CN105531179A - 具有提高精确度的用于实时计算动力转向构件的绝对位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定属于车辆转向机构(4)的可移动转向构件(1、2、3)的位置的方法，该转向机构至少包括第一可移动构件(1)(诸如辅助发动机(M)的轴(1))，以及第二可移动构件(2)(诸如齿条(2))，该第一可移动构件和第二可移动构件借助于至少一个第一连杆(L1)彼此配合，所述方法包括：步骤(a)，该步骤(a)涉及测量第一构件(1)的位置(θ1)；然后步骤(b)，该步骤(b)涉及从第一构件的位置(θ1)计算第二构件(2)的瞬时位置(θ2)；以及校正步骤(d)，在校正步骤(d)期间计及第二构件(2)的位置偏移量(δθv)来调整对第二构件(2)的位置(θ2)的计算，该位置偏移量由第一连杆(L1)在通过后者传输的力(C1)下的弹性变形所致。

Description

具有提高精确度的用于实时计算动力转向构件的绝对位置的方法

本发明涉及旨在装备机动车辆的动力转向装置的一般领域，并且尤其涉及这样的动力转向装置，该动力转向装置包括允许将驱动力传输至转向齿条的转向盘以及辅助发动机，该转向齿条本身可滑动地安装在转向壳体中且通过转向杆连接至转向盘。

多年来，我们见到在汽车行业中，被设计成控制车辆(出于安全考虑，诸如路径控制(ESP)或制动(ABS)系统)动态性能的嵌入式电子辅助系统的数量的增加和推广。

然而，对此类控制系统的正确操作一般需要对车辆的转向盘取向的实时准确知晓。

为了这个目的，已知的是通过使用合适的传感器来测量转向辅助发动机的轴的瞬时角位置，然后从其中推导出，获知将发动机连接至转向柱的减速器的齿轮减速比、转向盘的角位置，转向盘的该角位置被看作代表转向齿条的位置，以及因此表示转向盘的转向角度。

然而，发明人已经发现通过转向构件的位置且尤其是通过转向盘的位置来计算的此类评价方法可能是相对不精确的，根据车辆的不同使用情况，在实际中估计误差(如以转向盘的等价转动幅度所报告的)可达到超过12度。

举例来说，发明人特别进行了以下试验：他们在转向机构的转向盘处使用角位置传感器，该传感器的精确度是1(一)度。根据具有50mm/转的理论传动比(当小齿轮执行完整的一转时，该齿条被假设为线性位移为平移50mm)的小齿轮/齿条连接，所述转向盘通过小齿轮驱动齿条。鉴于这个传动比，且考虑到转向盘的角位置传感器的精确度，齿条的线性位置的估计的绝对误差应该在原则上大约为如下量级：1度/(360度/转)*50mm/转＝0.14mm。

然而，发明人已发现，在强烈转向的情形下，也就是说当在转向盘上施加显著的力时(例如模拟空档操作(manoeuvrededégagement)或离开泊车位置的操作)，对该齿条的位置评估的所述误差，也就是说齿条的实际位置(平移)与从转向盘的测量位置计算出的所述齿条的理论位置之间的偏差可达到超过1mm，即接近大于理论的期望误差的7倍的值。

在实践中，在转向盘受以10N.m的量级的高转向扭矩的新转向上，这种误差相当于由转向盘得出的设定点位置与齿条的有效位置之间10度的角度偏差(以在转向盘的角度参考系内的角位置的形式表达)。

于是可以理解的是，这种不确定性不能够使前述的路径控制或制动系统的最佳可靠性和效率得以保证。

此外，倘若可能的话，在绝对意义上讲，通过使用专用的传感器以增加对构件的角位置测量的精确度(该传感器位于其位置被期望已知精确度的构件处)，这种解决方案在实践中代表显著的附加成本，以及转向系统在质量和体积上的增加，其与由汽车制造商一直追求的减重和成本降低的目的背道而驰。

分配至本发明的目的旨在克服上述缺陷以及提供对动力转向构件的位置的新评价方式，其具有增加的精确度和可靠性，同时特别简单和便宜地实施。

借助于用于确定属于车辆转向机构的可移动转向构件的位置的方法来实现分配至本发明的目的，该车辆转向机构至少包括第一可移动构件(诸如转向辅助发动机的轴)，以及与第一可移动构件分离的第二可移动构件(诸如齿条)，该第一可移动构件与第二可移动构件通过至少第一连接件彼此配合，第一连接件允许第一构件与第二构件之间的力和移动的传输，所述方法包括：参考位置获取步骤(a)，在该参考位置获取步骤(a)期间，测量第一构件相对于预定原点的瞬时位置，然后包括转换步骤(b)，在该转换步骤(b)期间，根据第一构件的瞬时位置来计算第二构件的瞬时位置，所述方法的特征在于，其包括：应力测量步骤(c)，在该应力测量步骤(c)期间，收集表示通过第一连接件在第一构件与第二构件之间传输的瞬时力的应力值，然后包括校正步骤(d)，在该校正步骤(d)期间，取决于所述应力值来调整转换步骤(b)，以便在计算第二构件的位置时计及第二构件相对于第一构件的位置偏移，该位置偏移是由于第一连接件在由后者传输的力的作用下的弹性变形所致。

事实上，发明人已经发现，造成已知的位置估计方法不精确主要源自在诸可移动转向构件之间的机械连接件的弹性性质(在应力下的变形)，诸如在(诸)小齿轮和齿条之间的啮合连接件。

更具体地，所采取的常规方法至今隐含地认为，作为对最近的传动比(其特征在于连接件的几何形状)第一近似，诸转向构件之间的连接件在运动学上是理想的，并涉及无限刚性构件，以使得第二构件的位置在连接件的输出端处是第一构件在连接件的输入端处的位置的精确映像。

