DE102019203522A1

DE102019203522A1 - Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems

Info

Publication number: DE102019203522A1
Application number: DE102019203522.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas John; Michael Friedel; Stefan Kersten Weber; Susanne Meyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-09-17
Also published as: EP3938269A1; JP2022525357A; WO2020187485A1; US20220135121A1; US11873040B2; JP7259074B2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems (10), insbesondere während eines Betriebs in einem Fahrzeug (12), bei welchem eine Belastungskenngröße wenigstens eines Lenkungsbauteils (14) des Lenksystems (10) ermittelt und zur Bestimmung einer Beanspruchung und/oder eines Zustands des Lenkungsbauteils (14) ausgewertet wird.Es wird vorgeschlagen, dass die Belastungskenngröße zumindest eine durch eine externe Krafteinwirkung bewirkte Belastung des Lenkungsbauteils (14) umfasst.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Steuergerät mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Steuergerät.
Aus der DE 10 2004 017 660 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines elektrischen und/oder elektromechanischen Systems, wie beispielsweise eines Lenksystems, bekannt, bei welchem eine Belastungskenngröße in Form einer internen bzw. systemspezifischen Belastung eines Bauteils ermittelt und zur Bestimmung einer Beanspruchung und/oder eines Zustands des Bauteils ausgewertet wird. Zudem können bei der Auswertung weitere Systemgrößen, wie beispielsweise eine Betriebsdauer, eine Belastungsdauer und/oder eine Umgebungstemperatur, berücksichtigt werden. Externe Belastungen, welche ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die Beanspruchung und/oder den Zustand des Bauteils haben und welche beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten, Schlaglöcher und/oder andere Ereignisse oder Sonderereignisse bewirkt werden, bleiben dabei jedoch unberücksichtigt.
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung insbesondere darin, ein Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Beanspruchungsanalyse bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10 und 11 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems, insbesondere während eines Betriebs in einem Fahrzeug und vorteilhaft in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Belastungskenngröße wenigstens eines, insbesondere zu überwachenden, Lenkungsbauteils des Lenksystems ermittelt und zur Bestimmung einer, insbesondere mechanischen und/oder elektrischen, Beanspruchung und/oder eines Zustands des Lenkungsbauteils ausgewertet wird.
Es wird vorgeschlagen, dass die Belastungskenngröße zumindest eine durch eine externe Krafteinwirkung bewirkte und insbesondere von einer Umgebung auf das Lenkungsbauteil einwirkende, insbesondere externe, Belastung des Lenkungsbauteils umfasst. Die externe Krafteinwirkung, welche insbesondere zu der Belastung des Lenkungsbauteils führt, kann dabei beispielsweise durch eine Fahrbahnunebenheit, durch ein Schlagloch, durch ein Anstoßen an ein Hindernis, durch ein Lenken gegen ein Hindernis, durch eine Überfahrt eines Hindernisses und/oder durch andere derartige Ereignisse oder Sonderereignisse bewirkt sein. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine vorteilhafte Beanspruchungsanalyse des Lenkungsbauteils und/oder des Lenksystems erreicht werden. Insbesondere können hierdurch auch Schädigungsmechanismen von externen Belastungen, welche sich signifikant von Schädigungsmechanismen von internen und/oder systemspezifischen Belastungen unterscheiden können, sicher erfasst und berücksichtigt werden, wodurch vorteilhaft eine Betriebssicherheit erhöht werden kann.
Darüber hinaus kann das Fahrzeug und/oder das Lenksystem weitere Bauteile und/oder Baugruppen umfassen, wie beispielsweise wenigstens ein Steuergerät, wenigstens eine Erfassungseinheit zur Erfassung der Belastungskenngröße, eine Lenkhandhabe zum Aufbringen eines Handmoments, ein Lenkgetriebe, welches vorteilhaft wenigstens ein Lenkungsstellelement, beispielsweise in Form einer Zahnstange, aufweist, wenigstens einen, insbesondere mit dem Lenkgetriebe zusammenwirkenden, Lenkaktuator und/oder wenigstens ein Kopplungsgetriebe zur Kopplung des Lenkaktuators mit dem Lenkgetriebe. Insbesondere kann der Lenkaktuator und/oder ein mit dem Lenkaktuator in Wirkverbindung stehendes Bauteil des Fahrzeugs und/oder des Lenksystems, wie beispielsweise das Lenkungsstellelement und/oder das Kopplungsgetriebe, das zu überwachende Lenkungsbauteil sein. Unter einem „Lenkaktuator“ soll dabei insbesondere eine, insbesondere elektrisch ausgebildete, Aktuatoreinheit verstanden werden, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, ein Lenkmoment an das Lenkungsstellelement zu übertragen und hierdurch vorteilhaft eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Vorzugsweise ist der Lenkaktuator dazu vorgesehen, ein Lenkmoment zur Unterstützung eines an der Lenkhandhabe aufgebrachten Handmoments und/oder ein Lenkmoment zur selbsttätigen und/oder autonomen Steuerung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs bereitzustellen. Dazu kann der Lenkaktuator wenigstens einen Elektromotor umfassen. Der Elektromotor ist vorteilhaft als bürstenloser Motor und bevorzugt als Asynchronmotor oder als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet. 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.
