對相關申請的交叉引證

本申請要求2015年12月14日提交的韓國申請號10-2015-0178103的優先權，其全部內容通過引證結合于此。

本發明涉及一種電機驅動動力轉向系統及其控制方法，并且更具體地，涉及一種甚至在扭矩傳感器中出現錯誤時也可正常操作的電機驅動動力轉向系統及其控制方法。

背景技術：

用于減小駕駛員在使車輛轉向時所需的轉向力的動力輔助轉向系統的實例包括：液壓動力轉向系統，該液壓動力轉向系統使用由液壓泵形成的液壓來輔助駕駛員的轉向力；以及電機驅動動力轉向系統(在下文中稱為“mdps”)，該電機驅動動力轉向系統使用電機的驅動扭矩來輔助駕駛員的轉向力。

mdps用于以根據車輛的行駛狀態自動地控制電機的方式輔助由駕駛員的方向盤操作產生的轉向力。因此，與液壓動力轉向系統相比，mdps提供進一步增強的轉向性能和轉向感。

這種mdps分別使用車速傳感器、轉向角傳感器和扭矩傳感器來感測車速、轉向角和扭矩，并基于車速、轉向角和扭矩來產生電機的目標輔助扭矩，從而輔助轉向力。

然而，在傳統的mdps中，如果在扭矩傳感器中出現錯誤，那么故障安全邏輯會確定異常的程度，并基于此限制輸出或將操作類型轉換成手動類型，由此可能無法正常執行轉向操作。

在名為“補償電機驅動動力轉向系統的扭矩傳感器的中點的方法”的韓國專利公開第10-2008-0078428號(公開于2008年8月27日)中公開了本發明的相關技術。

技術實現要素：

本發明的一個實施例涉及一種電機驅動動力轉向系統及其控制方法，其中，當在電機驅動動力轉向系統的扭矩傳感器中出現錯誤時，產生虛擬扭矩，并基于該虛擬扭矩產生輔助扭矩，由此使得能夠執行正常轉向操作。

本發明的一個實施例涉及一種電機驅動動力轉向系統及其控制方法，即使在扭矩傳感器中出現錯誤，其也連續地產生輔助扭矩，從而保證車輛的駕駛穩定性。

在一個實施例中，電機驅動動力轉向系統可包括：轉向角傳感器，被配置成感測方向盤的轉向角；電機電流傳感器，被配置成感測電機的電流；編碼器，被配置成感測電機的位置；車速傳感器，被配置成感測車輛的速度；虛擬扭矩估算單元，被配置成在檢測到扭矩傳感器的錯誤時使用由編碼器感測到的電機的位置、轉向角傳感器感測到的方向盤的轉向角和電機電流傳感器感測到的電機的電流來估算虛擬扭矩；以及輔助扭矩計算單元，被配置成使用從轉向角傳感器輸入的方向盤的轉向角、車速傳感器輸入的車輛的速度和虛擬扭矩估算單元輸入的虛擬扭矩來計算用于電機的操作的輔助扭矩。

虛擬扭矩估算單元可包括虛擬扭矩計算單元，其被配置為使用由編碼器感測到的電機的位置、轉向角傳感器感測到的方向盤的轉向角和電機電流傳感器感測到的電機的電流來檢測轉向角速度、電機角度、電流和慣性矩，然后使用轉向角速度、電機角度、電流和慣性矩來計算虛擬扭矩。

虛擬扭矩估算單元可包括虛擬扭矩補償單元，其被配置成根據轉向角速度來補償從虛擬扭矩計算單元輸出的虛擬扭矩。

隨著轉向角速度增加，虛擬扭矩補償單元可減小從虛擬扭矩計算單元輸出的虛擬扭矩。

輔助扭矩計算單元可包括增長曲線(boostcurve)控制單元，其被配置成將從虛擬扭矩估算單元輸出的虛擬扭矩的增長曲線調節成線性形式，并限制輔助扭矩的振動現象。

輔助扭矩計算單元可包括高頻放大率控制單元，其被配置成以一預設放大率放大虛擬扭矩的高頻信號或停用該高頻信號，并限制由于虛擬扭矩的噪聲引起的振動現象。

電機驅動動力轉向系統還可包括電機控制器，其被配置成根據從輔助扭矩計算單元輸出的輔助扭矩來調節控制增益，并控制待施加至電機的電流。

電機驅動動力轉向系統還可包括扭矩傳感器錯誤檢測單元，其中，該扭矩傳感器錯誤檢測單元將虛擬扭矩與由扭矩傳感器檢測的檢測扭矩相比較，并且如果虛擬扭矩與檢測扭矩之間的差值超過一基準值，則扭矩傳感器錯誤檢測單元確定扭矩傳感器的錯誤。