事实上，已知的方法忽略在某些情况下可能影响转向构件的相对定位的一些因素，并且尤其没有计及连接件(以及对它们的组成构件)的固有柔韧性，然而这可能使计算失真，特别是当转向构件在高应力下运行时。

有利的是，根据本发明的方法因此允许通过在计算第二构件的位置时加上校正值(该校正值可根据连接件所传输的力的水平变化)完成上述传统方法，以便计及实际连接件的弹性性质并且从而在所述计算中包括所述连接件(并且更具体地，构成所述连接件的各构件)在应力下可能发生的变形的作用。

考虑并量化连接件的弹性挠曲现象以及该现象对第二构件相对于第一构件的位置的具体影响因而有利地允许计算具有增加的精确度的所述第二构件的有效定位，因为这是已知的，在一方面，第一构件的位置(并且因而是连接件位于其中的几何配置)，并且在另一方面，连接件的应力条件以及所述连接件的弹性行为(《柔韧性》)，其允许关联所考虑的应力条件下的量化变形(这种弹性行为可特别借助于以模拟或测试活动获得的算图(abaque)来表征)。

更普遍地，值得注意的是，根据本发明的方法能够精确地计算属于转向操作运动链的任何构件的位置而不需要在所述运动链中的任何点处的任何附加的传感器，并且该方法不管在所述运动链中的连续连接件的数量，只要已知首先在所述链的第一点处的一个参考位置(一个便足够)，其次所述链的(诸)连接件的运动特性(理想的理论传动比)，以及再次，对于包括在第一点和第二点之间的每个连接件而言(或对视作一个整体的所有连接件而言)，施加在连接件(或所有连接件)上的传输应力的状况和所述连接件(或所有连接件)的《柔韧性》按规律的形式或连接件(或所有连接件)的弹性的特性曲线，其中第一点的参考位置是已知的并且第二点的位置是期望计算的。

根据本发明的方法以特别有利的方式将允许尤其以低成本和高精确度以及绝对误差通常小于或等于1(一)度计算转向盘的角位置和/或齿条的位置(通过等效于转向柱的参考系中的角位置转回)。

低成本将特别关于如下事实，即计算可从已经出现在车辆的车载电子网络上或甚至在转向系统本身的网络上的信号执行计算，诸如辅助发动机的轴位置，由所述发动机施加的辅助扭矩设定点，和/或由驾驶员手动施加的转向盘扭矩。

本发明的其它目的、特征和优点将通过阅读以下说明，以及通过使用出于纯粹示例性和非限制性目的而提供的附图而将在进一步的细节中显现，其中：

图1示出了可应用根据本发明的方法的双小齿轮动力转向机构的示例。

图2以示意图示出了用于实施根据本发明的方法的转向机构的运动链的连续的构件和连接件的分解原理。

图3以功能框图示出了转向构件的位置的计算的实施原理的示例，以应用到图1的机构的图2的运动链为优选参考。

图4示出了在第一连接件处(此处通过第一小齿轮在辅助发动机和齿条之间)的图1的机构的应力下弹性变形的弹性算图(称为《第一柔韧性曲线》)特性的示例。

图5示出了在第二连接件处(此处在齿条和固定至支承转向盘的转向柱的第二齿轮之间)的图1的机构的应力下弹性变形的弹性算图(称为《第二柔韧性曲线》)特性的另一示例。

图6以局部放大的一般视图示出了图1转向机构的各不同构件的各自位置，在这种情况下为转向周期期间辅助发动机的轴的位置、齿条的位置以及第二小齿轮(位于驾驶员一侧上)的位置，以便相对地显示(通过使用相对于转向盘的标准缩放比例)一方面所计算的齿条的位置以及所计算的第二小齿轮的位置按照根据本发明的方法从辅助发动机的轴的角位置测量值被评估，另一方面在相同应力条件下在测试台上测量这些相同转向构件的有效位置，所计算的曲线以及所测量的曲线的接近度使得能够理解根据本发明的计算方法的高精确性和良好可靠性。

本发明涉及一种用于确定位置的方法，且更具体地涉及用于确定属于车辆转向机构4的可移动转向构件1、2和3的绝对位置，该车辆转向机构4至少包括第一可移动构件1(诸如转向辅助发动机M的轴1)以及与第一可移动构件1分离的第二可移动构件2(诸如齿条2)，它们通过允许在第一构件1和第二构件2之间传输力C1以及移动的至少一个第一连接件L1彼此配合。

转向机构4将优选地包括转向盘3，通过该转向盘3驾驶员可作用，且可更具体地在接合齿条2的转向柱5上手动地施加转向盘扭矩C_V，以便所述齿条2在固定至车辆底盘的转向壳体中平移位移(沿图1中以Y表示的方向，其优选地基本上对应于所述齿条的纵向轴线，且优选地对应于车辆的横向转向)。

为了方便描述，由直接三面体形成的标记与转向机构4相关联，且更一般地与车辆相关联，该三面体的纵向水平方向(车辆的后-前)以X表示，横向水平方向(横向右-左)以Y表示，且竖直方向以Z表示。

位移，也就是齿条2的位置变化(沿方向Y)通过转向杆6、7引起左转向盘8和右转向盘9的偏航取向(绕轴线Z的转向角α₈和转向角α₉)的变化。

优选地，如图1所示，转向机构4形成动力转向机构，该动力转向机构包括至少一个优选的电气辅助发动机M，且优选地具有两个操作方向，这允许根据预定辅助规律向转向操作提供辅助扭矩，所述辅助扭矩被称为《发动机扭矩》C_M。

