减小电动助力转向系统中的方向盘振动的系统和方法与流程

技术领域总体涉及电动助力转向（EPS）系统，更具体地涉及用于减小在EPS系统中发生的周期性方向盘振动的技术。

背景技术：
电动助力转向（EPS）系统使用电动马达，其可以直接联接到转向齿轮或转向柱以减少驾驶员在车辆转向中的努力。在车辆操作期间，驾驶员将力施加到方向盘以努力使车辆转向。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动马达的马达控制信号，使电动马达产生与驾驶员扭矩组合的“马达辅助扭矩”。然后，该组合的扭矩用于使车辆转向。这允许根据行驶条件改变施加的辅助的量。在车辆中存在多种类型的不希望的振动、噪音、脉动、干扰和其他形式的波动振动能量；这些现象以下统称且广泛地称为“振动”。振动可以具有多种源，包括诸如不规则路面的外部源以及内部源。内部源引起的周期性振动可以传播通过车辆，并且会引起某些车辆构件的驾驶员可注意到的不合期望的抖动或移动。例如，在车轮组件处产生的周期性振动可以组合从而在方向盘柱上产生动态扭矩，这引起方向盘在任一方向以小幅度周期地转动。当在平坦或平整路面上发生此类事件时，对于驾驶员都更加明显，并且有时被称为“平整道路抖动”（SRS）。SRS通常在大约50至100mph之间时最能够被注意到，并且展现出大约10至20Hz的频率。在50mph，平整道路抖动以大约10Hz发生。SRS趋向于以速度的大致线性函数增加，使得在100mph时，SRS以大约20Hz发生。这些振动可以由车辆的驾驶员感知，并且这些方向盘振动可以使驾驶员分心或者困扰驾驶员。因此，期望提供用于抑制具有EPS系统的车辆中的方向盘振动的改进的方法、系统和装置。另外，本发明的其它所期望的特征和特性将从结合附图以及前述技术领域和背景技术的下述详细说明和权利要求变得清楚。

技术实现要素：
提供用于降低电动助力转向系统中的方向盘振动的装置。在一个实施例中，装置包括提供车辆的至少一个车轮的平均车轮角速度的传感器以及处理器，该处理器构造成：由平均车轮角速度确定平均车轮角度；生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数；利用从扭矩传感器接收到的方向盘扭矩信号来处理正弦函数和余弦函数，以提取正弦函数和余弦函数中的至少一个的幅度分量；使用方向盘扭矩信号来重构正弦函数和余弦函数；将正弦函数和余弦函数组合以提供控制信号，并且通过控制信号来控制EPS系统以减弱车辆的方向盘中的平整道路抖动振动。提供用于降低电动助力转向系统中的方向盘振动的方法。在一个实施例中，方法估计车辆的至少一个车轮的平均车轮角速度；由平均车轮角速度确定平均车轮角度；生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数；利用从扭矩传感器接收到的方向盘扭矩信号来处理正弦函数和余弦函数，以提取正弦函数和余弦函数中的至少一个的幅度分量；使用方向盘扭矩信号来重构正弦函数和余弦函数；将正弦函数和余弦函数组合以提供控制信号，并且通过控制信号来控制EPS系统以减弱车辆的方向盘中的平整道路抖动振动。此外，本发明还涉及以下技术方案。1.在具有电动助力转向（EPS）系统的车辆中的一种方法，包括：（a）估计车辆的至少一个车轮的平均车轮角速度；（b）由平均车轮角速度确定平均车轮角度；（c）生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数；（d）利用从扭矩传感器接收到的方向盘扭矩信号来处理所述正弦函数和余弦函数，以提取所述正弦函数和余弦函数中的至少一个的幅度分量；（e）使用所述方向盘扭矩信号来重构所述正弦函数和余弦函数；将所述正弦函数和余弦函数组合以提供控制信号；和（f）通过所述控制信号来控制所述EPS系统；其中，车辆的方向盘中的平整道路抖动振动被减弱。2.如技术方案1所述的方法，其中，当车辆以基本上恒定的速度行驶时，执行对所述正弦函数和余弦函数的处理。3.如技术方案2所述的方法，其中，所述基本上恒定的速度超过45英里每小时（72.42千米每小时）。4.如技术方案1所述的方法，还包括：对所述幅度分量执行快速傅里叶变换（FFT）分析以提供FFT数据；处理所述FFT数据以提供校正的平均车轮角速度；以及重复步骤（b）至（f）；其中，车辆的方向盘中的平整道路抖动振动被进一步减弱。