CN109955899B - 用于电机驱动助力转向系统的扭矩补偿设备和方法 - Google Patents

用于电机驱动助力转向系统的扭矩补偿设备和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于电机驱动助力转向系统的扭矩补偿设备和方法，该设备可以包括：列扭矩传感器，其被配置为检测施加到转向轴的列扭矩；转向角传感器，被配置为检测方向盘的转向角；以及控制器，被配置为基于列扭矩传感器所检测的列扭矩和转向角传感器所检测的转向角计算的转向角速度中的一者或多者、计算根据突然转向来的补偿比，并且根据补偿比，对从MDPS系统输出的基本辅助扭矩进行不同地补偿。

Description

用于电机驱动助力转向系统的扭矩补偿设备和方法
交叉引用相关应用
本申请要求2017年12月22日提交的韩国申请号10-2017-0178877的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于MDPS(电机驱动助力转向)系统的扭矩补偿设备和方法，更具体地，涉及一种可以在突然转向期间补偿MDPS系统的辅助扭矩的用于MDPS系统的扭矩补偿设备和方法。
背景技术
MDPS系统是指一种通过使用辅助电力源提供驾驶员在使车辆转向时需要施加到方向盘的部分转向扭矩，来使驾驶员能够容易地执行转向操作的系统。
MDPS系统通过测量输入到方向盘的驾驶员列扭矩的列扭矩传感器、测量方向盘的转向角或转向角速度的转向角传感器、以及测量车辆速度的车辆速度传感器，来确定车辆的驾驶状况，并且当驾驶员操作方向盘时，基于施加到转向轴的列扭矩通过电动机来提供辅助扭矩。
与现有的液压转向系统不同，MDPS系统通过控制单元(例如，ECU(电子控制单元))对电机进行电流控制来生成扭矩，因此，包括用于控制电机的各种控制逻辑。这种控制逻辑可以包括用于实现驾驶员期望的转向感觉的逻辑、旨在改善车辆稳定性的逻辑以及用于改善系统稳定性的逻辑，并且根据预设的整定参数值(tuning parameter value)，来决定相应逻辑的输出。
MDPS电机的输出扭矩随着运行速度的增大而减小，从MDPS系统输出的辅助扭矩依赖于相应逻辑的整定参数。因此，当不适当地整定相应逻辑电路的整定参数时，驾驶员在突然转向期间可能会有沉重的转向感觉。此外，由于为了执行阻尼(damping)功能和返回功能而在MDPS系统中包括的阻尼逻辑和返回逻辑增强了车辆的自对准扭矩，因此可能会降低突然转向的响应。
在2013年6月21日公布的韩国专利公开号2013-0066835中公开了本发明的相关技术。
发明内容
本发明的实施方式涉及一种用于MDPS系统的扭矩补偿设备和方法，其可以确保整定的自由度，并解决了当传统MDPS系统中包括的逻辑输出依赖整定参数时，驾驶员在突然转向期间具有沉重的转向感觉的问题。
在一个实施方式中，一种用于MDPS系统的扭矩补偿设备可以包括：列扭矩传感器，被配置为检测施加到转向轴的列扭矩；转向角传感器，被配置为检测方向盘的转向角；以及控制器，被配置为基于所述列扭矩传感器所检测的列扭矩和从所述转向角传感器所检测的转向角计算的转向角速度中的一者或多者、根据突然转向计算补偿比，并且根据所述补偿比，对从所述MDPS系统输出的基本辅助扭矩进行不同地补偿。
扭矩补偿设备还可以包括车辆速度传感器，所述车辆速度传感器被配置为检测车辆速度，其中，所述控制器通过进一步考虑所述车辆速度传感器所检测的车辆速度来计算所述补偿比。
所述控制器可以基于列扭矩补偿增益、转向角速度补偿增益、以及车辆速度补偿增益来计算所述补偿比，所述列扭矩补偿增益在预设扭矩补偿部分中随着所述列扭矩的增大而被计算为大的值，所述转向角速度补偿增益在预设角速度补偿部分中随着所述转向角速度的增大而被计算为大的值，所述车辆速度补偿增益在预设车辆速度补偿部分中随着所述车辆速度的增大而被计算为大的值。
当所述补偿比具有介于0和1之间的值时，所述控制器通过可以将突然转向补偿扭矩与所述基本辅助扭矩相加来对所述基本辅助扭矩进行补偿，所述突然转向补偿扭矩被计算为所述基本辅助扭矩和所述补偿比的乘积。
当所述补偿比的值为0时，所述控制器对所述基本辅助扭矩可以不进行补偿，但是当所述补偿比的值为1时，所述控制器使用预设的最大辅助扭矩对所述基本辅助扭矩进行补偿。
在另一实施方式中，一种用于MDPS系统的扭矩补偿方法可以包括：由控制器基于列扭矩和转向角速度中的一者或多者来确定车辆的转向状态是否是突然转向状态；当所述车辆的转向状态是突然转向状态时，由所述控制器基于所述列扭矩和所述转向角速度中的一者或多者、根据突然转向计算补偿比；以及由所述控制器根据所述补偿比对从所述MDPS系统输出的基本辅助扭矩进行不同地补偿。
在所述补偿比的计算中，所述控制器通过可以进一步考虑车辆速度来计算所述补偿比。
在所述补偿比的计算中，所述控制器可以基于列扭矩补偿增益、转向角速度补偿增益、以及车辆速度补偿增益来计算所述补偿比，所述列扭矩补偿增益在预设扭矩补偿部分中随着所述列扭矩的增大而被计算为大的值，所述转向角速度补偿增益在预设角速度补偿部分中随着所述转向角速度的增大而被计算为大的值，所述车辆速度补偿增益在预设车辆速度补偿部分中随着所述车辆速度的增大而被计算为大的值。
在对所述基本辅助扭矩的补偿中，当所述补偿比具有介于0和1之间的值时，所述控制器可以通过将突然转向补偿扭矩与所述基本辅助扭矩相加来对所述基本辅助扭矩进行补偿，所述突然转向补偿扭矩被计算为所述基本辅助扭矩和所述补偿比的乘积。
在对所述基本辅助扭矩的补偿中，当所述补偿比的值为1时，所述控制器可以使用预设的最大辅助扭矩对所述基本辅助扭矩进行补偿。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的用于MDPS系统的扭矩补偿设备的方框图。
图2示出了根据本发明的实施方式的用于MDPS系统的扭矩补偿设备的操作。
图3是示出根据本发明的实施方式的用于MDPS系统的扭矩补偿方法的流程图。
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方式的用于MDPS的扭矩补偿设备和方法。应当注意，附图不按精确比例绘制，仅仅为了描述方便和清楚，可能会在线条的厚度或部件的尺寸上放大。此外，在本文中使用的术语是通过考虑本发明的功能来定义的，并且可以根据用户或操作者的习惯或意图来改变。因此，应该根据本文所述的总体公开内容，来进行术语的定义。
图1是示出根据本发明的实施方式的用于MDPS系统的扭矩补偿设备的方框图，图2示出了根据本发明的实施方式的用于MDPS系统的扭矩补偿设备的操作。
参考图1，根据本发明的实施方式的用于MDPS系统的扭矩补偿设备可以包括列扭矩传感器(column torque sensor)100、转向角传感器200、车辆速度传感器300以及控制器400。
列扭矩传感器100可以检测当驾驶员操作方向盘时施加到转向轴的列扭矩Tcol，并将检测到的列扭矩Tcol输出到控制器400。当控制器400根据随后描述的突然转向计算基本辅助扭矩和补偿比时，可以使用检测到的列扭矩Tcol。
转向角传感器200可以检测方向盘的转向角θ，并将检测到的转向角θ传递给控制器400。转向角传感器200可以包括检测转向角速度ω的光学传感器。此外，转向角传感器200可以测量转向角θ，并且相对于时间进行区分测量的转向角，以便检测转向角速度ω。在另一实施方式中，控制器400可以从转向角传感器200接收转向角θ，并通过相对于时间进行区分转向角θ来计算转向角速度ω。然而，在本实施方式中，转向角传感器200可以检测转向角θ和转向角速度ω，并将检测到的转向角和转向角速度传递给控制器400。如稍后所述，当控制器400根据突然转向计算基本辅助扭矩和补偿比时，可以使用转向角θ和转向角速度ω。
车辆速度传感器300可以检测运行中的车辆的车辆速度V，并将检测到的车辆速度V传递给控制器400。车辆速度传感器300可以包括各种传感器，例如，用于使用车轮的角速度检测车辆速度V的传感器、用于通过测量RPM(每分钟转数)来检测车辆速度V的传感器以及用于使用GPS(全球定位系统)检测车辆速度V的传感器。如稍后所述，当控制器400根据突然转向计算基本辅助扭矩和补偿比时，可以使用检测到的车辆速度V。
控制器400可以基于由列扭矩传感器100检测到的列扭矩Tcol和从由转向角传感器200检测到的转向角θ计算出的转向角速度ω中的一者或多者，根据突然转向计算补偿比，并且根据补偿比对从MDPS系统410输出的基本辅助扭矩进行不同地补偿。
将参照图2，详细描述控制器400对基本辅助扭矩进行补偿的操作。如图2所示，控制器400可以包括MDPS系统410、补偿比计算器430和选择器450。图2示出了MDPS系统410包括在控制器400中。然而，在另一实施方式中，MDPS系统410可以与控制器400独立地并行实现。在这种情况下，控制器400可以从MDPS系统410接收基本辅助扭矩，并且考虑到突然转向来补偿基本辅助扭矩。
MDPS系统410可以基于通过升压计算单元411计算的主辅助扭矩以及通过阻尼计算单元413和返回计算单元415计算的自对准扭矩，来计算基本辅助扭矩。由于通过MDPS系统410计算基本辅助扭矩的过程是本领域技术人员公知的，因此在本文中省略其详细描述。
如上所述，基于主辅助扭矩和自对准扭矩而计算出的基本辅助扭矩依赖于预设的整定参数，而不考虑对突然转向的补偿。因此，在本实施方式中，控制器400可以通过补偿比计算器430和选择器450来计算预定补偿比，并且根据计算出的补偿比，对基本辅助扭矩进行不同地补偿。
补偿比计算器430可以基于列扭矩Tcol和转向角速度ω中的一者或多者，根据突然转向计算补偿比。即，由于驾驶员的突然转向快速增大了列扭矩Tcol或转向角速度ω，所以补偿比计算器430基于列扭矩Tcol和转向角速度ω中的一者或多者来确定驾驶员的突然转向并计算补偿比。补偿比计算器430可以仅使用列扭矩Tcol和转向角速度ω中的一者来计算补偿比。然而，优选地，补偿比计算器430可以使用列扭矩Tcol和转向角速度ω两者来计算补偿比，以便提高突然转向确定的精度和补偿比计算的精度。
补偿比计算器430可以通过进一步考虑由车辆速度传感器300检测到的车辆速度V来计算补偿比。即，当车辆高速行驶时，需要计算更大的补偿扭矩来辅助驾驶员的突然转向，以有效避免与外部障碍物的碰撞。另一方面，当车辆低速行驶时，避免碰撞所需的补偿扭矩可以低于车辆高速行驶时的补偿扭矩。因此，补偿比计算器430可以通过进一步考虑车辆速度V来计算补偿比，从而进一步改善驾驶员对突然转向的转向感觉，同时有效避免与障碍物的碰撞。
将详细描述计算补偿比的方法。
补偿比计算器430可以基于分别从列扭矩Tcol、转向角速度ω以及车辆速度V计算的列扭矩补偿增益、转向角速度补偿增益以及车辆速度补偿增益，来计算补偿比。
更具体地，补偿比计算器430可以基于在图2所示的预设扭矩补偿部分[A，B]中随着列扭矩增大而计算为大的值的列扭矩补偿增益、在预设角速度补偿部分[C，D]中随着转向角速度增大而计算为大的值的转向角速度补偿增益、以及在预设车辆速度补偿部分[E，F]中随着车辆速度增大而计算为大的值的车辆速度补偿增益，来计算补偿比。
扭矩补偿部分和角速度补偿部分可以分别指示列扭矩部分和转向角速度部分，其中，由于驾驶员的突然转向而需要补偿基本辅助扭矩，并且预设这些部分，以便设置用于确定驾驶员是否突然操作方向盘的参考值。车辆速度补偿部分可以指示用于避免与外部障碍物碰撞的预设参考车辆速度部分。扭矩补偿部分、角速度补偿部分和车辆速度补偿部分可以基于MDPS系统的规范和设计者的实验结果以多种方式设计，并预先设置在控制器400中。
当列扭矩Tcol被检测为小于或等于扭矩补偿部分的最小列扭矩的值(图2中的值A)时，补偿比计算器430可以确定没有检测到驾驶员的突然转向，并将列扭矩补偿增益设置为0。此外，当列扭矩Tcol被检测为大于或等于扭矩补偿部分的最大列扭矩的值(图2中的值B)时，补偿比计算器430可以将列扭矩补偿增益设置为1，以防止过度扭矩补偿。在扭矩补偿部分中，随着列扭矩Tcol增大，列扭矩补偿增益可以被计算为更大的值。此时，补偿比计算器430可以使用各种方法，例如，用于与列扭矩成比例地设置列扭矩补偿增益的方法和用于根据列扭矩将列扭矩补偿增益设置为以逐步方式增大的方法。补偿比计算器430可以通过参考列扭矩和列扭矩补偿增益之间的预设映射或查找表来计算列扭矩补偿增益，或者使用例如列扭矩补偿增益相对于列扭矩的函数的各种方法，来计算列扭矩补偿增益。
可以以与上述计算列扭矩补偿增益的方法相同的方式计算转向角速度补偿增益和车辆速度补偿增益。
结果，当三个补偿增益中的任何一个被计算为0时，补偿比可以被计算为0，当所有补偿增益被计算为1时，补偿比可以被计算为1，在其他情况下，补偿比可以被计算为0到1之间的值。
图2示出了计算作为列扭矩补偿增益、转向角速度补偿增益以及车辆速度补偿增益的乘积的补偿比的方法。然而，计算方法不限于图2所示的方法，并且可以采用各种方法，例如，使用三种补偿增益的补偿比的3D映射的方法。
当计算补偿比时，控制器400可以根据补偿比对基本辅助扭矩进行不同地补偿。
具体地，控制器400可以通过将基本辅助扭矩乘以补偿比来计算突然转向辅助扭矩，并且通过将计算出的突然转向补偿扭矩与基本辅助扭矩相加来补偿基本辅助扭矩。因此，可以如以下等式1所示，计算最终辅助扭矩。
[等式1]
最终辅助扭矩＝突然转向补偿扭矩+基本辅助扭矩＝基本辅助扭矩×补偿比+基本辅助扭矩＝基本辅助扭矩×(1+补偿比)
根据补偿比，通过等式1计算的最终辅助扭矩可以计算为如下。当补偿比为0时，最终辅助扭矩可以等于基本辅助扭矩。因此，当补偿比为0时，控制器400可以不补偿基本辅助扭矩。
当补偿比具有介于0和1之间的值，例如，0.5的值时，最终辅助扭矩可以被计算为(1.5乘以(*)基本辅助扭矩)，并且控制器400可以增大基本辅助扭矩，以降低根据突然转向驾驶员的沉重转向感觉。
当补偿比为1时，最终辅助扭矩可以是基本辅助扭矩的两倍。在这种情况下，由于过度补偿基本辅助扭矩，所以突然转向可能会导致过度转向风险。因此，在本实施方式中，控制器400可以使用预设的最大辅助扭矩来补偿基本辅助扭矩。
即，控制器400可以通过以下方法来补偿基本辅助扭矩：当补偿比为1时预先设置最大辅助扭矩并将最终辅助扭矩设置为最大辅助扭矩的方法，或者将预设的最大辅助扭矩与基本辅助扭矩相加的方法。此时，预设的最大辅助扭矩可以设置在大于或等于基本辅助扭矩的范围内，但不超过基本辅助扭矩的两倍。
图2示出了选择器450接收基本辅助扭矩、最大辅助扭矩以及通过将突然转向补偿扭矩与基本辅助扭矩相加而获得的扭矩，并且根据补偿比选择并输出扭矩。然而，可以采用各种方法，只要可以根据补偿比对基本辅助扭矩进行不同地补偿，并且本发明不限于图2所示的方法。
虽然未在图2中示出，但是可以根据MDPS系统的规范限制最终辅助扭矩的输出，并且可以输出在输出限制的下限值和上限值之间的最终辅助扭矩。
目前，已经描述MDPS系统410、补偿比计算器430和选择器450作为控制器400中的独立组件。然而，在另一实施方式中，控制器400可以被配置为执行各个单元410、430和450的整体操作的组合单元。
图3是示出根据本发明的实施方式的用于MDPS系统的扭矩补偿方法的流程图。
参考图3，下面将描述根据本发明的实施方式的MDPS系统的扭矩补偿方法。首先，控制器400可以基于列扭矩Tcol和转向角速度ω中的一者或多者来确定车辆的转向状态是否是突然转向状态。当列扭矩Tcol被检测为大于或等于扭矩补偿部分的最小列扭矩的值时，或者当转向角速度ω被检测为大于或等于角速度补偿部分的最小转向角速度的值时，控制器400可以确定车辆的转向状态是突然转向状态。
当车辆的转向状态是突然转向状态时，在步骤S200，控制器400可以基于列扭矩Tcol和转向角速度ω中的一者或多者，来计算通过突然转向的补偿比。当计算补偿比时，可以如上所述进一步考虑车辆速度V，并且上面已经描述了计算补偿比的具体过程。因此，在本文中省略其详细描述。
然后，在步骤S300，控制器400可以根据补偿比对从MDPS系统410输出的基本辅助扭矩进行不同地补偿。
具体地，当补偿比具有介于0和1之间的值时，控制器400可以通过将突然转向补偿扭矩与基本辅助扭矩相加来补偿基本辅助扭矩，所述突然转向补偿扭矩被计算为基本辅助扭矩和补偿比的乘积。
此外，当补偿比的值为1时，控制器400可以使用预设的最大辅助扭矩来补偿基本辅助扭矩。
另一方面，当补偿比的值为0时，控制器400可以确定车辆的转向状态不对应于突然转向状况，可以不执行步骤S200之后的步骤，并且可以结束该过程。因此，可以不补偿基本辅助扭矩。
这样，扭矩补偿设备和方法使驾驶员能够在突然转向的情况下容易地操纵方向盘，从而有效地避免与外部障碍物的碰撞，同时改善驾驶员的转向感觉。此外，扭矩补偿设备和方法可以使用诸如列扭矩等参数来计算突然转向补偿扭矩而无需额外装置，这使得可以简化该系统，现有MDPS系统已经使用该参数来计算辅助扭矩。
虽然为了说明的目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (10)

1.一种用于电机驱动助力转向系统的扭矩补偿设备，包括：
列扭矩传感器，被配置为检测施加到转向轴的列扭矩；
转向角传感器，被配置为检测方向盘的转向角；以及
控制器，被配置为基于所述列扭矩传感器所检测的列扭矩和从所述转向角传感器所检测的转向角计算的转向角速度中的一者或多者、根据突然转向计算补偿比，并且根据所述补偿比，对从所述电机驱动助力转向系统输出的基本辅助扭矩进行不同地补偿，并且
其中，所述控制器基于列扭矩补偿增益、转向角速度补偿增益、以及车辆速度补偿增益来计算所述补偿比；当所述列扭矩补偿增益、所述转向角速度补偿增益和所述车辆速度补偿增益中的任何一个被计算为0时，补偿比被计算为0，当所有所述列扭矩补偿增益、所述转向角速度补偿增益和所述车辆速度补偿增益被计算为1时，补偿比被计算为1。
2.根据权利要求1所述的扭矩补偿设备，还包括车辆速度传感器，所述车辆速度传感器被配置为检测车辆速度，
其中，所述控制器通过进一步考虑所述车辆速度传感器所检测的车辆速度来计算所述补偿比。
3.根据权利要求2所述的扭矩补偿设备，其中，所述列扭矩补偿增益在预设扭矩补偿部分中随着所述列扭矩的增大而被计算为大的值，所述转向角速度补偿增益在预设角速度补偿部分中随着所述转向角速度的增大而被计算为大的值，所述车辆速度补偿增益在预设车辆速度补偿部分中随着所述车辆速度的增大而被计算为大的值。
4.根据权利要求1所述的扭矩补偿设备，其中，当所述补偿比具有介于0和1之间的值时，所述控制器通过将突然转向补偿扭矩与所述基本辅助扭矩相加来对所述基本辅助扭矩进行补偿，所述突然转向补偿扭矩被计算为所述基本辅助扭矩和所述补偿比的乘积。
5.根据权利要求1所述的扭矩补偿设备，其中，当所述补偿比的值为0时，所述控制器对所述基本辅助扭矩不进行补偿，但是当所述补偿比的值为1时，所述控制器使用预设的最大辅助扭矩对所述基本辅助扭矩进行补偿。
6.一种用于电机驱动助力转向系统的扭矩补偿方法，包括：
由控制器基于列扭矩和转向角速度中的一者或多者来确定车辆的转向状态是否是突然转向状态；
当所述车辆的转向状态是突然转向状态时，由所述控制器基于所述列扭矩和所述转向角速度中的一者或多者、根据突然转向计算补偿比；以及
由所述控制器根据所述补偿比对从所述电机驱动助力转向系统输出的基本辅助扭矩进行不同地补偿，并且
所述控制器基于列扭矩补偿增益、转向角速度补偿增益、以及车辆速度补偿增益来计算所述补偿比；当所述列扭矩补偿增益、所述转向角速度补偿增益和所述车辆速度补偿增益中的任何一个被计算为0时，补偿比被计算为0，当所有所述列扭矩补偿增益、所述转向角速度补偿增益和所述车辆速度补偿增益被计算为1时，补偿比被计算为1。
7.根据权利要求6所述的扭矩补偿方法，其中，在所述补偿比的计算中，
所述控制器通过进一步考虑车辆速度来计算所述补偿比。
8.根据权利要求7所述的扭矩补偿方法，其中，在所述补偿比的计算中，
所述列扭矩补偿增益在预设扭矩补偿部分中随着所述列扭矩的增大而被计算为大的值，所述转向角速度补偿增益在预设角速度补偿部分中随着所述转向角速度的增大而被计算为大的值，所述车辆速度补偿增益在预设车辆速度补偿部分中随着所述车辆速度的增大而被计算为大的值。
9.根据权利要求6所述的扭矩补偿方法，其中，在对所述基本辅助扭矩的补偿中，
当所述补偿比具有介于0和1之间的值时，所述控制器通过将突然转向补偿扭矩与所述基本辅助扭矩相加来对所述基本辅助扭矩进行补偿，所述突然转向补偿扭矩被计算为所述基本辅助扭矩和所述补偿比的乘积。
10.根据权利要求6所述的扭矩补偿方法，其中，在对所述基本辅助扭矩的补偿中，
当所述补偿比的值为1时，所述控制器使用预设的最大辅助扭矩对所述基本辅助扭矩进行补偿。
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