一種電動助力轉向系統的自適應摩擦補償的方法及電動助力轉向系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種電動助力轉向系統的自適應摩擦補償的方法及相應的電動助力轉向系統，所述電動助力轉向系統是通過檢測駕駛員作用于轉向盤上的力矩信號并結合車速信號計算出當前所需要的助力電流值，并通過摩擦補償的方法計算出摩擦補償電流值Ifriction，然后將所述助力電流值和所述摩擦補償電流值Ifriction做加法運算得到最終的目標電流值Iaim，所述目標電流值Iaim控制助力電機提供助力轉矩。根據本發明的方法，可以自適應地計算每個駕駛周期的摩擦補償電流值，可以有效地消除由于車輛的使用、氣候環境的變化造成的電動助力轉向系統內摩擦變化的影響，并且依據計算的摩擦補償電流值的大小，可以進行電動助力轉向系統的一項健康診斷。
【專利說明】一種電動助力轉向系統的自適應摩擦補償的方法及電動助力轉向系統
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及一種汽車電動助力轉向系統的自適應摩擦補償的方法及電動助力轉向系統。
【背景技術】
[0002]由于電動助力轉向系統具有助力特性可變、節能、結構簡單等優點，在中小型汽車領域正逐漸取代傳統的液壓助力轉向系統。
[0003]電動助力轉向系統是在傳統的機械轉向系統的基礎上增加一個動力輔助裝置(即電機和減速器裝置)而成，增加了整個轉向系統的摩擦，影響了轉向手感和轉向回正性能，因此在電動助力轉向系統中加入摩擦補償功能，改善轉向感。
[0004]專利CN1652960A中公開了一種摩擦補償的方法，即利用未補償的助力電機額定扭矩和手動轉向扭矩之和，通過一條滯后特征曲線來計算補償量的大小，因為在滯后特征曲線中考慮到了轉向系統的摩擦，因此等效于對系統進行了摩擦補償。專利CN102105341B中公開了一種電動助力轉向裝置，其根據轉向扭矩計算用于摩擦補償的摩擦補償值，用計算出的摩擦補償值來修正電流指令值，實現對電動助力轉向系統的靜摩擦和動摩擦補償的方法。另有其他專利或文獻中提出了摩擦補償，但其所采用的補償方法都是將摩擦模型簡化為庫倫摩擦模型，即將轉向系統的摩擦處理成一常數。
[0005]上述計算摩擦補償的方法或者采用單一轉矩計算得到摩擦補償量或者給定恒定的摩擦補償量，但是實際中影響電動助力轉向系統摩擦的因素很多，如前橋載荷、轉向系統內部潤滑條件、車輛使用時外界環境等。在車輛的整個使用周期過程中，轉向系統的摩擦還隨著車輛使用時間、車輛的保養狀況等變化。因此采用單一轉矩計算得到的摩擦補償量或者給定恒定的摩擦補償量可能會出現補償不足或者過補償等不良現象，導致轉向感覺變差。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種電動助力轉向系統的自適應摩擦補償的方法，該方法使得電動助力轉向系統可以獲得自然舒適的轉向感覺、改善車輛的回正性能。
[0007]本發明還提供一種電動助力轉向系統。
[0008]為解決以上技術問題，本發明采用如下技術方案:
一種電動助力轉向系統的自適應摩擦補償的方法，所述電動助力轉向系統是通過檢測駕駛員作用于轉向盤上的力矩信號并結合車速信號計算出當前所需要的助力電流值，并通過摩擦補償的方法計算出摩擦補償電流值Iftirtim，然后將所述助力電流值和所述摩擦補償電流值Ifrirtim通過加法運算得到最終的目標電流值Iaim，所述目標電流值Iaim控制助力電機提供助力轉矩，摩擦補償電流根據所述電動助力轉向系統中轉向盤轉動方向的不同分為正向摩擦補償電流和負向摩擦補償電流，并定義所述轉向盤沿順時針方向或逆時針方向的轉動為正向轉動，而沿另一轉動方向的轉動為負向轉動，所述摩擦補償的方法采用以下步驟進行:
(1) 先將目標電流的初始值設定為零，記為Iaimtl=O,然后以微小的電流增量λI改變目標電流，同時進行所述助力電機開環控制，并監測所述助力電機的轉動，當所述助力電機轉過微小的轉動角度Θ m(rtOTW，記錄此時的目標電流值Iaim=Iaimtl+ Σ Δ I，將此時的目標電流值Iaim作為所述正向摩擦補償電流的電流值，即得正向摩擦補償電流值IMrtim+，其中，所述微小的電流增量為小于使得所述助力電機由不轉到開始沿正向轉動的這個臨界點所需的電流量，所述微小的轉動角度Θ motor為所述助力電機由不轉到開始正向轉動的這個臨界點的轉動角度；
(2)將目標電流的初始值重新設定為零，記為Iaimtl=O,然后以微小的電流增量-ΛI改變目標電流，同時進行所述助力電機開環控制，并監測所述助力電機的轉動，當所述助力電機轉過微小的轉動角度-Θ motor時，記錄此時的目標電流值Iaim=Iaimtl- Σ Δ I，將此時目標電流值Iaim作為所述負向摩擦補償電流的電流值，即得負向摩擦補償電流值其中，所述微小的電流增量-△ I為小于使得所述助力電機由不轉到開始沿負向轉動的這個臨界點所需的電流量，所述微小的轉動角度-Θ m(rtOT為所述助力電機由不轉到開始負向轉動的這個臨界點的轉動角度；
(3)計算所述摩擦補償電流值Iftietim:
Ifriction ( I Ifriction-1 +Ifriction.) f ^ °
[0009]所述摩擦補償電流值Iftirfim為一個駕駛周期的摩擦補償電流值，其中，所述一個駕駛周期為從汽車的發動機點火到所述發動機熄火之間的一段時間。
[0010]對每個駕駛周期進行所述摩擦補償電流值Iftirtim的計算，當出現一個駕駛周期的摩擦補償電流的電流值的大小大于使所述電動助力轉向系統運行時所需的最小電流值Iiimit時，則此駕駛周期的摩擦補償電流的電流值采用上一個駕駛周期的摩擦補償電流的電流值；當連續多次出現摩擦補償電流的電流值的大小大于使所述電動助力轉向系統運行時所需的最小電流值Ilimit時，則所述電動助力轉向系統產生一個故障碼，同時提醒駕駛員所述電動助力轉向系統存在故障。
[0011]在所述助力電機上設置用于檢測所述助力電機轉動角度的轉角傳感器。
[0012]一種電動助力轉向系統，其包括助力電機和自適應摩擦補償控制單元，所述電動助力轉向系統還包括設置在所述助力電機上用于檢測所述助力電機轉動角度的轉角傳感器，所述自適應摩擦補償控制單元的設置使其能夠按照上述方法計算摩擦補償電流值
I friction0
[0013]由于上述技術方案的實施，本發明與現有技術相比具有如下優點:
根據本發明的摩擦補償的方法是根據助力電機克服該電動助力轉向系統的摩擦后產生運動趨勢所需的電流量來計算摩擦補償電流值，該摩擦補償的方法有效地消除了由于車輛的使用、氣候環境的變化等造成的電動助力轉向系統內摩擦變化的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發明電動助力轉向系統的控制框圖；圖2為本發明的摩擦補償電流值的計算在計算程序中的位置；
圖3為本發明電動助力轉向系統的自適應摩擦補償電流值的計算流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合說明書附圖對本發明作進一步描述。
[0016]如圖1所示，本發明的電動助力轉向系統，其通過檢測駕駛員作用于轉向盤上的力矩信號并結合車速信號計算出當前所需要的助力電流值，并通過摩擦補償的方法計算出摩擦補償電流值然后將助力電流值和摩擦補償電流值Iftirtim通過加法運算得到最終的目標電流值Iaim，同時，檢測電機的實際電流作為反饋電流，反饋電流值與目標電流值Iaiffl通過減法運算后得到誤差電流值，誤差電流值經PID算法運算得到的電機的控制電壓，進而控制助力電機提供助力轉矩，其目的是為了電機輸出的實際電流跟隨目標電流，達到跟蹤目標電流的作用。
