具体实施方式

如在相应领域中的传统，在功能块、单元和/或模块方面可在附图中示出一些示例性实施方式。本领域普通技术人员将理解，这些块、单元和/或模块由诸如逻辑电路、分立组件、处理器、硬连线电路、存储元件、布线连接等电子(或光学)电路物理地实现。当块、单元和/或模块由处理器或类似硬件实现时，可使用软件(例如，代码)对它们进行编程和控制，以执行本文讨论的各种功能。可替代地，每个块、单元和/或模块可由执行一些功能的专用硬件或作为专用硬件的组合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)来实现。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/或模块可在物理上被分成两个或更多个相互作用和离散的块、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/或模块可在物理上组合为更复杂的块、单元和/或模块。

在下文中，下面将通过各种示例性实施方式参考附图来描述用于控制MDPS(电机驱动动力转向)系统的设备和方法。

应当注意，附图不是精确的比例，并且可能仅出于描述方便和清楚的目的而放大了线的粗细或组件的尺寸。此外，这里使用的术语是通过考虑本发明的功能来定义的，并且可根据用户或操作者的习惯或意图来改变。因此，应根据本文阐述的全部公开内容对术语进行定义。

图1是示出根据本公开的实施方式的用于控制MDPS系统的设备的示意性配置的图。

如图1所示，根据本公开的实施方式的用于控制MDPS系统的设备包括带阻滤波器110、自主驾驶取消确定单元120、振动检测单元130、自主驾驶系统140、转向角位置控制器150和信号处理单元160。信号处理单元160包括可变HPF(高通滤波器)161、增益调整单元162、第一微分器163、第二微分器164和LPF(低通滤波器)165。

自主驾驶取消确定单元120在除预定紧急情况(例如，通过自主驾驶系统的紧急转向的避免碰撞的情况)之外的其他一般自主驾驶情况下，使用通过使列扭矩通过带阻滤波器110而获得的信号来确定是否取消自主驾驶。

例如，在用户的意外转向干预(即，由用户触摸方向盘引起的振动，而不是转向操作)的情况下，可能引起类似于MDPS系统扭力杆的谐振点的振动(即，误差范围内的振动频率相同)。在这种情况下，自主驾驶取消确定单元120通过经由带阻滤波器110过滤振动来去除相应的频率分量的列扭矩(即，由用户的意外的转向干预引起的频率分量的列扭矩)。通过该操作，即使发生用户的意外的转向干预，自主驾驶取消确定单元120也不会取消自主驾驶。

自主驾驶取消确定单元120接收命令转向角和转向角速度信息，并确定是否取消自主驾驶。

例如，当从自主驾驶系统140施加基于车辆的几何特性的大于或等于最大转向角的命令转向角时，自主驾驶取消确定单元120取消自主驾驶。此外，当转向角速度对应于在自主驾驶期间驾驶员难以舒适地乘坐的情况或无法执行控制的水平时(即，当输入大于或等于参考值的转向角速度时)，自主驾驶取消确定单元120取消自主驾驶。

作为参考，自主驾驶取消确定单元120取消自主驾驶的情况对应于这样的情况，其中驾驶员在指定的紧急情况(例如，由自主驾驶系统的紧急转向引起的碰撞避免情况)之外的一般自主驾驶情况下安全地使用自主驾驶。该情况可根据车辆的几何特性而改变。即，由于可根据车辆的长度和重量以及基于齿轮比的转向角特性来改变横向加速度或偏航率的大小和变化率，因此考虑到每种车辆的特性来调整情况，并存储在内部存储器(未显示)中。

然而，如上所述，当即使由于障碍物突然出现而降低了车速时车辆也无法避免碰撞时，需要通过紧急转向(或紧急转向)来避免碰撞。

在这种情况下，当通过自主驾驶系统140进行紧急转向时，扭力杆瞬间急剧变形，以显著增加列扭矩。因此，在现有技术中，自主驾驶取消确定单元120可确定驾驶员意图进行紧急转向，从而取消自主驾驶。

