CN115427288A - 确定转向柱扭矩确定的滞后和偏移的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定机动车机电助力转向系统(1)的转向柱扭矩确定的滞后和偏移的方法，包括以下步骤：‑通过转向柱扭矩传感器单元测量或估计引入方向盘(2)的扭矩，‑将在特定条件下测量或估计的扭矩值输入直方图，‑对直方图进行分析和统计评估，以滞后值(s、d)和偏移值(E、M3)的形式确定滞后和偏移。

Description

确定转向柱扭矩确定的滞后和偏移的方法
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分特征的、用于确定转向柱扭矩确定的滞后和偏移的方法，并涉及能够执行这种方法的机动车机电助力转向系统。
背景技术
机电伺服转向系统支持驾驶员所施加的转向力。驾驶员通过方向盘施加的转向力被传递到扭杆上，扭杆根据力的大小而扭转。该扭矩由转向柱扭矩传感器单元的传感器测量，其将这一信息传递给电子控制仪器。电子控制仪器又向电动伺服电机发出精确的指令，应该向转向系统引入怎样的额外扭矩。
由于扭矩传感器单元(TSU)不直接位于方向盘上，转向系统中主要由转向柱、万向节和扭矩传感器单元本身引起的摩擦和不对称导致扭矩的确定会有误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确定转向柱扭矩确定的滞后和偏移的方法，其可以提高扭矩测量的准确性。
该目的通过一种具有权利要求1特征的确定扭矩传感器单元的转向柱扭矩确定的滞后和偏移的方法，以及通过设计用于执行这种方法的机动车机电助力转向系统得到解决。有利的扩展方案在从属权利要求中给出。
因此，设定了一种用于确定机动车机电助力转向系统的转向柱扭矩确定的滞后和偏移的方法，包括以下步骤：
通过转向柱扭矩传感器单元测量或估计引入方向盘的扭矩，
将在特定条件下测量或估计的扭矩值输入直方图，
对直方图进行分析和统计评估，以滞后值和偏移值的形式确定滞后和偏移。
通过评估测量值，可以以一种成本有利的方式改进扭矩确定。优选通过借助于转向柱扭矩传感器单元测量引入方向盘的扭矩来进行确定。
优选地，条件包括测量的扭矩、转向角、低通滤波的转向角速度和机动车速度。有利的是，所述参数的值必须分别在预定的时间段内处于预定的范围内，由此满足特定条件。优选的是，扭矩的范围是+/-2Nm。相对于直行位置，转向角的范围优选是+/-10°。低通滤波后的转向角速度优选在0到5°/s之间，其中优选使用截止频率为5Hz的一阶巴特沃斯低通滤波器。机动车速度优选在30km/h和100km/h之间。
直方图的分析和统计评估优选包括确定峰的位置和宽度。在直方图的分析和统计评估中检测到两个峰的情况下，两个峰的间距给出用于量化滞后的滞后值，并且两个峰之间的中点给出用于量化偏移的偏移值。
在直方图的分析和统计评估中检测到一个单一的峰的情况下，则该峰的预期值优选确定偏移值，并且该峰的标准偏差确定滞后值。
在使用这些值来调整扭矩值之前，滞后值和偏移值优选被过滤，并且只有在出现偏差时才更新，从而可以避免数值的快速变化。该滤波器优选是“快速移动平均(FastMoving Average)”滤波器或“指数移动平均(Exponential Moving Average)”滤波器。
在进一步使用测量的扭矩之前，优选通过滞后值和偏移值来调整测量的扭矩值，从而提高测量的准确性。
此外，还设定了一种机电机动车转向系统，该系统具有布置在转向轴上的转向柱扭矩传感器单元和控制单元，其中控制单元构建用于执行上述方法。
附图说明
下面参照附图对本发明的一个实施例进行说明。相同的部件或具有相同功能的部件具有相同的附图标记。图中示出：
图1：机动车的机电助力转向系统的立体图，
图2：由扭矩传感器单元测量的扭矩的随时间的走势，
图3：扭矩值的第一直方图，以及
图4：扭矩值的第二直方图。
具体实施方式
图1示意性地示出了机电式机动车伺服转向系统1，该系统有方向盘2，该方向盘以旋转固定的方式与转向轴3相耦联。通过方向盘2，驾驶员向转向轴3中引入相应的扭矩作为转向指令。然后，扭矩通过转向轴3传递给转向主动齿轮4。主动齿轮4以已知的方式与齿条5的齿段50啮合。转向主动齿轮4与齿条5一起构成转向传动装置。齿条5以可以在其纵轴方向上移动的方式支承在转向装置壳体内。在其自由端，齿条5通过未示出的球形接头与转向横拉杆6连接。转向横拉杆6本身以已知的方式通过转向节各与机动车的一个转向轮7连接。方向盘2的旋转通过转向轴3和主动齿轮4的连接导致齿条5的纵向位移，从而导致转向轮7的枢转。转向轮7通过车道70经历反作用，该反作用抵消转向运动。因此，需要一个力来枢转轮7，该力需要在方向盘2上的相应的扭矩。伺服单元9的电动马达8被设置来辅助驾驶员进行这种转向运动。伺服单元9在此可以作为助力辅助装置10、11、12与转向轴3、转向主动齿轮4或齿条5耦合。各个相应的助力辅助装置10、11、12向转向轴3、转向主动齿轮4和/或齿条5中引入助力扭矩，从而协助驾驶员进行转向工作。图1中所示的三种不同的助力辅助装置10、11、12显示了其布置的备选位置。通常情况下，所显示的位置中只有一个由助力辅助装置占据。伺服单元在此可以作为叠加转向装置布置在转向柱上，或者作为助力辅助装置布置在主动齿轮4或齿条5上。未示出的扭矩传感器单元检测上转向轴相对于下转向轴的扭转，作为手动施加在上转向轴或方向盘上的扭矩的度量。上转向轴和下转向轴通过扭杆扭转弹性地彼此耦合。扭矩传感器单元具有与上转向轴不可旋转地连接的环形磁铁(永磁体)，并且具有与下转向轴连接的定子。其所属的传感器单元以空间固定的方式被保持在布置在转向轴上的助力辅助装置的传动装置盖中。根据扭矩传感器单元测量的扭矩，助力辅助装置的伺服单元为驾驶员提供转向辅助。替代所测量的扭矩，也可以估计扭矩。
为了提高扭矩确定的准确性，对测量的扭矩值进行了汇编和统计评估。转向柱中的摩擦导致所确定的扭矩与实际引入方向盘的扭矩相比有滞后行为。另一方面，转向系统的不对称性导致了确定的扭矩和实际引入方向盘的扭矩之间的偏移。对所测量的扭矩值进行统计评估，实现了以滞后和偏移的形式将系统的主要摩擦力和不对称性量化。然后，为了提高精确度，对扭矩传感器单元的测量值进行相应调整，以便进一步处理扭矩。
在一定的边界条件下，将扭矩值输入直方图中。对直方图中所示的频率分布的进程进行统计分析，并确定滞后和偏移。调节滞后和偏移值的更新，以避免快速变化。
详细来说，该方法包括以下步骤。扭矩通过扭矩单元来测量。对测量值进行低通滤波。对低通滤波后的扭矩值、方向盘上的转向角、低通滤波后的转向角速度和机动车速度进行分析。如果这些值在预定的时间段内处于分别预定的范围内，低通滤波后的扭矩值就会被纳入直方图。优选的是，扭矩的范围是+/-2Nm。与直行位置相比，转向角的范围优选为+/-10°。低通滤波后的转向角速度优选在0到5°/s之间，其中优选使用截止频率为5Hz的一阶巴特沃斯低通滤波器。机动车速度优选在30km/h和100km/h之间。
图2示出了测量扭矩随时间的走势。虚线表示将数值输入直方图并满足前面提到的条件的时间窗口。如果X轴的值为零，则放弃评估扭矩值。如果值不为零，则在直方图中进行记录。在将足够的值输入直方图后，对频率分布进行分析。
图3和图4示出了两个不同的频率分布的例子，其可以分配给两个不同的机动车，并且是在不同的道路条件下产生的。
在图3中，对该方法而言条件是理想的。转向系统和机动车车身既不会太硬也不会太软，道路条件良好。在这些条件下，分布显示出两个具有局部最大值M1、M2的峰P1、P2，其间有一定的间隔。最大值M1、M2之间的间距d在此代表滞后，并且X轴上两个最大值M1、M2之间的中点M3代表偏移。
另一方面，图4示出了正常情况。转向柱和方向盘内存在振动，由于方向盘的惯性矩，该振动导致扭矩值的分布较大。该分布只有一个单峰P1。预期值E[X]反映了系统的偏移，并且标准偏差s反映了系统的滞后。以下关系适用：
Figure BDA0003899231110000051
和
Figure BDA0003899231110000052
滞后的值s、d和偏移的值E、M3被过滤，并只在过滤后的值发生变化时更新。例如，“快速移动平均”滤波器或“指数移动平均”滤波器可用于此。
然后用值s、d、E、M3来调整测量或估计的扭矩值，并提高其准确性。

