CN103171624A - 方向盘位置检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及方向盘位置检测系统。提供用于检测方向盘位置的转向系统，并且该转向系统包括：连接到方向盘的输入轴；围绕所述输入轴设置的主齿轮；与所述主齿轮啮合地接合的圆盘齿轮；以及控制模块。所述控制模块接收所述主齿轮的角度主位置以及所述圆盘齿轮的角度圆盘位置。所述控制模块包括旋转计算模块，用于基于至少所述角度主位置和所述角度圆盘位置来计算方向盘位置。

Description

方向盘位置检测系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月23日提交的美国临时专利申请No. 61/579,770的优先权，该文献以引用的方式全文结合到本文。

技术领域

本发明涉及转向系统，且更具体地涉及用于检测方向盘位置的转向系统。

背景技术

一些类型的转向系统可能需要检测方向盘位置以提供安全特征，或用于一些类型的算法。当前存在用于确定方向盘位置的数种方法。然而，这些方法中的一些可能不包括所需要的精度等级。例如，一种类型的方向盘位置检测系统可能需要五度的诊断限制。当前可用的方向盘位置检测系统可能不能够满足这种要求。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于检测方向盘位置的转向系统。该转向系统包括：连接到方向盘的输入轴；围绕所述输入轴设置的主齿轮；与所述主齿轮啮合地接合的圆盘（puck）齿轮；以及控制模块。所述控制模块接收所述主齿轮的角度主位置（angular main position）以及所述圆盘齿轮的角度圆盘位置(angular puck position)。所述控制模块包括旋转计算模块，用于基于至少所述角度主位置和所述角度圆盘位置来计算方向盘位置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于检测方向盘位置的转向系统。该转向系统包括：连接到方向盘的输入轴；围绕所述输入轴设置的主齿轮；与所述主齿轮啮合地接合的圆盘齿轮；以及控制模块。所述控制模块接收所述主齿轮的角度主位置以及所述圆盘齿轮的角度圆盘位置。所述控制模块包括旋转计算模块，用于基于至少所述角度主位置和所述角度圆盘位置来计算方向盘位置。所述控制模块包括诊断模块，用于通过将方向盘位置与第二方向盘位置比较来确定所述方向盘位置的误差。

这些以及其他优势和特征通过下述结合附图的描述将变得更加明显。

附图说明

被认作本发明的主题内容在说明书结尾处的权利要求书中被具体地指出并且明确地要求保护。本发明的前述以及其他特征和优势通过下述结合附图的详细描述而变得显而易见，在附图中：

图1是根据本发明一个方面的用于检测方向盘位置的示例性转向系统；

图2是示出根据本发明另一方面的如图1所示的控制模块的数据流图；

图3是示出根据本发明又一方面的如图1所示的第一磁传感器和第二磁传感器的输出的曲线图；

图4 是示出根据本发明另外又一方面的如图1所示的第一磁传感器和第二磁传感器的输出的另一曲线图；

图5是示出根据本发明另外又一方面的如图1所示的第一磁传感器和第二磁传感器的输出的又一曲线图；以及 

图6是示出根据本发明再一方面的如图1所示的第一磁传感器和第二磁传感器的又一输出的另一曲线图。

具体实施方式

现参考图1，（这里将参考具体实施方式来描述本发明，而这些实施方式并不限制本发明），描述了转向系统10的示例性实施方式。转向系统10包括方向盘20、输入轴22、主齿轮24、环形磁体26、圆盘齿轮30以及输出轴34。输入轴22的远端38附接到方向盘20。输入轴22和输出轴34两者都沿纵向轴线A-A延伸。转向系统10构造用于当方向盘20由操作者绕纵向轴线A-A旋转时检测方向盘20的角度位置。在一个实施方式中，方向盘20可以由操作者旋转以操纵车辆（未示出），但是要理解的是，转向系统10可以用在各种方法中。

