CN110341785A - 转向系统的级联位置控制架构 - Google Patents

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Abstract

针对干扰前馈补偿技术描述了技术方案，该技术方案使用具有内部速度和外部位置控制回路的级联控制结构来改善闭合回路位置控制系统的干扰抑制特性。根据一个或多个实施例，一种系统包括位置控制器，接收输入的齿条位置指令和测量的齿条位置，并基于输入的齿条位置指令和测量的齿条位置的差值来计算速度指令。该系统还包括速度控制器，接收速度指令和测量的马达速度，并基于速度指令和测量的马达速度的差值来计算输入转矩指令。该系统通过生成与向马达施加输入转矩指令相对应的转矩量来调节齿条的位置。

Description

转向系统的级联位置控制架构
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2018年4月5日提交的第62/653,065号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
本申请总体涉及转向系统，并且特别地涉及解决与使用级联位置控制架构的转向系统中的位置控制相关的技术挑战。
背景技术
车辆使用的转向系统可以包括根据位置指令定位齿条的位置控制器。包括这种位置控制器的转向系统的示例可以包括线控转向系统(SbW)，其包括车轮致动器(RWA)、电动助力转向系统(EPS)等。位置控制器可以从人类驾驶员或自动驾驶员接收位置指令，例如在高级驾驶员辅助系统(ADAS)中。
发明内容
描述了用于干扰前馈补偿技术的技术方案，用于使用具有内部速度和外部位置控制回路的级联控制结构改善闭合回路位置控制系统的干扰抑制特性。根据一个或多个实施例，一种系统包括位置控制器，接收输入的齿条位置指令和测量的齿条位置，并基于输入的齿条位置指令和测量的齿条的差值来计算速度指令。该系统还包括速度控制器，接收速度指令和测量的马达速度，并基于速度指令和测量的马达速度的差值来计算输入转矩指令。该系统通过生成与向马达施加输入转矩指令相对应的转矩量来调节齿条的位置。
根据一个或多个实施例，一种方法包括由位置控制器基于输入的齿条位置指令和作为第一反馈项提供的测量的齿条位置的差值来计算速度指令。该方法还包括由速度控制器基于速度指令和作为第二反馈项提供的测量的马达速度的差值计算输入转矩指令，速度控制器与位置控制器形成级联控制回路以提供齿条位置跟踪。该方法还包括由马达通过生成对应于输入转矩指令的转矩量来调节齿条的位置。
根据一个或多个实施例，一种转向系统包括马达、齿条和多个控制器，多个控制器包括位置控制器和速度控制器。控制器使用级联控制回路执行提供齿条位置跟踪的方法，该级联控制回路包括速度反馈回路和位置反馈回路。该方法包括由位置控制器基于输入的齿条位置指令和作为第一反馈项提供的测量的齿条位置的差值来计算速度指令。该方法还包括由速度控制器基于速度指令和作为第二反馈项提供的测量的马达速度的差值计算输入转矩指令，速度控制器与位置控制器形成级联控制回路以提供齿条位置跟踪。该方法还包括由马达通过生成对应于输入转矩指令的转矩量来调节齿条的位置。
根据一个或多个实施例，转向系统是线控转向系统。
根据一个或多个实施例，多个控制器还包括阻尼控制器，该方法还包括：由阻尼控制器通过使用阻尼项缩放测量的马达速度来计算第一转矩指令；以及通过将第一转矩指令添加到输入转矩指令中来修改输入转矩指令以进行齿条位置跟踪。
根据一个或多个实施例，位置控制器是比例控制器，并且其中，基于比例控制器的可配置参数来计算速度指令。
根据一个或多个实施例，速度控制器是比例积分控制器，并且其中，基于速度控制器的可配置参数来计算输入转矩指令。
从以下结合附图的描述，这些和其他优点和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描绘了根据一个或多个实施例的车辆中的高级驾驶员辅助系统；
图2是电动助力转向系统的示例性实施例；
图3是线控转向系统的示例性实施例；
图4描绘了根据一个或多个实施例的转向系统的级联位置控制架构；
图5描绘了根据本发明的一个或多个实施例的转向系统的级联位置控制架构；以及
