CN110099840B - 电力辅助转向系统 - Google Patents

电力辅助转向系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110099840B
CN110099840B CN201780079389.5A CN201780079389A CN110099840B CN 110099840 B CN110099840 B CN 110099840B CN 201780079389 A CN201780079389 A CN 201780079389A CN 110099840 B CN110099840 B CN 110099840B
Authority
CN
China
Prior art keywords
torque
signal
torque signal
signals
rationality
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780079389.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110099840A (zh
Inventor
J·O·P·法雷利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TRW Ltd
Original Assignee
TRW Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Ltd filed Critical TRW Ltd
Publication of CN110099840A publication Critical patent/CN110099840A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110099840B publication Critical patent/CN110099840B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0493Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting processor errors, e.g. plausibility of steering direction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/049Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting sensor failures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0409Electric motor acting on the steering column
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046Controlling the motor
    • B62D5/0463Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H02P6/085Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021Determination of steering angle
    • B62D15/0215Determination of steering angle by measuring on the steering column
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2205/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/05Torque loop, i.e. comparison of the motor torque with a torque reference

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

一种电力辅助转向装置,包括:上部柱轴,该上部柱轴在使用中可与车辆的方向盘操作连接;以及下部柱轴,该下部柱轴在使用中可与车辆的车轮操作连接。扭杆使得上部柱轴和下部柱轴相互连接;电马达与扭矩传感器组件的下部柱轴连接。第一扭矩信号产生装置根据扭杆的角度偏转而产生第一扭矩信号;第二扭矩信号产生装置根据扭杆的角度偏转而产生第二扭矩信号。该装置还包括:错误确定电路,该错误确定电路产生两个错误信号,各错误信号表示相应扭矩信号的有效性;扭矩合理性估计器,该扭矩合理性估计器产生两个合理性信号,各合理性信号表示两个扭矩信号中的相应一个的合理性;扭矩信道选择器,该扭矩信道选择器观察两个错误信号和两个合理性信号的值,并选择哪个扭矩信号(当有扭矩信号时)将用于产生马达的控制信号;以及马达控制电路,该马达控制电路根据所选择的扭矩信号的值来产生控制信号。

