CN101954926B

CN101954926B - 用于减小行程终点的声振粗糙度的方法和系统

Info

Publication number: CN101954926B
Application number: CN201010253871.6A
Authority: CN
Inventors: A·J·钱帕格内
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2030-07-08
Also published as: CN101954926A; US7933700B2; US20110010053A1; US7920946B2; DE102010026208A1; US20110010049A1

Abstract

本发明涉及用于减小行程终点的声振粗糙度的方法和系统。提供了一种用于控制转向系统的控制系统。该控制系统包括第一模块，该第一模块基于转向系统的手轮相对于行程终点区域的当前位置估计命令调节值。第二模块基于命令调节值产生马达辅助命令以控制转向系统。

Description

用于减小行程终点的声振粗糙度的方法和系统

技术领域

本公开涉及用于控制转向系统的方法和系统，更特别地涉及用于减小转向系统中行程终点的声振粗糙度(harshness)的方法和系统。

背景技术

对车辆转向系统的主观印象可受在行程终点处的系统行为影响。当向拐角处转向时如果存在刺耳、突然的感觉，那么可能出现负面印象。在一些应用中，由于转向器齿条行程终点硬件而引起的金属与金属的撞击声导致听觉和触觉上的不适。

在本申请中，对于行程终点的感觉主要受齿条和小齿轮行程停止时的柔顺性影响。如果在行程终点发现主观印象不令人满意，那么费用和/或时机可能不允许找到借助于对齿条和小齿轮行程停止的改变的解决方案。

发明内容

因此，提供了一种用于转向系统的控制系统。该控制系统包括第一模块，该第一模块基于转向系统的手轮相对于行程终点区域的当前位置估计命令调节值。第二模块基于命令调节值产生马达辅助命令以控制转向系统。

本发明还提供如下的解决方案：

方案1：一种用于控制转向系统的控制系统，所述控制系统包括：

第一模块，其基所述转向系统的手轮相对于行程终点区域的当前位置估计命令调节值；和

第二模块，其基于所述命令调节值产生马达辅助命令以控制所述转向系统。

方案2：方案1的控制系统，其中，所述命令调节值是增益值。

方案3：方案2的控制系统，其中，所述第二模块将马达扭矩乘以所述增益值以产生所述马达辅助命令。

方案4：方案2的控制系统，其中，所述第一模块基于手轮状态、手轮角度和手轮范围中的至少一个估计所述增益值。

方案5：方案4的控制系统，还包括第三模块，所述第三模块将所述手轮状态确定为下列中的至少一个：进入行程终点区域、退出所述行程终点区域、在所述行程终点区域内操作以及在所述行程终点区域外部操作。

方案6：方案4的控制系统，还包括第四模块，所述第四模块基于当前手轮位置、所述手轮范围和变速器挡位中的至少一个确定所述手轮角度。

方案7：方案4的控制系统，还包括第五模块，所述第五模块基于当前手轮位置和变速器挡位中的至少一个确定所述手轮范围。

方案8：方案1的控制系统，其中，所述命令调节值是阻尼值。

方案9：方案8的控制系统，其中，所述第一模块基于下列中的至少一个估计所述阻尼值：所述当前手轮位置、所述当前手轮位置的符号、马达速度和手轮扭矩。

方案10：方案8的控制系统，其中，所述第二模块从马达扭矩减去所述阻尼值以产生所述马达辅助命令。

方案11：一种控制转向系统的方法，所述方法包括：

基于所述转向系统的手轮相对于行程终点区域的当前位置估计命令调节值；并且

基于所述命令调节值产生马达辅助命令以控制所述转向系统。

方案12：方案11的方法，其中，估计所述命令调节值还包括估计增益值作为所述命令调节值。

方案13：方案12的方法，还包括使马达扭矩乘以所述增益值，其中，产生所述马达辅助命令基于相乘的结果。

方案14：方案12的方法，其中，估计所述增益值基于手轮状态、手轮角度和手轮范围中的至少一个。

方案15：方案14的方法，还包括将所述手轮状态确定为下列中的至少一个：进入行程终点区域、退出所述行程终点区域、在所述行程终点区域内操作以及在所述行程终点区域外部操作。

