CN111634325B - 线控转向系统中的手握式方向盘-车轮重新同步 - Google Patents

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Abstract

根据一个或多个实施例，线控转向系统包括手握式方向盘致动器、车轮致动器以及重新同步模块，该重新同步模块用于动态地调整用于齿条位置参考计算的手握式方向盘位置。动态调整包括基于实际的手握式方向盘位置和同步的手握式方向盘位置的差来确定失同步量。动态调整还包括使用失同步量、车辆速度和手握式方向盘速度来计算手握式方向盘调整。动态调整还包括基于手握式方向盘调整和实际的手握式方向盘位置来计算调整的手握式方向盘位置。动态调整还包括基于调整的手握式方向盘位置来更新参考齿条位置。不断地重复进行动态调整，直到手握式方向盘调整基本等于零为止。

Description

线控转向系统中的手握式方向盘-车轮重新同步
背景技术
电动助力转向(EPS)通常包括诸如方向盘、管柱(column)、齿条小齿轮、电动马达致动器等组件。EPS通过提供必要的转矩辅助来帮助操作者转向车辆。辅助转矩基于操作者施加的转矩。在稳态情况下，操作者转矩和辅助转矩对抗由于轮胎-道路相互作用而产生的齿条力。
典型的线控转向(SbW)系统包括车轮致动器(RWA)单元和手握式方向盘(或方向盘)致动器(HWA)单元。与EPS不同，SbW中的两个单元是机械断开的，并通过受控局域网(CAN)接口(或其他类似的数字通信协议)进行通信。HWA单元从RWA单元接收齿条力信号，以为操作者生成适当的转矩感觉。可替代地，手握式方向盘角度和车辆速度也可以用于为操作者产生期望的转矩感觉。来自HWA单元的角度被发送到RWA单元，RWA单元执行位置控制以控制齿条行进。
发明内容
根据一个或多个实施例，线控转向系统包括手握式方向盘致动器、车轮致动器以及重新同步模块，该重新同步模块用于动态调整用于齿条位置参考计算的手握式方向盘位置。动态调整包括基于实际的手握式方向盘位置和同步的手握式方向盘位置的差来确定失同步量。动态调整还包括使用失同步量、车辆速度和手握式方向盘速度来计算手握式方向盘调整。动态调整还包括基于手握式方向盘调整和实际的手握式方向盘位置来计算调整的手握式方向盘位置。动态调整还包括基于调整的手握式方向盘位置来更新参考齿条位置。不断地重复进行动态调整，直到手握式方向盘调整基本等于零为止。
根据一个或多个实施例，线控转向系统中的手握式方向盘和车轮的同步方法包括动态调整用于齿条位置参考计算的手握式方向盘位置。重新同步包括动态调整用于齿条位置参考计算的手握式方向盘位置。动态调整包括基于实际的手握式方向盘位置和同步的手握式方向盘位置的差来确定失同步量。动态调整还包括使用失同步量、车辆速度和手握式方向盘速度来计算手握式方向盘调整。动态调整还包括基于手握式方向盘调整和实际的手握式方向盘位置来计算调整的手握式方向盘位置。动态调整还包括基于调整的手握式方向盘位置来更新参考齿条位置。不断地重复进行动态调整，直到手握式方向盘调整基本等于零为止。
根据一个或多个实施例，计算机程序产品包括具有存储在其中的计算机可执行指令的存储器存储装置，该计算机可执行指令在由处理单元执行时使处理单元执行线控转向系统中的手握式方向盘和车轮的重新同步。重新同步包括动态调整用于齿条位置参考计算的手握式方向盘位置。动态调整包括基于实际的手握式方向盘位置和同步的手握式方向盘位置的差来确定失同步量。动态调整还包括使用失同步量、车辆速度和手握式方向盘速度来计算手握式方向盘调整。动态调整还包括基于手握式方向盘调整和实际的手握式方向盘位置来计算调整的手握式方向盘位置。动态调整还包括基于调整的手握式方向盘位置来更新参考齿条位置。不断地重复进行动态调整，直到手握式方向盘调整基本等于零为止。
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
图1是根据一个或多个实施例的线控转向系统的示例性实施例；
图2A和图2B描绘了根据一个或多个实施例的重新同步模块的框图；
图2C描绘了根据一个或多个实施例的用于计算逆“c因子”的模块的框图；
图3示出了根据一个或多个实施例的示例性场景中的仿真结果；
图4描绘了根据一个或多个实施例的平滑的c因子曲线图；
图5描绘了根据一个或多个实施例的描绘对行程终端位置的调整的曲线图；以及
