在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中用以移除或降低扭矩補償效果的慣性補償?shù)闹谱鞣椒?br>【專利說明】在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中用以移除或降低扭矩補償效果的慣 性補償
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求2014年2月26日提交的美國臨時專利申請序列號 No. 61/944, 740的優(yōu)先權(quán)，該文獻通過參考方式全文引入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003] 電動助力轉(zhuǎn)向（EPS)系統(tǒng)的現(xiàn)有補償結(jié)構(gòu)通常使用電動動力控制系統(tǒng)的扭矩回 路補償。在這種現(xiàn)有的EPS系統(tǒng)中，扭矩補償器通常是陷波濾波器，被用在扭矩路徑中用以 確保系統(tǒng)保持穩(wěn)定。然而，扭矩補償器的應用可使得EPS系統(tǒng)對由于相位滯后等引起的轉(zhuǎn) 向感覺的干擾或者影響很敏感。補償器也可以引起居中感不那么精確。補償器也可以對 感覺，諸如路感、扭矩脈動等具有其它副作用。此外，這些項目的大部分的頻譜/頻率組成 (frequency content)通常對應于補償器的頻率。因此，穩(wěn)定性以轉(zhuǎn)向感覺為代價或通過犧 牲轉(zhuǎn)向感覺而實現(xiàn)。
[0004] 對比而言，在功能方面與EPS系統(tǒng)等效/相同的液壓動力轉(zhuǎn)向（HPS)系統(tǒng)，不具有 任意的扭矩路徑補償，或者HPS系統(tǒng)在較高頻率所具有的機械補償。
[0005] 對具有較高頻率的HPS系統(tǒng)不進行機械補償。較高頻率補償傾向于是在聽覺范圍 之中（例如，高于80赫茲（Hz))，并且因此，不會負面地影響對應于轉(zhuǎn)向感覺范圍的較低頻 率（例如，小于IOHz)。此外，在很多方面（例如，居中感、路感等），HPS系統(tǒng)仍然被認為具 有"優(yōu)越感（premium feel)"。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法。該方法基于手 輪扭矩信號而生成了基礎扭矩命令，而沒有在相對較低的頻率的范圍改變手輪扭矩信號。 該方法基于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機的電機慣性來生成了電機慣性補償命令。該方法基于基礎 扭矩命令和電機慣性補償命令而生成了輔助扭矩命令。該方法操作所述動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電 機，以基于輔助扭矩命令來生成扭矩。
[0007] 在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種用于控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制系統(tǒng)?？?制系統(tǒng)包括一種用于檢測動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機的可觀測條件的傳感器。該控制系統(tǒng)還包括 控制模塊。該控制模塊被配置成用以基于手輪扭矩信號來生成基礎扭矩命令，且在相對較 低頻率的范圍中不改變手輪扭矩信號?？刂葡到y(tǒng)還被配置成基于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機的電 機慣性來生成電機慣性補償命令。該控制系統(tǒng)還被配置成基于基礎扭矩命令和電機慣性補 償命令來生成輔助扭矩命令。該控制系統(tǒng)還被配置成基于輔助扭矩命令來操作電機以生成 扭矩。
[0008] 在本發(fā)明的又一個實施例中，提供了一種用于控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。該 系統(tǒng)包括第一模塊，其被配置成用以基于手輪扭矩信號來生成基礎扭矩命令，且在相對較 低頻率的范圍中不改變手輪扭矩信號。該系統(tǒng)還包括第二模塊，其被配置成用以基于動力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機的電機慣性來生成電機慣性補償命令。該系統(tǒng)還包括第三模塊，其被配置 成用以基于基礎扭矩命令和電機慣性補償命令來生成輔助扭矩命令。該系統(tǒng)還包括第四模 塊，其被配置成用以基于輔助扭矩命令來操作動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機以生成扭矩。
[0009] 這些和其它的優(yōu)點以及特征將結(jié)合附圖從以下的說明變得更加顯而易見。
【附圖說明】
[0010] 本發(fā)明涉及的主體在基于說明書結(jié)論得出的權(quán)利要求中被特別地指出并且清楚 地記載。本發(fā)明的前述及其它特征和優(yōu)點結(jié)合附圖從以下詳細說明而顯而易見，其中：
[0011] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能框圖；
[0012] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例的控制模塊的示意圖；
[0013] 圖3為根據(jù)本發(fā)明各個實施例的扭矩開環(huán)配置中的示例性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意圖；
