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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Beschädigung eines Bauteils eines Lenkstrangs eines Kraftfahrzeugs sowie ein dazugehöriges Kraftfahrzeug.
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Bei Kollisionen kann es vorkommen, dass bestimmte Teile des Lenkstrangs eines Kraftfahrzeugs, insbesondere die Lenkung und/oder das Schwenklager, beschädigt werden. Insbesondere können durch einen Aufprall Deformationen und Verformungen von Bauteilen eines Kraftfahrzeugs auftreten. Um eine Schädigung des gesamten Lenksystems zu vermeiden werden bei einigen der Bauteile insbesondere bei der Spurstange, regelmäßig Sollknickstellen vorgesehen, so dass eines oder mehrere der Bauelemente des Lenkstrangs als Deformationselement genutzt wird und durch die Deformation dieses Bauteils eine Beschädigung weiterer Komponenten vermieden wird.
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Kommt es aufgrund eines Unfallschadens zu einer starken Deformation eines dieser Deformationselemente, so ist üblicherweise der Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs stark beeinflusst und die Beschädigung des Deformationselements ist für den Benutzer des Kraftfahrzeugs leicht zu erkennen. Wird bei einem leichteren Unfall ein solches Deformationselement jedoch nur geringfügig verformt, so ist es möglich, dass diese Verformung durch den Benutzer des Kraftfahrzeugs nicht erkannt oder zumindest über längere Zeit ignoriert wird. Solche geringen Deformationen von Deformationselementen können jedoch die Restlebensdauer des plastisch verformten Bauteils bereits einschränken und es ist insbesondere möglich, dass das Bauteil bei hohen Belastungen versagt.
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Aus der Druckschrift
DE 102 44 070 A1 ist ein Verfahren für eine Lenkunterstützung für Fahrzeuge mit elektromechanischer Lenkung bekannt. Dabei wird ein Unterstützungsmoment und/oder ein Unterstützungswinkel durch einen Servomotor aufgebracht, das bzw. der aus einem Langzeitkorrekturwert und einem Kurzzeitkorrekturwert bestimmt ist. Dabei dient die Langzeitkorrektur dazu, ein schleichendes Schiefziehen zu kompensieren, ein kurzzeitiges Schiefziehen soll durch die Kurzzeitkorrektur ausgeglichen werden. Die Langzeitkorrektur wird dabei deaktiviert, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit einen Schwellwert überschreitet und/oder wenn der Differenzwinkel zwischen einem Lenkwinkel und einer Geradeausfahrt über einen festgelegten Zeitraum einen Schwellwert überschreitet. Dadurch wird eine Reaktion auf niederfrequente Lenkradschwankungen und/oder eine Langzeitkorrektur bei einer langezogenen Kurvenfahrt vermieden.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 008 337 A1 offenbart ein Verfahren zur Detektion mindestens eines Fehlers in einem Kraftfahrzeug. Hierzu wird ein Unterstützungsmoment erfasst und ausgewertet. Falls über eine Anzahl von Fahrzyklen in allen Fahrzyklen ein Betrag eines neutralen Unterstützungsmoments um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert von einem Referenzmoment abweicht oder in allen Fahrzyklen ein zeitlicher Verlauf eines Unterstützungsmoments bei einem vorbestimmten Lenkmanöver um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem Referenzverlauf abweicht, ist ein Eintrag in einen Fehlerspeicher generierbar. Ein neutrales Unterstützungsmoment bezeichnet hierbei ein Unterstützungsmoment, welches bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs von einem Aktor erzeugt wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 043 069 A1 betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Servolenksystems. Dabei werden an einer linken Spurstange und an einer rechten Spurstange einer lenkbaren Achse des Kraftfahrzeugs auftretende Kräfte, insbesondere laufend, erfasst und miteinander verglichen. Ein Spurversatz des Kraftfahrzeugs wird erkannt, falls sich die auftretenden Kräfte wenigstens über eine vorgegebene Zeitspanne in Betrag und/oder Richtung wenigstens um einen vorgegebenen Schwellwert voneinander unterscheiden. Ein erkannter Spurversatz kann auch von einem elektronischen Servolenksystem bzw. dessen Nutzfunktionen berücksichtigt werden.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren, mit dem die Beschädigung eines Bauteils des Lenkstrangs eines Kraftfahrzeugs erkannt werden kann, sowie ein zugeordnetes Kraftfahrzeug anzugeben.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Kraftfahrzeug eine Steuereinrichtung, ein Lenkrad, einen Lenkwinkelsensor zur Messung eines Lenkwinkels und einen Kraftsensor zur Messung von Lenkkräften und/oder einen Drehmomentsensor zur Messung von Lenkmomenten umfasst, wobei bei Ermittlung des Eintretens wenigstens einer vorgegebenen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeugs, die ein Schadensereignis indizieren kann, anhand der Sensordaten eines wenigstens einen Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs messenden fahrzeugseitig angeordneten Sensors, die Steuereinrichtung die folgenden Schritte durchgeführt:
- – Ermittlung eines ersten Geradeauslauflenkwinkels, der einen Lenkwinkel angibt, bei dem sich das Fahrzeug geradeaus bewegt,
- – Vergleich des ersten Geradeauslauflenkwinkels mit einem vor Eintreten oder mit Eintritt der Betriebsbedingung ermittelten zweiten Geradeauslauflenkwinkel, und
- – Gabe eines Schadenssignals an einen Benutzer des Kraftfahrzeugs und/oder Speichern eines Fehlereintrags in einem Fehlerspeicher und/oder Anpassung mindestens eines Parameters eines Fahrassistenzsystems, wenn eine Abweichung des ersten Geradeauslauflenkwinkel vom zweiten Geradeauslauflenkwinkel größer ist als ein vorgegebener Grenzwert.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass, sobald ein Ereignis detektiert wird, das darauf hinweist, dass das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt sein könnte und insbesondere eine Beschädigung eines Bauteils des Lenkstrangs erfolgt sein kann, eine Überprüfung erfolgen soll, ob eine solche Beschädigung eines Bauteils des Lenkstrangs tatsächlich stattgefunden hat. Um Situationen zu erkennen, in denen eine Beschädigung eines Bauteils des Lenkstrangs möglich ist, und um zu ermitteln, ob sie tatsächlich erfolgt sind, ist es vorteilhaft, wenn der Steuereinrichtung möglichst viele Informationen über Parameter der Lenkung zur Verfügung stehen. Daher sollte das Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens zumindest zwei Sensoren aufweisen, die Informationen über das Lenkverhalten des Kraftfahrzeugs liefern.
