DE102021211415A1

DE102021211415A1 - Verfahren zur Kalibrierung und/oder Initialisierung eines Lenksensors eines Lenksystems

Info

Publication number: DE102021211415A1
Application number: DE102021211415.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Guenther
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-10-11
Filing date: 2021-10-11
Publication date: 2023-04-13
Also published as: CN118103274A; WO2023061702A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Kalibrierung und/oder Initialisierung eines Lenksensors (10) eines Lenksystems (12), insbesondere während eines Betriebs des Lenksystems (12) in einem Fahrzeug (14), wobei das Lenksystem (12) eine Lenkhandhabe (16) und einen der Lenkhandhabe (16) zugeordneten Drehmomentsensor (18) umfasst, wobei der Lenksensor (10) zur Erfassung einer Auslenkungsposition der Lenkhandhabe (16) vorgesehen ist.Es wird vorgeschlagen, dass eine Drehmomentkenngröße (20) ermittelt wird, indem für mehrere, unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe (16) jeweils ein Drehmoment bestimmt wird, und zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors (10) mit einer Referenzkenngröße (22) abgeglichen wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Kalibrierung und/oder Initialisierung eines Lenksensors eines Lenksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Zudem betrifft die Erfindung ein Steuergerät mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, welche ein konventionelles Lenksystem mit einer Lenkhandhabe beispielsweise in Form eines Lenkrads, einem Radlenkwinkelsteller in Form eines Lenkgetriebes und einer Lenkwelle zur mechanischen Verbindung der Lenkhandhabe mit dem Radlenkwinkelsteller umfassen. Zudem sind Fahrzeuge mit Steer-by-Wire-Lenksystemen bekannt, welche ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern auskommen und bei welchen eine Lenkvorgabe an der Lenkhandhabe ausschließlich elektrisch weitergeleitet wird. Letztere umfassen eine von einem Fahrer betätigbare Bedieneinheit sowie wenigstens einen mechanisch von der Bedieneinheit getrennten Radlenkwinkelsteller. Ferner umfassen derartige Lenksysteme in beiden Fällen Sensoren, wie beispielsweise Drehmomentsensoren und/oder Lenkwinkelsensoren, zur Steuerung eines Betriebs des Lenksystems. Derartige Lenksysteme sind beispielsweise aus der DE 10 2008 037 870 B4 und der DE 10 2018 123 615 A1 bekannt.
Bei den verwendeten Sensoren handelt es sich ferner um sicherheitskritische Bauteile, welche besonders präzise kalibriert und/oder eingestellt werden müssen, um Fehler während des Fahrbetriebs zu vermeiden. Eine entsprechende Kalibrierung erfolgt dabei normalerweise manuell während der Herstellung oder manuell in einer Werkstatt unter Verwendung spezieller Werkzeuge, wie beispielsweise eines Nivellierwerkzeugs. Eine einfache Rekalibrierung, welche beispielsweise aufgrund von Alterungs- und/oder Verschleißeffekten nötig sein kann, sowie Automatisierung kann mittels der bekannten Kalibrierungsmethoden jedoch nicht erreicht werden.
