動力轉向系統老化的估算的製作方法
2023-06-03 00:57:06 3
本發明涉及裝備車輛的機構、尤其是裝備機動車輛的一般技術領域。
更特別地，本發明涉及動力轉向系統，並特別涉及電動動力轉向系統。
背景技術：
通常在機械領域，特別地在汽車領域中，已知的是系統老化、劣化和通過被報廢來處理。
以通用的方式，系統的特性和性能因而依賴於所述系統的壽命。
就動力轉向機構而言，這些特性和性能特別地對所述機構部件的一些構成材料的改變(例如橡膠件的蠕變、硬化或磨損)、對間隙的出現、對潤滑劑的損耗或改變、或者還對影響機構運行的內部摩擦的變動，都很敏感。
因此，當系統變得老化時，動力轉向系統的一些初始設置可能變得不適宜。
因此，例如，如果轉向輔助提供一種摩擦補償定律，意在改善提供給駕駛員的舒適性和感覺，根據該定律，補償值被添加到扭矩設定值上，施加到輔助馬達，其中所述補償值允許基本上補償內摩擦的影響，則需要基於測試期間進行的摩擦力測量值通過設置所述補償值來校準所述補償定律。
一般情況下，補償值只設置一次，這就導致使用不變的補償定律。
現在，實際上影響轉向機構的摩擦在轉向機構的使用壽命期間以顯著的方式改變。在實踐中，這種摩擦通常隨著所述機構的老化和磨損而降低。
因此，如果補償定律是根據新的機構上測定的補償值進行設置的，則補償在執行試運行後將會顯得太大了。相反，如果補償定律是由從轉向機構後期運行執行測量得出的值進行設置的，則補償將在新的車輛上顯得不足。
此外，值得注意的是，除非對車輛定期地進行檢查以及深入測試，否則特別難以客觀地估算轉向機構的老化。
在這方面，值得特別注意的是，車輛的裡程數幾乎不代表轉向機構的老化。
事實上，如果考慮，一方面，第一輛車基本上專用於在高速公路長途行駛，而另一方面，第二輛駕校車用於每天進行平行停車練習，那麼就很容易理解，對於相同的裡程數，在第二種情況下轉向機構的磨損和老化將比第一種情況更為嚴重。
技術實現要素：
因此，本發明所賦予的目的旨在克服上述缺點，並提出一種新方法，允許以簡單有效而可靠的方式估算機構的老化程度，尤其是估算轉向機構的老化程度。
本發明被賦予的目的是通過提供一種估算轉向機構老化的方法來實現的，其特徵在於，通過根據老化函數計算稱為老化值的數值來估算轉向機構的老化，該老化函數對應於由應力指標進行加權的表達式隨時間推移的積分，應力指標的數值在所考慮的每個時刻代表了所述轉向機構在所述所考慮的時刻所經受應力的強度。
有利地，通過隨時間積分，也就是在給定的持續時間(積分周期)內，表達式(被積式)由一應力指標加權或可能與應力指標相等，該應力指標代表在所述積分周期期間轉向機構所經受的瞬時機械載荷，更特別地，代表了由轉向系統(方向盤和/或輔助馬達)的致動構件(一個或多個)向驅動運動鏈條上施加的驅動(或位置保持)力，驅動運動鏈條將所述致動構件聯接到方向盤，由此該方法允許以非常客觀的方式在所述積分周期期間評估轉向機構的老化。
事實上，本發明人已發現，轉向機構的老化，特別是影響所述轉向機構可動構件移位的磨損和內摩擦程度，與隨時間推移所述機構的連續操作應力(本文為轉向操作應力)的效應累積密切相關。
通過在老化函數中使用瞬時值隨時間變化的應力指標，因為所述值是永久「跟隨」(基本上實時地)被施加到轉向機構、以便操作轉向機構的力(其反而是可變的)的程度，該力的程度被有利地以準確而完整地方式考慮，所有這些由轉向機構在所考慮的積分周期的整體持續時間期間實際上並先後所經受的操作力，在頻率和強度方面同時進行考慮。
