CN109552402A - 用于在电动助力转向中检测路面状态的设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于在电动助力转向(MDPS)中检测路面状态的设备以及控制该设备的方法。该设备可以包括：柱转矩传感器，该柱转矩传感器被配置为检测施加给转向柱的柱转矩并输出柱转矩信号；转向角度传感器，该转向角度传感器被配置为检测方向盘的转向角速度；车辆速度传感器，该车辆速度传感器被配置为检测车辆的行驶速度；以及路面确定单元，该路面确定单元被配置为基于根据行驶速度和柱转矩所计算的提升增益并基于柱转矩和转向角速度之间的相位偏移来确定路面状态，并输出路面确定信号。

Description

用于在电动助力转向中检测路面状态的设备及其控制方法
相关申请的引用
本申请要求2017年9月27日提交的韩国申请第10-2017-0124940号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
背景技术
本发明涉及一种用于在电动助力转向(MDPS)中检测路面状态的设备以及控制该设备的方法，并且更具体地，涉及一种用于在MDPS中检测路面状态的设备以及控制该设备的方法，其可以通过提供基于柱转矩和转向角速度之间的相位偏移所确定的路面状态而使用优化的辅助转矩改进转向感觉。
通常，电动助力转向(MDPS)是一种用于在驾驶员使用驱动电机使车辆转向的方向上提供辅助转矩的装置，借此可以提供较轻的转向感觉。
与液压助力转向(HPS)不同，MDPS根据车辆的行驶状况自动地控制驱动电机的操作，由此改善转向性能和转向感觉。
此处，MDPS包括：转矩传感器，用于测量输入到方向盘的驾驶员的转向转矩；转向角度传感器，用于测量方向盘的转向角度；车辆速度传感器，用于测量车辆速度；等等，并且MDPS使用这些传感器确定车辆的行驶状况。
然后，MDPS使用电流传感器感测在驱动电机中流动的电机电流、接收反馈回MDPS的所感测的电流，以及使用闭环控制方法执行转向控制，其中，通过控制电机电流向驱动电机施加电压，该电机电流被感测并反馈回MDPS，以便符合提前针对转向控制计算和输入的目标电流。
方向盘将关于路面状态的信息以振动的形式传送给驾驶员，并且这种反馈使驾驶员能够检测路面状态和轮胎的抓地力并帮助安全驾驶。然而，当MDPS过度介入转向时或者当MDPS没有正确反映关于路面状态的信息时，MDPS可能不利地影响安全驾驶。
特别是，当在具有滑溜表面的低摩擦力道路上驾驶车辆时，如果使用与在正常道路状况下提供辅助转矩的方法相同的方法提供辅助转矩，则方向盘可能变得过轻，这可能会使驾驶员感到紧张并扰乱安全驾驶。
相反，当在高摩擦力道路上驾驶车辆时，方向盘可能变得过重，这将使驾驶员感到不适。
在2000年1月15日公布的题为“使用道路状况的阈值控制汽车的设备和方法”的韩国专利申请公开第2000-0003073号中公开了本发明的相关技术。
发明内容
本发明的实施例涉及一种用于在电动助力转向(MDPS)中检测路面状态的设备以及控制该设备的方法，其通过提供基于柱转矩和转向角速度之间的相位偏移所确定的路面状态而利用适于路面状况的辅助转矩为驾驶员提供更好的转向感觉。
在一个实施例中，一种用于在电动助力转向(MDPS)中检测路面状态的设备可以包括：柱转矩传感器，该柱转矩传感器被配置为检测施加给转向柱的柱转矩并输出柱转矩信号；转向角度传感器，该转向角度传感器被配置为检测方向盘的转向角速度；车辆速度传感器，该车辆速度传感器被配置为检测车辆的行驶速度；以及路面确定单元，该路面确定单元被配置为基于提升增益并基于柱转矩和转向角速度之间的相位偏移来确定路面状态并输出路面确定信号，该提升增益基于行驶速度和柱转矩来计算。
