CN113715901A

CN113715901A - 线控转向系统的转向感辅助设备及其方法

Info

Publication number: CN113715901A
Application number: CN202011073013.3A
Authority: CN
Inventors: 黄祥羽; 朴永大; 李炳林; 金玟夋; 张世铉; 赵显奭
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2021-11-30
Also published as: US20210371008A1; DE102020127032A1; KR20210146496A; US11884343B2

Abstract

本公开涉及线控转向系统的转向辅助设备及其方法。线控转向(SBW)系统的转向感辅助设备可包括：盘，被配置为与转向轴一起旋转；凸轮，接合到致动器并被配置为接收致动器的旋转力以偏心旋转；以及制动臂，被配置为选择性地与盘的外周表面摩擦接触，以在制动臂结合凸轮的旋转而旋转时在盘的正向旋转方向上提供预定摩擦力。

Description

线控转向系统的转向感辅助设备及其方法

技术领域

本发明涉及线控转向(SBW)系统的转向感辅助设备，其能够选择性地辅助方向盘的转向感。

背景技术

线控转向(SBW)系统是一种转向系统，其中方向盘的机械连接与车辆的驱动轮分开，并且方向盘的旋转信号通过电子控制单元(ECU)输入，并且连接到驱动轮的转向马达基于输入的旋转信号进行操作以使车辆转向。

线控转向系统可根据转向系统的配置来增加布局的自由度，可提高燃料比，并且可通过去除现有转向系统的机械连接结构来去除从车轮反向输入的扰动。

同时，由于机械连接结构的中断而不能适当地反馈驾驶员所需的转向信息，因此，在准备现有的MDPS时需要附加的安全元件。

例如，转向感设备需要的代表性项目可包括：即使在转向角传感器发生故障时也允许操作转向感设备的故障操作功能；防止突然失去转向感的功能；以及即使关闭系统电源也能防止方向盘自由旋转的功能。

在更详细的描述中，由于当转向角传感器故障时系统无法识别驾驶员的转向输入时，可能发生车辆的错误行为，因此需要故障操作系统，因此，使用作为故障操作系统之一的三重模块冗余或2oo2 DFS方案。

在转向感中，由于如果在驾驶员进行转向输入时突然失去转向感而进行预期的大转向输入车辆可能不稳定(转向过度等)，可防止该问题。

为了实现这一点，已经提出了通过向转向感马达(双绕组马达等)增加冗余来提供故障操作系统的措施。

此外，在车辆断电(起动)期间，没有力施加到方向盘。因此，当方向盘在车辆的断电状态下自由旋转并且与承载轮的位置有很大不同时，系统将被接通(启动)，并且承载轮可能会因为其安排突然发生运动。

因此，已经提到了一种方法，该方法增加了被配置成防止方向盘旋转的止动装置或插入用于在系统接通期间布置其的附加逻辑。

然而，采用被配置为防止转向感消失的转向感马达的故障操作系统的方法可以是一种措施，但是组件的成本大大增加。

此外，附接附加的装置以防止方向盘在系统关闭电源期间的旋转也是导致制造成本增加的原因，并且因为当该装置故障时方向盘的旋转可能被锁定，因此，针对此问题的故障安全功能是另外必要的。

包括在本发明的背景技术部分中的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不能被视为对本信息构成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的建议。

发明内容

本发明的各个方面旨在提供SBW系统的转向感辅助设备，其选择性地辅助方向盘的转向感。

根据本发明的一方面，线控转向(SBW)系统的转向感辅助设备包括：盘，被配置为与转向轴一起旋转；凸轮，接合到致动器并被配置为接收致动器的旋转力以偏心地旋转；以及制动臂，被配置为选择性地与盘的外周表面摩擦接触，以在制动臂连同凸轮的旋转而旋转时在盘的正向旋转方向上提供预定摩擦力。

旋转轴可设置在制动臂的一个端部，并且凸轮可与制动臂的中部接触，从而当凸轮偏心旋转并选择性地与盘的外周表面摩擦接触时，制动臂的第二端部绕旋转轴沿制动臂的第二端部靠近或远离盘的方向旋转。

转向感辅助设备还可包括：压力弹簧，安装在壳体上并被配置为在制动臂的第二端部面向盘的旋转方向上向制动臂提供弹力。

制动臂可包括分别设置在凸轮的第一侧和第二侧的第一制动臂和第二制动臂，第一制动臂的一个端部和第二制动臂的一个端部的旋转轴可相对于凸轮位于与盘相对的方向；并且第一制动臂的相对端部和第二制动臂的相对端部分别位于盘的一侧和相对一侧。

制动臂的相对端部可与凸轮的旋转半径的任何一点摩擦接触，制动臂的相对端部在画切线的同时与盘的外周表面接触。

盘可与转向轴轴耦接，凸轮可安装在盘的一侧，并且盘、凸轮和制动臂的旋转轴线的轴向可位于相同方向以彼此平行。

制动臂可针对凸轮的偏心方向选择性地与盘摩擦接触；第一制动臂的第二端部和第二制动臂的第二端部都可在第一偏心方向上释放与盘的摩擦接触，在第一偏心方向上，凸轮在凸轮的整个旋转部分朝向第一旋转轴和第二旋转轴偏心；仅第一制动臂的相对端部可在凸轮朝向第二制动臂偏心的第二偏心方向上与盘摩擦接触；仅第二制动臂的相对端部可在凸轮朝向第一制动臂偏心的第三偏心方向上与盘摩擦接触；并且，第一制动臂的第二端部和第二制动臂的第二端部都可在凸轮朝向盘偏心的第四偏心方向上与盘摩擦接触。

转向感辅助设备还可包括复位弹簧，该复位弹簧安装在壳体上并接合到凸轮，并且被配置为在凸轮朝向盘旋转的偏心方向上提供弹力。

摩擦刷可单独地耦接至制动臂的第二端部，以与盘的外周表面摩擦接触，并且摩擦图案可在盘的摩擦表面上形成。

转向感辅助设备还可包括：转向角传感器，被配置为检测转向轴的转向角；转向感马达，被配置为向转向轴提供转向感；转向马达，耦接至齿条并被配置为向齿条提供转向力；以及控制器，电连接至转向角传感器、转向感马达、转向马达和致动器，并且被配置为通过基于转向角和转向马达的扭矩值而控制转向感觉马达或致动器的操作，来在转向轴的正向旋转方向上选择性地提供转向感。

当转向马达的目标扭矩的绝对值等于或大于阈值扭矩的绝对值并且目标扭矩的绝对值的微分值大于0，或转向角的绝对值达到与转向角的端点相对应的约束角的绝对值时，控制器可通过在转向感马达中产生最大斥力来限制转向轴的旋转。

在转向感马达产生最大扭矩之后，控制器可将目标扭矩的绝对值保持在阈值扭矩的绝对值以上，并且当将转向角的绝对值保持在约束角的绝对值以上时可确定盘的旋转方向，其中要提供预定摩擦力；并且可通过致动器控制凸轮的旋转来提供摩擦力，以通过制动臂使盘正向或反向旋转。

当盘的目标摩擦方向为其反向方向时，可通过控制凸轮的旋转而使第一制动臂与盘摩擦接触，并且第二制动臂可释放与盘的摩擦接触，以便针对盘的反向旋转与盘摩擦接触；并且当盘的目标约束方向为正向时，可通过控制凸轮的旋转使第二制动臂与盘摩擦接触，并且第一制动臂可释放与盘的摩擦接触释放，以便针对盘的正向旋转与盘摩擦接触。

控制器可执行控制，以在通过制动臂向盘提供摩擦力的过程中维持转向感马达的最大斥力。

控制器可被配置为：在转向感马达产生最大斥力之后，当目标扭矩的绝对值小于阈值扭矩的绝对值并且转向角的绝对值小于约束角的绝对值时，控制第一制动臂和第二制动臂以释放与盘的摩擦接触。

控制器可执行控制，以通过在车辆起动期间控制凸轮的旋转来使第一制动臂和第二制动臂与盘摩擦接触，从而在盘的正向旋转方向上提供摩擦力。

通过这些解决方案，根据本发明的各种示例性实施方式，仅针对转向旋转方向提供了附加的转向感，该转向旋转方向通过致动器的控制来根据凸轮的旋转角度的变化选择性地使盘摩擦接触而受到限制。

因此，当驾驶员希望感觉到高负载时，缺少的扭矩可附加地提供给转向感马达，并且当驾驶员在限制盘的单向旋转的状态下突然执行方向盘的反向操作时，可通过允许方向盘旋转来去除方向盘的反向锁定现象。

此外，由于可通过立即向驾驶员提供摩擦力以及防止在车辆行驶过程中转向感马达故障时突然转向，来降低转向灵敏度，因此可向驾驶员提供操纵和驾驶安全性，并且在起动状态下无需附加配置或施加电压，就可实现防止方向盘过度双向旋转的功能。

本发明的方法和设备具有其他特征和优点，这些特征和优点将从附图中更明显地阐明或在附图中更详细地阐述，附图并入本文以及下面的详细描述中，它们一起用于解释某些本发明的原理。

附图说明

图1是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施方式的SBW系统的配置的示图，在该SBW系统中安装了转向感辅助设备；

图2是例示根据本发明的各种示例性实施方式的转向角约束设备的配置的示图；

图3是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施方式的提供使转向轴反向旋转的摩擦力的操作状态的示图；

图4是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施方式的提供使转向轴正向旋转的摩擦力的操作状态的示图；

图5是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施方式的提供使转向轴双向旋转的摩擦力的操作状态的示图；

图6是例示根据本发明的各种示例性实施方式的在制动臂上和从制动臂上安装和拆卸摩擦刷以及在盘的表面上形成摩擦图案的的配置的示图；以及

图7是示出根据本发明的各种示例性实施方式的限制转向角的控制过程的流程图。

应当理解，附图不一定按比例绘制，呈现了示出本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如本文所包括的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由具体预期应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的多个附图，附图标记指代本发明的相同或等同部分。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施方式，其实例在附图中示出并且在以下描述。尽管将结合本发明的示例性实施方式描述本发明，但是应当理解，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施方式。另一方面，本发明旨在不仅覆盖本发明的示例性实施方式，而且覆盖各种替代、修改、等同形式和其他实施方式，其可包括在如所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围之内。

将参考附图详细描述本发明的各种示例性实施方式。

根据本发明的各种示例性实施方式的SBW系统的转向感辅助设备包括盘10、凸轮20和制动臂30。

参照图1，在本发明的详细说明中，首先，盘10与转向轴11一起旋转，并且例如，盘10装配并耦接至转向轴11，并且在盘10被约束的状态下与转向轴11一起旋转。转向轴11可以是与方向盘12一起旋转的圆柱轴。

凸轮20接收致动器21的旋转力以偏心旋转，并且可设置在盘10的一侧。

此外，当制动臂30结合凸轮20的旋转而旋转时，制动臂30与盘10的外周表面选择性地摩擦接触，以在盘10的正向旋转方向上提供预定摩擦力。这里，预定摩擦力可以是大约5Nm的扭矩。

制动臂30沿其纵向方向延伸，并且旋转轴31设置在其一端部，并且凸轮20与制动臂30的中部接触，由此，当凸轮20旋转时，制动臂30的相对端部绕旋转轴31沿制动臂30的相对端部变得接近或远离盘10的方向上旋转，并且因此，制动臂30的相对端部与盘10的外周表面接触或释放与盘10的外周表面的接触。

在制动臂30的配置的更详细描述中，制动臂30包括设置在凸轮20的一侧的第一制动臂30a和设置在凸轮20的相对侧的第二制动臂30b。

第一制动臂30a的旋转轴31和第二制动臂30b的旋转轴31相对于凸轮20定位在与盘10相对的方向上，并且第一制动臂30a的相对端部和第二制动臂30b的相对端部位于盘10的一侧和相对侧。

因此，第一制动臂30a的旋转轴31和第二制动臂30b的旋转轴31可独立安装，并且旋转轴31的轴向可与盘10和凸轮20的轴向相同以彼此平行。

此外，当盘10从制动臂30的相对端部向制动臂30的一个端部旋转时，必须限制盘10的旋转，并且当盘10从制动臂30的一个端部向制动臂30的相对端部旋转时，必须允许盘10的旋转。

因此，需要将制动臂30的相对端部摩擦接触的盘10的位置调节到特定位置，并且在本发明的各种示例性实施方式中，制动臂30的相对端部可摩擦接触盘10的面向凸轮20的外周表面的一个点。

更详细地，在本发明的各种示例性实施方式中，制动臂30的相对端部必须与凸轮20的旋转半径的任一点摩擦接触，该相对端部在绘制切线的同时与盘10的外周表面接触。因此，在制动臂30的相对端部更牢固地与盘10的外周表面摩擦接触的同时，可提供转向感。

即，如图3所示，由于在凸轮20偏心旋转至右侧的状态下，左侧第一制动臂30a的相对端部与盘10的外周面摩擦接触，摩擦力被施加到盘10的反向(逆时针方向)上，从而使方向盘12的反向枢转运动变得困难。然而，在当前情况下，因为对于盘10的正向旋转摩擦不高，所以在驾驶员突然正向转向的情况下，方向盘12可容易地沿正向方向旋转。

类似地，如图4所示，由于在凸轮20偏心旋转到左侧的状态下右侧第二制动臂30b的相对端部与盘10的外周表面摩擦接触，摩擦力被施加到盘10的正向(顺时针方向)，使得方向盘12的正向枢转运动困难。然而，在当前情况下，因为对于盘10的反向旋转摩擦不高，所以在驾驶员突然反向转向的情况下，方向盘12可容易地沿反向方向旋转。

因此，本发明可通过使用设置在盘10外部的多个制动臂30选择性地在转向轴11的正向旋转方向上提供摩擦力，并且在摩擦力施加到转向轴11的特定旋转方向上的状态下，转向轴11可容易地沿其相反的方向旋转，并且即使驾驶员突然执行反向转向操作，也因为方向盘12仍可旋转不会发生方向盘12的锁定现象。

此外，本发明还可包括压力弹簧40，该压力弹簧40安装在壳体45上并在制动臂30的相对端部面向盘10的旋转方向上提供弹力。

例如，由于压力弹簧40分别连接在第一制动臂30a和车身之间以及第二制动臂30b和车身之间，所以如果凸轮20偏心旋转，制动臂30的相对端部通过压力弹簧40的张拉力被推向盘10，并且因此与盘10间隔的制动臂30的相对端部与盘10摩擦接触而限制盘10的单向旋转。

以目前的方式，在本发明的各种示例性实施方式中，制动臂30被配置成针对凸轮20的偏心方向选择性地与盘10摩擦接触。

例如，如图2所示，因为第一制动臂30a的相对端部和第二制动臂30b的相对端部都在第一偏心方向上释放与盘10的摩擦接触，在所述第一偏心方向上，凸轮20在凸轮20的整个旋转部分朝向旋转轴31偏心，并且盘10顺时针或逆时针自由旋转，由此方向盘12可向左枢转和向右枢转。

此外，如图3所示，在连接到第一偏心方向并且凸轮20朝向第二制动臂30b偏心的第二偏心方向上，仅第一制动臂30a的相对端部与盘10摩擦接触，并且因此，限制了盘10的逆时针旋转，并且允许了盘10的顺时针旋转来限制方向盘12的向左枢转。

此外，如图5所示，在连接到第二偏心方向并且凸轮20朝向盘10偏心的第四偏心方向上，第一制动臂30a的相对端部和第二制动臂30b的相对端部与盘10摩擦接触，从而限制了盘10的顺时针和逆时针旋转，以限制方向盘12的向左枢转和向右枢转。

此外，如图4所示，在连接在第一偏心方向和第四偏心方向之间并且凸轮20朝向第一制动臂30a偏心的第三偏心方向上，仅第二制动臂30b的相对端部与盘10摩擦接触；因此，限制了盘10的顺时针旋转，并且允许了盘10的逆时针旋转来限制方向盘12的向右枢转。

此外，本发明还可包括复位弹簧22，该复位弹簧22安装在壳体45上并在凸轮20朝向盘10偏心的旋转方向上提供弹力。

例如，复位弹簧22可以是扭力弹簧，并且在复位弹簧22装配有凸轮20的轴的状态下，复位弹簧22的一个端部耦接至凸轮20的端部并且复位弹簧22的相对端部固定到车身，并因此提供弹力，使得凸轮20位于凸轮20朝向盘10偏心的方向上，即，第四偏心方向。

也就是说，当电压既未施加到转向感马达14也未施加到致动器21时，凸轮20沿凸轮20通过复位弹簧22的弹力面向盘10的第四偏心方向偏心，并且因此，由于第一制动臂30a的相对端部和第二制动臂30b的相对端部均与盘10摩擦接触，所以方向盘12的向左枢转和向右枢转都受到限制。

当然，当致动器21正常操作时，致动器21的操作力高于复位弹簧22的弹力，并且因此可根据致动器21的操作来控制凸轮20的偏心方向。

同时，如图6中所示，在本发明的各种示例性实施方式中，摩擦刷32分别耦接至制动臂30的相对端部，以与盘的外周表面摩擦接触。

此外，在盘10的摩擦外周表面上形成有摩擦图案。该摩擦图案可具有各种形状，例如，栅格形状、波形形状和锯齿形状。

即，当摩擦刷32的摩擦表面磨损并且摩擦力减小时，可仅更换摩擦刷32以进行使用，并且可以以低成本方便地保持预定值以上的转向感，并且可通过形成在盘10的外周表面上的摩擦图案来增大盘10与摩擦刷32之间的摩擦力。

同时，在本发明的各种示例性实施方式中，通过由控制器50控制致动器21和转向感马达14的操作并在方向盘12的转向旋转方向上提供摩擦力来产生附加的转向感。

为了实现这一点，本发明除了转向感马达14之外，还可包括转向角传感器13、转向马达16和控制器50。

根据本发明的各种示例性实施方式的控制器50可通过被配置为控制车辆的各个元件的操作的算法、被配置为将数据存储在用于再现该算法的软件指令上的非易失性存储器、以及被配置为通过使用存储在存储器中的数据来执行下面将描述的操作的处理器来实现。在此，存储器和处理器可由单独的芯片实现。可替代地，存储器和处理器可由集成的单个芯片来实现。处理器可采用一个或多个处理器的形式。

在参考图1和图2的详细描述中，转向角传感器13安装在转向轴11中以检测转向轴11的转向角，转向感马达14被安装以向转向轴11提供转向感，并且转向马达16被安装以向齿条15提供转向力。

此外，转向角传感器13和转向马达16的扭矩值(当前值)通过控制器50输入，并且通过基于输入的转向角和转向马达16的扭矩值控制转向感马达14或致动器21的操作，有选择地在转向轴11的正向旋转方向上提供转向感。

例如，当转向马达16的目标扭矩T_target的绝对值大于或等于阈值扭矩T_threshold的绝对值并且目标扭矩T_target的绝对值的微分值大于0，或转向角θ的绝对值达到与转向角的端点对应的约束角θ_limit的绝对值时，控制器50被配置为通过在转向感马达14中产生最大斥力(软锁定)来限制转向轴11的旋转。软锁定可以是可通过转向感马达14输出以约束转向轴11的旋转的最大扭矩。

也就是说，当确定方向盘12完全转向任一侧并到达转向角的端点时，或者在轮胎与路缘石接触时轮胎转向角不能进一步增加的情况下仅转向马达16的目标电流增加到大于允许电流时，产生了可能通过转向感马达14输出的最大电流，从而限制了转向轴11的旋转(软锁定)。

此外，在由转向感马达14产生最大扭矩之后，控制器50将目标扭矩T_target的绝对值保持在阈值扭矩T_threshold的绝对值以上并且当转向角θ的绝对值保持在约束角θ_limit的绝对值以上时确定要向其提供摩擦力的盘10的旋转方向。

此外，通过由致动器21控制凸轮20的旋转操作，可通过制动臂30提供用于盘10的正向或反向旋转的摩擦力。

详细地，当盘10的目标约束方向为其反向方向时，通过控制凸轮20的旋转操作使第一制动臂30a与盘10摩擦接触，并且通过释放第二制动臂30b与盘10的摩擦接触，另外提供了预定值以上的转向感以使盘10反向旋转。

此外，当盘10的目标约束方向是其正向方向时，通过控制凸轮20的旋转操作使第二制动臂30b与盘10摩擦接触，并且通过释放第一制动臂30a与盘10的摩擦接触，另外提供了预定值以上的转向感以使盘10正向旋转。

也就是说，在首先通过转向感马达14限制转向轴11的旋转的软锁定之后，当维持转向角的端点的状态或转向马达16的目标电流进一步增加时，通过第一制动臂30a或第二制动臂30b的旋转操作来限制盘10的正向或反向旋转，从而在方向盘12的向左枢转或向右枢转方向上提供了额外的转向感。

同时，在通过制动臂30向盘10的旋转操作提供摩擦力的过程中，控制器50可执行控制以维持转向感马达14的最大扭矩。

也就是说，驾驶员肯定地认识到，通过在由制动臂30的操作向盘10施加摩擦力而提供转向感的状态下，通过保持由转向感马达14进行的软锁定操作而旋转转向角是困难的。

此外，控制器50可在车辆起动期间控制凸轮20的旋转操作，以在第一制动臂30a和第二制动臂30b与盘10摩擦接触时限制盘10的正向和反向旋转。

即，在车辆起动的状态下，需要防止方向盘12容易旋转的功能，并且如图5所示，凸轮20被操作为使得第一制动臂30a的相对端部和第二制动臂30b的相对端部两者与盘的外周表面摩擦接触并且摩擦力增大，并且通过这点可防止方向盘12容易旋转。

此外，控制器50在车辆起动期间监视转向感马达14和致动器21的故障。当在监视结果中确定转向感马达14和致动器21发生故障时，施加于转向感马达14和致动器21的电压被中断，并且通过语音或显示将故障情况通知给驾驶员以警告驾驶员。

因此，由于如果施加到转向感马达14和致动器21的电压被中断，凸轮20的偏心方向在由复位弹簧22的弹力使偏心方向面向盘10的方向上偏心地旋转，当两个制动臂30的摩擦刷32与盘10的外周表面摩擦接触时，摩擦力增大，并且通过此限制了方向盘12的旋转。

同时，在参考图7描述通过使用本发明的SBW系统的转向感辅助设备来向方向盘12提供转向感的过程中，首先，如图5所示，在车辆起动并且马达和致动器的电力被切断的状态下，第一制动臂30a和第二制动臂30b都与盘10摩擦接触，并且盘10的双向旋转被限制(S100)。

然而，在车辆的电力被接通并且转向感马达14和致动器21的电力被接通的状态下，通过使用转向角θ和转向马达16的扭矩值确定是否需要转向角的软锁定操作(S10)。

即，控制器50被配置为当确定转向马达16的目标扭矩T_target的绝对值大于或等于阈值扭矩T_threshold的绝对值并且目标扭矩T_target的绝对值的微分值大于0，或者转向角θ的绝对值为约束角θ_limit的绝对值以上时，通过在转向感马达14中产生最大斥力(软锁定)来限制转向轴11的旋转(S20)。

同时，当在步骤S10的确定结果中不满足条件时，以小于转向感马达14的最大斥力的扭矩产生转向感，并提供给转向轴11(S90)。当然，因此，通过将第一制动臂30a和第二制动臂30b两者都与盘10间隔开来控制盘10的旋转不受限制。

同时，在步骤S30之后，通过使用转向角θ和转向马达16的扭矩值来确定是否需要对方向盘进行额外的转向感操作(S30)。

也就是说，确定转向马达16的目标扭矩T_target的绝对值小于阈值扭矩T_threshold的绝对值，并且转向角θ的绝对值小于约束角θ_limit的绝对值。

因此，在步骤S30的确定结果中，当由于上述条件不满足而确定需要额外的转向感操作时，通过确定转向角的绝对值的微分值是否大于0和转向角的微分值是否大于0来确定需要转向感操作的旋转方向(S40)。

在步骤S40的确定结果中，当需要限制盘10沿其逆时针方向旋转时，如图3所示，凸轮20在第二偏心方向上偏心地旋转，使得第一制动臂30a与盘10的外周表面摩擦接触，从而为盘10的逆时针旋转提供了额外的转向感，并且因此使方向盘12的逆时针旋转被限制(S50)。

同时，在步骤S40的确定结果中，当需要限制盘10沿其顺时针方向旋转时，如图4所示，凸轮20在第三偏心方向上偏心地旋转，使得第二制动臂30b与盘10的外周表面摩擦接触，从而为盘10的顺时针旋转提供了额外的转向感，并且因此使方向盘12的顺时针旋转被限制(S60)。

因为在步骤S50和步骤S60中限制盘10旋转的过程中转向感马达14保持最大扭矩，所以驾驶员更确定地认识到转向角不能沿相应的旋转方向旋转(S70)。

随后，确定转向马达16的目标扭矩T_target的绝对值是否小于阈值扭矩T_threshold的绝对值并且转向角θ的绝对值是否小于约束角θ_limit的绝对值(S80)。

在步骤S80的确定结果中，当满足上述条件时，如图2所示，通过使凸轮20在第一偏心方向上偏心地旋转而允许方向盘的双向旋转，以使得第一制动臂30a和第二制动臂30b两者都释放与盘10的外周表面的摩擦接触(S90)。

同时，如果在车辆起动期间检测到转向感马达14或致动器21的故障(S110)，则其电力同时被中断，并且制动臂30返回至处于起动状态的位置(初始位置)，以向驾驶员提供预定水平(例如5Nm)的摩擦力(S120)。

因此，由于即使由于转向感马达14的故障而失去转向感功能也提供了摩擦力，所以降低了转向灵敏度并且可安全地行驶。

作为参考，可在控制器50(ECU)上将识别转向角和发送齿条目标位置的功能变为双重功能(全冗余角传感器/辅助控制器52)，该功能是要求故障操作的基本功能。

此外，转向感设备的主要功能(例如转向感马达和致动器的控制)，可由控制器50中的主控制器51执行。

如上所述，由于通过致动器21的控制根据凸轮20的旋转角度的变化而进行与转向轴11约束的盘10的选择性摩擦接触，仅在要限制的旋转方向上提供了附加的转向感。

因此，当驾驶员希望感觉到高负载(例如，转向角的端点感觉)时，可附加地提供转向感马达中所缺失的扭矩，并且当在盘10的单向旋转被限制的状态下驾驶员执行方向盘12的反向操作时，方向盘12可旋转，从而消除了方向盘12的反向锁定现象。

此外，当在行驶车辆时转向感马达发生故障时，通过立即向驾驶员提供摩擦力并防止突然转向来降低转向灵敏度，从而可向驾驶员提供操纵和驾驶安全性。

此外，在起动状态下，可实现防止方向盘过度双向旋转的功能，而无需任何额外的配置或施加电压。

此外，术语“控制器”是指包括存储器和处理器的硬件设备，该处理器被配置为执行被解释为算法结构的一个或多个步骤。存储器存储算法步骤，并且处理器执行算法步骤以执行根据本发明的各种示例性实施方式的方法的一个或多个过程。根据本发明的示例性实施方式的控制器可通过非易失性存储器和处理器来实现，非易失性存储器被配置为存储用于控制车辆的各个组件的操作的算法或关于用于执行算法的软件命令的数据，以及处理器被配置为使用存储在存储器中的数据执行上述操作。存储器和处理器可以是单独的芯片。可替代地，存储器和处理器可集成在单个芯片中。该处理器可被实现为一个或多个处理器。

控制器可以是由预定程序操作的至少一个微处理器，该预定程序可包括用于执行根据本发明的各种示例性实施方式的方法的一系列命令。

前述发明也可体现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。该计算机可读记录介质是可存储其后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的实例包括硬盘驱动器(HDD)、固态盘(SSD)、硅盘驱动器(SDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置等，以及例如载波(例如，通过互联网传输)的实现。

为了方便解释和准确地定义所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“在……上”、“在……下”、“向上”、“向下”、“正面”、“后面”、“背面”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内”、“外”、“向前”和“向后”用来参考附图中显示的特征的位置来描述示例性实施方式的特征。将进一步理解，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。

为了说明和描述的目的，已经给出了本发明的具体示例性实施方式的前述描述。它们并非旨在穷举本发明或将本发明限制为所公开的精确形式，并且显然，根据以上教导，许多修改和变化是可行的。选择和描述示例性实施方式以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域其他技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施方式及其各种替代和修改。本发明的范围旨在由所附的权利要求及其等同物来限定。

Claims

1.一种线控转向系统的转向感辅助设备，所述转向感辅助设备包括：

盘，连接至转向轴并被配置为与所述转向轴一起旋转；

凸轮，接合到致动器并被配置为接收所述致动器的旋转力以偏心旋转；以及

制动臂，被配置为选择性地与所述盘的外周表面摩擦接触，以在所述制动臂连同所述凸轮的旋转而旋转时在所述盘的正向旋转方向上提供预定摩擦力。

2.根据权利要求1所述的转向感辅助设备，其中，在所述制动臂的第一端部处设置有旋转轴，并且所述凸轮与所述制动臂的中部接触，从而当所述凸轮偏心旋转并选择性地与所述盘的所述外周表面摩擦接触时，所述制动臂的第二端部绕所述旋转轴沿所述制动臂的所述第二端部靠近或远离所述盘的方向旋转。

3.根据权利要求2所述的转向感辅助设备，还包括：

压力弹簧，安装在壳体上并被配置为在所述制动臂的所述第二端部面向所述盘的旋转方向上向所述制动臂提供弹力。

4.根据权利要求2所述的转向感辅助设备，其中，

其中，所述制动臂包括分别设置在所述凸轮的第一侧和第二侧的第一制动臂和第二制动臂，

其中，形成在所述第一制动臂的第一端部上的第一旋转轴和形成在所述第二制动臂的第一端部上的第二旋转轴相对于所述凸轮位于与所述盘相对的方向，并且

其中，所述第一制动臂的第二端部和所述第二制动臂的第二端部分别位于所述盘的第一侧和所述盘的第二侧。

5.根据权利要求4所述的转向感辅助设备，其中，所述第一制动臂和所述第二制动臂的第二端部中的一者或两者与所述凸轮的旋转半径的点摩擦接触，并且所述第一制动臂和所述第二制动臂的第二端部中的一者或两者在绘制切线的同时与所述盘的外周表面接触。

6.根据权利要求4所述的转向感辅助设备，

其中，所述盘被轴耦接到所述转向轴，

其中，所述凸轮安装在所述盘的一侧，并且

其中，所述盘、所述凸轮以及所述第一制动臂和所述第二制动臂的旋转轴线的轴向在相同方向上彼此平行。

7.根据权利要求4所述的转向感辅助设备，

其中，所述第一制动臂和所述第二制动臂在所述凸轮的偏心方向上选择性地与所述盘摩擦接触；

其中，所述第一制动臂的第二端部和所述第二制动臂的第二端部在第一偏心方向上释放与所述盘的摩擦接触，在所述第一偏心方向上，所述凸轮在所述凸轮的整个旋转部分朝向所述第一旋转轴和所述第二旋转轴偏心；

其中，所述第一制动臂的第二端部在第二偏心方向上与所述盘摩擦接触，在所述第二偏心方向上，所述凸轮朝向所述第二制动臂偏心；

其中，所述第二制动臂的第二端部在第三偏心方向上与所述盘摩擦接触，在所述第三偏心方向上，所述凸轮朝向所述第一制动臂偏心；并且

其中，所述第一制动臂的第二端部和所述第二制动臂的第二端部在第四偏心方向上与所述盘摩擦接触，在所述第四偏心方向上，所述凸轮朝向所述盘偏心。

8.根据权利要求2所述的转向感辅助设备，还包括：

复位弹簧，安装在壳体上并与所述凸轮接合，并且所述复位弹簧被配置为在所述凸轮朝向所述盘偏心的方向上向所述凸轮提供弹力。

9.根据权利要求2所述的转向感辅助设备，

其中，摩擦刷被单独地耦接到所述制动臂的第二端部，以与所述盘的外周表面摩擦接触，并且

其中，摩擦图案形成在所述盘的外周表面上。

10.根据权利要求2所述的转向感辅助设备，还包括：

转向角传感器，被配置为检测所述转向轴的转向角；

转向感马达，被配置为向所述转向轴提供转向感；

转向马达，耦接至齿条并被配置为向所述齿条提供转向力；以及

控制器，电连接至所述转向角传感器、所述转向感马达、所述转向马达和所述致动器，并且所述控制器被配置为通过根据所述转向角和所述转向马达的扭矩值控制所述转向感马达或所述致动器的操作，来选择性地在所述转向轴的所述正向旋转方向上提供转向感。

11.根据权利要求10所述的转向感辅助设备，其中，所述控制器被配置为：当所述转向马达的目标扭矩的绝对值等于或大于阈值扭矩的绝对值并且所述目标扭矩的绝对值的微分值大于0，或所述转向角的绝对值达到与所述转向角的端点相对应的约束角的绝对值时，通过在所述转向感马达中产生最大斥力来限制所述转向轴的旋转。

12.根据权利要求11所述的转向感辅助设备，其中，所述控制器：

在所述转向感马达产生最大扭矩之后，将所述目标扭矩的绝对值保持在所述阈值扭矩的绝对值以上并且当所述转向角的绝对值保持在所述约束角的绝对值以上时，确定所述盘的旋转方向，在所述旋转方向上提供预定摩擦力；并且

通过由所述致动器控制所述凸轮的旋转，由所述制动臂向所述盘的正向旋转或反向旋转提供摩擦力。

13.根据权利要求12所述的转向感辅助设备，

其中，当所述盘的目标约束方向为反向方向时，所述第一制动臂通过控制所述凸轮的旋转而与所述盘摩擦接触，并且所述第二制动臂释放与所述盘的摩擦接触，以便针对所述盘的反向旋转与所述盘摩擦接触；并且

其中，当所述盘的目标约束方向为正向方向时，通过控制所述凸轮的旋转而使所述第二制动臂与所述盘摩擦接触，并且释放所述第一制动臂与所述盘的摩擦接触，以便针对所述盘的正向旋转与所述盘摩擦接触。

14.根据权利要求12所述的转向感辅助设备，其中，所述控制器被配置为执行控制以在由所述制动臂向所述盘提供所述摩擦力的过程中维持所述转向感马达的所述最大斥力。

15.根据权利要求11所述的转向感辅助设备，

其中，所述制动臂包括分别设置在所述凸轮的第一侧和第二侧的第一制动臂和第二制动臂，并且

其中，所述控制器被配置为：在所述转向感马达产生所述最大斥力后，当所述目标扭矩的绝对值小于所述阈值扭矩的绝对值并且所述转向角的绝对值小于所述约束角的绝对值时，控制所述第一制动臂和所述第二制动臂释放与所述盘的摩擦接触。

16.根据权利要求14所述的转向感辅助设备，

其中，所述控制器被配置为：在所述转向感马达产生所述最大斥力后，当所述目标扭矩的绝对值小于所述阈值扭矩的绝对值并且所述转向角的绝对值小于所述约束角的绝对值时，控制所述第一制动臂和所述第二制动臂以释放与所述盘的摩擦接触。

17.根据权利要求10所述的转向感辅助设备，

其中，所述控制器被配置为执行控制，以通过在车辆起动期间控制所述凸轮的旋转使所述第一制动臂和所述第二制动臂与所述盘摩擦接触，从而在所述盘的正向旋转方向和反向旋转方向上提供摩擦力。

18.一种控制转向感辅助设备的方法，所述转向感辅助设备包括：盘，连接至转向轴并被配置为与所述转向轴一起旋转；凸轮，接合到致动器并被配置为接收所述致动器的旋转力以偏心旋转；第一制动臂和第二制动臂，被配置为选择性地与所述盘的外周表面摩擦接触，以在所述第一制动臂和所述第二制动臂连同所述凸轮的旋转而旋转时在所述盘的正向旋转方向上提供预定摩擦力；转向感马达，被配置为向所述转向轴提供转向感；以及转向马达，耦接至齿条并被配置为向所述齿条提供转向力，所述方法包括：

由与所述转向感马达、所述致动器和所述转向马达电连接的控制器，通过根据转向角和所述转向马达的扭矩值控制所述转向感马达或所述致动器的操作，来选择性地在所述转向轴的所述正向旋转方向上提供转向感，

当所述转向马达的目标扭矩的绝对值等于或大于阈值扭矩的绝对值并且所述目标扭矩的绝对值的微分值大于0，或所述转向角的绝对值达到与所述转向角的端点相对应的约束角的绝对值时，由所述控制器通过在所述转向感马达中产生最大斥力来限制所述转向轴的旋转，以及

在所述转向感马达产生所述最大斥力之后，当所述目标扭矩的绝对值小于所述阈值扭矩的绝对值并且所述转向角的绝对值小于所述约束角的绝对值时，由所述控制器控制所述第一制动臂和所述第二制动臂以释放与所述盘的摩擦接触。

19.根据权利要求18所述的方法，

在所述转向感马达产生最大扭矩之后，由所述控制器将所述目标扭矩的绝对值保持在所述阈值扭矩的绝对值以上并且当将所述转向角的绝对值保持在所述约束角的绝对值以上时，确定所述盘的旋转方向，在所述旋转方向上提供预定摩擦力；并且

在通过所述致动器的控制来控制所述凸轮的旋转时，由所述控制器通过所述第一制动臂和所述第二制动臂向所述盘的正向旋转或反向旋转提供摩擦力。

20.根据权利要求19所述的方法，

其中，当所述盘的目标约束方向为反向方向时，通过所述控制器控制所述凸轮的旋转而使所述第一制动臂与所述盘摩擦接触，并且通过所述控制器控制所述凸轮的旋转而释放所述第二制动臂与所述盘的摩擦接触，以便针对所述盘的反向旋转与所述盘摩擦接触；并且

其中，当所述盘的目标约束方向是正向方向时，通过所述控制器控制所述凸轮的旋转而使所述第二制动臂与所述盘摩擦接触，并且通过所述控制器控制所述凸轮的旋转释放所述第一制动臂与所述盘的摩擦接触，以便针对所述盘的正向旋转与所述盘摩擦接触。