CN103786783B - 具有滚珠丝杠的动力转向系统 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种具有滚珠丝杠的电动辅助动力转向系统，该系统具有安置在转向系统中的传感器。该传感器被设计用于检测转向角变化过程中转向系统中的声学振动或加速度信号，用于产生表现振动或加速度信号的传感器信号，并且用于将传感器信号传输给控制单元。在本发明的背景下，控制单元被设计用于比较传感器信号与临界值，以及用于在该传感器信号大于该临界值时检测到故障状态。本发明同样涉及具有根据本发明的动力转向系统的机动车。
Description
技术领域
本发明涉及改进的具有滚珠丝杠的电动辅助动力转向系统以及具有该动力转向系统的机动车。
背景技术
在齿条和小齿轮转向系统中，可能的是由于被损坏的外壳使水分和灰尘进入转向齿轮，导致不希望的锈迹开始形成。在液压转向齿轮中，长期损害能够发生在密封件上，其结果是最后转向油泄漏。这导致转向过程中驾驶员不再被辅助，这是转向系统中缺陷的明显指示。
具有滚珠丝杠(ball screw)的动力转向系统——也被称为齿条电力辅助转向(REPAS)——使用电力辅助，其结果是消除了转向油泄漏的可能性。然而，此时在转向系统中仍然存在锈迹生成问题，尤其是在转向齿条的球滚道上、循环球齿轮(recirculatingball gear)的球上以及循环球齿轮的滚道上，这增加了转向系统的摩擦。然而，因为可以预期只有当锈迹的行成已经进行了很长一段并且摩擦力已经显著增加时才会发生电力辅助设备的失效，对于驾驶员不会有不良影响。由于这一原因，对驾驶员迅速报警因此是有利的。
为了这一目的，用于检测摩擦力的方法是已知的，然而这些方法不能从其他影响中单独地确定转向齿轮内的摩擦，其他影响例如与转向齿轮连接的组件、例如枢转轴承和减震器的摩擦。因此，采用这样的解决方案，可能发生的是由于已经发现的增加的摩擦而替换整个转向系统，甚至尽管转向系统本身未显示出任何锈迹生成或增加的摩擦，也就是说转向系统本身未损坏。公知的用于检测摩擦的方法因此会导致功能仍然可用的转向齿轮被不必要地替换。
发明内容
因此本发明的目的是介绍一种用于检测REPAS转向系统的转向齿轮中增加的摩擦的改进的可能性。
因此本发明的第一方面介绍一种具有滚珠丝杠的电动辅助动力转向系统，该系统使用至少一个安置在转向系统或车辆中的传感器。在本发明的背景下，传感器以这种方式设计，即，该传感器检测转向角改变的过程中转向系统的声学信号(空气传播的噪音)或者加速度信号(振动，结构传播的噪音)，并且产生表现该振动/噪音的传感器信号并将其传输给控制单元。在此该控制单元被设计用于比较传感器信号与临界值，并且在该传感器信号大于该临界值时检测到故障状态。
本发明以持续转向过程中摩擦伴随着噪音的形成和/或加速度信号的认识为基础，该摩擦通过锈迹的形成或灰尘颗粒的侵入而增加。因此本发明有利地使用采集转向系统中声学振动和/或加速度的传感器。然后传感器信号能够轻易地被检测，这是因为故障情况的出现，也就是说摩擦已经以不可接受的数量增加。因此只是间接地确定该摩擦。然而，可能由此引起的测量精度的降低是无关紧要的，因为对于期望的目的，摩擦或转向齿轮状态的粗略量化是足够的。因为所述复杂问题涉及到长时间变化，同样可能的是直到发现在特定时间段内或关于特定数量的转向过程中临界值已经被超过至少特定的次数才检测到故障状态。当前转向角在控制单元中在任何情况下通常是已知的或者能够由转向角传感器检测，根据当前转向角可以推断出转向角的变化。
传感器优选地包含此处列举的传感器中的至少一个：加速度传感器、声传感器、扭矩传感器、位置传感器和/或功耗传感器。在本发明的背景下，来自为了其他原因安装在车辆中传感器的信号也能够有益地用于使用目的。尤其同样可能的是，在临界值的比较过程中，应用具体说明的传感器类型的组合并且联合地考虑它们各自的传感信号。表现振动的传感器信号因此包含大量单个传感器信号。同样可以考虑来自周围条件、例如温度和空气湿度的传感器的数据。例如，这可以通过根据已测量的周围条件设置的临界值来完成。根据转向系统的设计，摩擦强度因可以是随温度变化的，由于这个原因，相应地调整临界值是有利的。
已经存在于车辆中的加速度传感器优选地被使用，并且这一传感器特别优选地可以是气囊触发系统中已经存在的加速度传感器。
该传感器能够并入到控制单元中。这样的优点是消除了额外布线的花费。
可选择地或者另外地，传感器能够安置在滚珠丝杠上。可以预期此处有要检测的故障状态的噪音的最强烈形成和/或最强烈的加速度信号，因此传感器能够产生具有增强的测量精度的传感器信号。
临界值优选地是振幅值或频率带。在本发明的背景下，控制单元被设计用于比较传感器信号的最大调制度与临界值。传感器信号的调制提供关于转向齿轮中噪音产生强度的可靠信息。
控制单元能够被设计用于将故障状态传输给人机界面以便向驾驶员发信号。此处传输能够例如借助机动车CAN(控制器局域网)总线发生。
