DE4142457C2

DE4142457C2 - Method for determining the rotational position of a steering shaft of motor vehicles

Info

Publication number: DE4142457C2
Application number: DE19914142457
Authority: DE
Inventors: Eugen Herb; Dirk Haecker
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: DE4142457A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1.

Bei einem derartigen, aus der DE 40 08 167 A1 bekannten Verfahren wird die Drehlage der Lenkwelle aus dem Vergleich der Drehzahlen der Räder einer Fahrzeugachse gewonnen. Hierzu sind zwei Drehgeber erforderlich. Zudem ist eine exakte Bestimmung der Drehlage nicht möglich, da die hierfür notwendige Voraussetzung, bei exaktem Geradeauslauf identische Drehzahlsignale zu haben, aufgrund von Reifenumfangs- und Luftdrucktoleranzen, einseitiger Beladung und dgl. häufig nicht erfüllt ist.In such a method known from DE 40 08 167 A1, the Rotational position of the steering shaft from the comparison of the speeds of the wheels one Vehicle axis won. Two encoders are required for this. In addition, one exact determination of the rotational position is not possible because the necessary A prerequisite for having identical speed signals when driving straight ahead, due to tire circumference and air pressure tolerances, one-sided loading and The like. Is often not met.

Aus der EP 386 439 A2 ist es ferner bekannt, mit Hilfe von zwei Lenkwinkelgebern ein Grobmesssignal für den gesamten Lenkwinkelbereich der Lenkwelle und ein Feinmesssignal für die Drehlage der Lenkwelle innerhalb der jeweiligen Lenkumdrehung zu erhalten. Auch hier sind wiederum zwei Drehgeber erforderlich, die einen erheblichen Aufwand bedeuten. Zusätzlich ergibt sich eine zusätzliche Störanfälligkeit, da z. B. bei Ausfall des Grobsensors auch die Information des Feinsensors, obwohl sie für sich richtig ist, aus Sicherheitsgründen nicht mehr berücksichtigt wird und daher eine Lenkwinkelinformation nicht mehr zur Verfügung steht.From EP 386 439 A2 it is also known with the aid of two steering angle sensors a rough measurement signal for the entire steering angle range of the steering shaft and a Fine measurement signal for the rotational position of the steering shaft within the respective Get steering turn. Again, two encoders are required which means a considerable effort. There is also an additional one Susceptibility to failure, e.g. B. in the event of failure of the coarse sensor, the information of Fine sensor, although it is correct for itself, no longer for security reasons is taken into account and therefore steering angle information is no longer available stands.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit geringem Aufwand und geringer Störanfälligkeit eine äußerst genaue Information über den tatsächlichen Lenkwinkel liefert. The invention has for its object a method of the aforementioned To create the type with little effort and low susceptibility to failure provides extremely accurate information about the actual steering angle.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The invention solves this problem by the characterizing features of Claim 1.

Bei der Erfindung wird nicht der Versuch unternommen, mittels eines Sensors eine Information über den Lenkwinkelbereich zu erhalten, die sich gegenüber der durch den Feinsensor gelieferten Information lediglich hinsichtlich des Maßstabs unterscheidet. Bei der eingangs genannten EP-3 86 439 A2 ist dieser Maßstabs unterschied durch das Übersetzungsverhältnis der Lenkwelle gegeben. Der insgesamt vorhandene einzige Sensor liefert ein Lenkwinkelfeininformation, d. h. eine Lenkwinkelinformation, die auf eine einzige Lenkumdrehung bezogen ist.In the invention, no attempt is made to use a sensor Obtain information about the steering angle range, which is opposite to that by the information provided by the fine sensor only with regard to the scale differs. This is the benchmark for EP-3 86 439 A2 mentioned at the beginning difference given by the gear ratio of the steering shaft. The overall single sensor provides fine steering angle information, i. H. steering angle information related to a single steering revolution.

