專利名稱：帶有電機鎖止器的助力轉向裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種助力轉向裝置，它包括一個電機和一個由電機控制的疊加傳動裝置，疊加傳動裝置給通過一個轉向把手預定的轉向角疊加一個修正角。在這樣的助力轉向裝置中，轉向機的傳動比不是固定的大小，而是可以根據(jù)不同的參數(shù)例如根據(jù)車速變化地進行調整并且適配于出現(xiàn)的行駛情況。
背景技術：
由DE-A1-19601826已知這樣一種助力轉向裝置。在那里介紹了一種轉向裝置，它具有一個電機和一個由電機控制的疊加傳動裝置，疊加傳動裝置給一個在汽車的轉向把手上預定的轉向角疊加一個修正角。即由駕駛員影響的旋轉運動被疊加一個附加的旋轉運動。為此，電機的轉子與疊加傳動裝置的一個機械的傳動件例如一個蝸輪或一個螺旋齒輪連接，通過后者將由電機產(chǎn)生的并且需要疊加給手動的旋轉運動的運動輸入到轉向裝置中。疊加的尺度例如取決于當時的車速。通過一種這樣的助力轉向裝置，傳動比可以非常彈性地變化。例如很有幫助的是，傳動比在汽車快速行駛期間小于在汽車慢速或者停車期間。即使當例如由于電機或其電子控制系統(tǒng)失效應該取消支持時，對于駕駛員也不存在危險的情況，因為他原則上也可以不使用助力支持使汽車轉向。
然而在電機本身或者在其電子控制系統(tǒng)不能排除故障或者故障功能，它們造成無意的電機運動繼而造成轉向支持的無意的干預。這對于駕駛員和汽車又可能導致很不舒服的或者甚至危險的情況。
在DE-A1-10000219中建議一種帶有改進的疊加傳動裝置的助力轉向裝置，它主要具有一個“構成自行制動的蝸輪蝸桿傳動裝置”(見第2欄第18至30行以及權利要求13)。在那里，該結構用于降低相互嚙合的傳動件的間隙。然而在那里沒有描述一種這樣的構成自行制動的傳動裝置也可以幫助降低開頭所述的問題，即抵消由于在控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障或者故障功能引起的危險的效果。
實踐顯示，盡管存在一個自行制動的蝸輪蝸桿傳動裝置，在伺服電機(不期望的或者期望的)失效的情況下，在汽車轉向時仍存在很高的不安全性。也就是說，有不能忽視的殘余的安全風險。這特別是在不具有自行制動功能的螺旋齒輪傳動裝置或者其它類型的傳動裝置中。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的目的是，為開頭所述類型的助力轉向裝置設置一種安全裝置，它防止可能出現(xiàn)的意外的轉向支持，而不取決于所采用的傳動裝置類型。
這個目的通過一種具有權利要求1的特征的助力轉向裝置解決。
據(jù)此，電機設有一個機械的鎖止器，它除了電機電關閉外也起作用，并且通過傳動件(例如蝸桿、蝸輪或螺旋齒輪)設有一些長孔形的槽并將機械的鎖止器的一根銷插入到槽內的方式，鎖止器至少在有干擾的情況下將疊加傳動裝置的機械的傳動件固定并防止其運動。
有利的結構由從屬權利要求得出。


下面借助于實施例更詳細地描述本發(fā)明，其中參考下列示意附圖圖1示出助力轉向裝置的疊加傳動裝置，包括設置于其上的帶有機械的鎖止器的電機；圖2詳細示出帶有電子控制系統(tǒng)和機械的鎖止器的電機(伺服電機)，其中，一根鎖止銷插入到長孔形的槽內；圖3以伺服電機的截面圖的形式示出相對于定子旋轉的轉子；圖4在轉子和定子之間在0°和90°之間的相對角位置增加時產(chǎn)生的電機轉矩的上升。
具體實施例方式
