电子助力转向装置和在其低温情况下降低转矩上升的方法与流程

文档序号：11500694阅读：707来源：国知局

本实施方式涉及一种eps(电子助力转向)装置。

背景技术：

汽车转向装置包括使用液压泵的液压转向装置和使用电动机的eps装置，eps装置自从上世纪90年代以来趋于普遍。

在液压转向装置的情况下，引擎驱动供应转向辅助助力(assistpower)的液压泵，从而无论方向盘是否旋转都始终消耗能量；与此相反，在eps装置的情况下，当通过旋转方向盘而产生旋转转矩(转向转矩)时，电动机与产生的转向转矩成正比地供应转向辅助助力。因此，与使用液压转向装置的情况相比，使用的eps装置的优点在于能量效率可以得到改善。

eps装置被配置为使得通过旋转方向盘产生的转向转矩经由齿条-小齿轮机构单元被传送到齿条杆；并且由电动机根据所产生的转向转矩产生的转向辅助助力被传送到齿条杆。即，由方向盘产生的转向转矩和由电动机产生的转向辅助助力相组合并且使得齿条杆在轴向方向上移动。

另一方面，当eps装置在低温情况下进行转向时，摩擦或粘度的增加需要比在室温情况下更大的转向力。

例如，当已长时间留在低温情况(例如，在冬季)下的汽车被启动并开始转向时，需要比在正常状态(室温)下进行转向更大的转向力。因此，eps装置需要根据温度产生辅助转向力的助力的装置。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实施方式的一个方面是提供一种eps装置，该eps装置被配置为：计算在eps装置的低温状态下能够降低由于摩擦力产生的转矩上升的补偿电流，并且将该补偿电流供应给电动机，使得驾驶员即使在低温下也能够具有与在室温下相同的转向感。

本实施方式的另一个方面是提供一种eps装置，该eps装置被配置为：将低温度情况下的摩擦力分成粘滞摩擦力和库仑摩擦力，计算与各个摩擦力相关的补偿电流，并且将施加计算出的补偿电流，以使由于低温摩擦力产生的转矩上升可以被有效降低。

实施方式提供了一种电子助力转向装置，所述电子助力转向装置包括：粘滞摩擦补偿电流计算单元，所述粘滞摩擦补偿电流计算单元被配置为基于由温度传感器感测到的温度来确定粘滞增益并且使用转向角速度和所确定的粘滞增益来计算第一补偿电流；库仑摩擦补偿电流计算单元，所述库仑摩擦补偿电流计算单元被配置为基于所感测到的温度来确定温度增益，基于累计的转向角的量来确定转向角增益，并且使用所述温度增益和所述转向角增益来计算第二补偿电流；以及补偿电流输出单元，所述补偿电流输出单元被配置为基于所述第一补偿电流和所述第二补偿电流输出摩擦补偿电流。

在所述电子助力转向装置中，所述粘滞摩擦补偿电流计算单元可以根据所感测到的温度使用存储关于温度与所述粘滞增益之间的关系的信息的查找表来确定所述粘滞增益，并且所述粘滞增益可以随着所感测到的温度的升高而减小(即，具有反比关系)。

另外，所述粘滞摩擦补偿电流计算单元可以基于所感测到的温度来估计阻尼系数并且可以根据所估计的阻尼系数来确定所述粘滞增益，并且在这种情况下，可以根据所感测到的温度使用存储关于温度与所述阻尼系数之间的关系的信息的查找表来估计所述阻尼系数。

在所述电子助力转向装置中，所述库仑摩擦补偿电流计算单元可以使用所确定的温度增益和所确定的转向角增益将权重提供给转向转矩，并且计算与所提供的权重有关的补偿电流作为第二补偿电流。

