專利名稱：用于道路車輛的觸覺控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電機驅(qū)動道路車輛中的電動輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EAS)，更具體地說，涉及一種在道路車輛中適于根據(jù)測量的車輛動態(tài)特性，如偏航角(yaw rate)速度或橫向加速度，提供轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩補償或觸覺轉(zhuǎn)矩的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在先有技術(shù)中是熟知的。使用例如一個齒條齒輪組把轉(zhuǎn)向柱聯(lián)接到轉(zhuǎn)向軸上的電動輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過使用一個電動機提供動力援助，以便把旋轉(zhuǎn)力施加到一個連接到小齒輪上的轉(zhuǎn)向軸上或者把一個直線力施加到一個在其上帶有齒條齒的轉(zhuǎn)向件上。在這樣的系統(tǒng)中的電動機，典型地響應(yīng)(a)駕駛員施加到車輛方向盤上的轉(zhuǎn)矩、和(b)檢測的車輛速度被控制。
其它已知的電動輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括電液系統(tǒng)，其中動力援助由在電氣或電子控制系統(tǒng)的至少部分控制下的液壓裝置提供。
至少在某些車輛市場段中希望通過方向盤轉(zhuǎn)矩把關(guān)于車輛動態(tài)的信息提供給駕駛員。最普通的效果是，當(dāng)車輛的橫向加速度增大時駕駛員轉(zhuǎn)矩增大(駕駛盤似乎變重)，而當(dāng)車輛達到最終不足轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)矩突然降低(駕駛盤似乎變得很輕)。(最終不足轉(zhuǎn)向認為是當(dāng)方向盤角度增大不再給出車輛偏航角速度的增大時。)傳統(tǒng)上這些效果一直通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的認真設(shè)計產(chǎn)生，但現(xiàn)代助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、和在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計中的空間和其它綜合考慮已經(jīng)導(dǎo)致這些效果變得不太引人注意。然而，有這些效果改進車輛操縱的一般感覺，并因此它們在某些市場段中可能十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于，改進駕駛員從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)接收的觸覺信息，并且提供一種使用已經(jīng)包含在汽車中的關(guān)于汽車動態(tài)的信息的算法，以便人為地創(chuàng)建上述轉(zhuǎn)向感覺性能。
在其最廣泛的范圍中，本發(fā)明涉及一種控制算法，該控制算法使用來自運動傳感器的信號以這樣一種方式調(diào)節(jié)由助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的輔助轉(zhuǎn)矩，從而從轉(zhuǎn)向的感覺能收集關(guān)于動態(tài)的信息。在一個實施例中，該算法創(chuàng)建與橫向加速度成正比的由駕駛員感覺的駕駛員(駕駛盤)轉(zhuǎn)矩的增大，并且在另一個實施例中，當(dāng)車輛進入最終不足轉(zhuǎn)向時，駕駛員轉(zhuǎn)矩減小。
按照本發(fā)明的第一方面，提供有一種用于電機驅(qū)動道路車輛的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輔助轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生裝置，布置成響應(yīng)駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩和檢測的車輛速度產(chǎn)生一個用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輔助轉(zhuǎn)矩信號，并且對于減小駕駛員的轉(zhuǎn)向努力有效；和一個用來根據(jù)車輛偏航角速度誤差產(chǎn)生一個觸覺轉(zhuǎn)矩的裝置，把觸覺轉(zhuǎn)矩布置成添加到轉(zhuǎn)矩輔助信號上，從而當(dāng)與車輛的增大轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性相對應(yīng)，偏航角速度誤差建立時，添加到轉(zhuǎn)矩輔助信號上的觸覺轉(zhuǎn)矩在任何實際穩(wěn)定性失去之前減小由駕駛員感覺到的有效反作用反饋，由此允許駕駛員在達到最終轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性之前的適當(dāng)有利時刻適當(dāng)?shù)匦Ｕ?br> 這樣一種系統(tǒng)具有引起駕駛員注意轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性條件(例如，不足轉(zhuǎn)向或過大轉(zhuǎn)向)的優(yōu)點。
