DE102011002012A1

DE102011002012A1 - Verfahren zum Betreiben einer Servolenkung

Info

Publication number: DE102011002012A1
Application number: DE201110002012
Authority: DE
Inventors: Thomas Nierobisch; Stefan Grüner
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Servolenkung (10) und eine solche Servolenkung (10) vorgestellt. Bei dem Verfahren wird mit einem Steuergerät (26) ein Servomotor (30) zum Überlagern eines Überlagerungsmoments angesteuert. Dabei wird der Servomotor (30) mit einem hochfrequenten Signal angeregt, das ein hochfrequentes Motormoment bewirkt und anhand eines sich ergebenden Drehstabmoments wird überprüft, ob das angestellte Motormoment wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Servo- bzw. Hilfskraftlenkung, eine solche Servolenkung sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Hilfskraftlenkungen, die auch als Servolenkungen bezeichnet werden, dienen dazu, eine Reduzierung der Kraft, die von dem Fahrer zum Lenken aufgebracht werden muss, zu erreichen. Auf diese Weise soll bei geringem Kraftaufwand eine möglichst direkte Lenkung ermöglicht werden. Hierzu ist ein sogenannter Servomotor vorgesehen. Im Einsatz registrieren Sensoren ein vom Fahrer aufgebrachtes Lenkmoment und die Lenkgeschwindigkeit. Diese Informationen werden an ein Steuergerät weitergeleitet, das dann die erforderliche Lenkunterstützung bzw. das Servomoment berechnet und den Servomotor entsprechend ansteuert.
Der Servomotor überträgt das berechnete Servomoment, bspw. über ein Schnecken- oder Umlaufgetriebe, auf Drehstab und Ritzel und damit auf die Zahnstange. Zu beachten ist, dass der Servomotor auf unterschiedliche Weise eingebaut werden kann. Bei einer achsparallelen Servolenkung wird der Servomotor parallel zur Zahnstange angeordnet.
Das Getriebekonzept der achsparallelen Servo- bzw. Elektrolenkung besteht aus einem Riemen und einem Kugelgewindetrieb (KGT), der das Unterstützungsmoment des Servomotors überträgt. Während des Betriebs der Lenkung kann es zum Verhärten der Lenkung kommen, wobei durch eine ungünstige Anordnung der Kugeln im KGT die Lenkung schwergängig wird. Dies führt zur Reklamationen seitens der Kunden, was unbedingt vermieden werden muss.
Es ist zu beachten, dass konstruktive Lösungen zu erhöhten Kosten führen bzw. in Konflikt mit anderen Gütekriterien, wie bspw. der Akustikbewertung, stehen. Es ist daher Aufgabe, die Verhärtung bzw. die Blockade der Lenkung durch geeignete Maßnahmen zu beheben bzw. zu verhindern.
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Betreiben einer Servolenkung gemäß Anspruch 1 und eine solche Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem Verfahren wird mit einem Steuergerät ein Servomotor zum Überlagern eines Überlagerungsmoments angesteuert. Dabei wird der Servomotor mit einem hochfrequenten Signal angeregt bzw. angesteuert, das ein hochfrequentes Motormoment bewirkt. Anhand eines sich ergebenden Drehstabmoments wird überprüft, ob das angestellte Motormoment wirkt.
Das Verfahren kann zum Erkennen und/oder Verhindern eines Blockierens und/oder zum Lösen eines Blockierens der Lenkung eingesetzt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das angestellte Motormoment unter Berücksichtigung einer Grenzkurve bestimmt wird.
Das Signal, mit dem angeregt wird, kann ein sinusförmiges Signal sein. Weiterhin kann das Signal in einem Frequenzbereich von 10–25 Hz liegen.
In Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Radumdrehzahl berücksichtigt.
Die vorgestellte Servolenkung eines Kraftfahrzeugs dient insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Diese weist ein Steuergerät zum Berechnen eines Motormoments und einen Servomotor zum Einleiten des Motormoments auf. Dabei ist das Steuergerät dazu ausgebildet, den Servomotor mit einem hochfrequenten Signal anzuregen.
Bei Umsetzung des erörterten Verfahrens zeigt es sich, dass sich, um die Verhärtung der Lenkung zu lösen bzw. die blockierenden Kugeln der KGT zu lockern, hochfrequente Anregungen des Servomotors anbieten. Der Fahrer sollte jedoch diese zusätzlichen Anregungen j nicht als störend wahrnehmen. Von der Kompensation von Lenkradschwingungen ist bekannt, dass der Fahrer Lenkradschwingungen erst oberhalb einer Grenzkurve wahrnehmen kann. Selbst wenn man die konservative Grenzkurve geringfügig verletzt, um ein Verhärten der Lenkung zu verhindern bzw. aufzulösen, würde dies nur kurzfristig als Vibration des Lenkrads bspw. durch die Fahrbahn und nicht als Maßnahme zur Auflösung eines unter Umständen sicherheitskritischen Blockierens der Lenkung wahrgenommen werden.
Wird bei einer Verhärtung erkannt, dass ein Motormoment unterhalb der Wahrnehmungsgrenze nicht ausreicht, um die Verhärtung zu lösen, so kann das Motormoment ggf. zumindest kurzzeitig über die Wahrnehmungsgrenze angehoben werden. Dies wird üblicherweise nicht vom Fahrer als Maßnahme gegen die Verhärtung, sondern als externe Störung wahrgenommen. In allen anderen Fällen wird die Maßnahme gegen die Verhärtung vom Fahrer nicht wahrgenommen.
