CN111169532B

CN111169532B - 使用加速度计的基于频率跟踪的摩擦检测

Info

Publication number: CN111169532B
Application number: CN201911092707.9A
Authority: CN
Inventors: B·萨因纳特; R·拉马努贾姆; A·尚帕涅
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2039-11-11
Also published as: US20200148253A1; DE102019130159B4; CN111169532A; DE102019130159A1; US11186310B2

Abstract

根据本文描述的技术方案，一种用于基于频率跟踪的摩擦检测的示例方法包括：通过滤波器模块接收来自与辅助扭矩系统耦合的加速度计的加速度计信号。该方法还包括：通过滤波器模块基于辅助扭矩系统的阶次频率，估计该加速度计信号中的谐波含量。该方法还包括：响应于检测到的谐波含量大于或等于预定阈值，启动辅助扭矩系统中的摩擦估计。该方法还包括：基于辅助扭矩系统中的估计摩擦来调节由辅助扭矩系统产生的扭矩量。

Description

使用加速度计的基于频率跟踪的摩擦检测

技术领域

本申请涉及运动控制系统中的摩擦检测领域，更具体地，涉及用于基于频率跟踪的摩擦检测的方法和系统。

背景技术

典型的运动控制系统采用至少一个电动执行机构，电动执行机构是使用电机和互补功率电子模块的控制系统，电机和互补功率电子模块经由数字信号处理器控制，用于确定补偿逻辑并驱动硬件电路。在设计控制系统时必须考虑控制系统中使用的硬件部件，以获得最佳性能。控制系统中涉及的机械硬件易于遭遇诸如物理损坏、环境条件改变、外来粒子进入、水分进入等多种变化。通常，鲁棒性内置于控制系统中，以处理机械硬件设置的标称变化，并确保基本一致的性能水平。

发明内容

根据本文描述的技术方案，一种用于基于频率跟踪的摩擦检测的示例方法包括：通过滤波器模块接收来自与辅助扭矩系统耦合的加速度计的加速度计信号。该方法还包括：通过滤波器模块基于辅助扭矩系统的阶次频率，估计加速度计信号中的谐波含量。该方法还包括：响应于检测到的谐波含量大于或等于预定阈值，启动辅助扭矩系统中的摩擦估计。该方法还包括：基于辅助扭矩系统中的估计摩擦来调节由辅助扭矩系统产生的扭矩量。

根据一个或多个示例，一种系统包括：马达；加速度计，与辅助扭矩系统耦合；以及马达控制系统，操作马达，并使用加速度计执行基于频率跟踪的摩擦检测。使用一种方法执行摩擦检测，该方法包括：通过滤波器模块基于辅助扭矩系统的阶次频率，估计加速度计信号中的谐波含量。该方法还包括：响应于检测到的谐波含量大于或等于预定阈值，启动辅助扭矩系统中的摩擦估计。该方法还包括：基于辅助扭矩系统中的估计摩擦来调节由辅助扭矩系统产生的扭矩量。

根据一个或多个示例，一种摩擦检测系统包括：加速度计，与辅助扭矩系统耦合；以及控制器，与加速度计耦合。控制器执行基于频率跟踪的摩擦检测，该摩擦检测包括：使用滤波器模块基于辅助扭矩系统的阶次频率，估计来自加速度计的加速度计信号中的谐波含量。该方法还包括：响应于检测到的谐波含量大于或等于预定阈值，启动辅助扭矩系统中的摩擦估计。该方法还包括：基于辅助扭矩系统中的估计摩擦来调节由辅助扭矩系统产生的扭矩量。

通过以下结合附图的描述，这些及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认为是本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本发明的前述及其他特征和优点将变得清晰，其中：

