CN113039115A - 计算用于控制车辆转向系统的绝对角度位置的装置和方法 - Google Patents

计算用于控制车辆转向系统的绝对角度位置的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种车辆转向系统，包括：马达组件，可操作地联接至转向齿条，该马达组件包括具有转子的马达和马达位置传感器，该马达位置传感器被配置为在单圈范围内感测马达的转子角度；以及旋转‑线性转换机构，可操作地联接在马达组件和转向齿条之间，该旋转‑线性转换机构包括可操作地联接到马达的转子的转子；处理器，基于感测到的马达的转子角度和由小齿轮角度传感器在单圈范围内感测到的小齿轮角度，或基于感测到的马达的转子角度和由角度位置传感器在单圈范围内感测到的旋转‑线性转换机构的转子角度，在小齿轮的旋转全圈范围内计算小齿轮的绝对角度位置。

Description

计算用于控制车辆转向系统的绝对角度位置的装置和方法
技术领域
本公开的各个实施例总体上涉及感测或计算与车辆的转向操作和控制相关的绝对角度位置。
背景技术
在包括机动车辆在内的许多应用中，了解旋转体的绝对角度位置可能很重要。仅举一例，当启动机动车辆时，有时可能需要知道在启动时方向盘处于哪个转向旋转状态。这不仅使驾驶员能够在将车辆挂档之前知道前轮的方向，而且一些计算机化的车辆控制系统还可能需要知道转向位置。例如，在诸如线控转向系统的自动转向系统中，控制系统必须始终获知方向盘的位置，以便控制车辆的方向。这些系统不仅必须获知方向盘的位置，而且还必须获知在测量时方向盘处于哪个旋转状态。
一种这样的装置包括安装在转向轴上的相对较大的输入齿轮。输入齿轮与两个相对较小的输出齿轮啮合。第一磁场传感器和第二磁场传感器分别置于第一输出齿轮和第二输出齿轮附近。输出齿轮被构造为使得当它们旋转时由传感器感测输出齿轮的角度位置。第一输出齿轮与第二输出齿轮的比率被选择为使得输出齿轮在其旋转多圈时异相。来自传感器的信号用于确定转向轴的绝对位置。第二传感器提供表示第二输出齿轮的角度位置的相对准确、高分辨率的信号。该信号与来自第一传感器的异相角度位置信号结合以用于确定当从第二传感器接收到信号时转向轴所处的旋转状态。因此，转向轴的绝对位置是已知的。
正是基于这些及其他总体考虑，描述了以下实施例。此外，尽管已经讨论了相对具体的问题，但应当理解的是，实施例不应局限于解决在背景技术中确定的具体问题。
发明内容
本公开的各种实施例提供了一种能够感测或计算与车辆的转向操作和控制有关的绝对角度位置的车辆转向系统。
通过以下应结合附图审阅的具体说明和随附的权利要求，本公开的特征和优点将变得更容易理解和显而易见。
根据本公开的某些实施例，一种车辆转向系统可以包括：马达组件，包括具有第一转子的马达和马达位置传感器，该马达位置传感器被配置为在单圈范围内感测马达的第一转子角度；旋转-线性转换机构，可操作地联接在马达组件和转向齿条之间，以将马达的旋转力转换成用于使转向齿条运动的线性力，该旋转-线性转换机构包括可操作地联接到马达的第一转子的第二转子和被配置为在单圈范围内感测旋转-线性转换机构的第二转子的第二转子角度的角度位置传感器，其中转向齿条可操作地联接到小齿轮；以及处理器，被配置为基于感测到的马达的第一转子角度和感测到的旋转-线性转换机构的第二转子的第二转子角度，在转向齿条的运动全圈范围内计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。在与转向齿条的运动相关联的全圈范围内与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置可以是或对应于在小齿轮的旋转全圈范围内的小齿轮的绝对角度位置。单圈范围可以是三百六十(360)度的范围，并且全圈范围可以对应于转向齿条的可移动范围，例如小齿轮或方向盘的可旋转范围。旋转-线性转换机构可以包括球形螺母组件。
处理器可以被配置为利用马达的第一转子和旋转-线性转换机构的第二转子旋转的速率之间的比率，基于感测到的马达的第一转子角度和感测到的旋转-线性转换机构的第二转子的第二转子角度，来计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
处理器可以被配置为利用威尼尔算法(Vernier algorithm)基于感测到的马达的第一转子角度和感测到旋转-线性转换机构的第二转子的第二角度，来计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
