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DE102012022801B4 - Steering monitoring method and steering system - Google Patents

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DE102012022801B4
DE102012022801B4 DE102012022801.5A DE102012022801A DE102012022801B4 DE 102012022801 B4 DE102012022801 B4 DE 102012022801B4 DE 102012022801 A DE102012022801 A DE 102012022801A DE 102012022801 B4 DE102012022801 B4 DE 102012022801B4
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pressure piece
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steering system
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Lars Stoltze
Christopher Kreis
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Volkswagen AG
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Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems (200) für ein Kraftfahrzeug (100), wobei das Lenksystem (200) eine Zahnstange (240), die im Verzahnungseingriff mit einem Lenkritzel (230) steht, ein Druckstück (250) zur Gleitlagerung der Zahnstange (240) im Bereich des Lenkritzels (230), einen Lenkunterstützungsmotor (260) sowie ein Steuergerät (300) zur elektromechanischen Umsetzung eines vom Fahrer aufgebrachten Handmoments in eine Lenkunterstützung durch den Lenkunterstützungsmotor (260) umfasst, wobei das Verfahren umfasst:im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs (100), Erfassen wenigstens einer in dem Steuergerät (300) verfügbaren Betriebsgröße des Lenksystems (200); undanhand der wenigstens einen Betriebsgröße, Ermitteln eines Zustands des Druckstücks (250).Method for monitoring a steering system (200) for a motor vehicle (100), the steering system (200) having a toothed rack (240) which meshes with a steering pinion (230), a pressure piece (250) for the sliding bearing of the toothed rack (240) in the area of the steering pinion (230), a steering assistance motor (260) and a control unit (300) for the electromechanical conversion of a manual torque applied by the driver into steering assistance by the steering assistance motor (260), the method comprising:in normal operation of the motor vehicle (100) , detecting at least one operating variable of the steering system (200) available in the control unit (300); andon the basis of the at least one operating variable, determining a state of the pressure piece (250).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lenkungsüberwachung sowie ein entsprechend ausgestaltetes Lenksystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Lenksystem.The present invention relates to a steering monitoring method and a correspondingly designed steering system. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with such a steering system.

Eine übliche Ausgestaltung eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug beruht auf einer Zahnstange, welche über einen Verzahnungseingriff mit einem Lenkritzel gekoppelt ist. Auf diese Weise kann ein vom Fahrer über ein Lenkrad aufgebrachtes Handmoment in eine Lenkbewegung von Rädern des Kraftfahrzeugs umgesetzt werden, z.B. indem die Zahnstange auf mit den Rädern des Kraftfahrzeugs gekoppelte Spurstangen einwirkt.A typical embodiment of a steering system for a motor vehicle is based on a toothed rack, which is coupled to a steering pinion via a toothing engagement. In this way, a manual torque applied by the driver via a steering wheel can be converted into a steering movement of the wheels of the motor vehicle, e.g. by the rack acting on tie rods coupled to the wheels of the motor vehicle.

Bei derartigen Lenksystemen kommt häufig im Bereich des Verzahnungseingriffs zwischen Zahnstange und Lenkritzel ein Druckstück zum Einsatz, welches als Gleitlagerung für die Zahnstange dient und einen korrekten Verzahnungseingriff zwischen Zahnstange und Lenkritzel sicherstellen soll. Bei geeigneter Einstellung des Spiels zwischen dem Druckstück und der Zahnstange können beispielsweise störende Vibrationen oder Geräusche im Lenksystem vermieden werden. Weiterhin können Betriebscharakteristiken des Lenksystems, z.B. im Hinblick auf Reibung, eingestellt werden.In such steering systems, a pressure piece is often used in the area of the toothed engagement between the rack and steering pinion, which serves as a slide bearing for the toothed rack and is intended to ensure correct toothed engagement between the toothed rack and steering pinion. With a suitable setting of the play between the pressure piece and the rack, for example, disturbing vibrations or noises in the steering system can be avoided. Furthermore, operating characteristics of the steering system, for example with regard to friction, can be adjusted.

Bei einer ungeeigneten Einstellung des Druckstückspiels bzw. einem defekten Druckstück kann unter Umständen eine korrekte Führung der Zahnstange nicht mehr gewährleistet werden, und es kann zu störenden Vibrationen oder Geräuschen kommen. Weiterhin kann es sogar zu schwerwiegenderen Störungen des Lenksystems kommen, z.B. wenn ein Teil des defekten Druckstücks sich in dem Lenksystem verkeilt und es zu einer Blockierung der Lenkung kommt.In the event of an unsuitable setting of the pressure piece play or a defective pressure piece, it may no longer be possible to guarantee correct guidance of the rack and disturbing vibrations or noises may occur. Furthermore, even more serious faults in the steering system can occur, e.g. if a part of the defective pressure piece becomes wedged in the steering system and the steering locks up.

Insofern besteht allgemein ein Bedarf, eine fehlerhafte Einstellung des Druckstückspiels bzw. einen Defekt des Druckstücks frühzeitig und zuverlässig zu erkennen.In this respect, there is a general need to detect incorrect adjustment of the pressure piece play or a defect in the pressure piece early and reliably.

Die DE 10 2006 052 376 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Druckstückspiels in einer Zahnstangenlenkung, bei welchem auf die Zahnstange ein vorgegebenes Drehmoment um deren Längsachse aufgebracht wird und der hierdurch verursachte Verdrehwinkel der Zahnstange gemessen wird. Aus der Größe des Verdrehwinkels wird auf das Druckstückspiel geschlossen.The DE 10 2006 052 376 A1 describes a method for determining the pressure piece play in a rack and pinion steering system, in which a predetermined torque is applied to the rack about its longitudinal axis and the twisting angle of the rack caused thereby is measured. The pressure piece play is deduced from the size of the torsion angle.

Die DE 10 2008 042 134 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Andrücken einer Zahnstange an ein Ritzel, insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs. Bei dieser Vorrichtung ist ein Druckstück verschiebbar geführt. Über eine Nachstelleinrichtung wird ein in der Lenkung auftretendes Spiel des Druckstücks selbsttätig ausgeglichen. Die Nachstelleinrichtung ist mechanisch über zwei Scheiben und eine Drehfeder realisiert.The DE 10 2008 042 134 A1 describes a device for pressing a rack onto a pinion, in particular for a steering system of a motor vehicle. In this device, a pressure piece is slidably guided. Any play in the pressure piece that occurs in the steering is automatically compensated for by an adjustment device. The adjustment device is implemented mechanically using two washers and a torsion spring.

Die DE 10 2010 002 685 A1 beschreibt ein Nachstellelement für ein Druckstück in einem Zahnstangenlenkgetriebe, welches auf einer Keilwirkung in der Art eines Keilgetriebes basiert.The DE 10 2010 002 685 A1 describes an adjustment element for a pressure piece in a rack and pinion steering gear, which is based on a wedge effect in the manner of a wedge gear.

Die US 2009/0249902 A1 beschreibt ein Zahnstangenlenkgetriebe mit einer automatischen Druckstückeinstellung, welche mechanisch über ein Keilelement, eine Feder und eine Einstellschraube realisiert ist.The U.S. 2009/0249902 A1 describes a rack and pinion steering gear with an automatic pressure piece setting, which is implemented mechanically via a wedge element, a spring and an adjusting screw.

