CN114291156B - Eps周期性路面激励补偿方法、系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了EPS周期性路面激励补偿方法、系统及车辆，涉及车辆电子助力转向系统技术领域。力矩传感器采集表征方向盘扭矩的原始信号数据；车辆处理器提取路面激励引起的噪声频率；自适应陷波滤波器对特定频率的噪声进行补偿抑制，得出修正信号数据；EPS系统基于修正信号数据对方向盘进行控制。通过力矩传感器采集到带有路面激励噪声的原始信号数据，并通过车辆处理器提取由路面激励所引起的噪声的周期性的噪声频率，利用自适应陷波滤波器对特定频率的噪声进行抑制，并得出修正信号数据，使EPS系统基于该修正信号数据对方向盘进行控制，以达到减弱方向盘抖动，提高驾驶安全性的目的。

Description

EPS周期性路面激励补偿方法、系统及车辆

技术领域

本发明涉及车辆电子助力转向系统技术领域，具体是涉及EPS周期性路面激励补偿方法、系统及车辆。

背景技术

电动助力转向(EPS)系统使用电机,可以直接连结到转向齿轮或转向柱以减少驾驶员在车辆转向中的手力。在车辆操作期间,驾驶员将力施加到方向盘以控制使车辆转向。这导致“驾驶员扭矩”施加到联接于方向盘的轴。扭矩传感器检测由驾驶员施加到转向柱的扭矩,并将此信息传递到电子控制单元。电子控制单元产生应用到电机的控制信号,使电机产生与方向盘手动扭矩组合的“电子助力”。然后,该组合的扭矩用于使车辆转向。

然而，在车辆行驶过程中，由于车辆刚体运动导致的震动、抖动以及路面不平整等其他形式的干扰，使得车辆方向盘的扭矩传感器采集到的力矩信号有着周期性的噪声干扰，从而引起方向盘在某一方向上的周期性转动。因此，需要对扭矩传感器采集到的原始数据进行修正以降低噪声干扰所带来的影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种EPS周期性路面激励补偿方法、系统及车辆。通过对路面激励噪声的抑制，以达到减弱方向盘抖动，提高驾驶安全性的目的。

第一方面，提供一种EPS周期性路面激励补偿方法，包括以下步骤：

步骤S1、力矩传感器采集表征方向盘扭矩的原始信号数据；

步骤S2、车辆处理器对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换，提取路面激励引起的噪声频率；

步骤S3、自适应陷波滤波器通过LMS自适应滤波算法对提取的所述噪声频率中特定频率的噪声进行补偿抑制，得出所述原始信号数据滤波后的修正信号数据，并将所述修正信号数据回传至所述力矩传感器；

步骤S4、EPS系统接收所述力矩传感器发出的修正信号数据，并基于该修正信号数据对方向盘进行控制。

在一个实施方案中，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21、车辆处理器实时判断车辆是否处于平稳运行状态；若是，则进入步骤S22；若否，则进入步骤S23；

步骤S22、车辆处理器对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换处理，提取路面激励引起的噪声频率；进入步骤S3；

步骤S23、车辆处理器停止对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换处理，并记录车辆行驶数据。

在一个实施方案中，所述步骤S21中，车辆匀速行驶，且速度大于等于60km/h时，所述车辆处理器判定车辆是处于平稳运行状态；车辆速度小于60km/h时，所述车辆处理器判定车辆不处于平稳运行状态。

在一个实施方案中，所述步骤S22包括以下步骤：

步骤S221、车辆处理器对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换处理，将所述原始信号数据由时域图转化为频谱图；

步骤S222、车辆处理器根据所述频谱图确定路面激励引起的噪声频率；

步骤S223、车辆处理器提取路面激励引起的所述噪声频率；进入步骤S3。

在一个实施方案中，所述步骤S222的步骤为：所述车辆处理器确定所述频谱图中最大振幅所对应的频率，并将所述频谱图中其余的频率的幅值分别与该最大振幅所对应的频率的幅值进行比较，若比值均低于50％，则确认该最大振幅所对应的频率为路面激励引起的周期性的噪声频率。

