CN109895842B - 用于电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后减少的控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后减少的控制装置和方法。该装置和方法即使不使用昂贵的电机，也能够抑制在高转向速度下发生的转向响应滞后，从而有助于提高商业价值并降低车辆的制造成本。该方法包括利用驾驶员转向输入信息和车辆状态信息确定目标转向速度，并且确定目标转向速度对应于利用所确定的目标转向速度来避免转向响应滞后的条件。然后，响应于确定出目标转向速度对应于用于避免转向响应滞后的条件，利用目标转向速度确定用于减少转向响应滞后的电流补偿值，并且利用电流补偿值补偿电机电流。

Description

用于电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后减少的控制装 置和方法

技术领域

本发明涉及电机驱动动力转向系统的控制装置和方法，更具体地，涉及用于电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后(catch-up)减少的控制装置和方法，该装置和方法能够有效地减少或防止在高转向速度下发生的转向响应滞后。

背景技术

已经开发了各种动力转向系统，用于辅助驾驶员施加的转向力以使车辆转向，包括液压动力转向(HPS)系统和电机驱动动力转向系统(以下称为MDPS系统)，该液压动力转向系统利用由液压泵产生的液压压力来辅助驾驶员施加的转向力，该MDPS系统利用电动机的输出扭矩来辅助驾驶员施加的转向力。

MDPS系统能够在执行辅助驾驶员基于车辆的驾驶条件操作方向盘的功能时调节用于转向辅助的电动机(转向电机)的输出扭矩(例如，辅助扭矩)，因此与液压转向系统相比提供了改进的转向性能和转向感。因此，在最近开发的车辆中广泛使用能够根据行驶条件改变由电机输出产生的转向辅助力的MDPS系统。

MDPS系统可以包括：转向角传感器、扭矩传感器、例如检测车辆速度的车辆速度传感器的传感器、控制器(MDPS电子控制单元(ECU))以及转向电机(MDPS电机)；所述转向角传感器检测驾驶员操作方向盘时的转向角；所述扭矩传感器检测由驾驶员施加到方向盘的转向扭矩。可以另外使用车轮速度传感器、发动机每分钟转数(RPM)传感器、横摆率传感器等作为传感器。控制器配置为从传感器接收驾驶员转向输入信息(例如转向角、转向角速度和转向扭矩，即关于方向盘的操作的信息)以及关于车辆状态的信息(例如，车辆速度、车轮速度、发动机RPM和横摆率)，以操作转向电机。

转向角表示方向盘的旋转位置，而转向扭矩表示驾驶员的输入扭矩，即由驾驶员施加到方向盘的扭矩(例如，由驾驶员施加以转动方向盘的扭矩)。转向角速度是指由驾驶员转动的方向盘的速度，即，转向速度，该转向角速度为通过单独的传感器或转向角传感器信号的差分信号(转向角信号)而获得的方向盘的角速度。当由扭矩传感器检测到驾驶员的作为输入扭矩的转向扭矩时，控制器基于检测的来自驾驶员的转向扭矩操作转向电机以产生用于转向辅助的辅助扭矩。

在普通的MDPS系统中，来自用于辅助驾驶员的转向力的转向电机的输出借助于调节通过控制器施加到转向电机的电机电流来控制。控制器配置为基于从车辆收集的信息(例如车辆速度和由扭矩传感器检测的转向扭矩)确定电机电流，然后将最终确定的目标电流量施加到转向电机，其中辅助力为通过操作电机产生用于辅助来自驾驶员的转向力的力。

在转向系统中，用于传递由驾驶员通过方向盘施加的转向力和由电机产生的辅助力的构造可以包括：联接到方向盘的底部的转向柱、通过将来自转向柱的扭矩转换成直的力而改变轮胎的方向的齿轮箱、以及将扭矩从转向柱传递到齿轮箱的万向接头。齿轮箱可以包括小齿轮和齿杆，所述小齿轮接收来自万向接头的扭矩；所述齿杆具有与小齿轮啮合的齿条。

当小齿轮旋转时，齿杆通过齿条而直线的左右移动，其中齿杆的左右直线运动产生的力通过横拉杆和球节而传递给轮胎，由此改变轮胎的方向。当车辆停止时，MDPS系统将电流(其与驾驶员的输入扭矩成比例，即，由扭矩传感器检测的转向扭矩)施加到电机以允许驾驶员以最小的力转向车辆。

然而，在MDPS系统中使用的转向电机具有速度和扭矩成反比的特性，因此，当驾驶员高速转动方向盘时，电机扭矩减小并且从电机提供的辅助力(例如，用于转向辅助的力)也减小，使驾驶员在操作方向盘时感觉到很大的阻力。特别地，当驾驶员以高速转动方向盘超过预定水平时，在特定转向角处需要相当大的转向力，因此驾驶员瞬间感觉到方向盘的阻力(例如，操作方向盘变得更重)。

该现象被称为转向响应滞后，并且在下文中参考图1更详细地描述。图1是示出根据MDPS系统中的车辆速度的转向扭矩的电机电流值的视图，其中转向扭矩表示由驾驶员施加到方向盘的输入扭矩。如图1所示，速度越低，在相同的转向扭矩下应该向转向电机施加的电流越多，并且当车辆停止时，在相同的转向扭矩下电机电流最大。

