辨識動力輔助齒輪齒條式轉向系統中增加的摩擦的方法
2023-05-21 07:06:31
辨識動力輔助齒輪齒條式轉向系統中增加的摩擦的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於辨識動力輔助齒輪齒條式轉向系統中增加的摩擦的方法。所述方法中，向齒輪齒條式轉向系統的伺服電動機(7)施加檢測電流，並且檢測由施加到伺服電動機(7)的檢測電流引起的伺服電動機(7)的轉子的位置變化。然後比較檢測的位置變化和預定的預期位置變化。根據比較結果確定摩擦狀態。本發明還涉及一種動力輔助齒輪齒條式轉向系統，其包含伺服電動機(7)以及用於執行根據本發明的方法的控制單元(10)；還涉及一種機動車輛，其包含這一類型的齒輪齒條式轉向系統。
【專利說明】辨識動力輔助齒輪齒條式轉向系統中增加的摩擦的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於辨識動力輔助齒輪齒條式轉向系統中增加的摩擦的方法，並且涉及被設計用於辨識增加的摩擦的動力輔助齒輪齒條式轉向系統。
【背景技術】
[0002]齒條傳動電動助力轉向(R-EPAS)系統，也就是說具有電動助力的齒輪齒條式轉向系統是機動車輛中常見的轉向系統類型。在這類轉向系統的轉向機構中能夠發生增加的內部摩擦，並且這可能對駕駛舒適度和機動車輛的轉向行為帶來負面影響。在極端情況下，這甚至能夠導致動力輔助對駕駛員不再可用，其結果是使得機動車輛的轉向極其困難，並且機動車輛不再以駕駛員習慣的方式運轉。
[0003]轉向機構中增加的摩擦可能由水和灰塵顆粒的進入產生，例如當旨在保護轉向系統免受水濺等的套筒損壞時。水分可能另外導致同樣增加轉向機構中內部摩擦的鏽跡的形成。然而，由於動力輔助對其可用，只有在已經需要完整替換損壞的轉向系統部件的很晚的時間點，駕駛員才注意到增加的摩擦，這導致相應的高的成本。因此在早期檢測轉向機構中增加的摩擦是重要的。為了這一目的，可以使用單獨的傳感器，但是這些增加了機動車輛的成本。其他已知的方法不能夠可靠地區分一方面在轉向機構中出現的摩擦和另一方面由於行車道表面變化產生的或在車輪懸架系統中出現的摩擦。這將會導致錯誤判斷，該錯誤判斷導致不必要的轉向系統的昂貴替換。
【發明內容】
[0004]由於這些原因，本發明的目的是介紹一種用於辨識R-EPAS轉向系統中增加的摩擦的改進的方法。
[0005]因此本發明介紹了一種用於辨識動力輔助齒輪齒條式轉向系統中增加的摩擦的方法，該方法至少包含以下步驟:
[0006]向齒輪齒條式轉向系統的伺服電動機施加檢測電流；
[0007]檢測作為施加到伺服電動機的檢測電流的結果的伺服電動機轉子的位置變化；
[0008]比較檢測的位置變化和預定的預期位置變化；以及
[0009]根據比較結果確定摩擦狀態。
[0010]在不需要如傳感器這樣的額外的轉向系統組件的情況下，本發明的方法允許檢測轉向系統內增加的摩擦。同時，能夠可靠地區分增加的內部摩擦與其他摩擦來源。
[0011]本發明以以下認識為基礎，由於其設計，將伺服電動機連接到轉向系統的齒條的轉向機構具有產生由於汙物導致的增加的內部摩擦的最大可能性。由於這一原因，能夠具有高的可靠程度地假設，如果確定了在將伺服電動機連接到轉向系統齒條的轉向機構中沒有增加的摩擦，所述效應就未對整個轉向系統產生負面影響。尤其因為所述轉向機構通常被實現為滾珠絲槓，所述滾珠絲槓的複雜結構設計使其特別容易受汙物、鏽蝕等影響情況下就是這樣。針對控制這類R-EPAS轉向系統的伺服電動機配備有傳感器，所述傳感器允許精確確定伺服電動機轉子的位置。代替用於確定轉向機構中摩擦的獨立傳感器，本發明因此規定，通過施加到伺服電動機的檢測電流以及觀測由檢測電流引起的伺服電動機轉子的位置變化，來間接確定該摩擦。這也是有利的，由於用於確定轉子位置的傳感器通常是非常精確的。
[0012]然後將通過這種方式檢測的位置變化與預期的預定位置變化進行比較。例如，使用用於全部機動車輛類型或單獨用於每一機動車輛的技術上有效的比較系統，該系統在為相應機動車輛構建實際使用的轉向系統的過程中作為部分精整措施，這樣可以實驗地確定預期的位置改變。在這種情況下，能夠修改預期的位置變化，這樣，轉向機構的摩擦狀態的一些可以容忍的惡化已經考慮在內。