路面确定单元可以包括：提升增益计算单元，该提升增益计算单元被配置为根据行驶速度和柱转矩计算提升增益以用于调节MDPS的辅助转矩；相位偏移检测单元，该相位偏移检测单元被配置为检测柱转矩和转向角速度之间的相位偏移并计算相位偏移的量值；以及路面状态确定单元，该路面状态确定单元被配置为通过与基于提升增益和相位偏移的摩擦系数阈值的比较来确定路面状态并输出路面确定信号。
提升增益计算单元可以通过接收从路面状态确定单元输出的路面确定信号来校准提升增益。
相位偏移检测单元可以通过调节相位偏移的比例来计算该量值。
该设备还可以包括侧向加速度传感器，该侧向加速度传感器被配置为检测车辆的侧向加速度，并且路面状态确定单元可以根据该侧向加速度来校准摩擦系数阈值。
在另一实施例中，一种控制用于在电动助力转向(MDPS)中检测路面状态的设备的方法可以包括：由路面确定单元分别从车辆速度传感器、柱转矩传感器和转向角度传感器接收行驶速度、柱转矩和转向角速度；由路面确定单元根据行驶速度和柱转矩计算提升增益以用于调节MDPS的辅助转矩；由路面确定单元检测柱转矩和转向角速度之间的相位偏移并由路面确定单元计算该相位偏移的量值；以及由路面确定单元通过与基于提升增益和相位偏移的摩擦系数阈值的比较来确定路面状态并由路面确定单元输出路面确定信号。
提升增益的计算可以包括由路面确定单元通过接收反馈回到路面确定单元的路面确定信号来校准提升增益。
相位偏移的检测和相位偏移的量值的计算可以被配置为使得路面确定单元通过调节相位偏移的比例来计算该量值。
该方法还可以包括由路面确定单元接收来自侧向加速度传感器的侧向加速度；以及由路面确定单元通过根据该侧向加速度校准摩擦系数阈值来确定路面状态。
附图说明
图1是示出了根据本发明一个实施例的用于在电动助力转向(MDPS)中检测路面状态的设备的框图。
图2是示出了根据本发明一个实施例的用于在MDPS中检测路面状态的设备中的柱转矩和提升增益之间关系的曲线图。
图3是示出了根据本发明一个实施例的用于在MDPS中检测路面状态的设备中的提升增益和相位偏移之间关系的曲线图。
图4是示出了根据本发明一个实施例的用于在低摩擦力道路上转向期间在MDPS中检测路面状态的设备中的柱转矩和转向角速度之间关系的曲线图。
图5是示出了根据本发明一个实施例的用于在高摩擦力道路上转向期间在MDPS中检测路面状态的设备中的柱转矩和转向角速度之间关系的曲线图。
图6是示出了根据本发明一个实施例的用于在MDPS中检测路面状态的设备中的柱转矩和转向角速度之间的相位偏移的曲线图。
图7是用于解释根据本发明一个实施例的控制用于在MDPS中检测路面状态的设备的方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述一种用于在MDPS中检测路面状态的设备以及一种控制该设备的方法。应当注意的是，附图并非精确成比例的，并且仅为了便于描述和清晰起见，在线的厚度或部件的尺寸方面可能被扩大。此外，本文中所使用的术语通过考虑本发明的功能来限定并且可以根据使用者或操作者的习惯或意图来改变。因此，应当根据本文中所阐述的全部公开内容对术语作出定义。
图1是示出了根据本发明一个实施例的用于在MDPS中检测路面状态的设备的框图，图2是示出了根据本发明一个实施例的用于在MDPS中检测路面状态的设备中的柱转矩和提升增益之间关系的曲线图，图3是示出了根据本发明一个实施例的用于在MDPS中检测路面状态的设备中的提升增益和相位偏移之间关系的曲线图，图4是示出了根据本发明一个实施例的用于在低摩擦力道路上转向期间在MDPS中检测路面状态的设备中的柱转矩和转向角速度之间关系的曲线图，图5是示出了根据本发明一个实施例的用于在高摩擦力道路上转向期间在MDPS中检测路面状态的设备中的柱转矩和转向角速度之间关系的曲线图，以及图6是示出了根据本发明一个实施例的用于在MDPS中检测路面状态的设备中的柱转矩和转向角速度之间的相位偏移的曲线图。
