DE102015206837A1

DE102015206837A1 - Steering system and method for determining a friction in a motor-assisted steering system

Info

Publication number: DE102015206837A1
Application number: DE102015206837.4A
Authority: DE
Inventors: Marcus Walter; Norbert Nitzsche
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-04-17
Also published as: DE102015206837B4

Abstract

Es werden ein Fortbewegungsmittel, ein motorisch unterstütztes Lenksystem sowie ein Verfahren zur Ermittlung einer Reibung in einem motorisch unterstützten Lenksystem eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Unterteilen eines vorgegebenen Lenkwinkelbereiches (–2° bis +2°) in ein erstes Intervall und ein zweites Intervall, – Mitteln mindestens eines ersten Zahnstangenkraftverlaufes und eines zweiten Zahnstangenkraftverlaufes über dem Lenkwinkel innerhalb des ersten Intervalls, wobei der erste Zahnstangenkraftverlauf und der zweite Zahnstangenkraftverlauf jeweils bei einer Lenkwinkelgeschwindigkeit mit einem ersten Vorzeichen aufgenommen wurden, – Mitteln mindestens eines dritten Zahnstangenkraftverlaufes und eines vierten Zahnstangenkraftverlaufes über dem Lenkwinkel innerhalb des ersten Intervalls, wobei der dritte Zahnstangenkraftverlauf und der vierte Zahnstangenkraftverlauf jeweils bei einer Lenkwinkelgeschwindigkeit mit einem zweiten Vorzeichen aufgenommen wurden und – Ermitteln einer Reibkraft innerhalb des Lenksystems anhand einer durch die gemittelten Zahnstangenkraftverläufe beschriebenen Hysterese.It is proposed a means of locomotion, a motor-assisted steering system and a method for determining a friction in a motor-assisted steering system of a vehicle. The method comprises the steps of: - dividing a predetermined steering angle range (-2 ° to + 2 °) into a first interval and a second interval, - averaging at least a first rack power curve and a second rack force curve over the steering angle within the first interval, the first - Axis of at least a third rack power curve and a fourth rack power curve over the steering angle within the first interval, wherein the third rack power curve and the fourth rack power curve each at a steering angular velocity with a second sign and - determining a frictional force within the steering system based on a hysteresis described by the averaged rack force curves.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksystem sowie ein Verfahren zur Ermittlung einer Reibung in einem motorisch unterstützten Lenksystem eines Fahrzeugs.The present invention relates to a steering system and a method for determining a friction in a motor-assisted steering system of a vehicle.

Motorisch unterstützte Lenksysteme sind grundsätzlich seit langem bekannt. Ein jüngerer Ansatz zur Erzeugung eines Unterstützungsmomentes verwendet einen Elektro-Motor, weshalb diese Systeme auch als „Electric Power Steering” (EPS) bezeichnet werden. Solche Lenksysteme weisen üblicherweise ein Ritzel, eine Zahnstange, einen Spurhebel und eine Spurstange auf. Die vorgenannten Elemente können in erster Näherung als starre Masse ohne Elastizitäten betrachtet werden. An dieser Masse wirkt jedoch eine Reibung, welche es insbesondere im Falle einander entgegengesetzt orientierter Lenkeinschläge für den Fahrer zu kompensieren gilt.Motor-assisted steering systems have been known for a long time. A more recent approach to generating assistive torque uses an electric motor, which is why these systems are also referred to as Electric Power Steering (EPS). Such steering systems usually have a pinion, a rack, a track lever and a tie rod. The above elements can be considered in a first approximation as a rigid mass without elasticities. At this mass, however, a friction acts, which it is necessary to compensate for the driver in particular in the case of mutually oppositely oriented steering angles.

