CN107867321A - 使用电动助力转向信号的有效载荷估计 - Google Patents

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Abstract

本发明说明了有效载荷检测模块的技术方案，该有效载荷检测模块使用一个或者多个转向系统控制信号来检测有效载荷并且产生轴载荷因子。示例有效载荷检测模块包括：机架转矩模块，其确定机架转矩；参考模型模块，其基于载荷比例因子来确定用于转向系统的参考机架转矩；和载荷因子计算模块，其基于在机架转矩和参考机架转矩之间的差来计算轴载荷因子。另外，混合因子模块根据轴载荷因子来确定载荷混合因子。另外，信号合成器根据载荷混合因子来将混合标称基辅助与混合高载荷基辅助进行合成，该合成值修改马达转矩命令，马达转矩命令被发送到马达以产生辅助转矩。

Description

使用电动助力转向信号的有效载荷估计
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2016年10月7日提交的美国专利申请序列号15/288265的作为部分接续案的优先权，其还要求于2015年10月9日提交的美国临时专利申请序列号62/239578的优先权，两者通过引用合并到本文。
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向系统，更具体地，涉及为了一致转向感觉而使用电动助力转向信号的有效载荷估计的方法和系统。
背景技术
传统的助力转向系统，诸如电动助力转向(EPS)系统，被用于从轻型车辆(小型掀背车)变化到重型车辆(皮卡货车，厢式货车)的不同车辆类别中。电动机用作为致动器以辅助车辆操作者同时转向车辆。典型地，对EPS参数进行调整以对标称的车辆载荷条件给出在各种道路表面上的最佳转向感觉。在车辆使用期间，有效载荷可以增加到车辆或者从车辆中减去。有效载荷的这个变化改变了由道路上的每个轮胎受到的载荷或者力，其当与标称载荷条件比较时可以极大地改变主销转矩(并且因此改变机架载荷)。主销转矩的变化可以导致由操作者经受的不一致转向力矩‘感觉’。即，对许多传统的EPS系统，转向力矩的量可以随有效载荷的变化而变化。
因此，期望开发出一种EPS系统，其是更强健，更低成本，以及/或者可以随着有效载荷的变化，能够降低转向力矩的不一致。
发明内容
根据一个或者多个实施例，电动助力转向(EPS)系统的有效载荷估计系统包括有效载荷检测模块，其根据一个或者多个EPS信号来检测有效载荷，并且产生轴载荷因子。有效载荷检测模块包括：机架转矩模块，其确定作用在与EPS相连接的机架上的机架转矩。参考模型模块基于载荷比例因子来确定用于EPS的参考机架转矩。载荷因子计算模块基于在机架转矩和参考机架转矩之间的差来计算轴载荷因子。另外，混合因子模块根据轴载荷因子来确定载荷混合因子。另外，信号合成器根据载荷混合因子来将混合标称基辅助与混合高载荷基辅助进行合成，该合成值修改马达转矩命令，马达转矩命令被发送到马达以产生辅助转矩。
根据一个或者多个实施例，一种通过电动助力转向(EPS)系统来估计用于维持至少部分产生的基本上一致转向感觉的有效载荷的方法，包括：通过有效载荷估计系统的有效载荷检测模块，接收多个EPS信号以产生附加轴载荷因子。该方法还包括：通过参考模型模块，基于载荷比例因子，确定用于EPS的参考机架转矩。该方法还包括：通过载荷因子计算模块，基于在机架转矩和参考机架转矩之间的差，计算轴载荷因子。该方法还包括：通过有效载荷估计系统的混合因子表，根据附加轴载荷因子，确定载荷混合因子。该方法还包括：通过合并模块，基于载荷混合因子，修改马达转矩命令，所述马达转矩命令发送到EPS的马达，以产生辅助转矩。
根据一个或者多个实施例，一种转向系统包括机架转矩模块，其确定作用在与转向系统相连接的机架上的机架转矩。而且，参考模型模块根据多个控制信号来确定用于转向系统的参考机架转矩。有效载荷检测模块基于在机架转矩和参考机架转矩之间的差来计算轴载荷因子。信号合成器基于轴载荷因子来修改马达转矩命令，马达转矩命令被发送到转向系统的马达以产生辅助转矩。
从下述结合附图和其标题对优选实施例的说明中，本发明的这些和其它方案将变得清楚，在不脱离本公开的新颖概念的精神和范围的情况下，这里的变化和修改可以是有效的。
附图说明
在说明书结束时的权利要求中，被看作为本发明的主题被特别地指出和清楚地要求权利。从以下结合附图的详细描述中，将更清楚本发明的上述和其它特征和优点。只要有可能，在整个附图中使用相同的附图标记以涉及实施例的相同或者类似的元素，其中：
图1示出根据本发明的某些示例性实施例包括有效载荷估计系统的电动助力转向系统的功能方框图；
图2是示出根据本发明的某些示例性实施例的使用电动助力转向信号的有效载荷估计系统的功能方框图；
图3是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的载荷混合因子对载荷因子的功能曲线；
图4是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的有效载荷检测模块的功能方框图；
图5是示出根据本发明的某些示例性实施例的参考模型模块的功能方框图；
图6是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的机架转矩估计模块的功能方框图；
图7是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的参考机架转矩模型的功能方框图；
图8是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的参考机架转矩模型的第一条件检测逻辑单元的功能方框图；