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Im Folgenden wird der gesamte Lenkstrang teilweise auch als Lenkung bezeichnet. Unter der Lenkung eines Kraftfahrzeugs sind also alle Komponenten eines Lenkstrangs, also neben der Lenkung selbst auch Schwenklager und Ähnliches zu verstehen.
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Zum einen wird ein Lenkwinkelsensor genutzt, der den Lenkwinkel am Lenkrad ermittelt. Mit einem solchen Sensor wird also ermittelt, wie das Lenkrad ausgerichtet ist und damit auch, welches die vom Fahrer gewünschte Fahrtrichtung ist. Die zweite wesentliche Information im erfindungsgemäßen Verfahren ist, welche Lenkkräfte bzw. Lenkmomente auftreten. Lenkmomente können in jedem Bereich der Lenkung des Kraftfahrzeugs gemessen werden, in dem eine Übertragung der Lenkbewegung durch Rotation erfolgt. So ist es möglich, einen Lenkmomentsensor direkt an dem Lenkrad anzuordnen und ihn beispielsweise als gemeinsames Bauteil mit dem Lenkwinkelsensor auszubilden. Häufig wird in Kraftfahrzeugen aber auch eine elektronische Servolenkung genutzt. In diesem Fall ist es auch möglich, dass die Messung des Lenkmoments in einer Baugruppe der elektronischen Servolenkung erfolgt. Selbstverständlich kann der Drehmomentsensor auch an jeglicher anderen Stelle der Lenksäule angeordnet sein.
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Alternativ oder ergänzend zu den Lenkmomenten können auch direkt Lenkkräfte gemessen werden. Eine Messung von Lenkkräften wird typischerweise in dem Bereich der Lenkung erfolgen, indem die Rotation der Lenksäule bereits in lineare Kräfte umgesetzt ist, also beispielsweise an den Übertragungspunkten zur Spurstange, am Achskörper, den Lenkhebeln oder am Rad selbst.
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Da im erfindungsgemäßen Verfahren Informationen über den Lenkwinkel und das Lenkmoment und/oder die Lenkkraft zur Verfügung stehen, können Ereignisse, die potentiell zu einer Verformung oder andersartigen Beschädigung eines Bauteils führen, erkannt werden. Um ein Bauteil der Lenkung zu verformen oder anderweitig zu beschädigen ist typischerweise ein kurzer Kraftstoß auf das Bauteil erforderlich. Ein solcher kurzer Kraftstoß führt zum einen zu einem plötzlichen Ansteigen der Lenkkraft und des Lenkmoments, zum anderen wird ein solcher plötzlicher Schlag normalerweise nicht vollständig durch ein Gegenlenken des Benutzer kompensiert und führt damit zu einer sprunghaften Änderung des Lenkwinkels.
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Ergänzend können zur Ermittlung der vorgegebenen Betriebsbedingung noch Bedingungen genutzt werden, die beispielsweise Daten von Beschleunigungssensoren am Kraftfahrzeug auswerten. Es ist auch vorstellbar, dass Kameras, Abstandssensoren oder Ähnliches genutzt werden um das Eintreten einer vorgegebenen Betriebsbedingung festzustellen. Neben einer direkten Benutzung von Sensordaten ist es auch möglich, das Ergebnis der Auswertung von Daten zu nutzen, die bereits durch andere Fahrassistenzsysteme ausgewertet wurden.
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Wesentlich ist jedoch, dass im erfindungsgemäßen Verfahren das Eintreten einer vorgegebenen Betriebsbedingung, die ein Schadensereignis indiziert, noch nicht zur Gabe eines Fehlersignals oder zu anderen für den Benutzer erkennbaren Reaktionen führt. Dies ist vorteilhaft, da eine Vielzahl weiterer Ereignisse denkbar sind, die zwar durch das Auswerten eines begrenzten Satzes an Sensordaten zunächst ein Schadensereignis zu indizieren scheinen, die jedoch üblicherweise nicht zu einer Beschädigung eines Bauteils der Lenkung führen. So können beispielsweise Überlastsicherungen in der Lenkung greifen, wodurch auch plötzliche Kraft- und Lenkwinkeländerungen erfolgen können. Deshalb wird im erfindungsgemäßen Verfahren das Auftreten der Betriebsbedingung nur als erstes Indiz für ein Schadensereignis gewertet und es werden weitere Schritte durchgeführt, um zu überprüfen, ob tatsächlich ein Schadensereignis aufgetreten ist.
