CN108883790A - 用于在具有电的伺服马达的转向系统中求取转向角的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在具有电的伺服马达的转向系统中求取转向角的方法，所述电的伺服马达配备有转子位置传感器和转子位置计数器，其中太阳齿轮与转向主轴一起旋转，具有不同齿数的两个行星齿轮与所述太阳齿轮相啮合，所述行星齿轮分别分配有行星齿轮位置传感器。对于所述方法来说，在正常的运行模式中从所述两个行星齿轮的转向角位置中确定当前的转向角并且在一个行星齿轮位置传感器失灵之后从所述转子位置传感器的角度位置和所述转子位置计数器的数值中求取所述转向角。

Description

用于在具有电的伺服马达的转向系统中求取转向角的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在具有电的伺服马达的转向系统中求取转向角的方法。

背景技术

知道车辆中的转向系统，所述转向系统具有用于支持转向运动的电的伺服马达。伺服力矩比如通过转向传动机构被馈入到所述转向系统中，其中所述转向传动机构将转向主轴的转向运动转换为能转向的车轮的调节运动。这样的转向系统比如在DE 10 2010 062577 A1中得到了说明。

除此以外知道，将转向角传感器用于探测转向主轴的当前的转向角。按照DE 19703 903 A1，在所述转向主轴上固定永久磁体，所述永久磁体在壳体侧上分配有对磁场敏感的传感器，通过该传感器在转向主轴转动时能够记录磁场变化，从所述磁场变化中能够推断出转向角。

此外，从DE 102 48 060 A1中知道，为了检测能旋转的磁性的构件的当前的角度位置而布置AMR传感器并且除此以外布置两个彼此成角度地布置的霍耳传感器。这允许检测比仅仅用一个传感器大的角度范围。

发明内容

本发明的任务在于，用简单的措施和高的可靠性在转向系统中求取转向角。

该任务按照本发明用独立权利要求的特征得到解决。从属权利要求表明适宜的改进方案。

借助于所述按本发明的方法能够在转向系统中求取转向角，所述转向系统配备有用于产生支持性的伺服力矩的电的伺服马达。所述伺服马达在运动学上比如通过所述转向系统的转向传动机构与所述转向系统相连接，用所述转向传动机构将转向主轴的转向运动转换为能转向的车轮的调节运动。由于所述电的伺服马达的转子与所述转向系统的运动学上的连接，能够从通过马达旋转所明确的转子位置角度中推断出当前的转向角。

所述转向系统的电的伺服马达配备有转子位置传感器和对所述转子位置传感器的旋转（Umdrehung）进行计数的转子位置计数器，用所述转子位置传感器和所述转子位置计数器可以求取当前的转子位置角度。除此以外，所述转向系统配备有另外的传感器系统，所述另外的传感器系统包括与所述转向主轴相连接的太阳齿轮和两个嵌合到所述太阳齿轮中的行星齿轮，所述行星齿轮分别分配有行星齿轮位置传感器。所述两个行星齿轮具有不同齿数。这允许根据诺纽斯原理从所述两个行星齿轮的当前所求取的角度位置中确定当前的转向角。由于所述两个行星齿轮的不同齿数，这些行星齿轮对于每个转向角来说具有所定义的行星齿轮角度，其中所述两个行星齿轮的行星齿轮角度彼此有别。根据所述行星齿轮角度之间的差别，在知道所述两个行星齿轮的角度配对（Winkelpaar）时能够在整个转向角范围内相对于所述转向角进行明确的分配。

所述按本发明的转向系统由此冗余地配备有两个不同的用于求取转向角的传感器系统。所述转向角优选-在用按规定地发挥功能的行星齿轮传感器进行的正常的运行模式中-从所述两个行星齿轮的角度位置中来确定。这种处理方式具有以下优点：这种传感器系统与电压供给无关并且不要求静态电流。尤其在电池电压损耗之后，不需要使具有所述两个行星齿轮位置传感器的传感器系统重新初始化。由于基于的诺纽斯原理而能够随时也在电池电压损耗之后仅仅从所述两个行星齿轮的所求取的角度位置中推断出当前的转向角，而不必使所述行星齿轮位置传感器初始化。

如果行星齿轮位置传感器失灵并且由此不能维持正常的运行模式，则借助于分配于所述电的伺服马达的转子位置传感器和所述转子位置计数器来求取所述转向角。所述转子位置传感器和所述转子位置计数器由此用作用于下述情况的安全解决方案或者备用解决方案（Auffanglösung），即：行星齿轮位置传感器失灵并且再也不能从所述行星齿轮位置角度的数值对中求取所述转向角。

所述转子位置计数器包含所述转向角的信息。所述转子位置传感器比如覆盖大约20°转向盘运动。所述转子位置计数器的角度信息拥有大约5°的转向盘运动的分辨率。因此，通过所述转子位置计数器的粗略地分辨的绝对位置和所述转子位置传感器的精细地分辨的、但是关于转向盘位置多义的信息的使用以更高的分辨率来求取转向盘位置。