另一实施方式提供了一种用于在电子助力转向装置的低温情况下降低转矩上升的方法，所述方法包括以下步骤：感测系统的温度；基于所感测到的温度来确定粘滞增益并且使用所确定的粘滞增益和转向角速度来计算第一补偿电流；根据所感测到的温度来确定温度增益，根据累计的转向角的量来确定转向角增益，并且使用所述温度增益和所述转向角增益来计算第二补偿电流；以及基于所述第一补偿电流和所述第二补偿电流输出摩擦补偿电流。

本实施方式的优点在于提供了一种eps装置和一种在eps装置的低温情况下降低转矩上升的方法，其中，在eps装置的低温情况下根据粘滞摩擦力和库仑摩擦力来计算补偿电流，施加计算出的补偿电流，并且相应地驱动电动机，使得驾驶员即使在低温状态下也能够具有与在室温状态下相同的转向感。

附图说明

本发明的上述和其它的目的、特征和优点根据结合附图的以下详细描述将更加清楚，在附图中：

图1、图2、图3和图4是示出在根据本实施方式的eps装置的低温情况下摩擦力的增加的图；

图5是示出用于对在根据本实施方式的eps装置的低温情况下转矩上升进行补偿的概念的图；

图6是示出根据本实施方式的eps装置的示意性配置的框图；

图7是示出根据本实施方式的eps装置的低温补偿单元的详细配置的框图；以及

图8是示出在根据本实施方式的eps装置的低温情况下降低转矩上升的方法的处理的流程图。

具体实施方式

下文中，参照所附说明性附图对本发明的一些实施方式进行详细地描述。在由附图标记指定的附图中的元件时，虽然相同的元件在不同附图中示出，但是这些相同的元件将用相同的附图标记来指定。另外，在本发明的以下说明中，将当已知功能和并入本文的配置可能使本发明的主题不清楚时，省略对已知功能和并入本文的配置的详细描述。

此外，当描述本发明中的部件时，可以在本文中使用如第一、第二、a、b、(a)、(b)等的术语。这些术语仅仅用于区分一个部件与其它部件，并且相应部件的属性、命令、顺序等不受相应术语的限制。在描述一个特定的结构元件“连接到”另一个结构元件、“联接至”另一个结构元件或与另一个结构元件“接触”时，应该解释为另一个结构元件可以“被连接到”该结构元件，“联接到”该结构元件或与该结构元件“接触”，以及该特定的结构元件直接连接到另一个结构元件或者与另一个结构元件间接接触。

图1到图4是示出在根据本实施方式的eps装置的低温情况下摩擦力的增加的图。

图1示出了受到在低温状态下由于转向角速度产生的库仑摩擦力影响的摩擦力的变化；图2示出了受到粘滞摩擦力和在低温状态下由于转向角速度产生的库仑摩擦力二者影响的摩擦力的变化；图3示出了施加有斯特里贝克效应(stribeckeffect)的摩擦力的变化；并且图4示出了对在室温状态下由于转向角速度产生的摩擦力的变化与在低温状态下由于转向角速度产生的摩擦力的变化二者的比较。

eps装置的低温状态下增加的摩擦力可以分为“库仑摩擦力”和“粘滞摩擦力”。

库仑摩擦力是指无论转向角速度的量值是多少，当在eps装置的低温状态下存在转向角速度时不断地发生的摩擦力。换句话说，库仑摩擦力与在eps装置的低温状态下被加到室温状态下的摩擦力中的预定量值的摩擦力对应。

粘滞摩擦力是指在eps装置的低温状态下与转向角速度的量值成正比地产生的摩擦力。因为粘滞摩擦力与转向角速度的量值成正比地增加，所以量值与转向角速度的量值成正比的摩擦力在eps装置的低温情况下，被加到在室温状态下的摩擦力中。

