Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems mit einer Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und mit einem Lenksteiler, wobei ein Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers erzeugt wird, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umzusetzen. Weiter betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Lenksystem. Dieses umfasst eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, einen Lenksteiler, der ausgebildet ist, gemäß einem empfangenen Steuersignal auf ein Koppelelement des Lenksystems zur Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs einzuwirken, und mechanisch mit dem Koppelelement verbundene Spurstangen. Zur Erzeugung des Steuersignals ist dem Lenksystem eine Steuereinheit zugeordnet.

Ein Verfahren zur Bereitstellung einer Lenkkraftunterstützung für ein elektromechanisches Lenksystem ist beispielsweise aus der DE 10 2018 103 082 Al bekannt. Weiter ist beispielsweise in der DE 10 2019 203 039 Al ein Verfahren zur Steuerung eines Steer-by-Wire- Lenksystems für ein Kraftfahrzeug und ein Steer-by-Wire-Lenksystem offenbart. Das Steer-by- Wire-Lenksystem umfasst dabei einen auf gelenkte Räder wirkenden elektronisch regelbaren Lenksteller. Bei solchen Lenksystemen gibt es eine Vielzahl von Störparametern, die eine ideale Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung der lenkbaren Räder verhindern.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems und ein verbessertes elektromechanisches Lenksystem, insbesondere ein verbessertes Steer-by-Wire-Lenksystem, bereitzustellen, bei dem vorteilhafterweise eine präzisere Umsetzung eines Lenkbefehls, insbesondere eines über eine Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkbefehls, in eine Lenkbewegung der lenkbaren Räder realisiert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems sowie ein elektromechanisches Lenksystemgemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt. Die vorgeschlagene Lösung sieht ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems, insbesondere eines Steer-by-Wire-Lenksystems vor, wobei das Lenksystem eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe, insbesondere mittels eines Lenkrades, ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann, und einen Lenksteiler umfasst. Der Lenksteiler umfasst insbesondere einen Elektromotor, insbesondere einen Synchronmotor, der beispielsweise ein Lenkritzel antreibt, welches insbesondere mit einer entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange zur Lenkung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs in Eingriff stehen kann. Gemäß dem Verfahren wird ein Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers erzeugt, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umzusetzen. Zudem wird eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem, insbesondere in dem Lenksystem zwischen einer Position des Lenkstellers und einer Position eines jeweiligen lenkbaren Rades, ermittelt und das Steuersignal in Abhängigkeit von der ermittelten mechanischen Formänderung angepasst, also insbesondere das bereits erzeugte Steuersignal zu einem bezüglich der mechanischen Formänderung korrigierten Steuersignal angepasst. Die Anpassung des Steuersignals erfolgt vorteilhafterweise derart, dass die ermittelte mechanische Verformung zumindest teilweise, vorzugsweist vollständig, kompensiert wird. Die mechanische Formänderung in dem Lenksystem ist insbesondere eine mechanische Spannung in Folge der Belastung der Komponenten beziehungsweise beruht insbesondere auf einer mechanischen Spannung in Folge der Belastung der Komponenten. Weiter ist eine mechanische Formänderung insbesondere eine Verzerrung oder Verwindung aufgrund der auf die Komponenten wirkenden Kräfte. Insbesondere wird als mechanische Formänderung eine reversible Formänderung berücksichtigt, also insbesondere eine Formänderung, die ein Körper bei mechanischer Belastung ausgehend von einer Ruhezustandsform vollzieht, wobei bei ausbleibender mechanischer Belastung wieder die Ruhezustandsform eingenommen wird.

Es hat sich gezeigt, dass aufgrund solcher belastungsabhängiger mechanischer Formänderungen ein vorgegebener Lenkwinkel nicht exakt in einen korrespondierenden Lenkwinkel der gelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs umgesetzt wird. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren berücksichtigt nun vorteilhafterweise auftretende mechanische Formänderungen, sodass eine verbesserte Ansteuerung des Lenkstellers erfolgen kann. Insbesondere werden durch das Verfahren Fehler bei der Ansteuerung des Lenkstellers aufgrund von auftretenden mechanischen Formänderungen zumindest reduziert. Ein Lenkbefehl wird somit vorteilhafterweise präziser in eine entsprechende Lenkbewegung der Räder umgesetzt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Lenksystem Komponenten, insbesondere Spurstangen, Gelenke und/oder Aufhängungen, umfasst, über die die Räder eines Kraftfahrzeugs mechanisch mit dem Lenksystem gekoppelt sind, wobei eine mechanische Formänderung einer Komponente des Lenksystems, insbesondere einer Spurstange des Lenksystems, durch das angepasste Steuersignal vorteilhafterweise zumindest teilweise kompensiert wird, insbesondere vollständig kompensiert wird.

Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass das Steuersignal eine Lenkwinkelvorgabe umfasst. Zur Anpassung des Steuersignals wird die Lenkwinkelvorgabe vorteilhafterweise um einen Offset korrigiert, der insbesondere von der ermittelten mechanischen Formänderung abhängt. Insbesondere ist dieser Offset positiv, ein vorgegebener Lenkwinkel wird also vergrößert, um eine mechanischen Formänderung, beispielsweise der Spurstangen des Kraftfahrzeugs, zu kompensieren. Hierbei wird also vorteilhafterweise berücksichtigt, dass ein von dem Lenksteiler umgesetzter Steuerbefehl ohne Anpassung des Steuersignals im Belastungsfall zu einem anderen Stellwinkel der Räder führt, als im unbelasteten Fall. Eine solche Anpassung des Steuersignals lässt sich vorteilhafterweise kostengünstig realisieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Ermittlung der mechanischen Formänderung, die auf eine Beanspruchung des Lenksystems zurückzuführen ist, eine Schätzung durchgeführt wird. Es wird bei dieser Ausgestaltung vorteilhafterweise also nicht messtechnisch exakt die tatsächliche mechanische Formänderung gemessen. Stattdessen wird vorteilhafterweise auf Basis zumindest eines im Zusammenhang mit einer mechanischen Formänderung des Lenksystems stehenden Parameters die auftretende mechanische Formänderung abgeschätzt, insbesondere basierend auf einem an den Parameter angepassten Modell, wobei dem erfassten Parameter vorteilhafterweise eine mechanische Formänderung zugeordnet wird, und der Parameter insofern insbesondere eine Eingangsgröße für das Modell ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann insbesondere vorsehen, dass für die Schätzung eine Kalman-Filterung der Parameter und eine Analyse der gefilterten Parameter durchgeführt wird, wobei vorteilhafterweise die mechanische Formänderung basierend auf den gefilterten Parametern geschätzt wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine gesamte Verzerrung als mechanische Formänderung auf Grundlage eines tatsächlichen Motordrehmoments eines Motors des Lenkstel lers und/oder eines an einem Koppelelement des Lenkstellers wirkenden Drehmoments geschätzt wird. Diese Abschätzung erfolgt vorteilhafterweise unter Verwendung einer Lookup-Tabelle und/oder unter Verwendung eines die mechanische Formänderung repräsentierenden Modells. Eine solche Abschätzung der mechanischen Formänderung weist insbesondere den Vorteil auf, dass die Kosten für Sensoren zur Erfassung einer tatsächlichen mechanischen Formänderung gering gehalten werden können. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass sich durch eine Abschätzung der mechanischen Formänderung trotz möglicher Abweichungen zur real auftretenden mechanischen Formänderung präzisere Umsetzungen von Lenkbefehlen in entsprechende Lenkbewegungen der gelenkten Räder realisieren lassen, insbesondere im Vergleich zur Verwendung eines nicht angepassten Steuersignals.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Lenkhandhabe des Lenksystems über die Lenkwelle mechanisch mit dem Lenksystem und somit insbesondere mit lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, also insbesondere bei einem nicht als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildeten Lenksystem, wird zumindest an einer Position ein auf die Lenkwelle wirkendes Lenkwellendrehmoment, also insbesondere ein auf die Lenkwelle wirkendes Drehmoment, erfasst, insbesondere ein von einem Fahrer auf die Lenkwelle aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Insbesondere ist das Lenksystem dabei ein EPAS-System (EPAS: Electric Power Assisted Steering). Bei der Ermittlung der mechanischen Formänderung wird dabei vorteilhafterweise das erfasste Lenkwellendrehmoment berücksichtigt. Insbesondere wird das ermittelte Lenkwellendrehmoment für die Bestimmung des Steuersignals berücksichtigt. Insbesondere wird das Lenkwellendrehmoment in Bezug zu einer Ausprägung der Anpassung des Steuersignals gesetzt. So hat sich gezeigt, dass sich aus einem auf die Lenkwelle wirkenden Drehmoment ein reproduzierbarer Bezug zu einer Anpassung des Steuersignals ableiten lässt. Vorteilhafterweise wird zur Ermittlung des Drehmoments eine Drehmomentsensorvorrichtung des Lenksystems genutzt, insbesondere eine magnetische Drehmomentsensorvorrichtung. Als eine vorteilhafte mögliche Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass vorgegebenen Werten für das Lenkwellendrehmoment direkt Korrekturwerte für die Anpassung des Steuersignals zugeordnet sind, insbesondere durch einen entsprechenden funktionalen Zusammenhang mittels eines Rechenmodells oder durch direkte Hinterlegung von Wertepaaren, insbesondere mittels einer Lookup-Tabelle. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass unterschiedlichen Drehmomentwerten entsprechende Vorgaben für die Anpassung des Steuersignals vorgegeben sind, insbesondere entsprechende Gewichtungsfaktoren für eine Anpassung.

