一种防止转向机进水结冰卡滞的方法与流程

本发明涉及汽车转向系统，具体地说是一种防止转向机进水结冰卡滞的方法。

背景技术：

1、如图1所示，皮带传动式电动助力转向机的工作原理为，通过安装在输入轴4上的扭矩角度传感器5感知驾驶员操控方向盘1的转向手力，然后扭矩角度传感器5将信号通过线束7传递给控制单元8。控制单元8对接收到的信号进行综合处理和计算，并向电机9发出指令控制电机以一定的输出扭矩进行旋转。电机9通过皮带减速机构10将助力扭矩传递至滚珠丝杠6传动机构的循环球螺母11，球轴承12将循环球螺母11支撑固定在转向机壳体内，循环球螺母11旋转带动滚珠丝杠6轴向移动，从而带动转向拉杆13运动，最终使车轮转动，实现电动助力转向功能。

2、机动车辆的转向机需要在密封的条件下实现预期的转向功能，转向机在滚珠丝杠与横拉杆的连接区域一般是通过波纹管状的防尘罩来实现对环境的密封。而由橡胶和/或塑料构成的具有弹性的防尘罩，在转向机的生命周期内可能会因飞石击打、动物咬伤、工具破坏或其他影响而破损，导致转向系统失去密封性。虽然可以通过使用更昂贵的材料来降低这种失效发生的频率，但是难以完全避免该情况出现。

3、若防尘罩出现破损，整个转向系统就失去了密封性能，轻则湿气进入转向机中，零件生锈；重则当行驶路面积水深度超过车辆最大涉水深度时，或在洗车、雨水喷淋等环境下，转向系统进水导致零件腐蚀磨损、产生噪音等。尤其是当水进入皮带传动区域时，在低于0℃的低温环境下，皮带减速机构中的皮带和带轮发生冻结，致使带传动过载打滑，动力无法正常从电机传递至滚珠丝杠，因而不能有效提供助力，转向操纵的可控性受到阻碍，影响驾驶安全。

4、公开号为cn101287637b的专利文件中，公开了用于打开一转向机构的壳体部分中的孔的装置，通过一种特殊材料制成的构件与液体接触时发生反应，使得该构件溶解或者膨胀，从而松开封闭元件在壳体部分中的锁紧，即强制地打开转向机的一个孔，使浸入的液体排出。但在低于0℃的低温环境下，尽管液体已排出，潮湿的皮带仍然存在冻结打滑的风险。而且使用该排水装置会增加较多的零件，提升了转向机的成本。同时该装置发挥作用后即失效，需要及时更换，而驾驶员无法及时有效地感知到这一信息。

5、因此，需要设计一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，以识别转向机进水结冰情况，并消除冻结，解决皮带冻结打滑、传动卡滞的问题，保证动力从电机正常传递到滚珠丝杠。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，以识别转向机进水结冰情况，并消除冻结，解决皮带冻结打滑、传动卡滞的问题，保证动力从电机正常传递到滚珠丝杠。

