CN106965850B - 电机驱动动力转向系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种电机驱动动力转向系统及其控制方法，该电机驱动动力转向系统可包括：转向角传感器，被配置成感测方向盘的转向角；电机电流传感器，被配置成感测电机的电流；编码器，被配置成感测电机的位置；车速传感器，被配置成感测车辆的速度；虚拟扭矩估算单元，被配置成，在检测到扭矩传感器的错误时使用电机的位置、方向盘的转向角和电机的电流来估算虚拟扭矩；以及辅助扭矩计算单元，被配置成使用方向盘的转向角、车辆的速度和虚拟扭矩来计算用于电机的操作的辅助扭矩。

Description

电机驱动动力转向系统及其控制方法
对相关申请的交叉引证
本申请要求2015年12月14日提交的韩国申请号10-2015-0178103的优先权，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
本发明涉及一种电机驱动动力转向系统及其控制方法，并且更具体地，涉及一种甚至在扭矩传感器中出现错误时也可正常操作的电机驱动动力转向系统及其控制方法。
背景技术
用于减小驾驶员在使车辆转向时所需的转向力的动力辅助转向系统的实例包括：液压动力转向系统，该液压动力转向系统使用由液压泵形成的液压来辅助驾驶员的转向力；以及电机驱动动力转向系统(在下文中称为“MDPS”)，该电机驱动动力转向系统使用电机的驱动扭矩来辅助驾驶员的转向力。
MDPS用于以根据车辆的行驶状态自动地控制电机的方式辅助由驾驶员的方向盘操作产生的转向力。因此，与液压动力转向系统相比，MDPS提供进一步增强的转向性能和转向感。
这种MDPS分别使用车速传感器、转向角传感器和扭矩传感器来感测车速、转向角和扭矩，并基于车速、转向角和扭矩来产生电机的目标辅助扭矩，从而辅助转向力。
然而，在传统的MDPS中，如果在扭矩传感器中出现错误，那么故障安全逻辑会确定异常的程度，并基于此限制输出或将操作类型转换成手动类型，由此可能无法正常执行转向操作。
在名为“补偿电机驱动动力转向系统的扭矩传感器的中点的方法”的韩国专利公开第10-2008-0078428号(公开于2008年8月27日)中公开了本发明的相关技术。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种电机驱动动力转向系统及其控制方法，其中，当在电机驱动动力转向系统的扭矩传感器中出现错误时，产生虚拟扭矩，并基于该虚拟扭矩产生辅助扭矩，由此使得能够执行正常转向操作。
本发明的一个实施例涉及一种电机驱动动力转向系统及其控制方法，即使在扭矩传感器中出现错误，其也连续地产生辅助扭矩，从而保证车辆的驾驶稳定性。
在一个实施例中，电机驱动动力转向系统可包括：转向角传感器，被配置成感测方向盘的转向角；电机电流传感器，被配置成感测电机的电流；编码器，被配置成感测电机的位置；车速传感器，被配置成感测车辆的速度；虚拟扭矩估算单元，被配置成在检测到扭矩传感器的错误时使用由编码器感测到的电机的位置、转向角传感器感测到的方向盘的转向角和电机电流传感器感测到的电机的电流来估算虚拟扭矩；以及辅助扭矩计算单元，被配置成使用从转向角传感器输入的方向盘的转向角、车速传感器输入的车辆的速度和虚拟扭矩估算单元输入的虚拟扭矩来计算用于电机的操作的辅助扭矩。
虚拟扭矩估算单元可包括虚拟扭矩计算单元，其被配置为使用由编码器感测到的电机的位置、转向角传感器感测到的方向盘的转向角和电机电流传感器感测到的电机的电流来检测转向角速度、电机角度、电流和惯性矩，然后使用转向角速度、电机角度、电流和惯性矩来计算虚拟扭矩。
虚拟扭矩估算单元可包括虚拟扭矩补偿单元，其被配置成根据转向角速度来补偿从虚拟扭矩计算单元输出的虚拟扭矩。
随着转向角速度增加，虚拟扭矩补偿单元可减小从虚拟扭矩计算单元输出的虚拟扭矩。
辅助扭矩计算单元可包括增长曲线(boost curve)控制单元，其被配置成将从虚拟扭矩估算单元输出的虚拟扭矩的增长曲线调节成线性形式，并限制辅助扭矩的振动现象。
辅助扭矩计算单元可包括高频放大率控制单元，其被配置成以一预设放大率放大虚拟扭矩的高频信号或停用该高频信号，并限制由于虚拟扭矩的噪声引起的振动现象。
电机驱动动力转向系统还可包括电机控制器，其被配置成根据从辅助扭矩计算单元输出的辅助扭矩来调节控制增益，并控制待施加至电机的电流。
电机驱动动力转向系统还可包括扭矩传感器错误检测单元，其中，该扭矩传感器错误检测单元将虚拟扭矩与由扭矩传感器检测的检测扭矩相比较，并且如果虚拟扭矩与检测扭矩之间的差值超过一基准值，则扭矩传感器错误检测单元确定扭矩传感器的错误。
在另一实施例中，一种控制电机驱动动力转向系统的方法可包括：在检测到扭矩传感器的错误时，通过虚拟扭矩估算单元使用电机的位置、方向盘的转向角和电机的电流来估算虚拟扭矩；通过辅助扭矩计算单元使用方向盘的转向角、车辆的速度和由虚拟扭矩估算单元估算的虚拟扭矩来计算用于电机的操作的辅助扭矩；以及通过电机控制器根据由辅助扭矩计算单元计算出的辅助扭矩来控制待施加至电机的电流。
虚拟扭矩的估算可包括：使用方向盘的转向角速度、电机的电机角度、电机的电流和惯性矩，来计算虚拟扭矩；以及根据转向角速度来补偿虚拟扭矩。
随着转向角速度增加，可减小虚拟扭矩。
辅助扭矩的检测可包括，将虚拟扭矩的增长曲线调节成线性形式，并限制辅助扭矩的振动现象。
辅助扭矩的检测可包括，以一预设放大率放大虚拟扭矩的高频信号或停用该高频信号，并限制由于虚拟扭矩的噪声引起的振动现象。
待施加至电机的电流的控制可包括，根据辅助扭矩来调节控制增益，并控制待施加至电机的电流。
在根据本发明的一个实施例的电机驱动动力转向系统及其控制方法中，在电机驱动动力转向系统的扭矩传感器中出现错误时，产生虚拟扭矩，并基于该虚拟扭矩产生辅助扭矩，由此使得能够执行正常转向操作。
在根据本发明的另一实施例的电机驱动动力转向系统及其控制方法中，即使在扭矩传感器中出现错误，也可连续产生辅助扭矩，由此保证车辆的驾驶稳定性。
附图说明
图1是示出了根据本发明的一个实施例的电机驱动动力转向系统的框图。
图2是示出了根据本发明的一个实施例的虚拟扭矩估算单元的框图。
图3是示出了根据本发明的一个实施例的辅助扭矩计算单元的框图。
图4是示出了根据本发明的一个实施例的用于虚拟扭矩的阻尼控制操作的实例的图示。
图5是示出了根据本发明的一个实施例的调节增长曲线的实例的图示。
图6是示出了根据本发明的一个实施例的控制电机驱动动力转向系统的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的一个实施例的电机驱动动力转向系统及其控制方法。应注意，这些图的比例并不精确，可能仅为了描述方便和清楚的目的而放大线的厚度或部件的尺寸。而且，通过考虑本发明的功能来定义如这里使用的术语，并且可根据用户或操作员的习惯或意图来改变这些术语。因此，应根据这里阐述的全部公开内容来定义这些术语。
图1是示出了根据本发明的一个实施例的电机驱动动力转向系统的框图，图2是示出了根据本发明的一个实施例的虚拟扭矩估算单元的框图，图3是示出了根据本发明的一个实施例的辅助扭矩计算单元的框图，图4是示出了根据本发明的一个实施例的用于虚拟扭矩的阻尼控制操作的实例的图示，图5是示出了根据本发明的一个实施例的调节增长曲线的实例的图示。
参考图1，根据本发明的一个实施例的电机驱动动力转向系统包括电机电流传感器10、编码器20、转向角传感器30、车速传感器40、虚拟扭矩估算单元50、辅助扭矩计算单元60和电机控制器70。
电机电流传感器10感测流过电机80的电流，换句话说，感测电机Q轴电流和D轴电流。
编码器20安装在电机80上并感测电机80的旋转角度。
车速传感器40使用传动装置(未示出)的输出轴的RPM来感测车辆的速度。在这点上，车速传感器40不限于上述实施例的车速传感器。多种传感器可以用作车速传感器40，只要其可感测车辆的速度即可。
转向角传感器30安装在转向柱上并被配置成感测转向柱的转向角。
当检测到扭矩传感器(未示出)的错误时，虚拟扭矩估算单元50分别从编码器20、转向角传感器30和电机电流传感器10接收与电机80的位置、方向盘的转向角以及电机80的电流相关的信息，然后使用这些信息估算虚拟扭矩。虚拟扭矩估算单元50包括虚拟扭矩计算单元51和虚拟扭矩补偿单元52。