Description

电力辅助转向系统
本发明涉及电力辅助转向系统的改进。
在典型的电力辅助转向系统中,电马达例如三相DC电马达与转向机构的部件连接,通常与转向轴连接,该转向轴使得车辆的方向盘与车轮连接。传感器例如扭矩传感器产生表示由驾驶员向方向盘施加的扭矩的信号,且该信号被供给微处理器中,该微处理器产生用于马达的控制信号。微处理器根据施加至方向盘上的扭矩而产生用于电马达的控制信号,该控制信号表示电马达所需的扭矩或电流。这些控制信号在微处理器内转换成用于马达各相的电压波形,再从微处理器传输至马达电桥驱动器。
马达电桥驱动器将控制信号(该控制信号通常是低电平的电压波形)转换成更高电平的电压驱动信号,该电压驱动信号施加给马达电桥的相应相。典型的电桥包括一组开关,这些开关根据由电桥驱动器电路施加给开关的高电平电压驱动信号而选择地从电源向马达的相施加电流。通过控制所述开关,能够相对于马达转子位置而控制马达中的电流,从而能够控制由马达产生的扭矩。由此使得马达在使用中向转向系统施加辅助扭矩,该辅助扭矩帮助或协助驾驶员转动方向盘。因为该扭矩影响扭矩传感器的输出,所以这形成一种闭环控制,从而能够实现马达扭矩的精确控制。
扭矩传感器通常包括扭杆和两个角度位置传感器,一个角度位置传感器提供表示转向系统在转向杆一侧的角度位置的输出信号,另一个角度位置传感器提供表示转向系统在扭杆另一侧的角度位置的输出信号。当没有施加扭矩时,两个输出信号将对齐,但是当施加扭矩时,扭杆扭转,从而使得两个角度位置传感器运动成不对齐的状态。输出信号的这种相对变化提供了所需扭矩的测量值。
为了在发生故障时提供附加的安全裕度,已知使用双信道扭矩传感器,该双信道扭矩传感器产生两个信息信道,各信道分别提供扭矩测量值。在使用中,由各信道表示的扭矩相对于另一个而被检查,当它们一致时,能够假定扭矩值可靠。当它们不一致时,一个或两个信道可能有故障,并可以引发错误标志。通常,当发生这种情况时,马达不施加辅助扭矩。
尽管双信道扭矩传感器提高了安全性,但是当一个信道有故障时,即使另一个信道没有故障,也不能继续安全地施加辅助扭矩,部分原因是当两个信号不同但在正常范围内时,不能确定哪个信道出现故障和哪个信道可靠,因为各信号同样似乎合理。
根据第一方面,本发明提供了一种电力辅助转向装置,它包括:上部柱轴,该上部柱轴在使用中可与车辆的方向盘操作连接;下部柱轴,该下部柱轴在使用中可与车辆的车轮操作连接;扭杆,该扭杆使得上部柱轴和下部柱轴相互连接;电马达,该电马达与扭矩传感器组件的下部柱轴连接,这样,马达的角度位置的变化产生输出轴的角度位置的相应变化,且相对角度位置不受由扭杆承载的扭转的影响;第一扭矩信号产生装置,该第一扭矩信号产生装置根据扭杆的角度偏转而产生第一扭矩信号;以及第二扭矩信号产生装置,该第二扭矩信号产生装置根据扭杆的角度偏转而产生第二扭矩信号;该装置还包括错误确定电路,该错误确定电路在使用中产生两个错误信号,各错误信号表示相应扭矩信号的有效性,另外还包括:扭矩合理性估计器,该扭矩合理性估计器在使用中产生两个合理性信号,各合理性信号表示两个扭矩信号中的相应一个的合理性;扭矩信道选择器,该扭矩信道选择器观察两个错误信号的值和两个合理性信号,并根据这些信号的值来选择哪个扭矩信号(当有扭矩信号时)将用于产生马达的控制信号;以及马达控制电路,该马达控制电路根据所选择的扭矩信号的值来产生控制信号。
马达控制电路可以用于产生控制信号,当第一和第二扭矩信号都由扭矩信道选择器来选择时,该控制信号的值取决于第一和第二扭矩信号的平均值,该扭矩信道选择器观察到第一和第二扭矩信号彼此一致。
当第一和第二控制信号彼此不一致,且只有第一控制信号看起来似乎合理时,马达控制电路还可以用于产生具有这样值的控制信号,该值取决于第一扭矩信号的值。
当第一和第二控制信号彼此不一致,且只有第二控制信号看起来似乎合理时,马达控制电路还可以用于产生具有这样值的控制信号,该值取决于第二扭矩信号的值。
最后,当扭矩信道选择器观察到第一和第二扭矩信号既不相互一致也似乎不合理时,马达控制电路可以用于产生具有零值或表示错误的控制信号。
当扭矩输出信号的值被检测为不存在或超出预定的预期值范围时,用于第一信道的错误确定电路可以表示扭矩输出信号错误。类似地,当来自第二信道的扭矩输出信号的值被检测为不存在或超出预期值范围时,第二信道的错误确定电路可以表示扭矩输出信号错误。
当观察到所述信道的合理性为似乎合理,且该信道没有扭矩信道错误时,信道选择器可以在使用中选择该信道。
用于各扭矩信号产生装置的合理性估计器可以通过观察从扭矩传感器的部件或从监测转向系统的部件的一个或多个附加传感器来获得的一个或多个附加信号而确定扭矩信号似乎合理。
在一种设置中,装置可以包括辅助装置,用于独立于或部分独立于两个扭矩信道来确定扭矩,且合理性估计器可以布置成通过使得扭矩信号与由辅助装置估计的扭矩进行比较而确定扭矩信号的合理性。
