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本申請要求于2015年12月7日提交的韓國申請號10-2015-0173329的優先權，其全部內容通過引用并入本文中。

本發明涉及一種車輛的動力轉向系統，并且更具體而言，涉及一種電動助力轉向(mdps)系統及其控制方法。

背景技術：

車輛的動力轉向系統是基于動力的轉向裝置，并且用于輔助駕駛員操作方向盤。傳統上，液壓助力轉向系統已經被用作動力轉向。但是，近來，使用電機力的mdps系統的使用已經增加。這是因為mdps系統具有比現有的液壓助力轉向系統更小的重量并且占據更小的面積，并且不需要換油。

mdps系統使用輔助動力源提供了駕駛員在轉向操作期間必須施加到方向盤上的一部分扭矩，從而使得駕駛員能夠容易地執行轉向操作。也就是說，連接到方向盤的扭矩傳感器感測駕駛員的轉向意圖，并且mdps系統接收該感測信號并驅動電機，以便提供考慮到車輛的當前速度的合適的力，從而輔助轉向力。通常，在車輛的停車操作或低速操作期間，mdps系統提供大的力以減輕駕駛員的力。但是，在高速操作期間，mdps系統僅提供小的力以保持車身的穩定性。

mdps系統包括各種類型的控制邏輯，諸如用于實現駕駛員期望的轉向感覺的邏輯，用于提高車輛的穩定性的邏輯，以及用于提高系統的穩定性的邏輯。但是，基于通過扭矩傳感器感測的扭矩值被輸入到增壓函數(boostfunction)以計算基本輔助扭矩的基本原理，mdps系統的控制邏輯通過將各種補償值加到輔助扭矩或從輔助扭矩中減去來確定最終輔助力。

在2010年5月27日公開的韓國專利公開no.10-2010-0056312中公開了本發明的相關技術。

在這種mdps系統中，當負載由于干擾而改變時，負載變化導致由駕駛員引起的扭矩的變化。負載指示保持與駕駛員引起的扭矩和輔助扭矩的總和平衡的值。這時，與增壓增益(boostgain)(增壓函數的斜率)成比例地產生克服變化的輔助力。因此，當增壓增益增加時，mdps系統抗干擾。

但是，在傳統的輔助扭矩計算方法中，當設定轉向感覺的目標值時，確定每個扭矩值的增壓增益。轉向感覺指示駕駛員感覺轉向有多重。因此，由于不能自由地控制增壓增益，mdps系統易受干擾。

此外，由于沒有建立轉向感覺的目標值和增壓增益之間的關系，不根據轉向感覺的目標值計算增壓增益，而是通過調諧過程確定增壓增益，在調諧過程中，重復進行改變增壓增益和檢查基于改變的增壓增益的轉向感覺。因此，系統調諧過程需要大量的時間，并且降低了系統調諧過程的準確度。

技術實現要素：

本發明的實施方式涉及一種電動助力轉向(mdps)系統及其控制方法，該系統能夠在具有抗干擾性的同時簡化系統調諧過程，并且提高系統調諧過程的準確度。

在一個實施方式中，一種電動助力轉向(mdps)系統可包括：扭矩傳感器，被配置成測量由駕駛員的轉向操作引起的轉向扭矩；轉向角傳感器，被配置為測量所述轉向操作的轉向角；以及控制器，被配置為根據通過轉向角傳感器測量的轉向角確定控制扭矩、基于控制扭矩和通過扭矩傳感器測量的轉向扭矩計算輸入扭矩、并且基于計算的輸入扭矩確定輔助扭矩。

所述控制器可通過從轉向扭矩中減去控制扭矩來計算輸入扭矩。

可通過考慮增壓增益、轉向增益和僅考慮轉向扭矩的增壓增益來得出轉向角θ和控制扭矩fs(θ)之間的關系fs。

僅考慮轉向扭矩的增壓增益具有表示為以下等式1的關系：

其中，kb表示僅考慮轉向扭矩的增壓增益，mg表示基于車輛特性的常數，并且sg表示所述轉向增益。

所述關系fs可通過以下等式2得出：

其中，kb表示增壓增益，kb表示僅考慮轉向扭矩的增壓增益，gv表示常數，并且sg表示所述轉向增益。

計算增壓增益的扭矩點和計算僅考慮轉向扭矩的增壓增益的扭矩點可具有不同的值。

通過將計算所述增壓增益的扭矩點代入基于增壓增益的增壓函數中所獲得的值，與通過將計算僅考慮轉向扭矩的增壓增益的扭矩點代入基于僅考慮轉向扭矩的增壓增益的增壓函數中所獲得的值可彼此相等。

