DE602004010652T2

DE602004010652T2 - Bestimmung der absoluten winkelposition eines lenkrads durch binärsequenz-diskrimination

Info

Publication number: DE602004010652T2
Application number: DE602004010652T
Authority: DE
Inventors: Pascal Desbiolles; Christophe Duret
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: EP1631793A2; DE602004010652D1; EP1631793B1; WO2004111577A3; WO2004111577A2; ATE380999T1; KR20060022691A; US20070276562A1; JP4668181B2; JP2006527376A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ermittlungsverfahren der absoluten Winkelposition des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs in Bezug auf das Chassis des besagten Fahrzeugs.
Bei vielen Anwendungen, wie zum Beispiel die Systeme zur Bahnkontrolle oder den elektrischen Servolenkungen ist es erforderlich, die absolute Winkelposition des Lenkrads in Bezug auf das Chassis zu kennen.
Unter absoluter Winkelposition wird der Winkel verstanden, der die Position des Lenkrads zu einem gegebenen Moment von einer Bezugsposition trennt, wobei diese Bezugsposition feststeht und in Bezug auf das Chassis gegeben wird.
Demgegenüber ist die relative Winkelposition der Winkel, der die Position des Lenkrads von einer beliebigen und in Bezug auf das Chassis variablen Ausgangsposition trennt.
Für die Ermittlung der absoluten Winkelposition des Lenkrads ist es bekannt, daß die Messung der Differentialgeschwindigkeit der Räder einer gleichen Achse benutzt wird. Es kann in der Tat eine bijektive Beziehung zwischen dieser Differentialgeschwindigkeit und der Winkelposition hergestellt werden, da, wenn das Fahrzeug auf einer geradlinigen oder gekrümmten Bahn fährt, jedes einzelne der Räder eine Bahn hat, dessen Krümmungsmittelpunkt identisch ist. Eines der Probleme dabei ist dasjenige, daß die absolute Winkelposition dann mit einer mittelmäßigen Präzision erzielt wird, die von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs abhängt.
Ferner sind Vorrichtungen der Inkrementalmessung der Winkelposition des Lenkrads bekannt, mit denen die relative Winkelposition des Lenkrads mit hoher Präzision erzielt werden kann. Zur Erzielung der absoluten Winkelposition ist es jedoch notwendig, die Ermittlung mindestens einer Bezugswinkelposition vorzusehen. Eine solche Strategie wird zum Beispiel im Dokument EP-1 167 927 beschrieben. Solche Vorrichtungen sind insofern begrenzt, daß die Entdeckung der Bezugswinkelposition nur ein einziges Mal pro Umdrehung möglich ist, was bei gewissen Fahrbedingungen zu einer Ermittlung der absoluten Winkelposition erst nach einer nicht zu vernachlässigenden Zeit und also einer vom Fahrzeug zurückgelegten Entfernung führen kann.
Schließlich ist aus dem Dokument EP-1 403 622 , das zum Zeitpunkt der Anmeldung des vorliegenden Antrags noch nicht veröffentlicht ist, ein Ermittlungssystem der absoluten Winkelposition des Lenkrads bekannt, das folgende Elemente umfaßt:

– Einen Codierer, der gemeinsam mit dem Lenkrad drehen soll, wobei der besagte Codierer eine mehrpolige Hauptbahn und eine „top tour" genannte mehrpolige Bahn umfaßt, die konzentrisch sind, wobei die genannte „top tour" Bahn M im Winkel verteilte Singularitäten aufweist;
– Einen stationären Sensor, der gegenüber und im Abstand zum Luftspalt des Codierers angeordnet ist, der eine elektronische Schaltung umfaßt, die zwei digitale phasenquadratische Rechteckpositionssignale A, B liefern kann, die die Winkelposition des Codierers darstellen, sowie ein „top tour" Signal C in Form von M Impulsen pro Umdrehung des Codierers, in dem die M Singularitäten im Winkel so verteilt sind, daß das „top tour" Signal C vorgesehen ist, um in Verbindung mit den Signalen A und B ein binäres Muster zu definieren, das einzige binäre Sequenzen umfaßt, die jeweils mindestens eine absolute Winkelposition des Codierers darstellen;
– Eine Verarbeitungseinheit der Signale A, B, C, die Zählmittel umfaßt, die ausgehend von einer Ausgangsposition die Schwankungen der Winkelposition des Codierers bestimmen können;
– Eine Analysevorrichtung der Differentialgeschwindigkeit der Räder einer gleichen Achse des Fahrzeugs, die eine Schätzung der absoluten Winkelposition des Lenkrads je nach der besagten Differentialgeschwindigkeit ermitteln kann.

In diesem Dokument ist vorgesehen, daß bei der Entdeckung einer einzigen binären Sequenz die aus den Signalen A und B hervorgegangene relative Winkelposition entsprechend verschoben wird, um die absolute Winkelposition zu erzielen.
Eine Begrenzung des Systems besteht darin, daß das entsprechende Verschieben nach der Entdeckung einer einzigen kompletten binären Sequenz durchgeführt wird, was eine ausreichend große Drehung des Lenkrads notwendig macht, die im typischen Fall je nach Ausgangsposition zwischen 30° und 75° beträgt. Folglich verbleiben Fahrbedingungen, bei denen die entsprechende Verschiebung nicht schnell genug erfolgt. Dies ist insbesondere bei einem Starten des Fahrzeugs auf gerader Linie der Fall bei einer Mikrounterbrechung des Rechners bei hoher Geschwindigkeit (zum Beispiel 100 bis 130 km/h auf der Autobahn), oder bei einem Start des Fahrzeugs in einer Kurve mit sehr großem Krümmungsradius, bei dem keine Drehung des Lenkrads von über ±20° zum Beispiel notwendig ist.
