專利名稱：用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)向領(lǐng)域，特別是涉及一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ElectricPower Steering EPS)的力矩控制裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖1所示，是由傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(主要包括轉(zhuǎn)向盤1，轉(zhuǎn)向管柱3，中間軸5，轉(zhuǎn)向器6，小齒輪10，轉(zhuǎn)向拉桿7，轉(zhuǎn)向節(jié)臂9，轉(zhuǎn)向輪8)加裝轉(zhuǎn)角和扭矩傳感器2，電子控制單元(ECU) 12，轉(zhuǎn)向助力電機(jī)11及其減速機(jī)構(gòu)4等組成。其中，轉(zhuǎn)角和扭矩傳感器2用以檢測(cè)方向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員操縱力矩；轉(zhuǎn)向助力電機(jī)11可安裝在轉(zhuǎn)向管柱3或轉(zhuǎn)向器6上，通過減速機(jī)構(gòu)給駕駛員提供助力力矩；轉(zhuǎn)角和扭矩傳感器2的轉(zhuǎn)角和扭矩信號(hào)與車速傳感器檢測(cè)的車速信號(hào)輸入到電子控制單元12的力矩控制模塊，計(jì)算出相應(yīng)的助力力矩，作為目標(biāo)力矩指令輸出給電機(jī)控制模塊，電子控制單元12輸出電流驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向助力電機(jī)11工作。所述力矩控制模塊由基本助力模塊，主動(dòng)回正模塊，和一些輔助模塊(如橫擺力矩補(bǔ)償模塊等)組成。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力力矩主要由基本助力模塊決定，可以在不同車速時(shí)設(shè)置不同的助力曲線，從而獲得不同的轉(zhuǎn)向手感。主動(dòng)回正模塊則是提供一個(gè)回正力矩，使方向盤可以自動(dòng)回到直線行駛位置。而輔助模塊的功能是根據(jù)系統(tǒng)特性，在基礎(chǔ)助力的基礎(chǔ)上，施加一些修正力矩值。然后把各模塊的輸出值由匯總處理模塊匯總處理后，作為目標(biāo)力矩指令輸出給電機(jī)控制模塊，改善整個(gè)系統(tǒng)的性能。由于電機(jī)存在機(jī)械慣性，會(huì)給駕駛員的操作手感帶來不良影響。速度越快，這種影響越明顯。尤其當(dāng)駕駛員突然換向時(shí)，由于電機(jī)慣性的存在，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反方向的慣性力矩，企圖保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，阻止駕駛員的換向動(dòng)作。直觀的體現(xiàn)就是，駕駛員會(huì)感覺方向盤突然變重，轉(zhuǎn)向有滯后感。一個(gè)性能優(yōu)良的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),除了應(yīng)能快速而準(zhǔn)確地響應(yīng)駕駛員的操作意圖，而且還應(yīng)具有準(zhǔn)確的回正性能。但是由于系統(tǒng)摩擦的存在，干擾了這種回正性能，使系統(tǒng)存在一種遲滯現(xiàn)象，如圖8所示。右轉(zhuǎn)向和左轉(zhuǎn)向的操作力矩曲線不重合，在中間位置存在一個(gè)偏置力矩。當(dāng)駕駛員松開方向盤時(shí)，無法準(zhǔn)確回到正中位置。雖然通過降低系統(tǒng)的傳動(dòng)比可以減小這種影響，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的敏感度增加，駕駛員不易操控，因而這種方案的效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩控制裝置，能夠克服由于助力電機(jī)本身的慣性和摩擦對(duì)助力性能的影響，使系統(tǒng)的響應(yīng)更精確更靈敏，以及準(zhǔn)確的回正性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩控制裝置，包括:基本助力模塊，以車速和轉(zhuǎn)向力矩作為輸入?yún)?shù)，計(jì)算并輸出電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本助力力矩，根據(jù)不同車速設(shè)置不同的助力曲線，從而獲得不同的轉(zhuǎn)向手感；主動(dòng)回正模塊，是以車速、轉(zhuǎn)向力矩、轉(zhuǎn)向角速度和轉(zhuǎn)向角加速度作為輸入?yún)?shù)信號(hào)，計(jì)算并輸出回正力矩，使方向盤能自動(dòng)回到直線行駛位置；其中，還包括:慣量摩擦補(bǔ)償模塊，以轉(zhuǎn)向角速度和車速作為輸入?yún)?shù)信號(hào)，用于計(jì)算并輸出補(bǔ)償力矩值；匯總處理模塊，與所述基本助力模塊、主動(dòng)回正模塊和慣量摩擦補(bǔ)償模塊的輸出端相連接，將前述各模塊的輸出值進(jìn)行疊加后得到所需要的目標(biāo)助力力矩值，再將該目標(biāo)助力力矩值除以減速機(jī)構(gòu)的減速比，得到并輸出給電機(jī)控制模塊的目標(biāo)力矩指令值。本發(fā)明的用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩控制裝置，在不增加任何硬件成本的情況下，通過增加慣量摩擦補(bǔ)償功能模塊，產(chǎn)生修正力矩指令(即補(bǔ)償力矩)，從而增加轉(zhuǎn)向力矩改變的加速度，克服由于助力電機(jī)本身的慣性和摩擦對(duì)電機(jī)助力性能造成的不良影響，使系統(tǒng)的響應(yīng)更精確更靈敏，以及準(zhǔn)確的回正性能。標(biāo)定人員可以根據(jù)不同車速來調(diào)整慣量補(bǔ)償力矩的增益值、摩擦補(bǔ)償力矩和慣量摩擦補(bǔ)償力矩限值，以達(dá)到滿意的轉(zhuǎn)向手感，提升廣品品質(zhì)。采用本發(fā)明的力矩控制裝置，當(dāng)駕駛員快速換向時(shí)，系統(tǒng)能迅速做出反應(yīng)，給予力矩補(bǔ)償，增加轉(zhuǎn)向力矩改變的加速度，使駕駛員不會(huì)感覺到方向盤突然變重的現(xiàn)象，從而改善轉(zhuǎn)向手感。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:圖1是現(xiàn)有的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是所述力矩控制裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖3是圖2中慣量摩擦補(bǔ)償模塊結(jié)構(gòu)框圖；圖4是慣量補(bǔ)償力矩的增益值曲線示意圖；圖5是摩擦補(bǔ)償力矩值曲線示意圖；圖6是慣量摩擦補(bǔ)償力矩限值曲線示意圖；與表3對(duì)應(yīng)圖7是所述慣量摩擦補(bǔ)償模塊在全車速范圍輸出曲線示意圖；圖8是轉(zhuǎn)向遲滯曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，方向盤I的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過轉(zhuǎn)向管柱3和中間軸5傳遞到小齒輪10，帶動(dòng)齒條(轉(zhuǎn)向器)6左右運(yùn)動(dòng)，然后通過轉(zhuǎn)向拉桿7和轉(zhuǎn)向節(jié)臂9帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪8左右運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)角和扭矩傳感器2安裝在轉(zhuǎn)向管柱3 (或小齒輪10)上，測(cè)得的轉(zhuǎn)角和扭矩信號(hào)傳遞給電子控制單元12，車速信號(hào)通過CAN總線傳遞給電子控制單元12，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和角度信號(hào)(即圖1所示的“電機(jī)信號(hào)”)也傳遞給電子控制單元12。電子控制單元12根據(jù)這些輸入信號(hào)，計(jì)算出相應(yīng)的助力力矩，作為目標(biāo)力矩指令輸出給電機(jī)控制模塊。電子控制單元12根據(jù)計(jì)算出的目標(biāo)力矩指令，輸出驅(qū)動(dòng)電流給轉(zhuǎn)向助力電機(jī)11，其產(chǎn)生的助力力矩通過減速機(jī)構(gòu)4傳遞到轉(zhuǎn)向管柱3上，從而起到助力作用。
參見圖2所示，所述用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩控制裝置是在基本助力模塊的基礎(chǔ)上，增加了慣量摩擦補(bǔ)償模塊，得到一個(gè)補(bǔ)償力矩，克服由于電機(jī)慣量和摩擦對(duì)系統(tǒng)性能造成的不良影響。根據(jù) 不同車型，對(duì)慣量補(bǔ)償力矩的增益值、摩擦補(bǔ)償力矩和慣量摩擦補(bǔ)償力矩限值進(jìn)行實(shí)車標(biāo)定，以使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能最終獲得滿意的轉(zhuǎn)向手感。結(jié)合圖2所示，所述力矩控制裝置在一實(shí)施例中，包括:基本助力模塊，主動(dòng)回正模塊，橫擺力矩補(bǔ)償模塊，慣量摩擦補(bǔ)償模塊，匯總處理模塊。橫擺力矩補(bǔ)償模塊，以車速、轉(zhuǎn)向力矩和轉(zhuǎn)向角速度作為輸入?yún)?shù)信號(hào)，計(jì)算并輸出給所述匯總處理模塊一個(gè)阻尼力矩值；從而減小系統(tǒng)超調(diào)量，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。所述慣量摩擦補(bǔ)償模塊以轉(zhuǎn)向角速度和車速作為輸入?yún)?shù)信號(hào)，經(jīng)過慣量摩擦補(bǔ)償計(jì)算后，得到補(bǔ)償力矩，然后與其他模塊的輸出值一起輸入到匯總處理模塊，進(jìn)行匯總處理，得到最終的目標(biāo)力矩指令，輸出給電機(jī)控制模塊。由于電機(jī)本身的慣性，根據(jù)牛頓第二定律，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相反方向的慣性力矩，它會(huì)降低轉(zhuǎn)向力矩改變的速率，影響駕駛員的操作手感。轉(zhuǎn)向角加速度越大，這種影響越嚴(yán)重。而且，這種影響會(huì)通過減速機(jī)構(gòu)4放大減速比的平方倍。如果方向盤I的角速度為O1，電機(jī)的角速度為ω2，減速機(jī)構(gòu)4的減速比為i，則:CO1=CO2/! (I)。角加速度也有同樣的關(guān)系:
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩控制裝置，包括: 基本助力模塊，以車速和轉(zhuǎn)向力矩作為輸入?yún)?shù)，計(jì)算并輸出電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本助力力矩，根據(jù)不同車速設(shè)置不同的助力曲線，從而獲得不同的轉(zhuǎn)向手感； 主動(dòng)回正模塊，是以車速、轉(zhuǎn)向力矩、轉(zhuǎn)向角速度和轉(zhuǎn)向角加速度作為輸入?yún)?shù)信號(hào)，計(jì)算并輸出回正力矩，使方向盤能自動(dòng)回到直線行駛位置；其特征在于，還包括: 慣量摩擦補(bǔ)償模塊，以轉(zhuǎn)向角速度和車速作為輸入?yún)?shù)信號(hào)，用于計(jì)算并輸出補(bǔ)償力矩值； 匯總處理模塊，與所述基本助力模塊、主動(dòng)回正模塊和慣量摩擦補(bǔ)償模塊的輸出端相連接，將前述各模塊的輸出值疊加后得到所需要的目標(biāo)助力力矩值，再將該目標(biāo)助力力矩值除以減速機(jī)構(gòu)的減速比，得到并輸出給電機(jī)控制模塊的力矩指令值。
2.如權(quán)利要求1所述的力矩控制裝置，其特征在于:還包括一橫擺力矩補(bǔ)償模塊，以車速、轉(zhuǎn)向力矩和轉(zhuǎn)向角速度作為輸入?yún)?shù)信號(hào)，計(jì)算并輸出給所述匯總處理模塊一個(gè)阻尼力矩值。
3.如權(quán)利要求1所述的力矩控制裝置，其特征在于:所述慣量摩擦補(bǔ)償模塊，包括: 低通濾波模塊，用于對(duì)傳感器獲得的轉(zhuǎn)向角速度進(jìn)行低通濾波處理，濾除其中的高頻噪音，得到平滑的角速度信號(hào)； 微分模塊，與所述低通濾波模塊相連接，用于對(duì)所述角速度信號(hào)進(jìn)行微分計(jì)算，得到角加速度信號(hào)； 第一查表模塊，用于存儲(chǔ)慣量補(bǔ)償力矩的增益值，根據(jù)輸入的車速與增益值的線性關(guān)系，通過查表得到當(dāng)前車速時(shí)的慣量補(bǔ)償力矩的增益值； 乘積模塊，與所述微分模塊和第一查表模塊的輸出端相連接，用于將當(dāng)前轉(zhuǎn)向角加速度和慣量補(bǔ)償力矩的增益值相乘，得到并輸出一個(gè)慣量補(bǔ)償力矩值； 第二查表模塊，用于存儲(chǔ)摩擦補(bǔ)償力矩值，根據(jù)輸入的車速與摩擦補(bǔ)償力矩值的線性關(guān)系，輸出對(duì)應(yīng)的摩擦補(bǔ)償力矩值； 求和模塊，與所述乘積模塊和第二查表模塊的輸出端相連接，用于對(duì)所述慣量補(bǔ)償力矩值和摩擦補(bǔ)償力矩值求和，得到并輸出一個(gè)未經(jīng)限幅的補(bǔ)償力矩值； 第三查表模塊，用于存儲(chǔ)補(bǔ)償力矩限值，根據(jù)輸入的車速與補(bǔ)償力矩限值的線性關(guān)系，輸出對(duì)應(yīng)的慣量摩擦補(bǔ)償力矩限值；限幅模塊，與所述求和模塊和第三查表模塊的輸出端相連接，根據(jù)所述慣量摩擦補(bǔ)償力矩限值，對(duì)所述未經(jīng)限幅的補(bǔ)償力矩值進(jìn)行處理，限制輸出的最大補(bǔ)償力矩值，避免補(bǔ)償力矩值過大而影響轉(zhuǎn)向手感。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩控制裝置，包括基本助力模塊，用于形成電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力力矩，根據(jù)不同車速設(shè)置不同的助力曲線，從而獲得不同的轉(zhuǎn)向手感；主動(dòng)回正模塊，用于形成回正力矩，使方向盤能自動(dòng)回到直線行駛位置；慣量摩擦補(bǔ)償模塊，以轉(zhuǎn)向角速度和車速作為輸入?yún)?shù)信號(hào)，用于計(jì)算并輸出補(bǔ)償力矩值；匯總處理模塊，將上述各模塊的輸出值疊加后得到所需要的目標(biāo)助力力矩值，再將該目標(biāo)助力力矩值除以減速機(jī)構(gòu)的減速比，得到并輸出給電機(jī)控制模塊的力矩指令值。本發(fā)明能夠克服由于助力電機(jī)本身的慣性和摩擦對(duì)助力性能的影響，使系統(tǒng)的響應(yīng)更精確更靈敏，以及準(zhǔn)確的回正性能。
文檔編號(hào)B62D5/04GK103171614SQ20111044064
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者陳陽, 鄭鴻云, 張瓊琰 申請(qǐng)人:聯(lián)創(chuàng)汽車電子有限公司