该装置还可以包括交叉检查诊断产生装置,该交叉检查诊断产生装置产生交叉检查信号,该交叉检查信号表示两个扭矩值之间的任何差异,当要选择用于由马达控制器使用的任何扭矩信号时,扭矩信道选择器在选择哪个时附加观察交叉检查诊断信道的输出。
当发现从两个扭矩信号发生装置输出的扭矩信号相差超过预定量(表示一个扭矩信道已变得发散)时,交叉检查诊断产生装置可以产生表示交叉检查错误的交叉检查信号。
还可以提供马达位置传感器,该马达位置传感器用于输出表示电马达位置的马达位置信号,马达位置信号由合理性电路使用,以便确定第一和第二扭矩信号的合理性。马达位置传感器可以用于验证扭矩信号,因为它与转向柱的位置直接相关。
该装置可以包括:第一柱角度产生装置,该第一柱角度产生装置在使用中产生表示上部柱轴的角度位置的第一角度位置信号;以及第二柱角度产生装置,该第二柱角度产生装置在使用中产生表示上部柱轴的角度位置的第二角度位置信号。
第一和第二扭矩信号发生装置可以包括比较器电路,该比较器电路由扭杆两端的角度位置的比较来产生相应的扭矩信号,分别由第一和第二角度位置传感装置表示。
该装置可以检查第一和第二柱角度产生装置的完整性,且只有当该检查通过时,相关的扭矩信号才可以表示为合理。
当提供第二扭矩信号产生装置时,各第二扭矩信号产生装置可以根据分别来自第一或第二角度位置传感器的马达位置和上部轴角度位置而产生扭矩估计值,以便确定扭杆的角度偏转。
该装置还可包括粗略角度检测装置,该粗略角度检测装置设置成产生粗略角度信号,粗略角度信号与各第一角度位置信号和第二角度位置信号组合,以便分别产生第一绝对角度位置信号和第二绝对角度位置信号,该第一和第二绝对角度位置信号由合理性电路来使用,以便确定第一和第二扭矩信号的合理性。
因此,当以下两个诊断通过时,可以确认扭矩信道合理性:
第二(虚拟)扭矩诊断(由上部柱角度和马达角度信号测量的扭杆偏转与由扭矩信道测量的扭矩对齐)
角度交叉检查诊断(上部柱角度精细和粗略角度分量对齐,确认没有扭矩/精细角度信道公共模式故障)
合理性电路可以设置成,当相应的第一或第二虚拟扭矩错误和相应的第一或第二角度错误在预定范围内时,确定第一和第二扭矩信号似乎合理。
具有用于错误信号的预定允许范围保证允许一些传感器漂移或允许公差,同时保证信号仍然足够精确地用于所希望的目的。
处理装置可以用于分别由第一角度位置信号和马达角度信号以及第二角度位置信号和马达角度信号来计算第一和第二虚拟扭矩错误。
而且,处理装置可以用于分别由第一角度位置信号和过程角度信号以及第二角度位置信号和马达角度信号来计算第一和第二角度错误。
第一和第二扭矩信号发生电路可以各自有单独的电源、线束和/或通信接口。通过提供这样的结构,它防止单一的电源、线束或通信接口的故障导致扭矩信号不存在或错误或者这两者。
从传感器输出的信号可以使用单边半字节传输(SENT)协议来传输至信号处理电路,该信号处理电路确定信号的合理性和错误,并选择哪个或哪些扭矩信号传递给马达控制器。SENT提供了足够多数量的通信信道,以便对于全部所需信号都提供完全分离的信道。因此,第一和第二扭矩信道以及用于确定这些信号的合理性的信号能够保持足够分离,以便允许一组的故障,同时仍然能够将控制信号输出给马达。
下面将参考附图通过转向系统的一个实施例来介绍,该转向系统结合了根据本发明的特征,附图中:
图1是落在本发明范围内的电力辅助转向系统的一部分的总体视图;
图2是图1系统的电路的关键部分的方框图;
图3表示了在图1的系统中使用的组合扭矩和角度位置传感器的关键部件;
图4是图3的传感器的机械结构的总体视图;
图5更详细地表示了图4的传感器的检测电子元件的一种结构;
图6(a)至(b)表示了图3的传感器的输出信号的变化形式;
图7是由根据本发明的处理装置使用的逻辑电路的示意图。
如图1中所示,电力辅助转向系统1布置在方向盘和车轮之间的转向装置内。该系统包括电马达2,该电马达2有输出轴3,该输出轴3通过齿轮箱4而与下部转向柱轴连接,该齿轮箱4通常包括与齿轮配合的蜗轮。下部柱轴间接地通过齿条和小齿轮或其它连接件而与车辆的车轮连接。上部柱轴支承方向盘,且扭矩传感器6使得该上部柱轴与下部柱轴连接。扭矩传感器包括连接上部柱轴和下部柱轴的扭杆,该扭杆设计成当驾驶员转动方向盘时响应横过扭杆施加的扭矩而扭转已知量。通过在上部和下部柱轴上提供挡块,将最大扭转限制为±5度。
扭矩传感器检测扭杆的扭转,并将它转换成至少一个扭矩信号,尽管如已知的那样,它产生两个扭矩信号信道,这些扭矩信号供给至马达控制电路(呈马达驱动电路的微控制器7的形式),该微控制器7设置在微处理器芯片内。控制器产生马达相电压,该马达相电压施加给马达电桥的、与马达的各相相关联的开关,以使得马达产生辅助驾驶员的扭矩。这通常与测量的扭矩成正比,因此,当驾驶员施加更高的扭矩时,马达提供更大量的辅助,以便帮助车轮转向。
如图2中所示,控制器包括微处理器8,该微处理器8接收所选择的扭矩信号和在马达中流动的电流i(在各相中的电流或者进入或离开马达的整个电流)的测量值。它还从与马达连接的马达转子角度位置传感器接收马达转子位置的测量值,或者在内部从电流信号开始计算。转子位置和电流一起使得控制器能够确定所施加的扭矩。来自扭矩传感器的扭矩测量值由控制器来使用,以便确定马达所要求的扭矩。在本领域中公知的是,在本领域中已经提出了许多不同的控制策略和马达相电压波形,以便实现所需的扭矩。在下面所述的实施例中,通过观察由两个扭矩信道产生的扭矩信号以及表示一个或两个值是否错误、是否不合理或值不同的信号,从而仔细选择由驾驶员施加的、由控制器使用的扭矩值。
微处理器8的输出通常是一组马达相电压波形,通常是PWM波形,它表示由控制器实现所希望的马达电流和(因此)马达扭矩所需要的相电压。这些是低电平信号,从控制器供给至马达电桥电路9的输入装置。马达电桥电路9的功能是将低电平信号转换成用于马达电桥10的开关的更高电平驱动信号。例如,对于三相马达,各相将通过高开关而与正电源连接,通过低开关而与地线连接,其中只有一个将根据由PWM开关波形确定的图形而在任何给定时间连接。
图3更详细地表示了示例扭矩传感器组件,图4和5表示了传感器部件的更多细节。在它的最概括形式中,扭矩传感器能够是产生两个扭矩信道的任何装置,各个扭矩信道有相应的上部柱位置信号。理想地是,这两个扭矩信道以及上部柱位置信号应当彼此独立。
在该实例中,将传感器选择为包括组合的双信道扭矩和双信道上部柱位置传感器,具有总共五个传感器11、12、13、14和15,这五个传感器11、12、13、14和15组合在具有公共预处理单元的单个集成单元中,该公共预处理单元由传感器的原始内部信号产生传感器输出信号。三个传感器布置在上部柱轴5a上,两个布置在下部柱轴5b上,两个轴通过扭杆18来连接,当扭矩横过轴5施加时,该扭杆18扭转。
五个传感器包括:
两个精细角度上部柱角度位置传感器13、14,这两个精细角度上部柱角度位置传感器13、14附接在扭杆的上部柱轴端,各自产生独立的角度位置信号(信道1信号和信道2信号),它们一起形成上部柱检测装置的一部分;
两个精细角度下部柱角度位置传感器11、12,这两个精细角度底部柱角度位置传感器11、12附接在扭杆的最靠近马达的下部柱轴端上,并各自产生独立的角度位置信号(信道1和信道2信号),它们一起形成下部柱检测装置;以及
第二上部柱位置传感器15,该第二上部柱位置传感器15产生粗糙分辨率角度位置信号,并能够被认为是上部柱检测装置的另一部分。
处理器17使用减法原理来检测扭杆中的扭转,从上部柱轴的位置减去下部柱轴的位置(或者相反),以便确定扭杆的角度偏转值。这完成两次,一次用于上部和下部信道1信号,再次用于上部和下部信道2信号,以便给出两个独立的扭矩测量值或扭矩信道。
扭杆18设计成响应沿各方向的最大预期扭矩而绕中心位置扭转最大±5度,如上所述。一旦达到该范围,将通过在上部和下部柱轴上的止动器的相互接合而防止进一步扭转,从而在扭杆失效时也能保护扭杆防止损坏和提供牢固的连接。
各角度位置检测装置包括相应的金属转子19、20,该金属转子19、20包括扁平金属盘,该金属盘有多个等距间隔开的径向臂,该径向臂形成绕所述盘延伸的切口19a的环形轨道。因此总共有两个盘,一个在下部柱轴上,一个在上部柱轴上。示例传感器组件的相关部分在附图的图4和5中表示。
各切口的角度宽度等于在各切口之间的角度间距。下部柱轴转子的切口间距为40度,上部为20度。在图5的示例转子和定子中,由在线圈的径向臂之间的间距来设定角度,且这对于上部传感器和下部传感器是不同的。它们由于在特定传感器组件的制造中的物理限制而不同,在某些方面对于所述实施例而言是独特的。实际上,优选是它们都为40度或更高的周期性。
各转子19、20与定子支承部件21配合,该定子支承部件21包括印刷电路板(PCB),以便形成两个角度位置传感器。板21承载检测装置的有效部分,包括两个激励线圈和两组接收器线圈,一个激励线圈和一组接收器线圈形成两个传感器中的每一个。各传感器的激励线圈形成LC电路的一部分,并产生磁场。该磁场在金属转子中感应出电流,该转子再产生它自身的磁场,该磁场耦合回到PCB上的传感器的相应接收器线圈。三个接收器中的各自的感应电压根据转子位置而变化,且传感器组件的预处理单元将三个信号转换成用于传感器的输出信号,该输出信号随转子位置而线性变化。当转子旋转时,各角度位置信号将线性地变化,具有对于下部转子的40度周期和对于上部转子的20度周期。因此,输出信号在上部柱轴的一整圈中重复多次,因此它们自身不能表示轴在上部柱轴的整个运动范围内的绝对位置,该上部柱轴通常在3和4圈锁定之间,以便锁定方向盘。
图6(a)和(b)表示了在没有施加扭矩的情况下来自上部和下部传感器输出信号的输出信号怎样在转向轴的一整圈内变化。可以看见,各自在重复之前在20或40度上线性地变化。当施加扭矩时,这些斜坡信号的相对相位将变化,这用于确定扭矩。扭杆的最大扭转远小于20度,因此在能够检测的斜坡之间一直有明确的相位变化。横过两个传感器的这种不同测量值是本领域中公知,因此这里不再进一步解释。
为了使得信号能够表示轴的绝对位置以及扭杆的扭转,提供了第二传感器。该第二传感器通过齿轮而与上部柱轴连接。这能够在图3中看见。该传感器15具有比上部柱传感器和下部柱传感器中的任意一个低得多的周期性,且在该实例中输出线性变化的信号,该信号在上部轴每旋转296度时重复。这在图6(c)中表示。它包括有北极和南极的单个磁体,该磁体旋转通过单个霍尔效应传感器,从而产生斜坡形波形,该波形在296度上变化一个循环。该信号是“粗略”信号,因为对于在数字信号中给定的字节水平,它必须覆盖从0到296的所有值。相比之下,对于20度传感器,它是“精细”信号,因为在数字信号中的字节必须覆盖较小角度范围,例如对于数字信号中的给定数量的字节,角度分辨率超过10倍。
为了获得绝对柱位置,处理器可以处理第二传感器输出信号的值(每隔296度重复),利用20度或40度传感器的值。在该实例中,它通过来自下部柱传感器的信道1信号的修改形式来对它进行处理,修改而消除扭杆扭转的影响,以便形成每旋转40度重复的“虚拟上部柱位置信号”。该比较能够产生用于上部柱的独特角度位置信号,该角度位置信号每1480度重复(因为这是在第二传感器和虚拟上部柱信号的值配对之前的旋转角度)。
称为第一传感器电路22的信道1扭矩信号T1和角度位置信号(上部和下部)、称为第二传感器电路24的信道2扭矩信号T2和角度位置信号(上部和下部)用作处理电路19的输入,如图2中所示,并在图7中更详细地表示,该处理电路19输出所选择的扭矩信号,该扭矩信号供给至马达控制器8。下面将解释处理电路的功能和结构。
在电路的第一部分中,信道1和2扭矩信号各自输入给范围检查(错误检查)电路26和输入交叉检查器电路28。范围检查电路26检查各扭矩信号在值的允许范围内。当任一扭矩信号在该范围之外,并因此被认为不可靠时,与该不可靠扭矩信号相关的错误信号输出给扭矩选择器诊断电路30。交叉检查器电路28比较来自两个信道的两个扭矩信号。当信道1扭矩信号T1和信道2扭矩信号T2相差超过预定量时,表示一个扭矩信号错误的信号输出给扭矩选择器诊断电路30。不过,单独的交叉检查器电路28不能表示哪个扭矩信号(当有扭矩信号时)是错误的。
为了确定第一和第二传感器电路22、24的输出是否似乎合理,它们各自在合理性电路40中进行进一步的处理。在本实施例中,合理性电路40包括用于各扭矩信道的虚拟扭矩诊断电路42和角度诊断电路44。
首先考虑各虚拟扭矩诊断电路,它们将上部柱位置信号和马达位置信号作为输入。马达位置信号通过马达位置传感器而产生,从该马达位置传感器中找到马达的绝对位置。在本申请人的公开的国际专利申请WO2015/198037中能够找到马达位置传感器的工作和虚拟扭矩信号的产生的完整说明。
简而言之,通过使得马达位置信号与上部柱位置信号组合,第二(虚拟)扭矩信号能够以与产生各信道1和信道2扭矩信号相同的方式来产生,但是使用马达位置信号代替下部柱位置信号,因为马达位置将给出扭杆下端的角度位置的表示。虚拟扭矩信号因此产生,该虚拟扭矩信号对应于信道1或信道2,取决于使用哪个上部柱位置信号。
对于各信道还产生角度错误信号,以便表示从角度位置传感器输出的角度信号是否错误。
然后,各虚拟扭矩信号与它的相应扭矩信号和确定的相应虚拟扭矩错误信号进行比较。通过比较虚拟扭矩信号和扭矩信号(由虚拟扭矩诊断电路42产生)以及角度错误信号(由角度诊断电路44产生)而获得的虚拟扭矩错误信号再被处理。当这些错误信号在允许范围内时,合理性电路40将输出用于相应信道的扭矩信号值是合理的,该输出供给至扭矩选择器诊断电路30。当任何错误信号大于预定允许量时,合理性电路40将表示相应的扭矩信号不合理。
扭矩选择器诊断电路30观察从范围检查器电路26、比较器电路28和合理性电路40接收的信号,并从这些信号来确定应当由扭矩选择器42来选择的扭矩模式。然后,扭矩选择器接收信道1和信道2扭矩信号用于处理,并选择扭矩模式,向马达2输出表示所需扭矩的控制信号44。
在本实施例中,扭矩选择器42能够以四种不同的模式操作,这取决于在下表中列出的扭矩选择器诊断电路30的输出:
Figure BDA0002102156420000111
当信道1和信道2扭矩信号都确定为存在并且在范围内时,扭矩选择器42用于输出表示两个扭矩信号的平均扭矩的控制信号。平均的意思是控制信号应该是两个信号的平均值。
当信道1和信道2扭矩信号彼此不一致时,扭矩选择器诊断电路30使用合理性性电路40的输出来确定哪个信号合理而因此可靠。为此,它还可以利用范围检查器电路26输出。当只有信道1扭矩信号合理时,将命令扭矩选择器42输出表示信道1扭矩信号的控制信号44,或者,当只有信道2扭矩信号合理时,将命令扭矩选择器42输出表示信道2扭矩信号的控制信号44。当信道1和信道2扭矩信号既不相互一致也不合理时,扭矩选择器42将输出表示零扭矩的控制信号。因此,将不向动力转向系统提供辅助。
可以看到,只有当第一和第二传感器电路22、24的分量信号都被认为有错误时,才不向动力转向系统提供辅助扭矩。因此,与现有技术的系统相比,本发明的系统能够在更多的可能故障情况下提供辅助扭矩。

Claims (14)

1.一种电力辅助转向装置,包括:
上部柱轴,所述上部柱轴在使用中能够与车辆的方向盘操作地连接;
下部柱轴,所述下部柱轴在使用中能够与车辆的车轮操作地连接;
扭杆,所述扭杆使得所述上部柱轴和下部柱轴相互连接;
电马达,所述电马达与扭矩传感器组件的下部柱轴连接,这样,电马达的角度位置的变化产生输出轴的角度位置的相应变化,且相对角度位置不受由扭杆承载的扭转的影响;
第一扭矩信号产生装置,所述第一扭矩信号产生装置根据扭杆的角度偏转而产生第一扭矩信号;以及第二扭矩信号产生装置,所述第二扭矩信号产生装置根据扭杆的角度偏转而产生第二扭矩信号,
所述电力辅助转向装置还包括:
错误确定电路,所述错误确定电路在使用中产生两个错误信号,各错误信号表示相应扭矩信号的有效性;以及扭矩合理性估计器,所述扭矩合理性估计器在使用中产生两个合理性信号,各合理性信号表示两个扭矩信号中的相应一个的合理性;
扭矩信道选择器,所述扭矩信道选择器观察两个错误信号和两个合理性信号的值,并根据这些信号的值来选择当有扭矩信号时哪个扭矩信号将用于产生用于电马达的控制信号;以及
马达控制电路,所述马达控制电路根据所选择的扭矩信号的值来产生所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的电力辅助转向装置,其中:当第一扭矩信号和第二扭矩信号彼此不一致,且只观察到第一扭矩信号是合理的时,马达控制电路用于产生具有一值的控制信号,所述值取决于第一扭矩信号的值。
3.根据权利要求1或2所述的电力辅助转向装置,其中:当第一扭矩信号和第二扭矩信号彼此不一致,且只有第二扭矩信号是合理的时,马达控制电路用于产生具有取决于第二扭矩信号的值的值的控制信号。
4.根据权利要求3所述的电力辅助转向装置,其中:当扭矩信道选择器观察到第一扭矩信号和第二扭矩信号既不彼此一致也不合理时,马达控制电路用于产生具有零值或表示错误的控制信号。
5.根据权利要求1所述的电力辅助转向装置,其中:当检测到第一扭矩信号的值不存在或超出预定的预期值范围时,用于第一扭矩信号的错误确定电路表示第一扭矩信号是错误的。
6.根据权利要求1所述的电力辅助转向装置,其中:当检测到第二扭矩信号的值不存在或超出预定的预期值范围时,用于第二扭矩信号的错误确定电路表示第二扭矩信号是错误的。
7.根据权利要求1所述的电力辅助转向装置,其中:只有当观察到信道的合理性是合理的,且没有用于所述信道的扭矩信道错误时,信道选择器才在使用时选择该信道。
8.根据权利要求1所述的电力辅助转向装置,其中:用于各扭矩信号产生装置的合理性估计器通过观察从扭矩传感器的一部分或从一个或多个附加传感器获得的一个或多个附加信号来确定扭矩信号是否是合理的,所述附加传感器监测转向系统一部分。
9.根据权利要求8所述的电力辅助转向装置,还包括:用于独立于或部分地独立于两个扭矩信道来确定扭矩的辅助装置,且合理性估计器用于通过使得扭矩信号与由辅助装置估计的扭矩进行比较而确定扭矩信号的合理性。
10.根据权利要求8所述的电力辅助转向装置,还包括:交叉检查诊断产生装置,所述交叉检查诊断产生装置产生交叉检查信号,所述交叉检查信号表示两个扭矩值之间的差异,当有扭矩信号且要选择哪个由马达控制电路使用时,所述扭矩信道选择器在选择扭矩信号时附加观察交叉检查信道的输出。
11.根据权利要求10所述的电力辅助转向装置,其中:当发现从两个扭矩信号产生装置输出的扭矩信号相差超过预定量时,交叉检查诊断产生装置产生表示交叉检查错误的交叉检查信号。
12.根据权利要求1所述的电力辅助转向装置,还包括:马达位置传感器,所述马达位置传感器用于输出表示电马达位置的马达位置信号,马达位置信号由合理性估计器使用,以便确定第一扭矩信号和第二扭矩信号的合理性。
13.根据权利要求1所述的电力辅助转向装置,还包括:第一柱角度产生装置,所述第一柱角度产生装置在使用中产生表示上部柱轴的角度位置的第一角度位置信号;以及第二柱角度产生装置,所述第二柱角度产生装置在使用中产生表示上部柱轴的角度位置的第二角度位置信号。
14.根据权利要求13所述的电力辅助转向装置,其中:第一扭矩信号产生装置和第二扭矩信号产生装置包括比较器电路,所述比较器电路从分别由第一柱角度产生装置和第二柱角度产生装置表示的扭杆两端的角度位置的比较来产生相应的扭矩信号。
CN201780079389.5A 2016-11-17 2017-11-16 电力辅助转向系统 Active CN110099840B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1619479.7A GB201619479D0 (en) 2016-11-17 2016-11-17 Electric power assisted steering system
GB1619479.7 2016-11-17
PCT/GB2017/053450 WO2018091898A1 (en) 2016-11-17 2017-11-16 Electric power assisted steering system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110099840A CN110099840A (zh) 2019-08-06
CN110099840B true CN110099840B (zh) 2022-05-13

Family

ID=57993975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780079389.5A Active CN110099840B (zh) 2016-11-17 2017-11-16 电力辅助转向系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10913489B2 (zh)
CN (1) CN110099840B (zh)
DE (1) DE112017005343T5 (zh)
GB (1) GB201619479D0 (zh)
WO (1) WO2018091898A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6514295B2 (ja) * 2017-10-02 2019-05-15 株式会社ショーワ 故障検出装置、電動パワーステアリング装置
FR3083770B1 (fr) * 2018-07-10 2020-06-19 Jtekt Europe Procede de controle d’un systeme de direction avec deux motorisations redondantes
JP7487995B2 (ja) 2020-04-24 2024-05-21 株式会社Subaru 操舵角検出装置
US20220324434A1 (en) * 2021-04-09 2022-10-13 Steering Solutions Ip Holding Corporation System and method to determine second ecu state using shared sensor in a dual ecu system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0900711A2 (en) * 1997-09-02 1999-03-10 Koyo Seiko Co., Ltd. Electric power steering apparatus
CN102539040A (zh) * 2010-12-21 2012-07-04 株式会社电装 扭矩传感器、扭矩检测器和电力转向装置
CN102959379A (zh) * 2011-06-21 2013-03-06 日本精工株式会社 转矩检测装置的异常诊断方法以及电动助力转向装置
DE102014110110A1 (de) * 2014-07-18 2016-01-21 Trw Automotive Gmbh Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors
CN105555642A (zh) * 2013-09-20 2016-05-04 日立汽车系统转向器株式会社 动力转向装置及车辆搭载设备的控制装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9716658D0 (en) * 1997-08-07 1997-10-15 Lucas Ind Plc Improvements relating to motors
JP3390333B2 (ja) * 1997-08-27 2003-03-24 本田技研工業株式会社 電動パワーステアリング装置
DE10052343A1 (de) * 2000-10-21 2002-07-11 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Steuern eines Steerby-Wire-Lenksystems
US7254470B2 (en) 2002-06-17 2007-08-07 Delphi Technologies, Inc. Fault tolerant torque sensor signal processing
DE102009005836A1 (de) 2009-01-21 2010-07-22 Volkswagen Ag Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinrichtung
GB201118619D0 (en) * 2011-10-27 2011-12-07 Jaguar Cars Improvements in electric power assisted steering (EPAS) systems
JP5961566B2 (ja) 2012-03-13 2016-08-02 Kyb株式会社 トルクセンサの異常診断装置及び異常診断方法
JP6078444B2 (ja) * 2013-09-20 2017-02-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーステアリング装置および車両搭載機器の制御装置
GB201411294D0 (en) 2014-06-25 2014-08-06 Trw Ltd An electric power assisted steering system
GB201411297D0 (en) 2014-06-25 2014-08-06 Trw Ltd An electric power assisted steering system
KR101898399B1 (ko) * 2014-09-24 2018-09-12 히다치 오토모티브 시스템즈 가부시키가이샤 차량 탑재 기기의 제어 장치 및 파워 스티어링 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0900711A2 (en) * 1997-09-02 1999-03-10 Koyo Seiko Co., Ltd. Electric power steering apparatus
CN102539040A (zh) * 2010-12-21 2012-07-04 株式会社电装 扭矩传感器、扭矩检测器和电力转向装置
CN102959379A (zh) * 2011-06-21 2013-03-06 日本精工株式会社 转矩检测装置的异常诊断方法以及电动助力转向装置
CN105555642A (zh) * 2013-09-20 2016-05-04 日立汽车系统转向器株式会社 动力转向装置及车辆搭载设备的控制装置
DE102014110110A1 (de) * 2014-07-18 2016-01-21 Trw Automotive Gmbh Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors

Also Published As

Publication number Publication date
US10913489B2 (en) 2021-02-09
DE112017005343T5 (de) 2019-07-25
WO2018091898A1 (en) 2018-05-24
US20200062301A1 (en) 2020-02-27
GB201619479D0 (en) 2017-01-04
CN110099840A (zh) 2019-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110099840B (zh) 电力辅助转向系统
EP3029424B1 (en) Rotation angle detection device
US7973504B2 (en) Electric power steering control
US8434583B2 (en) Electric power steering system
EP3160827B1 (en) An electric power assisted steering system
US8453518B2 (en) Inductive torque sensor
US10442460B2 (en) Electric power assisted steering system
US7472004B2 (en) Steering angle sensor
JP4676348B2 (ja) 回転角検出装置とその異常検出装置及び電動パワーステアリング装置
US8660743B2 (en) Torque detection device
EP3160825B1 (en) An electric power assisted steering system
EP3160824B1 (en) An electric power assisted steering system
US20230093616A1 (en) Rotation angle detection device
JP5832751B2 (ja) 自己診断可能な電子回路及び磁界検出装置
EP3023743A1 (en) Handwheel position detection system
JP5063495B2 (ja) 角度検出回路
WO2018055802A1 (ja) センサ装置
KR20190072833A (ko) 두 개의 위성 기어를 이용하여 절대 조향각을 생성하는 장치 및 방법
EP3479067B1 (en) Rotational position sensor with tunnel magnetoresistive sensor
KR100824027B1 (ko) 차량용 조향축의 조향각 측정장치 및 그 측정 방법
KR20230116398A (ko) 차량용 토크 센서 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant