本发明涉及用于转向辅助和/或控制的方法和系统的方面，尤其涉及用于校准在动力转向辅助和/或控制系统中使用的转矩传感器的方法和系统。
背景技术：
电动助力转向(eps)系统使用电动马达作为致动器以在驾驶车辆时提供对驾驶员的辅助。在当今市场中，通过开发可行的adas(高级驾驶员辅助系统)解决方案，汽车技术正在快速发展以实现半自主和自主技术。代替(通过减少转向力度)直接辅助驾驶员，eps也可以接受来自另一个控制系统的位置指令，以在某些条件下实现车辆的方向控制。
技术实现要素：
一种用于评估转矩传感器的系统的实施例包括：输入模块，被配置为从车辆中的方向盘转矩传感器接收转矩信号；以及传感器评估模块。所述传感器评估模块被配置为执行监测影响所述方向盘转矩传感器的状况，并且确定所述状况是否指示期望情形，在所述期望情形中，输入转矩被施加到所述方向盘的概率低于所选择阈值。所述传感器评估模块还被配置为执行：基于检测到所述期望情形，自动分析在所述期望情形的持续时间期间接收到的转矩信号，以估计一个或多个转矩传感器误差值；以及将所述一个或多个误差值和校正后的转矩信号中的至少一个输出到转矩指令生成模块，所述转矩指令生成模块被配置为向电动马达生成转矩指令，以向车辆转向系统施加转矩。
一种评估转矩传感器的方法包括：通过输入模块从车辆中的方向盘转矩传感器接收转矩信号；以及通过传感器评估模块执行所述转矩信号的评估。执行所述评估包括监测影响所述方向盘转矩传感器的状况，并且确定所述状况是否指示期望情形，在所述期望情形中，输入转矩被施加到所述方向盘的概率低于所选择阈值。执行所述评估还包括：基于检测到所述期望情形，自动分析在所述期望情形的持续时间期间接收到的转矩信号，以估计一个或多个转矩传感器误差值；以及将所述一个或多个误差值和校正后的转矩信号中的至少一个输出到转矩指令生成模块，所述转矩指令生成模块被配置为向电动马达生成转矩指令，以向车辆转向系统施加转矩。
从以下结合附图的描述中，这些和其它优点和特征将变得更加明显。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书所附的权利要求中被特别指出并明确地要求保护。从以下结合附图的详细描述中，本发明的前述和其它特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1是示出包括转向控制和/或辅助系统的实施例的车辆的功能框图；
图2是示出转向控制和/或辅助系统的实施例的组件、模块和功能的示意图；
图3是示出监测和校正方向盘转矩传感器测量的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。
现在参考图1，其中将参考特定实施例描述本发明但不限制本发明，示出包括转向系统12(诸如电动助力转向(eps)和/或驾驶员辅助系统)的车辆10的实施例。在各种实施例中，转向系统12包括耦接到转向轴16的方向盘14。在所示实施例中，转向系统12是电动助力转向(eps)系统，其还包括转向辅助单元18，该转向辅助单元18耦接到转向系统12的转向轴16并且耦接到车辆10的连结杆20、22。例如，转向辅助单元18包括转向致动器马达19(例如，直流(dc)或交流(ac)电动马达)和齿条与齿轮转向机构(未示出)，该齿条与齿轮转向机构可以通过转向轴16耦接到转向致动器马达和传动装置。在操作期间，当车辆操作者转动方向盘14时，转向辅助单元18的马达提供辅助以移动连结杆20、22，进而又分别移动被分别耦接到车辆10的道路车轮28、30的转向节24、26。
如图1所示，车辆10还包括检测和测量转向系统12和/或车辆10的可观测状况的各种传感器。传感器基于可观测状况产生传感器信号。在所示示例中，传感器31和32是分别感测车轮28和30的转速的车轮速度传感器。车轮速度传感器还可以放置在后轮34、36处。传感器31和32基于此产生速度信号。可以理解的是，可以使用感测车轮移动的其它车轮传感器，例如车轮位置传感器，来代替车轮速度传感器。在这种情况下，可以基于车轮传感器信号来计算车轮速率和/或车辆速率或速度。
在一个实施例中，车辆10包括方向盘转矩传感器33，其感测放置在方向盘14上的转矩。传感器33基于此产生转矩信号。位置传感器可以布置在方向盘14处以产生方向盘位置信号，或者可以分析转矩信号以估计方向盘位置。其它传感器包括用于检测与转向辅助单元18相关联的转向致动器马达或其它马达的位置(马达位置)和转速(马达速率或马达速度)的传感器。
