专利名称：具有用于旋转角传感器的故障检测设备的动力转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于多个旋转角传感器的故障检测设备的动力转 向装置。
背景技术：
常规的可变齿轮传动系统改变车轮(转向轮)的转向角相对于车辆 中转向盘的操作量的变化量。该可变齿轮传动系统具有用于检测转向盘
电动促动器，从而改变转向轮的转向角相对于转向盘的操作量的变化 量。由于该可变齿轮传动系统通过使用由转向传感器检测的转向角来进 行转向控制，因而如果转向传感器不能正常操作，就不能进行准确的控 制。因此，需要检测转向传感器的任何故障。
该可变齿轮传动系统也具有用于检测电动促动器的输出轴的旋转 角的促动器传感器，从而通过将促动器输出轴的实际旋转角与其目标旋 转角比较来进行反馈控制。因此也需要检测促动器传感器的任何故障。
US 2004/0147002A1 ( JP 2002-340625A)公开了用于冲全测转向传感 器故障的故障检测设备。该故障检测设备通过移动用于检测转向轴旋转 的传感器单元预定距离来进行转向传感器的故障检测，该预定距离长于 转向轴的检测的单位节距(unit pitch)。通过检查在传感器单元移动时 由传感器单元产生的信号是否改变来检测转向传感器的故障。
如果上述转向传感器的故障是机械故障，它可以容易地被检测，因 为从转向传感器产生的信号在自诊断操作中不改变。如果故障为电气故 障，有一些情况从转向传感器产生的信号不改变。该故障检测设备在一 些情况下可能不能检测到任何故障。
JP 2006-177750公开了用于检测促动器传感器故障的故障4企测设 备。在该设备中，解析器(resolver)通过正弦波信号激励，根据转子相 对于定子的旋转角调幅，且产生正弦波相输出信号和余弦波相输出信 号。这些输出信号的幅值变化在相位上彼此相差丌/2。计算正弦波相输 出信号和余弦波相输出信号的幅值，以根据所计算的幅值确定旋转角。
如果每个幅值的平方和的平方根持续在预定范围之外，暂时确定故障。 如果该故障进一步持续，最终确定促动器传感器的故障。
在许多情况下，转向动力辅助系统与可变齿轮传动系统一起安装在 车辆中。转向动力辅助系统用于辅助转向动力。在该系统中，输入轴和 输出轴通过扭杆联接，且设置扭杆传感器以检测输入轴和输出轴的旋转 角的差。通过电动促动器产生的辅助动力根据所检测的旋转角差确定， 从而根据所确定的辅助动力确定电动促动器的目标旋转角。电动促动器 为反馈控制，从而由促动器传感器检测的实际促动器旋转角收敛于所确 定的目标旋转角。也需要检测扭杆传感器和促动器传感器中的故障。
JP 2005-43071A公开了用于检测扭杆传感器故障的故障检测设备。 该故障检测设备设置用于电动动力转向装置，所述电动动力转向装置包 括具有扭杆、输入轴旋转角传感器和输出轴旋转角传感器的双解析器型 扭矩传感器。如果在任一旋转角传感器中检测到相间电气短路，则检测 到扭杆传感器故障。如果由旋转角传感器中的 一个得到的电角计算结果 在大于预定时间段的期间位于包括45。的第一预定范围之外，且由旋转 角传感器中的另 一个得到的电角计算结果在大于预定时间段的期间也 位于包括45。的第二预定范围之外，那么确定该电气短路。
US 7,154,404 (JP 2005-219527A)公开了用于检测旋转角传感器故 障的故障检测设备，该故障检测设备检测转向动力辅助系统中的电动促 动器的旋转角。该转向动力辅助系统包括三相无刷DC马达、用于4全测 由转向盘产生的转向扭矩的转向扭矩检测器、用于检测无刷DC马达的 解析器旋转角的解析器、用于将所检测的解析器旋转角转换成对应于无 刷DC马达的极数的马达旋转角的旋转角转换器、用于确定无刷DC马 达的旋转方向指令的旋转方向指令单元、用于根据所检测的转向扭矩计 算驱动无刷DC马达的指令电流的电流计算单元。该故障检测设备连接 到所述电流计算单元以与所述电流计算单元通信，并检查所述电流计算 单元的计算结果是否在正常范围内。该故障检测设备接收马达旋转角和 旋转方向指令，且根据所接收的马达旋转角和旋转方向指令检查电流计 算单元，从而检测电动促动器的旋转角传感器故障。
用于促动器传感器和扭杆传感器的上述故障检测设备仅在故障持 续时才可以冲企测到*丈障。
发明内容
因而，本发明的目的在于准确地检测包括转向动力辅助系统和可变 齿轮传动系统的动力转向装置中的传感器系统中的故障。
根据本发明，提供一种用于具有转向盘以转向车轮的车辆的动力转 向装置。该装置包括动力转向系统、可变齿轮传动系统和故障检测设备。 所述动力辅助系统包括与所述转向盘可操作地联接的扭杆、与所述扭杆
促动器、用于检测所述扭杆的输出侧的旋转角的扭杆传感器、和用于检 测所述第 一促动器的第 一旋转角的第 一促动器传感器。所述可变齿轮传 动系统包括设置在所述转向盘和所述扭杆之间的第二电动促动器，以将 所述转向盘的旋转以可变传动比传动给所述扭杆，从而改变车轮的转向
角相对于转向盘的操作量的量；用于检测所述转向盘的转向旋转角的转 向传感器；和用于检测所述第二促动器的输出侧的第二旋转角的第二促 动器传感器。
所述故障检测设备设置为根据分别由所述扭杆传感器和所述第一
促动器传感器检测的扭杆旋转角和第一促动器旋转角计算第一小齿轮 角和第二小齿轮角中的至少一个；通过将由所述转向传感器检测的转向
旋转角和由所述第一促动器传感器检测的第一旋转角相加计算第三小 齿轮角；将所述第一小齿轮角和第二小齿轮角中的所述至少一个与所述 第三小齿轮角比较；和如果所比较的小齿轮角不一致，确定旋转传感器 故障。
本发明的上述和其它目的、特征和优势从参考附图描述的以下详细 说明显而易见。在附图中
图l是示出了根据本发明的实施例的动力转向装置的示意图，所述 动力转向装置包括转向动力辅助系统和可变齿轮传动系统；和
图2是示出了在该实施例中进行的故障检测的方块图。
具体实施例方式
参见图1,根据一个实施例，用于车辆的动力转向装置包括转向盘 10、动力辅助系统100和可变齿轮传动系统200。
转向盘10固定到转向轴12。电动促动器20与转向轴12联接。第 二电动促动器20可以为常规的促动器，包括壳体21、电动马达22和减 速齿轮组23。壳体21固定到转向轴12。因而，转向轴12是第二电动 促动器20的输入轴，从而壳体21与转向轴12整体地旋转。马达22的 外壳固定到壳体21 。马达22的输出轴通过减速齿轮组23联接到促动器 单元的输出轴24，减速齿轮组23通过减慢马达22的旋转将马达旋转传 动给输出轴24。
扭矩传感器30附接到输出轴24的端部且接收输出轴24作为传感 器输入轴。输出轴24和传感器输出轴31通过扭杆32以常规方式彼此 联接。
当转向轴12通过转向盘10旋转时，转向轴12的旋转通过第二电 动促动器20以预定传动比传动给输出轴24,以转向车4仑FW1和FW2。 因而，使得扭杆32扭转。
扭矩传感器30用于检测扭杆32的扭转角。它设置有用于检测输出 轴24的旋转角的输入轴旋转角传感器(扭杆传感器)33和用于检测输 出轴31的旋转角的输出轴旋转角传感器(扭杆传感器)34。扭杆传感 器33和34的输出信号应用于电动动力转向系统的电子控制单元 (EPS-ECU) 40。
传感器单元的输出轴31为小齿轮轴，小齿轮轴在其端部处形成有 小齿轮(未示出)以与齿轮单元50中的齿条(未示出)或齿条杆51接 合。齿条杆51相对于小齿轮的旋转纵向(左-右)移动。在齿条杆51 的一个纵向側处，电动动力转向(EPS) i殳备60与齿条杆51同轴地布 置。齿条杆51与车轮FW1和FW2联接，车轮FW1和FW2为转向轮。
EPS设备60包括作为第一电动促动器的电动促动器61、作为第一 促动器传感器62的旋转角传感器62、运动方向变换器(转换器)63和 齿条杆64。第一电动促动器61也为电动马达。当第一电动促动器61的 转子旋转时，第一电动促动器61的输出轴也与转子整体地旋转。该旋 转通过方向变换器63变换成齿条杆64的纵向移动。第 一促动器传感器 62检测第一电动促动器61的输出轴的旋转角且产生对应于所检测的角 的输出信号给EPS-ECU40。
EPS-ECU40计算由旋转角传感器33检测的输出轴24的旋转角和由 扭杆传感器34检测的输出轴31的旋转角之间的差作为扭杆32的扭转
角。EPS-ECU40还根椐所计算的扭转角和车辆的行进速度计算第一电动 促动器61的第一目标角，车辆的行进速度可由行进速度传感器74检测。 EPS-ECU40反馈控制第一电动促动器61的旋转角且产生指令信号给第 一电动促动器61,从而由第一促动器传感器62检测的旋转角与指令信 号表示的指令角一致。因而，提供辅助动力用于转向车辆。
转向传感器70设置在转向轴12中，以检测转向轴12的旋转角作 为转向角。促动器传感器72设置在促动器(第二电动促动器)20的输 出轴24中，以检测输出轴24的旋转角(笫二促动器角)。第二促动器 传感器72可以构建在第二电动促动器20内，从而减速齿轮组23或马 达22的旋转角可以作为输出轴24的旋转角被检测。在此情况下，促动 器旋转角通过将第二促动器传感器72所检测的值与对应于减速齿轮组 23的减速比的预定系数相乘而计算。
所检测的转向角和所检测的第二促动器角应用于可变齿轮传动系 统的电子控制单元(VGTS-ECU) 80。所检测的行进速度也应用于 VGTS-ECU80 。这些信号可通过车内LAN发送。EPS-ECU40和 VGTS-ECU80经由车内LAN连接以;波此通信。所冲企测的第二促动器旋 转角和所检测的行进速度从VGTS-ECU80发送给EPS-ECU40 。 VGTS-ECU80根据所检测的转向角、第二促动器旋转角和行进速度产生 控制信号以控制第二电动促动器20。
具体而言，VGTS-ECU80首先根据所检测的行进速度通过参考映射 数据表确定传动比；将所检测的转向角与所确定的传动比相乘；和根据 相乘结果和转向盘10的转向速度计算第二电动促动器20的目标角作为 第二目标角。例如，VGTS-ECU80通过使用常规的PID控制进行反馈控 制，使得第二目标角和第二促动器20的实际旋转角之间的差调整为0。
由感器70和72检测的转向角和第二促动器旋转角因而用于可变 齿轮传动系统200以产生控制信号。因此，必须检查转向传感器70和 第二促动器传感器72是正常操作还是故障。
此外，由旋转角传感器33、 34和62检测的扭杆旋转角和第二促动 器旋转角用于动力辅助系统100以控制辅助动力。因此，也必须4企查这 些传感器33、 34和62是正常操作还是故障。
因此，动力转向装置周期性地执行图2所示的故障检测操作。该操 作通过EPS-ECU40或VGTS-ECU80进行。具体而言，第一小齿轮角基于由扭杆传感器34检测的旋转角计算。 第二小齿轮角基于由第一促动器传感器62检测的旋转角计算。第三小 齿轮角基于由转向传感器70检测的转向角和由第二促动器传感器72检 测的促动器旋转角计算。这三个小齿轮角彼此比较。
由于用于计算第一小齿轮角的扭杆传感器34检测输出轴31的旋转 角，输出轴31为小齿轮轴，因而该小齿轮角基于扭杆传感器34的检测 角确定。用于计算第二小齿轮角的第一促动器传感器62检测第一电动 促动器61的输出轴的旋转角。第一电动促动器61和小齿轮轴31通过 齿轮单元50联接。因此，第二小齿轮角通过将第一电动促动器61的检 测旋转角与齿轮单元50的固定齿条行程比R相乘计算。
用于计算第三小齿轮角的转向传感器70和第二促动器传感器72检 测转向轴12的旋转角和第二电动促动器20的输出轴24的旋转角，输 出轴24是扭杆32的输入轴。输出轴24通过扭杆32与输出轴31大致 整体地旋转，但由于第二电动促动器20而相对于转向轴12旋转。因此， 第三小齿轮角通过将输出轴24的旋转角和转向轴12的旋转角相加计 算。
如上计算的三个小齿轮角应该彼此一致，只要旋转角传感器34、62、 70和72没有故障且正常操作。如果这些传感器中的任何一个具有故障， 使用该故障传感器的检测角计算的小齿轮角与使用正常操作传感器的 检测角计算的其它小齿轮角不一致。因此，通过将每个所计算的小齿轮 角与其它所计算的小齿轮角比较，可以容易地检测旋转角传感器中的任 何故障。
更具体而言，故障检测可以如下方式扭J亍。
(1 ) 如果所有的小齿轮角一致，那么判定所有的传感器34、 62、 70和72正常。
(2) 如果第二小齿轮角和笫三小齿轮角彼此一致，但与第一小 齿轮角不一致，那么判定转矩传感器30的扭杆传感器34处于故障状态。
(3) 如果第一小齿轮角和第三小齿轮角彼此一致，但与第二小 齿轮角不一致，那么判定第一促动器传感器62处于故障状态。
(4) 如果第一小齿轮角和第二小齿轮角彼此一致，但与第三小 齿轮角不一致，那么判定传感器70和72中的至少一个处于故障状态。
(5) 如果所有的小齿轮角彼此不一致，那么判定传感器34、 62、
70和72中的至少两个处于故障状态。
如上所述，根据上述实施例，第一小齿轮角和第二小齿轮角分别通 过单独使用由设置在动力辅助系统100中的扭杆传感器34检测的旋转 角和由第一促动器传感器62检测的旋转角计算。此外，第三小齿轮角 通过使用可变齿轮传动系统200中的转向传感器70和第二促动器传感 器72检测的旋转角计算。这些旋转角传感器34、 62、 70和72中的任 何故障通过比较所计算的三个小齿轮角检测，不管故障是机械故障还是 电气故障，故障;险测都可以准确地进行。
在上述实施例中，通过使用由扭杆传感器34检测的第一小齿轮角 和由第一促动器传感器62检测的第二小齿轮角中的仅一个，并将选定 的小齿轮角与基于转向传感器70和第二促动器传感器72检测的旋转角 计算的第三小齿轮角比较，就可以检测旋转传感器系统中的故障。在此 情况下，可能不能判定哪个旋转角传感器处于故障状态。然而，仍可以
故障状态。
权利要求
1.一种用于具有转向盘以转向车轮的车辆的动力转向装置，该装置包括动力辅助系统(100)，所述动力辅助系统(100)包括与所述转向盘(10)可操作地联接的扭杆(32)、与所述扭杆(32)的输出侧可操作地联接以提供转向辅助动力从而转向车轮(FW1、FW2)的第一电动促动器(61)、用于检测所述扭杆(32)的输出侧的旋转角的扭杆传感器(34)、和用于检测第一促动器(61)的第一旋转角的第一促动器传感器(62)；和可变齿轮传动系统(200)，所述可变齿轮传动系统(200)包括设置在所述转向盘(10)和所述扭杆(32)之间的第二电动促动器(20)，以将所述转向盘(10)的旋转以可变传动比传动给所述扭杆(32)，从而改变车轮(FW1、FW2)的转向角相对于转向盘(10)的操作量的量；用于检测所述转向盘(10)的转向旋转角的转向传感器(70)；和用于检测所述第二促动器(20)的输出侧的第二旋转角的第二促动器传感器(72)，其特征在于还包括故障检测设备(40，80)，所述故障检测设备(40，80)设置为根据分别由所述扭杆传感器(34)和所述第一促动器传感器(62)检测的扭杆旋转角和第一促动器旋转角计算第一小齿轮角和第二小齿轮角中的至少一个；通过将由所述转向传感器(70)检测的转向旋转角和由所述第一促动器传感器(72)检测的第一旋转角相加计算第三小齿轮角；将所述第一小齿轮角和第二小齿轮角中的所述至少一个与所述第三小齿轮角比较；和如果所比较的小齿轮角不一致，则确定旋转传感器故障。
2. 根据权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，所述故障 检测设备(40， 80)设置为计算所述第一小齿轮角、第二小齿轮角和第 三小齿轮角的全部，且将全部的小齿轮角彼此比较。
3. 根据权利要求2所述的动力转向装置，其特征在于，所述故障 检测设备(40， 80)设置为如果第二小齿轮角和第三小齿轮角彼此一 致，但第一小齿轮角与第二小齿轮角和第三小齿轮角不一致，那么判定 扭杆传感器(34)处于故障状态。
4. 根据权利要求2所述的动力转向装置，其特征在于，所述故障 检测设备(40， 80)设置为如果第一小齿轮角和第三小齿轮角彼此一 致，但第二小齿轮角与第一小齿轮角和第三小齿轮角不一致，那么判定第一促动器传感器(62)处于故障状态。
5. 根据权利要求2所述的动力转向装置，其特征在于，所迷故障 检测设备(40， 80)设置为如果第一小齿轮角和第二小齿轮角彼此一 致，但第三小齿轮角与第一小齿轮角和第二小齿轮角不一致，那么判定 转向传感器(70)和第二促动器传感器(72)中的至少一个处于故障状 态。
6. 根据权利要求1到5中任何一项所述的动力转向装置，其特征 在于，可变齿轮传动系统(200)的电子控制系统(80)除了基于由转 向传感器(70)检测的转向旋转角之外还基于车辆的行进速度计算第二 目标旋转角。
7. 根据权利要求1到5中任何一项所述的动力转向装置，其特征 在于动力辅助系统(100)包括电子控制单元(40),所述电子控制单 元(40)基于由第二促动器传感器(72)和扭杆传感器(34)检测的旋 转角之间的差计算扭杆(32)的扭转角；基于所计算的扭转角计算第一 电动促动器(61)要求产生的辅助动力；基于所计算的辅助动力计算第 一电动促动器(61)的第一目标旋转角；且控制第一促动器(61)，使 得由第一促动器传感器(62)检测的第一旋转角达到所计算的第一目标 旋转角；可变齿轮传动系统(200)包括电子控制单元(80),所述电子控 制单元(80)基于由转向传感器(70)检测的转向旋转角计算第二电动 促动器(72)的第二目标旋转角；且控制第二电动促动器(20),使得 由第二促动器传感器(72)检测的第二旋转角达到所计算的第二目标旋 转角。
8. 根据权利要求2所述的动力转向装置，其特征在于，所述故障 检测设备(40, 80)通过将由第一促动器传感器(62)检测的旋转角与 预定比相乘计算第二小齿轮角。
全文摘要
本发明涉及具有用于旋转角传感器的故障检测设备的动力转向装置。一种车辆转向装置，其具有联接到车轮(FW1、FW2)的转向动力辅助系统(100)和联接到转向盘(10)的可变齿轮传动系统(200)。所述转向动力辅助系统(100)包括扭杆旋转传感器(34)和第一促动器旋转传感器(62)以分别基于所检测的旋转角计算第一小齿轮角和第二小齿轮角。所述可变齿轮传动系统(200)包括转向传感器(70)和第二促动器旋转传感器(72)以基于所检测的旋转角计算第三小齿轮角。传感器故障通过将所计算的第一、第二和第三小齿轮角比较来检测。
文档编号B62D5/00GK101353051SQ20081013349
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月25日 优先权日2007年7月25日
发明者小城隆博, 提拉瓦·林皮汶特恩格, 日高研一郎, 牧野信彦 申请人:株式会社电装;丰田自动车株式会社