CN102019957B

CN102019957B - 基于稳定性的转向控制方法和系统

Info

Publication number: CN102019957B
Application number: CN2010105402385A
Authority: CN
Inventors: A·P·奈克; M·K·黑尔斯
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2030-08-26
Also published as: CN102019957A; PL2289767T3; EP2289767A3; EP2289767B1; EP2289767A2; US8473158B2; US20110054737A1

Abstract

提供一种用于控制转向系统以维持该转向系统稳定性的控制系统。该控制系统包括操作状态模块，该操作状态模块基于转向系统的操作状态估计至少一个操作增益。融合模块，该融合模块基于至少一个操作增益估计融合值。转向辅助模块，该转向辅助模块基于融合值生成转向辅助命令。

Description

基于稳定性的转向控制方法和系统

技术领域

本发明涉及转向控制方法和系统，尤其是涉及基于转向系统稳定性的转向控制方法和系统。

背景技术

电动助力转向(EPS)系统使用电动机、联接机构和电子控制模块，以当车辆转向时辅助驾驶员。这种系统的主要目的之一是能够为高转向载荷的车辆转向提供高级别的辅助。在该状态期间，检测到的驾驶员扭矩等级越高，EPS系统提供的增益/辅助值越大。使用补偿方案以在该操作状态期间维持系统的稳定性。

尽管补偿滤波器增强了系统的稳定性，但是它也会降低转向感觉，尤其是在中间位置驾驶期间。改进中间位置转向感觉的工作中，调节工程师可以使用基于车速的补偿器融合(VDCB)函数以降低补偿滤波器在较高车速处的影响。

然而，上面的方法在转向辅助增益的级别之间没有差别。该局限性常常需要调节工程师在中间位置转向感觉和系统稳定性之间做出折衷。如果没有被最优化调节，那么该方法会使得系统在某些操作状态处不稳定。

发明内容

因此，提供一种用于控制转向系统以维持该转向系统稳定性的控制系统。该控制系统包括操作状态模块，该操作状态模块基于转向系统的操作状态估计至少一个操作增益。融合模块基于至少一个操作增益估计融合值。转向辅助模块基于融合值生成转向辅助命令。结合附图，这些优点和特征以及其它优点和特征通过下面的描述将变得更加明显。