环形磁体26围绕输入轴22设置并且定位在主齿轮24内。圆盘齿轮30包括圆盘磁体（未示出），该圆盘磁体被模制到圆盘齿轮30中。在如图1所示的示例性实施方式中，主齿轮24和圆盘齿轮30是正齿轮。主齿轮24的多个齿40与圆盘齿轮30的多个齿42啮合地接合。当输入轴22由方向盘20绕纵向轴线A-A旋转时，主齿轮24也绕纵向轴线A-A旋转。主齿轮24驱动圆盘齿轮30，在这里圆盘齿轮30绕从纵向轴线A-A偏移的次级轴线B-B旋转。在一个实施方式中，主齿轮24和圆盘齿轮30具有大约1：2.2的齿数比。

多个第一磁场传感器50被设置用于检测定位在主齿轮24内的环形磁体26的位置，并且多个第二磁场传感器52被设置用于检测圆盘齿轮30的位置（第二磁场传感器52以虚线被示出）。第一磁场传感器50和第二磁场传感器52可以是用于检测环形磁体36或圆盘齿轮30的角度位置的任何类型的传感器，例如霍尔效应传感器。控制模块60通过接口58与第一磁场传感器50和第二磁场传感器52通信。

控制模块60控制电动转向系统10的操作。现参考图2，数据流图描述了用于控制图1的转向系统10的图1的控制模块60的示例性实施方式。在不同实施方式中，控制模块60可以包括一个或多个子模块和数据存储装置。如本文所使用的，术语模块和子模块是指专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共享的、专用的或组）、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。能够理解的是，如图2所示的子模块能够被结合和/或进一步细分，以类似地确定方向盘20的角度位置。

图3是示出当方向盘20（如图1所示）绕纵向轴线A-A旋转时第一磁场传感器50和第二磁场传感器52的输出的曲线图。具体地，图3描述了方向盘20的五圈回转（这是大约1799度的旋转）。图3还示出了环形磁体26（如图1所示）和圆盘齿轮30的相应角度位置，在大约0度至大约360度范围内变化，环形磁体26的角度位置用线A表示，圆盘齿轮30的角度位置用线B表示。现参考图1-3，控制模块60接收环形磁体26（如图1所示）的角度位置（表示为c₁）以及圆盘齿轮30（如图1所示）的角度位置（表示为c₂）作为输入。

图2示出了控制模块60，所述控制模块包括旋转计算模块62、查询表64、诊断模块66以及偏移模块70。旋转计算模块62接收环形磁体角度c₁和圆盘齿轮角度c₂作为输入。方向盘位置α与环形磁体角度c₁和圆盘齿轮角度c₂通过下述方程1-3来相关联：

c₁ = α- 360n₁ (方程1)

c₂ = Gα- 360n₂   (方程2)

a = c₁ + 360 n₁   (方程3)

其中，n₁是输入轴22的旋转圈数（具有5圈的总圈数，在0至1799度的范围内），以及n₂是圆盘齿轮30的旋转圈数（具有11圈的总圈数）。使用上述方程1-2，可以导出方程4：

l/360[c₁ - 1/G c₂] = 1/G n₂–n₁  (方程4)

其中，G是齿数比。对于n₁和n₂的给定值，[c₁ - 1/G c₂]存在唯一值。项[c₁ - 1/G c₂]是用于确定输入轴的旋转圈数n₁的经验值。在一种方法中，可以使用1：2.2的齿数比（例如，因此，方程4会是l/360[c₁ - 1/2.2 c₂] = 1/2.2 n₂–n₁。现转到图4，基于方程4，项[c₁ - 1/G c₂]用虚线绘出，并且被称为线C。基于如图4所示的线C，可以在控制模块60的存储器中产生下述表1，并且该表1可以作为查询表64（在图2中示出）被存储。

现参考表1和图2-4，旋转计算模块62使用图4中的线C来确定项[c₁ - 1/G c₂]的值。应当注意的是，由于线C的值基本上彼此不同（即，线C的每个值彼此具有至少大约三十度的差），因此这些值对于干扰是能够容许的。然后，旋转计算模块62使用表1找到输入轴的旋转圈数n₁的值。然后，旋转计算模块62使用方程3来计算方向盘位置α的值。例如，如果旋转计算模块62中的输入对于环形磁体角度c₁是290，并且对于圆盘齿轮角度c₂是350，那么项[c₁ - 1/G c₂]得到为130。 参考表1，如果线C（如图4所示）的值为130，那么n₁是1。因此，使用方程3，方向盘位置α将是650度。

