CN108928385B - 用于检测转向信息的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于检测转向信息的设备和方法。该设备设置了多个转矩传感器以及用于感测转向轴的旋转角度的传感器，因而甚至在一些传感器发生故障时能够计算转向信息，诸如转向转矩、转向角度等。提供了多个转矩传感器以及绝对角度传感器(旋转角度传感器)，在确定出每个传感器的输出值是否同步之后，相应地计算转矩以及转向角度。因此，甚至在一些传感器发生故障时，能够正常地计算转矩以及转向角度，因而转向控制是可行的。

Description

用于检测转向信息的设备和方法
技术领域
本公开涉及一种用于检测转向信息的设备和方法，尤其涉及一种设备和方法，其中多个转矩传感器以及用于感测转向轴的旋转角度的传感器设置在该设备中来计算转向信息，诸如转向转矩、转向角度等，甚至在一些传感器发生故障时。
背景技术
一般而言，动力转向系统应用于车辆，通过降低移动方向盘所需的力作为用于确保转向稳定性的装置。作为动力转向系统，液压动力转向(HPS)系统在过去广泛使用在车辆中，但是环境友好以及辅助驾驶员的电动助力转向(EPS)系统在控制时通过使用电动机的转动力，不同于采用液压压力的现有方法，通常安装在当今的车辆中。
在这种EPS系统中，电子控制单元(ECU)根据由速度计、转矩传感器等感测的车辆的驾驶条件操作电动机。因此，EPS系统提供了在以低速驾驶期间轻快以及方便的转向感觉，提供了在高速驾驶期间沉重的转向感觉以及足够的方向稳定性，允许在紧急情况下的快速转向，从而给予驾驶员最佳的操作条件。
通过使用第一角度装置计算绝对转向角度以及第二和第三角度装置计算相对转向角度，现有EPS系统的ECU测量施加至扭转杆的转矩以及绝对转向角度，绝对转向角度是转向输入轴(IS)的旋转量。
根据感测转矩以及转向角度的现有方法，当在第一、第二或者第三角度装置中发生故障时，不能够计算转矩值或者转向角度。结果，转向辅助不能被控制，车辆的稳定性会在很大程度上恶化。
发明内容
在这样的背景下，本公开提供了一种甚至在一些传感器发生故障时获取转向所需的信息的设备和方法。
而且，本公开提供了一种电动助力转向(EPS)设备、转向信息检测设备等，多个转矩传感器以及绝对角度传感器(旋转角度传感器)设置在所述设备中并且确定出传感器输出值是否同步，使得甚至在一些传感器发生故障时正常地控制转向。
此外，本公开提供一种用于感测传感器装置的安装位置在转向轴处的偏移的设备和方法。
为了解决前述问题，实施例提供了用于检测转向信息的设备，设备包括：第一至第四转矩传感器，它们构造为根据转向输入轴(IS)、转向输出轴(OS)以及布置在转向IS和OS之间的扭转杆的变形来感测相对旋转角度；第一至第四旋转角度传感器，它们构造为感测转向IS或者OS的绝对旋转角度；第一同步检查器，其构造为检查四个转矩传感器的输出值的同步状态；第二同步检查器，其构造为检查四个旋转角度传感器的输出值的同步状态；转矩计算器，其构造为根据第一和第二同步检查器的确定结果基于四个转矩传感器的至少一个输出值来计算转矩值；以及转向角度计算器，其构造为根据第一和第二同步检查器的确定结果基于四个转矩传感器的至少一个输出值以及四个旋转角度传感器的至少一个输出值来计算转向角度。
另一实施例提供了用于检测转向信息的设备，设备包括：转矩传感器，其构造为根据布置在转向IS和转向OS之间的扭转杆的变形来感测相对旋转角度；偏移感测装置，其包括干涉构件，干涉构件构造为从转向IS或者OS的外周表面径向突出，以及偏移传感器，其构造为安装在固定于转向OS或者IS的一端处的旋转构件上并且根据相对于干涉构件的移动来生成输出信号；以及转矩计算器，其构造为从转矩传感器输出的相对旋转角度计算施加至扭转杆的转矩。
再一实施例提供了检测转向信息的方法，方法包括：通过第一至第四转矩传感器根据布置在转向IS和转向OS之间的扭转杆的变形来输出相对旋转角度信息；通过第一至第四旋转角度传感器来输出转向IS或者OS的绝对旋转角度信息；第一同步检查操作，检查四个转矩传感器的输出值的同步状态；第二同步检查操作，检查四个旋转角度传感器的输出值的同步状态；转矩计算操作，根据第一同步检查操作的结果基于四个转矩传感器的至少一个输出值来计算转矩值；以及转向角度计算操作，根据第一和第二同步检查操作的结果基于四个转矩传感器的至少一个输出值以及四个旋转角度传感器的至少一个输出值来计算转向角度。
附图说明
从结合附图的详细说明中，本公开的上述以及其他方案、特征及优势将更加明显，其中：
图1是图示出用于检测一般电动助力转向(EPS)系统中的转向角度和转矩的设备的图；
图2是根据本公开的实施例的用于检测转向信息的设备的功能性方框图；
图3A至图3C示出了根据本公开的实施例用于检测转向信息的设备的详细结构；
图4A至图4B示出了使用本公开的在实施例中的偏移感测装置的详细构造；
图5图示了根据本公开的实施例检测转向信息的方法的总体流程图；以及
图6图示了根据本公开的实施例感测从安装位置的偏离的方法的总体流程图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。在将参考数字添加至每个图的元件中时，如果可能，相同元件将由相同附图标记指代，虽然它们示出在不同的附图中。此外，在本公开的以下说明中，当确定出说明会使本公开的主题模糊时，此处将省略对公知功能和并入构造的详细描述。