在另一實施例中，一種控制電機驅動動力轉向系統的方法可包括：在檢測到扭矩傳感器的錯誤時，通過虛擬扭矩估算單元使用電機的位置、方向盤的轉向角和電機的電流來估算虛擬扭矩；通過輔助扭矩計算單元使用方向盤的轉向角、車輛的速度和由虛擬扭矩估算單元估算的虛擬扭矩來計算用于電機的操作的輔助扭矩；以及通過電機控制器根據由輔助扭矩計算單元計算出的輔助扭矩來控制待施加至電機的電流。

虛擬扭矩的估算可包括：使用方向盤的轉向角速度、電機的電機角度、電機的電流和慣性矩，來計算虛擬扭矩；以及根據轉向角速度來補償虛擬扭矩。

隨著轉向角速度增加，可減小虛擬扭矩。

輔助扭矩的檢測可包括，將虛擬扭矩的增長曲線調節成線性形式，并限制輔助扭矩的振動現象。

輔助扭矩的檢測可包括，以一預設放大率放大虛擬扭矩的高頻信號或停用該高頻信號，并限制由于虛擬扭矩的噪聲引起的振動現象。

待施加至電機的電流的控制可包括，根據輔助扭矩來調節控制增益，并控制待施加至電機的電流。

在根據本發明的一個實施例的電機驅動動力轉向系統及其控制方法中，在電機驅動動力轉向系統的扭矩傳感器中出現錯誤時，產生虛擬扭矩，并基于該虛擬扭矩產生輔助扭矩，由此使得能夠執行正常轉向操作。

在根據本發明的另一實施例的電機驅動動力轉向系統及其控制方法中，即使在扭矩傳感器中出現錯誤，也可連續產生輔助扭矩，由此保證車輛的駕駛穩定性。

附圖說明

圖1是示出了根據本發明的一個實施例的電機驅動動力轉向系統的框圖。

圖2是示出了根據本發明的一個實施例的虛擬扭矩估算單元的框圖。

圖3是示出了根據本發明的一個實施例的輔助扭矩計算單元的框圖。

圖4是示出了根據本發明的一個實施例的用于虛擬扭矩的阻尼控制操作的實例的圖示。

圖5是示出了根據本發明的一個實施例的調節增長曲線的實例的圖示。

圖6是示出了根據本發明的一個實施例的控制電機驅動動力轉向系統的方法的流程圖。

具體實施方式

在下文中，將參考附圖詳細地描述根據本發明的一個實施例的電機驅動動力轉向系統及其控制方法。應注意，這些圖的比例并不精確，可能僅為了描述方便和清楚的目的而放大線的厚度或部件的尺寸。而且，通過考慮本發明的功能來定義如這里使用的術語，并且可根據用戶或操作員的習慣或意圖來改變這些術語。因此，應根據這里闡述的全部公開內容來定義這些術語。

圖1是示出了根據本發明的一個實施例的電機驅動動力轉向系統的框圖，圖2是示出了根據本發明的一個實施例的虛擬扭矩估算單元的框圖，圖3是示出了根據本發明的一個實施例的輔助扭矩計算單元的框圖，圖4是示出了根據本發明的一個實施例的用于虛擬扭矩的阻尼控制操作的實例的圖示，圖5是示出了根據本發明的一個實施例的調節增長曲線的實例的圖示。

參考圖1，根據本發明的一個實施例的電機驅動動力轉向系統包括電機電流傳感器10、編碼器20、轉向角傳感器30、車速傳感器40、虛擬扭矩估算單元50、輔助扭矩計算單元60和電機控制器70。

電機電流傳感器10感測流過電機80的電流，換句話說，感測電機q軸電流和d軸電流。

編碼器20安裝在電機80上并感測電機80的旋轉角度。

車速傳感器40使用傳動裝置(未示出)的輸出軸的rpm來感測車輛的速度。在這點上，車速傳感器40不限于上述實施例的車速傳感器。多種傳感器可以用作車速傳感器40，只要其可感測車輛的速度即可。

轉向角傳感器30安裝在轉向柱上并被配置成感測轉向柱的轉向角。

當檢測到扭矩傳感器(未示出)的錯誤時，虛擬扭矩估算單元50分別從編碼器20、轉向角傳感器30和電機電流傳感器10接收與電機80的位置、方向盤的轉向角以及電機80的電流相關的信息，然后使用這些信息估算虛擬扭矩。虛擬扭矩估算單元50包括虛擬扭矩計算單元51和虛擬扭矩補償單元52。

扭矩傳感器用于檢測轉向扭矩，且必須用于產生用于驅動電機的輔助扭矩。

當檢測到扭矩傳感器的錯誤時，虛擬扭矩計算單元51從編碼器20、轉向角傳感器30和電機電流傳感器10接收與電機80的位置、方向盤的轉向角以及電機80的電流相關的信息，并使用這些信息估算虛擬扭矩，其中，使用轉向角速度、電機角度、電流和慣性矩來計算虛擬扭矩。這將參考方程式1至3來說明。

[方程式1]

[方程式2]

[方程式3]

這里，θsas表示轉向角，θavg表示轉向角和電機角度的平均值，θlinearity表示提供為補償轉向角傳感器的特征的補償角，θinitialize表示轉向角的初始值，θcomp表示轉向角的最終補償角，θmotor表示電機角度，j表示電機驅動動力轉向系統中的慣性矩且是常數，tvirtual表示虛擬扭矩，α、β和γ表示調諧增益(tuninggain)。

首先，虛擬扭矩計算單元51將根據駕駛員的轉向意圖的轉向角的變化的平方乘以慣性矩(j/2)和調諧增益α，由此計算轉向的動能。使用轉向角的變化轉向角的線性度的變化和轉向角的初始值的變化來計算轉向角的最終補償角θcomp的變化?？捎嬎戕D向動能，以反映轉向角的最終補償角θcomp的變化。

而且，虛擬扭矩計算單元51計算將由電機80的旋轉產生的動能。即，虛擬扭矩計算單元51通過將轉向角θmotor的變化的平方乘以慣性矩(j/2)和調諧增益α來計算將由電機80的旋轉產生的動能。

另外，虛擬扭矩計算單元51計算轉向方向，即，根據當前命令的扭矩。換句話說，虛擬扭矩計算單元51通過將轉向角的平均值θavg的變化乘以電機q軸電流的變化和調諧增益β來計算根據該轉向方向的扭矩。

而且，虛擬扭矩計算單元51計算轉向角與電機位置之間的計算時間的延遲，其由轉向角與電機位置之間的計算時間的差異引起。即，虛擬扭矩計算單元51通過將轉向角和電機角度的平均值θavg的變化乘以電機80的角加速度和調諧增益γ來計算轉向角與電機位置之間的計算時間的延遲。

在虛擬扭矩計算單元51計算根據駕駛員的轉向意圖的動能、將由電機的旋轉產生的動能、根據轉向方向的扭矩以及轉向角與發動機位置之間的計算時間的延遲之后，可獲得上述方程式1。

在這點上，通過方程式2來計算轉向角的變化的平方可通過轉向角的變化的平方來改進轉向角傳感器30的非線性度。

參考方程式1和3，函數f彼此相同。即，方程式3的函數f，換句話說，轉向角和電機角度的平均值θavg的變化與虛擬扭矩的變化的乘積，與方程式1的函數f相同。從而，可計算虛擬扭矩的變化在這種情況中，虛擬扭矩計算單元51使用兩個函數f(即，方程式1的函數f和方程式3的函數f)來計算虛擬扭矩的變化并通過將所計算的變化結合到虛擬扭矩中，來計算虛擬扭矩。

虛擬扭矩補償單元52補償所計算的虛擬扭矩。更詳細地，虛擬扭矩補償單元52根據轉向角速度，來補償從虛擬扭矩計算單元51輸入的虛擬扭矩。隨著轉向角速度增加，阻尼增益值減小，使得可增強虛擬扭矩的穩定性。例如，如圖4所示，虛擬扭矩補償單元52基于第一轉向角速度ω1和第二轉向角速度ω2來分階段地減小阻尼增益值，由此限制當駕駛員快速操縱方向盤時(即，當轉向角速度顯著增大時)可能導致的振動現象。

輔助扭矩計算單元60使用從虛擬扭矩估算單元50輸入的虛擬扭矩、從轉向角傳感器30輸入的轉向角和從車速傳感器40輸入的車速來計算輔助扭矩。

如圖3所示，輔助扭矩計算單元60包括增長曲線控制單元61和高頻放大率控制單元62。

增長曲線控制單元61將從虛擬扭矩估算單元50輸出的虛擬扭矩的增長曲線調節成線性形式，由此限制可由輔助扭矩引起的振動現象。即，如圖5的(a)所示，如果輔助扭矩根據虛擬扭矩的增加而快速增加，那么可能使系統的穩定性劣化。假設這樣，如圖5的(b)所示，由于保證增長曲線的線性度，所以可顯著增強系統的穩定性。

