CN102295022B - 用于机电控制系统的生成器 - Google Patents

Abstract

一种用于机电控制系统(1)的生成器，其用于为控制系统(1)提供设定值和/或设定状态(5)，其中该生成器(3)包含机电系统(2)或机电系统一部分的前馈模型。

Description

用于机电控制系统的生成器

技术领域

本发明总体上涉及机电控制控制系统，更具体地，涉及用于车辆转向总成控制系统的生成器。

背景技术

现有的电子助力转向(EPAS)系统通常由所谓的增压曲线控制器(boost curvecontroller)控制。增压曲线控制器是特征曲线控制器。增压曲线界定了测得的驾驶员/传感器扭矩(下面称为TBar扭矩＝扭力杆扭矩)和对EPAS电机的扭矩需求量之间的关系。这个方案的主要优点是测试工程师能很容易地调试这种特征曲线，因为调试可以用自然语言描述。这种控制器可以在车辆内直接调试。这个方案的缺点是这种类型的控制器不能考虑转向系统的动态。控制器本身是静态的，没有反映任何动态并且因此不能动态地做出反应。

EP 1 431 160 A1号专利文献公开了在EPAS系统中使用全动态控制器的方法。利用经典的控制手段，例如杆和零点的适当设定或用于闭合控制回路的反向系统模型，来调试这种类型的EPAS控制器。

发明内容

本发明的目的是提高机电系统的控制。

根据本发明，这个目的通过以下技术方案实现。

一方面，本发明提供一种用于机电控制系统的生成器，其用于为控制系统提供设定值和/或设定状态。该生成器包含机电系统或机电系统一部分的前馈模型(forwardmodel)。处于所需的状态和/或所需的性能的所需的机电系统的前馈模型被用作控制系统的设定值和/或设定状态生成器。可以给予现实世界系统很宽范围的模型化系统的性质，例如所需的摩擦、有效回位和有效阻尼性能。这为系统提供了易于用自然语言调试的能力。这个方案的一个主要优点是系统的性质可以在很宽的范围内变化。这提供了使系统适应于与其设计性能和使用现有的控制方法能达到的性能完全不同的性能的机会。

机电控制系统可以是诸如轿车或卡车的车辆的转向总成控制系统。车辆的转向总成控制系统提供了范围很宽的与生成器性能相匹配的可能的改装，例如，可以为便宜的摩擦转向盘柱提供昂贵的齿条和循环球螺杆螺母EPAS的转向感受。

生成器可以具有机电系统或机电系统一部分的结构化图像。根据定义，生成器是诸如转向系统的机电系统的结构化图像。结构化图像可以或多或少是直接图像或所需的结构的图像。

生成器可以具有多于一个的用于不同系统状况的结构化图像。不同的结构化图像可以保存于存储器中并且当需要时能载入或一个结构化图像能适应这种状况。生成器也可以利用多于一个的并行的结构化图像。在转向系统的情况，可以使结构化图像适应不同的驾驶状况，例如停车、动态操纵、车辆加速。然后根据驾驶状况给予前馈模型结构化图像和控制参数。

结构化图像可以具有位置元件、连接件模拟元件、传感器模型元件、刚性阻尼元件、摩擦元件、惯性元件、阻尼刚性元件和虚拟道路元件。结构化图像模型化为就像驾驶员在例如具有特定惯性、刚性、阻尼、信号传导和/或道路/转向感觉反应的特定驾驶状况下原本所需要的一样。通常这些需求能以自然语言描述。例如“这个转向需要较少的摩擦”或“这个转向应该具有更多的有效回位”或“我们想要更多的道路反馈”。这些值然后在结构化图像中校正(例如“将库仑摩擦降低1牛米”)并且现实世界系统性能由此被调试为结构化图像性能。当然，这个方法不能忽略系统的物理现实，例如可达到的条件、信号传递时间等等。尽管如此，它允许比以前的方法以更丰富的方式调试。特别是转向感觉能通过自然语言的方式直接调试。

感知道路和/或周围情况的传感器可与生成器相连并且可以为生成器提供传感器的信号。这尤其可以是反映道路或周围情况的传感器信号，例如转向横拉杆力或转向节加速或TBbar传感器上游和下游的任何动作信息。可以避免某些EPAS系统固有的人为转向感觉。转向反馈可以在很宽的范围内可控。驾驶员转向感觉的耦合或解离变得可控。转向系统的信号传导功能和性能在很宽的范围内可控。

本发明的另一方面是提供一种用于车辆转向总成系统的控制系统。该控制系统具有控制器和如上述的为控制器提供设定值和/或设定状态的生成器。本发明可以单独地在如上述的用于控制系统的生成器中实施或在控制系统中实施。

