專利名稱：用于機(jī)動車輛轉(zhuǎn)向盤的駕駛員告警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的用于機(jī)動車輛轉(zhuǎn)向 盤的駕駛員告警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
例如專利EP 0856432 A2和US 2003 0197601 Al所公開的，這種駕 駛員告警系統(tǒng)是已知的。
當(dāng)由于在電動馬達(dá)上施加電壓而導(dǎo)致在轉(zhuǎn)向盤輪緣內(nèi)產(chǎn)生振動從而 激活駕駛員告警系統(tǒng)時，該馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)頻率可能僅會緩慢加速并且在負(fù) 環(huán)境下甚至可能會落入轉(zhuǎn)向盤柱的共振頻率內(nèi)。這可以通過使用更強(qiáng)力 的電動馬達(dá)而克服，然而這樣的電動馬達(dá)會需要更大的空間并導(dǎo)致成本 的增加。相似的，當(dāng)電動馬達(dá)在振動周期結(jié)束被停止時，該馬達(dá)可能僅 會緩慢減速。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種緊湊并且可靠的具有較短響應(yīng)時間的駕駛 員告警系統(tǒng)。
本發(fā)明通過權(quán)利要求1所述的特征來達(dá)到這一目的。 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在所述振動周期的初期，電動馬達(dá)根據(jù)操 作等級而被過度控制(over-control led )。由于較高的初始值會使馬達(dá) 更快的加速并且越過可能的轉(zhuǎn)向盤柱共振從而避免了落入共振頻率或被 顯著的延遲。而且，馬達(dá)的硬啟動提高了告警效果。當(dāng)馬達(dá)到達(dá)了預(yù)想 的操作頻率時，供應(yīng)電壓可以被降低到常規(guī)操作值。馬達(dá)的尺寸可以適 宜于常規(guī)的操作狀況，而無需格外強(qiáng)力或巨大的馬達(dá)。
下面的描述是基于過度控制電壓的，但是經(jīng)過必要修正的過調(diào)電流也是有效的。過度控制電壓意思是該電壓與操作電壓等級是同號的并且 具有更大的絕對值。即在負(fù)操作電壓等級情況下，過度控制電壓具有更 大的負(fù)數(shù)。在搡作電壓等級實際上不恒定的情況下，操作電壓等級的概 念是指才喿作電壓的平均值。
本發(fā)明的效果可以通過優(yōu)選地把過度4喿作電壓設(shè)置為至少20%而獲
得提升，更優(yōu)選地根據(jù)所述操作電壓等級把該過度操作電壓設(shè)置為至少
50%。
根據(jù)本發(fā)明的與前述的一個方面相獨立的另 一個方面，馬達(dá)才艮據(jù)在 振動周期末端的零等級而被不足控制(under-controlled )。下面的描述 是基于不足控制電流的，但是經(jīng)過必要修正的不足控制電壓也是有效的。 在振動周期的末端，電流控制被執(zhí)行從而根據(jù)振動期間的操作電流等級 產(chǎn)生反向電流。不足控制產(chǎn)生阻礙馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的扭矩，并且因此使馬達(dá)相 比于僅僅關(guān)閉馬達(dá)而更快的減速。馬達(dá)更硬或者更軟的關(guān)閉對于提高告 警效果是起作用的。
作為在振動周期的末端對馬達(dá)進(jìn)行主動控制的另 一種可以選#^的方 案，可以打開用于所述馬達(dá)的電流維持通路和用于在所述振動周期末端 打開所述電路維護(hù)通路的電路。如果馬達(dá)在振動周期末端被關(guān)閉，則打 開電流維持通路將會使馬達(dá)具有發(fā)電機(jī)的功能，從而存儲在電動馬達(dá)內(nèi) 的電能通過電流維護(hù)電路被迅速的釋放，這樣可以通過降低馬達(dá)的旋轉(zhuǎn) 能量而使其快速減慢下來。