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung insbesondere darin, ein Verfahren zur Kalibrierung und/oder Initialisierung eines Lenksensors und ein Fahrzeug mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Betriebssicherheit und/oder einer Funktionsweise bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 8 und 9 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren, insbesondere einem computerimplementierten Verfahren, zur, insbesondere automatischen und/oder automatisierten, Kalibrierung und/oder Initialisierung eines Lenksensors eines Lenksystems, insbesondere während eines Betriebs des Lenksystems in einem Fahrzeug, wobei das Lenksystem eine Lenkhandhabe und einen der Lenkhandhabe zugeordneten Drehmomentsensor umfasst. Der Drehmomentsensor ist zur Erfassung eines, insbesondere auf die Lenkhandhabe einwirkenden, Drehmoments vorgesehen. Der Lenksensor ist zur Erfassung einer Auslenkungsposition der Lenkhandhabe vorgesehen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Es wird vorgeschlagen, dass eine Drehmomentkenngröße ermittelt wird, indem, insbesondere mittels des Drehmomentsensors, für mehrere, unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe jeweils ein, insbesondere mit der entsprechenden Auslenkungsposition verknüpftes, Drehmoment bestimmt wird, und zur, insbesondere automatischen und/oder automatisierten, Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors mit einer Referenzkenngröße abgeglichen wird. Die Drehmomentkenngröße umfasst demnach mehrere Wertepaare aus Auslenkungsposition der Lenkhandhabe und zugehörigem Drehmoment. Die Referenzkenngröße könnte beispielsweise eine zu der Drehmomentkenngröße äquivalente weitere Drehmomentkenngröße sein, welche mittels eines, beispielsweise redundanten, weiteren Drehmomentsensors ermittelt wird. Vorteilhaft wird als Referenzkenngröße jedoch eine vorab applizierte Werkseinstellung für die Drehmomentkenngröße verwendet. In diesem Fall kann die Referenzkenngröße beispielsweise vorab mittels Testmessungen, beispielsweise an einem kalibrierten Referenzsystem, ermittelt werden und in einem Betriebsspeicher des Fahrzeugs hinterlegt sein. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Drehmomentkenngröße und der Referenzkenngröße um Vektoren. Anhand des Abgleichs wird dann ein Unterschied und/oder eine Abweichung zwischen der Drehmomentkenngröße und der Referenzkenngröße ermittelt und zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors verwendet. Durch diese Ausgestaltung kann eine Betriebssicherheit erhöht und/oder eine Funktionsweise verbessert werden. Insbesondere kann ein besonders präzise kalibrierter und/oder eingestellter Lenksensor bereitgestellt werden. Zudem kann eine Flexibilität erhöht und eine vorteilhafte Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen erreicht werden.
Vorteilhaft wird für zumindest vier, bevorzugt zumindest zwanzig und besonders bevorzugt für zumindest dreißig, unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe ein Drehmoment ermittelt. Vorzugsweise sind die Auslenkungspositionen zudem gleichmäßig über einen gesamten Auslenkungsbereich der Lenkhandhabe verteilt. Ist die Lenkhandhabe dabei als Lenkrad ausgebildet, so ist der gesamte Auslenkungsbereich identisch mit einer vollen Umdrehung des Lenkrads. Hierdurch kann eine besonders einfache und/oder exakte Auswertung sowie Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass zum Abgleich der Drehmomentkenngröße und der Referenzkenngröße eine Fourier-Transformation, insbesondere eine diskrete Fourier-Transformation (DFT) oder bevorzugt eine schnelle Fourier-Transformation (FFT), verwendet wird. Sofern die Drehmomentkenngröße einem Sinussignal entspricht, kann die Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors dabei direkt anhand eines Ergebnisses der Fourier-Transformation erfolgen. In diesem Fall kann vorteilhaft anhand eines realen und eines imaginären Anteils, insbesondere Winkelanteils, des Ergebnisses der Fourier-Transformation ein Unterschied und/oder eine Abweichung zwischen der Drehmomentkenngröße und der Referenzkenngröße ermittelt und zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors verwendet werden. Hierdurch kann insbesondere ein besonders einfacher und/oder ressourcenschonender Auswertealgorithmus erreicht werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass zum Abgleich der Drehmomentkenngröße und der Referenzkenngröße eine Kreuzkorrelation verwendet wird. Insbesondere wird dabei eine Kreuzkorrelation zwischen der Drehmomentkenngröße und der Referenzkenngröße berechnet. Vorteilhaft wird in diesem Zusammenhang anhand eines Maximums der Kreuzkorrelation ein Unterschied und/oder eine Abweichung zwischen der Drehmomentkenngröße und der Referenzkenngröße ermittelt und zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors verwendet. Eine derartige Auswertung bietet sich insbesondere an, falls die Drehmomentkenngröße über ein gewisses Maß von einem Sinussignal abweicht. Hierdurch kann insbesondere eine besonders exakte Auswertung erreicht werden, wodurch vorteilhaft ein präzise kalibrierter und/oder eingestellter Lenksensor bereitgestellt werden kann.