Hierzu schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung einer Reibung in einem motorisch unterstützten Lenksystem eines Fahrzeugs vor. Die Reibung kann bspw. durch die mechanische Kopplung der Komponenten „Ritze)”, „Zahnstange”, „Spurhebel”, „Spurstange” erzeugt werden. Ein vorgegebener Lenkwinkelbereich wird in ein erstes Intervall und mindestens ein zweites Intervall unterteilt. Der Lenkwinkelbereich kann bspw. mittlere Lenkwinkel umfassen und extreme Lenkwinkel ausgrenzen. Zur Ermittlung der Reibung wird vorgeschlagen, mindestens einen ersten Zahnstangenkraftverlauf und einen zweiten Zahnstangenkraftverlauf über dem Lenkwinkel innerhalb des ersten Intervalls zu mitteln. Mit anderen Worten werden zwei Zahnstangenkraftverläufe aufgenommen, welche zumindest anteilig innerhalb des ersten Intervalls liegen. Die Aufnahme des Zahnstangenkraftverlaufes kann über einen Zahnstangenkraftsensor und/oder eine Strommessung des Unterstützungsmomentes erfolgen. Der erste Zahnstangenkraftverlauf und der zweite Zahnstangenkraftverlauf werden während einer Lenkwinkelgeschwindigkeit mit identischen Vorzeichen aufgenommen. Mit anderen Worten sind beide Zahnstangenkraftverläufe während einer „Lenkeinschlag links”- oder während einer „Lenkeinschlag rechts”-Bewegung aufgenommen worden. Entsprechend werden ein dritter Zahnstangenkraftverlauf und ein vierter Zahnstangenkraftverlauf innerhalb desselben Intervalls ermittelt und gemittelt, wobei der dritte und der vierte Zahnstangenkraftverlauf bei einer Lenkwinkelgeschwindigkeit mit einem zweiten Vorzeichen aufgenommen werden. Die Lenkwinkelgeschwindigkeit, welche bei der Messung des dritten und vierten Zahnstangen kraftverlaufes vorherrschte hat also das entgegengesetzte Vorzeichen wie diejenige Lenkwinkelgeschwindigkeit, welche bei der Messung der ersten und des zweiten Zahnstangenkraftverlaufes vorherrschte. Die wie vorstehend ermittelten gemittelten Zahnstangenkraftverläufe ermöglichen eine Ermittlung einer Reibkraft innerhalb des Lenksystems anhand einer durch die Bemittelten Zahnstangenkraftverläufe beschriebenen Hysterese. Die Öffnung der Hysterese entspricht im Falle symmetrischer Reibkraftverteilung der doppelten Reibung des Lenksystems. Für eine exaktere Auswertung und um den Einfluss der Seitenkraft (die über den Lenkwinkel ansteigt) zu vermindern, wird der Fahrerlenkwinkel in mehrere Intervalle (auch „Cluster”) aufgeteilt. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung eine exaktere Ermittlung der Reibung als im Stand der Technik bekannt. Fährt nämlich das Fahrzeug entlang einer geneigten Fahrbahn, so verschiebt sich die vorstehend diskutierte Hysterese in Richtung der Zahnstangenkraft. Eine Mittelung aller Messwerte in einem gemeinsamen Intervall (unabhängig vom Vorzeichen der Lenkwinkelgeschwindigkeit) würde einen falschen Reibwert (Reibkraftwert oder Reibbeiwert) zur Folge haben.For this purpose, the present invention proposes a method for determining a friction in a motor-assisted steering system of a vehicle. The friction can be generated, for example, by the mechanical coupling of the components "crevice", "rack", "track lever", "tie rod". A predetermined steering angle range is divided into a first interval and at least a second interval. The steering angle range may include, for example, mean steering angle and exclude extreme steering angle. In order to determine the friction, it is proposed to average at least a first rack power curve and a second rack force curve over the steering angle within the first interval. In other words, two rack power curves are recorded which are at least partially within the first interval. The recording of the rack power curve can be done via a rack force sensor and / or a current measurement of the assist torque. The first rack power curve and the second rack force curve are recorded during a steering angular velocity with identical signs. In other words, both rack force profiles have been recorded during a "left turn" - or during a "left turn" movement. Accordingly, a third rack power curve and a fourth rack force curve within the same interval are determined and averaged, wherein the third and the fourth rack force curve are recorded at a steering angle speed with a second sign. The steering angle speed, which prevailed in the measurement of the third and fourth rack power curve thus has the opposite sign as the steering angle speed, which prevailed in the measurement of the first and second rack power curve. The averaged rack force curves determined as described above enable a determination of a frictional force within the steering system based on a hysteresis described by the averaged rack force curves. The opening of the hysteresis corresponds in the case of symmetrical Reibkraftverteilung twice the friction of the steering system. For a more accurate evaluation and to reduce the influence of the lateral force (which increases above the steering angle), the driver steering angle is divided into several intervals (also called "clusters"). In this way, the present invention enables a more accurate determination of friction than known in the art. If the vehicle is traveling along an inclined roadway, the hysteresis discussed above shifts in the direction of the rack-and-pinion force. An averaging of all measured values in a common interval (regardless of the sign of the steering angular velocity) would result in an incorrect coefficient of friction (coefficient of friction or coefficient of friction).

