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原文传递一种电动助力转向装置的回正控制方法及装置

专利名称：	一种电动助力转向装置的回正控制方法及装置
摘要：	本发明公开了一种电动助力转向装置的回正控制方法和装置，所述方法包括步骤：建立电动助力转向装置的数学模型；通过台架实验测试不同路面阻力下的转向做功，结果制成表格储存于电子控制单元中；确定进入回正控制的条件；估算汽车行驶的路面阻力矩；根据路面阻力矩，计算出若想汽车方向盘回正时助力电机需要提供的能量，并由此计算得到助力电机需要提供的辅助回正力矩；最后，根据车速信息、回正转矩信息得出车速相关系数、方向盘相关系数对辅助回正力矩进行修正。本发明在不影响驾驶员操纵手感，以及没有增加所需的传感器数量的前提下，提高了电动助力转向装置的回正性能。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	华南理工大学
发明人：	上官文斌;严汶均
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910175842.3
公开号：	CN109911004A
代理机构：	广州粤高专利商标代理有限公司
代理人：	何淑珍;黄海波
分类号：	B62D5/04(2006.01);B;B62;B62D;B62D5
申请人地址：	510640 广东省广州市天河区五山路381号
主权项：	1.一种电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，包括以下步骤: S1、计算汽车转向时的路面阻力矩Tl和电动助力转向装置所提供的实际转向做功Ws； S2、检测转向管柱上的转角以及转向力矩，并且根据所述转向管柱上的转角和转向力矩识别驾驶员的意图，判断是否进入回正控制； S3、若进入自动回正控制，依据车速信号确定回正控制的车速相关系数C1，所述车速相关系数C1随车速的提高而减少；依据转向管柱的转矩信号确定回正控制的转矩相关系数C2，用于修正助力电机提供的回正力矩，所述转矩相关系数C2随转矩信号的增大而减少，在转矩信号达到阈值Y1时，所述转矩相关系数C2达到最小值； S4、基于电动助力转向装置的数学模型计算得出车轮转角，利用所述路面阻力矩Tl结合回正力矩公式计算出汽车回正时路面提供的回正力矩，并计算出路面提供的回正力矩在回正过程中转向系统的回正做功Wr，将所述转向系统的回正做功Wr与电动助力转向装置所提供的实际转向做功Ws求差，得到助力电机需要提供的回正做功Wz，继而根据车速信号确定转向管柱转速、车速相关系数C1、转矩相关系数C2确定修正后的助力电机需要提供的回正力矩； S5、得出助力电机的辅助回正力矩指令后，通过使用助力电机的电流闭环PI控制实现将该回正力矩施加在转向管柱上实现回正控制。 2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括： S11、通过电动助力转向装置的台架实验确定不同路面阻力下、电动助力转向装置转动不同角度下的转向做功，并制成表格预先设置于电子控制单元中； S12、使用转向管柱的转角、转向力矩计算驾驶员的转向做功，使用助力电机的转角、助力力矩计算助力电机的转向做功，结合两者得到电动助力转向装置的实际转向做功Ws：其中，θ和Ts分别为采集到的转向管柱的转角信号和转矩信号，θm和Tm分别为助力电机的转角信号和转矩信号，各信号均为离散信号，i为所述离散信号的点数； S13、比较所述实际转向做功Ws与预先设置于电子控制单元中的转向做功，对比出路面阻力矩Tl。 3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，步骤S11中，在所述电动助力转向装置的台架上，使用磁粉离合器为齿轮齿条转向器的齿轮端施加负载阻力，通过改变施加在磁粉离合器上的电压加载不同负载模拟不同的路面阻力。 4.根据权利要求2所述的电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括： S1、首先比较转向管柱上的转向力矩是否超过设定的阈值Y1，若在阈值Y1之内，判定驾驶员对方向盘为松手状态，进入回正待命状态；若超过阈值Y1，则驾驶员在自主操控，禁止进入回正控制状态； S2、处于回正待命状态后，对转向管柱的转角信号进行微分得到转速信号，比较转向管柱的转角方向是否与转速相反，若相反则进入回正控制状态，若相同则禁止进入回正控制状态； S3、进入回正控制状态后，若转向管柱上的转向力矩超过设定的阈值Y2且转向管柱上的转角与转速方向相同时，则退出回正控制状态，反之则继续维持回正控制状态。 5.