图9是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的参考机架转矩模型的第二条件检测逻辑单元的功能方框图；
图10是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的参考机架转矩模型的第三条件检测逻辑单元的功能方框图；
图11是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的参考机架转矩模型的第四条件检测逻辑单元的功能方框图；
图12是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的参考机架转矩模型的第五条件检测逻辑单元的功能方框图；
图13是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的参考机架转矩模型的第六条件检测逻辑单元的功能方框图；
图14是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的参考机架转矩模型的第七条件检测逻辑单元的功能方框图；
图15是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的附加轴载荷因子计算的功能方框图；
图16是示出根据本发明的某些示例性实施例的使用电动助力转向信号的有效载荷估计的方法的流程图；
图17是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的有效载荷检测模块的功能方框图；
图18是示出根据本发明的某些示例性实施例的参考模型模块的功能方框图；
图19是示出根据本发明的某些示例性实施例的载荷因子计算模块的功能方框图；以及
图20示出根据在本发明的某些示例性实施例中使用的最小均方技术的有效载荷检测模块的运行方框图。
具体实施方式
本发明在意在仅仅作为示例性的下述例子中被更特殊地说明，因为对本领域技术人员来说，在这里，若干修改和变化将是显然的。现在更详细地说明本发明的各种实施例。参考附图，如果有的话，类似的数字在整个视图中表示类似的组件。如在这里的说明书和随后的整个权利要求中使用的，“一(a)”、“一个(an)”、和“所述(the)”的意思包括复数所指，除非上下文清楚地另外表示。而且，如在这里的说明书和随后的整个权利要求中使用的，“在…中(in)”的意思包括“在…中(in)”和“在…上(on)”，除非上下文清楚地另外表示。而且，为了读者方便，可以使用标题或者副标题，其对本发明的范围没有影响。另外，说明书中使用的一些术语下面将更具体地定义。
说明书中使用的术语在本发明的上下文之内以及在每个术语被使用的特定上下文中在所属领域中通常具有它们一般的意思。下面或者在说明书的其它地方讨论用于描述本发明的某些术语，以给关于本发明的描述的实践者提供附加指导。应当理解，能够以多于一个的方式来述说相同的事情。因此，其他的语言和同义词可以被用于这里讨论的任何一个或者多个术语，对于术语是否在这里被详细说明或者讨论，也没有置于任何特殊的意义。本说明书中，包括这里讨论的任何术语的例子的例子使用仅仅是示例性的，绝不是限制本发明的或者任何示例性术语的范围和意思。另外，本发明不局限于本说明书中给出的各种实施例。
除非其他定义，这里使用的所有技术和科学术语具有如本发明所属的技术领域的任何一个普通技术人员通常理解的相同的意思。在冲突时，包括定义的本文件将控制。
如这里使用的，“多个”意味着两个或者更多。术语“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“包含有”等等应被理解为是开放端点，即意味着包括但不局限于。
现在，参考示出本发明的某些示例性实施例的附图1-20更全面地说明本发明。然而，本发明可以以多种不同形式实现，不应被理解为局限于这里提及的实施例。相反，提供这些实施例使得本发明将是完整的，并且将全部地将本发明的范围传递给本领域的技术人员。
本公开将说明用于估计附加轴载荷因子的系统。然后使用该有效载荷检测以在例如两个辅助表格之间进行混合。一个辅助表格被设计用于标称加载，另一个辅助表格被设计用于全载荷。与全有效载荷相关联的辅助表格可以提供附加EPS辅助，使得在随着有效载荷的变化操作者转向费力度有较少的改变。除了辅助表格，其他的调整参数，诸如阻尼，可以基于附加轴载荷因子而改变。有效载荷估计可以仅仅利用EPS系统和现有的车辆信号，其降低车辆成本和复杂性。
在一个方案中，本发明涉及一种使用电动助力转向(EPS)信号的用于维持一致转向感觉的有效载荷估计系统100。
现在参考图1，在这里将参考具体实施例来说明本发明，而不限制本发明，示出了包括电动助力转向(EPS)系统40的车辆101的示例性实施例。在各种实施例中，EPS系统40包括耦合到转向轴42的方向盘41。在一个示例性实施例中，转向系统40是进一步包括转向辅助单元43，该转向辅助单元43耦合到转向系统40的转向轴42和耦合到车辆101的第一拉杆44和第二拉杆45。EPS系统40还包括控制模块50以电气地控制和操作EPS系统40。控制模块50可以包括有效载荷估计系统100以根据车辆10上的有效载荷来给EPS系统40提供辅助。
转向辅助单元43包括例如齿条小齿轮转向机构(未示出)，其可以通过转向轴42被耦合到转向致动器马达和相关联的齿轮(以后称为转向致动器)。在操作期间，当方向盘41被车辆操作者(例如驾驶员)转动时，转向辅助单元43的马达提供辅助以移动第一拉杆44和第二拉杆45，其转而移动各自的第一和第二转向关节46，47，第一和第二转向关节46，47被耦合到车辆101的各自的道路轮51和52。尽管在图1中示出和在本文说明EPS系统，但是应当理解，本公开的转向系统40能够包括各种控制转向系统，其包括但不局限于具有液压结构的转向系统，以及线控转向结构。
