DE102018211764A1

DE102018211764A1 - Verfahren zur Ermittlung und/oder zur Überwachung eines mechanischen Zustands einer Spurstangenvorrichtung

Info

Publication number: DE102018211764A1
Application number: DE102018211764.0A
Authority: DE
Inventors: Axel Javier Acosta Aponte; Tobias Schmid; Klaus Wintermayr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2020-01-16
Also published as: CN112384431B; WO2020016052A1; US11492038B2; CN112384431A; US20210323602A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung und/oder zur Überwachung eines mechanischen Zustands zumindest einer Spurstangenvorrichtung (10) eines elektrisch unterstützten Lenksystems (12) eines Fahrzeugs (14) vorgeschlagen, wobei wenigstens eine mit einer Lenkbewegung korrelierte Betriebskenngröße (16) zumindest eines Lenkaktuators (18) und/oder zumindest eines Lenkungssteuergeräts (20) des Lenksystems (12) ermittelt und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung (10) ausgewertet wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und/oder zur Überwachung eines mechanischen Zustands einer Spurstangenvorrichtung eines elektrisch unterstützten Lenksystems eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1.
Zudem betrifft die Erfindung eine Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Fahrzeug umfassend ein elektrisch unterstütztes Lenksystem mit einer Spurstangenvorrichtung, mit einem Lenkaktuator und mit einem Lenkungssteuergerät, welches eine Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens umfasst.
Aus der DE 198 15 470 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines mechanischen Zustands eines Lenksystems bekannt, wobei mit Hilfe von Sensoren, wie beispielsweise einem Lenkwinkelsensor, einem Querbeschleunigungssensor, einem Gierratensensor oder einer Sensorik einer Fahrstabilitätsregelung, das Einhalten oder Überschreiten von Toleranzen und/oder definierten Grenzwerten ermittelt und ausgewertet wird. In diesem Fall werden folglich Sensorkenngrößen bzw. IstWerte der Sensordaten mit entsprechenden toleranzbehafteten Soll-Werten abgeglichen, um Rückschlüsse auf den Zustand des Lenksystems zu ziehen. Die Erfassung, Auswertung und Verknüpfung einer Vielzahl unterschiedlicher Sensorkenngrößen erfordert jedoch einen komplexen Auswertalgorithmus, welcher relativ viel Rechenleistung benötigt. Zudem lässt sich mit dem genannten Verfahren lediglich ein mechanischer Zustand des gesamten Lenksystems ermitteln, während Rückschlüsse auf einen Zustand einer Spurstange bzw. einer Spurstangenvorrichtung nicht direkt möglich sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Verfahren zur Ermittlung und/oder zur Überwachung eines mechanischen Zustands einer Spurstangenvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 13 und 14 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zur, insbesondere automatischen, Ermittlung und/oder zur, insbesondere automatischen, Überwachung eines mechanischen Zustands zumindest einer Spurstangenvorrichtung eines elektrisch unterstützten Lenksystems eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, wobei wenigstens eine mit einer Lenkbewegung korrelierte Betriebskenngröße zumindest eines Lenkaktuators und/oder zumindest eines Lenkungssteuergeräts des Lenksystems ermittelt und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung ausgewertet wird. Wird bei der Auswertung der Betriebskenngröße ein von einem Normalzustand abweichendes Verhalten der Betriebskenngröße detektiert, beispielsweise bei Überschreiten oder Unterschreiten definierter Schwellwerte, so wird auf einen Fehlerzustand, insbesondere in Form eines mechanischen Defekts der Spurstangenvorrichtung, geschlossen. Der mechanische Zustand der Spurstangenvorrichtung kann dabei insbesondere mit einem, insbesondere durch mechanischen Verschleiß bewirkten, Lenkspiel verknüpft sein. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere ein Verfahren mit einer verbesserten Effizienz, insbesondere Leistungseffizienz, Recheneffizienz, Bauteileffizienz und/oder Kosteneffizienz, bereitgestellt werden. Zudem kann vorteilhaft eine Betriebssicherheit erhöht werden, indem beispielsweise ausgeschlagene Spurstangenköpfe rechtzeitig erkannt und hierdurch gefährliche Situationen verhindert werden können.
Insbesondere umfasst das Lenksystem im vorliegenden Fall die zumindest eine Spurstangenvorrichtung, den zumindest einen, insbesondere elektrisch unterstützend wirkenden, Lenkaktuator und das zumindest eine Lenkungssteuergerät. Zudem umfasst das Lenksystem insbesondere eine Recheneinheit, welche dazu vorgesehen ist, das Verfahren zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung auszuführen. Darüber hinaus kann das Lenksystem insbesondere auch weitere Bauteile und/oder Baugruppen umfassen, wie beispielsweise wenigstens eine, beispielsweise als Lenkrad ausgebildete, Lenkhandhabe, einen Radlenkwinkelsteller, insbesondere mit wenigstens einem, beispielsweise als Zahnstange ausgebildeten, Lenkungsstellelement, wenigstens eine Sensoreinheit zur Erfassung der wenigstens einen Betriebskenngröße und/oder eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe einer, insbesondere akustischen, haptischen und/oder optischen, Hinweismeldung und/oder Warnmeldung, falls bei der Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung ein Fehlerzustand und/oder ein von dem Normalzustand abweichendes Verhalten detektiert wird. Ferner kann das Lenksystem insbesondere als konventionelles Lenksystem oder als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet sein. Ein konventionelles Lenksystem weist insbesondere eine direkte mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und dem, insbesondere als Lenkgetriebe ausgebildeten, Radlenkwinkelsteller auf, während ein Steer-by-Wire-Lenksystem insbesondere in zumindest einem Betriebszustand frei von einer direkten mechanischen Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und dem, insbesondere in diesem Fall auch als „Steering Rack Actuator“ bezeichneten, Radlenkwinkelsteller ist. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Des Weiteren soll unter einer „Spurstangenvorrichtung“ insbesondere ein Teil und/oder eine Unterbaugruppe einer Spurstange des Lenksystems und/oder eines mit einer Spurstange des Lenksystems in, vorteilhaft direkter, Verbindung stehenden Bauteils des Lenksystems, wie beispielsweise eines Spurstangenlagers, verstanden werden. Ferner weist die Spurstangenvorrichtung insbesondere zumindest eine Wirkverbindung mit dem Radlenkwinkelsteller, insbesondere dem Lenkungsstellelement, und/oder wenigstens einem Fahrzeugrad des Fahrzeugs auf. Darüber hinaus soll unter einem „Lenkaktuator“ insbesondere eine, insbesondere elektrisch ausgebildete, Aktuatoreinheit verstanden werden, welche vorteilhaft eine direkte Wirkverbindung mit dem Lenkungsstellelement aufweist und insbesondere dazu vorgesehen ist, ein Lenkmoment an das Lenkungsstellelement zu übertragen und hierdurch vorteilhaft eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Vorzugsweise ist der Lenkaktuator dabei dazu vorgesehen, ein Lenkmoment zur Unterstützung eines an der Lenkhandhabe aufgebrachten Handmoments und/oder ein Lenkmoment zur, insbesondere direkten, Verstellung des Lenkungsstellelements und hierdurch insbesondere zur selbsttätigen und/oder autonomen Steuerung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs bereitzustellen. Dazu kann der Lenkaktuator wenigstens einen Elektromotor umfassen. Der Elektromotor ist dabei vorteilhaft als bürstenloser Motor und bevorzugt als Asynchronmotor oder als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet. Vorzugsweise