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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur 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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Die
DE 10 2009 009 233 A1 offenbart 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. Das vorgestellte Verfahren ist jedoch nicht im gesamten Bereich von Sensorwerten, insbesondere nicht in einem Anschlagbereich, zuverlässig einsetzbar.
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Aus der
DE 102 47 975 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkung für ein Fahrzeug mit einem Lenkraddrehwinkelsensor zur Erfassung der Lenkbewegungen eines Lenkrads, mit einem Ritzeldrehwinkelsensor zur Erfassung der Drehbewegung eines vom Lenkrad angetriebenen Ritzels und mit einem ersten Stellmotordrehwinkelsensor zur Erfassung der Stellbewegung des ersten Stellmotors bekannt. Die von dem Ritzeldrehwinkelsensor generierten Signale werden durch Vergleich mit den von Lenkraddrehwinkelsensor und ersten Stellmotordrehwinkelsensor generierten Signalen überprüft.
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Diagnose mindestens einer zu diagnostizierenden Sensoreinheit einer elektromechanischen Lenkung und eine elektromechanische Lenkung zu schaffen, welche eine zuverlässige Diagnose eines Sensorfehlers über einen gesamten Bereich von Sensorwerten ermöglicht.
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Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. 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.
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Eine Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit wird in einem ersten Intervall von Sensorwerten mittels eines Verfahrens zur aktiven Diagnose überprüft.
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Im Verfahren zur aktiven Diagnose misst die Sensoreinheit in mindestens einem Betriebszustand der elektromechanischen Lenkung ein Meßsignal und erzeugt in Abhängigkeit des Meßsignals ein Sensorsignal. Das erzeugte Sensorsignal kann hierbei Sensorwerte aus einem möglichen Intervall von Sensorwerten einnehmen. Ein Sensorwert bezeichnet beispielsweise eine Amplitude des Sensorsignals. Beispielsweise können diese Sensorwerte zwischen einem minimal und einem maximal möglichen Sensorwert liegen. Das erste Intervall bezeichnet hierbei ein Teilintervall des möglichen Intervalls von Sensorwerten, Insbesondere kann ein minimaler Sensorwert des ersten Intervalls größer als ein minimal möglicher Sensorwert und/oder ein maximaler Sensorwert des ersten Intervalls kleiner als ein maximal möglicher Sensorwert sein.
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Die Sensoreinheit kann hierbei insbesondere ein so genannter Lenkmomentsensor sein, wobei mittels des Lenkmomentsensors ein von einem Kraftfahrzeugführer z.B. mittels einer Lenkhandhabe aufgebrachtes Lenkmoment erfassbar ist.
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Hierbei besteht ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Sensorwert und der mittels der Sensoreinheit zu erfassenden oder zu messenden Größe. Beispielsweise besteht ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Sensorwert und einem Lenkmoment. Der funktionelle Zusammenhang kann hierbei in verschiedenen Intervallen von Sensorwerten verschieden sein.
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Das Meßsignal resultiert hierbei aus mindestens einem aktiv erzeugten Anregungssignal (aktives Anregungssignal), wobei mindestens ein Aktor in Abhängigkeit des aktiven Anregungssignals ein Stellsignal des Aktors erzeugen kann. Das aktive Anregungssignal dient hierbei also als Eingangssignal des Aktors. Weiter wird über eine Vergleichseinheit das aktive Anregungssignal und das erzeugte Sensorsignal verglichen und ein Defekt der Sensoreinheit festgestellt wird, falls mindestens ein vorbestimmtes Defektkriterium des Verfahrens zur aktiven Diagnose erfüllt ist.
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Resultieren bedeutet hierbei z.B., dass ein funktioneller Zusammenhang zwischen zwei Signalen besteht, beispielsweise ein über eine Übertragungsfunktion beschreibbarer funktioneller Zusammenhang.
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Vorzugsweise ist in dem Verfahren zur aktiven Diagnose in einem Betriebszustand mit mindestens einem betriebsbedingten Anregungssignal das aktive Anregungssignal bzw. das in Abhängigkeit des aktiven Anregungssignals erzeugte Sensorsignal von dem betriebsbedingten Anregungssignal unterscheidbar ist.
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Betriebsbedingte Anregungssignale bezeichnen hierbei während bestimmter Betriebszustände der elektromechanischen Lenkung auftretende weitere Signale, die zur Erzeugung des Meßsignals beitragen. Das betriebsbedingte Anregungssignal kann beispielsweise ein Lenkhilfskraftsignal sein. Auch kann das betriebsbedingte Anregungssignal von Straßenanregungen oder Fahranregungen und weiteren betriebsbedingten Anregungen herrühren. In Betriebszuständen ohne betriebsbedingte Anregungssignale, wie beispielsweise einem Fahrzeugstillstand, resultiert das Meßsignal ausschließlich aus dem aktiven Anregungssignal. Wird hingegen ein Betriebszustand gewählt, in dem auch betriebsbedingte Anregungssignale vorhanden sind, beispielsweise eine Fahrt des Kraftfahrzeugs, resultiert nur ein Teil des Meßsignals aus dem aktiven Anregungssignal, wobei mindestens ein weiterer Teil aus mindestens einem betriebsbedingten Anregungssignal resultiert. Hierbei kann der Teil des Meßsignals, der aus dem aktiven Anregungssignal resultiert, von dem mindestens einen weiteren Teil, der aus dem mindestens einen betriebsbedingten Anregungssignal resultiert, unterschieden werden. Insbesondere wird das aktive Anregungssignal derart gewählt, dass der Teil des Meßsignals, der aus dem aktiven Anregungssignal resultiert, von dem mindestens einen weiteren Teil, der aus dem mindestens einen betriebsbedingten Anregungssignal resultiert, in mindestens einem, mehreren oder allen möglichen Betriebszuständen unterscheidbar ist.
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Weiter kann der Aktor ein bereits in einer elektromechanischen Lenkung existierenden Aktor zur Erzeugung einer Lenkhilfskraft sein.
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Die Erzeugung eines von dem betriebsbedingten Anregungssignal unterscheidbaren, aktiven Anregungssignals erfolgt 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 aus dem aktiven Anregungssignal resultiert. Insbesondere ermöglicht die Lenkungssteuereinheit die Unterscheidung zwischen aus dem mindestens einen betriebsbedingten Anregungssignal erzeugten Teil des Sensorsignals und dem aus dem aktiven Anregungssignal resultierenden 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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Insbesondere kann die Sensoreinheit als Lenkmomentsensor und der Aktor als ein Stellantrieb oder Servomotor für die Aufbringung einer Lenkhilfskraft ausgebildet sein, wobei das aktive Anregungssignal in ein Lenkhilfskraftsignal integriert wird. Hierbei erzeugt der Aktor in Abhängigkeit des Lenkhilfskraftsignals eine Lenkhilfskraft oder ein Unterstützungsmoment. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, eine aktive Diagnose des Lenkmomentssensors mit Hilfe des Aktors zur Erzeugung der Lenkhilfskraft durchzuführen.