方案16：方案14的方法，还包括基于当前手轮位置、所述手轮位置范围和变速器挡位中的至少一个确定所述手轮角度。

方案17：方案14的方法，还包括基于当前手轮位置和变速器挡位中的至少一个确定所述手轮范围。

方案18：方案11的方法，其中，估计所述命令调节值进一步包括估计阻尼值作为所述命令调节值。

方案19：方案18的方法，其中，估计所述阻尼值基于下列中的至少一个：所述当前手轮位置、所述当前手轮位置的符号、马达速度和手轮扭矩。

方案20：方案18的方法，还包括从马达扭矩减去所述阻尼值，其中，产生所述马达辅助命令基于上述相减的结果。

这些和其它优点和特征通过下面的描述并结合附图将变得明显。

附图说明

本发明的前面的和其它的特征和优点通过下面的详细描述并结合附图变得明显，附图中：

图1是功能性方框图，示出包括了按照本发明的转向控制系统的车辆；

图2A-2C是曲线图，示出了按照本发明的转向控制系统的增益值；

图3是数据流程图，示出了按照本发明的转向控制系统；

图4是流程图，示出了按照本发明的转向控制方法；

图5是流程图，示出了按照本发明的增益确定方法；

图6是流程图，示出了按照本发明的阻尼确定方法。

具体实施方式

下面的描述未试图限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。

下面参照图1，在其中将参照特定的实施例对本发明进行描述，本发明并不限制于该实施例，图示了包括转向系统12的车辆10。在多个实施例中，转向系统12包括被联接至转向轴16的手轮14。在一个实施例中，转向系统12是电动力转向(EPS)系统，其还包括被联接至转向系统12的转向轴16和车辆10的拉杆20、22的转向辅助单元18。转向辅助单元18例如包括可以通过转向轴16被联接至转向驱动马达和传动装置的齿条和小齿轮转向机构(未示出)。在操作过程中，当手轮14由车辆操作者转动时，转向辅助单元18的马达提供助力以使拉杆20、22移动，拉杆20、22转而分别使转向节24、26移动，转向节24、26分别被联接至车辆10的路面车轮28、30。

如图1中所示，车辆10还包括多个检测和测量转向系统12和/或车辆10的可观察情况的传感器31、32、33。传感器31、32、33基于可观察的情况产生传感器信号。在一个实例中，传感器31是感测被车辆10的操作者施加至手轮14的扭矩的扭矩传感器。扭矩传感器基于该扭矩产生驾驶员扭矩信号。在另一个实例中，传感器32是感测转向辅助单元的马达旋转速度的马达速度传感器。传感器32基于该马达旋转速度产生马达速度信号。在又一个实例中，传感器33是感测手轮位置的手轮位置传感器。传感器33基于手轮位置产生手轮位置信号。

控制模块40基于这些传感器信号中的一个或多个并且还基于本公开的转向控制系统和方法来控制转向系统12的操作。通常来讲，本公开的转向控制系统和方法向转向辅助单元18的马达产生最终辅助命令，以控制行程终点的声振粗糙度。在不同的实施例中，转向控制系统和方法向最终辅助命令应用命令调节值(例如增益和/或阻尼)，以减小行程终点的声振粗糙度。

在多个实施例中，增益的应用根据转向系统12(图1)是进入行程终点区域、退出行程终点区域和/或在行程终点区域内操作而变化。例如，如图2A中所示，当最初进入行程终点区域时，基于第一增益曲线，增益根据手轮位置减小到0。第一增益曲线由预定值Angle1和RangeIn定义。如图2B中所示，当在行程终点区域内操作时，增益保持为0。但是，第二增益曲线被定义成为退出行程终点区域作准备。第二增益曲线由值Angle1new和预定值RangeOut定义。如图2C中所示，当退出行程终点区域时，Angle1new的值被连续地更新以调节增益曲线。

下面参照图3，数据流程图示出了图1的控制模块40的实施例，该控制模块40被用于控制图1的转向系统12。在多个实施例中，控制模块40可以包括一个或多个子模块和数据存储器。这里使用的术语模块和子模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其它适当的部件。可以理解的是，图2中示出的子模块可以被组合和/或进一步被分割以相似地向转向系统12(图1)产生最终辅助命令82，以减小行程终点的声振粗糙度。向控制模块40的输入可以从车辆10(图1)的传感器31、32、33(图1)产生，可以从车辆10(图1)中的其它控制模块(未示出)接收，可以被模型化和/或可以被预先确定。

在一个实例中，控制模块40包括位置确定模块42、状态确定模块44、角度确定模块46、范围确定模块48、马达速度确定模块50、增益确定模块52、阻尼确定模块54和最终辅助命令确定模块56。

位置确定模块42接收手轮角度信号58作为输入。位置确定模块42调整手轮角度信号58并产生手轮位置60。位置确定模块42利用低通滤波器调整手轮角度信号58。在多个实施例中，低通滤波器的转角频率可以被预先定义。在多个实施例中，位置确定模块42在应用低通滤波器之前确定手轮角度信号58的绝对值。可以理解的是，在替代性实施例中，绝对值可以在向手轮角度信号58应用低通滤波器之后通过位置确定模块42确定。此外，位置确定模块42确定手轮角度信号58的手轮位置符号61以指示方向。

马达速度确定模块50接收马达速度信号62和符号61作为输入。马达速度确定模块50相似地调整马达速度信号62以产生马达速度64。例如，马达速度确定模块50利用低通滤波器调整马达速度信号62。符号61可以被用于使马达速度64倒转以用于负角度。

状态确定模块44接收手轮位置60、手轮符号61和马达速度64作为输入。基于上述输入，状态确定模块44基于转向系统12(图1)是进入行程终点区域、保持在该区域中还是退出该区域来确定手轮状态66。表1总结了每个状态66的条件。

表1

如表1中所示，状态“2”与进入行程终点区域的状态相对应。为了处于该状态，手轮位置60超过预定阈值Angle1并且马达速度64大于预定的阈值VelTrans的正数。状态“3”与保持在区域中的状态相对应。为了处于该状态，手轮位置60超过预定阈值Angle1，并且马达速度64大于预定的阈值VelTrans的负数且小于预定的阈值VelTrans的正数。

状态“4”与退出该区域的状态相对应。为了处于退出该区域的状态，手轮位置60超过预定阈值Angle1并且马达速度64小于预定的阈值VelTrans的负数。状态“1”与在区域外的状态(正常状态)相对应。为了处于在区域外的状态，手轮位置60小于预定阈值Angle1。

范围确定模块48接收手轮位置60和变速器挡位68作为输入。在多个实施例中，可以从传动系控制模块接收变速器挡位68，且变速器挡位68可以指示车辆变速器的当前挡位，例如，前进挡位(例如，一挡，二挡，三挡等)和倒车挡位。范围确定模块48确定手轮范围值70，以当进入或退出行程终点区域时应用。例如，范围确定模块48确定范围70是否应当被设置为预定值RangeIn或RangeOut。表2总结了用于确定范围70的示例性条件。

表2

如表2中所示，当手轮位置60小于预定阈值Angle1时，范围70被设置为预定值RangeIn。当手轮位置60超过预定阈值Angle1+RangeIn时，范围70被设置为预定值RangeOut，并保持该值直到手轮位置再次小于预定阈值Angle1。在多个实施例中，范围确定模块48可以使用变速器挡位68确定范围70应当何时发生改变。例如，当变速器在倒车挡位操作时，发生在RangeIn和RangeOut之间的范围70的变化。当变速器在前进挡位操作时，范围70保持固定为RangeIn。

