TWI401177B - Self - tuning method of electric assisted steering system - Google Patents
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Description
本發明係有關一種電動輔助轉向(EPS)系統之自我調校方法,特別是指一種可自動將感測器訊號進行正規化調校動作之EPS自我調校方法。
早期為了減少駕駛者操作轉向系統的負擔,而採用出力大、運動平順的液壓動力輔助轉向(Hydraulic Power Steering,HPS)系統,作為輔助動力來源。惟,缺點在於:HPS系統的液壓管路容易發生洩漏,且液壓油和管路摩擦容易生熱,而使其性質改變,再者液壓管路亦較為複雜等缺點。因此,近年來已逐漸以電動輔助轉向(Electric Power Steering,EPS)系統來取代傳統的HPS系統。
其中,EPS系統的運作係經由電子訊號間的傳遞,以完成轉向系統之運作,相較於HPS系統,EPS系統可省略液壓幫浦、儲油槽及油壓管路,以及用來傳輸引擎動力以驅動幫浦的皮帶滑輪系統,故具有較低的製造成本及維護成本。此外,EPS系統之優點包括可依駕駛狀況不同,而給予不同之動力大小輔助;以及只有在需要轉向輔助時才使馬達作動,使得駕駛人的轉向動作更簡單,車輛反應更迅速,因此,EPS系統遲早成為每台車輛的標準配備。
由於EPS系統中會應用到扭力、電流等感測器,感測器的訊號對於轉向手感的影響甚鉅,因此在車輛出廠前即完成EPS系統中感測器的正規化調校動作。但車輛出廠後,隨著使用情況的變化,如感測器會隨著安裝位置的偏移或是長期使用而有衰退現象,都會產生些微的訊號誤差值,必須以人工先量測感測器,再把訊號誤差值進行補償,以調校為出廠時的設定值或較佳的設定值;或是周遭環境的影響,如溫度;以及感測器供應電源不穩定的問題,皆可能導致輔助力矩錯誤或輔助力不連續而影響EPS系統性能。另外,EPS系統在裝車時,感測器訊號之正規化皆需時間調整,且量產後,在每一個EPS系統之感測器正規化時間之加總,所耗費的人力或時間成本相當可觀。因此,如何解決感測器電源變化而讓EPS失效的問題,以及如何提升EPS系統的強健性是亟待解決的問題。
有鑑於此,本發明遂針對上述先前技術之缺失,提出一種電動輔助轉向系統之自我調校方法,以有效克服上述之該等問題。
本發明之主要目的在提供一種電動輔助轉向系統之自我調校方法,其可將感測器的失真訊號進行自我正規化調校動作,以維持穩定的轉向手感,提升電動輔助轉向系統的強健性及轉向性能之功效。
本發明之另一目的在提供一種電動輔助轉向系統之自我調校方法,其利用訊號偏置補償策略,可提升感測器感測的準確性,以維持原有的轉向輔助性能及增強電動輔助轉向系統的強健性。
本發明之再一目的在提供一種電動輔助轉向系統之自我調校方法,可解決習知須耗費大量時間及人力成本,以進行感測器訊號的正規化調校動作之功效。
為達上述之目的,本發明提供一種電動輔助轉向系統之自我調校方法,包括偵測至少一感測模組之供應電源值,並判斷供應電源值是否符合一供應電源條件,若否,則停止一電動輔助轉向系統運作,若是,則判斷感測模組是否正常運作。若感測模組運作不正常,則由電動輔助轉向系統執行一輔助功能切換;若感測模組運作正常,則判斷感測模組是否符合一預設自我調校啟動條件,若不符合,則使用感測模組之前次自我調校值,由電動輔助轉向系統執行感測模組之功能運作,若符合,即設定感測模組之新自我調校值,由電動輔助轉向系統執行一正規化調校動作。