Die im Dokument US 6459389 beschriebene Vorrichtung zeigt einen Codierer, der gleichzeitig inkremental und absolut ist (im Verhältnis zu einer Drehung des Lenkrads). Der Codierer umfaßt zwei mehrpolige Bahnen, wobei eine Bahn ein Signal der präzisen Position abgibt (Inkrementalcodierer), und die andere Bahn gibt ein Signal ab, das ein binäres Muster definiert, das einzige binäre Sequenzen auf einem Abschnitt der Drehung umfaßt (absoluter Zähler). Der Winkelbereich von 0 bis 360° des Lenkrads wird unter Benutzung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt.
Mit der Erfindung sollen die oben genannten Begrenzungen aufgehoben werden, indem insbesondere ein Ermittlungsverfahren der absoluten Winkelposition des Lenkrads vorgeschlagen wird, mit dem bei allen Fahrbedingungen die besagte Position schneller und mit optimaler Präzision ermittelt werden kann.
Hierzu schlägt die Erfindung ein Ermittlungsverfahren der absoluten Winkelposition θ des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs in Bezug auf das Chassis des besagten Fahrzeugs vermittels eines Systems vor, das folgende Elemente umfaßt:

– Einen Codierer, der gemeinsam mit dem Lenkrad dreht, wobei der besagte Codierer eine mehrpolige Hauptbahn und eine „top tour" (1b) genannte mehrpolige Bahn umfaßt, die konzentrisch sind, wobei die genannte „top tour" Bahn M im Winkel verteilte Singularitäten aufweist;
– Einen stationären Sensor, der gegenüber und im Abstand zum Luftspalt des Codierers angeordnet ist, der eine elektronische Schaltung umfaßt, die zwei digitale phasenquadratische Rechteckpositionssignale A, B liefern kann, die die Winkelposition des Codierers darstellen, sowie ein „top tour" Signal C in Form von M Impulsen pro Umdrehung des Codierers, in dem die M Singularitäten im Winkel so verteilt sind, daß das „top tour" Signal C vorgesehen ist, um in Verbindung mit den digitalen Positionssignalen A und B ein binäres Muster zu definieren, das einzige binäre Sequenzen auf einer Umdrehung oder auf einem Abschnitt der Drehung umfaßt, die jeweils eine absolute Winkelposition des Codierers auf der Umdrehung oder einem Abschnitt der Drehung darstellen;
– Eine Verarbeitungseinheit der Signale A, B, C, die Zählmittel umfaßt, die ausgehend von einer Ausgangsposition die Schwankungen der Winkelposition des Codierers bestimmen können;
– Eine Analysevorrichtung der Differentialgeschwindigkeit der Räder einer gleichen Achse des Fahrzeugs, die eine Schätzung der absoluten Winkelposition des Lenkrads je nach der besagten Differentialgeschwindigkeit ermitteln kann; Wobei das besagte Verfahren die Ausgangsprozedur umfaßt, in der folgendes vorgesehen ist:
– Ermittlung mindestens einer Schätzung θ* der absoluten Winkelposition des Lenkrads vermittels der Analysevorrichtung;
– Ermittlung der binären Sequenz, die den gelieferten Signalen A, B, C entspricht;
– Ermittlung, ob die binäre Sequenz einzig ist;
– Wenn ja, testen, ob eine Schätzung θ* ermöglicht, die, absolute Winkelposition des Codierers in dem Fall zu diskriminieren, in dem die binäre Sequenz in einem Abschnitt einzig ist, und die absolute Winkelposition des Lenkrads θ₂ zu diskriminieren, die der einzigen binären Sequenz entspricht;
– Wenn nein, testen, ob eine Schätzung θ* ermöglicht, die absolute Winkelposition θ₃ des Lenkrads zu diskriminieren, die der binären Sequenz entspricht.

Wobei eine Schätzung θ* als absolute Winkelposition θ vor der Ermittlung der Winkelpositionen θ₂ und θ₃ benutzt wird, und dann, wenn eine der Winkelpositionen θ₂ oder θ₃ verfügbar ist, die besagte Winkelposition als Ausgangswinkelposition θ₀ benutzen, um ab dieser Ausgangsposition die Schwankungen der absoluten Winkelposition θ vermittels der Positionssignale A, B zu ermitteln.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden sich im Laufe der nachfolgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang herausstellen:
Die 1 ist eine Vorderansicht des Codierers eines erfindungsgemäß benutzbaren Ermittlungssystems, wobei der besagte Codierer eine mehrpolige Hauptbahn und eine mehrpolige „top tour" Bahn umfaßt;
Die 2 ist eine Schema- und Teilansicht eines Lenkungsensembles für ein Kraftfahrzeug, das mit einem Ermittlungssystem der absoluten Winkelposition des Lenkrads ausgerüstet ist;
Die 3 stellt den Algorithmus eines Ausführungsmodus der Ausgangsprozedur eines erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahrens dar;
Die 4 stellt den Algorithmus eines Ausführungsmodus der in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Kalibrierprozedur dar.
Die Erfindung betrifft ein Ermittlungsverfahren der absoluten Winkelposition θ des Lenkrads 2 eines Kraftfahrzeugs in Bezug auf das Chassis des besagten Fahrzeugs vermittels eines Systems, das einen gemeinsam mit dem Lenkrad drehbaren Codierer 1 umfaßt, sowie einen stationären Sensor 5, der die vom Codierer 1 kommenden Impulse entdecken kann. Das Verfahren kann in einem hierfür vorgesehenen Host-Rechner eingesetzt werden, der in einem entsprechenden Rechner des Fahrzeugs eingebaut oder in den Sensor integriert ist.
