CN109305214A - 马达驱动的动力转向机构的减振设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了马达驱动的动力转向机构的减振设备和方法。该马达驱动的动力转向机构的减振设备可包括：固有振动频率检测单元，其被配置为通过根据转向条件可变地控制带宽来检测来自马达电流的固有振动频率；阻尼补偿单元，其被配置为根据车辆速度另外补偿从阻尼单元输出的阻尼值；和补偿输出单元，其被配置为根据从固有振动频率检测单元输出的固有振动频率来反向补偿马达驱动的动力转向机构的输出，并且将该补偿添加到阻尼补偿单元的输出。

Description

马达驱动的动力转向机构的减振设备和方法

相关申请的引用

本申请要求2017年7月28日提交的韩国申请第10-2017-0096238号的优先权，该申请以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及马达驱动的动力转向机构(MDPS，motor driven power steering，电机驱动助力转向机构)的减振设备和方法，并且更具体地，涉及能够检测马达电流的固有振动频率并且减少方向盘摆振等的MDPS的减振设备和方法。

背景技术

MDPS表示通过使用电马达在转向方向上提供辅助扭矩来辅助驾驶员操纵的系统。根据车辆的行驶条件，MDPS能够自动控制电马达的操作，从而改善转向性能和转向感。

在驾驶员在施加转向输入以使车辆转向之后通过确定车辆转到期望的程度而释放方向盘时，方向盘通过返回操作返回到中心。通过轮胎的自对准扭矩执行方向盘的返回操作。通常，在车辆以5km/h至30km/h的速度转弯时，可有效地应用返回操作。然而，施加到方向盘的自对准扭矩可能不足以使方向盘返回到中心，这是因为转向角由于转向系统的摩擦力而保持不变。

因此，不可避免地提供辅助返回操作的单独功能以使方向盘完全返回到中心。因此，MDPS应用基于转向角计算的返回扭矩，并且辅助方向盘的返回操作，从而改善返回性能。

相关技术公开于2010年10月27日公布的题为“MDPS的转向返回方法”的韩国公开专利第2010-0114995号中。

然而，在根据现有技术的MDPS中，可能由于车辆行驶时的车轮不平衡或盘轮的偏心或变形而导致方向盘的摆振。此外，由于机械部件的分离或变形，可发生固有振动。

发明内容

本发明的实施例涉及MDPS的减振设备和方法，其能够提取导致振动的固有振动频率，并且基于固有振动频率反向补偿MDPS的输出，从而减少MDPS的振动。

在一个实施例中，马达驱动的动力转向机构(MDPS)的减振设备可包括：固有振动频率检测单元，其被配置为通过根据转向条件可变地控制带宽来检测来自马达电流的固有振动频率；阻尼补偿单元，其被配置为根据车辆速度另外补偿从阻尼单元输出的阻尼值；和补偿输出单元，其被配置为根据从固有振动频率检测单元输出的固有振动频率反向补偿MDPS的输出，并且将该补偿添加到阻尼补偿单元的输出。

阻尼补偿单元可包括：增益调节单元，其被配置为检测根据车辆速度预设的车辆速度增益；和增益调整单元(gain tuning unit)，其被配置为通过将从增益调节单元输出的车辆速度增益另外反映到阻尼单元的输出中来调整阻尼增益，并且使用调整的阻尼增益来补偿阻尼单元的输出。

车辆速度增益可根据基于车辆特性的预设车辆速度来设定。

固有振动频率检测单元可包括：固有振动频率调整单元，其被配置为根据车辆速度检测固有振动频率；带宽调整单元，其被配置为根据柱速度改变带宽；相位控制单元，其被配置为补偿马达电流和MDPS输出之间的相位差；和滤波器单元，其被配置为根据固有振动频率调整单元的输出和带宽调整单元的输出来对相位控制单元的输出进行滤波。

由固有振动频率检测单元检测的固有振动频率可根据车辆的类型而被不同地设定。

相位控制单元可包括：相位偏移检测器，其被配置为检测马达电流和MDPS输出之间的相位偏移；和相位偏移补偿器，其被配置为根据相位偏移检测器检测到的相位偏移来补偿马达电流的相位。

