DE102014201952A1

DE102014201952A1 - Detection of increased friction in power-assisted rack and pinion steering

Info

Publication number: DE102014201952A1
Application number: DE201410201952
Authority: DE
Inventors: Klaus Schusteritz
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2014-09-11
Also published as: CN104029715A; AU2014200619A1; CN104029715B; JP2014172610A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer erhöhten Reibung in einer servounterstützten Zahnstangenlenkung, in der ein elektrischer Servomotor mit einer Zahnstange (5) der Zahnstangenlenkung über einen Kugelgewindetrieb (6) gekoppelt ist. Dabei wird der elektrische Servomotor (7) der Zahnstangenlenkung mit einem Teststrom einer vorherbestimmten Stromstärke beaufschlagt und eine Positionsänderung eines Rotors des elektrischen Servomotors (7) infolge der Beaufschlagung des elektrischen Servomotors (7) mit dem Teststrom erfasst. Anschließend wird die erfasste Positionsänderung mit einer vorherbestimmten erwarteten Positionsänderung verglichen. In Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs wird ein Reibungszustandes festgestellt. Erfindungsgemäß ist die vorherbestimmte Stromstärke des Teststroms so gewählt, dass eine von dem Rotor des elektrischen Servomotors (7) infolge der Beaufschlagung mit dem Teststrom ausgeführte Bewegung innerhalb eines Spiels des Kugelgewindetriebs (6) erfolgt und dadurch eine Position der Zahnstange (5) der Zahnstangenlenkung unverändert bleibt. Die Erfindung betrifft außerdem eine servounterstützte Zahnstangenlenkung mit einem elektrischen Servomotor (7) und einer Steuereinheit (10) zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Kraftfahrzeug (1) mit einer solchen Zahnstangenlenkung.The invention relates to a method for detecting increased friction in a servo-assisted rack and pinion steering system, in which an electric servomotor is coupled to a rack (5) of the rack and pinion steering system via a ball screw drive (6). A test current of a predetermined current strength is applied to the electric servomotor (7) of the rack and pinion steering and a change in position of a rotor of the electric servomotor (7) as a result of the application of the test current to the electric servomotor (7) is detected. The detected change in position is then compared with a previously determined expected change in position. A friction state is determined as a function of a result of the comparison. According to the invention, the predetermined current strength of the test current is selected so that a movement carried out by the rotor of the electric servomotor (7) as a result of the application of the test current takes place within a play of the ball screw drive (6) and thereby a position of the rack (5) of the rack and pinion steering remains unchanged remains. The invention also relates to a servo-assisted rack and pinion steering system with an electric servomotor (7) and a control unit (10) for carrying out the method according to the invention, and to a motor vehicle (1) with such a rack and pinion steering system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung erhöhter Reibung in servounterstützten Zahnstangenlenkungen und eine servounterstützte Zahnstangenlenkung, die ausgebildet ist, eine erhöhte Reibung zu erkennen.The invention relates to a method for detecting increased friction in servo-assisted rack-and-pinion steering systems and a power-assisted rack-and-pinion steering system designed to detect increased friction.

Eine in Kraftfahrzeugen verbreitete Art von Lenkungen ist die Rack Drive Electric Power Assisted Steering (R-EPAS), also eine Zahnstangenlenkung mit elektrischer Servounterstützung. In den Lenkgetrieben solcher Lenkungen kann es zu erhöhter interner Reibung kommen, wodurch Fahrkomfort und Lenkverhalten des Kraftfahrzeuges negativ beeinflusst werden kann. Im Extremfall kann es dazu kommen, dass eine Servounterstützung des Fahrers entfällt, wodurch das Lenken des Kraftfahrzeuges stark erschwert wird und sich das Kraftfahrzeug nicht mehr so verhält, wie es der Fahrer gewohnt ist. A common type of steering system used in motor vehicles is the Rack Drive Electric Power Assisted Steering (R-EPAS), ie a rack-and-pinion steering system with electric power assistance. In the steering gearboxes of such steering systems, increased internal friction can occur, as a result of which driving comfort and steering behavior of the motor vehicle can be adversely affected. In extreme cases, it may happen that a servo assistance of the driver is omitted, whereby the steering of the motor vehicle is much more difficult and the motor vehicle no longer behaves as the driver is used to.

