CN110745178A - 线控转向反馈扭矩 - Google Patents

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CN110745178A CN201910668590.8A CN201910668590A CN110745178A CN 110745178 A CN110745178 A CN 110745178A CN 201910668590 A CN201910668590 A CN 201910668590A CN 110745178 A CN110745178 A CN 110745178A
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阿南德·普拉迪普·奈克
达雷尔·艾伦·雷克
史蒂文·R·埃尔艾利
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Abstract

本公开提供了“线控转向反馈扭矩”。一种系统，包括：计算机，其被编程为在车辆转动时基于施加到转向齿条的转向扭矩和车辆可转向车轮的所需角度与实际角度之间的差值来指定反馈扭矩。所述计算机还被编程为致动对车辆方向盘的反馈扭矩。

Description

线控转向反馈扭矩
技术领域
本公开涉及车辆转向，并且更具体地涉及线控转向反馈扭矩。
背景技术
线控转向系统通常在车辆方向盘与车辆的可转向车轮之间缺少机械连接。由于这种机械连接缺少，线控转向系统中的方向盘不会从路面接收机械反馈。为了补偿直接或机械反馈的缺乏，线控转向系统通常包括转向扭矩反馈致动器，以向方向盘施加转向反馈扭矩(即，将要施加到方向盘并且由驾驶员基于当前路况、车速等经历的扭矩)，所述转向反馈扭矩模拟路感。除了路感之外，机械转向系统还为车辆操作期间(例如当车轮未按预期转动时)可能经历的其他现象提供反馈。例如，当可转向车轮被卡在泥浆中、可转向车轮漏气等时，方向盘可能变得更难以转动。
发明内容
一种系统包括计算机，所述计算机包括处理器和存储器，所述存储器存储可由所述处理器执行的指令。所述计算机被编程为在车辆转动时基于施加到转向齿条的转向扭矩和车辆可转向车轮的所需角度与实际角度之间的差值来指定反馈扭矩。所述计算机还被编程为致动对车辆方向盘的反馈扭矩。
所述系统可以包括致动器以将所述反馈扭矩施加到所述方向盘。
所述计算机还可以被编程为基于车速指定所述反馈扭矩。
所述计算机还可以被编程为进一步基于所述车辆可转向车轮的车轮角速度来指定所述反馈扭矩。
所述计算机还可以被编程为分别在两个或更个时间接收所述车辆可转向车轮相对于所述车辆的纵向轴线的实际角度，并且基于所述相应的两个或更多个时间的所述实际角度来确定所述车辆可转向车轮的所述车轮角速度。
所述计算机还可以被编程为将第一比例-积分-微分控制函数施加于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度与所述实际角度之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第一比例-积分-微分控制函数的输出。
所述计算机还可以被编程为确定所述车辆可转向车轮的车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述车辆转向轮的所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值。
所述计算机还可以被编程为将第二比例-积分-微分控制函数施加于所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第二比例-积分-微分控制函数的输出。
所述计算机还可以被编程为接收所述方向盘相对于直行的转向角，并且确定所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度。
所述系统还可以包括致动器，所述致动器被编程为将所述转向扭矩施加到所述转向齿条，其中所述计算机还被编程为基于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度来命令所述致动器将所述转向扭矩施加到所述转向齿条。
一种方法包括由计算机在车辆转动时基于施加到转向齿条的转向扭矩和车辆可转向车轮的所需角度与实际角度之间的差值来指定反馈扭矩。所述方法还包括致动对车辆方向盘的反馈扭矩。
所述方法还可以包括通过致动器将所述反馈扭矩施加到所述方向盘。
所述方法还可以包括基于车速来指定所述反馈扭矩。
所述方法还可以包括进一步基于所述车辆可转向车轮的车轮角速度来指定所述反馈扭矩。
所述方法还可以包括分别在两个或更多个时间接收所述车辆可转向车轮相对于所述车辆的纵向轴线的实际角度，以及基于所述相应的两个或更多个时间的所述实际角度来确定所述车辆可转向车轮的所述车轮角速度。
所述方法还可以包括将第一比例-积分-微分控制函数施加于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度与所述实际角度之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第一比例-积分-微分控制函数的输出。
所述方法还可以包括确定所述车辆可转向车轮的车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述车辆转向轮的所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值。
所述方法还可以包括将第二比例-积分-微分控制函数施加于所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第二比例-积分-微分控制函数的输出。