图1是图示出与本公开相反的一般电动助力转向(EPS)系统的图。
图1的EPS系统包括转矩传感器，转矩传感器包括：第一转子14和第二转子20；以及电子控制单元(ECU)60，其基于由转矩传感器感测的信息确定参考转向角度，验证从第二和第三角度装置30和40接收的相对转向角度，并且确定验证的最终绝对转向角度。
第一转子14连接至输入轴(IS)12，第二转子20连接至输出轴(OS)18。IS12联接至设置在驾驶员的座椅中的方向盘10，OS18可以联接至与轮胎连接的下方转向结构(例如，小齿轮)。当IS12通过外力旋转时，IS12的转动力通过扭转杆16传递至OS18，因而OS18也被旋转。
扭转杆16设置在第一转子14和第二转子20之间以测量IS12和OS18之间的变形的程度。
第一角度装置50将绝对转向角度提供给ECU60，绝对转向角度是第一转子14的旋转角度。第一角度装置50可以布置成平行于第一转子14。
第二和第三角度装置30和40布置在第一转子14下方，分别将第一和第二转子14和20的相对转向角度提供给ECU60。
ECU60通过使用从第一至第三角度装置30、40和50接收的转向角度以及Vernier算法来确定参考转向角度，并且基于确定的参考转向角度追踪第一转子14的移动。关于第一转子14的移动，第一和第二绝对转向角度中的每个可以通过使用从第二和第三角度装置30和40接收的参考转向角度以及相对转向角度而计算。
此处，第二角度装置30和第三角度装置40可以称为第一转矩传感器和第二转矩传感器，第一角度装置50可以称为转向角度传感器或者旋转角度传感器。
同时，当在具有图1示出的构造的EPS系统中在第一至第三角度装置中的至少一个中发生故障时，不能够计算转矩值或者转向角度。结果，转向辅助不被控制，车辆的稳定性就会有问题。
尤其，在当前研发的自动车辆等中，转向系统不用作辅助人工转向控制的辅助转向系统，并且被自动操作以使车辆在没有驾驶员的转向输入的情况下自行转向。
因此，在用于这种自动车辆等的转向系统中，如上所述，安全会是进一步有问题的，这是由于当故障发生在角度装置中时转向控制完全终止，并且不能够测量转矩值或转向角度。
而且，传感器是安装在IS和OS中的每个处的角度装置，IS和OS是转向结构，传感器通过仪器安装固定(填缝)。因此，当执行突然转向或者施加强转向力时，偏移问题偶尔发生，也即，由于通过冲击引起的安装部分的破坏，传感器的中心点改变。
因此，本公开的实施例提出了一种构造，该构造包括：四个转矩传感器，其用于感测转矩；以及四个旋转角度传感器，其用于感测绝对旋转角度，为第一至第三角度装置的故障做准备；通过监控是否四个转矩传感器的输出值同步，以及是否四个旋转角度传感器的输出值同步来感测故障已经发生的转矩传感器以及旋转角度传感器，并且通过计算转矩值以及转向角度来排除已经发生故障的传感器的输出值。
图2是根据本公开的实施例用于检测转向信息的设备的功能性方框图。
如图2所示，根据本公开的实施例用于检测转向信息的设备可以包括：第一至第四转矩传感器410至440，它们是用于根据布置在转向IS和转向OS之间的扭转杆的变形来感测相对旋转角度的四个转矩传感器；第一至第四旋转角度传感器510至540，它们是用于感测转向IS或者OS的绝对旋转角度的四个旋转角度传感器；第一同步检查器610，其用于检查四个转矩传感器的输出值的同步状态；第二同步检查器620，其用于检查四个旋转角度传感器510至540的输出值的同步状态；转矩计算器700，其用于根据第一和第二同步检查器610和620的确定结果基于四个转矩传感器的至少一个输出值来计算转矩值；以及转向角度计算器800，其用于根据第一和第二同步检查器610和620的确定结果基于四个转矩传感器的至少一个输出值以及四个旋转角度传感器的至少一个输出值来计算转向角度。
换句话说，根据该本公开的实施例的用于检测转向信息的设备包括用于计算转矩的四个相对旋转角度传感器、用于测量转向轴的绝对旋转角度的四个旋转角度传感器，通过确定各个传感器的输出值是否相同来确定传感器的故障，以及通过仅使用在正常状态下的传感器的输出值来计算转矩值以及转向角度。
在该说明书中，四个转矩传感器以及四个旋转角度传感器被作为示例描述，但是转矩传感器的数量以及旋转角度传感器的数量不限制于此。换句话说，本公开包含的实施例包括多个转矩传感器以及旋转角度传感器，并且通过确定多个传感器是否同步来计算转矩以及转向角度。为了方便理解，下文将描述存在四个转矩传感器以及四个旋转角度传感器的情形。
图3A至图3C示出了根据本公开的实施例用于检测转向信息的设备的详细结构。
如图3A至图3C所示，转向轴包括：转向IS100，其连接至方向盘或者转向柱；以及转向OS200，其连接至小齿轮等；以及扭转杆300，其是固定在转向IS100与转向OS200之间的变形装置。
第一输入侧旋转构件120和第二输入侧旋转构件130固定在转向IS100的一端处。
两个输入侧旋转构件120和130随着转向IS100旋转，可以进一步包括以下将参考图4A至图4B详细描述的偏移感测装置以感测从初始安装位置(也即，中心位置)的偏离。
第一和第二输入侧旋转构件120和130还可以称为转子，可以是圆形平面板构件，它们分别具有N个以及M个齿轮齿或者孔。第一和第二输入侧旋转构件120和130允许传感器邻近其以通过测量其旋转量来计算转向IS100的旋转角度。
此处，第一输入侧旋转构件120与以下将描述的输出侧旋转构件220一起用于第一至第四转矩传感器410至440以测量相对旋转角度信息。