此外，由於老化函數使用的積分關聯(通過乘法)一(基本)持續時間至由應力指標連續採取的每個瞬時值，所述操作力強度的每個連續值在實踐中，在積分後，由施加該力的持續時間進行加權處理。
因此，通過使用積分函數，有利地可以量化轉向機構在整個所考慮的積分周期期間所經受的操作力的累積效應(強度和隨時間推移)。
最後，根據本發明的方法，因而有利地可以對轉向機構在所考慮的積分周期內所經受的疲勞老化的效果建立特別可靠的估算，此類估算所達程度是準確而精細地代表在所述積分周期期間對所述轉向機構進行的實際使用，從所述積分周期的原點開始直至其結束。
通過初始化老化函數的計算，即通過設置積分周期的原點到車輛第一次上路使用，並通過考慮所述積分周期的結束對應於進行老化函數計算的當前時刻，通過根據本發明的方法，可以有利地得到轉向機構的(絕對)全局壽命的準確可靠指標。
此外，該方法的實現特別簡單而快速，特別是應力指標可以從已經可以在動力轉向計算器任何時刻可用的數據獲得，如，通常地，施加到輔助馬達的扭矩設定值和/或由駕駛員在方向盤上所施加的方向盤扭矩的測量值。
附圖說明
通過閱讀下面的描述並參考所附圖1後，本發明的其他的目的、特徵和優點將顯示得更詳細，其中提供的附圖1僅為說明性而非限制性，示意性地表示了根據本發明，用於估算動力轉向系統老化的方法的實施方式。
具體實施方式
本發明涉及一種用於估算轉向機構1老化的方法，尤其是估算動力轉向機構1老化的方法。
如圖1所示，轉向機構1有利地包括至少一個致動構件2，3，諸如方向盤3和/或，優選地，輔助馬達2，該致動構件2，3由至少一個驅動運動鏈條4，5，6，7，8，11聯接到至少一個操縱構件，如轉向輪9，10。
「致動構件」2，3，在本文中是指一種被設計成主動操作轉向的構件，即，其允許有意地施加確定的(手動和/或電動)操作力到轉向機構1，以便控制所述轉向機構的轉向角，更特別地是控制一個或多個操縱構件9，10(例如轉向輪)的偏航角位置，操縱構件9，10遠離所述致動構件2，3並與所述致動構件2，3不同且相對於車輛底盤可移動安裝，而這使得能夠控制所述車輛的軌跡。
雖然在絕對方面而言不排除使用根據本發明的方法來評估完全手工操作轉向的老化，但在下文中考慮的是，根據特別優選的變型，動力轉向機構1配備有輔助馬達2，旨在提供輔助力T輔助來操作所述轉向機構。
能夠無差別地考慮任何類型的輔助馬達2，尤其是任何類型的雙向操作輔助馬達。
特別地，本發明可以應用於旋轉輔助馬達2，用於施加扭矩型輔助力T輔助，以及應用於線性輔助馬達2，用於在施加拉伸或壓縮型輔助力T輔助。
此外，所述輔助馬達2可以是，例如液壓的，或優選電動的(利用電動馬達特別是利於所述馬達的設置和執行，以及產生和管理有用信號)。
在特別優選的方式中，所述輔助馬達2可為旋轉電動馬達，例如「無刷」型。
另外，動力轉向機構1以本身已知的方式優選地包括方向盤3，通過方向盤3車輛駕駛員可以使轉向柱4旋轉，而轉向柱4通過轉向小齒輪5，嚙合在轉向齒條6上，轉向齒條6可滑動地安裝在固定於車輛底盤的轉向殼體上。
轉向齒條6的各端部優選地均經由轉向拉杆7，8聯接至偏航定向轉向節，偏航定向轉向節上安裝車輛轉向(優選為驅動)輪9，10，使得齒條6在殼體中的平移移位引起所述轉向車輪9，10轉向角(即偏航方向)的變化。
輔助馬達2(更特別地是所述輔助馬達的軸13)可以接合到轉向柱4本身，例如，經由蝸輪和蝸杆減速器，或可以通過滾珠絲槓型驅動機構或者經由不同於轉向柱小齒輪5的馬達小齒輪11與轉向齒條6直接接合(由此形成稱為「雙小齒輪」轉向機構的轉向機構，如圖1所示的)。
作為例子，在圖1所示的雙小齒輪變型中，可以考慮到，將方向盤3聯接到車輪9，10的「手動」驅動運動鏈條包括轉向柱4、轉向小齒輪5、齒條6和拉杆7，8，而將輔助馬達2聯接到相同車輪上的「機動」驅動運動鏈條包括電動馬達小齒輪11、齒條6和拉杆7，8。
被施加到輔助馬達2、以使得所述馬達輔助駕駛員操作轉向機構1的力設定值(或更優選地，扭矩設定值)Tm，取決於存儲在非易失性存儲器計算器(本文中是輔助定律應用模塊12)中的預定輔助定律，所述輔助定律能夠基於各種參數調節力設定值Tm，例如駕駛員施加到方向盤3的方向盤扭矩Ts、車輛的(縱向)速度V車輛、方向盤3的角位置θs等。
根據本發明，通過根據一老化函數(下文中將被標記為「old」，「old2」，「ene」)計算被稱為「老化值」的數值來估算轉向機構的老化，該老化函數對應於由應力指標Tm(u),Ts(u)加權的表達式隨時間推移(更特別地，隨著等於間隔[0，t]的積分周期)的積分，應力指標的數值在所考慮的每個時刻u代表了所述轉向機構1在所述所考慮的時刻u所經受應力Tm,Ts的強度。
更特別地，因此可以通過計算老化函數old，old2，ene來估算轉向機構1的老化，該老化函數對應於由應力指標進行加權的表達式隨時間推移的積分，應力指標的數值在所討論的每個時刻代表了驅動運動鏈條的應力水平(程度)，更特別地是指在所述所考慮時刻的轉向齒條6的應力水平(程度)。
有利的是，如上文中已經提到的，將表達式的時間積分的最初使用作為機構1的老化指標(並因此作為壽命指標)，其中表達式含有因數(應力指標)，該因數代表被施加在所述轉向機構上的瞬時力的強度，該表達式的時間積分的最初使用允許對所述機構所經受的機械疲勞有關的老化進行可靠而真實的估算。
有利的是，使用積分尤其允許隨時間推移累加(求和)產生老化的、時間上連續的所有力(所考慮力的所有不同強度)，這允許獲得與被施加到轉向機構1上的負載的實際歷史(本文中被稱為操作力的歷史)一致的真實的老化估算。
如圖1所示，根據本發明的方法，積分計算步驟(a)可以通過老化計算模塊15進行。
有利的是，可以在任何時刻t(優選地從固定不變的原點0開始)刷新積分計算的可能性，允許在任何時刻更新該老化估算，並且因此而準確永久地知道該機構1的確切壽命。
因此，本文中再次提到，該方法允許精確地量化機構1的壽命，並基於此估算壽命值相應地決定自動措施。
例如，將有可能提供輔助定律的糾正措施或警告措施，以通知駕駛員進行維護轉向系統或車輛行駛齒輪其他部件的必要性。
根據轉向機構1的構造，更特別地根據致動構件2，3的構造，應力指標Tm(u),Ts(u)可以是扭矩的測量值或估計值(特別地是用於驅動所考慮的部件繞其軸線旋轉的扭轉扭矩)，或者，等效地，是線性力的測量值或估計值(例如，施加於轉向齒條6的縱向拉伸/壓縮力)。
優選的是，應力指標Tm(u),Ts(u)代表了由致動構件2，3施加的操作力Tm,Ts的強度，或者分別代表了由若干致動構件2，3同時施加到驅動運動鏈條上的操作力Tm,Ts強度(如果合適的話，累積強度)。
在這方面，應力指標Tm(u),Ts(u)可以優選地選自：施加到輔助馬達2的扭矩設定值Tm、由輔助馬達2實際傳送的輔助扭矩T輔助的測量值、或由駕駛員施加到方向盤3上的方向盤扭矩Ts的測量值。
有利的是，當修改轉向角，或當所述機構被保持在所需轉向角時，以克服例如施加在車輪9,10的輪胎的外部應力，這些信號首先代表轉向機構1所經受的機械載荷。
