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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Lenksystems und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Lenksysteme bzw. Lenkungen sind Einrichtungen, die dazu dienen, die Fahrtrichtung von Fahrzeugen zu beeinflussen. Aktuierte Lenksysteme weisen regelmäßig einen elektrischen Motor auf, der dazu eingerichtet ist, das vom Fahrer eingebrachte Lenkmoment mit einem zusätzlichen Moment zu verstärken und damit den Fahrer zu unterstützen. Dieser elektrische Motor, der auch als Servomotor bezeichnet wird, wirkt typischerweise mit der Lenkmechanik des Lenksystems zusammen.
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Es wird derzeit nur ein sehr kleiner Anteil der mechanischen Auffälligkeiten, die beim Betrieb eines Fahrzeugs bzw. eines Lenksystems auftreten können, automatisiert detektiert. Ein Großteil der Auffälligkeiten muss demnach vom Fahrer selbst entdeckt werden. Mit zunehmendem Trend zum automatisierten und/oder autonomen Fahren ist eine derartige manuelle Fehlererkennung jedoch immer weniger möglich. Darüber hinaus sind Fahrzeuge mit Steer-by-Wire-Lenksystemen bekannt, die ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und gelenkten Fahrzeugrädern auskommen. Aufgrund der mechanischen Entkopplung werden in diesem Fall mechanische Auffälligkeiten, die beispielsweise in einem Lenkgetriebe auftreten können, nicht unmittelbar an das Lenkrad zurückgekoppelt, wodurch eine manuelle Detektion ebenfalls erschwert wird.
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Es werden viele Lenkungen bzw. Lenksysteme aus dem Feld zur Analyse in Befundungszentren zu schicken. In diesen können die Lenksysteme untersucht werden. Ergibt die Untersuchung das Ergebnis „no troble found“, bedeutet dies, dass kein Fehler gefunden wurde. Die Untersuchungen in diesen Befundungszentren erweisen sich jedoch in der Regel als aufwändig und damit teuer.
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Die Druckschrift
DE 10 2022 200 268 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems eines Fahrzeugs, wobei das Lenksystem eine Lenkmechanik und einen wenigstens einen mit der Lenkmechanik zusammenwirkenden elektrischen Motor, der zur Lenkunterstützung dient, aufweist. Bei dem Verfahren wird eine Steifigkeit wenigstens einer Lenkungsbaugruppe der Lenkmechanik und/oder Spiel in der Lenkmechanik ermittelt. Hierzu wird die Lenkmechanik in einer definierte Prüfposition gebracht und/oder in der Prüfposition blockiert und der elektrische Motor wird mit einem Anregungssignal angesteuert. Es wird dann die Steifigkeit und/oder Spiel in der Lenkmechanik ermittelt, indem während der Ansteuerung des elektrischen Motors mit dem Anregungssignal ein Motormoment und ein Rotorlagenwinkel des elektrischen Motors überwacht werden und eine Änderung des Motormoments in Abhängigkeit von dem Rotorlagenwinkel ausgewertet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung gemäß Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Das vorgestellte Verfahren dient zum Überprüfen eines Lenksystems, das regelmäßig als Zahnstangenlenksystem ausgebildet ist. Dieses Lenksystem umfasst typischerweise einen elektrischen Motor zur Lenkunterstützung, der mit einer Lenkmechanik des Lenksystems zusammenwirkt. Überprüfen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass untersucht werden soll, ob eine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit und damit ein Fehler im Lenksystem vorliegt.
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Bei dem Verfahren wird das Lenksystem mit einem Anregungssignal angesteuert, indem eine Anordnung, bspw. ein Steuergerät, dem Lenksystem eine Größe vorgibt. Es wird dann der vom elektrischen Motor benötigte Strom gemessen und ausgewertet. Durch diese Auswertung ist es möglich, ein Vorliegen eines mechanischen Fehlers im Lenksystem zu erkennen. Dies bedeutet, es kann grundsätzlich erkannt werden, ob ein mechnaischer Fehler vorliegt und es kann ggf. auch möglich sein zu erkennen, was für ein Fehler vorliegt.
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Das Lenksystem kann mit einem Anregungssignal angesteuert werden, das eine sich ändernde Größe, bspw. einen sich ändernden Lenkwinkel, vorgibt. Es wird dann typischerweise ein Verlauf des Stroms über der sich ändernden Größe aufgenommen wird.
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Weiterhin kann mit einem sich ändernden Anregungssignal angesteuert werden.
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In einer Ausführungsform wird mit dem Anregungssignal eine Drehwinkelgeschwindigkeit vorgegeben. Das Anregungssignal ist dann typischerweise konstant, wenn die Drehwinkelgeschwindigkeit konstant ist. Eine konstante Drehwinkelgeschwindigkeit bedeutet jedoch einen sich ändernden Drehwinkel des Lenksystems. In diesem Fall wird dann zur Auswertung der Verlauf des Stroms über den sich ändernden Drehwinkel aufgetragen. Als vorgegebene Größe kann dann der sich ändernde Drehwinkel oder die Drehwinkelgeschwindigkeit betrachtet werden.
