CN109533008A - 线控转向系统中的卡止马达转矩生成 - Google Patents

线控转向系统中的卡止马达转矩生成 Download PDF

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Abstract

根据本文描述的一个或多个实施例，线控转向操纵系统包括一对致动器，手轮致动器为车轮致动器提供命令位置，车轮致动器基于来自手轮致动器的命令位置将车辆的齿条移动到齿条位置。线控转向操纵系统进一步包括控制器，其产生手轮转矩命令，手轮致动器基于该手轮转矩命令产生反馈转矩。控制器进一步基于命令位置与齿条位置之间的差计算跟踪误差。控制器进一步使用跟踪误差确定卡止马达转矩值。控制器进一步使用卡止马达转矩修改手轮转矩命令，手轮致动器产生转矩量，该转矩量基本上是反馈转矩和卡止马达转矩的和。本文描述的技术方案提供了改进的卡止马达转矩生成，以模拟SbW系统中的卡止条件。

Description

线控转向系统中的卡止马达转矩生成
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年9月21日提交的第62/561,267号美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请一般涉及转向系统，并且具体地描述了用于SbW系统的一种或多种技术，以提供由车辆的操作者执行的转向操纵的同步响应。
背景技术
电动助力转向(EPS)通常包括诸如方向盘、柱(column)、齿条齿轮、电动马达致动器等部件。EPS通过提供必要的转矩辅助来帮助驾驶员操纵车辆。辅助转矩基于驾驶员施加的转矩。在稳态意义上，驾驶员转矩和辅助转矩抵消了由于轮胎-路面相互作用而产生的齿条力。
典型的线控转向(SbW)系统包括车轮致动器(RWA)单元和手轮(或方向盘)致动器(HWA)单元。与EPS不同，SbW中的两个单元机械地断开并通过受控局域网络(CAN)接口(或其他类似的数字通信协议)进行通信。HWA单元接收来自RWA单元的齿条力信号，以为驾驶员产生合适的转矩感。或者，手轮角度和车辆速度也可用于为驾驶员产生期望的转矩感。来自HWA单元的角度被发送到RWA单元，该RWA单元执行位置控制以控制齿条行程。
发明内容
根据一个或多个实施例，线控转向操纵系统包括手轮致动器，其为车辆的车轮致动器提供命令位置。线控转向系统进一步包括车轮致动器，其基于来自手轮致动器的命令位置将车辆的齿条移动到齿条位置。线控转向系统进一步包括控制器，其产生手轮转矩命令，手轮致动器基于该手轮转矩命令产生反馈转矩。控制器进一步基于命令位置与齿条位置之间的差计算跟踪误差。控制器进一步使用跟踪误差确定卡止(catch)马达转矩值。控制器进一步使用卡止马达转矩修改手轮转矩命令，手轮致动器产生转矩量，该转矩量基本上是反馈转矩和卡止马达转矩的和。
根据一个或多个实施例，一种用于线控转向操纵系统的方法包括手轮致动器发送由车轮致动器接收的命令位置。该方法进一步包括车轮致动器基于命令位置将齿条定位到齿条位置。该方法进一步包括手轮致动器基于手轮转矩命令产生反馈转矩，该反馈转矩对应于作用在齿条上的一个或多个力。该方法进一步包括控制器基于命令位置与齿条位置之间的差计算跟踪误差。该方法进一步包括控制器使用跟踪误差确定卡止马达转矩值。该方法进一步包括使用卡止马达转矩修改手轮转矩命令，手轮致动器产生转矩量，该转矩量基本上是反馈转矩和卡止马达转矩的和。
根据一个或多个实施例，一种计算机程序产品包括存储器存储装置，其存储有计算机可执行指令，当由一个或多个处理单元执行时，计算机可执行指令使得处理单元调整由线控转向操纵系统产生的反馈转矩。调整反馈转矩包括手轮致动器基于手轮转矩命令产生反馈转矩，该反馈转矩对应于作用在车辆的齿条上的一个或多个力。调整反馈转矩进一步包括基于来自手轮致动器的命令位置与齿条位置之间的差计算跟踪误差。调整反馈转矩进一步包括使用跟踪误差确定卡止马达转矩值。调整反馈转矩进一步包括使用卡止马达转矩修改手轮转矩命令，使得手轮致动器产生转矩量，该转矩量基本上是反馈转矩和卡止马达转矩的和。
从以下结合附图的描述中，这些和其他优点和特征将变得更加明显。
附图说明
图1是根据一个或多个实施例的线控转向操纵系统的示例性实施例；
图2描绘了根据一个或多个实施例的用于产生卡止马达转矩的示例性方法的流程图；以及
图3描绘了根据一个或多个实施例的应用于示例性场景中的“死区”的图示。
具体实施方式
说明书末尾的权利要求书中特别指出并明确声明了视为本发明的主题。从结合附图给出的以下详细描述中可清楚了解到本发明的上述及其他特征、以及优点。
如本文所使用的，术语模块和子模块是指一个或多个处理电路(例如专用集成电路(ASIC))、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适组件。可以理解，下面描述的子模块可以被组合和/或被进一步划分。