Insbesondere hat sich gezeigt, dass bei größeren Lenkwellendrehmomenten in der Regel auch beim Fahrer das Gefühl für ein präzises Lenkverhalten weniger ausgeprägt ist, als bei geringeren Lenkwellendrehmomenten. Dem kann somit entsprechend bei der Anpassung des Steuersignals, insbesondere einer Gewichtung für den Korrekturfaktor des Steuersignals, Rechnung getragen werden. Alternativ oder zusätzlich wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein an dem Lenksteiler wirkendes Lenkstellerdrehmoment erfasst, insbesondere mittels einer Drehmomentsensorvorrichtung. Dabei wird die mechanische Formänderung vorteilhafterweise basierend auf dem erfassten Lenkstellerdrehmoment ermittelt. Insbesondere wird dabei das Lenkstellerdrehmoment in Bezug zur einer mechanischen Formänderung gesetzt. Insbesondere werden vorgegebenen Werten für das Lenkstellerdrehmoment direkt Korrekturwerte für die Anpassung des Steuersignals zugeordnet, insbesondere durch einen entsprechenden funktionalen Zusammenhang mittels eines Rechenmodells oder durch direkte Hinterlegung von Wertepaaren, insbesondere mittels einer Lookup-Tabelle. Insbesondere ist vorgesehen, dass unterschiedlichen Drehmomentwerten entsprechende Vorgaben für die Anpassung des Steuersignals vorgegeben sind, insbesondere entsprechende Offset-Werte. Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Lenksteiler einen Elektromotor umfasst, wobei ein Motordrehmoment des Elektromotors als das Lenkstellerdrehmoment erfasst wird.

Je nachdem, an welchen Stellen des Lenksystems die mechanische Formänderung auftritt, kann insbesondere über eine Erfassung des Lenkstellerdrehmoments eine bessere Annäherung an die tatsächlich auftretende mechanische Formänderung erreicht werden. Es ist daher vorteilhaft, insbesondere das Lenkstellerdrehmoment, vorzugsweise das Motordrehmoment des Elektromotors des Lenkstellers, für die Anpassung des Steuersignals zur berücksichtigen. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht zudem vor, dass für die Ermittlung der mechanischen Formänderung weitere in Bezug auf den Lenksteiler erfasste Messwerte berücksichtigt werden, insbesondere eine Rotorposition eines Rotors des Elektromotors des Lenkstellers und/oder eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors des Elektromotors des Lenkstellers. Vorteilhafterweise werde diese weiteren Messwerte mittels eines Rotorpositionssensor erfasst. Insbesondere wenn das Lenksystem ein Steer-by-Wire- Lenksystem ist, ist es vorteilhaft, wenn die Ermittlung der mechanischen Formänderung basierend auf dem Motordrehmoment des Elektromotors des Lenkstellers und den Messwerten des Rotorpositionssensors, insbesondere dem Rotorwinkel und der Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors des Lenkstellers. Ist das Lenksystem kein Steer-by-Wire-Lenksystem, also insbesondere ein Hilfskraft-Lenksystem, wird vorteilhafterweise zur Ermittlung der mechanischen Formänderung ein von einem Fahrer auf die Lenkwelle aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mittels eines Positionssensors eine Messung durchgeführt wird, vorteilhafterweise mittels jeweils einem Positionssensor an wenigstens zwei unterschiedlichen Stellen des Lenksystems eine Messung durchgeführt wird. Insbesondere wird mittels des wenigstens einen Positionssensors eine Längenänderung, insbesondere eine Stauchung und/oder eine Streckung erfasst. Insbesondere können Dehnungsmessstreifen als Positionssensoren vorgesehen werden. Andere Positionssensoren beziehungsweise Wegsensoren können aber ebenfalls vorgesehen werden. Vorteilhafterweise wird bei dieser Ausführungsform, bei der mittels wenigstens eines Positionssensors an wenigstens einer Stelle des Lenksystems wenigstens eine Messung durchgeführt wird, die mechanische Formänderung basierend auf einem Ergebnis der jeweiligen Messung ermittelt. Insbesondere wird dabei eine erfasste Wegänderung, insbesondere eine Stauchung und/oder eine Streckung einer Komponente des Lenksystems, in Bezug zur einer mechanischen Formänderung gesetzt. So hat sich ebenfalls gezeigt, dass sich aus dem Ergebnis von Messungen mit Positionssensoren ein reproduzierbarer Bezug zu einer auftretenden mechanischen Formänderung ableiten lässt. Insbesondere ist vorgesehen, dass mittels des wenigstens einen Positionssensors erfasste Messwerte direkt Korrekturwerte für die Anpassung des Steuersignals zugeordnet werden, insbesondere durch einen entsprechenden funktionalen Zusammenhang mittels eines Rechenmodells oder durch direkte Hinterlegung von Wertepaaren, insbesondere mittels einer Lookup-Tabelle. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass unterschiedlichen Messwerten entsprechende Vorgaben für die Anpassung des Steuersignals vorgegeben sind, insbesondere entsprechende Offset-Werte.

