CN109131538A - 用于车辆中的实时转向响应补偿的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
用于线控转向车辆转向系统的电子控制单元包括数据存储部件，其存储一定范围的车辆速度下的期望横向加速度与转向角分布，以及与方向盘角度传感器和偏航传感器可操作地电子耦合的处理器。数据存储部件包括电子指令，该电子指令使得处理器接收一定范围内的车辆速度下的方向盘角度数据，接收与方向盘角度数据相关的范围内的车辆速度下的车辆偏航数据，生成该范围的车辆速度下的观察到的横向加速度与转向角分布，以及基于期望横向加速度与转向角分布和观察到的横向加速度与转向角分布的比较来生成转向比校正。
Description
引言
本公开总体上涉及车辆转向系统。更具体地，本公开涉及用于车辆中的实时转向响应补偿的系统和方法。
传统汽车中的转向系统连接通常通过转向装置与车辆前轮之间的直接机械连接来提供。例如，在齿轮齿条式转向系统中，方向盘的旋转使小齿轮旋转，所述小齿轮与转向系统的齿条部分中的接合凹口或齿啮合。连杆将齿条部分连接到车轮，使得方向盘的任何旋转运动最终都会使车轮旋转到合力转向角，该转向角可以根据由转向系统提供的转向比而变化。其他转向联动装置设计可以用来代替齿轮齿条式设计，例如用于再循环球式转向系统中的蜗轮。然而，在任何一个例子中，所有的控制联动装置本质上都是纯机械的。
相比之下，在线控转向系统中，电子控制的转向致动器定位在前驱动轴上或其附近，并且一个或多个换能器和/或其他传感器测量或检测对转向装置的转向请求或输入，转向装置通常是一个圆形方向盘。传感器可以配置为测量方向盘的转向角。然后，表示测量值或检测值的电子输入信号被电传输到转向致动器，该转向致动器响应于电子输入信号执行转向操作。
在线控系统中，转向响应特性，即通过对方向盘的给定输入实现的转向角，是车辆制造中的初始设计参数，其部分基于市场细分、客户偏好等。然而，随着时间的推移，车辆底盘部件的磨损改变了车辆响应特性，使其不再是初始设计参数。相应地，随着时间的推移，驾驶员会感觉车辆在某些情况下好像对转向输入的响应度减小或增加了。
线控系统可以配置成选择性地将转向比改变为部分由车辆速度确定的值，以优化转向响应。因此，期望提供用于车辆中的实时转向响应补偿的系统和方法，使得即使当车辆底盘部件随时间而发生磨损时，驾驶员也不会意识到转向性能和响应度的任何明显的减小。此外，通过随后的详细描述和所附权利要求，结合附图和该引言部分，本公开的其他期望特征和特性将变得显而易见。
发明内容
在一个实施例中，用于线控转向车辆转向系统的电子控制单元包括数据存储部件，该数据存储部件存储一定范围的车辆速度下的期望横向加速度与驾驶员转向角分布，以及与方向盘角度传感器和偏航传感器可操作地和电子耦合的处理器。数据存储部件包括电子指令，所述电子指令使得处理器接收一定范围内的车辆速度下的方向盘角度数据，接收与方向盘角度数据相关的该范围内的车辆速度下的车辆偏航数据，生成该范围的车辆速度下的观察到的横向加速度与驾驶员转向角分布，以及基于期望横向加速度与转向角分布和观察到的横向加速度与转向角分布的比较来生成转向比校正。
在变型中，处理器从与电子控制单元可操作地耦合的方向盘传感器或旋转传感器接收方向盘角度数据。处理器从与电子控制单元可操作地耦合的惯性测量单元接收车辆偏航数据。处理器配置成以前馈方式产生转向比校正。处理器配置成基于转向数据段分析来生成转向比校正，其中在预定时间段内对观察到的数据段执行数据段分析。处理器确定观察到的数据段是否包括以小于预定平均车辆速度的平均车辆速度记录的数据。处理器确定观察到的数据段是否包括在小于预定绝对车辆速度范围的绝对速度范围内记录的数据。处理器确定观察到的数据段是否包括具有小于预定标准偏差范围的标准偏差的数据。处理器还配置成将高通滤波器应用于观察到的数据段。处理器进一步配置成关联观察到的偏航数据和横向加速度分布。处理器进一步配置成计算相互关联的观察到的偏航数据和横向加速度分布的均匀性。处理器还配置成基于偏航数据和车辆速度范围来计算在该段期间车辆的横向加速度。处理器还配置成确定在该段期间车辆的平均横向加速度是否小于预定的正常操作横向加速度。只有满足所有所述操作条件标准的数据才用于进一步的数据分析。
