用于控制动力转向系统的辅助马达的方法，包括用于补偿与存在不平衡相关的方向盘振动的算法与流程

1.本发明涉及车辆的动力转向系统领域，并且更具体地涉及一种用于控制辅助马达的方法。


背景技术：

2.车辆转向系统的目标是使驾驶员能够通过对方向盘施加力来控制车辆的轨迹。
3.通常，转向系统包括几个元件，包括连接至转向柱的所述方向盘、齿条和各自连接至拉杆的两个车轮。齿条是经由转向柱连接方向盘，经由拉杆连接到车轮的部件；也就是说，齿条将由驾驶员施加在方向盘上的力转换为车辆车轮的横向旋转，即相对于车辆的右/左旋转。
4.车辆的电动助力转向系统使用辅助马达，由植入在转向计算机中的主控制算法驱动，以减少驾驶员在方向盘上横向转动车辆的车轮所需的力。根据施加在方向盘上的力，也就是方向盘扭矩，辅助马达在齿条上施加辅助力，也就是马达扭矩，从而使车轮横向旋转。由主控制算法确定马达扭矩值。
5.车辆的车轮也沿着它们的旋转轴旋转，以便向前或向后移动车辆。
6.这种旋转可能是不平衡的。然后车轮上出现不平衡。例如，不平衡与车轮平衡重量的损失、隐蔽的制动盘(在这种情况下，不平衡仅在制动时出现)或车轮轮胎故障有关。
7.当车辆移动时，不平衡会在齿条上施加正弦应用的平移力。换句话说，不平衡造成齿条的平移运动。齿条被连接到方向盘，齿条的平移运动产生方向盘的振动运动。
8.方向盘振动的幅度与不平衡的大小直接相关。可以通过方向盘扭矩来测量幅度。方向盘振动的频率与车速相关。更准确地说，方向盘的振动频率随着车速的增加而增加。也可以通过方向盘扭矩来确定振动频率。
9.因此，当车速被包括在90km/h和140km/h之间时，振动频率被包括在11hz和18hz之间，并且在这些频率下，不平衡会导致转向系统共振，这使方向盘向驾驶员振动。然后驾驶的感觉被降低。
10.为了表征方向盘振动现象，进行了试验。在试验期间，装备有不平衡装置的车辆在大约30秒期间以大约110km/h的速度进行位移。图1在表示时间t作为频率f的函数的图表上示出了车辆方向盘的振动幅度a。图1呈现了对应于在14.5hz处特别是15至19s之间的强振幅a的基本垂直线r。
11.有一种已知的解决方案，其通过将振动频率处的马达扭矩的放大集成到计算机的主控制算法中，可以降低方向盘的振动幅度。
12.换句话说，由于方向盘扭矩，可以确定与不平衡相关的方向盘的振动频率，包括在11hz和18hz之间。此外，主控制算法永久地确定由辅助马达施加到齿条上的马达扭矩。该解决方案在振动频率处增加所述马达扭矩，以便抵消由不平衡引起的齿条运动，也就是说，在所述频率处，辅助马达向齿条施加与不平衡引起的运动相反的运动。以此方式，与不平衡相
关的齿条的运动被减小，并且因此方向盘的振动幅度被减小。
13.通过启用如上所述的解决方案进行类似于图1的试验。它在图2中被表示，该图在表示根据频率f的时间t的图表上示出了车辆方向盘振动的幅度a。图2还具有对应于14.5hz处的振动幅度a的基本垂直线r’。振动的幅度a低于第一次试验(即图1)，但仍明显地保持敏感性。
14.因此，上述解决方案可以减少方向盘的振动，尽管如此，也无法确保其完全消除。
15.此外，由于该解决方案与主控制算法串联集成，因此该解决方案仅在主控制算法之后进行干预。换句话说，主控制算法确定马达扭矩，并且解决方案根据特定条件修改该马达扭矩。因此，存在使主控制算法正确操作不稳定的风险。


技术实现要素：

16.本发明的目的是通过提出一种能够抑制与不平衡相关联的方向盘振动的幅度同时保证主控制算法的稳定性的解决方案，以弥补全部或部分上述缺点。
17.本发明的目的是一种用于控制动力转向系统的辅助马达的方法，所述动力转向系统包括至少一个方向盘、辅助马达、连接到齿条的至少一个车轮、以及以及实施主控制算法的至少一个转向计算机，该方向盘被配置为接收由驾驶员施加的方向盘扭矩，该辅助马达被配置为向齿条施加马达扭矩，主控制算法包括根据至少方向盘扭矩来确定主马达扭矩的步骤，其特征在于，转向计算机还包括用于补偿方向盘振动的算法，该算法实施确定补偿马达扭矩的步骤，使得方向盘扭矩等于参考方向盘扭矩。
18.在导致方向盘振动的不平衡存在的情况下，补偿算法确定由辅助马达施加到齿条上的补偿马达扭矩。补偿马达扭矩对抗由不平衡引起的扭矩，以抑制不平衡，并且因此以抑制方向盘的振动。
19.补偿算法为闭环调节。实际上，补偿算法通过考虑方向盘扭矩来整合动力转向系统的反应。更准确地说，只要方向盘扭矩不等于参考方向盘扭矩，补偿算法就会确定补偿马达扭矩。
20.因此，补偿算法通过强制方向盘扭矩等于参考方向盘扭矩来控制方向盘振动的幅度。
21.此外，补偿算法独立于主控制算法确定补偿马达扭矩。实际上，补偿算法使用方向盘扭矩作为输入，而不是由主控制算法计算的数据，诸如主马达扭矩。
22.因此，主控制算法和补偿算法之间没有干扰。补偿算法考虑了主控制算法，以确保转向系统的稳定性。
23.补偿算法与主控制算法并行工作。
24.因此，有可能将补偿算法安装在使用任何主控制算法操作的任何车辆上。
25.根据本发明的一个特征，该方法包括求和步骤，在该步骤中，补偿马达扭矩被加到主马达扭矩上以便确定马达扭矩。
26.换句话说，马达扭矩等于主马达扭矩和补偿马达扭矩之和。
27.补偿马达扭矩不会取代主马达扭矩。补偿算法和主控制算法确实同时操作。补偿马达扭矩被叠加在主马达扭矩上。
28.因此，这两种算法是并行操作的。
29.根据本发明的一个特征，参考方向盘扭矩是根据至少一个参数的可变值。
30.根据本发明的一个特征，参考方向盘扭矩为固定值。
31.根据本发明的一个特征，参考方向盘扭矩等于0nm。因此，对于与不平衡相关的振动频率，补偿算法寻求方向盘扭矩等于0nm，同时不改变其它频率，即那些位于驾驶乐趣区域的频率。换句话说，补偿算法抵消了方向盘振动的幅度。补偿算法可以消除任何与不平衡相关的方向盘振动的感觉。因此，驾驶舒适性得到了保证。
32.根据本发明的一个特征，确定补偿马达扭矩的步骤包括通过高通滤波器过滤低频的阶段。
33.高通滤波器通过输入信号的高频。
34.在当前情况下，高通滤波器接收方向盘扭矩作为输入。因此，补偿算法仅处理方向盘扭矩的高频。
35.以这种方式，可以将与不平衡的存在相关联并且导致不期望的振动的方向盘扭矩与通常由驾驶员施加的方向盘扭矩区分开来。
36.由于补偿算法仅适用于方向盘扭矩的高频，因此补偿算法与主控制算法之间没有干扰。
37.根据本发明的一个特征，高通滤波器具有10hz的截止频率。
38.经验表明，驾驶员在方向盘水平处可发觉的不平衡会导致方向盘在10hz和20hz之间振动。
39.因此，高通滤波器与方向盘振动频率相匹配。
40.根据本发明的一个特征，确定补偿马达扭矩的步骤包括通过将参考方向盘扭矩和方向盘扭矩相减来计算方向盘扭矩误差的阶段。
41.方向盘扭矩误差对应于方向盘扭矩和参考方向盘扭矩之间的差值。因此，这就是补偿算法必须吸收的差值。当方向盘扭矩误差为零时，没有方向盘振动。
42.根据本发明的一个特征，确定补偿马达扭矩的步骤包括补偿阶段，在该阶段中，控制器根据方向盘扭矩误差确定补偿马达扭矩。控制器执行补偿阶段，以便确定补偿马达扭矩，这使得有可能抵消方向盘扭矩误差。控制器包括多个参数，参数的至少一个取决于方向盘振动的频率。
43.因此，控制器可以适应方向盘的不同振动频率。根据本发明的一个特征，可以独立于主控制算法的工作频率来选择补偿算法的工作频率。
44.工作频率对应于一秒钟内补偿算法的调用次数。
45.由于补偿算法独立于主控制算法，因此它们的工作频率可以是独立的。
46.通常，主控制算法的频率在1khz左右。因此，可以选择补偿算法的工作频率，以便限制转向计算机上的负载。
47.根据本发明的一个特征，补偿算法的工作频率小于200hz。
48.因此，补偿算法能够处理频率小于100hz的物理现象。与不平衡相关的方向盘振动的频率被包括在10hz和20hz之间，小于200hz的补偿算法的工作频率完全有可能检测到这种现象。