相位偏移检测器可根据升压增益与柱扭矩的比率来调节马达电流的相位。

减振设备还可包括：去耦单元，其被配置为限制固有振动频率检测单元的输出。

去耦单元可包括第一去耦增益调节器，其被配置为在柱速度等于或大于预设柱速度值时限制固有振动频率检测单元的输出。

去耦单元可包括第二去耦增益调节器，其被配置为在基于柱扭矩的MDPS输出等于或大于预设输出值时限制固有振动频率检测单元的输出。

在另一个实施例中，MDPS的减振方法可包括：通过根据转向条件可变地控制带宽，由固有振动频率检测单元检测来自马达电流的固有振动频率；由阻尼补偿单元根据车辆速度另外补偿从阻尼单元输出的阻尼值；并且由补偿输出单元根据从固有振动频率检测单元输出的固有振动频率来反向补偿MDPS的输出，并且将该补偿添加到阻尼补偿单元的输出。

在补偿从阻尼单元输出的阻尼值时，增益调节单元可检测根据车辆速度预设的车辆速度增益，并且增益调整单元可通过另外将从增益调节单元输出的车辆速度增益反映到阻尼单元的输出来调整阻尼增益，并且使用调整的阻尼增益来补偿阻尼单元的输出。

车辆速度增益可根据基于车辆特性的预设车辆速度来设定。

在检测来自马达电流的固有振动频率时，固有振动频率调整单元可根据车辆速度来检测固有振动频率，带宽调整单元可根据柱速度改变带宽，相位控制单元可补偿马达电流和MDSP输出之间的相位差，并且滤波器单元可根据固有振动频率调整单元的输出和带宽调整单元的输出来对相位控制单元的输出进行滤波。

由固有振动频率检测单元检测的固有振动频率可根据车辆的类型而被不同地设定。

相位控制单元可检测马达电流和MDPS输出之间的相位偏移，并根据检测到的相位偏移来补偿马达电流的相位。

相位控制单元可根据升压增益与柱扭矩的比率来调节马达电流的相位。

减振方法还可包括由去耦单元限制固有振动频率检测单元的输出。

在限制固有振动频率检测单元的输出时，去耦单元可在柱速度等于或大于预设柱速度值时限制固有振动频率检测单元的输出。

在限制固有振动频率检测单元的输出时，去耦单元可在基于柱扭矩的MDPS输出等于或大于预设输出值时限制固有振动频率检测单元的输出。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的马达驱动的动力转向机构(MDPS)的减振设备的框图。

图2是示出根据本发明的实施例的阻尼补偿单元的框图。

图3是示出根据本发明的实施例的固有振动频率检测单元的框图。

图4是示出根据本发明的实施例的去耦单元的框图。

图5是示出根据本发明的实施例的MDPS的减振方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的实施例的马达驱动的动力转向机构(MDPS)的减振设备和方法。应注意，附图不按精确比例，并且为了描述方便和清楚起见，可放大线的粗细或部件的尺寸。此外，如本文所用的术语是通过考虑本发明的功能来定义的，并且可根据用户或操作者的习惯或意图来变化。因此，术语的定义应根据本文所述的总体公开内容进行。

图1是示出根据本发明的实施例的MDPS的减振设备的框图，图2是示出根据本发明的实施例的阻尼补偿单元的框图，图3是示出根据本发明的实施例的固有振动频率检测单元的框图，并且图4是示出根据本发明的实施例的去耦单元的框图。

参照图1，根据本发明的实施例的MDPS的减振设备可包括阻尼单元10、阻尼补偿单元20、固有振动频率检测单元30、去耦单元40和补偿输出单元50。

阻尼单元10可使用柱速度或马达速度和柱扭矩、根据车辆速度计算MDPS的阻尼力。在这种情况下，阻尼单元10可通过基于柱速度或马达速度和柱扭矩调节增益来计算适合于车辆操作中的每个条件的阻尼力。

MDPS可指使用马达来辅助转向力的系统。MDPS可包括：柱-MDPS(C-MDPS)，具有耦接到转向轴的马达(未示出)；小齿轮-MDPS(P-MDPS)，具有耦接到方向盘轴的小齿轮传动装置的马达(未示出)；和齿条-MDPS(R-MDPS)，具有耦接到齿条传动装置的马达(未示出)。

阻尼补偿单元20可另外根据车辆速度补偿阻尼单元10的阻尼值。

通常，由于车辆操作中的车轮不平衡或盘轮的偏心或变形而发生方向盘摆振。在特定车辆速度下，可发生相对大的摆振。

除了阻尼单元10的输出，即阻尼力之外，阻尼补偿单元20还可通过根据车辆速度调整阻尼增益来补偿阻尼力。

参照图2，阻尼补偿单元20可包括增益调节单元21和增益调整单元22。

增益调节单元21可检测根据车辆速度预设的车辆速度增益α。增益调节单元21的车辆速度增益可预先设定，并且具有取决于基于车辆特性的预设车辆速度的各种值。通常，由于车辆操作中轮子不平衡或盘轮的偏心或变形而发生的方向盘摆振以及由于机械部件的分离或变形而发生的固有振动可根据车辆的类型或尺寸和机械结构而不同地出现。此外，取决于车辆的特性，方向盘摆振和固有振动可在特定车辆速度下不同地出现。因此，考虑到车辆的特性或特定车辆速度，可根据基于车辆特性的预设车辆速度而将车辆速度增益设定为各种值。

增益调整单元22可通过将由增益调节单元21检测到的车辆速度增益α另外反映到从阻尼单元10输出的阻尼力的阻尼增益中来重新调整阻尼增益β，并且使用调整后的阻尼增益β来补偿阻尼力。

因此，考虑到可根据车辆速度发生的各种振动，阻尼补偿单元20可另外补偿现有的阻尼增益，从而改善减振效果。

固有振动频率检测单元30可根据转向条件可变地控制带宽，并且从马达电流(未示出)检测固有振动频率，该固有振动频率导致振动。

参照图3，固有振动频率检测单元30可包括固有振动频率调整单元31、带宽调整单元33、相位控制单元32和滤波器单元34。

固有振动频率调整单元31可根据车辆速度检测固有振动频率。

通常，每个车辆具有根据其车辆速度而变化的固有振动频率。因此，固有振动频率调整单元31可预先存储在对应车辆的每个车辆速度下的固有振动频率，检测与输入车辆速度对应的固有振动频率，并且有效地提取每个车辆速度下的固有振动频率。因为根据车辆的类型不同地设定固有振动频率，所以可根据每个车辆中的车辆速度精确地检测固有振动频率。

相位控制单元32可补偿马达电流和MDSP的输出之间的相位差，即辅助转矩。相位控制单元32可包括相位偏移检测器321和相位偏移补偿器322。

通常，根据MDPS的输出与车辆负载的比率或MDPS的输出与马达电流的比率，马达电流和MDPS的输出可具有不同的相位。在马达电流的相位与MDPS输出的相位不同时，减振效果可劣化。因此，为了更有效地控制减振效果，马达电流的固有振动频率需要与MDPS的输出异相180°，其中考虑了实际的MDPS延迟。

相位偏移检测器321可通过根据柱扭矩与升压增益的比率调节马达电流的相位来产生振动补偿输出，其中考虑了由机械系统负载引起的机械操作延迟。

通常，在升压增益相对较高时，机械系统(诸如马达)的响应速度增加，但是在升压增益相对较低时，响应速度降低。因此，在升压增益相对较低时，需要通过相位来补偿马达电流，以引起机械系统(诸如马达)的延迟。

例如，在升压曲线陡峭时，在辅助输出高于输入柱扭矩的情况下，可能不会发生相当大的系统操作延迟。然而，随着车辆速度增加，需要将转向感设定为更硬的感觉以确保驾驶员的稳定性。因此，升压曲线可随着车辆速度的增加而下降。因此，因为在驾驶员的转向操作期间不产生足够的辅助力，所以可能发生严重的机械变形以导致机械系统操作延迟。根据升压曲线的斜率，可调节马达电流的相位以产生振动补偿输出，该振动补偿输出与振动实际发生的相位定时一致。用于相位调节的相位偏移检测器321可包括超前滞后滤波器、低通滤波器或高通滤波器。