同时，输出侧旋转构件220固定在转向OS200的一端，因而还可以称为输出侧转子。像第一输入侧旋转构件120一样，输出侧旋转构件220可以是具有N个齿轮齿或者孔的圆形平面板构件。
第一输入侧旋转构件120和输出侧旋转构件220布置成彼此面对，同时扭转杆300介于其间，旨在测量转向IS100和转向OS200之间的相对旋转的程度。
换句话说，布置在第一输入侧旋转构件120和输出侧旋转构件220周围的第一至第四转矩传感器410至440输出旋转角度差，也即，第一输入侧旋转构件120和输出侧旋转构件220之间通过扭转杆300的变形暂时引起的相对旋转角度信息。输出相对旋转角度信息被用于转矩计算器700以计算以下将描述的转矩值。
而且，布置在转向IS100处的第二输入侧旋转构件130用作用于测量转向IS100的绝对旋转角度的装置。
换句话说，布置在第二输入侧旋转构件130周围的第一至第四旋转角度传感器510至540输出第二输入侧旋转构件130的旋转角度，也即，转向IS100的绝对旋转角度信息。转向角度计算器800通过使用输出绝对旋转角度信息和前述相对旋转角度信息根据Vernier算法计算最终转向角度。
同时，根据本公开的该实施例，四个转矩传感器也即第一转矩传感器410、第二转矩传感器420、第三转矩传感器430和第四转矩传感器440，布置在第一输入侧旋转构件120和输出侧旋转构件220周围。
所有四个转矩传感器410至440可以处于相同形式，每个可以包括用于测量第一输入侧旋转构件120的旋转角度的A传感器以及用于测量输出侧旋转构件220的旋转角度的B传感器。
换句话说，第一转矩传感器410包括布置在第一输入侧旋转构件120周围的A传感器410A以及布置在输出侧旋转构件220周围的B传感器410B。
第一转矩传感器410可以通过使用A传感器410A和B传感器410B之间的测量值的差来计算用于指示转向IS100和转向OS200之间的相对旋转角度的相对旋转角度信息。
换句话说，由于第一输入侧旋转构件120和输出侧旋转构件220为相同形式，当没有转矩施加至扭转杆300时，A传感器410A和B传感器410B输出相同值，当通过施加至扭转杆300的转矩暂时引起转向IS100和转向OS200之间的旋转量的差时，A传感器410A和B传感器410B输出不同值。
因此，每个转矩传感器可以通过比较差值Diff.与预设值来确定相对旋转角度，差值Diff.是A传感器以及B传感器之间的输出值的差。
而且，四个转矩传感器410至440可以分散在旋转构件周围。如图3B所示，四个转矩传感器410至440中的每个可以被分散成间隔90度，但是四个转矩传感器410至440的布置不限制于此。转矩传感器可以布置成根据其数量而以其他角度间隔开。
同时，四个旋转角度传感器也即第一旋转角度传感器510、第二旋转角度传感器520、第三旋转角度传感器530和第四旋转角度传感器540，分散并且布置在第二输入侧旋转构件130周围。
换句话说，四个旋转角度传感器510至540可以分散并且布置在第二输入侧旋转构件130周围。如图3C所示，四个旋转角度传感器510至540中的每个可以分散并且间隔90度，但是四个旋转角度传感器510至540的布置不限制于此。旋转角度传感器可以布置成根据其数量而以其他角度间隔开。
每个旋转角度传感器检测第二输入侧旋转构件130的旋转量，也即绝对旋转角度。
这种旋转角度传感器可以输出与第二输入侧旋转构件130的旋转量成比例的脉冲宽度调制(PWM)信号。
上文已经描述了，用于测量转向轴的绝对角度的旋转构件以及旋转角度传感器布置在IS侧上。但是，旋转构件以及旋转角度传感器的布置不限制于此，旋转构件以及旋转角度传感器可以布置在OS侧上。
上述转矩传感器以及旋转角度传感器还可以称为转矩集成电路(IC)和霍尔IC。
同时，旋转角度传感器输出转向轴的绝对旋转角度，输出绝对旋转角度具有360度或者更小的值。
换句话说，旋转角度传感器不能够输出反映超过360度的多个转动的最终转向角度，因而转矩传感器的输出值额外地用以计算最终转向角度信息。
N不同于M，N是用于测量绝对旋转角度的第二输入侧旋转构件130的齿轮齿/孔的数量，M是第一输入侧旋转构件120的齿轮齿/孔的数量，第一输入侧旋转构件120是转矩传感器的目标。
因此，当绝对旋转角度信息(其是旋转角度传感器的输出值)以及转矩传感器的输出值都施加至Vernier算法时，能够测量考虑了多个转动的最终转向角度。
为此，虽然未示出在附图中，但是根据该实施例的用于检测转向信息的设备可以包括多个角度从动件。
根据该实施例，参考转向角度信息(其是多转动角度信息)首先通过使用通过旋转角度传感器测量的绝对转向角度、通过转矩传感器测量的另一旋转角度信息和Vernier算法来计算。
接下来，可以根据时间监控从转矩传感器和旋转角度传感器输出的值，可以通过将输出值施加至计算出的参考转向角度来连续计算最终转向角度。为此，包括多个角度从动件。
同时，根据该实施例的第一同步检查器610用于检查四个转矩传感器的输出值的同步状态。
换句话说，第一同步检查器610用于通过以若干通道或者方式比较四个转矩传感器410至440输出的值，来确定同步的转矩传感器以及非同步的转矩传感器。
此处，所有同步的转矩传感器提供大致相同的输出值并且可被认为处于正常状态。非同步的转矩传感器生成的输出值不同于其他转矩传感器的输出值并且可被认为处于异常或者故障状态。