Claims (10)

1.用于确定机动车机电助力转向系统(1)的转向柱扭矩确定的滞后和偏移的方法，包括以下步骤：
-通过转向柱扭矩传感器单元测量或估计引入方向盘(2)的扭矩，
其特征在于，所述方法具有以下其他步骤：
-将在特定条件下测量或估计的扭矩值输入直方图，
-对直方图进行分析和统计评估，以滞后值(s、d)和偏移值(E、M3)的形式确定滞后和偏移。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述条件包括测量的扭矩、转向角、低通滤波的转向角速度和机动车速度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参数的值分别在预定的时间段内处于预定的范围内，由此满足特定条件。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，直方图的分析和统计评估包括确定峰(M1、M2)的位置和宽度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在直方图的分析和统计评估中检测到两个峰(M1、M2)的情况下，两个峰(M1、M2)的间距(d)给出用于量化滞后的滞后值，并且两个峰(M1、M2)之间的中点(M3)给出用于量化偏移的偏移值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在直方图的分析和统计评估中检测到一个单一的峰(M1)的情况下，则所述峰的预期值(E)确定偏移值，并且所述峰的标准偏差(s)确定滞后值。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，滞后值(s、d)和偏移值(E、M3)被过滤，并且只有在出现偏差时才更新。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，滤波器是“快速移动平均”滤波器或“指数移动平均”滤波器。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在进一步使用测量的扭矩之前，通过滞后值(s、d)和偏移值(E、M3)来调整测量的扭矩值。
10.机电机动车转向系统(1)，所述机电机动车转向系统具有布置在转向轴(2)上的转向柱扭矩传感器单元和控制单元，所述控制单元构建用于执行根据权利要求1至9中任意一项所述的方法。
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