EP3938269A1 - Verfahren zur überwachung eines lenksystems - Google Patents

Verfahren zur überwachung eines lenksystems

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Publication number
EP3938269A1
EP3938269A1 EP20704827.3A EP20704827A EP3938269A1 EP 3938269 A1 EP3938269 A1 EP 3938269A1 EP 20704827 A EP20704827 A EP 20704827A EP 3938269 A1 EP3938269 A1 EP 3938269A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering
load
vehicle
steering system
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20704827.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas John
Michael FRIEDEL
Stefan Kersten Weber
Susanne Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3938269A1 publication Critical patent/EP3938269A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Definitions

  • the invention is based on a method for monitoring a steering system according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a control device with a computing unit for performing such a method and a vehicle with such a control device.
  • a method for monitoring an electrical and / or electromechanical system such as a steering system, in which a load parameter in the form of an internal or system-specific load on a component is determined and used for determination a stress and / or a condition of the component is evaluated.
  • further system variables such as an operating time, a loading time and / or an ambient temperature, can be taken into account in the evaluation.
  • External loads which also have a significant influence on the load and / or the condition of the component and which are caused, for example, by uneven road surfaces, potholes and / or other events or special events, are not taken into account.
  • the object of the invention is in particular to provide a method for monitoring a steering system with improved properties with regard to a stress analysis.
  • the object is achieved by the features of claims 1, 10 and 11, while advantageous Refinements and developments of the invention can be taken ent from the subclaims.
  • the invention is based on a method for monitoring a steering system, in particular during operation in a vehicle and advantageously in a motor vehicle, in which a load parameter of at least one, in particular to be monitored, steering component of the steering system is determined and for determining a, in particular mechanical and / or electrical, stress and / or a condition of the steering component is evaluated.
  • the load parameter include at least one, in particular external, load on the steering component caused by an external force and in particular acting on the steering component from an environment.
  • the external force which in particular leads to the loading of the steering component, can be caused, for example, by an uneven road surface, by a pothole, by bumping into an obstacle, by steering against an obstacle, by driving over an obstacle and / or by other such events or special events.
  • an advantageous stress analysis of the steering component and / or the steering system can be achieved.
  • damage mechanisms from external loads which can differ significantly from damage mechanisms from internal and / or system-specific loads, can thereby also be reliably detected and taken into account, whereby operational reliability can advantageously be increased.
  • the vehicle and / or the steering system can include further components and / or assemblies, such as at least one control unit, at least one detection unit for detecting the load parameter, a steering handle for applying a manual torque, a steering gear, which advantageously has at least one steering actuator, for example in Form a Rack, has at least one, in particular with the steering gear to cooperate, steering actuator and / or at least one coupling gear for coupling the steering actuator to the steering gear.
  • the steering actuator and / or a component of the vehicle and / or the steering system that is operatively connected to the steering actuator, such as the steering actuator and / or the coupling gear can be the steering component to be monitored.
  • a “steering actuator” is to be understood in particular as an actuator unit, in particular electrically designed, which is provided in particular to transmit a steering torque to the Lenkungsstellele element and thereby advantageously influence a direction of travel of the vehicle.
  • the steering actuator is preferably provided to provide a steering torque to support a hand torque applied to the steering handle and / or a steering torque for automatic and / or autonomous control of a direction of travel of the vehicle.
  • the steering actuator can comprise at least one electric motor.
  • the electric motor is advantageously designed as a brushless motor and preferably as an asynchronous motor or as a permanent-magnet synchronous motor.
  • “Provided” is to be understood in particular as specifically programmed, designed and / or equipped. The fact that an object is provided for a specific function should be understood in particular to mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state.
  • a “load parameter” is to be understood in particular as a parameter that is correlated with at least one load on the steering component, in particular caused by an internal and / or external force acting on the steering component.
  • at least one, in particular mechanical and / or electrical, stress and / or a state of the steering component can be inferred and / or a, in particular mechanical and / or electrical, stress and / or a state of the steering component can be determined on the basis of the load parameter .
  • the load parameter can advantageously include further loads on the steering component, such as load caused by an ambient temperature, load caused by humidity and / or other loads caused by ambient conditions.
  • the load parameter in particular mechanical and / or electrical, stress and / or a state of at least one vehicle component of the vehicle and / or at least one, in particular mechanical and / or electrical, stress and / or state a vehicle component of the vehicle be determined.
  • the load parameter is advantageously monitored during an entire monitoring time interval and a change in the load parameter over time is evaluated to determine the stress and / or the state of the steering component.
  • a “monitoring time interval” is to be understood as meaning, in particular, a time interval that is particularly long-lasting and advantageously correlated with a service life of the steering system and / or the vehicle, in which changes in the load parameter are recorded.
  • the monitoring time interval can include a period of several days, several weeks, several months and / or several years.
  • the vehicle and / or the steering system can in particular comprise at least one computing unit and / or at least one control device with a computing unit, the computing unit being provided in particular to carry out the method for monitoring the steering device.
  • a “computing unit” is to be understood in particular as an electrical and / or electronic unit which has an information input, information processing and information output.
  • the computing unit also advantageously has at least one processor, at least one operating memory, at least one input and / or output means, at least one operating program, at least one control routine, at least one calculation routine, at least one monitoring routine and / or at least one evaluation routine.
  • the computing unit is provided at least to determine and / or receive the load parameter of the steering component and in particular to evaluate it to determine a, in particular mechanical and / or electrical, stress and / or a state of the steering component.
  • the vehicle and / or the steering system can in particular use a special sensor, such as an acceleration sensor and / or a body sound sensor.
  • a special sensor such as an acceleration sensor and / or a body sound sensor.
  • at least one acceleration, in particular caused by the external force, of an electrical steering actuator of the steering system, in particular of the steering actuator already mentioned and advantageously of a rotor element of the steering actuator, and / or an operating variable that is correlated with the acceleration, such as an operating voltage and / or an operating current, of the steering actuator is monitored and, in particular, evaluated.