用于转向总成系统的控制系统可以具有用于感知道路和/或周围情况的传感器，其中传感器的信号提供给结构化图像。可以使用一个或多于一个的传感器来调节转向系统的功能和性能。

本发明的另一方面是提供一种用于控制车辆转向总成系统的方法。该方法具有以下步骤：利用转向总成系统的前馈模型生成设定值和/或设定状态，以及为转向总成系统的控制器提供生成的设定值和/或设定状态。前馈系统模型的使用给出了具有低复杂度的方法。

可以利用转向总成系统的结构化图像生成设定值和/或设定状态。结构化图像的使用使简便的模型化和理解成为可能，这样，模型的调试可以由车辆内的维修人员实现。

该方法可以具有进一步的通过相应选择或调节结构化图像或其部分使系统适应不同驾驶状况的步骤。这在保持低复杂度的同时大幅增加灵活性。

该方法可以具有进一步的通过用像编程或调谐一样简化系统操控的自然语言调节结构化图像来调试控制器的步骤。

附图提供对实施例的进一步的理解。可以很容易意识到其它实施例和许多意料之中的优点，因为通过参考下面的详细描述它们将变得更易理解。附图中的各元件不必然相互成比例。相同的附图标记表示相应的类似部分。

附图说明

图1表示根据本发明的车辆转向总成系统的控制系统的框图。

图2表示根据本发明的控制系统的结构化图像的细节。

图3表示根据本发明的系统的三个计算的输出的图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，参照形成申请文件一部分的附图，附图通过图示特定实施例的方式表示，本发明可以通过这些特定实施例实施。这样，参照被说明的附图的方向使用表示方向的术语，例如“顶部”或“底部”等等。因为实施例的组件可以以很多不同的方向放置，所以表示方向的术语的使用目的是为了示意而非任何限制。应该理解，可以使用其它实施例并且在不偏离本发明的范围情况下可以做出结构或逻辑上的改动。因此，下面的详细描述不应理解为限制，并且本发明的范围由权利要求界定。

图1表示用于诸如车辆的机电系统或转向总成系统2的设备的控制系统1。生成器3包括包含设备的或处于所需的状态的全部控制的系统的前馈系统模型的结构化图像(SIM)4。在SIM 4中，产生系统的所需的性能并且作为时间变量设定值和/或设定状态5提供给控制器6。生成器3可以包括如图示的结构化图像4或者生成器仅由结构化图像组成。根据控制系统1的设计，生成器3产生设定值或设定状态或产生二者。

通过功能部件9向设备给予控制器6的作动变量7和输入周围情况/车辆状态8。作动变量7和输入周围情况/车辆状态8也可以与转向系统2直接相连。当然，也可以考虑并行或串联方式的多于一个的作动变量和输入周围情况/车辆状态。

驾驶员10作用于转向系统2并且反之亦然。转向系统2作用于车辆11/周围情况并且把状态信息12反馈给控制器6和生成器3和/或SIM 4。控制系统1使转向系统2适应驾驶员10和/或车辆11的需要或适应车辆11的诸如停车、动态操纵或车辆加速的特定状况。

感知道路和/或周围情况的传感器13连接到生成器3并且把传感器13的信号14传递到生成器3和/或结构化图像4。也能使用多于一个的传感器13或感知车辆状态的传感器。

附图2表示与控制器6在一起的控制系统1的结构化图像4的例子。例子要点在动态模拟环境仿真建模软件Dymola中执行。但是，本发明不限于这个特定的工具。例如使用纯信号型工具，例如SIMULINK进行建模，或以编程语言，例如C或C++进行建模，也是合适的。这里提出的特定模型结构(质量、刚性等等的次序)也不做限定。

在这个例子中，将转向状态信息12提供给控制系统1。给予控制器6TBar扭矩12a并且给予SIM 4实际方向盘角度12b。结构化图像(SIM)4通过转向系统2的前馈系统模型给出。对于这个例子，控制器6通过简单的PID方法表示。也可利用其它的控制器结构。控制器6将作动变量7输出到EPAS系统2。在这个例子的情况，作动变量7是需要EPAS发动机提供的扭矩。

现在更详细地解释结构化图像4。方向盘角度12b作为信号提供给发往位置元件15的信号并经过模拟元件16。在仿真建模软件Dymola中，这意味着在位置元件15的左侧有给出的无量纲的和无反应的信号12b。在位置元件15的右侧，元件16至22表示了反映特征性能。在这些元件的连结中产生扭矩保存和动作的平衡。

传感器模型元件17将设定值/设定状态信号5从SIM 4解离到控制器6的设定值/设定状态输入。传感器模型元件17驱动转向系统内部刚性和阻尼元件18。刚性和阻尼元件18可以例如表示从方向盘到转向节的全部所需的转向机构的刚性和阻尼。

系统的全部摩擦在摩擦元件19中累积。在这个例子中，摩擦元件19包括纯库仑摩擦的描述。这可以例如描述所需的转向系统内部摩擦加上由驾驶员10通过转向盘扭矩感知的轮胎与路面的摩擦。摩擦元件19驱动模型化于惯性元件20中的转向系统的驾驶员感知的全部惯性。

阻尼刚性元件21由转向惯性驱动并且连接到虚拟道路元件22。阻尼刚性元件21的阻尼能描述驾驶员实际感知的系统的有效阻尼。阻尼刚性元件21的刚性能描述驾驶员实际感知的系统的有效回位。

图3表示图2所示的系统的三个计算的输出的图。在具有降低的车辆和周围情况模型(未在附图中示出)的3D EPAS环境中模拟该系统。以具有处于0千米/小时的方向盘角度的谐波过程(harmonic course)的停车操纵作为样本操作。图中表示了驾驶员手部对方向盘施加的力对转向角的关系。

对EPAS系统提出的自然语言要求可以是：“停车时，转向系统应该使驾驶员施加大约2.2牛米的力”。例如曲线23给予摩擦元件19一个2.2牛米的纯库仑摩擦力。阻尼刚性元件21内的阻尼刚性参数保持在零。曲线23的轨迹表明系统产生了需要量。

“另外系统需要表现有效回位性能”。给予摩擦元件19一个2.2牛米的纯库仑摩擦力。阻尼刚性元件21内的阻尼参数保持在零。阻尼刚性元件21内的有效回位刚性参数设定在合适的值。曲线24表明需要量可以很容易满足。

“另外系统需要表现有效阻尼性能”。给予摩擦元件19一个2.2牛米的纯库仑摩擦力。阻尼刚性元件21内的参数和刚性设定在合适的值。曲线25再次表明需要量可以很容易满足。

为结构化图像4提供额外传感器信号14是有益的。这尤其可以是反映道路或周围情况的传感器信号，例如转向横拉杆力或转向节加速或TBar传感器上游和下游的任何动作信息。通过这可以避免某些电子助力转向系统固有的人为转向感觉。转向反馈可以在很宽的范围内可控。驾驶员转向感觉的耦合或解离变得可控。转向系统的信号传导功能和性能在很宽的范围内可控。

Claims (7)

1.一种用于机电控制系统(1)的生成器，其用于为控制系统(1)提供设定值和/或设定状态(5)，其特征在于，该生成器(3)包含机电系统或机电系统一部分的前馈模型；以及

机电系统或机电系统一部分的结构化图像(4)；其中，感知道路和/或周围情况的传感器(13)可连接于生成器(3)，其中，为生成器(3)提供传感器(13)感知道路和/或周围情况的信号(14)。

2.根据权利要求1所述的生成器，其特征在于，机电控制系统(1)是车辆(11)的转向总成控制系统。

3.根据权利要求1所述的生成器，其特征在于，包含用于机电系统不同状况的多于一个的结构化图像。

4.根据权利要求1或2所述的生成器，其特征在于，机电系统或机电系统一部分的结构化图像(4)包含位置元件(15)、连接件模拟元件(16)、传感器模型元件(17)、刚性和阻尼元件(18)、摩擦元件(19)、惯性元件(20)、阻尼刚性元件(21)和虚拟道路元件(22)。

5.一种用于车辆(11)的转向总成系统(2)的控制系统，其特征在于，包含控制器(6)和根据权利要求1至4中任一项所述的生成器(3)，其用于为控制器(6)提供设定值和/或设定状态(5)；

以及用于感知道路和/或周围情况的传感器(13)，其中，为机电系统或机电系统一部分的结构化图像(4)提供传感器(13)感知道路和/或周围情况的信号(14)。

6.一种使用如权利要求5所述的控制系统来控制车辆(11)的转向总成系统(2)的方法，其特征在于，包含以下步骤：

利用转向总成系统(2)的前馈模型生成设定值和/或设定状态(5)；以及

向转向总成系统(2)的控制器(6)提供生成的设定值和/或设定状态(5)；

其中设定值和/或设定状态(5)利用转向总成系统(2)的结构化图像(4)生成，

所述方法还包括进一步的通过用自然语言调节结构化图像(4)来调试控制器(6)的步骤。

7.根据权利要求6所述的控制转向总成系统(2)的方法，其特征在于，包含进一步的通过相应选择结构化图像(4)使转向总成系统(2)适应不同驾驶状况的步骤。