Die Lenkhandhabe könnte zur Ermittlung der Drehmomentkenngröße beispielsweise manuell und/oder händisch ausgelenkt werden. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass das Lenksystem wenigstens eine mit der Lenkhandhabe in Wirkverbindung stehende, insbesondere elektrische und/oder elektronische, Aktuatoreinheit umfasst und die Lenkhandhabe zur Ermittlung der Drehmomentkenngröße durch Ansteuerung der Aktuatoreinheit ausgelenkt wird. Insbesondere wird die Lenkhandhabe dabei durch Ansteuerung der Aktuatoreinheit automatisch und/oder automatisiert ausgelenkt, wobei bei Erreichen der jeweiligen Auslenkungsposition mittels des Drehmomentsensors ein entsprechendes Drehmoment ermittelt wird, und wobei der entsprechende Wert für das Drehmoment zusammen mit der entsprechenden Auslenkungsposition als Wertepaar abgespeichert wird. Die Gesamtheit aller derart ermittelten Wertepaare aus Auslenkungsposition der Lenkhandhabe und zugehörigem Drehmoment bildet dann die Drehmomentkenngröße. Ferner kann das Lenksystem in diesem Fall insbesondere als konventionelles Lenksystem, insbesondere als elektrische Servolenkung, ausgebildet sein und einen mechanischen Durchgriff umfassen. In diesem Fall kann die Aktuatoreinheit als Lenkaktuator zur Unterstützung eines an der Lenkhandhabe aufgebrachten Handmoments ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Lenksystem jedoch als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet und umfasst insbesondere eine Bedieneinheit und wenigstens einen mechanisch von der Bedieneinheit getrennten Radlenkwinkelsteller, welcher zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads in Abhängigkeit einer Lenkvorgabe vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Aktuatoreinheit bevorzugt Teil der Bedieneinheit und mechanisch mit der Lenkhandhabe gekoppelt. Besonders bevorzugt ist die Aktuatoreinheit dabei als Feedback-Aktuator zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe ausgebildet. Zudem ist die Aktuatoreinheit vorteilhaft als elektrische Drehstrommaschine, insbesondere als Synchronmaschine und besonders bevorzugt als permanenterregte Synchronmaschine, ausgebildet und wird vorzugsweise in wenigstens einem Betriebszustand unter Verwendung eines Signals des Drehmomentsensors und/oder des Lenksensors angesteuert. Hierdurch kann eine vorteilhafte Automatisierung erreicht werden.
Wird die Drehmomentkenngröße zu einem Zeitpunkt und/oder in einem Zustand ermittelt wird, in welchem keine Berührung der Lenkhandhabe erfolgt und/oder stattfindet, insbesondere einem sogenannten Hands-Off-Zustand, kann die Drehmomentkenngröße zudem vorteilhaft präzise und unabhängig von externen Einflüssen ermittelt werden.
Ferner betrifft die Erfindung ein Steuergerät mit einer Recheneinheit zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens. Unter einer „Recheneinheit“ soll dabei insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Betriebsspeicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Regelroutine, zumindest eine Ermittlungsroutine, zumindest eine Berechnungsroutine und/oder zumindest eine Kalibrierungsroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, die Drehmomentkenngröße zu ermitteln. Dabei ist die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen, für mehrere, unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe jeweils ein Drehmoment zu ermitteln und daraus eine Drehmomentkenngröße zu erzeugen. Des Weiteren ist die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen, die Drehmomentkenngröße zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors mit einer Referenzkenngröße abzugleichen. Ferner kann die Recheneinheit dazu vorgesehen sein, die Aktuatoreinheit anzusteuern und hierdurch die Lenkhandhabe automatisch und/oder automatisiert auszulenken. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dabei in ein Steuergerät des Fahrzeugs, vorteilhaft ein als Lenkungssteuergerät ausgebildetes Steuergerät, integriert. Hierdurch können insbesondere die bereits zuvor genannten Vorteile erreicht werden.
Darüber hinaus wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, mit einem Lenksystem, welches eine Lenkhandhabe, einen der Lenkhandhabe zugeordneten Lenksensor zur Erfassung einer Auslenkungsposition der Lenkhandhabe und einen der Lenkhandhabe zugeordneten Drehmomentsensor zur Erfassung eines Drehmoments umfasst, und mit einer Recheneinheit, welche dazu vorgesehen ist, für mehrere, unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe jeweils ein Drehmoment zu ermitteln und daraus eine Drehmomentkenngröße zu erzeugen, und wobei die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, die Drehmomentkenngröße zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors mit einer Referenzkenngröße abzugleichen. Das Lenksystem kann dabei als konventionelles Lenksystem, insbesondere als elektrische Servolenkung, ausgebildet sein und einen mechanischen Durchgriff umfassen. Vorzugsweise ist das Lenksystem jedoch als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet und umfasst insbesondere eine Bedieneinheit und wenigstens einen mechanisch von der Bedieneinheit getrennten Radlenkwinkelsteller, welcher zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads in Abhängigkeit einer Lenkvorgabe vorgesehen ist. Hierdurch können insbesondere die bereits zuvor genannten Vorteile erreicht werden.