图1A是根据一个或多个实施例的电动助力转向系统的示例性实施例。

图1B是根据一个或多个实施例的电动助力转向系统的部分视图。

图2示出了根据一个或多个实施例的基于加速度计的摩擦检测系统。

图3是示出根据一个或多个实施例的基于加速度计的摩擦变化检测器使用移动带通滤波器提取加速度计信号中的能量含量的操作流程的框图。

图4是示出根据一个或多个实施例的针对手握式方向盘绝对位置绘出的带通加速度计信号的曲线图。

图5是示出根据一个或多个实施例的基于加速度计的摩擦变化检测器使用最小均方(LMS)滤波器提取加速度计信号中的能量含量的操作流程的框图。

图6A和图6B是示出根据一个或多个实施例的针对手握式方向盘绝对位置绘出的消除命令的曲线图。

图7是根据一个或多个实施例的用于计算滤波器启用输入的方法的流程图。

图8是根据一个或多个实施例的对来自用于进行摩擦估计的滤波器模块的输出进行去除抖动的框图。

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、专用或群组)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。

如本文所描述的，在运动控制系统中，典型的马达控制系统中涉及的机械硬件易于遭遇诸如物理损坏、环境条件改变、外来粒子进入、水分进入等多种变化。通常，鲁棒性内置于控制系统中，以处理机械硬件设置中的标称变化，并确保基本一致的性能水平。如果硬件状态的变化超出可接受的水平，那么控制系统可能无法提供可接受的性能水平，在一些情况下，这可能导致极大作用力(efforts)和/或运动控制系统不可控制。

例如，在车辆中使用的电动助力转向系统(EPS)的情况下，摩擦是可能会受到EPS的机械硬件变化的影响的一个这样的关键因素。摩擦由于诸如环境温度、水进入破口的防护罩(cut boot)等许多外部因素而容易发生变化。在EPS机械部件中的摩擦增加超过可接受水平时，该可接受水平是一个预定阈值，那么驾驶员的整体作用力增加，这可能会导致其丧失对车辆的驾驶性/控制性。

应当注意，本文描述的各种技术特征有助于改进马达控制系统。本文描述使用EPS作为使用马达控制系统的示例，该马达控制系统使用和/或实施本文描述的各种技术特征来进行改进。然而，本文描述的技术方案不限于电动助力转向系统，而是可适用于在任何其他系统中使用的马达控制系统，诸如工业马达、生物力学设备、自动驾驶辅助系统或使用马达控制系统的任何其他电机。

关于摩擦的检测，更具体地，关于像EPS之类的运动控制系统中的机械部件之间的摩擦的增加，用于估计摩擦的当前技术是基于来自运动控制系统的可用信号。例如，在EPS的情况下，所使用的信号包括方向盘扭矩、马达角度、马达速度和马达扭矩命令。这些估计可以提供摩擦的估计，但是，这种估计表示来自诸如转向辅助机构、前转向连杆摩擦、主销轴摩擦等多个源的总摩擦。确定特定的转向辅助机构摩擦存在技术挑战。在需要时，检测诸如转向辅助部件之类的特定部件之间的这种摩擦和/或摩擦变化可以便于更有针对性的维修。

本文描述的技术方案的一个或多个实施例解决了这些技术挑战，并且便于借助加速度计而检测转向控制系统内增加的摩擦水平。摩擦可能会由于诸如外来粒子、盐水进入等任何原因而增加。技术方案还提供适当的补偿，以在摩擦增加的系统中保持一致的驾驶员作用力。因此，本文描述的技术方案通过极大地提高摩擦检测能力，并在EPS进入不可控状态之前向驾驶员发出警告，来改善诸如EPS的运动控制系统的性能。因此，这些技术方案不仅改善了EPS的功能，而且还提高了驾驶员的安全性。本文描述的技术方案的一个或多个实施例还通过增加的马达扭矩请求以驱动EPS来补偿增加的手握式方向盘作用力。

现在参考附图，其中将参考具体实施例来描述技术方案，但不对其施加限制，图1A是适合于实现所公开实施例的电动助力转向系统(EPS)40的示例性实施例。转向机构36是齿条小齿轮式系统，并且包括位于壳体50内的齿条(未示出)和位于齿轮壳体52下的小齿轮(也未示出)。作为操作者输入，在下文中表示为转动方向盘26(例如手握式方向盘等)，上转向轴29转动，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。小齿轮的旋转移动齿条，齿条移动连接杆38(仅示出一个)，连接杆38进而移动转向节39(仅示出一个)，转向节39转动可转向轮44(仅示出一个)。