扭矩传感器用于检测转向扭矩，且必须用于产生用于驱动电机的辅助扭矩。
当检测到扭矩传感器的错误时，虚拟扭矩计算单元51从编码器20、转向角传感器30和电机电流传感器10接收与电机80的位置、方向盘的转向角以及电机80的电流相关的信息，并使用这些信息估算虚拟扭矩，其中，使用转向角速度、电机角度、电流和惯性矩来计算虚拟扭矩。这将参考方程式1至3来说明。
[方程式1]
[方程式2]
[方程式3]
这里，θSAS表示转向角，θavg表示转向角和电机角度的平均值，θLinearity表示提供为补偿转向角传感器的特征的补偿角，θInitialize表示转向角的初始值，θcomp表示转向角的最终补偿角，θmotor表示电机角度，J表示电机驱动动力转向系统中的惯性矩且是常数，Tvirtual表示虚拟扭矩，α、β和γ表示调谐增益(tuning gain)。
首先，虚拟扭矩计算单元51将根据驾驶员的转向意图的转向角的变化的平方乘以惯性矩(J/2)和调谐增益α，由此计算转向的动能。使用转向角的变化转向角的线性度的变化和转向角的初始值的变化来计算转向角的最终补偿角θcomp的变化。可计算转向动能，以反映转向角的最终补偿角θcomp的变化。
而且，虚拟扭矩计算单元51计算将由电机80的旋转产生的动能。即，虚拟扭矩计算单元51通过将转向角θmotor的变化的平方乘以惯性矩(J/2)和调谐增益α来计算将由电机80的旋转产生的动能。
另外，虚拟扭矩计算单元51计算转向方向，即，根据当前命令的扭矩。换句话说，虚拟扭矩计算单元51通过将转向角的平均值θavg的变化乘以电机Q轴电流的变化和调谐增益β来计算根据该转向方向的扭矩。
而且，虚拟扭矩计算单元51计算转向角与电机位置之间的计算时间的延迟，其由转向角与电机位置之间的计算时间的差异引起。即，虚拟扭矩计算单元51通过将转向角和电机角度的平均值θavg的变化乘以电机80的角加速度和调谐增益γ来计算转向角与电机位置之间的计算时间的延迟。
在虚拟扭矩计算单元51计算根据驾驶员的转向意图的动能、将由电机的旋转产生的动能、根据转向方向的扭矩以及转向角与发动机位置之间的计算时间的延迟之后，可获得上述方程式1。
在这点上，通过方程式2来计算转向角的变化的平方可通过转向角的变化的平方来改进转向角传感器30的非线性度。
参考方程式1和3，函数F彼此相同。即，方程式3的函数F，换句话说，转向角和电机角度的平均值θavg的变化与虚拟扭矩的变化的乘积，与方程式1的函数F相同。从而，可计算虚拟扭矩的变化在这种情况中，虚拟扭矩计算单元51使用两个函数F(即，方程式1的函数F和方程式3的函数F)来计算虚拟扭矩的变化并通过将所计算的变化结合到虚拟扭矩中，来计算虚拟扭矩。
虚拟扭矩补偿单元52补偿所计算的虚拟扭矩。更详细地，虚拟扭矩补偿单元52根据转向角速度，来补偿从虚拟扭矩计算单元51输入的虚拟扭矩。随着转向角速度增加，阻尼增益值减小，使得可增强虚拟扭矩的稳定性。例如，如图4所示，虚拟扭矩补偿单元52基于第一转向角速度ω1和第二转向角速度ω2来分阶段地减小阻尼增益值，由此限制当驾驶员快速操纵方向盘时(即，当转向角速度显著增大时)可能导致的振动现象。
辅助扭矩计算单元60使用从虚拟扭矩估算单元50输入的虚拟扭矩、从转向角传感器30输入的转向角和从车速传感器40输入的车速来计算辅助扭矩。
如图3所示，辅助扭矩计算单元60包括增长曲线控制单元61和高频放大率控制单元62。
增长曲线控制单元61将从虚拟扭矩估算单元50输出的虚拟扭矩的增长曲线调节成线性形式，由此限制可由辅助扭矩引起的振动现象。即，如图5的(a)所示，如果辅助扭矩根据虚拟扭矩的增加而快速增加，那么可能使系统的稳定性劣化。假设这样，如图5的(b)所示，由于保证增长曲线的线性度，所以可显著增强系统的稳定性。
高频放大率控制单元62以相对较低的预设放大率放大虚拟扭矩的高频信号或停用该高频信号，由此增强系统的稳定性。即，高频放大率控制单元62相对减小或停用虚拟扭矩的高频信号的放大率，由此限制噪声信号由于高频信号的放大而放大。从而，保证系统的稳定性。而且，因为(如上所述)高频放大率控制单元62放大高频信号，所以可增强系统的响应性。
电机控制器70根据从辅助扭矩计算单元60输出的辅助扭矩来调节对应的电流增益值，并由此控制待施加至电机80的电流，从而保证转向中的稳定性。例如，在电机控制器70是PID(Proportional Integral and Derivative，比例积分与微分)控制器的情况中，电机控制器70根据从辅助扭矩计算单元60输入的辅助扭矩来调节P增益、I增益和D增益之中的一个或多个，并由此控制待施加至电机80的电流。
因此，电机80根据从电机控制器70输入的电流来操作，从而辅助驾驶员的转向力。
电机驱动动力转向系统还包括扭矩传感器错误检测单元(未示出)。该扭矩传感器错误检测单元将虚拟扭矩与由扭矩传感器(未示出)检测的检测扭矩相比较，并且如果虚拟扭矩与检测扭矩之间的差值超过一基准值，则确定扭矩传感器的错误。在这种情况下，虚拟扭矩估算单元50还可以在不考虑扭矩传感器的错误的检测情况下估算虚拟扭矩(即，也处于正常状态)。
在下文中，将参考图6详细描述根据本发明的一个实施例的控制电机驱动动力转向系统的方法。
图6是示出了根据本发明的一个实施例的控制电机驱动动力转向系统的方法的流程图。
参考图6，虚拟扭矩估算单元50或扭矩传感器错误检测单元(未示出)确定是否在感测柱扭矩的扭矩传感器中检测到错误(步骤S10)。作为确定的结果，当检测到扭矩传感器中的错误时，虚拟扭矩估算单元50分别从编码器20、转向角传感器30和电机电流传感器10接收与电机80的位置、方向盘的转向角以及电机80的电流相关的信息，然后使用电机80的位置、方向盘的转向角和电机80的电流来估算虚拟扭矩。
即，虚拟扭矩估算单元50使用转向角的变化、电机角度的变化、电流的变化、电机角加速度、惯性矩和调谐增益来分别计算根据驾驶员的转向意图的动能、将由电机的旋转产生的动能、根据转向方向的扭矩，以及转向角与发动机位置之间的计算时间的延迟，然后基于这些得出方程式1。
另外，因为方程式1的函数F与方程式3的函数F彼此相同，即，因为转向角和电机角度的平均值θavg的变化与虚拟扭矩的变化的乘积与方程式1的函数F相同，所以使用两个函数F(方程式1的函数F和方程式3的函数F)来计算虚拟扭矩的变化并且通过将所计算的变化结合到虚拟扭矩中来计算虚拟扭矩(步骤S20)。
然后，虚拟扭矩估算单元50通过随着转向角速度增加而减小阻尼增益值来补偿虚拟扭矩(步骤S30)。从而，可限制当驾驶员快速操纵方向盘时(即，当转向角速度显著增大时)可能导致的振动现象。
随后，辅助扭矩计算单元60使用从虚拟扭矩估算单元50输入的虚拟扭矩、从转向角传感器30输入的转向角和从车速传感器40输入的车速来计算辅助扭矩。在这点上，调节虚拟扭矩的高频信号的放大率(步骤S40)，并将虚拟扭矩的增长曲线调节成线性形式(步骤S50)，由此限制可由辅助扭矩引起的振动现象，并增强系统的稳定性。
辅助扭矩计算单元60将以上述方式检测到的辅助扭矩输出至电机控制器70(步骤S60)。电机控制器70根据从辅助扭矩计算单元60输入的辅助扭矩来调节对应的控制增益值，并由此控制待施加至电机80的电流(步骤S70)。
因此，电机80通过从电机控制器70输入的电流来操作，从而辅助驾驶员的转向力。
如上所述，当在电机驱动动力转向系统的扭矩传感器中出现错误时，根据本发明的一个实施例的电机驱动动力转向系统产生虚拟扭矩信号，并基于该虚拟扭矩信号产生辅助扭矩，由此使得能够正常转向，从而保证车辆的驾驶稳定性。
虽然已经为了说明的目的而公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如在所附权利要求书中定义的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、增加和替代是可能的。

Claims (12)

1.一种电机驱动动力转向系统，包括：
转向角传感器，被配置成感测方向盘的转向角；
电机电流传感器，被配置成感测电机的电流；
编码器，被配置成感测所述电机的位置；
车速传感器，被配置成感测车辆的速度；
虚拟扭矩估算单元，被配置成在检测到扭矩传感器的错误时使用由所述编码器感测到的所述电机的位置、所述转向角传感器感测到的所述方向盘的转向角和所述电机电流传感器感测到的所述电机的电流来估算虚拟扭矩；以及
辅助扭矩计算单元，被配置成使用从所述转向角传感器输入的所述方向盘的转向角、所述车速传感器输入的所述车辆的速度和所述虚拟扭矩估算单元输入的所述虚拟扭矩来计算用于所述电机的操作的辅助扭矩，
其中，所述辅助扭矩计算单元包括：
高频放大率控制单元，被配置成以一预设放大率放大所述虚拟扭矩的高频信号或停用该高频信号，并限制由于所述虚拟扭矩的噪声引起的振动现象。
2.根据权利要求1所述的电机驱动动力转向系统，其中，所述虚拟扭矩估算单元包括：
虚拟扭矩计算单元，被配置成使用由所述编码器感测到的所述电机的位置、所述转向角传感器感测到的所述方向盘的转向角和所述电机电流传感器感测到的所述电机的电流来检测转向角速度、电机角度、电流和惯性矩，然后使用所述转向角速度、所述电机角度、所述电流和所述惯性矩来计算所述虚拟扭矩。
3.根据权利要求2所述的电机驱动动力转向系统，其中，所述虚拟扭矩估算单元包括：
虚拟扭矩补偿单元，被配置成根据所述转向角速度来补偿从所述虚拟扭矩计算单元输出的虚拟扭矩。
4.根据权利要求3所述的电机驱动动力转向系统，其中，随着所述转向角速度增加，所述虚拟扭矩补偿单元减小从所述虚拟扭矩计算单元输出的虚拟扭矩。
5.根据权利要求1所述的电机驱动动力转向系统，其中，所述辅助扭矩计算单元包括：
增长曲线控制单元，被配置成将从所述虚拟扭矩估算单元输出的虚拟扭矩的增长曲线调节成线性形式，并限制所述辅助扭矩的振动现象。
6.根据权利要求1所述的电机驱动动力转向系统，还包括：
电机控制器，被配置成根据从所述辅助扭矩计算单元输出的辅助扭矩来调节控制增益，并控制待施加至所述电机的电流。
7.根据权利要求1所述的电机驱动动力转向系统，还包括扭矩传感器错误检测单元，
其中，所述扭矩传感器错误检测单元将所述虚拟扭矩与由所述扭矩传感器检测的检测扭矩相比较，并且如果所述虚拟扭矩与所述检测扭矩之间的差值超过一基准值，则所述扭矩传感器错误检测单元确定所述扭矩传感器的错误。
8.一种控制电机驱动动力转向系统的方法，包括：
在检测到扭矩传感器的错误时，通过虚拟扭矩估算单元使用电机的位置、方向盘的转向角和电机的电流来估算虚拟扭矩；
通过辅助扭矩计算单元使用所述方向盘的转向角、车辆的速度和由所述虚拟扭矩估算单元估算的虚拟扭矩来检测用于所述电机的操作的辅助扭矩；以及
通过电机控制器根据由所述辅助扭矩计算单元计算出的辅助扭矩来控制待施加至所述电机的电流，
其中，所述辅助扭矩的检测包括：
以一预设放大率放大所述虚拟扭矩的高频信号或停用该高频信号，并限制由于所述虚拟扭矩的噪声引起的振动现象。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述虚拟扭矩的估算包括：
使用所述方向盘的转向角速度、所述电机的电机角度、所述电机的电流和惯性矩来计算所述虚拟扭矩；以及
根据所述转向角速度来补偿所述虚拟扭矩。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，随着所述转向角速度增加，减小所述虚拟扭矩。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述辅助扭矩的检测包括：
将所述虚拟扭矩的增长曲线调节成线性形式，并限制所述辅助扭矩的振动现象。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，待施加至所述电机的电流的控制包括：
根据所述辅助扭矩来调节控制增益，并控制待施加至所述电机的电流。
CN201611150927.9A 2015-12-14 2016-12-14 电机驱动动力转向系统及其控制方法 Active CN106965850B (zh)

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