CN111094108A - 用于估算摩擦值的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在转动导致直线角度的交叉期间用于估算施加在车辆的动力转向系统上的摩擦值的方法，所述转动以包括在预定义区间中的基本上均匀的速度和包括在预定义区间中的方向盘角度实施，所述方法包括：‑获取多个车辆数据(d)的步骤(1)，所述多个车辆数据包括辅助马达作用在齿条上的作用力的至少一个值以及作用在所述齿条上的方向盘作用力的值，‑通过对作用在所述齿条上的方向盘作用力和辅助马达作用力的总和求平均值来估算摩擦值(f)的步骤(4)。

Description

用于估算摩擦值的方法
技术领域
本发明涉及车辆的动力转向系统，并且更具体地涉及对施加在动力转向齿条上的摩擦的计算。
背景技术
车辆的转向系统允许驾驶员通过在方向盘上施加作用力来决定车辆轨迹。
通常转向系统包括若干元件，这些元件包括连接到转向柱的方向盘、齿条和分别连接到连杆(link)的两个车轮。齿条是允许经由转向柱将方向盘经由连杆(links)连接到车轮的部件；也就是说齿条将由驾驶员施加在方向盘上的作用力转换成车轮的旋转。
车辆的电力转向系统使用由转向计算机控制的辅助马达，以便减少驾驶员为了转动车轮而需使出的作用力。根据施加在方向盘上的作用力，辅助马达控制齿条以转动车轮。
构成电力转向系统的元件是相对彼此调节以便接触的机械元件。车辆生产期间的公差意味着机械元件的调节在相同系列的两个车辆之间--也就是说两个车辆之间有相似的特征--不完全相似。因此当在相同条件下放置相同系列的两个车辆时，机械元件的调节的变化导致关于机械元件彼此接触的摩擦值的变化。
施加在动力转向系统上的摩擦也取决于例如方向盘角度、车辆速度、动力转向系统的温度。
在相同系列的两个车辆之间的施加在动力转向系统上的摩擦值的差异会导致驾驶员在两个车辆之间的驾驶感觉的差异。
汽车制造商希望在相同条件下放置的相同系列的两个车辆之间的感觉差异尽可能低。为了确保在相同条件下放置的相同系列的两个车辆之间的感觉接近，制造商确定：一些准则的值、例如方向盘作用力或方向盘处的滞后应当在预定义的范围内。
为了确保这些准则在预定义的容许范围内，有必要估算施加在车辆的动力转向系统上的摩擦值。
随后，齿条力估算(RFe)被定义为由方向盘和由辅助马达施加在齿条上的作用力的总和。
已知的解决方案在专利EP 3120124中代表申请人描述，其允许通过由点云构造的经验摩擦模型结构来估算施加在车辆的电动转向系统上的摩擦值，每个点将RFe的测量值与所测量的摩擦值相关联。摩擦模型是根据相关定律的点云的回归，所述定律先前已经被预先定义在动力转向系统的计算机中。
该解决方案具有在RFe的宽范围上提供摩擦值的估算的优点。然而该估算范围不需要满足汽车制造商的准则。
此外，所描述的解决方案的缺点是：摩擦模型取决于预定义的相关定律。这在摩擦值的估算中可能导致不可接受的错误，该错误大于+/-30N。
发明内容
本发明的目的是：通过提出一种用于在转动导致直线角度交叉期间估算施加在车辆的动力转向系统上的摩擦值的方法来克服上述缺点中的全部或部分，所述转动以包括在预定义区间中的基本上均匀的速度和包括在预定义区间中的方向盘角度来实施，所述方法包括：
-获取多个车辆数据的步骤，所述多个车辆数据包括辅助马达作用在齿条上的作用力的至少一个值以及作用在齿条上的方向盘作用力的值，
-通过对作用在齿条上的方向盘作用力和辅助马达作用力的总和求平均值来估算摩擦值的步骤。
直线角度是车辆遵循直线运动的轨迹的方向盘角度。
术语“转动导致直线角度交叉”意思是转动、即方向盘的旋转允许改变在直线角度任一侧的方向盘角度值。
术语“基本上均匀的转动速度”意思是方向盘的基本上不变的旋转速度，该旋转速度因此具有等于零或小于预定义值的加速度。
因此，当车辆的转动导致直线角度交叉时，所述转动以包括在预定义区间中的基本上均匀的速度实施，并且方向盘角度包括在预定义区间中，施加在齿条上的作用力的平衡允许估算RFe等于摩擦值。
获取车辆数据的步骤允许使估算摩擦值的步骤使用实施所述估算步骤所需的数据。
由于多个参数可能偶然地影响RFe的值，所以当条件生效时，估算摩擦值的步骤对RFe取平均值。因此，平均值的计算允许获得比点值更接近现实的值。
根据本发明的一种特征，转向速度包括在5到20度/秒之间。
根据本发明的一种特征，方向盘角度包括在相对使车辆遵循基本上直线运动轨迹的角度的+/-2度之间。
根据本发明的一种特征，相对最后的转动逆转的角距值为5度。
根据本发明的一种特征，所述估算方法包括通过根据摩擦值递推来计算标称摩擦值的步骤。
标称摩擦值是先前计算的标称摩擦值的函数。因此，标称摩擦值的计算允许对计算出的摩擦值的变化进行滤波。这些变化可能是非常有意义的。实际上，虽然所述条件被满足，但是许多其它不可控的外部因素例如特定的涂层、斜坡或变形的路面会影响数据。
标称摩擦值比摩擦值更实际。
根据本发明的一种特征，估算方法包括：在获取多个车辆数据的步骤之后将计算机的至少一个温度与预定义值的范围进行对比的对比数据的步骤。
例如，所述预定义值的范围包括在0到60摄氏度之间。
根据本发明的一种特征，当数据处于预定义值的范围中时对比步骤发出生效信号，和/或当至少一个数据不在预定义值的范围中时对比步骤发出无效信号。
根据本发明的一种特征，当对比数据步骤发出生效信号和/或当对比数据步骤不发出无效信号时，执行估算摩擦值的步骤。
因此，估算的摩擦值较准确，这是因为用于实施摩擦值的估算的条件更加众多。
根据本发明的一种特征，估算方法包括估算车辆数据的和所估算的摩擦值的可靠性系数的步骤。
车辆数据的和所估算的摩擦值的可靠性系数是从每个数据的预定义映射和图表估算的值。
根据本发明的一种特征，至少通过车辆数据的和所估算的摩擦值的可靠性系数来对标称摩擦值的计算进行加权。
因此，标称摩擦值存在取决于可靠性系数的加权。可靠性系数越低，标称摩擦值的计算就越多地允许对计算出的摩擦值的变化的滤波。
通过可靠性系数对标称摩擦的加权允许给予最可靠的摩擦值更多重要性。
根据本发明的一种特征，通过平均系数对标称摩擦值的计算进行加权。
所述平均系数对标称摩擦值有滤波效果。该系数在车辆操作周期期间是可度量的。这允许根据车辆操作周期来改变在计算标称摩擦值的速度与稳定性之间的折衷。
根据本发明的一种特征，获取多个车辆数据的步骤包括处理车辆数据的阶段。
因此，处理阶段确保从所接收的原始数据对车辆数据的提取。特别是处理阶段通过应用低通滤波器从所接收的原始数据中去除动态成份。
根据本发明的一种特征，当对比数据的步骤不发出生效信号时和/或当对比数据的步骤发出无效信号时，执行计算标称摩擦阶段。
因此，当条件不再生效时，执行对标称摩擦值的估算。
附图说明
由于下面的描述将更好地理解本发明，该描述涉及本发明的通过非限制性示例给出的并参考附图1解释的实施例，该附图是在根据本发明的方法期间实施的步骤的示意性视图。
图1示出了根据本发明的方法，该方法实施基于施加在车辆的动力转向系统上的作用力平衡的算法。
具体实施方式
车辆动力转向系统包括连接到转向柱的方向盘、齿条、辅助马达、转向计算机和分别连接到连杆的两个车轮。
车辆遵循特别是取决于所述车辆的速度、方向盘的旋转速度和方向盘角度的轨迹。方向盘的旋转速度也称为转动速度。
在所述动力转向系统中，辅助马达在齿条上施加力
Figure BDA0002407537890000051
类似地，当驾驶员转动方向盘以转动车轮时，方向盘通过转向柱在齿条上施加力
Figure BDA0002407537890000052
此外，齿条借助在其上施加力
Figure BDA0002407537890000053
的连杆连接到车轮。最后，施加在转向系统上的摩擦力被分成干摩擦力
Figure BDA0002407537890000054
和粘性摩擦力
Figure BDA0002407537890000055
干摩擦是取决于作用在动力转向系统上的力的摩擦。它是施加在动力转向系统上的最小摩擦。随后干摩擦力将被同化为摩擦力f。
粘性摩擦取决于方向盘的转动速度。
因此，在齿条的基准中作用力平衡写作：
Ma＝F马达+F方向盘-F连杆-f-f黏性
其中，M：动力转向系统的质量，和a：施加在动力转向系统上的加速度、即方向盘旋转的加速度。
假设转动速度大体上是均匀的，也就是说，方向盘的旋转速度基本上是不变的，那么施加在动力转向系统上的方向盘的加速度的值是可以忽略的。因此，在上面的等式中，a＝0。
此外，假设车辆遵循基本上直线运动轨迹，那么方向盘角度可以被认为等于直线角度。因此，由连杆(links)施加在齿条上的作用力
Figure BDA0002407537890000061
是可以忽略的。因此，在上面的等式中，F连杆＝0。
此外，在假设转向速度低的情况下，粘性摩擦力
Figure BDA0002407537890000062
也是可以忽略的。因此，在上面的等式中，f粘性＝0。
最后，根据上述假设，作用力平衡写作：
F马达+F方向盘＝f
亦或RFe＝f
推断出：当转动速度低并且基本上均匀时并且车辆遵循基本上直线运动轨迹时，RFe的测量直接提供对施加在动力转向系统上的摩擦值的估算。
当方向盘关于直线角度以低恒定速度与直线角度交叉时，这些假设是生效的。
直线角度的交叉可以是一连串转动。
图1表示根据本发明的方法，该方法基于上述算法实施获取多个车辆数据d的步骤1、估算摩擦值f的步骤4、计算标称摩擦值fn 的步骤5、对比数据d的步骤2、估算车辆数据d的和所估算的摩擦值f的可靠性系数p的步骤3。
获取多个车辆数据d的步骤1允许使方法的不同步骤使用实施估算动力转向系统的摩擦值f的计算所需的数据d。获取多个车辆数据d的步骤1包括处理车辆数据d的阶段。处理阶段特别是通过应用低通滤波器从接收到的原始数据中去除动态分量。获取多个车辆数据d的步骤1接收原始数据并发出数据d。所述原始数据为车辆速度、方向盘角度、转动速度、辅助马达施加在齿条上的力、施加在齿条上的方向盘力、以及转向计算机的温度。数据d是车辆速度、方向盘角度、转动速度、辅助马达施加在齿条上的力、施加在齿条上的方向盘力、转向计算机的温度以及方向盘加速度、RFe以及RFe的角导数。
对比数据d的步骤2允许确定条件生效期间的周期。对比数据d的步骤2接收作为输入的数据d并将每个数据d与特定的预定义区间进行对比。例如，转动速度应当包括在5至20度/秒的区间中，方向盘角度应当包括在+/-2度的区间中，计算机的温度应当包括在0摄氏度至60摄氏度之间，并且相对最后的转动逆转的角距值应当大约为5度。当所有这些数据d都包括在相应的区间中时，对比数据d的步骤2发出生效信号v。
当对比步骤2发出生效信号v时，估算摩擦值f的步骤4通过对RFe取平均值来计算摩擦值f。估算摩擦值f的步骤4接收作为输入的数据d和生效信号v，并发出摩擦值f。
估算车辆数据d的和所估算的摩擦值f的可靠性系数p的步骤3根据所述数据d和所述摩擦值f的变化为每个数据d和摩擦值f分配权重。所述权重的确定取决于预定义的映射和图表。然后由分配的权重计算车辆数据d和所估算的摩擦值f的可靠性系数p。估算车辆数据d的和所估算的摩擦值f的可靠性系数p的步骤3接收作为输入的数据d、摩擦值f并发出车辆数据d的和所估算的摩擦值f的可靠性系数p。
计算标称摩擦值f n 的步骤5执行由车辆数据d的可靠性系数p加权的并由平均系数w滤波的取平均值。
平均系数w在车辆操作周期是可度量的。这允许根据车辆操作周期改变在计算标称摩擦值的速度与稳定性之间的折衷。
当生效信号v消失时，执行计算标称摩擦值fn 的步骤5。计算标称摩擦值fn 的步骤5接收作为输入的生效信号v、摩擦值f、车辆数据d的和所估算的摩擦值f的可靠性系数p，并发出标称摩擦值f n 。
标称摩擦值fn 通过学习该方法来确定，因为每个新计算的值都涉及先前的值fn–1 。因此，标称摩擦值fn 比摩擦值f更精确。
