DE102018112812A1

DE102018112812A1 - Spieldetektionsdiagnose beim starten

Info

Publication number: DE102018112812A1
Application number: DE102018112812.6A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey M. Otto; Rangarajan Ramanujam; Bhuvanesh Sainath
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2018-12-06
Also published as: US10960921B2; CN108974112B; CN108974112A; US20180346016A1

Abstract

Es werden technische Lösungen für eine Spieldetektionsdiagnose in einem Lenkungssystem beschrieben. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst, dass von einem Controller ein Motorerregungsbefehl an ein Motorsteuerungssystem gesendet wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Controller ein Sensorsignal gemessen wird, das in Ansprechen auf den Motorerregungsbefehl erzeugt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Controller eine Abklinggeschwindigkeit einer Amplitudenänderung des Signals bei einer Vielzahl von Frequenzen bestimmt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Controller auf der Grundlage dessen, dass die Abklinggeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, diagnostiziert wird, dass das Lenkungssystem eine Spielbedingung aufweist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme) und speziell eine Spieldetektion und Diagnose beim Starten für EPS, die in Fahrzeugen verwendet werden, welche mit fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen für einen automatisierten Fahrzeugbetrieb ausgestattet sind.
Da fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS von englisch Advanced Driver Assist Systems) die Autoindustrie verändern, muss sich die EPS anpassen, um dieses Marktsegment zu bedienen. ADAS können in unterschiedlichen Anwendungsfällen betrieben werden, die durch die Society of Automotive Engineers allgemein in unterschiedliche Kategorien eingestuft sind, etwa Ebene 3, Ebene 4 usw., wobei es sich bei den Ebenen um diejenigen handelt, die von den Standards bestimmt werden, auf die man sich bei der SAE als die Standards SAE J3016 geeinigt hat, die automatisierte Fahrsysteme für motorisierte Straßenfahrzeuge betreffen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden technische Lösungen für eine Spieldetektionsdiagnose in einem Lenkungssystem beschrieben. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst, dass von einem Controller ein Motorerregungsbefehl an ein Motorsteuerungssystem gesendet wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Controller ein Sensorsignal gemessen wird, das in Ansprechen auf den Motorerregungsbefehl erzeugt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Controller eine Abklinggeschwindigkeit einer Amplitudenänderung des Signals bei einer Vielzahl von Frequenzen bestimmt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Controller auf der Grundlage dessen, dass die Abklinggeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, diagnostiziert wird, dass das Lenkungssystem eine Spielbedingung aufweist.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Lenkungssystem ein Motorsteuerungssystem und ein Spieldetektionsmodul, das das Vorhandensein einer Spielbedingung in dem Lenkungssystem detektiert. Das Detektieren der Spielbedingung umfasst das Senden eines Motorerregungsbefehls an ein Motorsteuerungssystem und das Messen eines Sensorsignals, das in Ansprechen auf den Motorerregungsbefehl erzeugt wird. Das Detektieren der Spielbedingung umfasst ferner, dass eine Abklinggeschwindigkeit einer Amplitudenänderung des Sensorsignals bei einer Vielzahl von Frequenzen bestimmt wird, und dass auf der Grundlage dessen, dass die Abklinggeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, diagnostiziert wird, dass das Lenkungssystem eine Spielbedingung aufweist.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Spieldetektionssystem, das das Vorhandensein einer Spielbedingung in einem Lenkungssystem detektiert, ein Messmodul, das einen Motorerregungsbefehl an ein Motorsteuerungssystem des Lenkungssystems sendet und ein Sensorsignal misst, das in Ansprechen auf den Motorerregungsbefehl erzeugt wird. Das Spieldetektionssystem umfasst ferner ein Klassifizierungsmodul, das eine Abklinggeschwindigkeit einer Amplitudenänderung des Sensorsignals bei einer Vielzahl von Frequenzen bestimmt und auf der Grundlage dessen, dass die Abklinggeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, diagnostiziert, dass das Lenkungssystem eine Spielbedingung aufweist.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden sich aus der folgenden Beschreibung besser ergeben, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste

1 stellt beispielhafte Ebenen dar, die in den SAE J3016-Standards bestimmt wurden;
2 veranschaulicht einen Vergleich zwischen den Ebenen in diesen Standards;
3 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugs, das ein Lenkungssystem enthält;
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockdiagramm und einen Betriebsablauf eines Spieldetektionsmoduls in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen;
5 stellt ein Beispiel für eine Spielbedingung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar;
6 stellt eine Abbildung dar, die eine Amplitudenabklinggeschwindigkeit des Systems bei unterschiedlichen Spielbedingungen in einem EPS in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen vergleicht; und
7 stellt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Spieldetektion in einem EPS in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
1 stellt beispielhafte Ebenen dar, die in den SAE J3016-Standards bestimmt sind. Obwohl sich das aktuelle Dokument auf die Standards und Begriffe der SAE bezieht, soll erwähnt werden, dass die technischen Lösungen hierin auf Fahrzeuge angewendet werden können, die andere Standards verwenden, wie etwa die Standards des Federal Highway Research Institute (BASt) und der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA), welche ähnliche Fälle wie die SAE-Standards möglicherweise unter Verwendung anderer Begriffe ansprechen. 2 veranschaulicht beispielsweise einen Vergleich zwischen den Ebenen in diesen Standards.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen stellen eine Spieldetektionsdiagnose beim Starten bereit, die das Ersetzen der Funktionalität eines vom Fahrer beobachteten EPS-Lenkungsspiels ermöglicht, welche in einem ADAS-Fahrzeug nicht mehr vorhanden ist, das in einem Anwendungsfall der SAE Ebene 3+ betrieben wird. Wie in 1 angegeben ist, kann das Fahrzeug in der SAE Ebene 3+ auf eine automatisierte Weise betrieben werden, ohne dass ein menschlicher Fahrer ein Lenkrad halten muss. Folglich kann es sein, dass eine taktile Rückmeldung, die für den menschlichen Fahrer über das Lenkrad bereitgestellt wird, damit der menschliche Fahrer einen Fehler bei dem Lenkungssystem (oder irgendeiner anderen Komponente des Fahrzeugs) detektieren kann, nicht mehr als eine Benachrichtigung über oder eine Warnung vor einer Fehlerbedingung verwendet werden kann, welches eine verbreitete Praxis in Ebene 2 und darunter ist. Speziell ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen das Detektieren einer Spielbedingung in einer oder mehreren mechanischen Komponenten, etwa denjenigen des Lenkungssystems.