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Weiter kann das aktive Anregungssignal derart ausgebildet sein, dass der aus dem aktiven Anregungssignal resultierende Teil des Sensorsignals in allen Betriebszuständen eindeutig von einem darin auftretenden, aus mindestens einem betriebsbedingten Anregungssignal resultierendem, Teil des Sensorsignals 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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Alternativ können für mindestens zwei Betriebszustände mindestens zwei unterschiedliche aktive Anregungssignale verwendet werden, wobei in jedem der Betriebszustände der aus dem aktiven Anregungssignal resultierende Teil des Sensorsignals eindeutig von einem darin auftretenden, aus mindestens einem betriebsbedingten Anregungssignal resultierendem, Teil des Sensorsignals unterscheidbar ist. Eine derartige Realisierung des aktiven Anregungssignals ermöglicht die Anpassung des aktiven Anregungssignals an den jeweiligen Betriebszustand und an die darin auftretenden, betriebsbedingten Anregungssignale. Hierdurch wird ermöglicht, eine bessere Unterscheidbarkeit zwischen dem aus dem aktiven Anregungssignal erzeugten Teil des Sensorsignals und aus einem betriebsbedingten Anregungssignal erzeugten Teil des Sensorsignals zu realisieren.
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Hinsichtlich des Verfahrens zur aktiven Diagnose wird an dieser Stelle auf die
DE 10 2009 009 233 A1 hingewiesen, die hiermit Bestandteil der hierin offenbarten technischen Lehre wird.
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Erfindungsgemäß wird die Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit in dem ersten und/oder mindestens einem weiteren Intervall von Sensorwerten mittels mindestens eines weiteren Verfahrens zur Diagnose überprüft. Ein Defekt der Sensoreinheit wird festgestellt, falls mindestens ein vorbestimmtes Defektkriterium des mindestens einen weiteren Verfahrens zur Diagnose erfüllt ist. Das mindestens eine weitere Verfahren zur Diagnose ist erfindungsgemäß von dem Verfahren zur aktiven Diagnose verschieden. Insbesondere erfordert das mindestens eine weitere Verfahren nicht die aktive Erzeugung eines aktiven Anregungssignals.
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Die Anwendung des aktiven Verfahrens zur Diagnose und des mindestens einen weiteren Verfahrens zur Diagnose ist hierbei von einem erzeugten Sensorwert der Sensoreinheit abhängig. Liegt der Sensorwert in dem vorhergehend bestimmten ersten Intervall von Sensorwerten, so wird die Sensoreinheit mittels des Verfahrens zur aktiven Diagnose überprüft.
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Liegt ein erzeugter Sensorwert jedoch in dem mindestens einen weiteren Intervall von Sensorwerten, so wird die Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit mittels des mindestens einen weiteren Verfahrens zur Diagnose überprüft.
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Dabei umfasst das erste Intervall zumindest ein Teil von Sensorwerten, für welche ein linearer oder quasi-linearer Zusammenhang zwischen dem mindestens einen aktiven Anregungssignal und dem erzeugten Sensorsignal besteht. Hierbei bedeutet quasi-linear, dass ein Zusammenhang zwischen dem mindestens einen aktiven Anregungssignal und dem erzeugten Sensorsignal durch eine lineare Näherungsfunktion beschreibbar ist, wobei ein mittlerer oder maximaler Fehler zwischen dem Zusammenhang und der linearen Näherungsfunktion kleiner als ein vorbestimmter, vorzugsweise kleiner, Fehler ist. Beispielsweise ist ein quasi-linearer Zusammenhang gegeben, falls eine Summe der quadratischen Abweichungen einer mittels einer Methode der kleinsten Quadrate bestimmte linearen Näherungsfunktion und dem Zusammenhang kleiner als eine vorbestimmte Abweichung ist.
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Das vorhergehend erläuterte Verfahren zur aktiven Diagnose wird also vorzugsweise nur dann durchgeführt, wenn ein linearer oder quasi-linearer Zusammenhang zwischen dem mindestens einen aktiven Anregungssignal und dem erzeugten Sensorsignal besteht. In dem ersten Intervall weist z.B. eine Kennlinie, die einen Zusammenhang zwischen dem aktiven Anregungssignal und dem erzeugten Sensorsignal wiedergibt, einen linearen oder quasi-linearen Verlauf auf. Insbesondere kann ein linearer oder quasi-linearer Zusammenhang in einem um einen zentralen Sensorwert symmetrischem ersten Intervall vorliegen, wobei der zentrale Sensorwert erfasst wird, wenn z.B. lenkbare Räder den Referenzzustand der Räder einnehmen.
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Weiter umfasst das mindestens eine weitere Intervall zumindest einen Teil von Sensorwerten, für welche ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem aktiven Anregungssignal und dem erzeugten Sensorsignal von dem linearen oder quasi-linearen Zusammenhang abweicht.
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Hierbei kann das mindestens eine weitere Intervall oder können weitere Intervalle die nach Abzug des ersten Intervalls verbleibenden Teilintervalle des zulässigen Intervalls von Sensorwerten umfassen. Beispielsweise kann ein erstes weiteres Intervall Sensorwerte umfassen, welche in einem maximalen Linkslenk-Zustand der elektromechanischen Lenkung erzeugt werden. Ein zweites weiteres Intervall kann Sensorwerte umfassen, die in einem maximalen Rechtslenk-Zustand der elektromechanischen Lenkung von der Sensoreinheit erzeugt werden.
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Hierbei kann angenommen werden, dass ein Zusammenhang zwischen z.B. dem aktiven Anregungssignal und dem erzeugten Sensorsignal ab einem vorbestimmten Betrag der Messgröße nicht mehr dem vorhergehend erläuterten linearen oder quasi-linearen Zusammenhang entspricht. Insbesondere ist dies der Fall, wenn hohe Lenkmomente z.B. durch einen Kraftfahrzeugführer aufgebracht werden, z.B. in einem maximalen Linkslenk- oder Rechtslenk-Zustand. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in einem Bereich eines linearen Zusammenhangs zwischen Sensorwert und aktivem Anregungssignal das hierfür besonders geeignete Verfahren zur aktiven Diagnose zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit eingesetzt wird, während in verbleibenden Intervallen des Sensorwerte, in denen von diesem funktionellen, linearen Zusammenhang abgewichen wird, das mindestens eine weitere Verfahren zur Diagnose angewendet wird. Somit kann über ein gesamtes, zulässiges Intervall von Sensorwerten eine zuverlässige Diagnose der Sensoreinheit durchgeführt werden.
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Weiter sind das erste und das mindestens eine weitere Intervall verschieden, wobei sie sich jedoch zumindest teilweise überlappen können. In Überlappungsbereichen des ersten und des mindestens einen weiteren Intervalls kann hierbei eine Diagnose mittels beider vorhergehend erläuterten Verfahren zur Diagnose erfolgen. In Bereichen von Sensorwerten, die ausschließlich dem ersten Intervall zugeordnet sind, erfolgt eine Diagnose ausschließlich mittels des aktiven Verfahrens zur Diagnose, in Bereichen von Sensorwerten, die ausschließlich dem mindestens einen weiteren Intervall zugeordnet sind, erfolgt eine Diagnose ausschließlich mittels des mindestens einen weiteren Verfahrens zur Diagnose. Hierfür ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Verfahren zur Diagnose einer Funktionsfähigkeit einer Sensoreinheit an ein Intervall von Sensorwerten und somit an einen funktionellen Zusammenhang zwischen Sensorwerten und der mittels der Sensoreinheit zu erfassenden Größe, angepasst werden kann. Insbesondere können Intervalle von Sensorwerten existieren, in welchen ein Verfahren zur aktiven Diagnose nicht oder nur schlecht durchführbar ist. Dies wird nachfolgend näher erläutert.