可根據轉向增益確定計算僅考慮轉向扭矩的增壓增益的扭矩點。

基于相同的扭矩點，增壓增益可具有大于僅考慮轉向扭矩的增壓增益的值。

在另一個實施方式中，一種mdps系統的控制方法可包括：通過控制器測量由駕駛員的轉向操作引起的轉向扭矩；測量所述轉向操作的轉向角；根據所測量的轉向角確定控制扭矩；基于所測量的轉向扭矩和所確定的控制扭矩來計算輸入扭矩；以及根據所計算的輸入扭矩確定輔助扭矩。

在輸入扭矩的計算中，所述控制器可通過從轉向扭矩減去控制扭矩來計算所述輸入扭矩。

附圖說明

圖1為示出根據本發明實施方式的mdps系統的配置的方框圖。

圖2為用于描述根據本發明的實施方式的mdps系統中的增壓增益的視圖。

圖3為用于描述根據本發明的實施方式的mdps系統的操作方法的視圖。

圖4為用于描述根據本發明的實施方式的mdps系統中的轉向增益的視圖。

圖5為用于描述根據本發明的實施方式的mdps系統中的增壓函數的視圖。

圖6為用于描述根據本發明實施方式的mdps系統的控制方法的流程圖。

具體實施方式

在下文中將參照附圖詳細描述本發明的實施方式。應當注意，附圖不是精確地按比例所繪，并且為了描述方便和清楚起見，可夸大線的厚度或部件的尺寸。此外，本文使用的術語通過考慮本發明的功能來定義，并且可以根據用戶或操作者的習慣或意圖而改變。因此，術語的定義應根據本文闡述的整體公開內容來進行。

圖1為示出根據本發明實施方式的mdps系統的配置的方框圖。圖2為用于描述根據本發明的實施方式的mdps系統中的增壓增益的視圖。圖3為用于描述根據本發明的實施方式的mdps系統的操作方法的視圖。圖4為用于描述根據本發明的實施方式的mdps系統中的轉向增益的視圖。圖5為用于描述根據本發明的實施方式的mdps系統中的增壓函數的視圖。參考圖1到圖5，將描述根據本發明實施方式的mdps系統如下。

如圖1所示，根據本發明的實施方式的mdps系統可包括控制器100，扭矩傳感器110和轉向角傳感器120。

扭矩傳感器110可測量由駕駛員的轉向操作引起的轉向扭矩，并且轉向角傳感器120可測量駕駛員的轉向操作的轉向角。

控制器100可根據通過扭矩傳感器110和轉向角傳感器120獲得的測量結果計算mdps系統的輔助扭矩。因此，控制器100可控制電機200以輔助轉向力。

更具體而言，控制器100可根據通過轉向角傳感器120測量的轉向角計算控制扭矩，基于通過扭矩傳感器110測量的轉向扭矩和計算的控制扭矩計算輸入扭矩，并且通過將所計算的輸入扭矩輸入到增壓函數(boostfunction)來確定輔助扭矩。

在傳統的mdps系統中，測量的轉向扭矩被直接輸入到增壓函數。因此，傳統的mdps系統僅具有單個自由度，因此不能改變增壓函數(即，傳統的mdps系統不能改變增壓增益)。但是，在本實施方式中，mdps系統另外計算控制扭矩并計算輸入到增壓函數的輸入扭矩。因此，盡管增壓增益(boostgain)被改變，mdps系統可使得駕駛員能夠具有相同的轉向感覺。

增壓增益是增壓函數的斜率，其中x軸是驅動器扭矩，y軸是增壓，如圖2所示。增壓增益可以在離散的驅動器扭矩(特定點)處指定并且假定為點之間的線性函數。增壓(增壓函數)是增壓增益曲線的積分。

控制器100可以通過從轉向扭矩中減去控制扭矩來計算輸入扭矩，并且在這種情況下的mdps系統的操作可以如圖3所示地執行。

也就是說，如圖3所示，通過從由用戶的操作引起的轉向扭矩τ中減去控制扭矩fs(θ)而獲得的值可以被輸入到增壓函數b，并且作為輔助扭矩輸出，并且通過將輔助扭矩和轉向扭矩相加獲得的值可以被設定為總扭矩。總扭矩可以保持與車輛的負載kvθ的平衡。也就是說，kv(＝τt/θ)可以定義為總扭矩相對于單位轉向角變化的變化。

此外，kv是恒定值，但是可根據車輛的速度改變。在本實施方式中，諸如增壓函數(增壓增益)的大多數值可以根據車輛的速度而改變。換句話說，控制器100可根據通過速度傳感器(未示出)測量的車輛速度來選擇增壓函數，并確定輔助扭矩。在下文中，將描述針對一個車輛速度的增壓函數和轉向增益。但是，可以為每個車輛速度設置不同的增壓函數和不同的轉向增益。

如上所述，根據本發明的實施方式的mdps系統可采用基于轉向角的控制扭矩并改變增壓增益。將轉向角設定為變量的原因和用于計算控制扭矩的方法將更詳細地描述如下。

首先，用于計算車輛動力學的車輛參數可定義如下。例如，可以定義為橫向加速度ay相對于單位轉向角變化的變化。這時，gv可通過車輛動力學計算表示為以下等式。

這里，l表示車輛的軸距，sr表示總轉向比，vx表示車速，ku表示不足轉向梯度。總轉向比是指輪胎角度與轉向角的比率。

也就是說，gv可根據車輛速度具有不同的值。但是，在特定車輛速度下，gv可被認為是恒定值。

此外，可定義基于車輛特性的恒定值，即mg(＝kv/gv)。與kv或gv不同，mg可具有恒定值，而與車速無關。

轉向增益可被定義為指示轉向感覺的目標值的指標。駕駛員感覺轉向的程度可根據轉向增益而改變。也就是說，轉向增益可用作用于調諧mdps系統的參考值。如圖4所示，可針對每個橫向加速度設定轉向增益的目標值。此外，當對指示橫向加速度和轉向增益之間的關系的左側曲線圖進行積分時，可獲得用于評估mdps系統的性能的右側曲線圖。

首先，當在用于僅考慮轉向扭矩而不考慮轉向角的情況下計算輔助扭矩的方法中的增壓函數由b表示時，可以建立以下等式。

b(τ)+τ＝kvθ…(a1)

在這種情況下，當通過動態計算得出增壓增益時，增壓增益可以表示為下面的等式1。

【等式1】

具體而言，當等式a1相對于θ可隱性微分時，可以得出以下等式。

這時，當對和應用鏈式法則時，可以建立以下等式。

當在等式a2中代入等式a3和a4時，等式a2可布置如下。因此，可得出等式1。

也就是說，如等式1所示，當在僅考慮轉向扭矩的計算輔助扭矩的方法中轉向增益不改變時，增壓增益可不改變。換句話說，由于轉向增益的目標值是固定的，為了確保抗干擾能力，不能改變增壓增益(即增壓函數)。

因此，為了在增加增壓增益以保證抗擾性的同時保持相同的轉向增益，需要減小輸入到增壓函數的值。在本實施方式中，控制扭矩可以設定為這樣的值。

也就是說，當根據本發明的實施方式的mdps系統的增壓函數的“b”和fs滿足b(τ)+τ＝kvθ…(b1)和b(τ-fs)+τ＝kvθ…(b2)并且被導出時，可以在增加增壓增益的同時維持相同的轉向增益。

最后，當執行動力學計算時，可以獲得下面的等式2。

【等式2】

在等式2中，kb表示本實施方式中的增壓增益，kb表示僅考慮轉向扭矩的增壓增益。

具體而言，當等式b1和b2被布置并且τ-fs被定義為時，可以導出以下等式。

當等式b3相對于θ可隱性微分，θ保證在等效操作點計算微分系數，等式b3可以表示如下。

然后，當通過鏈式法則擴展等式b4時，等式b4可以表示如下。

這時，當由kb表示并且由kb表示時，等式b5可布置如下。因此，上述等式a4可以重新用于導出等式2。

也就是說，如等式2所示，需要使用轉向角作為輸入變量來確定控制扭矩。雖然用戶改變了增壓增益kb，轉向增益可通過控制扭矩不被改變。

此外，由于增壓增益kb具有大的值，可確保抗干擾性。因此，在本實施方式中，基于相同的扭矩點(扭矩斷點)，增壓增益kb可具有大于僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb的值。例如，根據本發明的實施方式的增壓增益kb可通過將恒定值(例如2)乘以僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb來獲得。

圖5示出了基于增壓增益kb的增壓函數(增壓增益kb大于僅考慮轉向扭矩的增壓增益)和基于僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb的增壓函數。

如在等式2的推導過程期間所證實的，用于推導轉向角θ和控制扭矩fs(θ)之間的關系(即，剛度函數(fs(θ)))的增壓增益kb與用于導出該關系的僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb對應于在特定扭矩點處計算的值。

