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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen interner Reibung in einem elektrischen Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, das eine Steuereinheit aufweist
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Ein Verfahren zum Erkennen eines Mangels, beispielsweise interner Reibung in einem elektrischen Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, das eine Steuereinheit aufweist offenbart die
DE 10 2006 017 775 A1 . Um diesen Mangel, bzw. die interne Reibung frühzeitig zu erkennen, schlägt die
DE 10 2006 017 775 A1 vor, dass ein tatsächliches Lenksäulendrehmoment mit einem Soll-Lenksäulendrehmoment bzw. mit einem zugeordneten Grenzwert verglichen wird, wobei eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn das tatsächliche Lenksäulendrehmoment den Grenzwert übersteigt. Das Soll-Lenksäulendrehmoment ist abhängig von der momentanen Fahrsituation. Die
DE 10 2006 017 775 A1 offenbart weiter, dass ein tatsächlicher Fahrzustand ermittelt wird, wobei die Fehlermeldung einem Editionsmodul zugeführt wird, welches aus der Fehlermeldung eine Warnmeldung erst dann editiert, wenn zumindest eine vorgegebene Anzahl von Fehlermeldungen überschritten ist.
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Elektrische Lenksysteme sind auch als so genannte Electric Power Assisted Steering (EPAS) Systeme bekannt. Mit zunehmender Betriebsdauer können in dem EPAS-System erhöhte Reibungswerte, also interne Reibung insbesondere im Bereich Zahnstange, Zahnritzel und Lenksäule auftreten. Diese interne Reibung kann zum Beispiel durch eindringendes Wasser und/oder Schmutz aber auch durch mechanische Schädigung der Wirkpartner bewirkt werden. Ein zu hoher Reibungsbetrag gefährdet dabei die sichere Funktion des Lenksystems. Ein Fahrzeugführer muss daher frühzeitig gewarnt werden, wenn eine solche Abnahme der ursprünglichen Systemeigenschaften erkannt wird, um eine Reparatur und/oder Wartung einzuleiten.
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Ein EPAS-System weist typischer Weise Sensoren auf, welche aber nicht dazu geeignet sind die oben erwähnte Reibung direkt zu detektieren. Von daher muss mit den erhaltenen Sensordaten ein erheblicher Rechenaufwand in einer zentralen Steuereinheit (ECU) durchgeführt werden. Dies ist nachteilig, weil die zentrale Steuereinheit nur eine begrenzte Rechner- und Speicherkapazität hat, um das Problem der Reibungserkennung zu lösen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem ein einfaches und sicheres Erkennen einer Wartungs- und/oder Reparaturbedürftigkeit des Lenksystems möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erkennen interner Reibung in einem elektrischen Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, das eine Steuereinheit aufweist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte
Festlegen eines Grenzwertes für ein Lenksäulendrehmoment,
Vergleichen eines tatsächlichen Lenksäulendrehmomentes mit dem zugeordneten Grenzwert, und
Erzeugen einer Fehlermeldung, wenn das tatsächliche Lenksäulendrehmoment den zugeordneten Grenzwert übersteigt, wenn sich eine tatsächliche Zahnstangenposition bei einer Betätigung der Lenksäule kaum oder gar nicht verändert.
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Mit der Erfindung wird ein Verfahren angegeben, mit dem ein einfaches und sicheres Feststellen einer Wartungs- und/oder Reparaturbedürftigkeit des Lenksystems möglich ist. Hierbei wird vorteilhaft festgestellt, dass ein Lenksäulendrehmoment durch Betätigung des Lenkrades im Wesentlichen keine Veränderung der Zahnstangenposition bewirkt, wenn der festgelegte Grenzwert des Lenksäulendrehmomentes von dem tatsächlichen Lenksäulendrehmoment überschritten wird. Übersteigt das tatsächliche Lenksäulendrehmoment den festgelegten Grenzwert, wobei die Zahnstangenposition im Wesentlichen unverändert bleibt, kann mit der Erfindung auf eine erhöhte interne Reibung (Fehlermeldung) zwischen den Wirkpartnern und somit auf eine Wartungs- und/oder Reparaturbedürftigkeit des Lenksystems geschlossen werden.