Ohne Verwendung eines separaten Sensors wird mit Hilfe der Vorderrad- Drehzahlen lediglich eine Lenkwinkelinformation als Grobmesssignal gewonnen, die den Lenkwinkelbereich wiedergibt. Als Bereich ist dabei ein Lenkwinkel von 180 DEG bzw. vorzugsweise 360 DEG, d. h. eine gesamte Lenkrad- bzw. Lenkwellenumdrehung zu verstehen. Ein in beliebiger Form angenommener Lenkwinkelbereich zu Beginn einer Fahrt wird, da die aufgenommenen Lenkwinkel bereichsinformationen eine eindeutige Tendenz in Richtung des tatsächlichen Lenkwinkelbereichs besitzen, schnell durch den wahren Lenkwinkelbereich korrigiert werden. Without using a separate sensor, the front wheel Speeds only obtained a steering angle information as a rough measurement signal, the represents the steering angle range. The range is a steering angle of 180 DEG or preferably 360 DEG, i.e. H. an entire steering wheel or Understand steering shaft rotation. One accepted in any form Steering angle range at the beginning of a trip is because of the recorded steering angle area information a clear trend towards the actual Have steering angle range, quickly corrected by the true steering angle range become.

Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Er findung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 10.Improvements and further refinements of the Er invention are the subject of claims 2 to 10.

Dabei sind in den Patentansprüchen 3 bis 5 numerische Möglichkeiten angegeben, die im Patentanspruch 2 be schriebene Verwendung der Geschwindigkeitsdifferenz signale der beiden Vorderräder effizient zur Gewinnung der Lenkwinkelbereichsinformation einzusetzen. Der im Patentanspruch 4 angegebene lineare und reziproke Zu sammenhang mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt sich aus der vereinfachenden Annahme des Kraftfahrzeugs als linearisiertes Einspurmodell.The claims in the claims 3 to 5 are numerical Possibilities indicated that be in claim 2 written use of the speed difference signals of the two front wheels efficiently for extraction the steering angle range information. The one in Claim 4 specified linear and reciprocal Zu correlation with the vehicle speed results from the simplified adoption of the motor vehicle as linearized single track model.

Die Patentansprüche 6 bis 8 beschäftigen sich mit der statistischen Auswertung der gewonnenen Lenkwinkelbe reichsinformation. Dabei wird eine Klasseneinteilung (Klassierung) der Lenkwinkelbereichsinformation vorge nommen. Die gewonnenen Informationen werden auf die verschiedenen möglichen Lenkwinkelbereiche aufgeteilt (Patentanspruch 6), möglicherweise sogar geschwin digkeitsabhängig (Patentanspruch 8). Letzteres beruht auf der Überlegung, daß bei höheren Geschwindigkeiten in aller Regel der Lenkwinkelbereich vorliegt, in dem auch die Mittellage der Lenkwelle liegt.The claims 6 to 8 deal with the statistical evaluation of the steering angle obtained empire information. This is a division of classes (Classification) of the steering angle range information taken. The information obtained is transferred to the divided into different possible steering angle ranges (Claim 6), possibly even swift Dependence on density (claim 8). The latter is based on the consideration that at higher speeds as a rule, the steering angle range in which the center position of the steering shaft is also.

Die im Patentanspruch 7 angegebene Maßnahme, erst über einer vorgegeben Geschwindigkeit von beispielsweise 5 km/h zu arbeiten, ist vorteilhaft in zweierlei Hinsicht. Zum einen ergibt sich dann, wenn ein re ziproker Zusammenhang des Lenkwinkels mit der Fahrzeug geschwindigkeit berücksichtigt wird, ein numerisches Problem bei sehr kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Darüberhinaus wird berücksichtigt, daß die Lenkwinkel bereichsinformation für besonders kleine Fahrzeug geschwindigkeiten ohne besonderes Interesse ist, da nachgeschaltete Regeleinrichtungen zur Fahrzeug-Stabi lisierung bzw. Beeinflussung der Fahrzeugdynamik bei diesen Geschwindigkeiten ohnehin nicht wirksam sind.The measure specified in claim 7, only about a predetermined speed of, for example Working at 5 km / h is advantageous in two ways Terms. On the one hand, it results when a right Ziproker connection of the steering angle with the vehicle speed is taken into account, a numerical Problem with very low vehicle speeds. In addition, it is taken into account that the steering angle area information for particularly small vehicles speeds without special interest is there downstream control devices for vehicle stabilization lization or influencing of vehicle dynamics these speeds are not effective anyway.

