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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Diagnose mindestens
einer zu diagnostizierenden Sensoreinheit einer elektromechanischen
Lenkung und eine elektromechanische Lenkung.
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Ausfälle
von Sensoreinheiten haben in einer Lenkungssteuereinheit häufig
deren Abschalten zur Folge, da in der Regel keine redundanten Sensoreinheiten
vorhanden sind. Zusätzliche Sensorik zur Herstellung einer
Redundanz ist mit zusätzlichem technischen Aufwand und
Kosten verbunden oder ist technisch nicht realisierbar.
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Durch
das Abschalten der Lenkungssteuereinheit und damit der Lenkunterstützung
tritt eine plötzliche Änderung der Lenkeigenschaften
des Fahrzeugs auf, was unabhängig vom Willen des Fahrers
zu einem abnormalen Lenkverhalten führen kann.
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Aus
DE 102 04 005 B4 ist
eine Steuervorrichtung einer Servolenkung zum Steuern eines Motors auf
der Grundlage eines berechneten Stromsteuerwerts bekannt, die auf
einen Lenkmechanismus eine Lenkhilfskraft aufbringt. Hierbei wird
eine Differenz zwischen einem Hauptdrehmomentsignal und eines Subdrehmoments
eines zum Messen des Lenkmoments dienenden Drehmomentsensor vorab
gespeichert. Die Differenz zwischen dem Hauptdrehmomentsignal und
dem Subdrehmomentsignal wird während des Betriebs mit dem
vorab gespeicherten Wert verglichen. Der Stromsteuerwert wird zumindest
beschränkt, wenn die sich durch den Vergleich ergebende
Differenz größer als ein erster vorbestimmter
Wert ist und dieser Zustand länger als eine erste vorbestimmte
Zeit andauert.
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Eine
solche Ausführung des Drehmomentsensors zum Zwecke einer
Funktionsüberprüfung ist sowohl aus Kostengründen
als auch aufgrund von Bauraumbeschränkungen nachteilig.
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Der
Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren
zur aktiven Diagnose mindestens einer zu diagnostizierenden Sensoreinheit
einer elektromechanischen Lenkung und eine elektromechanische Lenkung
zu schaffen, welche einfach und mit geringen Bauraumanforderungen
realisierbar sind.
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Die
Lösung des Problems ergibt sich durch die Gegenstände
mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung beschreibt ein Verfahren zur aktiven Diagnose mindestens
einer Sensoreinheit einer elektromechanischen Lenkung, wobei die
Sensoreinheit in mindestens einem Betriebszustand ein Signal misst,
welches aus mindestens einem aktiv erzeugten Anregungssignal eines
Aktors besteht, wobei über eine Vergleichseinheit das aktive
Anregungssignal und das durch das aktive Anregungssignal an der
zu diagnostizierenden Sensoreinheit erzeugte Sensorsignal verglichen
und die Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit festgestellt
wird, wobei in einem Betriebszustand mit mindestens einem betriebsbedingten
Anregungssignal das aktive Anregungssignal bzw. das dadurch erzeugte
Sensorsignal von dem betriebsbedingten Anregungssignal unterscheidbar
ist. In einem Betriebszustand ohne betriebsbedingtes Anregungssignal,
wie beispielsweise einem Fahrzeugstillstand, ist die Diagnose besonders
einfach. Wird hingegen ein Betriebszustand gewählt, in
dem auch betriebsbedingte Anregungssignale vorhanden sind, was üblicherweise
im Fahrzeugzustand der Fall ist, müssen die Teile des Sensorsignals
der Sensoreinheit, die auf dem aktiven Anregungssignal beruhen,
von den Sensorsignalanteilen aufgrund der betriebsbedingten Anregungssignale
unterscheidbar sein. In einer vorteilhaften Ausführung
ist der Aktor durch einen bereits in einer elektromechanischen Lenkung
existierenden Aktor realisiert. Weiterhin erfolgt die Erzeugung
eines von dem betriebsbedingten Anregungssignal unterscheidbaren,
aktiven Anregungssignal vorteilhafterweise über eine Lenkungssteuereinheit,
die das Stellsignal für den bereits existierenden Aktor
erzeugt. Die Lenkungssteuereinheit kann weiterhin über
Funktionalitäten verfügen, die eine Bestimmung
des Teils des Sensorsignals ermöglicht, der von dem aktiven
Anregungssignal erzeugt wird. Insbesondere ermöglicht die
Lenkungssteuereinheit die Unterscheidung zwischen dem durch betriebsbedingten