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Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist, wenn der festzulegende Grenzwert für die Änderung des Lenksäulendrehmomentes abhängig von der Einstellung des Fahrzeugs eingestellt wird. So wird der Grenzwert bei einem sportlich abgestimmten Fahrzeug einen höheren Betrag aufweisen als bei einem komfortabel abgestimmten Fahrzeug. Selbstverständlich kann der Grenzwert auch von anderen Faktoren abhängig festgelegt werden.
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Günstig ist auch, wenn Fahrzeugparameter aufgenommen werden aus denen dann ein tatsächlicher Fahrzeugzustand ermittelt wird. Mit diesem Vorgehen ist ein stabiler Fahrzeugzustand erkennbar. Insofern ist vorteilhaft sichergestellt, dass das Verfahren durchgeführt wird, also die Fehlermeldung erzeugt wird, wenn sich das Fahrzeug idealer Weise in stabiler Geradeausfahrt ohne große Lenkwinkel und Seitenkräfte befindet. Beispielsweise Fahrbahneinflüsse und/oder die Einflüsse von Fahrmanövern sind bei der Erfindung zum Feststellen einer Wartungs- und/oder Reparaturbedürftigkeit des Lenksystems somit vorteilhaft ausgeschlossen. Insofern werden mit der Erfindung Fahrzeugzustände ausgeschlossen, bei welchen sich das Fahrzeug in einer Situation befindet, die erhöhte Lenksäulendrehmomente mit sich bringt. Als Fahrzeugparameter kann zum Beispiel eine obere und untere Fahrzeuggeschwindigkeit aufgenommen werden, bei welcher das Verfahren durchgeführt wird. Denkbar als Fahrzeugparameter ist aber auch die Aufnahme der Fahrzeugbeschleunigung (Quer-/Längsbeschleunigung), der Lenkrate und/der des Lenkwinkels, um nur einige beispielhaft zu nennen.
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In einem weiteren Schritt kann vorgesehen sein, zusätzlich zur Aufnahme des tatsächlichen Lenksäulendrehmomentes die tatsächliche Zahnstangenposition aufzunehmen, wobei im Vorfeld ein Grenzwert für eine Änderung der Zahnstangenposition festgelegt wird. Der Grenzwert für die Änderung der Zahnstangenposition kann zum Beispiel einen Betrag von 1° bezogen auf einen Drehwinkel am Lenkrad sein. Das bedeutet, dass die Fehlermeldung erzeugt wird, wenn das tatsächliche Lenksäulendrehmoment größer ist als der zugeordnete Grenzwert, und gleichzeitig die Änderung der Zahnstangenposition unterhalb oder gleich des beispielhaften Betrages von 1° ist, also dass sich die Zahnstange trotz betätigen des Lenkrades im Wesentlichen kaum oder gar nicht bewegt hat. Hieraus kann auf einen erhöhten internen Reibungsbetrag geschlossen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läuft bevorzugt zyklisch im dem Steuergerät ab. Um einen Fehlalarm weitgehend vermeiden zu können, ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Fehlermeldung einem Editionsmodul zugeführt wird, welches aus der Fehlermeldung eine Warnmeldung erst dann editiert, wenn zumindest eine vorgegebene Anzahl von Fehlermeldungen überschritten ist. Dies bedeutet, dass das Editionsmodul die einzelnen Fehlermeldungen aufaddiert, und erst bei Erreichen einer bestimmten Anzahl von zugeführten und entsprechend aufaddierter Fehlermeldungen das Warnsignal editiert. Denkbar ist auch, dass die nachgeschaltete Überwachung, also das Editionsmodul einzelne Fehlermeldungen toleriert und nach einer gewissen Zeit ohne Fehlermeldungen den Fehlerspeicher wieder auf 0 zurück setzt oder zumindest herunter zählt. Das Warnsignal kann akustischer Natur, bevorzugt optischer Natur sein. Möglich ist eine entsprechende Warnlampe im Innenraum des Fahrzeugs vorzusehen, welche dem Fahrzeugführer die Wartungs- und/oder Reparaturbedürftigkeit des Lenksystems anzeigt. Selbstverständlich können auch Vibrationen an geeigneten Stellen erzeugt werden. Die Warnsignale aber auch das Editionsmodul können dann nach erfolgter Wartung und/oder Reparatur des Lenksystems zurückgesetzt werden.
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Wesentlich ist, dass das tatsächliche Lenkradmoment des Fahrers, also das Lenksäulendrehmoment überwacht wird, welches erzeugt werden muss um eine Bewegung der Zahnstange bei einer definierten Geradeausfahrt des Fahrzeugs zu bewirken, um so die erhöhte interne Reibung innerhalb des EPAS-Lenksystems zu detektieren. Diese Überwachung kann innerhalb einer ohnehin existenten lenkungsinternen Steuereinheit durchgeführt werden. Denkbar wäre aber auch jede andere Steuereinheit, welche Zugriff auf die entsprechenden Eingangssignale hat. Der bzw. die Grenzwerte sind vorteilhaft an die jeweilige Plattform/Fahrzeugeinstellung anpassbar, um so die Reibungserkennung an unterschiedlichen Plattformen/Fahrzeugen durchführen zu können.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich das Lenkgefühl signifikant ändert, wenn sich die Reibung zum Beispiel durch eintretendes Wasser und/oder eintretendem Schmutz innerhalb des EPAS-Systems erhöht. Insbesondere während der Geradesausfahrt bei mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten und geringer Lenkrate werden Änderungen des Lenkgefühls besonders gut wahrgenommen, da die Lenkung unpräzise wird. Diese auf erhöhter Reibung basierenden Änderungen können mittels des Auftretens zweier Effekte festgestellt werden, indem zum einen das erforderliche Lenksäulendrehmoment zum Bewegen der Zahnstange als erhöhter Wert aufgenommen wird, und zum anderen, indem die Zahnstange sich aufgrund von Ruckgleiteffekten eher abrupt bewegt.
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Die Erfindung basiert auf der Tatsache, dass EPAS-Systeme zumindest einen Drehmomentsensor zur Aufnahme des Lenkraddrehmomentes und einen untergeordneten Sensor zur Aufnahme der Bewegung der Zahnstange (z. B. Motorpositionssensor innerhalb EPAS) aufweist. Um die Detektionseigenschaften weiter zu verbessern, können zusätzlich zum Beispiel über einen CAN-Bus erhaltbare Signale mit in die Reibungsdetektion einbezogen werden. Dies können z. B. die oben genannten Signale bezüglich Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung (Quer-/Längsbeschleunigung), der Lenkrate und/der des Lenkwinkels sein. Mithilfe dieser beispielhaften Signale ist verifizierbar, ob sich das Fahrzeug in einem stabilen Zustand befindet, so dass aufgrund des Fahrzustandes erhöhte Lenksäulendrehmomente nicht in die Detektion erhöhter Reibung zum Feststellen einer Wartungs- und/oder Reparaturbedürftigkeit des Lenksystems gemäß der Erfindung einfließen.
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Wesentlich ist auch, dass eine Reibungsüberwachung nicht nur kontinuierlich sondern auch periodisch durchgeführt werden kann. Falls sich die Zahnstange über eine bestimmte Zeitdauer nicht bewegt hat, und gleichzeitig das tatsächliche Lenksäulendrehmoment innerhalb dieser Zeitdauer oberhalb eines bestimmten Betrages (Grenzwert) ist, wird das Editionsmodul um eine Fehlermeldung hoch gesetzt. Das Editionsmodul kann somit auch als Ereigniszähler zum Zählen der Fehlermeldungen bezeichnet werden. Mit der Erfindung bzw. mittels dem Zwischenschalten des Editionsmodul wird vorteilhaft ein Fehlalarm vermieden, da das Warnsignal erst an den Fahrer übermittelt wird, wenn der Ereigniszähler eine vorgegebene Anzahl von Fehlermeldungen gezählt hat, wobei das Editionsmodul bevorzugt bei jeder zugeführten Fehlermeldung hoch gesetzt wird wobei natürlich das oben erwähnte Rücksetzen oder herunterzählen denkbar ist, d. h. die Zählrichtung ist nicht nur aufwärts, sondern gewollt auch abwärts möglich, um einzelne Fehldetektionen bzw. Fehlermeldungen auszusortieren.
