CN107600169B - 电机驱动动力转向的转向回正控制装置和方法 - Google Patents

电机驱动动力转向的转向回正控制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电机驱动动力转向的转向回正控制装置和方法。该电机驱动动力转向(MDPS)的转向回正控制装置可包括：柱扭矩传感器，被配置为感测方向盘的柱扭矩；转向角传感器，被配置为测量方向盘的转向角；柱速度计算器，被配置为计算转向柱旋转时的柱速度；车辆速度传感器，被配置为感测车辆速度；横向加速度传感器，被配置为感测车辆的横向加速度；以及阻尼控制器，被配置为在柱扭矩、柱速度和车辆速度中的至少一个满足预设的阻尼补偿条件的同时，当转向角落入中心区域内时，根据柱扭矩、柱速度和横向加速度中的至少一个来检测中心区域中的阻尼补偿增益，并且将阻尼补偿增益施加至默认阻尼量。

Description

电机驱动动力转向的转向回正控制装置和方法
相关申请的引证
本申请要求于2016年7月11日提交的韩国专利申请号10-2016-0087742的优先权，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
本发明涉及电机驱动动力转向(MDPS)的转向回正控制装置和方法，并且更具体地，涉及在驾驶期间，在车辆以较大转向角转向后方向盘回正时，能够使中心区域的轻微差异感尽可能小的MDPS的转向回正控制装置和方法。
背景技术
通常，MDPS表示一种通过使用电动机沿驾驶员的转向方向提供辅助扭矩来辅助操控的***。MDPS可根据车辆的行驶状况自动控制电机的运转，从而改善转向性能和转向感。
当在施加转向输入以使车辆转向之后，确定车辆转至期望程度时，驾驶员可松开方向盘。在这种情况下，方向盘通过其回正操作而回正至中心。方向盘的回正操作通过轮胎的自对准扭矩执行。通常，当车辆以5km/h至30km/h的速度转弯时，回正操作可被有效施加。然而，因为转向***的摩擦行为导致剩余的转向角(remaining steering angle)，所以施加至方向盘的自对准扭矩不足以使方向盘回正至中心。
因此，辅助回正操作的单独功能不可避免地被提供以使方向盘完全回正至中心。因此，MDPS施加基于转向角计算的回正扭矩，并且辅助方向盘的回正操作，由此提高回正性能。
于2010年10月27日公布的且名称为“MDPS的转向回正控制方法(Steering returncontrol method of MDPS)”的韩国专利公布第2010-0114995号中公开了相关技术。
然而，在传统MDPS的阻尼逻辑中，当为了方向盘的快速回正性能而调整阻尼量时，可在中心区域出现过冲。当调整阻尼量以降低过冲的出现时，方向盘的回正速度会降低。因此，适当调整中心区域中的阻尼量。然而，当驾驶员以与方向盘的回正速度类似的速度转动方向盘时，中心区域可出现轻微差异感。
发明内容
本发明的实施方式涉及MDPS的转向回正控制装置和方法，其能够在驾驶过程中，当方向盘在车辆以较大转向角转向后回正时，最小化中心区域中的轻微差异感。
在一个实施方式中，一种MDPS的转向回正控制装置可包括：柱扭矩传感器，被配置为感测方向盘的柱扭矩；转向角传感器，被配置为测量方向盘的转向角；柱速度计算器，被配置为基于由转向角传感器感测的转向角来计算转向柱旋转时的柱速度；车辆速度传感器，被配置为感测车辆速度；横向加速度传感器，被配置为感测车辆的横向加速度；以及阻尼控制器，被配置为在柱扭矩、柱速度和车辆速度中的至少一个满足预设的阻尼补偿条件的同时，当转向角落入中心区域内时，根据柱扭矩、柱速度和横向加速度中的至少一个来检测预设的中心区域中的阻尼补偿增益，并且将所检测的阻尼补偿增益施加至默认阻尼量。
