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WO2024041763A1 - Steering actuator of a steering system of a vehicle, steering system and method for operating the steering actuator - Google Patents

Steering actuator of a steering system of a vehicle, steering system and method for operating the steering actuator Download PDF

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Publication number
WO2024041763A1
WO2024041763A1 PCT/EP2023/060114 EP2023060114W WO2024041763A1 WO 2024041763 A1 WO2024041763 A1 WO 2024041763A1 EP 2023060114 W EP2023060114 W EP 2023060114W WO 2024041763 A1 WO2024041763 A1 WO 2024041763A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wheels
gear
sensor
steering
position sensor
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2023/060114
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Henning Irle
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.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella GmbH and Co KGaA
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 Hella GmbH and Co KGaA filed Critical Hella GmbH and Co KGaA
Priority to DE112023003526.1T priority Critical patent/DE112023003526A5/en
Publication of WO2024041763A1 publication Critical patent/WO2024041763A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0225—Determination of steering angle by measuring on a steering gear element, e.g. on a rack bar
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
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    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0235—Determination of steering angle by measuring or deriving directly at the electric power steering motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0245—Means or methods for determination of the central position of the steering system, e.g. straight ahead position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor

Definitions

  • the present invention relates to a steering actuator of a steering system of a vehicle, a steering system and a method for operating the steering actuator.
  • the steering system has an electric drive motor and a gear device.
  • the electric drive motor has a rotor and a stator, the rotor being connected to an input shaft of the transmission device in a torque-transmitting manner.
  • the transmission device is used to translate a steering torque caused by the electric drive motor onto a handlebar connected to two wheels to be steered.
  • the transmission device comprises at least one transmission stage and several transmission components, with the two transmission components rotating at different speeds during operation due to a transmission ratio.
  • an additional torque from an electric drive motor is introduced into a tie rod used to adjust the wheels to be steered, in addition to the driver's torque. This means that the steering angle of the wheels to be steered is adjusted through the combination of driver and additional torque.
  • the steering angle of the wheels is adjusted exclusively by the steering power provided by the electric drive motor, the electric drive motor being controlled depending on a steering request detected on a steering wheel and thereby a corresponding adjustment of the steering angle wheels is caused.
  • the target steering angle is determined in particular by operating the steering wheel, which is detected by a built-in sensor system.
  • the actual steering angle of the wheels is usually detected by a steering angle measuring device provided for this purpose, it being crucial that the actual steering angle can be clearly detected over the entire adjustment range of the wheels, ie from a first end stop to a second end stop.
  • the actual steering angle of the wheels is usually not recorded directly, but is determined from the angular position of other components of the steering system, in particular a transmission component.
  • the problem here is the ambiguity of the sensor signal of the position sensor that detects the angular position of the transmission component, since the entire adjustment range for adjusting the steering angle of the wheels requires a large number of revolutions of the transmission component and the position sensor detects the angular position of the transmission component over 360°.
  • the object of the invention is to provide a steering actuator with a steering angle measuring device through which the actual steering angle can be determined easily and reliably
  • the steering angle measuring device has a first position sensor, a second position sensor and an evaluation device.
  • the first position sensor is arranged on a first transmission component of the transmission device, so that the angular position of the first transmission component is detected by the first position sensor and the first position sensor provides a primary track signal curve over the entire adjustment range of the wheels to be steered.
  • the first position sensor interacts with a transmitter element, with the transmitter element on the one hand having a track over 360° and, on the other hand, forms a primary track over the entire adjustment range of the wheels to be steered, the primary track being formed by a large number of rows of tracks formed by the sensor element.
  • the second position sensor is arranged on a second transmission component of the transmission device, so that the angular position of the second transmission component is detected by the second position sensor and the second position sensor provides a secondary track signal curve over the entire adjustment range of the wheels to be steered.
  • the second position sensor also interacts with a transmitter element, with the transmitter element also forming a track over 360° on the one hand and, on the other hand, forming a secondary track over the entire adjustment range of the wheels to be steered.
  • the secondary track is formed by a large number of tracks arranged in a row and formed by the encoder element.
  • the evaluation device is used to determine the actual steering angle of the wheels to be steered from the sensor signals of the two position sensors and has a vernier algorithm.
  • the actual steering angle of the wheels is determined by the Nonius algorithm and the sensor signals of the first position sensor and the second position sensor available to the Nonius algorithm.
  • the vernier algorithm is designed in such a way that for each steering angle of the wheels there is exactly one combination of the angular position of the first gear component and the angular position of the second gear component, so that when determining the steering angle of the wheels, the angular positions of the gear components are determined and, based on this, the steering angle of the wheels is clearly determined.
  • the number of periods of the primary track signal curve and the number of periods of the secondary track signal curve do not have a common divider and the period ratio between the two track signal curves, ie between the primary track signal curve and the secondary track signal curve, the gear ratio between the two transmission components corresponds.
  • One period of the primary track or secondary track signal curve corresponds to one revolution of the transmission component.
  • prime numbers can be used for the period numbers.
  • the primary track signal curve has 97 periods over the entire adjustment range of the first transmission component. This means that 97 revolutions of the first gear component are required to move the wheels from a first stop to a second stop.
  • the secondary track signal curve has 31 periods over the entire adjustment range of the wheels. This results in a period ratio of 31/97.
  • the transmission device must be designed in such a way that the transmission ratio between the two transmission components is also 31/97 and thus corresponds to the period ratio.
  • the first position sensor is a rotor position sensor and the electric drive motor is designed as a brushless drive motor, the brushless drive motor being controllable by the sensor signal of the first position sensor, and wherein the rotor position sensor is designed such that the rotor position of the rotor of the electric drive motor and the angular position of a can be detected with the gear component of the gear device rotating together with the rotor.
  • the first position sensor ie the rotor position sensor, can be used both to regulate the drive motor and to determine the steering angle of the wheels. This saves the need for an additional position sensor to determine the steering angle of the wheels.
  • the rotor position sensor is in particular a magnetic field sensor.
  • the rotor position sensor is an inductive position sensor, preferably in the form of a resorver in one Circuit board.
  • the brushless drive motor is preferably a permanently excited synchronous motor.
  • the gear device has a worm gear stage forming the gear stage, which has a worm gear driven by the electric drive motor and a gear meshing with the worm gear, the angular position of the worm gear being detectable by the first position sensor and the angular position of the gear gear being detected by the second position sensor .
  • the worm wheel forms the first gear component and the gear forms the second gear component.
  • the worm gear can provide particularly high gear ratios with relatively little installation space, which makes the worm gear particularly suitable for steering systems.
  • the electric drive motor, the transmission device and the steering angle measuring device are arranged in a common actuator housing, with the first position sensor and the second position sensor being arranged and aligned in such a way that the angular position of the associated transmission components can be detected.
  • the entire steering actuator can be mounted in the vehicle as a compact unit.
  • the two position sensors can be calibrated during pre-assembly of the compact unit. If one of the components of the steering actuator is defective, the unit as such can be replaced without adjustments, in particular calibration of sensors, having to be made as a result of the replacement.
  • the transmission device preferably has an additional transmission stage which has a third transmission component, wherein the third transmission component rotates during operation at a speed that differs from the first transmission component and the second transmission component, and wherein the steering angle measuring device has a third position sensor with which the angular position of a third transmission component of the transmission device can be determined is and which provides a tertiary track signal curve over the entire adjustment range of the wheels to be steered, such that the sensor signal of the third position sensor is taken into account when determining the steering angle of the wheels, the period ratio between the secondary track signal curve and the tertiary track signal curve being the gear ratio between the second transmission component and the third transmission component corresponds.
  • the vernier method requires high accuracy requirements for the position sensors, since, for example, in the previously presented embodiment of the steering system, 97 cases from the sensor signals of the position sensors must be clearly distinguished from one another.
  • the third position sensor which is arranged on a third transmission component and through which the angular position of the third transmission component can be determined, the vernier calculation can be carried out in cascade via the three position sensors. This allows the accuracy requirements for the position sensors to be reduced.
  • At least one of the position sensors is designed as an induction sensor.
  • the induction sensors are contactless and wear-free sensors that have high reliability, high measuring speed and high measuring accuracy.
  • the invention is also achieved by a method for operating the steering actuator according to one of claims 1 to 6.
  • the angular position of the first transmission component is first detected by the first position sensor and the angular position of the second transmission component is detected by the second position sensor.
  • the vernier algorithm is then used to determine the values Angular position of the transmission components, ie the actual steering angle of the wheels to be steered is clearly determined from the sensor signals of the two position sensors.
  • a reference run is carried out, the sensor signal curves of the position sensors being recorded at least over a portion of the entire adjustment range of the wheels to be steered and compared with one another, correction values being determined based on a comparison between the sensor signal curves of the position sensors and the correction values at the Determination of the steering angle of the wheels must be taken into account.
  • a reference run is carried out with a reference sensor that detects the angular position of the second transmission component.
  • the sensor signal curves of at least one position sensor and the reference sensor are recorded and compared with one another at least over a portion of the entire adjustment range of the wheels to be steered, with correction values being determined based on a comparison between the sensor signal curve of the reference sensor and the sensor signal curve of the position sensor and the correction values during the determination the steering angle of the wheels must be taken into account.
  • the reference sensor is attached mechanically very precisely and without play to a transmission component of the transmission device.
  • the correction values are preferably stored in at least one lookup table. In this way, the position sensors can be calibrated and the accuracy in determining the steering angle of the wheels can be increased.
  • the steering angle of the wheels and the associated angular position of one of the transmission components are initially determined and then the steering angle of the wheels is determined based on the sensor signal of the position sensor and counting the revolutions of the transmission component.
  • the revolutions of the first transmission component are counted by evaluating the sensor signal of the first position sensor. It is first initially determined in which of the sub-segments, ie in which period, of the primary track signal curve the transmission component is located. In subsequent operation, any overshoot or undershoot of the sub-ranges is recorded with a counter and the counter is incremented when a sub-segment is exceeded and decremented if the sub-segment is undershot. The steering angle of the wheels is thus calculated from the counter value and the sensor signal value of the first position sensor within the sub-segment.
  • the initialization preferably takes place when the vehicle is at a standstill, which means that there are reduced requirements and the influence of the environmental and ambient conditions is reduced. In particular, the influences caused by temperatures or disturbances in the vehicle electrical system, in particular by magnetic and electro-magnetic interference fields, are reduced. Furthermore, there are lower security objective requirements when initializing the system. In particular, when the vehicle is stationary, it is sufficient to check the position sensors if the signal curves of the position sensors are checked for synchronization. In the event of a violation of the synchronization monitoring, i.e. an inequality in the information, a journey with the vehicle in question can be prevented or only permitted in a mode intended for this purpose.
  • the electric drive motor is controlled in such a way that only the gear play of the gear device is eliminated in one of the two or in both directions of rotation of the electric drive motor before the steering angle of the wheels and the associated angular position of the gear component are initially determined.
  • the electric drive motor is only controlled so that the transmission components rest against each other, but the steering angle of the wheels is not adjusted. In this way, the accuracy in determining the steering angle of the wheels can be increased.
  • Fig. 1 is a basic view of a steering system of a vehicle
  • Fig. 2 shows a steering actuator of the steering system from Figure 1
  • Fig. 3 is a signal-steering angle diagram.
  • FIG. 1 shows a steering system 10 of a vehicle, which is designed in the form of a steer-by-wire system.
  • the system is predetermined on the one hand by a human-machine interface 20 and on the other hand by a steering device 30, which acts on two wheels 12, 14 to be steered.
  • the human-machine interface 20 is formed by a unit 22 arranged in the vehicle interior, which usually has a steering wheel 24 and a module 26, the module 26 having a steering wheel angle sensor for detecting the driver's steering request, i.e. the movement of the steering wheel 24, and a Resetting device for providing a normal steering feel for the driver.
  • the steering device 30 comprises a tie rod 32 connected to the two wheels 12, 14 to be steered and a steering actuator 40, the steering actuator 40 being connected to the tie rod 32 in such a way that the tie rod 32 can be driven by the steering actuator 40 and thereby an adjustment the steering angle of the wheels 12, 14 can be caused.
  • the coupling between the steering actuator 40 and the tie rod 32 occurs through a gear-rack combination 34, with a rack 36 being provided on the tie rod 32 and a gear 38 being provided on an output shaft 42 of the steering actuator 40.
  • the steering actuator 40 is shown in Figure 2 and has an actuator housing 44, in which a brushless electric drive motor 46, 47, which is in particular designed as a permanently excited synchronous motor, and a gear device 60 are arranged.
  • the electric drive motor 46 has one rotatably mounted rotor 50 and a stator 48 rigidly arranged in the actuator housing 44, which are indicated by dashed lines in FIG.
  • the rotor 50 has a drive shaft 52, which is firmly connected to a transmission input shaft 62 of the transmission device 60.
  • the drive shaft 52 and the transmission input shaft 62 are manufactured in one piece and are rotatably mounted in the actuator housing 44 via two bearing elements 70, 72.
  • the gear device 60 has a worm gear stage 64 forming a gear stage 63 with a gear 68 and a worm gear 66 meshing with the gear 68.
  • the worm wheel 66 forms a first transmission component 65, which is fixedly arranged on the transmission input shaft 62 and rotates during operation together with the rotor 50, ie at the same speed as the rotor 50.
  • the gear 68 of the worm gear stage 64 forms a second gear component 67 and is rotatably mounted on the actuator housing 44 via bearing elements not shown in FIG.
  • the gear 68 is connected in a rotationally fixed manner to a transmission output shaft 69, which protrudes from the actuator housing 44 and forms the output shaft 42 of the steering actuator 40.
  • the transmission output shaft 69 is thus connected to the gear 38 of the gear-rack combination 34 in a torque-transmitting manner, so that the tie rod 32 is driven via the transmission device 60 when the electric drive motor 46 is activated and in this way the steering angle of the wheels 12, 14 is adjusted .
  • the wheels 12, 14 are steered by a position control loop with a setpoint and an actual value.
  • the setpoint is determined from the information from the steering wheel angle sensor of the module 26.
  • a control unit 28 of the steering system 10 is electronically connected to the steering wheel angle sensor system of the module 26 and receives the driver's steering request. This steering request is in turn forwarded to the steering actuator 40 connected to the control unit 28.
  • the actual position of the wheels 12, 14, ie the actual value is determined by means of a steering angle measuring device 80 of the steering actuator 40.
  • the steering actuator 40 is activated accordingly in order to actuate the steering according to the driver's request. This happens by moving the tie rod 32 linearly to the right or left and thus also moving the wheels 12, 14 of the vehicle accordingly, this happening until the target position, ie the target steering angle of the wheels 12, 14, is reached is.
  • the actual value i.e. the actual steering angle of the wheels 12, 14, is recorded precisely and clearly.
  • the steering angle measuring device 80 of the steering actuator 40 shown in Figure 2 which is arranged in the actuator housing 44 and has two position sensors 82, 84 and an evaluation device 86.
  • the position sensors 82, 84 are designed in particular as induction or magnetic field sensors and each interact with a transmitter element not shown in the figures.
  • a first position sensor 82 is designed as a rotor position sensor 83 and detects the angular position of the rotor 50 of the electric drive motor 46 as well as the angular position of the first gear component 65 rotating with the rotor 50, i.e. the worm wheel 66.
  • the sensor signals of the first position sensor 82 are used, among other things, for control the brushless electric drive motor 46 is used.
  • the steering angle measuring device 80 additionally includes a second position sensor 84, through which the angular position of the second gear component 67, i.e. the gear 68 of the worm gear stage 64, is detected.
  • the unambiguous determination of the actual steering angle of the wheels 12, 14 is carried out using a so-called vernier method, whereby the first position sensor 82 provides a primary track signal curve SV1 and the second position sensor 84 provides a secondary track signal curve SV2 and the evaluation device 86 has a vernier algorithm .
  • the primary track signal curves SV1 and the secondary track signal curve SV2 are shown in FIG. 3, with both signal curves SV1, SV2 depicting a large number of revolutions of the transmission components 65, 67.
  • the transmission device 60 ie the worm gear stage 64, must have a transmission ratio which corresponds to the period ratio between the primary track signal curve SV1 and the secondary track signal curve SV2, ie number of periods PS/number of periods PP.
  • Figure 3 shows an exemplary choice of the period ratio and the gear ratio. 3 shows that 97 revolutions of the first gear component 65 or the rotor 50 and 31 revolutions of the second gear component 67 are required to adjust the wheels 12, 14 from a first stop to a second stop. This means that there is a period ratio or a gear ratio of 31/97, whereby the numbers 31 and 97 do not have a common divisor.
  • the angular positions of the transmission components 65, 67 are detected by the position sensors 82, 84 and evaluated using the vernier algorithm.
  • Each combination of the angular position of the first gear component 67 and the angular position of the second gear component 67 results in exactly one steering angle of the wheels 12, 14 to be steered, so that the steering angle of the wheels 12, 14 can be clearly determined.
  • a specific combination of the angular position of the first gear component 65 and the angular position of the second gear component 67 exists once for a steering angle L1 of the wheels 12, 14. In the example shown in Figure 3, this is illustrated by the fact that with a single sensor signal value S1 of the first position sensor 82, i.e. with a single angular position of the first gear component 65, the sensor signal values of the second position sensor S2, S2 'depend on which revolution the first
  • Gear component 65 is located. This means that the signal value S2, S2' of the second position sensor 84 can be used to determine exactly in which position the 97th position is Revolutions the first gear component 65 is located. Based on this and the sensor signal value S1 of the first position sensor 82, the steering angle of the wheels 12, 14 can be clearly concluded over the entire adjustment range VB.
  • the steering angle could be initially determined and, during further operation of the vehicle, the revolutions when adjusting the steering angle could be counted using a counter. In this way, the current revolution would be known at all times, and in combination with the sensor value of the first position sensor 82, the steering angle of the wheels 12, 14 could be precisely determined. In order to increase the accuracy and simplify the determination of the steering angle, the initial determination of the steering angle could take place when the vehicle is at a standstill.
  • the electric drive motor 46 could be controlled before the initial determination of the steering angle and the angular position of the first gear component 65 in such a way that the gear play is eliminated, but the steering angle is not adjusted. In this way, the system is preloaded before the steering angle and the angular position of the first transmission component 65 are determined.
  • a reference run can be carried out after the final assembly of the steering actuator 40.
  • the reference run is carried out in particular with a reference sensor 90, which detects the angular position of the transmission output shaft 69.
  • the sensor signal curves of the position sensors 82, 84 and the reference sensor 90 are recorded over the entire adjustment range VB of the wheels 12, 14 and the sensor signal curves of the position sensors 82, 84 and the sensor signal curve of the reference sensor 90 are compared with one another.
  • correction values are determined, which are stored in the form of a lookup table in the evaluation unit 86 and are taken into account when determining the steering angle of the wheels 12, 14.
  • the reference sensor 90 is mechanically very precise and free of play is attached to the transmission output shaft 69, which rotates together with the second transmission component 67.
  • calibration can also be carried out without the reference sensor 90, with the drive motor 46 being operated at a constant and predefined angular velocity for at least a partial route. At a constant angular velocity, the error of the position sensors 82, 84 develops over time.
  • the two position sensors 82, 84 should have a relatively high level of accuracy.
  • the transmission device 60 can be provided with a further gear stage 92 and the steering angle measuring device 80 with a third position sensor 98, the further gear stage 92 having a third gear component 96.
  • the further gear stage 92 serves exclusively to provide a further sensor signal and has no influence on the translation between the electric drive motor 46 and the tie rod 32.
  • the third gear component 96 interacts with a gear component 94 attached to the gear output shaft 69 and rotates with one during operation to the first transmission component 65 and to the second transmission component 67 different speed.
  • the third position sensor 98 can be used to determine the angular position of the third transmission component 96 and to provide a tertiary track signal curve SV3 over the entire adjustment range VB of the wheels 12, 14 to be steered. It is also crucial here that the number of periods of the primary signal curve SV1, the secondary signal curve SV2 and the tertiary track signal curve SV3 do not have a common divider and the gear ratio of the additional gear stage 92 is selected accordingly.
  • Such a tertiary track signal curve SV3 is shown in FIG. 3, the tertiary track signal curve SV3 having 59 periods PT over the entire adjustment range VB of the wheels 12, 14.
  • the steering angle of the wheels 12, 14 is determined using the vernier algorithm based on the sensor signals of the first Position sensor 82, the second position sensor 84 and the third
  • Position sensor 98 In this way, the vernier calculation can be carried out in cascade via the three position sensors 82, 84, 98, whereby the individual
  • Position sensors 82, 84, 98 can have a lower accuracy than in the embodiment with only two position sensors 82, 84.
  • This provides a steering actuator 40 of a steering system 10 of a vehicle with a steering angle measuring device 80, through which the actual steering angle of the wheels 12, 14 can be determined easily and reliably.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a steering actuator of a steering system (10) of a vehicle, having an electric drive motor (46), a gear device (60), which has at least one gear stage (63) and a plurality of gear components (65, 67), wherein, during operation, the two gear components (65, 67) rotate at mutually different speeds on account of a transmission ratio, and a steering angle measuring device (80) for detecting a steering angle of two wheels (12, 14) to be steered over the entire adjustment range (VB), comprising a first position sensor (82), by means of which the angular position of a first gear component (67) can be determined and which provides a primary track signal profile (SV1) over the entire adjustment range (VB) of the wheels (12, 14) to be steered, a second position sensor (84), by means of which the angular position of a second gear component (65) can be determined and which provides a secondary track signal profile (SV2) over the entire adjustment range (VB) of the wheels (12, 14) to be steered, and an evaluation device (86), which has a Nonius algorithm for determining the steering angle of the wheels (12, 14) from the sensor signals from the first position sensor (82) and from the second position sensor (84).