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Zur Überprüfung, ob ein Schadensereignis aufgetreten ist, wird im erfindungsgemäßen Verfahren ein erster Geradeauslauflenkwinkel, der nach Auftreten der Betriebsbedingung ermittelt wurde mit einem zweiten Geradeauslauflenkwinkel, der vor dem Eintreten der Betriebsbedingung ermittelt wurde, verglichen. Ist ein Bauteil der Lenkung beschädigt, ist dies in nahezu allen Fällen dadurch zu erkennen, dass der Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs verändert ist. Wie eingangs erwähnt, ist die Veränderung nicht notwendigerweise so stark, dass sie einem Benutzer des Kraftfahrzeugs auffällt, oder dass sich dieser an der Veränderung stört. Durch eine Ermittlung des Geradeauslaufs über längere Zeiträume können jedoch schon geringfügige Abweichungen im Geradeauslauf erkannt werden.
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In vielen modernen Kraftfahrzeugen wird im normalen Fahrbetrieb ohnehin ein Geradeauslaufwinkel des Kraftfahrzeugs ermittelt. Der Geradeauslauflenkwinkel wird beispielsweise in einer Vielzahl von Fahrassistenzsystemen, insbesondere querführenden Fahrsystemen, genutzt. Auch bei Nutzung einer elektronischen Servolenkung kann das Lenkverhalten leicht verbessert werden, wenn ein Geradeauslaufwinkel bekannt ist. Ein Geradeauslauflenkwinkel kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass beim Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs keine seitlichen Kräfte auftreten, wenn die Spureinstellungen des Kraftfahrzeugs korrekt sind. Es können jedoch auch eine Vielzahl weiterer Methoden genutzt werden, wie das Auswerten von Kamerabildern, der seitlichen Beschleunigung oder ähnliches. Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren zur Ermittlung des Geradeauslaufs bekannt. Diese sollen hier daher nicht näher erläutert werden.
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Um den nach dem Eintreten der Betriebsbedingung ermittelten Geradeauslauflenkwinkel mit dem zuvor ermittelten Geradeauslauflenkwinkel vergleichen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der zuvor ermittelte Geradeauslauflenkwinkel gespeichert ist. Es ist möglich, dass ohnehin eine längerfristige Speicherung von ermittelten Geradeauslauflenkwinkeln vorgesehen ist, oder dass nur in gewissen Phasen des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs Geradeauslauflenkwinkel ermittelt werden und diese gespeichert sind. Es kann auch sein, dass ein Geradeauslauflenkwinkel für das Kraftfahrzeug bereits vor Fahrtantritt festgelegt ist. Wird der Geradeauslauflenkwinkel dynamisch angepasst, kann der Geradeauslauflenkwinkel regelmäßig gesichert werden, um im erfindungsgemäßen Verfahren einen Vergleichswert für den Geradeauslauflenkwinkel zu haben.
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Dies ist jedoch häufig nicht notwendig, da in den meisten Verfahren zur Anpassung der Geradeauslauflenkwinkels die Anpassung der Geradeauslauflenkwinkels nur langsam erfolgt, beispielsweise durch einen Regelkreis mit einer langen Zeitkonstante im Bereich von mehreren Minuten. In diesem Fall kann der zweite Geradeauslauflenkwinkel auch erst mit Eintritt der vorgegebenen Betriebsbedingung ermittelt werden. So ist es in diesem Fall möglich, mit Eintritt der vorgegebenen Betriebsbedingung den zweiten Geradeauslauflenkwinkel zu ermitteln, zwischenzuspeichern und anschließend eine Ermittlung des ersten Geradeauslauflenkwinkels zu beginnen. Diese kann insbesondere schneller, das heißt beispielsweise mit einer kürzeren Zeitkonstante, erfolgen, als die Ermittlung des zweiten Geradeauslauflenkwinkels.
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Die Ermittlung des ersten Geradeauslauflenkwinkels kann beispielsweise über ein vorgegebenes Zeitintervall erfolgen. Ist ein solches vorgegebenes Zeitintervall verstrichen oder sind andere Bedingungen erfüllt, die sicherstellen, dass der erste Geradeauslauflenkwinkel sich voraussichtlich kaum weiter ändert, so kann der erste Geradeauslauflenkwinkel, mit dem zweiten Geradeauslauflenkwinkel verglichen werden. Große Änderungen zwischen dem ersten Geradeauslauflenkwinkel und dem zweiten Geradeauslauflenkwinkel weisen auf eine mechanische Veränderung der Lenkung des Kraftfahrzeugs und damit auf eine Beschädigung eines Bauteils hin. In diesem Fall können implementierungsabhängig verschiedene Reaktionen erfolgen.
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Ist im Kraftfahrzeug ein Fehlerspeicher vorhanden, so kann es vorteilhaft sein, die Beschädigung sowie eventuell weitere Parameter, die während der Feststellung des Schadens an dem Bauteil ermittelt wurden, in dem Fehlerspeicher zu speichern.
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Zudem kann es vorteilhaft sein, direkt eine Warnung an den Benutzer auszugeben. Die Warnung an den Benutzer kann selbstverständlich abhängig von der Stärke der Beschädigung sein. So kann bei einer starken Änderung des Geradeauslauflenkwinkels beispielsweise ein akustisches Signal gegeben werden, während bei einer leichten Änderung des Geradeauslauflenkwinkels beispielsweise lediglich eine Warnleuchte aktiviert wird.