Die erhöhte Reibung im Lenkgetriebe kann durch das Eindringen von Wasser und Schmutzpartikeln entstehen, beispielsweise wenn eine Manschette beschädigt ist, die die Lenkung vor Spritzwasser und dergleichen schützen soll. Die Feuchtigkeit kann zudem zu Rostbildung führen, die die interne Reibung in den Lenkgetrieben ebenfalls erhöht. Die erhöhte Reibung wird jedoch wegen der Servounterstützung des Fahrer von diesem erst zu einem sehr späten Zeitpunkt bemerkt, wenn bereits ein Komplettaustausch der beschädigten Lenkungsteile erforderlich wird, was entsprechend hohe Kosten nach sich zieht. Es ist daher wichtig, eine erhöhte Reibung in den Lenkgetrieben frühzeitig zu detektieren. Hierfür können gesonderte Sensoren eingesetzt werden, die allerdings die Kosten des Kraftfahrzeuges erhöhen. Andere bekannte Verfahren sind nicht in der Lage, zwischen einer in einem Lenkgetriebe vorhandenen Reibung einerseits und einer durch eine Variation im Fahrbahnbelag enstehenden oder in der Radaufhängung vorhandenen Reibung andererseits zuverlässig zu unterscheiden. Dadurch kann es zu einer Fehldiagnose kommen, die zu einem unnötigen kostenintensiven Austausch der Lenkung führt.The increased friction in the steering gear can be caused by the ingress of water and dirt particles, for example, when a cuff is damaged, which should protect the steering from splashes and the like. The moisture can also lead to rusting, which also increases the internal friction in the steering gears. However, the increased friction is noticed because of the driver's power assistance from this only at a very late date, when already a complete replacement of the damaged steering parts is required, which entails correspondingly high costs. It is therefore important to detect an increased friction in the steering gears early. For this purpose, separate sensors can be used, however, increase the cost of the motor vehicle. Other known methods are not able to reliably differentiate between existing in a steering gear friction on the one hand and a resulting from a variation in the road surface or present in the suspension friction on the other hand. This can lead to a misdiagnosis, which leads to an unnecessary costly replacement of the steering.

Aus diesen Gründen macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Erkennung einer erhöhten Reibung in einer R-EPAS-Lenkung einzuführen.For these reasons, it is an object of the invention to provide an improved method for detecting increased friction in an R-EPAS steering system.

Die Erfindung führt daher ein Verfahren zur Erkennung einer erhöhten Reibung in einer servounterstützten Zahnstangenlenkung ein, in der ein elektrischer Servomotor mit einer Zahnstange der Zahnstangenlenkung über einen Kugelgewindetrieb gekoppelt ist. Das Verfahren verfügt über wenigstens die folgenden Schritte:
Beaufschlagen des elektrischen Servomotors der Zahnstangenlenkung mit einem Teststrom einer vorherbestimmten Stromstärke;
Erfassen einer Positionsänderung eines Rotors des elektrischen Servomotors infolge der Beaufschlagung des elektrischen Servomotors mit dem Teststrom;
Vergleichen der erfassten Positionsänderung mit einer vorherbestimmten erwarteten Positionsänderung; und
Feststellen eines Reibungszustandes in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs. Erfindungsgemäß ist dabei die vorherbestimmte Stromstärke des Teststroms so gewählt, dass eine von dem Rotor des elektrischen Servomotors infolge der Beaufschlagung mit dem Teststrom ausgeführte Bewegung innerhalb eines Spiels des Kugelgewindetriebes erfolgt und dadurch eine Position der Zahnstange der Zahnstangenlenkung unverändert bleibt.The invention therefore introduces a method for detecting increased friction in a power assisted rack and pinion steering in which an electric servomotor is coupled to a rack of the rack and pinion steering via a ball screw drive. The process has at least the following steps:
Subjecting the electric servomotor of the rack-and-pinion steering to a test current of a predetermined current;
Detecting a change in position of a rotor of the electric servomotor due to the energization of the electric servomotor with the test current;
Comparing the detected position change with a predetermined expected position change; and
Determining a state of friction as a function of a result of the comparison. According to the invention, the predetermined current strength of the test current is selected such that a movement executed by the rotor of the electric servomotor as a result of the application of the test current takes place within a clearance of the ball screw drive, thereby leaving a position of the toothed rack of the rack and pinion steering unchanged.

Das Verfahren der Erfindung erlaubt eine Detektion einer erhöhten Reibung innerhalb der Lenkung, ohne zusätzliche Lenkungskomponenten wie Sensoren zu erfordern. Gleichzeitig kann eine erhöhte interne Reibung zuverlässig von anderen Quellen von Reibung unterschieden werden.The method of the invention allows detection of increased friction within the steering without requiring additional steering components such as sensors. At the same time, increased internal friction can be reliably distinguished from other sources of friction.

