CN100430283C - 测量机电式转向装置的转矩的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量机电式转向装置的转矩的装置和方法，该机电式转向装置包括通过具有输入轴部件(101)和输出轴部件(102)的扭杆与转向机构传动连接的转向装置(1)和用于驱动该转向机构的伺服电动机(2)，其中，借助伺服电动机(2)的驱动在输入轴部件(101)和输出轴部件(102)之间产生相对的旋转移动，该机电式转向装置包括用于检测转向角(δ)的传感器单元(53)、用于检测伺服电动机(2)转子角的传感器单元(52)和虚拟转矩传感器(54)，其中，在虚拟转矩传感器中，可通过转向角(δ)和转子角来确定转向力矩(τδ)。

Description

测量机电式转向装置的转矩的装置和方法
技术领域
本发明涉及测量具有机电式转向装置的运输工具的转矩的装置和方法。
背景技术
转矩传感器是机电式转向装置的一个基本组成部分，因为，如果不确定转向阻力矩，就不能实现助力转向的运行。因此，转矩传感器常常设计成冗余的和/或与安全装置连接，后者立即识别失灵并具有立即切断系统的作用。
DE 692 18 405 T2公开了一种用于机电式转向装置的转矩传感器，包括通过具有输入轴部件和输出轴部件的扭杆与转向机构传动连接的转向装置和用于驱动转向机构的伺服电动机，其中，通过伺服电动机的驱动在输入轴部件和输出轴部件之间产生相对的旋转移动，该转矩传感器提供至少两个独立的信号并通过比较来检验这些信号的准确性。
无论是出于成本原因，还是由于结构空间的局限性，都不希望冗余式设计。
发明内容
因此，本发明以该技术问题为出发点，提供一种用于测量具有机电式转向装置的运输工具的转矩的装置和方法，它们可以成本低廉并以较小的结构空间要求加以实现。
该问题通过如下所述的装置和方法得以实现。从下文中还可清楚本发明其他具有优点的构成。
根据本发明的第一方面，提供了一种测量机电式转向装置的转矩的装置，该机电式转向装置包括通过具有输入轴部件和输出轴部件的扭杆与转向机构传动连接的转向装置以及用于驱动该转向机构的伺服电动机，其中，借助该伺服电动机的驱动在该输入轴部件和该输出轴部件之间产生相对的旋转移动，其特征在于，该机电式转向装置包括用于检测转向角的传感器单元和用于检测该伺服电动机的转子角的传感器单元，并且形成有虚拟转矩传感器，在该虚拟转矩传感器中通过该转向角和该转子角之差来确定转向力矩。
根据本发明的第二方面，提供了一种测量机电式转向装置的转矩的方法，该机电式转向装置包括通过具有输入轴部件和输出轴部件的扭杆与转向机构传动连接的转向装置以及用于驱动该转向机构的伺服电动机，其中，借助该伺服电动机的驱动在该输入轴部件和该输出轴部件之间产生相对的旋转移动，其特征在于，该机电式转向装置包括用于检测转向角的传感器单元和用于检测该伺服电动机的转子角的传感器单元，并且形成有虚拟转矩传感器，在该虚拟转矩传感器中，可通过该转向角和该转子角来确定转向力矩。
机电式转向装置包括用于检测转向角的传感器单元和用于检测伺服电动机转子角的传感器单元并形成有虚拟转矩传感器，其中，在虚拟转矩传感器中可通过转向角和转子角来确定转向力矩。通过虚拟转矩传感器，可确定扭杆的扭转并由此而确定转向力矩。虚拟转矩传感器可起到回归面的作用。由于存在回归面，在转矩传感器失灵时就能避免立即切断系统。由此进一步提高了机电式转向装置的安全性。也可以设想一般取消使用机械转矩传感器，并仅通过虚拟转矩传感器确定转矩。为此，需要转向角传感器和/或者转子角传感器具有较高的分辨率。
在另一实施方式中，虚拟转矩传感器以计算单元的形式构成。通过计算单元，可对传感器单元的信号进行数字处理。在此方面，可以使用如过滤法和/或滤波法这类数字信号处理的公知方法。转矩传感器的输出信号可供数字进一步处理使用。
在另一实施方式中，虚拟转矩传感器以模拟开关电路的形式构成。传感器单元的模拟输出信号无需数字化便可直接进行处理。为进一步处理模拟确定的转矩，可通过公知的方法将其数字化。
在另一实施方式中，用于检测转子角的传感器单元由光学编码器或磁致编码器构成。在此方面，转子角直接在伺服电动机上确定。此外，也可设想根据传动比通过变速器单元确定角度。
在另一实施方式中，用于检测转向角的传感器单元与转向装置一体化。例如，由驾驶员通过方向盘施加的转向要求由此可以精确测量，从而避免了较长的传递行程。然而，出于结构空间的原因，也可以设想将传感器安装在更适当的其它位置上。
附图说明
下面借助一优选实施例对本发明进行详细说明。唯一的附图示出：
图1示出具有转向助力器的机电式转向装置的原理图。
具体实施方式
图1示出具有转向助力器的机电式转向装置的原理图，包括作为方向盘的转向装置1和伺服电动机2，它们通过传动装置11、21与齿条3连接。齿条3通过未示出的公知的连杆连接机构可控制地与同样未示出的运输工具的转向轮连接。转向装置1与扭杆10的输入轴部件101有效连接。扭杆10的输出轴部件102通过传动装置11与齿条3有效连接。为了实现转向助力，通过伺服电动机2附加产生在计算单元4内确定的助力转矩。齿条3通过伺服电动机2的附加运动使输出轴部件102相对输入轴部件101旋转运动，由此在扭杆10上产生扭转力矩。扭杆10的扭转力矩可通过公知的转矩传感器51来测量。此外，依据本发明，伺服电动机的转子角和转向角通过传感器52、53记录并据此在虚拟转矩传感器54中确定相关的转矩，其中，转矩与转向角和转子角之差成正比。虚拟转矩传感器54可作为数字计算单元和/或通过模拟开关电路实现。虚拟转矩传感器54在转矩传感器51失灵的情况下起到回归面作用。如图所示，它可以作为单独部件来构成或者与计算单元4一体化。运输工具的行驶状况可通过行驶速度v、转向角δ、转向角速度
Figure C0382112600061
和转向阻力矩τδ来表明。行驶速度v通过例如转速表传感器55来确定。转向角速
Figure C0382112600062
通过传感器56来确定。然而，也可以想到的是，转向角速度
Figure C0382112600063
通过从转向角δ中推定。将所记录的行驶状况的所有数据均传输给计算单元4。在计算单元4内，借助这些数据确定输送到伺服电动机2的助力转矩。