本申请一般涉及转向系统，并且具体地描述了用于SbW系统的一种或多种技术，以提供由车辆的操作者执行的转向操纵的同步响应。
现在参考附图，其中本发明将参照具体实施例进行描述，但不对其进行限制。图1中描绘了车辆100中的SbW系统40。应理解的是，示出的和描述的SbW系统40可以用在自动或半自动车辆中或者更传统的车辆中。应理解的是，描绘的SbW系统40是示例性框图，并且在一个或多个实施例中，SbW系统40可以包括除了本文描述的那些组件之外的附加组件。SbW系统40包括手轮致动器(HWA)10和车轮致动器(RWA)20。
HWA 10包括一个或多个机械部件12，诸如手轮(方向盘)、转向柱、通过齿轮机构或直接驱动系统附接到转向柱的马达/逆变器。HWA 10进一步包括微控制器14，其控制机械部件12的操作。微控制器14经由一个或多个机械部件12接收和/或产生转矩。
RWA包括一个或多个机械部件24，例如通过滚珠螺母/滚珠丝杠(齿轮)配置联接到马达/逆变器的转向齿条和/或小齿轮，并且齿条通过横拉杆(连杆，tie-rod)被连接到车辆车轮/轮胎。因此，物理系统24可包括车辆100的一个或多个车轮。RWA 20包括微控制器22，其控制机械部件24的操作。微控制器22经由一个或多个机械部件24接收和/或产生转矩。
微控制器14和22通过允许信号被发送/接收的电连接来联接。如本文所提到的，控制器可以包括HWA控制器14和RWA控制器22的组合，或者特定微控制器中的任何一个。
在一个或多个示例中，控制器14和22、SbW系统40通过CAN接口(或其他类似的数字通信协议)彼此通信。装配有SbW系统40的车辆100的引导通过使用具有由RWA 20(例如伺服致动器)旋转的输入轴的转向装置来执行。RWA 20接收驾驶员旋转方向盘的电子通信信号。驾驶员控制方向盘以定向地控制车辆100。来自HWA 10的角度被发送到RWA 20，该RWA 20执行位置控制以控制齿条行程，从而引导车轮。然而，由于方向盘与车轮之间缺乏机械连接，驾驶员在没有转矩反馈的情况下没有对路面的感觉(与前面描述的EPS中的情况不同)。
在一个或多个示例中，联接到转向柱和方向盘的HWA 10模拟驾驶员对路面的感觉。HWA 10可以以转矩的形式将触觉反馈施加到方向盘。HWA 10接收来自RWA 20的齿条力信号，以为驾驶员产生合适的转矩感觉。或者，手轮角度和车辆速度也可用于为驾驶员产生期望的转矩感觉。
HWA 10和RWA 20通常具有“转向比”，该转向比确定当对SbW系统40的手轮做出位置改变时车轮改变位置的程度。在具有位于手轮与车轮之间的机械连杆机构的转向系统中，齿轮保持这个比例。在SbW系统40中，转向比为预定值。然而，在SbW系统40中，可能无法始终保持期望的转向比。有几种常见的情境可能导致这种情况发生。示例包括在快速的驾驶员输入期间超过RWA 20的速度能力、在行驶停止之后需要车轮致动的手轮角度输入、RWA20上的过度负载(高于预定的最大阈值)、初始化问题等。
未实现期望的转向比在车辆100中具有许多不期望的效果。可能的最大负面影响是，在驾驶员停止驱使手轮之后，SbW系统40根据期望的转向比继续尝试移动车轮。这导致车辆100响应明显滞后并且可以使车辆100看起来继续自行转向。
由于两个系统HWA 10和RWA 20没有被机械连接，因此，两个系统之间的滞后可能导致驾驶员的期望转向角与车轮处的实际转向角之间存在误差。驾驶员将HWA 10操纵得比RWA 20转向车轮的能力快可以产生这个误差，或者该误差可以由于一个或两个系统的故障状况而存在。当这种情况发生时，产生车辆响应的滞后，即车辆100不遵循操作者的输入。这可以导致操作者感觉与路面“分离”。本文描述的技术方案解决了这些技术挑战并且有助于保持操作者输入与车辆响应同步。
在液压助力转向(HPS)系统和电动辅助型转向(EPS)系统中，与SbW系统40不同，操作者被机械地联系到车辆的车轮。当HPS系统或EPS系统没法提供足够的辅助以跟上驾驶员的输入时，转向力变得更高。当驾驶员的输入超过辅助系统的能力时，这通常被描述为“卡止(catch)”或“卡住(catch-up)”状态。“卡止”发生的条件取决于转向速度和负载。负载取决于许多条件，诸如车辆速度、有效载荷、轮胎充气、路面摩擦系数(μ)等。
用于解决这些技术挑战的现有技术包括通过将阻尼项编程到HWA10中使操作者减速来模拟“卡止”条件的SbW系统。尽管这样可以减缓驾驶员的输入，但这并不代表实际驾驶条件或系统能力。本文描述的技术方案的一个或多个实施例解决克服了现有技术中的这些缺陷并因此提供了改进的卡止马达转矩生成，以模拟SbW系统40中的卡止条件。
图2描绘了根据一个或多个实施例的用于为SbW系统产生卡止马达转矩的方法的流程图。该方法包括在210处接收来自HWA 10的命令位置。该命令位置基于操作者经由物理系统12(例如经由方向盘)提供的输入转矩。命令位置表示基于HWA 10与RWA 20之间的转向比的齿条(物理系统24)的期望位置。