现在将参照图1到图4详细地描述在eps装置的低温状态下发生的摩擦力。

从图1清楚地看出，在eps装置的低温状态下，存在随着转向角速度的增加以预定大小产生的摩擦力(库仑摩擦力)。

库仑摩擦力是指在转向角速度增加时以预定量值产生的摩擦力；当转向角速度存在，无论转向角速度的量值是多少，都发生库仑摩擦力的预设值。

具体地讲，库仑摩擦力是指被添加到eps装置的室温状态下的摩擦力的量值的预定量值的摩擦力，并且与示出了在eps装置的室温状态下的转向角速度与摩擦力之间的关系曲线图中在摩擦力的方向上平行移动的值对应。

因此，为了补偿由于库仑摩擦力产生的转矩上升，有必要计算和应用补偿电流，该补偿电流与示出了转向角速度与摩擦力之间关系并且已经发生了平行移动的曲线图在相反的方向上的平行移动对应。

图2示出了与参照图1描述的库仑摩擦力和粘滞摩擦力的总和对应的摩擦力的变化。

从图2图清楚地看出，在eps装置的低温状态下，存在随着转向角速度增加而逐渐增加的摩擦力。

具体地说，在eps装置的低温状态下，除了无论转向角速度的量值是多少都以预定量值发生的库仑摩擦力之外，还发生了与转向角速度成正比地增加的摩擦力。

因此，为了补偿由于粘滞摩擦力产生的转矩上升，有必要计算和施加能够对与转向角速度的量值成正比的摩擦力进行补偿的补偿电流。

图3示出了通过将斯特里贝克效应施加至图2所示的曲线图而获得的曲线图，该斯特里贝克效应是由静摩擦力导致的效应，图2的曲线图示出了在eps装置的低温状态下由于库仑摩擦力和粘滞摩擦力产生的摩擦力的变化。

因此，在图3的曲线图中示出了在eps装置的低温状态下由于转向角速度的变化产生的摩擦力的变化。

图4示出了在室温状态下的曲线图与示出了eps装置的低温状态下的转向角速度与摩擦力之间的关系的图3中所示的曲线图与之间的比较。

从图4清楚地看出，在eps装置的低温状态下示出转向角速度与摩擦力之间的关系的曲线(虚线)具有形成为比在eps装置的室温状态下示出转向角速度与摩擦力之间的关系的曲线(实线)更大的摩擦力，并且还具有不同的曲线形状。

鉴于摩擦力在eps装置的低温状态下比在室温状态更大，因此，需要能够降低由于增加的摩擦力产生的转矩上升的补偿电流控制，以使驾驶员在低温状态下具有与在室温状态下相同的转向感。

此外，鉴于粘滞摩擦力与转向角速度成正比地发生，并且可以根据温度具有以不同方式形成的倾斜(inclination)，因此，需要能够有效地降低由于粘滞摩擦力产生的转矩上升的补偿电流控制。

参照图5，根据本实施方式的eps装置的特征在于：该eps装置计算并施加补偿值，使得在低温状态下的增加的转向转矩与室温状态下的转矩温度具有相同的值，并且，作为补偿值，计算并且施加关于库伦摩擦力的补偿值和关于粘滞摩擦力的补偿值二者的补偿值。

图6示出了根据本实施方式的eps装置的示意性配置，并且图7示出了根据本实施方式的eps装置的详细配置。

参照图6，根据本实施方式的eps装置可以包括低温补偿单元100、eps控制逻辑200、电流加权单元300和电动机400，并且本实施方式的特征在于包括有低温补偿单元100。

eps控制逻辑200根据通过旋转方向盘产生的转向转矩来计算用于驱动电动机400的电流(目标电流)，并将计算出的电流供应给电动机400，由此控制电动机400的驱动。

根据本实施方式的eps装置包括低温补偿单元100和电流加权单元300，以使电流加权单元300将由低温补偿单元100输出的补偿电流添加到由eps控制逻辑200输出的驱动电流(目标电流)，从而保证施加了根据低温状态的补偿电流的电流可供应给电动机400。

因此，根据本实施方式，eps装置在施加了根据低温状态的补偿电流之后，将驱动电流供应给电动机400，由此，使得驾驶员即使在低温状态也能够具有与在室温状态下相同的转向感。

