CN109466629B - 确定动力转向系统的辅助转矩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种确定动力转向系统的辅助转矩的方法。该方法包括：设置表示驾驶转向转矩与车辆横向加速度之间的相关性的初始斜率，其中，初始斜率是在简图中定义的车辆横向加速度的最低点处的切向斜率；设定作为驾驶员通过车辆的方向盘施加的转向转矩的最大值的最大驾驶转向转矩；基于预定的等式，根据设定的初始斜率、最大驾驶转向转矩以及车辆特征值信息计算响应于执行转向辅助的基于驾驶转向转矩的辅助转矩；生成转矩图，在该转矩图中，在执行转向辅助时利用由转矩传感器检测到的针对每个驾驶转向转矩而获得的辅助转矩值并基于驾驶辅助转矩来设定辅助转矩值；以及通过电子控制单元(ECU)利用所生成的转矩图来确定对应于驾驶转向转矩的辅助转矩值。

Description

确定动力转向系统的辅助转矩的方法
技术领域
本发明涉及一种确定动力转向系统的辅助转矩的方法，更特别地，涉及一种能够改善驾驶员的转向操作与车辆对其响应之间的关系的确定动力转向系统的辅助转矩的方法。
背景技术
当汽车转向时用于减小驾驶转向转矩的动力转向系统的示例可以包括利用由液压泵形成的液压辅助驾驶转向转矩的液压动力转向(HPS)系统以及利用电动机的输出转矩辅助驾驶转向转矩的电动动力转向(MDPS)系统。特别地，因为当根据驾驶员的方向盘操作执行转向辅助功能时，可以根据行驶状态控制用于转向辅助的电动机(转向电动机)的输出转矩(即，待被控制的辅助转矩)，所以MDPS系统比液压转向系统提供更好的转向性能和转向感。因此，MDPS系统能够根据行驶条件来改变和控制由电动机输出产生的转向辅助转矩，并且已被广泛地应用于近期制造的车辆中。
MDPS系统可以被配置成包括多个传感器，诸如用于检测转向角(即，转向柱输入角)的转向角传感器和用于检测转向转矩(即，方向盘转矩和转向柱转矩)的转矩传感器、电子控制单元(ECU)、转向电动机(MDPS电动机)等。在这样的配置中，ECU从传感器接收并获取驾驶员转向输入信息，诸如转向角、转向角速度和转向转矩，以便控制转向电动机的驱动和输出。转向角可以表示方向盘的旋转位置，转向角速度可以是从单独的传感器获得的方向盘的旋转角速度值，或者来自转向角信号的差分信号(转向角传感器信号)，并且转向转矩可以是驾驶员施加到方向盘的扭矩，也就是用于转向的驾驶员输入扭矩。
当转向转矩(即，驾驶员输入转矩或驾驶转向转矩)被转矩传感器检测到时，ECU根据检测到的驾驶转向转矩来控制转向电动机的驱动，并产生用于转向辅助的转矩(在下文中称为“辅助转矩”)。在传统的MDPS系统中，ECU控制施加到转向电动机的电动机电流，以便能够控制辅助驾驶转向转矩的转向电动机的输出。ECU基于在车辆中收集的信息诸如由转矩传感器检测到的驾驶转向转矩来确定作为电动机输出的目标值的辅助转矩值，且计算对应于所确定的进行调整的辅助转矩值的电流量，并将计算出的电流量应用于转向电动机。此时，通过驱动电动机而产生辅助转矩，该辅助转矩作为用于辅助驾驶转向转矩的转矩。
在转向系统中，用于传递通过方向盘施加的驾驶转向转矩的组件和由电动机产生的转向辅助转矩的组件的示例可以包括例如转向柱，其安装在方向盘的下部；齿轮箱，其将从转向柱传递的转矩转换成直线转矩来改变轮胎方向；万向接头，其将传递至转向柱的转矩传递至齿轮箱等。齿轮箱可以包括齿条杆，其设有小齿轮以接收来自万向接头的转矩以及与小齿轮啮合的齿条。当小齿轮旋转时，齿条杆通过齿条左右线性移动。此时，通过齿条杆的左右线性运动作用的力通过横拉杆和球接头被传递至轮胎以改变轮胎的方向。
另一方面，根据传统的MDPS逻辑，可以使用如图1所示的转矩图来确定可以是用于转向辅助的电动机控制值的辅助转矩值。转矩图是利用先前累计的转矩值生成的图。它可以用来将辅助转矩值设置成取决于驾驶转向转矩的值。也就是说，提供转矩图使得可以基于通过转矩传感器实时检测到的驾驶转向转矩来确定辅助转矩作为输入，并且可以使用在之前的测试和评估过程期间获得的信息来产生转矩图。
图1是用于说明转矩图的示例图，其中作为图值的辅助转矩值被简要地示出为简图。