第二方面，提供一种EPS周期性路面激励补偿系统，包括：

力矩传感器，用于采集表征方向盘扭矩的原始信号数据；

车辆处理器，用于对采集的所述原始信号数据进行快速傅里叶变换，提取路面激励引起的噪声频率；

自适应陷波滤波器，用于通过LMS自适应滤波算法对提取的所述噪声频率中特定频率的噪声进行补偿抑制，得出所述原始信号数据滤波后的修正信号数据，并将所述修正信号数据回传至所述力矩传感器；

EPS系统，用于接收所述力矩传感器发出的修正信号数据，并基于该修正信号数据对方向盘进行控制。

在一个实施方案中，所述自适应陷波滤波器有多个，且多个所述自适应陷波滤波器串联以用于对多个特定频率的噪声进行补偿抑制。

在一个实施方案中，所述EPS周期性路面激励补偿系统还包括：

速度传感器，用于采集车辆的行驶速度，所述速度传感器与所述车辆处理器电信号连接。

在一个实施方案中，所述EPS系统包括电子控制单元和转向驱动单元；所述转向驱动单元与所述电子控制单元电信号连接；

所述电子控制单元用于接收所述力矩传感器发出的修正信号数据，并向所述转向驱动单元发出控制指令；

所述转向驱动单元执行所述电子控制单元基于修正信号数据发出的控制指令，对所述方向盘进行转向控制。

第三方面，提供一种车辆，包括机械转向系统，所述机械转向系统包括方向盘和转向柱，还包括所述的EPS周期性路面激励补偿系统。

与现有技术相比，本发明的优点如下：通过力矩传感器采集到带有路面激励噪声的原始信号数据，并通过车辆处理器提取由路面激励所引起的噪声的周期性的噪声频率，利用自适应陷波滤波器对特定频率的噪声进行抑制，并得出修正信号数据，使EPS系统基于该修正信号数据对方向盘进行控制，以达到减弱方向盘抖动，提高驾驶安全性的目的。

附图说明

图1是本发明EPS周期性路面激励补偿系统的结构示意图。

图2是图1中自适应陷波滤波器的原理图。

图3是本发明EPS周期性路面激励补偿方法的流程示意图。

图4是图3中步骤S2的进一步流程示意图。

图5是图4中步骤S22的进一步流程示意图。

图6是图3中LMS自适应滤波算法的计算流程图。

图中：10-力矩传感器、20-车辆处理器、30-自适应陷波滤波器、40-EPS系统、50-方向盘。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。

车辆行驶过程中，由于车辆刚体运动导致的震动、抖动以及路面不平整等其他形式的干扰，使得车辆方向盘的扭矩传感器采集到的力矩信号有着周期性的噪声干扰，从而引起方向盘在某一方向上的周期性转动。因此，需要对扭矩传感器采集到的原始数据进行修正以降低噪声干扰所带来的影响。本发明提供一种EPS周期性路面激励补偿方法、系统及车辆。通过对路面激励噪声的抑制，以达到减弱方向盘抖动，提高驾驶安全性的目的。

参见图1、图2所示的EPS周期性路面激励补偿系统，包括：

力矩传感器10，用于采集表征方向盘50扭矩的原始信号数据。

车辆处理器20，用于对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换(FFT)，提取路面激励引起的噪声频率。

自适应陷波滤波器30，用于通过LMS自适应滤波算法对提取的噪声频率中特定频率的噪声进行补偿抑制，得出原始信号数据滤波后的修正信号数据，并将修正信号数据回传至力矩传感器10。

EPS系统40，用于接收力矩传感器10发出的修正信号数据，并基于该修正信号数据对方向盘50进行控制。

在一个实施例中，自适应陷波滤波器30有多个，且多个自适应陷波滤波器30串联以用于对多个特定频率的噪声进行补偿抑制。

在一个实施例中，EPS周期性路面激励补偿系统还包括：

速度传感器，用于采集车辆的行驶速度，速度传感器与车辆处理器20电信号连接。

在一个实施例中，EPS系统40包括电子控制单元和转向驱动单元。转向驱动单元与电子控制单元电信号连接。

电子控制单元用于接收力矩传感器10发出的修正信号数据，并向转向驱动单元发出控制指令。

转向驱动单元执行电子控制单元基于修正信号数据发出的控制指令，对方向盘50进行转向控制。

本发明提供的一种车辆，包括机械转向系统，机械转向系统包括方向盘和转向柱，本发明的机械转向系统采用现有技术，本实施例不对其进行具体限定，车辆还包括EPS周期性路面激励补偿系统。

