[0002] 本申请要求2018年6月22日提交的、申请号为10-2018-0072045的韩国申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本
发明涉及一种电动机驱动的动力转向(motor driven power steering，MDPS)系统的紧急转向装置和方法，更具体地，涉及一种MDPS系统的紧急转向装置和方法，其能够通过维持转向力来确保驾驶员的安全，即使当MDPS系统的
扭矩传感器发生故障时。
背景技术
[0004] 车辆的MDPS系统使得驾驶员能够使用辅助动力源通过提供驾驶员在转向车辆时需要施加到
方向盘的部分转向扭矩来容易地转向车辆。
[0005] MDPS系统通过扭矩传感器以测量输入到方向盘的驾驶员的转向扭矩，通过转向
角传感器以测量方向盘的转向角或转向
角速度，和通过
车速传感器以测量车速来确定车辆的行驶状况，并且当驾驶员操作方向盘时，基于施加到
转向轴的转向扭矩通过电动机提供辅助扭矩。
[0006] 特别地，当扭矩传感器发生故障时，转向功能可能无法正常操作。
[0007] 在相关技术中，当扭矩传感器发生故障时，用于车辆安全的故障安全功能被操作以强制地暂停转向功能，或者MDPS系统不管驾驶员的转向意图而生成异常辅助转向力。在这种情况下，驾驶员可能处于危险的境地。
[0008] 在2017年8月1日公布的、注册号为10-1765625、标题为“MDPS系统的扭矩控制装置和方法”的韩国
专利中公开了本发明的相关技术。
发明内容
[0009] 本发明的实施方式涉及一种MDPS系统的紧急转向装置和方法，其即使在MDPS系统的扭矩传感器发生故障时也能通过保持转向力来确保驾驶员的安全。
[0010] 在一个实施方式中，MDPS(Motor Driven Power Steering，电动机驱动的动力转向)系统的紧急转向装置可包括：转向角传感器，配置为感测方向盘的转向角；车速传感器，配置为感测车速；辅助
齿条力检测器，配置为使用由所述转向角传感器感测的所述转向角和由所述车速传感器感测的所述车速检测MDPS系统的辅助齿条力；和命令
电流检测器，配置为使用由所述辅助齿条力检测器检测的所述辅助齿条力检测电动机的命令电流。
[0011] 辅助齿条力检测器可以包括：总齿条力计算器，配置为使用由所述转向角传感器感测的所述转向角和由所述车速传感器感测的所述车速计算驾驶员操作方向盘所需的总齿条力；和辅助齿条力计算器，配置为基于由所述总齿条力计算器计算的所述总齿条力和驾驶员的最大转向力计算所述辅助齿条力。
[0012] 总齿条力计算器可以使用由所述转向角传感器感测的所述转向角和由所述车速传感器感测的所述车速计算车辆的
侧滑角和
偏航率，基于检测到的所述车辆的侧滑角和偏航率计算自对准扭矩，并且然后基于计算出的自对准力计算所述总齿条力。
[0013] 所述紧急转向装置还可包括命令电流校正器，配置为根据由所述总齿条力计算器计算的所述偏航率校正命令电流。
[0014] 所述命令电流校正器可以比较由所述总齿条力计算器计算的偏航率和由偏航率传感器感测的偏航率，并根据比较结果调节所述命令电流的幅值。
[0015] 所述命令电流校正器可以比较由所述总齿条力计算器计算的偏航率和由所述偏航率传感器感测的偏航率的图案或幅值，并且根据它们之间的相似性确定所述车辆的行为为正常转弯、
转向过度和
转向不足之一和转向不足中的任一个。
[0016] 当由所述偏航率传感器感测的偏航率大于由所述总齿条力计算器计算的偏航率时，所述命令电流校正器可确定所述车辆的行为是转向过度，当由所述偏航率传感器感测的偏航率小于由所述总齿条力计算器计算的偏航率时，所述命令电流校正器确定所述车辆的行为是转向不足。
[0017] 所述命令电流校正器可以通过将由所述总齿条力计算器计算的偏航率与由所述偏航率传感器感测的偏航率之间的差值应用于预设调谐图(preset tuning map)来调节所述命令电流的幅值。
