DE102006016764B4 - Method for testing a motor vehicle steering system - Google Patents

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    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G01M17/06—Steering behaviour; Rolling behaviour

Abstract

Verfahren zum Prüfen eines Kraftfahrzeuglenksystems mit den folgenden Schritten:
a) Festlegen bzw. Erfassen wenigstens einer mechanischen ersten Kraft mit einem Kraft-Zeit-Verlauf mit einem kontinuierlichen Frequenzspektrum, welche beim Durchfahren eines vorgebbaren ersten Laufprofils mit einem Kraftfahrzeug auftritt;
b) Fixieren des Lenksystems oder Teile hiervon (Lenkteilsystem) in einem Lenkungsprüfstand derart, dass dynamische Effekte des Gesamtsystems, bestehend aus Lenk(teil)system und Lenkungsprüfstand, ermöglicht sind;
c) Übertragen der wenigstens einen ersten mechanischen Kraft an wenigstens einer Stelle auf das Lenk(teil)system mittels wenigstens eines Aktuators;
d) Festlegen wenigstens einer zweiten mechanischen Kraft, welche insbesondere während einer Fahrt gemäß einem vorgebbaren zweiten Laufprofil auftritt;
e) Übertragen der wenigstens einen zweiten mechanischen Kraft an wenigstens einer Stelle auf das Lenk(teil)system mittels wenigstens eines Aktuators und akustisches Erfassen von hierbei auftretenden Geräuschen am Lenk(teil)system.Method for testing a motor vehicle steering system with the following steps:
a) determining or detecting at least one mechanical first force with a force-time curve with a continuous frequency spectrum, which occurs when passing through a predeterminable first run profile with a motor vehicle;
b) fixing the steering system or parts thereof (steering subsystem) in a steering tester such that dynamic effects of the overall system, consisting of steering (part) system and steering tester allowed;
c) transmitting the at least one first mechanical force at least one location on the steering (part) system by means of at least one actuator;
d) determining at least one second mechanical force, which occurs in particular during a journey according to a predeterminable second running profile;
e) transmitting the at least one second mechanical force at least one location on the steering (part) system by means of at least one actuator and acoustic detection of this occurring noise on the steering (part) system.

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Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und betrifft ein Verfahren zum Prüfen des Lenksystems eines Kraftfahrzeugs.The The present invention is in the technical field of automotive engineering and relates to a method for testing the steering system of a motor vehicle.

Es ist bekannt, dass in herkömmlichen Kraftfahrzeugen im Laufe der Zeit während der Fahrt Geräusche, insbesondere Klappergeräusche, durch Schwingungsanregung im Lenksystem auftreten können. Als Quelle für diese Geräuschentwicklung werden gegeneinander bewegbare Komponenten des Lenksystems verantwortlich gemacht, welche durch die Schwingungsanregung aufeinarider schlagen können.It is known that in conventional Vehicles over time while driving noise, in particular Rattling noises, can occur due to vibration excitation in the steering system. When Source for this noise will be mutually movable components of the steering system responsible made, which beat by the vibration excitation aufeinarider can.

Dies soll im Weiteren anhand eines in der Praxis häufig eingesetzten, beispielhaften Lenksystems eines Kraftfahrzeugs verdeutlicht werden, wobei Bezug auf 1 genommen wird.This will be clarified below on the basis of a frequently used in practice, exemplary steering system of a motor vehicle, with reference to 1 is taken.

Das Kraftfahrzeuglenksystem von 1 umfasst ein Lenkrad 1, eine mit dem Lenkrad 1 verbundene Lenksäule 2, eine mittels einer oberen U-Verbindung 6 mit der Lenksäule 2 verbundene Zwischenwelle 4, ein mittels einer unteren U-Verbindung 7 mit der Zwischenwelle 4 verbundenes Lenkgetriebe mit Gehäuse, welches insgesamt mit der Bezugszahl 5 bezeichnet ist, und eine mit dem Lenkgetriebe 5 verbundene Spur- beziehungsweise Lenkstange 8. In 1 ist die weitere Anbindung der Spurstange 8 an die Räder nicht dargestellt. Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Spurstange 8 zu diesem Zweck beispielsweise mit schwenkbar gelagerten Achsschen keln verbunden sein kann, an denen jeweils ein Radlager zur Montage eines Rads befestigt ist. In dem Lenksystem von 1 ist weiterhin ein an der Lenksäule 2 angebrachter Servomotor 3 mit seiner Halterung 16 zur Lenkunterstützung vorgesehen.The motor vehicle steering system of 1 includes a steering wheel 1 , one with the steering wheel 1 connected steering column 2 , one by means of an upper U-connection 6 with the steering column 2 connected intermediate shaft 4 , one by means of a lower U-connection 7 with the intermediate shaft 4 connected steering gear with housing, which in total with the reference number 5 is designated, and one with the steering gear 5 connected track or handlebar 8th , In 1 is the further connection of the tie rod 8th not shown to the wheels. Merely for the sake of completeness it should be mentioned that the tie rod 8th For this purpose, for example, with pivotally mounted Achsschen can be connected to each of which a wheel bearing is mounted for mounting a wheel. In the steering system of 1 is still one on the steering column 2 attached servomotor 3 with his holder 16 intended for steering assistance.

Das Lenkgetriebe 5 selbst ist als Zahnstangen-Ritzel-Mechanismus ausgeführt, bei welchem eine mit der Spurstange 8 verbundene Zahnstange 12 in Gewindeeingriff mit einem Ritzel 11 ist. Das seinerseits mit der Zwischenwelle 4 verbundene Ritzel 11 kann durch die mit dem Lenkrad 1 mitdrehende Zwischenwelle 4 gedreht werden, wodurch die Zahnstange 12 und die daran befestigte Spurstange 8 hin und her bewegt wird. Um den Gewindeeingriff zwischen Ritzel und Zahnstange zu sichern, wird die Zahnstange 12 von einem Druckstück 9 zur Anlage gegen das Ritzel 11 gebracht.The steering gear 5 itself is designed as a rack and pinion mechanism, in which one with the tie rod 8th connected rack 12 in threaded engagement with a pinion 11 is. That in turn with the intermediate shaft 4 connected pinions 11 Can by the with the steering wheel 1 co-rotating intermediate shaft 4 be rotated, causing the rack 12 and the attached tie rod 8th is moved back and forth. To secure the threaded engagement between pinion and rack, the rack becomes 12 from a pressure piece 9 to rest against the pinion 11 brought.

Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs werden, beispielsweise durch Längskraftstöße auf die Räder, mechanische Kräfte von den Rädern über die Achsschenkel auf die Fußpunkte der Lenkung, bei welchen es sich in dem Lenksystem von 1 um die Spurstangenköpfe 10 handelt, in das Lenksystem übertragen. Hierdurch können Bewegungen im Lenksystem hervorgerufen werden, die zu einem erhöhten mechanischen Abrieb der miteinander verbundenen Lenksystemkomponenten und damit einher gehend zur Erzeugung bzw. Vergrößerung von Spiel zwischen den miteinander verbundenen Lenksystemkomponenten führen. Aufgrund von Schwingungsanregung während der Fahrt können diese nun mit Spiel verbundenen Lenkkomponenten aufeinander schlagen und ein Klappergeräusch erzeugen.During the drive of the motor vehicle, for example, by longitudinal force impacts on the wheels, mechanical forces from the wheels via the steering knuckles on the bases of the steering, in which it is in the steering system of 1 around the tie rod ends 10 is transferred to the steering system. As a result, movements in the steering system can be caused, which lead to increased mechanical abrasion of the interconnected steering system components and, consequently, to the generation or increase of play between the interconnected steering system components. Due to vibration excitation while driving, these steering components now connected with play can hit one another and generate a rattling noise.

Erfahrungsgemäß treten solche mechanischen Verschleißerscheinungen im Lenksystem meist im Lenkgetriebe 5, in den Anbindungspunkten 6, 7 der Lenksäule 2, in der Lenksäule 2 selbst, im Servomotor 3, und in der oft aus zwei ineinander gesteckten Teilen 4a, 4b aufgebauten Zwischenwelle 4 auf. Diese Stellen sind demzufolge die wahrscheinlichsten Quellen für eine unerwünschte Geräuschentwicklung im Lenksystem während der Fahrt des Kraftfahrzeugs.Experience shows that such mechanical signs of wear usually occur in the steering system in the steering system 5 , in the connection points 6 . 7 the steering column 2 in the steering column 2 itself, in the servomotor 3 , and in the often of two nested parts 4a . 4b constructed intermediate shaft 4 on. These locations are therefore the most likely sources of unwanted noise in the steering system while the motor vehicle is in motion.

