CN108367776A - 用于机动车的电子伺服转向装置的或电子伺服转向装置的至少一个组成部分的状态监控的方法 - Google Patents

用于机动车的电子伺服转向装置的或电子伺服转向装置的至少一个组成部分的状态监控的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置(1)的至少一个组成部分(7)的状态监控的方法,其中在所述机动车的行驶运行期间在所述电子伺服转向装置(1)的范围内持续地检测加速度测量值,其中:a)将所检测的加速度测量值持续地输送给损坏计算,所述损坏计算累加尤其呈修改的形式的所述加速度测量值并且由此持续地形成表征所述电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置的所述至少一个组成部分(7)的损坏程度的至少一个参量;并且/或者,其中b)由所检测的加速度测量值持续地形成表征所述电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置(1)的所述至少一个组成部分(7)的当前的转向状态的至少一个参量。

Description

用于机动车的电子伺服转向装置的或电子伺服转向装置的至 少一个组成部分的状态监控的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的电子伺服转向装置的或所述电子伺服转向装置的至少一个组成部分的状态监控的方法。本发明同样涉及一种机动车的电子伺服转向装置、具有电子伺服转向装置的机动车以及计算机程序。
背景技术
在未来,电转向系统或电子伺服转向装置将越来越多地被用于“自动驾驶”或“线控转向”的应用。这种运行状态太特殊,使得必须避免转向装置或其组成部分发生故障,因为否则必须考虑严重的事故。到目前为止,还不存在一种用于监控所有的、尤其快速旋转的转向组件(例如,轴承、电动马达、齿带等)的状态的方法。
发明内容
本发明的目的在于可靠地识别电子伺服转向装置的或电子伺服转向装置的至少一个组成部分的即将发生的故障、尤其利用电子伺服转向装置来提高机动车的运行过程中的安全性。
根据本发明,该目的通过一种用于机动车的电子伺服转向装置的或所述电子伺服转向装置的至少一个组成部分的状态监控的方法来解决,其中在所述机动车的行驶运行期间在所述电子伺服转向装置的范围内持续地检测加速度测量值,其中:
a)将所检测的加速度测量值持续地或连续地输送给损坏计算,所述损坏计算累加尤其呈修改的形式的所述加速度测量值并且由此持续地或持续地形成表征所述电子伺服转向装置的或所述伺服转向装置的所述至少一个组成部分的损坏程度的至少一个参量;并且/或者,其中
b)由所检测的加速度测量值,持续地或连续地形成表征所述电子伺服转向装置的或所述电子伺服转向装置的所述至少一个组成部分的当前的转向状态的至少一个参量。
通过这些措施,提出了一种方法,利用该方法可以监控所有的、快速旋转的转向组件的状态。通过测量在转向系统层面上出现的加速度或振动(固体声),一旦预计转向装置即将发生故障,可以在使用充足的预警报时间的情况下向驾驶员输出具有相应的警报的预识别。
因此,一方面,所确定的加速度值可以被输送给连续累加的损坏计算。在达到定义的损坏程度或振动损坏程度的情况下,转向系统可以输出警报或随后被关闭。此外,通过使用用于振动损坏程度的测量数据可以提高统计上的可信度或可靠性,而不会通过不现实的最坏情况假设而生成过大尺寸的设计(过度设计)。尤其,这种用于评估和分级具有再处理能力的机组的计数器是显著的帮助(Hilfestellung)和风险最小化。换句话说,测量转向装置的实际当前的状态。检测到的加速度测量信号或加速度测量值以这种方式累加,从而可以形成表征电子伺服转向装置的或电子伺服转向装置的至少一个组成部分的损坏程度的参量。加速度测量信号应利用损坏计数器用于进行累加。当该计数器已经达到边界值时,则可以例如输出警报或类似,因为要考虑到即将出现的转向装置的失灵。在本文中,呈修改的形式的累加或合适的累加例如意味着:加速度测量值当然可以被转换,与因子相乘,相应地加权或以其他方式被包括在所述累加中。损坏计算可以在损坏模型中完成。
