WO2021259413A1 - Electric steering device for controlling a vehicle, and vehicle - Google Patents

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WO2021259413A1
WO2021259413A1 PCT/DE2021/100466 DE2021100466W WO2021259413A1 WO 2021259413 A1 WO2021259413 A1 WO 2021259413A1 DE 2021100466 W DE2021100466 W DE 2021100466W WO 2021259413 A1 WO2021259413 A1 WO 2021259413A1
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steering device
steering
torque
electric
transfer
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Application number
PCT/DE2021/100466
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Inventor
Johannes Reinschke
Tobias BARZEN
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • B62D5/006—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback power actuated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such

Definitions

  • the invention relates to an electric steering device for controlling a vehicle with egg ner rotary seat and a steering wheel assigned to the rotary seat, as well as an electric motor which is effectively connected to the steering wheel for outputting torque, a memory and a control unit for controlling the electric motor.
  • the invention relates to a vehicle with an electric steering device.
  • Electric steering devices are used - among other things in motor vehicles - to receive a direction request from a driver and to convert it into corresponding movements of one or more wheels.
  • electrical steering devices between electrically assisted steering devices and fully electric steering devices, so-called “steer-by-wire” steering devices.
  • these steer-by-wire steering devices have the advantage that the control unit can be positioned relatively freely within the vehicle independently of mechanical connection components, which in addition to cost savings when differentiating between right-hand and left-hand drive vehicles, for example, also leads to improved accident behavior Lack of a steering column leads.
  • Various electric steering devices are known for this purpose.
  • the US 625041 B1 discloses an electrically assisted steering device with a Lenkein unit, which has a steering wheel and a steering column and an electric motor and a torque sensor, the transfer function for controlling the electric motor is adjusted by means of a controller while the steering device is in operation.
  • This steering device has the disadvantage that the sensor data for the feedback to the driver are influenced directly by the driver's influence on the steering wheel and are therefore prone to errors. This susceptibility to errors must be countered through technical effort.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • an electric steering device for controlling a Fahrzeu sat with a rotary mount and a steering wheel assigned to the rotary mount and an electric motor which is effectively connected to the steering wheel for outputting torque, a memory and a control unit for controlling the electric romotors, wherein a transfer function was determined by measuring a transfer behavior of the steering device in an operating state of the vehicle and / or the steering device and is stored in the memory for controlling the electric motor.
  • an electric steering device for controlling a vehicle with a swivel mount and a steering wheel assigned to the swivel mount and an electric motor which is effectively connected to the steering wheel for outputting torque, a memory and a control unit for controlling the electric motor , wherein a transfer function from a target engine torque of the electric motor to an actual torque on the steering wheel by measuring a transfer behavior of the steering device in an operating state of the vehicle and / or the Lenkvor direction was determined and is stored in the memory for controlling the electric motor.
  • the transfer function reflects the desired feedback characteristics in the best possible way, so that reliable feedback for the driver, for example, is also possible without reliable sensor signals such as from a torque sensor on the steering wheel.
  • a sensor with a lower integrity level than ASIL D can be used with the embodiment of the steering device according to the invention without the overall safety level of the steering device decreasing.
  • a "rotary mount” can be a rotatable bearing such as a grooved ball bearing, a plain bearing bush or a comparable device in order to enable the rotatable but essentially fixed mount of an object, namely a steering wheel in this case.
  • a rotary mount can also include elements other than just a bearing, for example, and provide further functions.
  • a “steering wheel” is any element that is suitable for receiving input from an operator, e.g. a driver of the vehicle, regarding his wish to change direction or to maintain a driven direction.
  • Such a “steering wheel” is preferably designed essentially round in the form of a steering ring and has one spoke or several spokes for connecting the steering ring to the swivel mount.
  • a steering ring instead of a steering ring, another element for input such as a steering wheel, a form of a control stick or a joystick could be used.
  • An “electric motor” is an electromotive unit that uses an electrical input signal such as a voltage and a current to convert the energy contained therein to a mechanical effect such as a linear or polar movement, i.e. a straight movement or a rotation exerts a force or torque on another device or another component.
  • a “memory” can be any medium that can store one or more pieces of information, retain it over a certain period of time or even permanently, and then release it again, thus making this information available to another component or switching element or another system for further processing, for example can.
  • it can be an electronic semiconductor memory, with microelectronic memory structures and / or integrated circuits for receiving one or more pieces of information being applied to it.
  • the memory can have one connection or several connections, e.g. electrical contact points, for receiving and / or outputting the information and for receiving and / or outputting control commands.
  • CMOS memories and solid-state memories may be mentioned here as examples, but any other memory suitable for the purposes of this definition can also be used.
  • a "control unit” is any device that is suitable for issuing control commands and, depending on the embodiment, also receiving information from other systems, assemblies or sensors, for example, and processing the control commands as a function of these in- to influence information, e.g. a signal from a sensor.
  • This can be both a control in the technical control sense, i.e. a signal output without feedback of the consequences triggered thereby, as well as a regulation in the control-technical sense, i.e. a signal output depending on information and the feedback of one of the consequent triggered consequences (closed control loop ) Act.
  • Such a control unit can be, for example, a microcontroller, an integrated circuit or a programmable control module.
  • a "transfer function” is any mathematical function that is suitable for clearly describing the transfer of information and thus allowing a clear assignment of certain input variables to certain output variables by means of this transfer function.
  • the specific assignment of the respective input variables to the respective output variables for a specific work area is generally referred to as “transfer behavior”.
  • Control refers to the supply of information, data or e.g. electrical signals in such a way that a certain, predictable and desired consequence arises in the behavior of the controlled entity.
  • Measurement refers to the targeted determination and documentation of parameters, behaviors or dependencies of the reaction of a system to different input variables and / or operating states. In the context of the invention, this measurement can take place above all when the vehicle has not yet been put into operation, i.e. during manufacture or, for example, final acceptance of the steering device during the manufacture of a vehicle. Furthermore, such a measurement can be carried out after conversion or repair of the steering device, so that a modified steering device with a modified transmission behavior can be taken into account. The new transfer behavior measured in this way is then stored in the memory in the form of the newly measured transfer function.
  • An “operating state” is a state of the steering device or the vehicle which is defined by certain parameters, with exactly one operating state being defined by exactly one specific set of parameters.
  • several transfer functions are determined by measuring a transfer behavior in different operating states of the vehicle and / or the steering device and stored in the memory, one of these transfer functions for controlling the electric motor being selectable.
  • a transfer behavior in different operating states By measuring the transmission behavior in different operating states, a direct correlation between this transmission behavior and this operating state can be determined, which then enables an assignment while the steering device is in use.
  • the feedback to the operator can be carried out in such a way that a comfortable steering feel is created for the respective operating state.
  • Such Radiozu status can, for example, replay the behavior of the steering device after a few years of aging.
  • the assigned transfer function is then the "active" transfer function that is used to define the transfer behavior.
  • the transfer function or a the transfer functions for the control of the electric motor by means of the control unit is selected as a function of a sensor signal.
  • a “sensor signal” is any signal from a facility or a technical component that can quantitatively or quantitatively record certain physical or chemical properties (e.g. amount of heat, temperature, pressure, humidity, brightness, force, torque, acceleration) in its environment as a measured variable ("Sensor").
  • the sensor detects this variable by means of a physical or chemical effect and converts the recorded variable into a mostly electrical signal - the sensor signal - which, in its form, is then correlated to the measured variable.
  • the specific form of the output of this measured variable for the specific physical or chemical property depicted is referred to as the measured value.
  • Such a sensor can be, for example, a PT100 temperature sensor, a catalytic converter for measuring chemical substances or another sensor that is suitable for measuring and making available the desired property.
  • the sensor signal is then output in the form of a voltage, for example.
  • a selected transfer function, further selected transfer functions or all selected transfer functions correlate or correlate with a certain sensor signal which is assigned to a certain operating state of the steering device.
  • This configuration makes it possible to select an operating state, various operating states or all operating states by means of a sensor signal and thus the operator for an operating state, different operating states or all operating drive states to convey a feedback, for example in the form of a driving feeling, which corresponds as closely as possible to the operating state determined by the sensor.
  • a transfer function or several transfer functions are determined by measuring the frequency response of the one or several transfer behaviors of the steering device.
  • a transfer function from the target torque on the steering wheel to the target engine torque of the electric motor is used to control the electric motor, which inverts or approximately inverts the transfer function from the target engine torque to the actual torque on the steering wheel in the frequency range relevant for the motor control.
  • the senor is a temperature sensor and / or an acceleration sensor and / or a torque sensor, so that the sensor signal correlates with a temperature and / or with a dynamic excitation behavior of the steering device.
  • a temperature e.g. the operating temperature of the steering unit and / or a dynamic behavior of the steering unit, e.g. after aging of the steering unit, can be used directly as a selection criterion for determining an operating state and thus the steering unit can be adjusted to this operating state.
  • the temperature with and without a connection to a dynamic excitation behavior of the steering unit have proven to be characteristic of the determination of such an operating state, among other criteria.
  • a “temperature sensor” can be any element that processes a temperature as a measured variable in such a way that an electrical or other unique output signal is generated by it, which is sent to another instance, e.g. an evaluation unit or a control unit, for processing and from this Instance can clearly be used to determine a temperature.
  • This can be, for example, a PT-100 temperature sensor with two connection cables.
  • An “acceleration sensor” can be any sensor that can record and evaluate a linear or rotary acceleration as well as convert it into an electrical or equivalent output signal and make this available to a further entity, e.g. an evaluation unit or a control unit, so that this entity receives the information can be used to determine a linear or rotary acceleration.
  • a “torque sensor” can be any sensor that can record a torque, e.g. the torque applied by the user to the steering wheel on the steering wheel on this or on a steering column or another part of the steering device and convert it into an electrical or equivalent output signal and this one makes further instance, for example an evaluation unit or a control unit accessible so that this instance can use the information to determine the torque.
  • a transfer function, further transfer functions or all transfer functions are determined by solving an H-infinite optimization problem, in particular a weighting function of the determined transfer behavior.
