辨識動力輔助齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加的摩擦的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于辨識動力輔助齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加的摩擦的方法。所述方法中，向齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的伺服電動機(7)施加檢測電流，并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(zhuǎn)子的位置變化。然后比較檢測的位置變化和預定的預期位置變化。根據(jù)比較結(jié)果確定摩擦狀態(tài)。本發(fā)明還涉及一種動力輔助齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其包含伺服電動機(7)以及用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)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(zhuǎn)向系統(tǒng)。
【專利說明】辨識動力輔助齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加的摩擦的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于辨識動力輔助齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加的摩擦的方法，并且涉及被設計用于辨識增加的摩擦的動力輔助齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]齒條傳動電動助力轉(zhuǎn)向(R-EPAS)系統(tǒng)，也就是說具有電動助力的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機動車輛中常見的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型。在這類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機構(gòu)中能夠發(fā)生增加的內(nèi)部摩擦，并且這可能對駕駛舒適度和機動車輛的轉(zhuǎn)向行為帶來負面影響。在極端情況下，這甚至能夠?qū)е聞恿o助對駕駛員不再可用，其結(jié)果是使得機動車輛的轉(zhuǎn)向極其困難，并且機動車輛不再以駕駛員習慣的方式運轉(zhuǎn)。
[0003]轉(zhuǎn)向機構(gòu)中增加的摩擦可能由水和灰塵顆粒的進入產(chǎn)生，例如當旨在保護轉(zhuǎn)向系統(tǒng)免受水濺等的套筒損壞時。水分可能另外導致同樣增加轉(zhuǎn)向機構(gòu)中內(nèi)部摩擦的銹跡的形成。然而，由于動力輔助對其可用，只有在已經(jīng)需要完整替換損壞的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向機構(gòu)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(qū)分一方面在轉(zhuǎn)向機構(gòu)中出現(xiàn)的摩擦和另一方面由于行車道表面變化產(chǎn)生的或在車輪懸架系統(tǒng)中出現(xiàn)的摩擦。這將會導致錯誤判斷，該錯誤判斷導致不必要的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的昂貴替換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]由于這些原因，本發(fā)明的目的是介紹一種用于辨識R-EPAS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加的摩擦的改進的方法。
[0005]因此本發(fā)明介紹了一種用于辨識動力輔助齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)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(jié)果的伺服電動機轉(zhuǎn)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(jù)比較結(jié)果確定摩擦狀態(tài)。
[0010]在不需要如傳感器這樣的額外的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組件的情況下，本發(fā)明的方法允許檢測轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)增加的摩擦。同時，能夠可靠地區(qū)分增加的內(nèi)部摩擦與其他摩擦來源。
[0011]本發(fā)明以以下認識為基礎，由于其設計，將伺服電動機連接到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒條的轉(zhuǎn)向機構(gòu)具有產(chǎn)生由于污物導致的增加的內(nèi)部摩擦的最大可能性。由于這一原因，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(zhuǎn)向系統(tǒng)齒條的轉(zhuǎn)向機構(gòu)中沒有增加的摩擦，所述效應就未對整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響。尤其因為所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)通常被實現(xiàn)為滾珠絲杠，所述滾珠絲杠的復雜結(jié)構(gòu)設計使其特別容易受污物、銹蝕等影響情況下就是這樣。針對控制這類R-EPAS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)子的位置。代替用于確定轉(zhuǎn)向機構(gòu)中摩擦的獨立傳感器，本發(fā)明因此規(guī)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(zhuǎn)子的位置變化，來間接確定該摩擦。這也是有利的，由于用于確定轉(zhuǎn)子位置的傳感器通常是非常精確的。
[0012]然后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，使用用于全部機動車輛類型或單獨用于每一機動車輛的技術(shù)上有效的比較系統(tǒng)，該系統(tǒng)在為相應機動車輛構(gòu)建實際使用的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向機構(gòu)的摩擦狀態(tài)的一些可以容忍的惡化已經(jīng)考慮在內(nèi)。
[0013]尤其當檢測的位置變化小于預期的位置變化時，可以確定增加的摩擦狀態(tài)。在這種情況下，可以假定增加的摩擦限制了伺服電動機轉(zhuǎn)子的移動性。在極端情況下，如果轉(zhuǎn)向機構(gòu)中有增加的摩擦，當施加檢測電流時，轉(zhuǎn)子完全不能移動。
[0014]檢測電流優(yōu)選地具有預定的電流強度。該預定電流強度產(chǎn)生相應的特定扭矩，伺服電動機將該扭矩施加到轉(zhuǎn)向機構(gòu)上。由于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(yōu)選地選擇預定的電流強度，因此齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒條位置保持不變。結(jié)果是，由伺服電動機基于檢測電流執(zhí)行的移動被限定為在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的這一部分存在的游隙(“游隙”是力或扭矩傳輸之前的移動自由度)。由于伺服電動機通常剛性地連接到轉(zhuǎn)向機構(gòu)，這種情況下的游隙大體上是在轉(zhuǎn)向機構(gòu)中產(chǎn)生的游隙，例如基于滾珠絲杠的軸中的滾珠的移動產(chǎn)生的游隙。因此，不應將轉(zhuǎn)向機構(gòu)控制到這一程度，即，實際可感知的從伺服電動機到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒條的扭矩傳遞將在根據(jù)本發(fā)明的方法的該變形實施例的一部分中發(fā)生。檢測電流的電流強度因此低于常規(guī)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(zhí)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(chǎn)生并檢測不同的檢測狀況，作為其結(jié)果該方法能夠獲得更高的可靠性。舉例來說，為了確定使轉(zhuǎn)子(和剛性地連接到轉(zhuǎn)子的相關(guān)轉(zhuǎn)向機構(gòu)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(nèi)部摩擦已經(jīng)增加。然后增加的程度能夠用于評估摩擦狀態(tài)。
[0017]在不同情況下，針對伺服電動機的相反旋轉(zhuǎn)方向執(zhí)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(zhuǎn)子能夠一次或多次向前及向后移動。從而，首先可以增加檢測周期，以及其次可能的是確保轉(zhuǎn)向機構(gòu)中的所有游隙用于該方法。因此，可以想到的是，檢測電流使轉(zhuǎn)子在常規(guī)動力輔助操作中由伺服電動機執(zhí)行的最后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(zhuǎn)子的進一步運動變得不可能，因為轉(zhuǎn)向機構(gòu)中沒有進一步的游隙能夠被預期。相反，如果通過適合的檢測電流使轉(zhuǎn)子在相反的旋轉(zhuǎn)方向運動，轉(zhuǎn)向機構(gòu)中的游隙能夠在各種情況下用于根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0018]同樣可能的是，檢測轉(zhuǎn)子位置的時間分布曲線，并且將其與轉(zhuǎn)子位置預定的預期時間分布曲線進行比較。如果只需要轉(zhuǎn)子位置的兩個測量點來確定轉(zhuǎn)子的位置變化，那么如果檢測到更多測量點，檢測方法的精確度會增加。由于評估了時間分布曲線，尤其能夠檢測并評估附著/滑動影響。因此，可以想到的是，僅僅在特定時間段(附著階段)之后施加導致轉(zhuǎn)子運動(滑動階段)的檢測電流。然后附著階段的持續(xù)時間能夠被用作轉(zhuǎn)向機構(gòu)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，以便于隨后在作為信號處理方法的一部分的、對產(chǎn)生的伺服電動機轉(zhuǎn)子位置的信號分布曲線的評估的基礎上，確定轉(zhuǎn)向機構(gòu)的摩擦狀態(tài)。
[0020]優(yōu)選地在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不運行時至少執(zhí)行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟。這防止駕駛員由于轉(zhuǎn)向行為中不期望的介入被煩擾，并且增加了方法的精確度。優(yōu)選地當機動車輛已經(jīng)停止、尤其優(yōu)選地當機動車輛已經(jīng)由駕駛員熄火時執(zhí)行該方法。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，能夠執(zhí)行確定溫度的額外步驟。在這種情況下，根據(jù)確定的溫度執(zhí)行比較步驟。這提供了如下優(yōu)勢，即能夠?qū)⒁呀?jīng)隨溫度變化的轉(zhuǎn)向機構(gòu)中潤滑劑的粘度考慮在內(nèi)。因此，相比于轉(zhuǎn)向機構(gòu)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(nèi)部摩擦。
[0022]同樣能夠檢測由駕駛員施加到齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向柱上的扭矩。這種檢測是有利的，尤其為了檢測轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒條是否在該方法的執(zhí)行過程中由駕駛員移動，由于這將會惡化測試結(jié)果。
[0023]為了增加該方法的精確度，可以重復執(zhí)行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟，并且能夠統(tǒng)計地評估檢測的位置變化。統(tǒng)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(guī)定，當確定的摩擦狀態(tài)超出了臨界值時指示故障狀態(tài)。例如，這可以通過儀表板中相應的顯示器或警告音實施。
[0025]本發(fā)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(zhuǎn)向系統(tǒng)。在這種情況下，該控制單元被設計為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0026]本發(fā)明還介紹了一種包含這類齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(fā)明。附圖中:
[0028]圖1示出了包含根據(jù)本發(fā)明的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個示例性實施例的機動車輛；以及
[0029]圖2示出了根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)明的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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用于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向意愿，所述方向盤的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向角引起轉(zhuǎn)向桿相應的旋轉(zhuǎn)，并且該旋轉(zhuǎn)通過齒輪4傳遞給齒條5。作為結(jié)果，該齒條沿其縱向軸線被推動，并且因此改變車輪2-1和2-2的設定角。由于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向機構(gòu)6——例如滾珠絲杠——來實現(xiàn)。
[0031 ] 在傳統(tǒng)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(zhuǎn)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于伺服電動機7的操作電流來控制伺服電動機7。對于動力輔助來說，該控制單元10驅(qū)動伺服電動機7，因此伺服電動機提供一扭矩，該扭矩取決于扭矩傳感器9的傳感器信號，并且?guī)椭X條5按照駕駛員的意愿移動。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(zhuǎn)子上，并且檢測轉(zhuǎn)子的位置并將其傳遞給控制單元10。這對于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]如果動力輔助由于故障而失靈，由于方向盤3與齒條5的直接機械耦接，駕駛員可以繼續(xù)控制機動車輛1，為安全起見這是重要的。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的方法允許確定轉(zhuǎn)向機構(gòu)6中由于例如污物或腐蝕已經(jīng)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(zhuǎn)向機構(gòu)6，并且為了防止水分或污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(zhuǎn)向系統(tǒng)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，并且使用傳感器8觀測由檢測電流引起的伺服電動機7的轉(zhuǎn)子位置的變化。正如以上所描述的，由于內(nèi)部摩擦在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向機構(gòu)6自身內(nèi)的溫度，并且基于確定的溫度消除溫度對轉(zhuǎn)向機構(gòu)6內(nèi)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(jù)本發(fā)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(jīng)停止之后，該示例性實施例的方法開始于步驟so。在步驟SI，向齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的伺服電動機7施加檢測電流。在步驟S2，檢測到由于施加到伺服電動機7上的檢測電流導致的伺服電動機7轉(zhuǎn)子的位置變化。在可選擇的步驟S3，為了能夠消除溫度對轉(zhuǎn)向機構(gòu)6中的摩擦的影響，能夠使用溫度傳感器11確定溫度。然后，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(jīng)確定了溫度，可以根據(jù)確定的溫度確定預期位置變化，例如通過從多個預定數(shù)據(jù)設置中選擇的、與確定的溫度有關(guān)的數(shù)據(jù)設置。在隨后的步驟S5，根據(jù)步驟S4中的比較結(jié)果確定摩擦狀態(tài)。如果，在這種情況下，在步驟S6確定內(nèi)部摩擦已經(jīng)增加到不允許的程度，在步驟S7執(zhí)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(zhí)行故障程序。隨后，在兩種可能的情況下，該方法能夠直接或在等待時間之后由返回支路繼續(xù)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(zhí)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(jīng)描述了這類方法的示例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于辨識動力輔助齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加的摩擦的方法，其特征在于，包含步驟: 向齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的伺服電動機(7)施加檢測電流； 檢測伺服電動機(7)的轉(zhuǎn)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(jù)比較的結(jié)果確定摩擦狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當檢測的位置變化小于預期的位置變化時，確定增加的摩擦狀態(tài)。
3.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，檢測電流具有預定的電流強度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，選擇預定的電流強度，以使齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中齒條(5)的位置保持不變。
5.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，針對多個不同的檢測電流執(zhí)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(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在不同情況下，針對伺服電動機(7)的相反旋轉(zhuǎn)方向執(zhí)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(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，檢測轉(zhuǎn)子位置的時間分布曲線，并且將其與轉(zhuǎn)子位置的預定的預期時間分布曲線進行比較。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，檢測電流具有預定的波形。
9.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，當齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不運行時，至少執(zhí)行施加檢測電流和檢測位置變化步驟。
10.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，執(zhí)行確定溫度的額外步驟，并且其中根據(jù)確定的溫度執(zhí)行比較步驟。
11.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，檢測由駕駛員施加到齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向柱上的扭矩。
12.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，重復執(zhí)行施加檢測電流和檢測位置變化的步驟，并且統(tǒng)計地評估檢測的位置變化。
13.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，當確定的摩擦狀態(tài)超出臨界值，指示故障狀態(tài)。
14.一種動力輔助齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，包含伺服電動機(7)以及控制單元(10)，該控制單元設計為執(zhí)行前述任一項權(quán)利要求所述的方法。
15.一種包含權(quán)利要求14所述的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日:2013年3月7日
【發(fā)明者】克勞斯·舒斯特瑞奇 申請人:福特全球技術(shù)公司