所述方法还可以包括接收所述方向盘相对于直行的转向角；并且确定所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度。
所述方法还可以包括通过致动器将所述转向扭矩施加到所述转向齿条；并且基于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度来命令所述致动器将所述转向扭矩施加到所述转向齿条。
附图说明
图1是包括线控转向系统的示例性车辆的框图。
图2是用于在线控转向系统中将反馈扭矩施加到方向盘的示例性过程的图。
图3A和图3B是用于在线控转向系统中将反馈扭矩施加到方向盘的示例性过程的图。
具体实施方式
如本文中所公开的，可以在线控转向系统中指定对车辆中的方向盘的反馈扭矩，并且基于指定的反馈扭矩来致动方向盘。例如，线控转向系统中的工况可能导致性能不佳的状况，所述状况原本可能未在车辆中例如向乘员或驾驶员指示。基于施加到转向齿条的转向扭矩和转向扭矩的偏差低于最小扭矩，可以确定方向盘反馈扭矩，并将所述方向盘反馈扭矩施加到方向盘。因此，代替或除了方向盘展示基于机械联动装置的反馈之外，还可以致动方向盘以提供关于车辆中可能的故障、问题或性能不佳状况的反馈。
图1是包括线控转向子系统25和计算机20的车辆10的框图。“线控转向”意味着通过一个或多个电子控制单元(ECU)基于驾驶员的输入控制车辆10的可转向车轮46的方向和横向(即，侧向)移动，所述一个或多个电子控制单元包括或通信地耦合到诸如电动马达的致动器。驾驶员可以是经由诸如方向盘或操纵杆的输入装置提供输入的人类驾驶员。可选地，驾驶员可以是提供数字输入的基于计算机的自主驾驶系统中的虚拟驾驶员。车辆10中的线控转向子系统25包括方向盘30、转向传感器32、方向盘扭矩致动器34、行驶轮致动器40和行驶轮致动器传感器42。车辆10还包括转向齿条44、可转向车轮46和车速传感器50。
车辆10可以具有自主、半自主或非自主操作模式。自主模式被定义为其中推进(通常经由包括一个或多个电动马达和/或一个或多个内燃发动机的动力传动系统进行)、制动和转向全部都由一个或多个计算机控制的模式。半自主模式是其中车辆推进(通常经由包括电动马达和/或内燃发动机的动力传动系统进行)、制动和转向中的至少一者由一个或多个计算机而不是人类驾驶员控制的模式。非自主模式被定义为其中车辆推进、制动和转向中的每一者由人类驾驶员控制的模式。
计算机20是一个或多个基于微处理器的计算机。计算机20包括存储器、至少一个处理器等。计算机20的存储器包括用于存储可由处理器执行的指令以及用于电子地存储数据和/或数据库的存储器。
计算机20可以通过通信网络和/或通过任何其他有线或无线通信网络来传输和接收数据，所述通信网络可以是控制器局域网(CAN)总线、以太网、WiFi、局域互连网(LIN)、车载诊断装置连接器(OBD-II)。计算机20经由通信网络与转向传感器32、方向盘扭矩致动器34、行驶轮致动器40、行驶轮致动器传感器42和车速传感器50通信地耦合。
方向盘30通常为常规的刚性环(即，圆形)，但是也可以具有任何合适的形状或配置。无论如何，方向盘30都允许操作者通过将旋转力施加到方向盘30来使车辆10转向。转向传感器32检测方向盘30相对于预定义的标称或原始定向(即，方向盘角度被定义为零时的角度旋转位置或定向)的方向盘角度。当方向盘沿着第一方向(例如，逆时针)旋转时方向盘角度可以被定义为负值，而当沿着第二方向(例如，顺时针方向)旋转时方向盘角度可以被定义为正值。通常，原始位置是直行位置，即，可转向车轮的转向角至少在理想情况下也应当为零时的位置。换句话说，方向盘30的直行位置是与车辆10沿着车辆10的纵向轴线直行行驶相对应的位置。
转向传感器32可以向计算机20提供方向盘角度。除了检测转向角之外，转向传感器32还可以检测与方向盘的运动相关的其他参数，诸如加速度和振动。作为一个示例，转向传感器32可以包括加速度计，所述加速度计安装在方向盘30上(或之内)或在支撑方向盘30的柱上。
转向传感器32可以包括计算机，诸如电子控制单元(ECU)等，所述计算机被编程为在车辆总线上通信，并且例如向计算机20发送命令和/或从计算机接收命令。转向传感器32可以包括一个或多个位置传感器，所述一个或多个位置传感器被布置为检测方向盘30的方向盘角度。位置传感器可以是例如霍尔效应传感器、旋转编码器等。转向传感器32检测方向盘角度并且基于检测到的方向盘角度向计算机20提供转向数据。
方向盘扭矩致动器34可以是常规的扭矩致动器，所述常规的扭矩致动器包括计算机，诸如电子控制单元(ECU)等，所述计算机被编程为在车辆总线上通信，并且例如向计算机20发送命令和/或从计算机接收命令。方向盘扭矩致动器34包括与方向盘30联接的一个或多个机电致动器。例如，所包括的机电致动器可以是电动马达。行驶轮致动器40可以执行来自计算机20的一个或多个命令以将扭矩施加到方向盘30，例如向操作者或驾驶员提供反馈。如下面另外详细描述的，可以基于至少两个因数来指定方向盘反馈扭矩。
方向盘反馈扭矩的第一因数可以基于在转动操作期间施加到可转向车轮46的转向扭矩。转向扭矩是由行驶轮致动器40施加以使可转向车轮46侧向转动的扭矩。可以基于以下项来估计转向扭矩：(1)行驶轮致动器40的马达电流、(2)车辆模型，其使用可转向车轮的角度(相对于直行的角度)、车轮角速度、车速、横摆率、横向加速度和其他行驶轮致动器40特性、(3)通过集成在行驶轮致动器40中的扭矩或力传感器进行直接测量或(4)这些方法中的两种或更多种的组合。
方向盘反馈扭矩的第二个因数可以是反馈扭矩调整因数。反馈扭矩调整因数是基于行驶轮致动器40的性能偏差低于行驶轮致动器40的预期性能。在一个示例中，行驶轮致动器40的性能可以是由行驶轮致动器40基于转向操作的指令施加的转向扭矩。
