[go: up one dir, main page]

DE10226988A1 - Determining shaft angle from 3 single turn angle sensor signals involves computing virtual intermediate parameters, determining number of revolutions, adding to first sensor signal plus 360 degrees - Google Patents

Determining shaft angle from 3 single turn angle sensor signals involves computing virtual intermediate parameters, determining number of revolutions, adding to first sensor signal plus 360 degrees Download PDF

Info

Publication number
DE10226988A1
DE10226988A1 DE2002126988 DE10226988A DE10226988A1 DE 10226988 A1 DE10226988 A1 DE 10226988A1 DE 2002126988 DE2002126988 DE 2002126988 DE 10226988 A DE10226988 A DE 10226988A DE 10226988 A1 DE10226988 A1 DE 10226988A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
angle
angle sensor
revolutions
shaft
steering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002126988
Other languages
German (de)
Inventor
Matthias Haussmann
Chi-Tuan Dr. Cao
Michael Deckert
Thomas LÖFFLER
Petra Blessing
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Original Assignee
ZF Lenksysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Lenksysteme GmbH filed Critical ZF Lenksysteme GmbH
Priority to DE2002126988 priority Critical patent/DE10226988A1/en
Publication of DE10226988A1 publication Critical patent/DE10226988A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021Determination of steering angle
    • B62D15/0215Determination of steering angle by measuring on the steering column
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24419Interpolation not coverd by groups G01D5/24404, G01D5/24409 or G01D5/24414
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451Incremental encoders
    • G01D5/2452Incremental encoders incorporating two or more tracks having an (n, n+1, ...) relationship
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/20Detecting rotary movement
    • G01D2205/26Details of encoders or position sensors specially adapted to detect rotation beyond a full turn of 360°, e.g. multi-rotation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/20Detecting rotary movement
    • G01D2205/28The target being driven in rotation by additional gears

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

The method involves computing a first virtual intermediate parameter from the angle signals of first and second angle sensors and a constant, computing a second virtual intermediate parameter from the first virtual intermediate parameter and the angle signal of a first pinion sensor, determining the number of revolutions and adding to the first angle sensor signal plus 360 degrees. The method involves computing a first virtual intermediate parameter phioS as (n + 1*deltaVA1 + n*deltaVA2 + 25*k*360 degrees)/312, where deltaVA1 and deltaVA2 are angle signals of first and second angle sensors (41,43) and k is a constant, computing a second virtual intermediate parameter as (M*phioS + m + n*deltaRi1 + 9*k*360 degrees)/40, where deltaRi1 is the angle signal of a first pinion sensor, determining the number of revolutions and adding to the first angle sensor signal plus 360 degrees.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Drehwinkels einer Welle aus dem Winkel-Signal eines ersten Winkelsensors und dem Winkel-Signal eines zweiten Winkelsensors, wobei der erste Winkelsensor und der zweite Winkelsensor starr mit der Welle gekoppelt sind, wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen erstem Winkelsensor und Welle einerseits und das Übersetzungsverhältnis zwischen zweitem Winkelsensor und Welle andererseits voneinander verschieden sind, und mit einem mit der Welle über einen Drehstab gekoppelten Ritzelwinkelsensor.The invention relates to a method for determining the angle of rotation of a shaft from the angle signal a first angle sensor and the angle signal of a second angle sensor, wherein the first angle sensor and the second angle sensor rigid with the shaft are coupled, the gear ratio between first angle sensor and shaft on the one hand and the transmission ratio between second angle sensor and shaft on the other hand different from each other and with one coupled to the shaft via a torsion bar Pinion angle sensor.

Solche Anordnungen werden bspw. bei Steer-by-Wire-Lenkanlagen als Lenkaktuator oder Lenkradaktuator mit zwei redundant ausgeführten Elektromotoren eingesetzt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Einsatzgebiet beschränkt.Such arrangements are used, for example, in steer-by-wire steering systems as a steering actuator or steering wheel actuator with two redundant electric motors used. However, the invention is not in this area of application limited.

Um die Herstellungskosten der Winkelsensoren zu minimieren, setzt man in der Regel sog. Single-Turn-Sensoren ein, die einen Messbereich von 0° bis 360° haben. Wenn dieser Sensor um einen Winkel > 360° gedreht wird, beginnt er wieder bei 0° Dies bedeutet, dass bspw. das Ausgangssignal eines solchen Winkelsensors bei einer Drehung um 180° genau gleich ist wie bei einer Drehung um 540°. Da in Kraftfahrzeugen üblicherweise die Lenksäule von Anschlag zu Anschlag um vier Umdrehungen, entsprechend 1.440°, gedreht wird, ist es notwendig, eine eindeutige Bestimmung des Drehwinkels der Lenksäule vornehmen zu können. Dies geschieht nach dem sog. Nonius-Verfahren, indem man aus den Signalen des ersten Winkelsensors und des zweiten Winkelsensors, die sich wegen der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse voneinander unterscheiden, sowie des Signals des mit der Welle gekoppelten Ritzelwinkelsensors den Drehwinkel der Lenksäule ermittelt.To the manufacturing costs of the angle sensors to minimize, so-called single-turn sensors are usually used a measuring range from 0 ° to Have 360 °. If this sensor is rotated by an angle> 360 ° it starts again at 0 ° This means that, for example, the output signal of such an angle sensor at a Rotation by 180 ° exactly is the same as for a rotation of 540 °. Because usually in motor vehicles the steering column turned from stop to stop by four turns, corresponding to 1,440 ° , it is necessary to clearly determine the angle of rotation the steering column to be able to make. This is done according to the so-called Nonius method, by using the Signals from the first angle sensor and the second angle sensor, due to the different gear ratios differ from each other, as well as the signal of the coupled with the shaft Pinion angle sensor determines the angle of rotation of the steering column.

Die Ermittlung des Drehwinkels der Lenksäule wird u. a. dadurch erschwert, dass der erste Winkelsensor und der zweite Winkelsensor ihre Signale nicht immer gleichzeitig an ein Steuergerät oder eine Auswerteeinheit schicken und in der Regel die Taktfrequenz, mit der der erste Winkelsensor, der zweite Winkelsensor, der Ritzelwinkelsensor und das Steuergerät betrieben werden, nicht gleich ist. Deshalb können die von erstem Winkelsensor, zweitem Winkelsensor und Ritzelwinkelsensor beim Steuergerät vorliegenden Signale nicht unmittelbar zu einer eindeutigen Bestimmung des Drehwinkels der Lenksäule direkt herangezogen werden.Determining the angle of rotation of the steering column we you. a. difficult because the first angle sensor and the second angle sensor their signals are not always on at the same time control unit or send an evaluation unit and usually the clock frequency, with which the first angle sensor, the second angle sensor, the pinion angle sensor and the control unit operated, is not the same. Therefore, from the first angle sensor, second angle sensor and pinion angle sensor present in the control unit Signals do not immediately lead to a clear determination of the angle of rotation the steering column be used directly.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es jedoch möglich, die Signale des ersten Winkelsensors, des zweiten Winkelsensors und des Ritzelwinkelsensors trotz der genannten Schwierigkeiten eindeutig und auf einfache Weise auszuwerten, so dass die Ermittlung des Drehwinkels der Lenksäule auch bei unterschiedlichen Taktfrequenzen und/oder zeitlichen Verschiebungen zwischen dem Eingang der von den genannten Sensoren eingehenden Signale erfolgen kann.With the method according to the invention however, it is possible the signals of the first angle sensor, the second angle sensor and the pinion angle sensor despite the difficulties mentioned to evaluate clearly and easily, so that the determination the angle of rotation of the steering column even with different clock frequencies and / or time shifts between the input of the incoming sensors Signals can be made.

