenks, dieser Knickwinkel ist vom Winkel φ, oder genauer von φ + δ(φ), abhängig.φ total depends on the steering angle φ in a deterministic way, therefore φ total can be calculated back to the steering angle φ. φ total can be done by a suitable sensor 20 be measured in the range of the wheels, but it can also in the range of the electric motor, the rotor position of a rotor of the power steering device 18 through a sensor 22 be measured. On the path of action of the steering handle 12 to the wheels 22 In addition to the effect of the support steering device and the cardan joints are considerable. It is true that an initial angle α 2 of one of the cardan joints 16a to an input angle α 1 in the following relationship:
Figure 00040001
Here β is the kink angle of the universal joint, this kink angle is dependent on the angle φ, or more precisely φ + δ (φ).

Bei der in der Figur gezeigten Anordnung lässt sich daher der Einfluss der Kardangelenke 16a und 16b und der Überlagerungslenkung 14 herausrechnen, um aus φgesamt oder dem Rotorlagerwinkel am Elektromotor der Hilfskraftlenkeinrichtung 18 den Winkel φ an der Lenkhandhabe zu ermitteln.In the arrangement shown in the figure, therefore, the influence of the universal joints can be 16a and 16b and the superposition steering 14 to calculate φ total or the rotor bearing angle on the electric motor of the power steering device 18 to determine the angle φ at the steering handle.

Es kann sein dass die unmittelbar hinter der Lenkhandhabe ein Torsionsstab 24 angeordnet ist, der zur Messung des an der Lenkhandhabe 12 aufgebrachten Handmoments dient. In diesem Falle ist auch dieses Handmoment zu berücksichtigen, weil der Torsionsstab bewirkt, dass nicht unmittelbar jeder Beitrag im Lenkwinkel φ zu jedem entsprechenden Beitrag zum Summenwinkel φgesamt niederschlägt, vielmehr erfolgt eine Abpufferung durch den Torsionsstab 24. It may be that the immediately behind the steering handle a torsion bar 24 is arranged, which is used to measure the at the steering handle 12 applied hand torque. In this case, this manual torque is to be considered, because the torsion bar causes not immediately each contribution in the steering angle φ reflected to each corresponding contribution to the sum angle φ total , but a buffering done by the torsion bar 24 ,

Der unter Verzicht auf einen Lenk(rad)winkelsensor lediglich aus anderen Größen berechnete Lenkwinkel φ kann seinerseits Eingangsgröße sein; er ist dies einerseits für die Überlagerungslenkeinrichtung 14 und auch für die Hilfskraftlenkeinrichtung 18.The omission of a steering (wheel) angle sensor calculated only from other variables steering angle φ can be input variable in turn; he is this one hand for the superposition steering 14 and also for the power steering device 18 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • EP 1714853 A2 [0004] EP 1714853 A2 [0004]

Claims (5)

Verfahren zum Ermitteln eines an einer Lenkhandhabe (12) eines Kraftwagens zum Auslenken von zumindest einem Rad (22) eingestellten Lenkwinkels (φ), wobei der Lenkhandhabe (12) eine Hilfskraftlenkeinrichtung (18) zum Aufbringen einer den Lenkvorgang unterstützenden Kraft zugeordnet ist, wobei die Hilfskraftlenkeinrichtung (18) einen Elektromotor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von dem Lenkwinkel verschiedene Messgröße gemessen wird und aufgrund eines Modells unter Verwendung dieser zumindest einen Messgröße der Lenkwinkel berechnet wird.Method for determining a steering handle ( 12 ) of a motor vehicle for deflecting at least one wheel ( 22 ) adjusted steering angle (φ), wherein the steering handle ( 12 ) a power steering device ( 18 ) is assigned for applying a force supporting the steering operation, wherein the auxiliary power steering device ( 18 ) comprises an electric motor, characterized in that at least one of the steering angle different measured variable is measured and is calculated based on a model using this at least one measured variable of the steering angle. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine vom Lenkwinkel (φ) verschiedene Messgröße (φgesamt) einen Auslenkwinkel (φgesamt) eines Rades (22) und/oder eine die Lage eines Rotors des Elektromotors angebende Größe umfasst.A method according to claim 1, characterized in that the at least one different from the steering angle (φ) measured variable (φ total ) a deflection angle (φ total ) of a wheel ( 22 ) and / or a size indicating the position of a rotor of the electric motor. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lenkhandhabe (12) mit einer Einrichtung (24) zum Messen des an der Lenkhandhabe aufgebrachten Drehmoments (M) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Drehmoment (M) ebenfalls eine Messgröße ist, die in die Berechnung des Lenkwinkels (φ) eingeht.Method according to Claim 1 or 2, in which the steering handle ( 12 ) with a device ( 24 ) is coupled for measuring the torque applied to the steering handle (M), characterized in that this torque (M) is also a measured variable, which is included in the calculation of the steering angle (φ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Einrichtung (14) zum Bereitstellen eines Zusatzwinkels bei zumindest einigen Werten für den Lenkwinkel (φ) über das Ausmaß der von der Lenkhandhabe (12) unmittelbar bewirkten Auslenkung der Räder (22) hinaus eine solche Auslenkung insbesondere durch Drehung eines Bauteils um einen Zusatzwinkel (δ), bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzwinkel eine Größe ist, die in die Berechnung des Lenkwinkels (φ) eingeht.Method according to one of the preceding claims, in which a device ( 14 ) for providing an additional angle with at least some values for the steering angle (φ) over the extent of the steering handle ( 12 ) directly caused deflection of the wheels ( 22 ) Beyond such a deflection, in particular by rotation of a component by an additional angle (δ), causes, characterized in that the additional angle is a quantity that enters into the calculation of the steering angle (φ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Lenkwinkel Eingangsgröße für die Hilfskraftlenkeinrichtung und/oder für eine Einrichtung (14) zum Bereitstellen eines Zusatzwinkels ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the calculated steering angle input quantity for the auxiliary power steering device and / or for a device ( 14 ) for providing an additional angle.
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