本发明进一步包括下面的技术解决方案。

解决方案1、一种用于控制转向系统以维持该转向系统稳定性的控制系统，包括：

操作状态模块，该操作状态模块基于转向系统的操作状态估计至少一个操作增益；和

融合模块，该融合模块基于所述至少一个操作增益估计融合值；和

转向辅助模块，该转向辅助模块基于所述融合值生成转向辅助命令。

解决方案2、根据解决方案1的控制系统，其中所述至少一个操作状态基于驾驶员作用在转向系统上的扭矩。

解决方案3、根据解决方案1的控制系统，其中所述操作状态模块进一步基于包括所述转向系统的车辆的至少一个操作状态来估计所述至少一个操作增益。

解决方案4、根据解决方案3的控制系统，其中所述至少一个操作状态基于车速。

解决方案5、根据解决方案1的控制系统，其中所述操作状态模块基于所述至少一个操作状态估计高频操作增益和低频操作增益。

解决方案6、根据解决方案1的控制系统，其中所述融合模块基于增益裕量和相位裕量中的至少一个的反函数估计所述融合值。

解决方案7、根据解决方案1的控制系统，其中所述融合模块基于多项式的系数估计所述融合值。

解决方案8、根据解决方案1的控制系统，其中所述融合模块基于依赖相位裕量的补偿器融合值和依赖增益裕量的补偿器融合值中的最大值来估计所述融合值。

解决方案9、根据解决方案1的控制系统，其中所述至少一个操作状态是基于转向系统的马达速度的。

解决方案10、根据解决方案1的控制系统，其中所述至少一个操作状态是基于转向系统上的方向盘速度的。

解决方案11、一种控制转向系统以维持该转向系统稳定性的方法，包括：

基于所述转向系统的至少一个操作状态估计至少一个操作增益；

基于所述至少一个操作增益估计融合值；和

基于所述融合值生成转向辅助命令。

解决方案12、根据解决方案11的方法，其中所述操作状态基于驾驶员作用在转向系统上的扭矩。

解决方案13、根据解决方案11的方法，其中估计所述至少一个操作增益进一步基于包括所述转向系统的车辆的至少一个操作状态。

解决方案14、根据解决方案13的方法，其中所述至少一个操作状态是基于车速的。

解决方案15、根据解决方案11的方法，其中估计至少一个操作增益进一步包括基于所述至少一个操作状态估计高频操作增益和低频操作增益。

解决方案16、根据解决方案11的方法，其中估计所述融合值基于增益裕量和相位裕量中的至少一个的反函数。

解决方案17、根据解决方案11的方法，其中估计所述融合值基于多项式的系数。

解决方案18、根据解决方案11的方法，其中估计所述融合值基于依赖相位裕量的补偿器融合值和依赖增益裕量的补偿器融合值中的最大值。

解决方案19、根据解决方案11的方法，其中所述至少一个操作状态是基于所述转向系统的马达速度的。

解决方案20、根据解决方案11的方法，其中所述至少一个操作状态是基于所述转向系统上的方向盘速度的。

附图说明

本发明的主旨在说明书结尾处的权利要求中特别指出且作了明确要求。结合附图，本发明的前述以及其它特征和优点通过下面的详细描述而将显而易见，其中：

图1是根据示范性实施例表示包括转向控制系统的车辆的功能性框图；

图2是根据示范性实施例表示转向控制系统的数据流图；

图3是根据示范性实施例表示图2的转向控制系统的基于稳定性的补偿器融合系统的数据流图；

图4是根据示范性实施例表示转向控制方法的流程图；

图5是根据示范性实施例表示基于稳定性的补偿器融合方法的流程图；和

图6是根据示范性实施例表示系数确定方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述实质上仅仅是示范性的并且不意于限制本发明、应用或用途。应该理解的是，整个附图中相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。

接下来参考图1，其中本发明将参考具体实施例而被描述，但并不限于该具体实施例，其示出了包括转向系统12的车辆10的示范性实施例。在各种实施例中，转向系统12都包括联接到转向轴16上的方向盘14。在一个示范性实施例中，转向系统12是电动助力转向(EPS)系统，该系统进一步包括联接到转向系统12的转向轴16上并且联接到车辆10的横拉杆20、22上的转向辅助单元18。转向辅助单元18包括，例如，齿轮齿条式转向机构(未图示)，该齿轮齿条式转向机构通过转向轴16联接到转向致动马达和传动装置上。在操作期间，当车辆操作者转动方向盘14时，转向辅助单元18的马达提供辅助以移动横拉杆20、22，该横拉杆又分别移动分别联接到车辆10的车轮28、30上的转向节24、26。

如图1中所示，车辆10进一步包括各种传感器31、32，该传感器31、32探测和测量转向系统12和/或车辆10的可观测状态。传感器31、32基于可观测状态生成传感器信号。在一个实例中，传感器31是扭矩传感器，该扭矩传感器检测由车辆10的操作者施加到方向盘14上的扭矩。扭矩传感器基于该检测到的扭矩而生成驾驶员扭矩信号。在另一个实例中，传感器32是车速传感器，该车速传感器检测车轮30的旋转速度。传感器32基于该检测到的车轮30的旋转速度而生成车速信号。然后基于车速信号可以确定车速。

控制模块40基于传感器信号中的一个或多个以及进一步基于本发明的转向控制系统和方法来控制转向系统12的操作。总而言之，本发明的转向控制系统和方法对转向辅助单元18的马达生成最终辅助命令，以控制提供给转向系统12的辅助量。转向控制系统和方法基于转向系统12的整体稳定性和/或车辆10的速度生成最终辅助命令。

接下来参考图2，数据流图示出图1的控制模块40的示范性实施例，该控制模块用于控制图1的转向系统12。在各种实施例中，控制模块40可以包括一个或多个子模块和数据存储区。如在本文中所使用的术语模块和子模块是指专用集成电路(ASIC)，电子电路、处理器(共享，专用或成组的)和存储器，其执行一个或多个软件或固件程序、组合逻辑电路和/或其它提供所述功能的组件。可以理解的是，图2中所示的子模块可以被组合和/或进一步分割，以基于转向系统12(图1)的稳定性相似地生成最终辅助命令42。控制模块40的输入可以由车辆10(图1)的传感器31、32(图1)来生成，可以从车辆10(图1)中的其它控制模块(未图示)接收到，可以被模型化和/或可以被预先限定。

在图2的实例中，控制模块40包括电动助力转向(EPS)基础算法模块49、补偿模块50、操作状态模块52、基于稳定性的融合模块54、车速融合模块56和应用融合模块58。所述EPS基础算法模块49接收作为输入的驾驶员扭矩60、马达速度67和/或车速64。EPS基础算法模块基于这些输入、一个或多个EPS基础算法和存储在调节数据存储区63中的一个或多个EPS调节值来生成辅助命令61。补偿模块50接收作为输入的辅助命令61。补偿模块50通过将补偿滤波器应用到辅助命令61来估计补偿的辅助值62。在一个实例中，补偿滤波器是单位增益二阶补偿滤波器。

车速融合模块56接收作为输入的车速64。车速融合模块56基于车速64确定车速补偿器融合值(VDCB)66。在各种实施例中，车速融合模块56基于速度融合查询表确定VDCB 66，该速度融合查询表被定义为车速64的函数。然后可以使用插值函数从速度融合查询表来确定相对于当前车速64的VDCB 66。

操作状态模块52接收作为输入的指示转向系统12(图1)和/或车辆10(图1)的操作状态的一个或多个输入值。在一个实例中，操作状态模块接收作为输入的驾驶员扭矩60、车速64和/或马达速度67或方向盘速度。基于这些输入，操作状态模块52估计一个或多个操作增益。操作增益指示车辆或转向系统的操作状态。在一个实例中，操作状态模块52估计低频(LF)操作增益68和高频(HF)操作增益70。可以理解的是，操作状态模块52可以基于车辆10(图1)和/或转向系统12(图1)的操作状态估计多个操作增益。在操作期间可以计算操作增益或者可以由存储在调节数据存储区63中的预先限定的增益查询表来确定操作增益。

基于稳定性的融合模块54接收作为输入的操作增益68、70。基于稳定性的融合模块54基于操作增益68、70估计基于稳定性补偿器融合值(SBCB)72。如相对于图3将更详细讨论的，基于稳定性的融合模块54通过利用表示在补偿器融合和增益裕量与补偿器融合和相位裕量之间的关系的n阶多项式来估计SBCB 72。增益裕量和相位裕量表示系统的相对稳定性。

应用融合模块58接收作为输入的补偿的辅助值62、辅助命令61、VDCB 66和SBCB 72。基于这些输入，应用融合模块58对转向系统12(图1)生成最终辅助命令42。在各种实施例中，应用融合模块58都将SBCB 72和VDCB 66中的至少一个应用到补偿的辅助值62。例如，应用融合模块58决定在SBCB 72和VCBC 66融合之间的补偿器融合值的最终分配，以使得在高速度高扭矩状态期间和在低速度低扭矩状态期间达到系统的稳定性和转向感觉之间的平衡。

在一个实例中，应用融合模块58将SBCB 72和VCBC的最大值分配给最终融合值。然后使用最终融合值来调整补偿的辅助值62。例如，基于下面的等式可以确定最终辅助命令42：

最终辅助值＝(补偿的辅助值*最终融合值)+(辅助命令值)*(100％-最终融合值)

接下来参考图3，数据流图表示图2的生成SBCB 72的基于稳定性的融合模块54的示范性实施例。在各种实施例中，基于稳定性的融合模块54可以包括一个或多个子模块和数据存储区。可以理解的是，在图3中所示的子模块可以被组合和/或进一步分割，以相似地生成SBCB 72。基于稳定性的融合模块54的输入可以由车辆10(图1)的传感器31、32(图1)来生成，可以从车辆10(图1)中的其它控制模块(未图示)接收，可以被模型化和/或可以被预先限定。

在图3的实例中，基于稳定性的融合模块54包括增益裕量模块78、相位裕量模块78、基于稳定性的补偿融合(SBCB)评估模块80和目标裕量数据存储区81。增益裕量模块76接收作为输入的由操作状态模块52(图2)生成的操作增益68、70。基于操作增益68、70，增益裕量模块76估计一个或多个增益裕量系数82。在各种实施例中，从由各个操作增益68、70限定的一个或多个增益裕量系数查询表中获得增益裕量系数82。例如，可以使用插值函数来确定相对于由操作增益68、70所指示的操作状态的各自系数。如相对于图6将更详细讨论的，在各种实施例中，可以基于从系统稳定性的反函数中所获得的系数来填充增益裕量系数查询表中的值。在各种其它的实施例中，增益裕量系数82基于反函数而被实时计算和使用。

相位裕量模块78接收作为输入的由操作状态模块52(图2)生成的操作增益68、70。基于操作增益68、70，相位裕量模块78估计一个或多个相位裕量系数84。在各种实施例中，从由各个操作增益68、70所限定的一个或多个相位裕量系数查询表获得相位裕量系数84。例如，可以使用插值函数来确定相对于由操作增益68、70所指示的操作状态的各自系数。如相对于图6将更详细讨论的，在各种实施例中，可以基于从系统稳定性的反函数中所获得的系数来填充相位裕量系数查询表中的值。在各种其它的实施例中，相位裕量系数84基于反函数而被实时计算和使用。

SBCB评估模块80接收作为输入的增益裕量系数82、相位裕量系数84、目标增益裕量86和目标相位裕量88。在各种实施例中，目标增益裕量86和目标相位裕量88是存储在目标裕量数据存储区81中的预先限定的值。目标相位裕量88和目标增益裕量86可以被预先限定为期望的系统稳定性的相对测量值。

SBCB评估模块80算出在目标增益裕量86处的具有n+1个增益裕量系数的相应的n阶多项式等式。相似地，SBCB评估模块80算出在目标相位裕量88处的具有n+1个相位裕量系数84的n阶多项式等式。然后SBCB评估模块80将增益裕量评估和相位裕量评估的结果的最大值分配为SBCB 72。

接下来参考图4并且继续参考图2，流程图表示可以由图2的控制模块40来执行的转向控制方法。根据本发明可以理解的是，在本方法中的操作顺序并不限于图4中所示出的顺序执行，而是可以适用地并且根据本发明以一个或多个变化的顺序来执行。

可以理解的是，转向控制方法可以基于预先确定的事件来确定运行进程和/或可以在转向系统12(图1)的操作期间在预定的间隔处运行。

在一个实例中，本方法可以在100处开始。在110处接收驾驶员扭矩60。在120处，基于驾驶员扭矩60，如上所述地确定辅助命令61，并且如上所述地基于所确定的辅助命令61来确定补偿的辅助值62。在130处接收车速64。在140处，基于车速64如上所述地确定VDCB 66。

在150处，基于例如驾驶员扭矩60和车速64如上所述地确定操作增益68、70。在160处，基于操作增益68、70，如上所述地确定SBCB 72。在170处将最终融合值分配为VDCB 66和SBCB 72的最大值。然后，在180处如上所述地将最终融合值应用到补偿的辅助值62。在190处，基于补偿的辅助值62生成最终辅助命令。此后，可以在200处结束本方法。

接下来参考图5并且继续参考图2和图3，流程图表示可以由图2的控制模块40所执行的补偿器融合方法。根据本发明可以理解的是，在本方法中的操作顺序并不限于图5中所示出的顺序执行，而是可以适用地并且根据本公开以一个或多个变化的顺序来执行。

在一个实例中，本方法可以在210处开始。在220处，基于操作增益68、70如上所述地确定增益裕量系数82。在230处，基于操作增益68、70如上所述地确定相位裕量系数84。在240处，用增益裕量系数82和目标增益裕量来算出相应的n阶多项式。在250处，用相位裕量系数84和目标相位裕量来算出相应的n阶多项式。在260处，确定在240和250处的评估结果的最大值并且将该最大值分配给SBCB 72。此后，可以在270处结束本方法。

接下来参考图6，流程图表示系数确定方法。可以理解的是，系数确定方法可以是完全离线地填充系数查询表，和/或可以通过图2的控制模块40部分离线地且部分实时地来执行。根据本发明还可以理解的是，在本方法中的操作顺序并不限于图6中所示出的顺序执行，而是可以适用地并且根据本发明以一个或多个变化的顺序来执行。

在一个实例中，本方法可以在300处开始。在310处表征车辆10(图1)和/或转向系统12(图1)的操作状态。对于各个补偿器融合值(即，从0％到100％的范围)生成作为操作状态的函数的系统稳定性的映射。然后在320处映射被求逆以在330处求出补偿器融合值。然后在340处将映射中的系数存储为相应的相位裕量系数和增益裕量系数。此后，可以在350处结束本方法。

尽管已经仅仅结合有限量的实施例详细描述了本发明，但是应当理解的是，本发明并不限于这些已公开的实施例。相反，本发明可以被修改以包含许多不同于此前所描述的变形、替换、替代或等价形式，而这些都被认为与本发明的精神和范围是相当的。此外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但是可以理解的是，本发明的方面可以仅仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不被认为受到了前述描述的限制。

Claims

1.一种用于控制转向系统以维持该转向系统稳定性的控制系统，包括：

2.根据权利要求1的控制系统，其中所述至少一个操作状态基于驾驶员作用在转向系统上的扭矩。

3.根据权利要求1的控制系统，其中所述操作状态模块进一步基于包括所述转向系统的车辆的至少一个操作状态来估计所述至少一个操作增益。

4.根据权利要求3的控制系统，其中所述至少一个操作状态基于车速。

5.根据权利要求1的控制系统，其中所述操作状态模块基于所述至少一个操作状态估计高频操作增益和低频操作增益。

6.根据权利要求1的控制系统，其中所述融合模块基于增益裕量和相位裕量中的至少一个的反函数估计所述融合值。

7.根据权利要求1的控制系统，其中所述融合模块基于多项式的系数估计所述融合值。

8.根据权利要求1的控制系统，其中所述融合模块基于依赖相位裕量的补偿器融合值和依赖增益裕量的补偿器融合值中的最大值来估计所述融合值。

9.根据权利要求1的控制系统，其中所述至少一个操作状态是基于转向系统的马达速度的。

10.根据权利要求1的控制系统，其中所述至少一个操作状态是基于转向系统上的方向盘速度的。

11.一种控制转向系统以维持该转向系统稳定性的方法，包括：

基于所述至少一个操作增益估计融合值；和

基于所述融合值生成转向辅助命令。

12.根据权利要求11的方法，其中所述操作状态基于驾驶员作用在转向系统上的扭矩。

13.根据权利要求11的方法，其中估计所述至少一个操作增益进一步基于包括所述转向系统的车辆的至少一个操作状态。

14.根据权利要求13的方法，其中所述至少一个操作状态是基于车速的。

15.根据权利要求11的方法，其中估计至少一个操作增益进一步包括基于所述至少一个操作状态估计高频操作增益和低频操作增益。

16.根据权利要求11的方法，其中估计所述融合值基于增益裕量和相位裕量中的至少一个的反函数。

17.根据权利要求11的方法，其中估计所述融合值基于多项式的系数。

18.根据权利要求11的方法，其中估计所述融合值基于依赖相位裕量的补偿器融合值和依赖增益裕量的补偿器融合值中的最大值。

19.根据权利要求11的方法，其中所述至少一个操作状态是基于所述转向系统的马达速度的。

20.根据权利要求11的方法，其中所述至少一个操作状态是基于所述转向系统上的方向盘速度的。