特别地，道路表面和轮胎之间的摩擦力最大，因此，从转向电机输出的辅助扭矩(转向辅助扭矩)应该大于当车辆被驱动时使驾驶员感觉到的恒定的转向力。然而，由于电机具有扭矩和速度成反比的特性，因此当驾驶员在车辆停止情况下快速转动方向盘的时候(其中用于操作方向盘的扭矩(例如，驾驶员操作方向盘所需的转向扭矩)是最大的)，发生转向响应滞后，其中驾驶员瞬间感觉到方向盘的阻力。因此，可能降低车辆的商业价值，并且需要更昂贵的转向电机来解决该问题，这增加了制造成本。

图2和图3是示出在不同转向速度下根据转向角的转向扭矩的滞后曲线，其中转向扭矩是指由驾驶员将方向盘操作到期望转向角所施加的力，即转向力。如图2所示，当转向速度较低(例如，转向速度约为450deg/s)时，不会发生转向响应滞后，但是当转向速度较高时(例如，转向速度约为600deg/s)，如图3所示，可能发生瞬间需要在特定转向角处的较大转向力的转向响应滞后。参考图3，当驾驶员转动方向盘时，在几个转向角处发生转向响应滞后，并且每次发生转向响应滞后时需要较大的转向力，从而使驾驶员在转动方向盘时感觉到车轮的锁定感觉。

发明内容

因此，本发明提供了一种电机驱动动力转向系统的控制装置和方法，该装置和方法即使不需要使用昂贵的电机也能够通过有效地减少或防止在高转向速度下发生的转向响应滞后，从而提高车辆的商业价值并降低制造成本。

为了实现该目的，本发明的一个方面提供了一种用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其可以包括：多个传感器，所述多个传感器配置为检测依据驾驶员对方向盘的操作的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息；MDPS基本逻辑单元，其配置为根据传感器检测的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息，基于驾驶员对方向盘的操作确定电机电流；转向响应滞后减少逻辑单元，其配置为利用由传感器检测的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息确定目标转向速度，利用确定的目标转向速度确定目标转向速度是否为用于避免转向响应滞后的条件，并且响应于检测用于避免转向响应滞后的条件而利用目标转向速度确定用于减少转向响应滞后的电流补偿值；以及补偿单元，其配置为用由转向响应滞后减少逻辑单元确定的电流补偿值补偿由MDPS基本逻辑单元确定的电机电流。

本发明的另一个方面提供了一种用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其可以包括：由控制器而实时获取驾驶员转向输入信息和车辆状态信息；根据检测的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息，由控制器基于驾驶员对方向盘的操作确定电机电流；利用所确定的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息，由控制器确定目标转向速度；利用确定的目标转向速度，由控制器确定目标转向速度是否对应于用于避免转向响应滞后的条件；响应于检测用于避免转向响应滞后的条件，利用目标转向速度，由控制器确定用于减少转向响应滞后的电流补偿值；以及利用转向响应滞后减少逻辑单元所确定的电流补偿值，由控制器补偿MDPS基本逻辑单元所确定的电机电流。

因此，根据本发明的用于减少转向响应滞后的控制装置和方法，由于可以使用廉价的电机使MDPS系统的性能最大化，因此可以降低制造成本。换言之，由于可以有效地减少或防止在车辆停止时在高转向速度下发生的转向响应滞后，因此可以提高车辆的商业价值并且可以使用廉价的直流(DC)电机而不使用昂贵的电机，这可以有助于降低制造成本。

此外，根据本发明的控制装置和方法，由于可以基于在车辆停止时的转向速度而人为地调节转向力，因此可以通过避免快速锁定感生成条件来防止转向响应滞后。与相关技术相比，驾驶员还可以更加平顺地转动方向盘，因此，可以提高车辆的商业价值。特别地，由于可以确保转向余量并且通过调节电机电流而逐渐增加转向力，使得当转向速度增加时未达到最大电流，因此可以在没有锁定感的情况下更加平稳地转动方向盘。此外，还可以减少使用的电流以防止电机过热。

附图说明

通过下文结合附图所呈现的详细描述将会更为清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及优点，在这些附图中：

图1是示出在根据相关技术的电机驱动动力转向系统中，根据取决于车辆速度的转向扭矩的电机电流值的示例图；

图2和图3是根据相关技术的在不同转向速度下根据转向角的转向扭矩的滞后曲线；

图4是示出在根据相关技术的MDPS系统中，当发生转向响应滞后时根据转向角的转向速度、电机电流和转向扭矩的状态的示例图；

图5是示出根据本发明的示例性实施方案的电机驱动动力转向系统的结构的框图；

图6是示出根据本发明示例性实施方案的根据转向角的转向速度、电机电流和转向扭矩的状态的示例图；

图7是示出根据本发明示例性实施方案的设定数据的示例图，其中根据转向角设定所需系统电流值；

图8是示出根据本发明示例性实施方案的电机性能数据的示例图，其中为DC 65A电机性能曲线图；

图9是示出根据本发明示例性实施方案的用于转向响应滞后控制的设定数据的示例图；

图10是示出根据本发明示例性实施方案的用于减少MDPS系统的转向响应滞后的控制过程的流程图。

具体实施方式

应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。

虽然示例性的实施方案描述为使用多个单元执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解的是术语控制器/控制单元指代的是包含有存储器和处理器的硬件设备。该存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块以执行以下进一步描述的一个或多个过程。

本文所使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的，并非旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。还将理解当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其他的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所述的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。

除非在上下文特别指出或显然的，本文中所用的术语“约”理解为在本领域内的正常公差的范围内，例如均值的2个标准偏差内。“约”可被理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文清楚的，本文提供的所有数值通过术语“约”修饰。