  • switching from one transfer function to another transfer function takes place without jerks.
  • Such a jerk-free switchover makes it possible to switch between different transfer functions in such a way that an operator cannot or as little as possible perceive this process or perceive it in another way. So that a FITS comfortable version of the steering device can be displayed.
  • the swivel mount is designed as a steering column.
  • This steering column can be a complete, partially or very short steering column which, as a complete steering column, forms e.g. a mechanical steering connection to one or more wheels as a fall-back level for the failure of the electrical steering connection.
  • the swivel mount, designed as a steering column can also be used for adapting further sensors, for mechanically connecting actuators or for comparable purposes.
  • the object is achieved by a vehicle with a Lenkvorrich device of the various designs as mentioned above.
  • a vehicle with such a steering device has all the advantages that were mentioned for the individual versions and integrates the steering device in such a way that an operator can drive this vehicle with the greatest possible comfort.
  • Figure 1 is a schematic representation of a manual torque control of an electrical steering device and rule
  • Figure 2 is a schematic representation of a transmission path for an electric steering device.
  • a manual torque control 101 can be part of a motor vehicle, not shown, and comprises a steering wheel 103, a steering column 105 and a motor 107.
  • the steering wheel 103 is non-rotatably mounted on the steering column 105 and is arranged so that both have a common imaginary axis of rotation.
  • the motor 107 is effectively connected to the steering column 105 by means of a motor shaft 109 and a transmission 111. The motor 107 can thus transmit a torque to the steering wheel 103.
  • a torque sensor 113 is attached to the steering column 105 to detect the torque acting on the steering column 105 and an angle sensor 115 to grasp the angular position of the steering column 105 and thus also the angular position of the steering wheel 103.
  • the unit of steering wheel 103, steering column 105, motor 107, motor shaft 109, gear 111, torque sensor 113 and angle sensor 115 is thus suitable for receiving directional inputs from a driver not shown by rotating the steering wheel 103 and by means of the motor 107 and the like Above-described operative connection to the steering wheel 103 to emit a feedback in the form of an influenceable steering resistance by means of a torque emitted by the motor 107.
  • a signal namely the information on the steering angle position 151 from the angle sensor 115, is sent to a steering resistance transmitter 133 and to a steering wheel limit switch 129.
  • a lane feedback transmitter 135 receives a signal from a wheel adjusting unit (not shown) containing the information on wheel feedback 137 and uses it to evaluate the necessary simulated reset torques for manual torque control 101. A corresponding signal is forwarded to a steering torque prioritizer 127.
  • the signals from the steering resistance transmitter 133 and the road feedback transmitter 135 are evaluated in the steering torque prioritizer 127 and information is formed therefrom which contains the necessary counter-torque on the steering wheel 103 resulting from the angle of rotation and the road feedback. This information is passed to a target moment prioritizer 125.
  • the steering wheel limit switch 129 uses the information from the angle sensor 115 to detect the angle at which the steering wheel 103 runs or would run to a virtual or real end stop, depending on the angle position of the steering wheel 103, and also forwards this information to the target torque prioritizer 125.
  • a wheel stop switch 131 receives signals for steering angle feedback 139 and the target steering angle of the wheel adjusting unit, not shown, and forms a signal from these that contains the information about reaching a maximum deflection of the wheel adjusting unit and forwards it to the target torque prioritizer 125.
  • the target torque prioritizer 125 determines a steering wheel target torque 149 from the signals of the steering torque prioritizer 127, the steering wheel limit switch 129 and the wheel stop switch 131, which is then passed to a motor torque controller 123.
  • the target torque prioritizer 125 and the steering torque prioritizer 127 prioritize the sequence of incoming signal packets within a CAN bus environment in order to prevent overlaps and overwrites.
  • the engine torque controller 123 is also supplied with a signal containing information on the steering wheel torque 143 and a specified engine torque 145 from an engine torque controller 121 is directed. This creates a closed control loop for regulating the target engine torque 147.
  • the motor torque controller 121, the motor torque controller 123, the Zielmomentpriori sier 125, the steering torque prioritizer 127, the steering wheel switch 129 and the wheel stop switch 131 are designed as a microcontroller 153 and arranged in a common housing (not shown).
  • the output signal of the microcontroller is emitted in the form of a pulse-width modulated signal (PWM) and corresponds to the control signal for the motor 107.
  • PWM pulse-width modulated signal
  • This PWM signal is fed to a power control 119 and this power control 119 regulates power electronics 117 for the motor 107, which provide the necessary power for the motor 107 provides.
  • the energy required to operate the motor 107 is provided in the transmission path from the microcontroller 153, the power control 119 and the power electronics 117.
  • a corruption of the content of the PWM signal of the microcontroller 153 is avoided as much as possible.
  • a transmission path 201 is part of the manual torque control 101.
  • the transmission path 201 comprises a steering wheel 203, a steering column 205 and a motor 207.
  • the steering wheel is non-rotatably mounted on the steering column 205 and is arranged so that both have a common imaginary axis of rotation.
  • the motor 207 is effectively connected to the steering column 205 by means of a motor shaft 209 and a transmission 211. The motor 207 can thus transmit a torque to the steering wheel 203.
  • a torque sensor 213 is attached to the steering column 205 to detect the torque acting on the steering column 205 and an angle sensor 215 to detect the angle of the steering column 205 and thus the steering wheel 203.
  • the unit of steering wheel 203, steering column 205, motor 207, motor shaft 209, gear 211, torque sensor 213 and angle sensor 215 is thus suitable for receiving directional inputs from a driver not shown by rotating the steering wheel 203 and by means of the motor 207 and the like Above-described operative connection to the steering wheel 203 to emit a feedback in the form of an influenceable steering resistance by means of a torque emitted by the motor 207.
  • a target motor torque 247 is fed to a motor torque controller 221 and output by the latter in the form of a pulse-width modulated signal (PWM) and corresponds to the control signal for the motor 207.
  • PWM pulse-width modulated signal
  • This PWM signal is sent to a power control 219 and, through this power control 219, power electronics 217 for the Motor 207 regulated, which provides the necessary power for the motor 207.
  • the energy required to operate the motor 207 is provided in the transmission path from the motor torque controller 221, the power control 219 and the power electronics 217. Falsification of the content of the PWM signal is avoided as much as possible.
  • the behavior of the transmission path 201 depends on various parameters such as the ambient temperature or the type of dynamic excitation. Furthermore, the behavior of this transmission path 201 is dependent on the aging of the steering device.
  • the frequency response of the target engine torque 247 is measured for a total of different operating states as mentioned above and is for each frequency response a linear transfer function G, which approximates the measured frequency response sufficiently well ap, is determined.
  • the amplitude frequency response of the target engine torque 247 is determined.
  • a weighting function W (s) is determined from this, the amplitude frequency response of which approximates the typical amplitude frequency response of the target motor torque 247.
  • must strive towards zero for oo- °°.
  • M (s): arg min
  • the previous steps take place before the manual torque control 101 or the transmission path 201 is put into operation.
  • the transfer functions determined in this way are stored within a motor torque control 123 and are selected when the manual torque control 101 is in operation depending on the determination of the operating parameters within the microcontroller 153 .
  • An electric steering device is arranged in a vehicle (not shown) and comprises the manual torque control 101 as described above.
  • a driver sits in the vehicle in such a way that he can grip the steering wheel 103 with his hands and thus steer the vehicle. While the driver is steering he receives feedback from the electric steering device in the form of a counter-torque, which he perceives as a steering resistance.
  • This feedback is formed from a road feedback, feedback on a possible steering stop, feedback on a possible wheel stop and a reaction of the electric steering device to the steering wheel torque.
  • a new transfer function or a plurality of new transfer functions can be measured within the motor torque control 123 according to the method set out above and then stored. So that the transmission behavior of the Lenkvor direction is then restored with a high level of comfort and safety. If, for example, the torque sensor 113 fails or is selected with a low level of reliability in the sense of a low safety level, the steering device can nevertheless be operated safely through the correct selection of a suitable transfer function.

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Abstract

The invention relates to an electric steering device. Electric steering devices are used, besides other advantages, in order to provide a simple design for vehicles as compared to those with mechanical steering devices, or in order to provide fewer component parts whilst nevertheless ensuring a reliable steering connection and providing the user with realistic and reliable feedback for the steering behaviour of the vehicle. Various electric steering devices are known for this purpose, however, the reliable feedback behaviour is complex. An electric steering device for controlling a vehicle is proposed which is equipped with a rotary support, a steering wheel associated with the rotary support, as well as an electric motor, which is operatively connected to the steering wheel in order to deliver a torque thereto, a memory and a control unit for actuating the electric motor, wherein a transfer function is determined by means of a measurement of a transfer behaviour of the steering device in an operating state of the vehicle and/or the steering device and is stored in the memory for actuation of the electric motor.

Description

Elektrische Lenkvorrichtunq zum Steuern eines Fahrzeuqes sowie Fahrzeuq Electric Lenkvorrichtunq for controlling a Fahrzeuqes as well as Fahrzeuq
Die Erfindung betrifft eine elektrische Lenkvorrichtung zum Steuern eines Fahrzeuges mit ei ner Drehaufnahme und einem der Drehaufnahme zugeordneten Lenkrad sowie einem Elekt romotor, welcher zur Abgabe eines Drehmomentes auf das Lenkrad mit diesem wirksam ver bunden ist, einem Speicher und einer Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromotors. Wei terhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer elektrischen Lenkvorrichtung. The invention relates to an electric steering device for controlling a vehicle with egg ner rotary seat and a steering wheel assigned to the rotary seat, as well as an electric motor which is effectively connected to the steering wheel for outputting torque, a memory and a control unit for controlling the electric motor. Wei terhin the invention relates to a vehicle with an electric steering device.