最好，輔助轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生裝置包括一個電動機。
通過把從轉(zhuǎn)向角度和車輛縱向速度的測量值導(dǎo)出的估計偏航角速度與測量的車輛偏航角速度相比較，能建立偏航角速度誤差。
最好，偏航角速度誤差如有必要則飽和以防止過大要求，并且由一個增益映像圖定標。
增益最好按照偏航角速度誤差控制，從而較低偏航角速度誤差導(dǎo)致較低增益而較高偏航角速度誤差導(dǎo)致較大增益，以便增大來自動力轉(zhuǎn)向的輔助轉(zhuǎn)矩和使轉(zhuǎn)向感覺對于駕駛員較輕。
在某些實施例中，提供多個增益映像圖，與普通條件一致的最適當(dāng)?shù)牟贾贸筛鶕?jù)測量數(shù)據(jù)，如測量的偏航角速度誤差和轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩，由路面條件的判斷自動選擇。
最好通過使用定標的偏航角速度誤差定標轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩建立觸覺轉(zhuǎn)矩，觸覺轉(zhuǎn)矩添加到轉(zhuǎn)矩援助上以提供一個用來驅(qū)動電動機的輸出。
從一種動態(tài)偏航角速度估計能導(dǎo)出一個動態(tài)偏航角速度誤差信號；從一個等效動態(tài)橫向加速度估計器也能導(dǎo)出一個功能等效橫向加速度誤差信號。
因而，按照本發(fā)明的第二方面，提供有一種用于電機驅(qū)動車輛的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輔助轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生裝置，布置成響應(yīng)駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩和檢測的車輛速度產(chǎn)生一個用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輔助轉(zhuǎn)矩信號，并且對于減小駕駛員的轉(zhuǎn)向努力有效；和一個用來根據(jù)車輛橫向加速度產(chǎn)生一個觸覺轉(zhuǎn)矩的裝置，把觸覺轉(zhuǎn)矩布置成從轉(zhuǎn)矩輔助信號上減去，從而當(dāng)與車輛的急轉(zhuǎn)彎相對應(yīng)，車輛橫向加速度建立時，從轉(zhuǎn)矩輔助信號上減去觸覺轉(zhuǎn)矩與由車輛輪胎產(chǎn)生的有關(guān)力的增大相對應(yīng)，增大由駕駛員感覺的有效道路反作用反饋。
這種后一種布置使控制器能夠進一步調(diào)諧成給出高到不足轉(zhuǎn)向點的較重轉(zhuǎn)向感覺，接著一旦確定緊急不足轉(zhuǎn)向就降低轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩。
按照本發(fā)明的第三方面，提供有一種用于電機驅(qū)動道路車輛的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輔助轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生裝置，布置成響應(yīng)駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩和檢測的車輛速度產(chǎn)生一個用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輔助轉(zhuǎn)矩信號，并且對于減小駕駛員的轉(zhuǎn)向努力有效；和一個用來根據(jù)車輛橫向加速度誤差產(chǎn)生一個觸覺轉(zhuǎn)矩的裝置，把觸覺轉(zhuǎn)矩布置成添加到轉(zhuǎn)矩輔助信號上，從而當(dāng)與車輛的增大轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性相對應(yīng)，橫向加速度誤差建立時，添加到轉(zhuǎn)矩輔助信號上的觸覺轉(zhuǎn)矩在任何實際車輛穩(wěn)定性失去之前減小由駕駛員感覺到的有效道路反作用反饋，由此允許駕駛員在達到最終轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性之前的適當(dāng)有利時刻適當(dāng)?shù)匦Ｕ?br> 按照本發(fā)明的第四方面，提供有一種用于電機驅(qū)動道路車輛的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輔助轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生裝置，布置成響應(yīng)駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩和檢測的車輛速度產(chǎn)生一個用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輔助轉(zhuǎn)矩信號，并且對于減小駕駛員的轉(zhuǎn)向努力有效；和一個用來根據(jù)(a)車輛偏航角速度誤差或(b)橫向加速度誤差產(chǎn)生一個觸覺轉(zhuǎn)矩的裝置，把觸覺轉(zhuǎn)矩布置成添加到轉(zhuǎn)矩輔助信號上，從而與車輛的增大轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性相對應(yīng)，當(dāng)所述誤差建立時，添加到轉(zhuǎn)矩輔助信號上的觸覺轉(zhuǎn)矩在任何實際車輛穩(wěn)定性失去之前減小由駕駛員感覺到的有效道路反作用反饋，由此允許駕駛員在達到最終轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性之前的適當(dāng)有利時刻適當(dāng)?shù)匦Ｕ?br> 