Das Verfahren zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors, das Steuergerät und das Fahrzeug sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können das Verfahren zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors, das Steuergerät und das Fahrzeug zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:

1a-b ein Fahrzeug mit einem beispielhaft als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildeten Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung,
2a-b beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zur Kalibrierung und/oder Initialisierung eines Lenksensors des Lenksystems und
3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1a und 1b zeigen ein beispielhaft als Personenkraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 14 mit mehreren Fahrzeugrädern 32 und mit einem Lenksystem 12 in einer vereinfachten Darstellung. Das Lenksystem 12 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 32 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 14 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 12 im vorliegenden Fall als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, bei welchem eine Lenkvorgabe in zumindest einem Betriebszustand elektrisch an die Fahrzeugräder 32 weitergeleitet wird. Grundsätzlich könnte ein Lenksystem jedoch auch als konventionelles Lenksystem, insbesondere als elektrische Servolenkung, ausgebildet sein.
Das Lenksystem 12 weist einen an sich bekannten Radlenkwinkelsteller 34 auf. Der Radlenkwinkelsteller 34 ist beispielhaft als Zentralsteller ausgebildet. Der Radlenkwinkelsteller 34 weist eine Wirkverbindung mit zumindest zwei der Fahrzeugräder 32, insbesondere zwei Vorderrädern, auf und ist dazu vorgesehen, die Lenkvorgabe in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 32 umzusetzen. Dazu umfasst der Radlenkwinkelsteller 34 ein beispielhaft als Zahnstange ausgebildetes Lenkungsstellelement 36 und eine mit dem Lenkungsstellelement 36 zusammenwirkende Aktuatoreinheit 38. Die Aktuatoreinheit 38 ist als Lenkaktuator, insbesondere als Elektromotor, ausgebildet und zur Ansteuerung der lenkbaren Fahrzeugräder 32 vorgesehen. Grundsätzlich könnte ein Lenksystem natürlich auch mehrere, insbesondere als Einzelradsteller ausgebildete, Radlenkwinkelsteller umfassen. Ferner könnte eine Aktuatoreinheit mehrere Elektromotoren umfassen. Zudem könnte ein Radlenkwinkelsteller grundsätzlich auch als konventionelles Lenkgetriebe ausgebildet und über eine Lenkwelle mechanisch mit einer Lenkhandhabe verbunden sein.
Darüber hinaus weist das Lenksystem 12 eine, insbesondere von einem Fahrer und/oder Insassen betätigbare, Bedieneinheit 40 auf. Die Bedieneinheit 40 ist mechanisch getrennt von dem Radlenkwinkelsteller 34 ausgebildet. Die Bedieneinheit 40 ist rein elektrisch mit dem Radlenkwinkelsteller 34 verbunden. Die Bedieneinheit 40 umfasst eine Lenkhandhabe 16, beispielsweise in Form eines Lenkrads, und eine, insbesondere mechanisch mit der Lenkhandhabe 16 gekoppelte, weitere Aktuatoreinheit 26. Die weitere Aktuatoreinheit 26 ist als Feedback-Aktuator ausgebildet und zumindest zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe 16 vorgesehen. Dazu umfasst die weitere Aktuatoreinheit 26 wenigstens einen, insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgebildeten, Elektromotor (nicht dargestellt).
Zudem umfasst die Bedieneinheit 40 zumindest ein Torsionselement 42, im vorliegenden Fall insbesondere einen Drehstab, welches zu einer Verdrehung in Abhängigkeit von einer Bewegung der Lenkhandhabe 16 vorgesehen ist. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Joystick, als Lenkhebel und/oder als Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner könnte ein weitere Aktuatoreinheit auch mehrere Elektromotoren umfassen. Zudem ist denkbar, eine Bedieneinheit und einen Radlenkwinkelsteller mittels einer Lenkwelle miteinander zu verbinden, wie beispielsweise bei einem konventionellen Lenksystem. In diesem Fall könnte auf eine weitere Aktuatoreinheit verzichtet werden.