Die Erfindung basiert auf der Einsicht, dass das Lenkgetriebe, das den Servomotor mit der Zahnstange der Lenkung verbindet, aufgrund seines Aufbaus die größte Wahrscheinlichkeit besitzt, durch Verschmutzung eine erhöhte interne Reibung zu entwickeln. Aus diesem Grund kann mit hoher Sicherheit angenommen werden, dass die gesamte Lenkung nicht durch die beschriebenen Effekte beeinträchtigt ist, wenn in dem Lenkgetriebe, das den Servomotor mit der Zahnstange der Lenkung verbindet keine erhöhte Reibung festgestellt wird. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil das Lenkgetriebe als Kugelgewindetrieb realisiert wird, dessen komplizierter mechanischer Aufbau es besonders anfällig gegen Verschmutzungen, Rost und dergleichen macht. Für die Steuerung des elektrischen Servomotors einer solchen R-EPAS-Lenkung ist ein Sensor vorgesehen, der eine genaue Bestimmung der Position des Rotors des Servomotors erlaubt. Anstelle eines gesonderten Sensors für die Bestimmung der Reibung in dem Lenkgetriebe sieht die Erfindung daher vor, die Reibung indirekt zu bestimmen, indem der Servomotor mit einem Teststrom beaufschlagt und die aus dem Teststrom resultierende Positionsänderung des Rotors des Servomotors beobachtet wird. Dies ist auch deshalb vorteilhaft, weil der Sensor für die Bestimmung der Position des Rotors üblicherweise sehr genau ist.The invention is based on the insight that the steering gear connecting the servomotor to the steering rack has the greatest likelihood of developing increased internal friction due to soiling. For this reason, it can be assumed with high certainty that the entire steering is not affected by the described effects when no increased friction is detected in the steering gear connecting the servomotor to the rack of the steering. This is particularly the case because the steering gear is realized as a ball screw whose complicated mechanical structure makes it particularly susceptible to contamination, rust and the like. For the control of the electric servomotor of such an R-EPAS steering, a sensor is provided which allows an accurate determination of the position of the rotor of the servomotor. Instead of a separate sensor for determining the friction in the steering gear, the invention therefore proposes to determine the friction indirectly by applying a test current to the servo motor and observing the position change of the rotor of the servomotor resulting from the test current. This is also advantageous because the sensor for determining the position of the rotor is usually very accurate.

Die derart erfasste Positionsänderung wird dann mit einer erwarteten vorherbestimmten Positionsänderung verglichen. Die erwartete Positionsänderung kann beispielsweise experimentell anhand eines technisch einwandfreien Vergleichssystems für die gesamte Kraftfahrzeugklasse oder für jedes Kraftfahrzeug individuell im Rahmen von abschließenden Maßnahmen bei der Konstruktion des jeweiligen Kraftfahrzeuges mit der tatsächlich eingesetzten Lenkung bestimmt werden. Die erwartete Positionsänderung kann dabei so abgeändert sein, dass bereits eine gewisse tolerierbare Verschlechterung des Reibungszustandes des Lenkgetriebes berücksichtigt wird.The thus detected position change is then compared with an expected predetermined position change. The expected change in position can, for example, experimentally based a technically perfect comparison system for the entire motor vehicle class or for each motor vehicle individually determined in the context of final measures in the construction of the respective motor vehicle with the steering actually used. The expected position change can be modified so that a certain tolerable deterioration of the friction state of the steering gear is already taken into account.

Insbesondere kann ein erhöhter Reibungszustand festgestellt werden, wenn die erfasste Positionsänderung geringer ist als die erwartete Positionsänderung. In diesem Fall ist anzunehmen, dass die erhöhte Reibung die Beweglichkeit des Rotors des Servomotors einschränkt. Im Extremfall kann sich der Rotor bei einer Beaufschlagung mit dem Teststrom überhaupt nicht bewegen, wenn eine erhöhte Reibung im Lenkgetriebe vorliegt.In particular, an increased friction condition can be detected if the detected position change is less than the expected position change. In this case, it can be assumed that the increased friction limits the mobility of the rotor of the servomotor. In extreme cases, the rotor can not move at all when subjected to the test current, if there is an increased friction in the steering gear.

Der Teststrom weist eine vorherbestimmte Stromstärke auf, die ein korrespondierendes vorherbestimmtes Drehmoment bewirkt, das der Servomotor auf das Lenkgetriebe ausübt. Indem die Stromstärke des Teststroms bekannt ist, kann auch die erfasste Positionsänderung mit gesteigerter Aussagekraft bewertet werden.The test current has a predetermined current that causes a corresponding predetermined torque that the servomotor applies to the steering gear. By knowing the current intensity of the test current, the detected position change can also be assessed with increased significance.

