【技术领域】
本发明是有关于一电动转向装置及一控制该电动转向装置
的方法，特别地，本发明是有关一种电动转向装置，其可藉由补
偿介于一转向马达和一方向盘输出侧间的差异来改良在一转向
操作期间的反应度和稳定度，其中该差异系起因于介于该转向马
达和其它组件间的间隙，本发明亦关于一控制该可改善反应度和
稳定度的电动转向装置的方法。
背景技术：
一般而言，一车辆是配置有一电动转向(EPS)系统以：提供
使用者有一较佳转向感觉，例如是藉由允许一电子控制单元依据
由一速度传感器、一扭力传感器或其类似物所侦测到的车辆驾驶
状况来驱动一马达来帮助驾驶人的转向扭力；在一低速驾驶状况
时提供一轻的、舒服的驾驶状态和在一高速驾驶状况时提供一重
的、稳定的驾驶状态；及在一突然紧急状况时允许该驾驶者来快
速地操作该方向盘。
根据一马达是驱动一齿条、一转向轴或一方向盘，该电
动转向装置可大致分成一齿条驱动型式(R-EPS)和一方向盘驱
动型式(C-EPS)。
图1为一依据习用技艺的转向轴驱动电动转向装置的示
意图。
该转向轴驱动电动转向装置包括有一转向系统100自一方
向盘101延伸至相对的轮子108上，和一辅助动力机构120，其
提供该转向系统100辅助转向动力。
该转向系统100包括一转向轴包含有一输入轴连接至该转
向轴101上以和该方向盘101一起旋转，和一输出轴102经由一
对万向接头103来被连接至一小齿轮轴104上。一扭力杆是被安
排介于该转向轴之输入轴和该输出轴之间，和一扭力传感器125
系侦测该扭力杆之扭力以量测该转向力量。
再者，该小齿轮杆104是经由一齿条/小齿轮机构105来被
连接至一齿条杆上，且该齿条杆的相对二端是经由一系杆106和
一铰接臂107来被连接至该车辆之轮子108上。在该齿条/小齿
轮机构105中，因为形成在一小齿轮轴104上的小齿轮111系和
一形成在该齿条杆之一外部外围表面之一侧上的齿条112相啮
合，当该驾驶操纵该方向盘101时，一扭力是被产生在该转向系
统100中，且该轮子108是由该扭力透过该齿条/小齿轮机构105
和该系杆106来被转动。
该动力辅助机构120包括有一扭力传感器125，它侦测由该
驾驶施加至该方向盘101上的扭力，及输出一和该测得扭力成比
例的电子讯号，一电子控制单元(ECU)123基于从该扭力传感器
125传来的一电子讯号来产生一控制讯号，一转向马达130基于
从该电子控制单元123传来的一讯号来产生辅助动力，及一减速
器140将该由转向马达130所产生的辅助动力传送至该转向轴的
输出轴102上。
在该依据习用技艺的转向轴驱动电动转向装置，因为一阻尼
耦合器、一蜗杆、一蜗轮和其类似物是被用来构建该辅助动力机
构120的减速器140，一间隙可被产生介于该马达轴和该输出轴
102之间，其结果是使该转向马达130和该输出轴102之间可产
生一旋转速度差。
图2为一依据习用技艺的齿条驱动电动转向装置的示意图。
该齿条驱动电动转向装置包括一电子控制单元(ECU)，其依
据由一扭力传感器211所侦测的一扭力来决定一方向盘213的转
向程度，该扭力传感器211被安装在一转向轴上，该转向轴包括
有一输出轴210，一驱动单元220由该电子控制单元控制以产生
动力，一齿条杆230依据该方向盘213的转向程度来移动一被连
接至一轮子231上的系杆233，和一被动器元240接收该驱动单
元220之一旋转力量以将该接收到的旋转力量转换成一轴向移
动力量，并将该被转换的力量传送至该齿条杆230上。
在此，该驱动单元220包括一由该电子控制单元ECU所控
制的转向马达250，一驱动滑轮255被固定至该转向马达250的
一轴上，和一驱动皮带260环绕在该驱动滑轮255上。
进一步地，在该被动单元240中，一支持该齿条杆230的滚
珠螺母(未被显示)是被提供在一环绕该齿条杆230的齿条壳体