替代性地或附加地,通过借助于加速度测量信号或加速度传感器或固体声传感器的状态监控(状况监控)可以不断地监控所述转向装置,从而提前预测组件的故障并且因此将相应的警报/故障消息的可能性例如向驾驶员输出或者作为条目输出到车辆的故障存储器中。例如,从一开始就不是最佳的转向组件可能在达到损坏计数器的边界值之前失灵。这种情况可以通过这种连续的、尤其对频率或级次谱的监控来避免。电子伺服转向装置或其组成部分中的一个也可能由于对转向装置的滥用被如此严重地损坏而使得其不能继续使用。这同样可以通过监视当前的加速度测量值来识别。
表征电子伺服转向装置的或电子伺服转向装置的至少一个组成部分的当前的转向状态的至少一个参量可以通过分析检测到的加速度测量值关于出现的频率或级次形成。对于所出现的频率的分析可以例如使用快速傅立叶变换(FFT)。此外,可以分析级次行为。由转速(例如,电动马达的)和频率,可以确定加速度测量值的级次。在此适用:级次=频率/转速。
可以将所出现的频率或级次分配给电子伺服转向装置的引起所述频率或级次的至少一个组成部分、尤其电动马达、齿带或轴承。相应地,检查是否可以将检测到的加速度测量值或显著的噪声或损坏信号分配给电子伺服转向装置的组件或组成部分。例如,齿带可以被分配给第41级次。
将表征所述电子伺服转向装置的或所述电子伺服转向装置的所述至少一个组成部分的所述损坏程度的所述至少一个参量和/或表征所述电子伺服转向装置的或所述电子伺服转向装置的所述至少一个组成部分的所述当前的转向状态的所述至少一个参量持续地与至少一个预先给定的边界值进行比较。通过分析获得的时间数据,用于描述转向状态的合适的参量被确定(例如通过快速傅立叶变换或通过级次特性(Ordnungsverhalten))并与定义的边界值进行比较。替代性地或附加地,检查损坏程度是否已达到定义的振动损坏程度。
当表征所述电子伺服转向装置的或所述电子伺服转向装置的所述至少一个组成部分的所述损坏程度的所述至少一个参量和/或表征所述电子伺服转向装置的或所述电子伺服转向装置的所述至少一个组成部分的所述当前的转向状态的所述至少一个参量超过所述至少一个预先给定的边界值时,则引入下列措施中的一个或多个:
a)向所述机动车的驾驶员输出警报消息;
b)切换到所述电子伺服转向装置的或所述机动车的紧急运行状态;
c)去激活所述电子伺服转向装置的或所述机动车的运行模式、尤其自动驾驶、尤其在下一次的驾驶开始时;以及
d)在所述电子伺服转向装置的或所述机动车的电子调节和/或控制设备的存储元件中存储故障消息,其中所述故障消息包括尤其当前的日期、当前的时间和/或所述机动车的当前的行驶速度。利用前面所提及的措施可以定义相应的故障策略。该方法实现了提前的磨损警报。此外,可以考虑在故障警报的过程中额外地将例如手动力矩、测量到的转向横拉杆力、过载或测量到的马达电流进行存储,从而实现对所出现的故障的尽可能准确的确定。
可以借助于布置在所述电子伺服转向装置的范围内的、尤其布置在所述电子伺服转向装置的电子调节和/或控制设备的电路板上的至少一个加速度传感器或固体声传感器尤其检测所述加速度测量值作为测量信号。加速度传感器或或小型加速度传感器或固体声传感器可以布置在电子伺服转向装置的区域中。传感器提供用于状态监控的运行特性和用于损坏计算的数据。在权利要求7中,给出了机动车的电子伺服转向装置。
至少一个加速度传感器可以被实施为压电式、微机电式或电容式。这种加速度传感器或加速度接收器或固体声传感器在批量生产的范围内尤其可以集成到电子伺服转向装置的转向传动机构中。所述至少一个加速度传感器可以例如被实施为微系统或MEMS(微机电系统)。也可以考虑其他类型的加速度传感器或固体声传感器。
所述至少一个加速度传感器或固体声传感器、尤其作为小型加速度传感器可以具有 < 1 g的重量和/或20 Hz至6000 Hz的记录范围和/或 +/- 0.0187 m/s2至 +/- 5000m/s2的测量范围。此外,加速度传感器可以被构造为一维的和/或具有高达11 kHz的线性。这种加速度传感器的重量可以是例如0.28克。
当所述至少一个加速度传感器或固体声传感器被布置在所述转向传动机构的区域中、尤其在所述转向传动机构的或所述转向传动机构的滚珠螺纹传动装置的壳体上、在所述电伺服驱动装置上、尤其在所述电动马达上或者在所述电子调节和/或控制设备上时,这是有利的。至少一个加速度传感器的或固体声传感器的装入位置可以根据特定的要求位于例如电子伺服转向装置的滚珠螺纹传动装置的壳体的区域内或电动马达内或耦合部位上或电子调节和/或控制设备上或ECU(电子控制单元)上。加速度传感器布置得越靠近转向组件,对加速度测量值或加速度测量信号的检测越准确,并且到相应的致因的组件的分配也越准确。当加速度传感器或固体声传感器布置在电子调节和/或控制设备的区域中,或者优选直接布置在调节和/或控制设备(ECU)上或其电路板上/印刷电路板上时,这是尤其有利的,因为由此可以以有利的方式将电缆路径保持较少。
在权利要求11中,提出了一种机动车,其具有电子伺服转向装置、电子调节和/或控制设备以及存在于所述电子伺服转向装置的范围中的至少一个加速度传感器或固体声传感器,其中所述电子调节和/或控制设备接收所述至少一个加速度传感器的或所述至少一个固体声传感器的加速度测量值作为输入信号并且尤其被设置用于执行根据本发明的方法。为此,电子调节和/或控制设备或ECU可以与加速度传感器或固体声传感器电连接和/或通信连接。
用于在机动车的运行期间检测一个或多个显著的噪音的根据本发明的方法优选作为计算机程序在机动车的或电子伺服转向装置的一个调节和/或控制设备上或分布在多个调节和/或控制设备上实施,其中当然也考虑其他的解决方案。为此,可以将计算机程序存储在至少一个调节和/或控制设备的存储元件中。通过在控制设备的微处理器上进行处理,可以实施该方法。计算机程序可以作为计算机程序产品存储在计算机可读的数据介质(软盘、CD、DVD、硬盘、USB记忆棒、SD卡或者类似机构)或互联网服务器上,并从那里传输到调节和/或控制设备的存储元件中。这种计算机程序在权利要求12中给出。
根据从属权利要求,得到本发明的有利的设计方案和改进方案。接下来,借助于附图在原理上给出本发明的示例性实施例。
附图的唯一图示出了根据本发明的电子伺服转向装置的简化示意图。
在该图中,示出了未示出的机动车的电子伺服转向装置1。电子伺服转向装置1具有以虚线表示的被构造为方向盘2的转向手柄。方向盘2经由铰接轴或转向柱3(同样用虚线表示)与转向传动机构4连接。转向传动机构4用于将转向柱3的旋转角转换为机动车的未示出的可转向的车轮的车轮转向角。
转向传动机构4具有简化示出的齿条5和未示出的小齿轮,转向柱3接合到该小齿轮上。通过方向盘2,预先给定方向盘角作为机动车的可转向的车轮的期望的车轮转向角的量度。转向传动机构4的输入角在本实施例中是小齿轮角。此外,电子伺服转向装置1具有电伺服驱动装置6,该电伺服驱动装置还用于可变的力矩辅助。电伺服驱动装置6具有电动马达7以通过未示出的皮带传动装置实现力矩辅助。皮带传动装置具有驱动小齿轮和带盘以将力矩辅助通过滚珠循环传动装置或滚珠螺纹传动装置(未示出)传输到电子伺服转向装置1的齿条5上。此外,设置了用于操纵或调节电动马达7的电子调节和/或控制设备8。在本文中,将借助于设有皮带传动装置和单独的滚珠循环传动装置的电子伺服转向装置1(EPS-电动转向)将辅助力传输到齿条5上来描述本发明、如例如由DE 100 52 275 A1所公开的那样。对于其他未示出的具有力矩或转向辅助的电伺服转向系统技术、尤其例如AFS(主动前轮转向)或线控转向可实现相同的根据本发明的实施方式。
从图中可以看出,电子调节和/或控制设备8借助于调整信号v来操纵电动马达7,并且从电动马达7接收转速信号u作为输入信号。
电子伺服转向装置1具有至少一个固体声传感器或加速度传感器9,其与电子调节和/或控制设备8电连接或通信连接。因此,加速度传感器9的故障信号或测量信号w被作为加速度值传递到电子调节和/或控制设备8上。
至少一个固体声传感器或加速度传感器9可以实施为压电式、微机电式或电容式。
至少一个固体声传感器或加速度传感器9可以具有 < 1 g的重量和/或20 Hz至6000 Hz的记录范围和/或 +/- 0.0187 m/s2至 +/- 5000 m/s2的测量范围。固体声传感器或加速度传感器9布置在电子伺服转向装置1的区域中或者布置在转向传动机构4的区域中。在未示出的其它实施例中,固体声传感器或加速度传感器9布置在所述转向传动机构4的滚珠螺纹传动装置的壳体上、在所述电伺服驱动装置6上、尤其在所述电动马达7上或者优选直接在所述电子调节和/或控制设备8或其电路板/印刷电路板上。如果固体声传感器或加速度传感器9直接布置在电子调节和/或控制设备8上,则电缆路径相应地较少。
电子调节和/或控制设备8被设置用于将根据本发明的方法作为计算机程序来执行,所述方法用于电子伺服转向装置1的或具有所述伺服转向装置1的机动车的电子伺服转向装置1的被实施为例如电动马达7的至少一个组成部分的状态监控。根据本发明的方法也可以被实施为分布在机动车的其他未示出的控制设备上。此外,在未示出的其他实施例中,可以在上一级的控制设备或系统上实施该方法并且相应地操纵电子调节和/或控制设备8。
