專利名稱：具有異常補(bǔ)償功能的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和方法；更為具體地，本發(fā)明涉及一種電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭矩傳感器故障補(bǔ)償，該扭矩傳感器故障補(bǔ)償基于扭矩傳感器的估值扭轉(zhuǎn)角。
背景技術(shù)：
在一個用于幫助司機(jī)車輪轉(zhuǎn)向操作的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，當(dāng)檢測到扭矩傳感器的異常時，通過防故障裝置來切斷助力。即，在檢測到該異常后，馬上將施加到該助力電機(jī)中的電流減少為零。結(jié)果是，由于電機(jī)所產(chǎn)生的助力喪失，該轉(zhuǎn)向輪的操作力會突然變得非常大。
通過檢測用于控制轉(zhuǎn)向輪的替代扭矩傳感器，或者通過將停止助力等作為防故障操作來補(bǔ)償這些情況。但是，該替代扭矩傳感器使得電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可安裝性降低，并且停止助力要求司機(jī)增大操作力。
在專利文獻(xiàn)US6,148,949(JP-A-11-59447)中，針對可安裝性和助力喪失，提出一種在扭矩傳感器故障的情況下的轉(zhuǎn)向輪控制，該轉(zhuǎn)向輪控制利用基于來自轉(zhuǎn)向角傳感器的轉(zhuǎn)向角和來自速度傳感器的速度信號的估值扭矩。在專利文獻(xiàn)JP-A-9-58505中，提出了另一種方法，在該方法中，向助力電機(jī)提供的與車輛速度成比例的預(yù)先確定的電機(jī)電流以恒定下降比例下降至零。在專利文獻(xiàn)JP-A-2000-185660中，提出了又一種用于扭矩傳感器故障的方法，即，通過利用不使用扭矩傳感器信號的系統(tǒng)的連續(xù)控制，例如利用轉(zhuǎn)向角信息控制，來禁止使用扭矩傳感器信號的控制。
在上面的文獻(xiàn)中，第一個和第二個文獻(xiàn)存在由轉(zhuǎn)向角傳感器在轉(zhuǎn)向輪端，或者與轉(zhuǎn)向軸連接的扭桿的小齒輪端上的位置而引起的轉(zhuǎn)向扭矩準(zhǔn)確性的問題。而且，第二個文獻(xiàn)迫使司機(jī)最終施加的轉(zhuǎn)向力(沒有助力)增加。第三個文獻(xiàn)除了缺少助力之外，還存在和第一個、第二個文獻(xiàn)中一樣的準(zhǔn)確性的問題。

發(fā)明內(nèi)容
所以本發(fā)明的一個目的是為車輛提供一個電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和一種方法，在該方法中，在扭矩傳感器發(fā)生故障的情況下，通過準(zhǔn)確地估值轉(zhuǎn)向扭矩來繼續(xù)轉(zhuǎn)向力助動功能。
根據(jù)本發(fā)明，基于司機(jī)對轉(zhuǎn)向輪的操作，通過向電機(jī)提供電流，電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向扭矩施加到轉(zhuǎn)向裝置中。在所述電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，包括一個扭桿的扭矩傳感器檢測轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向力?？刂破鳈z測與轉(zhuǎn)向輪和扭桿的一端連接的轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動角、與小齒輪和扭桿的另外一端連接的小齒輪軸的轉(zhuǎn)動角以及扭矩傳感器的輸出的異常。在所述電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，當(dāng)檢測出扭矩傳感器的異常時，用一個裝置檢測所述轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向力，其中該裝置基于轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動角和小齒輪軸的轉(zhuǎn)動角來計算轉(zhuǎn)向力。
在控制器中，通過使用電機(jī)轉(zhuǎn)動角傳感器和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動角傳感器的輸出，來檢測扭桿的扭轉(zhuǎn)角，其中電機(jī)轉(zhuǎn)動角傳感器和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動角傳感器兩者都是電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的組件?；谵D(zhuǎn)向扭矩是由扭桿彈簧常數(shù)與扭桿扭轉(zhuǎn)角度相乘來估值的假設(shè)，可以準(zhǔn)確地計算在扭矩傳感器發(fā)生故障情況下的用于轉(zhuǎn)向助力的替代扭矩，從而擴(kuò)展電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力功能。
即，根據(jù)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動角傳感器的輸出和電機(jī)轉(zhuǎn)動角傳感器的輸出，來計算與所述轉(zhuǎn)向軸(轉(zhuǎn)向軸和小齒輪軸)連接的扭桿的扭轉(zhuǎn)角，且然后根據(jù)該扭轉(zhuǎn)角和扭桿的彈簧常數(shù)來計算轉(zhuǎn)向扭矩，并且結(jié)果是，該扭矩被作為所述轉(zhuǎn)向輪的助力控制的替代助力扭矩使用。
根據(jù)上述描述的結(jié)構(gòu)，安裝一個與扭矩傳感器發(fā)生故障相關(guān)的替代扭矩計算裝置，并且可以準(zhǔn)確地計算估值的轉(zhuǎn)向扭矩。該替代助力控制量也可以被準(zhǔn)確計算。因此，車輛的司機(jī)既不會遭受操作轉(zhuǎn)向輪時的不舒服感覺，也不會被迫在轉(zhuǎn)向時增大操作力。
在所述電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，當(dāng)沒有檢測到扭矩傳感器的異常且扭矩傳感器的輸出信號處于預(yù)先確定的范圍中時，替代扭矩計算裝置確定轉(zhuǎn)向軸和小齒輪軸的基準(zhǔn)位置。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，在扭矩傳感器正確工作的同時，該轉(zhuǎn)向軸和小齒輪軸的基準(zhǔn)位置不斷更新，其結(jié)果是，通過基于那些軸的最近基準(zhǔn)位置來準(zhǔn)確地估值替代轉(zhuǎn)向扭矩，準(zhǔn)確地計算在扭矩傳感器發(fā)生故障情況下的替代助力控制量。
在所述電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，當(dāng)檢測出扭矩傳感器的異常時，所述替代扭矩計算裝置根據(jù)扭矩扭轉(zhuǎn)角的估算結(jié)果計算出替代轉(zhuǎn)向扭矩，其中該估值結(jié)果基于偏離所述基準(zhǔn)位置的扭桿一端的轉(zhuǎn)動角與偏離所述基準(zhǔn)位置的扭桿的另一端的轉(zhuǎn)動角的比較結(jié)果。根據(jù)這個結(jié)構(gòu)，可以通過準(zhǔn)確地估值替代轉(zhuǎn)向扭矩來準(zhǔn)確地計算在扭矩傳感器發(fā)生故障的情況下的替代助力控制量。因此，車輛的司機(jī)既不會遭受操作轉(zhuǎn)向輪時的不舒服感覺，也不會被迫施加增加的操作力來操作轉(zhuǎn)向輪。
在電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常使用基于轉(zhuǎn)動角傳感器的轉(zhuǎn)動角和扭矩傳感器的輸出的助力計算方法工作的同時，當(dāng)檢測出扭矩傳感器的異常時，該助力計算方法立即切換到一種替代方法，該替代方法基于轉(zhuǎn)動角傳感器的轉(zhuǎn)動角和該轉(zhuǎn)動角的基準(zhǔn)位置。


通過在下文中結(jié)合附圖對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述及其他目的，特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中圖1是一個示出根據(jù)本發(fā)明的一個電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的框圖；圖2是一個示出計算基準(zhǔn)助力控制量的過程的流程圖。
發(fā)明詳述如圖1所示，在電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1中，轉(zhuǎn)向輪10與轉(zhuǎn)向軸12a連接。轉(zhuǎn)向軸12a的下端與扭矩傳感器40連接。小齒輪軸12b的上端與扭矩傳感器40連接。在小齒輪軸12b的下端，設(shè)置一個圖中沒有示出的小齒輪。在轉(zhuǎn)向齒輪箱16中，該小齒輪與齒條18嚙合。橫拉桿20的一端與齒條18的一端連接。橫拉桿20的另外一端通過方向臂22與前輪24連接。同樣，另一橫拉桿20的一端與齒條18的另外一端連接。另一橫拉桿20的另外一端通過方向臂22與另一前輪24連接。此外，在小齒輪軸12b上，助力電機(jī)15與減速裝置17連通。
由齒輪等組成的減速裝置17，將助力電機(jī)15的轉(zhuǎn)動傳送給小齒輪軸12b，并且因此轉(zhuǎn)動該小齒輪軸12b使齒條18移動，從而導(dǎo)致車輪24轉(zhuǎn)向。
扭矩傳感器40包括一個公知扭桿40a和一對解析器(resolver)40b(角度檢測傳感器)，該對解析器40b在軸向延長的位置與扭桿連接。當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向軸12a時，將與轉(zhuǎn)向軸12a的轉(zhuǎn)動角成比例的扭矩施加到扭桿40a。通過用解析器40b檢測扭桿40a的兩端處的轉(zhuǎn)動角之差，利用該檢測角差值和扭桿40a的彈簧常數(shù)，來計算施加在扭桿40a上的扭矩。然后將計算出的扭矩發(fā)送給轉(zhuǎn)向控制器30。
用于檢測轉(zhuǎn)向輪10的轉(zhuǎn)動角的轉(zhuǎn)向角傳感器54連接在轉(zhuǎn)向軸12a上。轉(zhuǎn)向角傳感器54由公知的轉(zhuǎn)動角檢測裝置組成，例如轉(zhuǎn)動編碼器或者解析器，并且作為第一轉(zhuǎn)動角檢測裝置工作。然后，將檢測到的信息發(fā)送到轉(zhuǎn)向控制器30。
通過具有公知的轉(zhuǎn)動角檢測裝置(例如轉(zhuǎn)動編碼器等)的電機(jī)轉(zhuǎn)動角傳感器49(第二轉(zhuǎn)動角檢測裝置)來檢測電機(jī)15的轉(zhuǎn)動角。電機(jī)轉(zhuǎn)動角傳感器49可以由取代轉(zhuǎn)動編碼器的解析器組成。將來自電機(jī)轉(zhuǎn)動角傳感器49的信號發(fā)送到轉(zhuǎn)向控制器30。
轉(zhuǎn)向控制器30包括一個公知的CPU 31，一個RAM(隨機(jī)存取存儲器)32，一個ROM(只讀存儲器)33，一個I/O接口34，和一個連接所有組件的總線35，轉(zhuǎn)向控制器執(zhí)行異常檢測和替代扭矩的計算。該CPU 31控制存儲在只讀存儲器33和隨機(jī)存取內(nèi)存32中的程序和數(shù)據(jù)。ROM 33有一個程序存儲區(qū)33a和一個數(shù)據(jù)存儲區(qū)33b。轉(zhuǎn)向控制程序33p存儲在程序存儲區(qū)33a中。執(zhí)行轉(zhuǎn)向控制程序33p所需要的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)33b中。
通過執(zhí)行存儲在ROM 33中且由CPU 31處理的轉(zhuǎn)向控制程序33p，轉(zhuǎn)向控制器30計算與由扭矩傳感器40檢測的扭矩對應(yīng)的助力扭矩(基本助力控制量)。然后，該控制器30通過電機(jī)驅(qū)動電路14向助力電機(jī)15施加電壓，以輸出所計算出的助力扭矩。通過利用電機(jī)轉(zhuǎn)動傳感器49檢測電機(jī)15的轉(zhuǎn)動角和利用電流傳感器50檢測電機(jī)電流，該控制器30進(jìn)一步計算實(shí)際施加的助力扭矩，并且通過使用反饋控制(助力控制)來調(diào)整助力扭矩。只要可以集成到系統(tǒng)1中，該電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1的助力電機(jī)15可以是直流電機(jī)，無刷電機(jī)等。為了轉(zhuǎn)向控制的準(zhǔn)確性，將檢測車輛速度的速度傳感器51與系統(tǒng)1連接。
在操作中，如圖2所示，通過執(zhí)行CPU 31中的轉(zhuǎn)向控制程序33p，控制器30計算助力控制量。
首先，在步驟S1中，基于來自轉(zhuǎn)向角傳感器54的信號，計算轉(zhuǎn)向輪側(cè)(即，轉(zhuǎn)向軸12a側(cè))上的扭桿40a的轉(zhuǎn)動角。然后，在步驟S2中，基于來自電機(jī)轉(zhuǎn)動角傳感器49的信號和減速裝置17的減小比，計算小齒輪側(cè)(即小齒輪軸12b側(cè))的扭桿40a的轉(zhuǎn)動角。由于減速裝置17的減小比為常數(shù)，所以可以基于電機(jī)15的轉(zhuǎn)動角計算小齒輪軸12b的轉(zhuǎn)動角。
此外，基于來自扭矩傳感器40的輸出信號(輸出電壓)，該轉(zhuǎn)向控制器30連續(xù)地檢查扭矩傳感器40的正確性。即，當(dāng)扭矩傳感器40的輸出電壓處于預(yù)先確定范圍內(nèi)時，扭矩傳感器的工作被定義為正常，而當(dāng)扭矩傳感器40的輸出電壓不在預(yù)先確定范圍內(nèi)時，扭矩傳感器的工作被定義為異常。
當(dāng)扭矩傳感器的工作被定義為正常時(步驟S3否)，基于扭矩傳感器40的輸出信號，計算轉(zhuǎn)向扭矩(步驟S4)。
此外，在這種情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)向扭矩符合從0牛頓米開始的預(yù)先確定范圍內(nèi)時，即，當(dāng)車輛沿直線行駛或者轉(zhuǎn)向輪在空擋位置時(步驟S5是)，基于來自轉(zhuǎn)向角傳感器54的信號，利用轉(zhuǎn)向輪側(cè)(轉(zhuǎn)向軸12a側(cè))上的扭桿40a的轉(zhuǎn)動角來確定轉(zhuǎn)向軸12a的基準(zhǔn)位置(步驟S6)。接著，基于來自電機(jī)轉(zhuǎn)動角傳感器49的信號和減速裝置17的減小比，利用小齒輪側(cè)(小齒輪軸12b側(cè))的扭桿40a的轉(zhuǎn)動角來決定小齒輪軸12b的基準(zhǔn)位置(步驟S7)。上述的基準(zhǔn)位置可以通過平均以前計算中的基準(zhǔn)位置來計算。系統(tǒng)剛剛啟動后的初始基準(zhǔn)位置可以從轉(zhuǎn)向控制器30的EEPROM(電可擦除只讀存儲器)等(圖中沒有示出)存儲介質(zhì)中提取。
基于上述步驟S4中計算出的轉(zhuǎn)向扭矩，來計算基準(zhǔn)助力控制量。
當(dāng)基于扭矩傳感器40的輸出將扭矩傳感器的工作確定為異常(步驟S3是)時，停止基于從扭矩傳感器輸出信號得到的轉(zhuǎn)向扭矩的基準(zhǔn)助力控制量的計算。然后，計算轉(zhuǎn)向輪10側(cè)(轉(zhuǎn)向軸12a側(cè))的扭桿40a的轉(zhuǎn)動角與在步驟S6中計算出的基準(zhǔn)位置之間的差(步驟S9)。相應(yīng)地也計算出小齒輪側(cè)(小齒輪軸12b側(cè))的扭桿40a的轉(zhuǎn)動角與步驟S7中計算出的基準(zhǔn)位置之間的差值(步驟S10)。
計算扭桿40a的估值扭轉(zhuǎn)角，作為轉(zhuǎn)向輪10側(cè)(轉(zhuǎn)向軸12a側(cè))上的扭桿40a的偏離基準(zhǔn)位置的轉(zhuǎn)動角與小齒輪側(cè)(小齒輪軸12b側(cè))的扭桿40a的偏離基準(zhǔn)位置的轉(zhuǎn)動角之間的差值(步驟S11)。
通過將扭桿40a的估值扭轉(zhuǎn)角與扭桿40a的彈簧常數(shù)相乘，來計算替代轉(zhuǎn)向扭矩(步驟S12)。該替代轉(zhuǎn)向扭矩用于基準(zhǔn)助力控制量的計算(步驟S13)。
雖然結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明和描述，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對本發(fā)明做出各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一個車輛電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(1)，該系統(tǒng)具有一個電機(jī)(15)，該電機(jī)基于轉(zhuǎn)向輪(10)的操作，將扭矩提供給轉(zhuǎn)向裝置，該轉(zhuǎn)向裝置包括一個轉(zhuǎn)向軸(12a)和一個小齒輪軸(12b)，該系統(tǒng)包括一個包括扭桿(40a)的扭矩傳感器(40)，用于檢測用于控制所述電機(jī)(15)的轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向力；一個異常檢測裝置，用于檢測所述扭矩傳感器(40)的異常；第一轉(zhuǎn)動角檢測裝置，用于檢測與所述轉(zhuǎn)向輪(10)及所述扭桿(40a)的一端連接的所述轉(zhuǎn)向軸(12a)的轉(zhuǎn)動角；以及第二轉(zhuǎn)動角檢測裝置，用于檢測與小齒輪及所述扭桿(40a)的另外一端連接的所述小齒輪軸(12b)的轉(zhuǎn)動角；其特征在于一個替代扭矩計算裝置，當(dāng)通過所述異常檢測裝置檢測到所述扭矩傳感器(40)異常時，基于所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動角和所述小齒輪軸轉(zhuǎn)動角，該裝置計算用于控制所述電機(jī)(15)的替代轉(zhuǎn)向力。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(1)，其中，在所述扭矩傳感器(40)正確工作的同時，所述替代扭矩計算裝置確定所述轉(zhuǎn)向軸(12a)的基準(zhǔn)位置和所述小齒輪軸(12b)的基準(zhǔn)位置。
3.如權(quán)利要求2所述的車輛電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(1)，其中，當(dāng)所述異常檢測裝置檢測到所述扭矩傳感器(40)的異常時，根據(jù)扭桿(40a)的估值扭轉(zhuǎn)角，所述替代扭矩計算裝置計算替代轉(zhuǎn)向扭矩，其中扭桿(40a)的估值扭轉(zhuǎn)角基于偏離所述基準(zhǔn)位置的扭桿(40a)一端的轉(zhuǎn)動角與偏離所述基準(zhǔn)位置的扭桿(40a)另外一端的轉(zhuǎn)動角之間的比較結(jié)果。
4.一種通過計算車輛電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(1)中的替代轉(zhuǎn)向扭矩來補(bǔ)償扭矩傳感器(40)異常的方法，該方法包括以下步驟檢測轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動角；檢測小齒輪軸轉(zhuǎn)動角；檢測所述扭矩傳感器(40)的異常；在所述扭矩傳感器(40)正常工作時，基于所述扭矩傳感器(40)的輸出計算轉(zhuǎn)向扭矩；并且當(dāng)所述異常檢測裝置檢測到異常時，根據(jù)基于轉(zhuǎn)向軸(12a)的轉(zhuǎn)動角與齒輪軸(12b)的轉(zhuǎn)動角之差的估值轉(zhuǎn)向角來計算替代轉(zhuǎn)向扭矩。
全文摘要
車輛電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(1)包括一個扭矩傳感器(40)，該扭矩傳感器包括一個扭桿(40a)，用來檢測施加在轉(zhuǎn)向輪(10)上的轉(zhuǎn)向力。第一轉(zhuǎn)動角檢測裝置，檢測與扭桿(40a)連接的轉(zhuǎn)向軸(12a)的轉(zhuǎn)動角，和第二轉(zhuǎn)動角檢測裝置，檢測與扭桿(40a)連接的齒輪軸(12b)的轉(zhuǎn)動角。一個轉(zhuǎn)向控制器(30)檢測扭矩傳感器(40)的輸出的異常。當(dāng)檢測到扭矩傳感器(40)的異常時，該轉(zhuǎn)向控制器(30)取代扭矩傳感器(40)，基于轉(zhuǎn)向軸(12a)的轉(zhuǎn)動角和齒輪軸(12b)的轉(zhuǎn)動角來檢測轉(zhuǎn)向扭矩。
文檔編號B62D5/04GK1651293SQ20051000678
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月4日
發(fā)明者森田裕之 申請人:株式會社電裝