CN109895843A - 控制电机驱动动力转向系统的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种控制电机驱动动力转向系统的装置和方法。所述装置可包括：传感器，被配置为检测所述电机驱动动力转向系统中的转向角、角速度和柱扭矩中的至少一项；控制器，被配置为基于所述转向角或所述角速度确定是否已经执行了反向转向操作，并被配置为在非反向转向时基于所述柱扭矩输出高频补偿增益(第二增益)作为最终补偿增益，以及在反向转向时输出通过将对应于角加速度而优化的附加补偿增益(第一增益)应用于所述高频补偿增益(所述第二增益)而获得的值，作为所述最终补偿增益。

Description

控制电机驱动动力转向系统的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月7日提交的申请号为10-2017-0167328的韩国申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种控制电机驱动动力转向(motor-driven power steering，MDPS)系统的装置和方法，更具体地，涉及一种控制MDPS系统的装置和方法，该装置和方法能够在MDPS系统中进行反向转向时瞬时增强响应性，从而减轻转向陌生感(steeringunfamiliarity)，如粘滞感或卡住感。

背景技术

通常，最近的车辆采用电机驱动动力转向(MDPS)系统。这种MDPS系统是使用电动机的操作，而非通过发动机的操作来使用油的流动来使方向盘可以进行容易地旋转的系统。MDPS系统降低了发动机的负荷，因此在提高发动机的燃料效率方面非常有效。

与现有的液压动力转向系统相比，MDPS系统重量轻，占用空间小，并且不需要换油。此外，当驾驶员操纵方向盘时，MDPS系统采用辅助动力源来提供需要施加到方向盘的一些转向扭矩，从而便于转向操作。换言之，与方向盘直接耦合的扭矩传感器感测到驾驶员的转向意图，MDPS系统从扭矩传感器接收相应的信号，在考虑车辆当前速度的情况下驱动电动机以提供适当的力，从而为转向所需的力提供协助。

传统的MDPS系统提出了一种通过控制滞后宽度来改善转向感的方法，所述滞后宽度依赖于反向转向时的增益变化而产生，所述控制滞后宽度通过补偿柱扭矩来进行。然而，该方法的问题在于，可能无法减轻诸如粘滞感或卡住感的转向陌生感。

2015年12月8日公布的公布号为10-2015-0136885、名称为“MDPS系统中补偿柱扭矩的装置和方法”的未经审查的韩国专利申请公开了本发明的相关技术。

发明内容

本发明的实施例涉及的是一种控制电机驱动动力转向系统的装置和方法，该装置和方法能够在MDPS系统中进行反向转向时瞬时增强响应性，从而减轻转向陌生感，如粘滞感或卡住感。

在一个实施例中，一种控制电机驱动动力转向系统的装置可以包括：传感器，被配置为检测所述电机驱动动力转向系统中的转向角、角速度和柱扭矩中的至少一项；控制器，被配置为基于所述转向角或所述角速度确定是否已经执行了反向转向操作，并被配置为在非反向转向时基于所述柱扭矩输出高频补偿增益(第二增益)作为最终补偿增益，以及在反向转向时输出通过将对应于角加速度而优化的附加补偿增益(第一增益)应用于所述高频补偿增益(所述第二增益)而获得的值，作为所述最终补偿增益。

所述控制器可以包括相位补偿单元，所述相位补偿单元被配置为：通过对与所述转向角或所述角速度有关的信号的相位进行补偿的操作，去除所述信号中包含的噪声；或者执行相位偏移操作以优化补偿定时。

所述控制器还可包括反向转向确定单元，所述反向转向确定单元被配置为：对相位补偿的信号进行编码，并且根据所述相位补偿的信号的代码是否已经从负数变为正数或从正数变为负数确定是否已经执行了所述反向转向操作。

所述控制器可以包括增益选择器，所述增益选择器被配置为：在反向转向时，输出补偿增益值，所述补偿增益值为补偿增益表中存储的增益值中与所述角加速度对应的增益；在非反向转向时，输出“1”作为所述补偿增益值。

所述控制器还可包括补偿增益保持单元，所述补偿增益保持单元被配置为：如果在反向转向时对应于所述角加速度的增益值(所述第一增益)被选择并被输出为所述补偿增益值，则在预先存储在补偿增益保持时段表中的与所述角加速度对应的增益保持时段期间维持所述补偿增益的输出。

所述控制器还可包括补偿增益限制单元，所述补偿增益限制单元被配置为在反向转向时限制所输出的补偿增益值(所述第一增益)，使得在不超过预设参考值的情况下稳定地维持所述补偿增益值。