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt werden auch für ein zweites Intervall mindestens ein erster Zahnstangenkraftverlauf und ein zweiter Zahnstangenkraftverlauf über dem Lenkwinkel aufgenommen, während bei ihrer Aufnahme eine Lenkwinkelgeschwindigkeit mit einem gleichen ersten Vorzeichen bestand. Auch der erste Zahnstangenkraftverlauf und der zweite Zahnstangenkraftverlauf des zweiten Intervalls werden für sich bzw. miteinander gemittelt. Entsprechendes gilt für einen dritten Zahnstangenkraftverlauf und einen vierten Zahnstangenkraftverlauf über dem Lenkwinkel innerhalb des zweiten Intervalls, wobei jedoch die Lenkwinkelgeschwindigkeit während der Aufnahme des dritten Zahnstangenkraftverlaufes und des vierten Zahnstangenkraftverlaufes ungleichnamig bezüglich ihres Vorzeichens zur Lenkwinkelgeschwindigkeit während der Aufnahme der ersten beiden Zahnstangenkraftverläufe des zweiten Intervalls sind. Mit anderen Worten wird für das zweite Intervall in entsprechender Weise verfahren wie es vorstehend in Verbindung mit dem ersten Intervall beschrieben worden ist. Zusätzlich kann die Reibkraft innerhalb des Lenksystems nun auch auf Basis einer Mittelung der über das erste Intervall und das zweite Intervall ermittelten Reibkräfte vorgenommen werden. Für jeden durch das Intervall definierten Lenkwinkelbereich wird erfindungsgemäß ein Reibkraftwert ermittelt, welcher zur Kompensation von Reibung immer dann verwendet wird, wenn der Lenkwinkel innerhalb des betreffenden Intervalls liegt.At least a first rack power curve and a second rack force curve over the steering angle are preferably also recorded for a second interval, while a steering angle speed with the same first sign was present when it was picked up. Also, the first rack power curve and the second rack power curve of the second interval are averaged for themselves or with each other. The same applies to a third rack power curve and a fourth rack power curve over the steering angle within the second interval, but the steering angular velocity during the recording of the third rack power curve and the fourth rack force curve are unlike with respect to their sign of the steering angular velocity during the recording of the first two rack power curves of the second interval. In other words, the second interval is handled in a similar manner as described above in connection with the first interval. In addition, the frictional force within the steering system can now also be carried out on the basis of an averaging of the frictional forces determined over the first interval and the second interval. For each defined by the interval steering angle range, a frictional force value is determined according to the invention, which is always used to compensate for friction when the steering angle is within the relevant interval.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Zahnstangenkraftverläufe bevorzugt erst dann aufnehmen, wenn das Fahrzeug eine Mindestreisegeschwindigkeit fährt. Ab dieser Mindestreisegeschwindigkeit kann die Ermittlung und/oder die erfindungsgemäße Mittelung der Zahnstangenkraftverläufe und/oder die anschließende Weiterverarbeitung zur Ermittlung der Reibkraft aufgenommen werden. Da unterhalb der Mindestgeschwindigkeit (z. B. 30 km/h) zusätzliche Zahnstangenkräfte auftreten, welche durch die Reibung zwischen der Reifenoberfläche und der Fahrbahnoberfläche bedingt sind, können diese Effekte oberhalb der Mindestgeschwindigkeit weitgehend vernachlässigt werden und die Ermittlung der Reibkraft führt zu besseren Ergebnissen.The method according to the invention can preferably only pick up the toothed force profiles when the vehicle is traveling at a minimum travel speed. From this minimum travel speed, the determination and / or the inventive averaging of the rack force profiles and / or the subsequent further processing for determining the frictional force are absorbed. Since additional rack forces occur due to the friction between the tire surface and the road surface below the minimum speed (eg 30 km / h), these effects above the minimum speed can be largely neglected and the determination of the frictional force leads to better results.

Aus ähnlichen Überlegungen kann bevorzugt ebenfalls sichergestellt werden, dass eine vordefinierte maximale Lenkwinkelgeschwindigkeit während einer Aufnahme sämtlicher der Zahnstangenkraftverläufe nicht überschritten wurde. Mit anderen Worten können bei der Mittelung der Zahnstangenkraftverläufe solche Zahnstangenkraftverläufe unberücksichtigt bleiben, welche einer Lenkwinkelgeschwindigkeit oberhalb der vordefinierten maximalen Lenkwinkelgeschwindigkeit aufgenommen wurden. Dies vermeidet einen Einfluss von Trägheitseffekten innerhalb des Lenksystems, welche bei der Reibkraftermittlung nicht mehr vernachlässigt werden können.For similar considerations, it can preferably also be ensured that a predefined maximum steering angle speed was not exceeded during a recording of all the rack force profiles. In other words, in the averaging of the rack force curves, those rack force profiles which have been recorded at a steering angle speed above the predefined maximum steering angle speed may be disregarded. This avoids an influence of inertial effects within the steering system, which can no longer be neglected in the Reibkrafterbestimmung.

Die Intervalle, deren Zahnstangenkraftverläufe zur erfindungsgemäßen Ermittlung einer Reibkraft herangezogen werden, können sämtlich innerhalb eines gemäßigten Lenkwinkelbereiches (um 0°, insbesondere symmetrisch verteilt, bevorzugt im einstelligen Gradbereich) liegen. Mit anderen Worten werden extreme Lenkwinkelbereiche bevorzugt nicht zur erfindungsgemäßen Ermittlung der Reibung herangezogen, da bei diesen die von der Fahrbahn über die Reifen in die Zahnstange eingeleiteten Kräfte derart erheblich und schlecht vorhersagbar sind, dass eine Reibkraftermittlung mitunter nicht sinnvoll möglich ist.The intervals whose rack force curves are used to determine a frictional force according to the invention can all lie within a moderate steering angle range (around 0 °, in particular distributed symmetrically, preferably in the single-digit degree range). In other words, extreme steering angle ranges are preferably not used for determining the friction according to the invention, since in these the forces introduced from the roadway via the tires into the rack are so considerable and poorly predictable that a friction force determination can sometimes not be sensibly possible.

