专利名称：用于机动车辆转向盘的驾驶员告警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于机动车辆转向 盘的驾驶员告警系统。
背景技术：
例如专利EP 0856432 A2和US 2003 0197601 Al所公开的，这种驾 驶员告警系统是已知的。
当由于在电动马达上施加电压而导致在转向盘轮缘内产生振动从而 激活驾驶员告警系统时，该马达的旋转频率可能仅会緩慢加速并且在负 环境下甚至可能会落入转向盘柱的共振频率内。这可以通过使用更强力 的电动马达而克服，然而这样的电动马达会需要更大的空间并导致成本 的增加。相似的，当电动马达在振动周期结束被停止时，该马达可能仅 会緩慢减速。
发明内容
本发明的目的是提供一种紧凑并且可靠的具有较短响应时间的驾驶 员告警系统。
本发明通过权利要求1所述的特征来达到这一目的。 根据本发明的一个方面，在所述振动周期的初期，电动马达根据操 作等级而被过度控制(over-control led )。由于较高的初始值会使马达 更快的加速并且越过可能的转向盘柱共振从而避免了落入共振频率或被 显著的延迟。而且，马达的硬启动提高了告警效果。当马达到达了预想 的操作频率时，供应电压可以被降低到常规操作值。马达的尺寸可以适 宜于常规的操作状况，而无需格外强力或巨大的马达。
下面的描述是基于过度控制电压的，但是经过必要修正的过调电流也是有效的。过度控制电压意思是该电压与操作电压等级是同号的并且 具有更大的绝对值。即在负操作电压等级情况下，过度控制电压具有更 大的负数。在搡作电压等级实际上不恒定的情况下，操作电压等级的概 念是指才喿作电压的平均值。
本发明的效果可以通过优选地把过度4喿作电压设置为至少20%而获
得提升，更优选地根据所述操作电压等级把该过度操作电压设置为至少
50%。
根据本发明的与前述的一个方面相独立的另 一个方面，马达才艮据在 振动周期末端的零等级而被不足控制(under-controlled )。下面的描述 是基于不足控制电流的，但是经过必要修正的不足控制电压也是有效的。 在振动周期的末端，电流控制被执行从而根据振动期间的操作电流等级 产生反向电流。不足控制产生阻碍马达旋转的扭矩，并且因此使马达相 比于仅仅关闭马达而更快的减速。马达更硬或者更软的关闭对于提高告 警效果是起作用的。
作为在振动周期的末端对马达进行主动控制的另 一种可以选#^的方 案，可以打开用于所述马达的电流维持通路和用于在所述振动周期末端 打开所述电路维护通路的电路。如果马达在振动周期末端被关闭，则打 开电流维持通路将会使马达具有发电机的功能，从而存储在电动马达内 的电能通过电流维护电路被迅速的释放，这样可以通过降低马达的旋转 能量而使其快速减慢下来。
优选地，振动周期被非振动周期所分隔，以便从其他振动中清晰的 分辨出告警振动。这一效果可以优选地通过周期性的中断所提供的所述 操作电压而获得，特别是通过周期性的向所述电动马达提供零电压而获 得。
本发明将在下面以在优选实施例的基础上结合附图的方式进行阐 述，附图如下
图l所示为驾驶员告警系统转向盘装置的示意图；图2所示为根据本发明的一个实施例的控制电压图3所示为马达的旋转频率图4所示为根据本发明的另 一个实施例的控制电压图5所示为根据本发明的进一步实施例的控制电压图6所示为具有电子制动电路的控制电路的 一个实施例；
图7所示为具有电子制动电路的控制电路的另一个实施例。
具体实施例方式
如图1所示的转向盘装置是内燃机车辆的一部分并且包括具有轮缘 11的转向盘10,该轮缘通过框架部分13与转向盘柱12相连，所述框架 部分包括轮辐14和盘毂25。振动单元15被连接到框架部分13上，特别 是其中的一个轮辐14上。振动单元15包括电子直流马达17和以偏心的 方式连接到马达17的旋转轴18上的偏心块16。