Insbesondere ist eine Positionsmessung an der Antriebseinheit, insbesondere der Antriebseinheit des Lenkstellers, und eine Positionsmessung an der Zahnstange des Lenksystems vorgesehen. Für den restlichen Bereich wird dann vorteilhafterweise eine Schätzung vorgenommen, die insbesondere vom Ergebnis der erfolgten Positionsmessung abhängt. Insbesondere ist allerdings auch eine Ausgestaltungsvariante vorgesehen, bei der Positionssensoren an mehreren relevanten Stellen im Lenksystem platziert werden, insbesondere an der Antriebseinheit und an den gelenkten Rädern. Hierdurch kann die Ermittlung der mechanischen Formänderung vorteilhafterweise noch präziser erfolgen und somit eine weiter verbesserte Anpassung des Steuersignals erfolgen.

Weiter ist insbesondere vorgesehen, dass das Lenksystem Komponenten, insbesondere Spurstangen, Gelenke und/oder Aufhängungen, umfasst, über die Fahrzeugräder mechanisch mit dem Lenksystem gekoppelt sind, wobei zumindest eine Messung an zumindest einer der Komponenten, insbesondere an den Spurstangen, durchgeführt wird. Die Messung erfolgt dabei insbesondere mittels wenigstens eines Positionssensors. Da mechanische Formänderungen insbesondere an den häufig stark beanspruchten Spurstangen auftreten, hat sich die Anordnung von Positionssensoren an den Spurstangen und das Berücksichtigen der Messungen dieser Positionssensoren für die Ermittlung der mechanischen Formänderung und somit für die Anpassung des Steuersignals zur Steuerung des Lenkstellers als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Modell für eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem hinterlegt, insbesondere in einer dem Lenksystem zugeordneten Steuereinheit, vorzugsweise in der Steuereinheit, die das Steuersignal für die Steuerung des Lenkstellers erzeugt und/oder anpasst. Das Modell ist also insbesondere ein Rechenmodell, welches die mechanische Formänderung simuliert, insbesondere unter Berücksichtigung wenigstens eines der nachfolgenden Parameter: Lenkstellerdrehmoment, insbesondere Motordrehmoment des Elektromotors des Lenkstellers; Rotorposition des Rotors des Elektromotors des Lenkstellers; Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors des Lenkstellers; Messergebnis wenigstens eines Positionssensors. Die mechanische Formänderung wird dabei vorteilhafterweise basierend auf dem hinterlegten Modell ermittelt. Vorteilhafterweise erfolgt die Anpassung des Steuersignals zur Steuerung des Lenkstellers basierend auf dem hinterlegten Modell.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die mechanische Formänderung in dem Modell als Funktion einer mechanischen Belastung des Lenksystems hinterlegt ist, insbesondere als lineare Funktion oder als nichtlineare Funktion. Vorteilhafterweise wird die mechanische Formänderung über die Funktion ermittelt, insbesondere über eine in dem Modell hinterlegte Rechenanweisung. Vorteilhafterweise lässt sich hierüber für jede Belastung eine konkrete mechanische Formänderung ermitteln.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Lenksystem Spurstangen, wobei vorgesehen ist, dass die Spurstangen vor einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Lenksystems in einem Kraftfahrzeug fixiert werden und das Lenksystem mit vorgegebenen Lenkwinkeln belastet wird, und die bei einem jeweiligen Lenkwinkel auftretende mechanische Belastung des Lenksystems erfasst und in dem Modell hinterlegt wird. Bei späterem bestimmungsgemäßen Einsatz des Lenksystems in einem Kraftfahrzeug kann dann unter Schätzung der mechanischen Belastung beziehungsweise der mechanischen Formänderung und unter Berücksichtigung des Lenkwinkels, beispielsweise unter Verwendung eines Rotorpositionssensors, das Steuersignal geeignet angepasst werden, insbesondere um die mechanische Formänderung zumindest teilweise zu kompensieren. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die Schätzung die erfassten Werte mit einem Kalman-Filter gefiltert werden, und insbesondere die gefilterten Werte dem Modell zugeführt werden.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass verschiedenen mechanischen Belastungen des Lenksystems jeweils mechanische Formänderungen zugeordnet sind, insbesondere über eine Lookup-Tabelle, wobei vorteilhafterweise die mechanische Formänderung basierend auf einer erfassten mechanischen Belastung des Lenksystems und der entsprechenden Zuordnung, insbesondere über die Lookup-Tabelle, ermittelt wird. Vorteilhafterweise kann hierdurch die Durchführung einer Rechenoperation entfallen. Zudem stellt dies eine vorteilhafte Variante dar, wenn das konkrete Lenksystem weniger geeignet sein sollte, die mechanische Belastung und die mechanische Formänderung in einem geeigneten funktionalen Zusammenhang zu beschreiben.

Insbesondere ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren beim autonomen Fahren bei einem klassischen elektromechanischen Lenksystem vorteilhaft, insbesondere einem Lenksystem mit einem Aktuator und mechanischer Verbindung. Dabei ist insbesondere dann eine Anwendung des Verfahrens vorteilhaft, wenn sich das System im Positionsregelungsmodus befindet, wie insbesondere beim automatisierten Einparken, bei der Bahnverfolgung, bei der Spurhaltung und/oder jeder anderen Funktion, die das Lenksystem im Positionsregelungsmodus verwendet.

Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ebenfalls vorgeschlagene elektromechanische Lenksystem ist vorteilhafterweise zur Ausführung eines Verfahrens mit den vorstehend genannten Merkmalen ausgebildet, wobei die Merkmale einzeln oder in Kombination verwirklicht sein können. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Lenksystem ein Steer-by-Wire-Lenksystem ist. Das Lenksystem umfasst eine Lenkwelle, über die mittels einer Lenkhandhabe ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann. Weiter umfasst das Lenksystem einen Lenksteiler, der ausgebildet ist, gemäß einem empfangenen Steuersignal auf ein Koppelelement des Lenksystems zur Umsetzung eines Lenkbefehls in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs einzuwirken, wobei das Koppelelement insbesondere ein Lenkritzel ist. Ferner umfasst das Lenksystem mechanisch mit dem Koppelelement verbundene Spurstangen, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Koppelelement ein Lenkritzel ist, welches mit einer entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange in Eingriff steht und wobei die Spurstangen insbesondere sich jeweils an ein Ende der Zahnstange anschließend angeordnet sind. Dem Lenksystem ist darüber hinaus eine Steuereinheit zur Erzeugung des Steuersignals zugeordnet. Insbesondere kann das Lenksystem die Steuereinheit umfassen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine entsprechend eingerichtete zentrale Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs dem Lenksystem als Steuereinheit zugeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuereinheit zur Erzeugung und zur Anpassung des Steuersignals zur Steuerung des Lenkstellers ausgebildet ist. Insbesondere ist weiter vorgesehen, dass die Steuereinheit die mechanische Formänderung in dem Lenksystem ermittelt, wozu die Steuereinheit insbesondere ausgebildet ist, Sensorsignale von entsprechenden Sensoren, insbesondere von wenigstens einer Drehmomentsensorvorrichtung und/oder von wenigstens einem Positionssensor zu empfangen.

Vorteilhafterweise umfasst das Lenksystem wenigstens einen Positionssensor an einer Spurstange des Lenksystems. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem wenigstens einen Positionssensor an einer Antriebseinheit des Lenkstellers. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem wenigstens eine Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines auf die Lenkwelle wirkenden Drehmoments. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem wenigstens eine Drehmomentsensorvorrichtung zur Erfassung eines an dem Lenksteller wirkenden Drehmoment, insbesondere eines an der Rotorwelle eines Gleichstrommotors des Lenkstellers wirkenden Drehmoments und/oder eines an dem Koppelelement, insbesondere dem Lenkritzel, wirkenden Drehmoments. Weiter vorteilhaft umfasst das Lenksystem einen Rotorpositionssensor, mit dem insbesondere eine Rotorposition eines Elektromotors des Lenkstellers bestimmt werden kann.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lenksystem;

Fig. 2a in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit zur Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem; Fig. 2b in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit zur Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens bei einem Hilfskraft-Lenksystem (EPAS-System); und

Fig. 3 anhand eines vereinfachten Ablaufdiagramms ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren.

In Fig. 1 ist schematisch ein Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Lenksystem 1 ein Steer-by-Wire-Lenksystem. Das Lenksystem 1 weist eine Lenkwelle 2 auf, über die mittels einer Lenkhandhabe 3 ein Lenkbefehl vorgegeben werden kann. Die Lenkhandhabe 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Lenkrad ausgebildet.

An dem der Lenkhandhabe 3 abgewandten Ende der Lenkwelle 2 ist ein Feedback-Aktuator 20 angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, Rückwirkungen von einem Räder-Fahrbahn-Kontakt auf die Lenkhandhabe 3 aufzubringen und somit ein gewohntes Lenkgefühl zu vermitteln.

Weiter umfasst das Lenksystem 1 einen elektrischen Lenksteiler 4, welcher ausgebildet ist, einen Lenkbefehl in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern 5 des Kraftfahrzeugs umzusetzen. Der Lenksteiler 4 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Lenkritzels 6 auf eine Zahnstange 7 eines Zahnstangen-Lenkgetriebes ein, wodurch über Spurstangen 8 des Lenksystems 1 mittelbar auf die gelenkten Räder 5 eingewirkt wird. Zum Antrieb des Lenkritzes 6 umfasst der Lenksteiler 4 einen Elektromotor 41 als Antriebseinheit, wobei der Elektromotor 41 insbesondere ein dreiphasiger Permanentmagnet-Synchronmotor sein kann.

Der Lenksteiler 4 wird dabei von einer Steuereinheit 9 des Lenksystems angesteuert. Auch der Feedback-Aktuator 20 wird in diesem Ausführungsbeispiel von der Steuereinheit 9 angesteuert. Die Steuereinheit 9 generiert dazu entsprechende Steuersignale ST, SF, die von dem Feedback- Aktuator 20 und dem Lenksteiler 4 empfangen werden. Die Steuereinheit 9 kann insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollereinheit sein.

