CN110015338B - 线控转向操纵系统的齿条限制状况的通知 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于线控转向(SBW)操纵系统的技术方案，以动态地检测行进终止状态并为驾驶员产生响应性手握式方向盘转矩。根据一个或多个实施例，线控转向操纵系统包括产生多个转矩指令的第一控制器。产生多个转矩指令包括响应于检测到尽管改变了手握式方向盘的位置但车轮仍然静止的路缘状况而产生路缘转矩指令，并且响应于检测到行进终止状况而产生行进终止转矩指令。线控转向操纵系统还包括仲裁器模块，其在包括路缘转矩指令和行进终止转矩指令的多个转矩指令之间进行仲裁来确定通知转矩指令。线控转向操纵系统还包括第二控制器，其使用通知转矩指令产生通知转矩。本申请的技术方案能够动态地检测动态行进终止状况并为驾驶员产生响应性手握式方向盘转矩。

Description

线控转向操纵系统的齿条限制状况的通知
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2017年12月7日提交的序列号为62/595,751的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本申请涉及线控转向系统，具体地，涉及线控转向操纵系统的齿条限制状况的通知。
背景技术
线控转向(SBW)操纵系统在人类驾驶员和可转向车轮之间没有直接的机械连接，而是使用一个或多个电信号将人类驾驶员发出的输入传递到车轮，所述电信号使转矩产生并应用在车轮上。驾驶员与手握式方向盘致动器(HWA)相互作用，并且车轮由车轮致动器(RWA)操纵。这两个系统仅电气连接(通过电线)。
发明内容
本文描述了用于线控转向(SBW)操纵系统的技术方案，以动态地检测动态行进终止状况并为驾驶员产生响应性手握式方向盘转矩。
根据一个或多个实施例，线控转向操纵系统包括产生多个转矩指令的第一控制器。产生多个转矩指令包括响应于检测到尽管改变了手握式方向盘的位置但车轮仍然静止的路缘状况而产生路缘转矩指令，并且响应于检测到行进终止状况而产生行进终止转矩指令。线控转向操纵系统还包括仲裁器模块，其在包括路缘转矩指令和行进终止转矩指令的多个转矩指令之间进行仲裁来确定通知转矩指令。线控转向操纵系统还包括第二控制器，其使用通知转矩指令产生通知转矩。
根据一个或多个实施例，一种方法包括由第一控制器产生多个转矩指令。产生多个转矩指令包括响应于检测到尽管改变了手握式方向盘的位置但车轮仍然静止的路缘状况而产生路缘转矩指令，并且响应于检测到行进终止状况而产生行进终止转矩指令。该方法还包括由仲裁器模块在包括路缘转矩指令和行进终止转矩指令的多个转矩指令之间进行仲裁来确定通知转矩指令。该方法还包括由第二控制器使用通知转矩指令产生通知转矩。
根据一个或多个实施例，一种计算机程序产品，包括计算机可读存储装置，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使得处理单元执行包括由第一控制器产生多个转矩指令的方法。产生多个转矩指令包括响应于检测到尽管改变了手握式方向盘的位置但车轮仍然静止的路缘状况而产生路缘转矩指令，并且响应于检测到行进终止状况而产生行进终止转矩指令。该方法还包括由仲裁器模块在包括路缘转矩指令和行进终止转矩指令的多个转矩指令之间进行仲裁来确定通知转矩指令。该方法还包括由第二控制器使用通知转矩指令产生通知转矩。
从以下结合附图的描述中，这些和其他优点及特征将变得更加明显。
附图说明
在说明书结尾处的权利要求中特别指出并清楚地声明了被视为本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本发明的前述和其他特征及优点将变得显而易见，其中：
图1示出了根据一个或多个实施例的包括转向系统的车辆；
图2描绘了根据一个或多个实施例的产生用于手握式方向盘致动器的附加转矩指令的框图；
图3描绘了根据一个或多个实施例的行进终止检测；
图4描绘了根据一个或多个实施例的转向不足/过度转向检测；以及
图5描绘了根据一个或多个实施例的路缘检测。
具体实施方式
描述了线控转向(SBW)操纵系统及其组件的若干实施例，特别是与为SBW操纵系统提供行进终止状态检测相关。
如本文所使用的术语模块和子模块指的是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、专用的或群组的)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进行组合和/或被进一步划分。