Dieses Verfahren basiert auf den drei im Folgenden aufgeführten Verfahrensschritten:
- Berechnen einer ersten virtuellen Zwischengröße (φαS) nach der Formel φαS = (n + 1∙δV A 1 + n∙δV A 2 + 25∙k∙360°)/312
mit:
δV A 1: Winkel-Signal des ersten Winkelsensors
δV A 2: Winkel-Signal des zweiten Winkelsensors
k: Konstante; bei vier Lenkradumdrehungen von Lenkanschlag zu Lenkanschlag, entsprechend 1440°, gilt für k:
k = (4∙φαS – 5∙δV A 1 2)/360°.
This process is based on the three process steps listed below:
- Calculate a first virtual intermediate variableαS ) according to the formula φ αS = (n + 1 ∙ δ V A 1 + n ∙ δ V A 2 + 25 ∙ k ∙ 360 °) / 312
With:
δ V A 1 : angle signal of the first angle sensor
δ V A 2 : angle signal of the second angle sensor
k: constant; for four steering wheel turns from steering stop to steering stop, corresponding to 1440 °, the following applies to k:
k = (4 ∙ φ αS - 5 ∙ δ V A 1 2 ) / 360 ° ,


– Berechnen einer zweiten virtuellen Zwischengröße (φges) nach der Formel φges = (m∙φαS + m + 1∙δRi1 + 9∙k∙360°)/40
mit:
m: Konstante
δRi1: Winkel-Signal des Ritzelwinkelsensors
k: Konstante

- Calculate a second virtual intermediate variable (φges) according to the formula φ ges = (m ∙ φ αS + m + 1 ∙ δ Ri1 + 9 ∙ k ∙ 360 °) / 40
With:
m: constant
δ Ri1 : Angle signal from the pinion angle sensor
k: constant

Ermitteln der Zahl der Umdrehungen (n) und Addieren des Winkel-Signals (δV A 1) eines ersten Winkelsensors zu dem Produkt aus der Zahl der Umdrehungen (n) und 360°.Determine the number of revolutions (n) and add the angle signal (δ V A 1 ) of a first angle sensor to the product of the number of revolutions (n) and 360 °.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach durchzuführen, benötigt nur eine geringe Rechenleistung und ermöglicht trotz unterschiedlicher Taktfrequenzen, mit denen die genannten Sensoren abgetastet werden und/oder zeitlichen Verschiebungen zwischen dem Eingang der Signale eine eindeutige und zuverlässige Bestimmung des Drehwinkels der Lenksäule. Dabei ist das Verfahren robust gegenüber Störungen und stellt nur geringe Anforderungen an die hardware.The method according to the invention is simple to carry out, only requires a low computing power and enables despite different Clock frequencies with which the sensors mentioned are scanned and / or temporal shifts between the input of the signals a clear and reliable Determination of the angle of rotation of the steering column. Here is the procedure robust against interference and makes little demands on the hardware.

Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Zahl der Umdrehungen der Welle der Lenksäule durch eine ganzzahlige Division der zweiten virtuellen Zwischengröße durch 360° erfolgt und der Divisionsrest verloren geht. Dadurch hat man auf einfache Weise die Zahl der Umdrehungen der Welle, die zur eindeutigen Ermittlung des Drehwinkels der Lenksäule erforderlich ist, bestimmt .In a variant of the method according to the invention it is intended that the number of revolutions of the shaft of the steering column an integer division of the second virtual intermediate size 360 ° is done and the remainder of the division is lost. This makes it easy the number of revolutions of the shaft used for the unambiguous determination the angle of rotation of the steering column is determined.

Alternativ kann die Zahl der Umdrehungen der Lenksäule auch nach folgendem Verfahren ermittelt werden:
– Bilden einer Differenz (ΔδV A 1) eines Winkel-Signals (δV A 1(t)) des ersten Winkelsensors zum Zeitpunkt t und eines Winkel-Signals V A 1(t – 1)) des ersten Winkelsensors zum Zeitpunkt t – 1,
– Erhöhen der Zahl (n) der Umdrehungen der Welle, wenn die Differenz δV A 1) > 180° ist,
– Erniedrigen der Zahl (n) der Umdrehungen der Welle, wenn die Differenz δV A 1) < –180° ist oder
– Beibehalten der Zahl (n) der Umdrehungen der Welle, wenn der Betrag der Differenz (☐ΔδV A 1☐) ≤ 180° ist.
Alternatively, the number of revolutions of the steering column can also be determined using the following procedure:
- Forming a difference (Δ δV A 1 ) of an angle signal (δ V A 1 (t)) of the first angle sensor at time t and an angle signal V A 1 (t - 1)) the first angle sensor at time t - 1,
- Increase the number (n) of revolutions of the shaft when the difference .DELTA.V A 1 )> 180 ° is
- Decrease the number (n) of revolutions of the shaft if the difference .DELTA.V A 1 ) <-180 ° is or
- Maintain the number (n) of revolutions of the shaft when the amount of the difference (☐Δ .DELTA.V A 1 ☐) ≤ 180 ° is.

Dieses Verfahren erlaubt es fortlaufend die Zahl der Umdrehungen der Lenksäule zu aktualisieren. Dabei wird der Effekt ausgenützt, dass der Fahrer eines Fahrzeuges in dem Zeitraum zwischen zwei Abtastungen des ersten Winkelsensors die Lenksäule des Fahrzeugs nicht so schnell drehen kann, dass sich das Ausgangssignal des ersten Winkelsensors oder des zweiten Winkelsensors zum Zeitpunkt t von dem Winkel-Signal zum Zeitpunkt t – 1 um mehr als 90° bis maximal 120° unterscheidet. Deshalb ist es möglich, mit Sicherheit sagen zu können, dass wenn die Differenz eines Winkel-Signals des ersten Winkelsensors oder des zweiten Winkelsensors zum Zeitpunkt t und eines Winkel-Signals des ersten Winkelsensors oder des zweiten Winkelsensors zum Zeitpunkt t – 1 > 180° ist, die Lenksäule eine Umdrehung weitergedreht wurde. In gleicher Weise kann man deshalb sagen, dass die Zahl der Umdrehungen der Welle um 1 erniedrigt werden kann, wenn die o. g. Differenz kleiner als –180° ist. In diesem Fall muss die Zahl der Umdrehungen der Lenksäule um 1 erniedrigt werden. In allen anderen Fällen, wenn nämlich der Betrag der o. g. Differenz ≤ 180° ist, kann die Zahl der Umdrehungen der Lenksäule gleich bleiben. Wenn nun zu der Zahl der Umdrehungen der Lenksäule multipliziert mit 360° noch der aktuell ermittelte Winkel des Ritzelwinkelsensors addiert wird, ist die Ermittlung des Drehwinkels der Lenksäule eindeutig erfolgt.This procedure allows it to continue update the number of turns of the steering column. there the effect is exploited, that the driver of a vehicle in the period between two scans of the first angle sensor is not the steering column of the vehicle can quickly turn that the output signal of the first angle sensor or of the second angle sensor at time t from the angle signal at time t - 1 by more than 90 ° to differs by a maximum of 120 °. Therefore it is possible to be able to say with certainty that if the difference of an angle signal of the first angle sensor or the second angle sensor at time t and an angle signal of the first angle sensor or the second angle sensor at the time t - 1> 180 °, that steering column was turned one turn. In the same way you can say that the number of revolutions of the shaft will be decreased by 1 can if the above Difference is less than -180 °. In this case, the Number of turns of the steering column be decreased by 1. In all other cases, namely when Amount of the above Difference is ≤ 180 °, can the number of turns of the steering column remain the same. If so to the number of turns of the steering column multiplied by 360 ° or the currently determined angle of the pinion angle sensor is added, the angle of rotation of the steering column has been clearly determined.

Zur weiteren Vereinfachung dieses Verfahrens kann auch die Differenz eines Winkel-Signals des ersten Winkelsensors oder des zweiten Winkelsensors zum Zeitpunkt t und eines Winkel-Signals des ersten Winkelsensors oder des zweiten Winkelsensors zum Zeitpunkt t – 1 mittels einer Division durch 360 normiert werden und die normierte Differenz gerundet werden. Das Ergebnis dieser Rundung kann –1, 0 oder +1 betragen. Dieses Ergebnis wird zur aktuellen Zahl der Umdrehungen der Welle bzw. der Lenksäule addiert.To further simplify this The method can also be the difference of an angle signal of the first Angle sensor or the second angle sensor at time t and an angle signal of the first angle sensor or the second angle sensor at the time t - 1 be normalized by dividing by 360 and the normalized Difference to be rounded. The result of this rounding can be –1, 0 or +1. This result becomes the current number of revolutions the shaft or the steering column added.

Es hat sich in praktischen Versuchen als vorteilhaft herausgestellt, wenn zur Initialisierung der Zahl der Umdrehungen der Welle das zuerst genannte Verfahren, welches auf einer ganzzahligen Division der zweiten virtuellen Zwischengröße basiert, durchgeführt wird und nach erfolgter Initialisierung das Verfahren angewandt wird, welches auf der Basis der Differenz eines Winkel-Signals zum Zeitpunkt t und t – 1 aufbaut.It has been put into practical trials found to be advantageous when initializing the number of the revolutions of the shaft the first-mentioned method, which is based on an integer division of the second virtual intermediate variable and after initialization, the procedure is applied, which is based on the difference of an angle signal at time t and t - 1 builds.

Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkgetriebes einer Fahrzeuglenkung, insbesondere einer Steer-by-Wire-Lenkung, oder eines Lenkradaktuators einer Steer-by-Wire-Lenkung eingesetzt werden.The method according to the invention can be particularly advantageous to determine the angle of rotation of a steering gear of a vehicle steering system, in particular a steer-by-wire steering, or a steering wheel actuator steer-by-wire steering.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.Other advantages and beneficial Embodiments of the invention are the following drawing, their description and the claims can be found.

Zeichnungdrawing

Es zeigen:Show it:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Steer-by-Wire-Lenkung, 1 a schematic representation of a steer-by-wire steering,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Lenkaktuators, 2 1 shows a schematic representation of a steering actuator,
  • 3 ein Blockschaltbild der Regelung des Lenkaktuators und 3 a block diagram of the control of the steering actuator and
  • 4 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung der ersten und zweiten virtuellen Zwischengröße. 4 a representation of the inventive method for calculating the first and second virtual intermediate variable.
  • 5 zeigt die Weiterverarbeitung der zweiten virtuellen Zwischengröße und 5 shows the further processing of the second virtual intermediate size and
  • 6 zeigt ausschnittsweise den Verlauf der berechneten Größen in Abhängigkeit des Drehwinkels der Lenksäule. 6 shows a section of the course of the calculated quantities depending on the angle of rotation of the steering column.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Steer-by-Wire-Lenkanlage mit einem Hydro-Servolenkgetriebe. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a steer-by-wire steering system with a hydraulic power steering gear.

Ein Lenkrad 1 dient als Lenkhandhabe und ist an einer Lenksäule 3 befestigt, die im Chassis eines nicht dargestellten Fahrzeugs gelagert ist. An der Lenksäule 3 ist ein Lenkradaktuator 5 angeordnet.A steering wheel 1 serves as a steering handle and is on a steering column 3 attached, which is mounted in the chassis of a vehicle, not shown. On the steering column 3 is a steering wheel actuator 5 arranged.

Die in 1 nicht dargestellten gelenkten Räder werden über eine Spurstange 9 verstellt. Betätigt wird die Spurstange 9 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 über ein an sich bekanntes Hydro-Servolenkgetriebe 11. Das Hydro- Servolenkgetriebe 11 weist eine in 1 nicht dargestellte Zahnstange auf, die auf die Spurstangen 9 wirkt, und welche von einem Ritzel 13 angetrieben wird. Oberhalb des Ritzels 13 und drehfest mit diesem verbunden ist ein Drehstabventil mit einem Drehstab 15 zur Steuerung der Servounterstützung des Hydro-Servolenkgetriebes 11 angeordnet. Das Drehstabventil steuert den Förderstrom einer Servopumpe 17 in einen parallel zu der Zahnstange angeordneten doppelt wirkenden Arbeitszylinder 19.In the 1 Steered wheels, not shown, are via a tie rod 9 adjusted. The tie rod is operated 9 in the embodiment according to 1 via a known hydraulic power steering gear 11 , The hydraulic power steering gear 11 has one in 1 Rack, not shown, on the tie rods 9 acts, and which of a pinion 13 is driven. Above the pinion 13 and rotatably connected to this is a torsion bar valve with a torsion bar 15 to control the servo support of the hydraulic power steering gear 11 arranged. The torsion bar valve controls the flow rate of a servo pump 17 in a double-acting working cylinder arranged parallel to the rack 19 ,

Im Unterschied zu konventionellen Lenkanlagen wird das Hydro-Servolenkgetriebe 11 nach 1 im Steer-by-Wire-Betrieb, wie er in 1 dargestellt ist, von einem Lenkaktuator 21 und nicht direkt von der Lenksäule 3 betätigt. In 1 ist eine Kupplung 23 der Lenksäule 3 im geöffneten Zustand dargestellt. Bei geöffneter Kupplung 23 besteht keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad 1 über die Lenksäule 3 zum Hydro-Servolenkgetriebe 11. Damit besteht auch keine mechanische Verbindung vom Lenkrad 1 zu den nicht dargestellten gelenkten Rädern.In contrast to conventional steering systems, the hydraulic power steering gear 11 to 1 in steer-by-wire operation as in 1 is shown by a steering actuator 21 and not directly from the steering column 3 actuated. In 1 is a clutch 23 the steering column 3 shown in the open state. With the clutch open 23 there is no mechanical connection between the steering wheel 1 over the steering column 3 to the hydraulic power steering gear 11 , So there is no mechanical connection from the steering wheel 1 to the steered wheels, not shown.

Der Lenkaktuator 21 wird von einem nicht dargestellten Steuergerät so angesteuert, dass er den Fahrerlenkwunsch, der sich durch Drehen des Lenkrads 1 ausdrückt, in eine Lenkbewegung der gelenkten Räder umsetzt. Dazu ist es einerseits erforderlich, dass sowohl der Drehwinkel des drehfest mit dem Lenkrad 1 verbundenen Teils der Lenksäule 3 als auch die Stellung der Spurstange 9 bzw. der Drehwinkel des Ritzels 13 eindeutig erfasst werden. Dies geschieht bei den Steer-by-Wire-Lenkanlagen nach dem Stand der Technik durch Winkelsensoren.The steering actuator 21 is controlled by a control unit (not shown) in such a way that it fulfills the driver's steering request, which is caused by turning the steering wheel 1 expresses, translates into a steering movement of the steered wheels. For this, it is necessary, on the one hand, that both the angle of rotation of the steering wheel 1 connected part of the steering column 3 as well as the position of the tie rod 9 or the angle of rotation of the pinion 13 be clearly recorded. In the steer-by-wire steering systems of the prior art, this is done by angle sensors.

Der Lenkaktuator 21 besteht im wesentlichen aus einem ersten Elektromotor 27 und einem zweiten Elektromotor 29. An der Motorwelle des ersten Elektromotors 27 und des zweiten Elektromotors 29 ist je ein Ritzel 35 und 37 ausgebildet. Die Ritzel 35 und 37 sind in Eingriff mit einem Getrieberad 39, welches drehfest mit dem dem Ritzel 13 gegenüberliegenden Ende des Drehstabs 15 verbunden ist. Über den Drehstab 15 wird jede Drehbewegung des Getriebrads 39 auf das Ritzel 13 übertragen. Der Drehstab 15 übernimmt somit bei diesem Ausführungsbeispiel die Funktion der Abtriebswelle. Das Ritzel 13 wiederum ist, wie bereits erwähnt, mit einer nicht dargestellten Zahnstange im Eingriff.The steering actuator 21 consists essentially of a first electric motor 27 and a second electric motor 29 , On the motor shaft of the first electric motor 27 and the second electric motor 29 is a pinion each 35 and 37 educated. The pinion 35 and 37 are engaged with a gear wheel 39 , which rotatably with the pinion 13 opposite end of the torsion bar 15 connected is. About the torsion bar 15 every rotation of the gear wheel 39 on the pinion 13 transfer. The torsion bar 15 takes over the function of the output shaft in this embodiment. The pinion 13 again, as already mentioned, is engaged with a rack, not shown.