Das Lenksystem 1 umfasst zudem mehrere Sensoren 10, 11, 12, 13, die in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Sensor 11 ein Drehmomentsensor ist, der ein auf die Lenkwelle 2 aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Der Sensor 10 kann insbesondere auch ein Drehmomentsensor sein, der ein auf das Lenkritzel 6 aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Die weiteren Sensoren 12, 13 sind insbesondere Positionssensoren, wobei die Positionssensor 12, 13 insbesondere jeweils an einer Spurstange 8 angeordnet sind. Als Positionssensor ist insbesondere ein Dehnmesstreifen vorgesehen. Darüber hinaus können insbesondere weitere Sensoren vorgesehen sein, was in Fig. 1 durch „. . .“ symbolisch dargestellt ist. Insbesondere kann ein weiterer Positionssensor an der Antriebseinheit vorgesehen sein. Insbesondere ist weiter vorgesehen sein, dass wenigstens ein in Fig. 1 nicht explizit dargestellter Sensor einen Lenkbefehl erfasst, der von einem Fahrer durch Drehen der Lenkhandhabe 3 aufgebracht wird. Dazu ist insbesondere ein Drehwinkelsensor an der Lenkwelle 2 angeordnet ist, der einen Lenkradwinkel erfasst. Insbesondere ist zudem vorgesehen, dass ein Motordrehmoment des Elektromotors 41 des Lenkstellers 4, eine Rotorposition und eine Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 41 als Sensorsignale S4 an die Steuereinheit 9 übertragen werden.

Die Steuereinheit 9 des Lenksystems 1 ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, eine mechanische Formänderung, insbesondere eine aufgrund mechanischer Belastung auftretende Verwindung, zur ermitteln und das Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers, welches insbesondere auf einem erfassten Lenkmoment und einer erfassten Lenkwinkelgeschwindigkeit basiert, vor dem Senden an den Lenksteiler 4 in Abhängigkeit von der ermittelten mechanischen Formänderung anzupassen, und dann dieses angepasste Steuersignal als das Steuersignal ST an den Lenksteiler 4 zu übertragen, der dann das empfangene Steuersignal ST in eine entsprechende Motorbewegung und darüber in eine entsprechende Bewegung des Lenkritzels 6 umsetzt. Die von der Steuereinheit 9 ermittelte mechanische Formänderung ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel nicht exakt messtechnisch erfasst, sondern geschätzt. Als Basis für diese Schätzung dienen dabei in diesem Ausführungsbeispiel die von den Positionssensoren 12, 13 bereitgestellten Sensorsignale S2, S3 und die Sensorsignale S4.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Steuereinheit 9 eines Steer-by-Wire-Lenksystems wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in Fig. 2a gezeigte Blockschaltbilddarstellung näher erläutert. Die Steuereinheit 9 kann insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollereinheit sein.

Die in Fig. 2a gezeigte Steuereinheit 9 empfängt dabei eine Vielzahl von Sensorsignalen S4, S2, S3, S#von Sensoren des Lenksystems. Das Bezugszeichen S# steht dabei für ein oder mehrere Sensorsignale, insbesondere für Sensorsignale in Bezug auf einen erfassten Lenkbefehl. In einer Auswerteeinheit 90 der Steuereinheit 9 wird dabei insbesondere unter Berücksichtigung von Positionssensorsignalen S2, S3 und unter Berücksichtigung der Sensorsignale S4, also insbesondere eines Motordrehmoments des Elektromotors des Lenkstellers, eines Rotorwinkels und einer Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors, ein nicht angepasstes Steuersignal ST* erzeugt, welches eine Lenkwinkelvorgabe, die insbesondere in ein entsprechendes Ansteuerungssignal für den Motor des Lenkstellers transformiert sein kann, umfasst. Darüber hinaus umfasst die Steuereinheit eine Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem. Diese Einheit 91 nutzt dabei insbesondere die Sensorsignale S4 und, in diesem Ausführungsbeispiel, ergänzend die von Positionssensoren, beispielsweise dem Positionssensor 13, erfasste Messergebnisse.