通过举例的方式，该发动机扭矩C_M将能够放大转向盘扭矩C_V，以便有助于车轮的转向或甚至有助于在转弯出口处使转向盘3返回至中心位置。

根据优选变型，转向机构4将能够形成双小齿轮机构，如图1所示。

这种双小齿轮机构首先包括(在形成《辅助段》的运动链部分上的)辅助发动机M，该辅助发动机M的轴1形成第一可移动构件且通过包括第一小齿轮11的第一连接件L1接合在转向齿条2上，该转向齿条2可滑动地安装在转向壳体中且形成第二可移动构件。

所述双小齿轮机构还包括(在形成《手动段》的运动链部分(与先前的运动链部分远离且分离)的)转向盘3，该转向盘3形成第三可移动构件且通过包括第二小齿轮12(其在这种情况下紧固至与接收转向盘3的一端相对的转向柱的一端)的第二连接件L2接合齿条2。

因此，根据本发明的方法完全可应用于转向布置的其它变型，因为期望从对属于相同运动链的另一个构件的位置的知晓而获知(计算)一个可移动构件的位置是被的。

因此，转向机构4可替代地形成包括辅助发动机M的单小齿轮机构，该辅助发动机M在转向盘3和小齿轮12(仅此次)之间直接接合转向柱5(例如，通过具有蜗轮与蜗杆的减速器)，这允许所述转向柱5与齿条2啮合。

为了方便描述，出于优先但非限制性的目的，在下文中将参考前面描述的转向构件，且更具体地参考双小齿轮布置。

在任何情况下，如图2所示，允许所述可移动转向构件1、2和3通过相对于彼此(串联)铰接来彼此相互作用且沿由所述连接件L1、L2和Li的运动性质限定的分离路径位移的一连串可移动转向构件1、2、3和i+1以及一系列所述连接件L1、L2和Li......(i表示整数)将形成转向机构4的运动链，最终允许对车辆的转向元件(转向盘8和转向盘9)的转向角α₈和转向角α₉的修改。

当然，相关的(诸)连接件L1、L2和Li将设置成允许机械动力从输入构件(例如，用于连接件L1的第一构件1)传输至它们的输出构件(例如，用于连接件L1的第二构件2)，这将足以允许输入构件驱动输出构件位移，以便修改转向盘8、9的转向角和/或保持所述转向角(具体地抵抗由道路施加在所述车轮上的应力)。

当然，(诸)连接件L1、L2、Li将能够采用任何适当的形式来耦合两个连续构件1、2、3，以供力传输C1、C2、Ci以及期望的运动转换。

(诸)连接件L1、L2、Li将有利地为双向，也就是说将允许转向运动至左边以及右边。

以特别优选的方式，所述(诸)连接件L1、L2、Li将可逆，也就是说输入构件将能够驱动输出构件位移，且相反地输出构件将能够驱动输入构件位移。由此，所述连接件将能够例如形成齿轮、连接杆组件或甚至可逆球形螺杆连接件。

根据优选变型，第二构件由转向齿条2形成，该转向齿条2可滑动地安装在转向壳体中且第一构件1在其上与小齿轮11啮合。

将注意的是，按照根据本发明的方法选择通过计算确定齿条2的位置允许获得对转向盘8、9的偏转角(转向角)的特别精确且可靠的评估，达到使所述齿条2在转向运动链中特别靠近所述转向盘8、9(因为所述齿条2仅通过控制短车轴的偏转转动的连接杆6、7与所述转向盘8、9分离)的程度。

安全系统的效率，且具体地路径控制系统(ESP)的效率(使用该转向角信息α₈、α₉)将因此增加。

根据本发明，方法包括：参考位置获取步骤(a)，在该参考位置获取步骤(a)期间，测量第一构件1相对于预定原点的瞬时位置θ1。

更优选地，第一构件1由转向辅助发动机M的轴1形成，辅助发动机的所述轴1的瞬时角位置θ1将在参考位置获取步骤(a)期间，优选地借助于集成到所述发动机M的位置传感器来测量。

有利地，已存在于辅助发动机内(这是所有同步电动发动机通常的情况)的角位置传感器的使用允许节省专用附加传感器，且出于按照根据本发明的方法计算的目的，允许直接使用位置θ1信息，该信息在发动机M处，且更一般地在车辆机载网络(控制器局域网)上已直接可用。

该方法的实施因此有利地不会引起转向系统体积增大或重量增加。

将注意的是，为了方便描述(且为了方法的使用简化)，表示转向构件位置1、2、3、12(...)的所有值θ1、θ2、θ3、θ12(...)(且具体地为驱动轴的角位置θ1、齿条的纵向位置θ2、第二小齿轮12的角位置θ12或转向盘3的角位置θ3)将优选地以通用(唯一)标记表达成《等效角位置》，所述标记通常优选地附接至转向盘3的物理转动轴线(X₃X₃')。

在适当时，转向构件1、2、12的实际绝对位置(例如以附接至车辆的标记X、Y、Z表达)与相同转向构件1、2、12的等效角位置(以附接至转向盘3的轴线的标记表达)之间的转换将能够通过将相关构件的所述绝对位置(物理)乘以传动比(且具体地为减速比或增速比)的倒数来执行，该传动比在几何学上表征将转向盘3的所考虑构件1、2、12分离的连接件L1、L2、Li的连接或连续。

《传动(比)R_L1、R_L2》(或《转换比》)与所考虑连接件L1、L2的几何形状有关，且限定输出构件(这里为连接件L1的第二构件2)的移动的运动特性，且具体地为所述移动的幅度(位置)或速度，这取决于输入构件(对于该相同连接件L1而言的第一构件1)的移动的特性(幅度、速度)。

