CN107963118A - 马达驱动动力转向系统的控制方法 - Google Patents

马达驱动动力转向系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种马达驱动动力转向系统(MDPS)的控制方法。方法包括多种操作，包括：根据来自扭矩传感器的扭矩传感器信号输入的存在确定扭矩传感器的故障的扭矩传感器故障确定操作；当确定扭矩传感器存在故障时从转向角传感器和马达角传感器接收控制信号并且计算包括基本协助生成模块、协助保持模块以及过冲防止模块的多个控制模块的控制模块计算操作；以及基于通过控制模块计算的马达扭矩驱动MDPS的马达的MDPS马达驱动操作。

Description

马达驱动动力转向系统的控制方法
技术领域
本公开涉及一种马达驱动动力转向系统的控制方法。更特别地，涉及一种当扭矩传感器存在故障时通过使用转向角传感器信号和马达角传感器信号产生辅助协助并且通过凭借产生的辅助协助替代马达扭矩信号执行控制的马达驱动动力转向系统的控制方法。
背景技术
一般地，通过使用由液压泵形成的液压协助驾驶员的转向动力的液压动力转向系统(HPS)以及通过使用电动马达的驱动扭矩协助驾驶员的转向动力的马达驱动动力转向系统(MDPS)被认为是在汽车转向时用于降低驾驶员的转向动力的动力协助转向系统。
当MDPS根据驾驶员的方向盘的操作执行转向协助功能时，可以根据车辆的运行状态控制用于协助转向的电动马达的输出，以使MDPS提供比HPS的改进更多的转向性能和转向感应。
这种情况下，能够根据运行状态通过马达的输出产生的协助动力改变和控制转向的MDPS已经被广泛地应用于最近发行的车辆中。
本部分的公开是为提供本发明的背景。申请人指出本部分可能包含在本申请之前可获得的信息。然而，通过提供本部分，申请人不承认包含在本部分的任意信息构成现有技术。
发明内容
已经提出本公开致力于解决以上描述的问题，并且提供一种马达驱动动力转向系统的控制方法，马达驱动动力转向系统通过在扭矩传感器存在故障时使用转向角传感器信号和马达角传感器信号生成辅助协助并且通过辅助协助替代扭矩传感器的马达扭矩信号执行控制，从而防止由于扭矩传感器的故障导致的锁定方向盘的感觉。
马达驱动电力转向系统(MDPS)可以包括：转向角传感器，其根据方向盘的操作检测转向角(纵向输入角(column input angle))；扭矩传感器，其通过方向盘检测转向扭矩(方向盘扭矩和纵向扭矩)输入，车辆速度传感器，其检测车辆速度；诸如车轮速度传感器、rpm传感器和偏航率传感器的传感器；控制单元(MDPS ECU)以及转向马达(MDPS马达)。
在配置中，控制单元接收诸如转向角、转向角速度(从转向角信号的差分信号获得的角速度值)以及转向扭矩的转向输入信息以及来自传感器的车辆状态信息(车辆速度、车轮速度、发动机rpm、偏航率等)以控制驱动和转向马达的输出。
同时，当扭矩传感器存在故障时，MDPS中断控制单元的操作以便防止错误的控制，在这种情况下，驾驶员的方向盘被锁定，使得驾驶员可能在驾驶时暴露于危险情况。
因此，当在MDPS的扭矩传感器存在故障时通过使用转向角传感器信号和马达角传感器信号生成辅助协助并且通过生成的辅助协助替代扭矩信号时，可以给驾驶员提供紧急转向功能，从而解决上述的问题。
在一方面，本发明提供一种马达驱动电力转向系统(MDPS)的控制方法，其包括：根据来自扭矩传感器的扭矩传感器信号输入的存在确定扭矩传感器的故障的扭矩传感器故障确定操作；当确定扭矩传感器存在故障时接收来自转向角传感器和马达角传感器的控制信号并且计算包括基本协助生成模块、协助保持模块以及过冲防止模块(overshootpreventing module)的多个控制模块的控制模块计算操作；以及基于通过控制模块计算的马达扭矩驱动MDPS的马达的MDPS马达驱动操作。
在实施例中，控制模块计算操作可以包括通过多个控制模块模拟在扭矩传感器中执行的多个控制逻辑。
在实施例中，可以通过将由协助保持模块计算的协助保持输出值和由过冲防止模块计算的过冲防止输出值加到由基本协助生成模块计算的马达输出值/从由基本协助生成模块计算的马达输出值减去由协助保持模块计算的协助保持输出值和由过冲防止模块计算的过冲防止输出值来计算马达扭矩。
在实施例中，基本协助生成模块可以接收来自转向角传感器的转向角传感器信号和来自马达角传感器的马达角速速度传感器信号，并且计算所述马达输出值。