Mit Bezug nun auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, ist 3 eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugs 10, das ein Lenkungssystem 12 enthält. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Lenkungssystem 12 ein Lenkrad 14, das mit einem Lenkwellensystem 16 gekoppelt ist, welches eine Lenksäule, eine Zwischenwelle und die notwendigen Gelenke enthält. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Lenkungssystem 12 ein EPS-System, das ferner eine Lenkungsassistenzeinheit 18 enthält, welche mit dem Lenkwellensystem 16 des Lenkungssystems 12 und mit Spurstangen 20, 22 des Fahrzeugs 10 gekoppelt ist. Alternativ kann die Lenkungsassistenzeinheit 18 den oberen Abschnitt des Lenkwellensystems 16 mit dem unteren Abschnitt dieses Systems koppeln. Die Lenkungsassistenzeinheit 18 enthält beispielsweise einen (nicht gezeigten) Lenkungsmechanismus mit einer Zahnstange und einem Getrieberad, der durch das Lenkwellensystem 16 mit einem Lenkungsaktormotor 19 und einem Lenkgetriebe gekoppelt sein kann. Wenn ein Fahrzeugbediener im Betrieb das Lenkrad 14 dreht, stellt der Lenkungsaktormotor 19 die Unterstützung zum Bewegen der Spurstangen 20, 22 bereit, welche wiederum Lenkungsachsschenkel 24 bzw. 26 bewegt, die mit Straßenrädern 28 bzw. 30 des Fahrzeugs 10 gekoppelt sind.
Wie in 3 gezeigt ist, enthält das Fahrzeug 10 ferner verschiedene Sensoren 31, 32, 33, welche beobachtbare Bedingungen des Lenkungssystems 12 und/oder des Fahrzeugs 10 detektieren und messen. Die Sensoren 31, 32, 33 erzeugen Signale auf der Grundlage der gemessenen Bedingungen. In einem Beispiel ist der Sensor 31 ein Drehmomentsensor, der ein eingegebenes Fahrerlenkraddrehmoment (HWT) erfasst, das von dem Bediener des Fahrzeugs 10 auf das Lenkrad 14 aufgebracht wird. Auf dieser Grundlage erzeugt der Drehmomentsensor ein Fahrerdrehmomentsignal. In einem anderen Beispiel ist der Sensor 32 ein Motorwinkel- und Motorgeschwindigkeitssensor, der einen Drehwinkel sowie eine Drehgeschwindigkeit des Lenkungsaktormotors 19 erfasst. In noch einem weiteren Beispiel ist der Sensor 33 ein Lenkradpositionssensor, der eine Position des Lenkrads 14 erfasst. Der Sensor 33 erzeugt auf dieser Grundlage ein Lenkradpositionssignal.
Ein Steuerungsmodul 40 empfängt das eine oder die mehreren Sensorsignale, die von den Sensoren 31, 32, 33 eingegeben werden, und es kann andere Eingaben empfangen, etwa ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 34. Das Steuerungsmodul 40 erzeugt ein Befehlssignal zum Steuern des Lenkungsaktormotors 19 des Lenkungssystems 12 auf der Grundlage einer oder mehrerer der Eingaben und ferner auf der Grundlage der Systeme und Verfahren zur Lenkungssteuerung der vorliegenden Offenbarung. Eine Kommunikation mit den anderen Komponenten des Fahrzeugs 10, etwa mit einem ABS 44, einem ESC-System 46 und anderen (nicht gezeigten) Systemen kann beispielsweise unter Verwendung eines Controllerbereichsnetzwerkbusses (CAN-Busses) oder eines anderen Fahrzeugnetzwerks durchgeführt werden, das in der Technik zum Austauschen von Signalen wie etwa dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 34 bekannt ist.
