DE10206474A1

DE10206474A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Reibung in einer elektrischen oder elektromechanischen Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10206474A1
Application number: DE10206474A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brosig; Holger Manz; Nikolaus Wahnschaffe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-02-16
Filing date: 2002-02-16
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2022-02-17
Also published as: DE10206474B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Erfassung der Reibung in einer elektrischen oder elektromechanischen Lenkvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeuges werden während des Fahrbetriebs wenigstens die Zustandswerte folgender Größen gemessen: Lenkwinkel (phi), Lenkmoment (T) und Fahrzeuggeschwindigkeit (v). Aus den gemessenen Zustandswerten werden nach einer vorgegebenen Filterregel definierte Ereignisse ausgewählt. Der Mittelwert der Lenkwinkelabsolutwerte der ausgewählten Ereignisse im Verhältnis zu der Anzahl der Ereignisse stellt dann eine die Reibung charakterisierende Kenngröße dar. Weiterhin wird eine Vorrichtung angegeben, die sich besonders für die Durchführung des Verfahrens eignet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung der Reibung in einer elektrischen oder elektromechanischen Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs.

Elektrische oder elektromechanische Lenkvorrichtungen, bei denen eine von einem Fahrer über ein Lenkrad verursachte Lenkbewegung durch einen elektrischen Hilfsantrieb unterstützt wird, sind bereits allgemein bekannt. Beispiele hierfür finden sich u. a. in der DE 198 33 487 A1 und in der DE 198 37 810 A1. Daneben sind weiterhin Fremdkraftlenkvorrichtungen bekannt, bei denen die zum Lenken der Fahrzeugräder benötigten Kräfte ausschließlich durch den Hilfsantrieb bereitgestellt werden. Das Lenkrad dient dann lediglich als Signalgeber.

Bei derartigen Lenkvorrichtungen wird die Lenkerunterstützung bzw. die Lenkkraft durch eine Regelung geschwindigkeitsabhängig eingestellt. So kann beispielsweise die Rückkehrgeschwindigkeit der Lenkung in ihre Geradeausposition zu hohen Fahrgeschwindigkeiten hin vermindert werden, um bei schneller Fahrt Überreaktionen durch ein zu schnelles Ansprechen der Lenkung zu vermeiden.

In der DE 198 33 487 A1 wird hierzu eine besondere Ansteuerung des Hilfsantriebs der Lenkung vorgenommen. Neben dem Lenkmoment wird unter anderem das aktuelle Übersetzungsverhältnis zwischen dem Lenkrad und den Fahrzeugrädern erfaßt und bei der Regelung des Hilfsantriebs berücksichtigt. Etwaige Änderungen des Übersetzungsverhältnisses, beispielsweise durch den Einfluß mechanischer Reibung und dergleichen, bleiben für den Fahrer unbemerkt. Dies ist zwar im Hinblick auf das Lenkverhalten des Fahrzeugs günstig. Jedoch werden vor allem verschleiß- und korrosionsbedingte Störungen bei solchen Lenkvorrichtungen zumeist erst dann bemerkt, wenn die Lenkvorrichtung tatsächlich funktionsunfähig geworden ist.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, etwaige Störungen einer elektrischen oder elektromechanischen Lenkvorrichtung möglichst früh zu erkennen.

Hierzu wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem während des Fahrbetriebs wenigstens die Zustandswerte folgender Größen gemessen werden:

- Lenkwinkel,
- Lenkmoment, und
- Fahrzeuggeschwindigkeit,

aus den gemessenen Zustandswerten nach einer vorgegebenen Filterregel definierte Ereignisse ausgewählt werden, und die Reibung der Lenkvorrichtung durch das Verhältnis der Summe der Lenkwinkelabsolutwerte der ausgewählten Ereignisse zu der Anzahl der Ereignisse dargestellt wird.