所述控制器还可包括乘法单元，所述乘法单元被配置为：在反向转向时，检测通过高频滤波器的柱扭矩信号或电动机电流，从中提取高频分量，然后输出对应于所述高频分量而输出的补偿增益(所述第二增益)与对应于所述角加速度而优化的附加补偿增益(所述第一增益)相乘而获得的值，作为所述最终补偿增益。

在另一实施例中，一种控制电机驱动动力转向系统的方法可以包括：使用所述电机驱动动力转向系统中安装的至少一个或多个传感器检测转向角、角速度和柱扭矩中的至少一项；由控制器基于所述转向角或所述角速度确定是否已经执行了反向转向操作；在非反向转向时，基于所述柱扭矩输出高频补偿增益(第二增益)，作为最终补偿增益；在反向转向时，输出通过将对应于角加速度而优化的附加补偿增益(第一增益)应用于所述高频补偿增益(所述第二增益)而获得的值，作为最终补偿增益。

在作为所述最终补偿增益的输出中，所述控制器可以：通过对与所述转向角或所述角速度有关的信号的相位进行补偿的操作，去除所述信号中包含的噪声；或执行相位偏移操作以优化补偿定时。

在作为所述最终补偿增益的输出中，所述控制器可以对相位补偿的信号进行编码，并确定是否已根据所述相位补偿的信号的代码是否已经从负数变为正数或从正数变为负数而执行了所述反向转向操作。

在作为所述最终补偿增益的输出中，所述控制器可以在反向转向时输出补偿增益值，所述补偿增益值为补偿增益表中预先存储的增益值中与所述角加速度对应的增益，并在非反向转向时输出“1”作为所述补偿增益值。

在作为所述最终补偿增益的输出中，如果在反向转向时对应于所述角加速度的增益值(所述第一增益)被选择并被输出为所述补偿增益值，则在预先存储在补偿增益保持时段表中的与所述角加速度对应的增益保持时段期间所述控制器可以维持所述补偿增益的输出。

在作为所述最终补偿增益的输出中，所述控制器可以在反向转向时限制所输出的补偿增益值(所述第一增益)，使得在不超过预设参考值的情况下稳定地维持所述补偿增益值。

在作为所述最终补偿增益的输出中，在反向转向时，所述控制器可以通过高频滤波器检测柱扭矩信号或电动机电流，从中提取高频分量，然后输出对应于所述高频分量而输出的补偿增益(所述第二增益)与对应于所述角加速度而优化的附加补偿增益(所述第一增益)相乘而获得的值，作为所述最终补偿增益。

附图说明

图1是示出根据本发明一实施例的用于控制电机驱动动力转向(MDPS)系统的装置的示意性配置的图。

图2是用于描述根据本发明一实施例的控制MDPS系统的方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图描述根据本发明的控制电机驱动动力转向(MDPS)系统的装置和方法的实施例。

应当注意，附图并未按照精确比例绘制，并且仅为了描述方便和清楚起见，可能对线条的粗细或部件的尺寸进行了夸大。此外，本文中使用的术语是以本发明的功效为考虑而限定的，可以根据用户或操作者的习惯或意图而改变。因此，应根据本文所述的整体公开内容对术语进行限定。

图1是示出根据本发明的实施例的用于控制MDPS系统的装置的示意性配置的图。

如图1所示，根据本实施例的用于控制所述MDPS系统的装置包括相位补偿单元110、反向转向确定单元120、角加速度计算器130、低频滤波器140、增益选择器150、补偿增益表160、补偿增益保持时段表170、补偿增益保持单元180、补偿增益限制单元190、乘法单元200、高频滤波器210和增益输出单元220。

在本实施例中，利用至少一个或多个传感器(例如，转向角传感器、角速度传感器、柱扭矩传感器等中的至少一个，未示出)，用于控制所述MDPS系统的装置的控制器(例如，电控单元(electric control unit，ECU)，未示出)可以感测柱扭矩，以及感测转向角和电动机的角速度中的至少一项。

利用至少一个或多个传感器(未示出)，所述控制器(未示出)可以测量柱扭矩，以及测量转向角和角速度(或电动机的角速度)中的至少一项。

作为参考，术语“转向角”指的是驾驶员操纵方向盘的角度，术语“角速度”指的是方向盘旋转的速度。此外，当方向盘从中心位置沿顺时针方向旋转时，所述转向角可以用正数(例如，“1”)表示，并且当方向盘从中心位置沿逆时针方向旋转时，所述转向角可以用负数(例如，“-1”)表示。另外，当方向盘沿顺时针方向旋转时，所述角速度(或电动机的角速度)可以用正数(例如，“1”)表示，并且当方向盘沿逆时针旋转时，所述角速度(或电动机的角速度)可以用负数(例如，“-1”)表示。

