CN102905954B - 用于控制转向设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用以控制转向设备的方法，所述方法包括以下步骤：（A）在每一时间检查车辆是否处于直线行驶状态；（B）如果达到车辆的直线行驶状态，则确定瞬时齿条位置（R）并关于所述齿条（7）的瞬时齿条位置（R）与第一位置(R0)之间的差计算新的偏移；（C）在第一确认操作中检查在车辆的直线行驶状态下的齿条位置与第一齿条位置的新的偏移是否与旧的偏移不同，并且在该情况下将第一确认结果设定为真实否则设定为虚假，所述旧的偏移在较早的时间被确定为新的偏移；（D）在第二确认操作中检查拉动状况值是否超过阈值，并且在该情况下将第二确认结果设定为真实否则设定为虚假；（E）如果所述第一和第二确认结果是真实的，则将悬架设备情况设置为“悬架损坏”情况；（F）如果所述第一确认结果是真实的而所述第二确认结果是虚假的，则将带跳动情况设置为“带跳动”情况。

Description

用于控制转向设备的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，该方法用于控制下述转向设备，该转向设备包括：转向轴，所述转向轴具有输入装置，所述输入装置对驾驶机动车辆的方向做出命令，所述输入装置是所采用的转向盘；传感装置，所述传感装置检测引入在所述转向轴中的命令，该命令是扭矩和/或旋转角度；齿条，其中，基于引入至所述转向轴的命令，所述齿条能够沿其纵向方向被调节至不同的位置，由此所述至少一个可转向的行轮转动，由此所述转向设备设计成使得在所述齿条的第一位置所述至少一个可转向的行轮转动于直线行驶方向，该直线行驶方向设计成使机动车辆转向于直线行驶方向，其中，所述转向动力支持装置通过带驱动装置支持所述齿条的调节，所述带驱动装置具有带和第一带齿轮和第二带齿轮；控制设备，所述控制设备控制所述转向动力支持装置；用以确定所述齿条的瞬时位置的装置，其通过状态观测器直接测量或者计算。

背景技术

最接近的现有技术在德国专利申请DE 10 2008 021 849 A1中公开。该文件示出用于公路车辆的转向设备，所述公路车辆经由带驱动装置、通过驱动转向齿条的电动马达而进行伺服辅助。该设备包括一些传感器即与转向盘相关联的转向角度传感器和检测电动马达的转子的位置的马达位置传感器。系统连续地检查马达位置和转向角度之间的关系。在其他的特征中，带跳动检测被提供，其检测转向角度与马达位置之间的相互关系的突发性的偏移。如果带是齿带，则这样的偏移能够在由带驱动的机电转向系统的情况中发生，并且由于过载状况，带在带齿轮上滑动并且从一个跳动到另一个。现有技术的系统在这种情况下将会假设带已经被损坏并且转向系统在阻止进一步损坏带--即通过降低伺服辅助--的模式下操作。

当现有技术的转向系统为司机提供带可能被损坏并且必须被检查的信息时，没有关于转向联动设备(拉杆等)和悬架的机械部件是否已被损坏的信息。现有技术的系统在直线向前驱驶的时候不监测转向系统的中心位置和转向齿条的实际位置。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种用于控制机电转向系统的方法，其包括对转向系统和对悬架的可能的损坏的进一步的检测。

该目的通过根据本发明的方法来实现。

在该系统中，该系统包括转向动力支持设备，其用于具有至少一个可转向的行轮和悬架的机动车辆，该系统进一步包括：具有输入装置的转向轴，所述输入装置用于对驾驶车辆的方向做出命令，所述输入装置例如是所采用的转向盘；检测引入在所述转向轴中的命令的传感装置，该命令例如是扭矩和/或旋转角度；齿条，其中，基于引入至所述转向轴的命令的基础上，所述齿条能够沿其纵向方向被调节至不同的位置，由此所述至少一个行轮转动，由此转向设备设计成使得在所述齿条的第一位置R0所述至少一个行轮转动于直线行驶方向，该直线行驶方向设计成使车辆转向于直线行驶方向，其中，转向动力支持装置通过带驱动装置支持所述齿条的调节，所述带驱动装置具有带和带齿轮；和控制设备，其控制所述动力支持装置；用以确定所述齿条的所述瞬时位置R的装置，该瞬时位置R通过状态观测器直接测量或者计算，以下特征被附加地提供：用于确定所述转向设备的拉动状况值的设备，其中在车辆正直线向前驱驶时发生沿任何方向的拉动，该拉动状况值通过适当的算法和/或状态观测器直接测量或者计算；和用以确定车辆的直线行驶状态的设备。