以下藉由具體實施例詳加說明,當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明之電動輔助轉向(EPS)系統係應用於一車輛上,電動輔助轉向系統中所應用的每一感測器電源變化或異常,都會導致感測訊號失真而使EPS系統誤動作。因此如何避免發生上述問題,在此針對EPS系統失效安全考量及提升EPS系統強健性來說明,請一併參閱第1圖及第2圖,第1圖為本發明之架構圖,第2圖為本發明之步驟流程圖。電動輔助轉向系統包含一驅動模組10、至少一感測模組12、一濾波電路14、一電壓轉換電路16及一微處理器18。驅動模組10係連接一車輛之轉向系統上,用以輸出轉向力矩以輔助一方向盤轉動,其中驅動模組10包含一馬達驅動器、馬達、減速機,馬達驅動器連接馬達及連結車輛轉向機構之減速機,馬達驅動器係依據微處理器18之控制訊號以驅動馬達運作,以輔助方向盤轉動。感測模組12中之一電流感測器22係連接驅動模組10,用以偵測驅動模組10之運作狀態,而感測模組12中之一扭力感測器24乃是連結轉向機構,用以偵測駕駛者轉動方向盤之扭力值。濾波電路14連接感測模組12,濾波電路14可為低通濾波電路,用以過濾感測模組12之供應電源訊號中的雜訊。電壓轉換電路16連接濾波電路14及微處理器18。首先,執行步驟S10,利用一電壓感測器20以偵測感測模組12之供應電源訊號,其中電壓感測器20連接感測模組12及濾波電路14,可利用電壓轉換電路16,如類比轉數位電路(analog to digital,ADC)將供應電源訊號轉換為供應電源值,由微處理器18判斷供應電源值是否符合一供應電源條件,此目的在於:於自我訊號調校之前,先確定感測模組12之電源供應是否為正常狀態。若不符合供應電源條件,則執行步驟S11,停止一電動輔助轉向系統運作;若符合供應電源條件,則執行步驟S12,由微處理器18判斷供應電源是否為預定供應電源值,此為最佳運作狀態。若不符合預定供應電源狀態,則執行步驟S13,進行感測模組12之電壓偏置補償;若符合預定供應電源值的狀態或執行完步驟S13,則執行步驟S14,由微處理器18判斷感測模組12是否正常運作,在此係判斷感測模組12是否在一正常操作範圍內,作為判斷是否正常運作的依據。若非正常運作,則執行步驟S16,由電動輔助轉向系統執行一輔助功能切換,容後說明。若感測器模組12為正常運作,則執行步驟S18,由微處理器18判斷感測模組12與車輛輪速、車速與方向盤轉向角是否符合一預設自我調校啟動條件,作為執行預設自我調校啟動條件之判斷依據。若否,則執行步驟S20,由微處理器18使用感測模組12之前次自我調校值,以執行感測模組12之感測功能運作;若是,則執行步驟S22,設定感測模組12之新自我調校值,由電動輔助轉向系統中的微處理器18執行一正規化調校動作。
其中,感測模組12包含至少一電流感測器22或至少一扭力感測器24,於步驟S10中,感測模組12不論是電流感測器22或扭力感測器24,都是利用電壓感測器20持續性地量測感測模組12的供應電源訊號,因此會產生複數筆供應電源訊號,再透過電壓轉換電路16將此些供應電源訊號轉換複數筆供應電源值,並儲存之。此些供應電源值不僅可作為判斷感測模組12的供應電源是否正常,又可作為後續電壓偏置補償之用。由於電動輔助轉向系統之自我正規化調校方式會因電流感測器22與扭力感測器24的特性不同,因此於步驟S12之後,有關電壓偏置補償策略、感測模組正常運作與否之判斷策略、自我調校啟動條件判斷策略及輔助功能切換等實施方式也會有所差異,後續將針對電流感測器22與扭力感測器24分別詳述自我訊號正規化調校之實施方式。
若感測模組12係包含至少一電流感測器22,請參閱第3圖,為本發明之電流感測器自我調校方法之步驟流程圖。於步驟S24中,利用電壓感測器20量測電流感測器22之供應電源訊號,再透過電壓轉換電路16將供應電源訊號轉換為供應電源值,由微處理器18判斷供應電源值是否符合一供應電源條件,例如供應電源值須介於4.5V-5.5V之供應電源條件,才算是正常電源供應狀態,若不符合供應電源條件,則執行步驟S26,停止一電動輔助轉向系統運作。由於電流感測器22的供應電源會隨使用情況而有所變化,因此為進一步執行電壓偏置補償策略,使電流感測器22能維持最佳供應電源值的運作性能;因此,若符合供應電源條件,則執行步驟S28,由微處理器18判斷電流感測器22之供應電源值是否符合一預定供應電源值,例如預定供應電源值為5V,此為最佳的運作性能。若供應電源值不符合正5V時,則執行步驟S30,由於電壓感測器20為持續性地量測電流感測器22的供應電源訊號,因此會產生複數筆供應電源訊號,再透過電壓轉換電路16將此些供應電源訊號轉換複數筆供應電源值,並儲存之,如此可定義出電流感測器22之供應電源值,並取供應電源值之半值。接續執行步驟S32,轉換半值為一電流中立值;最後執行步驟S34,將電流中立值設定為電動輔助轉向系統執行正規化的電流偏置補償;由步驟S30至步驟S34之實施方式,即可完成電流感測器22之電流偏置補償的正規化調校動作。接續,若供應電源值符合正5V或步驟S34執行完成時,則執行步驟S36,判斷電流感測器22是否正常運作,其中電流感測器22係以一正常操作範圍作為判斷是否正常運作的依據,本實施例係使用兩個電流感測器22,分別偵測馬達U、V相的電流,由微處理器18判斷兩個電流感測器22是否同時滿足如下兩個正常操作範圍:
VphaseU
:0.5V-4.5V
VphaseV
:0.5V-4.5V
若電流感測器22為不正常運作時,則執行步驟S38,由電動輔助轉向系統之微處理器18將電動輔助轉向系統自電流閉迴路運作模式切換為電流開迴路運作模式之輔助功能,雖然電流感測器22產生電流異常的不正常運作狀態,但藉由輔助功能切換動作,仍可讓電動輔助轉向系統繼續運作,惟,輔助性能略差一點。若電流感測器22為正常運作時,則執行步驟S40,由於操作電流仍可能隨使用情況而有所變化,因此需進一步執行自我調校啟動條件判斷策略,用以判斷電流感測器22是否符合一預設自我調校啟動條件;請同時配合第4圖,為步驟S40中判斷預設自我調校啟動條件是否成立之步驟流程圖,於步驟S401中,判斷電流感測器22之一直流側電流是否為零,其中直流側電流感測器之原理係利用歐姆定律,於驅動模組10端埋設一已知規格之電阻元件,並搭配電壓感測器20以偵測此電阻元件兩端之電壓差,藉此求得車輛電瓶輸入至驅動模組10之電流,當驅動模組10之馬達處於未運作之狀態,此時直流側電流之電流值趨近為零。請同時參閱第5圖,為本發明之電流波形偏移調校示意圖,若直流側電流為零,則執行步驟S402,紀錄電流感測器22之複數筆電流值,例如取一段時間週期所量測到的複數筆電流值;再執行步驟S403,計算此些電流值之平均值,以取得一電流波形偏置調校值,並設定電流波形偏置調校值作為電流感測器22之一新自我調校值,可判斷出電流感測器22為符合預設自我調校啟動條件,最後執行步驟S42,由電動輔助轉向系統之微處理器18執行正規化調校動作。若直流側電流不為零,則執行步驟S404,判斷車輛之方向盤是否持續轉動,若否,則執行步驟S44,使用電流感測器22之前次自我調校值,由電動輔助轉向系統之微處理器18執行電流感測器22之功能運作。若方向盤持續轉動,則執行步驟S405,判斷方向盤之扭力值是否為固定值,若非固定值,則執行步驟S44;若為固定值,則執行步驟S406,判斷電動輔助轉向系統是否為電流閉迴路運作模式,若否,則執行步驟S44。請同時參閱第6圖,為本發明之電流波形比例調校示意圖,由於電流感測器22本身感測會有誤差,或電流輸入時有電流偏置(offset)現象,使U、V相波形不一致而影響轉向輔助性能;因此,若電流感測器22為閉迴路運作模式,則執行步驟S407,紀錄電流感測器22之電流U、V相波形週期,並分別找出電流U、V相波形之極限值,例如於第6圖中標示「●」係為電流U相之波峰與波谷的極限值,標示「○」係為電流V相之波峰與波谷的極限值;接續執行步驟S408,計算電流U、V相波形之極限值,以取得一波形比例調校值,並將波形比例調校值設定為電流感測器22之新自我調校值。最後執行步驟S42,由電動輔助轉向系統之微處理器18將電流U、V相波形調整為比例相同之正規化調校動作。