Der Betrag des vordefinierten maximalen Lenkwinkels kann bspw. 2°, 3°, 4°, 5° oder 6° sein.The amount of the predefined maximum steering angle may be, for example, 2 °, 3 °, 4 °, 5 ° or 6 °.

Bevorzugt kann sichergestellt werden, dass die zur Ermittlung der Reibkraft herangezogenen Zahnstangenkraftverläufe ein vordefiniertes Alter nicht überschritten haben bzw. Zahnstangenkraftverläufe mit einem vordefinierten Mindestalter gelöscht werden. Im Ergebnis werden die verwendeten Zahnstangenkraftverläufe einen gewissen zeitlichen Bezug zur aktuellen Fahrsituation aufweisen, welcher üblicherweise auch eine gewisse Ähnlichkeit zwischen einem aktuellen Fahrzustand und denjenigen Fahrzuständen, unter welchen die Zahnstangenkraftverläufe aufgenommen wurden, bedingt. Umso besser repräsentieren die ermittelten Reibkräfte die aktuell tatsächlich anliegenden Reibkräfte und das haptische Erlebnis für den Fahrer kann optimiert werden. Ein solches Vorgehen wird auch als „moving average” bezeichnet.Preferably, it can be ensured that the rack force profiles used to determine the frictional force have not exceeded a predefined age or toothed rack force profiles are deleted with a predefined minimum age. As a result, the rack force curves used will have a certain temporal relation to the current driving situation, which usually also causes a certain similarity between a current driving state and those driving states under which the rack force profiles were recorded. All the better, the determined frictional forces represent the actually applied frictional forces and the haptic experience for the driver can be optimized. Such a procedure is also called "moving average".

Bevorzugt kann auch sichergestellt werden, dass zwischen dem Zeitpunkt einer Aufnahme eines Zahnstangenkraftverlaufes zu einem ersten Zeitpunkt und einer späteren Aufnahme eines weiteren Zahnstangenkraftverlaufes eine Änderung einer Neigung des Fahrzeugs einen vordefinierten Maximalwert nicht überschreitet. Die Neigung kann bspw. über Inertialsensoren (z. B. Beschleunigungs- oder Lagesensoren) ermittelt werden. Auf diese Weise können lediglich solche Zahnstangenkraftverläufe zur Ermittlung der Reibkraft herangezogen werden, welche sämtlich innerhalb eines gemeinsamen Neigungsbereiches (des Fahrzeugs oder der vom Fahrzeug befahrenen Oberfläche) ermittelt wurden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass unterschiedliche Straßenneigungen und dadurch stark voneinander unterschiedliche Zahnstangenkraftverläufe eine unzutreffende Reibkraft ergeben.Preferably, it can also be ensured that a change in an inclination of the vehicle does not exceed a predefined maximum value between the time at which a rack force curve is recorded at a first time and a subsequent recording of a further rack force curve. The inclination can be determined, for example, via inertial sensors (eg acceleration or position sensors). In this way, only such rack power curves can be used to determine the frictional force, all of which were determined within a common inclination range (of the vehicle or the surface traveled by the vehicle). In this way it can be avoided that different road slopes and thus greatly different rack power curves result in an incorrect frictional force.

Bevorzugt wird sichergestellt, dass zur Mittelung innerhalb eines Intervalls nur solche Zahnstangenkraftverläufe herangezogen werden, welche einen vordefinierten Mindestlenkwinkel innerhalb eines betrachteten Intervalls kontinuierlich durchlaufen haben. Der Mindestlenkwinkel kann bspw. als Bruchteil der Breite des betrachteten Intervalls definiert werden. Dieser ist bevorzugt stetig, also ohne zwischenzeitliche Richtungsänderungen in einer einzigen Richtung zu durchlaufen. Bspw. kann der vordefinierte Mindestlenkwinkel 50–90%, bevorzugt 70–80% der Breite des betrachteten Intervalls betragen. Sofern das Intervall unterhalb des vordefinierten Mindestlenkwinkels durchlaufen wird und vor einem Erreichen des vordefinierten Mindestlenkwinkels eine Vorzeichenumkehr der Lenkwinkelgeschwindigkeit erfolgt, wird der Zahnstangenkraftverlauf verworfen und nicht bei der erfindungsgemäßen Reibkraftermittlung berücksichtigt.It is preferably ensured that for averaging within an interval only those rack force curves are used which have continuously passed through a predefined minimum steering angle within a considered interval. The minimum steering angle can be defined, for example, as a fraction of the width of the considered interval. This is preferably continuous, that is, without passing through intermediate direction changes in a single direction. For example. For example, the predefined minimum steering angle may be 50-90%, preferably 70-80% of the width of the considered interval. If the interval is traversed below the predefined minimum steering angle and a sign reversal of the steering angle velocity takes place before reaching the predefined minimum steering angle, the rack power curve is discarded and not taken into account in the friction force determination according to the invention.