高頻放大率控制單元62以相對較低的預設放大率放大虛擬扭矩的高頻信號或停用該高頻信號，由此增強系統的穩定性。即，高頻放大率控制單元62相對減小或停用虛擬扭矩的高頻信號的放大率，由此限制噪聲信號由于高頻信號的放大而放大。從而，保證系統的穩定性。而且，因為(如上所述)高頻放大率控制單元62放大高頻信號，所以可增強系統的響應性。

電機控制器70根據從輔助扭矩計算單元60輸出的輔助扭矩來調節對應的電流增益值，并由此控制待施加至電機80的電流，從而保證轉向中的穩定性。例如，在電機控制器70是pid(proportionalintegralandderivative，比例積分與微分)控制器的情況中，電機控制器70根據從輔助扭矩計算單元60輸入的輔助扭矩來調節p增益、i增益和d增益之中的一個或多個，并由此控制待施加至電機80的電流。

因此，電機80根據從電機控制器70輸入的電流來操作，從而輔助駕駛員的轉向力。

電機驅動動力轉向系統還包括扭矩傳感器錯誤檢測單元(未示出)。該扭矩傳感器錯誤檢測單元將虛擬扭矩與由扭矩傳感器(未示出)檢測的檢測扭矩相比較，并且如果虛擬扭矩與檢測扭矩之間的差值超過一基準值，則確定扭矩傳感器的錯誤。在這種情況下，虛擬扭矩估算單元50還可以在不考慮扭矩傳感器的錯誤的檢測情況下估算虛擬扭矩(即，也處于正常狀態)。

在下文中，將參考圖6詳細描述根據本發明的一個實施例的控制電機驅動動力轉向系統的方法。

圖6是示出了根據本發明的一個實施例的控制電機驅動動力轉向系統的方法的流程圖。

參考圖6，虛擬扭矩估算單元50或扭矩傳感器錯誤檢測單元(未示出)確定是否在感測柱扭矩的扭矩傳感器中檢測到錯誤(步驟s10)。作為確定的結果，當檢測到扭矩傳感器中的錯誤時，虛擬扭矩估算單元50分別從編碼器20、轉向角傳感器30和電機電流傳感器10接收與電機80的位置、方向盤的轉向角以及電機80的電流相關的信息，然后使用電機80的位置、方向盤的轉向角和電機80的電流來估算虛擬扭矩。

即，虛擬扭矩估算單元50使用轉向角的變化、電機角度的變化、電流的變化、電機角加速度、慣性矩和調諧增益來分別計算根據駕駛員的轉向意圖的動能、將由電機的旋轉產生的動能、根據轉向方向的扭矩，以及轉向角與發動機位置之間的計算時間的延遲，然后基于這些得出方程式1。

另外，因為方程式1的函數f與方程式3的函數f彼此相同，即，因為轉向角和電機角度的平均值θavg的變化與虛擬扭矩的變化的乘積與方程式1的函數f相同，所以使用兩個函數f(方程式1的函數f和方程式3的函數f)來計算虛擬扭矩的變化并且通過將所計算的變化結合到虛擬扭矩中來計算虛擬扭矩(步驟s20)。

然后，虛擬扭矩估算單元50通過隨著轉向角速度增加而減小阻尼增益值來補償虛擬扭矩(步驟s30)。從而，可限制當駕駛員快速操縱方向盤時(即，當轉向角速度顯著增大時)可能導致的振動現象。

隨后，輔助扭矩計算單元60使用從虛擬扭矩估算單元50輸入的虛擬扭矩、從轉向角傳感器30輸入的轉向角和從車速傳感器40輸入的車速來計算輔助扭矩。在這點上，調節虛擬扭矩的高頻信號的放大率(步驟s40)，并將虛擬扭矩的增長曲線調節成線性形式(步驟s50)，由此限制可由輔助扭矩引起的振動現象，并增強系統的穩定性。

輔助扭矩計算單元60將以上述方式檢測到的輔助扭矩輸出至電機控制器70(步驟s60)。電機控制器70根據從輔助扭矩計算單元60輸入的輔助扭矩來調節對應的控制增益值，并由此控制待施加至電機80的電流(步驟s70)。

因此，電機80通過從電機控制器70輸入的電流來操作，從而輔助駕駛員的轉向力。

如上所述，當在電機驅動動力轉向系統的扭矩傳感器中出現錯誤時，根據本發明的一個實施例的電機驅動動力轉向系統產生虛擬扭矩信號，并基于該虛擬扭矩信號產生輔助扭矩，由此使得能夠正常轉向，從而保證車輛的駕駛穩定性。

雖然已經為了說明的目的而公開了本發明的優選實施例，但是本領域技術人員將理解，在不脫離如在所附權利要求書中定義的本發明的范圍和精神的情況下，各種修改、增加和替代是可能的。