在另一个实施例中，一种用于操作线控转向车辆转向系统的电子控制单元的方法包括(处理器操作的)步骤：接收一定范围内的车辆速度下的方向盘角度数据，接收与方向盘角度数据相关的该范围内的车辆速度下的车辆偏航数据，生成该范围的车辆速度下的观察到的横向加速度与转向角分布，以及基于期望横向加速度与转向角分布和观察到的横向加速度分布的比较来生成转向比校正。
在又一个实施例中，车辆包括多个车轮和与多个车轮可操作地耦合的线控转向系统。线控转向系统包括电子控制单元。电子控制单元包括数据存储部件，该数据存储部件存储一定范围的车辆速度下的期望横向加速度与转向角分布，以及与方向盘角度传感器和偏航传感器可操作地和电子耦合的处理器。数据存储部件包括电子指令，所述电子指令使得处理器接收一定范围内的车辆速度下的方向盘角度数据，接收与方向盘角度数据相关的该范围内的车辆速度下的车辆偏航数据，生成该范围的车辆速度下的观察到的横向加速度与转向角分布，以及基于期望横向加速度与转向角分布和观察到的横向加速度分布的比较来生成转向比校正。
附图说明
在下文中将结合以下附图来描述本公开，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是根据本公开的实施例的线控转向车辆转向系统的系统图；
图2是适合与图1的线控转向车辆转向系统一起使用的前馈控制系统的系统图；
图3A和3B示出用于生成与图2所示系统一起使用的前馈控制表的流程图；以及
图4示出将测量的转向响应与针对一定范围内的车辆速度的目标转向响应进行比较的图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本公开或所公开的转向响应补偿系统和方法的应用和用途。此外，不受前面引言部分或以下详细描述中呈现的任何理论的束缚。
本文结合包括线控转向系统的车辆公开了系统和方法。线控转向系统包括电子控制单元，该电子控制单元包括开环算法，该开环算法自动检测并连续补偿可能由轮胎磨损、悬架/转向部件磨损、车辆负载状况等产生的车辆转向响应特性变化。该算法用于填充前馈转向控制表。然后使用前馈控制表来调整有效转向比，以补偿转向响应的任何特性变化。
图1示出了本公开的实施例的线控转向系统10。示例性车辆包括转向系统10，转向系统10包括方向盘70。方向盘传感器74检测方向盘70的运动，并将命令发送给线控转向电子控制单元(ECU)72，ECU 72然后将命令传递给控制齿条和小齿轮26的转向电机76。车轮传感器78将有关车轮34的运动的信号传送给线控转向ECU 72，线控转向ECU 72将这些信号传送至反馈电机80，反馈电机80然后移动方向盘70以向驾驶员提供反馈(类似于在手动转向车辆中由车轮提供的反馈)。连杆32将齿条30连接到车轮34，并将齿条30的运动转换成车轮34的旋转。
车辆可以配置成测量车辆运动的偏航分量。偏航分量可以用于计算车辆横向加速度的估算值。例如，直行(或直线倒行)的车辆没有偏航或横向加速度(Ay)。相反，如果车辆在前进(或后退)时转弯，车辆向左或向右转动时，车辆乘员会感觉到向左或向右轻微拉动。横向加速力从车辆轮胎传递到行驶表面。横向加速度可以根据重力加速度来测量。例如，如果横向加速度是重力加速度的十分之一，该横向加速度将被记录为0.1g。可以使用适当的惯性测量单元(IMU)86在车辆中测量偏航分量。IMU 86可通过直接电子连接或通过经由车辆的另一计算或处理系统的连接而可操作地耦合至ECU 72。ECU 72使用本公开的方法和系统中的偏航测量。
车辆可以配置成测量方向盘角度(SWA)。SWA是方向盘偏离未转向位置向左或向右的旋转角度。方向盘的未转向位置对应车轮向前直行结构，其中车辆直行或直线倒行。车辆驾驶员可能使方向盘偏离未转向位置，例如为了使车辆转弯。因此，车辆驾驶员可以引起SWA。SWA可以通过与车辆的转向柱耦合的适当的旋转传感器88测量。旋转传感器88可通过直接电子连接或通过经由车辆的另一计算或处理系统的连接而可操作地耦合至ECU 72。在一些实施例中，可以通过方向盘传感器74，而不是单独的旋转传感器88来测量SWA。ECU 72使用本公开的方法和系统中的SWA测量。