Weiterhin kann das Lockern von mechanischen Verbindungen, wie Schraubverbindungen, eine weitere Ursache für die Erzeugung von Spiel von miteinander verbundenen Komponenten des Lenksystems und somit Quelle unerwünschter Geräuschenwicklung während der Fahrt sein.Farther can be the loosening of mechanical connections, such as screw, a further cause for the creation of game of interconnected components the steering system and thus source of unwanted noise winding during the Drive.

Für die Entwickler von Lenksystemen in Kraftfahrzeugen stellt die Vermeidung unerwünschter Geräusche im Lenksystem aufgrund von aufeinander schlagenden Lenksystemkomponenten eine schwierig zu lösende Aufgabe dar, da die während der Fahrt des Kraftfahrzeugs von den Rädern auf das Lenksystem eingeleiteten mechanischen Kräfte, abhängig von dem Fahrverhalten des Fahrers und der Fahrumgebung, sehr variabel sind, was zur Folge hat, dass auch die hierdurch erzeugten Bewegungen im Lenksystem sehr vielfältig sein können. Schon deshalb sind ein mechanischer Verschleiß von Lenkkomponenten und das Lockern von mechanischen Verbindungen aufgrund von angeregten Bewegungen des Lenksystems nur schwer voraussagbar.For the developers of steering systems in motor vehicles provides the prevention of unwanted noise in the Steering system due to successive steering components a difficult to solve Task, since the during the ride of the motor vehicle from the wheels on the steering system initiated mechanical forces, depending on the driving behavior of the driver and the driving environment, very variable are, with the result that also the movements generated thereby in the steering system very diverse could be. For this reason alone are a mechanical wear of steering components and the Loosening of mechanical connections due to excited movements of the steering system is difficult to predict.

Um mögliche Schwachstellen in einem zu testenden Lenksystem ausfindig zu machen, behilft man sich in der industriellen Praxis in der Weise, dass das Lenksystem zunächst in ein Fahrzeug eingebaut wird und mit dem Fahrzeug ein Dauerlaufprogramm in einer wählbaren Teststrecke absolviert wird, wobei während des Dauerlaufprogramms die auf die Lenkung, insbesondere auf die Spurstangenköpfe, einwirkenden mechanischen Kräfte mittels Kraftaufnehmer in ihrem Zeitverlauf aufgezeichnet werden.Around possible Find vulnerabilities in a steering system under test, Do you get used to in industrial practice in the way that the steering system first is installed in a vehicle and with the vehicle an endurance program in a selectable Test track is completed, during the endurance program those acting on the steering, in particular on the tie rod ends mechanical forces be recorded by means of force transducers in their time course.

Anschließend wird ein dementsprechendes Lenksystem bzw. im Allgemeinen lediglich Teile hiervon ("Lenkteilsystem") in einen Lenkungsprüfstand eingesetzt, in welchem über hydraulische Aktuatoren mechanische Kräfte auf die Fußpunkte des Lenkteilsystems übertragen werden, um hierdurch Bewegungen im Lenkteilsystem zu erzeugen.Subsequently, a corresponding steering system or generally only parts here used by ("steering subsystem") in a steering test, in which mechanical forces are transmitted to the bases of the steering subsystem via hydraulic actuators, thereby generating movements in the steering subsystem.

Bezug nehmend auf die 2A, 2B, 2C und 2D wird diese bislang praktizierte Lenksystemprüfung in einem Lenkungsprüfstand nun näher erläutert.Referring to the 2A . 2 B . 2C and 2D This steering system test, which has been practiced up to now, will now be explained in more detail in a steering test bed.

Die 2A und 2B veranschaulichen in schematischer Weise anhand einer Auf- und Seitenansicht die Fixierung und die Übertragung mechanischer Kräfte auf ein Lenkteilsystem in eifern Lenkungsprüfstand. In dem gezeigten typischen Beispiel erfolgt eine mechanische Fixierung des Lenkteilsystems, welches im Wesentlichen aus einer Lenksäule mit daran befestigtem Motor, Zwischenwelle und Lenkgetriebe besteht, in der Weise, dass das Lenkteilsystem an der Halterung 15 des Servomotors 3 und an zwei verschiedenen Stellen des Gehäuses des Lenkgetriebes 5 mechanisch fixiert wird. An den beiden Spurstangenköpfen 10 greifen jeweils (nicht dargestellte) Aktuatoren in Form von hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten an, wodurch mechanische Kräfte mittels hin und her bewegbarer Kolben in den drei Raumrichtungen Fx, Fy, Fz an die Spurstangenköpfe 10 übertragen werden können. Anders ausgedrückt, wird durch die Hin- und Herbewegungen eines jeweiligen Kolbens eine mechanische Kraft in das Lenkteilsystem übertragen, deren Richtung, bei an- und abfallender Größe der Kraft, sich alternierend in einander entgegen gesetzten Richtungen ändert. Im Zeitverlauf kann der Kraftvektor einer solcher mechanischen Kraft einen periodischen Verlauf haben, wenn die Größe der mechanischen Kraft in den beiden einander entgegen gesetzten Richtungen auf einen gleichen Absolutwert ansteigt.The 2A and 2 B illustrate in a schematic way on the basis of an up and side view of the fixation and the transmission of mechanical forces on a steering subsystem in eifern steering test. In the typical example shown, there is a mechanical fixation of the steering subsystem, which consists essentially of a steering column with attached motor, intermediate shaft and steering gear, in such a way that the steering subsystem to the holder 15 of the servomotor 3 and in two different places of the housing of the steering gear 5 mechanically fixed. At the two tie rod ends 10 each engage (not shown) actuators in the form of hydraulic piston-cylinder units, whereby mechanical forces by means of reciprocally movable pistons in the three spatial directions F x , F y , F z to the tie rod ends 10 can be transmitted. In other words, by the reciprocating movements of each piston, a mechanical force is transmitted to the steering subsystem whose direction, in the case of increasing and decreasing magnitude of the force, alternately changes in directions opposite to each other. Over time, the force vector of such a mechanical force may have a periodic course when the magnitude of the mechanical force in the two opposite directions increases to a same absolute value.

Durch die eingeleiteten mechanischen Kräfte werden Bewegungen in dem im Lenkungsprüfstand fixierten Lenkteilsystem erzeugt, die eine verschleißbedingte Schädigung und/oder ein Lockern von mechanischen Verbindungen hervorrufen können.By the introduced mechanical forces are movements in the fixed in the steering test bench Lenkteilsystem generated that a wear-related damage and / or can cause a loosening of mechanical connections.

Bislang werden die mechanischen Kräfte durch vergleichsweise langsam arbeitende, hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten quasi-statisch auf das Lenksystem übertragen. Aus diesem Grund ist es auch notwendig, dass die in der Teststrecke erfassten, auf das Lenksystem tatsächlich einwirkenden, mechanischen Kräfte zu jeweiligen Lastblöcken iteriert werden, innerhalb derer eine auf das Lenkteilsystem einwirkende mechanische Kraft jeweils einen periodischen Verlauf im oben genannten Sinne hat. Verschiedene iterierte Lastblöcke können hierbei einen verschiedenen Absolutwert der Kraft haben.So far the mechanical forces get through comparatively slow-working, hydraulic piston-cylinder units quasi-static transferred to the steering system. For this reason It is also necessary that the recorded in the test track, on the steering system actually acting, mechanical forces iterated to respective load blocks within which one acts on the steering subsystem mechanical force each have a periodic course in the above Has meaning. Different iterated load blocks can be different Absolute value of the force.