Da ein menschlicher Fahrer oder Bediener des Fahrzeugs 10 im Fall der ADAS-Fahrzeuge an der (Lenkungs-)Steuerung des Fahrzeugs weniger beteiligt ist, wird auch der zusätzliche menschliche Sinn der Fehlerdetektion verdrängt. Bei elektromechanischen Systemen wie dem EPS 12 wird das Vertrauen auf die Wahrnehmungen des Fahrers als Detektionsmechanismus (etwa Geräusche) vor einem Fehler während der Entwurfsphase des EPS 12 genutzt, um die Schwere eines Fehlermodus einzustufen. Ein Lenkungsfehler durch Spiel zwischen zwei Komponenten kann durch Fühlen (oder Geräusche) detektiert werden und das EPS 12 wird von dem Fahrer vor einer weiteren Verwendung, die zu einem katastrophalen Fehler führen kann, zur Wartung gebracht. Die Spielfehlerbedingung ist eine, bei welcher das Lenkrad ohne eine zugehörige Bewegung der Vorderräder um einen gewissen Teil einer Umdrehung gedreht werden kann.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen eine Spieldetektionsdiagnose beim Starten, welche im Fall von ADAS-Fahrzeugen, bei denen die Fahrerwahrnehmung, etwa ein taktiles Gefühl, eine Sicht usw. (im Speziellen ein EPS-Lenkungsspiel) nicht mehr verfügbar ist, etwa in einem ADAS-Fahrzeug, das in einem Anwendungsfall der SAE Ebene 3+ betrieben wird.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockdiagramm und einen Betriebsablauf eines Spieldetektionsmoduls in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Ein beispielhaftes Spieldetektionsmodul 100 kann wie dargestellt neben weiteren Komponenten ein Aktivierungsmodul 110, ein Messmodul 120 und ein Klassifizierungsmodul 130 enthalten. Es versteht sich, dass das Spieldetektionsmodul 100 in anderen Beispielen beispielsweise andere, zusätzliche oder weniger Module enthalten kann, welche die Operationen der dargestellten Module auf eine andere Weise kombinieren können.
In einem oder mehreren Beispielen wird die Spieldetektionsdiagnose beim Starten durch das Steuerungsmodul 40 des EPS 12 oder durch eine beliebige andere ECU des Fahrzeugs 10 ausgeführt. Ferner kann das eine oder können die mehreren Module der Spieldetektionsdiagnose beim Starten computerausführbare Anweisungen enthalten. Alternativ oder zusätzlich enthält das eine oder enthalten die mehreren Module der Spieldetektionsdiagnose beim Starten elektronische Schaltungen wie etwa ASICs, FPGAs und dergleichen. Das eine oder die mehreren Module können eine „Phase“ in einem Verfahren darstellen, das in einem oder mehreren Beispielen von dem Steuerungsmodul 40 ausgeführt wird, um die Spieldetektion zu implementieren.
In einem oder mehreren Beispielen wird die Spieldetektionsdiagnose beim Starten während der Initialisierungsroutine des ADAS-Fahrzeugs 10 ausgeführt, und alle Betriebsphasen werden in einer statischen (oder stationären) Fahrzeugumgebung abgeschlossen. Die Initialisierungsroutine ist beispielsweise ein Zünden des Fahrzeugs 10, wobei zu diesem Zeitpunkt das Spieldiagnoseverfahren ausgeführt/implementiert wird, um festzustellen, ob die eine oder die mehreren mechanischen Komponenten des Fahrzeugs 10 eine Spielbedingung ausgebildet haben. In einem oder mehreren Beispielen ermöglicht die Spieldetektionsdiagnose beim Starten eine dynamische Verschiebung der Verantwortung von dem EPS 12 weg.
Das Aktivierungsmodul 110 führt eine Aktivierungsphase der Spieldetektion aus. Die Aktivierungsphase erlaubt das Einleiten der Spieldetektionsdiagnose beim Starten nur bei speziellen eingeschränkten Bedingungen. Dies liegt daran, dass bei der Spieldetektion das Messmodul 120 zur Laufzeit eine aggressive AC-Antwort des EPS 12 erzeugen kann. Folglich belässt das Aktivierungsmodul 110 den Auslöser, der die Operation/die Ausführung des Messmoduls 120 einleitet, in einem nicht verfügbaren Zustand, wenn Bedingungen nicht mit den vorbestimmten speziellen eingeschränkten Bedingungen übereinstimmen. In einem oder mehreren Beispielen hält das Aktivierungsmodul 110 das Einleiten des Messmoduls 120 geschützt hinter einer oder mehreren Sicherheitsdiagnosen, welche Plausibilitätsprüfungen für die Fahrzeugbedingungen enthalten, und entsperrt/aktiviert das Auslösen des Messmoduls 120 nur, wenn die vorbestimmten Bedingungen überprüft sind. Die vorbestimmten Bedingungen werden überprüft, um festzustellen, dass das Fahrzeug 10 stationär ist, beispielsweise, indem geprüft wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit = 0, oder die Straßenradgeschwindigkeit = 0, und dergleichen oder Kombinationen daraus. Es versteht sich, dass die Bedingungen in anderen Beispielen anders sein können oder zusätzliche oder weniger Prüfungen enthalten können. Wenn alle Sicherheitsmaßnahmen bestanden wurden, wird die Spieldetektionsdiagnose eingeleitet, indem der Betrieb des Messmoduls 120 befohlen wird.