如上所述，ECU 72基于感测到的方向盘70的运动接收信号，再基于该信号向转向电机76发出命令。对于给定的方向盘转向(角度)，在车辆设计和制造过程中，ECU 72向转向电机76发出命令的输出量在初始条件下设定。然而，如上所述，由于底盘磨损和其它因素，为了保持相同的车辆转向“感觉”，可能期望基于给定的方向盘运动来修改ECU 72向转向电机76发出命令的输出量。为此，本公开的实施例可以在ECU 72处采用前馈控制方案。前馈是描述控制系统内的元件或路径的术语，其将来自其外部环境中的源的控制信号(通常是来自外部操作者的命令信号)传递给其外部环境中其他地方的负载。仅具有前馈行为的控制系统以预定方式响应其控制信号，而不响应负载的实时反应；这与同时具有反馈行为的系统形成对比，具有反馈行为的系统实时调整输出，以考虑它如何影响负载，以及负载本身如何不可预测地变化；负载被认为属于系统的外部环境。在前馈系统中，控制变量调整不是基于误差的。相反，它是基于对过程的了解，以过程的数学模型和对过程扰动的了解或测量值的形式。因此，在前馈控制下，扰动会在有时间影响系统之前被测量和考虑。
图2是适用于ECU 72的前馈控制系统的系统图。如前所述，车辆的驾驶员输入SWA的变化以改变车辆的行驶方向。基于车辆的设计参数，在给定的车辆行驶速度下，SWA中的这种变化与期望的横向加速度(Ay)200相关。方向盘传感器74可以将这个期望的加速度信息200传输到ECU 72。在方框201处，期望的横向加速度200可以被ECU接收并且与到转向电机76的初始输出相关联。在新的条件下，例如没有任何底盘磨损，初始输出201将直接对应于期望的横向加速度200。然而，随着时间的推移，这些条件会发生变化，情况就会不同。相应地，期望的横向加速度200也在ECU 72的前馈控制器202处被接收，前馈控制器可以包括数据的前馈控制表。前馈控制表中填写了给定SWA在给定速度下的测量和目标转向响应数据。使用算法并且基于先前描述的来自IMU 86和旋转传感器88(和/或方向盘传感器74)的偏航测量值在前馈控制表中填写该数据，将在下文中结合图3A和3B更详细地对此进行讨论。基于接收到的期望的横向加速度200和数据的前馈控制表，前馈控制器发送校正值205，该校正值205在框203处与初始输出201结合时产生校正后的控制信号209，该信号被发送到转向电机76以改变车轮角度。相应地，该校正后的控制信号209考虑随时间推移而发生的底盘上的磨损，使得根据车辆的设计参数产生的实际转向响应(实际Ay输出210)是相同的，就像底盘没有发生磨损一样。以这种方式，车辆驾驶员不会经历任何转向响应的减小，实际输出横向加速度210也是预期(期望)的值。
现在参考图3A和3B，其示出了用于生成上述与图2所示的系统结合使用的前馈控制表的方法300的流程图。如上所述，车辆具有配置成测量或计算SWA、横向加速度(Ay)和车辆速度以及其他参数的部件。方法300始于步骤302，该步骤包括连续监测代表这些参数的接收到的数据信号。如上所述，这可以用惯性传感器、速度传感器和SWA传感器来执行。应该理解的是，道路条件不同，并且有时会根据驾驶条件需要异常的转向输入。因此，为了生成可靠的数据表，方法300还包括步骤304，即将上述数据信号分为可以被处理器执行的用于分析的5个秒段或任何其他期望的时间段、段或“块”。还应该理解，当车辆行驶速度超过特定值时，转向响应仅是显著的品质因数。例如，当车辆以低速行驶，例如在停车场时，转向响应和横向加速度不明显。因此，在步骤306中生成数据表时，确定在该时间段内的平均车辆速度是否超过某个基线速度，该基线速度可以是100kph，或者是任何其他相关速度。如果不是，则不考虑将数据纳入表中。如果是，该方法继续。
继续参考图3A和3B，应该理解的是，转向操作过程中产生的横向加速度高度依赖于车辆行驶的速度。也就是说，基于给定的SWA变化，较高的车辆速度下产生的横向加速度将会高于较低的车辆速度下的横向加速度。因此，在步骤308，为了确保控制表中的数据的完整性和准确性，应该确保在该段期间收集的数据是这样的，即车辆速度的改变不大于给定量，例如5kph或任何其他相关值。如果不是，则不考虑将数据纳入表中。如果是，该方法继续。此外，另一种确保与测量数据相关的车辆速度一致性的方法是在测量的时间段内考虑速度的标准偏差。例如，在方法步骤310，可以确定该段中的速度的标准偏差是否小于给定值，例如2kph，或任何其他相关值。如果不是，则不考虑将数据纳入表中。如果是，该方法继续。