图6描绘了根据一个或多个实施例的用于计算手握式方向盘的行程终端位置的框图。
具体实施方式
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。
如本文所使用的术语模块和子模块指的是一个或更多个处理电路(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。
本申请大体上涉及转向系统，并且特别地描述了一种或更多种用于在线控转向式的转向系统中使用手握式方向盘致动器来提供操作者通知的技术。
转向系统通过提供必要的转矩辅助来帮助操作者转向车辆。如今，现代转向系统通常包括方向盘、管柱(column)、齿条小齿轮、电动马达致动器等组件。辅助转矩基于操作者施加的转矩。在稳态情况下，操作者转矩和辅助转矩对抗由于轮胎-道路相互作用而产生的齿条力。
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)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包括一个或更多个机械组件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/逆变器(inverter)。HWA 10还包括控制机械组件12的运转的微控制器14。微控制器14经由一个或更多个机械组件12接收和/或产生转矩。
RWA包括一个或更多个机械组件24，例如通过滚珠螺母/滚珠螺钉(齿轮)装置耦接到马达/逆变器的转向齿条和/或小齿轮，并且齿条通过拉杆连接到车辆车轮/轮胎。RWA 20包括控制机械组件24的运转的微控制器22。微控制器22经由一个或更多个机械组件24接收和/或产生转矩。
微控制器12和22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12和RWA控制器22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12和22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。
在具有手握式方向盘和车轮之间的机械联动的转向系统中，一个或更多个齿轮和其他机械组件使手握式方向盘和车轮保持同步。即，每当手握式方向盘移动时，车轮便根据机械联动移动。但是，在不存在这种机械联动的SbW系统40的情况下，手握式方向盘和车轮可能不同步。例如，如果在关闭SbW系统40(车辆关闭，SbW与电池断开连接等)时移动手握式方向盘，和/或如果手握式方向盘被推过行程终端限度，则手握式方向盘位置与车轮的位置不同步。另外，在车辆开启自动驾驶的情况下，在自动驾驶期间，手握式方向盘可能不会改变位置，因为自动驾驶系统控制车轮来操纵车辆；因此，手握式方向盘和车轮可能不同步。
这种不同步的情况是技术上的挑战，因为试图重新同步车轮和手握式方向盘的SbW系统40可能进行相当快的操纵，这可能会引起操作者的摇晃。替代地或者附加地，车轮可以改变位置以与手握式方向盘的位置同步，从而使操作者体验到“自转向”的情况，在该情况下，车辆在没有来自操作者的任何输入的情况下进行操纵。
例如，当手握式方向盘与车轮不同步时，以规定的转向比从手握式方向盘位置命令的齿条位置参考可能与实际齿条位置相距很远。HWA 10和RWA20通常具有“转向比”，该“转向比”确定在SbW系统40的手握式方向盘中进行相应的位置改变时车轮改变位置多少。转向比是预定值。因此，如果RWA 20使用转向比，并且直接应用这种齿条位置参考，则当RWA20试图将齿条位置移至其参考齿条位置时，发生非常快速的不受控的同步。参考齿条位置是由RWA 20基于手握式方向盘位置计算的。这对车辆的控制有两个负面影响。首先，操作者可能会经受突然且非常不舒服的摇晃，因为RWA 20通常被调整以提供快速的齿条位置跟踪。其次，由于手握式方向盘不移动，而齿条自行移动，因此车辆在此过程中会自主转向。
另一方面，不能保持不同步不变，因为它可能引起操作者的困惑。
本文描述的技术方案解决了这样的技术挑战，并在SbW系统40的情况下提供了用于手握式方向盘和车轮的重新同步技术。本文描述的技术方案在始终保持车辆行驶方向控制的同时提供重新同步，这需要转动车轮与手握式方向盘方向相同。