在本公开中，转向操作意味着转动方向盘30使得可转向车轮46应当(并且在正常操作中被)致动以移动到除零以外的转向角使得车辆10基于方向盘30的方向盘角度而转动的时间。
行驶轮致动器40的预期性能是在转向操作期间由行驶轮致动器40施加的预期最小扭矩。预期最小扭矩可以基于车辆类型被确定为在转动操作期间当车辆10在指定操作极限内操作且在线控转向系统中没有故障状况时预期施加的最小扭矩。在行驶轮致动器40的性能在预期范围内操作的情况下，反馈扭矩调整因数可以例如被设定为单位1。在由于工况或故障状况而导致行驶轮致动器40提供低于预期转向扭矩的转向扭矩的情况下，反馈扭矩调整因数可以被设定为大于单位1的值。通过这种方式，反馈扭矩可以向操作者指示行驶轮致动器40展示性能损失。
作为一个示例，为了确定方向盘反馈扭矩，计算机20可以将转向扭矩乘以反馈扭矩调整因数。可以另外使用比例因数来将方向盘反馈扭矩调整到预期扭矩范围。即，在一个示例中
Tswf＝(A)(Ts)(AFfT) 等式1
其中：
·Tswf是方向盘反馈扭矩，即，施加到方向盘以向车辆驾驶员提供反馈的扭矩；
·A是将方向盘反馈扭矩调整到预期范围内的比例因数，所述方向盘反馈扭矩例如与在包括动力助力转向的车辆中经历到的反馈扭矩相当；
·Ts是转向扭矩，即，可转向车轮在转动期间所经历的扭矩；并且
·AFfT是反馈扭矩调整因数，即，基于行驶轮致动器40的性能偏差低于预期性能的无单位值。
行驶轮致动器40包括计算机，诸如电子控制单元(ECU)等，所述计算机被编程为在车辆总线上通信，并且例如向计算机20发送命令和/或从计算机接收命令。行驶轮致动器40包括与转向齿条44联接的机电致动器。基于这些命令，行驶轮致动器40将转向扭矩施加到转向齿条44以使可转向车轮46转向。如本文中所使用的，使可转向车轮46转向意味着转动可转向车轮46使得车轮46围绕由通过相应车轮46的直径的线限定的垂直轴线旋转，即，转向车辆10的一侧或另一侧。例如，在操作者顺时针转动方向盘30的情况下，计算机20从转向传感器32接收操作者将汽车转向右侧的数据。基于该数据，计算机20将指令发送到行驶轮致动器40。基于指令，行驶轮致动器40将转向扭矩施加到转向齿条44，使得可转向车轮46转向右侧。
行驶轮致动器传感器42包括计算机，诸如电子控制单元(ECU)等，所述计算机被编程为在车辆总线上通信，并且例如向计算机20发送命令和/或从计算机接收命令。行驶轮致动器传感器42将关于转向齿条44和可转向车轮46的数据提供给计算机20。
例如，行驶轮致动器传感器42可以包括用于可转向车轮46的轮速传感器、用于检测转向齿条44的位置的位置传感器、用于确定可转向车轮46相对于车辆10的纵向轴线(直行)的角度的车轮角度传感器车、用于检测通过行驶轮致动器40中的机电致动器的电流振幅的电流传感器、用于检测转向齿条44或可转向车轮46所经历的扭矩的扭矩传感器等。
另外，行驶轮致动器传感器42可以检测与行驶轮致动器40相关的工况。与行驶轮致动器40相关的工况包括环境或车辆10中影响行驶轮致动器40的操作的状况。例如，环境状况可以包括在车辆10的外部或在车辆10内靠近行驶轮致动器40的环境温度、降水、路况等。可能影响行驶轮致动器40的操作的车辆10的状况包括电源电压高于最大指定电压(过电压)、电源电压低于最小指定电平(欠电压)、电流限制的激活(致动器的电流要求超过指定的最大电流极限，这可能是由于内部故障或负载过大所引起的)、行驶轮致动器40的温度超过最大指定水平(过热)、过载(通常会导致过热状况和/或触发电流限制的状况)。
转向齿条44将行驶轮致动器40联接到可转向车轮46，使得可转向车轮46的角度可以由行驶轮致动器40控制，并且可以是例如四连杆机构。转向齿条44的位置确定可转向车轮46的实际车轮角度。可转向车轮46在某个时间的实际车轮角度意味着可转向车轮46此时相对于直行的角度。如本文中关于可转向车轮46的角度所使用的术语“直行”意指沿着车辆10的纵向轴线引导车辆10的可转向车轮46的方向。转向齿条44的平移运动导致可转向车轮46转向车辆10的一侧或另一侧。转向齿条44将来自行驶轮致动器40的转向扭矩转换成机械运动以转动可转向车轮46。转向齿条44还支撑可转向车轮46。
车辆10包括车速传感器50。车速传感器50可以包括检测随时间变化的一个或多个车辆位置的传感器，诸如全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)和磁力计。车速传感器50还可以包括检测车辆10上的可转向车轮46或其他车轮的转速的轮速传感器，诸如旋转编码器或霍尔效应传感器。车速传感器50收集指示车辆10速度的车速数据并将车速数据提供给计算机20。车速传感器50可以包括电子控制单元(ECU)等，其与计算机20通信、从计算机接收输入并向计算机提供输出。
图2是用于将方向盘反馈扭矩施加到方向盘30的示例性过程200的图。计算机20发起线控转向。计算机20的存储器存储用于执行过程200的步骤的可执行指令。
作为为了方便读者而提供的一般和非限制性概述，在过程200中，计算机20经由转向传感器32从方向盘30接收转向输入。基于转向输入，计算机20指示行驶轮致动器40经由转向齿条44转动可转向车轮46。行驶轮致动器传感器42感测可转向车轮46上的转向扭矩并将转向扭矩数据提供给计算机20。行驶轮致动器传感器42还收集指示行驶轮致动器40的工况的操作数据。计算机20基于可转向车轮46所经历的转向扭矩来指定施加到方向盘30的方向盘反馈扭矩。在操作数据指示行驶轮致动器40在指定范围以下操作的情况下，计算机20调整方向盘反馈扭矩以包括基于行驶轮致动器40的性能损失的因数或由所述因数修改。