该方法进一步包括在220处接收齿条的实际位置。可以使用传感器测量实际位置。由于本文描述的各种原因(例如可以定位齿条的物理限制、方向盘的物理限制等)，实际位置可以与命令位置不同。
该方法包括在230处使用命令位置和实际位置计算跟踪误差。在一个或多个示例中，通过确定命令位置与实际位置之间的差来计算跟踪误差。
该方法进一步包括在240处根据作用在齿条和物理系统24的其他部件上的力产生手轮转矩命令。如前所述，手轮转矩命令由于路面或作用在物理系统24上的任何其他物理力而提供反馈。
在250处，将跟踪误差与预定阈值进行比较。如果跟踪误差低于(或等于)预定阈值，则将手轮转矩命令发送到HWA 10；在260处，该HWA 10为操作者产生相应的反馈转矩的量。当操纵车辆100的方向盘或任何其他类型的方向输入装置时，反馈转矩增加了操作者感觉到的阻力。
或者，在250处，如果跟踪误差超过预定阈值，则在270处计算卡止马达转矩。基于跟踪误差计算卡止马达转矩。在一个或多个示例中，基于查找表(表1)确定要产生的卡止马达转矩值/量。应理解的是，表1中示出的值和单位是示例性的，并且在其他示例中，值可以是不同的。查找表可以基于跟踪误差与卡止马达转矩之间的预定关系。在一个或多个示例中，该关系可以是非线性的。在一个或多个示例中，基于表示卡止马达转矩与跟踪误差之间的关系的函数来动态地计算卡止马达转矩。动态计算使用计算的跟踪误差作为输入参数。
在一个或多个示例中，将跟踪误差与阈值进行比较以产生卡止马达转矩，以便施加“死区”来确保SbW系统40不对HWA 10与RWA 20之间的相对小的跟踪相关性偏差做出反应。预定阈值确定在手轮转矩命令被修改之前偏差可以为多小。图3描绘了应用于示例性场景中的“死区”的图示。这里，在±0.5范围之间的跟踪误差不会导致产生卡止马达转矩(图中的区域310)。对于跟踪误差的所有其他值，在使用跟踪误差的线性函数的情况下，产生相应的卡止马达转矩。应理解的是，在其他示例中，该功能可以是不同的，和/或非线性的。相应地，响应于跟踪误差处于预定范围值内而确定卡止马达转矩。在函数的输入变量也可以包括时间的意义上讲，该函数也可以是动态的。一个具体示例是将低通滤波器与线性/非线性静态函数结合使用。低通滤波器可以降低由于跟踪误差中的噪音引起的卡止马达转矩中的噪音。
当操纵SbW系统40时，添加到手轮转矩命令中的卡止马达转矩为操作者提供增强的阻力。因此，由于卡止马达转矩比得上克服反馈转矩(该反馈转矩与作用在车辆的齿条上的一个或多个力对应)所需的力，操作者必须提供增强的力来操纵SbW系统40。卡止马达转矩被限制在预定的最大值，以限制操作者必须提供的额外的力。
现在参考图2，该方法进一步包括在280处将计算的卡止马达转矩添加到要由HWA10产生的反馈转矩中。因此，修改手轮转矩命令以添加卡止马达转矩命令，该卡止马达转矩命令仅基于卡止马达转矩的量来产生。在260处，修改的手轮转矩命令随后被发送到HWA10，以产生反馈转矩。
上述方法可以由HWA 10的控制器14或RWA 20的控制器24实现。可替代地，或另外地，控制器14和24可以通过结合工作来实现卡止马达转矩生成方法。
可替代地，或另外地，单独的卡止马达转矩模块50(参见图1)产生卡止马达转矩。卡止马达转矩模块50可以与控制器14和/或控制器24联接，以接收用于产生卡止马达转矩的一个或多个输入值。
应注意的是，尽管本文的描述使用齿条的位置来解释一个或多个实施例，但是在其他实施例中，所使用的位置可以是车轮位置或与由RWA 20控制的与任何其他部件相关的位置。
本文描述的技术方案的一个或多个实施例有助于仅在RWA无法遵守由HWA控制的位置的情况期间减缓操作者对SbW系统的输入。如本文所述，有许多条件可能导致RWA无法跟上命令位置；无论原因如何，最终结果增加了车轮位置跟踪误差。该车轮位置跟踪误差是目标车轮位置与实际车轮位置之间的差。本文描述的技术方案使用车轮位置跟踪误差来触发模拟“卡止”效果。
本文描述的技术方案的一个或多个实施例有助于使操作者在方向盘超过SbW系统中的车轮时提供额外的转向力。本文描述的技术方案模拟SbW系统中方向盘与车轮之间缺少的机械连接。
尽管仅结合有限数量的实施例来详细描述技术方案，但应当容易理解的是，技术方案不限于这些公开的实施例。相反，可以对技术方案进行修改以结合迄今为止未描述但与技术方案的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替换或等同布置。另外，尽管已经描述了技术方案的各种实施例，但应当理解，技术方案的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。相应地，这些技术方案不被视为受前述描述的限制。