[0014] 圖4示出了本發(fā)明各個實施例中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種扭矩開環(huán)波特圖/伯德圖（bode plot)；
[0015] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡化示意圖；
[0016] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例的對應于頻率響應矢量的波特圖；
[0017] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例的代表頻率響應的波特圖；
[0018] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例顯示出設計對比的波特圖；
[0019] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例顯示出設計對比的波特圖；
[0020] 圖10示出了表示根據(jù)本發(fā)明各個實施例的方程的多種替代實施方式的對比的波 特圖；
[0021] 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例的雙線性加速度傳感系統(tǒng)；
[0022] 圖12示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例基于觀測器的模型的示例性物理表示；
[0023] 圖13使出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例基于觀測器的模型的示例性實施方式；
[0024] 圖14為示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例的觀測器的實施方式的框圖；
[0025] 圖15示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例，能夠變換相位交點頻率（phaSe cross over frequency)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型的波特圖；以及
[0026] 圖16示出了流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明各個實施例用于控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 方法。
【具體實施方式】
[0027] 下面的說明僅僅作為示例，且非旨在對本發(fā)明、其應用或者使用加以限制。應該理 解的是，在所有附圖中，對應的附圖標記表示相同或者對應的部分和特征。
[0028] 電子動力系統(tǒng)經(jīng)常采用扭矩補償器，通常是陷波濾波器（也被稱為帶阻濾波器）， 在扭矩路徑中確保證系統(tǒng)保持穩(wěn)定。應該理解的是，提供必要穩(wěn)定性的較深的陷波濾波器 (例如，那些在陷波頻率呈現(xiàn)出更多增益衰減的），通常在陷波頻率處使得系統(tǒng)的抗干擾性 能降低/下降。此外，應該認識到閉環(huán)系統(tǒng)在增益很低時不能抗干擾，因為其位于陷波中心 頻率。此外，如果它們的增益和相位特征干擾了操作者輸入的頻率范圍，則陷波濾波器也可 能影響系統(tǒng)的閉環(huán)響應（例如，輸入阻抗）。較低頻率敏感度的負面效果以由機械部件中的 摩擦所引起的干擾的形式而被傳送到駕駛者并被駕駛者感受到。扭矩補償器可以設計為， 例如在較高車速下具有相位超前特性。這種補償器也干擾在較低頻率下的轉(zhuǎn)向感且讓人不 快。本發(fā)明實施例的系統(tǒng)和方法不具有扭矩補償器，或者所具有的扭矩補償器具有較高頻 率動態(tài)。
[0029] 通過說明，本發(fā)明的示例性實施例，在此描述，且可以應用于在車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電 機的扭矩控制系統(tǒng)。隨著優(yōu)選實施例被示出和描述，本領域技術(shù)人員將理解到本發(fā)明不限 于本文所公開的實施例，也不限于采用了具有扭矩補償?shù)碾姍C的任意控制系統(tǒng)。
[0030] 現(xiàn)在參考圖1，本發(fā)明將參考特定實施例進行說明，而并未對其進行限定，示出了 包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12的車輛10示例實施例。在一些實施例中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)向軸 16的手輪14。在一個示例實施例中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12為電動動力轉(zhuǎn)向（EPS)系統(tǒng)，其進一步包 括聯(lián)接到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)12的轉(zhuǎn)向軸16上、以及到車輛10的拉桿20, 22上的轉(zhuǎn)向輔助單元18。 轉(zhuǎn)向輔助單元18包括，例如，可以通過轉(zhuǎn)向軸16聯(lián)接到轉(zhuǎn)向促動器電機和傳動裝置（下文 將其稱為轉(zhuǎn)向促動器）的齒條和齒輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)（未示出）。操作期間，隨著車輛操作者（駕 駛者）轉(zhuǎn)動手輪14,轉(zhuǎn)向輔助單元18的電機提供了用以移動所述拉桿20, 2