WO2023134967A1 - Verfahren zum betrieb eines lenksystems - Google Patents

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WO2023134967A1
WO2023134967A1 PCT/EP2022/086608 EP2022086608W WO2023134967A1 WO 2023134967 A1 WO2023134967 A1 WO 2023134967A1 EP 2022086608 W EP2022086608 W EP 2022086608W WO 2023134967 A1 WO2023134967 A1 WO 2023134967A1
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WO
WIPO (PCT)
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steering
electric motor
moisture parameter
moisture
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/086608
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael FRIEDEL
Martin Zimmermann
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 WO2023134967A1 publication Critical patent/WO2023134967A1/de

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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steering system.
  • the invention relates to a computing unit for carrying out such a method, a steering system with such a computing unit and a vehicle with such a steering system.
  • DE 10 2019 212 618 A1 proposes a method for automatically determining a rigidity of at least one steering assembly and/or play in a steering mechanism.
  • a wheel position is determined by means of a monitoring device and using a wheel position sensor and given input variable in relation. In this case, however, no moisture parameter is determined.
  • the steering mechanism is not brought into a defined test position and/or blocked in the test position. In addition, such a procedure absolutely requires the determination of the wheel setting or wheel position, which can be disadvantageous under certain circumstances.
  • DE 10 2018 112 812 A1 discloses a method for the automated determination of play in a steering mechanism, in which an excitation takes place via a motor torque with different frequencies. In this case too, however, no moisture parameter is determined.
  • the steering mechanism is not brought into a defined test position and/or blocked in the test position. As a result, the excitation can only take place for small moments, since otherwise the entire steering system would be moved. Accordingly, in this case, the clearance can only be determined in a low-load range.
  • the object of the invention is in particular to provide a method for operating a steering system with improved properties with regard to determining moisture in the steering system.
  • the object is achieved by the features of claims 1, 16, 17 and 18, while advantageous configurations and developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • a method, in particular a computer-implemented method, for operating a steering system of a vehicle is proposed, with the steering system comprising a steering mechanism and at least one electric motor interacting with the steering mechanism, with a moisture parameter correlated with moisture in the steering system being determined, in particular automatically and/or automatically , wherein to determine the moisture parameter, the steering mechanism is brought into a defined test position and/or blocked in the test position and the electric motor is activated with an excitation signal, and the moisture parameter is determined by during the Controlling the electric motor with the excitation signal monitors a motor torque of the electric motor and a rotor position angle of the electric motor and evaluates a change in the motor torque as a function of the rotor position angle.
  • the steering mechanism is thus positioned and/or blocked in the test position in a first method step, in a second method step the steering system is excited by activating the electric motor with the excitation signal while the steering mechanism is in the test position, and in a third method step a System response of the steering system to the excitation signal is determined and evaluated using the engine torque and the rotor position angle.
  • the steering mechanism can be positioned in the test position manually, for example by an occupant and/or driver of the vehicle, or automatically and/or automatically by appropriate activation of the electric motor.
  • the three method steps mentioned for determining the moisture parameter can be repeated in a fourth method step for at least one further test position that deviates from the test position.
  • the repetition can relate in particular to the same steering assembly or to another steering assembly that differs from the steering assembly.
  • This configuration can advantageously improve the determination of moisture in the steering system.
  • additional information about the moisture in the steering system can also be obtained without additional sensors, such as moisture sensors.
  • an efficiency, in particular a test efficiency, a power efficiency, a component efficiency, an energy efficiency and/or a cost efficiency can be improved.
  • the operational reliability of the steering system can be increased in particular.
  • the moisture parameter can advantageously be determined both in a low-load range and in a high-load range.
  • the steering system can be embodied as a conventional steering system, in particular as an electric power steering system, and can include mechanical penetration.
  • the steering system can also be designed as a steer-by-wire steering system, in which a steering specification is advantageously transmitted purely electrically to the vehicle wheels.
  • the steering mechanism also includes at least one steering assembly and preferably several, in particular re various steering assemblies.
  • the steering mechanism can include, for example, a first steering assembly designed as a servo train, a second steering assembly designed as a sensor train and/or a third steering assembly designed as a vehicle axle and/or part of a vehicle axle.
  • the servo train corresponds in particular to a steering gear of the steering system
  • the sensor train corresponds to a steering shaft and/or a steering column of the steering system.
  • the steering system advantageously includes a steering actuator system, in particular designed electrically and/or electronically, which has the electric motor.
  • a “steering actuator system” is to be understood in particular as an actuator unit which is preferably coupled to the servo train and is intended to use the electric motor to transmit a steering torque to the steering mechanism, in particular the servo train, in order to influence the direction of travel of the vehicle .
  • the steering actuator system is preferably provided to provide, by means of the electric motor, a steering torque to support a manual torque applied to a steering handle of the steering system and/or a steering torque for automatic and/or autonomous control of a direction of travel of the vehicle.
  • the steering system can include an advantageously mechanical locking mechanism which is provided for blocking, in particular for fixing and/or locking, the steering mechanism in the test position.
  • the locking mechanism can in particular comprise at least one electrical and/or mechanical lock, for example a steering lock in the area of the steering handle, a locking unit in the area of the steering shaft, in particular an input shaft of the steering shaft, and/or a wheel lock in the area of a vehicle wheel of the vehicle.
  • the vehicle includes at least one computing unit, which is provided to carry out the method for operating the steering system.
  • a “processing unit” is to be understood in particular as an electrical and/or electronic unit which has an information input, an information processing and an information output.
  • the computing unit also 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 control routine, at least a calculation routine and/or at least one evaluation routine.
  • the computing unit is provided for determining the moisture parameter.
  • the computing unit is provided for controlling the electric motor.
  • the processing unit can also be provided for controlling the locking mechanism.
  • the computing unit is provided at least to control the electric motor with the excitation signal, to monitor a motor torque of the electric motor and a rotor position angle of the electric motor during the control of the electric motor with the excitation signal, and to evaluate a change in the motor torque as a function of the rotor position angle.
  • the computing unit can be provided to bring the steering mechanism into a defined test position and/or to block it in the test position by driving the locking mechanism, in particular by driving the electric motor.
  • the processing unit is preferably integrated in a control unit of the vehicle and/or a control unit of the steering system, in particular in the form of a steering control unit.
  • a “moisture parameter” is to be understood in particular as a parameter by means of which moisture in the steering system can be inferred or moisture in the steering system can be determined.
  • the moisture parameter could be determined directly by evaluating the change in the motor torque as a function of the rotor position angle.
  • use is preferably made of the fact that a rigidity of at least one steering assembly of the steering mechanism and/or play in the steering mechanism changes or can change depending on the moisture in the steering system.
  • the stiffness of the at least one steering assembly and/or the play in the steering mechanism can be determined by evaluating the change in motor torque as a function of the rotor position angle, and then in a second step the stiffness of the at least one steering assembly and/or the play in the Steering mechanics are used to determine the moisture parameter.
  • “Provided” should be understood to mean, in particular, specially programmed, designed and/or equipped. The fact that an object is provided for a specific function is to 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.
  • the moisture parameter be determined by deriving the engine torque from the rotor position angle or by using a difference quotient from the engine torque and the rotor position angle, i.e. using a rate of change in the engine torque as a function of the rotor position angle, which in particular results in a change in the engine torque as a function of the Rotor position angle can be monitored particularly easily.
  • a current temperature is taken into account when determining the moisture parameter, an evaluation result can be made more precise.
  • the temperature is advantageously recorded in the area of the steering mechanism, for example via an additional temperature sensor, or preferably directly in the area of the electric motor. In the latter case, a temperature sensor system integrated into the steering actuator system can advantageously be used to determine the current temperature, as a result of which additional costs can advantageously be minimized.
  • the moisture parameter be determined in a high-load range, with the electric motor being controlled by means of the excitation signal in such a way that the motor torque is in an upper half of a nominal range of the electric motor.
  • This can in particular a particularly precise evaluation can be achieved in that the evaluation takes place in an area that is particularly relevant with regard to the moisture in the steering system.
  • the electric motor is controlled by means of the excitation signal in such a way that the engine torque is increased continuously up to a, in particular, defined and/or definable maximum engine torque, for example +5 Nm, and accordingly a quasi-static excitation is achieved in particular becomes.
  • a quasi-static excitation is achieved in particular becomes.
  • excitation of the steering system that is particularly simple in terms of control technology can be achieved.
  • the electric motor is preferably controlled by means of a ramp-shaped signal, so that the excitation signal is increased continuously and/or in a ramp-shaped manner.
  • the engine torque could be increased directly by adjusting the engine torque.
  • the motor torque is preferably increased by adjusting the rotor position angle, as a result of which undesired accelerations and/or load peaks in the measurement can advantageously be prevented.
  • the motor torque is blocked in both steering directions in the event that the steering mechanism is completely blocked in the test position, i.e. fixed and/or locked, for example, by means of the locking mechanism, and in the event that the steering mechanism is in the test position is not completely blocked, is only continuously increased in one steering direction up to the maximum engine torque.
  • a particularly high level of operational reliability can be achieved in particular if at least one control parameter of a steering controller of the steering system, in particular for controlling the electric motor, is adapted on the basis of the determined moisture parameter.
  • the steering controller advantageously has an electrical connection to the computing unit and is particularly advantageously integrated into the control unit of the vehicle and/or the control unit of the steering system. It is also proposed that the moisture parameter be compared with a limit value, with a safety measure being initiated in the event that the moisture parameter falls below or exceeds the limit value.
  • the safety measure can include at least generating a warning message in the vehicle and/or on an external electronic device, for example in the form of a smartphone, and/or degrading ferry operations, for example in the form of reducing a maximum vehicle speed.
  • a warning effect can be achieved and operational safety can be further increased.
  • the moisture parameter could be determined, for example, while the vehicle is operating on a ferry. However, it is preferably proposed that the moisture parameter is determined when the vehicle is stationary and/or when the vehicle is parked, for example when the vehicle is temporarily stopped, for example at a traffic light, or when the vehicle is parked. As a result, irritation of a driver and/or an occupant while driving can advantageously be reduced.
  • the moisture parameter be determined at regular time intervals, for example each time the system is started or switched off, or annually or every two years, such as in particular during a vehicle inspection and/or customer service appointment, in order to monitor a change in the moisture parameter.