图6描绘了根据本发明的一个或多个实施例的二阶响应的转向系统的级联位置控制架构。
具体实施方式
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部件。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。
图1描绘了根据一个或多个实施例的车辆中的高级驾驶员辅助系统。应当理解，所示和所述的转向系统40可以在自动或半自动车辆或更传统的车辆中使用。在车辆100中，高级驾驶员辅助系统(ADAS)110可以与转向系统40、一个或多个车轮44(通过一个或多个控制单元)以及车辆100中的其他控制单元耦接。ADAS 110可以包括一个或多个处理器112和一个或多个存储器装置114。
ADAS 110从控制单元(例如转向系统40的控制器16)接收包括数据和/或指令的一个或多个输入信号。ADAS 110还可以从一个或多个传感器(诸如，摄像头、雷达、激光雷达或任何其他传感器)接收一个或多个输入信号。116。ADAS 110还可以将包括数据和/或指令的信号发送到控制单元(例如转向系统40的控制器16)。ADAS 110还可以接收来自人类驾驶员的诸如目的地、一个或多个偏好等输入。
ADAS 110可以向驾驶员提供通知，例如在与驾驶员交互期间，和/或响应于车辆100中的一个或多个状况。通知可以包括音频通知、视觉通知、触觉通知、转矩通知等。例如，可以通过驾驶员-车辆信息单元、装备在车辆100中的扬声器等发送音频/视觉通知。可以通过座椅、转向系统40等提供触觉通知。转矩通知可以通过转向系统40发送，例如通过生成被添加到辅助转矩(生成辅助转矩用于在操作车辆100时辅助驾驶员)中的转矩覆盖。
在一个或多个示例中，ADAS 110自动确定车辆100的行驶轨迹。传感器116用于提供影响车辆100横向移动的若干ADAS特征，例如车道保持辅助、车道居中辅助、盲区辅助等。这些特征可以帮助驾驶员避免诸如侧面碰撞、前碰撞等碰撞。当提供这样的功能时，ADAS110评估驾驶员的意图，例如加速、车道变换等。诸如LKA等ADAS特征可以依赖基于传感器的车道信息来基于横向移动检测车辆与车道标记的接近程度或车辆进入其他车道的可能性。但是，这些信息通常会在驾驶员输入方面被延迟。在驾驶员施加手握式方向盘转矩之后，由于物理原因在车辆移动受到影响之前存在一些延迟。对于避免碰撞的应用，这种延迟是不期望的，因为这对于预测潜在的侧面碰撞并应用必要的转矩覆盖可能为时已晚。
本文描述的技术方案有助于比基于传感器的轨迹预测更快地确定预测的车辆轨迹。为了克服基于传感器的车辆轨迹预测的技术挑战，本文描述的技术方案使用诸如T形杆(tbar)转矩等转向信号来预测车辆轨迹。预测的轨迹(或路径)可以用于识别驾驶员的意图并在需要时起作用以减轻潜在的碰撞(侧面碰撞、前碰撞等)。
本文描述的技术方案适用于EPS(电动助力转向)和SbW(线控转向)系统。参考附图，其中，将参考特定实施例描述技术方案，而不是对其进行限制。图2是适用于所公开实施例的实施的车辆100中的电动助力转向系统(EPS)40的示例性实施例，以及图3是用于所述实施例的实施的SbW系统40的示例性实施例。除非以其他方式进行特定描述，否则本文件涉及的转向系统40可以是EPS或SbW，或可以是可以使用本文所述技术方案的任何其他类型的转向系统。
在图2中，转向机构36是齿条齿轮式系统(rack-and-pinion type system)，并且包括位于壳体50内的齿条(未示出)和位于齿轮壳体52下方的小齿轮(也未示出)。随着驾驶员输入(在下文中表示为转动手握式方向盘或方向盘26)，上转向轴29转动，并且通过万向接头34连接到上转向轴29的下转向轴51转动小齿轮。小齿轮的旋转使齿条移动，齿条移动拉杆38(仅示出一个)，继而移动转向节39(仅示出一个)，转向节39转动可转向轮或轮胎44(仅示出一个)。虽然本文描述了齿条齿轮式系统，但是在其他实施例中的EPS可以是柱(column)辅助EPS(CEPS)、小齿轮(pinion)辅助EPS(PEPS)、双小齿轮辅助EPS或任何其他类型的EPS。