根据权利要求1所述的电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述的步骤S4具体包括： S41、简化所述电动助力转向装置的物理模型，建立所述电动助力转向装置的数学模型，并以方向盘转矩、路面阻力为输入信号，以转向管柱的转向力矩、轮胎转角为输出信号构造电动助力转向系统的状态空间方程： u＝[Td Tl]T y＝[Ts δ]T 其中，Td为方向盘转向力矩、Tl为路面阻力矩、Ts为转矩传感器、δ为车轮转角、Jc为方向盘转动惯量、Je为中间轴转动惯量、M为齿条质量、Jfw为车轮转动惯量、Bc为方向盘阻尼、Be为中间轴阻尼、Br为齿条阻尼、Bfw车轮阻尼、Kc为转矩传感器扭杆刚度、Ke为中间轴刚度、Kr为齿条刚度、G为减速器减速比、A1为转向机构传动比； S42、使用车辆的主销偏移距、主销内倾角以及前、后桥载荷等计算定位回正力矩T1： T1＝Gf(c+rtanβ)cosβsinβsinβm 其中，Gf表示前桥载荷，c代表主销侧偏距，β代表主销内倾角，βm代表两前轮平均转向角；使用侧向力、轮胎拖距计算侧向力回正力矩T2： T2＝eKηcosβ 其中，e代表主销后倾拖距与轮胎拖距之和，K代表轮胎侧偏刚度，η代表侧偏角； S43、结合路面阻力矩、定位回正力矩、侧向力回正力矩得到摩擦阻力矩Tf： Tf＝Tl-T1-T2； S44、使用定位回正力矩、侧向力回正力矩、摩擦阻力矩以及车轮转角δ计算得到转向系统的回正做功Wr：其中，所述车轮转角δ基于电动助力转向装置的数学模型，以转矩传感器的转向力矩作为系统输入，将路面阻力矩Tl看作常数求得，δ1表示进入回正控制时的车轮转角； S45、将所述转向系统的回正做功Wr与电动助力转向装置所提供的实际转向做功Ws求差，得到助力电机需要提供的回正做功Wz： Wz＝Wr-Ws； S46、结合助力电机的回正转角、回正能量Wz得到应该提供的理论回正力矩Tz,ref： S47、最后根据车速信号、转向管柱的转角选取转向管柱的回正转速，通过车速相关系数C1、转矩相关系数C2对理论回正力矩进行修正，得到修正后的助力电机需要提供的回正力矩： Tz＝C1C2Tz,ref。 6.根据权利要求1所述的电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述的步骤S5中，所述电流闭环PI控制包括比例-积分环节，以助力电机的实际电流作为反馈信号，通过控制施加在助力电机上的电压值达到控制助力电机实际电流的效果，电流闭环PI控制的比例-积分参数由电动助力转向装置台架实验调试得出。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中通过配置在所述电动助力转向装置上的转矩转角复合式传感器检测转向管柱的转向力矩以及转角。 8.根据权利要求2所述的电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，利用CANape实现计算机与电子控制单元的实时数据交流，发送不同的车速信号给所述电子控制单元，实现对不同车速工况的模拟。通过CANape对电子控制单元的实时监控，可以从中提取转向管柱上的转矩传感器的转角信号和转矩信号，助力电机的转角信号和转矩信号。 9.根据权利要求5所述的电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，步骤S41中，简化所述电动助力转向装置的物理模型时，所述物理模型仅包括方向盘及转向管柱、中间轴、助力电机、齿轮齿条转向器、转向机构五个质量块。 10.一种电动助力转向装置的回正控制装置，其特征在于，包括：路面负载估算模块，用于计算汽车转向时的路面阻力矩Tl和电动助力转向装置所提供的实际转向做功Ws；驾驶员意图识别模块，检测转向管柱上的转角以及转向力矩，并且根据所述转向管柱上的转角和转向力矩识别驾驶员的意图，判断是否进入回正控制；修正系数确定模块，用于依据车速信号确定回正控制的车速相关系数C1，所述车速相关系数C1随车速的提高而减少；依据转向管柱的转矩信号确定回正控制的转矩相关系数C2，用于修正助力电机提供的回正力矩，所述转矩相关系数C2随转矩信号的增大而减少，在转矩信号达到阈值Y1时，所述转矩相关系数C2达到最小值；辅助回正力矩估算模块，用于基于电动助力转向装置的数学模型计算得出车轮转角，利用所述路面阻力矩Tl结合回正力矩公式计算出汽车回正时路面提供的回正力矩，并计算出路面提供的回正力矩在回正过程中转向系统的回正做功Wr，将所述转向系统的回正做功Wr与电动助力转向装置所提供的实际转向做功Ws求差，得到助力电机需要提供的回正做功Wz，继而根据车速信号确定转向管柱转速、车速相关系数C1、转矩相关系数C2确定修正后的助力电机需要提供的回正力矩。
所属类别：	发明专利