5.如技术方案4所述的方法，其中，当车辆内的处理器可用于处理FFT数据时，执行FFT数据的处理。6.如技术方案4所述的方法，其中，当车辆停止时，利用车辆内的处理器执行FFT数据的处理。7.如技术方案4所述的方法，其中，处理所述FFT数据包括：生成第一偏移值和第一偏移极性；当生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数时，施加第一偏移极性和第一偏移值的一个百分比；以及在重复步骤（b）至（f）之后，当当前偏移值超过所述第一偏移值时，设置当前偏移极性为负，否则设置所述偏移极性为正。8.如技术方案7所述的方法，其中，处理所述FFT数据包括：当生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数时，施加所述当前偏移值和所述当前偏移极性；以及在重复步骤（b）至（f）之后，将所述当前偏移值与阈值比较，当所述当前偏移值低于阈值时，保持所述当前偏移值。9.一种电动助力转向（EPS）系统，包括：提供车辆的至少一个车轮的平均车轮角速度的传感器；处理器，该处理器构造成：由所述平均车轮角速度确定平均车轮角度；生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数；利用从扭矩传感器接收到的方向盘扭矩信号来处理所述正弦函数和余弦函数，以提取所述正弦函数和余弦函数中的至少一个的幅度分量；使用所述方向盘扭矩信号来重构所述正弦函数和余弦函数；将所述正弦函数和余弦函数组合以提供控制信号；和通过所述控制信号来控制所述EPS系统；其中，车辆的方向盘中的平整道路抖动振动被减弱。10.如技术方案9所述的EPS系统，其中，所述处理器构造成当车辆以超过45英里每小时（72.42千米每小时）的基本上恒定的速度行驶时，处理所述正弦函数和余弦函数。11.如技术方案9所述的EPS系统，其中，所述处理器还构造成：对所述幅度分量执行快速傅里叶变换（FFT）分析以提供FFT数据；和处理所述FFT数据以提供校正的平均车轮角速度。12.如技术方案11所述的EPS系统，其中，所述处理器构造成当车辆停止时处理所述FFT数据。13.如技术方案11所述的EPS系统，其中，所述处理器还构造成：生成第一偏移值和第一偏移极性；当生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数时，施加所述第一偏移极性和第一偏移值的一个百分比；以及当当前偏移值超过所述第一偏移值时，设置当前偏移极性为负，否则设置所述偏移极性为正。14.如技术方案11所述的EPS系统，其中，所述处理器还构造成：当生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数时，施加所述当前偏移值和所述当前偏移极性；以及将所述当前偏移值与阈值比较，当所述当前偏移值低于所述阈值时，保持所述当前偏移值。15.一种车辆，包括：车轮，通过车轮车辆能够被推进和转向；联接到一个或多个所述车轮的电动助力转向（EPS）系统；提供车辆的至少一个车轮的平均车轮角速度的传感器；以及处理器，该处理器构造成：由所述平均车轮角速度确定平均车轮角度；生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数；利用从扭矩传感器接收到的方向盘扭矩信号来处理所述正弦函数和余弦函数，以提取所述正弦函数和余弦函数中的至少一个的幅度分量；使用所述方向盘扭矩信号来重构所述正弦函数和余弦函数；将所述正弦函数和余弦函数组合以提供控制信号；和通过所述控制信号来控制所述EPS系统；其中，车辆的方向盘中的平整道路抖动振动被减弱。16.如技术方案15所述的车辆，其中，所述处理器构造成当车辆以超过45英里每小时（72.42千米每小时）的基本上恒定的速度行驶时，处理所述正弦函数和余弦函数。17.如技术方案15所述的车辆，其中，所述处理器还构造成：对所述幅度分量执行快速傅里叶变换（FFT）分析以提供FFT数据；和处理所述FFT数据以提供校正的平均车轮角速度。18.如技术方案17所述的车辆，其中，所述处理器构造成当车辆停止时处理所述FFT数据。19.