Dabei ist die vorherbestimmte Stromstärke erfindungsgemäß so gewählt, dass eine Position der Zahnstange der Zahnstangenlenkung unverändert bleibt. Dadurch wird die vom Servomotor aufgrund des Teststroms ausgeführte Bewegung auf das in dem Kugelgewindetrieb der Lenkung bestehende Spiel beschränkt („Spiel“ wird der Bewegungsfreiraum genannt, bevor eine Kraft- oder Drehmomentenübertragung durch den Kugelgewindetrieb auf die Zahnstange bewirkt wird). Da der Servomotor üblicherweise starr mit dem Lenkgetriebe verbunden ist, handelt es sich hierbei im Wesentlichen um das Spiel, das innerhalb des Lenkgetriebes beispielsweise aufgrund der Bewegung der Kugeln in der Spindel des Kugelgewindetriebs besteht. Das Lenkgetriebe wird also im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht soweit ausgesteuert, dass eine tatsächliche nennenswerte Übertragung eines Drehmoments vom Servomotor auf die Zahnstange der Lenkung stattfände. Die Stromstärke des Teststroms liegt daher unter den für den normalen Servobetrieb benötigten Stromstärken.The predetermined current is inventively chosen so that a position of the rack of the rack and pinion steering remains unchanged. Thereby, the movement performed by the servomotor due to the test current is limited to the clearance existing in the ball screw of the steering ("play" is called the movement clearance before a force or torque transmission is effected to the rack by the ball screw). Since the servomotor is usually rigidly connected to the steering gear, this is essentially the game that exists within the steering gear, for example due to the movement of the balls in the spindle of the ball screw. The steering gear is thus not so far controlled in the context of the inventive method that an actual significant transfer of torque from the servomotor would take place on the rack of the steering. The current intensity of the test current is therefore below the current levels required for normal servo operation.

Die Schritte des Beaufschlagens mit dem Teststrom, des Erfassens der Positionsänderung und des Vergleichens können dabei für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Testströmen durchgeführt werden. Hierdurch können verschiedene Testbedingungen geschaffen und geprüft werden, wodurch sich eine höhere Aussagekraft des Verfahrens erreichen lässt. The steps of applying the test current, detecting the position change and comparing can be carried out for a plurality of different test currents. As a result, various test conditions can be created and tested, which can achieve a higher significance of the method.

Beispielsweise können Testströme mit mehreren unterschiedlichen Stromstärken verwendet werden, um eine Stromstärke zu ermitteln, die wenigstens erforderlich ist, um den Rotor (und die mit dem Rotor starr verbundenen Teile des zugehörigen Lenkgetriebes) in Bewegung zu setzen. Steigt diese minimale Stromstärke mit der Zeit an, kann angenommen werden, dass die interne Reibung zugenommen hat. Das Maß des Anstiegs kann dann für die Beurteilung des Reibungszustandes herangezogen werden.For example, test currents of a plurality of different current levels may be used to determine a current that is at least required to set the rotor (and the parts of the associated steering gear rigidly connected to the rotor) in motion. If this minimum current increases with time, it can be assumed that the internal friction has increased. The degree of increase can then be used for the assessment of the state of friction.

Die Schritte des Beaufschlagens mit dem Teststrom, des Erfassens der Positionsänderung und des Vergleichens jeweils für entgegengesetzte Drehsinne des elektrischen Servomotors durchgeführt werden. Hierdurch kann der Rotor des Servomotors ein- oder mehrmals hin und her bewegt werden. Dadurch kann einerseits die Testdauer erhöht werden, andererseits kann sichergestellt werden, dass das gesamte Spiel im Lenkgetriebe für das Verfahren genutzt wird. So ist vorstellbar, dass ein Teststrom den Rotor in dieselbe Richtung bewegt wie die letzte Bewegung, die der Servomotor im gewöhnlichen Servobetrieb ausgeführt hat. In diesem Fall kann eine weitere Bewegung des Rotors durch den Teststrom unmöglich werden, da kein weiteres Spiel im Lenkgetriebe zu erwarten ist. Wird der Rotor hingegen durch einen geeigneten Teststrom in entgegengesetzten Drehsinnen bewegt, kann in jedem Fall das Spiel im Lenkgetriebe für das erfindungsgemäße Verfahren ausgenutzt werden.The steps of applying the test current, detecting the position change, and comparing, respectively, are performed for opposite rotational senses of the electric servomotor. As a result, the rotor of the servomotor can be moved one or more times back and forth. As a result, on the one hand, the test duration can be increased, on the other hand, it can be ensured that the entire game is used in the steering gear for the process. Thus, it is conceivable that a test current will move the rotor in the same direction as the last movement that the servomotor made in ordinary servo operation. In this case, further movement of the rotor through the test current can become impossible, as no further play in the steering gear is to be expected. If, on the other hand, the rotor is moved by means of a suitable test current in opposite directions of rotation, the play in the steering gear can in any case be utilized for the method according to the invention.

Es ist auch möglich, einen zeitlichen Verlauf der Position des Rotors zu erfassen und mit einem vorherbestimmten erwarteten zeitlichen Verlauf der Position des Rotors zu vergleichen. Werden für eine Bestimmung der Positionsänderung des Rotors lediglich zwei Messpunkte für die Position des Rotors benötigt, kann die Genauigkeit des Testverfahrens erhöht werden, wenn mehr Messpunkte erfasst werden. Indem der zeitliche Verlauf ausgewertet wird, können insbesondere Haft-Gleit-Effekte untersucht und beurteilt werden. So ist es vorstellbar, einen Teststrom anzulegen, der erst nach einer bestimmten Zeitspanne (Haft-Phase) zu einer Bewegung des Rotors führt (Gleit-Phase). Die Dauer der Haft-Phase kann dann als Maß für die im Lenkgetriebe herrschende Reibung herangezogen werden.It is also possible to detect a time course of the position of the rotor and to compare it with a predetermined expected time course of the position of the rotor. If only two measurement points for the position of the rotor are needed to determine the position change of the rotor, the accuracy of the test method can be increased if more measurement points are detected. By evaluating the time course, in particular stick-slip effects can be examined and assessed. So it is conceivable to create a test current, which leads to a movement of the rotor only after a certain period of time (adhesion phase) (sliding phase). The duration of the detention phase can then be used as a measure of the prevailing friction in the steering gear.

Der Teststrom kann auch eine vorherbestimmte Wellenform aufweisen. Hier ist vorstellbar, sinusförmige Signalverläufe oder dergleichen zu verwenden, um dann anhand einer Auswertung der resultierenden Signalverläufe der Position des Rotors des Servormotors im Rahmen von Verfahren der Signalverarbeitung den Reibungszustand des Lenkgetriebes zu bestimmen.The test current may also have a predetermined waveform. Here it is conceivable to use sinusoidal waveforms or the like, in order then to determine the friction state of the steering gear on the basis of an evaluation of the resulting signal curves of the position of the rotor of the servo motor in the context of methods of signal processing.

Wenigstens die Schritte des Beaufschlagens mit dem Teststrom und des Erfassens der Positionsänderung werden bevorzugt durchgeführt, wenn die Zahnstangenlenkung in Ruhe ist. Dadurch wird eine Irritation des Fahrers wegen unerwarteter Eingriffe in das Lenkverhalten vermieden und die Genauigkeit des Verfahrens erhöht. Besonders bevorzugt wird das Verfahren ausgeführt, wenn das Kraftfahrzeug angehalten wurde, insbesondere wenn es vom Fahrer abgestellt wurde.At least the steps of applying the test current and detecting the Position change are preferably performed when the rack-and-pinion steering is at rest. As a result, an irritation of the driver is avoided because of unexpected intervention in the steering behavior and increases the accuracy of the process. The method is particularly preferably carried out when the motor vehicle has been stopped, in particular when it has been parked by the driver.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein zusätzlicher Schritt des Bestimmens einer Temperatur durchgeführt werden. Dabei wird der Schritt des Vergleichens in Abhängigkeit von der bestimmten Temperatur durchgeführt. Dies bietet den Vorteil, dass eine mit der Temperatur veränderte Viskosität von Schmiermitteln im Lenkgetriebe berücksichtigt werden kann. So ist bei niedrigen Temperaturen eine höhere interne Reibung zu erwarten als bei höheren Temperaturen, ohne dass eine Beeinträchtigung des Lenkgetriebes gegeben wäre.In the method according to the invention, an additional step of determining a temperature may be performed. In this case, the step of comparing depending on the specific temperature is performed. This offers the advantage that a temperature-changed viscosity of lubricants in the steering gear can be taken into account. Thus, at low temperatures, a higher internal friction is to be expected than at higher temperatures, without any impairment of the steering gear would be given.

Es kann auch ein von einem Fahrer auf eine Lenksäule der Zahnstangenlenkung ausgeübtes Drehmoment erfasst werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, um zu überprüfen, ob die Zahnstange der Lenkung während der Durchführung des Verfahrens vom Fahrer bewegt wird, was eine Verfälschung der Messergebnisse bewirken würde.It is also possible to detect a torque exerted by a driver on a steering column of the rack-and-pinion steering system. This is particularly useful to check whether the rack of the steering is moved during the implementation of the method by the driver, which would cause a falsification of the measurement results.

Die Schritte des Beaufschlagens mit dem Teststrom und des Erfassens der Positionsänderung können zur Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens wiederholt ausgeführt und die erfassten Positionsänderungen statistisch ausgewertet werden. Die statistische Auswertung kann beispielsweise Durchschnittswerte bestimmen und/oder sogenannte Ausreißer, also unerklärliche Extremwerte, eliminieren.The steps of applying the test current and detecting the change in position can be carried out repeatedly to increase the accuracy of the method and the detected position changes can be evaluated statistically. For example, the statistical evaluation can determine average values and / or eliminate so-called outliers, ie unexplainable extreme values.

