手动转向器中粘滞状况的表征的制作方法

本发明涉及一种用于表征手动转向器中粘滞状况的方法及系统。

背景技术：

车辆齿条齿轮转向系统包括长形平齿轮或齿条，这些齿轮或齿条具有与转动小齿轮的配合齿相啮合的齿。小齿轮安装在转向轴的端部。由于转向轴被施加了转向角，例如，经由转向盘的转动，因此小齿轮沿着齿条滚动，接着又将齿条在相应的转向方向上移动。拉杆被设置在齿条的远端。拉杆最终经由相应的转向臂连接至车辆的前车轮。因此，在提供适当齿轮减速档的同时，齿条齿轮转向系统将转向盘的转动运动转化为线性运动，以将车辆转向。

由于制造公差和/或齿轮磨损，碰撞可能导致手动转向器的齿条齿轮部分的齿轮啮合。可能导致称为“粘滞”的瞬时粘滑状况。在转向操作执行期间，瞬时粘滞可对转向精度和体验造成影响，尤其是在沿着转向柱施加转向辅助的电子助力转向系统中。然而，粘滞状况的瞬时本质使这种状况难以适当地隔离、诊断和纠正。

技术实现要素：

本文公开了一种用于量化手动转向器中的阈值扭矩脱离状况，即粘滞状况的方法及系统。如本文所阐述，该方法基于在测试环境中检测的扭矩脱离速率或斜率来产生粘滞度量。传统的车辆转向测试过程通常注重于转向运动学和评估稳态性能，然而很大程度上忽略了某些瞬时特征， 本文发现这些特征可以指示上述粘滞状况。因此，本方法利用测试系统的部件来向手动转向器施加精密控制的转向输入控制信号、确定扭矩脱离速率、将扭矩脱离速率与阈值速率相对比、以及在超过阈值速率时执行表示检测到粘滞状况的控制行为。本方法的最终目标在于改进手动转向器的整体设计，同时相对于现有转向测试系统和方法有利于手动转向器的校验。

在特定实施例中，一种用于表征手动转向器中粘滞状况的方法，包括将转向输入控制信号从控制器发送至旋转致动器，例如，将指令的转向角发送至电动转向马达。该方法还包括响应于转向输入控制信号，经由旋转致动器以恒定的加速度转动手动转向器的转向轴。在转向轴转动的同时利用扭矩传感器相对于转向轴线测量转向输出扭矩值。在接收到的测量的转向输出扭矩值的速率超过指示粘滞状况的阈值速率时，控制器随后可记录诊断代码和/或采取其他适当的控制行为。

一种系统，包括旋转致动器、手动转向器、扭矩传感器及控制器，如上所述，该控制器被编程为表征手动转向器中阈值扭矩脱离或粘滞状况。

在另一实施例中，一种用于表征连接至转向轴的手动转向器中粘滞状况的方法，包括将转向输入控制信号以指令的转向角的形式从控制器发送至电动转向马达。该方法还包括将转向输入控制信号以指令的转向角的形式从控制器发送至电动转向马达，然后响应于转向输入控制信号，经由电动转向马达以恒定的加速度转动转向轴。另外，该方法包括在以恒定的加速度转动转向轴的同时，利用扭矩传感器测量来自旋转致动器的转向输出扭矩，经由控制器接收转向输出扭矩，以及在接收到的转向输出扭矩的速率超过指示粘滞状况的约0.4Nm/s的阈值速率时，经由控制器执行控制行为。该实施例中的控制行为包括记录控制器的存储器中的诊断代码。

结合附图和所附权利要求，通过对实施所述公开的实施例和最优方式的以下详细描述，本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。

附图说明

图1为如本文所述的一种用于表征手动转向器中粘滞状况的测试系统的示意图。

图2A为转向输出扭矩与转向角的典型时间图，描述了正常运转的手动转向器的性能，其中振幅绘制在垂直轴线上并且时间绘制在水平轴线上。

图2B为转向输出扭矩值与转向角的示例性时间图，描述了呈现出扭矩脱离特征的正常运转的手动转向系统的性能，其中振幅绘制在垂直轴线上并且时间绘制在水平轴线上。

图3为转向输出扭矩值与转向角的示例性时间图，描述了示例性的阈值扭矩脱离速率，其中振幅绘制在垂直轴线上并且时间绘制在水平轴线上。

图4为流程图，描述了一种用于量化使用了图1所示测试系统的手动转向器的扭矩脱离特征的示例性方法。

具体实施方式

参考附图，其中在所有附图中相同的参考标号表示相同的部件，图1示意性地示出了示例性测试系统10。该测试系统10包括手动转向系统20、转向控制硬件40及控制器(C)50，该控制器被编程为利用控制硬件40执行具体实施为方法100的逻辑。参考图2A-4，如下所述，方法100的执行导致对于手动转向系统20中扭矩脱离状况的表征。

