CN101531206A - 具有可调节扭力杆的车用电动助力转向系统及其改装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有可调节扭力杆的车用电动助力转向系统及其改装方法。一种车用电动助力转向系统，该电动助力转向系统包括扭力杆、控制器和电动机。控制器与扭力杆连接，并且配置为至少部分基于与车辆运行相关的参数至少便于调节扭力杆的刚度，并且至少部分基于扭力杆的偏转或应变或扭力杆承受的转矩产生转向助力信号。电动机与控制器连接，并且配置为从控制器接收转向助力信号，并且至少便于执行所述转向助力信号。

Description

具有可调节扭力杆的车用电动助力转向系统及其改装方法

技术领域

本发明总体涉及车辆，具体涉及具有可调节扭力杆的车用电动助力转向系统和改装车用电动助力转向系统的方法。

背景技术

车辆电动助力转向系统一般采用电动机为前行走轮提供助力或主动力从而减少车辆驾驶员需要施加在方向盘上的力。一种电动助力转向系统，通常称之为速度敏感型电动助力转向系统，基于车速调节转向助力量。随着车速增加，速度敏感型电动助力转向系统通常降低电动机的电流，由此响应于增加的车速减小转向助力。然而，随着转向载荷增加，这会导致电动助力转向系统的精度降低，例如，在电动助力转向系统的扭力杆偏转增加的情况下，会出现这种情况。

因此，希望提供一种改进的电动助力转向系统，例如，当转向载荷增加时，该系统能够提供更好的精度。此外，本发明的其他期望的特征和特性将通过下面参考附图对本发明所做的详细描述和所附权利要求书以及本发明的该背景技术部分充分体现。

发明内容

根据本发明的一个示例性实施例，提供一种车用电动助力转向系统。该电动助力转向系统包括扭力杆、控制器和电动机。控制器与扭力杆连接，并且配置为至少部分基于扭力杆的偏转或应变或扭力杆承受的转矩，来至少便于调节扭力杆的刚度并产生转向助力信号。电动机与控制器连接，并且配置为从控制器接收转向助力信号，并且至少便于执行所述转向助力信号。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供一种改装车用电动助力转向系统的方法，所述电动助力转向系统包括：扭力杆；控制器，该控制器配置为至少部分基于扭力杆的偏转或应变或扭力杆承受的转矩产生转向助力信号；和与控制器连接的电动机，该电动机配置为从控制器接收转向助力信号，并且至少便于执行所述转向助力信号。所述方法包括如下步骤：获取电动助力转向系统，并且重新配置控制器，使得控制器被进一步配置为至少部分基于与车辆运行相关的参数至少便于调节扭力杆的刚度。

根据本发明的又一个示例性实施例，提供一种车用电动助力转向系统，车辆具有方向盘和多个行走轮。所述电动助力转向系统包括转向柱、扭力杆、小齿轮轴、齿条、控制齿轮、检测单元、控制器、扭力杆调节器和电动机。转向柱被设置为与方向盘相连，并且能转动。扭力杆与转向柱相连，用于在转向柱转动的过程中接收来自转向柱的转矩。小齿轮轴连接在扭力杆和多个行走轮之间，用于至少部分基于扭力杆承受的转矩而转动。齿条连接在小齿轮轴和多个行走轮之间并且被设置为至少部分地基于小齿轮轴的转动而移动，从而至少便于改变多个行走轮的位置。控制齿轮连接在小齿轮轴和齿条之间，并被设置为至少便于齿条移动。检测单元与扭力杆连接，用于检测扭力杆的偏转或应变或者扭力杆承受的转矩，并且产生相应的偏转、应变或转矩信号。控制器与检测单元连接，用于至少便于从检测单元接收偏转、应变或转矩信号，至少部分基于与车辆运行相关的参数产生扭力杆调节信号，并且至少部分基于偏转、应变或转矩信号产生转向助力信号。扭力杆调节器连接在控制器和扭力杆之间，用于根据扭力杆调节信号调节扭力杆的刚度。电动机与控制器连接，用于从控制器接收转向助力信号并且用于至少便于执行所述转向助力信号。

