CN111196307B - 用于控制电机驱动动力转向的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于控制电机驱动动力转向的系统和方法。所述系统包括：磁场产生检测模块，其在操作车辆的电气部件时检测磁场的产生；以及扭矩偏差确定单元，其基于磁场产生检测模块的检测信号确定在待施加到电机的扭矩中是否已经发生短暂的扭矩偏差。然后，扭矩偏差校正单元响应于确定已经发生扭矩偏差基于扭矩偏差校正逻辑将扭矩偏差校正到正常扭矩范围。

Description

用于控制电机驱动动力转向的系统和方法
技术领域
本申请涉及用于控制电机驱动动力转向的系统和方法，更具体地，涉及用于控制电机驱动动力转向以自动校正由磁场的影响引起的短暂的转向扭矩偏差(offset)的系统和方法。
背景技术
通常，电机驱动动力转向(MDPS：motor driven power steering)系统作为转向装置安装在车辆内，用于根据车辆的行驶速度改变方向盘的转向力。电机驱动动力转向系统包括：配置为感测转向扭矩的扭矩传感器、配置为感测转向角的转向角传感器、配置为感测车辆速度的车辆速度传感器、配置为基于传感器的感测信号(调谐参数(tuningparameter))计算用于转向辅助的电流控制值的转向控制器以及根据由转向控制器施加的电流而操作为转向辅助的电机。
在电机驱动动力转向系统中，当使用磁扭矩传感器作为扭矩传感器时，扭矩传感器的信号可能由于外围磁场而失真。例如，当车辆的起动电机(starter motor)工作时，产生磁场。电机驱动动力转向系统的扭矩传感器的感测信号可能由于产生的磁场而失真，从而引起扭矩偏差，在扭矩偏差中施加到电机的扭矩短暂地偏离预定阈值。此外，当短暂地发生扭矩偏差时，可能发生方向盘短暂地振动的现象。对于应用了怠速停止和起动(ISG：idlestop and go)系统的车辆，由于发动机频繁地停止和重新起动，因此每当发动机重新起动时就发生扭矩偏差，并且因此使方向盘频繁地振动。
发明内容
本发明提供一种用于控制电机驱动动力转向的系统和方法，即使当电机驱动动力转向系统的扭矩传感器的感测信号由于操作车辆的电气部件(例如，起动电机)时产生的磁场导致扭矩偏差(其中，待施加到电机的扭矩从预定正常扭矩范围偏离)而失真的时候，该系统和方法也可以通过将扭矩偏差校正到原始正常扭矩从而防止方向盘振动。
在一个方面，用于控制电机驱动动力转向的系统可以包括：磁场产生检测模块，其配置为在操作车辆的电气部件时检测磁场的产生；扭矩偏差确定单元，其配置为基于所述磁场产生检测模块的检测信号确定在待施加到电机的扭矩中是否已经发生短暂的扭矩偏差；以及扭矩偏差校正单元，其配置为响应于确定已经发生扭矩偏差基于扭矩偏差校正逻辑将扭矩偏差校正到正常扭矩范围。
在示例性实施方案中，所述磁场产生检测模块可以包括：怠速停止和起动(ISG)状态检测器，其配置为检测ISG系统是否正在工作；发动机状态检测器，其配置为检测发动机是否处于驱动状态或者停止状态；车辆速度传感器，其配置为感测当前车辆速度；以及扭矩传感器，其配置为感测方向盘的转向扭矩。
在另一示例性实施方案中，所述扭矩偏差确定单元可以配置为在同时接收到来自ISG状态检测器的指示所述ISG系统正在工作的信号、来自发动机状态检测器的指示发动机处于发动(cranking)状态的信号、来自车辆速度传感器的指示当前车辆速度小于阈值速度的信号以及来自扭矩传感器的指示扭矩变化处于阈值范围之内的信号时，确定在待施加到电机的扭矩中已发生短暂的扭矩偏差。
在另一方面，控制电机驱动动力转向的方法可以包括如下步骤：在操作车辆的电气部件时，检测磁场产生检测模块中的磁场的产生；基于磁场产生检测模块的检测信号，由扭矩偏差确定单元确定在待施加到电机的扭矩中是否已发生短暂的扭矩偏差；以及响应于确定已经发生扭矩偏差，由扭矩偏差校正单元基于预定扭矩偏差校正逻辑将扭矩偏差校正到正常扭矩范围。
在示例性实施方案中，检测磁场的产生可以包括如下步骤：由怠速停止和起动(ISG)状态检测器检测ISG系统是否正在工作；由发动机状态检测器检测发动机是否处于驱动状态或者停止状态；由车辆速度传感器感测当前车辆速度；以及由扭矩传感器感测方向盘的转向扭矩。