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Es ist auch möglich, die Parameter von Fahrassistenzsystemen anzupassen. Insbesondere können Spurführungssysteme oder ähnliches derart angepasst werden, dass weitere starke Belastungen eines potentiell beschädigten Bauteils vermieden werden. Es ist zudem vorteilhaft, den neuen Wert für den Geradeauslauf auch Fahrassistenzsystemen zu übergeben, für deren Funktion eine Erkenntnis des Geradeauslauflenkwinkels vorteilhaft ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Sensordaten Messwerte für den Lenkwinkel für wenigstens zwei aufeinanderfolgende Messzeitpunkte sowie die Lenkkraft und/oder das Lenkmoment für wenigstens einen der Messzeitpunkte umfassen. Wie erwähnt ist bei einem Einwirken von Kräften auf Bauteile der Lenkung, die ausreichend groß sind, ein Bauteil zu beschädigen, zu erwarten, dass es zu plötzlichen Änderungen des Lenkwinkels kommt. Solche plötzlichen Änderungen des Lenkwinkels können durch die Aufnahme aufeinanderfolgender Lenkwinkel erkannt werden. Zudem sind bei einer Beschädigung eines Bauteils große Kräfte oder Drehmomente zu erwarten. Damit sind auch Lenkkraftdaten und Lenkmomentdaten wesentlich zum Erkennen einer potentiellen Beschädigung.
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Die Betriebsbedingung oder eine der Betriebsbedingungen kann ein Übersteigen eines vorgegebenen Winkelgradientengrenzwertes durch den Gradienten der Messwerte des Lenkwinkels und/oder eines vorgegebenen Momentgrenzwertes durch den Messwert des Lenkmoments und/oder eines vorgegebenen Kraftgrenzwertes durch den Messwert der Lenkkraft für den Messzeitpunkt sein. Das Übersteigen eines Winkelgradientengrenzwertes durch den Gradienten der Messwerte des Lenkwinkels entspricht einer sehr plötzlichen Lenkbewegung, wie sie auftreten kann, wenn bei einem Ereignis eine Bauteilbeschädigung auftritt. Eine plötzliche Änderung des Lenkwinkels alleine ist häufig jedoch nicht ausreichend, um festzustellen, dass eine Bauteilbeschädigung möglich ist. Deshalb können alternativ oder ergänzend noch Lenkmomente oder Lenkkräfte berücksichtigt werden. Insbesondere wenn zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Lenkmoment oder eine Lenkkraft einen Messwert übersteigt auch eine plötzliche Änderung des Lenkwinkels erfolgt, ist dies ein starkes Indiz dafür, dass eine Beschädigung eines Bauteils der Lenkung erfolgt sein könnte.
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Wie erwähnt sind zur Ermittlung des ersten oder des zweiten Geradeauslauflenkwinkels eine Vielzahl unterschiedlicher Ansätze möglich. So kann die Steuereinrichtung den ersten Geradeauslauflenkwinkel und/oder den zweiten Geradeauslauflenkwinkel kontinuierlich oder beim Eintreten vorgegebener Messbedingungen in Abhängigkeit eines am Lenkwinkelsensor gemessenen Lenkwinkels durch Regelung anpassen. Es kann also beispielsweise ein Regelkreis genutzt werden, der bei einem tatsächlichen Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs versucht, die Differenz des tatsächlich gemessenen Lenkwinkels und des Geradeauslauflenkwinkels auf Null zu regeln. Die Stellgröße ist hier der Geradeauslauflenkwinkel, der angepasst wird, wenn der Winkel, der zu einem tatsächlichen Geradeauslauf führt, vom Geradeauslauflenkwinkel abweicht. Die Anpassung des Geradeauslauflenkwinkel soll in der Regel über relativ lange Zeiträume erfolgen. Daher ist es häufig ausreichend, den Geradeauslauflenkwinkel über eine reine Proportionalregelung anzupassen. Eine Proportionalregelung kann beispielsweise erreicht werden, indem die letzten Messwerte für Winkel, die bei einem tatsächlichen Geradeauslauf auftraten, derart gewichtet werden, dass neuere Werte stärker gewichtet werden als ältere Werte und alle Werte aufaddiert werden. Häufig soll jedoch nicht jeder vorangehende Winkel gespeichert werden. Daher ist es auch möglich, eine gerichtete Summe aus dem aktuell gemessenen Winkel und dem zuvor ermittelten Geradeauslauflenkwinkel zu ermitteln. Die Gewichtung sollte hier so erfolgen, dass die Summe der Gewichtungsfaktoren 1 ist.
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Ferner ist es auch möglich, den Geradeauslauflenkwinkel durch eine Integralregelung anzupassen oder eine Integral-Proportional- und/oder Differentialregelung in beliebiger Kombination zu verwenden.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, den Geradeauslauflenkwinkel zu Zeiten zu regeln, zu denen das Fahrzeug sich nicht geradeaus bewegt. So kann beispielsweise eine Seitwärtsbewegung des Kraftfahrzeugs mit einem gemessenen Lenkwinkel verglichen werden und bei einer stärkeren oder schwächeren Seitwärtsbewegung, als für den Lenkwinkel und die weiteren Fahrzeugparameter zu erwarten ist, der Geradeauslauflenkwinkel angepasst werden. Dem Fachmann sind eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten zur Anpassung eines Geradeauslauflenkwinkels bekannt.