控制模块40基于一个或多个传感器信号并且还基于本公开的转向控制系统和方法来控制转向系统12的操作。控制模块可以用作eps系统的一部分以提供转向辅助扭矩，和/或可以用作可控制车辆转向(例如，用于停车辅助、紧急转向控制和/或自主或半自主转向控制)的驾驶员辅助系统。
可以由任何合适的控制系统和/或处理装置(诸如马达辅助单元18和/或控制模块40)执行本文描述的实施例的各个方面。在一个实施例中，控制模块40是或被包括为自主驾驶系统的一部分。
诸如控制模块40的处理装置或控制装置被配置为根据控制方法来控制诸如有刷dc马达(例如，马达19)的dc马达。处理装置被配置为控制转向辅助和/或车辆控制的各个方面，并且还可以包括监测影响方向盘转矩传感器(也简称为转矩传感器)的状况、评估转矩传感器读数、以及重新校准或校正转矩传感器读数的功能。可以将校正后的转矩传感器读数(或估计误差)输入到合适的模块，用于计算对马达的转矩指令。
现在参考图2，数据流程图示出用于控制dc马达以将转矩施加到车辆的转向系统的控制装置或系统50的示例性实施例。在一个实施例中，控制系统50是或包括诸如图1的控制模块40的eps控制系统。在各种实施例中，控制装置或系统(例如，模块40)可以包括一个或多个子模块和数据存储。如本文所使用的，术语模块和子模块指执行一个或更多软件或固件程序的专用集成电路(asic)、电子电路、处理器(共享处理器、专用处理器或处理器组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适组件。可以从诸如车辆10的传感器31、32、33(图1)的传感器产生控制模块40的输入，可以从车辆10内的其它控制模块(未示出)接收控制模块40的输入，可以对控制模块40的输入建模，和/或可以预定义控制模块40的输入。
在图2的实施例中，控制系统50包括各种模块或子模块，例如接收诸如方向盘转矩(hwtq)和/或方向盘位置(hwpos)的信息和传感器输入并产生转矩指令(tc)的转矩指令模块52。可以输入到转矩指令模块的其它信息包括方向盘旋转速率或角速率(hwvel)、车辆速度、车辆位置信息(例如，gps信息)等。任何数量的传感器54可以被配置为传输测量数据。控制系统可以使用的测量数据和信息不限于本文讨论的示例。
将转矩指令tc输入到电流指令模块56，其中该电流指令模块56将电流指令ic输出到dc马达58。电流指令可以被发送到电流调节器60，该电流调节器60使用电流指令生成电压指令(v)。电流测量模块62测量马达电流(ia)并将测量到的电流值(im)输出到电流调节器60。需要注意的是，提供控制系统50用于说明的目的，而不是限制性的。本文描述的实施例适用于利用转矩传感器测量的任何控制系统或配置。
在一个实施例中，控制系统50包括转矩传感器评估模块64，其中该转矩传感器评估模块64接收包括转矩传感器输入的输入、监测控制系统和/或车辆状况、并且响应于表示或指示期望情形的状况来评估转矩传感器。期望情形是方向盘转矩输入(即，从驾驶员施加到方向盘的转矩或者由于车辆移动或其它条件而产生的转矩)为零或至少被最小化的情形，即转矩输入的概率低于所选择的阈值(例如，概率小于10％)。可以通过适当的输入模块来接收输入。评估模块64基于传感器输入通过估计误差来评估转矩传感器。可以提示或触发评估模块64的评估的条件包括例如与车辆速度和转向轮或方向盘参数有关的条件。可以基于任何合适的信息来检测这种条件，这种信息包括诸如幅度、符号、梯度、频率、相位、累积的频谱功率和/或任何其它信号特征的转矩信号特征。
转矩传感器的评估包括基于考虑各类误差的转矩信号的数学模型来估计转矩信号中的一个或多个误差。在一个实施例中，模型是数学学习模型，该数学学习模型包括将来自转矩传感器的读数与来自其它车辆传感器(例如，车辆速度传感器和/或方向盘位置传感器)的读数相关联的函数。该函数包含表示不同误差的一个或多个系数。系数在本文被称为“估计量参数”。
评估模块64监测车辆运行状况以得到期望情形，即，数学模型被认为是有效的情形(例如，没有来自操作员或驾驶员的转矩输入的情形、或者方向盘的输入转矩的概率低于阈值或最小的情形)。在期望情形下，评估模块64递归地将传感器输入施加至模型。在一个实施例中，在整个方向盘位置的分布中，使用来自各个传感器的多个单独测量的组合来验证最终的误差估计结果。