低温补偿单元100基于温度、转向角、转向转矩以及转向角速度来计算补偿电流，并且输出计算出的补偿电流。现在将参照图7详细地描述基于上述信息由低温补偿单元100分别计算关于粘滞摩擦力的补偿电流和关于库仑摩擦力的补偿电流的处理。

参照图7，根据本实施方式的低温补偿单元100可以包括：粘滞摩擦补偿电流计算单元110、库仑摩擦补偿电流计算单元120、补偿电流输出单元130和操作情况感测单元140。

粘滞摩擦补偿电流计算单元110计算并输出粘滞摩擦补偿电流(第一补偿电流)，使得由于粘滞摩擦力产生的转矩上升可以被降低，该粘滞摩擦补偿电流是在eps装置的低温状态下取决于粘滞摩擦力的补偿电流。

粘滞摩擦补偿电流计算单元110接收已由温度传感器感测到的温度和已由转向角速度传感器感测到的转向角速度。

使用所感测到的温度和转向角速度来计算粘滞摩擦补偿电流，并且计算粘滞摩擦补偿电流的处理包括基于所感测到的温度来估计阻尼系数cdamp以及根据所估计的阻尼系数cdamp来确定粘滞增益的处理。

当接收到所感测到的温度时，粘滞摩擦补偿计算单元110基于所感测到的温度来估计阻尼系数cdamp。

一般情况下，施加到方向盘的转向转矩可使用二阶微分方程来表示，如下面方程(1)：

其中，f＝转向转矩(nm，即牛顿·米)，x＝转向角(deg，即度)，m＝质量，并且k＝扭转常数(torsiontarconstant)。

在本说明书中，阻尼系数cdamp是指上面的方程(1)中的转向角速度项，即，系数c。

具体地讲，如本文所使用的，阻尼系数cdamp指示转向角速度对转向转矩f的影响；在方程(1)中，温度越低，c越大；为此，即使在室温和低温下以相同的角速度分别进行转向，在低温下也需要较大的转向转矩f；并且，在为了补偿该转向转矩f，本发明使用了粘滞摩擦补偿电流。

可以使用存储温度与阻尼系数cdamp之间的关系的查找表lut来估计阻尼系数cdamp，并且，如在101中所示，阻尼系数cdamp具有随着温度升高而减小的值。

具体地，温度越低，阻尼系数cdamp越大，并且温度越高，阻尼系数cdamp越小；因此，当阻尼系数cdamp大于零时，粘滞摩擦补偿电流计算单元110可以输出小于零的粘滞摩擦补偿电流的值，并且当阻尼系数cdamp小于零时，粘滞摩擦补偿电流计算单元110可以输出大于零的粘滞摩擦补偿电流的值。

当基于感测到的温度估计出阻尼系数cdamp后，粘滞摩擦补偿电流计算单元110根据所估计的阻尼系数cdamp来确定粘滞增益。

阻尼系数cdamp与粘滞增益之间的关系可以如102所示。具体地，粘滞增益可以与阻尼系数cdamp成正比地线性增加。然而，粘滞增益与阻尼系数cdamp成正比的线性增加仅仅是一个示例，并且不限于任何方式；并且，鉴于温度越低，阻尼系数cdamp越大，粘滞增益只需要随着阻尼系数cdamp的增加而增加。

因此，根据另一实施方式，可以根据感测到的温度来确定粘滞增益。具体地，感测到的温度越高，粘滞增益可以被设置得越小，并且感测到的温度越低，粘滞增益可被设置得越大。

换句话说，粘滞增益可以根据感测到的温度直接确定，而无需使用阻尼系数，并且可以使用查找表lut，为此，查找表lut存储温度与粘滞增益之间的关系。

在这种情况下，粘滞增益可以具有如下关系：该粘滞增益随着所感测到的温度的升高而减小(即，与温度成反比)，并且添加到正常的转向辅助电流的粘滞摩擦补偿电流也随着低温状态变得越接近而相应地增大。