该传动比R_L1、R_L2在齿轮连接件的情况下通常对应于(在减速或放大方面的)齿轮比、在球形螺杆连接件的情况下对应于以螺杆角为单位的轴向步进增量，或甚至在小齿轮12/齿条2连接件的情况下对应于与小齿轮12的节圆半径对应的杠杆，等等。

因此，例如，齿条的线性(绝对)位置，也就是说所述齿条相对于转向的中心位置O的线性位移(通常以毫米表达)将能够通过将所述线性位移乘以第二连接件L2的齿轮比(移动转换比)的倒数(也就是说，通常乘以小齿轮12的节圆半径的倒数)而转换至等效角位置θ2。

以特别优选的方式，可移动构件的等效角位置将进一步能够《标准化》，也就是说与被选择以限定共同标记的构件(这里优选地为转向盘3)的行程数值范围相关。

换句话说，每个转向构件的相应位移将能够以转向盘3的等效转动幅度的形式表述，转向盘的该转动幅度必需控制所述构件所考虑的位移。

在实践中，可以通过如下方式来执行转向构件的位置的标准化，以及更加具体地执行转向构件的等效角位置的标准化：由所考虑构件1、2、12的总行程来表现所述所考虑构件(测量或计算)的瞬时位置的系数，然后用该系数乘以转向盘3的对应总角行程。

以举例的方式，如果我们认为，在将齿条2从其中心位置(转向盘8、9沿着车辆的纵轴排列)转换至其向左最大转向位置(轮8、9取向车辆的向左最大可能位置)时，为了该目的，需要通过将转向盘3向左转θ3_MAX度(总角行程)在平移中使所述齿条位移总行程y_2MAXmm，于是可以通过如下方程式来给定与所述齿条向左任意位移y₂mm对应的齿条2的标准化角位置θ2：θ2＝y₂/y_2MAX*θ3_MAX。

应注意，这种“标准化”表述模式最终认为(假定，为了简化转向机构4的表示和管理)，如果连接件L1、L2、Li良好并且在实践上无限刚性(并且没有间隙)，则它们相应的传动比R_L1、R_L2、R_Li实际上将是一致的(R_Li＝1)，以使得具体地，第二构件2(或者所考虑的运动链的任何其它构件)的标准化等效角位置θ2将等于第一构件1的标准化等效角位置θ1。

此外，在所有情况下，也就是说无论保持为表达构件的位置的表述模式(实际绝对位置、等效角位置或者等效标准化角位置)，当轮8、9笔直指向前方(也就是说，根据零转向角取向：α₈＝α₉＝θ)时，标记的原点(可移动构件的所述位置相对于该标记的原点量化)均优选地与转向装置的中心位置O(空挡位置)相对应(并且更加具体地处于转向盘3的中心位置处)。

根据本发明，该方法包括：在参考位置获取步骤(a)之后的转换步骤(b)，在转换步骤(b)期间，从第一构件的瞬时位置θ1(以及，在适当时从第一连接件L1的传动比R_L1)来计算第二构件2的瞬时位置θ2。

根据本发明，该方法还包括：应力测量步骤(c)，在应力测量步骤(c)期间，收集表示通过第一连接件L1在第一构件1与第二构件2之间传输的瞬时力C1的应力值C1，随后是校正步骤(d)，在校正步骤(d)期间，取决于所述应力值C1来调整转换步骤(b)，以便在计算第二构件2的位置θ2时计及第二构件2相对于第一构件1的位置漂移δθ_L1，该位置漂移δθ_L1由第一连接件L1在由后者传输的力C1的作用下的弹性变形所致。

为了方便，转向构件的位置也以在附接到转向盘3的轴线(X₃X₃')的相同参考标记中的角位置的形式来表述，分别通过连接件L1、L2、Li传输的力C1、C2、Ci......将以关于所述参考轴线(X₃X₃')的等效驱动扭矩的形式来表达。

此外，为了简洁和方便标记，表示力的应力值将被同化成力C1、C2、Ci本身。

计算所需要的应力值C1、C2、Ci可以通过任何适合的方式来获取，并且特别通过放置在辅助发动机M上、接近转向盘3的转向柱5上等的一个或多个扭矩传感器来获取，或者通过从车载网络上可用的数据而执行的任何相关评估(计算)来获取。

有利地，根据本发明的方法允许通过相当简单的计算来实时地以高精确度确定转向运动链的任何(第二)构件2的位置，这仅是通过计及：一方面，(第一)参考构件1的位置，以及另一方面，将第一构件1与第二构件2分离的运动链中间段的实际固有弹性、有关所述中间段的不同元件的构成材料的性质的弹性对其形状和尺寸产生的结果，以及由于所述段在应力下发生的变形导致相对于所考虑构件的理论位置发生额外偏转作用(移位)，如果连接件理想的话，就可能观察到该额外偏转作用(移位)。

当然，本发明提供的计算原理可以在涉及运动链的整个长度上重复使用并且从一个步骤扩展至下一个步骤、从一个连接件扩展至下一个连接件，而不管所述链的构件数量和构成连接件，以便能够通过非常高精确的计算来确定该链的任何构件2、3、i+1的位置，即使是距离构件1(在适当的情况下为唯一的构件)非常远的构件，也可以通过测量来准确地知道其参考位置。

此外，有利地是绝对地无差别地选择运动链的任何构件(可以轻易地计算出该构件的位置)来作为参考是可能的，也就是说作为计算的起点，只要可用(在运动学上和弹性上)，不同连接件的特点连续地交跨以及相应应力条件的知识允许从该参考构件开始逐步地执行位置重置(校正)并且直到最终期望计算其位置的目标构件。