车辆101还可以包括方向盘转矩传感器31、EPS马达传感器32和方向盘角度传感器33。这些传感器31-33检测和测量转向系统40的和/或车辆101的可观测条件。在一个实施例中，EPS马达传感器32测量马达位置。在另一个实施例中，EPS马达传感器32测量马达速度。在某些实施例中，方向盘位置和/或马达位置可以由有效载荷估计系统100使用。传感器31，32，33基于该可观察条件周期地或者连续地产生传感器信号。在各种实施例中，车辆101还可以包括一个或者多个车辆速度传感器以测量或者监视车辆速度。在一个实施例中，车辆速度传感器可以被安装在一个或者多个道路轮上。道路轮可以是前道路轮51和52，和/或后道路轮53和54。在一个实施例中，至少一部分传感器可以具有冗余或者备份传感器以使传感器信号有效或者得到补充。传感器31，32，33被构成为将相关的信号输出和发送到有效载荷估计系统100。
在各种实施例中，有效载荷估计系统100估计车辆101的有效载荷，将估计的有效载荷数据提供给转向辅助单元43，以及可以一般地控制转向系统40的和/或车辆101的操作。由有效载荷估计系统100进行的控制可以基于一个或者多个使能的传感器信号和/或车辆101的估计的有效载荷，并且还可以基于本公开的辅助转矩计算系统和方法。一般来说，当提供方向盘转矩信号的方向盘转矩传感器变成非使能或者故障时，本发明的各种实施例的方法和系统产生辅助转矩命令，而不使用方向盘转矩信号，这典型地表示驾驶员要求的辅助。具体地，当车辆是静止的或者以相对低的速度移动(例如以大约每小时10公里或者更低)时，本方法和系统可以利用修改的静态轮胎模型以估计机架载荷或者转向转矩。基于方向盘角度、方向盘速度、车辆速度和先前产生的辅助转矩命令，本系统和方法可以产生比例因子。通过用该比例因子缩放估计的转向机架力，本方法和系统产生辅助转矩命令。
图2是示出使用电动助力转向信号的有效载荷估计系统100的功能方框图。在某些实施例中，有效载荷估计系统100包括一个或者多个子模块和数据存储，诸如有效载荷检测模块110，混合因子查询表120，标称基辅助模块130，高载荷基辅助模块140和信号合成器170。有效载荷检测模块110根据多个EPS信号检测有效载荷，并且产生附加轴载荷因子1101。混合因子查询表120根据附加轴载荷因子1101来确定载荷混合因子1102。
标称基辅助模块130的输入是方向盘转矩3，标称基辅助模块130的输出是标称基辅助11031。通过第一乘法器150，标称基辅助11031乘以补偿混合因子，以产生混合的标称基辅助1103。通过将混合因子1102补偿预定常数C，产生补偿混合因子。在一个实施例中，预定常数C是1。
高载荷基辅助模块140的输入也是方向盘转矩3，高载荷基辅助模块140的输出是高载荷基辅助11041。高载荷基辅助11041乘以混合因子1102以产生混合的高载荷基辅助1104。
信号合成器170将混合的标称基辅助1103和混合的高载荷基辅助1104合成或者混合，以产生马达转矩命令7。
如这里使用的，术语系统、单元、模块和子模块可以涉及专用集成电路(ASIC)、电子电路、用于执行一个或者多个软件或者固件程序的一个或者多个计算机处理器(共享的，专用的或者组)以及计算机可读写存储器、合成逻辑电路、和/或用于提供上述功能的其它合适的组件。能够理解，图2所示的模块能够被组合和/或被进一步分割以类似地产生辅助转矩命令。能够理解，图2所示的模块能够被实现作为单个有效载荷估计系统100(如所示)或者多个控制模块(未示出)。有效载荷估计系统100的输入能够从如图1所示的车辆1的各种传感器中产生，能够在有效载荷估计系统100内(例如通过其它模块(未示出))建模，能够从其它控制模块(未示出)中接收、和/或能够被预定义。
现在参考图3，其是示出了有效载荷估计系统100的载荷混合因子对载荷因子的功能曲线。在某些实施例中，附加轴载荷因子1101被输入到用于计算载荷混合因子1102作为输出的混合因子表120。
在某些实施例中，多个EPS信号包括：从助力转向马达位置传感器接收的马达位置1信号；从EPS马达传感器32接收的马达速度2信号；从方向盘转矩传感器31接收的方向盘转矩3信号；从一个或者多个道路轮传感器或者在车辆101的传动装置上安装的车速传感器接收的车速4信号；以及通常从有效载荷估计系统100的信号合成器170接收的马达转矩命令7信号。
当补偿载荷混合因子是0时，混合基辅助1105等于混合标称基辅助1103。当载荷混合因子是1时，混合基辅助1105等于混合的高载荷基辅助1104。马达转矩命令7可以与诸如高频辅助信号和阻尼信号的一个或者多个附加EPS信号组合。在一些实施例中，多个混合因子表被用来混合基辅助、阻尼、高频辅助等等。
现在参考图4，其是示出有效载荷估计系统100的有效载荷检测模块110的功能方框图。有效载荷检测模块110可以包括条件检测模块11002、机架转矩估计模块11003、参考模型模块11005、以及载荷因子计算模块11004。条件检测模块11002根据多个EPS信号产生标志11028。当一个或者多个条件是有利于将估计的机架转矩10与参考机架转矩9进行比较时，标志11028是真。机架转矩估计模块11003产生估计的机架转矩10，并且参考模型模块11005根据刚度因子和补偿因子而产生参考机架转矩9。基于在估计的机架转矩10和参考机架转矩9之间的差和标志11028，载荷因子计算模块11004产生附加轴载荷因子1101。在某些实施例中，有效载荷检测模块110可以包括放大器11001以将马达位置1信号变换成方向盘位置11011。
现在参考图5，其是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷检测模块110的参考模型模块11005的功能方框图。
