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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkungsüberwachung sowie ein entsprechend ausgestaltetes Lenksystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Lenksystem.
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Eine übliche Ausgestaltung eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug beruht auf einer Zahnstange, welche über einen Verzahnungseingriff mit einem Lenkritzel gekoppelt ist. Auf diese Weise kann ein vom Fahrer über ein Lenkrad aufgebrachtes Handmoment in eine Lenkbewegung von Rädern des Kraftfahrzeugs umgesetzt werden, z.B. indem die Zahnstange auf mit den Rädern des Kraftfahrzeugs gekoppelte Spurstangen einwirkt.
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Bei derartigen Lenksystemen kommt häufig im Bereich des Verzahnungseingriffs zwischen Zahnstange und Lenkritzel ein Druckstück zum Einsatz, welches als Gleitlagerung für die Zahnstange dient und einen korrekten Verzahnungseingriff zwischen Zahnstange und Lenkritzel sicherstellen soll. Bei geeigneter Einstellung des Spiels zwischen dem Druckstück und der Zahnstange können beispielsweise störende Vibrationen oder Geräusche im Lenksystem vermieden werden. Weiterhin können Betriebscharakteristiken des Lenksystems, z.B. im Hinblick auf Reibung, eingestellt werden.
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Bei einer ungeeigneten Einstellung des Druckstückspiels bzw. einem defekten Druckstück kann unter Umständen eine korrekte Führung der Zahnstange nicht mehr gewährleistet werden, und es kann zu störenden Vibrationen oder Geräuschen kommen. Weiterhin kann es sogar zu schwerwiegenderen Störungen des Lenksystems kommen, z.B. wenn ein Teil des defekten Druckstücks sich in dem Lenksystem verkeilt und es zu einer Blockierung der Lenkung kommt.
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Insofern besteht allgemein ein Bedarf, eine fehlerhafte Einstellung des Druckstückspiels bzw. einen Defekt des Druckstücks frühzeitig und zuverlässig zu erkennen.
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Die
DE 10 2006 052 376 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Druckstückspiels in einer Zahnstangenlenkung, bei welchem auf die Zahnstange ein vorgegebenes Drehmoment um deren Längsachse aufgebracht wird und der hierdurch verursachte Verdrehwinkel der Zahnstange gemessen wird. Aus der Größe des Verdrehwinkels wird auf das Druckstückspiel geschlossen.
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Die
DE 10 2008 042 134 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange an ein Ritzel, insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs. Bei dieser Vorrichtung ist ein Druckstück verschiebbar geführt. Über eine Nachstelleinrichtung wird ein in der Lenkung auftretendes Spiel des Druckstücks selbsttätig ausgeglichen. Die Nachstelleinrichtung ist mechanisch über zwei Scheiben und eine Drehfeder realisiert.
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Die
DE 10 2010 002 685 A1 beschreibt ein Nachstellelement für ein Druckstück in einem Zahnstangenlenkgetriebe, welches auf einer Keilwirkung in der Art eines Keilgetriebes basiert.
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Die
US 2009/0249902 A1 beschreibt ein Zahnstangenlenkgetriebe mit einer automatischen Druckstückeinstellung, welche mechanisch über ein Keilelement, eine Feder und eine Einstellschraube realisiert ist.
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Die
EP 1 832 496 A1 beschreibt eine Druckstückeinheit für ein Lenkgetriebe, welche mit einer hydraulischen Dämpfungseinheit versehen ist. Durch Nachregelung des Drucks in der hydraulischen Dämpfungseinheit kann die Andruckkraft des Druckstücks angepasst werden.
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Die
DE 197 45 733 A1 beschreibt eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welcher eine Kompensationseinrichtung vorgesehen ist, die ein Kompensationsdrehmoment auf ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs überträgt. Die Kompensationseinrichtung kann abhängig von dem Drehmoment und Lenkwinkel am Lenkrad angesteuert werden. Weiterhin kann auch der Fahrzustand des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden, z.B. Fahrgeschwindigkeit oder Giergeschwindigkeit.