过程200在框205中开始。在框205中，计算机20发起线控转向。发起线控转向意味着激活将来自人类或虚拟驾驶员的输入电耦合到行驶轮致动器40的系统，使得来自人类或虚拟驾驶员的这种输入可以控制可转向车轮46的角度。例如，基于接收到指示车辆10点火的信号，计算机20通电和/或以其他方式激活转向传感器32、方向盘扭矩致动器34、行驶轮致动器40、行驶轮致动器传感器42和用于执行线控转向的其他车辆部件。过程200在框210中继续。
在框210中，计算机20从转向传感器32接收指示方向盘角度的转向数据。如上面所讨论的，方向盘角度通常是方向盘相对于直行位置的角度。过程200在框215中继续。
在框215中，计算机20基于转向数据来确定相对于直行的所需车轮角度。计算机20向道路行驶轮致动器40发送指令以将转向扭矩施加到转向齿条44，以将可转向车轮转动到所需的可转向车轮角。过程200在框220中继续。
在框220中，行驶轮致动器40接收由计算机20发送的指令。基于指令，行驶轮致动器40将转向扭矩施加到转向齿条44。通过平移运动，转向齿条44将所施加的转向扭矩传输到可转向车轮46。可转向车轮46响应于转向扭矩而开始转动。过程200在框225中继续。
在框225中，行驶轮致动器传感器42检测转向扭矩。例如，行驶轮致动器传感器42可以测量行驶轮致动器40的工作电压和电流，并且基于这些电气参数来确定由行驶轮致动器40产生的转向扭矩。作为另一个示例，行驶轮致动器传感器42可以包括扭矩传感器，其直接测量由行驶轮致动器40传输到转向齿条44的扭矩。行驶轮致动器传感器42向计算机20提供转向扭矩数据，指示施加到可转向车轮46的转向扭矩。过程200在框230中继续。
在框230中，行驶轮致动器传感器42还收集行驶轮致动器操作数据。行驶轮致动器操作数据包括指示用于行驶轮致动器40的工况的数据，即，在车辆10的操作期间出现的物理现象的值。行驶轮致动器40的工况可以包括工作电压、工作电流、工作温度、产生转向扭矩的电动马达的操作速度、可转向车轮46的实际车轮角度、可转向车轮46的车轮角速度(侧向转动速度)，以及可能影响或指示行驶轮致动器40的性能水平的任何其他参数。过程200在框235中继续。
在框235中，计算机20基于操作数据来确定行驶轮致动器40的性能相对于预期性能水平的百分比劣化。行驶轮致动器40的预期性能水平可以是在预期扭矩范围内施加到转向齿条44的转向扭矩。预期扭矩范围可以基于例如包括在行驶轮致动器40中的致动器马达的操作马达转速扭矩曲线。
在一些情况下，计算机20可以基于检测到的工况发送指令以将行驶轮致动器40的性能降低到预期水平以下。例如，计算机20可以检测到提供给行驶轮致动器40的电源电压电平高于最大指定电平。为了防止损坏行驶轮致动器40，计算机20可以发送将被供应给行驶轮致动器40的电源电流限制到最大减幅极限的指令。最大减幅极限可以是由计算机20基于检测到的电源电压确定为安全极限的极限。电流极限可以使行驶轮致动器40以低于预期水平的降低水平(例如，20％)执行。
在其他情况下，由于一个或多个工况，行驶轮致动器40可能无法以预期水平执行。例如，对行驶轮致动器40的电源电压可以低于规格。行驶轮致动器40可以操作，但是可能会传递低于预期水平的转向扭矩。在这种情况下，计算机20可以基于转向扭矩数据来确定行驶轮致动器40的性能相对于预期性能的减小量，例如，作为通过将实际转向扭矩除以预期转向扭矩除而获得的百分比。过程200在框240中继续。
在框240中，计算机20指定反馈扭矩调整因数。反馈扭矩调整因数是用于调整施加到方向盘的方向盘反馈扭矩以考虑行驶轮致动器40的性能降低的调整值。在行驶轮致动器40在预期范围内操作的情况下，反馈扭矩调整因数可以为单位1。在行驶轮致动器40的性能降低的情况下，可以增加反馈扭矩调整因数。作为一个示例，可以根据以下项设定反馈扭矩调整因数：
AF1fT＝1/1-x 等式2
其中：
·AF1fT是第一反馈扭矩调整系数；
·x是行驶轮致动器40的性能相对于预期性能的百分比减小。
作为另一个示例，反馈扭矩调整因数可以被设定为
AF2fT＝1+x 等式3
其中：
·AF2fT是第二反馈扭矩调整系数；并且
·x是行驶轮致动器40的性能相对于预期性能的百分比减小。
在框240之后，过程200在框245中继续。在框245中，计算机20基于由行驶轮致动器传感器42检测的转向扭矩和反馈扭矩调整因数来指定方向盘反馈扭矩。在一个示例中，转向扭矩反馈可以被指定为转向扭矩、反馈扭矩调整因数和比例因数的乘积。例如，如上所述，方向盘反馈扭矩可以根据等式1(在上面提供并且为了方便在此重复)计算。
Tswf＝(A)(Ts)(AFfT) 等式1
注意，AFfT可以例如基于上面的等式2或等式3来计算。
计算机20可以基于诸如车速和转向速度的因数来调整比例因数A。出于本公开的目的，转向速度可以被定义为由转向传感器32检测到的转向角的变化率。可选地，转向速度可以被定义为可转向车轮46的实际车轮角度的变化率。例如，比例因数A可以随着车辆10的速度增加或者随着转向速度增加而减小。这些函数(A与车速之间的关系、A与转向速度之间的关系)可以经验确定和/或使用在车辆开发期间基于所需感觉(即，基于行驶中的车辆10的所需方向盘40反馈扭矩)的模拟来确定。它们可以存储在计算机20中的一个或多个表中。所述函数通常是单调的并且可以是非线性的。
可以使用将比例因数A与除车速和转向速度之外的值相关的线性或非线性函数。例如，除了包括车速和/或转向速度的函数之外或作为其备选，可以生成表并将所述表存储在计算机20中，所述表针对转向扭矩和反馈扭矩调整系数的不同组合指定方向盘反馈扭矩。
在框245之后，过程200在框250中继续。在框250中，计算机20经由方向盘扭矩致动器34将方向盘反馈扭矩施加到方向盘30。即，计算机20将一个或多个命令发送到方向盘扭矩致动器34。基于一个或多个命令，方向盘扭矩致动器34产生方向盘反馈扭矩并将其施加到方向盘30。然后过程200在框255中继续。
