执行转向系统的转向辅助闭环和/或开环控制的测试方法

摘要

本发明涉及一种用于执行车辆转向系统(1)的转向辅助(2)的闭合环路和/或开放环路控制的测试方法，其至少包含，当车辆启动时产生驱动信号，该驱动信号提醒驾驶员在转向辅助(2)未切换到激活状态的情况下旋转方向盘(7)；如果检测到驾驶员能够在没有动力辅助的情况下在可预定义的转向杆扭转内旋转辅助电机的组件，则将转向辅助(2)切换至激活状态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于执行转向系统的转向辅助的闭合环路和/或开放 环路控制的测试方法。

背景技术

图1为现有技术中公知的用于车辆、尤其用于多轨迹车辆的转向系统 1。转向辅助2分配给转向系统1，其中转向辅助2是动力转向系统，其以 辅助形式作用于转向运动，该转向运动由车辆驾驶员通过转向系统1的机 械总成3传送到车辆的前轮4。

例如，机械总成3是滚珠螺母式齿轮（ball and nut gear）机构单元或 者球滚珠螺母轴式齿轮（ball and nut spindle gear）机构，其例如通过皮带 5与电动机6(辅助电动机，伺服电动机)连接。方向盘7的转向运动通过 有齿的转向齿条8传送到机械总成3，转向齿条8在有齿的齿条壳中操纵。 借助电动机6的运行辅助转向运动。

图2以举例的方式表示作用于示例性滚珠螺母式齿轮结构单元3的滚 珠螺母10的力的物理参考模型9，其中摩擦角表示为摩擦圆锥11。

箭头12和13表示有齿的转向齿条8及滚珠螺母10的驱动方向，其 中有齿的转向齿条8的线性运动转化成滚珠螺母10的旋转运动。相对于 表面的垂线以A-A表征。如图所示，摩擦圆锥11依赖于摩擦系数，该摩 擦系数摩擦力的度量，是滚珠螺母10与有齿的转向齿条8之间的正交力 的比值。

随着摩擦系数增加，摩擦圆锥11的顶角变大。如果齿轮机构的驱动 力或运动方向在摩擦圆锥11内的接触点上，由正交力表示的摩擦力变得 大于沿表面的驱动力，其结果是，示例性的滚珠螺母式齿轮机构单元3的 齿轮机构变为自锁止。在这种背景下，显然借助有齿的转向齿条8用高的 正交力驱动滚珠螺母10产生导致自锁止的高摩擦力。这一物理效应会产 生一种状况，在该状况下与电动辅助结合的增加的摩擦水平需要由驾驶员 施加非常大的力来通过使车辆按照设想的路线的方式转向车辆。

现在制造的大部分机动车辆装配有便利机动车辆转向的转向辅助。该 转向辅助被称为动力转向，其以液压辅助形式(HPAS)或者电动辅助形式 (EPAS)或者电动液压辅助形式作用于由机动车辆的驾驶员发起的转向运 动。在电动转向辅助中，促动器驱动用来使用于转向机动车辆所期望的辅 助扭矩可以用于转向系统。在这一背景下，该电动转向辅助通常以这种方 式配置：自动检测并电动提升由机动车辆的驾驶员发起的转向运动。在常 用方式中，在高速时由转向辅助设置低水平的转向辅助提升，然而，在相 对低速时，也就是说，例如当停车或在具有相对大量的转向运动的市区交 通中时，设置较高水平的转向运动辅助。

例如，现有技术已经公开了用于机动车辆的转向系统中的滚珠螺母驱 动的有齿的转向齿条，在转向运动过程中，该有齿的转向齿条由电动转向 辅助。在正常情况下，为了偏转转向系统或安置在其上的车轮，转向辅助 力从电动机传送到滚珠螺母轴式齿轮机构或有齿的转向齿条。

如果例如转向系统进水时，齿轮机构组件形成腐蚀，也就是说，例如 在滚珠螺母上或滚珠螺母式轴承上，这会引起内部摩擦增加，其结果是， 尽管存在转向辅助，由驾驶员施加的转向力仍增加。