  • changes in the moisture parameter in particular can advantageously be recognized quickly and the operational safety of the vehicle can be further increased.
  • the steering mechanism comprises at least one steering assembly in the form of a servo train, with a steering control element of the servo train, for example in the form of a toothed rack, being positioned in the area of a mechanical end stop of the steering system in order to determine the moisture parameter, and the electric motor using the excitation signal is controlled so that the engine torque is continuously increased in the direction of the mechanical end stop up to the maximum engine torque.
  • the position of the steering control element in the area of the mechanical end stop corresponds to the test position.
  • the steering control element in particular for determining the moisture parameter, is positioned in the area of a further mechanical end stop of the steering system, in particular opposite the mechanical end stop, and the electric motor is positioned by means of a further excitation signal is controlled in such a way that the engine torque is continuously increased in the direction of the further mechanical end stop up to the maximum engine torque.
  • the repetition in the further method step can also relate to a further steering assembly that differs from the steering assembly.
  • the moisture parameter can be determined in a particularly advantageous manner, in particular in the area of the servo train.
  • the steering mechanism comprises at least one steering assembly in the form of a sensor string, with the sensor string being blocked in a straight-ahead position, in particular mechanically, for determining the moisture parameter, for example by actuating the locking mechanism, and the electric motor being actuated in this way by means of the excitation signal that the engine torque is continuously increased in both steering directions up to the maximum engine torque.
  • the position of the sensor string in the straight-ahead position corresponds to the test position.
  • the method steps mentioned can in principle be repeated in a further method step for at least one further test position that deviates from the test position.
  • the moisture parameter can be determined in a particularly advantageous manner, in particular in the area of the sensor string.
  • the steering mechanism comprises at least one steering assembly in the form of a vehicle axle or part of a vehicle axle, with at least one vehicle wheel being blocked, in particular mechanically, for determining the moisture parameter, for example by actuating the locking mechanism mus, and the electric motor is controlled by means of the excitation signal in such a way that the engine torque is continuously increased in both steering directions up to the maximum engine torque.
  • the position of the vehicle wheel when locked corresponds to the test position.
  • the method steps mentioned can also be repeated in this case in a further method step for at least one further test position that deviates from the test position.
  • the repetition in the further method step can also relate to a further steering assembly that differs from the steering assembly.
  • the moisture parameter can be determined in a particularly advantageous manner, specifically in the area of the vehicle axle or part of the vehicle axle.
  • the method for operating the steering system should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the method for operating the steering system can have a number of individual elements, components and units that differs from a number specified here in order to fulfill a function described herein.
  • 1 ab shows an exemplary vehicle with a steering system in a simplified representation
  • 2a-b exemplary diagrams of various signals for determining a moisture parameter correlated with moisture in the steering system
  • FIG. 3 shows an exemplary flowchart with main method steps of a method for operating the steering system.
  • FIGS. 1a and 1b show a vehicle 12, configured as a motor vehicle by way of example, with a plurality of vehicle wheels 34, 36 and with a steering system 10 in a simplified representation.
  • the vehicle 12 is suitable for automated and/or autonomous driving.
  • the steering system 10 has an operative connection with the vehicle wheels 34, 36 and is provided for influencing a direction of travel of the vehicle 12.
  • the steering system 10 is designed, purely by way of example, as an electrically assisted steering system and has electrical power assistance in the form of power steering.
  • a steering system can also be designed as a steer-by-wire steering system, which is known per se.
  • the steering system 10 comprises a steering mechanism 14 known per se and a steering actuator system 40 known per se which interacts with the steering mechanism 14.
  • the steering mechanism 14 comprises a steering handle 42, embodied in the present case as a steering wheel, for applying a manual torque, and a plurality of steering assemblies 18, 20, 22 operatively connected to the steering handle 42.
  • the steering mechanism 14 comprises a first steering assembly 18 embodied as a servo train, one as a sensor train embodied second steering assembly 20 and a third steering assembly 22 embodied as a vehicle axle and/or part of a vehicle axle.
  • the first steering assembly 18 corresponds to a steering gear, for example embodied as a rack and pinion steering gear, and comprises at least one steering control element 28, in the present case embodied in particular as a rack.
  • the first Steering assembly 18 is provided to convert a steering specification at the steering handle 42 into a steering movement of the vehicle wheels 34, 36 to implement.
  • the second steering assembly 20 corresponds to a steering shaft and is used to connect, in particular mechanically, the steering handle 42 to the first steering assembly 18.
  • the third steering assembly 22 can be at least part of the tie rods associated with the vehicle wheels 34, 36 and/or a part of the rims of the vehicle wheels 34, 36 include.
  • a steering handle could also be designed as a steering lever and/or steering ball or the like. It is also conceivable to dispense with a steering shaft and/or a steering handle, such as in a steer-by-wire steering system.
  • the steering actuator system 40 includes an electric motor 16 and has an operative connection with the first steering assembly 18 , in particular the steering control element 28 .
  • the steering actuator system 40 is intended to provide a steering torque by means of the electric motor 16 .
  • the steering actuator system 40 is provided at least to provide a steering torque in the form of a support torque and to transmit it to the steering control element 28 .
  • the steering system 10 has a rotor position sensor system 44 arranged in the area of the steering actuator system 40 .
  • the rotor position sensor system 44 is provided for contactless detection of at least one operating signal of the electric motor 16, in the present case in particular a rotor position signal or a rotor position angle.
  • the steering system 10 has a locking mechanism 46 which is provided for blocking, in particular for fixing and/or locking, the steering mechanism 14 .
  • the locking mechanism 46 in the present case comprises a plurality of electrically and/or mechanically designed locks, in particular a steering lock 48 in the area of the steering handle 42, a first wheel lock 50 in the area of a first vehicle wheel 34 of the vehicle wheels 34, 36 and a second wheel lock 52 in the area of a second vehicle wheel 36 of the vehicle wheels 34, 36.
  • a steering lock 48 in the area of the steering handle 42
  • a first wheel lock 50 in the area of a first vehicle wheel 34 of the vehicle wheels 34, 36
  • a second wheel lock 52 in the area of a second vehicle wheel 36 of the vehicle wheels 34, 36.
  • Control unit 54 is designed as a steering control unit and is therefore part of steering system 10.
  • Control unit 54 has an electrical connection to steering actuator system 40 , in particular electric motor 16 .
  • control unit 54 has an electrical connection to rotor position sensor system 44 .
  • the control unit 54 has an electrical connection with the locking mechanism 46 .
  • Control unit 54 is provided to control operation of steering system 10 .
  • control unit 54 is provided at least to control electric motor 16 .
  • a control unit could also be different from a steering control unit and, for example, be designed directly as a central vehicle control unit.
  • the control unit 54 includes an arithmetic unit 38.
  • the arithmetic unit 38 includes at least one processor (not shown), for example in the form of a microprocessor, and at least one operating memory (not shown).
  • the computing unit 38 includes at least one operating program stored in the operating memory.
  • control unit 54 comprises a steering controller 26, known per se, for controlling the electric motor 16.
  • the steering controller 26 has an electrical connection to the computing unit 38.
  • the steering controller 26 is electrically connected to the electric motor 16 .
  • the steering controller 26 is provided at least when the vehicle 12 is driving to control a position of the steering control element 28 and thus in particular a direction of travel of the vehicle 12 .
  • the arithmetic unit 38 in particular is intended to carry out the method and for this purpose has a computer program with corresponding program code means.
  • the steering mechanism 14 in order to determine a moisture parameter correlated with moisture in the steering system 10, the steering mechanism 14 is first brought into a defined test position and/or blocked in the test position.
  • the moisture parameter is preferably determined when the vehicle 12 is stationary and/or when the vehicle 12 is parked.
  • the positioning of the steering mechanism 14 in the test position can be carried out manually, for example by an occupant and/or driver of the vehicle 12, or preferably automatically and/or automatically by a corresponding activation of the electric motor 16.
  • the steering mechanism 14 can also be blocked in the test position by automatically actuating the locking mechanism 46 .
  • the electric motor 16 is controlled with an excitation signal.
  • the electric motor 16 is controlled by means of the excitation signal in such a way that a quasi-static excitation is achieved, with an engine torque of the electric motor 16 being increased continuously up to a maximum engine torque, for example +5 Nm.
  • the electric motor 16 is controlled by means of a ramp-shaped signal, so that the excitation signal is increased continuously and/or in a ramp-shaped manner.
  • the motor torque is advantageously increased by adjusting a rotor position angle of the electric motor 16, as a result of which undesired accelerations and/or load peaks in the measurement can be prevented.
  • the motor torque is continuously increased in both steering directions and in the event that the steering mechanism 14 is not completely blocked in the test position, only in one steering direction up to the maximum motor torque.
  • the electric motor 16 is controlled by means of the excitation signal in such a way that the engine torque is in an above Ren half of a nominal range of the electric motor 16 is, so that the determination of the moisture parameter is done in a high-load range.
  • the moisture parameter is then determined by monitoring a motor torque of the electric motor 16 and a rotor position angle of the electric motor 16 while the electric motor 16 is being driven with the excitation signal and evaluating a change in the motor torque as a function of the rotor position angle.
  • the engine torque of the electric motor 16 can be read out directly from the control unit 54 or can be detected using an additional detection sensor system, while the rotor position angle of the electric motor 16 can advantageously be determined from the rotor position signal of the rotor position sensor system 44 .
  • a derivation of the engine torque according to the rotor position angle or a difference quotient from the engine torque and rotor position angle is formed and compared to a reference value 24 to determine the moisture parameter (cf. also FIG. 2b).
  • a rigidity of at least one steering assembly 18, 20, 22 of the steering mechanism 14 and/or play in the steering mechanism 14 changes or can change depending on the moisture in the steering system 10, in particular by changing the properties of plastic components, such as a belt and/or a helical gear.
  • the stiffness of the at least one steering assembly 18, 20, 22 and/or the play in the steering mechanism 14 can be determined by evaluating the change in motor torque as a function of the rotor position angle, and then in a second step the stiffness of the at least one steering assembly 18 , 20, 22 and/or the play in the steering mechanism 14 can be used to determine the moisture parameter.
  • the moisture parameter could also be determined directly by evaluating the change in motor torque as a function of the rotor position angle. In this case, the determination of the rigidity and/or the play could consequently be dispensed with.
  • linearization can advantageously be used when determining the moisture parameter.