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In einer weiteren Ausführungsform wird in dem mindestens einen weiteren Verfahren ein Defekt der Sensoreinheit detektiert, falls ein sensorsignalabhängiger Zustand von einem Referenzzustand um ein vorbestimmtes Maß abweicht, wobei der Referenzzustand in Abhängigkeit weiterer Sensorgrößen oder geschätzter Größen ermittelt wird. Mittels des Sensorwertes kann hierbei, z.B. anhand von Heuristiken oder analytischer Berechnungsvorschriften, auf einen vorbestimmten Betriebszustand der elektromechanischen Lenkung oder eines diese elektromechanische Lenkung aufweisenden Fahrzeugs geschlossen werden. Beispielsweise kann ein (maximaler) Linkslenk-Zustand erfasst werden, falls die Sensoreinheit, beispielsweise ein Lenkmomentsensor oder Lenkwinkelsensor, einen Sensorwert erzeugt, der z.B. größer als ein vorbestimmter Schwellwert oder maximal ist. Ein (maximaler) Linkslenk-Zustand kann hierbei auch aus weiteren gemessenen Größen oder geschätzten Größen, beispielsweise aus (fahrzeugdynamischen) Größen wie z.B. einer Querbeschleunigung, einer Gierrate, einem Schwimmwinkel oder einem Lenkwinkel, ermittelt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Referenzzustand in Abhängigkeit eines gemessenen oder geschätzten Radlenkwinkels und/oder einer gemessenen oder geschätzten Radlenkwinkelgeschwindigkeit und/oder einer gemessenen oder geschätzten Radlenkwinkelbeschleunigung ermittelt. Insbesondere kann der Referenzzustand auch in Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs der vorhergehend genannten Größen (Radlenkwinkel, Radlenkwinkelgeschwindigkeit, Radlenkwinkelbeschleunigung) ermittelt werden. Ein Radlenkwinkel bezeichnet hierbei einen Winkel von lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeuges in Bezug auf einen Referenzzustand dieser Räder, der einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entspricht. Dieser Radlenkwinkel kann hierbei mittels eines geeigneten Sensors erfasst werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Radlenkwinkel aus weiteren gemessenen Größen geschätzt oder berechnet werden. Beispielsweise kann ein Radlenkwinkel aus einer Rotorlage eines Rotors eines Servomotors zur Erzeugung einer Lenkhilfskraft in der elektromechanischen Lenkung berechnet werden. Hierbei kann eine (mechanische) Übertragungsstrecke zwischen einem Rotor des Servomotors und den lenkbaren Rädern als bekannt vorausgesetzt werden. Analog können auch die vorhergehend genannten Größen Radlenkwinkelgeschwindigkeit und Radlenkwinkelbeschleunigung erfasst, berechnet oder geschätzt werden. Auch ist vorstellbar, einen Radlenkwinkel aus einem Lenkwinkel, welcher an einer Lenkhandhabe, beispielsweise einem Lenkrad, anliegt, zu berechnen oder zu schätzen.
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Mittels der vorhergehend genannten Größen können in vorteilhafter Weise einfach Betriebszustände der elektromechanischen Lenkung bestimmt werden. Insbesondere können maximale Linkslenk- oder maximale Rechtslenk-Zustände ermittelt werden. Ein maximaler Linkslenk-Zustand entspricht z.B. einem maximalen Radlenkwinkel, wobei das Fahrzeug nach links gelenkt wird. Entsprechend entspricht ein maximaler Rechtslenk-Zustand einem maximalen Radlenkwinkel, wobei das Fahrzeug nach rechts gelenkt wird.
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Die Radlenkwinkelgeschwindigkeit nimmt während eines Linkslenk-Vorgangs ein vorbestimmtes Vorzeichen, welches einem Linkslenken entspricht, ein und steigt zu Beginn des Linkslenk-Vorganges an und nimmt zum Ende des Linkslenk-Vorganges wieder ab. Im stationären Linkslenk-Zustand, beispielsweise während des Durchfahrens einer scharfen Linkskurve, weist die Radlenkgeschwindigkeit einen geringen Wert auf oder beträgt Null. Analoges gilt für die Radlenkwinkelbeschleunigung bzw. einen zeitlichen Verlauf der Radlenkwinkelbeschleunigung und für die Bestimmung eines (maximalen) Rechtslenk-Zustandes.
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Im maximalen Linkslenk-Zustand kann davon ausgegangen werden, dass auch ein maximaler Lenkwinkel z.B. einer Lenkhandhabe eingestellt wird oder ein hohes, insbesondere maximales, Lenkmoment auf z.B. eine Lenkhandhabe aufgeprägt wird. Hierbei kann das erzeugte Sensorsignal hohe Werte, insbesondere Werte, die größer als ein vorbestimmter Schwellwert sind, annehmen, was eine sensorsignalabhängige Ermittlung des Zustandes ermöglicht.
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Somit kann ein Defekt der Sensoreinheit detektiert werden, falls der Referenzzustand von dem sensorsignalabhängigen Zustand abweicht.
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In einer weiteren Ausführungsform überlappen sich das erste und das mindestens eine weitere Intervalle von Sensorwerten zumindest teilweise. Beispielsweise kann sich das erste Intervall von einem minimalen Sensorwert des ersten Intervalls bis zu einem maximalen Sensorwert des ersten Intervalls erstrecken. Hierbei kann ein zentraler Sensorwert des ersten Intervalls dem vorhergehend erläuterten zentralen Sensorwert entsprechen.
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Weiter kann sich ein erstes weiteres Intervall von einem minimalen Sensorwert des ersten weiteren Intervalls bis zu einem maximalen Sensorwert des ersten weiteren Intervalls erstrecken. Hierbei kann der minimale Sensorwert des ersten weiteren Teilintervalls kleiner als der maximale Sensorwert des ersten Intervalls und der maximale Sensorwert des ersten weiteren Intervalls größer als der maximale Wert des ersten Intervalls sein. Insbesondere kann der maximale Sensorwert des ersten weiteren Intervalls ein maximal möglicher Sensorwert des erzeugten Sensorsignals sein.
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Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein Übergangsbereich von Sensorwerten, in welchem ein linearer oder quasi-linearer Zusammenhang zwischen aktivem Anregungssignal und Sensorwert in einen von diesem linearen Zusammenhang abweichenden funktionalen Zusammenhang übergeht, mittels beider Verfahren zur Diagnose erfasst werden. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine redundante Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit in einem derartigen Übergangsbereich möglich.
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Auch kann der minimale Sensorwert des ersten weiteren Intervalls größer als der maximale Sensorwert des ersten Intervalls sein, insbesondere direkt an diesen anschließen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine klare Trennung zwischen Intervallen von Sensorwerten, für welche entweder das Verfahren zur aktiven Diagnose oder das mindestens eine weitere Verfahren zur Diagnose zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit durchgeführt wird.
