CN107031709A - 缓解机架干扰对eps系统的影响的基于主动阻尼的方案 - Google Patents

Abstract

一种用于主动阻尼动力转向系统的系统包括：基于马达速度信号、丁字架转矩信号和最终马达命令而生成阻尼激活信号的阻尼激活模块；基于马达速度信号和车辆速度信号而生成经计算的命令的命令计算模块；以及基于阻尼激活信号和经计算的命令而生成阻尼命令的阻尼计算模块，阻尼命令降低动力转向系统的马达的马达速度以缓解机架干扰。

Description

缓解机架干扰对EPS系统的影响的基于主动阻尼的方案

背景技术

本发明涉及主动阻尼机架干扰对EPS系统的影响。

电动助力转向（EPS）系统使用电动马达来提供对驾驶员的辅助和缓解道路干扰。线性系统和控制分析技术可以用于推荐校准以得到最优转向感受和道路干扰抑制。

由于电动马达的物理性质，可用马达转矩可以在马达速度增加时减小。这典型地通过马达包络曲线来描述，马达包络曲线表示可用马达转矩对马达速度曲线图，如图1A中所示。而且，针对EPS系统的驾驶/操作条件中的大部分典型地发生在更靠近原点的马达包络的区内，即最大可用马达转矩或多或少是恒定的，如图1A中所示。然而，EPS系统可能经受高于标称机架负载，使得系统操作在高得多的速度处。例如，在一个实验中，在突然刹车的情况下在越野表面上驾驶造成比典型转向负载高50%的转向负载，这造成比典型马达速度高100%的马达速度。这是复杂的非线性现象，其牵涉包括EPS机械设计、马达设计、马达控制和校准、EPS控制和校准、底盘动态性质等的因素。这些高机架负载可以导致EPS系统中的高马达速度，降低如图1A中所示的过程中的最大可用马达转矩。如果发生高马达速度和降低的最大可用马达转矩的组合，如例如图1A中所示，则马达可能无法产生充足的反作用转矩以匹配作用于EPS系统的机架负载。这可以造成马达速度方面的附加增加。该循环持续，造成EPS系统中的不合期望的高马达速度。挑战在于识别该现象并且（例如）在马达速度进一步增加之前迅速应用马达反作用转矩。存在缓解该现象的不同方式。

缓解该现象的一种方式是修改EPS机械设计以降低系统中的高马达速度。然而，该技术可以导致转向感受方面的降级。较大容量马达可以用于提供更多反作用转矩，但是这将意味着明显更多的成本。这两个方法的限制使得主动阻尼算法成为用于缓解高机架负载的影响的合期望的选项。

主动阻尼典型地使用在EPS系统中以改进转向性能。美国专利5，919，241描述了基于转向速度和用于实现EPS系统的期望的频率响应和性能的其它信号的主动阻尼的使用。U.S.6，647，329 B2和U.S.6，122，579同样描述了用于阻尼功能的不同策略。专利US 8，612，094 B2呈现了基于速度信号自身而缩放频率相关马达阻尼的策略。美国专利US 7，549，504B2和US 2009/0157258 A1呈现了一种用于向EPS系统应用主动阻尼的方法，其可以在不同的象限中不同地操作，其中基于转向轮转矩和角速度来定义象限。

一般而言，主动阻尼策略通常使用在EPS系统中以给出针对典型驾驶条件的最优转向感受和道路干扰抑制。在这些条件中，机架负载在EPS系统的典型操作范围内，并且马达速度较低（马达包络图1A中的典型驾驶区）。为了防止高马达速度（如以上描述的），期望高得多的阻尼量。典型地，这样的阻尼量值对于正常驾驶条件而言将不是所期望的。因而，这些高阻尼量值应当在典型驾驶操作范围之外并且在检测到以上描述的现象时使用。该现象的检测对于缓解这样的机架干扰是关键的。

发明内容

依照一个实施例，一种用于主动阻尼动力转向系统的系统包括：基于马达速度信号、丁字架转矩信号和最终马达命令而生成阻尼激活信号的阻尼激活模块；基于马达速度信号和车辆速度信号而生成经计算的命令的命令计算模块；以及基于阻尼激活信号和经计算的命令而生成阻尼命令的阻尼计算模块，阻尼命令降低动力转向系统的马达的马达速度以缓解机架干扰。

依照另一实施例，一种用于主动阻尼动力转向系统的方法，所述方法包括：基于马达速度信号、丁字架转矩信号和最终马达命令而确定阻尼激活信号；基于马达速度信号和车辆速度信号而确定经计算的命令；以及基于阻尼激活信号和经计算的命令而生成阻尼命令，阻尼命令降低动力转向系统的马达的马达速度以缓解机架干扰。