通过大致用附图标记24表示并且包括控制器16和电机46的控制装置提供电动助力转向辅助，电机46可以是永磁同步马达(PMSM)、或永磁直流马达(PMDC)、或者任意类型的马达，并且在下文中表示为马达46。控制器16由车辆电源10通过线路12供电。控制器16从车辆速度传感器17接收表示车辆速度的车辆速度信号14。通过位置传感器32测量转向角，位置传感器32可以是光学编码型传感器、可变电阻型传感器或任何其他合适类型的位置传感器，并且向控制器16提供位置信号20。可以使用转速计或任何其他设备测量马达速度，马达速度作为马达速度信号21传输到控制器16。可以对表示为ωm的马达速度进行测量、计算或执行二者的组合。例如，马达速度ωm可以被计算为马达位置θ的变化，其由位置传感器32在规定的时间间隔内测量。例如，可以根据等式ωm＝Δθ/Δt将马达速度ωm确定为马达位置θ的导数，其中Δt是采样时间，Δθ是采样间隔期间的位置变化。或者，可以从马达位置将马达速度导出为位置变化的时间变化率。应当理解，存在许多用于执行导数功能的众所周知的方法。
当方向盘26转动时，转矩传感器28感测由车辆驾驶员施加到方向盘26的转矩。转矩传感器28可包括扭力杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，其相对于扭力杆上的扭转量向控制器16输出可变转矩信号18。虽然这是一种转矩传感器，但是与已知信号处理技术一起使用的任何其他合适的转矩感测装置都可以用。响应于各种输入，控制器向电动马达46发送指令22，电动马达46通过蜗杆47和蜗轮48向转向系统提供转矩辅助，从而为车辆转向提供转矩辅助。
在如图所示的控制系统24中，控制器16利用转矩、位置和速度等来计算传送所需输出功率(电力，power)的指令。控制器16设置成与马达控制系统的各种系统和传感器进行通信。控制器16接收来自每个系统传感器的信号，量化所接收的信息，并响应于此而提供输出指令信号，在本示例中，例如，提供到马达46。控制器16被配置为从逆变器(未示出)生成相应的电压，使得当施加到马达46时生成期望的转矩或位置，其中，逆变器可以可选地与控制器16结合并且在本文中称为控制器16。在一个或多个示例中，控制器24在反馈控制模式下运行，作为电流调节器来生成指令22。或者，在一个或多个示例中，控制器24在前馈控制模式下运行以生成指令22。因为这些电压与马达46的位置和速度以及期望的转矩有关，所以确定了转子的位置和/或速度以及由驾驶员施加的转矩。位置编码器连接到转向轴51以检测角位置θ。编码器可以基于光学检测、磁场变化或其他方法来感测旋转位置。典型的位置传感器包括电位计、旋转变压器、同步器、编码器等、以及包括前述中的至少一个的组合。位置编码器输出位置信号20，该位置信号20指示转向轴51的角位置，并由此指示马达46的角位置。
期望的转矩可以由一个或多个转矩传感器28确定，转矩传感器28传输指示所施加转矩的转矩信号18。一个或多个示例性实施例包括这样的转矩传感器28和从其中得到的转矩信号18，因为它们可以响应于柔性扭力杆(compliant torsion bar)、T形杆、弹簧或被配置为提供指示所施加的转矩的响应的类似装置(未示出)。
在一个或多个示例中，温度传感器23可以位于电机46处。优选地，温度传感器23被配置为直接测量马达46的感测部分的温度。温度传感器23将温度信号25传输到控制器16，以促进本文规定的处理和补偿。典型的温度传感器包括热电偶、热敏电阻、恒温器等、以及包括至少一个前述传感器的组合，其在适当放置时提供与特定温度成比例的可校准信号。
位置信号20、速度信号21和转矩信号18等被施加到控制器16。控制器16处理所有输入信号以生成与这些信号中每个信号对应的值，从而生成可用于本文所规定的算法中的处理的转子位置值、马达速度值和转矩值。诸如上述的测量信号也根据需要而通常被线性化、被补偿和进行滤波，以增强特性或消除所获取信号的不期望特性。例如，信号可以被线性化，以提高处理速度或者处理大的信号动态范围。另外，可以采用基于频率或时间的补偿和滤波来消除噪声或避免不期望的频谱特性。
为了执行规定的功能和期望的处理以及因此导致的计算(例如，马达参数的识别、控制算法等)，控制器16可以包括但不限于处理器、计算机、DSP、存储器、存储装置、寄存器、定时、中断、通信接口和输入/输出信号接口等、以及包含至少一种前述项的组合。例如，控制器16可以包括输入信号处理和滤波，以便能够对来自通信接口的此类信号进行准确采样和变换或获取此类信号。控制器16的额外特征和其中的某些过程在本文稍后详细讨论
图3描绘了根据一个或多个实施例的示例性SbW系统。SbW系统40包括手握式方向盘致动器(HWA)70和车轮致动器(RWA)80。控制器16被分成两个块，即分别与HWA 70和RWA80相关联的控制器16A和控制器16B。在其他示例中，控制器16可以以任何其他方式分布。
HWA 70包括一个或多个机械部件，例如方向盘26(手握式方向盘)、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 70还包括控制机械部件的运转的微控制器16A。微控制器16A通过一个或多个机械部件接收和/或生成转矩。例如，微控制器16A可以将转矩命令请求发送至将生成这样转矩的马达/逆变器。
RWA 80包括一个或多个机械部件，例如通过滚珠螺母/滚珠螺钉(齿轮)耦接到马达/逆变器的转向齿条和/或小齿轮布置，并且齿条通过拉杆连接到车辆车轮/轮胎44。RWA80包括控制机械部件的运转的微控制器16B。微控制器16B通过一个或多个机械部件接收和/或生成转矩。例如，微控制器16B可以向将生成这种转矩的马达/逆变器发送转矩指令请求。
微控制器16A和16B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16A和RWA控制器16B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16A和16B通过CAN接口(或其他类似的数字通信协议)彼此通信。使用转向齿轮来执行装配有SbW系统40的车辆100的引导。RWA 80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 70的角度被发送到RWA 80，RWA 80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 70模拟驾驶员对道路的感觉。HWA 70可以以转矩的形式将触觉反馈施加到方向盘。HWA 70从RWA 80接收齿条力信号，从而为驾驶员生成适当的转矩感觉。或者，手握式方向盘角度和车辆速度也可用于为驾驶员生成期望的转矩感觉。
如前所述，本文描述的SbW和EPS是示例性的，并且本文描述的技术方案适用于任何类型的转向系统，因此，除非以其他方式特别提及，否则本文的“转向系统”指的是任何类型的转向系统。
通常，在转向系统中，作为具有参考前馈方法的状态反馈(全部或部分)的替代，可以使用具有内部速度和外部位置控制回路的级联控制结构。这种架构用于位置控制，一般补偿器如PID控制器用于两个回路。这种补偿器不允许直观和容易的调整，并且不能总是提供强大的干扰抑制能力。这种技术挑战通过本文所述的技术方案解决，所述技术方案提供了级联控制结构，其具有用于两个回路中的每一个的特定补偿器。利用这种结构，得到的闭合回路位置跟踪传递函数变为纯二阶(在特定条件下)，与典型架构相比，这使得响应更容易且更灵活调节。此外，这里描述的技术方案有助于控制系统具有增强的干扰抑制。这使得整体控制结构直观易懂并且易于调整，同时为修改整个位置控制系统的指令跟踪和干扰抑制特性提供了显著的灵活性。
图4描绘了具有内部速度控制回路以及外部位置控制回路的级联位置控制系统的框图。在该图中，示出了转向系统被控对象400，其包括分别由Pω(420)和Pθ(430)表示的齿条速度被控对象420和齿条位置被控对象430，同时马达的电气被控对象410由Pe(410)表示。电气和机械被控对象以虚线示出，并且级联位置控制架构中通常不包括控制结构440和450(其控制被控对象的运行)。应当注意，因为在添加之前如从控制信号所看到的，干扰反馈不改变有效被控对象，所以不考虑对选择不同控制器参数的描述。然而，应该理解，对于小的被控对象不确定性(建模误差)，闭合环路响应有效地保持相同。机械被控对象的传递函数可以用累积惯量J和阻尼b表示如下。
此外，马达电磁转矩控制器(405)由Ce建模。对于前面的讨论，忽略电气(闭合环路)动力学，或者在数学上假设CePe≈1，这是合理假设，因为电气转矩控制回路被调整为明显快于机械动力学。这导致马达转矩指令基本上等于实际马达电磁转矩，如下所示。
Tc≈Ta
此外，齿条力估计器(450)或干扰估计器由至少两个传递函数Dt(452)和Dω(454)表示。齿条力估计由这两个传递函数组成，并且可以在数学上表示如下。
传递函数Dt和Dω是从状态观察器获得的，用于估计齿条力(Td)，本文称为干扰。在一个或多个示例中，齿条力估计器450包括干扰观察器，其增强被控对象矩阵，其中干扰(齿条力)被建模为具有未知初始阶跃(step)输入的状态。在这种情况下，(增强的)被控对象方程如下。
y＝Cx
使用被控对象矩阵的估计以及观察器增益来获得观察器方程，如下所示。
这里，和表示系统的累积惯量和阻尼的估计值或最佳已知值。
采用该矩阵等式的拉普拉斯(Laplace)变换，获得估计的齿条力，如下所示。
在这种情况下，可以通过分析调整观察器增益，以实现特定的传递函数，或者使用诸如极点放置或LQE等标准技术。
为了更好地解释本文描述的具有特定闭合环路系统的一个或多个实施例，开始时描述具有简化条件的一些推导。首先，根据真实速度和测量噪声获得马达46的测量速度，如下所示。
ωm＝Fωθm
＝FωPθω+ωn
这里，ωn被认为是等效速度测量(估计)噪声，其是真实位置测量噪声的函数。传递函数Fω基本上(尽可能地)设计为在从位置测量(θm)过滤噪声的同时补偿马达位置被控对象Pθ的导数。位置测量包括齿条的位置，其基于输入位置指令(θc)以及由于若干因素而可能引入的位置噪声(θn)。作为示例，可以用时间常数τω用低通滤波器和导数来设计Fω，如下所示。
可以如下所述来确定对不同外部输入的速度响应，其中，Tb是基于输入位置指令的输入转矩，Tc是基于Tb和一个或多个反馈项的转矩指令。反馈项可以包括由干扰估计器450计算的干扰估计反馈项还可以包括被配置为操作控制器440的理想导数(Hω)以及因此得到的马达位置被控对象430的精确倒数。下面的等式进一步表示为Ta，即由电气被控对象410生成的最终转矩指令，其被施加到机械被控对象(420和430)。干扰Td影响该最终转矩指令，进而影响马达速度和位置。
控制系统400还示出了马达位置控制器470，其基于位置误差(θe)确定马达速度(ωc)。确定的马达速度可以是马达46要被移动的速度。位置误差被计算为输入位置指令(θc)与齿条的测量位置(θm)之间的差值。在一个或多个示例中，基于计算的马达速度(ωc)与测量的马达速度(ωm)之间的差值来计算速度误差(ωe)。马达速度控制器460使用马达速度误差来计算输入转矩指令Tb。可以如下所述确定对不同外部输入的速度响应：
ω＝Pω(Ta-Td)
＝(1+PωPeCe(Cω-Hω)FωPθ)-1(PωPeCeCωωc+PωPeCe(Hω-Cω)Fωθn-PωTd)
＝Mωcωc+Mωnθn+MωdTd
这里，Mωc是跟踪计算出的马达速度ωc的传递函数；Mωn是跟踪齿条位置噪声θn的传递函数；Mωd是干扰抑制的传递函数(干扰＝Td)。
可以如下编写和操纵速度跟踪响应传递函数Mωc。
Mωc＝(1+PωPeCe(Cω-Hω)FωPθ)-1PωPeCeCωωc
≈(1+Pω(Cω-Hω)FωPθ)-1PωCωωc
这里，假设电气控制动力学是理想的，即PeCe≈1，因为电气转矩控制通常被调整为比机械动力学快得多。此外，假设Fω是理想导数，因此是马达位置被控对象Pθ的理想倒数。这意味着FωPθ≈1。然后，速度跟踪响应传递函数Mωc变为如下所示。
如果假设项是“有效被控对象”Pωe的倒数，即 则闭合环路传递函数可以写成如下。
Mωc＝(1+PωeCω)-1PωeCω
请注意，这是一个传递函数，其中，有效被控对象取代了实际被控对象。因此，如果状态反馈被选择为增益-bv，其中，bv被称为“虚拟阻尼”，则有效被控对象变为如下。
此外，为了获得理想的一阶速度闭合回路响应，比例积分(PI)控制器用作控制器Cω460。PI控制器460配置有作为被控对象参数和虚拟阻尼函数的增益。
在假设参数估计准确的情况下，使用PI控制器460导致以下速度闭合环路响应。
这里，即使在建模不确定性的情况下，虚拟阻尼值也有助于保持一阶特性，这可以通过查看有效被控对象传递函数来理解。当bv被选择为足够高时，并且补偿器变为并且被控对象和控制器参数不会影响闭合环路响应太多，因为它们与虚拟阻尼项相比变得可忽略不计。可以类似地获得干扰抑制传递函数(在假设参数估计精确的情况下)，如下所示。
因此，除了高带宽之外，虚拟阻尼在调节闭合环路系统400的干扰抑制特性方面提供了额外的灵活性。在速度环路中包括积分器导致闭合环路步进(step)跟踪以及闭合环路(被控对象输入)干扰抑制。
接下来，通过从上面的推导继续推导来确定位置跟踪的位置闭合环路。
ω＝Mωcωc+Mωnθn+MωdTd
基于位置跟踪传递函数，比例(P)控制器用作位置控制器Cθ470并且被配置为具有增益Kθ。因此，闭合环路传递函数变为如下(考虑上述速度闭合环路响应)。
因此，位置跟踪闭合环路具有理想的二阶响应。按照如上所述的相同方法为所有外部输出计算控制信号，如下所示。
Ta＝(1+PeCe((Cω-Hω)Fω+CωCθ)PθPω)-1(PeCeCωCθθc-PeCe((Cω-Hω)Fω+CωCθ)PθPωTd+PeCe((Cω-Hω)Fω+CωCθ)θn)
Ta＝Ucθc+UdTd+Unθn
图5描绘了根据一个或多个实施例的级联位置控制系统的框图。在所描绘的框图中，为了简化，未示出被认为彼此是理想倒数(本文描述的)的电气被控对象Pe410和相应的控制器Ce405。此外，在速度环路中示出了作为速度控制器460的PI控制器，并且使用如本文所述的传递函数在位置环路中示出了作为位置控制器470的P控制器。
在一个或多个示例中，对于期望的固有频率ωf和阻尼比ζ，位置控制器470和速度控制器460的增益被配置如下。
Kω＝2ζωf
在位置环路中修改(505)输入位置指令(θc)。修改基于测量的齿条位置。位置控制器470使用修改的位置指令来生成速度指令。
使用在速度环路中反馈的测量的马达速度调节(515)速度指令。在一个或多个示例中，测量的速度被确定为测量的齿条位置的导数。速度控制器460使用修改的速度指令来生成将应用于机械和电气被控对象的输入转矩指令Tb。
使用干扰估计在干扰反馈回路中修改输入转矩指令。在一个或多个示例中，使用被配置为使用增益参数Kd的干扰控制器510来缩放干扰估计干扰控制器510的输出与输入转矩指令叠加(535)以生成调节后的转矩指令Tc。在一个或多个示例中，使用被配置为虚拟阻尼项bv的虚拟阻尼控制器440进一步修改输入转矩指令。在输入转矩指令中叠加(525)虚拟阻尼控制器Th的输出以生成转矩指令Tx。在一个或多个示例中，可以通过干扰估计来修改转矩指令Tx，如上所述。
图6描绘了根据一个或多个实施例的级联位置控制系统架构的框图。这里，示出了如本文所述的增益的选择。利用描述的控制架构，闭合环路直观且易于调整，并实现步进指令跟踪和步进干扰抑制的目标，并且具有独立于指令跟踪而改善干扰抑制特性的额外灵活性。例如，通过调整位置控制器470、速度控制器460和干扰控制器510以及虚拟阻尼控制器440的参数，可以调整系统400便于以改进的方式跟踪输入位置指令。
收集使用本文描述的控制架构的测试结果，以检查不同外部输入(包括位置指令、齿条力干扰和位置传感器噪声)的位置输出和转矩信号响应，以改变固有频率和阻尼比。在示例性测试结果中，系统的带宽随着临界阻尼系统固有频率的增加而增加。同时，干扰抑制得到改善，噪声响应恶化。随着阻尼比的变化，系统表现出预期的响应，并且观察到系统从欠阻尼变为临界阻尼并最终变为过阻尼系统。测试结果还证实，由本文描述的技术方案提供的结构有助于独立于指令响应来操纵系统的干扰抑制特性。
这里描述的技术方案解决了包括位置控制器车轮致动器(RWA)的像线控转向(SbW)系统的转向系统的技术挑战。使用诸如利用位置反馈的PID等反馈控制架构来执行位置控制。这种控制的调整校准通常不是非常直观，并且车辆需要大量的调整工作。此外，很难明确地调整PID以获得对系统参数变化的鲁棒性。本文描述的技术方案通过使用特定级联控制架构解决了该技术挑战，该特定级联控制架构因为内置带宽用于控制参数而直观且易于调整。此外，技术方案提供的架构提供了针对参数变化的稳健位置跟踪。
级联回路控制结构使用位置和速度反馈进行位置跟踪。此外，在一个或多个示例中，虚拟阻尼项被叠加到跟踪指令以提高鲁棒性。此外，控制回路结构允许使用系统参数(惯性、阻尼)容易地确定控制校准。
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、部件、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，但应容易理解的是，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 (15)

1.一种系统，包括：
位置控制器，被配置为：
接收输入的齿条位置指令和测量的齿条位置；以及
根据输入的齿条位置指令和测量的齿条位置的差值计算速度指令；
速度控制器，被配置为：
接收速度指令和测量的马达速度；以及
根据速度指令和测量的马达速度的差值计算输入转矩指令；以及
其中，系统通过生成与向马达施加输入转矩指令相对应的转矩量来调节齿条的位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，位置控制器和速度控制器被布置成形成级联控制回路，级联控制回路分别包括位置反馈回路和速度反馈回路，级联控制回路提供齿条位置跟踪。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括阻尼控制器，被配置为：
通过使用阻尼项缩放测量的马达速度来计算第一转矩指令；以及
通过将第一转矩指令添加到输入转矩指令中来修改输入转矩指令以进行齿条位置跟踪。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括干扰控制器，被配置为：
估计作用在齿条上的齿条力；以及
使用估计的齿条力修改输入转矩指令。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，使用可配置参数来缩放估计的齿条力。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，基于位置控制器的可配置参数计算速度指令。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，位置控制器是比例控制器。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，基于速度控制器的可配置参数来计算输入转矩指令。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，速度控制器是比例积分控制器。
10.一种方法，包括：
由位置控制器基于输入的齿条位置指令和作为第一反馈项提供的测量的齿条位置的差值计算速度指令；
由速度控制器基于速度指令和作为第二反馈项提供的测量的马达速度的差值计算输入转矩指令，速度控制器与位置控制器形成级联控制回路以提供齿条位置跟踪；以及
由马达通过生成与输入转矩指令对应的转矩量来调节齿条的位置。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
由阻尼控制器通过使用阻尼项缩放测量的马达速度来计算第一转矩指令；以及
通过将第一转矩指令添加到输入转矩指令中来修改输入转矩指令以进行齿条位置跟踪。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，基于位置控制器的可配置参数计算速度指令。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，位置控制器是比例控制器。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，基于速度控制器的可配置参数来计算输入转矩指令。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，速度控制器是比例积分控制器。
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