CN107891909B - 具有抓握感测的转向补偿 - Google Patents

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Abstract

一种用于基于抓握的方向盘补偿的系统包括净方向盘转矩力矩确定模块，其确定方向盘上左抓握与右抓握之间的净方向盘转矩力矩。该系统还包括过滤器过渡补偿模块，其应用过滤器以平滑净方向盘转矩力矩中的过渡作为偏置补偿。该系统还包括方向盘转矩补偿模块，其基于感测到的方向盘转矩与偏置补偿之间的差，确定抓握补偿方向盘转矩。

Description

具有抓握感测的转向补偿
技术领域
本发明涉及一种具有抓握感测的转向补偿。
背景技术
转向系统通常由工程师调整，工程师用两手以对称抓握模式(例如9/3点钟或者10/2点钟手位置)握住转向盘(也称为方向盘)。然而，在操作中，驾驶员常常为了舒适改变抓握模式，其可能导致非对称抓握模式。由于驾驶员的臂的重量以不平衡的力矩臂作用在方向盘的轮缘上，因此这种非对称抓握模式常常导致在方向盘上的偏置转矩。该偏置转矩非常类似于由底盘/轮胎不平衡导致的转向拉力。该不平衡不得不由驾驶员的手臂肌肉补偿，并且可能导致较长时间/距离上驾驶员的疲劳。
当驾驶员从双手驾驶转移到单手驾驶时，发生另一种情况。这可能由于手臂疲劳或者因为驾驶员正在用自由的手完成其它任务例如拿起饮料杯、操作信息系统等而发生。因为单手所需要的力必须被加倍以产生相同的输入轴转矩，所以对于双手驾驶所调整的转向系统可能比用单手驾驶更加显著地让人疲劳。
发明内容
一种用于基于抓握的方向盘补偿的系统包括：净方向盘转矩力矩确定模块，其确定方向盘上左抓握与右抓握之间的净方向盘转矩力矩。该系统还包括过滤器过渡补偿模块，其应用过滤器以平滑净方向盘转矩力矩中的过渡作为偏置补偿。该系统还包括方向盘转矩补偿模块，其基于感测到的方向盘转矩与偏置补偿之间的差，确定抓握补偿方向盘转矩。可以关于方向盘上的抓握面积确定抓握力或者压力。
一种转向系统包括：方向盘转矩传感器，其是可操作的以产生感测到的方向盘转矩；转向致动器马达；和控制模块。控制模块是可操作的以确定方向盘上左抓握与右抓握之间的净方向盘转矩力矩，应用过滤器以平滑净方向盘转矩力矩中的过渡作为偏置补偿，基于所述感测到的方向盘转矩与偏置补偿之间的差确定抓握补偿方向盘转矩，以及基于抓握补偿方向盘转矩控制转向致动器马达。
一种用于基于抓握的方向盘补偿的方法包括通过转向系统的控制模块，确定方向盘上左抓握与右抓握之间的净方向盘转矩力矩。应用过滤器以平滑净方向盘转矩力矩中的过渡作为偏置补偿。基于感测到的方向盘转矩与偏置补偿之间的差，确定抓握补偿方向盘转矩。
从下述结合附图所做的说明中，这些和其它优点和特征将变得更为清楚。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书所附的权利要求中被特别指出并明确地要求保护。从以下结合附图的详细描述中，本发明的前述和其它特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1是示出根据一些实施例的包括转向系统的车辆的功能方框图；
图2示出根据一些实施例的基于抓握的方向盘补偿的系统；
图3示出根据一些实施例的净方向盘转矩力矩确定模块；
图4示出根据一些实施例的方向盘转矩补偿模块；以及
图5示出根据一些实施例的基于抓握的方向盘补偿的过程。
具体实施方式
现在参考附图，将参考具体实施例来说明本发明，而不是限制本发明，示出了包括转向系统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是电动助力转向(EPS)系统，其还包括转向辅助单元18，该转向辅助单元18耦接到转向系统12的转向轴16并且耦接到车辆10的左连结杆20和右连结杆22。例如，转向辅助单元18包括可以通过转向轴16耦接到转向致动器马达19和传动装置的齿条与齿轮转向机构(未示出)。在操作期间，当车辆操作者转动方向盘14时，转向致动器马达19提供帮助以移动左连结杆20和右连结杆22，进而又分别移动左和右转向节24、26。左转向节24被耦接到左道路车轮28，右转向节26被耦接到车辆10的右道路车轮30。
