具有提高精确度的用于实时计算动力转向构件的绝对位置的方法
【专利说明】具有提高精确度的用于实时计算动力转向构件的绝对位置的 方法
[0001] 本发明设及旨在装备机动车辆的动力转向装置的一般领域，并且尤其设及运样的 动力转向装置，该动力转向装置包括允许将驱动力传输至转向齿条的转向盘W及辅助发动 机，该转向齿条本身可滑动地安装在转向壳体中且通过转向杆连接至转向盘。
[0002] 多年来，我们见到在汽车行业中，被设计成控制车辆（出于安全考虑，诸如路径控 审IKESP)或制动(ABS)系统)动态性能的嵌入式电子辅助系统的数量的增加和推广。
[0003] 然而，对此类控制系统的正确操作一般需要对车辆的转向盘取向的实时准确知 晓。
[0004] 为了运个目的，已知的是通过使用合适的传感器来测量转向辅助发动机的轴的瞬 时角位置，然后从其中推导出，获知将发动机连接至转向柱的减速器的齿轮减速比、转向盘 的角位置，转向盘的该角位置被看作代表转向齿条的位置，W及因此表示转向盘的转向角 度。
[0005] 然而，发明人已经发现通过转向构件的位置且尤其是通过转向盘的位置来计算的 此类评价方法可能是相对不精确的，根据车辆的不同使用情况，在实际中估计误差(如W转 向盘的等价转动幅度所报告的)可达到超过12度。
[0006] 举例来说，发明人特别进行了 W下试验:他们在转向机构的转向盘处使用角位置 传感器，该传感器的精确度是1( 一)度。根据具有50mm/转的理论传动比（当小齿轮执行完整 的一转时，该齿条被假设为线性位移为平移50mm)的小齿轮/齿条连接，所述转向盘通过小 齿轮驱动齿条。鉴于运个传动比，且考虑到转向盘的角位置传感器的精确度，齿条的线性位 置的估计的绝对误差应该在原则上大约为如下量级：1度/(360度/转)*50mm/转=0.14mm。
[0007] 然而，发明人已发现，在强烈转向的情形下，也就是说当在转向盘上施加显著的力 时（例如模拟空档操作(manoeuvre de d6gagement)或离开泊车位置的操作），对该齿条的 位置评估的所述误差，也就是说齿条的实际位置(平移)与从转向盘的测量位置计算出的所 述齿条的理论位置之间的偏差可达到超过1mm，即接近大于理论的期望误差的7倍的值。
[000引在实践中，在转向盘受WlON.m的量级的高转向扭矩的新转向上，运种误差相当于 由转向盘得出的设定点位置与齿条的有效位置之间10度的角度偏差在转向盘的角度参 考系内的角位置的形式表达）。
[0009] 于是可W理解的是，运种不确定性不能够使前述的路径控制或制动系统的最佳可 靠性和效率得W保证。
[0010] 此外，倘若可能的话，在绝对意义上讲，通过使用专用的传感器W增加对构件的角 位置测量的精确度(该传感器位于其位置被期望已知精确度的构件处），运种解决方案在实 践中代表显著的附加成本，W及转向系统在质量和体积上的增加，其与由汽车制造商一直 追求的减重和成本降低的目的背道而驰。
[0011] 分配至本发明的目的旨在克服上述缺陷W及提供对动力转向构件的位置的新评 价方式，其具有增加的精确度和可靠性，同时特别简单和便宜地实施。
[0012] 借助于用于确定属于车辆转向机构的可移动转向构件的位置的方法来实现分配 至本发明的目的，该车辆转向机构至少包括第一可移动构件(诸如转向辅助发动机的轴）， W及与第一可移动构件分离的第二可移动构件(诸如齿条），该第一可移动构件与第二可移 动构件通过至少第一连接件彼此配合，第一连接件允许第一构件与第二构件之间的力和移 动的传输，所述方法包括:参考位置获取步骤(a),在该参考位置获取步骤(a)期间，测量第 一构件相对于预定原点的瞬时位置，然后包括转换步骤(b)，在该转换步骤(b)期间，根据第 一构件的瞬时位置来计算第二构件的瞬时位置，所述方法的特征在于，其包括:应力测量步 骤(C)，在该应力测量步骤(C)期间，收集表示通过第一连接件在第一构件与第二构件之间 传输的瞬时力的应力值，然后包括校正步骤(d)，在该校正步骤(d)期间，取决于所述应力值 来调整转换步骤(b)，W便在计算第二构件的位置时计及第二构件相对于第一构件的位置 偏移，该位置偏移是由于第一连接件在由后者传输的力的作用下的弹性变形所致。
[0013] 事实上，发明人已经发现，造成已知的位置估计方法不精确主要源自在诸可移动 转向构件之间的机械连接件的弹性性质(在应力下的变形），诸如在(诸)小齿轮和齿条之间 的晒合连接件。
[0014] 更具体地，所采取的常规方法至今隐含地认为，作为对最近的传动比（其特征在于 连接件的几何形状)第一近似，诸转向构件之间的连接件在运动学上是理想的，并设及无限 刚性构件，W使得第二构件的位置在连接件的输出端处是第一构件在连接件的输入端处的 位置的精确映像。
[0015] 事实上，已知的方法忽略在某些情况下可能影响转向构件的相对定位的一些因 素，并且尤其没有计及连接件及对它们的组成构件）的固有柔初性，然而运可能使计算 失真，特别是当转向构件在高应力下运行时。
[0016] 有利的是，根据本发明的方法因此允许通过在计算第二构件的位置时加上校正值 (该校正值可根据连接件所传输的力的水平变化)完成上述传统方法，W便计及实际连接件 的弹性性质并且从而在所述计算中包括所述连接件(并且更具体地，构成所述连接件的各 构件)在应力下可能发生的变形的作用。
[0017] 考虑并量化连接件的弹性晓曲现象W及该现象对第二构件相对于第一构件的位 置的具体影响因而有利地允许计算具有增加的精确度的所述第二构件的有效定位，因为运 是已知的，在一方面，第一构件的位置(并且因而是连接件位于其中的几何配置），并且在另 一方面，连接件的应力条件W及所述连接件的弹性行为(《柔初性》），其允许关联所考虑的 应力条件下的量化变形（运种弹性行为可特别借助于W模拟或测试活动获得的算图 (abaque)来表征）。
[0018] 更普遍地，值得注意的是，根据本发明的方法能够精确地计算属于转向操作运动 链的任何构件的位置而不需要在所述运动链中的任何点处的任何附加的传感器，并且该方 法不管在所述运动链中的连续连接件的数量，只要已知首先在所述链的第一点处的一个参 考位置(一个便足够），其次所述链的（诸)连接件的运动特性(理想的理论传动比），W及再 次，对于包括在第一点和第二点之间的每个连接件而言（或对视作一个整体的所有连接件 而言），施加在连接件(或所有连接件)上的传输应力的状况和所述连接件(或所有连接件） 的《柔初性》按规律的形式或连接件(或所有连接件）的弹性的特性曲线，其中第一点的参考 位置是已知的并且第二点的位置是期望计算的。
[0019] 根据本发明的方法W特别有利的方式将允许尤其W低成本和高精确度W及绝对 误差通常小于或等于1( 一)度计算转向盘的角位置和/或齿条的位置(通过等效于转向柱的 参考系中的角位置转回）。
[0020] 低成本将特别关于如下事实，即计算可从已经出现在车辆的车载电子网络上或甚 至在转向系统本身的网络上的信号执行计算，诸如辅助发动机的轴位置，由所述发动机施 加的辅助扭矩设定点，和/或由驾驶员手动施加的转向盘扭矩。
[0021] 本发明的其它目的、特征和优点将通过阅读W下说明，W及通过使用出于纯粹示 例性和非限制性目的而提供的附图而将在进一步的细节中显现，其中：
[0022] 图1示出了可应用根据本发明的方法的双小齿轮动力转向机构的示例。
[0023] 图2W示意图示出了用于实施根据本发明的方法的转向机构的运动链的连续的构 件和连接件的分解原理。
[0024] 图3W功能框图示出了转向构件的位置的计算的实施原理的示例，W应用到图1的 机构的图2的运动链为优选参考。
[0025] 图4示出了在第一连接件处(此处通过第一小齿轮在辅助发动机和齿条之间）的图 1的机构的应力下弹性变形的弹性算图（称为《第一柔初性曲线》)特性的示例。
[0026] 图5示出了在第二连接件处(此处在齿条和固定至支承转向盘的转向柱的第二齿 轮之间）的图1的机构的应力下弹性变形的弹性算图（称为《第二柔初性曲线》)特性的另一 示例。
[0027] 图6W局部放大的一般视图示出了图1转向机构的各不同构件的各自位置，在运种 情况下为转向周期期间辅助发动机的轴的位置、齿条的位置W及第二小齿轮(位于驾驶员 一侧上）的位置，W便相对地显示(通过使用相对于转向盘的标准缩放比例）一方面所计算 的齿条的位置W及所计算的第二小齿轮的位置按照根据本发明的方法从辅助发动机的轴 的角位置测量值被评估，另一方面在相同应力条件下在测试台上测量运些相同转向构件的 有效位置，所计算的曲线W及所测量的曲线的接近度使得能够理解根据本发明的计算方法 的高精确性和良好可靠性。
[0028] 本发明设及一种用于确定位置的方法，且更具体地设及用于确定属于车辆转向机 构4的可移动转向构件1、2和3的绝对位置，该车辆转向机构4至少包括第一可移动构件1(诸 如转向辅助发动机Μ