CN111038577B - 检测电动助力转向***上的冲击力 - Google Patents

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Abstract

一种电动助力转向***。一个示例包括：转向控制件；转向轴，其连接到转向控制件；转向齿条；传感器，其被构造成检测转向齿条或电动马达的操作参数；以及电子控制器。在一个示例中，电子控制器被构造成：从传感器接收指示操作参数的数据；将该数据与已知的特性曲线进行比较，该已知的特性曲线指示对电动助力转向***的部件的潜在损坏；以及当数据与已知的特性曲线匹配时，向用户输出电动助力转向***的该部件已发生潜在损坏的指示。

Description

检测电动助力转向***上的冲击力
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年10月12日提交的美国临时专利申请No. 62/744,751的优先权，所述临时专利申请的内容以其整体通过引用并入本文。
背景技术
在电动助力转向（“EPS”）***中，电动马达驱动齿轮来向转向齿条提供额外的扭矩，以协助使车辆的车轮转弯。一般来说，EPS***包括许多机械地和电气地连接的部件。如果车辆与外部物体（例如，路缘石、坑洼、其他车辆）相撞，则这些部件可能被损坏。通常，在与外部物体相撞之后，车辆的用户可能不知道EPS***被损坏。
发明内容
因此，需要一种***以基于EPS***的部件的操作参数来检测对所述部件的潜在损坏。例如，如下文更详细解释的，部件可能遭受来自外部物体的冲击力。这些力可以由传感器检测到，并且与可以引起对EPS***的部件的损坏的力的已知特性进行比较。通过检测这些力并将它们与所述特性进行比较，***可以确定部件是否可能被损坏。
因此，本文中所描述的实施例涉及电动助力转向***。
一个实施例提供了一种电动助力转向***。在一个示例中，该***包括：转向控制件；转向轴，其连接到转向控制件；转向齿条；传感器，其被构造成检测转向齿条或电动马达的操作参数；以及电子控制器，其被构造成从传感器接收指示操作参数的数据并将该数据与已知的特性曲线进行比较。在一个示例中，已知的特性曲线指示对电动助力转向***的部件的潜在损坏。电子控制器还被构造成：当数据与已知的特性曲线匹配时，向用户输出电动助力转向***的该部件已发生潜在损坏的指示。
另一实施例提供了一种用于检测对电动助力转向***的潜在损坏的方法，该***包括：转向控制件；转向轴，其连接到转向控制件；转向齿条；电动马达，其被构造成向转向齿条提供额外扭矩；传感器，其被构造成检测转向齿条或电动马达的操作参数；以及电子控制器。该方法包括：利用电子控制器从传感器接收指示操作参数的数据；以及利用电子控制器将该数据与已知的特性曲线进行比较，该已知的特性曲线指示对电动助力转向***的部件的潜在损坏。当数据与已知的特性曲线匹配时，电子控制器向用户输出电动助力转向***的该部件已发生潜在损坏的指示。
通过考虑具体实施方式和附图，其他方面、特征和实施例将变得显而易见。
附图说明
图1图示了根据一个实施例的电动助力转向***。
图2图示了根据一个实施例的弹性体阻尼器。
图3图示了根据一个实施例的电子控制器。
图4是图示根据一个实施例的用于确定对电动助力转向***的潜在损坏的方法的流程图。
图5图示了根据一个实施例的力特性曲线。
图6图示了根据一个实施例的位置特性曲线。
图7图示了根据一个实施例的角速度特性曲线。
具体实施方式
在详细解释任何实施例之前，将理解，本公开在其应用方面不旨在受限于在以下描述中阐述或在以下附图中图示的部件的构造和布置的细节。实施例能够具有其他配置并且能够以各种方式实践或实施。
多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件可用于实现各种实施例。另外，实施例可包括硬件、软件和电子部件或模块，所述硬件、软件和电子部件或模块出于讨论的目的可被图示和描述为如同大部分部件仅在硬件中实现。然而，本领域普通技术人员并且基于该具体实施方式的阅读将认识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可在可由一个或多个电子控制器执行的软件（例如，存储在非暂时性计算机可读介质上）中实现。例如，本说明书中所描述的“控制单元”和“控制器”可以包括一个或多个电子控制器、电子处理器或类似装置、包括非暂时性计算机可读介质的一个或多个存储器、一个或多个输入/输出接口、一个或多个专用集成电路（ASIC）和其他电路、以及连接各种部件的各种连接件（例如，导线、印刷迹线和总线）。
图1图示了根据一个实施例的车辆的电动助力转向（“EPS”）***100。EPS***100包括经由转向轴110连接到转向小齿轮115的转向控制件105（例如，方向盘）。然而，在其中车辆包括“线控转向”***的实施例中，转向轴110可能不存在。取而代之的是，传感器检测来自转向控制件105的所请求的转向量，并且控制器基于检测到的所请求的转向量来操作小齿轮115，如下文所描述的。
转向小齿轮115可以是例如转向齿轮。当用户操作转向控制件105时，转向小齿轮115使转向齿条120沿期望的转向方向转弯和移动。转向齿条120的移动然后使车轮125和126转弯，以使车辆沿期望的转向方向转弯。在一些实施例中，车轮125和126是车辆的前轮；在其他实施例中，车轮125和126是车辆的后轮。
车轮125和126经由球形接头130和131连接到转向齿条120。当转向齿条120通过转向小齿轮115移动时，球形接头130和131使车轮126和126移动（例如，使车轮沿期望的转向方向转弯）。当转向齿条120接近最大转向齿条行进距离（例如，转向齿条120可以通过转向小齿轮115向左或向右移动多远）时，球形接头130和131分别冲击阻尼器135和136。阻尼器135和136设置在转向齿条120的两端处，以在球形接头130和131使车轮125和126转弯过远的情况下或在外力经由球形接头130和131被施加到转向齿条120的情况下防止对转向齿条120的损坏，如下文进一步详细图示的。
阻尼器135和136可由不同种类的材料制成。在一个实施例中，阻尼器135和136可由弹性体制成。当由球形接头130和131将更多的力施加到转向齿条120时，弹性体阻尼器可以被压缩。例如，图2图示了弹性体阻尼器的不同压缩水平。
当力从球形接头130和131施加到转向齿条120时，阻尼器135和136压缩。例如，当转向齿条120接近最大转向齿条行进距离时，阻尼器135和136压缩。随着力增加（例如，基于来自转向控制件105的用户输入扭矩和来自电动马达的电动助力转向协助，如下文所描述的），阻尼器135和136进一步压缩到被图示为“A”的第一点或水平。阻尼器135和136压缩的量可以基于当前转向齿条120的位置、已知的阻尼器刚度、已知的阻尼器位置以及施加到转向齿条120的所感测的力来确定。
当阻尼器135和136磨损或遭受非临界力事件时（例如，车轮125和126撞击坑洼或轻微冲击物体（例如，路缘石），同时转向齿条120没有接近最大转向齿条行进距离），阻尼器135和136可压缩到被图示为“B”的第二点或水平。B被认为是非临界压缩，因为EPS***100并未处于被产生阻尼器135和136到B的压缩所必需的力损坏的危险之中。
如果阻尼器135和136遭受非常高的齿条力（例如，高到足以损坏EPS***100的转向齿条120或其他部件的力），则阻尼器135和136压缩到被图示为“C”的第三点或水平。例如，如果车轮125和126撞击路缘石，同时转向齿条120处于最大转向齿条行进距离处，则所经历的力将阻尼器135和136压缩到C，并且EPS***100的转向齿条120或其他部件（特别地，转向小齿轮115）可被所述力损坏。
在另一实施例中，阻尼器135和136由塑料制成。当塑料阻尼器135和136经历非常高的齿条力（例如，高到足以将弹性体阻尼器135和136压缩到C的力，如图2中所示）时，塑料阻尼器135和136设计成被毁坏。一旦阻尼器135和136被毁坏，转向角度（例如，车轮125和126可以转弯的角度）就可能更高。因此，车辆的用户可注意到，车轮125和126转弯得更多，这指示EPS***100受到损坏。在一些实施例中，车轮125和126中的每者具有传感器，该传感器确定车轮125和126中的每者转弯达到的程度，且然后将转弯角度传达给电子控制器（如下文所讨论的）。可将转弯角度与阈值角度值进行比较。当角度大于阈值角度值时，电子控制器向用户指示塑料阻尼器135和136已被毁坏。