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Ein tatsächlicher Geradeauslauf kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass keine Lenkkräfte auftreten. Alternativ kann jedoch auch eine Kamera genutzt werden, um einen Geradeauslauf zu erkennen, oder es kann beispielsweise auch der Winkel als Geradeauslauflenkwinkel bestimmt werden, der dem zeitlich meistgenutzten Lenkwinkel entspricht. Diese Methoden können auch frei kombiniert werden. Dem Fachmann sind weitere Methoden bekannt, um einen Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs zu ermitteln.
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Erfolgt eine Anpassung des ersten und zweiten Geradeauslauflenkwinkels durch Regelung, so kann insbesondere eine erste Zeitkonstante der Regelung zur Ermittlung des ersten Geradeauslauflenkwinkels unmittelbar nach Ermittlung des Eintritts der Betriebsbedingung kürzer sein als eine zweite Zeitkonstante zur Ermittlung des zweiten Geradeauslauflenkwinkels zur Ermittlung der Betriebsbedingung. Insbesondere kann in dem Fall, dass die Ermittllung des Geradeauslauflenkwinkels vor Ermittlung der Betriebsbedingung kontinuierlich erfolgt, die Zeitkonstante zur Ermittlung des ersten Geradeauslauflenkwinkels kürzer sein als die Zeitkonstante zur Ermittlung des zweiten Geradeauslauflenkwinkels unmittelbar vor Eintritt der Betriebsbedingung.
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Durch die kürzere Zeitkonstante zur Anpassung der Geradeauslauflenkwinkels nach dem Eintritt der Betriebsbedingung wird eine schnellere Anpassung erreicht, wodurch ein klarerer Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Geradeauslauflenkwinkel ermittelt werden kann. Dies ist aus zwei Gründen vorteilhaft. Zum einen soll möglichst schnell Klarheit über eine eventuelle Beschädigung eines Bauteils herrschen, um den Benutzer des Kraftfahrzeugs warnen zu können und eventuell weitere Fahrzeugsysteme aufgrund dieser Beschädigung anpassen zu können. Zum anderen würde bei einer sehr langsamen Anpassung des Geradeauslauflenkwinkels nach Eintritt der Betriebsbedingung insbesondere bei einer geringfügigen Beschädigung eines Bauteils kaum eine klare Erkennung einer Veränderung des Geradeauslauflenkwinkels aufgrund der Beschädigung des Bauteils erkannt werden können.
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Insbesondere können nach Eintritt der Betriebsbedingungen sehr kurze Zeitkonstanten im Bereich von wenigen Sekunden oder weniger als einer Sekunde genutzt werden. Somit wird erreicht, dass der zweite Geradeauslauflenkwinkel „verworfen” wird und der erste Geradeauslauflenkwinkel quasi frisch ermittelt wird. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich zur Ermittlung des ersten Geradeauslauflenkwinkels den Geradeauslauflenkwinkel, der angepasst wird, auf einen vorgegebenen Wert zurückzusetzen.
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Es ist möglich, das Verfahren durch einen weiteren Schritt zu ergänzen, wobei in dem weiteren Schritt ein dritter Geradeauslauflenkwinkel aus der gewichteten Summe des ersten und des zweiten Geradeauslauflenkwinkels gebildet wird. Dies kann unabhängig davon erfolgen, ob ein Defekt eines Bauteils ermittelt wurde oder nicht. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Gewichtungsfaktor abhängig davon anzupassen, ob ein Bauteildefekt ermittelt wurde oder nicht. Vorteilhaft an dieser gemeinsamen Verwendung des ersten und des zweiten Geradeauslauflenkwinkels ist es, dass der erste Geradeauslauflenkwinkel, wie bereits beschrieben, üblicherweise mit einer kürzeren Zeitkonstante ermittelt wird und damit ungenauer ist. Wird nun beispielsweise kein Bauteilschaden ermittelt, so können die neu ermittelten Werte für den ersten Geradeauslauflenkwinkel mit den Werten des ursprünglichen zweiten Geradeauslauflenkwinkels kombiniert werden, indem sie beispielsweise mit einer geringen Gewichtung zu diesen Werten addiert werden. Dadurch können die im Rahmen des Verfahrens zusätzlich gewonnenen Daten zur Verbesserung des bereits vorliegenden Geradeauslauflenkwinkels genutzt werden.
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Insbesondere in dem Fall, in dem eine Beschädigung eines Bauteils der Lenkung des Kraftfahrzeugs ermittelt wurde, kann es auch vorteilhaft sein als neuen Geradeauslaufwinkel den ersten Geradeauslaufwinkel zu nutzen. In diesem Fall sind keine weiteren Verfahrensschritte erforderlich, da die Ermittlung des Geradeauslauflenkwinkels schlicht fortgesetzt werden kann, indem beispielsweise zur Regelung des Geradeauslauflenkwinkels wieder eine längere Zeitkonstante genutzt wird.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Fahrassistenzsystem, dessen Parameter bei Ermittlung eines Bauteildefekts angepasst werden, ein querführendes Fahrassistenzsystem ist. Viele querführende Fahrassistenzsysteme benötigen zuverlässige Informationen über den Geradeauslauflenkwinkel. Damit sollten diese besonders schnell angepasst werden, falls ein Bauteildefekt auftritt, der insbesondere den Geradeauslauflenkwinkel verändert. Ergänzend kann es vorteilhaft sein, Parameter von Fahrassistenzsystemen anzupassen, um die Belastungen für beschädigte Komponenten zu verringern. So können beispielsweise auch längsführende Fahrassistenzsysteme wie Antiblockiersysteme, die kurzfristige hohe Belastungen für Bauteile erzeugen können, angepasst werden, um weitere Beschädigungen der Bauteile zu vermeiden. Gleiches gilt selbstverständlich auch für querführende Fahrassistenzsysteme wie Spurassistenzsysteme, für Differentialsperren oder Ähnliches.