作为因滚珠螺母式齿轮机构而产生高齿轮机构比的结果，由相对于电 动辅助的驱动力表示的内部摩擦产生的摩擦力的部分完全依赖于驱动方 向。如果辅助电动机驱动齿轮机构快速运行的一侧，则由于内部摩擦而产 生的相对摩擦损失较低。然而，如果在被动电动机的情况下，齿轮机构由 慢运行一侧驱动，则摩擦损失百分比显著增加。

用于检测和检查转向系统摩擦系数的算法是公知的，其计算运动方向 改变情况下的滞后力或比较伴随车辆参考模式出现的转向力。

为了计算转向辅助，电动转向系统通常使用分配给转向系统的单独的 扭矩传感器来测量驾驶员施加给方向盘的转向扭矩。该扭矩传感器主要用 于测量扭矩，但是也可以与旋转角传感器结合。另外，非直接的扭矩测量 也是公知的，其中扭矩由转向杆或转向齿轮的两部分的旋转角确定，这两 部分与弹性部件——例如为此目的配置的扭力杆——连接。转向系的组件 上的直接扭矩测定，例如根据磁致弹性原理，也是公知的。

扭矩传感器通常分配给动力转向系统(EPAS系统)，并且，如果合适其 集成在EPAS系统内。根据转向系统的开放环路控制或闭合环路控制的理 念，扭矩信号用于在同一方向上就转向辅助提升驾驶员的转向指示，或者 用于向方向盘施加恒定的扭矩以便给予驾驶员有关转向角或其他车辆运 动动态驱动参数的反馈。可替换地，偏转的前车轮的位置也能够借助转向 系中的角度传感器或转向齿轮中的线性传感器确定。然而，借助扭矩传感 器测量扭矩或借助角度传感器确定前车轮位置提出一种系统，在该系统 中，用于检测系统中摩擦或摩擦力的已知的算法在转向过程中不能区分转 向系统的内部摩擦和外部摩擦，所述内部摩擦例如由于生锈的滚珠螺母或 生锈的滚珠螺母轴承产生，所述外部摩擦例如由前车轮悬架系统的缺陷部 件产生。

作为结果，发生EPAS系统失灵。该系统将借助算法检测到的摩擦错 误地诊断为内部摩擦增加，而实际上外部摩擦系数已经增加。其结果是， 该系统将外部摩擦系数的增加解释为例如转向齿轮的缺陷部件的结果，而 不是前部车轮悬架的摩擦系数增加的正确评估，因而向EPAS系统给出错 误的指示，例如停止转向辅助。

然而，转向辅助不是在检测到摩擦系数增加之后立即停止工作。如果 在已知转向系统中检测到增加的摩擦系数处在设定的极限范围之外，不能 区分现有的系统的外部摩擦系数和增加的内部摩擦系数，然而转向辅助首 先在下一个点火过程——也就是说当车辆再次启动时——关闭，并且处于 静止状态。这一策略意在保护驾驶员避免这一状况：转向辅助的突然停止 将导致移动的车辆中不能接受的高的转向启动力。

由于不可能区分内部摩擦系数和外部摩擦系数，然而，这可能引起诸 多状况，在这些状况中，虽然转向齿轮仍然是完整无损的，但转向辅助由 于检测到的外部摩擦系数而关闭。这可能导致这样的情况：即使车辆转向 系统没有损坏，在下一次启动之后车辆旅行也不能继续，也就是说，转向 齿轮或旅行必须在没有转向辅助的情况下执行。这是非常不方便的，尤其 是在从一个居所到下一个居所必须走过很远的距离时，例如，在澳大利亚 或俄罗斯。因此需要在外部摩擦系数在设定的极限范围外而转向齿轮的内 部摩擦系数位于可接收的极限值以内时重新获取转向辅助。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种检测方法，利用这种方法可以检测 转向辅助是否由于错误的信号停止工作，以及转向辅助是否不管已有的摩 擦系数增加的警告信息仍然能够启动。

这一目的通过具有以下特征的检测方法获得。以下详细说明了本发明 的有利的改进和发展。

应该注意的是，下面的说明书中单独公开的特征能够以任何所需要的 技术上适合的方式彼此结合，并且产生本发明另外的改进。本说明书另外 具体地结合附图描述了本发明的特征并详细说明了本发明。

