CN101353052B - 一种汽车电动助力转向系统的电机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车电动助力转向系统及其电机控制方法。一种汽车电动助力转向系统，包括电子控制单元，以及与之相连的方向盘转矩传感模块、车速传感模块、电机驱动模块和助力电机吸收电流检测模块，电子控制单元中还包含PID控制器。在该电动助力转向系统中，助力电机的控制过程采用自选择的PID控制方法，由于电机在助力和回正两个工作过程中外部负载不同，电机的特性也不同，故在不同的工作状态下采用不同的控制方式能够达到很好的控制效果。本发明大大提高系统运行的稳定性，使助力电机及时、准确的输出设定转矩，在转向盘在全行程范围内，转动平滑、连续、无振动。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车的电机控制系统的控制方法，尤其涉及一种汽车电动助力转向系统的电机控制方法。
背景技术
转向系统是影响汽车操纵稳定性舒适性和行驶安全性的关键系统之一，主要包括液压助力转向系统(HPS)、电控液压助力转向系统(EHPS)和电动助力转向系统(EPS)。在电动助力转向系统(EPS)中，助力电机尽在转向时工作，系统功耗大大降低，有利于能源节约。此外，EPS具有易于控制、精度高和响应速度快的优点。
在电动助力转向系统中，助力电机运行的稳定性，响应的速度和精度直接影响系统的性能和驾驶员的手感。由于助力电机的不均匀性，采用合理的控制算法是助力电机工作在最优状态的重要保证。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种汽车电动助力转向系统的电机控制方法。
本发明的技术方案为：一种汽车电动助力转向系统，包括电子控制单元，以及与之相连的方向盘转矩传感模块、车速传感模块、电机驱动模块和助力电机吸收电流检测模块，电子控制单元中还包含PID控制器。电子控制单元1与方向盘转矩传感模块2相连，从方向盘转矩传感模块2获取方向盘转矩信号，电子控制单元1与车速传感模块3相连，以获取车速信号，电子控制单元1与电机驱动模块4相连，以控制电机的吸收电流和输出转矩，助力电机吸收电流检测模块5与电机驱动模块4相连，检测当前电机吸收电流，并与电子控制单元1相连，将检测的当前吸收电流送入PID控制器6，形成闭环控制。
一种汽车电动助力转向系统的电机控制方法，PID控制器通过判断助力转向系统处于不同的状态采用不同的控制方式，即电子控制单元采集方向盘转矩信号和车速信号，计算得出助力转向系统的助力电机目标吸收电流，且采集助力电机当前吸收电流，计算电流偏差E和偏差的变化率EC。电子控制单元通过判断方向盘转矩的变化趋势和电机当前的转向，得出电动助力转向系统的工作过程，当助力转向系统处于助力状态时，采用普通的增量式PID控制算法，采用初始的Kp、Ki和Kd作为系统控制参数，当助力转向系统处于回正状态时，采用具有参数优化功能的模糊PID控制方法，即首先检测PID的临界值，并由此计算参数Kp1、Ki1和Kd1，再将电流偏差E和电流偏差的变化率EC模糊化，对Kp1、Ki1和Kd1进行优化，输出参数Kp、Ki和Kd，对系统进行控制。
本发明的有益效果是：针对电机的不均匀性，和不同工作负载时特性不同采用的控制方式，当助力转向系统处于助力状态时，其工作负载较大，电机性能相对稳定，采用普通的增量式PID控制算法即可满足控制要求，并具有简化计算和控制过程的优点。当助力转向系统处于回正状态时，由于其工作负载较小，且有变化，故电机的特性不稳定，故采用具有参数优化功能的模糊PID控制方法。两种控制方法的结合使控制过程超调减小约0.5A，上升时间由2ms缩短为1ms。大大提高系统运行的稳定性，使助力电机及时、准确的输出设定转矩，在转向盘在全行程范围内，转动平滑、连续、无振动。
附图说明
图1是本发明实施的系统框图。
图2是本发明实施的控制算法流程图
图3是本发明实施的回正过程控制系统方框图。
图4是本发明实施回正控制阶跃响应特性曲线图。
具体实施方式
参照图1，一种汽车电动助力转向系统，包括电子控制单元1，以及与之相连的方向盘转矩传感模块2、车速传感模块3和电机驱动模块4，并根据电机的不同工作过程和状态采用了不同的电机控制方法。
