转向齿轮反向沉闷噪音表征

摘要

一种用于表征具有齿条和小齿轮以及经由转向辅助马达的电力转向辅助的转向系统中的转向齿轮反向沉闷噪音的方法包括将转向输入角控制信号发射到旋转致动器以利用辅助作用将转向轴旋转到固定转向角。线性致动器以恒定速率沿齿条的纵向轴线施加轴向力。在施加轴向力之后测量轴向齿条加速度。当轴向加速度值的峰值振幅超过指示沉闷噪音的已校准阈值轴向加速度值时执行控制动作。一种系统包括旋转致动器和转向系统、用于沿齿条轴线提供已校准轴向施加力的线性致动器、用于测量齿条的轴向加速度值的加速度计和上文提及的控制器。

权利要求

1.一种用于表征转向系统中的转向齿轮反向沉闷噪音的系统，其包括：响应于转向输入角控制信号的旋转致动器；

转向系统，其具有转向轴、具有纵向轴线的齿条、设置在所述转向轴与所述齿条啮合的端部上的小齿轮、以及能够操作以用于辅助转向操控的转向辅助马达；

线性致动器，其能够操作以用于以恒定施加速率沿所述齿条的所述纵向轴线提供已校准轴向施加力；

加速度计，其能够操作以用于响应于所述已校准轴向施加力的施加而测量所述齿条沿所述纵向轴线的轴向加速度；和控制器，其被编程为表征所述转向系统中的转向齿轮反向沉闷噪音，其中由所述控制器执行指令使所述控制器：将所述转向输入角控制信号传送到所述旋转致动器，同时所述转向辅助马达辅助所述转向操控，由此将所述转向轴设置成已校准固定转向角；

将轴向力信号传送到所述线性致动器，由此以恒定施加速率沿所述齿条的所述纵向轴线施加已校准轴向施加力；

在施加所述已校准轴向施加力之后通过加速度计测量所述齿条的轴向加速度值；以及当已测量轴向加速度值的峰值振幅超过指示所述转向齿轮反向沉闷噪音的不可接受水平的已校准阈值轴向加速度值时，对所述转向系统执行控制动作。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述齿条具有第一端部和第二端部，且其中所述线性致动器和所述加速度计分别设置在所述第一端部和所述第二端部处。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被编程为命令所述旋转致动器将所述转向轴逐渐地旋转到跨所述转向轴的已校准运动范围的多个不同固定转向角中的每一者。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述已校准运动范围为-360度到+360度，且所述多个不同固定转向角范围包括十七个固定转向角。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述已校准轴向施加力是以15kN/s到25kN/s的速率施加。

6.根据权利要求1所述的系统，其中指示所述转向齿轮反向沉闷噪音的所述已校准阈值轴向加速度值为至少0.2G。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制动作包括将诊断代码记录在所述控制器的存储器中。

8.一种用于表征转向系统中的转向齿轮反向沉闷噪音的方法，所述转向系统具有齿条和设置在与所述齿条啮合的转向轴的端部上的小齿轮、以及能够操作以用于电辅助转向操控的转向辅助马达，所述方法包括：将转向输入角控制信号从控制器传送到旋转致动器，同时所述转向辅助马达电辅助所述转向操控，由此将所述转向轴逐渐地旋转到跨所述转向轴的-360度到+360度运动范围的多个不同固定转向角；

将轴向力信号从所述控制器传送到线性致动器以由此针对所述不同固定转向角中的每一者以恒定施加速率沿所述齿条的纵向轴线施加已校准轴向施加力；

响应于施加所述已校准轴向施加力而经由加速度计测量所述齿条的轴向加速度值；和当已测量轴向加速度值的峰值振幅超过指示所述转向齿轮噪音的不可接受水平的已校准阈值轴向加速度值时，经由所述控制器对所述转向系统执行控制动作。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个不同固定转向角包括至少十七个不同转向角。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述已校准轴向施加力是以15kN/s到25kN/s的速率施加，且指示所述转向齿轮反向沉闷噪音的所述已校准阈值轴向加速度值为至少0.2G。

说明书

转向齿轮反向沉闷噪音表征

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于表征转向系统中由于转向齿轮反向引起的沉闷噪音的方法和系统。