ist der Lenkaktuator zudem als Teil des Radlenkwinkelstellers ausgebildet. Zudem soll unter einer „Recheneinheit“ 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 Regelroutine, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Berechnungsroutine und/oder zumindest eine Auswerteroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, wenigstens eine mit einer Lenkbewegung korrelierte Betriebskenngröße des Lenkaktuators und/oder des Lenkungssteuergeräts des Lenksystems zu ermitteln und/oder zu empfangen und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung auszuwerten. Insbesondere kann die Recheneinheit dabei Teil eines, insbesondere zentralen, externen Rechnersystems, beispielsweise eines Servernetzwerks und/oder Cloudnetzwerks, sein. Vorteilhaft ist die Recheneinheit jedoch in das Lenkungssteuergerät integriert. Darüber hinaus soll unter einer „Betriebskenngröße“ des Lenkaktuators und/oder des Lenkungssteuergeräts insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche mit einem Betrieb des Lenkaktuators und/oder des Lenkungssteuergeräts, insbesondere bei einer Lenkbewegung, korreliert ist. Die Betriebskenngröße kann dabei beispielsweise einer Energieaufnahme, einer Stromaufnahme, einem Ist-Motormoment, einer Rotorlage, einer Rotorwinkelbeschleunigung, einer Rotorwinkelgeschwindigkeit und/oder einem Drehmoment des Lenkaktuators, insbesondere bei einer Lenkbewegung, und/oder einer Energieaufnahme, einer Stromaufnahme, einem Steuersignal, einem Soll-Motormoment und/oder einem Soll-Drehmoment des Lenkungssteuergeräts, insbesondere bei einer Lenkbewegung, entsprechen. Besonders vorteilhaft erfolgt eine Auswertung der Betriebskenngröße dabei in einem Lenkbereich, in welchem sich auf die Spurstangenvorrichtung einwirkende Kräfte, insbesondere eine auf das Lenkungsstellelement ausgeübte Lenkkraft, vorteilhaft eine Zahnstangenkraft, und eine, insbesondere der Lenkkraft entgegengerichtete, Rückstellkraft wenigstens eines Fahrzeugrads des Fahrzeugs, zumindest im Wesentlichen ausgleichen. Unter der Wendung, dass sich eine erste Kraft und eine zweite Kraft „zumindest im Wesentlichen ausgleichen“ soll insbesondere verstanden werden, dass ein Absolutwert einer aus der ersten Kraft und der zweiten Kraft resultierenden Kraft höchstens 15 %, vorzugsweise höchstens 10 % und besonders bevorzugt höchstens 5 %, eines Absolutwerts der ersten Kraft und/oder eines Absolutwerts der zweiten Kraft beträgt. Bevorzugt sind die erste Kraft und die zweite Kraft dabei zueinander entgegengerichtet und weichen zumindest betragsmäßig um höchstens 15 %, vorteilhaft um höchstens 10 % und besonders bevorzugt um höchstens 5 %, voneinander ab. Vorzugsweise kann der Lenkbereich, in welchem sich die erste Kraft und die zweite Kraft zumindest im Wesentlichen ausgleichen, auch anhand eines Vorzeichenwechels der resultierenden Kraft ermittelt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass, insbesondere zusätzlich, wenigstens eine mit der Lenkbewegung korrelierte weitere Betriebskenngröße und/oder mehrere weitere Betriebskenngrößen des Fahrzeugs, vorzugsweise des Lenksystems und besonders vorteilhaft des Lenkaktuators und/oder des Lenkungssteuergeräts, ermittelt und bei der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung berücksichtigt werden. Insbesondere könnte die weitere Betriebskenngröße in diesem Zusammenhang auch einer Betriebskenngröße einer Fahrzeugsensorik, wie beispielsweise eines Lenkwinkelsensors, eines Querbeschleunigungssensors, eines Gierratensensors, eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors, eines Raddrehzahlsensors und/oder eines Gyrosensors, und/oder einer Betriebskenngröße eines Fahrdynamikregelsystems entsprechen. Vorzugsweise ist die weitere Betriebskenngröße und/oder sind die weiteren Betriebskenngrößen dabei zur Verifizierung und/oder Plausibilisierung des, insbesondere mittels der Betriebskenngröße ermittelten, Zustands der Spurstangenvorrichtung vorgesehen. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhafte Verifizierung und/oder Plausibilisierung der Betriebskenngröße erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Betriebskenngröße und/oder die Betriebskenngrößen während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs erfasst und/oder ausgewertet wird/werden. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhafte Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung erreicht werden, welche von einem Fahrer und/oder einem Insassen des Fahrzeugs nicht unmittelbar wahrnehmbar ist.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Betriebskenngröße und/oder die Betriebskenngrößen im Stillstand des Fahrzeugs erfasst und/oder ausgewertet wird/werden, wodurch insbesondere eine besonders hohe Betriebssicherheit erreicht werden kann, da vorteilhaft bereits vor einem Fahrbetrieb der mechanische Zustand der Spurstangenvorrichtung geprüft werden kann.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Betriebskenngröße mit einem Reglerverhalten, insbesondere einem Reglereingriff, eines Lenkungsreglers des Lenksystems, insbesondere zur, vorteilhaft feldorientierten, Regelung des Lenkaktuators, verknüpft ist. Das Reglerverhalten dient dabei insbesondere als Indikator für den mechanischen Zustand der Spurstangenvorrichtung. Vorteilhaft wird in diesem Zusammenhang ausgenutzt, dass ein Reglerverhalten des Lenkungsreglers im Normalzustand von einem Reglerverhalten des Lenkungsreglers im Fehlerzustand, insbesondere in dem Lenkbereich, in welchem sich insbesondere die auf die Spurstangenvorrichtung einwirkende Kräfte zumindest im Wesentlichen ausgleichen, abweicht. Folglich wird bei der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung insbesondere das Reglerverhalten des Lenkungsreglers berücksichtigt. Hierdurch kann insbesondere eine besonders einfache Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung erreicht werden.
Die Betriebskenngröße könnte beispielsweise über einen gesamten Lenkzyklus und/oder über mehrere Lenkzyklen erfasst, ermittelt und/oder ausgewertet werden. Zudem könnte die Betriebskenngröße insbesondere auch lediglich zeitweise, insbesondere in einem definierten Zeitfenster, und/oder lediglich für bestimmte Lenkwinkel erfasst, ermittelt und/oder ausgewertet werden. Ferner könnte die Betriebskenngröße zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung insbesondere auch über mehrere Lenkzyklen integriert werden, wobei insbesondere Veränderungen im Integrationsergebnis als Indikator für den mechanischen Zustand der Spurstangenvorrichtung dienen könnten. Eine besonders einfache Auswertung kann jedoch erreicht werden, wenn die Betriebskenngröße zumindest während eines gesamten Lenkzyklus ermittelt und/oder erfasst wird und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung ein mit der Betriebskenngröße korreliertes Auswertesignal erzeugt wird, indem die Betriebskenngröße auf ein definiertes Zeitfenster begrenzt wird. Das Zeitfenster liegt dabei vorteilhaft in dem Lenkbereich, in welchem sich die auf die Spurstangenvorrichtung einwirkenden Kräfte zumindest im Wesentlichen ausgleichen. Ferner beträgt eine Zeitdauer des Zeitfensters insbesondere zumindest 50 ms, vorzugsweise zumindest 75 ms und besonders bevorzugt zumindest 100 ms, und/oder höchstens 500 ms, vorzugsweise höchstens 300 ms und besonders bevorzugt höchstens 150 ms. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere ein Auswertealgorithmus vereinfacht werden, indem die Auswertung vorteilhaft auf einen für den mechanischen Zustand der Spurstangenvorrichtung relevanten Bereich im Lenkzyklus eingeschränkt wird.