在某些实施例中，参考模型模块11005的输入信号包括方向盘位置11011和车速4。参考模型模块11005基于车速4通过第一查询表1100503获得刚度因子501，并且还基于车速4通过第二查询表1100504获得补偿因子502。根据下述公式计算参考机架转矩9：
参考机架转矩9＝K*HWPOS+B,
其中KΨ2是刚度因子501，HWPOS是方向盘位置，B是补偿因子502。
在某些实施例中，参考机架转矩9可以以不同于这里所述的计算的其它方式来计算，例如基于具有不同轮胎模型的基于车辆模型(自行车模型)的方法。
符号模块110501被用来基于方向盘位置11011提供带有例如“+”或者“-”的对应符号的参考机架转矩。
现在参考图6，其是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的机架转矩估计模块11003的功能方框图。
机架转矩估计模块11003的输入包括先前的马达转矩命令5和方向盘转矩信号3。先前的马达转矩命令5是通过单位时间延迟模块180的单位时间延迟的马达转矩命令7，如图2所示。单位时间典型地是采样时间周期。在一个实施例中，采样周期是1毫秒。在另一个实施例中，采样周期是2毫秒。先前的马达转矩命令5被变换成方向盘坐标。马达转矩和方向盘转矩两者被乘以传动装置效率，相加，以及滤波以得到估计的机架转矩。在某些实施例中，可以使用观测仪以发现作用在EPS系统上的机架转矩。
在某些实施例中，机架转矩估计模块11003包括：第一放大器501；第二放大器502；第三放大器503；和低通滤波器模块504。第一放大器501将先前的马达转矩命令5乘以作为辅助机械比率的因子GAIN1。第二放大器502将先前的马达转矩命令5进一步乘以作为马达效率的因子GAIN2。第三放大器503将方向盘转矩3乘以作为方向盘效率的因子GAIN3。低通滤波器模块504对与放大的方向盘转矩3合成的放大的先前的马达转矩命令5进行滤波，以产生估计的机架转矩10。
在某些实施例中，估计的机架转矩10可以以不同于这里所述的计算的其它方法来计算，例如基于以单体或者多体为基础的模型、观测仪等。这些方法可以考虑到诸如系统动态或者非线性等的附加因素。
现在参考图7，其是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的条件检测模块11002的功能方框图。
图7示出到达AND(与)逻辑块110208的至少七个逻辑条件，以产生标志11028。条件检测模块11002包括第一条件检测逻辑单元110201、第二条件检测逻辑单元110202、第三条件检测逻辑单元110203、第四条件检测逻辑单元110204、第五条件检测逻辑单元110205、第六条件检测逻辑单元110206、第七条件检测逻辑单元110207、AND逻辑块110208和数据变换器110209。
在某些实施例中，条件检测模块11002的输入包括：第一条件检测逻辑单元的第一输入11021；第二条件检测逻辑单元的第二输入11022；第三条件检测逻辑单元的第三输入11023；第四条件检测逻辑单元的第四输入11024；第四条件检测逻辑单元的第五输入11025；第六条件检测逻辑单元的第六输入11026；以及第七条件检测逻辑单元的第七输入11027。
图8是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的条件检测模型11002的第一条件检测逻辑单元110201的功能方框图。
第一条件检测逻辑单元的第一输入11021包括：方向盘位置11011信号；马达速度2信号；参考机架转矩9；和估计的机架转矩10。当方向盘位置11011信号、马达速度2信号、参考机架转矩9、和估计的机架转矩10都大于0时，或者当方向盘位置11011信号、马达速度2信号、参考机架转矩9、和估计的机架转矩10都小于0时，第一条件检测逻辑单元的第一输入11021的输出1为真。
图9是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的条件检测模型11002的第二条件检测逻辑单元110202的功能方框图。
第二条件检测逻辑单元的第二输入11022包括：马达速度2信号；和条件马达速度阈值80。当马达速度2信号的绝对值大于或者等于条件马达速度阈值80时，第二条件检测逻辑单元的第二输入11022的输出2为真。
图10是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的条件检测模型11002的第三条件检测逻辑单元110203的功能方框图。
第三条件检测逻辑单元的第三输入11023包括：方向盘位置11011；车速4信号；和方向盘位置上阈值12的绝对值。当方向盘位置11011的绝对值小于或者等于信号(该信号大于或者等于方向盘位置上阈值12的绝对值)时，第三条件检测逻辑单元的第三输入11023的输出3为真。方向盘位置上阈值12是车速4的函数，并且通过基于车速4查询1-D查询表-2确定。
图11是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的条件检测模型11002的第四条件检测逻辑单元110204的功能方框图。
第四条件检测逻辑单元的第四输入11024包括：车速4信号；条件车速上阈值13；和条件车速下阈值14。当车辆正在以条件车速上阈值13和条件车速下阈值14之间的速度行驶时，第四条件检测逻辑单元的第四输入11024的输出4为真。
图12是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的条件检测模型11002的第五条件检测逻辑单元110205的功能方框图。
第五条件检测逻辑单元的第五输入11025包括：参考机架转矩9；估计的机架转矩10；参考机架转矩下阈值13；预定常数δ15；条件延迟估计机架转矩阈值16；和先前的估计机架转矩17。(a)当参考机架转矩9的绝对值大于或者等于参考机架转矩下阈值13时，以及(b)当估计的机架转矩10的绝对值大于或者等于参考机架转矩9的绝对值加上预定常数δ15时，以及(c)当参考机架转矩9和估计的机架转矩10之间的差的绝对值小于或者等于条件延迟估计机架转矩阈值16时，第五条件检测逻辑单元的第五输入11025的输出5为真。
图13是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的条件检测模型11002的第六条件检测逻辑单元110206的功能方框图。
第六条件检测逻辑单元的第六输入11026包括：方向盘位置11011；车速4；和方向盘位置下阈值18的绝对值。当方向盘位置11011的绝对值大于或者等于方向盘位置下阈值18的绝对值时，第六条件检测逻辑单元的第六输入11026的输出6为真。方向盘位置下阈值18的绝对值是车速4的函数。
图14是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的条件检测模型11002的第七条件检测逻辑单元110207的功能方框图。
第七条件检测逻辑单元的第七输入11027包括：参考机架转矩9；车速4；和最大载荷机架转矩19。当参考机架转矩9的绝对值小于或者等于最大载荷机架转矩19的绝对值时，第七条件检测逻辑单元的第七输入11027的输出7为真。最大载荷机架转矩19也是车速4的函数。
现在参考图15，其是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统100的载荷因子计算模块11004的功能方框图。
在某些实施例中，载荷因子计算模块11004包括下述一个或者多个：第一饱和模块110401；除法器模块110402；第二饱和模块110403；开关模块110404；第一低通滤波器模块110405；下降触发系统模块110406；时间延迟模块110407；死区模块110408；速率限制器110409；第二低通滤波器模块110410；以及第三饱和模块110411。第一饱和模块110401基于参考机架转矩9的绝对值产生归一化因子。在一个实施例中，第一饱和模块110401具有下限0和上限1。初始载荷因子20是通过除法器模块110402除以归一化因子的在估计机架转矩10和参考机架转矩9之间的差11。初始载荷因子20穿过第一饱和模块110403，使得初始载荷因子20具有在下限和上限之间的值。在一个实施例中，下限是0.5，上限是200。在其它实施例中，下限可以在0.1和5之间变化，上限可以在10和300之间变化。初始载荷因子20穿过第二饱和模块110403，将被归一化，使得初始载荷因子20具有在0和1之间的值。开关模块110404根据标志11028选择归一化初始载荷因子20并选择延迟滤波的初始载荷因子20。
在某些实施例中，仅仅在标志11028从1下降到0(或者从真到假)时，触发系统模块110406的输出等于触发系统模块110406的输入。否则，触发系统模块110406的输出被保持在预定常数值。
在某些实施例中，对于在死区之内的输入，死区模块110408的输出变成零，并且当输入是在死区之外时，输入信号由Start(开始)或者End(结束)值补偿。速率限制器模块110409限制输入信号的变化的上升和下降速率。当速率限制器模块110409的输入变化太快(即，高速率变化)时，仍基于预先定义的上升和下降速率值来限制速率限制器模块110409的输出变化速率。
仅当标志110208是真时更新初始载荷因子20。更新的载荷因子20穿过死区模块110408、速率限制器110409、第二低通滤波器模块110410、和第三饱和模块110411以最小化载荷因子计算模块1104中的噪声，以产生附加轴载荷因子1101。
在另一个方案中，本发明涉及一种使用电动助力转向(EPS)信号来估计用于保持一致转向感觉的有效载荷估计的方法。
现在参考图16，其是示出根据本发明的某些示例性实施例的使用电动助力转向信号的有效载荷估计的方法的流程图。
在块1602，本方法包括：通过车辆的电动助力转向(EPS)系统的多个传感器，检测来自EPS系统的多个EPS信号。
在某些实施例中，多个EPS信号包括：从助力转向马达位置传感器接收的马达位置1信号；从EPS马达速度传感器32接收的马达速度2信号；从方向盘转矩传感器31接收的方向盘转矩3信号；从一个或者多个车速传感器接收的车速4信号；以及从EPS中接收的先前马达转矩命令5信号。
在块1604，本方法包括：通过有效载荷估计系统100的有效载荷检测模块110，从EPS系统接收多个EPS信号以产生附加轴载荷因子1101。
在某些实施例中，该方法还可以包括：通过有效载荷检测模块110的条件检测模块11002，根据多个EPS信号产生标志11028，当一个或者多个条件有利于将估计的机架转矩10与参考机架转矩9进行比较时，标志11028是真，通过机架转矩估计模块11003，产生估计的机架转矩10，通过参考模型模块11005，根据刚度因子和补偿因子，产生参考机架转矩9，以及通过载荷因子计算模块11004，基于估计的机架转矩10和参考机架转矩9之间的差以及标志11028，计算附加轴载荷因子1101。该方法还可以包括：通过有效载荷检测模块110的放大器11001，将马达位置1信号变换成方向盘位置11011。
在某些实施例中，本发明还可以包括：基于车速根据第一查询表，产生刚度因子K；基于车速根据第二查询表，产生补偿因子B；以及通过将刚度因子K乘以方向盘位置HWPOS并且加上补偿因子B，产生参考机架转矩。