在框255中，计算机20确定车辆10是否继续操作。在车辆10继续操作的情况下，过程200在框210中继续。如果车辆10例如基于点火装置被关闭而已经停止操作，则过程200结束。
图3A和图3B是用于在线控转向系统中将方向盘反馈扭矩施加到方向盘30的示例性过程300的图。计算机20发起线控转向。计算机20的存储器存储用于执行过程300的步骤的可执行指令。
作为为了方便读者而提供的一般和非限制性概述，在过程300中，计算机20经由转向传感器32从方向盘30接收转向输入。基于转向输入，计算机20指示行驶轮致动器40经由转向齿条44转动可转向车轮46。行驶轮致动器传感器42感测施加到可转向车轮46的转向扭矩并将转向扭矩数据提供给计算机20。行驶轮致动器传感器42还收集指示可转向车轮46的实际车轮角度和车轮角速度(即，侧向测量的转动速率)的操作数据。计算机20至少基于转向扭矩并基于所需车轮角度与实际车轮角度之间的差值来指定要施加到方向盘30的方向盘反馈扭矩。计算机20还可以包括用于指定方向盘反馈扭矩的因数，诸如车速和车轮角速度等。然后，计算机20经由方向盘扭矩致动器34将反馈扭矩施加到方向盘30。在一个示例中，计算机20应用级联比例-积分-微分控制器(PID)。PID是通常在工业控制系统中使用的控制回路反馈机构，所述控制回路反馈机构基本上连续地计算作为所需设定点与测量过程变量之间的差值的误差值并且基于比例、积分和微分项来应用校正。
过程300在框302中开始。在框302中，计算机20发起线控转向。然后过程300在框304中继续。
在框304中，计算机20从转向传感器32接收指示方向盘角度的转向数据。过程300在框306中继续。
在框306中，计算机20基于转向数据来确定相对于车辆10的纵向轴线的所需车轮角度。计算机20向道路行驶轮致动器40发送命令以将转向扭矩施加到转向齿条44，以将可转向车轮46转动到所需的车轮角度。然后过程300在框308中继续。
在框308中，行驶轮致动器40接收由计算机20发送的指令。基于指令，行驶轮致动器40将转向扭矩施加到转向齿条44。通过平移运动，转向齿条44将转向扭矩传输到可转向车轮46。可转向车轮46响应于转向扭矩而转动。然后过程300在框310中继续。
在框310中，行驶轮致动器传感器42检测转向扭矩。例如，行驶轮致动器传感器42可以测量行驶轮致动器40的电源电压和电源电流，并且基于这些电气参数来确定由行驶轮致动器40产生的转向扭矩。作为另一个示例，行驶轮致动器传感器42可以包括扭矩传感器，其直接测量由行驶轮致动器40传输到转向齿条44的扭矩。行驶轮致动器传感器42向计算机20提供转向扭矩数据，指示施加到可转向车轮46的转向扭矩。然后过程300在框312中继续。
在框312中，计算机20接收车轮角度数据。行驶轮致动器传感器42测量可转向车轮46相对于车辆10的纵向轴线的实际车轮角度，并将车轮角度数据提供给计算机20。然后过程300在框314中继续。
在框314中，计算机20确定可转向车轮46的所需车轮角度与可转向车轮46的实际车轮角度之间的差值。然后过程300在框316中继续。
在框316中，计算机20从车速传感器50接收车速数据。基于车速数据，计算机20确定车速。在线控转向系统包括级联比例-积分-微分控制器(PID)的情况下，过程300在框322中继续。在线控转向系统不包括级联PID的情况下，过程300然后在框318中继续。
在框318中，计算机20基于车速来确定要施加到所需车轮角度与实际车轮角度之间的差值的增益因数。增益可以用于基于所需车轮角度与实际车轮角度之间的差值来调整施加到方向盘的扭矩水平。可以基于车速来调整增益。增益与车速之间的这些函数可以经验确定和/或使用在车辆开发期间基于所需感觉(即，基于行驶中的车辆10的所需方向盘40反馈扭矩)的模拟来确定。它们可以存储在计算机20中的一个或多个表中。所述函数通常是单调的并且可以是非线性的。在一个示例中，增益将作为车速的函数而减小。在这种情况下，由于所需车轮角度与实际车轮角度之间的差值引起的反馈扭矩在较低车速下比在较高车速时更高。然后过程300在框320中继续。
在框320中，计算机20将增益因数施加于所需车轮角度与实际车轮角度之间的差值，以生成用于捕获反馈扭矩分量的未滤波值(即，所需车轮角度与实际车轮角度之间的差值)。对于系统不包括级联PID的情况，过程300然后在框338中继续。
在框322中(在框316之后在系统包括级联PID的情况下)，计算机20接收或计算车轮角速度(转动速率)。车轮角速度可以被定义为车轮角度随时间变化的导数。在行驶轮致动器传感器42包括车轮角速度传感器的情况下，计算机20从车轮角速度传感器接收车轮角速度数据。可选地，在行驶轮致动器传感器42包括车轮角度(位置)传感器的情况下，计算机20可以在两个或更多个相应时间接收两个或更多个实际车轮角度，并且基于实际车轮角度和相应时间来确定车轮角速度。某个时间周期内的车轮角速度是实际车轮角度变化除以时间周期。然后过程300在框324中继续。
在框324中，计算机20基于车速来确定第一PID函数。PID函数是控制回路反馈结构。其输入是误差项(在本公开的情况下为角度误差)，控制器被配置为通过命令对方向盘扭矩致动器34的控制器输出(在这种情况下由于所需车轮角度与实际车轮角度之间的差值而施加到方向盘30的扭矩)来减小所述误差项。控制器增益的P部分减小了所需设定点与实际设定点之间的误差。I部分减少了相同误差随时间变化的积分/累加，并且D部分减小了误差项的速率变化差值。与上面在框318中讨论的增益类似的这些增益因数(P、I和D)可以基于车速进行调谐。例如，这些因数中的每一者都可以随着车速增高而减小，以便减小扭矩对较高车速下的转向感觉的影响。然后过程300在框326中继续。
在框326中，计算机20将第一PID函数施加于实际车轮角度与所需车轮角度之间的差值(在框314中生成)。然后过程300在框328中继续。
在框328中，计算机20确定第一PID的输出(框326的输出)与车轮角速度(框322的输出)之间的差值。然后过程300在框330中继续。
在框330中，计算机20基于车速来确定第二PID函数。第二PID函数类似于上面的框324中描述的PID。在这种情况下，误差项是来自第一PID的误差因数与车轮角速度之间的差值。与第一PID一样，P、I和D增益因数可以根据方向盘30处所需的感觉来设定，并且例如随着车速的增加而减小。尽管单个PID与级联PID控制件之间的设定点跟踪性能几乎相同，但是后者通常在抑制由于内部设定点脉冲或外部因素引起的干扰方面表现更好。然后过程在框332中继续。
在框332中，计算机20将第二PID函数施加于第一PID的输出与车轮角速度之间的差值(框328的输出)。然后过程300在框334中继续。
在框334中，计算机20将第一滤波器施加于第二PID函数的输出(框332的输出)。计算机20可以基于车速来调整第一滤波器的滤波器特性。第一滤波器可以是例如一阶低通滤波器。转角频率(corner frequency)可以被设定成使得由于所需车轮角度和实际车轮角度之间的差值而产生的反馈扭矩在典型的转向操纵期间被传递，但是被阻挡以便更高速度转向调整，诸如用于规避操纵或运动驾驶的转向调整。在一些情况下，可以从过程300中省略第一过滤器。即，第一滤波器特性可以为单位1。第一滤波器的输出是捕获反馈扭矩的滤波后版本。然后过程300在框336中继续。
在框336中，计算机20组合转向扭矩数据(框310的输出)和捕获反馈扭矩数据(框334的输出)以产生反馈扭矩的未滤波版本。作为一个示例，计算机20可以将捕获反馈扭矩加到转向齿条上以产生反馈扭矩。作为一个示例，框336的函数可以是
T2swf＝(B)(Ts)+(C)(Tcf) 等式4
其中：
·T2swf是方向盘反馈扭矩；
·B和C是被选择以将施加到方向盘30的SW反馈扭矩的总水平调整到与例如驾驶员对常规的动力助力转向车辆的体验相对应的水平的增益因数；
·转向扭矩Ts是可转向车轮在转动操作期间所经历的扭矩；并且
·Tcf是捕获反馈扭矩，其指示行驶轮致动器40的性能低于预期性能。
然后过程300在框338中继续。
在框338中，计算机20经由方向盘扭矩致动器34将方向盘反馈扭矩施加到方向盘30。即，计算机20将命令发送到方向盘扭矩致动器34。基于命令，方向盘扭矩致动器34产生方向盘反馈扭矩并将扭矩施加到方向盘30。然后过程300在框340中继续。
在框340中，计算机20确定车辆10是否继续操作。在车辆10继续操作的情况下，过程300在框304中继续。如果车辆10例如基于点火装置被关闭而已经停止操作，则过程300结束。
如本文所使用，修饰形容词的副词“基本上”意指形状、结构、测量、值、计算等可能偏离精确描述的几何形状、距离、测量、值、计算等，因为材料、加工、制造、数据采集器测量、计算、处理时间、通信时间等存在缺陷。
通常，所描述的计算系统和/或装置可以采用许多计算机操作系统中的任何一种，包括但不限于以下操作系统的各种版本或变体：Ford
Figure BDA0002140919060000191
应用程序、AppLink/SmartDevice Link中间软件、Microsoft
Figure BDA0002140919060000192
操作系统、Microsoft
Figure BDA0002140919060000193
操作系统、Unix操作系统(例如，加州红木岸区甲骨文公司发布的
Figure BDA0002140919060000194
操作系统)、纽约阿蒙克市的国际商业机器公司发布的AIX UNIX操作系统、Linux操作系统、加州库比蒂诺市苹果公司发布的Mac OSX和iOS操作系统、加拿大滑铁卢市黑莓有限公司发布的BlackBerry OS、谷歌公司和开放手机联盟开发的安卓操作系统、或者QNX软件系统公司提供的
Figure BDA0002140919060000195
CAR信息娱乐平台。计算装置的示例包括但不限于：车载车辆计算机、计算机工作站、服务器、台式计算机、笔记本计算机、膝上型计算机、或手持式计算机、或一些其他计算系统和/或装置。
计算装置通常包括计算机可执行指令，其中所述指令可以由诸如上面列出的那些等一个或多个计算装置执行。计算机可执行指令可以从使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序中编译或解译，这些编程语言和/或技术包括但不限于以下的单一形式或组合形式：JavaTM、C、C++、Matlab、Simulink、Stateflow、VisualBasic、Java Script、Perl、HTML等。这些应用程序中的一些可以在虚拟机(诸如Java虚拟机、Dalvik虚拟机等)上编译和执行。通常，处理器(例如，微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行这些指令，从而执行一个或多个过程，包括本文所描述的过程中的一个或多个。此类指令和其他数据可以使用多种计算机可读介质存储和传输。计算装置中的文件通常是存储在计算机可读介质(诸如存储介质、随机存取存储器等)上的数据的集合。