手动转向器20可具体实施为本领域所知类型的齿条齿轮转向器。同样地，该手动转向器20包括齿条22、齿轮箱24及转向轴25。齿轮箱24包括可旋转小齿轮26。当将转向输入控制信号(箭头θ₄₂)以指令转向角的形式施加围绕转向轴线13的转向轴25时，设置于齿轮箱24内的小齿轮26与齿条22的匹配齿轮啮合，从而沿着齿条22平移。无论是作为纯手动转向系统还是电动助力转向系统的一部分，该运动接着使得齿条22沿着相应方向移动，从而使内部使用手动转向器20的车辆(未示出) 的前轮转向。为便于下文所述的测试，该测试系统10可包括固定装置27和底座28，它们一起将手动转向系统20固定在测试环境内。

图1所示的控制硬件40包括例如电动马达的旋转致动器42、扭矩传感器44和旋转编码器46，其中每个部件在转向轴25的转向轴线13上彼此同轴地对齐。由于控制硬件40中可能存在轴向偏差，延伸轴45可以经由一套所示的柔性联轴器48连接至转向轴25。柔性联轴器48旨在便于将旋转致动器42连接至转向轴25。

用作测试系统10的一部分的控制器50可以被配置为主机，例如专门编程以执行方法100的步骤的数字计算机或微型计算机，图4中示出了方法100的示例。为实现这一目的，控制器50配置有足够的硬件来执行所需的步骤，即配置有足够的存储器(M)、处理器(P)和其他硬件，例如高速时钟、模数和/或数模转换电路、计时器、输入/输出电路及相关设备、信号调节和/或信号缓冲电路。存储器(M)包括诸如磁性或光学只读存储器、闪速存储器等的足够的有形非易失性存储器，以及随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器及类似物。作为方法100的一部分，控制器50从旋转编码器46处接收测量出的转向角信号(θ₄₆)，记录来自扭矩传感器44的测量出的转向输出扭矩值(箭头T₄₄)并将指令转向输入控制信号(箭头θ₄₂)输出至旋转致动器42。

图2A及2B所示的示例性曲线60及62分别示出了如上所述的所测量到的转向输出扭矩值(T₄₄)及所测量到的转向角信号(θ₄₆)。振幅(A)绘制在垂直轴线上，而时间(t)绘制在水平轴线上。区域65与经由旋转致动器42沿着向左(-)或向右(+)转方向的旋转运动的起始相一致，例如，关于转向轴线13沿着逆时针方向或顺时针方向相一致。例如，图2A及2B所示的来自指令转向输入控制信号(箭头θ₄₂)的任意指令转向角范围的上限和下限可以对应于±50°，同时测量到的转向输出扭矩值(T₄₄)可以对应于±3Nm，但无需限制于此范围。

在给定的区域65内，能够在测量到的转向输出扭矩值(T₄₄)中检测到转向扭矩扰动。作为方法100的一部分，图1所示控制器50被编程为在沿着任一旋转方向的运动初始化后检查1秒窗口内所接收的测量出 的转向输出扭矩值(T₄₄)的变化速率或斜率，并且在扭矩增长的速率达到最大后比较计算出的速率或斜率值与已校准的阈值速率或斜率。图2A为可接受的扭矩响应的典型代表。例如，在一些示例性设计中，在约0Nm/s至0.5Nm/s范围之间的扭矩脱离速率可被视为可接受的，或者在其他示例性设计中，在约0Nm/s至0.3Nm/s范围之间的扭矩脱离速率可被视为可接受的，可接受的响应并不局限于这些值。

通过对比，图2B的曲线62示出了不可接受的扭矩脱离响应的示例。需注意的是在给定区域65内，转向扭矩扰动相对于图2A的转向扭矩扰动更加显著。在一些示例性设计中，大于约0.4Nm/s或0.5Nm/s的扭矩脱离速率可被视为不可接受的，或者在其他设计中大于约0.3Nm/s的扭矩脱离速率可被视为不可接受的，可接受的响应并不局限于这些值。作为方法100的一部分，图1所示的控制器50可被编程为在初始启动后对于两个转向方向，在已校准的持续时间或若干转向周期内检查每个区域65，并可以使用在每个转向方向上所计算的扭矩脱离速率的平均值来对严重性做出确定。

图3示出了描述扭矩脱离响应的示例性部分的一组曲线70。与图2A和2B一样，振幅(A)绘制在垂直轴线上且时间(t)绘制在水平轴线上。随着测量到的转向角信号(θ₄₆)增加，图1的控制器50检测图2A和2B的区域65中的扭矩脱离状况，并且尤其计算如上文描述的1秒窗口内的扭矩脱离响应的变化速率或斜率。这种速率在图3中通过斜线68加以指示。与经由区域165指示的运动的首次起始相关的任何扭矩尖峰由于缺乏可重复性而不被重视。