Die EP 1 832 496 A1 beschreibt eine Druckstückeinheit für ein Lenkgetriebe, welche mit einer hydraulischen Dämpfungseinheit versehen ist. Durch Nachregelung des Drucks in der hydraulischen Dämpfungseinheit kann die Andruckkraft des Druckstücks angepasst werden.The EP 1 832 496 A1 describes a pressure piece unit for a steering gear, which is provided with a hydraulic damping unit. By readjusting the pressure in the hydraulic damping unit, the contact pressure of the pressure piece can be adjusted.

Die DE 197 45 733 A1 beschreibt eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welcher eine Kompensationseinrichtung vorgesehen ist, die ein Kompensationsdrehmoment auf ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs überträgt. Die Kompensationseinrichtung kann abhängig von dem Drehmoment und Lenkwinkel am Lenkrad angesteuert werden. Weiterhin kann auch der Fahrzustand des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden, z.B. Fahrgeschwindigkeit oder Giergeschwindigkeit.The DE 197 45 733 A1 describes a steering device for a motor vehicle, in which a compensation device is provided which transmits a compensation torque to a steering wheel of the motor vehicle. The compensation device can be controlled depending on the torque and steering angle on the steering wheel. Furthermore, the driving condition of the motor vehicle can also be taken into account, eg driving speed or yaw rate.

Die DE 198 15 470 A1 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln des Zustands bzw. des Verschleißes einer Lenkanlage eines Kraftfahrzeugs.The DE 198 15 470 A1 discloses a method for determining the condition or the wear of a steering system of a motor vehicle.

Die DE 10 2006 017 775 A1 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Erkennen eines Mangels in einem Lenksystem.The DE 10 2006 017 775 A1 also discloses a method for detecting a defect in a steering system.

Die DE 10 2010 062 499 A1 zeigt ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Lenksystems in einem Fahrzeug.The DE 10 2010 062 499 A1 shows a method for monitoring the function of a steering system in a vehicle.

Die DE 10 2009 002 594 B3 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln einer erhöhten Innenreibung des Lenkmechanismus eines Fahrzeugs.The DE 10 2009 002 594 B3 shows a method for determining an increased internal friction of the steering mechanism of a vehicle.

Die DE 102 06 474 A1 offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Erfassung der Reibung in einer elektrischen oder mechanischen Lenkvorrichtung.The DE 102 06 474 A1 also discloses a method for detecting friction in an electric or mechanical steering device.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dem oben genannten Bedarf Rechnung zu tragen und Verfahren sowie Vorrichtungen bereitzustellen, durch welche eine effiziente Überwachung des Zustands eines Druckstücks einem Zahnstangenlenksystem ermöglicht wird.An object of the present invention is to address the above need and to provide methods and apparatus by which efficient monitoring Checking the condition of a pressure piece of a rack and pinion steering system is made possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch ein Lenksystem gemäß Anspruch 8 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.According to the invention, this object is achieved by a method according to claim 1, by a steering system according to claim 8 and by a motor vehicle according to claim 10. The dependent claims define preferred or advantageous embodiments of the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Überwachung eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug. Das Lenksystem umfasst eine Zahnstange, die im Verzahnungseingriff mit einem Lenkritzel steht, ein Druckstück zur Gleitlagerung der Zahnstange im Bereich des Lenkritzels, einen Lenkunterstützungsmotor sowie ein Steuergerät zur elektromechanischen Umsetzung eines vom Fahrer aufgebrachten Handmoments in eine Lenkunterstützung durch den Lenkunterstützungsmotor. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere während der Fahrt, wenigstens eine in dem Steuergerät verfügbare Betriebsgröße des Lenksystems erfasst. Anhand der wenigstens einen Betriebsgröße, wird ein Zustand des Druckstücks ermittelt. Dies kann zum einen ein Erkennen eines Defekts des Druckstücks umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann dies auch ein Bestimmen eines Spiels zwischen dem Drucksstück und der Zahnstange umfassen. Dieses ermittelte Druckstückspiel kann auch zur Ansteuerung eines Stellelements zur Anpassung des Druckstückspiels verwendet werden. Weiterhin kann abhängig von dem ermittelten Zustand des Druckstücks eine Warnmeldung ausgegeben werden. Auch können der ermittelte Zustand des Druckstücks oder daraus abgeleitete Daten zur späteren Verwendung protokolliert werden.The method according to the invention serves to monitor a steering system for a motor vehicle. The steering system comprises a toothed rack, which meshes with a steering pinion, a thrust piece for the sliding bearing of the toothed rack in the area of the steering pinion, a power steering motor and a control unit for electromechanically converting a manual torque applied by the driver into power steering by the power steering motor. In the method according to the invention, at least one operating variable of the steering system that is available in the control unit is detected during normal operation of the motor vehicle, in particular while driving. A state of the pressure piece is determined on the basis of the at least one operating variable. On the one hand, this can include detecting a defect in the pressure piece. Alternatively or additionally, this can also include determining a play between the pressure piece and the toothed rack. This determined pressure piece play can also be used to control an actuating element for adjusting the pressure piece play. Furthermore, depending on the determined condition of the pressure piece, a warning message can be issued. The determined condition of the pressure piece or data derived from it can also be logged for later use.

Durch Ermittlung des Zustands des Druckstücks über die Betriebsgrößen, welche im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs in dem Steuergerät des Lenksystems verfügbar sind, kann ein Defekt des Druckstücks oder ein zu großes oder zu kleines Spiel des Druckstücks bereits unmittelbar nach Auftreten eines solchen Zustands erkannt werden, ohne dass beispielsweise eine spezielle Diagnose im Rahmen einer Wartung erforderlich wäre. Weiterhin kann eine dem Steuergerät des Lenksystems zur Verfügung stehende Sensorik auf effiziente Weise mitgenutzt werden.By determining the state of the pressure piece using the operating variables that are available in the control unit of the steering system during normal operation of the motor vehicle, a defect in the pressure piece or too much or too little play in the pressure piece can be detected immediately after such a state occurs, without For example, a special diagnosis would be required as part of maintenance. Furthermore, a sensor system available to the control unit of the steering system can also be used in an efficient manner.

Die wenigstens eine Betriebsgröße kann das Handmoment, eine Stellung des Lenkunterstützungsmotors, eine Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors, einen Antriebsstrom des Lenkunterstützungsmotors und/oder ein von dem Lenkunterstützungsmotor aufgebrachtes Drehmoment umfassen. Diese Betriebsgrößen eignen sich insbesondere dazu, eine auf die Zahnstange aufgebracht Kraft abzuschätzen. Aus dieser lassen sich wiederum Rückschlüsse auf den Zustand des Druckstücks ziehen. Beispielsweise kann eine Variationsstärke der auf die Zahnstange aufgebrachten Kraft bestimmt werden und der Zustands des Druckstücks anhand dieser Variationsstärke ermittelt werden. Ein fehlerhafter Zustand des Druckstücks, z.B. ein zu großes Spiel oder ein Defekt des Druckstücks, kann dann z.B. durch Vergleich der Variationsstärke mit einem Schwellenwert bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können die genannten Betriebsgrößen auch verwendet werden, um eine zwischen dem Druckstück und der Zahnstange auftretende Reibungskraft abzuschätzen.The at least one operating variable can include the manual torque, a position of the power steering motor, a speed of the power steering motor, a drive current of the power steering motor and/or a torque applied by the power steering motor. These operating variables are particularly suitable for estimating a force applied to the rack. From this, in turn, conclusions can be drawn about the condition of the pressure piece. For example, a degree of variation of the force applied to the toothed rack can be determined and the state of the pressure piece can be determined on the basis of this degree of variation. A defective condition of the pressure piece, e.g. excessive play or a defect in the pressure piece, can then be determined, for example, by comparing the degree of variation with a threshold value. Alternatively or additionally, the operating variables mentioned can also be used in order to estimate a frictional force occurring between the pressure piece and the toothed rack.

