用于获取转向轴的转角和/或转速的方法和装置 |
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| 申请号 | CN201480067015.8 | 申请日 | 2014-11-11 | 公开(公告)号 | CN105813923A | 公开(公告)日 | 2016-07-27 |
| 申请人 | ZF腓特烈斯哈芬股份公司; | 发明人 | A·菲塞尔; N·阿曼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于获取 马 达(105)的马达轴(110)的转 角 和/或转速的方法，其中，马达(105)构造成使调节元件(115、115a)进行相对于马达(105)的平移运动中。方法包括借助于 接口 从布置在马达(105)外部的至少一个 传感器 元件(120)读取运动 信号 的步骤，其中，运动信号代表调节元件(115、115a)相对于所述马达(105)的平移运动。方法还包括在使用运动信号的情况下获取马达轴(110)的转角和/或转速的步骤。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于获取马达(105)的马达轴(110)的转角α和/或转速n的方法(400)，其中，所述马达(105)构造成，使调节元件(115)进行相对于所述马达(105)的平移运动，其中，该方法(400)包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于获取转向轴的转角和/或转速的方法和装置技术领域背景技术[0002] 后桥转向系统(其成套或以系列开发的方式存在)可具有通过马达驱动的调节器(例如长度可变的导杆，尤其横向导杆)。为了操控马达，通常需要转子位置传感器。附加地，在这种调节系统中可安装有绝对位置传感器，其构造成获取调节器的平移或轴向运动。为了操控马达，通常需要当前的马达位置以及当前的马达转动速度。这两个参数例如借助于安装在马达轴上的马达位置传感器获取。 [0003] 文献DE 10 2010 052 917 A1公开了一种用于机动车的转向装置的调节器。 发明内容[0004] 在此背景下，在此提出的本发明提供了根据独立权利要求的改进的用于获取马达的马达轴的转角和/或转速的方法、相应的装置、车辆的转向装置以及相应的计算机程序产品。有利的设计方案从从属权利要求和随后的说明中得到。 [0005] 本发明提供了一种用于获取马达的马达轴的转角和/或转速的方法，其中，马达构造成使调节元件进行相对于马达的平移运动。方法包括以下步骤： [0007] 获取步骤，在使用运动信号的情况下获取马达轴的转角和/或转速。 [0008] 转角可理解成马达轴围绕马达轴的纵轴线旋转的角度。转速可理解成在预定的时间单位期间马达轴围绕马达轴的纵轴线旋转的圈数。马达轴可理解成马达的一个元件，其构造成在马达运行时进行转动。马达可理解成用于实现机械功的机器。马达例如可为电动马达。马达轴可与调节元件机械耦联。调节元件可理解成这样的机械元件，其构造成在马达运行时进行相对于马达的平移运动。调节元件例如可为杆或棒，其布置成可沿着马达轴移动并且例如借助于滚珠斜道丝杠、梯形丝杠和滚珠丝杠与马达轴耦联。调节元件尤其包含在用于机动车的导杆、特别是横向导杆中，或形成导杆，以便将导杆构造成在其长度方面可以改变。如果所述导杆在一侧固定地与车身相连接，并且在另一侧与至少一个车轮支架相连接，则可通过长度改变使车轮支架产生转向运动。在此，车轮支架围绕竖向轴线可转动地铰接在车辆处。调节元件的平移运动可理解成调节元件的所有的点在相同的方向上相对于马达移动的运动。在马达之外可布置有用于探测平移运动的至少一个传感器元件。传感器元件例如可固定在调节元件上。传感器元件例如可理解成位移传感器。传感器元件可构造成例如基于电阻变化、可变的电感、可变的电容、可变的光通量、脉冲的计数和/或运行时间测量来探测平移运动。 [0009] 本发明基于可省去安装在马达轴上的、用于探测马达轴的转角或转速的马达位置传感器。借助于下文说明的方法，尽管没有马达位置传感器，可成本高效且节省结构空间地提供两个对于马达控制必需的转角和转速的信号，以便可正确地动态运行马达控制。 [0010] 根据本发明的一种实施方式，在获取步骤中可在使用运动信号的情况下获取平移运动的速度，以获取转速。在此，速度例如可通过求导获取。在使用平移运动的速度的情况下可以足够的可靠性和精度获取马达轴的转速。 [0011] 此外，在获取步骤中可在使用运动方程的情况下和/或在考虑在马达和调节元件之间的机械传动链的传动比的情况下获取转角和/或转速。运动方程通常可理解成二阶微分方程或二阶微分方程组。借助于运动方程可说明机械系统在外部影响的作用下的空间和时间的变化。机械传动链例如可包括传动机构、带传动和/或丝杠。借助于机械传动链可将马达轴的旋转运动转换成尤其丝杠的平移运动。在此可实现具有预定的传动比的机械传动链。通过本发明的该实施方式可确保正确地获取转角和/或转速。 [0012] 由于在平移运动和旋转运动之间通过机械的传动元件进行机械耦联，可在使用平移传感机构的情况下以足够的可靠性和精度得出马达轴的角位置或马达轴的转角。 [0013] 此外，在获取步骤中，转角和/或转速还可在使用线性换算、观测器结构和/或卡尔曼滤波器的情况下予以获取。线性换算例如可理解成把平移运动的速度线性换算成转速。观测器结构可理解成由观测的参考系统的预先给定的输入参数和输出参数再现不可测量的参数的系统。观测器结构例如可包括伦伯格(Luenberger)观测器。卡尔曼滤波器可理解成用于移除由于测量仪器引起的干扰的过滤器。通过本发明的该实施方式可避免在获取转角和/或转速时的不精确性。 [0014] 根据本发明的另一实施方式，方法可包括在马达轴的静止状态中判定马达轴位置的判定步骤。在此，在获取步骤中，转角还可在使用马达轴位置的情况下予以获取。通过判定马达轴位置可确定参考点以获取转角。 [0016] 在判定步骤中，调节元件可至少暂时锁止，以阻止调节运动。 [0017] 方法可包括通过连接到至少一个传感器元件的接口接收位置信号的接收步骤。位置信号可代表调节元件的绝对位置。在判定步骤中，还可在使用位置信号的情况下对马达轴位置进行校验。由此可在判定马达轴位置时提高可靠性。 [0018] 本发明还提供了一种用于获取马达的马达轴的转角和/或转速的装置，其中，马达构造成使调节元件进行相对于马达的平移运动，其中，装置具有以下特征： [0019] -读取单元，其用于通过连接到布置在马达外部的至少一个传感器元件的接口读取运动信号，其中，运动信号代表调节元件相对于马达的平移运动；和 [0020] -获取单元，其用于在使用运动信号的情况下获取马达轴的转角和/或转速。 [0021] 装置可为电气设备，其处理传感器信号并且据此发出控制信号。装置可具有一个或多个合适的接口，接口能够以硬件和/或软件的形式构造。对于硬件形式的构造方案，接口例如可为集成电路的一部分，在该集成电路中实现装置的功能。接口可还可为特定的集成的电路或至少部分地由离散的结构元件构成。对于软件形式的构造方案，接口可为例如在微型控制器中除其他的软件模块之外现有的软件。 [0022] 最后，本发明提供了一种车辆的转向装置，其中，转向装置具有以下特征： [0023] -调节元件，其用于调整车辆的转向角； [0024] -马达，其构造成使调节元件进行相对于马达的平移运动，其中，马达具有根据在前面说明的实施方式的装置，以获取马达的马达轴的转角和/或转速；和[0025] -布置在马达外部的至少一个传感器元件，其用于探测调节元件的平移运动，其中，至少一个传感器元件通过接口与装置相连接。 [0026] 转向装置例如可理解成用于使车辆的前桥或后桥转向的装置。车辆可理解成机动车，尤其双轨机动车，例如客车或载重卡车。 [0027] 同样有利的是具有程序代码的计算机程序产品，程序代码可存储在可机读的载体(例如半导体存储器、硬盘存储器或光存储器)上，并且用于当在计算机或装置上实施程序时执行根据上述实施方式的方法。附图说明 [0028] 借助附图示例性地进一步阐述本发明。其中： [0029] 图1示出了与根据本发明的实施例的装置一同使用的调节装置的示意图； [0030] 图2示出了与根据本发明的实施例的装置一同使用的调节装置的示意图； [0031] 图3示出了具有根据本发明的实施例的转向装置的车辆的示意图； [0032] 图4示出了用于获取马达的马达轴的转角和/或转速的方法的实施例的流程图；并且 [0033] 图5示出了用于获取马达的马达轴的转角和/或转速的装置的实施例的框图。 具体实施方式[0034] 在对本发明的优选的实施例的随后的说明中，在不同的附图中示出的且作用相似的元件使用相同或相似的附图标记，其中，取消了对这些元件的重复说明。 [0035] 图1示出了与根据本发明的实施例的装置一同使用的调节装置100的示意图。调节装置100包括具有马达轴110的马达105、调节元件115以及传感器120。马达105布置成与调节元件115同轴。调节元件115布置在马达轴110中并且可沿着马达轴110的纵轴线122平移移位。传感器120例如固定在调节元件115的位于马达105外部的端部区域上。替代地，传感器120可固定在马达105的壳体或调节装置100的包围调节元件115的结构(例如，调节装置100的壳体)上。 [0036] 马达105构造成可使马达轴110围绕纵轴线122进行转动运动。例如，马达105实施为电动马达，并且马达轴110实施为电动马达的转子的转子轴。调节元件115构造为丝杠，以便通过马达轴110的转动运动沿着纵轴线122进行平移运动。马达轴包括或驱动与丝杠115的螺纹啮合的丝杠螺母111。传感器120构造成，探测调节元件115的在调节元件115的调节区域125中的平移运动，并且将相应的运动信号发送给连接到在图1中未示出的用于获取马达轴110的转角和/或转速的装置的接口。 [0037] 图2示出了与根据本发明的实施例的装置一同使用的调节装置100的示意图。不同于图1，图2示出了横向于纵轴线122的横截面。在马达105运转的情况下，马达轴110以取决于马达105的转速n的速度围绕纵轴线122转过转角α。可借助于下文根据图4说明的方法获取n和转角α，而无需使用马达内部的传感器。 [0038] 图3示出了具有根据本发明的实施例A和B的两种转向装置305、305a的车辆300的示意图。车辆300作为双轨车辆实现。在车辆300中安装有在图1和2中示出的呈两种不同的实施方案的调节装置100、100a。在此，调节元件115、115a的端部区域可运动地支承在车辆300的铰接支承的转向节310处。 [0039] 在与转向节310相对而置的车辆侧上布置有另一转向节315。该另一转向节315与转向节310通过横向导杆320可运动地相连接。横向导杆320构造成将车轮支架312的通过调整调节元件115引起的转向角变化传递到另一转向节315且进而传递到另一车轮支架312a上。 [0040] 调节装置100、100a包括控制器325、325a，该控制器与传感器120和马达105通过车辆300的相应的接口相连接。控制器325构造成读取由传感器120、120a提供的、代表调节元件115、115a的平移运动的运动信号并且在使用运动信号的情况下获取马达105的马达轴的转角和/或转速。 [0041] 根据本发明的实施例，在后桥转向的应用中在取消马达位置传感器的情况下借助于马达转速的复现(Nachbildung)设置无传感器的马达操控。在此，作为后桥转向调节器306、306a实现的转向装置305具有与调节元件115共同作用的绝对位置传感器120、120a。调节元件构造成在车辆300的后桥处引入转向运动。调节元件115通过形状配合的机械元件(例如丝杠螺母111)与马达轴相连接。作为调节元件，例如可使用滚珠丝杠或滚珠斜道丝杠和梯形丝杠。替代地，还提供带传动或齿轮传动，其可用作在马达轴和调节元件之间的耦联元件。在图3中以实施方案A示出了通过唯一的调节器(中央调节器305)的转向，以实施方案B示出了通过两个单个调节器305a的转向，这两个单个调节器分别具有自己的控制器325a。 [0042] 图4示出了用于获取马达的马达轴的转角和/或转速的方法400的实施例的流程图。方法包括：读取步骤405，通过连接到布置在马达外部的至少一个传感器的接口读取运动信号，其中，运动信号代表调节元件相对于马达的平移运动。方法还包括获取步骤410，在使用运动信号的情况下获取马达轴的转角和/或转速。 [0043] 在图1和图3中示出的传感器120、120a例如构造成在整个调节区域125上起作用或进行探测。在此，绝对位置探测不是强制性的。例如，对于获取速度来说，相对探测便已足够。由探测到的平移运动例如通过求导来获取线性的行进速度。在考虑机械传动链的运动方程和给定条件的情况下将行进速度换算成等效的马达转速n，如在图2中示出的那样。计算例如可通过线性换算、观测器结构或卡尔曼滤波器实现。替代后桥转向系统，通过调节元件探测线性的调节运动也可用在车辆传动机构中。调节元件例如可在自动变速器中挂档或操纵变速杆。在控制变速机构的情况下提供调节元件的位置。 [0044] 根据本发明的另一实施例，无传感器的马达操控还可借助于位置复现进行。在此，将估算马达转速n与估算马达角度α结合。 [0045] 如果调节器100、100a初始化，则利用引入方法(Injektionsverfahren)判定电动马达105的转子的位置。引入方法是利用主动注入电流的方法。在此为马达105加载测试信号，以判定转子在静止状态中的位置。 [0046] 这可选地在这样的状态中进行，在该状态中，调节器100通过阻挡件被锁止，从而不可进行调节运动。 [0047] 为了判定马达轴位置，可附加地对通过引入方法判定的位置与绝对平移位置传感器120的位置信息进行比较和校验。 [0048] 然后，绝对位置传感器120探测平移运动或线性的绝对位置。由该运动或位置在考虑机械传动链的运动方程和给定条件的情况下算出等效的旋转的马达位置α。 [0049] 计算在转速复现的情况下例如可通过线性换算、观测器结构或卡尔曼滤波器进行。 [0050] 在此说明的方法通常可用在电气式调节器100、100a中，其具有平移运动装置115，该平移运动装置带有传感器120、120a以探测运动装置115的位置，其中，运动装置115通过传动机构、机械式耦联机构等与马达105相连接。 [0051] 图5示出了用于获取马达的马达轴的转角和/或转速的装置500的实施例的框图。装置500例如为在图3中示出的控制器325、325a。装置500包括读取单元505以通过连接到布置在马达外部的至少一个传感器的接口读取运动信号，其中，运动信号代表调节元件115相对于马达的平移运动。获取单元510与读取单元505相连接。获取单元510构造成在使用运动信号的情况下获取马达轴的转角和/或转速。 [0052] 获取单元510可与装置500的可选的控制单元相连接。控制单元可构造成在使用马达轴的转角和/或转速的情况下将用于控制马达的控制信号发送给连接至马达的接口。 [0053] 仅示例性地选择了所说明的和在附图中示出的实施例。不同的实施例可完整地或在单个特征方面彼此组合。一个实施例也可通过另一实施例的特征予以补充。 [0054] 此外，根据本发明的方法步骤可重复以及以不同于所说明的顺序予以实施。 [0055] 如果实施例包括在第一特征和第二特征之间的“和/或”关系，则这可解读成该实施例根据一种实施方式不仅具有第一特征，而且具有第二特征，而根据另一实施方式或者仅具有第一特征，或者仅具有第二特征。 [0056] 附图标记 [0057] 100、100a 调节装置 [0058] 105 马达 [0059] 110 马达轴 [0060] 111 丝杠螺母 [0061] 115、115a 调节元件、丝杠、平移运动装置 [0062] 116 导杆 [0063] 120、120a 传感器元件 [0064] 122 纵轴线 [0065] 125 调节区域 [0066] 300 车辆 [0067] 305、305a 转向装置 [0068] 306、306a 调节器、单个调节器、中央调节器 [0069] 310 转向节 [0070] 312 车轮支架 [0071] 315 另一转向节 [0072] 320 横向导杆 [0073] 325、325a 控制器 [0074] 400 用于获取转角和/或转速的方法 [0075] 405 读取运动信号 [0076] 410 获取转角和/或转速 [0077] 500 用于获取转角和/或转速的装置 [0078] 505 读取单元 [0079] 510 获取单元 [0080] α 转角 [0081] n 转速 [0082] A、B 转向装置的实施例 |
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