返回到图1，EPS***100还包括电动马达140。电动马达140用于提供用以使转向齿条120移动的额外扭矩（除了来自转向小齿轮115的扭矩之外），以协助使车轮125和126转弯。基于用户输入（例如，用户使转向控制件105转弯的量）来确定由电动马达140施加的额外扭矩的量。
EPS***100还包括电子控制器150。图3是电子控制器150的说明性示例。电子控制器150包括多个电气和电子部件，所述多个电气和电子部件向电子控制器150内的部件和模块提供电力、操作控制和保护。在所图示的示例中，电子控制器150包括电子处理器305（例如，可编程电子微处理器、微控制器或类似装置）、存储器310（例如，非暂时性机器可读存储器）以及输入-输出接口315。电子处理器305通信地连接到存储器310和输入-输出接口315。电子处理器305与输入-输出接口315和存储在存储器310中的软件协同，被构造成除了别的之外实现本文中所描述的方法。
在一些实施例中，电子控制器150可在多个独立的控制器（例如，可编程电子控制单元）中实现，这些独立控制器均被构造成执行特定的功能或子功能。附加地，电子控制器150可包含子模块，所述子模块包括用于处理输入-输出功能、处理信号以及应用下文所列出的方法的附加的电子处理器、存储器或专用集成电路（ASIC）。在其他实施例中，电子控制器150包括附加的、更少的或不同的部件。
再次返回到图1，电子控制器150电气地连接到多个传感器。在一个示例中，电子控制器150连接到力传感器160和161、线性传感器165、角度传感器170、加速度传感器175和其他外部EPS传感器180。
力传感器160和161确定（例如，由冲击物体的车轮125和126）赋予在球形接头130和131上的力。当转向小齿轮115（和电动马达140）响应于用户使转向控制件105转弯来移动转向齿条120时，线性传感器165确定转向齿条120的移动的方向和量。当电动马达140向转向齿条120提供额外扭矩时，角度传感器170检测电动马达140的角速度。在一些实施例中，角度传感器170代替地检测小齿轮115的角速度。
加速度传感器175可以是测量EPS***100的不同加速度的一个或多个传感器。例如，加速度传感器175可测量转向轴110的旋转加速度、转向齿条120在其移动时（通过转向小齿轮115或通过外力）的加速度等等。外部EPS传感器180是与EPS***100相关联的各种其他传感器。例如，外部EPS传感器180可包括温度传感器、电流传感器、电压传感器等等。
图4是图示根据一个实施例的用于确定对EPS***100的潜在损坏的方法400的流程图。
方法400包括利用电子控制器150从至少一个传感器接收数据（在框405处）。例如，当由外部物体将力施加在车轮125和126上（且因此力被施加在球形接头130和131上）时，电子控制器150从力传感器160和161中的一者接收指示转向齿条120上的力的数据。在另一示例中，电子控制器150从线性传感器165接收指示转向齿条120的侧向位移量和/或侧向速度的数据（例如，沿向左抑或向右方向的位移和/或沿任一方向的速度）。在又一示例中，当电动马达140提供额外扭矩以使转向齿条120侧向地移位时，电子控制器接收指示电动马达140的角速度（和/或每分钟转数）的数据。一般来说，由电子控制器150接收的数据是转向齿条120或电动马达140中的至少一者的操作参数，转向齿条120的操作参数为例如转向齿条120的侧向位移或施加在转向齿条120上的力，电动马达140的操作参数为例如电动马达140的角速度。
在一些实施例中，方法400还包括利用电子控制器150来确定从接收到的数据导出的值。例如，在一些实施例中，电子控制器被构造成：当电子控制器150从角度传感器170接收角速度时，基于接收到的角速度来确定测量的角度梯度。在另一示例中，电子控制器150还被构造成：当电子控制器150从线性传感器165接收到转向齿条120的侧向位移量时，确定转向齿条120在其侧向地移位时的速度梯度。电子控制器150还可被构造成基于从线性传感器165接收的转向齿条120的侧向速度来确定速度梯度。