Unter Bezugnahme auf die 2 wird ein Lenkungsensemble beschrieben, das eine Lenksäule 3 umfaßt, auf der ein Codierer 1 wie zum Beispiel der auf der 1 dargestellte montiert ist, damit die feste Verbindung in Drehung der Lenksäule 3 und des Codierers 1 sichergestellt ist. Die Lenksäule 3 ist auf bekannte Weise mit dem Lenkrad 2 verbunden, vermittels dessen der Fahrer ein Kraftmoment ansetzt und also einen Einschlagwinkel. Ferner ist die Lenksäule 3 so gestaltet, daß sie diesen Einschlagwinkel an die Leiträder des Fahrzeugs überträgt. Hierfür können die Räder mechanisch über ein Ritzel einer Zahnstange und einer Zahnstange mit der Lenksäule 3 verbunden sein, damit die Drehbewegung der Lenksäule 3 in eine Winkelverschiebung der Räder umgewandelt wird, oder sie können von der Lenksäule 3 losgekoppelt sein. In diesem letzteren Fall kann der Codierer 1 direkt mit einem Teil des Lenkrads 2 verbunden sein.
Das Lenkrad 2 ist so gestaltet, daß es mehrere Umdrehungen, typischerweise zwei, zu jeder Seite der Position „geradeaus" ausführen kann, in der die Räder gerade stehen.
Das Lenkungsensemble umfaßt ferner ein feststehendes Element 4, das fest mit dem Chassis des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei der Sensor 5 so auf dem besagten Element befestigt ist, daß die empfindlichen Elemente des besagten Sensors gegenüber und im Abstand zum Luftspalt des Codierers 1 angeordnet sind.
Für die Ermittlung der absoluten Winkelposition des Codierers 1 und also des Lenkrads 2 gegenüber dem stationären Element 4 und also dem Chassis umfaßt der Codierer 1 eine mehrpolige Hauptbahn 1a und eine „top tour" genannte mehrpolige Bahn 1b, die konzentrisch sind. Die „top tour" Bahn 1b umfaßt M (mit M > 1) Singularitäten 1b1, die im Winkel verteilt sind.
Bei einem bestimmten Beispiel besteht der Codierer 1 aus einem mehrpoligen magnetischen Ring, auf dem mehrere Paare von Polen 1c Nord und Süd magnetisiert und in gleichen Abständen mit einer konstanten Winkelbreite verteilt sind, so daß die Hauptbahn 1a und die „top tour" Bahn 1b gebildet werden, wobei eine magnetische Singularität 1b1 der „top tour" Bahn 1b aus zwei anschließenden Polen gebildet wird, deren magnetischer Übergang sich von den anderen unterscheidet.
Bei der auf der 1 dargestellten Ausführung umfassen die zum Innern des Rings angeordnete Hauptbahn 1a und die zum Äußeren des Rings angeordnete „top tour" Bahn 1b 24 Paare von Polen 1c, wobei die Paare mit Polen 1c der „top tour" Bahn 1b einen Phasennacheilwinkel mit einem Wert cis gegenüber denjenigen der Hauptbahn 1a haben.
Jede Singularität 1b1 besteht aus einem Paar mit Polen 1c, wobei die Breite der Pole so gestaltet ist, daß ein Pol gegenüber dem entsprechenden Pol der Hauptbahn 1a um –Φ phasenverschoben ist. Somit entspricht jeder Impuls des Signals C der Entdeckung einer Umkehr der Phasenverschiebung zwischen der Hauptbahn 1a und der „top tour" Bahn 1b.
Ferner umfaßt der Sensor 5 eine elektronische Schaltung mit mindestens drei empfindlichen Elementen, von denen mindestens zwei gegenüber der Hauptbahn 1a positioniert sind, und mindestens einer ist gegenüber der „top tour" Bahn 1b positioniert.
Bei einem bestimmten Beispiel werden die empfindlichen Elemente aus der Gruppe gewählt, die die Hallsonden, die Feldplatten, die Riesenfeldplatten umfassen.
Der benutzte Sensor 5 ist geeignet, zwei elektrische Signale S1, S2 periodisch mit Phasenverschiebung vermittels der empfindlichen Elemente abzugeben, die gegenüber der Hauptbahn 1a angeordnet sind, und ein elektrisches Signal S3 vermittels der empfindlichen Elemente, die gegenüber der „top tour" Bahn 1b positioniert sind.
Das Prinzip der Erzielung der Signale S1 und S2 ausgehend von mehreren ausgerichteten empfindlichen Elementen wird zum Beispiel im von der Antragstellerin kommenden Dokument FR-2 792 403 beschrieben.
Es sind aber auch Sensoren 5 bekannt, die zwei empfindliche Elemente umfassen, die geeignet sind, die Signale S1 und S2 zu liefern.
Die elektronische Schaltung kann ausgehend von den Signalen S1, S2 und S3 digitale, phasenquadratische Rechteckpositionssignale A, B und ein „top tour" Signal C abgeben, und zwar in Form von M elektrischen Impulsen pro Drehung des Codierers 1.
Ein Prinzip zur Erzielung der digitalen Signale A, B und C sowie verschiedene Ausführungsmodi der magnetischen Singularitäten 1b1 werden in den Dokumenten FR-2 769 088 und EP-0 871 014 beschrieben.
Bei einer Ausführung umfaßt die elektronische Schaltung außerdem einen Interpolator zum Beispiel von der Art, wie er im Dokument FR-2 754 063 der Antragstellerin beschrieben wird, was ermöglicht, die Auflösung der Ausgangssignale zu erhöhen. Es kann insbesondere eine Auflösung der Winkelposition des Codierers 1 von unter 1° erzielt werden.
Der Sensor 5 kann auf einem Substrat aus Silizium oder einem gleichwertigen, zum Beispiel AsGa integriert werden, damit ein integrierter und für eine spezifische Anwendung individueller Schaltkreis gebildet wird, wobei dieser Schaltkreis manchmal mit dem Begriff ASIC bezeichnet wird, um einen Bezug auf den integrierten Schaltkreis herzustellen, der teilweise oder vollständig je nach den Bedürfnissen konzipiert wird.