Im folgenden ist der numerische Ablauf der Gewinnung einer Lenkwinkelbereichsinformation anhand von mathema tischen Formeln weiter erläutert. The following is the numerical process of extraction steering angle range information based on mathema table formulas further explained.

Aus dem linearisierten Einspurmodell eines Kraftfahr zeugs ergibt sich ein "synthetischer", d. h. modellhaf ter Lenkwinkel δs1 für kleine Werte dieses Winkels zu
The linearized single-track model of a motor vehicle results in a “synthetic”, ie model-like steering angle δs1 for small values of this angle

δs1 = (k1/v + k2 × v) × δv
δs1 = (k1 / v + k2 × v) × δv

mit K1 und K2 fahrzeugspezifische Konstanten,
v = Fahrzeuggeschwindigkeit und
δv = Differenzgeschwindigkeit der beiden Vorderräder.with K1 and K2 vehicle-specific constants,
v = vehicle speed and
δv = differential speed of the two front wheels.

Für größere Lenkwinkel ergibt sich der Wert δs aus ei ner Funktionsentwicklung zu
For larger steering angles, the value δs results from a functional development

δs = δs1 × [k3 + k4 × |δs1| + (k4 × δs1)²]
δs = δs1 × [k3 + k4 × | δs1 | + (k4 × δs1) ² ]

mit k3, k4 u. k5 fahrzeugspezifische Konstanten.with k3, k4 u. k5 vehicle-specific constants.

Bei Fahrtbeginn wird ein Lenkwinkelbereich für den Lenkwinkel δw angenommen, der die Mittellage enthält. Ist die Annahme richtig, so ist das vom Feinsensor ge lieferte Lenkwinkelsignal synchronisiert mit dem tatsächlichen Lenkwinkel und zeigt den in Fig. 1 darge stellten sägezahnähnlichen Verlauf. Nach jeweils 360° erfolgt ein Sprung des Signals, der dem gesamten Signalwertebereich entspricht.At the start of the journey, a steering angle range for the steering angle δw is assumed which contains the central position. If the assumption is correct, the steering angle signal supplied by the fine sensor is synchronized with the actual steering angle and shows the sawtooth-like curve shown in FIG. 1. After every 360 ° there is a jump in the signal which corresponds to the entire signal value range.

Die Annahme kann aber auch unrichtig sein. In diesem Fall besteht eine Phasendifferenz, die ein ganzzahliges Vielfaches von 360° beträgt. Ein derartiger Fall ist strichliert eingezeichnet. However, the assumption can also be incorrect. In this Case there is a phase difference that is an integer Is a multiple of 360 °. Such is the case shown in dashed lines.

Aus der Information des Feinsensors kann zusammen mit der Signalrichtung des Lenkwinkelsprungs eine In formation über den Gesamt-Lenkwinkel gewonnen werden, indem ein entsprechender Wert addiert, bzw. subtrahiert wird. Damit ergibt sich eine Information über den Ge samt-Lenkwinkel, die abhängt von der ursprünglichen An nahme der Mittellage und die gegenüber dem tatsäch lichen Lenkwinkel bei fehlerhafter Annahme um 360°, bzw. ein Vielfaches davon parallel verschoben ist (Fig. 2). Für die strichliert eingezeichnete falsche An nahme ergibt sich damit der strichliert eingezeichnete Verlauf des vermeintlichen Lenkwinkels gegenüber dem tatsächlichen Lenkwinkel, der ununterbrochen ein gezeichnet ist.Information about the total steering angle can be obtained from the information from the fine sensor together with the signal direction of the steering angle jump by adding or subtracting a corresponding value. This results in information about the total steering angle, which depends on the original assumption of the center position and which is shifted parallel to the actual steering angle if incorrectly assumed by 360 °, or a multiple thereof ( Fig. 2). For the incorrect acceptance shown in dashed lines, this results in the dashed line course of the supposed steering angle compared to the actual steering angle, which is continuously drawn.