Eine solche iterierte mechanische Kraft ist beispielhaft in 2C dargestellt, worin der zeitliche Verlauf der vom Kolben einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit übertragenen mechanischen Kraft dargestellt ist. Genauer ist in 2C die übertragene mechanische Kraft Fi(t), welche sich in Newton (N) bemisst, über der in Sekunden (sec) gemessenen, verstreichenden Zeit dargestellt, wobei die Kraft im dargestellten Zeitraum in 11 aufeinander folgende Lastblöcke, in denen die Größe der Kraft jeweils einen periodischen Verlauf mit gleichem (Absolut-)Maximalwert hat, unterteilt worden ist.Such an iterated mechanical force is exemplary in 2C represented, in which the time course of the transmitted from the piston of a hydraulic piston-cylinder unit mechanical force is shown. Exactly is in 2C the transmitted mechanical force F i (t), which is measured in Newtons (N), is plotted against the elapsed time measured in seconds (sec), the force in the time period shown being divided into 11 consecutive load blocks, in which the magnitude of the force each has a periodic history with the same (absolute) maximum value has been divided.

In 2D ist der Frequenzbereich der in 2C dargestellten Kraft gezeigt, wobei die spektrale Kraftdichte PSD (Power Spectral Density) in Newton2/Hertz (N2/Hz) über der Frequenz in Hertz (Hz) dargestellt ist. Ersichtlich handelt es hierbei aufgrund der Iteration der erfassten Kraft zu Lastblöcken um ein diskretes Frequenzspektrum. Lediglich der Vollständigkheit halber sei erwähnt, dass das Frequenzspektrum der Kraft aus ihrem Zeitverlauf rechnerisch durch eine Fourier-Transformation ermittelt werden kann.In 2D is the frequency range of in 2C shown power, wherein the spectral power density PSD (Power Spectral Density) in Newton 2 / Hertz (N 2 / Hz) on the frequency in Hertz (Hz) is shown. Obviously, this is due to the iteration of the detected force to load blocks to a discrete frequency spectrum. For the sake of completeness, it should be mentioned that the frequency spectrum of the force can be calculated from its time course by a Fourier transformation.

Die Bewegungsgleichung des im Lenkungsprüfstand fixierten Lenkteilsystems infolge quasi-statischer Kraftübertragung kann durch die folgende Formel beschrieben werden: CxTR = Fi(t) (1) wobei durch Fi(t) der Kraftvektor der iterierten mechanischen Kraft, durch xTR der Verschiebungsvektor und durch C die Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems, bestehend aus Lenkungsprüfstand und Lenkteilsystem, gegeben ist. Der Index "TR" steht für Lenkungsprüfstand (engl. "test rig").The equation of motion of the steering subsystem fixed in the steering test rig due to quasi-static power transmission can be described by the following formula: cx TR = F i (t) (1) where F i (t) is the force vector of the iterated mechanical force, x TR is the displacement vector, and C is the stiffness matrix of the overall system consisting of the steering test rig and the steering subsystem. The index "TR" stands for the test rig ("test rig").

Wie durch die linke Seite der Gleichung (1) ersichtlich ist, werden bei der herkömmlichen quasi-statischen Kraftübertragung auf das Lenksystem keine dynamischen Effekte (Massen und Dämpfungen) des Gesamtsystems berücksichtigt, da das Lenkteilsystem im Lenkungsprüfstand aufgrund der Fixierung an der Servomotorhalterung 16 und am Lenkgetriebegehäuse 5 keine dynamischen Effekte vollführen kann.As can be seen by the left side of equation (1), in the conventional quasi-static power transmission to the steering system, no dynamic effects (masses and losses) of the entire system are taken into account because the steering subsystem in the steering test rig due to fixation on the servomotor mount 16 and on the steering gear housing 5 can not perform dynamic effects.

Anschließend wird das Lenkteilsystem nach einem längerdauernden (beispielsweise 2- bis 3-wöchigen) Einleiten von mechanischen Kräften im Lenkungsprüfstand wieder in ein Kraftfahrzeug eingebaut, woraufhin mit dem Kraftfahrzeug mit eingebautem Lenkteilsystem eine Teststrecke durchfahren und während der Fahrt geprüft wird, ob eine Geräuschentwicklung durch Schwingungsanregung im gegebenenfalls durch die Krafteinwirkung im Lenkungsprüfstand geschädigten Lenkteilsystem auftritt.Subsequently, will the steering subsystem after a longer lasting (for example, 2 to 3 weeks) Initiation of mechanical forces in the steering test bench re-installed in a motor vehicle, whereupon with the motor vehicle go through a test track with built-in steering subsystem and while the ride tested will, whether a noise by vibration excitation in optionally by the action of force in the steering test bench damaged Steering subsystem occurs.

Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse fließen dann in die konstruktive Entwicklung des zu testenden Lenksystems zurück, um etwaige Gegenmaßnahmen zur Beseitigung einer aufgetretenen Geräuschentwicklung vorzunehmen.The knowledge gained here flows Then they back into the constructive development of the steering system to be tested in order to take any countermeasures for eliminating an occurring noise.

Nachteilig bei der geschilderten konventionellen Vorgehensweise ist vor allem die Tatsache, dass im Lenkungsprüfstand durch die Fixierung des Lenkteilsystems an der Halterung des Servomotors und am Lenkgetriebegehäuse keine dynamischen Effekte im Gesamtsystem berücksichtigt werden können. Ferner ist nachteilig, dass die mechanischen Kräfte lediglich quasi-statisch in das Lenkteilsystem übertragen werden.adversely in the described conventional approach is above all the fact that in the steering tester by fixing the steering subsystem to the holder of the servomotor and on the steering gear housing no dynamic effects can be considered in the overall system. Further is disadvantageous that the mechanical forces transmitted only quasi-static in the steering subsystem become.

Jedoch handelt es sich bei dem im Fahrzeug eingebauten Lenksystem tatsächlich um ein dynamisches System, bei welchem bei der mechanischen Kraftübertragung im Lenkungsprüfstand, neben dessen Steifigkeit, auch dessen Masse und Dämpfung zu berücksichtigen sind, um eine möglichst realitätsgetreue Modellierung der in der Praxis auf das Lenksystem einwirkenden mechanischen Kräfte zu erreichen. Infolgedessen wird keine realitätsgetreue Beeinträchtigung bzw. Schädigung des Lenkteilsystems im Lenkungsprüfstand erzeugt, so dass etwaige konstruktive Gegenmaßnahmen gegebenenfalls nur unzureichend oder nicht zielführend sind, wodurch sich die Entwicklungszeit und die Entwicklungskosten von Lenksystemen erhöhen können.however is it in the vehicle installed steering system actually to a dynamic system in which mechanical power transmission in the steering test bench, besides its rigidity, its mass and damping too consider are to one as possible realistic Modeling of the mechanical force acting on the steering system in practice personnel to reach. As a result, no real-life impairment or damage the steering subsystem generated in the steering test, so that any constructive countermeasures If appropriate, they are insufficient or unintelligible, which leads to Development time and the development costs of steering systems can increase.

Das deutsche Patent DE 196 22 687 C2 zeigt einen Prüfstand für ein Lenkungssystem, bei dem eine erste Belastungseinrichtung zum Beaufschlagen des Lenkungssystems mit einer Belastung in einer Richtung, in welche eine Lenkgegenkraft wirkt, und eine zweite Belastungseinrichtung zum Beaufschlagen des Lenkungssystems mit einer Belastung in einer Richtung in welcher eine Straßenoberflächengegenkraft wirkt, vorgesehen sind. In dem dort gezeigten Prüfstand werden, wie etwa aus dem Gesamtaufbau in 3 ersichtlich ist, keine dynamischen Kräfte des Lenksystems berücksichtigt. Weiterer Stand der Technik ist bekannt aus dem US-Patent Nr. 5,375,464 , worin ein Teststand zum stationären Betreiben eines Kraftfahrzeugs gezeigt ist, und aus dem japanischen Patent Abstract JP 69020833 A , worin eine Testvorrichtung für eine Lenkeinrichtung gezeigt ist, bei der eine Schwingungsanregung in einer Feder-Absorptionsvorrichtung getestet wird.The German patent DE 196 22 687 C2 shows a test bench for a steering system in which a first loading means for applying the steering system with a load in a direction in which a steering reaction force acts, and a second loading means for applying the steering system with a load in a direction in which a Straßenflächengegengegenkraft acts are. In the test bench shown there, such as from the overall structure in 3 It can be seen that no dynamic forces of the steering system are taken into account. Further prior art is known from the U.S. Patent No. 5,375,464 in which a test stand for stationary operation of a motor vehicle is shown, and from the Japanese Patent Abstract JP 69020833 A in which a testing device for a steering device is shown, in which a vibration excitation is tested in a spring-absorbing device.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Prüfung eines Kraftfahrzeuglenksystems zur Verfügung zu stellen, durch welches die vorstehend aufgezeigten Nachteile des herkömmlichen Prüfverfahrens vermieden werden können.In contrast there is the object of the present invention is to provide a method for Examination of a Motor vehicle steering system to provide, by which avoid the above-mentioned disadvantages of the conventional test method can.

Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.These Task is according to the proposal of the invention by a method with the characteristics of the independent Claim solved. Advantageous embodiments of the invention are characterized by the features the dependent claims specified.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen des Lenksystems eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welches die folgenden sukzessiven Schritte umfasst:

  • Schritt a): Es wird wenigstens eine erste mechanische Kraft festgelegt oder erfasst, welche dazu bestimmt ist, auf das Lenksystem oder lediglich Teile des Lenksystems ("Lenkteilsystem") an wenigstens einer Stelle des Lenk(teil)systems übertragen zu werden. Die hierbei festgelegte oder erfasste erste mechanische Kraft, welche einer mechanischen Kraft entspricht, die beim Durchfahren eines vorgebbaren ersten Laufprofils mit dem Kraftfahrzeug tatsächlich auf das Lenksystem übertragen wird, hat einen Kraft-Zeit-Verlauf mit einem kontinuierlichen Frequenzspektrum.
  • Schritt b): Das Lenk(teil)system wird so im Lenkungsprüfstand fixiert, dass das Lenk(teil)system Bewegungen vollführen kann, wie sie tatsächlich im eingebauten Zustand im Fahrzeug auftreten können, so dass insbesondere auch dynamische Effekte berücksichtigt werden können. Beispielsweise kann das Lenk(teil)system zu diesem Zweck an einem mit der Lenksäule verbundenen Lenkungsquerträger und an einem mit dem Lenkgetriebegehäuse verbundenen Hilfsrahmen fixiert sein.
  • Schritt c): Es wird die in Schritt a) festgelegte oder erfasste wenigstens eine erste mechanische Kraft mittels wenigstens eines Aktuators an wenigstens einer Stelle, beispielsweise in einem Fußpunkt des Lenksystems, auf das Lenk(teil)system in Echtzeit ("real-time") übertragen, was vorteilhaft in einem eingangs dargestellten Lenkungsprüfstand erfolgt. Hierbei können Bewegungen im Lenk(teil)system erzeugt werden.
According to a first variant of the invention, a method for testing the steering system of a motor vehicle is shown, which comprises the following successive steps:
  • Step a): At least one first mechanical force is determined or detected, which is intended to be transmitted to the steering system or only parts of the steering system ("steering subsystem") at least one point of the steering (sub) system. The case defined or detected first mechanical force, which corresponds to a mechanical force that is actually transmitted to the steering system when passing through a predetermined first run profile with the motor vehicle, has a force-time curve with a continuous frequency spectrum.
  • Step b): The steering (part) system is fixed in the steering test rig that the steering (part) system can perform movements as they can actually occur in the vehicle when installed, so that in particular, dynamic effects can be considered. For example, the steering (part) system for this purpose be fixed to a steering column connected to the steering column and to a connected to the steering gear housing subframe.
  • Step c): The at least one first mechanical force defined or detected in step a) is transmitted to the steering (part) system in real time ("real-time") by means of at least one actuator at at least one point, for example at a base of the steering system. ), which is advantageously carried out in a steering test bench initially shown. Here, movements in the steering (partial) system can be generated.

Eine Übertragung von mechanischen Kräften erfolgt vorteilhaft an den Fußpunkten des Lenk(teil)systems, beispielsweise den beiden Spurstangenköpfen. Beispielsweise und vorzugsweise werden die mechanischen Kräfte solange übertragen bis eine dem vorgebbaren ersten Laufprofil entsprechende Übertragungszeit erreicht ist. Auf diese Weise kann eine vollständige Schädigung des Lenk(teil)systems bzw. ein Lockern von mechanischen Verbindungen im Rahmen des vorgebbaren ersten Laufprofils erreicht werden.A transmission of mechanical forces takes place advantageously at the foot points the steering (part) system, for example, the two tie rod ends. For example and preferably, the mechanical forces are transmitted until a transmission time corresponding to the predeterminable first running profile is reached. In this way, complete damage to the steering (part) system or a loosening of mechanical connections within the stipulated first Running profile can be achieved.

Eine Einleitung der wenigstens einen ersten mechanischen Kraft in das Lenk(teil)system erfolgt vorzugsweise mit einer in einander entgegen gesetzten Richtungen alternierenden Richtung der Kraft. Eine solche mechanische Kraft kann beispielsweise durch die Hin- und Herbewegungen eines mechanischen Betätigungsmittels, wie eines Kolbens einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit, auf das Lenk(teil)system übertragen werden.

  • Schritt d): Es wird wenigstens eine zweite mechanische Kraft festgelegt, welche insbesondere einen Kraft-Zeit-Verlauf mit einem kontinuierlichen Frequenzspektrum haben kann. Diese zweite mechanische Kraft kann insbesondere einer Kraft entsprechen, die beim Durchfahren eines vorgebbaren zweiten Laufprofils mit dem Kraftfahrzeug auf das Lenksystem übertragen wird.
  • Schritt e) Es wird die wenigstens eine zweite mechanische Kraft an wenigstens einer Stelle auf das Lenk(teil)system mittels wenigstens eines Aktuators, insbesondere in Echt-Zeit, übertragen und es werden hierbei auftretende Geräusche am Lenk(teil)system akustisch erfasst. Dieser Schritt wird vorzugsweise in einem Lenkungsprüfstand durchgeführt.
An introduction of the at least one first mechanical force in the steering (part) system is preferably carried out with a direction of force alternating in opposite directions. Such a mechanical force can, for example, by the reciprocations of a mechanical actuating means, such as a piston of a hydraulic piston-cylinder unit, on the Steering (partial) system to be transferred.
  • Step d): At least one second mechanical force is determined, which in particular can have a force-time curve with a continuous frequency spectrum. This second mechanical force may in particular correspond to a force that is transmitted to the steering system when passing through a predeterminable second running profile with the motor vehicle.
  • Step e) The at least one second mechanical force is transmitted to the steering (partial) system at least at one point by means of at least one actuator, in particular in real time, and noises occurring on the steering (part) system are detected acoustically. This step is preferably performed in a steering test bench.

Durch den Ausdruck "Laufprofil" sollen alle Einzelheiten der durchzuführenden Fahrt mit dem Kraftfahrzeug vorgegeben sein, wie die Laufumgebung, zurückzulegende Distanz, Geschwindigkeiten bei bestimmten Streckenabschnitten und dergleichen mehr. Während das oben genannte erste Laufprofil dazu dient, die wenigstens eine erste mechanische Kraft festzulegen oder zu erfassen, welche dann auf das Lenk(teil)system übertragen wird, um durch Bewegungserzeugung eine Beeinträchtigung des Lenksystems herbeizuführen, dient das zweite Laufprofil zur Festlegung oder Erfassung der wenigstens einen zweiten mechanischen Kraft, welche auf das Lenk(teil)system übertragen wird, um eine Geräuschentwicklung im Lenksystem anzuregen. Das erste Laufprofil und das zweite Laufprofil können zueinander gleich oder verschieden sein.By The term "tread pattern" is intended to be all particulars the one to be carried out Be predetermined with the motor vehicle, such as the running environment, zurückzulegende Distance, speeds at certain sections and such more. While the above-mentioned first run profile serves the at least one determine or capture first mechanical force, which then transferred to the steering (part) system is used to bring about by motion generation impairment of the steering system is used the second run profile for determining or detecting the at least a second mechanical force transmitted to the steering (part) system is going to make a noise in the steering system. The first running profile and the second running profile can be the same or different from each other.

Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen des Lenksystems eines Kraftfahrzeugs gezeigt, bei dem nach dem Schritt c), anstelle der obigen Schritte d) und e), die folgenden Schritte durchgeführt werden:

  • Schritt d'): Das Lenk(teil)system von Schritt b) und Schritt c), d. h. das im Lenkungsprüfstand beeinträchtigte Lenk(teil)system, wird in ein Kraftfahrzeug eingebaut.
  • Schritt e'): Es wird eine Fahrt entsprechend einem vorgebbaren zweiten Laufprofil mit dem Kraftfahrzeug durchgeführt und die während der Fahrt am Lenk(teil)system auftretenden Geräusche akustisch erfasst.
According to a second variant of the invention, a method for testing the steering system of a motor vehicle is shown in which after step c), instead of the above steps d) and e), the following steps are carried out:
  • Step d '): The steering (sub) system of step b) and step c), ie the steering (part) system impaired in the steering test bench, is installed in a motor vehicle.
  • Step e '): A ride is carried out according to a predeterminable second running profile with the motor vehicle and the sounds occurring during the drive on the steering (part) system are recorded acoustically.

Die beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheiden sich demnach im Wesentlichen darin, dass in der ersten Variante eine Anregung von Geräuschen im Lenk(teil)system durch wenigstens einen Aktuator, gegebenenfalls in einem Lenkungsprüfstand, erfolgt, während in der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Anregung von Geräuschen im Lenk(teil)system, nach Einbau des beinträchtigten Lenk(teil)systems, bei einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug erfolgt.The distinguish both variants of the method according to the invention Therefore, essentially, that in the first variant an excitation of noises in the steering (part) system by at least one actuator, if necessary in a steering test bench, done while in the second variant of the method according to the invention an excitation of noises in the steering (part) system, after installation of the impaired steering (sub) system, takes place when driving with the motor vehicle.

In dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren kann somit, im Unterschied zum eingangs geschilderten herkömmlichen Prüfverfahren, erstmals eine realitätsgetreue Schädigung am Lenk(teil)system erzeugt werden, wobei auch dynamische Effekte des Lenk(teil)systems berücksichtigt werden.In the test method according to the invention can thus, in contrast to the above-described conventional test methods, first time a realistic damage be generated on the steering (part) system, with dynamic effects of the steering (part) system considered become.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Festlegung der wenigstens einen wählbaren ersten mechanischen Kraft gemäß Schritt a) die folgenden sukzessiven Schritte:

  • Schritt a1): Es wird das erste Laufprofil für das Kraftfahrzeug festgelegt.
In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the definition of the at least one selectable first mechanical force according to step a) comprises the following successive steps:
  • Step a1): The first running profile for the motor vehicle is determined.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste Laufprofil an ein (wählbares) spezifisches Fahrverhalten und eine (wählbare) spezifische Fahrumgebung von zukünftigen Nutzern des Kraftfahrzeugs angepasst wird. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, das Lenksystem auf das Fahrverhalten von urbanen oder ländlichen Fahrern anzupassen oder regionale Unterschiede der Fahrumgebung zu berücksichtigen. Ein solche Anpassung kann etwa über einen Soll-Ist-Vergleich eines vorhandenen Laufprofils an ein spezifisches Kundenprofil erfolgen. Ein auf diese Weise festgelegtes Laufprofil kann, neben so genannten Standardmanövern, die im Wesentlichen für jeden Fahrer ungeachtet dessen Fahrverhalten und der für ihn typischen Fahrumgebung gelten, auch weiter gehende so genannte Sondermanöver, welche eine besonders hohe Lenksystembeanspruchung beispielsweise durch eine besonders aggressive Fahrweise verursachen, umfassen.

  • Schritt a2): Anschließend wird mit dem Kraftfahrzeug das in Schritt a1) festgelegte erste Laufprofil durchfahren, wobei während der Fahrt an wenigstens einer Stelle des Lenksystems, beispielsweise einem Fußpunkt des Lenksystems, insbesondere einem Spurstangenkopf, die von den Rädern auf das Lenksystem einwirkenden mechanischen Kräfte in ihrem Zeitverlauf mittels wenigstens eines Kraftaufnehmers erfasst werden.
  • Schritt a3): Es wird aus dem erfassten Kraft-Zeit-Verlauf der mechanischen Kräfte deren Frequenzspektrum ermittelt, was durch Fourier-Transformation erfolgen kann. Die Frequenzen der auf das Lenksystem einwirkenden mechanischen Kräfte haben im Allgemeinen zwischen einem Minimalfrequenzwert (beispielsweise Null) und einem Maximalfrequenzwert einen kontinuierlichen Frequenzverlauf.
In this case, it is particularly advantageous if the first running profile is adapted to a (selectable) specific driving behavior and a (selectable) specific driving environment by future users of the motor vehicle. In this way it is possible, for example, to adapt the steering system to the driving behavior of urban or rural drivers or to take account of regional differences in the driving environment. Such an adaptation can take place, for example, via a target / actual comparison of an existing run profile to a specific customer profile. In addition to so-called standard maneuvers, which essentially apply to every driver irrespective of their driving behavior and typical driving environment, a running profile determined in this way can also be used for so-called special maneuvers, which cause particularly high steering stress, for example due to a particularly aggressive driving style. include.
  • Step a2): Subsequently, the first running profile defined in step a1) is traversed by the motor vehicle, wherein the mechanical forces acting on the steering system from the wheels during travel on at least one point of the steering system, for example a base of the steering system, in particular a tie rod end be detected in their time by means of at least one force transducer.
  • Step a3): It is determined from the detected force-time curve of the mechanical forces whose frequency spectrum, which can be done by Fourier transformation. The frequencies of the mechanical forces acting on the steering system generally have a continuous frequency response between a minimum frequency value (eg zero) and a maximum frequency value.

Nach Erfassen der auf das Lenksystem während dem Durchfahren des ersten Laufprofils einwirkenden mechanischen Kräfte kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn auf Grundlage der hierbei gewonnenen Daten bereits eine Anpassung von konstruktiven Elementen des Lenksystems erfolgt.To Capture the on the steering system while driving through the first Running profiles acting mechanical forces can continue to be beneficial if, on the basis of the data obtained, one Adaptation of structural elements of the steering system takes place.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der weitere folgende Schritt umfasst sein:

  • Schritt a4): Es werden aus den erfassten mechanischen Kräften iterierte Kraft-Zeit-Verläufe rechnerisch ermittelt, wobei die rechnerische Iteration in der Weise erfolgt, dass der iterierte Frequenzverlauf ein kontinuierliches Frequenzspektrum aufweist. Eine solche Iteration erlaubt, im Unterschied zum eingangs geschilderten herkömmlichen Verfahren, eine möglichst realitätsgetreue Nachbildung im Lenkungsprüfstand, der tatsächlich auf das Lenk(teil)system einwirkenden mechanischen Kräfte.
In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the further following step can be included:
  • Step a4): Iterated force-time curves are determined by calculation from the detected mechanical forces, wherein the computational iteration takes place in such a way that the iterated frequency curve has a continuous frequency spectrum. Such an iteration allows, in contrast to the above-described conventional method, a realistic as possible replica in the steering test, the actually acting on the steering (part) system mechanical forces.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt während oder nach dem Übertragen der mechanischen Kräfte an wenigstens einer Stelle auf das Lenk(teil)system eine Bestimmung wenigstens einer Abmessung wenigstens einer Komponente des Lenk(teil)systems, um auf diese Weise Verschleiß von Komponenten direkt feststellen zu können. Durch diese Vorgehensweise kann besonders vorteilhaft die Wirkungskette Geräuschentwicklung → Lenkungsverschleiß → Lenkungsschädigung → einwirkende mechanische Kräfte zur eindeutigen Lagebestimmung einer Geräuschentwicklung auf gestellt werden, so dass gezielt Gegenmaßnahmen zur Geräuschentwicklung eingeleitet werden können.at a further advantageous embodiment of the method according to the invention takes place during or after transferring the mechanical forces at least one location on the steering (part) system a determination at least one dimension of at least one component of the steering (sub) system, to wear out in this way Determine components directly. By this procedure can particularly advantageous effect chain noise → steering wear → steering damage → acting mechanical forces to make a clear determination of a noise on, so that targeted countermeasures to the noise can be initiated.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es von Vorteil sein, wenn einige oder alle Verfahrensschritte rein rechnerisch simuliert werden. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass lediglich die Schritte Festlegen eines Laufprofils für das Kraftfahrzeug gemäß Schritt a1) und Durchführen des Laufprofils mit dem Kraftfahrzeug und Erfassen von mechanischen Kräften in ihrem Zeitverlauf gemäß Schritt a2) rein rechnerisch simuliert werden.In the method according to the invention It may be beneficial if some or all process steps be simulated purely mathematically. Here it is, for example possible, that only the steps defining a running profile for the motor vehicle according to step a1) and performing the running profile with the motor vehicle and detecting mechanical forces in their timing according to step a2) are simulated purely mathematically.