接下来，将参考所附附图具体描述本发明的示例性实施方案，以使本领域技术技术人员能够容易地实现本发明。然而，本发明不限于本文描述的示例性实施方案，而可以通过各种其它的方式实施。

在电机驱动动力转向系统(下文中，称为MDPS系统)中发生的转向响应滞后被详细描述以帮助理解本发明。根据MDPS系统，可以自由地调节施加到转向电机的电流特性，因此当车辆停止时通过增加电机电流和电机输出而产生较大的转向辅助力，从而由驾驶员施加的转动方向盘的转向力减小，使得方向盘的重量感降低。因此，当驾驶员用一只手快速转动方向盘时，电机的转速不能赶上或达到驾驶员转向速度并且转向力迅速增加，这称为转向响应滞后(catch-up)。

然而，根据液压动力转向(HPS)系统，对于机械阀的特性，平地上的转向力通常约为4Nm或更大，因此与MDPS系统相比，提供了轻微的沉重感。与MDPS系统相比，转向感设置得较重并且需要相对大的转向力，因此即使当驾驶员想要用一只手在车辆停止时快速转动方向盘时，也难以与MDPS系统的转速一样快的转动方向盘。然而，由于这个原因，在液压动力转向系统中不经常发生转向期间转向力迅速增加的转向响应滞后。然而，当动力转向泵的流速不能赶上转向齿轮机构的活塞速度时，在液压动力转向系统中可能发生转向响应滞后。

图4是示出当在MDPS系统中发生转向响应滞后时根据转向角(例如，由驾驶员转动的方向盘的角度)的转向速度、电机电流和转向扭矩的状态的示例图。例如，当驾驶员在车辆停止时快速转动或以其他方式操纵方向盘时(例如，驾驶员在车辆停止时用一只手快速转动方向盘)，车辆速度增加并且在特定转向角(例如，大约400°)时将最大电流施加到电机，并且驾驶员由于转向响应滞后而感受到锁定感。锁定感(其为当驾驶员操作方向盘时由于转向响应滞后而产生的感觉)是当方向盘没有平顺地转动并且当由于转向响应滞后方向盘转动时瞬间需要大量转向力而突然锁定。

参考图4，当驾驶员在车辆停止的情况下快速转动方向盘时，转向速度增加并且在约600deg/s的转向速度下达到约400°的转向角，约65A的最大电流施加至转向电机。特别地，没有可以施加到转向电机的电流余量，因此，转向扭矩不能额外地输出更大的扭矩。因此，当驾驶员以2Nm的转向扭矩操作方向盘时，瞬间需要大约7Nm的大量的转向扭矩，由此使得驾驶员由于转向扭矩和转向力的快速变化而感测到锁定。

当产生锁定感或感觉时，转向速度降低，并且在相关技术中，没有可以额外应用于转向电机的余量，因此，难以去除或释放转向感。因此，如上所述，需要一种控制技术，其可以当配备有MDPS系统的车辆停止时，有效地减少和防止由于快速转向而发生的转向响应滞后。

如上所述，在确定避免转向响应滞后的条件的过程和控制转向电机电流以减少转向响应滞后的过程中，本发明还为MDPS系统的控制逻辑提供一种转向响应滞后减少逻辑，其可以防止和减少上述的转向响应滞后和锁定感。本发明的转向响应滞后减少逻辑配置为在车辆停止时基于转向速度人为地调节转向力，从而避免引起快速锁定感和防止转向响应滞后的条件。

图5是示出根据本发明示例性实施方案的MDPS系统的结构的框图。MDPS系统可以包括控制系统，具体地为基于驾驶员转向输入信息和车辆状态信息操作转向电机26的控制系统，而该控制系统可以包括配置为收集驾驶员转向输入信息和车辆状态信息的多个传感器。

换言之，MDPS系统的控制系统可以包括：例如扭矩传感器11的传感器、车辆速度传感器12、转向角传感器13以及控制器(MDPS ECU)20；所述扭矩传感器11配置为检测由驾驶员施加到方向盘1的转向扭矩；所述车辆速度传感器12配置为检测车辆速度；所述转向角传感器13配置为在驾驶员操作方向盘时检测转向角；所述控制器20配置为基于通过传感器而收集和获取的信息输出电机控制信号。

具体地，控制器20可以配置为接收并获取例如转向扭矩、车辆速度、转向角和转向角速度(例如，转向速度)的驾驶员的转向输入信息(例如，方向盘操作状态信息)和例如来自传感器11、12和13的车辆速度的车辆状态信息，以调节转向电机26的操作和输出。转向角速度是指由驾驶员转动的方向盘的速度，即，转向速度，该转向角速度为通过单独的传感器或转向角传感器信号的差分信号(转向角信号)获得的方向盘的角速度。

此外，如下所述，为了调节施加到转向电机26的电流(即电机电流)，控制器20可以配置为确定目标电流并执行PI控制以调节施加到转向电机的电流从而对应于确定的目标电流，因此，传感器可以进一步包括配置为检测电机电流的电流传感器27。换言之，控制器20可以配置为利用来自电流传感器27的信号作为反馈信号对施加到转向电机26的电流执行PI控制，电流传感器27配置为检测施加到转向电机26的电流。此外，MDPS系统可以包括电机单元，该电机单元配置为基于从控制器输出的控制信号产生并输出转向辅助力，并且电机单元可以包括转向电机(MDPS电机)26和配置为操作转向电机的逆变器25。