所述反向转向确定单元120可基于由至少一个或多个传感器(未示出)检测到的转向角和角速度(或电动机的角速度)中的至少一项来确定是否已产生反向转向。

在此，术语“反向转向”意指转向方向从一个方向(例如，向右)变为相反方向(例如，向左)。

换言之，为了确定是否已经产生反向转向，所述反向转向确定单元120可以对转向角或角速度(或电动机的角速度)进行编码并且实时监控代码的变化。当所述转向角或所述角速度(或电动机的角速度)从“-1”变为“+1”或从“+1”变为“-1”时，确定已产生反向转向。

在此，所述相位补偿单元110可以补偿由至少一个或多个传感器(未示出)检测到的转向角或角速度信号的相位。换言之，所述相位补偿单元110可以去除传感器信号中包含的噪声，或者执行相位偏移操作以优化补偿定时。

所述反向转向确定单元120可以处理由所述相位补偿单元110补偿之后所输出的相位信号，并基于所述信号是否已经从负数(或正数)变为正数(或负数)来确定是否已经产生反向转向。

所述角加速度计算器130可以通过对所述角速度(或电动机的角速度)求微分来计算角加速度。然而，在对所述角速度(或电动机的角速度)求微分以计算角加速度的情况下，可能会包含许多噪声。

鉴于此，所述低频滤波器140可以在输出角加速度之前去除所述角加速度中包含的噪声。

所述补偿增益表160可以预先存储与所述角加速度对应的增益。所述补偿增益保持时段表170可以预先存储与所述角加速度对应的增益保持时段。

对应于所述角加速度的增益表和对应于所述角加速度的增益保持时段表可以预先存储通过实验(或调整)或计算而获得的最佳值。

所述增益选择器150可以根据由所述反向转向确定单元120确定是否已产生反向转向的操作的结果来选择和输出任何一个预设增益(例如，对应于非反向转向的增益，或者对应于反向转向的增益)。

例如，如果作为所述反向转向确定单元120的反向转向确定操作的结果确定处于非反向转向状态，则所述增益选择器150输出“1”作为增益值。如果确定处于反向转向状态，则所述增益选择器150在补偿增益表160中存储的增益值中选择与所述角加速度对应的增益值，并输出所选择的增益值。

换言之，如果驾驶员执行反向转向操作，则可改变所述转向角或所述角速度(或电动机的角速度)的代码。这种情况下，将基于所述转向角或所述角加速度(或电动机的角加速度)从所述补偿增益表160中输出适当的补偿增益(例如，第一增益)。另一方面，如果驾驶员没有执行反向转向操作，换言之，如果所述转向角或所述角速度(或电动机的角速度)的代码没有改变，则所述补偿增益仍旧为“1”。

在此，由于对应于角加速度的增益值被预先存储在所述补偿增益表160中，所以所述增益选择器150可以在反向转向确定的同时直接选择与相关的角加速度对应的增益值。换言之，在反向转向时，增益响应性可以得到瞬时提升。

这样，在反向转向时，如果通过所述增益选择器150输出对应于反向转向的增益值(例如，所述第一增益值)，则在所述补偿增益保持时段表170中预先存储的增益保持时段中与所述角加速度对应的增益保持时段期间，所述补偿增益保持单元180维持所述增益选择器150输出的增益值(例如，所述第一增益值)。

例如，在已经执行反向转向操作的情况下，输出适当的补偿增益。尽管仅在转向发生反向时才输出补偿增益，但是补偿输出需要被维持预定的时间，使得驾驶员在实际执行反向转向操作时，系统可以提供适当的反馈，同时维持瞬时快速响应性。

因此，在本实施例中，在执行反向转向操作之后维持所述补偿输出预定的时间，而不是仅在产生反向转向的时刻输出补偿增益。因此，系统将维持所述补偿输出直至转向被反向转至对应于驾驶员意图的适当位置。在此，使用的是响应于所述转向角或所述角速度(或电动机的角速度)而通过保持时段调整图(即，所述补偿增益保持时段表170)预先调整的最佳值。