因此，在后一種情況下，整個控制方法與用來提供觸覺轉(zhuǎn)矩的相同，但方法的預(yù)處理部分選擇性地把偏航角速度或橫向加速度作為控制輸入，并且其中橫向加速度的使用另外提供在提供高達緊急不足轉(zhuǎn)向點的觸覺轉(zhuǎn)矩方面的好處。


參照附圖僅通過例子下文進一步描述本發(fā)明，在附圖中圖1是方塊圖，表明按照本發(fā)明的一種控制系統(tǒng)的一個實施例；圖2表示在本發(fā)明中能使用的控制器增益映像圖的例子；圖3表明圖1的穩(wěn)態(tài)控制器的一種衍生功能；圖4用橫向加速度代替偏航角速度；圖5表明基于橫向加速度的修改轉(zhuǎn)矩的提供；圖6是方塊圖，表明按照本發(fā)明的一種控制系統(tǒng)的一個另外實施例；圖7是方塊圖，表明按照本發(fā)明的一種控制系統(tǒng)的一個另外實施例；圖8表明偏航角速度估計和反向探測；圖9是一種偏航角速度估計器的方塊圖；圖10是一種橫向加速度估計器的方塊圖；圖11是方塊圖，表明反向探測；圖12是方塊圖，表明不足轉(zhuǎn)向控制；圖13表明對于駕駛員轉(zhuǎn)矩定標查閱表的偏航角速度誤差；圖14是一個轉(zhuǎn)矩控制部分的方塊圖；圖15表明定標校正形狀；圖16表明橫向加速度感覺控制；及圖17是與圖7類似的一個另外實施例的方塊圖，但偏航角速度估計器由橫向加速度估計器代替。
具體實施例方式
首先參照圖1，把車輛轉(zhuǎn)向角度和縱向速度輸入到其中建立由車輛駕駛員需要的偏航角速度估計的元件10。偏航角速度估計基于例如按如下表示的穩(wěn)態(tài)不足轉(zhuǎn)向公式r^=Vxl(1+(Vx/Vch)2)δswGs]]>其中Vx是車輛縱向速度，l是輪軸距，Vch是車輛特征速度，δsw是駕駛盤角度，及Gs是從道路車輪到駕駛盤的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的增益。這個估計值然后通過一個一階低通濾波器，調(diào)諧成把估計類似滯后給車輛。在這個濾波器中斷點的認真選擇允許其中轉(zhuǎn)向相對于轉(zhuǎn)向權(quán)力失去變輕的點受到控制。
生成的估計偏航角速度在12處與一個代表由車輛穩(wěn)定性控制器(VSC)或類似傳感器測量的實際車輛偏航角速度的信號相比較，以在線14上產(chǎn)生一個偏航角速度誤差信號。偏航角速度誤差然后在16處飽和以防止過大需要，并且由一個增益映像圖18定標。
飽和塊16防止偏航角速度誤差達到太高的電平。經(jīng)驗已經(jīng)表明，如果允許偏航誤差增大得太多，那么這能激勵在EAS系統(tǒng)中的不穩(wěn)定性。這在某種程序上可能依賴于裝配到車輛上的EAS系統(tǒng)的具體特性，但飽和也防止在錯誤的情況下系統(tǒng)產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)矩。有時可能必須獨立于車輛所在的表面調(diào)諧這種飽和的值。一種可能性是把轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩和偏航角速度誤差用作進入一個查閱表的索引。
在18處的增益按照偏航角速度誤差變化。一個較低的偏航角速度誤差指示參照上文其中車輛正以恒定向前速度操作并且在到達最終不足轉(zhuǎn)向之前的線性范圍，并且其中因此需要低增益。另一方面，較高偏航角速度誤差指示過大不足轉(zhuǎn)向，并因此需要較大增益以增大來自動力轉(zhuǎn)向的輔助轉(zhuǎn)矩并且使轉(zhuǎn)向感覺較輕。
通過使用來自增益映像圖18在28處定標的定標偏航角速度誤差信號、在22處已經(jīng)低通濾波以防止在動力轉(zhuǎn)向中激勵不穩(wěn)定模式的轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩(Tcol)，建立在線20上的觸覺轉(zhuǎn)矩。通過在28處定標轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩，而不添加到它上，防止控制器進入一個可能試圖對抗駕駛員驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的區(qū)域。以這種方式，保持轉(zhuǎn)向的固有自對中。如果駕駛員松開方向盤，那么轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩降到零，并且觸覺轉(zhuǎn)矩也降到零。
通過在28處把轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩(Tcol)與來自增益映像圖18的輸出相乘因而確定來自控制器的輸出。如上所述，轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩在22處低通濾波，同樣為了防止EAS不穩(wěn)定模式的激勵。這種濾波器22的認真設(shè)計可以表明，這有可能保證穩(wěn)定性并且允許飽和元件16的除去。在28處相乘的結(jié)果然后添加到由動力轉(zhuǎn)向控制器產(chǎn)生的輔助轉(zhuǎn)矩(Tassist)上，并且供給到動力轉(zhuǎn)向(EAS)電機。
