CN108349526A - 机电动力转向系统、用于确定绝对旋转角度的方法、以及用于校准用于测量绝对旋转角度的测量装置的方法 - Google Patents

机电动力转向系统、用于确定绝对旋转角度的方法、以及用于校准用于测量绝对旋转角度的测量装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于确定可枢转地安装的转向轴(300)的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt的装置和方法，其中，借助用于动力辅助的具有传动装置传动系数K的传动装置(6，40)将电动机(2)的转子的旋转耦合到转向轴(300)的旋转中，其中，在该方法中借助转子位置传感器(7)并且利用已经发生的转子旋转数来测量转子旋转的旋转位置，这个值直接用于确定转向轴(300)的高度准确的绝对旋转角度Xt。在校准方法中，确定根据其进行旋转计数或计算的初始值。

Description

机电动力转向系统、用于确定绝对旋转角度的方法、以及用于 校准用于测量绝对旋转角度的测量装置的方法
本发明涉及具有权利要求1的前序部分所述的特征的机电动力转向系统以及具有权利要求10的前序部分所述的特征的用于测量机电动力转向系统的转向轴的绝对转向角度的方法。此外，本发明涉及用于校准用于测量机电动力转向系统的转向轴的绝对转向角度的这种测量装置的方法。
转向角度传感器测量机动车辆方向盘的转动角度。因此，在本说明书中的术语“转向角”含义下，应当理解的是转向轴和与之联接的方向盘的旋转角度，而不是车辆方向盘的转动角度。除了别的以外，该信息对于车辆动态控制、电子稳定程序(ESP)来说是必需的。关于对旋转角度的这种确定的一般问题在于，转向轴可能进行多次旋转以将转向系统从转向限止器移动到转向限止器。因此，在最常用的传感器的情况下，需要连续记录并存储方向盘的当前旋转角度位置，因为常见的角度传感器可以测量最多360°，然而机动车辆方向盘的角度范围为+/-720°(共四次旋转)或更大。
在公布文献DE 10 2008 011 448 A1中提出了一种解决方案，其中，通过两个齿轮传动装置来检测转向轴，其中第一齿轮传动装置是内摆线传动装置，利用该装置可以通过多次旋转来确定绝对角度值。第二齿轮传动装置用于改善角分辨率，从而可以更准确地确定旋转角度。借助计算出的两个检测到的角度信号的组合可以确定绝对角度。然而，所提出的解决方案由于使用了两个传动装置因而特别复杂，并且对绝对角度的校准也较复杂，因为必须首先分别找到空挡位置或直线位置。
DE 600 11 684 T2公开了一种解决方案，其中，使用两个传感器，其中一个传感器监测转向轴的位置，另一个传感器监测伺服电机的转子的位置，以便生成对超出完整旋转的角度范围的转向轴角度的清楚度量。由此，执行旋转增量增加或减少以便借助两个信号的组合来确定绝对角度。该解决方案的缺点是将测量信号复杂地校准成绝对角度。
从WO 2015/078664 A1中已知一种由转向角度传感器和扭矩传感器构成的整体构造单元，其中，转向角度传感器有传动装置，其中确定两个齿轮的位置以计算绝对转向角度。
常规的系统还需要一种即使在点火关闭时也检测转向角的装置，从而在启动车辆时可得到正确的转向角并且机电动力转向的控制系统可以起作用。此外，使用常规的系统只有付出极大努力才能实现测量准确性。
因此，本发明的目的是：提供一种机电动力转向系统，其具有用于确定其转向轴的绝对角度的系统，该系统可以以高水平的准确度容易地被校准并且另外还具有简单且廉价的构造。
特别地，应该确定转向轴的高度准确的绝对旋转角度。
旋转角度应被理解为绝对旋转角度，其可以扩展跨过轴的多次旋转，例如+/-1800°。
高度准确的测量应被理解为角度度量的测量准确度至少与所使用的转子位置传感器的准确度对应。
该目的通过具有权利要求1所述的特征的机电动力转向系统以及具有权利要求10、11和12所述的特征的用于测量高度准确的绝对转向角度的方法得以解决。在权利要求13至16中示出了用于描绘高度准确的绝对转向角度的度量的校准方法。在从属权利要求中示出了本发明的有利的进一步发展。
因此，本发明提出了一种用于机动车辆的机电动力转向系统，包括：
●转向轴，其绕转向轴旋转轴线可枢转地安装，并且可以采取各种旋转位置，
●电动机，其具有：转子，该转子的旋转被耦合到动力转向系统中；以及转子位置传感器，其用于测量该转子的转子角度Yt，
●转向角度传感器单元，用于测量转向轴的旋转位置与预先限定的输出旋转位置相比的绝对旋转角度Xt1，
其中，动力转向系统还包括：
●估算单元，其用于将转子角度Yt与绝对旋转角度Xt1组合以确定转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt，
●其中，该估算单元包括用于存储至少两个测量元组的装置，其中每个测量元组包括转子角度(Yk)的角度值和转向轴的旋转位置的相关的绝对旋转角度(Xk)的角度值，
●其中，该估算单元包括加法器，其用于计算转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt，该加法器可以基于所存储的测量元组Xk、Yk通过增加或减去所测量的转子角度Yt来确定转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt。
这意味着测量准确度直接由转子位置传感器的准确度决定，尽管在最大程度操作转向轴的仅少数旋转期间转子位置传感器旋转了数次。转向角度传感器单元仅用于确定大致位置。由此，优选地，正好使用一个转向角度传感器单元。