当驾驶车辆时，各种驾驶操纵和环境状况(例如，低摩擦表面)均能够导致一个或多个轮胎力到达近乎极限的状况。在这种状况下，车辆可能具有不希望的偏航(偏离)行为。这种行为通常被描述为转向不足状况(车辆偏航小于预期)或过度转向状况(车辆偏航超过预期)。虽然汽车工程师协会(SAE)已经定义了稳态情况下的这种状况，但是该情况在稳态和瞬态(动态)下均会发生。通常，电子稳定性控制使用选择性制动和其他技术在检测到转向不足或过度转向状况时控制车辆。然而，这类技术在转向不足和过度转向状况下对于驾驶员操纵来说是被动的。
因此，期望改进车辆的转向系统，以使转向系统能够在车辆运动状态(例如转向不足和过度转向状况)的情况下便于主动地协助驾驶员进行操纵。在一个或多个示例中，经由偏航率传递适当的轮胎/道路负荷，从而使用闭环转矩控制在转向系统中检测和处理转向不足/过度转向状况。在一个或多个示例中，还使用偏航加速度检测方案，该方案修改了转向系统中的柱马达转矩。
除了转向不足/过度转向控制之外，转向系统还提供行进终止(EoT)控制，其用于提供在SBW和其他操纵系统应用中使用的EoT软停止功能。当转向系统接近其机械限制时，这些功能有助于控制HWA转矩水平。例如，当接近EoT时，增加HWA中产生的转矩，以“软化”SBW中HWA所承受的转矩，并且在基础EPS中，对于这种软化，减小马达辅助。
除了上述动态状态之外，SBW系统存在的技术挑战是路缘/车辙或其他障碍物的检测和处理。当车辆由于齿条和手握式方向盘之间缺少机械连接而处于限制齿条行进的环境状况时，驾驶员可能没有意识到车辆处于这样的情况：他/她的手握式方向盘操纵不会使车轮移动。应当理解，如本文所使用和定义的，术语“路缘”可以指一个或多个车轮所遇到的会导致齿条行进被限制的任何类型的环境障碍物，并且不仅仅被解释为物理道路路缘。在非限制性示例中，如本文所使用的术语“路缘”可以指任何环境障碍物，例如物理路缘、车辙、坡道、凸起或凹陷的下水道篦板、小沟或隆起等。本文所述的技术方案有助于检测这种情况，并且作为响应，使HWA中的转矩增加。这种增加的转矩可以向驾驶员指示RWA处增加的齿条负荷。
现在参考附图，其中将参考特定实施例描述本发明，这不是对本发明进行限制，图1描绘了车辆100中的线控转向(SBW)操纵系统40。应当理解，所示和所述的SBW系统40可以用在自动或半自动车辆或更传统的车辆中。SBW系统40包括手握式方向盘致动器(HWA)10和车轮致动器(RWA)20。
HWA 10包括一个或多个机械部件12，例如手握式方向盘(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/变频器。HWA 10还包括控制机械部件12的运转的微控制器14。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22，例如通过滚珠螺母/滚珠螺钉(齿轮)装置耦接到马达/变频器的转向齿条和/或小齿轮，并且齿条通过拉杆连接到车辆车轮/轮胎。RWA 20还包括控制机械部件22的运转的微控制器24。微控制器24经由一个或多个机械部件22接收和/或产生转矩。
微控制器14和24通过允许发送/接收信号的电连接进行耦接。如本文所提到的，控制器可以包括HWA控制器14和RWA控制器24的组合或特定微控制器中的任何一种。
在一个或多个示例中，SBW系统40的控制器14和24通过CAN接口(或其他类似的数字通信协议)彼此通信。使用转向齿轮以及由RWA 20(例如伺服致动器)旋转的输入轴来执行装配有SBW系统40的车辆100的引导。RWA 20接收驾驶员旋转方向盘的电子通信信号。驾驶员控制方向盘从而定向控制车辆100。来自HWA 10的角度被发送到RWA 20，RWA 20执行位置控制以控制齿条行进，从而引导车轮。然而，由于方向盘和车轮之间缺乏机械连接，驾驶员在没有转矩反馈的情况下对道路没有感觉(与前面描述的EPS中的情况不同)。
在一个或多个示例中，耦接到转向柱和方向盘的HWA 10模拟驾驶员对道路的感觉。HWA 10可以以转矩的形式将触觉反馈施加到方向盘。HWA 10从RWA 20接收的齿条力信号，从而为驾驶员产生适当的转矩感觉。或者，手握式方向盘角度和车辆速度也可用于为驾驶员产生期望的转矩感觉。
如前所述，在具有车轮和手握式方向盘之间的机械连接的电动助力转向(EPS)中，驾驶员可以感受到车轮状况的影响，例如路缘/车辙状况、过度转向/转向不足，EoT等。此外，在这种EPS的情况下，已知许多算法用于控制或减轻驾驶员所感受到的这种干扰(即转向感觉)的影响，例如，限制由EPS产生的辅助转矩。
图2描绘了根据一个或多个实施例的用于为HWA产生附加转矩指令的框图。RWA控制器24产生提供给HWA 10的RWA反馈转矩指令245。RWA反馈转矩指令245以车轮(或齿条)的位置为基础。除了来自操作者的输入转矩205之外，HWA 10还使用RWA反馈转矩指令245来产生用于车轮(或齿条)的指令位置。然后将该指令位置发送到RWA控制器24。
除了RWA反馈转矩指令245之外，这里描述的技术方案产生通知转矩指令255以通知操作者一个或多个动态状况，一个或多个动态状况包括EoT、转向不足、过度转向、路缘检测等。HWA 10使用通知转矩指令255在SBW系统40的手握式方向盘12或任何其他输入装置处产生附加转矩。在一个或多个示例中，对应于通知转矩指令255产生的转矩量可以使操作者提供额外的力来移动手握式方向盘12。替代地或另外地，产生的通知转矩可以使手握式方向盘12振动或摇晃。替代地或另外地，通知转矩指令是负的并且与对应于RWA反馈转矩指令245的转矩量相比，使HWA 10产生较小的转矩量。应当注意，尽管在本文描述的技术方案的示例中，通知转矩指令255与RWA反馈转矩指令245相加，在一个或多个示例中，通知转矩指令255可以在这类加和之前被缩放、饱和和/或滤波，并且此外，在一个或多个示例中，可以使用不同的技术混合通知转矩指令255与RWA反馈转矩指令245。
如图2所描绘的，基于与RWA控制器24检测到的一个或多个动态状况对应产生的一个或多个转矩指令，产生通知转矩指令255。基于EoT转矩指令215、转向不足转矩指令225、过度转向转矩指令227和路缘转矩指令235，仲裁器240产生通知转矩指令255。应当注意，在其他示例中，基于RWA控制器24检测到的不同的动态状况，可以向仲裁器240输入不同的、更少的或附加的转矩指令。
图2描绘了单独的状况检测模块，例如EoT检测模块210、转向不足-过度转向检测(USOS检测)模块220、路缘检测模块230，然而，在一个或多个示例中，RWA控制器24可以不具有单独的模块以用于每个要检测的状况。仲裁器240还可以与一个或多个检测模块组合，并且在一个或多个示例中，所有描绘的模块可以是单个组件的一部分。
图3描绘了根据一个或多个实施例的EoT检测。EoT检测模块210将实际齿条位置与柱和齿条的预定限制进行比较，以确定是否已到达机械EoT(320)。实际的齿条位置可以与来自HWA 10的指令齿条位置255'不同。如果不满足EoT条件(即实际齿条位置在预定限制内)，则不产生EoT转矩指令215(或者基本上值为0)。否则，EoT检测模块210产生EoT转矩指令215。在一个或多个示例中，EoT转矩指令215以实际齿条位置和最接近的预定限制之间的差异为基础。例如，使用查找表来提供对应于实际齿条位置超过限制的程度所要产生的EoT转矩指令。
图4描绘了根据一个或多个实施例的USOS检测。USOS检测模块220将实际齿条位置与一个或多个预定USOS阈值进行比较，以确定是否检测到转向不足或过度转向。可以使用用于检测转向不足和/或过度转向的任何已知技术。在所描绘的示例中，首先检测到转向不足(410)，例如，通过将阈值与基于偏航率和/或偏航加速度的USOS指数进行比较。在一个或多个示例中，使用一个或多个传感器测量偏航率和偏航加速度值，或者基于其他参数值估计偏航率和偏航加速度值。如果存在转向不足状况，则USOS检测模块220产生US转矩指令225。可以使用基于USOS指数值的查找表来确定US转矩指令225的值。
如果未检测到转向不足状况(410)，则USOS检测模块220确定是否存在过度转向状况(420)。如果既不存在转向不足状况也不存在过度转向状况，则既不产生US转矩指令225也不产生OS转矩指令227(或者基本上是0)。或者，如果检测到过度转向状况(基于USOS指数)，则USOS检测模块220产生OS转矩指令227。可以使用基于USOS指数的查找表来确定OS转矩指令227的值。因此，USOS检测模块220通过修改HWA转矩的偏航率和偏航加速度检测方案来传递轮胎/道路负荷。
图5描绘了根据一个或多个实施例的路缘检测。在一个或多个示例中，路缘检测模块230将实际的齿条位置与来自HWA 10的指令齿条位置进行比较。可以使用检测路缘的任何其他技术。如果未检测到路缘，则不产生路缘转矩指令235(或者基本上为0值)。或者，如果检测到路缘状况，则路缘检测模块230例如基于实际齿条位置和指令齿条位置之间的差异来产生路缘转矩指令235。例如，可以使用基于该差异的查找表来确定路缘转矩指令235的值。
应当注意，上述行进终止检测、路缘检测和转向不足/过度转向检测的示例仅是几个示例。在本文描述的技术方案的一个或多个实施例中，可以使用不同技术检测状况，而不偏离本文描述的技术方案的特征。