在一个示例中，方法400还包括利用电子控制器150来确定接收到的数据是否与已知的特性曲线匹配（在框410处），该已知的特性曲线指示对EPS***100的部件的潜在损坏。在一些实施例中，已知的特性曲线被保存在存储器310中。
例如，图5图示了已知的力特性曲线500。
在图5中所示的示例中，可将如由力传感器160和161测量的随时间的推移而施加到转向齿条120的力与已知的力特性曲线500进行比较，以确定已发生的事件的类型。例如，如果接收到的力小于第一阈值510并且随时间的推移仅逐渐地增加和减小（例如，在第一拐点515处），则电子控制器150确定车辆经历正常操纵（maneuver），例如，车辆的用户使车辆沿特定方向转弯。如果测量的力在第一阈值510和第二阈值520之间并且比正常操纵更迅速地增加和减小（例如，在第二拐点525处），则电子控制器150确定车辆已经历更加动态的操纵（例如，车辆已撞到坑洼或更急速的转弯）。
如果测量的力高于第二阈值520并且比动态操纵更迅速地增加和减小（例如，在第三拐点530处），则电子控制器150确定施加到转向齿条120的力可能已引起对EPS***100的一个或多个部件的潜在损坏。例如，在第三拐点530处经历的力可能已损坏了转向小齿轮115、球形接头130和131、阻尼器135和136、转向齿条120或EPS***100的其他部件。
在另一示例中，如果电子控制器150从线性传感器165接收侧向位移数据，则电子控制器150将该数据与已知的位置特性曲线600（如图6中所图示的）进行比较。
为了使车辆转弯，必须由转向小齿轮115使转向齿条120侧向地移动。当转向齿条120移动时（通过转向小齿轮115或另一外力，例如，冲击路缘石），线性传感器165检测并测量该转向齿条的侧向位移和侧向速度。
例如，在正常转弯操纵期间（在第一拐点610处），线性速度（或位移）逐渐地增加，且然后减小回零。与在动态操纵（例如，冲击坑洼）期间施加在转向齿条120上的力非常相似，转向齿条120的线性速度（或位移）比正常操纵迅速得多地增加和减小并且具有更高的幅度（例如，在第二拐点620处）。
如果转向齿条120的线性速度或位移比动态操纵增加和减小得甚至更迅速且具有更大幅度（例如，在第三拐点630处），则电子控制器150可确定EPS***100的一个或多个部件已遭受潜在损坏。此外，当车辆与冲击物体脱离接触时，线性速度或位置可逐步减小。
在又一示例中，电子控制器150可将接收到的角速度（以每秒弧度或每分钟转数为单位）与已知的角速度特性曲线700（如图7中所图示的）进行比较。
当电动马达140协助向转向齿条120提供额外扭矩时，角度传感器170监测该电动马达的角速度。与在正常操纵期间转向齿条120的线性位移非常相似，电动马达140（在第一拐点710处）提供额外扭矩的逐渐增加和减少，这反映为每分钟转数（RPM）的增加或减少。在动态操纵（例如，冲击坑洼）期间，RPM可增加到比正常操纵更大的幅度以便补偿所引入的额外力，并且可更迅速地地增加和减少（例如，在第二拐点720处）。
如果EPS***100已遭受潜在损坏，则角速度幅度将高得多，并且将迅速得多地增加和减少（例如，在第三拐点730处）。与位置特性曲线非常相似，从角度传感器170接收到的指示潜在损坏的曲线也将逐步减小。
将理解，电子控制器150可从多于一个的传感器接收数据，并且将每一组接收到的数据与其相应的特性曲线进行比较，以便确定是否已使EPS***100的一个或多个部件受到潜在损坏。例如，电子控制器150可从相应的传感器接收力数据、线性位移数据和角速度数据的任何组合，并将每一者与其相应的特性曲线进行比较。
在确定接收到的数据与已知的曲线匹配之后，电子控制器150向车辆的用户输出已发生潜在损坏的指示（在框415处）。例如，电子控制器150可电气地连接到通知指示器，例如显示屏、发光二极管（LED）、扬声器或某种其他形式的指示器。电子控制器150生成指示EPS***100受到潜在损坏的通知（例如，视觉或文本消息或语音消息），并向用户输出该通知。
以下示例说明了本文中所描述的示例性***和方法。
示例1：一种电动助力转向***，所述***包括：转向控制件；转向轴，其连接到所述转向控制件；转向齿条；电动马达，其被构造成向所述转向齿条提供额外扭矩；传感器，其被构造成检测所述转向齿条或所述电动马达的操作参数；以及电子控制器，所述电子控制器被构造成：从所述传感器接收指示所述操作参数的数据；将所述数据与已知的特性曲线进行比较，所述已知的特性曲线指示对所述电动助力转向***的部件的潜在损坏；以及当所述数据与所述已知的特性曲线匹配时，向用户输出所述电动助力转向***的所述部件已发生潜在损坏的指示。
示例2：示例1所述的***，其中，所述传感器被构造成检测施加到所述转向齿条的力。
示例3：示例2所述的***，其中，所述转向齿条包括附接到所述转向齿条的两端的两个阻尼器，并且其中，检测到的力是赋予在所述两个阻尼器中的至少一者上的力。
示例4：示例1所述的***，其中，所述传感器被构造成检测所述转向齿条的侧向位移。
示例5：示例4所述的***，其中，所述电子控制器还被构造成基于所述侧向位移来确定所述转向齿条的速度梯度。
示例6：示例1所述的***，其中，所述传感器被构造成检测所述电动马达的角速度。
示例7：示例6所述的***，其中，所述电子控制器还被构造成基于所述角速度来确定测量的角度梯度。
示例8：示例1至7中的任一者所述的***，其中，将所述数据与所述已知的特性曲线进行比较包括：将所述数据与阈值进行比较。
示例9：示例1至8中的任一者所述的***，其中，所述传感器是多个传感器中的一者，所述多个传感器被构造成检测所述转向齿条或所述电动马达的操作参数。
示例10：示例1至8以及示例9中的任一者所述的***，其中，所述电子控制器被构造成将来自所述多个传感器中的每者的数据与已知的相应的特性曲线进行比较，以便确定所述转向齿条或电动马达是否已发生损坏。
示例11：一种用于检测对电动助力转向***的潜在损坏的方法，所述***包括：转向控制件；转向轴，其连接到所述转向控制件；转向齿条；电动马达，其被构造成向所述转向齿条提供额外扭矩；传感器，其被构造成检测所述转向齿条或所述电动马达的操作参数；以及电子控制器，所述方法包括：利用所述电子控制器从所述传感器接收指示所述操作参数的数据；利用所述电子控制器将所述数据与已知的特性曲线进行比较，所述已知的特性曲线指示对所述电动助力转向***的部件的潜在损坏；以及当所述数据与所述已知的特性曲线匹配时，利用所述电子控制器向用户输出所述电动助力转向***的所述部件已发生潜在损坏的指示。
示例12：示例11所述的方法，其中，所述传感器被构造成检测施加到所述转向齿条的力。
示例13：示例12所述的方法，其中，所述转向齿条包括附接到所述转向齿条的两端的两个阻尼器，并且其中，检测到的力是赋予在所述两个阻尼器中的至少一者上的力。
示例14：示例11所述的方法，其中，所述传感器被构造成检测所述转向齿条的侧向位移。
示例15：示例14所述的方法，其还包括：利用所述电子控制器基于所述侧向位移来确定所述转向齿条的速度梯度。
示例16：示例11所述的方法，其中，所述传感器被构造成检测所述电动马达的角速度。
示例17：示例16所述的方法，其还包括：利用所述电子控制器基于所述角速度来确定测量的角度梯度。
示例18：示例11至17中的任一者所述的方法，其中，将所述数据与所述已知的特性曲线进行比较包括：将所述数据与阈值进行比较。
示例19：示例11至18中的任一者所述的方法，其中，所述传感器是多个传感器中的一者，所述多个传感器被构造成检测所述转向齿条或所述电动马达的操作参数。
示例20：示例11至18和19中的任一者所述的方法，其还包括：利用所述电子控制器将来自所述多个传感器中的每者的数据与已知的相应的特性曲线进行比较，以便确定所述转向齿条或电动马达是否已发生损坏。
因此，本文中所描述的实施例描述了电动助力转向***。
在以下权利要求书中阐述了各种特征、优点和实施例。

Claims (20)

1.一种电动助力转向***，所述***包括：
转向控制件；
转向轴，其连接到所述转向控制件；
转向齿条；
电动马达，其被构造成向所述转向齿条提供额外扭矩；
传感器，其被构造成检测所述转向齿条或所述电动马达的操作参数；以及
电子控制器，其被构造成：
从所述传感器接收指示所述操作参数的数据；