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Die
DE 198 15 470 A1 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln des Zustands bzw. des Verschleißes einer Lenkanlage eines Kraftfahrzeugs.
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Die
DE 10 2006 017 775 A1 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Erkennen eines Mangels in einem Lenksystem.
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Die
DE 10 2010 062 499 A1 zeigt ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Lenksystems in einem Fahrzeug.
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Die
DE 10 2009 002 594 B3 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeugs.
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Die
DE 102 06 474 A1 offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Erfassung der Reibung in einer elektrischen oder mechanischen Lenkvorrichtung.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dem oben genannten Bedarf Rechnung zu tragen und Verfahren sowie Vorrichtungen bereitzustellen, durch welche eine effiziente Überwachung des Zustands eines Druckstücks einem Zahnstangenlenksystem ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch ein Lenksystem gemäß Anspruch 8 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Überwachung eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug. Das Lenksystem umfasst eine Zahnstange, die im Verzahnungseingriff mit einem Lenkritzel steht, ein Druckstück zur Gleitlagerung der Zahnstange im Bereich des Lenkritzels, einen Lenkunterstützungsmotor sowie ein Steuergerät zur elektromechanischen Umsetzung eines vom Fahrer aufgebrachten Handmoments in eine Lenkunterstützung durch den Lenkunterstützungsmotor. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere während der Fahrt, wenigstens eine in dem Steuergerät verfügbare Betriebsgröße des Lenksystems erfasst. Anhand der wenigstens einen Betriebsgröße, wird ein Zustand des Druckstücks ermittelt. Dies kann zum einen ein Erkennen eines Defekts des Druckstücks umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann dies auch ein Bestimmen eines Spiels zwischen dem Drucksstück und der Zahnstange umfassen. Dieses ermittelte Druckstückspiel kann auch zur Ansteuerung eines Stellelements zur Anpassung des Druckstückspiels verwendet werden. Weiterhin kann abhängig von dem ermittelten Zustand des Druckstücks eine Warnmeldung ausgegeben werden. Auch können der ermittelte Zustand des Druckstücks oder daraus abgeleitete Daten zur späteren Verwendung protokolliert werden.
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Durch Ermittlung des Zustands des Druckstücks über die Betriebsgrößen, welche im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs in dem Steuergerät des Lenksystems verfügbar sind, kann ein Defekt des Druckstücks oder ein zu großes oder zu kleines Spiel des Druckstücks bereits unmittelbar nach Auftreten eines solchen Zustands erkannt werden, ohne dass beispielsweise eine spezielle Diagnose im Rahmen einer Wartung erforderlich wäre. Weiterhin kann eine dem Steuergerät des Lenksystems zur Verfügung stehende Sensorik auf effiziente Weise mitgenutzt werden.
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Die wenigstens eine Betriebsgröße kann das Handmoment, eine Stellung des Lenkunterstützungsmotors, eine Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors, einen Antriebsstrom des Lenkunterstützungsmotors und/oder ein von dem Lenkunterstützungsmotor aufgebrachtes Drehmoment umfassen. Diese Betriebsgrößen eignen sich insbesondere dazu, eine auf die Zahnstange aufgebracht Kraft abzuschätzen. Aus dieser lassen sich wiederum Rückschlüsse auf den Zustand des Druckstücks ziehen. Beispielsweise kann eine Variationsstärke der auf die Zahnstange aufgebrachten Kraft bestimmt werden und der Zustands des Druckstücks anhand dieser Variationsstärke ermittelt werden. Ein fehlerhafter Zustand des Druckstücks, z.B. ein zu großes Spiel oder ein Defekt des Druckstücks, kann dann z.B. durch Vergleich der Variationsstärke mit einem Schwellenwert bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können die genannten Betriebsgrößen auch verwendet werden, um eine zwischen dem Druckstück und der Zahnstange auftretende Reibungskraft abzuschätzen.
