專利名稱：通過車輪差速測量和增量測量確定方向盤的絕對角位置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定機(jī)動車輛的方向盤(steering wheel)相對于所述車輛底盤的絕對角位置的方法，以及使用該系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
在很多應(yīng)用中，主要是在集成底盤控制系統(tǒng)和電力轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)中，必須要知道方向盤相對于底盤的絕對角位置。
我們用絕對角位置表示任何時間方向盤的位置與參考位置分開的角度，該參考位置相對于底盤固定設(shè)置。
另一方面，相對角位置是方向盤的位置與一任意起始位置分開的角度，并且其相對于底盤是可變的。
為了確定方向盤的絕對角位置，已知的一種方法利用了對相同軸上的車輪的差速的測量。事實(shí)上，可以在該差速和角位置之間建立雙向單映射關(guān)系，因?yàn)?，?dāng)車輛沿著直線或彎曲軌跡行進(jìn)時，每個車輪具有有著相同曲率中心的軌跡。出現(xiàn)的一個問題是，這種確定策略僅使得可以以中等精度估計(jì)絕對角位置，而這種精度可能低至+/-50°，所述精度還依賴于車輛的行駛條件。
此外，存在已知的用于方向盤角位置的增量測量的裝置，其可以以高精度水平獲得方向盤的相對角位置。但是，為了獲取絕對角位置，則必須考慮至少一個參考位置的確定。例如在文獻(xiàn)EP1167927中描述了這樣一種策略。這些裝置的一個限制在于每次回轉(zhuǎn)僅有一次機(jī)會檢測參考角位置，這在一定的行駛條件下會導(dǎo)致只能在相當(dāng)長時間之后(從而，在車輛進(jìn)行相當(dāng)長距離之后)才能確定絕對角位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于通過提出一種用于確定方向盤絕對角位置的系統(tǒng)來解決這些問題，所述系統(tǒng)可以圍繞測量得到的相對角位置，計(jì)算由測量車輪的差速得到的對絕對角位置的估計(jì)值的移動逐點(diǎn)平均值，所述平均值被用于重新校準(zhǔn)相對角位置，以便獲得相應(yīng)的絕對角位置。
為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種用于確定機(jī)動車輛的方向盤相對于所述車輛的底盤的絕對角位置θ的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于對所述方向盤的相對角位置δ進(jìn)行增量測量的裝置，其包括·設(shè)定成與所述方向盤一起旋轉(zhuǎn)的編碼器，所述編碼器包括一主多極軌道；·相對于所述編碼器設(shè)置并與之相距一定間距的固定傳感器，其包括相對于所述主軌道定位以提供兩個周期性正交電信號S1、S2的至少兩個敏感元件，所述傳感器包括一適合的電子電路，以便基于所述信號S1、S2提供所述方向盤的相對角位置δ；用于測量位于同一軸上的車輪的差速ΔV/V的裝置；能夠以周期t對角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)進(jìn)行采樣的處理裝置(8)，所述裝置包括計(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置適合在每個tn時刻·根據(jù)差速ΔV/V(tn)確定絕對角位置θ(tn)的估計(jì)值θ*(tn)；·確定角位置θ*(ti)和δ(ti)之間的平均偏移(tn)差，其中i從0到n；·通過加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，確定絕對角位置θ(tn)。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了利用這樣的系統(tǒng)確定角位置θ的方法，所述方法包括重復(fù)的步驟，所述步驟目的在于·測量角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)；·根據(jù)差速ΔV/V(tn)確定絕對角位置θ(tn)的估計(jì)值θ*(tn)；·確定矢量θ^*(tn)=[θ*(t0),...,θ*(tn)]]]>和δ^(tn)=[δ(t0),...,δ(tn)]]]>的平均值的差，從而獲得平均偏移(tn)差；·通過加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，確定絕對角位置θ(tn)。


