CN112752698A - 根据依赖于方向盘扭矩的增益确定方向盘的设定点扭矩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定车辆电动助力转向系统方向盘设定点扭矩的方法，所述设定点扭矩有助于确定直接或间接施加在方向盘上的发动机扭矩，该设定点扭矩是至少一个具有加速度维度的等效横向加速度的函数，其特征在于，所述等效横向加速度由至少依赖于方向盘扭矩的增益加权。

Description

根据依赖于方向盘扭矩的增益确定方向盘的设定点扭矩的 方法

本发明涉及电动助力转向系统领域，更特别地涉及一种确定方向盘的设定点扭矩的方法。

车辆转向系统的目的是允许驾驶员控制车辆的轨迹。该轨迹是由车辆在一段时间内所占据的一组连续位置来描述的。车辆轨迹是依赖于一组参数的曲线，这些参数可以测量或计算。所述参数根据施加在车辆上以产生运动的力的状态而变化。力的状态将在下文中被称为车辆的动态情况。这些参数例如是车辆的纵向速度、车辆的横向加速度、车辆的偏航角速度、车辆的偏航加速度、施加在车轮上的力、方向盘角度、方向盘的旋转速度等。

通过改变车辆车轮的定向角，驾驶员作用于车辆动态情况的某个参数，从而改变车辆的行驶轨迹。车轮的定向角尤其与方向盘的角度有关，以下称为“方向盘角度”。驾驶员通过对方向盘施加一个力来改变方向盘角度，以下称为“方向盘扭矩”。

为了使驾驶员能够控制车辆的行驶轨迹，重要的是驾驶员能够通过转向系统的方向盘感受到车辆的动态情况。

一般来说，转向系统由若干元件组成，包括所述方向盘、齿条和两个均连接至横拉杆的车轮。齿条是允许操纵车轮的部件，也就是说，允许通过横拉杆改变车轮的方向角。齿条将方向盘角度的变化转化为车辆车轮旋转的变化。

电动助力转向系统包括计算机，该计算机特别确定驾驶员在操纵方向盘时要感受到的扭矩，以下称为设定点扭矩。计算机对方向盘扭矩进行伺服控制，使其达到设定点扭矩。这样，计算机改变驾驶员对车辆动态情况的感觉。根据车辆的动态情况，设定点扭矩会发生变化，驾驶员可以或多或少轻松地转动方向盘。例如，当车辆的动态情况对应于停车情况，即车辆以低速执行轨迹的情况时，驾驶员将能够比车辆以高速(通常大于50km/h)执行轨迹时更容易转动方向盘。

方向盘扭矩到设定点扭矩的伺服控制是由控制电机来实现的。控制电机施加电机扭矩，使方向盘扭矩等于设定点扭矩。

在机械式电动助力转向系统中，在方向盘和齿条之间有一个机械连杆，一般由转向柱来实现。然后，控制电机通过向齿条或转向柱施加电机扭矩，间接向转向轮施加电机扭矩。

在“线控转向”型电动助力转向系统中，测量或计算方向盘角度，使操纵电机通过齿条改变车辆车轮的方向。然后，控制电机将电机扭矩直接施加在方向盘上，以便特别是使驾驶员意识到齿条的惯性，也就是齿条的重量。因此，“线控转向”型电动助力转向系统包括两个电机，一个是操纵电机，驱动齿条，另一个是控制电机，对方向盘扭矩施加反扭矩。

在专利FR2948334中描述了一种确定设定点扭矩的方式。更具体地说，设定点扭矩被确定为一个虚拟量的函数，也就是说，一个不对应于物理参数的量，称为“等效横向加速度”，具有加速度维度(L.T-2)。等效横向加速度是由至少一个施加在齿条上的力，也就是说代表施加在车轮上的力的力计算出来的。由此计算出的等效横向加速度由取决于等效横向加速度本身的增益加权。

这种等效横向加速度的确定不能区分驾驶员握住或不握住方向盘的动态情况，即驾驶员对方向盘施加或不施加力的情况。例如，在环岛的出口处就会遇到这样的动态情况，驾驶员握住方向盘以便转弯，然后他松开方向盘，使方向盘“自然地”回到中心，也就是说，在一个方向盘角度上，车辆执行直线轨迹。

本发明的目的在于通过提出一种用于确定车辆的电动助力转向系统的方向盘的设定点扭矩的方法来克服上述全部或部分缺点，所述设定点扭矩允许确定直接或间接施加在方向盘上的电机扭矩，所述设定点扭矩是具有加速度量纲的至少一个等效横向加速度的函数，其特征在于，所述等效横向加速度由依赖于至少一个方向盘扭矩的增益加权。

通过依赖于至少一个方向盘扭矩的增益对等效横向加速度进行加权，可以在确定设定点扭矩时改变等效横向加速度的影响。举例来说，可以选择等效横向加速度为零的一个或多个方向盘扭矩值范围。为此，只要在所述范围上的增益等于0即可。反之，当想要偏向于等效横向加速度时，可以增加增益的值。

增益是一个无维度量，它在设计阶段预先确定，或者根据车辆遇到的动态情况通过学习确定。

一般来说，通过依赖于至少一个方向盘扭矩的增益对等效横向加速度进行加权，可以区分驾驶员握住方向盘的车辆动态情况，即当方向盘扭矩与0不同时，与驾驶员松开方向盘的动态情况，即当方向盘扭矩等于0时。

这样，根据车辆的动态情况，确定设定点扭矩时等效横向加速度的影响很容易改变。

而且，通过连续改变增益，可以抑制在握住方向盘后又松开方向盘的动态情况之间的边缘效应。

根据本发明的一个特征，增益取决于车辆纵向速度。

根据车辆纵向速度改变等效横向加速度的加权增益，可以区分车辆高速运动的动态情况和车辆低速运行以进行停车动作的动态情况。

根据本发明的一个特征，增益在0和1之间变化。

这样，在确定设定点扭矩时，可以考虑当增益等于1时等效横向加速度的影响，或者相反，当增益的值为0时，可以忽略它。

根据本发明的一个特征，等效横向加速度取决于根据车辆的动态情况而变化的参数。

因此，等效横向加速度代表所选择的参数，并且根据车辆的动态情况而变化。

根据本发明的一个特征，该参数选自车辆的偏航角速度、车辆的偏航加速度、车辆的横向加速度、方向盘角度、通过定位在齿条上的传感器测量的施加在齿条上的力、包括施加在电动动力转向系统上的摩擦力的估计值的施加在齿条上的估计力、施加在齿条上的期望力。

偏航角速度表示车辆绕垂直轴旋转的速度，也就是说，与车辆执行轨迹的平面横向的轴。

偏航加速度表示车辆绕垂直轴的旋转加速度。

车辆的横向加速度表示车辆在横向方向上的加速度，也就是说，在横向于车辆的伸长轴的方向上的加速度。

通过定位在齿条上的传感器来测量施加在齿条上的力。所述传感器可以是定位在动力转向系统的横拉杆上的称为“应变仪”的传感器。该传感器可以对施加在齿条上的力进行测量，而不是通过数学模型进行估计。

在齿条上施加的估计力是施加在齿条上的力的表示，在该力上已加上了在转向系统上施加的摩擦力。

施加在齿条上的所需力是齿条力，该力由估计器计算，所述估计器可以是代表简化机械模型的数学模型，或者是向控制电机请求的力，即设定点扭矩，由于控制电机的性能限制，不一定要施加设定点扭矩。

根据本发明的一个特征，设定点扭矩是取决于多个等效横向加速度的总等效横向加速度的函数。

每个等效横向加速度取决于根据车辆的动态情况而变化的参数。

每个等效横向加速度由其特有的增益加权。

每个等效横向加速度允许考虑到车辆动态情况的参数的影响。因此，总等效横向加速度允许通过多个等效横向加速度考虑车辆动态情况的多个参数。

以这种方式，从总等效横向加速度确定的设定点扭矩考虑了车辆动态状况的多个参数。因此，设定点扭矩改善了驾驶员对车辆动态情况的感知。

根据本发明的一个特征，总等效横向加速度由多个等效横向加速度的加权平均来计算。

加权平均由以下公式计算：

其中，A_tot：总等效加速度，A_i：参数i的等效横向加速度，G_i：参数i的等效横向加速度的增益，参数i的个数能够在1到100之间变化。优选地，i等于3。

通过以下描述，将更好地理解本发明，该描述涉及根据本发明的实施例，其通过非限制性示例给出并参考所附示意图进行了解释，其中：

图1是允许确定电机扭矩的算法的逻辑图；

图2是根据图1所示算法的一部分的更精确的逻辑图；

图3是根据图2所示算法的一部分的更精确的逻辑图。

图3示出了如何确定第一参数P1的等效横向加速度A₁和参数P1的所述等效横向加速度A₁的第一增益G1。

第一参数P1代表车辆的轨迹，也就是说，代表车辆的动态情况。在图3所表示的示例中，第一参数P1代表车辆的动力转向系统的方向盘的方向盘角度。

根据第一参数P1，以本领域技术人员已知的方式确定具有加速度维度(L.T^-2)的等效横向加速度Ai。

根据等效横向加速度A₁以及车辆的纵向速度V_V，确定第一增益G1的第一部分G'1。

根据车辆的纵向速度V_V和驾驶员施加在方向盘上的方向盘扭矩C_V，确定第一增益G₁的第二部分G”1。

然后，将第一部分G'1和第二部分G”1相乘，从而得到第一增益G1，该第一增益G1是特定于第一参数P1的无维度量。第一增益G₁由三维图形表示。第一增益G₁在0和1之间变化。

因此，通过使用方向盘扭矩C_V，第一增益G₁允许区分驾驶员握住方向盘的车辆动态情况和驾驶员不握住方向盘的动态情况。

此外，通过使用车辆的纵向速度V_V，第一增益G₁允许区分车辆运行以便在起点和到达点之间行驶的车辆动态情况和车辆进行停车动作的动态情况。

图2示出了由3个参数P1、P2、P3确定总等效横向加速度A_tot。

第一参数P1与图3中所述的第一参数P1相同。

第二参数P2代表车辆的行驶轨迹。在图2所表示的示例中，第二参数P2代表施加在车辆的车轮上的力，也就是施加在车辆的动力转向系统的齿条上的力。

以本领域技术人员已知的方式，根据第二参数P2确定等效横向加速度A₂。

根据等效横向加速度A₂、车辆的纵向速度V_V和驾驶员施加在方向盘上的方向盘扭矩C_V，以与确定第一增益G₁相同的方式确定第二增益G₂。因此，第二增益G₂是由在0和1之间变化的无维度立体图形表示的量。

第三参数P3代表车辆的轨迹。在图2所表示的示例中，第三参数P3代表车辆的偏航角速度，即车辆绕垂直于车辆在其中循环的平面的轴旋转的速度。

以本领域技术人员已知的方式，根据第三参数P3确定等效横向加速度A₃。

根据等效横向加速度A₃、车辆的纵向速度V_V和驾驶员施加在方向盘上的方向盘扭矩C_V，以与确定第一增益G₁相同的方式确定第三增益G₃。因此，第三增益G₃是由在0和1之间变化的无维度立体图形表示的量。

然后，通过根据以下公式对3个参数的等效横向加速度进行加权平均，确定总等效横向加速度A_tot：

总等效横向加速度A_tot也可根据例如偏航加速度，即车辆绕垂直于车辆循环平面的轴旋转的加速度，或车轮旋转速度的偏差来确定。

因此，总等效横向加速度A_tot不代表车辆的物理量，但总等效横向加速度A_tot代表代表车辆轨迹的多个参数。

总等效横向加速度A_tot是在总等效横向加速度A_tot的RFM构造步骤中确定的。

图1表示允许确定电机扭矩C_M的算法的简化逻辑图。所述电机扭矩C_M由车辆的动力转向系统的控制电机直接或间接地施加在方向盘上。

更具体地说，该算法包括如图2和图3所示的总等效横向加速度A_tot的RFM构造步骤。

该算法还包括设定点扭矩C_c的TTG开发步骤。TTG开发步骤接收作为输入的依赖于车辆动态情况的多个参数。这些参数由车辆计算机测量或计算。开发步骤还接收由RFM构造步骤确定的总等效横向加速度A_tot。

设定点扭矩C_c是希望驾驶员转动方向盘时能感觉到的转向扭矩。因此，希望转向盘扭矩Cv等于设定点扭矩C_c。确定设定点扭矩C_c是为了允许例如促进或反过来防止驾驶员转动方向盘。

为了使驾驶员感受到设定点扭矩C_c，在TFC伺服控制步骤中，将方向盘扭矩C_V伺服控制到设定点扭矩C_c。

在TFC伺服控制步骤中，为了获得设定点扭矩C_c和方向盘扭矩C_V之间的平等，确定由控制电机直接或间接施加在方向盘上的电机扭矩C_M。

因此，控制电动机的目的是将驾驶员施加在方向盘上的方向盘扭矩C_V伺服控制到设定点扭矩C_c。通过这种方式，促进驾驶员对车辆的动态情况的感觉。

当然，本发明不限于在附图中描述和表示的实施例。仍然可以进行修改，特别是从各种元件的构成角度或通过替代技术等效物的方式进行修改，而不因此偏离本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于车辆的电动助力转向系统的方向盘的设定点扭矩(C_c)的确定方法，所述设定点扭矩(C_c)允许确定直接或间接施加在方向盘上的电机扭矩(C_M)，所述设定点扭矩(C_c)是具有加速度维度的至少一个等效横向加速度(A₁、A₂、A₃)的函数，其特征在于，所述等效横向加速度(A₁、A₂、A₃)由依赖于至少一个方向盘扭矩(C_V)的增益(G1、G2、G3)加权。

2.根据权利要求1所述的确定方法，其中所述增益(G1、G2、G3)取决于车辆纵向速度(V_V)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的确定方法，其中所述增益(G1、G2、G3)在0和1之间变化。

4.根据前述权利要求中任一项所述的确定方法，其中所述等效横向加速度(A₁、A₂、A₃)取决于根据车辆的动态情况而变化的参数(P1、P2、P3)。

5.根据权利要求4所述的确定方法，其中所述参数(P1、P2、P3)选自车辆的偏航角速度、车辆的偏航加速度、车辆的横向加速度、方向盘角度、通过定位在齿条上的传感器测量的施加在齿条上的力、包括施加在电动助力转向系统上的摩擦力的估计值的施加在齿条上的估计力、施加在齿条上的期望力。

6.根据前述权利要求中任一项所述的确定方法，其中所述设定点扭矩(C_c)是依赖于多个等效横向加速度(A₁、A₂、A₃)的总等效横向加速度(A_tot)的函数。

7.根据权利要求4所述的确定方法，其中所述总等效横向加速度(A_tot)由多个等效横向加速度(A₁、A₂、A₃)的加权平均来计算。

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