电动助力转向辅助由通常表示为附图标记24的控制装置提供，并且包括控制器16和电机19，电机19包括永磁同步马达，其在下文中称为马达19。控制器16通过线路12由车辆电源10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。转向角通过位置传感器32来测量，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它合适类型的位置传感器，并向控制器16提供位置信号20。马达速度可以用转速计或任何其他设备测量，并作为马达速度信号21发送到控制器16。可以测量、计算(或其组合)表示为ω_m的马达速度。例如，可以将马达速度ω_m计算为由位置传感器32在规定的时间间隔内测量的马达位置θ的变化。例如，马达速度ω_m可以由等式

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，可以从马达位置导出马达速度作为位置的时间变化率。应当理解，存在许多用于执行导数功能的众所周知的方法。

在方向盘26转动时，转矩传感器28感测由车辆操作者施加到方向盘26的转矩。转矩传感器28可以包括扭杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，可变电阻型传感器向控制器16输出与扭杆上的扭转量有关的可变转矩信号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设备都是堪用的。响应于各种输入，控制器向电动马达19发送命令22，马达19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。

应当注意，尽管参照用于电动转向应用的马达控制来描述所公开的实施例，但是应当理解，这些参照仅是说明性的，并且所公开的实施例可以应用于采用电动马达的任何马达控制应用，例如转向、阀控制等。此外，本文的参照和描述可以适用于许多形式的参数传感器，包括但不限于转矩、位置、速度等。还应注意，本文对于电机的参照包括但不限于马达，以下为了简洁和简单起见，将仅参照马达而没有限制。

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用于传递所需输出功率的命令。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，并响应于此提供输出命令信号，在这种情况下，例如，向马达19提供输出命令信号。控制器16配置为从逆变器(未示出)产生对应的电压，可选地，逆变器可以与控制器16结合起来并在本文中称为控制器16，使得当电压施加于马达19时，产生期望的转矩或位置。在一个或多个示例中，控制器24作为电流调节器在反馈控制模式下工作，以生成命令22。或者，在一个或多个示例中，控制器24在前馈控制模式下工作以生成命令22。因为这些电压与马达19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/或速度以及操作者施加的转矩。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19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发送指示所施加的转矩的转矩信号18。一个或多个示例性实施例包括这样的转矩传感器28和从中获得的转矩信号18，如它们可以响应柔性扭杆、T形杆、弹簧或类似装置(未示出)，柔性扭杆、T形杆、弹簧或类似装置配置为提供指示施加的转矩的响应。

在一个或多个示例中，温度传感器23位于电机19处。优选地，温度传感器23配置为直接测量马达19的感测部分的温度。温度传感器23将温度信号25发送给控制器16，以便于本文所描述的处理和补偿。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等施加到控制器16。控制器16处理所有输入信号以产生对应于每个信号的值，从而得到转子位置值、马达速度值和转矩值，这些值可用于在本文所述的算法中进行处理。通常，根据需要将诸如上述之类的测量信号线性化、进行补偿和滤波，以增强所获取信号的特性或消除所获取信号的不期望特性。例如，可以将这些信号线性化以提高处理速度，或者解决信号的大动态范围。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光谱特性。

为了执行所述功能和期望的处理以及由此执行计算(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，以及包含前述至少一种的组合。例如，控制器16可以包括输入信号处理和滤波，以实现来自通信接口的这些信号的准确采样、转换或获取。控制器16的附加特征及其中的某些处理稍后在本文详细讨论。

用于补偿EPS中的增加的摩擦的现有技术使用在中心输入上的处于低手握式方向盘速率的瞬时总作用力的估计，以确定移动手握式方向盘14所需的作用力。通过将该估计的作用力与基本/标称预期作用力水平进行比较，现有技术可以提供补偿以考虑由于摩擦水平增加而导致的增量作用力(估计作用力与预期作用力之间的差值)。现有技术使用学习约束条件，这些学习约束条件配置为在诸如高速公路车辆速度和中心手握式方向盘输入的特定的EPS配置下工作。发现现有技术在偏心和高手握式方向盘速率输入期间学习增加的作用力水平方面不是很有效，例如，在降低的车速(低于预定阈值)运行车辆(例如，在停车场)等时。

本文描述的技术方案使用加速度计49，加速度计49被安装以刚性连接至容纳多个部件(图1A的柱式EPS系统中的蜗杆47)的转向辅助机构，以感测例如由生锈的滚珠螺母或任何其他原因引起的振动。应当注意，加速度计49可以安装在与所描述的示例中的位置不同的位置处，这在这里更多地用于解释目的。图1B描绘了转向系统40的局部视图，其中示出了加速度计49以测量滚珠螺母组件55的加速度，EPS系统40是齿条式EPS系统。应当注意，图1A和图1B是为了说明性目的，并且加速度计49的位置是用于说明；在一个或多个示例中，加速度计的位置可以与所描绘的不同。例如，加速度计49可以是控制器16本身的片上系统(SoC)的一部分，其中加速度计49配置为测量转向系统40中的特定机械部件的加速度计，例如柱式EPS中的蜗轮组件和齿条式EPS中的滚珠螺母组件55。

本文描述的技术方案获取正常(未生锈)和生锈的部件之间的转向辅助部件的内部振动的变化。另外，在一个或多个示例中，本文描述的技术方案使用检测方案来补充现有技术的学习条件。摩擦检测可以在任何车辆速度下进行，包括低于预定速度阈值的停车场速度，并且可以提供相应的扭矩补偿(扭矩辅助)。在一个或多个示例中，可以应用组合的摩擦检测策略来提供对于更广的操作点集的增加的摩擦的补偿，例如，对于较高车速(超过预定阈值速度)的现有技术以及对于较低车速(等于或小于预定阈值速度)的本文所描述的技术方案。

为了描述一个或多个实施例，以滚珠螺母组件55为例，但是应当理解，本文描述的特征适用于与待观察的任何其他机械部件(例如，蜗轮组件47)一起使用。

图2示出了根据一个或多个实施例的基于加速度计的摩擦检测系统200。基于加速度计的摩擦检测系统200包括加速度计49、基于加速度计的摩擦变化检测器210、摩擦估计和学习模块220、摩擦补偿模块230以及其它部件。基于加速度计的摩擦变化检测器210可以是硬件单元，硬件单元包括与加速度计49和控制器16耦接的电子电路。可替代地或另外，基于加速度计的摩擦变化检测器210是控制器16的一部分。在一个或多个示例中，基于加速度计的摩擦变化检测器210包括存储器存储设备，该存储器存储设备包括一个或多个计算机可执行指令，这些指令可由诸如控制器16的处理单元执行以执行本文所述的摩擦估计。

摩擦估计和学习模块220使用已知的现有技术确定EPS 12中的摩擦的量。在一个或多个示例中，基于EPS信号的摩擦检测模块110包括学习模块，该学习模块从EPS 12的一个或多个传感器(加速度计49除外)接收一个或多个输入信号。例如，输入信号包括手握式方向盘角度、手握式方向盘速率、手握式方向盘扭矩、马达扭矩、横向加速度、车速和一个或多个学习约束条件。在一个或多个示例中，摩擦估计和学习模块220确定摩擦估计225。摩擦补偿模块230使用该摩擦估计225来确定要对EPS 12正产生的辅助扭矩做出的调节235。摩擦补偿模块230向对马达19进行马达控制的控制器16发送摩擦调节235。控制器16根据摩擦调节235修改施加到马达19的辅助扭矩产生命令245(电压命令、电流命令)。马达19继而产生相应的辅助扭矩量，以供驾驶员操纵车辆10。

基于加速度计的摩擦变化检测器210启用/禁用本文所述的摩擦学习和估计。基于加速度计的摩擦变化检测器210生成检测到高摩擦215信号，检测到高摩擦215信号被输入到摩擦估计和学习模块220中。如果检测到高摩擦215信号被禁用，则摩擦估计和学习模块220继续操作。