电子马达17通过供电线19a和19b被连接到电子控制电路20上， 该电子控制电路通过供电线21a和21b连接到机载电源上。而且，控制 电路20被接入，从而接收数据信号，特别是通过机载数据总线22。
图2和图5所示为在不同的电压控制实施例中控制电路20通过供电 线19a和19b加载在电子马达17上的电压波形。图4和图6所示为在不 同的实施例中随时间变化的流经马达17的电流，在这些实施例中，电流 控制是在振动周期的末端被执行的。图3所示为马达17的旋转频率随时 间变化所对应的图。
这里假设控制电路20在时间tl或在此之前很短的时间通过数据总 线22接收报警激活信号。作为对报警激活信号的响应，控制电路20把 来自于供电线21a和21b的电能通过供电线19a和19b供应给马达17, 以便在转向盘10的轮缘11处产生振动从而向驾驶员产生告警。
通常，控制信号的波形是周期性的，其中振动周期被非振动所中断， 这样会增强告警效果。更特别的，预先确定的，实际上连续的操作电压 Ul被周期性的应用于预期的操:作时间周期内(从t2到t3,从t2'到t3 '......)。如图3所示， 一旦偏心块16的旋转速度到达了预想的梯:作频率fl,则提供的操作电压Ul可以维持偏心块16在这一操作频率f 1上持 续旋转；在这种操作状况下，实际上连续的操作电流Il流经马达17,如 图4和图6所示。特别地，实际上连续的操:作电压Ul意思是持续保持在 ±10°/。内。振动周期优选地可以具有250ms到5s范围内的所用长度。
(从t3到,从t3'到tl"，…如图2所示，从t4到tl',从t4 '到tl〃 ，…如图4到图6所示)。非^振动周期优选地可以具有250ms 到ls范围内的所用长度。
才喿作电压Ul,例如，可以是6V，即通常的积,载12V电压的一半。通 常，驾驶员告警系统可以包括可以把通常的机载电压转换为操作电压Ul 的适宜的装置，或任何其他用于控制马达17的电压等级。
考虑到获得有效的告警行为，偏心块在振动周期内优选地操作频率 fl可以在30到70Hz内，更优选地在40到60Hz内，尤其约在50Hz。
在图2所示的实施例中，至少在每秒的开始，优选地在每个振动周 期的开始，即tl， tr , tl〃时刻，控制电路20为马达17提供过度控 制电压U2，该电压与操作电压U1同号，但是有更大的绝对值。由于偏心 块16上施加有更大的扭矩，相较于从开始(时刻tl)就应用操作频率 Ul，如图3所示的旋转频率f可以更快的在时刻t2处到达纟喿作频率f 1。 转向盘柱12可能的共振被越过而没有显著的延迟，或者甚至落入在共振 频率上旋转的情况。
从tl到t2，从tr到t2',…的时间周期长度可以才艮据马达17 和偏心块16已知的参数预设定，在所述时间周期长度内应用过度控制电 压U2。可选地，如果马达17的旋转速度可以在操作期间设定，则当马达 17的旋转速度已经被确信已经达到了预定值时，应用于马达17的电压可 以从过度控制电压U2切换到操作电压Ul。
过度控制电压U2的值优选地可以是才喿作电压Ul的两倍，例如12V。
在每个振动周期的末端,马达17应该被尽可能快的停止以便提高告 警效果。在图4和图6所示的优选实施例中，是通过在振动周期末端对 马达17进行电流控制来达到这一点的。为达到此目的，控制电路20优选地包括适宜的电流控制电路。如图4和图6所示，在至少每秒的末端， 优选地在每个振动周期的末端，在马达17内会产生反向电流13。更特别 的，在每个非振动周期的开始，即在时刻t3， t3' ， t3〃 ，...处，控制 电路20提供给马达17不足控制电流13，该电流与操作电流I1的符号相 反。反向电流13导致了作用在偏心块16上与旋转方向相反的扭矩，该 扭矩可以使马达17相较于仅应用零电流的情况可以更快的减速。转向盘 柱12可能的共振频率被越过而没有显著的延迟，或者甚至落入在共振频 率上旋转的情况。