Das Auswertesignal könnte anschließend im Zeitbereich ausgewertet werden, beispielsweise anhand eines Abgleiches des Auswertesignals mit einem Soll- und/oder Referenzsignal oder anhand eines charakteristischen Verlaufs des Auswertesignals in einem Fehlerzustand. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass aus dem Auswertesignal ein Frequenzspektrum erzeugt wird und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung wenigstens eine spektrale Kenngröße des Frequenzspektrums mit einer Referenzkenngröße abgeglichen wird. Das Frequenzspektrum kann dabei insbesondere mittels einer geeigneten Frequenztransformation, wie beispielsweise einer Fourier-Transformation, vorteilhaft einer diskreten Fourier-Transformation (DFT), beispielsweise realisiert durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT), und/oder einer Welch-Methode, und/oder eines Periodogramms erzeugt werden. Unter einer „spektralen Kenngröße“ soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche insbesondere mit dem Frequenzspektrum und vorteilhaft wenigstens einem, insbesondere definierten, Frequenzwert und/oder Amplitudenwert des Frequenzspektrums korreliert ist. Insbesondere kann die spektrale Kenngröße auch wenigstens ein, bevorzugt genau ein, insbesondere definierter, Frequenzwert und/oder Amplitudenwert des Frequenzspektrums sein. Vorteilhaft kann die Recheneinheit wenigstens anhand der spektralen Kenngröße und insbesondere mittels eines Abgleichs der spektralen Kenngröße mit der Referenzkenngröße auf einen aktuellen Zustand und/oder einen möglichen Fehler und/oder Defekt der Spurstangenvorrichtung schließen und/oder einen aktuellen Zustand und/oder einen möglichen Fehler und/oder Defekt der Spurstangenvorrichtung ermitteln. In diesem Zusammenhang ist insbesondere auch denkbar, dass die Recheneinheit wenigstens anhand der spektralen Kenngröße und insbesondere mittels eines Abgleichs der spektralen Kenngröße mit der Referenzkenngröße einen nahenden und/oder baldigen Fehler und/oder Defekt der Spurstangenvorrichtung ermitteln und/oder eine Ausfallwahrscheinlichkeit der Spurstangenvorrichtung abschätzen kann, beispielsweise mittels einer „Close to Failure“-Detektion. Besonders bevorzugt kann die Recheneinheit ferner dazu vorgesehen sein, anhand der spektralen Kenngröße und insbesondere anhand eines Abgleichs der spektralen Kenngröße mit der Referenzkenngröße auf eine bestimmte Fehlerart und/oder einen bestimmten Fehlertyp zu schließen und/oder eine bestimmte Fehlerart und/oder einen bestimmten Fehlertyp zu ermitteln, beispielsweise anhand einer bestimmten Abweichung der spektralen Kenngröße von der Referenzkenngröße. Unter einer „Referenzkenngröße“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine, der spektralen Kenngröße zugeordnete, Kenngröße, vorzugsweise eines zu dem Frequenzspektrum korrespondierenden Referenz-Frequenzspektrums, verstanden werden, welche eine intakte und/oder voll-funktionsfähige Spurstangenvorrichtung abbildet und/oder kennzeichnet. Die Referenzkenngröße und/oder das Referenz-Frequenzspektrum kann dabei insbesondere mittels Testmessungen und/oder mittels spezieller Algorithmen ermittelt werden und insbesondere von der Spurstangenvorrichtung selbst und/oder von weiteren Spurstangenvorrichtungen von baugleichen weiteren Lenksystemen stammen. Hierdurch kann insbesondere eine besonders einfache Auswertung der Betriebskenngröße mit einer hohen Genauigkeit erreicht werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine weitere Betriebskenngröße erfasst wird und ein mit der weiteren Betriebskenngröße korreliertes und auf das Zeitfenster begrenztes weiteres Auswertesignal erzeugt wird, welches bei der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung berücksichtigt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der weiteren Betriebskenngröße dabei um die bereits zuvor genannte weitere Betriebskenngröße, insbesondere zur Verifizierung und/oder Plausibilisierung des, insbesondere mittels der Betriebskenngröße ermittelten, Zustands der Spurstangenvorrichtung. Vorzugsweise ist und/oder wird die weitere Betriebskenngröße somit nicht von der Betriebskenngröße abgeleitet. Bevorzugt wird die weitere Betriebskenngröße ferner zumindest während eines gesamten Lenkzyklus, vorteilhaft desselben Lenkzyklus wie die Betriebskenngröße, ermittelt und/oder erfasst. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass mehrere weitere Betriebskenngröße erfasst werden und aus jeder der weiteren Betriebskenngrößen ein auf das Zeitfenster begrenztes weiteres Auswertesignal erzeugt wird, wobei vorteilhaft jedes der weiteren Auswertesignale bei der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung berücksichtigt wird. Hierdurch kann insbesondere eine besonders sichere und/oder genaue Ermittlung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung während eines, insbesondere gesamten, Überwachungszeitintervalls mehrere mit der Betriebskenngröße korrelierte Auswertesignale erzeugt werden, wobei die Auswertesignale unter zumindest im Wesentlichen identischen Bedingungen, insbesondere Fahrbedingungen und/oder Lenkbedingungen, erzeugt werden. Insbesondere sind in diesem Fall sämtliche Auswertesignale mit derselben Betriebskenngröße, insbesondere des Lenkaktuators und/oder des Lenkungssteuergeräts, korreliert und/oder werden aus derselben Betriebskenngröße, insbesondere des Lenkaktuators und/oder des Lenkungssteuergeräts, gewonnen. Zudem umfasst das Überwachungszeitintervall dabei vorteilhaft mehrere Lenkzyklen und kann beispielsweise einen Zeitraum von mehreren Stunden oder Tagen aufweisen. Ferner sind die Auswertesignale insbesondere zeitlich verschiedenen Zeitfenstern zugeordnet. Die zeitlich verschiedenen Zeitfenster können dabei insbesondere demselben Lenkzyklus und/oder verschiedenen Lenkzyklen zugeordnet sein. Besonders vorteilhaft liegen die Zeitfenster jeweils in einem Lenkbereich, in welchem sich auf die Spurstangenvorrichtung einwirkende Kräfte, insbesondere eine auf das Lenkungsstellelement ausgeübte Lenkkraft, vorteilhaft eine Zahnstangenkraft, und eine, insbesondere der Lenkkraft entgegengerichtete, Rückstellkraft wenigstens eines Fahrzeugrads des Fahrzeugs, zumindest im Wesentlichen ausgleichen. Darunter, dass die Auswertesignale „unter zumindest im Wesentlichen identischen Bedingungen“ erzeugt werden, soll insbesondere verstanden werden, dass jedes der Auswertesignale in einem ähnlichen oder gleichen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich und/oder Lenkbereich und/oder bei einer ähnlichen oder gleichen Lenkgeschwindigkeit und/oder Rotorgeschwindigkeit erzeugt wird. Hierdurch kann insbesondere eine Betriebssicherheit weiter erhöht und temporäre Schwankungen in der Betriebskenngröße und/oder dem Auswertesignal, welche insbesondere nicht mit dem Zustand der Spurstangenvorrichtung korreliert sind, sicher ausgeschlossen werden. Zudem können statistisch unabhängige und unwichtige Änderungen in der Betriebskenngröße reduziert werden.