Das erfindungsgemäße Lenksystem umfasst ein Lenkritzel, eine Zahnstange, die im Verzahnungseingriff mit dem Lenkritzel steht, ein Druckstück zur Gleitlagerung der Zahnstange im Bereich des Lenkritzels, einen Lenkunterstützungsmotor zur Bereitstellung einer Lenkunterstützung, und ein Steuergerät zur elektromechanischen Umsetzung eines vom Fahrer aufgebrachten Handmoments in eine Lenkunterstützung durch den Lenkunterstützungsmotor. Weiterhin umfasst das Lenksystem eine Überwachungseinrichtung, welche beispielsweise in dem Steuergerät oder über einen Bordcomputer des Kraftfahrzeugs implementiert sein kann. Die Überwachungseinrichtung ist dazu ausgestaltet, im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs wenigstens eine in dem Steuergerät verfügbare Betriebsgröße des Lenksystems zu erfassen und anhand der wenigstens einen Betriebsgröße einen Zustand des Druckstücks zu ermitteln. Das Lenksystem kann insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet sein.The steering system according to the invention comprises a steering pinion, a toothed rack which meshes with the steering pinion, a pressure piece for the sliding bearing of the toothed rack in the area of the steering pinion, a steering-assist motor for providing steering assistance, and a control unit for electromechanically converting a manual torque applied by the driver into steering assistance by the power steering motor. Furthermore, the steering system includes a monitoring device, which can be implemented, for example, in the control unit or via an on-board computer of the motor vehicle. The monitoring device is designed to detect at least one operating variable of the steering system that is available in the control unit during normal operation of the motor vehicle and to determine a state of the pressure piece based on the at least one operating variable. The steering system can be designed in particular to carry out the method according to the invention described above.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Lenksystem bereitgestellt.According to the invention, a motor vehicle is also provided with the steering system according to the invention described above.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

  • 1 veranschaulicht schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 zeigt schematisch den Aufbau des Lenksystems.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung von Funktionen einer Druckstücküberwachung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung von Funktionen einer Druckstücküberwachung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 5 zeigt ein Flussdiagram zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Druckstücküberwachung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 6 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung von Funktionen einer Druckstücküberwachung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 7 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung von Funktionen einer Druckstücküberwachung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
  • 1 FIG. 1 schematically illustrates a motor vehicle with a steering system according to an embodiment of the invention.
  • 2 shows the structure of the steering system.
  • 3 shows a block diagram to illustrate functions of a pressure piece monitoring according to an embodiment of the invention.
  • 4 shows a block diagram to illustrate functions of a pressure piece monitoring according to a further embodiment of the invention.
  • 5 shows a flow chart to illustrate a method for pressure piece monitoring according to an embodiment of the invention.
  • 6 shows a block diagram to illustrate functions of a pressure piece monitoring according to a further embodiment of the invention.
  • 7 shows a block diagram to illustrate functions of a pressure piece monitoring according to a further embodiment of the invention.

Die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung bezieht sich auf ein beispielhaftes elektromechanisches Lenksystem in einem Kraftfahrzeug. Bei diesen Ausführungsbeispielen werden im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere während der Fahrt, eine oder mehrere Betriebsgrößen des Lenksystems erfasst, um daraus auf den Zustand eines Druckstücks des Lenksystems zurückzuschließen.The following description of exemplary embodiments of the invention relates to an exemplary electromechanical steering system in a motor vehicle. In these exemplary embodiments, one or more operating variables of the steering system are detected during normal operation of the motor vehicle, in particular while driving, in order to draw conclusions about the state of a pressure piece of the steering system.

1 veranschaulicht schematisch ein Kraftfahrzeug 100, welches mit einem Lenksystem 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist. Das Lenksystem 200 ist als elektromechanisches Lenksystem ausgestaltet, bei welchem ein vom Fahrer des Kraftfahrzeugs über ein Lenkrad 210 aufgebrachtes Handmoment durch einen Lenkunterstützungsmotor unterstützt wird. Die von dem Lenkunterstützungsmotor bereitgestellte Lenkunterstützung wird über ein Steuergerät 300 gesteuert. Dies erfolgt insbesondere auf dynamische Weise, indem das Handmoment erfasst und die Lenkunterstützung in Abhängigkeit des Handmoments bereitgestellt wird. Das Lenksystem ist hierfür auf bekannte Weise mit Sensoren zur Erfassung des Handmoments versehen. Weiterhin kann das Lenksystem auch eine Stellung des Lenkunterstützungsmotors, z.B. eine Winkelposition, ein von dem Lenkunterstützungsmotor aufgebrachtes Drehmoment, einen Antriebsstrom des Lenkunterstützungsmotors, eine Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors oder dergleichen erfassen. Darüber hinaus können dem Steuergerät 300 weitere im Fahrzeug verfügbare Messgrößen zugeführt sein, z.B. Fahrgeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Gierrate, Kurvenradius oder dergleichen. Zu diesem Zweck kann das Steuergerät wie dargestellt mit einem Bordcomputer 150 des Kraftfahrzeugs 100 gekoppelt sein. 1 FIG. 1 schematically illustrates a motor vehicle 100 equipped with a steering system 200 according to an exemplary embodiment of the invention. The steering system 200 is designed as an electromechanical steering system, in which a manual torque applied by the driver of the motor vehicle via a steering wheel 210 is supported by a steering-assist motor. The steering assistance provided by the steering assistance motor is controlled via a control unit 300 . This takes place in a dynamic manner in that the manual torque is detected and the steering assistance is provided as a function of the manual torque. For this purpose, the steering system is provided in a known manner with sensors for detecting the manual torque. Furthermore, the steering system can also detect a position of the power steering motor, eg an angular position, a torque applied by the power steering motor, a drive current of the power steering motor, a speed of the power steering motor or the like. In addition, control unit 300 can be supplied with other measured variables that are available in the vehicle, for example driving speed, lateral acceleration, yaw rate, curve radius or the like. For this purpose, the control unit can be coupled to an on-board computer 150 of motor vehicle 100, as shown.

Der Aufbau des Lenksystems 200 ist in 2 schematisch dargestellt. Wie dargestellt, umfasst das Lenksystem 200 das Lenkrad 210, über welches der Fahrer manuell das Handmoment erzeugt, eine Lenksäule 220, ein Lenkritzel 230, welches über die Lenksäule 220 mit dem Lenkrad gekoppelt ist, eine Zahnstange 240, welche mit dem Lenkritzel 230 im Verzahnungseingriff steht, und ein Druckstück 250 zur Gleitlagerung der Zahnstange im Bereich des Lenkritzels 230. Zu diesem Zweck ist das Lenkritzel 230 typischerweise auf einer Seite der Zahnstange 240 angeordnet, während das Druckstück 250 auf der entgegengesetzten Seite der Zahnstange 240 angeordnet ist und die Zahnstange 240 in Richtung des Lenkritzels 230 drückt.The structure of the steering system 200 is in 2 shown schematically. As shown, the steering system 200 includes the steering wheel 210, via which the driver manually generates the manual torque, a steering column 220, a steering pinion 230, which is coupled to the steering wheel via the steering column 220, a rack 240, which meshes with the steering pinion 230 and a pressure piece 250 for the sliding bearing of the rack in the area of the steering pinion 230. For this purpose, the steering pinion 230 is typically arranged on one side of the rack 240, while the pressure piece 250 is arranged on the opposite side of the rack 240 and the rack 240 in Direction of the steering pinion 230 presses.

