本發(fā)明涉及對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的改進(jìn)。

背景技術(shù)：

在典型的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)(比如三相直流電動(dòng)機(jī))連接至轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的一部分，特別地連接至轉(zhuǎn)向軸，所述轉(zhuǎn)向軸將車(chē)輛的轉(zhuǎn)向盤(pán)連接至車(chē)輪。傳感器(比如轉(zhuǎn)矩傳感器)產(chǎn)生指示由駕駛員施加至轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)矩的信號(hào)，并且該信號(hào)被饋送到微處理器中。微處理器使用該信號(hào)以產(chǎn)生用于電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)，所述控制信號(hào)指示電動(dòng)機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩或電流。這些控制信號(hào)在微處理器中被轉(zhuǎn)化成用于電動(dòng)機(jī)的每一相的電壓波形，這些電壓波形進(jìn)而被從微處理器傳輸至電動(dòng)機(jī)側(cè)橋驅(qū)動(dòng)器。

電動(dòng)機(jī)側(cè)橋驅(qū)動(dòng)器將控制信號(hào)(其通常為低電平電壓波形)轉(zhuǎn)化成施加至電動(dòng)機(jī)側(cè)的橋的各相上的更高電平的電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)。典型的橋包括一組開(kāi)關(guān)，所述一組開(kāi)關(guān)根據(jù)從橋驅(qū)動(dòng)器電路施加至開(kāi)關(guān)的高電平電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇性地將來(lái)自電源的電流施加至電動(dòng)機(jī)的各相。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)，能夠相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置控制電動(dòng)機(jī)中的電流，從而允許控制由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)在使用中因此導(dǎo)致將輔助轉(zhuǎn)矩施加至轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述輔助轉(zhuǎn)矩幫助或有助于駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)。由于該轉(zhuǎn)矩影響轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出，因此這形成了一種閉環(huán)控制，該閉環(huán)控制允許準(zhǔn)確控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。

轉(zhuǎn)矩傳感器通常包括扭力桿和兩個(gè)角位置傳感器，所述兩個(gè)角位置傳感器中的一個(gè)角位置傳感器提供表示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在扭力桿的一側(cè)上的角位置的輸出信號(hào)，而另一個(gè)角位置傳感器提供表示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在扭力桿的另一側(cè)上的角位置的輸出信號(hào)。當(dāng)沒(méi)有施加轉(zhuǎn)矩時(shí)，兩個(gè)輸出信號(hào)將是對(duì)準(zhǔn)的，但是當(dāng)施加了轉(zhuǎn)矩時(shí)，扭力桿扭動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)角位置傳感器運(yùn)動(dòng)成不對(duì)準(zhǔn)。該輸出信號(hào)的相對(duì)變化提供了對(duì)所需轉(zhuǎn)矩的測(cè)量。

為了在發(fā)生故障的情況下提供額外的安全裕度，通常使用雙通道轉(zhuǎn)矩傳感器，其產(chǎn)生兩個(gè)信息通道，每個(gè)通道各自提供轉(zhuǎn)矩測(cè)量。在使用中，由每個(gè)通道顯示的轉(zhuǎn)矩用另一個(gè)通道的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行校驗(yàn)，如果它們是一致的，則能夠認(rèn)為轉(zhuǎn)矩值是可靠的。如果它們不一致，則一個(gè)或兩個(gè)通道可能發(fā)生了故障且能夠建立一錯(cuò)誤標(biāo)記。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)該情況發(fā)生時(shí)，電動(dòng)機(jī)不施加輔助轉(zhuǎn)矩。

盡管雙通道轉(zhuǎn)矩傳感器給予了增大的安全度，但是在一個(gè)通道發(fā)生故障的情況下，即使另一個(gè)通道未發(fā)生故障，也不可能繼續(xù)安全地施加輔助轉(zhuǎn)矩，這部分是因?yàn)榭赡懿荒軌虮鎰e哪個(gè)通道有故障、哪個(gè)通道是可靠的，并且還因?yàn)闆](méi)有辦法提供保護(hù)以使那個(gè)仍然良好的通道隨后不發(fā)生故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，所述電力助力轉(zhuǎn)向裝置改進(jìn)了在檢測(cè)到故障時(shí)與現(xiàn)有系統(tǒng)有關(guān)的問(wèn)題。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種組合的角位置和轉(zhuǎn)矩傳感器組件，所述組合的角位置和轉(zhuǎn)矩傳感器組件在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用，所述組合的角位置和轉(zhuǎn)矩傳感器組件包括：

用于連接至上柱軸的輸入部件，所述上柱軸在使用中操作地連接至車(chē)輛的轉(zhuǎn)向盤(pán)；

用于連接至下柱軸的輸出部件，所述下柱軸在使用中操作地連接至車(chē)輛的車(chē)輪；

扭力桿，扭力桿使所述輸入軸和輸出軸互連；

第一上柱角位置感測(cè)器件，所述第一上柱角位置感測(cè)器件產(chǎn)生依賴(lài)于所述上柱軸的角位置的至少一個(gè)輸出信號(hào)；

第二上柱角位置感測(cè)器件，所述第二上柱角位置感測(cè)器件產(chǎn)生依賴(lài)于所述上柱軸部件的角位置的至少一個(gè)輸出信號(hào)；以及

處理器件，所述處理器件產(chǎn)生指示由扭力桿承載的轉(zhuǎn)矩的第一轉(zhuǎn)矩信號(hào)；

其特征在于，所述處理器件還包括用于通過(guò)以第一方式處理所述第一傳感器和第二傳感器的輸出信號(hào)來(lái)產(chǎn)生第一絕對(duì)角位置信號(hào)并通過(guò)以不同方式處理所述第一傳感器和第二傳感器的輸出信號(hào)來(lái)產(chǎn)生第二絕對(duì)角位置信號(hào)的器件，并且還包括：

交叉校驗(yàn)器，所述交叉校驗(yàn)器執(zhí)行兩個(gè)絕對(duì)角位置信號(hào)之間的交叉校驗(yàn)。

因此，通過(guò)交叉校驗(yàn)單元來(lái)做出交叉校驗(yàn)，在所述交叉校驗(yàn)單元中產(chǎn)生兩個(gè)絕對(duì)角位置信號(hào)，然后比較所述兩個(gè)絕對(duì)角位置信號(hào)。

在所述交叉校驗(yàn)顯示兩個(gè)信號(hào)之間具有差值的情況下，可以由所述裝置建立一錯(cuò)誤。因此，本發(fā)明可以提供一種更加強(qiáng)健的組件，所述組件能夠處理傳感器或者來(lái)自傳感器的信號(hào)輸出中的故障。

所述組件還可以包括第三下柱位置感測(cè)器件，所述第三下柱位置感測(cè)器件產(chǎn)生依賴(lài)于下柱軸的角位置的至少一個(gè)輸出信號(hào)，并且所述處理器件可以通過(guò)處理來(lái)自三個(gè)傳感器的輸出信號(hào)來(lái)產(chǎn)生第一轉(zhuǎn)矩信號(hào)。

三個(gè)角位置傳感器中的每一個(gè)均可以產(chǎn)生在輸入部件的角旋轉(zhuǎn)的允許范圍內(nèi)重復(fù)至少一次的角位置信號(hào)，每個(gè)傳感器的對(duì)應(yīng)于一次完整重復(fù)的旋轉(zhuǎn)范圍不同于其它兩個(gè)傳感器。

所述處理器件可以通過(guò)使用傳感器中的第一傳感器的輸出以提供細(xì)節(jié)以及傳感器中的第二傳感器的輸出值以通過(guò)考察所述第一和第二傳感器的輸出之間的相對(duì)相位以指示存在著傳感器的哪些重復(fù)來(lái)產(chǎn)生在交叉校驗(yàn)中使用的第一絕對(duì)角位置信號(hào)。

通過(guò)提供細(xì)節(jié)，我們指的是通過(guò)將提供詳細(xì)角信息的信號(hào)輸出添加到該傳感器的多個(gè)角范圍(即，在所述角范圍上重復(fù)的角度，所述多個(gè)角范圍從兩個(gè)傳感器的輸出之間的差值校驗(yàn)中得出)上來(lái)產(chǎn)生所述信號(hào)。