Bei allen Ausführungsformen des Verfahrens kann vorgesehen sein, einen Fehlerzustand zu signalisieren, wenn der festgestellte Reibungszustand einen Schwellwert überschreitet. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Anzeige im Armaturenbrett oder einen Warnton erfolgen.In all embodiments of the method may be provided to signal a fault condition when the detected friction condition exceeds a threshold. This can be done for example by a corresponding display in the dashboard or a warning tone.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine servounterstützte Zahnstangenlenkung mit einem elektrischen Servomotor, der mit einer Zahnstange der Zahnstangenlenkung über einen Kugelgewindetrieb gekoppelt ist, und einer Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dabei dazu ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.A second aspect of the invention relates to a power-assisted rack-and-pinion steering system having an electric servomotor coupled to a rack of the rack-and-pinion steering via a ball screw, and a control unit. The control unit is designed to carry out the method according to the invention.

Außerdem führt die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Zahnstangenlenkung ein.In addition, the invention introduces a motor vehicle with such a rack and pinion steering.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to a description of exemplary embodiments. Showing:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung; und 1 a motor vehicle with an embodiment of a rack and pinion steering system according to the invention; and

2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung. Das Kraftfahrzeug 1 verfügt über vier Räder 2-1 bis 2-4, von denen im gezeigten Beispiel die vorderen beiden Räder 2-1 und 2-2 für die Lenkung des Kraftfahrzeuges 1 eingesetzt werden. Ein Fahrer übermittelt seinen Lenkwunsch anhand eines Lenkrades 3, dessen Lenksäule über ein Zahnrad 4 mit einer Zahnstange 5 verbunden ist. 1 shows a motor vehicle 1 with an embodiment of a rack and pinion steering system according to the invention. The car 1 has four wheels 2 - 1 to 2 - 4 of which in the example shown the front two wheels 2 - 1 and 2 - 2 for the steering of the motor vehicle 1 be used. A driver transmits his steering request by means of a steering wheel 3 whose steering column has a gear wheel 4 with a rack 5 connected is.

Durch Einstellen eines gewünschten Lenkwinkels an dem Lenkrad 2 wird eine entsprechende Drehung der Lenksäule bewirkt, die über das Zahnrad 4 auf die Zahnstange 5 übertragen wird. Die Zahnstange wird dadurch entlang ihrer Längsachse verschoben und ändert so den Stellwinkel der Räder 2-1 und 2-2. Da das Lenken eine recht große Kraft erfordern kann, wird gewöhnlich eine Servounterstützung vorgesehen, die vorliegend durch einen elektrischen Servomotor 7 bereitgestellt wird. Der Servomotor 7 ist ebenfalls mit der Zahnstange 5 verbunden, wobei die Verbindung über einen Kugelgewindetrieb 6 verwirklicht ist.By setting a desired steering angle on the steering wheel 2 a corresponding rotation of the steering column is effected via the gear 4 on the rack 5 is transmitted. The rack is thereby moved along its longitudinal axis and thus changes the angle of the wheels 2 - 1 and 2 - 2 , Since the steering may require a fairly large force, usually a power assist is provided, here by an electric servomotor 7 provided. The servomotor 7 is also with the rack 5 connected, the connection via a ball screw 6 is realized.

Im gewöhnlichen Servobetrieb wird ein beispielsweise in der Lenksäule angeordneter Drehmomentsensor 9 verwendet, um ein vom Fahrer auf das Lenkrad 3 ausgeübtes Drehmoment zu bestimmen. Der Drehmomentsensor 9 überträgt ein Sensorsignal an eine Steuereinheit 10, die auch den Servomotor 7 steuert, indem es einen Betriebsstrom für den Servomotor 7 vorgibt. Für die Servounterstützung steuert die Steuereinheit 10 den Servomotor 7 so an, dass er ein von dem Sensorsignal des Drehmomentsensors 9 abhängiges Drehmoment bereitstellt, dass die Zahnstange 5 entsprechend dem Wunsch des Fahrers zu verschieben hilft. Die Steuereinheit 10 ist außerdem mit einem an einem Rotor des Servomotors 7 angeordneten Sensor 8 verbunden, der eine Position des Rotors erfasst und an die Steuereinheit 10 übermittelt. Dies ist für eine exakte Steuerung des Servomotors 7 im Servobetrieb notwendig.In ordinary servo operation, a torque sensor is arranged, for example, in the steering column 9 used to get a from the driver to the steering wheel 3 determine applied torque. The torque sensor 9 transmits a sensor signal to a control unit 10 which also includes the servomotor 7 controls by providing an operating current for the servomotor 7 pretends. For power assistance, the control unit controls 10 the servomotor 7 such that it is one of the sensor signal of the torque sensor 9 dependent torque that provides the rack 5 according to the desire of the driver to move. The control unit 10 is also with one on a rotor of the servomotor 7 arranged sensor 8th connected, which detects a position of the rotor and to the control unit 10 transmitted. This is for an exact control of the servomotor 7 necessary in servo operation.