为了通过上述延迟来补偿相位，相位偏移检测器321可检测升压增益相对于柱扭矩的斜率，基于升压增益的斜率来检测马达电流和MDPS输出之间的相位偏移，并且将检测到的相位偏移输入到相位偏移补偿器322。

相位偏移补偿器322可根据由相位偏移检测器321检测到的相位偏移来补偿马达电流的相位，从而进一步改善降噪效果。

带宽调整单元33可根据柱速度改变带宽。

在柱速度变高时，噪声可增加。另一方面，在柱速度变低时，噪声可降低。因此，带宽调整单元33可通过根据柱速度调整带宽来调整滤波器单元34的带宽。

滤波器单元34可根据固有振动频率调整单元31的输出和带宽调整单元33的输出来对相位控制单元32的输出进行滤波。

在这种情况下，在由带宽调整单元33调整带宽时，滤波器单元34可根据柱速度仅调节中心频率，从而根据柱速度提取不同固有振动频率。即，因为在柱速度高时，接近固有振动频率的噪声被进一步放大，滤波器单元34可在低速转向期间缩窄带宽，并且在高速转向期间加宽带宽，以便有效地提取固有振动频率。

此外，因为固有振动频率调整单元31检测根据车辆速度检测的固有振动频率，因此滤波器单元34可更有效地检测固有振动频率。

去耦单元40可根据柱速度或柱扭矩限制固有振动频率检测单元30的输出，并且包括第一去耦增益调节器41和第二去耦增益调节器42。

第一去耦增益调节器41可通过在柱速度等于或大于预设柱速度值时减小去耦增益来限制固有振动频率检测单元30的输出。这是因为，由于在柱速度相对非常高时，驾驶员感觉不到振动，所以不需要限制对振动的振动补偿。

在基于柱扭矩的MDPS输出等于或大于预设输出值时，第二去耦增益调节器42可通过减小去耦增益来限制固有振动频率检测单元30的输出。这是因为，由于在MDPS输出相对非常高时驾驶员感觉不到振动，所以不需要限制对振动的振动补偿。

补偿输出单元50可不仅通过根据固有振动频率检测单元30的输出而反向补偿振动，而且通过另外反映由阻尼补偿单元20补偿的阻尼增益，来补偿阻尼值。

即，补偿输出单元50可通过将由增益调节单元21设定的车辆速度增益α反映到由固有振动频率检测单元30检测到的固有振动频率来补偿振动(即，振动的大小)，并将补偿后的振动添加到阻尼补偿单元20的输出，从而输出振动补偿的阻尼值。

在这种情况下，补偿输出单元50可通过考虑车辆速度增益α与MDPS的最大输出的比率而针对减振效果不足来计算附加阻尼增益β，并且基于阻尼增益β补偿阻尼力。阻尼增益β可与用于每个车辆速度的车辆速度增益α成比例地增加，或者被配置为查找表的形式，以便根据每个车辆速度调整阻尼值。

在从第一去耦增益调节器41或第二去耦增益调节器42输入去耦增益时，补偿输出单元50可通过反映去耦增益来限制固有振动频率检测单元30的输出。即，在柱速度等于或大于预设柱速度值，或者基于柱扭矩的MDPS输出等于或大于预设输出值时，补偿输出单元50可通过将去耦增益反映到固有振动频率检测单元30的输出中来限制固有振动频率检测单元30的输出。

在下文，将参考图5详细描述根据本发明的实施例的MDPS的减振方法。

图5是示出根据本发明的实施例的MDPS的减振方法的流程图。

参照图5，在步骤S10，阻尼单元10可使用柱速度或马达速度和柱扭矩根据车辆速度计算MDPS的阻尼力。在这种情况下，阻尼单元10可通过基于柱速度或马达速度和柱扭矩调节增益来计算适合于车辆操作中的每个条件的阻尼力。

在步骤S20，在阻尼力由阻尼单元10计算时，阻尼补偿单元20可另外根据车辆速度补偿阻尼单元10的阻尼值。

在这种情况下，增益调节单元21可检测根据车辆速度预设的车辆速度增益α，并且增益调整单元22可通过将由增益调节单元21检测到的车辆速度增益α另外反映到由阻尼单元10输出的阻尼力的阻尼增益中来重新调整阻尼增益β，并且使用阻尼增益β来补偿阻尼力。

在步骤S30，固有振动频率检测单元30可根据转向条件可变地控制带宽，并且检测来自马达电流(未示出)的固有振动频率，该固有振动频率导致振动。

在这种情况下，固有振动频率调整单元31可根据车辆速度检测固有振动频率，相位控制单元32可补偿马达电流和MDPS输出之间的相位差，即辅助扭矩，并且带宽调整单元33可根据柱速度改变带宽。此外，滤波器单元34可根据固有振动频率调整单元31的输出和带宽调整单元33的输出来对相位控制单元32的输出进行滤波，并且固有振动频率调整单元31可检测根据车辆速度检测的固有振动频率。因此，可更有效地检测固有振动频率。

在步骤S40，在由固有振动频率检测单元30检测到固有振动频率时，去耦单元40可根据柱速度或柱扭矩而限制固有振动频率检测单元30的输出。

在这种情况下，在柱速度等于或大于预设柱速度值时，第一去耦增益调整器41可减小去耦增益，并且在基于柱扭矩的MDSP输出等于或大于预设输出值时，第二去耦增益调整器42可减小去耦增益。

然后，在步骤S50，补偿输出单元50可不仅通过根据固有振动频率检测单元30的输出来反向补偿振动，而且通过另外反映由阻尼补偿单元20补偿的阻尼增益，来补偿阻尼值。

即，补偿输出单元50可通过将由增益调节单元21设定的车辆速度增益反映到由固有振动频率检测单元30检测到的固有振动频率中来补偿振动(即，振动的大小)，将补偿后的振动加到阻尼补偿单元20的输出，考虑到车辆速度增益α与MDPS的最大输出的比率而针对减振效果不足计算附加阻尼增益β，并且基于阻尼增益β来补偿阻尼力。

此外，在柱速度等于或大于预设柱速度值，或基于柱扭矩的MDPS输出等于或大于预设输出值时，补偿输出单元50可通过将去耦增益反映到固有振动频率检测单元30的输出中来限制固有振动频率检测单元30的输出。

这样，根据本发明实施例的MDPS的减振设备和方法可提取导致振动的固有振动频率，并且基于固有振动频率反向补偿MDPS的输出，从而减小由在车辆操作中轮子不平衡或盘轮的偏心或变形导致的方向盘摆振以及由机械部件的分离或变形导致的固有振动。

尽管出于说明性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，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，可进行各种修改、添加和替换。

Claims (20)

1.一种马达驱动的动力转向机构的减振设备，包括：

固有振动频率检测单元，被配置为通过根据转向条件可变地控制带宽来检测来自马达电流的固有振动频率；

阻尼补偿单元，被配置为根据车辆速度另外补偿从阻尼单元输出的阻尼值；和

补偿输出单元，被配置为根据从所述固有振动频率检测单元输出的所述固有振动频率来反向补偿所述马达驱动的动力转向机构的输出，并且将该补偿添加到所述阻尼补偿单元的输出。

2.根据权利要求1所述的减振设备，其中，所述阻尼补偿单元包括：

增益调节单元，被配置为检测根据所述车辆速度预设的车辆速度增益；和

增益调整单元，被配置为通过将从所述增益调节单元输出的所述车辆速度增益另外反映到所述阻尼单元的输出中来调整阻尼增益，并且使用经调整的阻尼增益来补偿所述阻尼单元的所述输出。

3.根据权利要求2所述的减振设备，其中，所述车辆速度增益是根据基于所述车辆的特性的预设车辆速度而被设定。

4.根据权利要求2所述的减振设备，其中，所述固有振动频率检测单元包括：

固有振动频率调整单元，被配置为根据所述车辆速度来检测固有振动频率；

带宽调整单元，被配置为根据柱速度改变所述带宽；

相位控制单元，被配置为补偿所述马达电流和所述马达驱动的动力转向机构的输出之间的相位差；和

滤波器单元，被配置为根据所述固有振动频率调整单元的输出和所述带宽调整单元的输出来对所述相位控制单元的输出进行滤波。

5.根据权利要求4所述的减振设备，其中，由所述固有振动频率检测单元检测的所述固有振动频率根据车辆的类型而被不同地设定。

6.根据权利要求4所述的减振设备，其中，所述相位控制单元包括：

相位偏移检测器，被配置为检测所述马达电流和所述马达驱动的动力转向机构的输出之间的相位偏移；和

相位偏移补偿器，被配置为根据由所述相位偏移检测器检测到的所述相位偏移来补偿所述马达电流的相位。

7.根据权利要求6所述的减振设备，其中，所述相位偏移检测器根据升压增益与柱扭矩的比率调节所述马达电流的所述相位。

8.根据权利要求1所述的减振设备，还包括：去耦单元，该去耦单元被配置为限制所述固有振动频率检测单元的输出。

9.根据权利要求8所述的减振设备，其中，所述去耦单元包括第一去耦增益调节器，该第一去耦增益调节器被配置为在柱速度等于或大于预设柱速度值时限制所述固有振动频率检测单元的输出。

10.根据权利要求8所述的减振设备，其中，所述去耦单元包括第二去耦增益调节器，该第二去耦增益调节器被配置为在基于柱扭矩的所述马达驱动的动力转向机构的输出等于或大于预设输出值时限制所述固有振动频率检测单元的输出。

11.一种马达驱动的动力转向机构的减振方法，包括：

由固有振动频率检测单元通过根据转向条件可变地控制带宽来检测来自马达电流的固有振动频率；

由阻尼补偿单元根据车辆速度另外补偿从阻尼单元输出的阻尼值；和

由补偿输出单元根据从所述固有振动频率检测单元输出的所述固有振动频率来反向补偿所述马达驱动的动力转向机构的输出，并且将该补偿加到所述阻尼补偿单元的输出。

12.根据权利要求11所述的减振方法，其中，在对从所述阻尼单元输出的所述阻尼值进行补偿时，

增益调节单元检测根据所述车辆速度预设的车辆速度增益，并且增益调整单元通过将从所述增益调节单元输出的所述车辆速度增益另外反映到所述阻尼单元的输出中来调整阻尼增益，并且使用经调整的阻尼增益来补偿所述阻尼单元的所述输出。

13.根据权利要求12所述的减振方法，其中，所述车辆速度增益是根据基于所述车辆的特性的预设车辆速度而被设定。

14.根据权利要求12所述的减振方法，其中，在检测来自所述马达电流的所述固有振动频率时，

固有振动频率调整单元根据所述车辆速度检测所述固有振动频率，带宽调整单元根据柱速度改变带宽，相位控制单元补偿所述马达电流和所述马达驱动的动力转向机构的输出之间的相位差，并且滤波器单元根据所述固有振动频率调整单元的输出和所述带宽调整单元的输出对所述相位控制单元的输出进行滤波。

15.根据权利要求14所述的减振方法，其中，由所述固有振动频率检测单元检测的所述固有振动频率根据车辆的类型而被不同地设定。

16.根据权利要求14所述的减振方法，其中，所述相位控制单元检测所述马达电流和所述马达驱动的动力转向机构的输出之间的相位偏移，并且根据所述检测到的相位偏移来补偿所述马达电流的相位。

17.根据权利要求16所述的减振方法，其中，所述相位控制单元根据升压增益与柱扭矩的比率来调节所述马达电流的所述相位。

18.根据权利要求11所述的减振方法，还包括由去耦单元限制所述固有振动频率检测单元的输出。

19.根据权利要求18所述的减振方法，其中，在限制所述固有振动频率检测单元的所述输出时，

在柱速度等于或大于预设柱速度值时，所述去耦单元限制所述固有振动频率检测单元的所述输出。

20.根据权利要求18所述的减振方法，其中，在限制所述固有振动频率检测单元的所述输出时，

在基于柱扭矩的所述马达驱动的动力转向机构的输出等于或大于预设输出值时，所述去耦单元限制所述固有振动频率检测单元的所述输出。