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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Servo- bzw. Hilfskraftlenkung, eine solche Servolenkung sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
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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.
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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.
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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.
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Man spricht in diesem Fall auch von einer „hakelnden“ Lenkung. Die Fahrsituation, die als solche bezeichnet wird, sollte möglichst frühzeitig erkannt und behoben werden.
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Zu beachten ist, dass das „Hakeln“ vor allem bei langsamen Rotordrehzahlen auftritt. Durch den schlechten Rückwirkungsgrad kann es bei niedrigen Rotordrehzahlen dazu kommen, dass der Motor durch eine temporär erhöhte Reibung ganz zum Stillstand kommt. Damit der Motor sich wieder bewegt, muss ein erhöhtes Motorsollmoment gestellt werden. Dieses erhöhte Motorsollmoment muss durch ein erhöhtes Handmoment aufgebracht werden, was vom Fahrer als störend empfunden wird.
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Aus der Druckschrift
DE 101 38 540 A1 ist eine Steuereinheit für eine elektrische Hilfskraftlenkung bekannt. Diese steuert einen Motor zum Aufbringen einer Lenk-Hilfskraft. Weiterhin enthält die Steuereinheit eine Stromdithersignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Stromdithersignals, wenn die Motor-Winkelgeschwindigkeit in einem vorgegebenen Bereich liegt.
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Die Druckschrift
DE 198 01 982 A1 beschreibt eine motorgetriebene Lenkservoeinrichtung mit einem Drehmomentsensor zur Erfassung eines Lenkdrehmoments. Es ist weiterhin eine Zittersignalerzeugungsvorrichtung zur Abgabe eines hochfrequenten Zittersignals vorgesehen, mit dem ein Motor der Lenkservoeinrichtung angesteuert wird.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Betreiben einer Servolenkung gemäß Anspruch 1 und eine solche Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben einer Servolenkung, wobei mit einem Steuergerät ein Servomotor zum Überlagern eines Überlagerungsmoments angesteuert wird, und wobei der Servomotor mit einem periodischen Pulsationsmoment angeregt wird. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass mit einem Lagesensor am Servomotor überprüft wird, ob das periodische Pulsationsmoment eine Lageänderung bewirkt.
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Die mit dem vorgestellten Verfahren realisierte „Anti-Hakel“ Funktion stellt ohne Erhöhung des Fahrerhandmoments ein periodisches Motormoment bereit, so dass der Fahrer die temporäre Reibungserhöhung nicht wahrnimmt.
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In Ausgestaltung wird als Lagesensor ein Rotorlagesensor verwendet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ausgehend von einem Anfangswert ein ansteigendes Pulsationsmoment verwendet wird. Dieses wird solange gesteigert, bis eine Lageänderung, die eine vorab bestimmte Schwelle übersteigt, zu erkennen ist. Anschließend wird zweckmäßigerweise sofort wieder begonnen, ein ansteigendes Pulsationsmoment beginnend mit dem Anfangswert anzulegen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein periodisches Pulsationsmoment nur angelegt, wenn das Handmoment oder der Lenkwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit einen bestimmten Wert überschreiten.
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Es wird somit bei dem vorgeschlagenen Verfahren in Ausgestaltung ein periodisches Motormoment beaufschlagt, wenn die Rotordrehzahl unter einer bestimmten Schwelle liegt. Die Schwelle für die Rotordrehzahl ist abhängig vom Betrag des Fahrerhandmoments, dem Betrag des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Das periodische Motormoment kann ansteigend mit einem Gradienten von bspw. 1%/ms ausgegeben werden. Dabei kann der Verlauf des Motormoments rechteckförmig oder sinusförmig sein.
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Die vorgestellte Servolenkung eines Kraftfahrzeugs dient insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Diese weist ein Steuergerät zum Berechnen eines Motormoments, einen Servomotor zum Einleiten des Motormoments und einen Lagesensor, bspw. einen Rotorlagesensor, auf. Dabei ist das Steuergerät dazu ausgebildet, den Servomotor mit einem periodischen Pulsationsmoment anzuregen bzw. zu beaufschlagen und eine Lageänderung des Servomotors mit dem Lagesensor zu erkennen.
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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, periodische Anregungen des Servomotors anbieten. Der Fahrer sollte jedoch diese zusätzlichen Anregungen 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 des Hakelns der Lenkung wahrgenommen werden.
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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.
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Das beschriebene Computerprogrammprodukt umfasst diese Programmcodemittels, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.
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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.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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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.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgendem unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Servolenkung.
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2 zeigt anhand von Signalverläufen eine Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens.
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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.
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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. Darüber hinaus ist ein Lagesensor 40 vorgesehen, bspw. ein Rotorlagesensor, der erkennt, ob der Rotor sich dreht.
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In 2 sind der Verlauf eines Pulsationsmoments 70 und der Verlauf einer Rotordrehzahl 72 aufgetragen. Bei dem Pulsationsmoment 70 ist eine Nulllinie 74 sowie eine erste Schwelle 76, die ein Moment von 0,3 Nm, und eine zweite Schwelle 78, die –0,3 Nm anzeigt, dargestellt. Bei der Rotordrehzahl ist ebenfalls eine Nulllinie 80, eine dritte Schwelle 82, die eine Drehzahl von 30/min anzeigt, und eine vierte Schwelle 84, die eine Drehzahl von –30/min anzeigt, wiedergegeben.
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Zu erkennen ist, dass der Motor mit einem ansteigenden, rechteckförmigen Pulsationsmoment beginnend mit einem Anfangswert 90 beaufschlagt wird und gleichzeitig überprüft wird, ob diese Anregung zu einer Drehung führt. Sobald die erfasste Rotordrehzahl in diesem Fall die dritte Schwelle 82 übersteigt, wird die Beaufschlagung mit dem anwachsenden Pulsationsmoment abgebrochen (Pfeil 86). Anschließend beginnt das Verfahren erneut bei dem Anfangswert 90. Auf diese Weise wird kontinuierlich überprüft, ob ein „Hakeln“ der Lenkung vorliegt und diese ggf. gelöst.
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Wird bei dem Pulsationsmoment 70 die erste Schwelle 76 oder die zweite Schwelle 78 erreicht, ohne dass die Rotordrehzahl 72 die dritte Schwelle 82 oder die vierte Schwelle 84 erreicht, so kann das Verfahren abgebrochen werden, ggf. zusammen mit einem Warnhinweis, oder das Pulsationsmoment 70 wird weiter gesteigert. Es kann ggf. auch die Frequenz des Pulsationsmoments 70 variiert werden.
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Die Pulsation kann in einem Modul Reibungskompensation als zusätzliches Motormoment beaufschlagt und mit der Reibungskompensation zusammen auf 0,3 Nm begrenzt werden. Durch die Integration in die Reibungskompensation und Begrenzung auf 0,3 Nm ist keine weitere Überwachung erforderlich. Die Reibungskompensation kann auf den Grenzwert von 0,3 Nm begrenzt werden.
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In Ausgestaltung müssen zur Durchführung des Verfahrens folgende Randbedingungen erfüllt sein:
Fahrzeuggeschwindigkeit > 30 km/h
und
Betrag der Rotordrehzahl < Minimaldrehzahl 10/min 30(min)
und
(Betrag des Lenkwinkels > 10°
oder
Betrag Handmoment > 1,5 Nm)
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Die genannten Schwellen sind nur beispielhaft genannt und können je nach Fahrzeugtyp und auch in Abhängigkeit eines Fahrerwunsches variiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10138540 A1 [0007]
- DE 19801982 A1 [0008]