如图1所示，车辆10还包括各种传感器31-35，用于检测和测量转向系统12和/或车辆10的信号。传感器31-35基于测量到的信号生成传感器信号。在一个实施例中，提供方向盘转矩传感器31，用于感测施于方向盘14上的转矩。在所示的示例性实施例中，方向盘转矩传感器31被放置在方向盘14上，然而，可以理解的是，方向盘转矩传感器31可以不总放置在方向盘14附近或者方向盘14上。在一个实施例中，马达位置/速率传感器32感测马达位置和/或速率，方向盘转矩位置/速率传感器33感测方向盘位置和/或速率。另外，车辆10可以包括车轮速度传感器34，以辅助测量测量速度。在一些实施例中，一个或者多个抓握传感器35测量在方向盘14上各种位置处的抓握力或者压力，诸如关于方向盘14的直行位置限定的左抓握15A和右抓握15B。在替代实施例中，省略抓握传感器35，并且使用转向系统12的其它参数计算抓握大小和/或角位置值。
控制模块40基于一个或者多个传感器信号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40基于一个或者多个输入并且还基于本公开的转向控制系统和方法来产生命令信号，以控制转向系统12的转向致动器马达19。本公开的转向控制系统和方法适应和补偿由操作方向盘14的驾驶员的抓握方式产生的力矩。
图2示出根据实施例的基于抓握的方向盘补偿的系统100。系统100包括控制模块40并且可以包括图1的一个或者多个传感器31-35。在各种实施例中，控制模块40可以包括一个或者多个子模块和数据存储，诸如净方向盘转矩力矩确定模块102、过滤器过渡补偿模块104、比例单手模块106和方向盘转矩补偿模块108。如本文所使用的，术语模块和子模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适组件。能够理解的是，图2所示的控制模块40还可以被分割并且包括在转向控制系统技术领域中公知的额外控制元件。
可以从车辆10(图1)的传感器31-35(图1)以及其它传感器(未示出)产生控制模块40的输入。另外，可以从车辆10(图1)内的其它控制模块(未示出)中接收输入，并且可以对这些输入进行建模或者预定义。例如，可以在控制模块40处从方向盘转矩传感器31(图1)接收感测到的方向盘转矩110。可以从抓握传感器35(图1)接收或者从其它值中导出左抓握115A(图1)的左抓握大小112。可以从抓握传感器35(图1)接收或者从其它值中导出右抓握115B(图1)的右抓握大小114。可替代地，可以结合系统构成信息(例如，使用转向系统12(图1)中的质量/惯性组件的系统模型)，使用来自马达位置/速率传感器32(图1)的马达位置/速率信号、来自方向盘位置/速率传感器33(图1)的方向盘位置/速率信号、和/或感测到的方向盘转矩110，来估计左抓握大小112和右抓握大小114。可以使用力或者压力传感器读数，基于方向盘14(图1)上接触的表面面积，来估计左抓握大小112和右抓握大小114。
作为另一个示例，当感测到的方向盘转矩110在可调的时间段内保持在可调的阈值之上时，可以认为驾驶员的手在方向盘14(图1)上。可以基于在一段时间上感测到的方向盘转矩110的等级，估计各种驾驶员抓握等级。感测到的方向盘转矩110在短时间段内的高值(关于转矩等级和时间阈值)可以被认作为高等级的抓握，而感测到的方向盘转矩110在较长时间段内的较低值可以表示弱抓握。通过对具体系统结构的分析和研发测试，可以得到各种各样的这种可调等级的抓握。
如在图2的示例中所示并且继续参考图1，净方向盘转矩力矩确定模块102可以基于左抓握大小112和右抓握大小114，确定方向盘14上左抓握115A与右抓握115B之间的净方向盘转矩力矩116。过滤器过渡补偿模块104可以基于左抓握大小112和右抓握大小114，施加过滤器以平滑净方向盘转矩力矩116中的过渡(transition)，作为偏置补偿118。方向盘转矩补偿模块108可以基于感测到的方向盘转矩110与偏置补偿118之差，确定抓握补偿方向盘转矩120(图4)。
比例单手模块106可以确定增益补偿122，以调节在单手抓握与双手抓握方向盘转向模式之间的抓握补偿方向盘转矩120的缩放比例。比例单手模块106可以基于落在抓握大小阈值之下的左抓握大小112或右抓握大小114，确定单手抓握方向盘转向模式是激活的(active)。在一些实施例中，通过比例单手模块106，在单手抓握与双手抓握方向盘转向模式之间的检测到的变化导致增益变化。增益补偿122可以是左抓握大小112和右抓握大小114的较低值的函数。例如，可以通过比例单手模块106来过滤增益补偿122，以平滑在单手操作与双手操作之间的抓握补偿方向盘转矩120的缩放比例的过渡。方向盘转矩补偿模块108可以将增益补偿122乘以抓握补偿方向盘转矩120，以产生抓握和单手补偿方向盘转矩124，如图4所示。可以基于抓握补偿方向盘转矩120和/或抓握和单手补偿方向盘转矩124，控制转向致动器马达19(图1)。