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Bei Speicherung eines Fehlereintrags ist es vorteilhaft zur späteren Diagnose des Fehlers möglichst viele Informationen über den Auftritt des Fehlers, das heißt über die Beschädigung des Bauteils zu erhalten. Daher ist es möglich, dass der Fehlereintrag die Abweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Geradeauslauflenkwinkel und/oder den ersten und zweiten Geradeauslauflenkwinkel selbst umfasst. Alternativ oder ergänzend können auch in dem Fall, in dem keine Bauteilbeschädigung festgestellt wurde, die Differenz der Geradeauslauflenkwinkel oder beide Geradeauslauflenkwinkel gespeichert werden, um weitere Informationen über den Grund des Auftretens der Betriebsbedingung zu erhalten.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere Beschädigungen einer Spurstange erkannt werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Spurstange eine Sollknickstelle aufweist. Zudem ist es vorteilhaft, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen dem Auslösen einer Überlastsicherung an der Lenkung, die insbesondere eine Rutschkupplung oder ein in diskreten Schritten verschiebbarer Riemen sein kann, und einer tatsächlichen Beschädigung eines Bauteils unterschieden werden kann. Ein Auslösen einer solchen Überlastsicherung führt zwar zu kurzzeitig hohen Kräften und schnellen Lenkwinkeländerungen, üblicherweise wird der Geradeauslauflenkwinkel jedoch nicht geändert.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug umfassend eine Steuereinrichtung, ein Lenkrad, einen Lenkwinkelsensor zur Messung eines Lenkwinkels, einen Kraftsensor zur Messung von Lenkkräften und/oder einen Drehmomentsensor zur Messung von Lenkmomenten, wobei die Steuereinrichtung zur Durchführung eines beschriebenen Verfahrens zur Erkennung einer Beschädigung eines Bauteils ausgebildet ist.
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Das Bauteil kann insbesondere eine Spurstange sein, wobei die Spurstange eine oder mehrere vorgegebene Sollknickstellen aufweisen kann.
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Zudem kann die Lenkung des Kraftfahrzeug eine lenkungsinterne Überlastsicherung aufweisen, die insbesondere eine Rutschkupplung oder ein in diskreten Schritten verschiebbarer Riemen ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 ein Ablaufdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrens zur Erkennung einer Beschädigung eines Bauteils der Lenkung eines Kraftfahrzeugs umfasst, und
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2 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Betriebs eines Kraftfahrzeugs, das ein Verfahren zur Erkennung einer Beschädigung eines Bauteils der Lenkung des Kraftfahrzeugs umfasst. Das Kraftfahrzeug befindet sich zum Zeitpunkt S1 bereits in Betrieb. Während des Betriebs des Kraftfahrzeugs wird in Schritt S2 ein zweiter Geradeauslauflenkwinkel bestimmt. Die Bestimmung des zweiten Geradeauslauflenkwinkels kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein vorgegebener Geradeauslauflenkwinkel stetig durch eine Regelung, die beispielsweise eine Proportional-Integralregelung sein kann, angepasst wird. Eine Anpassung kann beispielsweise regelmäßig dann erfolgen, wenn ein Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs durch Auswertung von beispielsweise Beschleunigungssensordaten, Kameradaten oder Ähnlichem ermittelt wird. Vorteilhafterweise kann ein Geradeauslauflenkwinkel beim Abstellen des Kraftfahrzeugs auch gespeichert werden und beim Starten des Kraftfahrzeugs wiederhergestellt werden, so dass der Geradeauslauflenkwinkel nicht jedes Mal neu angepasst werden muss. Auch wenn die Ermittlung des Geradeauslauflenkwinkels hier als ein diskreter Schritt S2 angegeben ist, erfolgt diese Ermittlung kontinuierlich.
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In den Schritten S3 und S4 wird ein erster und ein zweiter Lenkwinkel ermittelt. Auch die Erfassung des Lenkwinkels kann kontinuierlich erfolgen, wobei hier nur die Nutzung von zwei Lenkwinkeln gezeigt ist. In dem hier gezeigten Verfahren sollen ausschließlich die Änderungen der Lenkwinkel berücksichtigt werden. Dafür ist die Erfassung von zumindest zwei Lenkwinkeln in den Schritten S3 und S4 notwendig. Alternativ können selbstverständlich die Lenkwinkel kontinuierlich erfasst werden und es können nur die letzten beiden Lenkwinkel genutzt werden. Daneben können zur Berechnung des Gradienten des Lenkwinkels selbstverständlich auch Verfahren genutzt werden, die mehr als die letzten zwei Lenkwinkel nutzen und beispielsweise eine Funktion an mehrere zeitlich beabstandet gemessene Lenkwinkel fitten, um einen Gradienten zu bestimmen.
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Als letzter Wert, der von entscheidender Bedeutung für die Ermittlung der Betriebsbedingung im später folgenden Schritt S10 ist, wird in Schritt S5 ein Lenkmomentwert bestimmt. Alternativ kann in diesem mit Schritt auch ein Lenkkraftwert bestimmt werden. Auch eine Bestimmung von Lenkmoment und Lenkkraftwerten ist möglich. Ergänzend können weitere Sensordaten aufgenommen werden, deren Aufnahme hier nicht gezeigt ist.