在圖1中示意示出按本發(fā)明的一個助力轉向裝置的結構。它包括一個疊加傳動裝置12，后者具有一個第一輸入傳動件1和一個第二輸入傳動件20以及一個輸出傳動件4。第一輸入傳動件1可連接在一個(未示出的)轉向把手上，它通常是一個轉向盤。輸出傳動件4可連接在一個(未示出的)轉向機上，轉向機以已知的方式，例如通過液壓支持，將轉向運動增強地繼續(xù)傳遞到車輪上。第二輸入傳動件在所示實施例中構成為蝸桿20，它連接在一個電機30上。電機用作為伺服電機，它通過蝸桿20作用到疊加傳動裝置12的疊加軸2上。所示的助力轉向裝置涉及一種伺服轉向裝置，它可以將一個由伺服電機發(fā)出的運動疊加給由轉向盤施加的運動。因此，轉向盤的轉向角可以增加或減去一個附加的轉向角。
如果現(xiàn)在伺服電機30失效或者其控制系統(tǒng)(見圖2中的ECU)有故障地工作，那么有意地斷開伺服電機。除外要為此激活機械的鎖止器10。如果不是這種情況，那么可能存在下面的危險，即疊加傳動裝置12的第二輸入傳動件20由于錯誤的頂壓力矩(Gegenhaltemoment)而可能不受控制地進行旋轉。因此在這種情況下不再能可靠地進行轉向。
本發(fā)明基于的認識是，其中疊加傳動裝置僅具有一種自行制動的傳統(tǒng)助力轉向裝置是不可靠的。因為調查顯示，在這些已知的裝置中，振動、擺動等會取消自行制動效果。此外還不可使用沒有或有很小的自行制動的其它傳動裝置類型。
通過按本發(fā)明另外安置的機械的鎖止器10，可以在伺服電機30的一種(期望或不期望的)失效情況下，可靠地防止疊加傳動裝置12的第二輸入傳動件20繼續(xù)進行旋轉運動。因此確保即使在汽車中出現(xiàn)振動時，在所述情況下也能將一個借助于轉向盤輸入的轉向運動精確地傳遞到轉向機上。長孔形的槽21具有如下優(yōu)點，即不需要鎖止銷11的太精確的定位。也就是包容裝配誤差。也降低噪聲的產(chǎn)生，因為鎖止銷11在卡鎖到其中一個槽21內之前不太可能首先碰到其中一個中間接片上繼而產(chǎn)生不舒服的啪嗒噪聲。
同樣有效的是，如果轉子的角位置繼而輸入傳動件的角位置即在該實施例中為傳動蝸桿20的角位置與鎖止銷11的位置對準不理想，鎖止器10也會立即起作用。構成為長孔的槽21實現(xiàn)伺服電機30的一種可靠的機械鎖止。槽21的長度優(yōu)選這樣確定，使得它們限制旋轉至例如10°的最大允許的角誤差。在蝸輪蝸桿傳動裝置的例如1∶40的傳動比的情況下，在鎖止狀態(tài)下還允許誤差的角疊加最大為0.25°。
在圖1中示出的助力轉向裝置還詳細描述如下第一輸入傳動件1、第二輸入傳動件20和輸出傳動件4屬于標記為12的疊加傳動裝置。第一輸入傳動件1在汽車上連接在一個在圖1中未示出的轉向盤上。第二輸入傳動件20借助于伺服電機30驅動。在該實施例中，所示伺服電機優(yōu)選構成為可無極調節(jié)的電機30。輸出傳動件4在汽車上連接在一個在圖1中未示出的轉向機上。
第一輸入傳動件1構成為一根帶有一個太陽輪1′的輸入軸。輸出傳動件4構成為一根帶有一個太陽輪4′的輸出軸。兩個太陽輪1′和4′與一定數(shù)量的分級行星輪3(Stufenplaneten)嚙合，這些行星輪可旋轉地支承在一個行星齒輪架2上。太陽輪1′和4′以及行星輪3構成為斜齒的圓柱齒輪。行星齒輪架2設有外齒2′；行星齒輪架與蝸桿20嚙合，蝸桿在此構成第二輸入傳動件。蝸桿20可以直接通過伺服電機30驅動。所述元件20和2因此構成一個蝸輪蝸桿傳動裝置。另外也可以使用其它的傳動裝置類型，尤其是螺旋齒輪傳動裝置或雙曲線齒輪傳動裝置(錐齒輪傳動裝置)。