包括圖1中的“Abs”塊，從而取輸入信號的絕對值或數(shù)值。
在圖1的布置中的偏航角速度誤差由一個在18處的增益映像圖在建立來自控制器的最終輸出時定標。增益值也取決于偏航角速度誤差的值，并且也取決于在其上車輛行駛的表面的特性，即高Mu或低Mu。
能使用的一個控制器映像圖的例子表示在圖2中。對于低偏航角速度誤差，定標是負的，因此減小輔助轉(zhuǎn)矩并且使轉(zhuǎn)向感覺稍重。目的在于產(chǎn)生一個隨駕駛盤角度增大的轉(zhuǎn)矩。對于高偏航角速度誤差，增益高得多，給出一個大大地增大輔助轉(zhuǎn)矩并且使轉(zhuǎn)向感覺較輕的較大正輸出。能改變這些映像圖的形狀以在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中產(chǎn)生希望的感覺。
能使用一個單映像圖，或者最好多個映像圖能是適用的，根據(jù)例如測量的偏航扭矩和轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)矩，或根據(jù)輪胎滑動或視頻探測例行程序，能由道路表面條件的判斷自動選擇適于普通環(huán)境的最適當(dāng)?shù)挠诚駡D。
通過以兩種方式改變在轉(zhuǎn)向柱中的轉(zhuǎn)矩，在上述系統(tǒng)中提供駕駛員接收的觸覺信息的改進。在恒定向前速度下和在達到最終不足轉(zhuǎn)向的寬廣線性操作區(qū)域中，在轉(zhuǎn)向柱中的轉(zhuǎn)矩隨著駕駛盤角度增大逐漸增大。這通過在車輛上的橫向加速度量的駕駛盤向駕駛員提供一種觸覺指示。當(dāng)達到最終不足轉(zhuǎn)向從而另外的駕駛盤角度不能增大車輛偏航角速度時，大大地減小在轉(zhuǎn)向柱中的轉(zhuǎn)矩。這使駕駛盤變得非常輕，向駕駛員提供一種已經(jīng)達到牽引極限的指示?？刂破鞯恼{(diào)諧允許這種轉(zhuǎn)矩下降稍在實際牽引失去之前發(fā)生，向駕駛員提供一個在轉(zhuǎn)向權(quán)力失去之前較短但有用的響應(yīng)時間。
傳統(tǒng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試圖把由駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩控制在極限內(nèi)。這能容易地導(dǎo)致一種其中沒有上述觸覺特征并且隨車輛動態(tài)可能有很小或沒有轉(zhuǎn)矩變化的系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計也對轉(zhuǎn)向感覺有顯著影響。如果幾何結(jié)構(gòu)是這樣的從而沒有轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的建立或一旦達到極限的轉(zhuǎn)矩下降，那么簡單地動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能返回這種感覺。本系統(tǒng)考慮到駕駛員正在需要什么樣的偏航角速度和車輛的實際偏航角速度，以確定在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該是多少。然后相應(yīng)調(diào)節(jié)由動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生的輔助轉(zhuǎn)矩。提出的系統(tǒng)因此產(chǎn)生獨立于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向幾何結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向感覺。
現(xiàn)在參照圖3，表示有在圖1中表明的本發(fā)明的第一方面的進一步發(fā)展，基本上是圖1的穩(wěn)態(tài)控制器的衍生功能并且根據(jù)偏航角速度估計提供動態(tài)不足轉(zhuǎn)向觸覺轉(zhuǎn)矩。在圖3的控制器中，同樣如在第一方面中那樣利用轉(zhuǎn)向角度和縱向速度，但進一步包括有一個動態(tài)分量，在這種情況下是偏航角速度。生成輸出提供一個當(dāng)對于駕駛員轉(zhuǎn)矩校正或定標時提供一個觸覺轉(zhuǎn)矩的偏航角速度誤差，可選擇地限制這個觸覺轉(zhuǎn)矩，以便添加到由助力系統(tǒng)產(chǎn)生的助力轉(zhuǎn)矩上。
其次參照圖4，表示有一種與圖3類似但用橫向加速度代替偏航角速度的可選擇發(fā)展，由此根據(jù)橫向加速度估計提供動態(tài)不足觸覺轉(zhuǎn)矩。在圖4的控制器中，同樣利用轉(zhuǎn)向角度和縱向速度，但包括有橫向加速度的另外動態(tài)分量而不是偏航角速度。生成的輸出提供一個當(dāng)對于駕駛員轉(zhuǎn)矩校正或定標時提供一個觸覺轉(zhuǎn)矩的橫向加速度誤差，可選擇地限制這個觸覺轉(zhuǎn)矩，以便添加到由助力系統(tǒng)產(chǎn)生的助力轉(zhuǎn)矩上。
圖5表明基于橫向加速度的修改轉(zhuǎn)矩的提供，以當(dāng)橫向加速度(并因此轉(zhuǎn)彎力)增大到緊急不足轉(zhuǎn)向點時給出一種觸覺響應(yīng)。