Elektrische Lenkvorrichtungen dienen - unter anderem in Kraftfahrzeugen - dazu, einen Rich tungswunsch eines Fahrers entgegenzunehmen und in entsprechende Bewegungen eines oder mehrerer Räder umzusetzen. Gegenüber rein mechanischen Lenkvorrichtungen unter scheidet man bei elektrischen Lenkvorrichtungen zwischen elektrisch unterstützten Lenkvor richtungen sowie vollständig elektrischen Lenkvorrichtungen, sogenannten „Steer-by-Wire“- Lenkvorrichtungen. Insbesondere diese Steer-by-Wire-Lenkvorrichtungen haben den Vorteil, dass die Bedieneinheit unabhängig von mechanischen Verbindungskomponenten relativ frei innerhalb des Fahrzeuges positioniert werden kann, was neben einer Kostenersparnis bei der Unterscheidung von z.B. rechts- und linksgelenkten Fahrzeugen zudem zu einem verbesser ten Unfallverhalten durch Fehlen einer Lenksäule führt. Es sind dazu verschiedene elektrische Lenkvorrichtungen bekannt. Electric steering devices are used - among other things in motor vehicles - to receive a direction request from a driver and to convert it into corresponding movements of one or more wheels. Compared to purely mechanical steering devices, a distinction is made in electrical steering devices between electrically assisted steering devices and fully electric steering devices, so-called “steer-by-wire” steering devices. In particular, these steer-by-wire steering devices have the advantage that the control unit can be positioned relatively freely within the vehicle independently of mechanical connection components, which in addition to cost savings when differentiating between right-hand and left-hand drive vehicles, for example, also leads to improved accident behavior Lack of a steering column leads. Various electric steering devices are known for this purpose.
Die US 625041 B1 offenbart eine elektrisch unterstützte Lenkvorrichtung mit einer Lenkein heit, welche ein Lenkrad und eine Lenksäule sowie einen Elektromotor und einen Drehmo mentsensor aufweist, wobei die Übertragungsfunktion für die Ansteuerung des Elektromotors während des laufenden Betriebs der Lenkvorrichtung mittels eines Reglers angepasst wird. Diese Lenkvorrichtung weist den Nachteil auf, dass die Sensordaten für die Rückmeldung an den Fahrer direkt durch dessen Einflussnahme auf das Lenkrad beeinflusst werden und dadurch fehleranfällig sind. Dieser Fehleranfälligkeit muss durch technischen Aufwand be gegnet werden. The US 625041 B1 discloses an electrically assisted steering device with a Lenkein unit, which has a steering wheel and a steering column and an electric motor and a torque sensor, the transfer function for controlling the electric motor is adjusted by means of a controller while the steering device is in operation. This steering device has the disadvantage that the sensor data for the feedback to the driver are influenced directly by the driver's influence on the steering wheel and are therefore prone to errors. This susceptibility to errors must be countered through technical effort.
In Koch: „Untersuchungen zum Lenkgefühl von Steer by Wire Lenksystemen“ (2010 wird das aktuierte Gegenmoment am Lenkrad mit einer Regelschleife erzeugt, die das Soll- Gegenmoment mit einem Messwert des Drehmoments am Lenkrad vergleicht und entspre chend das Soll- und Ist-Moment eines Force-Feedback-Aktuators, welcher ein Aktuator für die mechanische Rückmeldung an den Fahrer ist, stellt. Bei dieser Methode beeinflusst der Messwert des Drehmomentes am Lenkrad direkt das Ist-Moment des Force-Feedback- Aktuators. Ein fehlerhaftes, insbesondere zu hohes Force-Feedback-Moment kann hier zu fa- talen Folgen und Kontrollverlust des Fahrers führen, weswegen der Messwert des Drehmo ments am Lenkrad eine hohe Integrität (ASIL D) aufweisen muss. In Koch: "Investigations into the steering feel of Steer by Wire steering systems" (2010 the actuated counter-torque on the steering wheel is generated with a control loop that compares the target counter-torque with a measured value of the torque on the steering wheel and, accordingly, the target and actual torque Force feedback actuator, which is an actuator for mechanical feedback to the driver. With this method, the measured value of the torque on the steering wheel directly influences the actual torque of the force feedback actuator. Feedback moment can be too fa- tal consequences and loss of control for the driver, which is why the measured value of the torque on the steering wheel must have a high level of integrity (ASIL D).
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern. The object of the invention is to improve the state of the art.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine elektrische Lenkvorrichtung zum Steuern eines Fahrzeu ges mit einer Drehaufnahme und einem der Drehaufnahme zugeordneten Lenkrad sowie ei nem Elektromotor, welcher zur Abgabe eines Drehmomentes auf das Lenkrad mit diesem wirksam verbunden ist, einem Speicher und einer Steuereinheit zur Ansteuerung des Elekt romotors, wobei eine Übertragungsfunktion mittels einer Vermessung eines Übertragungsver haltens der Lenkvorrichtung bei einem Betriebszustand des Fahrzeuges und/oder der Lenk vorrichtung ermittelt wurde und im Speicher zur Ansteuerung des Elektromotors abgelegt ist.The object is achieved by an electric steering device for controlling a Fahrzeu sat with a rotary mount and a steering wheel assigned to the rotary mount and an electric motor which is effectively connected to the steering wheel for outputting torque, a memory and a control unit for controlling the electric romotors, wherein a transfer function was determined by measuring a transfer behavior of the steering device in an operating state of the vehicle and / or the steering device and is stored in the memory for controlling the electric motor.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Elektrische Lenkvorrichtung zum Steuern eines Fahrzeuges mit einer Drehaufnahme und einem der Drehaufnahme zugeordneten Lenk rad sowie einem Elektromotor, welcher zur Abgabe eines Drehmomentes auf das Lenkrad mit diesem wirksam verbunden ist, einem Speicher und einer Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromotors, wobei eine Übertragungsfunktion von einem Soll-Motormoment des Elektromo tors zu einem Ist-Drehmoment am Lenkrad mittels einer Vermessung eines Übertragungsver haltens der Lenkvorrichtung bei einem Betriebszustand des Fahrzeugs und/oder der Lenkvor richtung ermittelt wurde und im Speicher zur Ansteuerung des Elektromotors abgelegt ist.In particular, the object is achieved by an electric steering device for controlling a vehicle with a swivel mount and a steering wheel assigned to the swivel mount and an electric motor which is effectively connected to the steering wheel for outputting torque, a memory and a control unit for controlling the electric motor , wherein a transfer function from a target engine torque of the electric motor to an actual torque on the steering wheel by measuring a transfer behavior of the steering device in an operating state of the vehicle and / or the Lenkvor direction was determined and is stored in the memory for controlling the electric motor.
Hierdurch wird es ermöglicht, eine Übertragungsfunktion derart im Speicher abgelegt vorzu halten, dass eine bestmögliche Rückmeldung für zum Beispiel einen Fahrer des Fahrzeuges gemäß der Charakteristik der Lenkvorrichtung möglich ist. Die Übertragungsfunktion reflektiert dabei bestmöglich die erwünschte Rückmeldungscharakteristik, so dass eine sichere Rück meldung für z.B. den Fahrer auch ohne verlässliche Sensorsignale wie von z.B. einem Dreh momentsensor am Lenkrad möglich ist. This makes it possible to keep a transfer function stored in the memory in such a way that the best possible feedback is possible for, for example, a driver of the vehicle according to the characteristics of the steering device. The transfer function reflects the desired feedback characteristics in the best possible way, so that reliable feedback for the driver, for example, is also possible without reliable sensor signals such as from a torque sensor on the steering wheel.
Neben der Ausfallsicherheit der Lenkvorrichtung bei Ausfall eines Sensorsignals, welches z.B. das Signal eines Drehmomentsensors eines Lenkrades sein kann, ist es zudem möglich den entsprechenden Sensor mit niedrigerem Integritätslevel auszuführen. Ein Sensor mit einem niedrigeren Integritätslevel als ASIL D kann mit der erfindungsgemäßen Ausführung der Lenk vorrichtung verwendet werden, ohne dass das Sicherheitsniveau der Lenkvorrichtung insge samt abnimmt. Folgende Begriffe seien an dieser Stelle erläutert: In addition to the failure safety of the steering device in the event of a sensor signal failure, which can be, for example, the signal from a torque sensor of a steering wheel, it is also possible to implement the corresponding sensor with a lower level of integrity. A sensor with a lower integrity level than ASIL D can be used with the embodiment of the steering device according to the invention without the overall safety level of the steering device decreasing. The following terms are explained at this point:
Eine „Drehaufnahme“ kann hierbei sowohl eine drehbare Lagerung wie z.B. ein Rillenkugella ger, eine Gleitlagerbuchse oder eine vergleichbare Einrichtung sein, um die drehbewegliche jedoch im Wesentlichen raumfeste Aufnahme eines Gegenstandes, nämlich hier eines Lenk rades, zu ermöglichen. Weiterhin kann eine Drehaufnahme auch andere Elemente als nur z.B. eine Lagerung umfassen und weitere Funktionen bereitstellen. A "rotary mount" can be a rotatable bearing such as a grooved ball bearing, a plain bearing bush or a comparable device in order to enable the rotatable but essentially fixed mount of an object, namely a steering wheel in this case. Furthermore, a rotary mount can also include elements other than just a bearing, for example, and provide further functions.
Ein „Lenkrad“ ist jedes Element, das geeignet ist, eine Eingabe eines Bedieners, z.B. eines Fahrers des Fahrzeuges, bezüglich dessen Wunsch für einen Richtungswechsel oder die Bei behaltung einer gefahrenen Richtung entgegenzunehmen. Bevorzugt ist ein solches „Lenkrad“ in Form eines Lenkkranzes im Wesentlichen rund ausgebildet und weist eine Speiche oder mehrere Speichen zur Verbindung des Lenkkranzes mit der Drehaufnahme auf. Denkbare wä re es jedoch auch, dass statt eines Lenkkranzes auch ein anderes Element zur Eingabe wie z.B. ein Steuerrad, eine Form eines Steuerknüppels oder Joysticks Verwendung findet. A "steering wheel" is any element that is suitable for receiving input from an operator, e.g. a driver of the vehicle, regarding his wish to change direction or to maintain a driven direction. Such a “steering wheel” is preferably designed essentially round in the form of a steering ring and has one spoke or several spokes for connecting the steering ring to the swivel mount. However, it would also be conceivable that instead of a steering ring, another element for input such as a steering wheel, a form of a control stick or a joystick could be used.