作為顯著的創(chuàng)新，第二輸入傳動件20配備有一個總體上標記為10的機械的鎖止器。為此詳細規(guī)定如下螺旋齒輪20有一個端面凹孔的凸緣，這些凹孔構成為長孔形的槽21。一根銷11在一個彈簧8的作用下可以插入到其中一個槽21內。在伺服電機30工作時，通常借助于一個保持磁鐵7克服彈簧8的力防止銷11插入。只要伺服電機失效或者有意地關閉，也就是說，只要電機30沒有電，就保持磁鐵7也不接電，那么彈簧8在最短的時間內將鎖止銷11壓入到其中一個槽21內。因此防止蝸桿20繼而也間接地防止行星齒輪架2繼續(xù)旋轉運動。第一輸入傳動件1始終將轉向盤的旋轉運動通過分級行星輪3傳遞到輸出傳動件4。但是現(xiàn)在傳遞的轉向角和轉矩處于固定的傳動比，即所謂的疊加傳動裝置12的固定傳動(Standübersetzung)。
因此在這種情況下能夠以完全的安全性進行汽車的可靠的轉向。在這種情況下，僅需放棄轉向過程的借助于伺服電機的支持。
盡管設置長孔槽21，如果鎖止銷11在插入和/或抽出時經(jīng)常碰到接片并且因此造成不舒服的噪聲，那么可以設置一個用于噪聲減震的輔助機構，例如按一種液壓的減震器的形式。另外也可以如下方式實現(xiàn)該輔助機構，即鎖止銷和磁鐵的銜鐵構成分開的結構件，在它們之間設置一個柔性的中間元件，例如一個減震彈簧。
在此所述實施例轉移在所謂的AFS(主動式前輪轉向)轉向裝置，也簡稱為AS(主動式轉向)。電機30是一個變頻器饋電的無刷的直流電機，它可以通過一個鎖止器10鎖止。鎖止作用這樣大，使得即使在發(fā)出最大轉矩(Md＝Mdmax，見圖2)時電機30也可以固定保持在靜止狀態(tài)。在根本意義上在此涉及鎖止器，很少涉及一個制動器或類似物。所述鎖止器以及后面還描述的功能診斷可以用于不同的電機類型，例如用于異步電機或直流有刷電機。
在圖2中還更詳細地描述電機30和鎖止器10。在圖中可以看出，銷11插入到長孔形的槽21內，銷也可以是一根桿，槽位于設置于其上的傳動件上，在此為蝸桿20。槽也可以設置在傳動件20的其它位置上或者也可能在行星齒輪架(見圖1中的附圖標記“2”)上。在AS中，槽21優(yōu)選設置在蝸桿20上。但是這同樣可以發(fā)生在一個齒輪或一個帶輪上。
鎖止器10的目的是，鎖止未通電的電機30。這表示，如果汽車關閉，即點火系統(tǒng)關閉，那么鎖止器總是置入。在此建議的助力轉向裝置也有一個診斷電路40，它檢驗鎖止器10的功能。在接通點火系統(tǒng)時，AS系統(tǒng)啟動并且執(zhí)行下述診斷首先在鎖止器10關閉在電機30上時，在轉子磁場的方向上即在轉子固定的dq坐標系(見圖2)的d軸方向上調整定子磁場。轉子的方向得自于一個轉子位置傳感器，它可以是一個分解器即一個電感傳感器，或者它可以是一個磁阻傳感器。磁場的大小通過在各電機相上發(fā)出預定的電壓這樣選擇，使得在定子磁場垂直于轉子磁場時(在q方向上)產(chǎn)生期望的最大轉矩。
因為兩個場首先平行延伸不產(chǎn)生轉矩并且電機不運動。然后定子磁場相對于轉子磁場逐步旋轉，直到這兩個場最終處于彼此垂直。其中，在電機軸上產(chǎn)生的轉矩也從零一直增加到最大值，最大值在90°時達到(圖4)。電機30在這種情況下不能運動，因為它被鎖止器10鎖止?？赡艹霈F(xiàn)的是，鎖止銷11不完全卡入到一個槽21內(見圖2)。在這樣的情況下，轉子最多允許以在兩個槽之間的角度繼續(xù)運動。如果轉子在轉矩建立期間運動超過兩個槽之間的角度，那么得不到鎖止器的鎖止作用并且有鎖止器故障。
圖3示出定子磁場，它通過定子電流IS描述并且它從零角位置(＝0)一直旋轉到九十度位置(＝90°)。在圖4中，建立的轉矩Md涉及最大轉矩Mdmax。虛線示出理想的正弦曲線，實線示出實際測量的曲線，它主要受結構件誤差和角位置傳感器的誤差波動影響。