Description

Lenkaktuator eines Lenksystems eines Fahrzeugs, Lenksystem und Verfahren zum Betreiben des Lenkaktuators Steering actuator of a steering system of a vehicle, steering system and method for operating the steering actuator

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lenkaktuator eines Lenksystems eines Fahrzeugs, ein Lenksystem und ein Verfahren zum Betreiben des Lenkaktuators. The present invention relates to a steering actuator of a steering system of a vehicle, a steering system and a method for operating the steering actuator.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführung von Lenksystemen bekannt, wobei grundsätzlich zwischen Lenksystemen zur Lenkkraftunterstützung, auch Servolenkung bezeichnet, und Steer-by-Wire-Lenksystemen unterschieden wird. In beiden Fällen weist das Lenksystem einen elektrischen Antriebsmotor und eine Getriebevorrichtung auf. Der elektrische Antriebsmotor weist einen Rotor und einen Stator auf, wobei der Rotor mit einer Eingangswelle der Getriebevorrichtung drehmomentübertragend verbunden ist. Die Getriebevorrichtung dient der Übersetzung eines durch den elektrischen Antriebsmotor verursachten Lenkdrehmoments auf eine mit zwei, zu lenkenden Rädern verbundene Lenkstange. Die Getriebevorrichtung umfasst mindestens eine Getriebestufe und mehrere Getriebekomponenten, wobei im Betrieb die beiden Getriebekomponenten aufgrund eines Übersetzungsverhältnisses mit zueinander unterschiedlichen Drehzahlen rotieren. Different designs of steering systems are known from the prior art, with a fundamental distinction being made between steering systems for power steering, also referred to as power steering, and steer-by-wire steering systems. In both cases, the steering system has an electric drive motor and a gear device. The electric drive motor has a rotor and a stator, the rotor being connected to an input shaft of the transmission device in a torque-transmitting manner. The transmission device is used to translate a steering torque caused by the electric drive motor onto a handlebar connected to two wheels to be steered. The transmission device comprises at least one transmission stage and several transmission components, with the two transmission components rotating at different speeds during operation due to a transmission ratio.