因此，考虑例如通过转向盘3的角位置或甚至齿条2的纵向线性位置的测量来获知参考位置是可能的。

在特别优选的方式中，在校正步骤(d)期间，根据预定的弹性算图A_L1((图4)其也可称为《柔韧性曲线》且表示第一连接件L1的弹性行为)，将表示对应于所述第一连接件L1在所述应力值C1下的弹性变形的位置移位δθ_L1的校正分量δθ_L1与应力值C1相关联。

在这里再次，为了便于说明，校正分量δθ_L1将被同化(assimilera)成其代表的位置移位。

位置移位δθ_L1的表达模式和因此相应的校正分量δθ_L1的表达模式将优选与保持表达目标构件的所计算的位置(对其应用该校正)的表达模式一致，从而所述移位可以视情况表达，可以是《实际》形式(以附接到车辆上的标记)，或者优选地，以等效角移位的形式(以附接到转向盘3的轴线的标记)或在特别优选的方式中，为标准化的角移位的形式(报告为转向盘3的行程的数值范围)。

还应注意，当在所研究的运动链中连接件相互交跨时，位置移位的计算原理当然适用必要修正。

因此，如特别是在图3中可以看到的，所述第二连接件L2受传动力C2，将表示位置移位δθ_L2的校正分量δθ_L2(该位置移位δθ_L2对应于(在第三构件3、12和第二构件2之间的)所述第二连接件L2在应力值C2下的弹性变形与第二构件2和第三转向构件(例如第二小齿轮12或转向盘3)之间的第二连接件L2的交跨(franchissement)相关联，并且这由于表示第二连接L2件的弹性行为的(第二)预定弹性算图A_L2(图5)。

值得注意的是，本发明的一般原理包括特征：在此借助于弹性算图、转向的运动链的段(无论该段是什么)的弹性，其中所述段在所述链的第一点和远离所述第一个的所述链的第二点(并优选属于形成与第一点所属的分开的刚体(solide)的转向构件)之间延伸，以便一方面能够从对(测得的)第一点的位置，以及在第一点和第二点之间的(理想的)运动连接件的其它特性方面(如果适用)，和最后的经历所述段的应力状况(并且更具体的为扭矩)的知晓来计算所述第二点的有效位置(且更具体为角位置)，而无论相关段的长度和性质如何都是适用的，特别是无论构成所述段的分离的构件和(诸)连接的数量多少，因为有算图表征所述段以评估与应力下的位置移位有关的(相对于假定的理想运动有关的理论位置)相关校正。

在这方面，应注意的是，可以根据需要在尽可能多的段中任意地分割转向机构4的运动链，并通过其自身的弹性算图来表征这多个段中的每个段。

每个段的《长度》，且更具体地在相同段中连接在一起的(诸)构件和(诸)连接件的数量，将特别是能够根据各种标准选择，诸如其位置需要计算的“至关重要”构件的选择，在有力传输时所述构件或连接件对弹性变形的灵敏度，和/或根据(更多或更少精细)要提供的所需分辨率，以便表征运动链的行为。

因此，通过示例的方式，如果运动链被细分成连续的短段(根据“细网格(maillagefin)”)，每个部分仅包含连接件L1的(以及相互接合而形成所述连接件的紧密并列的两个可移动构件1,2)，则可在运动链中的任何点处采用高精确度逐步确定每个段的各构件的相应位置，从而允许在转向链的状况上提供非常完整的信息。

相反地，相同段(更粗网格)内几个连接件的分组将只允许确定由于它们的关键性质将被预先选择的一些构件的位置(链的所有构成构件之间)，但有利地是使用更少的(力)传感器，更少的存储资源(用于算图)和更少的计算能力。

无论所使用的网格的细度，将分配弹性算图A_L1、A_L2、A_Li给有关段，该弹性算图A_L1、A_L2、A_Li将位置移位δθ_L1、δθ_L2、δθ_Li(通过弹性变形)与所述段的应力状况C1、C2、Ci相关联，且更具体地表达为扭转力(等效)下的(等效)角变形。

在这方面，将有利地注意到，段的《长度》延伸(也就是说构件及构成其的连接件的数量和/或尺寸的增加)在实践中不会恶化从所述段的一个端部构件(输入构件)的位置到同一段相对端部构件(输出构件)的位置之间的计算精确度，条件是只要建立算图即可，该算图可有效地表征所述段从输入构件到输出构件的行为作为整体。

必要的算图(一个或多个)可通过任何合适的方式，并且例如根据经验通过在实际转向机构4上执行的一系列测试，或者通过(有限元计算类型的)数值模拟，来建立或预先建模。

所述算图或《地图》可以，例如以曲线(散点图)的形式存储在转向计算器的非易失性存储器中。

为了限制所需的存储空间，所述通常为非线性的曲线可以特别简化，并且基于有限数量的点(例如十个点)的知晓，在适当情况下内插，例如线性分段地或通过合适的多项式函数。

此外，发明人根据经验发现，所研究的算图连接件(一个或多个)L1、L2的弹性行为，通常表现出滞后现象，如图4和5中可看到的。

在这种情况下，滞后循环的行进方向是逆时针的，如所述附图中箭头所示。

然而作为第一近似值，为了计算位置移位，可以认为一半滞后的平均曲线所对应的平均弹性行为穿过了该循环的中点，所述平均曲线由图4和5中的虚线标绘表示。

在实践中，如图6中所示，测试显示，所达到的精确度，即在计算的位置值与实际位置值之间记录的最大误差(正如由本文中用于齿条位置θ2和第二小齿轮(驾驶员侧)位置θ12的测试台测量(在所述图6中被称为“测得值”的数值)所验证的)低于或等于1(一)度，即使对显著转向幅度来说也是如此，在本文中对应于驱动轴1角度变化θ1，等效于转向盘转动幅度3的+/-150度。

