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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur möglichst exakten Ermittlung
der Winkelposition des Rotors eines Stellmotors in einem Überlagerungs-Lenksystem eines
Kraftfahrzeugs, welches ein Überlagerungsgetriebe
aufweist, über
das mittels des Stellmotors einem vom Fahrzeug-Fahrer mit seiner
Lenkhandhabe vorgegebenem Wunsch-Lenkwinkel additiv ein gleichgerichteter
oder entgegengerichteter Überlagerungs-Lenkwinkel
hinzugefügt
werden kann, so dass ein aus dieser Summenbildung resultierender
Gesamt-Lenkwinkel über
ein Lenkgetriebe an dem oder den lenkbaren Rad bzw. Rädern des Fahrzeugs
umgesetzt wird und wobei zwischen dem Rotorwinkel des Stellmotors
und dem gemessenem Wunsch-Lenkwinkel
sowie dem bspw. am Ausgang des Lenkgetriebes gemessenen Gesamt-Lenkwinkel ein
bekannter funktionaler Zusammenhang besteht.
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Grundsätzlich bietet
ein Überlagerungs-Lenksystem
an einem Kraftfahrzeug bzw. Fahrzeug viele Vorteile, jedoch muss
zur exakten Funktion dieses Systems die Winkelposition des einen
sog. Überlagerungs-Lenkwinkel
in das System einleitenden bevorzugt elektrischen Stellmotors möglichst
exakt bekannt sein, damit dieser Stellmotor von einer elektronischen
Steuereinheit geeignet angesteuert werden kann. Dabei ist diesem
Stellmotor ein Winkelsensor zugeordnet, jedoch muss auch dessen Nullposition
bzw. Offset bekannt sein. Während
ein üblicher
Winkelsensor einen Messbereich von ±90° besitzt, kann ein elektrischer
Stellmotor in einem Überlagerungs-Lenksystem bspw. über einen
Winkelbereich von ±25.000° angesteuert
werden, was verdeutlicht, wie notwendig die möglichst genaue Kenntnis der
Nullposition ist. Wenn diese Nullposition einmal bekannt ist, wird
diese zwar üblicherweise
abgespeichert und bleibt somit auch beim Abstellen des Kraftfahrzeugs
für eine
Wiederinbetriebnahme als Information erhalten, jedoch können durchaus
Fälle auftreten,
in denen bspw. durch einen Reset der elektronischen Steuereinheit
die Winkelposition, d.h. der Rotorwinkel des Stellmotors nicht abgespeichert
werden kann.
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Grundsätzlich besteht
zwischen diesem Rotorwinkel des Stellmotors und weiteren messbaren Winkelpositionen
im Lenksystem ein funktionaler Zusammenhang, so dass es grundsätzlich möglich ist, über diesen
funktionalen Zusammenhang den aktuellen Rotorwinkel zu ermitteln.
Insbesondere bestimmt sich dieser nach der folgenden Gleichung „LwM =
a·(LwG – b LwF)", wobei mit LwM der
Rotorwinkel bezeichnet ist, während
LwG den sog. Gesamt-Lenkwinkel bezeichnet, der bspw. bzw. bevorzugt
am Ausgang des genannten Lenkgetriebes, über welches ein gewünschter
Lenkeinschlag an den lenkbaren Fahrzeug-Rädern umgesetzt wird, gemessen
werden kann. Mit LwF ist der vom Fahrer des Kraftfahrzeugs mit seiner
Lenkhandhabe bzw. seinem Lenkrad vorgegebene Wunsch-Lenkwinkel bezeichnet,
der ebenfalls mittels eines geeigneten Winkelsensors, der im Bereich
der Lenkhandhabe angeordnet ist, gemessen werden kann. Mit den Buchstaben
a, b schließlich
sind systemspezifische konstante Faktoren bezeichnet und das Zeichen „·" symbolisiert eine
Multiplikation und das Zeichen „–" eine Differenzbildung.
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Diese
genannte Gleichung bzw. der entsprechende genannte funktionale Zusammenhang
liefert jedoch nur dann exakte Werte, wenn zwischen dem Gesamt-Lenkwinkel
LwG und dem Wunsch-Lenkwinkel LwF keine durch Elastizitäten oder
Spiel hervorgerufene Verdrehung erfolgen kann. Jedoch können derartige
Elastizitäten
oder Ungenauigkeiten insbesondere bei einem relativ komplexen System,
wie es eine Überlagerungslenkung
darstellt, nicht ausgeschlossen werden. Alleine über diesen genannten funktionalen
Zusammenhang kann somit die Nullposition des Winkelsensors des Stellmotors
bzw. der sog. Rotorwinkel nicht ausreichend genau ermittelt werden.
Eine ungenaue Nullposition des Stellmotor-Winkelsensors kann aber
an einem Überlagerungs-Lenksystem
dazu führen,
dass sich bei Mittelstellung der lenkbaren Fahrzeug-Räder und
somit bei Geradeausfahrt ohne Hinzufügung eines Überlagerungs-Lenkwinkels die
Lenkhandhabe bzw. das Lenkrad des Fahrers nicht exakt in der Mittelstellung befindet,
was zu einer Verunsicherung des Fahrers führen kann.
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Eine
Abhilfemaßnahme
für diese
geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist für
ein Überlagerungs-Lenksystem,
wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass
in quasi stationären
Fahrzuständen
mit nicht aktiviertem Stellmotor, in denen der Fahrer den Wunsch-Lenkwinkel
(LwF) beibehalten möchte,
die auch dann vom Fahrer laufend durchgeführten und sich in Form von
im wesentlichen periodischen Schwingungen darstellenden Lenkwinkel-Korrekturen
ausgewertet werden, indem der zeitliche Verlauf des Rotorwinkels
(LwM) anhand des bekannten funktionalen Zusammenhangs über zumindest
zwei abgeschlossene Schwingungsperioden verfolgt und über diese
aus den in festen Zeitschritten bestimmten Werten des Rotorwinkels
(LwM) durch Mittelwertbildung der exakte Rotorwinkel (LwMexkt) bestimmt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind Inhalt der Unteransprüche.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet die Erkenntnis, dass bei einer normalen
Geradeausfahrt zur Kurskorrektur vom Fahrer fortlaufend kleine Lenkbewegungen
durchgeführt
werden, da niemand sein Lenkrad bzw. die Lenkhandhabe absolut festhalten
kann bzw. wird. Idealerweise sind diese durchgeführten Lenkkorrekturen bezüglich der
Verdrehung und der Hysterese nach rechts und links, d.h. nach beiden
Seiten oder Richtungen statistisch gesehen symmetrisch. Wenn also
der genannte Zusammenhang zwischen dem gesuchten Rotorwinkel LwM
und den messbaren Lenkwinkeln LwG und LwF (Gesamt-Lenkwinkel und
Wunsch-Lenkwinkel) insbesondere gemäß der genannten Gleichung „LwM = a·(LwG – b·LwF)" bevorzugt während einer
Geradeausfahrt über
der Zeit aufgetragen wird, ergibt sich eine Kurve, die bezüglich ihres
Mittelwertes die Verdrehung des Stellmotors gegenüber seiner
Mittelposition darstellt, so dass sich hieraus direkt der aktuelle
Rotorwinkel ergibt bzw. hieraus die Nullposition des Winkelsensors
des Stellmotors bestimmt werden kann. Dabei wird vorgeschlagen,
zumindest zwei in sich abgeschlossene und aufeinanderfolgende sog. Schwingungsperioden
auszuwerten, d.h. bspw. annähernd
ausgehend von einer Mittelstellung des Lenkrades ein erstes Links-
und Rechts-Lenken bis zum Erreichen dieser Ausgangsstellung und
direkt anschließend
hieran zumindest ein weiteres vollständiges (abgeschlossenes) Links-
und Rechts-Lenken bis zum Erreichen dieser Ausgangsstellung. Ein
derartiges Links- und Rechts-Lenken wird in dieser Patentanmeldung
als „Schwingung" bzw. „Schwingungsperiode" bezeichnet, u.a.
da sich dieses in der beigefügten
und an späterer
Stelle erläuterten
graphischen Darstellung ähnlich
einer Schwingung darstellt, wenngleich es sich hierbei selbstverständlich nicht
um eine Schwingung im engeren physikalischen Sinn handelt.
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Bevorzugt
erfolgt die Auswertung solchermaßen, dass innerhalb jeder sog.
Schwingungsperiode oder – wie
im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung in einem Unteranspruch
angegeben – in
geeigneten Periodenabschnitten jeweils in festen Zeitschritten,
die sich bspw. über
10 Millisekunden erstre cken können,
Werte für
den jeweiligen Rotorwinkel bestimmt und aus dieser Werte-Sammlung
auf geeignete Weise ein arithmetischer Mittelwert gebildet wird,
wobei – wie
im weiteren ausgeführt
wird – verschiedene
und geeignet miteinander zusammenhängende Mittelwertbildungen
die Genauigkeit des Verfahrens erhöhen.
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Bevorzugt
wird die genannte Kurve, die sich bei einem Auftragen der jeweils
entsprechend dem genannten funktionalen Zusammenhang ermittelten Werte
für den
Rotorwinkel über
der Zeit ergibt, so wie im weiteren beschrieben ausgewertet, wobei
auf die beigefügte
einzige Figur, in der eine solche Kurve von Rotorwinkeln (= Ordinate) über der
Zeit (= Abszisse) aufgetragen ist, Bezug genommen wird.
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Die
besagte Kurve wird demnach ausgehend von einem sog. Initialisierungs-Mittelwert (LwM_mittel_INIT)
für den
Rotorwinkel, der in einer Initialphase (INIT) bestimmt wird, im
sich an diese Initialphase anschließenden weiteren Verlauf zumindest
in eine erste Halbperiode (HP1) zur einen Richtung und in eine zweite
Halbperiode (HP2) zur anderen, entgegengesetzten Richtung aufgeteilt.
Die Initialphase (INIT) stellt eine erste abgeschlossene Schwingungsperiode
dar, in der in festen Zeitschritten, die sich bspw. über 10 Millisekunden
erstrecken können,
Werte für
den jeweiligen Rotorwinkel bestimmt und aus dieser Werte-Sammlung
ein arithmetischer Mittelwert als sog. Initialisierungs-Mittelwert (LwM_mittel_INIT)
gebildet wird. Dieser wird herangezogen, um die folgende vollständige „abgeschlossene" Schwingungsperiode
in die zwei sog. Halbperioden (HP1, HP2) unterteilen zu können, d.h.
die erste Halbperiode (HP1) erstreckt sich ausgehend vom Initialisierungs-Mittelwert
(LwM_mittel_INIT) bis zum erstmaligen Wiedererreichen desselben.
Direkt hieran schließt
sich die zweite Halbperiode (HP2) an, die sich bis zum abermaligen
Erreichen des Initialisierungs-Mittelwerts
(LwM_mittel_INIT) erstreckt. In jeder Halbperiode (HP1, HP2) wird
dann (in gleicher Weise wie für
den Initialisierungs-Mittelwert (LwM_mittel_INIT) beschrieben) ein
sog. Halbperioden-Mittelwert (LwM_mittel_HP1, LwM_mittel_HP2) für den Rotorwinkel
bestimmt. Schließlich
wird aus diesen Halbperioden-Mittelwerten (LwM_mittel_HP1, LwM_mittel_HP2)
der arithmetische Mittelwert gebildet, der dann als exakter Rotorwinkel
(LwMexkt) betrachtet wird.
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Bevorzugt
erfolgt in den bzw. für
die jeweiligen Phasen bzw. Perioden, d.h. für die Initialisierungsphase
(INIT) sowie die zumindest beiden Halbperioden (HP1 und HP2) eine Überprüfung hinsichtlich
bestimmter Kriterien, um eine Messung unter ungünstigen, d.h. zu ungenauen
Resultaten führenden Randbedingungen
zu unterbinden. Insbesondere wird hierdurch sichergestellt, dass
in einer jeweils akzeptierten, d.h. nicht unterbundenen bzw. nicht
verworfenen Messung die Verdrehung während der (beiden) Halbperioden
(HP1 und HP2) in etwa symmetrisch zur Null-Verdrehung des Stellmotors
ist.
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Nach
einem ersten derartigen Kriterium soll der Gesamtlenkwinkel (LwG)
nicht außerhalb
eines geeignet gewählten,
von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen
Gültigkeitsbereichs
liegen, da ein zu großer
Lenkeinschlag zu einem das Resultat erheblich verfälschenden
einseitigen Lenkmoment führen
würde.