Wenn die Beschreibung auch in Bezug auf ein Ensemble bestehend aus Codierer/magnetischer Sensor gegeben wird, kann die Erfindung auch analog mit Benutzung einer Technologie optischer Art eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der Codierer 1 aus einem Ziel aus Metall oder aus Glas bestehen, auf dem die Hauptbahn 1a und die „top tour" Bahn 1b so eingebrannt wurden, daß ein optisches Motiv analog zum oben dargestellten magnetischen mehrpoligen Motiv gebildet wird, wobei die empfindlichen Elemente dann aus optischen Detektoren gebildet werden.
Das Ermittlungssystem umfaßt ferner eine Verarbeitungseinheit 6 der Signale A, B, C, die Zählmittel umfaßt, die geeignet sind, ausgehend von einer Ausgangsposition die Schwankungen der Winkelposition des Codierers 1 zu ermitteln. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Zählmittel ein Register, in dem der Wert der Winkelposition um einen Winkelwert inkrementiert oder dekrementiert wird, der der Anzahl Flanken der Signale A und B entspricht, die entdeckt werden, wobei der ursprüngliche Wert bei der Inbetriebnahme des Systems zum Beispiel auf Null festgesetzt wird. Somit kann man durch die Verarbeitungseinheit die relative Position des Codierers 1 im Vergleich zu seiner Ausgangsposition erfahren.
Das Ermittlungssystem umfaßt auch eine Analysevorrichtung der Differentialgeschwindigkeit der Räder einer gleichen Achse eines Fahrzeugs, die geeignet ist, eine Schätzung der absoluten Winkelposition des Lenkrads 2 in Abhängigkeit von der besagten Differentialgeschwindigkeit zu ermitteln.
Zur Erzielung der absoluten Winkelposition des Lenkrads 2 ist die Benutzung eines Codierers 1 vorgesehen, der eine spezifische Verteilung der Singularitäten 1b1 der „top tour" Bahn 1b aufweist.
Beim auf der 1 dargestellten Ausführungsmodus kann die Winkelverteilung der zehn Singularitäten 1b1 der „top tour" Bahn 1b durch das binäre Muster 000001000110100111001011 dargestellt werden, das durch die Nutzung des Signals C und der Signale A und B bei einer Umdrehung erzielt wird, wo die Zahl 1 der Entdeckung eines „top tour" Impulses auf dem Paar mit Polen entspricht, das der Singularität 1b1 entspricht und die Zahl 0 der ausbleibenden Entdeckung eines solchen Impulses.
Mit diesem binären Muster kann je nach der Ausgangsposition des Codierers 1 und der Drehrichtung die Anzahl der Zustände 0 oder 1 festgelegt werden, die gelesen werden müssen, um eindeutig die absolute Position des Codierers 1 auf einer Drehung zu ermitteln. Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird diese Aufeinanderfolge von 0 oder 1, mit der eine absolute Position des Codierers 1 ermittelt werden kann, einzige binäre Sequenz genannt.
Folglich sind die M Singularitäten 1b1 im Winkel auf den Codierer 1 verteilt, so daß das Signal C dafür gestaltet wird, um in Kombination mit den Signalen A und B einzige binäre Sequenzen zu definieren, die jeweils repräsentativ für eine absolute Winkelposition des Codierers 1 auf einer Umdrehung sind. Diese absolute Winkelposition kann insbesondere im Verhältnis zur Position „geradeaus" des Codierers (Pfeil 8) definiert werden, die einer Winkelposition von gleich 0° entspricht.
Bei einer nicht dargestellten Variante kann vorgesehen werden, daß das binäre Muster Abschnitte der Drehung umfaßt, die jeweils mit einzigen binären Sequenzen wie die vorher definierten versehen sind. Folglich sind diese einzigen binären Sequenzen jeweils repräsentativ für eine absolute Winkelposition des Codierers 1 auf dem betrachteten Abschnitt.
Beim erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahren ist eine Ausgangsprozedur vorgesehen, bei der mindestens eine Schätzung θ* der absoluten Winkelposition des Lenkrads 2 vermittels der Analysevorrichtung ermittelt wird.
Hierfür und vorausgesetzt, daß das Rutschen zwischen dem Boden und den Rädern vernachlässigbar ist, besteht ein bijektives Verhältnis zwischen der Winkelposition θ* und der Differentialgeschwindigkeit der Räder. Dieses Rutschen kann insbesondere dann vernachlässigt werden, wenn die Messung der Differentialgeschwindigkeit auf den antriebsfreien Rädern durchgeführt wird, aber auch auf den Antriebsrädern, wenn die Haftung normal ist. Bei einer Ausführung wird das Verhältnis mit Hilfe von Messungen identifiziert, die auf dem Fahrzeug unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden, zu denen gehören können:

– Fortbewegung des Fahrzeugs auf einer ebenen Zone;
– Stabilisierte Geschwindigkeit des Fahrzeugs;
– Langsame Drehung des Lenkrads;
– Nenndruck der Reifen;
– Trockener Boden.

Unter diesen Bedingungen kann das polynomische Verhältnis aufgestellt werden, zum Beispiel der Ordnung drei, mit der die Winkelposition θ* je nach der Differentialgeschwindigkeit geschätzt werden kann. Wenn dieses Verhältnis in der Analysevorrichtung benutzt wird, kann jederzeit die Schätzung θ* der Winkelposition θ in Abhängigkeit von der gemessenen Differentialgeschwindigkeit erzielt werden. Hierfür wird die Analysevorrichtung mit den Geschwindigkeiten der linken Räder V_g beziehungsweise der rechten Räder V_d einer gleichen Achse gespeist, und sie enthält so gestaltete Berechnungsmittel, daß die Differentialgeschwindigkeit geliefert wird.