这些和其它优点和特征将从结合附图考虑的以下描述变得更加明显。

附图说明

在说明书的结尾处的权利要求中特别地指出和明确地要求保护被视为本发明的主题。前述和其它特征以及本发明的优点从结合附图考虑的以下详细描述是明显的，其中：

图1A是马达包络曲线图；

图1是依照本公开的一个实施例的车辆转向系统；

图2是依照本公开的一个实施例的主动阻尼转向系统；

图3是依照本公开的一个实施例的主动阻尼转向系统的阻尼模块；

图4是依照本公开的一个实施例的主动阻尼转向系统的阻尼激活模块；

图5是依照本公开的一个实施例的命令计算模块；以及

图6是依照本公开的一个实施例的主动阻尼动力转向系统的方法。

具体实施方式

现在参照附图，其中将参照特定实施例来描述本发明，而不限制本发明，图示了包括转向系统12的车辆10的示例性实施例。在各种实施例中，转向系统12包括耦合到转向轴16的手轮14。在所示示例性实施例中，转向系统12是电动助力转向（EPS）系统，该电动助力转向系统还包括耦合到转向系统12的转向轴16以及车辆10的左拉杆20和右拉杆22的转向辅助单元18。应当指出的是，转向系统12也可以是机架辅助EPS（REPS）。转向辅助单元18包括例如机架和副齿轮转向机构（未示出），该机构可以通过转向轴16耦合到转向致动器马达和传动装置。在操作期间，当手轮14被车辆操作者转动时，转向辅助单元18的马达提供对移动左拉杆20和右拉杆22的辅助，这进而分别移动左和右转向节24，26。左转向节24耦合到车辆10的左道路轮28，并且右转向节26耦合到车辆10的右道路轮30。

如图1中所示，车辆10还包括各种传感器。在所示示例中，左轮速度传感器（未示出）感测左轮28的旋转速度，并且右轮速度传感器（未示出）感测右轮30的旋转速度。在一些实施例中，这些传感器可以用于计算车辆速度信号。转矩传感器31还被提供以用于感测置于手轮14上的丁字架转矩。在如所示的示例性实施例中，转矩传感器31被置于手轮14上，然而要理解的是，转矩传感器31可以并不总是置于手轮14附近或其上。在一些实施例中，马达速度传感器32被包括在转向致动器马达内，并且感测转向辅助单元18中的转向致动器马达的速度。马达速度传感器32可以被包括在转向辅助单元18中。

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来控制转向系统12的操作。

控制模块50确定阻尼命令。阻尼命令在基于到控制模块50的输入信号而标识到对应于高机架负载的某些条件时被应用，所述输入信号包括马达速度、丁字架转矩、车辆速度和最终马达命令。

转向图2，控制模块50至少包括阻尼模块62和最终命令模块61。阻尼命令可以响应于机架力突然增加高于典型值而被应用。如以下更加详细描述的，阻尼命令可以缓解机架干扰。阻尼命令52可以被最终命令模块61添加到正常辅助命令A以确定被发送至图1中所示的转向辅助单元18的马达（例如EPS马达）的最终马达命令。最终马达命令设置使马达产生马达输出的平稳转矩（level torque）。辅助命令A可以是来自电动助力转向系统的基础辅助信号和其它基础阻尼信号、返回信号等的组合。

在一些实施例中，控制模块50接收马达速度信号、最终马达命令、车辆速度和丁字架转矩。马达速度可以使用马达速度传感器来测量，马达速度传感器例如被包括在转向辅助单元18（图1）中，马达速度传感器指示转向辅助单元18的马达的速度。在一些实施例中，最终马达命令可以是辅助命令A，然而辅助命令A一般不是所发送的最终命令。

如以下更加详细描述的，阻尼命令由阻尼模块62确定以控制马达速度。在一个实施例中，阻尼命令补偿由高机架负载导致的马达速度的增加。阻尼命令可以在阻尼模块62的阻尼激活模块64发送有效信号（设置成1）时降低EPS系统的马达速度。然而，阻尼命令可以通过降低马达速度来补偿将可用马达转矩降低至给定阈值以下的马达速度的任何突然增加。

图3是用于使用阻尼模块62确定阻尼命令的一个方案。阻尼模块62包括阻尼激活模块64和命令计算模块66。阻尼激活模块64接收作为输入的马达速度、最终马达命令和丁字架转矩。基于这些输入，阻尼激活模块64确定阻尼激活信号。

命令计算模块66可以接收作为输入的车辆速度和马达速度。基于车辆速度和马达速度，命令计算模块66生成经计算的命令。将经计算的命令发送至阻尼计算模块67，其中经计算的命令与阻尼激活信号相乘。阻尼计算模块67的输出是经计算的命令与阻尼激活信号的乘积。由阻尼计算模块67产生的乘积是阻尼命令。

图4更加详细地图示了阻尼激活模块64。阻尼激活模块64包括基于马达象限的速度分析模块68和基于丁字架转矩的速度分析模块70。基于马达象限的速度分析模块68确定在某些条件下马达速度的量值是否超过阻尼激活阈值。如所示的，马达速度是对阻尼激活模块64的输入。将马达速度发送至量值块72，并且将马达速度量值发送至速度阈值比较器74。如果马达速度量值超过阻尼激活阈值，则速度阈值比较器74输出针对第一马达速度激活信号的布尔值“真”；否则将第一马达速度激活信号设置成“假”。

此外，基于马达象限的速度分析模块68包括符号检测模块76。符号检测模块76比较最终马达命令和马达速度信号的符号。如果符号不同，则符号检测模块76输出被设置成布尔值“真”的符号使能命令；否则将符号使能命令设置成“假”。如果符号使能命令和第一马达速度激活信号二者都为“真”，则基于马达象限的速度分析模块68输出针对速度使能信号的“真”值；否则基于马达象限的速度分析模块68输出针对速度使能信号的“假”值。

基于丁字架转矩的速度分析模块70确定丁字架转矩是否超过阈值。相应地，将丁字架转矩发送至量值块78。在丁字架阈值块79处将丁字架转矩量值与丁字架转矩阈值比较以确定丁字架转矩量值是否超过丁字架转矩阈值。当丁字架转矩量值超过丁字架转矩阈值时由丁字架阈值块79生成丁字架转矩使能信号。在一些实施例中，当丁字架转矩量值超过丁字架转矩阈值时，可以将丁字架转矩使能设置成布尔值“真”；否则可以将符号使能命令设置成“假”。

此外，基于丁字架转矩的速度分析模块70确定马达速度的量值是否超过第二速度激活阈值。如所示的，马达速度量值是对基于丁字架转矩的速度分析模块70的输入。向第二阈值比较器80发送马达速度量值。如果马达速度量值超过第二速度激活阈值，则由第二阈值比较器80将第二马达速度激活信号设置成布尔值“真”；否则将第二马达速度激活信号设置成“假”。

基于丁字架转矩的速度分析模块70还确定丁字架转矩信号和马达速度信号的数值符号是否不同。如果符号不同，则第二符号检测模块82将第二符号使能命令设置成布尔值“真”；否则将第二符号使能命令设置成“假”。

在一些实施例中，基于丁字架转矩的速度分析模块70确定丁字架转矩使能信号、第二马达速度激活信号和第二符号使能命令是否存在于逻辑“与”块处，并且当“与”条件被所存在的信号满足时，输出被设置成布尔值“真”的基于丁字架转矩的速度使能信号。否则可以将基于丁字架转矩的速度使能信号设置成“假”。

在块84处，逻辑“或”块检测速度使能信号或基于丁字架转矩的分析使能信号是否有效（例如被设置成布尔值“真”）。如果任一信号有效，则逻辑“或”块输出被设置成数值1（对应于布尔值“真”）的未经滤波的激活逻辑信号。否则可以将逻辑块84的输出设置成数值0，其对应于布尔“假”条件。在一些实施例中，未经滤波的激活逻辑信号可以经受经由低通滤波器85的进一步滤波。低通滤波器85的输出可以是具有在0和1之间变化的值的连续信号。可以将低通滤波器85的输出发送至比较器86以确定低通滤波器85的输出是否超过阈值。如果超过比较器的阈值，则阻尼激活模块64输出作为数值1（对应于布尔“真”）的阻尼激活信号；否则将阻尼激活信号设置成数值0（对应于布尔“假”）。还向阻尼计算模块67（图3）发送阻尼激活信号。

图5更加详细地图示了命令计算模块66。命令计算模块66接收作为输入的马达速度和车辆速度。将车辆速度发送至车辆速度查找表90以生成车辆速度相关阻尼增益。存储在车辆速度查找表90中的阻尼增益可以降低为对应于较低车辆速度。

命令计算模块66还使用马达速度作为输入而从基于马达速度的查找表92生成在0和1之间的缩放因子。一般地，量值更大的马达速度对应于逼近值1的因子。在操作中，马达速度量值在块91处被创建并且被发送至马达速度查找表92。马达速度查找表92可以使用插值使用最终值方法来生成基于马达速度的缩放因子。

然后将基于马达速度的缩放因子命令连同马达速度和车辆速度相关阻尼增益发送至乘法器94。乘法器94基于如下各项的乘积输出经计算的命令：基于马达速度的缩放因子、马达速度信号、车辆速度相关阻尼增益（例如从车辆速度信号计算的阻尼增益）。

如图3中所描述的，经计算的命令和激活信号通过阻尼计算模块67进行相乘以生成阻尼命令。

图6图示了主动阻尼动力转向系统的方法600。在块602处，基于马达速度信号、丁字架转矩信号和最终马达命令而确定阻尼激活信号。在块604处，基于马达速度信号和车辆速度信号而确定经计算的命令。在块606处，基于阻尼激活命令和经计算的命令而确定阻尼命令。阻尼命令可以降低动力转向系统的马达的马达速度。

在各种实施例中，以上描述的模块可以包括一个或多个子模块和数据存储。如本文所使用的，术语模块和子模块是指专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的存储器和处理器（共享、专用或群组），或组合逻辑电路。如可以领会到的，子模块可以被组合和/或进一步划分。

虽然已经结合仅有限数目的实施例详细描述了本发明，但是应当容易理解的是，本发明不限于这样公开的实施例。而是，本发明可以修改成包含此前未描述但是与本发明的精神和范围相称的任何数目的变型、更改、置换或等同布置。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是要理解的是，本发明的各方面可以包括所描述的实施例中的仅一些。相应地，本发明不被视为受前述描述限制。

Claims (16)

1.一种用于主动阻尼动力转向系统的系统，所述系统包括：

基于马达速度信号、丁字架转矩信号和最终马达命令而生成阻尼激活信号的阻尼激活模块；

基于马达速度信号和车辆速度信号而生成经计算的命令的命令计算模块；以及

基于阻尼激活信号和经计算的命令而生成阻尼命令的阻尼计算模块，所述阻尼命令降低动力转向系统的马达的马达速度以缓解机架干扰。

2.权利要求1的系统，所述阻尼命令被添加到辅助命令以生成用于马达的最终马达命令。

3.权利要求1的系统，所述阻尼激活模块包括基于马达象限的速度分析模块，所述基于马达象限的速度分析模块被配置成确定速度使能信号。

4.权利要求3的系统，所述速度使能信号基于马达速度信号的量值以及比较马达速度信号和最终马达命令的符号而被确定。

5.权利要求1的系统，所述阻尼激活模块还包括基于丁字架转矩的速度分析模块，所述基于丁字架转矩的速度分析模块配置成确定基于丁字架转矩的分析使能信号，其中基于丁字架转矩的分析使能信号至少部分地基于马达速度信号量值、丁字架转矩信号量值以及比较马达速度信号和丁字架转矩信号的符号。

6.权利要求5的系统，其中未经滤波的激活逻辑信号基于速度使能信号和基于丁字架转矩的分析使能信号的逻辑组合而被生成，其中低通滤波器被应用于所述未经滤波的激活逻辑信号以提供经滤波的激活逻辑信号，所述阻尼激活信号基于经滤波的激活信号的量值。

7.权利要求6的系统，所述经计算的命令至少部分地基于从车辆速度信号计算的阻尼增益、基于马达速度信号的标量值以及马达速度信号而被确定。

8.一种用于主动阻尼动力转向系统的方法，所述方法包括：

基于马达速度信号、丁字架转矩信号和最终马达命令而确定阻尼激活信号；

基于马达速度信号和车辆速度信号而确定经计算的命令；以及

基于阻尼激活信号和经计算的命令而生成阻尼命令，所述阻尼命令降低动力转向系统的马达的马达速度以缓解机架干扰。

9.权利要求8的方法，所述阻尼命令被添加到辅助命令以生成用于马达的最终马达命令。

10.权利要求8的方法，还包括确定速度使能信号。

11.权利要求10的方法，所述速度使能信号基于马达速度信号的量值和马达速度信号的符号以及最终马达命令而被确定。

12.一种用于主动阻尼动力转向系统的系统，所述系统包括：

第一模块，其被配置成：

基于马达速度信号、丁字架转矩信号和最终马达命令而确定阻尼激活信号；

基于马达速度信号和车辆速度信号而确定经计算的命令；并且

基于阻尼激活信号和经计算的命令而生成阻尼命令，所述阻尼命令降低动力转向系统的马达的马达速度以缓解机架干扰。

13.权利要求12的系统，所述阻尼命令被添加到辅助命令以生成用于马达的最终马达命令。

14.权利要求12的系统，所述阻尼激活模块包括基于马达象限的速度分析模块，所述基于马达象限的速度分析模块被配置成确定速度使能信号。

15.权利要求14的系统，所述速度使能信号通过比较马达速度命令的量值与马达速度阈值并且比较马达速度信号的符号和最终转矩命令而被确定。

16.权利要求15的系统，所述阻尼激活模块还包括配置成确定丁字架分析使能命令的丁字架转矩分析模块。