[0017]如圖2所示，本發明的摩擦補償電流值的計算在計算程序中的位置，本發明的摩擦補償電流值的計算是在電動助力轉向系統上電自檢通過之后開始助力之前進行計算的。
[0018]下面先確定幾個定義:本發明的摩擦補償電流根據電動助力轉向系統中轉向盤的轉動方向的不同分為正向摩擦補償電流和負向摩擦補償電流，并定義轉向盤沿順時針方向或逆時針方向的轉動為正向轉動，而沿另一轉動方向的轉動為負向轉動。
[0019]如圖3所示，本發明的摩擦補償的方法采用以下步驟進行:
(I)先將目標電流的初 始值設定為零，記為Iaimtl=O,然后以微小的電流增量λ I改變目標電流，同時進行助力電機開環控制，并監測助力電機的轉動，當助力電機轉過微小的轉動角度θ —時，記錄此時的目標電流值Iaim=IaimO+E Λ I，將此時的目標電流值Iaim作為正向摩擦補償電流的電流值，即得正向摩擦補償電流值IMc;tim+，即IMc；tim+=Iaim(l+ Σ Δ I，其中，微小的電流增量為小于使得助力電機由不轉到開始沿正向轉動的這個臨界點所需的電流量，微小的轉動角度Θ motor為助力電機由不轉到開始正向轉動的這個臨界點的轉動角度。
[0020](2)將目標電流的初始值重新設定為零，記為Iaimtl=O,然后以微小的電流增量-Λ I改變目標電流，同時進行助力電機開環控制，并監測助力電機的轉動，當助力電機轉過微小的轉動角度-Θ motor時，記錄此時的目標電流值Iaim=Iaimtl- Σ Δ I，將此時目標電流值Iaim作為負向摩擦補償電流的電流值，即得負向摩擦補償電流值即IMc；ti(m-=Iaimcr Σ Λ I，其中，微小的電流增量-Λ I為小于使得助力電機由不轉到開始沿負向轉動的這個臨界點所需的電流量，微小的轉動角度-θπ_*助力電機由不轉到開始負向轉動的這個臨界點的轉動角度；
(3)計算所述摩擦補償電流值Iftietim:
Ifriction ( I Ifriction-1 +Ifriction.) f ^ °
[0021]上述摩擦補償電流值的計算方法的原理是:由于電動助力轉向系統存在摩擦，助力電機需先克服電動助力轉向系統的摩擦才能產生運動的趨勢并產生微小的轉動角度Θ t 。
motorυ
[0022]本發明的摩擦補償電流值l⁣tim為一個駕駛周期的摩擦補償電流值，其中，一個駕駛周期為從汽車的發動機點火到所述發動機熄火之間的一段時間。[0023]實際中，需對每個駕駛周期進行所述摩擦補償電流值Ifrirtim的計算，當出現一個駕駛周期的摩擦補償電流的電流值的大小大于使電動助力轉向系統運行時所需的最小電流值Iliniit時，則此駕駛周期的摩擦補償電流的電流值采用上一個駕駛周期的摩擦補償電流的電流值；當連續多次出現摩擦補償電流的電流值的大小大于使電動助力轉向系統運行時所需的最小電流值Ilimit時，則電動助力轉向系統產生一個故障碼，同時提醒駕駛員電動助力轉向系統可能存在故障。
[0024]本發明中的電動助力轉向系統的助力電機上設置用于檢測助力電機轉動角度的轉角傳感器。
[0025]在實際使用中，由于電動助力轉向系統中的助力電機通常會通過一個減速裝置耦合到轉向系統的管柱或者小齒輪或者齒條上，且減速裝置通常具有較大的減速比，因此，駕駛員幾乎無法察覺到助力電機上微小的轉動引起的轉向盤的轉動。
[0026]本發明的電動助力轉向系統采用上述摩擦補償的方法來計算摩擦補償電流值，自適應地計算每個駕駛周期的摩擦補償量，有效地消除由于車輛的使用、氣候環境的變化造成的電動助力轉向系統內摩擦變化的影響。并且依據計算的摩擦補償量的大小，可以進行電動助力轉向系統的一項健康診斷。