若感測模組12係包含至少一扭力感測器24,請參閱第7圖,為本發明之扭力感測器自我調校方法之步驟流程圖。請同時參閱第8圖,為本發明之扭力感測器自我調校示意圖,將零扭力之對應電壓值轉換至零扭力對應於零電壓值。於步驟S46中,利用電壓感測器20量測扭力感測器24之供應電源訊號,再透過電壓轉換電路16將供應電源訊號轉換為供應電源值,由微處理器18判斷供應電源值是否符合一供應電源條件,例如供應電源值須介於4.5V-5.5V之供應電源條件,才算是正常電源供應狀態,若不符合供應電源條件,則執行步驟S48,停止一電動輔助轉向系統運作。由於扭力感測器24的電源會隨著車輛安裝位置不同而產生偏置或是長期使用而有衰退現象,都會產生些微的訊號誤差值,因此為進一步執行電壓偏置補償策略,使扭力感測器24能維持當下供應電源值的最佳運作性能。若符合供應電源條件,則執行步驟S50,由微處理器18判斷扭力感測器24之供應電源值是否符合一預定供應電源值,例如預定供應電源值為5V,此為最佳的運作性能。若供應電源值不符合正5V時,則執行步驟S52,由於電壓感測器20為持續性地量測扭力感測器24的供應電源訊號,因此會產生複數筆供應電源訊號,再透過電壓轉換電路16將此些供應電源訊號轉換複數筆供應電源值,並儲存之,如此可定義出扭力感測器24之供應電源值,並取供應電源值之半值。接續執行步驟S54,依據一初始供應電源值與半值及初始供應電源下之零扭力電壓值以計算出一電壓偏置值,其中微處理器18係利用一電壓偏置補償演算法計算出電壓偏置之新零扭力所對應之電壓值,電壓偏置補償方程式如下所示:
其中,V new_ sensor_power
代表扭力感測器24之當時供應電源值,V initial_zero-torque
代表扭力感測器24於初始供應電源值下之零扭力所對應之電壓值,V initial_sensor_power
代表扭力感測器24之初始供應電源值;V initial_zeor-torque
乃為系統預設值。接續執行步驟S56,將電壓偏置之新零點值設定為電動輔助轉向系統執行正規化的電壓偏置補償;由步驟S52至步驟S54之實施方式,即可完成扭力感測器24之電壓偏置補償的正規化調校動作。若供應電源值符合正5V時或步驟S56完成時,則執行步驟S58,判斷扭力感測器24是否正常運作,其中扭力感測器24係以一正常操作範圍作為判斷是否正常運作的依據,請同時參閱第9圖,為本發明之扭力感測器為正常操作狀態示意圖。本實施例所述之扭力感測器24,本身具備兩組相對稱之扭力感測之功能模組,分別偵測車輛之方向盤的轉向力矩,由微處理器18判斷扭力感測器24是否同時滿足如下三個正常操作範圍:
Tmain
:0.1-0.9Vsensor power
Tsub
:0.1-0.9Vsensor power
Tmain
+Tsub
=Vsensor power
其中Tmain
為扭力感測器24,Tsub
為另一個扭力感測器24,0.1-0.9Vsensor power
為扭力感測器之10%-90%輸入電壓百分比。
若扭力感測器24為不正常運作時,則執行步驟S60,由電動輔助轉向系統之微處理器18直接關閉電動輔助轉向系統,不提供轉向輔助力。若扭力感測器24為正常運作時,則執行步驟S62,由於供應電源仍可能隨使用情況而有所變化,因此需進一步執行自我調校啟動條件判斷策略,用以判斷扭力感測器24是否符合一預設自我調校啟動條件;請同時配合第10圖,為步驟S62中判斷預設自我調校啟動條件是否成立之步驟流程圖,於步驟S621中,由微處理器18判斷車輛之車速是否不為零,若否,則執行步驟S64,使用扭力感測器24之前次自我調校值,由電動輔助轉向系統執行扭力感測器24之功能運作;若是,則執行步驟S622,判斷車輛之左右兩側輪速是否相同。若車輛之兩側輪速不相同,則執行步驟S64;若車輛之輪速相同,則執行步驟S623,判斷車輛之方向盤轉向角度是否固定不改變。若轉向角度變化,則執行步驟S64;若轉向角度固定不改變,則執行步驟S624,判斷扭力感測器24之轉向力矩是否固定不改變。若轉向力矩變化,則執行步驟S64;若轉向力矩固定不改變,則執行步驟S625,依據當下轉向角度以產生的一轉向力矩電壓值,並設定轉向力矩電壓值作為扭力感測器24之一新自我調校值,並執行步驟S66,由電動輔助轉向系統之微處理器18執行轉向力矩偏置補償之正規化調校動作。