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Das erfindungsgemäße Lenksystem umfasst ein Lenkritzel, eine Zahnstange, die im Verzahnungseingriff mit dem Lenkritzel steht, ein Druckstück zur Gleitlagerung der Zahnstange im Bereich des Lenkritzels, einen Lenkunterstützungsmotor zur Bereitstellung einer Lenkunterstützung, und ein Steuergerät zur elektromechanischen Umsetzung eines vom Fahrer aufgebrachten Handmoments in eine Lenkunterstützung durch den Lenkunterstützungsmotor. Weiterhin umfasst das Lenksystem eine Überwachungseinrichtung, welche beispielsweise in dem Steuergerät oder über einen Bordcomputer des Kraftfahrzeugs implementiert sein kann. Die Überwachungseinrichtung ist dazu ausgestaltet, im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs wenigstens eine in dem Steuergerät verfügbare Betriebsgröße des Lenksystems zu erfassen und anhand der wenigstens einen Betriebsgröße einen Zustand des Druckstücks zu ermitteln. Das Lenksystem kann insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet sein.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Lenksystem bereitgestellt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
- 1 veranschaulicht schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zeigt schematisch den Aufbau des Lenksystems.
- 3 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung von Funktionen einer Druckstücküberwachung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 4 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung von Funktionen einer Druckstücküberwachung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 5 zeigt ein Flussdiagram zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Druckstücküberwachung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 6 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung von Funktionen einer Druckstücküberwachung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 7 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung von Funktionen einer Druckstücküberwachung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung bezieht sich auf ein beispielhaftes elektromechanisches Lenksystem in einem Kraftfahrzeug. Bei diesen Ausführungsbeispielen werden im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere während der Fahrt, eine oder mehrere Betriebsgrößen des Lenksystems erfasst, um daraus auf den Zustand eines Druckstücks des Lenksystems zurückzuschließen.
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1 veranschaulicht schematisch ein Kraftfahrzeug 100, welches mit einem Lenksystem 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist. Das Lenksystem 200 ist als elektromechanisches Lenksystem ausgestaltet, bei welchem ein vom Fahrer des Kraftfahrzeugs über ein Lenkrad 210 aufgebrachtes Handmoment durch einen Lenkunterstützungsmotor unterstützt wird. Die von dem Lenkunterstützungsmotor bereitgestellte Lenkunterstützung wird über ein Steuergerät 300 gesteuert. Dies erfolgt insbesondere auf dynamische Weise, indem das Handmoment erfasst und die Lenkunterstützung in Abhängigkeit des Handmoments bereitgestellt wird. Das Lenksystem ist hierfür auf bekannte Weise mit Sensoren zur Erfassung des Handmoments versehen. Weiterhin kann das Lenksystem auch eine Stellung des Lenkunterstützungsmotors, z.B. eine Winkelposition, ein von dem Lenkunterstützungsmotor aufgebrachtes Drehmoment, einen Antriebsstrom des Lenkunterstützungsmotors, eine Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors oder dergleichen erfassen. Darüber hinaus können dem Steuergerät 300 weitere im Fahrzeug verfügbare Messgrößen zugeführt sein, z.B. Fahrgeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Gierrate, Kurvenradius oder dergleichen. Zu diesem Zweck kann das Steuergerät wie dargestellt mit einem Bordcomputer 150 des Kraftfahrzeugs 100 gekoppelt sein.
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Der Aufbau des Lenksystems 200 ist in 2 schematisch dargestellt. Wie dargestellt, umfasst das Lenksystem 200 das Lenkrad 210, über welches der Fahrer manuell das Handmoment erzeugt, eine Lenksäule 220, ein Lenkritzel 230, welches über die Lenksäule 220 mit dem Lenkrad gekoppelt ist, eine Zahnstange 240, welche mit dem Lenkritzel 230 im Verzahnungseingriff steht, und ein Druckstück 250 zur Gleitlagerung der Zahnstange im Bereich des Lenkritzels 230. Zu diesem Zweck ist das Lenkritzel 230 typischerweise auf einer Seite der Zahnstange 240 angeordnet, während das Druckstück 250 auf der entgegengesetzten Seite der Zahnstange 240 angeordnet ist und die Zahnstange 240 in Richtung des Lenkritzels 230 drückt.
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Weiterhin umfasst das Lenksystem 200 den Lenkunterstützungsmotor 260 und das Steuergerät 300 zur Steuerung der von dem Lenkunterstützungsmotor 260 bereitgestellten Lenkunterstützung. Der Lenkunterstützungsmotor 260 kann auf an sich bekannte Weise über einen Elektromotor realisiert sein. Zur Steuerung der Lenkunterstützung liefert das Steuergerät 300 Steuersignale an den Lenkunterstützungsmotor 260, z.B. zur Anpassung des Antriebsstroms. Weiterhin kann der Lenkunterstützungsmotor 260 Messgrößen an das Steuergerät liefern, z.B. eine momentane Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors 260, die momentane Stellung des Lenkunterstützungsmotors 260, das momentane von dem Lenkunterstützungsmotor 260 aufgebrachte Drehmoment oder dergleichen. Bei dem dargestellten Beispiel wirkt der Lenkunterstützungsmotor 260 auf die Zahnstange 240 ein, z.B. über einen Kugelgewindetrieb.
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Weiterhin kann das Lenksystem 200 auch ein Stellelement 270 umfassen, über welches die Positionierung des Druckstücks 250 einstellbar ist. Insbesondere kann über das Stellelement 270 die Position des Druckstücks 250 relativ zu der Zahnstange 240 eingestellt werden, so dass das Spiel bzw. die Reibung zischen dem Druckstück 250 und der Zahnstange 240 angepasst werden kann. Das Stellelement 270 kann über einen geeigneten elektromechanischen Stellmechanismus, z.B. basierend auf einem Schrittmotor, realisiert sein.
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Bei dem Lenksystem 200 werden in dem Steuergerät verfügbare Betriebsgrößen herangezogen, um den Zustand des Druckstücks zu ermitteln, z.B. um ein zu großes Spiel zwischen dem Druckstück 250 und der Zahnstange zu erkennen oder um einen Defekt an dem Druckstück 250 zu erkennen. Zu diesem Zweck können verschiedene Überwachungsfunktionen realisiert sein.
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Ein Ansatz basiert darauf, aus den Betriebsgrößen eine auf die Zahnstange 240 wirkende Gesamtkraft, im Folgenden auch bezeichnet als Zahnstangenkraft, bzw. eine zwischen dem Druckstück 250 und der Zahnstange 240 auftretende Reibungskraft abzuschätzen. Entsprechende Funktionen sind in dem Blockdiagramm von 3 veranschaulicht.
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Bei der Implementierung von 3 werden einem Beobachteralgorithmus 310 mehrere Betriebsgrößen des Lenksystems 200 zugeführt. Der Beobachteralgorithmus 310 ist dazu ausgestaltet, ein Systemmodell abhängig von den dem Beobachteralgorithmus 310 zugeführten Betriebsgrößen derart anzupassen, dass eine Näherung für eine nicht direkt beobachtbare Größe, in diesem Fall die Zahnstangenkraft FZ und/oder die Reibungskraft FR, geliefert wird. Hierzu können in der Regelungstechnik bekannte Verfahren zum Einsatz kommen. Bei dem dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass die dem Beobachteralgorithmus 310 zugeführten Betriebsgrößen das Handmoment, bezeichnet als HM, die Stellung des Lenkunterstützungsmotors 260, bezeichnet als MS, und die Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors 260, bezeichnet als DZ, beinhalten. Alternativ oder zusätzlich könnten auch der Antriebsstrom des Lenkunterstützungsmotors 260 und/oder das von dem Lenkunterstützungsmotor 260 aufgebrachte Drehmoment verwendet werden.
