專利名稱：測量機電式轉向裝置的轉矩的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量具有機電式轉向裝置的運輸工具的轉矩的裝置和方法。
背景技術：
轉矩傳感器是機電式轉向裝置的一個基本組成部分，因為，如果不確定轉向阻力矩，就不能實現(xiàn)助力轉向的運行。因此，轉矩傳感器常常設計成冗余的和/或與安全裝置連接，后者立即識別失靈并具有立即切斷系統(tǒng)的作用。
DE 692 18 405 T2公開了一種用于機電式轉向裝置的轉矩傳感器，包括通過具有輸入軸部件和輸出軸部件的扭桿與轉向機構傳動連接的轉向裝置和用于驅動轉向機構的伺服電動機，其中，通過伺服電動機的驅動在輸入軸部件和輸出軸部件之間產(chǎn)生相對的旋轉移動，該轉矩傳感器提供至少兩個獨立的信號并通過比較來檢驗這些信號的準確性。
無論是出于成本原因，還是由于結構空間的局限性，都不希望冗余式設計。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明以該技術問題為出發(fā)點，提供一種用于測量具有機電式轉向裝置的運輸工具的轉矩的裝置和方法，它們可以成本低廉并以較小的結構空間要求加以實現(xiàn)。
該問題通過具有權利要求1至6所述特征的主題得以實現(xiàn)。本發(fā)明其他具有優(yōu)點的構成來自于從屬權利要求。
機電式轉向裝置包括用于檢測轉向角的傳感器單元和用于檢測伺服電動機轉子角的傳感器單元并形成有虛擬轉矩傳感器，其中，在虛擬轉矩傳感器中可通過轉向角和轉子角來確定轉向力矩。通過虛擬轉矩傳感器，可確定扭桿的扭轉并由此而確定轉向力矩。虛擬轉矩傳感器可起到回歸面的作用。由于存在回歸面，在轉矩傳感器失靈時就能避免立即切斷系統(tǒng)。由此進一步提高了機電式轉向裝置的安全性。也可以設想一般取消使用機械轉矩傳感器，并僅通過虛擬轉矩傳感器確定轉矩。為此，需要轉向角傳感器和/或者轉子角傳感器具有較高的分辨率。
在另一實施方式中，虛擬轉矩傳感器以計算單元的形式構成。通過計算單元，可對傳感器單元的信號進行數(shù)字處理。在此方面，可以使用如過濾法和/或濾波法這類數(shù)字信號處理的公知方法。轉矩傳感器的輸出信號可供數(shù)字進一步處理使用。
在另一實施方式中，虛擬轉矩傳感器以模擬開關電路的形式構成。傳感器單元的模擬輸出信號無需數(shù)字化便可直接進行處理。為進一步處理模擬確定的轉矩，可通過公知的方法將其數(shù)字化。
在另一實施方式中，用于檢測轉子角的傳感器單元由光學編碼器或磁致編碼器構成。在此方面，轉子角直接在伺服電動機上確定。此外，也可設想根據(jù)傳動比通過變速器單元確定角度。
在另一實施方式中，用于檢測轉向角的傳感器單元與轉向裝置一體化。例如，由駕駛員通過方向盤施加的轉向要求由此可以精確測量，從而避免了較長的傳遞行程。然而，出于結構空間的原因，也可以設想將傳感器安裝在更適當?shù)钠渌恢蒙稀?br>

下面借助一優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行詳細說明。唯一的附圖示出圖1示出具有轉向助力器的機電式轉向裝置的原理圖。
具體實施例方式
圖1示出具有轉向助力器的機電式轉向裝置的原理圖，包括作為方向盤的轉向裝置1和伺服電動機2，它們通過傳動裝置11、21與齒條3連接。齒條3通過未示出的公知的連桿連接機構可控制地與同樣未示出的運輸工具的轉向輪連接。轉向裝置1與扭桿10的輸入軸部件101有效連接。扭桿10的輸出軸部件102通過傳動裝置11與齒條3有效連接。為了實現(xiàn)轉向助力，通過伺服電動機2附加產(chǎn)生在計算單元4內確定的助力轉矩。齒條3通過伺服電動機2的附加運動使輸出軸部件102相對輸入軸部件101旋轉運動，由此在扭桿10上產(chǎn)生扭轉力矩。扭桿10的扭轉力矩可通過公知的轉矩傳感器51來測量。此外，依據(jù)本發(fā)明，伺服電動機的轉子角和轉向角通過傳感器52、53記錄并據(jù)此在虛擬轉矩傳感器54中確定相關的轉矩，其中，轉矩與轉向角和轉子角之差成正比。虛擬轉矩傳感器54可作為數(shù)字計算單元和/或通過模擬開關電路實現(xiàn)。虛擬轉矩傳感器54在轉矩傳感器51失靈的情況下起到回歸面作用。如圖所示，它可以作為單獨部件來構成或者與計算單元4一體化。運輸工具的行駛狀況可通過行駛速度v、轉向角δ、轉向角速度δo和轉向阻力矩τδ來表明。行駛速度v通過例如轉速表傳感器55來確定。轉向角速度δo通過傳感器56來確定。然而，也可以想到的是，轉向角速度δo通過從轉向角δ中推定。將所記錄的行駛狀況的所有數(shù)據(jù)均傳輸給計算單元4。在計算單元4內，借助這些數(shù)據(jù)確定輸送到伺服電動機2的助力轉矩。