Weiter bevorzugt kann der vorgegebene Lenkwinkelbereich zusätzlich in ein drittes Intervall und ein viertes Intervall unterteilt werden und das Ermitteln der Reibkraft innerhalb des Lenksystems anhand einer durch die gemittelten Zahnstangenkraftverläufe beschriebenen Hysterese erfolgen. Nun kann die Mittelung der über das erste Intervall, das zweite Intervall, das dritte Intervall und das vierte Intervall ermittelten Reibkräfte vorgenommen werden. Hierbei kann bspw. eine arithmetische Mittelung der Reibkraft, welche für ein jedes Intervall ermittelt worden ist, zu einem einzigen Wert für die Reibkraft innerhalb der Lenksystems vorgenommen werden.Further preferably, the predetermined steering angle range can be additionally subdivided into a third interval and a fourth interval, and the determination of the frictional force within the steering system can be based on a hysteresis described by the averaged rack force curves. Now the averaging of the frictional forces determined over the first interval, the second interval, the third interval and the fourth interval can be carried out. Here, for example, an arithmetic averaging of the frictional force, which has been determined for each interval, can be made into a single value for the frictional force within the steering system.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein motorisch unterstütztes Lenksystem vorgeschlagen, welches einen Zahnstangenkraftsensor aufweist, mittels welchem eine Kenngröße für eine Zahnstangenkraft aufgenommen und zur Mittelung der Zahnstangenkraftverläufe verwendet werden kann. Weiter ist ein Lenkwinkelsensor vorgesehen, mittels dessen der aktuelle Lenkwinkel (z. B. die Lenkradstellung oder eine Abweichung der Räder von einer Geradeaus-Stellung) erfasst und erfindungsgemäß verwendet werden kann. Weiter sind Speichermittel zum Speichern der Zahnstangenkraftverläufe und eine Auswerteeinheit zur Steuerung des erfindungsgemäßen Lenksystems bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen derart ersichtlich dem in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Gesagten, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.According to a second aspect of the present invention, a motor assisted steering system is proposed, which comprises a rack force sensor, by means of which a characteristic for a rack power can be recorded and used for averaging the rack force curves. Next is a steering angle sensor provided by means of which the current steering angle (eg, the steering wheel position or a deviation of the wheels from a straight-ahead position) can be detected and used according to the invention. Furthermore, storage means for storing the rack force profiles and an evaluation unit for controlling the steering system according to the invention in the execution of a method according to the invention are provided. The features, combinations of features and the advantages resulting therefrom thus clearly correspond to what has been said in connection with the method according to the invention that, in order to avoid repetition, reference is made to the above statements.

Unabhängig vom jeweiligen Erfindungsaspekt kann die Summe aus gemessenem EPS-Motormoment und dem gemessenen Torsionsstabmoment zum Erhalt der Kraft an der Zahnstange („Zahnstangenkraft”) erzeugt werden, die sich aus der Seitenkraft der Räder und der Reibung ergibt. Diese Größe kann zur Erzeugung der Zahnstangenkraftverläufe verwendet werden.Regardless of the particular aspect of the invention, the sum of measured EPS motor torque and measured torsion bar torque may be generated to obtain the force on the rack ("rack force") resulting from the lateral force of the wheels and friction. This size can be used to generate the rack force curves.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:

1 eine Übersicht über Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestatteten Fortbewegungsmittels, welches ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen motorisch unterstützten Lenksystems aufweist; 1 an overview of components of an embodiment of a vehicle equipped according to the invention, which has an embodiment of a motor-assisted steering system according to the invention;

2 eine Detailzeichnung veranschaulichend Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten motorisch unterstützten Lenksystems; 2 a detailed drawing illustrative components of an embodiment of an inventively designed motor-assisted steering system;

3 ein Beispiel für eine Gliederung eines Lenkwinkelbereiches in mehrere Intervalle, in welchen zur Ermittlung der Reibkraft innerhalb des Lenksystems qualifizierte Zahnstangenkraftverläufe hervorgehoben sind; und 3 an example of a structure of a steering angle range in several intervals in which qualified to determine the friction force within the steering system rack force profiles are highlighted; and

4 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Reibung in einem motorisch unterstützten Lenksystems eines Fahrzeugs. 4 a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention for determining a friction in a motor-assisted steering system of a vehicle.

1 zeigt einen PKW 10 als Fahrzeug, welchem ein Lenksystem 20 die Steuerung einer Stellung von Rädern 3 der Vorderachse über ein Lenkrad 1 erfolgt. Über ein Ritzel 4 steht die Lenksäule mechanisch in Eingriff mit einer Zahnstange 2, sodass eine mechanische Übertragung der Lenkbewegung auf die Räder 3 gewährleistet ist. 1 shows a car 10 as a vehicle to which a steering system 20 the control of a position of wheels 3 the front axle via a steering wheel 1 he follows. About a pinion 4 the steering column is mechanically engaged with a rack 2 , allowing a mechanical transmission of the steering movement to the wheels 3 is guaranteed.