Die fehlerhafte Annahme der ursprünglichen Null-Lage des Lenkwinkels kann nun mit Hilfe eines Korrektur faktors richtiggestellt werden, der mit statistischen Mitteln den tatsächlichen Lenkwinkel liefert. Hierzu wird für jeden Lenkwinkel ein momentaner Korrek turfaktor KSm bestimmt, der der nachfolgenden Tabelle entnommen wird und den Zusammenhang mit dem zugehörigen Lenkwinkelbereich wiedergibt:
KSm = -2 für δw - δs < -540°
KSm = -1 für -540° < δw - δs < -180°
KSm = 0 für -180° < δw - δs < +180°
KSm = 1 für 180° < δw - δs < 540°
KSm = 2 für 540° < δw - δsThe incorrect assumption of the original zero position of the steering angle can now be corrected with the aid of a correction factor which provides the actual steering angle using statistical means. For this purpose, a momentary correction factor KSm is determined for each steering angle, which is taken from the table below and shows the relationship with the associated steering angle range:
KSm = -2 for δw - δs <-540 °
KSm = -1 for -540 ° <δw - δs <-180 °
KSm = 0 for -180 ° <δw - δs <+ 180 °
KSm = 1 for 180 ° <δw - δs <540 °
KSm = 2 for 540 ° <δw - δs

Dabei ist der vorliegende Lenkwinkelbereich in Form des Differenzwertes zwischen dem angenommenen Lenkwinkel 0 (bei Fahrtbeginn) und dem sich aus dem Einspurmodell ergebenden Lenkwinkel δs berücksichtigt.The present steering angle range is in the form of Difference value between the assumed steering angle 0 (at the start of the journey) and that from the single-track model resulting steering angle δs taken into account.

Aus den momentanen Korrekturfaktoren KSm wird ein statistisch abgesicherter (Gesamt-)Korrekturfaktor KS durch Klassieren gewonnen. Dabei wird KSm mit einer fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Wichtung in einen nicht dargestellten Speicher eingeschrieben. Hierbei liegt die Überlegung zugrunde, daß bei höheren Ge schwindigkeiten zumeist der mittlere, d. h. die Nullage der Lenkwelle enthaltende Lenkwinkelbereich vorliegt. Dies wird berücksichtigt, indem der momentane Korrek turfaktor bei höheren Geschwindigkeiten mit einem ge schwindigkeitsabhängigen Faktor (z. B. 5 für Fahrzeug geschwindigkeiten größer 100 km/h bzw. 3 für Fahrzeug geschwindigkeiten zwischen 50 und 100 km/h gegenüber dem Wert 1 für Fahrzeuggeschwindigkeiten unter 50 km/h) eingestellt wird. Nach Durchlauf nur weniger Rechner zyklen läßt sich auf diese Weise der tatsächliche Kor rekturfaktor KS schnell und richtig bestimmen. KS er möglicht, den bei Fahrtbeginn vorliegenden Offset des Lenkwinkels gegenüber dem angenommenen Lenkwinkel gleich 0 zu eliminieren. Ist KS richtig bestimmt und der Lenkwinkel-Offset eliminiert, so ergibt sich bei den anschließenden Berechnungen der Korrekturfaktor KS zu 0.The current correction factors KSm become a statistically verified (total) correction factor KS won by classifying. KSm is used with a vehicle speed dependent weighting in one Inscribed memory, not shown. Here is based on the consideration that at higher Ge speeds mostly the middle, d. H. the zero position the steering angle range containing the steering shaft is present. This is taken into account by the current correction door factor at higher speeds with a ge speed-dependent factor (e.g. 5 for vehicle speeds greater than 100 km / h or 3 for vehicle speeds between 50 and 100 km / h compared the value 1 for vehicle speeds below 50 km / h) is set. After running only a few computers In this way the actual Cor Determine correction factor KS quickly and correctly. KS he possible, the offset of the Steering angle compared to the assumed steering angle to eliminate equal to 0. Is KS correctly determined and the steering angle offset is eliminated, the result is at the subsequent calculations the correction factor KS to 0.

Die bisherige Beschreibung ging von einer ständigen Ge winnung der Lenkwinkelbereichsinformation aus. Die Drehzahlen bzw. Geschwindigkeitsdifferenzen der beiden Vorderräder werden kontinuierlich mit gleichbleibendem zeitlichem Abstand gewonnen und in der beschriebenen Weise verarbeitet. Je nach Anwendungsfall kann sich da bei jedoch die Notwendigkeit ergeben, für bestimmte Betriebszustände, beispielsweise einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs die Gewinnung der Lenkwinkel bereichsinformation zu unterbinden. In diesen Fällen kann die beschriebene Berechnung zu unrichtigen Ergeb nissen führen. Mit Hilfe der beschriebenen statisti schen Verfahren können die dann vorliegenden Unstetig keiten jedoch relativ schnell wieder ausgeglichen wer den. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß sich bei einem zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Lenk winkelauswertungen von 10 msec etwa innerhalb einer Minute eine exakte Aussage über den vorliegenden Lenk winkelbereich ergibt. Gelegentlich auftretende kurz zeitige Unterbrechungen fallen bei einer derartigen Verarbeitungsgeschwindigkeit und Erneuerungsrate nicht ins Gewicht.The previous description was based on a constant ge from the steering angle range information. The Speeds or speed differences between the two Front wheels are continuously with the same time interval won and described in the Processed way. Depending on the application, there may be however, the need arises for certain Operating states, for example a braking operation of the Motor vehicle gaining the steering angle prevent area information. In these cases the calculation described can lead to incorrect results nits. Using the statistics described procedures can then be discontinuous However, who compensated relatively quickly the. It has been shown, for example, that a time interval between successive steering angle evaluations of 10 msec approximately within one Minute an exact statement about the current steering angle range results. Occasionally occurring briefly timely interruptions occur with such Processing speed and renewal rate not weight.

In diesem Zusammenhang ist eine Weiterbildung der Er findung besonders wertvoll, die im Patentanspruch 9 an gegeben ist. Durch die Verkürzung des zeitlichen Ab stands aufeinanderfolgender Lenkwinkelauswertungen auf z. B. 5 msec bei hohen Geschwindigkeiten lassen sich Probleme, die durch eine ggf. vorzunehmende kurzzeitige Unterbrechung auftreten können, in noch kürzerer Zeit als angegeben beseitigen.In this context, the Er invention particularly valuable, which in claim 9 given is. By shortening the time successive steering angle evaluations e.g. B. 5 msec at high speeds Problems caused by a short-term Interruption can occur in even less time eliminate as specified.

In besonderen Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, bereits relativ kurz nach Fahrtbeginn eine exakte Information über den tatsächlichen Lenkwinkelbereich zur Verfügung zu haben. Ein derartiger Anwendungsfall ist beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug mit Vierrad lenkung gegeben. In diesem Fall kann es, wie im Patentanspruch 10 angegeben, vorteilhaft sein, nur dann die Drehzahlen der beiden Vorderräder zu verarbeiten, wenn das Fahrzeug einen quasi-stationären Fahrzustand besitzt. Verfälschungen der Drehzahlinformation bzw. der Radgeschwindigkeit in Folge von Bremsmanövern, Aquaplaning und Fahrzeuginstabilitäten (Unter- /Übersteuern) können über Plausibilitätskontrollen von Fahrzustandsparametern festgestellt werden. Hierzu kön nen für die Lenkradwinkelgeschwindigkeit, die Einzel radbeschleunigung sowie die Fahrzeugbeschleunigung fahrzeugspezifische Grenzwerte vorgegeben werden, bei deren Überschreiten die Werte der Raddrehzahlen bzw. Radgeschwindigkeiten nicht berücksichtigt werden. Er gänzend können für die Quotienten der Drehzahlen der beiden Vorderräder bzw. die Quotienten aus Vorderachs- und Hinterachsgeschwindigkeit fahrzeug- bzw. system spezifische Grenzen (z. B. von 0,8 bis 1,2) vorgegeben werden und die Lenkwinkelbereichsinformation nur gewon nen werden, wenn diese Quotienten innerhalb dieser Grenzwerte liegen. Es wird somit mit Hilfe von Plausi bilitätsprüfungen festgestellt, ob es sich um einen in stationären oder quasi-stationären Fahrzustand des Kraftfahrzeugs handelt und nur in letzterem Fall die Lenkwinkelbereichsinformation gewonnen. Damit wird be reits bei Fahrtbeginn ein davon gesteuertes System in der erforderlichen Weise eingestellt.In special applications it may be necessary be an exact one relatively shortly after the start of the journey Information about the actual steering angle range to have available. Such an application is for example in a motor vehicle with four-wheel given guidance. In this case, as in Claim 10 indicated to be advantageous only then to process the speeds of the two front wheels, when the vehicle is in a quasi-stationary driving state owns. Falsifications of the speed information or the wheel speed as a result of braking maneuvers, Aquaplaning and vehicle instabilities (sub- / Oversteer) can be checked via plausibility checks Driving state parameters are determined. For this you can for the steering wheel angular speed, the individual wheel acceleration as well as vehicle acceleration vehicle-specific limit values are specified at if they exceed the values of the wheel speeds or Wheel speeds are not taken into account. He can in addition for the quotients of the speeds of the both front wheels or the quotients from the front axle and rear axle speed vehicle or system specific limits (e.g. from 0.8 to 1.2) are specified and the steering angle range information is only obtained if these quotients are within this Limit values. It is thus done with the help of Plausi balance checks determine whether it is an in stationary or quasi-stationary driving state of the Motor vehicle acts and only in the latter case Steering angle range information obtained. This will be a system controlled by it at the start of the journey set the required way.

Claims

1. A method for determining the rotational position, which is obtained by evaluating the rotational speeds of the two front wheels of the motor vehicle and wave over the entire rotational range of the steering with a Sen sorsignal passes a steering shaft of motor vehicles, having a center position and executes a plurality of revolutions, characterized in that that the sensor signal is used as steering angle range information and is superimposed by a second fine measurement signal which extends over a rotation range of the steering shaft of 360 ° and is supplied by an additional sensor.

2. The method according to claim 1, characterized in that the extraction the steering angle range information by evaluating the speed differences limit of the two front wheels.

3. The method according to claim 2, characterized in that the ver different times determined speed difference of the two front wheels is averaged numerically.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that in the Evaluation of the speed difference between the two front wheels linear and right ziprok regarding the vehicle speed is taken into account.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that when evaluating the speed difference of the two front wheels is considered as functional development.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the steering angle range information is obtained by means of a correction factor is derived from the classification of the current steering angle ranges is tested.

7. The method according to claim 6, characterized in that the classification is only carried out at a predetermined vehicle speed.

8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the Classification with a weighting that is dependent on the vehicle speed.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the time interval for determining the speeds of the two pre the wheels for high speeds is smaller than for low speeds.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the speeds of the two front wheels are then not evaluated, when the motor vehicle is in an unsteady driving state.