将所述数据与已知的特性曲线进行比较，所述已知的特性曲线指示对所述电动助力转向***的部件的潜在损坏；以及
当所述数据与所述已知的特性曲线匹配时，向用户输出所述电动助力转向***的所述部件已发生潜在损坏的指示。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述传感器被构造成检测施加到所述转向齿条的力。
3.根据权利要求2所述的***，其中，所述转向齿条包括附接到所述转向齿条的两端的两个阻尼器，并且其中，检测到的力是赋予在所述两个阻尼器中的至少一者上的力。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述传感器被构造成检测所述转向齿条的侧向位移。
5.根据权利要求4所述的***，其中，所述电子控制器还被构造成基于所述侧向位移来确定所述转向齿条的速度梯度。
6.根据权利要求1所述的***，其中，所述传感器被构造成检测所述电动马达的角速度。
7.根据权利要求6所述的***，其中，所述电子控制器还被构造成基于所述角速度来确定测量的角度梯度。
8.根据权利要求1所述的***，其中，将所述数据与所述已知的特性曲线进行比较包括：将所述数据与阈值进行比较。
9.根据权利要求1所述的***，其中，所述传感器是多个传感器中的一者，所述多个传感器被构造成检测所述转向齿条或所述电动马达的操作参数。
10.根据权利要求9所述的***，其中，所述电子控制器被构造成将来自所述多个传感器中的每者的数据与已知的相应的特性曲线进行比较，以便确定所述转向齿条或电动马达是否已发生损坏。
11.一种用于检测对电动助力转向***的潜在损坏的方法，所述***包括：转向控制件；转向轴，其连接到所述转向控制件；转向齿条；电动马达，其被构造成向所述转向齿条提供额外扭矩；传感器，其被构造成检测所述转向齿条或所述电动马达的操作参数；以及电子控制器，所述方法包括：
利用所述电子控制器从所述传感器接收指示所述操作参数的数据；
利用所述电子控制器将所述数据与已知的特性曲线进行比较，所述已知的特性曲线指示对所述电动助力转向***的部件的潜在损坏；以及
当所述数据与所述已知的特性曲线匹配时，利用所述电子控制器向用户输出所述电动助力转向***的所述部件已发生潜在损坏的指示。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述传感器被构造成检测施加到所述转向齿条的力。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述转向齿条包括附接到所述转向齿条的两端的两个阻尼器，并且其中，检测到的力是赋予在所述两个阻尼器中的至少一者上的力。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述传感器被构造成检测所述转向齿条的侧向位移。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括：利用所述电子控制器基于所述侧向位移来确定所述转向齿条的速度梯度。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述传感器被构造成检测所述电动马达的角速度。
17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：利用所述电子控制器基于所述角速度来确定测量的角度梯度。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述数据与所述已知的特性曲线进行比较包括：将所述数据与阈值进行比较。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述传感器是多个传感器中的一者，所述多个传感器被构造成检测所述转向齿条或所述电动马达的操作参数。
20.根据权利要求19所述的方法，其还包括：利用所述电子控制器将来自所述多个传感器中的每者的数据与已知的相应的特性曲线进行比较，以便确定所述转向齿条或电动马达是否已发生损坏。
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