在该系统中，执行以下步骤以确定带跳动情况和悬架损坏、并且尤其是这两种状况之间的区别：(A)连续地或基本连续地检查车辆是否处于直线行驶状态；(B)如果达到车辆的直线行驶状态，确定瞬时齿条位置R并计算新的偏移，所述偏移是所述齿条的瞬时齿条位置(R)与所述第一位置(R0)之间的差；(C)在第一确认操作中检查在车辆的直线行驶状态下的齿条位置与第一齿条位置的新的偏移是否与旧的偏移不同，并且在该新旧偏移不同的情况下将第一确认结果设定为真实否则设定为虚假，所述旧的偏移在较早的时间被确定为新的偏移；(D)在第二确认操作中检查所述拉动状况值是否超过阈值，如果是，则将第二确认结果设定为真实否则设定为虚假；(E)如果所述第一和第二确认结果是真实的，则将悬架设备情况设置为损坏情况；(F)如果所述第一确认结果是真实的而所述第二确认结果是虚假的，则将带跳动情况设置为带跳动状态。

损坏情况和“带跳动”情况能够在设备的控制程序中被处理为标志。

在该转向设备中，所述齿条的第一或默认的中心位置--该位置在下文中被称作R0--被设计或构造成使得行轮转动于直线行驶方向，该直线行驶方向被设计车成以使车辆直线向前地转向。在两个可转向的行轮的情况中，该位置R0通常在两个轮都直线向前地指向的时候被实现，这可能是在两侧具有对称的前束的情况下。拉动状况--例如由于侧风而引起--于是以车辆直线向前驱驶然而转向设备不完全处于R0位置为特征，因为司机必须引入转向作用以利用通过转向盘引入转向扭矩而手动地补偿拉动。

该方法不仅使转向系统能够检查转向盘的角度与马达位置之间的相互关系，而且能够检查转向盘的角度与车辆的驱驶方向之间的相互关系。以这种方式，车辆方向--尤其是在直线向前驱驶中--与转向盘的角度之间的偏移能够被检测，并且通过在直线向前驱驶期间附加地查找沿任何方向的拉动，能够区分“带跳动”与“悬架损坏”。

在优选的实施方式中，用以确定任何拉动状况的设备包括用以确定沿所述齿条的纵向方向的瞬时齿条载荷(FR)的设备，所述瞬时齿条载荷(FR)通过所述可转向的行轮引入，并且其中，所述瞬时齿条载荷(FR)用作拉动状态值。因此，相关的力的方向确定是可能的。

进一步优选地，动力支持装置是具有转子的马达，并且，用以确定所述齿条的所述瞬时位置(R)的装置使用传感器，所述传感器用于感测所述动力支持装置的所述转子的角度位置。该传感器产生代表马达位置和转向齿轮的位置的很高分辨率的信号。

在优选的实施方式中，设置成：在带已经跳动的情况下，偏移的确定结果被用来校正所述设备的后续操作的偏移。另外，如果所述“带跳动”情况是真实的，则使新的马达位置与直线向前驱驶状态相关联而作为中心位置。这些特性使设备能够在带跳动已经发生之后正常操作。原则上，带跳动不损害任何部件，从而能够在新的参数下执行正常操作。然而，带本身可能被损坏。在这种情况下，如果“带跳动”情况是真实的，则优选地警告讯息被产生并发送至司机。该警告讯息能够是给司机的指令，以尽快地检查转向系统被

在另一种实施方式中，可能已经被检测到的悬架损坏能够在所述转向设备的控制程序和/或用于车辆的控制程序中被考虑。这些控制程序能够以修改的方式操作，以使悬架上的载荷最小化，例如通过限制车辆速度或通过降低伺服辅助力。以这种方式，在某些情况下预损坏的悬架能够被阻止失效。

同样优选地，如果“悬架损坏”情况是真实的，警告讯息被产生并发出。该警告讯息能够包括立刻停止车辆或者使悬架尽快被检查的指令。

优选地，上文提到的警告讯息被储存在存储器中，用于后续在汽车修理站对潜在问题进行评估。

附图说明

在下文中，参考附图对本发明的优选实施方式进行说明，附图包括：

图1是机电转向系统的示意图；

图2是用于实施控制方法的控制设备的第一实施方式；

图3是用于实施控制方法的控制设备的第二实施方式；以及

图4是用于实施控制方法的控制设备的第三实施方式。

具体实施方式

图1示意性地示出可应用于本发明的根据第一实施方式的转向设备。转向设备包括转向轴3和转向盘4，转向盘4被用于转向轴3的第一端。行轮2可通过拉杆12调节。拉杆12通过齿条7驱动。小齿轮13与齿条7啮合，并且通过旋转小齿轮13，齿条7沿纵向方向被驱动。小齿轮13通过旋转转向盘4而被驱动，其中，旋转扭矩通过转向轴3传递。通过该旋转命令6被引入至转向轴3。转向设备进一步包括动力支持装置1以将支持扭矩引入至转向致动器。在实施方式中动力支持装置7应被布置以在纵向方向上作用于齿条7。该动力支持装置是公知的并且能够使用电动马达(M)为司机提供支持，该电动马达通过带驱动装置8、9、10联接至滚珠丝杠机构14，以沿纵向方向驱动齿条7。带驱动装置包括带8和联接至电动马达的转子的第一带齿轮9和联接至滚珠丝杠机构14的丝杠的第二带齿轮10。行轮2通过悬架16被支承于车辆(没有示出)。

