CN103387005A - 具有颤动转向马达控制的电子助力转向 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有颤动转向马达控制的电子助力转向。提供用于车辆颤动EPS系统的方法和装置。该装置包括具有一个或多个用于感测用户转向输入的传感器的转向组件。控制器响应于用户转向输入以提供马达控制信号。该装置还包括提供颤动信号的颤动信号发生器和用于组合马达控制信号和颤动信号以提供颤动马达控制信号来控制该装置的马达的组合器。该方法包括通过联接到车辆的转向组件的一个或多个传感器感测用户转向输入和响应于用户转向输入产生马达控制信号。颤动信号被产生并与马达控制信号组合以提供用来控制马达的颤动马达控制信号。

Description

具有颤动转向马达控制的电子助力转向

技术领域

本技术领域总体上涉及用于车辆的电子助力转向(EPS)系统，更具体涉及一种用于车辆EPS系统的改进的控制系统和方法。

背景技术

传统的电子助力转向(EPS)系统通常产生驾驶员感觉得到的“粘滞性”响应或勉强响应，其通常需要额外的驾驶员转向扭矩来克服。当以高速操作装备EPS的车辆时在执行车道内轻微的转向修正时会经历这种“粘滞性”(或通常称为“粘附”)情况，也就是，在大约45-80英里每小时(mph)的车辆速度时。

通常，当车辆操作者开始纠正以高速行驶的装备EPS的车辆的方向时，可以感受到车轮中的转向阻力，这必须通过增加的力克服。增加的力的水平可以显著达到0.9牛顿米(Nm)，当操作车辆时许多车辆操作者发现这是令人不快的或恼人的。

因此，希望提供用于车辆的EPS系统的改进控制。而且，希望提供一种控制系统，其减轻可察觉的“粘滞性”情况而不需要引入可察觉的纠正信号。此外，本公开的其他理想特征和特性将结合附图和前述技术领域和背景技术从随后的说明中变得显而易见。

发明内容

根据示例性实施例，提供用于车辆的颤动EPS系统。该系统包括具有一个或多个用于感测用户转向输入的传感器的转向组件。控制器响应用户转向输入以提供马达控制信号。EPS系统还包括提供颤动信号的颤动信号发生器和用于组合马达控制信号和颤动信号以提供颤动马达控制信号来控制EPS系统的马达的组合器。

根据示例性实施例，提供一种用于车辆的控制颤动EPS系统的方法。该方法包括通过联接到车辆的转向组件的一个或多个传感器感测用户转向输入和响应于用户转向输入产生马达控制信号。颤动信号被产生并与马达控制信号组合以提供颤动马达控制信号，其用来控制EPS系统的马达。

本发明还提供以下技术方案。

技术方案1.一种方法，包括：

通过联接到车辆的转向组件的一个或多个传感器感测用户转向输入；

响应于用户转向输入产生马达控制信号；

产生颤动信号；

组合马达控制信号和颤动信号以提供颤动马达控制信号；和

通过颤动马达控制信号控制马达。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，还包括在操作期间通过马达来控制转向组件以操纵车辆。

技术方案3.根据技术方案2所述的方法，还包括改变颤动信号的一个或多个参数。

技术方案4.根据技术方案3所述的方法，还包括改变颤动信号的以下一组参数中的一个或多个：幅度、频率、波形和占空因数。

技术方案5.根据技术方案1所述的方法，还包括感测以下一组用户转向输入中的一个或多个以产生马达控制信号：转向轮角度、转向轮扭矩、转向轮速度、转向轮加速度和转向轮扭矩梯度。

技术方案6.根据技术方案1所述的方法，还包括感测以下一组车辆信息中的一个或多个车辆信息并将所述一个或多个车辆信息提供给控制器以产生马达控制信号：车辆速度、车辆前后加速度、车辆侧向加速度、从动轮速度和非从动轮速度。

技术方案7.一种系统，包括：

转向组件；

联接到转向组件以感测用户转向输入的一个或多个传感器；

联接到所述一个或多个传感器以响应于用户转向输入提供马达控制信号的控制器；

提供颤动信号的颤动信号发生器；

联接到控制器和颤动信号发生器以组合马达控制信号和颤动信号来提供颤动马达控制信号的组合器；和

联接到组合器以接收颤动马达控制信号的马达。

技术方案8.根据技术方案7所述的系统，其中颤动信号发生器联接到控制器以改变颤动信号的一个或多个参数。

技术方案9.根据技术方案8所述的系统，其中颤动信号发生器改变颤动信号的以下一组参数中的一个或多个：幅度、频率、波形和占空因数。

技术方案10.根据技术方案7所述的系统，其中颤动信号发生器响应于控制器以有条件地提供颤动信号。

技术方案11.根据技术方案7所述的系统，其中联接到转向组件的一个或多个传感器感测以下一组用户转向输入中的一个或多个：转向轮角度、转向轮扭矩、转向轮速度；转向轮加速度和转向轮扭矩梯度。

