CN104029715A - 辨识动力辅助齿轮齿条式转向系统中增加的摩擦的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于辨识动力辅助齿轮齿条式转向系统中增加的摩擦的方法。所述方法中，向齿轮齿条式转向系统的伺服电动机(7)施加检测电流，并且检测由施加到伺服电动机(7)的检测电流引起的伺服电动机(7)的转子的位置变化。然后比较检测的位置变化和预定的预期位置变化。根据比较结果确定摩擦状态。本发明还涉及一种动力辅助齿轮齿条式转向系统，其包含伺服电动机(7)以及用于执行根据本发明的方法的控制单元(10)；还涉及一种机动车辆，其包含这一类型的齿轮齿条式转向系统。

Description

辨识动力辅助齿轮齿条式转向系统中增加的摩擦的方法

技术领域

本发明涉及一种用于辨识动力辅助齿轮齿条式转向系统中增加的摩擦的方法，并且涉及被设计用于辨识增加的摩擦的动力辅助齿轮齿条式转向系统。

背景技术

齿条传动电动助力转向(R-EPAS)系统，也就是说具有电动助力的齿轮齿条式转向系统是机动车辆中常见的转向系统类型。在这类转向系统的转向机构中能够发生增加的内部摩擦，并且这可能对驾驶舒适度和机动车辆的转向行为带来负面影响。在极端情况下，这甚至能够导致动力辅助对驾驶员不再可用，其结果是使得机动车辆的转向极其困难，并且机动车辆不再以驾驶员习惯的方式运转。

转向机构中增加的摩擦可能由水和灰尘颗粒的进入产生，例如当旨在保护转向系统免受水溅等的套筒损坏时。水分可能另外导致同样增加转向机构中内部摩擦的锈迹的形成。然而，由于动力辅助对其可用，只有在已经需要完整替换损坏的转向系统部件的很晚的时间点，驾驶员才注意到增加的摩擦，这导致相应的高的成本。因此在早期检测转向机构中增加的摩擦是重要的。为了这一目的，可以使用单独的传感器，但是这些增加了机动车辆的成本。其他已知的方法不能够可靠地区分一方面在转向机构中出现的摩擦和另一方面由于行车道表面变化产生的或在车轮悬架系统中出现的摩擦。这将会导致错误判断，该错误判断导致不必要的转向系统的昂贵替换。

发明内容

由于这些原因，本发明的目的是介绍一种用于辨识R-EPAS转向系统中增加的摩擦的改进的方法。

因此本发明介绍了一种用于辨识动力辅助齿轮齿条式转向系统中增加的摩擦的方法，该方法至少包含以下步骤：

向齿轮齿条式转向系统的伺服电动机施加检测电流；

检测作为施加到伺服电动机的检测电流的结果的伺服电动机转子的位置变化；

比较检测的位置变化和预定的预期位置变化；以及

根据比较结果确定摩擦状态。

在不需要如传感器这样的额外的转向系统组件的情况下，本发明的方法允许检测转向系统内增加的摩擦。同时，能够可靠地区分增加的内部摩擦与其他摩擦来源。

本发明以以下认识为基础，由于其设计，将伺服电动机连接到转向系统的齿条的转向机构具有产生由于污物导致的增加的内部摩擦的最大可能性。由于这一原因，能够具有高的可靠程度地假设，如果确定了在将伺服电动机连接到转向系统齿条的转向机构中没有增加的摩擦，所述效应就未对整个转向系统产生负面影响。尤其因为所述转向机构通常被实现为滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的复杂结构设计使其特别容易受污物、锈蚀等影响情况下就是这样。针对控制这类R-EPAS转向系统的伺服电动机配备有传感器，所述传感器允许精确确定伺服电动机转子的位置。代替用于确定转向机构中摩擦的独立传感器，本发明因此规定，通过施加到伺服电动机的检测电流以及观测由检测电流引起的伺服电动机转子的位置变化，来间接确定该摩擦。这也是有利的，由于用于确定转子位置的传感器通常是非常精确的。