270的内部中，和一被动滑轮(未被显示)是被组合在该滚珠螺母
的一外部周围表面上。
该被连接至该转向马达250之轴上的驱动滑轮和该被耦合
至该滚珠螺母的被动滑轮，其系被安排来相互平行，该驱动皮带
260是被安装在该驱动滑轮255及该被动滑轮上，因此该转向马
达250的旋转力量是被传送至该齿条杆230上，且该马达的旋转
是藉由该滚珠螺母的作用来被转换成该齿条杆的一直线运动，藉
此，该齿条杆230系被向左和向右移动以产生一辅助转向动力。
在此齿条驱动电动转向装置中，因为该驱动滑轮255、该驱
动皮带260、该被动滑轮、该滚珠螺母，和其类似物是被安装来
自该转向马达250传送该驱动力量至齿条杆230上，一间隙是被
产生介于该转向马达250和该齿条杆230之间，因此，该转向马
达250的旋转速度和该连接至齿条杆230上输出轴210之一下方
部分，其在旋转速度上有一差异。
在此情况下，依据习用技艺的电子动力转向装置，因为介于
马达的旋转速度和该被连接至输出轴之齿轮轴的旋转速度间的
一差异，该转向装置的反应性和稳定性系下降，其中旋转速度差
异系因为介于该转向马达130和该转向轴之输出轴102间之间隙
所导致，或因为介于该转向马达250和该齿条杆230间之间隙所
导致。
理所当然地，在电子动力转向装置中,因为该用来将该马达
转速降低和将该降低的转速传送至该输出轴的减速器，一差异系
产生介于该马达旋转速度和由该减速器之减速比例所产生的该
输出轴旋转速度之间。
因此，在此说明书中，介于该马达旋转速度和该输出轴旋转
速度间差异，其意味着是在该减速器之减速比例被反应后的旋转
速度间的差异。
技术实现要素：
本发明努力来解决上述的问题，并提供一电动转向装置，其
可藉由补偿介于一转向马达和一输出轴之输出端之旋转速度间
之差异来在一转向操作期间来改善反应性和稳定性，其中，该旋
转速度间之差异系起因于介于该转向马达和组件间之一间隙。
为了达成此一目的，在此系提供一电动转向装置，包括有一
转向马达，其辅助一方向盘的转向力量，一位置传感器，量测该
转向马达的一旋转角度，一角度传感器，量测一连接至该方向盘
的一输出轴的一输出端的旋转角度，一补偿单元，藉由使用由该
位置传感器所量测的该转向马达的旋转角度和该输出轴输出端
所量测到的旋转角度，来计算介于该转向马达的一角速度和该输
出轴输出端的一角速度间之差异，和一转向控制单元，依据该补
偿单元所计算出之结果，来控制一输入至该转向马达之电流以补
偿该转向马达角速度和该输出轴输出端角速度间的差异。
依据本发明之另一方向，在此亦提供一用来控制电动转向装
置的方法，该方法包括：量测一辅助该方向盘的转向力量的转
向马达的旋转角度；量测一连接至该要被转动之方向盘之输出
轴输出端的旋转角度；藉由使用由该位置传感器所量测之该转
向马达的旋转角度和该输出轴输出端量测出的旋转角度，来计
算介于该转向马达的一角速度和该输出轴输出端的一角速度间
之差异，及控制一输入至该转向马达之电流以补偿该转向马达
和该输出轴输出端的该旋转速度差异。
依据本发明，藉由减少因为转向马达之机械间隙所产生介于
一转向马达和一输出轴输出端旋转速度间之差异，在一方向盘的
转向操作期间，反应性和稳定性可被改善。
【附图说明】
本发明上述和其它目的、特征、及优点，其将藉由以下参考所附图式之
详细说明而变得更清楚，其中：
图1为一依据习用技艺的转向轴驱动电动转向装置的示意
图；
图2为一依据习用技艺的齿条驱动电动转向装置的示意图；
图3为一依据本发明的电动转向装置的控制图；
图4为图1之一补偿单元之一控制图；
图5为一依据本发明之齿条驱动电动转向装置之部分立体
图；
图6为一依据本发明之转向轴驱动电动转向装置之部分立
体图；
图7为一图表，其显示在补偿前，一转向马达和一输出轴输
出端的旋转速度的比较；
图8为一图表，其显示在补偿后，一转向马达和一输出轴输
出端的旋转速度的比较；及