Fällt die Servounterstützung durch einen Fehler aus, kann der Fahrer aufgrund der direkten mechanischen Kopplung des Lenkrades 3 an die Zahnstange 5 das Kraftfahrzeug 1 weiterhin steuern, was aus Sicherheitsgründen wichtig ist.If the power assistance fails due to a fault, the driver may be due to the direct mechanical coupling of the steering wheel 3 to the rack 5 the car 1 continue to control what is important for security reasons.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, eine beispielsweise durch Schmutz oder Korrosion erhöhte Reibung innerhalb des Kugelgewindetriebs 6 festzustellen. Wird die erhöhte Reibung frühzeitig erkannt, kann es in vielen Fällen genügen, den Kugelgewindetrieb 6 zu reinigen und neu abzudichten, um weiteres Eindringen von Feuchtigkeit oder Schmutz zu verhindern. The inventive method makes it possible, for example, increased by dirt or corrosion friction within the ball screw 6 determine. If the increased friction detected early, it can be sufficient in many cases, the ball screw 6 to clean and re-seal to prevent further ingress of moisture or dirt.

Dadurch wird ein wesentlich teurer Austausch von Lenkungskomponenten vermieden.This avoids a much more expensive replacement of steering components.

Für die Erkennung der erhöhten Reibung beaufschlagt die Steuereinheit 10 den Servomotor 7 mit einem Teststrom und beobachtet anhand des Sensors 8 die durch den Teststrom hervorgerufene Veränderung der Position des Rotors des Servomotors 7. Wie bereits beschrieben kann wegen der Wirkung der internen Reibung auf die Beweglichkeit des Rotors eine unerwünscht erhöhte Reibung zuverlässig erkannt werden. Dabei kann ein mit der Steuereinheit 10 verbundener Temperatursensor 11 vorgesehen sein, um die Umgebungstemperatur oder die Temperatur im Kugelgewindetrieb 6 selbst zu bestimmen und Temperatureinflüsse auf die Reibung im Kugelgewindetrieb 6 anhand der bestimmten Temperatur zu eliminieren.For detecting the increased friction applied to the control unit 10 the servomotor 7 with a test current and observed by the sensor 8th the change in position of the servomotor rotor caused by the test current 7 , As already described, because of the effect of the internal friction on the mobility of the rotor, undesired increased friction can be reliably detected. It can be one with the control unit 10 connected temperature sensor 11 be provided to the ambient temperature or the temperature in the ball screw 6 to determine itself and temperature influences on the friction in the ball screw 6 to eliminate on the basis of the determined temperature.

2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es in dem Kraftfahrzeug 1 von 1 durchgeführt werden könnte. Das Verfahren des Ausführungsbeispiels beginnt in Schritt S0, beispielsweise nach einem Anhalten des Kraftfahrzeugs 1. In einem Schritt S1 wird der elektrische Servomotor 7 der Zahnstangenlenkung mit einem Teststrom einer vorherbestimmten Stromstärke beaufschlagt. Die vorherbestimmte Stromstärke des Teststroms ist dabei so gewählt, dass eine von dem Rotor des elektrischen Servomotors infolge der Beaufschlagung mit dem Teststrom ausgeführte Bewegung innerhalb eines Spiels des Kugelgewindetriebes erfolgt und dadurch eine Position der Zahnstange der Zahnstangenlenkung unverändert bleibt. In Schritt S2 wird eine Positionsänderung des Rotors des elektrischen Servomotors 7 infolge der Beaufschlagung des elektrischen Servomotors 7 mit dem Teststrom erfasst. In einem optionalen Schritt S3 kann anhand des Temperatursensors 11 eine Temperatur bestimmt werden, um einen Temperatureinfluss auf die Reibung in dem Kugelgewindetrieb 6 eliminieren zu können. Anschließend wird in Schritt S4 die in Schritt S2 erfasste Positionsänderung mit einer vorherbestimmten erwarteten Positionsänderung verglichen. Ist in Schritt S3 die Temperatur bestimmt worden, kann die erwartete Positionsänderung in Abhängigkeit von der bestimmten Temperatur bestimmt werden, beispielsweise indem aus einer Mehrzahl von vorherbestimmten Datensätzen ein der bestimmten Temperatur zugeordneter ausgewählt wird. Im nachfolgenden Schritt S5 wird ein Reibungszustand in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs von Schritt S4 festgestellt. Wird dabei in Schritt S6 festgestellt, dass die interne Reibung unzulässig erhöht ist, wird in Schritt S7 eine Fehlerroutine durchgeführt, die beispielsweise eine Signalisierung des Fehlers an den Fahrer beinhalten kann. Wird keine erhöhte Reibung festgestellt, wird die Fehlerroutine nicht durchgeführt. Anschließend kann das Verfahren in beiden möglichen Fällen entweder direkt oder nach einer Wartezeitspanne durch eine Rückverzweigung zu Schritt S1 fortgesetzt oder aber bis zu einem Neustart beendet werden. 2 shows a flowchart of an embodiment of the method according to the invention, as in the motor vehicle 1 from 1 could be carried out. The method of the embodiment begins in step S0, for example after a stop of the motor vehicle 1 , In a step S1, the electric servomotor becomes 7 the rack and pinion steering applied to a test current of a predetermined current. The predetermined current strength of the test current is selected such that a movement carried out by the rotor of the electric servomotor as a result of the application of the test current takes place within a clearance of the ball screw, thereby leaving a position of the toothed rack of the rack and pinion steering unchanged. In step S2, a position change of the rotor of the electric servomotor 7 due to the application of the electric servomotor 7 detected with the test current. In an optional step S3, based on the temperature sensor 11 a temperature can be determined to a temperature influence on the friction in the ball screw 6 to be able to eliminate. Subsequently, in step S4, the position change detected in step S2 is compared with a predetermined expected position change. If the temperature has been determined in step S3, the expected change in position can be determined as a function of the determined temperature, for example by selecting from a plurality of predetermined data sets a temperature assigned to the specific temperature. In the subsequent step S5, a friction condition is determined in accordance with a result of the comparison of step S4. If it is determined in step S6 that the internal friction is increased inadmissible, an error routine is performed in step S7, which may include, for example, a signaling of the error to the driver. If no increased friction is detected, the error routine is not performed. Subsequently, in both possible cases, the method can be continued either directly or after a waiting period by branching back to step S1, or it can be ended until a restart.