綜上所述,本發明可將電流感測器或扭力感測器的失真訊號進行自我正規化調校動作,以提升電動輔助轉向系統的強健性及轉向性能之功效;此外,更可利用訊號偏置補償策略,以解決感測器電源變化或異常而導致感測訊號失真的問題,進而提升感測器感測的準確性,以維持原有的轉向輔助性能或增強電動輔助轉向系統的強健性。更進一步而言,可解決習知須將車輛送回車廠,以進行感測器訊號的正規化調校動作所耗費大量時間及人力成本的問題。
唯以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾,均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10...驅動模組
12...感測模組
14...濾波電路
16...電壓轉換電路
18...微處理器
20...電壓感測器
22...電流感測器
24...扭力感測器
第1圖為本發明之架構圖。
第2圖為本發明之步驟流程圖。
第3圖為本發明之電流感測器自我調校方法之步驟流程圖。
第4圖為本發明之電流感測器判斷預設自我調校啟動條件是否成立之步驟流程圖。
第5圖為本發明之電流波形偏移調校示意圖。
第6圖為本發明之電流波形比例調校示意圖。
第7圖為本發明之扭力感測器自我調校方法之步驟流程圖。
第8圖為本發明之電壓偏移補償之自我調校示意圖。
第9圖為本發明之扭力感測器為正常操作狀態示意圖。
第10圖為本發明之扭力感測器判斷預設自我調校啟動條件是否成立之步驟流程圖。
Claims (10)
- 一種電動輔助轉向系統之自我調校方法,包括下列步驟:(A) 偵測感測模組之供應電源值,並判斷該供應電源值是否符合一供應電源條件,若否,則停止一電動輔助轉向系統運作,若是,則執行步驟(B);(B) 判斷供應電源值是否為一預定供應電源值,若否,則執行電壓偏置補償,若是,則執行步驟(C);(C) 判斷該感測模組是否正常運作,若否,則由該電動輔助轉向系統執行一輔助功能切換,若是,則執行步驟(D);及(D) 判斷該感測模組是否符合一預設自我調校啟動條件,若否,則使用該感測模組之前次自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行該感測模組之感測功能運作,若是,設定該感測模組之新自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行一正規化調校動作。
- 如申請專利範圍第1項所述之電動輔助轉向系統之自我調校方法,其中該感測模組包含至少一電流感測器或至少一扭力感測器。
- 如申請專利範圍第2項所述之電動輔助轉向系統之自我調校方法,其中該電流感測器及扭力感測器係利用一電壓感測器量測一供應電源訊號,再透過一電壓轉換電路將該供應電源訊號轉換該供應電源值。
- 如申請專利範圍第2項所述之電動輔助轉向系統之自我調校方法,其中該感測模組係包含至少一電流感測器,且於該步驟(B)中,該供應電源值不符合該預定供應電源值,更包括下列步驟:(B1)定義出該電流感測器之該供應電源值,並取該供應電源值之半值;(B2)轉換該半值為一電流中立值;及(B3)將該電流中立值設定為該電動輔助轉向系統執行正規化的電流偏置補償。
- 如申請專利範圍第2項所述之電動輔助轉向系統之自我調校方法,其中該電流感測器係以一正常操作範圍作為判斷是否正常運作的依據,若是,則判斷該電流感測器是否符合該預設自我調校啟動條件,若否,則由該電動輔助轉向系統將電流感測器自閉迴路運作模式切換為開迴路運作模式之輔助功能切換。