例如，当第一至第三转矩传感器410至430的输出值大致相同并且仅第四转矩传感器440的输出值不同时，第一至第三转矩传感器410至430被确定为是处于正常状态的同步转矩传感器，而第四转矩传感器440被确定为处于故障状态的非同步转矩传感器。
换句话说，每个转矩传感器包括用于感测转向IS100的旋转量的A传感器以及用于感测转向OS200的旋转量的B传感器。仅当第i个转矩传感器(i＝1、2、3和4)的A或者B传感器的输出值与第j个转矩传感器(j＝1、2、3和4；i≠j)的A或者B传感器输出值之间的差小于或者等于阈值时，第一同步检查器610确定出第i个转矩传感器(i＝1、2、3和4)和第j个转矩传感器(j＝1、2、34；i≠j)同步。
以下将进一步作为示例详细描述第一同步检查器610的操作。
首先，第一同步检查器610比较第一转矩传感器410的A传感器410A的输出值与第二转矩传感器420的A传感器420A的输出值，或者比较第一转矩传感器410的B传感器410B的输出值与第二转矩传感器420的B传感器420B的输出值(同步检查(1A-2A)或者同步检查(1B-2B))。
同样地，第一同步检查器610比较第三转矩传感器430A的传感器430A的输出值与第四转矩传感器440的A传感器440A的输出值，或者比较第三转矩传感器430的B传感器430B的输出值与第四转矩传感器440的B传感器440B的输出值(同步检查(3A-4A)或者同步检查(3B-4B))。
接下来，第一同步检查器610通过比较第一和第二转矩传感器410和420的输出值之间的比较结果与第三和第四转矩传感器430和440的输出值之间的比较结果，最终检查四个转矩传感器410至440间的同步(同步检查((1A-2A)-(3A-4A))或者同步检查((1B-2B)-(3B-4B)))。
可替换地，关于由比较A传感器和B传感器的输出值确定两个或多个同步转矩传感器，第一同步检查器610可以比较作为A传感器和B传感器的输出值之间的差值确定的相对旋转角度信息，并且确定输出不同相对旋转角度信息的转矩传感器处于故障状态。换句话说，第一同步检查器610可以最初基于IS或者OS旋转角度比较每个转矩传感器的输出值，随后比较确定为处于正常状态的转矩传感器的相对旋转角度信息，从而最终确定转矩传感器处于正常状态或者故障状态。
与这种同步检查不同或者除了这种同步检查之外，第一同步检查器610可以确定相应的转矩传感器410至440的相对旋转角度信息(也即，相应的转矩传感器410至440的A传感器和B传感器的输出值之间的差值)是否具有大致相同值。
换句话说，第一同步检查器610比较第一转矩传感器410的相对旋转角度信息，也即，第一转矩传感器410A的A和B传感器410A和410B的输出值之间的差值(Diff.角度(1B-1A))，以及第二转矩传感器420的A和B传感器420A和420B的输出值之间的差值(Diff.角度(2B-2A))。
同样地，第一同步检查器610比较第三转矩传感器430的A和B传感器430A和430B的输出值之间的差值(Diff.角度(3B-3A))，以及第四转矩传感器440A和B传感器440A和440B的输出值之间的差值(Diff.角度(4B-4A))。
通过该处理，第一同步检查器610可以确定四个转矩传感器410至440是否同步，也即，处于转矩传感器正常状态以及转矩传感器处于异常(故障)状态。
根据该实施例第二同步检查器620用于检查四个旋转角度传感器510至540的输出值的同步状态。
换句话说，第二同步检查器620用于通过以若干渠道或者方式比较四个旋转角度传感器510至540输出的值，来确定同步的旋转角度传感器以及非同步的旋转角度传感器。
此处，所有同步的旋转角度传感器提供大致相同的输出值(绝对旋转角度信息)并且可被认为处于正常状态。非同步的旋转角度传感器生成的输出值不同于其他旋转角度传感器的输出值并且可被认为处于异常或者故障状态。
例如，当第一至第三旋转角度传感器510至530的输出值大致相同并且仅第四旋转角度传感器540的输出值不同时，第一至第三旋转角度传感器510至530被确定为是处于正常状态的同步旋转角度传感器，第四旋转角度传感器540被确定为处于故障状态的非同步旋转角度传感器。
通过该处理，第二同步检查器620可以确定四个旋转角度传感器510至540是否同步，也即，旋转角度传感器处于正常状态，以及旋转角度传感器处于异常(故障)状态。
根据该实施例转矩计算器700用于根据第一同步检查器610的确定结果基于四个转矩传感器410至440的至少一个输出值来计算转矩值。
更具体地，转矩计算器700基于由第一同步检查器610被确定为处于正常状态的同步转矩传感器的输出值(也即，相对旋转角度信息)计算施加至扭转杆300的转矩。
例如，转矩计算器700可以基于由第一同步检查器610确定为同步的转矩传感器的平均相对旋转角度信息来计算转矩值。换句话说，转矩计算器700可以通过使用当单个转矩传感器被确定为同步时一个转矩传感器的相对旋转角度信息来计算转矩值，以及可以通过使用当N转矩传感器被确定为同步时N转矩传感器的相对旋转角度信息的平均值计算转矩值。
换句话说，关于通过第一同步检查器610确定的两个或多个同步转矩传感器中的每个，转矩计算器700可以将A传感器和B传感器的输出值之间的差值确定为对应转矩传感器的相对旋转角度，并且基于两个或多个转矩传感器的相对旋转角度信息的平均值计算转矩值。
