使用改进的混合滤波器控制电动助力电机的方法和装置的制作方法

专利名称：使用改进的混合滤波器控制电动助力电机的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制电动助力电机(electric assist motor)的方法和装置。本发明特别涉及一种使用改进的混合滤波器(blending filter)控制具有电动辅助转向系统(electric assist steering system)的电动机的方法和装置。
背景技术：
电动辅助转向系统在本领域是公知的。在这种电动辅助转向系统中，当电动助力电机被通电时，将提供转向辅助转矩(steering assist torque)以帮助驾驶者转动机动车的可操纵的方向盘。该电动助力电机典型地根据施加至车辆方向盘的转向转矩(steering torque)和测得的车辆速度受控。控制器监控转向转矩并控制驱动电路，该驱动电路依次为电动助力电机提供电流。这种驱动电路典型地包括场效应晶体管(“FET”)或其它形式的可操作地连接在车辆电池和电动助力电机之间的固态转换开关(solid state switch)。电机电流被FET的脉宽调制(“PWM”)控制。
中心定位感应(on-center feel)定义为在充分直的路线上行驶的车辆的转向系统的响应性(responsiveness)。如果只有小的方向盘角度输入时驾驶者能感知车辆的侧向加速度，并且驾驶者提供最小化输入时车辆可以直线行驶，则说明其具有好的中心定位感应。如果车辆趋向于曲折或偏离预期的直线行驶，则认为其中心定位感应较差。
偏离中心感应(off-center feel)是当定态变化时转向系统的响应性。如果当车辆高速行驶时其原有状态变化(例如位于高速公路上的弯曲入口坡道上)时，驾驶者可轻易地稍微改变方向盘角度即可明显调整车辆行驶路线，则说明其具有好的偏离中心感应。如果由于高摩擦力或滞后效应难以调整角度，或者出于某些原因该调整没有改变车辆的行驶路线，则认为车辆的偏离中心感应较差。
当车辆速度较高时，希望既能提供好的中心定位感应也能提供好的偏离中心感应。为了实现这一点，需在获得合适的中心定位感应以及偏离中心感应响应性的转矩信号的选择间进行权衡。
公知的电动辅助转向系统具有动力性能特征，即系统带宽，其作为车速的函数而变化。当车辆操作者施加转向转矩并来回转动方向盘时，作为对感应到的转向输入的响应，电动助力电机被通电以提供转向辅助。在方向盘来回运动的特定频率下转向系统的响应表征系统的动力性能。转向系统可产生符合要求响应的频率范围即为系统的带宽。
电动助力电机的局部变化(local change)数量除以由驾驶者施加的转向转矩中的局部变化数量等于转向系统的增益。由于控制功能将测得的转矩处理为所需的电机指令，所以从把转向转矩施加到方向盘的时间到助力电机响应的时间会发生时间延迟。这一时间延迟是所施加的输入指令的频率的函数。其被称为系统响应时间。系统增益被设置为预定值以具有短的系统响应时间同时仍保持全面的系统稳定性。该系统响应时间和系统增益是转向系统带宽中的因子。
转向系统的带宽作为车辆速度的函数而变化。如果动力转向频率或电动辅助转向系统中的瞬时转向输入的频率超出了特定车辆速度下系统的带宽，则由于转向助力电机不能足够快速的反应，转向感应会变得“迟缓”(如同对转向输入的“延迟”时的感应)。随着车辆速度增加电动辅助转向系统中的转向系统增益及系统带宽减小导致系统延迟或迟缓在车速增加时更为明显。

发明内容
本发明提供了一种用于改进电机辅助转向系统中的电动机转向感应的方法和装置。高频辅助增益值根据车速和施加的转向转矩来确定。高频辅助增益值用于控制转矩指令值，由此提供好的偏离中心跟踪和好的中心定位感应。
本发明涉及用于控制电动助力电机以提供转向辅助的方法，该转向辅助响应于测得的转矩信号。所述方法包括对测得的转矩信号τs进行滤波以提供低频转矩信号τsL和高频转矩信号τsH的步骤。低频辅助转矩信号τassistLF作为低频转矩信号τsL的函数被确定。高频辅助增益信号Kmax作为测得的转矩信号τs和测得的车速ν的函数被确定。高频辅助增益信号Kmax被应用于高频转矩信号τsH以确定高频辅助转矩信号τassistHF。转矩指令信号τcmd作为低频辅助转矩信号τassistLF和高频辅助转矩信号τassistHF的函数被确定。电动助力电机被控制以根据转矩指令信号τcmd提供转向辅助。
本发明还涉及一种用于控制车辆电动辅助转向电机的装置。所述装置包括车速传感器，其提供具有表征测得的车速值的速度信号。所施加的转向转矩传感器提供测得的表征所施加的转向转矩的转矩信号。所述装置还包括对测得的转矩信号进行滤波以提供低频转矩信号和高频转矩信号的滤波装置。用于确定作为低频转矩信号的函数的低频辅助转矩值的装置提供低频辅助转矩信号。用于确定作为测得的转矩信号和测得的车速的函数的高频辅助增益值的装置提供高频辅助增益信号。所述装置还包括用于确定高频辅助转矩值并提供高频辅助转矩信号的装置，该高频辅助转矩值与高频转矩信号和高频辅助增益信号的乘积相关。用于确定作为低频辅助转矩信号和高频辅助转矩信号的函数的转矩指令值的装置提供转矩指令信号。所述装置进一步包括控制电动助力电机以根据转矩指令信号提供转向辅助的电机控制装置。
附图简要说明通过阅读以下参照附图的说明，对于本领域技术人员来说，本发明所涉及内容的上述及其它特征和有益效果将变得显而易见，其中

图1是根据本发明的示例性实施方案的电动辅助转向系统的示意图；图2是图1的电动辅助转向系统的转矩控制回路的功能方框图；图3是图2的低频双重辅助曲线功能(dual assist curve function)模块的功能方框图；图4是表示图2的高频辅助增益计算功能模块的高频辅助曲线的图；图5是图2的高频辅助增益计算功能模块的功能方框图；图6是表示图2的高频辅助增益计算功能模块所使用的速度比例增益曲线的图。
优选实施方案参照图1，电动辅助转向系统10包括与输入轴14相连的方向盘12。输入轴14通过扭杆16可操作地连接到输出轴20。扭杆16可根据所施加的转向转矩扭转，从而允许输入轴14和输出轴20之间的相对转动。制动装置(stop)(未示出)以本领域公知的方式限制输入和输出轴14和20之间相对转动量。扭杆16具有弹簧常数，在本文中用Kt表示。作为输入轴14和输出轴20之间相对转动运动的函数的所施加的转向转矩的数量是Kt的函数，该相对运动响应于所施加的转向转矩。弹簧常数Kt可表示为单位为牛顿·米(N·M)或磅/输入轴14和输出轴20之间的转动度。
位置传感器22可操作地连接到输入轴14和输出轴20。位置传感器22和扭杆16合并形成转矩传感器30。位置传感器22确定输入轴14和输出轴20之间的相对转动位置。转矩传感器30为转矩信号处理器32提供所施加的转矩信号τapp(由24表示)。所施加的转矩信号τapp表示输入轴14和输出轴20之间的相对转动位置。
当转动方向盘12时，输入轴14和输出轴20之间的相对角度作为施加在方向盘的输入转矩的函数而变化。转矩信号处理器32通过所施加的转矩信号τapp监控输入轴14和输出轴20之间的角度，并且提供由34表示的信号(如果给定了扭杆16的弹簧常数Kt)，该信号表示所施加的转向转矩τs。
输出轴20连接到小齿轮40。正如本领域所公知的，小齿轮40具有与位于转向齿条或线性转向构件42上的直切口齿(straight cut teeth)咬合或啮合的螺旋齿。小齿轮40与转向齿条42上的轮齿相结合形成齿条和小齿轮装置44。转向齿条42通过转向联动装置(steering linkage)(未示出)以公知的方式可操作地连接到车辆的可转向轮46。当转动方向盘12时，齿条和小齿轮装置44将方向盘12的转动运动转换为转向齿条42的线性运动。当转向齿条42在线性方向移动时，可转向轮46绕着它们相关的转向轴转动。
根据示例性实施方案，电动助力电机50通过球状螺母装置(未示出)以公知的方式或通过其它需要的传动装置可操作地连接到转向齿条42。本领域技术人员可以认识到，为了提供转向辅助的目的，电动助力电机50与转向部件间可具有可选的连接。例如，电动助力电机50能够可操作地连接到输出轴20，或连接到分离的小齿轮驱动装置等。在通电后，电动助力电机50提供动力助力以帮助由车辆驾驶者施加的方向盘12的转动。
本示例性实施方案的电动机50可为适合用于电动辅助转向系统10中的任何公知的类型。例如，电动机50可为可变磁阻(“VR”)电机、永磁交流(“PMAC”)电机或无刷直流(“BLDC”)电机。在本示例性实施方案中，电动机50在本文中被描述为具有为电动助力转向系统10提供动力助力的特殊用途。本发明对于其它电机结构及其它电机用途(例如为机床提供机械动力)来说也同样可用。
电动辅助转向系统10中的电动助力电机的基本操作在本领域中是公知的。基本地，定子电极(stator pole)被通电以在所需的转动方向中得到所需的电机转矩数量。电机转动方向被控制以响应某些电机类型中的定子线圈被通电的顺序以及在其它电机类型中流动的电流方向。电机产生的转矩由经过定子线圈的电流量控制。为了说明本发明的示例性实施方案的目的，假定电动助力电机50为PMAC电机。
当电机50被通电时，电机转子旋转，由此轮流转动与转子相连的球状螺母驱动装置的螺母部分。当螺母旋转时，球将线性力传递到转向齿条42。转向齿条42的运动方向取决于电机50的旋转方向。
转子位置传感器60可操作地连接到电机50并感应转子相对于定子的位置。位置传感器60提供转子位置信号θ(由62表示)，其数值显示了转子和定子之间的相对位置。转子位置传感器的结构和操作是本领域公知的，因此在此不再详细描述。必需知道转子相对于定子的位置以得到所需的电机50的旋转方向及输出转矩。
电动辅助转向系统10包括电子控制单元(ECU)70。ECU 70优选为具有适当内存的微型计算机。应该认识到ECU 70可具有其它适合的结构。使用控制算法对ECU 70编程，该控制算法可通过根据所测得参数以预定方式有效地控制电机50。
ECU 70可操作地连接到驱动电路80。驱动电路80通过继电器82可操作地连接到电源84。电源84可操作地连接到车辆电池86，并调节提供给驱动电路80的电能。ECU 70为驱动电路80提供电压控制输出信号νout(由90表示)。电压控制输出信号νout表示提供给电机50每一相的电压，其由ECU 70中编写的控制算法所确定，在下文中详细描述。
驱动电路80包括FET或其它适当形式的可控固态转换开关，其有效的为电机50的相位提供电机电流 (由92表示)。电机50每个相位的电机电流 由根据电压控制输出信号νout的FET的PWM来控制。
电压/电流监控装置100监控提供给电机50的电机电流 ，并为ECU70提供测得的每个相位的电机电流信号 。这些测得的电机电流信号 由102表示。转子位置传感器60和转矩信号处理器32分别为ECU 70提供转子位置θ信号和测得的转矩τs信号。车速传感器104为ECU 70提供车速信号ν(由106表示)。其它输入(通常由114表示)也可提供给ECU 70用于控制、安全或系统监控等目的。
存储在ECU 70中的控制算法包括转矩控制回路120、电机控制回路130以及电流控制回路140。转矩控制回路120可操作的用于确定请求的转矩指令信号τcmd(由126表示)。转矩指令信号τcmd表示所需的来自于电机50的转向辅助转矩的数量，其至少部分地基于测得的施加转向转矩τs以及测得的车速ν。转矩控制回路120为电机控制回路130提供转矩指令信号τcmd。
电机控制回路130可操作的用于确定电机电流指令 (由132表示)以及dq电流进角γ(由134表示)。dq电流控制回路用于控制电机50中的电流。电流指令信号 表征将被提供给电机50的电流的量。dq电流进角γ表征电机电流关于q轴的旋转角度，其用于对电机的控制。dq电流进角γ作为电机速度的函数被确定，并且仅在高电机速度下为非零。电流指令信号 和dq电流进角γ基于转矩指令τcmd和测得的转子速率ω而确定。测得的电机电流 和测得的转子位置θ被提供给电机控制回路130用于反馈及监控目的。电机控制回路130为电流控制回路140提供电机电流指令 和dq电流进角γ。
电流控制回路140用于确定电压输出信号νout。如上所述，电压输出信号νout表示提供给PMAC电动助力电机50的每个相位的电压。电压输出信号νout至少部分地基于电流指令 、dq电流进角γ以及测得的转子位置θ而确定。电压输出信号νout被设计以控制驱动电路80中的FET的PWM，从而为电机50的每个相位提供适当数量的电机电流 。测得的电机电流 被提供给电机控制回路130和电流控制回路140。
图2中示出了转矩控制回路120。在该说明部分中，ECU 70所执行的某些功能可交换地被称为功能或电路。测得的转矩信号τs被提供给转矩控制回路120的混合滤波器200。混合滤波器200被设计用来测量作为车辆速度函数的开环传递函数Gp。混合滤波器200被设计用来满足所有车速ν下的稳定性和性能规格。混合滤波器200还被设计用于满足所需的性能目标、增益稳定裕度以及相位稳定裕度。
特定地，混合滤波器200包括低通滤波器(GL)202和高通滤波器(GH)204。低通和高通滤波器202和204被设计为对于所有频率来说这两个滤波器的总和等于1。低通滤波器202允许所有测得频谱低于混合频率ωb的转矩信号τs通过而抑制信号中的所有高频成分。高通滤波器204允许测得的所有频谱高于混合频率ωb的转矩信号τs通过而抑制信号中的所有低频成分。混合滤波器频率ωb(由212表示)作为车速ν的函数被混合滤波器确定功能模块210所确定。可通过使用ECU 70中的查找表或根据预定公式执行计算来完成ωb的确定。
选择混合滤波器以使得低通滤波器GL(S)和高通滤波器GH(S)的和总是等于1GL(S)+GH(S)＝1 (1)根据示例性实施方案，选择低通滤波器202作为一阶滤波器，其在混合频率处ωb具有极点(pole)。高通滤波器204由上述约束唯一确定，即两个滤波器的和必须为1。因此，低通和高通滤波器为GL(S)=ωbS+ωb---(2)]]>GH(S)=SS+ωb---(3)]]>当在数字计算机中实现一组混合滤波器时，本领域技术人员应该意识到并非必需构建分离的高通和低通滤波器级。更合适地，输入混合滤波器的测得的转矩信号τs通过低通滤波器以得到低通转矩信号τsL。高通转矩信号为测得的转矩信号τs减去低通转矩信号τsL。从而低频部分τsL从所测得转矩信号τs中减去τsH＝τs-τsL(4)其结果为仅带有高频信息的信号。应该理解可使用更高阶的混合滤波器。
低通滤波器202为低频双重辅助曲线电路220提供低通转矩信号τsL(由206表示)。双重辅助曲线电路220提供低频辅助转矩信号τassistLF，该信号的值在功能上与低通转矩信号τsL和测得的车速ν函数相关。图3中示出了双重辅助曲线功能模块220。双重辅助曲线电路220是一种用于确定基于低通转矩信号τsL的低频辅助转矩τassistLF的方法的说明。本领域技术人员应该意识到存在其它用于确定基于低通转矩信号τsL的低频辅助转矩τassistLF的方法。应该意识到可在不偏离本发明精神的情况下用这些其它方法代替转矩控制回路120中的双重辅助曲线电路220。例如，McLaughlin等人发布的第5,568,389号美国专利中描述了一种根据本发明可以使用的双重辅助曲线，该专利的全部内容作为参考合并于此。
低通转矩信号τsL被提供给低速辅助曲线功能模块230，该低速辅助曲线功能模块提供低速辅助转矩信号τassistLS(由234表示)。低速辅助转矩信号τassistLS代表在低速或零速情况下(例如车辆停放时)使用的辅助转矩值。低速辅助转矩信号τassistLS作为低通转矩信号τsL的函数被确定，其可通过使用存储在ECU 70中的查找表或根据预定公式执行计算来完成。低速辅助曲线典型地具有死区(deadband)，其中不提供辅助直至方向盘转矩超出预定水平。需要死区以使得驾驶者松开方向盘时，方向盘可回到中心位置。
低通转矩信号τsL还被提供给高速辅助曲线功能模块232，该高速辅助曲线功能模块提供高速辅助转矩信号τassistHS(由236表示)。高速辅助转矩信号τassistHS代表在车辆高速运转情况下(例如高速公路行驶时)使用的辅助转矩值。高速辅助转矩信号τassistHS作为低通转矩信号τsL的函数被确定，其可通过使用存储在ECU 70中的查找表或根据预定公式执行计算来完成。
车速信号ν被提供给混合增益曲线电路240，该电路提供速度比例混合项或值Sp(由242表示)。速度比例混合项Sp作为车辆速度的函数在0和1之间变化。在示例性实施方案中，速度比例混合项Sp在车辆为高速或最大速度时的0值和车辆为低速或零速时的1值之间变化。速度比例混合项Sp用于混合低速辅助转矩τassistLS和高速辅助转矩τassistHS。
速度比例混合项Sp和低速辅助转矩τassistLS被提供给低速混合增益电路250，该电路提供混合的低速辅助转矩信号τassistLS′(由252表示)。低速混合增益电路250将低速辅助转矩τassistLS乘以与速度比例混合项Sp相等的低速混合增益值。
在累加电路254中用1减去速度比例混合项Sp以确定高速混合增益值1-Sp(由256表示)。高速混合增益值1-Sp和高速辅助转矩τassistHS被提供给高速混合增益电路260，该电路提供混合的高速辅助转矩信号τassistHS′(由262表示)。高速混合增益电路260将高速辅助转矩τassistHS乘以高速混合增益值1-Sp。因而低速和高速混合增益值的和总是等于1。
混合的低速辅助转矩信号τassistLS′和混合的高速辅助转矩信号τassistHS′在加法电路264中被求和以提供低频辅助转矩信号τassistLF(由266表示)。因而低频辅助转矩信号τassistLF由下式确定τassistLF＝(Sp×τassistLS)+((1-Sp)×τassistHS)；(5)从而当车速ν改变时提供低速和高速辅助转矩值τassistLS和τassistHS的平滑插值。
参照图2，高通转矩信号τsH被提供给高频辅助增益电路280，该电路决定高频辅助信号τassistHF(由282表示)。在加法电路284中将高频辅助信号τassistHF和低频辅助转矩信号τassistLF相加以确定转矩辅助信号τassist(由122表示)。
转矩辅助信号τassist可通过自适应转矩滤波器Gf(由124表示)滤波以确定电机指令信号τcmd。McLaughlin等人发布的第5,473,231号美国专利中描述了这种自适应转矩滤波器Gf的一个例子，该专利的全部内容作为参考合并于此。
高频辅助信号τassistHF作为高通转矩信号τsH和高频辅助增益Kmax的乘积被确定。高频辅助增益Kmax帮助确定电动辅助转向系统10的带宽。在车辆高速行驶时，希望高频增益Kmax有相对高的值以提供好的偏离中心跟踪。然而，在车辆高速行驶时也希望高频增益Kmax结合相对低的值以提供好的中心定位感应。根据本发明，高频增益Kmax由一种在车辆高速行驶时提供好的偏离中心跟踪和好的中心定位感应的算法确定。
高频辅助增益Kmax(由292表示)由Kmax计算功能模块290确定。根据本发明，高频辅助增益Kmax作为车速ν和测得的转矩信号τs的函数被确定。在图2的示例性实施方案中，高频辅助增益Kmax作为车速ν和低通转矩信号τsL的函数被确定。然而，高频辅助增益Kmax可作为车速ν和测得的转矩信号τs的函数被确定，如图2中标记为294的虚线所示。当然，在这种情况下将低通转矩信号τsL提供给Kmax计算电路290并不是必须的。
图4中的曲线图示出了一个实施例，其中高频辅助增益Kmax作为车速ν和输入转矩的函数被确定。应该意识到本图可根据特殊的车辆平台和/或所需的转向响应特性而改变。如上所述，该输入转矩可为测得的转矩信号τs或低通转矩信号τsL。
参照图4，低速或零速下的高频辅助增益Kmax通过指示为300的曲线定义。高速或最高速下的高频辅助增益Kmax通过指示为302的曲线定义。位于低速和高速高频辅助曲线300和302之间的曲线表示在车速预定递增变化时的高频辅助增益Kmax。
如低速Kmax曲线300所示，在车辆低速行驶时，高频辅助增益Kmax为常数，即不管输入转矩的数量为多少增益保持不变。然而，低速Kmax曲线300可被调整以提供随着输入转矩数量变化的高频辅助增益Kmax。当车速ν增加时，高频辅助增益Kmax随着车速和输入转矩(即低通转矩τsL)变化。通常，当输入转矩从零N·M开始增加时，高频辅助增益Kmax根据车速从最小值开始增加。高频辅助增益Kmax通常以低速率或斜率从零N·M增加至约0.3N·M。在约0.3N·M处，高频辅助增益Kmax以较高的速率或斜率从0.3N·M增加至刚超过1.0N·M。在约刚超过1.0N·M处，不管输入转矩的数量为多少，高频辅助增益Kmax保持不变。
Kmax计算电路290根据图4中所示的曲线确定高频辅助增益Kmax。该计算可使用存储于ECU 70中的查找表来完成。当车速ν位于由两个最接近的速度曲线限定的预定速度之间时，可使用插入法来确定高频辅助增益Kmax。可选地，Kmax计算电路290可通过执行根据预定公式的计算来确定高频辅助增益Kmax，该公式根据图4中的Kmax曲线而选定。
作为优选，Kmax计算电路290执行双重曲线混合算法以确定高频辅助增益Kmax，该算法类似于合并入低频双重辅助曲线电路220(图3)的算法。在这种情况下，低速Kmax曲线300(图4)与高速Kmax曲线302相混合以确定高频辅助增益Kmax。如图5所示。
参照图5，低通转矩信号τsL206被提供给低速Kmax曲线300，曲线300提供了低速高频辅助增益KmaxLS(由310表示)。低速高频辅助增益KmaxLS表示用于车速为低速或零速(例如车辆停放)情况下的高频辅助增益值。低速高频辅助增益KmaxLS作为低通转矩信号τsL的函数被确定，其可通过使用存储于ECU 70中的查找表或根据预定公式执行计算来完成。
低通转矩信号τsL也被提供给高速Kmax曲线302，曲线302提供了高速高频辅助增益KmaxHS(由312表示)。高速高频辅助增益KmaxHS表示用于车辆高速行驶(例如行驶于高速公路上)时的高频辅助增益值。高速高频辅助增益KmaxHS作为低通转矩信号τsL的函数被确定，其可通过使用存储于ECU 70中的查找表或根据预定公式执行计算来完成。
车速信号ν106被提供给混合增益曲线电路314，该电路提供速度比例混合项或值Sp1(也称为返送增益(foldback gain)，由316表示)。速度比例混合项Sp1作为车速ν的函数在0和1之间变化，如图6所示。如图6所示，在示例性实施方案中，速度比例混合项Sp1(由316表示)在车辆为高速时的0值和车辆为零速时的1值之间变化。速度比例混合项Sp1用于混合低速高频辅助增益KmaxLS和高速高频辅助增益KmaxHS。
参照图5，速度比例混合项Sp1和低速高频辅助增益KmaxLS被提供给低速混合增益功能模块320，其提供混合的低速高频辅助增益KmaxLS′(由322表示)。低速混合增益电路320将低速高频辅助增益KmaxLS乘以与速度比例混合项Sp1相等的低速混合增益值。
在累加电路324中用1减去速度比例混合项Sp1以确定高速混合增益值1-Sp1(由326表示)。高速混合增益值1-Sp1和高速高频辅助增益KmaxHS被提供给高速混合增益电路330，该电路提供混合的高速高频辅助增益KmaxHS′(由332表示)。高速混合增益电路330将高速高频辅助增益KmaxHS乘以高速混合增益值1-Sp1。因而低速和高速混合增益值的和总是等于1。
混合的低速高频辅助增益KmaxLS′和混合的高速高频辅助增益KmaxHS′在加法电路334中被求和以提供计算的Kmax292。从而Kmax由下式确定Kmax＝(Sp1×KmaxLS)+((1-Sp1)×KmaxHS)； (6)从而当车速ν改变时提供低速和高速高频辅助增益值KmaxLS和KmaxHS的平滑插值。
根据本发明，高频辅助增益Kmax基于车速ν和输入转矩τsL共同确定。如图4中的Kmax曲线所示，通常当车速ν减小时高频辅助增益Kmax增加。并且在任何给定的速度下，高频辅助增益Kmax作为输入转矩τsL的函数而变化。通常对于图4中示出的特定的Kmax曲线，在任何给定的车速下(除了Kmax为常数的零速)，当输入转矩值低时高频辅助增益Kmax也较低，当输入转矩值高时高频辅助增益Kmax也较高。因此根据本发明，在高车速ν下，高频辅助增益Kmax被调整以同时提供好的偏离中心跟踪和好的中心定位感应。
当输入频率高于混合频率ωb时，转矩控制回路120受回路中的高频辅助增益部分280控制。由于本系统的工作方式类似于零交叉频率附近的线性系统，因此很容易分析和测试其稳定性。因为混合频率ωb和高频辅助增益Kmax都是车速ν的函数，因此电动辅助转向系统10的系统带宽可作为车速的函数而被控制。其可通过利用速度比例混合项Sp1调整高频辅助增益Kmax来实现。在高频辅助增益Kmax减小时带宽减小。因此，转矩控制回路120的高频部分决定了电动辅助转向系统10的瞬态反应特性和稳定性特性。
当频率低于混合频率ωb时，转矩控制回路120受回路中的低频双重辅助曲线部分220控制。转矩控制回路120中的低频部分决定了在驾驶者缓慢、稳定的输入下电动辅助转向系统10如何进行感应。双重辅助曲线可被调谐以使电动辅助转向系统10提供所需的转向感应。
当输入转矩(τmeas)偏离方向盘转矩死区增加时，电动辅助转向系统10提供的辅助转矩的数量逐渐增加。当离开死区后，电动辅助转向系统10的局部增益通常很低，即需要输入转矩的大的变化来产生小的转向辅助转矩的变化。如果没有转矩控制回路120中的高频辅助增益部分280，则总系统带宽在低输入转矩下将被降低，并且电动辅助转向系统10将感应迟缓。然而转矩控制回路120的高频辅助增益部分280中包含的部分允许系统带宽为可选的并且使得系统平稳地响应离开死区。
如果选择的混合频率ωb比零死区交叉频率低十倍，则转矩控制回路120的非线性低频双重辅助曲线部分220与转向系统的动态相比将出现缓慢变化的现象。本质上，非线性低频部分从转矩控制回路120的线性高频辅助增益部分280动态去耦。从而，电动辅助转向系统10对于低频输入表现为非线性方式，对于高频输入则表现为线性方式。
通过对本发明的以上描述，本领域技术人员可以理解对于本发明可进行的改进、变化和修饰。这些依照本发明的实质精神所进行的改进、变化和修饰，皆应涵盖在本发明附加的权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于控制电动助力电机的方法，所述电动助力电机用于根据测得的转矩信号提供转向辅助，所述方法包括以下步骤对所述测得的转矩信号进行滤波以提供低频转矩信号和高频转矩信号；确定作为所述低频转矩信号的函数的低频辅助转矩信号；确定作为所述测得的转矩信号和测得的车速的函数的高频辅助增益信号；将所述高频辅助增益信号应用于所述高频转矩信号，以确定高频辅助转矩信号；确定作为所述低频辅助转矩信号和所述高频辅助转矩信号的函数的转矩指令信号；控制所述电动助力电机以根据电压输出信号提供转向辅助，所述电压输出信号在功能上与所述转矩指令信号相关。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述滤波步骤提供频率低于一种混合频率的所述低频转矩信号，以及提供频率高于所述混合频率的所述高频转矩信号。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括确定作为所述测得的车速的函数的所述混合频率的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定低频辅助转矩信号的步骤包括提供双重辅助曲线以及执行混合算法用来混合所述双重辅助曲线以提供所述低频辅助转矩信号的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定高频辅助增益信号的步骤包括确定作为所述低频转矩信号和车速的函数的所述高频辅助增益信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中，确定高频辅助增益信号的所述步骤包括以下步骤确定作为所述测得的转矩信号的函数的低车速高频辅助增益；确定作为所述测得的转矩信号的函数的高车速高频辅助增益；混合作为车速的函数的所述低车速高频辅助增益和所述高车速高频辅助增益。
7.如权利要求6所述的方法，其中，混合所述低速高频辅助增益和所述高速高频辅助增益的所述步骤包括以下步骤确定作为测得的车速的函数的速度比例因子，所述速度比例因子的值基于所述测得的车速从0到1变化；确定为所述低速高频辅助增益和所述速度比例因子的乘积的混合的低速高频辅助增益；确定为所述高速高频辅助增益和1与所述速度比例因子之差的乘积的混合的高速高频辅助增益；以及确定所述混合的低速高频辅助增益与所述混合的高速高频辅助增益之和。
8.如权利要求1所述的方法，其中，应用所述高频辅助增益信号的所述步骤包括确定所述高频转矩信号和所述高频辅助增益信号的乘积的步骤。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定转矩指令信号的步骤包括以下步骤确定所述低频辅助转矩信号和所述高频辅助转矩信号之和；通过自适应转矩滤波器对所述低频辅助转矩信号和所述高频辅助转矩信号之和进行滤波。
10.一种用于控制车辆电动辅助转向电机的装置，所述装置包括车速传感器，其提供具有表征测得的车速的值的速度信号；施加的转向转矩传感器，其提供表征施加的转向转矩的测得的转矩信号；用于对所述测得的转矩信号进行滤波以提供低频转矩信号和高频转矩信号的装置；用于确定作为所述低频转矩信号的函数的低频辅助转矩值以及提供表征所述低频辅助转矩值的低频辅助转矩信号的装置；用于确定作为所述测得的转矩信号和测得的车速的函数的高频辅助增益值以及提供表征所述高频辅助增益值的高频辅助增益信号的装置；用于确定与所述高频转矩信号和所述高频辅助增益信号的乘积相关的高频辅助转矩值以及提供表征所述高频辅助转矩值的高频辅助转矩信号的装置；用于确定作为所述低频辅助转矩信号和所述高频辅助转矩信号的函数的转矩指令值以及提供表征所述转矩指令值的转矩指令信号的装置；以及用于控制所述电动助力电机以根据所述转矩指令信号提供转向辅助的装置。
11.如权利要求10所述的装置，其中，所述用于滤波的装置包括利用低通滤波器对所述测得的转矩信号进行滤波以使得低于混合频率的频率通过的装置，以及利用高通滤波器对所述测得的转矩信号进行滤波以使得高于混合频率的频率通过的装置。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述混合频率作为所述测得的车速的函数被选取。
13.如权利要求10所述的装置，其中，所述用于确定高频辅助增益值的装置包括用于确定作为所述低频转矩信号的函数的所述高频辅助增益值的装置。
14.如权利要求10所述的装置，其中，所述用于确定高频辅助增益值的装置包括用于确定作为所述测得的转矩信号的函数的低速高频辅助增益的装置；用于确定作为所述测得的转矩信号的函数的高速高频辅助增益的装置；以及用于混合作为车速的函数的所述低速高频辅助增益和所述高速高频辅助增益的装置，所述高频辅助增益值响应于所述混合的增益。
15.如权利要求13所述的装置，其中，用于混合所述低速高频辅助增益和所述高速高频辅助增益的所述装置包括用于确定作为所述测得的车速的函数的速度比例因子的装置，所述速度比例因子的值基于所述测得的车速从0到1变化；用于确定为所述低速高频辅助增益和所述速度比例因子的乘积的混合的低速高频辅助增益的装置；用于确定作为所述高速高频辅助增益和1与所述速度比例因子之差的乘积的混合的高速高频辅助增益的装置；以及用于确定所述混合的低速高频辅助增益与所述混合的高速高频辅助增益之和的装置。
16.如权利要求10所述的装置，其中，所述用于确定转矩指令值的装置包括用于确定所述低频辅助转矩信号和所述高频辅助转矩信号之和的装置；以及用于对所述低频辅助转矩信号和所述高频辅助转矩信号的所述和进行滤波的自适应转矩滤波装置。
全文摘要
一种用于控制电动助力电机(50)以提供根据测得的转矩信号(τ
文档编号B62D101/00GK1675099SQ03818670
公开日2005年9月28日 申请日期2003年7月25日 优先权日2002年8月14日
发明者凯文·M·麦克劳克林 申请人:美国Trw天合汽车集团