技术方案12.一种包含根据技术方案7所述的系统的车辆，还包括：

联接到马达的转向连接组件；

联接到转向连接组件的轮；和

联接到车辆和控制器的一个或多个传感器，用于向控制器提供车辆信息以用于提供马达控制信号。

技术方案13.根据技术方案12所述的车辆，其中所述一个或多个传感器将以下一组车辆信息中的一个或多个提供给控制器；车辆速度、车辆前后加速度、车辆侧向加速度、从动轮速度和非从动轮速度。

技术方案14.一种车辆，包括：

转向组件；

联接到转向组件以感测用户转向输入的一个或多个传感器；

联接到所述一个或多个传感器以响应于用户转向输入提供马达控制信号的控制器；

提供颤动信号的颤动信号发生器；

联接到控制器和颤动信号发生器以组合马达控制信号和颤动信号来提供颤动马达控制信号的组合器；

联接到组合器以接收颤动马达控制信号的马达；

联接到马达的转向连接组件；和

联接到转向连接组件的轮；

其中马达响应于颤动马达控制信号通过使转向连接组件运动来操纵所述轮。

技术方案15.根据技术方案14所述的车辆，其中颤动信号发生器联接到控制器以改变颤动信号的一个或多个参数。

技术方案16.根据技术方案15所述的车辆，其中颤动信号发生器改变颤动信号的以下一组参数中的一个或多个：幅度、频率、波形和占空因数。

技术方案17.根据技术方案14所述的车辆，其中颤动信号发生器有条件地提供颤动信号。

技术方案18.根据技术方案14所述的车辆，其中联接到转向组件的一个或多个传感器感测以下一组用户转向输入中的一个或多个：转向轮角度、转向轮扭矩、转向轮速度、转向轮加速度和转向轮扭矩梯度。

技术方案19.根据技术方案14所述的车辆，还包括将以下一组车辆信息中的一个或多个提供给控制器的一个或多个附加传感器：车辆速度、车辆前后加速度、车辆侧向加速度、从动轮速度和非从动轮速度。

技术方案20.根据技术方案19所述的车辆，其中控制器联接到所述一个或多个附加传感器以响应于用户转向输入和来自所述一个或多个附加传感器的信息来提供马达控制信号。

附图说明

在下文将结合附图描述实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，且其中：

图1是包括示例性实施例的车辆的示意图；

图2是根据示例性实施例的颤动EPS系统的框图；

图3是根据示例性实施例的方法的流程图；和

图4是根据另一个示例性实施例的方法的流程图。

具体实施方式

以下详细说明本质上仅仅是示例性的且不试图限制应用和使用。而且，这里不受任何在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细说明中提出的明确的或隐含的理论的限制。

在本文中，像“第一”和“第二”这类的相关术语可以仅仅用来将一个实体或动作与另一实体或动作相区别而不必要求或暗示在这些实体或动作之间的任意实际的这种关系或顺序。数字顺序如“第一”、“第二”、“第三”等简单地表示多个不同的个体且不暗示任意次序或顺序，除非通过权利要求的语言特别限定。

此外，以下说明涉及的元件或特征是被“连接”或“联接”在一起。如这里所用的，“连接”可以表示一个元件/特征直接连结到(或直接通信)另一个元件/特征，且不必要是机械的。类似地，“联接”可以表示一个元件直接或间接地连结到(或直接或间接通信)另一个元件/特征，且不必要是机械的。然而，应当理解的是，在一个实施例中，尽管两个元件在下文可以描述为“连接”，但在替代实施例中，相似的元件可以“联接”，反之亦然。因此，尽管这里所示的示意图描述了元件的示例布置，但是附加的中间元件、装置、特征或部件可以出现在实际实施例中。

最后，为了简要的目的，与车辆电气和机械部分相关的传统技术和部件和该系统的其他功能方面(和该系统的各个操作部件)在这里可以不详细描述。此外，这里包含的在不同附图中所示的连接线旨在表示在不同元件之间的示例功能关系和/或物理连接。应当注意的是，许多替换的或附加功能关系或物理连接可以出现在本发明的实施例中。应当理解的是，图1-图2仅仅是示意性的且可不按比例绘制。

参考附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1示出了包括本公开示例性实施例的车辆100。该车辆100可以是多种不同类型车辆中的任意一种，例如，轿车、货车、卡车或运动型车辆(SUV)，并且可以是两轮驱动(2WD)、四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)。该车辆100还可以包含多种不同类型的发动机中的任意一种或组合，例如，汽油或柴油燃烧发动机、混合燃料车辆(FFV)发动机(即使用汽油和酒精的混合物)、气体混合(例如，氢气和/或天然气)燃料发动机、燃烧/电动马达混合发动机，以及电动马达。

车辆100的所示实施例包括电子助力转向(EPS)系统102。EPS系统102包括转向组件104，转向齿轮组件106、马达组件108、控制器110和各自联接到车轮(和轮胎)114的两个车轮转向组件112。当然，这仅仅是可以随EPS系统102使用的部件、装置、组件、系统等中的一些，如现有技术中其他已知的可以代替或除这里提到的那些之外被使用。尽管图1中示出安装有齿条的EPS，应当意识到所公开的实施例的优点同样可应用于安装有柱的EPS。

转向组件104包括可转动地联接到转向连接组件118的转向轮116，其将驾驶员的转向意图传递到EPS系统102的其他部分。通常，传统的转向连接组件118包括作为转向连接组件118的一部分的一个或多个转向轴和转向接头。当然应当意识到，前述说明仅仅具有作为无数转向连接组件实施例的通用和示例性的本质，也可以使用包括具有多于、少于和/或不同的部件的那些实施例。

转向连接组件118联接到转向齿轮组件106，其将来自转向连接组件118的旋转运动转换成侧向的或横向的车辆运动，这可以用来转动车辆的车轮114。在一些实施例中，转向齿轮组件106可以实现为齿条和小齿轮转向齿轮组件，但是可以使用其他转向齿轮组件。

马达组件108向EPS系统102提供动力辅助以便补充由驾驶员产生的手动转向力。这使得操纵更简单和更容易。通常，马达组件108包括电动马达、动力输入、和一个或多个齿轮、滑轮、皮带、轴承等等，以实现马达电枢和齿条速度的优选比率。基于实施的特定实施例，电动马达可以是无刷马达、整流式(有刷)马达、或本领域技术人员意识到的现有技术中使用的任意其他类型的马达。

马达组件108操作以提供动力辅助来在控制器110的引导下操纵(转向)车辆100。控制器110执行EPS系统102的计算和控制功能，且可以包括任意类型的处理器或多个处理器、单个集成电路如微处理器、或任意合适数量的配合工作的集成电路装置和/或电路板来完成处理单元的功能。在操作期间，控制器110从传感器(或传感器阵列)120和122接收数据，其被控制器用来确定是否提供动力辅助给车辆100的驾驶员的转向工作以及多大程度的动力辅助。

传感器120联接到(或集成到)转向齿轮组件106。能够完成从转向连接组件118提供转向信息的措施的任何传感器都可以用于传感器120中。作为例子，且不受限制，测量转向输入如转向轮角度、转向轮扭矩、转向轮速度、转向轮加速度和转向轮扭矩梯度的传感器可适用于传感器阵列120。

除了从驾驶员动作获得转向输入外，其他车辆数据或条件也可适用于确定是否(和多大程度)提供动力辅助转向。因此，传感器122可以分布于整个车辆100，但是为了方便，所述传感器被图示为联接到控制器110的单个传感器阵列。可适用于确定如何控制马达组件108的车辆传感器包括但不限于车辆速度、车辆前后加速度(vehicle fore-aft acceleration)、车辆侧向(横向)加速度、从动轮速度和非从动轮速度。

在EPS系统102的操作中，马达组件108提供动力辅助以使车轮转向组件112运动，其通过拉杆124联接到马达组件。通常，车轮转向组件112承载车辆轮胎且包括多个传统的回转部件。例如，通常车轮转向组件112包括旋转毂、旋转盘或转子、和安装有轮胎的车轮。当车辆100被驱动时所有这些装置共同旋转。盘式制动系统(未示出)也可以安装在车辆上以与车轮转向组件112互相作用，但是也可以使用其他制动系统，如鼓式制动器。

如之前提到的，传统EPS系统的一个缺点是车辆驾驶员感觉到“粘滞性”或不易响应，其通常需要额外的驾驶员转向扭矩来克服。因此，本公开的示例性实施例使用“颤动”信号补偿从控制器110供给到马达组件108的控制信号。使马达控制信号“颤动”，也就是，有意地将噪声或其他信号引入到马达控制信号中，减轻了粘滞性感觉并给予车辆驾驶员平滑和容易的转向经历，这将结合图2更详细地说明。

现在参考图2，其中相同的附图标记表示相同的部件，这里示出了适用于理解根据示例性实施例的颤动EPS系统102的框图。结合图1所讨论的，传感器(或传感器阵列)120和122提供转向输入和车辆数据给控制器110。控制器110可以包括存储器200，其包含适用于处理传感器输入和确定是否(和何种程度)控制马达组件108的操作程序、指令和/或变量或参数。存储器200可以是任意类型的合适的存储器。这包括各种类型的动态随机存取存储器(DRAM)如SDRAM、各种类型的静态RAM(SRAM)、和各种类型的非易失性存储器(PROM、EPROM和闪存)。控制器110处理传感器输入并向马达组件108提供马达控制信号202以提供动力辅助从而操纵车辆。

在本公开的示例性实施例中，颤动信号发生器204被包括在EPS系统102中并提供颤动信号206，该颤动信号206在组合器208中被组合(例如、求和、积分、平均)以提供颤动马达控制信号210。颤动信号206与马达控制信号202的组合通过使马达组件108由于不断改变的颤动马达控制信号210而处于相对恒定的运动，从而减轻“粘滞性”的感觉。因此，颤动信号可以是任意信号，其与马达控制信号相比使得马达组件108在缺乏更多直接指令(或没有指令)时操作(更精密地)以进行运动。在一个实施例中，颤动信号206被实现为具有大约30赫兹的频率的正弦波。在另一个实施例中，其他信号类型可以实施为且不受限为：随机白噪声或粉红噪声，滤波的随机白噪声或粉红噪声、包括至少一个正弦曲线变化分量的周期波，例如，正方形波、三角形波、和/或锯齿波。

在一个实施例中，颤动信号发生器204和组合器208可以是与控制器110配合工作的分立单元。在其他实施例中，颤动信号发生器204’和组合器208’可以集成在控制器110内以提供颤动马达控制信号210’。而且，使用颤动信号发生器204的一些实施例提供连续的颤动信号206。在其他实施例中，(通过程序线212)控制颤动信号发生器204以基于转向输入、车辆数据或驾驶条件连续地提供颤动信号206。仍然在其他实施例中，控制器110(通过程序线212)控制颤动信号发生器204以响应于驾驶员转向输入、车辆数据或驾驶条件来改变颤动信号206的一个或多个参数。这种颤动信号参数改变的例子包括但不限于颤动信号206的幅度、频率、波形和占空因数。

图3-图4是适用于理解用于提供颤动EPS系统的本公开的方法的流程图。结合图3-图4的方法执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或其任意组合来执行。为了说明的目的，图3-图4的方法的以下描述可以参考结合图1-图2在上文提到的元件。实际上，图3-图4的方法的一部分可以由所述系统的不同元件完成。应当意识到的是，图3-图4的方法可以包括任意多个附加或其他的任务，并且图3-图4的方法可结合到具有在这里没有详细描述的额外功能的更复杂的程序或过程中。而且，在图3-图4中所示的一个或多个任务可以从图3-图4的方法的实施例中省略，只要预计的总体功能性保持完整即可。

图3示出了用于提供调节性颤动马达控制信号的方法300。根据示例性实施例，该方法300由控制器(图2中的110)执行且开始于确定(决定302)颤动信号(图2中的206)可适用于控制马达组件(图2中的108)的条件是否被感测到或该颤动信号可适用于控制马达组件的数据是否由传感器(图2中的120或122)提供。如果是，则决定304确定颤动信号发生器(图2中的204)是否当前启用(打开)。如果是，则决定306确定颤动信号的一个或多个参数是否应当响应于传感器数据被改变。来自决定306的肯定型确定使得步骤308改变颤动信号，例如，通过改变颤动信号的幅度、频率、波形或占空因数(或它们的一些组合)。

回来参考决定304，如果决定304确定颤动信号发生器当前不启用(例如，车辆停止或以低速运行)，则步骤310启用颤动信号发生器且例程前进到决定312。而且，在决定306的否定型确定或在步骤308改变颤动信号之后，例程前进到决定312。

决定312确定要求颤动信号的条件或传感器数据是否已经被清除或消除。如果否，则例程继续到循环决定306和308(如果需要)直到条件清除，在此时，步骤314停用颤动信号发生器且例程通过循环回到开始和决定302而继续。

图4示出了用于提供连续颤动马达控制信号的方法400。根据示例性实施例，方法400由控制器(图2中的110)执行并开始于步骤402，该步骤将缺省颤动信号(图2中的206)应用到马达控制信号(图2中的202)以提供颤动马达控制信号(图2中的210)。在该实施例中，颤动信号发生器(图2中的204)连续运转；然而，时常改变颤动信号的一个或多个参数会是有利的。因此，决定404确定感测到的条件或数据是否指示颤动信号的一个或多个参数应当改变。如果颤动信号不应当被改变，则例程循环返回步骤402，然而，来自决定404的肯定型确定使得步骤406改变颤动信号，例如，通过改变颤动信号的幅度、频率、波形或占空因数(或它们的一些组合)。接着，决定408确定要求颤动信号改变的条件或传感器数据是否已经清除或消除。如果否，则步骤410使得颤动信号发生器继续提供改变的颤动信号直到决定408确定所述条件已经清除之时，此时，缺省颤动信号在步骤402重新建立。任选地，方法400可以包括步骤412，其可以使得颤动信号通过每次循环返回决定408而进一步改变直到确定感测的条件或数据已经清除。

因此，提供了一种用于车辆的颤动EPS系统。根据所公开的不同实施例的颤动EPS系统减轻了驾驶员感觉到的传统EPS系统的“粘滞性”问题。尽管已经在前面的发明内容和详细说明中已经提出至少一个示例性实施例，但应当意识到的是存在大量的变型。还应当意识到的是，这一示例性实施例或这些示例性实施例仅仅是例子，且不试图以任何方式限制本公开的范围、应用或构造。相反，前述发明内容和详细说明将为本领域技术人员提供方便的指导方针以用于实施这一示例性实施例或这些示例性实施例。应当理解的是，在不脱离所附权利要求及其法律同等物中所阐述的本公开的范围的情况下，可以在元件的功能和布置中进行各种变化。

尽管在前述详细说明中已经提出至少一个示例性实施例，但应当意识到的是存在大量的变型。还应当意识到的是，这一示例性实施例或这些示例性实施例仅仅是例子，且不试图以任何方式限制本公开的范围、应用或构造。相反，前述发明内容和详细说明将为本领域技术人员提供方便的指导方针以用于实施这一示例性实施例或这些示例性实施例。应当理解的是，在不脱离在所附权利要求及其法律同等物中所阐述的本公开的范围的情况下，可以在元件的功能和布置中进行各种变化。

Claims (10)

1.一种方法，所述方法包括：

通过联接到车辆的转向组件的一个或多个传感器感测用户转向输入；

响应于用户转向输入产生马达控制信号；

产生颤动信号；

组合马达控制信号和颤动信号以提供颤动马达控制信号；和

通过颤动马达控制信号控制马达。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在操作期间通过马达控制转向组件以操纵车辆。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括改变颤动信号的一个或多个参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括改变颤动信号的以下一组参数中的一个或多个：幅度、频率、波形和占空因数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括感测以下一组用户转向输入中的一个或多个以产生马达控制信号：转向轮角度、转向轮扭矩、转向轮速度、转向轮加速度和转向轮扭矩梯度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括感测以下一组车辆信息中的一个或多个车辆信息并将所述一个或多个车辆信息提供给控制器以产生马达控制信号：车辆速度、车辆前后加速度、车辆侧向加速度、从动轮速度和非从动轮速度。

7.一种系统，所述系统包括：

转向组件；

联接到转向组件以感测用户转向输入的一个或多个传感器；

联接到所述一个或多个传感器以响应于用户转向输入提供马达控制信号的控制器；

提供颤动信号的颤动信号发生器；

联接到控制器和颤动信号发生器以组合马达控制信号和颤动信号来提供颤动马达控制信号的组合器；和

联接到组合器以接收颤动马达控制信号的马达。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，颤动信号发生器联接到控制器以改变颤动信号的一个或多个参数。

9.一种包含根据权利要求7所述的系统的车辆，还包括：

联接到马达的转向连接组件；

联接到转向连接组件的轮；和

联接到车辆和控制器的一个或多个传感器，用于向控制器提供车辆信息以用于提供马达控制信号。

10.一种车辆，所述车辆包括：

转向组件；

联接到转向组件以感测用户转向输入的一个或多个传感器；

联接到所述一个或多个传感器以响应于用户转向输入提供马达控制信号的控制器；

提供颤动信号的颤动信号发生器；

联接到控制器和颤动信号发生器以组合马达控制信号和颤动信号来提供颤动马达控制信号的组合器；

联接到组合器以接收颤动马达控制信号的马达；

联接到马达的转向连接组件；和

联接到转向连接组件的轮；

其中马达响应于颤动马达控制信号通过使转向连接组件运动来操纵所述轮。

Images