Weiterhin umfasst das Lenksystem 200 den Lenkunterstützungsmotor 260 und das Steuergerät 300 zur Steuerung der von dem Lenkunterstützungsmotor 260 bereitgestellten Lenkunterstützung. Der Lenkunterstützungsmotor 260 kann auf an sich bekannte Weise über einen Elektromotor realisiert sein. Zur Steuerung der Lenkunterstützung liefert das Steuergerät 300 Steuersignale an den Lenkunterstützungsmotor 260, z.B. zur Anpassung des Antriebsstroms. Weiterhin kann der Lenkunterstützungsmotor 260 Messgrößen an das Steuergerät liefern, z.B. eine momentane Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors 260, die momentane Stellung des Lenkunterstützungsmotors 260, das momentane von dem Lenkunterstützungsmotor 260 aufgebrachte Drehmoment oder dergleichen. Bei dem dargestellten Beispiel wirkt der Lenkunterstützungsmotor 260 auf die Zahnstange 240 ein, z.B. über einen Kugelgewindetrieb.Furthermore, the steering system 200 includes the steering assistance motor 260 and the control unit 300 for controlling the steering assistance provided by the steering assistance motor 260 . The steering assistance motor 260 can be implemented in a manner known per se via an electric motor. To control the power steering, the controller 300 provides control signals to the power steering motor 260, e.g., to adjust the drive current. Furthermore, the steering assistance motor 260 can supply measured variables to the control device, e.g. In the illustrated example, the power steering motor 260 acts on the rack 240, such as through a ball screw.

Weiterhin kann das Lenksystem 200 auch ein Stellelement 270 umfassen, über welches die Positionierung des Druckstücks 250 einstellbar ist. Insbesondere kann über das Stellelement 270 die Position des Druckstücks 250 relativ zu der Zahnstange 240 eingestellt werden, so dass das Spiel bzw. die Reibung zischen dem Druckstück 250 und der Zahnstange 240 angepasst werden kann. Das Stellelement 270 kann über einen geeigneten elektromechanischen Stellmechanismus, z.B. basierend auf einem Schrittmotor, realisiert sein. Furthermore, the steering system 200 can also include an actuating element 270, via which the positioning of the pressure piece 250 can be adjusted. In particular, the position of the pressure piece 250 relative to the toothed rack 240 can be adjusted via the actuating element 270, so that the play or the friction between the pressure piece 250 and the toothed rack 240 can be adjusted. The actuating element 270 can be implemented using a suitable electromechanical actuating mechanism, e.g. based on a stepper motor.

Bei dem Lenksystem 200 werden in dem Steuergerät verfügbare Betriebsgrößen herangezogen, um den Zustand des Druckstücks zu ermitteln, z.B. um ein zu großes Spiel zwischen dem Druckstück 250 und der Zahnstange zu erkennen oder um einen Defekt an dem Druckstück 250 zu erkennen. Zu diesem Zweck können verschiedene Überwachungsfunktionen realisiert sein.In steering system 200, operating variables available in the control unit are used to determine the state of the pressure piece, e.g. to detect excessive play between pressure piece 250 and the rack or to detect a defect in pressure piece 250. Various monitoring functions can be implemented for this purpose.

Ein Ansatz basiert darauf, aus den Betriebsgrößen eine auf die Zahnstange 240 wirkende Gesamtkraft, im Folgenden auch bezeichnet als Zahnstangenkraft, bzw. eine zwischen dem Druckstück 250 und der Zahnstange 240 auftretende Reibungskraft abzuschätzen. Entsprechende Funktionen sind in dem Blockdiagramm von 3 veranschaulicht.One approach is based on estimating a total force acting on rack 240, also referred to below as rack force, or a frictional force occurring between pressure piece 250 and rack 240 from the operating variables. Corresponding functions are shown in the block diagram of FIG 3 illustrated.

Bei der Implementierung von 3 werden einem Beobachteralgorithmus 310 mehrere Betriebsgrößen des Lenksystems 200 zugeführt. Der Beobachteralgorithmus 310 ist dazu ausgestaltet, ein Systemmodell abhängig von den dem Beobachteralgorithmus 310 zugeführten Betriebsgrößen derart anzupassen, dass eine Näherung für eine nicht direkt beobachtbare Größe, in diesem Fall die Zahnstangenkraft FZ und/oder die Reibungskraft FR, geliefert wird. Hierzu können in der Regelungstechnik bekannte Verfahren zum Einsatz kommen. Bei dem dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass die dem Beobachteralgorithmus 310 zugeführten Betriebsgrößen das Handmoment, bezeichnet als HM, die Stellung des Lenkunterstützungsmotors 260, bezeichnet als MS, und die Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors 260, bezeichnet als DZ, beinhalten. Alternativ oder zusätzlich könnten auch der Antriebsstrom des Lenkunterstützungsmotors 260 und/oder das von dem Lenkunterstützungsmotor 260 aufgebrachte Drehmoment verwendet werden.When implementing 3 several operating variables of the steering system 200 are fed to an observer algorithm 310 . The observer algorithm 310 is designed to adapt a system model depending on the operating variables supplied to the observer algorithm 310 in such a way that an approximation for a variable that cannot be observed directly, in this case the rack force FZ and/or the frictional force FR, is supplied. Methods known in control engineering can be used for this purpose. In the example shown, it is assumed that the operating variables supplied to the observer algorithm 310 include the manual torque, referred to as HM, the position of the power steering motor 260, referred to as MS, and the speed of the power steering motor 260, referred to as DZ. Alternatively or additionally, the drive current of the steering assistance motor 260 and/or the torque applied by the steering assistance motor 260 could also be used.

Die Ausgangsgröße des Beobachteralgorithmus 310, d.h. die Zahnstangenkraft FZ bzw. die Reibungskraft FR wird dann einem Filter 320 zugeführt, um deren Variationsstärke zu bestimmen. Die Variationsstärke quantifiziert das Ausmaß von kurzeitigen Abweichungen der Ausgangsgröße FZ bzw. FR von einem nur langsam, z.B. über Zeiträume von mehreren Sekunden variierenden Mittelwert. In der Ausgangsgröße FZ bzw. FR äußern sich solche Abweichungen typischerweise als „Welligkeit“. Die Variationsstärke der Kraft FZ ist in 3 als V(FZ) bezeichnet. Die Variationsstärke der Reibungskraft FR ist in 3 als V(FR) bezeichnet.The output variable of the observer algorithm 310, ie the rack force FZ or the frictional force FR, is then supplied to a filter 320 in order to determine the extent of its variation. The degree of variation quantifies the extent of short-term deviations of the output variable FZ or FR from a mean value that varies only slowly, for example over periods of several seconds. In the output variable FZ or FR, such deviations typically manifest themselves as “ripples”. The variation strength of the force FZ is in 3 denoted as V(FZ). The variation strength of the frictional force FR is in 3 denoted as V(FR).

