DE102017214581B4

DE102017214581B4 - Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems

Info

Publication number: DE102017214581B4
Application number: DE102017214581.1A
Authority: DE
Inventors: Raphael Pittner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2037-08-23
Also published as: DE102017214581A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems (10) eines Fahrzeugs (12), bei welchem in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand, eine mit einer Ist-Lage eines Kraftübertragungsbauteils (14) des Lenksystems (10) korrelierte erste Überwachungsgröße (16) und eine mit einer Soll-Lage des Kraftübertragungsbauteils (14) korrelierte zweite Überwachungsgröße (18) überwacht, eine Abweichungskenngröße (20) zwischen der ersten Überwachungsgröße (16) und der zweiten Überwachungsgröße (18) ermittelt und zumindest anhand der Abweichungskenngröße (20) eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) erkannt wird, wobei ein Stillstehen der ersten Überwachungsgröße (16) bei gleichzeitiger Veränderung der zweiten Überwachungsgröße (18) erfasst und eine mit dem Stillstehen der ersten Überwachungsgröße (16) korrelierte Stillstandzeitdauer zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) berücksichtigt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems, bei welchem eine mechanische Beeinträchtigung eines Kraftübertragungsbauteils des Lenksystems erkannt wird. Zudem betrifft die Erfindung ein Steuergerät mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens, ein Lenksystem mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Lenksystem.
Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der WO 2011/054692 A1 oder der DE 10 2014 113 614 B3 , sind Verfahren zum Betreiben von Hilfskraftlenkungen bekannt, bei welchen eine mechanische Beeinträchtigung wenigstens einer Komponente des Lenksystems mittels einer Auswertung von Drehzahlmustern eines Servomotors des Lenksystems erkannt wird. Die mechanische Beeinträchtigung ist dabei durch eine Eisbildung im Bereich der Komponente und/oder ein kurzzeitiges Einfrieren und/oder Festfrieren der Komponente bewirkt und resultiert in einem sogenannten „Stick-Slip-Effekt“ im Lenksystem bei Einleitung einer Bewegung.
Da die Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung jedoch relativ komplex ist, wird mittels eines derartigen Verfahrens in bestimmten Fahrsituationen und/oder Anwendungszuständen, wie beispielsweise schnellen Kurvenfahrten und/oder schnellen Umlenkbewegungen, gelegentlich fälschlicherweise eine mechanische Beeinträchtigung erkannt, obwohl keine mechanische Beeinträchtigung im Lenksystem vorliegt.
Darüber hinaus verfügen Fahrzeuge heutzutage oftmals über einen autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand, bei welchen das Fahrzeug zumindest temporär ohne die Hände am Lenkrad gefahren werden kann. In diesem Fall wird eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs in der Regel mittels einer Reglereinheit des Lenksystems geregelt und/oder beeinflusst. Durch die Verwendung einer Reglereinheit wird die Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung jedoch weiter erschwert.
Ferner ist aus der DE 10 2015 211 840 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Fahrzeugs bekannt, bei welchem eine mit einer Ist-Lage einer Lenkstange korrelierte erste Überwachungsgröße und eine mit einer Soll-Lage der Lenkstange korrelierte zweite Überwachungsgröße überwacht, eine Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße ermittelt und zumindest anhand der Abweichung ein Fehlerzustand, beispielsweise in Form einer mechanischen Blockierung, erkannt wird.
Darüber hinaus ist aus der DE 198 39 951 A1 ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems bekannt, bei welchem ein Ist-Lenkwinkel und ein Soll-Lenkwinkel überwacht, eine Abweichung zwischen dem Ist-Lenkwinkel und dem Soll-Lenkwinkel ermittelt und in Abhängigkeit von der Abweichung ein Sonderzustand in Form einer Zwangskopplung zwischen einer Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern aktiviert wird.
Die DE 10 2008 036 039 A1 offenbart zudem ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems, wobei ein zeitliches Ist-Verhalten eines Positionsstellers mit einem anhand eines Modells gebildeten Soll-Verhalten des Positionsstellers verglichen wird, und wobei im Fall, dass das Ist-Verhalten einen Sollverhaltensbereich verlässt eine Steller-Dynamik des Positionsstellers variiert wird.
Des Weiteren wird in der DE 10 2007 014 344 A1 ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems vorgeschlagen, bei welchem eine mechanische Beeinträchtigung eines Kraftübertragungsbauteils erfasst wird, indem eine Sollgröße für einen Elektromotor und zwar ein Motorsollmoment mit einer Stellgröße des Kraftübertragungsbauteils und zwar einem Motorwinkel oder einem Ritzelwinkel verglichen wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Verfahren mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 12, 13 und 14 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems, insbesondere eines elektrisch unterstützten Lenksystems, eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei welchem in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand, eine mit einer Ist-Lage eines Kraftübertragungsbauteils des Lenksystems korrelierte erste Überwachungsgröße und eine mit einer Soll-Lage des Kraftübertragungsbauteils korrelierte zweite Überwachungsgröße überwacht, eine Abweichungskenngröße zwischen der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße ermittelt und zumindest anhand der Abweichungskenngröße eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils, insbesondere eine zumindest temporäre mechanische Beeinträchtigung einer Beweglichkeit des Kraftübertragungsbauteils, erkannt wird. Insbesondere werden die erste Überwachungsgröße und die zweite Überwachungsgröße und insbesondere ein zeitlicher Verlauf der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße dabei während eines gesamten Überwachungszeitintervalls überwacht. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine besonders vorteilhafte Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils und somit insbesondere des Lenksystems erreicht werden. Insbesondere kann dabei eine Erkennungswahrscheinlichkeit im Vergleich zu den bekannten Verfahren verbessert werden. Darüber hinaus kann insbesondere auch in einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand eine sichere Erkennung gewährleistet werden.