In der Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel ein Modell 92 für eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem hinterlegt. Die Ermittlung der mechanischen Formänderung basiert dabei auf diesem hinterlegten Modell 92. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die unterschiedlichen Motordrehmomente des Elektromotors des Lenkstellers eine Funktion hinterlegt ist, wobei über den hinterlegten funktionalen Zusammenhang aus den Drehmomentsignalen eine mechanische Formänderung berechnet wird. Darüber hinaus ist ergänzend bei diesem Ausführungsbeispiel insbesondere vorgesehen, dass erfassten Signalen S2, S3 von Positionssensoren in einer Lookup-Tabelle jeweils Werte für eine mechanische Formänderung zugeordnet sind. Die über diese Zuordnung ermittelten Werte und die aus den Motordrehmomentsignalen berechneten Werte werden dann, insbesondere nach Durchführung einer Gewichtung und/oder Mittelung und/oder Kalman-Filterung, von dem Modell 92 zu einem geschätzten Ergebnis für eine in dem Lenksystem auftretende mechanische Formänderung zusammengeführt. Die Auswerteeinheit 90 bildet dabei ein von der ermittelten Formänderung abhängiges Offset-Signal Off. Dieses Offset- Signal Off wird dabei zusammen mit dem nicht angepassten Steuersignal ST* einer Signalanpassungseinheit 93 der Steuereinheit 9 zugeführt. Die Signalanpassungseinheit 93 passt dabei das Steuersignal ST* um einen Offset, der durch das Offset-Signal Off repräsentiert wird an, insbesondere durch Addition des Steuersignals ST* mit dem Offset-Signal Off. Insbesondere kann noch eine Gewichtung des Offset-Signals Off unter Berücksichtigung von mit dem Sensor 11 erfassten Lenkwellendrehmomenten erfolgen. Die Signalanpassungseinheit 93 liefert dann als Ergebnis ein angepasstes Steuersignal ST zur Steuerung des Lenkstellers, welches dann von dem Lenksteiler beziehungsweise dem Elektromotor des Lenkstellers empfangen werden kann. Ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Steuereinheit 9 eines nicht als Steer-by-Wire- Lenksystem sonders als elektrisches Hilfskraft-Lenksystem ausgebildeten Lenksystems (EPAS- System) wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in Fig. 2b gezeigte Blockschaltbilddarstellung näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das Fahrzeug in einem automatisierten Fahrmodus, das Lenken des Fahrzeugs basiert auf einer Positionsregelung und im Idealfall wird nicht erwartet, dass der Fahrer lenkend eingreift. Die Steuereinheit 9 kann insbesondere eine entsprechend programmierte Mikrocontrollereinheit sein.

Die in Fig. 2b gezeigte Steuereinheit 9 empfängt dabei eine Vielzahl von Sensorsignalen SO, Sl, S2, S3, S5, S#von Sensoren des Lenksystems. Die Signale S5 repräsentieren in Bezug auf den Elektromotor des Lenkstellers erfasste Signale. Das Bezugszeichen S# steht für ein oder mehrere Sensorsignale, insbesondere für Sensorsignale in Bezug auf einen erfassten Lenkbefehl. In einer Auswerteeinheit 90 der Steuereinheit 9 wird dabei insbesondere unter Berücksichtigung der Sensorsignale S#, vorteilhafterweise zusätzlich unter Berücksichtigung des Drehmomentsignals Sl bezüglich eines von einem Fahrer auf die Lenkwelle aufgebrachten Drehmoments, ein nicht angepasstes Steuersignal ST* erzeugt, welches eine Lenkwinkelvorgabe, die insbesondere in ein entsprechendes Ansteuerungssignal für den Motor des Lenkstellers transformiert sein kann, umfasst. Darüber hinaus umfasst die Steuereinheit eine Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem. Diese Einheit 91 nutzt dabei insbesondere die von Positionssensoren, beispielsweise dem Positionssensor 13, erfasste Messergebnisse. Darüber hinaus nutzt die Einheit 91 vorteilhafterweise das Drehmomentsignal Sl und optional das von dem Drehmomentsensor 10 erfasste Sensorsignal SO, wobei das Signal SO insbesondere ein auf ein Koppelelement des Lenkstellers, insbesondere das Lenkritzel, aufgebrachtes Drehmoment repräsentiert.

In der Einheit 91 zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung im Lenksystem ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel ein Modell 92 für eine mechanische Formänderung in dem Lenksystem hinterlegt. Die Ermittlung der mechanischen Formänderung basiert dabei auf diesem hinterlegten Modell 92. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die mittels des Sensorsignals Sl erfassten Drehmomente unter Berücksichtigung des Lenkwinkels entsprechende Werte für eine mechanische Formänderung zugeordnet sind. Die über diese Zuordnung ermittelten Werte werden dann, insbesondere nach Durchführung einer Gewichtung und/oder Mittelung und/oder Kalman-Filterung, von dem Modell 92 zu einem geschätzten Ergebnis für eine in dem Lenksystem auftretende mechanische Formänderung zusammengeführt. Die Auswerteeinheit 90 bildet dabei ein von der ermittelten Formänderung abhängiges Offset-Signal Off. Dieses Offset-Signal Off wird dabei zusammen mit dem nicht angepassten Steuersignal ST* einer Signalanpassungseinheit 93 der Steuereinheit 9 zugeführt. Die Signalanpassungseinheit 93 passt dabei das Steuersignal ST* um einen Offset, der durch das Offset-Signal Off repräsentiert wird an, insbesondere durch Addition des Steuersignals ST* mit dem Offset-Signal Off. Die Signalanpassungseinheit 93 liefert dann als Ergebnis ein angepasstes Steuersignal ST zur Steuerung des Lenkstel lers, welches dann von dem Lenksteiler beziehungsweise dem Elektromotor des Lenkstellers empfangen werden kann.

Um die Genauigkeit der Schätzung der mechanischen Formänderung und somit der wirkenden mechanischen Belastung zu erhöhen, können die störenden Belastungen mit dem bereits vorhandenen Drehmomentsensor 10 kompensiert werden. Auf diese Weise können die Belastungen, die keinen Einfluss auf die mechanische Formänderung haben, ermittelt werden. Eine solche Belastung kann eine Drehmomenteingabe durch den Fahrer sein. Diese Drehmomenteingabe kann zufällig oder absichtlich erfolgen, zum Beispiel in einer Notfallsituation. Eine weitere nicht relevante Belastung kann die Trägheit des Lenkrads sein. Mit Hilfe des Signals des Drehmomentsensors 10 können diese aus den Belastungen, die zu einer mechanischen Formänderung führen, herausgefiltert werden, insbesondere unter Verwendung eines Kalman-Filters.

