確定交通工具的轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向角度的機(jī)動(dòng)交通工具、系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及一種交通工具的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并且更具體地涉及確定交通 工具的轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向角度。
【背景技術(shù)】
[0002] 交通工具的轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向角度可以用于控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)。通 常情況下，轉(zhuǎn)向傳感器用于測(cè)量轉(zhuǎn)向角度。在制造交通工具的時(shí)候裝設(shè)并校準(zhǔn)轉(zhuǎn)向傳感器。 然而，每當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)幾何形狀由于操作交通工具而改變時(shí)需要重新校準(zhǔn)轉(zhuǎn)向傳感器。
[0003] -些常規(guī)方法通過(guò)檢測(cè)交通工具的直線運(yùn)動(dòng)以及在此直線運(yùn)動(dòng)期間調(diào)整轉(zhuǎn)向 傳感器的轉(zhuǎn)向偏移來(lái)確定轉(zhuǎn)向角度。例如，參見(jiàn)U. S. 2010/235, 052、U. S. 5, 465, 210或 U. S. 2009/0125187。然而，由于道面的曲率，并不總是可以準(zhǔn)確地檢測(cè)交通工具的直線運(yùn) 動(dòng)。另外，當(dāng)交通工具實(shí)際上筆直地駕駛時(shí)，可能存在相對(duì)較少的周期，因此在確定發(fā)生之 前，相當(dāng)多的時(shí)間可能已經(jīng)流逝掉。因此，需要準(zhǔn)確確定轉(zhuǎn)向角度而不依賴(lài)于交通工具的直 線運(yùn)動(dòng)。
[0004] -些方法基于交通工具動(dòng)態(tài)性的詳細(xì)模型來(lái)校準(zhǔn)轉(zhuǎn)向傳感器。例如，參見(jiàn) U. S. 6, 775, 604或U. S. 6, 498, 971。然而，這些模型需要知曉道路摩擦和各種交通工具參 數(shù)，諸如質(zhì)量、慣性、輪胎剛度、重量分布和懸架角度。在操作交通工具期間知曉這些是困難 的并且?guī)缀醪豢赡塬@得。另外，由于輪胎的磨損以及交通工具質(zhì)量的改變，模型隨時(shí)間而改 變。
[0005] 因此，在本領(lǐng)域中需要在操作交通工具期間確定轉(zhuǎn)向角度。還期望在交通工具經(jīng) 歷側(cè)向運(yùn)動(dòng)時(shí)確定轉(zhuǎn)向角度。還期望在不使用詳細(xì)的交通工具模型的情況下確定轉(zhuǎn)向角 度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明各實(shí)施方式的一個(gè)目標(biāo)是在操作交通工具期間確定交通工具的轉(zhuǎn)向柱的 轉(zhuǎn)向角度。一些實(shí)施方式在沒(méi)有轉(zhuǎn)向角度傳感器的情況下確定轉(zhuǎn)向角度。在一些實(shí)施方式 中，轉(zhuǎn)向角度傳感器的使用得以避免。替代實(shí)施方式確定轉(zhuǎn)向角度，以調(diào)整或校準(zhǔn)轉(zhuǎn)向角度 傳感器或監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向角度傳感器和/或交通工具傳感器中可能發(fā)生的故障。
[0007] 本發(fā)明的各種實(shí)施方式基于以下觀察事實(shí)：有時(shí)可以把轉(zhuǎn)向角度表示為偏移和變 動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度的總和。在一些情形下，變動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度更容易確定或直接測(cè)量。此外，可以 通過(guò)響應(yīng)于檢測(cè)轉(zhuǎn)向角度和側(cè)向交通工具動(dòng)態(tài)性之間的不相干而調(diào)整偏移來(lái)更新轉(zhuǎn)向角 度。因此，可以確定轉(zhuǎn)向角度，以最小化或避免對(duì)轉(zhuǎn)向角度傳感器的需要。
[0008] 例如，本發(fā)明的一些實(shí)施方式基于以下實(shí)現(xiàn)策略：有關(guān)轉(zhuǎn)向角度的操作的一些參 數(shù)另外由電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS)的傳感器測(cè)量。這引入了可以用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)狀態(tài)的 傳感器的冗余。由此，EPS的傳感器的測(cè)量結(jié)果可以用于確定轉(zhuǎn)向角度。
[0009]例如，轉(zhuǎn)向角度是EPS的轉(zhuǎn)向馬達(dá)的角度的函數(shù)，使得轉(zhuǎn)向馬達(dá)的角度成為變動(dòng) 的轉(zhuǎn)向角度。由此，轉(zhuǎn)向馬達(dá)的角度可以用于確定轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向角度。這樣的確定可能是 有利的，這是因?yàn)镋PS的轉(zhuǎn)向馬達(dá)通過(guò)操作交通工具會(huì)比轉(zhuǎn)向柱影響更小，并且由此EPS可 以在更長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)保持測(cè)量精度。
[0010] 替代實(shí)施方式基于以下實(shí)現(xiàn)策略：變動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度可以用相對(duì)編碼器測(cè)量，而不 是絕對(duì)編碼器。相對(duì)編碼器比絕對(duì)編碼器更簡(jiǎn)單建造且更小，由此更便宜且更容易包裝。然 而，在相對(duì)編碼器中，只測(cè)量相對(duì)位置，即，關(guān)于未知轉(zhuǎn)向角度的角度。
[0011] 此外，一些實(shí)施方式基于以下認(rèn)識(shí)：可以在存在誤差的情況下確定轉(zhuǎn)向角度的值。 例如，轉(zhuǎn)向角度可以由絕對(duì)編碼器測(cè)量；但由于編碼器在交通工具中的不精確安裝，存在恒 定誤差。另外，由于主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的致動(dòng)器的誤差和/或故障，有效的方向盤(pán)角度可 能因偏移而變動(dòng)。
[0012] 偏移一般是未知的。然而，可以在操作交通工具期間使用由轉(zhuǎn)向角度影響的至少 一個(gè)交通工具動(dòng)態(tài)性來(lái)確定偏移。轉(zhuǎn)向角度可以影響側(cè)向動(dòng)態(tài)性，諸如偏航率、交通工具的 側(cè)向加速度、方向盤(pán)的扭矩、轉(zhuǎn)向扭矩和交通工具的每個(gè)輪的轉(zhuǎn)速。值得注意的是，使用側(cè) 向動(dòng)態(tài)不需要檢測(cè)交通工具的直線運(yùn)動(dòng)。
[0013] 具體而言，轉(zhuǎn)向角度信號(hào)與在交通工具動(dòng)態(tài)性的某一頻率帶寬下表示側(cè)向交通工 具動(dòng)態(tài)性的信號(hào)相干。因此，轉(zhuǎn)向角度可以確定為馬達(dá)的角度的函數(shù)，使得轉(zhuǎn)向角度的信號(hào) 與某一頻率帶寬下側(cè)向交通工具動(dòng)態(tài)性的信號(hào)相干。
[0014] 如果兩個(gè)信號(hào)在任何時(shí)間點(diǎn)的值具有相同的符號(hào)，則這兩個(gè)信號(hào)是相干的。如果 符號(hào)相同，則兩個(gè)信號(hào)的乘積始終為零或正的（即，非負(fù)的）。由此，當(dāng)轉(zhuǎn)向角度和側(cè)向交通 工具動(dòng)態(tài)性的乘積為負(fù)的時(shí)，一些實(shí)施方式檢測(cè)到不相干。
[0015] 當(dāng)乘積為負(fù)的時(shí)，一些實(shí)施方式調(diào)整偏移，以使這樣的乘積為零。該過(guò)程重復(fù)，直 到檢測(cè)不到不相干。例如，偏移可以初始化為預(yù)定的正值，用以檢測(cè)不相干。接下來(lái)，每次 迭代時(shí)均修正偏移，直到滿(mǎn)足終止條件。
[0016] -個(gè)實(shí)施方式基于交通工具的動(dòng)態(tài)性的信號(hào)來(lái)調(diào)整偏移。該實(shí)施方式保證最大估 值誤差不大于從單個(gè)傳感器獲得的最大估值誤差。例如，一個(gè)實(shí)施方式初始化轉(zhuǎn)向角度，確 定轉(zhuǎn)向角度的估值，每個(gè)估值與交通工具的動(dòng)態(tài)性的一個(gè)信號(hào)相干，并且將轉(zhuǎn)向角度調(diào)整 為轉(zhuǎn)向角度的多個(gè)估值的加權(quán)平均。另外，在該實(shí)施方式中，由于以不同方式影響不同交通 工具動(dòng)態(tài)性的外部不可預(yù)知的因素，誤差得以減小。
[0017] -個(gè)實(shí)施方式分別針對(duì)逆時(shí)針（左）和順時(shí)針（右）轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)來(lái)確定轉(zhuǎn)向角度， 并且將轉(zhuǎn)向角度確定為轉(zhuǎn)向角度的左估值和右估值的平均。這減小了由于外部因素和交通 工具動(dòng)態(tài)性中的較高頻率而產(chǎn)生的誤差。
[0018] 在一些實(shí)施方式中，在當(dāng)前偏移估算與時(shí)間平均的偏移估算的差以及偏移方差小 于與期望的偏移估值精度有關(guān)的兩個(gè)預(yù)定義的閾值時(shí)，確定轉(zhuǎn)向角度已收斂。當(dāng)這樣的條 件被驗(yàn)證時(shí)，偏移被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并保持恒定，直到交通工具電氣系統(tǒng)的永久電源供電 給交通工具電氣系統(tǒng)。
[0019] 在一些實(shí)施方式中，隨時(shí)間的平均偏移與當(dāng)前偏移之間的差、和/或偏移的方差、 和/或左右轉(zhuǎn)動(dòng)之間的估算的差、和/或從不同傳感器獲得的估算的差用于提供與偏移和 轉(zhuǎn)向角度的當(dāng)前估算的不確定性有關(guān)的分?jǐn)?shù)。
[0020] 因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式公開(kāi)了一種用于確定交通工具的轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向角度 的方法。所述方法包括：將所述轉(zhuǎn)向角度確定為偏移和變動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度的總和；以及通過(guò) 響應(yīng)于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)向角度和側(cè)向交通工具動(dòng)態(tài)性之間的不相干而調(diào)整所述偏移來(lái)更新所 述轉(zhuǎn)向角度。所述方法的各步驟由處理器執(zhí)行。
[0021] 例如，所述側(cè)向交通工具動(dòng)態(tài)性可以包括所述交通工具的至少一個(gè)輪的轉(zhuǎn)速、偏 航率、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向?qū)?zhǔn)扭矩以及轉(zhuǎn)向扭矩中的至少一者。所述變動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度可以包 括轉(zhuǎn)向馬達(dá)的角度、關(guān)于所述轉(zhuǎn)向角度測(cè)量的相對(duì)角度、存在誤差下確定的所述轉(zhuǎn)向角度 的值以及因所述偏移而變動(dòng)的有效方向盤(pán)角度中的至少一者。
[0022] 另一實(shí)施方式公開(kāi)了一種用于確定交通工具的轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向角度的系統(tǒng)。所述系 統(tǒng)包括處理器，所述處理器：將所述轉(zhuǎn)向角度確定為偏移和變動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度的總和；以及 通過(guò)響應(yīng)于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)向角度和側(cè)向交通工具動(dòng)態(tài)性之間的不相干而調(diào)整所述偏移來(lái)更 新所述轉(zhuǎn)向角度。
[0023] 又一實(shí)施方式公開(kāi)了一種具有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS)的機(jī)動(dòng)交通工具。所述 機(jī)動(dòng)交通工具包括：至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器用于測(cè)量所述機(jī)動(dòng)交通工具的 至少一個(gè)側(cè)向交通工具動(dòng)態(tài)性；傳感器，所述傳感器用于測(cè)量表示變動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度的信號(hào)； 以及處理器，所述處理器用于將所述機(jī)動(dòng)交通工具的轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向角度確定為偏移和變動(dòng) 的轉(zhuǎn)向角度的總和，并且用于響應(yīng)于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)向角度和所述側(cè)向交通工具動(dòng)態(tài)性之間的 不相干來(lái)迭代地調(diào)整所述轉(zhuǎn)向角度。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的機(jī)動(dòng)交通工具轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)施方式的示意 圖。
[0025] 圖2是本發(fā)明的一些實(shí)施方式使用的信號(hào)的時(shí)序圖。
[0026] 圖3是用于使用圖2的實(shí)現(xiàn)策略來(lái)確定交通工具的轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向角度的方法的圖 表。
[0027] 圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式基于轉(zhuǎn)向角度和側(cè)向交通工具動(dòng)態(tài)性 的相應(yīng)值的乘積來(lái)確定不相干的圖示。
[0028] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的調(diào)整偏移的圖形。
[0029] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)向角度的迭代調(diào)整的圖形。
[0030] 圖7是用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式迭代地調(diào)整轉(zhuǎn)向角度的方法的流程圖。
[0031] 圖8是補(bǔ)充圖7的方法的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用動(dòng)態(tài)濾波算法迭代地調(diào)整 具有濾波增益的偏移的方法的框圖。
[0032] 圖9是根據(jù)一些實(shí)施方式的傳感器融合方法的框圖。
[0033] 圖10是偏移估算、偏移估算的時(shí)間平均以及偏移估算隨時(shí)間的方差的圖形。
[0034] 圖11是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式基于期望的估算置信區(qū)間來(lái)確定終止條