[0013]尤其當檢測的位置變化小於預期的位置變化時，可以確定增加的摩擦狀態。在這種情況下，可以假定增加的摩擦限制了伺服電動機轉子的移動性。在極端情況下，如果轉向機構中有增加的摩擦，當施加檢測電流時，轉子完全不能移動。
[0014]檢測電流優選地具有預定的電流強度。該預定電流強度產生相應的特定扭矩，伺服電動機將該扭矩施加到轉向機構上。由於檢測電流的電流強度是已知的，還能夠以增加的可靠性估計檢測的位置變化。
[0015]在這種情況下，尤其優選地選擇預定的電流強度，因此齒輪齒條式轉向系統的齒條位置保持不變。結果是，由伺服電動機基於檢測電流執行的移動被限定為在轉向系統的這一部分存在的遊隙(「遊隙」是力或扭矩傳輸之前的移動自由度)。由於伺服電動機通常剛性地連接到轉向機構，這種情況下的遊隙大體上是在轉向機構中產生的遊隙，例如基於滾珠絲槓的軸中的滾珠的移動產生的遊隙。因此，不應將轉向機構控制到這一程度，即，實際可感知的從伺服電動機到轉向系統齒條的扭矩傳遞將在根據本發明的方法的該變形實施例的一部分中發生。檢測電流的電流強度因此低於常規動力輔助操作所需的電流強度。
[0016]這種情況下，能夠針對多個不同的檢測電流執行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟，以及比較步驟。因此，可以產生並檢測不同的檢測狀況，作為其結果該方法能夠獲得更高的可靠性。舉例來說，為了確定使轉子(和剛性地連接到轉子的相關轉向機構的部件)運動所需要的最小電流強度，可以使用多種不同電流強度的檢測電流。如果該最小電流強度隨時間增加，可以假定內部摩擦已經增加。然後增加的程度能夠用於評估摩擦狀態。
[0017]在不同情況下，針對伺服電動機的相反旋轉方向執行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟以及比較步驟。因此，伺服電動機的轉子能夠一次或多次向前及向後移動。從而，首先可以增加檢測周期，以及其次可能的是確保轉向機構中的所有遊隙用於該方法。因此，可以想到的是，檢測電流使轉子在常規動力輔助操作中由伺服電動機執行的最後的運動相同的方向上運動。在這種情況下，由檢測電流導致的轉子的進一步運動變得不可能，因為轉向機構中沒有進一步的遊隙能夠被預期。相反，如果通過適合的檢測電流使轉子在相反的旋轉方向運動，轉向機構中的遊隙能夠在各種情況下用於根據本發明的方法。
[0018]同樣可能的是，檢測轉子位置的時間分布曲線，並且將其與轉子位置預定的預期時間分布曲線進行比較。如果只需要轉子位置的兩個測量點來確定轉子的位置變化，那麼如果檢測到更多測量點，檢測方法的精確度會增加。由於評估了時間分布曲線，尤其能夠檢測並評估附著/滑動影響。因此，可以想到的是，僅僅在特定時間段(附著階段)之後施加導致轉子運動(滑動階段)的檢測電流。然後附著階段的持續時間能夠被用作轉向機構中當前摩擦的測量方法。
[0019]檢測電流還可以具有預定波形。在這種情況下，可行的是，使用正弦信號分布曲線或類似分布曲線，以便於隨後在作為信號處理方法的一部分的、對產生的伺服電動機轉子位置的信號分布曲線的評估的基礎上，確定轉向機構的摩擦狀態。
[0020]優選地在齒輪齒條式轉向系統不運行時至少執行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟。這防止駕駛員由於轉向行為中不期望的介入被煩擾，並且增加了方法的精確度。優選地當機動車輛已經停止、尤其優選地當機動車輛已經由駕駛員熄火時執行該方法。
[0021]在根據本發明的方法中，能夠執行確定溫度的額外步驟。在這種情況下，根據確定的溫度執行比較步驟。這提供了如下優勢，即能夠將已經隨溫度變化的轉向機構中潤滑劑的粘度考慮在內。因此，相比於轉向機構沒有被負面地影響的更高溫度的情況下，低溫時能夠預期更高的內部摩擦。
[0022]同樣能夠檢測由駕駛員施加到齒輪齒條式轉向系統的轉向柱上的扭矩。這種檢測是有利的，尤其為了檢測轉向系統的齒條是否在該方法的執行過程中由駕駛員移動，由於這將會惡化測試結果。
