CN106494499A - 基于转矩梯度和所需速度误差禁用受控速度返回 - Google Patents
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Abstract
动力转向系统包括生成估计的驾驶员转矩的增益模块和确定融合值的融合模块。融合值至少部分地基于估计的驾驶员转矩的导数，并且融合值应用于方向盘的返回转矩。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求序列号为14/933,461、2015年11月5日提交的美国专利申请的优先权，该美国专利申请要求序列号为62/213,919、2015年9月3日提交的美国临时专利申请的优先权，两者在此均通过引用其全文的方式并入本文。
发明背景
本发明涉及电动转向系统的控制系统，并且更具体地涉及基于模型的估计来估计驾驶员转矩并且禁用受控速度返回的控制系统。
电动转向(EPS)系统可以在转向管柱和齿条齿轮组件之间使用转矩传感器。转矩传感器可以测量应用在小齿轮上的转矩并还作为由车辆操作者(如，驾驶员)应用于方向盘的输入转矩的大致估算。转矩传感器的输出可以用于计算以确定电机提供的辅助转矩的量。
虽然转矩传感器可以在稳定状态操作期间大致估算驾驶员转矩，但是在动态的瞬态期间或者在大的齿条力干扰期间(诸如当驾驶员释放方向盘或者当驾驶员使车辆行驶在例如颠簸的路上时)，转矩传感器的测量值通常与驾驶员转矩偏离。驾驶员转矩传感器能够被添加在方向盘上以允许在增加的成本下的精确测量。
发明内容
在一个实施例中，动力转向系统包括生成估计的驾驶员转矩的增益模块，以及确定融合值的融合模块，融合值至少部分地基于估计的驾驶员转矩的导数，融合值应用于方向盘的返回转矩。
在另一个实施例中，控制动力转向系统的方法包括产生估计的驾驶员转矩；以及确定融合值，融合值至少部分地基于估计的驾驶员转矩的导数，融合值应用于方向盘的返回转矩。
从下面结合附图的描述中，这些和其它优点及特征将变得更加明显。
附图说明
在说明书结论部分的权利要求中，被认作本发明的主题被特别指出并清楚地要求保护。从以下结合附图进行的详细描述中，本发明前述的和其它特征和优点将是明显的，其中：
图1描述了根据本公开一个实施例的描述包括转向系统的车辆的功能框图；
图2描述了根据本公开一个实施例的驾驶员转矩估计模块的框图；
图3描述了根据本公开一个实施例的驾驶员转矩估计模块的数据流图；
图4描述了根据本公开一个实施例在车道居中操作中应用于转向控制器的估计的驾驶员转矩的数据流图；
图5描述了根据本公开一个实施例的在受控速度功能中的估计的驾驶员转矩的数据流图；
图6描述了根据本公开一个实施例的在自动驾驶辅助系统中实施的驾驶员转矩估计模块的数据流图；
图7描述了根据本公开一个实施例的自动驾驶辅助系统中的驾驶员转矩估计模块的数据流图；
图8描述了根据本公开一个实施例的转矩辅助生成模块的数据流图；
图9描述了根据本公开一个实施例的以受控速度功能形式应用于估计的驾驶员转矩的融合模块的数据流图；
图10描述了根据本公开另一个实施例的融合模块的数据流图；和
图11描述了根据本公开一个实施例的应用于前馈返回功能的融合模块。
具体实施例
现在参考附图，其中将参考特定的实施例描述本发明，而并非限制本发明，描述了包括转向系统12的车辆10的示例实施例。在不同的实施例中，转向系统12包括连接到转向轴16的方向盘14。在所示的示例性实施例中，转向系统12是电动转向(EPS)系统，其还包括连接到转向系统12的转向轴16以及连接到车辆10的左横拉杆20和右横拉杆22的转向辅助单元18。应当注意，转向系统12也可以是齿条辅助EPS(REPS)。例如，转向辅助单元18包括齿条齿轮转向机构(未示出)，其可以通过转向轴16连接到转向致动器电机和传动装置。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的电机提供辅助以移动左横拉杆20和右横拉杆22，然后其分别移动左转向节24和右转向节26。左转向节24连接到左车轮28，并且右转向节26连接到车辆10的右车轮30。
如图1所示，车辆10还包括检测和测量转向系统12和/或车辆10的信号的各种传感器31-34。传感器基于测量的信号产生传感器信号。在一个实施例中，提供转矩传感器31以感测置于方向盘14上的转矩。在所示的示例性实施例中，虽然转矩传感器31放置在方向盘14上，但是可以理解，转矩传感器31也可以不总是放置在方向盘14附近或其上。在一个实施例中，电机位置/速度传感器32感测电机的位置和/或速度，并且方向盘位置/速度传感器33感测方向盘位置和/或速度。另外，车辆10可以包括车轮速度传感器34以辅助测量车辆速度。在图1所示的实施例中，单个车轮速度传感器34被附接到车辆10的后轮附近。虽然图1中示出的是单个车轮速度传感器34，但是也可以包括多个车轮速度传感器。车轮速度传感器34可以位于变速器壳体上并且由车辆10的变速器的输出齿轮驱动。