Das Verfahren von 2 kann insbesondere auch mehrfach durchgeführt werden, um die Zuverlässigkeit der Prüfung zu erhöhen. Auch können Verfahrensvarianten vorgesehen werden, bei denen mehrere Durchläufe der Schritte S1, S2, S4 und S5 vorgesehen sind. Beispiele für solche Verfahren wurden oben gegeben.The procedure of 2 In particular, it can also be carried out several times in order to increase the reliability of the test. It is also possible to provide method variants in which several passes of the steps S1, S2, S4 and S5 are provided. Examples of such methods have been given above.

Claims

Method for detecting increased friction in a servo-assisted rack-and-pinion steering system in which an electric servomotor ( 7 ) with a rack ( 5 ) of the rack and pinion steering via a ball screw drive ( 6 ), comprising the steps of: applying the electric servomotor ( 7 ) the rack-and-pinion steering with a test current of a predetermined current; Detecting a change in position of a rotor of the electric servomotor ( 7 ) as a result of the application of the electric servomotor ( 7 ) with the test current; Comparing the detected position change with a predetermined expected position change; and determining a frictional state as a function of a result of the comparison, characterized in that the predetermined current intensity of the test current is chosen so that one of the rotor of the electric servomotor ( 7 ) carried out as a result of the application of the test current movement within a game of the ball screw ( 6 ) and thereby a position of the rack ( 5 ) of the rack and pinion steering remains unchanged.

A method according to claim 1, wherein an increased friction condition is detected when the detected position change is less than the expected position change.

Method according to one of the preceding claims, wherein the steps of applying is performed with the test current, the detection of the position change and the comparison for a plurality of different test currents.

Method according to one of the preceding claims, in which the steps of applying the test current, detecting the change in position and comparing each for opposite rotational sense of the electric servo motor ( 7 ) be performed.

Method according to one of the preceding claims, in which a temporal course of the position of the rotor is detected and compared with a predetermined expected time course of the position of the rotor.

The method of any one of the preceding claims, wherein the test stream has a predetermined waveform.

Method according to one of the preceding claims, wherein at least the steps of applying the test current and detecting the position change are performed when the rack and pinion steering is at rest.

Method according to one of the preceding claims, wherein an additional step of determining a temperature is performed and in which the step of comparing is performed in dependence on the determined temperature.

Method according to one of the preceding claims, in which a torque exerted by a driver on a steering column of the rack and pinion steering is detected.

Method according to one of the preceding claims, in which the steps of loading the test current and detecting the position change are carried out repeatedly and the detected position changes are evaluated statistically.

Method according to one of the preceding claims, in which an error condition is signaled when the detected friction condition exceeds a threshold value.

Power assisted rack and pinion steering with an electric servomotor ( 7 ), which is equipped with a rack ( 5 ) of the rack and pinion steering via a ball screw drive ( 6 ) and a control unit ( 10 ), which is designed to carry out a method according to one of the preceding claims.

Motor vehicle ( 1 ) with a rack and pinion steering according to claim 12.