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Die
Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einem Lenkrad,
das über
eine Lenkspindel mit einem Lenkgetriebe mechanisch verbunden ist,
mit einer durch eine Steuereinheit ansteuerbare Stelleinrichtung
zum Aufbringen eines Stellmoments auf das Lenkrad und mit einem
Momentensensor (15), der das an der Lenkspindel anliegende Lenkmoment
erfasst und an die Steuereinheit übermittelt.
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Ein
derartiges Lenksystem ist aus der
DE 38 21 789 A1 bekannt. Zum Schutz des Lenksystems vor Überlastungen
soll das vom Momentensensor erfasste Lenkmoment einen Maximalwert
nicht überschreiten.
Hierfür
weist das Lenksystem eine Überlastverhinderungseinrichtung
auf, die ein eine Überlast
kompensierendes Hilfslenkdrehmoment hervorrufen kann, um eine Erhöhung des
Lenkmoments über
den Maximalwert zu verhindern. Das Hilfslenkdrehmoment wird über den
elektrischen Servomotor des Lenksystems erzeugt.
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Ausgehend
hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte
Lenksystem derart weiterzubilden, dass eine Auswertung der aufgetretenen
Belastungen möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Bewertungsmittel,
die insbesondere Teil der Steuereinheit des Lenksystems sind, dienen
dazu, den Betrag des erfassten, aktuellen Lenkmoments mit einem
Momentengrenzwert zu vergleichen und dann, wenn der Betrag des Lenkmoments
größer ist als
der Momentengrenzwert, eine die Überschreitung des
Momentengrenzwerts beschreibende Bewertungsgröße in der Steuereinheit abzuspeichern
oder eine bereits abgespeicherte Bewertungsgröße zu aktualisieren. Dadurch
werden am Lenksystem aufgetretene Überbeanspruchungen erfasst
und können sehr
einfach ausgewertet werden, beispielsweise im Rahmen von Wartungs-
oder Reparaturarbeiten. Es besteht mithin die Möglichkeit das Lenksystem bzw. dessen
Komponenten zu warten, zu reparieren oder auszutauschen, bevor es
beim Betrieb des Fahrzeugs zu Beschädigungen am Lenksystem kommt, die
zum Ausfall führen
können.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des Lenksystems ergeben sich aus den
abhängigen
Patentansprüchen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Stelleinrichtung zum Aufbringen des Stellmoments
zusätzlich
zu einer Servoeinheit zur Erzeugung eines Servokraft bzw. Servomoments
vorhanden ist. Das Stellmoment kann dadurch unabhängig von
der Servoeinheit erzeugt und der Servokraft bzw. dem Servomoment überlagert
werden. Insbesondere bei der Verwendung einer hydraulischen Servoeinheit,
kann das Stellmoment unabhängig
von der Stellung eines hydraulischen Servoventils sehr einfach durch
die unabhängige
Stelleinrichtung generiert werden. Die Stelleinrichtung weist zweckmäßigerweise
einen ansteuerbaren Elektromotor auf.
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Des
Weiteren kann eine Fahrerinformationseinrichtung vorhanden sein,
die dann, wenn der Betrag des Lenkmoments größer ist als der Momentengrenzwert,
eine Fahrerinformation hervorruft, so dass der Fahrer über das
zu große
Lenkmoment informiert und seine Fahrweise entsprechend anpassen
kann.
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Ferner
ist es von Vorteil, wenn die Bewertungsmittel dann, wenn die in
der Steuereinheit abgespeicherte Bewertungsgröße bzw. abgespeicherten Bewertungsgrößen eine
vorgegebene Wartungsbedingung erfüllen, dem Fahrer eine entsprechende Wartungsinformation übermittelt
und/oder in der Steuereinheit abgespeichert wird. Der Fahrer kann über die
Wartungsinformation zum Aufsuchen einer Werkstatt veranlasst werden.
Durch das Abspeichern der Wartungsinformation in der Steuereinheit
vereinfacht sich die Auswertung der Bewertungsgröße des Lenksystems, z.B. für das Servicepersonal
in einer Werkstatt.
