CN105392689B - 用于车辆转向系统的测量及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由致动器(4)控制的机动车辆转向领域。本发明更确切地涉及用于使用一个第一绝对位置传感器(7)和一个第二相对位置传感器(8)来确定杆(40)的位置的方法、涉及使用所述位置的控制方法、并且涉及实施该控制方法的转向系统。

Description

用于车辆转向系统的测量及控制方法

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的致动器控制的转向系统领域。本发明更确切地涉及用于确定致动器位置的方法、使用这个位置的控制方法、以及实施该控制方法的转向系统。

背景技术

在带有四个转向车轮的车辆的情况下，前车轮可直接由驾驶者来转向，而后车轮由致动器、例如由电致动器来定向。经常地，例如，发现一个单一致动器作用在两个后车轮上。

文件EP 1 958 850 A1示出了一种带有四个转向车轮的车辆。这些后车轮由多个电动致动器系统控制，这些电动致动器系统包括一个电动机、一个减速齿轮以及由该电动机驱动旋转的一个丝杆。该致动器系统包括与该丝杆相对的一个位置传感器，该位置传感器提供用于该丝杆并且因此用于该对应车轮取向的一个位置信号。该传感器基于磁现象。

这种传感器具有的优点是给出了该致动器位置的绝对表示。然而，为了获得非常精确的信息，该传感器必须很大。同时，这些电动致动器具有用于控制该电动机位置的一个位置传感器。这个传感器是精确的但是给出相对信息，即该信息表明在启动时刻或初始化时刻该电动机位置从该致动器位置开始已经发生的移位。

本发明的目的在于提供用于可靠且精确地确定致动器位置的方法。本发明的目的还在于确保使实施这种方法的系统尽可能的小。

发明内容

考虑到这些目的，本发明的目的是一种确定重构位置信号方法，该重构位置信号方法用于机动车辆的转向系统的一个线性致动器的杆，该系统包括用于确定所述杆的位置的一个系统，该用于确定所述杆的位置的系统包括一个第一传感器和一个第二传感器，该第一传感器对于该杆给出一个第一绝对位置测量值，该第一测量值在预定的线性范围之外不是线性的，该第二传感器给出在该确定系统的启动时刻相对于该杆的该初始位置的一个第二位置测量值，其特征在于，从启动时刻执行一个初始化步骤，并且只要该第一测量值没有处于该线性范围内就维持该初始化步骤，并且然后在该初始化步骤之后转换至一个正常阶段，在该正常阶段过程中提供用于该杆的该重构位置信号，该重构位置信号等于在该初始化步骤结束时被重新预置为该第一测量值的值的该第二测量值。

由于本发明，有可能使用了不是在全部测量范围上线性的绝对位置传感器，同时保证由该确定系统提供修正值以用于该转向系统的良好功能。因此该传感器的大小可以减小到一定程度，其中该传感器提供的信号在中央线性范围上仍是线性的，但在该线性范围之外的区域中的测量不再是线性的。事实上，该绝对位置传感器的大小被确定成在一个限定范围内测量车轮偏转角，然而所述车轮的偏转可能显著地更大，这影响了测量的值。

该确定系统是由到该传感器的电力供应起动的。因此它可以基于传感器的启动、或甚至在该车辆依然处于运行时该电气系统的简单故障的情况下起动。

相对少见的情况是该确定系统被初始化为具有在该线性范围之外的位置表示。这些情况对应于车轮极大偏转的情况。在逻辑上，车辆不会长时间保持在这种情况中，并且例如在伴随着车轮极大偏转的车辆的停车操作过程中或车辆停车后起动时，车速低。因此该致动器的位置应该相当快地返回到空挡位置，使得该第一传感器的信号返回至该线性范围。在这个时刻，非常精确地已知该致动器的绝对位置并且可以由该第二传感器的信号产生一个重构信号。然后这个重构信号用作确定该致动器位置的一个基础。

当该第一测量值在系统启动时处于该线性范围内的情况下，立即知道该致动器的良好的绝对位置。然后这个基础被用来产生其上加入了第二测量值的一个重构位置信号，并且该系统直接切换至正常阶段、还使用该重构信号来确定该致动器位置。这对应于最初始的构型并且该系统是可直接运行的。