在实施例中，马达输出值可以通过用扭力杆的预定的硬度值乘以转向角速度输出值与通过将减速比乘以马达角速度获得的值之间的差的积分值来计算，并且可以通过映射(reflect)预定第一调谐值被最终计算。
在实施例中，协助保持模块可以接收来自转向角传感器的转向角信号、横向加速度信号以及偏航率信号中的任意一个，并且计算协助保持输出值，并且可以通过用预定第二调谐值乘以转向角输出值计算协助保持输出值。
在实施例中，过冲防止模块可以从转向角传感器接收转向角速度信号，并且计算过冲防止输出值，并且可以通过用预定第三调谐值乘以转向角速度输出值计算过冲防止输出值。
根据本发明的实施例，当扭矩传感器存在故障时，通过使用转向角传感器信号和马达角传感器信号生成辅助协助，并且通过用辅助协助替代扭矩传感器的马达扭矩信号来执行控制，从而防止由于扭矩传感器的故障导致的锁定方向盘的感觉。
根据本发明的实施例，可以利用计算和存在的MDPS的控制器的传感器信号，以便可以在没有各自增加成本的情况下处理扭矩传感器的故障，从而消除驾驶员的抱怨。
应理解的是如本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他相似的术语包括诸如包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车、包括各种小船和大船的船舶和飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其他可选燃料车辆(例如由除了石油外的资源得到的燃料)。如本文提到的，混合动力车辆是具有两种或多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动力车辆。
附图说明
现在将参照在下文中仅以说明并且从而不限制本发明的方式给出的附图中示出的本发明的实施例详细地描述本发明的以上和其他的特征，并且其中：
图1是按顺序示出根据本发明的实施例的马达驱动动力转向系统的控制方法的流程图；
图2是示出根据本发明的实施例的马达驱动动力转向系统的控制方法的控制流程的简图；以及
图3是示出通过根据本发明的实施例的马达驱动动力转向系统的控制方法紧急转向的结果的曲线图。
应理解的是所附附图不一定按比例绘制，而是示出本发明的各种特征的一些简化表示。如本文公开的本发明的包括例如特定尺寸、方向、位置以及形状的特定设计特征将由特定意向的申请和使用环境部分确定。
在图中，附图的全部图中的参考符号表示本发明的相同的或者等同的部件。
具体实施方式
下文将详细地参照本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并且在下文中描述。尽管将结合实施例描述本发明，但是将理解的是本描述不旨在将本发明限制为实施例。相反地，本发明旨在不仅涵盖下文描述的实施例，而且涵盖各种可以被包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替代实施例、变型实施例、等价实施例和其他实施例。
本发明的一方面提供一种马达驱动动力转向(MDPS)系统的计算机化控制器。计算机化控制器响应于驾驶员经由车辆的方向盘的输入对MDPS的马达生成控制信号或命令。在实施例中，控制器使用来自用于测量方向盘210的转向扭矩的扭矩传感器、用于测量方向盘220的角的转向角传感器以及用于测量MDPS的马达的转子的角位置的马达角传感器230中的至少一个的信号生成控制信号或命令。
在实施例中，计算机化控制器根据来自扭矩传感器的信号的可用性使用不同的控制机制。在实施例中，当来自扭矩传感器(扭矩传感器信号)的信号210是可用的或者没有关于扭矩传感器(图2中的240)的异常被识别，则控制器使用扭矩传感器信号210和转向角传感器信号220而不使用表示马达的转子的角位置的马达角传感器信号生成用于MDPS的马达的控制命令250。
在实施例中，当扭矩传感器信号是不可用的或者关于扭矩传感器或者它的信号(图2中的260)的异常被检测，则除了转向角传感器信号220之外，控制器还使用马达角传感器信号230而不使用来自扭矩传感器210的信号对MDPS的马达生成控制命令270。
下文中，根据本发明的实施例的实施例将参照附图被详细描述。
参考下面与附图一起详细描述的实施例，本发明的优点和特征以及实现优点和特征的方法将是清楚的。然而，本发明不限于下文公开的实施例，而是可以实施各种彼此不同的形式。
图1是按顺序示出根据本发明的实施例的马达驱动动力转向系统的控制方法的流程图，图2是示出根据本发明的实施例的马达驱动动力转向系统的控制方法的控制流程的简图，图3是示出通过根据本发明的实施例的马达驱动动力转向系统的控制方法紧急转向的结果的曲线图。
如图1示出，以下将按顺序描述当MDPS的扭矩传感器存在故障时的马达驱动动力转向系统(MDPS)的控制方法。
第一，根据来自扭矩传感器的扭矩传感器信号输入的存在确定扭矩传感器是否存在故障(S100)。
即，MDPS是基于扭矩传感器信号确定驾驶员的转向意图并且根据确定的驾驶员的转向意图协助转向的控制系统，并且当没有正确地传输扭矩传感器信号从而确定扭矩传感器存在故障时，MDPS的控制被打断以防止MDPS被错误的控制，其可以在驾驶时对驾驶员产生锁定方向盘的感觉。
因此，为了解决上述的问题，当确定扭矩传感器存在故障(S100)时，执行能够模拟通过扭矩传感器执行的控制逻辑的紧急转向控制，从而高效地保证安全并且消除驾驶员的抱怨。
为此，如上文描述的，当确定扭矩传感器存在故障(S100)时，MDPS从预安装的转向角传感器和马达角传感器接收控制信号，并且计算包括基本协助生成模块、协助保持模块以及过冲防止模块的多个控制模块(S200)。
这是为了模拟通过多个控制模块的计算通过如图2所示的扭矩传感器信号和转向角传感器信号执行协助控制、阻尼控制、恢复控制等控制逻辑的目的，并且当扭矩传感器存在故障时，通过使用转向角传感器和马达角传感器执行预定的鲁棒逻辑(robust logic)。
因此，在实施例中，基于通过多个控制模块计算的马达扭矩驱动MDPS的马达(S300)，使得紧急转向控制可以被执行，并且因此，当扭矩传感器存在故障时，可以防止锁定方向盘的感觉。
这里，如图2所示，可以通过将由协助保持模块计算的协助保持输出值264和由过冲防止模块计算的过冲防止输出值266加到由基本协助生成模块计算的马达输出值262/基本协助生成模块计算的马达输出值262减去由协助保持模块计算的协助保持输出值264和由过冲防止模块计算的过冲防止输出值266来计算用于驱动MDPS的马达的马达扭矩270。
在这种情况下，计算马达扭矩的多个控制模块中的基础协助生成模块从转向角传感器接收转向角传感器信号并且从马达角传感器接收马达角速度传感器信号，并且计算马达输出值。
也就是说，通过用扭力杆的预定的硬度值乘以转向角速度输出值与通过将减速比乘以马达角速度获得的值之间的差的积分值来计算马达输出值，并且更具体地，马达输出值262通过以下式1计算。
<式1>
Kmodel·∫(θ'sas-N·θ'motor)dt
这里，式1通过使用扭矩角和马达旋转角之间的速度差来为基本协助计算马达输出值，并且Kmodel表示扭力杆的预定的硬度值，θ'sas表示转向角速度，以及θ'motor表示马达角速度，其用于模拟大体上通过扭矩传感器输出的驾驶员的扭矩的目的。
也就是说，大体上通过扭矩传感器输出的驾驶员的扭矩T由式2计算，
<式2>
T＝K*(θ1-θ2)
这里，K表示扭力杆的预定的硬度值，θ1表示扭力杆的上端的角，θ2表示扭力杆的下端的角，因此，θ1-θ2表示扭力杆的变形量，并且当扭矩传感器存在故障时，不可能计算上述的驾驶员扭矩。因此，在实施例中，可以通过式1模拟在扭矩传感器存在故障时通过使用转向角速度和马达转角速度的式2通过使用转向角传感器信号和马达角传感器信号为基本协助计算马达输出值。
在式1中，N表示针对减速比的值，并且更特别地，N是用于模拟安装在MDPS中的增加动力同时降低马达每分钟的旋转数的减速器(reducer)的目的。
由式1计算的驾驶员的扭矩的值需要映射用于计算最终马达输出值的第一调谐值，并且第一调谐值是用于控制针对每一车辆速度的输出值的权重因子。
同时，计算马达扭矩的多个控制模块中的协助保持模块从转向角传感器接收转向角信号、横向加速度信号以及偏航率信号中的任意一个，并且可以用预定第二调谐值乘以转向角输出值计算协助保持输出值264。
当车辆行驶曲线时根据车辆速度基于转向角、横向加速度或者偏航率生成协助保持动力，并且全部的三种信号生成用于预测当车辆行驶曲线时的行为的相似的输出值，并且因此如果使用三种信号中任何一个，则可以计算相同的输出值。
因此，当车辆行驶曲线时可以通过将第二调谐值即针对每一车辆速度的权重因子应用到转向角信号、横向角速度信号或者偏航率信号来执行保持协助控制。
同时，计算马达扭矩的多个控制模块中的过冲防止模块从转向角传感器接收转向角速度信号并且计算过冲防止输出值，并且可以通过用预定第三调谐值乘以转向角速度输出值计算过冲防止输出值266。
也就是说，过冲防止输出值可以在快速转向期间通过用预定第三调谐值乘以转向转角速度来生成过冲防止动力，即，可以用于通过基于转向角速度确定快速转向状态来防止过冲。
因此，过冲防止模块能够基于与预定第三调谐值对应的车辆速度和转向角速度使控制能够执行。
因此，在实施例中，可以通过使用与转向角、转向角速度、马达角速度、车辆速度、横向加速度以及偏航率对应的六种信号的总和配置包括基本协助生成模块、基本保持模块以及过冲防止模块的控制模块，并且当扭矩传感器存在故障时，基于通过控制模块计算的马达扭矩通过驱动MDPS的马达执行紧急转向，因此防止根据扭矩传感器的故障锁定方向盘的感觉。
在实施例中，通过使用通常用于控制MDPS的六种信号(转向角、转向角速度、马达角速度、车辆速度、横向加速度以及偏航率)生成用于紧急转向的马达扭矩，使得当扭矩传感器存在故障时即使没有各自的花费也可以如图3所示生成与正常状态下的转向动力相似的转向动力。
根据本发明的实施例，当扭矩传感器存在故障时，通过使用转向角传感器信号和马达角传感器信号生成辅助协助，并且通过用辅助协助替代扭矩传感器的马达扭矩信号执行控制，从而防止由于扭矩传感器的故障导致的锁定方向盘的感觉。
根据本发明的实施例，可以利用计算和存在的MDPS的控制器的传感器信号，并且因此可以在没有各自增加成本的情况下处理扭矩传感器的失败，从而消除驾驶员的抱怨。
通过参照其实施例已经详细地描述本发明的特征。然而，本领域技术人员了解可在这些实施例中进行变化。

Claims (7)

1.一种马达驱动动力转向系统即MDPS的控制方法，其包括：
根据来自所述扭矩传感器的扭矩传感器信号输入的存在确定所述扭矩传感器的故障的扭矩传感器故障确定操作；
当确定所述扭矩传感器存在故障时从转向角传感器和马达角传感器接收控制信号并且计算包括基本协助生成模块、协助保持模块以及过冲防止模块的控制模块的控制模块计算操作；以及
基于通过所述控制模块计算的马达扭矩驱动MDPS的马达的MDPS马达驱动操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制模块计算操作包括通过所述控制模块模拟在所述扭矩传感器中执行的多个控制逻辑。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过将由所述协助保持模块计算的协助保持输出值和由所述过冲防止模块计算的过冲防止输出值加到由所述基本协助生成模块计算的马达输出值/从由所述基本协助生成模块计算的马达输出值减去由所述协助保持模块计算的协助保持输出值和由所述过冲防止模块计算的过冲防止输出值来计算所述马达扭矩。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述基本协助生成模块从所述转向角传感器接收转向角传感器信号并从所述马达角传感器接收马达角速度传感器信号，并且计算所述马达输出值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中通过用扭力杆的预定的硬度值乘以转向角速度输出值与通过将减速比乘以马达角速度获得的值之间的差的积分值来计算所述马达输出值，并且通过映射预定第一调谐值被最终计算。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述协助保持模块从所述转向角传感器接收转向角信号、横向加速度信号以及偏航率信号中的任意一个，并且计算所述协助保持输出值，以及
通过用预定第二调谐值乘以转向角输出值计算所述协助保持输出值。
7.根据权利要求3所述的方法，其中所述过冲防止模块从所述转向转角传感器接收转向角速度信号，并且计算所述过冲防止输出值，以及
通过用预定第三调谐值乘以转向角速度输出值计算所述过冲防止输出值。
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