粘滞摩擦补偿电流计算单元110使用粘滞增益和转向角速度来计算粘滞摩擦补偿电流，所述粘滞增益根据所感测到的温度或由此估计出的阻尼系数cdamp来确定。

具体地，粘滞摩擦力与转向角速度的量值成正比地发生，并且粘滞摩擦力的倾斜随温度变化而变化；因此，可以使用转向角速度和已经参照感测到的温度所确定的粘滞增益来计算补偿粘滞摩擦力的粘滞摩擦补偿电流。

例如，与转向角速度成正比地增加的粘滞摩擦力，可以通过施加量值与转向角速度的量值成正比地增加的补偿电流来补偿。在此情况下，粘滞摩擦力的增加速率可以根据温度有所不同，并且由于这个原因，通过将已根据所感测到的温度或由此估计的阻尼系数cdamp确定的粘滞增益施加到转向角速度来计算补偿电流。

粘滞摩擦补偿电流计算单元110将已使用粘滞增益和转向角速度计算出的粘滞摩擦补偿电流传送到补偿电流输出单元130。

库仑摩擦补偿电流计算单元120计算并输出库仑摩擦补偿电流(第二补偿电流)，所述库仑摩擦补偿电流(第二补偿电流)能够降低由于库仑摩擦力产生的转矩上升。库仑摩擦补偿电流计算单元120根据感测到的温度和累计的转向角的量来计算的转矩权重，并且根据计算出的转矩权重(torqueweight)来计算库仑摩擦补偿电流。

库仑摩擦补偿电流计算单元120接收关于已由温度传感器感测到的温度和随着时间的推移累计的转向角的量二者的信息。

根据感测到的温度来确定温度增益，根据累计的转向角的量来确定转向角增益，并且使用所确定的温度增益和转向角增益来计算转矩权重。

温度增益根据所感测到的温度来确定并且在特定温度以下具有恒定值，如103所示；并且当感测到的温度变得高于特定温度时，温度增益可具有逐渐减小的值。

这是因为库仑摩擦力在低温状态下发生，温度在低温状态下的偏差不会产生库仑摩擦力的较大偏差。

转向角增益根据累计的转向角的量来确定，并且，如104所示，随着累计的转向角的量的增加，可以具有逐渐减小的值。

这是因为当累计的转向角的量的增加时(特别地，当累计转向角的量在汽车启动后随着方向盘移动而增加时)，摩擦力逐渐减小。

库仑摩擦补偿电流计算单元120使用已经根据感测到的温度确定的温度增益和已经根据累计的转向角的量确定的转向角增益来计算转矩权重。换句话说，为了补偿库仑摩擦力，计算将要提供给转向转矩的转矩权重。

另外，库仑摩擦力补偿电流计算单元120计算用于施加所提供的转矩权重的补偿电流值并输出计算出的补偿电流(库仑摩擦补偿电流)。例如，当温度增益和转向角增益之后的转矩权重为1n·m时，计算出与该1n·m对应的电流值，并且输出该电流值作为库仑摩擦补偿电流。

补偿电流输出单元130从粘滞摩擦补偿电流计算单元110和库仑摩擦补偿电流计算单元120分别接收粘滞摩擦补偿电流和库仑摩擦补偿电流。

补偿电流输出单元130将粘滞摩擦补偿电流和库仑摩擦补偿电流相加，并输出在eps转向装置的低温状态下降低转矩上升的摩擦补偿电流。在这种情况下，也可以仅在由温度传感器感测到的温度等于或小于预设温度(例如，25℃)时输出摩擦补偿电流，