Der erste Elektromotor 27 weist einen ersten Winkelsensor 41 auf. Der zweite Elektromotor 29 weist einen zweiten Winkelsensor 43 auf. Der erste und zweite Winkelsensor 41 und 43 sind als sog. Single-Turn-Sensoren ausgeführt, d. h. sie können die Drehposition der Motorwellen von erstem und zweitem Elektromotor 27 und 29 lediglich in einem Winkelbereich zwischen 0° und 360° eindeutig angeben. Mehrere Umdrehungen des ersten und zweiten Elektromotors 27 und 29 können vom ersten Winkelsensor 41 und vom zweiten Winkelsensor 43 nicht unterschieden werden.The first electric motor 27 has a first angle sensor 41 on. The second electric motor 29 has a second angle sensor 43 on. The first and second angle sensor 41 and 43 are designed as so-called single-turn sensors, ie they can determine the rotational position of the motor shafts of the first and second electric motors 27 and 29 only specify clearly in an angular range between 0 ° and 360 °. Several revolutions of the first and second electric motor 27 and 29 can from the first angle sensor 41 and from the second angle sensor 43 cannot be distinguished.

Deshalb weichen die Zähnezahl des Ritzels 35 und die Zähnezahl des Ritzels 37 voneinander ab, so dass Drehwinkel > 360° des Getrieberads 39 und damit auch des Drehstabs 15 bzw. des Ritzels 13 eindeutig aus den Signalen des ersten Winkelsensors 41, des zweiten Winkelsensors 43 und eines am Ritzel 13 angeordneten Ritzelwinkelsensor 45 ermittelt werden können.Therefore, the number of teeth on the pinion gives way 35 and the number of teeth of the pinion 37 from each other, so that the angle of rotation> 360 ° of the gear wheel 39 and thus also the torsion bar 15 or the pinion 13 clearly from the signals of the first angle sensor 41 , of the second angle sensor 43 and one on the pinion 13 arranged pinion angle sensor 45 can be determined.

Aus diesem Grund kann bei Verwendung eines Lenkaktuators 21 durch die erfindungsgemäße Auswertung der Signale von erstem und zweitem Winkelsensor 41 und 43 sowie Ritzelwinkelsensor 45 auf den Einsatz eines teuren Multi-Turn-Sensors im Bereich des Drehstabventils 15, des Ritzels 13 oder, falls der Aktuator als Lenkhandhabenaktuator eingesetzt wird, der Lenksäule 3 verzichtet werden.For this reason, when using a steering actuator 21 by evaluating the signals from the first and second angle sensors according to the invention 41 and 43 and pinion angle sensor 45 on the use of an expensive multi-turn sensor in the area of the torsion bar valve 15 , the pinion 13 or, if the actuator is used as a steering handle actuator, the steering column 3 to be dispensed with.

Ein Steuergerät 47 empfängt über gestrichelt dargestellte Signalleitungen die Signale der drei genannten Sensoren. Das Signal des ersten Winkelsensors 41 wird mit δV A 1 bezeichnet, das Signal des zweiten Winkelsensors 43 mit δV A 2 bezeichnet und das Signal des Ritzelwinkelsensors 45 wird mit δRi1 bezeichnet. Ausgehend von diesen Informationen kann das Steuergerät 47 den Winkel der Lenksäule 3 eindeutig ermitteln und bei Bedarf den ersten Elektromotor 27 und den zweiten Elektromotor 29 so ansteuern, dass der Drehwinkel des Drehstabs 15 einem vorgegebenen Sollwert entspricht. Die Ansteuerung des ersten Elektromotors 27 und des zweiten Elektromotors 29 ist in 1 nicht dargestellt. Die Ansteuerung dieser Motoren kann außerdem in Abhängigkeit von anderen Parametern, hier summarisch mit 49 bezeichnet, erfolgen.A control unit 47 receives the signals from the three sensors mentioned via dashed lines. The signal from the first angle sensor 41 is denoted by δ V A 1 , the signal of the second angle sensor 43 denoted by δ V A 2 and the signal of the pinion angle sensor 45 is denoted by δ Ri1 . Based on this information, the control unit can 47 the angle of the steering column 3 clearly determine and if necessary the first electric motor 27 and the second electric motor 29 control so that the angle of rotation of the torsion bar 15 corresponds to a predetermined target value. The control of the first electric motor 27 and the second electric motor 29 is in 1 not shown. These motors can also be controlled as a function of other parameters, here collectively designated 49.

In 2 ist der Lenkaktuator 21 schematisch dargestellt. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass das Getrieberad 39, welches drehfest mit der Lenksäule 3 (nicht dargestellt) einerseits und mit dem Drehstab 15 andererseits verbunden ist, von einem ersten Ritzel 35 und einem zweiten Ritzel 37 angetrieben wird. Der erste Elektromotor 27 sowie der erste Winkelsensor 41 sind in 2 nicht dargestellt. Das Gleiche gilt für den zweiten Elektromotor 29 und den zweiten Winkelsensor 43 (siehe 1). Es ist jedoch so, dass der erste Winkelsensor 41 den Drehwinkel des nicht dargestellten ersten Elektromotors 27 bzw. des ersten Ritzels 35 misst. Gleiches gilt in entsprechender Weise für den zweiten Winkelsensor 43. In der 2 sind beispielhaft ein Winkel 6vai am ersten Ritzel 35 eingetragen. Dieser Winkel δV A 1 wird vom ersten Winkelsensor 41 (nicht dargestellt) erfasst. Der zweite Winkelsensor 43 (nicht dargestellt) erfasst in entsprechender Weise einen Drehwinkel δV A 2 des zweiten Ritzels 37. Wegen der starren Kopplung zwischen erstem Ritzel 35 sowie zweitem Ritzel 37 mit dem Getrieberad 39 kann aus den Drehwinkeln δV A 1 und δV A 2 ein Drehwinkel δV A 12 am Getrieberad 39 berechnet werden.In 2 is the steering actuator 21 shown schematically. From this illustration it is clear that the gear wheel 39 , which rotates with the steering column 3 (not shown) on the one hand and with the torsion bar 15 on the other hand is connected by a first pinion 35 and a second sprocket 37 is driven. The first electric motor 27 as well as the first angle sensor 41 are in 2 not shown. The same applies to the second electric motor 29 and the second angle sensor 43 (please refer 1 ). However, it is the case that the first angle sensor 41 the angle of rotation of the first electric motor, not shown 27 or the first pinion 35 measures. The same applies in a corresponding manner to the second angle sensor 43 , In the 2 are examples of an angle 6vai on the first pinion 35 entered. This angle δ V A 1 is from the first angle sensor 41 (not shown) recorded. The second angle sensor 43 (not shown) correspondingly detects a rotation angle δ V A 2 of the second pinion 37 , Because of the rigid coupling between the first pinion 35 and second pinion 37 with the gear wheel 39 can from the angles of rotation δ V A 1 and δ V A 2 an angle of rotation δ V A 12 on the gear wheel 39 be calculated.

Die Zähnezahl Z2 des zweiten Ritzels 37 ist gleich p. Die Zähnezahl Z1 des ersten Ritzels 35 ist um 1 gegenüber der Zähnezahl des zweiten Ritzels erhöht (Z1 = Z2 + 1). Die Zähnezahl Z3 des Getrieberads 39 ist gleich m. Wegen der unterschiedlichen Zähnezahlen von erstem Ritzel 35, zweitem Ritzel 37 und Getrieberad 39 sind die Winkel δV A 1, δV A 2 sowie δV A 1 2 voneinander verschieden. Diese Unterschiede werden ausgenutzt, um trotz der Verwendung von Single-Turn-Sensoren am ersten Ritzel 35 und am zweiten Ritzel 37 den Drehwinkel der Lenksäule bzw. des Drehstabs 15 eindeutig zu bestimmen.The number of teeth Z 2 of the second pinion 37 is equal to p. The number of teeth Z 1 of the first pinion 35 is increased by 1 compared to the number of teeth of the second pinion (Z 1 = Z 2 + 1). The number of teeth Z 3 of the gear wheel 39 is equal to m. Because of the different number of teeth of the first pinion 35 , second pinion 37 and gear wheel 39 the angles δ V A 1 , δ V A 2 and δ V A 1 2 are different from one another. These differences are exploited to work on the first sprocket despite the use of single-turn sensors 35 and on the second sprocket 37 the angle of rotation of the steering column or the torsion bar 15 to be clearly determined.

