DE102020212264A1 - Rack force determination in steer-by-wire steering systems with clutch device - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße (FZ) bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs (100),wobei das Lenksystem (1) eine mittels eine Kupplungseinrichtung (14) selektiv herstellbare mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe (2) und einer Zahnstange (12) des Lenksystems (1) aufweist,wobei die Kupplungseinrichtung (14) über eine Verbindungsanordnung (16) mit der Zahnstange (12) gekoppelt ist und die Verbindungsanordnung (16) wenigstens einen Momentensensor (22) aufweist;wobei das Verfahren aufweist:• Erhalten wenigstens eines Momentenmesswerts (MK) des Momentensensors (22) bei mit der Kupplungseinrichtung (14) nicht hergestellter mechanischer Verbindung und bei einer mit einem Fahrzeugradaktor (8) des Lenksystems (1) erzeugten Zahnstangenbewegung;• Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße (FZ) auf Basis des Momentenmesswerts (MK) und anhand einer Momentengröße (MI) des Fahrzeugradaktors (8). Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (100) und ein Steuergerät (6) zum Ausführen eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for determining a rack force value (FZ) in a steer-by-wire steering system (1) of a motor vehicle (100), the steering system (1) having a mechanical connection between a steering handle that can be produced selectively by means of a coupling device (14). (2) and a rack (12) of the steering system (1), wherein the coupling device (14) is coupled to the rack (12) via a connection arrangement (16) and the connection arrangement (16) has at least one torque sensor (22); the method having:• Obtaining at least one measured torque value (MK) of the torque sensor (22) when the mechanical connection is not established with the clutch device (14) and when a rack movement is generated with a vehicle wheel actuator (8) of the steering system (1);• Determining a rack force variable (FZ) based on the measured torque value (MK) and based on a torque variable (MI) of the vehicle wheel actuator (8). The invention also relates to a motor vehicle (100) and a control unit (6) for carrying out such a method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, ein Steuergerät und ein Verfahren zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen sein.The invention relates to a motor vehicle, a control device and a method for determining a rack force variable in a steer-by-wire steering system of a motor vehicle. The motor vehicle can in particular be a passenger car or a truck.

Im Stand der Technik sind Steer-by-Wire-Lenksysteme bekannt, beispielsweise aus der US 2020/0023889 A1 . Bei derartigen Lenksystemen ist eine vom Fahrer betätigbare Lenkhandhabe mechanisch von einem mit den Fahrzeugrädern verbundenen Lenkgetriebe entkoppelt. Das Lenkgetriebe umfasst typischerweise eine nach Maßgabe einer sensorisch erfassten Lenkhandhabebetätigung verlagerbare Zahnstange. Die Verlagerung der Zahnstange wird über einen Aktor (im Regelfall einen Elektromotor) bewirkt, der hierin als Fahrzeugradaktor bezeichnet wird. Die Zahnstange ist mit den Fahrzeugrädern gekoppelt, wobei eine lineare Verlagerung der Zahnstange in eine Verdrehung der Fahrzeugräder um eine im Wesentlichen vertikale Achse zum Einstellen eines Lenkwinkels umsetzbar ist.Steer-by-wire steering systems are known in the prior art, for example from US 2020/0023889 A1 . In such steering systems, a steering handle that can be actuated by the driver is mechanically decoupled from a steering gear that is connected to the vehicle wheels. The steering gear typically includes a rack that can be displaced in accordance with a sensor-detected steering handle actuation. The displacement of the rack is effected via an actuator (usually an electric motor), which is referred to herein as a vehicle wheel actuator. The toothed rack is coupled to the vehicle wheels, with a linear displacement of the toothed rack being able to be converted into a rotation of the vehicle wheels about a substantially vertical axis in order to set a steering angle.

Aus Sicherheitsgründen ist es teilweise gewünscht, auch bei derartigen Lenksystemen eine mechanische Rückfallebene vorzusehen. Hierzu kann eine im störungsfreien Normalbetrieb unterbrochene mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und der Zahnstange bereitgestellt werden. Ausschließlich im Störungsfall wird die mechanische Verbindung aufgebaut bzw. geschlossen. Dies erfolgt typischerweise über eine Kupplungseinrichtung, die im Störungsfall selektiv geschlossen wird. Dann kann die Lenkhandhabe über die selektiv hergestellte mechanische Verbindung auf die Zahnstange durchgreifen und vom Fahrer erzeugte Lenkmomente können mechanisch auf das Lenkgetriebe übertragen werden.For safety reasons, it is sometimes desirable to also provide a mechanical fallback level in such steering systems. For this purpose, a mechanical connection between the steering handle and the rack that is interrupted during normal, trouble-free operation can be provided. The mechanical connection is only established or closed in the event of a fault. This is typically done via a clutch device that is selectively closed in the event of a fault. The steering handle can then engage the rack and pinion via the selectively established mechanical connection, and steering torques generated by the driver can be mechanically transmitted to the steering gear.

Für das Betreiben von Lenksystemen und insbesondere Steer-by-Wire-Lenksystemen ist es in verschiedenen Zusammenhängen von Interesse, eine an der Zahnstange angreifende Zahnstangenkraft möglichst genau zu ermitteln. Beispielsweise entspricht diese Kraft einer vom Fahrer theoretisch wahrnehmbaren Kraft, falls dieser eine Lenkhandhabe mit mechanischer Verbindung zur Zahnstange aufweisen würde. Anders ausgedrückt stellt die Zahnstangenkraft ein Maß für die Fahrbahnrückmeldung dar, die aus Sicht des Fahrers ein natürliches Lenkgefühl vermittelt.For the operation of steering systems and in particular steer-by-wire steering systems, it is of interest in various contexts to determine a rack force acting on the rack as precisely as possible. For example, this force corresponds to a force that the driver can theoretically perceive if he had a steering handle with a mechanical connection to the rack. In other words, the rack force is a measure of the feedback from the road, which gives the driver a natural steering feel.

Typischerweise wird deshalb anhand der ermittelten Zahnstangenkraft ein mit der Lenkhandhabe gekoppelter sogenannter Reaktionskraftaktor gesteuert, der ein vom Fahrer haptisch wahrnehmbares Rückkopplungsmoment erzeugt. Prinzipiell kann die Zahnstangenkraft sensorisch ermittelt werden. Dies ist aber mit hohen Kosten verbunden. Etabliert ist deshalb eine Zahnstangenkraftschätzung anhand anderer und insbesondere messtechnisch, per Modellbildung und/oder regelungstechnisch erfasster Größen. Beispielsweise kann die Zahnstangenkraft auf Basis derartiger Größen und unter Zuhilfenahme eines mathematischen Modells des Lenksystems ermittelt werden.Typically, therefore, a so-called reaction force actuator coupled to the steering handle is controlled on the basis of the rack force determined, which generates a feedback torque that can be felt by the driver. In principle, the rack force can be determined by sensors. However, this is associated with high costs. Therefore, a rack force estimation based on other and in particular measured, by modeling and/or controlled variables is established. For example, the rack force can be determined on the basis of such variables and with the help of a mathematical model of the steering system.