Die Auswertesignale könnten anschließend insbesondere im Zeitbereich ausgewertet werden. Ferner könnten die Auswertesignale insbesondere auch im Zeitbereich synchronisiert und gemittelt werden, sodass aus dem gemittelten Auswertesignal ein Frequenzspektrum erzeugt und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung wenigstens eine spektrale Kenngröße des Frequenzspektrums aus dem gemittelten Auswertesignal mit einer Referenzkenngröße abgeglichen werden kann. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass aus jedem der Auswertesignale ein, insbesondere eigenes, Frequenzspektrum erzeugt wird, die Frequenzspektren zu einem gemittelten, gemeinsamen Frequenzspektrum zusammengefasst werden und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung wenigstens eine spektrale Kenngröße des gemeinsamen Frequenzspektrums mit einer Referenzkenngröße abgeglichen wird. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft robuste Auswertung der Betriebskenngröße erreicht werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass eine, vorteilhaft maschinelle, Lernroutine, wie beispielsweise ein Random Forest Klassifikator und/oder ein künstliches neuronales Netz, verwendet wird, welche zumindest auf Basis der Betriebskenngröße und/oder wenigstens einer Betriebsreferenzkenngröße zu einer Optimierung der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung vorgesehen ist, beispielsweise durch Optimierung bestimmter Entscheiderschwellen. Alternativ oder zusätzlich könnte der Lernalgorithmus insbesondere jedoch auch zur direkten Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung auf Basis der Betriebskenngröße und/oder wenigstens einer Betriebsreferenzkenngröße vorgesehen sein. Vorteilhaft wird mittels der Lernroutine ein typisches Verhalten der Spurstangenvorrichtung, insbesondere im Normalzustand und/oder im Fehlerzustand, erlernt. Bevorzugt entspricht die Lernroutine einem datengetriebenen Lernalgorithmus, wobei vorteilhaft eine Vielzahl ermittelter und/oder ermittelbarer Daten und/oder Parameter der Spurstangenvorrichtung, des Lenksystems und/oder des Fahrzeugs verwendet und/oder miteinander verknüpft werden. Die Lernroutine ist ferner vorteilhaft in dem Betriebsspeicher der Recheneinheit hinterlegt. Unter einer „Betriebsreferenzkenngröße“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Betriebskenngröße, insbesondere des Fahrzeugs, vorzugsweise des Lenksystems und besonders vorteilhaft des Lenkaktuators und/oder des Lenkungssteuergeräts, verstanden werden, welche eine intakte und/oder voll-funktionsfähige Spurstangenvorrichtung abbildet und/oder kennzeichnet. Die Betriebsreferenzkenngröße kann dabei insbesondere mittels Testmessungen und/oder mittels spezieller Algorithmen ermittelt und/oder erlernt werden und insbesondere von dem Fahrzeug mit der Spurstangenvorrichtung selbst und/oder von baugleichen weiteren Fahrzeugen stammen. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft einfache und/oder selbsttätige Optimierung der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft durch die Lernroutine eine Auswertung vereinfacht werden, indem auf die Vorgabe spezieller Referenzkenngrößen, Entscheiderschwellen und/oder Referenzpunkte insbesondere in einem Frequenzspektrum verzichtet werden kann und die Recheneinheit selbsttätig fehlerhafte und/oder fehlerfreie spektrale Kenngrößen in dem Frequenzspektrum erkennen kann.
Eine weitere Verbesserung der Lernroutine kann insbesondere erreicht werden, wenn der Lernroutine zur Optimierung der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung ferner eine, insbesondere aktuelle, Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine, insbesondere aktuelle, Lenkgeschwindigkeit zugeführt wird/werden.
Das Verfahren, die Recheneinheit und das Fahrzeug sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können das Verfahren, die Recheneinheit und das Fahrzeug zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Aspekte der Erfindung. Der Fachmann wird diese Aspekte zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

Fig. la-b ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem Lenksystem umfassend eine Spurstangenvorrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
2 die Spurstangenvorrichtung in einer schematischen Darstellung, mit angedeuteten Kräften, welche auf die Spurstangenvorrichtung einwirken,
3a-b beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zur Ermittlung und/oder zur Überwachung eines mechanischen Zustands der S pu rstangenvorri chtu ng,
4 ein beispielhaftes weiteres Schaubild mit verschiedenen Signalen zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung und
5 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zur Ermittlung und/oder zur Überwachung eines mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1a und 1b zeigen ein beispielhaft als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 14 mit mehreren Fahrzeugrädern 46 und mit einem, im vorliegenden Fall beispielhaft als konventionelles Lenksystem ausgebildeten, Lenksystem 12 in einer vereinfachten Darstellung. Bei dem Fahrzeug 14 kann es sich beispielsweise um ein Fahrzeug mit einem teilautomatisierten, hochautomatisierten und/oder vollautomatisierten Fahrmodus handeln. Das Lenksystem 12 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 46 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 14 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 12 als elektrisch unterstütztes Lenksystem ausgebildet und weist im vorliegenden Fall insbesondere eine elektrische Hilfskraftlenkung in Form einer Servolenkung auf. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, ein Lenksystem als Steer-by-Wire-Lenksystem auszubilden.
Das Lenksystem 12 umfasst eine, im vorliegenden Fall beispielhaft als Lenkrad ausgebildete, Lenkhandhabe 48 zum Aufbringen eines Handmoments, einen, beispielhaft als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildeten, Radlenkwinkelsteller 50, welcher ein Lenkungsstellelement 52 umfasst und dazu vorgesehen ist, eine Lenkvorgabe an der Lenkhandhabe 48 in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 46 umzusetzen, sowie eine Lenkwelle 54 zur, insbesondere mechanischen, Verbindung der Lenkhandhabe 48 mit dem Radlenkwinkelsteller 50. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Lenkhebel und/oder Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Auch könnte ein Lenksystem prinzipiell frei von einer Lenkhandhabe sein, beispielsweise bei einem rein autonom fahrenden Fahrzeug. Zudem könnte eine Lenkwelle auch lediglich zeitweise eine Lenkhandhabe mit einem Radlenkwinkelsteller verbinden, wie beispielsweise bei einem Fahrzeug mit einem autonomen Fahrbetrieb und/oder einem Steer-by-Wire-Lenksystem mit mechanischer Rückfallebene. In diesem Zusammenhang ist natürlich auch denkbar, auf eine Lenkwelle vollständig zu verzichten.
Zudem umfasst das Lenksystem 12 wenigstens eine Spurstangenvorrichtung 10. Im vorliegenden Fall umfasst das Lenksystem 12 zwei baugleiche Spurstangenvorrichtungen 10, wobei auf jeder Fahrzeugseite eine der Spurstangenvorrichtungen 10 angeordnet ist. Die Spurstangenvorrichtungen 10 verbinden jeweils den Radlenkwinkelsteller 50, insbesondere das Lenkungsstellelement 52, mechanisch mit einem der Fahrzeugräder 46. Aufgrund der baugleichen Ausgestaltung der Spurstangenvorrichtungen 10 beschränkt sich die folgende Beschreibung jedoch auf eine der Spurstangenvorrichtungen 10.
Darüber hinaus umfasst das Lenksystem 12 einen Lenkaktuator 18. Der Lenkaktuator 18 ist zumindest teilweise elektrisch und/oder elektronisch ausgebildet. Der Lenkaktuator 18 ist dem Radlenkwinkelsteller 50 zugeordnet. Der Lenkaktuator 18 weist eine Wirkverbindung mit dem Lenkungsstellelement 52 auf. Der Lenkaktuator 18 ist dazu vorgesehen, ein Lenkmoment bereitzustellen und an das Lenkungsstellelement 52 zu übertragen. Im vorliegenden Fall ist der Lenkaktuator 18 zumindest dazu vorgesehen, ein Lenkmoment in Form eines Unterstützungsmoments auf das Lenkungsstellelement 52 zu übertragen und das, insbesondere von dem Fahrer aufgebrachte, Handmoment zu unterstützen.