Des Weiteren soll unter einer „Belastungskenngröße“ insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche zumindest mit einer, insbesondere durch eine interne und/oder externe Krafteinwirkung auf das Lenkungsbauteil bewirkten, Belastung des Lenkungsbauteils korreliert ist. Insbesondere kann wenigstens anhand der Belastungskenngröße auf eine, insbesondere mechanische und/oder elektrische, Beanspruchung und/oder einen Zustand des Lenkungsbauteils geschlossen und/oder eine, insbesondere mechanische und/oder elektrische, Beanspruchung und/oder ein Zustand des Lenkungsbauteils bestimmt werden. Ferner kann die Belastungskenngröße vorteilhaft weitere Belastungen des Lenkungsbauteils, wie beispielsweise eine durch eine Umgebungstemperatur bewirkte Belastung, eine durch eine Luftfeuchtigkeit bewirkte Belastung und/oder sonstige durch Umgebungsbedingungen bewirkte Belastungen, umfassen. Darüber hinaus kann vorteilhaft anhand der Belastungskenngröße zusätzlich auch auf eine, insbesondere mechanische und/oder elektrische, Beanspruchung und/oder einen Zustand wenigstens eines Fahrzeugbauteils des Fahrzeugs geschlossen und/oder eine, insbesondere mechanische und/oder elektrische, Beanspruchung und/oder ein Zustand wenigstens eines Fahrzeugbauteils des Fahrzeugs bestimmt werden. Vorteilhaft wird die Belastungskenngröße dabei während eines gesamten Überwachungszeitintervalls überwacht und eine zeitliche Veränderung der Belastungskenngröße zur Bestimmung der Beanspruchung und/oder des Zustands des Lenkungsbauteils ausgewertet. Unter einem „Überwachungszeitintervall“ soll insbesondere ein, insbesondere länger andauerndes und vorteilhaft mit einer Lebensdauer des Lenksystems und/oder des Fahrzeugs korreliertes, Zeitintervall verstanden werden, in welchem Veränderungen der Belastungskenngröße erfasst werden. Insbesondere kann das Überwachungszeitintervall dabei einen Zeitraum von mehreren Tagen, von mehreren Wochen, von mehreren Monaten und/oder von mehreren Jahren umfassen.
Ferner kann das Fahrzeug und/oder das Lenksystem im vorliegenden Fall insbesondere wenigstens eine Recheneinheit und/oder wenigstens ein Steuergerät mit einer Recheneinheit umfassen, wobei die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen ist, das Verfahren zur Überwachung der Lenkvorrichtung auszuführen. Unter einer „Recheneinheit“ soll insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Betriebsspeicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Berechnungsroutine, zumindest eine Überwachungsroutine und/oder zumindest eine Auswerteroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit zumindest dazu vorgesehen, die Belastungskenngröße des Lenkungsbauteils zu ermitteln und/oder zu empfangen und insbesondere zur Bestimmung einer, insbesondere mechanischen und/oder elektrischen, Beanspruchung und/oder eines Zustands des Lenkungsbauteils auszuwerten.
Zur Ermittlung der durch die externe Krafteinwirkung bewirkten Belastung kann das Fahrzeug und/oder das Lenksystem insbesondere einen speziellen Sensor, wie beispielsweise einen Beschleunigungssensor und/oder einen Körperschallsensor, umfassen. Alternativ oder zusätzlich wird jedoch vorgeschlagen, dass zur Ermittlung der durch die externe Krafteinwirkung bewirkten Belastung zumindest eine, insbesondere durch die externe Krafteinwirkung bewirkte, Beschleunigung eines elektrischen Lenkaktuators des Lenksystems, insbesondere des bereits zuvor genannten Lenkaktuators und vorteilhaft eines Rotorelements des Lenkaktuators, und/oder eine mit der Beschleunigung korrelierte Betriebsgröße, wie beispielsweise eine Betriebsspannung und/oder ein Betriebsstrom, des Lenkaktuators überwacht und insbesondere ausgewertet wird. Hierdurch kann insbesondere eine besonders einfache und/oder kostengünstige Ermittlung der externen Belastung erreicht werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass zur Ermittlung der durch die externe Krafteinwirkung bewirkten Belastung zumindest eine Trägheit und vorteilhaft ein Trägheitsmoment eines elektrischen Lenkaktuators des Lenksystems, insbesondere des bereits zuvor genannten Lenkaktuators und vorteilhaft des Rotorelements des Lenkaktuators, berücksichtigt wird. Hierdurch kann insbesondere eine besonders exakte Ermittlung der externen Belastung erreicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Belastungskenngröße zumindest eine, insbesondere bei einem Betrieb des Lenksystems erzeugte und auf das Lenkungsbauteil wirkende, interne und/oder systemspezifische Belastung des Lenkungsbauteils umfasst, wodurch insbesondere eine allumfassende Beanspruchungsanalyse des Lenkungsbauteils und/oder des Lenksystems erreicht werden kann. Insbesondere können hierdurch auch Schädigungsmechanismen von internen und/oder systemspezifischen Belastungen erfasst und berücksichtigt werden, wodurch vorteilhaft eine Betriebssicherheit weiter erhöht werden kann. Zudem kann hierdurch vorteilhaft auch ein Wartungsintervall des Fahrzeugs identifiziert und festgelegt werden. Ferner kann anhand der Belastungskenngröße vorteilhaft eine verbleibende Betriebsdauer des Lenkungsbauteils und/oder des Fahrzeugs prognostiziert und/oder abgeschätzt werden.
Zur Ermittlung der internen und/oder systemspezifischen Belastung kann das Fahrzeug und/oder das Lenksystem insbesondere einen speziellen weiteren Sensor, wie beispielsweise einen Temperatursensor, einen Magnetfeldsensor, einen Feuchtigkeitssensor, einen Spannungssensor und/oder einen Stromsensor, umfassen, wodurch beispielsweise eine Überspannung, Spannungsspitzen, ein erhöhter Strom und/oder Stromspitzen, beispielsweise in einem Bordnetz des Fahrzeugs, erfasst und damit korrelierte Belastungen des Lenkungsbauteils berücksichtigt werden können. Alternativ oder zusätzlich wird jedoch vorgeschlagen, dass zur Ermittlung der internen und/oder systemspezifischen Belastung zumindest ein Antriebsmoment und/oder eine Antriebskraft eines elektrischen Lenkaktuators des Lenksystems, insbesondere des bereits zuvor genannten Lenkaktuators und vorteilhaft des Rotorelements des Lenkaktuators, und/oder eine mit dem Antriebsmoment und/oder der Antriebskraft korrelierte weitere Betriebsgröße, wie beispielsweise eine weitere Betriebsspannung und/oder ein weiterer Betriebsstrom, des Lenkaktuators überwacht und insbesondere ausgewertet wird. Hierdurch kann insbesondere eine besonders einfache und/oder kostengünstige Ermittlung der internen und/oder systemspezifischen Belastung erreicht werden.
Ein besonders einfacher Auswertealgorithmus für die Beanspruchungsanalyse, welcher gleichzeitig eine Ermittlung einer verbleibenden Betriebsdauer des Lenkungsbauteils erlaubt, kann insbesondere bereitgestellt werden, wenn zur Auswertung der Belastungskenngröße ein Rainflow-Zählverfahren und/oder ein Min/Max-Zählverfahren, vorteilhaft in Kombination mit einem Wöhler-Diagramm, einem Haigh-Diagramm und/oder der Miner-Regel, verwendet wird. Vorzugsweise wird das Rainflow-Zählverfahren dabei insbesondere für die interne und/oder systemspezifische Belastung und insbesondere zur Datenreduktion von mit der internen und/oder systemspezifischen Belastung korrelierten Messdaten verwendet. Zudem wird das Min/Max-Zählverfahren bevorzugt für die externe Belastung und insbesondere zur Datenreduktion von mit der externen Belastung korrelierten Messdaten verwendet. Das Min/Max-Zählverfahren erfasst dabei insbesondere die Umkehrpunkte und/oder Maximumwerte und Minimumwerte in den entsprechenden Messdaten. Das Wöhler-Diagramm, das Haigh-Diagramm und/oder die Miner-Regel wird in einem darauffolgenden Prozessschritt vorteilhaft zur eigentlichen Schädigungsberechnung verwendet.
Weiter wird vorgeschlagen, dass unter Verwendung der Belastungskenngröße wenigstens eine mit einem Untergrund des Fahrzeugs korrelierte Zustandskenngröße ermittelt wird. Insbesondere kann wenigstens anhand der Zustandskenngröße auf einen Zustand des Untergrunds und vorteilhaft einer Fahrbahn geschlossen und/oder ein Zustand des Untergrunds und vorteilhaft der Fahrbahn bestimmt werden. Hierdurch können insbesondere die für die Beanspruchungsanalyse erfassten Daten vorteilhaft mit einem aktuell überfahrenen Untergrund des Fahrzeugs verknüpft werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Zustandskenngröße zur Erzeugung einer, insbesondere mit dem Untergrund des Fahrzeugs korrelierten, Hinweismeldung, beispielsweise zur Warnung eines Fahrers, und/oder, vorteilhaft zusammen mit erfassten Standortdaten, beispielsweise eines Navigationsgeräts, zur Erzeugung einer Fahrbahnzustandskarte verwendet wird. Hierdurch kann insbesondere eine besonders hohe Flexibilität und/oder Betriebssicherheit erreicht werden. Dabei kann beispielsweise ein Fahrer bei Verlassen einer sicheren Fahrbahn gewarnt werden. Zudem kann die Fahrbahnzustandskarte vorteilhaft bei zukünftigen Fahrten verwendet werden, um den Fahrer bereits frühzeitig vor Fahrbahnunebenheiten und/oder Schlaglöchern oder dergleichen zu warnen. insbesondere ist in diesem Zusammenhang auch denkbar, die Zustandskenngröße, vorteilhaft drahtlos, an andere Fahrzeuge zu übertragen und/oder weitere Zustandskenngrößen, vorteilhaft drahtlos, von anderen Fahrzeugen zu empfangen, wodurch insbesondere ein vorteilhafter Austausch der Zustandskenngrößen zwischen verschiedenen Fahrzeugen erreicht und/oder eine Erzeugung einer Fahrbahnzustandskarte vereinfacht werden kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass ein aktueller Fahrmodus, insbesondere aus einer Gruppe unterschiedlicher Fahrmodi umfassend zumindest einen konventionellen und/oder manuellen Fahrmodus und einen autonomen und/oder teilautonomen Fahrmodus, ermittelt wird und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem der aktuelle Fahrmodus ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrmodus ist, in Abhängigkeit von der Belastungskenngröße und insbesondere in Abhängigkeit von der Zustandskenngröße eine Aktion zum Verlassen des autonomen und/oder teilautonomen Fahrmodus ausgelöst und/oder ausgeführt wird.
Hierdurch kann insbesondere eine besonders hohe Betriebssicherheit, insbesondere bei einem Fahrzeug mit einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrmodus, erreicht werden.
Das Verfahren zur Überwachung des Lenksystems, das Steuergerät und das Fahrzeug sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können das Verfahren zur Überwachung des Lenksystems, das Steuergerät und das Fahrzeug 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 Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Aspekte der Erfindung. Der Fachmann wird diese Aspekte zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1a-b ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung und
2 eine schematische Darstellung eines Signalflussdiagramms zur Überwachung des Lenksystems.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1a und 1b zeigen ein beispielhaft als Personenkraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 12 mit mehreren Fahrzeugrädern 22 und mit einem Lenksystem 10 in einer vereinfachten Darstellung. Das Lenksystem 10 weist eine Wirkverbindung mit den, im vorliegenden Fall insbesondere als Vorderrädern ausgebildeten, Fahrzeugrädern 22 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 in Form einer Servolenkung auf. Darüber hinaus umfasst das Fahrzeug 12 im vorliegenden Fall beispielhaft zumindest zwei unterschiedliche Fahrmodi, insbesondere einen konventionellen und/oder manuellen Fahrmodus und einen autonomen und/oder teilautonomen Fahrmodus. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar, ein Lenksystem als hydraulisch unterstütztes Lenksystem, insbesondere mit einer hydraulischen Hilfskraftunterstützung, auszubilden. Ferner könnte ein Lenksystem prinzipiell auch als Steer-by-Wire-Lenksystem und/oder als Lenksystem eines Nutzfahrzeugs ausgebildet sein. Zudem könnte ein Fahrzeug genau einen Fahrmodus aufweisen und/oder als Nutzfahrzeug ausgebildet sein.
Das Lenksystem 10 umfasst eine, im vorliegenden Fall beispielhaft als Lenkrad ausgebildete, Lenkhandhabe 24 zum Aufbringen eines Handmoments, ein beispielhaft als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildetes Lenkgetriebe 26, welches ein Lenkungsstellelement 30 umfasst und dazu vorgesehen, eine Lenkvorgabe an der Lenkhandhabe 24 in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 22 umzusetzen, und eine Lenkwelle 28 zur, insbesondere mechanischen, Verbindung der Lenkhandhabe 24 mit dem Lenkgetriebe 26. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Lenkhebel und/oder Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Auch könnte ein Lenksystem prinzipiell frei von einer Lenkhandhabe sein, beispielsweise bei einem rein autonom fahrenden Fahrzeug. Zudem könnte eine Lenkwelle auch lediglich zeitweise eine Lenkhandhabe mit einem Lenkgetriebe verbinden, wie beispielsweise bei einem Fahrzeug mit einem Steer-by-Wire-Lenksystem mit mechanischer Rückfallebene. In diesem Zusammenhang ist natürlich auch denkbar, auf eine Lenkwelle vollständig zu verzichten.
Darüber hinaus umfasst das Lenksystem 10 einen Lenkaktuator 16. Der Lenkaktuator 16 ist zumindest teilweise elektrisch und/oder elektronisch ausgebildet. Der Lenkaktuator 16 weist eine Wirkverbindung mit dem Lenkgetriebe 26 auf. Der Lenkaktuator 16 ist dazu vorgesehen, ein Lenkmoment zur Unterstützung eines an der Lenkhandhabe 24 aufgebrachten Handmoments bereitzustellen und an das Lenkungsstellelement 30 zu übertragen. Dazu umfasst der Lenkaktuator 16 wenigstens einen Elektromotor. Der Elektromotor ist im vorliegenden Fall insbesondere als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet und zur Erzeugung des Lenkmoments vorgesehen.
Zur Kopplung des Lenkaktuators 16 mit dem Lenkgetriebe 26 umfasst das Lenksystem 10 ferner ein Kopplungsgetriebe 32. Das Kopplungsgetriebe 32 kann beispielsweise als Riemengetriebe, als Schraubradgetriebe oder als Kugelgewindetrieb ausgebildet sein. Das Kopplungsgetriebe 32 ist dazu vorgesehen, ein Lenkmoment des Elektromotors auf das Lenkungsstellelements 30 zu übertragen, um eine Verstellung des Lenkungsstellelements 30 zu bewirken. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar, auf ein Kopplungsgetriebe zu verzichten und einen Elektromotor unmittelbar mit einem Lenkungsstellelement zu koppeln. Zudem könnte auf einen Elektromotor auch vollständig verzichtet werden, wie beispielsweise bei einem hydraulisch unterstützten Lenksystem.
Zudem umfasst das Fahrzeug 12 wenigstens eine Erfassungseinheit 34. Die Erfassungseinheit 34 ist zur Erfassung einer Belastungskenngröße wenigstens eines Lenkungsbauteils 14, wie beispielsweise des Lenkaktuators 16, des Lenkungsstellelements 30 und/oder des Kopplungsgetriebes 32, vorgesehen. Dazu umfasst die Erfassungseinheit 34 wenigstens einen dem Lenkaktuator 16 zugeordneten Sensor 36. Der Sensor 36 ist im vorliegenden Fall als Rotorlagesensor ausgebildet und zur Erfassung wenigstens eines Rotorlagesignals des Elektromotors vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Erfassungseinheit jedoch auch wenigstens einen von einem Rotorlagesensor abweichenden Sensor umfassen, wie beispielsweise einen Beschleunigungssensor, einen Körperschallsensor, einen Spannungssensor, einen Stromsensor und/oder einen Temperatursensor.
Des Weiteren weist das Fahrzeug 12 ein Steuergerät 18 auf. Das Steuergerät 18 ist beispielhaft als Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Lenksystems 10. Das Steuergerät 18 weist eine Wirkverbindung mit dem Lenkaktuator 16 und der Erfassungseinheit 34 auf. Das Steuergerät 18 ist dazu vorgesehen, die Belastungskenngröße von der Erfassungseinheit 34 zu empfangen. Zudem ist das Steuergerät 18 zu einer Ansteuerung des Lenkaktuators 16 vorgesehen.
Dazu umfasst das Steuergerät 18 eine Recheneinheit 20. Die Recheneinheit 20 umfasst zumindest einen Prozessor, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher. Zudem umfasst die Recheneinheit 20 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Überwachungsroutine 38, zumindest einer Berechnungsroutine, im vorliegenden Fall insbesondere einer Schädigungsberechnungsroutine 40, 44, und zumindest einer Auswerteroutine 50. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar, ein Steuergerät getrennt von einem Lenksystem auszubilden. In diesem Fall könnte ein Fahrzeug beispielsweise ein einzelnes zentrales Steuergerät mit einer zentralen Recheneinheit aufweisen. Ferner ist denkbar, eine Recheneinheit getrennt von einem Fahrzeug auszubilden. In diesem Fall könnte eine Recheneinheit beispielsweise Teil eines, insbesondere zentralen, externen Rechnersystems, beispielsweise eines Servernetzwerks und/oder Cloudnetzwerks, sein.
Um nun eine Analyse einer Beanspruchung und/oder eines Zustands des Lenksystems 10 bzw. zumindest eines Lenkungsbauteils 14 des Lenksystems 10 zu verbessern, wird im vorliegenden Fall ein Verfahren zur Überwachung des Lenksystems 10 vorgeschlagen. Im vorliegenden Fall entspricht das Lenkungsbauteil 14 dabei beispielhaft dem Kopplungsgetriebe 32 oder zumindest einem Teil des Kopplungsgetriebes 32. Alternativ oder zusätzlich könnte ein zu überwachendes Lenkungsbauteil jedoch auch ein Lenkaktuator oder ein anderes, mit einem Lenkaktuator in Wirkverbindung stehendes Bauteil, wie beispielsweise ein Lenkungsstellelement, sein. Darüber hinaus ist denkbar, zusätzlich weitere Fahrzeugbauteile des Fahrzeugs zu überwachen und zu analysieren.
Ferner ist insbesondere die Recheneinheit 20 dazu vorgesehen, das Verfahren auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf.
Erfindungsgemäß wird, insbesondere mittels der Erfassungseinheit 34, eine Belastungskenngröße des zu überwachenden Lenkungsbauteils 14 ermittelt und zur Bestimmung einer mechanischen und/oder elektrischen Beanspruchung und/oder eines Zustands des Lenkungsbauteils 14 ausgewertet. Im vorliegenden Fall wird die Belastungskenngröße dabei während eines gesamten Überwachungszeitintervalls, vorteilhaft während einer gesamten Betriebsdauer und/oder Lebensdauer des Lenksystems 10 und/oder des Fahrzeugs 12, überwacht und eine zeitliche Veränderung der Belastungskenngröße zur Bestimmung der Beanspruchung und/oder des Zustands des Lenkungsbauteils 14 ausgewertet.
Im vorliegenden Fall umfasst die Belastungskenngröße dabei zumindest eine durch eine externe Krafteinwirkung bewirkte und insbesondere von einer Umgebung auf das Lenkungsbauteil 14 einwirkende externe Belastung des Lenkungsbauteils 14. Die externe Krafteinwirkung, welche insbesondere zu der Belastung des Lenkungsbauteils 14 führt, kann dabei beispielsweise durch eine Fahrbahnunebenheit, durch ein Schlagloch, durch ein Anstoßen an ein Hindernis, durch ein Lenken gegen ein Hindernis, durch eine Überfahrt eines Hindernisses und/oder durch andere derartige Ereignisse oder Sonderereignisse bewirkt sein. Zur Ermittlung der durch die externe Krafteinwirkung bewirkten Belastung wird im vorliegenden Fall zumindest eine durch die externe Krafteinwirkung bewirkte und mittels des Sensors 36 erfasste Beschleunigung des Lenkaktuators 16 überwacht und ausgewertet. Zudem wird zur Ermittlung der durch die externe Krafteinwirkung bewirkten Belastung zumindest eine Trägheit des Lenkaktuators 16 berücksichtigt.
Um ferner eine allumfassende Beanspruchungsanalyse des Lenkungsbauteils 14 und/oder des Lenksystems 10 zu erreichen, umfasst die Belastungskenngröße ferner eine, insbesondere bei einem Betrieb des Lenksystems 10 erzeugte und auf das Lenkungsbauteil 14 wirkende, interne und/oder systemspezifische Belastung des Lenkungsbauteils 14. Die interne und/oder systemspezifische Belastung ist dabei durch einen normalen Betrieb des Lenksystems 10 bewirkt. Zur Ermittlung der internen und/oder systemspezifischen Belastung wird im vorliegenden Fall ein Antriebsmoment und/oder eine Antriebskraft des Lenkaktuators 16 überwacht und ausgewertet.
Ferner kann die Belastungskenngröße grundsätzlich auch weitere Belastungen des Lenkungsbauteils 14 umfassen, wie beispielsweise eine durch eine Umgebungstemperatur bewirkte Belastung des Lenkungsbauteils 14, eine durch eine Luftfeuchtigkeit bewirkte Belastung des Lenkungsbauteils 14 und/oder eine durch eine Überspannung und/oder Spannungsspitzen, beispielsweise in einem Bordnetz, bewirkte Belastung des Lenkungsbauteils 14 oder andere derartige Belastungen.
Die Belastungskenngröße bzw. die Gesamtbelastung des Lenkungsbauteils 14 ergibt sich dann als Differenz zwischen der externen Belastung und der internen Belastung. Es gilt: $M = M_{e x t} - M_{i n t} = [(J \cdot \ddot{α}) - M_{e l}] \cdot i \cdot η_{S y s t e m}$
Dabei beschreibt M_ext die externe Belastung, M_int die interne und/oder systemspezifische Belastung, J die Trägheit des Lenkaktuators 16, ä die Beschleunigung, insbesondere Rotorbeschleunigung, des Lenkaktuators 16, M_el das Antriebsmoment und/oder die Antriebskraft des Lenkaktuators 16, i eine Getriebeübersetzung des Kopplungsgetriebes 32 und η_System einen Wirkungsgrad der externen und interne und/oder systemspezifischen Belastung.
Die Belastungskenngröße bzw. die Gesamtbelastung des Lenkungsbauteils 14 setzt sich somit im vorliegenden Fall zumindest aus der externen Belastung sowie der internen und/oder systemspezifischen Belastung des Lenkungsbauteils 14 zusammen, wobei eine Situation, in welcher die externe Belastung größer als die interne und/oder systemspezifische Belastung ist, auf ein externes Ereignis oder Sonderereignis, beispielsweise in Form eines Schlaglochs, eines Anstoßens an ein Hindernis, etc., hindeutet. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, auf eine Erfassung und/oder Auswertung einer internen und/oder systemspezifischen Belastung eines Lenkungsbauteils zu verzichten und derartige interne und/oder systemspezifische Belastungen beispielsweise mittels vorab applizierter Kennlinien abzubilden.
Zur Auswertung der Belastungskenngröße könnte die Belastungskenngröße mitgeschrieben, gespeichert und/oder klassifiziert werden oder gegen einen Maximalwert abgeglichen werden. Vorteilhaft kann zur Auswertung der Belastungskenngröße auch ein Rainflow-Zählverfahren und/oder ein Min/Max-Zählverfahren, beispielsweise in Kombination mit einem speziellen Schädigungsberechnungsalgorithmus, insbesondere einem Wöhler-Diagramm, einem Haigh-Diagramm und/oder der Miner-Regel, verwendet werden, wodurch insbesondere eine vorteilhaft einfache Ermittlung einer verbleibenden Betriebsdauer des Lenkungsbauteils 14 erreicht werden kann. Derartige Schädigungsberechnungsalgorithmen sind an sich bekannt und werden daher im Folgenden nicht näher erläutert.
Auf Basis der Belastungskenngröße können dann Feldbelastungen und/oder Wartungsintervalle des Fahrzeugs 12 identifiziert werden und/oder Systemreaktionen ausgelöst werden, wie beispielsweise eine Erzeugung einer Hinweismeldung zur Fahrerwarnung, eine Abschaltung des Lenksystems 10 und/oder eine Degradierung des Lenksystems 10. Zudem könnte unter Verwendung der Belastungskenngröße auch eine Wiederverwertung und/oder Aufbereitung einzelner Lenkungsbauteile und/oder Fahrzeugbauteile erfolgen, beispielsweise mittels Remanufacturing. In diesem Zusammenhang ist denkbar, Lenkungsbauteile und/oder Fahrzeugbauteile, welche während einer Lebensdauer eines entsprechenden Fahrzeugs und/oder Lenksystems weniger belastet wurden, wiederzuverwenden. Ferner könnte auf Basis der Belastungskenngröße auch beispielsweise ein Riemenrutschen und/oder ein Riemensprung oder dergleichen ermittelt werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Signalflussdiagramms zur Überwachung des Lenksystems 10 und insbesondere zur Auswertung der Belastu ngsken ngröße.
Die Recheneinheit 20 ist dazu vorgesehen, mittels der Überwachungsroutine 38 die Belastungskenngröße zu überwachen, zu analysieren und zu klassifizieren. Im vorliegenden Fall ist die Recheneinheit 20 dazu vorgesehen, mittels der Überwachungsroutine 38 zumindest zu bestimmen, ob die externe Belastung oder die interne und/oder systemspezifische Belastung die dominierende Belastung ist.
Ist die externe Belastung die dominierende Belastung, so ist die Recheneinheit 20 dazu vorgesehen, die Belastungskenngröße mittels der ersten Datenreduzierungsroutine 40, im vorliegenden Fall insbesondere einem Min/Max-Zählverfahren, weiterzuverarbeiten und anschließend mittels einer ersten Schädigungsberechnungsroutine 42, beispielsweise unter Verwendung eines Wöhler-Diagramms, einen durch die externe Krafteinwirkung bewirkten externen Schädigungsgrad des Lenkungsbauteils 14 zu bestimmen. Insbesondere können der ersten Datenreduzierungsroutine 40 und/oder der ersten Schädigungsberechnungsroutine 42 dabei auch weitere Einflussgrößen, wie beispielsweise eine aktuelle Temperatur, zugeführt werden, sodass diese bei der Auswertung der Belastungskenngröße berücksichtigt werden können.
Ist hingegen die interne und/oder systemspezifische Belastung die dominierende Belastung, so ist die Recheneinheit 20 dazu vorgesehen, die Belastungskenngröße mittels der von der ersten Datenreduzierungsroutine 40 abweichenden zweiten Datenreduzierungsroutine 44, im vorliegenden Fall insbesondere einem Rainflow-Zählverfahren, weiterzuverarbeiten und anschließend mittels einer zweiten Schädigungsberechnungsroutine 46, beispielsweise unter Verwendung eines weiteren Wöhler-Diagramms, einen durch einen normalen Betrieb des Lenksystems 10 bewirkten internen Schädigungsgrad des Lenkungsbauteils 14 zu bestimmen. Die Schädigungsberechnungsroutinen 42, 46 können sich im vorliegenden Fall beispielsweise anhand der verwendeten Wöhler-Diagramme unterscheiden. Ferner können der zweiten Datenreduzierungsroutine 44 und/oder der zweiten Schädigungsberechnungsroutine 46 dabei auch weitere Einflussgrößen, wie beispielsweise eine aktuelle Temperatur, zugeführt werden, sodass diese bei der Auswertung der Belastungskenngröße berücksichtigt werden können.
Anschließend ist die Recheneinheit 20 dazu vorgesehen, mittels einer Summationsroutine 48 den externen Schädigungsgrad und den internen Schädigungsgrad zur Bestimmung der Beanspruchung und/oder des Zustands des Lenkungsbauteils 14 zu einem Gesamtschädigungsgrad des Lenkungsbauteils 14 zusammenzufassen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, den externen Schädigungsgrad und/oder den internen Schädigungsgrad mit einem Gewichtungsfaktor zu multiplizieren und hierdurch den externen Schädigungsgrad und den internen Schädigungsgrad unterschiedlich zu gewichten.
Daraufhin ist die Recheneinheit 20 dazu vorgesehen, mittels der Auswerteroutine 50 den Gesamtschädigungsgrad des Lenkungsbauteils 14 auszuwerten, beispielsweise mittels eines Abgleichs mit einem Grenzwert, und bei Überschreiten des Grenzwerts eine entsprechende Reaktion einzuleiten, wie beispielsweise das Erzeugen einer Hinweismeldung.
Durch diese Ausgestaltung können sowohl Schädigungsmechanismen von internen und/oder systemspezifischen Belastungen als auch Schädigungsmechanismen von externen Belastungen, welche sich signifikant von Schädigungsmechanismen von internen und/oder systemspezifischen Belastungen unterscheiden können, sicher erfasst und berücksichtigt werden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass unter Verwendung der Belastungskenngröße wenigstens eine mit einem Untergrund des Fahrzeugs 12 korrelierte Zustandskenngröße ermittelt wird, wodurch insbesondere die für die Beanspruchungsanalyse erfassten Daten zusätzlich mit einem aktuell überfahrenen Untergrund des Fahrzeugs verknüpft werden können. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, die Zustandskenngröße zur Erzeugung einer, insbesondere mit dem Untergrund des Fahrzeugs 12 korrelierten, Hinweismeldung, beispielsweise zur Warnung eines Fahrers, und/oder, vorteilhaft zusammen mit erfassten Standortdaten, zur Erzeugung einer Fahrbahnzustandskarte zu verwenden. Hierdurch kann beispielsweise ein Fahrer bei Verlassen einer sicheren Fahrbahn gewarnt werden. Zudem kann die Fahrbahnzustandskarte vorteilhaft bei zukünftigen Fahrten verwendet werden, um den Fahrer bereits frühzeitig vor Fahrbahnunebenheiten und/oder Schlaglöchern oder dergleichen zu warnen. Zudem kann auch ein aktueller Fahrmodus des Fahrzeugs 12 ermittelt werden und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem der aktuelle Fahrmodus ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrmodus ist, in Abhängigkeit von der Belastungskenngröße und/oder in Abhängigkeit von der Zustandskenngröße eine Aktion zum Verlassen des autonomen und/oder teilautonomen Fahrmodus ausgelöst und/oder ausgeführt werden. Durch derartige Weiterbildungen kann insbesondere eine Betriebssicherheit weiter gesteigert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004017660 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems (10), insbesondere während eines Betriebs in einem Fahrzeug (12), bei welchem eine Belastungskenngröße wenigstens eines Lenkungsbauteils (14) des Lenksystems (10) ermittelt und zur Bestimmung einer Beanspruchung und/oder eines Zustands des Lenkungsbauteils (14) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungskenngröße zumindest eine durch eine externe Krafteinwirkung bewirkte Belastung des Lenkungsbauteils (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der durch die externe Krafteinwirkung bewirkten Belastung zumindest eine Beschleunigung eines elektrischen Lenkaktuators (16) des Lenksystems (10) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der durch die externe Krafteinwirkung bewirkten Belastung zumindest eine Trägheit eines elektrischen Lenkaktuators (16) des Lenksystems (10) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungskenngröße zumindest eine, insbesondere bei einem Betrieb des Lenksystems (10) erzeugte und auf das Lenkungsbauteil (14) wirkende, systemspezifische Belastung des Lenkungsbauteils (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der systemspezifischen Belastung zumindest ein Antriebsmoment und/oder eine Antriebskraft eines elektrischen Lenkaktuators (16) des Lenksystems (10) überwacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung der Belastungskenngröße ein Rainflow-Zählverfahren und/oder ein Min/Max-Zählverfahren verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der Belastungskenngröße wenigstens eine mit einem Untergrund des Fahrzeugs (12) korrelierte Zustandskenngröße ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandskenngröße zur Erzeugung einer Hinweismeldung und/oder zur Erzeugung einer Fahrbahnzustandskarte verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Fahrmodus ermittelt wird und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem der aktuelle Fahrmodus ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrmodus ist, in Abhängigkeit von der Belastungskenngröße eine Aktion zum Verlassen des autonomen und/oder teilautonomen Fahrmodus ausgelöst und/oder ausgeführt wird.
Steuergerät (18) mit einer Recheneinheit (20) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug (12) mit zumindest einem Lenksystem (10), welches wenigstens ein Lenkungsbauteil (14) umfasst, und mit einem Steuergerät (18) nach Anspruch 10.