参考图1以及图3-4，环形齿轮26（线A）和圆盘齿轮30（线B）的相应位置应当总体上对齐在零度（方向盘位置），以精确地计算方向盘位置α。然而，现参考图5，有时候环形齿轮26（线A）和圆盘齿轮30（线B）的位置并不对齐在零度。例如，图5描述了以150度偏移的线A以及以100度偏移的线B。在该示例中，偏移模块70包括用于调节环形磁体角度c₁和圆盘齿轮角度c₂的值的对齐算法。该对齐算法得到用于线A和线B的调节值，并且被表示为线A’和线B’（用虚线示出）。在一个实施方式中，偏移模块70（如图2所示）使用下述算法来计算用于新环形磁体的new_c₁的值：

如果(c₁- c₁_offset) < 0

new_c_l = (c₁- c₁_offset) + 360

否则，如果 (c₁- c₁_offset) > 360

new_c₁ = (c₁- c₁_offset) - 360

否则

new_ c₁ = c₁

其中，c₁是用线A’表示的环形磁体26的位置，并且c₁_new是150度。还可以提供类似算法，以计算新圆盘齿轮角度new_c₂。

参考图1-4，在转向系统10的操作期间，可能出现问题，例如环形磁体角度c₁或圆盘齿轮角度c₂的信号中的一个的突然失灵、环形磁体角度c₁或圆盘齿轮角度c₂的信号中的干扰、环形磁体26和圆盘齿轮30之间的齿轮滑移、主齿轮24的齿40或圆盘齿轮30的齿42的破裂、齿轮空隙、或环形磁体26从主齿轮24的掉落。这些问题可以通过诊断算法来检测，该诊断算法由如图2所示的诊断模块66来计算。诊断模块66分别基于环形磁体角度c₁和圆盘齿轮角度c₂来计算用于方向盘位置α的不同值。具体地，诊断模块66接收环形磁体角度c₁和圆盘齿轮角度c₂以及输入轴的旋转圈数n₁和圆盘齿轮的旋转圈数n₂作为输入。诊断模块66使用方程3来计算方向盘位置α并且使用方程5来计算第二方向盘位置α’：

α’= (c₂ + 360 n₂)/G   （方程5）。

然后，诊断模块66通过比较使用方程3的方向盘位置α与第二方向盘位置α’ 来确定方向盘位置α内的误差，并且确定这两个值之差是否大于阈值。该误差可以由方程6来计算：

|α-α’| = 误差            (方程6)。

方程6中的误差可以被设定为任何阈值。在一个示例性实施方式中，误差可以被设定为五度的阈值。因此，如果项|α-α’|结果大于五度，那么这表明误差已经超过阈值。

现转到图6，可能出现主齿轮24和圆盘齿轮30之间的齿轮空隙，这可能产生接近锁定位置A（定位在大约0度）以及锁定位置B（定位在大约1799度）的倾覆值（rollover value）。因此，线C可包括附加值，在这里包括等级A值和等级B值。在所示的示例性实施方式中，等级A值是大约-163度，并且等级B值是大约359度。

虽然已经结合仅有限数量的实施方式详细地描述了本发明，但是应当容易理解的是，本发明不局限于这些公开的实施方式。而是，本发明能够被修改以结合迄今未描述的任何数量的变形、变化、替代或等同布置，但是这些变形、变化、替代或等同布置都与本发明的精神和范围相一致。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施方式，但是要理解的是，本发明的多个方面可仅包括所述实施方式的一些。因此，本发明不被视为受前述说明限制。

Claims (15)