附图说明

下面参考附图对本发明进行描述，在附图中相同的附图标记指代相同的部件：

图1是根据本发明的一个示例性实施例的车用电动助力转向系统的示意图，该系统包括转向柱、扭力杆、检测单元、控制器、扭力杆调节器、电动机；

图2是图1的电动助力转向系统中的一部分的示意图，显示了根据本发明的一个示例性实施例的扭力杆、检测单元和扭力杆调节器；

图3是根据本发明的一个示例性实施例的用于改装车用电动助力转向系统以在例如图1的电动助力转向系统中包括活动扭力杆的方法的流程图。

具体实施方式

以下对于本发明的详细描述实质上仅是示例性的，并非意欲限制本发明或本发明的应用和使用。并且，前述本发明背景技术部分提出的任何理论或下文对本发明的详细描述均不构成对本发明的限制。

图1是根据本发明的一个示例性实施例的车用电动助力转向系统100的示意图，所述车辆包括行走轮101和方向盘102。电动助力转向系统100包括转向柱104、扭力杆106、控制器108和电动机109。在图示的实施例中，电动助力转向系统100还包括小齿轮轴110、控制齿轮111、助力齿轮112、齿条113、转向横拉杆114、电动机轴115、检测单元116和扭力杆调节器118。

转向柱104与方向盘102连接，并且可以通过方向盘转动。转向柱104设置为至少便于行走轮101至少部分基于方向盘102的运动而运动。

扭力杆106与转向柱104连接，用于在转向柱104转动的过程中接收来自转向柱104的转矩。扭力杆106与扭力杆调节器118和控制器108协同工作，扭力杆106是刚度可以由控制器108调节的活动扭力杆(activetorsion bar)，所述调节基于例如车速、车辆加速度、方向盘转动、转向载荷、和/或其他参数或状态进行。如图1中所示，扭力杆106、检测单元116和扭力杆调节器118一起容纳于共同的壳体105中。然而，在其他实施例中，也可以不同。

小齿轮轴110连接在扭力杆106和多个行走轮101之间，设置为至少部分基于转矩而转动。特别是，在所示实施例中，小齿轮轴110连接在扭力杆106和控制齿轮111之间。小齿轮轴110设置为至少部分基于前述转矩而转动，并且由此经由控制齿轮111、齿条113和转向横拉杆114最终影响行走轮101的位置。特别是，在优选的实施例中，小齿轮轴110受到来自扭力杆106的转矩，该转矩由经由转向柱104提供给扭力杆106的上述转矩产生，并且小齿轮110响应于该转矩而转动。小齿轮轴110的转动进而操纵控制齿轮111，进而引起所连接的齿条113移动，进而引起所连接的转向横拉杆114的移动，并最终影响所连接的行走轮101的位置。

齿条113连接在小齿轮轴110和多个行走轮101之间，设置为至少部分基于小齿轮轴110的转动而移动并由此至少便于改变多个行走轮101的位置。控制齿轮111连接在小齿轮轴110和齿条113之间，用于至少部分基于小齿轮轴110的移动而至少便于移动齿条113。转向横拉杆114连接在齿条113和行走轮101之间，用于至少部分基于齿条113的移动至少便于行走轮101运动。

控制器108与电动机109连接，并且还直接或间接地与扭力杆106连接。控制器108用于至少部分基于与车辆运行相关的参数至少便于调节扭力杆106。在一个示例性实施例中，控制器108调节扭力杆106的刚度。控制器108还用于至少部分基于扭力杆106的偏转或应变或扭力杆106承受的转矩产生转向助力信号120，并且传递该转向助力信号120到电动机109。

在一个优选实施例中，控制器108还与检测单元116和扭力杆调节器118连接。控制器108被配置为从检测单元116接收偏转、应变或转矩信号122。控制器108还配置为至少部分基于偏转、应变或转矩信号122产生转向助力信号120。例如，在本发明的一个优选实施例中，当用于电动助力转向系统100的转向载荷增加的情况发生时，控制器108提供指令调节转向助力信号120以减小转向作用力并且改善转向精度和车辆驾驶员的驾驶感受。