角度确定模块46接收手轮位置60、范围70和变速器挡位68作为输入。角度确定模块46确定手轮角度72，在该角度处增益开始从1减小到O。在多个实施例中，角度72随着手轮位置60旋转到转角而增加。表3总结了用于确定角度72的更新的示例性条件。

表3

如表3中所示，当手轮位置60小于预定阈值Angle1时，角度72被重新设置为预定阈值Angle1。当手轮位置60超过角度72加上范围70再加上预定的delta时，角度72被更新为当前手轮位置60减去范围70(例如，指示O增益区域)。在多个实施例中，当手轮位置60小于角度72减去预定的delta，并且角度72大于预定阈值Angle1加上RangeIn减去RangeOut时，角度72被更新为手轮位置60(例如，指示单位增益区域)。

在多个实施例中，角度确定模块46可以使用变速器挡位68以确定角度72应当何时发生改变。例如，当变速器在倒车挡位操作时，角度72发生改变。当变速器以前进挡位操作时，角度72保持被设置为预定阈值Angle1。

增益确定模块52接收状态66，手轮位置60，角度72和范围70作为输入。基于上述输入，增益确定模块52确定增益值74。如将参照图3更详细讨论的，当手轮位置60达到第一角度时，增益确定模块52确定增益74等于一；并且当手轮位置60达到第二角度时，增益确定模块52确定增益74等于零。当手轮位置60在第一角度和第二角度之间时，增益74可以从一变到零。第一角度和第二角度基于角度72和范围70确定。在多个实施例中，增益确定模块52还向增益74应用低通滤波器。低通滤波器的截止频率基于状态66确定。

阻尼确定模块54接收马达速度64、手轮位置60、手轮扭矩信号76和手轮符号61作为输入。基于这些输入，阻尼确定模块54确定阻尼值78。如将参照图4更详细讨论的，当手轮位置60位于行程终点区域外部时，阻尼确定模块54确定阻尼值78等于零；并且当手轮位置60位于行程终点区域内时，阻尼确定模块54确定阻尼值78等于非零值。

最终辅助命令确定模块56接收增益74、阻尼78和马达扭矩命令80作为输入。在多个实施例中，马达扭矩命令80可以通过控制模块40中的其它子模块确定。最终辅助命令确定模块56向马达扭矩命令80应用增益74和/或阻尼78，并基于此产生最终辅助命令82。最终辅助命令82可以被用于控制转向辅助单元18(图1)的马达。

在一个实例中，最终辅助命令确定模块56向马达扭矩命令80应用增益74，以在行程终点区域的附近改变马达扭矩命令80的大小。在另一个实例中，最终辅助命令确定模块56从马达扭矩命令80减去阻尼78。可以理解的是，当增益74和阻尼78均被应用至马达扭矩命令80时，可在增益74被应用至马达扭矩命令80之前或之后减去阻尼78。

现在参照图4并继续参照图3，流程图示出了可以通过图1的控制模块40执行的转向控制方法。根据本公开可以理解的是，该方法中的操作顺序并不限于图4中所示的顺序执行，而是按照本公开在可应用的情况下可采用一种或多种变化的顺序执行。

可以理解的是，在车辆10(图1)的操作过程中转向控制方法可被安排为基于预定的事件运行和/或可按照排定的时间间隔运行。

在一个实例中，该方法可以在步骤100开始。预处理步骤在步骤110-140执行。例如，在步骤110，接收手轮角度信号58并且基于其确定手轮位置60。相似地，在步骤120，接收马达速度信号62并且基于其确定马达速度64。在步骤130，基于手轮位置60和马达速度64确定行程终点状态66。在步骤140，基于手轮位置60，在某些情况下还基于变速器挡位68确定行程终点范围70。在步骤150，基于手轮位置60、行程终点范围70，在某些情况下还基于变速器挡位68确定行程终点角度72。