圖6表明一種用來提供基于圖1、3或4的布置的任一種的觸覺轉(zhuǎn)矩并且包括在圖5中表示的橫向加速度反饋的布置。這表明其中基于橫向加速度的觸覺轉(zhuǎn)矩能用來提供高達緊急不足轉(zhuǎn)向點的動態(tài)響應(yīng)和其中能進一步添加諸如偏航角速度或橫向加速度之類的動態(tài)功能以在緊急不足轉(zhuǎn)向點處提供一種另外響應(yīng)的整體系統(tǒng)。
在圖7的實施例中，動態(tài)功能是偏航角速度，而動態(tài)誤差因此是偏航角速度誤差。偏航角速度估計器30使用車輛狀態(tài)信息，以根據(jù)車輛是線性的假設(shè)計算需要的偏航角速度。這然后通到不足轉(zhuǎn)向控制32，后者計算對于由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生的輔助轉(zhuǎn)矩的校正。另外，橫向加速度塊34使用一個橫向加速度信號計算一個分離轉(zhuǎn)矩校正信號。在36處在這兩個校正信號之間的差成為在38處添加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輔助轉(zhuǎn)矩上的觸覺(感覺)轉(zhuǎn)矩。
偏航角速度估計器和反向探測有其中能估計車輛的偏航角速度或橫向加速度的多種方法。穩(wěn)態(tài)估計是最簡單的，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在較低車輛速度下不可靠。動態(tài)估計較復(fù)雜，但至今，還沒有遇到不能解決的問題。最終解是使用來自在VSC內(nèi)的信息。一種另外的可能解是使用橫向加速度而不是偏航角速度，如在上一段中描述的那樣。在估計偏航角速度或橫向加速度的同時，進行檢查以探測車輛是否正在反向。如果正在反向，那么把偏航角速度誤差或橫向加速度誤差設(shè)置為零。這防止在車輛反向的同時不足轉(zhuǎn)向控制器影響轉(zhuǎn)向感覺，這對于駕駛員可能混淆。偏航角速度估計和反向探測表明在圖8中。
偏航角速度估計器-穩(wěn)態(tài)估計如上文描述的那樣，偏航角速度估計能基于穩(wěn)態(tài)不足轉(zhuǎn)向公式
r^=Vxl(1+(Vx/Vch)2)δswGs]]>其中Vx是車輛縱向速度，I是輪軸距，Vch是車輛特征速度，δsw是駕駛盤角度，及Gs是從道路車輪到駕駛盤的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的增益。這個估計值然后通過一個一階低通濾波器，調(diào)諧成把估計類似滯后給車輛。在這個濾波器中斷點的認真選擇允許其中轉(zhuǎn)向相對于轉(zhuǎn)向權(quán)力失去變輕的點受到控制。
與這種方法有關(guān)的經(jīng)驗已經(jīng)突出多個有害特征。估計器在低速下中止，使控制器致動它高度有害的“停車”型動作。當(dāng)速度變化時，估計器的性能也不反映車輛性能的變化。
動態(tài)偏航角速度估計器通過使用一個基于具有偏航角速度反饋的自行車模型的全階觀察器(full order observer)能改進偏航角速度估計器，見圖9。把自行車模型寫作 把估計器的閉環(huán)形式寫作ddtV^yr^=[A-GC]V^yr^+Bδ(t)+Grmeas---(3)]]>把G選擇成把估計器的極放置在比開環(huán)模型快10倍的位置處。乍看起來，當(dāng)車輛的實際偏航角速度在估計器中用來確定車輛的偏航角速度時，這似乎是不必要的。事實上是，在較低偏航角速度下，估計和測量值將重合。然而，估計器基于一個完全線性模型，這個模型當(dāng)在增大不足轉(zhuǎn)向期間車輛變得更加非線性時變得較不準確。因此，當(dāng)車輛開始不足轉(zhuǎn)向時，估計和實際偏航角速度開始脫節(jié)，引起一個用來改變輔助轉(zhuǎn)矩值的誤差。偏航角速度反饋的使用因此減小估計器對于隨速度變化的動態(tài)特性的靈敏性。
試驗已經(jīng)也表明，估計器對于參數(shù)是可靠的，盡管這通過把橫向加速度用作一個另外的反饋信號能進一步改進。
橫向加速度估計圖10是與圖9相對應(yīng)的圖，但表明其中估計器是一個橫向加速度估計塊的情形?？刂破骰旧吓c用于偏航角速度估計器的相同，但添加來自下面的橫向加速度公式的項D′。
系統(tǒng)與用于動態(tài)估計器的相同，只是到觀察器的輸入是轉(zhuǎn)向角度和橫向加速度(而不是偏航角速度)，而輸出是橫向加速度的估計，公式4。通過從實際橫向加速度減去估計的橫向加速度，產(chǎn)生一個能與圖1的第一實施例的偏航角速度誤差相同的方式使用的誤差信號 用于橫向加速度觀察器的狀態(tài)公式由下式給出ddtV^yr^=[A-G′C′]V^yr^x^+[B-G′D′]δ(t)+G′ay(meas)---(5)]]>反向探測一種最佳反向探測算法在圖11中描繪。反向標志是零，指示車輛正在反向，此時偏航角速度在死區(qū)中，或者它們具有不同符號。死區(qū)40、42限制噪聲對偏航角速度信號的影響。它們這樣設(shè)置，從而對于靜止車輛，在偏航角速度上的噪聲不會超過死區(qū)。在信號在死區(qū)中的同時，那么塊的輸出是零。符號塊44、46取輸入信號的符號。如果輸入信號是零，那么符號值也是零，否則如果輸入是正則它是正或者如果輸入信號是負則它是負。飽和48這樣設(shè)置，從而如果輸入是1或更大，那么輸出是1。如果輸入是零或更小，那么輸出是零。這把反向標志限制到0或1。通過估計和實際橫向加速度的比較同樣能良好地實現(xiàn)反向探測。