然而，该情况(即，自主驾驶系统的紧急转向)不对应于预定的一般自主驾驶情况。

因此，可根据当列扭矩大于或等于预定水平时取消自主驾驶的现有自主驾驶取消情况来取消自主驾驶。

也就是说，为了避开障碍物，自主驾驶系统140可发出紧急转向命令以增加列扭矩。在这种情况下，当自主驾驶取消确定单元120错误地确定为由于用户有意的转向干预而增加了列扭矩并且取消了自主驾驶时，车辆可能不会避开障碍物，而是与障碍物碰撞。

为了防止自主驾驶取消确定单元120在自主驾驶系统进行紧急转向的情况下错误地确定紧急转向是用户的转向干预，需要通过自主驾驶系统140输出的命令转向角信息来计算命令转向角加速度信息。

通常，由于旋转扭矩与旋转惯性力矩和转向角加速度的乘积成比例，因此可预期，当命令转向角加速度大于或等于指定参考值时，旋转扭矩将增加。因此，通过第一微分器163和第二微分器164对从自主驾驶系统140输出的命令转向角进行两次微分来计算转向角加速度，并且此时产生的噪声通过LPF 165进行处理和修正。当通过LPF 165修正并输出的转向角加速度值大于或等于指定参考值时，自主驾驶取消确定单元120禁止取消自主驾驶。

作为参考，用于禁止自主驾驶取消的转向角加速度的大小指示车辆的转弯角度的瞬时变化，并且不需要根据车辆的特性而变化。因此，可通过测试来确定参考转向角加速度并将其应用于存储器(未示出)，然后用于各种车辆。

此外，当从自主驾驶系统140输入紧急转向命令时，自主驾驶取消确定单元120可防止自主驾驶的取消。基于此时产生的车速和转向角加速度，转向角位置控制器150的性能可通过如图3所示的可变HPF 161和增益调整单元162来改变。

通常，当车速高时，车辆的道路负荷减小。另一方面，当车速低时，车辆的道路负荷增加，并且在转向期间需要高输出。此外，当转向角速度高时，需要高输出，而当转向角速度低时，需要低输出。当车速低时，可变HPF 161的截止频率可降低以应对较宽的带宽。当车速高时，可变HPF 161的截止频率可升高以应对窄带宽。这是因为，当车速高时，MDPS系统的控制稳定性可能由于道路噪声或机构或轮胎的噪声而降低。

此外，增益调整单元162在转向角速度高时增大增益G，而在转向角速度低时减小增益G。因此，当需要紧急转向时，增加增益G以显著提高瞬时增益响应性。

可变HPF 161监视转向角位置控制器150的位置控制误差(即，命令转向角——当前转向角)。在当前转向角达到所需的命令转向角时，可变HPF 161将紧急转向自主驾驶模式设置值恢复到一般自主驾驶模式设置值(例如，截止频率和增益G)。

作为参考，通过应用可变HPF 161改善的转向角位置控制器150的控制特性描述如下。

通常，将D控制器(或微分控制器)添加到转向角位置控制器150，以提高对位置变化的响应度。然而，在这种情况下，由干扰产生的或从外部环境引入的噪声可能被放大以引起振动，并且转向角位置控制器150的性能可能下降。为了防止性能下降，通常将LPF或滞后补偿器应用于D控制器的前阶段。然而，当结构变得复杂并且需要根据转向情况改变时，要改变的参数或因素的数量增加。即，在转向角位置控制器150的一般P-PI配置中，P控制器级被设计为PI或PID，并且使用PI-PI或PID-PI配置。因此，需要一种更有效的方法，该方法可根据转向情况最大化控制器的性能，并在抵抗噪声或干扰的同时显著提高响应能力。