继续参考图3A和3B，应该理解，与车辆在完全平坦光滑的表面上运行的情况相比，由于道路状况等的变化，SWA可能有产生频繁轻微的偏差的趋势。因此，在步骤312，应该对所测量的SWA应用滤波器以考虑并去除这些高频偏差，否则这些高频偏差可能使SWA与横向加速度之间的相关性失真。在一个特定的例子中，1赫兹巴特沃斯滤波器可以用于此目的。也可以使用本领域已知的其他合适的滤波器。相应地，从滤过信号中减去原始信号以用作控制表中的SWA数据。当然，应该理解，对于非常粗糙的表面，即使使用滤波器也难以提供可靠的SWA数据。因此，在方法步骤314，通过考虑高通滤波器数据的平均值是否小于一定量(例如，小于2度的方向盘角度位移)或任何其他相关值来确定合适的道路平滑度。如果不是，则不考虑将数据纳入表中。如果是，该方法继续。
继续参考图3A和3B，在步骤316，获得的偏航数据与SWA数据相关。数据相关性指的是偏航量预计会相对于SWA输入以可预测(可相关)的量增加。如果存在实质性的差异(即，SWA输入的增加与偏航值的增加无明显相关)，则该数据可被认为不可靠。因此，在步骤318，确定相关数据是否是同类的，即，数据是否具有大于给定值(例如，大于0.90)的相关系数(r)。如果不是，则不考虑将数据纳入表中。如果是，该方法继续。
继续参考图3A和3B，在步骤320，基于获得的数据计算横向加速度(Ay)。横向加速度由测量的偏航乘以车辆速度计算而得。因此，应该确定所考虑的数据段是否来自通常认为是正常驾驶条件的数据段。正常驾驶条件是指在车辆运行中，横向加速度值一般不会超过给定值。相应地，在步骤322，确定该段的平均Ay值。如果该确定的平均值小于代表正常驾驶条件的值，则可以认为该数据是在正常驾驶条件下获得的。如果不是，则不考虑将数据纳入表中。如果是，该方法继续。
在步骤324，可以以x-y标准图的形式绘制获得的横向加速度和速度的处理数据。基于前述，转向响应变量(SS)可被定义为相对于SWA度数的横向加速度。因此，SS的单位是g/deg，其中“g”是标准重力加速度(即相对于标准重力加速度的横向加速度)，“deg”是SWA位移的度数。如步骤326所示，任何获得的数据都可以存储在控制数据表中。如所理解的，对于任何给定的SWA，横向加速度取决于车辆速度。因此，在图4所示的图表中描绘了在y轴上的SS，其相对于x轴上的车辆速度绘制。如图所示，车辆速度增加通常导致SS增加。如上所述，由于底盘磨损，例如，随着时间的推移，车辆可能对转向输入的响应变差。因此，图4中的测量SS绘图线与基于初始车辆设计考虑因素的目标SS绘图线相比更浅(即，对SWA的响应更差)。
例如，与图4中的目标数据相比，图4中的测量的数据可以作为校正后的控制信号209发送到转向电机76以改变车轮角度的基础。同样地，测量和目标数据可以作为前馈控制器202的控制表的基础。因此，以前馈的方式，不依赖于给定车辆速度和SWA下产生的实际横向加速度，如图3A和3B所讨论的那样获得的数据可以用于针对给定的SWA和车辆速度在一定范围的SWA和车辆速度下校正输出209。如此，所描述的系统和方法选择性地将转向比改变到部分由车辆的速度且部分由控制表确定的程度，以根据初始车辆设计参数来优化转向响应。以这种方式，车辆驾驶员不会经历任何转向响应的减小，实际输出横向加速度210也是预期(期望)的值，即使车辆底盘可能会随时间和使用而磨损。
关于本文所参考的流程图应当理解，仅为了方便和清楚起见，将所示方法划分为了由流程图的方框表示的离散操作。也可以将所示方法用其他方式划分为表示操作的方框，其结果是相同的。任何将所示方法划分为离散操作的其他划分方式应理解为包括在本公开的实施例的范围内。
关于本文所参考的流程图，还应该理解的是，除非另有指示，否则仅为了方便和清楚起见，选择由流程图的方框的顺序表示的所示方法的操作顺序。所示方法的操作可以以不同的顺序执行，或者同时执行，其结果是相同的。由方框表示的任何其他操作顺序应理解为包括在本公开的实施例的范围内。
本公开的实施例可以包括用于执行本文描述的操作的装置。该装置可以为了所需的目的而专门构造，或者可以包括计算机或由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的处理器。该计算机程序可以存储在计算机可读或处理器可读的非暂态存储介质、任何类型的磁盘包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡或适用于存储电子指令的任何其他类型的介质中。将会理解的是，可以使用各种编程语言来实现本文所述的本公开的教导。本公开的实施例可以包括诸如非暂态计算机或处理器可读的非暂态存储介质的装置，例如编码、包含或存储指令(例如计算机可执行指令)的存储器、磁盘驱动器或USB闪存，所述指令在由处理器或控制器执行时使处理器或控制器执行本文公开的方法。指令可以使处理器或控制器执行实现本文公开的方法的过程。