还是在一个优选实施例中，控制器108不仅基于偏转、应变或转矩信号122，而且基于一个或多个与车辆运行相关的附加参数生成转向助力信号120。例如，在这样一个实施例中，控制器108除了基于偏转、应变或转矩信号122，还基于控制器108从一个或多个未描述的传感器和/或其它来源接收到的车速值、车辆加速度值和/或方向盘102转动量来产生转向助力信号120。例如，当车速、车辆加速度和/或方向盘转动量增加和/或转向载荷增加时，这可以进一步提高转向力和精度。

在一个优选的实施例中，控制器108可以从一个或多个未描述的传感器、变送器和/或其它来源接收这些作为一个或多个信号的车速值、车辆加速度值和/或方向盘102转动量。然而，在其它实施例中也可以不同。并且，本文中提及的车速和车辆加速度可以指代在车辆上测得的或与车辆相关的和/或与车辆一起使用的任意数量的不同类型的速度和加速度。并且，在本发明的不同实施例的可能变型中，还可以使用其它参数。

控制器108将转向助力信号120传递给电动机109执行。在所描述的实施例中，转向助力信号120包括以期望电流的方式提供给电动机109的指令，以便减少车辆驾驶员的转向力，例如，其结果是助力齿轮112如期望地操作，从而最终影响方向盘102处的转向力并且以期望的方式定位行走轮101。类似地，转向助力信号120可以包括期望电流形式的指令，其直接或间接使得控制齿轮111期望地操作，和/或包括一种或多种其它类型的指令，该指令最终以期望的方式影响行走轮101的定位。

还是在一个优选的实施例中，如图2中所示以及下文中结合图2所述，控制器108至少便于通过传送给扭力杆调节器的扭力杆调节信号124调节扭力杆106的刚度，扭力杆调节器基于扭力杆调节信号124调节扭力杆106的刚度。在该实施例中，扭力杆调节信号124包括关于扭力杆106的期望调节的指令。扭力杆调节信号124还可以被传送给另外的未描述的执行相同功能的单元或装置。在所述实施例中，偏转、应变或转矩信号122从检测单元116沿着图1中代表偏转、应变或转矩信号122的箭头方向到达控制器108。

在优选的实施例中，控制器108基于一个或多个与车辆运行相关的参数产生扭力杆调节信号124。例如，在这样一个实施例中，控制器108基于如上所述的控制器108从一个或多个未描述的传感器和/或其它来源接收到的车速值、车辆加速度值和/或方向盘102转动量产生扭力杆调节信号124。也可以采用其它参数。控制器108将扭力杆调节信号124传递给扭力杆调节器118。应当可以理解，与转向助力信号120相关使用的参数可以不同于那些与扭力杆调节信号124相关使用的参数。

电动机109与控制器108相连，并且配置为从控制器108接收转向助力信号120从而至少便于执行转向助力信号120。在图1中所述的一个优选实施例中，电动机109与齿条113相连。例如，电动机109可以通过上述电动机轴115通过助力齿轮112与齿条113相连，并且由此执行转向助力信号120。特别是，电动机109产生由未描述的外部电压电源，例如电池，引起的电流。该电流引起电动机轴115转动，使得助力齿轮112以期望的方式运行。所述电流基于通过转向助力信号120接收到的指令。助力齿轮112的运行进而引起驾驶员所需转向力以期望的方式降低。电动机109或者也可以通过一个或多个其它技术手段与齿条113连接从而引起驾驶员所需转向力以期望的方式降低。

在优选的实施例中，电动机109的电流量基于转向助力信号120提供的指令而变化，而转向助力信号120提供的指令又随着控制器108确定的期望的转向助力量而改变。电动机109的电流量继而影响电动机轴115输出的转矩量，并且由此影响根据转向助力信号120指令提供的转向助力量。

在一个可替代的优选实施例中，电动机109直接或间接地与转向柱104连接。在该实施例中，扭力杆106、扭力杆调节器118和检测单元116位于电动机109和方向盘102之间。如在图1中所示的实施例中，来自电动机109的转矩根据转向助力信号120指令提供转向助力。然而，在该实施例中，助力转矩施加在转向柱104上而不是齿条113上。