  • a particularly simple and / or inexpensive determination of the external load can be achieved hereby.
  • the load characteristic includes at least one internal and / or system-specific load on the steering component, especially when the steering system is in operation and acting on the steering component, whereby in particular an all-encompassing stress analysis of the steering component and / or the steering system can be achieved.
  • damage mechanisms from internal and / or system-specific loads can thereby also be recorded and taken into account, whereby operational reliability can advantageously be further increased.
  • a maintenance interval for the vehicle can thereby advantageously be identified and specified.
  • a remaining operating time of the steering component and / or of the vehicle can advantageously be predicted and / or estimated on the basis of the load parameter.
  • the vehicle and / or the steering system can, in particular, use a special additional one Sensor, such as a temperature sensor, a magnetic field sensor, a moisture sensor, a voltage sensor and / or a current sensor, which detects and correlates, for example, overvoltage, voltage peaks, increased current and / or current peaks, for example in an on-board network of the vehicle Loads on the steering component can be taken into account.
  • a special additional one Sensor such as a temperature sensor, a magnetic field sensor, a moisture sensor, a voltage sensor and / or a current sensor, which detects and correlates, for example, overvoltage, voltage peaks, increased current and / or current peaks, for example in an on-board network of the vehicle Loads on the steering component can be taken into account.
  • At least one drive torque and / or one drive force of an electric steering actuator of the steering system in particular of the steering actuator already mentioned and advantageously of the rotor element of the steering actuator, and / or a further operating variable correlated with the drive torque and / or the drive force, such as, for example, a further operating voltage and / or a further operating current, of the steering actuator is monitored and, in particular, evaluated.
  • a particularly simple and / or inexpensive determination of the internal and / or system-specific load can be achieved.
  • a particularly simple evaluation algorithm for the stress analysis which at the same time allows a determination of the remaining operating time of the steering component, can be provided in particular if a rainflow counting method and / or a min / max counting method, advantageously in combination with one, is used to evaluate the load parameter Wöhler diagram, a Haigh diagram and / or the Miner's rule is used.
  • the rainflow counting method is preferably used, in particular, for the internal and / or system-specific exposure and, in particular, for data reduction of measurement data correlated with the internal and / or system-specific exposure.
  • the min / max counting method is preferably used for the external load and in particular for data reduction of measurement data correlated with the external load.
  • the min / max counting method in particular records the reversal points and / or maximum values and minimum values in the corresponding measurement data.
  • the Wöhler diagram, the Haigh diagram and / or the Miner's rule are advantageously used in a subsequent process step for the actual damage calculation.
  • at least one condition parameter correlated with a subsurface of the vehicle is determined using the load parameter.
  • a state of the ground and advantageously a roadway can be inferred and / or a state of the ground and advantageously the roadway can be determined.
  • the data recorded for the stress analysis can advantageously be linked to a vehicle surface that the vehicle is currently driving over.
  • the state parameter be used to generate a notification message that is correlated in particular with the ground of the vehicle, for example to warn a driver, and / or, advantageously together with recorded location data, for example from a navigation device, to generate a road map becomes.
  • a notification message that is correlated in particular with the ground of the vehicle, for example to warn a driver, and / or, advantageously together with recorded location data, for example from a navigation device, to generate a road map becomes.
  • This enables particularly high flexibility and / or operational reliability to be achieved. For example, a driver can be warned when leaving a safe lane.
  • the road condition map can advantageously be used for future journeys in order to warn the driver early on of uneven road surfaces and / or potholes or the like.
  • a current driving mode in particular from a group of different driving modes comprising at least one conventional and / or manual driving mode and an autonomous and / or partially autonomous driving mode, is determined and in at least one operating state in which the current driving mode is on is autonomous and / or semi-autonomous driving mode, depending on the load parameter and in particular depending on the state parameter, an action to leave the autonomous and / or partially autonomous driving mode is triggered and / or executed.
  • a particularly high level of operational reliability can be achieved, in particular in the case of a vehicle with an autonomous and / or partially autonomous driving mode.
  • the method for monitoring the steering system, the control unit and the vehicle should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the method for monitoring the steering system, the control unit and the vehicle can have a number that differs from a number of individual elements, components and units mentioned herein in order to fulfill a mode of operation described herein.
  • Fig. La-b an exemplary vehicle with a steering system in a ver simplified representation
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a signal flow diagram for
  • Figures la and lb show an example of a passenger vehicle formed vehicle 12 with several vehicle wheels 22 and with a steering system 10 in a simplified representation.
  • the steering system 10 has an operative connection with the vehicle wheels 22, in the present case in particular formed as front wheels, and is used to influence a direction of travel of the vehicle 12 is provided.
  • the steering system 10 is designed as an electrically un assisted steering system and accordingly has an electrical auxiliary power assistance in the form of power steering.
  • the vehicle 12 comprises, for example, at least two different driving modes, in particular a conventional and / or manual driving mode and an autonomous and / or partially autonomous driving mode.
  • a steering system could in principle also be designed as a steer-by-wire steering system and / or as a steering system of a commercial vehicle.
  • a vehicle could have exactly one driving mode and / or be designed as a utility vehicle.
  • the steering system 10 comprises a steering handle 24, in the present case designed as a steering wheel by way of example, for applying a manual torque, a steering gear 26, for example designed as a rack and pinion steering gear, which includes a steering actuator 30 and is intended to convert a steering input to the steering handle 24 into a steering movement of the vehicle wheels 22 implement zen, and a steering shaft 28 for, in particular mechanical, connection of the steering handle 24 to the steering gear 26.
  • a steering hand could also be designed as a steering lever and / or steering ball or the like.
  • a steering system could in principle also be free of a steering handle, for example in the case of a purely autonomous vehicle.