相应地，本公开提供用于车辆中的实时转向响应补偿的系统和方法的实施例。所公开的实施例提供用于车辆中的实时转向响应补偿的系统和方法，使得即使当车辆底盘部件随时间而发生磨损时，驾驶员也不会意识到转向性能和响应度的任何明显的减小。
虽然在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性转向响应补偿系统和方法，但应该理解的是还存在许多变型。还应该理解的是，一个或多个示例性转向响应补偿系统和方法仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本公开的示例性转向响应补偿系统和方法的便利指导。应该理解，可以在不脱离如所附权利要求中所阐述的本公开的范围的前提下，对示例性转向响应补偿系统和方法中描述的元件的功能和布置做出各种改变。
Claims (10)
1.一种用于线控转向车辆转向系统的电子控制单元，包括：
数据存储部件，所述数据存储部件存储一定范围的车辆速度下的期望横向加速度与转向角分布；以及
与方向盘角度传感器和偏航传感器可操作地和电子耦合的处理器，
其中所述数据存储部件包括使所述处理器执行以下操作的电子指令：
接收一定范围内的车辆速度下的方向盘角度数据；
接收与所述方向盘角度数据相关的所述范围内的车辆速度下的车辆偏航数据；
生成所述范围的车辆速度下的观察到的横向加速度与转向角分布；以及
基于所述期望横向加速度与转向角分布和所述观察到的横向加速度分布的比较来生成转向比校正。
2.根据权利要求1所述的电子控制单元，其中所述处理器从与所述电子控制单元可操作地耦合的方向盘传感器或旋转传感器接收所述方向盘角度数据。
3.根据权利要求1所述的电子控制单元，其中所述处理器从与所述电子控制单元可操作地耦合的惯性测量单元接收车辆偏航数据。
4.根据权利要求1所述的电子控制单元，其中所述处理器配置成以前馈方式生成所述转向比校正。
5.根据权利要求1所述的电子控制单元，其中所述处理器配置成基于转向数据段分析来生成所述转向比校正，其中在预定时间段内对观察到的数据段执行所述数据段分析。
6.根据权利要求1所述的电子控制单元，其中所述处理器还配置成确定在所述段期间所述车辆的平均横向加速度是否小于预定的正常操作横向加速度。
7.一种用于操作线控转向车辆转向系统的电子控制单元的方法，所述方法包括以下步骤：
通过处理器接收一定范围内的车辆速度下的方向盘角度数据；
通过所述处理器接收与所述方向盘角度数据相关的所述范围内的车辆速度下的车辆偏航数据；
通过所述处理器生成所述范围的车辆速度下的观察到的横向加速度与转向角分布；以及
通过所述处理器基于所述期望横向加速度分布和所述观察到的横向加速度分布的比较来生成转向比校正。
8.根据权利要求7所述的方法，其中以前馈方式生成所述转向比校正。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括基于转向数据段分析来生成所述转向比校正，其中在预定时间段内对观察到的数据段执行所述数据段分析。
10.一种车辆，包括：
多个车轮；以及
与所述多个车轮可操作地耦合的线控转向系统，
其中所述线控转向系统包括电子控制单元，其中所述电子控制单元包括：
数据存储部件，所述数据存储部件存储一定范围的车辆速度下的期望横向加速度分布；以及
与方向盘角度传感器和偏航传感器可操作地和电子耦合的处理器，
其中所述数据存储部件包括使所述处理器执行以下操作的电子指令：
接收一定范围内的车辆速度下的方向盘角度数据；
接收与所述方向盘角度数据相关的所述范围的车辆速度下的车辆偏航数据；
生成所述范围内的车辆速度下的观察到的横向加速度分布；以及
基于所述期望横向加速度分布和所述观察到的横向加速度分布的比较来生成转向比校正。
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