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Title:
TORQUE-DEPENDENT CORRECTION OF THE ROTATIONAL ANGLE OF A STEERING SHAFT OF AN ELECTROMECHANICAL MOTOR VEHICLE STEERING SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/179849
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromechanical motor vehicle steering system (1), comprising a steering column (9), which is in engagement, via a steering gear, with a steering rack (5), which is mounted in a housing so as to be displaceable along a longitudinal axis, in order to steer wheels (6), comprising an electric motor (7), for assisting with steering effort, which drives the steering column (9) by means of a gear drive (10), and comprising a control device (15), which calculates an actual rotational angle of the steering column (STWA) on the basis of a signal from a rotor position sensor of the electric motor (14), the control device (15) comprising a correction unit (16), which is configured to correct the actual rotational angle of the steering column (STWA) such that twisting of the components between the electric motor (7) and the steering column (9) that occurs as a result of the torque of the electric motor (7) is compensated.

Inventors:
TOTH, Tivadar (Tulipan Street 64, Paty, H-2071, HU)
Application Number:
EP2019/056286
Publication Date:
September 26, 2019
Filing Date:
March 13, 2019
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP PRESTA AG (Essanestraße 10, 9492 Eschen, 9492, LI)
THYSSENKRUPP AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
International Classes:
B62D15/02
Domestic Patent References:
WO2019016967A12019-01-24
Foreign References:
US20150144418A12015-05-28
US20100181140A12010-07-22
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) aufweisend eine Lenksäule (9), die über ein Lenkgetriebe mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange (5) zur Lenkung von Rädern (6) in Eingriff steht, aufweisend einen Elektromotor (7) zur Lenkkraftunterstützung, der mittels eines Zahnradgetriebes (10) die Lenksäule (9) antreibt, und aufweisend eine Steuereinrichtung (15), die einen Istdrehwinkel der Lenksäule (STWA) anhand eines Signals eines Rotorpositionssensors des Elektromotors (14) berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15) eine Korrektureinheit (16) aufweist, die dazu eingerichtet ist, den Istdrehwinkel der Lenksäule (STWA) zu korrigieren, so dass eine durch das Drehmoment des

Elektromotors (7) auftretende Verdrehung der Bauteile zwischen

Elektromotor (7) und Lenksäule (9) kompensiert ist.

2. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnradgetriebe (10) ein

Schneckenradgetriebe ist.

3. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (12) des Zahnradgetriebes mit der Rotorwelle (11) des Elektromotors (7) über eine Gummikupplung (13) verbunden ist.

4. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschätztes Motordrehmoment ( M motor,estimated) des Elektromotors (7) und ein Wert für die durchschnittliche Torsionssteifigkeit (Ts) der zwischen Lenksäule und Elektromotor angeordneten Bauteile ein Input für die Korrektureinheit (16) ist.

5. Elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung (1) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur- einheit (16) dazu eingerichtet ist, folgende Berechnung durchzuführen :

STWA compensated = STWA + Ts * M motor.estimated wobei Ts die durchschnittliche Torsionssteifigkeit der mechanischen Bauteile zwischen Elektromotor (7) und Lenksäule (9) ist.

6. Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Kraftfahrzeug- lenkung (1) aufweisend eine Lenksäule (9), die über ein Lenkgetriebe mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich

gelagerten Zahnstange (5) zur Lenkung von Rädern (6) in Eingriff steht, aufweisend einen Elektromotor (7) zur Lenkkraftunterstützung, der mittels eines Zahnradgetriebes (10) die Lenksäule (9) antreibt, und aufweisend eine Steuereinrichtung (15), die einen Istdrehwinkel der Lenksäule (STWA) anhand eines Signals eines Rotorpositionssensors des Elektromotors (14) berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden Schritt umfasst:

- Korrigieren der Berechnung des Istdrehwinkels der Lenksäule (STWA) in einer Korrektureinheit (16), die Teil der Steuereinrichtung (15) ist, wobei die Korrektur eine durch ein Drehmoment des Elektromotors (7) auftretende Verdrehung der Bauteile zwischen Elektromotor (7) und Lenksäule (9) kompensiert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die

Korrektureinheit (16) das geschätzte Motordrehmoment ( Mmotor,estimated) des Elektromotors (7) empfängt und einen Wert für die durchschnittliche Torsionssteifigkeit (Ts) der zwischen Lenksäule (9) und Elektromotor (7) angeordneten Bauteile beinhaltet.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit (16) folgende Berechnung vornimmt:

STWA compensated STWA + Ts * M motor,estimated wobei Ts die durchschnittliche Torsionssteifigkeit der mechanischen Bauteile zwischen Elektromotor (7) und Lenksäule (9) ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die

Korrektureinheit (16) folgende Berechnung vornimmt:

5 STWA _ (n * 360° + RPS)

D ύΐ VvAc ensated + LfJJSeT + I S Jvl motor estimated /

ratio wobei RPS der mittels eines Rotorlagesensors gemessene Drehwinkel der Rotorwelle (11) ist, Offset, ein absoluter Offset zwischen dem absoluten Drehwinkel der Lenksäule (9) und dem absoluten Drehwinkel der Rotorwelle des Elektromotors (11) ist, n die Anzahl der gemessenen

0 Rotorumdrehungen ist und ratio das Verhältnis zwischen einer Drehung der Rotorwelle (11) und der entsprechenden Rotation der Lenksäule (9) ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Istdrehwinkel der Lenksäule (STWACompensated) an die5 Steuereinrichtung (15) zur Regelung der Lenkkraftunterstützung

weitergegeben wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnradgetriebe (10) ein Schneckenradgetriebe ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekenn¬0 zeichnet, dass eine Welle des Zahnradgetriebes (12) mit der Rotorwelle

(11) über eine Gummikupplung (13) verbunden ist.

Description:
Drehmomentabhängige Korrektur des Drehwinkels einer Lenkwelle einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Kraftfahrzeug- lenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein

Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.

In elektromechanischen Kraftfahrzeugservolenkungen kann die Servoeinheit an der Lenksäule des Lenkgetriebes angeordnet sein. Die Servoeinheit umfasst einen elektrischen Motor mit einer Rotorwelle, die über eine Kupplung Dreh- momente bzw. Drehbewegungen auf eine Schneckenwelle überträgt und somit mittels des Schneckengetriebes auf die Lenkwelle wirkt. Die mechanischen Teile, die zwischen der Motorwelle und der Lenkwelle angeordnet sind, haben eine Torsionssteifigkeit, die dazu führt, dass es zu Abweichungen bei der Berechnung der Istposition der Lenkwelle kommt. Diese Abweichung ist abhängig von dem Drehmoment des elektrischen Motors und führt somit zu einem drehmomentabhängigen Fehler in der Berechnung des Drehwinkels der Lenkwelle und hat dadurch direkten Einfluss auf die Steuerung des

Lenksystems.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung anzugeben, das eine höhere Genauigkeit bei der Berechnung der Istposition der Lenkwelle aufweist, sowie ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, das das Verfahren ausführen kann.

Diese Aufgabe wird von einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung genannt.

Demnach ist eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung vorgesehen, die eine Lenksäule aufweist, die über ein Lenkgetriebe mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von Rädern in Eingriff steht, und einen Elektromotor zur Lenkkraftunter- stützung, der mittels eines Zahnradgetriebes die Lenksäule antreibt, sowie eine Steuereinrichtung, die einen Istdrehwinkel der Lenksäule anhand eines Signals eines Rotorpositionssensors des Elektromotors berechnet. Die

Steuereinrichtung umfasst eine Korrektureinheit, die dazu eingerichtet ist, den Istdrehwinkel der Lenksäule zu korrigieren, so dass eine durch das Dreh- moment des Elektromotors auftretende Verdrehung der Bauteile zwischen Elektromotor und Lenksäule kompensiert ist. Ein drehmomentabhängiger Fehler in der Berechnung des Drehwinkels der Lenkwelle kann somit auf einfache Weise korrigiert werden.