具体地，可以仅在由温度传感器感测到的温度等于或小于预设温度时，基于粘滞摩擦补偿电流或库仑摩擦补偿电流来计算并输出摩擦补偿电流。另选地，粘滞摩擦补偿电流计算单元110和库仑摩擦补偿电流计算单元120中的至少一个可以仅在温度等于或小于预设温度时操作，计算粘滞摩擦补偿电流或库仑摩擦补偿电流，并且将计算出的粘滞摩擦补偿电流或库仑摩擦补偿电流提供给补偿电流输出单元130。

另一方面，根据本实施方式的eps装置的低温补偿单元100还可以包括操作情况感测单元140。

操作情况感测单元140根据由所述温度传感器感测到的温度来确定eps装置是否在低温状态下，当eps装置在低温状态下时使得粘滞摩擦补偿电流计算单元110和库仑摩擦补偿电流计算单元120操作，并且控制由补偿电流输出单元130输出的补偿电流。

因此，根据本实施方式，提供了一种eps装置，该eps装置被配置为执行以下操作：计算在eps装置的低温状态下能够分别补偿由于库仑摩擦力产生的转矩上升和由于粘滞摩擦力产生的转矩上升的补偿电流，并且当驱动电流被供应给电动机400时施加计算出的补偿电流，使得驾驶员即使在低温状态下也能够具有与在室温状态下相同的转向感。

图8是示出在根据本实施方式的eps装置的低温情况下降低转矩上升的方法的处理的流程图。

参照图8，根据本实施方式的eps装置使用温度传感器来感测系统的温度(s800)。在这方面，系统可以是指eps装置，并且温度可以是指由温度传感器感测到的车辆的内部系统的温度。

eps装置检查感测到的温度是否等于或小于预设温度(例如，25℃)，由此确定该eps装置是否在低温状态下(s810)。当确定在低温状态下时，该eps装置执行计算用于补偿由于粘滞摩擦力产生的转矩上升的粘滞摩擦补偿电流和用于补偿由于库仑摩擦力产生的转矩上升的库仑摩擦力补偿电流的处理。

为了计算粘滞摩擦补偿电流，eps装置基于感测到的温度来估计阻尼系数cdamp(s820)。

阻尼系数cdamp可以使用存储关于温度与阻尼系数cdamp之间的关系的信息的查找表lut来估计，并且所述阻尼系数cdamp具有随温度升高而减小的值。

在估计出阻尼系数cdamp之后，根据估计出的阻尼系数cdamp来确定粘滞增益(s830)。

粘滞增益具有与阻尼系数cdamp成正比地增加的值，并且，根据另一实施方式，可以根据感测到的温度直接确定粘滞增益，而无需使用阻尼系数。

eps装置使用所确定的粘滞增益和转向角速度来计算用于补偿由于粘滞摩擦力产生的转矩上升的粘滞摩擦补偿电流(s840)。

为了计算库伦摩擦补偿电流，eps装置基于感测到的温度确定温度增益(s850)。温度增益在感测到的温度等于或更小特定温度时可以具有恒定值，并且在感测到的温度超过特定温度时可以具有逐渐减小的值。

eps装置根据累计的转向角的量来确定转向角增益(s860)。随着累计的转向量角增大，转向角增益可以具有逐渐减小的值。

使用所确定的温度增益和转向角增益来计算将要提供给转向转矩的转矩权重，并且根据计算出的转矩权重来计算补偿电流，并且相应地输出库仑摩擦补偿电流(s870)。

eps装置将已通过上述处理计算出的粘滞摩擦补偿电流和库仑摩擦补偿电流相加，并且输出摩擦补偿电流(s880)。

eps控制逻辑200将输出的摩擦补偿电流添加到被输出为驱动电动机400的电流，并且将得到的电流供应给电动机400，使得在低温状态下由于摩擦力产生的转矩上升可以被降低，由此保证驾驶员即使在低温状态下也能够具有与在室温状态下相同的转向感。

虽然已经出于例示的目的描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改和替换都是可行的。因此，在本发明中所公开的示例性实施方式旨在例示本发明的技术思想的范围，并且本发明的范围不受示例性实施方式的限制。