Ein weiterer Ansatz zur Druckstücküberwachung basiert darauf, aus den Betriebsgrößen zunächst eine durch den Lenkunterstützungsmotor 260 auf die Zahnstange 240 aufgebrachte Kraft FU, im Folgenden auch als Lenkunterstützungskraft bezeichnet, abzuschätzen und die Zahnstangenkraft FZ über ein Kräftegleichgewicht an der Zahnstange 240 zu berücksichtigen. Entsprechende Funktionen sind in dem Blockdiagramm von 4 veranschaulicht.Another approach to pressure piece monitoring is based on first estimating a force FU applied by the power steering motor 260 to the rack 240 from the operating variables, also referred to below as the power steering, and considering the rack force FZ via a force balance on the rack 240. Corresponding functions are shown in the block diagram of FIG 4 illustrated.

Bei der Implementierung von 4 werden einem Beobachteralgorithmus 330 mehrere Betriebsgrößen des Lenkunterstützungsmotors 260 zugeführt. Der Beobachteralgorithmus 330 ist dazu ausgestaltet, ein Systemmodell abhängig von den dem Beobachteralgorithmus 330 zugeführten Betriebsgrößen derart anzupassen, dass eine Näherung für eine nicht direkt beobachtbare Größe, in diesem Fall die Unterstützungskraft FU, geliefert wird. Bei dem dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass die dem Beobachteralgorithmus 330 zugeführten Betriebsgrößen die Stellung des Lenkunterstützungsmotors 260, bezeichnet als MS, und die Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors 260, bezeichnet als DZ, beinhalten. Alternativ oder zusätzlich könnten auch der Antriebsstrom des Lenkunterstützungsmotors 260 und/oder das von dem Lenkunterstützungsmotor 260 aufgebrachte Drehmoment verwendet werden.When implementing 4 several operating variables of the steering assistance motor 260 are fed to an observer algorithm 330 . Observer algorithm 330 is designed to adapt a system model as a function of the operating variables supplied to observer algorithm 330 in such a way that an approximation for a variable that cannot be observed directly, in this case support force FU, is supplied. In the example shown, it is assumed that the operating variables supplied to the observer algorithm 330 include the position of the power steering motor 260, denoted as MS, and the speed of the power steering motor 260, denoted as DZ. Alternatively or additionally, the drive current of the steering assistance motor 260 and/or the torque applied by the steering assistance motor 260 could also be used.

Das an Kräftegleichgewicht an der Zahnstange 240 kann verwendet werden, um in einem Verarbeitungsblock 340 die Zahnstangenkraft gemäß FZ = FU + FH + FR + FD

Figure DE102012022801B4_0001
zu berechnen, wobei FH die aus dem Handmoment resultierende manuell aufgebrachte Kraft, FR die zwischen dem Druckstück 250 und der Zahnstange wirkende Reibungskraft und FD eine durch die Massenträgheit der Zahnstange 240 verursachte dynamische Kraft darstellt.The balance of forces on the rack 240 can be used to calculate the rack force according to processing block 340 car = FU + FH + FR + FD
Figure DE102012022801B4_0001
to be calculated, where FH represents the manually applied force resulting from the manual torque, FR represents the frictional force acting between the pressure piece 250 and the rack and FD represents a dynamic force caused by the mass inertia of the rack 240.

FH kann aus dem Handmoment HM und der Übersetzung des Lenkritzels 630 IR berechnet werden über: FH = HM × IR .

Figure DE102012022801B4_0002
FH can be calculated from the manual torque HM and the gear ratio of the steering pinion 630 IR using: FH = HM × IR .
Figure DE102012022801B4_0002

Die dynamische Kraft FD kann aus der Masse mZ der Zahnstange 240 und der auf die Zahnstange einwirkenden Beschleunigung a berechnet werden über: FD = mZ × a .

Figure DE102012022801B4_0003
The dynamic force FD can be calculated from the mass mZ of the rack 240 and the acceleration a acting on the rack via: FD = mZ × a .
Figure DE102012022801B4_0003

Für die Reibungskraft können verschiedene geeignete Reibungsmodelle verwendet werden, einschließlich einfacher Modelle, welche beispielsweise lediglich einen betragsmäßig festen Wert von FR vorsehen, dessen Vorzeichen abhängig von der Bewegungsrichtung der Zahnstange variiert. Komplexere Modelle, welche z.B. die momentane Bewegungsgeschwindigkeit der Zahnstange 240 und/oder die Temperatur berücksichtigen, können ebenfalls verwendet werden und eine genauere Überwachung gewährleisten.Various suitable friction models can be used for the frictional force, including simple models which, for example, only provide a fixed absolute value of FR, the sign of which varies depending on the direction of movement of the rack. More complex models, taking into account, for example, the instantaneous speed of movement of the rack 240 and/or temperature, can also be used and provide more accurate monitoring.

Die gemäß 3 oder 4 bestimmte Variationsstärke kann über einen Vergleich mit einem Schwellenwert zur Erkennung eines fehlerhaften Zustands des Druckstücks 250 verwendet werden. 5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines entsprechenden Verfahrens.The according 3 or 4 A certain degree of variation can be used to detect a faulty state of the pressure piece 250 via a comparison with a threshold value. 5 shows a flowchart to illustrate a corresponding method.

Bei Schritt 510 werden die zur Bestimmung der Zahnstangenkraft FR und/oder der Reibungskraft FR benötigten Betriebsgrößen erfasst. Wie oben erläutert, kann hierzu eine geeignete Sensorik des Lenksystems zum Einsatz kommen, z.B. ein Sensor zur Erfassung des Handmoments, sowie eine interne Sensorik des Lenkunterstützungsmotors 260 zur Erfassung der Stellung MS und Drehzahl DZ.In step 510, the operating variables required to determine the rack force FR and/or the frictional force FR are recorded. As explained above, a suitable sensor system of the steering system can be used for this purpose, for example a sensor for detecting the manual torque, as well as an internal sensor system of the power steering motor 260 for detecting the position MS and speed DZ.

Bei Schritt 520 wird aus den erfassten Betriebsgrößen die Zahnstangenkraft FZ und/oder die Reibungskraft FR abgeschätzt, z.B. unter Verwendung eines Beobachteralgorithmus wie im Zusammenhang mit 3 oder 4 erläutert.In step 520, the rack force FZ and/or the frictional force FR is estimated from the detected operating variables, for example using an observer algorithm as in connection with FIG 3 or 4 explained.

Die Schritte 510 und 520 können im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs 100 kontinuierlich wiederholt werden, um die Zahnstangenkraft FZ bzw. die Reibungskraft in Echtzeit zu erfassen.Steps 510 and 520 can be repeated continuously while motor vehicle 100 is in operation in order to detect rack force FZ or the frictional force in real time.

Bei Schritt 530 wird die Variationsstärke V(FZ) bzw. V(FR) bestimmt, z.B. über ein geeignetes Filter wie im Zusammenhang mit 3 erläutert.In step 530, the degree of variation V(FZ) or V(FR) is determined, for example using a suitable filter as in connection with FIG 3 explained.