从t3到t4,从t3'到t4',...的时间周期长度可以根据马达17 和偏心块16已知的参数预设定，在所述时间周期长度内不足控制电流13 被产生。可选地，如果马达17的旋转速度可以在操作期间设定，则当马 达17已经被确信已经实际上达到了停止状态时，应用于马达17的电流 可以从不足控制电流13切换到零电流。
不足控制电流13的绝对值优选地可以等于"f喿作电流II的绝对值。
图4所示为在振动周期开始时电流的峰值，其是由如图2所示的过 度控制电压U2所导致的。作为可选方案，类似于过度控制电压的效果， 把电流在振动周期的开始阶段过度控制为等级12是可行的，所述电流等 级12比操作电流等级II更高。
如图6所示的实施例展示了，例如与图4相比，本发明希望在振动 周期末端迅速停止马达17的方面与本发明希望在振动周期开始阶段迅速 加速马达17的方面是相互独立的。
作为产生反向电流的可选方案，可以在至少每秒的末端，优选地在 每个振动周期的末端把与操作电压Ul相反的电压U3应用于马达17,如 图5所示的实施例所展示。这与产生反向电流相比具有相似的效果。经 过修正的从t3到t4,从t3'到t4',...的时间周期长度，与同电流控 制相联系的描述一样，是有效的，在该时间周期长度内，不足控制电压 U3被应用。不足控制电压U3的绝对值优选地可以等于操作电压Ul的绝 对值。
在图4至图6所示的实施例中，控制电路20被设置以便在振动周期末端执行激活的电压和/或电流控制。作为可选方案，如图7示意性的展
示，可以在常规电流通路之外为控制电路20附加提供用于马达17的电 流维持通路23，该常规电流通路在供电线2la、 21b和供电线19a、 19b 之间。
电流维持通路23在振动周期的末端通过对应的电路24被打开。这 使得马达17具有发电机的功能，该发电机可维持经过电流维持通路23 的电流。电流维持通路23可以是耗能的，即在电流维持通路23内的耗 能元件中的电量产生热量，该热量可以迅速降低马达17的旋转能量，从 而导致马达17实际上的硬停止。可选地，电流维持通J各23可以是可再 生的，即意思是当其作为进入机载能量供应源的发电机时，可以被提供 有马达17所产生的反馈能量。控制电路20也可以包括电子存储装置， 当马达17作为发电机时该装置用于存储由其所产生的电能。
电路24可以包括与马达17反平行相联的二极管，该二极管在振动 周期末端马达17关闭之后允许电流通过。电路24可以包括连接在电流 维持通路23内的耗能元件，特别是电阻器，从而可以把存储在马达17 内的旋转能量转化为可以迅速使马达17减速的晶体管内的热量。更通常 的，电路24可以包括能量吸收元件。
可选地，电路24可以包括平行连接到在控制电路20内的开关装置 上的电压限制元件，例如齐纳(Zener ) 二极管或变阻器，用于在供电线 21a、 21b和供电线19a、 19b之间关闭连接。电压限制元件允许在振动周 期末端使用由于关闭控制电压而导致的反向电压，以便使马达17制动而 不损坏控制电路20内的开关装置，并关闭21a、 21b和供电线19a、 19b 之间的连接。
在电路24优选地使用低成本被动元件的同时，使用用于关闭和打开 电流维持通路23的主动控制元件也是可行的。
例如，如图7所示的实施例不但可以与图2所示的电压控制波形相 结合，也可以与控制电压的简单的方波相结合。
