CN112977601A - 线控转向转向***和用于操作线控转向转向***的方法 - Google Patents

线控转向转向***和用于操作线控转向转向***的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于车辆的线控转向转向***，包括方向盘致动器，所述方向盘致动器用于使所述车辆的方向盘移动并且检测所述车辆的方向盘的移动。此外，所述线控转向转向***具有车桥致动器，用于使所述车辆的车桥的车轮移动并且检测所述车辆的车桥的车轮的移动，其中，所述车桥致动器包括车桥电动马达和车桥控制单元，并且连接至所述车辆的车桥。另外，所述线控转向转向***(10)包括等效电路，所述等效电路被设计成测量由所述方向盘电动马达感应的电流，并且根据所述感应电流来给所述车桥控制单元(30)提供至少一个测量值，以用于控制所述车桥电动马达。本发明还了一种用于操作这种线控转向转向***的方法。

Description

线控转向转向***和用于操作线控转向转向***的方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的线控转向转向***以及一种用于操作这种线控转向转向***的方法。
背景技术
线控转向转向***的特征在于，不再存在用于在车辆的方向盘与车辆车轿(典型地前车轿)的转向车轮之间的传输转向运动的机械连接。驾驶员的转向运动经由传感器、致动器、和控制电子器件传输。
为了确保转向***足够可靠，线控转向转向***典型地具有冗余***。然而，在转向***、尤其是控制电子器件完全或部分失效的情况下，有必要继续确保驾驶员的转向运动可以被检测并实施。
发明内容
本发明的目的是说明一种线控转向转向***，进一步提升了该线控转向转向***的可靠性。
根据本发明，该目的通过一种用于车辆的线控转向转向***实现，该线控转向转向***具有：方向盘致动器，该方向盘致动器用于使方向盘移动并且检测该方向盘的移动，该方向盘致动器具有连接至车辆的方向盘的方向盘电动马达；车桥致动器，该车桥致动器用于使车辆的车桥的车轮移动并且检测车辆的车桥的车轮的移动，该车桥致动器包括车桥电动马达和车桥控制单元，并且车桥致动器连接至车辆的车桥；以及等效电路，该等效电路被设计成测量由方向盘电动马达感应的电流，并且根据感应电流来给车桥控制单元提供至少一个测量值，以用于控制车桥电动马达。
车辆的车桥可以是车辆的前车桥和后车轿。然而，通常通过线控转向转向***控制车辆的前车轿。
方向盘电动马达和车桥电动马达尤其是以三相电流操作的三相机器。
作为线控转向转向***的部件，方向盘致动器和车桥致动器没有机械地连接至彼此来传输转向运动。
测量值尤其是由车桥致动器处理来执行转向运动的电压。
本发明的基本思想是，方向盘电动马达在线控转向转向***的控制电子器件失效的事件中也可以用作发电机，使得即使在传感器失效的事件中也可以根据方向盘上执行的转向运动来确定测量值。然后，这个测量值被传输至车桥控制单元，并且因此确保线控转向转向***的操作。
为了检测由方向盘电动马达感应的电流，等效电路可以具有至少一个电流传感器，该电流传感器被指配给方向盘电动马达的相，特别地其中，等效电路具有的电流传感器与方向盘电动马达具有的相一样多。
电流传感器还可以是方向盘致动器的另一个传感器***的传感器，这些电流传感器仅在线控转向转向***的控制电子器件部分或完全失效的事件中测量由方向盘电动马达感应的电流。
特别地，方向盘致动器具有三个相并且等效电路具有三个电流传感器。
一个变体提供与方向盘电动马达具有的相一样多的测量值。因此，对于方向盘电动马达的每个相，车桥致动器可以获取独立的测量值，由此车桥致动器可以根据方向盘电动马达的每个相来操作。因此可以实现线控转向转向***的更可靠的操作。
为了能够在即使没有电子控制单元的情况下执行线控转向转向***的操作，等效电路可以具有逻辑电路，特别地其中，等效电路是纯逻辑电路。
纯逻辑电路不具有微控制器并且因此不具有用于操作电路所必须的软件。因此，根据本发明的线控转向转向***也适用于控制电子器件完全失效的应用。
在这种情况下，至少定性地评估电流信号。然而，这足以确保线控转向转向***的充分操作。
车桥控制单元可以被设置成记录至少一个测量值并且基于至少一个测量值来控制车桥电动马达。特别是在这种情况下，车桥控制单元被设置成基于至少一个测量值来确定方向盘的位置和/或相关的转向角度。
因此，基于由方向盘电动马达感应的电流(该电流已经通过等效电路转化成至少一个测量值)，车桥控制单元可以藉由车桥电动马达来使车桥以及因此使车辆的车轮移动。换言之，即使在控制电子器件失效的事件中，驾驶员指定的转向角度可以转换成转向运动。
在一个变体中，等效电路具有至少一个分支，该至少一个分支包括比较器和切换元件，尤其是晶体管，其中，比较器连接至至少一个电流传感器并且被设计成当通过电流传感器测量的电流超过预先确定的阈值时致动切换元件。
因此，可以根据测量的电流切换等效电路的单独的分支。类似地，可以将倾向于存在较高的相对误差的非常小的电流的影响减至最小。
在进一步的变体中，等效电路、尤其是至少一个分支可以具有电容器，该电容器的电压表示测量值。
因此，在这个变体中，等效电路将由方向盘电动马达感应的电流转换成电压，该电压然后可以由车桥致动器用于执行转向运动。
等效电路可以具有电压源，当致动切换元件时，该电压源经由切换元件连接至电容器。
因此，只要致动切换元件，尤其如果通过电流传感器测量的电流超过预先确定的阈值，电容器就藉由电压源充电。
此外，等效电路、尤其是切换元件可以被设置成在通过电流传感器测量的电流下降到预先确定的阈值以下的情况下给电容器放电。
在这种情况下，电容器可以放电至预先确定的电压值，该电压值尤其与值零相对应。
因此，可以藉由等效电路确保电容器仅在通过电流传感器测量的电流超过预先确定的阈值时提供测量值。
在进一步的变体中，等效电路可以具有多个分支，尤其是对于方向盘电动马达的每个相都有一个分支，其中，每个分支包含连接至分支的比较器和至少一个其他分支的比较器的逻辑块，其中，逻辑块被设置成当至少一个其他分支的测量的电流超过阈值时给电容器放电。
以此方式，等效电路可以将多个分支链接到一起，其方式为使得仅有指配给等效电路的、其电流传感器当前测量到超过阈值的电流的分支的电容器充电。以此方式，尤其是方向盘电动马达存在多个相时，可以选择单个相并且转换成至少一个测量值。
另外，可以藉由比较器确定是存在电流信号的正半波还是负半波。这允许等效电路以以下方式执行，使得仅必须使用正半波或负半波来确定测量值，这简化了过程。
方向盘致动器可以具有方向盘控制单元，该方向盘控制单元连接至控制单元以进行数据交换。
在线控转向转向***的正常操作中，方向盘控制单元和车桥控制单元彼此通信，以便将方向盘的移动转换成转向运动。
另外，方向盘控制单元和车桥控制单元可以彼此检查来检测这些控制单元中的一者或二者的任何故障。
有关方向盘的移动的信息可以藉由指配给方向盘的传感器(例如角度传感器和/或转矩传感器)获取。然后，只要方向盘控制单元没有完全失效，藉由传感器获取的信息就由方向盘控制单元处理并且传输至车桥控制单元。
本发明的目的进一步通过一种用于操作线控转向转向***的方法实现，该线控转向转向***具有：具有方向盘电动马达和方向盘控制单元的方向盘致动器、具有车桥电动马达和车桥控制单元的车桥致动器和等效电路，其中，该方法包括以下步骤：
-尤其是通过车桥控制单元来检查方向盘控制单元是否发生故障；
-通过等效电路测量由方向盘电动马达感应的电流并且根据感应电流来提供测量值；
-通过车桥控制单元从等效电路获取至少一个测量值；以及
-如果发生故障，则通过车桥控制单元藉由车桥电动马达根据所获取的至少一个测量值来控制车桥的转向运动。
检查方向盘控制单元的故障可以藉由方向盘控制单元自身以及藉由车桥控制单元实施。
故障还可以仅是方向盘控制单元的部分失效。方向盘致动器可以包括多个传感器，这些传感器例如测量方向盘的旋转角度和/或施加到方向盘上的转矩。故障还可以与这些传感器中的至少一个传感器失效相对应。
如果方向盘电动马达具有多个相，则尤其针对方向盘电动马达的每个相提供测量值。因此，在发生故障的事件中，车桥致动器可以使用方向盘电动马达的任何相。
在一个变体中，每个相指配有电容器，其中，当相的电流超过预先确定的阈值时，电容器充电、尤其是线性充电。
因此，可以根据电容器的荷电状态来确定方向盘电动马达的某个相的两次零通过之间的时间差的大小。
至少一个测量值是电压，尤其是对应电容器的电压。
在进一步的变体中，通过车桥控制单元基于至少一个测量值确定方向盘的位置和/或相关的转向角度。
通过转动方向盘，方向盘电动马达可以感应三相电流、尤其是三相交流电流。根据本发明的方法允许评估以此方式感应的电流信号的曲线的轮廓。可以因此从电流信号确定方向盘的旋转角度。
这将实现方向盘电动马达和车桥电动马达的移动的协调一致。理想地，方向盘电动马达和车桥电动马达的相同步运行，然而相还可以在一定的公差范围内有所不同。
同时，当方向盘固定时不感应电流，使得可靠地检测这种情况并且可以防止不希望的转向运动。
附图说明
本发明的进一步优点和性质由以下说明和附图得出。在附图中：
-图1示出了根据本发明的线控转向转向***的示意性表示，
-图2示出了图1的线控转向转向***的等效电路，
-图3示出了若干电流信号和从这些电流信号藉由图2的等效电路产生的测量值的变化的图，以及
-图4示出了根据本发明的方法的示意性流程图。
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明的线控转向转向***10，该线控转向转向***具有方向盘致动器12和车桥致动器14。
方向盘致动器12联接至(未示出的)车辆的方向盘16并且包括方向盘控制单元18和方向盘电动马达20。
方向盘16还由角度传感器22和转矩传感器24监测，藉由该角度传感器和该转矩传感器可以确定施加到方向盘16上的转向角度φ和转矩M。角度传感器22和转矩传感器24连接至方向盘控制单元18，该方向盘控制单元可以处理从传感器22、24接收的信息。
另外，控制单元18连接至方向盘电动马达20。方向盘电动马达20还可以执行方向盘16的转向运动。
方向盘电动马达20还具有多个电流传感器26，这些电流传感器尤其是霍尔传感器。电流传感器26被设计成测量方向盘电动马达20的每个相的电流。
车桥致动器14作用在车辆的一个车桥上，在示出的实施例中作用在车辆的前车轿的齿条28上，并且包括车桥控制单元30和车桥电动马达32。
可以藉由连接至车桥控制单元30的位置传感器34来监测车桥或齿条28的位置。
在线控转向转向***正常操作期间，驾驶员的转向运动藉由角度传感器22和转矩传感器24检测、由方向盘控制单元18处理，并且对应的数据传输至车桥控制单元30。车桥控制单元30基于所传输的数据控制车桥电动马达32，由此产生车桥或齿条28的移动，并且因此执行车辆的转向运动。
在方向盘致动器12部分或完全失效的情况下，使用根据本发明的用于操作线控转向转向***10的方法。
为此目的，使用等效电路36，在示出的实施例中，该等效电路布置在方向盘控制单元18中。然而原则上，等效电路36还可以表示线控转向转向***的单独部件或可以形成在车桥致动器14中。
尤其通过车桥控制单元30、例如通过车桥控制单元30不再接收角度传感器22和/或转矩传感器24的信息的事实来确定方向盘控制单元18的故障(图4中的步骤S1)。
在这种情况下，电动马达20在方向盘16的转向运动期间用作发电机，其中，电流传感器26可以将感应电流作为输入信号发送至等效电路36。
替代性地，电流传感器26还可以是等效电路36的一部分，而不是方向盘电动马达20的一部分。在这种情况下，等效电路36被布置成非常靠近方向盘电动马达20，使得通过方向盘电动马达20的移动在电流传感器26中感应出电流。
图2详细地示出了等效电路36。在此示出的实施例中，等效电路36具有三个分支，其中每个分支处理一个电流信号U、V、W。基本上，等效电路具有的分支尤其与方向盘电动马达20具有的相一样多。
等效电路36是纯逻辑电路，因此不需要微控制器和软件来操作等效电路36。因此，即使在方向盘控制单元18失效的事件中也可以操作等效电路36。相应地，至少定性地评估电流信号U、V、W。
等效电路36具有三个比较器38a、38b和38c以及三个切换元件40a、40b和40c，每个切换元件被指配给一个比较器38a、38b和38c。在此示出的实施例中，切换元件40a、40b、40c是晶体管。
当藉由对应的比较器38a、38b和38c确定了对应的电流信号U、V、W超过预先确定的阈值S时，就致动对应的切换元件40a、40b和40c。
在示出的实施例中，阈值S例如是电流信号U、V、W的最大幅值的25％。最大值可以通过所使用的部件、所选择的线控转向转向***10的部件的几何形状或藉由测量确定。
等效电路36还具有三个电容器42a、42b和42c，这些电容器的电压表示由等效电路36提供的测量值。
电容器42a、42b和42c藉由电压源43充电，其中，电压源43经由对应的切换元件40a、40b、40c连接至电容器42a、42b、42c。电压源43给属于等效电路36的分支的每个电容器42a、42b和42c充电，这些电容器的切换元件40a、40b和40c是当前被致动的。
相应地，对应的电容器42a、42b和42c仅在属于对应的分支的电流信号U、V、W超过阈值S的时候才被充电。
另外，等效电路36具有逻辑块44a、44b和44c，每个逻辑块连接至所有的比较器38a、38b和38c。另外，逻辑块44a、44b和44c连接至对应的电容器42a、42b和42c。
逻辑块44a、44b和44c用于当等效电路36的其他分支中的一个分支的电流信号超过阈值S时将相关联的电容器42a、42b和42c放电至预先确定的电压值，尤其将这些电容器完全放电。这消除了评估电流信号U、V、W的负半波的需要。
图3展示了电流信号U、V、W与电容器荷电状态之间的关系。在上部图中，相对于时间示出了的三个电流信号U、V、W。另外，示出了阈值S。
如可以看出的，电流信号U、V、W分别描述三相交流电流的相，该三相交流电流是在方向盘16的转向运动期间通过电流传感器26来检测的。
在图3的下部图中，相对于时间示出了指配给对应的电流信号U、V、W的电容器42a、42b和42c的电压。
可以看出，电容器42a、42b和42c在一段时间内被线性充电，这是通过相应的电流信号U、V、W高于阈值S的事实确定的。这个区域在图3中以电流信号V为例示出。
只要电流信号U、V、W下降到阈值S以下，相应的电容器42a、42b和42c将放电，如图3所示。
在图3中示出的变体中，电容器42a、42b和42c中的两个电容器可以在有限的时间段内同时充电。然而，经由逻辑块44a、44b和44c，如前文所描述的还可能的是，之前处于充电过程的电容器(例如电容器42b)在另一个电容器(例如电容器42c)开始充电时就立即放电。
最终，由方向盘电动马达20感应的电流由等效电路36来测量，并且根据感应电流而将电容器42a、42b和42c的电压提供为测量值(图4中的步骤S2)。
然后，车桥控制单元30可以接收由等效电路36提供的测量值(图4中的步骤S3)。
车桥控制单元30可以基于所提供的测量值来确定方向盘16的位置和/或相关的转向角度φ。相应的转换公式和值表存储在车桥控制单元30中。
于是，车桥控制单元30藉由车桥电动马达32根据所获取的测量值来控制车桥或齿条28的转向运动(图4中的步骤S4)。
因此，即使是在线控转向转向***10发生故障的事件中，将方向盘的移动转换成转向运动。

Claims (16)

1.一种用于车辆的线控转向转向***，具有：
方向盘致动器(12)，所述方向盘致动器用于使所述车辆的方向盘(16)移动并且检测所述车辆的方向盘的移动，所述方向盘致动器具有连接至所述车辆的方向盘(16)的方向盘电动马达(20)；
车桥致动器(14)，所述车桥致动器用于使所述车辆的车桥的车轮移动并且检测所述车辆的车桥的车轮的移动，所述车桥致动器包括车桥电动马达(32)和车桥控制单元(30)，并且所述车桥致动器连接至所述车辆的车桥；以及
等效电路(36)，所述等效电路被设计成测量由所述方向盘电动马达(20)感应的电流(U，V，W)，并且根据所述感应电流(U，V，W)来给所述车桥控制单元(30)提供至少一个测量值，以用于控制所述车桥电动马达(32)。
2.如权利要求1所述的线控转向转向***，其中，所述等效电路(36)具有至少一个电流传感器(26)，所述至少一个电流传感器被指配给所述方向盘电动马达(20)的相，特别地其中，所述等效电路(36)具有的电流传感器(26)与所述方向盘电动马达(20)具有的相一样多。
3.如权利要求1或2所述的线控转向转向***，其中，提供与所述方向盘电动马达(20)具有的相一样多的测量值。
4.如前述权利要求中任一项所述的线控转向转向***，其中，所述等效电路(36)具有逻辑电路，特别地其中，所述等效电路(36)是纯逻辑电路。
5.如前述权利要求中任一项所述的线控转向转向***，其中，所述车桥控制单元(30)被设置成记录所述测量值，并且基于所述测量值来控制所述车桥电动马达(32)，特别地其中，所述车桥控制单元(30)被设置成基于所述至少一个测量值来确定所述方向盘的位置和/或相关的转向角度
Figure FDA0002830077770000011
6.如前述权利要求中任一项所述的线控转向转向***，其中，所述等效电路(36)具有至少一个分支，所述至少一个分支具有比较器(38a，38b，38c)和切换元件(40a，40b，40c)、尤其是晶体管，其中，所述比较器(38a，38b，38c)连接至至少一个电流传感器(26)、并且被设计成在通过所述电流传感器(26)测量的所述电流(U，V，W)超过预先确定的阈值(S)时致动所述切换元件(40a，40b，40c)。
7.如前述权利要求中任一项所述的线控转向转向***，其中，所述等效电路(36)、尤其是所述至少一个分支具有电容器(42a，42b，42c)，所述电容器的电压表示所述测量值。
8.如权利要求6或7中任一项所述的线控转向转向***，其中，所述等效电路(36)具有电压源(43)，在所述切换元件(40a，40b，40c)被致动时，所述电压源经由所述切换元件(40a，40b，40c)连接至所述电容器(42a，42b，42c)。
9.如权利要求6至8中任一项所述的线控转向转向***，其中，所述等效电路(36)、尤其是所述切换元件(40a，40b，40c)被设置成在通过所述电流传感器(26)测量的所述电流(U，V，W)低于预先确定的阈值(S)的情况下给所述电容器(42a，42b，42c)放电。
10.如权利要求6至9中任一项所述的线控转向转向***，其中，所述等效电路(36)具有若干分支，尤其是对于所述方向盘电动马达(20)的每个相都有一个分支，其中，每个分支包含连接至所述分支的比较器(38a，38b，38c)和另一个分支的比较器(38a，38b，38c)的逻辑块(44a，44b，44c)，
其中，所述逻辑块(44a，44b，44c)被设置成当所述至少一个其他分支的所测量的电流(U，V，W)超过所述阈值(S)时给所述电容器(42a，42b，42c)放电。
11.如前述权利要求中任一项所述的线控转向转向***，其中，所述方向盘致动器(12)具有方向盘控制单元(18)，所述方向盘控制单元连接至所述车桥控制单元(30)以进行数据交换。
12.一种用于操作线控转向转向***(10)的方法，所述线控转向转向***具有：具有方向盘电动马达(20)和方向盘控制单元(18)的方向盘致动器(12)、具有车桥电动马达(32)和车桥控制单元(30)的车桥致动器(14)、以及等效电路(36)，其中，所述方法包括以下步骤：
-尤其是通过所述车桥控制单元(30)来检查所述方向盘控制单元(18)是否发生故障；
-通过所述等效电路(36)测量由所述方向盘电动马达(20)感应的电流(U，V，W)并且根据所述感应电流(U，V，W)来提供测量值；
-通过所述车桥控制单元(30)从所述等效电路(36)获取至少一个测量值；以及
-如果发生故障，则通过所述车桥控制单元(30)藉由所述车桥电动马达(32)根据所获取的所述至少一个测量值来控制所述车桥的转向运动。
13.如权利要求12所述的方法，其中，针对所述方向盘电动马达(20)的每个相提供测量值。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中，每个相指配有电容器(42a，42b，42c)，其中，当所述相的电流(U，V，W)超过预先确定的阈值(S)时，所述电容器(42a，42b，42c)充电，尤其是线性充电。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述至少一个测量值是电压，尤其是所述对应电容器(42a，42b，42c)的电压。
16.如权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，所述车桥控制单元(30)使用所述至少一个测量值来确定所述方向盘的位置和/或相关的转向角度
Figure FDA0002830077770000041
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