还有，本发明的目的是一种用于控制机动车辆的转向系统的线性致动器的杆的位置的方法，该系统包括一个第一传感器和一个第二传感器，该第一传感器对于该杆给出一个第一绝对位置测量值，该第一测量值在预定的线性范围之外不是线性的，该第二传感器给出在启动时刻相对于该杆的初始位置的一个第二位置测量值，在该方法中，接收该杆的一个位置基准，并且根据该杆的位置与该位置基准之间的对比来控制该杆的位置，其特征在于，该杆的位置是根据上文描述的方法由该重构位置信号来确定的。

具体地，在该初始化步骤过程中，该第一测量值被用作一个重构位置信号并且该致动器仅在朝该线性范围的方向上是受控制的。在初始化步骤中，没有信号被重构。然后仅在朝该线性范围的方向上授权该致动器的运动。这样尤其避免了对该第一传感器可能没有感知到或仅不充分感知到的运动进行控制。

还有，本发明的目的是一种用于机动车辆的转向系统，该系统包括：一个线性致动器，该线性致动器用于控制转向的车轮的位置；一个第一传感器，该第一传感器给出该致动器的杆的一个第一绝对位置测量值，该第一测量值在预定的线性范围之外不是线性的；一个第二传感器，该第二传感器给出在启动时刻相对于该杆的该初始位置的一个第二位置测量值；以及一个控制单元，该控制单元接收该第一测量值、该第二测量值、该致动器的一个位置基准，并向该致动器发送一个命令，其特征在于，该控制单元实施如上文描述的控制方法。

在具体实施例中，该控制单元整合该第一位置传感器。因为可以减小该第一传感器的大小，该第一传感器可以被整合在包含该控制单元的电子壳体中并且靠近该致动器来放置。

附图说明

从参照附图的以下说明中将更好地理解本发明并且进一步的特征和优点将显现，在附图中：

-图1图示性地示出了具有根据本发明的转向系统的车辆；

-图2是图1中的系统的致动器的图解视图；

-图3是示出了来自图2的绝对位置传感器的输出的简图；

-图4是给出了由根据本发明的系统实施的控制方法的细节的逻辑图；

-图5至图7是对应于图1中的系统的不同运行情况的时间图。

具体实施方式

在图1中图示性地示出了一个车辆，该车辆包括根据本发明的实施例的转向系统。车辆通常包括四个车轮1、2，这些车轮在这种构型中均为转向的车轮。一对前车轮1是由驾驶者通过常规转向柱3来控制的，该常规转向柱在这种情况中具有机械传动和电力辅助。角位置传感器30传送一个表明方向盘位置的方向盘信号。

根据本发明的转向系统涉及由一个线性致动器4控制的一对后车轮2，从而允许这些后车轮2与转向柱3无机械连接地偏转。因此这种偏转可以被命令为在与前车轮1相同的方向上以用于车辆在高速时更好的稳定性，或者被命令为在反方向上以减小低速时的转弯半径。

如图2中具体示出的转向系统包括一台电动机5、一个减速齿轮6，该减速齿轮接收电动机5的运动并将这种运动转换为被传递至致动器4的杆40的一种平移运动。该转向系统还包括用于确定车轮位置的系统，该用于确定车轮位置的系统包括第一传感器7，该第一传感器给出杆40的第一绝对位置测量值P1。该确定系统还包括第二传感器8，该第二传感器被整合在电动机5中并且给出在启动时刻t0时相对于杆40的初始位置的第二位置测量值P2。控制单元9被提供在该转向系统中并且接收第一测量值P1、第二测量值P2和致动器4的位置基准C，并且向致动器4(或更准确地说是向电动机5)发送一个命令。