Des Weiteren umfasst das Lenksystem 12 wenigstens einen Drehmomentsensor 18. Der Drehmomentsensor 18 ist im vorliegenden Fall Teil der Bedieneinheit 40 und insbesondere im Bereich des Torsionselements 42 angeordnet. Der Drehmomentsensor 18 ist dabei der Lenkhandhabe 16 zugeordnet. Der Drehmomentsensor 18 ist dazu vorgesehen, ein durch die Lenkhandhabe 16 bewirktes und mit einer Verdrehung des Torsionselements 42 korreliertes Drehmoment zu erfassen. Grundsätzlich könnte ein Drehmomentsensor jedoch auch getrennt von einer Bedieneinheit ausgebildet sein, wie beispielsweise bei einem konventionellen Lenksystem.
Zudem umfasst das Lenksystem 12 wenigstens einen Lenksensor 10. Der Lenksensor 10 ist im vorliegenden Fall Teil der Bedieneinheit 40. Der Lenksensor 10 ist dabei der Lenkhandhabe 16 zugeordnet. Der Lenksensor 10 ist dazu vorgesehen, einer Auslenkungsposition der Lenkhandhabe 16 zu erfassen. Im vorliegenden Fall ist der Lenksensor 10 beispielhaft als Lenkwinkelsensor ausgebildet und zur Erfassung eines Lenkwinkels vorgesehen. Grundsätzlich könnte ein Lenksensor jedoch auch getrennt von einer Bedieneinheit ausgebildet sein, wie beispielsweise bei einem konventionellen Lenksystem. Zudem ist denkbar, ein Lenksensor unmittelbar an einer Lenkhandhabe anzuordnen.
Ferner weist das Fahrzeug 14 ein Steuergerät 28 auf. Das Steuergerät 28 ist im vorliegenden Fall beispielhaft als zentrales Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Lenksystems 12. Das Steuergerät 28 weist eine elektrische Verbindung mit dem Radlenkwinkelsteller 34 auf. Das Steuergerät 28 weist ferner eine elektrische Verbindung mit der Bedieneinheit 40 und insbesondere dem Drehmomentsensor 18 und dem Lenksensor 10 auf. Das Steuergerät 28 ist zur Steuerung eines Betriebs des Lenksystems 12 vorgesehen. Das Steuergerät 28 ist vorliegend dazu vorgesehen, die Aktuatoreinheit 38 in Abhängigkeit von einem Signal der Bedieneinheit 40, beispielsweise in Abhängigkeit einer Lenkvorgabe und/oder eines Handmoments, anzusteuern. Das Steuergerät 28 ist ferner dazu vorgesehen, die weitere Aktuatoreinheit 26 in Abhängigkeit von einem Signal des Radlenkwinkelstellers 34 anzusteuern.
Dazu umfasst das Steuergerät 28 eine Recheneinheit 30. Die Recheneinheit 30 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 30 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Steuerroutine, zumindest einer Ermittlungsroutine, zumindest einer Berechnungsroutine und zumindest einer Kalibrierungsroutine. Grundsätzlich könnte ein Fahrzeug auch mehrere Steuergeräte umfassen, wobei ein erstes Steuergerät mit wenigstens einer ersten Recheneinheit einer Bedieneinheit zugeordnet ist, während ein zweites Steuergerät mit wenigstens einer zweiten Recheneinheit einem Radlenkwinkelsteller zugeordnet ist. In diesem Fall könnten das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät elektrisch miteinander kommunizieren. Ferner könnte ein Steuergerät auch von einem Lenksystem verschieden und beispielsweise als zentrales Steuergerät eines Fahrzeugs ausgebildet sein.
Bei den verwendeten Sensoren handelt es sich grundsätzlich um sicherheitskritische Bauteile. Demnach muss der Drehmomentsensor 18 sowie der Lenksensor 10 besonders präzise kalibriert und/oder eingestellt werden, um Fehler während des Fahrbetriebs zu vermeiden. Die Folgende Beschreibung konzentriert sich dabei auf eine Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10.
Um eine Betriebssicherheit zu erhöhen und/oder eine Funktionsweise zu verbessern wird deshalb nachfolgend ein Verfahren zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 beschrieben. Das Verfahren wird dabei insbesondere während eines Betriebs des Lenksystems 12 und folglich des Lenksensors 10 im Fahrzeug 14 durchgeführt, und zwar bevorzugt im Stillstand des Fahrzeugs 14. Zur Durchführung der Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 kann das Fahrzeug 14 beispielsweise einen speziellen Servicebetriebsmodus umfassen, welcher von einem Fahrer und/oder Insassen des Fahrzeugs 14 oder von einem Servicemitarbeiter, beispielsweise mittels eines Bordcomputers, aktiviert werden kann. Eine Ausführung des Verfahrens kann dabei grundsätzlich in regelmäßigen zeitlichen Abständen oder situationsabhängig, wie beispielsweise bei jedem Systemstart oder bei Bedarf, wiederholt werden. Im vorliegenden Fall ist insbesondere die Recheneinheit 30 dazu vorgesehen, das Verfahren auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf. Alternativ könnte jedoch auch eine einer Bedieneinheit zugeordnete erste Recheneinheit eines ersten Steuergeräts zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen sein. Ferner könnte das Verfahren alternativ oder zusätzlich auch in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs 14, beispielsweise während eines automatisierten Fahrbetriebs, durchgeführt werden.
Vorliegend wird zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 eine Drehmomentkenngröße 20 ermittelt, indem mittels des Drehmomentsensors 18 für mehrere, unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe 16 jeweils ein Drehmoment bestimmt wird. Vorliegend wird dabei für zumindest dreißig unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe 16 ein entsprechendes Drehmoment ermittelt, wobei die Auslenkungspositionen gleichmäßig über einen gesamten Auslenkungsbereich der Lenkhandhabe 16, im vorliegenden Fall also eine volle Umdrehung der als Lenkrad ausgebildeten Lenkhandhabe 16, verteilt sind. Dazu wird die Lenkhandhabe 16 durch Ansteuerung der weiteren Aktuatoreinheit 26 automatisch und/oder automatisiert ausgelenkt, wobei bei Erreichen der jeweiligen Auslenkungsposition mittels des Drehmomentsensors 18 ein entsprechendes Drehmoment ermittelt wird. Zudem wird der entsprechende Wert für das Drehmoment zusammen mit der entsprechenden Auslenkungsposition als Wertepaar beispielsweise in dem Betriebsspeicher der Recheneinheit 30 abgespeichert. Die Drehmomentkenngröße 20 umfasst demnach mehrere Wertepaare aus Auslenkungsposition der Lenkhandhabe 16 und zugehörigem Drehmoment. Vorteilhaft liegt die Drehmomentkenngröße 20 dabei als Vektor vor. Ferner wird die Drehmomentkenngröße 20 zu einem Zeitpunkt und/oder in einem Zustand ermittelt, in welchem keine Berührung der Lenkhandhabe 16 erfolgt und/oder stattfindet, insbesondere einem sogenannten Hands-Off-Zustand, um diese unabhängig von externen Einflüssen ermitteln zu können.
Anschließend wird die Drehmomentkenngröße 20 zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 mit einer Referenzkenngröße 22 abgeglichen. Die Referenzkenngröße 22 liegt vorteilhaft ebenfalls als Vektor vor. Anhand des Abgleichs wird dann ein Unterschied und/oder eine Abweichung zwischen der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 ermittelt und zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 verwendet. Als Referenzkenngröße 22 dient vorliegend eine applizierte Werkseinstellung für die Drehmomentkenngröße 20, welche insbesondere vorab mittels Testmessungen ermittelt und beispielsweise in dem Betriebsspeicher der Recheneinheit 30 hinterlegt sein kann.
Ferner wird zum Abgleich der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 eine Fourier-Transformation, im vorliegenden Fall insbesondere eine schnelle Fourier-Transformation (FFT), verwendet. Sofern die Drehmomentkenngröße 20 einem nahezu perfekten Sinussignal entspricht, kann die Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 direkt anhand eines Ergebnisses der Fourier-Transformation erfolgen. In diesem Fall kann anhand eines realen und eines imaginären Anteils, insbesondere Winkelanteils, des Ergebnisses der Fourier-Transformation ein Unterschied und/oder eine Abweichung zwischen der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 ermittelt und zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 verwendet werden. Normalerweise, beispielswiese aufgrund systemimmanenter Abweichungen oder entsprechender Toleranzen, weicht die Drehmomentkenngröße 20 jedoch mehr oder weniger stark von einem entsprechenden Sinussignal ab. In diesem Fall bietet sich eine abweichende Auswertung an. Dabei wird zum Abgleich der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 eine Kreuzkorrelation 24 verwendet. Hierzu wird eine Kreuzkorrelation 24 zwischen der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 berechnet und anhand eines Maximums der Kreuzkorrelation 24 ein Unterschied und/oder eine Abweichung zwischen der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 ermittelt. Der so ermittelte Unterschied und/oder die so ermittelte Abweichung kann dann zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 verwendet werden. Der sich zyklisch wiederholende Charakter der Drehmomentkenngröße 20 über den gesamten Auslenkungsbereich der Lenkhandhabe 16 erlaubt in diesem Zusammenhang die Berechnung der Kreuzkorrelation unter Verwendung der schnelle Fourier-Transformation (FFT) sowie der Umkehrfunktion zur schnellen Fourier-Transformation (IFFT). Für die Kreuzkorrelation 24 gilt dabei mit der Kreuzkorrelationsfunktion k: $k = I F F T (F F T (R e f e r e n z k e n n g r \ddot{o} ß e) \cdot F F T (D r e h m o m e n t k e n n g r \ddot{o} ß e))$
Die 2a und 2b zeigen beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10.