因而在特定实施例中，作为方法100的一部分，在做出控制决定时考虑扭矩脱离响应的速率而非其振幅。虽然扭矩脱离状况的振幅可以由驾驶员感知到，但是如果扭矩脱离逐渐地发生以至于驾驶员无法如同期望般或如同在电动助力转向系统中一样感知到扭矩脱离，那么可以使用经适当设计并且调整的辅助算法来修正所述状况。然而，如果扭矩脱离相对于已校准的标准快速地发生，即使以较低振幅发生，那么这种响应可以由驾驶员感知到并且可导致转向体验下降。出于这个原因，控制器50使用 变化速率作为评估图1的手动转向器20的扭矩脱离响应的主要确定因素可能是有利的。

参考图4，用于表征图1的手动转向器20中的扭矩脱离状况的方法100的示例性实施例，开始于步骤S102，其中控制器50将转向输入控制信号(箭头θ₄₂)例如作为指令转向角传输到旋转致动器42。方法100然后进行到步骤S104。

在步骤S104，旋转致动器42响应于来自步骤S102的转向输入控制信号(箭头θ₄₂)以恒定加速度转动转向轴25。即，转向加速度是由图1的控制器50精密控制以确保平滑的转向响应。步骤S104处确保转向输入中恒定加速度的目的是为了确保作为方法100部分的检测的任何扭矩扰动是由于齿轮碰撞停止导致的扭矩脱离状况，而并非来自于旋转致动器42的行为。随着转向轴25以恒定加速度转动，方法100进行到步骤S106。

步骤S106包括测量来自旋转致动器42的转向输出扭矩。例如，如图1所示，扭矩传感器44可以被沿着转向轴25的转向轴线13同轴地连接，使得旋转致动器42的转动施加了由扭矩传感器44测量的转向输出扭矩。扭矩传感器44接着将测量的转向输出扭矩(箭头T₄₄)传输到控制器50。方法100然后进行到步骤S108。

在步骤S108，图1的控制器50接着接收测量的转向输出扭矩(箭头T₄₄)并且确定所接收的测量的转向输出扭矩是否变化为大于已校准速率。该速率可以在测试期间离线确定，这是因为可以预期该速率随着其被使用于内的转向器20、转向系统和车辆等的特定设计而变化。即，对于要被测试的特定手动转向器20，借助控制器50的逻辑中的已校准速率集，一些速率可以通过转向柱被车辆的驾驶员感知为扭矩扰动，而其他速率将不会被感知为扭矩扰动。如果所接收的测量的转向输出扭矩变化为大于已校准速率，如图4中“Y”所示，那么方法100进行到步骤S110。否则，方法100进行到步骤S112，如“N”所示。

步骤S110可以包括对图1的手动转向系统20执行控制行为。例如，当所接收的测量的转向输出扭矩(T₄₄)的速率超过步骤S108提及的阈值速率或斜率，即指示粘滞状况的速率时，控制器50可以经由输出 信号(图1的箭头11)记录第一诊断代码。另外的控制步骤可能必须使用第一诊断代码以例如通过在校验过程中拒绝给定设计或建立设计规范来校验手动转向器20的给定设计。

当所接收的测量的转向输出扭矩(T₄₄)的速率处于或小于阈值速率时或者换句话来说当经由测试未检测到可感知的粘滞或齿轮碰撞状况时，到达步骤S112。当所接收的测量的转向输出扭矩(T₄₄)的速率没有超过上文步骤S108提及的已校准阈值速率时，步骤S112必须经由控制器50，即经由输出信号(图1的箭头11)，记录第二诊断代码。由于步骤S112指示了正常运转的手动转向器20，另外的控制步骤必须使用第二诊断代码以例如通过在校验过程中接受给定设计或建立设计规范来校验手动转向器20的给定设计。

如本文中关于任何公开值或范围所使用的，术语“约”指示所述数值允许细微不精确，例如合理地接近所述值或近似所述值，例如所述值或范围的±10％。如果以别的方式由术语“约”提供的不精确在本领域中不能借助该通常含义来理解，那么如本文中所使用的术语“约”指示起因于测量和使用这些参数的通常方法的至少偏差。另外，范围的公开包括整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开。

详细的说明书和附图支持并描述本发明，但是本发明的范围仅仅由权利要求书限定。虽然已经详细描述了用于实现所要求保护的公开的一些最佳方式和其他实施例，但是仍存在用于实施所附权利要求所限定的公开的各种可替换设计和实施例。此外，在附图中所示的实施例或者在本说明书中提到的各种实施例的特征不必被理解为相互独立的实施例。相反，在实施例的一个示例中所描述的特征中的每一个可以与其他实施例的一个或多个其他期望的特征相结合，使得其他实施例没有用文字或者参考附图进行描述。因此，这些其他实施例落入所附权利要求书的范围的框架之内。