在根据本发明示例性实施方案的控制系统中，控制器20可以包括MDPS基本逻辑单元21，所述MDPS基本逻辑单元21配置为利用由扭矩传感器11检测的转向扭矩和由车辆速度传感器12检测的车辆速度，从基本电流图计算电机电流。此外，本发明的控制系统可以包括：转向响应滞后减少逻辑单元22、补偿单元23以及电机控制逻辑24；所述补偿单元23配置为计算补偿减少转向响应滞后的电机电流的目标值，即最终目标电流；所述电机控制逻辑24配置为输出用于将由补偿单元23计算的最终目标电流施加到转向电机26的控制信号。值得注意的是，控制器可以被编程为专门执行本文描述的各种逻辑单元的操作。

如下所述，补偿单元23可以配置为通过基于由转向响应滞后减少逻辑单元22确定的电流补偿值补偿由MDPS基本逻辑单元21计算的电机电流来计算最终目标电流。此外，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为基于通过传感器11、12和13从车辆收集和获取的信息确定目标转向速度，并确定它是否为避免转向响应滞后的条件。换言之，逻辑单元可以配置为确定目标转向速度是否对应于用于避免转向响应滞后的条件。

本发明中用于避免转向响应滞后的条件可以包括在设定车辆速度(例如，大约20km/h)下车辆速度较低的条件和其中驾驶员转向速度大于设定水平的条件。例如，用于避免转向响应滞后的条件可以包括如下的情况：(通过驾驶员/制动踏板接合的操作)车辆速度降低然后车辆停止，然后用一只手比设定水平更快地转动方向盘以停放车辆。

如上所述，在MDPS系统的转向电机26中存在一定程度的负荷，但是当转向电机26的最大速度不能赶上驾驶员转向速度时，可能突然产生由转向响应滞后引起的锁定感。因此，在本发明中，当转向速度增加而超过设定水平(即，如上所述，对应于目标转向速度的预定比率(例如，小于100％，例如，大约90％)的临界速度)时，可以将电机电流调节成限制为减小的极限电流值，从而减小从转向电机26输出的辅助扭矩(例如，转向辅助扭矩)和转向辅助力。

将电机电流限制为减小的极限电流值可以包括通过补偿而减小施加到转向电机26的电流从而不超过减小的极限电流值，并且可以包括将电机电流的目标值补偿到减小的值，使得电机电流可以限制为减小的极限电流值。因此，驾驶员感受到方向盘的沉重感觉并且转向速度可能无法达到极限，从而防止转向响应滞后。

如上所述，可以限制和减小施加到转向电机26的电流，可以减小从转向电机输出的辅助扭矩和转向辅助力，因此，需要更大的转向力和更大的转向扭矩以用于(例如，由驾驶员)转动方向盘。因此，随着所需的转向力和转向扭矩增加，当转动方向盘时方向盘重量(例如，沉重)感觉增加，因此，可能引起驾驶员降低操作方向盘的速度，即，转向速度。

参考图6，根据本发明，当操作方向盘时，可以通过减小MDPS系统中的电机电流来增加驾驶员施加的转向扭矩，因此，当转动方向盘时驾驶员感觉方向盘很重。因此，驾驶员转向速度可以保持在预定水平，例如，约600deg/s或更低。因此，转向速度可能不会增加而超过预定水平并且电机电流可能不会被用到最大电流(65A)，因此，存在可以额外增加电流的电流余量。此外，由于通过调节电机电流而逐渐增加转向扭矩，因此可以防止快速锁定感。

同时，MDPS系统可以配置为当驾驶员转向车辆时实时监控转向角以及在转向角处所需的系统电流值，图7示出了电流设定数据，其中根据转向角设定所需的系统电流值以监控所需的系统电流。图7中所示的电流设定数据为MDPS系统的特定数据，可以通过测试预先获得和设定用于每个转向角度的所需的系统电流，且可以将电流设定数据预先存储在控制器20的转向响应滞后减少逻辑单元22中从而稍后使用。特别地，可以将电流设定数据存储在控制器20的存储器中。

转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为利用图7中示出的电流设定数据来确定驾驶员对应于当前转向角的所需系统电流值，该当前转向角是转向角传感器13的检测值。例如，假设从MDPS系统获得图7中示出的电流设定数据，其中使用DC 65A的电机并且减速比为16.33:1，当MDPS系统中的转向角为270deg时，所需的系统电流值可以确定为45A，其中电机为使用DC 65A，减速比为16.33:1。

MDPS系统可以配置为当驾驶员转向车辆时实时监控转向角处所需的系统电流。此外，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为利用MDPS系统的减速比信息和通过上述监控过程获得的所需系统电流的电机性能数据来确定当前转向角处的目标转向速度。

图8是示出可以在本发明中使用的电机性能数据的示例图，并且示出作为转向电机的示例的DC 65A的电机的性能曲线图。电机的性能曲线图可以包括根据所需的系统电流值(A)示出电机速度(RPM)的速度曲线图，并且还可以包括根据所需的系统电流值(A)示出电机扭矩(Nm)的扭矩曲线图。

根据图8中所示的电机性能数据，当转向角为270°时，对应于所需的系统电流值45A的电机速度和电机扭矩分别为1432RPM和2.35Nm。当通过转向响应滞后减少逻辑单元22获得对应于所需的系统电流值的电机速度和电机扭矩时，可以利用减速比从电机速度和电机扭矩获得用于整个MDPS系统的系统扭矩和对应于系统扭矩的最大系统速度。