  • stiffness to be determined and/or the play to be determined which/which can be used to determine the moisture parameter normally has a non-linear relationship.
  • relatively precise and exact statements about the rigidity of the at least one steering assembly 18, 20, 22 and/or the play of the steering mechanism 14 and consequently the moisture in the steering system 10 are possible and at the same time Computing effort can be greatly reduced.
  • a current temperature can also be taken into account when determining the moisture parameter.
  • the temperature is preferably recorded directly in the area of electric motor 16 , in particular by means of a temperature sensor system integrated into steering actuator system 40 .
  • additional temperature sensors could also be used in the area of the electric motor 16 or in the area of the steering mechanism 14 .
  • existing temperature sensors in the vehicle 12 for example to display an outside temperature, can be used to determine a temperature.
  • At least one control parameter of steering controller 26 can be adjusted based on the determined moisture parameter, which advantageously allows moisture-sensitive control parameters to be adjusted adaptively on the basis of the determined moisture parameter.
  • the moisture parameter can be compared with a limit value, with a safety measure being initiated in the event that the moisture parameter falls below or exceeds the limit value.
  • the safety measure can at least include generating an information message in the vehicle and/or on an external electronic device, for example in the form of an indication of a workshop visit, and/or degrading ferry operations, for example in the form of a reduction in a maximum vehicle speed.
  • the moisture parameter is also determined at regular time intervals, for example each time the system is started or switched off, in order to monitor a change in the moisture parameter.
  • changes in the moisture parameter can advantageously be recognized quickly and the operational safety of the vehicle 12 can be further increased.
  • the steering actuator 28 is positioned in the area of a mechanical end stop 30 of the steering system 10 and the electric motor 16 is controlled by means of the excitation signal in such a way that the engine torque is continuously increased in the direction of the mechanical end stop 30 up to the maximum engine torque.
  • the position of the steering control element 28 in the area of the mechanical end stop 30 thus corresponds to the test position.
  • the steering control element 28 can be positioned directly in the area of the mechanical end stop 30, for example by activating the electric motor 16 and using a correspondingly taught-in software function, or with a constant movement speed (approx.
  • the rigidity of the first steering assembly 18 or the servo train can be inferred using equation (1).
  • the rigidity of the mechanical end stop 30 is dominated by the proportion of the end stop damper.
  • the rigidity of the first steering assembly 18 or the servo train can then be used to determine the moisture parameter, in particular in the area of the first steering assembly 18 or the servo train.
  • the previously mentioned process steps can then be repeated for the opposite side.
  • the steering control element 28 is positioned in the area of a further mechanical end stop 32 of the steering system, in particular opposite the mechanical end stop 30, and the electric motor 16 is controlled by means of a further excitation signal, in particular one that is equivalent to the excitation signal, in such a way that the motor torque is directed in the direction of the further mechanical end stop 32 is continuously increased up to the maximum engine torque.
  • the position of the steering control element 28 in the area of the further mechanical end stop 32 thus corresponds to a further test position.
  • the steering control element 28 can be positioned in the further test position and the moisture parameter can be evaluated using the method described above.
  • the sensor train is blocked in a straight-ahead position, in particular by actuating the locking mechanism 46 or, more precisely, the steering lock 48, and the electric motor 16 by means of the excitation signal in such a way that the engine torque is continuously increased in both steering directions up to the maximum engine torque.
  • the position of the sensor string in the straight-ahead position corresponds to the test position.
  • the sensor train can be positioned in the straight-ahead position manually or, preferably, by correspondingly activating electric motor 16 and locking mechanism 46. The total stiffness of the sensor train and servo train can then be determined based on the motor torque of electric motor 16 and the rotor position angle of electric motor 16. The following applies:
  • c 2 describes the total stiffness of the sensor train and servo train
  • c 5j isor describes the stiffness of the second steering assembly 20 or the sensor train
  • c SeTV0 describes the stiffness of the first steering assembly 18 or the servo train.
  • one of the vehicle wheels 34, 36 is blocked in order to determine the moisture parameter, in particular in the area of the third steering assembly 22 or the vehicle axle or part of the vehicle axle, in particular by actuating the locking mechanism 46 or, more precisely, the wheel lock 50 or the wheel lock 52, and the electronic romotor 16 controlled by the excitation signal in such a way that the engine torque is continuously increased in both steering directions up to the maximum engine torque.
  • the other of the vehicle wheels 34, 36 is in this case in a free-spinning condition, such as on a lift. In this case, the position of the vehicle wheel 34, 36 in the locked state thus corresponds to the test position.
  • the total stiffness of the vehicle axle and servo train can then be determined on the basis of the engine torque of the electric motor 16 and the rotor position angle of the electric motor 16 . The following applies:
  • c 3 describes the total stiffness of the vehicle axle and servo train
  • c PZ describes the stiffness of the third steering assembly 22 or the vehicle axle or part of the vehicle axle
  • c Seri>s describes the stiffness of the first steering assembly 18 or the servo train. If the stiffness of the first steering assembly 18 or the servo train was determined as described above and if this is known as a result, equation (3) can be used to infer the stiffness of the third steering assembly 22 or the vehicle axle or part of the vehicle axle. The stiffness of the third steering assembly 22 or the vehicle axle or part of the vehicle axle can then be used to determine the moisture parameter, specifically in the area of the third steering assembly 22 or the vehicle axle or part of the vehicle axle.
  • FIGS. 2a and 2b show exemplary diagrams of various signals for determining the moisture parameter.
  • the shown in the figures 2a and 2b The example presented here is limited to the first steering assembly 18 and a rigidity of the first steering assembly 18.
  • the engine torque of the electric motor 16 is plotted on an ordinate axis 56 in FIG. 2a.
  • the rotor position angle of the electric motor 16 is shown on an abscissa axis 58 .
  • a curve 60 shows a curve, in particular linearized, of the engine torque as a function of the rotor position angle in a dry state of the steering system 10.
  • a curve 62 shows a curve 62, in particular linearized, curve of the engine torque as a function of the rotor position angle in a wet state of the steering system 10.
  • An area 64 schematically shows an exemplary curve of the engine torque as a function of the rotor position angle for determining the moisture parameter in the area of the first steering assembly 18 or the servo train.
  • a rigidity is plotted on a further ordinate axis 66 in FIG. 2b.
  • the rotor position angle of the electric motor 16 is again shown on a further abscissa axis 68 .
  • a curve 70 shows a course of the stiffness as a function of the rotor position angle in the dry state of the steering system 10.
  • a curve 72 shows a course of the stiffness as a function of the rotor position angle in the wet state of the steering system 10.
  • a derivation is used to determine the curve 70 and the curve 72 of the engine torque according to the rotor position angle or a differential quotient of engine torque and rotor position angle.
  • area 74 shows a schematic example of the profile of the total stiffness of the servo train and mechanical end stop 30 for the corresponding load direction, i.e. in the direction of mechanical end stop 30.
  • FIG. 3 shows an exemplary flow chart with main method steps of a method for operating the steering system 10.
  • the steering mechanism 14 is positioned and/or blocked in a corresponding test position.
  • the positioning of the steering mechanism 14 in the test position can be carried out manually, for example by an occupant and/or driver of the vehicle 12, or preferably automatically and/or automatically by a corresponding activation of the electric motor 16.
  • the steering system 10 is excited by driving the electric motor 16 with the excitation signal, specifically while the steering mechanism 14 is in the test position.
  • the electric motor 16 can be controlled by means of the excitation signal in such a way that a quasi-static excitation is achieved.
  • a system response of the steering system 10 to the excitation signal is determined and evaluated using the engine torque of the electric motor 16 and the rotor position angle of the electric motor 16, in particular by means of a derivation of the engine torque according to the rotor position angle or a difference quotient from the engine torque and the rotor position angle.
  • the system response can then be used to determine the moisture parameter.
  • various actions can then be carried out and/or triggered depending on the determined moisture parameter, such as adjusting at least one control parameter of steering controller 26 and/or initiating a safety measure if the limit value is exceeded or not reached.
  • the exemplary flowchart in FIG. 3 is only intended to describe a method for operating the steering system 10 as an example.
  • individual process steps can also vary or additional process steps can be added.
  • the method steps 80, 82 and 84 in a method step immediately following the method step 84 for at least one further test position deviating from the test position can be repeated.
  • the repetition can relate to the same steering assembly 18, 20, 22 or to one of the other steering assemblies 18, 20, 22.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems (10) eines Fahrzeugs (12) vorgeschlagen, wobei das Lenksystem (10) eine Lenkmechanik (14) und wenigstens einen mit der Lenkmechanik (14) zusammenwirkenden Elektromotor (16) umfasst, wobei eine mit einer Feuchtigkeit im Lenksystem (10) korrelierte Feuchtigkeitskenngröße ermittelt wird, wobei zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße die Lenkmechanik (14) in eine definierte Prüfposition gebracht und/oder in der Prüfposition blockiert wird und der Elektromotor (16) mit einem Anregungssignal angesteuert wird, und wobei die Feuchtigkeitskenngröße ermittelt wird, indem während der Ansteuerung des Elektromotors (16) mit dem Anregungssignal ein Motormoment des Elektromotors (16) und ein Rotorlagewinkel des Elektromotors (16) überwacht und eine Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels ausgewertet wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems. Zudem betrifft die Erfindung eine Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens, ein Lenksystem mit einer solchen Recheneinheit sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Lenksystem.
Aktuell wird nur ein sehr kleiner Anteil der mechanischen Auffälligkeiten, welche beim Betrieb eines Fahrzeugs bzw. eines Lenksystems auftreten können, automatisiert detektiert. Ein Großteil der Auffälligkeiten muss demnach vom Fahrer selbst entdeckt werden. Mit zunehmendem Trend zum automatisierten und/oder autonomen Fahren ist eine derartige manuelle Fehlererkennung jedoch immer weniger möglich. Darüber hinaus sind Fahrzeuge mit Steer-by-Wire- Lenksystemen bekannt, welche ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und gelenkten Fahrzeugrädern auskommen. Aufgrund der mechanischen Entkopplung werden in diesem Fall mechanische Auffälligkeiten, welche beispielsweise in einem Lenkgetriebe auftreten können, nicht unmittelbar an das Lenkrad zurückgekoppelt, wodurch eine manuelle Detektion ebenfalls erschwert wird.