Unter einem „Lenksystem“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Fahrzeugs und vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs verstanden werden. Dabei umfasst das Fahrzeug vorteilhaft zumindest zwei unterschiedliche Fahrbetriebszustände, insbesondere einen konventionellen und/oder manuellen Fahrbetriebszustand und einen autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand. Ferner soll unter einem „elektrisch unterstützten Lenksystem“ insbesondere ein Lenksystem mit einer elektrischen Hilfskraftunterstützung verstanden werden, bei welcher insbesondere zumindest eine Unterstützungseinheit zur Erzeugung und/oder Bereitstellung einer Lenkunterstützung elektrisch ausgebildet ist und insbesondere zur Erzeugung der Lenkunterstützung einen, vorzugsweise als Elektromotor ausgebildeten, Servomotor umfasst. Zudem umfasst das Lenksystem insbesondere wenigstens ein Kraftübertragungsbauteil, insbesondere das bereits zuvor genannte Kraftübertragungsbauteil, und/oder wenigstens eine Recheneinheit, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems auszuführen. Darüber hinaus kann das Lenksystem weitere Bauteile und/oder Baugruppen umfassen, wie beispielsweise wenigstens eine, vorzugsweise als Lenkrad ausgebildete, Lenkeinheit, wenigstens eine Lenksäule, wenigstens ein Lenkgetriebe, wenigstens eine, insbesondere mit dem Lenkgetriebe in Wirkverbindung stehende, Unterstützungseinheit zur Erzeugung und/oder Bereitstellung einer Lenkunterstützung, wenigstens eine Reglereinheit zur autonomen und/oder teilautonomen Regelung einer Lage des Kraftübertragungsbauteils und hierdurch vorzugsweise einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs, wenigstens eine Sensoreinheit zur Erfassung der ersten Überwachungsgröße und/oder der zweiten Überwachungsgröße und/oder wenigstens eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe einer, insbesondere akustischen, haptischen und/oder optischen, Hinweismeldung und/oder Warnmeldung in Abhängigkeit von einer Erkannten mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Unter einem „Kraftübertragungsbauteil“ soll insbesondere ein, insbesondere beweglich gelagertes, Bauteil verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist eine Kraft, vorzugsweise eine Antriebskraft und/oder eine Bewegungskraft, und/oder ein Moment, insbesondere ein Antriebsmoment und/oder ein Bewegungsmoment, mittelbar und/oder unmittelbar an ein weiteres Objekt zu übertragen. Vorteilhaft ist das Kraftübertragungsbauteil dabei mittelbar und/oder unmittelbar zu einer Veränderung und/oder einer Anpassung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorgesehen. Das Kraftübertragungsbauteil ist vorzugsweise als Teil der Lenksäule, insbesondere als Torsionselement und/oder Drehstab, als Teil der Unterstützungseinheit, wie beispielsweise als Rotor des Servomotors und/oder als Riemen zur Kraftübertragung zwischen dem Servomotor und dem Lenkgetriebe, und/oder vorzugsweise als Teil des Lenkgetriebes, insbesondere als Zahnstange, ausgebildet. Eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils wird dabei insbesondere durch eine erhöhte Reibung zwischen dem Kraftübertragungsbauteil und einer weiteren Komponente des Lenksystems, durch ein Ruckeln und/oder Hakeln des Kraftübertragungsbauteils und/oder durch eine Eisbildung im Bereich des Kraftübertragungsbauteils bewirkt. Unter einer „Ist-Lage“ soll ferner insbesondere eine aktuelle und/oder tatsächliche Lage des Kraftübertragungsbauteils verstanden werden. Insbesondere kann die Ist-Lage dabei einer Ist-Orientierung, insbesondere einer Ist-Drehlage, und/oder vorzugsweise einer, insbesondere linearen, Ist-Position des Kraftübertragungsbauteils entsprechen. Unter einer „Soll-Lage“ soll dabei insbesondere eine, insbesondere mittels der Recheneinheit und/oder der Reglereinheit, vorgegebene und/oder eingestellte Lage des Kraftübertragungsbauteils verstanden werden. Insbesondere kann die Soll-Lage dabei einer Soll-Orientierung, insbesondere einer Soll-Drehlage, und/oder vorzugsweise einer, insbesondere linearen, Soll-Position des Kraftübertragungsbauteils entsprechen.
Des Weiteren soll unter einer „Recheneinheit“ insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Speicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Regelroutine, zumindest eine Berechnungsroutine und/oder zumindest eine Erkennungsroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit zumindest dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere dem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand, die mit der Ist-Lage des Kraftübertragungsbauteils korrelierte erste Überwachungsgröße und die mit der Soll-Lage des Kraftübertragungsbauteils korrelierte zweite Überwachungsgröße zu überwachen, die Abweichungskenngröße zwischen der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße zu ermitteln und zumindest anhand der Abweichungskenngröße eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils zu erkennen. Vorzugsweise ist die Recheneinheit zudem in ein Steuergerät des Lenksystems integriert. Unter einer „Abweichungskenngröße“ soll ferner insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche mit einer Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße korreliert ist. Insbesondere kann wenigstens anhand der Abweichungskenngröße auf eine absolute Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße, auf eine relative Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße und/oder auf eine Änderungsrate einer Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße geschlossen werden. Vorteilhaft wird dabei anhand einer, vorzugsweise länger andauernden zeitlichen Abweichung der Abweichungskenngröße von einem Sollwert, wie beispielsweise über einen Zeitraum von zumindest 0,1 s und vorteilhaft von zumindest 0,5 s, eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils erkannt.
Vorzugsweise umfasst die Abweichungskenngröße eine, insbesondere absolute oder relative, Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße und/oder eine Änderungsrate einer Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße und der zweiten Überwachungsgröße, wodurch insbesondere vorteilhaft einfach eine mechanische Beeinträchtigung erkannt werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass ein zeitlicher Verlauf der Abweichungskenngröße ermittelt und zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils verwendet wird. Hierdurch können vorteilhaft kurzzeitige Ereignisse, wie beispielsweise durch Umgebungseinflüsse bewirkte kurzzeitige Schwankungen und/oder Spitzen der Überwachungsgrößen, welche insbesondere zu einer kurzzeitigen Veränderung der Abweichungskenngröße führen können, ausgeschlossen und/oder ausgemittelt werden.
Besonders vorteilhaft wird vorgeschlagen, dass zumindest anhand eines gleichbleibenden und/oder zunehmenden Werts der Abweichungskenngröße in einem ersten Zeitintervall und/oder anhand eines verschwindenden Werts der Abweichungskenngröße und/oder eines Vorzeichenwechsels eines Werts der Abweichungskenngröße in einem, insbesondere zeitlich auf das erste Zeitintervall folgenden und vorzugsweise unmittelbar an das erste Zeitintervall anschließenden, zweiten Zeitintervall auf eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils geschlossen wird. Insbesondere weist das erste Zeitintervall dabei einen Zeitraum von zumindest 0.05 s und/oder von höchstens 0,7 s auf. Ferner weist das zweite Zeitintervall insbesondere einen Zeitraum von zumindest 0.01 s und/oder von höchstens 0.05 s auf. Vorteilhaft ist das zweite Zeitintervall im Vergleich zu dem ersten Zeitintervall zeitlich kürzer. Bevorzugt ist die zweite Überwachungsgröße zumindest in dem zweiten Zeitintervall zumindest im Wesentlichen konstant, während sich die erste Überwachungsgröße schnell ändert und insbesondere die zweite Überwachungsgröße kreuzt. Unter „zumindest im Wesentlichen konstant“ soll insbesondere im Rahmen von normaler und/oder tolerierbarer Toleranzen konstant verstanden werden. Hierdurch kann insbesondere eine mechanische Beeinträchtigung vorteilhaft exakt erkannt und dabei eine Erkennungswahrscheinlichkeit erhöht werden.