Bei den Lenksystemen zur Lenkkraftunterstützung wird ein Zusatzdrehmoment eines elektrischen Antriebsmotors zusätzlich zum Fahrerdrehmoment in eine zur Verstellung der zu lenkenden Räder dienende Spurstange eingeleitet. Damit erfolgt die Verstellung des Lenkwinkels der zu lenkenden Räder durch die Kombination aus Fahrer- und Zusatzdrehmoment. In the steering systems for steering power assistance, an additional torque from an electric drive motor is introduced into a tie rod used to adjust the wheels to be steered, in addition to the driver's torque. This means that the steering angle of the wheels to be steered is adjusted through the combination of driver and additional torque.

Bei den sogenannten Steer-by-Wire-Lenksystemen erfolgt die Verstellung des Lenkwinkels der Räder ausschließlich durch die durch den elektrischen Antriebsmotors bereitgestellte Lenkleistung, wobei der elektrische Antriebsmotor in Abhängigkeit von einem an einem Lenkrad erfassten Lenkwunsch angesteuert wird und dadurch eine entsprechende Verstellung des Lenkwinkels der Räder verursacht wird. Hierbei liegt üblicherweise eine Positionsregelung vor, wobei für die Positionsregelung eine Soll-Position, d.h. ein Soll-Lenkwinkel der zu lenkenden Räder, und eine präzise Ist-Position, d.h. ein Ist-Lenkwinkel, notwendig sind. Der Soll- Lenkwinkel wird insbesondere durch einer Lenkradbetätigung bestimmt, welche durch eine dafür verbaute Sensorik erfasst wird. Der Ist-Lenkwinkel der Räder wird üblicherweise durch eine dafür vorgesehene Lenkwinkelmessvorrichtung erfasst, wobei entscheidend ist, dass der Ist-Lenkwinkel über den gesamten Verstellbereich der Räder, d.h. von einem ersten Endanschlag bis zu einem zweiten Endanschlag, eindeutig erfasst werden kann. Der Ist-Lenkwinkel der Räder wird üblicherweise nicht direkt erfasst, sondern aus der Winkelposition anderer Komponenten des Lenksystems, insbesondere einer Getriebekomponente, ermittelt. Hierbei besteht das Problem der Mehrdeutigkeit des Sensorsignals des die Winkelposition der Getriebekomponente erfassenden Positionssensors, da der gesamte Verstellbereich zur Verstellung des Lenkwinkels der Räder eine Vielzahl von Umdrehungen der Getriebekomponente erfordert und der Positionssensor die Winkelposition der Getriebekomponente über 360° erfasst. In the so-called steer-by-wire steering systems, the steering angle of the wheels is adjusted exclusively by the steering power provided by the electric drive motor, the electric drive motor being controlled depending on a steering request detected on a steering wheel and thereby a corresponding adjustment of the steering angle wheels is caused. This usually involves position control, for which: Position control a target position, ie a target steering angle of the wheels to be steered, and a precise actual position, ie an actual steering angle, are necessary. The target steering angle is determined in particular by operating the steering wheel, which is detected by a built-in sensor system. The actual steering angle of the wheels is usually detected by a steering angle measuring device provided for this purpose, it being crucial that the actual steering angle can be clearly detected over the entire adjustment range of the wheels, ie from a first end stop to a second end stop. The actual steering angle of the wheels is usually not recorded directly, but is determined from the angular position of other components of the steering system, in particular a transmission component. The problem here is the ambiguity of the sensor signal of the position sensor that detects the angular position of the transmission component, since the entire adjustment range for adjusting the steering angle of the wheels requires a large number of revolutions of the transmission component and the position sensor detects the angular position of the transmission component over 360°.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lenkaktuator mit einer Lenkwinkelmessvorrichtung bereitzustellen, durch welche der Ist-Lenkwinkel einfach und zuverlässig ermittelt werden kann The object of the invention is to provide a steering actuator with a steering angle measuring device through which the actual steering angle can be determined easily and reliably

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. The task is solved by the features of claim 1.

Zur Erfassung des für die Positionsregelung erforderlichen Ist-Lenkwinkels der Räder über den gesamten Verstellbereich weist die Lenkwinkelmessvorrichtung einen ersten Positionssensor, einen zweiten Positionssensor und eine Auswertvorrichtung auf. To detect the actual steering angle of the wheels required for position control over the entire adjustment range, the steering angle measuring device has a first position sensor, a second position sensor and an evaluation device.

Der erste Positionssensor ist an einer ersten Getriebekomponente der Getriebevorrichtung angeordnet, so dass durch den ersten Positionssensor die Winkelposition der ersten Getriebekomponente erfasst wird und der erste Positionssensor einen Primärspur-Signalverlauf über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder bereitstellt. Der erste Positionssensor wirkt mit einem Geberelement zusammen, wobei das Geberelement einerseits eine Spur über 360° bildet und andererseits über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder eine Primärspur bildet, wobei die Primärspur durch eine Vielzahl von aneinandergereihten, durch das Geberelement gebildeten Spuren gebildet wird. The first position sensor is arranged on a first transmission component of the transmission device, so that the angular position of the first transmission component is detected by the first position sensor and the first position sensor provides a primary track signal curve over the entire adjustment range of the wheels to be steered. The first position sensor interacts with a transmitter element, with the transmitter element on the one hand having a track over 360° and, on the other hand, forms a primary track over the entire adjustment range of the wheels to be steered, the primary track being formed by a large number of rows of tracks formed by the sensor element.

Der zweite Positionssensor ist an einer zweiten Getriebekomponente der Getriebevorrichtung angeordnet, so dass durch den zweiten Positionssensor die Winkelposition der zweiten Getriebekomponente erfasst wird und der zweite Positionssensor einen Sekundärspur-Signalverlauf über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder bereitstellt. Auch der zweite Positionssensor wirkt mit einem Geberelement zusammen, wobei das Geberelement ebenfalls einerseits eine Spur über 360° bildet und andererseits über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder eine Sekundärspur bildet. Die Sekundärspur wird durch eine Vielzahl von aneinandergereihten, durch das Geberelement gebildeten Spuren gebildet. The second position sensor is arranged on a second transmission component of the transmission device, so that the angular position of the second transmission component is detected by the second position sensor and the second position sensor provides a secondary track signal curve over the entire adjustment range of the wheels to be steered. The second position sensor also interacts with a transmitter element, with the transmitter element also forming a track over 360° on the one hand and, on the other hand, forming a secondary track over the entire adjustment range of the wheels to be steered. The secondary track is formed by a large number of tracks arranged in a row and formed by the encoder element.

Die Auswertvorrichtung dient der Ermittlung des Ist-Lenkwinkels der zu lenkenden Räder aus den Sensorsignalen der beiden Positionssensoren und weist einen Nonius- Algorithmus auf. Im Betrieb wird der Ist-Lenkwinkel der Räder durch den Nonius- Algorithmus und die dem Nonius-Algorithmus vorliegenden Sensorsignale des ersten Positionssensors und des zweiten Positionssensors ermittelt. Der Nonius-Algorithmus ist derart ausgeführt, dass jedem Lenkwinkel der Räder genau eine Kombination aus der Winkelposition der ersten Getriebekomponente und der Winkelposition der zweiten Getriebekomponente existiert, so dass bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder die Winkelpositionen der Getriebekomponenten bestimmt werden und davon ausgehend der Lenkwinkel der Räder eindeutig bestimmt wird. The evaluation device is used to determine the actual steering angle of the wheels to be steered from the sensor signals of the two position sensors and has a vernier algorithm. During operation, the actual steering angle of the wheels is determined by the Nonius algorithm and the sensor signals of the first position sensor and the second position sensor available to the Nonius algorithm. The vernier algorithm is designed in such a way that for each steering angle of the wheels there is exactly one combination of the angular position of the first gear component and the angular position of the second gear component, so that when determining the steering angle of the wheels, the angular positions of the gear components are determined and, based on this, the steering angle of the wheels is clearly determined.

Entscheidend dabei ist, dass die Periodenanzahl des Primärspur-Signalverlaufs und die Periodenanzahl des Sekundärspur-Signalverlaufs keinen gemeinsamen Teiler aufweisen und das Periodenverhältnis zwischen den beiden Spur-Signalverläufen, d.h. zwischen dem Primärspur-Signalverlauf und dem Sekundärspur-Signalverlauf, dem Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Getriebekomponenten entspricht. Eine Periode des Primärspur- bzw. Sekundärspur-Signalverlaufs entspricht einer Umdrehung der Getriebekomponente. What is crucial here is that the number of periods of the primary track signal curve and the number of periods of the secondary track signal curve do not have a common divider and the period ratio between the two track signal curves, ie between the primary track signal curve and the secondary track signal curve, the gear ratio between the two transmission components corresponds. One period of the primary track or secondary track signal curve corresponds to one revolution of the transmission component.

Um sicherzustellen, dass kein gemeinsamer Teiler vorliegt, können für die Periodenanzahlen Primzahlen verwendet werden. Beispielsweise weist der Primärspur-Signalverlauf 97 Perioden über den gesamten Verstellbereich der ersten Getriebekomponente auf. Das bedeutet, dass 97 Umdrehungen der ersten Getriebekomponente erforderlich sind, um die Räder ausgehend von einem ersten Anschlag zu einem zweiten Anschlag zu verstellen. Der Sekundärspur-Signalverlauf weist hierbei 31 Perioden über den gesamten Verstellbereich der Räder auf. Damit liegt ein Periodenverhältnis von 31/97 vor. Um dies derart auszubilden, muss die Getriebevorrichtung derart ausgeführt sein, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Getriebekomponenten entsprechend auch 31/97 ist und damit dem Periodenverhältnis entspricht. To ensure that there is no common divisor, prime numbers can be used for the period numbers. For example, the primary track signal curve has 97 periods over the entire adjustment range of the first transmission component. This means that 97 revolutions of the first gear component are required to move the wheels from a first stop to a second stop. The secondary track signal curve has 31 periods over the entire adjustment range of the wheels. This results in a period ratio of 31/97. In order to design this, the transmission device must be designed in such a way that the transmission ratio between the two transmission components is also 31/97 and thus corresponds to the period ratio.

Durch eine derartige Ausgestaltung der Lenkwinkelmessvorrichtung und der Getriebevorrichtung kann auf eine einfache und zuverlässige Weise eine eindeutige Bestimmung des Ist-Lenkwinkels über den gesamten Verstellbereich der Räder erzielt werden. With such a design of the steering angle measuring device and the transmission device, a clear determination of the actual steering angle over the entire adjustment range of the wheels can be achieved in a simple and reliable manner.