例如，当MDPS系统的减速比为16.33:1时，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为利用减速比从电机速度(＝1432RPM)和电机扭矩(＝2.35Nm)确定系统扭矩和最大系统速度，如下：

系统扭矩＝电机扭矩×减速比＝1.35×16.33＝38.4Nm

最大系统速度＝电机速度÷减速比＝1432÷16.33＝88RPM＝526deg/s

因此，当驾驶员以比526deg/s更快的速度转向车辆(即，转动方向盘)时，可能发生转向响应滞后。图8所示的电机性能数据通过对相应电机的测试而获得并设定，且可以预先输入并存储在转向响应滞后减少逻辑单元22中，以稍后使用。

如上所述，根据本发明，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为利用预先存储的信息从由转向传感器13检测的当前转向角确定MDPS系统所需的系统电流值，并可以配置为根据确定的所需的系统电流值计算系统扭矩和最大系统速度。换言之，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为利用当前设定数据确定MDPS系统所需的系统电流值，特别是对应于当前转向角的所需的系统电流值；利用电机性能数据确定与所需的系统电流值对应的电机速度和电机扭矩，并利用MDPS系统的减速比从确定的电机速度和电机扭矩计算最大系统速度和系统扭矩。

同时，根据本发明，可以执行用于引导驾驶员以小于最大系统速度的转向速度操作方向盘的控制，以防止转向响应滞后，并且为此目的，可以由最大系统速度确定考虑到速度余量比的目标转向速度。换言之，目标转向速度可以获得为对应于最大系统速度的预定比率(例如，小于100％，例如95％)的速度。

例如，速度余量比可以设定为5％，并且在这种情况下，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为将与最大系统速度的95％相对应的值确定为目标转向速度。在上述示例中，当最大系统速度确定为526deg/s时，500deg/s(即526deg/s的95％)确定为当速度余量比为5％时的目标转向速度。

此外，可以引导驾驶员施加的扭矩，使得驾驶员转向速度收敛于500deg/s，以防止在本发明中的转向响应滞后和锁定感。因此，用于确定用于控制与目标转向速度对应的转向响应滞后的转向扭矩的设定数据可以预先存储在转向响应滞后减少逻辑单元22中，并且设定数据也可以称为转向响应滞后控制设定数据。

可以将转向扭矩设定为根据转向响应滞后控制设定数据中的目标转向速度的值，如图9所示，转向响应滞后控制设定数据是获得的数据并设定测试和估计，且预先用于控制器20的转向响应滞后减少逻辑单元22中，以稍后使用。可以在转向响应滞后控制设定数据中匹配并设定驾驶员可以在相应的转向扭矩下最大地施加的转向速度。例如，参考图9，曲线图示出当转向扭矩为约4.55Nm时，方向盘1不能以大于约500deg/s的转向速度的速度转动。

因此，在本发明中，由于当转向扭矩为4.55Nm时，无论转动或操纵方向盘的速度有多快，转向速度都应小于500deg/s，因此可以调节用于辅助转向的电机电流以改变转向扭矩,该转向扭矩在驾驶员将方向盘转动到270°时应用于驾驶员以对应于4.55Nm，即，由扭矩传感器11检测的转向扭矩变为4/55Nm。结果，由于即使当驾驶员快速转动方向盘时转向速度极限为约500deg/s，因此无法达到最大系统速度(例如，在上述示例中为约526deg/s)，从而防止转向响应滞后发生。

此外，图10是示出根据本发明的用于减少MDPS系统中的转向响应滞后的控制过程的流程图，并且当启动(接通)发动机时，可以执行图10的控制过程。当发动机启动并且控制过程开始时，控制器20可以配置为接收从车辆收集的信息，即，由传感器11、12和13检测的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息(S11)。

驾驶员转向输入信息可以包括由转向角传感器13检测的转向角、基于来自转向角传感器13的信号获得的转向速度以及由扭矩传感器11检测的转向扭矩，车辆状态信息可以包括由车辆速度传感器12检测的车辆速度。此外，控制器20可以配置为从电流传感器27接收检测施加到转向电机26的电流的信号，作为用于操作转向电机的反馈信号。

如上所述，控制器20，具体地，控制器的转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为通过传感器11、12、13和27从车辆收集和获取必要信息，并确定目标转向速度。然后，控制器可以配置为利用通过传感器收集和获取的信息确定转向速度是否满足转向响应滞后避免条件，该条件需要用于减少转向响应滞后的电流控制(S12、S13和S14)。更详细地分别描述这些步骤。首先，控制器20的转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为通过将由车辆速度传感器22检测的当前车辆速度与设定车辆速度进行比较来确定当前车辆速度是否小于设定车辆速度(S12)。

当转向响应滞后减少逻辑单元22确定出当前车辆速度小于设定车辆速度时，可以执行用于减少转向响应滞后的电流控制过程。设定车辆速度，如图10所示，可以是约20km/h，并且当车辆速度小于约20km/h，即不是紧急危险避免条件时，可以执行用于减少转向响应滞后的电流控制。

转向响应滞后减少逻辑单元22可以被配置为利用由转向角传感器13检测的转向角和由扭矩传感器11检测的转向扭矩来确定车辆是否在转向扭矩随转向角的改变而增加的方向上转向(S13)。当转向响应滞后减少逻辑单元22确定车辆在转向扭矩随着转向角的改变而增加的方向上转向时，可以执行用于减少转向响应滞后的电流控制性能。

例如，车辆在转向扭矩随着转向角的改变而增加的方向上转向的状态可以包括当驾驶员从中心位置向左侧和右侧之一转动方向盘时转向扭矩的绝对值逐渐增加的状态。换言之，驾驶员从中心位置向右转动方向盘1，从而增加正转向扭矩，或者驾驶员从中心位置向左转动方向盘，从而增加负转向扭矩的状态。

此外，当驾驶员在转动方向盘以使得扭矩增加之后将方向盘1转回到中心位置时，即，当驾驶员将方向盘转向左侧和右侧之一并且将方向盘转回到中心位置时，通常可以认为是方向盘在扭矩减小的方向上转动的状态。当车辆在转向扭矩减小的方向上转向时，电机和系统使用的电流减小，因此，电流余量可以是足够的并且可以防止发生转向响应滞后，并且因此，可以省略电流控制过程。因此，可以仅当车辆在转向扭矩增加的方向上转向时执行用于减少转向响应滞后的下一个电流控制过程。

当驾驶员转向速度达到目标转向速度的预定水平时，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为将驾驶员转向速度与对应于目标转向速度的预定比率的临界速度进行比较，例如，临界速度对应于目标转向速度的约90％(S14)。当目标转向速度大于临界速度时，转向响应滞后减少逻辑单元22可以执行用于减少转向响应滞后的电流控制。

如上所述，用于避免转向响应滞后的条件可以包括当前车辆速度小于设定车辆速度的条件、车辆在转向扭矩增加的方向上转向的条件以及驾驶员转向速度大于对应于目标转向速度的预定比率的临界速度的条件，并且转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为确定当满足所有条件时满足避免转向响应滞后的条件。因此，当三个条件都满足时，转向响应滞后减少逻辑单元22可以执行用于减少转向响应滞后的电流控制。

在本发明中，当转向速度(即驾驶员转动的方向盘的速度并且利用转向角传感器13监控以收敛于目标速度(例如，对应于最大系统速度的约95％的速度))达到目标转向速度的约90％时，可以启动用于减少转向响应滞后的电流控制。在用于减少转向响应滞后的电流控制过程中，可以增加或减少监控电流以通过实时监控来自转向传感器13的信号获得的驾驶员转向速度来使驾驶员转向速度收敛于目标转向速度。

如上所述，当确定了目标转向速度时，如图9所示，可以利用用于控制转向响应滞后的设定数据来确定用于控制转向响应滞后的对应于所确定的目标转向速度的转向扭矩。此外，为了将驾驶员转向扭矩调节为用于控制转向响应滞后的转向扭矩，可以增大或减小电机电流，因此，可以调节驾驶员转向速度以收敛于目标转向速度。

当调节电机电流时，如上所述，可以调节从转向电机26输出的辅助扭矩(例如，转向辅助扭矩)和转向辅助力。此外，当调节来自转向电机26的辅助扭矩时，驾驶员转动的方向盘的速度，即驾驶员转向速度可以引导至不发生转向响应滞后的状态。

由于开始用于减少转向响应滞后的电流控制的条件是驾驶员转向速度大于临界速度的条件，因此应该降低驾驶员转向速度以防止转向响应滞后。因此，通过减小来自转向电机的辅助扭矩(例如，转向辅助扭矩)和转向辅助力，使得驾驶员使用更大的力来转动方向盘，即，需要增加的转向扭矩和转向力，可以引导驾驶员降低转向速度。

当通过控制电机电流减小来自电机的辅助扭矩而转动方向盘所需的转向扭矩和转向力增加时，驾驶员需要以更大的扭矩和力转动方向盘，因此，驾驶员转向速度，即驾驶员转动的方向盘的速度可以被引导减小。在电流控制过程(即用于减少转向响应滞后的电流控制过程)中，可以调节电机电流以使驾驶员转向速度达到目标转向速度，这是不发生转向响应滞后的状态(例如，可以避免转向响应滞后)。换言之，可以实时地增大或减小电机电流，使得监控的驾驶员转向速度收敛于目标转向扭矩，例如，大约是最大系统速度的95％。

根据示例性实施方案，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为执行电流控制过程，以在驾驶员快速转动方向盘并且转向速度增加而超过目标转向速度时减少转向响应滞后。如上所述，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为增大或减小监控电流以将由扭矩传感器11检测的驾驶员的转向扭矩调节为用于控制转向响应滞后的转向扭矩。因此，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为将电流补偿值确定为与驾驶员转向扭矩和用于控制转向响应滞后的转向扭矩之间的差相对应的值。

可替选地，如图10所示，转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为将极限电流值减小预定量以小于先前值，然后执行电流控制以在驾驶员快速转动方向盘且转向速度超过目标转向速度时，将电机电流限制为减小的极限电流值(S16和S17)。相应地，可以减小监控电流，因此来自转向电机26的辅助扭矩减小，使得操作方向盘1需要相当大的力，从而可以自然地降低驾驶员转向速度。

转向响应滞后减少逻辑单元22可以配置为确定用于在该过程中将电机电流限制为减小的极限电流值的电流补偿值。然后，补偿单元23可以配置为利用由转向响应滞后减少逻辑单元22确定的电流补偿值来补偿在普通MPDS系统中操作转向电机所获得的电机电流，从而将补偿后的电机电流确定为最终目标电流。仍未补偿的电机电流可以是基于来自转向扭矩和车辆速度的基本电流图确定的电机电流，转向扭矩和车辆速度由MDPS基本逻辑单元21中的传感器11和12检测。