如图1所示，可以看出作为图值的辅助转矩值是根据驾驶转向转矩来设定。以这种方式，在通过基于驾驶转向转矩适当地调整辅助转矩值产生转矩图并且转矩图被输入到并存储在EDU之后，当ECU执行MDPS逻辑时，转矩图可被用于确定对应于驾驶转向转矩的辅助转矩值。例如，如图2所示，辅助转矩值可以根据驾驶转向转矩并通过根据具有预定间隔的驾驶转向转矩值对每个辅助转矩值(调整值)的点进行标记，然后将这些点相互连接以确定剩余值的插值方法来调整。
然而，根据该方法，由于根据驾驶转向转矩而确定的辅助转矩值的确定自由度较高，因此经常进行错误的调整。而且，实际的转矩调整过程非常困难。特别地，在有针对性的性能条件下，根据驾驶转向转矩和车辆响应之间的关系难以确定和调整最佳辅助转矩值。
因此，驾驶员通过方向盘实际输入的转向转矩与车辆对转向转矩的输入的响应之间可能存在延迟。即，车辆的转向状态和横向加速度不足。因而，表示驾驶员的转向操作与车辆响应之间的重合感的反馈感觉可能不足。
本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成相关技术的信息。
发明内容
为了解决与相关技术相关联的上述问题而提出本发明。
本发明的目的是提供一种在转向操作时能够增强驾驶员的转向操作与车辆响应之间的重合感或即时操作感以及反馈感觉的确定动力转向系统的辅助转矩的方法。
根据本发明的实施例，一种确定动力转向系统的辅助转矩的方法包括：设置表示驾驶转向转矩与车辆横向加速度之间的相关性的初始斜率，其中，初始斜率是在简图中定义的车辆横向加速度的最低点处的切向斜率；设定作为驾驶员通过车辆的方向盘施加的转向转矩的最大值的最大驾驶转向转矩；基于预定的等式，根据设定的初始斜率、最大驾驶转向转矩以及车辆特征值信息计算响应于执行转向辅助的基于驾驶转向转矩的辅助转矩；生成转矩图，在该转矩图中，在执行转向辅助时利用由转矩传感器检测到的针对每个驾驶转向转矩而获得的辅助转矩值并基于驾驶辅助转矩来设定辅助转矩值；以及通过电子控制单元(ECU)利用所生成的转矩图来确定对应于驾驶转向转矩的辅助转矩值。
以下讨论本发明的其他方面和优选实施例。
附图说明
现在将参照附图所示的某些示例性实施例来详细描述本发明的以上和其它特征，这些附图仅在下文中以举例说明的方式给出，并且因此不是对本发明的限制，并且其中：
图1是用于解释传统的动力转向装置中根据驾驶转向转矩来确定辅助转矩的转矩图的简图；
图2是说明用于调整转矩图的辅助转矩值的传统方法的简图；
图3是说明本发明中的驾驶转向转矩与车辆横向加速度之间的相关性的简图；
图4是说明本发明中的车辆横向加速度、驾驶转向转矩和最大驾驶转向转矩之间的相关性的简图；以及
图5是说明根据本发明的等式来调整辅助转矩值的方法的简图。
应当理解的是，附图不一定按比例绘制，附图呈现出本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。包括例如具体尺寸、取向、位置和形状的本文所公开的具体设计特征将由特定的预期应用和使用环境来部分地确定。在本发明中，附图标记在整个附图的多个附图中表示相同或等同的部分。
具体实施方式
在下文中，现在将详细参照本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在下面进行描述。虽然将结合某些实施例描述本发明，但应理解的是，本描述并不旨在将本发明限制于这些实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖公开的实施例，而且覆盖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各种替换、修改、等同方案和其它实施例。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例以便本发明所属领域的技术人员容易实施。然而，本发明不限于在此的示例性实施例，而是可以以其他形式来实现。
在整个说明书中，除非明确地相反地描述，否则“包括”任何组件将被理解为暗示包含其他元件而不排除任何其它元件。除非上下文另外明确指出，否则如本文所使用的单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括有”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
可以理解的是，如本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种船只和船舶，飞机等水运工具船，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、氢动力车辆和其他替代燃料(例如，从石油以外的资源获得的燃料)车辆。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆。
另外，可以理解，以下方法或方面中的一个或多个可以由至少一个控制单元执行。术语“控制单元”可以指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储程序指令，并且处理器被具体编程为执行程序指令以执行下面进一步描述的一个或多个进程。此外，可以理解的是，如本领域普通技术人员将理解的一样，下面的方法可以由包括与一个或多个其他组件结合的控制单元的设备来执行。
本发明提供一种确定动力转向系统的辅助转矩的方法，该方法能够在转向操作时改善驾驶员的转向操作与车辆响应之间的重合性，使得转向操作和车辆响应几乎同时发生以及改善反馈意识。
根据本发明的实施例，动力转向系统可以是电动动力转向系统，即，通过使用从电动机输出的转矩(即，受控辅助转矩)辅助驾驶转向转矩的MDPS系统。如上所述，在典型的MDPS逻辑中，辅助转矩值是指用于转向辅助的电动机控制值。为了确定辅助转矩值，可以使用其中辅助转矩被预先设置成取决于驾驶转向转矩的值的转矩图。
提供转矩图以基于通过转矩传感器实时检测到的驾驶转向转矩来确定辅助转矩作为输入。当在转矩图被预先输入并存储在ECU中的状态下电子控制单元(ECU)执行MDPS逻辑时，转矩图可以用于确定对应于驾驶转向转矩的辅助转矩值。
根据本发明的确定动力转向系统的辅助转矩的方法可以包括生成转矩图的过程，更具体地，可以包括在产生转矩图中将辅助转矩值设置成取决于驾驶转向转矩的值的过程。
此外，在设定辅助转矩值时，执行利用初始斜率K0、最大驾驶转向转矩Tmax、已知车辆特征值信息等来确定和调整对应于驾驶转向转矩值的辅助转矩值的过程。因此，调整后的值变成转矩图中的图值，即对应于转矩图中的驾驶转向转矩的辅助转矩值。
上述转矩图是其中预先设定对应于每个驾驶转向转矩的辅助转矩值的ECU内的设定数据。这样，可以根据驾驶转向转矩确定辅助转矩值的ECU中的设定数据可以是将驾驶转向转矩作为变量使用的等式而不是转矩图，该等式可以利用初始斜率K0、最大驾驶转向转矩Tmax、已知车辆特征值信息等来计算辅助转矩。
此处，上述等式可以是定义驾驶转向转矩与辅助转矩之间的相关性的一个或多个关系表达式(即，相关表达式)。
在下文中，将更详细地描述本发明的实施例。
首先，利用车辆反应状态和具有良好反馈感的驾驶转向转矩Td之间的关系，推导出能够根据驾驶转向转矩Td计算辅助转矩TA的等式。车辆响应可以是根据驾驶员方向盘的操作的车辆横向加速度Ay。
良好的反馈是指如下所述的驾驶转向转矩，即该驾驶转向转矩是与作为车辆的运动的横向加速度重合的、根据驾驶员的方向盘操作的转向输入信息。这意味着随着车辆横向加速度Ay继续增加，驾驶转向转矩Tcol与横向加速度Ay成比例地继续线性增加，如图3中的虚线所示。
然而，如果车辆横向加速度Ay和驾驶转向转矩Tcol之间的关系如上所述是线性成比例的，则获得高的车辆横向加速度Ay所需的驾驶转向转矩Tcol太大，使得驾驶员驾驶辆车非常困难。因此，如图3中的实线所示，在驾驶转向转矩和车辆横向加速度之间的相关性中，驾驶转向转矩Td的增大随着横向加速度Ay的增大而逐渐减小。
如果辅助转矩TA是由与线性成比例的驾驶转向转矩(由虚线表示的驾驶转向转矩Tcol)相比不足够的转矩量产生，则随着横向加速度Ay增大，需要逐渐增大辅助转矩TA并设定初始斜率K0和最大驾驶转向转矩Tmax。
这如图4所示，并且可以由以下等式(1)表示。
Figure BDA0001488015550000071
在等式(1)中，Tmax表示作为预定值的最大驾驶转向转矩，Ay表示车辆横向加速度，K0表示初始斜率，并且Td表示驾驶转向转矩。
初始斜率K0可以被定义为在如图3所示的表示预定的车辆横向加速度最小点的初始起始点的切向斜率，并且驾驶转向转矩Td可以被获得作为在进行转向辅助的情况下获得相应的车辆横向加速度所需的驾驶转向转矩。
最大驾驶转向转矩Tmax设定驾驶员在驾驶员的方向盘操作时施加到方向盘上的转向转矩的最大值。根据本发明的实施例，最大驾驶转向转矩也与初始斜率一起被设定为预定值。
此外，当与横向加速度Ay线性成比例的驾驶转向转矩Tcol被定义为总转矩时，转向辅助时的驾驶转向转矩与总转矩Tcol的比例被定义为转矩比Ra。此处，与横向加速度Ay线性成比例的驾驶转向转矩Tcol是图3中虚线表示的驾驶转向转矩，并且是指驾驶员需要通过方向盘输入的转向转矩，以便获得对应于未进行转向辅助的情况的车辆横向加速度Ay。
此处，转矩比Ra被设定为0到1的值。例如，当转向辅助时的驾驶转向转矩Td是总转矩Tcol(即，当不存在转向辅助时的转向转矩)的70％时，转矩比Ra是0.7(Ra＝0.7)。
因而，在转向辅助时利用转矩比的转向转矩Td和辅助转矩TA可以由以下等式(2)和(3)表示。
Td＝Ra·Tcol 等式(2)
TA＝(1-Ra)·Tcol 等式(3)
此处，Tcol表示在不存在转向辅助的情况下用于获得车辆横向加速度Ay的驾驶转向转矩，即与图3中的车辆横向加速度Ay线性成比例的驾驶转向转矩(在图3中用虚线表示)，TA表示电动机需要辅助的辅助转矩。
另外，在不存在转向辅助的情况下用于获得车辆横向加速度Ay的驾驶转向转矩，即与车辆横向加速度线性成比例的驾驶转向转矩Tcol变成在转向辅助时的驾驶转向转矩值与辅助转矩值之和，即与车辆横向加速度线性成比例的驾驶转向转矩Tcol可以由以下等式(4)表示。
Figure BDA0001488015550000081
在上述等式(4)中，a、m、r、Rp和Earm是车辆特征值信息，a表示从车辆的重心到前车轮轴的距离、b表示从车辆的重心到后车轮轴的距离。另外，m表示车辆质量、r表示前车轮的主销后倾拖距(caster trail)和前车轮的充气轮胎拖距之和、Earm表示有效的转向力矩臂长度、Rp表示转向小齿轮的半径。
因而，通过整理等式(1)至等式(4)，可以获得用于计算辅助转矩的以下等式(5)。
Figure BDA0001488015550000082
在上面的等式(5)中，常数C由下面的等式(6)定义。
Figure BDA0001488015550000091
在上述等式(6)中，C由作为车辆特征值信息的已知值获得，因此可以是常数，并且Tcol是等式(4)中的“C×Ay”的值。因此，当使用等式(1)时，上述等式(4)可被变换成包括作为驾驶转向转矩的Td而不是加速度Ay的等式。
因此，在代替Tcol之后整理上述等式(5)，包括作为驾驶转向转矩的Td的等式代入等式(5)时，上述等式(5)可被变换成包括驾驶转向转矩Td、作为设定信息的最大驾驶转向转矩Tmax和初始斜率K0的等式，并且可以根据车辆特征值信息计算C。即，可以获得表示辅助转矩TA与驾驶转向转矩Td之间关系的关系等式。在关系等式中，输入变量变成驾驶转向转矩Td。
另外，关系等式使用作为输入变量的驾驶转向转矩Td作为变量，并且包括在关系等式中的最大驾驶转向转矩Tmax、初始斜率K0和C是已知常数值。其中，C是根据车辆特征值信息确定的常数，因此只有最大驾驶转向转矩Tmax和初始斜率K0能够通过前面的测试和评估过程来设置。
如上所述，根据本发明的实施例，在将辅助转矩TA设置为取决于驾驶转向转矩Td的值时，在仅将最大驾驶转向转矩Tmax和初始斜率K0调整并设置为适当值之后，当使用通过调整最大驾驶转向转矩Tmax、初始斜率K0和车辆特征值信息而设置的值计算出的C值时，取决于驾驶转向转矩Td的辅助转矩值TA可被定义为图5的示例。
因而，通过使用上述等式，可以计算取决于驾驶转向转矩Td的辅助转矩值TA，并且可以生成定义驾驶转向转矩Td和驾驶转向转矩Td之间的相关性(参照图5的简图)的转矩图。可以使用转矩图，使得ECU在实际MDPS逻辑中根据驾驶转向转矩Td确定辅助转矩TA。
此外，代替转矩图，ECU可以在执行MDPS逻辑时通过使用包括下列的等式基于由转矩传感器检测的驾驶转向转矩Td来实时地计算辅助转矩TA：作为变量的驾驶转向转矩、作为设定值的最大驾驶转向转矩Tmax和初始斜率K0以及根据车辆特征值信息确定的恒定值C。
上述等式是被配置成使用作为设置信息的最大驾驶转向转矩Tmax和初始斜率K0以及从车辆特征值信息获得的C并且能够计算取决于驾驶转向转矩Td而反映横向加速度Ay的辅助转矩TA的等式。即使在使用转矩图的情况下，根据驾驶转向转矩Td设定的图值，即作为取决于驾驶转向转矩Td的值而设定的辅助转矩TA值，是反映车辆横向加速度Ay的值。
特别地，在本发明中，辅助转矩TA反映驾驶转向转矩(图3中的Tcol)和车辆的反应(横向加速度Ay)之间的关系，这满足表示良好反馈感觉的条件。以这种方式，当使用上述等式或转矩图确定辅助转矩时，可以改善在转向操作时驾驶员的转向操作与车辆响应之间的重合感以及反馈感。
当然，在MDPS系统中，当通过转矩传感器检测驾驶转向转矩Td时，ECU使用上述转矩图或等式来确定对应于检测的驾驶转向转矩Td的辅助转矩TA，然后基于确定的辅助转矩TA控制电动机的驱动以执行转向辅助。
通过应用根据本发明的实施例的确定动力转向系统的辅助转矩的方法，可以通过基于能够提供最佳反馈感的条件并根据驾驶转向转矩来调整最佳辅助转矩值以及在该条件下考虑到驾驶转向转矩与车辆反应之间的关系的等式，来改善驾驶员的转向操作与车辆反应之间的重合性以及反馈感。
以上，虽然以上详细描述了本发明的某些实施例，但是本发明的保护范围不限于此。因此，本领域普通技术人员利用以下权利要求书所限定的本发明的基本原理而进行的各种变化和改进形式均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种确定车辆中的动力转向系统的辅助转矩的方法，所述方法包括：
设置表示驾驶转向转矩与车辆横向加速度之间的相关性的初始斜率，其中，所述初始斜率是在驾驶转向转矩与车辆横向加速度之间的相关性的简图中定义的所述车辆横向加速度的最低点处的切向斜率；
设定最大驾驶转向转矩，所述最大驾驶转向转矩是驾驶员通过所述车辆的方向盘施加的转向转矩的最大值；
基于预定的等式，根据所设定的初始斜率、最大驾驶转向转矩以及车辆特征值信息计算响应于执行转向辅助的基于所述驾驶转向转矩的辅助转矩；
生成转矩图，在所述转矩图中，在执行转向辅助时利用由转矩传感器检测到的针对每个驾驶转向转矩而获得的辅助转矩值并基于所述辅助转矩来设定辅助转矩值；以及
通过电子控制单元即ECU利用所生成的转矩图来确定对应于所述驾驶转向转矩的所述辅助转矩值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述初始斜率和所述最大驾驶转向转矩具有根据以下等式(1)定义的关系：
Figure FDA0003224536300000011
其中，Tmax表示所述最大驾驶转向转矩，Ay表示所述车辆横向加速度，K0表示所述初始斜率，并且Td表示当执行所述转向辅助时的所述驾驶转向转矩。
3.根据权利要求2所述的方法，其中当执行所述转向辅助时用于计算基于所述驾驶转向转矩的辅助转矩的预定等式基于以下等式(5)：
Figure FDA0003224536300000021
其中，TA表示所述辅助转矩，C表示从所述车辆特征值信息获得的常数，Tcol表示在执行所述转向辅助时所述驾驶转向转矩值与所述辅助转矩值之和(Td+TA)，并作为与所述车辆横向加速度线性成比例的驾驶转向转矩值(C×Ay)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述车辆特征值信息包括从所述车辆的重心到前车轮轴的距离、从所述车辆的重心到后车轮轴的距离、车辆质量、前车轮的主销后倾拖距、所述前车轮的充气轮胎拖距、有效的转向力矩臂长度以及所述车辆的转向小齿轮的半径。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述常数C是根据以下等式(6)从所述车辆特征值信息获得：
Figure FDA0003224536300000022
其中a表示从所述车辆的重心到所述前车轮轴的距离，b表示从所述车辆的重心到所述后车轮轴的距离，m表示所述车辆质量，r表示所述前车轮的主销后倾拖距和所述前车轮的充气轮胎拖距之和，Earm表示所述有效的转向力矩臂长度、Rp表示所述转向小齿轮的半径。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述车辆特征值信息包括从所述车辆的重心到前车轮轴的距离、从所述车辆的重心到后车轮轴的距离、车辆质量、前车轮的主销后倾拖距、所述前车轮的充气轮胎拖距、有效的转向力矩臂长度以及所述车辆的转向小齿轮的半径。
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