以下结合附图说明对本发明的实施做进一步详细描述。
如图1和图2，电子控制单元1通过分析由方向盘转矩传感模块2输入的转矩信号和由车速传感模块3输入的车速信号得出电动助力转向系统应输出的吸收电流和转矩，将该参数输入到PID控制器，并向电机驱动模块4输出经控制器调节的脉宽调制信号(PWM)，通过控制PWM的占空比控制助力电机的端电压和吸收电流，由此控制电机输出的转矩。助力电机吸收电流检测模块5负责检测电机的吸收电流，输入电子控制单元1中的PID控制器6，形成闭环控制。该电动助力转向系统的工作过程分为以下五个步骤：
第一步，电子控制单元1采集方向盘转矩信号和车速信号，并计算得出助力转向系统的助力电机目标吸收电流。
第二步，采集助力电机当前吸收电流，并计算电流偏差E和偏差的变化率EC，并通过现场调试设定初始PID控制参数Kp、Ki和Kd。
第三步，电子控制单元1通过判断方向盘转矩的变化趋势和电机当前的转向，判断电动助力转向系统的工作过程，即助力电机的负载状态及特性。
第四步，通过第三步的判断，当电动助力转向系统处于助力工作过程时，电机工作负载大，性能稳定，此时采用增量式PID算法控制助力电机，初始的Kp、Ki和Kd作为系统控制参数；当电动助力转向系统处于回正工作过程时，电机工作负载小，此时采用具有参数优化功能的模糊PID控制方法。首先检测PID的临界值，并由此计算参数Kp1、Ki1和Kd1，再将电流偏差E和电流偏差的变化率EC模糊化，对Kp1、Ki1和Kd1进行优化，输出参数Kp、Ki和Kd。
第五步，根据第三步和第四步的判断和计算，将得到的参数Kp、Ki和Kd和电流偏差E、偏差的变化率EC输入控制器，得到输出结果，由该结果调节PWM信号的占空比，即可调节电机的吸收电流和转矩。
Claims (1)
1.一种汽车电动助力转向系统的电机控制方法，汽车电动助力转向系统包括电子控制单元(1)，以及与之相连的方向盘转矩传感模块(2)、车速传感模块(3)、电机驱动模块(4)和助力电机吸收电流检测模块(5)，其中电子控制单元(1)中还包含PID控制器(6)；电子控制单元(1)与方向盘转矩传感模块(2)相连，从方向盘转矩传感模块(2)获取方向盘转矩信号，电子控制单元(1)与车速传感模块(3)相连，以获取车速信号，电子控制单元(1)与电机驱动模块(4)相连，以控制电机的吸收电流和输出转矩，助力电机吸收电流检测模块(5)与电机驱动模块(4)相连，检测当前电机吸收电流，并与电子控制单元(1)相连，将检测的当前吸收电流送入PID控制器(6)，形成闭环控制，其特征在于：所述的PID控制器(6)通过判断助力转向系统处于不同的状态采用不同的控制方式，即当助力转向系统处于助力状态时，采用普通的增量式PID控制算法，当助力转向系统处于回正状态时采用具有参数优化功能的模糊PID控制方法，具体包括以下步骤：
第一步，电子控制单元(1)采集方向盘转矩信号和车速信号，并计算得出助力转向系统的助力电机目标吸收电流；
第二步，采集助力电机当前吸收电流，并计算电流偏差E和偏差的变化率EC，并通过现场调试设定初始PID控制参数Kp、Ki和Kd；
第三步，电子控制单元(1)通过判断方向盘转矩的变化趋势和电机当前的转向，判断电动助力转向系统的工作过程，即助力电机的负载状态及特性；
第四步，通过第三步的判断，当电动助力转向系统处于助力工作过程时，电机工作负载大，性能稳定，此时采用增量式PID算法控制助力电机，初始的Kp、Ki和Kd作为系统控制参数；当电动助力转向系统处于回正工作过程时，电机工作负载小，此时采用具有参数优化功能的模糊PID控制方法；首先检测PID的临界值，并由此计算参数Kp1、Ki1和Kd1，再将电流偏差E和电流偏差的变化率EC模糊化，对Kp1、Ki1和Kd1进行优化，输出参数Kp、Ki和Kd；
第五步，根据第三步和第四步的判断和计算，将得到的参数Kp、Ki和Kd和电流偏差E、偏差的变化率EC输入控制器，得到输出结果，由该结果调节PWM信号的占空比，即可调节电机的吸收电流和转矩，形成闭环控制。
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