此后，在步骤160，基于手轮位置60、状态66、角度72和范围70确定增益74。如下面将详细讨论的，图5示出了可以通过增益确定模块52执行的确定增益74的实例。另外地或替代性地，在步骤170，基于手轮扭矩76、马达速度64、手轮位置60和手轮符号61确定阻尼78。如下面将详细讨论的，图6示出了可以通过阻尼确定模块54执行的确定阻尼78的实例。

然后，在步骤180，将增益74和/或阻尼78应用至马达扭矩命令80。然后，在步骤190，基于上述马达扭矩命令产生最终辅助命令82，以控制转向辅助单元18(图1)的马达。此后，该方法可以在步骤200结束。

现在参照图5并继续参照图3，流程图示出了可以通过图1的控制模块40执行的增益确定方法。根据本公开可以理解的是，该方法中的操作顺序并不限于图5中所示的顺序执行，而是按照本公开在可应用的情况下可采用一种或多种变化的顺序执行。

在一个实例中，该方法可以在步骤210开始。在步骤220，确定是否需要应用增益74。如果在步骤220不需要增益74或使其不能使用，那么在步骤225将增益74设置为一，并且该方法可以在步骤300结束。

否则，如果在步骤220需要增益74并因而使其能够使用，那么在步骤230和250评估手轮位置60。如果在步骤230手轮位置60小于行程终点角度72(在行程终点区域的外部)，那么在步骤240将增益74设置为一。否则，如果在步骤230手轮位置60大于角度72，并且在步骤250手轮位置60大于角度72加上范围70(在行程终点区域的内部)，那么在步骤260将增益74设置为零。否则，如果在步骤230手轮位置60大于角度72，并且在步骤250手轮位置60小于角度72加上范围70(退出或进入行程终点区域)，那么在步骤270基于该范围内的位置计算增益74。在一个实例中，基于下面的公式计算增益74：

增益＝(角度+范围-手轮位置)/范围

可以理解的是，可使用其它的公式计算增益74。

此后，在步骤280，基于状态66确定滤波器截止。然后，在步骤290，基于滤波器截止确定适当的滤波器并将其应用于增益74。此后，该方法可以在步骤300结束。

现在参照图6并继续参照图3，流程图示出了可以通过图1的控制模块40执行的阻尼确定方法。根据本公开可以理解的是，该方法中的操作顺序并不限于图6中说明的顺序执行，而是按照本公开在可应用的情况下可采用一种或多种变化的顺序执行。

在一个实例中，该方法可以在步骤310开始。在步骤320，确定是否需要应用阻尼78。如果在步骤320不需要阻尼82或使其不能使用，那么在步骤325将阻尼78设置为零，并且该方法可以在步骤420结束。

否则，如果在步骤320需要阻尼78并且因而使其能够使用，那么在步骤330和350评估手轮位置60。如果在步骤330手轮位置60小于预定阈值Angle1(在行程终点区域的外部)，那么在步骤340将阻尼值设置为一。否则，如果在步骤330手轮位置60大于预定阈值Angle1，并且在步骤350手轮位置60大于预定阈值Angle1加上预定值RangIn(在行程终点区域内)，那么在步骤360将阻尼值更新为预定返回阻尼因数。在其它不同的实施例中，步骤360的返回阻尼因数是预定的定标值(scaler value)。在多个其它实施例中，基于手轮位置60确定步骤360处的返回阻尼因数(RetDampFact)，例如采用查找表。否则，如果在步骤330手轮位置60大于预定阈值Angle1，并且在步骤350手轮位置60小于预定阈值Angle1加上预定值RangIn(退出或进入行程终点区域)，那么在步骤370保持该阻尼值。

此后，在步骤380，任选地基于手轮位置60确定位置相关阻尼值，例如采用查找表。在步骤390，任选地基于手轮扭矩76确定扭矩相关阻尼值，例如在步骤390采用查找表。然后，在步骤400，通过基于阻尼值、位置相关阻尼值和/或扭矩相关阻尼值改变马达速度64的大小来计算阻尼78。在一个实例中，阻尼78被计算为马达速度64、阻尼值、位置相关阻尼值和扭矩相关阻尼值的乘积。然后，在步骤410，限制所计算的阻尼78，并且该方法可在步骤420结束。

在多个替代性实施例中(图6中未示出)，在步骤330和350，对手轮位置60的评估可被对状态66的评估代替。例如，当状态66指示退出区域或在区域外部时，阻尼值被设置为返回阻尼因数。否则，当状态66指示进入区域或保持在区域中时，阻尼值被设置为一。

虽然本发明仅结合有限数量的实施例进行了详细描述，但是应当容易地理解的是，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改以结合此前未描述的任意数量的变化、改变、替代或等价的装置，但是其与本发明的精神和范围相当。此外，虽然本发明的多个实施例被描述，但是应当理解的是，本发明的多个方面可以仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不应被看作受前面描述的限制。

Claims

1.一种用于控制转向系统的控制系统，所述控制系统包括：

第一模块，其基于所述转向系统的手轮相对于行程终点区域的当前位置估计命令调节值；和

2.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述命令调节值是增益值。

3.如权利要求2所述的控制系统，其中，所述第二模块将马达扭矩乘以所述增益值以产生所述马达辅助命令。

4.如权利要求2所述的控制系统，其中，所述第一模块基于手轮状态、手轮角度和手轮范围中的至少一个估计所述增益值。

5.如权利要求4所述的控制系统，还包括第三模块，所述第三模块将所述手轮状态确定为下列中的至少一个：进入行程终点区域、退出所述行程终点区域、在所述行程终点区域内操作以及在所述行程终点区域外部操作。

6.如权利要求4所述的控制系统，还包括第四模块，所述第四模块基于当前手轮位置、所述手轮范围和变速器挡位中的至少一个确定所述手轮角度。

7.如权利要求4所述的控制系统，还包括第五模块，所述第五模块基于当前手轮位置和变速器挡位中的至少一个确定所述手轮范围。

8.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述命令调节值是阻尼值。

9.如权利要求8所述的控制系统，其中，所述第一模块基于下列中的至少一个估计所述阻尼值：所述手轮的当前位置、所述手轮的当前位置的符号、马达速度和手轮扭矩。

10.如权利要求8所述的控制系统，其中，所述第二模块从马达扭矩减去所述阻尼值以产生所述马达辅助命令。

11.一种控制转向系统的方法，所述方法包括：

12.如权利要求11所述的方法，其中，估计所述命令调节值还包括估计增益值作为所述命令调节值。

13.如权利要求12所述的方法，还包括使马达扭矩乘以所述增益值，其中，产生所述马达辅助命令基于相乘的结果。

14.如权利要求12所述的方法，其中，估计所述增益值基于手轮状态、手轮角度和手轮范围中的至少一个。

15.如权利要求14所述的方法，还包括将所述手轮状态确定为下列中的至少一个：进入行程终点区域、退出所述行程终点区域、在所述行程终点区域内操作以及在所述行程终点区域外部操作。

16.如权利要求14所述的方法，还包括基于当前手轮位置、所述手轮范围和变速器挡位中的至少一个确定所述手轮角度。

17.如权利要求14所述的方法，还包括基于当前手轮位置和变速器挡位中的至少一个确定所述手轮范围。

18.如权利要求11所述的方法，其中，估计所述命令调节值进一步包括估计阻尼值作为所述命令调节值。

19.如权利要求18所述的方法，其中，估计所述阻尼值基于下列中的至少一个：所述手轮的当前位置、所述手轮的当前位置的符号、马达速度和手轮扭矩。

20.如权利要求18所述的方法，还包括从马达扭矩减去所述阻尼值，其中，产生所述马达辅助命令基于上述相减的结果。