图3更为详细地示出净方向盘转矩力矩确定模块102的示例。在图3的示例中，基于方向盘14(图1)关于直行位置的的左抓握15A(图1)的左抓握角位置113和右抓握15B(图1)的右抓握角位置115，确定净方向盘转矩力矩116。可以基于抓握传感器35(图1)和方向盘位置/速率传感器33(图1)的读数，确定左抓握角位置113和右抓握角位置115。还基于响应于手臂重量的标称测量和左抓握角位置113、右抓握角位置115和方向盘14的几何结构的左力矩126和右力矩128，确定净方向盘转矩力矩116。通过关于左抓握大小112来比例缩放左抓握角位置113，例如作为左抓握大小112和基于左抓握角位置113的偏移的乘积，比例和计算左力矩模块202可以产生左力矩126。通过关于右抓握大小114来比例缩放右抓握角位置115，例如作为右抓握大小114和基于右抓握角位置115的偏移的乘积，比例和计算右力矩模块204可以产生右力矩128。左和右抓握角位置113、115(从垂直的角度)和方向盘14的半径使得分别能够计算左力矩126和右力矩128。依赖于抓握是完全的还是虚弱的(其可以表示是否手臂的全部重量被传递到方向盘14的轮缘)，左抓握大小112和右抓握大小114可以被用于缩放。净方向盘转矩力矩116可以被计算为左力矩126与右力矩128之间的差。
图5示出基于抓握的方向盘补偿的过程300。还参考图1-图4来说明过程300。在方块302处，控制模块40的净方向盘转矩力矩模块102确定方向盘14上左抓握15A与右抓握15B之间的净方向盘转矩力矩116。在方块304处，应用过滤器(例如，通过过滤器过渡补偿模块104)以平滑净方向盘转矩力矩116的过渡，作为偏置补偿118。在方块306处，基于感测到的方向盘转矩110与偏置补偿118之间的差，确定抓握补偿方向盘转矩120(例如通过方向盘转矩补偿模块108)。在方块308处，应用单手缩放比例(例如通过方向盘转矩补偿模块108)作为对抓握补偿方向盘转矩120的增益补偿122(例如，从比例单手模块106)，以调节在单手抓握与双手抓握方向盘转向模式之间的抓握补偿方向盘转矩120的缩放比例，并且产生抓握和单手补偿方向盘转矩124。单手缩放比例可以是例如当在单手抓握与双手抓握之间切换时被过滤以平滑抓握补偿方向盘转矩120的缩放比例中的过渡的增益补偿122。在用于控制转向系统12的转向致动器马达19的控制模块40的控制算法中，可以代替感测到的方向盘转矩110，使用抓握和单手补偿方向盘转矩124作为补偿值，由此补偿与方向盘14上10/2或者9/3点钟处期望的双手抓握模式不同的各种抓握模式和单/双手操作。
虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改为包括迄今为止未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替代或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的各方面可以仅仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不被视为受前述描述所限制。

Claims (18)

1.一种用于基于抓握的方向盘补偿的系统，所述系统包括：
净方向盘转矩力矩确定模块，确定方向盘上左抓握与右抓握之间的净方向盘转矩力矩；
过滤器过渡补偿模块，应用过滤器以平滑所述净方向盘转矩力矩中的过渡，作为偏置补偿；
比例单手模块，其确定增益补偿，以调节单手抓握与双手抓握方向盘转向模式之间的所述抓握补偿方向盘转矩的缩放比例；
方向盘转矩补偿模块，基于感测到的方向盘转矩与所述偏置补偿之间的差，确定抓握补偿方向盘转矩，以及将所述增益补偿乘以所述抓握补偿方向盘转矩，以产生抓握和单手补偿方向盘转矩；以及