检测单元116连接在扭力杆106和控制器108之间。检测单元116用于检测扭力杆106的偏转或应变或者由扭力杆106承受的转矩，从而产生上述与之相关的偏转、应变或转矩信号122，并且将所述偏转、应变或转矩信号122传递给控制器108。如图2中所示在某些实施例中检测单元116可与扭力杆装在一起。然而，在其它实施例中也可以不同。如下文中将结合图2所描述的，在特定的优选实施例中，检测单元116可以包括下述的一个或多个：位移传感器、应变传感器和/或转矩传感器。图2中提供了检测单元116的示例性实施例的更加详细的图示，下文中将结合图2进行描述。

扭力杆调节器118连接在控制器108和扭力杆106之间。扭力杆调节器118用于根据扭力杆调节信号124调节扭力杆106的刚度。在一个优选的实施例中，扭力杆调节单元188包括位于扭力杆106各端的两个或多个未描述的盘，这些盘通过由电流引起的它们之间的转矩来调节扭力杆106的刚度。然而，在其它实施例中也可以不同。例如，在不同的其它实施例中，扭力杆调节单元188可以包括一个或多个电磁的、机电的、流体机械的和/或其它类型的装置，所述装置用作在扭力杆106的长度上起作用的刚度增加机构。并且，在特定的实施例中，扭力杆调节单元118和/或检测单元116可以是同一单元的一部分和/或可以是控制器108的一部分。

应当理解，在某些特定的实施例中，电动助力转向系统100中所述部件中的一个或多个并非必需。例如，就在上文所描述的可替代的实施例中，助力齿轮112就是非必需的，因为电动机109替换为通过转向柱104和控制齿轮111提供期望的转向助力。类似地还应当理解，尽管电动助力转向系统100显示为与齿条齿轮转向系统联合使用，然而在其它实施例中，电动助力转向系统100可替代地与循环球转向系统和/或其它类型的系统联合使用。

图2是图1的电动助力转向系统100中的一部分的示意图，显示了根据本发明的一个示例性实施例的转向柱104和扭力杆106连同小齿轮轴110、检测单元116和扭力杆调节器118。在所述的实施例中，检测单元116包括传感器206。传感器206用于基于由传感器206测得的相对运动产生上述偏转、应变或转矩信号122。然而，在其它实施例中也可以不同。

在一个优选实施例中，传感器206包括用于检测扭力杆106中的应变的应变传感器。在另一个优选实施例中，传感器206包括用于检测扭力杆106的扭转变形的位移传感器。在又一个优选实施例中，传感器206包括用于检测扭力杆106所承受的转矩的转矩传感器。在再一个优选实施例中，使用多个相同类型或不同类型的传感器206。如上面详细描述的，偏转、应变或转矩信号122通过例如改变上面参考图1描述的转向助力信号120从而改变车辆的转向助力。

扭力杆调节器118连接在图1的控制器108(图2中未示出)和扭力杆106之间。扭力杆调节器118用于接收扭力杆调节信号124并根据该信号调节扭力杆106的刚度。如上面提及的，在一个优选实施例中，扭力杆调节单元188包括在扭力杆106每一端的两个或更多个未描述的盘，该盘通过由电流引起的盘之间的转矩来调节扭力杆106的刚度。然而，在其它实施例中也可以不同。例如，在其它各种实施例中，扭力杆调节单元188可以包括一个或多个电磁的、机电的、流体机械的和/或其它类型的装置。在另外其它的实施例中，扭力杆调节器118可以是图1的控制器108的一部分。

图3是根据本发明的示例性实施例的用于改装车辆电动助力转向系统以在例如图1的电动助力转向系统100中包括活动扭力杆的过程300的流程图。如图3中所示，过程300始于获取车用电动助力转向系统的步骤(步骤302)。步骤302中获取的电动助力转向系统优选是具有不可调节的扭力杆、控制器和电动机的典型的电动助力转向系统，所述控制器用于检测扭力杆的偏转或应变或者由扭力杆承受的转矩，并至少部分基于扭力杆的偏转或应变或者由扭力杆承受的转矩产生转向助力信号，所述电动机与控制器连接，并且用于从控制器接收转向助力信号并至少便于执行转向助力信号。

并且，在一个优选实施例中，控制器还被重新配置以接收与一个或多个车辆状态相关的一个或多个参数值(步骤304)。例如，在一个优选实施例中，所述参数包括速度、车辆加速度和/或车辆方向盘的转动量。也可以使用其它参数。在某些特定的实施例中，步骤304不是必需的，例如在那些实施例中控制器已经被配置用于接收所需的参数值。