在某些实施例中，该方法还可以包括：通过机架转矩估计模块11003的第一放大器501，将先前的马达转矩命令5乘以作为辅助机械比率的因子GAIN1，通过机架转矩估计模块11003的第二放大器502，将先前的马达转矩命令5乘以作为马达效率的因子GAIN2，通过机架转矩估计模块11003的第三放大器503，将方向盘转矩3乘以作为方向盘效率的因子GAIN3，并且通过机架转矩估计模块11003的低通滤波器模块504，将与放大的方向盘转矩3合成的放大的先前的马达转矩命令5进行滤波，以产生估计的机架转矩10。
在某些实施例中，本方法还可以包括：计算初始载荷因子20，其是除以归一化因子的估计机架转矩10和参考机架转矩9之间的差11，通过载荷因子计算模块11004的开关模块110404，根据标志110208选择初始载荷因子20并选择延迟的载荷因子，当标志110208是真时，更新初始载荷因子20，并且通过使用死区模块110408、速率限制器110409、第二低通滤波器模块110410、和第三饱和模块110411来最小化载荷因子计算模块1104中的噪声，以产生附加轴载荷因子1101。
在块1606，该方法包括：通过有效载荷估计系统100的混合因子表120，根据附加轴载荷因子1101确定载荷混合因子1102。
在块1608，该方法还包括：通过第一乘法器150，通过将载荷混合因子1102和由标称基辅助模块130处理的方向盘转矩3信号进行合成，产生混合的标称基辅助1103信号，并且通过第二乘法器160，通过将载荷混合因子1102和由高载荷基辅助模块140处理的方向盘转矩3信号进行合成，产生混合的高载荷基辅助1104信号。
在某些实施例中，混合的标称基辅助1103是标称基辅助11031和补偿载荷混合因子1102的乘积，其是1减去载荷混合因子1102。混合的高载荷基辅助1104是高载荷基辅助11041和载荷混合因子1102的乘积。
在块1610，该方法包括：通过合并模块170，将混合的标称基辅助1103和混合的高载荷基辅助1104合成以产生用于EPS系统的马达转矩命令7。该方法还可以包括将马达转矩命令7与诸如高频辅助信号和阻尼信号的一个或者多个附加EPS信号进行合成。
图17是示出根据本发明的某些示例性实施例的有效载荷估计系统的有效载荷检测模块的功能方框图。有效载荷检测模块110B可以包括条件检测模块11002，其根据多个EPS信号产生标志11028。当一个或者多个条件是有利于将估计的机架转矩10与参考机架转矩9进行比较时，标志11028是真。在某些实施例中，有效载荷检测模块110B可以包括放大器11001以将马达位置1信号变换成方向盘位置11011。
有效载荷检测模块110B还包括机架转矩估计模块11003，其产生估计的机架转矩10(见图6)。应注意，这里说明的机架转矩估计仅仅是一个例子，并且在其它的实施例中，估计的机架转矩10可以以不同于这里说明的计算的其它方法来计算，例如基于以单体或者多体模型为基础的观测仪、拉杆传感器等。这些方法可以考虑到诸如系统动态或者非线性等的附加因素。
有效载荷检测模块110B还包括参考模型模块11005B，其根据一个或者多个刚度因子、车轮偏转、车轮平面的偏航角、以及车速等，产生参考机架转矩9。与参考模型模块11005相比(图6)，参考模型模块11005B以不同的方式确定参考机架转矩9。
图18是示出用于确定根据本发明的一个或者多个实施例的参考机架转矩的功能方框图。在一个或者多个例子中，参考模型模块11005B包括线性弹簧转矩模块1601和轮胎偏转转矩模块1602。线性弹簧转矩模块1601使用刚度因子501、补偿因子502、以及车速4来计算由线性弹簧效应(Mz2)引起的转矩。轮胎偏转转矩模块1602计算由轮胎偏转(Mz1)引起的转矩。在一个或者多个例子中，由参考模型模块11005B输出的最终参考机架转矩9是所计算的两个转矩Mz1和Mz2之和。
在一个或者多个例子中，使用下述方程，线性弹簧转矩模块1601计算线性弹簧转矩Mz2：
Mz2＝KΨ2.Ψ
这里KΨ2是刚度因子501，Ψ是轮胎平面的偏航角。
在一个或者多个例子中，轮胎偏转转矩模块1602利用修改的静态轮胎模型以估计轮胎偏转机架转矩。用于估计方向盘转矩的静态轮胎模型在van der Jagt,Pim,“Prediction of Steering Efforts During Stationary or Slow Rolling ParkingManeuvers(在静止或慢行停车操纵期间进行转向费力度的预测)”FordForschungszentrum Aachen GmbH.,1999年10月27日中进行了说明，其通过全文引用合并到本文。在本公开中，该静态轮胎模型被称为“Van der Jagt静态轮胎模型”。轮胎偏转转矩模块1602利用修改的Van der Jagt静态模型以估计方向盘转矩，以及进而估计轮胎偏转转矩。
修改的Van der Jagt静态模型包括下述方程，用于估计由轮胎和轮胎所接触的地面表面引起的轮胎偏转转矩Mz1：
Mz1＝LS.KΨ·Ψdef (方程1)
这里，KΨ是轮胎的扭转刚度，Ψdef是轮胎的扭转偏转，LS是由模块11004B计算的载荷比例因子。不同的轮胎具有不同的扭转刚度。
修改的Van der Jagt静态模型还包括下述两个方程：
这里，是轮胎平面的偏航角Ψ的时间导数，Ψdef是轮胎在方向盘旋转时的扭转偏转(即形变角度)，是Ψdef的时间导数，Mzmax是能够由轮胎产生的最大转矩，以及sign()是用于返回输入值的符号(例如正和负)的函数。当Ψdef的符号与偏航角Ψ的时间导数的符号相同时(即当轮胎的偏转的方向和轮胎平面的偏航角速度的方向是相同的时)，方程2限定了轮胎的扭转偏转Ψdef的时间导数当Ψdef的符号与偏航角Ψ的时间导数的符号相同时(即当轮胎的偏转的方向和轮胎平面的偏航角速度的方向是相反时)，方程3限定了轮胎的扭转偏转Ψdef的时间导数方程2和3示出转向机架力和方向盘角度之间的非线性。
修改的Van der Jagt静态模型还包括下述方程，用于估计当车辆是静止时的转向机架力：