  • a steering shaft could also only temporarily connect a steering handle to a steering gear, for example in a vehicle with a steer-by-wire steering system with a mechanical fallback level. In this context, it is of course also conceivable to dispense with a steering shaft completely.
  • the steering system 10 includes a steering actuator 16.
  • the steering actuator 16 is at least partially electrical and / or electronic.
  • the steering actuator 16 is operatively connected to the steering gear 26.
  • the steering actuator 16 is provided to provide a steering torque to support a manual torque applied to the steering handle 24 and to transmit it to the steering actuator 30.
  • the steering actuator 16 comprises at least one electric motor.
  • the electric motor is designed in particular as a permanent magnet synchronous motor and is provided for generating the steering torque.
  • the steering system 10 further includes a coupling gear 32.
  • the coupling gear 32 can be designed as a belt drive, a helical gear drive or a ball screw drive, for example.
  • the coupling gear 32 is provided to transmit a steering torque of the electric motor to the steering adjusting element 30 in order to effect an adjustment of the steering adjusting element 30.
  • an electric motor could also be completely dispensed with, for example in the case of a hydraulically assisted steering system.
  • the vehicle 12 includes at least one detection unit 34.
  • the detection unit 34 is provided for detecting a load characteristic of at least one steering component 14, such as the steering actuator 16, the steering actuator 30 and / or the coupling gear 32.
  • the detection unit 34 comprises at least one sensor 36 assigned to the steering actuator 16.
  • the sensor 36 is designed as a rotor position sensor and is provided for detecting at least one rotor position signal from the electric motor.
  • a detection unit could, however, also comprise at least one sensor that differs from a rotor position sensor, such as an acceleration sensor, a structure-borne sound sensor, a voltage sensor, a current sensor and / or a temperature sensor.
  • the vehicle 12 also has a control device 18.
  • the control unit 18 is designed as a steering control unit and is consequently part of the steering system 10.
  • the control unit 18 is operatively connected to the Lenkaktua tor 16 and the detection unit 34.
  • the control device 18 is provided to receive the load parameter from the detection unit 34.
  • To the control device 18 is hen vorgese to control the steering actuator 16.
  • the control device 18 comprises a computing unit 20.
  • the computing unit 20 comprises at least one processor, for example in the form of a microprocessor, and at least one operating memory.
  • the computing unit 20 includes at least one operating program stored in the operating memory with at least one monitoring routine 38, at least one calculation routine, in the present case in particular a damage calculation routine 40, 44, and at least one evaluation routine 50.
  • a control unit from a steering system to train.
  • a vehicle could for example have a single central control device with a central processing unit.
  • a computing unit separately from a vehicle.
  • a computing unit could for example be part of an, in particular central, external computer system, for example a server network and / or cloud network.
  • the steering component 14 corresponds, for example, to the coupling gear 32 or at least a part of the coupling gear 32.
  • a steering component to be monitored could also be a steering actuator or another component that is operatively connected to a steering actuator, such as a steering actuator, be. It is also conceivable to monitor and analyze additional vehicle components of the vehicle.
  • the computing unit 20 is provided in particular to carry out the method and for this purpose has in particular a computer program with corresponding program code means.
  • a loading parameter of the steering component 14 to be monitored is determined and evaluated to determine a mechanical and / or electrical stress and / or a state of the steering component 14.
  • the load parameter is monitored during an entire monitoring time interval, advantageously during an entire operating period and / or life of the steering system 10 and / or the vehicle 12, and a change in the load parameter over time to determine the stress and / or the state of the steering component 14 evaluated.
  • the load parameter includes at least one external load on the steering component 14 caused by an external force and in particular from an environment acting on the steering component 14.
  • the external force which in particular leads to the load on the steering component 14, can for example be a bump in the road, a pothole, bumping into an obstacle, steering against an obstacle, driving over an obstacle and / or other such events or special events.
  • at least one acceleration of the steering actuator 16 caused by the external force and detected by the sensor 36 is monitored and evaluated.
  • at least one inertia of the steering actuator 16 is taken into account to determine the load caused by the external action of force.
  • the load parameter also includes an internal and / or system-specific load on the steering component 14, generated in particular during operation of the steering system 10 and acting on the steering component 14 internal and / or system-specific stress is caused by normal operation of the steering system 10.
  • a drive torque and / or a drive force of the steering actuator 16 is monitored and evaluated in the present case.
  • the load parameter can in principle also include further loads on the steering component 14, such as, for example, a load on the steering component 14 caused by an ambient temperature, a load on the steering component 14 caused by air humidity and / or a load caused by an overvoltage and / or voltage peaks, for example in an on-board network, caused loading of the steering component 14 or other such loads.
  • the load parameter or the total load on the steering component 14 then results as the difference between the external load and the internal load. The following applies:
  • M ext describes the external load, M int the internal and / or system-specific load, / the inertia of the steering actuator 16, ä the acceleration, in particular rotor acceleration, of the steering actuator 16, M ei the drive torque and / or the drive force of the steering actuator 16, t a gear ratio of the coupling gear 32 and ys tem an efficiency of the external and internal and / or system-specific load.
  • the load parameter or the total load on the steering component 14 is thus composed in the present case at least of the external load as well as the internal and / or system-specific load on the steering component 14, whereby a situation in which the external load is greater than the internal and / or system-specific stress, indicates an external event or special event, for example in the form of a pothole, bumping into an obstacle, etc.
  • an external event or special event for example in the form of a pothole, bumping into an obstacle, etc.
  • the load parameter could also be written, stored and / or classified or compared with a maximum value.
  • a rainflow counting method and / or a min / max counting method can advantageously also be used to evaluate the load parameter, for example in combination with a special damage calculator.
  • Calculation algorithm in particular a Wöhler diagram, a Haigh diagram and / or the Miner's rule, can be used, whereby in particular an advantageously simple determination of the remaining operating time of the steering component 14 can be achieved.