Beim auf der 3 dargestellten Algorithmus ist die Ermittlung von zwei Schätzungen vorgesehen: Eine grobe Schätzung θ*₂ und eine feine Schätzung θ*₃, die jeweils erzielt werden, wenn die ermittelten Fahrbedingungen R₂, R₃ eingehalten werden. Die grobe Schätzung θ*₂ wird typischerweise zur Ermittlung der Umdrehung oder des Abschnitts der Drehung benutzt, wo sich das Lenkrad befindet, und die feine Schätzung θ*₃ zur Ermittlung der absoluten Winkelposition des Lenkrads, bevor eine einzige binäre Sequenz komplett ermittelt ist. Das Verfahren kann jedoch eingesetzt werden, indem eine einzige Schätzung θ* benutzt wird, deren Präzision für die Ermittlung der Winkelpositionen θ₂ und θ₃ wie unten beschrieben ausreicht.
Bei der Ausgangsprozedur ist auch vorgesehen, durch Zählung der Schwankungen der Winkelposition des Codierers 1 (Schritt E) und Entdeckung der „top tours" (Schritt F) die binäre Sequenz zu ermitteln, die den abgegebenen Signalen A, B, C (Schritt G) entspricht. Wenn man zum Beispiel von der Position ausgeht, die auf der 1 mit dem Pfeil 7 angegeben ist, beträgt die ermittelte Sequenz 1 dann 10 dann 100 dann 1001 dann 10011, wobei letztere im binären Muster einzig ist. Die auf der 1 mit dem Pfeil 8 dargestellte Winkelposition ist die absolute Winkelposition des Codierers, der dieser einzigen binären Sequenz entspricht.
Bei dem Verfahren ist vorgesehen, zu bestimmen, ob die ermittelte binäre Sequenz einzig ist (Test H).
Wenn die ermittelte Sequenz einzig ist, ist die absolute Winkelposition des Codierers bekannt (Schritt I), und die Winkelposition des Lenkrads θ₂ kann durch die Schätzung θ*₂ (Schritt M₂) bekannt sein (Schritt K₂), sobald diese ausreichend präzise ist, damit die Umdrehung oder eventuell der Abschnitt der Drehung diskriminiert werden kann, auf der die Sequenz einzig ist. Beim oben betrachteten Beispiel kann mit der binären Sequenz 10011 die Position „geradeaus" als absolute Position auf der Umdrehung bestimmt werden, wo die Messung durchgeführt wird, und sobald die Präzision der Schätzung θ*₂ unter ± 180° liegt, kann die Position zwischen –720°, –360°, 0°, 360° oder 720° diskriminiert werden (in dem Fall, in dem das Lenkrad 2 für ± 2 komplette Umdrehungen gestaltet ist). Die Fahrbedingungen R₂ für die Bestimmung von θ*₂ sind also so vorgesehen, daß diese Präzision erreicht wird, zum Beispiel kann bei einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs von über 2 km/h und einer Fahrzeit von über 400 ms eine typische Präzision von ±50° erzielt werden.
In dem Fall, in dem die ermittelte Sequenz nicht einzig ist, ist bei der Ausgangsprozedur vorgesehen, zu testen (Test J), ob mit der Schätzung θ*₃ die absolute Winkelposition θ₃ des Lenkrads diskriminiert werden kann, die der binären Sequenz entspricht. In dem Fall, in dem die ermittelte binäre Sequenz 001 ist, die im Muster viermal auftritt (–105°, –15°, 60°, 165°), wird eines der Vorkommen bestätigt (Schritt K₁), sobald die Präzision der Schätzung θ*₃ dies zuläßt, zum Beispiel, wenn θ*₃ = 520° ± 15°, das Vorkommen 165° bestätigt ist und θ₃ = 515°.
Bei einem Ausführungsmodus wird die Feinschätzung θ*₃ durch iterative Ermittlung der durchschnittlichen Differenz zwischen den Winkelpositionen erzielt, die ausgehend von den Signalen A, B (Schritt E) gemessen werden, und den Winkelpositionen, die ausgehend von der Differentialgeschwindigkeit der Räder berechnet werden, und Addition der besagten Differenz zur ausgehend von den Signalen (A, B) (Schritt M3) gemessenen Winkelposition. Dieser mobile Durchschnittswert Punkt zu Punkt ermöglicht in der Tat bei Fahrbedingungen R₃ wie zum Beispiel Geschwindigkeit des Fahrzeugs über 5 km/h und Geschwindigkeit des Lenkrads unter 20°/s nach 2 Sekunden θ*₃ mit einer Präzision von unter ±15° zu erzielen. Dieses Ermittlungsverfahren für θ*₃ wird im Dokument WO2004/111570 beschrieben, dessen allgemeines Prinzip nachstehend angeführt wird.
Bei diesem Verfahren wird die gemessene Winkelposition δ, (t_i) ab den Signalen A, B geeicht, sowie die Differentialgeschwindigkeit ΔV/V(t_i) zum Beispiel mit einer Periode von 1 ms.
Bei jeder Messung der Differentialgeschwindigkeit ΔV/V(t_i) wird durch Berechnung eine Schätzung θ*(t_i) der Winkelposition des Lenkrads bestimmt, zum Beispiel vermittels eines bijektiven Verhältnisses wie weiter oben angeführt.
Anhand der Inkremental-Winkelposition δ(t_i) können die Schwankungen der Winkelposition θ(t_i) im Laufe der Zeit bekannt sein, sie wird aber um einen konstanten Offsetwert gegenüber der besagten absoluten Winkelposition verschoben.
Das Verfahren bei diesem Ausführungsmodus schlägt vor, diesen Wert zu berechnen, indem vorgesehen wird, zum Beispiel in jedem Moment t_n die Differenz des Durchschnittswerts der Vektoren θ ^*(tn) = [θ*(t0), ..., θ(t)] und δ ^(tn) = [δ(t0), ..., δ(tn)] zu bestimmen, um die durchschnittliche Differenz des Offset (t_n) zu erzielen. Der Offset (t_n) Wert entspricht in der Tat dann dem Minimum der Kostenfunktion θ ^(tn) – δ ^(tn) – Offset*In , wobei In das Identitätsraster der Abmessung n ist.