控制设备11接收到来自扭矩传感器(传感装置5)的信号(命令6)和其他信号例如车辆速度，并计算供应动力值15，从而将其输出至转向设备的动力支持装置1的电动马达。当司机调节转向盘4，他将转向轴扭矩引入至转向设备，转向轴扭矩通过转向扭矩传感器测量。根据转向扭矩信号的值和车辆的其他参数以及可能转向状况的其他参数，控制设备11计算动力支持力矩，以降低司机的转向盘扭矩。

图2示出用于带有转向动力支持装置的转向设备的控制设备和控制方法的第一实施方式。通过转向盘4引入并通过扭矩传感器5测量的转向命令6被输出至观测设备110，观测设备110在转向设备模型或车辆模型的基础上计算用于转向系统或车辆系统的状态参数。此外，至少转换的命令值6a被输出至转向控制设备的观测设备110。如果有另外的可用的测量值--例如车辆加速度和/或转向角度和/或转向角速度和/或加速度和/或其他转向和/或车辆值，其也将会被馈送至控制设备的观测设备。在观测设备110中，车辆和转向系统的许多必要的或有用的参数被计算，以改进转向支持装置的控制。在转向轴扭矩和其他计算和/或测量的车辆和/或转向参数600a的基础上，控制设备120计算要求的马达扭矩610并将其输出至马达控制设备130。马达控制设备130将马达电流值输出至马达1的线圈。通常该马达控制设备130利用脉宽调制(PWM)工作，脉宽调制在现有技术中是公知的。用以控制电动马达1的其他方法也是可能和可应用的。马达1输出扭矩，以沿纵向方向调节齿条7，从而使行轮2转动。通过机械联接件18，反馈信息被传送回到转向轴1，从而闭合反馈控制电路。尽管该示例示出机械联接件18，使用本发明不一定具有这种机械联接件。具有线控转向的转向设备是可能和可应用的，在其中行轮2和转向盘4之间的联接仅通过电气装置控制。机械联接件18可以是转向轴或其他机械设备例如液压回路或波顿拉线。传感设备17检测齿条7的瞬时位置R。在该示例中在马达1中的转子位置传感器被用来确定齿条7的瞬时位置。

图3示出发明的另一种实施方式。图3的系统的大部分部件与图2所示出的相同。这些相同或相似的件通过相同的附图标记标示。

图2的实施方式使用一些附加的可选择的信号即齿条载荷FR，其通过适当的直接或间接地联接至转向齿条7的传感器测量。传感器的可能的类型是力传感器，其位于拉杆12和转向齿条7之间。这些传感器能够提供直接代表在转向齿条7上的轴向力的信号。另一种类型的传感器可以被提供在推力元件的附近，推力元件促使转向齿条7与小齿轮13紧密接触。该推力元件上的载荷代表在小齿轮13和齿条7的啮合齿之间施加的力。传感器的第三种类型可以撷取小齿轮13上的轴向力，该轴向力由齿条7和小齿轮13上的齿轮齿的倾角引起。通过该倾角，转向齿条7的轴向方向上的任何力或载荷将会引起小齿轮13上的轴向分力，该轴向分力可以被检测。

通过这些传感器的使用，转向齿条7上的轴向力FR可被检测到并被供应给控制单元11、或者供应给状态观测器110或者供应给控制器120、或者两者。同样地，代表转向齿条7的位置的信号R能够被提供至控制器120，如以实线示出的。替代地或附加地，信号R也能够被提供至观测器110，如利用虚线标示的。

图4示出不使用状态观测器的本发明的简化的实施方式。与图2和图3的部件相同或相似的部件用相同的附图标记标示。

在该实施方式中，司机的扭矩命令6和其他测量的信号600--如车辆速度、车辆加速度和其他信号被直接提供至控制器120。代表齿条位置R和齿条力FR的信号--由于这些信号是被测量的而不是通过观测器部分地或完全地估算--也作为输入被提供至控制器120，控制器120能够直接处理这些信号并且推导出要求的马达扭矩信号610，该扭矩信号610随后被供应至马达控制器130。