Ein „Elektromotor“ ist eine elektromotorische Einheit, welche aus einem elektrischen Ein gangssignal wie z.B. einer Spannung und eines Stroms durch Umsetzung der darin enthalte nen Energie eine mechanische Wirkung wie z.B. eine lineare oder polare Bewegung, also ei ne geradlinige Bewegung oder eine Drehung vollführt oder eine Kraft oder ein Drehmoment auf eine weitere Einrichtung oder ein weiteres Bauteil ausübt. An "electric motor" is an electromotive unit that uses an electrical input signal such as a voltage and a current to convert the energy contained therein to a mechanical effect such as a linear or polar movement, i.e. a straight movement or a rotation exerts a force or torque on another device or another component.
Ein „Speicher“ kann jedes Medium sein, dass eine Information oder mehrere Informationen aufnehmen, in sich über eine bestimmte Zeitdauer oder auch dauerhaft erhalten und später wieder abgeben kann und damit z.B. einem weiteren Bauteil oder Schaltelement oder einem weiteren System diese Information zur Weiterverarbeitung zugänglich machen kann. Bei spielsweise kann es sich dabei um einen elektronischen Halbleiterspeicher handeln, wobei auf diesen mikroelektronischen Speicherstrukturen und/oder integrierte Schaltkreise zur Aufnah me einer Information oder mehrerer Informationen aufgebracht sind. Weiterhin kann der Spei cher einen Anschluss oder mehrere Anschlüsse, z.B. elektrische Kontaktierungspunkte, zur Aufnahme und/oder Abgabe der Informationen und zur Aufnahme und/oder Abgabe von Steuerbefehlen aufweisen. Beispielhaft seien hier CMOS-Speicher sowie Solid-State-Speicher genannt, es kann aber auch jeder andere im Sinne dieser Definition geeignete Speicher ver wendet sein. A “memory” can be any medium that can store one or more pieces of information, retain it over a certain period of time or even permanently, and then release it again, thus making this information available to another component or switching element or another system for further processing, for example can. For example, it can be an electronic semiconductor memory, with microelectronic memory structures and / or integrated circuits for receiving one or more pieces of information being applied to it. Furthermore, the memory can have one connection or several connections, e.g. electrical contact points, for receiving and / or outputting the information and for receiving and / or outputting control commands. CMOS memories and solid-state memories may be mentioned here as examples, but any other memory suitable for the purposes of this definition can also be used.
Eine „Steuereinheit“ ist jede Einrichtung, die dazu geeignet ist, Steuerbefehle abzugeben und je nach Ausführungsform auch Informationen von anderen Systemen, Baugruppen oder z.B. Sensoren aufzunehmen, zu verarbeiten und die Steuerbefehle in Abhängigkeit von diesen In- formationen, z.B. einem Signal eines Sensors zu beeinflussen. Dabei kann es sich sowohl um eine Steuerung im regelungstechnischen Sinne, also eine Signalabgabe ohne Rückkopplung der damit ausgelösten Konsequenzen als auch eine Regelung im regelungstechnischen Sin ne, also eine Signalabgabe in Abhängigkeit von einer Information sowie der Rückkopplung ei ner der damit ausgelösten Konsequenz (geschlossener Regelkreis) handeln. Eine solche Steuereinheit kann z.B. ein Microcontroller, ein integrierter Schaltkreis oder ein programmier barer Regelbaustein sein. A "control unit" is any device that is suitable for issuing control commands and, depending on the embodiment, also receiving information from other systems, assemblies or sensors, for example, and processing the control commands as a function of these in- to influence information, e.g. a signal from a sensor. This can be both a control in the technical control sense, i.e. a signal output without feedback of the consequences triggered thereby, as well as a regulation in the control-technical sense, i.e. a signal output depending on information and the feedback of one of the consequent triggered consequences (closed control loop ) Act. Such a control unit can be, for example, a microcontroller, an integrated circuit or a programmable control module.
Eine „Übertragungsfunktion“ ist jede mathematische Funktion, die geeignet ist, eine Übertra gung von Informationen eindeutig zu beschreiben und damit eine eindeutige Zuordnung von bestimmten Eingangsgrößen zu bestimmten Ausgangsgrößen mittels dieser Übertragungs funktion zuzulassen. Die konkrete Zuordnung der jeweiligen Eingangsgrößen zu den jeweili gen Ausgangsgrößen für einen bestimmten Arbeitsbereich wird im Allgemeinen als „Übertra gungsverhalten“ bezeichnet. A "transfer function" is any mathematical function that is suitable for clearly describing the transfer of information and thus allowing a clear assignment of certain input variables to certain output variables by means of this transfer function. The specific assignment of the respective input variables to the respective output variables for a specific work area is generally referred to as “transfer behavior”.
Die „Ansteuerung“ bezeichnet die Zuleitung von Informationen, Daten oder z.B. elektrischen Signalen derart, dass eine bestimmte, vorhersehbare und gewünschte Konsequenz im Verhal ten der angesteuerten Instanz entsteht. "Control" refers to the supply of information, data or e.g. electrical signals in such a way that a certain, predictable and desired consequence arises in the behavior of the controlled entity.
Die „Vermessung“ bezeichnet die zielgerichtete Ermittlung und Dokumentation von Parame tern, Verhaltensweisen oder Abhängigkeiten der Reaktion eines Systems auf unterschiedliche Eingangsgrößen und/oder Betriebszustände. Im Sinne der Erfindung kann diese Vermessung vor allem dann erfolgen, wenn das Fahrzeug noch nicht in Betrieb genommen ist, also bei Herstellung oder z.B. Endabnahme der Lenkvorrichtung während der Fertigung eines Fahr zeuges. Weiterhin ist eine solche Vermessung nach Umbau oder Reparatur der Lenkvorrich tung durchführbar, so dass einer veränderten Lenkvorrichtung mit einem veränderten Über tragungsverhalten Rechnung getragen werden kann. Das so vermessene neue Übertra gungsverhalten wird dann in Form der neu vermessenen Übertragungsfunktion im Speicher abgelegt. “Measurement” refers to the targeted determination and documentation of parameters, behaviors or dependencies of the reaction of a system to different input variables and / or operating states. In the context of the invention, this measurement can take place above all when the vehicle has not yet been put into operation, i.e. during manufacture or, for example, final acceptance of the steering device during the manufacture of a vehicle. Furthermore, such a measurement can be carried out after conversion or repair of the steering device, so that a modified steering device with a modified transmission behavior can be taken into account. The new transfer behavior measured in this way is then stored in the memory in the form of the newly measured transfer function.
Ein „Betriebszustand“ ist ein Zustand der Lenkvorrichtung oder des Fahrzeuges, welcher durch bestimmte Parameter definiert wird, wobei genau ein Betriebszustand durch genau ei nen bestimmten Satz von Parametern definiert ist. An “operating state” is a state of the steering device or the vehicle which is defined by certain parameters, with exactly one operating state being defined by exactly one specific set of parameters.
In einer Ausführungsform sind mehrere Übertragungsfunktionen mittels einer Vermessung je weils eines Übertragungsverhaltens bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Fahrzeugs und/oder der Lenkvorrichtung ermittelt und im Speicher abgelegt, wobei eine dieser Übertra gungsfunktionen zur Ansteuerung des Elektromotors auswählbar ist. Durch die Vermessung des Übertragungsverhaltens bei unterschiedlichen Betriebszuständen kann eine direkte Korrelation dieses Übertragungsverhaltens zu diesem Betriebszustand er mittelt werden, welche dann eine Zuordnung während der Verwendung der Lenkvorrichtung ermöglicht. Dadurch wird die Rückmeldung an den Bediener derart durchführbar, dass ein komfortables Lenkgefühl für den jeweiligen Betriebszustand entsteht. Ein solcher Betriebszu stand kann z.B. das Verhalten der Lenkvorrichtung nach einigen Jahren Alterung wiederspie geln. Die zugeordnete Übertragungsfunktion ist dann die „aktive“ Übertragungsfunktion, die zur Definition des Übertragungsverhalten verwendet wird. In one embodiment, several transfer functions are determined by measuring a transfer behavior in different operating states of the vehicle and / or the steering device and stored in the memory, one of these transfer functions for controlling the electric motor being selectable. By measuring the transmission behavior in different operating states, a direct correlation between this transmission behavior and this operating state can be determined, which then enables an assignment while the steering device is in use. As a result, the feedback to the operator can be carried out in such a way that a comfortable steering feel is created for the respective operating state. Such Betriebszu status can, for example, replay the behavior of the steering device after a few years of aging. The assigned transfer function is then the "active" transfer function that is used to define the transfer behavior.
Damit einer Mehrzahl von Betriebszuständen oder einem einzelnen Betriebszustand ein be stimmtes Verhalten der Lenkvorrichtung zugeordnet werden kann, und dadurch eine Rück meldung an den Bediener derart durchführbar wird, dass ein komfortables Lenkgefühl für ver schiedene Betriebszustände oder sämtliche Betriebszustände entsteht, ist die Übertragungs funktion oder eine der Übertragungsfunktionen für die Ansteuerung des Elektromotors mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit eines Sensorsignals ausgewählt. The transfer function or a the transfer functions for the control of the electric motor by means of the control unit is selected as a function of a sensor signal.