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Die
Bewertungsgröße kann
abhängig
sein von der Differenz zwischen dem Betrag des Lenkmoments und dem
Momentengrenzwert, was als einfach zu ermittelndes Maß für die Höhe der Überlastung
dient. Es ist auch möglich
die Bewertungsgröße abhängig von
der Zeitdauer zu bestimmen, während der
der Betrag des Lenkmoments den Momentengrenzwert überschreitet,
um die Dauer der auftretenden zu großen Lenkmomente zu berücksichtigen
und für
die Bewertung der Notwendigkeit von Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten
zur Verfügung
zu stellen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Lenksystems
wird nachfolgend anhand der beigefügten näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische, blockschaltbildähnliche
Darstellung eines Lenksystems und
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2 einen
schematischen, beispielhaften zeitlichen Verlauf Betrags des Lenkmoments
und die sich daraus ergebende Bewertungsgröße.
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In 1 ist
ein Lenksystem 5 schematisch dargestellt. Ein Lenkrad 6 ist über eine
Lenkspindel 7 mit einem Lenkgetriebe 8 des Lenksystems 5 mechanisch
verbunden. Die Drehbewegung der Lenkspindel 7 wird durch
das Lenkgetriebe 8 in eine translatorische Bewegung zur
Einstellung des Lenkwinkels an den lenkbaren Fahrzeugrädern 9 umgesetzt.
Im Bereich des Lenkrades 6 ist eine zum Aufbringen eines Stellmoments
auf die Lenkspindel 7 und mithin auf das Lenkrad 6 dienende
Stelleinrichtung 11 vorgesehen. Alternativ hierzu könnte die
Stelleinrichtung 11 auch im Bereich eines Lenkgetriebegehäuses 10 des Lenkgetriebes 8 angeordnet
sein.
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Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Lenkgetriebe 8 als hydraulisches Lenkgetriebe 8 ausgeführt, das
eine hydraulische Servokraft zur Unterstützung des Fahrers beim Drehen
des Lenkrads 6 zur Einstellung eines Lenkwinkels an den
lenkbaren Fahrzeugrädern 9 erzeugt.
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Die
Stelleinrichtung 11 kann zum Aufbringen eines Stellmoments
auf das Lenkrad 6 von einer Steuereinheit 12 angesteuert
werden. Die Stelleinrichtung 11 bietet die Möglichkeit,
Assistenzfunktionen zu realisieren. Der Fahrer kann in bestimmten Fahrsituationen
durch ein entsprechend eingestelltes Stellmoment unterstützt werden,
beispielsweise in kritischen Fahrsituationen, um das Fahrzeug wieder zu
stabilisieren. Es ist ferner möglich,
mit Hilfe der Stelleinrichtung 11 auch eine autonome Lenkfunktion durchzuführen, z.
B. während
Parkiermanövern
des Fahrzeugs, wenn der Fahrer das Lenkrad 6 freigibt bzw.
dem am Lenkrad 6 vorgegebenen Stellmoment folgt.
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Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
die Stelleinrichtung 11 einen ansteuerbaren Elektromotor
auf, der zur Erzeugung des Stellmoments dient. Die Steuereinheit 12 steuert
den Elektromotor der Stelleinrichtung 11 über ein
Ansteuersignal AS an. Das Ansteuersignal AS wird in der Steuereinheit 12 abhängig von
einer oder mehreren Eingangsgrößen ermittelt.
Als Eingangsgrößen können ein
oder mehrere Fahrzeug- und/oder Umgebungsparameter berücksichtigt
werden.
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Das
Lenksystem 5 verfügt
außerdem über einen
Momentensensor 20, der das an der Lenkspindel 7 anliegende
Lenkmoment LM er fasst und an die Steuereinheit 12 übermittelt.
Somit kann die Ansteuerung der Stelleinrichtung 11 abhängig vom
erfassten Lenkmoment LM erfolgen.
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In
der Steuereinheit 12 sind Bewertungsmittel 25 vorgesehen,
die den Betrag des erfassten, aktuellen Lenkmoments LM mit einem
vorgegebenen Momentengrenzwert MG vergleichen. Ergibt der Vergleich,
dass der Betrag des Lenkmoments LM größer ist als der Momentengrenzwert
MG, wird über
die Steuereinheit 12 ein Ansteuersignal AS erzeugt, das mit
Hilfe der Stelleinrichtung 11 ein Stellmoment generiert,
das nach Betrag und Richtung so bestimmt ist, dass sich der Betrag
des Lenkmoments LM zumindest auf den Momentengrenzwert MG reduziert. Eine
solche Reduzierung des Betrags des Lenkmoments LM kann nicht in
allen Fahr- bzw. Verkehrssituationen sichergestellt werden. Bewegt
sich das Fahrzeug beispielsweise in sehr unebenem Gelände, können schnelle
kurzzeitige Krafteinwirkungen auf die lenkbaren Fahrzeugräder 9 Lenkmomente
LM an der Lenkspindel 7 hervorrufen, deren Beträge größer sind
als der vorgegebene Momentengrenzwert MG. Dies ist darauf zurückzuführen, dass
bis zum Abbau derart großer
Lenkmomente LM eine gewisse Reaktionszeit erforderlich ist. Überdies
kann nicht ausgeschlossen werden, dass ein Fahrer versucht, das Lenkrad 6 entgegen
sehr großer äußerer Kräfte auf die
lenkbaren Fahrzeugräder 9 zu
drehen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn sich zumindest
eines der lenkbaren Fahrzeugräder 9 in
einer Vertiefung befindet oder eines der lenkbaren Fahrzeugräder 9 an
einem Absatz, wie z. B. einem Bordstein, steht und eine weitere
Lenkwinkelvergrößerung daher
nicht möglich
ist.