如技术方案17所述的车辆，其中，所述处理器还构造成：生成第一偏移值和第一偏移极性；当生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数时，施加所述偏移极性和第一偏移值的一个百分比；以及当当前偏移值超过所述第一偏移值时，设置当前偏移极性为负，否则设置所述偏移极性为正。20.如技术方案17所述的车辆，其中，所述处理器还构造成：当生成平均车轮角度的正弦函数和余弦函数时，施加所述当前偏移值和所述当前偏移极性；以及将所述当前偏移值与阈值比较，当所述当前偏移值低于所述阈值时，保持所述当前偏移值。附图说明以下将结合所附的附图描述示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：图1是根据实施例的柱电动助力转向（CEPS）系统的示意图；图2是根据实施例的齿条电动助力转向（REPS）系统的部分截面图；图3是根据实施例的电动助力转向（EPS）系统的控制器的框图；以及图4是显示根据实施例的图3的控制器的操作模式的流程图。具体实施方式以下的详细描述本质上仅是示例性的且并不意在限制其应用和用途。另外，不应被在前述技术领域，背景技术，发明内容或以下的详细描述中所表达的或暗示的理论所束缚。在本文中，可仅仅将诸如第一和第二等等的关系术语用于使一个实体或动作与另一实体或动作区别开，而不必要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际上的这种关系或次序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等等的数字序数仅指示多个的不同单个，而不是暗示任何顺序或次序，除非在权利要求的语句中明确限定。此外，下面的描述涉及被“连接”或“联接”在一起的元件或特征。如本文所用，“连接”可以指一个元件/特征直接连接到（或直接连通到）另一个元件/特征，而不必是机械地。同样地，“联接”可以指的是一个元件/特征直接或者间接地与另一元件/特征连接(或者直接或间接的与之连通)，而不必是机械地。然而，应当理解的是，虽然在下面的一个实施例中两个元件可描述成被“连接”，但在替代性实施例中，类似元件可以“联接”，并且反之亦然。因此，虽然本文所示的示意图示出了元件的示例性布置，但在实际的实施例中可出现另外的中间元件、设备、特征或构件。最后，为了简便，与车辆的电和机械部分以及系统的其它功能方面相关的传统技术和构件（以及系统的单个操作构件）在本文中将不被详细描述。此外，本文包含的各个图中示出的连接线用来代表各个元件之间的示例功能关系和/或物理联接。应当注意，在本发明的实施例中可以存在许多替代的或附加的功能关系或物理连接。还应当理解的是，图1-3仅仅是说明性的，而且可能并未按比例绘制。参考图1，显示了车辆102的电动助力转向（EPS）系统100的示例性实施例。图1的实施例显示了柱EPS系统（或CEPS系统）。电动助力转向系统100可以包括传统的齿条和小齿轮转向机构104，其包括有齿的齿条（未示出）和在齿轮壳体106之下的柱小齿轮（未示出）。随着方向盘108被转动，上部转向轴110通过旋转接头114转动下部轴112，下部转向轴112转动柱小齿轮。柱小齿轮的旋转使得齿条移动，该齿条移动系杆116（仅示出一个），该系杆116移动转向节118（仅示出一个）以使得轮胎120（仅示出一个）转动。通过控制器122和包括电驱动马达124的功率辅助致动器来提供电动功率辅助。控制器122通过线128从车辆电功率源126接收电功率，从线130上接收指示车辆速度的信号，并且在线134上从柱旋转位置传感器132接收柱小齿轮角度。当方向盘108转动时，扭矩传感器136感测到由车辆操作者施加到方向盘108的扭矩，并且在线138上将操作者扭矩信号提供给控制器122。响应于车辆速度、操作者扭矩、以及在一些情况下还响应于接收到的柱小齿轮角度信号，控制器122推导期望的电动马达电流并且将这些电流的值通过总线140提供给电驱动马达124，该电驱动马达124通过蜗轮142和马达小齿轮144为转向轴110供应扭矩辅助。根据示例性实施例，控制器122包括模块146，该模块146用于减弱或降低平整道路抖动（SRS）和其它方向盘振动。模块146施加自适应逻辑以便对用于这些功能的传统传感器可提供的车辆速度（来自线130）和方向盘扭矩（来自线138）进行处理。