Vorzugsweise ist der erste Positionssensor ein Rotorpositionssensor und der elektrische Antriebsmotor ist als bürstenloser Antriebsmotor ausgeführt, wobei durch das Sensorsignal des ersten Positionssensors der bürstenlose Antriebsmotor regelbar ist, und wobei der Rotorpositionssensor derart ausgeführt ist, dass die Rotorposition des Rotors des elektrischen Antriebsmotors und die Winkelposition einer mit dem Rotor gemeinsam rotierenden Getriebekomponente der Getriebevorrichtung erfassbar sind. Auf diese Weise kann der erste Positionssensor, d.h. der Rotorpositionssensor, sowohl zur Regelung des Antriebsmotors als auch zur Ermittlung des Lenkwinkels der Räder verwendet werden. Dadurch kann ein zusätzlicher Positionssensor zur Ermittlung des Lenkwinkels der Räder eingespart werden. Der Rotorpositionssensor ist insbesondere ein Magnetfeldsensor. Alternativ ist der Rotorpositionssensor ein induktiver Positionssensor, vorzugsweise in Form eines Resorvers in einer Leiterplatte. Der bürstenlose Antriebsmotor ist vorzugsweise ein permanenterregter Synchronmotor. Preferably, the first position sensor is a rotor position sensor and the electric drive motor is designed as a brushless drive motor, the brushless drive motor being controllable by the sensor signal of the first position sensor, and wherein the rotor position sensor is designed such that the rotor position of the rotor of the electric drive motor and the angular position of a can be detected with the gear component of the gear device rotating together with the rotor. In this way, the first position sensor, ie the rotor position sensor, can be used both to regulate the drive motor and to determine the steering angle of the wheels. This saves the need for an additional position sensor to determine the steering angle of the wheels. The rotor position sensor is in particular a magnetic field sensor. Alternatively, the rotor position sensor is an inductive position sensor, preferably in the form of a resorver in one Circuit board. The brushless drive motor is preferably a permanently excited synchronous motor.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Getriebevorrichtung eine die Getriebestufe bildende Schneckengetriebestufe auf, welche ein durch den elektrischen Antriebsmotor angetriebenes Schneckenrad und ein das Schneckenrad kämmendes Zahnrad aufweist, wobei durch den ersten Positionssensor die Winkelposition des Schneckenrades und durch den zweiten Positionssensor die Winkelposition des Zahnrades erfassbar sind. Das Schneckenrad bildet die erste Getriebekomponente und das Zahnrad bildet die zweite Getriebekomponente. Durch das Schneckengetriebe können besonders hohe Übersetzungsverhältnisse bei relativ geringem Bauraum bereitgestellt werden, wodurch das Schneckengetriebe bei Lenksystemen besonders geeignet sind. In a preferred embodiment, the gear device has a worm gear stage forming the gear stage, which has a worm gear driven by the electric drive motor and a gear meshing with the worm gear, the angular position of the worm gear being detectable by the first position sensor and the angular position of the gear gear being detected by the second position sensor . The worm wheel forms the first gear component and the gear forms the second gear component. The worm gear can provide particularly high gear ratios with relatively little installation space, which makes the worm gear particularly suitable for steering systems.

Vorzugsweise sind der elektrische Antriebsmotor, die Getriebevorrichtung und die Lenkwinkelmessvorrichtung in einem gemeinsamen Aktuatorgehäuse angeordnet, wobei der erste Positionssensor und der zweite Positionssensor derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass die Winkelposition der dazugehörigen Getriebekomponenten erfassbar sind. Auf diese Weise kann der gesamte Lenkaktuator als eine kompakte Einheit in dem Fahrzeug montiert werden. Dabei können insbesondere die beiden Positionssensoren bereits bei der Vormontage der kompakten Einheit kalibriert werden. Bei einem Defekt einer der Komponenten des Lenkaktuators kann die Einheit als solche ausgetauscht werden, ohne dass durch den Austausch Anpassungen, insbesondere eine Kalibrierung von Sensoren, erfolgen muss. Preferably, the electric drive motor, the transmission device and the steering angle measuring device are arranged in a common actuator housing, with the first position sensor and the second position sensor being arranged and aligned in such a way that the angular position of the associated transmission components can be detected. In this way, the entire steering actuator can be mounted in the vehicle as a compact unit. In particular, the two position sensors can be calibrated during pre-assembly of the compact unit. If one of the components of the steering actuator is defective, the unit as such can be replaced without adjustments, in particular calibration of sensors, having to be made as a result of the replacement.

Vorzugsweise weist die Getriebevorrichtung eine zusätzliche Getriebestufe auf, welche eine dritte Getriebekomponente aufweist, wobei die dritte Getriebekomponente im Betrieb mit einer zu der ersten Getriebekomponente und zu der zweiten Getriebekomponente abweichenden Drehzahl rotiert, und wobei die Lenkwinkelmessvorrichtung einen dritten Positionssensor aufweist, mit welchem die Winkelposition einer dritten Getriebekomponente der Getriebevorrichtung ermittelbar ist und welcher einen Tertiärspur-Signalverlauf über den gesamten Verstellbereich der zu lenkenden Räder bereitstellt, derart, dass das Sensorsignal des dritten Positionssensors bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder berücksichtigt wird, wobei das Periodenverhältnis zwischen dem Sekundärspur-Signalverlauf und dem Tertiärspur-Signalverlauf dem Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Getriebekomponente und der dritten Getriebekomponente entspricht. The transmission device preferably has an additional transmission stage which has a third transmission component, wherein the third transmission component rotates during operation at a speed that differs from the first transmission component and the second transmission component, and wherein the steering angle measuring device has a third position sensor with which the angular position of a third transmission component of the transmission device can be determined is and which provides a tertiary track signal curve over the entire adjustment range of the wheels to be steered, such that the sensor signal of the third position sensor is taken into account when determining the steering angle of the wheels, the period ratio between the secondary track signal curve and the tertiary track signal curve being the gear ratio between the second transmission component and the third transmission component corresponds.

Die erläuterte Anwendung des Nonius-Verfahrens erfordert hohe Genauigkeitsanforderungen an die Positionssensoren, da beispielsweise bei der zuvor vorgestellten Ausgestaltung des Lenksystems 97 Fälle aus den Sensorsignalen der Positionssensoren eindeutig voneinander unterschieden werden müssen. Durch den dritten Positionssensor, welcher an einer dritten Getriebekomponente angeordnet ist und durch welchen die Winkelposition der dritten Getriebekomponente ermittelbar ist, kann die Nonius-Berechnung kaskadiert über die drei Positionssensoren erfolgen. Dadurch kann die Genauigkeitsanforderung an die Positionssensoren abgesenkt werden. The explained application of the vernier method requires high accuracy requirements for the position sensors, since, for example, in the previously presented embodiment of the steering system, 97 cases from the sensor signals of the position sensors must be clearly distinguished from one another. By means of the third position sensor, which is arranged on a third transmission component and through which the angular position of the third transmission component can be determined, the vernier calculation can be carried out in cascade via the three position sensors. This allows the accuracy requirements for the position sensors to be reduced.

Vorzugsweise ist zumindest einer der Positionssensoren als Induktionssensor ausgeführt. Die Induktionssensoren sind kontaktlose und verschleißlose Sensoren, welche über eine hohe Zuverlässigkeit, eine hohe Messgeschwindigkeit und hohe Messgenauigkeit verfügen. Preferably, at least one of the position sensors is designed as an induction sensor. The induction sensors are contactless and wear-free sensors that have high reliability, high measuring speed and high measuring accuracy.

Die Aufgabe wird außerdem durch ein Lenksystem mit einem Lenkaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie einer mit den zu lenkenden Rädern und dem Lenkaktuator Wirkverbundenen Spurstange gelöst. Zu den Vorteilen wird auf die vorhergehenden Ansprüche verwiesen. The object is also achieved by a steering system with a steering actuator according to one of claims 1 to 6 and a tie rod operatively connected to the wheels to be steered and the steering actuator. Regarding the advantages, reference is made to the preceding claims.

Die Erfindung wird außerdem durch ein Verfahren zum Betreiben des Lenkaktuators nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gelöst. Dabei werden zunächst die Winkelposition der ersten Getriebekomponente durch den ersten Positionssensors und die Winkelposition der zweiten Getriebekomponente durch den zweiten Positionssensor erfasst. Anschließend wird mittels des Nonius-Algorithmus aus den ermittelten Winkelposition der Getriebekomponenten, d.h. aus den Sensorsignalen der beiden Positionssensoren, der Ist-Lenkwinkel der zu lenkenden Räder eindeutig ermittelt. Zur genauen Vorgehensweise und zu den Vorteilen des Verfahrens wird auf die vorhergehenden Absätze, insbesondere auf die Absätze zum Anspruch 1 , verwiesen. The invention is also achieved by a method for operating the steering actuator according to one of claims 1 to 6. The angular position of the first transmission component is first detected by the first position sensor and the angular position of the second transmission component is detected by the second position sensor. The vernier algorithm is then used to determine the values Angular position of the transmission components, ie the actual steering angle of the wheels to be steered is clearly determined from the sensor signals of the two position sensors. For the exact procedure and the advantages of the method, please refer to the previous paragraphs, in particular to the paragraphs relating to claim 1.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein Referenzlauf durchgeführt, wobei die Sensorsignalverläufe der Positionssensoren zumindest über einen Teilbereich des gesamten Verstellbereichs der zu lenkenden Räder aufgezeichnet werden und miteinander abgeglichen werden, wobei basierend auf einem Abgleich zwischen den Sensorsignalverläufen der Positionssensoren Korrekturwerte ermittelt werden und die Korrekturwerte bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder berücksichtigt werden. Alternativ wird ein Referenzlauf mit einem die Winkelposition der zweiten Getriebekomponente erfassenden Referenzsensor durchgeführt. Dabei werden die Sensorsignalverläufe zumindest eines Positionssensors und des Referenzsensors zumindest über einen Teilbereich des gesamten Verstellbereichs der zu lenkenden Räder aufgezeichnet und miteinander abgeglichen, wobei basierend auf einem Abgleich zwischen dem Sensorsignalverlauf des Referenzsensors und dem Sensorsignalverlauf des Positionssensors Korrekturwerte ermittelt werden und die Korrekturwerte bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder berücksichtigt werden. Entscheidend ist, dass der Referenzsensor mechanisch sehr präzise und spielfrei an einer Getriebekomponente der Getriebevorrichtung befestigt wird. Vorzugsweise sind die Korrekturwerte in mindestens einer Nachschlagtabelle hinterlegt. Auf diese Weise können die Positionssensoren kalibriert werden und die Genauigkeit bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder erhöht werden. In a preferred embodiment, a reference run is carried out, the sensor signal curves of the position sensors being recorded at least over a portion of the entire adjustment range of the wheels to be steered and compared with one another, correction values being determined based on a comparison between the sensor signal curves of the position sensors and the correction values at the Determination of the steering angle of the wheels must be taken into account. Alternatively, a reference run is carried out with a reference sensor that detects the angular position of the second transmission component. The sensor signal curves of at least one position sensor and the reference sensor are recorded and compared with one another at least over a portion of the entire adjustment range of the wheels to be steered, with correction values being determined based on a comparison between the sensor signal curve of the reference sensor and the sensor signal curve of the position sensor and the correction values during the determination the steering angle of the wheels must be taken into account. What is crucial is that the reference sensor is attached mechanically very precisely and without play to a transmission component of the transmission device. The correction values are preferably stored in at least one lookup table. In this way, the position sensors can be calibrated and the accuracy in determining the steering angle of the wheels can be increased.