Es kann jedoch durchaus das erfindungsgemäße Verfahren bei geringer Kurvenfahrt
und nicht nur bei Geradeausfahrt durchgeführt werden, jedoch sollte es
sich stets um einen quasi stationären Fahrzustand handeln, d.h.
der Wunsch-Lenkwinkel des Fahrers sollte sich mit Ausnahme der Durchführung der
genannten Lenk-Korrekturen, auf denen das erfindungsgemäße Verfahren
basiert, nicht ändern.
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Nach
einem zweiten Kriterium soll die Zeitdauer einer Halbperiode (HP1,
HP2) nicht zu kurz sein, d.h. nicht unterhalb eines geeignet gewählten Mimimalwertes
liegen. Hiermit wird ausgeschlossen, dass höherfrequente Messstörungen fehlinterpretiert werden.
Außerdem
sollen Momente, die aufgrund hoher Drehbeschleunigungen auftreten,
ausgeschlossen werden.
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Nach
einem dritten Kriterium soll für
zwei aufeinander folgende Halbperioden (HP1, HP2) die Differenz
der Amplituden (Amplitude HP1, Amplitude HP2) nicht oberhalb eines
geeignet gewählten
Maximalwertes liegen, d.h. diese Differenz soll nicht zu groß sein,
wodurch ein asymmetrisches Lenkmoment ausgeschlossen werden kann.
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Nach
einem vierten Kriterium soll die Schwingungs-Amplitude (Amplitude
HP1, Amplitude HP2) in keiner der untersuchten Halbperioden oberhalb
eines geeignet gewählten
Maximalwertes liegen, so dass ein deutliches Verlassen des Hysteresebereichs,
in welchem der Fahrer seine sog. Lenkkorrekturen durchführt, ausgeschlossen
werden kann. Nach einem fünften
Kriterium soll die Differenz zwischen dem in der Initialphase (INIT)
gebildeten Initialisierungs-Mittelwert (LwM_mittel_INIT) und dem Halbperioden-Mittelwert
(LwM_mittel_HP1) der ersten auf diese folgenden Halbperiode (HP1)
nicht zu klein sein und somit nicht unterhalb eines geeignet gewählten Mimimalweres
liegen, wodurch ausgeschlossen werden kann, dass Messstörungen fehlinterpretiert
werden.
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Nach
einem sechsten Kriterium soll die Differenz zwischen dem in einer
ersten Halbperiode (HP1) durch Mittelung über feste Zeitschritte gebildeten
Mittelwert des Gesamt-Lenkwinkels (LwG) und dem in der darauf folgenden
Halbperiode (HP2) durch Mittelung über feste Zeitschritte gebildeten
Mittelwert des Gesamt-Lenkwinkels (LwG) nicht unterhalb eines geeignet
gewählten
Mimimalwertes liegen, d.h. die Mittelwerte für die Gesamt-Lenkwinkel sollen
in den Halbperioden (HP1, HP2) um eine Mindestgröße voneinander abweichen. Hierdurch
wird sichergestellt, dass sich der Gesamt-Lenkwinkel entsprechend
der Phasen bzw. Perioden mitbewegt. Nach einem siebten Kriterium
soll die Differenz zwischen dem in der Initialphase (INIT) gebildeten
Initialisierungs-Mittelwert (LwM_mittel_INIT) und einem der Halbperioden-Mittelwerte
(LwM_mittel_HP1, LwM_mittel_HP2) nicht oberhalb eines geeignet gewählten Maximalwertes liegen,
womit überprüft werden
kann, ob der zur Berechnung der Phasenlängen der Halbperioden (HP1)
und (HP2) verwendete Initialisierungs-Mittelwert (LwM_mittel_INIT)
zulässig war.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt die Ermittlung der Winkelposition eines Stellmotors eines Überlagerungs-Lenksystems
eines Kraftfahrzeugs einfach und ausreichend genau ohne eine zusätzliche
Sensorik und während
normaler Fahrbedingungen, ohne dass der Fahrer eine spezielle Anweisung
befolgen muss bzw. hiervon Kenntnis erhält. Die Genauigkeit ist so
gut, dass die üblichen
Anforderungen bezüglich
Lenkradschiefstand einfach erfüllt werden
können,
wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von
Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann,
ohne den Inhalt der Patentansprüche
zu verlassen.