Auch wenn hierfür wie in der einleitend genannten US 2012/0023889 A1 bereits Ansätze existieren, besteht nach wie vor ein Bedarf dafür, Alternativen zur Zahnstangenkraftermittlung bereitzustellen, die sich insbesondere durch eine verbesserte Genauigkeit und/oder eine aufwandsarme Bestimmung auszeichnen.Even if for this as in the introduction mentioned US 2012/0023889 A1 approaches already exist, there is still a need to provide alternatives for determining the rack force, which are characterized in particular by improved accuracy and/or a determination with little effort.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die vorstehenden Ausführungen und Definitionen können auf die vorliegende Lösung ebenso zutreffen, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.This object is solved by the subject matter of the appended independent claims. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The above statements and definitions can also apply to the present solution, unless otherwise stated or apparent.

Allgemein wurde erfindungsgemäß erkannt, dass bisherige Lösungen zur Zahnstangenkraftermittlung im Lenksystem wirksame Reibkräfte nicht ausreichend präzise und/oder nur mit erhöhtem sensorischem Aufwand ermitteln können. Darunter leidet die Genauigkeit einer ermittelten Zahnstangenkraft, die von diesem Reibanteil abhängt.In general, it was recognized according to the invention that previous solutions for determining the rack force in the steering system cannot determine effective frictional forces with sufficient precision and/or only with increased sensory effort. The accuracy of a determined rack force, which depends on this friction component, suffers as a result.

Die Erfindung schlägt deshalb einen alternativen Weg vor, um einen Reibkraftanteil zu bestimmen. Dieser zeichnet sich durch einen geringen sensorischen sowie rechnerischen Aufwand aus, ermöglicht aber gleichzeitig eine hohe Präzision.The invention therefore proposes an alternative way of determining a frictional force component. This is characterized by low sensor and computational effort, but at the same time enables high precision.

Genauer gesagt wurde erfindungsgemäß erkannt, dass bei Steer-by-Wire-Lenksystemen mit einer Kupplungseinrichtung der einleitend geschilderten Art sensorische Messgrößen im Lenksystem bereits vorhanden sind, die zum Ermitteln eines Reibkraftanteils verwendet werden können. Hierfür müssen keine zusätzlichen Sensoren verbaut werden und keine eine hohe Rechenleistung erfordernden Ermittlungen durchgeführt werden.More specifically, it was recognized according to the invention that in steer-by-wire steering systems with a clutch device of the type described in the introduction, sensory measurement variables are already present in the steering system, which can be used to determine a frictional force component. No additional sensors have to be installed for this and no determinations requiring high computing power have to be carried out.

Stattdessen wurde erkannt, dass bei geöffneter Kupplungseinrichtung (also bei nicht hergestellter mechanischer Verbindung zwischen Lenkhandhabe und Zahnstange) ein in dem Lenksystem typischerweise verbauter Momentensensor nahe dem Lenkgetriebe und/oder (z.B. im Kraftfluss betrachtet) zwischen Kupplungseinrichtung und Zahnstange verwendet werden kann, um die Reibkraft bzw. eine die Reibkraft repräsentierende Messgröße zu ermitteln. Insbesondere kann hierfür ein Momentenmesswert dieses Sensors verwendet werden, wenn sich die Zahnstange in Bewegung setzt oder in Bewegung befindet. Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass der Momentensensor erst bei dieser auftretenden Bewegung einen relevanten und von Null verschiedenen Messwert liefert. Der Momentensensor oder das von dem Sensor erfasste Element wird dann aber nur mit demjenigen Kraftanteil beaufschlagt, der für eine reine Zahnstangenbewegung ohne zumindest anfängliche Bewegung bzw. Auslenkung der Fahrzeugräder erforderlich ist. Entsprechend kann dieser Kraftanteil zum Ermitteln des wirksamen Reibkraftanteils verwendet werden und/oder zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße ohne internen Reibkraftanteil des Lenksystems.Instead, it was recognized that when the clutch device is open (i.e. if there is no mechanical connection between the steering handle and the rack), a torque sensor typically installed in the steering system near the steering gear and/or (e.g. viewed in the power flow) between the clutch device and the rack can be used to measure the frictional force or to determine a measured variable representing the frictional force tell In particular, a moment measurement value from this sensor can be used for this purpose when the toothed rack is in motion or is in motion. According to the invention, it was recognized that the torque sensor only delivers a relevant measured value that is different from zero when this movement occurs. However, the torque sensor or the element detected by the sensor is then only subjected to that portion of the force which is required for pure rack and pinion movement without at least initial movement or deflection of the vehicle wheels. Correspondingly, this force component can be used to determine the effective frictional force component and/or to determine a rack force variable without an internal frictional force component of the steering system.

Insbesondere schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße (insbesondere in Form einer Zahnstangenkraft oder einer die Zahnstangenkraft repräsentierenden Größe) bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs vor. Das Lenksystem weist eine Lenkhandhabe und eine Zahnstange sowie eine mittels einer Kupplungseinrichtung selektiv herstellbare mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und der Zahnstange auf. Dabei ist die Kupplungseinrichtung über eine (erste) Verbindungsanordnung mit der Zahnstange gekoppelt und die (erste) Verbindungsanordnung weist wenigstens einen Momentensensor auf. Optional kann auch eine weitere (zweite) Verbindungsanordnung die Kupplungseinrichtung mit der Lenkhandhabe koppeln. Die erste und zweite Verbindungsanordnung können beispielsweise durch Schließen der Kupplungseinrichtung und unter Herstellen der mechanischen Verbindung zwischen Lenkhandhabe und Zahnstange miteinander verbunden werden. Sie können allgemein mechanisch sein.In particular, the invention proposes a method for determining a rack force variable (in particular in the form of a rack force or a variable representing the rack force) in a steer-by-wire steering system of a motor vehicle. The steering system has a steering handle and a toothed rack as well as a mechanical connection between the steering handle and the toothed rack that can be produced selectively by means of a coupling device. The clutch device is coupled to the toothed rack via a (first) connection arrangement, and the (first) connection arrangement has at least one torque sensor. Optionally, a further (second) connection arrangement can also couple the coupling device to the steering handle. The first and second connection arrangement can be connected to one another, for example, by closing the coupling device and producing the mechanical connection between the steering handle and the rack. They can generally be mechanical.

Das Verfahren weist auf:

• - Erhalten (oder auch Ermitteln) wenigstens eines Momentenmesswerts des Momentensensors bei mit der Kupplungseinrichtung nicht hergestellter mechanischer Verbindung (zwischen Lenkhandhabe und Zahnstange) und bei einer mit einem Fahrzeugradaktor (des Lenksystems) erzeugten Zahnstangenbewegung;
• - Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße auf Basis des Momentenmesswerts und anhand einer (aktorischen) Momentengröße des Fahrzeugradaktors.

The procedure shows:

• Obtaining (or determining) at least one measured torque value of the torque sensor when the mechanical connection (between steering handle and rack) is not established with the clutch device and when a rack movement is generated with a vehicle wheel actuator (of the steering system);
• - Determining a rack force variable based on the measured torque value and using an (actuator) torque variable of the vehicle wheel actuator.

