DE102022200270A1

DE102022200270A1 - Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems

Info

Publication number: DE102022200270A1
Application number: DE102022200270.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Friedel; Martin Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-01-13
Filing date: 2022-01-13
Publication date: 2023-07-13
Also published as: WO2023134967A1

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 Feuchtigkeitskenngrö-ße 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

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 vorgegebenen 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 DE 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 Ansteuerung 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, insbesondere 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 Änderungsrate 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 insbesondere 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 Fahrbetriebs, 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 Fahrbetriebs 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. Zudem 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 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 Fahrzeugrads 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.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:

Fig. la-b ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem Lenksystem in einer vereinfachten Darstellung,
2a-b beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zur Ermittlung einer mit einer Feuchtigkeit im Lenksystem korrelierten Feuchtigkeitskenngröße und
3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb des Lenksystems.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1a und 1b 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 Lenkaktuatorik 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, Fahrzeugräder 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 Fahrbetrieb 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 oberen 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 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 Sicherheitsmaßnahme 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 Fahrbetriebs, 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: $\frac{1}{c_{1}} = \frac{1}{c_{S e r v o}} + \frac{1}{c_{A}}$
Dabei beschreibt c₁ die Summensteifigkeit aus Servostrang und mechanischem Endanschlag 30 für die entsprechende Belastungsrichtung, c_Servo die Steifigkeit der ersten Lenkungsbaugruppe 18 bzw. des Servostrangs und c_A 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: $\frac{1}{c_{2}} = \frac{1}{c_{S e n s o r}} + \frac{1}{c_{S e r v o}}$
Dabei beschreibt c₂ die Summensteifigkeit aus Sensorstrang und Servostrang, c_Sensor die Steifigkeit der zweiten Lenkungsbaugruppe 20 bzw. des Sensorstrangs und c_Servo 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 Elektromotor 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: $\frac{1}{c_{3}} = \frac{1}{c_{F Z}} + \frac{1}{c_{S e r v o}}$
Dabei beschreibt c₃ die Summensteifigkeit aus Fahrzeugachse und Servostrang, c_FZ die Steifigkeit der dritten Lenkungsbaugruppe 22 bzw. der Fahrzeugachse oder des Teils der Fahrzeugachse und c_Servo 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 2a und 2b zeigen beispielhafte Schaubilder verschiedener Signale zur Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße. Das in den 2a und 2b dargestellte Beispiel beschränkt sich dabei beispielhaft auf die erste Lenkungsbaugruppe 18 sowie eine Steifigkeit der erste Lenkungsbaugruppe 18.
In 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 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 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.
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 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019212618 A1 [0003]
DE 102018112812 A1 [0004]

Claims

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.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Feuchtigkeitskenngröße eine aktuelle Temperatur berücksichtigt wird.
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.
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.
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.
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.
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.
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 wenigstens 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.
Recheneinheit (38) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Lenksystem (10) mit einer Lenkmechanik (14), mit wenigstens einem mit der Lenkmechanik (14) zusammenwirkenden Elektromotor (16) und mit einer Recheneinheit (38) nach Anspruch 16.
Fahrzeug (12), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Lenksystem (10) nach Anspruch 17.