如图1中所示，根据本发明一个实施例的用于在MDPS中检测路面状态的设备可以包括车辆速度传感器10、柱转矩传感器20、转向角度传感器30以及路面确定单元50，并且可以进一步包括侧向加速度传感器40。
车辆速度传感器10检测车辆的行驶速度并且将车辆的行驶速度提供给路面确定单元50。
此处，车辆速度传感器10可以包括各种类型的传感器，例如，使用行驶车辆的车轮转速检测车辆速度的传感器、使用全球定位系统(GPS)检测车辆速度的传感器，等等。
柱转矩传感器20检测当驾驶员转动方向盘(未示出)时施加给转向柱(未示出)的柱转矩，并且将该柱转矩提供给路面确定单元50。
转向角度传感器30检测方向盘的转向角速度并将该转向角速度提供给路面确定单元50。
此处，转向角度传感器30可以通过在其中包含光学传感器来检测转向角速度，或者可以使用所测量的转向角度的时间导数来检测转向角速度。
另外，转向角速度可以通过测量驱动电机(未示出)的电机角速度来获得。
路面确定单元50基于根据行驶速度和柱转矩所计算的提升增益并基于柱转矩和转向角速度或电机角速度之间的相位偏移来确定路面状态，并输出路面确定信号。
具体地对此进行描述，路面确定单元50可以包括提升增益计算单元52、相位偏移检测单元54以及路面状态确定单元56。
提升增益计算单元52计算提升增益以用于根据行驶速度和柱转矩调节MDPS的辅助转矩。
如图2中所示，提升增益可以使用斜率根据行驶速度而不同的映射根据柱转矩来计算。
此处，提升增益计算单元52可以通过接收路面确定信号并通过调节取决于行驶速度的斜率来校准提升增益。
也就是说，提升增益计算单元52根据路面确定信号来调节提升增益。相应地，在低摩擦力道路的情况下，提升增益计算单元52减小斜率，由此减小在低摩擦力道路上的辅助转矩。在高摩擦力道路的情况下，道路提升增益计算单元52增大斜率，由此增大在高摩擦力道路上的辅助转矩。相应地，可以将针对路面更加优化的辅助转矩提供给驾驶员。
相位偏移检测单元54检测柱转矩和转向角速度或电机角速度之间的相位偏移，并计算其量值。
此处，相位偏移检测单元54通过调节其比例来改善相位偏移的精度，并计算其量值。
如图4中所示，检查在低摩擦力道路上转向期间的柱转矩的变化以及转向角速度或电机角速度的变化，当柱转矩的变化最大时，也就是当在转向期间柱转矩变成0Nm时，转向角速度或电机角速度具有最大值。
在低摩擦力的情况下，当柱转矩的变化最大时，MDPS上的负荷降低，这可以改善MDPS的响应性。相应地，当柱转矩的变化最大时，转向角速度或电机角速度具有最大值。
同时，如图5中所示，检查在高摩擦力道路上转向期间的柱转矩的变化以及转向角速度或电机角速度的变化，当小齿轮的扭力杆扭转时所产生的对柱转矩的负荷增大，这降低了MDPS和驱动电机的机械部件的响应性。相应地，当柱转矩为最大时，转向角速度或电机角速度具有最大值。
也就是说，负荷越高，转向角速度或电机角速度的相位被延迟的量越大。因此，路面的状态可以通过计算延迟量来确定。
如图6中所示，检查在柱转矩和转向角速度或电机角速度之间的相位偏移，在低摩擦力道路上转向期间检测到较大的相位偏移，但在高摩擦力道路上转向期间检测到较小的相位偏移。相应地，设定相位偏移的定量标准，并且可以基于相位偏移来确定路面的状态。
如上所述，相位偏移检测单元54监测当驾驶员使车辆转向时(也就是说，当在柱转矩变成等于或大于某个值之后在相反方向上转向时)柱转矩变成0Nm的时间点附近的转向角速度或电机角速度。然后，相位偏移检测单元54根据所监测的值来检测相位差，借此检测相位偏移。
相位偏移的精度通过将所检测到的相位偏移的比例调节到适当水平并且然后计算其绝对值来提高，借此可以导出用于确定路面状态的最优相位偏移。
路面状态确定单元56通过与基于由提升增益计算单元52所计算的提升增益且基于由相位偏移检测单元54所检测到相位偏移的摩擦系数阈值的比较来确定路面状态，并输出路面确定信号。