下面进一步描述数学模型的实施例。处理装置使用该模型来评估方向盘转矩传感器信号。在一个实施例中，在与期望情形相关联的一段时间内，评估模型64(或其它合适的处理装置)递归地将方向盘转矩传感器信号施加到模型。例如，如下面进一步讨论的，周期性地或者在期望情形的每个实例中将方向盘转矩信号施加到模型。
该模型基于表示来自转矩传感器的方向盘转矩信号(hwtq)的以下等式：hwtq＝torqueinput1+torqueinput2+…+torqueinputn+error1+error2+…+errorm，(1)
其中，torqueinputx是输入转矩的量，即从各种来源(除了来自电动马达)施加到方向盘的转矩量，例如操作者输入(例如转动方向盘)、驾驶员与方向盘之间的非故意接触、以及导致方向盘上转矩的车辆振动或其它力。在这个示例中，由x表示每个输入转矩实例，其中x是从1到n的整数。可以使用车辆中的一个或多个可用信号来检测torqueinputx的每个实例的存在。可以将m个误差引入到方向盘转矩信号中，并且可以使用车辆中的可用信号来对其中至少一些进行建模。
一些状况与发生torqueinputx的最小或较低概率相关联。期望这样的条件(称为期望情形)来得到传感器的零转矩输入、最小量的转矩输入、低于所选择阈值的转矩输入的量、或低于所选择阈值的转矩输入的概率。期望情形的一个示例是当车辆停止并且驾驶员没有使用方向盘产生任何转矩时(“放手”状态)。
在期望情形下，可以假定到方向盘的转矩输入为零，并且等式(1)可以被简化为：
hwtq＝error1+error2+…+errorm(2)
数学学习模型被用于估计方向盘转矩传感器误差，并且考虑了将被估计的所有方向盘转矩传感器误差。数学模型取决于一个或多个估计量参数以及来自车辆传感器的一个或多个信号。其中一个信号是正在被监测的方向盘转矩信号。数学模型通过估计量参数和适当的数学运算和函数将来自方向盘转矩传感器信号的信号与其它所选择的车辆传感器的读数相关联。
任何所识别或预期的误差来源(被称为转矩传感器误差)可以被并入到学习模型中。如本文所述，学习模型指递归地调整或重新计算以精炼模型的数学模型。误差的示例包括偏移(由于例如错位、损坏等)、方向盘的未对准、转矩传感器的旋转不对称性、由于车辆振动引起的误差、诸如滞后的转矩传感器误差等。
下面的学习模型的示例说明了误差的以下三个来源。一个误差是偏移误差(hwtqoff)，另一个误差是由方向盘质心与方向盘旋转中心不匹配产生的转矩(hwmass)引起的，第三个误差是由转矩传感器的旋转不对称性(rotasmtryhwtq)引起的。在某些情况下，这些误差来源占转矩传感器总误差的大部分，因此利用使用这些误差的模型可以提供足够的校正。
hwmass和rotasmtryhwtq误差本质上是振荡的，可以写成如下：
hwmass＝a1*sin(hwpos+hwposoff)，以及(3)
rotasmtryhwtq＝a2*sin(hwpos+hwposoff+phase2)，(4)
其中hwpos是方向盘位置传感器信号，hwposoff是方向盘位置信号误差值。a1和a2是与位置传感器偏移相关的参数(或系数)，其中a1是与方向盘质心与旋转中心不匹配相关的系数，a2是与转矩传感器的旋转不对称性相关的系数。phase2是与方向盘位置信号中的误差相关，并且对应于hwmass与rotasmtryhwtq误差之间的相位差。a1、a2、phase2和/或hwtqoff是估计量参数。
然后可以由等式(5)表示该数学模型：
hwtq＝a1*sin(hwpos+hwposoff)+a2*sin(hwpos+hwposoff+phase2)+hwtqoff(5)
在一个实施例中，该模型不仅解释了上述误差来源，而且还解释了可能发生的各种其它误差。将由这些其它来源引入的转矩信号中的误差量一起表示为othererrors。然后这个模型可以表示为：
hwtq＝a1*sin(hwpos+hwposoff)+a2*sin(hwpos+hwposoff+phase2)+hwtqoff+othererrors(6)
诸如控制模块40、控制系统50和/或监测模块62(或其组件)的处理装置执行包括监测转矩传感器信号以及用于所选择操作条件的车辆和/或控制系统、估计转矩传感器误差、以及计算校正后的转矩信号的方法。该方法可以在车辆控制和/或辅助操作(例如eps操作)幕后执行，并且不需要驾驶员的任何特定介入。
在一个实施例中，仅收集并分析期望情形中产生的转矩传感器信号。期望情形是施加到方向盘的输入转矩的量在统计上为零、最小或低于所选择的阈值的情形。在车辆运行期间连续地或周期地监测各种车辆运行状况。引起期望情形的操作条件对于所有车辆系统来说可能并不相同，因此可以根据车辆感测能力来选择操作条件和期望情形。车辆传感器在eps系统中既可以是集成的，也可以是不集成的。可被监测以识别期望情形的操作条件包括例如车辆信号幅度、符号、梯度、频率、相位、累积的频谱功率和/或任何其它信号特性。
图3示出控制车辆的各个方面并监测车辆转矩传感器的方法70的实施例，其包括监测和校正方向盘转矩传感器测量。该方法包括一个或多个阶段71-77。本文结合处理装置(例如，评估模块64)描述该方法，但是不限于此，并且可以结合任何数量的处理装置来执行该方法。在一个实施例中，以所描述的顺序来执行阶段71-77，但是一些步骤可以以不同的顺序执行，或者可以省略一个或多个步骤。
在阶段71，处理装置监测车辆中的各种传感器，以确定是否存在适合于评估转矩传感器的状况(称为合适状况)。处理装置监测转矩传感器，并且还可以监测车辆和/或eps系统中的其它传感器。例如，处理装置接收方向盘转矩传感器信号和例如车速和方向盘位置信号的其它信号。
在阶段72，处理装置基于监测到的信号检测期望的、情形或状况。在一个实施例中，期望情形是在统计上没有转矩输入或者转矩输入(驾驶员的有意输入或者由于车辆移动导致的无意输入)最小的情形。例如，如果与方向盘转矩(hwtq)信号相关的值低于所选择的阈值并且诸如方向盘速率(hwvel)和/或车速(vehiclespeed)的传感器信号低于相应的所选择的阈值，则检测到期望情形。与hwtq相关的值可以是在某时或一段时间内的转矩幅度或振幅，或者可以是转矩信号到另一个域(例如频率或功率谱域)的转换。例如，如果vehiclespeed信号为零(即，车辆停止)或低于所选择的阈值，并且hwvel和hwtq为零或低于所选择的阈值(该阈值指示放手状况)，则检测到期望情形。
如果检测到期望情形，则监测方向盘转矩信号以确保不存在torqueinputx(或者至少torqueinputx低于某个阈值)。该过程在图3中被称为转矩输入检测(tid)。
期望情形应持续地存在一段时间(通常大约为几秒的量级)，以便确保传感器的可靠读数以用于评估目的。当无中断地经过一段时间之后，传感器读数就绪。
在阶段73，如果tid被启用并且期望情形存在(例如，没有转矩被施加到方向盘或转矩低于阈值)，则启动计时器以记录期望情形持续的时间长度。还监测用于确定期望情形的信号，以确保期望情形至少存在最短持续时间。
在阶段74，如果期望情形持续了至少最短持续时间，则获取用于学习过程的传感器测量。对于所选择的最短持续时间，在期望情形中记录用于学习过程的一个或多个测量(来自每个方向盘转矩传感器和/或其它传感器)。在一个实施例中，在检测到最小时间时，在期望情形中获取来自用于学习过程的每个传感器的单个测量，但是可以获取任何次数的测量。用于学习过程的传感器测量的示例包括方向盘转矩(hwtq))信号和方向盘位置(hwpos)信号。可以将在期望情形的单个实例中获取的传感器测量或一组传感器测量称为样本。
在阶段75，如果监测到的信号表示期望情形不再存在(例如，hwtq超过阈值)，则停止tid和测量过程。
在阶段76，处理装置执行学习过程。可以在期望情形持续了最短持续时间之后的任何时间点(例如，在期望持续时间的当前实例中或在期望情形结束时)执行学习过程。使用在期望情形中所选择的传感器信号的读数来估计学习模型中估计量参数的值。例如，估计量参数的值被估计，以产生hwtq信号的最佳拟合。可以使用任何合适的曲线拟合过程或算法(例如最小均方拟合算法)来确定估计量参数。例如，估计量参数a1、a2、phase2和hwtqoff被估计为使othererrors的振幅最小化的系数。可以重复地或递归地估计估计量参数，并且针对期望情形的每个实例或每次发生来更新学习模型。