Vorliegend wird ein Stillstehen der ersten Überwachungsgröße bei gleichzeitiger Veränderung der zweiten Überwachungsgröße erfasst und zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils berücksichtigt. In diesem Fall wird die erste Überwachungsgröße somit laufend beobachtet, um festzustellen, ob die erste Überwachungsgröße konstant bleibt, obwohl sich die zweite Überwachungsgröße verändert. Ferner wird zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils eine Sillstandzeitdauer erfasst, in welcher die erste
Überwachungsgröße stillsteht und/oder konstant bleibt. Die Stillstandzeitdauer kann insbesondere mit einem Zeitgrenzwert, welcher eine mechanische Beeinträchtigung definiert, abgeglichen werden, wobei bei einem Überschreiten des Zeitgrenzwerts auf eine mechanische Beeinträchtigung geschlossen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Abweichungskenngröße über diese Stillstandzeitdauer aufsummiert und/oder aufintegriert werden und mit einem Abweichungsgrenzwert, welcher eine mechanische Beeinträchtigung definiert, abgeglichen werden, wobei bei einem Überschreiten des Abweichungsgrenzwerts auf eine mechanische Beeinträchtigung geschlossen werden kann. Typische Stillstandzeitdauern bei Vorliegen einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils liegen dabei zwischen 500 ms und 2000 ms und insbesondere zwischen 750 ms und 1500 ms. Hierdurch kann eine mechanische Beeinträchtigung besonders sicher und/oder robust erkannt werden, wobei eine stetige Bewegung grundsätzlich nicht als mechanische Beeinträchtigung erfasst wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Reglereinheit des Lenksystems, insbesondere die bereits zuvor genannte Reglereinheit, zur Regelung einer Lage des Kraftübertragungsbauteils verwendet wird und die Abweichungskenngröße mit einer Regelabweichung der Reglereinheit korreliert ist, wodurch insbesondere vorteilhaft ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrbetriebszustand realisiert und gleichzeitig eine effektive Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung erreicht werden kann. Insbesondere kann die Abweichungskenngröße dabei auch der Regelabweichung der Reglereinheit entsprechen.
Eine besonders hohe Erkennungswahrscheinlichkeit, insbesondere auch bei langen Geradeausfahrten und/oder bei sehr langgezogenen Kurvenfahrten, kann insbesondere erreicht werden, wenn die, insbesondere mit der Soll-Lage des Kraftübertragungsbauteils korrelierte, zweite Überwachungsgröße zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils in zumindest einem Betriebszustand, in welchem die zweite Überwachungsgröße über einen längeren Zeitraum, wie beispielsweise zumindest 20 s, konstant bleibt, innerhalb eines vorgegebenen Erkennungsintervalls variiert wird. Insbesondere wird die zweite Überwachungsgröße dabei absichtlich variiert, um eine Überprüfung der ersten Überwachungsgröße zu erreichen. Vorzugsweise wird die zweite Überwachungsgröße ausschließlich zum Zweck der Überprüfung der ersten Überwachungsgröße variiert. Insbesondere wird die zweite Überwachungsgröße dabei derart variiert, dass ein normaler Fahrbetriebszustand durch die Variation der zweiten Überwachungsgröße nicht beeinträchtigt wird. Hierdurch kann besonders vorteilhaft überprüft werden, ob die erste Überwachungsgröße der zweiten Überwachungsgröße mechanisch erwartungsgemäß folgt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zur Plausibilisierung der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils zumindest ein Motormoment eines Servomotors, insbesondere des bereits zuvor genannten Servomotors, ein auf das Kraftübertragungsbauteil einwirkendes Wirkmoment, eine Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße des Kraftübertragungsbauteils und/oder wenigstens ein Umgebungsparameter eines das Kraftübertragungsbauteil umgebenden Umgebungsbereichs berücksichtigt wird. Insbesondere wird dabei das Motormoment, das Wirkmoment, die Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße und/oder der Umgebungsparameter erfasst und bei der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils berücksichtigt. Das Wirkmoment setzt sich dabei insbesondere aus einem auf die Lenkeinheit aufgebrachten manuellen Lenkmoment und dem durch den Servomotor erzeugten Motormoment zusammen. Ferner entspricht der Umgebungsparameter vorzugsweise einem Feuchtigkeitswert und/oder einer aktuellen Temperatur und wird dabei insbesondere mittels einer weiteren Sensoreinheit erfasst und/oder aus einem Fahrzeugsteuergerät oder Fahrzeug-BusSystem abgerufen. Ferner soll unter einer „Bewegungsgeschwindigkeitskenngrö-ße“ insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche mit einer Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftübertragungsbauteils korreliert ist. Insbesondere kann die Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße dabei einer Änderungsrate der Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftübertragungsbauteil und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftübertragungsbauteils entsprechen. Hierdurch kann insbesondere eine Plausibilisierung erreicht und eine Betriebssicherheit erhöht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Wirkrichtung des Motormoments, des Wirkmoments und/oder der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße erfasst und zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils mit einer Wirkrichtung der Abweichungskenngröße abgeglichen wird. Vorteilhaft wird dabei zumindest erfasst, ob die Wirkrichtung des Motormoments, des Wirkmoments und/oder der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße in eine selbe Richtung wie die Wirkrichtung der Abweichungskenngröße gerichtet ist, während ein insbesondere dazu entgegengesetztes Verhalten, bei welchem die Wirkrichtung des Motormoments, des Wirkmoments und/oder der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße in eine entgegengesetzte Richtung wie die Wirkrichtung der Abweichungskenngröße gerichtet ist, ignoriert wird, um vorteilhaft Fehlauslösungen und/oder Fehldiagnosen, beispielsweise aufgrund einer äußeren Einwirkung von einem Untergrund, zu verhindern und eine robuste Diagnose zu erhalten. Unter einer „Wirkrichtung“ soll dabei insbesondere eine Richtung verstanden werden, in welche eine jeweilige Kraft und/oder ein jeweiliges Moment wirkt und/oder gerichtet ist. Insbesondere wird dabei ein Vorzeichen des Motormoments, des Wirkmoments und/oder der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße erfasst und bei der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils berücksichtigt. Hierdurch kann insbesondere eine Erkennungswahrscheinlichkeit weiter verbessert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein aktueller Fahrbetriebszustand, insbesondere aus einer Gruppe unterschiedlicher