控制单元能够被设计用于在故障状态被检测到之后使动力转向系统的电动助力电动机停止。特别地，这可以发生在故障状态被检测到之后发生的机动车重新启动之后，因为在行驶过程中停止动力转向系统的助力电动机能够给车辆乘客及周围环境带来危险，前提是机动车的控制行为由于动力辅助的丧失而被不利地影响。
动力辅助转向系统可以具有滤波器单元，该滤波器单元连接在传感器和控制单元之间，并且被设计用于过滤传感器信号。借助过滤能够阻抑不期望的信号分量，这提高了故障状态检测精度。
特别地，滤波器单元能够被设计用于阻止超过上截止频率的传感器信号的频率分量。该上截止频率可以是例如10kHz或更少。另外，同样可能的是提供下截止频率，低于该下截止频率的传感器信号的频率分量被阻止。该下截止频率可以是例如至少100Hz。
本发明的第二方面介绍了具有根据本发明第一方面的动力转向系统的机动车。
附图说明
以下参照示例性实施例的说明将更加详细地描述本发明。图1示出了具有根据本发明的动力转向系统9的机动车1的框图。
具体实施方式
图1仅示意性地示出了具有车轮2的机动车1，可以由转向齿轮6定向其中两个车轮以进行转向。转向齿轮6在此实施为滚珠丝杠。为了这一目的，机动车1的驾驶员通过方向盘3传达转向要求。方向盘3的偏转角和转向齿轮6的实际偏转角之间的差值能够借助适宜的传感器来确定，该传感器为例如将方向盘3连接到转向齿条10的扭杆4。控制单元7以以下方式控制安置在转向齿条10上并且起到电力辅助电动机的作用的电动机5，即，方向盘3的偏转角和转向齿轮6的偏转角之间的偏差被抵消。由电动机5驱动的转向齿条10然后驱动转向齿轮6，因此根据驾驶员的要求由转向齿轮6定向车轮2。根据本发明，在图1的示例性实施例中，配备传感器8，该传感器8测量转向齿轮6中的声音振动和/或加速度信号，并且将传感器信号传输给控制单元7。滤波器单元12能够连接在传感器8和控制单元7之间，在所示出的示例性实施例中该滤波器单元并入到控制单元7中。控制单元7适宜地评估滤波器单元12过滤之后的传感器信号，并且，正如已经描述的，在某些情况下检测到故障状态，其前提是摩擦不可接受地增加，该摩擦是测量到的转向齿轮6中的噪音产生的原因。控制单元7借助人机界面11将故障状态报告给机动车1的驾驶员，例如借助安置在仪表盘上的警告灯。
已经参照示例性实施例描述了本发明。然而，在不背离权利要求所保护的范围的情况下，偏离于所述示例性实施例是可能的。
加速度传感器也能够同时用于检测转向齿轮中另外的故障，例如，跳过齿形带、转向齿轮中的“正常”磨损(例如可以导致齿轮连接的咯咯声的滑块的磨损)或者甚至极限情况下转向齿轮组件的破碎(例如由于错误的操作/修理)。
Claims (13)
1.一种具有滚珠丝杠(6)的电力辅助动力转向系统(9)，其特征在于，该系统由至少一个传感器(8)定义，所述传感器被设计用于检测转向角变化过程中转向齿轮中的加速度信号，用于产生表现所述转向齿轮中的结构传播的噪音的传感器信号，以及用于将传感器信号传输给控制单元(7)，其中控制单元(7)被设计用于比较传感器信号与临界值，并且用于在传感器信号大于临界值时检测到故障状态。
2.根据权利要求1所述的动力转向系统(9)，其特征在于，所述至少一个传感器(8)包含在此列举的传感器中的至少一个：加速度传感器、扭矩传感器、位置传感器和/或功耗传感器。
3.根据权利要求1或2所述的动力转向系统(9)，其特征在于，所述至少一个传感器(8)至少是加速度传感器。
4.根据权利要求3所述的动力转向系统(9)，其特征在于，所述至少一个传感器(8)至少是车辆中已经存在的加速度传感器。
5.根据权利要求4所述的动力转向系统(9)，其特征在于，所述至少一个传感器(8)至少是气囊触发系统的加速度传感器。
6.根据权利要求1或2所述的动力转向系统(9)，其特征在于，所述至少一个传感器(8)并入到控制单元(7)中。
7.根据权利要求1或2所述的动力转向系统(9)，其特征在于，所述至少一个传感器(8)安置在滚珠丝杠(6)上。
8.根据权利要求1或2所述的动力转向系统(9)，其特征在于，临界值是振幅值，并且控制单元(7)被设计用于比较传感器信号的最大调制度和临界值。
9.根据权利要求1或2所述的动力转向系统(9)，其特征在于，所述控制单元(7)被设计用于将故障状态传输给人机界面(11)以向驾驶员发信号。
10.根据权利要求1或2所述的动力转向系统(9)，其特征在于，控制单元(7)被设计用于在故障状态被检测到之后停止动力转向系统(9)的电力辅助电动机(5)。
11.根据权利要求1或2所述的动力转向系统(9)，其特征在于，具有滤波器单元(12)，滤波器单元(12)连接在至少一个传感器(8)和控制单元(7)之间，并且被设计用于过滤传感器信号。
12.根据权利要求11所述的动力转向系统，其特征在于，滤波器单元(12)被设计用于阻止超过上截止频率的传感器信号的频率分量。
13.一种机动车(1)，其特征在于，具有上述权利要求的其中一项所述的动力转向系统(9)。
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