Claims (10)

1.测量机电式转向装置的转矩的装置，该机电式转向装置包括通过具有输入轴部件(101)和输出轴部件(102)的扭杆与转向机构传动连接的转向装置(1)以及用于驱动该转向机构的伺服电动机(2)，其中，借助该伺服电动机(2)的驱动在该输入轴部件(101)和该输出轴部件(102)之间产生相对的旋转移动，其特征在于，该机电式转向装置包括用于检测转向角(δ)的传感器单元(53)和用于检测该伺服电动机(2)的转子角的传感器单元(52)，并且形成有虚拟转矩传感器(54)，在该虚拟转矩传感器中通过该转向角(δ)和该转子角之差来确定转向力矩(τδ)。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，以计算单元的形式形成该虚拟转矩传感器(54)。
3.按权利要求1所述的装置，其特征在于，以模拟开关电路的形式形成该虚拟转矩传感器(54)。
4.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，用于检测该转子角的传感器单元(52)由光学编码器或磁致编码器构成。
5.按权利要求1所述的装置，其特征在于，用于检测该转向角(δ)的传感器单元(53)与该转向装置(1)一体化。
6.测量机电式转向装置的转矩的方法，该机电式转向装置包括通过具有输入轴部件(101)和输出轴部件(102)的扭杆(10)与转向机构传动连接的转向装置(1)以及用于驱动该转向机构的伺服电动机(2)，其中，借助该伺服电动机(2)的驱动在该输入轴部件(101)和该输出轴部件(102)之间产生相对的旋转移动，其特征在于，该机电式转向装置包括用于检测转向角(δ)的传感器单元(53)和用于检测该伺服电动机(2)的转子角的传感器单元(52)，并且形成有虚拟转矩传感器(54)，在该虚拟转矩传感器中，可通过该转向角(δ)和该转子角来确定转向力矩(τδ)。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，以计算单元的形式形成该虚拟转矩传感器(54)，通过该计算单元对传感器信号进行数字处理。
8.按权利要求6所述的方法，其特征在于，以模拟开关电路的形式形成该虚拟转矩传感器(54)，通过该模拟开关电路对传感器信号进行模拟处理。
9.按权利要求6至8之一所述的方法，其特征在于，用于检测转子角的传感器单元(52)由光学编码器或者磁致编码器构成。
10.按权利要求6所述的方法，其特征在于，用于检测转向角(δ)的传感器单元(53)与该转向装置(1)一体化。
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