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In Schritt S6 wird der Gradient des Lenkwinkels, der in Schritt S3 und der Schritt S4 gemessen wurde, berechnet. Die Gradientenberechnung erfolgt hier schlicht durch Differenzbildung der in Schritt S3 und Schritt S4 ermittelten Werte.
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Der in Schritt S6 ermittelte Gradient wird in Schritt S7 mit einem Grenzwert verglichen. Ebenso wird der in Schritt S5 ermittelte Wert für ein Lenkmoment in Schritt S8 mit einem weiteren Grenzwert verglichen. In Schritt S7 und Schritt S8 wird also jeweils überprüft, ob die Bedingung, dass ein Wert einen Grenzwert übersteigt, wahr ist. Die Ergebnisse der beiden Schritte S7 und S8 werden in Schritt S9 logisch durch eine und-Verknüpfung verknüpft. Dies bedeutet, dass in Schritt S9 nur eine wahre Bedingung ermittelt wird, wenn in Schritt S7 und Schritt S8 wahre Bedingungen ermittelt wurden, das heißt, wenn sowohl der in Schritt S6 ermittelte Gradient des Lenkwinkels, als auch der in Schritt S5 ermittelte Wert des Drehmoments jeweils einen Grenzwert überschreiten.
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Wird in Schritt S9 ermittelt, dass nicht beide Bedingungen eingetreten sind, folgt in Schritt S10 eine Verzweigung zu Schritt S11, in dem nach einem kurzen Warteintervall das Verfahren von Beginn an wiederholt wird. Wird jedoch ermittelt, dass beide Bedingungen wahr sind und damit eine vorgegebene Betriebsbedingung eingetreten ist, wird das Verfahren mit Schritt S12 fortgesetzt.
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In Schritt S12 wird ein erster Geradeauslauflenkwinkel ermittelt. Die Bestimmung des ersten Geradeauslauflenkwinkels erfolgt mit einer kürzeren Zeitkonstante als die Ermittlung des zweiten Geradeauslauflenkwinkels in Schritt S2. Auch hier erfolgt die Bestimmung des Geradeauslauflenkwinkels kontinuierlich.
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Wird der zweite Geradeauslauflenkwinkel nicht ohnehin regelmäßig gespeichert oder ist er nur zeitlich begrenzt an einer Speicherstelle vorhanden, so ist es vorteilhaft, vor der Ermittlung des ersten Geradeauslauflenkwinkels, das heißt, insbesondere vor Anpassung der Zeitkonstante den zweiten Geradeauslauflenkwinkel zwischenzuspeichern.
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Nachdem ein erster Geradeauslauflenkwinkel ermittelt ist, das heißt typischerweise nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls, werden die ersten und zweiten Geradeauslauflenkwinkel in Schritt S13 subtrahiert und es wird der Betrag dieser Differenz gebildet. In Schritt S14 wird überprüft, ob dieser Betrag einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren mit Schritt S15 fortgesetzt. Dies bedeutet, dass keine Beschädigung eines Bauteils der Lenkung festgestellt wurde.
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In Schritt S15 ist es dennoch möglich, dass der erste und der zweite Geradeauslauflenkwinkel oder ihre Differenz in einem Speicher gespeichert werden, um das Eintreten der Betriebsbedingung später besser analysieren zu können. Des weiteren können in Schritt S15 die im Rahmen der Ermittlung des ersten Geradeauslauflenkwinkels ermittelten Daten mit denen, die im Rahmen der Ermittlung des zweiten Geradeauslauflenkwinkels ermittelt wurden, kombiniert werden, oder es kann zumindest die Zeitkonstante zur Anpassung des ersten Geradeauslauflenkwinkels verlängert werden. Anschließen kann beispielsweise zu Schritt S11 gesprungen werden, dort ein kurzes Warteintervall abgewartet werden und das Verfahren von Anfang an wiederholt werden.
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Wird im Schritt S14 jedoch ermittelt, dass der Betrag der Differenz des ersten Geradeauslauflenkwinkels und des zweiten Geradeauslauflenkwinkels einen Grenzwert überschreitet, so wird das Verfahren in Schritt S16 fortgesetzt. In Schritt S16 können diverse Reaktionen darauf folgen, dass eine Beschädigung eines Bauteils der Lenkung des Kraftfahrzeugs festgestellt wurde. So kann eine Warnung an den Benutzer des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden. In den meisten Fällen ist es ausreichend, eine Warnleuchte im Kraftfahrzeug zu aktivieren. Wird jedoch eine starke Abweichung des Geradeauslauflenkwinkels festgestellt, oder werden durch andere Parameter weitere Indizien ermittelt, dass ein sicherer Weiterbetrieb des Kraftfahrzeugs nicht möglich ist, ist es auch möglich, den Fahrer zusätzlich oder alternativ akustisch oder haptisch zu warnen.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn in diesem Schritt ein Eintrag in einen Fehlerspeicher des Kraftfahrzeugs erfolgt. Hier können insbesondere erste und der zweite Geradeauslauflenkwinkel oder zumindest die Differenz der Geradeauslauflenkwinkel gespeichert werden, um eine spätere Diagnose des ermittelten Schadens zu erleichtern.