此外，這些信號是容易得到的並且有用的，因為它們通常在管理動力轉向系統的計算器中可用。
因此，例如，可以從輔助定律應用模塊12的輸出獲得馬達扭矩設定值Tm的值，如圖1所示。
(電磁)輔助扭矩T輔助的測量值可以通過適當的扭矩傳感器(優選地被集成到輔助馬達2的控制器)提供。
方向盤扭矩Ts的測量值可以通過適當的方向盤扭矩傳感器(比如磁性扭矩傳感器)14來獲得，測量放置在方向盤3和轉向柱4之間的扭力杆的彈性變形。
在實踐中，更需要強調的是，在對車輛所考慮的大多數壽命的情況下，被施加到輔助馬達2的設定值Tm的值和所述輔助馬達2實際所提供的輔助力T輔助的值(在上述的設定值應用中)彼此是極為接近，甚至相等的，從而使這兩個信號的Tm，T輔助可以以等效的方式在本發明的上下文中使用。
為了方便的進行說明，因此下文中可以無差別地提及這兩個信號中的任何一個，或使一個信號與另一個同化，特別是它們作為應力指標使用時。
根據簡化並加速測量和計算的可能實施方式，所選老化函數的被積式，即在積分老化計算步驟(a)中隨時間積分成的表達式，可以被限制在唯一壓力指標本身Tm(u),Ts(u)。
優選地，當轉向機構1包括輔助馬達2，可以根據第一老化函數「old」(其代表與輔助馬達2的作用相關的老化)來計算老化值，所述第一老化函數被給定為：其中Tm(u)代表被施加到輔助馬達2的馬達扭矩設定值Tm，或相應地代表由輔助馬達在時刻u傳送的輔助扭矩T輔助的測量值。
該第一老化函數「old」，其被積式被限制為一個值(隨時間可變)，該值代表了由輔助馬達2提供的扭矩T輔助，Tm，有利地允許在老化計算中考慮到輔助馬達2向轉向機構1施加的機動操作力的作用。
在這方面，值得注意的是，由於馬達2提供的輔助力T輔助，Tm一般遠遠高於駕駛員向方向盤3施加的手動力TS，所以「機動」輔助力在實踐中代表機構1的疲勞老化的主要來源。
因此，所提出的第一老化函數「old」本身可以很大程度上代表轉向機構1的實際老化。
作為這種對機動(輔助)操作力T輔助，Tm對老化的作用考慮的替代或補充，有可能考慮手動操作力TS特定的老化作用。
在這方面，當轉向機構包括方向盤3，可以根據第二老化函數「old2」(其代表與方向盤3的作用相關的老化)來計算老化值，所述第二老化函數被給定為：其中Ts(u)代表由駕駛員在時刻u施加到方向盤3上的方向盤扭矩設定值Ts的測量值。
該第二老化函數，其被積式在本文中被限制為代表了(唯一)方向盤扭矩Ts的應力指標，有利地允許考慮到手動操作力對老化過程的作用，以便特別地估算轉向機構未經受輔助馬達2作用的那些部分的老化。
在沒有轉向輔助時，甚至在沒有輔助馬達2時，該第二老化函數「old2」本身可以代表機構1的老化。
在設置有被積極使用的輔助馬達2的轉向機構1的情況下，該第二老化函數「old2」可以用作第一老化函數「old」的補充，使得老化計算通過採取同時考慮到機動力(利用第一函數「old」)的作用和手動力(利用第二函數「old2」)的作用而更加準確。
在這方面，值得注意的是，在實踐中，由於機動力和手動力(對轉向機構1的老化)的各自作用可以是很不同的，因此所述第一老化函數「old」和第二老化函數「old2」將優選地彼此分別(獨立地)計算，以便能夠並行監視這兩個老化函數的獨立演化。