Damit kann unter Zuhilfenahme von Informationen, die für den Fahrbetrieb im Zusammenhang mit weiteren Komponenten des Fahrzeugs, beispielsweise einem Antiblockiersystem oder einer elektronischen Stabilitätskontrolle in der Regel ohnehin gemessen werden müssen, sowie gegebenenfalls einiger weniger zusätzlicher Sensoren, durch eine geschickte Auswertung eine Aussage über den Betriebszustand der Lenkvorrichtung getroffen werden. Insbesondere läßt sich durch die vorstehend definierte Art und Weise das Ausmaß der Reibung in der Lenkvorrichtung feststellen. Eine erhöhte Reibung kann auf einen zunehmenden Verschleiß oder Korrosion hindeuten. Durch die Beobachtung des Reibungsverhältnisses bzw. Reibkennwertes (Summe der Lenkwinkelabsolutwerte der ausgewählten Ereignisse zu deren Anzahl) lassen sich bereits vor einer Funktionsstörung der Lenkvorrichtung Gegenmaßnahmen treffen. Dadurch wird die Sicherheit gegen Betriebsausfälle und ganz allgemein auch die Fahrzeugsicherheit verbessert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Auswahl der Ereignisse für die Erzeugung der auszuwertenden Ereignismenge nach einer Filterregel vorgenommen, welche wenigstens die Fahrzeuggeschwindigkeit und das Lenkmoment berücksichtigt. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, lediglich solche Ereignisse zu erfassen, bei denen die Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen Schrittgeschwindigkeit und einer langsamen Fahrgeschwindigkeit und gleichzeitig das Lenkmoment in einem vorgegebenen, begrenzten Bereich um den Momentennullpunkt liegt. Optional kann überdies für die Filterregel zusätzlich die Lenkwinkelgeschwindigkeit berücksichtigt werden.

Die Menge der ausgewählten Ereignisse kann auf unterschiedliche Art und Weise erzeugt werden. Beispielsweise ist eine kontinuierliche Überwachung denkbar, bei der die Menge der ausgewählten Ereignisse während des Fahrbetriebs fortlaufend erweitert wird. Die hinzugefügten Ereignisse werden dann unmittelbar in einer fortlaufenden Auswertung des Reibungsverhältnisses berücksichtigt. Damit läßt sich die Gefahr eventueller Störungen während des Fahrbetriebs sehr zeitnah erfassen.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, die Überschreitung eines vorgegebenen Schwellenwerts für das Reibungsverhältnis einem Betreiber des Fahrzeugs optisch und/oder akustisch anzuzeigen.