In einem oder mehreren Beispielen sendet das Messmodul 120 eine haptische Anforderung nach Motordrehmoment bei unterschiedlichen Frequenzen an die EPS 12. Beispielsweise führt das Messmodul 120 einen Frequenzdurchlauf des EPS-Motordrehmoments aus, um zu einer oder in die Nähe einer Sättigung eines Lenkraddrehmomentsensors (aufgrund von Trägheitseffekten der EPS 12) zu kommen. Ein vorbestimmter Eingabedrehmomentwert wird auf das Lenkrad 14 derart aufgebracht, dass die Amplitude die stärksten Eingaben für die Spieldiagnose bereitstellt. Zum Beispiel werden Parameter für den Frequenzbereich und die Amplitude für den Durchlauf von 10 bis 25 Hertz bzw. 0,4 bis 0,6 Newtonmeter des Motors eingegeben. Diese Parameter sind kalibrierbar und werden auf die Anwendung zugeschnitten. Die vorbestimmten Eingabewerte werden derart konfiguriert, dass kritische Eingaben, die eine Resonanz der EPS 12 während eines Betriebs des Messmoduls 120 auslösen würden, geschützt werden. Die Messwerte von den Sensoren des Lenkungssystems 12 werden auf der Grundlage von vorbestimmten Eingabewerten aufgezeichnet, die von dem Messmodul 120 aufgebracht werden.
Das Klassifizierungsmodul 130 analysiert die gemessenen Ausgaben von den Sensoren und stuft die Ergebnisse ein. Beispielsweise nutzt die Analyse eine Übertragungsfunktion des befohlenen Motordrehmoments über dem gemessenen Lenkraddrehmoment in einem speziellen Frequenzbereich. Wenn in der EPS 12 eine Spielbedingung vorhanden ist, wird das Auftreten einer oder mehrerer Bedingungen auf der Grundlage der gemessenen Ausgaben detektiert. Das Klassifizierungsmodul stellt das Vorhandensein der Spielbedingung fest, wenn die maximale Amplitude der Übertragungsfunktion bei einer anderen Frequenz als einem vorbestimmten Wert auftritt. Die maximale Amplitude der Übertragungsfunktion kann sich in der EPS 12 mit Spiel gegenüber der EPS 12 ohne Spielbedingung verändern. Alternativ oder zusätzlich stellt das Klassifizierungsmodul 130 das Vorhandensein der Spielbedingung fest, wenn die Abklinggeschwindigkeit (Dämpfung) der Amplitude (wenn die Frequenz zunimmt) nicht mit einem vorbestimmten Wert übereinstimmt. Die Abklinggeschwindigkeit ändert sich in dem EPS-System 12 mit Spiel gegenüber der EPS 12 ohne Spielbedingung.
5 stellt ein Beispiel für eine Spielbedingung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. In dem dargestellten Beispiel wird die Spielbedingung als Verschiebung der Antwort beobachtet, wenn sich eine Halterung 510 für große Kugelmuttern in einer zahnstangenbasierten EPS 12 inkrementell lockert. 5 stellt einen Querschnitt einer EPS-Assistenzeinheit 18 dar, in der die Halterung 510 bezeichnet ist. Während die Spielbedingung in der Halterung 510 zunimmt, verändert sich die Geschwindigkeit der Abnahme der Amplitude der Frequenzantwort, wenn ein gemeinsamer Satz von Frequenzprüfpunkten wiederholt miteinander verglichen wird.
6 stellt eine Abbildung dar, die eine Amplitudenabklinggeschwindigkeit des Systems bei unterschiedlichen Spielbedingungen in einer EPS in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen vergleicht. Speziell ist in der beispielhaften dargestellten Abbildung die Spielbedingung diejenige in der Halterung 510 für große Kugelmuttern, jedoch können in anderen Beispielen ähnliche Abbildungen für andere Spielbedingungen berechnet werden. 6 stellt eine Grundlinienabbildung 610, eine mit einer ersten Spielbedingung und eine mit einer zweiten Spielbedingung dar.
Um die , und zu erzeugen, werden an mehreren Frequenzprüfpunkten entsprechende Eingabebefehle auf den Motor 19 aufgebracht. Ein Eingabebefehl bei einem speziellen Frequenzprüfpunkt weist eine vorbestimmte Frequenz und Amplitude auf. Eine entsprechende Ausgabeamplitude wird unter Verwendung des Sensors gemessen und die Frequenz des Eingabebefehls und die gemessene Ausgabeamplitude werden in jeder der , und aufgetragen.