图9为一流程图，其显示一补偿介于该转向马达和该输出轴
输出端之旋转速度间之差异的方法，其中，该旋转速度间之差异
系起因于在依据本发明之电动转向装置中的一机械间隙。
【具体实施方式】
以下，本发明的示范实施例，其将藉由参考附加的图式来被
详尽地说明。在以下的说明中，相同的标号被用来指示相同的组
件，虽然它们是被显示在不同视图中。再者，在本发明以下的说
明中，并入于此之已知功能和结构之详细说明，当这些说明会使
本发明发明主体变得更不清楚时，其将被省略。
除此之外，一些用语，像是第一、第二、A、B、(a)、(b)或
其类似物，其在此会被用来描述本发明的组件。这些用语只是用
来区别一结构组件和其它结构组件，一相关结构组件之特征、布
置、顺序和其类似物，其不会受该用语所限制。在此应注意的是，
假如在说明书中提供一组件是＂连接＂、＂耦连＂或＂结合＂至
另一组件，一第三组件是可＂连接＂、＂耦连＂和＂结合＂介于
该第一和第二组件之间，虽然该第一组件是可直接地连接、耦连
或结合至该第二组件上。
图3为一依据本发明的电动转向装置的控制图，而图4为图
3之一补偿单元之一控制图。
依据本发明的电动转向装置，其可补偿因一机械间隙所产生
的介于一转向马达50之旋转速度和一转向轴之输出轴60之输出
端之旋转速度间之差异。
为达成此一目的，该电动转向装置可包括有一转向马达50，
其是在一方向盘的转向操作时来被操作，一传感器单元10，其
在该车辆被驾驶时来收集各种不同的信息，一补偿单元20，其
系用来补偿因一机械间隙所造成的速度差异，和一转向控制单元
40，其依据来自该补偿单元20的结果来控制该转向马达50。
该转向马达50是被操作来协助该方向盘的一转向力量，且
在一齿条驱动电动转向装置，其中一齿条杆是由该转向马达50
所驱动，该转向马达50是被装设邻近该齿条杆。在一转向轴驱
动电动转向装置中，其中，该转向马达50驱动该转向柱的输出
轴60，该转向马达50是被装设来驱动该转向柱的输出轴60。
该传感器单元10在该车辆被驾驶时来收集各种不同的信
息，以提供信息给该补偿单元20或该转向控制单元40，而该传
感器单元10可包括一车辆速度传感器11、一转向角度传感器13、
一扭力传感器15、一角度传感器17、和一位置传感器19。
该车辆速度传感器11感测该车辆是在行驶或停止，及感测
当该车辆行驶时，该车辆的速度。
该转向角度传感器13是一传感器，其感测该方向盘的旋转
角度，且一由该转向角度传感器13所侦测到的值是被提供至该
转向控制单元40。
该扭力传感器15侦测一被连接至该输出轴60上的扭力杆上
的扭转，以在当该方向盘被旋转时来产生一扭力讯号。
该角度传感器17侦测该输出轴60之一输出端的一旋转角
度，且其是被安装在该被连接至该输出轴60之扭力杆的一下方
部位上。
在本发明中，该输出轴60之输出端系关连到在一转向轴或
转向柱中之一扭力杆的下方区间，其中，该转向柱系包括一输入
轴、一输出轴60、和安排介于该输入轴和该输出轴间的扭力杆。
因此，如图5所揭示，在该齿条驱动电动转向装置中，该输
出轴60被连接至一和该齿条杆相啮合的小齿轮以被操作的一
端，其是该输出轴60的一输出端，而如图6所示，在该转向轴
驱动电动转向装置中，该输出轴60的被连接至该转向马达50之
一输出侧的一端，其是该输出轴60的输出端。
亦就是说，在本说明书中，该输出轴的输出端系关连到该转
向轴的一下方区间，该下方区间是被连接至一经由一齿轮来和该
齿条杆相连接的小齿轮。
该位置传感器19是被安装在该转向马达50上，以侦测该转
向马达50之一旋转角度，且大致而言，该位置传感器19是被安
装在一用来做为该转向马达50的无刷直流(BLDC)马达上。
该补偿单元20藉由使用由该角度传感器17和该位置传感器
19所侦测到的该输出轴60之输出端的旋转速度和该转向马达50
之旋转速度，来输出一介于该输出轴60之输出端的旋转速度和
该转向马达50之旋转速度间的差异。
该补偿单元20可包括一角速度计算单元21、一角加速度计
算单元23、第一和第二减法器25和27、第一和第二滤波器29
和31、一加法器33和一增益单元35。
该角速度计算单元21藉由使用由该位置传感器19所量测到
的一旋转角度来计算该转向马达50的旋转角速度，及藉由使用
由该角度传感器17所量测到的一旋转角度来计算该输出轴的输
出端的旋转角速度。
在此同时，当该输出轴60输出端为该方向盘旋转力量所转
动且其转动角度的大小为小时，因为该转向马达的特性，该转向
马动50是相对地被转动有一较大角度，如此，该转向马达50的
旋转速度是由一减速器来被调整。假如该转向马达50藉一减速
器以减速的比例(减速比例)为18.5比1，该输出轴60之一下方
部分被转一圈时，该转向马达50是转了18.5圈。亦就是说，为
了比较该转向马达50的角速度和该输出轴60输出端的角速度，
该转向马达50的一校正旋转角速度是藉由将该转向马达50的角
速度除以18.5来被算出，且该转向马达50的校正旋转角速度应
该和该输出轴60输出端的角速度相互比较。
如果一介于该转向马达和该转向轴之输出轴间的连结，例如
是一机械连结被完成的话，该转向马达之旋转角速度，其在该减
速比例被反应后，其是应该和该输出轴60输出端的旋转角速度
相同。
然而，因为一介于该转向马达和该输出轴输出端间之连结机
构(一蜗轮、一阻尼器、一皮带、一滑轮、一滚珠螺母或其类似
物)的未完整性，一差异系发生在该减速比例被反应后，介于该
该转向马达之旋转角速度和该输出轴之旋转速度之间。
因为该旋转速度差异降低了该转向力量的反应度，因此而损
坏该转向感觉，本发明系被指引来解决此一问题。
因此，该角速度计算单元21计算该转向马达的旋转角速度，
其藉由将该位置传感器19所量测到的旋转角速度值除以一减速
比例，而可和该输出轴60输出端的旋转角速度相比较。因此，
因为由该角速度计算单元21所计算和输出的转向马达50的旋转
角速度，其是事先来依据该减速比例来被校正，其可和该输出轴
60输出端的角速度来做比较。
亦就是，在本说明书中，该转向马达的(旋转)角速度，其是
可被定义为以下述方法获得之值：将由该位置传感器所量测到的
旋转角度的时间改变率再除以该减速比例。
该角加速度计算单元23藉由微分由该角速度计算单元21所
计算的该转向马达50角速度和该输出轴60输出端角速度，来计
算该转向马达50的角加速度和该输出轴60输出端的角加速度。
然后，因为由该角加速度计算单元23所计算的角加速度，其是
藉由微分和计算由该角速度计算单元21所计算的加速度，该角
加速度的相位是较该角速度的相位快90度。因此当该转向马达
50和该输出轴60输出端的旋转速度差是藉由使用一角加速度来
补偿时，该补偿是可较只用角速度补偿的状况下来被更快速产
生。
该第一减法器25计算介于该转向马达50角速度和该输出轴
60输出端角速度间的差异。因此，当该转向马达50的角速度高
于该输出轴60输出端的角速度时，从该第一减法器25输出的值
为负值(-)。同时，当该转向马达50的角速度低于该输出轴60
输出端的角速度时，从该第一减法器25输出的值为正值(+)。
该第二减法器27计算介于该转向马达50角加速度和该输出
轴60输出端角加速度间的差异。因此，当该转向马达50的角加
速度高于该输出轴60输出端的角加速度时，从该第二减法器27
输出的值为负值(-)，而当该转向马达50的角加速度低于该输出
轴60输出端的角加速度时，从该第二减法器27输出的值为正值
(+)。当然，该第一减法器和该第二减法器的输出值的符号(+或-)，
其是可以一相反的方法来定义。
该第一滤波器29接受一角速度差异值，其是介于由该第一
减法器25所计算的该转向马达50角速度和该输出轴60输出端