也就是说，如图3中所示，摩擦系数阈值使用提升增益和相位偏移之间的关系来设定，并且路面状态可以被确定为低摩擦力道路、中等摩擦力道路或高摩擦力道路。
此处，摩擦系数阈值可以通过根据在实验中的具有不同摩擦系数的道路上的提升增益来测量相位偏移的变化而估算，并且可以基于估算结果来设定。
在本实施例中，侧向加速度传感器40检测车辆的侧向加速度或偏航率并将该侧向加速度或偏航率提供给路面确定单元50，也就是路面状态确定单元56，以便根据该侧向加速度或偏航率实时地校准摩擦系数阈值。
当车辆凭借驾驶员使车辆转向而被移动时，产生侧向力。另外，由于负荷在产生侧向力的方向上增大，所以引起柱转矩和转向角速度或电机角速度之间的额外的相位偏移。
相应地，针对被侧向力改变的相位偏移，路面状态确定单元56可以根据侧向加速度或偏航率来校准摩擦系数阈值。
此处，侧向力可以使用侧向加速度或偏航率来确定。
如上所述，根据本发明一实施例的用于在MDPS中检测路面状态的设备基于柱转矩和转向角速度或电机角速度之间的相位偏移来确定路面状态，并提供该路面状态，由此利用适于路面状况的辅助转矩为驾驶员提供更好的转向感觉。
图7是用于解释根据本发明一个实施例的控制用于在MDPS中检测路面状态的设备的方法的流程图。
如图7中所示，在根据本发明一个实施例的控制用于在MDPS中检测路面状态的设备的方法中，首先，在步骤S10处，路面确定单元50分别从车辆速度传感器10、柱转矩传感器20和转向角度传感器30接收行驶速度、柱转矩和转向角速度。
此处，路面确定单元50可以接收转向角速度或驱动电机的电机角速度。
在步骤S20处，路面确定单元50根据在步骤S10处所输入的行驶速度和柱转矩来计算提升增益以用于调节MDPS的辅助转矩。
此处，提升增益可以利用斜率根据行驶速度而不同的映射根据柱转矩来计算，如图2中所示。
然后，在步骤S30处，路面确定单元50检测在步骤S10处所输入的柱转矩和转向角速度或电机角速度之间的相位偏移，并计算该相位偏移的量值。
此处，路面确定单元50通过将所检测到的相位偏移的比例调节到适当水平并且随后计算其绝对值来提高所检测到的相位偏移的精度，借此可以导出用于确定路面状态的最优相位偏移。
基于在步骤S20处所计算的提升增益和在步骤S30处所计算的相位偏移，在步骤S40处，路面确定单元50通过与摩擦系数阈值的比较而确定路面状态。
也就是说，路面确定单元50使用图3中所示的提升增益和相位偏移之间的关系来设定摩擦系数阈值，并且通过与摩擦系数阈值的比较而将路面状态确定为低摩擦力道路、中等摩擦力道路或高摩擦力道路。
此处，摩擦系数阈值可以通过在实验中的具有不同摩擦系数的道路上的提升增益来测量取决于相位偏移的变化而估算，并且可以根据估算结果来设定。
在步骤S40处确定路面状态之后，在步骤S50处，路面确定单元50根据确定结果输出路面确定信号，由此使MDPS能够根据路面状态提供最优的辅助转矩并通过使用反馈回到路面确定单元50的路面确定信号调节取决于行驶速度的斜率来校准提升增益。
如上所述，提升增益根据路面确定信号来调节。在低摩擦力道路的情况下，辅助转矩通过减小斜率而被减小。在高摩擦力道路的情况下，辅助转矩通过增大斜率而被增大。相应地，可以将针对路面更加优化的辅助转矩提供给驾驶员。
一方面，路面确定单元50可以通过从侧向加速度传感器40接收车辆的侧向加速度或偏航率来校准摩擦系数阈值。
当车辆凭借驾驶员使车辆转向而被移动时，产生侧向力。另外，由于负荷在产生侧向力的方向上增大，所以引起在柱转矩和转向角速度或电机角速度之间的额外的相位偏移。
相应地，针对被侧向力改变的相位偏移，路面确定单元50可以根据侧向加速度或偏航率来校准摩擦系数阈值，其对于确定路面状态而言是必须的。
如上所述，在根据本发明一个实施例的控制用于在MDPS中检测路面状态的设备的方法中，提供了基于柱转矩和转向角速度或电机角速度之间相位偏移所确定的路面状态，由此可以在MDPS中提供适于路面的状况的辅助转矩，并且可以向驾驶员提供更好的转向感觉。
