電動動力轉向系統的轉向扭矩補償裝置和方法與流程

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本申請要求于2016年3月21日提交的申請號為10-2016-0033448的韓國專利申請的優先權，其全部內容通過引用并入本文。

本發明涉及一種用于電動動力轉向系統的轉向扭矩補償裝置和方法，尤其涉及這樣一種用于電動動力轉向系統的轉向扭矩補償裝置和方法，其能夠消除由于在低溫行駛的車輛中的潤滑脂的粘度的增加或機械部件的收縮而導致摩擦增加時發生的陌生感或轉向沉重感。

背景技術：

通常，使用液壓泵的液壓的液壓轉向系統已經用作車輛的轉向系統。然而，在二十世界九十年代之后，使用馬達的電動動力轉向系統已經越來越普遍。

在現有的液壓轉向系統中，用作提供轉向輔助動力的動力源的液壓泵由發動機驅動，并且其不管方向盤是否轉動一直在消耗能量。然而，在電動動力轉向系統中，當通過轉向輪的轉動產生轉向扭矩時，馬達提供與產生的轉向扭矩成比例的轉向輔助動力。因此，與液壓轉向系統相比，電動動力轉向系統能夠提高能量效率。

圖1為示出了常規的電動動力轉向系統的配置的圖。

如圖1所示，常規的電動動力轉向系統包括從方向盤101連接到兩個車輪108的轉向系統100和用于向轉向系統提供轉向輔助動力的輔助動力機構120。

轉向系統100包括轉向軸102，該轉向軸102的上端連接到方向盤101并且該轉向軸102與方向盤101一起旋轉。此外，轉向軸102的下端通過一對萬向接頭103連接到小齒輪軸104。小齒輪軸104通過齒條-小齒輪機構105連接到齒桿109，齒桿109的任一端通過拉桿106和轉向節臂107連接到車輛的對應的車輪108。

齒條-小齒輪機構105包括彼此嚙合的小齒輪111和齒條齒輪112。小齒輪11形成在小齒輪軸104的下端，齒條齒輪112形成在齒桿109的外周面的一側。齒條-小齒輪機構105將小齒輪軸104的旋轉運動改變為齒桿109的線性運動。因此，當駕駛員操作方向盤101時，小齒輪軸104旋轉，齒桿109根據小齒輪軸104的旋轉而沿軸向線性移動，并且齒桿109的線性運動通過拉桿106和轉向節臂107使得車輪108發生轉向。

輔助動力機構120包括扭矩傳感器121、ecu(電子控制單元)123、馬達130和傳動裝置140。扭矩傳感器121感測由駕駛員施加到方向盤101的轉向扭矩，并輸出與感測到的轉向扭矩成比例的電信號，ecu123基于從扭矩傳感器121接收的電信號產生控制信號，馬達130基于從ecu123接收的控制信號產生轉向輔助動力，并且傳動裝置140通過齒輪或皮帶將由馬達130產生的轉向輔助動力傳遞到齒桿109。

因此，上述電動動力轉向系統通過齒條-小齒輪機構105將方向盤101的轉動產生的轉向扭矩傳遞到齒桿109，并且根據產生的轉向扭矩由馬達130產生的轉向輔助動力通過傳動裝置140傳遞到齒桿109。也就是說，將由轉向系統100產生的轉向扭矩和由馬達130產生的轉向輔助動力組合，從而使齒桿109沿軸向方向移動。

與圖1的配置不同，電動動力轉向系統可以被配置為將由馬達130產生的轉向輔助動力通過傳動裝置140傳遞到轉向軸102或小齒輪軸104。

然而，在電動動力轉向系統中，當駕駛員起動例如在冬季時節長時間在低溫下停放的車輛，然后開始操作方向盤時，需要比正常狀態(即室溫)下更大的轉向力。當構成傳動裝置的部件在低溫下收縮或者諸如潤滑脂的潤滑油的粘度增加時，可能發生這種現象。

