CN104044636B - 基于转向盘加速度的车轮干扰拒绝 - Google Patents
基于转向盘加速度的车轮干扰拒绝 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及基于转向盘加速度的车轮干扰拒绝。提供了用于转向系统的控制系统，并且该控制系统包括加速模块、缩放模块、和最终命令模块。加速模块确定转向盘加速度。缩放模块确定拒绝命令。拒绝命令是基于转向盘加速度和车轮频率。最终命令模块确定调节后辅助命令，该命令基于正常辅助命令和拒绝命令。
Description
背景技术
本发明涉及对转向系统的控制系统，并且更具体地涉及一种基于转向盘加速度和车轮频率来确定拒绝命令的控制系统。
车辆在前车轮中经历一定程度的干扰。在一个示例中，车轮干扰可由制动盘厚度的变化引起，这被称为制动颤抖。制动盘厚度的变化可在车辆的制动期间建立制动力的谐波调制，这进而可被传输到转向系统的转向柱和转向盘。在转向盘中建立的振动可被驾驶员检测到。目前存在一些方法来减少并拒绝车轮干扰。不过，虽然它们在更高车速下在拒绝车轮干扰方面是相对有效的，但是这些方法可能在车辆以相对更低车速运行时不那么有效。在其它的示例中，车轮干扰也可由失衡、轮胎不一致、或制动盘热效应引起。
发明内容
在一个示例中，提供了用于转向系统的控制系统，并且该控制系统包括加速模块、缩放模块、和最终命令模块。加速模块确定转向盘加速度。缩放模块确定拒绝命令。拒绝命令是基于转向盘加速度和车轮频率。最终命令模块确定调节后辅助命令，该命令基于正常辅助命令和拒绝命令。
在另一实施例中，提供了用于确定转向系统的拒绝命令的方法。该方法包括由加速模块确定转向盘加速度。该方法包括由缩放模块确定拒绝命令。拒绝命令是基于转向盘加速度。该方法包括由最终命令模块发出基于正常辅助命令和拒绝命令的调节后辅助命令给马达。
在又一个示例中，提供了用于转向系统的控制系统，并且该控制系统包括加速模块、缩放模块、和最终命令模块。加速模块确定转向盘加速度。转向盘加速度是基于扩展态观测器，并且是基于马达扭矩命令、转向盘扭矩、马达位置、和马达速度确定的。缩放模块确定拒绝命令。拒绝命令是基于转向盘加速度和车轮频率，并且代表着车轮干扰抵销量。最终命令模块确定调节后辅助命令，该命令基于正常辅助命令和拒绝命令。
这些和其它优点和特征将从下面的结合附图理解的描述而变得更加容易理解。
附图说明
在说明书的结论部分处的权利要求中具体指出并清楚地要求保护了作为本发明的主题。结合附图理解下面的具体描述，能够容易理解本发明的前述的和其它的特征和优点，附图中：
图1是功能框图，其说明了根据本发明的示例性实施例的包括转向系统的车辆；
图2是数据流图，其说明了根据本发明的另一示例性实施例的图1中示出的控制模块；
图3是根据本发明的又一示例性实施例的确定图1中示出的转向盘的加速度的示例性方法；
图4是根据本发明的又一示例性实施例的确定图1中示出的转向盘的加速度的另一示例性方法；
图5是根据本发明的另一示例性实施例的用于确定转向盘的滤波后加速度的示例性方法；
图6是根据本发明的又一示例性实施例的确定缩放函数的示例性方法；以及
图7是根据本发明的又一示例性实施例的确定图6中示出的转向盘扭矩缩放框的示例性方法。
具体实施方式
现在参照附图，其中将参照具体实施例来描述本发明，但不是将本发明限制于这些实施例，示出了包括转向系统12的车辆10的示例性实施例。在各种不同的实施例中，转向系统12包括联接到转向柱16的转向盘14。在所示出的示例性实施例中，转向系统12是电子助力转向（EPS）系统，其还包括转向辅助单元18，转向辅助单元18联接到转向系统12的转向柱16和车辆10的左拉杆20和右拉杆22。应该指出，转向系统12也可以是齿条辅助EPS（REPS）。转向辅助单元18例如包括齿条和小齿轮转向机构（未示出），其可通过转向柱16联接到转向致动器马达和齿轮传动装置。在操作期间，当转向盘14被车辆操作者转动时，转向辅助单元18的马达提供辅助以移动左拉杆20和右拉杆22，左拉杆20和右拉杆22进而分别移动左和右转向关节24、26。左关节28被联接到左车轮28，而右关节26被联接到车辆10的右车轮30。
如在图1中所示，车辆10还包括各种传感器，它们检测和测量转向系统12的和/或车辆10的可观测状态。这些传感器基于可观测状态生成传感器信号。在示出的示例中，左轮速传感器32感测左车轮28的旋转速度，而右轮速传感器34感测右车轮34的旋转速度。左轮速传感器32和右轮速传感器34基于此生成轮速信号。在其它的示例中，除了左轮速传感器32和右轮速传感器34以为或者代替左轮速传感器32和右轮速传感器34，可提供其它的轮速传感器（未示出）。其它的轮速传感器可感测后车轮40的旋转速度并且基于此生成传感器信号。出于示例的目的，本公开将在左轮速传感器32和右轮速传感器34的背景下被讨论。如可意识到的，可代替这些轮速传感器使用感测车轮运动的其它车轮传感器，例如车轮位置传感器。在这种情况下，可基于车轮传感器信号计算轮速。扭矩传感器36还被提供以感测施加在转向盘14上的扭矩。在示出的示例性实施例中，扭矩传感器36被放置在转向盘14上，不过应该理解，扭矩传感器26可不总是被放置在转向盘14上或附近。
控制模块50基于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控制转向系统12的操作。现在参照图2，数据流图说明了用于控制图1的转向系统12的图1的控制模块50的示例性实施例。在各种实施例中，控制模块50可包括一个或多个子模块和数据库。当在本文被使用时，术语模块或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（共享的、专用的、或群组）和内存、组合逻辑电路；或提供所描述功能的其它合适的部件。如能意识到的，图2中示出的子模块可被组合或被进一步分割。向控制模块50的输入可从车辆10（图1）的左轮速传感器32、右轮速传感器34和扭矩传感器36（图1）以及各种其它的传感器生成，可从车辆10（图1）内的其它控制模块（未示出）接收，可通过模型获得，或被预定义。转向辅助单元18（图1）也可提供马达位置和速度信号。
控制模块50确定拒绝命令52。拒绝命令52代表了基于车轮的速度（例如，图1中示出的左车轮28和右车轮30）和转向盘14（图1）的加速度的车轮干扰抵销量。拒绝命令52可由最终命令模块61添加到正常辅助命令A以确定调节后辅助命令53，该调节后辅助命令53被发送到图1中示出的转向辅助单元18的马达（例如，EPS马达）。调节后辅助命令53减少了由周期性车轮干扰引起的转向盘振动。在一个示例中，周期性车轮干扰可以是制动颤抖。在图2中示出的示例性实施例中，控制模块50包括加速模块54、车轮频率调节模块56、相位调节模块58、缩放模块60、和最终命令模块61。
在所示的示例性实施例中，控制模块50作为输入接收马达扭矩命令70、转向盘扭矩72、马达位置74、马达速度76、被转换成左轮频率78的左轮速77、被转换成右轮频率80的右轮速79、制动压力82、和位置威信信号84。控制模块50（或另一模块）可通过按马达-转向盘比来缩放马达扭矩命令70来将马达扭矩命令70从马达坐标转换到转向坐标（例如，马达Nm到转向盘Nm）。在一个实施例中，马达扭矩命令70可代表被发送到图1中示出的转向辅助单元18的马达（例如EPS马达）的最终命令。在另一个实施例中，马达扭矩命令70可以是辅助命令A，不过，应该指出，辅助命令A通常不是被发送的最终命令。
转向盘扭矩72由图1中示出的扭矩传感器36测量。马达位置74可由（未在图1中示出的）马达位置传感器确定以指示图1中示出的转向辅助单元18的马达的位置。马达位置74可通过按马达-转向盘比来缩放马达位置74来被从马达坐标转换到转向坐标（例如，马达角度到转向盘角度）。马达位置74也可被从角度转换成弧度。马达速度76可使用（图1中未示出的）马达速度传感器测量以指示图1中示出的转向辅助单元18的马达的位置。马达速度76（以弧度/秒为单位测量的）也可通过按马达-转向盘比缩放马达速度76来被从马达坐标转换成转向坐标。
左轮频率78可基于左轮速77确定而右轮频率80可基于右轮速79确定。左轮速77由左轮速传感器32确定，而右轮速由图1中示出的右轮速传感器34确定。例如，控制模块50（或任何其它模块）可通过下式按增益框88缩放相应的轮速来确定左轮频率78和右轮频率80：频率（即，基于如下关系： 频率）。在各种不同的实施例中，K在频率是第一阶干扰时等于一，但是也可取其它的值，例如如果是第二阶干扰则等于二。应该指出，第一阶制动盘厚度变化（DTV）导致了正弦制动振动，该正弦制动振动具有按缩放左轮速77或右轮速79的频率，其中K＝1。如果第二阶DTV要被减弱，那么按缩放左轮速77或右轮速79，其中K＝2。
制动压力82可例如通过监测车辆控制器局域网络（CAN）总线来确定。制动压力82代表了由驾驶员施加的制动压力。位置威信信号84是无单位信号，其从0变到1，并且代表了初始化时马达位置74是基本准确的的信心量。
控制模块50通常执行两个不同的功能，确定转向盘14（图1）的加速度估计90，和控制器功能92（在虚线或短划线中示出）。加速度估计90是由加速模块54确定的，并且代表了图1中示出的转向盘14的加速度。拒绝命令52是由控制器功能92确定的。控制器功能92包括了车轮频率调节模块56、相位调节模块58和缩放模块60。
在一个示例性实施例中，加速模块54可使用扩展态观测器确定加速度估计90，下面会对此描述。不过，应该理解，也可使用其它的方法来确定加速度估计90。在一个实施例中，转向盘14（图1）的加速度可通过监测车辆CAN总线，或者使用加速度计的直接振动测量来确定。在另一方法中，转向盘速度可被确定，并且转向盘速度的导数可被计算以确定加速度。
图3是使用扩展态观测器的确定加速度估计90的一个示例性方法。在图3中示出的实施例中，扩展态观测器是在连续域内。不过，应该理解，其它的实施方式也可被使用，例如，离散域。在所讨论的实施例中，术语扩展态指的是将未知输入添加到系统状态。在一种方法中，系统（例如，转向系统12）可包含六到八个之间的状态变量，不过，应该理解，也可使用任何数量的变量。状态变量的一些示例例如包括位置和速度。扩展态观测器可由方程1表示为：
方程1。
其中，盖或帽符号被用来指示估计的信号（例如，计算的或预测的系统输出），而下标“obs”指示的是观测的。具体来说，指的是转向系统12的状态，并且包含了代表转向系统12内部的值的状态变量。术语指的是转向系统12的计算的状态。术语代表了系统状态的变化率，或状态变化（例如，的微分）。术语u指的是系统输入。术语y指的是系统输出。术语指的是系统矩阵，并且确定了当前状态（例如，）如何影响状态变化。术语代表了控制矩阵，并且确定系统输入u如何影响状态变化。L代表观测器增益矩阵，并且确定在测量的系统输出y和计算的系统输出之间的误差e如何影响状态变化。最终，术语（未在方程1中表达）指的是输出矩阵，并且使用计算的状态计算系统输出。
加速模块54作为输入接收马达扭矩命令70、转向盘扭矩72、马达位置74和马达速度76。加速模块54假设马达位置74是准确的以正确地确定加速度估计90。转向盘扭矩72可按被缩放以确定t-杆角度，其中代表了扭矩传感器36（图1）的t-杆刚度。转向盘扭矩72（按缩放的）、马达位置74和马达速度76一起代表了测量的系统输出y。连接点90确定误差e，并且误差e是测量的系统输出y和计算的系统输出之间的差。在所示的方法中，计算的系统输出是通过根据输出矩阵缩放计算的状态确定的。误差e被观测器增益矩阵L缩放并被发送到求和框92。求和框92对应方程1。
马达扭矩命令70由控制矩阵缩放并被发送到求和框92，并且计算的状态也被发送到求和框92。与观测器增益L相乘的误差相e也被发送到求和框92。求和框92输出状态变化。状态变化被发送到积分器94。积分器94提供了对状态的估计（即，计算的状态）。状态变化可按向量值P被缩放以确定加速度估计90。向量P被用来提取来自求和框92的速度的变化率（即加速度）。
图4是使用扩展态观测器的确定加速度估计90的示例性方法。在图4中示出的实施例中，扩展态观测器是在离散域内。命名法类似于图3中的方法，不过变量k指示样本数量（例如，k指示第k个样本）并且变量K是用于提取加速度估计90的向量。测量的系统输出y现在被标记为测量的系统输出，这意味着系统输出是在第k个样本确定的。同样，是在第k个样本处的误差，是在第k个样本处的计算的系统输出，指的是在第k个样本处的计算的状态，和指的是在第k＋1个样本处的计算的状态。提供了单位延迟194，其中单位延迟基于计算的状态确定计算的状态。计算的状态和计算的状态都被向量K缩放，并且连接点196被用来确定在计算的状态和计算的状态之间的差。该差然后除以样本时间Ts以确定加速度估计90。
返回到图2，加速度估计90被发送到车轮频率调节模块56。车轮频率调节模块56还作为输入接收左轮频率78和右轮频率80。车轮频率调节模块56确定滤波后转向盘加速度96和平均中心车轮频率98。
现在参照图5，示出了车轮频率调节模块56的示例性说明。加速度估计被发送到左窄带滤波器100和右窄带滤波器102。具体来说，左窄带滤波器100是单位增益共振器（UGR），其作为输入接收左轮频率78和加速度估计90，并确定左滤波加速度110和左中心频率112。左滤波加速度110是加速度估计90的带通滤波版本，并且左中心频率112代表了基于左轮频率78的带通中心频率。带通中心频率基于左轮频率78而变化。右窄带滤波器102是UGR，其作为输入接收右轮频率80和加速度估计90，并且确定右滤波加速度114和右中心频率116。右滤波加速度114是加速度估计90的带通滤波版本，并且右中心频率116代表了基于右轮频率80带通中心频率。带通中心频率基于右轮频率80而变化。左滤波加速度110和右滤波加速度114在一起被平均以确定滤波后转向盘加速度96。滤波后转向盘加速度96是窄带信号，其在发生制动干扰的情况下可以是正弦的。左中心频率112和右中心频率116也被一起平均以确定平均中心车轮频率98。
向回参照图2，滤波后转向盘加速度96和平均中心车轮频率98被发送到相位调节模块58。相位调节模块58确定调节后滤波转向盘加速度120。具体来说，滤波后转向盘加速度96被调节以补偿系统驱动力，并且可被延迟或提前特定的度数。补偿后的滤波后转向盘加速度96产生了调节后滤波转向盘加速度120。
缩放模块60作为输入接收来自相位调节模块58的调节后滤波转向盘加速度120、平均中心车轮频率98、转向盘扭矩72、制动压力82和位置威信信号84。缩放模块60需要位置威信信号84以正确地确定拒绝命令52。缩放模块60使用缩放功能来基于平均中心车轮频率98、转向盘扭矩72和制动压力82提供增益。缩放模块确定拒绝命令52。
图6是缩放模块60的示例性说明。拒绝命令52也基于主要干扰拒绝增益122（），其接着是基于四个其它的输入（平均中心车轮频率98、转向盘扭矩72、制动压力82和位置威信信号84）被缩放的。具体来说，平均中心车轮频率98被发送到频率缩放128。在一个实施例中，频率缩放128是查询表，其允许基于平均中心车轮频率98的缩放，并且确定频率缩放输出FS。具体来说，频率缩放输出FS允许拒绝命令52在转向系统12的稳定性的约束内在相对较低的车速下被调节或提高。在一个具有第一阶车轮干扰的示例性实施例，低车速是约35到约85公里每小时。不过，应该理解，这个值可基于特定系统、系统稳定性、和干扰的阶（例如，第二阶干扰可包括具有车速的更高值）而变化。应该指出，最终反馈增益（其通过将频率缩放输出FS与主要干扰拒绝增益122在框150内相乘而确定）允许最终反馈增益在车轮的每个操作频率下被调节或提高，这产生了在车轮干扰拒绝和系统稳定性之间的平衡或折衷。
转向盘扭矩72被发送到转向盘扭矩缩放130，其在图7中被更具体地示出。现在转向图7，滤波后主要干扰拒绝增益131和转向盘扭矩72被发送到滤波器132（例如，低通滤波器）。滤波器132的结果此后被发送到大小框134，并且该大小被发送到转向盘扭矩查询表136。查询转向盘扭矩表136确定了在0和1之间的扭矩缩放输出TS。具体来说，转向盘扭矩缩放130允许在相对低水平的转向盘扭矩下对拒绝命令52（图6）进行调节或提高，其中制动干扰可能是最明显的。转向盘扭矩缩放130也可在相对更高水平的转向盘扭矩下禁用拒绝命令52（图6）。相对更高的转向盘扭矩可例如在车辆10的转弯操纵期间（图1）被经历。在一个示例性实施例中，相对低的转向盘扭矩可少于约2Nm。
返回到图6，制动压力82可被发送到制动压力缩放140，其确定制动压力缩放BPS。制动压力缩放BPS允许制动压力被用作启用控制器功能92（即，启用拒绝命令52）的条件。制动压力缩放BPS可被用于通过除了在制动事件以外禁用控制器功能92（图2）来减少转向系统12（图1）的磨损。控制器功能92也可被禁用以提高驾驶员感觉。位置威信信号84被发送到开关142。一旦马达位置74在初始化时是准确的，那么开关142就允许启用拒绝命令52。频率缩放输出FS、扭矩缩放输出TS和制动压力缩放BPS、以及位置威信信号84此后被一起相乘并被发送到比率限制器144。比率限制器144的输出此后与主要干扰拒绝增益122和调节后滤波转向盘加速度120在框150内相乘以确定拒绝命令52。
回到图2，最终命令模块61接收拒绝命令52和辅助命令A。最终命令模块61将拒绝命令添加到辅助命令A以确定调节后辅助命令53。调节后辅助命令53可被发送到图1中示出的转向辅助单元18的马达（例如，EPS马达）。
现在参照图 1-7，如上描述的系统确定了拒绝命令52以减少被传输到转向系统12的转向盘14的车轮干扰的量。具体来说，拒绝命令52被加到辅助命令A以确定调节后辅助命令53。调节后辅助命令53导致了由周期性车轮干扰引起的转向盘振动。用于拒绝车轮干扰的目前可获得的一些方法可能在更高车速下在拒绝车轮干扰方面是相对有效的，但是可能在车辆以更低速度运行时不那么有效。而且，用于拒绝车轮干扰的目前可获得的一些方法可能需要高分辨率轮速传感器。上面讨论的方法通常不需要高分辨率车轮传感器，这使得成本和复杂性都减小。上面描述的方法也能实现在相对低的车速下车轮干扰拒绝在转向系统12的稳定性约束内被调节或提高。上面描述的方法被构造成减少转向盘加速度以提供改善的车轮干扰拒绝。上面讨论的方法还考虑了由驾驶员施加的制动压力。制动压力也被用来确定拒绝命令52是否被启用。
虽然仅参照有限数量的实施例具体描述了本发明，但应该容易理解的是本发明并不限于这种所公开的实施例。更确切地说，本发明可被改进以包含任意数量的变型、改变、替换、或等同布置，这些内容虽然目前未被描述，但是与本发明的精神和范围相称。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应该理解的是，本发明的各方面可仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前面的描述所限制。
Claims (15)
1.一种转向系统的控制系统，包括：
用于确定转向盘加速度的加速模块，所述加速模块使用扩展态观测器，所述扩展态观测器使用由扭矩传感器感测的转向盘扭矩、转向辅助单元的马达的马达扭矩命令、马达位置和马达速度，
扩展态观测器由下式表达：
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</mrow>
</mrow>
其中指的是转向系统的计算状态，代表了状态变化，u是系统输入，y是系统输出，Aobs是系统矩阵，Bobs是控制矩阵，L是观测器增益矩阵，并且是计算的系统输出；
用于确定拒绝命令的缩放模块，该拒绝命令基于转向盘加速度和车轮频率，其中所述缩放模块包括制动压力缩放，所述制动压力缩放基于制动压力启用所述拒绝命令；以及
用于确定调节后辅助命令的最终命令模块，所述调节后辅助命令由转向辅助单元的马达使用，所述调节后辅助命令基于正常辅助命令和拒绝命令，所述正常辅助命令是马达扭矩命令。
2.如权利要求1所述的控制系统，其中缩放模块作为输入接收由车轮频率调节模块确定的平均中心车轮频率。
3.如权利要求2所述的控制系统，其中缩放模块包括用于基于平均中心车轮频率确定频率缩放输出的频率缩放，并且其中该频率缩放输出基于车速调节拒绝命令。
4.如权利要求1所述的控制系统，其中，车轮频率调节模块确定转向盘加速度的带通滤波版本，并且其中转向盘加速度的带通滤波版本被提供到缩放模块。
5.如权利要求1所述的控制系统，其中缩放模块基于转向盘扭矩确定扭矩缩放输出，并且其中扭矩缩放输出被构造成基于转向盘扭矩的水平调节拒绝命令。
6.如权利要求1所述的控制系统，其中缩放模块基于转向盘扭矩确定扭矩缩放输出，并且其中扭矩缩放输出被构造成基于转向盘扭矩的水平禁用拒绝命令。
7.如权利要求1所述的控制系统，包括相位调节模块，其用于基于转向系统的系统驱动力调节转向盘加速度。
8.一种用于确定转向系统的拒绝命令的方法，包括：
使用扩展态观测器由加速模块确定转向盘加速度，所述扩展态观测器使用发送至转向辅助单元的马达的马达扭矩命令、转向盘扭矩、马达位置和马达速度，扩展态观测器由下式表达：
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其中指的是转向系统的计算状态，代表了状态变化，u是系统输入，y是系统输出，Aobs是系统矩阵，Bobs是控制矩阵，L是观测器增益矩阵，并且是计算的系统输出；
由缩放模块确定拒绝命令，拒绝命令基于转向盘加速度；以及
由最终命令模块确定给马达的基于正常辅助命令和拒绝命令的调节后辅助命令，所述正常辅助命令是马达扭矩命令。
9.如权利要求8所述的方法，还包括通过缩放模块的制动压力缩放基于制动压力启用拒绝命令。
10.如权利要求8所述的方法，其中缩放模块作为输入接收由车轮频率调节模块确定的平均中心车轮频率。
11.如权利要求10所述的方法，其中缩放模块包括用于基于平均中心车轮频率确定频率缩放输出的频率缩放，并且其中该频率缩放输出基于车速调节拒绝命令。
12.如权利要求8所述的方法，还包括由缩放模块基于转向盘扭矩确定扭矩缩放输出，其中扭矩缩放输出被构造成基于转向盘扭矩的水平调节拒绝命令。
13.如权利要求8所述的方法，还包括由缩放模块基于转向盘扭矩确定扭矩缩放输出，并且其中扭矩缩放输出被构造成基于转向盘扭矩的水平禁用拒绝命令。
14.如权利要求8所述的方法，还包括通过相位调节模块基于转向系统的系统驱动力调节转向盘加速度。
15.如权利要求8所述的方法，其中，车轮频率调节模块确定转向盘加速度的带通滤波版本，并且其中转向盘加速度的带通滤波版本被提供到缩放模块。
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| US13/792897 | 2013-03-11 | ||
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