DE102009002594B3

DE102009002594B3 - Verfahren und Sicherheits- oder Warnsystem zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102009002594B3
Application number: DE102009002594A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dr. Kluge
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-04-24
Also published as: US8380387B2; US20100274437A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges, aufweisend ein Lenkgestänge und ein Lenkrad, zur Verfügung gestellt. Es ist vorgesehen, dass die Beschleunigung eines Abschnitts des Lenkgestänges oder Lenkrades, insbesondere eine Lenkbeschleunigung

des Fahrzeuges erfasst oder ermittelt wird, die erhaltene Lenkbeschleunigung

mit einem von der Fahrgeschwindigkeit (V) unabhängigen maximalen vorgegebenen und/oder vorgebbaren Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert

verglichen wird, und bei einer festgestellten Überschreitung des maximalen Lenkbeschleunigungs-Schwellenwertes

wenigstens ein Signal (r1, r2) erzeugt und/oder einer Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges und ein Sicherheits- und Warnsystem zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung eines Lenkmechanismus mit den in den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.
Moderne Fahrzeuge sind mit elektronischen Sicherheitssystemen ausgestattet, die einem Fahrer in Extremsituationen unterstützend zur Seite stehen. Neben dem verbreiteten ABS-Bremssystem und Airbagsystem hat auch das ESC (Electronic Stability Control) eine große Bedeutung erlangt. Ein ESC ist in der Lage, jedes Rad eines Fahrzeuges einzeln gesteuert abzubremsen und eine Über- oder Untersteuerung unter Berücksichtigung der Meßsignale einer Vielzahl von Sensoren gezielt zu verhindern. Eine Fortentwicklung des ESC sieht vor, außerdem auch aktive Lenkeingriffe automatisch auszuführen und den Lenkhandlungen des Fahrers zu überlagern. Es ist eine EPAS-(Electric Power Assisted Steering)-Servomotorsteuerung hierfür entwickelt worden, die einen elektrischen Getriebemotor aufweist, der mit dem Lenkgestänge beispielsweise über eine Verzahnung gekoppelt ist.
Wenn eine interne Reibung eines solchen EPAS-Getriebemotors infolge von Verschleiß oder Verunreinigung ansteigt, führt es zu Fehlfunktionen des EPAS-Systems bzw. des ESC-Systems. Das System diagnostiziert diesen Innenreibungsfehler nicht korrekt, sondern interpretiert ihn als eine Folge äußerer Fahrbedingungen und gibt dementsprechend falsche Steueranweisungen an das EPAS- und ESC-System, wodurch anstatt einer erhöhten Fahrsicherheit sogar das Gegenteil davon, eine gefährliche Fahrsituation geschaffen werden könnte.
Ferner liegt ein weiteres Problem der Erkennung einer unzureichenden Haftreibung zwischen Reifen und Straßenbelag vor. Eine schlechte Reifenhaftung ist auf äußere Einflüsse wie Eisglätte, Aquaplaning oder Verölung zurückzuführen und daher unvermeidbar, jedoch erfährt ein Fahrer in der Regel außerdem zu spät davon.
Ein EPAS- oder ESC-System ist gewöhnlich mit einer Anzahl von Sensoren ausgestattet, die jedoch nicht in der Lage sind, die oben beschriebenen Arten der unzureichenden Reifenhaftreibung oder der Innenreibung des Lenkmechanismus zuverlässig zu unterscheiden. Außerdem verfügt das integrierte Mikroprozessorsystem über begrenzte Rechen- und Speicherressourcen, so daß für die Erkennung der erwähnten Reibungsprobleme keine ausreichende freie Rechenkapazität zur Verfügung steht.
Aus der DE 10 2006 017 775 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung eines Mangels in einem Lenksystem mit einem Lenkunterstützungsmittel bekannt, in dem eine erhöhte Reibung erkannt wird, wenn ein Ist-Lenkunterstützungsmoment ein von der momentanen Fahrsituation abhängiges Soll-Lenkunterstützungsmoment überschreitet.
Aus der DE 10 2006 031 716 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose einer elektrischen oder elektromechanischen Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere zur Erfassung der Reibung in der Lenkvorrichtung bekannt. In dem Verfahren wird eine Kenngröße für das benötigte Lenkmoment definiert und mit dann zumindest mit dem von einem Elektromotor bereitgestellten Moment verglichen.
Aus der DE 102 06 474 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Reibung in einer elektrischen oder elektromechanischen Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges bekannt. In dem Verfahren werden während des Fahrbetriebes Zustandswerte des Lenkwinkels, des Lenkmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen und daraus anhand einer Filterregel definierte Ereignisse ausgewählt. Die Reibung der Lenkvorrichtung wird dann durch das Verhältnis der Summe der Lenkwinkel absolutwerte der ausgewählten Ereignisse zur Anzahl der Ereignisse dargestellt.
Es ist aus einer früheren Anmeldung der Anmelderin ( DE 10 2008 043 712 B3 ) ein System und Verfahren zum Ermitteln einer zu geringen Reifen-zu-Boden-Haftung und/oder einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges bekannt, bei dem die Winkelbeschleunigung des Lenkrades und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges erfaßt werden und die Winkelbeschleunigung mit gespeicherten minimalen oder maximalen Tabellen-Schwellenwerten verglichen werden, die für die jeweilige Fahrgeschwindigkeit vorgegeben sind. Dieses System ist geeignet, langsam ablaufende, niederfrequente Ereignisse zu unterscheiden. Bei höherfrequenten Ereignisabläufen kommt das System an seine Grenzen.
Die rechenintensiven Datenverarbeitungsprozesse eines EPAS- oder ESC-Systems beanspruchen außerdem die nicht unbegrenzt zur Verfügung stehenden Ressourcen, so daß für zusätzliche Rechenaufgaben keine große Kapazität zur Verfügung steht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und Verfahren zum Ermitteln der erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges bei höherfrequenteren Ereignisabläufen anzugeben und hierbei nur geringe Ressourcen zu beanspruchen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges nach Anspruch 1 bzw. ein Sicherheits- und Warnsystem zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges nach Anspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Es ist experimentell festgestellt worden, dass in einem durch zu hohe Innenreibung betroffenen Lenkungssystem plötzliche ruckartige Haft-Gleiteffekte vorkommen können, die unter Umständen als Knarzen oder Brummen wahrnehmbar sein können. Die so verursachten ruckartigen Haft-Gleiteffekte haben zur Folge, dass die Winkelbeschleunigung des Lenkrades ungewöhnlich hohe Spitzenwerte annimmt. Die Winkelbeschleunigung erreicht kurzzeitig ein deutlich höheres Niveau, als die in einem störungsfreien Lenkradsystem vorkommenden Winkelbeschleunigungen.
Die bevorzugte Lösung der erfindungsgemäßen Aufgaben ist von dem Gedanken getragen, anhand erfaßter Winkelbeschleunigung des Lenkrades durch Vergleich mit einem experimentell gefundenem und vorgegebenen absoluten maximalen Winkelbeschleunigungs-Schwellenwert zu unterscheiden, wann der oben beschriebene Fall einer zu hohen Innenreibung des Lenkungssystems vorliegt. Ferner wird erfindungsgemäß aus dem erfaßten erhöhten Betrag der Winkelbeschleunigung des Lenkrades direkt die Innenreibung des Lenkungssystems ermittelt.
Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges aus, das ein Lenkgestänge und ein Lenkrad aufweist.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden mit diesem Verfahren dadurch gelöst, dass

– eine Lenkbeschleunigung des Fahrzeuges erfaßt oder ermittelt wird,
– die erhaltene Lenkbeschleunigung mit einem von der Fahrgeschwindigkeit unabhängigen maximalen vorgegebenen und/oder vorgebbaren Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert verglichen wird, und
– bei einer festgestellten Überschreitung des maximalen Lenkbeschleunigungs-Schwellenwertes wenigstens ein erstes Signal erzeugt und/oder einer Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt wird.

Der Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert kann so vorgegeben werden, dass die erhöhte Innenreibung durch ihn unterscheidbar wird. Das liegt daran, dass bei Vorliegen von durch erhöhte Reibung verursachten Widerständen die Lenkbeschleunigung durch ruckartige Veränderung des Widerstandes wie oben erwähnt Haft-Gleiteffekte aufweist, die zu hohen sprunghaften Änderungen der Lenkbeschleunigung infolge einer an die Lenkung angelegten Lenkkraft führen. Die hohe auftretende Reibung verlangsamt die Lenkbewegung im Lenkmechanismus, es baut sich dadurch eine höhere Kraft bzw. Drehmoment auf, wodurch im nächsten Augenblick der Reibungswiderstand überwunden wird und die Lenkbeschleunigung dadurch ruckartig anwächst. Dieser besonders hohe Lenkbeschleunigungs-Zuwachs ist aus den experimentellen Ergebnissen bekannt und liegt deutlich über dem Wertebereich normaler Lenkbeschleunigungen, so daß diese Art der Störung des Lenkmechanismus durch erhöhte innere Reibung infolge der Haft-Gleiteffekte zuverlässig unterschieden werden kann.
Vorzugsweise wird der maximale Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert im Wesentlichen höher als die bei einem durch eine normale Innenreibung beaufschlagten Lenkmechanismus maximale auftretende Lenkbeschleunigung vorgegeben. Sein Betrag kann hierzu experimentell ermittelt werden.
Das erste Signal wird vorzugsweise zum Anzeigen einer Warnmeldung für den Fahrzeugfahrer verwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung wird das erste Signal zum Berücksichtigen an ein EPAS- und/oder ein ESC-System weitergeleitet. Das elektronische System erfährt hierdurch, dass die erhöhten Beschleunigungswerte zu ignorieren sind. Ferner kann es permanent abgeschaltet werden, bis die festgestellte Störung beispielsweise in einer Werkstatt behoben worden ist.
Um zufällige einzelne Störungsereignisse von den wirklichen Störungsereignissen zu unterscheiden, wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anzahl der durch das erzeugte Signal auftretenden Ereignisse aufaddiert und mit einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren maximalen Ereignis-Anzahl verglichen, wobei bei Überschreiten ein zweites Signal erzeugt und den elektronischen Systemen zur Verfügung wird.
Die vorgegebene maximale Ereignis-Anzahl wird bevorzugt innerhalb einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren Zeitperiode erfaßt und verglichen.
Das erfaßte Signal der Lenkbeschleunigung kann gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung einer Zeit- und/oder Frequenz basierenden Verarbeitung unterzogen werden, um Zeit- und/oder Frequenz bezogene Informationen zu erhalten und diese weiter zu verarbeiten.
Als eine besonders effektive Zeit- und/oder Frequenz basierende Verarbeitung wird das erfaßte Signal der Lenkbeschleunigung vorzugsweise einem Tiefpaß- und/oder Hochpaßfilter unterzogen.
Von einem besonderen Vorteil ist es, wenn zur Erfassung und/oder Ermittlung der Lenkbeschleunigung das Meßsignal eines Lenkrad-Drehwinkelgebers und/oder eines in einem Abschnitt des Lenkmechanismus angeordneten Positions-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensors verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft mit einem im Fahrzeug vorhandenen Verfahren zum Ermitteln einer zu geringen Reifen-zu-Boden-Haftung kombiniert werden. Von eine weiteren Vorteil ist es, wenn das erfindungsgemäße Verfahren mit einem anderen Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges kombiniert wird. Dieses andere Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus kann auf die Ermittlung anders verursachter Reibungsstörungen gerichtet sein, so daß insgesamt mehrere Ursachen abgedeckt werden können.
Nach einem weiteren Aspekt werden die erfindungsgemäßen Aufgaben durch ein Sicherheits- und Warnsystem zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung eines Lenkmechanismus eines Fahrzeuges dadurch gelöst, dass das System Mittel zum Ausführen des Verfahrens nach wenigstens einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen aufweist.
Die Mittel zum Ausführen des Verfahrens weisen vorzugsweise wenigstens eines von Aufgezählten aus einem Lenkrad-Drehwinkelgeber und/oder einem in einem Abschnitt des Lenkmechanismus angeordneten Positions-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensor auf. Somit kann sowohl eine Translations- als auch eine Rotations-Bewegung eines beliebigen Teils des Lenkmechanismus zur Erfassung der Lenkbeschleunigung herangezogen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend im einzigen Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im ersten Schritt erfolgt eine Erfassung einer Lenkbeschleunigung φ .._L des Fahrzeuges durch Erfassung oder Ermittlung der Beschleunigung eines Abschnitts des Lenkgestänges oder Lenkrades.
Im nächsten Schritt wird die erhaltene Lenkbeschleunigung φ .._L mit einem von der Fahrgeschwindigkeit V unabhängigen maximalen vorgegebenen und/oder vorgebbaren Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert φ .._n,max verglichen.
Wenn die ermittelte oder erfaßte Lenkbeschleunigung φ .._L unterhalb des maximalen Lenkbeschleunigungs-Schwellenwertes φ .._n,max liegt, wird an den Anfang der Schleife verzweigt und die Beschleunigungserfassung wiederholt.
Bei einer festgestellten Überschreitung des maximalen Lenkbeschleunigungs-Schwellenwertes φ .._n,max wird ein erstes Signal r erzeugt und/oder einer Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt.
Die Weiterbearbeitung kann darin bestehen, ein Warnsignal r1 an den Fahrer auszugeben, mit dem er über eine vorliegende Störung im Lenkmechanismus informiert wird. Ferner kann das Signal an ein EPAS- und/oder ESC- System übergeben werden, um es beispielsweise abzuschalten, damit das System die erfaßten erhöhten Beschleunigungen nicht mißinterpretiert. Die Abschaltung kann permanent oder vorübergehend angewendet werden.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges, aufweisend ein Lenkgestänge und ein Lenkrad, wobei wenigstens ein erstes Signal (r1) erzeugt und/oder einer Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Lenkbeschleunigung (φ .._L) des Fahrzeuges erfaßt oder ermittelt wird, – die erhaltene Lenkbeschleunigung (φ .._L) mit einem von der Fahrgeschwindigkeit (V) unabhängigen maximalen vorgegebenen und/oder vorgebbaren Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert (φ .._n,max) verglichen wird, und – bei einer festgestellten Überschreitung des maximalen Lenkbeschleunigungs-Schwellenwertes (φ .._n,max) wenigstens das erste Signal (r1) erzeugt und/oder einer Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Lenkbeschleunigungs-Schwellenwert (φ .._n,max) höher als die bei einem durch eine normale Innenreibung beaufschlagten Lenkmechanismus maximale auftretende Lenkbeschleunigung (φ .._L) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal zum Anzeigen einer Warnmeldung für den Fahrzeugfahrer verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal zum Berücksichtigen an ein EPAS- und/oder ein ESC-System weitergeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (n) der durch das erste erzeugte Signal (r1) auftretenden Ereignisse aufaddiert und mit einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren maximalen Ereignis-Anzahl (nmax) verglichen wird, wobei bei Überschreiten ein zweites Signal (r2) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene maximale Ereignis-Anzahl (nmax) innerhalb einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren Zeitperiode (Δt) erfaßt und verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erfaßte Signal (r1, r2) der Lenkbeschleunigung (φ .._L) einer Zeit- und/oder Frequenz basierenden Verarbeitung unterzogen wird, um Zeit- und/oder Frequenz bezogene Informationen zu erhalten und diese weiterzuverarbeiten.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erfaßte Signal (r1, r2) der Lenkbeschleunigung (φ .._L) einer als ein Tiefpaß- und/oder ein Hochpaßfilter ausgeführten Zeit- und/oder Frequenz basierenden Verarbeitung unterzogen wird, um Zeit- und/oder Frequenz bezogene Information zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung und/oder Ermittlung der Lenkbeschleunigung (φ .._L) das Meßsignal eines Lenkrad-Drehwinkelgebers und/oder eines in einem Abschnitt des Lenkmechanismus angeordneten Positions-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensors verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Verfahren zum Ermitteln einer zu geringen Reifen-zu-Boden-Haftung kombiniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem anderen Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeuges kombiniert wird.
Sicherheits- und Warnsystem zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung eines Lenkmechanismus eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das System Mittel zum Ausführen des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
Sicherheits- und Warnsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens eines von Aufgezählten aus einem Lenkrad-Drehwinkelgeber und/oder einem in einem Abschnitt des Lenkmechanismus angeordneten Positions-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensor aufweisen.