Das Steer-by-Wire-Lenksystem kann prinzipiell gemäß gängigen mechanischen Prinzipen ausgebildet sein. Allerdings kann sich ein Steuergerät des Lenksystems durch die geschilderten erfindungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen von gängigen Prinzipien unterscheiden.In principle, the steer-by-wire steering system can be designed according to common mechanical principles. However, a control unit of the steering system can differ from common principles due to the procedural measures described according to the invention.

Entsprechend kann die Lenkhandhabe mit einem Reaktionskraftaktor (insbesondere einem Elektromotor) gekoppelt sein, um Rückkopplungsmomente zum Einstellen eines Lenkgefühls an der Lenkhandhabe zu erzeugen. Weiter kann der Fahrzeugradaktor z.B. nach Maßgabe einer erfassten Lenkhandhabebetätigung durch den Fahrer eine aktorische (oder auch motorische) Kraft zur Zahnstangenbewegung auf die Zahnstange aufbringen. Hierfür kann der Fahrzeugradaktor über wenigstens eine Getriebestufe und insbesondere ein Ritzel mit der Zahnstange verbunden sein und die Momentengröße bzw. ein entsprechendes Moment erzeugen.Correspondingly, the steering handle can be coupled to a reaction force actuator (in particular an electric motor) in order to generate feedback torques for setting a steering feel on the steering handle. Furthermore, the vehicle wheel actuator can apply an actuator (or also motor) force to the rack movement to the rack, e.g. For this purpose, the vehicle wheel actuator can be connected to the toothed rack via at least one gear stage and in particular a pinion and can generate the torque magnitude or a corresponding torque.

Bei der (ersten) Verbindungsanordnung kann es sich um eine Welle handeln, die z.B. über eine Getriebestufe ebenfalls mit der Zahnstange gekoppelt oder koppelbar ist. Insbesondere kann sie über ein (von der Getriebestufe des Fahrzeugradaktors separates Ritzel) mit der Zahnstange gekoppelt sein, sodass an der Zahnstange eine Doppel-Ritzel-Anordnung eingreift. Lediglich bei geschlossener Kupplungseinrichtung bzw. hergestellter mechanischer Verbindung kann die Verbindungsanordnung bzw. deren Welle über dieses Ritzel eine die Zahnstange verlagernde und vom Fahrer verursachte Kraft übertragen.The (first) connection arrangement can be a shaft which is also coupled or can be coupled to the toothed rack via a gear stage, for example. In particular, it can be coupled to the rack via a pinion (separate from the gear stage of the vehicle wheel actuator), so that a double pinion arrangement engages on the rack. Only when the clutch device is closed or a mechanical connection has been established can the connection arrangement or its shaft transmit a force that shifts the rack and is caused by the driver via this pinion.

Bei nicht hergestellter mechanischer Verbindung (bzw. offener Kupplungseinrichtung) können hingegen das Ritzel und/oder die Verbindungsanordnung und insbesondere deren Welle passiv von der aktorisch verlagerten Zahnstange bewegt und insbesondere rotiert werden. Dies kann von dem Momentensensor erfasst werden und genauer gesagt kann ein dann innerhalb der Verbindungsanordnung verursachtes Moment (insbesondere an der geschilderten Welle) sensorisch erfasst werden. Liegt hingegen noch keine Zahnstangenbewegung vor, kann die Verbindungsanordnung statisch bzw. unbewegt sein und kann entsprechend kein Moment erfasst werden.If the mechanical connection is not established (or the clutch device is open), however, the pinion and/or the connection arrangement and in particular its shaft can be passively moved and in particular rotated by the actuator-displaced toothed rack. This can be detected by the torque sensor and, more precisely, a torque then caused within the connection arrangement (in particular on the shaft described) can be detected by sensors. If, on the other hand, there is still no rack movement, the connection arrangement can be static or unmoved and accordingly no torque can be detected.

Das Verfahren kann daher auch umfassen, dass das Vorliegen einer Zahnstangenbewegung oder, gemäß nachstehender Weiterbildung, das Überschreiten eines Schwellenwerts durch den Momentenmesswert ermittelt wird. Erst dann kann darauf basierend die Zahnstangenkraftgröße bestimmt werden.The method can therefore also include determining the presence of a rack movement or, according to the following development, the exceeding of a threshold value by the measured torque value. Only then can the rack force magnitude be determined based on this.

Zum Ermitteln der Zahnstangenkraftgröße können der Momentenmesswert und die Momentengröße des Fahrzeugradaktors zumindest mittelbar in eine Berechnung der Zahnstangenkraftgröße einfließen und/oder miteinander verrechnet werden. Allgemein können also der Momentenmesswert und die Momentengröße (im Folgenden auch als Aktormoment bezeichnet) beim Bestimmen der Zahnstangenkraftgröße zumindest mittelbar und insbesondere als in eine Berechnung einfließende Rechengrößen berücksichtigt werden.To determine the rack force variable, the measured torque value and the torque variable of the vehicle wheel actuator can at least indirectly flow into a calculation of the rack force variable and/or be offset against one another. In general, the measured torque value and the torque variable (hereinafter also referred to as actuator torque) can be used at least indirectly and in particular when determining the rack force variable be taken into account as operands used in a calculation.

Wie nachstehend noch ausgeführt, wird darauf basierend bevorzugt ein Reibkraftanteil bestimmt und kann eine Zahnstangenkraftgröße basierend auf diesem Reibkraftanteil korrigiert werden.As explained below, a friction force component is preferably determined based on this and a rack force variable can be corrected based on this friction force component.

Bei der Momentengröße des Fahrzeugradaktors kann es sich um ein ermitteltes Ist-Moment bzw. hiervon erzeugtes oder aufgebrachtes Moment handeln. Dieses kann beispielsweise von einer Leistungselektronik des Fahrzeugradaktors erhalten oder ermittelt werden und kann allgemein anhand anliegender Phasenströme bestimmt werden. Ebenso kann die Momentengröße bzw. das Ist-Moment unter Berücksichtigung von Kalibrierfaktoren bestimmt werden. Beispielsweise ist es bekannt, dass Kalibrierfaktoren z.B. in einem Prüfstand vor Einbau des Fahrzeugradaktors ermittelbar sind, die eine Zusammenhang zwischen einem vorgegebenen Soll-Moment und tatsächlich erzeugtem Ist-Moment definieren. Zusätzlich oder alternativ können Kalibrierfaktoren auch bei Einbau des Lenksystems und/oder Zusammenbau des Lenksystems außerhalb des Fahrzeugs bestimmt werden, beispielsweise um Reibungseinflüsse von Gehäusen (insbesondere der Zahnstange) mit zu erfassen.The torque variable of the vehicle wheel actuator can be a determined actual torque or a torque generated or applied by it. This can be obtained or determined, for example, by power electronics of the vehicle wheel actuator and can generally be determined on the basis of phase currents that are present. Likewise, the torque size or the actual torque can be determined taking into account calibration factors. For example, it is known that calibration factors can be determined, e.g. In addition or as an alternative, calibration factors can also be determined when installing the steering system and/or assembling the steering system outside of the vehicle, for example in order to also record frictional influences of housings (in particular the steering rack).

Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Vorgehen dahingehend, als dass der Momentensensor innerhalb der Verbindungsanordnung meist ohnehin vorgesehen ist, beispielsweise um die Funktionsweise der mechanischen Rückfallebene und/oder das Schließen der Kupplungseinrichtung zu überwachen. Auch kann der Momentensensor zum Erfassen von Fahrerlenkwünschen bei geschlossener Kupplung vorgesehen sein. Ferner kann, wie nachstehend noch näher aufgezeigt, die Zahnstangenkraftgröße auf Basis des Momentenmesswerts aufwandsarm und präzise bestimmt werden.The procedure according to the invention is advantageous in that the torque sensor is usually provided within the connection arrangement anyway, for example to monitor the functioning of the mechanical fallback level and/or the closing of the clutch device. The torque sensor can also be provided for detecting driver steering requests when the clutch is engaged. Furthermore, as will be shown in more detail below, the rack force variable can be determined precisely and with little effort on the basis of the moment measurement value.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zahnstangenkraftgröße auf Basis eines Differenzwertes der Momentengröße und des Momentenmesswerts ermittelt wird. Insbesondere kann die Zahnstangenkraftgröße auf Basis der um den Momentenmesswert verringerten Momentengröße ermittelt werden. Es ist ebenso möglich, einen auf Basis der Momentengröße und des Momentenmesswerts ermittelten Differenzwert zu bestimmen, beispielsweise wenn die Momentengröße und der Momentenmesswert zunächst jeweils in Kraftwerte umgerechnet werden und zum Ermitteln des Differenzwertes voneinander subtrahiert werden.A further development provides that the rack force variable is determined on the basis of a difference value between the torque variable and the measured torque value. In particular, the rack force variable can be determined on the basis of the torque variable reduced by the measured torque value. It is also possible to determine a difference value determined on the basis of the torque variable and the measured torque value, for example if the torque variable and the measured torque value are first converted into force values and subtracted from one another to determine the difference value.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zahnstangenkraftgröße modellbasiert oder anhand eines Kalman-Filters ermittelt wird. Der Kalman-Filter kann eine spezifische Variante eines mathematischen Modells darstellen oder umfassen. Ansätze zum Ermitteln der Zahnstangenkraftgröße mittels eines Kalman-Filters oder auch allgemeiner mathematischer Modelle sind im Stand der Technik verbreitet. Vorliegend kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass der Differenzwert eine Eingangsgröße des Modells oder des Kalman-Filters ist. Insbesondere kann die Momentengröße vor dem Zuführen zum Kalman-Filter durch den Momentenmesswert verringert werden bzw. kann der Momentenmesswert von der Momentengröße abgezogen werden. Der dann entstehende Differenzwert kann als Eingangsgröße des Modells oder Filters dienen.A development provides that the rack force variable is determined based on a model or using a Kalman filter. The Kalman filter may represent or include a specific variant of a mathematical model. Approaches to determining the magnitude of the rack force using a Kalman filter or also general mathematical models are widespread in the prior art. In this context, it can be provided that the difference value is an input variable of the model or of the Kalman filter. In particular, the torque variable can be reduced by the torque measurement value before it is fed to the Kalman filter, or the torque measurement value can be subtracted from the torque quantity. The resulting differential value can then serve as an input variable for the model or filter.

Vorteilhaft ist dies insbesondere dahingehend, als dass dann bereits existierende Modelle oder Filterdefinitionen nicht angepasst werden müssen, sondern lediglich deren Eingangsgröße mit dem erfindungsgemäßen Ansatz und unter Kompensation von Reibungskräften präzisiert werden können. Prinzipiell ist aber ebenso möglich, ein Modell oder einen Kalman-Filter bereitzustellen, der selbst einen Differenzwert der hierin geschilderten Art ermittelt und beispielsweise sowohl die Momentengröße als auch den Momentenmesswert als Eingangsgröße erhält.This is particularly advantageous in that existing models or filter definitions do not have to be adapted, but only their input variable can be made more precise using the approach according to the invention and with compensation for frictional forces. In principle, however, it is also possible to provide a model or a Kalman filter that itself determines a difference value of the type described here and, for example, receives both the torque variable and the torque measured value as an input variable.

Prinzipiell kann das Verfahren vorsehen, dass eine Größe, die eine Reibkraft repräsentiert, auf Basis des Momentenmesswerts und der Momentengröße ermittelt wird. Insbesondere kann es sich dabei um eine an der Zahnstange wirkende Reibkraft und/oder oder eine interne Reibung im Lenksystem handeln. Die entsprechende Größe kann dem Differenzwert entsprechen oder anhand des Differenzwerts berechnet werden, beispielsweise durch Umrechnen der erhaltenen Momentendifferenz in einen Kraftwert (beispielsweise in Kenntnis der im Lenksystem vorhandenen Übersetzungsverhältnisse und/oder Ritzeldurchmesser oder anderweitigen geometrischen Abmessungen). Die Reibkraft kann (neben der Zahnstangenkraftermittlung) z.B. für Plausibilisierungszwecke oder zur Detektion von Fehlern ausgewertet werden.In principle, the method can provide that a variable that represents a frictional force is determined on the basis of the measured torque value and the torque variable. In particular, this can be a frictional force acting on the rack and/or internal friction in the steering system. The corresponding variable can correspond to the difference value or be calculated using the difference value, for example by converting the torque difference obtained into a force value (for example with knowledge of the transmission ratios and/or pinion diameters or other geometric dimensions present in the steering system). The frictional force can be evaluated (in addition to determining the rack force), e.g. for plausibility purposes or to detect errors.

Vorteilhafterweise wird die Zahnstangenkraftgröße nur dann ermittelt und insbesondere nur dann auf Basis des Momentenmesswerts bestimmt, wenn dieser (also der Momentenmesswert) einen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann null oder im Wesentlichen null betragen. Insbesondere kann der Schwellenwert weniger als 1 % oder auch weniger als 5 % eines maximal sensorisch erfassbaren Momentenmesswerts betragen. Erst ab Überschreiten dieses Messwerts kann tatsächlich auf eine vorliegende Zahnstangenbewegung geschlossen werden, sodass dann die Momentenmessgröße zum erfindungsgemäßen Ermitteln der Zahnstangenkraftgröße verwendbar ist.Advantageously, the rack force variable is only determined and in particular only determined on the basis of the measured torque value when this (that is to say the measured torque value) exceeds a threshold value. The threshold can be zero or substantially zero. In particular, the threshold value can be less than 1% or else less than 5% of a maximum torque measurement value that can be detected by sensors. Only when this measured value is exceeded can it actually be concluded that a rack movement is present, so that the measured moment variable can then be used to determine the rack force variable according to the invention.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen. Dieses kann ein Steer-by-Wire-Lenksystem der vorstehend geschilderten Art umfassen. Insbesondere kann das Lenksystem eine Lenkhandhabe und eine Zahnstange aufweisen, die mittels einer Kupplungseinrichtung des Lenksystems selektiv mechanisch verbindbar sind (aber beispielsweise in einem störungsfreien Normalbetrieb voneinander mechanisch getrennt sind). Die Kupplungseinrichtung ist dabei über eine Verbindungsanordnung mit der Zahnstange gekoppelt und die Verbindungsanordnung (des Lenksystems) weist wenigstens einen Momentensensor auf.The invention also relates to a motor vehicle, in particular a passenger car or a truck. This can include a steer-by-wire steering system of the type described above. In particular, the steering system can have a steering handle and a rack, which can be selectively mechanically connected by means of a clutch device of the steering system (but are mechanically separated from one another, for example, in trouble-free normal operation). The coupling device is coupled to the toothed rack via a connection arrangement, and the connection arrangement (of the steering system) has at least one torque sensor.