Anregungssignale erzeugten Teil des Sensorsignals und dem durch
das aktive Anregungssignal erzeugten Teil des Sensorsignals. Hierdurch
ergibt sich vorteilhaft, dass keine zusätzlichen Einheiten
in ein Fahrzeug eingebaut werden müssen. Die Realisierung
der Diagnose ist daher mit keinen zusätzlichen Bauraumanforderungen
verknüpft.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoreinheit
als Lenkmomentsensor und der Aktor als ein Stellantrieb für
die Aufbringung einer Lenkhilfskraft ausgebildet, wobei das aktive
Anregungssignal in das Lenkhilfskraftsignal integriert wird. Hierdurch
wird vorteilhaft ermöglicht, eine aktive Diagnose des Lenkmomentssensors
mit Hilfe des Aktors zur Erzeugung der Lenkhilfskraft durchzuführen.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist das aktive Anregungssignal
derart ausgebildet, dass es in allen Betriebszuständen
eindeutig von den dort auftretenden, betriebsbedingten Anregungssignalen unterscheidbar
ist. Hiermit ergibt sich der Vorteil, dass nur ein aktives Anregungssignal
erzeugt werden muss. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass in allen Betriebszuständen
die Bestimmung des durch das aktive Anregungssignal erzeugten Teils
des Sensorsignals gleich ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform werden für
mindestens zwei Betriebszustände mindestens zwei unterschiedliche
aktive Anregungssignale verwendet, die eindeutig von den in diesen
Betriebszuständen auftretenden, betriebsbedingten Anregungssignalen
unterscheidbar sind. Eine derartige Realisierung der aktiven Anregungssignale
ermöglicht die Anpassung des aktiven Anregungssignals an den
jeweiligen Betriebszustand und den darin auftretenden, betriebsbedingten
Anregungssignalen. Hierdurch wird ermöglicht, eine bessere
Unterscheidbarkeit zwischen dem durch das aktive Anregungssignal erzeugten
Teil des Sensorsignals und dem durch die betriebsbedingten Anregungssignale
erzeugten Teil des Sensorsignals zu realisieren.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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1 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild einer elektromechanischen Lenkung,
die eine aktive Diagnose mindestens einer zu diagnostizierenden
Sensoreinheit der elektromechanischen Lenkung ermöglicht.
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In 1 ist
ein Blockschaltbild einer elektromechanischen Lenkung 1 dargestellt,
die eine aktive Diagnose mindestens einer zu diagnostizierenden Sensoreinheit 2 der
elektromechanischen Lenkung 1 ermöglicht. Für
das folgende Ausführungsbeispiel sei die Sensoreinheit 2 als
Lenkmomentsensor ausgebildet. Die elektromechanische Lenkung 1 umfasst
dabei den zu diagnostizierenden Lenkmomentsensor, ein Lenkmomentübertragungsglied 3,
einen Aktor 4, eine Vergleichseinheit 5, eine
Entscheideeinheit 6 und eine Lenkungssteuereinheit 7.
Die Vergleichseinheit 5 ist dabei datentechnisch mit dem
Lenkmomentsensor, der Lenkungssteuereinheit 7 und der Entscheideeinheit 6 verbunden,
beispielsweise über ein CAN-Bussystem des Fahrzeugs. Der
Aktor 4 ist dabei vorzugsweise ein Aktor, der gleichzeitig
zur Erzeugung einer Lenkhilfskraft verwendet wird. Der Aktor 4 ist
dabei typischerweise als elektrischer Servomotor ausgebildet. Die
Vergleichseinheit 5 und die Entscheideeinheit 6 sind
vorzugsweise in die Lenkungssteuereinheit 7 integriert.
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Zur
aktiven Diagnose des Lenkmomentsensors erzeugt die Lenkungssteuereinheit 7 ein
aktives Anregungssignal aA, welches diese an den Aktor 4 sendet.
Das Erzeugen und Senden des aktiven Anregungssignals aA ist dabei
separat und/oder parallel zum Erzeugen und Senden des Lenkhilfskraftsignals bA2
möglich. Der Aktor 4 erzeugt gemäß dem
aktiven Anregungssignal aA eine Lenkungsdiagnosekraft bzw. ein -moment
an dem Lenkmomentübertragungsglied 3, das von
dem Lenkmomentsensor gemessen wird. Das Lenkmomentübertragungsglied 3 ist
typischerweise als ein oder mehrere mechanische Kraft- bzw. Momentübertragungsglieder
ausgebildet und umfasst beispielsweise eine Lenkzahnstange und/oder
eine Lenkstange. Parallel misst der Lenkmomentsensor noch weitere
Kräfte bzw. Momente am Lenkmomentübertragungsglied 3,
die zum Beispiel aus betriebsbedingten Anregungssignalen bA resultieren.
