專利名稱：用于機電控制系統的生成器的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及機電控制控制系統，更具體地，涉及用于車輛轉向總成控制系統的生成器。
背景技術：
現有的電子助力轉向(EPAS)系統通常由所謂的增壓曲線控制器(boost curve controller)控制。增壓曲線控制器是特征曲線控制器。增壓曲線界定了測得的駕駛員/ 傳感器扭矩(下面稱為TBar扭矩=扭力桿扭矩)和對EPAS電機的扭矩需求量之間的關系。 這個方案的主要優點是測試工程師能很容易地調試這種特征曲線，因為調試可以用自然語言描述。這種控制器可以在車輛內直接調試。這個方案的缺點是這種類型的控制器不能考慮轉向系統的動態。控制器本身是靜態的，沒有反映任何動態并且因此不能動態地做出反應。EP 1431160A1號專利文獻公開了在EPAS系統中使用全動態控制器的方法。利用經典的控制手段，例如桿和零點的適當設定或用于閉合控制回路的反向系統模型，來調試這種類型的EPAS控制器。
發明內容
本發明的目的是提高機電系統的控制。根據本發明，這個目的通過以下技術方案實現。一方面，本發明提供一種用于機電控制系統的生成器，其用于為控制系統提供設定值和/或設定狀態。該生成器包含機電系統或機電系統一部分的前饋模型(forward model)。處于所需的狀態和/或所需的性能的所需的機電系統的前饋模型被用作控制系統的設定值和/或設定狀態生成器。可以給予現實世界系統很寬范圍的模型化系統的性質， 例如所需的摩擦、有效回位和有效阻尼性能。這為系統提供了易于用自然語言調試的能力。 這個方案的一個主要優點是系統的性質可以在很寬的范圍內變化。這提供了使系統適應于與其設計性能和使用現有的控制方法能達到的性能完全不同的性能的機會。機電控制系統可以是諸如轎車或卡車的車輛的轉向總成控制系統。車輛的轉向總成控制系統提供了范圍很寬的與生成器性能相匹配的可能的改裝，例如，可以為便宜的摩擦轉向盤柱提供昂貴的齒條和循環球螺桿螺母EPAS的轉向感受。生成器可以具有機電系統或機電系統一部分的結構化圖像。根據定義，生成器是諸如轉向系統的機電系統的結構化圖像。結構化圖像可以或多或少是直接圖像或所需的結構的圖像。生成器可以具有多于一個的用于不同系統狀況的結構化圖像。不同的結構化圖像可以保存于存儲器中并且當需要時能載入或一個結構化圖像能適應這種狀況。生成器也可以利用多于一個的并行的結構化圖像。在轉向系統的情況，可以使結構化圖像適應不同的駕駛狀況，例如停車、動態操縱、車輛加速。然后根據駕駛狀況給予前饋模型結構化圖像和控制參數。結構化圖像可以具有位置元件、連接件模擬元件、傳感器模型元件、剛性阻尼元件、摩擦元件、慣性元件、阻尼剛性元件和虛擬道路元件。結構化圖像模型化為就像駕駛員在例如具有特定慣性、剛性、阻尼、信號傳導和/或道路/轉向感覺反應的特定駕駛狀況下原本所需要的一樣。通常這些需求能以自然語言描述。例如“這個轉向需要較少的摩擦” 或“這個轉向應該具有更多的有效回位”或“我們想要更多的道路反饋”。這些值然后在結構化圖像中校正(例如“將庫侖摩擦降低1牛米”)并且現實世界系統性能由此被調試為結構化圖像性能。當然，這個方法不能忽略系統的物理現實，例如可達到的條件、信號傳遞時間等等。盡管如此，它允許比以前的方法以更豐富的方式調試。特別是轉向感覺能通過自然語言的方式直接調試。感知道路和/或周圍情況的傳感器可與生成器相連并且可以為生成器提供傳感器的信號。這尤其可以是反映道路或周圍情況的傳感器信號，例如轉向橫拉桿力或轉向節加速或TObar傳感器上游和下游的任何動作信息。可以避免某些EPAS系統固有的人為轉向感覺。轉向反饋可以在很寬的范圍內可控。駕駛員轉向感覺的耦合或解離變得可控。轉向系統的信號傳導功能和性能在很寬的范圍內可控。本發明的另一方面是提供一種用于車輛轉向總成系統的控制系統。該控制系統具有控制器和如上述的為控制器提供設定值和/或設定狀態的生成器。本發明可以單獨地在如上述的用于控制系統的生成器中實施或在控制系統中實施。用于轉向總成系統的控制系統可以具有用于感知道路和/或周圍情況的傳感器， 其中傳感器的信號提供給結構化圖像。可以使用一個或多于一個的傳感器來調節轉向系統的功能和性能。本發明的另一方面是提供一種用于控制車輛轉向總成系統的方法。該方法具有以下步驟利用轉向總成系統的前饋模型生成設定值和/或設定狀態，以及為轉向總成系統的控制器提供生成的設定值和/或設定狀態。前饋系統模型的使用給出了具有低復雜度的方法。可以利用轉向總成系統的結構化圖像生成設定值和/或設定狀態。結構化圖像的使用使簡便的模型化和理解成為可能，這樣，模型的調試可以由車輛內的維修人員實現。該方法可以具有進一步的通過相應選擇或調節結構化圖像或其部分使系統適應不同駕駛狀況的步驟。這在保持低復雜度的同時大幅增加靈活性。該方法可以具有進一步的通過用像編程或調諧一樣簡化系統操控的自然語言調節結構化圖像來調試控制器的步驟。附圖提供對實施例的進一步的理解。可以很容易意識到其它實施例和許多意料之中的優點，因為通過參考下面的詳細描述它們將變得更易理解。附圖中的各元件不必然相互成比例。相同的附圖標記表示相應的類似部分。
圖1表示根據本發明的車輛轉向總成系統的控制系統的框圖。圖2表示根據本發明的控制系統的結構化圖像的細節。圖3表示根據本發明的系統的三個計算的輸出的圖。具體實施 方式在下面的詳細說明中，參照形成申請文件一部分的附圖，附圖通過圖示特定實施例的方式表示，本發明可以通過這些特定實施例實施。這樣，參照被說明的附圖的方向使用表示方向的術語，例如“頂部”或“底部”等等。因為實施例的組件可以以很多不同的方向放置，所以表示方向的術語的使用目的是為了示意而非任何限制。應該理解，可以使用其它實施例并且在不偏離本發明的范圍情況下可以做出結構或邏輯上的改動。因此，下面的詳細描述不應理解為限制，并且本發明的范圍由權利要求界定。圖1表示用于諸如車輛的機電系統或轉向總成系統2的設備的控制系統1。生成器3包括包含設備2的或處于所需的狀態的全部控制的系統的前饋系統模型的結構化圖像 SIM 4。在SIM 4中，產生系統的所需的性能并且作為時間變量設定值和/或設定狀態5提供給控制器6。生成器3可以包括如圖示的結構化圖像4或者生成器僅由結構化圖像組成。 根據控制系統1的設計，生成器3產生設定值或設定狀態或產生二者。通過功能部件9向設備2給予控制器6的作動變量7和輸入周圍情況/車輛狀態 8。作動變量7和輸入周圍情況/車輛狀態8也可以與轉向系統2直接相連。當然，也可以考慮并行或串聯方式的多于一個的作動變量和輸入周圍情況/車輛狀態。駕駛員10作用于轉向系統2并且反之亦然。轉向系統2作用于車輛/周圍情況 11并且把狀態信息12反饋給控制器6和生成器3和/或SIM 4。控制系統1使轉向系統 2適應駕駛員10和/或車輛11的需要或適應車輛11的諸如停車、動態操縱或車輛加速的特定狀況。感知道路和/或周圍情況的傳感器13連接到生成器3并且把傳感器13的信號14 傳遞到生成器3和/或結構化圖像4。也能使用多于一個的傳感器13或感知車輛狀態的傳感器。附圖2表示與控制器6在一起的控制系統1的結構化圖像4的例子。例子要點在動態模擬環境仿真建模軟件Dymola中執行。但是，本發明不限于這個特定的工具。例如使用純信號型工具，例如SIMULINK進行建模，或以編程語言，例如C或C++進行建模，也是合適的。這里提出的特定模型結構(質量、剛性等等的次序)也不做限定。在這個例子中，將轉向狀態信息12提供給控制系統1。給予控制器6TBar扭矩12a 并且給予SIM 4實際方向盤角度12b。系統圖像(SIM)4通過轉向系統2的前饋系統模型給出。對于這個例子，控制器6通過簡單的PID方法表示。也可利用其它的控制器結構。控制器6將作動變量7輸出到EPAS系統2。在這個例子的情況，作動變量7是需要EPAS發動機提供的扭矩。現在更詳細地解釋結構化圖像3。方向盤角度12b作為信號提供給發往位置檢測器15的信號并經過模擬結點16。在仿真建模軟件Dymola中，這意味著在位置元件15的左側有給出的無量綱的和無反應的信號12b。在位置元件15的右側，元件16至22表示了反映特征性能。在這些元件的連結中產生扭矩保存和動作的平衡。傳感器模型17將設定值/設定狀態信號5從SIM 4解離到控制器6的設定值/ 設定狀態輸入。傳感器模型17驅動轉向系統內部剛性和阻尼18。剛性和阻尼元件18可以例如表示從方向盤到轉向節的全部所需的轉向機構的剛性和阻尼。
系統的全部摩擦在摩擦元件19中累積。在這個例子中，摩擦元件19包括純庫侖摩擦的描述。這可以例如描述所需的轉向系統內部摩擦加上由駕駛員10通過轉向盤扭矩感知的輪胎與路面的摩擦。摩擦元件19驅動模型化于慣性元件20中的轉向系統的駕駛員感知的全部慣性20。阻尼剛性元件21由轉向慣性20驅動并且連接到虛擬道路22。元件21的阻尼能描述駕駛員實際感知的系統的有效阻尼。元件21的剛性能描述駕駛員實際感知的系統的有效回位。圖3表示圖2所示的系統的三個計算的輸出的圖。在具有降低的車輛和周圍情況模型(未在附圖中示出)的3D EPAS環境中模擬該系統。以具有處于0千米/小時的方向盤角度的諧波過程(harmonic course)的停車操縱作為樣本操作。圖中表示了駕駛員手部對方向盤施加的力對轉向角的關系。對EPAS系統提出的自然語言要求可以是“停車時，轉向系統應該使駕駛員施加大約2. 2牛米的力”。例如曲線23給予摩擦元件19 一個2. 2牛米的純庫侖摩擦力。元件 21內的阻尼剛性參數保持在零。23的軌跡表明系統產生了需要量。“另外系統需要表現有效回位性能”。給予摩擦元件19 一個2. 2牛米的純庫侖摩擦力。元件21內的阻尼參數保持在零。元件21內的有效回位剛性參數設定在合適的值。 曲線M表明需要量可以很容易滿足。“另外系統需要表現有效阻尼性能”。給予摩擦元件19 一個2. 2牛米的純庫侖摩擦力。元件21內的參數和剛性設定在合適的值。曲線25再次表明需要量可以很容易滿足。為結構化圖像4提供額外傳感器信號14是有益的。這尤其可以是反映道路或周圍情況的傳感器信號，例如轉向橫拉桿力或轉向節加速或TBar傳感器上游和下游的任何動作信息。通過這可以避免某些電子助力轉向系統固有的人為轉向感覺。轉向反饋可以在很寬的范圍內可控。駕駛員轉向感覺的耦合或解離變得可控。轉向系統的信號傳導功能和性能在很寬的范圍內可控。
權利要求
1.一種用于機電控制系統(1)的生成器，其用于為控制系統(1)提供設定值和/或設定狀態(5)，其特征在于，該生成器(3)包含機電系統(2)或機電系統一部分的前饋模型。
2.根據權利要求1所述的生成器，其特征在于，機電控制系統(1)是車輛(11)的轉向總成控制系統。
3.根據權利要求1或2所述的生成器，其特征在于，包含機電系統(2)或機電系統一部分的結構化圖像(4)。
4.根據權利要求3所述的生成器，其特征在于，包含用于系統(2)不同狀況的多于一個的結構化圖像(4)。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的生成器，其特征在于，結構化圖像(4)包含位置元件(15)、連接件模擬元件(16)、傳感器模型元件(17)、剛性阻尼元件(18)、摩擦元件 (19)、慣性元件(20)、阻尼剛性元件(21)和虛擬道路元件(22)。
6.根據權利要求2至4中任一項所述的生成器，其特征在于，感知道路和/或周圍情況的傳感器(13)可連接于生成器(4)，其中，為生成器(4)提供傳感器(13)的信號(14)。
7.一種用于車輛(11)的轉向總成系統(2)的控制系統，其特征在于，包含控制器(6) 和根據權利要求1至6中任一項所述的用于為控制器(6)提供設定值和/或設定狀態(5) 的生成器⑷。
8.一種用于根據權利要求3和7所述的轉向總成系統(2)的控制系統，其特征在于，包含用于感知道路和/或周圍情況的傳感器(13)，其中，為結構化圖像(4)提供傳感器(13) 的信號(14)。
9.一種控制車輛(11)的轉向總成系統(2)的方法，其特征在于，包含以下步驟利用轉向總成系統(2)的前饋模型生成設定值和/或設定狀態(5)；以及向轉向總成系統⑵的控制器(6)提供生成的設定值和/或設定狀態(5)。
10.根據權利要求9所述的控制轉向總成系統(2)的方法，其特征在于，設定值和/或設定狀態(5)利用轉向總成系統(2)的結構化圖像⑷生成。
11.根據權利要求10所述的控制轉向總成系統(2)的方法，其特征在于，包含進一步的通過相應選擇結構化圖像(4)使系統(2)適應不同駕駛狀況的步驟。
12.根據權利要求10或11所述的控制轉向總成系統(2)的方法，其特征在于，包括進一步的通過用自然語言調節結構化圖像(4)來調試控制器(6)的步驟。
全文摘要
一種用于機電控制系統(1)的生成器，其用于為控制系統(1)提供設定值和/或設定狀態(5)，其中該生成器(3)包含機電系統(2)或機電系統一部分的前饋模型。
文檔編號B62D137/00GK102295022SQ201110152210
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月8日 優先權日2010年6月16日
發明者托斯滕·克盧格 申請人:福特全球技術公司