的角速度间的差异，和藉由过滤该输入之角速度差异值来去除掉
其中噪声。
该第二滤波器31接受一角加速度差异值，其是介于由该第
二减法器27所计算的该转向马达50角加速度和该输出轴60输
出端角加速度间的差异，和藉由过滤该输入之角加速度差异值来
去除掉其中噪声。
该第一和第二滤波器29，31可使用低通滤波器，及藉由除
去不低于一预定频率内容的噪声来获得可靠的一角速度差异值
和一角加速度差异值，该不低于一预定频率内容的噪声是来自由
该第一滤波器29和该第二滤波器31所计算的角速度差异值和角
加速度差异值。
该加法器33藉由加总由该第一滤波器29和该第二滤波器
31所过滤之该角速度差异值和角加速度差异值来计算一参考补
偿值。该参考补偿值变成一参考值，其用来补偿介于该转向马达
50旋转速度和该输出轴60输出端旋转速度间的差异。
该增益单元35藉由将由该加法器33所计算的参考补偿值乘
以一预设增益值以计算一最终补偿值。该增益值是一常数，其是
依据该车辆的状态和硬件来被决定，且其是依据该车辆的型式来
被决定。由该增益单元35所计算出的最终补偿值是被提供至该
转向控制单元40上。
虽然在以上的实施例中有揭示到该补偿单元20藉由使用由
该角速度计算单元21和该角加速度计算单元23所计算的角速度
和角加速度，来计算一补偿值以用来补偿介于该转向马达50的
旋转速度和该输出轴60输出端旋转速度间的差异，在此为明显
的是，该补偿单元20可只包含该角速度计算单元21、该第一减
法器25、该第一滤波器29和该增益单元35和一补偿值用来补
偿介于该转向马达50旋转速度和该输出轴60输出端旋转速度间
的差异，其是可藉由仅使用该角速度来被计算出来。
当以此方法只有该角速度被使用时，假如由该角速度计算单
元21所计算的该转向马达50的角速度和该输出轴60输出端的
角速度是被计算，该第一减法器25计算介于该二角速度间的差
异，该第一滤波器29过滤介于该二值间的差异值，且该增益单
元35将来自该第一滤波器29的输出值乘以该预设增益值，并提
供该转向控制单元40该相乘的结果。
该转向控制单元40可在当该方向盘操作时，执行一转向辅
助功能以增加一转向力量，和执行一补偿功能以补偿介于该转向
马达50旋转速度和该输出轴60输出端旋转速度间的差异。
为了来执行该转向辅助功能，该转向控制单元40接收该车
辆被侦测的速度、该方向盘的转向角度和来自该车辆速度传感器
11、该转向角度传感器13和该扭力传感器15的扭力讯息，及依
据一默认算法来选定一和该车辆速度、该转向角度和该扭力匹配
的电流值。据此，一有该相关电流值的电力是被提供至该转向马
达50中，且该转向马达50是以一默认旋转速度来旋转。
当该转向辅助功能是以此一方式来被执行时，该转向马达
50的旋转速度和该输出轴60输出端的旋转速度，理想地其应该
是相同的，但是，因为一机械间隙，该旋转速度间是存在有一差
异。
因此，如图7所示，该转向马达50的旋转速度的相位是较
该输出轴60输出端的旋转速度的相位为快。因此，在某些区段，
该转向马达50的旋转速度是较该输出轴60输出端的旋转速度为
快，而在某些区段，该转向马达50的旋转速度是较该输出轴60
输出端的旋转速度为慢。
再者，如图7之图表所示，该方向盘的旋转速度系相对线性
地增加，然而该转向马达50和该输出轴60输出端的旋转速度并
不是为固定的，而是相对于该方向盘旋转速度来垂直地变化。
该转向控制单元40可执行一补偿功能以补偿该相位差异及
该转向马达50和该输出轴60输出端的旋转速度差异。为了来执
行该补偿功能，该转向控制单元40接收由该补偿单元20所计算
的最终补偿值。
在接收该最终补偿值后，该转向控制单元40选择一电流值
用以补偿该相关的补偿值，及提供一电流值予该转向马达50。
亦就是说，假如由该补偿单元20所计算出的最终补偿值是
一正值(+)，其意味着该转向马达50的旋转速度是低于该输出轴
60输出端的旋转速度，因此，该转向控制单元40执行一控制以
藉由增加提供给该转向马达50的电流来增加该转向马达50的旋
转速度。
假如该由该补偿单元20所计算出的最终补偿值是一负值
(-)，其意味着该转向马达50的旋转速度是高于该输出轴60输出
端的旋转速度，因此，该转向控制单元40执行一控制以藉由减
少提供给该转向马达50的电流来减少该转向马达50的旋转速
度。
假如该转向控制单元40以此方式来执行该补偿作用，如图
8所示，该转向马达50和该输出轴60输出端的速度相位差系变
较小，且该转向马达50的速度的改变幅度也变小，因此该转向
操作可被稳定地辅助。
一补偿介于该该转向马达50和该输出轴60输出端的旋转速
度间的差异的方法，其将藉参考图9来在以下说明，其中该旋转
速度的差异是起因于在上述电动转向装置中的机械间隙。
假如该车辆被启动，且该方向盘被操作时，该转向控制单元
40藉由使用收集自该车辆速度传感器11、该转向角度传感器13
和该扭力传感器15的讯息，以藉由决定施加该转向马达50之一
电流值以执行一控制施加该转向马达50之电流值之转向功用
(S900)。
假如该转向功能是以此一方式来被开始，该补偿单元20之
该角速度计算单元21系接收来自该角度传感器17和该位置传感
器19之该转向马达50的旋转角度值和该输出轴60输出端的旋
转角度值，并分别计算该转向马达50和该输出轴60输出端的角
速度(S910)。
然后，当然地，该转向马达的角速度和该输出轴的角速度是
被定义成数值，其可反应该减速器的减速比例以相互比较。
在此之后，该角加速度计算单元23微分该转向马达50和该
输出轴60的角速度，并计算该转向马达50和该输出轴60的角
加速度(S920)。
由该角速度计算单元21所计算的转向马达50和该输出轴
60的角速度，其是被传送至该第一减法器25，而由该角加速度
计算单元23所计算的该转向马达50和该输出轴60的角加速度，
其是被传送至该第二减法器27中。该第一减法器25和该第二减
法器27分别计算一角速度差异值和一角加速度差异值(S930)，
且由该第一减法器25和该第二减法器27所输出的角速度差异值
和角加速度差异值，其是由该第一和第二滤波器29和31所过滤，
且被输入至该加法器33中(S940)。
该加法器33将由该第一和第二滤波器29和31所过滤的角
速度差异值和角加速度差异值加总在一起，而该增益单元35藉
由将该加总的值乘以一预设增益值以计算出一最终补偿值
(S950)。该最终补偿值是被传送至该转向控制单元40。
假如该最终补偿值是一正值(+)，该转向控制单元40藉由使
用该最终补偿值来增加提供至该转向马达50的电流来增加该转
向马达50的旋转速度。在此同时，假如该最终补偿值是一负值
(-)，该转向控制单40元藉由使用该最终补偿值来减少提供至该
转向马达50的电流来减少该转向马达50的旋转速度(S960)。
以此方法，依据本发明，该转向马达50和该输出轴60输出
端的角速度和角加速度是藉由量测该转向马达50的旋转角度和
该输出轴60输出端的旋转角度及然后使用该旋转角度来被计算
出来。在此之后，该转向马达50和该输出轴60输出端的角速度
差异和角加速度差异是被计算，且该差异是藉由调整施加至该转
向马达的电流值来被调整。因此，当该方向盘被转向时，其反应
性和稳定性可藉由减少该转向马达50和该输出轴60输出端的旋
转速度差异而被改善，其中该旋转速度差异是因该转向马达50
的机械间隙而产生。
虽然本发明的实施例是被揭示来用于说明性的目的，习于本
领域的人员可知了解的是，在不脱离本发明的精神和范围内，均
可作各种可能的更动、增加与取代。因此本发明的示范实施例，
其并不是被揭示来用于限制目的。本发明的范畴将以所附权利要
求为基础并以下述方式来被建构：包含在权利要求等同范围中的
所有技术思想，其是属于本发明的范畴。