通常，机动车辆中的转向轴被分成连接到方向盘的输入轴或上转向轴和连接到转向传动装置以使车轮转动的输出轴或下转向轴，并且二者通过扭力杆以扭转弹性的方式彼此连接。使用与下转向轴相对的上转向轴的扭力以确定驾驶员引入转向系统的扭矩。然而，在该过程中允许仅少数几个角度的相对扭力以确保机动车辆的可控性。就本发明而言，可以确定上转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度，或者然而作为替选方案，确定下转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度。所提出的装置和方法可以解决这两个目的。因此，上转向轴或下转向轴被假设在同义词“转向轴”下。然而，优选地确定下转向轴的旋转位置。
由此，有利地设计了其他特征以使得转向角度传感器单元可以明确地确定跨多个转向轴旋转的大致位置。
因此优选地，设置有第一齿，其面向外并且绕转向轴旋转轴线周向地运转，第一齿以防扭转的方式被联接到转向轴，并且设置有第二齿轮，第二齿轮绕第二齿轮轴线可枢转地安装并设置有第二齿，第二齿面向外并且绕第二齿轮轴线周向地运转，其中，第二齿轮轴线被布置成与转向轴旋转轴线平行且间隔开，并且第一齿与第二齿彼此啮合。
此外优选的是设置有第三齿轮，其绕第三齿轮轴线可枢转地安装，并且具有第三齿，第三齿面向外并且绕第三齿轮轴线周向地运转，其中，第三齿轮轴线被布置成与转向轴旋转轴线平行且间隔开，并且被布置成与第二齿轮轴线平行且间隔开。
优选地，为了易于对旋转角度进行磁性检测而设置有磁性基底，其以防扭转的方式连接至第三齿轮或者一体地形成第三齿轮，其中，可以借助传感器元件来检测其旋转位置。用齿轮的彼此组合来表现齿轮传动装置，使得：优选地，磁性基底或简单来说磁体与待检测的转向轴旋转的旋转相比更缓慢地旋转。特别地，尽管转向轴进行多次旋转例如四次旋转，但基底或磁体只能转动最多360°。
为了表现齿轮传动装置，特别是减速为较慢的旋转，第三齿轮优选地被部分地容纳在第二齿轮内并且绕第三齿轮轴线可枢转地安装。
为了简单地示出偏心传动装置，可以设置第四齿轮，其具有第四齿，第四齿面向内并且绕第二齿轮轴线和第三齿轮轴线周向地运转，第四齿与第三齿啮合。
特别地，参照转向轴轴线、第二齿轮轴线和第三齿轮轴线以静止且不可移动的方式将第四齿有利地布置在其旋转位置中。
特别地，可以用最多四个齿轮同时执行利用前述四个齿来确定高度准确的旋转角度Xt，其中，该系统中另外还包含转子的旋转至动力转向系统的耦合。
有利的是，该结构适于将具有扭矩传感器单元的转向角度传感器单元一体地呈现出来，以确定在整体结构单元中由驾驶员引入转向轴的转向轴扭矩。借此将机械和电气耦合组合起来，并且在结构层面上简化整个系统。
此外，本发明的目的通过一种用于确定可枢转地安装的转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt的方法得以解决，其中，借助用于动力辅助的具有传动装置传动系数K的传动装置将电动机的转子的旋转耦合到转向轴的旋转中，其中，在该方法中，借助转子位置传感器并且利用已经发生的转子旋转数来测量转子旋转的旋转位置，该值直接用于确定转向轴的高度准确的绝对旋转角度。在机动车辆运行期间的正常测量期间，转向角度传感器单元不用于相应地确定高度准确的绝对旋转角度。转向角度传感器单元用于校准初始值并确定初始旋转位置。此外，转向角度传感器单元可以在发生故障的情况下用作后备级别和/或用于检测测量时可能的错误。
特别地，用于确定可枢转地安装的转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt的方法包括下述步骤：
a)利用转子位置传感器测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
b)参照转子角度初始值Yk0以及相应的旋转角度初始值Xk0来读取所存储的转子的当前旋转数值N，其中，这些值已经在校准过程的范围内被确定了；
c)根据下式计算转向轴的高度准确的绝对旋转角度Xt的值：
Xt＝Xk0+(Yt-Yk0)/K+N*360°/K。
作为替选方案，还可以借助一种用于确定可枢转地安装的转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度的方法来解决该目的，其中，利用用于动力辅助的具有传动装置传动系数K的传动装置将电动机的转子的旋转耦合到转向轴的旋转中，其中，该方法包括下述步骤：
a)利用转子位置传感器测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
b)使用转向角度传感器单元测量转向轴的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
c)从分别包括所测量的旋转角度Xk和相关的所测量的转子角度Yk的一定量的预先确定的校准数据集(测量元组)中选择最接近旋转角度Xt1的当前测量值的校准数据集Xk1、Yk1；
d)确定为了从来自校准数据集Xk1的转向轴的旋转角度得到转向轴的当前测量的旋转角度Xt1而已经发生的转子的旋转数N1；
e)根据下式计算转向轴的高度准确的绝对旋转角度的值：
Xt＝Xk1+((Xt1-Xk1)/(|Xt1-Xk1|)*(|Yt-Yk1|)/K)+N1*360°/K。
优选地，根据下文所示的校准过程确定了许多校准数据集，使得旋转次数N1的值总为0(＝零)。这意味着为转子的每个360°旋转确定一个(优选地正好单个)校准数据集。
然而，如果确定了仅单个校准数据集，则两种解决方法会彼此融合。
用于确定高度准确的绝对旋转角度的方法还可以进一步发展到除了转子的角度之外还考虑旋转方向的程度。因此，针对每个旋转方向都有单独的校准数据集。通过这种方式可以补偿传动部件中的滞后并且进一步提高准确度。
可以看出该方法的重要优点在于：转向角度传感器系统的传动装置的不准确性几乎不会对所获得的测量结果产生任何影响。因此，方向盘传感器系统中的传动装置可以是较廉价的。