[0018] 所述辅助齿条力计算器可以计算所述辅助齿条力相对于由所述总齿条力计算器计算的所述总齿条力的比率，以便计算所述辅助齿条力。
[0019] 所述辅助齿条力计算器可以通过将所述辅助齿条力的所述比率乘以由所述总齿条力计算器计算的所述总齿条力计算所述辅助齿条力。
[0020] 所述紧急转向装置还可包括：命令电流校正器，配置为基于由所述车速传感器感测的车速预先存储增益调节表，并且根据所述车速传感器检测的车速，通过应用所述增益调节表的增益，校正由所述命令电流检测器检测的命令电流。
[0021] 在另一个实施方式中，MDPS系统的紧急转向方法可以包括：使用分别由转向角传感器和车速传感器感测的转向角和车速，通过辅助齿条力检测器计算驾驶员操作方向盘所需的总齿条力，和基于所计算的总齿条力和驾驶员的最大转向力计算辅助齿条力；和使用由所述辅助齿条力检测器检测的所述辅助齿条力，通过命令电流检测器检测电动机的命令电流。
[0022] 在计算所述总齿条力时，所述总齿条力计算器可以使用由所述转向角传感器感测的所述转向角和由所述车速传感器感测的所述车速计算车辆的侧滑角和偏航率，基于检测到的所述车辆的侧滑角和偏航率计算自对准扭矩，然后基于计算出的所述自对准力计算所述总齿条力。
[0023] 所述紧急转向方法还可包括：命令电流校正器根据由所述总齿条力计算器计算的所述偏航率来校正命令电流。
[0024] 在校正所述命令电流时，所述命令电流校正器可以比较由所述总齿条力计算器计算的所述偏航率和由所述偏航率传感器感测的所述偏航率，并根据比较结果调节所述命令电流的幅值。
[0025] 在校正所述命令电流时，所述命令电流校正器可以比较由所述总齿条力计算器计算的所述偏航率和由所述偏航率传感器感测的所述偏航率的图案或幅值，并且根据它们之间的相似性确定所述车辆的行为为正常转弯、转向过度和转向不足中的任一个。
[0026] 在校正所述命令电流时，当由所述偏航率传感器感测的偏航率大于由所述总齿条力计算器计算的偏航率时，所述命令电流校正器确定所述车辆的行为是转向过度，当由所述偏航率传感器感测的偏航率小于由所述总齿条力计算器计算的偏航率时，所述命令电流校正器确定所述车辆的行为是转向不足。
[0027] 在校正所述命令电流时，所述命令电流校正器通过将由总齿条力计算器计算的偏航率与由偏航率传感器感测的偏航率之间的差值应用于预设调谐图调节命令电流的幅值。
[0028] 在计算所述辅助齿条力时，所述辅助齿条力计算器可以计算所述辅助齿条力相对于由所述总齿条力计算器计算的所述总齿条力的比率，以便计算所述辅助齿条力。
[0029] 在计算所述辅助齿条力时，所述辅助齿条力计算器可以通过将所述辅助齿条力的所述比率乘以由所述总齿条力计算器计算的所述总齿条力计算所述辅助齿条力。
[0030] 所述紧急转向方法还可包括：由所述命令电流校正器基于由所述车速传感器感测的车速预先存储增益调节表，并根据车速传感器检测到的车速，通过应用所述增益调节表的增益，校正由所述命令电流检测器检测的命令电流。
附图说明
[0031] 图1是示出根据本发明的实施方式的MDPS系统的紧急转向装置的
框图。
[0032] 图2示出了根据本发明的实施方式的总齿条力计算器的操作。
[0033] 图3示出了根据本发明的实施方式的辅助齿条力计算器的操作。
[0034] 图4是示出根据本发明的实施方式的MDPS系统的紧急转向方法的
流程图。
[0035] 图5示出了根据本发明实施方式的模拟结果。
具体实施方式
[0036] 如在相应领域中是传统的，一些示例性实施方式可以在附图中以功能
块、单元和/或模块的方式示出。本领域普通技术人员将理解，这些块、单元和/或模块通过
电子(或光学)
电路物理地实现，例如
逻辑电路、分立元件、处理器、硬连线电路、存储元件、布线连接等。当块、单元和/或模块由处理器或类似
硬件实现时，可以使用