  • damage calculation algorithms are known per se and are therefore not explained in more detail below.
  • field loads and / or maintenance intervals of vehicle 12 can then be identified and / or system reactions can be triggered, such as generation of a message to warn the driver, shutdown of steering system 10 and / or degradation of steering system 10 using the load parameter, individual steering components and / or vehicle components can also be recycled and / or processed, for example by means of remanufacturing.
  • individual steering components and / or vehicle components can also be recycled and / or processed, for example by means of remanufacturing.
  • a belt slip and / or a belt jump or the like could also be determined, for example.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a signal flow diagram for monitoring the steering system 10 and in particular for evaluating the load parameter.
  • the computing unit 20 is provided to monitor, analyze and classify the load parameter by means of the monitoring routine 38.
  • the computing unit 20 is provided to at least determine by means of the monitoring routine 38 whether the external load or the internal and / or system-specific load is the dominant load.
  • the arithmetic unit 20 is provided to calculate the load parameter by means of the first data reduction routine 40, in the present case in particular a min / max counting method. ren, to further process and then by means of a first damage calculation routine 42, for example using a Wöhler diagram, to determine an external degree of damage to the steering component 14 caused by the external force.
  • the first data reduction routine 40 and / or the first damage calculation routine 42 can also be supplied with further influencing variables, such as a current temperature, so that these can be taken into account when evaluating the load characteristic.
  • the arithmetic unit 20 is provided to further process the load parameter using the second data reduction routine 44 that deviates from the first data reduction routine 40, in the present case in particular a rainflow counting method, and then using a second damage calculation routine 46, for example using a further Wöhler diagram, to determine an internal degree of damage to the steering component 14 caused by normal operation of the steering system 10.
  • the damage calculation routines 42, 46 can differ in the present case, for example on the basis of the Wöhler diagrams used.
  • the second data reduction routine 44 and / or the second damage calculation routine 46 can also be supplied with further influencing variables, such as a current temperature, so that these can be taken into account when evaluating the load characteristic.
  • the computing unit 20 is provided to use a summation onsroutine 48 to summarize the external degree of damage and the internal degree of damage to determine the stress and / or the condition of the steering component 14 to a total degree of damage to the steering component 14.
  • a summation onsroutine 48 to summarize the external degree of damage and the internal degree of damage to determine the stress and / or the condition of the steering component 14 to a total degree of damage to the steering component 14.
  • the computing unit 20 is then provided to evaluate the overall degree of damage to the steering component 14 by means of the evaluation routine 50, for example by means of a comparison with a limit value, and to initiate a corresponding reaction when the limit value is exceeded, such as generating a warning message.
  • At least one condition parameter correlated with a surface of the vehicle 12 is determined, whereby in particular the data recorded for the stress analysis can also be linked to a currently driven surface of the vehicle.
  • the state parameter it is conceivable, for example, to use the state parameter to generate a message that is correlated in particular with the ground of vehicle 12, for example to warn a driver and / or, advantageously together with recorded location data, to generate a road condition map .
  • the road condition map can advantageously be used in future journeys in order to warn the driver early on of uneven road surfaces and / or potholes or the like.
  • a current driving mode of vehicle 12 can be determined and in at least one operating state in which the current driving mode is an autonomous and / or semi-autonomous driving mode, depending on the load parameter and / or depending on the state parameter, an action to leave the autonomous and / or semi-autonomous driving mode is triggered and / or executed.
  • the current driving mode is an autonomous and / or semi-autonomous driving mode, depending on the load parameter and / or depending on the state parameter, an action to leave the autonomous and / or semi-autonomous driving mode is triggered and / or executed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

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

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung eines Lenksys tems 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 Al ist ein Verfahren zur Überwachung eines elektri schen und/oder elektromechanischen Systems, wie beispielsweise eines Lenk systems, bekannt, bei welchem eine Belastungskenngröße in Form einer inter nen bzw. systemspezifischen Belastung eines Bauteils ermittelt und zur Bestim mung einer Beanspruchung und/oder eines Zustands des Bauteils ausgewertet wird. Zudem können bei der Auswertung weitere Systemgrößen, wie beispiels weise eine Betriebsdauer, eine Belastungsdauer und/oder eine Umgebungstem peratur, berücksichtigt werden. Externe Belastungen, welche ebenfalls einen sig nifikanten 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 da bei 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 ent nommen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung eines Lenksys tems, 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 Len kungsbauteils 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 Beanspru chungsanalyse des Lenkungsbauteils und/oder des Lenksystems erreicht wer den. Insbesondere können