通过力矩传感器采集到带有路面激励噪声的原始信号数据，并通过车辆处理器提取由路面激励所引起的噪声的周期性的噪声频率，利用自适应陷波滤波器对特定频率的噪声进行抑制，并得出修正信号数据，使EPS系统基于该修正信号数据对方向盘进行控制，以达到减弱方向盘抖动，提高驾驶安全性的目的。

如图3所示的EPS周期性路面激励补偿方法，包括以下步骤：

步骤S1、力矩传感器采集表征方向盘扭矩的原始信号数据；

步骤S2、车辆处理器对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换，提取路面激励引起的噪声频率；

步骤S3、自适应陷波滤波器通过LMS自适应滤波算法对提取的噪声频率中特定频率的噪声进行补偿抑制，得出原始信号数据滤波后的修正信号数据，并将修正信号数据回传至力矩传感器；

步骤S4、EPS系统接收力矩传感器发出的修正信号数据，并基于该修正信号数据对方向盘进行控制。

如图4所示，在一个实施例中，步骤S2包括以下步骤：

步骤S21、车辆处理器实时判断车辆是否处于平稳运行状态；若是，则进入步骤S22；若否，则进入步骤S23；

步骤S22、车辆处理器对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换处理，提取路面激励引起的噪声频率；进入步骤S3；

步骤S23、车辆处理器停止对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换处理，并记录车辆行驶数据。

在一个实施例中，步骤S21中，车辆匀速行驶，且速度大于等于60km/h时，车辆处理器判定车辆是处于平稳运行状态；车辆速度小于60km/h时，车辆处理器判定车辆不处于平稳运行状态。

如图5所示，在一个实施例中，步骤S22包括以下步骤：

步骤S221、车辆处理器对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换处理，将原始信号数据由时域图转化为频谱图；

步骤S222、车辆处理器根据频谱图确定路面激励引起的噪声频率；

步骤S223、车辆处理器提取路面激励引起的噪声频率；进入步骤S3。

在一个实施例中，步骤S222的步骤为：车辆处理器确定频谱图中最大振幅所对应的频率，并将频谱图中其余的频率的幅值分别与该最大振幅所对应的频率的幅值进行比较，若比值均低于50％，则确认该最大振幅所对应的频率为路面激励引起的周期性的噪声频率。

如若某两个峰的幅值相近，且与第三个峰相比比值均满足低于50％的条件，则判断该两个峰的幅值均为噪声频率。

自适应陷波滤波器的输入应包含噪声信号的频率，利用其两倍频率的正弦函数以及余弦函数的线性组合，就可以输出噪声干扰的近似，与噪声反向叠压以达到抑制噪声的目的。

自适应陷波滤波器设定一个正弦信号作为参考信号,以抵消窄带噪声中的每一个分量。当用正弦波作为参考输入时,自适应陷波滤波器可以在中心位于参考频率附近的窄带内消除掉主频谱分量,由于自适应陷波滤波器只有一个参数需要估计,因而LMS自适应滤波算法简单,易于控制带宽、零点深度大,并且能够精确地自适应跟踪干扰频率和相位等,而且通过将极点限制在单位圆内,稳定性得到了保证。

结合图2、图6所示，自适应陷波滤波器,它具有2个自适应权系数。原始输入是真实信号s与单色干扰n的混合波形s+n,其中噪声和信号不相关。参考输入是一个和信号不相关而和噪声相关的信号x。自适应滤波的目的是利用参考输入信号x估计噪声n。

原始输入经采样送至d_k端；参考输入x经采样送至x_1k端和x_2k端,x_2k为参考输入x经过90°相移后的采样值,其目的是获得w_1k和w_2k两个权,从而使组合后的正弦波振幅和相位都可以与原始输入中的干扰分量的振幅和相位相同,参考输入加权后的输出为y_k,它是对噪声n_k的估计。这样含有干扰频率的采样信号d_k与y_k相减后,就得到有用信号的最佳估值e_k。

假定输入的信号形式任意,参考输入为一单频正弦波Ccos(Ω₀t+φ),式中Ω₀为模拟信号角频率。将原始输入和参考输入以时间间隔T进行周期采样,则ω₀＝Ω₀T为抽样信号数字角频率。采样后的参考输入可表示为式(1):

采用LMS自适应滤波算法进行自适应陷波时，权矢量的修正过程如下：

利用LMS自适应滤波算法进行迭代计算，可以得到单频干扰自适应陷波器传递函数为：

可以看出，在频率f₀处具有零点，且精确地位于Z平面单位圆上的z＝e^±jω0处，而极点则位于：

z＝(1-μC²)cosω₀±j[(1-μC²)-(1-μC²)²cos²ω₀]^1/2 式(4)

极点在单位圆内，它们与原点的径向距离为(1-μC²)^1/2，近似等于1-μC²，故系统是稳定的。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种EPS周期性路面激励补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、力矩传感器采集表征方向盘扭矩的原始信号数据；

步骤S2、车辆处理器对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换，提取路面激励引起的噪声频率；

步骤S3、自适应陷波滤波器通过LMS自适应滤波算法对提取的所述噪声频率中特定频率的噪声进行补偿抑制，得出所述原始信号数据滤波后的修正信号数据，并将所述修正信号数据回传至所述力矩传感器；

步骤S4、EPS系统接收所述力矩传感器发出的修正信号数据，并基于该修正信号数据对方向盘进行控制；

所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21、车辆处理器实时判断车辆是否处于平稳运行状态；若是，则进入步骤S22；若否，则进入步骤S23；

步骤S22、车辆处理器对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换处理，提取路面激励引起的噪声频率；进入步骤S3；

步骤S23、车辆处理器停止对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换处理，并记录车辆行驶数据；

所述步骤S22包括以下步骤：

步骤S221、车辆处理器对采集的原始信号数据进行快速傅里叶变换处理，将所述原始信号数据由时域图转化为频谱图；

步骤S222、车辆处理器根据所述频谱图确定路面激励引起的噪声频率；

步骤S223、车辆处理器提取路面激励引起的所述噪声频率；进入步骤S3；

所述步骤S222的步骤为：所述车辆处理器确定所述频谱图中最大振幅所对应的频率，并将所述频谱图中其余的频率的幅值分别与该最大振幅所对应的频率的幅值进行比较，若比值均低于50％，则确认该最大振幅所对应的频率为路面激励引起的周期性的噪声频率。

2.如权利要求1所述的EPS周期性路面激励补偿方法，其特征在于，所述步骤S21中，车辆匀速行驶，且速度大于等于60km/h时，所述车辆处理器判定车辆是处于平稳运行状态；车辆速度小于60km/h时，所述车辆处理器判定车辆不处于平稳运行状态。

3.一种实现如权利要求1所述的EPS周期性路面激励补偿方法的EPS周期性路面激励补偿系统，其特征在于，包括：

力矩传感器，用于采集表征方向盘扭矩的原始信号数据；

车辆处理器，用于对采集的所述原始信号数据进行快速傅里叶变换，提取路面激励引起的噪声频率；

自适应陷波滤波器，用于通过LMS自适应滤波算法对提取的所述噪声频率中特定频率的噪声进行补偿抑制，得出所述原始信号数据滤波后的修正信号数据，并将所述修正信号数据回传至所述力矩传感器；

EPS系统，用于接收所述力矩传感器发出的修正信号数据，并基于该修正信号数据对方向盘进行控制。

4.如权利要求3所述的EPS周期性路面激励补偿系统，其特征在于，所述自适应陷波滤波器有多个，且多个所述自适应陷波滤波器串联以用于对多个特定频率的噪声进行补偿抑制。

5.如权利要求3所述的EPS周期性路面激励补偿系统，其特征在于，所述EPS周期性路面激励补偿系统还包括：

速度传感器，用于采集车辆的行驶速度，所述速度传感器与所述车辆处理器电信号连接。

6.如权利要求3所述的EPS周期性路面激励补偿系统，其特征在于，所述EPS系统包括电子控制单元和转向驱动单元；所述转向驱动单元与所述电子控制单元电信号连接；

所述电子控制单元用于接收所述力矩传感器发出的修正信号数据，并向所述转向驱动单元发出控制指令；

所述转向驱动单元执行所述电子控制单元基于修正信号数据发出的控制指令，对所述方向盘进行转向控制。

7.一种车辆，包括机械转向系统，所述机械转向系统包括方向盘和转向柱，其特征在于，还包括权利要求3中所述的EPS周期性路面激励补偿系统。

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