2、为了达到上述目的，本发明是一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，包括如下步骤：步骤1，扭矩角度传感器将探测到的转向角度、转向扭矩信号发送至控制单元，转子位置传感器将探测到的电机转速、电机扭矩信号发送至控制单元；步骤2，控制单元对接收到的信号进行处理和计算；步骤3，判断是否同时满足条件1a、条件2a、条件3a，如是，则继续进行步骤4，如否，则返回步骤1，条件1a，电机转速的绝对值比n1小的持续时间≥t1，条件2a，有效力矩的绝对值在t1内至少1次降低到m1以下，条件3a，转向扭矩的绝对值<t，n1为大带轮冻结卡滞时电机转子的最大静止转速，t1为已啮合的皮带齿由松到紧过程的时间或进入卡滞的时间，m1为电机低极限转速下的有效力矩或齿啮合时静摩擦力对应的扭矩，t为扭矩角度传感器测量扭矩的最大值；步骤4，判断是否同时满足条件1b、条件2b、条件3b、条件4b，如是，则继续进行步骤5，如否，则返回步骤1，条件1b，电机转速的绝对值＞n1，并且在t2内电机转速的绝对值增大，增大后的电机转速的绝对值＞n2，条件2b，进入t2区间，电机转速的绝对值>n1时，有效力矩的绝对值>m3，条件3b，在t2内，有效力矩和电机转速的符号相同，且电机转速符号没有变化，条件4b，在电机转速>n1之后，有效力矩的绝对值在△t内从t1区间的最大值降低超过△m，t2为啮合的皮带齿在超过过载临界点后的最小加速时间，n2为小带轮端皮带齿超过临界点打滑后电机转子的最小转速，m3为啮合皮带齿可承受的极限拉力或过载临界点，△t为有效力矩最大降落时间，△m为有效力矩最小降落值；步骤5，判断是否满足电机转速的绝对值在t3内降低至小于n1，且电机转速的符号没有变化，如是，则继续进行步骤6，如否，则返回步骤1，t3为相邻下一皮带齿进入啮合过程的最小时间；步骤6，判断是否满足电机转速的绝对值小于n1的持续时间≥t4，如是，则继续进行步骤7，如否，则返回步骤1，t4为退出卡滞的时间或下一个周期的t1；步骤7，粘滑计数器数值加1，如在t5内，粘滑计数器数值大于i-1，则继续进行步骤8，如在t5内，粘滑计数器数值≤i-1，则返回步骤1，如时间变量超过t5，则粘滑计数器数值、时间变量重置后，返回步骤1，t5为连续两次检测之间的最长时间间隔，i-1为确认冻结的卡滞次数阈值；步骤8，控制单元激活电机的破冰振动扭矩并向整车发送报警信号。

3、所述的步骤1前还包括破冰振动扭矩的触发判断，如触发破冰振动扭矩，则继续进行步骤8，如未触发破冰振动扭矩，则继续进行步骤1。

4、所述的控制单元对接收到的信号进行处理和计算具体如下：有效力矩=转向扭矩×有效系数﹢电机扭矩，有效系数=（滚珠丝杠节距×齿轮齿条传动效率）/（皮带传动比×线角传动比×皮带传动效率×滚珠丝杠螺母传动效率）。

5、所述的激活电机的破冰振动扭矩电机具体如下：电机持续输出频率f、幅值a、占空比η、在正反两个方向交替振动的脉冲扭矩。

6、所述的频率f为2~100hz，幅值a为1~6nm，占空比η为50%~100%。

7、所述的破冰振动扭矩激活后会在后续所有点火循环中保持或重启破冰振动。所述的n1大于0rpm且小于等于30rpm，t1为0~200ms，m1大于0nm且小于等于0.3nm，t大于0nm且小于等于20nm，t2大于0ms且小于等于100ms，n2为50~150rpm，m3为0.5~3nm，△t为0~200ms，△m为0.1~2.5nm，t3大于0ms且小于等于1000ms，t4为0~200ms，t5为10~300s，i-1为1~30。

8、本发明同现有技术相比，通过软件识别助力电机转子转速及有效力矩的特殊模式来探测转向机冻结情况，并通过施加破冰振动扭矩来消除冻结，解决了皮带冻结打滑、传动卡滞的问题，保证了动力从电机正常传递到滚珠丝杠，降低由于冻结造成的转向操纵不可控风险。同时，向驾驶员发送转向机故障信号，以便及时维修保养。

技术特征：

1.一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，扭矩角度传感器将探测到的转向角度、转向扭矩信号发送至控制单元，转子位置传感器将探测到的电机转速、电机扭矩信号发送至控制单元；步骤2，控制单元对接收到的信号进行处理和计算；步骤3，判断是否同时满足条件1a、条件2a、条件3a，如是，则继续进行步骤4，如否，则返回步骤1，条件1a，电机转速的绝对值比n1小的持续时间≥t1，条件2a，有效力矩的绝对值在t1内至少1次降低到m1以下，条件3a，转向扭矩的绝对值<t，n1为大带轮冻结卡滞时电机转子的最大静止转速，t1为已啮合的皮带齿由松到紧过程的时间或进入卡滞的时间，m1为电机低极限转速下的有效力矩或齿啮合时静摩擦力对应的扭矩，t为扭矩角度传感器测量扭矩的最大值；步骤4，判断是否同时满足条件1b、条件2b、条件3b、条件4b，如是，则继续进行步骤5，如否，则返回步骤1，条件1b，电机转速的绝对值＞n1，并且在t2内电机转速的绝对值增大，增大后的电机转速的绝对值＞n2，条件2b，进入t2区间，电机转速的绝对值>n1时，有效力矩的绝对值>m3，条件3b，在t2内，有效力矩和电机转速的符号相同，且电机转速符号没有变化，条件4b，在电机转速>n1之后，有效力矩的绝对值在△t内从t1区间的最大值降低超过△m，t2为啮合的皮带齿在超过过载临界点后的最小加速时间，n2为小带轮端皮带齿超过临界点打滑后电机转子的最小转速，m3为啮合皮带齿可承受的极限拉力或过载临界点，△t为有效力矩最大降落时间，△m为有效力矩最小降落值；步骤5，判断是否满足电机转速的绝对值在t3内降低至小于n1，且电机转速的符号没有变化，如是，则继续进行步骤6，如否，则返回步骤1，t3为相邻下一皮带齿进入啮合过程的最小时间；步骤6，判断是否满足电机转速的绝对值小于n1的持续时间≥t4，如是，则继续进行步骤7，如否，则返回步骤1，t4为退出卡滞的时间或下一个周期的t1；步骤7，粘滑计数器数值加1，如在t5内，粘滑计数器数值大于i-1，则继续进行步骤8，如在t5内，粘滑计数器数值≤i-1，则返回步骤1，如时间变量超过t5，则粘滑计数器数值、时间变量重置后，返回步骤1，t5为连续两次检测之间的最长时间间隔，i-1为确认冻结的卡滞次数阈值；步骤8，控制单元激活电机的破冰振动扭矩并向整车发送报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，其特征在于：所述的步骤1前还包括破冰振动扭矩的触发判断，如触发破冰振动扭矩，则继续进行步骤8，如未触发破冰振动扭矩，则继续进行步骤1。

3.根据权利要求1所述的一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，其特征在于：所述的控制单元对接收到的信号进行处理和计算具体如下：有效力矩=转向扭矩×有效系数﹢电机扭矩，有效系数=（滚珠丝杠节距×齿轮齿条传动效率）/（皮带传动比×线角传动比×皮带传动效率×滚珠丝杠螺母传动效率）。

4.根据权利要求1所述的一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，其特征在于：所述的激活电机的破冰振动扭矩电机具体如下：电机持续输出频率f、幅值a、占空比η、在正反两个方向交替振动的脉冲扭矩。

5.根据权利要求5所述的一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，其特征在于：所述的频率f为2~100hz，幅值a为1~6nm，占空比η为50%~100%。

6.根据权利要求1所述的一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，其特征在于：所述的破冰振动扭矩激活后会在后续所有点火循环中保持或重启破冰振动。

7.根据权利要求1所述的一种防止转向机进水结冰卡滞的方法，其特征在于：所述的n1大于0rpm且小于等于30rpm，t1为0~200ms，m1大于0nm且小于等于0.3nm，t大于0nm且小于等于20nm，t2大于0ms且小于等于100ms，n2为50~150rpm，m3为0.5~3nm，△t为0~200ms，△m为0.1~2.5nm，t3大于0ms且小于等于1000ms，t4为0~200ms，t5为10~300s，i-1为1~30。

技术总结
本发明涉及汽车转向系统技术领域，具体地说是一种防止转向机进水结冰卡滞的方法。本发明同现有技术相比，通过软件识别助力电机转子转速及有效力矩的特殊模式来探测转向机冻结情况，并通过施加破冰振动扭矩来消除冻结，解决了皮带冻结打滑、传动卡滞的问题，保证了动力从电机正常传递到滚珠丝杠，降低由于冻结造成的转向操纵不可控风险。同时，向驾驶员发送转向机故障信号，以便及时维修保养。

技术研发人员：马洪顺,庄伟鹏,郑敏华,姜卓
受保护的技术使用者：博世华域转向系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10