在调节和/或控制设备8上,现在可以进行用于电子伺服转向装置1的或机动车的电子伺服转向装置1的至少一个组成部分7的状态监控的方法,其中在所述机动车的行驶运行期间在所述电子伺服转向装置1的范围内持续地检测所述加速度传感器9或固体声传感器9的加速度测量值,其中:
a)将所检测的加速度测量值持续地输送给损坏计算,所述损坏计算累加尤其呈修改的形式的加速度测量值并且由此持续地形成表征所述电子伺服转向装置1的或所述电子伺服转向装置1的所述至少一个组成部分7的损坏程度的至少一个参量;并且/或者,其中
b)由所检测的加速度测量值,持续地形成表征所述电子伺服转向装置1的或所述电子伺服转向装置1的所述至少一个组成部分7的当前的转向状态的至少一个参量。
表征电子伺服转向装置1的或电子伺服转向装置1的至少一个组成部分7的当前的转向状态的至少一个参量可以通过分析检测到的加速度测量值关于出现的频率或级次而形成。
出现的频率和级次可以被分配给电子伺服转向装置1的引起所述频率和级次的至少一个组成部分、例如电动马达7、未示出的齿带或未示出的轴承。
可以将表征所述电子伺服转向装置1的或所述电子伺服转向装置1的所述至少一个组成部分7的所述损坏程度的所述至少一个参量和/或表征所述电子伺服转向装置1的或所述电子伺服转向装置1的所述至少一个组成部分7的所述当前的转向状态的所述至少一个参量持续地与所述至少一个预先给定的边界值进行比较。
当表征所述电子伺服转向装置1的或所述电子伺服转向装置1的所述至少一个组成部分7的所述损坏程度的所述至少一个参量和/或表征所述电子伺服转向装置1的或所述电子伺服转向装置1的所述至少一个组成部分7的所述当前的转向状态的所述至少一个参量超过所述至少一个预先给定的边界值时,则引入下列措施中的一个或多个:
a)向所述机动车的驾驶员输出警报消息;
b)切换到所述电子伺服转向装置1的或所述机动车的紧急运行状态;
c)去激活所述电子伺服转向装置1的或所述机动车的运行模式、尤其自动驾驶;以及
d)在所述电子伺服转向装置1的或所述机动车的电子调节和/或控制设备8的存储元件中存储故障消息,其中所述故障消息包括尤其当前的日期、当前的时间和/或所述机动车的当前的行驶速度。
附图标记列表
1电子伺服转向装置
2方向盘
3 转向柱
4 转向传动机构
5 齿条
6 电伺服驱动装置
7 电动马达
8 电子调节和/或控制设备
9 加速度传感器
u 转速信号
v 调整信号
w 测量信号。

Claims (12)

1. 一种用于机动车的电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置(1)的至少一个组成部分(7)的状态监控的方法,其中在所述机动车的行驶运行期间在所述电子伺服转向装置(1)的范围内持续地检测加速度测量值,其中:
a)将所检测的加速度测量值持续地输送给损坏计算,所述损坏计算累加尤其呈修改的形式的所述加速度测量值并且由此持续地形成表征所述电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置的所述至少一个组成部分(7)的损坏程度的至少一个参量;并且/或者,其中
b)由所检测的加速度测量值持续地形成表征所述电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置(1)的所述至少一个组成部分(7)的当前的转向状态的至少一个参量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,表征所述电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置(1)的所述至少一个组成部分(7)的所述当前的转向状态的所述至少一个参量通过分析所检测的加速度测量值关于出现的频率或级次形成。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述出现的频率或级次被分配给所述电子伺服转向装置(1)的引起所述频率或级次的所述至少一个组成部分、尤其电动马达(7)、齿带或轴承。