In 2a ist auf einer Ordinatenachse 44 ein Drehmoment in [Nm] aufgetragen. Auf einer Abszissenachse 46 ist eine Auslenkung der Lenkhandhabe 16, vorliegend insbesondere in Form eines Lenkwinkels, in [°] dargestellt. 2a zeigt dabei insbesondere den gesamten Auslenkungsbereich der Lenkhandhabe 16. Eine Kurve 48 zeigt einen Verlauf der Drehmomentkenngröße 20. Eine Kurve 50 zeigt einen der Drehmomentkenngröße 20 entsprechenden Verlauf der Referenzkenngröße 22.
Anhand des Verlaufs der Drehmomentkenngröße 20 lässt sich erkennen, dass das mittels des Drehmomentsensors 18 ermittelte Drehmoment in Abhängigkeit der Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe 16 schwankt. Aus diesem Grund wird das Drehmoment für eine Vielzahl unterschiedlicher Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe 16 ermittelt. Zudem werden die Auslenkungspositionen dabei derart gewählt, dass diese gleichmäßig über den gesamten Auslenkungsbereich der Lenkhandhabe 16 verteilt sind. Des Weiteren weicht der Verlauf der Drehmomentkenngröße 20 sowie der Referenzkenngröße 22 im dargestellten Fall relativ stark von einem Sinussignal ab, sodass zum Abgleich der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 in diesem Fall eine Kreuzkorrelation 24 verwendet wird.
In 2b ist eine Ordinatenachse 52 als Größenachse ausgebildet, während auf einer Abszissenachse 54 wiederum eine Auslenkung der Lenkhandhabe 16, vorliegend insbesondere in Form eines Lenkwinkels, in [°] aufgetragen ist. Eine Kurve 56 zeigt in diesem Fall die aus der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 berechnete Kreuzkorrelation 24.
Anhand der dargestellten Kreuzkorrelation 24 und insbesondere anhand eines Maximums der Kreuzkorrelation 24 lässt sich ein Unterschied und/oder eine Abweichung zwischen der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 leicht ermitteln. Der so ermittelte Unterschied und/oder die so ermittelte Abweichung kann dann zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 verwendet werden.
3 zeigt abschließend ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten des Verfahrens zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10.
Ein Verfahrensschritt 60 entspricht einem Ermittlungsschritt, in welchem die Drehmomentkenngröße 20 ermittelt wird. Dabei wird zunächst ein Servicebetriebsmodus aktiviert und anschließend zur Ermittlung der Drehmomentkenngröße 20 mittels des Drehmomentsensors 18 für mehrere, unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe 16 jeweils ein Drehmoment bestimmt. Dazu wird die Lenkhandhabe 16, vorteilhaft durch Ansteuerung der weiteren Aktuatoreinheit 26, ausgelenkt, wobei bei Erreichen der jeweiligen Auslenkungsposition mittels des Drehmomentsensors 18 ein entsprechendes Drehmoment ermittelt wird. Zudem wird der entsprechende Wert für das Drehmoment zusammen mit der entsprechenden Auslenkungsposition als Wertepaar beispielsweise in dem Betriebsspeicher der Recheneinheit 30 abgespeichert.
Ein Verfahrensschritt 62 entspricht einem Abgleichschritt, in welchem die zuvor ermittelte Drehmomentkenngröße 20 zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 mit einer Referenzkenngröße 22 abgeglichen wird. Zum Abgleich der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 wird dabei eine Fourier-Transformation, im vorliegenden Fall insbesondere eine schnelle Fourier-Transformation (FFT), verwendet. Bevorzugt wird ferner eine Kreuzkorrelation 24 zwischen der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 berechnet und anhand eines Maximums der Kreuzkorrelation 24 ein Unterschied und/oder eine Abweichung zwischen der Drehmomentkenngröße 20 und der Referenzkenngröße 22 ermittelt.