因此，電動動力轉向系統需要補償單元用以控制馬達的電流，該馬達產生動力以輔助取決于溫度的轉向力。當通過溫度傳感器實時測量的溫度被應用于扭矩補償解除條件時，取決于諸如轉向到末端的駕駛狀況或道路狀況，可能發生大的電流變化。在這種情況下，可能產生不期望的轉向力。也就是說，當僅基于溫度信息補償扭矩時，可能發生意外的轉向感覺或陌生感。

本發明的相關技術公開在1999年12月10日公開的名稱為“電動動力轉向系統”的韓國專利no.10-0247334中。

技術實現要素：

本發明的實施例涉及一種用于電動動力轉向系統的轉向扭矩補償裝置和方法，其能夠消除由于在低溫行駛的車輛中的潤滑脂的粘度的增加或機械部件的收縮而導致摩擦增加時發生的陌生感或轉向沉重感。

在一個實施例中，一種用于電動動力轉向系統的扭矩補償裝置，可以包括：溫度傳感器，其被配置為當車輛起動時感測所述電動動力轉向系統周圍的初始溫度；馬達位置傳感器，其被配置為感測所述電動動力轉向系統的馬達角度；計時器，被配置為檢測所啟動的車輛的操作時間；以及控制器，被配置為當初始溫度對應于預設的低溫狀態時，基于在轉向期間積累的馬達角度和在車輛啟動之后通過計時器檢測到的累積操作時間，計算反映增加的環境溫度的補償增益，并且輸出補償增益以補償電動動力轉向系統的馬達輸出扭矩。

所述控制器可以以內部存儲器中的查找表lut1的形式存儲所述電動動力轉向系統從所述初始溫度達到正常狀態所需的時間，所述查找表lut1通過對每個車輛類型的溫度測試預先配置，并且所述控制器基于在所述查找表中的每個溫度下達到所述正常狀態所需的時間來計算補償增益衰減因子。

補償增益衰減因子可以基于在每個溫度下達到正常狀態所需的時間，隨時間逐漸增加。

控制器可以累積通過馬達位置傳感器感測的馬達角度，并且通過參考查找表lut2來計算與所累積的馬達角度相對應的補償增益，所述查找表lut2基于通過所述溫度傳感器感測的初始溫度進行預設。

所述控制器可以通過使用補償增益衰減因子進行的預設操作來校正所述補償增益，所述補償增益通過參照所述查找表lut2，響應于所累積的馬達角度而計算出，所述查找表lut2基于通過所述溫度傳感器感測的初始溫度而預設，所述補償增益衰減因子是基于所述電動動力轉向系統從初始溫度達到正常狀態所需的時間而計算出。

在另一個實施例中，一種用于電動動力轉向系統的扭矩補償方法，可以包括：當車輛起動時，通過控制器利用溫度傳感器感測所述電動動力轉向系統周圍的初始溫度；通過馬達位置傳感器感測所述電動動力轉向系統的馬達角度；由計時器檢測所啟動車輛的操作時間；通過所述控制器累積所述馬達角度和操作時間；和當所述初始溫度對應于預設的低溫狀態時，基于所述馬達角度和在轉向期間累積的操作時間，通過所述控制器計算反映所增加的環境溫度的補償增益，以及輸出所述補償增益以補償所述電動動力轉向系統的馬達輸出扭矩。

為了計算所述補償增益，所述控制器基于在每個溫度下達到正常狀態所需的時間計算補償增益衰減因子，所述所需的時間以查找表lut1的形式存儲在內部存儲器中，所述查找表lut1通過針對每個車輛類型的溫度測試預先配置，并且存儲電動動力轉向系統從所述初始溫度到達所述正常狀態所需的時間。

補償增益衰減因子可以基于在每個溫度下達到正常狀態所需的時間，隨時間逐漸增加。

為了計算補償增益，所述控制器可以累積通過所述馬達位置傳感器感測的馬達角度，并且通過參考查找表lut2來計算與所累積的馬達角度相對應的補償增益，所述查找表lut2基于通過所述溫度傳感器感測的初始溫度進行預設。