三個(gè)傳感器中的每一個(gè)可以產(chǎn)生具有不同角范圍的輸出信號(hào)，或者至少兩個(gè)傳感器可以具有與另外一個(gè)不同的范圍。

在至少一種布置方案中，第二角位置傳感器與其它傳感器相比可以具有不良的分辨率(粗糙或者較少細(xì)節(jié)的信號(hào))。

處理器件還可以通過(guò)使用傳感器中的第二傳感器的輸出以提供分辨率以及傳感器中的第一傳感器的輸出值以通過(guò)考察所述第一和第二傳感器的輸出之間的相對(duì)相位以指示存在著傳感器的哪些重復(fù)來(lái)產(chǎn)生在交叉校驗(yàn)中使用的第二絕對(duì)角位置信號(hào)。

如果在任一傳感器中存在錯(cuò)誤，則兩個(gè)絕對(duì)角位置值將不一致，并且將通過(guò)校驗(yàn)單元標(biāo)記一錯(cuò)誤。

所述裝置可以包括絕對(duì)位置信號(hào)產(chǎn)生器件，所述絕對(duì)位置信號(hào)產(chǎn)生器件在使用中通過(guò)組合來(lái)自至少一對(duì)位置傳感器的信號(hào)來(lái)產(chǎn)生指示上柱軸的角位置的上柱絕對(duì)位置信號(hào)。

在這種情況中，校驗(yàn)單元還可以執(zhí)行對(duì)所述絕對(duì)角位置信號(hào)以及上柱軸傳感器中的一個(gè)或兩個(gè)的輸出信號(hào)在上柱軸的不同角度范圍內(nèi)的變化的校驗(yàn)。申請(qǐng)人已經(jīng)意識(shí)到，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于比如傳感器的振擺等事情，每個(gè)傳感器的輸出相對(duì)于另一個(gè)將具有一些變化。

兩個(gè)傳感器之間的這些角度變化在組件的使用期間將是始終如一的，并且能夠在轉(zhuǎn)向裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)被監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。如果兩個(gè)傳感器之間的角位置的變化不以期望的方式變化，則校驗(yàn)單元可以標(biāo)記一錯(cuò)誤。由于在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用期間在軸旋轉(zhuǎn)的情況下存在許多例子，因此易于在校驗(yàn)單元中有規(guī)律地執(zhí)行該校驗(yàn)。

如果在信號(hào)之間不存在期望的變化，則所述裝置可以布置成建立或減少一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)記。

交叉校驗(yàn)器可以適于在裝置的初始獲悉相位期間通過(guò)監(jiān)測(cè)被交叉校驗(yàn)的每個(gè)信號(hào)中的變化并存儲(chǔ)兩個(gè)信號(hào)之間的差值或誤差來(lái)獲悉角位置的期望變化。

所述裝置可以包括存儲(chǔ)器，并且獲悉的角位置的變化或誤差可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。該存儲(chǔ)器可以是非易失性存儲(chǔ)器。

一組特征可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的查找表中，查找表的每個(gè)入口包括針對(duì)角位置的索引的差值。

所述行為可以獲悉用于轉(zhuǎn)向裝置在一個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)以及儲(chǔ)存用于那個(gè)方向的一組特征。另外，一組不同的行為可以獲悉用于轉(zhuǎn)向裝置在另一個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)并且也存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的表可以包括對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一組角位置的每個(gè)角位置的偏移值，例如，100個(gè)等距間隔開(kāi)的角位置和100個(gè)對(duì)應(yīng)的偏差值。

交叉校驗(yàn)器可以包括信號(hào)處理器，所述信號(hào)處理器可以與電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其它部件共享比如電動(dòng)機(jī)控制器或電動(dòng)機(jī)位置傳感器。信號(hào)處理器可以設(shè)置為ASIC設(shè)備的部件。

所述組件可以適于確定軸的旋轉(zhuǎn)方向，并且在軸被認(rèn)為沒(méi)有旋轉(zhuǎn)或低于預(yù)定閾值速度低速旋轉(zhuǎn)的情況下，所述交叉校驗(yàn)器可以適于忽視任何變化并且不建立故障。

用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩信號(hào)的上角位置感測(cè)器件中的每一個(gè)均包括兩個(gè)角位置傳感器，所述兩個(gè)角位置傳感器中的每一個(gè)均適于產(chǎn)生輸出信號(hào)中的一個(gè)，所述輸出信號(hào)中的每一個(gè)均獨(dú)立于另一個(gè)。因此，每個(gè)感測(cè)器件將提供兩個(gè)信號(hào)通道1和2，從而允許產(chǎn)生獨(dú)立的第一轉(zhuǎn)矩信號(hào)和第二轉(zhuǎn)矩信號(hào)。

更具體地，上角位置感測(cè)器件的角位置傳感器中的每一個(gè)可以包括攜帶附接至軸的調(diào)制軌道的旋轉(zhuǎn)式感測(cè)元件和檢測(cè)器、或普通的旋轉(zhuǎn)式感測(cè)元件可以與兩個(gè)檢測(cè)器一起使用，使得所述兩個(gè)通道完全獨(dú)立但是共享物理轉(zhuǎn)子。類(lèi)似的布置可以提供用于下角位置感測(cè)器件的傳感器中的每一個(gè)傳感器。

上柱傳感器和下柱傳感器中的每一個(gè)均具有較高的分辨率(精細(xì)角度傳感器)且可以產(chǎn)生周期重復(fù)的信號(hào)，所述周期小于相應(yīng)的上軸和下軸的一轉(zhuǎn)，使得在輸出信號(hào)自身上，每個(gè)輸出信號(hào)不指示上軸和下軸的任意一者的絕對(duì)位置。信號(hào)可以以20度或以40度重復(fù)，或者一個(gè)信號(hào)以20度重復(fù)而另一個(gè)信號(hào)以40度重復(fù)。一個(gè)或多個(gè)上柱傳感器可以以20度重復(fù)而一個(gè)或多個(gè)下柱傳感器以40度重復(fù)。當(dāng)然，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用其它角度的重復(fù)。

處理器件可以處理每個(gè)通道的上信號(hào)和下信號(hào)，以通過(guò)使用差值處理來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩信號(hào)，在差值處理中，兩個(gè)信號(hào)的相對(duì)相位被確定且轉(zhuǎn)矩從所述兩個(gè)信號(hào)值之間的差值中得出。在通道的每個(gè)輸出信號(hào)在重復(fù)之前線性變化的情況下，轉(zhuǎn)矩的增大將導(dǎo)致通道的表示在扭力桿上的轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)輸出信號(hào)之間的相位漂移。

在上柱傳感器和下柱傳感器的輸出信號(hào)中的每一個(gè)在超過(guò)軸的一個(gè)完整旋轉(zhuǎn)上不提供柱絕對(duì)位置測(cè)量值的情況下，所述裝置還可以包括次要上柱傳感器，所述次要上柱傳感器產(chǎn)生依賴(lài)于輸入軸的位置的輸出信號(hào)，處理器件可以通過(guò)組合該傳感器的輸出與上柱傳感器和下柱傳感器中的一者的輸出來(lái)產(chǎn)生上柱絕對(duì)角位置信號(hào)。該另外的次要上柱角位置傳感器可以是上柱位置感測(cè)器件的一部分。

該次要傳感器可以包括組合的轉(zhuǎn)矩和位置傳感器的一部分。

因此，所述組合的轉(zhuǎn)矩和角位置傳感器包括總共五個(gè)傳感器：上柱感測(cè)器件包括兩個(gè)上柱傳感器和一個(gè)次要傳感器，下柱感測(cè)器件包括兩個(gè)下柱傳感器。

處理器件可以輸出以下信號(hào)：轉(zhuǎn)矩通道1、轉(zhuǎn)矩通道2、來(lái)自上傳感器的精細(xì)角度信號(hào)(或來(lái)自如下所述的下傳感器和上傳感器的上虛擬角度)和粗糙角度信號(hào)。

處理器件可以適于通過(guò)組合次要傳感器的輸出和下柱軸傳感器輸出信號(hào)中的一個(gè)輸出信號(hào)來(lái)產(chǎn)生用于上柱的絕對(duì)角位置信號(hào)；且在組合之前或組合期間，處理器可以修正下柱軸傳感器的輸出信號(hào)，以移除扭力桿的由處理器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩信號(hào)所指示的任何扭轉(zhuǎn)的影響。

需要進(jìn)行修正，以將下傳感器的參考系帶至上柱傳感器的參考系中，從而允許虛擬的上信號(hào)與粗糙角度信號(hào)組合，以產(chǎn)生上柱絕對(duì)角度信號(hào)。如果在產(chǎn)生絕對(duì)位置信號(hào)中來(lái)自上柱感測(cè)器件的輸出信號(hào)和下柱軸傳感器不起作用，則將不需要修正。

系統(tǒng)可以包括電動(dòng)機(jī)控制器，所述電動(dòng)機(jī)控制器接收轉(zhuǎn)矩信號(hào)中的至少一個(gè)并且導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生輔助轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)控制器還可以接收由處理器產(chǎn)生的絕對(duì)位置信號(hào)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，通過(guò)使用術(shù)語(yǔ)“連接的”，我們指的是直接接觸或間接連接的部件，所述間接連接例如通過(guò)中間部件，比如位于電動(dòng)機(jī)和輸出軸之間的齒輪箱來(lái)實(shí)現(xiàn)。

電動(dòng)機(jī)位置傳感器可以包括比如旋轉(zhuǎn)式編碼器的物理位置傳感器。替代地，電動(dòng)機(jī)位置傳感器可以包括虛擬位置傳感器，在所述虛擬位置傳感器中，轉(zhuǎn)子的位置通過(guò)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)(比如一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)相中的電動(dòng)機(jī)電流以及電動(dòng)機(jī)感應(yīng)系數(shù))來(lái)確定。

第三轉(zhuǎn)矩信號(hào)可以通過(guò)產(chǎn)生虛擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)來(lái)產(chǎn)生，并且為了這樣做，處理器件可以包括：下柱絕對(duì)位置確定器件，所述下柱絕對(duì)位置確定器件從電動(dòng)機(jī)位置確定下柱的絕對(duì)位置；和

虛擬轉(zhuǎn)矩確定器件，所述虛擬轉(zhuǎn)矩確定器件比較上柱絕對(duì)位置信號(hào)和下柱絕對(duì)位置信號(hào)以確定扭力桿的偏轉(zhuǎn)并由此確定轉(zhuǎn)矩。

虛擬轉(zhuǎn)矩可以從扭力桿的角偏轉(zhuǎn)來(lái)確定。

第一角位置信號(hào)和另外的角位置信號(hào)(其在設(shè)置有另外的上柱傳感器時(shí)，來(lái)自該另外的上柱傳感器)可以隨著上柱軸轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性地重復(fù)，信號(hào)在多次旋轉(zhuǎn)中偏移成異相位，以使得能夠在多于一轉(zhuǎn)的情況下確定絕對(duì)位置測(cè)量值。

為了確定下軸的絕對(duì)角位置，要求處理器件能夠在與柱軸相同的參考系中確定電動(dòng)機(jī)的絕對(duì)位置。

電動(dòng)機(jī)位置傳感器可以產(chǎn)生一數(shù)值，該數(shù)值在電氣旋轉(zhuǎn)的每360度中從最小增大到最大，之后針對(duì)每個(gè)完整的電氣旋轉(zhuǎn)一遍又一遍地重復(fù)。

為了有助于進(jìn)一步處理，可以形成解卷繞的電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)。在接通時(shí)，這被初始化為從電動(dòng)機(jī)位置傳感器讀到的初始值。在每一隨后的軟件迭代中，當(dāng)前的電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)和之前的電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)之間的差值被累加到解卷繞的電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)。當(dāng)形成了當(dāng)前的電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)和之前的電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)之間的差值時(shí)，任何大于180度或者小于-180度的差值表示電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)已經(jīng)被卷繞。所述差值被添加或減去360度以將該差值帶回至+/-180度的范圍。該修正的差值被用于更新解卷繞的電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)。

為了將該重復(fù)的信號(hào)轉(zhuǎn)化成在上柱軸參考系中的絕對(duì)位置信號(hào)，處理器件可以額外地對(duì)該信號(hào)添加增量偏移值，該增量偏移值表示在上柱處于零度且沒(méi)有轉(zhuǎn)矩施加在扭力桿上時(shí)的時(shí)刻處電動(dòng)機(jī)在一個(gè)電氣旋轉(zhuǎn)中的角位置。

另外，處理器件還可以將該信號(hào)施加至電動(dòng)機(jī)基位置值，所述電動(dòng)機(jī)基位置值表示電動(dòng)機(jī)從筆直向前的位置進(jìn)行了多少個(gè)電動(dòng)機(jī)電氣旋轉(zhuǎn)，筆直向前的位置典型地具有對(duì)應(yīng)于上軸也處于零度且扭力桿不承載轉(zhuǎn)矩時(shí)的零值。

在下柱絕對(duì)位置在上柱參考系中進(jìn)行確定的情況下，需要這些偏移值中的兩者，沒(méi)有這些偏移值，不能夠進(jìn)行下柱絕對(duì)位置和上柱位置之間的比較。

增量偏移可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中且可以保持為在系統(tǒng)切換至進(jìn)行位置測(cè)量的狀態(tài)時(shí)的接通期間使用。

電動(dòng)機(jī)基位置值不能被存儲(chǔ)以在接通時(shí)使用，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)基位置值可以在系統(tǒng)被斷開(kāi)且不進(jìn)行測(cè)量時(shí)變化。

處理器件可以適于在接通時(shí)通過(guò)比較來(lái)自位置傳感器的電動(dòng)機(jī)位置和上柱絕對(duì)位置來(lái)確定最有可能的中心候選值以確定電動(dòng)機(jī)基位置值，從而選擇更高的候選值和更低的候選值，并且在隨后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的無(wú)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)期間從每個(gè)候選值產(chǎn)生扭力桿偏轉(zhuǎn)值并且排除在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的時(shí)間范圍內(nèi)給出不可信的扭力桿偏轉(zhuǎn)值的候選值，直至僅剩下一個(gè)可信的候選值，其中，所述更高的候選值比中心候選值高一個(gè)電動(dòng)機(jī)卷繞，所述更低的候選值比中心候選值低一個(gè)電動(dòng)機(jī)卷繞。

在接通時(shí)，三個(gè)候選值中的任一個(gè)都是可信的。然而，在使用中，除了一個(gè)以外的全部候選值將產(chǎn)生具有物理上不可能存在的值的扭力桿偏轉(zhuǎn)信號(hào)，因?yàn)榕ちU的物理偏轉(zhuǎn)由止動(dòng)器限制。

當(dāng)然，如果在接通時(shí)已知轉(zhuǎn)矩傳感器是工作的，則無(wú)需采取該方法。在那種情況下，扭力桿中的轉(zhuǎn)矩將是可信的，且能夠在觀測(cè)電動(dòng)機(jī)位置時(shí)采用，以給出電動(dòng)機(jī)基偏移的簡(jiǎn)單計(jì)算。

轉(zhuǎn)矩傳感器和電動(dòng)機(jī)位置傳感器可以每者均包括分離的處理單元，每個(gè)處理單元具有其自己的集成電路和計(jì)時(shí)器。申請(qǐng)人已經(jīng)意識(shí)到的是，這能夠?qū)е略诓蹲轿恢眯盘?hào)中的小的計(jì)時(shí)誤差，計(jì)時(shí)誤差能夠給出在由轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩信號(hào)和虛擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)之間的不可接受的誤差。

為了補(bǔ)償該情況，每個(gè)處理單元可以將時(shí)間標(biāo)識(shí)施加至信號(hào)，以指示信號(hào)值對(duì)應(yīng)的精確時(shí)間。在需要對(duì)來(lái)自?xún)蓚€(gè)處理單元的信號(hào)進(jìn)行組合的任何處理期間可以施加修正，以補(bǔ)償時(shí)間標(biāo)識(shí)中的任何不同。這有效地使得信號(hào)能夠被調(diào)整，以將信號(hào)帶至在時(shí)間上精確的相同參考系中。

讀者將理解的是，在本發(fā)明范圍內(nèi)的至少一種布置中，在用于形成轉(zhuǎn)矩通道中的一個(gè)轉(zhuǎn)矩通道的部件和用于產(chǎn)生絕對(duì)角位置信號(hào)的部件之間存在一些共性。這能夠?qū)е鹿餐墓收夏Ｊ剑谒龉收夏Ｊ街?，能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩信號(hào)的故障，轉(zhuǎn)矩信號(hào)的故障導(dǎo)致絕對(duì)位置信號(hào)的故障。

在另一精細(xì)布置中，輸出信號(hào)的每個(gè)值可以用精確的時(shí)間標(biāo)識(shí)標(biāo)記，所述精確的時(shí)間標(biāo)識(shí)指示在所述值為正確時(shí)的時(shí)間。該時(shí)間標(biāo)識(shí)可以綁定到時(shí)鐘信號(hào)，所述時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)每個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的處理器。

所述裝置還可以布置成使得當(dāng)任意兩個(gè)信號(hào)被組合時(shí)，兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間根據(jù)相應(yīng)的時(shí)間標(biāo)識(shí)對(duì)準(zhǔn)，使得與信號(hào)的時(shí)間差值有關(guān)的任何差值被降低。

通過(guò)修正信號(hào)以確保信號(hào)在時(shí)間上是對(duì)準(zhǔn)的，能夠提高處理過(guò)的信號(hào)(比如轉(zhuǎn)矩或電動(dòng)機(jī)位置)的精確性。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參照附圖，以示例的方式描述僅僅一個(gè)包含根據(jù)本發(fā)明的特征的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)施例，其中：

圖1是落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分的總圖；

圖2是圖1的系統(tǒng)的電路的關(guān)鍵部分的框圖；

圖3示出了在圖1的系統(tǒng)中使用的組合的轉(zhuǎn)矩和角位置傳感器的關(guān)鍵部件；

圖4是圖3的傳感器的機(jī)械布置的總圖；

圖5更詳細(xì)地示出了圖4的傳感器的感測(cè)電子器件的一個(gè)布置；

圖6(a)至(c)示出了圖3的傳感器的輸出信號(hào)的變化；

圖7(a)是示出了向處理單元的輸入、被饋送至電動(dòng)機(jī)控制器的來(lái)自處理單元的轉(zhuǎn)矩輸出、和可以在處理單元中執(zhí)行的處理階段的系統(tǒng)圖；圖7(b)更詳細(xì)地示出了可以執(zhí)行以產(chǎn)生虛擬的上柱轉(zhuǎn)矩和兩個(gè)轉(zhuǎn)矩通道信號(hào)的子階段；

圖8(a)至(c)示出了扭力桿的扭轉(zhuǎn)對(duì)上下軸的相對(duì)位置的影響；

圖9示出了(a)電動(dòng)機(jī)位置傳感器輸出的變化，(b)下柱位置的相應(yīng)變化(在該示例中取為包括零角度的名義增量偏移的零值)，和(c)電動(dòng)機(jī)基位置值的變化；和

圖10示出了當(dāng)轉(zhuǎn)向軸5由于傳感器轉(zhuǎn)子的惰轉(zhuǎn)等而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)角位置傳感器輸出之間的變化；和

圖11示出了通過(guò)觀測(cè)40度和296度角度信號(hào)之間的差值所產(chǎn)生的0-1480度的信號(hào)的產(chǎn)生。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1位于轉(zhuǎn)向盤(pán)和車(chē)輪之間的轉(zhuǎn)向裝置內(nèi)。該系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)2，電動(dòng)機(jī)2具有輸出軸3，輸出軸3通過(guò)齒輪箱4連接至下轉(zhuǎn)向柱軸上，齒輪箱4通常包括與齒輪配合的渦輪。下軸間接地通過(guò)齒條-齒輪或其它連接件連接至車(chē)輛的車(chē)輪。上轉(zhuǎn)向柱軸支撐轉(zhuǎn)向盤(pán)，并且將上軸連接至下軸的是轉(zhuǎn)矩傳感器6。轉(zhuǎn)矩傳感器包括連接上軸和下軸的扭力桿，扭力桿設(shè)計(jì)成響應(yīng)于在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)施加在扭力桿上的轉(zhuǎn)矩而扭轉(zhuǎn)已知的量。通過(guò)在上軸和下軸上提供止動(dòng)器而將最大扭轉(zhuǎn)限制在+-5度。

轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)扭力桿的扭轉(zhuǎn)，并且將該扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成至少一個(gè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，盡管將在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中可見(jiàn)的，轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生了兩個(gè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)通道，并且這些轉(zhuǎn)矩信號(hào)中的一個(gè)被饋送到設(shè)置在微處理器芯片中的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的控制器7中?？刂破鳟a(chǎn)生電動(dòng)機(jī)的相電壓，該相電壓被施加至與電動(dòng)機(jī)的每一相相關(guān)聯(lián)的電動(dòng)機(jī)側(cè)橋的開(kāi)關(guān)，以使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生輔助駕駛員的轉(zhuǎn)矩。這通常與測(cè)量的轉(zhuǎn)矩成比例，使得當(dāng)駕駛員施加更高的轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供更高的輔助量以幫助轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)。

如圖2所示，控制器包括微處理器8，微處理器接收轉(zhuǎn)矩信號(hào)和流入電動(dòng)機(jī)的電流i(在每一相中的電流、或者進(jìn)入電動(dòng)機(jī)或從電動(dòng)機(jī)出來(lái)的總電流)的測(cè)量值。微處理器還從連接至電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角位置傳感器接收電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置的測(cè)量值，或者微處理器在內(nèi)部從電流信號(hào)計(jì)算該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置。轉(zhuǎn)子位置與電流一起允許控制器確定將被施加的轉(zhuǎn)矩。來(lái)自轉(zhuǎn)矩傳感器的轉(zhuǎn)矩的測(cè)量值被控制器所使用，以確定電動(dòng)機(jī)需要多大的轉(zhuǎn)矩。還有，這在本技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的，并且在本技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)提出了許多不同的控制策略和電動(dòng)機(jī)相電壓波形，以實(shí)現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)矩。

微處理器8的輸出將通常是一組電動(dòng)機(jī)相電壓波形，通常為表示由控制器所需以實(shí)現(xiàn)期望的電動(dòng)機(jī)電流以及因此實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的相電壓的PWM波形。這些是低電平信號(hào)，并且被從控制器饋送至電動(dòng)機(jī)側(cè)橋電路9的輸入部。電動(dòng)機(jī)側(cè)橋電路9的功能是將低電平信號(hào)轉(zhuǎn)化成用于電動(dòng)機(jī)側(cè)橋10的開(kāi)關(guān)的更高電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。以三相電動(dòng)機(jī)為例，每一相將通過(guò)高壓開(kāi)關(guān)連接至正電源且通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)接地，三相中的僅一相將根據(jù)由PWM開(kāi)關(guān)波形所限定的樣式在任意給定的時(shí)間處進(jìn)行連接。

圖3更加詳細(xì)地示出了示例性轉(zhuǎn)矩傳感器組件，圖4和圖5仍然更加詳細(xì)地示出了傳感器的部件。在其最通用的形式中，轉(zhuǎn)矩傳感器能夠是產(chǎn)生兩個(gè)轉(zhuǎn)矩通道和一個(gè)上柱位置信號(hào)的任何布置。理想地，所述兩個(gè)轉(zhuǎn)矩通道以及所述上柱位置信號(hào)應(yīng)當(dāng)彼此獨(dú)立。

在該示例中，傳感器選擇為包括組合的雙通道轉(zhuǎn)矩和單通道上柱位置傳感器，其具有組合在單個(gè)集成單元中的總共五個(gè)傳感器11、12、13、14和15，所述單個(gè)集成單元具有共用的預(yù)處理單元，該預(yù)處理單元從來(lái)自傳感器的原始內(nèi)部信號(hào)產(chǎn)生傳感器輸出信號(hào)。傳感器中的三個(gè)位于上柱軸5a上，兩個(gè)位于下柱軸5b上，所述兩個(gè)軸通過(guò)扭力桿18連接，扭力桿18隨著施加在軸5上的轉(zhuǎn)矩而扭轉(zhuǎn)。

所述五個(gè)傳感器包括：

-兩個(gè)精細(xì)角度上柱角位置傳感器13、14，其附接至扭力桿的上柱軸端部且每個(gè)傳感器產(chǎn)生獨(dú)立的角位置信號(hào)(通道1信號(hào)和通道2信號(hào))，這兩個(gè)精細(xì)角度上柱角位置傳感器一起形成上柱感測(cè)器件的一部分；

-兩個(gè)精細(xì)角度下柱角位置傳感器11、12，其附接至扭力桿的最靠近電動(dòng)機(jī)的下柱軸端部且每個(gè)傳感器產(chǎn)生獨(dú)立的角位置信號(hào)(通道1信號(hào)和通道2信號(hào))，這兩個(gè)精細(xì)角度下柱角位置傳感器一起形成下柱感測(cè)器件；和

-次要上柱位置傳感器15，其產(chǎn)生低分辨率的角位置信號(hào)且其能夠被視作上柱感測(cè)器件的附加部分。

處理器17使用減法原理來(lái)檢測(cè)扭力桿的扭轉(zhuǎn)，從上軸的位置減去下軸的位置(或者反之)來(lái)確定用于扭力桿的角偏轉(zhuǎn)值。這被進(jìn)行兩次，一次用于上通道和下通道1的信號(hào)，另一次用于上通道和下通道2的信號(hào)，以給出兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)矩測(cè)量值或轉(zhuǎn)矩通道。

如上所述，扭力桿18設(shè)計(jì)成沿著每個(gè)方向響應(yīng)于最大期望轉(zhuǎn)矩而圍繞中心位置扭轉(zhuǎn)通過(guò)最大+/-5度。一旦已經(jīng)達(dá)到該范圍，通過(guò)在上柱軸和下柱軸上的止動(dòng)器的內(nèi)接合來(lái)防止進(jìn)一步的扭轉(zhuǎn)，以保護(hù)扭力桿不被損壞且在扭力桿失效的情況下給出牢固連接。

每個(gè)角位置感測(cè)器件包括相應(yīng)的金屬轉(zhuǎn)子19、20，金屬轉(zhuǎn)子包括平坦的金屬盤(pán)，金屬盤(pán)具有多個(gè)等距隔開(kāi)的徑向臂，徑向臂形成在金屬盤(pán)周?chē)由斓那锌?9a的環(huán)形軌跡。因此，總共存在兩個(gè)盤(pán)，一個(gè)盤(pán)在下軸上，一個(gè)盤(pán)在上軸上。在附圖的圖4和圖5中示出了示例性傳感器組件的相關(guān)部分。

每個(gè)切口的角寬度等于每個(gè)切口之間的角間隔。下軸轉(zhuǎn)子的切口的間隔是40度，而上軸的為20度(在圖5的示例性轉(zhuǎn)子和定子中，通過(guò)使線圈的徑向臂之間間隔X度來(lái)設(shè)定角度，該角度對(duì)于上傳感器和下傳感器來(lái)說(shuō)將是不同的)。角度的不同是由于特定的傳感器組件以不同的方法制造時(shí)的物理約束所導(dǎo)致的，這對(duì)該描述的實(shí)施例來(lái)說(shuō)是獨(dú)特的。實(shí)際上，假如它們周期性地均為40度或更多度，則這將是優(yōu)選的。

每個(gè)轉(zhuǎn)子19、20與定子支撐部件21配合，定子支撐部件包括印刷電路板以形成兩個(gè)角位置傳感器。板21承載感測(cè)器件的工作部分，其包括兩個(gè)勵(lì)磁線圈和兩組接收線圈，一個(gè)勵(lì)磁線圈和一組接收線圈形成兩個(gè)傳感器中的一個(gè)傳感器。每個(gè)傳感器的勵(lì)磁線圈形成LC電路的一部分且產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)在金屬轉(zhuǎn)子中誘導(dǎo)出電流，進(jìn)而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生其自己的磁場(chǎng)，該轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)聯(lián)接回在印刷電路板上的那個(gè)傳感器的相應(yīng)接收線圈。在三個(gè)接收器中的每個(gè)接收器中的誘導(dǎo)電壓根據(jù)轉(zhuǎn)子位置而變化，且傳感器組件的預(yù)處理單元將三個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成傳感器的輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)隨轉(zhuǎn)子位置線性地變化。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，角位置信號(hào)中的每一個(gè)將周期地線性變化，其中，對(duì)于下轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)周期為40度，對(duì)于上轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)周期為20度。因此，輸出信號(hào)在上軸等的一個(gè)完整旋轉(zhuǎn)期間重復(fù)許多次，它們自身在上軸的整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍(其通常在轉(zhuǎn)向盤(pán)的鎖定到鎖定的3至4轉(zhuǎn)之間)內(nèi)不提供軸的絕對(duì)位置的指示。

圖6(a)和(b)示出了來(lái)自上傳感器輸出信號(hào)和下傳感器輸出信號(hào)的輸出信號(hào)在沒(méi)有施加轉(zhuǎn)矩的情況下在轉(zhuǎn)向軸的一個(gè)完整旋轉(zhuǎn)中的變化。如能夠看見(jiàn)的那樣，每個(gè)輸出信號(hào)在重復(fù)之前線性地變化20或40度。如果施加了轉(zhuǎn)矩，則這些斜坡信號(hào)的相對(duì)相位將變化，并且其被用于確定轉(zhuǎn)矩(扭力桿的最大扭轉(zhuǎn)顯著小于20度，因此在能夠檢測(cè)到的斜坡之間將總是存在明確的相位變化)。兩個(gè)傳感器的該形式的差值測(cè)量在本領(lǐng)域是眾所周知的，因此在這里將不再解釋。

上傳感器輸出信號(hào)和下傳感輸出信號(hào)被饋送到處理器件19(在圖2中示出且在圖7(a)中更詳細(xì)地示出)中，處理器件輸出被饋送至電動(dòng)機(jī)控制器8的轉(zhuǎn)矩信號(hào)。

在使用中，如圖7a所示，處理器件19(通常為由微處理器和包含編程指令的相關(guān)存儲(chǔ)器形成的單個(gè)處理器)將在第一階段19a中比較來(lái)自上角位置信號(hào)和下角位置信號(hào)的用于通道1的輸出信號(hào)，以產(chǎn)生第一(通道1)轉(zhuǎn)矩信號(hào)T1，并且對(duì)通道2信號(hào)進(jìn)行相同處理以產(chǎn)生通道2轉(zhuǎn)矩信號(hào)T2，通道2轉(zhuǎn)矩信號(hào)T2獨(dú)立于通道1。在正常操作中，這些將提供相同的轉(zhuǎn)矩值。

另外，處理器產(chǎn)生表示上軸的絕對(duì)位置的絕對(duì)角位置信號(hào)19b。這不能利用通道1或通道2角位置信號(hào)在通道1或通道2角位置信號(hào)自身上產(chǎn)生，因?yàn)樗鼈円赃h(yuǎn)遠(yuǎn)小于上柱軸的一轉(zhuǎn)的周期重復(fù)。為了得到絕對(duì)位置信號(hào)，處理器因此還使用來(lái)自次要上柱軸位置傳感器的輸出信號(hào)。在圖7(b)中更加詳細(xì)地示出了形成于階段19a內(nèi)的該處理。

該次要傳感器通過(guò)齒輪連接至上柱軸。這能夠在圖3中看到。該傳感器15具有比上柱傳感器或下柱傳感器小的多的周期，并且在該示例中輸出了線性變化的信號(hào)，該線性變化的信號(hào)在上軸每旋轉(zhuǎn)296度時(shí)重復(fù)。這在圖6(c)中示出。它包括具有北極和南極的單個(gè)磁鐵，該磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)單個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器，從而給出斜坡波形，該斜坡波形一個(gè)周期變化296度。該信號(hào)是“粗糙”信號(hào)，因?yàn)閷?duì)于數(shù)字信號(hào)中的給定水平的二進(jìn)制位來(lái)說(shuō)，它必須覆蓋從0至296的所有值。通過(guò)對(duì)比，對(duì)于20度的傳感器來(lái)說(shuō)，它是“精細(xì)”信號(hào)，因?yàn)樵跀?shù)字信號(hào)中的二進(jìn)制位必須覆蓋小范圍的角度，例如，對(duì)于數(shù)字信號(hào)中的給定數(shù)量的二進(jìn)制位來(lái)說(shuō)大于十倍的角分辨率。

為了得到柱的絕對(duì)位置，處理器可以處理次要傳感器輸出信號(hào)的值(每296度重復(fù)一次)和20度或40度傳感器的值。在該示例中，處理器利用來(lái)自下柱傳感器的通道1信號(hào)的修正形式處理信號(hào)值，通道1信號(hào)被修正以移除扭力桿的扭轉(zhuǎn)的影響，以形成每旋轉(zhuǎn)40度重復(fù)一次的“虛擬上柱位置信號(hào)”。該對(duì)比使得能夠產(chǎn)生每1480度(因?yàn)檫@是在次要傳感器的值和虛擬上柱信號(hào)的值成對(duì)之前的旋轉(zhuǎn)角度)重復(fù)一次的用于上柱的唯一角位置信號(hào)。這在圖11中示出。

“虛擬上柱位置信號(hào)”是下軸角位置傳感器的輸出的修正形式。下軸角位置由處理器考慮扭轉(zhuǎn)扭力桿的轉(zhuǎn)矩的影響而被修正或者被補(bǔ)償?！疤摂M上柱位置信號(hào)”每40度重復(fù)一次，而上角位置傳感器每20度重復(fù)一次。該轉(zhuǎn)換是必要的，使得組合的信號(hào)具有適當(dāng)?shù)姆秶以谥貜?fù)之前能夠覆蓋所需的3轉(zhuǎn)或更多轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向盤(pán)鎖定(即，計(jì)算非唯一的角位置值)。

注意到的是，這里使用“虛擬”上柱位置信號(hào)是針對(duì)20度傳感器在上柱上而40度傳感器在下柱上的該實(shí)施例而言的。如果它們正好相反，則將能夠組合次要傳感器值和上柱傳感器通道1或通道2的值。如此的話，使用20度傳感器將不會(huì)在典型的3至4轉(zhuǎn)鎖定至鎖定上給出所需的唯一絕對(duì)位置信號(hào)，因?yàn)樾盘?hào)對(duì)將在上柱軸的很小轉(zhuǎn)動(dòng)(小于所需的3至4轉(zhuǎn)鎖定至鎖定)之后給出非唯一的值。

處理器件19(當(dāng)如上所述正確地起作用時(shí))使用共同產(chǎn)生了通道1的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的一些傳感器信息產(chǎn)生上柱絕對(duì)位置信號(hào)和兩個(gè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)(通道1和通道2)。

控制器8僅需要兩個(gè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)中的一個(gè)來(lái)起作用，即，控制器8需要有效的轉(zhuǎn)矩信號(hào)。因此，在將通道中的一個(gè)傳到控制器之前，組合的轉(zhuǎn)矩和角位置傳感器的處理器在階段19c校驗(yàn)它們是否一致。如果它們匹配，則兩個(gè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的平均值被饋送至控制器9。如果它們匹配，則認(rèn)為值是正確的。

如果校驗(yàn)階段19c發(fā)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)不匹配，且不匹配超出了一可接受的安全量，則在該階段還對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)矩通道與第三“虛擬”轉(zhuǎn)矩信號(hào)T3進(jìn)行校驗(yàn)，所述第三“虛擬”轉(zhuǎn)矩信號(hào)T3使用電動(dòng)機(jī)位置傳感器20產(chǎn)生，如現(xiàn)在將描述的那樣。如果第三信號(hào)匹配轉(zhuǎn)矩通道T1或T2中的一個(gè)，那么那個(gè)轉(zhuǎn)矩通道被饋送至控制器8，因?yàn)槟莻€(gè)轉(zhuǎn)矩通道被認(rèn)為是可靠的。如果第三信號(hào)不匹配通道1轉(zhuǎn)矩或通道2轉(zhuǎn)矩中的任一個(gè)，則在診斷輸出19d處標(biāo)記錯(cuò)誤且停止輔助裝置。

除了組合的轉(zhuǎn)矩和位置傳感器之外，裝置因此包括具有其自己的處理器21的電動(dòng)機(jī)位置傳感器20。電動(dòng)機(jī)位置傳感器20在結(jié)構(gòu)上與轉(zhuǎn)矩傳感器的位置傳感器中的一個(gè)類(lèi)似，具有轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子和定子形成具有金屬編碼器盤(pán)的增量式編碼器，所述金屬編碼器盤(pán)限定在整轉(zhuǎn)上的編碼器區(qū)域，其類(lèi)似于附接至電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩傳感器的編碼器區(qū)域。傳感器還包括與索引軌道配合的三個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器，每個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器產(chǎn)生與其它兩個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器的信號(hào)具有120度異相位的信號(hào)?；魻杺鞲衅?將0-120度的電角度讀為1而將所有其它角度讀為0?；魻杺鞲衅?將120-240度的電角度讀為1而將所有其它角度讀為0。霍爾傳感器3將240-0度的角度讀為1而將所有其它角度讀為0。

增量式編碼器具有兩個(gè)彼此具有90度異相位的傳感器，以給出A和B通道。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)通過(guò)一個(gè)完整的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，A通道和B通道中的每一個(gè)將在0和1值之間變化，以給出如圖9所示的重復(fù)波形。提供兩個(gè)通道允許通過(guò)觀察每個(gè)信號(hào)的邊緣以何種順序產(chǎn)生以及它們是上升邊緣還是下降邊緣來(lái)確定旋轉(zhuǎn)的方向。增量式編碼器隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而累加，直至轉(zhuǎn)子已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一個(gè)完全的旋轉(zhuǎn)，此時(shí)計(jì)數(shù)器被重置為0且計(jì)數(shù)重復(fù)，或者所述方向改變且計(jì)數(shù)器倒著計(jì)數(shù)。

電動(dòng)機(jī)2每機(jī)械旋轉(zhuǎn)具有四個(gè)電氣旋轉(zhuǎn)，因此增量式編碼器的一個(gè)周期(360度的電氣周期)等于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的90度機(jī)械旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)輸出軸隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且通過(guò)齒輪箱連接至下柱軸，所述齒輪箱對(duì)于下柱軸的完整的一轉(zhuǎn)具有(電動(dòng)機(jī)的)20.5轉(zhuǎn)的比值。因此，電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)的每個(gè)周期將對(duì)應(yīng)于下柱軸旋轉(zhuǎn)4.39度。這在圖9(a)示出。

電動(dòng)機(jī)傳感器的輸出被處理單元在階段19e中轉(zhuǎn)化成位置的測(cè)量值，所述測(cè)量值由處理單元19使用如下方程表示在上柱軸參考系中：

虛擬的下柱絕對(duì)位置＝電動(dòng)機(jī)基偏移+解卷繞的電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)值增量偏移；

其中：

電動(dòng)機(jī)增量偏移是在(虛擬補(bǔ)償后的)上柱角度傳感器讀為零度(且不存在扭力桿偏轉(zhuǎn))時(shí)的(卷繞的)電動(dòng)機(jī)電氣位置的值；

電動(dòng)機(jī)基偏移具有指示上柱在接通時(shí)偏離零度多少個(gè)完整的電氣轉(zhuǎn)數(shù)的值。

電動(dòng)機(jī)增量值和基值需要將電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)置于與由組合的轉(zhuǎn)矩和位置傳感器的處理器所產(chǎn)生的上柱絕對(duì)位置信號(hào)相同的參考系中。

增量偏移值能夠變化，直到電動(dòng)機(jī)位置傳感器卷繞一圈(一個(gè)完整的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電氣旋轉(zhuǎn))，這意味著增量偏移值在該示例中將取0至4.39度之間的值。實(shí)際值依賴(lài)于電動(dòng)機(jī)位置傳感器在組裝期間如何與轉(zhuǎn)向柱下軸對(duì)準(zhǔn)且實(shí)際值在使用中將不變化。類(lèi)似地，計(jì)數(shù)器中的每個(gè)增量(基值)將對(duì)應(yīng)于從中心零位置旋轉(zhuǎn)離開(kāi)的4.39度。

現(xiàn)在將解釋處理器件產(chǎn)生第三虛擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)的方法，特別地，處理器件如何計(jì)算電動(dòng)機(jī)基位置值的方法。這應(yīng)當(dāng)結(jié)合圖7(a)閱讀，圖7(a)示出了由處理器件19實(shí)施的處理階段。

如上文描述的那樣，假定計(jì)數(shù)值(電動(dòng)機(jī)基位置)是可靠的且電動(dòng)機(jī)的增量偏移在制造期間是已知的，則在階段19e中從電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)20產(chǎn)生虛擬的下柱位置信號(hào)。稍后解釋在操作期間(比如在接通之后當(dāng)它們不可靠時(shí))確定這些的過(guò)程，但是現(xiàn)在假定它們是已知的。

從虛擬的下柱位置信號(hào)能夠確定下柱軸在上柱軸參考系中的位置。上柱軸的絕對(duì)位置是已經(jīng)知道的，因?yàn)樗商幚砥鲉卧?9產(chǎn)生，作為兩個(gè)轉(zhuǎn)矩通道的產(chǎn)生的一部分。所述兩個(gè)信號(hào)然后在階段19f比較，以確定所述兩個(gè)信號(hào)之間的差值。該差值指示扭力桿的扭轉(zhuǎn)的量。利用扭力桿特性的知識(shí)(即，對(duì)于給定的轉(zhuǎn)矩來(lái)說(shuō)，扭力桿扭轉(zhuǎn)多少)來(lái)處理該差值，使得能夠通過(guò)處理器來(lái)確定扭力桿中的轉(zhuǎn)矩，以形成虛擬轉(zhuǎn)矩通道T3。

注意的是，盡管虛擬的下轉(zhuǎn)向柱軸位置信號(hào)能夠從電動(dòng)機(jī)位置傳感器產(chǎn)生，但是不能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的虛擬上柱位置信號(hào)，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩是未知的且因此由于扭力桿的扭轉(zhuǎn)而在下軸和上軸之間產(chǎn)生的偏移的影響是未知的。然而，如果依賴(lài)于通道1轉(zhuǎn)矩T1或者通道2轉(zhuǎn)矩T2以實(shí)施向上柱參考系的轉(zhuǎn)換，則能夠?qū)εまD(zhuǎn)做出良好的估計(jì)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，虛擬轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生依賴(lài)于能夠在相同的參考系中表達(dá)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的角位置和上柱軸的角位置。除了確定這些信號(hào)之間的關(guān)系的施加至扭力桿的實(shí)際轉(zhuǎn)矩(其它的是信號(hào)捕捉的相對(duì)計(jì)時(shí)和電動(dòng)機(jī)輸出軸和下柱軸之間的任何齒輪箱余隙或柔量)之外，存在兩個(gè)主要的因素：增量偏移和電動(dòng)機(jī)基位置。

確定增量偏移

增量偏移通常將存儲(chǔ)在永久性存儲(chǔ)器中并且能夠在制造之后以及在每次接通而重新使用時(shí)獲悉。增量偏移將不變化。處理器件能夠獲悉偏移的一種方法是在處理器件已知在扭力桿上存在零轉(zhuǎn)矩且在上柱軸筆直向前(即，處于零位置)時(shí)查找電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)。該校驗(yàn)?zāi)軌蛟谌我鈺r(shí)間做出，只要轉(zhuǎn)矩傳感器是工作的，即：兩個(gè)轉(zhuǎn)矩通道均給出相同的讀數(shù)。

替代地，裝置可以獲取修正用于扭力桿偏轉(zhuǎn)的上柱角度(因此現(xiàn)在為下柱角度)和解卷繞的電動(dòng)機(jī)角度之間的差值。然后，裝置可以考慮該角度在除以4.39度之后的余數(shù)。該余數(shù)是電動(dòng)機(jī)增量偏移。該方法具有能夠連續(xù)操作的優(yōu)勢(shì)。由于在車(chē)輛中不存在確保的各單元的對(duì)準(zhǔn)，因此可能的是，在一些車(chē)輛中，如果轉(zhuǎn)向齒輪將行程限制到傳感器輸出的1480度的總范圍的大約1080度，則上柱角度將永遠(yuǎn)不會(huì)讀為零度。

確定電動(dòng)機(jī)基位置

不像增量偏移(其由于在電動(dòng)機(jī)和下柱軸之間的固定角度關(guān)系而僅僅被獲悉一次)那樣，電動(dòng)機(jī)基位置在接通時(shí)通常將是未知的。這是因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)被切斷且不獲悉或監(jiān)測(cè)傳感器信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)向可以被轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)任意角度，這將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)完整的轉(zhuǎn)數(shù)。在接通時(shí)，能夠從電動(dòng)機(jī)位置傳感器來(lái)直接確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)角度，但是電動(dòng)機(jī)基位置將是未知的，因?yàn)橛?jì)數(shù)器的值未被更新，因此將是不可靠的。

在接通之后和提供任何輔助轉(zhuǎn)矩之前(在跛行回家模式期間)的使用系統(tǒng)期間，獲悉電動(dòng)機(jī)基位置的處理因此在處理器件中提供。

初始時(shí)，在接通之后，通過(guò)從上柱角度減去下柱角度(修正用于電動(dòng)機(jī)增量偏移的電動(dòng)機(jī)角度)并且將結(jié)果四舍五入至最接近的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)(4.39度)來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)基偏移的估計(jì)值。

另外，選擇比該估計(jì)值少卷繞一圈的電動(dòng)機(jī)基偏移并且獲取了比該中心估計(jì)值多卷繞一圈的電動(dòng)機(jī)基偏移。在接通時(shí)存在由扭力桿承載的大量級(jí)轉(zhuǎn)矩的情況下，這些電動(dòng)機(jī)基偏移中的每一個(gè)均是可信的電動(dòng)機(jī)基偏移值，因?yàn)榕ちU的偏轉(zhuǎn)可能已經(jīng)誘導(dǎo)了最多一個(gè)額外的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)(一個(gè)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)為上軸旋轉(zhuǎn)的4.39度，且允許的扭力桿旋轉(zhuǎn)的最大值為5度，其小于2*4.39度)。

能夠參照?qǐng)D8來(lái)理解對(duì)三個(gè)估計(jì)值的需求，圖8示出了可以在扭力桿中存在從0到+-5度之間的未知量級(jí)的扭轉(zhuǎn)α。在0度扭轉(zhuǎn)的情況下，在圖8(a)中示出的兩個(gè)標(biāo)記將如示出的那樣在一直線上，且中心估計(jì)值將被證明是正確的。在正5度扭轉(zhuǎn)的情況下，中心估計(jì)值將偏差5度或1轉(zhuǎn)(當(dāng)四舍五入時(shí))，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)將比由中心估計(jì)值所建議的數(shù)值多轉(zhuǎn)1圈。在負(fù)4度扭轉(zhuǎn)的情況下，中心估計(jì)值將再次偏差，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)將少轉(zhuǎn)一圈。

接下來(lái)，隨著車(chē)輛被驅(qū)動(dòng)，根據(jù)所述三個(gè)電動(dòng)機(jī)基位置值中的每一個(gè)來(lái)計(jì)算扭力桿的偏轉(zhuǎn)。在扭力桿的轉(zhuǎn)矩的極限處，這些估計(jì)的電動(dòng)機(jī)基位置值中的兩個(gè)將給出扭力桿扭轉(zhuǎn)的不可能的量，并且因此能夠被排除。

下面陳述在接通時(shí)系統(tǒng)在三個(gè)可能情形(零轉(zhuǎn)矩、大的正轉(zhuǎn)矩和大的負(fù)轉(zhuǎn)矩)中的每一個(gè)情形中的行為。

在接通時(shí)的零轉(zhuǎn)矩或低轉(zhuǎn)矩

在該情況中，中心值是正確的值，盡管中心值在初始時(shí)是未知的。使用全部的三個(gè)電動(dòng)機(jī)基值來(lái)計(jì)算扭力桿偏轉(zhuǎn)。當(dāng)施加了大的正轉(zhuǎn)矩時(shí)，計(jì)算的扭力桿偏轉(zhuǎn)的值(或者計(jì)算的第三虛擬轉(zhuǎn)矩值)將落入中心值的可信范圍內(nèi)、但落入用于最大的電動(dòng)機(jī)基位置值的可信范圍之外。該最大值因此能夠排除為用于接通的可信值。類(lèi)似地，當(dāng)施加大的負(fù)轉(zhuǎn)矩時(shí)，第三扭力桿偏轉(zhuǎn)將停留在中心值的可接受范圍內(nèi)，但是低電動(dòng)機(jī)基位置值將給出一扭力桿偏轉(zhuǎn)，該扭力桿偏轉(zhuǎn)在可接受范圍之外并且能夠被消除，僅留下中心值作為正確的值。然后，該正確的值被用作電動(dòng)機(jī)基位置值且系統(tǒng)被從跛行回家模式中帶出，以施加輔助轉(zhuǎn)矩。

在接通期間在扭力桿上施加正轉(zhuǎn)矩

以類(lèi)似的方式，如果在接通期間存在正轉(zhuǎn)矩且負(fù)(或小的正)轉(zhuǎn)矩被施加到扭力桿，那么首先，最小估計(jì)值將給定一扭力桿偏轉(zhuǎn)，該扭力桿偏轉(zhuǎn)位于可允許的范圍之外且能夠被消除。當(dāng)更大的負(fù)轉(zhuǎn)矩被施加時(shí)，中心估計(jì)值將被消除。

在接通期間在扭力桿上施加負(fù)轉(zhuǎn)矩

以類(lèi)似的方式，如果在接通期間存在負(fù)轉(zhuǎn)矩且正轉(zhuǎn)矩被施加至扭力桿，那么首先最大的估計(jì)值及中心估計(jì)值將給定一扭力桿偏轉(zhuǎn)，該扭力桿偏轉(zhuǎn)位于可允許的范圍之外且能夠被消除。

申請(qǐng)人還意識(shí)到的是，系統(tǒng)中任何小的計(jì)時(shí)誤差都能夠?qū)е罗D(zhuǎn)矩估計(jì)值的大誤差。這在由兩個(gè)不同的處理器提供信號(hào)的情況下(如一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)位置傳感器處理，且另一個(gè)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)矩傳感器處理的情況那樣)是個(gè)特別的問(wèn)題。為了減輕該問(wèn)題，時(shí)間標(biāo)識(shí)被施加至在每個(gè)處理單元中產(chǎn)生的每個(gè)位置信號(hào)值上。然后，當(dāng)來(lái)自不同單元的信號(hào)被組合時(shí)，能夠施加修正，以將它們準(zhǔn)確地帶至相同的時(shí)幀內(nèi)，從而允許任何誤差的量級(jí)被降低到可接受的邊界范圍內(nèi)。

為了改進(jìn)由各種處理器產(chǎn)生的信號(hào)的精度，由傳感器產(chǎn)生的原始信號(hào)的每個(gè)采樣值(例如角位置傳感器輸出信號(hào)和電動(dòng)機(jī)位置信號(hào))被給予一時(shí)間標(biāo)識(shí)。該時(shí)間標(biāo)識(shí)表示樣本被捕獲時(shí)的精確時(shí)刻。在數(shù)字系統(tǒng)中，每個(gè)輸出信號(hào)將包括一連串的離散值，每個(gè)離散值表示在給定時(shí)刻處的測(cè)量參數(shù)的狀態(tài)。準(zhǔn)確計(jì)時(shí)將依賴(lài)于用于產(chǎn)生信號(hào)的處理器的時(shí)鐘，并且在使用兩個(gè)或更多個(gè)處理器的情況下，時(shí)鐘的邊界可能沒(méi)有精確地對(duì)準(zhǔn)或者可能在分離了一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)捕獲樣本。

當(dāng)比較信號(hào)時(shí)，由處理器觀測(cè)分配給每個(gè)值的時(shí)間標(biāo)識(shí)。然后，在兩個(gè)時(shí)間標(biāo)識(shí)之間的差值由處理器件確定并且被乘以從歷史位置測(cè)量值確定的柱速度的測(cè)量值或估計(jì)值。這產(chǎn)生一修正值，該修正值能夠被添加至測(cè)量的信號(hào)，以有效地將更早的信號(hào)(具有最早時(shí)間標(biāo)識(shí)的信號(hào))插值到最新的信號(hào)幀中。該方法假設(shè)速度在那個(gè)時(shí)間是恒定的，這在大部分情況下是合理的。信號(hào)從而是“時(shí)間對(duì)準(zhǔn)”的，因此它們?cè)跁r(shí)間上對(duì)應(yīng)于準(zhǔn)確的相同時(shí)刻。

通過(guò)使信號(hào)在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)生的信號(hào)精度的有用提高。

角度信號(hào)的交叉校驗(yàn)

在該特定實(shí)施例中，通過(guò)依賴(lài)于不存在誤差的通道1下角度信號(hào)和上角度信號(hào)(因?yàn)樾枰@些來(lái)產(chǎn)生虛擬的上柱角度信號(hào))來(lái)產(chǎn)生虛擬轉(zhuǎn)矩。在轉(zhuǎn)矩通道2已經(jīng)失效的情況下，我們終止于兩個(gè)轉(zhuǎn)矩通道的一個(gè)通道(我們的仍然良好的通道)和虛擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)兩者均依賴(lài)于正確地起作用的相同部件的情況。這是一種潛在的共同失效模式。在(例如)上柱角度信號(hào)中的失效能夠?qū)е罗D(zhuǎn)矩通道中的一個(gè)和虛擬轉(zhuǎn)矩信號(hào)兩者具有相同量的誤差。虛擬轉(zhuǎn)矩診斷將不檢測(cè)該失效。為了防止該失效模式，我們?cè)谔摂M上柱角度信號(hào)上引入了獨(dú)立的校驗(yàn)。該校驗(yàn)使用獨(dú)立的(粗糙角度)信息以檢測(cè)共同模式失效。

因此，由校驗(yàn)單元做出校驗(yàn)，在校驗(yàn)單元中，兩個(gè)絕對(duì)的角位置信號(hào)從40度的精細(xì)角度傳感器和粗糙角度傳感器產(chǎn)生，然后比較所述兩個(gè)絕對(duì)的角位置信號(hào)。

這些信號(hào)中的第一信號(hào)使用用于分辨率的精細(xì)角度傳感器產(chǎn)生，而粗糙角度傳感器的值指示存在40度精細(xì)角度傳感器的哪些“重復(fù)”(通過(guò)觀察兩個(gè)傳感器的輸出之間的相對(duì)相位)。例如，在70度的絕對(duì)位置的情況中，精細(xì)角度傳感器將讀為“30度”，而粗糙角度傳感器讀為70度，這使得處理器能夠確定精細(xì)角度傳感器重復(fù)了一次并且給出30+40度＝70度的位置。

第二絕對(duì)位置通過(guò)使用粗糙角度傳感器以確定分辨率和精細(xì)角度傳感器以確定轉(zhuǎn)向進(jìn)行了多少次重復(fù)(即，粗糙角度傳感器的多個(gè)轉(zhuǎn))來(lái)算出。例如，在70度的情況下，粗糙角度傳感器將讀取70度，且與精細(xì)角度傳感器的交叉校驗(yàn)將顯示粗糙角度傳感器處于其第一轉(zhuǎn)上，從而給出70+0＝70度的角度。

假如在任一傳感器中存在錯(cuò)誤，則兩個(gè)絕對(duì)位置值將不一致，且將由校驗(yàn)單元標(biāo)記錯(cuò)誤。

校驗(yàn)單元還可以執(zhí)行對(duì)虛擬的上柱角位置值的變化和上柱位置信號(hào)中的一個(gè)或者兩個(gè)的輸出在軸5的角度中的變化的校驗(yàn)。申請(qǐng)人已經(jīng)意識(shí)到的是，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于比如轉(zhuǎn)子惰轉(zhuǎn)等事情，在每個(gè)傳感器相對(duì)于另一傳感器的輸出中將存在一些變化。兩個(gè)傳感器之間的這些角度變化在組件的使用期間將是恒定的，并且能夠在轉(zhuǎn)向裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)監(jiān)測(cè)且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。如果傳感器之間的角位置變化不以期望的方式變化，則校驗(yàn)單元可以標(biāo)記一錯(cuò)誤。由于在軸旋轉(zhuǎn)的情況下，在使用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)期間存在許多示例，因此易于在校驗(yàn)單元中有規(guī)律地執(zhí)行該校驗(yàn)。

圖10示出了角度針對(duì)旋轉(zhuǎn)的正方向和負(fù)方向兩者的典型變化。兩者由于比如傳感器中的余隙的影響而不同。這些差值可以存儲(chǔ)在校驗(yàn)單元的存儲(chǔ)器中。替代地，不是絕對(duì)的差值，而是角度的變化值可以被存儲(chǔ)，例如，誤差對(duì)于1度的正旋轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)增大X，然后對(duì)于下一角度來(lái)說(shuō)降低Y，諸如此類(lèi)。還有，校驗(yàn)單元將尋找期望的變化模式。

當(dāng)然，可以在校驗(yàn)單元的外部實(shí)施校驗(yàn)，例如，校驗(yàn)單元是單獨(dú)的處理單元或者在組合的轉(zhuǎn)矩和角位置傳感器組件自身內(nèi)。