hierdurch auch Schädigungsmechanismen von exter nen Belastungen, welche sich signifikant von Schädigungsmechanismen von in ternen und/oder systemspezifischen Belastungen unterscheiden können, sicher erfasst und berücksichtigt werden, wodurch vorteilhaft eine Betriebssicherheit er höht 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 zu sammenwirkenden, 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 Len kungsstellelement und/oder das Kopplungsgetriebe, das zu überwachende Len kungsbauteil sein. Unter einem„Lenkaktuator“ soll dabei insbesondere eine, ins besondere elektrisch ausgebildete, Aktuatoreinheit verstanden werden, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, ein Lenkmoment an das Lenkungsstellele ment zu übertragen und hierdurch vorteilhaft eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Vorzugsweise ist der Lenkaktuator dazu vorgesehen, ein Lenk moment zur Unterstützung eines an der Lenkhandhabe aufgebrachten Handmo ments und/oder ein Lenkmoment zur selbsttätigen und/oder autonomen Steue rung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs bereitzustellen. Dazu kann der Lenkaktu ator wenigstens einen Elektromotor umfassen. Der Elektromotor ist vorteilhaft als bürstenloser Motor und bevorzugt als Asynchronmotor oder als permanenterreg ter 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 ei nem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Des Weiteren soll unter einer„Belastungskenngröße“ insbesondere eine Kenn größe verstanden werden, welche zumindest mit einer, insbesondere durch eine interne und/oder externe Krafteinwirkung auf das Lenkungsbauteil bewirkten, Be lastung des Lenkungsbauteils korreliert ist. Insbesondere kann wenigstens an hand der Belastungskenngröße auf eine, insbesondere mechanische und/oder elektrische, Beanspruchung und/oder einen Zustand des Lenkungsbauteils ge schlossen und/oder eine, insbesondere mechanische und/oder elektrische, Bean spruchung und/oder ein Zustand des Lenkungsbauteils bestimmt werden. Ferner kann die Belastungskenngröße vorteilhaft weitere Belastungen des Lenkungs bauteils, wie beispielsweise eine durch eine Umgebungstemperatur bewirkte Be lastung, 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, ins besondere mechanische und/oder elektrische, Beanspruchung und/oder einen Zustand wenigstens eines Fahrzeugbauteils des Fahrzeugs geschlossen und/o der eine, insbesondere mechanische und/oder elektrische, Beanspruchung und/oder ein Zustand wenigstens eines Fahrzeugbauteils des Fahrzeugs be stimmt werden. Vorteilhaft wird die Belastungskenngröße dabei während eines gesamten Überwachungszeitintervalls überwacht und eine zeitliche Veränderung der Belastungskenngröße zur Bestimmung der Beanspruchung und/oder des Zu stands des Lenkungsbauteils ausgewertet. Unter einem„Überwachungszeitinter- vall“ soll insbesondere ein, insbesondere länger andauerndes und vorteilhaft mit einer Lebensdauer des Lenksystems und/oder des Fahrzeugs korreliertes, Zeitin tervall 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 insbe sondere wenigstens eine Recheneinheit und/oder wenigstens ein Steuergerät mit einer Recheneinheit umfassen, wobei die Recheneinheit insbesondere dazu vor gesehen ist, das Verfahren zur Überwachung der Lenkvorrichtung auszuführen. Unter einer„Recheneinheit“ soll insbesondere eine elektrische und/oder elektro nische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Infor mationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Betriebsspei cher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebspro gramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Berechnungsroutine, zu mindest eine Überwachungsroutine und/oder zumindest eine Auswerteroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit zumindest dazu vorgesehen, die Belas tungskenngröße 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 Körper schallsensor, 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, Be schleunigung eines elektrischen Lenkaktuators des Lenksystems, insbesondere des bereits zuvor genannten Lenkaktuators und vorteilhaft eines Rotorelements des Lenkaktuators, und/oder eine mit der Beschleunigung korrelierte Be triebsgröße, wie beispielsweise eine Betriebsspannung und/oder ein Betriebs strom, des Lenkaktuators überwacht und insbesondere ausgewertet wird. Hier durch kann insbesondere eine besonders einfache und/oder kostengünstige Er mittlung 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, insbeson dere des bereits zuvor genannten Lenkaktuators und vorteilhaft des Rotorele ments des Lenkaktuators, berücksichtigt wird. Hierdurch kann insbesondere eine besonders exakte Ermittlung der externen Belastung erreicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Belastungskenn größe zumindest eine, insbesondere bei einem Betrieb des Lenksystems er zeugte und auf das Lenkungsbauteil wirkende, interne und/oder systemspezifi sche Belastung des Lenkungsbauteils umfasst, wodurch insbesondere eine all umfassende Beanspruchungsanalyse des Lenkungsbauteils und/oder des Lenk systems erreicht werden kann. Insbesondere können hierdurch auch Schädi gungsmechanismen von internen und/oder systemspezifischen Belastungen er fasst und berücksichtigt werden, wodurch vorteilhaft eine Betriebssicherheit wei ter erhöht werden kann. Zudem kann hierdurch vorteilhaft auch ein Wartungsin tervall des Fahrzeugs identifiziert und festgelegt werden. Ferner kann anhand der Belastungskenngröße vorteilhaft eine verbleibende Betriebsdauer des Lenkungs bauteils 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, ei nen 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 be rücksichtigt werden können. Alternativ oder zusätzlich wird jedoch vorgeschla gen, dass zur Ermittlung der internen und/oder systemspezifischen Belastung zu mindest 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 Be triebsgröße, wie beispielsweise eine weitere Betriebsspannung und/oder ein wei terer Betriebsstrom, des Lenkaktuators überwacht und insbesondere ausgewertet wird. Hierdurch kann insbesondere eine besonders einfache und/oder kosten günstige Ermittlung der internen und/oder systemspezifischen Belastung erreicht werden.