優(yōu)選地，振動周期被非振動周期所分隔，以便從其他振動中清晰的 分辨出告警振動。這一效果可以優(yōu)選地通過周期性的中斷所提供的所述 操作電壓而獲得，特別是通過周期性的向所述電動馬達(dá)提供零電壓而獲 得。


本發(fā)明將在下面以在優(yōu)選實施例的基礎(chǔ)上結(jié)合附圖的方式進(jìn)行闡 述，附圖如下
圖l所示為駕駛員告警系統(tǒng)轉(zhuǎn)向盤裝置的示意圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的控制電壓圖3所示為馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)頻率圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的另 一個實施例的控制電壓圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實施例的控制電壓圖6所示為具有電子制動電路的控制電路的 一個實施例；
圖7所示為具有電子制動電路的控制電路的另一個實施例。
具體實施例方式
如圖1所示的轉(zhuǎn)向盤裝置是內(nèi)燃機(jī)車輛的一部分并且包括具有輪緣 11的轉(zhuǎn)向盤10,該輪緣通過框架部分13與轉(zhuǎn)向盤柱12相連，所述框架 部分包括輪輻14和盤轂25。振動單元15被連接到框架部分13上，特別 是其中的一個輪輻14上。振動單元15包括電子直流馬達(dá)17和以偏心的 方式連接到馬達(dá)17的旋轉(zhuǎn)軸18上的偏心塊16。
電子馬達(dá)17通過供電線19a和19b被連接到電子控制電路20上， 該電子控制電路通過供電線21a和21b連接到機(jī)載電源上。而且，控制 電路20被接入，從而接收數(shù)據(jù)信號，特別是通過機(jī)載數(shù)據(jù)總線22。
圖2和圖5所示為在不同的電壓控制實施例中控制電路20通過供電 線19a和19b加載在電子馬達(dá)17上的電壓波形。圖4和圖6所示為在不 同的實施例中隨時間變化的流經(jīng)馬達(dá)17的電流，在這些實施例中，電流 控制是在振動周期的末端被執(zhí)行的。圖3所示為馬達(dá)17的旋轉(zhuǎn)頻率隨時 間變化所對應(yīng)的圖。
這里假設(shè)控制電路20在時間tl或在此之前很短的時間通過數(shù)據(jù)總 線22接收報警激活信號。作為對報警激活信號的響應(yīng)，控制電路20把 來自于供電線21a和21b的電能通過供電線19a和19b供應(yīng)給馬達(dá)17, 以便在轉(zhuǎn)向盤10的輪緣11處產(chǎn)生振動從而向駕駛員產(chǎn)生告警。
通常，控制信號的波形是周期性的，其中振動周期被非振動所中斷， 這樣會增強(qiáng)告警效果。更特別的，預(yù)先確定的，實際上連續(xù)的操作電壓 Ul被周期性的應(yīng)用于預(yù)期的操:作時間周期內(nèi)(從t2到t3,從t2'到t3 '......)。如圖3所示， 一旦偏心塊16的旋轉(zhuǎn)速度到達(dá)了預(yù)想的梯:作頻率fl,則提供的操作電壓Ul可以維持偏心塊16在這一操作頻率f 1上持 續(xù)旋轉(zhuǎn)；在這種操作狀況下，實際上連續(xù)的操作電流Il流經(jīng)馬達(dá)17,如 圖4和圖6所示。特別地，實際上連續(xù)的操:作電壓Ul意思是持續(xù)保持在 ±10°/。內(nèi)。振動周期優(yōu)選地可以具有250ms到5s范圍內(nèi)的所用長度。
(從t3到,從t3'到tl"，…如圖2所示，從t4到tl',從t4 '到tl〃 ，…如圖4到圖6所示)。非^振動周期優(yōu)選地可以具有250ms 到ls范圍內(nèi)的所用長度。
才喿作電壓Ul,例如，可以是6V，即通常的積,載12V電壓的一半。通 常，駕駛員告警系統(tǒng)可以包括可以把通常的機(jī)載電壓轉(zhuǎn)換為操作電壓Ul 的適宜的裝置，或任何其他用于控制馬達(dá)17的電壓等級。
考慮到獲得有效的告警行為，偏心塊在振動周期內(nèi)優(yōu)選地操作頻率 fl可以在30到70Hz內(nèi)，更優(yōu)選地在40到60Hz內(nèi)，尤其約在50Hz。
在圖2所示的實施例中，至少在每秒的開始，優(yōu)選地在每個振動周 期的開始，即tl， tr , tl〃時刻，控制電路20為馬達(dá)17提供過度控 制電壓U2，該電壓與操作電壓U1同號，但是有更大的絕對值。由于偏心 塊16上施加有更大的扭矩，相較于從開始(時刻tl)就應(yīng)用操作頻率 Ul，如圖3所示的旋轉(zhuǎn)頻率f可以更快的在時刻t2處到達(dá)纟喿作頻率f 1。 轉(zhuǎn)向盤柱12可能的共振被越過而沒有顯著的延遲，或者甚至落入在共振 頻率上旋轉(zhuǎn)的情況。
從tl到t2，從tr到t2',…的時間周期長度可以才艮據(jù)馬達(dá)17 和偏心塊16已知的參數(shù)預(yù)設(shè)定，在所述時間周期長度內(nèi)應(yīng)用過度控制電 壓U2?？蛇x地，如果馬達(dá)17的旋轉(zhuǎn)速度可以在操作期間設(shè)定，則當(dāng)馬達(dá) 17的旋轉(zhuǎn)速度已經(jīng)被確信已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定值時，應(yīng)用于馬達(dá)17的電壓可 以從過度控制電壓U2切換到操作電壓Ul。
過度控制電壓U2的值優(yōu)選地可以是才喿作電壓Ul的兩倍，例如12V。
在每個振動周期的末端,馬達(dá)17應(yīng)該被盡可能快的停止以便提高告 警效果。在圖4和圖6所示的優(yōu)選實施例中，是通過在振動周期末端對 馬達(dá)17進(jìn)行電流控制來達(dá)到這一點的。為達(dá)到此目的，控制電路20優(yōu)選地包括適宜的電流控制電路。如圖4和圖6所示，在至少每秒的末端， 優(yōu)選地在每個振動周期的末端，在馬達(dá)17內(nèi)會產(chǎn)生反向電流13。更特別 的，在每個非振動周期的開始，即在時刻t3， t3' ， t3〃 ，...處，控制 電路20提供給馬達(dá)17不足控制電流13，該電流與操作電流I1的符號相 反。反向電流13導(dǎo)致了作用在偏心塊16上與旋轉(zhuǎn)方向相反的扭矩，該 扭矩可以使馬達(dá)17相較于僅應(yīng)用零電流的情況可以更快的減速。轉(zhuǎn)向盤 柱12可能的共振頻率被越過而沒有顯著的延遲，或者甚至落入在共振頻 率上旋轉(zhuǎn)的情況。
從t3到t4,從t3'到t4',...的時間周期長度可以根據(jù)馬達(dá)17 和偏心塊16已知的參數(shù)預(yù)設(shè)定，在所述時間周期長度內(nèi)不足控制電流13 被產(chǎn)生?？蛇x地，如果馬達(dá)17的旋轉(zhuǎn)速度可以在操作期間設(shè)定，則當(dāng)馬 達(dá)17已經(jīng)被確信已經(jīng)實際上達(dá)到了停止?fàn)顟B(tài)時，應(yīng)用于馬達(dá)17的電流 可以從不足控制電流13切換到零電流。
不足控制電流13的絕對值優(yōu)選地可以等于"f喿作電流II的絕對值。
圖4所示為在振動周期開始時電流的峰值，其是由如圖2所示的過 度控制電壓U2所導(dǎo)致的。作為可選方案，類似于過度控制電壓的效果， 把電流在振動周期的開始階段過度控制為等級12是可行的，所述電流等 級12比操作電流等級II更高。
如圖6所示的實施例展示了，例如與圖4相比，本發(fā)明希望在振動 周期末端迅速停止馬達(dá)17的方面與本發(fā)明希望在振動周期開始階段迅速 加速馬達(dá)17的方面是相互獨立的。
作為產(chǎn)生反向電流的可選方案，可以在至少每秒的末端，優(yōu)選地在 每個振動周期的末端把與操作電壓Ul相反的電壓U3應(yīng)用于馬達(dá)17,如 圖5所示的實施例所展示。這與產(chǎn)生反向電流相比具有相似的效果。經(jīng) 過修正的從t3到t4,從t3'到t4',...的時間周期長度，與同電流控 制相聯(lián)系的描述一樣，是有效的，在該時間周期長度內(nèi)，不足控制電壓 U3被應(yīng)用。不足控制電壓U3的絕對值優(yōu)選地可以等于操作電壓Ul的絕 對值。
在圖4至圖6所示的實施例中，控制電路20被設(shè)置以便在振動周期末端執(zhí)行激活的電壓和/或電流控制。作為可選方案，如圖7示意性的展
示，可以在常規(guī)電流通路之外為控制電路20附加提供用于馬達(dá)17的電 流維持通路23，該常規(guī)電流通路在供電線2la、 21b和供電線19a、 19b 之間。
電流維持通路23在振動周期的末端通過對應(yīng)的電路24被打開。這 使得馬達(dá)17具有發(fā)電機(jī)的功能，該發(fā)電機(jī)可維持經(jīng)過電流維持通路23 的電流。電流維持通路23可以是耗能的，即在電流維持通路23內(nèi)的耗 能元件中的電量產(chǎn)生熱量，該熱量可以迅速降低馬達(dá)17的旋轉(zhuǎn)能量，從 而導(dǎo)致馬達(dá)17實際上的硬停止?？蛇x地，電流維持通J各23可以是可再 生的，即意思是當(dāng)其作為進(jìn)入機(jī)載能量供應(yīng)源的發(fā)電機(jī)時，可以被提供 有馬達(dá)17所產(chǎn)生的反饋能量。控制電路20也可以包括電子存儲裝置， 當(dāng)馬達(dá)17作為發(fā)電機(jī)時該裝置用于存儲由其所產(chǎn)生的電能。
電路24可以包括與馬達(dá)17反平行相聯(lián)的二極管，該二極管在振動 周期末端馬達(dá)17關(guān)閉之后允許電流通過。電路24可以包括連接在電流 維持通路23內(nèi)的耗能元件，特別是電阻器，從而可以把存儲在馬達(dá)17 內(nèi)的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化為可以迅速使馬達(dá)17減速的晶體管內(nèi)的熱量。更通常 的，電路24可以包括能量吸收元件。
可選地，電路24可以包括平行連接到在控制電路20內(nèi)的開關(guān)裝置 上的電壓限制元件，例如齊納(Zener ) 二極管或變阻器，用于在供電線 21a、 21b和供電線19a、 19b之間關(guān)閉連接。電壓限制元件允許在振動周 期末端使用由于關(guān)閉控制電壓而導(dǎo)致的反向電壓，以便使馬達(dá)17制動而 不損壞控制電路20內(nèi)的開關(guān)裝置，并關(guān)閉21a、 21b和供電線19a、 19b 之間的連接。
在電路24優(yōu)選地使用低成本被動元件的同時，使用用于關(guān)閉和打開 電流維持通路23的主動控制元件也是可行的。
例如，如圖7所示的實施例不但可以與圖2所示的電壓控制波形相 結(jié)合，也可以與控制電壓的簡單的方波相結(jié)合。
盡管在圖1中僅示出了一個振動單元15,但是轉(zhuǎn)向盤10可以包括多 個振動單元15,例如轉(zhuǎn)向盤10的每個輪輻14對應(yīng)一個振動單元15。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動車輛轉(zhuǎn)向盤(10)的駕駛員告警系統(tǒng)，包括電子馬達(dá)(17)，連接到所述電子馬達(dá)(17)軸(18)上的偏心塊(16)，和用于響應(yīng)告警激活信號而為所述電子馬達(dá)(17)供電的控制電路(20)，其中所述馬達(dá)(17)在振動周期內(nèi)被控制在一個操作等級(U1；I1)上，其特征在于，所述馬達(dá)(17)在所述振動周期的開始和/或結(jié)束階段是根據(jù)所述操作等級(U1；I1)和零之間的操作范圍被過度和/或不足控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的駕駛員告警系統(tǒng)，其特征在于，所述馬達(dá)(17 ) 根據(jù)所述操作等級(Ul; II )被至少20%過度控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的駕駛員告警系統(tǒng)，其特征在于，所述馬達(dá)(17 ) 根據(jù)所述操作等級(Ul; II)被至少50%過度控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一個權(quán)利要求所述的駕駛員告警系統(tǒng)， 其特征在于，所述馬達(dá)(17)在所述振動周期末端被不足控制為反向電 流等級(13)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的駕駛員告警系統(tǒng)，其特征在于，所述反向電 流等級(13 )的絕對值在所述振動周期內(nèi)^皮控制為與所述電流等級(II ) 大約相同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一個權(quán)利要求所述的駕駛員告警系統(tǒng)， 其特征在于，所述操作等級(U1; Il)實際上是持續(xù)的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一個權(quán)利要求所述的駕駛員告警系統(tǒng)， 其特征在于，所述控制電路(20)適宜于周期性的中斷對所述馬達(dá)(17) 的供電，以便建立交替的振動周期和非振動周期。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的駕駛員告警系統(tǒng)，其特征在于，所有振動周 期具有大約相同的長度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的駕駛員告警系統(tǒng)，其特征在于，所有非 振動周期具有大約相同的長度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一個權(quán)利要求所述的駕駛員告警系統(tǒng)， 其特征在于，所述振動周期的長度在250ms到5s的范圍內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一個權(quán)利要求所述的駕駛員告警系統(tǒng)，其特征在于，所述非振動周期的長度在250ms到Is的范圍內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1前敘部分所述的駕駛員告警系統(tǒng)，其特征在于，所 述控制電路(20)包括用于所述馬達(dá)(17)的電流維持通路(23)和用 于在所述振動周期末端打開所述電流維持通路(23)的電路(24)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任何一個權(quán)利要求所述的駕駛員告警系統(tǒng)， 其特征在于，電子馬達(dá)(17 )是直流馬達(dá)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任何一個權(quán)利要求所述的駕駛員告警系統(tǒng)， 其特征在于，所述操作電壓等級(Ul)在所述振動周期內(nèi)可選擇在30到 70Hz范圍內(nèi)，以維持所述馬達(dá)(17 )的旋轉(zhuǎn)頻率。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任何一個權(quán)利要求所述的駕駛員告警系統(tǒng)， 其特征在于，所述電子馬達(dá)(17 )被連接到所述轉(zhuǎn)向盤(10 )的輪輻(14 ) 上。
全文摘要
一種用于機(jī)動車輛轉(zhuǎn)向盤(10)的駕駛員告警系統(tǒng)，包括電子馬達(dá)(17)，連接到所述電子馬達(dá)(17)軸(18)上的偏心塊(16)，和用于響應(yīng)告警激活信號而為所述電子馬達(dá)(17)供電的控制電路(20)，其中所述馬達(dá)(17)在振動周期內(nèi)被控制在一個操作等級(U1；I1)上。該馬達(dá)(17)在所述振動周期的開始和/或結(jié)束階段是根據(jù)所述操作等級(U1；I1)和零之間的操作范圍被過度和/或不足控制。
文檔編號G08B23/00GK101407177SQ200810090438
公開日2009年4月15日 申請日期2008年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月10日
發(fā)明者帕斯卡·勒馬松, 朱利恩·庫爾蒂, 菲利普·文森特 申請人:奧托立夫開發(fā)公司