DE102008026939A1

DE102008026939A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Ermüdungszustands der Lager einer elektromechanischen Lenkung

Info

Publication number: DE102008026939A1
Application number: DE102008026939A
Authority: DE
Inventors: Oliver Schmidt; Heiko Schumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: DE102008026939B4

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung eines Ermüdungszustands der Lager einer elektromechanischen Lenkung, bei der ein Elektromotor zur Lenkunterstützung über ein Getriebe mit einer Zahnstange zwangsgekoppelt ist, um ein Antriebsmoment des Elektromotors als Axialkraft an einer Zahnstange zur Wirkung zu bringen, zeichnet sich dadurch aus, dass die Anzahl der Überrollungen der Lager aus für die Lenkunterstützung charakteristischen Größen berechnet wird, die errechneten Überrollungen (n) in Abhängigkeit der äußeren Last mit einem Wichtungsfaktor (wi) gewichtet werden, die gewichteten Überrollungen (n*) über die Betriebsdauer der Lenkung aufsummiert werden, und bei Überschreitung eines Grenzwerts (n*max) für die aufsummierten gewichteten Überrollungen eine Meldung generiert wird. Weiterhin wird eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Lenkung angegeben. Die Erfindung ermöglicht eine bedarfsgerechte Dimensionierung der Lager einer elektromechanischen Lenkung, die so ohne Sicherheitseinbuße mit kleineren Abmessungen und geringerem Gewicht ausgeführt werden können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Ermüdungszustands der Lager einer elektromechanischen Lenkung. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete elektromechanische Lenkung.
Elektromechanische Lenkungen sind unter anderem aus der DE 103 36 867 A1 , der DE 103 53 161 A1 , der DE 10 2006 041 717 A1 , der DE 10 2006 041 718 A1 und der DE 10 2006 041 719 A1 in unterschiedlichen Bauweisen bekannt, so dass deren Aufbau hier nicht näher erläutert werden braucht. Hinsichtlich des Aufbaus einer solchen Lenkung wird der Inhalt der vorgenannten Schriften in die vorliegende Anmeldung miteinbezogen.
Elektromechanische Lenkungen wie Lenkungen im Allgemeinen werden auf der Grundlage einer Worst-Case-Prognose dimensioniert. Dies führt dazu, dass die einzelnen Komponenten der Lenkung für im Regelfall nicht oder höchstselten auftretende Beanspruchungen ausgelegt werden und damit überdimensioniert sind.
Im Bereich der Lager einer elektromechanischen Lenkung kann es bei starker Beanspruchung zu Pittingbildung kommen. Diese macht sich zunächst akustisch bemerkbar und kann auf längere Sicht zu einem Ausfall der Lenkung führen.
Aus der DE03 60 582 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Schädigungsgrads einer elektromechanischen Lenkung bekannt. Dieses beruht auf der Auswertung der vom Fahrer aufgebrachten Lenkmomente, der durch einen Elektromotor aufgebrachten Hilfsmomente sowie dem Strom des Elektromotors. Aus diesen Größen wird ein charakteristischer Kennwert als Schädigungsgrad ermittelt. Überschreitet der Schädigungsgrad einen Grenzwert, wird der Fahrer entsprechend gewarnt. Der Schädigungsgrad stellt hierbei eine pauschale Größe für die Lenkung dar, die für den Ermüdungszustand der Lager jedoch nicht ohne weiteres aussagekräftig ist.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Ermüdung der Lager frühzeitig zu erkennen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Weiterhin wird in weiteren Patentansprüchen eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete elektromechanische Lenkung vorgeschlagen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine bedarfsgerechte Dimensionierung der Lager, da Ermüdungserscheinungen der Lager frühzeitig erkannt werden. Wird eine Ermüdung festgestellt, können rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Das Lenksystem wird so in einem sicheren Zustand gehalten, ohne dass eine Überdimensionierung der Lager erforderlich wäre. Es können somit kleinere Lager zum Einsatz kommen. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Abmessungen und das Gewicht der Lenkung aus.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Vorrichtung zur Ermittlung des Ermüdungszustands der Lager einer elektromechanischen Lenkung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung, wie sie aus den oben genannten Schriften bekannt ist. Eine solche elektromechanische Lenkung umfasst je nach Ausführungsart Lager auf, welche eine Kugelgewindemutter gegenüber einem Lenkgetriebegehäuse abstützen. Die Kugelgewindemutter ist Bestandteil eines Getriebes, über das ein Elektromotor zur Lenkunterstützung mit einer Zahnstange zwangsgekoppelt ist, um ein Antriebsmoment des Elektromotors als Axialkraft an der Zahnstange zur Wirkung zu bringen.
Zur Ermittlung des Ermüdungszustands des bzw. der Lager wird die Anzahl der Überrollungen n berechnet, welche sich aus der Lenkunterstützung ergeben. Aufgrund der Zwangskopplung zwischen dem Elektromotor und der Zahnstange ist es nicht erforderlich, die Überrollungen unmittelbar an den Lagern zu messen. Vielmehr können diese aus für die Lenkunterstützung charakteristischen Größen berechnet werden. Beispielsweise ist es möglich, die Anzahl der Überrollungen n aus den Umdrehungen des Motors n_mot und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes zu ermitteln. Es ist auch möglich, die Anzahl der Überrollungen beispielsweise aus einem vorgegebenen Lenkwinkel zu ermitteln, da ein solcher einen definierten Betrieb des Motors bedingt.
Prinzipiell ist es möglich, die Überrollungen über die Betriebsdauer der Lenkung aufzusummieren und bei. Erreichen eines Grenzwerts für die Gesamtzahl der Überrollungen eine Meldung zu generieren, über die dem Fahrer die Notwendigkeit einer Inspektion oder Wartung angezeigt wird.
Vorzugsweise wird jedoch eine Wichtung der Überrollungen in Abhängigkeit der äußeren Last, beispielsweise des Lenkmoments M_L, vorgenommen, so dass Überrollungen unter höherer Last stärker ins Gewicht fallen, als solche bei geringerer Last.
In gleicher Weise kann die Umgebungstemperatur T_U als Wichtungsfaktor w_i berücksichtigt werden, da der Schädigungsbeitrag bei höheren Temperaturen größer ausfällt.
Durch ein Aufsummieren der gewichteten Überrollungen n* wird im Vergleich zu einem Aufsummieren der nicht-gewichteten Überrollungen n eine genauere Information über den Ermüdungszustand der Lager erhalten.
Bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts n*_max für die gewichteten Überrollungen n* wird dem Fahrer zunächst eine Meldung angezeigt. Werden das bzw. die Lager gleichwohl weiter beansprucht, kann bei Überschreiten eines weiteren, höheren Grenzwerts die Lenkunterstützung der Lenkung zurückgenommen werden, um größere Schäden zu vermeiden. Insbesondere kann die Unterstützung beispielsweise stufenweise bis auf 0 Prozent reduziert werden.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens umfasst eine Berechnungseinrichtung 2 zum Berechnen der Anzahl der Überrollungen n der Lager aus für die Lenkunterstützung charakteristischen Größen, beispielsweise den Umdrehungen n_mot des Motors oder aus einem vorgegebenen Lenkwinkel. Dabei werden die errechneten Überrollungen n für jeden Lenkvorgang mit einem oder mehreren Wichtungsfaktoren w_i gewichtet. Vorliegend werden hierzu die äußere Last beispielsweise in Form des Lenkmoments M_L und die Umgebungstemperatur T_U berücksichtigt, so dass sich eine gewichtete Anzahl n* von Überrollungen ergibt.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Summationseinrichtung 3 zum Aufsummieren der gewichteten Überrollungen n* über die Betriebsdauer der Lenkung.
Weiterhin ist eine Signalgenerierungseinrichtung 4 zum Generieren einer Meldung bei Überschreitung eines Grenzwerts n*_max für die aufsummierten gewichteten Überrollungen n* vorgesehen.
Die Signalgenerierungseinrichtung 4 ist mit einer im Wahrnehmungsbereich der Fahrerposition angeordneten Anzeigeeinrichtung 5 gekoppelt, so dass die Überschreitung des Grenzwerts n*_max dem Fahrer angezeigt werden kann.
Weiterhin kann eine gegebenenfalls vorgenommene Verminderung der Lenkunterstützung dem Fahrer über die Anzeigeeinrichtung 5 ebenfalls zur Kenntnis gebracht werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Vorrichtung
2: Berechnungseinrichtung
3: Summationseinrichtung
4: Signalgenerierungseinrichtung
5: Anzeigeeinrichtung
n: Überrollungen
n*: gewichtete Überrollungen
n*_max: Grenzwert der gewichteten Überrollungen
n_mot: Umdrehungen des Motors
M_L: Lenkmoment
T_U: Umgebungstemperatur
w_i: Wichtungsfaktor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10336867 A1 [0002]
- DE 10353161 A1 [0002]
- DE 102006041717 A1 [0002]
- DE 102006041718 A1 [0002]
- DE 102006041719 A1 [0002]
- DE 10360582 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Ermüdungszustands der Lager einer elektromechanischen Lenkung, bei der ein Elektromotor zur Lenkunterstützung über ein Getriebe mit einer Zahnstange zwangsgekoppelt ist, um ein Antriebsmoment des Elektromotors als Axialkraft an einer Zahnstange zur Wirkung zu bringen, wobei – die Anzahl der Überrollungen (n) der Lager aus für die Lenkunterstützung charakteristischen Größen berechnet wird, – die errechneten Überrollungen (n) in Abhängigkeit der äußeren Last jeweils mit einem Wichtungsfaktor (w_i) gewichtet werden, – die gewichteten Überrollungen (n*) über die Betriebsdauer der Lenkung aufsummiert werden, und – bei Überschreitung eines Grenzwerts (n*_max) für die aufsummierten gewichteten Überrollungen (n*) eine Meldung generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtung der Überrollungen zusätzlich in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur (T_U) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Überrollungen aus den Umdrehungen (n_mot) des Motors ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Überrollungen aus einem vorgegebenen Lenkwinkel ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Meldung einem Fahrer angezeigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines weiteren, höheren Grenzwerts die Lenkunterstützung der Lenkung zurückgenommen wird.
Elektromechanische Lenkung, umfassend einen Elektromotor zur Lenkunterstützung, der über ein Getriebe mit einer Zahnstange derart zwangsgekoppelt ist, dass ein Antriebsmoment des Elektromotors als Axialkraft an einer Zahnstange zur Wirkung gebracht wird, gekennzeichnet durch – eine Berechnungseinrichtung (2) zum Berechnen der Anzahl der Überrollungen (n) der Lager aus für die Lenkunterstützung charakteristischen Größen, wobei die errechneten Überrollungen in Abhängigkeit der äußeren Last mit einem Wichtungsfaktor (w_i) gewichtet werden, – eine Summationseinrichtung (3) zum Aufsummieren der gewichteten Überrollungen (n*) über die Betriebsdauer der Lenkung, und – eine Signalgenerierungseinrichtung (4) zum Generieren einer Meldung bei Überschreitung eines Grenzwerts (n*_max) für die aufsummierten gewichteten Überrollungen.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtung der Überrollungen (n) zusätzlich in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur (T_U) erfolgt.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Überrollungen aus den Umdrehungen des Motors (n_mot) ermittelt wird.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Überrollungen aus einem Lenkwinkel ermittelt wird.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinrichtung (5) im Wahrnehmungsbereich der Fahrerposition angeordnet ist, über die die Meldung einem Fahrer anzeigbar ist.
Elektromechanische Lenkung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines weiteren, höheren Grenzwerts die Lenkunterstützung der Lenkung zurückgenommen wird.