如图3中所示，第一测量值P1在线性范围L上是线性的但在这个线性范围L之外(尤其是当车轮在第一传感器7的可能的测量范围之外极大偏转时)不再是线性的。该图在横坐标上示出了杆40的实际位置P，并在纵坐标上示出了第一测量值P1。我们注意到：在线性范围L之外，第一测量值P1仅略微对应于杆40的位置的变化。这是由于选择了小的传感器，这种选择允许了第一传感器7所需要的安装空间的减小并且有助于其集成。第一传感器7包括被容纳在控制单元9中的固定部分71以及被固定到杆40上并因此随之移动的可移动部分72。可移动部分72相对于固定部分71的位置是由第一测量值P1表示的。当车轮极大偏转时，所述可移动部分72相对于固定部分71完全偏移，并且因此第一传感器7不再提供第一测量值P1。然后可移动部分72必须返回以便相对于该固定部分71仅部分偏移。

因此当测量值揭示可移动部分72不与该固定部分水平时，即当后车轮的偏转角非常大并且超过测量限制时，不再执行用于使后车轮偏转的新命令。在这个时刻仅有的可用操作是执行使后车轮摆正的命令。

通常在非常低的车速时(即例如在车辆停车操作的过程中)产生后车轮极大偏转的情况，使得可移动部分72在固定部分71的区域之外。此外，例如在供电线路突然失效时需要计算机重新初始化的阶段。在这些情况下，如果在计算机重新初始化的阶段过程中车轮的偏转测量检测出处于准许的测量范围之外的值，则后车轮应该被重新带回到路线中。然而没有具体的命令被发送给致动器4，而仅将旨在将后车轮带回到路线中的命令纳入考虑。准许的测量范围在这个文档的其余部分中被称为线性范围。

控制单元9实施用于确定杆40的重构位置信号的方法。该方法包括如图4中所示的初始化步骤，其中，初始化步骤10被细分成多个子步骤。在启动时刻，在第一子步骤101中，将0分配给第二传感器8提供的第二测量值P2。此后，第二测量值P2对应于通过电动机5从这个初始位置的运动而引起的致动器4的位置的变化。因此获得由第一传感器7提供的第一测量值P1。第一测量值P1对应于杆40的绝对位置。

在第二子步骤102中，第一测量值P1与线性范围L进行对比，其中：

-如果第一测量值P1在线性范围L之外，执行第三子步骤103，其中只准许致动器4在线性范围L的方向上的运动。然后该方法返回至第二对比子步骤102；

-如果第一测量值P1处于线性范围L中，则该方法移动至第四子步骤104，其中通过将由第一传感器7提供的值分配给重构信号而重构了位置信号，并且然后加入了第二测量值P2的变化。这相当于提供用于致动器4的重构位置信号，该重构位置信号等于在第二子步骤102之后被重新预置为第一测量值P1的值的第二测量值P2。

在第四子步骤104后，初始化阶段10被终止并且该系统转变为正常阶段11。

控制单元9还实施用于控制致动器4的位置的方法。为此，控制单元9接收方向盘A的位置信息、速度传感器14的车速信息V，并且确定致动器4的位置基准C。控制单元9根据在重构位置信号与位置基准C之间的对比来控制电动机5。

运行

用图5中的多个简图展示了第一运行情况。在这种情况中，在转向系统在时刻t0时启动时，例如在车辆启动时，第一测量值P1(被示出为顶图上的实线)位于线性范围L之内，该线性范围的限制BI、BS是由水平的短划线来表示的。我们注意到：当第一测量值P1在线性范围L之外时，它不对应于可能由线性传感器给出并且由点划线曲线表示的测量仿真S。中图示出了第二测量值P2，该第二测量值在时刻t0时等于0并且跟随致动器4的运动。底图表示了与第二测量值P2跟随相同运动的重构位置信号R，但是该重构位置信号在t0时的值是第一测量值P1在t0时的值，由于是在启动时并且在执行初始化步骤的过程中确定的。重构位置信号R的确对应于致动器4的位置。

在图6中所示的第二情况对应于当杆40的位置处于第一传感器7的线性范围L之外时启动。以如之前相同的方式，以实线示出了第一测量值P1并且由点划线曲线表示可能由线性传感器给出的测量仿真S。在时刻t0时，在这两个值之间已经存在偏移。因此，如对第二子步骤和第三子步骤102、103所解释的，只要第一测量值P1在线性范围L之外，我们就保持在初始化步骤10中，直到第一测量值P1到达线性范围L的上限BS的时刻t1。在这个时刻，该系统转换至正常模式，通过将上限BS作为起始点并且从t1开始加入第二测量值P2的变化来提供重构位置信号R。