根据本发明一个方面的用于在MDPS中检测路面状态的设备以及控制该设备的方法基于柱转矩和转向角速度之间的相位偏移来确定路面状态并提供该路面状态，由此可以在MDPS中提供适于路面状况的辅助转矩，并且可以向驾驶员提供更好的转向感觉。
尽管为了说明的目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应当意识到，在不脱离所附权利要求书中所限定的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加以及替换也是可能的。
相应地，本发明的范围应当仅根据所附权利要求来确定。

Claims (9)

1.一种用于在电动助力转向中检测路面状态的设备，包括：
柱转矩传感器，被配置为检测施加给转向柱的柱转矩并输出柱转矩信号；
转向角度传感器，被配置为检测方向盘的转向角速度；
车辆速度传感器，被配置为检测车辆的行驶速度；以及
路面确定单元，被配置为基于提升增益并基于所述柱转矩和所述转向角速度之间的相位偏移来确定路面状态并输出路面确定信号，所述提升增益基于所述行驶速度和所述柱转矩来计算。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述路面确定单元包括：
提升增益计算单元，被配置为根据所述行驶速度和所述柱转矩计算所述提升增益以用于调节所述电动助力转向的辅助转矩；
相位偏移检测单元，被配置为检测所述柱转矩和所述转向角速度之间的所述相位偏移并计算所述相位偏移的量值；以及
路面状态确定单元，被配置为通过与基于所述提升增益和所述相位偏移的摩擦系数阈值的比较来确定所述路面状态并输出所述路面确定信号。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述提升增益计算单元通过接收从所述路面状态确定单元输出的所述路面确定信号来校准所述提升增益。
4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述相位偏移检测单元通过调节所述相位偏移的比例来计算所述量值。
5.根据权利要求2所述的设备，还包括：
侧向加速度传感器，被配置为检测所述车辆的侧向加速度，
其中，所述路面状态确定单元根据所述侧向加速度来校准所述摩擦系数阈值。
6.一种控制用于在电动助力转向中检测路面状态的设备的方法，包括以下步骤：
由路面确定单元分别从车辆速度传感器、柱转矩传感器和转向角度传感器接收行驶速度、柱转矩和转向角速度；
由所述路面确定单元根据所述行驶速度和所述柱转矩来计算提升增益以用于调节所述电动助力转向的辅助转矩；
由所述路面确定单元检测所述柱转矩和所述转向角速度之间的相位偏移并由所述路面确定单元计算所述相位偏移的量值；以及
由所述路面确定单元通过与基于所述提升增益和所述相位偏移的摩擦系数阈值的比较来确定路面状态并由所述路面确定单元输出路面确定信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，计算所述提升增益的步骤包括：
由所述路面确定单元通过接收反馈回到所述路面确定单元的所述路面确定信号来校准所述提升增益。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，检测所述相位偏移并计算所述相位偏移的所述量值的步骤被配置为使得所述路面确定单元通过调节所述相位偏移的比例来计算所述量值。
9.根据权利要求6所述的方法，还包括：
由所述路面确定单元接收来自侧向加速度传感器的侧向加速度；以及
由所述路面确定单元通过根据所述侧向加速度校准所述摩擦系数阈值来确定所述路面状态。
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