CN103661573B - 车辆的混合转向系统以及用于控制该混合转向系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆的混合转向系统以及用于控制该混合转向系统的方法。设置在方向盘的后端电机驱动动力转向MDPS模块包括连接到方向盘轴的第一扭杆，测量第一扭杆的转矩的第一转矩传感器，以及将转矩施加到方向盘轴的MDPS电机。设置在MDPS模块的后端的电动液压动力转向EHPS模块包括连接到方向盘轴的第二扭杆和用于施加液压转向动力的液压机构。控制单元根据车辆的速度或转向角控制MDPS电机的转矩以及液压机构的转向动力，以便能够将MDPS电机和液压机构的动力都能施加到方向盘轴。

Description

车辆的混合转向系统以及用于控制该混合转向系统的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年9月10日提交的韩国专利申请第10-2012-0099923号的优先权，该申请的全部内容以引用的形式结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明大体上涉及混合转向系统以及用于控制该混合转向系统的方法，其中结合了电机驱动动力转向(MDPS)和电动液压动力转向(EHPS)。

背景技术

通常地，因为使用液压力作为辅助转向动力，所以转向系统需要液压泵。然而，由于液压泵是由发动机驱动，则发动机的驱动动力必然降低。

这样在发动机的驱动动力上的损失导致了燃油效率的损失。

因此，可以使得燃油效率的提高与发动机驱动动力的减小量一样多，否则会由于转向系统而造成发动机驱动动力量的损失。

作为提高燃油效率的实例，液压动力系统具有发动机驱动的液压泵。该液压转向系统能够通过降低软管的线路阻滞或在空转时降低泵的流量而减少发动机驱动动力的损失。

然而，这样使用液压转向系统的用于提高燃油效率的实例并不是有效的，这是因为液压泵是由发动机驱动的。

因此，优选地省去通过发动机驱动的液压泵，以便转向系统能够获得提高燃油效率的更高效果。针对这样的转向系统的实例可以包括电机驱动动力转向(MDPS)，其使用电动机而并不需要使用液压力，或者电动液压动力转向(EHPS)，其中使用的电动泵由电机驱动而非由发动机的驱动动力驱动。

因此，MDPS或者EHPS能够作为混合车辆的转向系统使用，其中，提高燃油效率从本质上讲是必需的。

不仅在乘用车(motorcars for riding)中，而且在商用车辆(commercialvehicles)中，提高的燃油效率都是驾驶中必须追求的要素。在这种情况下，在可以省去使用发动机驱动动力的液压泵并可以使用MDPS或者EHPS作为转向系统时，能够极大地增加商用车辆的提高燃油效率的能力。

然而，MDPS系统和EHPS系统并不适用于例如卡车或大客车的商用车辆的转向系统，这是因为它们的设计目的是使得比乘用车更适合于驾驶。

商用车辆的转向系统没有被MDPS系统或EHPS系统取代的主要原因是由于转向系统的转向能力。例如，大约13KN的转向能力对乘用车来说是足够的，然而商用车辆需要大约50KN至190KN的转向能力。

这从而使得在商用车辆中很难使用对提高燃油效率非常有效的MDPS系统或EHPS系统。

因此，对商用车辆来说，需要能在提高燃油效率的同时满足转向能力的转向系统的新概念，并且也需要针对这种系统的保证转向稳定性的控制逻辑。

作为其中同时使用了MDPS和EHPS的相关技术，可以参考韩国专利第1071563号，其题目为“STEERING SYSTEM FOR VEHICLE COMBINING MDPS AND EHPS(用于车辆的结合MDPS和EHPS的转向系统)”。该专利涉及结合MDPS和EHPS的转向系统。更具体地说，该专利涉及通过结合MDPS和EHPS执行转向的转向系统，以便MDPS和EHPS能够实现功能的互补，并能够在紧急转向失败时提供辅助转向力以保证稳定性。为此，转向系统包括MDPS和EHPS，MDPS通过使用主电机的转矩而对转向动力进行辅助，EHPS使用由液压泵的启动而生成的液压力而对转向动力进行辅助。将MDPS作为主转向装置使用，并将EHPS作为辅助转向装置使用，以便在电机的紧急故障期间或在重型车辆内对不充足的转向动力进行辅助。

然而，该结构涉及具有齿条齿轮配置的系统的专利，但是在实践中，由于所述结构的能力的不足，该结构不能应用到重型商用车辆中。此外，该结构仅涉及将MDPS作为主转向装置并将EHPS作为辅助转向装置的概念，所述辅助转向装置在主转向装置故障或补偿转向动力的量的不足时起作用，但是没有涉及控制逻辑的概念。因此，仍需要例如控制逻辑的附加配置，以便将MDPS和EHPS都作为主转向装置，并提高用于该目的的性能。

在该背景技术部分公开的信息仅用于提高对本发明的一般背景的理解，而不应作为对该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。

发明内容

相应地，本发明一直致力于解决相关技术中出现的上述问题。本发明的不同方面提供了混合转向系统以及用于控制该混合转向系统的方法，其中能够同时使用电机驱动动力转向(MDPS)和电动液压动力转向(EHPS)二者作为主转向系统。

本发明的各个方面提供了混合转向系统，其包括：设置在方向盘的后端的电机驱动动力转向(MDPS)模块，设置在MDPS模块的后端的电动液压动力转向(EHPS)模块以及控制单元。MDPS模块包括连接到方向盘轴的第一扭杆，测量第一扭杆的转矩的第一转矩传感器，以及将转矩施加到方向盘轴的MDPS电机。EHPS模块包括第二扭杆和液压机构，所述第二扭杆连接到所述方向盘轴，所述液压机构使用基于所述第二扭杆的扭力的液压力而施加转向动力。控制单元根据车辆的速度或转向角控制MDPS电机的转矩以及液压机构的转向动力，以便来自MDPS电机和液压机构的动力都能被施加到方向盘轴。

控制单元可以在车辆低速行驶时通过增加由液压机构施加的转向动力提高了转向能力，并且可以在车辆高速行驶时通过减少由液压机构施加的转向动力提高了驾驶的稳定性。

当第一扭杆的刚度大于第二扭杆的刚度时，控制单元在车辆低速行驶时使液压机构的转向动力最大化，但在车辆高速行驶时可以控制来自MDPS电机和液压机构的动力。

当第一扭杆的刚度小于第二扭杆的刚度时，控制单元可以在车辆低速行驶时，增加由液压机构生成的转向动力的同时减少MDPS电机的转矩，但在车辆高速行驶时，增加MDPS电机的转矩的同时减少由液压机构生成的转向动力。

本发明的各个方面提供了控制混合转向系统的方法，其包括：用于测量车辆速度的速度测量步骤；将车辆的速度与参考速度作比较以确定车辆处于低速行驶还是高速行驶的车辆速度确定步骤；在车辆低速行驶时通过增加来自液压机构的转向动力来提高转向能力的低速控制步骤；以及在车辆高速行驶时通过减少液压机构生成的转向动力来提高驾驶稳定性的高速控制步骤。

本发明的各个方面提供了控制混合转向系统的方法，其包括：用于测量车辆速度的速度测量步骤；通过将车辆的速度与参考速度作比较以确定车辆处于低速行驶还是高速行驶的车辆速度确定步骤；在车辆低速行驶时，将由液压机构施加的转向动力增加至最大，并根据由第一转矩传感器测量的转矩控制MDPS电机转矩的低速控制步骤；在车辆高速行驶并且在中心(on-center)转向时，减少由MDPS电机施加的转矩，并且根据由第二转矩传感器测量的转矩控制液压机构的转向动力的第一高速控制步骤；在车辆高速行驶并且不在中心(off-center)转向时，减少由液压机构施加的转向动力，并且根据由第一转矩传感器测量的转矩控制MDPS电机的转矩的第二高速控制步骤。

本发明的各个方面提供了控制混合转向系统的方法，其包括：测量车辆速度的速度测量步骤；通过将车辆的速度与参考速度作比较以确定车辆处于低速行驶还是高速行驶的车辆速度确定步骤；在车辆低速行驶时，增加通过液压机构施加的转向动力并减少MDPS电机施加的转矩的低速控制步骤；在车辆高速行驶时，减少通过液压机构施加的转向动力并增加MDPS电机施加的转矩的高速控制步骤。

根据如上所述配置的混合转向系统以及用于控制该混合转向系统的方法，通过提供用于车辆的新型混合转向系统，使得能够提高3％至4％的燃油效率。因为应用了多个扭杆，从而精确地检测道路的反弹力并提高了转向能力。

此外，容易精确地控制转向中心感觉，防止了在转向时感觉的差异，并根据车辆的各种的速度控制该系统。另外，也能够设置EHPS以掌管车辆大部分的转向，或者根据需要由MDPS和EHPS共同掌管车辆的转向，从而提高组件的耐久力。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其他特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1是根据本发明的示例性的混合转向系统的结构图。

图2是说明控制在图1中示出的混合转向系统的示例性方法的流程图。

图3是说明控制在图1中示出的混合转向系统的另一个示例性方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的各个具体实施方案，其实施例在附图中进行说明并如下进行描述。尽管本发明将结合示例性的具体实施方案进行描述，但应了解本说明书不旨在将本发明限制于那些示例性的具体实施方案。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性具体实施方案，也涵盖包含于如权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种变化、改变、等同和其他具体实施方案。

图1是根据本发明不同实施方案的混合转向系统的结构图。混合转向系统的不同实施方案包括设置在方向盘10的后端的电机驱动动力转向(MDPS)模块300，设置在MDPS模块300的后端的电动液压动力转向(EHPS)模块500以及控制单元700。MDPS模块300包括连接到方向盘轴100的第一扭杆320，测量第一扭杆320的转矩的第一转矩传感器340，以及将转矩施加到方向盘轴100的MDPS电机360。EHPS模块500包括第二扭杆520和液压机构560，所述第二扭杆520连接到所述方向盘轴100，所述液压机构560使用根据所述第二扭杆520的扭力的液压力而施加转向动力。控制单元700根据车辆的速度或转向角控制MDPS电机360的转矩以及液压机构560的转向动力，以便能够将MDPS电机和液压机构的动力都能施加到方向盘轴100。

不同实施方案的混合转向系统的特征在于，通过同时使用MDPS和EHPS并协同地控制MDPS和EHPS，根据不同情况提供合适的转向感觉。为此，配置MDPS和EHPS使得它们串联连接至方向盘轴100。

首先，MDPS模块300设置在方向盘10的后端，MDPS模块300包括连接到方向盘轴100的第一扭杆320，用于测量第一扭杆320的转矩的第一转矩传感器340，以及将转矩施加到方向盘轴100的MDPS电机360。

驾驶员使用方向盘10而施加的转向转矩将被称为Td。驾驶员施加的转矩Td被施加到MDPS模块300的第一扭杆320。然后第一转矩传感器340测量转矩Td。此外，由MDPS电机360生成的转矩被加到方向盘轴100，从而作为结果施加的转矩变成Td+Tm，其中Td是驾驶员施加的转矩，Tm是电机的转矩。

然后将转矩Td+Tm施加到EHPS模块500的第二扭杆520，在扭动第二扭杆520时，阀打开。因此，由电机泵供应液压力，并且由气缸装置540供应齿条力(rack force)。液压机构560(即电机泵)施加的转向力为用于生成齿条力的电机的动力。

此外，第二转矩传感器可以设置在阀侧的位置以便测量螺旋角，使用所述螺旋角能够精确地控制MDPS或EHPS。更具体地说，在存在MDPS电机的情况下，该配置也包括MDPS电机的电子控制单元(ECU)和减速器364。在存在液压机构的情况下，提供了储液池562、气缸装置540和球状螺母620。通过MDPS和EHPS的结合而生成的最终动力通过转向摇臂(pitmanarm)640、拉杆(drag link)660、主轴臂680和连接杆(tie rod)690传递到各个车轮W。

控制单元700控制MDPS电机360的转矩以及液压机构560的转向动力二者，从而来自MDPS电机和液压机构的动力都能被施加到方向盘轴100。

具体而言，控制单元700在车辆低速行驶时通过增加由液压机构560施加的转向动力提高了转向能力，并且在车辆高速行驶时通过减少由液压机构560施加的转向动力提高了驾驶的稳定性。因此，当车辆在低速行驶时，液压机构560的影响通过增加液压机构560的转向动力而减少，以便MDPS电机360的控制能够更占据主导地位。相应地，驾驶员能够在花费更少的努力的同时获得流畅而且准确的转向感觉。

此外，当车辆在低速行驶时，控制单元700通过减少由液压机构560施加的转向动力控制转向的感觉使其变得比较重，以便由液压机构560提供的控制占据与由MDPS电机360提供的控制相当的比例，从而提供平滑的转向感觉。

当第一扭杆320的刚度大于第二扭杆520的刚度时，控制单元700在车辆低速行驶时使液压机构560的转向动力最大化，但在车辆高速行驶时控制来自MDPS电机360和液压机构560的动力。当第一扭杆320的刚度被设计成大于第二扭杆520的刚度时，控制单元700在车辆低速行驶时增加由液压机构560生成的转向动力，使其最大化，以便消除液压力的影响，并且在车辆高速行驶时控制MDPS电机360和液压机构560的动力。

相反地，当第一扭杆320的刚度小于第二扭杆520的刚度时，控制单元700在车辆低速行驶时，增加由液压机构560生成的转向动力的同时减少MDPS电机360的转矩，但在车辆高速行驶时，减少由液压机构生成的转向动力的同时增加MDPS电机360的转矩。因此，能够同时控制液压力和MDPS电机。

图2是说明控制在图1中示出的混合转向系统的方法的流程图。控制混合转向系统的方法的不同实施方案包括用于测量车辆速度的速度测量步骤，将车辆的速度与参考速度作比较以确定车辆处于低速行驶还是高速行驶的车辆速度确定步骤S200，在车辆低速行驶时通过增加来自液压机构的转向动力来提高转向能力的低速控制步骤，以及在车辆高速行驶时通过减少液压机构生成的转向动力来提高驾驶稳定性的高速控制步骤。

更具体地说，图2示出了第一扭杆320的刚度大于第二扭杆520的刚度的情况。在这种情况下，首先，控制混合转向系统的方法在S100使用MDPS和EHPS进行同时控制。该方法也包括用于测量车辆速度的速度测量步骤；通过将车辆的速度与参考速度作比较以确定车辆处于低速行驶还是高速行驶的车辆速度确定步骤S200；在车辆低速行驶时，将由液压机构施加的转向动力增加至最大，并根据由第一转矩传感器测量的转矩控制MDPS电机的转矩的低速控制步骤S320和S340；用于确定是否在中心转向的在中心确定步骤S400；在车辆高速行驶并且在中心转向时，减少MDPS电机施加的转矩，并且根据由第二转矩传感器测量的转矩控制液压机构的转向动力的第一高速控制步骤S420和S440；在车辆高速行驶并且不在中心转向时，减少液压机构施加的转向动力，并且根据由第一转矩传感器测量的转矩控制MDPS电机的转矩的第二高速控制步骤S430和S450。

当第一扭杆的刚度变得更大时，液压机构的影响在低速时通过将液压机构的转向动力提高到最大而减少。因此，普遍使用MDPS电机的控制以便MDPS电机的控制占据主导地位。当在中心转向且处于高速时，需要适当地保持直线稳定性。通过减少MDPS电机施加的转矩而减少MDPS的影响，并且根据第二转矩传感器测量的转矩控制液压机构的转向动力。此外，在不在中心转向的情况下，通过减少液压机构施加的转向动力而减少EHPS的影响，并且根据第一转矩传感器测量的转矩控制MDPS电机的转矩，以便提高在转向时针对转弯稳定性的目的的准确度和方便性。

图3是说明控制在图2中示出的混合转向系统的另一个方法的流程图。这是第一扭杆320的刚度小于第二扭杆520的刚度的情况。在这种情况下，控制混合转向系统的方法包括用于测量车辆速度的速度测量步骤；通过将车辆的速度与参考速度作比较以确定车辆处于低速行驶还是高速行驶的车辆速度确定步骤S200；在车辆低速行驶时，增加通过液压机构施加的转向动力并减少MDPS电机施加的转矩的低速控制步骤S360和S380；在车辆高速行驶时，减少通过液压机构施加的转向动力并增加MDPS电机施加的转矩的高速控制步骤S460和S480。

在这种情况下，处于低速状态下，补偿重的EHPS以便通过增加液压机构施加的转向动力使EHPS更加平滑，但是补偿轻的MDPS以便通过减少MDPS电机施加的转矩使MDPS更加重，所以可以产生舒适的转向感。