Eine Steigung der Kurve, die durch die Amplituden, die bei den verschiedenen Frequenzprüfpunkten gemessen werden, gebildet wird, stellt die Dämpfungsgeschwindigkeit oder Abklinggeschwindigkeit der Systemantwort bereit. Jede der Kurven 610, 620 und 630 stellt die Dämpfungsgeschwindigkeit bei einer entsprechenden Spielbedingung bereit. Zum Beispiel werden die Messwerte, die durch die Kurve 610 repräsentiert werden, erfasst, wenn es keine Spielbedingung gibt, die Kurve 620 ergibt sich, wenn die Spielbedingung ein vorbestimmtes erstes inkrementelles Niveau, beispielsweise 0,2 Umdrehungen ist, und die Kurve 630 ergibt sich, wenn die Spielbedingung bei einem vorbestimmten zweiten inkrementeilen Niveau liegt, beispielsweise 0,9 Umdrehungen. Wie ersichtlich ist, kann die Geschwindigkeit der Dämpfung als Unterscheidungskriterium genutzt werden, um zu erkennen, ob in der EPS 12 eine Spielbedingung existiert. Wie in 6 dargestellt ist, ist zu beobachten, dass die Beziehung linear ist. Folglich stellt das Spieldetektionsmodul 100 fest, dass eine Spielbedingung existiert, wenn die Steigung des Abfallens größer als ein vorbestimmter Abklinggeschwindigkeits-Schwellenwert ist. Mit anderen Worten detektiert das Spieldetektionsmodul 100 eine Spielbedingung unter Verwendung der Abklinggeschwindigkeit (Dämpfung) der Amplitudenveränderungen (wenn die Frequenz ansteigt) (System mit Spiel gegenüber einem ohne) in den gemessenen Ausgaben aus den Sensoren in Ansprechen auf das Eingeben der vorbestimmten Befehle für einen Frequenzdurchlauf.
Statt die Abklinggeschwindigkeit der Amplitude als den Faktor zum Detektieren des Vorhandenseins einer Spielbedingung zu nutzen, verwendet das Spieldetektionsmodul 100 in einem oder mehreren Beispielen eine Resonanzspitzenverschiebung mit Bezug auf die Frequenz zum Detektieren des Vorhandenseins der Spielbedingung. Beispielsweise wird die Resonanzspitzenverschiebung detektiert, wenn die maximale Amplitude der Übertragungsfunktion in einem System mit Spiel bei einer anderen Frequenz als einem ohne auftritt. Folglich wird in diesem Fall die maximale Amplitude bei einer ersten Frequenz in dem Fall, bei dem es keine Spielbedingung gibt, beobachtet, und die maximale Amplitude wird im Fall, dass die Spielbedingung existiert, bei einer zweiten Frequenz beobachtet. Das Spieldetektionsmodul 100 detektiert das Vorhandensein der Spielbedingung, indem es die Frequenz, bei welcher die maximale Amplitude beobachtet wird, mit der vorbestimmten Frequenz für die maximale Amplitude vergleicht, wenn die Spielbedingung nicht vorhanden ist. Wenn sich die bei der maximalen Amplitude beobachtete Frequenz von der vorbestimmten Frequenz unterscheidet, folgert das Spieldetektionsmodul 100 daraus, dass eine Spielbedingung existiert.
In einem oder mehreren Beispielen umfasst die Spieldetektion das Eingeben von mehreren Sätzen von Befehlen und das Messen entsprechender Sensorausgaben zum Detektieren einer Spielbedingung in mehreren Komponenten der EPS 12, wobei ein spezieller Satz von Befehlen einer speziellen Komponente entspricht. Mit anderen Worten werden, falls fünf verschiedene Komponenten des EPS 12 getestet werden müssen, um das Vorhandensein einer Spielbedingung zu bestimmen, fünf jeweilige Sätze von Eingabebefehlen bereitgestellt und die entsprechenden Sensorausgaben werden analysiert. In einem oder mehreren Beispielen kann jede Komponente eine entsprechende Übertragungsfunktion aufweisen, die für die Analyse verwendet wird.
7 stellt ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren zur Spieldetektion in einer EPS in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Das Verfahren umfasst bei 710, dass ein Befehl zum Initialisieren der Spieldetektion empfangen wird. Bei 720 und 730 aktiviert das Spieldetektionsmodul 100 das Messmodul 120 und das Analysemodul 130, wenn das Aktivierungsmodul 110 anzeigt, dass die Startbedingungen erfüllt sind. Wenn die Startbedingungen nicht erfüllt sind, wird die Spieldetektion gestoppt. Dies liegt daran, dass die Spieldetektion zur Laufzeit eine aggressive AC-Antwort der EPS 12 erzeugen kann, was eine gefährliche Situation sein kann. Folglich verhindert das Spieldetektionsmodul 100 durch Überprüfen, ob die Startbedingungen erfüllt sind, dass die gefährliche Situation auftritt.
Die Startbedingungen können umfassen, dass bestimmt wird, dass das Fahrzeug 10 stationär ist und gegenwärtig nicht gefahren wird. Beispielsweise können die Startbedingungen umfassen, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit (= 0), die Radgeschwindigkeit (= 0), die Getriebeposition (= Parken) oder eine beliebige weitere derartige Bedingung geprüft wird. Die Bedingungen können geprüft werden, indem ein oder mehrere Werte/Stati von dem einen oder den mehreren zu prüfenden Parametern über Fahrzeugnetzwerke empfangen werden, etwa ein Controllerbereichsnetzwerk (CAN) oder ein beliebiges anderes Netzwerk.
