CN110861700A - 测量在用于线控转向***的力反馈促动器中的转矩的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量在用于线控转向***(10)的力反馈促动器中的转矩的装置(22)。设置成，提供一种用于测量在用于线控转向***(10)的力反馈促动器中的转矩的装置(22)。该装置(22)在此包括：壳体元件(26)；控制单元(44)；驱动装置(36)；传动装置(24)，其设计成与转向设备(14)相联；至少一个运动传感器(30)，其设计成检测传动装置(24)相对于壳体元件(26)的运动且给控制单元(44)提供由该运动造成的运动信号。传动装置(24)借助于至少一个可逆向复位的调整设备(25)与在壳体元件(26)处的至少一个机械特性相联，且设置成，借助于在传动装置(24)的运动中具有至少一个改变的状态值的该至少一个机械特性和运动信号可借助于控制单元(44)来测定传动装置(24)的和由此可连接的转向设备(14)的转矩。

Description

测量在用于线控转向***的力反馈促动器中的转矩的装置
技术领域
本发明涉及一种用于测量在用于线控转向***(Steer-by-Wire-Lenksystem)的力反馈促动器(Force-Feedback-Aktuator)中的转矩的装置。
背景技术
PKW转向***的如今常用的结构型式是机电辅助的转向***(EPS=电动助力转向***)。在自主驾驶的发展和新的车辆概念的发展的过程中，进一步发展这些转向***的安全架构，从而将可取消在方向盘(Lenkrad)与转向***之间的机械连接。
对于该线控转向***那么需要附加的促动器。该促动器那么负责对在方向盘处的驾驶员示出已知的转向感。
实现其的一可能性在于在控制器上计算理论转向力矩且在应用在驾驶员侧布置在转向柱处的机电促动器(力反馈促动器，FFA)的情况下施加该力矩。其可包含带有或不带有所联接的传动机构的电动机。
因为驾驶员非常敏感地对转向感做出反应，理论值必须以非常高的精确性来调节。对此需要测量实际方向盘力矩。
已在机电转向***中需要用于测量转向力矩的装置。
从现有技术中介绍直到今天在主题线控转向周围最不同的方式。
如此，由文件DE 603 03 081 T2作为已知可得悉一种手轮调整件(Handradstellglied)。在此设置有由轴承支承的转向轴，其适合用于安装手轮。位置传感器探测转向轴从中间位置的角位移且产生这样的角位移的信号。电动机和传动机构将转矩施加到转向轴上，以便对用户提供力反馈。在此，可变的止挡构造成使得其在任意部位处停止转向轴的转动。在此未设置有转矩根据机械特性的测量或计算。
由文件US 2002/0108804 A1作为已知可得悉一种线控转向***。该***使用半主动的调整件，在其中当使方向盘转动时轮转向马达操纵车轮。在此未设置有转矩根据机械特性的测量或计算。
已知的解决方案常常具有结构空间的不利设计，尤其当其包括力反馈促动器或带有类似功能的备选的构建型式时。已知的解决方案在此常常碰到结构界限，其不能与力反馈促动器的结构空间的有利设计协调一致。
发明内容
本发明现在目的在于提供一种用于测量在用于线控转向***的力反馈促动器中的转矩的装置，其使能够实现整个***的特别紧凑的构建型式。
在本发明的优选的设计方案中设置成，提供一种用于测量在用于线控转向***的力反馈促动器中的转矩的装置。该装置包括：壳体元件；控制单元；驱动装置；传动装置，其中，传动装置设计成与转向设备相联；至少一个运动传感器，其设计成检测传动装置相对于壳体元件的运动且给控制单元提供由该运动造成的运动信号。在此设置成，传动装置借助于至少一个可逆向复位的(rueckstellreversibel)调整设备与在壳体元件处的至少一个机械特性相联并且借助于该至少一个机械特性(其在传动装置的运动中具有至少一个改变的状态值)和运动信号可借助于控制单元来测定传动装置和由此可连接的转向装置的转矩。以该方式可提供一种用于测量在用于线控转向***的力反馈促动器中的转矩的装置，其具有总***的特别紧凑的构建型式。各个部件可例如彼此交错地或功能上彼此紧凑地布置，从而在节省空间的构建型式下确保可靠的测量。如此，装置例如可应用在所有已知的用于客车和商用车的线控转向***中。
本发明的另外的优选的设计方案由其余的在从属权利要求中所提到的特征得出。
在本发明的另一优选的设计方案中设置成，可逆向复位的调整设备包括至少一个弹簧元件且该至少一个机械特性是该至少一个弹簧元件的刚性。这样的装置的重要的特性即在于，传动装置不固定地连结在壳体元件处，而是在传动装置与壳体元件之间设置带有已知的刚性的该至少一个弹簧元件。如果例如在装入的状态中在方向盘与电动机(其被支撑在壳体或壳体元件处)之间产生转矩，传动部件或传动装置扭转一定的角度。因为已知弹簧刚性c_弹簧，现在可经由方程
M=c_弹簧*角度 (1)
来计算转矩M。对此在壳体与传动部件之间布置有例如以角度传感器的形式的运动传感器，利用其来确定在这两个构件之间的角度差且在相关联的控制器或控制单元中读入。在该控制器上，如果需要，那么也可在应用已知的传动比(Uebersetzung)和必要时还有效率的情况下来计算实际转向力矩。改变的状态值即例如可与弹簧元件的弯曲和/或扭转相联系来观察。
此外，在本发明的另一优选的设计方案中设置成，可逆向复位的调整设备包括至少两个弹簧元件且该至少一个机械特性是相应一弹簧元件的刚性，其中，借助于所有弹簧元件的总弹簧钢性和运动信号可借助于控制单元来测定传动装置和由此可连接的转向设备的转矩。所介绍的装置的另一特点即在于，总弹簧刚性由多个例如布置在装置的周缘上的弹簧的刚性得出。以该方式可鉴于紧凑的构建型式得出另外的优点，因为例如各个弹簧元件可相应于其总数在大小和成型(Auspraegung)上相适配。
在本发明的另一优选的设计方案中还设置成，该至少一个运动传感器是角度传感器。由此可特别简单地且直接地执行所期望的计算。
此外，在本发明的另一优选的设计方案中设置成，壳体元件包括至少一个止挡元件，其中，止挡元件设计成在可逆向复位的调整设备达到最大偏移值(Auslenkungswert)的情况下将其锁止在用户限定的位置中。即此外构件可设计成使得自从所选择的弹簧刚性得出的力矩起且因此例如自一定的扭转角度起产生接触(一个或多个限定的在壳体处的止挡)，其导致在该最大可测量的力矩的情况下不能进行进一步的扭转。如此可朝向上限制弹簧的负荷。此外，因此也确定测量范围的上界限。
此外，在本发明的另一优选的设计方案中设置成，控制单元设计成在测定传动装置的和由此可连接的转向设备的转矩时考虑传动效率。即在该装置的一实施形式中将用于计算转矩的方程(1)拓展成使得还考虑传动效率以及必要时非线性的弹簧特性线：
M(角度)=c_弹簧(角度)*角度*效率 (2)
在本发明的另一优选的设计方案中还设置成，传动装置包括空心轮元件。由此还可更好地实现之前提到的优点。
此外，在本发明的另一优选的设计方案中设置成，角度传感器布置在壳体元件处，从而可检测传动装置相对于壳体元件的运动。由此还可更好地实现之前提到的优点。
此外，在本发明的另一优选的设计方案中设置成，弹簧元件是成型板簧(Formblattfeder)，其中，成型板簧的几何结构在至少一个部分区域中适配于壳体元件的贴靠面的几何结构的至少一个部分区域，从而成型板簧的负荷根据成型板簧的扭转被影响。通过该设计，根据扭转来影响弹簧的负荷。因此该造型影响造成的弹簧特性线，因为依据设计弹簧或弹簧元件根据扭转处于不同旋转角度且由此又被卸载。这样的设计尤其可具有细节，如其在附图说明中更详细地示出的那样。
最后，在本发明的另一优选的设计方案中设置成，弹簧元件是螺旋弹簧或成型板簧。由此还可更好地实现之前提到的优点。
在本申请中所提到的本发明的不同实施形式可有利地相互组合，只要未在个别情况中不同地实施。
附图说明
接下来在实施例中根据附图来阐述本发明。其中：
图1示出了不带转向中间轴(Lenkzwischenwelle)的线控转向***；
图2示出了用于测量在用于线控转向***的力反馈促动器中的转矩的装置的示意性构造图；
图3示出了用于测量在用于线控转向***的力反馈促动器中的转矩的装置的透视图；
图4示出了用于测量在用于线控转向***的力反馈促动器中的转矩的装置的分解图；
图5示出了用于测量在用于线控转向***的力反馈促动器中的转矩的装置的细节图。
附图标记清单
10 线控转向***
12 方向盘执行器(Lenkradaktor)
14 转向设备
16 方向盘
18 轮执行器
20 轮
22 装置
24 传动装置
25 可逆向复位的调整设备
26 壳体元件
28 弹簧元件
30 运动传感器
32 内侧
34 变窄区域
36 驱动装置
38 定子
40 转子
42 联结设备
44 控制单元
46 中间保持装置
48 支撑元件
50 孔
52 止挡元件
54 侧面
56 端侧
58 内部空间
60 贴靠面元件
62 下部区域
64 鼓出区域
66 卡锁元件
68 端部区域
70 上方区域
72 鼓出部
74 容纳区域。
具体实施方式
图1示出了不带转向中间轴的线控转向***10。该线控转向***10具有方向盘执行器12，其与转向设备14相联结。该方向盘执行器12例如可包括未更详细地示出的力反馈促动器。转向设备14此外具有方向盘16。在该透视图的背景下，此外可识别出轮执行器18，其中，在相应的端部处布置有轮20。
图2示出了用于测量在用于线控转向***10的力反馈促动器中的转矩的装置22的示意性构造图。装置22具有传动装置24，其布置在壳体元件26内。在此，传动装置24借助于可逆向复位的调整设备25(其包括两个弹簧元件28)布置到壳体元件26处。弹簧元件28可被视为可逆向复位的调整设备。此外，可识别出运动传感器30，其例如可以是角度传感器。该运动传感器30在此设置在壳体元件26的内侧32上。关于图画平面，在右侧上在壳体元件26的变窄区域34中可识别出驱动装置36。所示出的驱动装置36示出为电动机且不仅包括定子38而且包括转子40。驱动装置36利用联结设备42在功能上与传动装置24相连接。在壳体元件26之外，关于图画平面在左边可识别出带有方向盘16的转向设备14。此外可识别出控制单元44，其中，双块状箭头表示功能上从属于装置22。
图3示出了用于测量在用于线控转向***10的力反馈促动器中的转矩的装置22的透视图。可识别出壳体元件26，在其中布置有传动装置24。在此，传动装置24借助于大量弹簧元件28布置在壳体元件26处。各个弹簧元件28在此均匀地设置在装置22的周缘上或在传动装置24与壳体元件26之间。所示出的几何结构和尺寸在此仅示例性地示出且可任意地来改变，只要在此确保保持装置22的功能性。
图4示出了用于测量在用于线控转向***10的力反馈促动器中的转矩的装置22的分解图。在此涉及与在图3中所示相同的装置22。可识别出壳体元件26(其也可被视为特别的传动部件)和传动装置24的一部分(其同样可被视为特别的另外的传动部件)。此外，可识别出各个弹簧元件28。六个弹簧元件28的示例性示出的数量可任意变化，其中，根据弹簧元件28的数量可相应地使大小和刚性适配于相应的应用情况。在弹簧元件28与壳体元件26之间此外可识别出中间保持装置46，其可选地支持借助于弹簧元件28在壳体元件26与传动装置24之间的功能连接。中间保持装置46在此具有六个支撑元件48，其在中间保持装置46的周缘上均匀地分布。在每侧上大约在中间此外相应存在孔50，其可容纳未更详细地示出的固定器件。在壳体元件26处此外可识别出运动传感器30。该运动传感器30的形状和设计仅示例性地示出且可在装置22的功能性的范围中任意变化。壳体元件26此外具有大量止挡元件52，其相应具有两个倾斜的侧面54和端侧56。相应的端侧56在此相应指向到内部空间58中。内部空间58至少部分地敞开，从而壳体元件26具有大致环形的形状。弹簧元件28在接下来的图5中更详细地来说明，其中，图4和5的弹簧元件28相同。
图5示出了用于测量在用于线控转向***10的力反馈促动器中的转矩的装置22的细节图。在此涉及与在图3和4中所示相同的装置22。可识别出带有止挡元件52的壳体元件26的部分区域。止挡元件52具有两个侧面54和端侧56。此外，可识别出传动装置24的部分区域。布置在传动装置24处地可识别出贴靠面元件60，在其处又布置有弹簧元件28。弹簧元件28在该情况中是板簧，其大致抛物线形地来构造。换言之，板簧是长形的工件，其优选地由金属构成。弹簧元件28的下部区域62在此伸到传动装置24的鼓出区域64中。该鼓出区域64在右边(关于图像平面)由贴靠面元件60限制而在左边由卡锁元件66限制，其中，卡锁元件66具有与止挡元件52配合的几何结构，从而如果这两者彼此定位卡锁元件66可容纳止挡元件52。弹簧元件28的下部区域62具有所述的抛物线形的形状，其中，端部区域68是该抛物线形的形状的顶点。端部区域68在此与传动装置24且尤其与传动装置24的鼓出区域64相间隔。在弹簧元件28的上部区域70中，弹簧元件28的抛物线形的形状扩开且此外在相对而置的侧面处具有相应的大致圆形的指向外的鼓出部72，其中，在右侧上圆形的鼓出部72被贴靠面元件60的容纳区域74容纳而在左边被壳体元件26的另外的容纳区域74容纳，从而弹簧元件28由于其扩开的形状在此被夹紧。

Claims (10)

1.一种用于测量在用于线控转向***(10)的力反馈促动器中的转矩的装置(22)，其包括：壳体元件(26)；控制单元(44)；驱动装置(36)；传动装置(24)，其中，所述传动装置(24)设计成与转向设备(14)相联；至少一个运动传感器(30)，其设计成检测所述传动装置(24)相对于所述壳体元件(26)的运动且给所述控制单元(44)提供由所述运动造成的运动信号，其特征在于，所述传动装置(24)借助于至少一个可逆向复位的调整设备(25)与在所述壳体元件(26)处的至少一个机械特性相联，并且借助于在所述传动装置(24)的运动中具有至少一个改变的状态值的所述至少一个机械特性和运动信号能够借助于所述控制单元(44)来测定所述传动装置(24)且由此可连接的转向设备(14)的转矩。
2.根据权利要求1所述的装置(22)，其中，所述可逆向复位的调整设备(25)包括至少一个弹簧元件(28)且所述至少一个机械特性是所述至少一个弹簧元件的刚性。
3.根据权利要求1所述的装置(22)，其中，所述可逆向复位的调整设备(25)包括至少两个弹簧元件(28)且所述至少一个机械特性是相应一弹簧元件(28)的刚性，其中，借助于所有弹簧元件(28)的总弹簧刚性和运动信号能够借助于所述控制单元(44)来测定所述传动装置(24)和由此可连接的转向设备(14)的转矩。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(22)，其中，所述至少一个运动传感器(30)是角度传感器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(22)，其中，所述壳体元件(26)包括至少一个止挡元件(52)，其中，所述止挡元件(52)设计成在所述可逆向复位的调整设备(25)达到最大偏移值的情况下将其锁止在用户限定的位置中。
6.根据权利要求5所述的装置(22)，其中，所述控制单元(44)设计成在测定所述传动装置(24)和由此可连接的换向设备(14)的转矩时考虑传动效率。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(22)，其中，所述传动装置(24)包括空心轮元件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(22)，其中，所述角度传感器布置在所述壳体元件(26)处，从而能够检测所述传动装置(24)相对于所述壳体元件(26)的运动。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(22)，其中，所述弹簧元件(28)是成型板簧，其中，所述成型板簧的几何结构在至少一个部分区域中适配于所述壳体元件(26)的贴靠面的几何结构的至少一个部分区域，从而根据所述成型板簧的扭转来影响所述成型板簧的负荷。
10.根据前述权利要求1至8中任一项所述的装置(22)，其中，所述弹簧元件(28)是螺旋弹簧或成型板簧。
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