2 zeigt Komponenten eines erfindungsgemäß ausgestalteten Lenksystems 20, in welchem auch Kräfte und Momente eingezeichnet sind, welche an den jeweiligen Komponenten üblicherweise auftreten. Das Handmoment M_H des Fahrers wird über das Lenkrad 1 in die Lenksäule 7 eingeleitet, welche im Ansprechen darauf einen Winkel Φ_F einnimmt. Der Winkel Φ_F wird über eine Sensorleitung einem elektronischen Steuergerät 8 als Auswerteeinheit zugeführt. Die gelenkten Räder 3 übertragen eine Seitenführungskraft F_S1, F_S2 von der Straße in den PKW 20. Zwischen dem Ritzel 4, welcher mechanisch in Eingriff mit der Zahnstange 2 steht, und dem Lenkrad 1 ist ein Drehstabmoment M_DS eingetragen, welches durch im Stand der Technik bekannte Verfahren gemessen wird. Zur Unterstützung des Anwenders ist ein Elektromotor 5 vorgesehen, welcher ebenfalls mechanisch in Eingriff mit der Zahnstange 2 steht. Die rotatorische Stellung des Läufers des Elektromotors 5 Φ_MOT wird über einen (nicht separat dargestellten) Drehwinkelsensor 6 innerhalb des Elektromotors 5 ermittelt. Das Motormoment M_MOT führt gemeinsam mit dem Drehstabmoment M_DS sowie den Seitenführungskräften F_S1, F_S2 zu einer Position x_ZS der Zahnstange 2. Dieser Verschiebung stets entgegengerichtet ist die innerhalb der beweglichen Komponenten auftretende Reibkraft F_Reib. Über eine Sensorleitung kann das elektronische Steuergerät 8 das Moment M_MOT des Elektromotors 5 erhalten und gemeinsam mit dem Drehstabmoment M_DS die Ermittlung der Zahnstangenkraftverläufe vornehmen und erfindungsgemäß die aktuelle Reibkraft innerhalb des Lenksystems 20 ermitteln. 2 shows components of an inventively designed steering system 20 , in which also forces and moments are drawn, which usually occur at the respective components. The manual torque M _{H of} the driver is via the steering wheel 1 in the steering column 7 which takes an angle Φ _F in response thereto. The angle Φ _F is an electronic control unit via a sensor line 8th supplied as evaluation. The steered wheels 3 transmit a cornering force F _S1 , F _S2 from the road to the car 20 , Between the pinion 4 which mechanically engages the rack 2 stands, and the steering wheel 1 is entered a torsion bar torque M _DS , which is measured by methods known in the art. To assist the user is an electric motor 5 provided, which also mechanically engaged with the rack 2 stands. The rotational position of the rotor of the electric motor 5 Φ _MOT is provided by a rotation angle sensor (not shown separately) 6 inside the electric motor 5 determined. The engine torque M _MOT , together with the torsion bar torque M _DS and the cornering forces F _S1 , F _S2, lead to a position x _{ZS of} the rack 2 , This shift is always counteracted by the friction force F _friction occurring within the movable components. Via a sensor line, the electronic control unit 8th the moment M _{MOT of} the electric motor 5 obtained and together with the torsion bar torque M _DS to determine the rack force curves and inventively the current friction force within the steering system 20 determine.