在另一示例性实施方案中，确定是否已发生扭矩偏差可以包括如下步骤：在同时接收来自ISG状态检测器的指示所述ISG系统正在工作的信号、来自发动机状态检测器的指示发动机处于发动状态的信号、来自车辆速度传感器的指示当前车辆速度小于停止速度的信号以及来自扭矩传感器的指示扭矩变化属于阈值范围的信号时，确定在待施加到电机的扭矩中已发生短暂的扭矩偏差。在又一个示例性实施方案中，扭矩变化的阈值范围可以设定为大约0.4Nm至1.0Nm的范围。
附图说明
现在将参照附图中所示的本发明的示例性实施方案详细描述本发明的如上和其他特征，附图仅以说明的方式在下文给出，因此并不限制本发明，其中：
图1为显示根据本发明的示例性实施方案的用于控制电机驱动动力转向的系统的配置的视图。
图2为显示根据本发明的示例性实施方案的控制电机驱动动力转向的方法的流程图。
图3为显示根据本发明的示例性实施方案的在用于控制电机驱动动力转向的系统中感测短暂的扭矩偏差的过程的曲线图。
应当理解，附图不一定是按照比例绘制，而是呈现各种特征的简化表示，以对本发明的基本原理进行说明。本发明所公开的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部分。
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、卡车、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、插电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(例如源于非化石的能源的燃料)。
虽然示例性的实施方案描述为使用多个单元以执行示例性的过程，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更多个过程。
本文所使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的并且不旨在限制本发明。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、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或更多种其他的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群体。正如本文所述的，术语“和/或”包括一种或更多种相关列举项目的任何和所有组合。
除非特别声明或者从上下文显而易见的，本文所使用的术语“大约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“大约”可理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文另有清楚地说明，否则本文提供的所有数值通过术语“大约”来进行修改。
在下文中，将参考所附附图具体描述本发明的示例性实施方案，以使本相关领域的技术人员能够容易地实现本发明。
图1是显示根据本发明的用于控制电机驱动动力转向的系统的配置的视图。附图标记10表示磁场产生感测模块。磁场产生检测模块10不直接感测作为车辆的电气部件的起动电机工作时产生的磁场，而是可以配置为间接地感测磁场产生的情况。
如上所述，在应用了怠速停止和起动(ISG)系统的车辆中，发动机频繁地停止和重新起动。每当发动机重新起动时，通过作为电气部件的起动电机的操作而产生磁场。扭矩传感器的感测信号可能由于磁场而失真，而且可能在待施加到电机的扭矩中产生短暂的扭矩偏差。
作为参考，怠速停止和起动(ISG)系统是指配置为当车辆停止时停止发动机并且在车辆起动时重新起动发动机以改善燃料效率的系统。由于需要确定是否产生磁场以自动校正正常扭矩范围内的扭矩偏差，所以磁场产生检测模块10可以配置为间接地感测当车辆重新起动时磁场产生的情况。
此外，磁场产生检测模块10可以包括ISG状态检测器11(例如，传感器)、发动机状态检测器12(例如，传感器)、车辆速度传感器13以及扭矩传感器14；所述ISG状态检测器11配置为检测ISG系统是否工作；所述发动机状态检测器12配置为检测发动机的驱动或停止状态；所述车辆速度传感器13配置为感测或测量当前车辆速度；所述扭矩传感器14配置为感测方向盘的转向扭矩。ISG状态检测器11可以配置为检测安装在车辆中的ISG系统是否正在工作(即，ISG系统是否被启用或停用)，并且将安装在车辆中的ISG系统是否正在工作发送到转向控制器20的扭矩偏差确定单元21。