步骤302中获得的电动助力转向系统的控制器被重新配置以至少部分基于一个或多个参数值至少便于调节扭力杆的刚度(步骤306)。在优选的实施例中，控制器在步骤306中被重新配置以便基于步骤304中获得的一个或多个参数值产生扭力杆调节信号。在其它实施例中，控制器可在步骤306中被重新配置以便于至少部分基于在步骤304中获得的一个或多个参数值直接调节扭力杆的刚度。

依然是在优选实施例中，控制器被重新配置以便于将一个或多个参数值合并到转向助力信号中(步骤308)。例如，在一个这样的优选实施例中，控制器可被重新配置以便不仅基于扭力杆的偏转、应变或转矩，而且基于车速值、车辆加速度值和方向盘转动量，和/或一个或多个其它参数产生转向助力信号。应当理解，和转向助力信号关联使用的参数可以与和扭力杆调节信号关联使用的参数不同。还应当理解，在特定的实施例中，步骤308不是必需的，例如在所述实施例中转向助力信号只基于扭力杆偏转、应变或转矩确定，或者在所述实施例中控制器已经被配置用于接收所需参数的值。

并且，扭力杆调节器被引入电动助力转向系统中(步骤310)。扭力杆调节器连接在控制器和扭力杆之间，并且被设置用于接收来自控制器的扭力杆调节信号，并且根据该信号调节扭力杆。在一个优选实施例中，扭力杆调节器可以一体形成作为图2中所示并且上面参考图2描述的电动助力转向系统的转向柱的一部分。然而，在其它实施例中也可以不同。例如，在某些特定的可替换实施例中，扭力杆调节器被引入作为控制器的一部分，或者电动助力转向系统中已有的部件可以被重新配置从而执行扭力杆调节器的功能。

应当理解，图3中所示的过程300中的特定步骤在某些特定实施例中不是必需的，和/或过程300中的特定步骤可以合并成为一个步骤。类似地应当理解，过程300的特定步骤可被同时执行或者以与图3中所示和/或上面参考图3所描述的不同的顺序执行。

因此，提供一种具有活动扭力杆和改进的转向助力功能的改进的电动助力转向系统。改进的电动助力转向系统得以提高精度和/或改善车辆的驾驶感受。并且，提供一种改装电动助力转向系统使其具有活动扭力杆的方法，并且由此提高精度和/或改善车辆的驾驶感受。

尽管在前面的详细描述中提出至少一个示例性实施例，然而，应当理解可以存在大量的变型。还应当理解，所述一个或多个示例性实施例仅作为例子并不意欲以任何方式限制本发明的范围、应用或构成。并且，前面的详细描述将会为本领域技术人员展现方便的途径以便实施所述一个或多个示例性实施例。应当理解，在功能或部件设置方面可以进行多种改变，这些改变将不会脱离所附权利要求及它们的合法等价物所阐明的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种车辆的电动助力转向系统，该电动助力转向系统包括：

扭力杆；

控制器，该控制器与扭力杆连接，并且被配置为至少便于：

调节扭力杆的刚度；

至少部分基于扭力杆的偏转或应变或扭力杆承受的转矩，产生转向助力信号；

电动机，该电动机与控制器连接，并且被配置为从该控制器接收转向助力信号，并且至少便于执行所述转向助力信号。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，还包括：

检测单元，该检测单元连接在扭力杆和控制器之间，并且配置成检测扭力杆的偏转或应变或者由扭力杆承受的转矩，并向控制器提供所述偏转、应变或转矩的指示。

3.根据权利要求2所述的电动助力转向系统，其中，所述检测单元包括传感器。

4.根据权利要求3所述的电动助力转向系统，其中，所述传感器包括位移传感器。

5.根据权利要求3所述的电动助力转向系统，其中，所述传感器包括应变传感器。

6.根据权利要求3所述的电动助力转向系统，其中，所述传感器包括转矩传感器。

7.根据权利要求2所述的电动助力转向系统，其中，所述控制器被配置成产生扭力杆调节信号，并且所述电动助力转向系统还包括：

扭力杆调节器，该扭力杆调节器连接在控制器和扭力杆之间，并且被配置成根据扭力杆调节信号调节扭力杆的刚度。

8.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其中，所述车辆包括方向盘和多个行走轮，并且所述电动助力转向系统还包括：