Ein „Sensorsignal“ ist dabei jedes Signal einer Einrichtung oder eines technischen Bauteils, das bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften (z.B. Wärmemenge, Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Helligkeit, Kraft, Drehmoment, Beschleunigung) in seiner Umgebung qua litativ oder quantitativ als Messgröße erfassen kann („Sensor“). Der Sensor erfasst diese Grö ße mittels eines physikalischen oder chemischen Effekts und wandelt die jeweils erfasste Größe in ein zumeist elektrisches Signal - das Sensorsignal - um, welches in seiner Ausprä gung dann in Korrelation zu der gemessenen Größe steht. Die konkrete Ausprägung der Aus gabe dieser Messgröße für die jeweils abgebildete konkrete physikalische oder chemische Ei genschaft wird als Messwert bezeichnet. Ein solcher Sensor kann also z.B. ein PT100- Temperatursensor, ein Wärmetönungssensor zur Messung von chemischen Stoffen oder ein anderer Sensor sein, der geeignet ist, die jeweils gewünschte Eigenschaft zu messen und zur Verfügung zu stellen. Das Sensorsignal wird dann z.B. in Form einer Spannung ausgegeben.A “sensor signal” is any signal from a facility or a technical component that can quantitatively or quantitatively record certain physical or chemical properties (e.g. amount of heat, temperature, pressure, humidity, brightness, force, torque, acceleration) in its environment as a measured variable ("Sensor"). The sensor detects this variable by means of a physical or chemical effect and converts the recorded variable into a mostly electrical signal - the sensor signal - which, in its form, is then correlated to the measured variable. The specific form of the output of this measured variable for the specific physical or chemical property depicted is referred to as the measured value. Such a sensor can be, for example, a PT100 temperature sensor, a catalytic converter for measuring chemical substances or another sensor that is suitable for measuring and making available the desired property. The sensor signal is then output in the form of a voltage, for example.
In einer weiteren Ausführungsform korreliert oder korrelieren eine ausgewählte Übertragungs funktion, weitere ausgewählte Übertragungsfunktionen oder sämtliche ausgewählte Übertra gungsfunktionen mit einem bestimmten Sensorsignal, welches einem bestimmten Betriebszu stand der Lenkvorrichtung zugeordnet ist. In a further embodiment, a selected transfer function, further selected transfer functions or all selected transfer functions correlate or correlate with a certain sensor signal which is assigned to a certain operating state of the steering device.
Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, einen Betriebszustand, verschiedene Betriebszu stände oder sämtliche Betriebszustände mittels eines Sensorsignals auszuwählen und damit dem Bediener für einen Betriebszustand, verschiedene Betriebszustände oder sämtliche Be- triebszustände eine Rückmeldung, z.B. in Form eines Fahrgefühls zu vermitteln, welches dem durch den Sensor ermittelten Betriebszustand bestmöglich entspricht. This configuration makes it possible to select an operating state, various operating states or all operating states by means of a sensor signal and thus the operator for an operating state, different operating states or all operating drive states to convey a feedback, for example in the form of a driving feeling, which corresponds as closely as possible to the operating state determined by the sensor.
Um die Ermittlung einer jeweiligen Übertragungsfunktion bestmöglich durchführen und rege lungstechnisch definiert abbilden zu können, wird oder werden eine Übertragungsfunktion, mehrere Übertragungsfunktionen durch Messung des Frequenzganges des einen Übertra gungsverhaltens oder der mehreren Übertragungsverhalten der Lenkvorrichtung ermittelt.In order to be able to determine a respective transfer function in the best possible way and to be able to map it in a controlled manner in a defined manner, a transfer function or several transfer functions are determined by measuring the frequency response of the one or several transfer behaviors of the steering device.
In einer Ausführungsform wird zur Ansteuerung des Elektromotors eine Übertragungsfunktion vom Soll-Drehmoment am Lenkrad zum Soll-Motormoment des Elektromotors verwendet, die die Übertragungsfunktion vom Soll-Motormoment zum Ist-Drehmoment am Lenkrad im für die Motoransteuerung relevanten Frequenzbereich invertiert oder näherungsweise invertiert.In one embodiment, a transfer function from the target torque on the steering wheel to the target engine torque of the electric motor is used to control the electric motor, which inverts or approximately inverts the transfer function from the target engine torque to the actual torque on the steering wheel in the frequency range relevant for the motor control.
In einer weiteren Ausführung ist der Sensor ein Temperatursensor und/oder ein Beschleuni gungssensor und/oder ein Drehmomentsensor, sodass das Sensorsignal mit einer Tempera tur und/oder mit einem dynamischen Anregungsverhalten der Lenkvorrichtung korreliert.In a further embodiment, the sensor is a temperature sensor and / or an acceleration sensor and / or a torque sensor, so that the sensor signal correlates with a temperature and / or with a dynamic excitation behavior of the steering device.
Damit kann eine Temperatur, z.B. die Betriebstemperatur der Lenkeinheit und/oder ein dyna misches Verhalten der Lenkeinheit, z.B. nach Alterung derselben, direkt als Auswahlkriterium für die Bestimmung eines Betriebszustandes herangezogen werden und damit eine Abstim mung der Lenkeinheit auf diesen Betriebszustand erfolgen. Die Temperatur mit und ohne Zu sammenhang zu einem dynamischen Anregungsverhalten der Lenkeinheit haben sich unter anderen Kriterien als charakteristisch für die Bestimmung eines solchen Betriebszustandes erwiesen. A temperature, e.g. the operating temperature of the steering unit and / or a dynamic behavior of the steering unit, e.g. after aging of the steering unit, can be used directly as a selection criterion for determining an operating state and thus the steering unit can be adjusted to this operating state. The temperature with and without a connection to a dynamic excitation behavior of the steering unit have proven to be characteristic of the determination of such an operating state, among other criteria.
Ein „Temperatursensor“ kann dabei jedes Element sein, welches eine Temperatur als Mess größe derart verarbeitet, dass ein elektrisches oder anderweitiges eindeutiges Ausgangssig nal von diesem erzeugt wird, welches einer weiteren Instanz, z.B. einer Auswerteeinheit oder einer Steuereinheit zur Verarbeitung zugeleitet wird und von dieser Instanz eindeutig zur Be stimmung einer Temperatur genutzt werden kann. Dies kann z.B. ein PT-100- Temperatursensor mit zwei Anschlusskabeln sein. A “temperature sensor” can be any element that processes a temperature as a measured variable in such a way that an electrical or other unique output signal is generated by it, which is sent to another instance, e.g. an evaluation unit or a control unit, for processing and from this Instance can clearly be used to determine a temperature. This can be, for example, a PT-100 temperature sensor with two connection cables.
Ein „Beschleunigungssensor“ kann jeder Sensor sein, der eine lineare oder auch rotatorische Beschleunigung aufnehmen und auswerten sowie in ein elektrisches oder gleichwertiges Aus gangssignal überführen kann und dieses einer weiteren Instanz, z.B. einer Auswerteeinheit oder einer Steuereinheit so zugänglich macht, dass diese Instanz die Information zur Bestim mung einer linearen oder rotatorischen Beschleunigung nutzen kann. Ein „Drehmomentsensor“ kann dabei jeder Sensor sein, der ein Drehmoment, z.B. das vom Benutzer auf das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment am Lenkrad an diesem oder an einer Lenksäule oder einem anderen Teil der Lenkvorrichtung aufnehmen und in ein elektrisches oder gleichwertiges Ausgangssignal überführen kann und dieses einer weiteren Instanz, z.B. einer Auswerteeinheit oder einer Steuereinheit so zugänglich macht, dass diese Instanz die Information zur Bestimmung des Drehmomentes nutzen kann. An "acceleration sensor" can be any sensor that can record and evaluate a linear or rotary acceleration as well as convert it into an electrical or equivalent output signal and make this available to a further entity, e.g. an evaluation unit or a control unit, so that this entity receives the information can be used to determine a linear or rotary acceleration. A “torque sensor” can be any sensor that can record a torque, e.g. the torque applied by the user to the steering wheel on the steering wheel on this or on a steering column or another part of the steering device and convert it into an electrical or equivalent output signal and this one makes further instance, for example an evaluation unit or a control unit accessible so that this instance can use the information to determine the torque.
Um eine zeitlich optimierte und zuverlässige Bestimmung einer Übertragungsfunktion oder mehrerer Übertragungsfunktionen des Übertragungsverhaltens durchführen zu können, wird oder werden eine Übertragungsfunktion, weitere Übertragungsfunktionen oder sämtliche Übertragungsfunktionen durch Lösung eines H-unendlich-Optimierungsproblems, insbesonde re einer Wichtungsfunktion des ermittelten Übertragungsverhaltens, ermittelt. In order to be able to carry out a time-optimized and reliable determination of a transfer function or several transfer functions of the transfer behavior, a transfer function, further transfer functions or all transfer functions are determined by solving an H-infinite optimization problem, in particular a weighting function of the determined transfer behavior.
In einer zusätzlichen Ausführung erfolgt ein Umschalten von einer Übertragungsfunktion zu einer anderen Übertragungsfunktion ruckfrei. In an additional embodiment, switching from one transfer function to another transfer function takes place without jerks.
Ein solches ruckfreies Umschalten ermöglicht es, ein Umschalten zwischen verschiedenen Übertragungsfunktionen so durchzuführen, dass ein Bediener diesen Vorgang nicht oder so wenig wie möglich spüren oder auf andere Weise wahrnehmen kann. Damit ist eine beson ders komfortable Ausführung der Lenkvorrichtung darstellbar. Such a jerk-free switchover makes it possible to switch between different transfer functions in such a way that an operator cannot or as little as possible perceive this process or perceive it in another way. So that a FITS comfortable version of the steering device can be displayed.