所述补偿增益限制单元190可以限制从所述补偿增益保持单元180输出的增益值(例如，所述第一增益值)，使得可以在不超过预设的参考值的情况下稳定地维持所述增益值。

所述高频滤波器210可以在反向转向时检测并输出柱扭矩信号的高频分量。在此，可以应用和输出对应于所述高频分量的补偿增益(例如，第二增益)220。

作为参考，在所述MDPS系统的控制操作中，为了在转向时提供快速响应性，所述高频滤波器210从驾驶员转向操作期间输入到电动机驱动的转向装置的柱扭矩中提取高频分量。所述高频分量与适当的增益相乘而获得的值可以应用于所述电动机驱动的转向装置的逻辑输出。然而，在一般的转向操作期间，当对应于提取的高频分量的补偿增益过大时，可能产生如下副作用：可能引起松动和虚假转向的感觉；可能降低系统控制稳定性，因而可能产生振动。

因此，在一般的转向操作期间(即，在非反向转向时)，使用的是基础高频提取补偿增益(例如，第二增益)。仅在反向转向时，根据需要使用优化的附加补偿增益(例如，第一增益)，如本实施例中所示，使得瞬时响应性可以得到提升，从而可以减轻转向的陌生感，并且可以增强系统的稳定性。

在反向转向时，所述乘法单元200可以输出由所述增益选择器150选择而后经所述补偿增益限制单元190输出的补偿增益值(例如，所述第一增益)与对应于所述高频滤波器210提取的高频分量的补偿增益(例如，所述第二增益)相乘而获得的最终补偿增益。

在本实施例中，为了便于说明，组件110至组件200的操作被描述为是分别执行的，但是它们可以由所述控制器(例如，ECU，未示出)整体地实现。因此，应该注意，所述控制器(未示出)可以整体地执行组件110至组件200的操作。

以下，参照图2，将对所述控制器(未示出)整体执行组件110至组件200的操作的情况进行描述。

图2是用于描述根据本发明一实施例的控制电机驱动动力转向系统的方法的流程图。

如图2所示，在步骤S101，利用所述MDPS系统中安装的至少一个或多个传感器(例如，所述转向角传感器、所述角速度传感器、所述柱扭矩传感器等，未示出)，所述控制器(未示出)检测转向角或角速度(或电动机的角速度)。

此外，在步骤S102，所述控制器(未示出)可以执行对转向角信号或角速度(或电动机的角速度)信号的相位进行补偿的操作，以便去除信号中包含的噪声，或者可以执行相位偏移操作以优化补偿定时。

在步骤S103，所述控制器(未示出)对相位补偿的信号(例如，转向角或角速度信号)进行编码，并根据所述信号的代码是否已经从负数(或正数)变为正数(或负数)来确定是否已经执行了反向转向操作。

在步骤S105，当作为确定(在步骤S103)的结果确定已经执行了反向转向操作时，所述控制器(未示出)输出所述补偿增益表160中存储的增益中与角加速度对应的增益，作为补偿增益值。在步骤S104，当确定处于非反向转向状态时，换言之，当确定所述转向角或所述角速度(或电动机的角速度)的代码没有改变时，所述补偿增益仍旧为“1”。

这样，在步骤S106，如果响应于反向转向，选择并输出对应于所述角速度的增益值(例如，所述第一增益值)，则在所述补偿增益保持时段表170中预先存储的增益保持时段中与所述角加速度对应的增益保持时段期间，所述控制器(未示出)维持所述增益值(例如，所述第一增益值)的输出。

这是因为需要将补偿输出维持预定的时间，使得驾驶员在实际执行反向转向操作时，系统可以提供适当的反馈，同时保持瞬时快速响应性。因此，在本实施例中，在执行反向转向操作之后补偿输出被维持预定的时间，而非仅在产生反向转向的时刻输出补偿增益。因此，系统将维持补偿输出直至转向被反向转至对应于驾驶员意图的适当位置。

所述补偿增益表160可以预先存储与角加速度对应的增益。所述补偿增益保持时段表170可以预先存储与角加速度对应的增益保持时段。

此外，在步骤S107，所述控制器(未示出)限制反向转向时输出的补偿增益(例如，所述第一增益值)，使得可以在不超过预设参考值的情况下稳定地维持所述补偿增益。

一方面，在反向转向时，在步骤S108，由高频滤波器210检测柱扭矩信号(或电动机电流)，在步骤S109，从所述柱扭矩信号中提取高频分量，在步骤S110，输出对应于所述高频分量的补偿增益(例如，第二增益)。

此外，在步骤S111，所述控制器(未示出)输出补偿增益值(例如，所述第一增益)与对应于所述高频滤波器210提取的高频分量的补偿增益(例如，所述第二增益)相乘而获得的最终补偿增益。

因此，在本实施例中，在一般的转向操作期间(即，在非反向转向时)，维持基础高频提取补偿增益(例如，第二增益)。在反向转向时，使用对应于所述角加速度而优化的附加补偿增益(例如，第一增益)。这样，可以提升瞬时响应性以减轻转向中的陌生感并增强系统的稳定性。