Ein besonders einfacher Auswertealgorithmus für die Beanspruchungsanalyse, welcher gleichzeitig eine Ermittlung einer verbleibenden Betriebsdauer des Len kungsbauteils erlaubt, kann insbesondere bereitgestellt werden, wenn zur Aus wertung 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. Vorzugs weise wird das Rainflow-Zählverfahren dabei insbesondere für die interne und/o der systemspezifische Belastung und insbesondere zur Datenreduktion von mit der internen und/oder systemspezifischen Belastung korrelierten Messdaten ver wendet. Zudem wird das Min/Max-Zählverfahren bevorzugt für die externe Belas tung und insbesondere zur Datenreduktion von mit der externen Belastung korre lierten Messdaten verwendet. Das Min/Max-Zählverfahren erfasst dabei insbe sondere 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 vorteil haft zur eigentlichen Schädigungsberechnung verwendet. Weiter wird vorgeschlagen, dass unter Verwendung der Belastungskenngröße wenigstens eine mit einem Untergrund des Fahrzeugs korrelierte Zustandskenn größe ermittelt wird. Insbesondere kann wenigstens anhand der Zustandskenn größe auf einen Zustand des Untergrunds und vorteilhaft einer Fahrbahn ge schlossen und/oder ein Zustand des Untergrunds und vorteilhaft der Fahrbahn bestimmt werden. Hierdurch können insbesondere die für die Beanspruchungs analyse 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, Hinweismel dung, beispielsweise zur Warnung eines Fahrers, und/oder, vorteilhaft zusam men mit erfassten Standortdaten, beispielsweise eines Navigationsgeräts, zur Er zeugung einer Fahrbahnzustandskarte verwendet wird. Hierdurch kann insbeson dere eine besonders hohe Flexibilität und/oder Betriebssicherheit erreicht wer den. Dabei kann beispielsweise ein Fahrer bei Verlassen einer sicheren Fahr bahn gewarnt werden. Zudem kann die Fahrbahnzustandskarte vorteilhaft bei zu künftigen Fahrten verwendet werden, um den Fahrer bereits frühzeitig vor Fahr bahnunebenheiten und/oder Schlaglöchern oder dergleichen zu warnen. Insbe sondere ist in diesem Zusammenhang auch denkbar, die Zustandskenngröße, vorteilhaft drahtlos, an andere Fahrzeuge zu übertragen und/oder weitere Zu standskenngrößen, vorteilhaft drahtlos, von anderen Fahrzeugen zu empfangen, wodurch insbesondere ein vorteilhafter Austausch der Zustandskenngrößen zwi schen verschiedenen Fahrzeugen erreicht und/oder eine Erzeugung einer Fahr bahnzustandskarte vereinfacht werden kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass ein aktueller Fahrmodus, insbesondere aus ei ner Gruppe unterschiedlicher Fahrmodi umfassend zumindest einen konventio nellen und/oder manuellen Fahrmodus und einen autonomen und/oder teilauto nomen Fahrmodus, ermittelt wird und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem der aktuelle Fahrmodus ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrmo dus ist, in Abhängigkeit von der Belastungskenngröße und insbesondere in Ab hängigkeit von der Zustandskenngröße eine Aktion zum Verlassen des autono men und/oder teilautonomen Fahrmodus ausgelöst und/oder ausgeführt wird. Hierdurch kann insbesondere eine besonders hohe Betriebssicherheit, insbeson dere bei einem Fahrzeug mit einem autonomen und/oder teilautonomen Fahrmo dus, erreicht werden.
Das Verfahren zur Überwachung des Lenksystems, das Steuergerät und das Fahrzeug sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausfüh rungsform beschränkt sein. Insbesondere können das Verfahren zur Überwa chung des Lenksystems, das Steuergerät und das Fahrzeug zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten An zahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl auf weisen.
Zeichnungen
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 ein zeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. la-b ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem Lenksystem in einer ver einfachten Darstellung und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Signalflussdiagramms zur
Überwachung des Lenksystems.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figuren la und lb zeigen ein beispielhaft als Personenkraftfahrzeug ausge bildetes Fahrzeug 12 mit mehreren Fahrzeugrädern 22 und mit einem Lenksys tem 10 in einer vereinfachten Darstellung. Das Lenksystem 10 weist eine Wirk verbindung mit den, im vorliegenden Fall insbesondere als Vorderrädern ausge bildeten, Fahrzeugrädern 22 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 10 als elektrisch un terstütztes Lenksystem ausgebildet und weist demnach eine elektrische Hilfs kraftunterstützung 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, insbe sondere 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 Fahr zeug 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 bei spielhaft 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 umzuset zen, und eine Lenkwelle 28 zur, insbesondere mechanischen, Verbindung der Lenkhandhabe 24 mit dem Lenkgetriebe 26. Alternativ könnte eine Lenkhand habe auch als Lenkhebel und/oder Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Auch könnte ein Lenksystem prinzipiell frei von einer Lenkhandhabe sein, bei spielsweise 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 na türlich auch denkbar, auf eine Lenkwelle vollständig zu verzichten.
Darüber hinaus umfasst das Lenksystem 10 einen Lenkaktuator 16. Der Lenkak tuator 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 insbe sondere als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet und zur Erzeugung des Lenkmoments vorgesehen.
Zur Kopplung des Lenkaktuators 16 mit dem Lenkgetriebe 26 umfasst das Lenk system 10 ferner ein Kopplungsgetriebe 32. Das Kopplungsgetriebe 32 kann bei spielsweise als Riemengetriebe, als Schraubradgetriebe oder als Kugelgewinde trieb ausgebildet sein. Das Kopplungsgetriebe 32 ist dazu vorgesehen, ein Lenk moment 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 Er fassungseinheit 34 ist zur Erfassung einer Belastungskenngröße wenigstens ei nes Lenkungsbauteils 14, wie beispielsweise des Lenkaktuators 16, des Len kungsstellelements 30 und/oder des Kopplungsgetriebes 32, vorgesehen. Dazu umfasst die Erfassungseinheit 34 wenigstens einen dem Lenkaktuator 16 zuge ordneten Sensor 36. Der Sensor 36 ist im vorliegenden Fall als Rotorlagesensor ausgebildet und zur Erfassung wenigstens eines Rotorlagesignals des Elektro motors vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Erfassungseinheit je doch auch wenigstens einen von einem Rotorlagesensor abweichenden Sensor umfassen, wie beispielsweise einen Beschleunigungssensor, einen Körper schallsensor, einen Spannungssensor, einen Stromsensor und/oder einen Tem peratursensor.