Aus diesem Grund wird in der DE 10 2019 212 618 A1 ein Verfahren zur automatisieren Ermittlung einer Steifigkeit wenigstens einer Lenkungsbaugruppe und/oder von Spiel in einer Lenkmechanik vorgeschlagen. Hierzu wird mittels einer Überwachungseinrichtung und unter Verwendung eines Radpositionssensors eine Radstellung ermittelt und mit einer von einem Elektromotor vorge- gebenen Eingangsgröße in Bezug gesetzt. Eine Ermittlung einer Feuchtigkeitskenngröße erfolgt in diesem Fall jedoch nicht. Zudem wird die Lenkmechanik auch nicht in eine definierte Prüfposition gebracht und/oder in der Prüfposition blockiert. Zudem erfordert ein derartiges Vorgehen zwingend die Ermittlung der Radstellung bzw. Radposition, was unter gewissen Umständen nachteilig sein kann.
Darüber hinaus ist aus der D E 10 2018 112 812 A1 ein Verfahren zur automatisierten Ermittlung von Spiel in einer Lenkmechanik bekannt, bei welchem eine Anregung über ein Motormoment mit unterschiedlichen Frequenzen erfolgt. Auch in diesem Fall erfolgt jedoch keine Ermittlung einer Feuchtigkeitskenngröße. Zudem wird die Lenkmechanik nicht in eine definierte Prüfposition gebracht und/oder in der Prüfposition blockiert. Dies hat zur Folge, dass die Anregung nur für kleine Momente erfolgen kann, da ansonsten das ganze Lenksystem bewegt wird. Dementsprechend kann das Spiel in diesem Fall lediglich in einem Niederlastbereich ermittelt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Ermittlung von Feuchtigkeit im Lenksystem bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 16, 17 und 18 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein, insbesondere computerimplementiertes, Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Lenksystem eine Lenkmechanik und wenigstens einen mit der Lenkmechanik zusammenwirkenden Elektromotor umfasst, wobei, insbesondere automatisch und/oder automatisiert, eine mit einer Feuchtigkeit im Lenksystem korrelierte Feuchtigkeitskenngröße ermittelt wird, wobei zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße die Lenkmechanik in eine definierte Prüfposition gebracht und/oder in der Prüfposition blockiert wird und der Elektromotor mit einem Anregungssignal angesteuert wird, und wobei die Feuchtigkeitskenngröße ermittelt wird, indem während der An- Steuerung des Elektromotors mit dem Anregungssignal ein Motormoment des Elektromotors und ein Rotorlagewinkel des Elektromotors überwacht und eine Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels ausgewertet wird. Vorliegend wird die Lenkmechanik somit in einem ersten Verfahrensschritt in der Prüfposition positioniert und/oder blockiert, in einem zweiten Verfahrensschritt wird das Lenksystem durch Ansteuerung des Elektromotors mit dem Anregungssignal angeregt und zwar während sich die Lenkmechanik in der Prüfposition befindet und in einem dritten Verfahrensschritt wird eine Systemantwort des Lenksystems auf das Anregungssignal ermittelt und unter Verwendung des Motormoments und des Rotorlagewinkels ausgewertet. Die Positionierung der Lenkmechanik in der Prüfposition kann in diesem Zusammenhang manuell, beispielsweise durch einen Insassen und/oder Fahrer des Fahrzeugs, oder automatisch und/oder automatisiert durch eine entsprechende Ansteuerung des Elektromotors erfolgen. Darüber hinaus können die genannten drei Verfahrensschritte zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße in einem vierten Verfahrensschritt für wenigstens eine von der Prüfposition abweichende weitere Prüfposition wiederholt werden. Die Wiederholung kann dabei insbesondere dieselbe Lenkungsbaugruppe oder eine von der Lenkungsbaugruppe abweichende weitere Lenkungsbaugruppe betreffen. Durch diese Ausgestaltung kann die Ermittlung von Feuchtigkeit im Lenksystem vorteilhaft verbessert werden. Insbesondere können hierdurch auch ohne zusätzliche Sensoren, wie beispielsweise Feuchtigkeitssensoren, zusätzliche Informationen über die Feuchtigkeit im Lenksystem erhalten werden. Des Weiteren kann eine Effizienz, insbesondere eine Prüfeffizienz, eine Leistungseffizienz, eine Bauteileeffizienz, eine Energieeffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, verbessert werden. Zudem kann insbesondere eine Betriebssicherheit des Lenksystems erhöht werden. Darüber hinaus kann die Feuchtigkeitskenngröße vorteilhaft sowohl in einem Niederlastbereich als auch in einem Hochlastbereich ermittelt werden.
Das Lenksystem kann vorliegend als konventionelles Lenksystem, insbesondere als elektrische Servolenkung, ausgebildet sein und einen mechanischen Durchgriff umfassen. Alternativ kann das Lenksystem jedoch auch als Steer-by-Wire- Lenksystem ausgebildet sein, bei welchem eine Lenkvorgabe vorteilhaft rein elektrisch an die Fahrzeugräder weitergeleitet wird. Die Lenkmechanik umfasst ferner wenigstens eine Lenkungsbaugruppe und bevorzugt mehrere, insbesonde- re verschiedenartige, Lenkungsbaugruppen. Die Lenkmechanik kann beispielsweise eine als Servostrang ausgebildete erste Lenkungsbaugruppe, eine als Sensorstrang ausgebildete zweite Lenkungsbaugruppe und/oder eine als Fahrzeugachse und/oder Teil einer Fahrzeugachse ausgebildete dritte Lenkungsbaugruppe umfassen. Der Servostrang entspricht in diesem Zusammenhang insbesondere einem Lenkgetriebe des Lenksystems, während der Sensorstrang einer Lenkwelle und/oder einer Lenksäule des Lenksystems entspricht. Des Weiteren umfasst das Lenksystem vorteilhaft eine, insbesondere elektrisch und/oder elektronisch ausgebildete, Lenkaktuatorik, welche den Elektromotor aufweist. Unter einer „Lenkaktuatorik“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Aktuatoreinheit verstanden werden, welche bevorzugt mit dem Servostrang gekoppelt ist und dazu vorgesehen ist, mittels des Elektromotors ein Lenkmoment an die Lenkmechanik, insbesondere den Servostrang, zu übertragen, um eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Vorzugsweise ist die Lenkaktuatorik dazu vorgesehen, mittels des Elektromotors ein Lenkmoment zur Unterstützung eines an einer Lenkhandhabe des Lenksystems aufgebrachten Handmoments und/oder ein Lenkmoment zur selbsttätigen und/oder autonomen Steuerung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs bereitzustellen. Darüber hinaus kann das Lenksystem einen, vorteilhaft mechanischen, Verriegelungsmechanismus umfassen, welcher zur Blockierung, insbesondere zur Fixierung und/oder zur Verriegelung, der Lenkmechanik in der Prüfposition vorgesehen ist. Dazu kann der Verriegelungsmechanismus insbesondere wenigstens eine elektrische und/oder mechanische Sperre umfassen, beispielsweise eine Lenksperre im Bereich der Lenkhandhabe, eine Sperreinheit im Bereich der Lenkwelle, insbesondere einer Eingangswelle der Lenkwelle, und/oder eine Radsperre im Bereich eines Fahrzeugrads des Fahrzeugs.
Ferner umfasst das Fahrzeug wenigstens eine Recheneinheit, welche dazu vorgesehen ist, das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems durchzuführen. 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 Regelroutine, zumindest eine Berechnungsroutine und/oder zumindest eine Auswerteroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße vorgesehen. Zudem ist die Recheneinheit zur Ansteuerung des Elektromotors vorgesehen. Darüber hinaus kann die Recheneinheit auch zur Ansteuerung des Verriegelungsmechanismus vorgesehen sein. Im vorliegenden Fall ist die Recheneinheit zumindest dazu vorgesehen, den Elektromotor mit dem Anregungssignal anzusteuern, während der Ansteuerung des Elektromotors mit dem Anregungssignal ein Motormoment des Elektromotors und ein Rotorlagewinkel des Elektromotors zu überwachen und eine Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels auszuwerten. Zudem kann die Recheneinheit dazu vorgesehen sein, insbesondere durch Ansteuerung des Elektromotors, die Lenkmechanik in eine definierte Prüfposition zu bringen und/oder durch Ansteuerung des Verriegelungsmechanismus in der Prüfposition zu blockieren. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dabei in ein Steuergerät des Fahrzeugs und/oder ein Steuergerät des Lenksystems, insbesondere in Form eines Lenkungssteuergeräts, integriert. Unter einer „Feuchtigkeitskenngröße“ soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, anhand derer auf eine Feuchtigkeit im Lenksystem geschlossen oder eine Feuchtigkeit im Lenksystem bestimmt werden kann. Vorliegend könnte dabei durch Auswertung der Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels unmittelbar die Feuchtigkeitskenngröße ermittelt werden. Bevorzugt wird jedoch ausgenutzt, dass sich eine Steifigkeit wenigstens einer Lenkungsbaugruppe der Lenkmechanik und/oder von Spiel in der Lenkmechanik abhängig von der Feuchtigkeit im Lenksystem ändert bzw. ändern kann. Somit kann in einem ersten Schritt durch Auswertung der Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels die Steifigkeit der wenigstens einen Lenkungsbaugruppe und/oder das Spiel in der Lenkmechanik ermittelt und anschließend in einem zweiten Schritt die Steifigkeit der wenigstens einen Lenkungsbaugruppe und/oder das Spiel in der Lenkmechanik zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße verwendet werden. 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. Bevorzugt wird ferner vorgeschlagen, dass die Feuchtigkeitskenngröße mittels einer Ableitung des Motormoments nach dem Rotorlagewinkel oder einem Differenzenquotient aus Motormoment und Rotorlagewinkel, also anhand einer Ände- rungsrate des Motormoments in Abhängigkeit von dem Rotorlagewinkel, ermittelt wird, wodurch insbesondere eine Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels besonders einfach überwacht werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße die Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels mit einem Referenzwert abgeglichen wird. Hierdurch kann insbesondere ein vorteilhaft einfacher Auswertealgorithmus bereitgestellt werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass bei der Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße eine Linearisierung, vorteilhaft für verschiedene Lastniveaus, verwendet wird. In diesem Zusammenhang muss berücksichtigt werden, dass die zu ermittelnde Steifigkeit und/oder das zu ermittelnde Spiel, welche/welches zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße genutzt werden kann, normalerweise einen nicht-linearen Zusammenhang aufweist. Vorliegend wurde jedoch erkannt, dass auch bei der Verwendung einer entsprechenden Linearisierung relativ präzise und exakte Aussagen über die Steifigkeit und/oder das Spiel und folglich die Feuchtigkeit im Lenksystem möglich sind und gleichzeitig ein Rechenaufwand stark reduziert werden kann.