本发明的实施例可以提供一种控制电机驱动动力转向系统的装置和方法，所述装置和方法能够在MDPS系统中进行反向转向时瞬时增强响应性，从而减轻诸如粘滞感或卡住感的转向陌生感。

虽然结合附图中示出的具体实施例对本发明进行了描述，但这些实施例仅仅出于说明性的目的，对于本领域技术人员而言，显然可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种变化和修改。

Claims (14)

1.一种控制电机驱动动力转向系统的装置，包括：

传感器，被配置为检测所述电机驱动动力转向系统中的转向角、角速度和柱扭矩中的至少一项；以及

控制器，被配置为基于所述转向角或所述角速度确定是否已经执行了反向转向操作，并被配置为：在非反向转向时，基于所述柱扭矩输出高频补偿增益作为最终补偿增益，在反向转向时，输出通过将对应于角加速度而优化的附加补偿增益应用于所述高频补偿增益而获得的值，作为所述最终补偿收益。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器包括相位补偿单元，所述相位补偿单元被配置为：通过对与所述转向角或所述角速度有关的信号的相位进行补偿的操作，去除所述信号中包含的噪声；或者执行相位偏移操作以优化补偿定时。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制器还包括反向转向确定单元，所述反向转向确定单元被配置为：对相位补偿的信号进行编码，并根据所述相位补偿的信号的代码是否已经从负数变为正数或从正数变为负数确定是否已经执行了所述反向转向操作。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器包括增益选择器，所述增益选择器被配置为：

在反向转向时，输出补偿增益值，所述补偿增益值为补偿增益表中存储的增益值中与所述角加速度对应的增益；以及

在非反向转向时，输出“1”作为所述补偿增益值。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制器还包括补偿增益保持单元，所述补偿增益保持单元被配置为：如果在反向转向时对应于所述角加速度的增益值被选择并被输出为所述补偿增益值，则在预先存储在补偿增益保持时段表中的与所述角加速度对应的增益保持时段期间维持所述补偿增益的输出。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制器还包括补偿增益限制单元，所述补偿增益限制单元被配置为：在反向转向时限制所输出的补偿增益值，使得在不超过预设参考值的情况下稳定地维持所述补偿增益值。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器还包括乘法单元，其中在反向转向时，所述控制器通过高频滤波器检测柱扭矩信号或电动机电流，从中提取高频分量，所述乘法单元输出对应于所述高频分量而输出的补偿增益与对应于所述角加速度而优化的附加补偿增益相乘而获得的值，作为所述最终补偿增益。

8.一种控制电机驱动动力转向系统的方法，包括：

使用所述电机驱动动力转向系统中安装的至少一个或多个传感器检测转向角、角速度和柱扭矩中的至少一项；以及

由控制器基于所述转向角或所述角速度确定是否已经执行了反向转向操作；在非反向转向时，基于所述柱扭矩输出高频补偿增益，作为最终补偿增益；在反向转向时，输出通过将对应于角加速度而优化的附加补偿增益应用于所述高频补偿增益而获得的值，作为所述最终补偿增益。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在作为所述最终补偿增益的输出中：所述控制器通过对与所述转向角或所述角速度有关的信号的相位进行补偿的操作，去除所述信号中包含的噪声；或所述控制器执行相位偏移操作以优化补偿定时。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在作为所述最终补偿增益的输出中，所述控制器对相位补偿的信号进行编码，并根据所述相位补偿的信号的代码是否已经从负数变为正数或从正数变为负数确定是否已经执行了所述反向转向操作。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，在作为所述最终补偿增益的输出中，所述控制器在反向转向时输出补偿增益值，所述补偿增益值为补偿增益表中预先存储的增益值中与所述角加速度对应的增益，并在非反向转向时输出“1”作为所述补偿增益值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在作为所述最终补偿增益的输出中，如果在反向转向时对应于所述角加速度的增益值被选择并被输出为所述补偿增益值，则在预先存储在补偿增益保持时段表中的与所述角加速度对应的增益保持时段期间所述控制器维持所述补偿增益的输出。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在作为所述最终补偿增益的输出中，所述控制器在反向转向时限制所输出的补偿增益值，使得在不超过预设参考值的情况下稳定地维持所述补偿增益值。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，在作为所述最终补偿增益的输出中，在反向转向时，所述控制器通过高频滤波器检测柱扭矩信号或电动机电流，从中提取高频分量，然后输出对应于所述高频分量而输出的补偿增益与对应于所述角加速度而优化的附加补偿增益相乘而获得的值，作为所述最终补偿增益。