[發明專利]機動車輛轉向裝置及用于檢測轉向扭矩的方法

有效

• 申請號: 201410059126.6
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN104002855B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 弗雷德里克·彼得·沃爾夫-蒙海姆
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04;G01L3/10
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司11278
• 代理人: 王淑麗

技術領域

本發明涉及機動車輛轉向裝置和用于檢測轉向扭矩的方法。

背景技術

EP 2 505 980 A2公開了具有方向盤與轉向柱的通用類型的機動車輛的轉向裝置，其方向盤帶有扭矩傳感器，該傳感器用于檢測在圍繞轉向柱的無扭矩狀態的預設范圍內(其可以為轉向柱中的扭轉元件的角度范圍或者由此映射的扭矩范圍)的轉向扭矩(即，駕駛員通過方向盤作用于轉向柱上的扭矩)。其也公開了通過在不同旋轉角度范圍內的兩個不同映射函數測定扭矩，其中在旋轉角度和轉向扭矩之間存在不同的關系，但是扭矩在兩種情況下都是基于相同傳感器的信號被確定的。

扭矩傳感器產生代表扭轉角度的電信號，從該信號確定與此角度相關聯的轉向扭矩。此類角度傳感器通常帶有在整個測量范圍內恒定的角度分辨率，即，線性分辨率。

發明內容

本發明基于這樣的目標：詳細說明一種轉向裝置和用于檢測轉向扭矩的方法，該裝置和方法容許通過盡可能少的支出實現精確的動力轉向，且在小轉向扭矩情況下具有良好的反應行為和轉向感受。

依據本發明，通過帶有以下特征的轉向裝置和用于檢測轉向扭矩的方法來完成該目的。本發明的有益的改進在以下被詳細說明。

本發明不用具有在整個檢測范圍內提高的分辨率的扭矩傳感器或帶有非線性分辨率的扭矩傳感器，這在小轉向扭矩情況下可能會用以便于實現具有良好的反應行為和轉向感受的精確轉向，在本發明中，具有相對粗糙的線性分辨率的第二扭矩傳感器被用于檢測相對大的轉向扭矩，其中已經證明了第二扭矩傳感器對于相對大的轉向扭矩是足夠的。

已經變得很明顯的是，在實踐中，這樣的二級轉向扭矩檢測可以在相對高可靠性以及相比使用單個扭矩傳感器的更少花費的情況下進行，該單個轉向扭矩傳感器至少對于小轉向扭矩可以獲得精細的分辨率。這是由于一個事實，即帶有線性分辨率和高可靠度的轉向柱扭矩傳感器被大量地生產并可以獲得幾乎任何所需的分辨率，其結果是本發明可以通過市售的扭矩傳感器容易并且經濟高效地實施。

本發明的顯著的額外的益處在于，以此方式可以通過進一步處理檢測的轉向扭矩來以如下方式實現余度，即，當兩個扭矩傳感器中的一個故障時，保持基本功能。

本發明的一個優選適用領域為動力轉向系統，尤其是電動(即，非液壓)動力轉向系統，其中總是通過轉向柱扭矩傳感器來檢測轉向扭矩。根據在具體時間起作用的轉向扭矩的絕對值，僅相應的扭矩傳感器的信號在電動動力轉向的電子控制單元中被處理，其中控制單元計算動力轉向輔助的必要值并相應地驅動用于提供動力轉向輔助裝置的伺服電機。

然而，可選擇地，檢測到的轉向扭矩同樣可以被用于除了動力轉向系統外的轉向系統，例如用于線控轉向系統。

在本發明的一個優選實施例中，每個扭矩傳感器被配置為按照慣例基于轉向柱中的彈性扭轉檢測轉向扭矩，即，基于有達到某一旋轉角度的旋轉彈性的轉向柱的一部分的旋轉，并且，每個扭矩傳感器被配置為輸出代表扭轉角度的電信號，該扭轉角度即，轉向柱中的彈性扭轉的角度。在此情況下，扭矩傳感器的分辨率是角分辨率，該預設范圍是圍繞轉向柱的無扭矩狀態的對稱的角度范圍，并且預設的第二角度范圍圍繞或包括預設的第一角度范圍。

但是，可選擇地，該扭矩傳感器也可以按照除角測量原理以外的工作原理運行，例如，壓電式元件，利用其可以在實際無關于扭轉的情況下感測扭矩。對于運動動力學理想的轉向柱的旋轉彈性在這種情況下可以通過轉向柱或轉向柱的任何部分的固有彈性被實施。

在本發明的一個優選實施例中，該轉向柱包括第一扭轉元件和第二扭轉元件，其依照力通量串聯連接，其中第一扭矩傳感器被配置為檢測第一扭轉元件的扭轉并輸出代表第一扭轉元件的扭轉角度的第一電信號，其中第二扭矩傳感器被配置為檢測第二扭轉元件的扭轉并輸出代表第二扭轉元件的扭轉角的第二電信號，以及其中第二扭轉元件的旋轉比第一扭轉元件更具剛性。

市售的轉向柱扭矩傳感器經常是由傳感器和扭轉元件系統構成的集成組件，并在這種情況下可以通過簡單地將兩個這樣的組件在轉向柱的力通量中前后排列來最容易地實施本發明。

然而，可選擇地，同樣可能僅使用單一扭轉元件，通過兩個具有差異的分辨率的不同的傳感器系統來連續地感測該單一扭轉元件的旋轉。

在本發明的一個優選實施例中，按照慣例，圍繞轉向柱的無扭矩狀態的、第一和第二扭轉元件可以在其中旋轉的角度范圍，通常由擋塊相應地限制，并且該扭轉元件的抗扭剛度和擋塊的角度位置以如下方式設置，即隨著轉向扭矩變得更大，當第一扭轉元件由于達到相關擋塊中的一個而停止旋轉時，第二扭轉元件開始旋轉。

附圖說明