Ψdefmax＝LS.Mzmax/KΨ
(方程4)
Ψdef＝sign(Ψdef,0)·min(Ψdefmax,|Ψdef,0|)
(方程6)
这里，Ψdefmax是轮胎的最大可能偏转。方程4示出在轮胎开始滑动之前轮胎的最大可能偏转可以通过将能够由轮胎产生的最大转矩除以轮胎的扭转刚度来计算。方程5示出随着方向盘旋转建立了轮胎的偏转。另外，
这里τ＝Xrel/(v)
这里，Xrel是轮胎弛豫长度，v是车速4。
这里，τ是时间常数，是Ψdef的时间导数，Xrel是轮胎弛豫长度。在Van derJagt静态模型中，假设轮胎已经在轮胎弛豫长度上滚动之后，轮胎具有稳态值的大约三分之二(例如，当车辆是静止时轮胎的扭转刚度和扭转偏转)。因此，τ表示在时间τ，轮胎具有其稳态值的三分之二。
另外，返回参考图18，在一些实施例中，参考模型模块11005B包括一个或者多个子模块和数据存储，诸如低通滤波器1604和1606。具体地，低通滤波器1604和1606分别对方向盘角度信号11011和方向盘速度信号11012进行滤波。低通滤波器1604和1606从方向盘角度信号11011和方向盘速度信号11012中去除噪声，并且给方向盘角度信号11011和方向盘速度信号11012加上时间延迟。该时间延迟使轮胎偏转转矩Mz1的估计更为精确，这是因为随着轮胎的运动，延迟同步了方向盘角度信号11011和方向盘速度信号11012的相位。由于轮胎的运动由方向盘的运动引起，所以方向盘的运动早于轮胎的运动。
通过用方向盘角度值、方向盘速度值和车辆速度值替换Van der Jagt静态轮胎模型的上述方程中的轮胎转向坐标，轮胎偏转转矩模块1605修改了Van der Jagt静态轮胎模型。例如，使用方向盘角度而不用轮胎的轮胎平面的偏航角Ψ，使用方向盘速度而不用轮胎平面的偏航角Ψ的时间导数另外，对于这里所述的每个方程Mz的计算，修改的轮胎模型以反馈的形式使用载荷比例因子(LS)1110。
返回参考图17，有效载荷检测模块110B还包括载荷因子计算模块11004B，其计算载荷因子1101和载荷比例因子(上述方程中的LS)1110。
图19是示出根据本发明的某些示例性实施例的载荷因子计算模块11004B的功能方框图。初始机架转矩误差191是在估计的机架转矩10和参考机架转矩9之间的差。在一个或者多个例子中，初始机架转矩误差191可以被归一化，诸如使用归一化模块110402。另外，通过乘法器1920，初始机架转矩误差191被乘以方向盘位置11011的绝对值和使用查询表1910和车速4确定的车速因子192。乘法器1920的输出193被送到开关1930。
例如，输出193仅仅当标志11028为真时被更新。输出193通过饱和模块1940，其将输出限制到上限(诸如2)和下限(诸如1)。来自饱和模块1940的结果还通过低通滤波器1950、第一饱和模块1960和第一速率限制器模块1970。
在一个或者多个例子中，来自饱和模块1940的输出195被单位延迟并加入到饱和模块1940的当前输入中。
速率限制器输出194使用第二饱和模块1980被限制，输出是载荷因子1101(或者是附加轴载荷因子)。另外，速率限制器输出194被减去常数(诸如1)，以产生载荷比例因子(LS)1110。
如这里所述，载荷因子1101和载荷比例因子1110被用于调节辅助转矩。
因此，有效载荷检测模块110B(图17)实现最小均方(LMS)算法以预测载荷因子。图20示出由有效载荷检测模块110B实现的LMS算法的运行方框图。如这里所述，参考机架转矩由参考模型模块11005B使用轮胎模型来计算。然后，载荷比例被计算作为输入(方向盘位置)11011、估计的机架转矩10和参考机架转矩9的差的乘积。载荷比例1110被反馈到参考模型11005B以调节参考机架转矩9的值用于下一个循环。通过调节载荷比例因子1110的值，参考机架转矩9趋于等于估计的机架转矩10。载荷比例因子1110的值反映了与标称条件(没有载荷)相比的有效载荷变化。
第p阶算法的LMS算法能够被归纳如下：输出(载荷因子)的值基于的更新被连续地修改，并且每个循环都被更新。参考机架转矩9的更新算法即是基于其先前值适应常数μ，输入(方向盘位置11011)和误差(在机架转矩估计10和参考机架转矩9之间的差)。适应常数μ被用于控制该算法收敛的速率。该适应常数可以基于车速。
参数：p＝滤波器阶
μ＝步长大小
初始化：
计算：对于n＝0,1,2,….
x(n)＝[x(n)，x(n-1)，...，x(n-p+1)]T
因此这里说明的技术方案解决了技术难题，与构成用于转向系统的标称载荷条件相比，该技术难题是由导致增加的主销转矩(并且因此增加的机架载荷)在车辆的每个轮胎上增加的正常载荷引起的。典型地，这种增加的有效载荷(车辆中的重量)导致向车辆操作者所需的增加的费力度以转向车辆，导致例如运货车的车辆操作者的抱怨，即当有效载荷被改变时转向费力度是不一致的。
如这里所述，通过使用转向系统信号基于有效载荷检测来估计或者确定附加轴载荷因子，这里所述的技术方案解决了技术难题。然后，使用该有效载荷检测，以在例如两个辅助表格之间进行混合，一个表被设计用于标称装载，另一个用于全装载(或者高载荷)。在一个或者多个例子中，全装载辅助表格可以提供附加辅助转矩，使得当存在有效载荷变化时要求的驾驶员费力度较少变化。
在一个或者多个例子中，动态有效载荷检测仅仅使用转向系统和现有的车辆信号，导致低成本方案。动态有效载荷检测和对转向系统参数进行调节以调节辅助转矩是对转向系统的离线调节的一般技术的提高，该一般技术是：通过由将车辆驱动到秤台上来测量车辆有效载荷，然后将载荷与预定标称载荷比较，然后手动地调节转向系统参数。然而，这是不可实现的，因为车辆秤台是不可容易获得的。另外，对车辆秤台的访问中间的有效载荷变化仍导致操作者不舒服。最后，来自车辆秤台的结果不会直接地影响EPS调整参数。因此，这里所述的技术方案改善了转向系统。
