电力转向系统技术方案

本发明专利技术提供一种电力转向设备，包括：转向机构，电动马达，转矩信号发生器，柱角位置信号发生器，以及信号处理单元，所述转向机构将方向盘可操作地连接至车辆的行走车轮；所述电动马达可操作地连接至所述转向机构；所述转矩信号发生器被适配为产生柱转矩信号，所述柱转矩信号指示所述转向机构的一部分所承载的转矩，所述柱角位置信号发生器用于产生柱角度信号，所述柱角度信号指示所述方向盘或转向柱的角位置，所述信号处理单元被适配为接收所述柱转矩信号和所述柱角度信号，并且从中产生转矩需求信号，所述转矩需求信号表示要由所述电动马达向所述转向机构施加的转矩。

【技术实现步骤摘要】
电力转向系统
本专利技术涉及如下类型的电力转向系统，其中电动马达被适配为向转向部件(比如转向柱)施加辅助转矩，以便减小控制车辆所需的驾驶员努力。
技术介绍
在典型的电力转向系统中，设置有转矩传感器，该转矩传感器被布置成使得对转向柱中的转矩水平加以测量。根据这个测量，控制器计算转矩需求信号的值，该转矩需求信号的值指示要由附接至转向柱的电动马达产生的转矩。马达向柱施加与驾驶员所需要的转矩方向(sense)相同的转矩，并且因此减小使方向盘转动所需的努力。可以通过助力曲线来设定转向柱转矩与辅助转矩之间的关系。该助力曲线是柱转矩与辅助转矩之间的映射，其中，对于给定的输入转矩，定义乘数值，该乘数值确定输入信号所乘以的量。为了施加助力，对于给定的输入转矩，乘数的值将不会是单位值1.0。例如，如果乘数为2.0，则输出辅助转矩将为测得的转矩的两倍；如果乘数为0.5，则输出辅助转矩将为测得的柱转矩的一半。替代于乘数，还可以使用查找表或以任何其他方便的方式来限定输入转矩与辅助转矩之间的关系。助力曲线于是将被硬编码到查找表中。车辆制造商要求转向系统的摩擦水平低。对此原因是高水平的转向系统摩擦对驾驶员对转向系统的改进的感知具有负面的影响。经验丰富的驾驶员将报告的是，摩擦小的转向系统对轮胎与道路之间的接触提供了清晰、精确的反馈；而摩擦大的转向系统对轮胎与道路之间的接触提供了模糊的反馈。车辆制造商进一步要求对摩擦水平加以控制：零件间地、在操作温度和湿度范围内地、并且在车辆寿命期间地加以控制。车辆制造商还要求转向系统具有良好的嘎嘎声表现，例如当被粗糙的道路表面输入激励时。在电力转向系统中，例如，在将马达连接至转向柱的齿轮箱内可能出现嘎嘎声。摩擦和嘎嘎声要求引起机械设计的折衷：低摩擦设计将具有一些自由游隙，这些自由游隙导致嘎嘎声；低嘎嘎声设计将不具有自由游隙，从而导致高摩擦。通常，试图满足这两个要求的设计将利用：严密的制造公差、先进的材料选择、以及先进的润滑剂(油脂)选择。存在有几种不同形式的不希望的摩擦，这些摩擦形式之一是静态阻力或静摩擦。静态阻力或静摩擦是在当转向系统中的两个或更多个零件未相对于彼此移动时存在于它们之间的力，并且如果这两个或更多个零件要移动的话就必须克服该力。在转向系统的情况下，当驾驶员试图从静止位置开始使方向盘转动时，或者在改变方向盘正被转动的方向时，静态阻力或静摩擦对于驾驶员变得明显。已知提供一种电力辅助转向设备，其中，对转向施加摩擦补偿转矩以补偿静摩擦和动摩擦二者。该设备基于在转向设备的设计或调试期间对转向机构中存在的静摩擦水平进行的假设来产生摩擦补偿转矩。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种操作转向设备的方法，该转向设备提供了改善的转向感觉，其中，至少部分地克服了静摩擦和动摩擦的影响，并且目的是提供一种改善的转向设备。根据第一方面，本专利技术提供了一种如下类型的电力转向设备，所述电力转向设备包括：转向机构，所述转向机构将方向盘可操作地连接至所述车辆的行走车轮；电动马达，所述电动马达可操作地连接至所述转向机构；转矩信号发生器，所述转矩信号发生器被适配为产生指示所述转向机构的一部分所承载的转矩的柱转矩信号；柱角位置信号发生器，所述柱角位置信号发生器用于产生指示所述方向盘或转向柱的角位置的柱角度信号；以及信号处理单元，所述信号处理单元被适配为接收所述柱转矩信号和所述柱角度信号，并且从中产生表示要由所述马达向所述转向机构施加的转矩的转矩需求信号，其中，所述信号处理单元包括：第一信号处理电路，所述第一信号处理电路接收取决于所述柱转矩信号的输入信号、并且输出辅助转矩信号，所述第一信号处理电路的输入与输出之间的关系由助力曲线限定；第二信号处理电路，所述第二信号处理电路产生摩擦补偿转矩信号，所述摩擦补偿转矩信号的值是从对所述柱转矩信号和所述柱角度信号随时间的观察中推导出的；以及转矩需求信号发生电路，所述转矩需求信号发生电路被适配为根据所述摩擦补偿转矩信号和所述辅助转矩信号二者来产生转矩需求信号；并且其中，所述摩擦补偿转矩信号至少部分地辅助所述驾驶员克服所述转向机构中的静摩擦和/或动摩擦的影响；所述设备进一步包括：摩擦估计器，所述摩擦估计器产生对所述转向机构中的静摩擦的估计；并且其中，所述第二信号处理电路产生的所述摩擦补偿转矩信号根据所述摩擦估计被适配。通过根据估计的摩擦来适配摩擦补偿转矩信号，该设备可以动态地补偿在该设备的使用期间以及随时间的摩擦变化。所述第二信号处理电路通过产生无量纲的摩擦补偿因子并且将该因子乘以摩擦补偿转矩水平可以产生所述摩擦补偿转矩信号，所述摩擦补偿转矩水平是根据所估计的摩擦而被适配的。因此，第二信号处理电路可以应用经适配的增益水平作为用于适配摩擦补偿转矩信号的机构，从而分别随着增益的增大或减小而增大或减小补偿转矩。所述摩擦补偿因子的值可以在+1到-1的范围内，并且可以在一种布置中使用以下形式的方程被确定：摩擦补偿因子＝X*累积柱角度+Y*累积柱转矩其中，X和Y自身是缩放因子。所述第二信号处理电路可以产生摩擦补偿因子，所述摩擦补偿因子包括从对所述柱转矩信号随时间的观察中推导出的第一分量以及从对所述柱角度信号随时间的观察中推导出的第二分量。所述两个分量可以彼此独立，使得一个分量的值独立于另一个分量的值。第二信号处理电路可以被适配为根据两个独立分量的总和来产生摩擦补偿转矩信号。这确保了即使分量值之一保持为零，静摩擦补偿转矩信号也可以变化。例如，如果观察到转矩在转向移动之前增大，则一些补偿将逐步引入。将显而易见的是，这有助于通过帮助驾驶员克服需要以其他方式克服静摩擦所需的转矩来减轻系统中的静摩擦的影响。当然，第二信号处理电路一起观察柱转矩信号和柱角度信号二者以产生静摩擦补偿信号而不产生两个单独的分量也在本专利技术的范围内。但是从构思上说，就作为两个独立分量的结果的信号而言来考虑本专利技术是最简单的。通过观察所述转向柱的一部分的转矩根据柱角度的变化可以形成所述摩擦估计。仅当车辆和转向系统基本条件合适时，摩擦估计才可以更新。摩擦估计器可以被配置为在每次转向系统改变方向时产生对转向系统摩擦的估计。用于摩擦估计的车辆和转向基本系统条件、以及所得的转向数据测试可以满足以下标准中的一个或多个，以确保仅当条件适当时才能进行估计：该设备可以包括存储估计的摩擦值的存储器。摩擦估计器可以包括摩擦估计管理器，所述摩擦估计管理器产生指示所估计的摩擦值的置信度的置信度值。摩擦估计器通过将固定摩擦补偿转矩水平与适配摩擦补偿转矩水平混合可以产生摩擦补偿转矩水平，其中，所述固定摩擦补偿转矩水平表示固定值，而所述适配摩擦补偿转矩水平是所述摩擦估计的函数。摩擦估计器可以确定所述两个水平混合的比率，所述比率是摩擦估计的置信度值的函数。摩擦估计器可以将两个水平混合，使得当所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力转向设备，其特征在于，所述电力转向设备包括：/n转向机构，所述转向机构将方向盘可操作地连接至车辆的行走车轮；/n电动马达，所述电动马达可操作地连接至所述转向机构；/n转矩信号发生器，所述转矩信号发生器被适配为产生柱转矩信号，所述柱转矩信号指示所述转向机构的一部分所承载的转矩；/n柱角位置信号发生器，所述柱角位置信号发生器用于产生柱角度信号，所述柱角度信号指示所述方向盘或转向柱的角位置；以及/n信号处理单元，所述信号处理单元被适配为接收所述柱转矩信号和所述柱角度信号，并且从中产生转矩需求信号，所述转矩需求信号表示要由所述电动马达向所述转向机构施加的转矩，其中，所述信号处理单元包括：/n第一信号处理电路，所述第一信号处理电路接收取决于所述柱转矩信号的输入信号、并且输出辅助转矩信号，所述第一信号处理电路的输入与输出之间的关系由助力曲线限定；/n第二信号处理电路，所述第二信号处理电路产生摩擦补偿转矩信号，所述摩擦补偿转矩信号的值是从对所述柱转矩信号和所述柱角度信号随时间的观察中推导出的；以及/n转矩需求信号发生电路，所述转矩需求信号发生电路被适配为根据所述摩擦补偿转矩信号和所述辅助转矩信号二者来产生转矩需求信号；并且/n其中，所述摩擦补偿转矩信号至少部分地辅助驾驶员克服所述转向机构中的静摩擦和/或动摩擦的影响；/n所述设备进一步包括：/n摩擦估计器，所述摩擦估计器产生对所述转向机构中的静摩擦的估计；并且/n其中，所述第二信号处理电路产生的所述摩擦补偿转矩信号是根据摩擦估计而被适配的。/n...