Die Erfindung erstreckt sich ferner auf einen Programmcode für eine zur Datenverarbeitung geeignete Vorrichtung, welcher Steuerbefehle enthält, die die Vorrichtung zur rein rechnerischen Simulation eines wie oben beschriebenen Verfahrens veranlassen. Darüber hinaus erstreckt sich die Erfindung auf ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten solchen Programmcode.The The invention further extends to a program code for a Data processing suitable device containing control commands, the the device for purely computational simulation of a as above cause the procedure described. In addition, the stretches Invention on a storage medium with a stored thereon Program code.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird.The Invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment, wherein Reference to the attached Drawings is taken.

1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den grundlegenden Aufbau eines Kraftfahrzeuglenksystems vom Lenkrad bis zur Spurstange; 1 shows a perspective view of the basic structure of a motor vehicle steering system from the steering wheel to the tie rod;

2A–2D veranschaulichen ein herkömmliches Verfahren zur Lenkungsprüfung in einem Lenkungsprüfstand; 2A - 2D illustrate a conventional method of steering testing in a steering test bench;

3A–3E veranschaulichen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lenkungsprüfung in einem Lenkungsprüfstand; 3A - 3E illustrate an embodiment of the method according to the invention for the steering test in a steering test bench;

Gleiche bzw. gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Same or equivalent elements are in the figures with the same reference numerals Mistake.

Die 1 und 2A–2D wurden bereits eingangs erläutert, so dass auf eine weitere Erläuterung hier verzichtet werden kann.The 1 and 2A - 2D have already been explained at the beginning, so that a further explanation can be omitted here.

Es wird nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht, wobei Bezug auf die 3A–3E genommen wird.An embodiment of the method according to the invention will now be illustrated, with reference to FIGS 3A - 3E is taken.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst die mechanischen Kräfte bestimmt, welche in einem späteren Schritt auf das Lenk(teil)system übertragen werden sollen. Zu diesem Zweck wird das zu prüfende Lenksystem in ein Kraftfahrzeug verbaut und mit dem Kraftfahrzeug wird ein wählbares erstes Laufprofil durchfahren. Insbesondere über einen Soll-Ist-Vergleich wird hierbei das erste Laufprofil gegebenenfalls an ein wählbares Nutzerprofil angepasst.In the method according to the invention be first the mechanical forces which determines in a later Step on the steering (part) system to be transferred. To For this purpose, the test to be examined Steering system installed in a motor vehicle and with the motor vehicle a selectable one drive through first run profile. In particular, a target-actual comparison is the case here If necessary, first run profile adapted to a selectable user profile.

Während der Fahrt werden an den beiden Fußpunkten des Lenksystems, insbesondere an den Spurstangenköpfen, die von den Rädern auf das Lenksystem übertragenen ersten mechanischen Kräfte in ihrem Kraft-Zeit-Verlauf durch Kraftaufnehmer erfasst.During the Ride at the two foot points the steering system, in particular at the tie rod ends, the from the wheels transferred to the steering system first mechanical forces recorded in their force-time curve by force transducer.

Dann wird ein dem Lenksystem im eingebauten Kraftfahrzeug entsprechendes Lenksystem oder ein Teil hiervon (Lenkteilsystem) in einem Lenkungsprüfstand so fixiert, dass dynamische Effekte des Gesamtsystems, bestehend aus Lenkungsprüfstand und Lenk(teil)system, berücksichtigt werden können.Then becomes a steering system in the installed motor vehicle corresponding Steering system or part thereof (steering subsystem) in a steering test bench so fixes that dynamic effects of the overall system consisting of Steering test bench and Steering (part) system, considered can be.

Wie den 3A und 3B entnommen werden kann, worin anhand einer Auf- und Seitenansicht die mechanische Fixierung und die Kraftübertragung auf ein derartiges Lenkteilsystem in einem Lenkungsprüfstand dargestellt ist, umfasst das im dargestellten Ausführungsbeispiel geprüfte Lenkteilsystem einen Lenkungsquerträger 13, eine mit dem Lenkungsquerträger 13 verbundene Lenksäule 2, eine mittels einer oberen U-Verbindung mit der Lenksäule 2 verbundene Zwischenwelle 4, ein mittels einer unteren U-Verbindung mit der Zwischenwelle 4 verbundenes Lenkgetriebe mit Gehäuse 5 und eine mit dem Lenkgetriebe 5 verbundene Spurstange 8, welche an einem Hilfsrahmen 14 gelagert ist. Weiterhin sind ein an der Lenksäule 2 angebrachter Servomotor 3 zur Lenkunterstützung, sowie ein Unterbau 15 für den Lenkungsquerträger 13 vorgesehen. Insofern entspricht das Lenksystem der 3A und 3B in Aufbau und Funktion einem herkömmlichen Lenksystem, wie es bereits eingangs beschrieben worden ist. Ein solches Lenksystem ist dem Fachmann an sich bekannt, so dass sich weitere Erläuterungen hierzu erübrigen.Like that 3A and 3B can be taken, wherein the mechanical fixation and the power transmission is shown on such a steering subsystem in a steering test, based on a side and side view, the tested in the illustrated embodiment steering subsystem comprises a steering cross member 13 , one with the steering cross member 13 connected steering column 2 , one by means of an upper U-connection with the steering column 2 connected intermediate shaft 4 , a means of a lower U-connection with the intermediate shaft 4 connected steering gear with housing 5 and one with the steering gear 5 connected tie rod 8th , which are attached to a subframe 14 is stored. Furthermore, one on the steering column 2 attached servomotor 3 for steering assistance, as well as a substructure 15 for the steering cross member 13 intended. In this respect, the steering system corresponds to the 3A and 3B in structure and function a herkömmli chen steering system, as has already been described at the outset. Such a steering system is known per se to those skilled in the art, so that further explanations are unnecessary.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das in den 3A und 3B gezeigte Lenkteilsystem lediglich beispielhaft ist, und dass ein in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur mechanischen Kraftübertragung in einem Lenkungsprüfstand fixiertes Lenk(teil)system mehr oder weniger Komponenten aufweisen kann. Insbesondere können in den Lenkungsprüfstand auch im Wesentlichen alle Komponenten eines Lenksystems eingebracht und fixiert werden.It should be noted at this point that in the 3A and 3B shown steering system is merely exemplary, and that in the method according to the invention for mechanical transmission in a steering test rig fixed steering (part) system may have more or less components. In particular, substantially all components of a steering system can also be introduced and fixed in the steering test bench.

Das Lenkteilsystem der 3A und 3B ist an mehreren Stellen fixiert, nämlich an einer Stelle an dem Lenkungsquerträger 13, sowie an zwei Stellen am Hilfsrahmen 14. Wesentlich hierbei ist, dass das im Lenkungsprüfstand fixierte Lenkteilsystem Bewegungen vollführen kann, die auch in dem im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand auftreten können. Anders ausgedrückt, die Fixierung des Lenk(teil)systems im Lenkungsprüf stand soll dynamische Effekte des Gesamtsystems, bestehend aus Lenkungsprüfstand und Lenk(teil)system, ermöglichen.The steering subsystem of 3A and 3B is fixed in several places, namely at a point on the steering cross member 13 , as well as in two places on the subframe 14 , It is essential here that the steering subsystem fixed in the steering test rig can perform movements which can also occur in the state installed in the motor vehicle. In other words, the fixation of the steering (part) system in the steering test was to allow dynamic effects of the entire system, consisting of steering test and steering (part) system.