Um das Lenkrad bestmöglich im Fahrzeug aufzunehmen und zusätzlich die Möglichkeit für z.B. die Installation einer Rückfallebene in Form einer mechanischen Lenkverbindung umzu setzen, ist die Drehaufnahme als Lenksäule ausgebildet. Diese Lenksäule kann dabei eine vollständige, teilweise oder sehr kurz ausgeführte Lenksäule sein welche dann als vollständi ge Lenksäule z.B. eine mechanische Lenkverbindung zu einem oder mehreren Rädern als Rückfallebene für den Ausfall der elektrischen Lenkverbindung bildet. Weiterhin kann die als Lenksäule ausgebildete Drehaufnahme auch zur Adaption von weiteren Sensoren, zur me chanischen Anbindung von Aktuatoren oder vergleichbare Zwecke genutzt werden. In order to accommodate the steering wheel in the vehicle in the best possible way and also to implement the option of e.g. the installation of a fall-back level in the form of a mechanical steering connection, the swivel mount is designed as a steering column. This steering column can be a complete, partially or very short steering column which, as a complete steering column, forms e.g. a mechanical steering connection to one or more wheels as a fall-back level for the failure of the electrical steering connection. Furthermore, the swivel mount, designed as a steering column, can also be used for adapting further sensors, for mechanically connecting actuators or for comparable purposes.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug mit einer Lenkvorrich tung der verschiedenen Ausführungen wie oben genannt. Ein Fahrzeug mit einer solchen Lenkvorrichtung weist alle Vorteile auf, die für die einzelnen Ausführungen genannt wurden und bindet die Lenkvorrichtung so ein, dass ein Bediener mit größtmöglichem Komfort dieses Fahrzeug führen kann. In a further aspect, the object is achieved by a vehicle with a Lenkvorrich device of the various designs as mentioned above. A vehicle with such a steering device has all the advantages that were mentioned for the individual versions and integrates the steering device in such a way that an operator can drive this vehicle with the greatest possible comfort.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Handmomentensteuerung einer elektri schen Lenkvorrichtung und Figure 1 is a schematic representation of a manual torque control of an electrical steering device and rule
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Übertragungsstrecke für eine elektrische Lenkvorrichtung. Figure 2 is a schematic representation of a transmission path for an electric steering device.
Eine Handmomentensteuerung 101 kann Teil eines nicht gezeigten Kraftfahrzeuges sein und umfasst ein Lenkrad 103, eine Lenksäule 105 sowie einen Motor 107. Das Lenkrad 103 ist auf der Lenksäule 105 drehfest montiert und so angeordnet, dass beide eine gemeinsame ge dachte Drehachse haben. Weiterhin ist der Motor 107 mittels einer Motorwelle 109 und eines Getriebes 111 wirksam mit der Lenksäule 105 verbunden. Der Motor 107 kann damit ein Drehmoment auf das Lenkrad 103 übertragen. A manual torque control 101 can be part of a motor vehicle, not shown, and comprises a steering wheel 103, a steering column 105 and a motor 107. The steering wheel 103 is non-rotatably mounted on the steering column 105 and is arranged so that both have a common imaginary axis of rotation. Furthermore, the motor 107 is effectively connected to the steering column 105 by means of a motor shaft 109 and a transmission 111. The motor 107 can thus transmit a torque to the steering wheel 103.
Weiterhin ist ein Drehmomentsensor 113 an der Lenksäule 105 angebracht, um das auf die Lenksäule 105 wirkende Drehmoment zu erfassen sowie ein Winkelsensor 115, um die Win kelposition der Lenksäule 105 und damit auch die Winkelposition des Lenkrades 103 zu er fassen. Furthermore, a torque sensor 113 is attached to the steering column 105 to detect the torque acting on the steering column 105 and an angle sensor 115 to grasp the angular position of the steering column 105 and thus also the angular position of the steering wheel 103.
Die Einheit aus Lenkrad 103, Lenksäule 105, Motor 107, Motorwelle 109, Getriebe 111, dem Drehmomentsensor 113 und dem Winkelsensor 115 ist damit geeignet, von einem nicht ge zeigten Fahrer Richtungseingaben durch die Drehung des Lenkrades 103 entgegenzunehmen und mittels des Motors 107 und dessen oben beschriebene Wirkverbindung zum Lenkrad 103 mittels einem vom Motor 107 abgegebenen Drehmomentes eine Rückmeldung in Form eines beeinflussbaren Lenkwiderstands abzugeben. The unit of steering wheel 103, steering column 105, motor 107, motor shaft 109, gear 111, torque sensor 113 and angle sensor 115 is thus suitable for receiving directional inputs from a driver not shown by rotating the steering wheel 103 and by means of the motor 107 and the like Above-described operative connection to the steering wheel 103 to emit a feedback in the form of an influenceable steering resistance by means of a torque emitted by the motor 107.
Ein Signal, nämlich die Information zur Lenkwinkelstellung 151 vom Winkelsensor 115, wird an einen Lenkwiderstandsgeber 133 sowie an einen Lenkradendschalter 129 geleitet. A signal, namely the information on the steering angle position 151 from the angle sensor 115, is sent to a steering resistance transmitter 133 and to a steering wheel limit switch 129.
Ein Fahrbahnrückmeldungsgeber 135 erhält von einer nicht dargestellten Radstelleinheit ein Signal mit der Information zur Radrückmeldung 137 und wertet daraus die notwendigen simu lierten Rückstellmomente für die Handmomentensteuerung 101 aus. Ein entsprechendes Sig nal wird an einen Lenkmomentpriorisierer 127 weitergeleitet. A lane feedback transmitter 135 receives a signal from a wheel adjusting unit (not shown) containing the information on wheel feedback 137 and uses it to evaluate the necessary simulated reset torques for manual torque control 101. A corresponding signal is forwarded to a steering torque prioritizer 127.
Die Signale des Lenkwiderstandsgebers 133 sowie des Fahrbahnrückmeldungsgebers 135 werden im Lenkmomentpriorisierer 127 ausgewertet und daraus eine Information gebildet, die das sich aus Drehwinkel und Fahrbahnrückmeldung ergebende notwendige Gegenmoment am Lenkrad 103 enthält. Diese Information wird einem Zielmomentpriorisierer 125 zugeleitet. Der Lenkradendschalter 129 erfasst aus den Informationen des Winkelsensors 115 je nach Wnkelstellung des Lenkrads 103 die Wnkelstellung, an dem das Lenkrad 103 an einen virtu ellen oder realen Endanschlag läuft oder laufen würde und gibt diese Information ebenfalls an den Zielmomentpriorisierer 125 weiter. The signals from the steering resistance transmitter 133 and the road feedback transmitter 135 are evaluated in the steering torque prioritizer 127 and information is formed therefrom which contains the necessary counter-torque on the steering wheel 103 resulting from the angle of rotation and the road feedback. This information is passed to a target moment prioritizer 125. The steering wheel limit switch 129 uses the information from the angle sensor 115 to detect the angle at which the steering wheel 103 runs or would run to a virtual or real end stop, depending on the angle position of the steering wheel 103, and also forwards this information to the target torque prioritizer 125.
Ein Radanschlagschalter 131 erhält Signale zur Lenkwinkelrückmeldung 139 sowie zum Ziel lenkwinkel der nicht gezeigten Radstelleinheit und bildet aus diesen ein Signal, das die Infor mation zum Erreichen eines maximalen Ausschlags der Radstelleinheit enthält und leitet diese an den Zielmomentpriorisierer 125 weiter. A wheel stop switch 131 receives signals for steering angle feedback 139 and the target steering angle of the wheel adjusting unit, not shown, and forms a signal from these that contains the information about reaching a maximum deflection of the wheel adjusting unit and forwards it to the target torque prioritizer 125.
Der Zielmomentpriorisierer 125 bestimmt aus den Signalen des Lenkmomentpriorisierers 127, des Lenkradendschalters 129 und des Radanschlagschalter 131 ein Lenkradzieldrehmoment 149, welches dann an eine Motordrehmomentsteuerung 123 geleitet wird. The target torque prioritizer 125 determines a steering wheel target torque 149 from the signals of the steering torque prioritizer 127, the steering wheel limit switch 129 and the wheel stop switch 131, which is then passed to a motor torque controller 123.
Der Zielmomentpriorisierer 125 sowie der Lenkmomentpriorisierer 127 priorisieren dabei in nerhalb einer CAN-Bus-Umgebung die Sequenz einkommender Signalpakete um Über schneidungen und Überschreibungen zu verhindern. The target torque prioritizer 125 and the steering torque prioritizer 127 prioritize the sequence of incoming signal packets within a CAN bus environment in order to prevent overlaps and overwrites.
Der Motordrehmomentsteuerung 123 wird außerdem ein Signal mit der Information zum Lenk radmoment 143 zugeleitet sowie ein Motorvorgabedrehmoment 145 von einem Motordreh momentregler 121. Die Motordrehmomentsteuerung 123 wertet das Motorvorgabedrehmo ment 145 und das Lenkradmoment 143 aus und ermittelt daraus ein Motorzieldrehmoment 147, welches an den Motordrehmomentregler 121 geleitet wird. Damit entsteht ein geschlos sener Regelkreis zur Regelung des Motorzieldrehmomentes 147. The engine torque controller 123 is also supplied with a signal containing information on the steering wheel torque 143 and a specified engine torque 145 from an engine torque controller 121 is directed. This creates a closed control loop for regulating the target engine torque 147.
Der Motordrehmomentregler 121, die Motordrehmomentsteuerung 123, der Zielmomentpriori sierer 125, der Lenkmomentpriorisierer 127, der Lenkradenschalter 129 sowie der Radan schlagschalter 131 sind als Microcontroller 153 gemeinsam ausgeführt und in einem gemein samen Gehäuse (nicht gezeigt) angeordnet. The motor torque controller 121, the motor torque controller 123, the Zielmomentpriori sier 125, the steering torque prioritizer 127, the steering wheel switch 129 and the wheel stop switch 131 are designed as a microcontroller 153 and arranged in a common housing (not shown).