发动机状态检测器12可以配置为检测发动机是否基于ISG系统的指令正在驱动、停止(熄火)，或者基于ISG系统的指令在停止状态下重新起动(发动)，并且将发动机是否基于ISG系统的指令正在驱动、正在停止(熄火)、或者基于ISG系统的指令在停止状态下重新起动(发动)发送到转向控制器20的扭矩偏差确定单元21。车辆速度传感器13可以配置为将当前车辆速度信号发送到转向控制器20的扭矩偏差确定单元21，以确定车辆是否停止。扭矩传感器14可以配置为感测方向盘的转向扭矩。特别地，扭矩传感器可以配置为当作为用于重新起动车辆的电气部件的起动电机工作并且发动机重新起动(发动)时感测扭矩变化并且将扭矩变化发送到转向控制器20的扭矩偏差确定单元21。
同时，转向控制器20可以包括扭矩偏差确定单元21、扭矩偏差校正单元22和扭矩偏差校正逻辑单元23。扭矩偏差确定单元21可以配置为基于磁场产生检测模块10的检测信号确定在待施加到电机30的扭矩中是否已经发生短暂的扭矩偏差。更具体地，扭矩偏差确定单元21可以配置为接收来自ISG状态检测器11的指示ISG系统是否正在工作的信号(例如，指示ISG系统是否处于启用状态或者停用状态的信号)，来自发动机状态检测器12的指示发动机是否处于驱动状态、熄火状态或者发动状态(用于重新起动)的信号，来自车辆速度传感器13的指示当前车辆速度的信号和来自扭矩传感器14的指示当发动机起动或重新起动时扭矩变化的信号，并且基于此，确定在待施加到电机的扭矩中是否已发生短暂的扭矩偏差。
具体地，扭矩偏差确定单元21可以配置为当同时接收到来自ISG状态检测器11的指示ISG系统正在工作(处于启用状态)的信号，来自发动机状态检测器12的指示发动机处于发动状态的信号，来自车辆速度传感器13的指示当前车辆速度小于阈值速度(例如，大约5kph)的信号和来自扭矩传感器14的指示扭矩变化处于阈值范围之内的信号时，确定在待施加到电机30的扭矩中已发生短暂的扭矩偏差。
扭矩变化的阈值范围可以设定为大约0.4Nm至1.0Nm。因为当扭矩变化等于或大于大约0.4Nm时方向盘由于扭矩偏差而振动，并且当扭矩变化超过大约1.0Nm时扭矩状态指示驾驶员意图操作方向盘，因此可以将用于在扭矩偏差确定单元21中确定扭矩偏差的扭矩变化的阈值范围限制在大约0.4Nm至1.0Nm的范围内。
此外，扭矩偏差校正单元22可以配置为从扭矩偏差确定单元21接收指示已经发生短暂的扭矩偏差的信号，使用扭矩偏差校正逻辑单元23的扭矩偏差校正逻辑(例如，扭矩偏差校正映射数据)将扭矩偏差校正为正常扭矩水平，并且将校正后的扭矩(校正后的电流值)施加到电机30进行转向。因此，可以基于施加到电机的校正扭矩来操作车辆。
现在将描述校正由磁场的影响引起的扭矩偏差的过程，其作为控制电机驱动动力转向的方法。图2为显示根据本发明的控制电机驱动动力转向的方法的流程图，图3为显示根据本发明的在用于控制电机驱动动力转向的系统中检测短暂的扭矩偏差的过程的曲线图。本文下面描述的方法可以由控制器执行。
首先，磁场产生检测模块10可以配置为检测在操作作为车辆的电气部件的起动电机时是否产生磁场。该方法可以包括基于ISG状态检测器11的检测由转向控制器20接收ISG系统是否工作；以及由转向控制器20从发动机状态检测器12接收发动机是否根据ISG系统的指令正在驱动、停止(熄火)，或者是否根据ISG系统的指令在停止状态重新起动(发动)。
该方法进一步可以包括由转向控制器20从车辆速度传感器13接收当前车辆速度信号；以及从扭矩传感器14接收指示方向盘的转向扭矩的信号。然后，转向控制器20的扭矩偏差确定单元21可以配置为基于磁场产生检测模块10的检测信号确定在待施加到电机的扭矩中是否已经发生短暂的扭矩偏差。
特别地，扭矩偏差确定单元21可以配置为当同时接收到来自ISG状态检测器11的指示ISG系统正在工作(处于启用状态)的信号，来自发动机状态检测器12的指示发动机处于发动状态(用于重新起动)的信号，来自车辆速度传感器13的指示当前车辆速度小于用于停止的阈值速度(例如，5kph)的信号和来自扭矩传感器14的指示扭矩变化属于阈值范围(例如，大约0.4Nm至1.0Nm的范围)的信号时，确定扭矩传感器受到磁场的影响并且确定在待施加到电机30的扭矩中已发生短暂的扭矩偏差。
相反，扭矩偏差确定单元21可以配置为当信号指示ISG系统未工作(停用状态)时、当信号指示车辆速度等于或大于阈值速度时、当信号指示发动机正在停止或被驱动时、或者当信号指示扭矩变化偏离阈值范围时，不执行扭矩偏差校正。
随后，扭矩偏差校正单元22可以配置为从扭矩偏差确定单元21接收指示已经发生短暂的扭矩偏差的信号，使用扭矩偏差校正逻辑单元23的扭矩偏差校正逻辑(例如，扭矩偏差校正映射数据)将扭矩偏差校正为正常扭矩水平，并且将校正后的扭矩(校正后的电流值)施加到电机30以进行转向。因此，即使在操作车辆的电气部件(例如，起动电机)时产生磁场且由于磁场产生扭矩偏差的时候，也可以通过自动将扭矩偏差校正为原始正常扭矩来防止方向盘振动。
本发明提供如下效果。根据本发明，即使当电机驱动动力转向系统的扭矩传感器的感测信号由于操作车辆的电气部件(例如，起动电机)时产生的磁场而失真，从而导致扭矩偏差(其为待施加到电机的扭矩从预定的正常扭矩范围偏离)时，也可以通过将扭矩偏差校正为原始正常扭矩来防止方向盘振动。特别地，在应用了怠速停止和起动(ISG)系统的车辆中，可以解决由于每当发动机在停止后由起动电机重新起动时发生的扭矩偏差而引起的方向盘的频繁振动。
已经参考示例性实施方案详细描述本发明。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以通过例如组成元件的添加、改变或省略来以各种修改和变更来实现本发明，并且这些修改和变更包括在本发明的范围内。
在本发明的示例性实施方案的描述中，如果结合于本文中的公知功能和配置的具体描述会使本发明的主题变得相当不清楚，那么将省略这些具体描述。另外，以上描述中使用的术语是考虑到本发明的实施方案中的功能而定义的，并且可以基于用户或操作者的意图、习俗等替换为其他术语。因此，这些术语的含义应基于本说明书的全部内容。因此，本发明的上述详细描述并非旨在通过所公开的示例性实施方案来限制本发明，并且所附权利要求应被解释为包括其他实施方案。

Claims (6)

1.一种用于控制电机驱动动力转向的系统，包括：
磁场产生检测模块，其配置为在操作车辆的电气部件时检测磁场的产生；
扭矩偏差确定单元，其配置为基于所述磁场产生检测模块的检测信号确定在待施加到电机的扭矩中是否已经发生短暂的扭矩偏差；以及
扭矩偏差校正单元，其配置为响应于确定已经发生扭矩偏差基于扭矩偏差校正逻辑将扭矩偏差校正到正常扭矩范围；
其中，所述磁场产生检测模块包括：
怠速停止和起动状态检测器，其配置为检测怠速停止和起动系统是否正在工作；
发动机状态检测器，其配置为检测发动机是否处于驱动状态或者停止状态；
车辆速度传感器，其配置为感测当前车辆速度；以及
扭矩传感器，其配置为感测方向盘的转向扭矩。
2.根据权利要求1所述的用于控制电机驱动动力转向的系统，其中，所述扭矩偏差确定单元配置为：在同时接收到来自怠速停止和起动状态检测器的指示怠速停止和起动系统正在工作的信号、来自发动机状态检测器的指示发动机处于发动状态的信号、来自车辆速度传感器的指示当前车辆速度小于阈值速度的信号以及来自扭矩传感器的指示扭矩变化处于阈值范围之内的信号时，确定在待施加到电机的扭矩中已发生短暂的扭矩偏差。
3.根据权利要求2所述的用于控制电机驱动动力转向的系统，其中，扭矩变化的阈值范围设定为0.4Nm至1.0Nm的范围。
4.一种控制电机驱动动力转向的方法，包括如下步骤：
在操作车辆的电气部件时，由控制器在磁场产生检测模块中检测磁场的产生；
基于磁场产生检测模块的检测信号，由控制器确定在待施加到电机的扭矩中是否已发生短暂的扭矩偏差；以及
响应于确定已经发生扭矩偏差，由控制器基于预定的扭矩偏差校正逻辑将扭矩偏差校正到正常扭矩范围；
其中，检测磁场的产生包括如下步骤：
由控制器检测怠速停止和起动系统是否正在工作；
由控制器检测发动机是否处于驱动状态或者停止状态；
由控制器感测当前车辆速度；以及
由控制器感测方向盘的转向扭矩。
5.根据权利要求4所述的控制电机驱动动力转向的方法，其中，确定是否已发生扭矩偏差包括如下步骤：
在同时接收来自怠速停止和起动状态检测器的指示怠速停止和起动系统正在工作的信号、来自发动机状态检测器的指示发动机处于发动状态的信号、来自车辆速度传感器的指示当前车辆速度小于阈值速度的信号以及来自扭矩传感器的指示扭矩变化属于阈值范围的信号时，由控制器确定在待施加到电机的扭矩中已发生短暂的扭矩偏差。
6.根据权利要求5所述的控制电机驱动动力转向的方法，其中，扭矩变化的阈值范围设定为0.4Nm至1.0Nm的范围。
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