而且，当存在两个或多个同步转矩传感器时，转矩计算器700可以将处于正常状态的两个或多个转矩传感器的输出值平均，并且基于平均值计算转矩值以便改善数据的准确度。
在该实施例中，预设优先权顺序可以给予四个转矩传感器，然后可以根据优先权顺序选择性地使用转矩传感器的输出值。
例如，优先权顺序可以相继地给予第一至第四转矩传感器410至440，第一至第三转矩传感器410至430可以处于正常状态，第四转矩传感器440可以处于故障状态。在该情况下，具有高优先权顺序的两个转矩传感器(也即，第一转矩传感器410和第二转矩传感器420)的输出值可以被平均，并且可以基于平均值计算转矩值。
自不必说，当仅一个转矩传感器被第一同步检查器610确定为处于正常状态时，可以仅从该转矩传感器的输出值计算转矩值。
此处，转矩传感器的输出值或者平均值以及对应于其的转矩值可以以表格形式提供，能够通过参考表格计算对应于输出值或者平均值的转矩值。
基于计算出的转矩值，转向辅助系统的控制器可以计算施加至控制电动机的辅助电流并且辅助转向。
以下表格1例证，根据在该实施例中四个转矩传感器是否同步的转矩计算方法，但是转矩计算方法并不限于表格1。
[表格1]
Figure BDA0001668516680000111
Figure BDA0001668516680000121
同时，转矩计算器700可以基于转矩传感器组来计算转矩值。
例如，转矩传感器可以被分类为多个转矩传感器组。作为示例，四个转矩传感器可以被分类为两个转矩传感器组。换句话说，第一转矩传感器410和第二转矩传感器420可以被分类为第一转矩传感器组，第三转矩传感器430和第四转矩传感器440可以被分类为第二转矩传感器组。
在该情况下，转矩计算器700可以通过使用包括在转矩传感器组中的转矩传感器的相对旋转角度信息来计算施加至扭转杆300的转矩值，转矩传感器组是在根据第一同步检查器610的确定而检查了转矩传感器组的同步状态之后选择的。换句话说，转矩计算器700可以通过使用第一转矩传感器组或者第二转矩传感器组来计算转矩值。
用于计算转矩值的转矩传感器组可以是这样的组，该组中的一个或多个转矩传感器的所有同步状态被确定为正常状态。例如，第一同步检查器610可以通过使用以上描述的方法确定每个转矩传感器是否同步。当第三转矩传感器430被确定为处于故障状态，而其他转矩传感器被确定为处于正常状态，转矩计算器700可以排除包括处于故障状态的第三转矩传感器430的第二转矩传感器组的相对旋转角度信息，通过仅使用包括在第一转矩传感器组中的第一转矩传感器410和第二转矩传感器420的平均相对旋转角度信息来计算转矩值。
在另一示例中，当选择多个转矩传感器组时，可以仅使用根据预设优先权顺序而被给予最高优先权顺序的转矩传感器组来计算转矩值。
同时，根据该实施例转向角度计算器800用于根据第一和第二同步检查器610和620的确定结果基于四个转矩传感器410至440的至少一个输出值和四个旋转角度传感器510至540的至少一个输出值来计算转向角度。
更具体地，转向角度计算器800基于由第一同步检查器610确定为处于正常状态的一个或者两个转矩传感器的输出值以及由第二同步检查器620确定为处于正常状态的一个或多个旋转角度传感器的输出值，来计算最终转向角度。
这里，转向角度计算器800使用的转矩传感器的输出值可以是仅一个转矩传感器的输出值或者处于正常状态的两个转矩传感器的输出的平均值。
同样地，转向角度计算器800使用的旋转角度传感器的输出值可以是处于正常状态的一个旋转角度传感器的输出值或者处于正常状态的两个旋转角度传感器的平均输出值。
如上所述，旋转角度传感器输出转向轴的绝对旋转角度，转向轴的绝对旋转角度具有360度或者更小的值，但是不能够输出反映超过360度的多个转动的最终转向角度信息。
因此，通过将绝对旋转角度信息以及转矩传感器的输出值一起施加至Vernier算法，转向角度计算器800能够计算考虑了多个转动的最终转向角度，绝对旋转角度信息是旋转角度传感器的输出值。
甚至在该情况下，能够给予四个旋转角度传感器以优先权顺序，然后根据优先权顺序选择性地使用旋转角度传感器的输出值。
例如，优先权顺序可以相继给予第一至第四旋转角度传感器510至540，第一至第三旋转角度传感器510至530可以处于正常状态，第四旋转角度传感器540可以处于故障状态。在该情况下，可以使用具有最高优先权顺序的单个旋转角度传感器510的输出值，或者可以平均第一旋转角度传感器510和第二旋转角度传感器520(具有高优先权顺序的两个旋转角度传感器)的输出值，以及可以基于单个旋转角度传感器510的输出值或者平均值来计算转向角度值。
转向辅助系统的控制器基于计算出的转向角度值执行转向控制。
下方的表格2例证，根据在该实施例中四个转矩传感器是否同步以及四个旋转角度传感器是否同步的转向角度计算方法，但是转向角度计算方法并不限于表格2(在表格2中，TS指代转矩传感器，AS指代旋转角度传感器，O指代正常状态，X指代故障状态)。
[表格2]
Figure BDA0001668516680000141
同时，错误输出单元910可以在当通过第一或者第二同步检查器610或者620确定出在所有四个转矩传感器410至440中或者所有四个旋转角度传感器510至540中已经发生故障时，输出传感器错误信号。
更具体地，当通过第一同步检查器610确定出在所有四个转矩传感器410至440中已经发生故障时，转矩传感器错误信号输出。在该情况下，不能够计算转矩值或者转向角度。
同时，当通过第二同步检查器620确定出在所有四个旋转角度传感器510至540中已经发生故障时，输出旋转角度传感器错误信号。在该情况下，能够计算转矩值，但是不能计算转向角度。
如上所述，使用四个转矩传感器以及四个旋转角度传感器，并且在确定出每个传感器的输出值是否同步之后，相应地计算转矩以及转向角度。因此，甚至在一些传感器发生故障时，能够正常计算转矩以及转向角度，因而转向控制是可行的。
图4A至图4B示出了使用在本公开的实施例中的偏移传感器的详细构造。
如上所述，一个或多个旋转构件固定在转向IS和转向OS处以感测转矩或者旋转角度。
这种旋转构件固定在IS和OS中的每个处，IS和OS是转向结构。当执行突然转向并且强控制力施加至转向轴时，偶尔发生偏移问题，也即，由于旋转构件以及通过冲击引起的转向轴的安装部分的破坏时，传感器的中心点或者初始安装位置改变。
为解决该问题，根据该实施例用于检测转向信息的设备可以进一步包括如图4A至图4B所示的偏移感测装置1100。
更具体地，根据图4A至图4B的实施例用于检测转向信息的设备可以包括：转矩传感器(未示出)，其用于根据布置在转向IS和转向OS之间的扭转杆的变形来感测相对旋转角度；偏移感测装置1100，其包括干涉构件1110，干涉构件1110从转向IS或者OS的外周表面径向突出；以及偏移传感器1120，其安装在旋转构件130上，旋转构件130固定在转向IS或者OS的一端并且根据相对于干涉构件1110的移动来生成输出信号；以及转矩计算器，其从转矩传感器的相对旋转角度输出计算施加至扭转杆的转矩。
这里，根据该实施例偏移感测装置1100可以包括：干涉构件1110，其从转向IS或者OS的外周表面径向突出；以及偏移传感器1120，其安装在旋转构件130上，旋转构件130固定在转向IS或者OS的一端并且根据相对于突出部分的移动来生成输出信号。
偏移传感器1120可以是光斩波器，其根据干涉构件1110的相对移动来生成不同输出信号，偏移感测装置1100可以感测旋转构件130在转向IS或者OS处从初始安装位置的偏离。
更具体地，如图4A至图4B所示，突出部分从转向IS的外周表面径向突出特定距离，所述突出部分形成为干涉构件1110，靠近被固定在转向IS100的一端处的旋转构件130。
同时，偏移传感器1120呈光斩波器的形式，由光发射装置1122以及光接收装置1124组成，偏移传感器1120安装在旋转构件130的表面上，干涉构件1110布置成当旋转构件130未从在转向IS处的安装位置偏离时，穿过偏移传感器1120的光发射装置1122和光接收装置1124之间。
例如，如果干涉构件1110初始布置在处于正常状态的光发射装置1122和光接收装置1124之间，当旋转构件130从在转向轴处的安装位置偏离时，干涉构件1110从光发射装置1122和光接收装置1124之间的间隙偏离。因此，偏移传感器1120输出的信号不同于初始状态的信号。
利用偏移感测装置1100，能够感测旋转构件130从在转向轴处的安装位置的偏离，也即传感器的中心点的偏移。
图5图示了根据本公开的实施例检测转向信息的方法的总体流程图。
参考图5，根据本公开的实施例检测转向信息的方法包括：第一至第四转矩传感器根据布置在转向IS和转向OS之间的扭转杆的变形来输出相对旋转角度信息的操作(S1310)；第一至第四旋转角度传感器输出转向IS或者OS的绝对旋转角度信息的操作(S1312)；第一同步检查操作检查四个转矩传感器的输出值的同步状态(S1320)；第二同步检查操作检查四个旋转角度传感器的输出值的同步状态(S1322)；转矩计算操作根据第一同步检查操作的结果基于四个转矩传感器的至少一个输出值来计算转矩值；以及转向角度计算操作根据第一和第二同步检查操作的结果基于四个转矩传感器的至少一个输出值以及四个旋转角度传感器的至少一个输出值来计算转向角度。
更具体地，转矩计算操作包括确定在第一同步检查操作中一个或多个转矩传感器是否被确定为处于正常状态的操作，然后当不存在处于正常状态的转矩传感器时输出错误信号的操作(S1350)，以及当一个或多个转矩传感器处于正常状态时通过使用处于正常状态的转矩传感器的输出值(也即，相对旋转角度信息)来计算转矩值的操作(S1340和S1360)。
如上所述，当两个或多个转矩传感器处于正常状态时，具有高优先权顺序的两个转矩传感器的输出值的平均值或者处于正常状态的一个转矩传感器的输出值可以用来计算转矩值。
而且，转向角度计算操作包括在第二同步检查操作中确定一个或多个旋转角度传感器是否被确定为处于正常状态的操作(S1332)，当不存在处于正常状态的旋转角度传感器时输出错误信号的操作(S1350)，以及当一个或多个旋转角度传感器处于正常状态时通过使用处于正常状态的旋转角度传感器的输出值(也即，绝对旋转角度信息)和处于正常状态的转矩传感器的输出值(也即，相对旋转角度信息)计算转向角度值的操作(S1342和S1370)。
如上所述，当两个或多个旋转角度传感器处于正常状态时，能够使用具有高优先权顺序的两个旋转角度传感器的输出值的平均值或者处于正常状态的一个旋转角度传感器的输出值。
图6图示了根据本公开的实施例感测从安装位置的偏离的方法的总体流程图。
图6图示的感测传感器装置从在转向轴处的安装位置的偏离的方法可以与如图5图示的检测转向信息的方法一起使用。但是，感测偏离的方法不仅可以与检测转向信息的方法一起使用，而且可以独立使用。
换句话说，感测偏离的方法可以包括通过使用如图4A至图4B所示的偏移感测装置1100感测旋转构件130从在转向IS或者OS处的初始安装位置偏离的操作，偏移感测装置1100包括：干涉构件1110，其从转向IS或者OS的外周表面径向突出；以及偏移传感器1120，其安装在旋转构件130上，旋转构件130固定在转向IS或者OS的一端并且根据相对于干涉构件1110的移动来生成输出信号。
更具体地，如图6所示，以特定周期测量以上描述的偏移传感器1120的输出值(S1410)。
接下来，确定偏移传感器1120的输出值相比于先前周期的输出值是否已经改变(S1420)，当输出值已经改变时输出安装位置偏离错误(即，传感器中心偏移错误)(S1430)。
换句话说，在具有图4A至图4B的结构的偏移感测装置1100中，当传感器旋转构件和在转向轴处的初始安装位置之间不偏移(偏离)时，偏移传感器1120的感测出的输出值与先前周期的输出值相同，不发生改变，而当传感器旋转构件和在转向轴处的初始安装位置之间偏移(偏离)时，偏移传感器1120的输出值改变。
因此，通过确定偏移传感器1120的输出值在如上所述的特定周期是否改变，感测在传感器旋转构件和在转向轴处的初始安装位置之间是否发生偏移(偏离)，并且相应地生成警告(错误)信号。
当传感器旋转构件和在转向轴处的初始安装位置之间发生偏移(偏离)时，不能够获取精确的转向信息(转向转矩和转向角度)。因此，需要调节传感器旋转构件在转向轴处的安装位置。
如上所述，根据本公开的实施例，甚至在使用在EPS系统中的一些传感器发生故障时能够正常获取所需转向转矩、转向角度信息等。
尤其，提供多个转矩传感器以及绝对角度传感器(旋转角度传感器)，在确定相应的传感器的输出值是否同步之后，相应地计算转矩以及转向角度。因此，甚至在一些传感器发生故障时能够正常计算转矩以及转向角度，并且相应地控制转向。
而且，根据本公开的另一实施例，通过使用传感器的部件(旋转构件)以及安装在转向轴处的偏移感测装置，能够感测旋转构件从在转向轴处的安装位置的偏离，也即，传感器的中心点的偏移。
仅为了示意目的已经描述了本公开的上述实施例，本领域的技术人员将认识到的是，可以进行各种修改以及改变而不超出本公开的范围和精神。因此，本公开的实施例不旨在限制，而是旨在图示本公开的技术构思，本公开的技术构思的范围未被实施例限制。本公开的范围应该基于附随权利要求而解释，使得所有技术构思都包括在属于本公开的权利要求的范围的等同结构内。
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2017年5月22日的韩国专利申请10-2017-0062763的优先权，为了在此呈现该申请的全部内容，该申请通过参考并入此处。

Claims (14)

1.一种用于检测转向信息的设备，所述设备包括：
第一至第四转矩传感器，所述第一至第四转矩传感器构造为根据转向输入轴的变形、转向输出轴的变形以及布置在所述转向输入轴和转向输出轴之间的扭转杆的变形来感测相对旋转角度；
第一至第四旋转角度传感器，所述第一至第四旋转角度传感器构造为感测所述转向输入轴或者转向输出轴的绝对旋转角度；
第一同步检查器，所述第一同步检查器构造为检查四个所述转矩传感器的输出值的同步状态，所有同步的转矩传感器提供相同的输出值并且被认为处于正常状态；
第二同步检查器，所述第二同步检查器构造为检查四个所述旋转角度传感器的输出值的同步状态，所有同步的旋转角度传感器提供相同的输出值并且被认为处于正常状态；
转矩计算器，所述转矩计算器构造为根据所述第一同步检查器和第二同步检查器的检查结果基于处于所述正常状态下的四个所述转矩传感器的至少一个输出值来计算转矩值；以及
转向角度计算器，所述转向角度计算器构造为根据所述第一同步检查器和第二同步检查器的检查结果基于处于所述正常状态下的四个所述转矩传感器的至少一个输出值以及处于所述正常状态下的四个所述旋转角度传感器的至少一个输出值来计算转向角度，
其中，每个所述转矩传感器包括：
A传感器，所述A传感器构造为感测所述转向输入轴的旋转量；以及
B传感器，所述B传感器构造为感测所述转向输出轴的旋转量，以及
仅当第i个（i=1、2、3和4）转矩传感器的A传感器或者B传感器的输出值与第j个
Figure DEST_PATH_IMAGE001
转矩传感器的A传感器或者B传感器的输出值之间的差小于或者等 于阈值时，所述第一同步检查器确定出第i个转矩传感器（i=1、2、3和4）和第j个转矩传感器
Figure 570172DEST_PATH_IMAGE002
同步。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述转矩计算器通过使用由所述第一同步检查器确定为同步状态处于所述正常状态的两个或多个转矩传感器的相对旋转角度信息，来计算施加至所述扭转杆的转矩值。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述转向角度计算器基于从由所述第一同步检查器确定为同步状态处于所述正常状态的一个或多个转矩传感器输出的相对旋转角度信息以及从由所述第二同步检查器确定为同步状态处于正常状态的一个或多个旋转角度传感器输出的绝对旋转角度信息，来计算所述转向角度。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，四个所述转矩传感器被分成多个转矩传感器组，
所述转矩计算器通过使用在由所述第一同步检查器确定出所述转矩传感器的同步状态为所述正常状态之后所选择的、转矩传感器组中的转矩传感器的相对旋转角度信息，来计算施加至所述扭转杆的转矩值，以及
包括在所选择的转矩传感器组中的一个或多个转矩传感器的所有同步状态被确定为所述正常状态。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一同步检查器将通过比较A传感器的输出值和B传感器的输出值所确定出的两个或多个同步的转矩传感器的相对旋转角度信息进行比较，并且确定出输出不同相对旋转角度信息的转矩传感器处于故障状态，所述相对旋转角度信息被确定为A传感器的输出值与B传感器的输出值之间的差值。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述转矩计算器将由所述第一同步检查器确定的两个或多个同步的转矩传感器中每个转矩传感器的A传感器的输出值和B传感器的输出值之间的差值确定为对应转矩传感器的相对旋转角度，并且基于两个或多个所述转矩传感器的相对旋转角度信息的平均值来计算所述转矩值。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一同步检查器将从所述第一至第四转矩传感器输出的相对旋转角度信息进行比较，并且将输出不同相对旋转角度信息的转矩传感器确定为处于故障状态。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，当两个或多个转矩传感器被确定为处于正常状态时，所述转矩计算器通过处于所述正常状态的转矩传感器之中的、具有预设高优先权顺序的两个转矩传感器的输出值的平均值来计算转矩值，并且当三个转矩传感器被确定为处于故障状态时基于处于所述正常状态的一个转矩传感器的输出值来计算转矩值。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述转向角度计算器基于在同步的旋转角度传感器之中具有最高优先权顺序的一个旋转角度传感器的输出值以及基于具有预设高优先权顺序的所述正常状态的所述两个转矩传感器的输出值的平均值或者处于所述正常状态的单个转矩传感器的输出值，来计算转向角度。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述转矩计算器通过被确定为处于所述正常状态的一个或多个转矩传感器的输出值的平均值来计算所述转矩值。
11.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括：
旋转构件，所述旋转构件固定在所述转向输入轴的一端以及所述转向输出轴的一端，并且构造为随着所述转向输入轴和转向输出轴旋转；
干涉构件，所述干涉构件形成为从所述转向输入轴和转向输出轴的外周表面突出；以及
偏移传感器，所述偏移传感器安装在至少一个所述旋转构件上，并且被构造为感测所述干涉构件的移动。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述偏移传感器是光斩波器，所述光斩波器根据所述干涉构件的相对移动来生成可变的输出信号，并且感测所述旋转构件从所述转向输入轴和转向输出轴处的初始安装位置的偏离。
13.一种检测转向信息的方法，所述方法包括：
通过第一至第四转矩传感器根据布置在转向输入轴和转向输出轴之间的扭转杆的变形来输出相对旋转角度信息；
通过第一至第四旋转角度传感器输出所述转向输入轴或者转向输出轴的绝对旋转角度信息；
第一同步检查操作，检查四个所述转矩传感器的输出值的同步状态，所有同步的转矩传感器提供相同的输出值并且被认为处于正常状态；
第二同步检查操作，检查四个所述旋转角度传感器的输出值的同步状态，所有同步的旋转角度传感器提供相同的输出值并且被认为处于正常状态；
转矩计算操作，根据所述第一同步检查操作的结果基于处于所述正常状态的四个所述转矩传感器的至少一个输出值来计算转矩值；以及
转向角度计算操作，根据所述第一同步检查操作和第二同步检查操作的结果基于处于所述正常状态的四个所述转矩传感器的至少一个输出值以及处于所述正常状态的四个所述旋转角度传感器的至少一个输出值来计算转向角度，
其中，每个所述转矩传感器包括：
A传感器，所述A传感器构造为感测所述转向输入轴的旋转量；以及
B传感器，所述B传感器构造为感测所述转向输出轴的旋转量，以及
仅当第i个（i=1、2、3和4）转矩传感器的A传感器或者B传感器的输出值与第j个
Figure DEST_PATH_IMAGE003
转矩传感器的A传感器或者B传感器的输出值之间的差小于或者等 于阈值时，所述第一同步检查操作确定出第i个转矩传感器（i=1、2、3和4）和第j个转矩传感 器
Figure 690574DEST_PATH_IMAGE004
同步。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括通过使用偏移感测装置感测旋转构件从所述转向输入轴或者转向输出轴处的初始安装位置的偏离，所述偏移感测装置包括：干涉构件，所述干涉构件从所述转向输入轴或者转向输出轴的外周表面径向突出；以及偏移传感器，所述偏移传感器安装在所述旋转构件上，所述旋转构件固定在所述转向输入轴或者转向输出轴的一端并且根据相对于所述干涉构件的移动来生成输出信号。
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