Über mechanische Aktuatoren, beispielsweise hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten, werden nun die zuvor erfassten ersten mechanischen Kräfte an die beiden Spurstangenköpfe 10 übertragen, um auf diese Weise Schädigungen durch die Erzeugung von Bewegungen im Lenkteilsystem bzw. ein Lockern von mechanischen Verbindungen hervorzurufen. Grundsätzlich können zu diesem Zweck jedwelche geeignete Betätigungsmittel eingesetzt werden, welche in der Lage sind, die erfassten mechanischen Kräfte zu übertragen.Mechanical actuators, such as hydraulic piston-cylinder units, now become the previously detected first mechanical forces on the two tie rod ends 10 in order to cause damage in this way by the generation of movements in the steering subsystem or a loosening of mechanical connections. In principle, any suitable actuating means can be used for this purpose, which are able to transmit the detected mechanical forces.

Im Unterschied zum herkömmlichen Lenkungsprüfstand werden in dem in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Lenkungsprüfstand Aktuatoren eingesetzt, die in der Lage sind, so schnell zu arbeiten, dass die erfassten ersten mechanischen Kräfte in Echtzeit mit ihrem Kraft-Zeit-Verlauf mit kontinuierlichen Frequenzspektrum auf das Lenk(teil)system übertragen werden können.in the Difference to the conventional one steering test rig become actuators in the steering test bench used in the method according to the invention who are able to work so fast that the recorded first mechanical forces in real time with their force-time curve with continuous frequency spectrum transferred to the steering (part) system can be.

Es wird nun insbesondere Bezug auf die 3A und 3B genommen, welche den 2A und 2B in analoger Weise entsprechen.It will now be particularly related to the 3A and 3B taken, which the 2A and 2 B correspond in an analogous manner.

In 3C ist beispielhaft der zeitliche Verlauf einer erfassten ersten mechanischen Kraft dargestellt. Wie aus dem zugehörigen Frequenzspektrum, 3D, ersichtlich ist, weist die erfasste erste mechanische Kraft einen kontinuierlichen Verlauf von einem minimalen Frequenzwert (Null) bis zu einer Maximalfrequenz auf.In 3C is shown by way of example the time course of a detected first mechanical force. As from the associated frequency spectrum, 3D , it can be seen that the detected first mechanical force has a continuous course from a minimum frequency value (zero) up to a maximum frequency.

Die erfassten ersten mechanischen Kräfte, wie in den 3A und 3B beispielhaft dargestellt, werden nun durch zwei (nicht dargestellte) Aktuatoren jeweils auf die Spurstangenköpfe 10 des im Lenkungsprüfstand fixierten Lenk(teil)systems in Echtzeit übertragen. Hierbei werden bei einer Bewegungserzeugung im Lenk(teil)system dynamische Effekte berücksichtigt.The detected first mechanical forces, as in the 3A and 3B exemplified, are now by two (not shown) actuators respectively on the tie rod ends 10 transmitted in the steering test rig steering (part) system in real time. In this case, dynamic effects are taken into account in a motion generation in the steering (partial) system.

Für die Kraftübertragung im Lenk(teil)system gilt die folgende Bewegungsgleichung: MxTR + DxTR + CxTR = Fi(t) (2)wobei Fi(t) der Kraftvektor der mechanischen Kraft, M die Massenmatrix, D die Dämpfungsmatrix, C die Steifigkeitsmatrix, xTR der Verschiebungsvektor, xTR die erste zeitliche Ableitung des Verschiebungsvektors und xTR die zweite zeitliche Ableitung des Verschiebungsvektors beschreiben.The following equation of motion applies to the transmission of power in the steering (partial) system: Mx TR + Dx TR + Cx TR = F i (t) (2) where F i (t) is the force vector of the mechanical force, M the mass matrix, D the damping matrix, C the stiffness matrix, x TR the displacement vector, x TR the first time derivative of the displacement vector and x TR the second time derivative of the displacement vector.

Somit werden einerseits, wie durch Gleichung (2) ersichtlich ist, bei der Bewegung des Lenksystems dynamische Effekte des Gesamtsytems, bestehend aus Lenk(teil)system und Lenkungsprüfstand, berücksichtigt. Andererseits werden anstelle von quasi-statischen Kräften Echtzeit-Kräfte ("real-time") in das Lenk(teil)system eingeleitet.Consequently on the one hand, as can be seen by equation (2) the movement of the steering system dynamic effects of the overall system, consisting of steering (part) system and steering test bench, taken into account. On the other hand instead of quasi-static forces Real-time forces ("real-time") in the steering (part) system initiated.

Wie aus Gleichung (2) ersichtlich ist, werden als dynamische Effekte im Sinne der vorliegenden Erfindung, neben Federkräften (welche sich aus einem Verschiebungsvektor multipliziert mit einer Steifigkeitsmatrix ergeben), auch Dämpfungskräfte (welche sich aus einer Dämpfungsmatrix multipliziert mit dem Geschwindigkeitsvektor ergeben) und Massenkräfte (welche sich aus einer Massenmatrix multipliziert mit dem Beschleunigungsvektor ergeben) angesehen.As from equation (2) are considered dynamic effects in the sense of the present invention, in addition to spring forces (which is a shift vector multiplied by a stiffness matrix yield), also damping forces (which itself from a damping matrix multiplied by the velocity vector) and mass forces (which itself from a mass matrix multiplied by the acceleration vector result).

Das Lenk(teil)system wird einem längerdauernden (beispielsweise 2- bis 3-wöchigen) Test unterzogen, während dem die mechanischen ersten Kräfte im Lenkungsprüfstand auf das Lenk(teil)system übertragen werden, um Beeinträchtigungen hervorzurufen.The Steering (partial) system becomes longer lasting (for example, 2 to 3 weeks) Tested while the mechanical first forces in the steering test bench transferred to the steering (part) system be to impairments cause.

Weiterhin werden während der Übertragung der ersten mechanischen Kräfte im Lenkungsprüfstand an einer oder mehreren Stellen Abmessungen von Komponenten des Lenk(teil)systems erfasst. Dies ist beispielhaft in 3E dargestellt, worin Verschleiß, bemessen in Mikrometer (μm), d. h. der Absolutbetrag einer Verminderung einer Abmessung einer Lenksystemkomponente, gegenüber der Kraftübertragungszeit im Lenkungsprüfstand (SDS) in Prozent (%) der gesamten Kraftübertragungszeit für drei verschiedene Lenksystemkomponenten dargestellt ist, wobei I einer Abmessung im Lenkgetriebe, II einer Abmessung an der Zwischenwelle und III einer Abmessung an der Lenksäule entspricht.Furthermore, dimensions of components of the steering (sub) system are detected during the transmission of the first mechanical forces in the steering test at one or more points. This is exemplary in 3E in which wear, measured in microns (μm), ie the absolute amount of reduction in a steering system component dimension, versus the power transfer time in the steering test bench (SDS) is represented in percent (%) of the total power transfer time for three different steering system components is, where I corresponds to a dimension in the steering gear, II a dimension on the intermediate shaft and III a dimension on the steering column.

Anschließend wird das Lenk(teil)system wieder in ein Kraftfahrzeug eingebaut und es wird mit dem Kraftfahrzeug mit dem eingebauten Lenk(teil)system ein wählbares zweites Laufprofil durchfahren, wobei während der Fahrt geprüft wird, ob eine Geräuschentwicklung (Klappern) durch Schwingungsanregung im gegebenenfalls durch die Krafteinwirkung im Lenkungsprüfstand geschädigten Lenk(teil)system auftritt. Aufgrund der Verschleißbestimmung im Lenkungsprüfstand kann die Ursache für ein etwaig auftretendes Geräusch mit hoher Wahrscheinlichkeit ausfindig gemacht werden.Subsequently, will the steering (part) system is reinstalled in a motor vehicle and it is with the motor vehicle with the built-in steering (part) system a selectable one pass through the second run profile, during which it is checked whether a noise (Rattling) by vibration excitation in possibly by the action of force in the steering test bench damaged steering (part) system occurs. Due to the determination of wear in the steering tester can the cause of a possibly occurring noise be located with a high probability.

Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse fließen dann in die konstruktive Entwicklung des Lenksystems zurück, um Gegenmaßnahmen zur Beseitigung einer aufgetretenen Geräuschentwicklung vorzunehmen.The This knowledge then flows into the constructive Evolution of the steering system back, to countermeasures to eliminate an occurred noise.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich für jedes Lenksystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, um einerseits die konstruktive Auslegung zu verbessern und andererseits eine realitätsgetreue Lenkungsvalidierung sicherzustellen. Es ermöglicht hierbei eine rechtzeitige Identifikation von Schwachstellen am Lenksystem bereits während der Entwicklung, wodurch Gegenmaßnahmen bereits vor der Freigabe für die Produktion getroffen werden können. Auf Basis von festlegbaren Grenzwerten für Verschleiß von Lenkungskomponenten ist zudem eine robuste Lenkungsentwicklung möglich. Weiterhin werden kostenintensive Werkzeugänderungen bei der Produktion vermieden.The inventive method can basically for each Steering system of a motor vehicle can be used, on the one hand to improve the structural design and on the other hand, a realistic To ensure steering validation. It allows a timely Identification of weaknesses in the steering system already during the Development, taking countermeasures already before release for the production can be made. Based on definable limit values for wear of steering components In addition, a robust steering development is possible. Furthermore, costly tool changes avoided during production.

11
Lenkradsteering wheel
22
Lenksäulesteering column
33
Servoantriebservo drive
44
Zwischenwelleintermediate shaft
55
Lenkgetriebesteering gear
66
U-VerbindungU-joint
77
U-VerbindungU-joint
88th
Spurstangetie rod
99
DruckstückPressure piece
1010
SpurstangenkopfSpurstangenkopf
1111
Ritzelpinion
1212
Zahnstangerack
1313
LenkungsquerträgerSteering crossmember
1414
Hilfsrahmensubframe
1515
Konsolenunterbauconsole base
1616
Halterungbracket

Claims (12)

Verfahren zum Prüfen eines Kraftfahrzeuglenksystems mit den folgenden Schritten: a) Festlegen bzw. Erfassen wenigstens einer mechanischen ersten Kraft mit einem Kraft-Zeit-Verlauf mit einem kontinuierlichen Frequenzspektrum, welche beim Durchfahren eines vorgebbaren ersten Laufprofils mit einem Kraftfahrzeug auftritt; b) Fixieren des Lenksystems oder Teile hiervon (Lenkteilsystem) in einem Lenkungsprüfstand derart, dass dynamische Effekte des Gesamtsystems, bestehend aus Lenk(teil)system und Lenkungsprüfstand, ermöglicht sind; c) Übertragen der wenigstens einen ersten mechanischen Kraft an wenigstens einer Stelle auf das Lenk(teil)system mittels wenigstens eines Aktuators; d) Festlegen wenigstens einer zweiten mechanischen Kraft, welche insbesondere während einer Fahrt gemäß einem vorgebbaren zweiten Laufprofil auftritt; e) Übertragen der wenigstens einen zweiten mechanischen Kraft an wenigstens einer Stelle auf das Lenk(teil)system mittels wenigstens eines Aktuators und akustisches Erfassen von hierbei auftretenden Geräuschen am Lenk(teil)system.Method for testing a motor vehicle steering system with the following steps: a) Set or capture at least a mechanical first force with a force-time curve with a continuous frequency spectrum, which when driving through a predetermined first run profile occurs with a motor vehicle; b) Fixing the steering system or parts thereof (steering subsystem) in a steering test bench such that dynamic effects of the overall system consisting of Steering (part) system and steering tester, allows are; c) Transfer the at least one first mechanical force on at least one Place on the steering (part) system by means of at least one actuator; d) Determining at least a second mechanical force, which in particular while a ride according to one predetermined second run profile occurs; e) Transfer the at least one second mechanical force on at least one Place on the steering (part) system by means of at least one actuator and acoustic detection of this occurring noise on Lenk (sub) system. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem nach Schritt c), anstelle der Schritte d) und e), die folgenden Schritte ausgeführt werden: d') Einbauen des Lenk(teil)systems von Schritt b) und Schritt c) in ein Kraftfahrzeug; e') Durchführen einer Fahrt gemäß einem vorgebbaren zweiten Laufprofil mit dem Kraftfahrzeug und akustisches Erfassen von während der Fahrt auftretenden Geräuschen am Lenk(teil)system.The method of claim 1, wherein after step c), instead of steps d) and e), the following steps are carried out: d ') Installing the steering (sub) system from step b) and step c) in a motor vehicle; e ') performing a Drive according to one predeterminable second profile with the motor vehicle and acoustic Capturing while the driving noise on the steering (part) system. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Erfassung der wenigstens einen ersten mechanischen Kraft gemäß Schritt a) die folgenden Schritte umfasst: a1) Definieren des ersten Laufprofils für das Kraftfahrzeug, a2) Durchführen des ersten Laufprofils mit einem das Lenk(teil)system enthaltenden Kraftfahrzeug und Erfassen wenigstens einer auf das Lenk(teil)system einwirkenden ersten mechanischen Kraft in ihrem Kraft-Zeitverlauf an wenigstens einer Stelle mittels wenigstens eines Kraftaufnehmers; a3) Ermittlung des Frequenzspektrums der in Schritt a2) erfassten wenigstens einen ersten mechanischen Kraft,The method of claim 1 or 2, wherein the Detecting the at least one first mechanical force according to step a) includes the following steps: a1) Defining the first Running profile for the car, a2) performing the first run profile with a motor vehicle containing the steering (part) system and detecting at least one acting on the steering (part) system first mechanical Force in its force-time course at least one place by means of at least a force transducer; a3) determination of the frequency spectrum the at least one first mechanical detected in step a2) Force, Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Erfassung der wenigstens einen ersten mechanischen Kraft nach dem Schritt a3) den weiteren folgenden Schritt umfasst: a4) Ermittlung eines rechnerisch iterierten Kraft-Zeit-Verlaufs der in Schritt a2) erfassten wenigstens einen ersten mechanischen Kraft, wobei der iterierte Kraft-Zeit-Verlauf ein kontinuierliches Frequenzspektrum aufweist.Method according to claim 3, wherein the detection the at least one first mechanical force after the step a3) comprises the further following step: a4) Investigation a mathematically iterated force-time curve in step a2) detected at least a first mechanical force, wherein the iterated force-time curve a continuous frequency spectrum having. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem das gemäß Schritt a1) definierte erste Laufprofil an ein spezifisches Fahrprofil von Nutzern des Kraftfahrzeugs angepasst wird.A method according to claim 3 or 4, wherein the according to step a1) defined first run profile to a specific driving profile of Users of the motor vehicle is adjusted. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem nach der Erfassung der wenigstens einen ersten mechanischen Kraft eine Anpassung wenigstens einer Komponente des Lenk(teil)systems erfolgt.Method according to one of claims 3 to 5, wherein the adaptation of the at least one first mechanical force at least one component of the steering (part) system takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem während oder nach dem Übertragen der wenigstens einen ersten mechanischen Kraft auf das Lenk(teil)system gemäß Schritt b) eine Bestimmung wenigstens einer Abmessung wenigstens einer Komponente des Lenk(teil)systems erfolgt.Method according to one of the preceding claims, in which during or after transferring the at least one first mechanical force on the steering (part) system according to step b) a determination of at least one dimension of at least one component of the steering (part) system takes place. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das erste und zweite Laufprofil des Kraftfahrzeugs gleich sind.The method of claim 1 or 2, wherein the first and second running profile of the motor vehicle are the same. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem wenigstens ein Verfahrensschritt rein rechnerisch simuliert wird.Method according to one of the preceding claims, in which at least one method step simulates purely mathematically becomes. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Schritte Definieren eines Laufprofils für das Kraftfahrzeug gemäß Schritt a1) und Durchführen des Laufprofils gemäß Schritt a2) rein rechnerisch simuliert werden.The method of claim 9, wherein the steps Defining a Running Profile for the motor vehicle according to step a1) and performing of the tread according to step a2) are simulated purely mathematically. Programmcode für eine zur Datenverarbeitung geeignete Vorrichtung, welcher Steuerbefehle enthält, die die Vorrichtung zur Simulation eines Verfahrens nach Anspruch 9 oder 10 veranlassen.Program code for a device suitable for data processing, which contains control commands, the the device for simulating a method according to claim 9 or 10. Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Programmcode gemäß Anspruch 11.Storage medium with a stored program code according to claim 11th
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