Wird bei der Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße eine aktuelle Temperatur berücksichtigt, kann ein Auswerteergebnis weiter präzisiert werden. Vorteilhaft wird die Temperatur dabei im Bereich der Lenkmechanik, beispielsweise über einen zusätzlichen Temperatursensor, oder bevorzugt unmittelbar im Bereich des Elektromotors erfasst. In letzterem Fall kann vorteilhaft eine in die Lenkaktuatorik integrierte Temperatursensorik zur Ermittlung der aktuellen Temperatur verwendet werden, wodurch zusätzliche Kosten vorteilhaft minimiert werden können.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße in einem Hochlastbereich erfolgt, wobei der Elektromotor mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in einer oberen Hälfte eines Nominalbereichs des Elektromotors liegt. Hierdurch kann insbeson- dere eine besonders exakte Auswertung erreicht werden, indem die Auswertung in einem im Hinblick auf die Feuchtigkeit im Lenksystem besonders relevanten Bereich erfolgt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment kontinuierlich bis zu einem, insbesondere definierten und/oder definierbaren, maximalen Motormoment, beispielsweise +5 Nm, erhöht wird und demnach insbesondere eine quasistatische Anregung erreicht wird. Hierdurch kann insbesondere eine steuerungstechnisch besonders einfache Anregung des Lenksystems erreicht werden. Vorzugsweise wird der Elektromotor in diesem Fall mittels eines rampenförmigen Signals angesteuert, sodass das Anregungssignal kontinuierlich und/oder rampenförmig erhöht wird. Vorliegend könnte die Erhöhung des Motormoments dabei direkt durch Einregeln des Motormoments erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Erhöhung des Motormoments jedoch durch Einregeln des Rotorlagewinkels, wodurch vorteilhaft ungewünschte Beschleunigungen und/oder Lastspitzen in der Messung verhindert werden können. Darüber hinaus wird in diesem Zusammenhang vorteilhaft vorgeschlagen, dass das Motormoment im Fall, dass die Lenkmechanik in der Prüfposition vollständig blockiert, also beispielsweise mittels des Verriegelungsmechanismus fixiert und/oder verriegelt, wird, in beide Lenkrichtungen und im Fall, dass die Lenkmechanik in der Prüfposition nicht vollständig blockiert wird, nur in eine Lenkrichtung kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird.
Eine besonders hohe Betriebssicherheit kann insbesondere erreicht werden, wenn anhand der ermittelten Feuchtigkeitskenngröße wenigstens ein Regelparameter eines Lenkungsreglers des Lenksystems, insbesondere zur Ansteuerung des Elektromotors, angepasst wird. Insbesondere können hierdurch feuchtigkeitssensitive Regelparameter adaptiv auf Basis der ermittelten Feuchtigkeitskenngröße angepasst werden. Vorteilhaft weist der Lenkungsregler in diesem Fall eine elektrische Verbindung mit der Recheneinheit auf und ist besonders vorteilhaft in das Steuergerät des Fahrzeugs und/oder das Steuergerät des Lenksystems integriert. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Feuchtigkeitskenngröße mit einem Grenzwert abgeglichen wird, wobei im Fall, dass die Feuchtigkeitskenngröße den Grenzwert unterschreitet oder überschreitet, eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet wird. Die Sicherheitsmaßnahme kann insbesondere zumindest ein Erzeugen einer Hinweismeldung im Fahrzeug und/oder auf einem externen elektronischen Gerät, beispielsweise in Form eines Smartphones, und/oder eine Degradierung eines Fährbetriebs, beispielsweise in Form einer Reduzierung einer maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit, umfassen. Hierdurch kann insbesondere ein Warneffekt erreicht und eine Betriebssicherheit weiter erhöht werden.
Die Feuchtigkeitskenngröße könnte beispielsweise während eines Fährbetriebs des Fahrzeugs ermittelt werden. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass die Feuchtigkeitskenngröße im Stillstand des Fahrzeugs und/oder in einem abgestellten Zustand des Fahrzeugs ermittelt wird, beispielsweise bei einem temporären Anhalten des Fahrzeugs, wie beispielsweise an einer Ampel, oder in einem geparkten Zustand des Fahrzeugs. Hierdurch können vorteilhaft Irritationen eines Fahrers und/oder eines Insassen während der Fahrt reduziert werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Feuchtigkeitskenngröße in regelmäßigen zeitlichen Abständen, beispielsweise bei jedem Systemstart, jeder Systemabschaltung oder jährlich bzw. zweijährlich, wie insbesondere bei einem KFZ- Inspektions- und/oder Kundendiensttermin, ermittelt wird, um eine Änderung der Feuchtigkeitskenngröße zu überwachen. Hierdurch können insbesondere Veränderungen der Feuchtigkeitskenngröße vorteilhaft schnell erkannt und eine Betriebssicherheit des Fahrzeugs weiter erhöht werden.
Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Lenkmechanik wenigstens eine Lenkungsbaugruppe in Form eines Servostrangs umfasst, wobei zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße ein Lenkungsstellelement des Servostrangs, beispielsweise in Form einer Zahnstange, im Bereich eines mechanischen Endanschlags des Lenksystems positioniert wird und der Elektromotor mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in Richtung des mechanischen Endanschlags kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. In diesem Fall entspricht die Position des Lenkungsstellelements im Bereich des mechanischen Endanschlags der Prüfposition. Zu- dem können die genannten Verfahrensschritte in einem weiteren Verfahrensschritt für wenigstens eine von der Prüfposition abweichende weitere Prüfposition wiederholt werden. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, dass in dem weiteren Verfahrensschritt, insbesondere zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße, das Lenkungsstellelement im Bereich eines, insbesondere dem mechanischen Endanschlag gegenüberliegenden, weiteren mechanischen Endanschlags des Lenksystems positioniert wird und der Elektromotor mittels eines, insbesondere zu dem Anregungssignal äquivalenten, weiteren Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in Richtung des weiteren mechanischen Endanschlags kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. Alternativ kann die Wiederholung in dem weiteren Verfahrensschritt jedoch auch eine von der Lenkungsbaugruppe abweichende weitere Lenkungsbaugruppe betreffen. Hierdurch kann auf besonders vorteilhafte Art und Weise die Feuchtigkeitskenngröße und zwar insbesondere im Bereich des Servostrangs ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Lenkmechanik wenigstens eine Lenkungsbaugruppe in Form eines Sensorstrangs umfasst, wobei zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße der Sensorstrang in einer Geradeausstellung, insbesondere mechanisch, blockiert wird, beispielsweise durch Ansteuerung des Verriegelungsmechanismus, und der Elektromotor mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in beide Lenkrichtungen kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. In diesem Fall entspricht die Position des Sensorstrangs in der Geradeausstellung der Prüfposition. Zudem können die genannten Verfahrensschritte prinzipiell in einem weiteren Verfahrensschritt für wenigstens eine von der Prüfposition abweichende weitere Prüfposition wiederholt werden. Hierdurch kann auf besonders vorteilhafte Art und Weise die Feuchtigkeitskenngröße und zwar insbesondere im Bereich des Sensorstrangs ermittelt werden.
Zudem wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgeschlagen, dass die Lenkmechanik wenigstens eine Lenkungsbaugruppe in Form einer Fahrzeugachse oder eines Teils einer Fahrzeugachse umfasst, wobei zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße wenigstens ein Fahrzeugrad, insbesondere mechanisch, blockiert wird, beispielsweise durch Ansteuerung des Verriegelungsmechanis- mus, und der Elektromotor mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in beide Lenkrichtungen kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. In diesem Fall entspricht die Position des Fahr- zeugrads im blockierten Zustand der Prüfposition. Zudem können die genannten Verfahrensschritte auch in diesem Fall in einem weiteren Verfahrensschritt für wenigstens eine von der Prüfposition abweichende weitere Prüfposition wiederholt werden. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, dass in dem weiteren Verfahrensschritt, insbesondere zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße, wenigstens ein, insbesondere dem Fahrzeugrad gegenüberliegendes, weiteres Fahrzeugrad, insbesondere mechanisch, blockiert wird, beispielsweise durch Ansteuerung des Verriegelungsmechanismus, und der Elektromotor mittels eines, insbesondere zu dem Anregungssignal äquivalenten, weiteren Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in beide Lenkrichtungen kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. Alternativ kann die Wiederholung in dem weiteren Verfahrensschritt jedoch auch eine von der Lenkungsbaugruppe abweichende weitere Lenkungsbaugruppe betreffen. Hierdurch kann auf besonders vorteilhafte Art und Weise die Feuchtigkeitskenngröße und zwar insbesondere im Bereich der Fahrzeugachse oder des Teils der Fahrzeugachse ermittelt werden.
Das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können das Verfahren zum Betrieb des Lenksystems zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 a-b ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung, Fig. 2a-b beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zur Ermittlung einer mit einer Feuchtigkeit im Lenksystem korrelierten Feuchtigkeitskenngröße und
Fig. 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb des Lenksystems.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figuren 1a und 1 b zeigen ein beispielhaft als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 12 mit mehreren Fahrzeugrädern 34, 36 und mit einem Lenksystem 10 in einer vereinfachten Darstellung. Das Fahrzeug 12 ist zum automatisierten und/oder autonomen Fahren geeignet. Das Lenksystem 10 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 34, 36 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 10 rein beispielhaft als elektrisch unterstütztes Lenksystem ausgebildet und weist eine elektrische Hilfskraftunterstützung in Form einer Servolenkung auf. Alternativ kann ein Lenksystem jedoch auch als an sich bekanntes Steer-by-Wire- Lenksystem ausgebildet sein.
Das Lenksystem 10 umfasst eine an sich bekannte Lenkmechanik 14 sowie eine mit der Lenkmechanik 14 zusammenwirkende und an sich bekannte Lenkaktua- torik 40.
Die Lenkmechanik 14 umfasst eine, im vorliegenden Fall beispielhaft als Lenkrad ausgebildete, Lenkhandhabe 42 zum Aufbringen eines Handmoments sowie mehrere mit der Lenkhandhabe 42 wirkverbundene Lenkungsbaugruppen 18, 20, 22. Vorliegend umfasst die Lenkmechanik 14 eine als Servostrang ausgebildete erste Lenkungsbaugruppe 18, eine als Sensorstrang ausgebildete zweite Lenkungsbaugruppe 20 und eine als Fahrzeugachse und/oder Teil einer Fahrzeugachse ausgebildete dritte Lenkungsbaugruppe 22. Die erste Lenkungsbaugruppe 18 entspricht einem, beispielhaft als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildeten, Lenkgetriebe und umfasst wenigstens ein, im vorliegenden Fall insbesondere als Zahnstange ausgebildetes, Lenkungsstellelement 28. Die erste Lenkungsbaugruppe 18 ist dazu vorgesehen, eine Lenkvorgabe an der Lenkhandhabe 42 in eine Lenkbewegung der, insbesondere als Vorderräder ausgebildeten, Fahrzeug- räder 34, 36 umzusetzen. Die zweite Lenkungsbaugruppe 20 entspricht vorliegend einer Lenkwelle und dient zur, insbesondere mechanischen, Verbindung der Lenkhandhabe 42 mit der ersten Lenkungsbaugruppe 18. Die dritte Lenkungsbaugruppe 22 kann zumindest einen Teil der Spurstangen, welche den Fahrzeugrädern 34, 36 zugeordnet sind, und/oder einen Teil der Felgen der Fahrzeugräder 34, 36 umfassen. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Lenkhebel und/oder Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner ist denkbar, auf eine Lenkwelle und/oder eine Lenkhandhabe zu verzichten, wie beispielsweise bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem.
Die Lenkaktuatorik 40 umfasst einen Elektromotor 16 und weist eine Wirkverbindung mit der ersten Lenkungsbaugruppe 18, insbesondere dem Lenkungsstellelement 28, auf. Die Lenkaktuatorik 40 ist dazu vorgesehen, mittels des Elektromotors 16 ein Lenkmoment bereitzustellen. Vorliegend ist die Lenkaktuatorik 40 zumindest dazu vorgesehen, ein Lenkmoment in Form eines Unterstützungsmoments bereitzustellen und an das Lenkungsstellelement 28 zu übertragen.
Ferner weist das Lenksystem 10 eine im Bereich der Lenkaktuatorik 40 angeordnete Rotorlagesensorik 44 auf. Die Rotorlagesensorik 44 ist zu einer kontaktlosen Erfassung wenigstens eines Betriebssignals des Elektromotors 16 vorgesehen, vorliegend insbesondere eines Rotorlagesignals bzw. eines Rotorlagewinkels.
Zudem weist das Lenksystem 10 einen Verriegelungsmechanismus 46 auf, welcher zur Blockierung, insbesondere zur Fixierung und/oder zur Verriegelung, der Lenkmechanik 14 vorgesehen ist. Dazu umfasst der Verriegelungsmechanismus 46 vorliegend mehrere elektrisch und/oder mechanisch ausgebildete Sperren, insbesondere eine Lenksperre 48 im Bereich der Lenkhandhabe 42, eine erste Radsperre 50 im Bereich eines ersten Fahrzeugrads 34 der Fahrzeugräder 34, 36 und eine zweite Radsperre 52 im Bereich eines zweiten Fahrzeugrads 36 der Fahrzeugräder 34, 36. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, auf einen derartigen Verriegelungsmechanismus zu verzichten.
Darüber hinaus weist das Fahrzeug 12 ein Steuergerät 54 auf. Das Steuergerät 54 ist als Lenkungssteuergerät ausgebildet und folglich Teil des Lenksystems 10. Das Steuergerät 54 weist eine elektrische Verbindung mit der Lenkaktuatorik 40, insbesondere dem Elektromotor 16, auf. Zudem weist das Steuergerät 54 eine elektrische Verbindung mit der Rotorlagesensorik 44 auf. Ferner weist das Steuergerät 54 eine elektrische Verbindung mit dem Verriegelungsmechanismus 46 auf. Das Steuergerät 54 ist dazu vorgesehen, einen Betreib des Lenksystems 10 zu steuern. Vorliegend ist das Steuergerät 54 zumindest dazu vorgesehen, den Elektromotor 16 anzusteuern. Alternativ könnte ein Steuergerät auch von einem Lenkungssteuergerät verschieden sein und beispielsweise direkt als zentrales Fahrzeugsteuergerät ausgebildet sein.
Das Steuergerät 54 umfasst eine Recheneinheit 38. Die Recheneinheit 38 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 38 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm.
Ferner umfasst das Steuergerät 54 einen an sich bekannten Lenkungsregler 26 zur Ansteuerung des Elektromotors 16. Der Lenkungsregler 26 weist eine elektrische Verbindung mit der Recheneinheit 38 auf. Zudem ist der Lenkungsregler 26 elektrisch mit dem Elektromotor 16 verbunden. Im vorliegenden Fall ist der Lenkungsregler 26 zumindest in einem Fährbetrieb des Fahrzeugs 12 zur Regelung einer Position des Lenkungsstellelements 28 und somit insbesondere einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 vorgesehen.
Normalerweise wird nur ein sehr kleiner Anteil der mechanischen Auffälligkeiten, welche beim Betrieb des Fahrzeugs 12 bzw. des Lenksystems 10 auftreten können, automatisiert detektiert, während ein Großteil der Auffälligkeiten vom Fahrer selbst entdeckt werden muss. Diese Tatsache kann zukünftig jedoch zunehmend zu Problemen führen, insbesondere bei automatisiert und/oder autonom fahrenden Fahrzeugen und/oder Lenksystemen in Form von Steer-by-Wire- Lenksystemen. Eine wesentliche Rolle spielt dabei insbesondere die Ermittlung einer Feuchtigkeit im Lenksystem 10, da sich eine derartige Feuchtigkeit hier besonders kritisch auswirken kann. Zur Verbesserung einer Feuchtigkeitsermittlung und/oder zu Erhöhung einer Betriebssicherheit wird deshalb im Folgenden ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb des Lenksystems 10 vorgeschlagen. Im vorliegenden Fall ist dabei insbesondere die Recheneinheit 38 dazu vorgesehen, das Verfahren auszuführen und weist dazu ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf.
Im vorliegenden Fall wird zur Ermittlung einer mit einer Feuchtigkeit im Lenksystem 10 korrelierten Feuchtigkeitskenngröße die Lenkmechanik 14 zunächst in eine definierte Prüfposition gebracht und/oder in der Prüfposition blockiert. Bevorzugt wird die Feuchtigkeitskenngröße dabei im Stillstand des Fahrzeugs 12 und/oder in einem abgestellten Zustand des Fahrzeugs 12 ermittelt. Zudem kann die Positionierung der Lenkmechanik 14 in der Prüfposition manuell, beispielsweise durch einen Insassen und/oder Fahrer des Fahrzeugs 12, oder bevorzugt automatisch und/oder automatisiert durch eine entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 16 erfolgen. Die Blockierung der Lenkmechanik 14 in der Prüfposition kann ferner durch eine automatisierte Ansteuerung des Verriegelungsmechanismus 46 erfolgen.
Anschließend wird der Elektromotor 16 mit einem Anregungssignal angesteuert. Vorliegend wird der Elektromotor 16 mittels des Anregungssignals derart angesteuert, dass eine quasistatische Anregung erreicht wird, wobei ein Motormoment des Elektromotors 16 kontinuierlich bis zu einem maximalen Motormoment, beispielsweise +5 Nm, erhöht wird. In diesem Fall wird der Elektromotor 16 mittels eines rampenförmigen Signals angesteuert, sodass das Anregungssignal kontinuierlich und/oder rampenförmig erhöht wird. Zudem erfolgt die Erhöhung des Motormoments vorteilhaft durch Einregeln eines Rotorlagewinkels des Elektromotors 16, wodurch ungewünschte Beschleunigungen und/oder Lastspitzen in der Messung verhindert werden können. Darüber hinaus wird das Motormoment im Fall, dass die Lenkmechanik 14 in der Prüfposition vollständig blockiert wird, in beide Lenkrichtungen und im Fall, dass die Lenkmechanik 14 in der Prüfposition nicht vollständig blockiert wird, nur in eine Lenkrichtung kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht. Des Weiteren wird der Elektromotor 16 mittels des Anregungssignals derart angesteuert, dass das Motormoment in einer obe- ren Hälfte eines Nominalbereichs des Elektromotors 16 liegt, sodass die Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße in einem Hochlastbereich erfolgt.
Die Feuchtigkeitskenngröße wird dann ermittelt, indem während der Ansteuerung des Elektromotors 16 mit dem Anregungssignal ein Motormoment des Elektromotors 16 und ein Rotorlagewinkel des Elektromotors 16 überwacht und eine Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels ausgewertet wird. Das Motormoment des Elektromotors 16 kann dabei beispielsweise direkt aus dem Steuergerät 54 ausgelesen oder mittels einer zusätzlichen Erfassungssensorik erfasst werden, während der Rotorlagewinkel des Elektromotors 16 vorteilhaft aus dem Rotorlagesignal der Rotorlagesensorik 44 ermittelt werden kann. Vorliegend wird dabei eine Ableitung des Motormoments nach dem Rotorlagewinkel oder ein Differenzenquotient aus Motormoment und Rotorlagewinkel gebildet und zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße mit einem Referenzwert 24 abgeglichen (vgl. auch Figur 2b).
Vorzugsweise wird dabei ausgenutzt, dass sich eine Steifigkeit wenigstens einer Lenkungsbaugruppe 18, 20, 22 der Lenkmechanik 14 und/oder von Spiel in der Lenkmechanik 14 abhängig von der Feuchtigkeit im Lenksystem 10 ändert bzw. ändern kann, insbesondere durch Veränderung der Eigenschaften von Kunststoffkomponenten, wie z.B. eines Riemens und/oder eines Schraubrads. Somit kann in einem ersten Schritt durch Auswertung der Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels die Steifigkeit der wenigstens einen Lenkungsbaugruppe 18, 20, 22 und/oder das Spiel in der Lenkmechanik 14 ermittelt und anschließend in einem zweiten Schritt die Steifigkeit der wenigstens einen Lenkungsbaugruppe 18, 20, 22 und/oder das Spiel in der Lenkmechanik 14 zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße verwendet werden. Alternativ könnte durch Auswertung der Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels jedoch auch unmittelbar die Feuchtigkeitskenngröße ermittelt werden. In diesem Fall könnte auf die Ermittlung der Steifigkeit und/oder des Spiels folglich verzichtet werden.