通過從估計偏航角速度減去實際車輛偏航角速度能求出偏航角速度誤差，即在駕駛員需要的偏航角速度與車輛的實際偏航角速度之間的差，如在圖8中在50處指示的那樣。
駕駛員轉(zhuǎn)矩限制塊把駕駛員轉(zhuǎn)矩的值限制到預(yù)定級。當(dāng)不足轉(zhuǎn)向控制注入系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩量與駕駛員轉(zhuǎn)矩成正比時，對于駕駛員轉(zhuǎn)矩的限制有效地把限制放置在系統(tǒng)能注入的轉(zhuǎn)矩量上。
不足轉(zhuǎn)向控制不足轉(zhuǎn)向控制包括在圖12中指示的多個部分。偏航角速度誤差對于定標映像圖52控制轉(zhuǎn)向感覺，而轉(zhuǎn)矩控制54防止過大不足轉(zhuǎn)矩，抵消來自動力轉(zhuǎn)向的輔助轉(zhuǎn)矩，及甚至反向由駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩。同樣，圖12的控制結(jié)構(gòu)能同樣良好地產(chǎn)生基于橫向加速度誤差估計的不足轉(zhuǎn)矩。
偏航角速度誤差對于定標映像圖偏航角速度誤差用作輸入到查閱表中的索引。這種查閱的輸出是駕駛員轉(zhuǎn)矩定標。查閱表的元素對于較小偏航角速度誤差較低而對于較高偏航角速度誤差較大，如在圖13(偏航角速度誤差對于駕駛員轉(zhuǎn)矩定標查閱表)中指示的那樣。同樣，圖13的原理能同樣應(yīng)用于橫向加速度誤差。
通過改變在查閱表中的元素，能把控制器的效果調(diào)諧到不同車輛，并且給出不同性能。通過使從高到低的過渡發(fā)生在較低偏航角速度誤差處，在汽車達到最終不足轉(zhuǎn)向之前，能使轉(zhuǎn)向感覺良好地變輕。如果初始使轉(zhuǎn)矩定標增益稍微為負，那么能使轉(zhuǎn)向在較低偏航角速度下感覺較重。這與同橫向加速度成正比的駕駛員轉(zhuǎn)矩增大非常類似。
轉(zhuǎn)矩控制有可能不足轉(zhuǎn)向控制器產(chǎn)生比由動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生輔助轉(zhuǎn)矩大的轉(zhuǎn)矩。如果這發(fā)生，則反向由駕駛員感覺的轉(zhuǎn)矩。不僅這不舒服和混淆，而且有這樣的潛在可能性，當(dāng)駕駛員移開他的雙手時，轉(zhuǎn)向會轉(zhuǎn)得更死而不是返回直線向前。為了防止這種轉(zhuǎn)矩反向，已經(jīng)構(gòu)成在圖14(轉(zhuǎn)矩控制部分的方塊圖)中表示的算法。這試圖保持轉(zhuǎn)矩高于一個預(yù)定轉(zhuǎn)矩閾值，這通過在56處把實際駕駛員轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩閾值相比較和產(chǎn)生在0與1之間的定標實現(xiàn)。通過把這種定標應(yīng)用于不足轉(zhuǎn)向控制器的輸出，能控制不足轉(zhuǎn)向控制器的效果。
這樣設(shè)計算法，從而借助于在圖15中表示的形狀產(chǎn)生一個定標校正值，其中Tthreshold是在其下面駕駛員轉(zhuǎn)矩不應(yīng)該降低的轉(zhuǎn)矩值，并且Ktune是調(diào)諧增益的值。
定標校正具有3個階段。在第一階段中，駕駛員轉(zhuǎn)矩非常低，并且基本上迅速限制不足轉(zhuǎn)向控制器的效果以防止轉(zhuǎn)矩反向。這通過把定標校正設(shè)置到零實現(xiàn)，由此使不足轉(zhuǎn)向控制器的效果無效。這事實上是一個死區(qū)，并且在處理來自轉(zhuǎn)矩傳感器的噪聲時是有用的。第二階段在某一指定點與轉(zhuǎn)矩閾值之間。在這部分中，來自轉(zhuǎn)矩控制器的輸出線性地從0到1斜坡上升，產(chǎn)生不足轉(zhuǎn)向控制器輸出的平穩(wěn)控制。最后部分是其中駕駛員轉(zhuǎn)矩高于轉(zhuǎn)矩閾值的部分。定標校正是一，因此對不足轉(zhuǎn)向控制器輸出沒有影響。
轉(zhuǎn)矩閾值這個塊58是等于在其處希望駕駛員轉(zhuǎn)矩不會降到下面的電平的常數(shù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一個滿意值是1Nm。
MaxMAX塊60、62簡單地取其兩個輸入的最大值。在兩種情況下，它們防止輸入降到零以下，這能引起負定標校正。這會提供在駕駛員處的轉(zhuǎn)矩反向，這是高度有害的，因為它使駕駛員混淆。
調(diào)諧增益和濾波器調(diào)諧增益和濾波器塊64使駕駛員轉(zhuǎn)矩信號平滑，從而產(chǎn)生具有較少切換的較平滑控制。調(diào)諧增益用來控制由下式描述的死區(qū)尺寸Tdeadband=Ttheshoodktune-1ktune]]>橫向加速度控制橫向加速度感覺控制，圖16，設(shè)計成在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中產(chǎn)生與車輛的橫向加速度成正比的轉(zhuǎn)矩建立。
橫向加速度補償(66)由一個橫向加速度傳感器供給的橫向加速度值通過一種補償算法。這可以簡單地是一個除去噪聲的濾波器，或者它可以是一種用于橫向加速度傳感器位置的校正。如果使用在前軸處的橫向加速度，則得到最好的結(jié)果。由于傳感器不可能放置在哪里，那么補償元件能用來補償傳感器離在其中測量的橫向加速度希望測量的前輪之間的位置中間的實際位移。
ABS(68)ABS塊僅取數(shù)值，由此保證定標總是正的并且橫向加速度轉(zhuǎn)矩總是具有與駕駛員轉(zhuǎn)矩相同的符號。如果相對符號要改變，那么轉(zhuǎn)向感覺會混淆。