Betriebsbedingte Anregungssignale bA resultieren beispielsweise
aus Fahreranregungen bA1 und/oder dem Lenkhilfskraftsignal bA2 und/oder Straßenanregungen
bA3. Fahreranregungen bA1, Lenkhilfskraftsignal bA2 und Straßenanregungen bA3
bilden zusammen die betriebsbedingten Anregungen bA und werden nachfolgend
zusammengefasst als betriebsbedingte Anregungen bA bezeichnet. Die
Kraft- bzw. Übertragungskennlinie von den Angriffspunkten
der durch das aktive Anregungssignal aA und den betriebsbedingten
Anregungssignalen bA erzeugten Kräfte bzw. Momente zum
Lenkmomentsensor sind dabei bekannt. Das Lenkmomentübertragungsglied 3 besteht
typischerweise wie bereits ausgeführt aus mehreren mechanischen
Bauteilen, wobei die verschiedenen Anregungssignale teilweise von
verschiedenen Bauteilen übertragen werden. Das Fahreranregungssignal
bA1 wird beispielsweise über die Lenkstange bzw. Lenksäule übertragen,
wohingegen das Lenkhilfskraftsignal bA2, die Straßenanregungen
bA3 und das aktive Anregungssignal aA über die Lenzahnstange
und einen Lenkritzel an die Sensoreinheit 2 übertragen
werden.
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Während
und/oder nach der Erzeugung der Lenkungsdiagnosekraft bzw. des -moments überträgt die
Lenkungssteuereinrichtung 7 das aktive Anregungssignal
aA und der Lenkmomentssensor das von ihm gemessene Signal an die
Vergleichseinheit 5. Die Übertragung kann dabei
zeitgleich oder zeitlich versetzt erfolgen. Die Vergleichseinheit 5 führt
eine Signalanalyse des vom Lenkmomentsensor gemessenen Signals durch.
Insbesondere unterscheidet die Vergleichseinheit 5 in dem
vom Lenkmomentsensor gemessenen Signal Signalanteile, die vom aktiven Anregungssignal
aA erzeugt wurden, von Signalanteilen, die von betriebsbedingten
Anregungssignalen bA erzeugt wurden. Nach der Signalanalyse führt
die Vergleichseinheit 5 eine Vergleichsoperation aus, die auf
einen kausalen Zusammenhang zwischen dem von der Lenkungssteuereinheit 7 übertragenen,
aktiven Anregungssignal aA und dem vom Lenkmomentsensor übertragenen
Signalanteil, der von der Erzeugung einer Lenkungsdiagnosekraft
bzw. -moments durch den Aktor 4 gemäß des
aktiven Anregungssignals aA am Lenkmomentübertragungsglied 3 herrührt,
zurückschließen lässt. Ein kausaler Zusammenhang
besteht beispielsweise dann, wenn das aktive Anregungssignal aA
ursächlich für den vom Lenkmomentsensor gemessenen
Signalanteil, der vom aktiven Anregungssignal aA erzeugt wurde,
ist. Das aktive Anregungssignal aA ist zum Beispiel ursächlich
für den vom Lenkmomentsensor gemessenen Signalanteil, der
vom aktiven Anregungssignal aA erzeugt wurde, wenn der Zusammenhang
zwischen dem aktiven Anregungssignal aA und dem vom Lenkmomentsensor
gemessenen Signalanteil, der vom aktiven Anregungssignal aA erzeugt wurde, durch
eine Übertragungsfunktion ausgedrückt werden kann.
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Die
Vergleichsoperation kann zum Beispiel als Differenzenbildung der
spektralen Leistungsdichten der von der Vergleichseinheit 5 empfangenen
Signale realisiert sein. Die Vergleichseinheit 5 übertragt das
Ergebnis aus der Vergleichsoperation an die Entscheideeinheit 6.