背景技术

[0002] 车用齿条和小转向齿轮包括具有与旋转小齿轮的匹配齿轮齿相啮合的齿轮齿的细长平坦齿轮或齿条。小齿轮可旋转地安装在转向轴上。随着转向角经由转向轮的旋转施加于转向轴，小齿轮沿齿条经由与齿条齿的啮合而平移。继而，齿条在对应的转向方向上平移。设置在齿条的相对远端处的系杆经由对应的转向臂连接到车辆的前负重轮。因此，使用齿条和小转向齿轮的转向系统有效地将绕转向轴的旋转运动转换为齿条的轴向运动，同时还提供转向车辆所需要的合适水平的齿轮减速。

[0003] 由典型的齿条和小转向齿轮提供的转向功能性在一些设计中可以是电辅助式。例如，电动转向马达可以沿转向轴施加可变转向转矩叠加或转矩辅助，而在其它设计中，电动转向马达经由驱动机构直接将转矩辅助传递到齿条。虽然手动和电辅助式转向系统通常充分执行，但是瞬间的转向齿轮噪音可能自身出现在某些驾驶条件下的转向方向反向期间。通常称为转向齿轮反向沉闷噪音的这种噪音可影响转向质量和感觉。

发明内容

[0004] 本文公开了一种用于表征上述类型的转向系统中的转向齿轮反向沉闷噪音的方法和随附系统。根据本方法，控制器被编程为在启用电动转向辅助时执行具体测试步骤，以确定转向齿轮反向沉闷噪音度量并且最终能够基于已确定的噪音度量校正转向齿轮反向沉闷噪音问题。该方法是通过经由控制器命令沿齿条的纵向轴线以恒定施加速率施加已校准力而继续进行，其中力在本文被称为系杆施加力。测量齿条的轴向加速度并且将其与已校准加速度阈值进行比较。每当已测量的轴向加速度超过已校准加速度阈值，均对转向齿轮采取控制动作。

[0005] 在特定实施例中，该方法包括将转向输入角控制信号从控制器传送到旋转致动器，其中启用电力转向辅助，以将转向轴设置为已校准固定转向角。该方法还包括将轴向力控制信号从控制器传送到线性致动器而以恒定施加速率沿齿条的纵向轴线(即，齿条轴线)施加已校准轴向施加力。响应于轴向力经由加速度计测量齿条沿齿条轴线的轴向加速度。此后，该方法包括每当已测量轴向加速度的峰值振幅超过指示转向齿轮反向沉闷噪音的不可接受水平的已校准阈值加速度时，均经由控制器对转向系统执行控制动作。

[0006] 还公开了一种相关系统。在示例性实施例中，该系统包括旋转致动器、车辆转向系统、线性致动器、加速度计和上述控制器。线性致动器可操作用于以(多个)已校准恒定施加速率沿齿条轴线提供已校准轴向施加力，而加速度计可操作用于响应于已校准轴向施加力而测量齿条的轴向加速度。控制器被编程为经由体现上述方法的指令的执行表征转向齿轮沉闷噪音。

[0007] 该方法的另一个实施例包括将转向输入角控制信号从控制器传送到旋转致动器，以将转向轴逐渐地设置为跨转向轴的预定运动范围(例如，-360度到+360度运动范围)的多个不同预定转向角。该方法还包括将轴向力控制信号从控制器传送到线性致动器以由此以每一个不同固定转向角沿齿条轴施加已校准轴向力，以及响应于轴向力而经由加速度计测量齿条的轴向加速度。当已测量轴向加速度的峰值振幅超过指示转向齿轮反向沉闷噪音的不可接受水平的已校准阈值加速度时，经由控制器对转向系统执行控制动作。

[0008] 本发明的上述和其它特征以及优点从实施例的以下详述和用于实行结合附图和随附权利要求书取得的本发明的最佳模式将容易地显而易见。

附图说明

[0009] 图1是用于表征本文所述的转向齿轮中的转向齿轮反向沉闷噪音的示例性测试系统的示意图。

[0010] 图2A和图2B是用于满意地执行转向系统的相应正轴向力施加速率和负轴向力施加速率的典型时间绘制图，其中已测量轴向齿条加速度绘制在垂直轴线上且转向输入角绘制在水平轴线上。

[0011] 图3A和图3B是用于不满意地执行转向系统的相应正轴向力施加速率和负轴向力施加速率的典型时间绘制图，其中已测量轴向齿条加速度绘制在垂直轴线上且转向输入角绘制在水平轴线上。

[0012] 图4是描述使用图1中所示的测试系统表征转向系统中的转向齿轮反向沉闷噪音的示例性方法的流程图。

具体实施方式

[0013] 参见附图，其中通篇多个视图中相似参考标号表示相似构件，图1示意性示出了示例性转向测试系统10。转向测试系统10包括上述类型的常规转向系统20以及关联的转向控制硬件40及控制器(C)50。控制器50被编程以使用控制硬件40执行具体实施方法100的逻辑。如下文参考图2A至图4更详细的描述，执行方法100实现了表征转向系统20中的转向齿轮反向沉闷噪音。