權利要求
1.測量機電式轉向裝置的轉矩的裝置，該機電式轉向裝置包括通過具有輸入軸部件(101)和輸出軸部件(102)的扭桿與轉向機構傳動連接的轉向裝置(1)和用于驅動該轉向機構的伺服電動機(2)，其中，借助該伺服電動機(2)的驅動在該輸入軸部件(101)和該輸出軸部件(102)之間產(chǎn)生相對的旋轉移動，其特征在于，該機電式轉向裝置包括用于檢測轉向角(δ)的傳感器單元(53)和用于檢測該伺服電動機(2)的轉子角的傳感器單元(52)并且形成有虛擬轉矩傳感器(54)，在該虛擬轉矩傳感器中，可通過該轉向角(δ)和該轉子角來確定轉向力矩(τδ)。
2.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，以計算單元的形式形成該虛擬轉矩傳感器(54)。
3.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，以模擬開關電路的形式形成該虛擬轉矩傳感器(54)。
4.按權利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于，用于檢測該轉子角的該傳感器單元(52)由光學編碼器或磁致編碼器構成。
5.按權利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于，用于檢測該轉向角(δ)的該傳感器單元(53)與該轉向裝置(1)一體化。
6.測量機電式轉向裝置的轉矩的方法，該機電式轉向裝置包括通過具有輸入軸部件(101)和輸出軸部件(102)的扭桿(10)與轉向機構傳動連接的轉向裝置(1)和用于驅動該轉向機構的伺服電動機(2)，其中，借助該伺服電動機(2)的驅動在該輸入軸部件(101)和該輸出軸部件(102)之間產(chǎn)生相對的旋轉移動，其特征在于，該機電式轉向裝置包括用于檢測轉向角(δ)的傳感器單元(53)和用于檢測該伺服電動機(2)的轉子角的傳感器單元(52)并形成有虛擬轉矩傳感器(54)構成，在該虛擬轉矩傳感器中，可通過該轉向角(δ)和該轉子角來確定轉向力矩(τδ)。
7.按權利要求6所述的方法，其特征在于，以計算單元的形式形成該虛擬轉矩傳感器(54)，通過該計算單元對傳感器信號進行數(shù)字處理。
8.按權利要求6所述的方法，其特征在于，以模擬開關電路的形式形成該虛擬轉矩傳感器(54)，通過該模擬開關電路對傳感器信號進行模擬處理。
9.按權利要求6至8之一所述的方法，其特征在于，用于檢測轉子角的該傳感器單元(52)由光學編碼器或者磁致編碼器構成。
10.按權利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，用于檢測轉向角(δ)的該傳感器單元(53)與該轉向裝置(1)一體化。
全文摘要
本發(fā)明涉及測量機電式轉向裝置的轉矩的裝置和方法，該機電式轉向裝置包括通過具有輸入軸部件(101)和輸出軸部件(102)的扭桿與轉向機構傳動連接的轉向裝置(1)和用于驅動該轉向機構的伺服電動機(2)，其中，借助伺服電動機(2)的驅動在輸入軸部件(101)和輸出軸部件(102)之間產(chǎn)生相對的旋轉移動，該機電式轉向裝置包括用于檢測轉向角(δ)的傳感器單元(53)、用于檢測伺服電動機(2)轉子角的傳感器單元(52)和虛擬轉矩傳感器(54)，其中，在虛擬轉矩傳感器中，可通過轉向角(δ)和轉子角來確定轉向力矩(τ
文檔編號B62D15/00GK1678485SQ03821126
公開日2005年10月5日 申請日期2003年7月23日 優(yōu)先權日2002年9月6日
發(fā)明者O·克瓦斯尼, N·瓦恩謝夫, H·曼茨 申請人:大眾汽車有限公司