Bei Schritt 540 erfolgt ein Vergleich der bei Schritt 530 bestimmten Variationsstärke V mit einem Schwellenwert SW. Übersteigt die Variationsstärke V den Schwellenwert SW, wird bei Schritt 550 ein fehlerhafter Druckstückzustand erkannt, z.B. ein zu großes Druckstückspiel oder ein Defekt an dem Druckstück 250. Wenn die Zahnstangenkraft FZ gemäß 4 bestimmt wird, kann es vorteilhaft sein den Schwellenwert SW entsprechend höher zu wählen, um etwaige Störeinflüsse auszublenden. Weiterhin können Störeinflüsse vermieden werden, indem die Auswertung auf bestimmte vorgegebene Fahrsituationen eingeschränkt wird, z.B. Fahrten in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsfenster und mit nicht zu hoher Gierrate oder Querbeschleunigung. Bei Schritt 560 kann dann eine geeignete Schutzmaßnahme eingeleitet werden, z.B. einer Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 ausgegeben werden oder das Spiel des Druckstücks 250 über das Stellelement 270 angepasst werden. Darüber hinaus können auch erkannte fehlerhafte Zustände des Druckstücks 250 protokolliert werden, z.B. um als Hilfestellung bei einer späteren Einstellung des Druckstücks 250 im Rahmen einer Wartung verwendet zu werden.In step 540, the degree of variation V determined in step 530 is compared with a threshold value SW. If the degree of variation V exceeds the threshold value SW, a faulty pressure piece state is detected in step 550, for example too large a pressure piece game or a defect in the pressure piece 250. If the rack force FZ according to 4 is determined, it can be advantageous to select the threshold value SW to be correspondingly higher in order to hide any interference. Furthermore, disruptive influences can be avoided by restricting the evaluation to certain predefined driving situations, eg driving within a predefined speed window and with a yaw rate or lateral acceleration that is not too high. A suitable protective measure can then be initiated in step 560 , for example a warning can be issued to the driver of motor vehicle 100 or the play of pressure piece 250 can be adjusted via actuating element 270 . In addition, detected defective states of the pressure piece 250 can also be logged, for example to be used as an aid when adjusting the pressure piece 250 later as part of maintenance.

Wenn bei Schritt 540 die Variationsstärke V den Schwellenwert nicht übersteigt, wird bei Schritt 570 ein nicht fehlerhafter Druckstückzustand erkannt.If, at step 540, the amount of variation V does not exceed the threshold, then at step 570 a non-faulty saddle condition is identified.

Nach Schritt 560 bzw. 570 kann das Verfahren beginnend mit Schritt 510 wiederholt werden.After step 560 or 570, the method can be repeated beginning with step 510.

Eine weitere Möglichkeit zur Auswertung der gemäß 3 abgeschätzten Reibungskraft FR besteht darin, diese mit einem Sollwert für die Reibungskraft zu vergleichen. Entsprechende Funktionen sind in dem Blockdiagramm von 6 veranschaulicht.Another way to evaluate the 3 estimated friction force FR is to compare it with a target value for the friction force. Corresponding functions are shown in the block diagram of FIG 6 illustrated.

Bei 6 wird wie im Zusammenhang mit 3 erläutert der Beobachteralgorithmus 310 verwendet, um die Reibungskraft FR abzuschätzen. Die abgeschätzte Reibungskraft FR wird dann einem Verarbeitungsblock 350 zugeführt, welcher die abgeschätzte Reibungskraft FR mit einem Sollwert für die Reibungskraft, bezeichnet als S(FR), zu vergleichen. Wird hierbei eine zu starke Abweichung von dem Sollwert S(FR) festgestellt, z.B. durch einen Schwellenwertvergleich, kann hieraus auf einen fehlerhaften Zustand des Druckstücks 250, z.B. ein zu großes Spiel oder einen Defekt des Druckstücks 250, geschlossen werden. In 6 ist der ermittelte Zustand des Druckstücks 250 durch ein Ausgangssignal STAT veranschaulicht. Der hierbei verwendete Sollwert S(FR) kann beispielsweise vorab in Versuchen bestimmt werden. Weiterhin kann der Sollwert S(FR) auch über ein komplexeres Reibungsmodell bestimmt werden, welches beispielsweise auch die Bewegungsgeschwindigkeit der Zahnstange 240 und/oder die Temperatur berücksichtigt.At 6 will like related to 3 explains the observer algorithm 310 used to estimate the frictional force FR. The estimated frictional force FR is then fed to a processing block 350 which compares the estimated frictional force FR to a desired value for the frictional force, denoted S(FR). If an excessive deviation from the desired value S(FR) is determined, for example by a threshold value comparison, a faulty state of the pressure piece 250, for example excessive play or a defect in the pressure piece 250, can be inferred. In 6 the determined state of the pressure piece 250 is illustrated by an output signal STAT. The setpoint value S(FR) used here can be determined in advance in tests, for example. Furthermore, the setpoint S(FR) can also be determined using a more complex friction model, which also takes into account, for example, the speed of movement of the toothed rack 240 and/or the temperature.

Um die Zuverlässigkeit der bei 6 verwendeten Auswertung zu erhöhen, kann in dem Verarbeitungsblock 350 darüber hinaus die momentane Fahrsituation des Kraftfahrzeugs 100 berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck können dem Verarbeitungsblock 350 entsprechende Messgrößen zur Charakterisierung der Fahrsituation zugeführt sein, in 6 veranschaulicht durch die Eingangsgröße SIT. Hierbei können beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit, Querbeschleunigung oder Gierrate berücksichtigt werden. Hierdurch kann die Auswertung auf bestimmte vorgegebene Fahrsituationen eingeschränkt werden, z.B. Fahrten in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsfenster und mit nicht zu hoher Gierrate oder Querbeschleunigung.To the reliability of the case 6 To increase the evaluation used, the current driving situation of motor vehicle 100 can also be taken into account in processing block 350 . For this purpose, the processing block 350 can be supplied with corresponding measured variables for characterizing the driving situation 6 illustrated by the input variable SIT. Here, for example, the driving speed, lateral acceleration or yaw rate can be taken into account. In this way, the evaluation can be limited to certain specified driving situations, for example driving within a specified speed window and with a yaw rate or lateral acceleration that is not too high.

Noch eine weitere Möglichkeit besteht darin, die über den Beobachteralgorithmus 310 von 3 abgeschätzte Zahnstangenkraft in Kombination mit der über den Beobachteralgorithmus 330 von 4 abgeschätzten Zahnstangenkraft auszuwerten. Entsprechende Funktionen sind in dem Blockdiagramm von 7 veranschaulicht. In 7 ist die über den Beobachteralgorithmus 310 von 3 abgeschätzte Zahnstangenkraft mit FZ1 bezeichnet, und die über den Beobachteralgorithmus 330 von 4 abgeschätzte Zahnstangenkraft ist mit FZ2 bezeichnet.Yet another possibility is to use the observer algorithm 310 of 3 estimated rack force in combination with the over the observer algorithm 330 of 4 evaluate the estimated rack force. Corresponding functions are shown in the block diagram of FIG 7 illustrated. In 7 is the one about the observer algorithm 310 of 3 estimated rack force denoted by FZ1, and via the observer algorithm 330 of 4 estimated rack force is denoted by FZ2.