控制模块50基于一个或多个传感器信号以及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。在一个实施例中，控制模块50包括驾驶员转矩估计模块60。驾驶员转矩估计模块60接收输入信号(EPS系统的测量的信号)。例如，驾驶员转矩估计模块60可以基于从多个传感器接收到的输入信号估计驾驶员转矩。输入信号可以包括但不限于电机指令、由小齿轮或方向盘14上的转矩传感器31测量的t形杆转矩、电机位置信号和电机速度信号。
图2描述了图1的控制模块50的驾驶员转矩估计模块60的实施例。在不同的实施例中，控制模块50可以包括一个或多个子模块及数据存储器。在本文中所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、处理器(共享的、专用的或者群组的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路或者提供上述功能的其它适合的部件。如所能够意识到的，图2所示的模块是可以进一步分割的。
控制模块50的输入可以由车辆10(图1)的转矩传感器31(图1)和电机位置/速度传感器32产生。另外，输入可以从车辆10(图1)内的其它控制模块(未示出)接收，并且可以被建模或者预定。可替换地，控制模块50可以接收来自方向盘位置/速度传感器33的方向盘位置/速度信号。方向盘位置/速度信号被换算成电机坐标，代替由电机位置/速度传感器32直接提供的这些信号。
在图2中，驾驶员转矩估计模块60接收多个输入信号。在一些实施例中，输入信号包括但限于电机指令、由转矩传感器测量的t形杆转矩信号，例如电机位置信号和电机速度信号。提供t形杆转矩信号的转矩传感器可以位于小齿轮上或者邻近转向管柱。在一些实施例中，从方向盘上的扭力杆测量t形杆转矩信号。但是，可以预期和理解的是t形杆转矩信号可以由任何类型的转矩传感器产生。
输入信号通常在方向盘坐标中换算，因为部分信号可以由相应的传感器在电机坐标中原始提供。在一些实施例中，输入信号通过机械比N和传动装置效率ε换算成方向盘坐标。可替换地或者附加地，除了其它信号之外，提供给驾驶员转矩估计模块60的输入信号可以包括参考电机电流信号、测量的电机电流信号、测量的方向盘位置、测量的方向盘速度和计算的电机转矩。
驾驶员转矩估计模块60使用测量的输入信号以确定估计的驾驶员转矩信号。动力转向系统能够使用估计的驾驶员转矩信号进一步补偿方向盘和EPS。在一些实施例中，EPS系统的三质体力学模型被存储在驾驶员转矩估计模块60中。在确定驾驶员转矩估计时，三质体力学模型能够用来表示系统动态。在Badawy等在SAE1999-01-0399中的电动转向系统的建模和分析中描述了三质体EPS力学模型，该文通过引用合并到本文。但是，在估计驾驶员转矩时，驾驶员转矩估计模块60可以使用其它质体模型(如，一质体模型、两质体模型、十质体模型等)。驾驶员转矩观测器可以使用力学模型以基于输入信号确定驾驶员转矩估计。在一些实施例中，除了其它因数，三质体模型还可以考虑齿条惯性、方向盘惯性和电机惯性。能够用基于下面状态空间等式的状态空间模型表示力学模型：
y(t)＝Cx(t) (等式2)
在等式1中，u(t)是作为电机转矩的函数的输入矢量，x(t)是作为方向盘位置、方向盘速度、电机位置、电机速度、齿条速度、驾驶员转矩的函数的延展状态矢量。在等式2中，y(t)是作为方向盘转矩、电机位置和电机速度的函数的输出矢量。A、B和C是状态空间等式的矩阵。
驾驶员转矩估计模块60估计EPS系统的非测量状态。在一些实施例中，驾驶员转矩估计模块60可以使用包括估计的驾驶员转矩状态的延展状态矢量。在图3中更详细地示出了驾驶员转矩估计模块60。
图3描述了根据本发明一个实施例的驾驶员转矩估计模块60。驾驶员转矩估计模块60分析接收到的输入信号以计算估计的驾驶转矩。由于驾驶员转矩估计模块60使用的算法，所以估计的驾驶员转矩可以非常接近实际驾驶员转矩。
在操作中，可以通过永磁同步电机将电机转矩应用到EPS系统62。EPS系统62可能会受到干扰，包括但不限于道路振动或者在转向操作期间驾驶员释放方向盘。所以，作用在EPS系统上的实际驾驶员转矩可能被干扰影响。
作用在EPS系统62上的实际驾驶员转矩可以由传感器模块64测量，其可以包含包括图1所示的传感器在内的任何数量的传感器。传感器模块64可以分析包括实际驾驶员转矩的实际状态矢量以确定方向盘位置、EPS系统的电机位置和电机速度。传感器模块64还接收和分析t形杆转矩。驾驶员转矩估计模块60从传感器模块64接收方向盘位置、t形杆转矩、电机位置和电机速度。在一个实施例中，传感器模块64输出能够表示输出矢量的接收信号，但是其它表示也是可能的。如下面将要更详细描述的，输出矢量由驾驶员转矩估计模块60的误差模块66分析。
误差模块66接收输出矢量和估计的输出矢量作为输入。误差模块66计算表示输出矢量和估计的输出矢量之间的差的误差信号。估计的输出矢量可以表示选定的估计的传感器信号，其中输出矢量可以表示传感器模块64提供的实际信号。误差信号被传送到换算模块70，其计算反馈校正信号。