Ein Verfahrensschritt 64 entspricht einem Kalibrierungs- und/oder Initialisierungsschritt, in welchem der Lenksensor 10 kalibriert und/oder initialisiert wird. Dabei wird der zuvor, beispielsweise mittels der schnellen Fourier-Transformation (FFT) und/oder der Kreuzkorrelation 24, ermittelte Unterschied und/oder die zuvor, beispielsweise mittels der schnellen Fourier-Transformation (FFT) und/oder der Kreuzkorrelation 24, ermittelte Abweichung zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 verwendet.
Das beispielhafte Ablaufdiagramm in 3 soll lediglich beispielhaft ein Verfahren zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors 10 beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte auch variieren oder zusätzliche Verfahrensschritte hinzukommen. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, das Verfahren auch entsprechend bei einem konventionellen Lenksystem, insbesondere einer elektrischen Servolenkung, anzuwenden, wobei als Aktuatoreinheit in diesem Fall ein Lenkaktuator zur Unterstützung eines an einer Lenkhandhabe aufgebrachten Handmoments verwendet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008037870 B4 [0002]
DE 102018123615 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Kalibrierung und/oder Initialisierung eines Lenksensors (10) eines Lenksystems (12), insbesondere während eines Betriebs des Lenksystems (12) in einem Fahrzeug (14), wobei das Lenksystem (12) eine Lenkhandhabe (16) und einen der Lenkhandhabe (16) zugeordneten Drehmomentsensor (18) umfasst, wobei der Lenksensor (10) zur Erfassung einer Auslenkungsposition der Lenkhandhabe (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehmomentkenngröße (20) ermittelt wird, indem für mehrere, unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe (16) jeweils ein Drehmoment bestimmt wird, und zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors (10) mit einer Referenzkenngröße (22) abgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest vier unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe (16) ein Drehmoment ermittelt wird, wobei die Auslenkungspositionen gleichmäßig über einen gesamten Auslenkungsbereich der Lenkhandhabe (16) verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abgleich der Drehmomentkenngröße (20) und der Referenzkenngröße (22) eine Fourier-Transformation, insbesondere eine schnelle Fourier-Transformation, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abgleich der Drehmomentkenngröße (20) und der Referenzkenngröße (22) eine Kreuzkorrelation (24) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Maximums der Kreuzkorrelation (24) ein Unterschied und/oder eine Abweichung zwischen der Drehmomentkenngröße (20) und der Referenzkenngröße (22) ermittelt und zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors (10) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (12) wenigstens eine mit der Lenkhandhabe (16) in Wirkverbindung stehende Aktuatoreinheit (26) umfasst und die Lenkhandhabe (16) zur Ermittlung der Drehmomentkenngröße (20) durch Ansteuerung der Aktuatoreinheit (26) ausgelenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentkenngröße (20) zu einem Zeitpunkt und/oder in einem Zustand ermittelt wird, in welchem keine Berührung der Lenkhandhabe (16) erfolgt und/oder stattfindet, insbesondere einem sogenannten Hands-Off-Zustand.
Steuergerät (28) mit einer Recheneinheit (30) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug (14), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Lenksystem (12), welches eine Lenkhandhabe (16), einen der Lenkhandhabe (16) zugeordneten Lenksensor (10) zur Erfassung einer Auslenkungsposition der Lenkhandhabe (16) und einen der Lenkhandhabe (16) zugeordneten Drehmomentsensor (18) zur Erfassung eines Drehmoments umfasst, gekennzeichnet durch eine Recheneinheit (30), welche dazu vorgesehen ist, für mehrere, unterschiedliche Auslenkungspositionen der Lenkhandhabe (16) jeweils ein Drehmoment zu ermitteln und daraus eine Drehmomentkenngröße (20) zu erzeugen, und wobei die Recheneinheit (30) dazu vorgesehen ist, die Drehmomentkenngröße (20) zur Kalibrierung und/oder Initialisierung des Lenksensors (10) mit einer Referenzkenngröße (22) abzugleichen.
Fahrzeug (14) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (12) ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist.
Fahrzeug (14) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (30) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 vorgesehen ist.