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Bei dem Verfahren kann weiterhin bei der Auswertung die aktuelle Temperatur im Lenksystem berücksichtigt werden, da diese ebenfalls einen Einfluss auf das Verhalten des Lenksystems hat.
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Mit dem Verfahren ist es somit möglich, die Anzahl der Untersuchungen, die bei dem Ergebnis „no troble found“ dann unnötig waren, zu reduzieren. Dies ist insbesondere bei mechanischen Problemen der Fall. Für E/E-Fehler hingegen gibt es bereits eindeutige Fehlercodes, die das System im Betrieb selbst ermittelt. Für mechanische Fehler gibt es ein solches Vorgehen bislang nicht.
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Liegt eine mechanische Beanstandung vor, bspw. ein Geräusch, dann kann der Mechaniker das Lenksystem in der Werkstatt in einen Selbstprüfmodus versetzen. Dazu wird das Fahrzeug mit einer Hebebühne angehoben, damit die Vorderräder frei drehbar sind. Ggf. ist dies auch ohne Hebebühne zu bewerkstelligen. Danach startet der Mechaniker über das Diagnosesystem den Selbsttest.
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Somit ist eine Untersuchung eines Lenksystems hinsichtlich mechanischer Fehler möglich, ohne dass ein zusätzlicher Aufwand durch Sensoren und andere Bauteile erforderlich wird.
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Die vorgestellte Anordnung dient zum Durchführen des Verfahrens und weist hierzu eine Auswerteeinheit, bspw. eine Recheneinheit, auf. Die Anordnung kann in einer Hardware und/oder Software implementiert sein. Die Anordnung ist bspw. zumindest zum Teil in einem Steuergerät des Fahrzeugs integriert oder kann als ein solches Steuergerät ausgebildet sein. Die Anordnung gibt mittels des Anregungssignals die Größe vor, misst den sich einstellenden Motorstrom und wertet diesen aus. Diese Schritte können in einer zentralen Anordnung oder in einer verteilten Anordnung durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt in schematischer, stark vereinfachter Darstellung ein Fahrzeug mit einem Lenksystem.
- 2 zeigt in einem Graphen einen Stromverlauf zur Verdeutlichung einer Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens.
- 3 zeigt in einem Graphen einen weiteren Stromverlauf zur Vedeutlichung einer Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Die 1a und 1b zeigen ein beispielhaft als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 12 mit mehreren Fahrzeugrädern 34, 36 und mit einem Lenksystem 10 in einer vereinfachten Darstellung. Das Fahrzeug 12 ist zum automatisierten und/oder autonomen Fahren geeignet. Das Lenksystem 10 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 34, 36 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 10 rein beispielhaft als elektrisch unterstütztes Lenksystem ausgebildet und weist eine elektrische Hilfskraftunterstützung in Form einer Servolenkung auf. Alternativ kann ein Lenksystem jedoch auch als an sich bekanntes Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet sein.
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Das Lenksystem 10 umfasst eine an sich bekannte Lenkmechanik 14 sowie eine mit der Lenkmechanik 14 zusammenwirkende und an sich bekannte Lenkaktuatorik 40.
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Die Lenkmechanik 14 umfasst eine, im vorliegenden Fall beispielhaft als Lenkrad ausgebildete, Lenkhandhabe 42 zum Aufbringen eines Handmoments sowie mehrere mit der Lenkhandhabe 42 wirkverbundene Lenkungsbaugruppen 18, 20, 22. Vorliegend umfasst die Lenkmechanik 14 eine als Servostrang ausgebildete erste Lenkungsbaugruppe 18, eine als Sensorstrang ausgebildete zweite Lenkungsbaugruppe 20 und eine als Fahrzeugachse und/oder Teil einer Fahrzeugachse ausgebildete dritte Lenkungsbaugruppe 22. Die erste Lenkungsbaugruppe 18 entspricht einem, beispielhaft als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildeten, Lenkgetriebe und umfasst wenigstens ein, im vorliegenden Fall insbesondere als Zahnstange ausgebildetes, Lenkungsstellelement 28. Die erste Lenkungsbaugruppe 18 ist dazu vorgesehen, eine Lenkvorgabe an der Lenkhandhabe 42 in eine Lenkbewegung der, insbesondere als Vorderräder ausgebildeten, Fahrzeugräder 34, 36 umzusetzen. Die zweite Lenkungsbaugruppe 20 entspricht vorliegend einer Lenkwelle und dient zur, insbesondere mechanischen, Verbindung der Lenkhandhabe 42 mit der ersten Lenkungsbaugruppe 18. Die dritte Lenkungsbaugruppe 22 kann zumindest einen Teil der Spurstangen, welche den Fahrzeugrädern 34, 36 zugeordnet sind, und/oder einen Teil der Felgen der Fahrzeugräder 34, 36 umfassen. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Lenkhebel und/oder Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner ist denkbar, auf eine Lenkwelle und/oder eine Lenkhandhabe zu verzichten, wie beispielsweise bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem.
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Die Lenkaktuatorik 40 umfasst einen elektrischen Motor 16 und weist eine Wirkverbindung mit der ersten Lenkungsbaugruppe 18, insbesondere dem Lenkungsstellelement 28, auf. Die Lenkaktuatorik 40 ist dazu vorgesehen, mittels des Elektromotors 16 ein Lenkmoment bereitzustellen. Vorliegend ist die Lenkaktuatorik 40 zumindest dazu vorgesehen, ein Lenkmoment in Form eines Unterstützungsmoments bereitzustellen und an das Lenkungsstellelement 28 zu übertragen.
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Darüber hinaus weist das Fahrzeug 12 ein Steuergerät 54 auf. Das Steuergerät 54 ist als Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Lenksystems 10. Das Steuergerät 54 weist eine elektrische Verbindung mit der Lenkaktuatorik 40, insbesondere dem elektrischen Motor 16, auf. Das Steuergerät 54 ist dazu vorgesehen, einen Betrieb des Lenksystems 10 zu steuern. Vorliegend ist das Steuergerät 54 zumindest dazu vorgesehen, den elektrischen Motor 16 anzusteuern. Alternativ könnte ein Steuergerät auch von einem Lenkungssteuergerät verschieden sein und beispielsweise direkt als zentrales Fahrzeugsteuergerät ausgebildet sein.
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Das Steuergerät 54 umfasst eine Recheneinheit 38. Die Recheneinheit 38 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 38 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm. Diese Recheneinheit 38 kann als Auswerteeinheit der vorgestellten Anordnung dienen.
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Ferner umfasst das Steuergerät 54 einen an sich bekannten Lenkungsregler 26 zur Ansteuerung des elektrischen Motors 16. Der Lenkungsregler 26 weist eine elektrische Verbindung mit der Recheneinheit 38 auf. Zudem ist der Lenkungsregler 26 elektrisch mit dem elektrischen Motor 16 verbunden. Im vorliegenden Fall ist der Lenkungsregler 26 zumindest in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs 12 zur Regelung einer Position des Lenkungsstellelements 28 und somit insbesondere einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen.
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Das Steuergerät 54 ist in diesem Fall eine Ausführung der vorgestellten Anordnung und ist ebenfalls dazu eingerichtet, den Motorstrom des elektrischen Motors 16 zu messen und auszuwerten.
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Zu beachten ist, dass Geräusche in der Lenkung im Wesentlichen durch Spiel entstehen. Bei der Untersuchung gibt das Steuergerät 54 dem elektrischen Motor 16 des Lenksystems 10 eine konstante Drehwinkelgeschwindigkeit vor und misst dabei den erforderlichen Strom. Es kann bspw. eine Spannung vorgegeben werden, die dann die Drehzahl erzeugt. Die Drehzahl kann dann über einen ggf. bereits eingebauten Positionssensor im Motor ermittelt werden. Liegt Spiel im Lenksystem 10 vor, dann ist der erforderliche Strom deutlich geringer als in dem Fall, wenn der elektrische Motor 16 die Zahnstange bewegen muss.
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2 zeigt in einem Graphen 100, an dessen Abszisse 102 der Drehwinkel und an dessen Ordinate 104 der Strom in [A] aufgetragen ist, eine erste Kurve 110, die einen Verlauf des Motorstroms bei einem Lenksystem mit Spiel repräsentiert, und eine zweite Kurve 112, die einen Verlauf des Motorstroms bei einem Lenksystem ohne Spiel wiedergibt. In einem Bereich 120 bei kleinen Drehwinkeln ist deutlich zu erkennen, dass in diesem Bereich 120 der Stromverlauf 110 mit Spiel deutlich unter dem Stromverlauf 112 ohne Spiel liegt. Dieser Unterschied ist signifikant für das Vorliegen eines Spiels. Wird ein solcher erkannt, kann auf das Vorliegen eines Spiels im Lenksystem geschlossen werden. Ein Pfeil 130 zeigt an, ab welchem Wert des Drehwinkels das Spiel überwunden und der Strom konstant ist.
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Hinsichtlich des Prüfprogramms Hakeln gibt die Anordnung, bspw. das Steuergerät, somit dem Motor des Lenksystems eine konstante Drehwinkelgeschwindigkeit vor und misst dabei den erforderlichen Strom. Liegt ein Hakeln im Lenksystem vor, dann ist der erforderliche Strom deutlich höher als in anderen Bereichen.
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3 zeigt in einem Graphen 150, an dessen Abszisse 152 der Drehwinkel und an dessen Ordinate 154 der Strom in [A] aufgetragen ist, eine erste Kurve 160, die einen Verlauf des Motorstroms bei einem Lenksystem mit Hakeln repräsentiert, und eine zweite Kurve 162, die einen Verlauf des Motorstroms bei einem Lenksystem ohne Hakeln wiedergibt. In einem Bereich 170 bei mittleren Drehwinkeln ist deutlich zu erkennen, dass in diesem der Stromverlauf 160 mit Hakeln deutlich über dem Stromverlauf 162 ohne Hakeln liegt. Dieser Unterschied ist signifikant für das Vorliegen eines Hakelns. Wird ein solcher erkannt, kann auf das Vorliegen eines Hakelns im Lenksystem geschlossen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2022 200 268 A1 [0005]