电力转向系统的改进的制作方法

在简单的电力辅助转向系统中，提供了被布置为使得驾驶杆中的扭矩水平被测量的扭矩传感器。根据这种测量，控制器计算指示要由附连到驾驶杆的电动马达生成的扭矩的扭矩需求信号的值。马达向驾驶杆施加与驾驶员所需要的一样感觉的扭矩，从而减少转动车轮所需的努力。

当驾驶员转动方向盘时，期望在驾驶员主动转动方向盘时提供非常小的车轮阻尼，但是当驾驶员将他们的手离开方向盘时允许方向盘转动时提供更高的阻尼分量。

扭矩阻尼分量可以采取多种形式。例如，在本领域中已知的是，在扭矩需求信号内包括扭矩阻尼分量，该扭矩阻尼分量被用于驱动模仿传统液压系统中存在的粘性摩擦的机械现象的马达。已经发现这为转向提供了非常自然的感觉，这使驾驶员感到安心。

还已知提供其幅度一般随着驾驶杆速度从零转速下的零扭矩到某个任意最大速度下的最大值而增加的阻尼分量。这可以通过施加可以作为取决于杆速度的缩放因子而被修改的阻尼水平来实现。实际上，随着扭矩阻尼分量增加，马达输出的扭矩减小，因此辅助的量减小。这在高车速下提供了增加的阻尼并因此提供了稳定性，同样为驾驶员提供了令人放心的可靠感觉并且使车辆在速度上感觉更稳定。

在现有技术中已知提供扭矩阻尼分量，其代表作为杆速度的线性函数的第一杆速度项和可选地作为杆速度的平方的函数的第二杆速度项或更高阶因子的总和，并且其中扭矩需求信号取决于扭矩阻尼分量的值。

具有线性和二次项的阻尼分量以及应用于这些项中的每一个的相关联的增益是针对给定车辆预设的，并且整体功能被称为调谐。通过改变增益项，可以改变或调谐转向感，并且这将在车辆的开发期间设置。一旦被设置，增益项就将被存储在存储器中以供转向系统的处理单元访问。

在us8,041,481b2中教导的另一种布置中，确定转向角的符号以及转向角速度的符号。根据这些符号，确定车轮朝着或远离中心位置的移动方向。当符号暗示车轮正在被驾驶员主动移动远离中心位置时，第一乘数应用于由预设调谐确定的阻尼分量的值，并且当符号暗示车轮被允许返回正前方位置时，更高的第二乘数应用于由相同预设调谐设置的阻尼分量的值。当主动转向远离中心时可以允许比移回中心时更大的阻尼。始终使用单个调谐。

本发明的目的是提供一种改进的转向系统，该转向系统进一步增强转向行为并为驾驶员提供安心的感觉。

根据第一方面，本发明提供一种电力辅助转向系统，包括：

(a)第一部分，在使用中确定指示转向部件的位置的第一信号的符号，

(b)第二部分，在使用中确定指示转向部件的速度的第二信号的符号，

以及

(c)处理单元，在使用中根据两个信号的确定的符号来确定方向盘是移动远离中心位置还是返回中心位置，以及

另外，其中当方向盘移动远离中心时，处理单元主要使用或仅使用第一函数设置扭矩阻尼分量的值，该第一函数包括线性驾驶杆速度项和可选的二次(或更高因子)驾驶杆速度项，并且当方向盘返回中心时，处理单元主要使用或仅使用不同的第二函数设置扭矩阻尼分量的值，该第二函数包括线性驾驶杆速度项和可选的二次(或更高因子)驾驶杆速度项，两个函数具有不同的调谐，另外其中：

处理单元被布置为检测与远离中心之后返回中心以及在返回中心之后远离中心移动所对应的转向方向的改变中的至少一个，并且在检测到的情况下应用第一和第二函数的混合，以确保扭矩阻尼分量从一个函数到另一个函数的逐渐过渡。

第一信号的符号将指示转向在中心位置的哪一侧，例如是转向中心的左侧还是中心的右侧。第二信号的符号将指示转向是在从行进的第一端朝着另一端的方向上移动还是从行进的另一端朝着行进的第一端返回。例如，方向盘是顺时针还是逆时针旋转。中心可以与当处于水平表面上时车辆将以直线移动的、方向盘的正前方位置对应。

不同的第一和第二函数的意思是通过为函数的线性和可选的二次项选择不同的增益来不同地调谐函数。每个函数可以是以下形式：

第一函数＝-1＊(cv＊线性增益st出+cv²＊二次增益st出＊符号(cv)；以及

第二函数＝-1＊(cv＊线性增益st入+cv²＊二次增益st入＊符号(cv)