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Grundsätzlich wird ein sehr einfach einzusetzendes Verfahren zum Feststellen erhöhter interner Reibung innerhalb eines EPAS-Systems bereitgestellt, welches sehr einfach anpassbar ist. Auch bei einer Änderung der Fahrzeugkonfiguration sind Fehlalarme ausgeschlossen, da diese aus der Ermittlung der erhöhten Reibung ausgeschlossen sind. Günstig für die Einfachheit des Verfahrens ist weiter, dass die erforderlichen Signale in allen Fahrzeugen abgreifbar sind, wobei der Algorithmus unkomplex gestaltet ist bzw. sehr schnell z. B. innerhalb der EPAS-Steuereinheit ablaufen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders bei so genannte Belt-Drive EPAS, d. h. die Lenkunterstützung wird in einem Elektromotor am Lenkgetriebe erzeugt und über einen Zahnriemen auf eine im Lenkgetriebe fixierte Kugelumlaufmutter (BNA, Ball Nut Assembly) übertragen. Die Kugelumlaufmutter wiederum bewegt die Zahnstange dann nach links oder rechts. Beispielsweise im Bereich der BNA kommt es bei Wasser- bzw. Schmutzeintritt zu erhöhter Reibung. Generell kann durch das erfindungsgemäße Verfahren Reibung im Bereich des Antriebsmotors, der BNA, der Zahnstange und Zahnstange/Ritzel detektiert werden. Das Verfahren ist auch einsetzbar bei so genannten Dual-Pinion Lenkungen (Kraftübertragung über eine zweite Ritzel/Zahnstangenverbindung). Wesentlich ist, dass sich Drehstab und Momentensensor räumlich oberhalb der Zahnstangenlageerkennung befinden und somit Drehmoment und Zahnstangenposition getrennt voneinander betrachtet werden können
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzige
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1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Erkennen interner Reibung in einem elektrischen Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, das eine Steuereinheit aufweist. Die Steuereinheit ist beispielhaft als EPAS-Steuereinheit ausgeführt.
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Das Verfahren beginnt in einem Startblock 1. In einem Block 2 wird ein Grenzwert für eine Änderung eines Lenksäulendrehmomentes festgelegt (Änderung bezogen auf stabile Geradeausfahrt mit 0 Nm Handmoment). Der Grenzwert ist abhängig von der Fahrzeugeinstellung. Ein sportlich abgestimmtes Fahrzeug hat einen höheren Grenzwertbetrag als ein komfortables Fahrzeug. Dies ist natürlich nur beispielhaft. In dem Block 2 kann zudem ein Grenzwert für eine Änderung einer Zahnstangenposition festgelegt werden. Dieser Grenzwert kann bezogen auf einen Drehwinkel am Lenkrad z. B. einen Betrag von 1° aufweisen. Das bedeutet, dass der Grenzwert überschritten ist, wenn sich die Zahnstange bedingt durch das Lenksäulendrehmoment um mehr als 1° aus seiner vorherigen Position herausbewegt. Die Grenzwerte werden einmal festgelegt und beibehalten. Selbstverständlich ist der genannte Grenzwertbetrag lediglich beispielhaft, und soll nicht einschränkend sein.
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In dem Block 3 werden Fahrzeugparameter aufgenommen. Dies können zum Beispiel die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeugbeschleunigung (Quer-/Längsbeschleunigung), die Lenkrate und/oder der Lenkwinkel sein. In dem Block 4 wird eine tatsächliche Zahnstangenposition aufgenommen. In dem Block 5 wird ein tatsächliches Lenksäulendrehmoment aufgenommen.
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Aus den in den Blöcken 3 bis 5 aufgenommenen Signalen wird in Block 6 ein tatsächlicher Fahrzeugzustand ermittelt. Wird in Block 6 festgestellt, dass ein unstabiler Fahrzeugzustand vorliegt, wird zu dem Startblock 1 zurückgekehrt, und die Blöcke 3 bis 5 bis zum Block 6 erneut durchlaufen. Ein unstabiler Fahrzeugzustand liegt zum Beispiel vor, wenn Lenkmanöver ein erhöhtes Lenksäulendrehmoment erfordern. Ein stabiler Fahrzeugzustand liegt vor bei einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges ohne große Lenkwinkel und Seitenkräfte. Beispielsweise Fahrbahneinflüsse und/oder die Einflüsse von Fahrmanövern sind bei der Erfindung zum Feststellen einer Wartungs- und/oder Reparaturbedürftigkeit des Lenksystems somit vorteilhaft ausgeschlossen. Liegt ein stabiler Fahrzeugzustand vor, wird zu Block 7 weitergegangen. Insofern werden mit der Erfindung Fahrzeugzustände ausgeschlossen, bei welchen sich das Fahrzeug in einer Situation befindet, die erhöhte Lenksäulendrehmomente mit sich bringt.
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In Block 7 werden die tatsächlichen Beträge aus den Blöcken 4 und 5 mit den zugeordneten Grenzwerten verglichen. Das bedeutet, dass das tatsächliche Lenksäulendrehmoment in Relation zu dem festgelegten Grenzwert für eine Änderung des Lenksäulendrehmomentes gesetzt wird. Gleichfalls wird die tatsächliche Zahnstangenposition in Relation zu dem entsprechend festgelegten Grenzwert gesetzt. Beide Vergleichergebnisse werden in dem Block 7 miteinander verknüpft.
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In Block 7 wir also festgestellt, ob die tatsächliche Änderung des Lenksäulenmomentes kleiner, gleich oder größer ist als der festgelegte Grenzwert. Weiter wird festgestellt, ob die tatsächliche Änderung der Zahnstangenposition kleiner, gleich oder größer ist als der zugeordnete Grenzwert.
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Wird in Block 7 festgestellt, dass die tatsächliche Änderung des Lenksäulendrehmomentes kleiner ist oder gleich dem festgelegten Grenzwert für eine Änderung des Lenksäulendrehmomentes ist, wird zu dem Startblock 1 zurückgekehrt. Denn, liegt ein im Vergleich zum Grenzwert zu niedriges Lenksäulendrehmoment (Handmoment) bei gleichzeitigem Stillstand der Zahnstange vor, bedeutet dies nur, dass noch keine Aussage getroffen werden kann und sich die Signale weiter verändern müssen, so dass auf den Startblock 1 zurückgesprungen wird. Denn es kann nur auf niedrige Reibungswerte geschlossen werden, wenn sich das Lenkmoment erhöht und die Zahnstange sich gleichzeitig bewegt. Insofern kann die tatsächliche Änderung der Zahnstangenposition größer, kleiner oder gleich dem zugeordneten Grenzwert sein. Gleichwohl wird zu dem Startblock 1 zurückgekehrt, wenn die tatsächliche Änderung des Lenksäulendrehmomentes kleiner ist oder gleich dem festgelegten Grenzwert für eine Änderung des Lenksäulendrehmomentes ist.
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Wird in Block 7 dagegen festgestellt, dass die tatsächliche Änderung des Lenksäulendrehmomentes größer ist als der festgelegte Grenzwert für eine Änderung des Lenksäulendrehmomentes und wird gleichzeitig festgestellt, dass die tatsächliche Änderung der Zahnstangenposition kleiner ist oder gleich dem zugeordnete Grenzwert ist, wird das Vergleichsergebnis dem Block 8 zugeführt, in dem eine Fehlermeldung erzeugt wird. Liegt dieses Vergleichsergebnis vor, wird von dem Fahrer eine erhöhte Lenkkraft am Lenkrad aufgebracht, wobei sich die Zahnstange kaum oder gar nicht bewegt. Dies lässt auf erhöhte, interne Reibung des Lenksystems, z. B. zwischen Zahnstange und Lenkritzel schließen.
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Die Fehlermeldung wird dem Block 9 als Editionsmodul zugeführt, welches ein Warnsignal erst dann an den Fahrer weiterleitet, wenn eine vorgegebene Anzahl von Fehlermeldungen erreicht ist. Ist die vorgegebene Anzahl nicht erreicht, wird zu dem Startblock 1 zurückgekehrt. Insofern kann das Editionsmodul auch als Ereigniszähler bezeichnet werden, welcher die aus Block 8 zugeführten Fehlermeldungen aufaddiert, und erst bei Erreichen der vorgegebenen Anzahl von Fehlermeldungen das Warnsignal in akustischer, visueller und/oder haptischer Art an den Fahrer ausgibt, was mit dem Stoppblock 10 dargestellt ist.
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So kann in einfachster und sicherer Weise frühzeitig eine Reparatur- und/oder Wartungsbedürftigkeit des EPAS-Lenksystems ermittelt bzw. festgestellt werden. Nach durchgeführter Wartung und/oder Reparatur wird das Editionsmodul zurückgestellt.
