用于车辆的转向系统及其控制方法与流程

本发明通常涉及一种用于车辆的转向系统。更具体地，本发明涉及这样一种用于车辆的转向系统及其控制方法：通过转向电机的旋转角检测器来计算连接至车辆的车轮的转向齿条杆(rackbar)的位移。

背景技术：

如本领域所公知的，线控转向系统是可以消除车辆的方向盘与主动轮之间的机械联动的用于车辆的转向系统。通过电子控制单元(ecu)传输方向盘的旋转信号，然后基于经传输的旋转信号运行连接到主动轮的转向电机，以向连接到车轮的齿条杆提供位移，从而使车辆转向。

在传统的线控转向系统中，由于由转向电机旋转的小齿轮和设置于齿条杆的齿条齿轮(rackgear)啮合而导致齿条杆产生位移。因此，检测小齿轮的旋转角度的绝对角度传感器的小齿轮角度传感器(pas)用于根据小齿轮的旋转角度来确定齿条杆的绝对位置，从而确定转向角度。这里，绝对角度传感器(即，小齿轮角度传感器)是这样的传感器：即使在通过关闭车辆点火装置而关断传感器之后再次接通传感器的电源时，也能够确定小齿轮的旋转角度的绝对值，所述绝对角度传感器能够检测到等于或大于360度的旋转角度。

但是，在仅使用一个小齿轮角度传感器作为绝对角度传感器时，不存在比较对象(该比较对象能够确定，紧接车辆点火装置连通之后，由一个小齿轮角度传感器检测到的旋转角度是否存在误差)。因此，存在无法建立故障诊断和故障安全措施的问题。因此，用于车辆的转向系统必须使用两个小齿轮角度传感器，这会使系统复杂化并且会增加用于实现转向系统的成本。

公开于本发明部分的背景的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的各个方面旨在提供一种用于车辆的转向系统及其控制方法，其中，通过转向电机的旋转角度检测器来确定连接到车辆的前轮的转向齿条杆的位移，从而消除了对单独的绝对角度检测器的需求并提高了转向角度确定的准确性和可靠性。

在本发明的各个方面，提供了一种用于车辆的转向系统，所述系统包括：提供扭矩的第一转向电机和第二转向电机；齿条杆，所述第一转向电机的扭矩和所述第二转向电机的扭矩同时施加到所述齿条杆，并且所述齿条杆配置成，通过所述第一转向电机和所述第二转向电机的旋转而发生位移，从而改变车轮的转向角度；第一电机位置检测器和第二电机位置检测器，其分别检测第一转向电机和第二转向电机的旋转角度；以及控制器，其基于由第一电机位置检测器和第二电机位置检测器检测到的所述第一转向电机和所述第二转向电机的旋转角度之间的差来推导出所述齿条杆的绝对位置，其中，根据所述第一转向电机的旋转量的所述齿条杆的位移量与根据所述第二转向电机的旋转量的所述齿条杆的位移量不同。

在本发明的示例性实施方案中，所述第一电机位置检测器和所述第二电机位置检测器中的每一个可以检测所述第一转向电机和所述第二转向电机中的每一个的旋转轴的相对旋转角度，所述相对旋转角度在0至360度的范围内。

在本发明的示例性实施方案中，其中，所述控制器可以推导所述第一转向电机和所述第二转向电机中的每一个的转数直到所述第一转向电机和所述第二转向电机的相对旋转角度之间发生差异，并且可以基于所述第一转向电机的转数和相对旋转角度推导所述齿条杆的位移或基于所述第二转向电机的转数和相对旋转角度推导所述齿条杆的位移。

所述系统可以进一步包括：第一运动转换机构和第二运动转换机构，其分别将所述第一转向电机的旋转运动和所述第二转向电机的旋转运动转换成齿条杆的水平线性运动。

在本发明的示例性实施方案中，所述第一运动转换机构可以包括连接到所述第一转向电机的旋转轴的第一小齿轮和设置于所述齿条杆并与所述第一小齿轮啮合的第一齿条传动部分，并且可以进一步包括小齿轮角度检测器，其配置为检测第一小齿轮的绝对旋转量。

在本发明的示例性实施方案中，所述控制器可以基于由所述小齿轮角度检测器检测到的所述第一小齿轮的绝对旋转量来推导所述齿条杆的位移，并且可以将基于第一转向电机和第二转向电机的旋转角度之间的差而推导出的齿条杆的位移与基于第一小齿轮的绝对旋转量而推导出的齿条杆的位移进行比较，从而确定所述小齿轮角度检测器是否发生故障。

在本发明的示例性实施方案中，所述第二运动转换机构可以包括连接到所述第二转向电机的旋转轴的第二小齿轮和设置于所述齿条杆并与所述第二小齿轮接合的第二齿条传动部分，第一小齿轮与第一齿条传动部分之间的传动比与第二小齿轮与第二齿条传动部分之间的传动比可以不同。

在本发明的示例性实施方案中，所述第二运动转换机构可以实施为滚珠丝杠机构，所述滚珠丝杠机构将所述第二转向电机的旋转运动转换成所述齿条杆的水平线性运动。

根据本发明的各个方面，提供了一种控制用于车辆的转向系统的方法，所述方法包括：检测同时连接到改变车轮的转向角度的齿条杆的第一转向电机和第二转向电机中的每一个的旋转角度，并且推导向齿条杆提供位移的第一转向电机和第二转向电机的旋转角度之间的差；基于第一转向电机和第二转向电机的旋转角度之间的差来推导齿条杆的绝对位置；将齿条杆的第一绝对位置值与齿条杆的第二绝对位置值进行比较，由小齿轮角度检测器的结果推导出所述齿条杆的第一绝对位置值，所述小齿轮角度检测器配置成检测与第一齿条齿轮部接合的第一小齿轮的绝对旋转量，所述第一齿条传动部分设置于齿条杆并连接到所述第一转向电机的旋转轴，基于所述第一转向电机和所述第二转向电机的旋转角度之间的差来进行推导所述齿条杆的第二绝对位置值；当第一绝对位置值和第二绝对位置值彼此相等时确定小齿轮角度检测器没有故障，当第一绝对位置值和第二绝对位置值彼此不同时确定小齿轮角度检测器发生故障，其中，根据所述第一转向电机的旋转量的所述齿条杆的位移量与根据所述第二转向电机的旋转量的所述齿条杆的位移量不同。

在本发明的示例性实施方案中，可以通过检测所述第一转向电机的旋转轴和所述第二转向电机的旋转轴的相对旋转角度来推导所述第一转向电机和第二转向电机的每一个的旋转角度之间的差，相对旋转角度在0至360度的范围内，并且推导第一转向电机和第二转向电机的相对旋转角度之间的差。

在本发明的示例性实施方案中，可以通过推导所述第一转向电机和第二转向电机中的每一个的转数来推导所述齿条杆的绝对位置，直到所述第一转向电机和第二转向电机的相对旋转角度之间的发生差异为止，并且基于第一转向电机的转数和相对旋转角度来推导齿条杆的位移，或者基于第二转向电机的转数和相对旋转角度来推导齿条杆的位移。

根据用于车辆的转向系统及其控制方法，即使仅使用一个检测绝对旋转量的小齿轮角度检测器时，也可以有效地确定小齿轮角度检测器是否发生故障。因此，可以消除对单独的小齿轮角度检测器的需求，简化转向系统的结构并降低其制造成本。

根据用于车辆的转向系统及其控制方法，由于可以仅使用一个检测绝对旋转量的小齿轮角度检测器，所以保持不连接到小齿轮角度检测器的第二转向电机可以使用滚珠丝杠机构来代替齿条小齿轮机构。因此，可以提高该技术的可扩展性。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的所附附图和随后的具体实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方案中进行详细陈述，这些附图和具体实施方案共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是示出了根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的转向系统的框图；

图2是示出了根据本发明的示例性实施方案的控制用于车辆的转向系统的方法的流程图；以及

图3是示出第一转向电机和第二转向电机的每一个的旋转角度与齿条杆的位移之间的关系的曲线图，转向电机用于根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的转向系统及其控制方法中。

应当理解，所附附图并非按比例地绘制，其显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所包括的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，本发明的相同或等效的部分由附图标记标引。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

下面，将参考所附附图而更加详细地描述根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的转向系统及其控制方法。在整个附图中，相同或相似的部分将由相同的附图标记标引。

图1是示出根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的转向系统的框图。

参考图1，用于车辆的转向系统可以包括：第一转向电机1、第二转向电机20、齿条杆30、第一电机位置检测器11、第二电机位置检测器21、以及控制器100。

第一转向电机10和第二转向电机20提供扭矩，使得齿条杆30沿其水平方向产生位移。当然，第一转向电机10和第二转向电机20可以同时物理连接到齿条杆30以进行操作。

齿条杆30在其相对的端部处连接到车辆的车轮，并且可以通过齿条杆30的水平线性运动来确定齿轮的转向角度。齿条杆30可以设置有具有齿的第一齿条传动部分31和第二齿条传动部分32。例如，由第一转向电机10或第二转向电机20旋转的第一小齿轮12和第二小齿轮22与第一齿条传动部分31和第二齿条传动部分32接合，使得通过第一转向电机10和第二转向电机20进行的第一小齿轮12和第二小齿轮12的旋转运动可以转换为齿条杆30的水平线性运动。

因此，根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的转向系统可以进一步包括运动转换机构，该运动转换机构包括齿条小齿轮机构(rack-pinionmechanism)，所述齿条小齿轮机构通过第一小齿轮12和第二小齿轮22以及第一齿条传动部分31和第二齿条传动部分32来实现。此外，根据需要，除了齿条小齿轮机构之外，还可以采用包括车辆转向系统的领域中已知的滚珠丝杠机构的运动转换机构。

第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21分别是用于检测第一转向电动机10和第二转向电动机20的旋转角度的检测器。例如，可以使用本领域已知的霍尔检测器作为电机检测器。通常，用于检测电机的旋转角度的这种霍尔检测器根据电机转子的旋转来检测磁场的变化，以推导出电机转子的位置。但是，其仅检测电机转子的相对位置(即，在0至360度角度的范围内的电机转子的角度(电机的旋转角度))，而不推导电机的绝对旋转量。

因此，当车辆点火装置接通并且向转向系统供电时，根据通过第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21检测的信号，由控制器100来确定第一转向电机10和第二转向电机20中的每一个的转数，从而推导出每个电机的绝对旋转量。然而，当车辆点火装置关闭时，控制器100也断电，使得当车辆点火装置再次接通时，基于由第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21检测到的信号，仅可以分别推导出第一转向电机10和第二转向电机20的相对旋转角度。因此，不能推导出根据第一转向电机10和第二转向电机20的旋转的齿条杆30的绝对位置。

因此，为了解决仅通过由第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21检测到的第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度不能分别得出齿条杆30的绝对位置的问题，根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的转向系统被配置成，使得根据第一转向电机10的旋转量的齿条杆30的位移量不同于根据第二转向电机20的旋转量的齿条杆30的位移量。因此，通过第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度之间的差，可以推导出齿条杆30的绝对位置。

控制器100可以配置为控制转向系统的整体操作。例如，控制器100控制第一转向电机10和第二转向电机20，使得控制器100接收通过驾驶员的操作而在方向盘中产生的旋转角度，然后相应地产生齿条杆30的位移。

此外，基于由第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21检测到的第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度，控制器100执行推导出齿条杆30的位置的操作。

同时，根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的转向系统可以进一步包括用于推导出齿条杆30的绝对位置的检测器13。检测器13是小齿轮角度检测器，其检测与齿条杆30的第一齿条传动部分31啮合并通过第一转向电机10而旋转的第一小齿轮12的旋转量。通常，这样的小齿轮角度检测器是推导出第一小齿轮12的绝对旋转量(即，超过360度范围的旋转量)的检测器。

通过将基于第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度之间的差而推导出的齿条杆30的位移与基于由小齿轮角度检测器13检测出的第一小齿轮12的绝对旋转量而推导出的齿条杆30的位移进行比较，控制器100确定小齿轮角度检测器13是否有缺陷。

图2是示出根据本发明的示例性实施方案的控制用于车辆的转向系统的方法的流程图，而图3是示出第一转向电机和第二转向电机的旋转角度与齿条杆的位移之间的关系的曲线图，所述转向电机在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的转向系统及其控制方法中使用。

将通过图2和图3的描述而更清楚地理解具有上述构造的根据本发明的示例性实施方案的转向系统的操作和效果。

参考图2，首先，根据本发明的示例性实施方案的控制用于车辆的转向系统的方法执行以下步骤：通过第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21分别检测第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度，所述第一转向电机10和所述第二转向电机20同时连接到改变车轮的转向角度的齿条杆30，并且通过控制器100推导出由第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21分别检测到的向齿条杆30提供位移的第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度之间的差(s11)。

这样，基于由第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21分别检测到的第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度之间的差，执行由控制器100推导齿条杆30的绝对位置的步骤(s12)。

如上所述，由第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21中的每一个检测到的旋转角度是根据第一电机10和第二电机20中的每一个的转子位置的相对旋转角度，相对旋转角度处于0至360度角度的范围内，而不包括第一转向电机10和第二转向电机20中的每一个的绝对旋转量。

然而，根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的转向系统配置成，使得根据第一转向电机10的旋转量的齿条杆30的位移量被确定为不同于根据第二转向电机20的旋转量的齿条杆30的位移量。因此，由第一电机位置检测器11和第二电机位置检测器21检测到的旋转角度之间的差可以指示齿条杆30的位移。参考图3将更清楚地理解这些内容。

如图3所示，用实线表示由第一电机位置检测器11检测到的第一转向电机10的旋转角度，用虚线表示由第二电机位置检测器21检测到的第二转向电机20的旋转角度，并且每个旋转角度的一个循环可以被理解为指示第一转向电机10和第二转向电机20中的每一个旋转一圈。

参考图3，由于根据第一转向电机10的旋转量的齿条杆30的位移量被确定与根据第二转向电机20的旋转量的齿条杆30的位移量不同，所以可以确认根据第一转向电机10的旋转角度的齿条杆30的位移与根据第二转向电机20的旋转角度的齿条杆30的位移不同。

此外，第一转向电机10和第二转向电机20同时连接到一个齿条杆30，并且运行为使得第一转向电机和第二转向电机的扭矩同时施加到齿条杆30以产生相等的齿条杆30的位移量。因此，如图3所示，能够确认在表示齿条杆30的位移的特定点处，第一转向电机10的旋转角度与第二转向电机20的旋转角度之间存在差异，并且这种差异随着位移而变化。因此，通过第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度之间的差，可以推导出齿条杆30的绝对位移。

预先存储通过对齿条杆30的位移与第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度之间的差的关系进行映射(如图3所示)而获得映射数据，从而控制器100根据第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度之间的差来推导出齿条杆30的位移。

因此，执行通过控制器100比较齿条杆30的第一绝对位置值和齿条杆30的第二绝对位置值的步骤(s13)，由检测第一小齿轮12的绝对旋转量的小齿轮角度检测器13的结果得出所述齿条杆30的第一绝对位置值，第一小齿轮12与设置于齿条杆30的第一齿条传动部分31接合并且连接至第一转向电机10的旋转轴，基于第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度之间的差而得出所述齿条杆30的第二绝对位置值。

因此，执行如下的步骤：当由小齿轮角度检测器13的结果得出的齿条杆30的第一绝对位置值与基于第一转向电机10和第二转向电机20的旋转角度之间的差得出的齿条杆30的第二绝对位置值彼此相等时，通过控制器100确定小齿轮角度检测器13没有故障，当第一绝对位置值和第二绝对位置值彼此不同时，通过控制器100确定小齿轮角度检测器13发生故障(s14)。

如上所述，在根据本发明的各种实施方案的用于车辆的转向系统及其控制方法中，即使仅使用一个检测绝对旋转量的小齿轮角度检测器13，也可以有效地确定小齿轮角度检测器13是否有故障。因此，可以简化转向系统的结构，并且可以降低其制造成本，而不需要单独的小齿轮角度传感器。

在根据本发明的各种实施方案的用于车辆的转向系统及其控制方法中，由于可以仅使用一个检测绝对旋转量的小齿轮角度检测器13，因此保持不连接到小齿轮角度检测器13的第二转向电机20可以使用滚珠丝杠机构代替齿条小齿轮机构。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“向上(upper)”、“向下(lower)”、“内部”、“外部”、“上(up)”、“下(down)”、“向上(upper)”、“向下(lower)”、“朝上”、“朝下”、“前部”、“后部(rear)”、“后面(back)”、“在内部”、“在外部”、“向内地”、“向外地”、“内部”、“在外部的”、“内部”、“外部”、“向前”和“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。

前面对本发明的具体示例性实施方案的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理以及它们的实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同的选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等价形式所限定。