Diese entscheidet auf Basis eines Kriteriums, ob der Lenkmomentsensor
(noch) funktionsfähig ist. Das Kriterium kann zum Beispiel
aus dem Vergleich der Differenz der spektralen Leistungsdichten
mit einem vorab festgelegten, frequenzabhängigen Schwellwertverlauf
sein. Ist für mindestens eine Frequenz die Differenz der
spektralen Leistungsdichten größer als der vorab
festgelegte Schwellwert, der sich aus dem Schwellwertverlauf ergibt,
so ist der Lenkmomentsensor nicht mehr funktionsfähig.
Ist für alle Frequenzen die Differenz der spektralen Leistungsdichten
kleiner oder gleich dem Schwellwertverlauf, so ist der Lenkmomentsensor funktionsfähig.
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Für
das beschriebene Verfahren spielt die Erzeugung des aktiven Anregungssignals
aA eine wesentliche Rolle. Das aktive Anregungssignal aA wird derart
erzeugt, dass die Vergleichseinheit 5 in dem vom Lenkmomentsensor
gemessenen Signal Signalanteile, die vom aktiven Anregungssignal
aA erzeugt wurden, von Signalanteilen, die von den betriebsbedingten
Anregungssignalen bA erzeugt wurden, leicht und zuverlässig
unterscheiden kann. Hierzu muss das aktive Anregungssignal aA so
gewählt werden, dass es sich von den betriebsbedingten
Anregungssignalen bA unterscheidet. Hierzu kann beispielsweise das
aktive Anregungssignal aA als ein periodisches Signal mit mindestens
einer Frequenz, die sich von allen Frequenzen der betriebsbedingten Anregungssignale
bA unterscheidet, gewählt werden. Eine alternative Ausführungsform
ist die Verwendung charakteristischer Impuls-Sequenzen, deren zeitliche
und/oder spektrale Eigenschaften sich von den betriebsbedingten
Anregungssignalen bA unterscheiden. Durch eine solche Wahl des aktiven Anregungssignals
aA wird die Unterscheidung des vom Lenkmomentsensor gemessenen Signals
in Signalteile, die vom aktiven Anregungssignal aA erzeugt wurden
und in Signalteile, die von den betriebsbedingten Anregungssignalen
bA erzeugt wurden, erleichtert.
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Weiterhin
kann das aktiven Anregungssignal aA derart erzeugt werden, dass
die Nebenwirkungen des Diagnosevorgangs, zum Beispiel Lenkradvibrationen,
akustische Veränderungen und nachteilige Einflüsse
auf die Fahrdynamik, minimiert werden. Beispielsweise kann das aktive
Anregungssignal aA eine Amplitude besitzen, die eine Unterscheidung des
vom Lenkmomentsensor gemessenen Signals in Signalteile, die vom
aktiven Anregungssignal aA erzeugt wurden, und in Signalteile, die
von den betriebsbedingten Anregungssignalen bA erzeugt wurden, ermöglicht,
gleichzeitig aber auch möglichst kleine Auswirkungen auf
das Lenkmomentübertragungsglied 3 hat.
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Das
gemäß dem geschilderten Ausführungsbeispiel
durchgeführte aktive Diagnoseverfahren kann dabei in verschiedenen
Betriebszuständen einschließlich verschiedener
Fahrsituationen, zum Beispiel Autobahnfahrt und/oder Stadtverkehr,
des Fahrzeugs durchgeführt werden, beispielsweise beim Ein-
oder Ausschalten der Zündung und/oder bei einem Fahrzeugstillstand
und/oder während der Fahrt.
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Die
Erfindung wurde anhand des vorgehenden Ausführungsbeispiels
für die beispielhafte Diagnose eines einkanaligen Lenkmomentsensors
erläutert. Selbstverständlich ist auch die Diagnose
mehrkanaliger Lenkmomentsensoren möglich. Insbesondere
kann hierbei geprüft werden, ob einzelne oder alle Kanäle
des Lenkmomentsensors nicht funktionsfähig sind.
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Die
Erfindung wurde anhand des vorgehenden Ausführungsbeispiels
für die beispielhafte Diagnose eines Lenkmomentsensors
erläutert. Selbstverständlich ist auch die Diagnose
anderer lenkungseigener Sensoren möglich.
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- 1
- Elektromechanische
Lenkung
- 2
- Sensoreinheit
- 3
- Lenkmomentübertragungsglied
- 4
- Aktor
- 5
- Vergleichseinheit
- 6
- Entscheideeinheit
- 7
- Lenkungssteuereinheit
- aA
- aktives
Anregungssignal
- bA
- betriebsbedingtes
Anregungssignal
- bA1
- Fahreranregung
- bA2
- Lenkhilfskraftsignal
- bA3
- Straßenanregung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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