Dazu umfasst der Lenkaktuator 18 wenigstens einen Elektromotor 56. Der Elektromotor 56 ist als Servomotor, im vorliegenden Fall insbesondere als permanenterregter Synchronmotor, ausgebildet. Der Elektromotor 56 ist mit dem Lenkungsstellelement 52 gekoppelt und zur Erzeugung des Lenkmoments vorgesehen. Alternativ könnte ein Lenkaktuator jedoch auch mehrere Elektromotoren aufweisen. Zudem könnte ein Lenkaktuator zusätzlich oder alternativ auch dazu vorgesehen sein, ein Lenkmoment zur, insbesondere direkten, Verstellung eines Lenkungsstellelements und hierdurch insbesondere zur selbsttätigen und/oder autonomen Steuerung einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs bereitzustellen.
Des Weiteren umfasst das Lenksystem 12 wenigstens eine Sensoreinheit 58, 60, im vorliegenden Fall insbesondere eine erste Sensoreinheit 58 und eine zweite Sensoreinheit 60. Die erste Sensoreinheit 58 ist dem Lenkaktuator 18 zugeordnet. Die erste Sensoreinheit 58 ist zur Erfassung wenigstens einer mit dem Lenkaktuator 18 korrelierten Betriebskenngröße 16, beispielsweise einer Rotorwinkelbeschleunigung, einer Rotorwinkelgeschwindigkeit und/oder einer Rotorlage des Elektromotors 56, vorgesehen. Die zweite Sensoreinheit 60 ist der Lenkwelle 54 zugeordnet. Die zweite Sensoreinheit 60 ist im vorliegenden Fall als Lenkwinkelsensor ausgebildet und zur Erfassung einer weiteren Betriebskenngröße 38, insbesondere eines Lenkwinkelsignals und/oder eines Drehmomentsignals, vorgesehen. Die weitere Betriebskenngröße 38 liefert dabei eine Soll-Vorgabe, insbesondere in Form eines Soll-Drehmoments und/oder eines Soll-Motorstroms, für den Lenkaktuator 18 und ist ein Maß für das, insbesondere von dem Fahrer aufgebrachte, Handmoment. Prinzipiell könnte eine erste Sensoreinheit jedoch auch zur Erfassung eines Ist-Motorstroms oder dergleichen vorgesehen sein. Zudem könnte eine zweite Sensoreinheit auch als Winkeldifferenzsensor oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner könnte eine zweite Sensoreinheit auch zur Erfassung eines Soll-Drehmoments und/oder eines Soll-Motorstroms vorgesehen sein.
Darüber hinaus weist das Lenksystem 12 ein Lenkungssteuergerät 20 auf. Das Lenkungssteuergerät 20 weist eine Wirkverbindung mit den Sensoreinheiten 58, 60 und mit dem Lenkaktuator 18 auf. Das Lenkungssteuergerät 20 ist dazu vorgesehen, die Betriebskenngrößen 16, 38 zu empfangen und den Elektromotor 56 in Abhängigkeit von den Betriebskenngrößen 16, 38 anzusteuern.
Dazu umfasst das Lenkungssteuergerät 20 eine Recheneinheit 44. Die Recheneinheit 44 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 44 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Berechnungsroutine, zumindest einer Steuerroutine, zumindest einer Regelroutine und zumindest einer Auswerteroutine.
Ferner umfasst das Lenkungssteuergerät 20 im vorliegenden Fall einen Lenkungsregler 22. Der Lenkungsregler 22 weist eine Wirkverbindung mit der Recheneinheit 44 auf. Zudem weist der Lenkungsregler 22 eine Wirkverbindung mit dem Lenkaktuator 18 auf. Der Lenkungsregler 22 ist im vorliegenden Fall zur feldorientierten Regelung des Lenkaktuators 18 und insbesondere des Elektromotors 56 vorgesehen.
Darüber hinaus kann das Fahrzeug 14 und/oder das Lenksystem 12 weitere Bauteile und/oder Baugruppen umfassen, wie beispielsweise wenigstens eine weitere Sensoreinheit (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Querbeschleunigungssensors, eines Gierratensensors, eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors, eines Raddrehzahlsensors und/oder eines Gyrosensors, ein Fahrdynamikregelsystem (nicht dargestellt) und/oder eine Ausgabeeinheit (nicht dargestellt) zur Ausgabe einer Hinweismeldung.
Zur Erhöhung einer Betriebssicherheit von Fahrzeugen besteht nun Bedarf daran, bei Lenksystemen, wie insbesondere dem eingangs erwähnten Lenksystem 12, einen mechanischen Zustand einer Spurstangevorrichtung und insbesondere ein durch mechanischen Verschleiß verursachtes Lenkspiel zu ermitteln und/oder zu überwachen. Bei konventionellen Lenksystemen besteht beispielsweise die Gefahr, dass sich ein Fahrer nach einiger Zeit an das Lenkspiel gewöhnt und das Lenkspiel deshalb im Laufe der Zeit nicht mehr wahrgenommen wird. Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen wird hingegen aufgrund des nichtvorhandenen mechanischen Durchgriffs ein Zustand der Spurstangevorrichtung und/oder ein Lenkspiel haptisch nur sehr indirekt oder gar nicht auf ein Rückstellmoment einer Lenkhandhabe übertragen, sodass eine haptische Erfassung des Lenkspiels durch den Fahrer nahezu ausgeschlossen ist. Ähnliches gilt auch für teilautomatisierte, hochautomatisierte und/oder vollautomatisierte Fahrvorgänge, in welchen der Fahrer keine haptische Rückmeldung vom Lenksystem erhält, wodurch beispielsweise Fehler und/oder Defekte in einer Spurstangenvorrichtung bzw. ein Lenkspiel nicht mehr rechtzeitig erkannt werden und gefährliche Situationen beispielsweise durch einen ausgeschlagenen Spurstangenkopf und/oder ein Aushängen oder Ausbrechen des Spurstangenkopfs auftreten können.
Aus diesem Grund wird ein Verfahren zur automatischen Ermittlung und/oder zur automatischen Überwachung eines mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 vorgeschlagen. Im vorliegenden Fall ist die Recheneinheit 44 dazu vorgesehen, das Verfahren zur automatischen Ermittlung und/oder zur automatischen Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 durchzuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf. Der mechanische Zustand der Spurstangenvorrichtung 10 ist dabei im vorliegenden Fall mit einem durch mechanischen Verschleiß bewirkten Lenkspiel verknüpft.
Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 wenigstens eine mit einer Lenkbewegung korrelierte Betriebskenngröße des Lenkaktuators 18 und/oder des Lenkungssteuergeräts 20, im vorliegenden Fall beispielhaft die Betriebskenngröße 16 des Lenkaktuators 18, beispielsweise in Form einer Rotorlage, einer Rotorwinkelbeschleunigung und/oder einer Rotorwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 56, erfasst und ausgewertet. Eine Erfassung und/oder Auswertung der Betriebskenngröße 16 kann dabei je nach Fahrzeugmodell und/oder Sicherheitsanforderung sowohl während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs 14 als auch im Stillstand des Fahrzeugs 14 erfolgen. Eine Auswertung der Betriebskenngröße 16 erfolgt im vorliegenden Fall ferner in einem Lenkbereich, in welchem sich auf die Spurstangenvorrichtung 10 einwirkende Kräfte 28, 30, insbesondere eine auf das Lenkungsstellelement 52 ausgeübte Lenkkraft 28 und eine der Lenkkraft 28 entgegengerichtete Rückstellkraft 30 wenigstens eines der Fahrzeugräder 46, zumindest im Wesentlichen ausgleichen (vgl. hierzu insbesondere auch 2). Wird bei der Auswertung der Betriebskenngröße 16 ein von einem Normalzustand abweichendes Verhalten der Betriebskenngröße 16 detektiert, so wird auf einen Fehlerzustand, insbesondere in Form eines mechanischen Defekts der Spurstangenvorrichtung 10, geschlossen. In einem derartigen Fehlerzustand wird vorteilhaft eine Hinweismeldung und/oder Warnmeldung erzeugt und mittels der Ausgabeeinheit ausgegeben. Grundsätzlich könnte als Betriebskenngröße natürlich auch eine beliebige andere Betriebskenngröße eines Lenkaktuators und/oder eines Lenkungssteuergeräts, wie beispielsweise eine Energieaufnahme, eine Stromaufnahme, ein Ist-Motormoment und/oder einem Drehmoment des Lenkaktuators und/oder eine Energieaufnahme, eine Stromaufnahme, ein Steuersignal, ein Soll-Motormoment und/oder ein Soll-Drehmoment des Lenkungssteuergeräts, verwendet werden. Zudem könnte eine Betriebskenngröße auch in einem Lenkbereich ausgewertet werden, in welchem sich auf eine Spurstangenvorrichtung einwirkende Kräfte nicht ausgleichen, sondern beispielsweise ein bestimmtes Verhältnis zueinander aufweisen. Zudem ist auch denkbar, mehrere weitere Betriebskenngrößen, insbesondere einer Fahrzeugsensorik, eines Fahrdynamikregelsystems und/oder vorteilhaft eines Lenkaktuators und/oder eines Lenkungssteuergeräts, zu ermitteln und bei der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung zu berücksichtigen.
In besagtem Lenkbereich kann der mechanische Zustand der Spurstangenvorrichtung 10 besonders einfach überwacht werden. Dabei wird insbesondere ausgenutzt, dass in dem Lenkbereich ein Kräftegleichgewicht auf die Spurstangenvorrichtung 10 entsteht und im Fehlerzustand, insbesondere bei einem mechanischen Defekt der Spurstangenvorrichtung 10 und einem hierdurch bewirkten erhöhten Lenkspiel, ein Totweg 62 nahezu kräftefrei durchlaufen wird (vgl. insbesondere 2). Im Fehlerzustand stellt sich in dem Lenkbereich und/oder im Totweg 62 und insbesondere bei einem durch das Lenkungssteuergerät 20 vorgegebenen Soll-Drehmoment und/oder Soll-Motorstrom ein kurzzeitig reduziertes Trägheitsmoment im Übergang zwischen dem Elektromotor 56 und dem Lenkungsstellelement 52 ein, welches gemäß $α_{Rotor} = M_{soll} / I_{Steel}$
zu einer kurzzeitigen Änderung der Rotorwinkelbeschleunigung des Elektromotors 56 führt. Dabei beschreibt α_Rotor die Rotorwinkelbeschleunigung des Elektromotors 56, M_soll das Soll-Drehmoment und/oder den Soll-Motorstrom und I_Stell das Trägheitsmoment. Diese kurzzeitige Änderung in der Rotorwinkelbeschleunigung überträgt sich auf andere Betriebskenngrößen des Lenkaktuators 18 und/oder des Lenkungssteuergeräts 20, wie beispielsweise ein Ist-Motormoment, eine Rotorlage, eine Rotorwinkelgeschwindigkeit und/oder ein Drehmoment des Lenkaktuators 18 und/oder ein Soll-Motormoment und/oder ein Soll-Drehmoment des Lenkungssteuergeräts 20, sodass das Lenkspiel prinzipiell durch Auswertung jeder dieser Betriebskenngrößen detektiert werden kann.
Darüber hinaus ist die Betriebskenngröße 16 mit einem Reglerverhalten, insbesondere einem Reglereingriff, des Lenkungsreglers 22 verknüpft. Analoges gilt insbesondere auch für die zuvor erwähnten anderen Betriebskenngrößen des Lenkaktuators 18 und/oder des Lenkungssteuergeräts 20. Das Reglerverhalten dient dabei als Indikator für den mechanischen Zustand der Spurstangenvorrichtung 10. Dabei wird ausgenutzt, dass in dem Lenkbereich ein Reglerverhalten des Lenkungsreglers 22 im Normalzustand von einem Reglerverhalten des Lenkungsreglers 22 im Fehlerzustand abweicht. Im vorliegenden Fall führt das nahezu kräftefreie Durchlaufen des Totwegs 62 zu einem sukzessiven Nachregeln des Lenkungsreglers 22, was sich insbesondere in der Betriebskenngröße 16 sowie den anderen Betriebskenngrößen abbildet und folglich detektiert werden kann. Insbesondere detektiert der Lenkungsregler 22 dabei während des nahezu kräftefreien Durchlaufens des Totwegs 62 eine Ist-Rotorgeschwindigkeit und einen Ist-Motorstrom, die nicht zueinander passen und regelt folglich einen Soll-Motorstrom sukzessive nach, was zu dem abweichenden Reglerverhalten des Lenkungsreglers 22 im Fehlerzustand führt.
Zur Ermittlung und/oder Auswertung des Zustand der Spurstangenvorrichtung 10 wird die Betriebskenngröße 16 im vorliegenden Fall ferner während eines gesamten Lenkzyklus ermittelt und ein mit der Betriebskenngröße 16 korreliertes Auswertesignal 24 erzeugt, indem die Betriebskenngröße 16 auf ein definiertes Zeitfenster 26 begrenzt wird (vgl. insbesondere auch 3a und 3b). Das Zeitfenster 26 liegt in dem Lenkbereich, in welchem sich insbesondere die auf die Spurstangenvorrichtung 10 einwirkenden Kräfte zumindest im Wesentlichen ausgleichen. Ferner beträgt eine Zeitdauer des Zeitfensters 26 im vorliegenden Fall zwischen 75 ms und 300 ms. In diesem Zusammenhang wird ausgenutzt, dass fehlerbezogene Reglereingriffe des Lenkungsreglers 22 nur in dem Lenkbereich und/oder während des Durchlaufens des Totwegs 62 auftreten, sodass das zuvor erwähnt Zeitfenster 26 besonders relevant für den Zustand der Spurstangenvorrichtung 10 ist. Alternativ ist jedoch auch denkbar, auf eine derartige Fensterung der Betriebskenngröße 16 zu verzichten, beispielsweise indem die Betriebskenngröße 16 lediglich in einem relevanten Zeitbereich erfasst oder über mehrere Lenkzyklen integriert wird, wobei insbesondere Veränderungen im Integrationsergebnis als Indikator für den mechanischen Zustand der Spurstangenvorrichtung 10 dienen können.