【技术特征摘要】
20190423 GB 1905666.21.一种电力转向设备，其特征在于，所述电力转向设备包括：
转向机构，所述转向机构将方向盘可操作地连接至车辆的行走车轮；
电动马达，所述电动马达可操作地连接至所述转向机构；
转矩信号发生器，所述转矩信号发生器被适配为产生柱转矩信号，所述柱转矩信号指示所述转向机构的一部分所承载的转矩；
柱角位置信号发生器，所述柱角位置信号发生器用于产生柱角度信号，所述柱角度信号指示所述方向盘或转向柱的角位置；以及
信号处理单元，所述信号处理单元被适配为接收所述柱转矩信号和所述柱角度信号，并且从中产生转矩需求信号，所述转矩需求信号表示要由所述电动马达向所述转向机构施加的转矩，其中，所述信号处理单元包括：
第一信号处理电路，所述第一信号处理电路接收取决于所述柱转矩信号的输入信号、并且输出辅助转矩信号，所述第一信号处理电路的输入与输出之间的关系由助力曲线限定；
第二信号处理电路，所述第二信号处理电路产生摩擦补偿转矩信号，所述摩擦补偿转矩信号的值是从对所述柱转矩信号和所述柱角度信号随时间的观察中推导出的；以及
转矩需求信号发生电路，所述转矩需求信号发生电路被适配为根据所述摩擦补偿转矩信号和所述辅助转矩信号二者来产生转矩需求信号；并且
其中，所述摩擦补偿转矩信号至少部分地辅助驾驶员克服所述转向机构中的静摩擦和/或动摩擦的影响；
所述设备进一步包括：
摩擦估计器，所述摩擦估计器产生对所述转向机构中的静摩擦的估计；并且
其中，所述第二信号处理电路产生的所述摩擦补偿转矩信号是根据摩擦估计而被适配的。


2.根据权利要求1所述的电力转向设备，其中，所述第二信号处理电路通过产生无量纲的摩擦补偿因子并且将该因子乘以摩擦补偿转矩水平来产生所述摩擦补偿转矩信号，所述摩擦补偿转矩水平是根据所估计的摩擦而被适配的。


3.根据权利要求2所述的电力转向设备，其中，所述摩擦补偿因子的值在+1到-1的范围内，并且使用以下形式...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·O·P·法雷利，
申请(专利权)人：ZF汽车英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB