CN101898582B - 使用电机使方向盘回正的方法 - Google Patents

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Abstract

使用电机使方向盘回正的方法，包括测量转向扭矩和车辆的速度；使用所述测量的扭矩，所述测量到的速度和转向系统的摩擦特性来确定回正扭矩；基于所述回正扭矩操作所述电机以转动所述方向盘。

Description

使用电机使方向盘回正的方法
技术领域
本发明涉及转向回正方法，特别是在电动助力转向中不使用转向角度传感器的转向回正方法。
背景技术
通常，在输入预定的扭矩至方向盘以转弯车辆后，当确定车辆已经以预定的角度转弯时，驾驶员会慢慢地将其手离开方向盘，而方向盘会回到中心。
这种功能被称为方向盘的回正，通常在车辆低速转弯时是有益的。
然而，施加到方向盘的自回正扭矩是不足以使方向盘回到中心，这是因为转向系统的摩擦导致转向剩余角，大约保持45度或更多的回正余角。
相应地，具体帮助回正作用的功能被需要来帮助方向盘完全回到中心。
例如，使用转向角传感器，其可以执行保持回正余角在±5°范围的功能，与没有提供回正功能相比。
如上所述，当使用转向角传感器来最小化回正余角的方法被使用在MDPS(电动助力转向，Motor Driven Power Steering，其是电机驱动助力转向系统，)上时，回正功能通过使用转向角传感器来计算回正扭矩并使用所述转向角传感器来计算的值施加到所述MDPS电机上获得。
所述电动助力转向不使用液压力，包括由ECU控制的产生动力的电机和由所述电机驱动的蜗杆以及蜗轮，使用蜗轮转动所述转向轴来辅助转向力。
然而，电动助力转向系统有一个缺陷是，当使用转向角传感器来实现回正功能时，产品的成本增加而竞争力较弱。
背景技术部分公开的信息只是为了加强本领域背景技术的理解，并不构成本领域人员公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面在于提供一种电动助力转向(Motor Driven PowerSteering)，其是一种电机驱动助力转向系统，具有使用扭矩传感器的回正逻辑，使得方向盘的回正余角保持在±5°以内，而不使用增加成本的转向角传感器。
本发明的一个方面，一种用于电机驱动转向系统的转向回正方法，包括：当车辆被转向时使用相对于方向盘的操作的扭矩传感器测量转向扭矩T的初始设定步骤；使用检测到的转弯车辆的速度对速度施加增益的状态初始设定步骤；使用检测到的转向扭矩T和总的助力扭矩需求Tt计算用于方向盘回正的控制因数的逻辑执行设定步骤，所述控制因数例如，方向盘转矩符号Ts，方向盘手持状态S，转向反作用力Sr，以及摩擦补偿扭矩Tf，Tt在测量转向扭矩T时将电机扭矩乘以变速比获得；以及逻辑执行步骤，其使用所述方向盘转矩符号Ts，方向盘手持状态S，转向反作用力Sr，以及摩擦补偿扭矩Tf计算主动回正扭矩需求，产生需要的电机扭矩，并基于所述主动回正扭矩需求Tad控制电机。
状态初始设定步骤只在车速在5千米每小时至30千米每小时的范围内被执行，并通过将5千米每小时至30千米每小时的速度范围分成多个速度区域来获得速度增益Vg。
转向扭矩符号Ts确定转向时大于预定值的转向扭矩的正负，方向盘的手持状态S由|T|g确定，|T|g＝0～1，其中所述增益被施加到转向扭矩T的微分的绝对值上，转向反作用力Sr通过转向扭矩T和总的扭矩需求Tad计算，摩擦补偿扭矩Tf通过应用调节图来计算，调节图考虑到了转向系统的反作用力Sr和摩擦特性Sf。
当转向扭矩大于1Nm时，所述转向扭矩符号被设定为+1，当转向扭矩小于-1Nm时，转向扭矩符号被设定为-1。
当所述转向扭矩T具有小于1Nm/s的扭矩率时，方向盘的手持状态S被确定为增益1而|T|g设定为1，当驾驶员手持方向盘时驾驶员手持状态S被确定为1。
主动回正扭矩需求Tad通过将转向扭矩符号Ts，方向盘的手持状态S，转向反作用力Sr，以及转向补偿扭矩Tf相乘来计算，且当Ts×S×Sr×Tf小于+/-3Nm时才被施加。
根据本发明所述的实施方式，由于电动助力转向，其是电机驱动转向系统，使用扭矩传感器获得良好的方向盘回正性能，其不必使用增加成本降低产品竞争性的转向角传感器。
根据本发明实施例的方法和装置具有其他的特征和优点通过下面结合附图的说明将变得更加明显，下面的说明只是解释本发明的一些原理。
附图说明
为了更好地理解本发明的本质和特征，下面将参考附图进行详细说明，其中：
图1是根据本发明实施方式的转向回正逻辑的控制结构框图。
图2和3是根据本发明实施方式的电动助力转向系统的转向回正逻辑的流程图。
具体实施方式
下面将对本发明的各种实施方式进行详细说明，其中的实施例结合附图在下文中描述。尽管本发明结合示例性实施方式进行说明，但应当理解，本说明不在于将本发明限于那些示例性实施例。相反，本发明不仅涵盖这些示例性实施例，还包括各种变型，改进，等同以及其他由随附权利要求限定的本发明实质和范围内的实施方式。
下面结合附图详细说明本发明的实施方式，所述实施方式可以由本领域技术人员以各种方式获得，本发明并不限于所述实施方式。
图1是根据本发明实施方式的方向盘回正逻辑的控制结构框图。本发明的实施方式使用方向盘的扭矩传感器测量到的值作为主要因素来实施回正逻辑，方向盘是电动助力转向系统(MDPS，Motor Driven Power System)，从而可以不使用转向角传感器获得优良的保持大约±5°的方向盘回正余角的功能。
为了达到此目的，当车辆以大约5千米/小时至大约30千米/小时的低速度转弯时，所述实施方式使用扭矩传感器测量转向扭矩T，通过将电机扭矩与变速比相乘来计算总的助力扭矩需求Tt，并计算行驶车辆的速度或车速以将速度进行增益分类，随后考虑这些参数执行方向盘的回正步骤。
转向扭矩T和总的助力扭矩需求的单位是牛米(Nm)。
本实施例中执行的方向盘的回正功能致力保持方向盘的回正余角在±5°范围内。
图2显示了上述的回正逻辑的流程。为了使用扭矩传感器执行回正逻辑，如在S10中所示，其需要确定执行回正逻辑需要考虑的因素，也就是，从行驶车辆中检测他们。
要考虑的因素是：当方向盘被操作时检测到的转向扭矩T，需要用来计算转向反作用力Sr的电机助力扭矩Mt，反作用力Sr需要来足够地获得转向，需要来确定在大约5千米/小时至大约30千米/小时低速转向状态的车速V。
步骤S11是计算控制因素的步骤，其直接使用确定的转向扭矩T，电机助力扭矩Mt，以及车速V。
控制因素是转向扭矩符号Ts，方向盘的手持状态S以确定驾驶员是否将他/她的手离开方向盘，考虑转向系统摩擦的摩擦助力力矩Tf，以及速度增益Vg，其将大约5千米/小时至大约30千米/小时的速度分成多个速度区域。
步骤S21是确定转向扭矩符号Ts的步骤，其中大于预定值的转向力矩T在所述车辆转弯时被产生，为了确定转向扭矩符号Ts的正负，如在步骤S21a中所示，当转向扭矩T大于1Nm时所述转向扭矩符号Ts被定义为1，当转向扭矩T低于-1Nm时所述转向扭矩符号被定义为-1。
此外，步骤S22是确定方向盘手持状态的步骤，以确定驾驶员是否将她/他的手离开方向盘，其中方向盘的手持状态S由转向扭矩T的微分的绝对值|T|确定。
通常，因为自动回正扭矩的作用，当驾驶员将他/她的手离开方向盘时，转向扭矩T的微分值的绝对值|T|比较大，但所述值会随着时间的过去而变小。此外，如果所述绝对值|T|减小，则方向盘由于转向系统摩擦的作用难以回到中心状态。
如在步骤S22a中所示，使用这些参数，一增益被施加到所述|T|上，|T|g被设定在0～1之间。
在该过程中，当转向扭矩T具有小于1Nm/s的变化率时，这样其被确定为方向盘的手持状态S＝1，增益被定义为1。
进一步地，步骤S23是计算摩擦补偿扭矩Tf的步骤，其考虑转向系统的摩擦以产生足够的扭矩，其根据转向系统的摩擦幅度被设定为不同值，为此，其估计转向反作用力Sr，Tf是足够执行转向的扭矩。
转向反作用力以Nm为单位被计算为总的助力扭矩需求Tt加上转向扭矩T，如步骤S23a所示。
接着，在转向反作用力Sr的估计被执行后，在步骤S23b，转向系统的摩擦特性Sf被确定，随后，如步骤S23c所示，考虑到转向系统的转向反作用力Sr和摩擦特性Sf的确定摩擦补偿扭矩Tf的调节图被应用。
转向系统的摩擦特性Sf和摩擦补偿扭矩Tf的单位是Nm。
调节图结合多种因素预先确定，这些因素例如车辆和转向系统的具体参数，从而所述调节图基于转向系统的摩擦特性Sf和转向反作用力Sr确定需要的最优摩擦补偿扭矩，转向系统的摩擦特性Sf和转向反作用力Sr是连续改变的，当足够实施所述转向回正功能时。
此外，考虑速度的区域，速度增益被Vg提供以实施最优的转向回正，通常将5千米/小时至30千米/小时的速度分成多个速度区域，其考虑车辆和转向系统的具体参数确定。
如上所述，转向扭矩T具有+/-转向扭矩符号Ts，方向盘的手持状态S被应用到设定为0～1的|T|g，摩擦补偿扭矩Tf被应用到考虑转向系统的转向反作用力Sr和转向特性Sf的调节图，大约5千米/小时至30千米/小时的速度被应用到速度增益，速度增益分成速度增益Vg，从而在车辆转弯中通过上述值转向回正被最优地执行。
图3显示了执行转向回正的步骤，当车辆转弯同时以大约5千米/小时至大约30千米/小时的速度行驶时。
如步骤S30和S40所示，当车辆转弯并满足大约5千米/小时至30千米/小时的速度时，用于在一控制点速度V的速度增益Vg被施加，如步骤S51所示，在此状态的方向盘的转向扭矩T被计算。
进一步地，在计算出转向扭矩T后，总的助力扭矩需求Tt也被计算出来，Tt通过电机扭矩与变速比相乘获得。
接着，在步骤S52中，控制因素，也就是，转向扭矩符号Ts，转向扭矩绝对值|T|g，转向反作用力Sr，和摩擦补偿扭矩Tf被计算。
转向扭矩符号Ts在大于1Nm时确定为正的，在小于1Nm时确定为负的，从1Nm的转向扭矩T，并选择所述确定的值。
|T|g被确定并被选择为从0到1的值，当转向扭矩小于1Nm时增益为1，从而所述|T|g被设定为1而方向盘的手持状态被设定为1，其意味这驾驶员没有将她/他的手离开方向盘。
相应的，当|T|g为0时，方向盘的手持状态S为0，其意味者驾驶员已经将他/她的手离开了方向盘。