计算机可读存储介质(也被称为处理器可读介质)包括参与提供可以由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的任何非暂时性的(例如，有形的)介质。此类介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可包括例如光盘或磁盘以及其他持久性存储器。易失性介质可以包括例如通常构成主存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。这种指令可以由一个或多个传输介质传输，所述传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括构成联接到ECU的处理器的系统总线的电线。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、软性磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPROM、任何其他存储器芯片或盒，或计算机可从其中读取的任何其他介质。
本文描述的数据库、数据储存库或其他数据存储可以包括用于存储、访问和检索各种类型的数据的各种机制，包括分层数据库、文件系统中的一组文件、专有格式的应用数据库、关系数据库管理系统(RDBMS)等。每个这种数据存储通常包括在采用诸如上述那些计算机操作系统之一的计算机操作系统的计算装置内，并且经由网络以各种方式中的任何一种或多种来访问。文件系统可以从计算机操作系统访问，并且可以包括以各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行存储的程序的语言(诸如上文提及的PL/SQL语言)之外，RDBMS通常还使用结构化查询语言(SQL)。
在一些示例中，系统元件可以被实施为一个或多个计算装置(例如，服务器、个人计算机等)上的、存储在与其相关联的计算机可读介质(例如，磁盘、存储器等)上的计算机可读指令(例如，软件)。计算机程序产品可以包括存储在计算机可读介质上的用于执行本文描述的功能的这种指令。
在附图中，相同的附图标记指示相同元件。此外，可以改变这些元素中的一些或全部。关于本文中所描述的媒体、过程、系统、方法、试探法等，应理解，尽管此类过程的步骤等已被描述为根据某一有序序列发生，但此类过程可用以不同于本文中所描述的次序的次序执行的所描述的步骤来实践。进一步应当理解的是，可以同时执行某些步骤，可以添加其他步骤，或者可以省略在此描述的某些步骤。换言之，在此对过程的描述是出于说明某些实施例的目的而提供的，并且不应以任何方式被解释为限制权利要求。
因此，应当理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。在阅读以上描述后，除了所提供的示例之外，许多实施例和应用对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本发明的范围不应当参照上述描述来确定，而是应当参照所附权利要求以及这些权利要求所授权的等同物的全部范围来确定。预期并期望在此讨论的领域中未来将有所发展，并且所公开的系统和方法将被结合到这种未来实施例中。总之，应该理解，本发明能够进行修改和变化，并且仅由所附权利要求来限制。
权利要求中使用的所有术语旨在给出本领域技术人员所理解的它们的简单和普通的含义，除非在此做出相反的明确指示。具体地，除非权利要求叙述相反的明确限制，否则使用诸如“一个”、“该”、“所述”等单数冠词应当被解读为叙述所指示的元件中的一者或多者。
已经以说明性方式描述了本公开，并且应当理解，已使用的术语意图本质上是描述性词语而非限制性词语。“响应于”和“在确定……时”的使用指示因果关系，而不仅仅是时间关系。鉴于以上教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且本公开可以不同于具体描述的其他方式来实践。
根据本发明，提供了一种系统，所述系统具有计算机，所述计算机包括处理器和存储器，所述存储器存储可由所述处理器执行的指令使得所述计算机被编程为：在车辆转动时基于施加到转向齿条的转向扭矩和车辆可转向车轮的所需角度与实际角度之间的差值来指定反馈扭矩；并且致动对车辆方向盘的反馈扭矩。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于致动器以将所述反馈扭矩施加到所述方向盘。
根据一个实施例，所述计算机还被编程为基于车速指定所述反馈扭矩。
根据一个实施例，所述计算机还被编程为进一步基于所述车辆可转向车轮的车轮角速度来指定所述反馈扭矩。
根据一个实施例，所述计算机还被编程为：分别在两个或更个时间接收所述车辆可转向车轮相对于所述车辆的纵向轴线的实际角度；并且基于所述相应的两个或更多个时间的所述实际角度来确定所述车辆可转向车轮的所述车轮角速度。
根据一个实施例，所述计算机还被编程为：将第一比例-积分-微分控制函数施加于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度与所述实际角度之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第一比例-积分-微分控制函数的输出。
根据一个实施例，所述计算机还被编程为：确定所述车辆可转向车轮的车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述车辆转向轮的所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值。
根据一个实施例，所述计算机还被编程为：将第二比例-积分-微分控制函数施加于所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第二比例-积分-微分控制函数的输出。
根据一个实施例，所述计算机还被编程为：接收所述方向盘相对于直行的转向角；并且确定所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于致动器，所述致动器被编程为将所述转向扭矩施加到所述转向齿条；其中所述计算机还被编程为：基于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度来命令所述致动器将所述转向扭矩施加到所述转向齿条。
根据本发明，一种方法包括：由计算机在车辆转动时基于施加到转向齿条的转向扭矩和车辆可转向车轮的所需角度与实际角度之间的差值来指定反馈扭矩；以及致动对车辆方向盘的反馈扭矩。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于通过致动器将所述反馈扭矩施加到所述方向盘。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于基于车速指定所述反馈扭矩。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于进一步基于所述车辆可转向车轮的车轮角速度来指定所述反馈扭矩。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于分别在两个或更个时间接收所述车辆可转向车轮相对于所述车辆的纵向轴线的实际角度；并且基于所述相应的两个或更多个时间的所述实际角度来确定所述车辆可转向车轮的所述车轮角速度。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于将第一比例-积分-微分控制函数施加于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度与所述实际角度之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第一比例-积分-微分控制函数的输出。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于确定所述车辆可转向车轮的车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述车辆转向轮的所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于将第二比例-积分-微分控制函数施加于所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第二比例-积分-微分控制函数的输出。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于接收所述方向盘相对于直行的转向角；并且确定所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于通过致动器将所述转向扭矩施加到所述转向齿条；并且基于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度来命令所述致动器将所述转向扭矩施加到所述转向齿条。

Claims (13)

1.一种方法，其包括：
由计算机在车辆转动时基于施加到转向齿条的转向扭矩和车辆可转向车轮的所需角度与实际角度之间的差值来指定反馈扭矩；以及
致动对车辆方向盘的反馈扭矩。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
通过致动器将所述反馈扭矩施加到所述方向盘。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括：
基于车速指定所述反馈扭矩。
4.如权利要求1所述的方法，其还包括：
进一步基于所述车辆可转向车轮的车轮角速度来指定所述反馈扭矩。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括：
分别在两个或更多个时间接收所述车辆可转向车轮相对于所述车辆的纵向轴线的实际角度；以及
基于所述相应的两个或更多个时间的所述实际角度来确定所述车辆可转向车轮的所述车轮角速度。
6.如权利要求1所述的方法，其还包括：
将第一比例-积分-微分控制函数施加于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度与所述实际角度之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第一比例-积分-微分控制函数的输出。
7.如权利要求6所述的方法，其还包括：
确定所述车辆可转向车轮的车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述车辆转向轮的所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值。
8.如权利要求7所述的方法，其还包括：
将第二比例-积分-微分控制函数施加于所述车轮角速度与所述第一比例-积分-微分控制函数的所述输出之间的所述差值，其中指定所述反馈扭矩是基于所述第二比例-积分-微分控制函数的输出。
9.如权利要求1所述的方法，其还包括：
接收所述方向盘相对于直行的转向角；以及
确定所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括：
通过致动器将所述转向扭矩施加到所述转向齿条；以及
基于所述车辆可转向车轮相对于直行的所述所需角度来命令所述致动器将所述转向扭矩施加到所述转向齿条。
11.一种计算装置，其被编程为执行如权利要求1-10中任一项所述的方法。
12.一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质，所述计算机可读介质存储能够由计算机处理器执行以执行如权利要求1-10中任一项所述的方法的指令。
13.一种地面车辆，其包括被编程为执行如权利要求1-10中任一项所述的方法的计算机装置。
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