CN107215385B - 电动动力转向系统的转向扭矩补偿装置和方法 - Google Patents

电动动力转向系统的转向扭矩补偿装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于电动动力转向系统的扭矩补偿装置，可以包括：温度传感器，其被配置为当车辆起动时感测所述电动动力转向系统周围的初始温度；马达位置传感器，其被配置为感测所述电动动力转向系统的马达角度；计时器，其被配置为检测所启动的车辆的操作时间；以及控制器，其被配置为当初始温度对应于预设低温状态时，基于在转向期间累积的马达角度和在车辆启动之后通过计时器检测到的累积操作时间，计算反映增加的环境温度的补偿增益，并且输出所述补偿增益以补偿电动动力转向系统的马达输出扭矩。其能够消除由于在低温行驶的车辆中的润滑脂的粘度的增加或机械部件的收缩而导致摩擦增加时发生的陌生感或转向沉重感。

Description

电动动力转向系统的转向扭矩补偿装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年3月21日提交的申请号为10-2016-0033448的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于电动动力转向系统的转向扭矩补偿装置和方法，尤其涉及这样一种用于电动动力转向系统的转向扭矩补偿装置和方法，其能够消除由于在低温行驶的车辆中的润滑脂的粘度的增加或机械部件的收缩而导致摩擦增加时发生的陌生感或转向沉重感。
背景技术
通常，使用液压泵的液压的液压转向系统已经用作车辆的转向系统。然而，在二十世界九十年代之后，使用马达的电动动力转向系统已经越来越普遍。
在现有的液压转向系统中，用作提供转向辅助动力的动力源的液压泵由发动机驱动，并且其不管方向盘是否转动一直在消耗能量。然而，在电动动力转向系统中，当通过转向轮的转动产生转向扭矩时，马达提供与产生的转向扭矩成比例的转向辅助动力。因此，与液压转向系统相比，电动动力转向系统能够提高能量效率。
图1为示出了常规的电动动力转向系统的配置的图。
如图1所示，常规的电动动力转向系统包括从方向盘101连接到两个车轮108的转向系统100和用于向转向系统提供转向辅助动力的辅助动力机构120。
转向系统100包括转向轴102，该转向轴102的上端连接到方向盘101并且该转向轴102与方向盘101一起旋转。此外，转向轴102的下端通过一对万向接头103连接到小齿轮轴104。小齿轮轴104通过齿条-小齿轮机构105连接到齿杆109，齿杆109的任一端通过拉杆106和转向节臂107连接到车辆的对应的车轮108。
齿条-小齿轮机构105包括彼此啮合的小齿轮111和齿条齿轮112。小齿轮11形成在小齿轮轴104的下端，齿条齿轮112形成在齿杆109的外周面的一侧。齿条-小齿轮机构105将小齿轮轴104的旋转运动改变为齿杆109的线性运动。因此，当驾驶员操作方向盘101时，小齿轮轴104旋转，齿杆109根据小齿轮轴104的旋转而沿轴向线性移动，并且齿杆109的线性运动通过拉杆106和转向节臂107使得车轮108发生转向。
辅助动力机构120包括扭矩传感器121、ECU(电子控制单元)123、马达130和传动装置140。扭矩传感器121感测由驾驶员施加到方向盘101的转向扭矩，并输出与感测到的转向扭矩成比例的电信号，ECU 123基于从扭矩传感器121接收的电信号产生控制信号，马达130基于从ECU 123接收的控制信号产生转向辅助动力，并且传动装置140通过齿轮或皮带将由马达130产生的转向辅助动力传递到齿杆109。
因此，上述电动动力转向系统通过齿条-小齿轮机构105将方向盘101的转动产生的转向扭矩传递到齿杆109，并且根据产生的转向扭矩由马达130产生的转向辅助动力通过传动装置140传递到齿杆109。也就是说，将由转向系统100产生的转向扭矩和由马达130产生的转向辅助动力组合，从而使齿杆109沿轴向方向移动。
与图1的配置不同，电动动力转向系统可以被配置为将由马达130产生的转向辅助动力通过传动装置140传递到转向轴102或小齿轮轴104。
然而，在电动动力转向系统中，当驾驶员起动例如在冬季时节长时间在低温下停放的车辆，然后开始操作方向盘时，需要比正常状态(即室温)下更大的转向力。当构成传动装置的部件在低温下收缩或者诸如润滑脂的润滑油的粘度增加时，可能发生这种现象。
因此，电动动力转向系统需要补偿单元用以控制马达的电流，该马达产生动力以辅助取决于温度的转向力。当通过温度传感器实时测量的温度被应用于扭矩补偿解除条件时，取决于诸如转向到末端的驾驶状况或道路状况，可能发生大的电流变化。在这种情况下，可能产生不期望的转向力。也就是说，当仅基于温度信息补偿扭矩时，可能发生意外的转向感觉或陌生感。
本发明的相关技术公开在1999年12月10日公开的名称为“电动动力转向系统”的韩国专利No.10-0247334中。
发明内容
本发明的实施例涉及一种用于电动动力转向系统的转向扭矩补偿装置和方法，其能够消除由于在低温行驶的车辆中的润滑脂的粘度的增加或机械部件的收缩而导致摩擦增加时发生的陌生感或转向沉重感。
在一个实施例中，一种用于电动动力转向系统的扭矩补偿装置，可以包括：温度传感器，其被配置为当车辆起动时感测所述电动动力转向系统周围的初始温度；马达位置传感器，其被配置为感测所述电动动力转向系统的马达角度；计时器，被配置为检测所启动的车辆的操作时间；以及控制器，被配置为当初始温度对应于预设的低温状态时，基于在转向期间积累的马达角度和在车辆启动之后通过计时器检测到的累积操作时间，计算反映增加的环境温度的补偿增益，并且输出补偿增益以补偿电动动力转向系统的马达输出扭矩。
所述控制器可以以内部存储器中的查找表LUT1的形式存储所述电动动力转向系统从所述初始温度达到正常状态所需的时间，所述查找表LUT1通过对每个车辆类型的温度测试预先配置，并且所述控制器基于在所述查找表中的每个温度下达到所述正常状态所需的时间来计算补偿增益衰减因子。
补偿增益衰减因子可以基于在每个温度下达到正常状态所需的时间，随时间逐渐增加。
控制器可以累积通过马达位置传感器感测的马达角度，并且通过参考查找表LUT2来计算与所累积的马达角度相对应的补偿增益，所述查找表LUT2基于通过所述温度传感器感测的初始温度进行预设。
所述控制器可以通过使用补偿增益衰减因子进行的预设操作来校正所述补偿增益，所述补偿增益通过参照所述查找表LUT2，响应于所累积的马达角度而计算出，所述查找表LUT2基于通过所述温度传感器感测的初始温度而预设，所述补偿增益衰减因子是基于所述电动动力转向系统从初始温度达到正常状态所需的时间而计算出。
在另一个实施例中，一种用于电动动力转向系统的扭矩补偿方法，可以包括：当车辆起动时，通过控制器利用温度传感器感测所述电动动力转向系统周围的初始温度；通过马达位置传感器感测所述电动动力转向系统的马达角度；由计时器检测所启动车辆的操作时间；通过所述控制器累积所述马达角度和操作时间；和当所述初始温度对应于预设的低温状态时，基于所述马达角度和在转向期间累积的操作时间，通过所述控制器计算反映所增加的环境温度的补偿增益，以及输出所述补偿增益以补偿所述电动动力转向系统的马达输出扭矩。
为了计算所述补偿增益，所述控制器基于在每个温度下达到正常状态所需的时间计算补偿增益衰减因子，所述所需的时间以查找表LUT1的形式存储在内部存储器中，所述查找表LUT1通过针对每个车辆类型的温度测试预先配置，并且存储电动动力转向系统从所述初始温度到达所述正常状态所需的时间。
补偿增益衰减因子可以基于在每个温度下达到正常状态所需的时间，随时间逐渐增加。
为了计算补偿增益，所述控制器可以累积通过所述马达位置传感器感测的马达角度，并且通过参考查找表LUT2来计算与所累积的马达角度相对应的补偿增益，所述查找表LUT2基于通过所述温度传感器感测的初始温度进行预设。
为了计算补偿增益，所述控制器可以通过使用补偿增益衰减因子进行的预设操作来校正所述补偿增益，所述补偿增益通过参照所述查找表LUT2，响应于所累积的马达角度而计算出，所述查找表LUT2基于通过所述温度传感器感测的所述初始温度而预设，所述补偿增益衰减因子是基于所述电动动力转向系统从所述初始温度达到所述正常状态所需的时间而计算出。
附图说明
图1为示出了常规的电动动力转向系统的配置的图。
图2为示出了根据本发明的实施例的电动动力转向系统的扭矩补偿装置的配置示意图。
图3为用于描述根据本发明的实施例的电动动力转向系统的扭矩补偿方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述根据本发明的实施例的用于电动动力转向系统的转向扭矩补偿装置和方法。
应当注意，附图不是按精确的比例，并且仅为了描述方便和清楚起见，可以增大线的厚度或组件的尺寸。此外，本文使用的术语通过考虑本发明的功能来限定，并且可以根据用户或操作者的习惯或意图而改变。因此，术语的限定应根据本文阐述的整体公开内容来进行。
图2为示出了根据本发明的实施例的电动动力转向系统的扭矩补偿装置的配置示意图。
如图2所示，根据本实施例的用于电动动力转向系统的扭矩补偿装置可以包括温度传感器210、马达位置传感器220、计时器230和控制器240。控制器240可以包括温度和累积马达角度补偿增益计算器241、累积马达角度计算器242、到达正常状态时间计算器243、补偿增益衰减因子计算器244、补偿增益校正器245和补偿增益输出单元246。
当车辆起动时，温度传感器210可以感测电动动力转向系统的环境温度。也就是说，可以将在车辆起动之后感测的温度设置为初始温度。
达到正常状态时间计算器243可以计算从感测的初始温度达到预设正常状态所需的时间。所述正常状态可以指示预设电动动力转向系统的操作的正常状态。
达到正常状态所需的时间可以以查找表LUT1的形式存储在内部存储器(未示出)中，查找表LUT1通过预先对每种车辆类型执行温度测试来配置。
也就是说，查找表LUT1可以包括达到取决于初始温度的正常状态所需的时间，所述正常状态通过测试而获得，所述测试是在考虑到车辆起动后，由于从发动机等随操作时间传递的热量而使润滑脂粘度降低或机械部件的收缩恢复到正常状态的情况下而执行的。基于查找表LUT1，可以计算取决于操作时间的补偿增益衰减因子，并将所述补偿增益衰减因子乘以从初始温度计算出的补偿增益，以获得最终补偿增益。
计算出的在各温度下达到正常状态所需的时间可以被传送到补偿增益衰减因子计算器244。
补偿增益衰减因子计算器244可以基于从到达正常状态时间计算器243接收的在每个温度下达到正常状态所需的时间来计算补偿增益衰减因子。例如，当在每个温度下达到正常状态所需的时间被设置为五分钟时，补偿增益衰减因子计算器244处理要在五分钟内随时间逐渐增加的补偿增益衰减因子。
计时器230检查在车辆起动之后已经经过的时间。
计时器230可以将检查的时间信息输出到补偿增益衰减因子计算器244。此时，从补偿增益衰减因子计算器244输出的补偿增益衰减因子可以表示为百分比(％)值，但为了便于描述，被称为第二补偿增益。在这种情况下，从温度和累积马达角度补偿增益计算器241输出的补偿增益可以被称为第一补偿增益。
马达位置传感器220可以感测电动动力转向系统的马达(未示出)的运动。通过马达位置传感器220感测的马达的运动可以通过累积马达角度计算器242累积。
也就是说，当累积马达角度计算器242中累积的马达角度的数量增加时，可以指示方向盘已经被频繁操作，并且温度比当方向盘未被操作时更快地上升。
累积马达角度计算器242可以将累积的马达角度信息输出到温度和累积马达角度补偿增益计算器241。
温度和累积马达角度补偿增益计算器241可以基于通过温度传感器210感测的初始温度，通过参考预设的查找表LUT2来计算与累积马达角度相对应的补偿增益。
也就是说，查找表LUT2可以包括适合于每种情况的补偿增益，该补偿增益是车辆启动后通过测试来获得，所述测试基于初始温度和达到电动动力转向系统的正常状态所需的累积的转向角(即，累积马达角度)。
代替分别由到达正常状态时间计算器243以及温度和累积马达角度补偿增益计算器241使用的查找表LUT1和LUT2，可以通过预设等式计算在每个温度下达到正常状态所需的时间或计算补偿增益。
补偿增益校正器245可以对从温度和累积马达角度补偿增益计算器241输出的补偿增益(或第一补偿增益)和从补偿增益衰减因子计算器244输出的补偿增益衰减因子(或第二补偿增益)执行操作(例如，乘法或加法)，并输出由这两个值(例如，补偿增益和补偿增益衰减因子)校正的补偿增益。
补偿增益输出单元246可以将从补偿增益校正器245输出的补偿增益应用于输出逻辑(算法)，并且因此输出最终补偿增益，所述输出逻辑(算法)与应用于车辆的电动动力转向系统的马达相对应。最终补偿增益可以用于补偿马达(未示出)的输出扭矩。
如上所述，本实施例的扭矩补偿装置可以确定在车辆起动之后通过温度传感器210感测的电动动力转向系统周围的初始温度，计算在低温状态下检测的每个温度下的补偿增益(当温度等于或小于预设温度时)，并且补偿输出扭矩。在本实施例中，扭矩补偿装置可以通过考虑在转向期间累积的马达角度和车辆操作的累积时间(即，在车辆起动后通过计时器检测的累积时间)，应用增加的环境温度来计算补偿增益，并因此提高扭矩补偿的精度和稳定性，这与用于抵消扭矩补偿或基于实时测量的温度(例如，由于根据转向到末端或道路状况而改变的电流量而迅速变化的温度)计算补偿增益的现有配置不同。
图3为用于描述根据本发明的实施例的电动动力转向系统的扭矩补偿方法的流程图。
如图3所示，当在步骤S101检测到车辆的起动时，在步骤S102，控制器240通过温度传感器210检测电动动力转向系统周围的初始温度。
在步骤S105，控制器240从检测到的初始温度计算出在每个温度下达到预设正常状态所需的时间。所述正常状态可以指示预设电动动力转向系统的操作的正常状态。
达到正常状态所需的时间可以以查找表LUT1的形式存储在内部存储器(未示出)中，查找表LUT1通过预先对每种车辆类型执行温度测试来配置。
在步骤S106，控制器240可以基于在每个温度下达到正常状态所需的时间计算补偿增益衰减因子。
例如，当在每个温度下达到正常状态所需的时间被设置为5分钟时，控制器240可以处理要在5分钟内随时间逐渐增加的补偿增益衰减因子。
在步骤S103，控制器240可以通过马达位置传感器220检测马达的运动并计算累积的马达角度。
此时，当累积的马达角度的数量增加时，可以指示方向盘已经被频繁地操作，并且温度比当方向盘未被操作时更快地上升。
在步骤S104，控制器240可以基于通过温度传感器210感测的初始温度，通过参考预设查找表LUT2来计算与累积马达角度相对应的补偿增益。
此时，控制器240可以使用预设的单独的方程式代替查找表来计算在每个温度下达到正常状态所需的时间或计算补偿增益。
控制器240可以对计算出的补偿增益(或第一补偿增益)和补偿增益衰减因子(或第二补偿增益)执行操作(乘法或加法)并在步骤S107，基于这两个值(例如，补偿增益和补偿增益衰减因子)校正补偿增益。
在步骤S108，控制器240可以使用校正的补偿增益输出最终补偿增益以校正马达(未示出)的输出扭矩。
根据本实施例，用于电动动力转向系统的扭矩补偿装置和方法可以消除由于在低温下行驶的车辆中的润滑脂粘度的增加或机械部件的收缩而导致摩擦增加时发生的陌生感或转向沉重感。
虽然为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (8)

1.一种用于电动动力转向系统的扭矩补偿装置，包括：
温度传感器，其被配置为当车辆起动时感测所述电动动力转向系统周围的初始温度；
马达位置传感器，其被配置为感测所述电动动力转向系统的马达角度；
计时器，其被配置为检测所启动的车辆的操作时间；和
控制器，其被配置为当所述初始温度对应于预设低温状态时，基于在转向期间累积的所述马达角度在所述车辆启动之后通过所述计时器检测到的累积的操作时间，计算反映所增加的环境温度的补偿增益，并且输出所述补偿增益以补偿所述电动动力转向系统的马达输出扭矩，
其中，所述控制器以内部存储器中的查找表LUT1的形式存储所述电动动力转向系统从所述初始温度达到正常状态所需的时间，所述查找表LUT1通过对每个车辆类型的温度测试而预先配置，并且所述控制器基于在所述查找表LUT1中的每个温度下达到所述正常状态所需的时间来计算补偿增益衰减因子。
2.根据权利要求1所述的扭矩补偿装置，其中，基于在每个温度下达到所述正常状态所需的时间，所述补偿增益衰减因子随时间逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的扭矩补偿装置，其中，所述控制器累积通过所述马达位置传感器感测的所述马达角度，并且通过参考查找表LUT2来计算与所累积的马达角度相对应的补偿增益，所述查找表LUT2基于通过所述温度传感器感测的所述初始温度而预设。
4.根据权利要求1所述的扭矩补偿装置，其中，所述控制器通过使用补偿增益衰减因子的预设操作来校正所述补偿增益，所述补偿增益通过参照查找表LUT2，响应于所累积的马达角度而计算出，所述查找表LUT2基于通过所述温度传感器感测的所述初始温度而预设，所述补偿增益衰减因子是基于所述电动动力转向系统从所述初始温度达到正常状态所需的时间而计算出。
5.一种用于电动动力转向系统的扭矩补偿方法，包括：
当车辆起动时，通过控制器利用温度传感器感测所述电动动力转向系统周围的初始温度；
通过马达位置传感器感测所述电动动力转向系统的马达角度；
通过计时器检测所启动车辆的操作时间；
通过所述控制器累积所述马达角度和操作时间；和
当所述初始温度对应于预设的低温状态时，通过所述控制器基于所述马达角度和在转向期间累积的操作时间，计算反映增加的环境温度的补偿增益，以及输出所述补偿增益以补偿所述电动动力转向系统的马达输出扭矩，
其中，为了计算所述补偿增益，所述控制器基于在每个温度下达到正常状态所需的时间计算补偿增益衰减因子，所述所需的时间以查找表LUT1的形式存储在内部存储器中，所述查找表LUT1通过针对每个车辆类型的温度测试预先配置，并且存储所述电动动力转向系统从所述初始温度到达所述正常状态所需的时间。
6.根据权利要求5所述的扭矩补偿方法，其中，基于在每个温度下达到所述正常状态所需的时间，所述补偿增益衰减因子随时间逐渐增加。
7.根据权利要求5所述的扭矩补偿方法，其中，为了计算所述补偿增益，所述控制器累积通过所述马达位置传感器感测的所述马达角度，并且通过参考查找表LUT2来计算与所累积的马达角度相对应的补偿增益，所述查找表LUT2基于通过所述温度传感器感测的所述初始温度而预设。
8.根据权利要求5所述的扭矩补偿方法，其中，为了计算所述补偿增益，所述控制器通过使用补偿增益衰减因子进行的预设操作来校正所述补偿增益，所述补偿增益通过参照查找表LUT2，响应于所累积的马达角度而计算出，所述查找表LUT2基于通过所述温度传感器感测的所述初始温度而预设，所述补偿增益衰减因子是基于所述电动动力转向系统从所述初始温度达到正常状态所需的时间而计算出。
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