Das Ausgangssignal des Microcontrollers wird in Form eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM) abgegeben und entspricht dem Ansteuerungssignal für den Motor 107. Dieses PWM- Signal wird einer Leistungsansteuerung 119 zugeleitet und durch diese Leistungsansteuerung 119 eine Leistungselektronik 117 für den Motor 107 geregelt, welche die notwendige Leistung für den Motor 107 bereitstellt. Dabei wird in der Übertragungsstrecke aus dem Microcontroller 153, der Leistungsansteuerung 119 und der Leistungselektronik 117 lediglich die notwendige Energie bereitgestellt, um den Motor 107 zu betreiben. Eine Verfälschung des Inhalts des PWM-Signals des Microcontrollers 153 wird bestmöglich vermieden. Mittels der von der Leistungselektronik 117 bereitgestellten elektrischen Leistung und dem Motor 107 wird dann ein entsprechend der Eingangssignale des Microcontrollers 137, 139,The output signal of the microcontroller is emitted in the form of a pulse-width modulated signal (PWM) and corresponds to the control signal for the motor 107. This PWM signal is fed to a power control 119 and this power control 119 regulates power electronics 117 for the motor 107, which provide the necessary power for the motor 107 provides. In this case, only the energy required to operate the motor 107 is provided in the transmission path from the microcontroller 153, the power control 119 and the power electronics 117. A corruption of the content of the PWM signal of the microcontroller 153 is avoided as much as possible. By means of the electrical power provided by the power electronics 117 and the motor 107, a corresponding to the input signals of the microcontroller 137, 139,
141 und 143 berechnetes Lenkmoment an das Lenkrad 103 abgegeben. Somit erhält der Fahrer eine Rückmeldung zum jeweiligen Fahrzustand (siehe Fig. 1). 141 and 143 output the calculated steering torque to the steering wheel 103. The driver thus receives feedback on the respective driving status (see FIG. 1).
Eine Übertragungsstrecke 201 ist ein Bestandteil der Handmomentensteuerung 101. Die Übertragungsstrecke 201 umfasst ein Lenkrad 203, eine Lenksäule 205 sowie einen Motor 207. Das Lenkrad ist auf der Lenksäule 205 drehfest montiert und so angeordnet, dass beide eine gemeinsame gedachte Drehachse haben. Weiterhin ist der Motor 207 mittels einer Mo torwelle 209 und eines Getriebes 211 wirksam mit der Lenksäule 205 verbunden. Der Motor 207 kann damit ein Drehmoment auf das Lenkrad 203 übertragen. A transmission path 201 is part of the manual torque control 101. The transmission path 201 comprises a steering wheel 203, a steering column 205 and a motor 207. The steering wheel is non-rotatably mounted on the steering column 205 and is arranged so that both have a common imaginary axis of rotation. Furthermore, the motor 207 is effectively connected to the steering column 205 by means of a motor shaft 209 and a transmission 211. The motor 207 can thus transmit a torque to the steering wheel 203.
Weiterhin ist ein Drehmomentsensor 213 an der Lenksäule 205 angebracht, um das auf die Lenksäule 205 wirkende Drehmoment zu erfassen sowie ein Winkelsensor 215, um den Win kel der Lenksäule 205 und damit des Lenkrades 203 zu erfassen. Furthermore, a torque sensor 213 is attached to the steering column 205 to detect the torque acting on the steering column 205 and an angle sensor 215 to detect the angle of the steering column 205 and thus the steering wheel 203.
Die Einheit aus Lenkrad 203, Lenksäule 205, Motor 207, Motorwelle 209, Getriebe 211 , dem Drehmomentsensor 213 und dem Winkelsensor 215 ist damit geeignet, von einem nicht ge zeigten Fahrer Richtungseingaben durch die Drehung des Lenkrades 203 entgegenzunehmen und mittels des Motors 207 und dessen oben beschriebene Wirkverbindung zum Lenkrad 203 mittels einem vom Motor 207 abgegebenen Drehmomentes eine Rückmeldung in Form eines beeinflussbaren Lenkwiderstands abzugeben. The unit of steering wheel 203, steering column 205, motor 207, motor shaft 209, gear 211, torque sensor 213 and angle sensor 215 is thus suitable for receiving directional inputs from a driver not shown by rotating the steering wheel 203 and by means of the motor 207 and the like Above-described operative connection to the steering wheel 203 to emit a feedback in the form of an influenceable steering resistance by means of a torque emitted by the motor 207.
Ein Motorzielmoment 247 wird einem Motordrehmomentregler 221 zugeleitet und von diesem in Form eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM) abgegeben und entspricht dem Ansteue rungssignal für den Motor 207. Dieses PWM-Signal wird einer Leistungsansteuerung 219 zu geleitet und durch diese Leistungsansteuerung 219 eine Leistungselektronik 217 für den Mo tor 207 geregelt, welche die notwendige Leistung für den Motor 207 bereitstellt. Dabei wird in der Übertragungsstrecke aus dem Motordrehmomentregler 221 , der Leistungsansteuerung 219 und der Leistungselektronik 217 lediglich die notwendige Energie bereitgestellt, um den Motor 207 zu betreiben. Eine Verfälschung des Inhalts des PWM-Signals wird bestmöglich vermieden. A target motor torque 247 is fed to a motor torque controller 221 and output by the latter in the form of a pulse-width modulated signal (PWM) and corresponds to the control signal for the motor 207. This PWM signal is sent to a power control 219 and, through this power control 219, power electronics 217 for the Motor 207 regulated, which provides the necessary power for the motor 207. In this case, only the energy required to operate the motor 207 is provided in the transmission path from the motor torque controller 221, the power control 219 and the power electronics 217. Falsification of the content of the PWM signal is avoided as much as possible.
Die Übertragungsstrecke 201 ist in Ihrem Verhalten Abhängig von verschiedenen Parametern wie z.B. der Umgebungstemperatur oder der Art der dynamischen Anregung. Weiterhin ist diese Übertragungsstrecke 201 in Ihrem Verhalten abhängig von der Alterung der Lenkvor richtung. Der Frequenzgang des Motorzieldrehmoments 247 ist vermessen für eine Gesamt heit von verschiedenen Betriebszuständen wie vorig genannt und zu jedem Frequenzgang ist eine lineare Übertragungsfunktion G, die den gemessenen Frequenzgang hinreichend gut ap proximiert, ermittelt. The behavior of the transmission path 201 depends on various parameters such as the ambient temperature or the type of dynamic excitation. Furthermore, the behavior of this transmission path 201 is dependent on the aging of the steering device. The frequency response of the target engine torque 247 is measured for a total of different operating states as mentioned above and is for each frequency response a linear transfer function G, which approximates the measured frequency response sufficiently well ap, is determined.
Bei starker Unterscheidung der ermittelten Übertragungsfunktionen G ist eine Auswahl der Übermittelten Übertragungsfunktionen G(s) getroffen, wobei s die komplexe Frequenz dar stellt. If there is a strong distinction between the determined transfer functions G, a selection of the transferred transfer functions G (s) is made, where s represents the complex frequency.
Der Amplitudenfrequenzgang des Motorzieldrehmomentes 247 ist ermittelt. Daraus ist eine Wichtungsfunktion W(s) bestimmt, deren Amplitudenfrequenzgang den typischen Amplituden- freqenzgang des Motorzieldrehmomentes 247 annähert. Die Wchtungsfunktion ||W(jo)|| muss dabei für oo- °° gegen Null streben. The amplitude frequency response of the target engine torque 247 is determined. A weighting function W (s) is determined from this, the amplitude frequency response of which approximates the typical amplitude frequency response of the target motor torque 247. The weighting function || W (jo) || must strive towards zero for oo- °°.
Für jede ausgewählte Übertragungsfunktion G(s) ist die näherungsweise inverse Übertra gungsfunktion M(s):=(G(s))A(-1) bestimmt durch Lösen des Standard-H-unendlich- Optimierungsproblems. For each selected transfer function G (s) the approximately inverse transfer function M (s): = (G (s)) A (-1) is determined by solving the standard H-infinity optimization problem.
M(s):=arg min ||W(s) (M(s) G(s)-1)||- mit der Nebenbedingung, dass M(s) e H-M (s): = arg min || W (s) (M (s) G (s) -1) || - with the secondary condition that M (s) e H-
Die vorherigen Schritte erfolgen jeweils vor einer Inbetriebnahme der Handmomentensteue- rung 101 bzw. der Überragungsstrecke 201. Die so ermittelten Übertragungsfunktionen sind innerhalb einer Motordrehmomentsteuerung 123 abgelegt und werden bei Betrieb der Hand- momentensteuerung 101 in Abhängigkeit von der Ermittlung der Betriebsparameter innerhalb des Microcontrolers 153 ausgewählt. The previous steps take place before the manual torque control 101 or the transmission path 201 is put into operation. The transfer functions determined in this way are stored within a motor torque control 123 and are selected when the manual torque control 101 is in operation depending on the determination of the operating parameters within the microcontroller 153 .
Eine elektrische Lenkvorrichtung ist in einem Fahrzeug (nicht gezeigt) angeordnet und um fasst die Handmomentensteuerung 101 gemäß der obigen Beschreibung. Ein Fahrer sitzt so im Fahrzeug, dass er das Lenkrad 103, mit den Händen greifen kann und so das Fahrzeug lenkt. Während der Fahrer lenkt erfährt er von der elektrischen Lenkvorrichtung eine Rück meldung in Form eines Gegendrehmomentes, welches er als einen Lenkwiderstand wahr nimmt. Diese Rückmeldung ist gebildet aus einer Straßenrückmeldung, einer Rückmeldung zu einem möglichen Lenkanschlag, einer Rückmeldung zu einem möglichen Radanschlag und einer Reaktion der elektrischen Lenkvorrichtung auf das Lenkraddrehmoment. An electric steering device is arranged in a vehicle (not shown) and comprises the manual torque control 101 as described above. A driver sits in the vehicle in such a way that he can grip the steering wheel 103 with his hands and thus steer the vehicle. While the driver is steering he receives feedback from the electric steering device in the form of a counter-torque, which he perceives as a steering resistance. This feedback is formed from a road feedback, feedback on a possible steering stop, feedback on a possible wheel stop and a reaction of the electric steering device to the steering wheel torque.