Eine Auswertung des Auswertesignals 24 erfolgt vorteilhaft im Frequenzbereich. Dazu wird aus dem Auswertesignal 24 ein Frequenzspektrum 32 erzeugt (vgl. insbesondere 4). Zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 wird anschließend wenigstens eine spektrale Kenngröße 34, wie beispielsweise ein Frequenzwert und/oder ein Amplitudenwert eines Extremwerts, des Frequenzspektrums 32 mit einer Referenzkenngröße 36 eines Referenz-Frequenzspektrums 64 abgeglichen, wobei das Referenz-Frequenzspektrum 64 insbesondere eine intakte und/oder voll-funktionsfähige Spurstangenvorrichtung 10 abbildet und/oder kennzeichnet. Im vorliegenden Fall ist die Recheneinheit 44 somit dazu vorgesehen, zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 das Frequenzspektrum 32 zu analysieren, die wenigstens eine spektrale Kenngröße 34 des Frequenzspektrums 32 zu ermitteln und/oder zu selektieren und mit der entsprechenden Referenzkenngröße 36 des Referenz-Frequenzspektrums 64 abzugleichen. Anhand eines Abgleichs der spektralen Kenngröße 34 mit der Referenzkenngröße 36 kann die Recheneinheit 44 dann auf einen aktuellen Zustand und/oder einen möglichen Fehler und/oder Defekt der Spurstangenvorrichtung 10 schließen und/oder einen aktuellen Zustand und/oder einen möglichen Fehler und/oder Defekt der Spurstangenvorrichtung 10 ermitteln. Wird bei dem Abgleich der spektralen Kenngröße 34 mit der Referenzkenngröße 36 beispielsweise ein Überschreiten oder Unterschreiten definierter Schwellwerte ermittelt, so wird auf einen Fehlerzustand, insbesondere in Form eines mechanischen Defekts der Spurstangenvorrichtung 10, geschlossen. Alternativ könnte ein Auswertesignal auch im Zeitbereich ausgewertet werden, beispielsweise anhand eines Abgleiches des Auswertesignals mit einem Soll- und/oder Referenzsignal oder anhand eines charakteristischen Verlaufs des Auswertesignals in einem Fehlerzustand. Zudem ist denkbar, auf ein Referenz-Frequenzspektrum zu verzichten. In diesem Fall ist beispielsweise denkbar, dass die Referenzkenngröße einer definierten Entscheiderschwelle, insbesondere für einen definierten Frequenzwert und/oder Amplitudenwert, oder mehreren definierten Entscheiderschwellen, insbesondere für mehrere definierte Frequenzwerte und/oder Amplitudenwerte, entspricht.
Zur weiteren Verbesserung der Ermittlung und/oder Überwachung der Spurstangenvorrichtung 10 kann zudem vorgesehen sein, während eines gesamten Überwachungszeitintervalls, welches beispielsweise mehrere Lenkzyklen umfassen und einen Zeitraum von mehreren Stunden oder Tagen aufweisen kann, mehrere, beispielsweise zumindest drei oder zumindest zehn, mit der Betriebskenngröße 16 korrelierte Auswertesignale 24 zu erzeugen, wodurch insbesondere temporäre Schwankungen in der Betriebskenngröße 16 und/oder dem Auswertesignal 24, welche nicht mit dem Zustand der Spurstangenvorrichtung 10 korreliert sind, sicher ausgeschlossen werden können. Die Auswertesignale 24 werden dabei unter zumindest im Wesentlichen identischen Bedingungen, insbesondere zumindest im Wesentlichen identischen Fahrbedingungen und/oder Lenkbedingungen, erzeugt. Ferner sind somit sämtliche Auswertesignale 24 mit derselben Betriebskenngröße 16 korreliert und werden aus derselben Betriebskenngröße 16 gewonnen. Zudem sind die Auswertesignale 24 dabei zeitlich verschiedenen Zeitfenstern 24 zugeordnet, welche vorteilhaft jeweils in einem Lenkbereich liegen, in welchem sich die auf die Spurstangenvorrichtung 10 einwirkenden Kräfte 28, 30 zumindest im Wesentlichen ausgleichen. Die genannten Auswertesignale 24 können anschließend wiederum vorteilhaft im Frequenzbereich ausgewertet werden. Dabei kann aus jedem der Auswertesignale 24 ein Frequenzspektrum 32 erzeugt werden, die Frequenzspektren 32 zu einem gemittelten, gemeinsamen Frequenzspektrum zusammengefasst werden und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 wenigstens eine spektrale Kenngröße des gemeinsamen Frequenzspektrums mit einer Referenzkenngröße 36 abgeglichen werden. Alternativ können die Auswertesignale 24 jedoch auch im Zeitbereich ausgewertet oder synchronisiert und gemittelt werden, wobei in letzterem Fall vorteilhaft aus dem gemittelten Auswertesignal ein Frequenzspektrum erzeugt und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung wenigstens eine spektrale Kenngröße des Frequenzspektrums aus dem gemittelten Auswertesignal mit einer Referenzkenngröße abgeglichen werden kann.
Darüber hinaus kann im vorliegenden Fall wenigstens eine weitere Betriebskenngröße 38, insbesondere während desselben Lenkzyklus wie die Betriebskenngröße 16, erfasst und ein mit der weiteren Betriebskenngröße 38 korreliertes und auf das Zeitfenster 26 begrenztes weiteres Auswertesignal 40 erzeugt werden, welches bei der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 berücksichtigt wird, wodurch insbesondere eine besonders sichere und/oder genaue Ermittlung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 erreicht werden kann. Bei der weiteren Betriebskenngröße 38 kann es sich beispielsweise um das Lenkwinkelsignal und/oder das Drehmomentsignal der zweiten Sensoreinheit 60 und/oder ein Ist-Drehmoment, ein Soll-Drehmoment, einen Ist-Motorstrom und/oder einen Soll-Motorstrom handeln. Die weitere Betriebskenngröße 38 und insbesondere das weitere Auswertesignal 40 dient dabei zur Verifizierung und/oder Plausibilisierung des mittels der Betriebskenngröße 16 und insbesondere des Auswertesignals 24 ermittelten Zustands der Spurstangenvorrichtung 10. Alternativ könnte eine weitere Betriebskenngröße jedoch auch als beliebige andere Betriebskenngröße ausgebildet sein, wie beispielsweise als weitere Betriebskenngröße eines Lenkaktuators und/oder eines Lenkungssteuergeräts und/oder als Betriebskenngröße eines Querbeschleunigungssensors, eines Gierratensensors, eines Gyrosensors und/oder eines Fahrdynamikregelsystems. Zudem könnten mehrere weitere Betriebskenngrößen erfasst und aus jeder der weiteren Betriebskenngrößen zur Verifizierung und/oder Plausibilisierung eines Zustands einer Spurstangenvorrichtung ein auf ein Zeitfenster begrenztes weiteres Auswertesignal erzeugt werden. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, auf eine Erfassung und/oder Auswertung einer weiteren Betriebskenngröße zu verzichten.
Ferner umfasst die Recheneinheit 44 im vorliegenden Fall eine maschinelle Lernroutine 42. Die Lernroutine 42 ist in dem Betriebsspeicher der Recheneinheit 44 hinterlegt. Die Lernroutine 42 ist zumindest auf Basis der Betriebskenngröße 16 zu einer Optimierung der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 vorgesehen. Dazu können der Lernroutine 42 eine Vielzahl ermittelter und/oder ermittelbarer Daten und/oder Parameter der Spurstangenvorrichtung 10, des Lenksystems 12 und/oder des Fahrzeugs 14 zugeführt werden. Im vorliegenden Fall können der Lernroutine 42 zur Optimierung der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 zumindest eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 und eine aktuelle Lenkgeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 zugeführt werden. Prinzipiell könnte auf eine derartige Lernroutine jedoch auch verzichtet werden.