总之，通过这种处理方式显著地提高了容错性。具有两种彼此独立的传感器系统的冗余的设计方案也允许在一个行星齿轮位置传感器失灵时求取所述转向角。所述容错性也通过以下方式得到改进：对于功能可靠的行星齿轮位置传感器来说在静止状态中不存在电的相关性，因为不需要静态电流消耗。在电池电压损耗之后不必使所述行星齿轮位置传感器初始化。

所述按本发明的方法将所述两种不同的传感器系统的使用置于分级的次序中。在正常的运行中，使用所述具有太阳齿轮和两个行星齿轮以及相应所分配的行星齿轮位置传感器的传感器系统，以用于确定转向角。只要所述两个行星齿轮位置传感器按规定地工作，那就不需要激活所述转子位置传感器和所述转子位置计数器或者动用所述转子位置传感器及转子位置计数器的数据。不过也仍然能够使用所述转子位置传感器及转子位置计数器的信息，以用于对从所述行星齿轮位置传感器中所获取的转向角进行验证。

随着行星齿轮位置传感器的失灵而要动用所述转子位置传感器和所述转子位置计数器。行星齿轮位置传感器的失灵涉及这个传感器的电压供给、在这种传感器中的硬件故障或者用于对这个传感器进行信号传输的电线中的故障。

按照一种有利的实施方式，在一个行星齿轮位置传感器失灵之后使用余下的保持完好的行星齿轮位置传感器的数值，以用于使所述转子位置计数器初始化。这种处理方式具有以下优点：能够确定转向机构的零位或者中间位置，从而通过所述转子位置传感器的数据能够确定向左和向右离开所述中间位置的偏移（Auslenkung）。所述保持完好的行星齿轮位置传感器承担提供初始化信号的功能。

还是按照另一种适宜的实施方式，在所述另一个行星齿轮位置传感器失灵时连续地继续利用所述行星齿轮位置传感器的数据并且与所述转子位置传感器或者转子位置计数器的数据一起用于求取当前的转向角。连续地借助于所述转子位置传感器或者转子位置计数器的信息来将所述行星齿轮位置传感器的数据编入索引（indexieren）。

还是按照另一种适宜的实施方式，在一个行星齿轮位置传感器失灵之后借助于余下的完好的行星齿轮位置传感器从转向主轴的端部止挡之间的转向主轴运动中求取所述转向主轴中间位置的数值。所述端部止挡之间的比如在停车过程期间所检测到的运动定义了最大可能的转向角范围，在所述最大可能的转向角范围内能够为所述余下的行星齿轮位置传感器的每个数值分配所述转子位置传感器或者转子位置计数器的数值，从中能够推断出当前的转向角。

用所述按本发明的转向系统能够实施所述用于求取转向角的方法，所述按本发明的转向系统包括如前面所描述的那样包括所述具有所分配的转子位置传感器和转子位置计数器的电的伺服马达并且作为另一种传感器系统包括与转向主轴一起旋转的太阳齿轮连同两个嵌合的行星齿轮以及各一个行星齿轮位置传感器。所述行星齿轮具有不同齿数，以用于能够实现所期望的诺纽斯原理。所述两个行星齿轮的齿数在此彼此有别，按照有利的实施方式相差最大10%。原则上足够的是，所述两个行星齿轮的齿数仅仅相差一个齿。适宜的是，和谐地使所述两个行星齿轮的齿数不重合，以用于在将所述行星齿轮位置角度的数值对分配给所述转向角时避免多义情况。

附图说明

另外的优点和适宜的实施方式可以从另外的权利要求、附图说明及附图中得知。

图1示出了用于车辆的转向系统，该转向系统具有用于进行转向支持的电的伺服马达；

图2示出了所述转向系统的传感器系统的示意图。

在附图中相同的构件设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出的用于车辆的转向系统1包括转向盘2、转向主轴或者转向轴3、转向壳体或者传动机构壳体4以及带有转向齿杆5的转向拉杆，通过所述转向齿杆将转向运动传递到所述车辆的能转向的车轮6上。所述传动机构壳体4接纳着具有转向器主动齿轮和转向齿杆5的转向传动机构8，其中所述转向器主动齿轮抗相对转动地与所述转向轴3相连接并且与所述转向齿杆5相啮合。

所述转向主轴3与所述转向盘固定地连接，驾驶员通过所述转向盘2来预先给定转向角δ_L，该转向角在所述传动机构壳体4中的转向传动机构8中被传递到所述转向拉杆的转向齿杆5上，随后在能转向的车轮6上出现车轮转向角δ_V。

为了支持由驾驶员所施加的手动力矩，在所述转向系统1中布置电的伺服马达7，通过该电的伺服马达能够将伺服力矩馈入到所述转向传动机构8中。

图2示出了所述具有第一传感器系统9和第二传感器系统10以及控制器11的转向系统的截取部分，所述第一传感器系统和第二传感器系统以及控制器用于求取所述转向主轴3的当前的转向角。所述第一传感器系统9包括抗相对转动地与所述转向轴3相连接的太阳齿轮12、两个行星齿轮13和14以及两个分别分配于行星齿轮13或者14的行星齿轮位置传感器15和16。

所述第二传感器系统10包括处于所述电的伺服马达7的转子轴上的信号发送器17、壳体侧的转子位置传感器18以及转子位置计数器19。所述信号发送器17优选构造为永久磁体，所述永久磁体抗相对转动地布置在所述电的伺服马达7的转子轴的端面上。所述转子位置传感器18比如是霍耳传感器。所述转子位置计数器19优选被集成到所述控制器11中。所述具有信号发送器17、转子位置传感器18及转子位置计数器19的第二传感器系统10以本身熟知的方式发挥功能，方法是：由所述转子位置传感器18来检测并且分析所述信号发送器17的在转子轴旋转时变化的磁场。

所述具有太阳齿轮3、两个行星齿轮13和14以及两个行星齿轮位置传感器15和16的第一传感器系统9基于所述诺纽斯原理，方法是：所述两个与以固定在主轴上的方式布置的太阳齿轮13相啮合的行星齿轮13和14具有不同齿数。所述两个行星齿轮13和14的齿数至少相差一个齿，比如所述两个行星齿轮13和14之间的齿数能够相差大约10%。由于不同齿数，所述两个行星齿轮13和14的每个角度位置配对刚好分配有所述转向主轴3的转向角。每个行星齿轮13、14的角度位置通过相应所分配的行星齿轮位置传感器15或者16来求取。

在所述控制器11中，对不仅所述第一传感器系统9而且对所述第二传感器系统10的通过传感器检测到的数据进行分析。

在所述转向系统的正常的运行模式中-在所述行星齿轮位置传感器15和16发挥功能时-通过所述具有两个行星齿轮13和14的第一传感器系统9来求取所述转向角。而所述第二传感器系统10则在正常的运行模式中停止发挥功能。这种处理方式具有以下优点：所述第一传感器系统9不需要电流消耗并且由此在与所述车辆中的电池电压无关的情况下，因而车载电网中的电压扰动对转向角求取也没有影响。

在故障情况中-在一个行星齿轮位置传感器15或者16失灵时-再也不能通过所述第一传感器系统9来求取转向角。在这种情况下，激活所述第二传感器系统10，通过所述第二传感器系统能够连续地继续求取转向角。余下的完好的行星齿轮位置传感器在此用于使所述第二传感器系统、尤其是转子位置传感器18初始化。

附图标记列表：

1 转向系统

2 转向盘

3 转向主轴

4 传动机构壳体

5 转向齿杆

6 前轮

7 电的伺服马达

8 转向器转动机构

9 第一传感器系统

10 第二传感器系统

11 控制器

12 太阳齿轮

13 第一行星齿轮

14 第二行星齿轮

15 第一行星齿轮位置传感器

16 第二行星齿轮位置传感器

17 信号发送器

18 转子位置传感器

19 转子位置计数器

Claims (6)

1.用于在具有电的伺服马达（7）的转向系统中求取转向角的方法，所述电的伺服马达配备有转子位置传感器（18）和对所述转子位置传感器（18）的旋转进行计数的转子位置计数器（19），其中太阳齿轮（12）抗相对转动地与转向主轴（3）相连接，具有不同齿数的两个行星齿轮（13、14）与所述太阳齿轮相啮合，所述行星齿轮分别分配有行星齿轮位置传感器（15、16），其中在正常的运行模式中从所述两个行星齿轮（13、14）的角度位置中确定当前的转向角并且在一个行星齿轮位置传感器（15、16）失灵之后从所述转子位置传感器（18）的角度位置和所述转子位置计数器（19）的数值中确定所述当前的转向角。

2.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在一个行星齿轮位置传感器（15、16）失灵之后将余下的完好的行星齿轮位置传感器（15、16）的数值用于使所述转子位置计数器（19）初始化。

3.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

在一个行星齿轮位置传感器（15、16）失灵之后将余下的完好的行星齿轮位置传感器（15、16）的数值用于将所述转子位置计数器（19）编入索引。

4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，

其特征在于，

在一个行星齿轮位置传感器（15、16）失灵之后借助于余下的完好的行星齿轮位置传感器（15、16）从所述转向运动的端部止挡之间的转向主轴运动中求取所述转向主轴中间位置的数值。

5.用于实施按权利要求1到4中任一项所述的方法的转向系统，所述转向系统具有电的伺服马达（7），所述电的伺服马达配备有转子位置传感器（18）和转子位置计数器（19），其中太阳齿轮（12）抗相对转动地与转向主轴（3）相连接，具有不同齿数的两个行星齿轮（13、14）与所述太阳齿轮相啮合，所述行星齿轮分别分配有行星齿轮位置传感器（15、16）。

6.按权利要求5所述的转向系统，

其特征在于，

所述两个行星齿轮（13、14）的齿数相差最大10%。