当柱扭矩、柱速度和车辆速度中的至少一个满足阻尼补偿条件时，阻尼控制器可根据柱扭矩和柱速度中的至少一个来检测阻尼补偿增益，并且将所检测的阻尼补偿增益施加至默认阻尼量。
阻尼控制器可通过根据柱速度降低阻尼斜率来增加方向盘的回正速度。
中心区域可具有根据车辆速度变化地设置的范围。
阻尼控制器可线性地控制中心区域中的针对柱扭矩的柱扭矩增益、针对柱速度的柱速度增益以及针对横向加速度的横向加速度增益中的一个或多个。
阻尼控制器可将横向加速度增益调整为与横向加速度成正比。
当横向加速度等于或小于预设的横向加速度基准值时，阻尼控制器可将横向加速度增益设置为预设的横向加速度增益值或更小，并且将阻尼补偿增益调整为预设的阻尼补偿增益值或更小。
阻尼控制器可将柱速度增益调整为与柱速度成正比。
阻尼控制器可将柱扭矩增益调整为与柱扭矩成反比。
在另一实施方式中，MDPS的转向回正控制方法可包括：由阻尼控制器根据车辆速度，基于柱扭矩和柱速度中的至少一个，计算默认阻尼量；由阻尼控制器确定柱扭矩、柱速度和车辆速度中的至少一个是否满足预设的阻尼补偿条件，当确定结果指示满足阻尼补偿条件时，根据柱扭矩和柱速度中的至少一个检测阻尼补偿增益，并且将所检测的阻尼补偿增益施加至默认阻尼量；以及由阻尼控制器确定在满足阻尼补偿条件的同时转向角是否落入预设的中心区域内，当确定结果指示转向角落入中心区域内时，根据柱扭矩、柱速度和横向加速度中的至少一个检测中心区域中的阻尼补偿增益，并且将所检测的阻尼补偿增益施加至默认阻尼量。
阻尼控制器可通过根据柱速度降低阻尼斜率(damping slope)来增加方向盘的回正速度。
阻尼控制器可线性地控制中心区域中的针对柱扭矩的柱扭矩增益、针对柱速度的柱速度增益以及针对横向加速度的横向加速度增益中的一个或多个。
阻尼控制器可将横向加速度增益调整为与横向加速度成正比。
当横向加速度等于或小于预设的横向加速度基准值时，阻尼控制器可将横向加速度增益设置为预设的横向加速度增益值或更小，并且将阻尼补偿增益调整为预设的阻尼补偿增益值或更小。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的MDPS的转向回正控制装置的框图。
图2是概念性示出根据本发明的实施方式的阻尼控制器的逻辑的示图。
图3是示出根据大转向角和释放条件的横向加速度和偏航率(yaw rate)的示图。
图4是示出根据本发明的实施方式的根据连续转向条件的横向加速度和偏航率的示图。
图5是示出根据本发明的实施方式的在中心区域中出现差异感的实例的示图。
图6是示出根据本发明的实施方式的中心区域中的差异感被移除的实例的示图。
图7是示出根据本发明的实施方式的MDPS的转向回正控制方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式。应注意，附图不一定按精确比例绘制，并且可以在线的厚度或部件的尺寸上被夸大，以便于描述方便和清晰。另外，如本文使用的术语通过考虑本发明的功能来定义，并且可根据用户或操作员的习惯或意图来改变。因此，应根据本文阐述的整个公开内容定义术语。
图1是示出根据本发明的实施方式的MDPS的转向回正控制装置的框图，图2是概念性示出根据本发明的实施方式的阻尼控制器的逻辑的示图，图3是示出根据大转向角和释放条件的横向加速度和偏航率的示图，图4是示出根据本发明的实施方式的根据连续转向条件的横向加速度和偏航率的示图，图5是示出根据本发明的实施方式的在中心区域中出现差异感的实例的示图，并且图6是示出根据本发明的实施方式的中心区域中的差异感被移除的实例的示图。
参考图1，根据本发明的实施方式的MDPS的转向回正控制装置可包括：柱扭矩传感器10、转向角传感器20、柱速度计算器30、车辆速度传感器40、横向加速度传感器50以及阻尼控制器60。
柱扭矩传感器10可测量方向盘的柱扭矩，以便检测驾驶员输入至方向盘(未示出)的转向扭矩。
转向角传感器20可测量方向盘的转向角。
柱速度计算器30可基于由转向角传感器20测量的方向盘的转向角，来计算转向柱被旋转时的柱速度或角速度。
车辆速度传感器40可测量车辆的速度。
横向加速度传感器50可测量车辆的横向加速度。
阻尼控制器60可分别从柱扭矩传感器10、转向角传感器20、柱速度计算器30、车辆速度传感器40和横向加速度传感器50接收柱扭矩、转向角、柱速度、车辆速度和横向加速度。
阻尼控制器60可确定柱扭矩、柱速度和车辆速度中的至少一个是否满足预设的阻尼补偿条件。当满足阻尼补偿条件时，阻尼控制器60可根据柱扭矩和柱速度中的至少一个来检测阻尼补偿增益，并且将所检测的阻尼补偿增益施加至默认阻尼量，由此补偿默认阻尼量。
在满足阻尼补偿条件的同时，阻尼控制器60可确定转向角是否落入预设的中心区域内。当转向角落入中心区域内时，阻尼控制器60可根据柱扭矩、柱速度和横向加速度中的一个或多个来检测中心区域中的阻尼补偿增益，并且将所检测的阻尼补偿增益施加至默认阻尼量，由此补偿默认阻尼量。
阻尼控制器60可包括阻尼补偿条件确定单元61、中心区域确定单元62以及阻尼补偿单元63。
阻尼补偿条件确定单元61可使用从柱扭矩传感器10、柱速度计算器30和车辆速度传感器40输入的柱扭矩、柱速度和车辆速度，来确定是否满足阻尼补偿条件。当确定满足阻尼补偿条件时，阻尼补偿条件确定单元61可基于柱扭矩和柱速度来检测阻尼补偿增益，并且将阻尼补偿增益施加至默认阻尼量。
在右转(RH)的情况下，当车辆速度等于或大于80kph，柱扭矩等于或小于1.7Nm，并且柱速度等于或小于-0.6rps时，阻尼补偿条件确定单元61可确定满足阻尼补偿条件。在左转(LH)的情况下，当车辆速度等于或大于80kph，柱扭矩等于或小于-1.7Nm，并且柱速度等于或小于0.6rps时，阻尼补偿条件确定单元61可确定满足阻尼补偿条件。
中心区域确定单元62可确定从转向角传感器20输入的转向角是否落入预设的中心区域内。
方向盘的转向角约为0度的中心区域可指示被设置为大约0度的转向角范围。即，当转向角落入中心区域内时，它可指示方向盘位于中心或靠近中心的位置。中心区域的范围可根据车辆速度而可变地设置。
当阻尼补偿条件确定单元61的确定结果指示满足阻尼补偿条件时，阻尼补偿单元63可基于柱扭矩和柱速度根据车辆速度来检测阻尼补偿增益，并且将阻尼补偿增益施加至默认阻尼量。例如，如图2所示，当满足阻尼补偿条件时，阻尼补偿单元63可根据柱速度降低阻尼增益的斜率。随后，可降低最终阻尼量以增加方向盘的回正速度。
默认阻尼量可指示不论是否满足阻尼补偿条件，使用车辆速度、柱扭矩和柱速度通过现有方法计算的阻尼量。
当在满足阻尼补偿条件的同时，转向角存在于预设的中心区域中时，阻尼补偿单元63可根据柱扭矩、柱速度和横向加速度中的一个或多个来检测中心区域中的阻尼补偿增益，并且将阻尼补偿增益施加至默认阻尼量，由此补偿默认阻尼量。
即，在满足阻尼补偿条件的同时，当转向角落入中心区域内时，阻尼补偿单元63可线性调整针对柱扭矩的柱扭矩增益、针对柱速度的柱速度增益以及针对横向加速度的横向加速度增益中的一个或多个。在这种情况下，阻尼补偿单元63可将柱速度增益调整为与柱速度成正比，并且将柱扭矩增益调整为与柱扭矩成反比。
具体地，阻尼补偿单元63可将横向加速度增益调整为与横向加速度成正比。当横向加速度等于或小于预设的横向加速度基准值时，阻尼补偿单元63可将横向加速度增益设置为预设的横向加速度值或更小，由此将阻尼补偿增益调整为预设的阻尼补偿增益值或更小。例如，阻尼补偿单元63可将阻尼补偿增益调整为0。
预设的阻尼补偿增益值可指示针对仅施加中心区域中的默认阻尼量的增益。结果，当驾驶员使方向盘强行回正时，基于默认阻尼量的方向盘的回正速度与驾驶员的转向速度之间的差异可最小化以降低中心区域中的轻微差异感。
参考图3，当驾驶员在操作方向盘之后释放方向盘时，横向加速度和偏航率在方向盘被释放的时间点处相对高。参考图4，当驾驶员使车辆连续转向时，横向加速度和偏航率相对小。特别地，通过瞬时阻尼可以引起差异感，以防止在中心区域的过冲
如图5所示，在驾驶员使车辆转向的同时当在中心区域中出现瞬间阻尼时，通过基于默认阻尼量的方向盘的回正速度与通过驾驶员的转向速度之间的差异可引起轻微差异感。
随后，如图6所示，阻尼补偿增益可被调整为0，使得只有默认阻尼量施加至方向盘。因此，中心区域中的轻微差异感可最小化。
图7是示出根据本发明的实施方式的MDPS的转向回正控制方法的流程图。
参考图7，柱扭矩传感器10可测量方向盘的柱扭矩，转向角传感器20可测量方向盘的转向角并且输出所测量的转向角，并且柱速度计算器30基于由转向角传感器20测量的转向角来计算转向柱旋转时的柱速度或角速度并输出所计算的角速度。车辆速度传感器40可感测车辆的车辆速度，并且横向加速度传感器50可测量车辆的横向加速度。
在这种情况下，在步骤S10中，阻尼控制器60可根据车辆速度，使用柱速度和柱扭矩来检测默认阻尼量。
在步骤S20中，阻尼控制器60可确定柱扭矩、柱速度和车辆速度中的至少一个是否满足预设的阻尼补偿条件。
即，在右转(RH)的情况下，当车辆速度等于或大于80kph，柱扭矩等于或小于1.7Nm，并且柱速度等于或小于-0.6rps时，阻尼控制器60可确定满足阻尼补偿条件。在左转(LH)的情况下，当车辆速度等于或大于80kph，柱扭矩等于或小于-1.7Nm，并且柱速度等于或小于0.6rps时，阻尼补偿条件确定单元61可确定满足阻尼补偿条件。
当步骤S20的确定结果指示不满足阻尼补偿条件时，在步骤S70中，阻尼控制器60可输出所检测的默认阻尼量以便对方向盘执行阻尼控制。
另一方面，当步骤S20的确定结果指示满足阻尼补偿条件时，在步骤S30中，阻尼控制器60可确定转向角是否落入中心区域内。方向盘的转向角约为0度的中心区域可指示被设置为大约0度的转向角范围。
当步骤S30的确定结果指示转向角没有落入中心区域内时，在步骤S40中阻尼控制器60可根据柱扭矩和柱速度来检测阻尼补偿增益，在步骤S60中将所检测的阻尼补偿增益施加至默认阻尼量，并且在步骤S70中对方向盘执行阻尼控制。例如，阻尼控制器60可通过根据柱速度降低阻尼斜率，来增加方向盘的回正速度。
另一方面，当步骤S30的确定结果指示转向角落入中心区域内时，在步骤S50中，阻尼控制器60可根据柱扭矩、柱速度和横向加速度中的一个或多个来检测中心区域中的阻尼补偿增益，在步骤S60中将阻尼补偿增益施加至默认阻尼量，并且在步骤S70中对方向盘执行阻尼控制。
即，当在满足阻尼补偿条件的同时转向角落入中心区域内时，阻尼控制器60可线性调整针对柱扭矩的柱扭矩增益、针对柱速度的柱速度增益以及针对横向加速度的横向加速度增益中的一个或多个。