Ferner umfasst das Lenksystem ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Momentenmesswert des Momentensensors zu erhalten. Dieser liegt bei mit der Kupplungseinrichtung nicht hergestellter mechanischer Verbindung und bei einer mit einem Fahrzeugradaktor erzeugten Zahnstangenkraftbewegung vor. Ferner ist das Steuergerät dazu eingerichtet, eine Zahnstangenkraftgröße auf Basis des Momentenmesswerts und anhand einer Momentengröße des Fahrzeugradaktors zu ermitteln.Furthermore, the steering system includes a control unit that is set up to receive at least one measured torque value from the torque sensor. This occurs when the mechanical connection is not established with the clutch device and when a rack force movement is generated with a vehicle wheel actuator. Furthermore, the control unit is set up to determine a rack force variable on the basis of the measured torque value and using a torque variable of the vehicle wheel actuator.

Allgemein kann das Kraftfahrzeug und insbesondere das Steuergerät dazu eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß jeglichen der vorangehenden Aspekte auszuführen. Sämtliche Weiterbildungen und Varianten der vorstehenden Verfahrensmerkmale können auch auf die gleichlautenden Merkmale des Kraftfahrzeugs zutreffen. Dies gilt insbesondere für die nachstehenden weiteren Ausführungsformen des Kraftfahrzeugs, die analog zu den vorstehenden Varianten des Verfahrens weitergebildet werden können.In general, the motor vehicle and in particular the control device can be set up to carry out a method according to any of the preceding aspects. All developments and variants of the above method features can also apply to the identical features of the motor vehicle. This applies in particular to the following further embodiments of the motor vehicle, which can be further developed analogously to the above variants of the method.

So kann beispielsweise das Steuergerät des Kraftfahrzeugs ferner dazu eingerichtet sein, die Zahnstangenkraftgröße auf Basis eines Differenzwertes der Momentengröße und des Momentenmesswerts zu ermitteln.For example, the control unit of the motor vehicle can also be set up to determine the rack force variable on the basis of a difference between the torque variable and the measured torque value.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Steuergerät auch dazu eingerichtet sein, die Zahnstangenkraftgröße modellbasiert oder anhand eines Kalman-Filters zu ermitteln, wobei der Differenzwert als Eingangsgröße des Modells oder des Kalman-Filters verwendbar oder von dem Modell oder Kalman-Filter ermittelbar ist.According to a further aspect, the control device can also be set up to determine the rack force variable based on a model or using a Kalman filter, the difference value being usable as an input variable of the model or the Kalman filter or being able to be determined by the model or Kalman filter.

Weiter ist das Steuergerät gemäß einer Weiterbildung dazu eingerichtet, eine Größe, die eine Reibkraft repräsentiert, auf Basis des Momentenmesswerts und der Momentengröße zu ermitteln und/oder die Zahnstangenkraftgröße nur dann auf Basis des Momentenmesswerts zu ermitteln, wenn dieser einen Schwellenwert überschreitet.According to one development, the control unit is also set up to determine a variable that represents a frictional force based on the measured torque value and the torque variable and/or to determine the rack force variable based on the measured torque value only if it exceeds a threshold value.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte auszuführen. Das Steuergerät kann digital und/oder elektronisch betreibbar sein. Es kann wenigstens eine Prozessoreinrichtung und/oder wenigstens eine Speichereinrichtung aufweisen. In der Speichereinrichtung können Programmanweisungen hinterlegt sein, die bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung das Steuergerät dazu veranlassen, die hierin geschilderten Verfahrensmaßnahmen bereitzustellen und/oder auszuführen. Das Steuergerät kann mit den hierin erwähnten Sensoren verbunden sein und von diesen jegliche hierin geschilderten Messwerte erhalten. Beispielsweise kann das Steuergerät an einen Kommunikationsbus des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein.Finally, the invention also relates to a control unit for a motor vehicle that is set up to carry out a method according to one of the preceding aspects. The control device can be operated digitally and/or electronically. It can have at least one processor device and/or at least one memory device. Program instructions can be stored in the memory device which, when executed by the processor device, cause the control unit to provide and/or execute the procedural measures described herein. The controller may be connected to the sensors mentioned herein and receive any readings described herein from them. For example, the control device can be connected to a communication bus of the motor vehicle.

Gemäß einem allgemeinen Aspekt des Verfahrens, des Kraftfahrzeugs und des Steuergeräts kann anhand der Zahnstangenkraftgröße ein Rückkopplungsmoment an einer Lenkhandhabe erzeugt werden bzw. kann ein Rückkopplungsaktor des Lenksystems basierend auf der ermittelten Zahnstangenkraftgröße angesteuert werden.According to a general aspect of the method, the motor vehicle and the control unit, a feedback torque can be generated on a steering handle using the rack force variable or a feedback actuator of the steering system can be controlled based on the determined rack force variable.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten beispielhaften Figuren erläutert.

• 1 zeigt eine schematische Prinzipskizze eines Lenksystems mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Steuergerät ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführt.
• 2 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das mit dem Steuergerät aus 1 ausführbar ist.

Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying exemplary figures.

• 1 shows a schematic outline sketch of a steering system with a control unit according to an exemplary embodiment of the invention, the control unit carrying out a method according to an exemplary embodiment of the invention.
• 2 shows a flow chart of a method according to the invention, which is carried out with the control unit 1 is executable.