可替选地，仍未补偿的电机电流可以是通过额外补偿经由扭矩变化率控制、惯性控制、摩擦控制、阻尼控制、恢复控制和电机防过热控制(OHP)基于基本电流图确定的电机电流而获得的电机电流。控制器20的电机控制逻辑24可以配置为输出控制信号，用于将由补偿单元23补偿的最终目标电流施加到转向电机26。

此外，电机控制逻辑单元24可以配置为基于反馈信号(该反馈信号是来自电流传感器27的信号)输出用于对电机电流执行PI控制的控制信号，以将最终目标电流施加到转向电机26，也就是说，施加到转向电机26的电机电流对应于最终目标电流。因此，可以响应于从电机控制逻辑单元24输出的控制信号来操作电机单元的逆变器25，可以操作转向电机26并且可以通过经由逆变器25施加的电流来调节从转向电机的输出的辅助扭矩。

参考图5，可以通过MDPS基本逻辑单元22利用基本电流图从驾驶员转向输入信息和车辆状态信息计算电机电流，并且可以利用由转向响应滞后减少逻辑单元22计算出的电流补偿值通过补偿单元23来补偿电机电流。此后，可以停止(切断)发动机(S18)，图10的用于减少转向响应滞后的控制过程可以终止，但是发动机在运转中，而图10的控制过程可以重复。

因此，根据本发明的用于减少转向响应滞后的控制装置和方法，由于可以使用廉价的电机使MDPS系统的性能最大化，因此可以降低制造成本。换言之，由于可以有效地减少或防止在车辆停止时在高转向速度下发生的转向响应滞后，因此可以提高车辆的商业价值并且可以使用廉价的DC电机而不使用昂贵的电机，这可以有助于降低制造成本。

特别地，由于与使用弱磁控制的BLAC电机相比，DC电机的转速较低，因此可能发生由于在车辆停止时在高转向速度下转向响应滞后而引起的锁定感，因此，在相关技术中使用昂贵的BLAC电机来解决该问题。然而，当应用根据本发明的控制装置和方法时，即使使用廉价的DC电机也可以减少或防止转向响应滞后。

此外，如图4和图6所示，根据本发明的控制装置和方法，由于可以根据在车辆停止时的转向速度人为地控制转向力，因此可以通过避免快速锁定感生成条件来防止转向响应滞后。与相关技术相比，驾驶员可以更加平顺地转动方向盘，因此，可以提高车辆的商业价值。特别地，如图6所示，由于确保了转向余量并且通过调节电机电流而逐渐增加转向力，使得当转向速度增加时未达到最大电流，因此可以在没有锁定感的情况下转动方向盘。还可以减少使用的电流，因此可以提高OHP(Over Heat Protection，过热保护)性能。

当在车辆停止的情况下方向盘频繁转动时，MDPS系统减少了电机的输出，使得需要相当大的力来转动方向盘以防止电机和控制器过热，用于调节来自MDPS系统的输出的逻辑被称为过热保护逻辑，即OHP逻辑。众所周知，操作方向盘的次数越多，进入OHP逻辑之前的OHP性能越高，并且在本发明中可以减小电机使用的电流，因此，可以提高OHP性能。

尽管以上详细描述了本发明的示例性实施方案，但是本发明的精神不限于此，并且可以基于基本构思以各种方式改变和修改本发明而不脱离随附的权利要求书所描述的本发明的范围。

Claims (18)

1.一种用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其包括：

多个传感器，所述多个传感器配置为检测车辆状态信息和依据驾驶员对方向盘的操作的驾驶员转向输入信息；以及

控制器，其包括电机驱动动力转向基本逻辑单元、转向响应滞后减少逻辑单元和补偿单元，

其中，所述电机驱动动力转向基本逻辑单元配置为根据传感器检测的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息，基于驾驶员对方向盘的操作确定电机电流，

所述转向响应滞后减少逻辑单元配置为利用由传感器检测的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息确定目标转向速度，确定关于确定的目标转向速度是否对应于用于避免转向响应滞后的条件，并且当确定出确定的目标转向速度对应于避免转向响应滞后的条件时，利用所述目标转向速度确定用于减少转向响应滞后的电流补偿值，

所述补偿单元配置为利用由转向响应滞后减少逻辑单元确定的电流补偿值补偿由电机驱动动力转向基本逻辑单元确定的电机电流，

所述控制器配置为：当转向速度增加超过与目标转向速度的预定比率相对应的临界速度时，将电机电流调节成限制为减小的极限电流值，从而减小从转向电机输出的转向辅助扭矩和转向辅助力，使得确保电流余量并逐渐增加转向力。

2.根据权利要求1所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其中，传感器包括扭矩传感器和转向角传感器以及车辆速度传感器，所述扭矩传感器和转向角传感器分别配置为检测转向扭矩和转向角作为驾驶员的转向输入信息，所述车辆速度传感器配置为检测车辆速度作为车辆状态信息。

3.根据权利要求1所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其中，所述转向响应滞后减少逻辑单元包括：

电流设定数据，其中所需的系统电流值基于转向角设定；以及

电机性能数据，其中电机速度基于所需的系统电流值设定，以及

所述转向响应滞后减少逻辑单元配置为：

在方向盘转动时，利用根据转向角传感器检测的转向角的电流设定数据确定所需的系统电流值，

利用确定的所需的系统电流值和存储的电机驱动动力转向系统的减速比信息确定最大系统速度，

将对应于最大系统速度的预定比率的速度确定为目标转向速度。

4.根据权利要求3所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其中，所述转向响应滞后减少逻辑单元配置为将对应于最大系统速度的95％的速度确定为目标转向速度。