如以下结合图3-4详细所述的，模块处理这些信号，以产生由控制器122所使用的校正信号，以便降低或减弱可以由车辆102的驾驶员注意到并且使其困扰的SRS或振动效应。本公开的示例性实施例还可以适用于安装有齿条的电动助力转向系统。图2示出了电动马达安装在转向系统的齿条上的EPS系统的示例（REPS系统）。电动助力转向系统200包括传统的齿条和小齿轮转向机构202，其包括有齿的齿条204，该齿条204连接到系杆（图2中未示出），用于引导轮胎（图2中未示出）的转动。转向柱具有组件206，其具有柱小齿轮208，该柱小齿轮208与有齿的齿条204的齿210啮合，使得转向柱的转动在有齿的齿条上施加扭矩，该扭矩导致有齿的齿条根据转向柱的转动方向而向左或向右平移。电动助力转向系统的电驱动马达212通过马达小齿轮连接到有齿的齿条，其中，马达小齿轮可以通过例如滚珠丝杠机构由例如皮带或齿轮界面机械地连接。电操作如同关于图1的CEPS构造总体描述的，因为其适用于图2的REPS，其中，控制器122的模块146处理车辆速度（来自线130）和方向盘扭矩138，以便为控制器122提供校正信号，控制器可以使用该校正信号来减弱或降低可以由车辆的驾驶员注意到的SRS和其它振动效应。现在参照图3，示出了电动助力转向（EPS）系统的控制器的框图。典型地，为平整道路抖动（SRS）提供补偿的EPS系统采用车轮角速度（速度）的高度精确测量值或近似值。该测量值可以由位于轮组件内或者靠近轮组件的专用传感器提供，或者在采用ABS的车辆中可以使用防抱死制动系统（ABS）来估计。然而，对于一些车辆来说专用传感器的成本可能过高，并且不是所有车辆都采用ABS。因此，本公开提供对SRS的补偿，而不需要高度精确的车轮角速度数据。借助例如速度表读数或者通过感测变速器中的旋转齿轮对车轮角速度的简单估计足以用于由本公开所提供的SRS减弱。如图3所示，EPS控制器122在基础实施例中包括模块146以及处理器300，处理器300可以联接到存储器302（可选地，处理器300可具有内部存储器）。模块146提供采用速度数据130和方向盘扭矩信号138的外差（heterodyning）功能，其用于对SRS效应提供校正（即，减弱），诸如在2010年9月15日提交的美国专利公开号2012/0061169中描述的，其通过引用而结合在本文中。速度数据130由积分器304处理，以提供平均车轮角度。在框306中，该值可以被存储（并且更新），并且提供给正弦函数发生器308和余弦函数发生器310，正弦函数发生器308和余弦函数发生器310提供平均车轮角度的正弦和余弦函数（分别为308’和310’）。正弦信号和余弦信号分别通过混合器312和314与扭矩信号138混合。这提取扭矩信号138的正弦分量和余弦分量，它们通过积分器316和318积分。这些积分器的输出（320和322）提供数据，该数据将通过快速傅里叶变换（FFT）分析进行处理，以确定将用于补偿（即减弱）SRS效应的偏移值（每采样周期性地），如下更完整地描述。在提取该数据之后，在混合器323和325中通过将该数据（320和322）与正弦函数和余弦函数（分别为308’和310’）混合而重构正弦信号和余弦信号。在被（通过加法器328）组合之前，重构的信号可以被放大（分别通过放大器324和326）。加法器328的输出是用于EPS系统的控制信号，其可以被放大（通过放大器330）并且通过控制信号332传递至处理器300。控制信号332可以与任何特定实现所期望的其它输入334一起被处理器300所接收。处理器300可以将控制信号332与EPS系统中已知的多种其它信号组合、融合或补充。这种其它信号的非限制性示例包括方向盘角度、方向盘扭矩、方向盘速度、方向盘加速度、方向盘扭矩梯度、车辆速度、车辆前-后加速度、以及车辆侧向加速度。然后，处理器提供控制信号336给EPS致动器（马达124或212），该EPS致动器由于控制信号332所提供的分量而为SRS提供补偿。处理器300还接收数据320和322，以便对数据执行FFT分析，并且将结果存储在存储器302中。通常，输出数据中的仅一个（320或322）需要通过FFT函数来处理。可选地，控制器300可以通过总线338将FFT补偿分布到车辆中的其它控制器。分布FFT分析在处理器300忙碌并且其它处理器当前不被它们预期功能所占据而可用的情况下提供优点。