据本发明，公开了一种用于执行车辆转向辅助的闭合环路和/或开放环 路控制的测试方法，其至少包含：

当车辆启动时产生驱动信号，该驱动信号提醒驾驶员在转向辅助未切 换至激活状态的情况下旋转方向盘；

如果检测到驾驶员能够在没有动力辅助的情况下在可预定义的转向 杆扭矩内旋转转向辅助的辅助电机的组件，则将转向辅助切换至激活状 态。

另外，该测试方法可以包含以下步骤：

记录产生的转向杆的扭矩：

比较实际扭矩和可预定义的扭矩，以便在没有动力辅助的情况下旋转 地移动转向系统的辅助电机的组件；

如果产生的转向杆扭矩至少与可预定义的扭矩范围一致，则将转向辅 助切换至激活状态。

如果在每次重启之后，也就是说在车辆每次重新启动之后，执行该测 试方法是有利的。在此背景下方便的是，首先检测在车辆的上一次操作循 环中是否检测到转向的高摩擦系数，为了这一目的，使用已经提到的算法。 高摩擦系数通常使推断缺陷成为可能，也就是说，例如已被腐蚀的转向齿 轮的组件，然而，不一定总是这样，因为甚至外部的高摩擦系数也可能出 现在车轮悬架中。然后这些高摩擦系数会被错误地解释为转向齿轮的缺 陷，其结果是转向辅助切换至停止状态，尽管转向齿轮的组件实际上未损 坏，也就是说，例如未锈蚀。在此，本发明如此实现，该测试方法检测的 是在车辆的每次再次启动之后，转向辅助是否能够不考虑实际的停止而切 换至激活状态。换句话说，利用该测试方法，可以检测转向辅助是否已经 在外部高摩擦系数的基础上停止工作，或者是否实际上有高内部摩擦系 数，该摩擦系数指示有缺陷的转向齿轮，也就说例如转向齿轮的生锈的组 件。如果是这种情况，作为测试方法的结果，转向辅助理所当然地留在缺 陷状态。然后车辆被带入专业的工作间，在工作间里评估该缺陷并重设信 号。然而，仍然能够在没有转向辅助的情况下操作车辆，当然这是相对不 方便的。

为了判定转向辅助是否能够切换至激活状态，产生驾驶员信号，所述 信号引起驾驶员在没有动力辅助的情况下旋转方向盘。在此开始的旋转 中，电动机组件，也就是说提供辅助力的转向系统的伺服电机能够被旋转。 如果手动地启动伺服电机，如果在伺服电机自身内部根本只发生微不足道 的扭矩损失，其直接作用在转向齿轮上。如果检测到驾驶员能够在没有动 力辅助的情况下在可预定义的转向杆扭矩内旋转电动机的组件，这表明内 部摩擦不是以自锁止形式作用在转向齿轮上。在这点上，根据本发明的测 试方法很清楚地检测到转向辅助能够切换至激活状态而没有不利结果的 风险，因为停止工作是基于高的内部摩擦系数的基础上的而不是基于高的 外部摩擦系数的基础上。

在实现本发明目的的该测试方法的改进中，提供在转向辅助的操作 中，基于已知的算法连续记录摩擦系数。然而，在此背景下仍然不可能区 分转向齿轮的内部摩擦系数或例如源于车轮悬架的外部摩擦系数。然而， 这能够首先被忽略，因为在操作循环中转向辅助不会停止工作。因此，可 能的是，确保在旅行中没有危险信号传送给驾驶员，在特定情况下，该危 险信号能够引起事故。

为了在下次重新启动时检查各自的摩擦系数以确定是否会对转向齿 轮的内部组件有负面影响，存储在操作过程中记录的存储参数、即摩擦系 数是有利的。换句话说，在本发明中，存储摩擦系数的贡献，该摩擦系数 在各自的操作循环中超过摩擦系数的极限值并且在该摩擦系数时转向辅 助会停止工作。在车辆的每次随后重新启动后，执行根据本发明的测试方 法，直到排除摩擦增加的原因。

根据本发明的测试方法能够存储在控制装置中，也就是说存储在中央 控制单元中并且执行，其中驾驶员不再检测该顺序。如果在之前的操作循 环中记录的摩擦系数处于可预定义的极限值内，则在重新启动之后也直接 禁止该测试方法，其中也不会产生驾驶员信号。作为惯例，然后该转向辅 助切换至激活状态。在操作循环中，执行摩擦系数检测算法，其中在每次 记录摩擦系数之后，记录超过极限值的摩擦系数或处于极限值内的摩擦系 数。随后继续进行摩擦系数的重新记录。在各自的操作循环中重复此记录， 直至检测到超过极限值的摩擦系数。通过这种方式，在车辆下一次启动时 产生带来转向辅助停止工作的信号。利用该测试方法，可以检测转向辅助 是否能够不考虑要求的停止再次切换至激活状态。