在以下參照附圖的描述中，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。所述附圖是裝備有用于確定方向盤絕對角位置的系統(tǒng)的、用于機(jī)動車輛的轉(zhuǎn)向組件的示意性局部視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及用于確定機(jī)動車輛的方向盤1相對于所述車輛的底盤的絕對角位置θ的系統(tǒng)。在一具體示例中，該位置意圖被用于集成的底盤控制系統(tǒng)中或電力轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)中。
該系統(tǒng)包括用于測量車輛的同一軸上的車輪的差速ΔV/V的裝置2和用于對方向盤1的相對角位置δ進(jìn)行增量測量的裝置。
對于該圖，所述系統(tǒng)描繪成安裝在一轉(zhuǎn)向組件(steering assembly)上，所述轉(zhuǎn)向組件包括與方向盤1相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)向桿(steering column)3，駕駛員通過該轉(zhuǎn)向桿施加扭矩，從而施加一轉(zhuǎn)向鎖定角。此外，桿3設(shè)置成將轉(zhuǎn)向鎖定角傳遞到車輛的轉(zhuǎn)向輪(turning wheel)。為此，車輪可以通過齒輪齒條機(jī)械聯(lián)接到桿3，以便將轉(zhuǎn)向桿3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成車輪的角位移，或者可以與桿3脫開。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括固定元件4，其牢固地附接至機(jī)動車輛的底盤。
方向盤1設(shè)置成能夠進(jìn)行若干種轉(zhuǎn)向，一般為車輪保持正直的“直線”位置兩側(cè)的兩種轉(zhuǎn)向。
圖中所示增量測量裝置包括牢固地環(huán)繞附接至桿3的編碼器5和與元件4相關(guān)聯(lián)的固定傳感器6，使得所述傳感器的敏感元件相對于編碼器5設(shè)置并與之保持一間距。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以確定編碼器5相對于固定元件4以及從而相對于底盤的絕對角位置，從而確定方向盤1相對于固定元件以及從而相對于底盤的絕對角位置。
編碼器5包括主多極軌道(main multipolar track)。在一具體示例中，編碼器5由磁性多極環(huán)形成，其上極化出多對南、北極，它們以恒定角寬度均勻分布，從而形成所述主軌道。
此外，傳感器6包括至少兩個敏感元件，例如從包括霍爾效應(yīng)探針、磁致電阻和巨磁致電阻的組選出。
所使用的傳感器6能夠通過敏感元件提供周期性正交電信號S1、S2。
在例如本申請人所提出的文獻(xiàn)FR 2792403中描述了從多個校準(zhǔn)的敏感元件獲取信號S1和S2的原理。但是包括兩個能提供信號S1和S2的敏感元件的傳感器6也是已知的。
此外，該傳感器包括一電子電路7，其由信號SI、S2提供正交的平方數(shù)字位置信號A、B，從而使得可以計(jì)算方向盤1的相對角位置δ。具體而言，電子電路7包括能夠確定編碼器5角位置相對于起始位置的變化的計(jì)數(shù)裝置。在本發(fā)明實(shí)施例的一個示例中，該計(jì)數(shù)裝置包括一寄存器，其中的角位置值在起動系統(tǒng)時是固定的(例如為零)，并根據(jù)對應(yīng)于檢測到的信號A和B的波前數(shù)的角度值而增大或減小。這樣，電子電路7可以確定編碼器5相對于起始位置的相對位置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電子電路7還包括例如本申請人提出的文獻(xiàn)FR2754063中描述的類型的內(nèi)插器(interpolator)，使得能夠提高輸出信號分辨率。具體而言，可以獲得小于1°的角位置δ的分辨率。
具有其電子電路7的傳感器6可以結(jié)合在硅襯底或例如AsGa的類似物上，以便形成專用于特定應(yīng)用的集成電路，有時被稱為專用集成電路(ASIC)的電路指的是完全或部分地根據(jù)其特定用途設(shè)計(jì)的集成電路。
盡管這里針對磁性編碼器/傳感器組件進(jìn)行描述，但是還可以將本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為使用光學(xué)傳感器的類似形式。例如，編碼器5可以由金屬或玻璃跟蹤圖案(tracking pattern)形成，所述跟蹤圖案上刻有主軌道，以便形成類似于上述多極磁性圖案的光學(xué)圖案，敏感元件則由光學(xué)檢測器形成。
位于同一軸上的左車輪Vg和右車輪Vd各自的速度被提供給用于測量差速ΔV/V的裝置2，并且所述裝置包括設(shè)置用于提供所述差速的計(jì)算裝置。
確定系統(tǒng)還包括能夠以周期t、對角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)采樣的處理裝置8。另外，處理裝置包括計(jì)算裝置，其適于在每個tn時刻根據(jù)差速ΔV/V(tn)確定絕對角位置θ(tn)的估計(jì)值θ*(tn)；確定角位置θ*(ti)和δ(ti)之間的平均偏移(tn)差，其中i從0到n；通過將平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)相加，確定絕對角位置θ(tn)。
以下將描述根據(jù)本發(fā)明的確定系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，其中，在例如1ms的時間內(nèi)對角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)采樣。
角位置θ(ti)的估計(jì)值θ*(ti)通過計(jì)算差速ΔV/V(ti)的各個測量值來確定。假設(shè)底面和車輪之間的摩擦可忽略不計(jì)，則在角位置θ*(ti)和車輪的差速ΔV/V(ti)之間存在雙向單映射關(guān)系。所述摩擦尤其在差速測量值是取自非驅(qū)動輪的時候可忽略不計(jì)，但是在附著正常(normal adherence)的情況下在差速測量值取自驅(qū)動輪時該摩擦也是可忽略的。根據(jù)一實(shí)施例，這種關(guān)系是利用在優(yōu)化條件下取得的測量值而得出的，其中所述優(yōu)化條件包括車輛在一平坦面上運(yùn)動；穩(wěn)定的車速；方向盤緩慢轉(zhuǎn)向；
額定輪胎氣壓；干燥地面。
在這樣的條件下，可以建立多項(xiàng)式關(guān)系，例如，三階多項(xiàng)式，這使得可以根據(jù)差速ΔV/V(ti)估計(jì)角位置θ*(ti)。通過在處理裝置8中利用這樣的關(guān)系，可以在任何時間根據(jù)測量得到的差速ΔV/V(ti)獲得角位置θ(ti)的估計(jì)值θ*(ti)。
增量角位置δ(ti)使得可以知道角位置θ(ti)隨時間的變化，但是其相對于所述絕對角位置偏移一恒定的偏移值。
根據(jù)本發(fā)明的方法提出通過以下方法來計(jì)算該值考慮例如在每個tn時刻，確定矢量θ^*(tn)=[θ*(t0),...,θ*(tn)]]]>和δ^(tn)=[δ(t0),...,δ(tn)]]]>的平均值的差，從而獲得平均偏移(tn)差。實(shí)際上，偏移(tn)值對應(yīng)于價值函數(shù)(costfunction)θ^*(tn)-δ^(tn)-offset*ln]]>的最小值，其中l(wèi)n為n維單位矩陣。
因此，該方法提出以統(tǒng)計(jì)方式利用所有的θ*(ti)和δ(ti)值，從而由于所使用的值的數(shù)量隨時間增加而不斷地提高平均偏移(tn)的準(zhǔn)確度。此外，可以假設(shè)所有影響對估計(jì)值θ*(ti)的計(jì)算的破壞因素(例如凹凸不平的地面)匯集為零。所提出的統(tǒng)計(jì)計(jì)算使得可以快速地向所尋求的偏移值收斂。
因此，通過加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，處理裝置8可以反復(fù)給出絕對角位置θ(tn)，克服行駛方面的絕大多數(shù)缺陷。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，對絕對角位置的確定的準(zhǔn)確度可以通過在特定行駛條件下實(shí)現(xiàn)這種處理而得以提高。例如，如上所述，行駛條件可以包括方向盤的最大旋轉(zhuǎn)速度，以便限制與車輛沿軌跡進(jìn)入的遲滯相關(guān)的破壞因素，以及/或者包括車輛的最小速度，以便能夠提高估計(jì)值的準(zhǔn)確度。作為一個數(shù)值示例，車輛的速度限制可以設(shè)定在5km/h，方向盤的速度限制可以設(shè)定在20°/s。這樣，如果在至少2秒中的時間內(nèi)滿足這些條件(不必是連續(xù)的)，則可以以一般為+/-5°左右的精度獲得絕對角位置。所以，在行駛25m之后可以獲得該精度，并且在行駛50m之后可以精度可以達(dá)到+/-2°以內(nèi)。
此外，確定系統(tǒng)可以克服編碼器5和方向盤1之間的機(jī)械指示錯誤，因?yàn)樵谟?jì)算偏移值時糾正了這些錯誤。
權(quán)利要求
1.一種利用一系統(tǒng)確定機(jī)動車輛的方向盤(1)相對于所述車輛的底盤的絕對角位置θ的方法，所述系統(tǒng)包括用于對所述方向盤的相對角位置δ進(jìn)行增量測量的裝置，其包括·設(shè)定成與所述方向盤(1)一起旋轉(zhuǎn)的編碼器(5)，所述編碼器包括一主多極軌道；·相對于所述編碼器(5)設(shè)置并與之相距一定間距的固定傳感器(6)，其包括相對于所述主軌道定位以提供兩個周期性正交電信號S1、S2的至少兩個敏感元件，所述傳感器(6)包括一適合的電子電路(7)，以便基于所述信號S1、S2提供所述方向盤(1)的相對角位置δ；用于測量位于同一軸上的車輪的差速ΔV/V的裝置(2)；能夠以周期t對角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)進(jìn)行采樣的處理裝置(8)，所述裝置包括計(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置適合在每個tn時刻·根據(jù)差速ΔV/V(tn)確定絕對角位置θ(tn)的估計(jì)值θ*(tn)；·確定角位置θ*(ti)和δ(ti)之間的平均偏移(tn)差，其中i從0到n；·通過加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，確定絕對角位置θ(tn)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多極軌道由多極環(huán)形成，在所述多極環(huán)上磁化出多對北極和南極，并且所述多對北極和南極以恒定角寬度均勻分布。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，所述電子電路(7)包括能夠提高輸出信號分辨率的一內(nèi)插器。
4.利用如權(quán)利要求1至3中任何一個所述的系統(tǒng)確定角位置θ的方法，所述方法包括如下的重復(fù)的步驟·測量角位置δ(ti)和差速ΔV/V(ti)；·根據(jù)差速ΔV/V(tn)確定絕對角位置θ(tn)的估計(jì)值θ*(tn)；·確定矢量θ^*(tn)=[θ*(t0),...,θ*(tn)]]]>和δ^(tn)=[δ(t0),...,δ(tn)]]]>的平均值的差，從而獲得平均偏移(tn)差；·通過加和平均偏移(tn)差和角位置δ(tn)，確定絕對角位置θ(tn)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述差速ΔV/V(ti)的測量值是在非驅(qū)動輪上取得的。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，該方法是在設(shè)定的行駛條件下實(shí)現(xiàn)的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述行駛條件包括所述方向盤的最大旋轉(zhuǎn)速度及/或所述車輛的最小速度。
全文摘要
一種用于確定機(jī)動車輛的方向盤(1)相對于其底盤的絕對角位置θ的系統(tǒng)，其包括用于對所述方向盤的相對角位置δ進(jìn)行增量測量的裝置；用于測量位于同一軸上的車輪的差速ΔV/V的裝置(2)；和用于以周期t對角位置和差速進(jìn)行采樣的處理裝置(8)。所述裝置包括一計(jì)算裝置，該計(jì)算裝置適合在每個t
文檔編號G01D5/12GK1819945SQ200480019760
公開日2006年8月16日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者帕斯卡爾·德斯比奧萊斯, 克里斯托弗·杜里特 申請人:S.N.R.魯爾門斯公司