CN105270470A - 电动助力转向系统的摩擦补偿装置及方法 - Google Patents

电动助力转向系统的摩擦补偿装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电动助力转向系统的摩擦补偿装置及方法，包括：感应部，感应转向角、角速度及车速中至少一个及对应于此的转向扭矩；保存部，用于保存通过所述感应部感应的转向扭矩；及控制部，通过所述感应部感应的转向角、角速度及车速中至少一个符合各自的设定范围时，使通过所述感应部感应的转向扭矩保存到所述保存部；所述控制部在保存到所述保存部的转向扭矩的个数为基准个数以上时，计算所述保存的转向扭矩的平均值，根据比较所述平均值与基准值的结果而算出摩擦补偿扭矩。

Description

电动助力转向系统的摩擦补偿装置及方法
技术领域
本发明涉及汽车的电动助力转向系统，更详细地说，涉及电动助力转向系统的摩擦补偿装置及方法。
背景技术
汽车的动力转向是根据动力的转向装置，起到帮助驾驶员的方向盘操作的作用。这种动力转向主要使用利用液压的方式，但是最近利用电动机的力量的方式即电动助力转向(MDPS：MotorDrivenPowerSteering)系统的使用逐渐增多。MDPS系统相比现有的液压动力转向系统，具有的优点为重量轻且占据较少空间、无需更换油。
MDPS系统利用辅助动力源而提供车辆转向时驾驶员应向方向盘施加的转向扭矩的一部分，使转向变得容易。即，通过与方向盘直接连接的扭矩传感器感应驾驶员的转向意图，为了使MDPS系统接收该信号并考虑目前汽车的速率等而提供适当的力量，驱动电动机而辅助转向力。MDPS系统在汽车的驻停车时或低速驾驶时辅助较大的力量而减少驾驶员的力量，高速行驶时辅助较少的力量，由此能够维持车体的稳定性。
所述MDPS系统可以是电动机被安装到臂(Arm)的形态，所述臂(Arm)连接转向齿轮箱与转向节，也可以被安装到与方向盘连接的转向柱的形态，但感应方向盘的旋转并根据方向盘的旋转程度及车速而决定电动机的电源施加量的基本原理是相同的。
但是，传统的MDPS系统在汽车出库后因开始磨损而MDPS装配的机构性摩擦被减少，从而导致驾驶员所感受到的刚出库之后的转向感和被磨损后的转向感不同。
另外，本发明的背景技术已公开于大韩民国公开专利第10-2010-0056312号(2010.05.27)。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明为解决如所述的传统MDPS系统的问题点而提出，目的在于提供一种电动助力转向系统的摩擦补偿装置及方法，即使汽车开始磨损，也能使驾驶员持续地感受到同等水准的转向感。
(解决问题的手段)
根据本发明的电动助力转向系统的摩擦补偿装置，包括：感应部，感应转向角、角速度及车速中至少一个及对应于此的转向扭矩；保存部，用于保存通过所述感应部感应的转向扭矩；及控制部，通过所述感应部感应的转向角、角速度及车速中至少一个符合各自的设定范围时，使通过所述感应部感应的转向扭矩保存到所述保存部；所述控制部在保存到所述保存部的转向扭矩的个数为基准个数以上时，计算所述保存的转向扭矩的平均值，根据比较所述平均值与基准值的结果而算出摩擦补偿扭矩。
本发明算出所述摩擦补偿扭矩时，所述控制部根据比较所述平均值与基准值的结果而计算摩擦学习补偿扭矩，预先规定的摩擦基本补偿扭矩加上所述学习补偿扭矩而算出所述摩擦补偿扭矩。
本发明所述摩擦学习补偿扭矩相当于，
所述控制部参照所述摩擦基本补偿扭矩而决定所述常数值。
本发明所述控制部把驾驶员从中心区向顺时针旋转方向盘时的转向扭矩，及从中心区向逆时针旋转时的转向扭矩中的至少一个保存到所述保存部。
本发明所述控制部把驾驶员开始反转方向盘时的转向扭矩，及反转开始后方向盘开始正常运转时的转向扭矩中的至少一个保存到所述保存部。
本发明所述控制部，当通过所述感应部感应的转向角、角速度及车速都满足多个设定范围集合中任意一个集合所定义的范围时，把通过所述感应部感应的转向扭矩保存到所述保存部，所述设定范围集合是为了把感应的转向扭矩保存到所述保存部而应同时满足的转向角的设定范围、角速度的设定范围及车速的设定范围的集合。