基于加速度计的摩擦变化检测器210通过追踪由于摩擦增加而引起的生锈/损坏的滚珠螺母轴承的滚珠螺母轴承阶次来检测EPS 12的辅助扭矩部件中的摩擦变化。由马达19通过皮带轮和皮带驱动的滚珠螺母轴承将运动传递至齿条，该齿条将EPS 12连接至车辆10的车轮。通常，滚珠螺母轴承是EPS 12中容易生锈的最关键部件。应当注意，类似于在齿条式EPS系统的情况下使用滚珠螺母，可以调整本发明的一个或多个实施例，以选择性地识别与柱式或小齿轮EPS系统的关键部件对应的目标频率。本文描述的技术方案的一个或多个实施例检测与诸如轴承、蜗杆/蜗轮和其他此类部件的旋转部件相关联的缺陷。对于这些情况而言，技术方案有助于检测基于阶次的缺陷。在基于阶次的缺陷中，产生的干扰的频率随部件的旋转速度(例如RPM)和/或角速度而变化。

使用不同的技术来对由加速度计49在EPS中捕获的加速度水平进行滤波，以遵循滚珠螺母的轴承阶次，因此，能级有助于针对特定时间点时的阶次捕获振动。随着生锈开始产生，摩擦表现为与滚珠螺母的阶次频率对应的增长的能级。

基于加速度计的摩擦变化检测器210使用不同的技术提取能量含量。在一个或多个示例中，针对与轴承缺陷的阶次相关的滚珠螺母速度，使用移动(moving)带通滤波器来提取能量含量。可选择地，在一个或多个示例中，使用基于LMS的相关技术来跟踪目标马达滚珠螺母速度或马达滚珠螺母位置处的扰动幅度。在本文，滚珠螺母阶次是滚珠螺母缺陷的指标。通常，滚珠螺母和马达具有预定比率，该比率指示了马达19的旋转次数与滚珠螺母组件55的相应旋转次数之间的关系；把这种关系称为"阶次"。例如，如果滚珠螺母组件55的旋转次数与预定阶次不匹配，那么可以基于该阶次标识出滚珠螺母组件55(或与马达19具有这种关系的任何其他机械部件)中的缺陷。在一个或多个示例中，滚珠螺母组件55的内圈和外圈可以具有不同的阶次，例如，内圈是第18阶次，外圈是第22阶次。

因此，如果滚珠螺母组件55呈现出与预定的滚珠螺母阶次不同的阶次，那么就可以标识出滚珠螺母组件55中的缺陷。需要调整滚珠螺母阶次，因为不测量滚珠螺母速度，而是测量马达速度。因此，需要通过皮带/皮带轮比率来调整滚珠螺母阶次。

图3是示出根据一个或多个实施例的基于加速度计的摩擦变化检测器210使用移动带通滤波器提取加速度计信号中的能量含量的操作流程的框图。在这种情况下，通过移动带通滤波器340处理可实时获得的时域加速度计数据325，该带通滤波器的中心频率与滚珠螺母轴承阶次的内圈和外圈的中心频率一致。这是因为引起摩擦增加的缺陷会影响与缺陷阶次对应的内圈频率323和外圈频率327的能级。

因此，在对加速度计数据325的分析中包括阶次频率315。这是通过基于马达速度信号305计算(310)阶次频率315来完成的。使用转换因子307将马达速度转换为阶次频率。在一个或多个示例中，可以动态地计算转换因子307，或者可选择地，转换因子307是校准值。在一个或多个示例中，还包括与内圈和外圈相关联的阶次的一次谐波和二次谐波用于进行分析。例如，如果滚珠螺母组件55的内圈和外圈分别为第9阶次和第11阶次，那么分析还将包括第18阶次和第22阶次(二次谐波)。

将阶次频率315与半带宽值317相加(320)，以计算外圈频率327。外圈频率327用作最大值，以执行对加速度计信号325的低通滤波器(342)。此外，从阶次频率315减去(330)半带宽值，以计算内圈频率323。内圈频率323用作最小值，以执行对低通滤波后的加速度计信号的高通滤波器(344)。可以进一步延迟(360)高通滤波器344的输出的绝对值(350)，以用作带通加速度计信号365。

带通加速度计信号365在针对绝对手握式方向盘位置而绘出时，提供区分信息来区分非摩擦齿轮和摩擦齿轮。图4是示出针对手握式方向盘绝对位置绘出的带通加速度计信号365的曲线图，其中记录了在持续时间内在预定车速下对于恒定半径操纵的数据。曲线-1 401、曲线-2 402和曲线-3 403分别描绘了按时间t1、时间t2和时间t3的时间顺序在时间t1、时间t2和时间t3时收集的数据。这些曲线中绘出的数据是在纵向研究期间收集的，它们可以是在不同的日期、在数周中、数月中等收集的，以使得机械部件产生并显现出缺陷，例如，生锈。在其他情况下，如果可以加快缺陷研究的速度，那么可以更快的速率收集数据。与数据收集相关联的频率/周期不会影响本文描述的技术方案。应当注意，图4中的曲线例如是针对一个示例场景的，对于不同的示例而言，这些曲线将会不同。

图5是示出根据一个或多个实施例的绘出基于加速度计的摩擦变化检测器210使用最小均方(LMS)滤波器提取加速度计信号中的能量含量的操作流程的框图。通常，在噪声消除中使用基于LMS的滤波以去除有用信号中包含的噪声。本文使用从LMS滤波得到的自适应滤波系统，并将其称为自适应谱线增强器(ALE)430。ALE 430是一种可将周期性分量和随机性分量分开的自适应自调谐滤波器。ALE 430将参考信号和感兴趣信号之间的频率含量关联起来。在这种情况下，感兴趣信号是加速度计信息，参考信号是正弦干扰信号，其频率与阶次频率对应。

ALE 430还接收使用马达速度计算(310)的阶次频率315作为输入。参考信号产生器块410输出参考信号，该参考信号是正弦波，其整体幅度和频率与阶次频率315对应。在将阶次频率315发送到ALE 430之前，使用预定延迟来延迟(420)参考信号产生器块410的输出。因此，参考信号是由参考信号产生器410使用正弦波发生器结合延迟(420)生成的，正弦波发生器的频率是由马达速度305和转换因子307确定的。ALE 430还接收自适应步长415，自适应步长415可以是预定值或被动态计算以调整ALE 430的性能。

ALE 430包括LMS滤波(432)单元，LMS滤波(432)单元使用如下LMS等式来计算消除命令435。

W(n+1)＝W(n)+2μ.e(n).x(n)，其中

μ＝定义收敛速度的自适应步长

e(n)＝滤波器输出与加速度计信号之间的差

x(n)＝参考信号(参考信号产生器410的输出)

因此，滤波器的输出为：Y(n)＝W(n+1).x(n)

在上述等式中，n表示时间/迭代，其中第n次迭代被用在下一次即第n+1次迭代期间的计算过程中。

另外，从加速度计信号325减去(440)由LMS滤波432输出的先前消除命令435，以计算先前ε(epsilon)455，该先前ε455被输入到LMS滤波432。在一个或多个示例中，在将计算的差输入到LMS滤波(440)中之前，将先前ε455延迟(450)预定持续时间。确定消除命令435的幅度465(460)，得出的幅度465用于检测与发送加速度计信号325的加速度计49相关联的滚珠螺母的摩擦变化。

由于在加速度计信号325中存在基于阶次的信息，因而ALE 430可用于对加速度计信号325中的任何适当的频率进行阶次跟踪。使用ALE 430，收集基于频率的信息。由ALE430生成的消除命令435估计所需的消除水平。消除命令的幅值很好地表示了加速度计信号325中存在的与目标频率对应的能量。

消除命令435的幅度465在针对绝对手握式方向盘位置而绘出时，提供区分信息来区分非摩擦齿轮和摩擦齿轮。图6A和图6B是示出针对手握式方向盘绝对位置绘出的消除命令435的曲线图，其中记录了在持续时间内在预定车速下对于恒定半径操纵的数据。曲线-1610、曲线-2 620和曲线-3 630分别描绘了按时间t1、时间t2和时间t3的时间顺序在时间t1、时间t2和时间t3时收集的数据。而且，曲线-1 611、曲线-2 621和曲线-3 631分别描绘了按时间t11、时间t21和时间t31的时间顺序在时间t11、时间t21和时间t31时收集的数据。如前文所述，此处描述的数据是在对机械部件的缺陷的纵向研究期间的，这些数据可以是在数天、数周、数个月中等收集的，并且在某些情况下，如果研究允许的话，可以以加速的方式来收集。数据收集的频率/周期不影响本文描述的技术方案。应当注意，图6A和图6B中的曲线是对于多个示例场景的，对于不同的示例而言，这些曲线将会不同。

在上述实施例中，选择带通中心频率(即带通滤波器340的一半带宽)以及LMS滤波432中的参考信号频率，使得其对于给定采样不超过奈奎斯特(Nyquist)频率，或者不会太低以至于可能与发动机点火频率重叠，而发动机点火频率又取决于车辆的发动机(未示出)的RPM、正常车辆道路干扰等。

如果使用带通方法，选择适当的半带宽和中心频率，那么在频率范围对于确定摩擦检测的原因无效时，检测被禁用。称为滤波器启用300的输入信号用于启用/禁用带通滤波器340的滤波。在LMS方法中，在频率范围对于检测无效时，使用滤波器启用300输入来启用/禁用LMS滤波430。在一个或多个示例中，滤波器启用300是二进制信号，该二进制信号变为零(或表示"关闭"的任何其他值)以禁用滤波，并且基本为1(或表示"开启"的任何其他值)以启用滤波。

图7是根据一个或多个实施例的用于计算滤波器启用300输入的方法700的流程图。方法700包括在705连续检查手握式方向盘速率。方法700包括在710检查手握式方向盘速率是否大于(或等于)预定阈值，该手握式方向盘速率是驾驶员正在操纵手握式方向盘的速率。如果不满足该条件，那么在715将滤波器启用300输入设置为禁用(例如，0，关闭)。可选择地，方法700包括在720确保手握式方向盘速率大于发动机点火频率，该发动机点火频率是预定值。为此目的，可以使用利用LMS滤波器或带通滤波器的自适应滤波。随后，在725，将滤波器启用300输入切换为启用(例如，1，开启)。如果手握式方向盘速率小于或等于发动机点火速率，那么可以不将滤波器启用300输入设置为启用。连续重复方法700，以便连续更新输入到本文描述的摩擦检测技术的滤波器启用300的值。

如此计算的滤波器启用300，取决于使用哪一种滤波来基于加速度计49确定滚珠螺母组件47中增加的摩擦，被输入到带通滤波器340或ALE 430。如果禁用了滤波器启用300，那么滤波器(340/430)不计算相应的输出，无论是带通加速度计信号365还是幅度465。如果启用了滤波器启用300，那么计算相应的输出。在一个或多个示例中，来自滤波器(340/430)的输出经过去除抖动操作。

图8是根据一个或多个实施例的对来自用于进行摩擦估计的滤波器模块的输出进行去除抖动的框图。去除抖动单元810接收图3的带通加速度计信号365，或图5的幅度465。去除抖动单元810可以使用诸如P/N去除抖动等已知去除抖动技术来对接收到的输入进行去除抖动。将去除抖动的输出与预定阈值825进行比较(820)。如果去除抖动的输出大于(或等于)预定阈值，那么将检测到高摩擦215标志设置为启用(开启，1)。可选择地，将检测到高摩擦215标志设置为禁用(关闭，0)。例如，将带通的加速度计信号或幅度与预定阈值(幅度阈值)进行比较，随后使用P/N去除抖动对该预定阈值去除抖动。而且，将去除抖动的输出与去除抖动的阈值进行比较，以将检测到高摩擦标志215设置为启用。

实施去除抖动以防止间歇性临界情况和由于脉冲/道路干扰(例如颠簸、坑洼等)而导致的误检测。去除抖动逻辑的目标函数针对值阈值和时间阈值而被验证，以适当地设置故障，并向驾驶员通知高摩擦。

使用本文描述的技术方案，随着EPS 12或任何其他运动控制系统中的摩擦增加，可以跟踪处于与滚珠螺母内圈阶次/外圈阶次对应的目标频率处的加速度计能量含量以及基于其他阶次的含量。本文描述的技术方案促进了检测有关加速度计测量的机械部件的具体阶次的实施方式。在一个或多个示例中，诸如马达扭矩、手握式方向盘扭矩之类的等效EPS信号可以用作跟踪基于阶次的频率含量的度量。

本文描述的技术方案可以与使用2轴加速度计49的EPS系统12一起使用。在一个或多个示例中，通常基于车辆操作者规范的手握式方向盘作用力阈值被转换为加速计阈值，用于高摩擦检测。本文描述的技术方案具有内置的鲁棒性，以最小化错误地检测来自非转向辅助机构源的摩擦，例如由于去除抖动逻辑等造成的错误检测。

虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明的一个或多个实施例，但应容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。而是，可以修改本发明以包含此前未描述但与本发明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，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，本发明的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应视为受前述描述的限制。

Claims

1.一种用于基于频率跟踪的摩擦检测的方法，所述方法包括：

通过滤波器模块接收来自与辅助扭矩系统耦合的加速度计的加速度计信号；

通过所述滤波器模块基于所述辅助扭矩系统的阶次频率，估计所述加速度计信号中的谐波含量；

响应于检测到的所述谐波含量大于或等于预定阈值，启动所述辅助扭矩系统中的摩擦估计；以及

基于所述辅助扭矩系统中的估计摩擦来调节由所述辅助扭矩系统产生的扭矩量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器模块是移动带通滤波器。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：使用所述辅助扭矩系统的所述阶次频率计算用于所述移动带通滤波器的低通滤波器模块的外圈频率。

4.根据权利要求3所述的方法，其中通过将所述阶次频率和所述移动带通滤波器的半带宽相加来计算所述外圈频率。

5.根据权利要求2所述的方法，还包括：使用所述辅助扭矩系统的所述阶次频率计算用于所述移动带通滤波器的高通滤波器模块的内圈频率。

6.根据权利要求5所述的方法，其中通过从所述阶次频率减去所述移动带通滤波器的半带宽来计算所述内圈频率。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器模块使用最小均方计算。

8.根据权利要求7所述的方法，其中将自适应谱线增强器滤波器的滤波后输出的幅度与所述预定阈值进行比较，以确定所述摩擦估计的启动。

9.一种用于基于频率跟踪的摩擦检测的系统，包括：

马达；

加速度计，与辅助扭矩系统耦合；以及

马达控制系统，操作所述马达，并使用所述加速度计执行基于频率跟踪的摩擦检测，所述摩擦检测包括：

使用滤波器模块基于所述辅助扭矩系统的阶次频率，估计来自所述加速度计的加速度计信号中的谐波含量；

基于所述辅助扭矩系统中的估计摩擦来调节由所述马达产生的扭矩量。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述滤波器模块是移动带通滤波器。

11.根据权利要求10所述的系统，其中使用所述辅助扭矩系统的所述阶次频率计算用于所述移动带通滤波器的低通滤波器模块的外圈频率。

12.根据权利要求10所述的系统，其中使用所述辅助扭矩系统的所述阶次频率计算用于所述移动带通滤波器的高通滤波器模块的内圈频率。

13.根据权利要求9所述的系统，其中所述滤波器模块是使用最小均方计算的自适应谱线增强器滤波器。

14.根据权利要求13所述的系统，其中将所述自适应谱线增强器滤波器的滤波后输出的幅度与所述预定阈值进行比较，以确定所述摩擦估计的启动。

15.一种摩擦检测系统，包括：

加速度计，与辅助扭矩系统耦合；以及

控制器，与所述加速度计耦合，所述控制器执行基于频率跟踪的摩擦检测，包括：

16.根据权利要求15所述的摩擦检测系统，其中所述滤波器模块是移动带通滤波器。

17.根据权利要求16所述的摩擦检测系统，其中使用所述辅助扭矩系统的所述阶次频率计算用于所述移动带通滤波器的低通滤波器模块的外圈频率。

18.根据权利要求16所述的摩擦检测系统，其中使用所述辅助扭矩系统的所述阶次频率计算用于所述移动带通滤波器的高通滤波器模块的内圈频率。

19.根据权利要求15所述的摩擦检测系统，其中所述滤波器模块是使用最小均方计算的自适应谱线增强器滤波器。

20.根据权利要求19所述的摩擦检测系统，其中将所述自适应谱线增强器滤波器的滤波后输出的幅度与所述预定阈值进行比较，以确定所述摩擦估计的启动。