CN107097843B - 控制电机驱动动力转向系统的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种控制电机驱动动力转向系统的方法。该方法包括通过控制单元确定端部保持驱动、根据端部保持驱动的确定结果通过控制单元打开/关闭阻尼升高增益应用模式、通过控制单元将根据阻尼升高增益应用模式的打开/关闭的输出值乘以来自阻尼输出值检测单元的输出值且将乘积值输出为阻尼校正值，以及通过控制单元反映阻尼校准值以电机齿排端停止控制周期来控制输出扭矩。

Description

控制电机驱动动力转向系统的方法

相关申请的交叉参考

本申请要求基于35U.S.C 119(a)、在2016年2月22号提交的韩国申请第10-2016-0020490号的优先权，其全部内容通过引证结合于此。

技术领域

本公开的各种实施例涉及控制电机驱动的动力转向系统的方法，且尤其涉及当驾驶员向方向盘的一侧(左侧或右侧)端使方向盘转向，并且然后在所有与转向相关的系统(例如，机器、轮胎等)向该端扭转的状态下向相同方向的端部重新转向时控制电机驱动的动力转向系统的方法，其可以减少在重新转向时产生的额外量的冲击，以保护机械系统并减少冲击噪声。

背景技术

一般而言，在液压泵中形成液压并促进辅助转向力的液压动力转向系统，以及使用电机的驱动扭矩促进辅助转向力的电机驱动动力转向系统(以下称为“力转向系统)，已经用作辅助性动力转向系统来用于在使车辆转向时减少驾驶员的辅助转向力。

这种电机驱动的动力转向系统采用齿排端停止逻辑(rack-end-stoplogic，架端停止逻辑)或软端锁逻辑(soft-end-lock logic)，其减小当驾驶员向端部转向时产生的冲击量。

然而，在常规的齿排端停止(软端锁)逻辑中，存在这样的问题：当在转向角的一端(即，左端或右端)进行转向且然后向该端或行驶方向(即，右端或左端)转向时，转向噪声和冲击以及不均一性感觉由轮胎或机械弹性特征(即，惯性特征，其趋于方向盘在已经向该端扭转后的反向转向之后，返回到在转向端部向该端扭转的状态)产生。

此外，在常规的齿排端停止(软端锁)逻辑中，当在正常的路面状况的基础上调整的输出极限值应用到高摩擦路面时，存在这样的问题：当端部输出受限时由于缺少输出而产生不均一性感觉，另一方面，当在正常的路面状况的基础上调整的输出极限值应用到低摩擦路面时，输出极限值变得不够，且齿排端停止逻辑(或输出极限逻辑)未适当地操作，因此，产生端部冲击噪声和不均一性感觉。

1999年12月10号注册的题为“A motor driven power steering system(电机驱动的动力转向系统)”的韩国专利登记第10-0247334号公开了本发明的相关技术。

发明内容

根据本公开的一个方面，本公开被提出用于解决上述问题，并且提供当驾驶员向方向盘的一侧(左侧或右侧)端转向且然后在所有转向相关的系统(例如，机器、轮胎等)向该端扭转的状态下向相同方向的端部重新转向时控制电机驱动的动力转向系统的方法，其可以减少在重新转向时产生的额外量冲击，从而保护机械系统并减少冲击噪声。

根据本公开的另一方面，本公开被提出用于提供控制电机驱动的动力转向系统的方法，其可以确定低摩擦路面和高摩擦路面，并且根据路面改变齿排端停止逻辑的输出极限值，从而改善端部转向感觉。

根据本公开的一个方面的控制电机驱动的动力转向系统的方法包括：通过控制单元确定端部保持驱动；通过控制单元根据端部保持驱动的确定结果而打开/关闭阻尼升高增益应用模式；通过控制单元将根据阻尼升高增益应用模式的打开/关闭的输出值乘以来自阻尼输出值检测单元的输出值，并且输出乘积的值作为阻尼校正值；以及通过控制单元反映(reflect，反射)阻尼校正值，从而以齿排端停止控制周期(rack-end-stop controlperiod，齿排端停止控制时段)来控制电机的输出扭矩。