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Beim
vorliegenden Lenksystem
5 wird durch die Bewertungsmittel
25 zumindest
dann eine die Überschreitung
des Momentengrenzwerts MG beschreibende Bewertungsgröße B in
der Steuereinheit
12 abgespeichert bzw. eine bereits abgespeicherte Bewertungsgröße B aktualisiert,
wenn der Betrag des Lenkmoments LM größer ist als der Momentengrenzwert
MG. Bei dem hier beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel des Lenksystems
5 wird die
Bewertungsgröße B in
einem zyklischen Verfahren bei jedem Zyklus neu bestimmt und der
aktuell bestimmte Wert in der Steuereinheit
12 abgespeichert.
Die Berechnung der Bewertungsgröße B erfolgt
dabei anhand der folgenden Gleichung:
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Der
Index n kennzeichnet dabei den aktuellen Zyklus des Berechnungsverfahrens
der Bewertungsgröße B. Δt ist die
Zykluszeit zwischen zwei Berechnungszyklen.
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In 2 ist
ein beispielhafter, schematischer Verlauf des Betrags des Lenkmoments
in Abhängigkeit
von der Zeit t und die sich daraus ergebende Bewertungsgröße B dargestellt.
Zu Beginn des Betrachtungszeitraums hat die Bewertungsgröße einen Startwert
B0, der hier bereits ungleich 0 ist. Beim Initialisieren des Lenksystems 5 wird
der Startwert B0 – z.B.
bei der Herstellung des Fahrzeugs – auf den Wert Null gesetzt.
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Solange
der Betrag des Lenkmoments LM den Momentengrenzwert MG nicht überschreitet, bleibt
die Bewertungsgröße B unverändert. Zu
einem ersten Zeitpunkt t0 überschreitet
der Betrag des Lenkmoments LM den Momentengrenzwert MG. Ab diesem
ersten Zeitpunkt t0 steigt auch die Bewertungsgröße B an. Erst dann, wenn der
Betrag des Lenkmoments LM zu einem zweiten Zeitpunkt t1 den Momentengrenzwert
MG wieder unterschreitet, nimmt auch der Betrag der Bewertungsgröße B nicht mehr
zu und bleibt dann konstant bis zu einem dritten Zeitpunkt t2, zu
dem der Betrag des Lenkmoments LM den Momentengrenzwert MG erneut überschreitet.
Beispielsgemäß sinkt
der Betrag des Lenkmoments LM wieder unter den Momentengrenzwert
MG zu einem vierten Zeitpunkt t3, ab dem dann auch die Bewertungsgröße B unverändert bleibt.
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Wie
dies aus der oben genannten Gleichung zur Berechnung der Bewertungsgröße B zu
entnehmen ist, erhöht
sich diese um das zeitliche Integral der Differenz zwischen dem
Betrag des Lenkmoments LM und dem Momentengrenzwert MG, sofern diese
Differenz größer als
0 ist. Dieses Integral entspricht den in 2 schraffierten
Flächen.
In einem ersten Zeitraum Ta zwischen dem ersten Zeitpunkt t0 und
dem zweiten Zeitpunkt t1 sowie während
einem zweiten Zeitraum Tb zwischen dem dritten Zeitpunkt t2 und
dem vierten Zeitpunkt t3 wird demnach die Bewertungsgröße B erhöht, da während diesen
beiden Zeiträumen
Ta, Tb ein Lenkmoment LM an der Lenkspindel 7 anliegt,
das betragsmäßig größer ist
als der vorgegebene Momentengrenzwert MG. Das Überschreiten dieses Momentengrenzwerts
MG stellt eine über
das normale Maß hinausgehende
Belastung der Lenkspindel 7 dar. Diese erhöhte Belastung
wird durch eine entsprechende Erhöhung der Bewertungsgröße B durch
die Bewertungsmittel 20 erfasst und in der Steuereinheit 12 abgelegt.