参见图2，仲裁器240接收EoT转矩指令215、US转矩指令225、OS转矩指令227和路缘转矩指令235。当从相应的状况检测模块接收到一个或多个转矩指令时，仲裁器240产生通知转矩指令255。例如，仲裁器240选择会产生最大转矩量的转矩指令。替代地或另外地，仲裁器240可以基于输入转矩指令计算要产生的平均转矩量，并且发送对应于该平均转矩量的通知转矩指令255。在一个或多个示例中，平均值可以是基于预定权重值的加权平均值。可以使用任何其他技术来通过仲裁器240确定通知转矩值。
在一个或多个示例中，仲裁器240可以基于输入转矩指令确定通知转矩指令255的大小，并且将通知转矩指令的方向设置成与由操作者施加的输入转矩相反的方向。通知转矩指令255以这种方式使操作者施加额外的力来操纵手握式方向盘12，并且因此，通知操作者车轮(或齿条)正在经受一个或多个阻止或抑制进一步运动的上述状况。在一个或多个示例中，通知转矩指令255引发手握式方向盘12的振动，从而向操作者提供通知。
因此，RWA控制器24利用RWA 20所经受的多个动态状况来实现对手握式方向盘12的通知转矩指令。
在HWA 10中使用闭环转矩控制的各种现有SBW系统是以算法为基础的，这些算法在预定范围内产生转矩指令。预定范围限于RWA 20的转矩感测能力，通常为10Nm。然而，当以低于预定阈值(例如20MPH、5MPH等)的较慢车速驾驶时，来自闭环转矩控制算法的转矩指令不管估计的齿条负荷怎样都可以产生小于预定范围的转矩指令值。因此，当车辆处于“车辙”中，或靠在“路缘”时，未在HWA 10中表现齿条负荷。在这种情况下，操作者可以增加手握式方向盘角度，并且齿条不会遵循该角度(由于路缘或车辙导致不能移动)。通过在这些场景下采用通知转矩产生方式，SBW系统40产生比感测范围大的转矩(>10Nm)。转矩产生现在仅受到HWA 10的转矩能力的限制。例如，如果需要，典型的HWA可以产生高达65Nm的转矩。通过检测诸如本文所述的动态状况，并使用通知转矩指令增加手握式方向盘转矩水平，本文描述的技术方案有助于SBW系统40最小化HWA 10和RWA 20位置中的误差，并且当一个或多个状况不再存在并返回到正常运行状况时，使用于对准HWA 10和RWA 20的重新同步变得容易。
本文描述的技术方案通过在HWA中针对不同车辆状况产生附加转矩来改进SBW系统的运作。操作者通过输入装置(例如SBW的手握式方向盘)经受在一个或多个示例中产生的附加转矩。因此，通知了操作者一个或多个车辆情况。另外，附加转矩有助于重新同步RWA和HWA。此外，本文描述的技术方案有助于向操作者通知附加转矩，相比于将转矩范围限制成感测能力，该附加转矩可以产生至更大的范围。
例如，如果操作者下达将车辆置于转向不足(偏航率低于预期)或过度转向(偏航超过预期)的输入，则修改方向盘转矩以辅助操作者将车辆返回到预期的转向角范围，从而动态地稳定车辆。替代地或另外地，当车辆遭受到限制齿条行进的环境状况(例如：“车辙”、“路缘”等)时，可以增加对HWA的转矩而向操作者指示出RWA的齿条负荷发生了什么。
因此，本文描述的技术方案使用RWA控制器提供的通知转矩指令来调节HWA正在产生的手握式方向盘转矩。如本文所述，通知转矩指令以检测到的一个或多个齿条限制状况为基础。
本技术方案可以是任何可能的技术细节整合程度下的系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质(或媒介)，其上具有计算机可读程序指令，用于使处理器执行本技术方案的各方面。
本文参考了根据技术方案实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本技术方案的各方面。将理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机可读程序指令实现。
附图中的流程图和框图示出了根据本技术方案的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的每个框可以表示模块、段或部分指令，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，框中提到的功能可以不按图中所示的顺序发生。例如，事实上，连续示出的两个方框可以基本上同时执行，或者这些方框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行特定功能或动作或者执行专用硬件和计算机指令的组合的专用硬件型系统来实现。
还应当理解，本文例示的用于执行指令的任何模块、单元、组件、服务器、计算机、终端或装置可以包括或以其他方式访问计算机可读介质，诸如存储介质、计算机存储介质或数据存储装置(可移动和/或不可移动)(例如磁盘、光盘或磁带)。计算机存储介质可以包括以用于存储信息(例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。这种计算机存储介质可以是装置的一部分，也可以是可对其进行访问或连接的。本文描述的任何应用或模块可以使用可以由这类计算机可读介质存储或以其他方式容纳的计算机可读/可执行指令来实现。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了技术方案，但应容易理解，技术方案不限于这些公开的实施例。相反，可以修改技术方案以包含此前未描述但与技术方案的精神和范围相当的任何数量的变型、改变、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了技术方案的各种实施例，但是应该理解，技术方案的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些实施例。因此，技术方案不应被视为受前述描述的限制。

Claims (13)

1.一种线控转向操纵系统，包括：
第一控制器，用于产生多个转矩指令，产生多个转矩指令包括：
响应于检测到尽管改变了手握式方向盘的位置但车轮仍然静止的路缘状况而产生路缘转矩指令；以及
响应于检测到行进终止状况而产生行进终止转矩指令；
仲裁器模块，响应于确定路缘转矩指令、行进终止转矩指令、转向不足转矩指令和过度转向转矩指令的平均转矩指令，基于所述平均转矩指令来确定通知转矩指令；以及
第二控制器，用于使用通知转矩指令产生通知转矩，
其中，所述平均转矩指令是基于预定权重值的所述路缘转矩指令、所述行进终止转矩指令、所述转向不足转矩指令和所述过度转向转矩指令的加权平均值。
2.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，产生多个转矩指令还包括响应于检测到转向不足状况而产生所述转向不足转矩指令。
3.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，产生多个转矩指令还包括响应于检测到过度转向状况而产生所述过度转向转矩指令。
4.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述通知转矩指令被添加到与齿条力相对应的齿条反馈转矩指令。
5.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述通知转矩指令与由操作者施加的输入转矩的方向相反。
6.根据权利要求1所述的线控转向操纵系统，其中，所述通知转矩指令引起手握式方向盘的振动。
7.一种方法，包括：
由第一控制器产生多个转矩指令，产生多个转矩指令包括：
响应于检测到尽管改变了手握式方向盘的位置但车轮仍然静止的路缘状况而产生路缘转矩指令；以及
响应于检测到行进终止状况而产生行进终止转矩指令；
响应于确定路缘转矩指令、行进终止转矩指令、转向不足转矩指令和过度转向转矩指令的平均转矩指令，由仲裁器模块基于所述平均转矩指令来确定通知转矩指令；以及
由第二控制器使用通知转矩指令产生通知转矩，
其中，所述平均转矩指令是基于预定权重值的所述路缘转矩指令、所述行进终止转矩指令、所述转向不足转矩指令和所述过度转向转矩指令的加权平均值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，产生多个转矩指令还包括响应于检测到转向不足状况而产生所述转向不足转矩指令。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，产生多个转矩指令还包括响应于检测到过度转向状况而产生所述过度转向转矩指令。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述通知转矩指令被添加到与齿条力相对应的齿条反馈转矩指令。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述通知转矩指令与由操作者施加的输入转矩的方向相反。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述通知转矩指令引起手握式方向盘的振动。
13.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一控制器与车轮致动器相关联，并且所述第二控制器与手握式方向盘致动器相关联。
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