用于确定校准数据集的校准可以使用用于校准测量装置的方法来进行，该测量装置用于测量可枢转地安装的转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt，其中，利用用于动力辅助的具有传动装置传动系数K的传动装置将电动机的转子的旋转耦合到转向轴的旋转中，其中，该方法包括下述步骤：
a)为电动机供电以将转向轴的旋转位置转变至第一方向；
b)利用转子位置传感器以一定的检测间隔连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
c)借助转向角度传感器单元连续测量转向轴的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1，并且其中以所提及的检测间隔来进行检测；
d)在旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ia、Yia的测量值对；
e)为电动机供电以将转向轴的旋转位置转变至第二方向；
f)借助转子位置传感器以前述检测间隔连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
g)借助转向角度传感器单元连续测量转向轴的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
h)在旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ib、Yib的测量值对；
i)形成测量元组，其包括：作为所测量的旋转角度Xt1a和Xt1b二者的平均值的、转向轴的绝对旋转角度Xk0，以及作为所测量的转子角度Ya和Yb二者的平均值的转子角度Yk0；
j)将测量元组Xk0、Yk0作为校准数据集保存在存储装置上，并将零值(＝0)作为当前旋转数值N保存到存储器单元中。
为了确定进一步的校准数据集，可以规定在保存了第一测量元组Xk0、Yk0之后，执行一次或若干次下述进一步的步骤：
a)重新为电动机供电以将转向轴的旋转位置转变至第一方向；
b)借助转子位置传感器连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
c)借助转向角度传感器单元连续测量转向轴的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
d)在达到预先定义的差分角度时，保存转子角度Xt1ia、Yia的测量值对；
e)为电动机供电以将转向轴的旋转位置转变至第二方向；
f)借助转子位置传感器连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
g)通过转向角度传感器单元连续测量转向轴的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
h)在旋转角度Xt1相对于直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ib、Yib的测量值对；
i)形成测量元组，其包括：作为所测量的旋转角度Xt1a和Xt1b二者的平均值的、转向轴的绝对旋转角度Xk，以及作为所测量的转子角度Ya和Yb二者的平均值的转子角度Yk；
j)将测量元组Xk、Yk作为校准数据集保存在存储装置上。
为了在运用了旋转方向的情况下使用用于测量高度准确的绝对旋转角度的方法，可以使用包括下述步骤的方法来进行校准：
a)为电动机供电以将转向轴的旋转位置转变至第一旋转方向；
b)利用转子位置传感器以一定的检测间隔连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
c)借助转向角度传感器单元连续测量转向轴的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1，并且其中，以所提及的检测间隔来进行检测；
d)在旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ia、Yia的测量值对作为用于第一旋转方向的第一校准数据集；
e)针对相关的用于第一旋转方向的第一校准数据集，将零值(＝0)作为当前旋转数值Na保存到存储器单元中；
f)为电动机供电以将转向轴的旋转位置转变至第二旋转方向；
g)借助转子位置传感器以前述检测间隔连续测量转子的旋转位置的转子角度(Yt)；
h)借助转向角度传感器单元连续测量转向轴的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
i)在旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ib、Yib的测量值对作为用于第二旋转方向的第一校准数据集；
j)针对相关的用于第二旋转方向的第二校准数据集，将零值(＝0)作为当前旋转数值Nb保存到存储器单元中。
为了确定转子的当前旋转数，可以使用用于校准测量装置的方法，其包括下述步骤：
a)以前述检测间隔连续测量转子角度Yt；
b)当从检测间隔的一个时间步长到下一个时间步长转子角度Yt的增长量大于80°时，所保存的旋转数值增加一个计数并被保存为当前旋转数值N；
c)当从检测间隔的一个时间步长到下一个时间步长转子角度Yt的减小量大于+80°时，所保存的旋转数值减少一个计数并被保存为当前旋转数值N。
根据最大可能转向速度和检测频率来确定使旋转数值N改变一的跃变│ΔYt│。然而，优选使用90°或替选120°的值作为跃变因数。然而，用于改变旋转数值N的转子角度的跃变应当小于290°，优选地小于200°。在最大转向速度为3000°/秒、转向角度变化与检测频率为1kHz的情况下，从一个检测步到下一个检测步可能存在3°的转向角度改变。这与22次转子旋转到单次转向轴旋转的传递K时的66°的跃变对应。在较低的最大可能转向速度或其他传递K的情况下，必须相应地使用其他值。
