CN108263470A - 电机驱动的助力转向***的阻尼控制装置与方法 - Google Patents

电机驱动的助力转向***的阻尼控制装置与方法 Download PDF

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Abstract

一种MDPS***的阻尼控制装置和方法，该装置包括：转向柱扭矩传感器，配置为检测施加给转向轴的转向柱扭矩，并输出转向柱扭矩信号；转向角传感器，配置为检测方向盘的转向角速度；车辆速度传感器，配置为检测车辆的行驶速度；控制器，配置为从所述转向柱扭矩传感器、所述车辆速度传感器和所述转向角传感器接收所述转向柱扭矩信号、所述行驶速度和所述转向角速度，基于所述转向角速度，依据所述行驶速度来计算需要的所阻尼扭矩，基于提升扭矩计算阻尼扭矩补偿，从所述转向柱扭矩信号中依据所述行驶速度检测振动，以计算附加阻尼增益，并使用所述附加阻尼增益补偿所述需要的阻尼扭矩。

Description

电机驱动的助力转向***的阻尼控制装置与方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年1月2日提交的申请号为10-2017-0000473的韩国申请优先权，为了所有目的，其通过引用并入本文，如同在此阐述一样。
技术领域
示例性实施例涉及电机驱动的助力转向***(motor driven power steering，MDPS)***的阻尼控制装置与方法，尤其涉及MDPS***的阻尼控制装置与方法，其不仅能够抑制在转向中产生的横摆振动，还能够检测和抑制路面振动，从而改进中心路感以稳定地向驾驶员提供转向路感。
背景技术
通常，MDPS***涉及转向***，其使用电动机在驾驶员的转向方向上提供辅助扭矩，从而允许驾驶员容易地操控方向盘。
与现有的液压动力转向***(hydraulic power steering，HPS)***不同，MDPS***能够依据车辆的行车条件自动控制电动机的操作，从而改进转向性能和转向路感。
此时，MDPS***包括扭矩传感器、转向角传感器和车辆速度传感器，以便确定车辆的行车条件。扭矩传感器测量输入到方向盘的驾驶员的转向扭矩，转向角传感器测量方向盘的转向角，车辆速度传感器测量车辆速度。
当MDPS***控制发动机执行动力转向时，MDPS***可以补偿摩擦力，以改进转向路感和回正性能。因此，可以提升车辆的驾驶性能。
此外，中/高速区域可以包括摩擦力补偿扭矩和阻尼控制扭矩彼此重叠的部分。在这种情况下，MDPS***可以通过根据阻尼扭矩调整摩擦力补偿扭矩来改进阻尼控制性能，从而获得中心转向路感、回正性、扭矩形成和车辆的横摆稳定性。
2016年3月10日公开的公开号为2016-0027663、名称为“MDPS***的摩擦力补偿控制装置与方法”的韩国专利中公开了相关技术。
当向方向盘提供回正力和阻尼力时，MDPS***基于转向柱扭矩和转向柱速度将阻尼力计算为车辆速度的函数。
因此，MDP可以通过阻尼力抑制横摆振动，所述横摆振动是在转向操作操作中引起的。
横摆振动还由路面振动或机械单元的共振引起，但没有以适当的方式对其进行处理。
在背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解，并且因此其可能包含不构成现有技术的信息。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种MDPS***的阻尼控制装置与方法，其不仅能够抑制在转向期间引起的横摆振动，还能够检测并抑制路面振动，从而改进中心路感以向驾驶员稳定地提供转向路感。
本发明的其他特征将在下文的描述中阐述，并且在某种程度上其将从描述中变得显而易见，或者可以通过实施本发明对其进行了解。
本发明的示例性实施例公开了一种电机驱动的助力转向(MDPS)***的阻尼控制装置，包括：转向柱扭矩传感器，配置为检测施加给转向轴的转向柱扭矩并输出转向柱扭矩信号；转向角传感器，配置为检测方向盘的转向角速度；车辆速度传感器，配置为检测车辆的行驶速度；和控制器，配置为分别从转向柱扭矩传感器、车辆速度传感器和转向角传感器接收转向柱扭矩信号、行驶速度和转向角速度，基于转向角速度，依据行驶速度计算阻尼扭矩，基于通过转向柱扭矩信号生成的提升扭矩计算阻尼扭矩补偿，从转向柱扭矩信号中依据行驶速度检测振动，以便计算附加阻尼增益，并使用所述附加阻尼增益补偿需要的阻尼扭矩。
控制器可以包括：阻尼扭矩计算单元，配置为接收行驶速度和转向角速度，并基于转向角速度，依据行驶速度，计算需要的阻尼扭矩；阻尼扭矩补偿计算单元，配置为基于从转向柱扭矩信号中通过提升曲线生成的提升扭矩计算阻尼扭矩补偿；振动检测单元，配置为接收转向柱扭矩信号和行驶速度，并检测方向盘的振动；阻尼扭矩补偿单元，配置为通过将由阻尼扭矩补偿计算单元计算的阻尼扭矩补偿施加给由阻尼扭矩计算单元计算的需要的阻尼扭矩来补偿需要的阻尼扭矩，并通过依据由振动检测单元检测的振动的幅度和频率施加附加阻尼增益来附加地补偿需要的阻尼扭矩；和阻尼扭矩输出单元，配置为限制地输出需要的阻尼扭矩，以防止由阻尼扭矩补偿单元附加补偿的所需阻尼扭矩过多地需要的输出。
阻尼扭矩计算单元可以基于行驶速度和转向角速度通过根据车辆特性和驾驶员意向调整的2D地图来计算需要的阻尼扭矩。
阻尼扭矩补偿计算单元可以基于提升扭矩的大小计算阻尼扭矩补偿。
阻尼扭矩补偿计算单元可以基于提升扭矩的变化计算阻尼扭矩补偿。
振动检测单元可以使用DFT(离散傅里叶变换)检测振动的频率和幅度。
本发明的示例性实施例还公开了一种MDPS***的阻尼控制方法，包括：由控制器分别从转向柱扭矩传感器、转向角传感器和车辆速度传感器接收转向柱扭矩信号、转向角速度和行驶速度；由控制器基于转向角速度，依据行驶速度，计算需要的阻尼扭矩；由控制器基于从转向柱扭矩信号中通过提升曲线生成的提升扭矩计算阻尼扭矩补偿；由控制器根据行驶速度和转向柱扭矩信号检测方向盘的振动；由控制器通过将阻尼扭矩补偿施加给需要的阻尼扭矩来补偿需要的阻尼扭矩，并通过依据振动的幅度和频率施加附加阻尼增益来附加地补偿需要的阻尼扭矩；由控制器限制地输出需要的阻尼扭矩，以防止附加补偿的需要的阻尼扭矩过多地输出。
在计算需要的阻尼扭矩时，控制器可以基于行驶速度和转向角速度通过根据车辆特性和驾驶员意向调整的2D地图来计算需要的阻尼扭矩。
在计算阻尼扭矩补偿时，控制器可以基于提升扭矩的大小计算阻尼扭矩补偿。
在计算阻尼扭矩补偿时，控制器可以基于提升扭矩的变化计算阻尼扭矩补偿。
在检测方向盘的振动时，控制器可以使用DFT检测振动的频率和幅度。
应理解，前面的总体描述和下面的详细描述都是示例性的和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解并被并入和构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装置的框图。
图2是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装置中的转向角速度和阻尼扭矩之间的关系的曲线图。
图3A和图3B是示出了依据根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装置中的提升扭矩的阻尼补偿的曲线图。
图4是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装置中的附加阻尼增益的曲线图。
图5是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装中的阻尼扭矩的限制关系的曲线图。
图6是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制方法的流程图。
具体实施方式
以下参照附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。附图中相同的附图标记表示相同的元件。
除非另外定义，否则当理解，说明书中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本领域技术人员所理解的相同的含义。此外，除非明确地定义，否则通常使用的词典所定义的术语不应该被理想地或过度地正式定义。应理解，出于本公开的目的，“X，Y和Z中的至少一个”可以被解释为仅X，仅Y，仅Z或者两个或更多个项目X，Y和Z的任何组合(例如，XYZ，XYY，YZ，ZZ)。除非特别相反地描述，否则在此描述的术语“包括”，“配置”，“具有”等将被理解为意味着包含所述组件，并且因此应该被解释为包括其他组件，而不是排除任何其他元件。
下面将参考附图详细描述本发明的实施例。应该注意的是，附图并非按照精确比例绘制，为了方便和清楚描述起见，可能在线条粗细或部件尺寸上进行了夸大。此外，本文中所使用的术语通过考虑本发明的功能来进行定义，并且可以根据用户或操作者的习惯或意图进行改变，因此，应该根据本文所阐述的整体公开内容来对术语进行定义。
按照本领域中的惯例，在附图中描述和示出了关于功能性块，单元，和/或模块的一些示例性实施例。本领域的技术人员应理解，这些块，单元和/或模块在物理上由诸如逻辑电路，分立元件，微处理器，硬连线电路，存储器元件，线路连接等电子(或光学)电路等实现，其可以使用基于半导体的制造技术或其他制造技术来形成。在块，单元和/或模块由微处理器或其他类似硬件实现的情况下，可以使用软件(例如，微码)来对它们进行编程和控制以执行本文所讨论的多种功能，并且可以可选地由固件和/或软件驱动。还考虑每个块，单元和/或模块可以由专用硬件实现，或者实现为执行一些功能的专用硬件的组合和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个经编程的微处理器和相关联的电路***)的组合。而且，在不脱离本发明思想的范围的情况下，一些示例性实施例的每个块，单元和/或模块可以在物理上分离成两个或更多个交互和分立的块，单元和/或模块。此外，在不脱离本发明思想的范围的情况下，一些示例性实施例的块，单元和/或模块可以物理地组合成更复杂的块，单元和/或模块。
图1是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装置的框图。图2是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装置中的转向角速度和阻尼扭矩之间的关系的曲线图。图3A和图3B是示出了依据根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装置中的提升扭矩的阻尼补偿的曲线图。图4是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装置中的附加阻尼增益的曲线图。图5是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装中的阻尼扭矩的限制关系的曲线图。
如图1中所示，根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制装置可以包括转向柱扭矩传感器10、转向角传感器20、车辆速度传感器30和控制器40。
转向柱扭矩传感器10可以检测当驾驶员操控方向盘(未示出)时施加给转向轴(未示出)的转向柱扭矩，并向控制器40输出转向柱扭矩信号。
此时，转向柱扭矩信号可以包括通过方向盘感受到的振动以及施加给转向轴的转向柱扭矩。
因此，基于转向柱扭矩信号，控制器40可以检测振动并计算附加阻尼增益。
转向角传感器20可以检测方向盘的转向角速度，并向控制器40提供转向角速度。
转向角传感器20可以包括用于检测转向角速度的光学传感器，或者通过测量转向角并求转向角在时间上的微分来检测转向角速度。
车辆速度传感器30可以检测车辆的行驶速度，并向控制器40提供检测到的行驶速度。
车辆速度传感器30可以包括多种传感器，例如，使用车轮的转速检测行驶车辆的速度的传感器和使用GPS(全球定位***)检测车辆速度的传感器。
控制器40可以从转向柱扭矩传感器10、车辆速度传感器30和转向角传感器20接收转向柱扭矩信号、行驶速度和转向角速度，并基于转向角速度，依据行驶速度计算需要的阻尼扭矩。
控制器40可以基于通过转向柱扭矩信号生成的提升扭矩来计算阻尼扭矩补偿，依据行驶速度和转向角速度来检测振动，以便计算附加阻尼增益，并使用附加阻尼增益来补偿需要的阻尼扭矩。
针对此操作，控制器40可以包括阻尼扭矩计算单元420、阻尼扭矩补偿计算单元410、振动检测单元430、阻尼扭矩补偿单元440和阻尼扭矩输出单元450。
阻尼扭矩计算单元420可以接收行驶速度和转向角速度，并基于转向角速度，依据行驶速度来计算需要的阻尼扭矩。
如图2中所示，阻尼扭矩计算单元420可以基于行驶速度和转向角速度通过根据车辆特性和驾驶员意向调整的二维(2D)地图来计算需要的阻尼扭矩。
阻尼扭矩补偿计算单元410可以基于从转向柱扭矩信号中通过提升曲线生成的提升扭矩来计算阻尼扭矩补偿。
此时，阻尼扭矩补偿计算单元410可以依据图3A中所示的提升扭矩的大小来计算阻尼扭矩补偿，或者可以依据图3B中所示的提升扭矩的变化来计算阻尼扭矩补偿。
振动检测单元430可以接受行驶速度和转向柱扭矩信号，并检测从方向盘感受到的振动的频率和幅度。
振动检测单元430可以使用DFT(离散傅里叶变换)检测振动的频率和幅度。
此时，可以使用诸如戈泽尔(Goertzel)算法等多种算法来改进振动检测单元430的负载因子或计算速度。
阻尼扭矩补偿单元440可以通过将由阻尼扭矩补偿计算单元410计算的阻尼扭矩补偿施加给由阻尼扭矩计算单元420计算的需要的阻尼扭矩来补偿需要的阻尼扭矩，并通过依据由振动检测单元430检测的振动的幅度和频率施加附加阻尼增益来附加地补偿需要的阻尼扭矩。
如图4中所示，考虑到由振动检测单元430检测的振动的幅度，阻尼扭矩补偿单元440可以将通过车辆试验优化的附加阻尼增益设置为100％+α。
此时，当振动在特定频带中产生时，可以附加地施加阻尼增益。
具体地，阻尼扭矩补偿单元440可以基于由振动检测单元430检测的振动的频率和幅度根据超前-滞后补偿器的特性获得滤波增益K。
此时，当滤波增益K较小时，振动可以在阻尼效应提高的同时更深且更广泛地去除。另一方面，当滤波增益K较大时，带阻滤波器的特性可能消失。因此，阻尼扭矩补偿单元440可以将滤波增益K处理为阻尼增益。当振动频率较高或滤波增益K较小时，阻尼扭矩补偿单元440可以施加较大阻尼增益来提高阻尼扭矩。
如此，阻尼扭矩补偿单元440可以根据振动的频率和幅度获得用于抑制振动的滤波增益K，基于滤波增益K确定附加阻尼增益，并使用附加阻尼增益补偿阻尼扭矩，从而获取针对方向盘的振动优化的阻尼扭矩。
当需要的阻尼扭矩超过极限值时，阻尼扭矩输出单元450可以限制需要的阻尼扭矩的输出，所述限制值设置用以防止由阻尼扭矩补偿单元440附加补偿的所需阻尼扭矩过多地输出。
阻尼扭矩输出单元450可以如图5中所示设置限制值，并限制需要的阻尼扭矩的输出。
如上所述，根据本实施例的MDPS***的阻尼控制装置不仅能够抑制在转向期间产生的横摆振动，还能够检测并抑制路面振动，从而改进中心路感。因此，阻尼控制装置能够稳定地向驾驶员提供舒适的转向路感。
图6是示出了根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制方法的流程图。
如图6中所示，根据本发明实施例的MDPS***的阻尼控制方法可以始于步骤S10，其中，控制器40从转向柱扭矩传感器10、转向角传感器20和车辆速度传感器30接收转向柱扭矩信号、转向角速度和行驶速度。
然后，在步骤S20处，控制器40可以基于转向角速度，依据行驶速度来计算需要的阻尼扭矩。
此时，如图2中所示，控制器40可以基于行驶速度和转向角速度通过根据车辆特性和驾驶员意向调整的二维(2D)地图来计算需要的阻尼扭矩。
此外，控制器40可以基于从转向柱扭矩信号中通过提升曲线生成的提升扭矩来计算阻尼扭矩补偿。
此时，控制器40可以依据图3A中所示的提升扭矩的大小来计算阻尼扭矩补偿，或者可以依据图3B中所示的提升扭矩的变化来计算阻尼扭矩补偿。
在步骤S40处，控制器40可以根据行驶速度和转向柱扭矩信号检测方向盘的振动。
控制器40可以使用DFT检测振动的频率和幅度。
此时，可以使用诸如戈泽尔算法等多种算法来改进控制器40的负载因子或计算速度。
在检测到阻尼扭矩、阻尼扭矩补偿和方向盘的振动之后，在步骤S50处，控制器40可以通过将阻尼扭矩补偿施加给需要的阻尼扭矩来补偿需要的阻尼扭矩，并通过依据振动的幅度和频率施加附加阻尼增益来附加地补偿需要的阻尼扭矩。
也就是说，如图4中所示，考虑到方向盘的振动的幅度，控制器40可以将通过车辆试验优化的附加阻尼增益设置为100％+α。此时，当振动在特定频带中产生时，控制器40可以附加地施加阻尼增益。
具体地，控制器40可以基于振动的频率和幅度根据超前-滞后补偿器的特性获得滤波增益K。
此时，当滤波增益K较小时，振动可以在阻尼效应提高的同时更深且更广泛地去除。另一方面，当滤波增益K较大时，带阻滤波器的特性可能消失。因此，控制器40可以将滤波增益K处理为阻尼增益。当振动频率较高或滤波增益K较小时，控制器40可以施加较大阻尼增益来提高阻尼扭矩。
如此，控制器40可以根据振动的频率和幅度获得用于抑制振动的滤波增益K，基于滤波增益K确定附加阻尼增益，并使用附加阻尼增益补偿阻尼扭矩，从而获取针对方向盘的振动优化的阻尼扭矩。
然后，当需要的阻尼扭矩超过限制值时，控制器40可以限制需要的阻尼扭矩的输出，所述限制值设置用以防止附加补偿输的需要的阻尼扭矩过多地输出。
也就是说，如图5所示，控制器40可以如图5中所示设置限制值，并当需要的阻尼扭矩超过限制值时，限制需要的阻尼扭矩的输出。
如上所述，根据本实施例的MDPS***的阻尼控制方法不仅能够抑制在转向期间产生的横摆振动，还能够检测并抑制路面振动，从而改进中心路感。因此，阻尼控制方法可以稳定地向驾驶员提供舒适的转向路感。
尽管上文已经示出和描述了本公开的示例性实施例，本公开不限于上述特定的示例性实施例，而是在不脱离如所附权利要求中的本公开的范围和精神的情况下，可以由本领域的技术人员进行多种修改。此外，这样的修改也应被理解为落入本公开的范围和精神。

Claims (11)

1.一种电机驱动的助力转向MDPS***的阻尼控制装置，包括：
转向柱扭矩传感器，配置为检测施加给转向轴的转向柱扭矩并输出转向柱扭矩信号；
转向角传感器，配置为检测方向盘的转向角速度；
车辆速度传感器，配置为检测车辆的行驶速度；和
控制器，配置为从所述转向柱扭矩传感器、所述车辆速度传感器和所述转向角传感器接收所述转向柱扭矩信号、所述行驶速度和所述转向角速度；基于所述转向角速度，依据所述行驶速度来计算需要的阻尼扭矩；基于通过所述转向柱扭矩信号生成的提升扭矩计算阻尼扭矩补偿；从所述转向柱扭矩信号中依据所述行驶速度检测振动，以便计算附加阻尼增益；并使用所述附加阻尼增益补偿所述需要的阻尼扭矩。
2.根据权利要求1所述的阻尼控制装置，其中，所述控制器包括：
阻尼扭矩计算单元，配置为接收所述行驶速度和所述转向角速度，并基于所述转向角速度，依据所述行驶速度计算所述需要的阻尼扭矩；
阻尼扭矩补偿计算单元，配置为基于从所述转向柱扭矩信号中通过提升曲线生成的所述提升扭矩计算所述阻尼扭矩补偿；
振动检测单元，配置为接收所述转向柱扭矩信号和所述行驶速度，并检测所述方向盘的振动；
阻尼扭矩补偿单元，配置为通过将由所述阻尼扭矩补偿计算单元计算的所述阻尼扭矩补偿施加给由所述阻尼扭矩计算单元计算的所述所需阻尼扭矩来补偿所述需要的阻尼扭矩，并通过依据由所述振动检测单元检测的所述振动的幅度和频率施加所述附加阻尼增益来附加地补偿所述需要的阻尼扭矩；和
阻尼扭矩输出单元，配置为限制地输出所述需要的阻尼扭矩，以防止由所述阻尼扭矩补偿单元附加补偿的所述所需阻尼扭矩过多地输出。
3.根据权利要求2所述的阻尼控制装置，其中，所述阻尼扭矩计算单元配置为基于所述行驶速度和所述转向角速度通过根据车辆特性和驾驶员意向调整的2D地图计算所述需要的阻尼扭矩。
4.根据权利要求2所述的阻尼控制装置，其中，所述阻尼扭矩补偿计算单元配置为基于所述提升扭矩的大小计算所述阻尼扭矩补偿。
5.根据权利要求2所述的阻尼控制装置，其中，所述阻尼扭矩补偿计算单元配置为基于所述提升扭矩的变化计算所述阻尼扭矩补偿。
6.根据权利要求2所述的阻尼控制装置，其中，所述振动检测单元配置为使用DFT离散傅里叶变换来检测所述振动的频率和幅度。
7.一种MDPS***的阻尼控制方法，包括：
由控制器分别从转向柱扭矩传感器、转向角传感器和车辆速度传感器接收转向柱扭矩信号、转向角速度和行驶速度；
由所述控制器基于所述转向角速度，依据所述行驶速度来计算需要的阻尼扭矩；
由所述控制器基于从所述转向柱扭矩信号中通过提升曲线生成的提升扭矩计算阻尼扭矩补偿；
由所述控制器根据所述行驶速度和所述转向柱扭矩信号检测检测方向盘的振动；
由所述控制器通过将所述阻尼扭矩补偿施加给所述需要的阻尼扭矩来补偿所述需要的阻尼扭矩，并通过依据所述振动的振幅和频率施加附加阻尼增益来附加地补偿所述需要的阻尼扭矩；和
由所述控制器限制地输出所述需要的阻尼扭矩，以防止附加补偿的所述需要的阻尼扭矩过多地输出。
8.根据权利要求7所述的阻尼控制方法，其中，在计算所述需要的阻尼扭矩时，所述控制器基于所述行驶速度和所述转向角速度通过根据车辆特性和驾驶员意向调整的2D地图计算所述需要的阻尼扭矩。
9.根据权利要求7所述的阻尼控制方法，其中，在计算所述阻尼扭矩补偿时，所述控制器基于所述提升扭矩的大小计算所述阻尼扭矩补偿。
10.根据权利要求7所述的阻尼控制方法，其中，在计算所述阻尼扭矩补偿时，所述控制器基于所述提升扭矩的变化计算所述阻尼扭矩补偿。
11.根据权利要求7所述的阻尼控制方法，其中，在检测所述方向盘的振动时，所述控制器使用DFT检测所述振动的频率和幅度。
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