Fahrbetriebszustände umfassend zumindest einen konventionellen und/oder manuellen Fahrbetriebszustand und einen autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand, ermittelt wird und zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils berücksichtigt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Gruppe unterschiedlicher Fahrbetriebszustände auch weitere Fahrbetriebszustände umfassen, wie beispielsweise einen von einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit abhängigen Fahrbetriebszustand und/oder einen von einer aktuellen Fahrstrecke, wie beispielsweise lange Kurve, enge Kurve, Autobahnfahrt und/oder Stadtfahrt, abhängigen Fahrbetriebszustand. Vorteilhaft wird eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils dabei in zumindest einem Betriebszustand, in welchem der aktuelle Fahrbetriebszustand ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrbetriebszustand ist, und in zumindest einem weiteren Betriebszustand, in welchem der aktuelle Fahrbetriebszustand ein konventioneller und/oder manueller Fahrbetriebszustand ist, mittels zumindest teilweise unterschiedlicher Erkennungsverhalten und/oder Verfahren erkannt. Besonders vorteilhaft kann eine Anpassung und/oder eine Umparametrisierung wenigstens eines Parameters eines dem Verfahren und/oder Erkennungsverhalten zugrundeliegenden Algorithmus in Abhängigkeit von dem Fahrbetriebszustand, insbesondere dem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand, dem konventionellen und/oder manuellen Fahrbetriebszustand, einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit und/oder einer aktuellen Fahrstrecke, wie beispielsweise lange Kurve, enge Kurve, Autobahnfahrt und/oder Stadtfahrt, erfolgen. Hierdurch kann insbesondere ein Erkennungsverhalten vorteilhaft an unterschiedliche Fahrbetriebszustände und insbesondere damit verknüpfte Randbedingungen angepasst werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass bei einer, insbesondere einmaligen oder vorzugsweise mehrmaligen, insbesondere erfolgreichen, Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils wenigstens eine, insbesondere mit der mechanischen Beeinträchtigung korrelierte, Reaktion ausgeführt wird. Vorzugsweise umfasst die Reaktion zumindest in einem Betriebszustand, in welchem ein aktueller Fahrbetriebszustand ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrbetriebszustand ist, ein Erzeugen einer Übernahme-Hinweismeldung für einen Fahrer, eine Degradierung des Lenksystems, ein Verlassen des autonomen Fahrbetriebszustands und/oder ein Einleiten eines automatischen „Safe-Stopps“. Alternativ oder zusätzlich kann die Reaktion eine, insbesondere der mechanischen Beeinträchtigung entgegenwirkende, Gegenmaßnahme umfassen, wie beispielsweise ein Freirütteln mittels eines oszillierenden Motormoments. Darüber hinaus kann die Reaktion einen Eintrag in einen auslesbaren und/oder auswertbaren Fehlerdatenspeicher des Lenksystems und/oder des Fahrzeugs umfassen. Hierdurch können vorteilhaft als Reaktion auf die Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung unterschiedliche Maßnahmen getroffen werden, wodurch eine vorteilhaft hohe Betriebssicherheit gewährleistet werden kann. Ferner kann insbesondere eine vorteilhafte Analyse und/oder Auswertung der mechanischen Beeinträchtigung erreicht werden.
Das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1a-b ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung,
2a-b beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zur Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung eines Kraftübertragungsbauteils des Lenksystems zu zwei unterschiedlichen Zeiten,
3 ein beispielhaftes weiteres Schaubild mit verschiedenen Signalen zur Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils und
4 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb des Lenksystems.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1a und 1b zeigen ein beispielhaft als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 12 mit mehreren Fahrzeugrädern 40 und mit einem Lenksystem 10 in einer vereinfachten Darstellung. Das Lenksystem 10 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 40 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 10 als elektrisch unterstütztes Lenksystem ausgebildet und weist demnach eine elektrische Hilfskraftunterstützung auf. Darüber hinaus umfasst das Fahrzeug 12 im vorliegenden Fall beispielhaft zumindest zwei unterschiedliche Fahrbetriebszustände, insbesondere einen konventionellen und/oder manuellen Fahrbetriebszustand und einen autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar, ein Lenksystem als hydraulisch unterstütztes Lenksystem, insbesondere mit einer hydraulischen Hilfskraftunterstützung, auszubilden. Zudem könnte ein Fahrzeug genau einen Fahrbetriebszustand, vorzugsweise einen autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand, aufweisen.
Das Lenksystem 10 weist ein Lenkgetriebe 42 auf. Das Lenkgetriebe 42 ist als an sich bekanntes Zahnstangenlenkgetriebe, im vorliegenden Fall beispielhaft als Kugelumlauflenkgetriebe, ausgebildet. Das Lenkgetriebe 42 umfasst ein Lenkritzel 44 und eine mit dem Lenkritzel 44 mechanisch gekoppelte und im vorliegenden Fall insbesondere als Kraftübertragungsbauteil 14 ausgebildete Zahnstange 46. Das Lenkgetriebe 42 weist eine Wirkverbindung mit zumindest zwei der Fahrzeugräder 40, insbesondere zwei Vorderrädern, auf. Das Lenkgetriebe 42 ist dazu vorgesehen, eine Schwenkbewegung und/oder Drehbewegung der Fahrzeugräder 40 zu bewirken und insbesondere eine Lenkvorgabe in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 40 umzusetzen. Prinzipiell könnte ein Lenkgetriebe jedoch auch als Schneckenlenkgetriebe und/oder als Schraubenspindellenkgetriebe ausgebildet sein.
Das Lenksystem 10 umfasst ferner auf jeder Fahrzeugseite ein Lenkgestänge 48, welches das Lenkgetriebe 42 mechanisch mit einem der Fahrzeugräder 40 verbindet. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, auf ein Lenkgestänge zu verzichten und/oder ein Lenkgestänge in ein Lenkgetriebe zu integrieren.
Darüber hinaus umfasst das Lenksystem 10 eine, im vorliegenden Fall insbesondere als Lenkrad ausgebildete, Lenkeinheit 50. Die Lenkeinheit 50 ist zur manuellen Steuerung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12, insbesondere durch einen Fahrer, vorgesehen und dient insbesondere zum Aufbringen eines manuellen Lenkmoments. Die Lenkeinheit 50 ist dazu vorgesehen, das manuelle Lenkmoment in das Lenkgetriebe 42 einzubringen und hierdurch auf die Fahrzeugräder 40 zu übertragen. Alternativ könnte eine Lenkeinheit auch als Lenkhebel oder dergleichen ausgebildet sein. Auch könnte ein Lenksystem prinzipiell frei von einer Lenkeinheit sein, insbesondere beispielsweise bei einem rein autonom fahrenden Fahrzeug.