使用本文描述的技术方案，当手握式方向盘不移动时，车轮不移动，即，当操作者不转向时，不执行重新同步。此外，当操作者进行转向时，即移动手握式方向盘时，以有效地改变转向因子的方式进行重新同步，该转向因子是手握式方向盘每转一圈时的齿条行进量(以毫米为单位)(“c”因子)，其混入转向动作。
转向系统40可以包括重新同步模块200，该重新同步模块200通过调整RWA 20用于计算齿条位置参考的手握式方向盘位置来实施本文所述的技术方案。应该注意的是，虽然图1将重新同步模块200描绘为单独的块，但是在一个或多个示例中，重新同步模块200是HWA 10的控制器14和/或RWA 20的控制器22的一部分。重新同步模块200可包括一个或更多个电子电路。在一个或多个示例中，重新同步模块200包括其中存储有一个或更多个计算机可执行指令的存储装置。
图2A和图2B描绘了根据一个或多个实施例的重新同步模块的框图。重新同步模块200计算手握式方向盘角度调整量225，该调整量被加到实际手握式方向盘位置以变为用于生成齿条位置参考的手握式方向盘位置。调整量225是三个变量的函数：失同步量212、车辆速度231和手握式方向盘速度232。
重新同步模块200包括开关210，当由于事件的发生而请求重新同步时，该开关210接通。这种事件的两个示例是：1)从自动驾驶过渡到人类驾驶；2)打开发动机点火开关。可以理解的是，其他事件也可以触发重新同步。失同步量212是同步的手握式方向盘位置与当前的手握式方向盘位置之间的差，其中，同步的手握式方向盘位置是通过对齿条位置进行逆c因子查找而从齿条位置计算的。
图2C描绘了根据一个或多个实施例的用于计算逆“c因子”的模块的框图。齿条位置被用作输入，并且通过齿条位置对手握式方向盘位置计算器250计算相应的手握式方向盘位置。计算的手握式方向盘位置与测量的手握式方向盘位置(实际的手握式方向盘位置)之间的差被计算(255)作为失同步量212。
参照图2A和图2B，调整量225最初等于失同步量212，并且随着调整量225减小，失同步量212减小。当调整量225基本匹配预定值211(例如零)时，SbW 40系统被重新同步(同步上)。系统重新同步后，重新同步模块200的输出225基本上等于零(预定值211)，直到重新同步模块200关闭然后重新打开为止；此时，取决于如上所述的输入，重新同步模块200重新启动并重新计算新的调整量225。关闭重新同步模块200的事件的示例包括：1)从人类驾驶切换到自动驾驶；2)点火开关关闭等。可以理解的是，其他各种事件也可以触发关闭。
重新同步计算220接收开关210的输出以及由转换率限制器(slew rate limiter)230输出的计算的转换率(slew rate)221。基于手握式方向盘速度的转换率限制器230通过重新同步计算器220控制同步率。转换率限制器230接收车辆速度231和手握式方向盘速度232。转换率限制器230有助于如果手握式方向盘速度232为零，即如果操作者保持手握式方向盘稳定，则由于手握式方向盘速度232被用来乘以(235)转换率221，齿条位置参考的变化不受影响。因此，当手握式方向盘速度232为零时，即当手握式方向盘静止时，不执行重新同步。这样可以防止自主转向。当操作者开始转向时，则齿条位置参考是两个变量的函数：除了车辆速度231之外，还有当前的手握式方向盘位置241以及手握式方向盘调整225。
将当前的手握式方向盘位置241和手握式方向盘调整225相加(242)。参考齿条位置计算器240使用所得的调整的手握式方向盘位置243和车辆速度231来计算参考齿条位置245。
在一个或多个示例中，重新同步模块200在一个或更多个表中，例如，在速度矢量、手握式方向盘速度矢量和c因子变化查找表中使用三维查找。例如，转换率限制器230使用车辆速度231和手握式方向盘速度232来查找输出的转换率221。此外，参考齿条位置计算器240基于使用车辆速度231和手握式方向盘位置的查找表来确定参考齿条位置245，在这种情况下，使用调整的手握式方向盘位置243。
图3示出了根据一个或多个实施例的示例性场景中的仿真结果。应当理解，描述的场景以及本文提供的特定曲线图、时序以及其他这样的值是示例性的，并且仅仅是关于本文描述的技术方案可能的其他几种情况之外的一种。在描绘的示例场景中，SbW系统40不同步(310)，其中最初，手握式方向盘在中心，但是齿条不同步超过200小齿轮度。此外，在示例场景中，在t＝20秒之前，操作者保持手握式方向盘静止，因此没有重新同步。在t＝20秒之后，操作者向手握式方向盘提供30度幅度的0.5Hz正弦波(320)，这激活了重新同步计算220。SbW系统40花费大约8秒来重新同步。通过如本文所述确定的调整量(330)来调整手握式方向盘位置(320)，这得到调整的手握式方向盘位置(340)。如图所示，使用调整的手握式方向盘位置(340)而计算的参考齿条位置(350)沿与手握式方向盘(320)相同的方向移动。通常，齿条位置紧随齿条参考位置。
在200中的重新同步逻辑在240中的c因子逻辑之外实现。这种分离允许重新同步逻辑实现为与各种c因子逻辑实现一起工作。此外，尽管逻辑分离，但重新同步逻辑仍有效地改变了c因子，这允许重新同步平滑地融合到驾驶员的动作中。底部曲线图(360)示出了在该示例场景中，重新同步模块200在重新同步过程期间将c因子改变为可校准的50％。具体地，当手握式方向盘朝向车轮移动时，c因子减小50％，而当手握式方向盘远离车轮移动时，c因子增大50％。在一个或多个示例中，重新同步模块200可以被校准以生成平滑的c因子改变，如图4所示。例如，可以使用平滑过滤器，例如移动平均值，或任何其他这样的计算。
此外，手握式方向盘调整225还用于调整手握式方向盘的行程软终端(soft end)位置。如图5所示，通过手握式方向盘调整225来修改左行程软终端位置(510)和右行程软终端位置(520)，以将齿条行程终端位置准确地传递回手握式方向盘。图5还示出，随着手握式方向盘和车轮同步，行程软终端位置(510、520)逐渐回到其正常位置。如所描绘的，齿条的左和右行程终端位置(540、550)保持稳定，这通常是齿条位置(530)的物理限度。
图6描绘了根据一个或多个实施例的用于计算手握式方向盘的行程终端位置的框图。可以是齿条的最左位置的齿条位置最大限度540被转换(620)到手握式方向盘的左行程终端(510)。例如，车辆速度231和c因子610用于计算手握式方向盘的左行程终端(510)。该转换是使用HWA 10使用的典型计算来执行以将齿条位置转换为手握式方向盘位置。另外，通过添加或加上(630)手握式方向盘调整225来调整计算的左行程端，以获得左行程终端(510)。
类似地，可以使用车辆速度231和c因子610将可以是齿条的最右位置的齿条位置最小限度550转换(640)到手握式方向盘的右行程终端(520)。该转换是使用HWA 10使用的典型的齿条位置到手握式方向盘位置的转换来执行的。通过添加或加上(650)手握式方向盘调整225来进一步调整转换后的值，以获得右行程终端(520)。
应当理解，在以上描述中的“最大”、“最小”、“右”和“左”值可以在本文描述的技术方案的其他示例实施方式中互换。
行程终端(510、520)位置用于在操作者驱使手握式方向盘超出了这些位置的情况下向操作者提供通知。该通知可以是手握式方向盘或任何其他组件(例如座椅)处的触觉转矩。替代地或另外，该通知可以包括诸如经由声音系统、驾驶员信息控制台等的音频/视觉通知。
因此，本文描述的技术方案有助于SbW系统动态地调整c因子，该c因子由HWA和RWA用来调整手握式方向盘和齿条的位置以彼此同步。可以基于诸如车辆速度、手握式方向盘速度等参数来进一步调整调整率。技术方案通过在操作者停止致动手握式方向盘后防止转向系统继续试图并实现期望的位置来改善转向系统的操作。如果不阻止转向系统，则可能导致车辆响应滞后，并可能出现车辆继续自行转向。此外，还可以防止手握式方向盘突然摇晃。
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 (20)

1.一种线控转向系统，包括：
手握式方向盘致动器；
车轮致动器；以及
重新同步模块，动态调整用于齿条位置参考计算的手握式方向盘位置，所述动态调整包括：
基于实际的手握式方向盘位置和同步的手握式方向盘位置的差来确定失同步量；
从转换率限制器接收基于车辆速度和手握式方向盘速度而确定的转换率；
使用失同步量和转换率来计算手握式方向盘调整；
基于手握式方向盘调整和所述实际的手握式方向盘位置计算调整的手握式方向盘位置；以及
基于所述调整的手握式方向盘位置更新参考齿条位置；以及
连续地重复进行所述动态调整，直到手握式方向盘调整基本等于零为止。
2.根据权利要求1所述的线控转向系统，其中，计算所述调整的手握式方向盘位置包括：
将手握式方向盘位置和手握式方向盘调整相加。
3.根据权利要求1所述的线控转向系统，其中，重新同步模块还被配置为基于转换率来限制手握式方向盘调整。
4.根据权利要求1所述的线控转向系统，其中，重新同步模块还被配置为使用手握式方向盘调整来调整手握式方向盘的行程终端位置。
5.根据权利要求4所述的线控转向系统，其中，调整行程终端位置包括：
基于相应的齿条位置限度来计算第一行程终端位置；以及
将手握式方向盘调整加到第一行程终端位置，以计算行程终端位置。
6.根据权利要求4所述的线控转向系统，其中，行程终端位置是左行程终端位置和右行程终端位置之一。
7.根据权利要求4所述的线控转向系统，其中，通知响应于手握式方向盘位置超过行程终端位置而生成。
8.一种线控转向系统中的手握式方向盘和车轮的同步方法，所述同步方法包括：
动态调整用于齿条位置参考计算的手握式方向盘位置，所述动态调整包括：
基于实际的手握式方向盘位置和同步的手握式方向盘位置的差来确定失同步量；
从转换率限制器接收基于车辆速度和手握式方向盘速度而确定的转换率；
使用失同步量和转换率来计算手握式方向盘调整；
基于手握式方向盘调整和所述实际的手握式方向盘位置计算调整的手握式方向盘位置；以及
基于所述调整的手握式方向盘位置更新参考齿条位置；以及
连续地重复进行所述动态调整，直到手握式方向盘调整基本等于零为止。
9.根据权利要求8所述的同步方法，其中，计算所述调整的手握式方向盘位置包括：
将手握式方向盘位置和手握式方向盘调整相加。
10.根据权利要求8所述的同步方法，还包括：
基于转换率来限制手握式方向盘调整。
11.根据权利要求8所述的同步方法，还包括：
使用手握式方向盘调整来调整手握式方向盘的行程终端位置。
12.根据权利要求11所述的同步方法，其中，调整行程终端位置包括：
基于相应的齿条位置限度来计算第一行程终端位置；以及
将手握式方向盘调整加到第一行程终端位置，以计算行程终端位置。
13.根据权利要求11所述的同步方法，其中，行程终端位置是左行程终端位置和右行程终端位置之一。
14.根据权利要求11所述的同步方法，还包括：
响应于手握式方向盘位置超过行程终端位置而生成通知。
15.一种计算机程序产品，包括存储器存储装置，存储器存储装置中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理单元执行时使处理单元执行线控转向系统中的手握式方向盘和车轮的重新同步，所述重新同步包括：
动态调整用于齿条位置参考计算的手握式方向盘位置，所述动态调整包括：
基于实际的手握式方向盘位置和同步的手握式方向盘位置的差来确定失同步量；
从转换率限制器接收基于车辆速度和手握式方向盘速度而确定的转换率；
使用失同步量和转换率来计算手握式方向盘调整；
基于手握式方向盘调整和所述实际的手握式方向盘位置计算调整的手握式方向盘位置；以及
基于所述调整的手握式方向盘位置更新参考齿条位置；以及
连续地重复进行所述动态调整，直到手握式方向盘调整基本等于零为止。
16.根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中，计算所述调整的手握式方向盘位置包括：
将手握式方向盘位置和手握式方向盘调整相加。
17.根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中，所述重新同步还包括：
基于转换率来限制手握式方向盘调整。
18.根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中，所述重新同步还包括：
使用手握式方向盘调整来调整手握式方向盘的行程终端位置。
19.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中，调整行程终端位置包括：
基于相应的齿条位置限度来计算第一行程终端位置；以及
将手握式方向盘调整加到第一行程终端位置，以计算行程终端位置。
20.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中，行程终端位置是左行程终端位置和右行程终端位置之一。
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