根据本发明的电动助力转向系统的摩擦补偿方法，包括：控制部通过感应部感应转向角、角速度及车速中至少一个及与此相应的转向扭矩的步骤；通过所述感应部感应的转向角、角速度及车速中的至少一个符合各自的设定范围时，所述控制部把通过所述感应部感应的转向扭矩保存到保存部的步骤；保存到所述保存部的转向扭矩的个数为基准个数以上时，所述控制部计算所述保存的转向扭矩的平均值的步骤；及所述控制部根据比较所述平均值与基准值的结果而算出摩擦补偿扭矩的步骤。
本发明所述算出摩擦补偿扭矩的步骤，包括：所述控制部根据比较所述计算的平均值与基准值的结果而计算摩擦学习补偿扭矩的步骤；及所述控制部通过预先规定的摩擦基本补偿扭矩加上所述计算的学习补偿扭矩而算出摩擦补偿扭矩的步骤。
本发明所述计算摩擦学习补偿扭矩的步骤，包括：所述控制部参照所述摩擦基本补偿扭矩而决定摩擦学习补偿常数值的步骤；所述摩擦学习补偿扭矩相当于
本发明所述把所述转向扭矩保存到保存部的步骤，所述控制部把驾驶员从中心区向顺时针旋转方向盘时的转向扭矩及从中心区向逆时针旋转时的转向扭矩中的至少一个保存到所述保存部。
本发明所述把所述转向扭矩保存到保存部的步骤，所述控制部把驾驶员开始反转方向盘时的转向扭矩及反转开始后方向盘开始正常运转时的转向扭矩中的至少一个保存到所述保存部。
所述控制部，当通过所述感应部感应的转向角、角速度及车速都满足多个设定范围集合中任意一个集合所定义的范围时，把通过所述感应部感应的转向扭矩保存到所述保存部；所述设定范围集合是为了把感应的转向扭矩保存到所述保存部而应同时满足的转向角的设定范围、角速度的设定范围及车速的设定范围的集合。
(发明的效果)
根据本发明的电动助力转向系统的摩擦补偿装置及方法的效果在于，通过持续地监测机构部摩擦而追踪其变化量并算出摩擦补偿扭矩，因此即使MDPS装配的机构性摩擦被减少，驾驶员也能感受到同等水准的转向感。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例的电动助力转向系统的摩擦补偿装置的构成的框图。
图2是呈现根据本实施例的电动助力转向系统的摩擦补偿装置中基于转向角和转向扭矩的滞后曲线的图。
图3是为了说明根据本发明的一实施例的电动助力转向系统的摩擦补偿方法的流程图。
符号说明
100：控制部
110：感应部
120：保存部
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的电动助力转向系统的摩擦补偿装置及方法的一实施例。在此过程中，可能会有些夸张地图示了附图中的线条的厚度或构成要素的大小等。并且，后述的用语是考虑到在本发明中的功能而定义的，根据使用者、运用者的意图或惯例会有所不同。因此，这些用语的定义应以整个说明书的内容为基础。
图1是根据本发明的一实施例的电动助力转向系统的摩擦补偿装置的构成的框图，图2是呈现根据本实施例的电动助力转向系统的摩擦补偿装置中基于转向角和转向扭矩的滞后曲线的图。
如图1所图示，根据本发明的一实施例的电动助力转向系统的摩擦补偿装置包括控制部100、感应部110、保存部120。
感应部110感应转向角、角速度及车速中至少一个及与此相应的转向扭矩。例如，转向角为0.2rad(弧度)、角速度为0.3rad/s、车速为70km/h时，作为与此相应的转向扭矩而感应到10N·m。
转向角是指根据驾驶员而方向盘被转向的角度，角速度时指所述方向盘的旋转速度。一般，方向盘向顺时针旋转时，转向角为正数，向逆时针方向旋转时，转向角为负数。感应部110利用光学传感器(opticalsensor)测定转向角或角速度。例如，与方向盘一同旋转的扭力杆上附设受光部，固定地点上附设发光部而测定方向盘的转向角或旋转速度。但本实施例中并不限定于此，可采用测定转向角或角速度的多种方法。转向扭矩指转向柱的扭矩，可通过转向柱扭矩传感器(未图示)测定。
根据需要，感应部110可以为一个以上，感应部110周期性测定转向角、角速度及车速中至少一个及与此相应的转向扭矩，或根据控制部100的控制而非周期性测定。并且，控制部100为了只在必要时测定转向角、角速度及车速中至少一个及与此相应的转向扭矩而控制感应部110。
保存部120保存根据控制部100的控制而通过感应部110感应的转向扭矩。为此，保存部可包括多种能够保存信息的多种保存媒介，如EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory-电可擦除可编程只读存储器)、快闪(Flash)存储器等。
控制部在通过感应部110感应的转向角、角速度及车速中至少一个符合各自的设定范围时，把通过感应部110感应的转向扭矩保存到保存部120。即，为保存转向扭矩的设定范围对应转向角、角速度及车速而各自存在。
例如，设计成转向角的设定范围为0.001～0.02rad，角速度的设定范围为0.1～0.3rad/s，车速的设定范围为70km/h～80km/h时，通过感应部110感应到转向角0.01rad、角速度0.2rad/s、车速70km/h、转向扭矩9N·m时，控制部100把转向扭矩9N·m保存到保存部120，但感应到转向角0.01rad、角速度1.1rad/s、车速70km/h、转向扭矩19N·m时，控制部100不把转向扭矩保存到保存部120。
对转向角、角速度及车速中至少一个的各自的设定范围可以为一个以上。例如，转向角的设定范围为0～0.02rad，角速度的设定范围为0.1～0.3rad/s，车速的设定范围为70km/h～80km/h的集合，与转向角的设定范围为-0.02～-0.001rad，角速度的设定范围为0.1～0.3rad/s，车速的设定范围为70km/h～80km/h的集合可同时存在。
这种情况下，控制部100把符合各自的集合的设定范围的转向扭矩分别保存到保存部120，并且区分了保存部120或按各集合保存转向扭矩的空间。
以下设定范围集合是指，把控制部100为保存转向扭矩而应同时满足的转向角的设定范围、角速度的设定范围及车速的设定范围合在一起。
设定范围集合能够设计成能够维持早期中心区滞后幅度，此外也可设计成能够维持汽车的出库后的转向感的多种基准。
并且，设定范围集合可以为一个以上，控制部100在多个条件下测定转向扭矩，对此进行综合后执行摩擦的学习补偿。并且，为顺时针和逆时针方向的转向感维持同等水准，控制部100利用分别不同的设定范围集合，分别独立执行顺时针和逆时针方向的摩擦学习补偿。
参照图2具体观察时，控制部100测定中心区的摩擦(A或B地点)或方向盘反转时的滞后幅度T1而执行摩擦的学习补偿。这里，中心区是指方向盘位于中立。
通过A地点的测定获得的转向扭矩表示驾驶员向顺时针旋转方向盘时中心区的摩擦值，通过B地点的测定获得的转向扭矩表示驾驶员向逆时针方向旋转方向盘时中心区的摩擦值。这里摩擦值是指定量表示驾驶员向方向盘施加力量使其旋转而方向盘未灵活旋转的程度的值。
并且，通过T1幅度的测定获得的转向扭矩的幅度是指，定量表示驾驶员试图方向盘的反转时方向盘未灵活旋转的程度的值。
A地点、B地点或T1幅度的测定时测定的转向扭矩的值因角速度及车速而不同。因此，规定对角速度及车速的基准并特定转向角(例：A地点的转向角)下反复测定与此相应的转向扭矩，才能推定摩擦的变化。即，为通过A地点或B地点的摩擦或T1幅度的变化测定而推定摩擦的变化，分别需要A地点、B地点、为T1的设定范围集合。
这里，摩擦的变化是指汽车的出库早期的摩擦和开始磨损之后的摩擦的差异，可通过转向扭矩的平均值推定。
因此，控制部100当对应一个设定范围集合而保存到保存部120的转向扭矩的个数为基准个数以上时，计算所述保存的转向扭矩的平均值。所述基准个数相当于能够确认摩擦的变化的程度的值，可根据设计规格而设计成多种值，基本上是预先设定的。
例如，基准个数为M个，对应A地点，保存到保存部120的转向扭矩的个数为M个(TA1，TA2，…，TAM)时，控制部100通过如下数学式1的计算，计算所述保存的转向扭矩的平均值。
【数学式1】
这里，控制部100根据比较转向扭矩的平均值和基准值的结果，推定摩擦的变化并据此计算摩擦学习补偿扭矩。基本上所述基准值为汽车出库早期的转向扭矩平均值是预先设定的，通过与计算保存的转向扭矩的平均值的方法相同的方法计算并设定。只是设计成计算基准值时的基准个数和保存的转向扭矩的平均值时的基准个数不同。
例如，测定图2中图示的T1幅度而推定摩擦的变化时，控制部100可通过以下数学式2的计算而计算T1幅度的变化量。
【数学式2】
这里，下标M表示保存到保存部120的转向扭矩的平均值，下标S表示基准值。即，CM表示对驾驶员开始反转方向盘的C地点而保存到保存部120的转向扭矩的平均值，C3表示对C地点而预先设定的基准值，DM表示对反转开始后方向盘正常运转的D地点的保存到保存部120的转向扭矩的平均值，D3表示对D地点预先设定的基准值。这里的正常是指驾驶员能够灵活旋转方向盘的状态，反转开始后对转向扭矩的转向角的变化率为设定值(例：0.2)以上时，方向盘开始正常运转。并且，所述设定值考虑到汽车的条件而设计成多种值。
并且，推定A地点的摩擦的变化时，控制部100通过以下数学式3而计算出A地点的摩擦变化量。
【数学式3】
这里，AM表示对驾驶员使方向盘从中心区向顺时针旋转时A地点的保存到保存部120的转向扭矩的平均值，A3是对A地点的预先设定的基准值。
控制部100可通过所述变化量乘以摩擦学习补偿常数值而计算摩擦学习补偿扭矩。即，摩擦学习补偿扭矩对应的不是根据摩擦本身的扭矩补偿值，而是根据摩擦的变化的扭矩补偿值。
所述常数值并不是固定的值，控制部100参照摩擦基本补偿扭矩而决定。这里摩擦基本补偿扭矩对应根据存在于MDPS系统的机构性摩擦本身的扭矩补偿值。所述摩擦基本补偿扭矩考虑到根据使用者输入的扭矩、转向方向、转向位置等而决定，是计算摩擦学习补偿扭矩之前预先规定的。
因此，基于A地点的摩擦学习补偿扭矩如以下数学式4。
【数学式4】
这里K相当于所述常数值。
控制部100通过摩擦基本补偿扭矩加上摩擦学习补偿扭矩而算出摩擦补偿扭矩。即，根据摩擦的扭矩补偿值通过预先规定的摩擦基本补偿扭矩加上通过摩擦的变化的推定计算的摩擦学习补偿扭矩而决定。
本实施例中说明了控制部100考虑到转向角、角速度及车速而计算摩擦学习补偿扭矩，但也可设计成控制部100考虑转向角、角速度及车速中的一个或一部分而计算摩擦学习补偿扭矩。
图3是为了说明根据本发明的一实施例的电动助力转向系统的摩擦补偿方法的流程图。
如图3所图示，控制部100通过感应部110感应转向角、角速度及车速中的至少一个及与此相应的转向扭矩(S300)。
然后，控制部100判断在所述步骤(S300)感应的转向角、角速度及车速中至少一个是否符合各自的设定范围(S310)。
所述步骤(S310)的判断结果为符合各自的设定范围时，控制部100把所述步骤(S300)中感应的转向扭矩保存到保存部120(S320)。相反，所述步骤(S310)的判断结果为不满足各自的设定范围中至少一个范围时，控制部100返回所述步骤(S300)而从感应步骤开始重新反复。
另外，所述步骤(S320)之后，控制部100确认保存到保存部120的转向扭矩的个数是否为基准个数以上(S330)。
所述步骤(S330)的确认结果为保存到保存部120的转向扭矩的个数为基准个数以上，控制部100计算保存到保存部120的转向扭矩的平均值(S340)。相反，所述步骤(S330)的确认结果为保存到保存部120的转向扭矩的个数未达到基准个数，控制部100返回所述步骤(S300)而从感应步骤开始重新反复。
另外，所述步骤(S340)之后，控制部100根据比较所述步骤(S340)计算的转向扭矩的平均值与基准值的结果，计算摩擦学习补偿扭矩(S350)。
然后，控制部100通过预先规定的摩擦基本补偿扭矩加上所述步骤(S350)计算的摩擦学习补偿扭矩而算出摩擦补偿扭矩(S360)。
如上述，根据本发明的实施例的电动助力转向系统的摩擦补偿装置及方法，通过持续地推定机构部摩擦而算出摩擦补偿扭矩，即使MDPS装配的机构性摩擦被减少，驾驶员也能感受到同等水准的转向感。并且，分别补偿顺时针及逆时针方向的摩擦变化而使驾驶员在左、右操舵时感受到同等的转向感。
参考了附图所图示的实施例而说明了本发明，但这只是例示性的，在本发明所属技术领域具有一般知识的人，能够理解到由此可进行多种变形及均等的其他实施例。因此，本发明的技术保护范围应根据以下权利要求范围所规定。

Claims (12)

1.一种电动助力转向系统的摩擦补偿装置，其特征在于，包括：
感应部，感应转向角、角速度及车速中至少一个及对应于此的转向扭矩；
保存部，用于保存通过所述感应部感应的转向扭矩；及
控制部，通过所述感应部感应的转向角、角速度及车速中至少一个符合各自的设定范围时，使通过所述感应部感应的转向扭矩保存到所述保存部；
所述控制部在保存到所述保存部的转向扭矩的个数为基准个数以上时，计算所述保存的转向扭矩的平均值，根据比较所述平均值与基准值的结果而算出摩擦补偿扭矩。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向系统的摩擦补偿装置，其特征在于，包括：
算出所述摩擦补偿扭矩时，所述控制部根据比较所述平均值与基准值的结果而计算摩擦学习补偿扭矩，预先规定的摩擦基本补偿扭矩加上所述学习补偿扭矩而算出所述摩擦补偿扭矩。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向系统的摩擦补偿装置，其特征在于，包括：
所述摩擦学习补偿扭矩相当于
所述控制部参照所述摩擦基本补偿扭矩而决定所述常数值。
4.根据权利要求1所述的电动助力转向系统的摩擦补偿装置，其特征在于，包括：
所述控制部把驾驶员从中心区向顺时针旋转方向盘时的转向扭矩，及从中心区向逆时针旋转时的转向扭矩中的至少一个保存到所述保存部。
5.根据权利要求1所述的电动助力转向系统的摩擦补偿装置，其特征在于，包括：
所述控制部把驾驶员开始反转方向盘时的转向扭矩，及反转开始后方向盘开始正常运转时的转向扭矩中的至少一个保存到所述保存部。
6.根据权利要求1所述的电动助力转向系统的摩擦补偿装置，其特征在于，包括：
所述控制部，当通过所述感应部感应的转向角、角速度及车速都满足多个设定范围集合中任意一个集合所定义的范围时，把通过所述感应部感应的转向扭矩保存到所述保存部；
所述设定范围集合是为了把感应的转向扭矩保存到所述保存部而应同时满足的转向角的设定范围、角速度的设定范围及车速的设定范围的集合。
7.一种电动助力转向系统的摩擦补偿方法，其特征在于，包括：
控制部通过感应部感应转向角、角速度及车速中至少一个及与此相应的转向扭矩的步骤；
通过所述感应部感应的转向角、角速度及车速中的至少一个符合各自的设定范围时，所述控制部把通过所述感应部感应的转向扭矩保存到保存部的步骤；
保存到所述保存部的转向扭矩的个数为基准个数以上时，所述控制部计算所述保存的转向扭矩的平均值的步骤；及
所述控制部根据比较所述平均值与基准值的结果而算出摩擦补偿扭矩的步骤。
8.根据权利要求7所述的电动助力转向系统的摩擦补偿方法，其特征在于，
所述算出摩擦补偿扭矩的步骤，包括：
所述控制部根据比较所述计算的平均值与基准值的结果而计算摩擦学习补偿扭矩的步骤；及
所述控制部通过预先规定的摩擦基本补偿扭矩加上所述计算的学习补偿扭矩而算出摩擦补偿扭矩的步骤。
9.根据权利要求8所述的电动助力转向系统的摩擦补偿方法，其特征在于，
所述计算摩擦学习补偿扭矩的步骤，包括：
所述控制部参照所述摩擦基本补偿扭矩而决定摩擦学习补偿常数值的步骤；
所述摩擦学习补偿扭矩相当于
10.根据权利要求7所述的电动助力转向系统的摩擦补偿方法，其特征在于，
把所述转向扭矩保存到保存部的步骤，
所述控制部把驾驶员从中心区向顺时针旋转方向盘时的转向扭矩，及从中心区向逆时针旋转时的转向扭矩中的至少一个保存到所述保存部。
11.根据权利要求7所述的电动助力转向系统的摩擦补偿方法，其特征在于，包括：
把所述转向扭矩保存到保存部的步骤，
所述控制部把驾驶员开始反转方向盘时的转向扭矩，及反转开始后方向盘开始正常运转时的转向扭矩中的至少一个保存到所述保存部。
12.根据权利要求7所述的电动助力转向系统的摩擦补偿方法，其特征在于，包括：
所述控制部，当通过所述感应部感应的转向角、角速度及车速都满足多个设定范围集合中任意一个集合所定义的范围时，把通过所述感应部感应的转向扭矩保存到所述保存部；
所述设定范围集合是为了把感应的转向扭矩保存到所述保存部而应同时满足的转向角的设定范围、角速度的设定范围及车速的设定范围的集合。
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