- 如申請專利範圍第5項所述之電動輔助轉向系統之自我調校方法,其中判斷該預設自我調校啟動條件是否成立,更包括下列步驟:(D1)判斷該電流感測器之一直流側電流是否為零,若是,則執行步驟(D2),若否,則執行步驟(D4);(D2)紀錄該電流感測器之複數筆電流值;(D3)計算該些電流值之平均值,以取得一電流波形偏置調校值,並設定電流波形偏置調校值作為該電流感測器之該新自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行電流偏置補償之正規化調校動作;(D4)判斷一方向盤是否持續轉動,若否,則使用該電流感測器之該前次自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行該電流感測器之功能運作,若是,則執行步驟(D5);(D5)判斷該方向盤之扭力值是否為固定值,若否,則使用該電流感測器之該前次自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行該電流感測器之功能運作,若是,則執行步驟(D6);(D6)判斷該電動輔助轉向系統是否為電流閉迴路運作模式,若否,則使用該電流感測器之前次自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行該電流感測器之功能運作,若是,則執行步驟(D7);(D7)紀錄該電流感測器之電流U、V相波形週期,並分別找出該電流U、V相波形之極限值;及(D8)計算該電流U、V相波形之該極限值,以取得一波形比例調校值,並將該波形比例調校值設定為該電流感測器之該新自我調校值,由該電動輔助轉向系統將該電流U、V相波形調整為比例相同之正規化調校動作。
- 如申請專利範圍第2項所述之電動輔助轉向系統之自我調校方法,其中該感測模組係包含至少一扭力感測器,且於該步驟(B)中,該供應電源值不符合該預設供應電源值,更包括下列步驟:(b1)定義出該扭力感測器之當下供應電源值,並取該供應電源值之半值;(b2)依據一初始供應電源值與該半值及初始供應電源下之零扭力電壓值以計算出一電壓偏置值;及(b3)將該電壓偏置值設定為該電動輔助轉向系統執行正規化的電壓偏置補償。
- 如申請專利範圍第7項所述之電動輔助轉向系統之自我調校方法,其中該步驟(b2)係利用一電壓偏置補償演算法計算出該電壓偏置值,該電壓偏置補償方程式如下:
- 如申請專利範圍第2項所述之電動輔助轉向系統之自我調校方法,其中該扭力感測器係以一正常操作範圍作為判斷是否正常運作的依據,若是,則判斷該扭力感測器是否符合該預設自我調校啟動條件,若否,則由該電動輔助轉向系統關閉該扭力感測器之輔助功能。
- 如申請專利範圍第9項所述之電動輔助轉向系統之自我調校方法,其中判斷該扭力感測器是否符合該預設自我調校啟動條件,更包括下列步驟:(d1)判斷一車輛之車速是否不為零,若是,則執行步驟(d2),若否,則使用該扭力感測器之該前次自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行該扭力感測器之功能運作;(d2)判斷該車輛之左右兩側輪速是否相同,若是,則執行步驟(d3),若否,則使用該扭力感測器之該前次自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行該扭力感測器之功能運作;(d3)判斷該車輛之方向盤轉向角度是否固定不改變,若是,則執行步驟(d4),若否,則使用該扭力感測器之該前次自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行該扭力感測器之功能運作;(d4)判斷該扭力感測器之轉向力矩是否固定不改變,若是,則執行步驟(d5),若否,則使用該扭力感測器之該前次自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行該扭力感測器之功能運作;及(d5)依據當下一轉向力矩電壓值,設定該轉向力矩電壓值作為該扭力感測器之一新自我調校值,由該電動輔助轉向系統執行該轉向力矩偏置補償之正規化調校動作。
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