Zur Verbindung der Lenkeinheit 50 mit dem Lenkgetriebe 42 umfasst das Lenksystem 10 ferner eine Lenksäule 52. Im vorliegenden Fall verbindet die Lenksäule 52 die Lenkeinheit 50 dauerhaft mit dem Lenkgetriebe 42, insbesondere mechanisch. Die Lenksäule 52 ist zumindest dazu vorgesehen, das, insbesondere von dem Fahrer aufgebrachte, manuelle Lenkmoment an das Lenkgetriebe 42 zu übertragen. Ferner umfasst die Lenksäule 52 zumindest ein Torsionselement (nicht dargestellt), im vorliegenden Fall insbesondere einen Drehstab, sowie eine Lenkspindel (nicht dargestellt) zur Aufnahme des Torsionselements. Alternativ könnte eine Lenksäule auch lediglich zeitweise eine Lenkeinheit mit einem Lenkgetriebe verbinden, wie beispielsweise bei einem Fahrzeug mit einem autonomen Fahrbetrieb und/oder einem Steer-by-Wire-Lenksystem mit mechanischer Rückfallebene. Zudem ist prinzipiell auch denkbar, auf eine Lenkspindel und/oder ein Torsionselement zu verzichten. Zudem könnte ein Lenksystem zusätzlich zumindest eine Zwischenwelle umfassen.
Des Weiteren umfasst das Lenksystem 10 eine Unterstützungseinheit 54 zur Erzeugung und/oder Bereitstellung einer Lenkunterstützung. Die Unterstützungseinheit 54 ist elektrisch ausgebildet. Die Unterstützungseinheit 54 weist eine Wirkverbindung mit dem Lenkgetriebe 42 auf. Die Unterstützungseinheit 54 umfasst einen, im vorliegenden Fall insbesondere als Elektromotor ausgebildeten, Servomotor 30. Der Servomotor 30 ist zur Erzeugung eines Motormoments 28 vorgesehen. Zudem umfasst die Unterstützungseinheit 54 einen mit dem Kraftübertragungsbauteil 14 genauer gesagt der Zahnstange 46 gekoppelten Kugelgewindetrieb (nicht dargestellt) sowie einen Riemen 56 zur Kraftübertragung zwischen dem Servomotor 30 und dem Kugelgewindetrieb und insbesondere dem Lenkgetriebe 42.
Die Unterstützungseinheit 54 ist dazu vorgesehen, das Motormoment 28 als ein Unterstützungsmoment in das Lenkgetriebe 42 einzubringen, insbesondere über den Riemen 56 und den Kugelgewindetrieb. Die Unterstützungseinheit 54 ist dazu vorgesehen, das, insbesondere von dem Fahrer aufgebrachte, manuelle Lenkmoment zu unterstützen. Alternativ könnte eine Unterstützungseinheit jedoch auch zumindest teilweise hydraulisch ausgebildet sein. Darüber hinaus könnte eine Unterstützungseinheit, insbesondere anstatt eines Riemens mit einem Kugelgewindetrieb, auch beispielsweise ein Antriebsritzel umfassen. Zudem könnte eine Unterstützungseinheit prinzipiell auch dazu vorgesehen sein, ein Unterstützungsmoment in eine Lenksäule einzubringen.
Ferner weist das Lenksystem 10 einen Drehmomentsensor 58 auf. Der Drehmomentsensor 58 ist in einem Bereich des Torsionselements und/oder der Lenkspindel angeordnet und zu einer, insbesondere kontaktlosen, Erfassung eines, insbesondere mit dem Torsionselement korrelierten, Drehmomentsignals vorgesehen. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar, einen Drehmomentsensor in einem anderen Bereich eines Lenksystems, wie beispielsweise im Bereich einer Lenkeinheit, anzuordnen oder auf einen Drehmomentsensor vollständig zu verzichten.
Des Weiteren weist das Lenksystem 10 einen Rotorlagesensor 60 auf. Der Rotorlagesensor 60 ist in einem Bereich des Servomotors 30 angeordnet und zu einer, insbesondere kontaktlosen, Erfassung eines Rotorlagesignals des Servomotors 30, insbesondere eines Rotors des Servomotors 30, vorgesehen. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar auf einen Rotorlagesensor vollständig zu verzichten.
Darüber hinaus weist das Lenksystem 10 ein Steuergerät 36 auf. Das Steuergerät 36 weist eine Wirkverbindung mit dem Drehmomentsensor 58 auf. Das Steuergerät 36 weist ferner eine Wirkverbindung mit dem Rotorlagesensor 60 auf. Darüber hinaus weist das Steuergerät 36 eine Wirkverbindung mit der Unterstützungseinheit 54 auf. Im vorliegenden Fall ist das Steuergerät 36 elektrisch mit dem Drehmomentsensor 58, dem Rotorlagesensor 60 und der Unterstützungseinheit 54 verbunden, beispielsweise mittels einer Datenverbindung und/oder einem Bussystem. Prinzipiell könnte ein Steuergerät jedoch auch drahtlos mit einem Drehmomentsensor, einem Rotorlagesensor und/oder einer Unterstützungseinheit verbunden sein. Das Steuergerät 36 ist dazu vorgesehen, das Drehmomentsignal von dem Drehmomentsensor 58 zu empfangen. Das Steuergerät 36 ist ferner dazu vorgesehen, das Rotorlagesignal von dem Rotorlagesensor 60 zu empfangen. Zudem ist das Steuergerät 36 zu einer Ansteuerung des Servomotors 30 und somit insbesondere zu einer Einstellung des Unterstützungsmoments, insbesondere in Abhängigkeit von dem Drehmomentsignal und/oder dem Rotorlagesignal, vorgesehen.
Dazu umfasst das Steuergerät 36 eine Recheneinheit 38. Die Recheneinheit 38 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Speicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 38 zumindest ein im Speicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Berechnungsroutine, zumindest einer Steuerroutine, zumindest einer Regelroutine und zumindest einer Erkennungsroutine.
Ferner umfasst das Steuergerät 36 im vorliegenden Fall eine Reglereinheit 26. Die Reglereinheit 26 weist eine Wirkverbindung mit der Recheneinheit 38 auf. Zudem weist die Reglereinheit 26 eine Wirkverbindung mit dem Servomotor 30 und, insbesondere über den Riemen 56 und den Kugelgewindetrieb, mit dem Lenkgetriebe 42 auf. Die Reglereinheit 26 ist zumindest in einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand zur Regelung einer Position des als Zahnstange 46 ausgebildeten Kraftübertragungsbauteils 14 und somit insbesondere einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen.
Darüber hinaus kann das Lenksystem 10 weitere Bauteile und/oder Baugruppen umfassen, wie beispielsweise wenigstens eine Sensoreinheit (nicht dargestellt) zur Erfassung von Fahrzeugparametern und/oder Umgebungsparametern und/oder eine Ausgabeeinheit (nicht dargestellt) zur Ausgabe einer Hinweismeldung.
In bestimmten Fahrsituationen und/oder Anwendungszuständen kann es nun zu temporären mechanischen Beeinträchtigungen einer linearen Beweglichkeit des im vorliegenden Fall als Zahnstange 46 ausgebildeten Kraftübertragungsbauteils 14 kommen. Die mechanische Beeinträchtigung ist dabei beispielsweise durch eine erhöhte Reibung zwischen dem Kraftübertragungsbauteil 14 und einer weiteren Komponente des Lenksystems 10, durch ein Ruckeln und/oder Hakeln des Kraftübertragungsbauteils 14 und/oder durch eine Eisbildung im Bereich des Kraftübertragungsbauteils 14 bewirkt. Derartige mechanische Beeinträchtigungen können dabei insbesondere in einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand mittels einer bekannten Auswertung von Drehzahlmustern des Servomotors 30 nur schwer erkannt werden.