3 zeigt beispielhaft Zahnstangenkraftverläufe F_ZS über einem Fahrerlenkwinkel vom –2° bis +2°. Nicht den Kriterien des Algorithmus' genügende Zahnstangenkraftverläufe sind im Einzelnen nicht bezeichnet. Ausgewählte Zahnstangenkraftverläufe 6a, 6b, 6c, welche bei einer durchweg positiven Lenkwinkelgeschwindigkeit aufgenommen worden sind, und welche zusätzlich die Erfordernisse bzgl. des Betrages der Lenkwinkelgeschwindigkeit sowie der Betriebszustände „Reisegeschwindigkeit” und „Neigung” bzw. „Straßenneigung”, innerhalb mindestens eines Intervalls entsprechen, sind im oberen Bereich der 3 hervorgehoben. Entsprechende Zahnstangenkraftverläufe 7a, 7b, 7c sind für entsprechende Betriebszustände, jedoch für negative Lenkwinkelgeschwindigkeiten ermittelt und im unteren Bereich der 3 hervorgehoben worden. Erkennbar würde eine Ermittlung einer Hysterese dann zu falschen Ergebnissen führen, wenn aus den Zahnstangenkraftverläufen 6a, 6b, 6c für positive Lenkwinkelgeschwindigkeiten und entsprechend für Zahnstangenkraftverläufe 7a, 7b, 7c für negative Lenkwinkelgeschwindigkeiten unabhängig von ihrer Zugehörigkeit zu einem der Intervalle I, II, III, IV ein gemeinsamer Mittelwert erzeugt würde. Die Hysterese würde kleiner ausfallen als sie in einem jeweiligen Intervall I, II, III, IV tatsächlich ist. Wird nun erfindungsgemäß eine jeweilige Reibkraft innerhalb der Intervalle I, II, III, IV aus einer Hysterese zwischen einem aus den Zahnstangenkraftverläufen 6a, 6b, 6c gemittelten positiven Zahnstangenkraftverlauf und einem aus den Zahnstangenkraftverläufen 7a, 7b, 7c gemittelten negativen Zahnstangenkraftverlauf ermittelt und anschließend ein gemeinsamer Reibwert für das Lenksystem ermittelt, wird ein die tatsächlichen Verhältnisse besser abbildendes Ergebnis erhalten, sodass die tatsächliche Reibkraft besser durch das Lenksystem motorisch kompensiert werden kann. 3 shows exemplary rack force curves F _ZS over a driver's steering angle from -2 ° to + 2 °. Rack power curves that do not meet the criteria of the algorithm are not specified in detail. Selected rack force profiles 6a . 6b . 6c , which are taken at a consistently positive steering angle speed, and which additionally meet the requirements of the amount of steering angular velocity and the operating states "cruising speed" and "slope" within at least one interval, are in the upper range of 3 highlighted. Corresponding rack force curves 7a . 7b . 7c are determined for corresponding operating states, but for negative steering angle velocities and in the lower part of the 3 been highlighted. Obviously, a determination of a hysteresis would then lead to false results, if from the rack power curves 6a . 6b . 6c for positive steering angular velocities and correspondingly for rack force curves 7a . 7b . 7c for negative steering angular velocities regardless of their affiliation with one of the intervals I, II, III, IV a common average value would be generated. The hysteresis would be smaller than it actually is in a particular interval I, II, III, IV. If, according to the invention, a respective frictional force within the intervals I, II, III, IV results from a hysteresis between one of the rack-and-pinion force profiles 6a . 6b . 6c averaged positive rack power curve and one of the rack power curves 7a . 7b . 7c Averaged negative rack power curve determined and then determined a common coefficient of friction for the steering system, the actual conditions better imaging result is obtained, so that the actual friction force can be better compensated for by the motor control motor.

4 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Ermittlung einer Reibung in einem motorisch unterstützten Lenksystem eines Fahrzeugs. In Schritt 100 wird ein vorgegebener Lenkwinkelbereich in ein erstes Intervall und ein zweites Intervall unterteilt. Dies schließt nicht aus, dass mehr als zwei Intervalle vorgesehen und im Wesentlichen identisch entsprechend der nachfolgenden Beschreibung behandelt werden können. In Schritt 200 werden mindestens ein erster Zahnstangenkraftverlauf und mindestens ein zweiter Zahnstangenkraftverlauf über dem Lenkwinkel innerhalb des ersten Intervalls übermittelt, wobei der erste Zahnstangenkraftverlauf und der zweite Zahnstangenkraftverlauf jeweils bei einer Lenkwinkelgeschwindigkeit mit einem identischen ersten Vorzeichen aufgenommen werden. In Schritt 300 werden mindestens ein dritter Zahnstangenkraftverlauf und ein vierter Zahnstangenkraftverlauf über dem Lenkwinkel innerhalb des ersten Intervalls gemittelt, wobei der dritte Zahnstangenkraftverlauf und der vierte Zahnstangenkraftverlauf jeweils bei einer Lenkwinkelgeschwindigkeit mit einem identischen zweiten Vorzeichen aufgenommen wurden, wobei sich das zweite Vorzeichen vom ersten Vorzeichen unterscheidet. In den Schritten 400 und 500 werden entsprechende Schritte für Zahnstangenkraftverläufe innerhalb des zweiten Intervalls durchgeführt. In Schritt 600 werden aus einer jeweiligen Hysterese zwischen den gemittelten Zahnstangenkraftverläufen eines jeden Intervalls Reibkräfte ermittelt, welche anschließend gemittelt werden, um eine gesamte Reibkraft für das betrachtete Lenksystem zu ermitteln. 4 shows steps of a method for determining a friction in a motor-assisted steering system of a vehicle. In step 100 For example, a predetermined steering angle range is divided into a first interval and a second interval. This does not exclude that more than two intervals may be provided and treated essentially identically as described below. In step 200 At least a first rack power curve and at least one second rack power curve are transmitted over the steering angle within the first interval, wherein the first rack power curve and the second rack force curve are each recorded at a steering angular velocity with an identical first sign. In step 300 at least a third rack power curve and a fourth rack force curve are averaged over the steering angle within the first interval, wherein the third rack force curve and the fourth rack force curve were each taken at a steering angular velocity with an identical second sign, wherein the second sign is different from the first sign. In the steps 400 and 500 appropriate steps for rack force curves are made within the second interval. In step 600 frictional forces are determined from a respective hysteresis between the average rack force curves of each interval, which are then averaged to determine a total frictional force for the steering system under consideration.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Lenkradsteering wheel
22: Zahnstangerack
33: Radwheel
44: Ritzelpinion
55: Elektromotorelectric motor
66: Momentensensortorque sensor
77: Lenksäule mit Lenkwinkelsensor und DrehstabmomentensensorSteering column with steering angle sensor and torsion bar torque sensor
88th: elektronisches Steuergerätelectronic control unit
1010: PKWcar
2020: Lenksystemsteering system
100–600100-600: Verfahrensschrittesteps
F_Reib F _rubbing: Reibkraftfriction force
F_S1, F_S2 F _S1 , F _S2: Seitenführungskraft der RäderCornering force of the wheels
M_DS M _DS: DrehstabmomentTorsion moment
M_H M _H: Handmomentmanual torque
M_MOT M _MOT: Motormomentengine torque
x_ZS x _ZS: Position der ZahnstangePosition of the rack
Φ_F Φ _F: Drehposition der LenksäuleRotational position of the steering column
Φ_MOT Φ _MOT: Drehposition des ElektromotorsRotary position of the electric motor

