[发明专利]包括电驱动装置的操作技术装备的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括电驱动装置的操作技术装备尤其是伺服转向系统的装置和方法。

背景技术

这种转向系统通常包括控制回路，其控制参数至少取决于方向盘转矩。存储在控制器中的预定函数用于根据控制器的输入参数来计算支持转矩尤其是方向盘转矩的额定值。

图1示出了汽车的机电作动式伺服转向系统的常见结构，其包括方向盘1，该方向盘通过操纵杆13的第一部分2并借助一个或多个球节7与操纵杆的第二部分3联接。操纵杆13传递由汽车驾驶员施加至方向盘1的力矩给主动齿轮6，该主动齿轮与一个齿杆8啮合，该齿杆相对两个被控车轮11之间的汽车轴水平地设置。主动齿轮6也可以通过任何其它的传动机构构成，例如由蜗杆轴构成。每个被控车轮11能够在齿杆8直线运动时围绕一个竖直转动轴线A转动，其中，被控车轮11通过齿杆8被连杆10驱动。

该伺服转向系统还具有伺服控制装置，用于对齿杆8施力，力的作用方向与主动齿轮6的力的方向相同，结果，减轻了车辆驾驶员对方向盘1的转动操纵。伺服控制装置包括作为电驱动装置的伺服电动机9，其输出力矩被电子控制器12控制，该控制器给伺服电动机9提供助力矩的额定值信号S。伺服电动机9的输出力矩将借助伺服电动机9的未示出的驱动轴被传递至齿杆8，进而传递给车轮11。因为待传递的力相当大，所以伺服电动机9的驱动轴一般通过未详细示出的滚珠传动装置14作用于齿杆8。

伺服电动机9的驱动轴因此通过滚珠传动装置14、齿杆8和主动齿轮6与操纵杆13机械联接。不过，驱动轴和操纵杆13之间的机械联接也可以直接实现，其做法是，驱动轴通过适当的传动装置直接作用于操纵杆13。伺服电动机9的驱动轴此时支持方向盘1的回转，其做法是，它借助上述的机械装置对操纵杆13施加辅助力矩，辅助力矩直接取决于伺服电动机9的输出力矩，因而取决于辅助力矩的额定值信号S。

控制器12一般是如此构成的，因为到来的输入信号例如来自转矩传感器4的转矩DM和/或来自转向角度传感器5的转角DW的输入信号，所以计算出要由伺服电动机9施加的辅助力矩的大小，并且将相应的额定值S发送给伺服电动机9。此时，借助存储在控制器12中的适当的表，一般如此确定辅助力矩，即依据计算出的转角DW差和转向角度传感器15所测量的车轮11转向角度LW来确定将由伺服电动机9施加的辅助力矩。如此选择辅助力矩的大小，就总体为了操纵车轮11而要施加在方向盘1上的力矩来说，可由驾驶员良好掌控的剩余力矩是多余的。为此，辅助力矩一般也取决于对车轮11的转向力矩有影响的参数，例如转角速度、温度、车辆行驶状况、路况等。

此外，还公开了机电作动式伺服转向系统的特殊形式，其中，在方向盘1和齿杆8之间的机械联接被分开。在所谓的线控转向系统中，由方向盘1施加到齿杆8的力和力矩必须通过相应的电气装置来模拟，该电气装置还是保留当然包括上述的基本原理。

转向系统与制动设备一样是安全总成，它绝不应该失效，因为失效的后果可能不像对机动车而言同样重要的其它总成出故障那样严重。因此，在这种安全总成中必须采取将这种总成出故障的几率降至可忽略不计的最低水平的特殊措施。

为此，采用了本身已知的策略，将该总成的相关组成部件再备份一套，甚至备份多套，以便能在出故障时切换到另一个组成部件。为了能断定组成部件是否正确工作，多个同样的组成部件可以彼此独立地同时工作，并且通过比较其工作效果是否相同来推断该组成部件是否正确工作。

对安全的上述要求尤其适用于由电动助力支持的伺服转向系统，该伺服转向系统利用电控装置和控制回路以及电传感器来工作。这样的电的转换回路确实能耐磨损地工作，但可能因零部件受损或老化而还是出故障。但在机械零部件出现故障时大多本来就通过容易发现的症状(发出咔咔声、漏油等)而预知并且表明有损坏，而电气件通常无法预见地发生故障并且只能间接发现损坏。该事实比任务是主要先操控重型车辆的伺服转向系统要重要的多。

但是，上述的安全策略只能有条件地应用。在许多情况下，可能出于成本原因、结构空间不够或不认为重要的原因，组成部件不用多次同时工作。这例如对伺服转向系统的相对重而昂贵的、占用较大结构空间的驱动装置来说就是如此。一般所采用的伺服电动机为三相交流电动机，其中主要呈星形接线的三个线圈产生一循环的旋转场，该旋转场带动电动机转子。在这种电动机所具有的全部优点的同时，其同样有以下缺点，电动机线圈出故障不光是简单地保持不工作，而且还产生制动力矩，该制动力矩不仅不支持驾驶员的转向操纵，而且可能还明显阻碍转向操纵。