以下使用附图更详细地说明本发明的优选实施方式。因此，在所有附图中相同的部件或功能相同的部件都具有相同的附图标记。在图中：
图1：示出了根据本发明的机电动力转向系统的空间视图，其具有电动机、扭矩传感器和转向角度传感器，
图2：示出了图1中的布置的立体图，其从上方示出了具有转子位置传感器的电动机，
图3：示出了扭矩传感器和转向角度传感器的整体结构单元的详细视图，
图4：示出了转向轴上的整体结构单元的布置的分解图，
图5：示出了第一侧的整体结构单元的分解图，
图6：示出了第二侧的整体结构单元的分解图，
图7：示出了与角度曲线和旋转曲线对应的传感器信号较明显的情况下的图，
图8：示出了对图7中的图的放大表示，
图9：示出了对图7中的图的绘有误差域的一部分的详细表示，
图10：示出了具有存储器和在转向柱上的伺服支承的电磁动力转向的示意性表示，其在点火装置关闭时被供应车载电压，
图11：示出了具有伺服支承和存储器的电磁动力转向的另一实施方式的示意性表示，
图12：示出了具有存储器和在转向齿条上的伺服支承的电磁动力转向的另一实施方式的示意性表示，其在点火装置关闭时也被供给车载电压，以及
图13：示出了具有存储器和在转向齿条上的伺服支承的电磁动力转向的另一实施方式的示意性表示。
图1至图4示出了机动车辆的电磁动力转向系统1，其具有支承驾驶员在转向柱上的转向运动的电动机2。为了进行支承，电动机的转子通过传动装置6被耦合到转向轴300的旋转中，在该示例中传动装置是蜗杆传动装置。转向轴300具有上转向轴3和下转向轴4，其经由扭杆5彼此联接并且绕转向轴轴线301可枢转地安装。上转向轴3以防扭转的方式直接联接到方向盘(未示出)。电动机2经由传动装置6来驱动联接至转向齿条转向齿轮(未示出)的下转向轴4。电动机2具有转子位置传感器(RPS)7。此外，整体结构单元8设置有扭矩传感器单元9和转向角度传感器单元10。扭矩传感器单元9检测上转向轴3相对于下转向轴4的扭转作为手动施加在上转向轴3上的扭矩的测量结果。相反，转向角度传感器单元10测量下转向轴3的当前转向角度。
扭矩传感器单元9具有环形磁体11(永磁体)和以防扭转的方式联接到上转向轴3的磁通导体12。相应的传感器单元13以空间上固定的方式联接到电动机2的单元。
在图4至图6中详细示出了整体结构单元8的结构。传感器单元13具有壳体14，壳体14具有壳体盖15和布置在其中的磁通导体16以及布置在印刷电路板17上的磁传感器18。通量导体12、16用于将磁流集中在磁传感器18处。
磁传感器18检测联接到环形磁体11的轴3相对于联接到磁通导体12的下轴4的扭转。
除了扭矩传感器单元9的磁传感器18之外，转向角度传感器单元10的传感器元件19也被设置在印刷电路板17上。
环形磁体11沿其外周围绕有第一齿轮20，其具有面向外的第一齿202，该第一齿是转向角度传感器单元10的一部分。该齿被布置成与转向轴轴线301同心并且以防扭转的方式联接至下转向轴4。第二齿轮21的面向外的第二周向第二齿212啮合到第一齿轮20的该第一齿202中，其从第一齿轮20滚出并绕第二齿轮轴线211可枢转地安装在壳体14的保持件中。第二齿轮轴线211被布置成与转向轴轴线301平行且偏移。依次地，第三齿轮23在第二齿轮21内绕第三齿轮轴线231偏心枢转。第三齿轮轴线231相应地被布置成与第二齿轮轴线211和转向轴轴线301平行且偏移。第三齿轮具有面向外的周向第三齿232。第四齿轮24的面向内的第四周向齿242被布置在壳体14内的保持件22内，并且与第三齿232啮合，使得该第三齿232沿着该第四齿242滚动。齿轮20、21、23形成正齿轮传动装置，其中，所有旋转轴线301、201、211、231被布置成彼此平行且彼此偏移。
由此，上转向轴3的旋转运动经由由磁性基底25构成的布置有永磁体的传动装置被传递给第三齿轮23。然后借助印刷电路板17上的传感器元件19来检测第三齿轮23的旋转。作为使用单独的永磁体的替选方案，磁性基底25可以被集成到第三齿轮23中或甚至形成整个第三齿轮。
转向角度传感器单元10的传感器元件19优选为霍尔传感器，其被布置成以静止的方式与第三齿轮23的永磁体和磁性基底25相对。
在该示例性实施方式中，转向角度传感器可以清楚地检测转向轴尤其是下转向轴4的四次旋转的范围。此外，从第一齿轮即下转向轴4起以4:1向编码器传动元件提供传动系数UF。当下转向轴4完成四次旋转时，第三齿轮仅旋转正齿轮传动装置的编码器传动元件一次。在本文所示的实施方式中，通过保持件的内齿与编码器传动元件之间的单个齿差来实现传动装置传动。因此，下转向轴4的旋转位置的绝对旋转角度Xt1(参照图7、图8、图9中的信号27)甚至可以通过下转向轴4的多次旋转来确定。由于上转向轴3经由扭转弹性扭转杆5联接至下转向轴4，并且在彼此抵靠的两个转向轴3、4之间仅允许小扭转角度，由此也可以说还确定了上转向轴3的旋转位置。
然而也可以设想并可以布置传动装置使得直接检测上转向轴3的旋转位置。此外，仅第一齿必须以防扭转的方式直接联接至上转向轴3。原则上，从上部到下部简单地反向安装转向角度传感器。然而，这不是优选的。
用于确定“零位置”或另一初始值的校准一方面在安装时以机械方式进行，并且另一方面通过在电子估算单元内确定相应的初始值来进行。
通过将电动机的传动装置与传动装置6联接至转向系统中，转向轴的旋转位置与电动机的转子的旋转位置直接关联。由此，从下转向轴4的旋转到转子的旋转的传动装置传动系数K例如为1:20。因此，转子角度Yt以20:1的比率与转向角度Xt耦合。因此准确地说，转子的旋转位置可以反映下转向轴4的旋转位置。然而，存在多次旋转因而系统必须总是“知道”当前旋转数值N为多高。这里，使用转向角度传感器单元10确定的下转向轴4的绝对旋转角度Xt1可以用于校准。
为了调节机电动力转向，在现有技术中已经通常使用转子位置传感器来确定转子的旋转位置。这是为了以精确的方式控制电动机而必需的。此外，还描绘了对转子的旋转位置的精确确定。因此，与借助转向角度传感器单元10确定的下转向轴4的绝对角度Xt1相比，使用转子位置传感器RPS确定的下转向轴4的高度准确的绝对角度Xt被更精确地确定。
在正在进行的操作期间，在初始校准之后，可以省去估算转向角度传感器单元10的测量值。然而，必须将校准值存储在适当的存储系统29中(参见图10至图13)。借此，减少了计算时间和计算工作量以及所需的功率要求。
各种校准方法都是可以设想和可能的。
使用图7、图8和图9来进一步说明测量方法和各种校准方法。
在图7、图8和图9中，相对于高度准确的绝对转向角度Xt，可以应用所测量的转子的角度Yt作为信号26，并且可以应用转向角度传感器的测量角度Xt1作为信号27。在图9中示出了取决于旋转方向的测量偏差。因此，传动装置的容差以及间隙或其他滞后效应均可被视为是与Yt1b相比转子角度Yt1a的值的偏离原因，或者是与Xt1b相比转向角度Xt1a的值的偏离原因。如图9所示，转子位置的大偏差对于转向轴位置的确定仅有轻微影响。
对下转向轴4的高度准确的绝对旋转角度Xt的实际测量或确定包括下述步骤：
d)借助转子位置传感器7测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
e)参照转子角度初始值Yk0以及相应的旋转角度初始值Xk0来读取所存储的转子的当前旋转数值N，其中，这些值已在校准过程的范围内被确定了；
f)根据下式计算下转向轴4的高度准确的绝对旋转角度Xt的值：
Xt＝Xk0+(Yt-Yk0)/K+N*360°/K。
作为替选方案，测量方法可以包括下述步骤：
a)利用转子位置传感器7测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
b)使用转向角度传感器单元10测量下转向轴4的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
c)从分别包括所测量的旋转角度Xk和相关的所测量的转子角度Yk的一定量的预先确定的校准数据集(测量元组)中选择最接近旋转角度Xt1的当前测量值的校准数据集(Xk1、Yk1)；
d)确定为了从来自校准数据集Xk1的转向轴的旋转角度得到当前测量的转向轴旋转角度Xt1而已经发生的转子旋转次数N1；
e)根据下式计算转向轴的高度准确的绝对旋转角度的值：
Xt＝Xk1+((Xt1-Xk1)/(|Xt1-Xk1|)*(|Yt-Yk1|)/k)+N1*360°/K。
优选地，根据以下所示的校准过程确定足够的校准数据集，使得旋转次数N1总是值为0。这意味着对于转子的每个360°旋转，优选地确定正好单个校准数据集。
然而，如果确定了仅单个校准数据集，则两种解决方法会彼此融合。
如果用于确定高度准确的绝对旋转角度的方法进一步发展到除了转子角度之外还考虑旋转方向的程度，则将针对每个旋转方向确定单独的校准数据集。
用于确定校准数据集的校准可以包括下述步骤：
a)为电动机2供电以将下转向轴4的旋转位置并由此将整个转向轴300转变至第一方向；
b)借助转子位置传感器7以一定的检测间隔连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
c)使用转向角度传感器单元10连续测量下转向轴4的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1，并且其中以所提及的检测间隔来进行检测；
d)在旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ia、Yia的测量值对；
e)为电动机2供电以将下转向轴4的旋转位置转变至第二方向；
f)利用转子位置传感器7以前述检测间隔连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
g)使用转向角度传感器单元10连续测量下转向轴4的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
h)在旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ib、Yib的测量值对；
i)形成测量元组，其包括作为所测量的旋转角度Xt1a和Xt1b二者的平均值的、下转向轴的绝对旋转角度Xk0，以及作为所测量的转子角度Ya和Yb二者的平均值的转子角度Yk0；
j)将测量元组Xk0、Yk0作为校准数据集保存在存储介质29上(参见图10至图13)，并将零值(0)作为当前旋转数值N保存到存储器单元中。
为了确定进一步的校准数据集，可以规定在保存第一测量元组(Xk0、Yk0)之后，执行一次或若干次下述进一步的步骤：
a)重新为电动机2供电以将下转向轴4的旋转位置转变至第一方向；
b)利用转子位置传感器7连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
c)使用转向角度传感器单元10连续测量下转向轴4的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
d)在达到预先定义的差分角度时：储存转子角度Xt1ia、Yia的测量值对；
e)为电动机2供电以将下转向轴4的旋转位置转变至第二方向；
f)利用转子位置传感器7连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
g)使用转向角度传感器单元10连续测量下转向轴4的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
h)当旋转角度Xt1相对于预先立即测量的值发生改变时：储存转子角度Xt1ib、Yib的测量值对；