查閱表(70)應(yīng)用于該橫向加速度的增益取決于速度，并且在查閱表中確定。在低速下，增益是零，在約10與40kph之間，增益升高到一個波峰值，并且然后在所有較高速度下保持在那里。一個典型的波峰增益值是約0.3。
觸覺轉(zhuǎn)矩極限這是防止觸覺轉(zhuǎn)矩超過預(yù)定極限的飽和。如果它不超過這些極限，那么它簡單地保持在極限處。
觸覺控制器的最佳形式的主要特征能概括如下。
能人為地引入在不足轉(zhuǎn)向中的轉(zhuǎn)矩變化如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)這樣設(shè)計，從而當(dāng)車輛處于不足轉(zhuǎn)向中時有不足的駕駛員轉(zhuǎn)矩下降，那么使用來自車輛上其它傳感器的信息這能添加。
能人為地引入與橫向加速度成正比的轉(zhuǎn)矩建立如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)這樣設(shè)計，從而有與橫向加速度成正比的不足駕駛員轉(zhuǎn)矩建立，那么使用來自車輛上其它傳感器的信息這能添加。
施加的轉(zhuǎn)矩與駕駛員轉(zhuǎn)矩成正比通過使由控制器施加的轉(zhuǎn)矩與駕駛員轉(zhuǎn)矩成正比，保持被動車輛性能。如果駕駛員從駕駛盤移開其雙手，則駕駛員轉(zhuǎn)矩降到零，觸覺控制器轉(zhuǎn)矩也降到零并且駕駛盤本身對中。
不足轉(zhuǎn)向控制的施加點是完全可調(diào)諧的在其處轉(zhuǎn)向變輕的點能與車輛隔離。因此有可能在最終不足轉(zhuǎn)向之前提供稍微變輕的轉(zhuǎn)向，由此向駕駛員提供牽引損失的提前警報。
在不足轉(zhuǎn)向中的轉(zhuǎn)矩下降量是可調(diào)諧的在不足轉(zhuǎn)向中的轉(zhuǎn)矩下降量在軟件中是可調(diào)諧的。因此簡單的是，創(chuàng)建一種具有適于車輛的轉(zhuǎn)矩下降特性的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
在橫向加速度中的轉(zhuǎn)矩累積量是可調(diào)諧的與橫向加速度成正比累積轉(zhuǎn)矩的量在軟件中是可調(diào)諧的。因此簡單的是，創(chuàng)建一種具有適于車輛的轉(zhuǎn)矩下降特性的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括用速度映像它以給出適當(dāng)?shù)牡退偬匦浴?br> 能使用橫向加速度代替偏航角速度橫向加速度信號能代替偏航角速度信號，并且系統(tǒng)將以相同方式工作，僅有對于估計器公式的很少變化。這是便利的，因為橫向加速度傳感器的成本遠小于偏航角速度傳感器。
在反向時算法不影響轉(zhuǎn)向感覺一種簡單的算法根據(jù)偏航角速度和偏航角速度估計的相對符號探測何時車輛反向。通過防止控制器在車輛反向時動作，避免在轉(zhuǎn)向感覺中的混淆變化。
最少輔助硬件除基礎(chǔ)車輛之外有最少的輔助硬件要求。一個或多個便宜橫向加速度傳感器可能是全部需要的。
符號術(shù)語參數(shù)

信號


權(quán)利要求
1.一種用于電機驅(qū)動車輛的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輔助轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生裝置，配置成響應(yīng)駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩和檢測的車輛速度產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輔助轉(zhuǎn)矩信號，并且對于減小駕駛員的轉(zhuǎn)向力有效；和用來根據(jù)車輛橫向加速度產(chǎn)生觸覺轉(zhuǎn)矩的裝置，把觸覺轉(zhuǎn)矩布置成從輔助轉(zhuǎn)矩信號上減去，從而當(dāng)與車輛的急轉(zhuǎn)彎相對應(yīng)，車輛橫向加速度建立時，從輔助轉(zhuǎn)矩信號上減去的觸覺轉(zhuǎn)矩與由車輛輪胎產(chǎn)生的轉(zhuǎn)彎方向力的增大相對應(yīng)，增大由駕駛員感覺的有效道路反作用反饋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括橫向加速度控制裝置(34)，其具有分別對應(yīng)于駕駛員對方向盤施加的轉(zhuǎn)矩、車輛的縱向速度和由橫向加速度傳感器提供的車輛的測量橫向加速度的輸入端，并輸出橫向加速度轉(zhuǎn)矩值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中橫向加速度控制裝置(34)包括用于所述測量橫向加速度的補償算法形式的橫向加速度補償裝置(66)，包括用以去除噪聲的過濾器或用以校正車輛中的橫向加速度傳感器的物理位置的裝置；Abs塊(68)，其提供僅代表由橫向加速度補償裝置(66)提供的橫向加速度值的幅度的比例因子；以及查閱表(70)，其建立與車輛縱向速度相關(guān)的第一增益，該第一增益應(yīng)用于由Abs塊(68)提供的幅度值以提供第二增益，駕駛員的轉(zhuǎn)矩由所述第二增益修正以形成所述橫向加速度轉(zhuǎn)矩值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