当然，本发明不限于在附图中描述和表示的实施例。在不脱离本发明的保护范围的情况下，特别是从各种元件构成的观点或者通过技术等效物的替代的变动仍是可能的。

Claims (13)

1.一种用于在转动导致直线角度交叉期间估算施加在车辆的动力转向系统上的摩擦值的方法，所述转动以包括在预定义区间中的基本上均匀的速度和包括在预定义区间中的方向盘角度实施，所述方法包括：
-获取多个车辆数据(d)的步骤(1)，所述多个车辆数据包括辅助马达作用在齿条上的作用力的至少一个值以及作用在所述齿条上的方向盘作用力的值，
-通过对作用在所述齿条上的方向盘作用力和辅助马达作用力的总和求平均值来估算摩擦值(f)的步骤(4)。
2.根据权利要求1所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，其中，所述转向速度包括在5到20度/秒之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，其中，所述方向盘角度包括在相对使车辆遵循基本上直线运动轨迹的角度的+/-2度之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，其中，相对最后的转动逆转的角距值为5度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，包括通过根据所述摩擦值(f)的递推来计算标称摩擦值(fn)的步骤(5)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，包括对比数据(d)的步骤(2)，该步骤在获取多个车辆数据(d)的步骤(1)之后将计算机的至少一个温度与预定义值的范围进行对比。
7.根据权利要求6所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，其中，当所述数据(d)处于所述预定义值的范围中时，所述对比步骤(2)发出生效信号(v)，和/或当至少一个数据(d)不在所述预定义值的范围中时所述对比步骤发出无效信号。
8.根据权利要求7所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，其中，当所述对比数据(d)的步骤(2)发出生效信号(v)和/或当所述对比数据的步骤不发出无效信号时，执行估算摩擦值(f)的步骤(4)。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，包括估算所述车辆数据的和所估算的摩擦值(f)的可靠性系数(p)的步骤(3)。
10.根据权利要求9所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，其中，至少通过所述车辆数据(d)的和所估算的摩擦值(f)的可靠性系数(p)来对标称摩擦值(fn)的计算进行加权。
11.根据权利要求9或10所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，其中，通过平均系数(w)对所述标称摩擦值(fn)的计算进行加权。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，其中，获取多个车辆数据(d)的步骤(1)包括处理所述车辆数据(d)的阶段。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的用于估算车辆的动力转向系统的摩擦值的方法，其中，当所述对比所述数据(d)的步骤(2)不发出生效信号(v)时和/或当所述对比数据的步骤发出无效信号时，执行计算标称摩擦值(fn)的阶段(5)。
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