Die auf verschiedenen Wegen abgeschätzten Zahnstangenkräfte FZ1, FZ2 werden einem weiteren Verarbeitungsblock 370 zugeführt, welcher aus einer kombinierten Auswertung Rückschlüsse auf den Zustand des Druckstücks 250 zieht. In 7 ist der ermittelte Zustand des Druckstücks 250 wiederum durch ein Ausgangssignal STAT veranschaulicht. Beispielsweise kann der Verarbeitungsblock 370 zur Ermittlung des Zustands des Druckstücks 250 eine Differenz ΔFZ der abgeschätzten Zahnstangenkräfte FZ1, FZ2 bestimmen. Wenn diese Differenz einen Schwellenwert übersteigt, kann auf einen fehlerhaften Zustand des Druckstücks 250 geschlossen werden. Alternativ kann aus der Differenz ΔFZ auch ein Korrekturwert für die in dem Verarbeitungsblock 340 als Eingangsgröße verwendete Reibungskraft FR bestimmt werden. Falls durch diesen Korrekturwert die Zahnstangenkräfte FZ1 und FZ2 in Einklang gebracht werden können, z.B. die erneut bestimmte Differenz ΔFZ nun unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann auf eine veränderte Reibcharakteristik zwischen dem Druckstück 250 und Zahnstange 240 und somit einen fehlerhaften Zustand des Druckstücks 250 geschlossen werden. Andernfalls kann auf ein Auswertungsartefakt geschlossen werden, und eine Warnung oder andere Schutzmaßnahmen können unterbleiben.The rack forces FZ1, FZ2 estimated in different ways are supplied to a further processing block 370, which draws conclusions about the state of the pressure piece 250 from a combined evaluation. In 7 the determined state of the pressure piece 250 is again illustrated by an output signal STAT. For example, the processing block 370 for determining the state of the pressure piece 250 can use a difference ΔFZ of the estimated toothed rack determine genetic forces FZ1, FZ2. If this difference exceeds a threshold value, it can be concluded that pressure piece 250 is in a faulty state. Alternatively, a correction value for the frictional force FR used as an input variable in processing block 340 can also be determined from the difference ΔFZ. If the rack forces FZ1 and FZ2 can be reconciled using this correction value, e.g. the newly determined difference ΔFZ is now below the threshold value, a changed friction characteristic between pressure piece 250 and rack 240 and thus a faulty state of pressure piece 250 can be inferred. Otherwise, an evaluation artifact can be concluded, and a warning or other protective measures can be omitted.

Die oben beschriebenen Auswertungen der Betriebsgrößen können jedoch nicht nur zur Erkennung fehlerhafter Zustände des Druckstücks 250 eingesetzt werden, sondern auch zur Bestimmung des Druckstückspiels. Das auf diese Weise bestimmte Druckstückspiel kann verwendet werden, um das im Zusammenhang mit 2 erläuterte Stellelement 270 anzusteuern, so dass das Druckstückspiel im laufenden Betrieb auf einen geeigneten Wert angepasst wird. Auf diese Weise kann beispielsweise unabhängig vom Verschleißzustand des Lenksystems 200 eine konstante Reibung im Bereich der Verzahnung zwischen dem Lenkritzel 230 und der Zahnstange 240 erreicht werden. Weiterhin könnte die Reibung abhängig von der Fahrsituation, der Lenkeingabe des Fahrers und/oder anderweitigen Einstellungen des Fahrers präzise angepasst werden. So kann das Lenkgefühl oder die Lenkakustik bedarfsgerecht angepasst werden, z.B. indem das Druckstückspiel bei schlechter Wegstrecke verringert wird, so dass Vibrationen oder Klappern vermieden werden, oder indem bei stehendem Kraftfahrzeug 100 oder langsamer Fahrt des Kraftfahrzeugs 100 das Druckstückspiel erhöht wird, so dass die zur Verfügung stehende Leistung des Lenkunterstützungsmotors 260 besser ausgenutzt werden kann. Das Druckstückspiel oder der ermittelte fehlerhafte Zustand des Druckstücks 250 können auch herangezogen werden, um Daten zu bestimmen, welche ein Maß und/oder eine Richtung anzeigen, in welche das Druckstückspiel bei einem Wartungseingriff zu erhöhen oder verringern ist. Solche Daten können beispielsweise protokolliert und über eine geeignete Schnittstelle verfügbar gemacht werden, so dass sie von Werkstattpersonal abgerufen und analysiert werden können.However, the evaluations of the operating variables described above can not only be used to identify faulty states of the pressure piece 250, but also to determine the play of the pressure piece. The pressure piece play determined in this way can be used in connection with 2 explained actuating element 270 to drive, so that the pressure piece game is adjusted to a suitable value during operation. In this way, a constant friction in the area of the teeth between the steering pinion 230 and the rack 240 can be achieved, for example, independently of the state of wear of the steering system 200 . Furthermore, the friction could be precisely adjusted depending on the driving situation, the driver's steering input, and/or other driver settings. In this way, the steering feel or the steering acoustics can be adjusted as required, e.g. by reducing the pressure piece play on poor roads, so that vibrations or rattling are avoided, or by increasing the pressure piece play when motor vehicle 100 is stationary or motor vehicle 100 is driving slowly, so that the Available power of the power steering motor 260 can be better utilized. The yoke clearance or sensed condition of the yoke 250 may also be used to determine data indicative of an amount and/or direction in which to increase or decrease the yoke clearance during a service intervention. Such data can, for example, be logged and made available via a suitable interface so that they can be called up and analyzed by workshop personnel.

Wie aus den vorangegangenen Ausführungen ersichtlich ist, ermöglichen die hierin dargestellten Techniken somit, auf effiziente Weise den Zustand eines Druckstücks eines zahnstangenbasierten Lenksystems zu überwachen. Insbesondere können hierbei im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs verfügbare Betriebsgrößen des Lenksystems verwendet werden, so dass eine frühzeitige Erkennung einer ungeeigneten Einstellung oder eines Defekts des Druckstücks ermöglicht wird.Thus, as can be seen from the foregoing, the techniques presented herein make it possible to efficiently monitor the condition of a yoke of a rack-and-pinion steering system. In particular, operating variables of the steering system that are available while the motor vehicle is in operation can be used here, so that early detection of an unsuitable setting or a defect in the pressure piece is made possible.