图4示出了对于理解用于减弱EPS系统中的SRS的方法和操作模式有用的流程图。关于图4的方法所执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或其任何组合来执行。为了示出的目的，以下对图4的方法的描述可以引用以上关于图1-3所述的元件。在实践中，图4的方法的各部分可由所述系统的不同元件来执行。应该意识到，图4的方法可包括任何数量的额外或替代性任务，图4的方法可以结合到具有未在此处详细描述的额外功能的更为广泛的程序或过程中。此外，图4中所示的一个或多个任务可以从图4的方法的实施例中省略，只要预期的总体功能保持不变即可。如图4所示，方法400以三种模式402、404和406操作。模式1（402）是学习模式，模式2（404）是验证模式，模式3（406）是操作的监测模式。在每种模式中，利用FFT数据320或322来帮助提供控制信号（图3中的332）以减弱SRS。方法400开始于模式1（402），其中，FFT数据320或332在步骤408中被存储（例如存储在图3的存储器302中）。在一些实施例中，FFT数据仅当车辆状况对于收集和存储FFT数据有效时被存储。这种状况的非限制性示例是当车辆以基本上恒定的速度并且尤其是以超过45英里每小时（72.42千米每小时）的速度行驶时。接着，框410诸如借助总线338通过处理器300（图3）或通过其它处理器执行FFT分析。在一些实施例中，FFT数据仅当状况对于处理FFT数据有效时被处理。这种状况的非限制性示例是当车辆内的处理器可用，诸如当车辆已经停止（例如停止标志、其它交通控制信号或检测到钥匙关闭后）时，在此期间处理器300不需要控制EPS系统或不需要某个其它处理器来执行其预期功能。在执行FFT分析之后，框412存储结果，结果包括平均速度、偏移值（在一些实施例中，偏移值是存储的基础值和计算值之间的频率差（有时表达为百分比））、和偏移极性，在模式1（402）的初始执行时假设偏移极性为正极性。在模式1（402）完成时，步骤414触发模式2（404）开始。在模式2（404）期间，在步骤416中，偏移值的百分比（在模式1中推导的）与偏移极性一起施加到平均车轮速度。在一些实施例中，使用偏移值的百分之五十（50%）。如以上所注意到的，在模式1的初始执行期间，偏移极性被假设为正。模式2验证（或校正）偏移值，用于在模式3期间的进一步处理。为了执行验证过程，FFT数据如之前结合框408和410所述地被再次存储（框418）和处理（框420）。因此，框420提供当前偏移值，该偏移值在框422中可以与模式1期间产生的第一偏移值比较。如果当前偏移值超过第一偏移值，则偏移极性被设置为负。否则，偏移极性保持为初始假设的正极性。当偏移极性已经被验证（或校正），步骤424触发模式3（406）的开始。在模式3（406）期间，方法400操作为监测持续推导出的偏移值以减弱SRS。为此，学习的偏移值（来自模式1）和验证的偏移极性（来自模式2）被施加到平均车辆速度，用于接下来在步骤426中由外差模块（图3中的146）计算。当状况有效时，框428和430再次存储和处理FFT数据（图3中的320或322），以提供当前偏移值。决策432将当前偏移（模式3中计算的）与偏移阈值比较。在一些实施例中，偏移阈值大约是一个百分比的一半（0.5%）。如果当前偏移小于阈值，则方法400保持在模式3中并且循环回到步骤426。相反地，如果已经超过阈值，步骤434触发模式1（402）以再次开始，并且方法重复。通过施加学习的偏移值（来自模式1）和学习的极性（来自模式2），由于平均车轮角速度的简单估计造成的任何误差被快速校正，并且提供控制信号332以补偿SRS的效应。以此方式，本公开提供了对于SRS效应的补偿（减弱），而不需要平均车轮角速度的高度精确测量值或估计，使得本公开是一种负担得起的和容易实现的SRS补偿系统。尽管已经在前述详细说明中给出了至少一个示例性实施例，但应该懂得存在很多变化。还应当意识到，一个或多个示例性实施例仅是示例，并不意在以任何方式限制本发明的范围、应用或构造。相反，前述详细说明为本领域技术人员提供了一种简便的方法来实施一个或多个示例性实施例。应当理解，在不偏离由权利要求书及其法律等同物的范围的情况下，可对元件的功能和布置作出各种改变。