然后将通过这种方式检测的位置变化与预期的预定位置变化进行比较。例如，使用用于全部机动车辆类型或单独用于每一机动车辆的技术上有效的比较系统，该系统在为相应机动车辆构建实际使用的转向系统的过程中作为部分精整措施，这样可以实验地确定预期的位置改变。在这种情况下，能够修改预期的位置变化，这样，转向机构的摩擦状态的一些可以容忍的恶化已经考虑在内。

尤其当检测的位置变化小于预期的位置变化时，可以确定增加的摩擦状态。在这种情况下，可以假定增加的摩擦限制了伺服电动机转子的移动性。在极端情况下，如果转向机构中有增加的摩擦，当施加检测电流时，转子完全不能移动。

检测电流优选地具有预定的电流强度。该预定电流强度产生相应的特定扭矩，伺服电动机将该扭矩施加到转向机构上。由于检测电流的电流强度是已知的，还能够以增加的可靠性估计检测的位置变化。

在这种情况下，尤其优选地选择预定的电流强度，因此齿轮齿条式转向系统的齿条位置保持不变。结果是，由伺服电动机基于检测电流执行的移动被限定为在转向系统的这一部分存在的游隙(“游隙”是力或扭矩传输之前的移动自由度)。由于伺服电动机通常刚性地连接到转向机构，这种情况下的游隙大体上是在转向机构中产生的游隙，例如基于滚珠丝杠的轴中的滚珠的移动产生的游隙。因此，不应将转向机构控制到这一程度，即，实际可感知的从伺服电动机到转向系统齿条的扭矩传递将在根据本发明的方法的该变形实施例的一部分中发生。检测电流的电流强度因此低于常规动力辅助操作所需的电流强度。

这种情况下，能够针对多个不同的检测电流执行施加检测电流和检测位置变化的步骤，以及比较步骤。因此，可以产生并检测不同的检测状况，作为其结果该方法能够获得更高的可靠性。举例来说，为了确定使转子(和刚性地连接到转子的相关转向机构的部件)运动所需要的最小电流强度，可以使用多种不同电流强度的检测电流。如果该最小电流强度随时间增加，可以假定内部摩擦已经增加。然后增加的程度能够用于评估摩擦状态。

在不同情况下，针对伺服电动机的相反旋转方向执行施加检测电流和检测位置变化的步骤以及比较步骤。因此，伺服电动机的转子能够一次或多次向前及向后移动。从而，首先可以增加检测周期，以及其次可能的是确保转向机构中的所有游隙用于该方法。因此，可以想到的是，检测电流使转子在常规动力辅助操作中由伺服电动机执行的最后的运动相同的方向上运动。在这种情况下，由检测电流导致的转子的进一步运动变得不可能，因为转向机构中没有进一步的游隙能够被预期。相反，如果通过适合的检测电流使转子在相反的旋转方向运动，转向机构中的游隙能够在各种情况下用于根据本发明的方法。

同样可能的是，检测转子位置的时间分布曲线，并且将其与转子位置预定的预期时间分布曲线进行比较。如果只需要转子位置的两个测量点来确定转子的位置变化，那么如果检测到更多测量点，检测方法的精确度会增加。由于评估了时间分布曲线，尤其能够检测并评估附着/滑动影响。因此，可以想到的是，仅仅在特定时间段(附着阶段)之后施加导致转子运动(滑动阶段)的检测电流。然后附着阶段的持续时间能够被用作转向机构中当前摩擦的测量方法。

检测电流还可以具有预定波形。在这种情况下，可行的是，使用正弦信号分布曲线或类似分布曲线，以便于随后在作为信号处理方法的一部分的、对产生的伺服电动机转子位置的信号分布曲线的评估的基础上，确定转向机构的摩擦状态。

优选地在齿轮齿条式转向系统不运行时至少执行施加检测电流和检测位置变化的步骤。这防止驾驶员由于转向行为中不期望的介入被烦扰，并且增加了方法的精确度。优选地当机动车辆已经停止、尤其优选地当机动车辆已经由驾驶员熄火时执行该方法。

在根据本发明的方法中，能够执行确定温度的额外步骤。在这种情况下，根据确定的温度执行比较步骤。这提供了如下优势，即能够将已经随温度变化的转向机构中润滑剂的粘度考虑在内。因此，相比于转向机构没有被负面地影响的更高温度的情况下，低温时能够预期更高的内部摩擦。

同样能够检测由驾驶员施加到齿轮齿条式转向系统的转向柱上的扭矩。这种检测是有利的，尤其为了检测转向系统的齿条是否在该方法的执行过程中由驾驶员移动，由于这将会恶化测试结果。

为了增加该方法的精确度，可以重复执行施加检测电流和检测位置变化的步骤，并且能够统计地评估检测的位置变化。统计的评估能够确定例如平均值，和/或消除所谓的异常值，也就是说无法说明的极限值。

在该方法的所有实施例中，可以规定，当确定的摩擦状态超出了临界值时指示故障状态。例如，这可以通过仪表板中相应的显示器或警告音实施。

本发明的第二方面涉及包含伺服电动机和控制单元的动力辅助齿轮齿条式转向系统。在这种情况下，该控制单元被设计为执行根据本发明的方法。

本发明还介绍了一种包含这类齿轮齿条式转向系统的机动车辆。

附图说明

下面将参照示例性实施例的说明更加详细地解释本发明。附图中：

图1示出了包含根据本发明的齿轮齿条式转向系统的一个示例性实施例的机动车辆；以及

图2示出了根据本发明的方法的一个示例性实施例的流程图。

具体实施方式

图1示出了包含根据本发明的齿轮齿条式转向系统的一个示例性实施例的机动车辆1。该机动车辆1具有四个车轮2-1到2-4，所述四个车轮中的前两个车轮2-1和2-2用于转向示例中所示的机动车辆1。驾驶员使用方向盘3传达他的转向意愿，所述方向盘的转向柱通过齿轮4与齿条5连接。在方向盘3上设置期望的转向角引起转向杆相应的旋转，并且该旋转通过齿轮4传递给齿条5。作为结果，该齿条沿其纵向轴线被推动，并且因此改变车轮2-1和2-2的设定角。由于转向可能需要大量的力，通常提供动力辅助，这通过该实例中的伺服电动机7提供。该伺服电动机7同样与齿条5连接，其中该连接通过转向机构6——例如滚珠丝杠——来实现。

在传统动力辅助操作中，为了确定由驾驶员施加到方向盘3上的扭矩，使用例如安置在转向柱中的扭矩传感器9。该扭矩传感器9将传感器信号传递给控制单元10，该控制单元还通过预先指定用于伺服电动机7的操作电流来控制伺服电动机7。对于动力辅助来说，该控制单元10驱动伺服电动机7，因此伺服电动机提供一扭矩，该扭矩取决于扭矩传感器9的传感器信号，并且帮助齿条5按照驾驶员的意愿移动。该控制单元10还与传感器8连接，该传感器8安置在伺服电动机7的转子上，并且检测转子的位置并将其传递给控制单元10。这对于动力辅助操作过程中伺服电动机7的精确控制是必需的。

如果动力辅助由于故障而失灵，由于方向盘3与齿条5的直接机械耦接，驾驶员可以继续控制机动车辆1，为安全起见这是重要的。

根据本发明的方法允许确定转向机构6中由于例如污物或腐蚀已经增加的摩擦。如果在早期辨识了增加的摩擦，在多种情况下，清洁转向机构6，并且为了防止水分或污垢进一步进入将其重新密封就足够了。因此，避免了相当昂贵的转向系统组件的替换。

为了辨识增加的摩擦，控制单元10将检测电流应用到伺服电动机7上，并且使用传感器8观测由检测电流引起的伺服电动机7的转子位置的变化。正如以上所描述的，由于内部摩擦在转子移动性上的作用，能够可靠地辨识不期望的增加的摩擦。在这种情况下，为了确定周围温度或转向机构6自身内的温度，并且基于确定的温度消除温度对转向机构6内的摩擦的影响，可以配备连接到控制单元10的温度传感器11。

图2示出了能够在图1中的机动车辆1中实施的、根据本发明的方法的示例性实施例的流程图。例如在机动车辆1已经停止之后，该示例性实施例的方法开始于步骤S0。在步骤S1，向齿轮齿条式转向系统的伺服电动机7施加检测电流。在步骤S2，检测到由于施加到伺服电动机7上的检测电流导致的伺服电动机7转子的位置变化。在可选择的步骤S3，为了能够消除温度对转向机构6中的摩擦的影响，能够使用温度传感器11确定温度。然后，在步骤S4，比较在步骤S2检测的位置变化和预定的预期位置变化。如果在步骤3已经确定了温度，可以根据确定的温度确定预期位置变化，例如通过从多个预定数据设置中选择的、与确定的温度有关的数据设置。在随后的步骤S5，根据步骤S4中的比较结果确定摩擦状态。如果，在这种情况下，在步骤S6确定内部摩擦已经增加到不允许的程度，在步骤S7执行故障程序，所述故障程序可能包含例如给予驾驶员的故障指示。如果没有确定增加的摩擦，就不执行故障程序。随后，在两种可能的情况下，该方法能够直接或在等待时间之后由返回支路继续到步骤S1，或者另外能够终止直到机动车辆重新启动。

为了增加检测的可靠性，尤其还能够多次执行图2的方法。还能够提供步骤S1、S2、S4和S5多次运行的方法的变形。上面已经描述了这类方法的示例。

Claims (15)

1.一种用于辨识动力辅助齿轮齿条式转向系统中增加的摩擦的方法，其特征在于，包含步骤：

向齿轮齿条式转向系统的伺服电动机(7)施加检测电流；

检测伺服电动机(7)的转子的位置变化，该位置变化是由施加到伺服电动机(7)上的检测电流引起的；

比较检测的位置变化与预定的预期位置变化；以及

根据比较的结果确定摩擦状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当检测的位置变化小于预期的位置变化时，确定增加的摩擦状态。

3.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，检测电流具有预定的电流强度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，选择预定的电流强度，以使齿轮齿条式转向系统中齿条(5)的位置保持不变。

5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，针对多个不同的检测电流执行施加检测电流和检测位置变化的步骤以及比较步骤。

6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在不同情况下，针对伺服电动机(7)的相反旋转方向执行施加检测电流和检测位置变化的步骤以及比较步骤。

7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，检测转子位置的时间分布曲线，并且将其与转子位置的预定的预期时间分布曲线进行比较。

8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，检测电流具有预定的波形。

9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，当齿轮齿条式转向系统不运行时，至少执行施加检测电流和检测位置变化步骤。

10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，执行确定温度的额外步骤，并且其中根据确定的温度执行比较步骤。

11.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，检测由驾驶员施加到齿轮齿条式转向系统的转向柱上的扭矩。

12.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，重复执行施加检测电流和检测位置变化的步骤，并且统计地评估检测的位置变化。

13.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，当确定的摩擦状态超出临界值，指示故障状态。

14.一种动力辅助齿轮齿条式转向系统，其特征在于，包含伺服电动机(7)以及控制单元(10)，该控制单元设计为执行前述任一项权利要求所述的方法。

15.一种包含权利要求14所述的齿轮齿条式转向系统的机动车辆。