具有冗余角位置感测和行程终点止动件的线控转向系统技术方案

一种线控转向系统，该线控转向系统包括供操作者使用的方向盘和联接到方向盘用于提供主动扭矩反馈的电机组件。电机具有安装用于旋转的转子以及磁体，磁体安装到转子上，用于围绕轴线旋转，其中，所述至少一个磁体是具有极对的永磁体。固定的定子具有用于产生电场以作用在所述磁体上的线圈。电子器件位于所述磁体的轴上，用于控制定子线圈的换向，并产生指示操作者对方向盘的移动的主要的高分辨率角位置信号。与电子器件通信的高分辨率轴上传感器检测转子和定子之间的换向位置，并产生至少一个磁体的极对的第一和第二连续角度测量值。个磁体的极对的第一和第二连续角度测量值。个磁体的极对的第一和第二连续角度测量值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有冗余角位置感测和行程终点止动件的线控转向系统


[0001]本专利技术涉及线控转向系统，更具体地说，涉及具有冗余角位置感测、可选操作模式和行程终点止动件的线控转向系统。

技术介绍

[0002]传统车辆通过方向盘、转向齿轮和实际车轮之间的直接机械和/或液压连接来转向。利用这样的系统，司机转动方向盘，进而，转向齿轮转动车轮。该系统的感知是由机械联动装置产生的，该机械联动装置可以是助力的。系统感知的变化可能表明一个或多个部件功能不正常或处于不正常状态，例如车轮不平衡或错位。
[0003]为了提供各种优点，可以用线控转向系统代替直接机械联动。在线控转向系统中，位置编码器监控方向盘的位置。位置编码器读数被转换成转向角的期望位置。电信号被发送到转向控制单元，以响应于该信号正确地转动车轮。
[0004]线控转向系统具有很大的潜力，因为消除了许多所需的机械连接和部件。然而，在这些系统中，没有向驾驶员提供转向系统中出现的扭矩和扭矩波动的任何反馈。已经开发了各种系统来为驾驶员提供线控转向系统所需的感知。例如，参见2004年4月27日授予Yao等人的美国专利No.6,728,615和2000年8月1日授予Discenzo的美国专利No.6,097,286。
[0005]此外，在传统的转向系统中，当到达可用行程范围的终点时，方向盘和车轮导向机构之间的物理连接产生了对方向盘的行程限制。然而，在线控转向系统中，有必要为方向盘创建行程终点止动。例如，参见2005年5月31日授权给Husain等人的美国专利No.6,899,196、2002年11月19日授权给Millsap等人的美国专利No.6,481,526以及2017年11月9日公布的授权给Levesque等人的美国专利公开No.2017/0320515。现有技术的方法往往成本高、消耗功率、过于复杂、堵塞或者不是最佳的。
[0006]此外，传统的液压和机械转向系统受限于固定的转向比。转向力仅由液压和/或机械部件的设计决定。一些液压系统通过切换额外的泵送能力来改变转向比的能力有限。然而，在本领域中，这些系统很难轻松或经济地改变转向特性。在2001年4月17日授权给Dilger等人的美国专利No.6,219,604、1999年3月23日授权给Bohner等人的美国专利No.5,884,724以及2004年4月1日授权给Stout等人的美国专利公开No.2004/0064229中示出了转向比修改的例子。
[0007]在传统的机械转向系统中，当车辆关闭时，机械和/或液压连接对方向盘的运动提供强大的阻力。然而，在线控转向系统中，当车辆关闭时，希望在操作的方向盘上产生阻力矩。例如，参见2014年6月17日授予Rombold的美国专利No.8,752,664、2011年5月24日授予Ito等人的美国专利No.7,946,195和2007年6月19日授予Dominke等人的美国专利No.7,232,006。