49.本发明还涉及一种实施根据本发明的方法的车辆。
附图说明
50.由于以下描述，将更好地理解本发明，该描述涉及根据本发明的实施例，通过非限制性示例给出并参考附图进行解释，其中：
51.图1是表示时间作为方向盘振动频率的函数的图表，在该图表上示出了在装备有不平衡装置的以大约110km/h速度进行运动的车辆上的方向盘振动的幅度；
52.图2是表示时间作为方向盘振动频率的函数的图表，在该图表上示出了图1的车辆上的方向盘振动的幅度，所述车辆包括减小方向盘振动幅度的相关技术解决方案；
53.图3是根据本发明的方法的示意图；
54.图4是图3的细节的表示；
55.图5是表示时间作为方向盘振动频率的函数的图表，在该图表上示出了在装备有不平衡的以大约110km/h速度进行运动的车辆上的方向盘振动的幅度；
56.图6是表示时间作为方向盘振动频率的函数的图表，在该图表上示出了图5的车辆上的方向盘振动的幅度，所述车辆包括根据本发明的减小方向盘振动幅度的方法；
57.图7是图5的车辆上作为时间函数和作为频率函数的方向盘扭矩的图示；
58.图8是图6的车辆上作为时间函数和作为频率函数的方向盘扭矩和补偿扭矩的图示；
59.图9是动力转向系统的示意图。
具体实施方式
60.本发明涉及一种用于控制车辆2的动力转向系统1的辅助马达12的方法10，并且尤其是用于载人的机动车2。
61.以本身已知的方式，并且如图9中可以看到，所述动力转向系统1包括方向盘3，方向盘3允许驾驶员通过在所述方向盘3上施加称为“转向扭矩”t3的力来操纵所述动力转向系统1。
62.所述方向盘3优选地被安装在转向柱4上，转向柱4在车辆2上被引导旋转，并且转向柱4通过转向小齿轮5啮合在齿条6上，齿条6本身在固定到所述车辆2上的转向壳体7中被引导平移。
63.优选地，所述齿条6的端部各自被连接到连接拉杆8、9，连接拉杆8、9被连接到车轮100、11(分别为左轮100和右轮11)的转向节，使得齿条6平移的纵向位移能够执行横向旋转，并且因此修改车轮100、11的转向角(偏航角)。
64.此外，车轮100、11优选地还可以是驱动轮。
65.动力转向系统1还包括辅助马达12，辅助马达12旨在提供辅助力t12，并且更具体地说是马达扭矩t12，以辅助所述动力转向系统1的操作。
66.辅助马达12将优选为具有两个操作方向的电动马达，并且优选为无刷类型的旋转电动马达。如有必要，辅助马达12可以通过齿轮减速器类型的减速器或在转向柱4本身上实现啮合，以形成所谓的“单小齿轮”机构，或直接在齿条6上，例如通过与转向小齿轮5分离的第二小齿轮13，转向小齿轮5允许转向柱4与齿条6啮合，从而形成所谓的“双小齿轮”机构，如图9所示，或甚至通过与所述齿条6的相应螺纹相配合的滚珠螺杆，在距所述转向小齿轮5一定距离处实现啮合。
67.动力转向系统1还包括转向计算机20，转向计算机20从方向盘扭矩t3传感器23接收信息，并将要施加的马达扭矩t12传送到辅助马达12。
68.图3表示用于控制由转向计算机20执行的辅助马达12的方法10，转向计算机20实施主控制算法51和补偿算法61。
69.主控制算法51包括根据方向盘扭矩t3确定主马达扭矩t12p的步骤。因此，主控制算法51接收方向盘扭矩t3作为输入，并确定主马达扭矩t12p。主控制算法51包括多个功能，例如，允许检测驾驶员对方向盘3的良好维护，或者甚至检测转向过度或转向不足。主马达扭矩t12p的目的是减小驾驶员转动方向盘3所需的力。换句话说，主马达扭矩t12p减小了由驾驶员施加在方向盘3上的方向盘扭矩t3。
70.用于方向盘3的振动的补偿算法61的目标是减少由车轮100、11上存在的不平衡在方向盘3中引起的振动。
71.图4中更精确地表示了补偿算法61。补偿算法61实施确定补偿马达扭矩t12c的步骤62，使得方向盘扭矩t3等于参考方向盘扭矩t3
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。换句话说，补偿算法61接收方向盘扭矩t3作为输入和参考方向盘扭矩t3
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，并确定补偿马达扭矩t12c。
72.为此，确定补偿马达扭矩t12c的步骤62包括通过将参考方向盘扭矩t3
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和方向盘扭矩t3相减来计算方向盘扭矩误差δt3的阶段63。参考方向盘扭矩t3
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被选择为等于0nm，以便完全抑制方向盘3的振动的幅度a。实际上，参考马达扭矩t3
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是该方法施加方向盘扭矩t3的值。
73.此外，确定补偿马达扭矩t12c的步骤62包括通过高通滤波器过滤低频的阶段64。滤波步骤64接收方向盘扭矩误差δt3作为输入，并确定滤波后的方向盘扭矩误差δt3f。高通滤波器的截止频率为10hz。换句话说，只有大于10hz的方向盘扭矩误差δt3的频率才传到下一阶段。因此，补偿算法61仅适用于大于10hz的方向盘扭矩t3的频率，并且因此仅适用于与不平衡相关联的方向盘3的振动。
74.确定补偿马达扭矩t12c的步骤62最终包括补偿阶段65，在该阶段中，控制器根据滤波后的方向盘扭矩误差δt3f确定补偿马达扭矩t12c。控制器用明智选择的多个参数被参数化，使得补偿算法61是鲁棒且稳定的。
75.补偿算法61与主控制算法51并行放置。因此，可以独立于主控制算法51的工作频率来选择补偿算法61的工作频率。补偿算法61的工作频率小于100hz。
76.补偿算法61是在闭环中调节方向盘扭矩t3。实际上，在根据本发明的方法10中，可以认为补偿算法61应用于包括主控制算法51和辅助马达21的通用系统g。将通用系统g的反应与参考值进行比较，以便校正补偿算法61。
77.该方法还包括求和步骤52，其中补偿马达扭矩t12c被加到主马达扭矩t12p上以确定马达扭矩t12。因此，马达扭矩t12包括与主控制算法51相关的部分和与补偿算法61的相关的部分。
78.图5以图表的形式表示了当车辆2不包括根据本发明的方法10时，在车辆2上进行的试验的结果，该车辆2表现出不平衡并且以大约110km/h的速度移动。与图1类似，图5的图表表示时间t作为频率f的函数，以及对应于14.5hz处的高振动幅度a的基本垂直线r。
79.图6以图表的形式表示了当车辆2包括根据本发明的方法10时，在图5的车辆2上进行的试验的结果。在图6的图表上，图5中可见的高幅度r线a已完全消失。因此，根据本发明
的方法10因此使得当车轮100、11具有不平衡时，能够抑制方向盘3的任何振动的幅度a。驾驶员不再意识到车轮不平衡。
80.在图7和图8中证实了这一结果。
81.图7a示出了在之前的试验期间由驾驶员感觉到的方向盘扭矩t3，在该试验中没有启用根据本发明的方法10。图7a完美地显示了驾驶员可以感知到的方向盘扭矩t3的振动。这通过方向盘扭矩t3的频率分析被证实，并在图7b中被表示。图7b在14.5hz处显示出频率峰值。
82.当在车辆上启用根据本发明的方法10时，图8a和图8b类似于图7a和图7b。方向盘扭矩t3不再表现出振动，这通过频率分析被证实。此外，图8c示出了由补偿算法61确定的补偿马达扭矩t12c。
83.补偿马达扭矩t12c有明显的振动。通过图8d中进行的频率分析证实了这一点。
84.当然，本发明不限于附图中描述和表示的实施例。修改仍然是可能的，尤其是从各种元件的构成或者通过替换技术等同物的角度来看，而不会因此脱离本发明的保护范围。