附图说明

在附图中描述本发明的有利改进，其中：

图1为现有技术中公知的用于车辆、尤其用于多轨迹车辆的转向系统 1；

图2表示作用于示例性滚珠螺母式齿轮结构单元3的滚珠螺母10的 力的物理参考模型；

图3示为根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图3表示根据本发明用于执行车辆转向系统1的优选电动转向辅助 (EPAS)2的闭合环路和/或开放环路控制的测试方法的流程图。该测试方法 能够在控制装置中存储并实施，也可以在车辆的中央控制单元中存储并实 施。

框15表示车辆的激活。在激活过程中，车辆的驱动单元被激活。然 而，在本发明的意义上，车辆激活也可以理解为在驱动单元未被激活的情 况下，只有车辆负载——例如通风设备、加热器、娱乐电器或类似设备切 换至激活状态。驱动单元可以是内燃机。电动机和/或混合动力单元也是可 能的。

在框16，询问在车辆的上一次操作循环中是否检测到转向系统1的高 摩擦系数。如果没有检测到，转向辅助2切换至激活状态，这在框17中 描述。然而，如果检测到，该过程将继续到转向辅助2未激活的框，其中 框16和框18的连接用虚线表示，因为根据本发明，在此有中间决策步骤。

如果基于框16的询问结果通过框17将转向辅助2切换至激活状态， 则在车辆的操作循环过程中连续记录转向系统1的摩擦系数。基于框19 对此说明，框19直接跟在框17后面。在此背景下，最好在车辆的实际运 动中记录摩擦系数。

在框20中将记录的转向系统1的实际摩擦系数与可预定义的摩擦系 数的极限值进行比较。如果实际摩擦系数在摩擦系数的极限值内，该过程 跳回框19，其结果是，再次记录实际摩擦系数。

在车辆各操作循环中重复该过程，直至实际摩擦系数超过摩擦系数的 极限值。然后该过程在框21继续，在框21中产生信号，该信号存储至下 一激活。在这种情况下，该过程不再从框20跳回框19，因为已经检测到 需要转向辅助停止使用的非常高的摩擦系数。然而，在各操作循环过程中 这不会直接发生，而是仅在下一激活之后才发生。

来自框21的信号馈送给框16，其结果是在随后的激活过程中框16 中的询问显示框17的转向辅助首先不是切换到激活状态，而是在框18发 生停止。

可能的是，由于外部摩擦系数，转向辅助2被错误地停止工作，即使 转向系统1的内部摩擦系数处于预定义的摩擦系数的极限值内。

本发明在此不是直接继续到框18，而是由框16产生驱动信号，并且 该驱动信号引起驾驶员旋转方向盘7，由框22对此进行描述。

驾驶员在没有转向辅助2产生的辅助力的情况下旋转方向盘。在旋转 过程中，电动机6，也即它的组件能够旋转。之前已经提到过的、并且下 面也会提到的作为辅助电机或伺服电机的电动机6，在没有损失的情况下 本质上直接作用于转向齿轮。如果驾驶员能够在无动力辅力的情况下在可 预定义的旋转杆的旋转范围内旋转电动机6，也即其组件，这说明转向机 构是完整的，其中滚珠螺母式齿轮机构不会以自锁止形式运行。因此可以 判定，由于内部摩擦系数增加，转向辅助2已经错误地停止。然而，如果 检查显示伺服电机6不能根据需要旋转，这是出现高的内部摩擦系数的指 示，其中转向辅助切换到停止状态。该检查由框23表示，框23连接至框 22的下游，但在框18和17的上级。如果确定停止，则该过程从框23继 续到框18，在框18中以维护的方式开始转向辅助的停止，其中为了可靠 地操作车辆可以采取相应的措施。另一方面，如果框23中的询问显示低 的内部摩擦系数，则该过程从框23继续到框17，其结果是转向辅助被激 活。