Somit ist im Verfahren vorgesehen, alle diese Werte θ*(t_i) und δ(t_i) statistisch zu benutzen, um kontinuierlich die Präzision des durchschnittlichen Offsets (t_n) zu verbessern, da die Anzahl der benutzten Werte mit der Zeit ansteigt. Da ferner alle Störungen, die die Berechnung der Schätzungen θ*(t_i) belasten, wie zum Beispiel die Ebenheitsmängel des Bodens, als auf Null zentriert angenommen werden können, ermöglicht die vorgeschlagene statistische Berechnung, rasch zum gesuchten Offsetwert zu gelangen.
Folglich kann durch Addition zwischen der durchschnittlichen Differenz des Offsets (t_n) und der Winkelposition δ(t_n) die Schätzung θ*₃(t_n) der absoluten Winkelposition des Lenkrads 2 auf iterative Weise erzielt werden, indem man sich von einem Großteil der Mängel der Fahrzone befreit.
Bei einer Ausführung kann die Präzision der Ermittlung der absoluten Winkelposition verbessert werden, indem vorgesehen wird, dieses Verfahren bei bestimmten Fahrbedingungen einzusetzen. Wie oben erwähnt, können die Fahrbedingungen R₃ zum Beispiel eine maximale Drehgeschwindigkeit des Lenkrads umfassen, so daß die Störungen im Zusammenhang mit der Frist bis zum Einschlagen der Bahn des Fahrzeugs begrenzt werden, und/oder eine Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeugs, damit die Feinheit der Schätzungen verbessert werden kann. Bei einem Zahlenbeispiel kann die Geschwindigkeitsgrenze des Fahrzeugs auf 5 km/h festgelegt werden und diejenige des Lenkrads auf 20°/s. Wenn somit diese Bedingungen mindestens 2 Sekunden lang, die nicht notwendigerweise aufeinander folgen, erfüllt werden, kann die Schätzung θ*₃ mit einer typischen Präzision von ±5° erzielt werden. Diese Präzision kann also nach 25 m Fahrt erreicht werden und kann sich nach 50 m Fahrt auf ±2° festlegen.
Ferner können bei der Berechnung der Schätzung θ*₃ nach dieser Ausführung die Mängel der mechanischen Indexierung zwischen dem Codierer 1 und dem Lenkrad 2 ausgeschaltet werden, denn diese werden bei der Berechnung des Offsetwerts korrigiert.
Beim Ermittlungsverfahren auf der Grundlage der Ausgangsprozedur ist vorgesehen, eine Schätzung θ*, insbesondere θ*₃ als absolute Winkelposition θ zu benutzen, bevor die Winkelpositionen θ₂ und θ₃ ermittelt werden. Wenn diese Information auch weniger präzise ist, hat sie doch den Vorteil, sehr rasch verfügbar zu sein. Da ferner die Fahrbedingungen R₂ weniger streng sind als die bei R₃ vorgesehenen, ist die Schätzung θ*₂ vor der Schätzung θ*₃ verfügbar. Wenn dann eine der Winkelpositionen θ₂ oder θ₃ verfügbar ist, wird die besagte Winkelposition als ursprüngliche Winkelposition θ₀ benutzt. Somit werden ab dieser ursprünglichen Position die Schwankungen der absoluten Winkelposition θ vermittels der Signale A, B bestimmt, so daß die besagte Position durch die Zählmittel kontinuierlich bekannt ist.
Beim Verfahren ist also vorgesehen, die erste verfügbare Information von θ₂ oder θ₃ zu benutzen, was bei allen Fahrbedingungen ermöglicht, rasch eine absolute Winkelposition θ zu erzielen, die präzise ist. Insbesondere ist die absolute Winkelposition des Lenkrads vor dem Schwellenwert 15 km/h verfügbar, über den hinaus sie für das Bahnkontrollsystem notwendig ist. Ferner wird darauf hingewiesen, daß sich die Präzision der Schätzungen θ*₂ und θ*₃ mit der Fahrzeit verbessert, und daß mit ihnen ein großer Teil des Einflusses des Fahrbahnprofils (Löcher, Buckel) auf die Geschwindigkeit der Räder ausgeschaltet werden kann.
Schematisch können zwei klassische Szenarios hervorgehoben werden:

– Das Fahrzeug startet, fährt, und der Fahrer dreht das Lenkrad ausreichend: θ₂ ist also vor θ₃ verfügbar;
– Das Fahrzeug startet, fährt, und der Fahrer dreht das Lenkrad nur wenig (zum Beispiel circa ±7,5°): θ₃ ist also vor θ₂ verfügbar.

Bei einer Variante ist im Verfahren ferner vorgesehen, wenn die Winkelposition θ₀ auf der Winkelposition θ₃ beruht, die später bestimmten Winkelpositionen θ entsprechend der Winkelposition θ₀ zu verschieben, wenn diese verfügbar ist, so daß die erzielten Winkelpositionen zuverlässig gemacht werden.
Die oben beschriebene Ausgangsprozedur ist insbesondere zur Benutzung bei der Initialisierung oder der erneuten Initialisierung des Ermittlungssystems bestimmt, so daß die aus den Signalen A, B hervorgegangene relative Winkelposition entsprechend verschoben wird. Außerdem kann diese Prozedur nach der entsprechenden Verschiebung iterativ benutzt werden, um das Ermittlungsverfahren zuverlässig zu machen. Ferner kann auch vorgesehen werden, daß das Verfahren andere dynamische Schätzungen der Winkelposition des Lenkrads benutzt, wie zum Beispiel einen Schleifensensor, einen Beschleunigungsmesser oder ein Gyroskop, um die durchgeführten Berechnungen zu beschleunigen, zu kontrollieren und/oder zuverlässig zu machen.
Bei einem Ausführungsmodus umfaßt das Verfahren auch eine Kalibrierungsprozedur (siehe 4), bei der vor der Benutzung des Ermittlungssystems die Winkelposition des Codierers im Verhältnis zur Winkelposition des Lenkrads elektronisch indexiert wird. Insbesondere kann die Verschiebung der „geradeaus" Position 8 des Codierers gegenüber der „geradeaus" Position der Räder des Fahrzeugs bestimmt werden. Mit dieser Prozedur können die Fehler der Winkelpositionierung des Codierers bei seiner Montage auf das Fahrzeug annulliert werden, und es kann also eine mechanische präzise Indexierung des Codierers gegenüber der Winkelposition der Räder unterlassen werden.
Bei der Kalibrierungsprozedur ist vorgesehen, eine Schätzung θ*₄ der absoluten Winkelposition des Lenkrads vermittels der Analysevorrichtung unter besonderen Fahrbedingungen R₄ zu bestimmen, die hinsichtlich Zeiten und Geschwindigkeiten strenger sind, als diejenigen, die für die Bestimmung von θ*₂ oder θ*₃ benutzt werden. Die Fahrbedingungen können zum Beispiel einen Winkelpositionsbereich des Lenkrads um die „geradeaus" Position vorschreiben (zum Beispiel ±45° um die gerade Strecke herum). Bei diesen Bedingungen kann zum Beispiel bei Benutzung des gleichen Berechnungsverfahrens (Schritt M4) wie dem oben bei der Bestimmung von θ*₃ beschriebenen die Winkelposition θ*₄ mit einer Präzision von ±2° erzielt werden. Folglich ist die Schätzung θ*₄ weniger rasch verfügbar als die anderen Schätzungen. Bei einer Variante kann je nach der Präzision der Kalibrierung, die erzielt werden soll, die Schätzung θ*₃ anstelle der Schätzung θ*₄ benutzt werden.
Dann (Schritt L) wird die Schätzung θ*₄ mit der mit der oben beschriebenen Methode bestimmten absoluten Winkelposition θ verglichen, um daraus die Winkelverschiebung M₀ zwischen dem Codierer und dem Lenkrad abzuleiten. Die Schätzung θ*₄ ist in der Tat unabhängig von der Montage des Codierers und hängt vom Kap des Fahrzeugs ab, während der absolute Winkel θ, der in Abhängigkeit von θ₂ oder θ₃ bestimmt wird, von der Montage des Codierers abhängt. Eine ungenaue Montage des Codierers, die zu einer Verschiebung zwischen der „geradeaus" Position des Codierers und dem Kap des entsprechenden Fahrzeugs führt, die typischerweise aber nicht begrenzend ±15° betragen kann, kann folglich so korrigiert werden, daß diese Verschiebung aufgehoben wird.
Diese Indexierung kann am Ausgang der Montagestraße oder bei einem Wartungsvorgang durchgeführt werden, wobei der Wert M₀ so gespeichert werden kann, daß er bei der Ermittlung der ursprünglichen Winkelposition θ₀ zur Korrektur der erzielten Schätzungen θ*₂ und θ*₃ benutzt werden kann. Bei einer Variante kann die Kalibrierungsprozedur mehrmals durchgeführt werden, damit anhand der erzielten durchschnittlichen Werte von M₀ die durchgeführte Indexierung zuverlässig gemacht wird.
Bei einer Ausführung kann die Kalibrierungsprozedur auf iterative Weise durchgeführt werden, damit Winkelverschiebungen M_i erzielt werden, die nach und nach für die Ermittlung der ursprünglichen Winkelposition θ_o benutzt werden, die gegenüber den Fahrbedingungen und den Merkmalen des Fahrzeugs aktualisiert werden. Somit können sogar bei einem Ausfall in Verbindung mit einem Rad oder einem Radsatz (wie zum Beispiel Schwankung des Reifendrucks, Regelung des Radsatzes) die Winkel θ₂ und θ₃ zuverlässig bestimmt werden.
Bei einem Ausführungsmodus ist im erfindungsgemäßen Verfahren auch vorgesehen, die Differenz zwischen M₀ und M_i zu bestimmen, und wenn die Differenz über einem Schwellenwert liegt, daraus einen Fehler im Zusammenhang mit einem Rad abzuleiten. Wenn in der Tat ein Reifen platt ist, zu wenig Druck hat, oder wenn ein Rad mit einem anderen Durchmesser montiert worden ist, zeigt sich dies durch eine Abweichung der Werte M_i und den Anstieg der Differenz IM₀–M_iI über einen Schwellenwert, was die Feststellung dieser Vorkommnisse ermöglicht. Diese Ermittlung eines Ausfalls im Zusammenhang mit einem Rad kann bei Bedarf durch Filterung der Werte M_i, Entdeckung einer langsamen oder raschen Abweichung, Berechnung beim Start des Fahrzeugs oder in einer Phase des gleichbleibenden Fahrens verfeinert werden.
Bei einer Variante sieht das Verfahren vor, das Zeichen der Differenz zwischen M₀ und M_i zu bestimmen, so daß daraus das vom Ausfall betroffene Rad abgleitet werden kann. Wenn insbesondere bei einem platten Reifen M₀ – M_i > 0, ist das rechte Rad betroffen. Bei einem entgegengesetzten Vorkommen ist das linke Rad betroffen.
In der Beschreibung angeführte Referenzen
Diese Liste mit den vom Antragsteller angeführten Referenzen ist nur als Hilfe für den Leser gedacht und ist kein Bestandteil des Dokuments zum europäischen Patent. Sie wurde zwar mit der größten Sorgfalt konzipiert, jedoch können Fehler oder Auslassungen nicht ausgeschlossen werden, und das Europäische Patentamt lehnt jegliche Haftung hierfür ab.
In der Beschreibung angeführte Patentdokumente

• EP 1167927 A [0006]
• EP 1403622 A [0007]
• US 6459389 B [0010]
• FR 2792403 [0030]
• FR 2769088 [0033]
• EP 0871014 [0033]
• WO 200411150 A [0052]

Claims

Ermittlungsverfahren der absoluten Winkelposition ⎕ des Lenkrads (2) eines Kraftfahrzeugs in Bezug auf das Chassis des genannten Fahrzeugs, anhand eines Systems bestehend aus: – einem gemeinsam mit dem Lenkrad (2) drehbaren Codierer (1), wobei der genannte Codierer eine mehrpolige Hauptbahn (1a) und eine „top tour" genannte mehrpolige Bahn (1b) umfasst, die konzentrisch sind, wobei die genannte „top tour" Bahn M winkelförmig verteilte Singularitäten (1b1) aufweist; – einem stationären Sensor (5), der gegenüber und im Abstand zum Luftspalt des Codierers (1) angeordnet ist, mit einer elektronischen Schaltung, die zwei digitale, phasenquadratische Rechteckpositionssignale (A, B) liefern kann, die die Winkelposition des Codierers (1) darstellen, sowie ein „top tour" Signal in Form von M Impulsen pro Umdrehung des Codierers (1), in dem die M entsprechenden Singularitäten (1b1) im Winkel so verteilt sind, dass das „top tour" Signal vorgesehen ist, um in Verbindung mit den digitalen Positionssignalen ein binäres Muster zu definieren, das einzige binäre Sequenzen in einer Umdrehung oder in einem Abschnitt der Drehung umfasst, die jeweils eine absolute Winkelposition des Codierers (1) in der Umdrehung oder in dem Abschnitt darstellen; – einer Verarbeitungseinheit (6) der Signale (A, B, C), mit Zählmitteln, die ausgehend von einer Ausgangsposition die Schwankungen der Winkelposition des Codierers (1) bestimmen können; – einer Analysevorrichtung der Differentialgeschwindigkeit der Räder einer selben Achse des Fahrzeugs, die eine Schätzung der absoluten Winkelposition des Lenkrads je nach der genannten Differentialgeschwindigkeit ermitteln kann; wobei das genannte Verfahren die folgende Ausgangsprozedur umfasst: – Ermittlung mindestens einer Schätzung θ* der absoluten Winkelposition des Lenkrads (2) anhand der Analysevorrichtung; – Ermittlung, ob die binäre Sequenz einzig ist; – wenn ja, Test ob eine Schätzung θ* es ermöglicht, die absolute Winkelposition des Codierers (1) in dem Fall zu diskriminieren, in dem die binäre Sequenz in einem Abschnitt einzig ist, und die absolute Winkelposition des Lenkrads (2) θ₂ zu diskriminieren, die der einigen binären Sequenz entspricht; – wenn nicht, Test ob eine Schätzung θ* es ermöglicht, die absolute Winkelposition θ₃ des Lenkrads (2) zu diskriminieren, die der binären Sequenz entspricht; bei dem vor der Ermittlung der Winkelpositionen θ₂ und θ₃ eine Schätzung θ* verwendet wird als absolute Winkelposition θθ, und dann, wenn eine der Winkelpositionen θ₂ und θ₃ zur Verfügung steht, die genannte Winkelposition als Ausgangs-Winkelposition θ_o verwendet wird, um ab dieser Ausgangsposition die Schwankungen der absoluten Winkelposition θ anhand der digitalen Positionssignale (A, B) zu ermitteln.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ferner vorgesehen ist, wenn die Winkelposition θ_o auf der Winkelposition θ₃ beruht, die später ermittelten Winkelpositionen θ entsprechend der Winkelposition θ₂ zu verschieben, wenn diese zur Verfügung steht.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Schätzung θ* unter bestimmten Fahrbedingungen erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen ist, zwei Schätzungen θ*₂ und θ*₃ entsprechend jeweils bestimmten Fahrbedingungen zu ermitteln, wobei die Grobschätzung θ*₂ verwendet wird, um die Winkelposition θ₂ zu diskriminieren, und die Feinschätzung θ*₃, um die Winkelposition θ₃ zu diskriminieren.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinschätzung θ*₃ erhalten wird durch die iterative Ermittlung der mittleren Differenz zwischen den ab den digitalen Positionssignalen (A, B) gemessenen Winkelpositionen und den ab der Differentialgeschwindigkeit der Räder berechneten digitalen Winkelpositionen, und durch Addition der genannten Differenz zu der ab den digitalen Winkelpositionen (A, B) gemessenen Winkelposition.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Differentialgeschwindigkeit nicht an den Antriebsrädern erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Kalibrierungsprozedur umfasst, bei der man unter besonderen Fahrbedingungen: – anhand der Analysevorrichtung eine Schätzung θ*₄ der absoluten Winkelposition des Lenkrads (2) ermittelt; – die Schätzung θ*₄ mit der ermittelten absoluten Winkelposition ⎕ vergleicht, um davon die Winkelverschiebung (M₀) zwischen dem Codierer (1) und dem Lenkrad (2) abzuleiten.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierungsprozedur iterativ erfolgt, um die Winkelverschiebungen (M₁) zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung (M₀) bzw. die Verschiebungen (M₁) bei der Ermittlung der Ausgangswinkelposition θ₀ verwendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen ist, die Differenz zwischen M₀ und M₁ zu ermitteln und, wenn die Differenz größer ist als ein Schwellwert, einen das Rad betreffenden Fehler davon abzuleiten.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen ist, das Zeichen der Differenz zwischen M₀ und M₁ zu ermitteln, um davon das von dem Fehler betroffene Rad abzuleiten.