Es wird daher als Lösung gegen das Verhärten in Ausgestaltung ein sinusförmiges hochfrequentes Motormoment in Frequenzbereich von 10–25 Hz vorgeschlagen, das ein Drehstabmoment unterhalb der Wahrnehmungsgrenze des Fahrers verursacht. Im Drehstabmoment wird überprüft, ob das gestellte Motormoment wirkt oder ob die Lenkung verklemmt ist. Um eine Variation der Anregungsfrequenz und damit der Rüttelfrequenz zu bewirken, kann die Frequenz entsprechend der Radumlaufdrehzahl variiert werden.
Das beschriebene Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens, wie dies voranstehend beschrieben ist, durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer Recheneinheit ausgeführt wird.
Das beschriebene Computerprogrammprodukt umfasst diese Programmcodemittels, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.
Das Computerprogramm kann auf einen computerlesbaren Datenträger, wie bspw. eine Diskette, CD, DVD, Festplatte, einen USB-Memory-Stick oder ähnlichem oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein. Von dort kann das Computerprogramm in ein Speicherelement des Steuergeräts übertragen werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, das die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgendem unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Servolenkung.
2 zeigt eine Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens.
In 1 ist eine Ausführung der Servolenkung, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, wiedergegeben. Die Darstellung zeigt ein Lenkrad 12, eine Lenksäule 14, einen Drehstab 16, ein Ritzel 18, eine Zahnstange 20, ein Lenkgestänge 22 und Räder 24.
Es ist weiterhin ein Steuergerät 26 dargestellt, das mit einer Sensorik 28 verbunden ist. Mit dieser Sensorik 28 können der Lenkwinkel, das Lenkmoment und die Lenkgeschwindigkeit, die über das Lenkrad 12 eingebracht werden, erfasst werden. Das Steuergerät 26 steuert einen Servomotor 30 an, der wiederum ein Überlagerungsmoment über eine Getriebeeinheit 32 auf das Lenkgestänge 22 überträgt, so dass das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment überlagert wird.
In 2 ist ein möglicher Ablauf des beschriebenen Verfahrens dargestellt. Es wird ein hochfrequentes Signal an den Servomotor angelegt und ein daraus sich ergebendes Drehstabmoment 50 erfasst, dessen Amplitude in einem Block 52 berechnet wird. Es wird in einem weiteren Block 54 eine Absolutwertsbetrachtung vorgenommen und in einem darauffolgenden Block 56 überprüft, ob ein Schwellwert überschritten ist. Ist dies nicht der Fall, wird ein Verhärtungsflag 58 gesetzt, d. h. es wird eine Verhärtung der Lenkung erkannt.
Um sicherzustellen, dass die hochfrequente Anregung nicht als störend empfunden wird, wird eine Grenzkurve 60 berücksichtigt, die die Wahrnehmung der Amplitude (Ordinate 62) der Drehstabschwingung über die Frequenz (Abszisse 64) wiedergibt. Eingangsgröße ist die Radumlauffrequenz 66.
Über einen Funktionsgenerator 70 wird ein virtuelles, subjektiv nicht wahrnehmbares Drehstabmoment ermittelt, aus dem sich über ein inverses Lenkungsmodell G(z) 72 ein Rüttelmoment 74 ergibt. Es wird dadurch eine Variation der Anregungsfrequenz und Rüttelfrequenz erreicht, dass die Frequenz entsprechend der Radumlaufdrehzahl bzw. -frequenz 66 variiert wird.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Servolenkung (10), bei dem mit einem Steuergerät (26) ein Servomotor (30) zum Überlagern eines Überlagerungsmoments angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor (30) mit einem hochfrequenten Signal angeregt wird, das ein hochfrequentes Motormoment bewirkt und anhand eines sich ergebenden Drehstabmoments (50) überprüft wird, ob das angestellte Motormoment wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, das zum Erkennen eines Blockierens der Servolenkung (10) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das zum Verhindern eines Blockierens der Servolenkung (10) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das zum Lösen eines Blockierens der Servolenkung (10) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das angestellte Motormoment unter Berücksichtigung einer Grenzkurve (60) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Signal in einem Frequenzbereich von 10–25 Hz liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Radumdrehzahl bzw. Radlauffrequenz (66) berücksichtigt wird.
Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Steuergerät (26) zum Berechnen eines Motormoments, einem Servomotor (30) zum Einleiten des Motormoments, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (26) dazu ausgebildet ist, den Servomotor (30) mit einem hochfrequenten Signal anzuregen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (26) nach Anspruch 8, durchgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechende Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (26) nach Anspruch 8 durchgeführt wird.