CN114715267B - 用于机动车的具有简化控制结构的线控转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车(1)的线控转向系统(10)，其具有：与转向把手(18)机械连接的反应力执行器(12)；用于检测反应力执行器(12)的转子位置的转子位置传感器(52)；转向把手角度传感器(14)；至少一个用于控制反应力执行器(12)的第一控制装置(16)；其中，第一控制装置(16)设置为在转子位置传感器(52)故障时，基于转向把手角度传感器(14)的测量值确定转子位置信息。本发明还涉及一种用于运行这种转向系统(10)的方法。

Description

用于机动车的具有简化控制结构的线控转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的线控转向系统和一种用于运行这种转向系统的方法。机动车尤其可以是客车或货车。

背景技术

在线控转向中，由驾驶员操纵的转向把手(尤其方向盘)不与转向器传动机构机械地耦连。取而代之的是，通过传感器检测转向把手的操纵，然后根据这些操纵控制与转向器传动机构耦连的执行器(通常是作用于齿条的电动机)。然而为了给驾驶员关于已进行的车辆转向的触觉反馈，转向把手与反应力执行器机械地连接。反应力执行器设置用于，根据当前执行的转向产生反力距，该反力矩作用在转向把手上以对抗驾驶员操纵。以这种方式可以给驾驶员自然的转向感觉并且尤其是合适的转向阻力。如果没有反应力执行器，转向阻力就会由于缺失与转向器传动机构的机械耦连而极大地减小。

为了能用反应力执行器设置合适的反力矩(或甚至反应力矩)，通过转子位置传感器检测转子位置(或甚至转子位)。由于反应力执行器决定性地影响转向感觉，并且反应力执行器的故障会导致驾驶员的安全相关的刺激，所以目前在当前的线控转向系统中冗余地安装了许多对产生适当的反应力或反应力矩重要的组件。这尤其涉及转子位置传感器，其部分地还分别与专门分配的控制装置连接。由此产生的冗余设计的控制结构具有相应较高的成本。

文献DE 10 2017 217 581 A1中有相对于线控转向系统的背景。那里还示出作用于齿条的车轮转向执行器的冗余设计的控制结构。一般不同设计的机电式转向中的角度测量的一般技术背景可以在文献DE 10 2014 105 682 A1和US 10,647,353 B2中找到。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，减少线控转向系统的复杂程度和成本。

该技术问题通过一种用于机动车的线控转向系统以及一种用于运行用于机动车的线控转向系统的方法解决，该线控转向系统具有：

与转向把手机械连接的反应力执行器；

用于检测反应力执行器的转子位置的转子位置传感器；

转向把手角度传感器；

至少一个用于控制反应力执行器的第一控制装置；

其中，第一控制装置设置为在转子位置传感器故障时，基于转向把手角度传感器的测量值确定转子位置信息。

一般而言，本发明规定，简化以前线控转向系统的多重冗余设计并且以此降低复杂程度和成本。在此优选规定，限制转子位置传感器的数量，并且尤其限制成一个。冗余的转子位置信息优选从转向把手角度传感器获得，而不是通过额外的转子位置传感器获得。

此外，通过在此介绍的解决方案可以有利地减少控制装置的数量，尤其微控制器形式的控制装置的数量。

尤其建议一种用于机动车的线控转向系统，其具有：

反应力执行器(或甚至反应力矩执行器)，该反应力执行器与转向把手(尤其方向盘)机械地连接；

用于检测反应力执行器的转子位置(或者换句话说转子位)的转子位置传感器(或者换句话说转子位传感器)；

转向把手角度传感器(以下也简称为：转向角度传感器)；

至少一个用于控制反应力执行器的第一控制装置，尤其至少一个基于转子位置信息(或者换句话说转子位信息)控制反应力执行器的第一控制装置；

其中，第一控制装置设置为在转子位置传感器故障时，基于转向把手角度传感器的测量值确定转子位置信息。

一般而言，最晚在转子位置传感器故障时，转向把手角度传感器的测量值可以用于确定转子位置信息。在此可以利用在转向角度值和转子位置值之间事先已知的关联。这种关联例如可以由转向把手和反应力执行器之间的机械传动比得出。后者尤其存在于这种情况，即若如通常优选地，反应力执行器并且尤其反应力执行器的转子与转向把手机械地耦连。

反应力执行器一般可以是电动机。转子位置信息例如可以是转子位或者一般而言是转子角度，该转子位置信息可以针对力矩调节用于通过反应力执行器产生期望的反应力和尤其反应力矩。反应力执行器的控制可以把这种调节作为主题，或者换句话说，可以在这种调节的背景下或作为这种调节的组成部分进行。清楚的是，通过转向把手上的反应力执行器能产生有效的力矩。因此在执行器方面，在此部分地可以换用术语″力″和″力矩″。

第一控制装置可以是微控制器和/或包括至少一个处理器装置和/或具有至少一个存储装置。存储装置上可以存储程序指令，该程序指令使处理器装置提供或执行控制装置的任何在此所述功能。

控制装置可以设置为，例如通过与转向把手角度传感器的信号连接或与下文所述的第二控制装置的信号连接获得转向把手角度传感器的测量值，所述第二控制装置获得和/或处理该传感器的测量值。

为了控制反应力执行器，第一控制装置优选能生成控制信号并且将该控制信号例如输出到反应力执行器的电力电子装置上。一般而言，控制装置可以设置为执行反应力执行器的功率调节。

优选的是，线控转向系统仅具有一个唯一的转子位置传感器，用于检测反应力执行器的转子位置。换句话说，反应力执行器的转子位置传感器优选不是冗余地设计的和/或冗余地存在的。这节省了成本并且在此由此实现了在优选唯一的转子位置传感器故障时，确定反应力执行器的期望的转子位置信息的备选可行方案是可用的。

额外地或者备选地，转子位置传感器可以是相对测量的传感器。这表示，转子位置传感器优选不设置为在整个可能的运动范围内确定转子的绝对位置。这也优选适用于转子转多圈的情况，例如超过360°的运动范围。若转子位置传感器只能绝对测量该运动范围的一部分(例如从0°到360°)，则在本公开的上下文中它仍然可以被称为相对测量的传感器。但是同样可以提供转子位置传感器，该转子位置传感器甚至对运动范围的仅有限的部分也不能绝对地测量，即仅提供相对的测量值，例如通过将指数值相加。通过使用相应地相对测量的转子位置传感器可以额外降低成本。

与之关联地优选还规定，可以确定绝对的转子位置值，其作为转子位置传感器的相对的测量值的基础。为此，第一控制装置优选设置为基于转向把手角度传感器的至少一个测量值和转子位置传感器的至少一个相对的测量值确定绝对的转子位置值。例如在转向系统启动时和/或通常在转向系统或至少转子位置传感器初始化时，可以获得转向把手角度传感器的存在的、优选绝对的测量值。在知道已经阐述的传动比或一般而言转向把手角度和转子位置的值之间的关联时，就可以基于该获得的转向把手角度确定当前存在的转子位置。作为结果获得的转子位置传感器的相对的测量值可以在知道初始存在的绝对的转子位置值的情况下换算成相应绝对的转子位置值。换句话说，首先根据转向把手角度确定的绝对的转子位置值可以用作参考，以将未来的相对的测量值换算成绝对的测量值。通过这种方式，在使用低成本的相对测量的转子位置传感器时也能实现可靠的测量值生成。

相应地优选的变型设计规定，转向把手角度传感器是绝对地测量的传感器。

根据优选的改进设计，反应力执行器和转子位置传感器(优选额外地第一控制装置)连接在第一电路和/或第一电源(或甚至电压源)上。相反，转向把手角度传感器(和优选甚至与之相连的可选的第二控制装置)优选连接在第二电路和/或第二电源(或甚至电压源)上。换句话说，反应力执行器和转子位置传感器和转向把手角度传感器由不同的电路和/或电压源供应。这至少以这样一种方式提高了故障安全性：在一个电路故障时，与相应的其他电路连接的单元仍然可以继续运行。

与之关联地有利地规定，第一和第二电路是相互电隔离的。这优选也适用于分别由此包括的组件。额外地或者备选地可以规定，第一控制装置与转向把手角度传感器或与转向把手角度传感器连接的第二控制装置通过信号耦合器以信号传输的方式连接。换句话说，第一控制装置优选设置为通过信号耦合器获得转向把手角度传感器的测量值。在此也可以是由第二控制装置处理的测量值。

信号耦合器一般而言可以是实现在发射和接收单元之间信号传输同时保持电隔离的单元。换句话说，可以是电隔离的信号耦合器。尤其该信号耦合器可以是或包括光耦合器。替选地可以是或包括数字的隔离器。通过电隔离和尤其相应设计的信号耦合器可以改善故障安全性，尤其方式是，在仅出现局部或个别故障时，限制整个转向系统的故障的概率。

改进设计规定，转向把手角度传感器与第二控制装置连接。该第二控制装置尤其可以处理转向把手角度传感器的测量值和/或产生用于给第一控制装置传输信号的信号，其中，信号包含相应的测量值。优选的是，第一控制装置和第二控制装置与不同的车辆通信总线连接。一般而言，第一控制装置和第二控制装置可以通过已经描述的信号耦合器相互连接。但是额外地，它们也可以与车辆通信总线，例如CAN总线连接。在此例如可以是冗余地设计的车辆通信总线。第一控制装置可以通过第一车辆通信总线(或一般而言通过其他信号路径)将转向把手角度测量值传送到与齿条耦连的执行器(换句话即车轮转向执行器)上，以使车辆车轮根据转向把手的操纵而偏转。第二控制装置可以通过第二车辆通信总线可选地获得信号，以设置适当的反应力矩，例如获得与估计或测量的齿条力有关的信号。

通过将第一和第二控制装置连接在不同的车辆通信总线上，再次改善了转向系统的可用性，尤其相较于仅存在一个车辆通信总线的情况，这一个车辆通信总线在转向系统的控制装置之一故障时可以实现与其他单元的通信。

根据另一方面，转向系统还具有用于转向把手的纵向调整执行器。以此可以以本身已知的方式调整转向把手的纵向位置(或从驾驶员的视线看的深度位置)。例如转向把手可以通过执行器移动到离仪表板和/或驾驶员的不同距离。纵向调整轴线可以平行于或沿着与转向把手耦连的和与转向把手可以一同旋转的转向轴延伸。优选的是规定，纵向调整执行器也可以由第一控制装置控制。例如第一控制装置可以从可由驾驶员操纵的操作元件获得信号并根据这些操纵信号控制纵向调整执行器，尤其控制其电力电子装置。

在上述实施方式中，纵向调整执行器和甚至反应力执行器的控制集成在单个控制装置中。与每个执行器都具有专门分配的控制装置的通常情况相比，这降低了成本和复杂程度。

本发明还涉及一种用于运行用于机动车的线控转向系统的方法，其中，所述线控转向系统具有：

与转向把手机械连接的反应力执行器；

用于检测反应力执行器的转子位置的转子位置传感器；

转向把手角度传感器；

并且其中，在转子位置传感器故障时所述方法具有：

基于转向把手角度传感器的测量值确定转子位置信息。

所述方法可以具有所有另外的特征、改进设计和变型设计，以便提供在转向系统的背景下描述的所有功能、措施和运行状态。尤其所有相对于转向系统解释的变型和改进设计也可以适用于所有等同的方法特征或在其中规定。一般而言，所述方法可以由上述类型的第一控制装置执行。优选地还额外地具有在尤其启动时的所述初始化措施，根据该措施，绝对的转向角测量值作为用于相对地测量的转子位置传感器的参考。一般而言，例如当转子位置传感器的测量值消失、不可靠和/或具有意外的跃变时，所述方法也可以具有单独的步骤来确定转子位置传感器的故障。

附图说明

本发明的实施例下面根据示例性附图阐述：

图1示出根据本发明的实施例的线控转向系统的示意性简化视图，该系统执行示例性的根据本发明的方法。

具体实施方式

图1示出仅在所选的部分示出的机动车1的线控转向系统10。根据本发明的该实施例，线控转向系统10包括反应力执行器12，转向把手角度传感器14和第一控制装置16。然而它也可以包括下文所述的所有另外的组件，尤其转向把手18和/或第二控制装置20和/或可选的纵向调整执行器22。

总体上，线控转向系统10的工作原理与传统的变型一致。转向把手18因此与转向轴24连接，其中，转向轴24可以与转向把手18一起转动。然而，转向把手18和转向轴24都没有与转向器传动机构26机械地连接。例如转向器传动机构26具有车轮转向执行器28，该车轮转向执行器28咬合到齿条30中。齿条通过转向杆32与机动车1的前桥的车辆车轮34耦连。

对转向把手18的操纵通过转向把手角度传感器14(下文也仅称为转向角度传感器)检测。如通过信号连接S1所示，该信息被用于控制反应力执行器28。该反应力执行器然后通过车轮34的相应偏转设置机动车1的转向角，方式是以已知的方式线性移动齿条30。

为了给驾驶员确定的转向感觉，反应力执行器12与转向轴24机械地耦连。更确切地说，反应力执行器12设置为将确定的力矩施加到输入轴24上并且以此施加到转向把手18上，所述力矩优选反作用于由驾驶员选择的操纵。该力矩被驾驶员感觉为反应力或反作用力。

纯可选地示出纵向调整执行器22。通过纵向调整执行器可以根据所示的箭头L纵向调整转向把手18。纵向调整的轴线与转向轴24的纵向轴线平行或一致地延伸。

线控转向系统10包括控制结构11。控制结构可以由控制设备包括或构造成控制设备。替选地或额外地，它可以构造或提供在至少一个印刷电路板上。控制结构11包括两个电隔离的部分13、15。第一部分13具有第二控制装置20，第二控制装置通过信号连接S2与转向角度传感器14通信。第二部分15具有第一控制装置16，该第一控制装置尤其通过信号连接S3与反应力执行器12通信，并且更确切地说与其电力电子装置40通信。电力电子装置40也可以独立于控制结构11地构造，例如直接定位在反应力执行器28上。第一控制装置16通过信号线路S4与转子位置传感器52连接。

尽管有电隔离，但第一和第二控制装置16、20通过信号耦合器41信号传输地相互连接。信号耦合器41优选是光耦合器或数字的隔离器。

还示出，第一和第二控制装置16、20连接在不同的电路和尤其电压源42上。没有单独示出的是，电压源42也可以可选地给控制结构11的另外的和优选所有另外的组件供电。额外地或者备选地，它们也可以给由它们控制的单元供电，例如反应力执行器12、纵向调整执行器22或转向角度传感器14。

还示出，控制装置16、20分别通过中间连接的传输装置44与通信总线48连接。仅示意性表示通信总线48的中央控制装置的类型，以及其通信路径的虚线示出的走向。一般而言，机动车1具有冗余的通信总线48，并且控制装置16、20分别与彼此不同的通信总线48连接(即第一控制装置16与第一通信总线48连接，第二控制装置20与第二通信总线连接)。通过虚线示出的信号走向表示，控制装置16、20通过通信总线48也分别与转向器传动机构26连接。在这种情况下，尤其可以规定，用于在车轮转向执行器28处传输转向角的信号路径S1集成到相应的与第二控制装置20连接的通信总线48中。

作为优选的另外的特征示出另外的通信总线50，通过该另外的通信总线50，第一控制装置16优选直接与转向器传动机构26连接。例如，控制装置16可以由此直接获得当前设置的车轮转向角和/或齿条力，并且据此控制反应力执行器12。该额外的通信总线50也可以被称为私人通信总线或私人CAN连接。

第一控制装置16还与反应力执行器12的转子位置传感器52连接。该转子位置传感器52可以测量构造成电动机的反应力执行器12的转子位置和尤其反应力执行器12的占有的角度位置。转子在此抗扭地与转向轴24耦连。这意味着由通过转向角度传感器14测量的转向角也可用于推断转子位置。在此，所示解决方案利用的是，最迟在转子位置传感器52具有故障时(可以从第一控制装置16例如不可靠或不存在的测量值识别)，第一控制装置16通过信号耦合器41从第二控制装置20获得转向角测量值。在此基础上，它可以确定转子位置信息和确切而言计算转子位置，而不是使用转子位置传感器52的测量值。如上文所示，这实现了省去额外的冗余的转子位置传感器52，这减少了部件数量和成本。

作为另外的有利特征，所示方案规定，转子位置传感器52是相对测量的传感器。另一方面，转向角度传感器14优选是绝对测量的传感器。当转向系统10和尤其控制结构11启动时，第一控制装置16从第二控制装置20获得当前的绝对转向角值。该值用作参考，用于将转子位置传感器52的当前的相对的转子位置值与相应的绝对的转子位置值等同。更准确地说，由于转向角和转子位置之间的已知的关联，可以根据测得的转向角确定当前的绝对的转子位置并且转子位置传感器52的相对的位置测量值可以与该绝对的转子位置值等同。随后测得的相对的转子位置值可以在知道该初始确定的绝对的转子位置值的情况下换算成相应的绝对的转子位置值。例如可以确定当前测得的(相对的)转子位置值与初始的(绝对的)转子位置值之间的差异并且可以确定作为当前的绝对的转子位置值的值，所述值与初始确定的绝对的转子位置值具有相似的差异。

如上所述，第一控制装置16可选地也设置为，控制纵向调整执行器22。为此，第一控制装置又与该执行器的电力电子装置40连接(信号连接S5)。根据通过未单独示出的、第一控制装置16可以例如通过通信总线48获得的、操纵元件的使用者输入，第一控制装置16可以控制该执行器22的电力电子装置40，以便实现转向把手18的期望的纵向调整。

作为另外的可选特征，示出在第一控制装置16和纵向调整执行器22的传感单元53之间的信号连接S6。该传感单元53可以确定当前的位置，并且尤其转向把手18和/或转向轴24的纵向位置。作为补充或者备选的是，该该传感单元53可以确定超过或不超过转向把手18和/或转向轴24的至少一个预定的定位标记或者说索引标记或者更一般地说确定的纵向调整或确定的纵向轴位置。由此例如可以监控，是否已经达到纵向调整的定义的程度，据此转向把手18这样远离驾驶员并且位于仪表板的附近，使得不再能保证机动车1的可靠的运行。这也被已知为达到例如有利于清洁或维修工作的所谓的收藏区域。然而，当达到收藏区域时，不能再确保集成在转向把手18中的安全气囊发挥足够的保护功能。如果通过传感单元53识别到向收藏区域中的缩入，第一控制装置16可以例如采取措施，防止机动车1前进。

没有单独示出的是，作为转向角度传感器14的补充或者备选，也可以提供转向力矩传感器，和/或通过转向角度传感器14也可以测量由驾驶员施加到转向把手18上的手动力矩。这种手动力矩信息可以优选通过另外的信号耦合器41从第二控制装置20传输到第一控制装置16。这也可以用于以此为基础产生合适的反应力。

附图标记列表：

1 机动车

10 (线控)转向系统

11 控制结构

12 反应力执行器

13 控制结构的第一部分

14 转向角度传感器

15 控制结构的第二部分

16 第一控制装置

18 转向把手

20 第二控制装置

22 纵向调整执行器

24 转向轴

26 转向器传动机构

28 车轮转向执行器

30 齿条

32 转向杆

34 前轮

40 电力电子装置

41 信号耦合器

42 电压源

48 车辆通信总线

50 私人通信总线

52 转子位置传感器

53 传感单元

Claims (8)

1.一种用于机动车(1)的线控转向系统(10)，其具有：

与转向把手(18)机械连接的反应力执行器(12)；

用于检测反应力执行器(12)的转子位置的转子位置传感器(52)；

转向把手角度传感器(14)；

至少一个用于控制反应力执行器(12)的第一控制装置(16)；

其中，第一控制装置(16)设置为在转子位置传感器(52)故障时，基于转向把手角度传感器(14)的测量值确定转子位置信息，

其中，所述反应力执行器(12)和转子位置传感器(52)连接在第一电路上，所述转向把手角度传感器(14)连接在第二电路上，

第一和第二电路是相互电隔离的并且所述第一控制装置(16)通过信号耦合器(41)获得所述转向把手角度传感器(14)的测量值。

2.按照权利要求1所述的线控转向系统(10)，

其特征在于，所述线控转向系统(10)仅具有一个唯一的转子位置传感器(52)，用于检测所述反应力执行器(12)的转子位置。

3.按照权利要求1或2所述的线控转向系统(10)，

其特征在于，所述转子位置传感器(52)是相对测量的传感器。

4.按照权利要求3所述的线控转向系统(10)，

其特征在于，所述第一控制装置(16)设置为基于转向把手角度传感器(14)的至少一个测量值和转子位置传感器(52)的至少一个相对的测量值确定绝对的转子位置值。

5.按照权利要求1或2所述的线控转向系统(10)，

其特征在于，所述转向把手角度传感器(14)是绝对测量的传感器。

6.按照权利要求1或2所述的线控转向系统(10)，

其特征在于，所述转向把手角度传感器(14)与第二控制装置(20)连接，其中，所述第一控制装置(16)和第二控制装置(20)与不同的车辆通信总线(48)连接。

7.按照权利要求1或2所述的线控转向系统(10)，其特征在于配设有用于转向把手(18)的纵向调整执行器(22)，所述纵向调整执行器能由所述第一控制装置(16)控制。

8.一种用于运行用于机动车(1)的线控转向系统(10)的方法，其中，所述线控转向系统(10)具有：

与转向把手(18)机械连接的反应力执行器(12)；

用于检测反应力执行器(12)的转子位置的转子位置传感器(52)；

转向把手角度传感器(14)；

并且其中，在所述转子位置传感器(52)故障时所述方法具有步骤：

基于所述转向把手角度传感器(14)的测量值确定转子位置信息，

其中，所述反应力执行器(12)和转子位置传感器(52)连接在第一电路上，所述转向把手角度传感器(14)连接在第二电路上，

第一和第二电路是相互电隔离的并且第一控制装置(16)通过信号耦合器(41)获得所述转向把手角度传感器(14)的测量值。