进一步地，转向反作用力Sr通过将计算得到的转向扭矩T与总的助力扭矩需求Tt相加获得，Tt表示足够转向所需的扭矩。
当转向反作用力Sr如上所述计算时，用于摩擦补偿扭矩Tf的值通过将所述转向反作用力Sr和转向系统的摩擦特性Sf应用到调节图上来计算。
当所有的控制因素，转向扭矩符号Ts，转向扭矩绝对值|T|g，转向反作用力Sr，以及摩擦补偿扭矩Tf被如上所述计算，如步骤S53所示，计算出所有Vg，Ts，|T|g，Sr，以及Tf的乘积。
当Vg×Ts×|T|g×Sr×Tf＜3Nm被满足时，所述步骤被应用，所述步骤在Vg×Ts×|T|g×Sr×Tf超过±3Nm时不被应用，因为考虑到转向系统的失效安全最终的回正扭矩被限制。
上述计算得到的值被用作主动回正扭矩需求Tad，其是步骤S60中的最终回正扭矩，如步骤S70所示，当通过应用计算得到的主动回正扭矩需求Tad产生电机扭矩时，在5千米/小时至30千米/小时的低速范围内的转弯车辆的方向盘回正被平稳地执行。
总之，通过应用上述转向回正逻辑，其使用扭矩传感器可以在车辆中获得大约3°以下的转向余角，这种操作可以消除使用方向盘转角传感器产生的所有问题。
本发明具体实施例的前述说明只是为了理解和说明。他们并不是将本发明限制在已经公开的具体实施方式，在上述教导下进行多种改进和变型是可能的。被选择来说明的实施例只是为了解释本发明的一些原理以及他们的实际应用，从而使得本领域的其他人员能制造和使用本发明的各种实施方式，以及各种变型和改进。本发明的范围由随附的权利要求以及其等同物确定。

Claims (5)

1.一种使用电机使方向盘回正的方法，其特征在于，所述方向盘使用电机，所述方法包括：
在所述方向盘的操作期间使用扭矩传感器测量转向扭矩；
使用所述转向扭矩确定转向扭矩符号，以及所述方向盘的手持状态；
使用检测到的转向扭矩确定摩擦补偿扭矩以及使用电机扭矩和变速比来计算总的助力扭矩需求；
使用所述转向扭矩符号，方向盘的手持状态，以及所述摩擦补偿扭矩来计算回正所述方向盘所需的主动回正扭矩需求；
基于所述计算得到的主动回正扭矩需求值操作所述电机；
当所述主动回正扭矩需求小于一预定的值时，所述电机不被操作；
所述摩擦补偿扭矩使用调节图被确定，所述调节图使用转向反作用力预先准备，所述转向反作用力使用所述转向扭矩和所述总的助力扭矩需求，以及车辆转向系统的摩擦特性来计算；
当方向盘被操作时测量车辆的速度，其中计算所述主动回正扭矩需求进一步使用分配给测量到的速度的速度增益值。
2.如权利要求1所述的使用电机使方向盘回正的方法，其特征在于，所述转向扭矩符号使用所述检测到的转向扭矩被确定为具有或正或负的符号，其中所述方向盘的手持状态使用0至1的范围内的增益值|T|g被确定，所述增益值|T|g使用转向扭矩的微分获得的。
3.如权利要求2所述的使用电机使方向盘回正的方法，其特征在于，当所述转向扭矩大于1Nm时所述转向扭矩符号被确定为+1，当所述转向扭矩小于-1Nm时被确定为-1。
4.如权利要求2所述的使用电机使方向盘回正的方法，其特征在于，当所述转向扭矩具有小于1Nm/s的扭矩改变率时所述方向盘的手持状态被确定为1，从而表示驾驶员握住方向盘的状态。
5.如权利要求1所述的使用电机使方向盘回正的方法，其特征在于，所述主动回正扭矩需求通过将所述转向扭矩符号，所述方向盘的手持状态，和所述摩擦补偿扭矩相乘获得。
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