Der Winkel δV A 1 2 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 nicht direkt am Getrieberad 39 erfasst, sondern durch den Ritzelwinkelsensor 45 am Ritzel 13 (nicht dargestellt; siehe dazu 1) erfasst. Der vom Ritzelwinkelsensor 45 erfasste Winkel wird in 2 und nachfolgend mit δRi1 bezeichnet. Wegen der Fähigkeit des Drehstabs 15 unter Belastung zu tordieren, entspricht der Winkel δRi1 nicht genau dem Winkel δV A 12. Da es für eine genaue Regelung der Stellung der gelenkten Räder des Fahrzeugs auf die Position des Ritzels 13 bzw. der Zahnstange, welche die Spurstange 9 betätigt (siehe 1) ankommt, ist es sinnvoll, den Drehwinkel δRi1 des Ritzels 13 direkt zu erfassen. Die durch die Torsion des Drehstabs 15 verursachten Unterschiede zwischen dem Ritzelwinkel δRi1 und dem Drehwinkel δV A 12 des Getrieberads 39 werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren egalisiert bzw. eliminiert.The angle δ V A 1 2 is in accordance with the embodiment 2 not directly on the gear wheel 39 detected, but by the pinion angle sensor 45 on the pinion 13 (not shown; see here 1 ) detected. The one from the pinion angle sensor 45 captured angle is in 2 and hereinafter referred to as δ Ri1 . Because of the ability of the torsion bar 15 to twist under load, the angle δ Ri1 does not exactly correspond to the angle δ V A 12 . As it is for precise control of the position of the steered wheels of the vehicle on the position of the pinion 13 or the rack, which the tie rod 9 actuated (see 1 ) arrives it makes sense to set the rotation angle δ Ri1 of the pinion 13 to capture directly. The torsion of the torsion bar 15 caused differences between the pinion angle δ Ri1 and the angle of rotation δ V A 12 of the gear wheel 39 are equalized or eliminated with the method according to the invention.

Im Folgenden werden die oben eingeführten Bezeichnungen für die verschiedenen Signale der Winkelsensoren 41, 43 und 45 beibehalten.Below are the names introduced above for the various signals of the angle sensors 41 . 43 and 45 maintained.

In 3 ist das Regelungskonzept des Lenkaktuators 21 als Blockschaltbild vereinfacht dargestellt. Die Eingangsgröße dieses Regelkreises ist ein vom Lenkrad 1 auf die Lenksäule 3 übertragener Fahrerlenkwunsch δLR. Die Eingangsgröße δLR ist das Winkel-Signal eines in 1 nicht dargestellten Lenkradwinkelsensors und wird einer Winkelaufbereitung 53 und einer Additionsstelle 51 zugeführt. Dort wird eine Ausgangsgröße δV A 2 des Regelkreises mit negativem Vorzeichen zu der Eingangsgröße δLR addiert.In 3 is the control concept of the steering actuator 21 shown in simplified form as a block diagram. The input variable of this control loop is one from the steering wheel 1 on the steering column 3 transferred driver steering request δ LR . The input variable δ LR is the angle signal of an in 1 Steering wheel angle sensor, not shown, and is an angle preparation 53 and an addition point 51 fed. There, an output variable δ V A 2 of the control loop with a negative sign is added to the input variable δ LR .

Ausgangsgröße eines Robust Position Controllers RPC, der mit der Größe δLR – δV A 2 beaufschlagt wird, ist eine Spannung US Q im rotorfesten Koordinatensystem. Diese Spannung USQ kann beim Auftreten von Dauerschwingungen ggf. mit einem Friction Force Compensator FFC beeinflusst werden. Die Summe der vom Robust Position Controller RPC und vom Friction Force Controller FFC ausgegebenen Spannungen wird in einem Constraint Torque Controller CTC als Eingangsgröße verwendet. Der Constraint Torque Controller CTC verteilt die Spannung von der Momentenregelung auf eine Raumzeigermodulation RZM. Diese ermittelt die Schaltzeiten zur Ansteuerung des Lenkaktuatos 21 in einem Umrichter (nicht dargestellt). Hierzu werden neben den Spannungen noch das Winkel-Signal δV A 1 des ersten Winkelsensors 41 und das Winkel-Signal δV A 2 des zweiten Winkelsensors 43 verwandt.The output variable of a Robust Position Controller RPC, to which the variable δ LR - δ V A 2 is applied, is a voltage U S Q in the rotor-fixed coordinate system. This voltage U SQ can, if necessary, be influenced by a Friction Force Compensator FFC if permanent vibrations occur. The sum of the voltages output by the Robust Position Controller RPC and the Friction Force Controller FFC is used as an input variable in a Constraint Torque Controller CTC. The Constraint Torque Controller CTC distributes the voltage from the torque control to a space vector modulation RZM. This determines the switching times for controlling the steering actuator 21 in an inverter (not shown). In addition to the voltages, the angle signal δ V A 1 of the first angle sensor is used for this purpose 41 and the angle signal δ V A 2 of the second angle sensor 43 related.

Mit den Ausgangsgrößen der Raumzeigermodulation RZM wird der Lenkaktuator 21 angesteuert. Die infolge der Ansteuerung des Lenkaktuators 21 entstehenden Winkel-Signale δV A 1, δV A 2 und δRi1 werden über einen CAN-Bus eingelesen und an die Winkelaufbereitung 53 übermittelt. Aus diesen einzelnen Single-Turn-Winkel-Signalen wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens der Ist-Wert des Leitrads 39 berechnet. Der Ist-Wert δV A 1 des Leitrads 39 kann zwischen –720° und +720°, entsprechend vier vollen Lenkradumdrehungen, liegen. Damit kann die absolute Lage des Lenkradaktuators 21 eindeutig bestimmt werden.The steering actuator becomes the output variables of the space vector modulation RZM 21 driven. The result of the control of the steering actuator 21 The resulting angle signals δ V A 1 , δ V A 2 and δ Ri1 are read in via a CAN bus and sent to the angle preparation 53 transmitted. With the aid of the method according to the invention, these individual single-turn angle signals become the actual value of the stator 39 calculated. The actual value δ V A 1 of the stator 39 can be between –720 ° and + 720 °, corresponding to four full steering wheel rotations. This allows the absolute position of the steering wheel actuator 21 be clearly determined.

Da die aus dem an sich bekannten Nonius-Prinzip berechnete Winkelinformation sehr störungsempfindlich und deshalb für die Positionsregelung, vor allem im Bereich von Steer-by-Wire-Lenkungen, nicht zuverlässig genug ist, müssen die o. g. Winkel-Signale nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereitet werden.Since the known from the Nonius principle calculated angle information very sensitive to interference and therefore for position control, especially in the area of steer-by-wire steering, does not reliable is enough the above Angle signals are processed according to the inventive method.

Grundsätzlich erlaubt das Nonius-Prinzip die Bestimmung eines Drehwinkels an einem Zahnrad durch Winkelmessung an zwei kleineren Zahnrädern mit unterschiedlicher Zähnezahl. Diese Voraussetzung ist bei dem Lenkaktuator 21 gegeben (siehe 2). Die Winkelsensoren 41 und 43 erzeugen jeder ein Winkel-Signal in einem Bereich von –180° bis +180°, entsprechend einer Umdrehung des ersten Ritzels 35 bzw. des zweiten Ritzels 37. Im gewählten Anwendungsbeispiel einer Steer-by-Wire-Lenkanlage werden die Zähnezahlen Z1, Z2 und Z3 des ersten Ritzels 35, des zweiten Ritzels 37 und des Getrieberads 39 so gewählt, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in zwei Berechnungsstufen ein Absolutwinkel von 0° bis 1.440° eindeutig ermittelt werden kann. Die Torsion des Drehstabs 15 (siehe 1 und 2) ist zur Vereinfachung in der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht berücksichtigt worden.Basically, the vernier principle allows the determination of an angle of rotation on a gear by measuring the angle on two smaller gears with different numbers of teeth. This requirement is with the steering actuator 21 given (see 2 ). The angle sensors 41 and 43 each generate an angle signal in a range from -180 ° to + 180 °, corresponding to one revolution of the first pinion 35 and the second pinion 37. In the selected application example of a steer-by-wire steering system, the number of teeth Z 1 , Z 2 and Z 3 of the first pinion 35 , the second pinion 37 and the gear wheel 39 chosen such that an absolute angle of 0 ° to 1,440 ° can be clearly determined in two calculation stages using the method according to the invention. The torsion of the torsion bar 15 (please refer 1 and 2 ) has not been taken into account in the description of the method according to the invention for simplification.

Anhand der 4 wird deutlich, dass aus den gemessenen Eingangsgrößen δV A 1, δV A 2 in eines ersten Berechnungsstufe eine erste virtuelle Zwischengröße φαS nach der folgenden Formel berechnet wird: φαS = (n + 1∙δV A 1 + n∙δV A 2 + 25∙k∙360°)/312.Based on 4 it becomes clear that from the measured input variables δ V A 1 , δ V A 2 in a first calculation stage a first virtual intermediate variable φ αS is calculated according to the following formula: φ αS = (n + 1 ∙ δ V A 1 + n ∙ δ V A 2 + 25 ∙ k ∙ 360 °) / 312 ,

Mit Hilfe dieser ersten virtuellen Zwischengröße φαS und dem Ritzelwinkel δRi1 wird in einer zweiten Berechnungsstufe eine zweite virtuelle Zwischengröße φges nach der folgenden Formel berechnet: φges = mφαS + m + 1∙δRi1 + 9∙k∙360°)/40.With the aid of this first virtual intermediate variable φ αS and the pinion angle δ Ri1 , a second virtual intermediate variable φges is calculated in a second calculation step according to the following formula: φ ges = mφ αS + m + 1 ∙ δ Ri1 + 9 ∙ k ∙ 360 °) / 40 ,

Das weitere Vorgehen zur Bestimmung des Ist-Werts δV A 1 des Leitrads 39 aus den genannten Eingangsgrößen wird anhand der 5 erläutert. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren erstmals durchgeführt wird, ist zunächst eine Initialisierung eines Zählers 55 erforderlich. Der Zähler 55 hat die Aufgabe, die Zahl n der Umdrehungen der Lenksäule zu bestimmen. Wie bereits erwähnt, wird davon ausgegangen, dass die beispielhaft vorgestellte Steer-by-Wire-Lenkung mit vier Umdrehungen der Lenksäule von Anschlag zu Anschlag gedreht werden kann. Dies bedeutet, dass die Zahl n zwischen 1 und 4 liegen kann. Die Mittellage der Lenkung liegt demzufolge am Ende der zweiten und vor dem Anfang der dritten Umdrehung.The further procedure for determining the actual value δ V A 1 of the stator 39 from the input variables mentioned is based on the 5 explained. When the method according to the invention is carried out for the first time, there is first an initialization of a counter 55 required. The counter 55 has the task of determining the number n of revolutions of the steering column. As already mentioned, it is assumed that the steer-by-wire steering system presented as an example can be turned from stop to stop with four turns of the steering column. This means that the number n can be between 1 and 4. The center position of the steering is therefore at the end of the second and before the start of the third turn.

Zur Initialisierung des Zählers 55 wird die zweite virtuelle Zwischengröße φges auf die Zahl der Umdrehungen normiert, indem eine ganzzahlige Division der zweiten virtuellen Zwischengröße durch 360° erfolgt. Der Divisionsrest geht verloren. Mit dieser Größe n, nachfolgend als Zahl der Umdrehungen der Lenksäule bezeichnet, wird der Zähler 55 initialisiert. In 5 ist dieser Betriebszustand dargestellt. Anschließend wird die Zahl n mit 360° multipliziert und das Winkel-Signal δV A 1 des ersten Winkelsensors 41 addiert. Das Ergebnis ist der gewünschte Ist-Wert δV A 1 2 des Leitrads 39, bzw. des Ritzels 13.To initialize the counter 55 the second virtual intermediate variable φ tot is normalized to the number of revolutions by an integer division of the second virtual intermediate variable by 360 °. The remainder of the division is lost. With this variable n, hereinafter referred to as the number of revolutions of the steering column, the counter 55 initialized. In 5 this operating state is shown. Then the number n is multiplied by 360 ° and the angle signal δ V A 1 of the first angle sensor 41 added. The result is the desired actual value δ V A 1 2 of the stator 39 , or the pinion 13 ,

Sobald die Initialisierung des Zählers 55 stattgefunden hat, wird ein alternatives Verfahren zur Bestimmung der Zahl n der Umdrehungen der Lenksäule eingesetzt. Dieses Verfahren benutzt das Winkel-Signal δV A 1 des ersten Winkelsensors 1 und subtrahiert von diesem Signal eine Größe, die durch eine Division des Winkel-Signals δV A 1 mit einer Größe Z gebildet wird. Die Größe Z ist gleich der Zähnezahl z1 des ersten Ritzels 35.As soon as the counter is initialized 55 has taken place, an alternative method is used to determine the number n of revolutions of the steering column. This method uses the angle signal δ V A 1 of the first angle sensor 1 and subtracts a quantity from this signal by a Division of the angle signal δ V A 1 with a size Z is formed. The size Z is equal to the number of teeth z 1 of the first pinion 35 ,

Anschließend wird in einer Sprungerkennung Δ das Winkel-Signal δV A 1 durch 360° geteilt und anschließend gerundet. Daraus ergibt sich ebenfalls die Zahl n der Umdrehungen der Lenksäule. Bei der Sprungerkennung Δ wird der Effekt ausgenutzt, dass das Lenkrad 1 vom Fahrer nur mit einer bestimmten Geschwindigkeit gedreht werden kann. Diese Drehgeschwindigkeit ist so gering, dass zwischen zwei Abtastungen des ersten Winkelsensors 41 die Differenz des Winkel-Signals δV A 1 des ersten Winkelsensors 41 nicht größer als 90° sein kann. Deshalb wird folgendes Verfahren in der Sprungerkennung Δ durchgeführt:
– Bilden einer Differenz (ΔδV A 1) eines Winkel-Signals (δV A 1(t)) des ersten Winkelsensors zum Zeitpunkt t und eines Winkel-Signals (δV A 1(t – 1))des ersten Winkelsensors zum Zeitpunkt t – 1,
– Erhöhen der Zahl (n) der Umdrehungen der Welle, wenn die Differenz (ΔδV A 1) > 180° ist,
– Erniedrigen der Zahl (n) der Umdrehungen der Welle, wenn die Differenz (ΔδV A 1) < –180° ist oder
– Beibehalten der Zahl (n) der Umdrehungen der Welle, wenn der Betrag der Differenz (|ΔδV A 1|) < 180° ist.
Then, in a jump detection Δ, the angle signal δ V A 1 is divided by 360 ° and then rounded. This also gives the number n of revolutions of the steering column. With the jump detection Δ, the effect is exploited that the steering wheel 1 can only be rotated by the driver at a certain speed. This speed of rotation is so low that between two scans of the first angle sensor 41 the difference of the angle signal δ V A 1 of the first angle sensor 41 cannot be greater than 90 °. The following procedure is therefore carried out in the jump detection Δ:
- Forming a difference (Δ δV A 1 ) of an angle signal (δ V A 1 (t)) of the first angle sensor at the time t and an angle signal (δ V A 1 (t - 1)) of the first angle sensor at the time t - 1,
Increasing the number (n) of revolutions of the shaft if the difference (Δ δV A 1 ) is> 180 °,
- Decreasing the number (n) of revolutions of the shaft if the difference (Δδ V A 1 ) is <-180 ° or
- Maintaining the number (n) of revolutions of the shaft when the amount of the difference (| Δ δV A 1 |) is <180 °.

Bei diesem Verfahren der Sprungerkennung ist somit ein Sicherheitsfaktor von 2 vorhanden.In this procedure the jump detection is thus a safety factor of 2 is available.

Alternativ kann auch die Differenz AδV A 1 mittels einer Division durch 360 normiert werden und diese normierte Differenz ΔδV A 1,norm gerundet werden. Das Ergebnis der Rundung wird zur Zahl n der Umdrehungen der Welle addiert. Diese alternative Ermittlung der Zahl n wird vom Zähler 55 nach erfolgter Initialisierung angewandt. In 5 ist dies durch eine gestrichelte Linie zwischen den. Eingang des Zählers 55 und dessen Ausgang dargestellt. Das weitere Verfahren erfolgt in gleicher Weise wie oben beschrieben.Alternatively, the difference A δV A 1 can also be normalized by dividing by 360 and this normalized difference Δ δV A 1, rounded off. The result of the rounding is added to the number n of revolutions of the shaft. This alternative determination of the number n is made by the counter 55 applied after initialization. In 5 this is by a dashed line between the. Input of the counter 55 and its output is shown. The further procedure is carried out in the same way as described above.

In 6 ist der Verlauf der zuvor beschriebenen Größen in Diagrammform dargestellt. Aus ihnen kann man die zuvor beschriebenen Zusammenhänge ablesen.In 6 the course of the variables described above is shown in diagram form. The relationships described above can be read from them.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt mit Hilfe von einfachen Single-Turn-Winkelsensoren eine störungsunempfindliche Ermittlung des Drehwinkels einer Welle durchzuführen, auch wenn die verschiedenen Winkelsensoren 41, 43 und 45 mit unterschiedlichen Abtastraten zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgetastet werden. Dadurch ist es möglich, einfache Bauteile einzusetzen, ohne Abstriche bei der Sicherheit der Drehwinkelermittlung eingehen zu müssen. Auch die Taktfrequenz des Steuergeräts 47 (siehe 1), in welches die Ermittlung des Drehwinkels δV A 12 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren integriert sein kann, kann verschieden von der Abtastrate der genannten Winkelsensoren sein.The method according to the invention allows simple single-turn angle sensors to be used to determine the angle of rotation of a shaft that is not sensitive to interference, even if the various angle sensors 41 . 43 and 45 can be sampled at different sampling rates at different times. This makes it possible to use simple components without having to compromise on the security of the rotation angle determination. The clock frequency of the control unit 47 (please refer 1 ), in which the determination of the angle of rotation δ V A 12 can be integrated according to the method according to the invention, can be different from the sampling rate of the angle sensors mentioned.

Claims (7)

Verfahren zur Ermittlung eines Drehwinkels (δV A 12) einer Welle (3) aus dem Winkel-Signal (δV A 1) eines ersten Winkelsensors (41) und dem Winkel-Signal (δV A 2) eines zweiten Winkelsensors (43), wobei der erste Winkelsensor (41) und der zweite Winkelsensors (43) starr mit der Welle (3) gekoppelt sind, wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen erstem Winkelsensor (41) und Welle (3) einerseits und das Übersetzungsverhältnis zwischen zweitem Winkelsensor (43) und Welle (3) andererseits voneinander verschieden sind, und mit einem mit der Welle (3) gekoppelten Ritzelwinkelsensor (95), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Berechnen einer ersten virtuellen Zwischengröße (φαS) nach der Formel φαS = (n + 1∙δV A 1 + n∙δV A 2 + 25∙k∙360°)/312 mit. δV A 1: Winkel-Signal des ersten Winkelsensors δV A 2: Winkel-Signal des zweiten Winkelsensors k: Konstante – Berechnen einer zweiten virtuellen Zwischengröße (φges) nach der Formel φges = (m∙φαS + m + 1∙δRi1 + 9∙k∙360°)/40 mit. m: Konstante δRi : Winkel-Signal des ersten Ritzelwinkelsensors k: Konstante – Ermitteln der Zahl der Umdrehungen (n) und Addieren des Winkel-Signals (δV A 1) eines ersten Winkelsensors (41) zu dem Produkt aus der Zahl der Umdrehungen (n) und 360°.Method for determining an angle of rotation (δ V A 12 ) of a shaft ( 3 ) from the angle signal (δ V A 1 ) of a first angle sensor ( 41 ) and the angle signal (δ V A 2 ) of a second angle sensor ( 43 ), the first angle sensor ( 41 ) and the second angle sensor ( 43 ) rigid with the shaft ( 3 ) are coupled, the transmission ratio between the first angle sensor ( 41 ) and wave ( 3 ) on the one hand and the transmission ratio between the second angle sensor ( 43 ) and wave ( 3 ) on the other hand are different from each other, and with one with the shaft ( 3 ) coupled pinion angle sensor ( 95 ), characterized by the following process steps: - Calculating a first virtual intermediate variableαS ) according to the formula φ αS = (n + 1 ∙ δ V A 1 + n ∙ δ V A 2 + 25 ∙ k ∙ 360 °) / 312 With. δ V A 1 : angle signal of the first angle sensor δ V A 2 : angle signal of the second angle sensor k: constant - calculating a second virtual intermediate variable (φ tot ) according to the formula φ ges = (m ∙ φ αS + m + 1 ∙ δ Ri1 + 9 ∙ k ∙ 360 °) / 40 With. m: constant δ Ri : Angle signal of the first pinion angle sensor k: Constant - determining the number of revolutions (n) and adding the angle signal (δ V A 1 ) of a first angle sensor ( 41 ) to the product of the number of revolutions (n) and 360 °. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl (n) der Umdrehungen der Welle (3) durch eine ganzzahlige Division der zweiten virtuellen Zwischengröße (φges) durch 360° erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the number (n) of revolutions of the shaft ( 3 ) by an integer division of the second virtual intermediate variable (φ tot ) by 360 °. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl (n) der Umdrehungen der Welle (3) nach folgendem Verfahren ermittelt wird: – Bilden einer Differenz (ΔδV A 1) eines Winkel-Signals (δV A 1(t) ) des ersten Winkelsensors zum Zeitpunkt t und eines Winkel-Signals (δV A 1(t – 1))des ersten Winkelsensors zum Zeitpunkt t – 1, – Erhöhen der Zahl (n) der Umdrehungen der Welle (3), wenn die Differenz (ΔδV A 1) > 180° ist, – Erniedrigen der Zahl (n) der Umdrehungen der Welle (3), wenn die Differenz (ΔδV A 1) < –180° ist oder – Beibehalten der Zahl (n) der Umdrehungen der Welle (3), wenn der Betrag der Differenz (☐ΔδV A 2☐) < 180° ist.A method according to claim 1, characterized in that the number (n) of revolutions of the shaft ( 3 ) is determined using the following method: - Forming a difference (Δ δV A 1 ) of an angle signal (δ V A 1 (t)) of the first angle sensor at time t and an angle signal (δ V A 1 (t - 1 )) of the first angle sensor at time t - 1, - increasing the number (n) of revolutions of the shaft ( 3 ), if the difference (Δ δV A 1 )> 180 °, - lowering the number (n) of revolutions of the shaft ( 3 ) if the difference (Δ δV A 1 ) is <–180 ° or - maintaining the number (n) of revolutions of the shaft ( 3 ) if the amount of the difference (☐Δ δV A 2 ☐) is <180 °. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz (ΔδV A 1) mittels einer Division durch 360 normiert wird, dass die normierte Differenz (ΔδV A 1 ,norm) gerundet wird und des Ergebnis der Rundung zur Zahl (n) der Umdrehungen der Welle (3) addiert wird.A method according to claim 3, characterized in that the difference (Δ δV A 1 ) is normalized by division by 360, that the normalized difference (Δ δV A 1 , norm ) is rounded and the result of the rounding to the number (n) of Revolutions of the shaft ( 3 ) is added. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Initialisierung der Zahl (n) das Verfahren nach dem Anspruch 2 durchgeführt wird, und dass nach erfolgter Initialisierung das Verfahren nach dem Anspruch 3 angewandt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the procedure for initializing the number (s) performed according to claim 2 and that after initialization, the procedure according to the claim 3 is applied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkgetriebes einer Fahrzeuglenkung, insbesondere einer Steer-by-Wire-Lenkung, eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the method of determining the angle of rotation of a steering gear of a vehicle steering system, in particular a steer-by-wire steering system becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels eines Lenkradaktuators (21) einer Steerby-Wire-Lenkung eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method for determining the angle of rotation of a steering wheel actuator ( 21 ) Steerby wire steering is used.
DE2002126988 2002-06-18 2002-06-18 Determining shaft angle from 3 single turn angle sensor signals involves computing virtual intermediate parameters, determining number of revolutions, adding to first sensor signal plus 360 degrees Withdrawn DE10226988A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002126988 DE10226988A1 (en) 2002-06-18 2002-06-18 Determining shaft angle from 3 single turn angle sensor signals involves computing virtual intermediate parameters, determining number of revolutions, adding to first sensor signal plus 360 degrees

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002126988 DE10226988A1 (en) 2002-06-18 2002-06-18 Determining shaft angle from 3 single turn angle sensor signals involves computing virtual intermediate parameters, determining number of revolutions, adding to first sensor signal plus 360 degrees

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10226988A1 true DE10226988A1 (en) 2004-01-08

Family

ID=29719170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002126988 Withdrawn DE10226988A1 (en) 2002-06-18 2002-06-18 Determining shaft angle from 3 single turn angle sensor signals involves computing virtual intermediate parameters, determining number of revolutions, adding to first sensor signal plus 360 degrees

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10226988A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2039590A1 (en) * 2007-09-19 2009-03-25 Ford Global Technologies, LLC Estimation of steering wheel angle
DE102011106339A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-06 Auma Riester Gmbh & Co. Kg Measuring device for detecting the absolute rotation angle of a rotating object to be measured
JP2013226943A (en) * 2012-04-26 2013-11-07 Hitachi Automotive Systems Steering Ltd Power steering device and control device of the same
WO2017167572A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-05 Robert Bosch Automotive Steering Gmbh Method for determining the steering angle in a steering system having an electric servomotor
DE102018213112A1 (en) * 2018-08-06 2020-02-06 Zf Friedrichshafen Ag Actuator and motor vehicle steering device with an electric motor and a rotor position sensor and a multiturn sensor
DE102022204530A1 (en) 2022-05-09 2023-11-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Electric motor and steer-by-wire steering with one
WO2024041763A1 (en) * 2022-08-23 2024-02-29 HELLA GmbH & Co. KGaA Steering actuator of a steering system of a vehicle, steering system and method for operating the steering actuator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19855960A1 (en) * 1998-12-04 2000-06-08 Bosch Gmbh Robert Device and method for measuring the angular position of a rotatable body
DE19941101A1 (en) * 1999-08-30 2001-03-01 Delphi Tech Inc Sensor arrangement for steering wheel angle in motor vehicle has three sensor units for determining rotary position of steering wheel, evaluation circuit that evaluates signals from all units
DE10048911C1 (en) * 2000-10-02 2002-04-25 Ruf Electronics Gmbh Method and device for determining the absolute position in position and angle encoders

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19855960A1 (en) * 1998-12-04 2000-06-08 Bosch Gmbh Robert Device and method for measuring the angular position of a rotatable body
DE19941101A1 (en) * 1999-08-30 2001-03-01 Delphi Tech Inc Sensor arrangement for steering wheel angle in motor vehicle has three sensor units for determining rotary position of steering wheel, evaluation circuit that evaluates signals from all units
DE10048911C1 (en) * 2000-10-02 2002-04-25 Ruf Electronics Gmbh Method and device for determining the absolute position in position and angle encoders

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2039590A1 (en) * 2007-09-19 2009-03-25 Ford Global Technologies, LLC Estimation of steering wheel angle
DE102011106339A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-06 Auma Riester Gmbh & Co. Kg Measuring device for detecting the absolute rotation angle of a rotating object to be measured
DE102011106339B4 (en) * 2011-03-04 2012-12-06 Auma Riester Gmbh & Co. Kg Measuring device for detecting the absolute rotation angle of a rotating object to be measured
US9482556B2 (en) 2011-03-04 2016-11-01 Auma Riester Gmbh + Co. Kg Measuring system for registering the absolute rotation angle of a rotating, measured object
JP2013226943A (en) * 2012-04-26 2013-11-07 Hitachi Automotive Systems Steering Ltd Power steering device and control device of the same
CN108883790A (en) * 2016-04-01 2018-11-23 罗伯特博世汽车转向有限公司 Method for seeking steering angle in the steering system of the servo motor with electricity
WO2017167572A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-05 Robert Bosch Automotive Steering Gmbh Method for determining the steering angle in a steering system having an electric servomotor
CN108883790B (en) * 2016-04-01 2021-03-16 罗伯特博世汽车转向有限公司 Method for determining a steering angle in a steering system having an electric servomotor
DE102016105964B4 (en) 2016-04-01 2025-01-16 Robert Bosch Gmbh Method for determining the steering angle in a steering system with an electric servo motor
DE102018213112A1 (en) * 2018-08-06 2020-02-06 Zf Friedrichshafen Ag Actuator and motor vehicle steering device with an electric motor and a rotor position sensor and a multiturn sensor
DE102022204530A1 (en) 2022-05-09 2023-11-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Electric motor and steer-by-wire steering with one
EP4277092A1 (en) 2022-05-09 2023-11-15 Volkswagen Ag Electric motor and steer-by-wire steering system comprising same
WO2024041763A1 (en) * 2022-08-23 2024-02-29 HELLA GmbH & Co. KGaA Steering actuator of a steering system of a vehicle, steering system and method for operating the steering actuator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602004003090T2 (en) vehicle steering
EP2212190B1 (en) Steering actuator for a steer-by-wire ship&#39;s control system and method for operating said steering actuator
EP1360103B1 (en) Method for position regulation of an electric drive and for steering a motor vehicle by means of a steer-by-wire system
DE102014200100B4 (en) Steering angle error correction
DE19801974B4 (en) Steering control device
EP3740416B1 (en) Method for controlling a steer-by-wire steering system when a maximum available power of the steering adjuster is reached
DE102005005315B4 (en) Electric power steering system for a vehicle
DE602004005804T2 (en) STEERING CONTROL UNIT WITH RESETTING TORQUE CONTROL
EP3727998B1 (en) Method for operating a steer-by-wire steering system for a motor vehicle, and steering system for a motor vehicle
DE10261724B4 (en) Steering control system with magnetorheological damper
DE19805383A1 (en) Motor vehicle steering device
DE4134850C2 (en) Method of calibrating a power steering device
WO2019201792A1 (en) Method for controlling a steer-by-wire steering system comprising a limiter for reaching a safety level
DE102011015696B4 (en) Method for setting at least one vehicle-specific friction value, method for adjusting at least one vehicle-specific friction value and device for adjusting at least one vehicle-specific friction value
DE10240070A1 (en) Electric power steering device and associated control method
DE102007013267A1 (en) Vehicle steering system
DE102007053818B4 (en) Method for operating a vehicle steering device with variable transmission ratio and steering device for carrying out the method
EP2193077A2 (en) Steering unit for a steer-by-wire ship&#39;s control system and method for operating the steering unit
EP1521701B1 (en) Method for steering a vehicle with superimposed steering
DE10226988A1 (en) Determining shaft angle from 3 single turn angle sensor signals involves computing virtual intermediate parameters, determining number of revolutions, adding to first sensor signal plus 360 degrees
EP0340627A2 (en) Drive device for positioning a rotating element
DE102005058200B4 (en) The vehicle steering device
DE102004048495A1 (en) Method for improving the operation of a vehicle steering and vehicle steering
EP1796947B1 (en) Method for determination of a steering angle
WO2006087336A1 (en) Method for steering a vehicle and vehicle steering system

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee