专利名称：通过车轮差速测量和增量测量确定方向盘的绝对角位置的制作方法
技术领域：
本发明涉及确定机动车辆的方向盘(steering wheel)相对于所述车辆底盘的绝对角位置的方法，以及使用该系统的方法。
背景技术：
在很多应用中，主要是在集成底盘控制系统和电力转向操纵系统中，必须要知道方向盘相对于底盘的绝对角位置。
我们用绝对角位置表示任何时间方向盘的位置与参考位置分开的角度，该参考位置相对于底盘固定设置。
另一方面，相对角位置是方向盘的位置与一任意起始位置分开的角度，并且其相对于底盘是可变的。
为了确定方向盘的绝对角位置，已知的一种方法利用了对相同轴上的车轮的差速的测量。事实上，可以在该差速和角位置之间建立双向单映射关系，因为，当车辆沿着直线或弯曲轨迹行进时，每个车轮具有有着相同曲率中心的轨迹。出现的一个问题是，这种确定策略仅使得可以以中等精度估计绝对角位置，而这种精度可能低至+/-50°，所述精度还依赖于车辆的行驶条件。
此外，存在已知的用于方向盘角位置的增量测量的装置，其可以以高精度水平获得方向盘的相对角位置。但是，为了获取绝对角位置，则必须考虑至少一个参考位置的确定。例如在文献EP1167927中描述了这样一种策略。这些装置的一个限制在于每次回转仅有一次机会检测参考角位置，这在一定的行驶条件下会导致只能在相当长时间之后(从而，在车辆进行相当长距离之后)才能确定绝对角位置。
发明内容
本发明目的在于通过提出一种用于确定方向盘绝对角位置的系统来解决这些问题，所述系统可以围绕测量得到的相对角位置，计算由测量车轮的差速得到的对绝对角位置的估计值的移动逐点平均值，所述平均值被用于重新校准相对角位置，以便获得相应的绝对角位置。
为此，根据第一方面，本发明提供了一种用于确定机动车辆的方向盘相对于所述车辆的底盘的绝对角位置θ的系统，所述系统包括用于对所述方向盘的相对角位置δ进行增量测量的装置，其包括·设定成与所述方向盘一起旋转的编码器，所述编码器包括一主多极轨道；·相对于所述编码器设置并与之相距一定间距的固定传感器，其包括相对于所述主轨道定位以提供两个周期性正交电信号S1、S2的至少两个敏感元件，所述传感器包括一适合的电子电路，以便基于所述信号S1、S2提供所述方向盘的相对角位置δ；用于测量位于同一轴上的车轮的差速ΔV/V的装置；能够以周期t对角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)进行采样的处理装置(8)，所述装置包括计算装置，所述计算装置适合在每个tn时刻·根据差速ΔV/V(tn)确定绝对角位置θ(tn)的估计值θ*(tn)；·确定角位置θ*(ti)和δ(ti)之间的平均偏移(tn)差，其中i从0到n；·通过加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，确定绝对角位置θ(tn)。
根据第二方面，本发明提供了利用这样的系统确定角位置θ的方法，所述方法包括重复的步骤，所述步骤目的在于·测量角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)；·根据差速ΔV/V(tn)确定绝对角位置θ(tn)的估计值θ*(tn)；·确定矢量θ^*(tn)=[θ*(t0),...,θ*(tn)]]]>和δ^(tn)=[δ(t0),...,δ(tn)]]]>的平均值的差，从而获得平均偏移(tn)差；·通过加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，确定绝对角位置θ(tn)。
在以下参照附图的描述中，本发明的其它目的和优点将变得显而易见。所述附图是装备有用于确定方向盘绝对角位置的系统的、用于机动车辆的转向组件的示意性局部视图。
具体实施例方式
本发明涉及用于确定机动车辆的方向盘1相对于所述车辆的底盘的绝对角位置θ的系统。在一具体示例中，该位置意图被用于集成的底盘控制系统中或电力转向操纵系统中。
该系统包括用于测量车辆的同一轴上的车轮的差速ΔV/V的装置2和用于对方向盘1的相对角位置δ进行增量测量的装置。
对于该图，所述系统描绘成安装在一转向组件(steering assembly)上，所述转向组件包括与方向盘1相关联的转向杆(steering column)3，驾驶员通过该转向杆施加扭矩，从而施加一转向锁定角。此外，杆3设置成将转向锁定角传递到车辆的转向轮(turning wheel)。为此，车轮可以通过齿轮齿条机械联接到杆3，以便将转向杆3的旋转运动转变成车轮的角位移，或者可以与杆3脱开。转向系统还包括固定元件4，其牢固地附接至机动车辆的底盘。
方向盘1设置成能够进行若干种转向，一般为车轮保持正直的“直线”位置两侧的两种转向。
图中所示增量测量装置包括牢固地环绕附接至杆3的编码器5和与元件4相关联的固定传感器6，使得所述传感器的敏感元件相对于编码器5设置并与之保持一间距。根据本发明的系统可以确定编码器5相对于固定元件4以及从而相对于底盘的绝对角位置，从而确定方向盘1相对于固定元件以及从而相对于底盘的绝对角位置。
编码器5包括主多极轨道(main multipolar track)。在一具体示例中，编码器5由磁性多极环形成，其上极化出多对南、北极，它们以恒定角宽度均匀分布，从而形成所述主轨道。
此外，传感器6包括至少两个敏感元件，例如从包括霍尔效应探针、磁致电阻和巨磁致电阻的组选出。
所使用的传感器6能够通过敏感元件提供周期性正交电信号S1、S2。
在例如本申请人所提出的文献FR 2792403中描述了从多个校准的敏感元件获取信号S1和S2的原理。但是包括两个能提供信号S1和S2的敏感元件的传感器6也是已知的。
此外，该传感器包括一电子电路7，其由信号SI、S2提供正交的平方数字位置信号A、B，从而使得可以计算方向盘1的相对角位置δ。具体而言，电子电路7包括能够确定编码器5角位置相对于起始位置的变化的计数装置。在本发明实施例的一个示例中，该计数装置包括一寄存器，其中的角位置值在起动系统时是固定的(例如为零)，并根据对应于检测到的信号A和B的波前数的角度值而增大或减小。这样，电子电路7可以确定编码器5相对于起始位置的相对位置。
根据本发明的实施例，电子电路7还包括例如本申请人提出的文献FR2754063中描述的类型的内插器(interpolator)，使得能够提高输出信号分辨率。具体而言，可以获得小于1°的角位置δ的分辨率。
具有其电子电路7的传感器6可以结合在硅衬底或例如AsGa的类似物上，以便形成专用于特定应用的集成电路，有时被称为专用集成电路(ASIC)的电路指的是完全或部分地根据其特定用途设计的集成电路。
尽管这里针对磁性编码器/传感器组件进行描述，但是还可以将本发明实现为使用光学传感器的类似形式。例如，编码器5可以由金属或玻璃跟踪图案(tracking pattern)形成，所述跟踪图案上刻有主轨道，以便形成类似于上述多极磁性图案的光学图案，敏感元件则由光学检测器形成。
位于同一轴上的左车轮Vg和右车轮Vd各自的速度被提供给用于测量差速ΔV/V的装置2，并且所述装置包括设置用于提供所述差速的计算装置。
确定系统还包括能够以周期t、对角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)采样的处理装置8。另外，处理装置包括计算装置，其适于在每个tn时刻根据差速ΔV/V(tn)确定绝对角位置θ(tn)的估计值θ*(tn)；确定角位置θ*(ti)和δ(ti)之间的平均偏移(tn)差，其中i从0到n；通过将平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)相加，确定绝对角位置θ(tn)。
以下将描述根据本发明的确定系统的一种实施方式，其中，在例如1ms的时间内对角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)采样。
角位置θ(ti)的估计值θ*(ti)通过计算差速ΔV/V(ti)的各个测量值来确定。假设底面和车轮之间的摩擦可忽略不计，则在角位置θ*(ti)和车轮的差速ΔV/V(ti)之间存在双向单映射关系。所述摩擦尤其在差速测量值是取自非驱动轮的时候可忽略不计，但是在附着正常(normal adherence)的情况下在差速测量值取自驱动轮时该摩擦也是可忽略的。根据一实施例，这种关系是利用在优化条件下取得的测量值而得出的，其中所述优化条件包括车辆在一平坦面上运动；稳定的车速；方向盘缓慢转向；
额定轮胎气压；干燥地面。
在这样的条件下，可以建立多项式关系，例如，三阶多项式，这使得可以根据差速ΔV/V(ti)估计角位置θ*(ti)。通过在处理装置8中利用这样的关系，可以在任何时间根据测量得到的差速ΔV/V(ti)获得角位置θ(ti)的估计值θ*(ti)。
增量角位置δ(ti)使得可以知道角位置θ(ti)随时间的变化，但是其相对于所述绝对角位置偏移一恒定的偏移值。
根据本发明的方法提出通过以下方法来计算该值考虑例如在每个tn时刻，确定矢量θ^*(tn)=[θ*(t0),...,θ*(tn)]]]>和δ^(tn)=[δ(t0),...,δ(tn)]]]>的平均值的差，从而获得平均偏移(tn)差。实际上，偏移(tn)值对应于价值函数(costfunction)θ^*(tn)-δ^(tn)-offset*ln]]>的最小值，其中ln为n维单位矩阵。
因此，该方法提出以统计方式利用所有的θ*(ti)和δ(ti)值，从而由于所使用的值的数量随时间增加而不断地提高平均偏移(tn)的准确度。此外，可以假设所有影响对估计值θ*(ti)的计算的破坏因素(例如凹凸不平的地面)汇集为零。所提出的统计计算使得可以快速地向所寻求的偏移值收敛。
因此，通过加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，处理装置8可以反复给出绝对角位置θ(tn)，克服行驶方面的绝大多数缺陷。
根据本发明一实施例，对绝对角位置的确定的准确度可以通过在特定行驶条件下实现这种处理而得以提高。例如，如上所述，行驶条件可以包括方向盘的最大旋转速度，以便限制与车辆沿轨迹进入的迟滞相关的破坏因素，以及/或者包括车辆的最小速度，以便能够提高估计值的准确度。作为一个数值示例，车辆的速度限制可以设定在5km/h，方向盘的速度限制可以设定在20°/s。这样，如果在至少2秒中的时间内满足这些条件(不必是连续的)，则可以以一般为+/-5°左右的精度获得绝对角位置。所以，在行驶25m之后可以获得该精度，并且在行驶50m之后可以精度可以达到+/-2°以内。
此外，确定系统可以克服编码器5和方向盘1之间的机械指示错误，因为在计算偏移值时纠正了这些错误。
权利要求
1.一种利用一系统确定机动车辆的方向盘(1)相对于所述车辆的底盘的绝对角位置θ的方法，所述系统包括用于对所述方向盘的相对角位置δ进行增量测量的装置，其包括·设定成与所述方向盘(1)一起旋转的编码器(5)，所述编码器包括一主多极轨道；·相对于所述编码器(5)设置并与之相距一定间距的固定传感器(6)，其包括相对于所述主轨道定位以提供两个周期性正交电信号S1、S2的至少两个敏感元件，所述传感器(6)包括一适合的电子电路(7)，以便基于所述信号S1、S2提供所述方向盘(1)的相对角位置δ；用于测量位于同一轴上的车轮的差速ΔV/V的装置(2)；能够以周期t对角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)进行采样的处理装置(8)，所述装置包括计算装置，所述计算装置适合在每个tn时刻·根据差速ΔV/V(tn)确定绝对角位置θ(tn)的估计值θ*(tn)；·确定角位置θ*(ti)和δ(ti)之间的平均偏移(tn)差，其中i从0到n；·通过加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，确定绝对角位置θ(tn)。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述多极轨道由多极环形成，在所述多极环上磁化出多对北极和南极，并且所述多对北极和南极以恒定角宽度均匀分布。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述电子电路(7)包括能够提高输出信号分辨率的一内插器。
4.利用如权利要求1至3中任何一个所述的系统确定角位置θ的方法，所述方法包括如下的重复的步骤·测量角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)；·根据差速ΔV/V(tn)确定绝对角位置θ(tn)的估计值θ*(tn)；·确定矢量θ^*(tn)=[θ*(t0),...,θ*(tn)]]]>和δ^(tn)=[δ(t0),...,δ(tn)]]]>的平均值的差，从而获得平均偏移(tn)差；·通过加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，确定绝对角位置θ(tn)。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述差速ΔV/V(ti)的测量值是在非驱动轮上取得的。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中，该方法是在设定的行驶条件下实现的。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述行驶条件包括所述方向盘的最大旋转速度及/或所述车辆的最小速度。
全文摘要
一种用于确定机动车辆的方向盘(1)相对于其底盘的绝对角位置θ的系统，其包括用于对所述方向盘的相对角位置δ进行增量测量的装置；用于测量位于同一轴上的车轮的差速ΔV/V的装置(2)；和用于以周期t对角位置和差速进行采样的处理装置(8)。所述装置包括一计算装置，该计算装置适合在每个t
文档编号G01D5/12GK1819945SQ200480019760
公开日2006年8月16日 申请日期2004年6月10日 优先权日2003年6月11日
发明者帕斯卡尔·德斯比奥莱斯, 克里斯托弗·杜里特 申请人:S.N.R.鲁尔门斯公司