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Entsprechend kann ein maximaler Sensorwert eines zweiten weiteren Intervalls größer oder kleiner als ein minimaler Sensorwert des ersten Intervalls und ein minimaler Wert des zweiten weiteren Intervalls kleiner als der minimale Sensorwert des ersten Intervalls sein. Insbesondere kann ein minimaler Sensorwert des zweiten weiteren Intervalls ein minimal möglicher Sensorwert des erzeugten Sensorsignals sein.
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In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich vor dem Verfahren zur aktiven Diagnose und/oder vor dem mindestens einen weiteren Verfahren zur Diagnose die Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit mittels eines sensorspezifischen Verfahrens zur Diagnose festgestellt. Das sensorspezifische Verfahren ist hierbei unabhängig von einer Intervallzuordnung eines erzeugten Sensorwertes. Es kann also über den gesamten Bereich möglicher Sensorwerte angewendet werden. Ein Defekt der Sensoreinheit wird festgestellt, falls mindestens ein vorbestimmtes Defektkriterium des sensorspezifischen Verfahrens zur Diagnose erfüllt ist. Das sensorspezifische Verfahren zur Diagnose bezeichnet hierbei ein Verfahren, welches eine Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit ausschließlich in Abhängigkeit von mittels der Sensoreinheit erzeugten Sensorsignalen überprüft. Insbesondere erfolgt kein Vergleich des Sensorsignals mit einem aktiven Anregungssignal oder eine Zuordnung des Sensorsignals zu vorbestimmten Betriebszuständen der elektromechanischen Lenkung oder des Kraftfahrzeugs. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine rein hardwarebezogene Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit vor einer analytischen Überprüfung der Funktionsfähigkeit ausgewertet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird im sensorspezifischen Verfahren zur Diagnose ein Sensorwert des erzeugten Sensorsignals erfasst und mit einer ersten Schwelle verglichen. Insbesondere kann der Sensorwert in einem vorbestimmten Betriebszustand erfasst werden. Ein Defekt der Sensoreinheit wird festgestellt, falls der erfasste Sensorwert, insbesondere alle während einer vorbestimmten Zeitdauer erfassten Sensorwerte, kleiner als die erste Schwelle ist. Hierbei wird ausgenutzt, dass eine Sensoreinheit insbesondere in einem Betriebszustand, in welchem ein aktives oder betriebsbedingtes Anregungssignal anliegt, als Resultat des Anregungssignals ein Sensorwert erzeugt, der größer als die vorbestimmte erste Schwelle ist. Aber auch wenn keine zu erfassende Messgröße anliegt, wird zumindest ein Sensorrauschen erzeugt. Ist der Sensorwert des von der Sensoreinheit erzeugten Sensorsignals für eine vorbestimmte Zeitdauer kleiner als ein von einer Rauschcharakteristik der zu diagnostizierenden Sensoreinheit abhängiger minimaler Sensorwert, so kann in vorteilhafter Weise ein Defekt der Sensoreinheit festgestellt werden.
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Alternativ oder kumulativ werden Sensorwerte des erzeugten Sensorsignals erfasst, Änderungen der erfassten Sensorwerte bestimmt und mit einem zweiten Schwellwert verglichen, wobei ein Defekt der Sensoreinheit festgestellt wird, falls die Änderungen für eine vorbestimmte Zeitdauer Null betragen oder für eine vorbestimmte Zeitdauer kleiner als der zweite Schwellwert sind. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein so genannter Freeze-Zustand (eingefrorener Zustand) der Sensoreinheit detektiert werden, in welchem das erzeugte Sensorsignal keinem Verlauf einer Messgröße folgt und auch kein sensorspezifischen Sensorrauschen mehr am Ausgang des Sensors anliegt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird in dem Verfahren zur aktiven Diagnose ein Defekt der Sensoreinheit detektiert, falls ein physikalisch nicht plausibilisierbare Sensorwert des erzeugten Sensorsignals oder eine physikalisch nicht plausibilisierbare Änderung von erfassten Sensorwerten des erzeugten Sensorsignals detektiert wird. Wird z.B. ein Sensorwert erfasst, der einen maximalen oder minimalen Sensorwert des möglichen Bereichs von Sensorwerten überschreitet, so kann ein Defekt der Sensoreinheit detektiert werden.
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Auch können vorbestimmte (mechanische) Übertragungsfunktionen zwischen den einzelnen Anregungssignalen, aus welchen die Messgröße resultiert, und dem Sensorsignal als bekannt vorausgesetzt werden. In Abhängigkeit dieser Übertragungsfunktionen können Sensorwerte oder Änderungen von Sensorwerten, die aufgrund von Eigenschaften einzelner oder aller Übertragungsfunktionen nicht möglich sind, als Defekt der Sensoreinheit klassifiziert werden. Hierdurch lassen sich in vorteilhafter Weise physikalische Eigenschaften der Sensoreinheit und/oder von Übertragungsstrecken der elektromechanischen Lenkung für eine Prüfung der Funktionsfähigkeit ausnutzen.
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Alternativ oder kumulativ werden in dem Verfahren zur aktiven Diagnose Vergleichszeitpunkte eines Vergleichs des aktiven Anregungssignals mit dem erzeugten Sensorsignal in Abhängigkeit eines vorbestimmten Phasenversatzes oder eines vorbestimmten Zeitversatzes zwischen dem aktiven Anregungssignal und dem erzeugten Sensorsignal gewählt. Ist z.B. eine (mechanische) Übertragungsfunktion zwischen aktivem Anregungssignal und dem erzeugten Sensorsignal bekannt, so kann hieraus der Phasenversatz oder der Zeitversatz zwischen diesen beiden Signalen bestimmt werden. Z.B. kann aus einer Information über den Phasenversatz und einer bekannten Abtastrate eine zeitliche Relation zwischen dem aktiven Anregungssignal und dem erzeugten Sensorsignal hergestellt werden bzw. ein Zeitversatz bestimmt werden.
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Die Bestimmung eines Zeitversatzes in Abhängigkeit eines Phasenversatz und einer Abtastrate wird hierbei vorzugsweise bei periodischen aktiven Anregungssignalen, insbesondere bei harmonischen aktiven Anregungssignalen, verwendet.
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Vorzugsweise werden hierbei charakteristische Verläufe des aktiven Anregungssignals, z.B. ansteigende oder abfallende Flanken oder maximale oder minimale Sensorwerte, mit den zeitlich korrespondierenden Verläufen im erzeugten Sensorsignal verglichen. Ein Vergleich kann hierbei beispielsweise über eine Korrelation erfolgen. Wird ein vorbestimmtes Vergleichskriterium, beispielsweise ein vorbestimmter Korrelationskoeffizient, nicht überschritten, so kann ein Defekt der Sensoreinheit festgestellt werden.
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Selbstverständlich ist auch ein Verfahren zur aktiven Diagnose ohne Kenntnis eines Phasenversatzes möglich, beispielsweise über eine nachfolgend näher erläuterte Frequenzanalyse.
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Weiter kann ein erzeugtes Sensorsignal vor einem Vergleich mit dem aktiven Anregungssignal gefiltert werden, beispielsweise mittels eines Bandpass- oder Tief- oder Hochpassfilters. Hierbei können Filterparameter (z.B. eine Eckfrequenz und/oder eine Mittenfrequenz) in Abhängigkeit von Frequenzeigenschaften des aktiven Anregungssignals ausgewählt werden. Hierdurch können in vorteilhafter Weise Signalanteile aus dem erzeugten Sensorsignal herausgefiltert werden, die in einem gleichen oder ähnlichen Frequenzbereich liegen wie Frequenzen des aktiven Anregungssignals.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein endgültiger Defekt erst dann detektiert, wenn mindestens ein detektierter Defekt für mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer detektiert wird, wobei die vorbestimmte Zeitdauer in Abhängigkeit eines Sensorwerts des erzeugten Sensorsignals zum oder nach einem Zeitpunkt einer erstmaligen Detektion eines Defekts bestimmt wird. Eine Auswertung eines Sensorwerts des erzeugten Sensorsignals nach einem Zeitpunkt einer erstmaligen Detektion eines Defekts umfasst hierbei auch, dass die vorbestimmte Zeitdauer in Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs eines Sensorwerts des erzeugten Sensorsignals nach einer erstmaligen Detektion eines Defekts bestimmt wird. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine höhere Robustheit des erfindungsgemäßen Verfahrens, da ein endgültiger Defekt und eine damit gegebenenfalls verbundene gänzliche Abschaltung einer Unterstützungsfunktion einer elektromechanischen Lenkung nicht bei einer ersten, einmaligen Detektion eines Defekts mittels eines der vorhergehend erläuterten Verfahren zur Diagnose erfolgt. Es ist z.B. möglich, dass ein Defekt z.B. aufgrund von Messrauschen, welches sich dem erzeugten Sensorsignal überlagert, detektiert werden kann. Um derart zufällige Detektionen von Defekten zu minimieren, kann ein vorbestimmtes Zeitintervall (die vorbestimmte Zeitdauer) abgewartet werden, wobei ein endgültiger Defekt detektiert wird, falls während der gesamten vorbestimmten Zeitdauer der entsprechende Defekt detektiert wird. Die vorbestimmte Zeitdauer wird hierbei abhängig von einem Sensorwert, insbesondere einer Höhe des Sensorwerts, oder einem zeitlichen Verlauf des Sensorwerts des erzeugten Sensorsignals zum Zeitpunkt einer erstmaligen Detektion eines Defektes gemacht.
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Hierbei kann nach erstmaliger Detektion eines Defekts während der vorbestimmten Zeitdauer auch eine Amplitude und/oder Frequenz eines aktiven Anregungssignals verändert werden. Insbesondere kann eine Amplitude des aktiven Anregungssignals erhöht werden, auch über eine Schwelle hinaus, unter welcher das aktive Anregungssignal für den Kraftfahrzeugführer haptisch nicht wahrnehmbar ist. Durch Veränderung der Amplitude und/oder Frequenz während der vorbestimmten Zeitdauer kann somit in vorteilhafter Weise auch eine Diagnose für aktive Anregungssignale erfolgen, die von dem aktiven Anregungssignal, welches der erstmaligen Detektion des Defekts zugrunde lag, verschieden sind. Somit ergibt sich eine erhöhte Diagnosesicherheit.
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Alternativ oder kumulativ kann die vorbestimmte Zeitdauer auch in Abhängigkeit von mindestens einer zum oder nach einem Zeitpunkt einer erstmaligen Detektion eines Defekts erfassten fahrzeugdynamischen Größe, wie z.B. der Geschwindigkeit, der Beschleunigung, der Gierrate, der Querbeschleunigung und/oder dem Fachmann bekannten, weiteren fahrzeugdynamischen Größen, bestimmt werden. Hierbei kann eine Auswertung der entsprechenden fahrzeugdynamischen Größen in Bezug auf eine Gefährlichkeit eines Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges vorgenommen werden. Z.B. kann bei hohen Bremsbeschleunigungen auf eine kritische oder gefährliche Situation des Kraftfahrzeuges geschlossen werden. Eine Auswertung von mindestens einer fahrzeugdynamischen Größe nach einem Zeitpunkt einer erstmaligen Detektion eines Defekts umfasst hierbei auch, dass die vorbestimmte Zeitdauer in Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs von fahrzeugdynamischen Größen nach einer erstmaligen Detektion eines Defekts bestimmt wird.
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Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die vorbestimmte Zeitdauer an eine Gefährlichkeit eines Betriebszustandes der elektromechanischen Lenkung oder eines Kraftfahrzeuges angepasst werden, in welchem erstmalig ein Defekt detektiert wird. So wird angenommen, dass bei hohen Sensorwerten oder hohen Beträgen von Sensorwerten, die beispielsweise größer als ein vorbestimmter Schwellwert sind, kritische oder gefährliche Lenkmanöver durchgeführt werden. In solchen Betriebszuständen ist ein Defekt der Sensoreinheit besonders kritisch, daher ist die vorbestimmte Zeitdauer kurz, insbesondere kürzer als bei Beträgen von Amplituden, die kleiner als der vorbestimmte Schwellwert sind, zu wählen.
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Zusätzlich ist es möglich, bei einem Verdacht eines Defekts der Sensoreinheit ein Sensorwert der Sensoreinheit zu reduzieren, beispielsweise durch Multiplikation des Sensorwerts mit einem Verstärkungsfaktor, der größer als 0, aber kleiner als 1 ist. Da das Sensorsignal als Führungsgröße für z.B. den Aktor zur Erzeugung eines Unterstützungsmoments dient, wird somit eine vom Aktor erzeugte Lenkhilfskraft reduziert, wodurch das Verhältnis des vom Kraftfahrzeugführer manuell aufgebrachten Lenkmoments zur vom Aktor erzeugten Lenkhilfskraft steigt.
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Nach einem detektierten Verdacht auf einen Defekt und der daraus folgenden Reduktion des Sensorwerts wird dann das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose durchgeführt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Diagnose, insbesondere eine Diagnose abhängig von einem Referenzzustand, vereinfacht wird. Wird beispielsweise ein sensorsignalabhängiger maximaler Linkslenk-Zustand erfasst, so muss z.B. eine Richtung einer Änderung des Radlenkwinkels ebenfalls einem Linkslenk-Vorgang entsprechen. Bei einem nicht defekten Sensor und somit korrekten Sensorsignal wird das vom Kraftfahrzeugführer aufgebrachte Lenkmoment die gleiche Richtung aufweisen wie die vom Aktor erzeugte Lenkhilfskraft, in diesem Fall eine der Lenkrichtung Links entsprechende Richtung. Somit ergibt sich eine höhere Radlenkwinkelgeschwindigkeit und/oder Radlenkwinkelbeschleunigung als für den Fall, in dem aufgrund eines defekten Sensors das vom Kraftfahrzeugführer aufgebrachte Lenkmoment nicht die gleiche Richtung aufweist wie die vom Aktor erzeugte Lenkhilfskraft und somit auch eine niedrige Radlenkwinkelgeschwindigkeit und/oder Radlenkwinkelbeschleunigung vorliegen. Durch Reduktion des Sensorwerts steigt der Einfluss des vom Kraftfahrzeugführer aufgebrachten Lenkmoments auf die Höhe der Radlenkwinkelgeschwindigkeit und/oder der Radlenkwinkelbeschleunigung. Da der Wunsch des Kraftfahrzeugführer und somit das von ihm aufgebrachte Lenkmoment als das korrekte Lenkverhalten anzunehmen ist, kann somit ein defekter Sensor einfacher diagnostiziert werden.