Claims (15)

1.一种线控转向操纵系统，包括：
手轮致动器，其为车辆的车轮致动器提供命令位置；
所述车轮致动器基于来自所述手轮致动器的所述命令位置将所述车辆的齿条移动到齿条位置；以及
控制器，被配置为：
产生手轮转矩命令，所述手轮致动器基于所述手轮转矩命令产生反馈转矩；
基于所述命令位置与所述齿条位置之间的差计算跟踪误差；
使用所述跟踪误差确定卡止马达转矩值；以及
使用所述卡止马达转矩修改所述手轮转矩命令，所述手轮致动器产生转矩量，所述转矩量基本上是所述反馈转矩和所述卡止马达转矩的和。
2.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述控制器将所述手轮转矩命令发送到所述手轮致动器，所述手轮致动器在方向盘处产生所述转矩量。
3.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述控制器响应于所述跟踪误差超过预定阈值而确定所述卡止马达转矩。
4.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述控制器响应于所述跟踪误差处于预定范围值内而确定所述卡止马达转矩。
5.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，基于查找表使用所述跟踪误差来确定所述卡止马达转矩。
6.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述卡止马达转矩使所述线控转向系统的操作者提供增强的力以操纵所述线控转向系统。
7.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，卡止马达转矩被限制为预定的最大值。
8.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述控制器为所述手轮致动器的一部分。
9.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述控制器为所述车轮致动器的一部分。
10.一种用于线控转向操纵系统的方法，所述方法包括：
手轮致动器发送由车轮致动器接收的命令位置；
所述车轮致动器基于所述命令位置将齿条定位到齿条位置；
所述手轮致动器基于手轮转矩命令产生反馈转矩，所述反馈转矩对应于作用在所述齿条上的一个或多个力；
控制器基于所述命令位置与所述齿条位置之间的差计算跟踪误差；
所述控制器使用所述跟踪误差确定卡止马达转矩值；以及
使用所述卡止马达转矩修改所述手轮转矩命令，所述手轮致动器产生转矩量，所述转矩量基本上是所述反馈转矩和所述卡止马达转矩的和。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述控制器响应于所述跟踪误差超过预定阈值而确定所述卡止马达转矩。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，基于查找表使用所述跟踪误差来确定所述卡止马达转矩。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述卡止马达转矩使所述线控转向系统的操作者提供增强的力以操纵所述线控转向系统。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，卡止马达转矩被限制为预定的最大值。
15.一种计算机程序产品，包括存储器存储装置，所述存储器存储装置存储有计算机可执行指令，当由一个或多个处理单元执行时，所述计算机可执行指令使得所述处理单元调整由线控转向操纵系统产生的反馈转矩，所述调整包括：
手轮致动器基于手轮转矩命令产生所述反馈转矩，所述反馈转矩对应于作用在车辆的齿条上的一个或多个力；
基于来自所述手轮致动器的命令位置与齿条位置之间的差计算跟踪误差；
使用所述跟踪误差确定卡止马达转矩值；以及
使用所述卡止马达转矩修改所述手轮转矩命令，使得所述手轮致动器产生转矩量，所述转矩量基本上是所述反馈转矩和所述卡止马达转矩的和。
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