[0014] 图1中转向系统20可具体实施为本领域已知类型的手动转向系统或电辅助齿条和小转向齿轮。同样地，转向系统20可包括细长锯齿状齿条22，其具有纵向齿条轴线17以及各自第一端部33和第二端部35。转向系统20还包括齿轮壳体24和转向轴25，其中齿轮壳体24定位成靠近齿条22的第一端部33。

[0015] 根据此实施例，可将驱动机构129和驱动壳体29定位成靠近所示齿条22的第二端部35，其为典型的齿条电力转向(EPS)系统。转向辅助马达43的转子轴线15被定向并可操作以实现转向操控的电辅助或通过驱动机构129进行的操作，驱动机构129可具体实施为合适的传动装置、链条、皮带和/或其它减速机构。尽管为简便说明起见图1中有省略，但转向辅助马达43和类似于驱动机构129的驱动机构结构以及驱动壳体29可选择性地位于转向轴线13上或沿着转向轴线13定位以形成本领域已知类型的柱式或小齿轮EPS系统。柱式EPS实施例也可以包括转向柱和中间轴，如在本领域中所已知，其中转向辅助马达43将转向辅助转矩传递至安装成邻近转向柱的单独驱动机构。通过对照，小齿轮EPS系统可邻近齿轮壳体24放置转向辅助马达43，以使辅助转矩直接作用于可旋转小齿轮26上。不考虑此实施例，固定装置27和基板28可用于将转向系统20固定在测试环境内。

[0016] 位于齿条22第一端部33上的齿轮壳体24容置有可旋转小齿轮26。当以命令转向角的形式输入的转向绕转向轴线13传递至转向轴25时，其通常从转向轮(未示出)传递而经由当前受控测试环境中的旋转致动器42传递，齿轮壳体24中的小齿轮26啮合齿条22的匹配齿轮(未示出)。因此，如双头箭头A所示，小齿轮26沿着齿条轴线17平移。接着该运动使齿条22沿着相应方向移动，以使在其中采用转向系统20的车辆(未示出)的前轮转向。

[0017] 在本文中可以看出，当配备有转向系统20的车辆运行时，作为方法100的基础，转向系统20的各种机械接口中的容差可能产生转向齿轮反向沉闷噪音，例如在小齿轮26与齿条22和/或驱动机构29与齿条22的匹配表面之间产生。在某些驾驶条件下，转向方向反向期间可能自身表现出这种噪音。转向齿轮噪音的自身表现程度可能随转向角及沿着齿条22轴线17轴向作用的任意系杆力的速率而不同。因此，为实现隔离和校正上述转向齿轮反向沉闷噪音问题，本发明方法100采用确认性诊断法和控制步骤来复制在受控测试环境下的这种条件。

[0018] 为实现这一目的，图1所示的控制硬件40包括旋转致动器42(如电动马达，其响应于来自控制器50的转向输入角控制信号(θ42))以及转矩转换器44和旋转编码器46，其中每个器件都沿着转向轴25的转向轴线13相互同轴地对齐。可操作旋转编码器46以将已测量转向角(θ46)传送至控制器。同样地，通过转矩转换器44将已测量转向输出转矩值(T44)传送至控制器50，以用于系统10的总体控制。由于控制硬件40的部件中可能存在轴向变化，延伸轴45可以经由一套所示的柔性联轴器48耦接至转向轴25。柔性联轴器48旨在利于旋转致动器
42至转向轴25的连接。

[0019] 线性致动器49设在齿条22的端部35并连接在转向系统20的系杆75处。此外，加速度计41连接至与所示线性致动器49相对端部33的齿条。然后将控制器50设置成与线性致动器49和加速度计41中的每一个有线或无线通信，使得控制器50能将速控轴向力控制信号(F49)传送至线性致动器49并从线性致动器49接收该信号。

[0020] 也就是说，图1的控制器50具体编程为以恒定速率沿着齿条轴线17命令校准轴向力并且监测所施加轴向力的速率和水平。控制器50进一步配置成响应于沿着齿条轴线17所施加的轴向力从加速度计41接收已测量轴向加速度值(A17)。当转向系统20具有电动辅助变型时，例如用于转向辅助马达43的电子控制单元(ECU)的附加控制器(未示出)可编程为将转向转矩辅助控制信号(T43)传送至转向辅助马达43，以控制该马达的转矩辅助输出(TA)。也就是说，转向辅助马达43上的集成ECU确定并控制叠加于辅助马达43上的转矩量应基于来自沿着转向轴线13定位的内部转矩传感器(未示出)的输入转矩信号以及各种其他信号、例如车速、点火状态等来产生，例如EPS系统的领域所众所周知。