Vorteilhaft kann bei der Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße ferner eine Linearisierung verwendet werden. In diesem Zusammenhang muss berücksichtigt werden, dass die zu ermittelnde Steifigkeit und/oder das zu ermittelnde Spiel, welche/welches zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße genutzt werden kann, normalerweise einen nicht-linearen Zusammenhang aufweist. Vorliegend wurde jedoch erkannt, dass auch bei der Verwendung einer entsprechenden Linearisierung relativ präzise und exakte Aussagen über die Steifigkeit der wenigstens einen Lenkungsbaugruppe 18, 20, 22 und/oder das Spiel der Lenkmechanik 14 und folglich die Feuchtigkeit im Lenksystem 10 möglich sind und gleichzeitig ein Rechenaufwand stark reduziert werden kann.
Zur Verbesserung der Genauigkeit der Messung kann zudem eine aktuelle Temperatur bei der Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang wird insbesondere ausgenutzt, dass sich die Steifigkeit der wenigstens einen Lenkungsbaugruppe 18, 20, 22 und/oder das Spiel in der Lenkmechanik 14 abhängig von der aktuellen Temperatur ändert. Analoges gilt demnach auch für die Feuchtigkeitskenngröße. Bevorzugt wird die Temperatur dabei unmittelbar im Bereich des Elektromotors 16, und zwar insbesondere mittels einer in die Lenkaktuatorik 40 integrierte Temperatursensorik erfasst. Alternativ könnten jedoch auch zusätzliche Temperatursensoren im Bereich des Elektromotors 16 oder im Bereich der Lenkmechanik 14 verwendet werden. Darüber hinaus könnten auch vorhandene Temperatursensoren im Fahrzeug 12, beispielsweise zur Anzeige einer Außentemperatur, zur Ermittlung einer Temperatur verwendet werden. Ferner ist denkbar, auf eine zusätzliche Ermittlung einer Temperatur vollständig zu verzichten.
Nach Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße können dann in Abhängigkeit der ermittelten Werte verschiedene Aktionen durchgeführt und/oder ausgelöst werden.
Beispielsweise kann anhand der ermittelten Feuchtigkeitskenngröße wenigstens ein Regelparameter des Lenkungsreglers 26 angepasst werden, wodurch vorteilhaft feuchtigkeitssensitive Regelparameter adaptiv auf Basis der ermittelten Feuchtigkeitskenngröße angepasst werden können.
Ferner kann die Feuchtigkeitskenngröße mit einem Grenzwert abgeglichen werden, wobei im Fall, dass die Feuchtigkeitskenngröße den Grenzwert unterschreitet oder überschreitet, eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet wird. Die Sicher- heitsmaßnahme kann zumindest ein Erzeugen einer Hinweismeldung im Fahrzeug und/oder auf einem externen elektronischen Gerät, beispielsweise in Form eines Hinweises auf einen Werkstattbesuch, und/oder eine Degradierung eines Fährbetriebs, beispielsweise in Form einer Reduzierung einer maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit, umfassen.
Vorliegend wird die Feuchtigkeitskenngröße ferner in regelmäßigen zeitlichen Abständen, beispielsweise bei jedem Systemstart oder jeder Systemabschaltung ermittelt, um eine Änderung der Feuchtigkeitskenngröße zu überwachen. Hierdurch können Veränderungen der Feuchtigkeitskenngröße vorteilhaft schnell erkannt und eine Betriebssicherheit des Fahrzeugs 12 weiter erhöht werden. Alternativ ist jedoch auch denkbar, ein längeres Überwachungsintervall vorzusehen, wie beispielsweise täglich, monatlich oder jährlich.
Im Folgenden werden nun mehrere konkrete Anwendungsfälle des zuvor erläuterten allgemeinen Sachverhalts für die als Servostrang ausgebildete erste Lenkungsbaugruppe 18, die als Sensorstrang ausgebildete zweite Lenkungsbaugruppe 20 und die als Fahrzeugachse und/oder Teil einer Fahrzeugachse ausgebildete dritte Lenkungsbaugruppe 22 beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt wird zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße, und zwar insbesondere im Bereich der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs, das Lenkungsstellelement 28 im Bereich eines mechanischen Endanschlags 30 des Lenksystems 10 positioniert und der Elektromotor 16 mittels des Anregungssignals derart angesteuert, dass das Motormoment in Richtung des mechanischen Endanschlags 30 kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. In diesem Fall entspricht die Position des Lenkungsstellelements 28 im Bereich des mechanischen Endanschlags 30 somit der Prüfposition. Zur Positionierung des Lenkungsstellelements 28 in der Prüfposition kann das Lenkungsstellelement 28 beispielsweise durch Ansteuerung des Elektromotors 16 und mittels einer entsprechend eingelernten Softwarefunktion direkt im Bereich des mechanischen Endanschlags 30 positioniert werden oder mit konstanter Bewegungsgeschwindigkeit (ca. 10 mm/s bis 40 mm/s) in Richtung des mechanischen Endanschlags 30 verfahren werden, bis die Prüfposition erreicht ist oder die Prüfposition anhand einer abnehmenden Bewegungsgeschwindigkeit erkannt wird. Anhand des Motormoments des Elektromotors 16 und des Rotorlagewinkels des Elektromotors 16 kann anschließend für die entsprechende Belastungsrichtung, also in Richtung des mechanischen Endanschlags 30, die Summensteifigkeit aus Servostrang und mechanischem Endanschlag 30 ermittelt werden. Es gilt:
Figure imgf000020_0001
Dabei beschreibt die Summensteifigkeit aus Servostrang und mechanischem Endanschlag 30 für die entsprechende Belastungsrichtung, cSeri.e die Steifigkeit der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs und cz die Steifigkeit des mechanischen Endanschlags 30. Nachdem die Steifigkeit des mechanischen Endanschlags 30 bekannt ist, kann demnach anhand Gleichung (1) auf die Steifigkeit der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs geschlossen werden. Insbesondere wird dabei bei Verwendung eines Endanschlagdämpfers die Steifigkeit des mechanischen Endanschlags 30 durch den Anteil des Endanschlagdämpfers dominiert. Die Steifigkeit der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs kann anschließend zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße, und zwar insbesondere im Bereich der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs, genutzt werden.
Anschließend können die zuvor genannten Verfahrensschritte für die gegenüberliegende Seite wiederholt werden. Dabei wird das Lenkungsstellelement 28 im Bereich eines, insbesondere dem mechanischen Endanschlag 30 gegenüberliegenden, weiteren mechanischen Endanschlags 32 des Lenksystems positioniert und der Elektromotor 16 mittels eines, insbesondere zu dem Anregungssignal äquivalenten, weiteren Anregungssignals derart angesteuert, dass das Motormoment in Richtung des weiteren mechanischen Endanschlags 32 kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. In diesem Fall entspricht die Position des Lenkungsstellelements 28 im Bereich des weiteren mechanischen Endanschlags 32 somit einer weiteren Prüfposition. Eine Positionierung des Lenkungsstellelements 28 in der weiteren Prüfposition sowie eine Auswertung der Feuchtigkeitskenngröße kann dabei unter Verwendung der zuvor beschriebenen Methodik erfolgen. Gemäß einem zweiten Aspekt wird zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße, und zwar insbesondere im Bereich der zweiten Lenkungsbaugruppe 20 bzw. des Sensorstrangs, der Sensorstrang in einer Geradeausstellung blockiert, insbesondere durch Ansteuerung des Verriegelungsmechanismus 46 bzw. genauer gesagt der Lenksperre 48, und der Elektromotor 16 mittels des Anregungssignals derart angesteuert, dass das Motormoment in beide Lenkrichtungen kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. In diesem Fall entspricht die Position des Sensorstrangs in der Geradeausstellung somit der Prüfposition. Eine Positionierung des Sensorstrangs in der Geradeausstellung kann manuell erfolgen oder bevorzugt durch eine entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 16 sowie des Verriegelungsmechanismus 46. Anhand des Motormoments des Elektromotors 16 und des Rotorlagewinkels des Elektromotors 16 kann anschließend die Summensteifigkeit aus Sensorstrang und Servostrang ermittelt werden. Es gilt:
Figure imgf000021_0001
Dabei beschreibt c2 die Summensteifigkeit aus Sensorstrang und Servostrang, c5j isor die Steifigkeit der zweiten Lenkungsbaugruppe 20 bzw. des Sensorstrangs und cSeTV0 die Steifigkeit der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs. Wurde die Steifigkeit der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs, wie zuvor beschrieben, ermittelt und ist diese dadurch bekannt, kann demnach anhand Gleichung (2) auf die Steifigkeit der zweiten Lenkungsbaugruppe 20 bzw. des Sensorstrangs geschlossen werden. Die Steifigkeit der zweiten Lenkungsbaugruppe 20 bzw. des Sensorstrangs kann anschließend zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße, und zwar insbesondere im Bereich der zweiten Lenkungsbaugruppe 20 bzw. des Sensorstrangs, genutzt werden. Auf eine Wiederholung der Verfahrensschritte kann in diesem Fall verzichtet werden, da die Anregung, wie zuvor beschrieben, in beide Lenkrichtungen erfolgt.
Gemäß einem dritten Aspekt wird zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße, und zwar insbesondere im Bereich der dritten Lenkungsbaugruppe 22 bzw. der Fahrzeugachse oder des Teils der Fahrzeugachse, eines der Fahrzeugräder 34, 36 blockiert, insbesondere durch Ansteuerung des Verriegelungsmechanismus 46 bzw. genauer gesagt der Radsperre 50 oder der Radsperre 52, und der Elekt- romotor 16 mittels des Anregungssignals derart angesteuert, dass das Motormoment in beide Lenkrichtungen kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. Das andere der Fahrzeugräder 34, 36 befindet sich in diesem Fall in einem freidrehenden Zustand, wie beispielsweise auf einer Hebebühne. In diesem Fall entspricht die Position des Fahrzeugrads 34, 36 im blockierten Zustand somit der Prüfposition. Anhand des Motormoments des Elektromotors 16 und des Rotorlagewinkels des Elektromotors 16 kann anschließend die Summensteifigkeit aus Fahrzeugachse und Servostrang ermittelt werden. Es gilt:
Figure imgf000022_0001
Dabei beschreibt c3 die Summensteifigkeit aus Fahrzeugachse und Servostrang, cPZ die Steifigkeit der dritten Lenkungsbaugruppe 22 bzw. der Fahrzeugachse oder des Teils der Fahrzeugachse und cSeri>s, die Steifigkeit der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs. Wurde die Steifigkeit der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs, wie zuvor beschrieben, ermittelt und ist diese dadurch bekannt, kann demnach anhand Gleichung (3) auf die Steifigkeit der dritten Lenkungsbaugruppe 22 bzw. der Fahrzeugachse oder des Teils der Fahrzeugachse geschlossen werden. Die Steifigkeit der dritten Lenkungsbaugruppe 22 bzw. der Fahrzeugachse oder des Teils der Fahrzeugachse kann anschließend zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße, und zwar insbesondere im Bereich der dritten Lenkungsbaugruppe 22 bzw. der Fahrzeugachse oder des Teils der Fahrzeugachse, genutzt werden.
Anschließend können die zuvor genannten Verfahrensschritte für die gegenüberliegende Seite wiederholt werden. Dabei wird das andere der Fahrzeugräder 34, 36 blockiert und der Elektromotor 16 mittels eines, insbesondere zu dem Anregungssignal äquivalenten, weiteren Anregungssignals derart angesteuert, dass das Motormoment in beide Lenkrichtungen kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. Eine Auswertung der Feuchtigkeitskenngröße kann dabei wiederum unter Verwendung der zuvor beschriebenen Methodik erfolgen.
Die Figuren 2a und 2b zeigen beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße. Das in den Figuren 2a und 2b darge- stellte Beispiel beschränkt sich dabei beispielhaft auf die erste Lenkungsbaugruppe 18 sowie eine Steifigkeit der erste Lenkungsbaugruppe 18.
In Figur 2a ist auf einer Ordinatenachse 56 das Motormoment des Elektromotors 16 aufgetragen. Auf einer Abszissenachse 58 ist der Rotorlagewinkel des Elektromotors 16 dargestellt. Eine Kurve 60 zeigt einen, insbesondere linearisierten, Verlauf des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels in einem trockenen Zustand des Lenksystems 10. Eine Kurve 62 zeigt einen, insbesondere linearisierten, Verlauf des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels in einem feuchten Zustand des Lenksystems 10.
Ein Bereich 64 zeigt schematisch einen beispielhaften Verlauf des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße im Bereich der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs.
In Figur 2b ist auf einer weiteren Ordinatenachse 66 eine Steifigkeit aufgetragen. Auf einer weiteren Abszissenachse 68 ist wiederum der Rotorlagewinkel des Elektromotors 16 dargestellt. Eine Kurve 70 zeigt einen Verlauf der Steifigkeit in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels im trockenen Zustand des Lenksystems 10. Eine Kurve 72 zeigt einen Verlauf der Steifigkeit in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels im feuchten Zustand des Lenksystems 10. Zur Ermittlung der Kurve 70 und der Kurve 72 wird eine Ableitung des Motormoments nach dem Rotorlagewinkel oder ein Differenzenquotient aus Motormoment und Rotorlagewinkel gebildet.
Ein Bereich 74 zeigt in diesem Fall schematisch einen beispielhaften Verlauf der Summensteifigkeit aus Servostrang und mechanischem Endanschlag 30 für die entsprechende Belastungsrichtung, also in Richtung des mechanischen Endanschlags 30.
Anhand der Figuren 2a und 2b lässt sich erkennen, dass sich ein Verlauf der Kurven 60, 62 bzw. der Kurven 70, 72 in Abhängigkeit der Feuchtigkeit im Lenksystem 10 verändert. Diese Tatsache kann zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße genutzt werden. Figur 3 zeigt abschließend ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb des Lenksystems 10.
In einem Verfahrensschritt 80 wird die Lenkmechanik 14 in einer entsprechenden Prüfposition positioniert und/oder blockiert. Die Positionierung der Lenkmechanik 14 in der Prüfposition kann in diesem Zusammenhang manuell, beispielsweise durch einen Insassen und/oder Fahrer des Fahrzeugs 12, oder bevorzugt automatisch und/oder automatisiert durch eine entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 16 erfolgen.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 82 wird das Lenksystem 10 durch Ansteuerung des Elektromotors 16 mit dem Anregungssignal angeregt, und zwar während sich die Lenkmechanik 14 in der Prüfposition befindet. Dabei kann der Elektromotor 16 mittels des Anregungssignals derart angesteuert werden, dass eine quasistatische Anregung erreicht wird.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 84 wird eine Systemantwort des Lenksystems 10 auf das Anregungssignal ermittelt und unter Verwendung des Motormoments des Elektromotors 16 und des Rotorlagewinkels des Elektromotors 16 ausgewertet, und zwar insbesondere mittels einer Ableitung des Motormoments nach dem Rotorlagewinkel oder einem Differenzenquotient aus Motormoment und Rotorlagewinkel. Die Systemantwort kann dann zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße genutzt werden.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 86 können dann in Abhängigkeit der ermittelten Feuchtigkeitskenngröße verschiedene Aktionen durchgeführt und/oder ausgelöst werden, wie beispielsweise das Anpassen wenigstens eines Regelparameters des Lenkungsreglers 26 und/oder das Einleiten einer Sicherheitsmaßnahme bei Überschreiten oder Unterschreiten des Grenzwerts.
Das beispielhafte Ablaufdiagramm in Figur 3 soll lediglich beispielhaft ein Verfahren zum Betrieb des Lenksystems 10 beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte auch variieren oder zusätzliche Verfahrensschritte hinzukommen. So können beispielsweise die Verfahrensschritte 80, 82 und 84 in einem unmittelbar auf den Verfahrensschritt 84 folgenden Verfahrensschritt für wenigstens eine von der Prüfposition abweichende weitere Prüfposition wiederholt werden. Die Wiederholung kann insbesondere dieselbe Lenkungsbaugruppe 18, 20, 22 oder eine der anderen Lenkungsbaugruppen 18, 20, 22 betreffen.

Claims

- 24 -
Ansprüche . Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems (10) eines Fahrzeugs (12), wobei das Lenksystem (10) eine Lenkmechanik (14) und wenigstens einen mit der Lenkmechanik (14) zusammenwirkenden Elektromotor (16) umfasst, wobei eine mit einer Feuchtigkeit im Lenksystem (10) korrelierte Feuchtigkeitskenngröße ermittelt wird, wobei zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße die Lenkmechanik (14) in eine definierte Prüfposition gebracht und/oder in der Prüfposition blockiert wird und der Elektromotor (16) mit einem Anregungssignal angesteuert wird, und wobei die Feuchtigkeitskenngröße ermittelt wird, indem während der Ansteuerung des Elektromotors (16) mit dem Anregungssignal ein Motormoment des Elektromotors (16) und ein Rotorlagewinkel des Elektromotors (16) überwacht und eine Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels ausgewertet wird. . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeitskenngröße mittels einer Ableitung des Motormoments nach dem Rotorlagewinkel oder einem Differenzenquotient aus Motormoment und Rotorlagewinkel ermittelt wird. . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße die Änderung des Motormoments in Abhängigkeit des Rotorlagewinkels mit einem Referenzwert (24) abgeglichen wird. . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße eine Linearisierung verwendet wird. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße eine aktuelle Temperatur berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße in einem Hochlastbereich erfolgt, wobei der Elektromotor (16) mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in einer oberen Hälfte eines Nominalbereichs des Elektromotors (16) liegt
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (16) mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment kontinuierlich bis zu einem maximalen Motormoment erhöht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Motormoment im Fall, dass die Lenkmechanik (14) in der Prüfposition blockiert wird, in beide Lenkrichtungen und im Fall, dass die Lenkmechanik (14) in der Prüfposition nicht blockiert wird, in eine Lenkrichtung kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten Feuchtigkeitskenngröße wenigstens ein Regelparameter eines Lenkungsreglers (26) des Lenksystems (10), insbesondere zur Ansteuerung des Elektromotors (16), angepasst wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeitskenngröße mit einem Grenzwert abgeglichen wird, wobei im Fall, dass die Feuchtigkeitskenngröße den Grenzwert unterschreitet oder überschreitet, eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeitskenngröße im Stillstand des Fahrzeugs (12) und/oder in einem abgestellten Zustand des Fahrzeugs (12) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeitskenngröße in regelmäßigen zeitlichen Abständen ermittelt wird, um eine Änderung der Feuchtigkeitskenngröße zu überwachen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkmechanik (14) wenigstens eine Lenkungsbaugruppe (18) in Form eines Servostrangs umfasst, wobei zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße ein Lenkungsstellelement (28) des Servostrangs im Bereich eines mechanischen Endanschlags (30, 32) des Lenksystems (10) positioniert wird und der Elektromotor (16) mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in Richtung des mechanischen Endanschlags (30, 32) kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkmechanik (14) wenigstens eine Lenkungsbaugruppe (20) in Form eines Sensorstrangs umfasst, wobei zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße der Sensorstrang in einer Geradeausstellung blockiert wird und der Elektromotor (16) mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in beide Lenkrichtungen kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird.
- 27 -
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkmechanik (14) wenigstens eine Lenkungsbaugruppe (22) in Form einer Fahrzeugachse oder eines Teils einer Fahrzeugachse umfasst, wobei zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße wenigs- tens ein Fahrzeugrad (34, 36) blockiert wird und der Elektromotor (16) mittels des Anregungssignals derart angesteuert wird, dass das Motormoment in beide Lenkrichtungen kontinuierlich bis zum maximalen Motormoment erhöht wird. 16. Recheneinheit (38) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
17. Lenksystem (10) mit einer Lenkmechanik (14), mit wenigstens einem mit der Lenkmechanik (14) zusammenwirkenden Elektromotor (16) und mit einer Recheneinheit (38) nach Anspruch 16.
18. Fahrzeug (12), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Lenksystem (10) nach Anspruch 17.
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