Des Weiteren weist das Fahrzeug 12 ein Steuergerät 18 auf. Das Steuergerät 18 ist beispielhaft als Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Lenk systems 10. Das Steuergerät 18 weist eine Wirkverbindung mit dem Lenkaktua tor 16 und der Erfassungseinheit 34 auf. Das Steuergerät 18 ist dazu vorgese hen, die Belastungskenngröße von der Erfassungseinheit 34 zu empfangen. Zu dem ist das Steuergerät 18 zu einer Ansteuerung des Lenkaktuators 16 vorgese hen. Dazu umfasst das Steuergerät 18 eine Recheneinheit 20. Die Recheneinheit 20 umfasst zumindest einen Prozessor, beispielsweise in Form eines Mikroprozes sors, und zumindest einen Betriebsspeicher. Zudem umfasst die Recheneinheit 20 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumin dest 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 zentra len Recheneinheit aufweisen. Ferner ist denkbar, eine Recheneinheit getrennt von einem Fahrzeug auszubilden. In diesem Fall könnte eine Recheneinheit bei spielsweise Teil eines, insbesondere zentralen, externen Rechnersystems, bei spielsweise eines Servernetzwerks und/oder Cloudnetzwerks, sein.
Um nun eine Analyse einer Beanspruchung und/oder eines Zustands des Lenk systems 10 bzw. zumindest eines Lenkungsbauteils 14 des Lenksystems 10 zu verbessern, wird im vorliegenden Fall ein Verfahren zur Überwachung des Lenk systems 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 Len kungsstellelement, sein. Darüber hinaus ist denkbar, zusätzlich weitere Fahr zeugbauteile 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 entspre chenden Programmcodemitteln auf.
Erfindungsgemäß wird, insbesondere mittels der Erfassungseinheit 34, eine Be lastungskenngröße des zu überwachenden Lenkungsbauteils 14 ermittelt und zur Bestimmung einer mechanischen und/oder elektrischen Beanspruchung und/o der eines Zustands des Lenkungsbauteils 14 ausgewertet. Im vorliegenden Fall wird die Belastungskenngröße dabei während eines gesamten Überwachungs zeitintervalls, vorteilhaft während einer gesamten Betriebsdauer und/oder Le bensdauer des Lenksystems 10 und/oder des Fahrzeugs 12, überwacht und eine zeitliche Veränderung der Belastungskenngröße zur Bestimmung der Beanspru chung 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 Umge bung auf das Lenkungsbauteil 14 einwirkende externe Belastung des Lenkungs bauteils 14. Die externe Krafteinwirkung, welche insbesondere zu der Belastung des Lenkungsbauteils 14 führt, kann dabei beispielsweise durch eine Fahr bahnunebenheit, 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 Krafteinwir kung bewirkten Belastung zumindest eine Trägheit des Lenkaktuators 16 berück sichtigt.
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 Belas tung des Lenkungsbauteils 14. Die interne und/oder systemspezifische Belastung ist dabei durch einen normalen Betrieb des Lenksystems 10 bewirkt. Zur Ermitt lung der internen und/oder systemspezifischen Belastung wird im vorliegenden Fall ein Antriebsmoment und/oder eine Antriebskraft des Lenkaktuators 16 über wacht und ausgewertet.
Ferner kann die Belastungskenngröße grundsätzlich auch weitere Belastungen des Lenkungsbauteils 14 umfassen, wie beispielsweise eine durch eine Umge bungstemperatur 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 Bord netz, bewirkte Belastung des Lenkungsbauteils 14 oder andere derartige Belas tungen.
Die Belastungskenngröße bzw. die Gesamtbelastung des Lenkungsbauteils 14 ergibt sich dann als Differenz zwischen der externen Belastung und der internen Belastung. Es gilt:
Dabei beschreibt Mext die externe Belastung, Mint die interne und/oder system spezifische Belastung, / die Trägheit des Lenkaktuators 16, ä die Beschleuni gung, insbesondere Rotorbeschleunigung, des Lenkaktuators 16, Mei das An triebsmoment und/oder die Antriebskraft des Lenkaktuators 16, t eine Getriebe übersetzung des Kopplungsgetriebes 32 und ystem 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 so wie 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 Be lastung eines Lenkungsbauteils zu verzichten und derartige interne und/oder sys temspezifische Belastungen beispielsweise mittels vorab applizierter Kennlinien abzubilden.
Zur Auswertung der Belastungskenngröße könnte die Belastungskenngröße mit geschrieben, gespeichert und/oder klassifiziert werden oder gegen einen Maxi malwert abgeglichen werden. Vorteilhaft kann zur Auswertung der Belastungs kenngröße auch ein Rainflow-Zählverfahren und/oder ein Min/Max-Zählverfah- ren, beispielsweise in Kombination mit einem speziellen Schädigungsberech- nungsalgorithmus, insbesondere einem Wöhler-Diagramm, einem Haigh-Dia- gramm und/oder der Miner-Regel, verwendet werden, wodurch insbesondere eine vorteilhaft einfache Ermittlung einer verbleibenden Betriebsdauer des Len kungsbauteils 14 erreicht werden kann. Derartige Schädigungsberechnungsalgo rithmen sind an sich bekannt und werden daher im Folgenden nicht näher erläu tert.
Auf Basis der Belastungskenngröße können dann Feldbelastungen und/oder Wartungsintervalle des Fahrzeugs 12 identifiziert werden und/oder Systemreakti onen ausgelöst werden, wie beispielsweise eine Erzeugung einer Hinweismel dung zur Fahrerwarnung, eine Abschaltung des Lenksystems 10 und/oder eine Degradierung des Lenksystems 10. Zudem könnte unter Verwendung der Belas tungskenngröße 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 entspre chenden Fahrzeugs und/oder Lenksystems weniger belastet wurden, wiederzu verwenden. Ferner könnte auf Basis der Belastungskenngröße auch beispiels weise ein Riemenrutschen und/oder ein Riemensprung oder dergleichen ermittelt werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Signalflussdiagramms zur Überwachung des Lenksystems 10 und insbesondere zur Auswertung der Belas tungskenngröße.