Nach dem Aktivieren umfasst die Spieldetektion bei 740, dass gewählt wird, welche Komponente auf eine Spielbedingung getestet werden soll. Beispielsweise kann das Spieldetektionsmodul 100 das Vorhandensein einer Spielbedingung in unterschiedlichen Komponenten der EPS 12 detektieren. Das Spieldetektionsmodul 100 wählt eine erste Komponente aus einer Liste von Komponenten, die auf das Vorhandensein einer Spielbedingung getestet werden sollen. Das Verfahren umfasst ferner, dass bei 750 ein Satz von Eingabebefehlen zum Testen der gewählten Komponente erzeugt und aufgebracht wird. Die Eingabebefehle erregen die Komponente der EPS 12, was dazu führt, dass die EPS 12 entsprechende EPS-Signale erzeugt, etwa ein Lenkraddrehmoment oder eine Lenkradverschiebung. In einem oder mehreren Beispielen werden die Eingabebefehle auf ein Motorsteuerungssystem der EPS 12 aufgebracht, wobei das Motorsteuerungssystem den Motor 19 steuert. Die Eingabebefehle können spezifisch für die gewählte Komponente sein. Die Eingabebefehle können Motordrehmomentbefehle sein, die veranlassen, dass der Motor 19 der EPS 12 Drehmoment in Ansprechen auf und entsprechend zu den Befehlen erzeugt. Der Satz von Eingabebefehlen enthält ein Signal, das bei verschiedenen vorbestimmten Frequenzen und mit verschiedenen Amplituden bereitgestellt wird. In einem oder mehreren Beispielen beruhen die Frequenzen und Amplituden auf der getesteten Komponente und dem Sensor, der zum Messen der entsprechenden Ausgabe(n) verwendet wird. In einem oder mehreren Beispielen können die Eingabebefehle als Sinuswellen von Motordrehmomentbefehlen repräsentiert werden.
Alternativ sind die Eingabebefehle in einem oder mehreren Beispielen Motorpositionsbefehle, die veranlassen, dass der Motor 19 entsprechend der Eingabebefehle eine Position verändert/verschoben wird. Der Satz von Eingabebefehlen enthält ein Signal, das bei verschiedenen vorbestimmten Frequenzen und mit verschiedenen Amplituden bereitgestellt wird. In einem oder mehreren Beispielen beruhen die Frequenzen und Amplituden auf der getesteten Komponente und auf dem Sensor, der zum Messen der entsprechenden Ausgabe(n) verwendet wird. In einem oder mehreren Beispielen können die Eingabebefehle als Sinuswellen von Motorpositionsbefehlen repräsentiert werden.
Das Verfahren umfasst ferner, dass bei 760 Sensorausgaben gemessen werden, die den Eingabebefehlen entsprechen. In Abhängigkeit davon, was die verwendeten Eingabebefehle sind, sind die Ausgaben, die gemessen werden, entweder ein Lenkraddrehmoment oder eine Lenkradposition oder Ausgaben anderer EPS-Sensoren. Das Lenkraddrehmoment wird unter Verwendung eines Drehmomentsensors gemessen, der misst, wie viel Drehmoment erzeugt wurde, als die Eingabebefehle auf den Motor 19 aufgebracht wurden. Alternativ wird im Fall, dass die Eingabebefehle Positionsbefehle sind, die Position des Lenkrads 14 in Ansprechen auf die Eingabebefehle, die aufgebracht werden, gemessen.
Die gemessenen Ausgaben werden bei 770 weiter analysiert, um das Vorhandensein einer Spielbedingung in der gewählten Komponente zu bestimmen. Die Analyse verwendet eine Übertragungsfunktion des befohlenen Motordrehmoments/der befohlenen Motorposition über dem gemessenen Lenkraddrehmoment/der gemessenen Lenkradposition in einem speziellen Frequenzbereich. Die Ergebnisse der Übertragungsfunktion stellen eine Dämpfungsgeschwindigkeit der Systemantwort und/oder eine Resonanzspitze bereit. Ein gemeinsamer Satz von Frequenzprüfpunkten wird wiederholt miteinander verglichen. Wenn das Spiel zunimmt, ändert sich die Dämpfungsgeschwindigkeit. Wenn in einem oder mehreren Beispielen die Steigung dieser Dämpfung größer als ein Abklinggeschwindigkeitsschwellenwert ist, stellt das Spieldetektionsmodul 100 fest, dass die gewählte Komponente eine Spielbedingung aufweist.
Wenn das Spieldetektionsmodul 100 alternativ die Resonanzspitze als den Faktor zum Bestimmen des Vorhandenseins einer Spielbedingung verwendet, vergleicht das Spieldetektionsmodul 100 die Frequenz, bei welcher eine maximale Amplitude der Ausgabe beobachtet wird, mit einer vorbestimmten Frequenz, bei welcher die maximale Amplitude dem Fehlen einer Spielbedingung zugeordnet ist. Wenn sich die Frequenz um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert geändert hat, stellt das Spieldetektionsmodul 100 das Vorhandensein einer Spielbedingung fest.