In 1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 eines lediglich gestrichelt umrissen und somit stark vereinfacht und nicht unter Abbildung sämtlicher Komponenten dargestellten Kraftfahrzeugs 100 gezeigt. Das Lenksystem 1 umfasst eine Lenkhandhabe 2 in Form eines Lenkrads. Die Lenkhandhabe 2 ist mit einer Lenkwelle 3 verbunden. An der Lenkwelle 3 ist wenigstens ein Sensor 4 zum Erfassen einer Lenkvorgabe (z.B. eines Lenkwinkels) vorgesehen, die vom Fahrer durch Betätigen der Lenkhandhabe 2 vorgegeben wird. Ferner ist die Lenkhandhabe 3 mit einem Reaktionskraftaktor 5 verbunden, der dazu eingerichtet ist, ein Rückkopplungsmoment MR an der Lenkwelle 3 und somit der Lenkhandhabe 2 zu erzeugen.In 1 1 shows a steer-by-wire steering system 1 of a motor vehicle 100, which is only outlined in dashed lines and is therefore highly simplified and does not depict all of the components. The steering system 1 includes a steering handle 2 in the form of a steering wheel. The steering handle 2 is connected to a steering shaft 3 . At least one sensor 4 is provided on the steering shaft 3 for detecting a steering specification (eg a steering angle), which is specified by the driver by operating the steering handle 2 . Furthermore, the steering handle 3 is connected to a reaction force actuator 5 which is set up to generate a feedback torque MR on the steering shaft 3 and thus the steering handle 2 .

Eine von dem Sensor 4 erfasste Lenkvorgabe L wird einem Steuergerät 6 zugeführt, welches ein Stellsignal S an einen Radkraftaktor 8 und genauer gesagt eine nicht gesondert dargestellte Leistungselektronik hiervon ausgibt. Der Fahrzeugradaktor 8 wird also nach Maßgabe der Lenkvorgabe L durch das Steuergerät 6 angesteuert. Er erzeugt daraufhin ein Ausgangsmoment an einer Ausgangswelle 10. Die Ausgangswelle 10 ist über eine Getriebestufe in Form eines Ritzels 11 mit einer Zahnstange 12 verbunden. Die ineinandergreifenden Verzahnungen des Ritzels 11 von der Zahnstange 12 sind aus Darstellungsgründen nicht gesondert gezeigt.A steering specification L detected by the sensor 4 is supplied to a control unit 6, which sends an actuating signal S to a wheel force actuator 8 and, more precisely, to a wheel force actuator that is not shown separately Outputs power electronics thereof. The vehicle wheel actuator 8 is thus controlled by the control unit 6 in accordance with the steering specification L. It then generates an output torque on an output shaft 10. The output shaft 10 is connected to a rack 12 via a gear stage in the form of a pinion 11. The meshing teeth of the pinion 11 of the rack 12 are not shown separately for reasons of clarity.

Bei dem Lenksystem 1 ist zudem eine mechanische Rückfallebene vorgesehen. Hierfür umfasst das Lenksystem 1 eine Kupplungseinrichtung 14. Diese ist dazu eingerichtet, bei einem Schließen bzw. Einkuppeln die Lenkhandhabe 2 und die Zahnstange 12 mechanisch miteinander zu verbinden. Hierfür ist die Kupplungseinrichtung 14 über eine erste Verbindungsanordnung 16, die ein zweites Ritzel 17 aufweist, mit der Lenkhandhabe 12 gekoppelt. Genauer gesagt weist die erste Verbindungsanordnung 16 eine Eingangswelle 18 auf, die mit einem Teil der Kupplungseinrichtung 14 verbunden ist sowie mit dem Ritzel 17. Das Ritzel 17 steht mit der Zahnstange 12 in Eingriff (nicht gesondert abgebildet).A mechanical fallback level is also provided in the steering system 1 . For this purpose, the steering system 1 includes a coupling device 14. This is set up to mechanically connect the steering handle 2 and the rack 12 to one another when the steering handle is closed or engaged. For this purpose, the coupling device 14 is coupled to the steering handle 12 via a first connection arrangement 16 which has a second pinion 17 . More specifically, the first linkage assembly 16 includes an input shaft 18 connected to a portion of the clutch assembly 14 and to the pinion 17. The pinion 17 meshes with the rack 12 (not separately shown).

Ferner ist die Kupplungseinrichtung 14 und insbesondere ein anderer Teil hiervon mit einer zweiten Verbindungsanordnung 20 gekoppelt. Diese zweite Verbindungsanordnung 20 ist mit der Lenkwelle 3 verbunden.Furthermore, the coupling device 14 and in particular another part thereof is coupled to a second connection arrangement 20 . This second connection arrangement 20 is connected to the steering shaft 3 .

Die gewählte Darstellung und insbesondere die Positionierung der Kupplungseinrichtung 14 ist lediglich beispielhaft. Prinzipiell kann das Lenksystem 1 bezüglich einer Positionierung der Kupplungseinrichtung 14 gemäß jeglichen bekannten Ansätzen des Standes der Technik ausgebildet sein. Auch ist es nicht zwingend erforderlich, dass ein zweites Ritzel 17 vorgesehen ist. Stattdessen existieren im Stand der Technik auch Lösungen, bei denen der Aktor 8 und die Lenkhandhabe 2 infolge einer geschlossenen Kupplungseinrichtung 14 über ein gemeinsames Ritzel mit der Zahnstange 12 verbunden sind bzw. über ein gemeinsames Ritzel auf die Zahnstange 12 Momente übertragen können. Auch ist die vorliegende Lösung prinzipiell bei Lenksystemen mit einem Umlaufgetriebe anwendbar, wofür zum Ausbilden einer mechanischen Rückfallebene ebenfalls wenigstens eine Kupplungseinrichtung vorgesehen ist.The representation selected and in particular the positioning of the clutch device 14 is merely an example. In principle, the steering system 1 can be designed with regard to a positioning of the clutch device 14 according to any known approaches of the prior art. It is also not absolutely necessary for a second pinion 17 to be provided. Instead, there are also solutions in the prior art in which the actuator 8 and the steering handle 2 are connected to the rack 12 via a common pinion as a result of a closed clutch device 14 or can transmit moments to the rack 12 via a common pinion. In principle, the present solution can also be used in steering systems with an epicyclic gear, for which at least one clutch device is also provided to form a mechanical fallback level.

Wie aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, kann das Lenksystem 1 auch einen Momentensensor 22 aufweisen, der sich insbesondere innerhalb der ersten Verbindungsanordnung 16 befindet bzw. von dieser umfasst ist. Insbesondere kann diese an dem Ritzel 17 und/oder der Eingangswelle 18 anliegende Momente erfassen.As is also known from the prior art, the steering system 1 can also have a torque sensor 22 which is located in particular within the first connection arrangement 16 or is encompassed by it. In particular, this can detect torques applied to the pinion 17 and/or the input shaft 18 .

In einem störungsfreien Normalbetrieb ohne Aktivierung der mechanischen Rückfallebene bzw. Herstellung einer mechanischen Verbindung von Lenkhandhabe 2 und Zahnstange 12 (also in einem Steer-by-Wire-Betrieb mit mechanisch entkoppelter Lenkhandhabe 2) erzeugt der Fahrzeugradaktor 8 in der vorstehend erwähnten Weise nach Maßgabe der Lenkvorgabe L Momente zum Verlagern der Zahnstange 12. Die Kupplungseinrichtung 14 ist zum Entkoppeln der Lenkhandhabe 2 und Zahnstange 12 in diesem Fall geöffnet.In trouble-free normal operation without activating the mechanical fallback level or establishing a mechanical connection between steering handle 2 and rack 12 (i.e. in steer-by-wire operation with mechanically decoupled steering handle 2), vehicle wheel actuator 8 generates in the manner mentioned above in accordance with Steering specification L moments for shifting the rack 12. The coupling device 14 is open for decoupling the steering handle 2 and the rack 12 in this case.

Im Fehlerfall bzw. bei auftretenden Störungen wird die Kupplungseinrichtung 14 geschlossen. Dann kann der Fahrer über die Lenkhandhabe 2 und Eingangswelle 3 aufgrund der hergestellten mechanischen Verbindung ein Moment auf das Ritzel 17 und somit auch eine Kraft auf die Zahnstange 12 übertragen.In the event of an error or when faults occur, the clutch device 14 is closed. The driver can then transmit a torque to the pinion 17 and thus also a force to the rack 12 via the steering handle 2 and input shaft 3 due to the mechanical connection that has been established.

Schematisch angedeutet ist, dass das Steuergerät 6 eine Prozessoreinrichtung 21 umfasst. Diese führt z.B. als eine Softwareapplikation oder ein Softwareprogramm die abgebildeten Funktionsblöcke zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße FZ aus. In an sich bekannter Weise wird anhand dieser Zahnstangenkraftgröße FZ ein einzustellendes Reaktionskraftmoment MR ermittelt und erzeugt das Steuergerät 6 genauer gesagt ein Steuersignal SM zum Ansteuern des Reaktionskraftaktors 5, mittels dem ein entsprechendes Reaktionskraftmoment MR einstellbar ist.It is indicated schematically that control unit 6 includes a processor device 21 . This executes, e.g. as a software application or a software program, the function blocks shown for determining a rack force variable FZ. In a manner known per se, a reaction force torque MR to be set is determined on the basis of this rack force variable FZ and, more precisely, the control unit 6 generates a control signal SM for controlling the reaction force actuator 5, by means of which a corresponding reaction force torque MR can be set.

Gezeigt ist, dass das Steuergerät 6 von dem Aktor 8 und insbesondere dessen Leistungselektronik eine aktuelle Momentengröße MI erhält. Wenn die Kupplungseinrichtung 14 geöffnet ist, wertet das Steuergerät 6 zusätzlich das vom Sensor 22 gemessene Moment aus bzw. erhält hiervon einen Momentenmesswert MK. Dieser wird von der Momentengröße bzw. dem Ist-Moment MI abgezogen. Der resultierende Differenzwert D wird einem Zahnstangenkraftschätzer 26 zugeführt, der wenigstens ein Modell und/oder einen nicht gesondert abgebildeten Kalman-Filter zum Ermitteln der Zahnstangenkraft FZ aufweisen kann. What is shown is that control unit 6 receives a current torque variable MI from actuator 8 and in particular from its power electronics. When the clutch device 14 is opened, the control unit 6 additionally evaluates the torque measured by the sensor 22 or receives a measured torque value MK from it. This is subtracted from the torque size or the actual torque MI. The resulting differential value D is fed to a rack force estimator 26, which can have at least one model and/or a Kalman filter (not shown separately) for determining the rack force FZ.

Lösungen zum Ermitteln einer Zahnstangenkraft FZ anhand erhaltener Aktor-Momente MI sind im Stand der Technik bekannt. Vorliegend wird aber zum Berücksichtigen von Reibungseffekten zumindest bei der geöffneten Kupplungseinrichtung 14 diese Momentengröße MI um den Sensor-Momentenmesswert MK verringert. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Zahnstangenkraftgröße FZ besonders präzise ermittelbar ist bzw. dann Reibkräfte insbesondere ohne zusätzliche Modellierungen und/oder Maßnahmen innerhalb des Schätzers 21 ausreichend genau berücksichtigbar sind.Solutions for determining a rack force FZ based on actuator torques MI obtained are known in the prior art. In the present case, however, this torque variable MI is reduced by the sensor torque measurement value MK in order to take friction effects into account, at least when the clutch device 14 is disengaged. It has been shown that, as a result, the rack force variable FZ can be determined with particular precision or that frictional forces can then be taken into account with sufficient accuracy, in particular without additional modeling and/or measures within the estimator 21 .

In 2 ist ein Ablaufschema eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, wie es von dem Steuergerät 6 aus 1 ausführbar ist. In einem Schritt S1 wird festgestellt, dass ein störungsfreier Normalbetrieb vorliegt, also die Kupplungseinrichtung 14 geöffnet ist. In einem Schritt S2 wird die Momentengröße MI des Aktors 8 erhalten. In einem Schritt S3, der prinzipiell auch parallel oder vorgelagert zu dem Schritt S2 ausführbar ist, wird ein Momentenmesswert MK erhalten und bevorzugt überprüft, ob dieser oberhalb eines Schwellenwertes liegt, also eine ausreichende Zahnstangenbewegung vorliegt. In einem Schritt S4 wird daraufhin die Zahnstangenkraftgröße FZ mittels des Schätzers 26 geschätzt. In einem Schritt S5 wird darauf basierend das Steuersignal SM ermittelt und der Reaktionskraftaktor 5 zum Erzeugen eines Rückkopplungsmoments MR an der Lenkhandhabe 2 angesteuert.In 2 a flow chart of an exemplary method according to the invention is shown, as it is carried out by the control unit 6 1 is executable. In a step S1 it is determined that there is trouble-free normal operation, ie the clutch device 14 is open. In a step S2, the moment variable MI of the actuator 8 is obtained. In a step S3, which can in principle also be carried out parallel to or before step S2, a measured torque value MK is obtained and preferably checked as to whether this is above a threshold value, ie whether there is sufficient rack movement. The rack force variable FZ is then estimated using the estimator 26 in a step S4. In a step S5, based on this, the control signal SM is determined and the reaction force actuator 5 is actuated to generate a feedback torque MR on the steering handle 2.

BezugszeichenlisteReference List

11

Lenksystemsteering system

22

Lenkhandhabesteering handle

33

Lenkwellesteering shaft

44

Sensorsensor

55

Reaktionskraftaktorreaction force actuator

66

Steuergerätcontrol unit

88th

Fahrzeugradaktorvehicle wheel actuator

1010

Ausgangswelleoutput shaft

1111

Ritzel (am Fahrzeugradaktor 8)Pinion (on vehicle wheel actuator 8)

1212

Zahnstangerack

1414

Kupplungseinrichtungcoupling device

1616

erste Verbindungsanordnungfirst connection arrangement

1717

Ritzel (an erster Verbindungsanordnung 16)Pinion gear (on first link assembly 16)

1818

Eingangswelleinput shaft

2020

zweite Verbindungsanordnungsecond connection arrangement

2121

Prozessoreinrichtungprocessor device

2222

Momentensensortorque sensor

2626

Zahnstangenkraftschätzerrack force estimator

100100

Kraftfahrzeugmotor vehicle

LL

Lenkvorgabesteering input

SS

Stellsignalcontrol signal

MIMI

Momentengrößemoment size

MKMK

Momentenmesswerttorque reading

SMSM

Steuersignalcontrol signal

MRMR

Rückkopplungsmomentfeedback moment

FZcar

Zahnstangenkraft / ZahnstangenkraftgrößeRack force / rack force size

DD

Differenzwertdifference value

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

• US 2020/0023889 A1 [0002]US 2020/0023889 A1 [0002]
• US 2012/0023889 A1 [0006]US 2012/0023889 A1 [0006]