相反地，处于高速状态下，通过减少液压机构施加的转向动力将EHPS的力量保持在一定的程度上，并且对于通过增加MDPS电机施加的转矩而变得更重的EHPS，MDPS被设定得更重，从而使得过量的力不会施加到转向中。

根据上述的彼此分开的控制方法，驾驶员在适当场合能够适当地体验到转向中的方便性和稳定性。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语后等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (5)

1.一种车辆的混合转向系统，包括：

电机驱动动力转向MDPS模块，所述电机驱动动力转向MDPS模块设置在方向盘的后端，其中所述MDPS模块包括连接到方向盘轴的第一扭杆，测量所述第一扭杆的转矩的第一转矩传感器，以及将所述转矩施加到所述方向盘轴的MDPS电机；

电动液压动力转向EHPS模块，所述电动液压动力转向EHPS模块设置在所述MDPS模块的后端，其中所述EHPS模块包括第二扭杆和液压机构，所述第二扭杆连接到所述方向盘轴，所述液压机构使用基于所述第二扭杆的扭力的液压力而施加转向动力；

控制单元，其中所述控制单元根据车辆的速度或转向角控制所述MDPS电机的转矩以及所述液压机构的转向动力，以便能够将所述MDPS电机和所述液压机构的动力都施加到所述方向盘轴，

所述混合转向系统能够执行如下步骤：

通过所述电机驱动动力转向MDPS模块和所述电动液压动力转向EHPS模块执行低速控制步骤，其中，在车辆低速行驶时，控制单元将由液压机构施加的转向动力增加至最大，并根据由第一转矩传感器测量的转矩控制电机驱动动力转向MDPS电机的转矩；

通过所述电机驱动动力转向MDPS模块和所述电动液压动力转向EHPS模块执行第一高速控制步骤，其中，在车辆高速行驶并且在中心转向时，控制单元减少由所述MDPS电机施加的转矩，并且根据由第二转矩传感器测量的转矩控制所述液压机构的转向动力；以及

通过所述电机驱动动力转向MDPS模块和所述电动液压动力转向EHPS模块执行第二高速控制步骤，其中，在车辆高速行驶并且不在中心转向时，控制单元减少由所述液压机构施加的转向动力，并且根据由所述第一转矩传感器测量的转矩控制所述MDPS电机的转矩。

2.根据权利要求1所述的车辆的混合转向系统，其中所述控制单元在车辆低速行驶时通过增加由所述液压机构施加的转向动力提高了转向能力，并且在车辆高速行驶时通过减少由所述液压机构施加的转向动力提高了驾驶的稳定性。

3.根据权利要求1所述的车辆的混合转向系统，其中当所述第一扭杆的刚度大于所述第二扭杆的刚度时，所述控制单元在车辆低速行驶时使所述液压机构的转向动力最大化，但在车辆高速行驶时控制来自所述MDPS电机和所述液压机构的动力。

4.根据权利要求1所述的车辆的混合转向系统，其中当所述第一扭杆的刚度小于所述第二扭杆的刚度时，所述控制单元在车辆低速行驶时增加由所述液压机构生成的转向动力同时减少所述MDPS电机的转矩，但在车辆高速行驶时减少由所述液压机构生成的转向动力同时增加所述MDPS电机的转矩。

5.一种控制车辆的混合转向系统的方法，包括：

速度测量步骤，测量车辆的速度；

车辆速度确定步骤，通过将车辆的速度与参考速度作比较以确定车辆处于低速行驶还是高速行驶；

低速控制步骤，在车辆低速行驶时，将由液压机构施加的转向动力增加至最大，并根据由第一转矩传感器测量的转矩控制电机驱动动力转向MDPS电机的转矩；

第一高速控制步骤，在车辆高速行驶并且在中心转向时，减少由所述MDPS电机施加的转矩，并且根据由第二转矩传感器测量的转矩控制所述液压机构的转向动力；以及

第二高速控制步骤，在车辆高速行驶并且不在中心转向时，减少由所述液压机构施加的转向动力，并且根据由所述第一转矩传感器测量的转矩控制所述MDPS电机的转矩。