尽管仅仅结合有限数量的实施例已经详细地说明了本发明，应当容易理解，本发明不限于这种公开的实施例。而且，能够修改本发明以合并之前没有说明的任何数目的变化、改变、替换或者等同配置，但是其是与本发明的精神和范围相当。另外，尽管已经说明了本发明的各种实施例，应当理解，本发明的方案可以仅仅包括一些所述实施例。因此，本发明不应被看着由前述说明书限制。

Claims (15)

1.一种电动助力转向(EPS)系统的有效载荷估计系统，包括：
有效载荷检测模块，其构成为根据多个EPS信号来检测有效载荷，并且产生轴载荷因子，有效载荷检测模块包括：
机架转矩模块，其构成为确定作用在与EPS相连接的机架上的机架转矩；
参考模型模块，其构成为基于载荷比例因子来确定用于EPS的参考机架转矩；和
载荷因子计算模块，其构成为基于在机架转矩和参考机架转矩之间的差来计算轴载荷因子，
混合因子模块，其构成为根据轴载荷因子来确定载荷混合因子；以及
信号合成器，其构成为根据载荷混合因子来将混合标称基辅助与混合高载荷基辅助进行合成，该合成值修改马达转矩命令，马达转矩命令被发送到马达以产生辅助转矩。
2.根据权利要求1所述的有效载荷估计系统，还包括：
标称基辅助模块，其构成为基于方向盘转矩信号来确定标称基辅助；以及
高载荷基辅助模块，其构成为基于方向盘转矩来产生高载荷基辅助。
3.根据权利要求2所述的有效载荷估计系统，其中，混合标称基辅助包括被乘以补偿载荷混合因子的标称基辅助，其中，补偿载荷混合因子包括1减去载荷混合因子，并且混合高载荷基辅助包括被乘以载荷混合因子的高载荷基辅助。
4.根据权利要求1所述的有效载荷估计系统，还包括：
条件检测模块，其构成为响应于被满足的一个或者多个操作条件而产生标志，其中响应于表示条件被满足的标志，将机架转矩与参考机架转矩进行比较。
5.根据权利要求1所述的有效载荷估计系统，其中，参考机架转矩被计算为线性弹簧转矩和使用方向盘位置的轮胎偏转转矩的和，其中，轮胎偏转转矩是基于轴载荷因子来计算的。
6.根据权利要求1所述的有效载荷估计系统，载荷因子计算模块还包括：
乘法器模块，其构成为计算方向盘位置、车速因子和初始机架转矩误差的乘积，用于计算轴载荷因子，其中初始机架转矩误差是在机架转矩和参考机架转矩之间的差。
7.根据权利要求4所述的有效载荷估计系统，其中，机架转矩模块包括：
第一放大器，其构成为将先前马达转矩命令增加因子GAIN1，其中GAIN1包括辅助机械比率；
第二放大器，其构成为还将先前马达转矩命令增加因子GAIN2，其中GAIN2包括马达效率；
第三放大器，其构成为将方向盘转矩增加因子GAIN3，其中GAIN3包括方向盘效率；以及
低通滤波器模块，其构成为将与放大的方向盘转矩合成的放大的先前马达转矩命令进行滤波，以确定机架转矩。
8.根据权利要求4所述的有效载荷估计系统，其中，载荷因子计算模块构成为：
计算在机架转矩和参考机架转矩之间的差；和
开关模块，其构成为响应于标志为真，使用所述差，来计算轴载荷因子。
9.根据权利要求1所述的有效载荷估计系统，其中，载荷因子计算模块还包括被构成为用于最小化轴载荷因子的噪声的多个制约模块，所述多个制约模块包括：
饱和模块，其构成为制约初始机架转矩误差；
速率限制器模块，其构成为将初始机架转矩误差限制到第一预定范围；
低通滤波器模块，其构成为最小化噪声；以及
饱和模块，以将轴载荷因子限制到第二预定范围。
10.一种通过电动助力转向(EPS)系统来估计用于维持至少部分产生的基本上一致转向感觉的有效载荷的方法，该方法包括：
通过有效载荷估计系统的有效载荷检测模块，接收多个EPS信号以产生附加轴载荷因子；
通过参考模型模块，基于载荷比例因子，确定用于EPS的参考机架转矩；
通过载荷因子计算模块，基于在机架转矩和参考机架转矩之间的差，计算轴载荷因子；
通过有效载荷估计系统的混合因子表，根据附加轴载荷因子，确定载荷混合因子；以及
通过合并模块，基于载荷混合因子，修改马达转矩命令，所述马达转矩命令被发送到EPS的马达，以产生辅助转矩。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，修改所述马达转矩命令还包括：
通过第一乘法器，通过合成所述载荷混合因子和方向盘转矩信号，生成混合标称基辅助信号；
通过第二乘法器，通过合成所述载荷混合因子和所述方向盘转矩信号，生成混合高载荷基辅助信号；以及
通过合并模块，合成所述混合标称基辅助和所述混合高载荷基辅助，以修改所述马达转矩命令。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述混合标称基辅助包括被乘以补偿载荷混合因子的标称基辅助，其中，补偿载荷混合因子包括1减去载荷混合因子，并且混合高载荷基辅助包括被乘以载荷混合因子的高载荷基辅助。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，计算载荷因子还包括：计算方向盘位置、车速因子和初始机架转矩误差的乘积，初始机架转矩误差是机架转矩和参考机架转矩之间的差。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：
通过条件检测模块，检测有利于将机架转矩与参考机架转矩进行比较的一个或者多个条件，并且通过载荷因子计算模块，响应于指示有利条件的标志，计算附加轴载荷因子。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，生成所述参考机架转矩包括：
计算线性弹簧转矩；
基于轴载荷因子，计算轮胎偏转转矩；以及
将所述线性弹簧转矩和所述轮胎偏转转矩相加。
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