Vorzugsweise ist das Zahnradgetriebe ein Schneckenradgetriebe. Es kann sein, dass eine Welle des Zahnradgetriebes mit der Motorwelle über eine Gummikupplung verbunden ist.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Zahnradgetriebe ein Stirnradgetriebe.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Zahnradgetriebe ein Kegelradgetriebe.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Zahnradgetriebe ein Stirnradschraubgetriebe.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Zahnradgetriebe ein Kegelradschraubgetriebe.

Vorzugsweise sind ein geschätztes Motordrehmoment des Elektromotors und ein Wert für die durchschnittliche Torsionssteifigkeit der zwischen Lenksäule und Elektromotor angeordneten Bauteile ein Input für die Korrektureinheit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Korrektureinheit dazu einge- richtet, folgende Berechnung durchzuführen :

STWA compensated = STWA + Ts * M motor.estimated

wobei STWA compensated der korrigierte Istdrehwinkel der Lenksäule, STWA der ursprünglich berechnete Istdrehwinkel der Lenksäule, und die Torsionssteifig keit die durchschnittliche Torsionssteifigkeit der mechanischen Bauteile zwischen Elektromotor und Lenksäule ist.

Weiterhin ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Kraft- fahrzeuglenkung vorgesehen, wobei die elektromechanische Kraftfahrzeug- lenkung eine Lenksäule, die über ein Lenkgetriebe mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von Rädern in Eingriff steht, einen Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung, der mittels eines Zahnradgetriebes die Lenksäule antreibt, und eine Steuer- einrichtung aufweist, die einen Istdrehwinkel der Lenksäule anhand eines Signals eines Rotorpositionssensors des Elektromotors berechnet. Das

Verfahren umfasst dabei folgenden Schritt: Korrigieren der Berechnung des Istdrehwinkels der Lenksäule in einer Korrektureinheit, die Teil der Steuer- einrichtung ist, wobei die Korrektur eine durch ein Drehmoment des Elektro- motors auftretende Verdrehung der Bauteile zwischen Elektromotor und Lenksäule kompensiert.

Vorzugsweise empfängt die Korrektureinheit das geschätzte Motordrehmoment des Elektromotors und beinhaltet einen Wert für die durchschnittliche

Torsionssteifigkeit der zwischen Lenksäule und Elektromotor angeordneten Bauteile.

In einer bevorzugten Ausführungsform führt die Korrektureinheit folgende Berechnung durch :

STWA compensated = STWA + Ts * M motor, estimated

wobei STWA Compensated der korrigierte Istdrehwinkel der Lenksäule, STWA der ursprünglich berechnete Istdrehwinkel der Lenksäule, und Ts die durchschnitt- liehe Torsionssteifigkeit der mechanischen Bauteile zwischen Elektromotor und Lenksäule ist.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Korrektureinheit folgende Berechnung vornimmt: 360° + RPS)

+ Offset + Ts * M motor, estimated t

ratio wobei der Offset, ein absoluter Offset zwischen dem absoluten Drehwinkel der Lenksäule und dem absoluten Drehwinkel der Rotorwelle des Elektromotors ist, n die Anzahl der gemessenen Rotorumdrehungen ist und ratio das

Verhältnis zwischen einer Drehung der Rotorwelle und einer entsprechenden Rotation der Lenksäule ist. Weitere vorteilhafte Berechnung : wobei M Lenkrad das am Lenkrad anliegende Drehmoment ist.

Vorzugsweise wird der korrigierte Istdrehwinkel der Lenksäule an die

Steuereinrichtung zur Regelung der Lenkkraftunterstützung weitergegeben. Vorteilhafterweise ist das Zahnradgetriebe ein Schneckenradgetriebe. Es kann sein, dass eine Welle des Zahnradgetriebes mit der Motorwelle über eine Gummikupplung verbunden ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer oberen Lenkwelle 3 und einer unteren Lenkwelle 4 drehfest gekoppelt ist, schematisch dargestellt. Die obere Lenkwelle 3 steht über einen Torsionsstab in funktioneller Verbindung mit der unteren Lenkwelle 4. Die untere Lenkwelle 4 ist mit einem nicht dargestellten Ritzel drehfest verbunden. Das Ritzel kämmt in bekannter Weise mit einer Zahnstange 5. Die Zahnstange 5 ist in einem Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 5 mit nicht dargestellten Spurstangen verbunden, die wiederum über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 6 des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3, 4 und des Ritzels zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 5 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 6. Ein Elektromotor 7 einer Servoeinheit 8 ist vorgesehen, um dem Fahrer bei einer Lenkbewegung zu unterstützen. Die Servoeinheit 8 ist an der Lenksäule 9 angeordnet. Der Elektromotor 7 treibt die Lenksäule 9 mittels eines Schneckengetriebes 10 an. Die Rotorwelle 11 des Elektromotors 7 ist dabei mit einer Schnecke 12 des Schneckengetriebes 10 über eine

Kupplung 13, insbesondere über eine Gummikupplung verbunden. Der

Elektromotor 7 weist einen Rotorlagesensor (RPS) 14 auf, der den Drehwinkel der Rotorwelle 11 misst. Anhand des Signals des RPS 14 wird der Istdreh- winkel der Lenksäule STWA (engl steering column Position) bestimmt. Die zwischen der Rotorwelle 11 und der Lenksäule 9 angeordneten Bauteile verdrehen sich unter Belastung, wodurch es zu einem drehmomentabhängigen Fehler in der Bestimmung des Istdrehwinkels der Lenksäule STWA kommt. Es ist daher eine Korrektur vorgesehen, die dieser Verdrehung der Bauteile Rechnung trägt und somit den aus der Verdrehung resultierenden Fehler minimiert.

Die Korrektur basiert auf dem geschätzten Motordrehmoment M mo tor,estimated, dass bereits in der Steuerung des Lenksystems verwendet wird und daher eine bekannte Größe ist. Zudem wird die durchschnittliche Torsionssteifigkeit der mechanischen Bauteile zwischen der Rotorwelle 11 und der Lenksäule 9 verwendet, die ein Konstruktionsparameter der Lenkung ist.

Der korrigierte Istdrehwinkel der Lenksäule STWA Compensated berechnet sich nach der folgenden Formel :

STWA compensated = STWA + Ts * M motor,estimated

{n * 360° + RPS)

+ Offset + Ts * M motor.estimated

ratio wobei der Offset, ein absoluter Offset zwischen dem absoluten Drehwinkel der Lenksäule 9 und dem absoluten Drehwinkel der Rotorwelle 11 ist, n die Anzahl der gemessenen Rotorumdrehungen, ratio das Verhältnis zwischen einer Drehung der Rotorwelle und der entsprechenden Rotation der Lenksäule und Ts die durchschnittliche Torsionssteifigkeit der mechanischen Bauteile zwischen Rotorwelle und Lenksäule angegeben auf der Skala der Lenksäule [°/l\lm] ist. Die Berechnung des Istdrehwinkel der Lenksäule erfolgt bevorzugt in einer Steuereinrichtung 15 der Lenkung. Eine Korrektureinheit 16 in der Steuerein- richtung 15 führt die Berechnung des korrigierten Istdrehwinkels der

Lenksäule STWA CO mpensated durch. Der korrigierte Istdrehwinkel der Lenksäule STWA compensated fließt nach der Berechnung in die Regelung der Lenkkraftunter- Stützung ein. Durch die Korrektur kann die Lenkung verbessert werden.