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Die Ausgangsgröße des Beobachteralgorithmus 310, d.h. die Zahnstangenkraft FZ bzw. die Reibungskraft FR wird dann einem Filter 320 zugeführt, um deren Variationsstärke zu bestimmen. Die Variationsstärke quantifiziert das Ausmaß von kurzeitigen Abweichungen der Ausgangsgröße FZ bzw. FR von einem nur langsam, z.B. über Zeiträume von mehreren Sekunden variierenden Mittelwert. In der Ausgangsgröße FZ bzw. FR äußern sich solche Abweichungen typischerweise als „Welligkeit“. Die Variationsstärke der Kraft FZ ist in 3 als V(FZ) bezeichnet. Die Variationsstärke der Reibungskraft FR ist in 3 als V(FR) bezeichnet.
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Ein weiterer Ansatz zur Druckstücküberwachung basiert darauf, aus den Betriebsgrößen zunächst eine durch den Lenkunterstützungsmotor 260 auf die Zahnstange 240 aufgebrachte Kraft FU, im Folgenden auch als Lenkunterstützungskraft bezeichnet, abzuschätzen und die Zahnstangenkraft FZ über ein Kräftegleichgewicht an der Zahnstange 240 zu berücksichtigen. Entsprechende Funktionen sind in dem Blockdiagramm von 4 veranschaulicht.
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Bei der Implementierung von 4 werden einem Beobachteralgorithmus 330 mehrere Betriebsgrößen des Lenkunterstützungsmotors 260 zugeführt. Der Beobachteralgorithmus 330 ist dazu ausgestaltet, ein Systemmodell abhängig von den dem Beobachteralgorithmus 330 zugeführten Betriebsgrößen derart anzupassen, dass eine Näherung für eine nicht direkt beobachtbare Größe, in diesem Fall die Unterstützungskraft FU, geliefert wird. Bei dem dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass die dem Beobachteralgorithmus 330 zugeführten Betriebsgrößen die Stellung des Lenkunterstützungsmotors 260, bezeichnet als MS, und die Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors 260, bezeichnet als DZ, beinhalten. Alternativ oder zusätzlich könnten auch der Antriebsstrom des Lenkunterstützungsmotors 260 und/oder das von dem Lenkunterstützungsmotor 260 aufgebrachte Drehmoment verwendet werden.
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Das an Kräftegleichgewicht an der Zahnstange 240 kann verwendet werden, um in einem Verarbeitungsblock 340 die Zahnstangenkraft gemäß
zu berechnen, wobei FH die aus dem Handmoment resultierende manuell aufgebrachte Kraft, FR die zwischen dem Druckstück 250 und der Zahnstange wirkende Reibungskraft und FD eine durch die Massenträgheit der Zahnstange 240 verursachte dynamische Kraft darstellt.
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FH kann aus dem Handmoment HM und der Übersetzung des Lenkritzels 630 IR berechnet werden über:
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Die dynamische Kraft FD kann aus der Masse mZ der Zahnstange 240 und der auf die Zahnstange einwirkenden Beschleunigung a berechnet werden über:
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Für die Reibungskraft können verschiedene geeignete Reibungsmodelle verwendet werden, einschließlich einfacher Modelle, welche beispielsweise lediglich einen betragsmäßig festen Wert von FR vorsehen, dessen Vorzeichen abhängig von der Bewegungsrichtung der Zahnstange variiert. Komplexere Modelle, welche z.B. die momentane Bewegungsgeschwindigkeit der Zahnstange 240 und/oder die Temperatur berücksichtigen, können ebenfalls verwendet werden und eine genauere Überwachung gewährleisten.
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Die gemäß 3 oder 4 bestimmte Variationsstärke kann über einen Vergleich mit einem Schwellenwert zur Erkennung eines fehlerhaften Zustands des Druckstücks 250 verwendet werden. 5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines entsprechenden Verfahrens.
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Bei Schritt 510 werden die zur Bestimmung der Zahnstangenkraft FR und/oder der Reibungskraft FR benötigten Betriebsgrößen erfasst. Wie oben erläutert, kann hierzu eine geeignete Sensorik des Lenksystems zum Einsatz kommen, z.B. ein Sensor zur Erfassung des Handmoments, sowie eine interne Sensorik des Lenkunterstützungsmotors 260 zur Erfassung der Stellung MS und Drehzahl DZ.
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Bei Schritt 520 wird aus den erfassten Betriebsgrößen die Zahnstangenkraft FZ und/oder die Reibungskraft FR abgeschätzt, z.B. unter Verwendung eines Beobachteralgorithmus wie im Zusammenhang mit 3 oder 4 erläutert.
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Die Schritte 510 und 520 können im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs 100 kontinuierlich wiederholt werden, um die Zahnstangenkraft FZ bzw. die Reibungskraft in Echtzeit zu erfassen.
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Bei Schritt 530 wird die Variationsstärke V(FZ) bzw. V(FR) bestimmt, z.B. über ein geeignetes Filter wie im Zusammenhang mit 3 erläutert.
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Bei Schritt 540 erfolgt ein Vergleich der bei Schritt 530 bestimmten Variationsstärke V mit einem Schwellenwert SW. Übersteigt die Variationsstärke V den Schwellenwert SW, wird bei Schritt 550 ein fehlerhafter Druckstückzustand erkannt, z.B. ein zu großes Druckstückspiel oder ein Defekt an dem Druckstück 250. Wenn die Zahnstangenkraft FZ gemäß 4 bestimmt wird, kann es vorteilhaft sein den Schwellenwert SW entsprechend höher zu wählen, um etwaige Störeinflüsse auszublenden. Weiterhin können Störeinflüsse vermieden werden, indem die Auswertung auf bestimmte vorgegebene Fahrsituationen eingeschränkt wird, z.B. Fahrten in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsfenster und mit nicht zu hoher Gierrate oder Querbeschleunigung. Bei Schritt 560 kann dann eine geeignete Schutzmaßnahme eingeleitet werden, z.B. einer Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 ausgegeben werden oder das Spiel des Druckstücks 250 über das Stellelement 270 angepasst werden. Darüber hinaus können auch erkannte fehlerhafte Zustände des Druckstücks 250 protokolliert werden, z.B. um als Hilfestellung bei einer späteren Einstellung des Druckstücks 250 im Rahmen einer Wartung verwendet zu werden.
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Wenn bei Schritt 540 die Variationsstärke V den Schwellenwert nicht übersteigt, wird bei Schritt 570 ein nicht fehlerhafter Druckstückzustand erkannt.
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Nach Schritt 560 bzw. 570 kann das Verfahren beginnend mit Schritt 510 wiederholt werden.
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Eine weitere Möglichkeit zur Auswertung der gemäß 3 abgeschätzten Reibungskraft FR besteht darin, diese mit einem Sollwert für die Reibungskraft zu vergleichen. Entsprechende Funktionen sind in dem Blockdiagramm von 6 veranschaulicht.
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Bei 6 wird wie im Zusammenhang mit 3 erläutert der Beobachteralgorithmus 310 verwendet, um die Reibungskraft FR abzuschätzen. Die abgeschätzte Reibungskraft FR wird dann einem Verarbeitungsblock 350 zugeführt, welcher die abgeschätzte Reibungskraft FR mit einem Sollwert für die Reibungskraft, bezeichnet als S(FR), zu vergleichen. Wird hierbei eine zu starke Abweichung von dem Sollwert S(FR) festgestellt, z.B. durch einen Schwellenwertvergleich, kann hieraus auf einen fehlerhaften Zustand des Druckstücks 250, z.B. ein zu großes Spiel oder einen Defekt des Druckstücks 250, geschlossen werden. In 6 ist der ermittelte Zustand des Druckstücks 250 durch ein Ausgangssignal STAT veranschaulicht. Der hierbei verwendete Sollwert S(FR) kann beispielsweise vorab in Versuchen bestimmt werden. Weiterhin kann der Sollwert S(FR) auch über ein komplexeres Reibungsmodell bestimmt werden, welches beispielsweise auch die Bewegungsgeschwindigkeit der Zahnstange 240 und/oder die Temperatur berücksichtigt.