為了計算補償增益，所述控制器可以通過使用補償增益衰減因子進行的預設操作來校正所述補償增益，所述補償增益通過參照所述查找表lut2，響應于所累積的馬達角度而計算出，所述查找表lut2基于通過所述溫度傳感器感測的所述初始溫度而預設，所述補償增益衰減因子是基于所述電動動力轉向系統從所述初始溫度達到所述正常狀態所需的時間而計算出。

附圖說明

圖1為示出了常規的電動動力轉向系統的配置的圖。

圖2為示出了根據本發明的實施例的電動動力轉向系統的扭矩補償裝置的配置示意圖。

圖3為用于描述根據本發明的實施例的電動動力轉向系統的扭矩補償方法的流程圖。

具體實施方式

以下，將參照附圖詳細描述根據本發明的實施例的用于電動動力轉向系統的轉向扭矩補償裝置和方法。

應當注意，附圖不是按精確的比例，并且僅為了描述方便和清楚起見，可以增大線的厚度或組件的尺寸。此外，本文使用的術語通過考慮本發明的功能來限定，并且可以根據用戶或操作者的習慣或意圖而改變。因此，術語的限定應根據本文闡述的整體公開內容來進行。

圖2為示出了根據本發明的實施例的電動動力轉向系統的扭矩補償裝置的配置示意圖。

如圖2所示，根據本實施例的用于電動動力轉向系統的扭矩補償裝置可以包括溫度傳感器210、馬達位置傳感器220、計時器230和控制器240。控制器240可以包括溫度和累積馬達角度補償增益計算器241、累積馬達角度計算器242、到達正常狀態時間計算器243、補償增益衰減因子計算器244、補償增益校正器245和補償增益輸出單元246。

當車輛起動時，溫度傳感器210可以感測電動動力轉向系統的環境溫度。也就是說，可以將在車輛起動之后感測的溫度設置為初始溫度。

達到正常狀態時間計算器243可以計算從感測的初始溫度達到預設正常狀態所需的時間。所述正常狀態可以指示預設電動動力轉向系統的操作的正常狀態。

達到正常狀態所需的時間可以以查找表lut1的形式存儲在內部存儲器(未示出)中，查找表lut1通過預先對每種車輛類型執行溫度測試來配置。

也就是說，查找表lut1可以包括達到取決于初始溫度的正常狀態所需的時間，所述正常狀態通過測試而獲得，所述測試是在考慮到車輛起動后，由于從發動機等隨操作時間傳遞的熱量而使潤滑脂粘度降低或機械部件的收縮恢復到正常狀態的情況下而執行的。基于查找表lut1，可以計算取決于操作時間的補償增益衰減因子，并將所述補償增益衰減因子乘以從初始溫度計算出的補償增益，以獲得最終補償增益。

計算出的在各溫度下達到正常狀態所需的時間可以被傳送到補償增益衰減因子計算器244。

補償增益衰減因子計算器244可以基于從到達正常狀態時間計算器243接收的在每個溫度下達到正常狀態所需的時間來計算補償增益衰減因子。例如，當在每個溫度下達到正常狀態所需的時間被設置為五分鐘時，補償增益衰減因子計算器244處理要在五分鐘內隨時間逐漸增加的補償增益衰減因子。

計時器230檢查在車輛起動之后已經經過的時間。

計時器230可以將檢查的時間信息輸出到補償增益衰減因子計算器244。此時，從補償增益衰減因子計算器244輸出的補償增益衰減因子可以表示為百分比(％)值，但為了便于描述，被稱為第二補償增益。在這種情況下，從溫度和累積馬達角度補償增益計算器241輸出的補償增益可以被稱為第一補償增益。

馬達位置傳感器220可以感測電動動力轉向系統的馬達(未示出)的運動。通過馬達位置傳感器220感測的馬達的運動可以通過累積馬達角度計算器242累積。

也就是說，當累積馬達角度計算器242中累積的馬達角度的數量增加時，可以指示方向盤已經被頻繁操作，并且溫度比當方向盤未被操作時更快地上升。

累積馬達角度計算器242可以將累積的馬達角度信息輸出到溫度和累積馬達角度補償增益計算器241。

溫度和累積馬達角度補償增益計算器241可以基于通過溫度傳感器210感測的初始溫度，通過參考預設的查找表lut2來計算與累積馬達角度相對應的補償增益。

也就是說，查找表lut2可以包括適合于每種情況的補償增益，該補償增益是車輛啟動后通過測試來獲得，所述測試基于初始溫度和達到電動動力轉向系統的正常狀態所需的累積的轉向角(即，累積馬達角度)。