[0021] 控制器50可构造成主机，例如数字计算机或微型计算机，即具体编程为执行方法100的各步骤，其实例在图4中示出。为此目的，控制器50应包括足够硬件来执行所需步骤，具有足够的存储器(M)、处理器(P)以及其它硬件，例如高速时钟、模拟数字电路和/或数字模拟电路、定时器、输入/输出电路及相关联的装置、信号调节和/或信号缓冲电路。存储器(M)包括足够的有形非易失性存储器，例如磁性或光学只读存储器、闪存等，以及随机存取存储器、电子可擦除可编程只读存储器之类。

[0022] 如下面将参照图2A至图4进一步对此加以详细说明，作为方法100的一部分，图1的控制器50命令旋转致动器42在离散阶段例如以45度增量行进通过预定的运动/转向角范围，例如±360度，然后在针对特定离散转向角进行测试时冻结每个增量处的转向角。控制器50也将上述轴向力控制信号(F49)传送至图1的线性致动器49，以沿着齿条轴线17命令轴向力(F)并经由加速度计41测量齿条22的轴向加速度(A17)。在正常工作的/无噪音转向系统20中，该加速度理想地是零。

[0023] 图2A和图2B的迹线75示出对经由图1中示出的线性致动器49施加的校准轴向施加力的示例性可接受轴向齿条加速度响应，例如在不同的实施例中约15-25kN/s或约20kN/s的力施加速率。图2A和图2B分别示出负施加速率和正施加速率，其中术语负和正指代沿着齿条轴线17的轴向力(F)相对于线性致动器49的方向。已测量轴向加速度的振幅(A)绘制在垂直轴线上，而以度数计的转向输入角绘制在水平轴线上，其中各个离散数据点77形成迹线75。在测试中，对于每个转向角使用如下范围的施加速率，例如以2kN/s增加的15kN/s至25kN/s。施加速率的范围可基于实际测得的车辆负载来选择。

[0024] 控制器50可使用不同的阈值，例如在振幅A1处的第一阈值70指示可接受的转向沉闷噪音响应，而较高的相对振幅A2处的第二阈值72指示不可接受的沉闷噪音响应。在可能的实施例中，第一阈值70和第二阈值72之间的区域可针对所执行的给定测试按需或大或小，例如约0.05G至1G。在图2A和图2B中，所有已测量轴向加速度值落在第一阈值70的水平之下，因此呈现所说明的性能特征的转向系统20会可接受地视为任何所得控制决策的一部分。

[0025] 与图2A和图2B相反，图3A和图3B的迹线175示出示例性不可接受的齿条加速度响应。迹线175具有位于第二阈值72之上的值。此外，对于图3B中的正施加速率所示出的加速度响应不同于图3A的负施加速率，其指示了，沿着齿条轴线17施加的力方向也可影响在测试期间最终自身表现出的任何齿轮反向沉闷噪音。因此，图2A至图3B示出了方法100通过在转向轴25的预定运动范围上、齿条22在多个不同的离散或固定转向角设定点的每个处的轴向加速响应来进行，这在该方法100的执行期间通过旋转致动器42响应于来自控制器50的命令来控制。

[0026] 参考图4，用于表征转向系统(例如图1的示例性转向系统20)中的转向齿轮反向沉闷噪音的方法100的示例性实施例在步骤S102开始。在该步骤处，转向系统20连接于控制硬件40并且布置成与如上所述的控制器50连通。除了将控制器50连接于旋转致动器42以外，步骤S102包括沿着齿条轴线17连接线性致动器49和加速度计41。一旦测试系统10基本上如图1所示构造且控制器50与旋转致动器42、线性致动器49以及加速度计41连通，则方法100行进至步骤S104。对于EPS系统，在整个测试中启用电子转向辅助。此外，由于转向齿轮反向沉闷噪音通常在低速停车场操控期间是最明显的，所以模拟的车速可以是约0KPH，其对应于转向辅助的最大水平。因此，在整个测试期间启用电力转向辅助。