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Auch kann bei einem Verdacht eines Defekts der Sensoreinheit ein nach der erstmaligen Detektion eines solchen Verdachts erfolgender Momentenanstieg des Unterstützungsmoments bzw. der Lenkhilfskraft stärker als bei einer verdachtsfreien Funktion der Sensoreinheit gedämpft werden. Insbesondere kann ein Dämpfungsfaktor einer Funktion zur Erzeugung des Unterstützungsmoments nach erstmaliger Detektion eines Verdachts erhöht werden, wobei jedoch nur ein Anstieg des Unterstützungsmoments durch den Dämpfungsfaktor gedämpft wird.
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Ein Verdacht auf einen Defekt kann hierbei z.B. vorliegen, falls die Sensoreinheit für eine vorbestimmte Zeitdauer kein Sensorsignal mehr erzeugt oder Änderungen des Sensorsignals für eine vorbestimmte Zeitdauer kleiner als eine vorbestimmte Schwelle sind. Bei einer zwei- oder mehrkanaligen Sensoreinheit kann ein Verdacht vorliegen, falls mindestens ein Sensorsignal eines Kanals um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem Sensorsignal mindestens eines weiteren Kanals abweicht.
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Nach endgültiger Detektion eines Defekts kann eine komplette Deaktivierung oder ein komplettes Abschalten der Unterstützungsfunktion der elektromechanischen Lenkung erfolgen.
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Weiter vorgeschlagen wird eine elektromechanische Lenkung, die eine Diagnose mindestens einer Sensoreinheit der elektromechanischen Lenkung ermöglicht. Die elektromechanische Lenkung umfasst mindestens eine Sensoreinheit, mindestens einen Aktor zur Erzeugung eines aktiven Anregungssignals und eine Auswerteeinheit. Mittels der vorgeschlagenen elektromechanischen Lenkung ist mindestens einer der vorhergehend erläuterten Verfahren durchführbar.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild einer elektromechanischen Lenkung,
- 2 ein schematisches Diagramm eines Verfahrens zur Diagnose und
- 3 ein weiteres schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Diagnose.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
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In 1 ist ein Blockschaltbild einer elektromechanischen Lenkung 1 dargestellt, die eine Diagnose mindestens einer zu diagnostizierenden Sensoreinheit 2 der elektromechanischen Lenkung 1 ermöglicht. Für das folgende Ausführungsbeispiel sei die Sensoreinheit 2 als Lenkmomentsensor 2 ausgebildet. Die elektromechanische Lenkung 1 umfasst den zu diagnostizierenden Lenkmomentsensor 2, ein Lenkmomentübertragungsglied 3, einen Aktor 4, eine Auswerteeinheit 5, eine Entscheideeinheit 6 und eine Lenkungssteuereinheit 7. Die Auswerteeinheit 5 ist hierbei datentechnisch mit dem Lenkmomentsensor 2, der Lenkungssteuereinheit 7 und der Entscheideeinheit 6 verbunden, beispielsweise über ein Bussystem des Fahrzeugs. Der Aktor 4 ist hierbei vorzugsweise ein Servomotor, der gleichzeitig zur Erzeugung einer Lenkhilfskraft verwendet wird. Die Auswerteeinheit 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 eines Lenkhilfskraftsignals bA2 möglich. Der Aktor 4 erzeugt gemäß dem Lenkhilfskraftsignal bA2 und dem dieses Lenkhilfskraftsignal bA2 überlagernden aktiven Anregungssignal aA ein Moment an Lenkmomentübertragungsgliedern 3. Die Lenkmomentübertragungsglieder 3 sind typischerweise als ein oder mehrere mechanische Kraft- bzw. Momentübertragungsglieder ausgebildet und umfasst beispielsweise eine Lenkzahnstange und/oder eine Lenkstange. Parallel werden weitere betriebsbedingte Anregungssignale bA über die Lenkmomentübertragungsglieder 3 eingeleitet. Betriebsbedingte Anregungssignale bA resultieren beispielsweise aus Fahreranregungen bA1 und Straßenanregungen bA3. Fahreranregungen bA1, Lenkhilfskraftsignal bA2 und Straßenanregungen bA3 bilden zusammen die betriebsbedingten Anregungen bA und werden nachfolgend zusammengefasst als betriebsbedingte Anregungen bA bezeichnet.
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Die Lenkmomentübertragungsglieder 3 stellen hierbei zusammenfassend eine mechanische Übertragungsstrecke zwischen Angriffspunkten der einzelnen Anregungssignale aA, bA und dem Lenkmomentsensor 2 dar. Die Kraft- bzw. Übertragungskennlinie von den Angriffspunkten der durch das aktive Anregungssignal aA und den betriebsbedingten Anregungssignalen bA erzeugten Kräfte bzw. Momente zum Signalausgang des Lenkmomentsensor 2 sind bekannt.
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Das Fahreranregungssignal bA1 wird beispielsweise über ein Lenkrad, die Lenkstange bzw. Lenksäule übertragen, wohingegen das Lenkhilfskraftsignal bA2, die Straßenanregung bA3 und das aktive Anregungssignal aA über die Lenkzahnstange und ein Lenkritzel an die Sensoreinheit 2 übertragen werden.
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Während und/oder nach der Erzeugung des aktiven Anregungssignals aA überträgt die Lenkungssteuereinrichtung 7 dieses aktive Anregungssignal aA und der Lenkmomentsensor 2 das von ihm erzeugte Sensorsignal an die Auswerteeinheit 5. Die Übertragung kann zeitgleich oder zeitlich versetzt erfolgen. Die Auswerteeinheit 5 führt eine Signalanalyse des vom Lenkmomentsensor 2 erzeugten Signals durch. Insbesondere unterscheidet die Auswerteeinheit in dem vom Lenkmomentsensor 2 gemessenen Signal Signalanteile, die aus dem aktiven Anregungssignal aA resultieren, von Signalanteilen, die aus betriebsbedingten Anregungssignalen bA resultieren.
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Nach der Signalanalyse führt die Auswerteeinheit 5 eine Vergleichsoperation aus, die auf einen kausalen Zusammenhang zwischen dem von der Lenkungssteuereinheit 7 übertragenen, aktiven Anregungssignal aA und dem vom Lenkmomentsensor 2 erzeugten Signalanteil, der aus dem aktiven Anregungssignals aA resultiert, zurückschließen lässt.