在这种情况下，阻尼控制器60可将柱速度增益调整为与柱速度成正比，并且将柱扭矩增益调整为与柱扭矩成反比。
具体地，当横向加速度等于或小于横向加速度基准值时，阻尼控制器60可将横向加速度增益设置为预设的横向加速度值或更小，并且将阻尼补偿增益调整为预设的阻尼补偿增益值或更小。例如，阻尼控制器60可将中心区域中的阻尼补偿增益调整为0。
即，在转向角落入中心区域内并且横向加速度等于或小于横向加速度基准值的同时，阻尼控制器60可仅施加默认阻尼量，由此不仅最小化基于默认阻尼量的方向盘的回正速度与通过驾驶员的转向速度之间的差异，而且也最小化中心区域中的轻微差异感。
因此，根据本发明的实施方式的MDPS的转向回正控制装置和方法可在驾驶过程中，在方向盘以较大转向角操作之后回正时，最小化中心区域中的轻微差异感。
尽管为了说明目的，已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，在不偏离所附权利要求书中限定的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加以及替代都是可能的。

Claims (5)

1.一种电机驱动动力转向(MPDS)***，包括：
电机；
柱扭矩传感器，被配置为感测对方向盘施加的柱扭矩；
转向角传感器，被配置为测量所述方向盘的转向角；
柱旋转速度计算器，被配置为基于由所述转向角传感器感测的所述转向角来计算柱旋转速度；
车辆速度传感器，被配置为感测车辆速度；
横向加速度传感器，被配置为感测车辆的横向加速度；以及
阻尼控制器，被配置为基于所述柱扭矩、所述柱旋转速度和所述车辆速度来控制所述电机提供抵抗所述方向盘的回正的阻尼，
其中，当所述车辆速度大于80千米/小时，所述柱扭矩小于1.7N·m，并且所述柱旋转速度小于0.6转/秒(rps)时，所述阻尼控制器被配置为基于所述柱扭矩、所述柱旋转速度和所述车辆速度，并且还基于所述横向加速度，来检测阻尼补偿增益，并且将检测出的所述阻尼补偿增益施加至默认阻尼量，以控制所述电机提供抵抗所述方向盘的回正的阻尼。
2.根据权利要求1所述的电机驱动动力转向***，其中，所述阻尼控制器被配置为在所述转向角位于转向角为0的中心位置的中心范围内时，基于所述横向加速度来控制所述阻尼。
3.根据权利要求2所述的电机驱动动力转向***，其中，所述中心范围根据所述车辆速度而变化地设置。
4.一种操作电机驱动动力转向(MPDS)***的方法，所述方法包括：
利用柱扭矩传感器感测对方向盘施加的柱扭矩；
利用转向角传感器测量所述方向盘的转向角；
基于由所述转向角传感器感测的所述转向角来计算柱旋转速度；
利用车辆速度传感器感测车辆速度；
利用横向加速度传感器感测车辆的横向加速度；以及
由阻尼控制器基于所述柱扭矩、所述柱旋转速度和所述车辆速度来控制所述电机驱动动力转向***的电机提供抵抗所述方向盘的回正的阻尼，
其中，当所述车辆速度大于80千米/小时，所述柱扭矩小于1.7N·m，并且所述柱旋转速度小于0.6转/秒(rps)时，所述阻尼控制器基于所述柱扭矩、所述柱旋转速度、所述车辆速度并且还基于所述横向加速度，来检测阻尼补偿增益，并且将检测出的所述阻尼补偿增益施加至默认阻尼量，以控制所述电机。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阻尼控制器在所述转向角位于转向角为0的中心位置的中心范围内时，基于所述横向加速度来控制所述阻尼。
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