因此，当通常将LPF或滞后补偿器用作PID控制器(或比例微分积分控制器)中的D控制器(或微分控制器)时，可建立以下方程式：G(s)＝Kp(1+1/Ti*s+Td*s/(1+s*Td))。当分离PID控制增益以重新排列方程式，或分离增益以使Kp适用于I或D控制器时，方程式可表示为G(s)＝kp+Ki/Ti*s+Kd*s/(1+Td*s)。此时，对于D控制器，可将方程式重新排列为(1/Td)/((1/Td+s)*Td*Kp*s。

即，当不应用滞后补偿器或LPF作为D控制器，而是设置专用的D控制增益并应用HPF时，可在提高响应性的同时作出抗噪声或干扰的结构。这里，Ti和Td代表各个控制器的控制时间，其中Ti代表积分时间，而Td代表微分时间。

因此，在本实施方式中，当输入到转向角位置控制器150的命令转向速度高时，可变HPF 161的截止频率根据上述控制特性而降低。即，提高了频率响应和转向区域的所需增益。另一方面，当命令转向速度低时，HPF161的截止频率升高。即，降低了频率响应和转向区域的所需增益，以使该结构对噪声不敏感，使得该结构不对振动或干扰做出反应。

因此，当需要在自主驾驶期间通过紧急转向避免碰撞时，可有效且主动地执行位置控制。

当即使在完成紧急转向之后仍连续地提高控制响应时，干扰或噪声被放大，从而降低了一般驾驶期间位置控制的性能。然而，当如本实施方式中那样需要紧急转向控制时，需要这种控制以提高驾驶员的安全性。

也就是说，可变HPF 161接收与当前转向角和命令转向角之间的差相对应的误差值(即，位置控制误差)，根据命令转向角速度来确定截止频率，通过将位置控制增益Kp(G＝Kp*Td)乘以微分时间Td来计算增益调整单元162的增益G。

这里，Kp代表PID控制器的P增益。

作为参考，由于微分时间Td可定义PID控制器中的D控制器的控制周期和频率，因此改变Kd的值以控制增益G。

这里，Kd代表PID控制器的D增益。

如已经定义的，当转向角速度在传递函数内较高时，Kd的值增大，而当转向角速度较低时，Kd的值减小。因此，控制器的增益响应特性变化。此外，如上所述，传递函数((1/Td)/((1/Td+s))*Td*Kp*s)中的特定部分(即(1/Td)+s)，*s)具有与HPF相同的形式，并且可通过1/Td设置为所需的频率。

也就是说，一般HPF的传递函数可表示为s/(s+w)。这里，w是2*pi*f，其中f表示截止频率。

在传递函数中，1/Td变为w，并且改变Td的值以设置期望的频率。

即，由于车速高而外部噪声或轮胎振动增加，所以当微分时间Td的值降低(或下降)时，截止频率可能会滞后(或升高)。此外，当由于车速低而微分时间Td的值上升(或增大)时，可降低截止频率以控制更宽的带宽。这是通过考虑MDPS的控制稳定性的测试来确定的，并且根据车辆速度和转向角速度将增益G的值和微分时间Td的值存储在调谐图(tuningmap)中。

然而，当在自主驾驶期间执行紧急转向时，可能由诸如外部环境的因素引起振动等。在这种情况下，需要预先检测振动，以防止增益G过度增加或可变HPF 161的截止频率振动过度增加。

对于该操作，振动检测单元130实时监测转向角速度的符号在预定时间内改变的频率(见图2)。

例如，当转向角速度的符号在如图2所示的一秒钟的计数时间内总共改变了三次时，可确定发生了1Hz的噪声。

通常，由于扭力杆的刚度在MDPS系统中是最低的，因此在扭力杆的共振频率处最频繁地发生振动。共振频率范围为8Hz到12Hz。例如，可假设当转向角速度的符号每秒改变17次时发生8Hz的振动。这可表明增益G已经过度增加或者可变HPF 161的截止频率已经过度降低。因此，在预定的一般自主驾驶情况下，增益G或截止频率的值恢复到增益G或截止频率的值。