在使用中，在实施方式的前面的说明中解释的转向系统连续地检查车辆是否处于直线行驶状态，即例如没有加速发生在车辆的侧面、同轴的两个轮的旋转速度是相等的，等等。一些直线行驶确定装置为在现有技术中已知的而且也是可应用的。这样的信号应被包括至成组的测量的信号600。在该直线行驶状态下，系统检查转向盘和伺服马达1的位置。如果伺服马达1的位置不符合预定的中心位置，控制单元确定带跳动或悬架损坏可能已经发生。在下一步骤，控制单元检查齿条载荷、转向扭矩或代表车辆拉向一侧的其他信号的存在或不存在。如果车辆正拉向一侧，转向控制单元假设悬架已被损坏，例如由于其中一个转向轮2与固体障碍物的硬接触而引起。适当的警告信号随后产生并被储存在存储器内。如果没有检测到拉动状况，转向系统假设带跳动已经发生，并且现在另一个马达位置与转向齿轮的中心位置相关联。在这种情况下新的马达位置被储存为用于进一步处理的马达的默认中心位置。另外，转向系统发出适当的警告并在存储器中储存适当的警告信号，因为带跳动可能是由于带故障或由于过载状况而引起，这同样可能已经因转向轮2与障碍物的硬接触而造成。因此，检查和替换带8可能是必要的。

Claims (10)

1.一种用以控制具有转向动力支持装置(1)的转向设备的方法，所述转向动力支持装置(1)用于具有至少一个可转向的行轮(2)和悬架(16)的机动车辆，所述转向设备包括：

转向轴(3)，所述转向轴(3)具有输入装置，所述输入装置对驾驶机动车辆的方向做出命令，所述输入装置是所采用的转向盘(4)；

传感装置(5)，所述传感装置(5)检测引入在所述转向轴(3)中的命令(6)，该命令(6)是扭矩和/或旋转角度；

齿条(7)，其中，基于引入至所述转向轴的命令，所述齿条(7)能够沿其纵向方向被调节至不同的位置，由此所述至少一个可转向的行轮(2)转动，由此所述转向设备设计成使得在所述齿条的第一位置(R0)所述至少一个可转向的行轮(2)转动于直线行驶方向，该直线行驶方向设计成使机动车辆转向于直线行驶方向，其中，所述转向动力支持装置(1)通过带驱动装置支持所述齿条(7)的调节，所述带驱动装置具有带(8)和第一带齿轮(9)和第二带齿轮(10)；

控制设备(11)，所述控制设备(11)控制所述转向动力支持装置(1)；

用以确定所述齿条的瞬时位置(R)的装置，其通过状态观测器直接测量或者计算，其特征在于，设置有用于确定转向设备的拉动状况值的设备和用以确定机动车辆的直线行驶状态的设备，其中在机动车辆正直线向前驱驶时发生沿任何方向的拉动，其值通过状态观测器直接测量或者计算，

所述方法包括以下步骤：

(A)在每一时间检查机动车辆是否处于直线行驶状态；

(B)如果达到机动车辆的直线行驶状态，则确定瞬时位置(R)并关于所述齿条(7)的瞬时位置(R)与第一位置(R0)之间的差计算新的偏移；

(C)在第一确认操作中检查在机动车辆的直线行驶状态下的瞬时位置与第一位置的新的偏移是否与旧的偏移不同，并且在新的偏移与旧的偏移不同的情况下将第一确认结果设定为真实否则设定为虚假，该旧的偏移在较早的时间被确定为新的偏移；

(D)在第二确认操作中检查拉动状况值是否超过阈值，并且在拉动状况值超过阈值的情况下将第二确认结果设定为真实否则设定为虚假；

(E)如果所述第一确认结果和所述第二确认结果是真实的，则将悬架设备情况设定为“悬架损坏”情况；

(F)如果所述第一确认结果是真实的而所述第二确认结果是虚假的，则将带跳动情况设定为“带跳动”情况。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用以确定任何拉动状况的设备包括用以确定沿所述齿条的纵向方向的瞬时齿条载荷(FR)的设备，所述瞬时齿条载荷(FR)通过所述至少一个可转向的行轮(2)引入，并且其中，所述瞬时齿条载荷(FR)用作拉动状况值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述转向动力支持装置是具有转子的电动马达，并且，用以确定所述齿条的所述瞬时位置(R)的装置使用传感器，所述传感器用于感测所述转向动力支持装置(1)的转子的角度位置。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述“带跳动”情况是真实的，则偏移的确定结果被用来校正所述转向设备的后续操作的偏移。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述“带跳动”情况是真实的，则使新的马达位置与直线向前驱驶状态相关联而作为中心位置。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述悬架损坏能够在所述转向设备的控制程序和/或用于机动车辆的控制程序中被考虑。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述“带跳动”情况是真实的，则产生并发出警告讯息。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述“悬架损坏”情况是真实的，则产生并发出警告讯息。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述警告讯息被储存在存储器中，用于后续对潜在问题进行评估。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述警告讯息被储存在存储器中，用于后续对潜在问题进行评估。