Claims (10)

Verfahren zum Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße (FZ) bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs (100), wobei das Lenksystem (1) eine mittels eine Kupplungseinrichtung (14) selektiv herstellbare mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe (2) und einer Zahnstange (12) des Lenksystems (1) aufweist, wobei die Kupplungseinrichtung (14) über eine Verbindungsanordnung (16) mit der Zahnstange (12) gekoppelt ist und die Verbindungsanordnung (16) wenigstens einen Momentensensor (22) aufweist; wobei das Verfahren aufweist: • Erhalten wenigstens eines Momentenmesswerts (MK) des Momentensensors (22) bei mit der Kupplungseinrichtung (14) nicht hergestellter mechanischer Verbindung und bei einer mit einem Fahrzeugradaktor (8) des Lenksystems (1) erzeugten Zahnstangenbewegung; • Ermitteln einer Zahnstangenkraftgröße (FZ) auf Basis des Momentenmesswerts (MK) und anhand einer Momentengröße (MI) des Fahrzeugradaktors (8).Method for determining a rack force variable (FZ) in a steer-by-wire steering system (1) of a motor vehicle (100), wherein the steering system (1) has a mechanical connection between a steering handle (2) and a rack (12) of the steering system (1) that can be produced selectively by means of a coupling device (14), wherein the coupling device (14) is coupled to the toothed rack (12) via a connection arrangement (16) and the connection arrangement (16) has at least one torque sensor (22); the method comprising: • Obtaining at least one measured torque value (MK) of the torque sensor (22) when the mechanical connection is not established with the clutch device (14) and when a rack movement is generated with a vehicle wheel actuator (8) of the steering system (1); • Determining a rack force variable (FZ) based on the measured torque value (MK) and using a torque variable (MI) of the vehicle wheel actuator (8). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraftgröße (FZ) auf Basis eines Differenzwertes (D) der Momentengröße (MI) und des Momentenmesswerts (MK) ermittelt wird.procedure after claim 1 , characterized in that the rack force size (FZ) is determined on the basis of a differential value (D) of the moment size (MI) and the moment measurement value (MK). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraftgröße (FZ) modellbasiert oder anhand eines Kalman-Filters ermittelt wird, wobei der Differenzwert (D) eine Eingangsgröße des Modells oder des Kalman-Filters ist oder von dem Modell oder Kalman-Filter ermittelt wird.procedure after claim 2 , characterized in that the rack force variable (FZ) is determined based on a model or using a Kalman filter, the difference value (D) being an input variable of the model or the Kalman filter or being determined by the model or Kalman filter. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe, die eine Reibkraft repräsentiert, auf Basis des Momentenmesswerts (MK) und der Momentengröße (MI) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a variable which represents a frictional force is determined on the basis of the measured torque value (MK) and the torque variable (MI). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraftgröße (FZ) nur dann auf Basis des Momentenmesswerts (MK) bestimmt wird, wenn dieser einen Schwellenwert überschreitet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rack force variable (FZ) is only determined on the basis of the measured torque value (MK) if this exceeds a threshold value. Kraftfahrzeug (100) mit Steer-by-Wire-Lenksystem (1), wobei das Lenksystem (1) eine Lenkhandhabe (2) und eine Zahnstange (12) aufweist, die mittels einer Kupplungseinrichtung (14) des Lenksystems (1) selektiv mechanisch verbindbar sind, wobei die Kupplungseinrichtung (14) über eine Verbindungsanordnung (16) des Lenksystems (1) mit der Zahnstange (12) gekoppelt ist und die Verbindungsanordnung (16) wenigstens einen Momentensensor (22) aufweist; und wobei das Lenksystem (1) ein Steuergerät (6) umfasst, das dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Momentenmesswert (MK) des Momentensensors (22) zu erhalten, der bei mit der Kupplungseinrichtung (14) nicht hergestellter mechanischer Verbindung und bei einer mit einem Fahrzeugradaktor (8) des Lenksystems (1) erzeugten Zahnstangenkraftbewegung vorliegt, und eine Zahnstangenkraftgröße (FZ) auf Basis des Momentenmesswerts (MK) und anhand einer Momentengröße (MI) des Fahrzeugradaktors (8) zu ermitteln.Motor vehicle (100) with a steer-by-wire steering system (1), wherein the steering system (1) has a steering handle (2) and a toothed rack (12), which can be selectively mechanically connected by means of a coupling device (14) of the steering system (1), wherein the coupling device (14) is coupled to the rack (12) via a connection arrangement (16) of the steering system (1) and the connection arrangement (16) has at least one torque sensor (22); and wherein the steering system (1) comprises a control unit (6) which is set up to obtain at least one measured torque value (MK) from the torque sensor (22), which is obtained when the mechanical connection is not established with the coupling device (14) and when a mechanical connection is made with a Vehicle wheel actuator (8) of the steering system (1) generated rack force movement is present, and to determine a rack force size (FZ) based on the measured torque value (MK) and using a torque size (MI) of the vehicle wheel actuator (8). Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) dazu eingerichtet ist, die Zahnstangenkraftgröße (FZ) auf Basis eines Differenzwertes (D) der Momentengröße (MI) und des Momentenmesswerts (MK) zu ermitteln.Motor vehicle (100) according to claim 6 , characterized in that the control unit (6) is set up to determine the rack force variable (FZ) on the basis of a differential value (D) of the torque variable (MI) and the torque measurement value (MK). Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) dazu eingerichtet ist, die Zahnstangenkraftgröße (FZ) modellbasiert oder anhand eines Kalman-Filters zu ermitteln, wobei der Differenzwert (D) als Eingangsgröße des Modells oder des Kalman-Filters verwendbar oder von dem Modell oder Kalman-Filter ermittelbar ist.motor vehicle (100) according to claim 7 , characterized in that the control unit (6) is set up to determine the rack force variable (FZ) based on a model or using a Kalman filter, the difference value (D) being usable as an input variable for the model or the Kalman filter or from the model or Kalman filter can be determined. Kraftfahrzeug (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, eine Größe, die eine Reibkraft repräsentiert, auf Basis des Momentenmesswerts (MK) und der Momentengröße (MI) zu ermitteln; und/oder die Zahnstangenkraftgröße (FZ) nur dann auf Basis des Momentenmesswerts (MK) zu bestimmen, wenn dieser einen Schwellenwert überschreitet.Motor vehicle (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit is set up to determine a variable which represents a frictional force on the basis of the measured torque value (MK) and the torque variable (MI); and/or to determine the rack force magnitude (FZ) only on the basis of the measured torque value (MK) if this exceeds a threshold value. Steuergerät (6) für ein Kraftfahrzeug (100), das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.Control unit (6) for a motor vehicle (100), which is set up to carry out a method according to one of Claims 1 until 5 to execute.

Images