Wenn beruhend auf der Analyse die Spielbedingung vorhanden ist, erzeugt das Spieldetektionsmodul bei 780 und 785 eine entsprechende Benachrichtigung. Die Benachrichtigung kann das Bereitstellen eines Diagnosecodes und/oder einer Fahrerrückmeldung, etwa über eine Interaktionseinheit zwischen Fahrer und Fahrzeug des Fahrzeugs 10, und dergleichen, oder eine Kombination daraus umfassen.
Das Verfahren umfasst bei 790 ferner, dass geprüft wird, ob irgendeine weitere Komponente auf das Vorhandensein einer Spielbedingung getestet werden soll. Diese Prüfung kann unabhängig davon durchgeführt werden, ob eine Spielbedingung in der Komponente detektiert wurde, die gegenwärtig getestet wird. Wenn eine weitere Komponente getestet werden soll, wiederholt das Verfahren die Operationen, indem es eine nächste Komponente wählt, die auf eine Spielbedingung getestet werden soll.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen eine Spieldetektionsdiagnose beim Starten in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Spieldetektion wird detektiert, indem vorbestimmte Eingabebefehle, etwa Motordrehmomentbefehle/Motorpositionsbefehle, mit einer vorbestimmten Frequenz in Übereinstimmung mit einem Takt auf ein EPS-System aufgebracht werden. Die Spieldetektion wird bestimmt, indem eine gemessene Ausgabe des Lenkraddrehmoments/der Lenkradposition analysiert wird. Beispielsweise verwendet die Analyse eine Übertragungsfunktion des befohlenen Motordrehmoments über dem gemessenen Lenkraddrehmoment in einem speziellen Frequenzbereich. Wenn in der EPS Spiel vorhanden ist, tritt mindestens eine der folgenden Veränderungen auf. Die maximale Amplitude der Übertragungsfunktion tritt bei einer anderen Frequenz auf (System mit Spiel gegenüber einem ohne). Alternativ oder zusätzlich ändert sich die Abklinggeschwindigkeit (Dämpfung) der Amplitude (wenn die Frequenz zunimmt) (System mit Spiel gegenüber einem ohne). In einem oder mehreren Beispielen berechnen die technischen Lösungen die Steigung, den Achsenabschnitt und andere Messwerte des beobachteten Sensorsignals, um festzustellen, ob die Spielbedingung existiert.
Die technischen Lösungen hierin ermöglichen das automatische Detektieren, ob eine Spielbedingung in einem Lenkungssystem vorhanden ist, ohne einen menschlichen Bediener und ohne sich auf Geräusche oder Gefühle von dem menschlichen Bediener zu verlassen.
Die technischen Lösungen hierin ermöglichen eine automatische Detektion von Spiel in einem Lenkungssystem, welche die Funktionalität einer von einem Fahrer beobachteten Lenkungsspieldetektion ersetzt. Die vom Fahrer beobachtete Spieldetektion stützt sich auf Geräusche und Gefühle während des Betriebs des Lenkungssystems. Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen eine Spieldetektion im Fall von Fahrzeugen mit fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS-Fahrzeugen), die ohne einen Fahrer arbeiten, etwa auf eine automatisierte Weise. Folglich sprechen die technischen Lösungen das technische Problem des Detektierens einer Spielfehlerbedingung in dem Lenkungssystem im Fall von automatisierten Fahrzeugen an.
Die vorliegenden technischen Lösungen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jeder möglichen technischen Detailebene der Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien enthalten, die darin computerlesbare Programmanweisungen aufweisen, um zu veranlassen, dass ein Prozessor Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen ausführt.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen werden hier mit Bezug auf Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder der Blockdiagramme und Kombinationen aus Blöcken in den Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden können.
Die Flussdiagramme und Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und die Arbeitsweise von möglichen Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt von Anweisungen, welcher eine oder mehrere ausführbare Anweisungen umfasst, repräsentieren, um die angegebenen logischen Funktionen zu implementieren. In einigen alternativen Implementierungen treten die in den Blöcken beschriebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge auf als in den Figuren angegeben ist. Beispielsweise können zwei Blöcke, die aufeinanderfolgend gezeigt sind, tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können in Abhängigkeit von der betroffenen Funktionalität manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Es wird auch erwähnt, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammveranschaulichungen und Kombinationen aus Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammveranschaulichungen durch spezialisierte hardwarebasierte Systeme implementiert werden können, welche die beschriebenen Funktionen oder Handlungen durchführen oder Kombinationen aus spezieller Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Es ist außerdem festzustellen, dass alle Module, Einheiten, Komponenten, Server, Computer, Endgeräte oder Vorrichtungen, die hier als Beispiele beschrieben wurden, welche Anweisungen ausführen, computerlesbare Medien enthalten können oder anderweitig darauf Zugriff haben können, etwa Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichervorrichtungen (entfernbar und/oder nicht entfernbar) wie zum Beispiel Magnetplatten, optische Platten oder Bänder. Computerspeichermedien können flüchtige und nicht flüchtige, entfernbare und nicht entfernbare Medien enthalten, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zum Speichern von Informationen implementiert sind, etwa computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten. Diese Computerspeichermedien können Teil der Vorrichtung sein oder dafür zugänglich oder damit verbindbar sein. Alle hier beschriebenen Anwendungen oder Module können unter Verwendung computerlesbarer/computerausführbarer Anweisungen implementiert werden, welche durch diese computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig vorgehalten werden können.