這時，計算增壓增益kb的扭矩點和計算僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb的扭矩點可以彼此不同。具體而言，扭矩點可對應于在等式b4中表示的值。

參照圖4和圖5，將更詳細地描述扭矩點之間的關系如下。

如上所述，轉向增益的目標值可被設置為每個橫向加速度。當圖4中指示橫向加速度和轉向增益之間的關系的左側曲線圖被積分時，可獲取圖4中指示橫向加速度和扭矩之間的關系的右側曲線圖。

也就是說，當設置轉向增益時，可確定對應于各個橫向加速度的扭矩值。扭矩值可以設定為計算僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb的扭矩點。例如，在圖4中，0、1.5、2.5和3.8可用作計算僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb的扭矩點。

此外，如上所述，計算增壓增益kb的扭矩點可以不同于計算僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb的扭矩點。具體而言，通過在基于增壓增益kb的增壓函數b中代入計算所述增壓增益kb的扭矩點所獲得的值，與通過在基于僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb的增壓函數b中代入計算僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb的扭矩點(例如，0、1.5、2.5或3.8)所獲得的值可設定為相同的值。

也就是說，如圖5所示，可計算對應于0、1.5、2.5和3.8的新的扭矩點。例如，在圖5中，0、0.841、1.6246和2.6829可用作計算增壓增益kb的扭矩點。

換句話說，當橫向加速度為0.1(g)時，僅考慮轉向扭矩并且被計算以導出剛度函數(stiffnessfunction)的增壓增益kb在1.5nm的扭矩點處計算，并且被計算以導出剛度函數的增壓增益kb可在0.8741nm的扭矩點處計算。

這樣，當增壓增益kb和僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb未在不同點處(在這些不同的點，各個增壓函數具有相同的值)計算時，剛度函數會變得不準確。因此，轉向增益可以通過控制扭矩而改變。因此，上述扭矩點的確定可被認為是保證根據本發明的實施方式的mdps系統及其控制方法的正常操作的重要因素。

當根據上述方法導出剛度函數時，也可以在斷點(breakpoint)處計算所計算的剛度函數。這時，可基于gv(av＝gvθ)的關系，在各個橫向加速度下計算轉向角斷點。

圖6為用于描述根據本發明實施方式的mdps系統的控制方法的流程圖。參照圖6，將描述根據本發明實施方式的mdps系統的控制方法。

如圖6所示，在步驟s200，控制器100可測量轉向扭矩和轉向角。例如，控制器100可測量由駕駛員的轉向操作引起的轉向扭矩，并且轉向角傳感器120可測量駕駛員的轉向操作的轉向角。

然后，在步驟s210，控制器100可根據轉向角確定控制扭矩。例如，控制器100可通過將轉向角輸入到剛度函數fs(θ)來計算控制扭矩。此外，為了提高計算速度，可以以基于轉向角的輸出值表的形式儲存剛度函數。控制器100可使用該表來確定控制扭矩。

這時，可通過考慮增壓增益、轉向增益和僅考慮轉向扭矩的增壓增益來得出剛度函數。更具體而言，剛度函數可以通過上面的等式2導出。

在步驟s210之后，在步驟s220，控制器100可通過從在步驟s200測量的轉向扭矩中減去在步驟s210確定的控制扭矩來計算輸入扭矩。也就是說，在本實施方式中，增壓增益kb可具有大于僅考慮轉向扭矩的增壓增益kb的值。因此，為了形成相同的轉向感覺，輸入到增壓函數的輸入扭矩可具有通過從轉向扭矩中減去控制扭矩而獲得的值。

然后，在步驟s230，控制器100可根據在步驟s220計算的輸入扭矩確定輔助扭矩。例如，控制器100可通過將在步驟s220計算的輸入扭矩輸入到增壓函數b來計算輔助扭矩。為了提高計算速度，增壓函數還可以以基于輸入值的輸出值表的形式儲存。控制器100可使用該表確定輔助扭矩。

因此，根據本發明的實施方式的mdps系統及其控制方法可通過根據轉向扭矩和基于轉向角的控制扭矩計算輔助扭矩來改變增壓增益，從而確保抗干擾性。此外，mdps系統及其控制方法可使用動力學計算通過由車輛建模方法導出的等式來計算控制因素。因此，可以簡化系統的調諧過程，并且可以提高調諧過程的準確度。

雖然出于說明的目的公開了本發明的優選實施方式，但是本領域的技術人員將理解，在不脫離如所附權利要求中限定的本發明的范圍和精神的情況下，各種修改，添加和替換是可能的。