在操作中，换算模块70换算误差信号以产生反馈校正信号。在一个实施例中，反馈校正信号表示方向盘转矩、电机位置和已经被换算的电机速度信号的测量值和估计值之间的误差。为了产生反馈校正信号，换算模块70将观测器增益值与误差信号相乘。观测器增益信号可以是至少部分使用稳态卡曼滤波或者极点配置方法设计的矩阵，如Pretince HallInc(2006)出版的Gene F。Franklin、J.David Powell和Abbas Emami-Naeini撰写的“动态系统的反馈控制”；Addison-Wesley1998年出版的Menlo Park第3卷中由Gene F.Franklin、J.David Powell和Michael L.Workman撰写的“动态系统的数字控制”中所描述的，这两篇文件均以引用的方式合并到本文。
换算模块70产生的反馈校正信号通过使得误差信号接近零来减小估计的输出矢量和输出矢量之间的差。
部分地，通过允许反馈校正信号接近零误差信号(如，零值)，驾驶员转矩估计模块60估计追踪实际驾驶员转矩的驾驶员转矩。驾驶员转矩的估计被确定，而不需要特别额外的传感器以测量驾驶员转矩。
反馈校正信号被传送到延展状态矢量估计模块68。延展状态矢量估计模块68生成延展状态矢量估计。
除了接收来自传感器模块64的输出矢量外，驾驶员转矩估计模块60还接收电机转矩指令。在一些实施例中，电机转矩指令可以由驾驶员转矩估计模块60的状态矢量估计模块68接收。
延展状态矢量估计模块68将电机转矩指令应用到一组延展状态空间等式，在一个实施例中其可以包括在等式1和2中描述的等式。延展状态矢量估计模块68还将换算模块70估计的反馈校正信号应用于延展状态空间等式，从而产生延展状态矢量估计。延展状态矢量估计可以由表示，在一些实施例中，其是方向盘位置(x_hw)、方向盘速度电机位置电机速度齿条位置(x_am)、齿条速度和驾驶员转矩(T_dr)的函数。
延展状态矢量估计被传送到传感器估计模块69，其利用延展状态矢量估计计算估计的输出矢量。在一些实施例中，传感器估计模块69选择地过滤延展状态矢量估计。因此，估计的输出矢量的信号可以对应于输出矢量的信号。在一些实施例中，传感器估计模块69应用选择矩阵以将延展状态矢量估计减少到估计的输出矢量。
延展状态矢量估计用于减少误差信号的量值。延展状态矢量估计接近实际状态矢量。在一些实施例中，通过增益模块72，延展状态矢量估计被乘以固定的增益值以产生估计的驾驶员转矩。
如上面提到的，估计的输出矢量可以表示估计的t形杆转矩、估计的电机位置和估计的电机速度。但是，还可以预期和理解的是，误差模块可以接收估计的输出矢量和包括其它EPS信号的输出矢量。
参考图4，驾驶员转矩估计模块60产生的估计的驾驶员转矩可以用来代替方向盘转矩作为控制器410的输入。用估计的驾驶员转矩代替方向盘转矩能够产生更快的返回性能。特别地，控制器410的依赖方向盘转矩的换算模块409可以接收估计的驾驶员转矩信号426而不是来自扭力杆传感器的转矩信号。因此，不需要额外的转矩就能得到依赖方向盘转矩的换算模块409所需要的转矩数据。
特别是，控制模块50(图1)中的控制器410的输入可以由车辆的传感器30-34(图1)产生，可以被建模，和/或可以被预定。在该示例中，控制器410包括方向盘返回模块408、依赖方向盘转矩的换算模块409、换算的返回指令模块412和表格数据存储器414，如图4所示。
方向盘返回模块408接收车辆速度420和方向盘角度422作为输入。例如，方向盘角度422可以是相对于方向盘中心位置的方向盘的角度位置。方向盘返回模块408基于车辆速度420和方向盘角度422确定返回指令424。在不同的实施例中，方向盘返回模块408使用一个或多个方向盘返回查找表425确定返回指令424。查找表425可以由车辆速度420和/或方向盘角度422作为索引。查找表425可以存储在表格数据存储器414中并且可由其存取。
在一个示例中，方向盘返回模块408与九个返回表格425关联。九个返回表格中的每一个都限定了车辆速度420。九个返回表格中的数据点限定了返回曲线。例如，九个返回曲线中的每一个都由十六个数据点组成。数据点由轴线限定，该轴线由方向盘角度422限定。在一个示例中，方向盘角度422的范围是从零度到九百度。在不同的实施例中，轴线是能够选择的。在不同的实施例中，所有的返回曲线共用一个公共轴线。如能够意识到的，返回曲线的数据可以渐增或渐减。限定为曲线零的速度能够被用来作为返回速度转折点(如，在转折点速度下返回指令倾斜到零)。
如图5所示，驾驶员转矩估计模块60(图2)计算的估计的驾驶员转矩能够被传递到融合表502。图5更详细地描述了本公开的受控速度返回功能。另外，驾驶员转矩估计模块60可以被包括在融合表中以辅助产生融合因数。融合表502基于车辆速度和估计的驾驶员转矩产生融合因数。
图5中所述的融合策略还包括根据方向盘位置和车辆速度的函数产生方向盘速度参考信号的方向盘速度查找表503。方向盘速度参考信号与测量的方向盘速度相比较并输出到PID控制504。PID控制504评估输出并且生成返回转矩。在乘法器506处将返回转矩乘以融合因数以产生返回指令。返回指令在加法器508处被添加至辅助指令，其是辅助转矩、阻尼值和在求和块510中求和的任何其它EPS信号的函数。通过结合辅助指令与返回指令产生最终电机指令。如所示的，图5所述的系统能够应用于受控速度返回功能，当驾驶员的手未放在方向盘上时，其需要方向盘以预定速度返回到中心位置。EPS确定驾驶员的手不再放在方向盘上，并且生成电机转矩以辅助方向盘返回到中心位置。当使用t形杆转矩时，检测到驾驶员的手未放在方向盘会比需要的慢。这就是在实际手离开方向盘事件和t形杆转矩减少到零之间存在时滞的原因。t形杆转矩不仅受到驾驶员转矩的影响而且受到方向盘惯性、阻尼和其它力以及与EPS通信的组件的影响。手离开方向盘事件之后，通常驾驶员转矩比t形杆转矩更快地减少到零。因此，在一个实施例中能够使用驾驶员转矩以响应地起动辅助转矩。这允许在最小的无辅助的时间间隔后，方向盘返回到中心位置。在融合表中实施驾驶员转矩估计模块以能够使方向盘平滑地返回到中心位置。
现在参考图6，该数据流图描述了用来控制在高级驾驶辅助系统中的转向系统的控制模块50(图1)的子模块的一个实施例。驾驶员转矩估计模块60还可以在全自主或其它半自主车辆系统中实施。驾驶员转矩估计模块60生成估计的驾驶员转矩信号，其被传送到融合查找表602。融合查找表602使用估计的驾驶员转矩信号产生标量融合值。该标量融合值与转矩标量查找表604产生的转矩标量融合值相乘。转矩传感器测量的t形杆转矩被表格604使用以产生转矩标量融合值。标量乘法器在结合点621处与车道保持指令620相乘以产生车道保持转矩指令。限制器622控制车道保持转矩指令的量值。车道保持转矩指令被添加到车辆转向电机指令623以产生复合电机指令624。第二限制器626控制复合电机指令624以产生最终电机指令628。
参考图7，驾驶员转矩估计模块60产生的估计的驾驶员转矩可以被应用于手离开方向盘检测模块700。在操作中，手离开方向盘检测模块700过滤和处理估计的驾驶员转矩780。手离开方向盘检测模块700还分析从车辆速度传感器传送来的车辆速度。一系列的计时器和阈值检测器被手离开方向盘检测模块700使用以产生转矩辅助信号。
图7是控制模块50(图1)的手离开方向盘计算模块700的框图。手离开方向盘计算模块700描述了确定手离开方向盘(HOW)状况的方法。在所示的实施例中，手离开方向盘模块700包括陷波滤波器770(也称为带阻滤波器)、包络检波器772、HOW状态检测器774和转矩辅助产生模块776。
手离开方向盘计算模块700接受来自驾驶员估计模块60(图2)的估计的驾驶员转矩信号780而非来自位于方向盘附近的转矩传感器的转矩信号。因此，手离合方向盘计算模块700并不需要指示施加到方向盘上的转矩的数量的信号。陷波滤波器770接收估计的驾驶员转矩780作为输入。陷波滤波器770可以是构造得移除或者削弱表示正常柱形模式频率的估计的驾驶员转矩780中的频率的波段或范围的任何类型的滤波装置，并且产生作为输出的过滤的估计的驾驶员转矩信号784。如果驾驶员没有将他或她的手放在方向盘上(如，手离开方向盘状况)，则正常的柱形模式频率表示方向盘和转向轴操作所处的振动模式。如本文进一步描述的，手离开方向盘计算模块700预期如果没有检测到HOW状况则存在手离开方向盘的状况。例如，在一个实施例中，正常柱形模式频率的范围可以是大约8赫兹到大约15赫兹。可以基于提供的转矩传感器的类型(如兼容转矩传感器对非兼容转矩传感器)调节正常柱形模式。然后过滤的估计的驾驶员转矩信号784被传送到包络检波器772。
包络检波器772确定过滤的估计的驾驶员转矩信号784的包络，并且产生HOW检测信号788作为输出。HOW检测信号788表示在给定时间点处的过滤的估计的驾驶员转矩信号784的包络E。包络检波器772可以使用任何数量的包络检波方法以确定HOW检测信号788。例如，在基于软件的方法中，包络检波器772将过滤的估计的驾驶员转矩信号784传递到低通滤波器(未示出)，并然后确定过滤的估计的驾驶员转矩信号784的绝对值。然后HOW检测信号788被传送到HOW状态检测器774。
HOW状态检测器774监测HOW检测信号788并且基于预定时间间隔内HOW检测信号788的值与转矩阈值的比较确定是否存在HOW状况。如果确定HOW状况存在，则HOW状态检测器774产生低级HOW信号7110并且将其传送到转矩辅助产生模块776。在一个实施例中，HOW状态检测器774可以确定驾驶员可能施加到方向盘上的力的水平。例如，中级HOW信号7112表示相对中等水平的力，并且高级HOW信号7114表示相对高水平的力。如果状态检测器774没有发送低级HOW信号7110、中级HOW信号7112或者高级HOW信号7114到转矩辅助产生模块776，则存在手离开方向盘状况。在图7所示的示例性实施例中，HOW状态检测器774包括ON/OFF子模块7104、中级子模块7106和高级子模块7108。ON/OFF子模块704被用于产生低级HOW信号7110，中级子模块7106被用来确定中级HOW信号7112，并且高级子模块7108被用来产生高级HOW信号7114。当估计的驾驶员施加的力的水平增加时(如，中级HOW信号7112表示相对中等水平的力，或高级HOW信号7114表示相对高水平的力)，驾驶员估计模块60可以较高可信度水平地预测HOW状况的实际存在。例如，中级HOW信号7112表示与低级HOW信号7110相比时相对更确定或更可靠地表示存在HOW状况。
在图7所示的实施例中，HOW状态检测器774使用了六个转矩阈值T′，但是可以理解，也可以使用任何其它数量的转矩阈值。ON/OFF子模块7104包括OFF阈值790′和ON阈值792′。OFF阈值790′表示驾驶员没有将他或她的手放在方向盘上，并且ON阈值792′表示驾驶员将他或她的手放在了方向盘上。中级子模块7106包括中级OFF阈值794′和中级ON阈值796′。中级OFF阈值794′和中级ON阈值796′表示驾驶员施加到方向盘上的中等水平的力。高级子模块7108包括高级OFF阈值798′和高级ON阈值7100′。高级OFF阈值798′和高级ON阈值7100′表示驾驶员施加到方向盘上的高水平的力。在一个示例性实施例中，OFF阈值790′大约是0.175Nm，ON阈值792′大约是0.7Nm，中级OFF阈值794′大约是0.8Nm，中级ON阈值796′大约是1.0Nm，高级OFF阈值798′大约是1.1Nm，并且高级ON阈值7100′大约是1.5Nm，但是，可以理解的是，也可以使用其它转矩值。
在一个实施例中，可以基于车辆速度调节转矩阈值T。车辆的速度由车辆速度传感器监测。驾驶员估计模块60接收来自车辆速度传感器的车辆速度信号7120作为输入。车辆速度信号7120被传送到查找表7122。查找表7122被用来基于车辆速度信号7120确定修正的转矩阈值T′。然后修正的转矩阈值T′被传送到HOW状态检测器774。特别是，修正的转矩阈值T′包括OFF阈值790′、ON阈值792’、中级OFF阈值794′、中级ON阈值796、高级OFF阈值798′和高级ON阈值7100′。状态检测器774可以用修正的转矩阈值T′代替转矩阈值T。
第一计时器T1和第二计时器T2被提供用于ON/OFF子模块7106、中级子模块7106和高级子模块7108中的每一个。特别是，ON/OFF子模块7104与第一计时器T1和第二计时器T2通信，中级子模块7106与中级第一计时器T1和中级第二计时器T2通信，并且高级子模块7108与高级第一计时器T1和高级第二计时器T2通信。
HOW状态检测器774的ON/OFF子模块7104监测HOW检测信号788直到ON/OFF子模块7104确定HOW检测信号788大于ON阈值792。当确定HOW检测信号788超过ON阈值792时，ON/OFF子模块7104传送起动计时器信号7130给第一计时器T1和第二计时器T2。第一计时器T1被构造得当接收到起动计时器信号7130时从第一时间间隔开始计时，并且第二计时器T2被构造得当接收到起动计时器信号7130时从第二时间间隔开始计时。第一时间间隔和第二时间间隔是可以基于应用类型调节的可校准值。在一个实施例中，第一计时器T1的第一时间间隔小于第二计时器T2的第二时间间隔。当第一计时器T1从第一时间间隔计时时，ON/OFF子模块7104继续监测HOW检测信号788。应当注意到，第一计时器T1和第二计时器T2、中级第一计时器T1、中级第二计时器T2、高级第一计时器T1和高级第二计时器T2均是彼此同时运行的。
一旦第一时间间隔期满，则第一计时器T1将计时器1期满信号7134传送到ON/OFF子模块7104。一旦ON/OFF子模块7104接收到计时器1期满信号7134，则ON/OFF子模块7104确定在第一时间间隔期间HOW检测信号788是否维持在ON阈值792之上。如果在第一时间间隔期间HOW检测信号788维持在ON阈值792之上，则HOW状况存在。状态检测器774被设置为HOW＝1状态(如，处于HOW状态存在)，并且ON/OFF子模块7104生成低级HOW信号7110。ON/OFF子模块7104还可以将重置信号7132传送到第一计时器T1和第二计时器T2。重置信号7132初始化第一计时器T1回到time＝0。重置信号7132使第二计时器T2终止计时，并初始化第二计时器回到time＝0。
如果在第一时间间隔期间HOW检测信号788未维持在ON阈值792之上并且未发送重置信号7132，则第二计时器T2可以继续计时直到经过第二时间间隔，并且然后将计时器2期满信号7136发送到ON/OFF子模块7104。一旦ON/OFF子模块7104接收到计时器2期满信号7136，则ON/OFF子模块7104确定是否在第二时间间隔期间HOW检测信号788维持在OFF阈值790之下。如果在第二时间间隔期间HOW检测信号788维持在OFF阈值790之下，则HOW状况不存在。ON/OFF子模块7104则可以发送重置信号7132以初始化第一计时器T1和第二计时器T2。
中级子模块7106可以利用相似的方法生成中级HOW信号7112。中级子模块7106可以监测HOW检测信号788。当确定HOW检测信号788大于中级ON阈值796时，中级子模块7106传送起动计时器信号7140给中级第一计时器T1和中级第二计时器T2。当第一计时器T1从第一时间间隔计时时，中级子模块7106继续监测HOW检测信号788。
一旦第一时间间隔期满，则中级第一计时器T1将计时器1期满信号7144传送到中级子模块7106。一旦中级子模块7106接收到计时器1期满信号7144，则中级子模块7106确定在第一时间间隔期间HOW检测信号788是否维持在中级ON阈值796之上。如果在第一时间间隔期间HOW检测信号788维持在中级ON阈值796之上，则HOW状况存在。状态检测器744被设置到中级HOW状态并且生成中级HOW信号7112。中级子模块7106还可以将重置信号7142传送到中级第一计时器T1和中级第二计时器T2。
如果在第一时间间隔期间HOW检测信号788未维持在中级ON阈值796之上并且未发送重置信号7142，则中级第二计时器T2可以继续计时直到经过第二时间间隔，并且然后将计时器2期满信号7146发送到中级子模块7106。一旦中级子模块7106接收到计时器2期满信号7146，则中级子模块7106确定在第二时间间隔期间HOW检测信号788是否维持在中级OFF阈值794之下。如果在第二时间间隔期间HOW检测信号788维持在中级OFF阈值794之下，则中级HOW状况不存在。然后中级子模块7106可以传送重置信号7142以初始化中级第一计时器T1和中级第二计时器T2。
高级子模块7108可以利用相似的方法生成高级HOW信号7114。高级子模块7108监测HOW检测信号788，并且当确定HOW检测信号788大于高级ON阈值7100时，高级子模块7108传送起动计时器信号7150给高级第一计时器T1和高级第二计时器T2。当高级第一计时器T1从第一时间间隔计时时，高级子模块7108继续监测HOW检测信号788。
一旦第一时间间隔期满，则高级第一计时器T1将计时器1期满信号7154传送到高级子模块7106。一旦高级子模块7108接收到计时器1期满信号7154，则高级子模块7108确定在第一时间间隔期间HOW检测信号788是否维持在高级ON阈值7100之上。如果在第一时间间隔期间HOW检测信号788维持在高级ON阈值7100之上，则高级HOW状况存在。状态检测器744被设置到高级HOW状态并且生成高级HOW信号7114。高级子模块7108还可以将重置信号7152传送到高级第一计时器T1和高级第二计时器T2。
如果在第一时间间隔期间HOW检测信号788未维持在高级ON阈值7100之上并且未发送重置信号7152，则第二计时器T2可以继续计时直到经过第二时间间隔，并且然后将计时器2期满信号7156发送到高级子模块7108。一旦高级子模块7108接收到计时器2期满信号7156，则高级子模块7108确定在第二时间间隔期间HOW检测信号788是否维持在高级OFF阈值798之下。如果在第二时间间隔期间HOW检测信号788维持在高级OFF阈值798之下，则HOW状况不存在，并且不将状态检测器774设置为高级HOW状态。然后，高级子模块7108可以发送重置信号7152以初始化高级第一计时器T1和高级第二计时器T2。
转矩辅助生成模块776接收来自HOW状态检测器774的低级HOW信号7110、中级HOW信号7112或高级HOW信号作为输入。转矩辅助生成模块776选择地生成转矩辅助指令Tassist以产生方向盘中的轻推转矩，同时车道监测系统处于辅助模式。特别是，如果从HOW状态检测器774接收到低级HOW信号7110、中级HOW信号7112、高级HOW信号7114中的一个，则在辅助模式中转矩辅助生成模块776可以只生成转矩辅助指令Tassist。转矩辅助生成模块776可以基于是否接收到低级HOW信号7110、中级HOW信号7112或高级HOW信号7114调节转矩辅助指令Tasisst的值。特别是，当施加到方向盘734上的力的水平增加时，转矩辅助指令Tassist增加。例如，如果接收到高级HOW信号7114，则生成的转矩辅助指令Tassist可以大于接收到HOW信号7110时的转矩辅助指令Tassist。来自HOW状态检测器774的低级HOW信号7110、中级HOW信号7112或者高级HOW信号7114也可以被提供到车道监测系统，其中车道监测系统可以不从辅助模式切换到自主模式，除非HOW状况存在(如状态检测器774发送低级HOW信号7110、中级HOW信号7112或者高级HOW信号7114)。
图8描述了根据本公开一个实施例的转矩辅助生成模块776的数据流图。
在操作中，转矩辅助生成模块776接收低级HOW指令、中级HOW指令和高级HOW指令。低级HOW指令、中级HOW指令和高级HOW指令均通过相应的增益模块802、804和806被做乘法。在一个实施例中，增益模块802将低级HOW指令乘以数值0.1，增益模块804将中级HOW指令乘以数值0.3，并且增益模块806将高级HOW指令乘以数值0.6。增益模块802、804和806的输出发送到加法器808，在那里输出被进行求和，加法器808的和被发送到限制增加或减少速率的速率限制器810。速率限制器810的输出被发送到饱和块812，在那里基于从速率限制器810输出的值计算出从0到1的数值。在乘积块814车道居中指令与饱和块812输出的值相乘。乘积块814产生的乘积被发送到饱和限制器816以限制乘积块814产生的饱和值。然后饱和限制器的输出被发送到加法器818，在那里，饱和限制器816的输出与车辆转向电机转矩指令相加。加法器818的输出被发送到第二饱和限制器820，其输出Tassist指令。
图9描述了受控速度返回模块1400，其可以被包括在本公开的控制模块50(图1)中。如图9所示，估计的驾驶员转矩能够被传送到融合模块1402。融合模块1402输出能够选择性地修改乘法器1403生成的返回指令的融合因数。能够基于车辆速度、估计的驾驶员转矩、方向盘速度、方向盘位置和目标速度中的至少一个确定融合因数。融合因数是能够根据估计的驾驶员转矩、转矩梯度和所需的速度误差变化的换算值。融合因数能够减少返回转矩的不适当的应用同时改进转向感觉，而不需要转向组件中的额外传感器用于测量驾驶员转矩。
受控速度返回模块1400可以包括方向盘速度查找表1404，其根据方向盘位置和车辆速度生成方向盘速度参考信号。方向盘速度参考信号与测量的方向盘速度相比较并输出到PID控制1406。PID控制1406评估输出并且生成返回转矩。在乘法器1403处将返回转矩乘以融合因数以生成返回指令。返回指令在加法器1412处添加到辅助指令，其是在求和块1410处求和的辅助转矩、阻尼值和任何其它EPS信号的函数。在加法器1412处通过结合辅助指令与返回指令生成最终电机指令。如所示的，图9所述的系统能应用于受控速度返回功能，当驾驶员的手未放在方向盘上时，其需要方向盘以预定速度返回到中心位置。EPS确定驾驶员的手不再放在方向盘上，并且生成电机转矩以辅助方向盘返回到中心位置。由于实际的手离开方向盘事件和t形杆转矩减少到零值之间的时滞，因此当使用t形杆转矩时，检测到驾驶员的手未放在方向盘上比希望的慢。t形杆转矩不仅受到驾驶员转矩的影响而且受到方向盘惯性、阻尼和其它力以及与EPS通信的组件的影响。手离开方向盘事件之后，通常驾驶员的转矩比t形杆转矩更快地减少到零值。因此，在一个实施例中能够使用驾驶员转矩以响应地起动辅助转矩。这允许在最小的无辅助的时间间隔后，方向盘返回到中心位置。
图10描述了根据一些实施例的融合模块1402。融合模块1402可以包括转矩换算因数模块1502、转矩梯度换算模块1504和速度误差换算模块1506。融合模块1402还包括导数块1508和所需的速度误差计算块1510。
转矩换算因数模块1502根据估计的驾驶员转矩和车辆速度确定转矩换算因数。在图10中，驾驶员转矩或者方向盘转矩可以用来代替估计的驾驶员转矩。虽然在图10中示出了估计的驾驶员转矩，但是应当理解，也可以使用测量的方向盘转矩作为替换。转矩换算因数模块1502能够使用多个阈值确定转矩换算因数的量值。对于量值在全返回转矩阈值之下的估计的驾驶员转矩值，转矩换算因数模块1502可以不减小转矩换算因数的量值，而对于超过零返回转矩阈值的估计的驾驶员转矩值，转矩换算因数模块1502可以将转矩换算因数的量值减小到零值。对于落在全返回转矩阈值和零返回转矩阈值之间的估计的驾驶员转矩值，转矩换算因数模块1502可以在估计的驾驶员转矩的量值增加时按比例地减小转矩换算因数。估计的驾驶员转矩的增加通常对应于增加的方向盘驾驶员控制。因此，根据上述的必要的阈值，当驾驶员控制增加时转矩换算因数减少。
转矩梯度换算模块1504基于估计的驾驶员转矩的导数和车辆速度计算转矩梯度换算因数。估计的驾驶员转矩的导数由导数块1508计算并输出。导数值表示转矩梯度(如驾驶员转矩变化速率)。转矩梯度换算模块1504可以基于估计的驾驶员转矩的导数(转矩梯度)选择性地减小转矩梯度换算因数。在一些实施例中，与转矩换算因数模块1502类似，转矩梯度换算模块1504可以设置多个阈值以根据增加的转矩梯度量值减小转矩梯度换算因数。超过设置阈值的转矩梯度量值可以表示驾驶员干涉方向盘。通过当转矩梯度增加时减小转矩梯度换算因数，能够避免返回转矩的不适当的应用，以增加转向感觉和对驾驶员的响应性。
作为示例，对于量值小于全转矩梯度阈值的转矩梯度值，转矩梯度换算模块1504可以不减小转矩梯度换算因数的量值，并且对于超过零转矩梯度阈值的转矩梯度值，转矩梯度换算模块1504可以将转矩梯度换算因数的量值减小到零值。对于落在全转矩梯度阈值和零转矩梯度阈值之间的转矩梯度值，转矩梯度换算模块1504可以在转矩梯度量值增加时按比例地减小转矩梯度换算因数。
速度误差换算模块1506根据速度误差和方向盘位置(如方向盘角度)输出速度误差换算因数。在一些实施例中，通过得到方向盘速度的量值和目标速度的量值之间的差而计算出速度误差。速度误差换算模块1506可以选择性地减小由速度误差换算模块1506根据速度误差和方向盘位置输出的速度误差换算因数。
在一些实施例中，速度误差换算模块1506可以设置多个阈值以辅助计算速度误差换算因数。部分地基于这些阈值，可以根据速度误差和方向盘位置修改速度误差换算因数。这些阈值可以表示驾驶员在位于中心的区域处干涉方向盘。通过在速度误差和方向盘位置处于设置范围时减小速度误差换算因数，不需要的返回转矩能够成按比例减小，从而导致驾驶员阻力更小并且进行位于中心的转向操作的转向努力更加顺畅。
特别是，在一些实施例中，速度误差换算模块1506可以设置上限和下限速度误差阈值以及上限和下限方向盘位置阈值。在操作中，对于落在上限和下限速度阈值和/或上限和下限方向盘位置阈值之外的速度误差值(如，量值小于下限速度误差阈值或者量值大于上限速度误差阈值的速度误差值，或者量值小于下限方向盘位置阈值或者量值大于上限方向盘位置阈值的方向盘位置值)，速度误差换算模块1506可以不减小速度误差换算因数的值。因此，由于速度误差换算模块1506不进行减小操作，所以速度误差换算因数的量值可以是一致的。
对于落入上限和下限速度误差阈值和/或上限和下限方向盘位置阈值内的速度误差值，速度误差换算因数可以被减小。速度误差换算模块1506中所示的图描述了作为速度误差和方向盘位置的函数的速度误差换算因数值。虽然示出了三个方向盘位置的速度误差换算因数值，但是速度误差换算模块1506并不限于任何数量的方向盘位置或者方向盘位置与速度误差值的组合。而且，速度误差换算模块1506可以包括多个子阈值，其进一步限定或限制了速度误差换算因数减小的量值。
转矩换算因数、转矩梯度换算因数和速度误差换算因数被发送到融合模块1402的乘法器1512。乘法器1512生成融合因数，其是上述换算因数的函数。如图9所示，融合因数进一步与返回转矩组合以生成可以由转矩梯度和/或速度误差换算因数修改的返回指令。
如图11所示，转矩梯度换算模块1504和导数块1508(图10)可以在通过参考结合到本文的US2010/0286869中公开的控制器1610中实施，以改善性能。控制器1610的依赖方向盘转矩的换算模块1609可以接收估计的驾驶员转矩信号1626而不是来自扭力杆传感器的转矩信号，并且将依赖方向盘转矩的换算因数输出到乘法器1627。依赖方向盘转矩的换算模块1609输出依赖方向盘转矩的换算因数1628，其在乘法器1627处与转矩梯度换算模块1504输出的依赖转矩梯度的换算因数融合。乘法器1627输出改善系统性能的融合值。而且，由于使用估计的驾驶员转矩，所以不需要额外的转矩传感器来获得控制器1610所需要的转矩数据。
特别是，控制模块50(图1)中的控制器1610的输入能够由车辆的传感器30-34(图1)产生，能够被建模，和/或能够被预定。在该示例中，控制器1610包括方向盘返回模块1608、依赖方向盘转矩的换算模块1609、换算的返回指令模块1612和表格数据存储器1614，如图11所示。
方向盘返回模块1608接收车辆速度1620和方向盘角度1622作为输入。例如，方向盘角度1622可以是相对于方向盘中心的方向盘的角度位置。方向盘返回模块1608基于车辆速度1620和方向盘角度1622确定返回指令1624。在不同的实施例中，方向盘返回模块1608使用一个或多个方向盘返回查找表1625确定返回指令1624。查找表1625能够由车辆速度1620和/或方向盘角度1622作为索引。查找表1625能够存储在表格数据存储器1614中以及可由其存取。
虽然只是结合了有限数量的实施例详细描述本发明，但是应容易理解本发明并不限于这些公开的实施例。相反，能够对本发明进行修改以合并之前未描述的任意数量的变化、改变、代替或等同布置，但其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，但是能够理解，本发明的各方面可以只包括在部分所述实施例中。因此，本发明不应视为被前面的描述所限制。
Claims (15)
1.一种动力转向系统，包括：
生成估计的驾驶员转矩的增益模块；
确定融合值的融合模块，融合值至少部分地基于估计的驾驶员转矩的导数，融合值应用于方向盘的返回转矩。
2.如权利要求1所述的系统，其中融合模块包括基于估计的驾驶员转矩和车辆速度确定转矩换算因数的转矩换算因数模块。
3.如权利要求1所述的系统，其中融合模块包括计算转矩梯度换算因数的转矩梯度换算模块，转矩梯度换算因数基于估计的驾驶员转矩的导数和车辆速度计算。
4.如权利要求3所述的系统，其中转矩梯度换算因数通过将估计的驾驶员转矩的导数与多个阈值比较计算。
5.如权利要求4所述的系统，其中多个阈值包括全转矩梯度阈值和零转矩梯度阈值，转矩梯度换算因数被构造成对于超过全转矩梯度阈值的导数减小返回转矩，估计的驾驶员转矩的导数表示估计的驾驶员转矩的变化速率。
6.如权利要求1所述的系统，其中融合模块包括确定速度误差换算因数的速度误差换算模块，速度误差换算因数至少部分地基于速度误差和方向盘位置计算，速度误差由方向盘速度的第一量值和目标速度的第二量值之间的差表示。
7.如权利要求6所述的系统，其中速度误差换算因数通过速度误差阈值和方向盘位置阈值计算，对于落入速度误差阈值之间的速度误差，减小速度误差换算因数，速度误差换算因数根据方向盘位置被进一步减小，其中减小速度误差换算因数减少了返回转矩。
8.如权利要求1所述的系统，其中融合值基于转矩换算因数、从估计的驾驶员转矩的导数计算的转矩梯度换算因数和速度误差换算因数的乘法确定。
9.一种控制动力转向系统的方法，包括：
生成估计的驾驶员转矩；和
确定融合值，融合值至少部分地基于估计的驾驶员转矩的导数，融合值应用于方向盘的返回转矩。
10.如权利要求9所述的方法，还包括基于估计的驾驶员转矩和车辆速度确定转矩换算因数。
11.如权利要求9所述的方法，还包括计算转矩梯度换算因数，转矩梯度换算因数基于估计的驾驶员转矩的导数和车辆速度计算。
12.如权利要求11所述的方法，其中转矩梯度换算因数基于转矩梯度换算因数与多个阈值的比较。
13.如权利要求12所述的方法，其中多个阈值包括全转矩梯度阈值和零转矩梯度阈值，转矩梯度换算因数被构造成对于超过全转矩梯度阈值的导数减小返回转矩，估计的驾驶员转矩的导数表示驾驶员转矩的变化速率。
14.如权利要求12所述的方法，还包括确定速度误差换算因数，速度误差换算因数至少部分地基于速度误差和方向盘位置计算，速度误差由方向盘速度的第一量值和目标速度的第二量值之间的差表示。
15.如权利要求14所述的方法，其中速度误差换算因数基于速度误差阈值和方向盘位置阈值计算，当速度误差落入速度误差阈值之间时，减小速度误差换算因数，速度误差换算因数根据方向盘位置进一步减小，其中减小速度误差换算因数减少了返回转矩。
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