尽管在图1中仅示出了一个振动单元15,但是转向盘10可以包括多 个振动单元15,例如转向盘10的每个轮辐14对应一个振动单元15。
权利要求
1.一种用于机动车辆转向盘(10)的驾驶员告警系统，包括电子马达(17)，连接到所述电子马达(17)轴(18)上的偏心块(16)，和用于响应告警激活信号而为所述电子马达(17)供电的控制电路(20)，其中所述马达(17)在振动周期内被控制在一个操作等级(U1；I1)上，其特征在于，所述马达(17)在所述振动周期的开始和/或结束阶段是根据所述操作等级(U1；I1)和零之间的操作范围被过度和/或不足控制。
2. 根据权利要求1所述的驾驶员告警系统，其特征在于，所述马达(17 ) 根据所述操作等级(Ul; II )被至少20%过度控制。
3. 根据权利要求2所述的驾驶员告警系统，其特征在于，所述马达(17 ) 根据所述操作等级(Ul; II)被至少50%过度控制。
4. 根据权利要求1至3中任何一个权利要求所述的驾驶员告警系统， 其特征在于，所述马达(17)在所述振动周期末端被不足控制为反向电 流等级(13)。
5. 根据权利要求4所述的驾驶员告警系统，其特征在于，所述反向电 流等级(13 )的绝对值在所述振动周期内^皮控制为与所述电流等级(II ) 大约相同。
6. 根据权利要求1至5中任何一个权利要求所述的驾驶员告警系统， 其特征在于，所述操作等级(U1; Il)实际上是持续的。
7. 根据权利要求1至6中任何一个权利要求所述的驾驶员告警系统， 其特征在于，所述控制电路(20)适宜于周期性的中断对所述马达(17) 的供电，以便建立交替的振动周期和非振动周期。
8. 根据权利要求7所述的驾驶员告警系统，其特征在于，所有振动周 期具有大约相同的长度。
9. 根据权利要求7或8所述的驾驶员告警系统，其特征在于，所有非 振动周期具有大约相同的长度。
10. 根据权利要求1至9中任何一个权利要求所述的驾驶员告警系统， 其特征在于，所述振动周期的长度在250ms到5s的范围内。
11. 根据权利要求1至10中任何一个权利要求所述的驾驶员告警系统，其特征在于，所述非振动周期的长度在250ms到Is的范围内。
12. 根据权利要求1前叙部分所述的驾驶员告警系统，其特征在于，所 述控制电路(20)包括用于所述马达(17)的电流维持通路(23)和用 于在所述振动周期末端打开所述电流维持通路(23)的电路(24)。
13. 根据权利要求1至12中任何一个权利要求所述的驾驶员告警系统， 其特征在于，电子马达(17 )是直流马达。
14. 根据权利要求1至13中任何一个权利要求所述的驾驶员告警系统， 其特征在于，所述操作电压等级(Ul)在所述振动周期内可选择在30到 70Hz范围内，以维持所述马达(17 )的旋转频率。
15. 根据权利要求1至14中任何一个权利要求所述的驾驶员告警系统， 其特征在于，所述电子马达(17 )被连接到所述转向盘(10 )的轮辐(14 ) 上。
全文摘要
一种用于机动车辆转向盘(10)的驾驶员告警系统，包括电子马达(17)，连接到所述电子马达(17)轴(18)上的偏心块(16)，和用于响应告警激活信号而为所述电子马达(17)供电的控制电路(20)，其中所述马达(17)在振动周期内被控制在一个操作等级(U1；I1)上。该马达(17)在所述振动周期的开始和/或结束阶段是根据所述操作等级(U1；I1)和零之间的操作范围被过度和/或不足控制。
文档编号G08B23/00GK101407177SQ200810090438
公开日2009年4月15日 申请日期2008年4月14日 优先权日2007年10月10日
发明者帕斯卡·勒马松, 朱利恩·库尔蒂, 菲利普·文森特 申请人:奥托立夫开发公司