Fig. 3 zeigt in einem stark vereinfachten Ablaufdiagramm ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Lenksystems, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt. Dabei wird in einem Verfahrensschritt 30 auf herkömmliche Weise ein Steuersignal für die Ansteuerung eines Lenkstellers erzeugt, um einen Lenkbefehl mittels des Lenkstellers in eine Lenkbewegung von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs umsetzen zu können. Zusätzlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt 31 parallel eine in dem Lenksystem aufgrund einer auf das Lenksystem einwirkenden mechanischen Belastung eine in dem Lenksystem, insbesondere an den Spurstangen, auftretende mechanische Verwindung als mechanische Formänderung geschätzt. Grundlage für diese Schätzung kann insbesondere ein entsprechendes Rechen-Modell sein, welches das Verhalten des Lenksystems bezüglich auftretender mechanischer Verwindungen simuliert. In einem weiteren Verfahrensschritt 32 wird das zuvor in dem Verfahrensschritt 30 ermittelte Steuersignal in Abhängigkeit von der durch Schätzung ermittelten mechanischen Verwindung angepasst, das heißt es erfolgt eine Kompensation des durch die mechanische Verwindung auftretenden Fehlers, der bei der Erzeugung des Steuersignals in dem Verfahrensschritt 30 aufgetreten ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann das so in dem Verfahrensschritt 30 angepasste Steuersignal in eine Lenkbewegung der Räder eines Kraftfahrzeugs umgesetzt.

Insbesondere kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren sowie bei dem vorgeschlagenen Lenksystem ein Teil der mechanischen Formänderung des Lenksystems anhand der Belastung des Lenksystems abgeschätzt werden, was auch gemessen werden kann. Basierend auf der bekannten mechanischen Formänderung kann diese vorteilhafterweise so kompensiert werden, dass die Lenkwinkelanforderung, also insbesondere das Steuersignal zur Ansteuerung des Lenkstellers, um die geschätzte mechanische Formänderung modifiziert, insbesondere ausgeglichen, werden kann. Die mechanische Formänderung kann insbesondere gemessen und geschätzt werden. Der Betrag der mechanischen Formänderung, insbesondere der Formänderung zwischen der Position des Aktuators für die Räder, insbesondere des Lenkstellers, und der Position des Straßenrads, wird vorteilhafterweise als eine Funktion der Last bestimmt, die insbesondere an den Spurstangen gemessen werden kann und/oder insbesondere anhand des Motordrehmoments des Aktuators für die Räder, geschätzt werden kann.

Die Charakteristik dieser Formänderung kann, insbesondere abhängig von dem konkreten Lenksystem, insbesondere als lineare Funktion oder als nichtlineare Funktion der oben genannten Last hinterlegt sein, insbesondere als Lookup-Tabelle. Eine Positionsanforderung, also insbesondere ein Lenkbefehl, kann also bei einem Lenksystem, insbesondere bei einem Steer-by-Wire-System vorgegeben werden. Eine Steuereinheit, insbesondere eine Regelung, erzeugt eine entsprechende Vorgabe, insbesondere ein entsprechendes Steuersignal, von dem Aktuator für das Lenken der Räder umgesetzt wird. Diese Positionsanforderung wird vorteilhafterweise mit der oben erwähnten geschätzten mechanischen Formänderung korrigiert, indem vorteilhafterweise eine angepasste Vorgabe, insbesondere ein angepasstes Steuersignal erzeugt wird. Der Aktuator kann somit vorteilhafterweise die Position der lenkbaren Räder präziser, insbesondere mit geringerer Abweichung gegenüber dem Lenkbefehl, einstellen.

Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Bezugszeichenliste

1 Lenksystem

2 Lenkwelle

3 Lenkhandhabe

4 Lenksteiler

41 Elektromotor des Lenkstellers (4)

5 Rad

6 Lenkritzel

7 Zahnstange

8 Spurstange

9 Steuereinheit

90 Auswerteeinheit

91 Einheit zur Ermittlung einer mechanischen Formänderung

92 Modell

93 Signalanpassungseinheit

10, 11 Drehmomentsensor

12, 13 Positionssensor

20 Feedback-Aktuator

SO, SI, S2, S3, Sensorsignal

S4, S5; S#

SF Steuersignal zur Steuerung des Feedback-Aktuators (20)

ST Steuersignal zur Steuerung des Lenkstellers (9)

ST* nicht angepasstes Steuersignal

Off Offset-Signal

30 Erzeugung eines Steuersignals

31 Schätzung der mechanischen Formänderung

32 Kompensation

34 Umsetzung des angepassten Steuersignals in eine Lenkbewegung der Räder (5)