技术实现思路

[0008]鉴于以上所述，需要一种系统，其具有无刷DC电机的主动扭矩反馈，并且提供电机
换向和冗余的感测操作者输入。在一个实施例中，本主题技术涉及线控转向系统，该线控转向系统包括供操作者使用的方向盘和联接到方向盘用于提供主动扭矩反馈的电机组件。电机具有安装用于旋转的转子；至少一个磁体，其安装到转子上，用于围绕轴线旋转，其中，所述至少一个磁体是具有极对的永磁体。固定的定子具有用于产生电场以作用在所述至少一个磁体上的线圈。印刷电路板(PCB)位于所述至少一个磁体的轴上，用于控制定子线圈的换向，并产生指示操作者对方向盘的移动的主要的高分辨率角位置信号。与PCB通信的高分辨率轴上传感器检测转子和定子之间的换向位置，并产生至少一个磁体的极对的第一和第二连续角度测量值。优选地，第一和第二连续角度测量具有相位分离，使得所述至少一个磁体的运动方向被PCB检测和处理，以确定主要的高分辨率角位置信号。所述至少一个磁体可以横跨其直径被磁化，使得主要的高分辨率角位置信号是基于在启动时从参考高分辨率轴上传感器捕获实际位置的绝对位置测量，通过在启动时将增量数据应用于实际位置来保持实际位置。
[0009]此外，需要一种机械简单、坚固且不消耗能量的行程终点止动件。
[0010]本主题技术的另一实施例涉及一种用于转向系统的转向控制组件，该转向系统具有基于方向盘的旋转而绕轴线旋转的轴，其中该轴具有至少一个花键。该转向控制组件包括壳体，该壳体限定了具有内螺纹的轴向开口并围绕轴安装，该壳体具有第一平台凸台和第二平台凸台。盘具有与内螺纹联接的圆周螺纹。盘还限定了轴向通孔，其键联接到轴的至少一个花键，用于与轴一起旋转。该盘还包括相对的第一和第二面，其中第一凸起凸台设置在第一面上，第二凸起凸台设置在第二面上。轴在第一方向上的旋转导致盘在壳体内的旋转运动，进而轴向运动，直到第一凸起凸台接触第一平台凸台，以防止轴在第一方向上的进一步旋转(有效止动)。轴在第二方向上的旋转导致盘在壳体内的旋转运动，并进而导致相反的轴向运动，直到第二凸起凸台接触第二平台凸台，以防止轴在第二方向上的进一步旋转(第二有效止动)。转向控制组件还可以包括限定内部的固定定子，其中壳体和盘位于内部，以及联接到定子以封闭内部的端板。相对的第一和第二面可以具有用于第一和第二凸起凸台的多个安装位置，用于调节在第一和第二方向上的行程量。转向控制组件还可以包括用于插入第一或第二平台凸台之间的多个块，用于分别调节第一或第二方向上的行程量。
[0011]此外，需要线控转向系统能够容易且经济地改变现场的转向特性。在一个实施例中，本主题技术旨在基于由操作者或车辆的转向控制单元指定的操作模式来控制触觉条件。启动期望模式的信号可以源自车辆转向控制单元，并通过串行接口传送，例如控制器局域网(CAN)或标准车辆接口的其他典型接口。信号也可以通过来自操作者的直接输入来传送，例如按钮按压、扳机拉动或其他操作者输入。在一个实施例中，本主题技术针对线控转向系统的控制架构系统，其包括用于接收指示线控转向系统的操作模式的输入信号并基于该输入信号产生控制信号的转向控制单元，以及用于接收该控制信号并基于该控制信号控制电机以在选定的操作模式下完成线控转向系统的操作的电机驱动模块。优选地，操作模式从由以下组成的组中选择：“放置并保持”模式；“转向中心”模式；和“保持偏移”模式。
[0012]此外，还期望有一种模块化系统，其允许结合以及混合和匹配本文描述的技术，而不增加复杂性、降低鲁棒性或过于昂贵。
[0013]一个实施例涉及一种用于在线控转向系统中提供主动扭矩反馈的无刷DC电机。该
系统包括固定定子和安装成相对于固定定子旋转的转子，转子具有多个磁体，每个磁体形成一个极对。至少两个模拟磁传感器提供连续的角度测量信号。转向控制单元接收连续角度测量信号，并基于连续角度测量信号确定转子的相对位置测量值。转向控制单元还可以在启动时确定转子位置的绝对测量值，并基于相对位置测量值更新转子的位置。优选地，至少两个模拟磁传感器向转向控制单元提供电机换向数据，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在线控转向系统中提供主动扭矩反馈的无刷DC电机，包括：固定的定子；安装成相对于固定的定子旋转的转子，所述转子具有多个磁体，每个磁体形成极对；至少两个模拟磁传感器，用于提供连续的角度测量信号；以及转向控制单元，用于接收连续角度测量信号并基于所述连续角度测量信号确定所述转子的相对位置测量值。2.根据权利要求1所述的无刷DC电机，其中，所述转向控制单元在启动时确定所述转子的位置的绝对测量值，并根据所述相对位置测量值更新所述转子的位置。3.根据权利要求2所述的无刷DC电动机，其中，所述转向控制单元利用转子轴的一端处的单个磁体来感测位置。4.根据权利要求1所述的无刷DC电机，其中，所述至少两个模拟磁传感器向所述转向控制单元提供电机换向数据，从而由所述转向控制单元确定固定定子和转子之间的相位关系。5.根据权利要求1所述的无刷DC电机，其中，所述多个磁体是二十四个磁体，并且所述至少两个模拟磁传感器是彼此异相120电度的三个模拟磁传感器，使得所得到的连续角度测量信号基本上是锯齿波形，导致转子大约589,824次计数/转。6.根据权利要求1所述的无刷DC电机，其中，所述转向控制单元利用正弦曲线形成转向比。7.一种线控转向系统，包括：供操作者使用的方向盘；以及联接到所述方向盘用于提供主动扭矩反馈的电机组件，所述电机组件具有：安装成旋转的转子；至少一个磁体，所述至少一个磁体安装到转子上，用于围绕轴线旋转，其中，所述至少一个磁体是具有极对的永磁体；固定的定子，具有用于产生电场以作用在所述至少一个磁体上的线圈；和印刷电路板(PCB)，位于所述至少一个磁体的轴线上，用于控制定子线圈的换向，并产生指示操作者对方向盘进行的运动的主要的高分辨率角位置信号；以及与PCB通信的高分辨率轴上传感器，用于检测转子和定子之间的换向位置，并产生用于所述至少一个磁体的极对的第一连续角度测量值和第二连续角度测量值，其中，所述第一连续角度测量值和第二连续角度测量具有相位分离，使得所述至少一个磁体的运动方向被PCB检测和处理，以确定主要的高分辨率角位置信号。8.根据权利要求7所述的线控转向系统，其中，所述至少一个磁体跨直径被磁化，使得主要的高分辨率角位置信号是基于在启动时从参考高分辨率轴上传感器捕获实际位置的绝对位置测量，通过在启动时将增量数据应用于实际位置来保持实际位置。9.一种用于转向系统的断电扭矩组件，所述转向系统具有基于方向盘的旋转而绕轴线旋转的轴，所述断电扭矩组件包括：第一板，所述第一板固定安装成与所述轴一起旋转；第二板，所述第二板安装成绕所述轴自由旋转；偏压组件，用于将所述第一板和第二板压在一起，使得第二锥齿轮板选择性地与第一板一起绕所述轴旋转；和
断电机构，具有用于选择性地与所述第一板和第二锥齿轮板接合的齿轮，其中：当电源接通时，所述齿轮从所述第一板和第二板脱离；并且当断电时，所述齿轮接合所述第一板和第二板，使得所述第一板和第二板沿相反方向旋转，以在所述轴上产生摩擦扭矩来对抗其旋转。10.根据权利要求9所述的断电扭矩组件，其中，所述偏压组件包括：所述轴上的螺母；以及压缩在所述螺母和所述第二板之间的弹簧，用于将所述第二板朝向所述第一板偏压。11.根据权利要求10所述的断电扭矩组件，其中，通过改变螺母在所述轴上的位置来调节所述偏压组件的力。12.根据权利要求9所述的断电扭矩组件，还包括位于所述第一板和第二板之间的缓冲盘，用于将所述板联接在一起，并且其中，每个板具有与另一个板相对的环形齿阵列，并且齿轮在远端具有圆周齿，用于接合环形齿阵列。13.一种用于转向系统的断电扭矩组件，所述转向系统具有基于方向盘的旋转绕轴线旋转的轴，所述断电扭矩组件包括：第一锥齿轮板和第二锥齿轮板，围绕所述轴周向安装，其中，第一锥齿轮安装成与所述轴一起旋转，第二锥齿轮围绕所述轴自由旋转；偏压组件，用于将所述第一锥齿轮板和第二锥齿轮板联接在一起，以围绕所述轴旋转；断电制动机构，具有小齿轮，所述小齿轮用于选择性地与所述第一锥齿轮板和第二锥齿轮板接合，使得当接合在所述第一锥齿轮板和第二锥齿轮板之间时，所述第一锥齿轮板和第二锥齿轮板沿相反方向旋转，以在轴上产生摩擦扭矩来抵抗其旋转。14.一种用于在线控转向系统中提供行程终点止动件的转向控制组件，所述转向控制组件包括：壳体，具有远端和近端，在所述远端和近端之间具有内螺纹；细长轴，延伸到所述壳体中并联接到方向盘上以随其旋转；和盘，限定与所述内螺纹联接的圆周螺纹，且限定轴向开口，用于联接到所述轴以与其一起旋转，同时能够自由轴向移动；其中：所述轴在第一方向上的旋转导致所述盘旋转，并进而导致所述盘在壳体内沿远端方向的轴向运动，直到远端阻止所述轴在第一方向上的进一步旋转；并且所述轴在第二方向上的旋转导致所述盘旋转，并进而导致所述盘在所述壳体内沿近端方向的轴向运动，直到近端阻止所述轴在第二方向上的进一步旋转。15.根据权利要求14所述的转向控制组件，还包括：设置在所述盘的远端面上的第一凸起凸台；设置在所述盘的近端面上的第二凸起凸台；联接在壳体中的远端平台凸台，用于接合所述第一凸起凸台以用作止动件...

【专利技术属性】
技术研发人员：PR埃里克森，BD约翰逊，EC奥尼尔，
申请(专利权)人：森萨塔科技公司，
类型：发明
国别省市：