Wrd nun während einer Wartung der Lenkvorrichtung eine Veränderung des Übertragungs verhaltens der Handmomentensteuerung 101 in der elektrischen Lenkvorrichtung festgestellt, so kann eine neue Übertragungsfunktion oder eine Mehrzahl von neuen Übertragungsfunktio nen innerhalb der Motordrehmementsteuerung 123 gemäß der oben dargelegten Methode vermessen und danach abgelegt werden. Damit ist das Übertragungsverhalten der Lenkvor richtung dann wieder mit hohem Komfort und hoher Sicherheit hergestellt. Fällt nun z.B. der Drehmomentsensor 113 aus oder ist mit einer geringen Zuverlässigkeit im Sinne eines geringen Sicherheitsniveaus ausgewählt, so kann die Lenkvorrichtung durch die korrekte Auswahl einer passenden Übertragungsfunktion dennoch sicher betrieben werden. Wrd now during maintenance of the steering device a change in the transmission behavior of the manual torque control 101 in the electric steering device is determined, a new transfer function or a plurality of new transfer functions can be measured within the motor torque control 123 according to the method set out above and then stored. So that the transmission behavior of the Lenkvor direction is then restored with a high level of comfort and safety. If, for example, the torque sensor 113 fails or is selected with a low level of reliability in the sense of a low safety level, the steering device can nevertheless be operated safely through the correct selection of a suitable transfer function.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
101 Handmomentensteuerung 101 Manual torque control
103 Lenkrad 103 steering wheel
105 Lenksäule 105 steering column
107 Motor 107 engine
109 Motorwelle 109 motor shaft
111 Getriebe 111 transmission
113 Drehmomentsensor 113 torque sensor
115 Winkelsensor 115 angle sensor
117 Leistungselektronik 117 Power electronics
119 Leistungsansteuerung 119 Power control
121 Motordrehmomentregler 121 Engine torque controller
123 Motordrehmomentsteuerung 123 Engine Torque Control
125 Zielmomentpriorisierer 125 target moment prioritizer
127 Lenkmomentpriorisierer 127 steering torque prioritizer
129 Lenkradendschalter 129 Steering wheel limit switch
131 Radanschlagsensor 131 wheel stop sensor
133 Lenkwiderstandsgeber 133 Steering Resistance Sensor
135 Fahrbahnrückmeldungsgeber 135 Lane feedback transmitter
137 Radrückmeldung 137 Wheel feedback
139 Lenkwinkelrückmeldung 139 Steering angle feedback
141 Ziellenkwinkel 141 Aiming angle
143 Lenkradmoment 143 steering wheel torque
145 Motorvorgabedrehmoment 145 Set engine torque
147 Motorzieldrehmoment 147 Target engine torque
149 Lenkradzieldrehmoment 149 Target steering wheel torque
151 Lenkwinkelstellung 151 steering angle position
153 Microcontroller 153 microcontroller
201 Übertragungsstrecke 201 transmission path
203 Lenkrad 203 steering wheel
205 Lenksäule 207 Motor 205 steering column 207 engine
209 Motorwelle 209 motor shaft
211 Getriebe 211 transmission
213 Drehmomentsensor 213 torque sensor
215 Winkelsensor 215 angle sensor
217 Leistungselektronik 217 Power Electronics
219 Leistungsansteuerung219 Power control
221 Motordrehmomentregler221 engine torque controller
223 Motordrehmomentsteuerung223 Engine Torque Control
247 Motorzieldrehmoment 247 Target engine torque

Claims

Patentansprüche Claims
1. Elektrische Lenkvorrichtung zum Steuern eines Fahrzeuges mit einer Drehaufnahme (105, 205) und einem der Drehaufnahme (105, 205) zugeordneten Lenkrad (103, 203) sowie einem Elektromotor (107, 207), welcher zur Abgabe eines Drehmomentes auf das Lenkrad (103, 203) mit diesem wirksam verbunden ist, einem Speicher und einer Steuereinheit (153) zur Ansteuerung des Elektromotors (107, 207), dadurch gekenn zeichnet, dass eine Übertragungsfunktion mittels einer Vermessung eines Übertra gungsverhaltens der Lenkvorrichtung bei einem Betriebszustand des Fahrzeugs und/oder der Lenkvorrichtung ermittelt wurde und im Speicher zur Ansteuerung des Elektromotors (107, 207) abgelegt ist. 1.Electric steering device for controlling a vehicle with a swivel mount (105, 205) and a steering wheel (103, 203) assigned to the swivel mount (105, 205) and an electric motor (107, 207) which is used to deliver a torque to the steering wheel ( 103, 203) is effectively connected to this, a memory and a control unit (153) for controlling the electric motor (107, 207), characterized in that a transfer function by measuring a transfer behavior of the steering device in an operating state of the vehicle and / or the steering device was determined and is stored in the memory for controlling the electric motor (107, 207).
2. Elektrische Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass meh rere Übertragungsfunktionen mittels einer Vermessung jeweils eines Übertragungs verhaltens bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Fahrzeugs und/oder der Lenkvorrichtung ermittelt und im Speicher abgelegt sind, wobei eine dieser Übertra gungsfunktionen zur Ansteuerung des Elektromotors (107, 207) auswählbar ist. 2. Electric steering device according to claim 1, characterized in that several transfer functions are determined by measuring a transfer behavior in different operating states of the vehicle and / or the steering device and stored in the memory, one of these transfer functions for controlling the electric motor (107 , 207) can be selected.
3. Elektrische Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Übertragungsfunktionen für die Ansteuerung des Elektromotors (107, 207) mittels der Steuereinheit (153) in Abhängigkeit eines Sensorsignals eines Sensors ausge wählt ist. 3. Electric steering device according to claim 2, characterized in that one of the transfer functions for controlling the electric motor (107, 207) by means of the control unit (153) is selected as a function of a sensor signal from a sensor.
4. Elektrische Lenkvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass eine ausgewählte Übertragungsfunktion, weitere ausgewählte Übertragungsfunktionen oder sämtliche ausgewählte Übertragungsfunktionen mit ei nem bestimmten Sensorsignal, welches einem bestimmten Betriebszustand der Lenk vorrichtung zugeordnet ist, korreliert oder korrelieren. 4. Electric steering device according to one of the preceding claims, characterized in that a selected transfer function, further selected transfer functions or all selected transfer functions with egg nem certain sensor signal which is assigned to a certain operating state of the steering device, correlates or correlate.
5. Elektrische Lenkvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Übertragungsfunktion oder mehrere Übertragungsfunktionen durch die Messung des Frequenzganges des einen Übertragungsverhaltens oder der mehreren Übertragungsverhalten oder aller Übertragungsverhalten der Lenkvorrich tung ermittelt ist oder sind. 5. Electric steering device according to one of the preceding claims, characterized in that a transfer function or several transfer functions is or are determined by measuring the frequency response of the one or more transfer behavior or all transfer behavior of the Lenkvorrich device.
6. Elektrische Lenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass der Sensor ein Temperatursensor und/oder ein Beschleunigungssensor und/oder ein Drehmomentsensor ist, sodass das Sensorsignal mit einer Temperatur oder mit einem dynamischen Anregungsverhalten der Lenkvorrichtung korreliert. 6. Electric steering device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the sensor is a temperature sensor and / or an acceleration sensor and / or is a torque sensor, so that the sensor signal correlates with a temperature or with a dynamic excitation behavior of the steering device.
7. Elektrische Lenkvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Übertragungsfunktion, weitere Übertragungsfunktionen oder sämtliche Übertragungsfunktionen durch Lösung eines H-unendlich-7. Electrical steering device according to one of the preceding claims, characterized in that a transfer function, further transfer functions or all transfer functions by solving an H-infinite-
Optimierungsproblems ermittelt ist oder sind. Optimization problem is or are determined.
8. Elektrische Lenkvorrichtung gemäß einem oder mehrerer der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschalten von einer Übertragungsfunktion zu ei ner anderen Übertragungsfunktion ruckfrei erfolgt. 8. Electric steering device according to one or more of the preceding claims, characterized in that switching from one transfer function to another transfer function takes place smoothly.
9. Elektrische Lenkvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Drehaufnahme (105, 205) eine Lenksäule (105, 205) ist. 9. Electric steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary mount (105, 205) is a steering column (105, 205).
10. Fahrzeug mit einer elektrischen Lenkvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprü che 1 bis 9. 10. Vehicle with an electric steering device according to one of the preceding claims 1 to 9.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114940206A (en) * 2021-02-15 2022-08-26 本田技研工业株式会社 Control device and control method for electric power steering device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US625041A (en) 1899-05-16 Tree balling and transferring device
DE60121181T2 (en) * 2001-11-30 2007-05-31 Trw Automotive U.S. Llc, Livonia Method and device for controlling steering feeling with diagnoses
DE102016123618A1 (en) * 2015-12-14 2017-06-14 GM Global Technology Operations LLC METHOD FOR TUNING A CALIBRATION CHART FOR ELECTRIC POWER STEERING AND A CALIBRATION SYSTEM THEREFOR
DE102017200025A1 (en) * 2016-01-08 2017-07-13 GM Global Technology Operations LLC SYSTEM AND METHOD FOR QUANTIFYING STEERING HATCHING VISCOSIS IN A VEHICLE; THAT IS EQUIPPED WITH ELECTRIC POWER STEERING

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018200251A1 (en) 2017-06-21 2018-12-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method, device and computer program for controlling an actuator of a vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US625041A (en) 1899-05-16 Tree balling and transferring device
DE60121181T2 (en) * 2001-11-30 2007-05-31 Trw Automotive U.S. Llc, Livonia Method and device for controlling steering feeling with diagnoses
DE102016123618A1 (en) * 2015-12-14 2017-06-14 GM Global Technology Operations LLC METHOD FOR TUNING A CALIBRATION CHART FOR ELECTRIC POWER STEERING AND A CALIBRATION SYSTEM THEREFOR
DE102017200025A1 (en) * 2016-01-08 2017-07-13 GM Global Technology Operations LLC SYSTEM AND METHOD FOR QUANTIFYING STEERING HATCHING VISCOSIS IN A VEHICLE; THAT IS EQUIPPED WITH ELECTRIC POWER STEERING

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114940206A (en) * 2021-02-15 2022-08-26 本田技研工业株式会社 Control device and control method for electric power steering device

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