Es versteht sich, dass bei den im Vorangegangenen dargestellten Ausführungsbeispielen verschiedene Modifikationen möglich sind. Insbesondere können die bei diesen Ausführungsbeispielen verwendeten Konzepte in verschiedenen Fahrzeugtypen zum Einsatz kommen. Die Konzepte können auch in abweichend ausgestalteten Lenksystemen zum Einsatz kommen, z.B. in Lenksystemen mit mehreren Lenkritzeln, die mit der Zahnstange im Verzahnungseingriff stehen. Bei solchen Lenksystemen können auch mehrere Druckstücke vorgesehen sein, welche gemäß den im Vorangegangenen Konzepten überwacht werden. Weiterhin können die verschiedenen hierin dargestellte Überwachungsverfahren untereinander und auch mit anderen Überwachungsverfahren kombiniert werden. Weiterhin können auch andere Arten von Betriebsgrößen zusätzlich oder alternativ als Grundlage der Auswertungen dienen, beispielsweise eine direkt gemessene Zahnstangenkraft, z.B. über eine Sensorik an der Kopplungsstelle zwischen Zahnstange 240 und Lenkungsunterstützungsmotor 260. Auch können bei den dargestellten beispielhaften Implementierungen, welche auf Schwellenwertvergleichen beruhen, anstelle eines Schwellenwertes mehrere Schwellenwerte verwendet werden, um eine verfeinerte Auswertung zu ermöglichen, z.B. eine Unterscheidung zwischen einem zu großen Druckstückspiel und einem Defekt des Druckstücks. Weiterhin versteht es sich, dass die Überwachungsverfahren durch speziell ausgestaltete elektronische Hardware oder durch Software zur Ausführung durch einen Prozessor eines Steuergeräts des Lenksystems oder eines Bordcomputers implementiert werden können.It goes without saying that various modifications are possible in the exemplary embodiments presented above. In particular, the concepts used in these exemplary embodiments can be used in different vehicle types. The concepts can also be used in differently designed steering systems, e.g. in steering systems with several steering pinions that mesh with the toothed rack. In the case of such steering systems, a plurality of thrust pieces can also be provided, which are monitored in accordance with the concepts outlined above. Furthermore, the various monitoring methods presented here can be combined with one another and also with other monitoring methods. Furthermore, other types of operating variables can additionally or alternatively serve as a basis for the evaluations, for example a directly measured rack force, e.g. via a sensor system at the coupling point between rack 240 and steering support motor 260. In the exemplary implementations shown, which are based on threshold value comparisons, instead of a threshold value, several threshold values can be used in order to enable a more refined evaluation, e.g. a distinction between too much play in the thrust piece and a defect in the thrust piece. Furthermore, it goes without saying that the monitoring methods can be implemented by specially designed electronic hardware or by software for execution by a processor of a control unit of the steering system or an on-board computer.

Claims (10)

Verfahren zur Überwachung eines Lenksystems (200) für ein Kraftfahrzeug (100), wobei das Lenksystem (200) eine Zahnstange (240), die im Verzahnungseingriff mit einem Lenkritzel (230) steht, ein Druckstück (250) zur Gleitlagerung der Zahnstange (240) im Bereich des Lenkritzels (230), einen Lenkunterstützungsmotor (260) sowie ein Steuergerät (300) zur elektromechanischen Umsetzung eines vom Fahrer aufgebrachten Handmoments in eine Lenkunterstützung durch den Lenkunterstützungsmotor (260) umfasst, wobei das Verfahren umfasst: im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs (100), Erfassen wenigstens einer in dem Steuergerät (300) verfügbaren Betriebsgröße des Lenksystems (200); und anhand der wenigstens einen Betriebsgröße, Ermitteln eines Zustands des Druckstücks (250).Method for monitoring a steering system (200) for a motor vehicle (100), the steering system (200) having a toothed rack (240) which meshes with a steering pinion (230), a pressure piece (250) for the sliding bearing of the toothed rack (240) in the area of the steering pinion (230), a steering assistance motor (260) and a control unit (300) for electromechanically converting a manual torque applied by the driver into steering assistance by the steering assistance motor (260), the method comprising: during normal operation of the motor vehicle (100) , detecting at least one operating variable of the steering system (200) available in the control unit (300); and based on the at least one operating variable, determining a state of the pressure piece (250). Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: wobei die wenigstens eine Betriebsgröße das Handmoment, eine Stellung des Lenkunterstützungsmotors (260), eine Drehzahl des Lenkunterstützungsmotors (260), einen Antriebsstrom des Lenkunterstützungsmotors (260) und/oder ein von dem Lenkunterstützungsmotor (260) aufgebrachtes Drehmoment umfasst.procedure after claim 1 , comprising: wherein the at least one operating variable comprises the manual torque, a position of the power steering motor (260), a speed of the power steering motor (260), a drive current of the power steering motor (260) and/or a torque applied by the power steering motor (260). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: anhand der wenigstens einen Betriebsgröße, Bestimmen einer Variationsstärke einer auf die Zahnstange (240) aufgebrachten Kraft; und Ermitteln des Zustands des Druckstücks (250) anhand der bestimmten Variationsstärke.procedure after claim 1 or 2 , comprising: on the basis of the at least one operating variable, determining a degree of variation of a force applied to the toothed rack (240); and determining the state of the pressure piece (250) on the basis of the degree of variation determined. Verfahren nach Anspruch 3, umfassend: Vergleichen der Variationsstärke mit einem Schwellenwert; und bei Überschreiten des Schwellenwerts, Bestimmen eines fehlerhaften Zustands des Druckstücks (250).procedure after claim 3 comprising: comparing the magnitude of the variation to a threshold; and upon exceeding the threshold, determining a faulty condition of the thrust pad (250). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: anhand der wenigstens einen Betriebsgröße, Bestimmen einer zwischen dem Druckstück (250) und der Zahnstange (240) auftretenden Reibungskraft.A method according to any one of the preceding claims, comprising: on the basis of the at least one operating variable, determining a frictional force occurring between the pressure piece (250) and the toothed rack (240). Verfahren nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: anhand der wenigstens einen Betriebsgröße, Bestimmen eines Spiels zwischen dem Druckstück (250) und der Zahnstange (240).A method according to any one of the preceding claims, comprising: based on the at least one operating variable, determining a clearance between the pressure piece (250) and the rack (240). Verfahren nach Anspruch 6, umfassend: abhängig von dem Spiel des Druckstücks (250), Ansteuern eines Stellelements (270) zur Anpassung des Druckstückspiels.procedure after claim 6 , comprising: depending on the game of the pressure piece (250), controlling an actuating element (270) for adjusting the pressure piece game. Lenksystem (200) für ein Kraftfahrzeug (100), umfassend: ein Lenkritzel (230); eine Zahnstange (240), die im Verzahnungseingriff mit dem Lenkritzel (230) steht; ein Druckstück (250) zur Gleitlagerung der Zahnstange (240) im Bereich des Lenkritzels (230); einen Lenkunterstützungsmotor (260) zur Bereitstellung einer Lenkunterstützung; ein Steuergerät (300) zur elektromechanischen Umsetzung eines vom Fahrer aufgebrachten Handmoments in eine Lenkunterstützung durch den Lenkunterstützungsmotor (260); und eine Überwachungseinrichtung (150; 300), wobei die Überwachungseinrichtung (150; 300) dazu ausgestaltet ist, im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs (100) wenigstens eine in dem Steuergerät (300) verfügbare Betriebsgröße des Lenksystems (200) zu erfassen und anhand der wenigstens einen Betriebsgröße einen Zustand des Druckstücks (250) zu ermitteln.Steering system (200) for a motor vehicle (100), comprising: a steering pinion (230); a rack (240) meshingly engaged with the steering pinion (230); a pressure piece (250) for the sliding bearing of the toothed rack (240) in the region of the steering pinion (230); a steering assist motor (260) for providing steering assist; a control unit (300) for the electromechanical conversion of a manual torque applied by the driver into a steering assistance by the steering assistance motor (260); and a monitoring device (150; 300), wherein the monitoring device (150; 300) is designed to detect at least one operating variable of the steering system (200) that is available in the control unit (300) during normal operation of the motor vehicle (100) and to use the at least one operating variable to determine a state of the pressure piece (250). determine. Lenksystem nach Anspruch 8, wobei das Lenksystem (200) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet ist.steering system claim 8 , wherein the steering system (200) for carrying out a method according to one of Claims 1 until 7 is designed. Kraftfahrzeug (100) mit einem Lenksystem (200) nach Anspruch 8 oder 9.Motor vehicle (100) with a steering system (200). claim 8 or 9 .
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