在阶段77，经由有效性检查过程来检查估计量参数确定，以确定估计量参数是否有效。有效性检查包括识别一个或多个子情形。估计估计量参数的准确性取决于在每个子情形下执行学习过程的次数。定义一组子情形以最大化每个考虑的转矩传感器误差的估计精度。例如，考虑两个度量来确定学习过程结果是否被认为是有效的。一个度量是在期望情形下执行的学习过程的执行次数(也被称为samplesamount)。另一个度量是与方向盘位置为正时的学习过程的执行次数与方向盘位置为负时的执行次数之差相对应的平衡度量(以下称为“samplesimbalance”)。例如，如果差异表示小于样本总数的所选择比例(例如25％)，则学习过程是有效的。“正”方向盘位置指方向盘相对于参考方向盘位置(例如，中心或零位置)具有正值的角度位置，“负”方向盘位置指方向盘相对于的参考位置具有负值的角度位置。
在阶段78，如果估计量参数估计被认为是有效的，则利用转矩传感器误差的经验证的估计来校正转矩信号(hwtq)。从转矩信号中减去估计的转矩传感器误差，以产生用于控制电动马达的校正后方向盘转矩信号(hwtq(cor))。例如，如果检测到误差，则将估计误差从评估模块64输入到转矩指令模块52，其中转矩指令模块52校正或重新校准转矩传感器信号。在另一个示例中，评估模块64重新校准或校正转矩传感器信号，并将校正后的信号发送到转矩指令模块52。
可以收集测量并递归地执行学习过程以更新学习模型和/或更新方向盘转矩测量校正。在一个实施例中，每次发生期望情形时，就执行tid和测量过程。例如，每当检测到期望情形(例如车辆停止、放手状况)达最短持续时间时，收集方向盘转矩测量并将其应用于学习模型以更新表示各种误差的估计量参数。因此，每当发生期望情形(对于最短持续时间)时，模型被自动更新，以精炼误差的估计并提供更准确的校正。
如本领域技术人员可以理解的，该实施例的各方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面的实施例的形式，其可以在本文中通常被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。
附图中的流程图和框图示出根据本技术方案的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个块可以表示模块、段或代码的一部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还将注意到，框图和/或流程图的各个块以及框图和/或流程图中的块的组合可以由特殊目的的基于硬件的系统来实现，该特殊目的的基于硬件的系统执行指定的功能或动作，或者实施专用硬件和计算机指令的组合。
本文描述的实施例提供了诸多优点和技术效果。实施例提供了用于监测和校正或校准转矩传感器并确保可靠的转矩测量的有效技术，这对于动力转向和其它车辆控制系统是重要的。
动力转向系统的原理是测量驾驶员的努力(即，驾驶员对方向盘的输入转矩)，并用比例电致动器转矩来辅助这种努力。另外，舒适功能使用驾驶员的转矩信号来增强车辆的转向感、舒适性和安全性。集成的转矩测量装置通常用于eps系统以及诸如自主转向控制的控制系统中的上述目的。这种集成装置的精度和可靠性具有很高的价值。在方向盘位置为零的情况下，驾驶员转矩测量的小偏差可能对驾驶员的转向感或舒适性是不利的。本文描述的实施例有助于确保转矩传感器测量的准确性和可靠性。
常规地，在eps系统的制造过程和车辆制造过程中执行转矩传感器的校准。不同的情形可能产生可能需要在车辆的使用寿命期间重新校准该感测装置的信号偏移。因此，可以在车辆的使用寿命期间执行本文描述的自动重新校准，这减少或消除了将车辆带到经销商、汽修厂或其它服务提供商处的需要。
虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改为包括此前未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替代或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的各方面可以仅仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不被视为受前述描述所限制。