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Es
sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die schematische Darstellung
der Bewertungsgröße B in 2 während der
beiden Zeiträume
Ta und Tb nicht exakt dem Integral der Differenz zwischen Lenkmoment
LM und Momentengrenzwert MG entspricht.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
des Lenksystems 5 weist eine Fahrerinformationseinrichtung 30 auf,
die durch die Steuereinheit 12 angesteuert werden kann. Übersteigt
nun der Betrag des Lenkmoments LM den Momentengrenzwert MG wird eine
entsprechende Fahrerinformation F über die Fahrerinformationseinrichtung 30 an
den Fahrer ausgegeben, der dadurch über die starke Momentenbelastung
der Lenkspindel 7 informiert wird. Der Fahrer kann daraufhin
sein Fahr- bzw. Lenkverhalten anpassen, um die Belastung wieder
zu reduzieren.
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Die
Bewertungsmittel 25 prüfen
die im jeweils aktuellen Berechnungszyklus bestimmte Bewertungsgröße B dahingehend,
ob eine vorgegebene Wartungsbedingung erfüllt ist. Eine sehr einfache Wartungsbedingung
könnte
beispielsweise das Erreichen eines Schwellenwertes für die Bewertungsgröße B sein.
Ist dies der Fall wird eine Wartungsinformation W erzeugt, die bei
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
sowohl in der Steuereinheit 12 abgelegt als auch dem Fahrer über die
Fahrerinformationseinrichtung 30 übermittelt wird. Dem Fahrer wird
auf diese Weise mitgeteilt, dass er aufgrund der erreichten Gesamtbelastung
für das
Lenksystem 5 eine Werkstatt aufsuchen soll. Das Servicepersonal in
der Werkstatt kann durch Auslesen der Wartungsinformation W und/oder
der Bewertungsgröße B zu entsprechenden
Reparatur- bzw. Wartungsmaßnahmen
am Lenksystem 5 veranlasst werden.
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Bei
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
hängt die
Bewertungsgröße B zum
einen von der Differenz zwischen dem Betrag des Lenkmoments LM und
dem Momentengrenzwert MG und zum anderen von der Zeitdauer Ta bzw.
Tb ab, während
der der Betrag des Lenkmoments LM den Momentengrenzwert MG überschreitet.
Als Maß für die Belastung
bzw. Überlastung
des Lenksystems 5, und insbesondere der Lenkspindel 7,
ist sowohl der Betrag des Lenkmoments als auch die Zeitdauer Ta,
Tb der auftretenden Lenkmomente LM oberhalb des Momentengrenzwertes
MG relevant. Daher wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel des Lenksystems 5 die
Differenz zwischen dem Betrag des Lenkmoments LM und dem Momentengrenzwert
MG während
der beiden Zeiträume
Ta und Tb sozusagen integriert – was
dem zyklischen Multiplizieren mit der Zykluszeit Δt gemäß der angegebenen
Gleichung entspricht.
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Alternativ
zu der beschriebenen Vorgehensweise können auch andere Bewertungsmethoden zur
Bestimmung einer Bewertungsgröße B herangezogen
werden. In sehr einfacher Weise könnte die Bewertungsgröße B beispielsweise
der Anzahl der Überschreitungen
des Betrags des Lenkmoments LM über
den Momen tengrenzwert MG entsprechen. Es ist auch möglich, die
Bewertungsgröße B in
den Zyklen um einen bestimmten Betrag zu erhöhen, in denen der Betrag des
Lenkmoments LM den Momentengrenzwert MG übersteigt. Der Betrag zur Erhöhung der
Bewertungsgröße B kann
dabei auch mit der Differenz zwischen dem Betrag des Lenkmoments
LM und dem Momentengrenzwert MG und/oder mit der Zeitdauer Ta, Tb
der Überschreitung des
Momentengrenzwertes MG korrelieren. Anstelle der Addition eines
bestimmten Betrages könnte
auch eine prozentuale Erhöhung
des Bewertungsgröße erfolgen,
beispielsweise durch Multiplikation mit einem Faktor größer als
Eins. Für
die Ermittlung der Bewertungsgröße B sind
vielfältige
Variationen denkbar.