在本公开的实施例中，端部保持驱动是驾驶员在任一方向上以整圈操作方向盘的驾驶操作。

在本公开的实施例中，控制单元在车辆速度、齿杆位置以及在学习单元中学习并输出的齿杆位置中的至少一条信息的基础上确定端部保持驱动，且学习单元学习齿杆的最大位置。

在本公开的实施例中，当在端部保持转向后驱动时，控制单元打开阻尼升高增益应用模式，且然后输出考虑到转向角、齿杆的初始位置以及转向速度中的至少一个而计算出的阻尼升高增益值。

在本公开的实施例中，当没有进行端部保持转向驱动时，控制器关闭阻尼升高增益应用模式，且然后输出“，控作为阻尼升高增益值，从而实际上使阻尼升高增益值不能被应用。

根据本公开的另一方面的控制电机驱动的动力转向系统的方法包括：通过控制单元确定路面的摩擦状态；以及作为确定的结果，如果路面处于高摩擦模式，关闭输出极限，如果路面处于中等摩擦模式，应用根据预定的齿排端停止函数输出的现有的输出极限值，且如果路面处于低摩擦模式，通过控制单元应用额外的输出极限值，从而以齿排端停止控制周期来控制电机的输出扭矩。

在本公开的实施例中，控制单元在齿杆位置、齿杆速度、从学习单元学习并输出的齿杆位置和输出控制值中的至少一条信息的基础上检测当前路面的摩擦，且学习单元学习齿杆的最大位置，来自输出控制值检测单元的根据现有方法将齿排端停止函数应用到所述输出控制值。

在本公开的实施例中，在通过学习单元学习端部齿杆位置后，控制单元根据取决于

(端角β)点处的齿条速度和齿条推力的阈值确定高、中等、低摩擦模式，并根据

(端角γ)点处的齿条推力重新确定高、中等、低摩擦模式，并且根据两个点

和

是否满足高、中等和低摩擦模式预先确定的电流条件和倾斜图案来确定路面的最终摩擦模式。

在本公开的实施例中，关闭输出极限包括通过控制单元关闭输出极限或提高极限值，从而不施加电流，因为路面已经处于受高摩擦充分限制的状态。

在本公开的实施例中，应用额外的输出极限值包括通过控制单元应用额外的输出极限值，以当摩擦为中等时施加较少的电流，因为路面的摩擦小于中等摩擦。

附图说明

鉴于附图和详细描述，发明构思的各种实施例将变得更加显而易见，在附图中：

图1是示出根据本公开的实施例的电机驱动动力转向系统的控制设备的示意性配置的示例性图；

图2是示出根据本公开的另一实施例的电机驱动动力转向系统的控制设备的示意性配置的示例性图；且

图3是示出以图2中的在端角处确定的摩擦模式的图表。

具体实施方式

以下将参考附图详细描述根据本公开的控制电机驱动动力转向系统的方法的实施例。

应当注意的是，附图未按精确比例示出，并且仅为了描述方便和清晰而夸大线条粗细和部件的尺寸。此外，如本文所用的术语通过考虑本发明的功能而限定，并且可以根据使用者或操作者的习惯或意图而改变。因此，术语的定义应当根据本文所陈述的全部公开内容而作出。

图1是示出根据本公开的实施例的电机驱动动力转向系统的控制设备的示意性配置的示例性图。

如图1所示，根据本公开的实施例的电机驱动的动力转向系统的控制设备可包括转向角传感器10、车辆速度传感器20、扭矩传感器30、控制器40，和电机50。

在该实施例中，使用电机的驱动扭矩促进辅助转向力的电机驱动动力转向系统(以下称为“力转向系统)可用作电机驱动的动力转向系统。实施例的MDPS可应用到电机50与转向轴(未示出)结合的柱驱动模式MDPS(C-MDPS)、电机50与手柄轴(未示出)的小齿轮结合的小齿轮驱动模式MDPS(P-MDPS)，和电机50与齿条齿轮(未示出)结合的齿条驱动模式MDPS(R-MDPS)。

作为参考，齿条驱动模式MDPS(R-MDPS)将被描述为该实施例中的示例。

通常，齿条驱动模式是接收电机50的驱动扭矩并且实施齿杆(未示出)的轴方向移动的驱动模式。电机50的旋转力转换为齿杆的轴方向的直线移动力。为此，可使用皮带、皮带轮、滚珠螺母、轴承、滚珠螺杆型齿杆等。换句话说，在通过减速器内部的轴承旋转支撑的状态下滚珠螺母与齿杆结合，且主动皮带轮固定到电机50的驱动轴且从动皮带轮固定到与齿杆结合的滚珠螺母，从而转移旋转力。电机50侧的主动皮带轮和滚珠螺母侧的从动皮带轮通过皮带彼此连接，且电机50的旋转力通过皮带轮和皮带传输到齿杆。此时，电机50的旋转力通过滚珠螺母和齿杆的滚珠螺杆结构转换为齿杆的直线移动力。

扭矩传感器30检测方向盘(未示出)的转向扭矩并向控制器40输入所检测的转向扭矩。

扭矩角传感器10检测方向盘的转向角并向控制器40输入所检测的转向角。

车辆速度传感器20感测车辆的速度并向控制器40输入所感测的车辆速度。

控制器40根据电机驱动动力转向系统的预定的输出控制值输出逻辑使用分别从扭矩传感器30、转向角传感器10和车辆速度传感器20中的每个输入的转向扭矩、转向角、车辆速度，基于转向角检测的转向角速度或通过电机旋转速度检测的缺少移动速度检测而输出控制值，在齿杆的当前位置的基础上确定齿排端停止控制周期，并且在所检测的齿排端停止控制周期的基础上控制电机50的输出扭矩。

控制器40可包括输出控制值检测单元45、学习单元41、初始输出极限值检测单元42、阻尼输出值检测单元43、最终输出极限值检测单元44，和输出扭矩控制单元46。

通常，当驾驶员完全转动方向盘时，齿排端停止函数(function，功能)通过减小电机50的输出扭矩以限制施加到电机50的电流，使齿杆的止挡器和变速箱的IBJ窝(外壳)之间的冲击最小化。为此，齿排端停止控制周期是就在如上所述的齿杆的止挡器和变速箱的IBJ窝(外壳)之间的碰撞之前的齿杆的位置范围。

因此，当齿杆进入齿排端停止控制周期时，控制器40限制电机50的输出扭矩以最小化由于齿杆的止挡器和变速箱的IBJ窝(外壳)之间的碰撞而产生的冲击，从而减少由于冲击而产生的噪声并且防止部件的机械损伤。

齿排端停止控制周期可在齿杆的最大位置的基础上确定。

例如，如果齿杆的最大位置被确定为左右方向上的‘大位置至+77置，则齿排端停止控制周期相对于每个转向方向从‘-77至-70’和“70至+77每变化。在这种情况下，当齿杆的当前位置进入‘前位置至-70’或“‘0至+77置时，控制器40通过限制输出到电机50的输出扭矩使齿杆的止挡器和变速箱的IBJ窝(外壳)之间的冲击最小化。

同时，齿排端停止控制周期在如上所述的齿杆的最大位置的基础上而确定。由于诸如变速箱齿杆的长度、左右转向角分布等硬件差异，齿杆的最大位置可不同于目标值。

因此，当驾驶员整圈(full turn)转动方向盘时，控制器40在齿杆的当前位置的基础上新检测齿杆的最大位置、在所检测的齿杆的最大位置的基础上学习齿排端停止控制周期，且当齿杆的当前位置再次进入齿排端停止控制周期时在新学习的齿排端停止控制周期的基础上控制电机50的输出扭矩。

为此，学习单元41检测齿杆的当前位置并将齿杆的当前位置与齿杆的预定的最大位置比较，以根据比较结果更新齿杆的最大位置。

此处，齿杆的最大位置可为在如上所述的制造时预先确定的初始值，但也可包括之前在驾驶员的转向过程中检测的齿杆的最大位置。

同时，作为比较齿杆的当前位置和齿杆的预定的最大位置的结果，如果齿杆的当前位置超过齿杆的最大位置，则学习单元41使齿杆的最大位置更新到齿杆的当前位置。

在这种情况下，学习单元41使用齿杆的更新的最大位置确定齿排端停止周期。此时，学习单元41以齿杆的当前位置和齿杆的最大位置之间的差异来改变齿排端停止控制周期。在这种情况下，学习单元41通过差值分别改变齿排端停止控制周期的进入位置和端部位置。

这种齿排端停止控制周期分别在左转向方向和右转向方向上确定，并且不论何时驾驶员使方向盘在左向或右向上转向，使得齿杆的当前位置超过齿杆的最大位置，学习单元41为左转向方向和右转向方向中的每个单独确定齿排端停止控制周期。

初始输出极限值检测单元42检测如上所述的齿杆的当前位置和移动速度，并且使用齿杆的当前位置和移动速度检测初始输出极限值。此外，初始输出极限值检测单元42检测对应于车辆速度的预定车辆速度增益，且然后补偿初始输出极限值。此处，初始输出极限值可根据齿杆的当前位置和移动速度被配置为二维查找表。

阻尼输出值检测单元43使用转向速度、电机50的旋转速度或齿杆的移动速度中的至少一个检测阻尼输出值。在这种情况下，阻尼输出值相对于转向速度、电机50的旋转速度或齿杆的移动速度来预确定。此处，阻尼输出值用于通过校正初始输出极限值来检测最终输出极限值。

最终输出极限值检测单元44从初始输出极限值检测单元42和阻尼输出值检测单元43接收初始输出极限值和阻尼输出值，并且使用初始输出极限值和阻尼输出值来检测最终输出极限值。

在这种情况下，最终输出极限值检测单元44从初始输出极限值中减去阻尼输出值，从而检测最终输出极限值。在这种情况下，如果阻尼输出值相对大于初始输出极限值，最终输出极限值可为负(-)值。

此处，如果最终输出极限值为正(+)值，电机驱动的动力转向系统的输出受限，且如果最终输出极限值为负(-)值，输出与电机驱动的动力转向系统的输出方向相反。

输出控制值检测单元45根据电机驱动动力转向系统的预定输出控制值输出逻辑使用从扭矩传感器30、转向角传感器10和车辆速度传感器20输入的转向扭矩、转向速度、车辆速度，以及使用转向角检测的转向角速度，来检测输出控制值。

此处，输出控制值检测单元45根据电机驱动的动力转向系统的现有的输出控制值输出逻辑来检测输出控制值，并且根据现有方法检测利用应用齿排端停止函数的输出控制值。此时，电机驱动动力转向系统的输出控制值输出逻辑通常用在电机驱动动力转向系统的电机控制值，且此处将省略其详细描述。

输出扭矩控制单元46分别从最终输出极限值检测单元44和输出控制值检测单元45接收最终输出极限值和输出控制值，比较最终输出极限值和输出控制值，并且根据比较结果在最终输出极限值和输出控制值的基础上控制电机50。

换句话说，输出扭矩控制单元46比较最终输出极限值和输出控制值。输出扭矩控制单元46根据来自最终输出极限值和输出控制值的相对小的值来控制电机50的输出扭矩，且例如如果最终输出极限值小于输出控制值，根据最终输出极限值来控制电机50的输出扭矩。

此处，通过最终输出极限值等限制电机50的输出扭矩，可以用限制电机50的输出电流来替换。

此外，可采用通过转向角传感器10检测的转向角或通过电机旋转角检测的转向角，而不是通过齿杆的位置，且可采用通过转向角获得的转向角速度和通过电机旋转速度获得的转向角速度，而不是通过齿杆的移动速度。

如上所述，根据本公开的实施例的电机驱动动力转向系统的控制设备在齿杆的端部位置的基础上改变齿排端停止控制周期，在改变的齿排端停止控制周期的基础上检测电机驱动动力转向系统的输出极限值，并改善由于齿杆长度大规模生产的分散而产生的性能差异。

此外，根据本公开的实施例的电机驱动动力转向系统的控制设备减少当向转向角的端部转向时产生的冲击，从而减少由齿杆的止挡器和变速箱的IBJ窝(外壳)之间的碰撞引起的冲击，减少由冲击引起的噪声，并且防止部件的机械损伤。

然而，这种现有的齿排端停止逻辑具有以下问题。存在这样的问题：当方向盘向转向角的一侧端(即，左侧端或右侧端)转向并且行进(即，转向系统向完全端部扭转)，且然后方向盘在释放后向另一侧端(即，右端或左端)转动时，由于弹性特征(即，返回到转向角的中心的特征)产生转向噪声。此外，当在正常的路况的基础上将调整的输出极限值应用到高摩擦路面时，因为端部的输出受限，存在出现由于缺少输出而产生的不均一性感觉的问题。正相反，当调整到正常的路面状况的输出极限值应用到低摩擦路面时，没有适当操作齿排端停止逻辑(或输出极限逻辑)，这引起噪声和不均一性感觉。

因此，将参考图2描述解决这种问题的实施例。

图2是示出根据本公开的另一实施例的电机驱动动力转向系统的控制设备的示意性配置的示例图。

如图2所示，根据实施例的电机驱动动力转向系统的控制设备不同之处在于图1所示的控制器40的配置，因此将仅说明控制器40的部件。

控制器40还包括端部保持驱动确定单元61、阻尼升高增益输出单元62、阻尼校正值输出单元63，以及路面摩擦确定单元64。

端部保持驱动确定单元61确定驾驶员是否以整圈操作方向盘。

端部保持驱动确定单元61在车辆速度、齿杆位置以及从学习单元41学习并输出的齿杆位置中的至少一个的基础上确定驾驶员是否以整圈操作方向盘。

在整圈转向后驱动时，阻尼升高增益输出单元62根据端部保持驱动确定单元61的确定结果打开阻尼升高增益应用模式。当打开阻尼升高增益应用模式时，阻尼升高增益输出单元62输出根据车辆速度而计算出的阻尼升高增益值。

同时，如果没有进行整圈转向操作，阻尼升高增益单元62关闭阻尼升高增益应用模式。当关闭阻尼升高增益应用模式时，阻尼升高增益输出单元62输出“1”作为阻尼升高增益值。

阻尼校正值输出单元63将从阻尼输出值检测单元43输出的值乘以从阻尼升高增益输出单元62输出的值，并且输出计算出的阻尼校正值。

当从阻尼升高增益输出单元62输出的值为“1”时，阻尼校正值输出单元63实际上向最终输出极限值检测单元44输出从阻尼输出值检测单元43输出的值，且当从阻尼升高增益输出单元62输出的值不为“1”时，阻尼校正值输出单元63向最终输出极限值检测单元44输出通过将该值乘以从阻尼升高增益输出单元62输出的值而获得的值。

因此，当驾驶员在进行整圈操作之后驾驶时，最终输出极限值检测单元44可以根据阻尼升高增益的应用而进一步减少现有的最大输出极限值(Max)。

例如，如同形成于峭壁上的道路，如果假设车辆在S形形状的形成有右-左转动周期的道路上行驶，驾驶员以整圈操作在一个方向上操作方向盘，且然后以一个方向上的整圈操作方向盘，在后者方向上，方向盘由于再次转向而扭转。此时，照惯例，根据方向盘的弹性特征(即，返回到扭转状态的特征)额外地产生转向噪声、冲击和不均一性感觉。然而，在该实施例中，应用阻尼升高增益值的阻尼校正值输出至最终输出极限值检测单元44，使得可以进一步减少现有的最大输出极限值(Max)，从而减少转向噪声、冲击和不均一性感觉。

路面摩擦确定单元64确定道路的摩擦状态。

换句话说，路面摩擦确定单元64在齿杆位置(即，齿条位置)、齿杆速度(即，齿条速度)、从学习单元41学习并输出的齿杆位置，以及输出控制值中的至少一个的基础上确定车辆行驶的道路的摩擦，其中根据现有方法输出、并应用齿排端停止函数至所述输出控制值。

例如，如果通过学习单元41学习端部齿条位置(齿杆位置)后，路面摩擦确定单元64根据取决于

(端角β)点(即，与端部距β的前一点)处的齿条速度和齿条推力的阈值来确定高、中等和低摩擦模式，并且根据

(端角γ)点(即，与端部距γ的前一点)处的齿条推力重新确定高、中等和低摩擦模式(参考图3的图表)。

图3是示出在图2中的端角处确定的摩擦模式的图表。

在图3的图表中，x轴表示齿杆位置，且y轴表示电流值。

参考图3，当在

(端角β)点处的模式变化后改变路面负载时，路面摩擦确定单元64应用在端点处的第二额外的确定参考。

由于在正常路面上行驶时端部处细小转向的情况下仅需要小的扭矩，可存在这样的问题：当确定高或低摩擦路面时其可以被错误地确定。为了防止这种问题，在实施例中，如果在正常的转向条件(即，具体速度、具体转向角)中通过第一点确定之后，扭矩的上升图案被保持直至第二点，其可以确定为高或低摩擦路面。

实际上，随着在正常转向时向端部转向，扭矩增加。在图案小于等于或大于等于某一水平的这种条件下测量电流量。如果两个点(即，第一点和第二点)均满足预定的电流条件(例如，满足图3所示的倾斜上升条件)和图案，则路面摩擦确定单元64确定对应的摩擦路面(例如，高摩擦路面、中等摩擦路面、低摩擦路面)。

路面摩擦确定单元64在高摩擦模式中关闭输出极限(即，关闭以使得不施加电流，因为高摩擦已经强加了足够的限制)，在中等摩擦模式中应用现有的输出极限值，并且在低摩擦模式中应用另外的输出极限值(即，施加比中等摩擦情况下更少的电流)。

因此，现有的齿排端停止逻辑仅可以通过电机控制来减少当驾驶员向端部转向时产生的冲击量所产生的噪声，且在该端上进行后在相反侧转向情况下，或在正常状况(即，中等摩擦)以外的路况(即，低摩擦、高摩擦)上，不能实现期望的性能。

然而，在该实施例中，当驾驶员在根据车辆速度和端部学习预先确定的端部位置处以整圈状态驾驶时，鉴于轮胎的抗扭弹性，阻尼量进一步增加，从而改善噪声和不均一性感觉。

此外，确定路面状态是否对应于异常路面(即，低摩擦和高摩擦路面)且输出极限值根据确定而改变，因此，驾驶员可以在任何条件下保持最佳的转向感觉。

为了说明性目的，上面已经公开了发明构思的实施例。本领域普通技术人员应当理解，在不偏离如所附权利要求书中所公开的发明构思的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和替换。

Claims (5)

1.一种控制电机驱动动力转向系统的方法，所述方法包括：

通过控制单元确定路面的摩擦状态；以及

作为确定的结果，

如果所述路面处于高摩擦模式，关闭输出极限，如果所述路面处于中等摩擦模式，应用根据预定的齿排端停止函数输出的现有的输出极限值，且如果所述路面处于低摩擦模式，通过所述控制单元应用另外的输出极限值，从而以齿排端停止控制周期来控制电机的输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述控制单元在齿杆的位置、齿杆的速度、从学习单元学习并输出的齿杆的位置，和输出控制值中的至少一种信息的基础上检测当前路面的摩擦，该输出控制值来自输出控制值检测单元、根据现有方法被应用所述齿排端停止函数，且

其中，所述学习单元学习所述齿杆的最大位置。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中，在通过学习单元学习端部齿杆位置后，所述控制单元根据取决于在

点处的齿条速度和齿条推力的阈值确定高、中等、低摩擦模式，并根据在

点处的齿条推力重新确定所述高、中等、低摩擦模式，并且

根据这两个点

和

是否满足根据所述高、中等和低摩擦模式预先确定的电流条件和倾斜图案来确定所述路面的最终摩擦模式。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，关闭所述输出极限包括通过所述控制单元关闭所述输出极限或提高所述极限值，从而不施加电流，因为所述路面已经处于受高摩擦充分限制的状态。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，应用所述另外的输出极限值包括通过所述控制单元应用所述另外的输出极限值，从而施加的电流比当摩擦为中等时所施加的电流少，因为所述路面的摩擦小于所述中等摩擦模式的摩擦。

Images