车轮不平衡抑制模块相关申请的交叉引用
本申请要求2014年7月30日提交的并且标题为“WheelImbalance
RejectionModule”的美国临时专利申请62/030881的提交日期的权益，该临时专
利申请以其整体通过引用被并入本文。
技术领域
以下描述一般地涉及车辆的磁转矩叠加(MTO)动力转向系统，并
且更具体地涉及用于抑制由于车辆前车轮中的干扰(例如，车轮不平衡)而引
起的车辆手轮中的不期望的振动的这种系统的功能。
背景技术
车辆在其前车轮中经受一定程度的干扰(例如，车轮不平衡)。这
种干扰可以引起可由传动器检测到的方向盘或手轮中不期望的振动。这些振动
与车轮的旋转平均速度直接相关。手轮处振动的严重程度取决于干扰的量值以
及底盘和转向设计二者。
一些方法已经被用于减小由于车轮干扰而引起的手轮振动。一种方
法是减小干扰源。然而，这种方法具有实际的限制。例如，在车轮不平衡的情
况下，在轮胎和车轮磨损方面存在不平衡的变化。
另一种方法是使干扰到传动器的传递率最小化。传递率受到底盘和
转向系统的物理设计以及转向系统的调谐的影响。然而，这种最小化由于要与
其他设计考虑因素权衡而存在限制。
在配备有电动转向(EPS)的车辆中，另一种方法是使车轮不平衡
的传递率最小化——即，目标算法专门目的在于抑制由于车轮不平衡而引起的
干扰。利用这种方法，可以在对系统性能的其他方面影响最小的情况下抑制干
扰。在配备有液压动力转向(HPS)的车辆中，传递率已经通过机械方法(例
如选择T形杆的扭转刚度、增加的摩擦和悬置刚度)被最小化。
发明内容
提供了一种系统和方法，用于在包括磁转矩叠加(MTO)的液压动
力转向系统(HPS系统)中最小化或消除由车辆前车轮中的干扰(例如，车轮
不平衡)所引起的车辆手轮中不期望的振动。
在本发明的一个非限制性示例性实施例中，提供了一种用于MTO
转向系统的控制系统和方法。在该系统和方法中，期望的转矩指令被确定或生
成。至少期望的转矩指令被传递到干扰抑制模块。干扰抑制模块修改期望的转
矩指令以使手轮处的振动最小化。所得到的最终转矩指令被提供给电流指令模
块，所述电流指令模块将期望的转矩指令转换为所需的电流指令。所需的电流
指令被施加到MTO转向系统的转向齿轮中的磁性致动器的线圈。至少所需的电
流指令被用于生成车辆传动器的转矩估计值。
在这个实施例的一方面中，跨MTO转向系统中活塞的压差和车辆
的各种信号的测量值以及传动器的转矩信号的估计值被用于生成期望的转矩指
令。在这方面的一个版本中，车辆信号包括车辆(即，前轮)速度以及手轮角
度。在另一方面中，传动器转矩信号估计值、手轮角度以及车辆速度也被传递
到干扰抑制模块。在再另一方面中，测量的压差也被用于生成传动器转矩估计
值。
附图说明
在说明书结尾的权利要求中，被视为本发明的主题被特别指出和清
楚地声明。本发明的前述和其他特征和优点根据结合附图一起做出的下面的详
细描述是显而易见的，其中：
图1是图示了包括液压动力转向系统(HPS系统)的车辆的非限制
性示例性实施例的示意图。
图2是图示了根据图1的HPS系统的控制模块的非限制性示例性
实施例的数据流图。
图3是图示了用于包括磁转矩叠加(MTO)的动力转向系统的控制
系统的方框图。
图4是图示了根据本发明的用于MTO转向系统的包括干扰抑制的
控制系统的非限制性示例性实施例的方框图。
图5是图示了根据图4的控制系统的干扰抑制模块的非限制性示例
性实施例的方框图。
图6是图示了根据图5的干扰抑制模块的陷波滤波器的非限制性示
例性实施例的实施方式的方框图。
图7是图示了根据图6的陷波滤波器的陷波滤波器增益的非限制性
示例性实施例的实施方式的方框图。
图8是图示了根据图5的干扰抑制模块的干扰抑制子系统的非限制
性示例性实施例的实施方式的方框图。
图9是图示了根据图8的干扰抑制子系统的自适应滤波器的非限制
性示例性实施例的实施方式的方框图。
图10是图示了根据图8的干扰抑制子系统的相位调整子系统的非
限制性示例性实施例的实施方式的方框图。
图11是图示了根据本发明的用于MTO转向系统的包括干扰抑制的
干扰抑制模块的另一个非限制性示例性实施例的方框图。
图12是图示了根据图11的干扰抑制模块的手轮移动减少子系统的
非限制性示例性实施例的实施方式的方框图。
图13是图示了根据图12的手轮移动减少子系统的增益和极点量值
子系统的非限制性示例性实施例的实施方式的方框图。以及
图14是图示了根据本发明的用于MTO转向系统的控制方法的非限
制性示例性实施例的流程图。
具体实施方式
遍及各附图，相应的附图标记指示相似或相应的部件和特征。现在
参照附图，本发明将参照其具体的示例性实施例进行描述而不限制本发明。图1
是图示了包括液压动力转向系统(HPS系统)12的车辆10的非限制性示例性
实施例的示意图。
如图1中所示，转向系统12包括：方向盘或手轮14，其耦合到车
辆10的转向轴16；以及转向辅助单元18，其耦合到车辆10的转向轴16和拉
杆20、22。在操作过程中，当手轮14被车辆10的驾驶员转动时，转向辅助单
元18提供辅助以移动拉杆20、22，所述拉杆20、22转而移动相应的转向节24、
26，所述转向节24、26耦合到车辆10的前车轮28、30。
车辆10进一步包括各种传感器32、34、36，所述传感器32、34、
36检测和测量转向系统12和/或车辆10的可观测条件。传感器32、34、36基
于可观测条件生成传感器信号。传感器32、34、36可以包括，例如，载荷传感
器、传动器转矩传感器和/或位置传感器。控制模块38基于一个或多个传感器信
号以及本公开的控制系统和方法来控制转向系统12和/或车辆10的操作。一般
来说，转向系统12的动态响应被测量或计算，并且针对转向系统12的指令信
号被修改，从而实现期望的结果。干扰取消指令以如下这样的方式被修改：当
被施加到转矩信号时，车辆10以期望的方式被控制以抵消到转向系统12(特别
是，车轮28、30)中的干扰。车轮不平衡是这种干扰类型的示例。
期望实现关于转向辅助单元18的结果——例如，通过抑制干扰。
应当容易理解的是，虽然这里没有示出，但基于转向系统12的其他特征和/或变
量，也可以使系统和方法变化。一些示例包括手轮14的转矩以及车辆10的速
度。
图2是图示了用于控制转向系统12的控制模块38的非限制性示例
性实施例数据流图。控制模块38可以包括至少一个子模块和数据存储。如本文
所使用的，术语“模块”和“子模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、
处理器(共享，专用或群组)、以及执行至少一种软件或固件程序的存储器、
组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其他合适的部件。应当容易理解的是，子
模块可以被组合和/或进一步被分割以减小转向转矩变化，并且被实现为单个控
制模块38(如图所示)或多个控制模块(未示出)。针对控制模块38的输入可
以由传感器32、34、36生成，在控制模块38内建模[例如，由其他子模块(未
示出)]，从其他控制模块(未示出)接收，和/或预定义。
如图2中所示，控制模块38包括动力转向模块40。动力转向模块
40执行控制方法——例如，但不限于，辅助方法和阻尼方法。根据控制方法，
输出可以是请求转矩的控制信号42。
包括磁转向(磁力辅助随速转向(Magnasteer))转矩叠加(MTO)
12的HPS系统在液压阀组件中合并磁性致动器。这允许先进特征(例如可变作
用力、牵引和拉动校正，主动阻尼和主动返回)在MTO转向系统12上实现。
在许多情况下，车辆10转向的最佳感觉所期望的这些高级功能的调谐增加了干
扰到MTO转向系统12中(特别是，车轮28、30中)的传递率。
干扰可能引起传动器可检测到的手轮14中不期望的振动。这些振
动与车轮28、30的旋转平均速度直接相关。手轮14处振动的严重程度取决于
干扰量值以及底盘和转向设计二者。
图3是图示了MTO转向系统的控制系统50的方框图。如图3中所
示的，在控制系统50中，期望的MTO转矩指令在转矩指令模块52中被确定或
生成。更具体地，跨MTO转向系统中活塞(未示出)的压差和车辆10的各种
信号的测量值以及传动器转矩信号的估计值可以用于生成期望的转矩指令。为
此目的，车辆信号可以包括车辆10(即，车轮28、30)的速度以及手轮14的
角度。期望的转矩指令被提供给电流指令模块54，所述电流指令模块54将期望
的转矩指令转换为所需的电流指令。所需的电流指令被施加到MTO转向系统的
转向齿轮(未示出)中的磁性致动器(未示出)的线圈(未示出)。所需的电
流指令和测量的压差被用于在传动器转矩估计模块56中生成传动器的转矩估计
值。
图4-13图示了根据本发明的用于MTO转向系统12的控制系统58
的非限制性示例性实施例。控制系统58包括干扰抑制形式的功能，其用于抑制
由于车轮14中的干扰(即，车轮不平衡)而引起的手轮14中不期望的振动。
为此目的，控制模块38(图1和2)还包括干扰抑制算法或模块60——特别是，
车轮不平衡抑制模块60(WIR模块60)。例如，WIR模块确定作用在转向辅
助单元18(图1)上的干扰力，并且生成频率信号62(例如，但不限于，WIR
指令或手轮移动指令)。在图4-13中，示出了在WIR模块60中实现的逻辑。
更具体地，图4是图示了包括WIR模块60的控制系统58的方框
图。在控制系统58中，如图4中所示，期望的MTO转矩指令在转矩指令模块
64中被确定或生成。在实施例的一方面中，跨MTO转向系统12中活塞的压差
和车辆10的各种信号的测量值以及传动器的转矩信号的估计值被用于生成期望
的转矩指令。在这方面的一个版本中，车辆信号包括车辆10(即，车轮28、30)
的速度以及手轮14的角度。至少期望的转矩指令被传递到WIR模块60。在另
一个版本中，传动器转矩信号估计值、手轮角度以及车辆速度也可以被传递到
WIR模块60。WIR模块60修改期望的转矩指令以使手轮14处的振动最小化。
所得到的最终转矩指令被提供给电流指令模块66，所述电流指令模块66将期望
的转矩指令转换为所需的电流指令。所需的电流指令被施加到MTO转向系统
12的转向齿轮中的磁性致动器的线圈。至少所需的电流指令被用于在传动器转
矩估计模块68中生成传动器的转矩估计值。在又另一个版本中，测量的压差也
被用于生成传动器转矩估计值。
图5是图示了WIR模块60的非限制性示例性实施例的方框图。如
图5中所示，在右和左车轮速度转换和滤波模块70、72中，相应的个体车轮速
度的信号被缩放和低通滤波以提供经滤波频率的信号，并且未经滤波频率的信
号被缩放到弧度每秒。对经滤波的右和左车轮速度频率进行平均以确定估计频
率的信号。转矩指令行进通过陷波滤波器74以除去处于车轮速度的估计频率的
转矩指令的频率成分。车轮速度频率信号和手轮角度信号被提供给WIR子系统
76并且行进通过WIR子系统76。以这种方式，产生转矩指令以帮助减少或消
除由于车轮不平衡而引起的手轮14处的不期望的振动。
图6是图示了陷波滤波器74的非限制性示例性实施例的实施方式
的方框图。如图6中所示，估计频率被用于确定单位增益共振滤波器78的系数，
所述单位增益共振滤波器78具有位于针对当前运行速度的车轮不平衡频率处的
极点。转矩指令行进通过单位增益共振滤波器78以提取处于车轮不平衡频率的
成分。手轮14的估计平均频率和估计转矩行进通过陷波滤波器增益模块80。经
滤波的转矩指令乘以增益值(例如，0到1)，并且从原始信号中减去所得的乘
积以从最终指令中除去经滤波的频率的成分。增益值允许陷波滤波器74仅在条
件需要他时被施加。
图7是图示了陷波滤波器增益模块80的非限制性示例性实施例的
实施方式的方框图。图7示出了一实施方式，其中当传动器转矩和车轮频率两
者都在期望的范围内时，基于估计的传动器转矩的经滤波值的查找表和基于估
计的频率的查找表被用于启动陷波滤波器74。再次参照图5，由WIR子系统76
产生的指令被添加到经陷波滤波的转矩指令以产生最终的转矩指令。应当容易
理解的是，任何合适类型的信号可以被用于改变增益。
图8是图示了WIR子系统76的非限制性示例性实施例的实施方式
的方框图。如图中所示，未经滤波的右和左车轮速度通过个体单位增益共振滤
波器78。经滤波的车轮速度被用于确定单位增益共振滤波器78的滤波器系数，
所述单位增益共振滤波器78具有位于当前运行速度的车轮不平衡频率处的极
点。每个滤波器的输出通过抽头延迟以将作为参考信号的预定数量的样本提供
给右或左自适应滤波器82、84。手轮角度信号首先通过高通滤波器86以除去直
流成分，并且然后被用于计算个体自适应滤波器82、84的系数。自适应滤波器
82、84提供指令以使与参考信号(即，经滤波的车轮速度)相关的手轮角度信
号的频率成分最小化。自适应滤波器82、84可以利用启动信号通电或断电。附
图示出了由查找表基于估计的车轮频率生成的启动信号。
图9是图示了自适应滤波器82、84的非限制性示例性实施例的实
施方式的方框图。所示示例基于最小均方算法(LMS算法)。LMS算法改变滤
波抽头权重使得均方意义上的误差(eps)被最小化。应当容易理解的是，虽然
LMS算法由于其计算效率在这里被应用，但是其他迭代搜索算法可以被采用。
应当容易理解的是，任何合适类型的信号可以被用于改变增益。
在图9中，PrevEpsilon输入被用作用于学习的误差信号(例如，手
轮角度)。应当容易理解的是，手轮速度和加速度也是合适的误差信号(因为
信号内的震荡是相关的)。参考信号输入xRef(图8)是经滤波的车轮速度。
当启动不是零时学习是活动的。当期望学习时，启动通常是“1”。然而，应当
容易理解的是，如果期望附加频率缩放，则可以使用针对启动的其他值。基本
功能是滤波xRef以生成输出。这是在每个时间步长通过把向量xRef的元素乘
以表示滤波权重的向量来完成的。向量中的许多元素由右和左抽头延迟模块88、
90(图8)来确定。滤波器学习速度由恒定AdaptiveMu乘以2来控制。两个自
适应滤波器82、84的输出加在一起以提供转矩指令，从而减小与测量的车轮不
平衡相关的手轮14的振动。转矩指令通过相位调整子系统92(图8)以计及转
矩指令和所产生的物理转矩之间的稳态系统滞后。而且，两个单位增益共振滤
波器78(图8)同样可以被放在一起，并且通过抽头延迟模块88和自适应滤波
器82。
图10是图示相位调整子系统92的非限制性示例性实施例的实施方
式的方框图。在这个实施方式中，相位调整的量可以由查找表基于平均车轮频
率来改变。再次参照图8，相位调整子系统92的输出被限制和缩放以产生WIR
子系统76的最终输出。
图11是图示了包括干扰抑制的干扰抑制模块94的另一个非限制性
示例性实施例的方框图。如图11中所示，这个实施例的不同之处在于：WIR子
系统76被替换为手轮移动减少子系统96。估计的车轮速度频率信号、估计的传
动器转矩信号和手轮角度信号被提供给手轮移动减少子系统96以产生转矩指
令，从而帮助减小或消除由于车轮不平衡而引起的手轮14处的不期望的振动。
由手轮移动减少子系统96产生的转矩指令被添加到经陷波滤波的转矩指令以产
生最终的转矩指令。
图12是图示了手轮移动减少子系统96的非限制性示例性实施例的
实施方式的方框图。如图12中所示，在增益和极点量值子系统98，车轮速度频
率和估计的传动器转矩被用于确定单位增益共振滤波器78的极点量值以及手轮
移动减少子系统96的增益。
图13是图示了增益和极点量值子系统98的非限制性示例性实施例
的实施方式的方框图。在这个实施方式中，基于传动器转矩、车轮频率以及车
轮速度频率变化的查找表被用于修改增益和经滤波的极点量值。
再次参照图12，极点量值和车轮速度频率被用于计算单位增益共振
滤波器78的滤波器系数，所述单位增益共振滤波器78具有位于当前运行速度
的车轮不平衡频率处的极点。手轮角度信号通过单位增益共振滤波器78以提供
处于车轮不平衡频率的手轮振动量。单位增益共振滤波器78的输出通过相位调
整子系统92。相位调整子系统92的输出乘以先前在增益和极点量值子系统98
中确定的增益，并且所得到的乘积被限制为产生手轮移动减少子系统96的最终
输出。
继续参照图1和2，图14是图示了用于转向系统12的控制方法100
的非限制性示例性实施例的流程图。方法100可以由根据本公开的图1的控制
模块38来执行。如根据本公开可以理解的，方法100中的操作顺序不限于如图
14中所示的顺序执行，而是在适用时并且根据本公开可以按照至少一种不同的
顺序来执行。方法100可以被调度为基于预定的事件运行和/或在转向系统12
的操作期间持续运行。
方法100包括，在步骤102，在转矩指令模块64中确定或生成期望
的转矩指令；在步骤104，把至少期望的转矩指令传递到WIR模块60；在步骤
106，通过WIR模块60修改期望的转矩指令；以及，在步骤108，使手轮14
处的振动最小化。继续，该方法包括，在步骤110，将得到的最终转矩指令提供
给电流指令模块66；在步骤112，将期望的转矩指令转换为所需的电流指令；
以及，在步骤114，将所需的电流指令施加到MTO转向系统12的转向齿轮中
磁性致动器的线圈。在步骤116，在传动器转矩估计模块68中至少所需的电流
指令被用于生成传动器的转矩估计值。
在这个实施例的一方面中，方法100进一步包括，在步骤118，使
用跨MTO转向系统12中活塞的压差和车辆10的各种信号的测量值以及传动器
的转矩信号的估计值来生成期望的转矩指令。在这方面的一个版本中，方法100
进一步包括，在步骤120，包括作为车辆信号的车辆10(即，车轮28、30)的
速度以及手轮14的角度。在另一方面中，该方法包括，在步骤122，也将传动
器转矩信号估计值、手轮角度和车辆速度传递到WIR模块60。在还另一方面中，
方法100进一步包括，在步骤124，还使用测量的压差生成传动器转矩估计值。
系统52和方法100最小化或消除MTO转向系统12中由车轮28、
30中的干扰(例如，车轮不平衡)所引起的车辆10的手轮14中不期望的振动。
虽然本发明已经仅结合有限数量的实施例进行了详细描述，但应当
容易理解的是，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改以
合并此前未描述但是与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替
换或等效布置。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应当理解的是，
本发明的各方面可以仅包括一些所述的实施例。因此，本发明不视为受到先前
描述的限制。