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Beispielsweise kann die Auswerteeinheit eine Differenz zwischen dem vom Lenkmomentsensor 7 erzeugten Sensorsignal und dem mittels einer bekannten Übertragungsfunktion multiplizierten aktiven Anregungssignal aA bilden, wobei die bekannte Übertragungsfunktion eine Übertragungsstrecke vom Signaleingang des Aktors 4 bis zum Signalausgang des Lenkmomentsensors 2 beschreibt.
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Die Vergleichsoperation kann z.B. auch als Differenzbildung der spektralen Leistungsdichten der von der Auswerteeinheit 5 empfangenen Signale realisiert sein.
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Die Auswerteeinheit 5 überträgt das Ergebnis aus der Vergleichsoperation an die Entscheideeinheit 6. Diese entscheidet auf Basis eines Kriteriums, ob der Lenkmomentsensor 2 noch funktionsfähig oder defekt ist.
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Das Kriterium kann z.B. sein, dass die Differenz zwischen dem vom Lenkmomentsensor 7 erzeugten Sensorsignal und dem mittels einer bekannten Übertragungsfunktion multiplizierten aktiven Anregungssignal aA für eine vorbestimmte Zeitdauer größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Ist dies der Fall, so ist der Lenkmomentsensor 2 defekt.
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Das Kriterium kann z.B. sein, dass die Differenz der spektralen Leistungsdichten größer als ein vorab festgelegter, frequenzabhängiger Schwellwertverlauf ist. 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 2 nicht mehr funktionsfähig. Ist für alle Frequenzen die Differenz der spektralen Leistungsdichten kleiner oder gleich dem Schwellwertverlauf, so ist der Lenkmomentsensor 2 funktionsfähig.
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In 2 ist hierbei ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose dargestellt. Hierbei wird in einem ersten Schritt 8 ein aktives Anregungssignal aA sowie gegebenenfalls ein Lenkhilfskraftsignal bA2 erzeugt und an einen Aktor 4 datentechnisch übertragen. Hierbei kann das aktive Anregungssignal aA in Abhängigkeit eines Betriebszustandes BZ einer elektromechanischen Lenkung 1, welcher z.B. mittels einer Lenkungssteuereinheit 7 ermittelt wird, erzeugt werden. Auch kann das aktive Anregungssignal aA abhängig von einer Fahrsituation und einer bereits vorliegenden Diagnosebewertung erzeugt und speziell in Amplitude und Frequenz variiert werden. Hierbei kann das aktive Anregungssignal aA derart erzeugt werden, dass es sich in dem ermittelten Betriebszustand BZ von betriebsbedingten Anregungssignalen bA unterscheidet. Insbesondere kann eine Amplitude des aktiven Anregungssignals aA derart klein gewählt werden, dass das aktive Anregungssignal aA vom Kraftfahrzeugführer haptisch nicht wahrnehmbar ist. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise keine haptische Irritation des Kraftfahrzeugführers. Auch kann eine Frequenz des aktiven Anregungssignals aA an eine Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst werden, wobei insbesondere bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten bis zu einer vorbestimmten Referenzgeschwindigkeit eine erste, niedrige Frequenz und bei Fahrzeuggeschwindigkeiten, die höher als die vorbestimmte Referenzgeschwindigkeit sind, eine zweite, höhere Frequenz gewählt wird, wobei die zweite, höhere Frequenz höher als die erste, niedrige Frequenz ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass keine akustische Irritation des Kraftfahrzeugführers erfolgt, da bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten eher akustische Signale mit niedrigen Frequenzen und bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten eher akustische Signale mit höheren Frequenzen dominieren und somit ein aktives Anregungssignal aA sich nicht als von diesen akustischen Signalen verschiedenes Signal störend abhebt. Gemäß dem aktiven Anregungssignal aA und dem Lenkhilfskraftsignal bA2 erzeugt der Aktor 4 ein Moment.
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Dieses Moment wird über mechanische Übertragungsstrecken 9, die in 1 zusammengefasst als Lenkmomentübertragungsglieder 3 dargestellt sind, an einen zweikanalig ausgebildeten Lenkmomentsensor 2 übertragen. Hierbei ist ein erster Kanal 2-1 und ein zweiter Kanal 2-2 des Lenkmomentsensors 2 dargestellt. Auf Grundlage der erzeugten Sensorsignale des ersten Kanals 2-1 und des zweiten Kanals 2-2 wird unter Berücksichtigung von weiteren Fahr- und Umweltbedingungen 10 in einem Diagnoseschritt 11 eine Funktionsfähigkeit des ersten Kanals 2-1 und des zweiten Kanals 2-2 überprüft.
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Umwelt- und Fahrbedingungen bezeichnen hierbei insbesondere Fahrzeugzustände, beispielsweise eine Kurvenfahrt, ein Bremsvorgang, ein Abbiegemanöver, eine Geradeausfahrt und weitere Fahrzeugzustände, die z.B. in Abhängigkeit von Meßsignalen bestimmt werden können, wobei die die Meßsignale erzeugenden Sensoren im Fahrzeug angeordnet sind. Hierbei wird eine Diagnose, insbesondere in dem vorhergehend erläuterten Verfahren 14 zur aktiven Diagnose (siehe 3), in Abhängigkeit des aktiven Anregungssignals aA durchgeführt. Abhängig von einem Ergebnis der Diagnoseschritts 11 kann ein Defektsignal 12, welches einen Defekt des ersten Kanals 2-1 oder des zweiten Kanals 2-2 repräsentiert oder ein Funktionssignal 13, welches eine Funktionsfähigkeit des ersten Kanals 2-1 oder des zweiten Kanals 2-2 repräsentiert, erzeugt werden.
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In 3 ist ein detaillierteres Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose dargestellt. Ein Lenkmomentsensor 2 erfasst hierbei eine Messgröße, wobei die Messgröße ein in Abhängigkeit von einem in 1 dargestellten aktiven Anregungssignal aA und einem Lenkhilfskraftsignal bA2 erzeugtes und über Übertragungsstrecken 9 übertragenes Moment ist.
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In einem Verfahren 14 zur aktiven Diagnose wird ein vom Lenkmomentsensor 2 erzeugtes Sensorsignal in Abhängigkeit des aktiven Anregungssignals aA ausgewertet. In einem ersten Teilverfahren 15 des Verfahrens 14 zur aktiven Diagnose wird hierbei eine so genannte Sprungüberwachung durchgeführt. Hierbei werden Änderungen von Amplituden des Sensorsignals mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen. Die vorbestimmte Schwelle ergibt sich hieraus aus physikalischen Eigenschaften der Übertragungsstrecken 9 von Angriffspunkten betriebsbedingter Anregungssignale bA zu einem Signalausgang des Lenkmomentsensors 2. Ist eine Änderung einer Amplitude des erzeugten Sensorsignals größer als der vorbestimmte Schwellwert, so wird ein Defekt des Lenkmomentsensors 2 detektiert. Ein Ergebnis des ersten Teilverfahrens 15 wird einer Einheit 16 zur Gewichtung unter Berücksichtigung von Umwelt- und Fahrbedingungen 10 übermittelt. In einem zweiten Teilverfahren 17 wird, wie vorhergehend, insbesondere zu 1, beschrieben, das aktive Anregungssignal aA mit dem erzeugten Sensorsignal verglichen. Ein Ergebnis des zweiten Teilverfahrens 17 wird an eine Einheit 18 zur Gewichtung unter Berücksichtigung von Umwelt- und Fahrbedingungen 10 übertragen. In einem dritten Teilverfahren 19 erfolgt eine so genannte Amplitudenüberwachung. Hierbei wird eine Amplitude des erzeugten Sensorsignals mit einer vorbestimmten Schwelle, die sich beispielsweise aus maximal physikalisch möglichen Amplituden ergibt, verglichen. Ein Ergebnis des dritten Teilverfahrens 19 wird an eine Einheit 20 zur Gewichtung unter Berücksichtigung von Umwelt- und Fahrbedingungen 10 übertragen.
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In einem weiteren Verfahren 21 zur Diagnose erfolgt eine Bestimmung eines sensorsignalabhängigen Zustandes in Abhängigkeit des erfassten Sensorsignals. Dieser wird in einem Vergleichsschritt 22 mit einem Referenzzustand verglichen, wobei der Referenzzustand in Abhängigkeit von Umwelt- und Fahrbedingungen 10 ermittelt wird. Beispielsweise kann der Referenzzustand in Abhängigkeit eines gemessenen Radlenkwinkels und/oder einer gemessenen oder geschätzten Radlenkwinkelgeschwindigkeit und/oder einer gemessenen oder geschätzten Radlenkwinkelbeschleunigung ermittelt werden. Ein Ergebnis des Vergleichs wird an eine Einheit 23 zur Gewichtung unter Berücksichtigung von Umwelt- und Fahrbedingungen 10 übertragen.
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In einem sensorspezifischen Verfahren 24 zur Diagnose wird ein einem ersten Teilverfahren 25 eine Amplitude des erzeugten Sensorsignals erfasst und mit einem ersten Schwellwert verglichen, wobei ein Defekt des Lenkmomentsensors 2 festgestellt wird, falls die Amplituden für eine vorbestimmte Zeitdauer kleiner als der erste Schwellwert sind. Ein Ergebnis dieser Auswertung kann an eine Einheit 26 zur Gewichtung unter Berücksichtigung von Umwelt- und Fahrbedingungen 10 übertragen werden. In einem zweiten Teilverfahren 27 werden Amplituden des erzeugten Sensorsignals erfasst und Änderungen von den erfassten Amplituden bestimmt und mit einem zweiten Schwellwert verglichen, wobei ein Defekt des Lenkmomentsensors 2 festgestellt wird, falls die Änderungen für eine vorbestimmte Zeitdauer Null sind. Ein derartiges Ergebnis kann an eine Einheit 31 zur Gewichtung unter Berücksichtigung von Umwelt- und Fahrbedingungen 10 übermittelt werden.
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Umwelt- und Fahrbedingungen können hierbei in einer Einheit zur Ermittlung von Umwelt- und Fahrbedingungen 10 ermittelt werden. Die Einheiten 16, 18, 20, 23, 26, 31 zur Gewichtung dienen hierbei einer Skalierung und Gewichtung der Ergebnisse der (Teil-) Verfahren 15, 17, 19, 22, 25, 27, um eine rechnerisch sinnvolle Verknüpfung der Ergebnisse zu ermöglichen.
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Ein Defekt kann z.B. detektiert werden, wenn ein Ergebnisse der (Teil-) Verfahren 15, 17, 19, 22, 25, 27 einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Auch kann ein Defekt detektiert werden, falls eine Summe der von den Einheiten 16, 18, 20, 23, 26, 27 erzeugten, skalierten Ergebnisse einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
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Weiter kann in einer Einheit 28 zur Ermittlung einer Gefährdung das Sensorsignal des Lenkmomentsensors 2 ausgewertet werden. Ein eine Gefährdung beschreibender Wert ist hierbei größer, je größer ein Betrag des Sensorwertes ist. In einer Einheit 29 wird in Abhängigkeit der von der Einheit 28 zur Gefährdungsbewertung ermittelten Gefährdung eine Zeitdauer bestimmt, in welcher der detektierte Defekt des Lenkmomentsensors 2 vorliegen muss, um einen endgültigen Defekt des Lenkmomentsensors 2 festzustellen. Je kleiner die Gefährdung bzw. der die Gefährdung beschreibende Wert, desto länger die ermittelte Zeitdauer. Liegt ein Defekt des Lenkmomentsensors für die gesamte in der Einheit 29 ermittelte Zeitdauer vor, so kann ein endgültiges Defektsignal 30 erzeugt werden. Andernfalls wird ein Funktionssignal 13 erzeugt.
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Das dem gemäß dem geschilderten Ausführungsbeispiel durchgeführte Diagnoseverfahren kann hierbei in verschiedenen Betriebszuständen einschließlich verschiedener Fahrsituationen, z.B. 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 vorhergehenden Ausführungsbeispiels für die beispielhafte Diagnose eines zweikanaligen Lenkmomentsensors 2 erläutert. Selbstverständlich ist auch die Diagnose einkanaliger Lenkmomentsensoren oder von Lenkmomentsensoren, die mehr als zwei Kanäle umfassen, möglich. Insbesondere kann auch geprüft werden, ob einzelne oder alle Kanäle eines Lenkmomentsensors nicht funktionsfähig sind.
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Die Erfindung wurde anhand des vorhergehenden Ausführungsbeispiels für die beispielhafte Diagnose eines Lenkmomentsensors 2 erläutert. Selbstverständlich ist auch die Diagnose anderer lenkungseigener Sensoren, z.B. eines Lenkwinkelsensors, möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromechanische Lenkung
- 2
- Sensoreinheit, Lenkmomentsensor
- 2-1
- erster Kanal
- 2-2
- zweiter Kanal
- 3
- Lenkmomentübertragungsglied
- 4
- Aktor
- 5
- Auswerteeinheit
- 6
- Entscheideeinheit
- 7
- Lenkungssteuereinheit
- 8
- Schritt
- 9
- mechanische Übertragungsstrecke
- 10
- Umwelt- und Fahrbedingungen
- 11
- Diagnoseschritt
- 12
- Defektsignal
- 13
- Funktionssignal
- 14
- Verfahren zur aktiven Diagnose
- 15
- erstes Teilverfahren
- 16
- Einheit zur Gewichtung
- 17
- zweites Teilverfahren
- 18
- Einheit zur Gewichtung
- 19
- drittes Teilverfahren
- 20
- Einheit zur Gewichtung
- 21
- weiteres Verfahren zur Diagnose
- 22
- Vergleich
- 23
- Einheit zur Gewichtung
- 24
- sensorspezifisches Verfahren zur Diagnose
- 25
- erstes Teilverfahren
- 26
- Einheit zur Gewichtung
- 27
- zweites Teilverfahren
- 28
- Einheit zur Gefährdungsbewertung
- 29
- Einheit zur Bestimmung einer vorbestimmten Zeitdauer
- 30
- endgültiges Defektsignal
- 31
- Einheit zur Gewichtung
- aA
- aktives Anregungssignal
- bA
- betriebsbedingtes Anregungssignal
- bA1
- Fahreranregung
- bA2
- Lenkhilfskraftsignal
- bA3
- Straßenanregung
- BZ
- Betriebszustand