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法,其中,将表征所述电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置(1)的所述至少一个组成部分(7)的所述损坏程度的所述至少一个参量和/或表征所述电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置(1)的所述至少一个组成部分(7)的所述当前的转向状态的所述至少一个参量持续地与至少一个预先给定的边界值进行比较。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,当表征所述电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置(1)的所述至少一个组成部分(7)的所述损坏程度的所述至少一个参量和/或表征所述电子伺服转向装置(1)的或所述电子伺服转向装置(1)的所述至少一个组成部分(7)的所述当前的转向状态的所述至少一个参量超过所述至少一个预先给定的边界值时,则引入下列措施中的一个或多个:
a)向所述机动车的驾驶员输出警报消息;
b)切换到所述电子伺服转向装置(1)的或所述机动车的紧急运行状态;
c)去激活所述电子伺服转向装置(1)的或所述机动车的运行模式、尤其自动驾驶;以及
d)在所述电子伺服转向装置(1)的或所述机动车的电子调节和/或控制设备(8)的存储元件中存储故障消息,其中所述故障消息包括尤其当前的日期、当前的时间和/或所述机动车的当前的行驶速度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中,借助于布置在所述电子伺服转向装置(1)的范围内的、尤其布置在所述电子伺服转向装置(1)的所述电子调节和/或控制设备(8)的电路板上的至少一个加速度传感器(9)或固体声传感器(9)检测所述加速度测量值。
7.一种机动车的电子伺服转向装置(1),其包括:
- 用于预设方向盘角的转向手柄(2),所述方向盘角作为用于所述机动车的至少一个可转向的车轮的期望的车轮转向角的量度,
- 转向传动机构(4),其将所述方向盘角转换成所述机动车的所述至少一个可转向的车轮的所述车轮转向角;
- 电伺服驱动装置(6),其具有尤其电动马达(7),
- 电子调节和/或控制设备(8),其尤其用于调节和/或操纵所述电伺服驱动装置(6),以及
布置在所述电子伺服转向装置(1)的范围内的和/或布置在所述电子调节和/或控制设备(8)的电路板上的至少一个加速度传感器(9)或固体声传感器(9),其中所述电子调节和/或控制设备(8)接收所述至少一个加速度传感器(9)的或所述至少一个固体声传感器(9)的加速度测量值作为输入信号并且尤其被设置用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.根据权利要求7所述的电子伺服转向装置(1),其中,所述至少一个加速度传感器(9)或固体声传感器(9)被实施为压电式、微机电式或电容式。
9. 根据权利要求7或8所述的电子伺服转向装置(1),其中,所述至少一个加速度传感器(9)或固体声传感器(9)具有:
- < 1克的重量,和/或
- 20 Hz到6000 Hz的记录范围,和/或
- +/- 0.0187 m/s2 到 +/- 5000 m/s2的测量范围。
10.根据权利要求7、8或9所述的电子伺服转向装置(1),其中,所述至少一个加速度传感器(9)或固体声传感器(9)被布置在所述转向传动机构(4)的区域中、尤其在所述转向传动机构(4)的或所述转向传动机构(4)的滚珠螺纹传动装置的壳体上、在所述电伺服驱动装置(6)上、尤其在所述电动马达(7)上或者在所述电子调节和/或控制设备(8)上。
11.一种机动车,其具有电子伺服转向装置(1)、电子调节和/或控制设备(8)以及存在于所述电子伺服转向装置(1)的范围中的至少一个加速度传感器(9)或固体声传感器(9),其中所述电子调节和/或控制设备(8)接收所述至少一个加速度传感器(9)的或所述至少一个固体声传感器(9)的加速度测量值作为输入信号并且尤其被设置用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
12.一种计算机程序,其具有程序代码装置,从而当所述程序在计算机的微处理器上、尤其在根据权利要求11所述的机动车的电子调节和/或控制设备(8)上被实施时,执行根据权利要求1到6中任一项所述的方法。
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