Aus diesem Grund ist die Recheneinheit 38 im vorliegenden Fall zumindest in einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand erfindungsgemäß dazu vorgesehen, während eines gesamten Überwachungszeitintervalls eine mit einer Ist-Lage, im vorliegenden Fall insbesondere einer Ist-Position, des Kraftübertragungsbauteils 14 korrelierte erste Überwachungsgröße 16 und eine mit einer Soll-Lage, im vorliegenden Fall insbesondere einer Soll-Position, des Kraftübertragungsbauteils 14 korrelierte zweite Überwachungsgröße 18 zu überwachen, eine Abweichungskenngröße 20 zwischen der ersten Überwachungsgröße 16 und der zweiten Überwachungsgröße 18 zu ermitteln und zumindest anhand der Abweichungskenngröße 20 eine mechanische Beeinträchtigung einer linearen Beweglichkeit des Kraftübertragungsbauteils 14 zu erkennen. Der aktuelle Fahrbetriebszustand wird dabei vorab ermittelt und bei der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 berücksichtigt.
Die erste Überwachungsgröße 16 ist im vorliegenden Fall das von dem Rotorlagesensor 60 ermittelte Rotorlagesignal oder ein mit dem Rotorlagesignal korreliertes Erfassungssignal. Die zweite Überwachungsgröße 18 ist ein von der Recheneinheit 38 und/oder der Reglereinheit 26 vorgegebenes Steuersignal. Die Abweichungskenngröße 20 entspricht einer Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße 16 und der zweiten Überwachungsgröße 18. Im vorliegenden Fall entspricht die Abweichungskenngröße 20 dabei einer Regelabweichung der Reglereinheit 26. Alternativ könnte eine Abweichungskenngröße jedoch auch einer Änderungsrate einer Abweichung zwischen einer ersten Überwachungsgröße und einer zweiten Überwachungsgröße entsprechen. Zudem könnte eine erste Überwachungsgröße einer anderen mit einer Ist-Lage eines Kraftübertragungsbauteils des Lenksystems korrelierten Größe entsprechen, wie beispielsweise einer mittels eines zusätzlichen Sensors ermittelten Ist-Position der Zahnstange und/oder einem Ist-Lenkwinkel. Auch könnte eine zweite Überwachungsgröße einer anderen mit einer Soll-Lage eines Kraftübertragungsbauteils des Lenksystems korrelierten Größe entsprechen, wie beispielsweise einer mittels eines zusätzlichen Sensors ermittelten Soll-Position der Zahnstange und/oder einem Soll-Lenkwinkel.
Die 2a, 2b und 3 zeigen beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zur Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 des Lenksystems 10.
In den 2a und 2b sind die Signale dabei zu zwei unterschiedlichen Zeiten dargestellt. Eine Ordinatenachse 62 ist als Größenachse ausgebildet. Auf einer Abszissenachse 64 ist eine Zeit in Sekunden dargestellt. Ein erste Kurve 66 zeigt die Abweichungskenngröße 20. Eine zweite Kurve 68 zeigt die, insbesondere mit der Ist-Lage des Kraftübertragungsbauteils 14 korrelierte, erste Überwachungsgröße 16. Eine dritte Kurve 70 zeigt die, insbesondere mit der Soll-Lage des Kraftübertragungsbauteils 14 korrelierte, zweite Überwachungsgröße 18. Eine vierte Kurve 72 zeigt einen aktuellen Zählerstand eines Ereigniszählers, welcher bei einer erfolgreichen Erkennung einer einmaligen mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 inkrementiert wird. Eine fünfte Kurve 74 zeigt das Motormoment 28 des Servomotors 30. Eine sechste Kurve 76 zeigt eine, im vorliegenden Fall insbesondere als Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftübertragungsbauteils 14 ausgebildete, Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße 32 des Kraftübertragungsbauteils 14. Eine siebte Kurve 78 zeigt einen aktuellen Erkennungsstatus, wobei die Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 beispielhaft in fünf unterschiedliche Status eingeteilt ist.
3 zeigt einen Teil der zuvor genannten Signale über einen längeren Zeitraum. Eine weitere Ordinatenachse 80 ist wiederum als Größenachse ausgebildet. Auf einer weiteren Abszissenachse 82 ist wiederum eine Zeit dargestellt. Eine achte Kurve 84 zeigt die, insbesondere mit der Ist-Lage des Kraftübertragungsbauteils 14 korrelierte, erste Überwachungsgröße 16. Eine neunte Kurve 86 zeigt die, insbesondere mit der Soll-Lage des Kraftübertragungsbauteils 14 korrelierte, zweite Überwachungsgröße 18. Eine zehnte Kurve 88 zeigt die, im vorliegenden Fall insbesondere als Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftübertragungsbauteils 14 ausgebildete, Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße 32 des Kraftübertragungsbauteils 14. Eine elfte Kurve 90 zeigt das Motormoment 28 des Servomotors 30.
Zur Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 wird nun ein zeitlicher Verlauf der Abweichungskenngröße 20 ermittelt und zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 verwendet. Zudem wird im vorliegenden Fall ein Stillstehen der ersten Überwachungsgröße 16 bei gleichzeitiger Veränderung der zweiten Überwachungsgröße 18 erfasst und eine mit dem Stillstehen der ersten Überwachungsgröße 16 korrelierte Stillstandzeitdauer, beispielsweise durch Abgleich mit einem Zeitgrenzwert und/oder durch Aufintegrieren der Abweichungskenngröße 20 über diese Stillstandzeitdauer, zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 berücksichtigt.
Im vorliegenden Fall wird zumindest anhand eines gleichbleibenden und/oder zunehmenden Werts der Abweichungskenngröße 20 in einem ersten Zeitintervall 22 (vgl. beispielhaft 2a) auf eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 geschlossen. Ferner wird anhand eines verschwindenden Werts der Abweichungskenngröße 20 sowie eines Vorzeichenwechsels des Werts der Abweichungskenngröße 20 in einem zeitlich auf das erste Zeitintervall 22 folgenden zweiten Zeitintervall 24 (vgl. beispielhaft 2a) auf eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 geschlossen. Im zweiten Zeitintervall 24 ist die zweite Überwachungsgröße 18 zumindest im Wesentlichen konstant, während sich die erste Überwachungsgröße 16 schnell ändert und insbesondere die zweite Überwachungsgröße 18 kreuzt. Hierdurch kommt es zu einem Überschwingen und das Vorzeichen der Abweichungskenngröße 20 und somit insbesondere der Regelabweichung drehen sich.
Zur Plausibilisierung der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 wird ferner das Motormoment 28 des Servomotors 30 berücksichtigt. Dabei wird zumindest ein, insbesondere für eine mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14, charakteristischer Verlauf des Motormoments 28 erfasst. Zudem wird im vorliegenden Fall eine Wirkrichtung des Motormoments 28 erfasst und mit einer Wirkrichtung der Abweichungskenngröße 20 abgeglichen. Folglich wird im vorliegenden Fall ein Vorzeichen des Motormoments 28 erfasst und bei der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 berücksichtigt.
Darüber hinaus wird zur Plausibilisierung der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 die Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße 32 berücksichtigt. Dabei wird zumindest ein, insbesondere für eine mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14, charakteristischer Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße 32 erfasst. Zudem wird im vorliegenden Fall eine Wirkrichtung der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße 32 erfasst und mit der Wirkrichtung der Abweichungskenngröße 20 abgeglichen. Folglich wird im vorliegenden Fall ein Vorzeichen der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße 32 erfasst und bei der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 berücksichtigt.
Im vorliegenden Fall führt der gleichbleibende und/oder zunehmende Wert der Abweichungskenngröße 20 zu einem sich stetig verändernden, im beispielhaften ersten Zeitintervall 22 insbesondere zu einem stetig ansteigenden, Motormoment 28 und einer gleichbleibenden, im vorliegenden Fall insbesondere verschwindenden, Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße 32. Das Motormoment 28 ist dabei derart gerichtet, dass es der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 entgegenwirkt und insbesondere versucht das Kraftübertragungsbauteil 14 frei zu reißen und zwar in eine Richtung, in welche sich das Kraftübertragungsbauteil 14 bewegen sollte, um die Soll-Lage zu erreichen.
Irgendwann überschreitet das Motormoment 28 eine Halteschwelle des Kraftübertragungsbauteils 14, wodurch sich das Kraftübertragungsbauteil 14 löst und in Richtung der Soll-Lage bewegt. Dies führt zu einer starken Veränderung der Abweichungskenngröße 20, im beispielhaften zweiten Zeitintervall 24 insbesondere zu einem starken Anstieg der Abweichungskenngröße 20. Ferner führt dies zu einer kurzzeitigen starken Veränderung des Motormoments 28 und der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße 32, im beispielhaften zweiten Zeitintervall 24 insbesondere zu einem kurzzeitigen starken Abfall des Motormoments 28 und einem kurzzeitigen starken Anstieg der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße 32. Die kurzzeitige starke Veränderung des Motormoments 28 ist dabei auf einen Regelalgorithmus der Reglereinheit 26 zurückzuführen, welcher das Motormoment 28 nach dem Lösen des Kraftübertragungsbauteils 14 schnell an die neuen Bedingungen angleicht und gegebenenfalls in eine entgegengesetzte Richtung stellt.
Um die Plausibilisierung der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 weiter zu verbessern, kann ferner ein auf das Kraftübertragungsbauteil 14 einwirkendes Wirkmoment und/oder wenigstens ein Umgebungsparameter, wie beispielsweise ein Feuchtigkeitswert und/oder eine aktuelle Außentemperatur, eines das Kraftübertragungsbauteil 14 umgebenden Umgebungsbereichs 34 berücksichtigt werden. Der Umgebungsparamater kann beispielsweise mittels der Sensoreinheit erfasst und/oder aus einem Fahrzeugsteuergerät (nicht dargestellt) abgerufen werden. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar auf, eine, insbesondere zusätzliche, Berücksichtigung eines Motormoments, einer Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße, eines Wirkmoments und/oder eines Umgebungsparameters zu verzichten.
Darüber hinaus ist im vorliegenden Fall vorgesehen, dass die zweite Überwachungsgröße 18 zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 in zumindest einem Betriebszustand, in welchem die zweite Überwachungsgröße über einen längeren Zeitraum, wie beispielsweise zumindest 5 min, konstant bleibt, innerhalb eines vorgegebenen Erkennungsintervalls variiert wird. Dabei wird die zweite Überwachungsgröße 18 derart variiert, dass ein normaler Fahrbetriebszustand durch die Variation der zweiten Überwachungsgröße 18 nicht beeinträchtigt wird. Durch diese Maßnahme, insbesondere die leichte Variation der zweiten Überwachungsgröße 18, kann auch bei langen Geradeausfahrten und/oder bei sehr langgezogenen Kurvenfahrten, bei welchen sich die zweite Überwachungsgröße 18 eigentlich nicht oder kaum verändert, eine vorteilhafte Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 erreicht werden.
Bei einer erfolgreichen Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 oder vorzugsweise nach einer mehrmaligen erfolgreichen Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 in einem vorgegebenen Zeitraum, wie beispielsweise einer zumindest fünfmaligen oder sechsmaligen Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 in einem Zeitraum von wenigen Sekunden, wird ferner wenigstens eine Reaktion ausgeführt.
In einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand umfasst die Reaktion dabei vorteilhaft ein Erzeugen und Anzeigen einer Übernahme-Hinweismeldung für einen Fahrer sowie eine Degradierung des Lenksystems 10, beispielsweise in Form einer Reduzierung einer Fahrgeschwindigkeit, falls eine aktuelle Fahrsituation dies erlaubt. Nach einer Übernahme der Lenkeinheit 50 durch den Fahrer und einem damit verbundenen Verlassen des autonomen Fahrbetriebszustands kann eine Gegenmaßnahme ausgeführt werden, wie beispielsweise ein Freirütteln mittels eines oszillierenden Motormoments 28 des Servomotors 30. Wird das Freirütteln dabei in einem konventionellen und/oder manuellen Fahrbetriebszustand durchgeführt, kann vorteilhaft eine besonders hohe Betriebssicherheit erreicht werden. Übernimmt der Fahrer die Lenkeinheit 50 nicht, kann hingegen auch im autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand eine Gegenmaßnahme ausgeführt werden, wie beispielsweise ein Freirütteln mittels eines oszillierenden Motormoments 28 des Servomotors 30. Zudem wird in diesem Fall vorzugsweise gleichzeitig ein „Safe-Stopp“ eingeleitet, wodurch das Fahrzeug 12 sicher an einem Fahrbahnrand abgestellt wird.
Wird die Reaktion dabei bereits nach einer einmaligen erfolgreichen Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 ausgeführt, so können eingeleitete Maßnahmen, wie beispielsweise die Anzeige der Übernahme-Hinweismeldung sowie die Degradierung des Lenksystems 10 auch wieder zurückgenommen werden.
Darüber hinaus kann die Reaktion einen Eintrag in einen auslesbaren und/oder auswertbaren Fehlerdatenspeicher (nicht dargestellt) des Lenksystems 10 und/oder des Fahrzeugs 12 umfassen, wodurch insbesondere eine Analyse und/oder Auswertung der mechanischen Beeinträchtigung erreicht werden kann.
4 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines derartigen Verfahrens zum Betrieb des Lenksystems 10, wobei die Recheneinheit 38 dazu vorgesehen ist, das Verfahren durchzuführen und dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln aufweist.
In einem Verfahrensschritt 100 wird ein aktueller Fahrbetriebszustand ermittelt.
In einem Verfahrensschritt 102 wird der aktuelle Fahrbetriebszustand ausgewertet.
Ist der aktuelle Fahrbetriebszustand ein konventioneller und/oder manueller Fahrbetriebszustand, so folgt Verfahrensschritt 104. In dem Verfahrensschritt 104 wird eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 mittels einer, insbesondere bekannten, Auswertung von Drehzahlmustern des Servomotors 30 erkannt.
Ist der aktuelle Fahrbetriebszustand hingegen ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrbetriebszustand, so folgt Verfahrensschritt 106. In dem Verfahrensschritt 106 werden während eines gesamten Überwachungszeitintervalls die mit der Ist-Lage des Kraftübertragungsbauteils 14 korrelierte erste Überwachungsgröße 16 und die mit der Soll-Lage des Kraftübertragungsbauteils 14 korrelierte zweite Überwachungsgröße 18 überwacht.
In einem darauf folgenden Verfahrensschritt 108 wird zur Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 die Abweichungskenngröße 20 zwischen der ersten Überwachungsgröße 16 und der zweiten Überwachungsgröße 18 ermittelt und ausgewertet.
Wird in einem Verfahrensschritt 110 anhand der Abweichungskenngröße 20 keine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 erkannt, so folgt wiederum Verfahrensschritt 106.
Wird in einem Verfahrensschritt 110 anhand der Abweichungskenngröße 20 eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 erkannt, so folgt Verfahrensschritt 112.
In dem Verfahrensschritt 112 wird eine Reaktion ausgeführt, wie beispielsweise ein Erzeugen einer Übernahme-Hinweismeldung für einen Fahrer, eine Degradierung des Lenksystems 10, ein Verlassen des autonomen Fahrbetriebszustands, ein Einleiten eines automatischen „Safe-Stopps“ und/oder ein Einleiten einer Gegenmaßnahme.
Ferner können optionale weitere Verfahrensschritte vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Variation der zweiten Überwachungsgröße 18 innerhalb des vorgegebenen Erkennungsintervalls, falls die zweite Überwachungsgröße 18 über einen längeren Zeitraum konstant bleibt, eine Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter zur Plausibilisierung der Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils 14 und/oder ein Schreiben eines Eintrags in den auslesbaren und/oder auswertbaren Fehlerdatenspeicher des Lenksystems 10 und/oder des Fahrzeugs 12.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems (10) eines Fahrzeugs (12), bei welchem in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrbetriebszustand, eine mit einer Ist-Lage eines Kraftübertragungsbauteils (14) des Lenksystems (10) korrelierte erste Überwachungsgröße (16) und eine mit einer Soll-Lage des Kraftübertragungsbauteils (14) korrelierte zweite Überwachungsgröße (18) überwacht, eine Abweichungskenngröße (20) zwischen der ersten Überwachungsgröße (16) und der zweiten Überwachungsgröße (18) ermittelt und zumindest anhand der Abweichungskenngröße (20) eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) erkannt wird, wobei ein Stillstehen der ersten Überwachungsgröße (16) bei gleichzeitiger Veränderung der zweiten Überwachungsgröße (18) erfasst und eine mit dem Stillstehen der ersten Überwachungsgröße (16) korrelierte Stillstandzeitdauer zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungskenngröße (20) eine Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße (16) und der zweiten Überwachungsgröße (18) und/oder eine Änderungsrate einer Abweichung zwischen der ersten Überwachungsgröße (16) und der zweiten Überwachungsgröße (18) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Verlauf der Abweichungskenngröße (20) ermittelt und zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest anhand eines gleichbleibenden und/oder zunehmenden Werts der Abweichungskenngröße (20) in einem ersten Zeitintervall (22) und/oder anhand eines verschwindenden Werts der Abweichungskenngröße (20) und/oder eines Vorzeichenwechsels eines Werts der Abweichungskenngröße (20) in einem zweiten Zeitintervall (24) auf eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stillstandzeitdauer mit einem Zeitgrenzwert, welcher eine mechanische Beeinträchtigung definiert, abgeglichen wird, wobei bei einem Überschreiten des Zeitgrenzwerts auf eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) geschlossen wird und/oder die Abweichungskenngröße über die Stillstandzeitdauer aufsummiert und/oder aufintegriert wird und mit einem Abweichungsgrenzwert, welcher eine mechanische Beeinträchtigung definiert, abgeglichen wird, wobei bei einem Überschreiten des Abweichungsgrenzwerts auf eine mechanische Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reglereinheit (26) des Lenksystems (10) zur Regelung einer Lage des Kraftübertragungsbauteils (14) verwendet wird und die Abweichungskenngröße (20) mit einer Regelabweichung der Reglereinheit (26) korreliert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Überwachungsgröße (18) zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) in zumindest einem Betriebszustand, in welchem die zweite Überwachungsgröße (18) über einen längeren Zeitraum konstant bleibt, innerhalb eines vorgegebenen Erkennungsintervalls variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung der Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) zumindest ein Motormoment (28) eines Servomotors (30), ein auf das Kraftübertragungsbauteil (14) einwirkendes Wirkmoment, eine Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße (32) des Kraftübertragungsbauteils (14) und/oder wenigstens ein Umgebungsparameter eines das Kraftübertragungsbauteil (14) umgebenden Umgebungsbereichs (34) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wirkrichtung des Motormoments (28), des Wirkmoments und/oder der Bewegungsgeschwindigkeitskenngröße (32) erfasst und zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) mit einer Wirkrichtung der Abweichungskenngröße (20) abgeglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Fahrbetriebszustand ermittelt wird und zur Erkennung der mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erkennung einer mechanischen Beeinträchtigung des Kraftübertragungsbauteils (14) wenigstens eine Reaktion ausgeführt wird, wobei die Reaktion zumindest in einem Betriebszustand, in welchem ein aktueller Fahrbetriebszustand ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrbetriebszustand ist, ein Erzeugen einer Übernahme-Hinweismeldung für einen Fahrer, eine Degradierung des Lenksystems (10), ein Verlassen des autonomen Fahrbetriebszustands und/oder ein Einleiten eines automatischen „Safe-Stopps“ umfasst.
Steuergerät (36) eines Lenksystems (10) mit einer Recheneinheit (38) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Lenksystem (10), insbesondere elektrisch unterstütztes Lenksystem, mit zumindest einem beweglich gelagerten Kraftübertragungsbauteil (14) und mit einer Recheneinheit (38), welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 vorgesehen ist.
Fahrzeug (12) mit einem Lenksystem (10) nach Anspruch 13.