i)形成测量元组，其包括作为所测量的旋转角度Xt1a和Xt1b二者的平均值的、转向轴的绝对旋转角度Xk，以及作为所测量的转子角度Ya和Yb二者的平均值的转子角度Yk；
j)将测量元组Xk、Yk作为校准数据集保存在存储装置29上。
为了在运用了一定的旋转方向的情况下使用用于测量高度准确的绝对旋转角度的方法，可以使用包括下述步骤的方法来进行校准：
a)为电动机2供电以将下转向轴4的旋转位置转变至第一旋转方向；
b)借助转子位置传感器7以一定的检测间隔连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
c)使用转向角度传感器单元10连续测量下转向轴4的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1，并且其中以所提及的检测间隔来进行检测；
d)当旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变时，保存转子角度Xt1ia、Yia的测量值对作为用于第一旋转方向的第一校准数据集；
e)针对相关的用于第一旋转方向的第一校准数据集，将零值(0)作为当前旋转数值Na保存到存储器单元中；
f)为电动机2供电以将下转向轴4的旋转位置转变至第二旋转方向；
g)利用转子位置传感器7以前述检测间隔连续测量转子的旋转位置的转子角度Yt；
h)使用转向角度传感器单元10连续测量下转向轴4的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
i)当旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变时，保存转子角度Xt1ib、Yib的测量值对作为用于第二旋转方向的第一校准数据集；
j)针对相关的用于第二旋转方向的第二校准数据集，将零值(0)作为当前旋转数值Nb保存到存储器单元中。
图8示出了确定旋转数N的可能性。当从检测间隔的一个时间步长到下一个时间步长的转子角度Yt的增长量│ΔYt│大于80°时，所保存的旋转数值增加一个计数(N＝N+1)并被保存为当前旋转数值N。当从检测间隔的一个时间步长到下一个时间步长的转子角度Xt的减小量│ΔYt│大于+80°时，所保存的旋转数值减少一个计数(N＝N-1)并被保存为当前旋转数值N。根据该示例可以看出，跃变│ΔYt│可以通常远大于80°。
在图10至图13中示出了转向系统的各种实施方式。
由驾驶员通过方向盘50引入到上转向轴3中的转向运动经由扭杆5被传递到下转向轴4中。由此，确定了转向角度传感器单元10中的至少下转向轴4的绝对旋转角度Xt1并将其发送至估算单元28。电源31经由点火开关30以可切换的方式与估算单元28的控制系统连接。具有电动机2的伺服单元40由控制系统以下述方式进行控制：支承驾驶员的转向运动，其中，转向齿条32以线性方式运动并且进行用于车轮的转动的支承。
将至少所测量的转子角度Yt添加到控制系统中。
装置29用于保存校准数据以及校准数据集Xk1、Yk1或测量元组Yk、Yk和/或当前旋转数值N。
在加法器281中执行相应的加法或减法任务。
如图10和图12所示，根据本发明的转向系统可以具有以不间断的方式被供电的装置29。在这种情况下，校准数据总是可用。然而总会消耗电力。
作为替选方案，根据本发明的转向系统可以具有仅在点火开启时被临时供电的装置29，如图11和图13所示。在这种情况下，校准数据并不总是可用。根据设计，每当关闭点火或仅在特定时段之后，数据可能会丢失。然而优点在于空载功耗较低。
在这种情况下，每次都必须重新启动校准过程。如果系统已启动(例如点火被开启)，则执行对电动机的短暂推进以引起转向轴的小幅转动(几度)，其中，至少一个元组，优选两个Xk、Yk测量元组已经过去并被保存，从而可以直接导出高度准确的绝对转向角度。
特别有利的是，可以省去在点火被关闭时测量转向轴的旋转角度Xt。相应的睡眠模式不是必需的。由于校准测量系统的方法非常简单且非常快速，因此每次启动点火装置时都会立即进行校准，从而最迟在几个驱动里程(少于10m)后转向角度的高度准确的绝对旋转角度测量已经可用。也可以在几秒钟内(小于10s)在静止位置直接执行校准过程。
根据图10和图11，表示如图1至图4所示的伺服支承的传动装置被设计为蜗杆传动装置。
作为替选方案，如图12和图13所示，转向齿条32也可以被直接供电，使得传动装置可以被设计为例如滚珠螺杆传动。
根据本发明的确定绝对旋转角度可以用于所有类型的机电动力转向。因此，转向角度传感器单元的布置不限于与扭矩传感器单元一体形式，而这是优选实施方式。
根据本发明的用于确定机电动力转向系统内的转向轴的高度准确的绝对转向角度的系统由于部件的窄范围多样性而在其结构方面特别简单且廉价，并且可以通过利用转子位置信号非常简单并准确地进行校准。

Claims (16)

1.一种用于机动车辆的机电动力转向系统(1)，包括：
●转向轴(300)，所述转向轴绕转向轴旋转轴线(301)可枢转地安装，并且能够采取各种旋转位置，
●电动机(2)，所述电动机具有：转子，所述转子的旋转被耦合到所述动力转向系统中；以及转子位置传感器(7)，用于测量所述转子的转子角度Yt，
●转向角度传感器单元(10)，用于测量所述转向轴(300)的旋转位置与预先限定的输出旋转位置相比的绝对旋转角度Xt1，
其特征在于，所述动力转向系统还包括：
●估算单元(28)，所述估算单元用于将所述转子角度Yt与所述绝对旋转角度Xt1组合以确定所述转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt，
●其中，所述估算单元(28)包括用于存储至少两个测量元组的装置(29)，其中，每个测量元组包括转子角度Yk的角度值和所述转向轴(300)的旋转位置的相关的绝对旋转角度Xk的角度值，
●其中，所述估算单元(28)包括加法器(281)，所述加法器用于计算转向轴的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt，所述加法器能够基于所存储的测量元组(Xk，Yk)通过增加或减去所测量的转子角度Yt来确定所述转向轴(300)的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt。
2.根据权利要求1所述的机电动力转向系统，其特征在于，设置有第一齿(202)，所述第一齿面向外并且绕所述转向轴旋转轴线(301)周向地运转，所述第一齿以防扭转的方式被联接到所述转向轴，并且设置有第二齿轮(21)，所述第二齿轮绕第二齿轮轴线(211)可枢转地安装并设置有第二齿(212)，所述第二齿面向外并且绕所述第二齿轮轴线(211)周向地运转，其中，所述第二齿轮轴线(211)被布置成与所述转向轴旋转轴线(301)平行且间隔开，并且所述第一齿(202)与所述第二齿(212)彼此啮合。
3.根据权利要求2所述的机电动力转向系统，其特征在于，设置有第三齿轮(23)，所述第三齿轮绕第三齿轮轴线(231)可枢转地安装并且具有第三齿(232)，所述第三齿面向外并且绕所述第三齿轮轴线(231)周向地运转，其中，所述第三齿轮轴线(231)被布置成与所述转向轴旋转轴线(301)平行且间隔开，并且被布置成与所述第二齿轮轴线(211)平行且间隔开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，设置有磁性基底(25)，所述磁性基底以防扭转的方式连接至所述第三齿轮(23)或者一体地形成所述第三齿轮(23)，其中，能够借助传感器元件(19)来检测所述第三齿轮的旋转位置。
5.根据权利要求2至4中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述第三齿轮(23)被部分地容纳在所述第二齿轮(21)内并且绕所述第三齿轮轴线(231)可枢转地安装。
6.根据权利要求2至5中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，设置有第四齿轮(24)，所述第四齿轮具有第四齿(242)，所述第四齿面向内并且绕所述第二齿轮轴线(211)和所述第三齿轮轴线(231)周向地运转，所述第四齿与所述第三齿(232)啮合。
7.根据权利要求2至6中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，参照所述转向轴轴线(301)、所述第二齿轮轴线(211)和所述第三齿轮轴线(231)以静止且不可移动的方式将所述第四齿(242)布置在其旋转位置中。
8.根据权利要求6和7中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述系统中包含前述齿轮以及所述转子的旋转至所述动力转向系统的耦合，以最大程度上确定高度准确的旋转角度Xt。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，设置有具有扭矩传感器单元(9)的转向角度传感器单元(10)，以确定在整体结构单元中由驾驶员引入所述转向轴的转向轴(300)的扭矩。
10.一种用于确定可枢转地安装的转向轴(300)的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt的方法，其中，借助用于动力辅助的具有传动装置传动系数K的传动装置(6，40)将电动机(2)的转子的旋转耦合到所述转向轴(300)的旋转中，其中，在所述方法中，借助转子位置传感器(7)并且利用已经发生的转子旋转数来测量所述转子旋转的旋转位置，这个值被直接用于确定所述转向轴(300)的高度准确的绝对旋转角度Xt。
11.一种用于确定可枢转地安装的转向轴(300)的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt的方法，其中，利用用于动力辅助的具有传动装置传动系数K的传动装置(6，40)将电动机(2)的转子的旋转耦合到所述转向轴(300)的旋转中，所述方法包括下述步骤：
a)利用转子位置传感器(7)测量所述转子的旋转位置的转子角度Yt；
b)参照转子角度初始值Yk0以及相应的旋转角度初始值Xk0来读取所存储的转子的当前旋转数值N，其中，这些值已经在校准过程的范围内被确定了；
c)根据下式计算所述转向轴(300)的高度准确的绝对旋转角度Xt的值：
Xt＝Xk0+(Yt-Yk0)/K+N*360°/K。
12.一种用于确定可枢转地安装的转向轴(300)的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt的方法，其中，利用用于动力辅助的具有传动装置传动系数K的传动装置将电动机(2)的转子的旋转耦合到所述转向轴(300)的旋转中，所述方法包括下述步骤：
a)利用转子位置传感器(7)测量所述转子的旋转位置的转子角度Yt；
b)使用转向角度传感器单元(10)测量所述转向轴(300)的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测所述旋转角度Xt1；
c)从分别包括所测量的旋转角度Xk和相关的所测量的转子角度Yk的一定量的预先确定的校准数据集(测量元组)中选择最接近所述旋转角度Xt1的当前测量值的校准数据集Xk1、Yk1；
d)确定为了从来自所述校准数据集Xk1的转向轴的旋转角度得到转向轴的当前测量的旋转角度Xt1而已经发生的转子的旋转数N1；
e)根据下式计算所述转向轴的高度准确的绝对旋转角度的值：
Xt＝Xk1+((Xt1-Xk1)/(|Xt1-Xk1|)*(|Yt-Yk1|)/K)+N1*360°/K。
13.一种用于校准测量装置的方法，所述测量装置用于测量可枢转地安装的转向轴(300)的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt，其中，利用用于动力辅助的具有传动装置传动系数K的传动装置将电动机(2)的转子的旋转耦合到所述转向轴(300)的旋转中，所述方法包括下述步骤：
a)为电动机(2)供电以将所述转向轴(300)的旋转位置转变至第一方向；
b)利用转子位置传感器(7)以一定的检测间隔连续测量所述转子的旋转位置的转子角度Yt；
c)借助转向角度传感器单元(10)连续测量所述转向轴(300)的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1，并且其中以所述检测间隔来进行检测；
d)在所述旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ia、Yia的测量值对；
e)为电动机(2)供电以将所述转向轴(300)的旋转位置转变至第二方向；
f)借助转子位置传感器(7)以所述检测间隔连续测量所述转子的旋转位置的转子角度Yt；
g)借助转向角度传感器单元(10)连续测量所述转向轴(300)的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测所述旋转角度Xt1；
h)在所述旋转角度Xt1相对于在所述检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ib、Yib的测量值对；
i)形成测量元组，所述测量元组包括：作为所测量的旋转角度Xt1a和Xt1b二者的平均值的、转向轴的绝对旋转角度Xk0，以及作为所测量的转子角度Ya和Yb二者的平均值的转子角度Yk0；
j)将测量元组Xk0、Yk0保存在存储装置(29)上，并将零值作为当前旋转数值N保存到存储器单元中。
14.根据权利要求13所述的用于校准高度准确的绝对旋转角度Xt的方法，其特征在于，在保存了第一测量元组Xk0、Yk0之后执行一次或若干次下述进一步的步骤：
a)重新为所述电动机(2)供电以将所述转向轴(300)的旋转位置转变至第一方向；
b)借助转子位置传感器(7)连续测量所述转子的旋转位置的转子角度Yt；
c)借助转向角度传感器单元(10)连续测量所述转向轴(300)的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
d)在达到预先定义的差分角度时，保存转子角度Xt1ia、Yia的测量值对；
e)为所述电动机(2)供电以将所述转向轴(300)的旋转位置转变至第二方向；
f)借助所述转子位置传感器(7)连续测量所述转子的旋转位置的转子角度Yt；
g)借助转向角度传感器单元(10)连续测量所述转向轴(300)的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测旋转角度Xt1；
h)在所述旋转角度Xt1相对于所述直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ib、Yib的测量值对；
i)形成测量元组，所述测量元组包括：作为所测量的旋转角度Xt1a和Xt1b二者的平均值的、转向轴的绝对旋转角度Xk，以及作为所测量的转子角度Ya和Yb二者的平均值的转子角度Yk；
j)将测量元组Xk、Yk保存在存储装置(29)上。
15.一种用于校准测量装置的方法，所述测量装置用于测量可枢转地安装的转向轴(300)的旋转位置的高度准确的绝对旋转角度Xt，其中，利用用于动力辅助的具有传动装置传动系数K的传动装置将电动机(2)的转子的旋转耦合到所述转向轴(300)的旋转中，所述方法包括下述步骤：
a)为所述电动机(2)供电以将所述转向轴(300)的旋转位置转变至第一方向；
b)利用转子位置传感器(7)以一定的检测间隔连续测量所述转子的旋转位置的转子角度Yt；
c)借助转向角度传感器单元(10)连续测量所述转向轴(300)的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测所述旋转角度Xt1，并且其中以所述检测间隔来进行检测；
d)在所述旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ia、Yia的测量值对作为第一校准元组；
e)针对相关的所述第一校准元组，将零值作为当前旋转数值Na保存到存储器单元中；
f)为所述电动机(2)供电以将所述转向轴(300)的旋转位置转变至第二方向；
g)借助转子位置传感器(7)以所述检测间隔连续测量所述转子的旋转位置的转子角度Yt；
h)借助转向角度传感器单元(10)连续测量所述转向轴(300)的绝对旋转位置的旋转角度Xt1，其中，利用具有传动系数UF的传动装置来检测所述旋转角度Xt1；
i)在所述旋转角度Xt1相对于在检测点处直接预先测量的值发生改变的情况下，保存转子角度Xt1ib、Yib的测量值对作为第二校准元组；
j)针对相关的所述第二校准元组，将零值作为当前旋转数值Nb保存到存储器单元中。
16.根据权利要求12至14所述的校准测量装置的方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：
a)以所述检测间隔连续测量转子角度Yt；
b)当从所述检测间隔的一个时间步长到下一个时间步长所述转子角度Yt的增长量大于80°时，所保存的旋转数值增加一个计数并被保存为当前旋转数值N；
c)当从所述检测间隔的一个时间步长到下一个时间步长所述转子角度Yt的减小量大于+80°时，所保存的旋转数值减少一个计数并被保存为当前旋转数值N。
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