旋转-线性转换机构包括被构造为由马达的第一转子旋转的第一齿轮，并且旋转-线性转换机构的第二转子可以是可旋转地连接到第一齿轮的第二齿轮，角度位置传感器被配置为在单圈范围内感测旋转-线性转换机构的第二齿轮的角度，并且处理器可以被配置为基于感测到的马达的转子角度和感测到的旋转-线性转换机构的第二齿轮的角度，在转向齿条的运动全圈范围内计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
根据本公开的一些实施例，一种车辆转向系统可以包括：小齿轮角度传感器，被配置为在单圈范围内感测小齿轮角度，其中小齿轮角度与可操作地联接至转向齿条的小齿轮相关联；马达组件，可操作地联接至转向齿条，该马达组件包括具有转子的马达和马达位置传感器，该马达位置传感器被配置为在单圈范围内感测马达的转子角度；处理器，被配置为基于感测到的小齿轮角度和感测到的马达的转子角度在转向齿条的运动的全圈范围内计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。在转向齿条的运动的全圈范围内与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置可以是或对应于在小齿轮的旋转的全圈范围内的小齿轮的绝对角度位置。单圈范围可以是三百六十(360)度的范围，并且全圈范围可以对应于转向齿条的可移动范围，例如小齿轮或方向盘的可旋转范围。
处理器可以被配置为利用小齿轮和马达的转子旋转的速率之间的比率，基于感测到的小齿轮角度和感测到的马达的转子角度，来计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
处理器可以被配置为利用威尼尔算法(Vernier algorithm)基于感测到的小齿轮角度和感测到的马达的转子角度来计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
车辆转向系统可以进一步包括可操作地联接在马达组件和转向齿条之间的旋转-线性转换机构。该旋转-线性转换机构可以包括球形螺母组件。
该发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细说说中进一步描述。该发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在被用于限制所要求保护的主题的范围。
根据本公开的各个实施例的车辆转向系统可以有效地感测或计算与车辆的转向操作和控制有关的绝对角度位置。
附图说明
参照附图描述根据本公开的各种实施例，在附图中：
图1是根据本公开的示例性实施例的车辆转向系统的概念性示图；
图2示出了根据本公开的示例性实施例的马达组件和旋转-线性转换机构的局部剖视图；
图3示出了根据本发明的示例性实施例的主动齿轮箱的局部剖视图；
图4是根据本公开的示例性实施例的用于计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置的方法的流程图；
图5是根据本公开的另一示例性实施例的用于计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置的方法的流程图；并且
图6示出了根据本公开的实施例的车辆转向系统的控制器的框图。
除非另外指出，不同附图中的相应数字和符号通常指代相应的部分。绘制附图是为了清楚地示出实施例的相关方面，附图不一定按比例绘制。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参照了形成本公开的一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践本发明的特定实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践本发明，并且应当理解的是，在不脱离本发明的思想和范围的情况下，可以使用其他实施例，并且可以进行结构、逻辑和电气的改变。因此，下面的详细描述不应被视为限制性的，并且本发明的范围仅由所附权利要求及其等同物来限定。附图中相同的数字表示相同的部件，这从上下文中应该是显而易见的。
现在参照图1，示出了用于车辆的转向系统100。转向系统100允许车辆的驾驶员或操作员通过操纵转向系统100来控制车辆的方向。转向系统100可以包括转向柱110、包含小齿轮轴121和主动齿轮125的小齿轮120、齿条组件130、马达组件160和控制器180。
转向柱110提供对车辆车轮的机械操纵，以控制车辆的方向。转向柱110包括方向盘105。方向盘105被定位成使得驾驶员可以向转向柱110施加旋转力。上转向柱轴113的一端固定到方向盘105，另一端固定到柱形万向接头115。柱形万向接头115将上转向柱轴113联接到小齿轮轴(或下转向柱轴)121。小齿轮轴121可以在一端固定到柱形万向接头115，而在另一端固定到齿轮箱122。齿轮箱122容纳主动齿轮125。齿轮箱122的主动齿轮125被定位成与齿条组件130的齿条齿轮(如匹配的齿部)132接触。主动齿轮125例如但非限制性地具有与齿条齿轮132的直切齿啮合的螺旋齿。主动齿轮125与齿条齿轮132结合形成齿条主动齿轮组135。齿条155通过转向连杆联接到车辆的转向车轮150。拉杆140的一端固定到齿条组件130，另一端固定到转向节145。
当通过操纵方向盘105或其他施加的力将旋转力施加到转向柱110时，齿轮箱122的主动齿轮125相应地旋转。主动齿轮125的运动导致齿条组件130沿箭头137的方向运动，继而操纵拉杆140和转向节45以重新定位车轮150。因此，当转动方向盘105时，齿条主动齿轮组135将方向盘105的旋转运动转换成齿条155的线性运动。
为了辅助驾驶员或操作员施加到转向系统100上的力，电动马达165被通电以向齿条155的运动提供动力辅助，从而辅助车辆驾驶员将车辆转向。电动马达165可以包括转子164，转子164包括马达轴168和马达皮带轮166。电动马达165通过马达轴168向马达皮带轮166提供扭矩力。马达皮带轮166的旋转力被传递至皮带167。可选地，马达皮带轮166可以直接连接到齿条155，或者将皮带167替换为链条或齿轮系统或将旋转力提供给旋转-线性转换机构170的任何旋转装置(例如滚珠丝杠组件)。当扭矩力施加到皮带167时，旋转力通过旋转-线性转换机构170转换成线性力，并且齿条155沿箭头137的方向之一运动。当然，齿条组件130的运动方向与马达皮带轮166的旋转方向相对应。皮带167的配置和电动马达165的位置允许皮带167的内部接合表面缠绕并同时啮合马达皮带轮166和滚珠丝杠皮带轮172，滚柱丝杠皮带轮172固定至滚珠丝杠组件170的旋转部(或转子)。
电动马达165由控制器180致动，控制器180接收来自扭矩和/或旋转位置传感器117的输入。旋转位置传感器117向控制器180提供转向角度信号。
图1示出了包括在手轮105和齿条组件130之间的机械连接的动力辅助转向系统。可选地，在采用“线控转向系统”的应用中，手轮105和齿条组件130之间不存在直接的机械连接。在该应用中，当电动马达165提供必要的力来操纵齿条组件130时，驾驶员对手轮105的旋转运动(和/或来自驾驶员所操纵的诸如操纵杆、(多个)踏板和其他机构的等效驾驶员控制装置的信号)被输入到控制器180。
图2示出了根据本公开的示例性实施例的马达组件和旋转-线性转换机构的局部剖视图。
马达位置传感器210支撑在电路板230上，并且与电路板230电连接。例如，马达位置传感器210直接安装在电路板230的面对马达165的转子164的远端的一侧。
马达位置传感器210可以设置为与马达165的转子164处于感测关系。例如，马达位置传感器210可以被布置成邻近马达皮带轮166或马达旋转轴168的远端。
马达位置传感器210可响应于马达皮带轮166或马达旋转轴168的旋转。例如，马达位置传感器210和马达旋转轴168(或马达皮带轮166)被配置成使得马达位置传感器210可以在零到三百六十度(0-360°)的单圈范围内检测或感测马达转子164(例如马达皮带轮166或马达旋转轴168)的角度位置。马达位置传感器210可以生成指示感测到的马达转子164的角度位置的输出信号。
马达位置传感器210可以是响应于马达转子164的旋转而产生信号的任何合适装置。例如，马达位置传感器210可以是非接触式限位开关。马达位置传感器210可以是霍尔效应传感器、磁阻(MR)传感器或本领域已知的具有类似功能的任何其他传感器。相应地，诸如转子皮带轮166或马达旋转轴168的马达转子164可包括在马达转子164的表面形成的磁梯度，该磁梯度由围绕马达皮带轮166或马达旋转轴168的圆周周向地间隔开的多个交替的南北磁荷元件限定。马达转子164的磁荷元件可以是能够保持磁荷的任何合适的部件或材料。马达转子164的磁荷元件可以形成和/或安装在马达皮带轮166或马达旋转轴168的表面，或者可以布置在马达皮带轮166或马达旋转轴168的内部。例如，可以将用于感测马达位置的磁体压在马达皮带轮166或马达旋转轴168的端部。
旋转-线性转换机构170可包括诸如主齿轮221、副齿轮222和皮带轮172的转子。旋转-线性转换机构170的主齿轮221可操作地联接至滚珠丝杠皮带轮172，使得主齿轮221可以与滚珠丝杠皮带轮172一起旋转。旋转-线性转换机构170的主齿轮221直接或间接地联接到滚珠丝杠皮带轮172。例如，旋转-线性转换机构170的主齿轮221通过滚珠螺母174间接地连接。主齿轮221与副齿轮222可以旋转地接合。根据本公开的一些实施例，旋转-线性转换机构170可以仅具有单个副齿轮。
当旋转-线性转换机构170的副齿轮222旋转时，旋转-线性转换机构170的角度位置传感器225可以在零到三百六十度(0-360°)的单圈中检测或感测副齿轮222的角度位置。
旋转-线性转换机构170的角度位置传感器225支撑在电路板230上，并且与电路板230电连接。例如，角度位置传感器225直接安装在电路板230的面对旋转-线性转换机构170的副齿轮222的一侧。可选地，角度位置传感器225可以支撑在另一电路板上，该另一电路板是与电路板230分离的独立电路。
旋转-线性转换机构170的角度位置传感器225可以与旋转-线性转换机构170的副齿轮222成感测关系地设置。例如，角度位置传感器225可以设置在副齿轮222附近。
旋转线性转换机构170的角度位置传感器225可响应于旋转线性转换机构170的副齿轮222的旋转。例如，角度位置传感器225和副齿轮222被配置为使得角度位置传感器225可以在零至三百六十度(0-360°)的范围的单圈范围内检测或感测副齿轮222的角度位置。角度位置传感器225可以产生指示旋转-线性转换机构170的副齿轮222的感测到的角度位置的输出信号。
旋转-线性转换机构170的角度位置传感器225可以是响应于旋转-线性转换机构170的副齿轮222的旋转而产生信号的任何合适装置。例如，角度位置传感器225可以是非接触式限位开关。角度位置传感器225可以是霍尔效应传感器、MR传感器或本领域已知的具有类似功能的任何其他传感器。相应地，旋转-线性转换机构170的副齿轮222可以包括在副齿轮222的表面形成的磁梯度，该磁梯度由围绕副齿轮222的圆周周向地间隔开的多个交替的南北磁荷元件限定。副齿轮222的磁荷元件可以是能够保持磁荷的任何合适的部件或材料。副齿轮222的磁荷元件可以形成和/或安装在副齿轮222的表面，或者可以设置在副齿轮222内部。例如，用于感测副齿轮222的位置的磁体可以压在副齿轮222的一个表面。
可选地，旋转-线性转换机构170的角度位置传感器225被配置为感测或检测旋转-线性转换机构的另一转子的角度位置，例如但不限于，滚珠丝杠皮带轮172或主齿轮221，而不是副齿轮222。
图3示出了根据本公开的示例性实施例的主动齿轮箱的局部剖面图。
小齿轮角度传感器310支撑在齿轮箱122上，并与图1的控制器180电连接。例如，小齿轮角度传感器210直接安装在齿轮箱122的面向诸如主动齿轮125的小齿轮120的远端的内表面。
小齿轮角度传感器310可以与小齿轮120成感测关系地布置。例如，小齿轮角度传感器310可以设置在主动齿轮125的远端附近。
小齿轮角度传感器310响应小齿轮120的旋转。例如，小齿轮角度传感器310和主动齿轮125被配置为使得小齿轮角度传感器310可以在零到三百六十度(0-360°)的单圈范围内检测或感测小齿轮120(例如主动齿轮125)的角度位置。小齿轮角度传感器310可以产生指示小齿轮120的感测到的角度位置的输出信号。
小齿轮角度传感器310可以是响应于小齿轮120的旋转而产生信号的任何合适装置。例如，小齿轮角度传感器310可以是非接触式限位开关。小齿轮角度传感器310可以是霍尔效应传感器、MR传感器或本领域已知的具有类似功能的任何其他传感器。相应地，小齿轮120可以包括在小齿轮120的远端320上形成的磁梯度，该磁梯度由围绕主动齿轮125的圆周周向间隔开的多个交替的南北磁荷元件限定。小齿轮120的磁荷元件可以是能够保持磁荷的任何合适的部件或材料。小齿轮120的磁荷元件可以形成和/或安装在小齿轮120的表面，或者可以设置在小齿轮120内部。例如，可以将用于感测小齿轮位置的磁体压在小齿轮120的端部320。
图4是根据本公开的示例性实施例的用于计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置的方法的流程图。
在步骤410，小齿轮角度传感器310在范围为零到三百六十度(0-360°)的单圈范围内检测或感测小齿轮120(例如，主动齿轮125)的角度位置。马达小齿轮角度传感器310生成指示小齿轮120的感测到的角度位置的输出信号，并向控制器180传输该输出信号。
在步骤420，马达位置传感器210在零到三百六十度(0-360°)的范围的单圈范围内检测或感测马达转子164(例如马达皮带轮166或马达旋转轴168)的角度位置。马达位置传感器210生成指示马达转子164的感测到的角度位置的输出信号，并向控制器180传输该输出信号。
在步骤430，控制器180基于由小齿轮角度传感器310检测到的小齿轮120的角度位置和由马达位置传感器210感测到的马达165的角度位置，在转向齿条155的运动全圈范围内计算与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置。转向齿条155的运动全圈范围可以是或对应于，例如但不限于，小齿轮120的旋转全圈范围、手轮105的旋转全圈范围或与转向齿条155的位置有关的任何转向运动的全圈范围。在示例性实施例中，控制器180基于由小齿轮角度传感器310检测到的小齿轮120的角度位置和由马达位置传感器210感测到的马达165的角度位置在小齿轮120的旋转全圈范围内计算小齿轮120的绝对角度位置。例如，小齿轮120的旋转全圈范围是三(3)个整圈，范围是零到一千八百八十度(0°-1080°)或负五百四十到正五百四十度(-540°-+540°)。为了表示小齿轮120的全圈范围，控制器180利用算法或查找表。该算法或查找表可以在编程数字计算机中或在控制器180(参见图6)中包括的定制数字处理器中实施。
例如，可以使用小齿轮120和马达165的转子164旋转的转速之间的比率来计算与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置，例如小齿轮120的绝对角度位置。可以使用主动齿轮125和马达165的皮带轮166之间的齿轮比。通过提供主动齿轮125和马达165的皮带轮166的不同的旋转速率或速度，生成由小齿轮角度传感器310检测到的主动齿轮125的角度位置和由马达位置传感器210感测到的马达轴168或马达皮带轮166的角度位置之间的差值，该差值将在小齿轮120的整个旋转全圈范围内呈现唯一值。该差值提供了可以方便地用于确定与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置(诸如小齿轮的绝对角度位置)的值，即使小齿轮角度传感器310和马达位置传感器210都不适合在整个运动范围内独立地指示与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置，诸如小齿轮120的绝对角度位置。
威尼尔算法(Vernier algorithm)可用于基于小齿轮120的角度位置和马达165的角度位置来计算与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置，例如小齿轮120的绝对角度位置。威尼尔算法(Vernier algorithm)可以通过使用不同周期的小齿轮120的角度位置和马达165的角度位置的相位差来算出与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置，例如小齿轮120的绝对角度。
图5是根据本公开的另一示例性实施例的用于计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置的方法的流程图。
在步骤510，旋转-线性转换机构170的角度位置传感器225可以在范围为零至三百六十度(0-360°)的单圈范围内检测或感测旋转-线性转换机构170的转子的角度位置，该转子例如但不限于皮带轮172、主齿轮221和副齿轮222。旋转-线性转换机构170的角度位置传感器225生成指示旋转-线性转换机构170的转子172、221或222的感测到的角度位置的输出信号，并向控制器180传输该输出信号。
在步骤520，马达位置传感器210在范围为零到三百六十度(0-360°)的单圈范围内检测或感测马达转子164(例如马达皮带轮166或马达旋转轴168)的角度位置。马达位置传感器210生成指示马达转子164的感测到的角度位置的输出信号，并向控制器180传输该输出信号。
在步骤530，基于由角度位置传感器225检测到的旋转-线性转换机构170的转子172、221或222的角度位置和由马达位置传感器210检测到的马达165的角度位置，控制器180在转向齿条155的运动全圈范围内计算与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置。转向齿条155的运动全圈范围可以是或对应于，例如但不限于，小齿轮120的旋转全圈范围、手轮105的旋转全圈范围或与转向齿条155的位置相关的任何转向运动的全圈范围。在示例性实施例中，基于由角度位置传感器225检测到的旋转-线性转换机构170的转子172、221或222的角度位置以及由马达位置传感器210感测的马达165的角度位置，控制器180在小齿轮的旋转全圈范围内计算小齿轮120的绝对角度位置。例如，小齿轮120的旋转全圈范围是三(3)个整圈，范围是零到一千八百八十度(0°-1080°)或负五百四十到正五百四十度(-540°-+540°)。为了表示小齿轮120的全圈范围，控制器180利用算法或查找表。该算法或查找表可以在编程数字计算机中或在控制器180(参见图6)中包括的定制数字处理器中实施。
例如，可以使用旋转-线性转换机构170的副齿轮222和马达165的转子164的旋转速率之间的比率来计算与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置，例如小齿轮120的绝对角度位置。可以使用旋转-线性转换机构170的副齿轮222和马达165的转子164之间的齿轮比。通过提供旋转-直线转换机构170的副齿轮222和马达165的皮带轮166的不同旋转速率或速度，生成由角度位置传感器225检测的旋转-直线转换机构170的副齿轮222的角度位置和由马达位置传感器210感测到的马达轴168或马达皮带轮166的角度位置之间的差值，该差值将在小齿轮120的整个旋转全圈范围内呈现唯一值。该差值提供了可方便地用于确定诸如小齿轮120的绝对角度位置的与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置的值，即使角度位置传感器225或马达位置传感器210都不适合在整个运动范围内独立地指示与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置，诸如小齿轮120的绝对角度位置。
威尼尔算法(Vernier algorithm)可用于基于旋转-线性转换机构170的转子172、221或222的角度位置和马达165的转子164的角度位置来计算与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置，例如小齿轮120的绝对角度位置。威尼尔算法(Vernier algorithm)可以通过使用不同周期的旋转-线性转换机构170的转子172、221或222的角度位置和马达165的转子164的角度位置的相位差来算出与转向齿条155的位置相关联的绝对角度位置，诸如小齿轮120的绝对角度。
在具有至少两个以上副齿轮和对应传感器的绝对角度传感器组件没有安装到转向系统的情况下，本公开的一些实施例可以利用旋转-线性转换机构170的角度位置传感器225和马达位置传感器210或利用小齿轮角度传感器310和马达位置传感器210来计算与转向齿条的位置相关联的绝对角度位置，例如手轮或小齿轮的绝对角度位置。
图6显示了示出诸如图1中所示的控制器180的示例计算装置的部件的框图。图6仅示出了控制器180的一个特定示例，并且在其他情况中可以使用控制器180的许多其他示例。
如图6的具体示例中所示，诸如图1中所示的控制器180的计算装置1000可以包括一个或多个处理器1002、存储器1004、网络接口1006、一个或多个存储装置1008、用户接口1010、短程无线通信模块1012、无线通信模块1014和电源1016。计算装置1000还可以包括操作系统1018，操作系统1018可以包括可由一个或多个处理器1002和计算装置1000执行的模块和/或应用程序。部件1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016和1018中的每一个可以互连(物理地，通信地和/或可操作地)以用于部件间通信。
在一个示例中，一个或多个处理器1002可以被配置为实现在计算装置1000内执行的功能和/或处理指令。例如，一个或多个处理器1002可以能够处理存储器304中存储的指令或一个或多个存储装置1008中存储的指令。这些指令可以限定或另外地控制操作系统1018的操作。
在一个实例中，存储器1004可以被配置为在操作期间将信息存储在计算装置1000内。在一些示例中，存储器1004可以被描述为计算机可读存储介质。在一些示例中，存储器1004可以是临时存储器，意为存储器1004的主要目的不是长期存储。在一些示例中，存储器1004可以被描述为易失性存储器，意为当计算装置1000关闭时，存储器1004不保持所存储的内容。易失性存储器的示例可以包括随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)以及本领域已知的其他形式的易失性存储器。在一些示例中，存储器1004可以用于存储由一个或多个处理器1002执行的程序指令。在一个示例中，存储器1004可以由在计算装置1000上运行的软件或应用程序使用，以在程序执行期间临时存储信息。
在一些示例中，该一个或多个存储装置1008还可包括一个或多个计算机可读存储介质。该一个或多个存储装置1008可以被配置为与存储器1004相比存储更大量的信息。该一个或多个存储装置1008可以被进一步配置为长期存储信息。在一些示例中，该一个或多个存储装置1008可以包括非易失性存储元件。这样的非易失性存储元件的示例可以包括磁性硬盘、光盘、软盘、闪速存储器、或电可编程存储器(EPROM)或电可擦除可编程(EEPROM)存储器的形式。
在一些示例中，计算装置1000还可以包括网络接口306。在一个示例中，计算装置1000可以使用网络接口306以经由一个或多个网络与外部装置通信。网络接口506可以是网络接口卡，例如以太网卡、光收发器、射频收发器或可以发送和接收信息的任何其他类型的装置。这样的网络接口的其他示例可以包括移动计算装置中的蓝牙、5G和Wi-Fi无线电，以及通用串行总线(USB)。在一些示例中，计算装置1000可以是网络接口1006，以与诸如服务器、移动电话或其他联网的计算装置的外部装置进行无线通信。
在一个示例中，计算装置1000还可以包括用户接口1010。用户接口1010可以被配置为从用户接收输入(例如，触觉、音频或视频反馈)。用户接口1010可以包括触摸敏感和/或存在敏感的屏幕或显示器、鼠标、键盘、语音响应系统或用于检测来自用户的命令的任何其他类型的装置。在一些示例中，用户接口1010可以包括触摸敏感屏幕、鼠标、键盘、麦克风或相机。
用户接口1010还可以包括与输入装置组合或与之分离的输出装置。以这种方式，用户接口1010可以被配置为使用触觉、音频或视频刺激向用户提供输出。在一个示例中，用户接口1010可以包括触摸敏感屏幕或显示器、声卡、视频图形适配器卡或用于将信号转换成人类或机器可以理解的合适形式的任何其他类型的装置。另外，用户接口1010可以包括扬声器、阴极射线管(CRT)监视器、液晶显示器(LCD)或可以向用户生成可理解的输出的任何其他类型的设备。
在一些示例中，计算装置1000可以包括电源1016，电源1016可以是可充电电池并且可以向计算装置1000提供电力。在一些示例中，电源1016可以是由镍镉、锂离子或其他合适的材料制成的电池。在其他示例中，电源1016可以是能够从另一电源提供存储的电源或电压的电源。
另外，计算装置1000可以包括短程无线通信模块1012。短程无线通信模块1012可以是被配置为与其他短程无线通信模块通信的有源硬件。短程无线通信模块1012的示例可以包括NFC模块、RFID模块等。通常，短程无线通信模块1012可以被配置为与在物理上接近短程无线通信模块1012(例如，小于约十厘米，或者小于约四厘米)的其他装置进行无线通信。在其他示例中，短程无线通信模块1012可以被替换成被配置为与其他短程通信装置通信并从其他短程通信装置接收数据的替代短程通信装置。这些替代短程通信装置可以根据蓝牙、超宽带无线电或其他类似协议进行操作。在一些示例中，短程无线通信模块1012可以是经由总线(诸如经由通用串行总线(USB)端口)与计算装置1000联接的外部硬件模块。在一些示例中，短程无线通信模块1012还可以包括软件，该软件在一些示例中可以独立于操作系统1018，并且在一些其他示例中可以是操作系统1018的子例程。
在一些示例中，计算装置1000还可以包括无线通信模块1014。在一些示例中，无线通信模块1014可以是可操作以在短距离(例如，小于或等于十米)上与其他无线通信模块交换数据的装置。无线通信模块1014的示例可以包括蓝牙模块、WiFi直接模块等。
计算装置1000还可以包括操作系统1018。在一些示例中，操作系统1018可以控制计算装置1000的部件的操作。例如，在一个示例中，操作系统1018可以方便与一个或多个处理器1002、存储器1004、网络接口1006、一个或多个存储装置1008、用户接口1010、短程无线通信模块1012、无线通信模块1014和电源1016的交互。
在计算装置1000内实施或由计算装置1000执行的任何应用可以被实施或包含在计算装置1000的部件内，可由计算装置1000的部件操作、执行，和/或可操作/通信地联接到计算装置1000的部件(例如，一个或多个处理器1002、存储器1004、网络接口1006、一个或多个存储装置1008、用户接口1010、短程无线通信模块1012、无线通信模块1014和/或电源1016)。
尽管已经详细描述了示例实施例，但是应当理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
此外，本申请的范围不旨在局限于说明书中描述的过程、机器、制造以及物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。如本领域的普通技术人员将从公开的内容中容易地理解的，可以根据实施例和替代实施例利用当前存在或以后将要开发的执行与本文种描述的相应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的过程、机器，制造、物质的组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将此类过程、机器、制造，物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (14)

1.一种车辆转向系统，包括：
马达组件，包括具有第一转子的马达和马达位置传感器，所述马达位置传感器被配置为在单圈范围内感测所述马达的第一转子角度；
旋转-线性转换机构，可操作地联接在所述马达组件和转向齿条之间，以将所述马达的旋转力转换成用于使所述转向齿条移动的线性力，所述旋转-线性转换机构包括可操作地联接到所述马达的第一转子的第二转子，以及在单圈范围内感测所述旋转-线性转换机构的第二转子的第二转子角度的角度位置传感器，其中所述转向齿条可操作地联接至小齿轮；和
处理器，被配置为基于感测到的所述马达的第一转子角和感测到的所述旋转-线性转换机构的第二转子的第二转子角度，在与所述转向齿条的运动相关联的全圈范围内计算与所述转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
2.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其中在与所述转向齿条的运动相关联的全圈范围内与所述转向齿条的位置相关联的绝对角度位置是在所述小齿轮的旋转全圈范围内的所述小齿轮的绝对角度位置。
3.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其中，所述处理器被配置为，利用所述马达的第一转子和所述旋转-线性转换机构的第二转子的旋转速率之间的比率，基于感测到的所述马达的第一转子角度和感测到的所述旋转-线性转换机构的第二转子的第二转子角度，计算与所述转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
4.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其中，所述处理器被配置为，基于感测到的所述马达的第一转子角度和感测到的所述旋转-线性转换机构的第二转子的第二角度，利用威尼尔算法来计算与所述转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
5.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其中：
所述旋转-线性转换机构包括第一齿轮，其被配置为由所述马达的第一转子旋转，并且所述旋转-线性转换机构的第二转子是可旋转地连接到所述第一齿轮的第二齿轮，
所述角度位置传感器在单圈范围内感测所述旋转-线性转换机构的第二齿轮的角度，并且
所述处理器被配置为，基于感测到的所述马达的转子角度和感测到的所述旋转-线性转换机构的第二齿轮的角度，在与所述转向齿条的运动相关联的全圈范围内计算与所述转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
6.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其中所述单圈范围是三百六十(360)度的范围，并且所述全圈范围对应于所述转向齿条的可移动范围。
7.根据权利要求1所述的车辆转向系统，其中所述旋转-线性转换机构包括球形螺母组件。
8.一种车辆转向系统，包括：
小齿轮角度传感器，被配置为在单圈范围内感测小齿轮角度，其中所述小齿轮角度与可操作地联接至转向齿条的小齿轮相关联；
马达组件，可操作地联接至所述转向齿条，所述马达组件包括具有转子的马达和马达位置传感器，所述马达位置传感器被配置为在单圈范围内感测所述马达的转子角度；和
处理器，被配置为基于感测到的小齿轮角度和感测到的所述马达的转子角度，在与所述转向齿条的运动相关联的全圈范围内计算与所述转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
9.根据权利要求8所述的车辆转向系统，其中，在与所述转向齿条的运动相关联的全圈范围内与所述转向齿条的位置相关联的绝对角度位置是在所述小齿轮的旋转全圈范围内的所述小齿轮的绝对角度位置。
10.根据权利要求8所述的车辆转向系统，其中，所述处理器被配置为，利用所述小齿轮和所述马达的转子的旋转速率之间的比率，基于感测到的所述小齿轮角度和感测到的所述马达的转子角度，计算与所述转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
11.根据权利要求8所述的车辆转向系统，其中，所述处理器被配置为，基于感测的所述小齿轮角度和感测的所述马达的转子角度，利用威尼尔算法来计算与所述转向齿条的位置相关联的绝对角度位置。
12.根据权利要求8所述的车辆转向系统，进一步包括可操作地联接在所述马达组件和所述转向齿条之间的旋转-线性转换机构。
13.根据权利要求8所述的车辆转向系统，其中所述单圈范围是三百六十(360)度的范围，并且所述全圈范围对应于所述转向齿条的可移动范围。
14.根据权利要求12所述的车辆转向系统，其中所述旋转-线性转换机构包括球形螺母组件。
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