作为指示，通常生活情形中机动车辆转向所对应的在这些测试期间所实施的力，以3N.m的量级用于转向盘扭矩C_V，从4N.m至8N.m用于由辅助发动机输出的发动机扭矩C_M，这使得齿条2上的拉伸力能达到约14kN。

所以，根据可以构成完整发明的实施方式的一种可能变型，为了计及与转向运动链的一个或多个段(且更具体地是一个或多个连接件L1、L2)的弹性变形相关联的滞后现象，完全可以在校正步骤(d)期间考虑在应力下弹性变形中的行为规律(具体是第一连接件L1)，该应力将随应力值C1、C2是随着时间的推移而增加(即以绝对值增加)还是相反地随着时间的推移而减小而有所不同。

在这种情况下，滞后在本文中具有的结果是，具有最初相等应力值的位置移位幅度在所述应力C1、C2的“下降”阶段(也就是说，当应力的幅度减小，并趋于零)变得(或保持)比所述应力C1、C2的“上升”阶段(也就是说当所述应力的幅度从零往上增加)时更大。

上升阶段(应力增加阶段)和下降阶段(应力减少阶段)之间的这种区别将有利地允许获得与弹性变形相关的增加的位置移位的估计精确度以及由此而来的(精确度增加的)对有关构件2、3、12的位置的计算。

对上升或下降模式的选择可以根据所了解的应力值C1、C2的前进方向来执行，该前进方向本身可以通过计算时间一阶导数(也就是说，通过随时间推移依次(两个不同的时刻t1然后t2)测量的两个应力值C1(t1)、C1(t2)之间的变化量(差值)的符号)来确定。

在适当情况下，在导数计算的上游可以提供低通滤波器，以便防止噪声去扭曲对应力值C1、C2的前进方向的评价。

优选地，如图3所示，转换步骤(b)包括理论转化子步骤(b1)，在该子步骤(b1)中，通过用第一构件1的位置θ1乘以第一连接件L1的理论传动比R_L1来计算出第二构件2的理论位置分量θth2，其被虚构地视为未变形的；接着是复位子步骤(b2)，在该复位子步骤(b2)期间，从校正步骤(d)得到的校正分量δθ_L1添加到第二构件的理论位置分量θth2，以获得第二构件2的有效位置θ2。

换句话说，正如图3和6具体所示的，为了进行计算，优选地将输出构件2的有效位置θ2(优选表达为等效的绝对角位置，在适当情况下会标准化)视为是第一分量与第二分量δθ_L1的总和(代数总和，将符号考虑在内)，其中第一分量对应于具有输入构件1的连接件L1为理想和无限刚性状态时所述输出构件2所处的理论位置θth2，第二分量对应于在连接件L1的应力C1下由弹性变形诱发的位置移位。

当然，如果输出构件2的有效绝对位置θ2被标准化，也就是说，被表达为附接于另一个可移动构件(诸如转向盘3)的共同标记中的等效角位置，则当计算理论位置时可以避开传动比R_L1(意味着考虑统一传动比)，以使得输出构件2的所述理论位置(原则上)等于输入构件1的测量位置：θth2＝θ1。

最终，根据这种简化途径，本方法因此允许通过仅仅将与在应力值C1下连接件L1的弹性变形相关的校正分量δθ_L1(也被标准化，也就是说，表达为共同标记中的等效角偏转)施加于(以代数方法相加到)第一构件1的测量位置θ1来实时估计(计算)第二构件2的有效位置。

当然，更通常地通过重复每一个连接件i(分别针对运动链的每一段)、应力值Ci的测量和由弹性变形引起的对应位置移位δθ_L1的确定(优选地根据弹性算图A_Li)，可以通过将移位的代数和加到充当参照的第一构件的测量位置θ1来精确地并且在每个瞬间确定远程构件i+1的位置：

应当注意的是，在这方面，为了便于描述，图3只使用符号《+》来指示代数和的这些运算，而不管角位置的固有(正或负)符号和所考虑的移位。

当然，实际上，特别根据施加于连接件的构成构件的应力的正负号和然后沿产生于这些应力的变形的方向，《代数和》可以相当于减去校正分量的值或相反地将校正分量的值加到角位置的值。

例如，在转向系统的常规使用中，转向盘3(因此第二小齿轮12)和辅助发动机M(且因此驱动轴1)(主动地)驱动齿条2并且然后一般相对于所述齿条“前进”。

换句话说，对应连接件的弹性变形在这些情况中导致所操控构件2保持从操控构件1、12命令其要到达的理论位置返回。

因此并且如图6中说明，驱动轴1与齿条2之间的连接件L1的弹性具有“延迟”齿条2的(引发的)位移相对于轴1的(发动机)位移的作用，齿条2的位移幅度且因此来自(绝对)校正值δθ_L1的其位置θ2低于驱动轴1的对应位移的幅度。

根据这个示例，可特别观察到，对于接近+152度的驱动轴1的位置θ1(以标准化方式在转向盘3的参考系中表达)，齿条“只”达到约+146度，代数校正δθ_L1于是为负，大约-6度。

相反地，如果我们考虑第二小齿轮12(承受齿条2和转向盘3的共同作用并且因此获益于趋于以与辅助发动机1相同的方向操控转向的转向盘扭矩C_V)，则齿条2与所述第二小齿轮12之间的连接件L2的弹性允许所述第二小齿轮12“赶上”其相对于理想中的理论位置延迟的部分(由驱动轴的位置θ1给出)。

在实践上，为了获得本文中的第二小齿轮12的位置θ12将给对齿条的位置θ2作出的校正δθ_L2进行正计数。

以相同方式，这相当于考虑齿条2相对于操控其的第二小齿轮12“有所延迟”。

在本文中，在前述提及示例中，第二小齿轮12的位置将然后是大约+150度(与+146度齿条相比)。

在任何情况中并且如上文已提及，应当注意的是，根据本发明的方法允许根据对单个参考构件(本文中在这个示例中是驱动轴1)的有效位置(如通过图6中存在于所考虑构件的《计算的》位置曲线与《测量的》有效位置曲线之间的接近来证明(所述曲线由对测试台进行同时验证而使出))的知晓来获得不同构件(在这个实例中是齿条2和第二小齿轮12)的瞬时位置的极精确并且相对确切的评价。

在这种情况中，应当注意的是，根据本发明的计算的位置与每个构件2、12的实际位置之间的最大绝对误差(也就是说，《计算》曲线与《测量》曲线之间的最大偏差)保持低于1.5度或甚至1(一)度。

在本文中，在转向机构4的整个运动链中，精确度等级基本上等于用于限定参考构件(本文中是驱动轴1)的位置的角度传感器的等级。

然后应当注意的是，通过考虑用于确定转向机构4的构件的相应位置的计算中的弹性变形，本发明有利地允许有效地补偿迄今为止影响所述计算的误差。

根据优选变型，第一构件1由转向辅助发动机M的轴形成，在应力测量步骤(c)期间，收集表示由发动机输出的辅助扭矩(或发动机扭矩)的应力值C1。

优选地，通过测量由辅助发动机M的轴1施加的扭矩，例如借助于磁致伸缩型的扭矩传感器，或者通过测量施加至所述发动机M的辅助设定点而收集所述应力值C1。

在实践上，施加至发动机的辅助设定点的测量可以包括：在考虑瞬间读取(在由控制动力转向的计算器管理的数据中)或者测量供应至所述发动机M的电流的强度，该强度事实上表示由所述发动机输出的发动机扭矩C_M。

如上所述，该应力值C1、C_M将优选地允许对应于第一连接件L1的弹性变形而估算角位置偏差δθ_L1。

有利地注意到，有关发动机扭矩C_M的信息通常已经可用在控制转向的车载网络上，从而对于本发明的使用不需要对转向进行特殊布局。

根据优选实施例，如上文所述以及在图1中所示，转向机构4是包括辅助发动机M的双小齿轮机构，辅助发动机M的轴1形成第一可移动件并且通过第一连接件L1接合，第一连接件L1包括第一小齿轮11、转向齿条2以及转向盘3，转向齿条2可滑动地安装在转向壳体中并且形成第二可移动件，转向盘3形成第三可移动件，该第三可移动件通过第二连接件L2与齿条2接合，第二连接件L2包括第二小齿轮12。

根据该变型，在参考位置获取步骤(a)期间，可测量辅助发动机的轴1的瞬时角位置θ1，并且在应力测量步骤(c)期间，一方面，通过辅助发动机提供的辅助扭矩(发动机扭矩)C_M，另一方面，通过驾驶员在转向盘3上手动地施加转向盘扭矩C_V，以便能够(如图3所示)通过从辅助发动机的轴1的角位置θ1相继计算齿条θ2的位置、计及在发动机扭矩C_M的作用下第一连接件L1的变形δθ_L1确定转向盘3的角位置θ3，和/或分别确定第二小齿轮12的角位置θ12，然后，通过计及在辅助扭矩C_M和转向盘扭矩C_V的结合作用下第二连接件L2的变形δθ_L2(取自第二算图A_L2)，(也就是说，在应力值C2的作用下的这种情况对应于代数和C2＝C_M+C_V，)相对于齿条的位置θ2确定转向盘的角位置θ3、分别确定第二小齿轮12的角位置θ12。

在本文中，存在良好的逐步位置计算图示，在图示期间，连续地计算了分别对运动链的不同链接的移位所作的贡献，运动链由所述构件和中间连接件组成，该中间连接件将参考构件(第一构件1)与期望要知晓位置的目标构件分离(在本文中为第三构件3、12)。

根据该方法的实施方式的优选变型，算图或多个算图A_L1、A_L2根据转向机构4的磨损条件而变化，例如，取决于车辆的里程数。

这种更新(例如在车辆的定期检查期间而执行)特别允许考虑到磨损的作用，在连接件中间隙的逐渐出现和摩擦的减少中，其改变弹性行为，且更加具体地，考虑连接件(或者运动链的考虑的截面)的刚度以及因此适用算图的曲线。

本发明本身当然涉及计算器和/或可由计算器读取的数据介质，其包含计算机程序代码元素，从而允许实施根据本发明的方法。

因此，应注意，仅通过对它们车辆的动力转向计算器进行重新编程(包括算图的储存)，本发明也可以通过对已经在路上的车辆追加改进来实施。

本发明本身最后还涉及机动车辆，且更具体地涉及具有驱动轮和具有特别旨在用于载送人的转向盘的机动车辆，该机动车辆包括动力转向机构4，动力转向机构4装备有根据本发明的计算器和/或由根据本发明的位置确定方法来控制。

当然，本发明决不限于唯一所述的变型，本领域的技术人员特别能够对上文提到的特征进行隔离或自由地组合，或等效替代。

特别是，优选地能够将该方法适用于：通过对在包括单个小齿轮12的转向机构内的转向盘θ3的位置的知晓或者对在包括单个小齿轮12的转向机构内的发动机θ1的轴的位置的知晓来计算小齿轮12和/或齿条2的位置，且该转向机构的辅助发动机M与转向柱5在转向盘3与所述小齿轮12之间接合。