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Um die Zuverlässigkeit der bei 6 verwendeten Auswertung zu erhöhen, kann in dem Verarbeitungsblock 350 darüber hinaus die momentane Fahrsituation des Kraftfahrzeugs 100 berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck können dem Verarbeitungsblock 350 entsprechende Messgrößen zur Charakterisierung der Fahrsituation zugeführt sein, in 6 veranschaulicht durch die Eingangsgröße SIT. Hierbei können beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit, Querbeschleunigung oder Gierrate berücksichtigt werden. Hierdurch kann die Auswertung auf bestimmte vorgegebene Fahrsituationen eingeschränkt werden, z.B. Fahrten in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsfenster und mit nicht zu hoher Gierrate oder Querbeschleunigung.
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Noch eine weitere Möglichkeit besteht darin, die über den Beobachteralgorithmus 310 von 3 abgeschätzte Zahnstangenkraft in Kombination mit der über den Beobachteralgorithmus 330 von 4 abgeschätzten Zahnstangenkraft auszuwerten. Entsprechende Funktionen sind in dem Blockdiagramm von 7 veranschaulicht. In 7 ist die über den Beobachteralgorithmus 310 von 3 abgeschätzte Zahnstangenkraft mit FZ1 bezeichnet, und die über den Beobachteralgorithmus 330 von 4 abgeschätzte Zahnstangenkraft ist mit FZ2 bezeichnet.
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Die auf verschiedenen Wegen abgeschätzten Zahnstangenkräfte FZ1, FZ2 werden einem weiteren Verarbeitungsblock 370 zugeführt, welcher aus einer kombinierten Auswertung Rückschlüsse auf den Zustand des Druckstücks 250 zieht. In 7 ist der ermittelte Zustand des Druckstücks 250 wiederum durch ein Ausgangssignal STAT veranschaulicht. Beispielsweise kann der Verarbeitungsblock 370 zur Ermittlung des Zustands des Druckstücks 250 eine Differenz ΔFZ der abgeschätzten Zahnstangenkräfte FZ1, FZ2 bestimmen. Wenn diese Differenz einen Schwellenwert übersteigt, kann auf einen fehlerhaften Zustand des Druckstücks 250 geschlossen werden. Alternativ kann aus der Differenz ΔFZ auch ein Korrekturwert für die in dem Verarbeitungsblock 340 als Eingangsgröße verwendete Reibungskraft FR bestimmt werden. Falls durch diesen Korrekturwert die Zahnstangenkräfte FZ1 und FZ2 in Einklang gebracht werden können, z.B. die erneut bestimmte Differenz ΔFZ nun unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann auf eine veränderte Reibcharakteristik zwischen dem Druckstück 250 und Zahnstange 240 und somit einen fehlerhaften Zustand des Druckstücks 250 geschlossen werden. Andernfalls kann auf ein Auswertungsartefakt geschlossen werden, und eine Warnung oder andere Schutzmaßnahmen können unterbleiben.
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Die oben beschriebenen Auswertungen der Betriebsgrößen können jedoch nicht nur zur Erkennung fehlerhafter Zustände des Druckstücks 250 eingesetzt werden, sondern auch zur Bestimmung des Druckstückspiels. Das auf diese Weise bestimmte Druckstückspiel kann verwendet werden, um das im Zusammenhang mit 2 erläuterte Stellelement 270 anzusteuern, so dass das Druckstückspiel im laufenden Betrieb auf einen geeigneten Wert angepasst wird. Auf diese Weise kann beispielsweise unabhängig vom Verschleißzustand des Lenksystems 200 eine konstante Reibung im Bereich der Verzahnung zwischen dem Lenkritzel 230 und der Zahnstange 240 erreicht werden. Weiterhin könnte die Reibung abhängig von der Fahrsituation, der Lenkeingabe des Fahrers und/oder anderweitigen Einstellungen des Fahrers präzise angepasst werden. So kann das Lenkgefühl oder die Lenkakustik bedarfsgerecht angepasst werden, z.B. indem das Druckstückspiel bei schlechter Wegstrecke verringert wird, so dass Vibrationen oder Klappern vermieden werden, oder indem bei stehendem Kraftfahrzeug 100 oder langsamer Fahrt des Kraftfahrzeugs 100 das Druckstückspiel erhöht wird, so dass die zur Verfügung stehende Leistung des Lenkunterstützungsmotors 260 besser ausgenutzt werden kann. Das Druckstückspiel oder der ermittelte fehlerhafte Zustand des Druckstücks 250 können auch herangezogen werden, um Daten zu bestimmen, welche ein Maß und/oder eine Richtung anzeigen, in welche das Druckstückspiel bei einem Wartungseingriff zu erhöhen oder verringern ist. Solche Daten können beispielsweise protokolliert und über eine geeignete Schnittstelle verfügbar gemacht werden, so dass sie von Werkstattpersonal abgerufen und analysiert werden können.
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Wie aus den vorangegangenen Ausführungen ersichtlich ist, ermöglichen die hierin dargestellten Techniken somit, auf effiziente Weise den Zustand eines Druckstücks eines zahnstangenbasierten Lenksystems zu überwachen. Insbesondere können hierbei im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs verfügbare Betriebsgrößen des Lenksystems verwendet werden, so dass eine frühzeitige Erkennung einer ungeeigneten Einstellung oder eines Defekts des Druckstücks ermöglicht wird.
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Es versteht sich, dass bei den im Vorangegangenen dargestellten Ausführungsbeispielen verschiedene Modifikationen möglich sind. Insbesondere können die bei diesen Ausführungsbeispielen verwendeten Konzepte in verschiedenen Fahrzeugtypen zum Einsatz kommen. Die Konzepte können auch in abweichend ausgestalteten Lenksystemen zum Einsatz kommen, z.B. in Lenksystemen mit mehreren Lenkritzeln, die mit der Zahnstange im Verzahnungseingriff stehen. Bei solchen Lenksystemen können auch mehrere Druckstücke vorgesehen sein, welche gemäß den im Vorangegangenen Konzepten überwacht werden. Weiterhin können die verschiedenen hierin dargestellte Überwachungsverfahren untereinander und auch mit anderen Überwachungsverfahren kombiniert werden. Weiterhin können auch andere Arten von Betriebsgrößen zusätzlich oder alternativ als Grundlage der Auswertungen dienen, beispielsweise eine direkt gemessene Zahnstangenkraft, z.B. über eine Sensorik an der Kopplungsstelle zwischen Zahnstange 240 und Lenkungsunterstützungsmotor 260. Auch können bei den dargestellten beispielhaften Implementierungen, welche auf Schwellenwertvergleichen beruhen, anstelle eines Schwellenwertes mehrere Schwellenwerte verwendet werden, um eine verfeinerte Auswertung zu ermöglichen, z.B. eine Unterscheidung zwischen einem zu großen Druckstückspiel und einem Defekt des Druckstücks. Weiterhin versteht es sich, dass die Überwachungsverfahren durch speziell ausgestaltete elektronische Hardware oder durch Software zur Ausführung durch einen Prozessor eines Steuergeräts des Lenksystems oder eines Bordcomputers implementiert werden können.