Die 3a und 3b zeigen nochmals beispielhafte Schaubilder eines zeitlichen Verlaufs der Betriebskenngröße 16 und/oder des Auswertesignals 24, eines zeitlichen Verlaufs der, in diesem Fall beispielhaft als Lenkwinkelsignal und/oder Drehmomentsignal ausgebildeten, weiteren Betriebskenngröße 38 und/oder des weiteren Auswertesignals 40 sowie eine mit dem Zeitfenster 26 korrelierte Fensterfunktion 66. Eine Ordinatenachse 68 ist als Größenachse ausgebildet. Auf einer Abszissenachse 70 ist eine Zeit in [s] dargestellt. Eine erste Kurve 72 zeigt die Betriebskenngröße 16 und/oder das Auswertesignal 24. Eine zweite Kurve 74 zeigt die weitere Betriebskenngröße 38 und/oder das weitere Auswertsignal 40. Eine dritte Kurve 76 zeigt die mit dem Zeitfenster 26 korrelierte Fensterfunktion 66. Das Lenkwinkelsignal und/oder Drehmomentsignal und insbesondere ein Nulldurchgang des Lenkwinkelsignals und/oder Drehmomentsignals dient in diesem Fall zudem zur Festlegung des Zeitfensters 26.
In 4 sind beispielhafte Schaubilder des Frequenzspektrums 32 und des Referenz-Frequenzspektrums 64 dargestellt. Eine Ordinatenachse 78 ist wiederum als Größenachse ausgebildet. Auf einer Abszissenachse 80 ist eine Frequenz in [Hz] dargestellt. Eine erste Kurve 82 zeigt das aus dem Auswertesignal 24 erzeugte Frequenzspektrum 32 mit der spektralen Kenngröße 34. Eine zweite Kurve 84 zeigt das Referenz-Frequenzspektrum 64 mit der Referenzkenngröße 36. Dabei lässt sich beispielsweise erkennen, dass ein Frequenzwert und ein Amplitudenwert von Extremwerten, insbesondere der spektralen Kenngröße 34 und der Referenzkenngröße 36, voneinander abweichen, sodass anhand eines Abgleichs der spektralen Kenngröße 34 mit der Referenzkenngröße 36 auf einen aktuellen Zustand und/oder einen möglichen Fehler und/oder Defekt der Spurstangenvorrichtung 10 geschlossen werden kann. Alternativ oder zusätzlich könnte ein Abgleich einer spektralen Kenngröße mit einer Referenzkenngröße natürlich auch anhand einer Anzahl an Extremwerten, einer Lage von Sattelpunkten, einer Integralwertbildung in einem definierten Frequenzbereich oder auf eine beliebige andere Weise erfolgen.
5 zeigt abschließend ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten des Verfahrens zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10.
In einem Verfahrensschritt 90 wird die Betriebskenngröße 16, insbesondere mittels der ersten Sensoreinheit 58, erfasst und der Recheneinheit 44 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt. Eine Erfassung und/oder Auswertung der Betriebskenngröße 16 kann dabei je nach Fahrzeugmodell und/oder Sicherheitsanforderung sowohl während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs 14 als auch im Stillstand des Fahrzeugs 14 erfolgen.
In einem Verfahrensschritt 92 wird zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 ein mit der Betriebskenngröße 16 korreliertes Auswertesignal 24 erzeugt, indem die Betriebskenngröße 16 auf das Zeitfenster 26 begrenzt wird.
In einem Verfahrensschritt 94 wird aus dem Auswertesignal 24 vorteilhaft ein Frequenzspektrum 32 erzeugt, beispielsweise mittels einer diskreten Fourier-Transformation (DFT), insbesondere durch eine schnellen Fourier-Transformation (FFT) und/oder eine Welch-Methode, und/oder durch ein Periodogramm oder dergleichen.
In einem Verfahrensschritt 96 wird das Frequenzspektrum 32 analysiert und die wenigstens eine spektrale Kenngröße 34 des Frequenzspektrums 32 ermittelt und/oder selektiert. Anschließend kann die spektrale Kenngröße 34 mit der entsprechenden Referenzkenngröße 36 des Referenz-Frequenzspektrums 64 abgeglichen werden, um den mechanischen Zustand der Spurstangenvorrichtung 10 zu ermitteln.
Anschließend können optionale Verfahrensschritte folgen, wie beispielsweise eine Ermittlung und/oder Berücksichtigung der weiteren Betriebskenngröße 38 und/oder das Erzeugen einer Hinweismeldung und/oder Warnmeldung.
Das beispielhafte Ablaufdiagramm in 5 soll dabei insbesondere lediglich beispielhaft ein Verfahren zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung 10 beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte und/oder eine Abfolge der Verfahrensschritte variieren. Dabei könnte prinzipiell auf eine Begrenzung einer Betriebskenngröße und/oder eine Auswertung im Frequenzbereich auch verzichtet werden und beispielsweise eine Auswertung im Zeitbereich erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19815470 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Ermittlung und/oder zur Überwachung eines mechanischen Zustands zumindest einer Spurstangenvorrichtung (10) eines elektrisch unterstützten Lenksystems (12) eines Fahrzeugs (14), wobei wenigstens eine mit einer Lenkbewegung korrelierte Betriebskenngröße (16) zumindest eines Lenkaktuators (18) und/oder zumindest eines Lenkungssteuergeräts (20) des Lenksystems (12) ermittelt und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung (10) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Zustand der Spurstangenvorrichtung (10) mit einem, insbesondere durch mechanischen Verschleiß bewirkten, Lenkspiel verknüpft ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskenngröße (16) während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs (14) erfasst und/oder ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskenngröße (16) im Stillstand des Fahrzeugs (14) erfasst und/oder ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskenngröße (16) mit einem Reglerverhalten eines Lenkungsreglers (22) des Lenksystems (12) verknüpft ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskenngröße (16) zumindest während eines gesamten Lenkzyklus ermittelt wird und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung (10) ein mit der Betriebskenngröße (16) korreliertes Auswertesignal (24) erzeugt wird, indem die Betriebskenngröße (16) auf ein definiertes Zeitfenster (26) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster (26) in einem Lenkbereich liegt, in welchem sich auf die Spurstangenvorrichtung (10) einwirkende Kräfte (28, 30) zumindest im Wesentlichen ausgleichen.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Auswertesignal (24) ein Frequenzspektrum (32) erzeugt wird und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung (10) wenigstens eine spektrale Kenngröße (34) des Frequenzspektrums (32) mit einer Referenzkenngröße (36) abgeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Betriebskenngröße (38) erfasst wird und ein mit der weiteren Betriebskenngröße (38) korreliertes und auf das Zeitfenster (26) begrenztes weiteres Auswertesignal (40) erzeugt wird, welches bei der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung (10) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung während eines Überwachungszeitintervalls mehrere mit der Betriebskenngröße (16) korrelierte Auswertesignale (24) erzeugt werden, wobei die Auswertesignale (24) unter zumindest im Wesentlichen identischen Bedingungen erzeugt werden, und wobei aus jedem der Auswertesignale (24) ein Frequenzspektrum (32) erzeugt wird, die Frequenzspektren (32) zu einem gemittelten, gemeinsamen Frequenzspektrum zusammengefasst werden und zur Ermittlung und/oder zur Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung (10) wenigstens eine spektrale Kenngröße des gemeinsamen Frequenzspektrums mit einer Referenzkenngröße (36) abgeglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lernroutine (42) verwendet wird, welche zumindest auf Basis der Betriebskenngröße (16) und/oder wenigstens einer Betriebsreferenzkenngröße zu einer Optimierung der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung (10) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lernroutine (42) zur Optimierung der Ermittlung und/oder Überwachung des mechanischen Zustands der Spurstangenvorrichtung (10) ferner eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Lenkgeschwindigkeit zugeführt wird/werden.
Recheneinheit (44), welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 vorgesehen ist.
Fahrzeug (14) umfassend ein elektrisch unterstütztes Lenksystem (12) mit zumindest einer Spurstangenvorrichtung (10), mit zumindest einem Lenkaktuator (18) und mit zumindest einem Lenkungssteuergerät (20), welches eine Recheneinheit (44) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.