5.根据权利要求1所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其中，所述转向响应滞后减少逻辑单元包括用于执行转向响应滞后的设定数据，其中，基于目标转向速度设定用于执行转向响应滞后的转向扭矩，并且所述转向响应滞后减少逻辑单元配置为将对应于由扭矩传感器检测的驾驶员转向扭矩与由目标转向速度的设定数据确定的执行转向响应滞后的转向扭矩之间的差的值确定为电流补偿值。

6.根据权利要求1所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其中，所述转向响应滞后减少逻辑单元配置为当从来自转向角传感器的信号获得的驾驶员转向速度大于目标转向速度时，将极限电流值从先前值减小预定量，并确定用于将电机电流限制为减小的极限电流值的电流补偿值。

7.根据权利要求1所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其中，当从转向角传感器的信号获得的驾驶员转向速度大于所述目标转向速度时，所述转向响应滞后减少逻辑单元配置为确定用于减少转向响应滞后的电流补偿值，所述补偿单元配置为利用所确定的电流补偿值来补偿电机电流。

8.根据权利要求1所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其中，所述转向响应滞后减少逻辑单元配置为当由车辆速度传感器检测的作为所述车辆状态信息的当前车辆速度小于设定车辆速度的条件、在由转向角传感器检测的作为驾驶员转向输入信息的转向角改变时方向盘在由扭矩传感器检测的转向扭矩增加的方向上转动的条件以及从来自转向角传感器的信号获得的驾驶员转向速度大于从目标转向速度获得的临界速度的条件都满足的时候，确定出需要转向响应滞后避免。

9.根据权利要求8所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，其中，所述转向响应滞后减少逻辑单元设定为使得获得与目标转向速度的预定比率对应的速度作为临界速度。

10.一种用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其利用根据权利要求1所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制装置，所述控制方法包括：

由控制器实时地获取驾驶员转向输入信息和车辆状态信息；

根据检测的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息，由控制器基于驾驶员对方向盘的操作确定电机电流；

利用所确定的驾驶员转向输入信息和车辆状态信息，由控制器确定目标转向速度；

利用确定的目标转向速度，由控制器确定目标转向速度是否对应于用于避免转向响应滞后的条件；

响应于确定出目标转向速度对应于用于避免转向响应滞后的条件，利用目标转向速度，由控制器确定用于减少转向响应滞后的电流补偿值；

利用所述电流补偿值，由控制器补偿由电机驱动动力转向基本逻辑单元确定的电机电流，

当转向速度增加超过与目标转向速度的预定比率相对应的临界速度时，由控制器将电机电流调节成限制为减小的极限电流值，从而减小从转向电机输出的转向辅助扭矩和转向辅助力，使得确保电流余量并逐渐增加转向力。

11.根据权利要求10所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其中，传感器包括扭矩传感器和转向角传感器以及车辆速度传感器，所述扭矩传感器和转向角传感器分别配置为检测转向扭矩和转向角作为驾驶员的转向输入信息，所述车辆速度传感器配置为检测车辆速度作为车辆状态信息。

12.根据权利要求10所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其中，所述控制器包括：

电流设定数据，其中所需的系统电流值基于转向角设定；以及

电机性能数据，其中电机速度基于所需的系统电流值设定，

所述控制器配置为在方向盘转动时，利用转向角传感器检测的转向角的电流设定数据确定所需的系统电流值，

所述控制器配置为利用确定的所需的系统电流值和存储的电机驱动动力转向系统的减速比信息确定最大系统速度，

所述控制器配置为将对应于最大系统速度的预定比率的速度确定为目标转向速度。

13.根据权利要求11所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其中，所述控制器配置为将对应于最大系统速度的95％的速度确定为目标转向速度。

14.根据权利要求10所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其中，所述控制器包括用于执行转向响应滞后的设定数据，其中，基于目标转向速度设定用于执行转向响应滞后的转向扭矩，并且所述控制器配置为将对应于由扭矩传感器检测的驾驶员转向扭矩与由来自目标转向速度的设定数据确定的执行转向响应滞后的转向扭矩之间的差的值确定为电流补偿值。

15.根据权利要求10所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其中，所述控制器配置为当从来自转向角传感器的信号获得的驾驶员转向速度大于目标转向速度时，将极限电流值从先前值减小预定量，并确定用于将电机电流限制为减小的极限电流值的电流补偿值。

16.根据权利要求10所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其中，当从转向角传感器的信号获得的驾驶员转向速度大于所述目标转向速度时，所述控制器配置为确定用于减少转向响应滞后的电流补偿值，并利用所确定的电流补偿值来补偿电机电流。

17.根据权利要求10所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其中，所述控制器配置为当由车辆速度传感器检测的作为车辆状态信息的当前车辆速度小于设定车辆速度的条件、在由转向角传感器检测的作为驾驶员转向输入信息的转向角改变时方向盘在由扭矩传感器检测的转向扭矩增加的方向上转动的条件以及从来自转向角传感器的信号获得的驾驶员转向速度大于从目标转向速度获得的临界速度的条件都满足的时候，确定是否需要转向响应滞后避免。

18.根据权利要求17所述的用于减少电机驱动动力转向系统中的转向响应滞后的控制方法，其中，所述控制器配置为获得对应于目标转向速度的预定比率的速度作为临界速度。

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