为了在自主驾驶期间的正常情况下MDPS系统执行位置控制时防止MDPS系统的共振，设计了转向角位置控制器150，并且PID增益被调谐。然而，当转向角位置控制器150的性能最大化以瞬时避开障碍物时，即，当增益G瞬时升高或可变HPF 161的截止频率降低到8Hz至12Hz的范围时，增益可根据频率特性而增加。因此，转向角位置控制器150的稳定性可能下降以引起振动。通常，在MDPS系统中未检测到8Hz至12Hz的扭力杆共振频率。当振动检测单元130检测到相应频率的信号时，增益G可降低，或者可变HPF 161的截止频率可恢复到与没有振动发生的正常情况相对应的水平。

换句话说，当提高转向角位置控制器150的增益G以增加瞬时响应性时，或者调整截止频率以增加需要瞬时转向的频率的增益特性(通常，随着可变HPF 161的截止频率降低，根据8Hz至12Hz的频率的增益水平增加)，转向角位置控制器150的安全裕度降低。当振动检测单元130监视安全裕度的降低并确定发生振动时，转向角位置控制器150的性能恢复到正常状态。

通过该操作，在紧急转向情况下可禁止取消自主驾驶，并且可通过可变HPF 161使转向角位置控制器150的性能最大化，从而使得自主驾驶车辆可避免紧急情况下的障碍。此外，根据一般的自主情况，恢复由于位置控制误差而变化的可变HPF 161的截止频率。当根据紧急转向期间的情况发生振动时，可变HPF 151可被优化以防止由紧急转向引起的副作用。

因此，如图4的(a)至图4的(d)所示，根据本实施方式的转向角位置控制器的实验结果表明，作为命令转向角，根据阶跃信号(例如，对应紧急转向的信号)的输入(黑色信号)的响应性(蓝色信号)，与其他现有的位置控制器(红色、淡黄色的绿色和棕色的信号)相比，得到了更大的改善，如图4的(a)和图4的(b)所示。此外，实验结果表明，作为命令转向角，根据线性调频信号(例如，除了紧急转向以外的与一般转向相对应的信号)的输入(黑色信号)(例如，除了突然转向以外的与一般转向相对应的信号)的响应性(蓝色信号)，与其他现有的位置控制器(红色、淡黄色的绿色和棕色的信号)相比，得到了更大的改善，如图4的(c)和图4的(d)所示。

在本实施方式中，当车辆意图避免在自主驾驶期间突然出现的障碍物时，车辆可能仅通过减速不能充分地应对这种情况。在这种情况下，将执行紧急转向。当执行紧急转向时，自主驾驶可被取消。即，当执行紧急转向时，在一般自主驾驶情况下不产生的诸如高转向速度、加速度、非线性转向命令和列扭矩增加的信号被施加到MDPS系统。当确定在一般自主驾驶情况下未产生的信号施加到MDPS系统时，位置控制器的性能可瞬间最大化，从而在不取消自主驾驶的情况下快速而准确地执行紧急转向命令，这使得可在危险时刻稳定、紧急地避开障碍物。

尽管已经参考附图中示出的实施方式公开了本公开，但是这些实施方式仅用于说明性目的，并且本领域技术人员将理解，由此可进行各种修改和其他等效实施方式。因此，本公开的真实技术范围应由所附权利要求书限定。此外，例如，可用方法或过程、装置、软件程序、数据流或信号来实现本说明书中描述的实施方式。尽管仅在单个实现的上下文中讨论了某个功能(例如，仅在一种方法中进行了讨论)，但是可以以另一种类型(例如，设备或程序)来实现所讨论的特征。可用合适的硬件、软件或固件来实现设备。该方法可在诸如处理器之类的装置中实现，该装置通常是指包括计算机、微处理器、集成电路或可编程逻辑装置的处理装置。该处理器包括通信装置，例如计算机、蜂窝电话、PDA(个人数字助理)和另一装置，其可促进终端用户之间的信息通信。

尽管出于说明性目的已经公开了本公开的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求书所限定的本公开的范围和精神的情况下，可进行各种修改、添加和替换。因此，本公开的真实技术范围应由所附权利要求书限定。