在这种情况下，取决于发动机扭矩C_M或者发动机扭矩C_M和转向盘扭矩C_V的结合，算图可以特别通过小齿轮12表达在发动机M与齿条2之间(独特的)连接件L2的变形。

Claims (10)

1.一种用于确定属于车辆转向机构(4)的可移动转向构件(1、2、3)的位置的方法，所述车辆转向机构(4)至少包括诸如转向辅助发动机(M)的轴(1)的第一可移动构件(1)，以及诸如齿条(2)的与所述第一可移动构件(1)分离的第二可移动构件(2)，所述第一可移动构件(1)与所述第二可移动构件(2)至少通过允许力(C1)和移动在所述第一构件(1)与所述第二构件(2)之间传输的第一连接件(L1)来彼此配合，所述方法包括：参考位置获取步骤(a)，在所述参考位置获取步骤(a)期间，测量所述第一构件(1)相对于预定原点的瞬时位置(θ1)；然后包括转换步骤(b)，在所述转换步骤(b)期间，从所述第一构件(1)的所述瞬时位置(θ1)计算所述第二构件(2)的瞬时位置(θ2)，所述方法包括应力测量步骤(c)，在所述应力测量步骤(c)期间，收集表示通过所述第一连接件(L1)在所述第一构件(1)与所述第二构件(2)之间传输的瞬时力的应力值(C1)，然后包括校正步骤(d)，在所述校正步骤(d)期间，取决于所述应力值(C1)调整所述转换步骤(b)，以便在计算所述第二构件(2)的所述位置(θ2)时计及所述第二构件(2)相对于所述第一构件(1)的位置移位(δθ_L1)，所述位置移位(δθ_L1)由所述第一连接件(L1)在后者所传输的力的作用下的弹性变形所致，所述方法的特征在于，在所述校正步骤(d)期间，根据表示所述第一连接件(L1)的弹性行为的预定弹性算图(A_L1)将表示位置移位(δθ_L1)的校正分量(δθ_L1)与所述应力值(C1)相关联，所述位置移位(δθ_L1)对应于所述第一连接件(L1)在所述应力值(C1)下的弹性变形，并且在于，所述弹性算图(A_L1)根据所述转向机构(4)的磨损状况而改变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹性算图(A_L1)取决于所述车辆的所述里程数而改变。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述转换步骤(b)包括理论转换子步骤(b1)，在所述理论转换子步骤(b1)期间，通过将所述第一构件(1)的所述位置(θ1)乘以被假定为不可变形的所述第一连接件的理论传动比(R_L1)来计算所述第二构件(2)的理论位置分量(θth2)，然后包括复位子步骤(b2)，在所述复位子步骤(b2)期间，将来自于所述校正步骤(d)的所述校正分量(δθ_L1)加到所述第二构件的所述理论位置分量(θth2)，以便获得所述第二构件的所述有效位置(θ2)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述校正步骤(d)期间，计及在应力下的弹性变形中所述第一连接件(L1)的行为规律，所述行为规律根据所述应力值(C1)是随时间的推移增加还是相反地随时间的推移降低而异。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一构件(1)是由转向辅助发动机(M)的轴形成，以及在于，在所述参考位置获取步骤(a)期间，测量所述轴(1)的所述瞬时角位置(θ1)，优选地借助于集成在所述发动机(M)中的位置传感器来测量。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一构件(1)是由转向辅助发动机(M)的所述轴形成，以及在于，在所述应力测量步骤(c)期间，收集应力值(C1)，所述应力值(C1)表示由所述发动机输出的辅助扭矩(C_M)，优选地通过测量由所述发动机的轴所施加的扭矩来收集或者通过测量施加于所述发动机的辅助设定点来收集。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二构件(2)是由转向齿条形成，所述转向齿条可滑动地安装在转向壳体中并且所述第一构件(1)在其上与小齿轮(11)啮合。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述转向机构(4)是包括辅助发动机(M)的双小齿轮机构，所述辅助发动机(M)的轴(1)形成第一可移动构件并且由包括第一小齿轮(11)的第一连接件(L1)接合转向齿条(2)以及转向盘(3)，所述转向齿条(2)可滑动地安装在转向壳体中并且形成所述第二可移动构件，所述转向盘(3)形成由包括第二小齿轮(12)的第二连接件(L2)接合所述齿条(2)的第三可移动构件，以及在于，在所述参考位置获取步骤(a)期间，测量所述辅助发动机的轴的瞬时角位置(θ1)，且在所述应力测量步骤(c)期间，一方面测量由所述辅助发动机提供的辅助扭矩(C_M)，而另一方面测量由所述驾驶员手动施加于所述转向盘(3)上的转向盘扭矩(C_V)，以便能够通过从所述辅助发动机的所述轴的所述角位置(θ1)相继计算所述齿条(θ2)的所述位置、计及在所述发动机扭矩(C_M)的作用下所述第一连接件(L1)的变形(δθ_L1)确定所述转向盘的所述角位置(θ3)，和/或分别确定所述第二小齿轮的所述角位置(θ12)，然后通过计及所述第二连接件(L2)在所述辅助扭矩(C_M)和所述转向盘扭矩(C_V)的结合作用下的变形(δθ_L2)，相对于所述齿条的所述位置确定所述转向盘(3)的所述角位置(θ3)、分别确定所述第二小齿轮(12)的所述角位置。

9.一种计算器或计算器可读取的数据介质，包括允许实施根据前述权利要求中任一项所述的方法的计算机程序代码元素。

10.一种包括动力转向机构的机动车辆，所述动力转向机构装备有根据权利要求9所述的计算器和/或由根据权利要求1到8中任一项所述的位置确定方法来控制。