[0027] 在步骤S104处，控制器50将转向输入角控制信号(θ42)传送至图1的旋转致动器42，从而引起旋转致动器42使转向轴25旋转至第一转向角设定点，例如，-360度，并且然后冻结或者保持该第一转向角设定点。正如本领域中已知的，一旦电动马达断电，例如，可以经由锁紧离合器或者其它合适的机械或者电气装置来锁定其转子以确保施加的转向角保持固定。一旦转向轴25已经转动至第一转向角设定点，方法100进行到步骤S106。

[0028] 步骤S106包括经由将轴向力控制信号(F49)传送至图1的线性致动器49而以恒定施加速率命令校准轴向施加力。恒定速率轴向施加力的值应该足够高以在齿条22的端部33处引起可测量的响应，例如，在非限制示例性实施例中大约为15kN/s至25kN/s或者大约20kN/s。步骤S106还包括经由加速度计41测量齿条22的轴向加速度，并且将已测量轴向加速度作为已测量轴向加速度值(A17)传送至控制器50。然后，方法100进行到步骤S108。

[0029] 在步骤S108中，图1的控制器50接下来确定所有理想的转向角设定点是否已经被测试。例如，如果±360度的运动的全角度范围划分为相等的45度增量，那么控制器50在步骤S108中确定是否已经针对本实例中的总共至少70个不同转向角对转向角设定点测试所有的正施加速率方向和负施加速率方向，即，在360°实例中设定[-360°、-315°、-270°、…、+270°、+315°、+360°]的值已经被测试。如果是，方法100进行到步骤S110。否则对下一个转向角设定点重复步骤S104。

[0030] 方法100的步骤S110可以包括确定来自步骤S102至S106的测试结果是否与通过/可接受或者不通过/不可接受的转向系统20相对应。用于步骤S110的性能标准可以随设计而不同。例如，从图3A和图3B的示例性不可接受响应来看，控制器50可以确定是否有任何加速度测量值超过第二阈值72。可替代地，控制器50可以确定有多少测量值超过第二阈值72，并且通过第二阈值72被超过了多少来确定给定测试样本是否应该视为可接受或者不可接受。如果样本是不可接受的，方法100进行到步骤S112，并且如果样本是可接受的，进行到步骤S114。

[0031] 步骤S112包括当之前的步骤导致确定了转向系统20具有不可接受性能时对图1的转向系统20执行控制动作。例如，当已测量加速度(A17)超过参照步骤S108如上所示的校准阈值加速度，即，正在测试指示具体转向系统20的不可接受转向齿轮反向沉闷噪音的峰值加速度时，图1的控制器50可以记录第一诊断代码作为输出信号，用图1的箭头14表示。另外的控制步骤可以要求使用第一诊断代码来验证转向系统20的给定设计，诸如通过当诊断代码被记录或者建立设计说明书时在设计验证过程中拒绝给定设计。

[0032] 当接收到的已测量加速度的已测量振幅超过校准阈值加速度时，或者换言之，当在步骤S102至S106中经由通过转向轴25的全部运动范围测试检测不到可感知的情况时，进行到步骤S114。当接收到的已测量轴向加速度的峰值振幅不超过参照步骤S108如上所述的校准阈值时，步骤S114可以经由如用图1的箭头14所示的控制器50要求记录第二诊断代码。当步骤S114指示正常工作的转向系统20时，另外的控制步骤可以要求使用第二诊断码来验证转向系统20的给定设计，诸如通过在验证过程或者建立设计说明书中接受给定设计。

[0033] 如本文关于任何公开的值或者范围所使用，术语“大约”表示所述数字值允许略微不精确，例如，合理接近值或者近似，诸如，所述值或者范围的±10％。如果由术语“大约”提供的不精确不在本领域中作此普通意义的另外理解，那么如本文所使用的“大约”表示可由测量和使用这类参数的普通方法引起的至少变动。另外，范围的公开包括所有值和在全部范围内的进一步细分范围的公开。

[0034] 详细说明和附图或者图支持并且描述本发明，但是本发明的范围仅仅由权利要求来限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求的发明的最佳模式和其它实施例中的一些，但是存在用于实践在所附权利要求中所限定的本发明的各种可替代设计和实施例。此外，在附图中示出的各个实施例或者在本说明中提及的各个实施例的特性并不一定理解为相互独立的实施例。更确切地说，在一个实施例的各个实例中的一个中描述的多个特性中的每一个特性能够可以与来自其它实施例的其它理想特性中的一个或者多个特性结合，导致其它实施例不用文字或者通过参照附图来描述。因此，这类其它实施例落在所附权利要求书的范围的构架内。