Vorzugsweise werden der Lenkwinkel der Räder und die dazugehörige Winkelposition einer der Getriebekomponenten initial ermittelt und anschließend der Lenkwinkel der Räder basierend auf dem Sensorsignal des Positionssensors und dem Zählen der Umdrehungen der Getriebekomponente ermittelt. Vorzugsweise erfolgt das Zählen der Umdrehungen der ersten Getriebekomponente durch das Auswerten des Sensorsignals des ersten Positionssensors. Es wird zunächst initial bestimmt, in welchem der Teilsegmente, d.h. in welcher Periode, des Primärspur-Signalverlaufs sich die Getriebekomponente befindet. Im anschließenden Betrieb wird ein Überschreiten oder Unterschreiten der Teilbereiche mit einem Zähler erfasst und entsprechend beim Überschreiten eines Teilsegments der Zähler inkrementiert und bei Unterschreiten des Teilsegments dekrementiert. Der Lenkwinkel der Räder berechnet sich damit aus dem Zählerwert und dem Sensorsignalwerts des ersten Positionssensors innerhalb des Teilsegments. Preferably, the steering angle of the wheels and the associated angular position of one of the transmission components are initially determined and then the steering angle of the wheels is determined based on the sensor signal of the position sensor and counting the revolutions of the transmission component. Preferably, the revolutions of the first transmission component are counted by evaluating the sensor signal of the first position sensor. It is first initially determined in which of the sub-segments, ie in which period, of the primary track signal curve the transmission component is located. In subsequent operation, any overshoot or undershoot of the sub-ranges is recorded with a counter and the counter is incremented when a sub-segment is exceeded and decremented if the sub-segment is undershot. The steering angle of the wheels is thus calculated from the counter value and the sensor signal value of the first position sensor within the sub-segment.

Die Initialisierung erfolgt vorzugsweise im Stillstand des Fahrzeugs, wodurch reduzierte Anforderungen vorliegen und der Einfluss durch die Umwelt- und Umgebungsbedingungen reduziert ist. Insbesondere sind die Einflüsse durch Temperaturen oder Störungen des Bordnetzes, insbesondere durch magnetische und elektro-magnetische Störfelder, abgesenkt. Ferner gelten bei der Initialisierung des Systems geringere Anforderungen beim Sicherheitsziel. Insbesondere ist es bei einem stillstehenden Fahrzeug für die Überprüfung der Positionssensoren ausreichend, wenn die Signalverläufe der Positionssensoren auf Gleichlauf überprüft werden. Dabei kann bei einer Verletzung der Gleichlaufüberwachung, d.h. eine Ungleichheit der Informationen, eine Fahrt mit dem betreffenden Fahrzeug verhindert werden bzw. ausschließlich in einem dafür vorgesehenen Modus zugelassen werden. The initialization preferably takes place when the vehicle is at a standstill, which means that there are reduced requirements and the influence of the environmental and ambient conditions is reduced. In particular, the influences caused by temperatures or disturbances in the vehicle electrical system, in particular by magnetic and electro-magnetic interference fields, are reduced. Furthermore, there are lower security objective requirements when initializing the system. In particular, when the vehicle is stationary, it is sufficient to check the position sensors if the signal curves of the position sensors are checked for synchronization. In the event of a violation of the synchronization monitoring, i.e. an inequality in the information, a journey with the vehicle in question can be prevented or only permitted in a mode intended for this purpose.

Vorzugsweise wird der elektrische Antriebsmotor derart angesteuert, dass ausschließlich das Getriebespiel der Getriebevorrichtung in eine der beiden oder in beide Drehrichtungen des elektrischen Antriebsmotors eliminiert wird bevor initial der Lenkwinkel der Räder und die dazugehörige Winkelposition der Getriebekomponente bestimmt werden. Dabei wird der elektrische Antriebsmotor lediglich so angesteuert, dass sich die Getriebekomponenten aneinander anlegen, jedoch eine Verstellung des Lenkwinkels der Räder nicht erfolgt. Auf diese Weise kann die Genauigkeit bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder erhöht werden. Preferably, the electric drive motor is controlled in such a way that only the gear play of the gear device is eliminated in one of the two or in both directions of rotation of the electric drive motor before the steering angle of the wheels and the associated angular position of the gear component are initially determined. The electric drive motor is only controlled so that the transmission components rest against each other, but the steering angle of the wheels is not adjusted. In this way, the accuracy in determining the steering angle of the wheels can be increased.

Damit wird ein Lenksystem eines Fahrzeugs mit einer Lenkwinkelmessvorrichtung bereitgestellt, durch welche der Ist-Lenkwinkel der Räder einfach und zuverlässig ermittelt werden kann. Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt: This provides a steering system of a vehicle with a steering angle measuring device, through which the actual steering angle of the wheels can be determined easily and reliably. The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. This shows:

Fig. 1 eine Prinzipansicht eines Lenksystems eines Fahrzeugs; Fig. 1 is a basic view of a steering system of a vehicle;

Fig. 2 einen Lenkaktuator des Lenksystems aus Figur 1 , und Fig. 2 shows a steering actuator of the steering system from Figure 1, and

Fig. 3 ein Signal-Lenkwinkel-Diagramm. Fig. 3 is a signal-steering angle diagram.

Figur 1 zeigt ein Lenksystem 10 eines Fahrzeugs, welches in Form eines Steer-by- wire-Systems ausgebildet ist. Bei derartigen Steer-by-Wire Systemen, bei denen die Lenksäule entfällt, ist das System einerseits durch eine Mensch-Maschine- Schnittstelle 20 und andererseits durch eine Lenkvorrichtung 30, welche auf zwei, zu lenkende Räder 12, 14 einwirkt, vorgegeben. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 20 wird durch eine im Fahrzeuginnenraum angeordnete Einheit 22 gebildet, welche üblicherweise ein Lenkrad 24 und ein Modul 26 aufweist, wobei das Modul 26 eine Lenkradwinkelsensorik zur Erfassung des Lenkwunsches des Fahrers, d.h. der Bewegung des Lenkrads 24, und eine Rückstellvorrichtung zur Bereitstellung eines gewöhnlichen Lenkgefühls für den Fahrer aufweist. Figure 1 shows a steering system 10 of a vehicle, which is designed in the form of a steer-by-wire system. In such steer-by-wire systems, in which the steering column is omitted, the system is predetermined on the one hand by a human-machine interface 20 and on the other hand by a steering device 30, which acts on two wheels 12, 14 to be steered. The human-machine interface 20 is formed by a unit 22 arranged in the vehicle interior, which usually has a steering wheel 24 and a module 26, the module 26 having a steering wheel angle sensor for detecting the driver's steering request, i.e. the movement of the steering wheel 24, and a Resetting device for providing a normal steering feel for the driver.

Die Lenkvorrichtung 30 umfasst eine mit den beiden, zu lenkenden Rädern 12, 14 verbundene Spurstange 32 und einen Lenkaktuator 40, wobei der Lenkaktuator 40 derart mit der Spurstange 32 verbunden ist, dass die Spurstange 32 durch den Lenkaktuator 40 angetrieben werden kann und dadurch ein Verstellen des Lenkwinkels der Räder 12, 14 verursacht werden kann. Die Kopplung zwischen dem Lenkaktuator 40 und der Spurstange 32 erfolgt durch eine Zahnrad-Zahnstangen- Kombination 34, wobei eine Zahnstange 36 an der Spurstange 32 vorgesehen ist und ein Zahnrad 38 an einer Ausgangswelle 42 des Lenkaktuators 40 vorgesehen ist. The steering device 30 comprises a tie rod 32 connected to the two wheels 12, 14 to be steered and a steering actuator 40, the steering actuator 40 being connected to the tie rod 32 in such a way that the tie rod 32 can be driven by the steering actuator 40 and thereby an adjustment the steering angle of the wheels 12, 14 can be caused. The coupling between the steering actuator 40 and the tie rod 32 occurs through a gear-rack combination 34, with a rack 36 being provided on the tie rod 32 and a gear 38 being provided on an output shaft 42 of the steering actuator 40.

Der Lenkaktuator 40 ist in Figur 2 gezeigt und weist ein Aktuatorgehäuse 44 auf, in welchem ein bürstenlos ausgeführter elektrischer Antriebsmotor 46, 47, welcher insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgeführt ist, und eine Getriebevorrichtung 60 angeordnet sind. Der elektrische Antriebsmotor 46 weist einen drehbar gelagerten Rotor 50 und einen in dem Aktuatorgehäuse 44 starr angeordneten Stator 48 auf, welche in der Figur 2 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Der Rotor 50 weist eine Antriebswelle 52 auf, welche mit einer Getriebeeingangswelle 62 der Getriebevorrichtung 60 fest verbunden ist. Vorliegend sind die Antriebswelle 52 und die Getriebeeingangswelle 62 einstückig hergestellt und über zwei Lagerelemente 70, 72 drehbar in dem Aktuatorgehäuse 44 gelagert. Die Getriebevorrichtung 60 weist eine eine Getriebestufe 63 bildende Schneckengetriebestufe 64 mit einem Zahnrad 68 und einem das Zahnrad 68 kämmenden Schneckenrad 66 auf. Das Schneckenrad 66 bildet eine erste Getriebekomponente 65, welche an der Getriebeeingangswelle 62 fest angeordnet ist und im Betrieb gemeinsam mit dem Rotor 50, d.h. mit der gleichen Drehzahl wie der Rotor 50, rotiert. Das Zahnrad 68 der Schneckengetriebestufe 64 bildet eine zweite Getriebekomponente 67 und ist über in der Figur 2 nicht gezeigte Lagerelemente an dem Aktuatorgehäuse 44 drehbar gelagert. Das Zahnrad 68 ist mit einer Getriebeausgangswelle 69 drehfest verbunden, welche aus dem Aktuatorgehäuse 44 herausragt und die Ausgangswelle 42 des Lenkaktuators 40 bildet. Damit ist die Getriebeausgangswelle 69 mit dem Zahnrad 38 der Zahnrad-Zahnstangen- Kombination 34 drehmomentübertragend verbunden, so dass die Spurstange 32 bei einer Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors 46 über die Getriebevorrichtung 60 angetrieben wird und auf diese Weise der Lenkwinkel der Räder 12, 14 verstellt wird. The steering actuator 40 is shown in Figure 2 and has an actuator housing 44, in which a brushless electric drive motor 46, 47, which is in particular designed as a permanently excited synchronous motor, and a gear device 60 are arranged. The electric drive motor 46 has one rotatably mounted rotor 50 and a stator 48 rigidly arranged in the actuator housing 44, which are indicated by dashed lines in FIG. The rotor 50 has a drive shaft 52, which is firmly connected to a transmission input shaft 62 of the transmission device 60. In the present case, the drive shaft 52 and the transmission input shaft 62 are manufactured in one piece and are rotatably mounted in the actuator housing 44 via two bearing elements 70, 72. The gear device 60 has a worm gear stage 64 forming a gear stage 63 with a gear 68 and a worm gear 66 meshing with the gear 68. The worm wheel 66 forms a first transmission component 65, which is fixedly arranged on the transmission input shaft 62 and rotates during operation together with the rotor 50, ie at the same speed as the rotor 50. The gear 68 of the worm gear stage 64 forms a second gear component 67 and is rotatably mounted on the actuator housing 44 via bearing elements not shown in FIG. The gear 68 is connected in a rotationally fixed manner to a transmission output shaft 69, which protrudes from the actuator housing 44 and forms the output shaft 42 of the steering actuator 40. The transmission output shaft 69 is thus connected to the gear 38 of the gear-rack combination 34 in a torque-transmitting manner, so that the tie rod 32 is driven via the transmission device 60 when the electric drive motor 46 is activated and in this way the steering angle of the wheels 12, 14 is adjusted .

Die Lenkung der Räder 12, 14 erfolgt bei Steer-by-Wire-Systemen durch einen Positionsregelkreis mit einem Sollwert und einem Istwert. Dabei wird der Sollwert aus den Informationen der Lenkradwinkelsensorik des Moduls 26 bestimmt. In anderen Worten, ein Steuergerät 28 des Lenksystems 10 ist elektronisch mit der Lenkradwinkelsensorik des Moduls 26 verbunden und empfängt den Lenkwunsch des Fahrers. Dieser Lenkwunsch wird wiederum an den mit dem Steuergerät 28 verbundenen Lenkaktuator 40 weitergeleitet. Mittels einer Lenkwinkelmessvorrichtung 80 des Lenkaktuators 40 wird die Ist-Position der Räder 12, 14, d.h. der Istwert, ermittelt. Basierend auf dem Soll- und Istwert wird der Lenkaktuator 40 entsprechend angesteuert, um die Lenkung entsprechend dem Fahrerwunsch zu betätigen. Dies geschieht, indem die Spurstange 32 linear nach rechts oder links bewegt wird und damit auch die Räder 12, 14 des Fahrzeugs entsprechend bewegt werden, wobei dies so lange geschieht, bis die Soll- Position, d.h. der Soll-Lenkwinkel der Räder 12, 14 erreicht ist. In steer-by-wire systems, the wheels 12, 14 are steered by a position control loop with a setpoint and an actual value. The setpoint is determined from the information from the steering wheel angle sensor of the module 26. In other words, a control unit 28 of the steering system 10 is electronically connected to the steering wheel angle sensor system of the module 26 and receives the driver's steering request. This steering request is in turn forwarded to the steering actuator 40 connected to the control unit 28. The actual position of the wheels 12, 14, ie the actual value, is determined by means of a steering angle measuring device 80 of the steering actuator 40. Based on the setpoint and actual value, the steering actuator 40 is activated accordingly in order to actuate the steering according to the driver's request. This happens by moving the tie rod 32 linearly to the right or left and thus also moving the wheels 12, 14 of the vehicle accordingly, this happening until the target position, ie the target steering angle of the wheels 12, 14, is reached is.

Entscheidend bei einer derartigen Positionsregelung ist unter anderem, dass der Istwert, d.h. der Ist-Lenkwinkel der Räder 12, 14, genau und eindeutig erfasst wird. Dies erfolgt durch die in Figur 2 gezeigte Lenkwinkelmessvorrichtung 80 des Lenkaktuators 40, welche in dem Aktuatorgehäuse 44 angeordnet ist und zwei Positionssensoren 82, 84 sowie eine Auswertvorrichtung 86 aufweist. Die Positionssensoren 82, 84 sind insbesondere als Induktions- oder Magnetfeldsensoren ausgeführt und wirken mit jeweils einem, in den Figuren nicht dargestellten Geberelement zusammen. Ein erster Positionssensor 82 ist als Rotorpositionssensor 83 ausgeführt und erfasst die Winkelposition des Rotors 50 des elektrischen Antriebsmotors 46 sowie die Winkelposition der mit dem Rotor 50 mitrotierenden, ersten Getriebekomponente 65, d.h. des Schneckenrades 66. Die Sensorsignale des ersten Positionssensors 82 werden unter anderem zur Ansteuerung des bürstenlos ausgeführten elektrischen Antriebsmotors 46 genutzt. Die Lenkwinkelmessvorrichtung 80 umfasst zusätzlich einen zweiten Positionssensor 84, durch welchen die Winkelposition der zweiten Getriebekomponente 67, d.h. des Zahnrads 68 der Schneckengetriebestufe 64, erfasst wird. What is crucial in such position control is, among other things, that the actual value, i.e. the actual steering angle of the wheels 12, 14, is recorded precisely and clearly. This is done by the steering angle measuring device 80 of the steering actuator 40 shown in Figure 2, which is arranged in the actuator housing 44 and has two position sensors 82, 84 and an evaluation device 86. The position sensors 82, 84 are designed in particular as induction or magnetic field sensors and each interact with a transmitter element not shown in the figures. A first position sensor 82 is designed as a rotor position sensor 83 and detects the angular position of the rotor 50 of the electric drive motor 46 as well as the angular position of the first gear component 65 rotating with the rotor 50, i.e. the worm wheel 66. The sensor signals of the first position sensor 82 are used, among other things, for control the brushless electric drive motor 46 is used. The steering angle measuring device 80 additionally includes a second position sensor 84, through which the angular position of the second gear component 67, i.e. the gear 68 of the worm gear stage 64, is detected.

Die eindeutige Bestimmung des Ist-Lenkwinkels der Räder 12, 14 erfolgt nach einem sogenannten Nonius-Verfahren, wobei der erste Positionssensor 82 einen Primärspur- Signalverlauf SV1 und der zweite Positionssensor 84 einen Sekundärspur- Signalverlauf SV2 bereitstellen und die Auswerteinrichtung 86 einen Nonius- Algorithmus aufweist. Die Primärspur-Signalverläufe SV1 und der Sekundärspur- Signalverlauf SV2 sind in der Figur 3 gezeigt, wobei beide Signalverläufe SV1 , SV2 eine Vielzahl von Umdrehungen der Getriebekomponenten 65, 67 abbilden. Entscheidend dabei ist, dass die Anzahl der Umdrehungen der ersten Getriebekomponente 65 und die Anzahl der Umdrehungen der zweiten Getriebekomponente 67 über den gesamten Verstellbereich VB der Räder 12, 14 keinen gemeinsamen Teiler aufweisen, d.h. zueinander teilerfremd sind. In anderen Worten ausgedrückt, die Anzahl der Perioden PS des Sekundärspur-Signalverlaufs SV2 und die Anzahl der Perioden PP des Primärspur-Signalverlaufs SV1 müssen teilerfremd sein, d.h. keinen gemeinsamen Teiler aufweisen. Um dies zu erzielen, muss die Getriebevorrichtung 60, d.h. die Schneckengetriebestufe 64, ein Übersetzungsverhältnis aufweisen, welches dem Periodenverhältnis zwischen dem Primärspur-Signalverlauf SV1 und dem Sekundärspur-Signalverlauf SV2, d.h. Anzahl der Perioden PS/Anzahl der Perioden PP, entspricht. The unambiguous determination of the actual steering angle of the wheels 12, 14 is carried out using a so-called vernier method, whereby the first position sensor 82 provides a primary track signal curve SV1 and the second position sensor 84 provides a secondary track signal curve SV2 and the evaluation device 86 has a vernier algorithm . The primary track signal curves SV1 and the secondary track signal curve SV2 are shown in FIG. 3, with both signal curves SV1, SV2 depicting a large number of revolutions of the transmission components 65, 67. What is crucial here is that the number of revolutions of the first gear component 65 and the number of revolutions of the second gear component 67 over the entire adjustment range VB of the wheels 12, 14 do not have a common divisor, that is, they are coprime to each other. In other words, the number of periods PS of the secondary track signal curve SV2 and the number of periods PP of the primary track signal curve SV1 must be coprime, that is, they must not have a common divisor. In order to achieve this, the transmission device 60, ie the worm gear stage 64, must have a transmission ratio which corresponds to the period ratio between the primary track signal curve SV1 and the secondary track signal curve SV2, ie number of periods PS/number of periods PP.

Die Figur 3 zeigt eine beispielhafte Wahl des Periodenverhältnisses und des Übersetzungsverhältnisses. Dabei zeigt die Figur 3, dass 97 Umdrehungen der ersten Getriebekomponente 65 bzw. des Rotors 50 und 31 Umdrehungen der zweiten Getriebekomponente 67 erforderlich sind, um die Räder 12, 14 ausgehend von einem ersten Anschlag zu einem zweiten Anschlag zu verstellen. Damit liegt hier ein Periodenverhältnis bzw. ein Übersetzungsverhältnis von 31/97 vor, wobei die Zahlen 31 und 97 keinen gemeinsamen Teiler aufweisen. Figure 3 shows an exemplary choice of the period ratio and the gear ratio. 3 shows that 97 revolutions of the first gear component 65 or the rotor 50 and 31 revolutions of the second gear component 67 are required to adjust the wheels 12, 14 from a first stop to a second stop. This means that there is a period ratio or a gear ratio of 31/97, whereby the numbers 31 and 97 do not have a common divisor.

Im Betrieb des Lenksystems werden die Winkelpositionen der Getriebekomponenten 65, 67 durch die Positionssensoren 82, 84 erfasst und mittels des Nonius-Algorithmus ausgewertet. Jede Kombination aus der Winkelposition der ersten Getriebekomponente 67 und der Winkelposition der zweiten Getriebekomponente 67 ergibt genau einen Lenkwinkel der zu lenkenden Räder 12, 14, so dass der Lenkwinkel der Räder 12, 14 eindeutig bestimmt werden kann. Eine bestimmte Kombination aus der Winkelposition der ersten Getriebekomponente 65 und der Winkelposition der zweiten Getriebekomponente 67 existiert für einen Lenkwinkel L1 der Räder 12, 14 ein einziges Mal. Im in Figur 3 gezeigten Beispiel wird dies dadurch verdeutlicht, dass bei einem einzigen Sensorsignalwert S1 des ersten Positionssensors 82, d.h. bei einer einzigen Winkelstellung der ersten Getriebekomponente 65, sich die Sensorsignalwerte des zweiten Positionssensors S2, S2‘ in Abhängigkeit davon, in welcher Umdrehung sich die ersteDuring operation of the steering system, the angular positions of the transmission components 65, 67 are detected by the position sensors 82, 84 and evaluated using the vernier algorithm. Each combination of the angular position of the first gear component 67 and the angular position of the second gear component 67 results in exactly one steering angle of the wheels 12, 14 to be steered, so that the steering angle of the wheels 12, 14 can be clearly determined. A specific combination of the angular position of the first gear component 65 and the angular position of the second gear component 67 exists once for a steering angle L1 of the wheels 12, 14. In the example shown in Figure 3, this is illustrated by the fact that with a single sensor signal value S1 of the first position sensor 82, i.e. with a single angular position of the first gear component 65, the sensor signal values of the second position sensor S2, S2 'depend on which revolution the first

Getriebekomponente 65 befindet, unterscheiden. Damit kann durch den Signalwert S2, S2‘ des zweiten Positionssensors 84 exakt ermittelt werden, in welcher der 97 Umdrehungen sich die erste Getriebekomponente 65 befindet. Basierend darauf und den Sensorsignalwert S1 des ersten Positionssensors 82 kann über den gesamten Verstellbereich VB auf den Lenkwinkel der Räder 12, 14 eindeutig geschlossen werden. Gear component 65 is located. This means that the signal value S2, S2' of the second position sensor 84 can be used to determine exactly in which position the 97th position is Revolutions the first gear component 65 is located. Based on this and the sensor signal value S1 of the first position sensor 82, the steering angle of the wheels 12, 14 can be clearly concluded over the entire adjustment range VB.

Um den Berechnungsaufwand im Betrieb des Fahrzeugs zu reduzieren, könnte der Lenkwinkel initial bestimmt werden und im weiteren Betrieb des Fahrzeugs die Umdrehungen beim Verstellen des Lenkwinkels mittels eines Zählers gezählt werden. Auf diese Weise wäre jederzeit die vorliegende Umdrehung bekannt, wobei in Kombination mit dem Sensorwert des ersten Positionssensors 82 der Lenkwinkel der Räder 12, 14 genau bestimmt werden könnte. Um hierbei die Genauigkeit zu erhöhen und die Ermittlung des Lenkwinkels zu vereinfachen, könnte die initiale Ermittlung des Lenkwinkels im Stillstand des Fahrzeugs erfolgen. Zusätzlich könnte der elektrische Antriebsmotor 46 vor der initialen Ermittlung des Lenkwinkels und der Winkelposition der ersten Getriebekomponente 65 derart angesteuert werden, dass das Getriebespiel eliminiert wird, jedoch keine Verstellung des Lenkwinkels erfolgt. Auf diese Weise wird das System vorgespannt, bevor die Ermittlung des Lenkwinkels und der Winkelposition der ersten Getriebekomponente 65 erfolgt. In order to reduce the calculation effort when operating the vehicle, the steering angle could be initially determined and, during further operation of the vehicle, the revolutions when adjusting the steering angle could be counted using a counter. In this way, the current revolution would be known at all times, and in combination with the sensor value of the first position sensor 82, the steering angle of the wheels 12, 14 could be precisely determined. In order to increase the accuracy and simplify the determination of the steering angle, the initial determination of the steering angle could take place when the vehicle is at a standstill. In addition, the electric drive motor 46 could be controlled before the initial determination of the steering angle and the angular position of the first gear component 65 in such a way that the gear play is eliminated, but the steering angle is not adjusted. In this way, the system is preloaded before the steering angle and the angular position of the first transmission component 65 are determined.

Um die Genauigkeit bei der Ermittlung des Lenkwinkels zu erhöhen, kann ein Referenzlauf nach der Endmontage des Lenkaktuators 40 durchgeführt werden. Der Referenzlauf erfolgt insbesondere mit einem Referenzsensor 90, welcher die Winkelposition der Getriebeausgangswelle 69 erfasst. Bei der Durchführung des Referenzlaufs werden über den gesamten Verstellbereich VB der Räder 12, 14 die Sensorsignalverläufe der Positionssensoren 82, 84 und des Referenzsensors 90 aufgezeichnet und die Sensorsignalverläufe der Positionssensor 82, 84 und der Sensorsignalverlauf des Referenzsensors 90 miteinander abgeglichen. Basierend auf einem Abgleich zwischen dem Sensorsignalverlauf des Referenzsensors 90 und der Sensorsignalverläufe der Positionssensoren 82, 84 werden Korrekturwerte ermittelt, welche in Form einer Nachschlagtabelle in der Auswerteinheit 86 abgelegt werden und bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder 12, 14 berücksichtigt werden. Entscheidend ist, dass der Referenzsensor 90 mechanisch sehr präzise und spielfrei an der Getriebeausgangswelle 69, welche gemeinsam mit der zweiten Getriebekomponente 67 rotiert, befestigt wird. Alternativ kann eine Kalibrierung auch ohne den Referenzsensors 90 erfolgen, wobei der Antriebsmotor 46 mit einer konstanten und vordefinierten Winkelgeschwindigkeit zumindest für eine Teilstrecke betrieben wird. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit wickelt sich der Fehler der Positionssensoren 82, 84 über die Zeit ab. In order to increase the accuracy when determining the steering angle, a reference run can be carried out after the final assembly of the steering actuator 40. The reference run is carried out in particular with a reference sensor 90, which detects the angular position of the transmission output shaft 69. When carrying out the reference run, the sensor signal curves of the position sensors 82, 84 and the reference sensor 90 are recorded over the entire adjustment range VB of the wheels 12, 14 and the sensor signal curves of the position sensors 82, 84 and the sensor signal curve of the reference sensor 90 are compared with one another. Based on a comparison between the sensor signal curve of the reference sensor 90 and the sensor signal curves of the position sensors 82, 84, correction values are determined, which are stored in the form of a lookup table in the evaluation unit 86 and are taken into account when determining the steering angle of the wheels 12, 14. What is crucial is that the reference sensor 90 is mechanically very precise and free of play is attached to the transmission output shaft 69, which rotates together with the second transmission component 67. Alternatively, calibration can also be carried out without the reference sensor 90, with the drive motor 46 being operated at a constant and predefined angular velocity for at least a partial route. At a constant angular velocity, the error of the position sensors 82, 84 develops over time.

Um eine derartige eindeutige Ermittlung des Ist-Lenkwinkels der Räder 12, 14 zuverlässig durchzuführen, sollten die beiden Positionssensoren 82, 84 eine relativ hohe Genauigkeit aufweisen. Um die geforderte Genauigkeit der Positionssensoren 82, 84 reduzieren zu können, können die Getriebevorrichtung 60 mit einer weiteren Getriebestufe 92 und die Lenkwinkelmessvorrichtung 80 mit einem dritten Positionssensor 98 versehen werden, wobei die weitere Getriebestufe 92 eine dritte Getriebekomponente 96 aufweist. Vorliegend dient die weitere Getriebestufe 92 ausschließlich zur Bereitstellung eines weiteren Sensorsignals und hat keinen Einfluss auf die Übersetzung zwischen dem elektrischen Antriebsmotor 46 und der Spurstange 32. Die dritte Getriebekomponente 96 wirkt mit einer an der Getriebeausgangswelle 69 befestigten Getriebekomponente 94 zusammen und rotiert im Betrieb mit einer zu der ersten Getriebekomponente 65 und zu der zweiten Getriebekomponente 67 abweichenden Drehzahl. In order to reliably carry out such a clear determination of the actual steering angle of the wheels 12, 14, the two position sensors 82, 84 should have a relatively high level of accuracy. In order to be able to reduce the required accuracy of the position sensors 82, 84, the transmission device 60 can be provided with a further gear stage 92 and the steering angle measuring device 80 with a third position sensor 98, the further gear stage 92 having a third gear component 96. In the present case, the further gear stage 92 serves exclusively to provide a further sensor signal and has no influence on the translation between the electric drive motor 46 and the tie rod 32. The third gear component 96 interacts with a gear component 94 attached to the gear output shaft 69 and rotates with one during operation to the first transmission component 65 and to the second transmission component 67 different speed.

Durch den dritten Positionssensor 98 kann die Winkelposition der dritten Getriebekomponente 96 ermittelt werden und ein Tertiärspur-Signalverlauf SV3 über den gesamten Verstellbereich VB der zu lenkenden Räder 12, 14 bereitgestellt werden. Dabei ist auch hier entscheidend, dass die Periodenanzahl des Primär- Signalverlaufs SV1 , des Sekundär-Signalverlaufs SV2 und des Tertiärspur- Signalverlaufs SV3 keinen gemeinsamen Teiler aufweisen und das Übersetzungsverhältnis der zusätzlichen Getriebestufe 92 entsprechend gewählt ist. Ein derartiger Tertiärspur-Signalverlauf SV3 ist in der Figur 3 eingezeichnet, wobei der Tertiärspur-Signalverlauf SV3 59 Perioden PT über den gesamten Verstellbereich VB der Räder 12, 14 aufweist. Die Ermittlung des Lenkwinkels der Räder 12, 14 mittels des Nonius-Algorithmus erfolgt hierbei basierend auf den Sensorsignalen des ersten Positionssensors 82, des zweiten Positionssensors 84 und des drittenThe third position sensor 98 can be used to determine the angular position of the third transmission component 96 and to provide a tertiary track signal curve SV3 over the entire adjustment range VB of the wheels 12, 14 to be steered. It is also crucial here that the number of periods of the primary signal curve SV1, the secondary signal curve SV2 and the tertiary track signal curve SV3 do not have a common divider and the gear ratio of the additional gear stage 92 is selected accordingly. Such a tertiary track signal curve SV3 is shown in FIG. 3, the tertiary track signal curve SV3 having 59 periods PT over the entire adjustment range VB of the wheels 12, 14. The steering angle of the wheels 12, 14 is determined using the vernier algorithm based on the sensor signals of the first Position sensor 82, the second position sensor 84 and the third

Positionssensors 98. Auf diese Weise kann die Nonius-Berechnung kaskadiert über die drei Positionssensoren 82, 84, 98 erfolgen, wodurch die einzelnenPosition sensor 98. In this way, the vernier calculation can be carried out in cascade via the three position sensors 82, 84, 98, whereby the individual

Positionssensoren 82, 84, 98 eine geringere Genauigkeit als bei der Ausführungsform mit lediglich zwei Positionssensoren 82, 84 aufweisen können. Position sensors 82, 84, 98 can have a lower accuracy than in the embodiment with only two position sensors 82, 84.

Damit wird ein Lenkaktuator 40 eines Lenksystems 10 eines Fahrzeugs mit einer Lenkwinkelmessvorrichtung 80 bereitgestellt, durch welche der Ist-Lenkwinkel der Räder 12, 14 einfach und zuverlässig ermittelt werden kann. This provides a steering actuator 40 of a steering system 10 of a vehicle with a steering angle measuring device 80, through which the actual steering angle of the wheels 12, 14 can be determined easily and reliably.

Bezugszeichenliste Reference symbol list

10 Lenksystem 10 steering system

12, 14 Räder 12, 14 wheels

20 Mensch-Maschine-Schnittstelle20 human-machine interface

22 Einheit 22 unit

24 Lenkrad 24 steering wheel

26 Modul 26 module

28 Steuergerät 28 control unit

30 Lenkvorrichtung 30 steering device

32 Spurstange 32 tie rod

34 Zahnrad-Zahnstangen-Kombination34 gear rack combination

36 Zahnstange 36 rack

38 Zahnrad 38 gear

40 Lenkaktuator 40 steering actuator

42 Ausgangswelle 42 output shaft

44 Aktuatorgehäuse 44 actuator housing

46 Elektrische Antriebsmotor 46 Electric drive motor

48 Stator 48 stator

50 Rotor 50 rotors

52 Antriebswelle 52 drive shaft

60 Getriebevorrichtung 60 gear device

62 Getriebeeingangswelle 62 transmission input shaft

63 Getriebestufe 63 gear stage

64 Schneckengetriebestufe 64 worm gear stage

65 Erste Getriebekomponente 65 First gear component

66 Schneckenrad 66 worm wheel

67 Zweite Getriebekomponente 67 Second transmission component

68 Zahnrad 68 gear

69 Getriebeausgangswelle 69 Transmission output shaft

70, 72 Lagerelement 70, 72 bearing element

80 Lenkwinkelmessvorrichtung 82 Erster Positionssensor 80 steering angle measuring device 82 First position sensor

83 Rotorpositionssensor 83 Rotor position sensor

84 Zweiter Positionssensor 84 Second position sensor

86 Auswertvorrichtung 86 evaluation device

90 Referenzsensor 90 reference sensor

92 Zusätzliche Getriebestufe 92 Additional gear stage

94 Getriebekomponente 94 transmission component

96 Dritte Getriebekomponente 96 Third transmission component

98 Dritter Positionssensor 98 Third position sensor

L1 Lenkwinkel L1 steering angle

PP Periode des Primärspur-SignalverlaufsPP period of the primary track waveform

PS Periode des Sekundärspur-SignalverlaufsPS Period of the secondary track waveform

PT Periode des Tertiärspur-SignalverlaufsPT period of the tertiary track waveform

SV1 Primärspur-Signalverlauf SV1 primary track waveform

SV2 Periode des Sekundärspur-SignalverlaufSV2 period of the secondary track waveform

SV3 Tertiärspur-Signalverlaufs SV3 tertiary track waveform

51 , ST Signalwert des ersten Positionssensors51, ST signal value of the first position sensor

52, S2‘ Signalwert des zweiten Positionssensors52, S2‘ Signal value of the second position sensor

53, S3‘ Signalwert des dritten Positionssensors53, S3‘ Signal value of the third position sensor