代替分別由到達正常狀態時間計算器243以及溫度和累積馬達角度補償增益計算器241使用的查找表lut1和lut2，可以通過預設等式計算在每個溫度下達到正常狀態所需的時間或計算補償增益。

補償增益校正器245可以對從溫度和累積馬達角度補償增益計算器241輸出的補償增益(或第一補償增益)和從補償增益衰減因子計算器244輸出的補償增益衰減因子(或第二補償增益)執行操作(例如，乘法或加法)，并輸出由這兩個值(例如，補償增益和補償增益衰減因子)校正的補償增益。

補償增益輸出單元246可以將從補償增益校正器245輸出的補償增益應用于輸出邏輯(算法)，并且因此輸出最終補償增益，所述輸出邏輯(算法)與應用于車輛的電動動力轉向系統的馬達相對應。最終補償增益可以用于補償馬達(未示出)的輸出扭矩。

如上所述，本實施例的扭矩補償裝置可以確定在車輛起動之后通過溫度傳感器210感測的電動動力轉向系統周圍的初始溫度，計算在低溫狀態下檢測的每個溫度下的補償增益(當溫度等于或小于預設溫度時)，并且補償輸出扭矩。在本實施例中，扭矩補償裝置可以通過考慮在轉向期間累積的馬達角度和車輛操作的累積時間(即，在車輛起動后通過計時器檢測的累積時間)，應用增加的環境溫度來計算補償增益，并因此提高扭矩補償的精度和穩定性，這與用于抵消扭矩補償或基于實時測量的溫度(例如，由于根據轉向到末端或道路狀況而改變的電流量而迅速變化的溫度)計算補償增益的現有配置不同。

圖3為用于描述根據本發明的實施例的電動動力轉向系統的扭矩補償方法的流程圖。

如圖3所示，當在步驟s101檢測到車輛的起動時，在步驟s102，控制器240通過溫度傳感器210檢測電動動力轉向系統周圍的初始溫度。

在步驟s105，控制器240從檢測到的初始溫度計算出在每個溫度下達到預設正常狀態所需的時間。所述正常狀態可以指示預設電動動力轉向系統的操作的正常狀態。

達到正常狀態所需的時間可以以查找表lut1的形式存儲在內部存儲器(未示出)中，查找表lut1通過預先對每種車輛類型執行溫度測試來配置。

在步驟s106，控制器240可以基于在每個溫度下達到正常狀態所需的時間計算補償增益衰減因子。

例如，當在每個溫度下達到正常狀態所需的時間被設置為5分鐘時，控制器240可以處理要在5分鐘內隨時間逐漸增加的補償增益衰減因子。

在步驟s103，控制器240可以通過馬達位置傳感器220檢測馬達的運動并計算累積的馬達角度。

此時，當累積的馬達角度的數量增加時，可以指示方向盤已經被頻繁地操作，并且溫度比當方向盤未被操作時更快地上升。

在步驟s104，控制器240可以基于通過溫度傳感器210感測的初始溫度，通過參考預設查找表lut2來計算與累積馬達角度相對應的補償增益。

此時，控制器240可以使用預設的單獨的方程式代替查找表來計算在每個溫度下達到正常狀態所需的時間或計算補償增益。

控制器240可以對計算出的補償增益(或第一補償增益)和補償增益衰減因子(或第二補償增益)執行操作(乘法或加法)并在步驟s107，基于這兩個值(例如，補償增益和補償增益衰減因子)校正補償增益。

在步驟s108，控制器240可以使用校正的補償增益輸出最終補償增益以校正馬達(未示出)的輸出扭矩。