Obwohl die technischen Lösungen im Detail in Verbindung mit nur einer beschränkten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es leicht zu verstehen, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen begrenzt sind. Stattdessen können die technischen Lösungen modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die im Vorstehenden hier nicht beschrieben wurden, welche aber mit dem Geist und Umfang der technischen Lösungen übereinstimmen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben worden sind, versteht es sich außerdem, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Folglich dürfen die technischen Lösungen nicht so aufgefasst werden, dass sie durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt sind.

Claims

Verfahren zur Spieldetektionsdiagnose in einem Lenkungssystem, wobei das Verfahren umfasst, dass: von einem Controller ein Motorerregungsbefehl an ein Motorsteuerungssystem gesendet wird; von dem Controller ein Sensorsignal gemessen wird, das in Ansprechen auf den Motorerregungsbefehl erzeugt wird; von dem Controller eine Abklinggeschwindigkeit einer Amplitudenänderung des Signals bei einer Vielzahl von Frequenzen bestimmt wird; und auf der Grundlage dessen, dass die Abklinggeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, von dem Controller diagnostiziert wird, dass das Lenkungssystem eine Spielbedingung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motorerregungsbefehl eine Vielzahl von Motorbefehlen umfasst, die eine jeweilige Frequenz und Amplitude aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Sensorsignal eine entsprechende Vielzahl von Lenkradsignalen umfasst, die von einem oder mehreren Sensoren gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motorerregungsbefehl einen oder mehrere Motordrehmomentbefehle umfasst, und das Sensorsignal einen oder mehrere entsprechende Lenkraddrehmomentmesswerte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motorerregungsbefehl einen Motorpositionsbefehl umfasst und das Sensorsignal einen oder mehrere entsprechende Lenkradpositionsmesswerte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: von dem Controller eine auf das Vorhandensein einer Spielbedingung zu testende Komponente des Lenkungssystems gewählt wird, wobei der Motorerregungsbefehl der gewählten Komponente entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motorerregungsbefehl ein erster Motorerregungsbefehl ist, der eine erste Vielzahl von Motorsignalen mit Frequenzen aus einem ersten Bereich umfasst, und wobei der erste Motorerregungsbefehl verwendet wird, um eine erste Komponente des Lenkungssystems zu diagnostizieren, und wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: eine zweite Komponente des Lenkungssystems unter Verwendung eines zweiten Motorerregungsbefehls diagnostiziert wird, wobei der zweite Motorerregungsbefehl eine zweite Vielzahl von Motorsignalen umfasst, die Frequenzen aus einem zweiten Bereich aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren beim Fahrzeugstarten eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lenkungssystem Teil eines automatisierten Fahrzeugs ist.
Lenkungssystem, das umfasst: ein Motorsteuerungssystem; und ein Spieldetektionsmodul, das ausgestaltet ist, um das Vorhandensein einer Spielbedingung in dem Lenkungssystem zu detektieren, wobei das Detektieren der Spielbedingung umfasst, dass: ein Motorerregungsbefehl an ein Motorsteuerungssystem gesendet wird; ein Sensorsignal gemessen wird, das in Ansprechen auf den Motorerregungsbefehl erzeugt wird; eine Abklinggeschwindigkeit einer Amplitudenänderung des Sensorsignals bei einer Vielzahl von Frequenzen bestimmt wird; und auf der Grundlage dessen, dass die Abklinggeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, diagnostiziert wird, dass das Lenkungssystem eine Spielbedingung aufweist.
Lenkungssystem nach Anspruch 10, wobei der Motorerregungsbefehl eine Vielzahl von Motorbefehlen mit einer jeweiligen Frequenz und Amplitude umfasst.
Lenkungssystem nach Anspruch 10, wobei der Motorerregungsbefehl einen oder mehrere Motordrehmomentbefehle umfasst, und das Sensorsignal einen oder mehrere entsprechende Lenkraddrehmomentmesswerte umfasst.
Lenkungssystem nach Anspruch 10, wobei der Motorerregungsbefehl einen Motorpositionsbefehl umfasst und das Sensorsignal einen oder mehrere entsprechende Lenkradpositionsmesswerte umfasst.
Lenkungssystem nach Anspruch 10, wobei der Motorerregungsbefehl ein erster Motorerregungsbefehl ist, der eine erste Vielzahl von Motorsignalen mit Frequenzen aus einem ersten Bereich umfasst, und wobei der erste Motorerregungsbefehl verwendet wird, um eine erste Komponente des Lenkungssystems zu diagnostizieren, und wobei die Detektion der Spielbedingung ferner umfasst, dass: eine zweite Komponente des Lenkungssystems unter Verwendung eines zweiten Motorerregungsbefehls diagnostiziert wird, wobei der zweite Motorerregungsbefehl eine zweite Vielzahl von Motorsignalen mit Frequenzen aus einem zweiten Bereich umfasst.
Lenkungssystem nach Anspruch 10, wobei das Spieldetektionsmodul ausgestaltet ist, um das Vorhandensein einer Spielbedingung beim Fahrzeugstarten zu detektieren.