除了鎖止器10的功能檢驗，診斷電路40也可以檢驗在電機供電線中的電流傳感器的功能以及在末級和電機繞組(各相U、V、W)之間的線路的連接。因為通過定子磁場旋轉運動90°，必須在每個相至少暫時地流過一個電流。除了發(fā)出的電壓之外，電流的大小也取決于線路和接觸的質量。如果電流傳感器在整個過程期間提供零數(shù)值或者一個其它的常數(shù)值，那么這個傳感器有故障或者所屬的相沒有連接。
是否在傳感器中或者在所述相上有故障，通過下面的方式可以區(qū)分，即在一個相未連接的情況下，兩個保留的相流過相同的電流(具有不同的符號)并且所屬的電流傳感器相應提供相同的數(shù)值。如果相反傳感器有故障，那么保留的電流傳感器提供大小不同的數(shù)值。
在此描述的診斷方法中，轉矩Md通過相對于轉子旋轉定子磁場建立，該診斷方法主要具有下列優(yōu)點首先能夠測試各電流傳感器和各電機相，因為所有相暫時地借助于也稱之為功率控制單元PCU的變流電路(Sromrichterschaltung)通電。另外如果由位置傳感器提供的數(shù)值是錯誤的，那么在定子磁場的旋轉運動期間也有一次達到最大轉矩。此處建議的方法主要建立在定子磁場的一個相旋上。
如果取而代之采用單純的幅值上升，以便建立轉矩，那么首先調整定子磁場垂直于轉子(q方向)并且緊接著將定子電流僅在大小方面從零提高到最大值。在此然而有一些轉子位置，其中，一個相保持不通電。因此不能進行該電機相及其所屬的電流傳感器的測試。在轉子位置角的錯誤數(shù)值時另外不能得到完整的電機轉矩。
如果成功進行鎖止器和電流線路的測試，那么可以打開鎖止器并且釋放電機用于運行?，F(xiàn)在，診斷電路40還可以用于檢驗轉子位置傳感器31的功能(見圖2)如果現(xiàn)在再次將一個場放置在轉子磁場的方向(d方向)上，那么現(xiàn)在可以自由旋轉的轉子不允許運動。如果轉子運動，那么由轉子位置傳感器31提供的數(shù)值是錯誤的。因為電機30在安裝狀態(tài)下僅在較大的轉矩時運動，角信號上的誤差一定不是不明顯的。它可能大約為四十度(大約40°)或者更大。出現(xiàn)的誤差主要取決于電機軸上的摩擦。在較小的誤差(＜10°)時產(chǎn)生的轉矩相對較小并且電機可能不運動。但是這樣小的誤差角不是原則性的問題，因為電機以其慣常的方式運行，僅僅效率變差。相反在較大的誤差角(大約90°)時電機可以不受控制地運行并且如果誤差未及時識別就可能導致危險的行駛情況。
在點火循環(huán)結束時，這樣定位轉子，使得鎖止銷落入到一個槽內。槽的位置可以從起始位置和已知的槽分布計算出，起始位置在點火循環(huán)開始時在打開鎖止器之前片刻存儲。駛近相應后面的槽。如果到達這個位置，那么鎖止器可以按理想的方式關閉。這種由診斷電路和控制電路執(zhí)行的定位方法的優(yōu)點主要在于，不出現(xiàn)噪聲、咔嗒聲或類似的聲學干擾，因為在鎖止器測試時在每一個點火循環(huán)開始時銷已經(jīng)最優(yōu)地安置在槽內。
所述診斷電路40可以看作為單獨的方案，它可以檢驗任意一種鎖止器。該診斷允許在最短的時間內(若干個10ms)確定鎖止器、電機線路、電流傳感器以及轉子位置傳感器的狀態(tài)。它在已經(jīng)啟動運行之前識別可能負面影響整個系統(tǒng)安全性的這些部件的嚴重缺陷繼而可以有效地有助于提高安全性。
權利要求
1.一種助力轉向裝置，它包括一個電機(30)和一個由電機控制的疊加傳動裝置(12)，疊加傳動裝置給一個在汽車的轉向把手上預定的轉向角疊加一個修正角，其中，電機(30)的轉子使疊加傳動裝置(12)的一個機械的傳動件(20)運動并且電機(30)具有一個機械的鎖止器(10)，該鎖止器除了電機(30)電關閉外也起作用并且該鎖止器至少在有干擾的情況下將疊加傳動裝置(12)的機械的傳動件(20)固定并且防止其運動，其特征在于傳動件(20)設有一些長孔形的槽(21)，機械的鎖止器(10)的一根銷(11)插入到所述槽內，并且鎖止器(10)與一個診斷電路(40)連接，診斷電路在鎖止器去聯(lián)鎖之前檢驗電機(30)和鎖止器(10)的無故障的鎖止功能。
2.按權利要求1所述的助力轉向裝置，其特征在于銷(11)彈性地支承并且具有一個尖形延伸的形狀，該形狀確保銷(11)至少這樣深地插入到槽(21)內，使得電機(30)的轉子即使在發(fā)出最大轉矩的情況下也保持固定。
3.按權利要求1所述的助力轉向裝置，其特征在于可由鎖止器(10)固定的機械的傳動件是疊加傳動裝置(12)的兩個輸入傳動件(20，1)中的一個(20)，尤其是一個蝸桿(20)、一個蝸輪、一個螺紋件或者一個螺旋齒輪。
4.按權利要求1所述的助力轉向裝置，其特征在于診斷電路(40)與電流傳感器連接，電流傳感器測量電機(30)的定子的電流供給，并且診斷電路(40)檢驗是否在轉矩(Md)上升的情況下電流傳感器指示電流值不等于零或者至少在診斷期間變化。
5.按權利要求1所述的助力轉向裝置，其特征在于診斷電路(40)監(jiān)控電機(30)的定子繞組(U，V，W)的通電并且控制定子磁場相對于轉子磁場逐步的旋轉，使得由電機(30)施加的轉矩(Md)從零數(shù)值一直上升至其最大值(Mdmax)。
6.按權利要求1所述的助力轉向裝置，其特征在于診斷電路(40)與一個轉子位置傳感器(31)連接，后者測量轉子的角位置，診斷電路(40)檢驗是否在轉矩(Md)上升的情況下電機(30)的轉子保持靜止狀態(tài)。
7.按權利要求6所述的助力轉向裝置，其特征在于轉子位置傳感器是一個電感傳感器或者一個磁阻傳感器(40)。
8.按權利要求5所述的助力轉向裝置，其特征在于診斷電路(40)也檢驗轉子位置傳感器(31)的功能，這是通過診斷電路(40)在轉子機械解鎖的情況下產(chǎn)生一個在轉子方向上定向的定子磁場并且然后通過診斷電路(40)監(jiān)控轉子是否運動。
9.按權利要求5所述的助力轉向裝置，其特征在于診斷電路(40)在點火循環(huán)開始時并且在鎖止器去聯(lián)鎖之前存儲由轉子位置傳感器(31)測量的角位置，并且控制電路(ECU)控制電機(30)的通電，以便借助于存儲的角位置和已知的槽分布將轉子最優(yōu)地定位到鎖止銷的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種助力轉向裝置，它包括一個疊加傳動裝置。它可以得到可靠的轉向特性，而不取決于所采用的傳動裝置類型。為此，一個機械的鎖止器10設置在一個傳動件上，傳動件優(yōu)選本身在蝸桿20上。該鎖止器除了電機30的電關閉時還在故障情況下起作用并且可靠地防止電機繼續(xù)旋轉運動，這通過在長孔形的槽21內插入一根鎖止銷11。槽形狀的優(yōu)點是，不需要鎖止銷11的太精確的定位。既包容裝配誤差。也降低噪聲的產(chǎn)生，因為鎖止銷11在卡鎖到其中一個槽21內之前不太可能首先碰到其中一個中間接片上繼而產(chǎn)生不舒服的啪嗒噪聲。另外可以設有一個診斷電路40，它在汽車運行之前檢驗鎖止器10的功能。
文檔編號B62D5/04GK1767975SQ200480008838
公開日2006年5月3日 申請日期2004年4月6日 優(yōu)先權日2003年4月7日
發(fā)明者T·屈恩赫弗, R·比格特 申請人:Zf操作系統(tǒng)有限公司