软件(例如代码)对它们进行编程和控制，以执行本文所讨论的各种功能。或者，每个块、单元和/或模块可以由专用
硬件实现，或者作为执行某些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如一个或多个编程处理器和相关电路)的组合。在不脱离本发明构思的范围的情况下，一些示例性实施方式的每个块、单元和/或模块可以物理地分成两个或更多个交互和离散的块、单元和/或模块。此外，在不脱离本发明构思的范围的情况下，一些示例性实施方式的块、单元和/或模块可以物理地组合成更复杂的块、单元和/或模块。
[0037] 下文将参照附图详细描述根据本发明的实施方式的电动机驱动的动力转向(motor driven power steering,MDPS)系统的紧急转向装置和方法。应当注意，附图不是精确的比例，并且为了描述方便和清楚起见，可能夸大线的粗细或部件的尺寸。此外，本文使用的术语是通过考虑本发明的功能来定义的，并且可以根据使用者或操作者的习惯或意图来改变。因此，术语的定义应根据本文所述的总体公开内容进行。
[0038] 图1是示出根据本发明的实施方式的MDPS系统的紧急转向装置的框图，图2示出了根据本发明的实施方式的总齿条力计算器的操作，图3示出了根据本发明的实施方式的辅助齿条力计算器的操作。
[0039] 参照图1，根据本发明的实施方式的MDPS系统的紧急转向装置可包括转向角传感器10、车速传感器20、辅助齿条力检测器30、命令电流检测器40和命令电流校正器50。
[0040] 转向角传感器10可以感测由驾驶员操作的方向盘的转向角。
[0041] 车速传感器20可以感测车速。
[0042] 辅助齿条力检测器30可以使用由转向角传感器10感测的转向角和由车速传感器20感测的车速检测MDPS系统的辅助齿条力。即，当在MDPS系统的扭矩传感器中出现误差时，辅助齿条力检测器30可以使用由转向角传感器10感测的转向角和由车速传感器20感测的车速检测MDPS系统的辅助齿条力，使得即使扭矩传感器发生故障也可以保持转向力。
[0043] 辅助齿条力检测器30可包括总齿条力计算器31和辅助齿条力计算器32。
[0044] 参见图2，总齿条力计算器31可以使用由转向角传感器10和车速传感器20分别感测的转向角和车速计算驾驶员操作方向盘所需的总齿条力。
[0045] 对于该操作，总齿条力计算器31基于下面的等式1可以使用由转向角传感器10和车速传感器20分别感测的转向角和车速，通过车辆建模和动力学计算车辆的侧滑角和偏航率。
[0046] [等式1]
[0047]
[0048]
[0049] 在等式1中，m表示车辆的重量，V表示车速，B表示车辆的侧滑角，Kf表示前轮的侧偏
刚度，Kr表示后轮的侧偏刚度，lf表示从车辆中心到前轮的距离，lr表示从车辆中心到后轮的距离，δ表示转向角，l表示车辆的总长度，r表示偏航率。
[0050] 当如上描述地通过转向角和车速计算车辆的侧滑角和偏航率时，在假设车辆的左右轮胎的侧滑角和侧偏力彼此相等的情况下，总齿条力计算器31可以使用车辆的重量和速度以及车辆的侧滑角和偏航率计算车辆的自对准扭矩。
[0051] 由于自对准扭矩与在一般道路条件下驾驶员操作方向盘实际所需的齿条力具有相似的图案和幅值，因此总齿条力计算器31可基于自对准扭矩计算驾驶员操作方向盘所需的总齿条力。
[0052] 参见图3，辅助齿条力计算器32可以基于由总齿条力计算器31检测的总齿条力和驾驶员的最大转向力计算辅助齿条力。
[0053] 由于自对准扭矩具有与驾驶员操作方向盘所需的总齿条力相似的大小，因此考虑到自对准扭矩，可以通过从车辆所需的实际总齿条力中减去驾驶员的力来实际地计算MDPS系统的辅助转向力。
[0054] 也就是说，由于总齿条力是MDPS系统的辅助转向力和驾驶员转向力之和，因此可以通过从齿条力中减去驾驶员的转向力来计算MDPS系统的辅助转向力。
[0055] 此时，辅助齿条力计算器32可以使用n个小
齿轮效率、驾驶员最大扭矩和小
齿轮传动比来计算驾驶员的最大转向力。
[0056] 当计算驾驶员的最大转向力时，辅助齿条力计算器32可以检测通过车辆的特性导出的总齿条力与驾驶员的最大转向力的比率。然后，辅助齿条力计算器32可以通过将该比率乘以所需的齿条力来计算MDPS系统需要实际提供的辅助转向力。
[0057] 也就是说，辅助齿条力计算器32可以通过从考虑车辆特性的所需最大齿条力中减去驾驶员的最大转向力来计算MDPS系统的最大辅助转向力。在这种情况下，MDPS系统的辅助齿条力的比率可以通过将MDPS系统的最大转向力除以考虑车辆特性的所需最大齿条力来导出。
[0058] 辅助齿条力的比率可以通过从转动车辆的
车轮所需的最大齿条力中减去驾驶员的最大转向力并且将结果值除以转动车辆的车轮所需的最大齿条力来获得。
[0059] 然后，辅助齿条力计算器32可以通过将MDPS系统的辅助齿条力的比率乘以所需的齿条力来计算实际需要的MDPS系统的最终辅助齿条力。
[0060] 也就是说，辅助齿条力计算器32可以通过将MDPS系统的辅助齿条力占所需的最大齿条力的比率乘以通过车辆建模和动力学计算的当前所需的齿条力来计算MDPS系统的实际所需的最终辅助齿条力。
[0061] 因此，驾驶员需要增加驾驶员所需的转向力。当驾驶员在正常状态下操作方向盘时，可能出现沉重感以使驾驶员具有路感(road feel)，同时减少诸如松动之类的差异感。
[0062] 命令电流检测器40可以使用由辅助齿条力检测器30检测的辅助齿条力来检测电动机的命令电流。在这种情况下，命令电流检测器40可以使用MDPS系统的辅助齿条力比率、滚珠
丝杆导程(ball screw lead)、皮带牵引减速器比率、皮带轮比率效率和滚珠
丝杠效率中的一个或多个来检测电动机的电流命令。
[0063] 命令电流校正器50可以根据由总齿条力计算器31计算的车速或偏航率来校正命令电流。
[0064] 也就是说，命令电流校正器50可以比较由总齿条力计算器31计算的偏航率和由偏航率传感器60感测的偏航率，并根据比较结果调节命令电流的幅值。
[0065] 在这种情况下，命令电流校正器50可以比较由总齿条力计算器31计算的偏航率和由偏航率传感器60感测的偏航率的图案或幅值，并且根据它们之间的相似性确定车辆的行为为正常转弯、转向过度和转向不足之一。
[0066] 例如，当由偏航率传感器60感测到的偏航率大于由总齿条力计算器31计算的偏航率时，命令电流校正器50可以确定车辆的行为是转向过度，当由偏航率传感器60感测到的偏航率小于由总齿条力计算器31计算的偏航率时，命令电流校正器50确定车辆的行为是转向不足。
[0067] 在这种情况下，命令电流校正器50可以通过将由总齿条力计算器31计算的偏航率与由偏航率传感器60感测的偏航率之间的差值应用于预设调谐图来调节命令电流的幅值。
[0068] 或者，命令电流校正器50可以使用由车速传感器20感测的车速来校正命令电流。即命令电流校正器50可以基于车速传感器20感测的车速预先存储增益调节表，并根据由车速传感器20感测的车速通过应用增益调节表的增益来校正命令电流。在这种情况下，当车速较高时，命令电流校正器50可以应用较低的值以减小命令电流。
[0069] 下文将参考图4描述根据本发明的实施方式的MDPS系统的紧急转向方法。
[0070] 图4是示出根据本发明的实施方式的MDPS系统的紧急转向方法的流程图。
[0071] 参照图4，在步骤S10，转向角传感器10可以感测由驾驶员操作的方向盘的转向角，车速传感器20可以感测车辆的速度。
[0072] 在步骤S20和S30，当感测到转向角和车速时，辅助齿条力检测器30可以使用由转向角传感器10和车速传感器20分别感测的转向角和车速，通过车辆建模和动力学来计算车辆的侧滑角和偏航率。
[0073] 然后，当通过辅助齿条力检测器30计算侧滑角和偏航率时，在假设车辆的左右轮胎的侧滑角和转弯力彼此相等的情况下，总齿条力计算器31可以使用车辆的侧滑角和偏航率计算车辆的自对准扭矩。
[0074] 在步骤S40，由于自对准扭矩与在一般道路条件下驾驶员操作方向盘实际所需的齿条力具有相似的图案和幅值，因此总齿条力计算器31可基于自对准扭矩计算驾驶员操作方向盘所需的总齿条力。
[0075] 在这种情况下，由于总齿条力是MDPS系统的辅助转向力和驾驶员的转向力之和，因此可以通过从总齿条力中减去驾驶员的转向力来计算MDPS系统的辅助转向力。
[0076] 然后，辅助齿条力检测器30在步骤S50可以计算驾驶员的最大转向力，在步骤S60计算通过车辆的特性导出的总齿条力和驾驶员的最大转向力的比率，并在步骤S70通过将所述比率乘以所需的齿条力计算MDPS系统需要实际提供的辅助齿条力。
[0077] 也就是说，辅助齿条力计算器32可以通过从考虑车辆特性的所需最大齿条力中减去驾驶员的最大转向力来计算MDPS系统的最大辅助转向力，并通过将从转动车辆的车轮所需的最大齿条力中减去驾驶员的最大转向力所得的值除以转动车轮所需的最大齿条力来计算MDPS系统的辅助齿条力占所需的最大齿条力的比率。
[0078] 然后，辅助齿条力计算器32可以通过将MDPS系统的辅助齿条力占所需的最大齿条力的比率乘以所需的齿条力来计算实际需要的MDPS的最终辅助齿条力。
[0079] 也就是说，辅助齿条力计算器32可以通过将MDPS系统的辅助齿条力占所需的最大齿条力的比率乘以通过车辆建模和动力学计算的当前所需的齿条力来计算MDPS系统的实际所需的最终辅助齿条力。
[0080] 在步骤S80，当计算辅助齿条力时，命令电流检测器40可以使用由辅助齿条力检测器30检测的辅助齿条力来检测电动机的命令电流。
[0081] 在步骤S90，当命令电流检测器40检测到电动机的命令电流时，命令电流校正器50可以根据通过总齿条力计算器31计算出的车速或偏航率来校正命令电流。
[0082] 在这种情况下，命令电流校正器50可以比较由总齿条力计算器31计算的偏航率和由偏航率传感器60感测的偏航率的图案或幅值，并且基于它们之间的相似性确定车辆的行为为正常转弯、转向过度和转向不足之一。也就是说，当由偏航率传感器60感测的偏航率大于由总齿条力计算器31计算的偏航率时，命令电流校正器50可以确定车辆的行为是转向过度，并且当由偏航率传感器60感测的偏航率小于由总齿条力计算器31计算的偏航率时，命令电流校正器50可以确定车辆的行为是转向不足。
[0083] 此时，命令电流校正器50可以通过将由总齿条力计算器31计算的偏航率与由偏航率传感器60感测的偏航率之间的差值应用于预设调谐图来调节命令电流的幅值。
[0084] 替代地，命令电流校正器50可以基于由车速传感器20感测的车速预先存储增益调节表，并且根据由车速传感器20感测到的车速，通过应用增益调节表的增益来校正命令电流。在这种情况下，当车速较高时，命令电流校正器50可以施加较低的增益以减小命令电流。
[0085] 图5示出了根据本发明实施方式的模拟结果。
[0086] 图5示出了当感测到转向角和车速时，在扭矩传感器正常操作的情况下的电动机命令电流(实际的MDPS电动机电流[A])和在扭矩传感器中发生误差而紧急转向情况下的电动机命令电流(跟随的MDPS电动机电流[A])基本上彼此相似。
[0087] 因此，在由于扭矩传感器中的误差导致紧急转向的情况下，可以通过根据本实施方式检测到的电动机命令电流来驱动MDPS系统。
[0088] 这样，即使当MDPS的扭矩传感器发生故障时，根据本发明实施方式的MDPS系统的紧急转向装置和方法也可以保持转向力，从而确保驾驶员的安全。
[0089] 尽管出于说明性目的公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附
权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种
修改、添加和替换。