Um der Gefahr einer zu langen und damit gegebenenfalls ungenauen Durchschnittsbildung vorzubeugen, kann die Ereignismenge nach einem vorgegebenen Zeitraum neu angelegt werden. Dadurch werden plötzliche Veränderungen sehr schnell bemerkt. Möglich ist auch, für die Darstellung des Reibungsverhältnisses lediglich eine vorgegebene Anzahl der jüngsten Ereignisse auszuwerten. Die Erzeugung der Ereignismenge kann auch mit jeder Aufnahme des Fahrbetriebs neu erfolgen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Erfassung der Reibung in der Lenkvorrichtung.
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine elektromechanische Lenkvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Lenkvorrichtung 1 umfaßt ein Lenkrad 2, das über eine Lenksäule 3 mit einem Lenkgetriebe 4 mechanisch gekoppelt ist. Von dem Lenkgetriebe 4 erstreckt sich ein Lenkgestänge 5 zu den Fahrzeugrädern 6, so daß eine an dem Lenkrad 2 manuell eingebrachte Drehbewegung in eine Lenkbewegung an den Fahrzeugrädern 6 umgesetzt wird.
Weiterhin umfaßt die Lenkvorrichtung 1 einen elektrischen Hilfsantrieb 7 in Form eines Elektromotors 7 zur Unterstützung der manuell eingebrachten Lenkkraft. Zur Ansteuerung dieses Hilfsantriebs 7 ist eine Steuereinrichtung 8 vorgesehen, über welche in an sich bekannter Art und Weise das Ausmaß der Lenkunterstützung bestimmt wird. Dazu wertet die Steuereinrichtung 8 geeignete Fahrzeugparameter aus. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erhält diese unter anderem ein die Fahrzeuggeschwindigkeit charakterisierendes Signal v von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 sowie weitere, den Lenkwinkel und das Lenkmoment repräsentierende Signal φ und T aus einer der Lenksäule 3 oder gegebenenfalls auch dem Lenkgestänge 5 zugeordneten Sensoranordnung 10. Über die Sensoranordnung 10 kann überdies zusätzlich die Lenkwinkelgeschwindigkeit ω erfaßt werden. Diese läßt sich jedoch auch in der Steuereinrichtung 8 aus der Erfassung des Lenkwinkels φ ableiten. Die Signale werden während des Fahrbetriebs kontinuierlich oder auch taktweise erfaßt und stehen über die Steuereinrichtung 8 zu Auswertungszwecken zur Verfügung.
Für die Erfassung der Reibung bzw. des Lenkwiderstandes in der Lenkvorrichtung 1 ist weiterhin eine Auswerteinrichtung 11 vorgesehen, in der ausgewählte Datensätze aus den Signalen in nachfolgend noch näher erläuterter Art und Weise verarbeitet werden.
Während des Fahrbetriebs werden die aktuellen Zustandswerte des Lenkwinkels, des Lenkmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit und in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich auch der Lenkwinkelgeschwindigkeit für einen bestimmten Zeitpunkt festgehalten und zu einem Datensatz zusammengefaßt. Dieser Datensatz wird über einen Auswahlfilter 12 zu der Auswerteinrichtung 11 gesendet.
Der Auswahlfilter 12 ist dabei derart konfiguriert, daß lediglich bestimmte, durch eine Filterregel definierte Ereignisse bzw. zugehörige Datensätze den Filter 12 passieren können. Über die Filterregel lassen sich solche Ereignisse auswählen, die für die Bestimmung des Zustands der Lenkvorrichtung 1 aussagekräftig sind.
In der Auswerteinrichtung 11 steht damit folglich lediglich eine Untermenge definierter Ereignisse bzw. erzeugter Datensätze zur Auswertung an. Deren Auswertung erfolgt dahingehend, daß aus den Absolutwerten der Lenkwinkel der ausgewählten Ereignisse die Summe gebildet wird. Diese Summe wird zu der Anzahl der ausgewählten Ereignisse in Beziehung gesetzt. Die hieraus resultierende Kenngröße stellt ein Maß für die Reibung bzw. den Widerstand der Lenkvorrichtung 1 dar. So kann beispielsweise durch Quotientenbildung aus der Summe und der Ereignisanzahl ein Reibkennwert definiert werden. Nimmt dieser stark zu, so wird dies als Störung diagnostiziert.
Die entsprechende Information kann in einem Diagnosesystem des Fahrzeugs abgespeichert und bei der nächsten Inspektion berücksichtigt werden. Weiterhin ist es möglich, die Störung dem Fahrer über geeignete Hilfsmittel akustisch und/oder optisch anzuzeigen. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich des Blickfeldes des Fahrers eine entsprechende Warnlampe 13 vorgesehen.
Für die Ermittlung des Reibkennwertes werden in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die ausgewählten Datensätze in einen Speicher geschrieben, der eine vorgegebene Anzahl von Speicherplätzen aufweist. Sind sämtliche Speicherplätze belegt, so wird stets der älteste Datensatz durch den jüngsten Datensatz überschrieben, wodurch kontinuierlich eine definierte Anzahl der jüngsten auswertungsrelevanten Ereignisse zur Verfügung steht. Der hierbei ermittelte Reibkennwert wird ständig mit einem Schwellenwert verglichen. Ist letzterer überschritten, so wird die Störungsinformation generiert.
Denkbar ist jedoch beispielsweise auch eine zeitliche Taktung der Erstellung der auszuwertenden Ereignismenge. Dazu kann zum Beispiel nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraums eine neue Ereignismenge angelegt und zur Darstellung des Reibungsverhältnisses ausgewertet werden.
In beiden Fällen kann nach einem Abschalten des Fahrzeugs der aktuelle Datenbestand aufrechterhalten und bei der erneuten Aufnahme des Fahrbetriebs berücksichtigt werden. Möglich ist es jedoch auch, die Erzeugung der Ereignismenge mit jeder Aufnahme des Fahrbetriebs neu zu starten.
Wie bereits oben erwähnt, hängt die Aussagekraft des ermittelten Reibkennwertes unter anderem von den auszuwertenden Ereignissen und damit von der Konfiguration des Auswahlfilters 12 ab.
In dem Ausführungsbeispiel berücksichtigt der Auswahlfilter 12 die Größen Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkmoment und Lenkwinkelgeschwindigkeit. Ein Datensatz aus Zustandswerten wird lediglich dann bei der Auswertung berücksichtigt, wenn kumulativ folgende Bedingungen vorliegen:

- die Fahrzeuggeschwindigkeit liegt zwischen Schrittgeschwindigkeit und einer langsamen Fahrgeschwindigkeit,
- das Lenkmoment liegt in einem vorgegebenen Bereich um den Momentennullpunkt, und
- die Lenkwinkelgeschwindigkeit beträgt 100° bis 300°/s.

Für die Fahrzeuggeschwindigkeit hat sich dabei ein Geschwindigkeitsbereich von 10 bis 40 km/h, vorzugsweise 15 bis 25 km/h als besonders günstig erwiesen. Das Lenkmoment hängt stark vom Fahrzeugtyp und Fahrzeuggewicht ab. Bei einem Fahrzeug der Mittelklasse wird vorzugsweise ein Bereich von -5 bis +5 Nm, und weiter bevorzugt von -3 bis +3 Nm verwendet.
Das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkvorrichtung, ist jedoch problemlos auf eine rein elektrische Lenkvorrichtung übertragbar, bei der eine mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad 2 und den Fahrzeugrädern 6 nicht mehr gegeben ist. Die Erzeugung der Lenkkräfte erfolgt dann allein über den Motor 7.
Überdies kann in Abwandlung des Ausführungsbeispiels die Steuereinrichtung 8, die Auswerteinrichtung 11 und der Auswahlfilter 12 zu einer Einheit zusammengefaßt sein.
Unter einer Auswerteinrichtung 11 sowie einem Auswahlfilter 12 sind auch rein softwaretechnischer Realisierungen zu verstehen, die in dafür geeigneten Medien implementiert sind.
Mit der vorstehend erläuterten Vorrichtung bzw. dem in dieser implementierten Verfahren läßt sich auf einfache Art und Weise die Reibung in einer elektrischen oder elektromechanische Lenkvorrichtung ermitteln. Auf dieser Grundlage läßt sich der Betriebszustand der Lenkvorrichtung in bezug auf das etwaige Auftreten von Störungen diagnostizieren. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Lenkvorrichtung
2 Lenkrad
3 Lenksäule
4 Lenkgetriebe
5 Lenkgestänge
6 Fahrzeugrad
7 Hilfsantrieb (Motor)
8 Steuereinrichtung
9 Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
10 Sensoranordnung
11 Auswerteinrichtung
12 Auswahlfilter
13 Anzeigeeinrichtung (Warnlampe)
φ Lenkwinkel
ω Lenkwinkelgeschwindigkeit
T Lenkmoment
v Fahrzeuggeschwindigkeit

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der Reibung in einer elektrischen oder elektromechanischen Lenkvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs, bei dem:
während des Fahrbetriebs wenigstens die Zustandswerte folgender Größen gemessen werden:
Lenkwinkel (φ),
Lenkmoment (T), und
Fahrzeuggeschwindigkeit (v),
aus den gemessenen Zustandswerten nach einer vorgegebenen Filterregel definierte Ereignisse ausgewählt werden, und
die Reibung der Lenkvorrichtung durch das Verhältnis der Summe der Lenkwinkelabsolutwerte der ausgewählten Ereignisse zu der Anzahl der Ereignisse dargestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der ausgewählten Ereignisse während des Fahrbetriebs fortlaufend erweitert und die hinzugefügten Ereignisse bei der fortlaufenden Auswertung des Reibungsverhältnisses berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem vorgegebenen Zeitraum eine neue Ereignismenge angelegt und zur Darstellung des Reibungsverhältnisses ausgewertet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Darstellung des Reibungsverhältnisses eine vorgegebene Anzahl der jüngsten Ereignisse ausgewertet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Ereignismenge mit jeder Aufnahme des Fahrbetriebs neu erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschreitung eines für das Reibungsverhältnis vorgegebenen Schwellenwerts einem Betreiber des Fahrzeugs optisch und/oder akustisch angezeigt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Ereignisse für die Erzeugung der auszuwertenden Ereignismenge nach der folgenden Filterregel vorgenommen wird:
die Fahrzeuggeschwindigkeit liegt zwischen Schrittgeschwindigkeit und einer langsamen Fahrgeschwindigkeit, und
das Lenkmoment liegt in einem vorgegebenen Bereich um den Momentennullpunkt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ereignis in die auszuwertende Ereignismenge aufgenommen wird, wenn:
die Fahrzeuggeschwindigkeit 10 bis 40 km/h, vorzugsweise 15 bis 25 km/h beträgt, und gleichzeitig
das Lenkmoment -5 bis +5 Nm, vorzugsweise -3 bis +3 Nm beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß während des Fahrbetriebs zusätzlich der Zustandswert der Lenkwinkelgeschwindigkeit gemessen und in der Filterregel berücksichtigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufnahme eines Ereignisses in die auszuwertende Ereignismenge zusätzlich die folgende Bedingung erfüllt sein muß:
die Lenkwinkelgeschwindigkeit beträgt 100° bis 300°/s.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ereignisse durch Datensätze aus den Zustandwerten repräsentiert werden.

12. Vorrichtung zur Erfassung der Reibung in einer elektrischen oder elektromechanischen Lenkvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend:
eine Sensoranordnung (10) zur Erfassung des Lenkwinkels (φ) und des Lenkmoments (T) der Lenkvorrichtung (1),
einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (9),
einen Auswahlfilter (12), der derart konfiguriert ist, um nach einer vorgegebenen Filterregel definierte Ereignisdatensätze aus Zustandswerten des Lenkwinkels, des Lenkmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit auszuwählen, und
eine Auswerteinrichtung (11) zur Verarbeitung der über den Auswahlfilter (12) ausgewählten Ereignisdatensätze, die derart konfiguriert ist, um aus dem Verhältnis der Summe der Lenkwinkelabsolutwerte der ausgewählten Ereignisse und der Anzahl der Ereignisse einen die Reibung der Lenkvorrichtung (1) charakterisierenden Kennwert zu erzeugen.