1.一种用于检测方向盘位置的转向系统，所述转向系统包括：

连接到方向盘的输入轴；

围绕所述输入轴设置的主齿轮；

与所述主齿轮啮合地接合的圆盘齿轮；以及

控制模块，所述控制模块接收所述主齿轮的角度主位置和所述圆盘齿轮的角度圆盘位置，所述控制模块包括：

旋转计算模块，所述旋转计算模块用于基于至少所述角度主位置和所述角度圆盘位置来计算方向盘位置。

2.根据权利要求1所述的转向系统，其中，所述方向盘位置通过以下方程来计算：c₁ = α - 360 n₁、c₁ = G α- 360 n₂以及α= c₁+ 360 n₁，其中，c₁是所述角度主位置，c₂是所述角度圆盘位置，α是所述方向盘位置，n₁是所述输入轴的旋转圈数，n₂是所述圆盘齿轮的旋转圈数，并且G是齿数比。

3.根据权利要求2所述的转向系统，其中，项[c₁ - 1/G c₂]是用于确定所述输入轴的旋转圈数的经验值，并且所述项[c₁ - 1/G c₂]与存储在所述控制模块的存储器中的查询表中的值比较。

4.根据权利要求3所述的转向系统，其中，取决于所述角度主位置c₁、所述角度圆盘位置c₂、所述方向盘位置α、所述输入轴的旋转圈数n₁以及是所述圆盘齿轮的旋转圈数n₂，项[c₁ - 1/G c₂]差异至少三十度。

5.根据权利要求1所述的转向系统，其中，所述主齿轮的位置和所述圆盘齿轮的位置大致对齐在零度处。

6.根据权利要求1所述的转向系统，其中，所述主齿轮的位置和所述圆盘齿轮的位置从零度偏移。

7.根据权利要求6所述的转向系统，其中，所述控制模块包括偏移模块，且其中，所述偏移模块执行用于调节所述主齿轮的位置以及所述圆盘齿轮的位置的对齐算法。

8.根据权利要求1所述的转向系统，其中，所述控制模块包括诊断模块，所述诊断模块接收所述角度主位置、所述角度圆盘位置、所述输入轴的旋转圈数以及所述圆盘齿轮的旋转圈数。

9.根据权利要求8所述的转向系统，其中，所述诊断模块计算所述方向盘位置和第二方向盘位置。

10.根据权利要求9所述的转向系统，其中，所述第二方向盘位置通过以下方程来计算：α’= (c₂ + 360 n₂)/G

其中，α’是第二方向盘位置，c₂是所述圆盘齿轮的角度圆盘位置，n₂是所述圆盘齿轮的旋转圈数，并且G是齿数比。

11.根据权利要求9所述的转向系统，其中，所述诊断模块通过将所述方向盘位置与所述第二方向盘位置比较来确定所述方向盘位置的误差。

12.根据权利要求11所述的转向系统，其中，所述诊断模块确定所述误差是否大于阈值。

13.一种用于检测方向盘位置的转向系统，所述转向系统包括：

连接到方向盘的输入轴；

围绕所述输入轴设置的主齿轮；

与所述主齿轮啮合地接合的圆盘齿轮；以及

控制模块，所述控制模块接收所述主齿轮的角度主位置以及所述圆盘齿轮的角度圆盘位置，所述控制模块包括：

旋转计算模块，所述旋转计算模块用于基于至少所述角度主位置和所述角度圆盘位置来计算方向盘位置；以及

诊断模块，所述诊断模块用于通过将方向盘位置与第二方向盘位置比较来确定所述方向盘位置的误差。

14.根据权利要求13所述的转向系统，其中，所述方向盘位置通过以下方程来计算：c₁ = α - 360 n₁、c₁ = G α- 360 n₂以及α= c₁+ 360 n₁，其中，c₁是所述角度主位置，c₂是所述角度圆盘位置，α是所述方向盘位置，n₁是所述输入轴的旋转圈数，n2是所述圆盘齿轮的旋转圈数，并且G是齿数比。

15.根据权利要求13所述的转向系统，其中，所述诊断模块接收所述角度主位置、所述角度圆盘位置、所述输入轴的旋转圈数以及所述圆盘齿轮的旋转圈数，且其中，所述第二方向盘位置通过以下方程来计算：

α’= (c₂ + 360 n₂)/G

其中，α’是第二方向盘位置，c₂是所述圆盘齿轮的角度圆盘位置，n₂是所述圆盘齿轮的旋转圈数，并且G是齿数比。

Images