Claims

Method for determining a friction (F _friction ) in a motor-assisted steering system ( 20 ) of a vehicle ( 10 ) comprising the steps of: - dividing ( 100 ) of a predetermined steering angle range (-2 ° to + 2 °) in a first interval (I) and a second interval (II), - means ( 200 ) at least one first rack power curve ( 6a ) and a second rack force curve ( 6b ) over the steering angle within the first interval (I), wherein the first rack force curve ( 6a ) and the second rack force curve ( 6b ) were each recorded at a steering angular velocity with a first sign, 300 ) at least one third rack power curve ( 7a ) and a fourth rack power curve ( 7b ) over the steering angle within the first interval (I), the third rack power curve ( 7a ) and the fourth rack force curve ( 7b ) were respectively recorded at a steering angular velocity with a second sign, and - determining ( 600 ) a friction force (F _friction ) within the steering system ( 20 ) on the basis of averaged rack force curves ( 6a . 6b . 7a . 7b ) described hysteresis.

Method according to claim 1 further comprising - means ( 400 ) at least one first rack power curve ( 6a ) and a second rack force curve ( 6b ) over the steering angle within the second interval (II), wherein the first rack force curve ( 6a ) and the second rack force curve ( 6b ) were each recorded at a steering angular velocity with a first sign, 500 ) at least one third rack power curve ( 7a ) and a fourth rack power curve ( 7b ) over the steering angle within the second interval (II), wherein the third rack power curve ( 7a ) and the fourth rack force curve ( 7b ) were respectively recorded at a steering angular velocity with a second sign, and - determining ( 600 ) the friction force (F _friction ) within the steering system ( 20 ) on the basis of averaged rack force curves ( 6a . 6b . 7a . 7b ) described hysteresis, wherein an averaging over the first interval (I) and the second interval (II) friction forces is determined.

Method according to claim 1 or 2, further comprising - ensuring that a minimum speed is reached during a reception of the rack force profiles ( 6a . 6b . 7a . 7b ) by the vehicle ( 10 ) is driven.

Method according to one. according to the preceding claims - ensuring that a predefined maximum steering angular velocity during a recording of all the rack force profiles ( 6a . 6b . 7a . 7b ) was not exceeded.

Method according to one of the preceding claims, wherein the intervals (I, II) lie in a steering angle range below a predefined maximum steering angle amount, which is below a maximum possible steering angle amount.

Method according to one of the preceding claims further comprising the step - ensuring that the first rack power curve ( 6a ), the second rack force curve ( 6b ), third rack force curve ( 7a ) and fourth rack force curve ( 7b ) at the time of determining the friction force (F _friction ) within the steering system ( 20 ) have not exceeded a predefined age.

Method according to one of the preceding claims, further comprising the step - ensuring that a predefined maximum change in an inclination of a vehicle ( 10 ) used surface between a earliest and a latest used to determine a frictional force (F _friction ) rack power curve ( 6a . 6b . 7a . 7b ) is not exceeded.

Method according to one of the preceding claims, wherein only those rack power curves for averaging within an interval (I, II) are used, which have continuously passed through a predefined minimum steering angle within a considered interval (I, II).

Method according to one of the preceding claims wherein - the predetermined steering angle range is further subdivided into a third interval (III) and a fourth interval (IV) and - the determination of the frictional force (F _friction ) within the steering system ( 20 ) on the basis of averaged rack force curves ( 6a . 6b . 7a . 7b ), in which an averaging of the frictional forces determined over the first interval (I), the third interval (III) and the fourth interval (IV) is undertaken.

Motor-assisted steering system comprising - a rack force sensor ( 6 ), - a steering angle sensor ( 7 ), - storage means for storing rack force profiles and - an evaluation unit ( 8th ), whereby the steering system ( 20 ) is arranged to carry out a method according to one of the preceding claims.

Means with a motor-assisted steering system according to claim 10.