其中cv是驾驶杆速度，并且线性增益st出、线性增益st入、二次增益st出和二次增益st出是各自可以随转向部分的速度变化的增益项。

两个函数中的两个或更多个增益项的值可以不同，以给出不同的调谐。

该系统可以包括存储器区域，其中存储两个调谐，或者其中存储可以由处理装置用于构造两个调谐的参数。

本发明允许基于转向方向使用不同的“调谐”，从而在调谐系统的行为时给出高自由度。由于可以假设远离中心的移动可能是驾驶员辅助的移动，而返回中心的移动是无辅助的移动，因此本发明允许在驾驶员辅助时给出较低阻尼并对于无辅助的移动给出较高阻尼的调谐，从而提供良好的转向行为。通过附加地提供两个调谐之间的混合，将不会出现不希望的扭矩阻尼的阶跃变化。

信号的符号对于表示在远离中心的一个方向上的移动的杆速度可以为正，而对于在另一方向上的移动为负，并且对于中心的一侧的杆位置为正，而对于中心的另一侧的杆位置为负。无论符号约定如何，只要处理单元被配置为将与远离中心的移动对应的符号的组合与第一函数相关联并且将与朝着中心的移动对应的符号的剩余两个组合与第二函数相关联，本发明就能够工作。

为了实现混合，处理单元可以生成阻尼分量，该阻尼分量是第一和第二函数两者的函数，由此相应的缩放因子被应用于每个函数，缩放因子随时间改变，以提供从一个函数占主导地位的点到另一个函数占主导地位的点的过渡。

在预定义的时间内，应用于一个函数的缩放因子可以在100％到0％之间变化，而用于另一个函数的缩放因子从0％到100％变化，以实现混合。

当从中心移动时，第一函数的缩放函数可以是100％或接近100％，第二函数的缩放函数是0％或接近0％。当朝着中心移动时，第一函数的缩放函数可以是0％或接近0％，第二函数的缩放函数是100％或接近100％。

缩放函数可以在混合期间随时间线性变化。

处理单元可以根据转向部分速度设置混合发生的预定义时间。

在完成混合时段之后，系统可以仅使用两个调谐中的一个。因此，对于远离中心位置的移动，可以仅使用第一调谐，并且对于朝着中心位置的移动，可以仅使用第二调谐。

可以选择第一函数的调谐，以应用比第二函数的调谐更低的扭矩阻尼分量。这确保当主动转向时方向盘的移动的阻力较小，而当方向盘返回中心时阻力较大。

在两个函数中的每个函数内使用的增益项的值可以随车辆速度而变化。因此，处理单元可以接收车速信号，并且系统可以包括车速传感器。

第一杆速度项可以包括杆速度与第一缩放函数的乘积。第二杆速度项可以包括杆速度的平方或更高阶因子与第二缩放函数的乘积。缩放函数本身可以根据车辆速度而变化。

处理单元存储两个调谐函数和增益项，可以基于两个调谐来执行数学计算。

在替代方案中，可以预先确定值的集合并将其存储在查找表中。然后，处理单元不需要执行任何数学函数，仅从查找表中查找杆速度和位置的给定组合的预定义值。例如，如果提供查找表，那么它可以包含由杆速度cv(或速度的平方或更高因子)索引并且还由车辆速度索引的速度项。例如，这可以采取2×2矩阵的形式。

装置可以包括电子存储器区域，其中存储定义调谐所需的并且可以由处理单元访问的值。

驾驶杆速度传感器和驾驶杆位置信号可以从分开的传感器或者从一个组合的传感器设备提供。

处理单元可以包括信号处理设备，该信号处理设备运行存储在存储器区域中的程序，该程序使处理设备确定各种符号、转向方向以及选择调谐和混合。

系统的第一部分和第二部分可以包括处理单元的功能子部分。

指示转向的位置的第一信号可以是车辆的转向部件(诸如驾驶杆)的角位置、或者方向盘的角位置或转向轮的角位置的直接或间接测量。可以提供测量角度的传感器。可替代地，可以测量在其行程范围的端部之间平移的齿条的位置，其中齿条的移动与转向轮的移动相对应。在每种情况下，测量可以具有限定的中心位置，以允许在中心位置的任一侧计算符号。