中橫向加速度轉(zhuǎn)矩值被進一步由補償裝置(37)修正以形成所述觸覺轉(zhuǎn)矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中所述補償裝置(37)提供表示不足轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的信號，橫向加速度轉(zhuǎn)矩被從該不足轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩中減去以形成所述觸覺轉(zhuǎn)矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中補償裝置(37)包括適于根據(jù)轉(zhuǎn)向角度、車輛動態(tài)速率及車輛縱向速度的測量值產(chǎn)生動態(tài)誤差的動態(tài)估計器(30)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中動態(tài)估計器(30)是偏航角速度估計器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括用來探測車輛是否正在反向的反向探測裝置，并且包括用來探測何時實際偏航角速度或估計的偏航角速度位于死區(qū)中或它們具有不同符號的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中動態(tài)估計器(30)是橫向加速度估計器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括用來探測車輛是否正在反向的反向探測裝置，并且包括用來探測何時實際橫向加速度或估計的橫向加速度位于死區(qū)中或它們具有不同符號的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10任一項所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括從動態(tài)誤差和駕駛員施加轉(zhuǎn)矩的極限值中產(chǎn)生所述不足轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的不足轉(zhuǎn)向控制(32)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中所述不足轉(zhuǎn)向控制(32)包括提供與駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩相關(guān)地校正動態(tài)誤差信號的定標校正增益的轉(zhuǎn)矩控制。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)矩控制適于通過把實際駕駛員轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩閾值相比較和產(chǎn)生在0與1之間的定標，來尋求把駕駛員轉(zhuǎn)矩保持在預(yù)定轉(zhuǎn)矩閾值之上，該定標被施加到不足轉(zhuǎn)向控制(32)的輸出端。
全文摘要
一種用于電機驅(qū)動道路車輛的電動輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，帶有響應(yīng)駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩和檢測的車輛速度產(chǎn)生一個用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輔助轉(zhuǎn)矩信號以減小駕駛員的轉(zhuǎn)向努力的輔助轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生裝置。產(chǎn)生一個偏航角速度觸覺轉(zhuǎn)矩，該觸覺轉(zhuǎn)矩基于車輛速率誤差并且布置成添加到轉(zhuǎn)矩輔助信號上，從而當(dāng)與車輛的增大轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性(例如不足轉(zhuǎn)向或過大轉(zhuǎn)向)相對應(yīng)偏航角速度誤差建立時，添加到轉(zhuǎn)矩輔助信號上的觸覺轉(zhuǎn)矩在任何實際車輛穩(wěn)定性失去之前減小由駕駛員感覺到的有效道路反作用反饋，由此允許駕駛員在達到最終轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性之前的適當(dāng)有利時刻適當(dāng)?shù)匦Ｕ?。要不然，觸覺轉(zhuǎn)矩能基于車輛橫向加速度，該觸覺轉(zhuǎn)矩布置成從轉(zhuǎn)矩輔助信號上減去，從而當(dāng)與車輛的急轉(zhuǎn)彎相對應(yīng)，車輛橫向加速度建立時，從轉(zhuǎn)矩輔助信號上減去觸覺轉(zhuǎn)矩與由車輛輪胎產(chǎn)生的有關(guān)力的增大相對應(yīng)，增大由駕駛員感覺的有效道路反作用反饋。
文檔編號B62D5/04GK1876468SQ200610091260
公開日2006年12月13日 申請日期2002年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月7日
發(fā)明者詹姆斯·歐文·帕特里克·法雷利, 西蒙·戴維·斯蒂文斯, 安德魯·丹尼斯·巴頓 申請人:魯卡斯工業(yè)有限公司