VB Verstellbereich der Räder VB adjustment range of the wheels

Claims

Lenkaktuator eines Lenksystems eines Fahrzeugs, Lenksystem und Verfahren zum Betreiben des Lenkaktuators Patentansprüche Steering actuator of a steering system of a vehicle, steering system and method for operating the steering actuator claims 1 . Lenkaktuator eines Lenksystems (10) eines Fahrzeugs, mit einem elektrischen Antriebsmotor (46), welcher einen Rotor (50) und einen Stator (48) aufweist, einer Getriebevorrichtung (60), welche mindestens eine Getriebestufe (63) und mehrere Getriebekomponenten (65, 67) aufweist, wobei im Betrieb die beiden Getriebekomponenten (65, 67) aufgrund eines Übersetzungsverhältnisses mit zueinander unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, und einer Lenkwinkelmessvorrichtung (80) zur Erfassung eines Lenkwinkels von zwei zu lenkenden Rädern (12, 14) über den gesamten Verstellbereich (VB), umfassend einen ersten Positionssensor (82), mit welchem die Winkelposition einer ersten Getriebekomponente (67) der Getriebevorrichtung (60) ermittelbar ist und welcher einen Primärspur-Signalverlauf (SV1 ) über den gesamten Verstellbereich (VB) der zu lenkenden Räder (12, 14) bereitstellt, einen zweiten Positionssensor (84), mit welchem die Winkelposition einer zweiten Getriebekomponente (65) der Getriebevorrichtung (60) ermittelbar ist und welcher einen Sekundärspur-Signalverlauf (SV2) über den gesamten Verstellbereich (VB) der zu lenkenden Räder (12, 14) bereitstellt, wobei das Periodenverhältnis zwischen dem Primärspur-Signalverlauf (SV1 ) und dem Sekundärspur-Signalverlauf (SV2) dem Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Getriebekomponenten (65, 67) entspricht, und eine Auswertvorrichtung (86), welche einen Nonius-Algorithmus zur Ermittlung des Lenkwinkels der Räder (12, 14) aus den Sensorsignalen des ersten Positionssensors (82) und des zweiten Positionssensors (84) aufweist. Lenkaktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Positionssensor (82) ein Rotorpositionssensor (83) ist und der elektrische Antriebsmotor (46) als bürstenloser Antriebsmotor (47) ausgeführt ist, wobei der Rotorpositionssensor (83) derart ausgeführt ist, dass die Rotorposition des Rotors (50) des elektrischen Antriebsmotors (46) und die Winkelposition einer mit dem Rotor (50) gemeinsam rotierenden Getriebekomponente (65) der Getriebevorrichtung (60) erfassbar sind, und wobei durch das Sensorsignal des Rotorpositionssensors (83) der bürstenlose Antriebsmotor (47) regelbar ist. Lenkaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung (60) eine die Getriebestufe (63) bildende Schneckengetriebestufe (64) aufweist, welche ein durch den elektrischen Antriebsmotor (46) angetriebenes Schneckenrad (66) und ein das Schneckenrad kämmendes Zahnrad (68) aufweist, wobei durch den ersten Positionssensor (82) die Winkelposition des Schneckenrades (66) und durch den zweiten Positionssensor (84) die Winkelposition des Zahnrades (68) erfassbar sind. Lenkaktuator nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (46), die Getriebevorrichtung (60) und die Lenkwinkelmessvorrichtung (80) in einem Aktuatorgehäuse (44) angeordnet sind, wobei der erste Positionssensor (82) und der zweite Positionssensor (84) derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass die Winkelpositionen der dazugehörigen Getriebekomponenten (65, 67) erfassbar sind. Lenkaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung (60) eine zusätzliche Getriebestufe (92) aufweist, welche eine dritte Getriebekomponente (96) aufweist, wobei die dritte Getriebekomponente (96) im Betrieb mit einer zu der ersten Getriebekomponente (65) und zu der zweiten Getriebekomponente (67) abweichenden Drehzahl rotiert, und wobei die Lenkwinkelmessvorrichtung (80) einen dritten Positionssensor (98) aufweist, mit welchem die Winkelposition der dritten Getriebekomponente (96) der Getriebevorrichtung (60) ermittelbar ist und welcher einen Tertiärspur-Signalverlauf (SV3) über den gesamten Verstellbereich (VB) der zu lenkenden Räder (12, 14) bereitstellt, derart, dass das Sensorsignal des dritten Positionssensors (98) bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder (12, 14) berücksichtigt wird, wobei das Periodenverhältnis zwischen dem Sekundärspur-Signalverlauf (SV2) und dem Tertiärspur-Signalverlauf (SV3) dem Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Getriebekomponente (67) und der dritten Getriebekomponente (96) entspricht Lenkaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Positionssensoren (82, 84, 98) als Induktionssensor ausgeführt ist. Lenksystem eines Fahrzeugs, mit einem Lenkaktuator (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und einer Spurstange (32), welche mit dem Lenkaktuator (40) und mit den zu lenkenden Rädern (12, 14) wirkverbunden ist. Verfahren zum Betreiben des Lenkaktuators (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit folgenden Schritten: 1 . Steering actuator of a steering system (10) of a vehicle, with an electric drive motor (46), which has a rotor (50) and a stator (48), a transmission device (60), which has at least one transmission stage (63) and several transmission components (65, 67), wherein during operation the two transmission components (65, 67) rotate at different speeds due to a gear ratio, and a steering angle measuring device (80) for detecting a steering angle of two wheels (12, 14) to be steered over the entire adjustment range (VB ), comprising a first position sensor (82), with which the angular position of a first transmission component (67) of the transmission device (60) can be determined and which has a primary track signal curve (SV1) over the entire adjustment range (VB) of the wheels (12) to be steered. 14), a second position sensor (84), with which the angular position of a second transmission component (65) of the transmission device (60) can be determined and which provides a secondary track signal curve (SV2) over the entire adjustment range (VB) of the wheels (12) to be steered , 14), whereby the period ratio between the primary track signal curve (SV1) and the secondary track signal curve (SV2) corresponds to the gear ratio between the two transmission components (65, 67), and an evaluation device (86), which uses a vernier algorithm Determination of the steering angle of the wheels (12, 14) from the sensor signals of the first position sensor (82) and the second position sensor (84). Steering actuator according to claim 1, characterized in that the first position sensor (82) is a rotor position sensor (83) and the electric drive motor (46) is designed as a brushless drive motor (47), the rotor position sensor (83) being designed such that the rotor position of the rotor (50) of the electric drive motor (46) and the angular position of a gear component (65) of the gear device (60) which rotates together with the rotor (50) can be detected, and the brushless drive motor (47) is determined by the sensor signal of the rotor position sensor (83). ) can be regulated. Steering actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the gear device (60) has a worm gear stage (64) forming the gear stage (63), which has a worm wheel (66) driven by the electric drive motor (46) and a gear meshing with the worm wheel ( 68), wherein the angular position of the worm wheel (66) can be detected by the first position sensor (82) and the angular position of the gear (68) can be detected by the second position sensor (84). Steering actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the electric drive motor (46), the transmission device (60) and the steering angle measuring device (80) are arranged in an actuator housing (44), the first position sensor (82) and the second position sensor ( 84) are arranged and aligned in such a way that the angular positions of the associated transmission components (65, 67) can be detected. Steering actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission device (60) has an additional transmission stage (92) which has a third transmission component (96), the third transmission component (96) operating at a speed that differs from the first transmission component (65) and the second transmission component (67). rotates, and wherein the steering angle measuring device (80) has a third position sensor (98), with which the angular position of the third gear component (96) of the gear device (60) can be determined and which has a tertiary track signal curve (SV3) over the entire adjustment range (VB) of the wheels (12, 14) to be steered, such that the sensor signal of the third position sensor (98) is taken into account when determining the steering angle of the wheels (12, 14), the period ratio between the secondary track signal curve (SV2) and the Tertiary track signal curve (SV3) corresponds to the gear ratio between the second gear component (67) and the third gear component (96). Steering actuator according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the position sensors (82, 84, 98) is designed as an induction sensor. Steering system of a vehicle, with a steering actuator (40) according to one of claims 1 to 6, and a tie rod (32), which is operatively connected to the steering actuator (40) and to the wheels (12, 14) to be steered. Method for operating the steering actuator (40) according to one of claims 1 to 6 with the following steps: Erfassung der Winkelposition der ersten Getriebekomponente (65) durch den ersten Positionssensor (82), Detection of the angular position of the first transmission component (65) by the first position sensor (82), Erfassung der Winkelposition der zweiten Getriebekomponente (67) durch den zweiten Positionssensor (84), Ermitteln des Lenkwinkels der zu lenkenden Räder (12, 14) mittels des Nonius-Algorithmus aus den ermittelten Winkelpositionen der Getriebekomponenten (65, 67). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzlauf durchgeführt wird, wobei die Sensorsignalverläufe der Positionssensoren (82, 84) zumindest über einen Teilbereich des gesamten Verstellbereichs (VB) der zu lenkenden Räder (12, 14) aufgezeichnet werden und miteinander abgeglichen werden, wobei basierend auf einem Abgleich zwischen den Sensorsignalverläufen der Positionssensoren (82, 84) Korrekturwerte ermittelt werden und die Korrekturwerte bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder (12, 14) berücksichtigt werden. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzlauf mit einem die Winkelposition der zweiten Getriebekomponente (67) erfassenden Referenzsensor (90) durchgeführt wird und die Sensorsignalverläufe zumindest eines Positionssensors (82, 84) und des Referenzsensors (90) zumindest über einen Teilbereich des gesamten Verstellbereichs (VB) der zu lenkenden Räder (12, 14) aufgezeichnet werden und miteinander abgeglichen werden, wobei basierend auf einem Abgleich zwischen dem Sensorsignalverlauf des Referenzsensors (90) und dem Sensorsignalverlauf des Positionssensors (82, 84) Korrekturwerte ermittelt werden und die Korrekturwerte bei der Ermittlung des Lenkwinkels der Räder (12, 14) berücksichtigt werden. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte in mindestens einer Nachschlagtabelle hinterlegt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkel der Räder (12, 14) und die dazugehörige Winkelposition einer der beiden Getriebekomponenten (65, 67) initial ermittelt werden und anschließend der Lenkwinkel der Räder (12, 14) basierend auf dem Sensorsignal des Positionssensors (82, 84) und dem Zählen der Umdrehungen der Getriebekomponente (65, 67) ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (46) derart angesteuert wird, dass ausschließlich das Getriebespiel der Getriebevorrichtung (60) in eine der beiden oder in beide Drehrichtungen des elektrischen Antriebsmotors (46) eliminiert wird bevor initial der Lenkwinkel der Räder (12, 14) und die dazugehörige Winkelposition der Getriebekomponente (65, 67) bestimmt werden. Detecting the angular position of the second transmission component (67) by the second position sensor (84), Determining the steering angle of the wheels (12, 14) to be steered using the vernier algorithm from the determined angular positions of the transmission components (65, 67). Method according to claim 8, characterized in that a reference run is carried out, the sensor signal curves of the position sensors (82, 84) being recorded at least over a portion of the entire adjustment range (VB) of the wheels (12, 14) to be steered and compared with one another, wherein correction values are determined based on a comparison between the sensor signal curves of the position sensors (82, 84) and the correction values are taken into account when determining the steering angle of the wheels (12, 14). Method according to claim 8, characterized in that a reference run is carried out with a reference sensor (90) which detects the angular position of the second gear component (67) and the sensor signal curves of at least one position sensor (82, 84) and the reference sensor (90) at least over a partial area of the The entire adjustment range (VB) of the wheels (12, 14) to be steered are recorded and compared with one another, correction values being determined based on a comparison between the sensor signal curve of the reference sensor (90) and the sensor signal curve of the position sensor (82, 84) and the correction values be taken into account when determining the steering angle of the wheels (12, 14). Method according to claim 9 or 10, characterized in that the correction values are stored in at least one lookup table. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steering angle of the wheels (12, 14) and the associated angular position of one of the two transmission components (65, 67) are initially determined and then the steering angle of the wheels (12, 14) based on the Sensor signal of the position sensor (82, 84) and counting the revolutions of the transmission component (65, 67) is determined. Method according to claim 12, characterized in that the electric drive motor (46) is controlled in such a way that only the gear play of the gear device (60) in one of the two or in both directions of rotation of the electric drive motor (46) is eliminated before the steering angle of the wheels is initially (12, 14) and the associated angular position of the gear component (65, 67) are determined.
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