图7示出了根据用于控制转向系统的方法的运行。在顶图上示出了致动器4的位置基准C。在中图上，基准C被示出为虚线。在时刻t0，由于第一测量值P1在线性范围L之外，我们就保持在初始化步骤中并且致动器4仅在使杆40的位置朝该范围的上限BS的方向上受到控制。因此，甚至当基准C需要杆40在远离上限BS的其他方向上运动时，这个运动被中立化并且致动器4的位置不变。然而只要基准C允许在线性范围L内运动，在时刻t1，正常阶段11就允许重构位置信号R的获得，在底图上示出。在这个正常阶段11中，杆40的运动不再受限，如尤其在中图的极右的部分、位于线性范围L之外所示出的，并且示出了在两个方向上的运动。

本发明不限于刚刚已单纯地作为实例来描述的实施例。基准C的计算可以远程地由另一计算机来进行。相同的系统可以用于控制被转向的前车轮，尤其在方向盘与车轮致动器之间没有机械连接的“线控转向”系统的情况中。

Claims (5)

1.一种用于确定重构位置信号(R)的方法，该重构位置信号用于机动车辆的转向系统的一个线性致动器(4)的杆(40)，该转向系统包括用于确定所述杆的位置的一个确定系统，该用于确定所述杆的位置的确定系统包括一个第一传感器(7)和一个第二传感器(8)，该第一传感器对于该杆给出一个第一绝对位置测量值(P1)，该第一绝对位置测量值(P1)在预定的线性范围(L)之外不是线性的，该第二传感器给出在该确定系统的启动时刻相对于该杆(40)的初始位置的一个第二位置测量值(P2)，其特征在于，从启动时刻执行一个初始化步骤，并且只要该第一绝对位置测量值(P1)没有处于该线性范围(L)内就维持该初始化步骤，并且然后在该初始化步骤之后转换至一个正常阶段，在该正常阶段中提供用于该杆(40)的该重构位置信号(R)，该重构位置信号等于在该初始化步骤结束时被重新预置为该第一绝对位置测量值(P1)的值的该第二位置测量值(P2)。

2.一种用于控制机动车辆的转向系统的线性致动器(4)的杆(40)的位置的方法，该转向系统包括一个第一传感器(7)和一个第二传感器(8)，该第一传感器对于该杆给出一个第一绝对位置测量值(P1)，该第一绝对位置测量值(P1)在预定的线性范围(L)之外不是线性的，该第二传感器给出在启动时刻相对于该杆(40)的初始位置的一个第二位置测量值(P2)，在该方法中，接收该杆(40)的一个位置基准(C)，并且根据在该杆(40)的位置与该位置基准(C)之间的对比来控制该杆(40)的位置，其特征在于，该杆(40)的位置是根据权利要求1中的方法由该重构位置信号(R)来确定的。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在该初始化步骤过程中，该第一绝对位置测量值(P1)被用作一个重构位置信号(R)并且该线性致动器(4)仅在朝该线性范围(L)的方向上受到控制。

4.一种用于机动车辆的转向系统，该转向系统包括：一个线性致动器(4)，该线性致动器用于控制转向的车轮的位置；一个第一传感器(7)，该第一传感器给出该线性致动器(4)的杆(40)的一个第一绝对位置测量值(P1)，该第一绝对位置测量值(P1)在预定的线性范围(L)之外不是线性的；一个第二传感器(8)，该第二传感器给出在启动时刻相对于该杆(40)的初始位置的一个第二位置测量值(P2)；以及一个控制单元(9)，该控制单元接收该第一绝对位置测量值和该第二位置测量值(P2)、该杆(40)的一个位置基准(C)并且向该线性致动器(4)发送一个命令，其特征在于，该控制单元(9)实施如权利要求2或3中任一项所述的方法。

5.如权利要求4所述的转向系统，其特征在于，该控制单元(9)整合该第一传感器(7)。