[0027]以上對本發明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領域技術的人士能夠了解本發明的內容并加以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍，且本發明不限于上述的實施例，凡根據本發明的精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種電動助力轉向系統的自適應摩擦補償的方法，所述電動助力轉向系統是通過檢測駕駛員作用于轉向盤上的力矩信號并結合車速信號計算出當前所需要的助力電流值，并通過摩擦補償的方法計算出摩擦補償電流值I⁣tim，然后將所述助力電流值和所述摩擦補償電流值I⁣tim通過加法運算得到最終的目標電流值Iaim，所述目標電流值Iaim控制助力電機提供助力轉矩，其特征在于，摩擦補償電流根據所述電動助力轉向系統中轉向盤轉動方向的不同分為正向摩擦補償電流和負向摩擦補償電流，并定義所述轉向盤沿順時針方向或逆時針方向的轉動為正向轉動，而沿另一轉動方向的轉動為負向轉動，所述摩擦補償的方法采用以下步驟進行: (1)先將目標電流的初始值設定為零，記為Iaimtl=O,然后以微小的電流增量λI改變目標電流，同時進行所述助力電機開環控制，并監測所述助力電機的轉動，當所述助力電機轉過微小的轉動角度Θ m(rtOTW，記錄此時的目標電流值Iaim=Iaimtl+ Σ Δ I，將此時的目標電流值Iaim作為所述正向摩擦補償電流的電流值，即得正向摩擦補償電流值IMrtim+，其中，所述微小的電流增量為小于使得所述助力電機由不轉到開始沿正向轉動的這個臨界點所需的電流量，所述微小的轉動角度Θ motor為所述助力電機由不轉到開始正向轉動的這個臨界點的轉動角度； (2)將目標電流的初始值重新設定為零，記為Iaimtl=O,然后以微小的電流增量-ΛI改變目標電流，同時進行所述助力電機開環控制，并監測所述助力電機的轉動，當所述助力電機轉過微小的轉動角度-Θ motor時，記錄此時的目標電流值Iaim=Iaimtl- Σ Δ I，將此時目標電流值Iaim作為所述負向摩擦補償電流的電流值，即得負向摩擦補償電流值其中，所述微小的電流增量-△ I為小于使得所述助力電機由不轉到開始沿負向轉動的這個臨界點所需的電流量，所述微小的轉動角度-Θ m(rtOT為所述助力電機由不轉到開始負向轉動的這個臨界點的轉動角度； (3)計算所述摩擦補償電流值Iftietim:
Ifriction ( I Ifriction-1 +Ifriction.) f ^ °
2.根據權利要求1所述的自適應摩擦補償的方法，其特征在于，所述摩擦補償電流值Ifti。一為一個駕駛周期的摩擦補償電流值，其中，所述一個駕駛周期為從汽車的發動機點火到所述發動機熄火之間的一段時間。
3.根據權利要求2所述的自適應摩擦補償的方法，其特征在于，對每個駕駛周期進行所述摩擦補償電流值Iftirtim的計算，當出現一個駕駛周期的摩擦補償電流的電流值的大小大于使所述電動助力轉向系統運行時所需的最小電流值Ilimit時，則此駕駛周期的摩擦補償電流的電流值采用上一個駕駛周期的摩擦補償電流的電流值；當連續多次出現摩擦補償電流的電流值的大小大于使所述電動助力轉向系統運行時所需的最小電流值Ilimit時，則所述電動助力轉向系統產生一個故障碼，同時提醒駕駛員所述電動助力轉向系統存在故障。
4.根據權利要求1所述的自適應摩擦補償的方法，其特征在于，在所述助力電機上設置用于檢測所述助力電機轉動角度的轉角傳感器。
5.一種電動助力轉向系統，其包括助力電機和自適應摩擦補償控制單元，其特征在于，所述電動助力轉向系統還包括設置在所述助力電機上用于檢測所述助力電機轉動角度的轉角傳感器，所述自適應摩擦補償控制單元的設置使其能夠按照權利要求1~4中任一項權利要求所述的方法計算摩擦補償電流值
【文檔編號】B62D5/04GK103935395SQ201410101085
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】呂英超, 呂艷博, 成建明, 蒙天斌 申請人:清華大學蘇州汽車研究院（相城）, 江蘇天行健汽車科技有限公司