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Zuletzt können aufgrund der Feststellung der Beschädigung des Bauteils Parameter von Fahrassistenzsystemen angepasst werden. Insbesondere kann ein neu ermittelter Geradeauslauflenkwinkel an Fahrsysteme übermittelt werden, die von dem Geradeauslauflenkwinkel abhängig sind. Daneben können auch die Parameter von Fahrassistenzsystemen angepasst werden, die abhängig von einer Belastbarkeit von Fahrzeugkomponenten ein anderes Verhalten zeigen sollen. So kann beispielsweise ein Spurassistenzsystem oder eine Differentialsperre angepasst werden, um weitere Belastungen des beschädigten Bauteils zu vermeiden.
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Nach Feststellung des Defekts und einer passenden Reaktion endet das Verfahren mit Schritt S17. Selbstverständlich ist es möglich, das Verfahren auch in diesem Fall wieder von Anfang an beginnen zu lassen. Insbesondere bei geringfügigen Änderungen des Geradeauslauflenkwinkels und damit zur erwartenden geringfügigen Beschädigungen eines Bauteils kann der Fahrbetrieb bis auf eine Warnung sowie geringfügige weitere Anpassungen im Kraftfahrzeug zunächst normal fortgesetzt werden.
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2 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, dessen Steuereinrichtung 2 dazu ausgebildet ist, durch Auswertung der Sensoren 4, 5, 6 und 11 Beschädigungen einer Spurstange 10 zu erkennen. Im Fahrbetrieb werden durch die Steuereinrichtung 2 die Daten des Lenkwinkelsensors 4, der den Lenkwinkel des Lenkrads 3 misst, des Drehmomentsensors 6, der hier Teil einer elektromechanischen Servolenkung ist und des Kraftsensors 5, der die Kraftübertragung von der Spurstange 10 auf den Lenkhebel 9 misst, sowie des Beschleunigungssensors 11 stetig gemessen und ausgewertet. Die Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung und den Sensoren erfolgt über einen CAN-Bus 12.
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Als eine erste Information wird durch die Steuereinrichtung ein Geradeauslaufwinkel ermittelt. Zur Ermittlung des Geradeauslauflenkwinkels wird eine seitliche Bewegung des Kraftfahrzeugs durch die Kamera 8, den Beschleunigungssensor 11 sowie den Kraftsensor 5 ermittelt. Abhängig vom am Lenkwinkelsensor 4 gemessenen Lenkwinkel und der ermittelten Seitwärtsbewegung des Kraftfahrzeugs wird der Geradeauslauflenkwinkel durch die Steuereinrichtung 2 angepasst.
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Kommt es zu einem Ereignis, dass es wahrscheinlich erscheinen lässt, dass die Spurstange 10 beschädigt ist, so kann die Steuereinrichtung 2 dies ebenfalls durch Auswerten der Sensordaten ermitteln. Dies wird beispielhaft an einer Kollision im Bereich des Vorderrads des Kraftfahrzeugs erläutert.
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Eine Kollision im Bereich des Vorderrads führt dazu, dass sich das Kraftfahrzeug plötzlich bewegt. Daher werden am Beschleunigungssensor 11 plötzliche Beschleunigungen ermittelt. Zudem führt ein Verbiegen der Spurstange 10 zu plötzlichen Lenkbewegungen am Lenkrad 3, wodurch der Lenkwinkelsensor 4 plötzlich Änderungen des Lenkrads ermittelt. Damit steigt ein Gradient des Lenkwinkels, der in der Steuereinrichtung 2 ermittelt wird, über einen vorgegebenen Grenzwert. Zugleich werden große Drehmomente auf die Lenksäule 7 ausgeübt, die durch den Drehmomentsensor 6 ermittelt werden und es werden große Kräfte im Bereich der Spurstange ausgeübt, die durch den Kraftsensor 5 ermittelt werden.
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Somit werden in der Steuereinrichtung mehrere Grenzwerte für Sensordaten oder Gradienten von Sensordaten überschritten, wodurch festgestellt wird, dass ein Indiz für eine Beschädigung der Spurstange 10 vorliegt. Daraufhin wird der bislang ermittelte Geradeauslauflenkwinkel von der Steuereinrichtung 2 zwischengespeichert und die Steuereinrichtung 2 beginnt mit der Ermittlung eines neuen Geradeauslauflenkwinkels.
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Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass die Zeitkonstante für die Anpassung des Geradeauslauflenkwinkels auf circa 1 Sekunde verkürzt wird. Dadurch wird der Geradeauslauflenkwinkel sehr schnell angepasst. Diese sehr kurze Zeit kann nach einigen Sekunden wieder etwas verlängert werden, und die Steuereinrichtung 2 kann beispielsweise nach 30 Sekunden den neu ermittelten ersten Geradeauslauflenkwinkel mit dem gespeicherten zweiten Geradeauslauflenkwinkel vergleichen.
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Überschreitet der Betrag der Differenz dieser ersten und zweiten Geradeauslauflenkwinkel einen vorgegebenen Grenzwert, so stellt die Steuereinrichtung 2 fest, dass die Spurstange 10 vermutlich beschädigt ist. Die Steuereinrichtung 2 führt daraufhin drei Aktionen aus. Zum einen wird eine Warnleuchte 13 am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs 1 aktiviert, zum anderen wird in einem internen Fehlerspeicher der Steuereinrichtung 2 ein Fehlereintrag gespeichert, der einen Fehlercode für eine vermutliche Beschädigung der Spurstange 10 sowie die Differenz des ersten und des zweiten Geradeauslauflenkwinkels umfasst und zum Dritten wird ein Grenzwert einer Differentialsperre 14 angepasst, um zusätzliche Belastungen der beschädigten Spurstange soweit möglich zu minimieren.