转向柱，该转向柱连接在方向盘和扭力杆之间，并且被配置成在方向盘转动的过程中向将转矩引入扭力杆；

小齿轮轴，该小齿轮轴连接在扭力杆和所述多个行走轮之间，并且被配置为至少部分基于转矩而转动；以及

齿条，该齿条连接在小齿轮轴和所述多个行走轮之间，并且被配置为至少部分基于小齿轮轴的转动而移动并由此至少便于改变所述多个行走轮的位置。

9.根据权利要求8所述的电动助力转向系统，其中，所述电动机的电流引起转向柱运动。

10.根据权利要求8所述的电动助力转向系统，其中，所述电动机的电流引起齿条运动。

11.根据权利要求7所述的电动助力转向系统，其中，所述控制器还被配置为至少部分基于与车辆运行相关的参数值产生转向助力信号或扭力杆调节信号。

12.根据权利要求11所述的电动助力转向系统，其中，所述车辆包括方向盘，并且所述参数包括车速或车辆加速度或方向盘转动量。

13.一种改装车辆的电动助力转向系统的方法，所述电动助力转向系统包括：扭力杆；控制器，该控制器被配置为至少部分基于扭力杆的偏转或应变或扭力杆承受的转矩产生转向助力信号；和电动机，该电动机与控制器连接，并且被配置为从控制器接收转向助力信号，并且至少便于执行所述转向助力信号，所述方法包括如下步骤：

获取电动助力转向系统；并且

重新配置控制器，使得控制器进一步被配置为至少部分基于与车辆运行相关的参数至少便于调节扭力杆的刚度。

14.如权利要求13所述的方法，还包括如下步骤：

重新配置所述控制器，从而进一步被配置为至少部分基于所述参数产生扭力杆调节信号；以及

引入扭力杆调节器，该扭力杆调节器连接在控制器和扭力杆之间，并且被配置为接收扭力杆调节信号并且根据所述扭力杆调节信号调节扭力杆的刚度。

15.一种车辆的电动助力转向系统，所述车辆具有方向盘和多个行走轮，所述电动助力转向系统包括：

转向柱，该转向柱被配置为与方向盘相连，并且通过该方向盘可转动；

扭力杆，该扭力杆与转向柱相连，并被配置为在转向柱转动的过程中接收来自转向柱的转矩；

小齿轮轴，该小齿轮轴连接在扭力杆和所述多个行走轮之间，并被配置为至少部分基于所述转矩而转动；

齿条，该齿条连接在小齿轮轴和所述多个行走轮之间并且被配置为至少部分基于小齿轮轴的转动而移动并由此至少便于改变所述多个行走轮的位置；

控制齿轮，该控制齿轮连接在小齿轮轴和齿条之间，并被配置为至少便于齿条移动；

检测单元，该检测单元与扭力杆连接，并被配置为检测扭力杆的偏转或应变或者扭力杆承受的转矩，并且产生相应的偏转、应变或转矩信号；

控制器，该控制器与检测单元连接，并被配置为至少便于：

从检测单元接收偏转、应变或转矩信号；

至少部分基于与车辆运行相关的参数产生扭力杆调节信号；并且

至少部分基于所述偏转、应变或转矩信号产生转向助力信号；

扭力杆调节器，该扭力杆调节器连接在控制器和扭力杆之间，并且被配置为根据扭力杆调节信号调节扭力杆的刚度；和

电动机，该电动机与控制器连接，并且被配置为从控制器接收转向助力信号并且至少便于执行所述转向助力信号。

16.根据权利要求15所述的电动助力转向系统，其中，所述检测单元包括传感器。

17.根据权利要求15所述的电动助力转向系统，其中，所述传感器包括位移传感器、应变传感器或转矩传感器。

18.根据权利要求15所述的电动助力转向系统，其中，所述电动机的电流引起转向柱运动。

19.根据权利要求15所述的电动助力转向系统，其中，所述电动机的电流引起齿条运动。

20.根据权利要求15所述的电动助力转向系统，其中，所述参数包括车速或车辆加速度或方向盘转动量。

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