控制模块，基于所述抓握补偿方向盘转矩以及所述抓握和单手补偿方向盘转矩控制致动器马达。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述比例单手模块基于落在抓握大小阈值之下的所述左抓握或所述右抓握的大小，确定所述单手抓握方向盘转向模式是激活的。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述增益补偿是所述左抓握和所述右抓握的所述大小的较低值的函数，并且所述增益补偿被过滤以平滑所述抓握补偿方向盘转矩的所述缩放比例的过渡。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，基于所述方向盘关于直行位置的左抓握角位置和右抓握角位置，确定所述净方向盘转矩力矩。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，还基于响应于手臂重量的标称测量和所述左抓握角位置、所述右抓握角位置和所述方向盘的几何结构的左力矩和右力矩，确定所述净方向盘转矩力矩。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述左力矩是所述左抓握的大小和基于所述左抓握角位置的偏移的乘积，并且所述右力矩是所述右抓握的大小和基于所述右抓握角位置的偏移的乘积。
7.一种用于基于抓握的方向盘补偿的方法，所述方法包括：
通过转向系统的控制模块，确定方向盘上左抓握与右抓握之间的净方向盘转矩力矩；
应用过滤器以平滑所述净方向盘转矩力矩中的过渡作为偏置补偿；
确定增益补偿，以调节单手抓握与双手抓握方向盘转向模式之间的所述抓握补偿方向盘转矩的缩放比例；
基于感测到的方向盘转矩与所述偏置补偿之间的差，确定抓握补偿方向盘转矩，以及将所述增益补偿乘以所述抓握补偿方向盘转矩，以产生抓握和单手补偿方向盘转矩；以及
基于所述抓握补偿方向盘转矩以及所述抓握和单手补偿方向盘转矩控制致动器马达。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
将单手缩放比例应用于所述抓握补偿方向盘转矩，以调节在单手抓握与双手抓握方向盘转向模式之间的所述抓握补偿方向盘转矩的缩放比例作为抓握和单手补偿方向盘转矩，其中所述单手缩放比例是被过滤以平滑所述抓握补偿方向盘转矩的所述缩放比例的过渡的增益补偿。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
基于落在抓握大小阈值之下的所述左抓握或所述右抓握的大小，确定所述单手抓握方向盘转向模式是激活的。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，基于所述方向盘关于直行位置的左抓握角位置和右抓握角位置，确定所述净方向盘转矩力矩。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，还基于响应于手臂重量的标称测量和所述左抓握角位置、所述右抓握角位置和所述方向盘的几何结构的左力矩和右力矩，确定所述净方向盘转矩力矩。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述左力矩是所述左抓握的大小和基于所述左抓握角位置的偏移的乘积，并且所述右力矩是所述右抓握的大小和基于所述右抓握角位置的偏移的乘积。
13.一种转向系统，包括：
方向盘转矩传感器，是可操作的以产生感测到的方向盘转矩；
转向致动器马达；和
控制模块，是可操作的以确定方向盘上左抓握与和右抓握之间的净方向盘转矩力矩，应用过滤器以平滑所述净方向盘转矩力矩中的过渡作为偏置补偿，确定增益补偿以调节单手抓握与双手抓握方向盘转向模式之间的所述抓握补偿方向盘转矩的缩放比例，基于感测到的方向盘转矩和与所述偏置补偿之间的差来确定抓握补偿方向盘转矩，将所述增益补偿乘以所述抓握补偿方向盘转矩以产生抓握和单手补偿方向盘转矩，以及基于所述抓握补偿方向盘转矩以及所述抓握和单手补偿方向盘转矩来控制所述转向致动器马达。
14.根据权利要求13所述的转向系统，其中所述控制模块是可操作的，以基于落在抓握大小阈值之下的左抓握或者右抓握的大小，确定所述单手抓握方向盘转向模式是激活的。
15.根据权利要求14所述的转向系统，其中，所述增益补偿是所述左抓握和所述右抓握的所述大小的较低值的函数，并且所述增益补偿被过滤以平滑所述抓握补偿方向盘转矩的所述缩放比例的过渡。
16.根据权利要求13所述的转向系统，其中，基于方向盘关于直行位置的左抓握角位置和右抓握角位置，确定所述净方向盘转矩力矩。
17.根据权利要求16所述的转向系统，其中，还基于响应于手臂重量的标称测量和所述左抓握角位置、所述右抓握角位置和所述方向盘的几何结构的左力矩和右力矩，确定所述净方向盘转矩力矩。
18.根据权利要求17所述的转向系统，其中，所述左力矩是所述左抓握的大小和基于所述左抓握角位置的偏移的乘积，并且所述右力矩是所述右抓握的大小和基于所述右抓握角位置的偏移的乘积。
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