儘管如此，在另一個假設中：在考慮所有之後來計算第一老化函數「old」和第二老化函數「old2」的各個作用的總和，以便直接評估全局老化，應該指出的是，在絕對意義上，因為積分的分配屬性，下列兩種做法可以無差別地進行：在彼此分開計算第一老化函數和第二老化函數後，再把二者求和(old+old2)，或者直接使用應力指標進行被積式的積分運算，其中該應力指標(已)等於方向盤扭矩與馬達傳送的輔助扭矩的總和(TS+Tm)。
根據可能的實施方式，老化值是根據老化函數計算的，其中該老化函數的被積式包含兩個方面的乘積(並優選地專門限於乘積)，其中一方面是代表力的強度的應力指標Tm(u),Ts(u)，更特別地代表由轉向機構1的致動構件2，3(例如方向盤3和/或輔助馬達2)施加的扭矩強度，另一方面是所述致動構件2，3的移位速度(在參考框中附連到車輛和轉向殼體)，更特別地指所述致動構件2，3的旋轉速度ωm。
有利的是，這樣的乘積，力×位移(線性)速度，更特別地指扭矩×旋轉(角)速度，對應於由致動構件2，3帶至轉向機構1的瞬時功率。
在這種方式中，這種表達式隨時間推移的積分，允許估算在積分周期的整個持續時間被帶到所述機構1的機械能。
因此，本發明有利地允許在計算老化時不僅考慮到施加於轉向機構的力的強度及其隨時間的累積，還考慮了這些力施用到轉向機構1上所根據的動態情況。
因此，老化的估算可以更準確，因為在實際應用中，老化也取決於此動態情況。
實際上，作為實例，應該理解的是，施加在受阻轉向機構1(例如，由於所述機構已達到其行程限制或由於車輪9，10之一抵接在障礙物上方)的馬達扭矩將趨向於撞擊或壓迫所述機構1，因此在變形和疲勞方面，當此相同扭矩在自由轉向操作過程中被施加到移動機構1時，將不會有相同的影響。
優選地，如果所考慮的致動構件是輔助馬達2，特別可能地可以根據代表由輔助馬達2所傳送能量的第三老化函數(ene)來計算老化值，所述第三老化函數被給定為：其中Tm(u)表示由輔助馬達2在時刻u傳送的馬達扭矩設定值或輔助扭矩的測量值，而ωm(u)代表輔助馬達2的軸13在同一時刻u的旋轉速度。
因此，非常有利地可以計算由輔助馬達2傳送的瞬時功率的時間積分，即在整個考慮的積分周期內，由輔助馬達向轉向機構1「注入」的、並由驅動運動鏈條傳送(並部分消散)的能量值，更特別地從所述輔助馬達2的第一次起動開始。
在特別優選的方式中，而且不顧所考慮的老化函數或所考慮的老化函數組合，轉向機構的絕對老化是通過在全局時間周期[0，t]內執行老化函數的積分計算而估算的，其中時間周期[0，t]的原點0對應於轉向機構1第一次開始服役的時間，或者更特別地，對應於配備有所述轉向機構的車輛第一次上路使用的時間。
因此，可以從機構1第一次開始服役的時間所關聯的絕對時間零，直至積分運算結束時的當前時刻t的時間，來估算轉向機構的總(絕對)壽命。
有利的是，老化函數(老化值)的計算結果將被存儲在非易失性存儲器中，從而使老化計算可以在車輛的停止階段被保存並在車輛每次重新啟動時累積性繼續(而不會復位)。
本發明更普遍地還涉及一種用於管理動力轉向系統的方法，包括：通過上述任一項特徵得出的一種老化估算方法來確定所述動力轉向機構1的壽命，隨後基於所確定的壽命調整至少一種由所述動力轉向輔助定律所用的輔助定律和/或摩擦模型。
換句話說，老化值將被有利地用作參數，用於修改一個或幾個輔助定律，和/或摩擦模型，允許估算抵抗轉向操作的內部摩擦，而這是為了能夠隨時間推移根據機構1的實際壽命動態地調整動力轉向系統的管理。
特別地，將因此有可能隨著機構1的日益老化而逐漸減少摩擦的補償。
當然，在根據本發明的一個或幾個老化函數返回的老化值的基礎上，對老化敏感的輔助定律的數目和性質，可以自行修改，不以任何方式受到限制。
因此，例如，作為調整上述輔助定律的補充或替代，也可以在根據本發明所確定的轉向機構壽命的基礎上，提供對至少一個彈性圖表的改變，該彈性圖表表徵了(例如，以曲線或映射的形式)轉向機構1中可移動構件的剛度，如方向盤3、齒條6、輔助馬達2的軸13、轉向柱4、和相應的小齒輪5，11，和/或轉向機構兩個可移動構件之間的運動學聯動裝置的剛度，例如轉向柱4和齒條6、轉向小齒輪5之間，或輔助馬達的軸13和齒條6之間經由馬達小齒輪11的聯動裝置。
「剛度」在本文中是指，彈簧型元件特性的意義，下列兩個方面之間的比值：一方面是，所考慮的可移動構件所經受的，或所考慮的聯動裝置所輸送的力或扭矩的變化，另一方面是，所述構件的相應彈性變形，即相應的所述聯動裝置的彈性變形。
有利的是，彈性圖表將允許考慮到應力下可移動構件和/或所述可移動構件之間形成的運動學聯動裝置的彈性變形，此時轉向機構1的可移動構件的位置將根據從屬於同一運動鏈的另一個可移動構件的位置信息(測量值或估算值)來計算，更通常地屬於同一轉向機構1。
因此，例如，可以基於施加到轉向機構1的應力條件，特別地基於由輔助馬達2施加的扭矩和/或由駕駛員手動施加在方向盤3上的扭矩，當知道齒條6上小齒輪5，11的齒輪比(傳動比)，以及分別在馬達軸13與齒條6之間的連續聯動裝置、以及齒條6與轉向柱4之間的連續聯動裝置上產生的彈性變形時，根據輔助電動機2的軸13測得的絕對角位置，以高精度估算齒條6的位置和/或方向盤3的位置。
更特別地說，如果考慮將第一可移動構件連接至第二可移動構件的聯動裝置，第二可移動構件位置的計算可以通過用第一可移動構件的位置乘以聯動裝置的(理論和理想的)傳動比，然後通過添加對應於所述聯動裝置彈性變形的偏差，該偏差的計算，一方面是根據所測量的或估算的由所述聯動裝置傳送的力(通常是馬達轉矩)，另一方面是根據彈性圖表提供的所述聯動裝置的剛度。
值得指出的是，為方便起見，所有的位置可以以等效角位置的形式表示，參照馬達軸13的角位置和/或方向盤3的角度位置。
有利的是，根據轉向機構1的壽命對彈性圖表(一個或多個)的改變，即更新，允許在車輛的整個使用壽命內，保留在可移動構件位置計算的良好精度，特別是因為磨損影響被考慮在內，在聯動裝置中間隙逐漸出現和摩擦逐漸減少，這修改彈性行為，更特別地改變了所考慮聯動裝置(或運動鏈的被考慮部分)的剛度，以及相關彈性圖表的後續布局。
此外，本發明還涉及老化估算模塊15，其由電子電路、電路板、計算器(計算機)、可編程邏輯控制器，或者任何其他等效設備形成，並且可以呈現由其電子元器件的布線排列限定的物理控制結構，和/或優選地，由計算機編程限定的虛擬控制結構，以便能夠實現根據按照本發明的方法。
同樣，本發明還涉及計算機可讀且包含電腦程式代碼元素的數據介質，在所述介質通過計算機讀取的時候，該數據介質確保根據在上文中描述的特徵的任何一項所述的方法的執行。
最後，本發明涉及一種機動車輛，特別地是有轉向車輪，有可能是驅動車輪，配備有由控制模塊(諸如計算器)驅動的動力轉向系統，動力轉向系統被設計為實現根據前述任一特徵的方法。
當然，本發明決不限於前述的唯一變體，本領域的技術人員特別地能夠自由地分離或組合任一前述特徵，或用等同物替換它們。
特別地，完全可以想像形成老化計算的原則，即通過隨時間將應力積分至任何其它機構，並且特別地是任何汽車機構，包括：通過任何形式構件的手動或機動致動驅動的可移動構件。