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本发明涉及来自车辆动态传感器的手轮角度或轮速。提供了一种控制车辆的动力转向系统的方法。该方法确定了车辆的偏航速率。该方法根据偏航速率产生手轮角度信号，其指示车辆的手轮的位置。该方法通过使用手轮角度信号而控制动力转向系统。

权利要求书
1.   一种控制车辆的动力转向系统的方法，所述方法包括：
确定所述车辆的偏航速率；
根据所述偏航速率产生手轮角度信号，所述手轮角度信号指示所述车辆的手轮的位置；以及
通过使用所述手轮角度信号而控制所述动力转向系统。

2.   根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定包括从所述车辆的车辆动态传感器接收测量信号，其指示所述车辆的偏航速率。

3.   根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定包括根据所述车辆的一对负重轮的轮速计算所述偏航速率。

4.   根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
从所述车辆的手轮角度传感器接收手轮角度信号，其指示所述手轮的位置；以及
比较所述产生的手轮角度信号与所述接收的手轮角度信号以检验所述接收的手轮角度信号。

5.   根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述车辆的侧向加速度；
根据所述侧向加速度产生手轮角度信号，其指示所述手轮的位置；
从所述车辆的手轮角度传感器接收手轮角度信号，其指示所述手轮的位置；
比较根据所述偏航速率产生的手轮角度信号、根据所述侧向加速度产生的手轮角度信号以及从所述手轮角度传感器接收的手轮角度信号，以选择三个手轮角度信号中的一个；以及
通过使用所选择的手轮角度信号而控制所述动力转向系统。

6.   一种车辆的动力转向系统，其包括：
电力转向系统；以及
控制模块，其构造为：
    确定所述车辆的偏航速率；
    根据所述偏航速率产生手轮角度信号，其指示所述车辆的手轮的位置；以及
    通过使用所述手轮角度信号而控制所述电力转向系统。

7.   根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制模块构造为通过根据所述车辆的一对负重轮的轮速计算所述偏航速率而确定所述偏航速率。

8.   根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述车辆不具有手轮角度传感器。

9.   根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制模块还构造为：
确定所述车辆的侧向加速度；
根据所述侧向加速度产生手轮角度信号，其指示所述手轮的位置；
从所述车辆的手轮角度传感器接收手轮角度信号，其指示所述手轮的位置；
比较根据所述偏航速率产生的手轮角度信号、根据所述侧向加速度产生的手轮角度信号以及从所述手轮角度传感器接收的手轮角度信号，以选择三个手轮角度信号中的一个；以及
通过使用所选择的手轮角度信号而控制所述电力转向系统。

10.   根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制模块构造为通过使用为所述车辆的速度的函数的速度修正因数以产生所述手轮角度信号。

11.   一种控制车辆的动力转向系统的方法，所述方法包括：
确定所述车辆的侧向加速度；
根据所述侧向加速度产生手轮角度信号，其指示所述车辆的手轮的位置；以及
通过使用所述手轮角度信号而控制所述动力转向系统。

12.   根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述确定包括从所述车辆的车辆动态传感器接收测量信号，其指示所述车辆的侧向加速度。

13.   根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述车辆不具有手轮角度传感器。

14.   根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
从所述车辆的手轮角度传感器接收手轮角度信号，其指示所述手轮的位置；以及
比较所述产生的手轮角度信号与所述接收的手轮角度信号以检验所述接收的手轮角度信号。

15.   根据权利要求11所述的方法，其特征在于，产生所述手轮角度信号包括使用为所述车辆的速度的函数的速度修正因数。

说明书来自车辆动态传感器的手轮角度或轮速
技术领域
本专利申请主张对美国临时专利申请编号第61/904,691号的优先权，其在2013年11月15日申请，其通过参照它的全部而合并入本文。
背景技术
转向系统供应商已经使用相对手轮角度(HWA)传感器或绝对HWA传感器，或者还未使用HWA传感器。在决定使用或不使用哪个HWA传感器中的要素，HWA位置传感器涉及给出的转向系统的成本相对性能/特征要求。
绝对位置传感器通常是多次回转装置，转向手轮从停止至停止进行的回转数的数量典型地在三与五之间。在一些情况下，为了具有可靠的HWA测量，需要物理传感器。如果在接通处需要HWA测量，那么需要绝对传感器。如果HWA测量不被需要直至接通后和一些驱动后的某个时间，那么算法可学习手轮的中心位置在何处并在一些学习后提供计算的绝对位置。在后面的情况下，HWA可通过在手轮处的相对手轮位置传感器或通过电动机位置传感器测量。在两种情况下，需要物理传感器以监控手轮位置。物理传感器在构建转向系统中耗费成本。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了控制车辆的动力转向系统的方法。该方法确定了车辆的偏航速率。该方法根据偏航速率产生手轮角度信号，其指示车辆的手轮的位置。该方法通过使用手轮角度信号而控制动力转向系统。
在本发明的另一实施例中，提供了车辆的动力转向系统。该系统包括电力转向系统和控制模块。控制模块构造为确定车辆的偏航速率。控制模块还构造为根据偏航速率产生手轮角度信号，其指示车辆的手轮的位置。控制模块还构造成通过使用手轮角度信号而控制电力转向系统。
在本发明的又一实施例中，提供了控制车辆的动力转向系统的方法。该方法确定了车辆的侧向加速度。该方法根据侧向加速度产生手轮角度信号，其指示车辆的手轮的位置。该方法通过使用手轮角度信号而控制动力转向系统。
从结合附图的下列描述中，这些和其他优点和特征将变得更加显而易见。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书的结论处的权利要求中被特别地指示并且清楚地主张权利。本发明的前述和其他的特征和优点从结合附图进行的下列详细描述中是显而易见的，其中：
图1示出了根据本发明的一些实施例的转向系统的功能框图；
图2示出了根据本发明的示范实施例的示出控制模块的数据流图；
图3示出了根据本发明的示范实施例的转向车辆；
图4示出了根据本发明的示范实施例的示出控制模块的数据流图；
图5示出了根据本发明的示范实施例的示出控制模块的数据流图；
图6示出了根据本发明的示范实施例的示出手轮角度确定方法的流程图；以及
图7示出了根据本发明的示范实施例的示出手轮角度确定方法的流程图。
具体实施方式
下列描述本质上仅仅为示例性的并且不意图限制本公开、其应用或使用。应当理解的是，遍及附图，相应的标号指示相似的或相应的部分和特征。
现参照图1，在其中本发明将参照不限制它的具体实施例描述，示出了包括转向系统12的车辆10的示范实施例。在一些实施例中，转向系统12包括联接至转向轴16的手轮14。在一个示范实施例中，转向系统12是电力转向(EPS)系统，其还包括转向辅助单元18，其联接至转向系统12的转向轴16并且联接至车辆10的拉杆20、22。转向辅助单元18包括，例如：齿条和齿轮转向机构(未显示)，其可通过转向轴16联接至转向促动器电动机和齿轮装置(以下，称为转向促动器)。在操作期间，当手轮14由车辆操作者(司机)回转时，转向辅助单元18的电动机提供辅助以移动拉杆20、22，拉杆继而分别地移动转向节24、26，该转向节分别地联接至车辆10的路面车轮28、30。虽然EPS系统在图1中示出并在本文中描述，但是应当意识到，本发明的转向系统12可包括各种控制转向系统，其包括但不限于带有水压构造并由线构造转向的转向系统。
如图1所示，车辆10还包括各种传感器31-33，其探测并测量转向系统12和/或车辆10的可观察条件。传感器31-33根据可观察条件产生传感器信号。在一些实施例中，传感器31-33可包括例如：手轮转矩传感器、手轮角度传感器、侧向加速度传感器、偏航速率传感器、负重轮速度传感器以及其它传感器。在一些实施例中，传感器31-33不包括任何手轮角度传感器。即，车辆10不具有测量手轮角度的手轮角度传感器。在一些实施例中，车辆也可不具有偏航速率传感器。传感器31-33向控制模块40发送信号。
在一些实施例中，控制模块40根据激活的传感器信号中的一个或多个并且还根据辅助转矩计算系统和本公开的方法控制转向系统12和/或车辆10的操作。一般而言，本发明的一些实施例的控制模块40根据车辆的偏航速率或车辆的侧向加速度产生手轮角度信号。在一些实施例中，偏航速率由偏航速率传感器测量并且偏航速率测量值被供应至控制模块40。备选地或结合地，车辆10的偏航速率可根据车辆10的负重轮的轮速推测。车辆的侧向加速度通过侧向加速度传感器测量。在一些实施例中，控制模块40使用速度修正因数以测量从偏航速率或侧向加速度产生的手轮角度信号。测量的手轮角度信号在车辆速度的较广泛范围上有效。在一些实施例中，将手轮角度信号与来自手轮角度传感器的手轮角度信号相比较以便检验传感器信号。
图2绘出了根据本发明的一些实施例的用于控制图1的转向系统12和/或车辆10的图1的控制模块40的数据流图。控制模块40包括一个或多个子模块和数据存储。如在本文中所使用，术语模块和子模块意指专用集成电路(ASIC)、电子线路、处理器(共享、专用或组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其它适当的部件。可意识到的是，在图中显示的子模块可结合和/或此外分割。可意识到的是，在图中显示的子模块可作为单个控制模块40(未显示)或多个控制模块(未显示)而执行。向控制模块40的输入可从车辆10(图1)的传感器产生，可在控制模块40内模拟(例如，通过其它子模块(未显示))，可从其它控制模块(未显示)接收，和/或可预先限定。在一个示例中，控制模块40包括偏航速率确定模块205、手轮角度确定模块210、控制命令产生模块215、以及车辆参数库220。
偏航速率确定模块205确定车辆10的偏航速率。在一些实施例中，偏航速率确定模块205根据车辆的负重轮的速度推测车辆10的偏航速率。具体地，偏航速率确定模块205使用在一对负重轮的速度之间的差以杠杆作用于以下事实：在车辆转向的相对侧上的负重轮比在转向侧上的负重轮移动更快。图3示出，例如在车辆10的左侧上的负重轮的回转比车辆10的右侧上的它们相应的负重轮的回转更快。返回图2，一些实施例的偏航速率确定模块205使用下列等式(1)以推测偏航速率：

其中r是以弧度每秒计的车辆的偏航速率，vrr是以米每秒计的车辆的右后负重轮的线性速度，vrl是以米每秒计的车辆的左后负重轮的线性速度，而tw是以米计的左后和右后负重轮之间的轮距。偏航速率确定模块205使用以推测偏航速率的车辆10的负重轮速度225通过车辆10的负重轮速度传感器测量或探测。轮距是预先确定的，而偏航速率确定模块205从车辆参数库220取出轮距。偏航速率确定模块205周期性地或持续地执行偏航速率的推测并向手轮角度确定模块210供应偏航速率240。备选地或结合地，在一些实施例中，偏航速率确定模块205通过使用由车辆10的偏航速率传感器产生的偏航速率信号230确定或推测车辆10的偏航速率240。
手轮角度确定模块210根据偏航速率240、车辆速度信号235以及其它车辆参数确定车辆10的手轮的手轮角度245。在一些实施例中，手轮角度确定模块210从车辆10的车辆速度传感器(例如速度计)接收车辆速度信号235。车辆参数从车辆参数库220取出。
在一些实施例中，手轮角度确定模块210使用以下等式(2)推测车辆10的手轮的手轮角度：

其中r是以度每秒计的偏航速率，δ是负重轮角度(即，前负重轮相对车辆10的长度形成的角度)，V是车辆10的速度，wb是车辆的轴距(即，在车辆10的前和后负重轮的中心之间的距离)，us是转向不足梯度参数，57.3是用于将弧度转换成度的转换因数，而9.81是以平方米每秒计的重力加速度常数。
等式(2)在《车辆动态学基础(Fundamentals of Vehicle Dynamics)》(Gillespie，T.D，Warrendale，PA：美国汽车工程师协会，1992(以下“Gillespie”))的页206上进行了描述，其通过引入并入本文。在一些实施例中，用于推测手轮角度的下列等式(3)是从等式(2)导出的：

其中HWA是手轮角度，sr是车辆的转向比(即，在手轮的回转与车辆的负重轮的回转之间的比)，us是作为车辆的速度的函数的转向不足梯度，而Vf(V)是车辆的速度的函数的速度修正因数。与等式(2)相比，等式(3)包括若干新因数，即，替代等式(2)的转向不足梯度us的Vf(V)和us(V)。此外，在等数(2)中的δ由HWA替代。通过这些新因数，在其中等式(3)对于HWA有效的车辆速度范围(即，用于V的范围)从在其中等式(2)是有效的车辆速度范围延伸。即，使用等式(3)计算的手轮角度在较广泛的车辆速度范围有效。在一些实施例中，当车辆速度增加时，因数增加，但是在车辆速度达到极限速度后饱和。当车辆速度为零时，因数可为零。
在一些实施例中，车辆10具有产生手轮角度信号的手轮角度传感器。在一些这种实施例中，控制命令产生模块215或控制模块40的另一子模块(未显示)可使用手轮角度信号245以检验由手轮角度传感器产生的手轮角度信号。检验结果可指示手轮角度传感器是否适当地运行。如果这种检验在车辆10中被需要，那么使用手轮角度信号245消除了对于另一手轮角度传感器的需要。如果不需要检验，那么使用手轮角度信号245消除了对于任何手轮角度传感器的需要。
控制命令产生模块215根据输入信号和车辆参数产生一个或多个命令信号250以控制转向系统12(未在图2中显示)。向控制命令产生模块215的输入信号包括来自车辆10的车辆传感器31-33的手轮角度信号215和其它信号。命令信号250可包括手轮辅助转矩命令、衰减命令等以控制电动机和转向系统12。
图4绘出了根据本发明的一些实施例的图1的控制模块40的数据流图；在一个示例中，控制模块40包括手轮角度确定模块405、控制命令产生模块410以及车辆参数库220。
手轮角度确定模块405根据侧向加速度信号415、车辆速度信号235以及其它车辆参数确定车辆10的手轮的手轮角度420。在一些实施例中，手轮角度确定模块405从车辆10的侧向加速度传感器接收侧向加速度信号415。在一些实施例中，手轮角度确定模块405从车辆10的车辆速度传感器(例如速度计)接收车辆速度信号235。车辆参数从车辆参数库220取出。
在一些实施例中，手轮角度确定模块405使用以下等式(4)来推测车辆10的手轮的手轮角度：

其中，Ay是以平方米每秒计的侧向加速度。
等式(4)在Gillespie的页205上进行了描述。在一些实施例中，用于推测手轮角度的下列等式(5)是从等式(4)导出的：

与等式(4)相比，等式(5)包括若干新因数，即，替代等式(4)的转向不足梯度参数的Vf(V)和us(V)。此外，在等数(4)中的δ由HWA替代。通过这些新因数，在其中等式(5)对于HWA有效的车辆速度范围(即，用于V的范围)从在其中等式(4)是有效的车辆速度范围延伸。即，使用等式(5)计算的手轮角度在更广泛的车辆速度范围有效。
在一些实施例中，车辆10具有产生手轮角度信号的手轮角度传感器。在一些这种实施例中，控制命令产生模块410或控制模块40的另一子模块(未显示)可使用手轮角度信号420以检验由手轮角度传感器产生的手轮角度信号。检验结果可指示手轮角度传感器是否适当地运行。
控制命令产生模块410，与控制命令产生模块215类似，其根据输入信号和车辆参数产生一个或多个命令信号425以控制转向系统12(未在图4中显示)。向控制命令产生模块410的输入信号包括来自车辆10的车辆传感器31-33的手轮角度信号420和其它信号。
图5绘出了根据本发明的一些实施例的图1、2以及4的控制模块40的数据流图。在一个示例中，控制模块40包括手轮角度选择模块505、控制命令产生模块510以及车辆参数库220。为了图示的简洁性，手轮角度确定模块210和405未在图5中绘出。
然后手轮角度选择模块505选择由手轮角度确定模块210产生的手轮角度信号245、由手轮角度确定模块205产生的手轮角度信号420以及由车辆10的手轮角度传感器产生的手轮角度信号中的一个。在一些实施例中，手轮角度选择模块505选择认定为最有效的手轮角度信号。手轮角度选择模块505的不同实施例采用不同的选择机构以选择最有效的信号。例如，当所有的三个手轮角度信号245、420以及515在极限差内，手轮角度选择模块505选择手轮角度信号515。当三个信号中的一个通过在预先确定有效范围外而突出，手轮角度选择模块505可选择其它两个信号中的一个。如果手轮角度传感器确定为不能胜任，则手轮角度信号选择模块505选择手轮角度信号245和420中的一个。
控制命令产生模块510，与控制命令产生模块215类似，其根据输入信号和车辆参数产生一个或多个命令信号525以控制转向系统12(未在图5中显示)。向控制命令产生模块510的输入信号包括来自车辆10的车辆传感器31-33的选择的手轮角度信号520和其它信号。
现参照图6，流程图示出了手轮角度确定方法，图1、2、4以及5的控制模块40可能构造为执行该方法。根据本公开可理解的是，在该方法内的操作的顺序不限于如图6所示的顺序执行，而是可以如可应用的那样的并根据本公开的一种或多种不同的顺序执行。在一些实施例中，该方法可根据预先确定事件预定地进行，和/或在车辆10的操作期间连续地进行。
在框610处，控制模块40确定车辆10的偏航速率。在一些实施例中，控制模块40根据测量信号确定偏航速率，该测量信号从车辆10的车辆动态传感器指示车辆的偏航速率。备选地或结合地，控制模块40根据车辆10的一对负重轮的轮速计算偏航速率。具体地，控制模块40计算在一对负重轮的轮速之间的差。控制模块40然后计算在一对负重轮的差和轮距的比。在一些实施例中，该一对负重轮为车辆10的后轮。
在框620处，控制模块40根据偏航速率产生手轮角度信号，其指示了车辆的手轮的位置。在一些实施例中，控制模块40使用等式(3)以根据偏航速率产生手轮角度信号。如由等式(3)所指示，控制模块40可产生并使用是车辆10的速度的函数的速度修正因数。
在框630处，一些实施例的控制模块40可选地检验从车辆10的手轮角度传感器接收的手轮角度信号。控制模块40将在框620处产生的手轮角度信号与接收的手轮角度信号相比较以检验接收的手轮角度信号。具体地，在一些实施例中，如果在产生的手轮信号与接收的手轮信号之间的差比预先确定的极限差更小，那么控制模块40确定接收的手轮角度信号是有效的。
在框640处，一些实施例的控制模块40可选地根据侧向加速度确定车辆10的侧向加速度并产生手轮角度信号。具体地，控制模块40使用等式(5)以根据侧向加速度产生手轮角度信号。在一些实施例中，控制模块40比较根据偏航速率产生的手轮角度信号、根据侧向加速度产生的手轮角度信号以及从手轮角度传感器接收的手轮角度信号以选择三个手轮角度信号中的一个。
在框650处，控制模块40通过使用手轮角度信号而控制动力转向系统。具体地，在一些实施例中，控制模块40根据手轮角度信号和其它的输入信号以及车辆参数产生一个或多个控制命令。在一些实施例中，车辆10不具有手轮角度传感器。在这些实施例中，在框620处产生的手轮角度信号用于控制转向系统12。
图7绘出了流程图，其示出了手轮角度确定方法，图1、2、4以及5的控制模块40可能构造为执行该方法。根据本公开可理解的是，在该方法内的操作的顺序不限于如图7所示的顺序执行，而是可以如可应用的那样的并根据本公开的一种或多种不同的顺序执行。在一些实施例中，该方法可根据预先确定事件预定地进行，和/或在车辆10的操作期间连续地进行。
在图710处，控制模块40确定车辆10的侧向加角速度。在一些实施例中，控制模块40根据测量信号确定侧向加速度，该测量信号根据车辆10的车辆动态传感器指示车辆的侧向加速度。
在框720处，控制模块40根据侧向加速度产生手轮角度信号，其指示了车辆的手轮的位置。在一些实施例中，控制模块40使用等式(5)以根据侧向加速度产生手轮角度信号。如由等式(5)所指示，控制模块40可产生并使用是车辆10的速度的函数的速度修正因数。
在框730处，一些实施例的控制模块40可选地检验从车辆10的手轮角度传感器接收的手轮角度信号。控制模块40将在框720处产生的手轮角度信号与接收的手轮角度信号相比较以检验接收的手轮角度信号。具体地，在一些实施例中，如果在产生的手轮信号与接收的手轮信号之间的差比预先确定的极限差更小，那么控制模块40确定接收的手轮角度信号是有效的。
在框740处，控制模块40通过使用手轮角度信号而控制动力转向系统。具体地，在一些实施例中，控制模块40根据手轮角度信号和其它的输入信号以及车辆参数产生一个或多个控制命令。在一些实施例中，车辆10不具有手轮角度传感器。在这些实施例中，在框620处产生的手轮角度信号用于控制转向系统12。
虽然本发明已经仅结合有限数量的实施例而详细描述，但是应该容易地明白，本发明不限于此种公开实施例。相反，本发明可被修改以并入至今未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、置换或等同配置。此外，虽然已经描述了本发明的一些实施例，但是应该理解本发明的方面可仅包括已描述实施例中的某些。因此，本发明不被看作由前述描述所限制。