[0023]為了增加該方法的精確度，可以重複執行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟，並且能夠統計地評估檢測的位置變化。統計的評估能夠確定例如平均值，和/或消除所謂的異常值，也就是說無法說明的極限值。
[0024]在該方法的所有實施例中，可以規定，當確定的摩擦狀態超出了臨界值時指示故障狀態。例如，這可以通過儀錶板中相應的顯示器或警告音實施。
[0025]本發明的第二方面涉及包含伺服電動機和控制單元的動力輔助齒輪齒條式轉向系統。在這種情況下，該控制單元被設計為執行根據本發明的方法。
[0026]本發明還介紹了一種包含這類齒輪齒條式轉向系統的機動車輛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]下面將參照示例性實施例的說明更加詳細地解釋本發明。附圖中:
[0028]圖1示出了包含根據本發明的齒輪齒條式轉向系統的一個示例性實施例的機動車輛；以及
[0029]圖2示出了根據本發明的方法的一個示例性實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]圖1示出了包含根據本發明的齒輪齒條式轉向系統的一個示例性實施例的機動車輛I。該機動車輛I具有四個車輪2-1到2-4，所述四個車輪中的前兩個車輪2-1和2-2用於轉向示例中所示的機動車輛I。駕駛員使用方向盤3傳達他的轉向意願，所述方向盤的轉向柱通過齒輪4與齒條5連接。在方向盤3上設置期望的轉向角引起轉向杆相應的旋轉，並且該旋轉通過齒輪4傳遞給齒條5。作為結果，該齒條沿其縱向軸線被推動，並且因此改變車輪2-1和2-2的設定角。由於轉向可能需要大量的力，通常提供動力輔助，這通過該實例中的伺服電動機7提供。該伺服電動機7同樣與齒條5連接，其中該連接通過轉向機構6——例如滾珠絲槓——來實現。
[0031 ] 在傳統動力輔助操作中，為了確定由駕駛員施加到方向盤3上的扭矩，使用例如安置在轉向柱中的扭矩傳感器9。該扭矩傳感器9將傳感器信號傳遞給控制單元10，該控制單元還通過預先指定用於伺服電動機7的操作電流來控制伺服電動機7。對於動力輔助來說，該控制單元10驅動伺服電動機7，因此伺服電動機提供一扭矩，該扭矩取決於扭矩傳感器9的傳感器信號，並且幫助齒條5按照駕駛員的意願移動。該控制單元10還與傳感器8連接，該傳感器8安置在伺服電動機7的轉子上，並且檢測轉子的位置並將其傳遞給控制單元10。這對於動力輔助操作過程中伺服電動機7的精確控制是必需的。
[0032]如果動力輔助由於故障而失靈，由於方向盤3與齒條5的直接機械耦接，駕駛員可以繼續控制機動車輛1，為安全起見這是重要的。
[0033]根據本發明的方法允許確定轉向機構6中由於例如汙物或腐蝕已經增加的摩擦。如果在早期辨識了增加的摩擦，在多種情況下，清潔轉向機構6，並且為了防止水分或汙垢進一步進入將其重新密封就足夠了。因此，避免了相當昂貴的轉向系統組件的替換。
[0034]為了辨識增加的摩擦，控制單元10將檢測電流應用到伺服電動機7上，並且使用傳感器8觀測由檢測電流引起的伺服電動機7的轉子位置的變化。正如以上所描述的，由於內部摩擦在轉子移動性上的作用，能夠可靠地辨識不期望的增加的摩擦。在這種情況下，為了確定周圍溫度或轉向機構6自身內的溫度，並且基於確定的溫度消除溫度對轉向機構6內的摩擦的影響，可以配備連接到控制單元10的溫度傳感器11。
[0035]圖2示出了能夠在圖1中的機動車輛I中實施的、根據本發明的方法的示例性實施例的流程圖。例如在機動車輛I已經停止之後，該示例性實施例的方法開始於步驟so。在步驟SI，向齒輪齒條式轉向系統的伺服電動機7施加檢測電流。在步驟S2，檢測到由於施加到伺服電動機7上的檢測電流導致的伺服電動機7轉子的位置變化。在可選擇的步驟S3，為了能夠消除溫度對轉向機構6中的摩擦的影響，能夠使用溫度傳感器11確定溫度。然後，在步驟S4，比較在步驟S2檢測的位置變化和預定的預期位置變化。如果在步驟3已經確定了溫度，可以根據確定的溫度確定預期位置變化，例如通過從多個預定數據設置中選擇的、與確定的溫度有關的數據設置。在隨後的步驟S5，根據步驟S4中的比較結果確定摩擦狀態。如果，在這種情況下，在步驟S6確定內部摩擦已經增加到不允許的程度，在步驟S7執行故障程序，所述故障程序可能包含例如給予駕駛員的故障指示。如果沒有確定增加的摩擦，就不執行故障程序。隨後，在兩種可能的情況下，該方法能夠直接或在等待時間之後由返回支路繼續到步驟SI，或者另外能夠終止直到機動車輛重新啟動。
[0036]為了增加檢測的可靠性，尤其還能夠多次執行圖2的方法。還能夠提供步驟S1、S2、S4和S5多次運行的方法的變形。上面已經描述了這類方法的示例。
【權利要求】
1.一種用於辨識動力輔助齒輪齒條式轉向系統中增加的摩擦的方法，其特徵在於，包含步驟: 向齒輪齒條式轉向系統的伺服電動機(7)施加檢測電流； 檢測伺服電動機(7)的轉子的位置變化，該位置變化是由施加到伺服電動機(7)上的檢測電流引起的； 比較檢測的位置變化與預定的預期位置變化；以及 根據比較的結果確定摩擦狀態。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，當檢測的位置變化小於預期的位置變化時，確定增加的摩擦狀態。
3.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，檢測電流具有預定的電流強度。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，選擇預定的電流強度，以使齒輪齒條式轉向系統中齒條(5)的位置保持不變。
5.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，針對多個不同的檢測電流執行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟以及比較步驟。
6.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，在不同情況下，針對伺服電動機(7)的相反旋轉方向執行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟以及比較步驟。
7.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，檢測轉子位置的時間分布曲線，並且將其與轉子位置的預定的預期時間分布曲線進行比較。
8.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，檢測電流具有預定的波形。
9.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，當齒輪齒條式轉向系統不運行時，至少執行施加檢測電流和檢測位置變化步驟。
10.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，執行確定溫度的額外步驟，並且其中根據確定的溫度執行比較步驟。
11.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，檢測由駕駛員施加到齒輪齒條式轉向系統的轉向柱上的扭矩。
12.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，重複執行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟，並且統計地評估檢測的位置變化。
13.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於，當確定的摩擦狀態超出臨界值，指示故障狀態。
14.一種動力輔助齒輪齒條式轉向系統，其特徵在於，包含伺服電動機(7)以及控制單元(10)，該控制單元設計為執行前述任一項權利要求所述的方法。
15.一種包含權利要求14所述的齒輪齒條式轉向系統的機動車輛。
【文檔編號】B62D3/12GK104029715SQ201410082834
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月7日 優先權日:2013年3月7日
【發明者】克勞斯·舒斯特瑞奇 申請人:福特全球技術公司