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 Über wachungsroutine 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 Datenreduzie rungsroutine 40, im vorliegenden Fall insbesondere einem Min/Max-Zählverfah- ren, weiterzuverarbeiten und anschließend mittels einer ersten Schädigungsbe rechnungsroutine 42, beispielsweise unter Verwendung eines Wöhler-Dia- gramms, einen durch die externe Krafteinwirkung bewirkten externen Schädi gungsgrad des Lenkungsbauteils 14 zu bestimmen. Insbesondere können der ersten Datenreduzierungsroutine 40 und/oder der ersten Schädigungsberech nungsroutine 42 dabei auch weitere Einflussgrößen, wie beispielsweise eine ak tuelle Temperatur, zugeführt werden, sodass diese bei der Auswertung der Be lastungskenngröße berücksichtigt werden können.
Ist hingegen die interne und/oder systemspezifische Belastung die dominierende Belastung, so ist die Recheneinheit 20 dazu vorgesehen, die Belastungskenn größe mittels der von der ersten Datenreduzierungsroutine 40 abweichenden zweiten Datenreduzierungsroutine 44, im vorliegenden Fall insbesondere einem Rainflow-Zählverfahren, weiterzuverarbeiten und anschließend mittels einer zwei ten Schädigungsberechnungsroutine 46, beispielsweise unter Verwendung eines weiteren Wöhler-Diagramms, einen durch einen normalen Betrieb des Lenksys tems 10 bewirkten internen Schädigungsgrad des Lenkungsbauteils 14 zu be stimmen. Die Schädigungsberechnungsroutinen 42, 46 können sich im vorliegen den Fall beispielsweise anhand der verwendeten Wöhler-Diagramme unterschei den. Ferner können der zweiten Datenreduzierungsroutine 44 und/oder der zwei ten 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 Summati onsroutine 48 den externen Schädigungsgrad und den internen Schädigungs grad zur Bestimmung der Beanspruchung und/oder des Zustands des Lenkungs bauteils 14 zu einem Gesamtschädigungsgrad des Lenkungsbauteils 14 zusam menzufassen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, den externen Schädi gungsgrad 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, bei spielsweise 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 inter nen und/oder systemspezifischen Belastungen als auch Schädigungsmechanis men von externen Belastungen, welche sich signifikant von Schädigungsmecha nismen von internen und/oder systemspezifischen Belastungen unterscheiden können, sicher erfasst und berücksichtigt werden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass unter Verwendung der Belastungs kenngröße wenigstens eine mit einem Untergrund des Fahrzeugs 12 korrelierte Zustandskenngröße ermittelt wird, wodurch insbesondere die für die Beanspru chungsanalyse erfassten Daten zusätzlich mit einem aktuell überfahrenen Unter grund des Fahrzeugs verknüpft werden können. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, die Zustandskenngröße zur Erzeugung einer, insbeson dere mit dem Untergrund des Fahrzeugs 12 korrelierten, Hinweismeldung, bei spielsweise zur Warnung eines Fahrers, und/oder, vorteilhaft zusammen mit er fassten Standortdaten, zur Erzeugung einer Fahrbahnzustandskarte zu verwen den. 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. Zu dem kann auch ein aktueller Fahrmodus des Fahrzeugs 12 ermittelt werden und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem der aktuelle Fahrmodus ein au tonomer und/oder teilautonomer Fahrmodus ist, in Abhängigkeit von der Belas tungskenngröße und/oder in Abhängigkeit von der Zustandskenngröße eine Ak tion zum Verlassen des autonomen und/oder teilautonomen Fahrmodus ausge löst und/oder ausgeführt werden. Durch derartige Weiterbildungen kann insbe sondere eine Betriebssicherheit weiter gesteigert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems (10), insbesondere wäh rend eines Betriebs in einem Fahrzeug (12), bei welchem eine Belastungs kenngröße wenigstens eines Lenkungsbauteils (14) des Lenksystems (10) ermittelt und zur Bestimmung einer Beanspruchung und/oder eines Zu stands des Lenkungsbauteils (14) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungskenngröße zumindest eine durch eine ex terne Krafteinwirkung bewirkte Belastung des Lenkungsbauteils (14) um fasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermitt lung der durch die externe Krafteinwirkung bewirkten Belastung zumindest eine Beschleunigung eines elektrischen Lenkaktuators (16) des Lenksys tems (10) überwacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der durch die externe Krafteinwirkung bewirkten Belastung zu mindest eine Trägheit eines elektrischen Lenkaktuators (16) des Lenksys tems (10) berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungskenngröße zumindest eine, insbesondere bei einem Betrieb des Lenksystems (10) erzeugte und auf das Lenkungs bauteil (14) wirkende, systemspezifische Belastung des Lenkungsbauteils (14) umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermitt lung der systemspezifischen Belastung zumindest ein Antriebsmoment und/oder eine Antriebskraft eines elektrischen Lenkaktuators (16) des Lenksystems (10) überwacht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung der Belastungskenngröße ein Rainflow- Zählverfahren und/oder ein Min/Max-Zählverfahren verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der Belastungskenngröße wenigstens eine mit einem Untergrund des Fahrzeugs (12) korrelierte Zustandskenn größe ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu
standskenngröße zur Erzeugung einer Hinweismeldung und/oder zur Er zeugung einer Fahrbahnzustandskarte verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Fahrmodus ermittelt wird und in zumindest ei nem Betriebszustand, in welchem der aktuelle Fahrmodus ein autonomer und/oder teilautonomer Fahrmodus ist, in Abhängigkeit von der Belastungs kenngröße eine Aktion zum Verlassen des autonomen und/oder teilautono men Fahrmodus ausgelöst und/oder ausgeführt wird.
10. Steuergerät (18) mit einer Recheneinheit (20) zur Durchführung eines Ver fahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Fahrzeug (12) mit zumindest einem Lenksystem (10), welches wenigstens ein Lenkungsbauteil (14) umfasst, und mit einem Steuergerät (18) nach An spruch 10.
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