类似地，指示速度的第二信号可以取决于转向部件(诸如方向盘或驾驶杆或转向齿条)的速度。

位置和速度信号可以涉及相同的转向部件或不同的转向部件。例如，位置可以得自驾驶杆传感器，并且速度可以得自与转向齿条相关联的传感器。

扭矩阻尼分量可以与扭矩辅助分量组合，以形成扭矩需求分量，并且转向系统可以包括电动马达，该电动马达基于扭矩需求信号被供应以驱动信号，使得马达对转向施加辅助扭矩，其补充驾驶员施加的扭矩。扭矩需求信号可以表示要由马达施加的扭矩。

根据第二方面，提供了一种产生用于电力辅助转向系统的扭矩阻尼分量的方法，该方法包括以下步骤：

从转向速度传感器接收指示转向速度的第一信号并确定第一信号的符号，

从转向位置传感器接收第二信号并确定第二信号的符号，

根据确定的两个信号的符号来确定方向盘是移动远离中心位置还是返回中心位置，以及

当方向盘移动远离中心时，主要使用或仅使用第一函数来设置扭矩阻尼分量的值，该第一函数包括驾驶杆速度的线性函数和可选的驾驶杆速度二次(或更高因子)函数，并且当方向盘返回中心时，主要使用或仅使用不同的第二函数来设置扭矩阻尼分量的值，该第二函数包括驾驶杆速度的线性函数和可选的驾驶杆速度二次(或更高因子)函数，并且该方法还包括：

检测与在移动远离中心之后返回中心以及在返回中心之后移动远离中心对应的转向方向的改变中的至少一个，并且在检测到的情况下应用两个函数的混合，以确保扭矩阻尼分量从一个函数到另一个函数的逐渐过渡。

转向位置传感器和转向速度传感器可以组合为单个传感器。它们可以检测转向组件的一部分(诸如驾驶杆轴)的角位置/速度，或者可以检测诸如转向齿条之类的部分的线性位置/速度。

转向位置传感器可以感测转向组件的一部分的角位置。

现在将参考附图仅通过举例的方式描述本发明的一个实施例，附图中：

图1是根据本发明的电力辅助转向系统的示意图；

图2是示出x轴上的杆速度cv和y轴上的杆位置qcol的图，以图示处理单元如何根据两个信号的符号识别朝着或远离中心位置的转向移动；

图3是表示处理单元的功能的转向系统的功能子单元的框图；

图4是一对曲线图，以图示在低杆速度下方向改变之后应用的第一和第二调谐之间的混合；以及

图5是与图4对应的、针对较高杆速度的一对曲线图。

在附图的图1中示出电力辅助转向系统。该系统包括作用在驾驶杆轴2上的电动马达1，驾驶杆轴2进而通过蜗轮和齿轮组件3作用在转向齿条4上。当然，这不应被视为对我们寻求的保护范围的限制，并且设想了应用本发明的其它电力辅助转向系统。

驾驶杆轴2携带扭矩传感器5，扭矩传感器5适于测量当方向盘6以及由此驾驶杆抵抗由车辆车轮(也未示出)提供的阻力而转弯时由车辆的驾驶员产生的、由驾驶杆携带的扭矩。来自扭矩传感器5的输出信号t被馈送到信号处理单元7的第一输入。

在驾驶杆轴2上还设置有组合的驾驶杆位置和驾驶杆角速度传感器8。这产生指示轴2的角速度cv的输出信号和指示驾驶杆位置qcol的输出信号。来自传感器的输出也被馈送到信号处理单元7的第二输入端。这可以包括电子处理器单元或其它电子电路系统。

此外，处理单元接收指示施加杆扭矩t的驱动的信号。

信号处理单元7作用于输入信号，以便作为其输出产生被传递到马达的扭矩需求信号8。马达控制器将扭矩需求信号8转换成用于电动马达1的驱动电流。为了产生这种需求信号，处理单元包括多个子单元，每个子单元执行单个处理步骤或一组特定的步骤。

扭矩需求信号8的值与要由电动马达1施加到驾驶杆的辅助扭矩的量对应。该值将从在一个意义上与马达的最大输出扭矩对应的最小值变化通过当需求信号为零时的零扭矩变到相反意义上的最大马达扭矩。

马达控制器作为其输入接收扭矩需求信号并且产生被馈送到马达的电流，以便在马达驱动轴2处重现期望的扭矩。正是施加到驾驶杆轴5的这个辅助扭矩减少了驾驶员转动车轮所需的努力。

扭矩需求信号8由至少两部分组成。第一部分是辅助扭矩值，该值取决于驾驶员通过方向盘施加到驾驶杆的扭矩的量。第二部分是阻尼扭矩分量，提供它是为了改善转向感和/或增强系统的安全性。可以附加地使用其它扭矩需求信号，例如，以帮助对抗侧风对车辆的影响，侧风会造成车辆偏离预期路径。

辅助扭矩信号是作为由扭矩传感器6测得的驾驶杆中的扭矩的函数而得出的。测得扭矩与辅助信号之间的关系基本上是线性的。但是，其它可能的关系可以被用来将扭矩映射到辅助信号。在这两种情况下，随着扭矩增加，辅助信号的幅度增加。还将理解的是，如果需要，那么辅助扭矩信号可以取决于其它参数，诸如车速。在那种情况下，典型地，在高速时减小辅助扭矩信号的值以增强稳定性并且在非常低速时增加它以方便停车操纵。

阻尼扭矩需求信号是杆速度和车速的函数。

图3图示了信号处理单元的不同子单元以及由信号处理单元7为确定阻尼分量而采取的步骤。在使用中，这将被添加到辅助扭矩分量，以产生马达的总扭矩值。

在这个示例中，处理单元7使用两个不同函数或“调谐”10、11的组合来设置扭矩阻尼分量9的值。两个函数都包括驾驶杆速度的线性函数和杆速度的二次(或更高因子)函数，但是其中一个为了当方向盘移动远离中心时的良好转向行为而被调谐，而另一个用于当转向移动回到中心时被调谐。限定扭矩阻尼分量的两个函数可以在数学上表示为：

第一函数＝-1＊(cv＊线性增益st出+cv²＊二次增益st出＊符号(cv)；以及

第二函数＝-1＊(cv＊线性增益st入+cv²＊二次增益st入＊符号(cv)

在这个示例中，扭矩阻尼分量9对转向的偏航行为产生阻尼。偏航阻尼分量由二次分量和线性项组成，其中二次分量使得阻尼函数能够在较高的杆速度下具有较高的值，而线性项将在杆速度非零的所有条件下都提供阻尼。偏航阻尼分量也与杆速度信号的符号相反，这相对于杆速度引入180度相移。可以使用具有可调滤波器截止频率的低通滤波器将90度的相位滞后添加到偏航扭矩需求分量。

为了确定使用哪个调谐，处理单元7被布置为检测10与返回中心对应的转向方向或与远离中心的移动对应的移动方向。这是基于杆位置信号的符号和杆速度符号，如图3中所示。符号表示两对象限——每对象限与远离中心或朝着中心的移动对应。然后，调谐选择子单元12选择使用正确的调谐。

申请人已经认识到两个调谐可能非常不同，并且造成从一个调谐到另一个调谐的切换的方向的突然改变可能带来扭矩阻尼分量的阶梯式改变，这将带来低质量的转向感。为了防止这种情况，处理单元应用从一个调谐到另一个调谐的某种时间相关混合，以使过渡平滑。

通过处理单元检测转向移动的速度(符号)的改变来实现混合，这种改变与转向位置的符号的改变一致。实际上，只要象限改变，就会发起混合，如图2中所示。在检测到改变时，处理单元应用两个调谐后的函数的混合，以确保扭矩阻尼分量从一个函数占主导地位到另一个函数占主导地位的平滑过渡。

应用于每个函数的缩放因子可以在预定义的时间内从100％到0％变化。当达到100％时，只有该函数有影响，当接近100％(比如90％)时，可以说该函数占主导地位。当从中心移动时，第一函数的缩放函数可以是100％或接近100％，而第二函数的缩放函数是0％或接近0％。当朝着中心移动时，第一函数的缩放函数可以是0％或接近0％，而第二函数的缩放函数是100％或接近100％。

如果一个缩放因子为100％而另一个缩放因子为0％，那么实际上阻尼仅由其中一个函数设置。每当其中一个的缩放因子超过例如90％而另一个低于例如10％时，那么可以说其中一个调谐相对于另一个调谐更为主导，因为另一个调谐在设置阻尼分量的值时将只有小的影响。

缩放函数可以在混合时间期间随时间线性变化，或者它们可以非线性地变化。这提供了逐渐过渡，这在线性混合的情况下可以非常平滑，而不是从一个到另一个的突然的阶跃变化。在本发明的范围内可能的非线性过渡的示例将是在预设时间内以一系列小阶跃变化改变缩放值。

图4示出了方向改变之后应用的缩放因子。如从图4中可以看出的，对于相对低的驾驶杆速度，应用混合的时间段随杆速度而变化，并且在这种情况下时间段相对长以给出逐渐混合。

图5示出了相同的事件，但是在驾驶杆速度较高的情况下。在这种情况下，完成混合的时间要短得多，从而给出更快速的混合。