CN101860305B - 一种线控转向系统的路感电机控制方法 - Google Patents

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本发明涉及一种线控转向系统的路感电机控制方法，路感电机力矩控制器接收汽车转向盘的转角信号和转向电机的电流信号，得到路感电机反馈至转向盘的反馈力矩Tfeedback；路感电机力矩控制器接收转向柱的转矩信号，得到转向柱的实际转矩T；将所述的反馈力矩Tfeedback与实际转矩T进行PI控制，输出电压信号至路感电机。本发明采用简单有效的力矩算法，计算出路感电机反馈至转向盘的反馈力矩Tfeedback，并将该反馈力矩Tfeedback与转向柱的实际转矩T进行PI控制，来实现对线控转向系统的路感精确模拟。此外，算法中的参数可以通过实验不断的进行调整，在实验中合理匹配参数，能够达到更加理想的效果。

Description

一种线控转向系统的路感电机控制方法
技术领域
本发明涉及汽车转向领域，尤其是一种线控转向系统的路感电机控制方法。
背景技术
汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的重大革新。
为了减少驾驶员的工作，同时保持良好的驾驶感觉，线控转向系统应该能根据驾驶任务、驾驶员的需要和喜好、车辆的固有特性、道路环境和交通等条件进行恰当的调整。在线控转向系统中，方向盘手感为驾驶员提供了车轮与地面的接触信息以及路况的改变信息，这些力和力矩信息反馈到方向盘上，驾驶员依靠从方向盘上感受到的路感信息来得知车轮与路面的接触状况，并给出相应的控制策略，因此，转向路感是维持车辆直接控制性能和稳定性的一项重要属性。
国外的路感控制策略集中在利用估计法获得转向轮的回正力矩，然后进行转向盘力反馈，算法较复杂。国内的很多是基于建模的思想获得恰当的路感，需要在实验中不断的调整算法及参数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制算法简单、能够对线控转向系统的路感电机进行良好控制的线控转向系统的路感电机控制方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种线控转向系统的路感电机控制方法，路感电机力矩控制器接收汽车转向盘的转角信号和转向电机的电流信号，得到路感电机反馈至转向盘的反馈力矩Tfeedback；路感电机力矩控制器接收转向柱的转矩信号，得到转向柱的实际转矩T；将所述的反馈力矩Tfeedback与实际转矩T进行PI控制，输出电压信号至路感电机。
由上述技术方案可知，本发明采用简单有效的力矩算法，计算出路感电机反馈至转向盘的反馈力矩Tfeedback，并将该反馈力矩Tfeedback与转向柱的实际转矩T进行PI控制，来实现对线控转向系统的路感精确模拟。此外，算法中的参数可以通过实验不断的进行调整，在实验中合理匹配参数，能够达到更加理想的效果。
附图说明
图1是本发明中路感电机力矩控制器的功能示意图。
具体实施方式
一种线控转向系统的路感电机控制方法，路感电机力矩控制器接收汽车转向盘的转角信号和转向电机的电流信号，得到路感电机1反馈至转向盘的反馈力矩Tfeedback；路感电机力矩控制器接收转向柱的转矩信号，得到转向柱的实际转矩T；将所述的反馈力矩Tfeedback与实际转矩T进行PI控制，输出电压信号至路感电机1，如图1所示。
结合图1，所述的转向电机的电流传感器实时采集转向电机的输出电流Isteermotor，并将该输出电流Isteermotor与转向电机力矩常数Kt相乘，得到转向执行系统的力矩Tsteer，转向盘转角传感器实时采集方向盘的转角δsw，并将该转角δsw与转向执行系统的阻尼系数Kf相乘，得到转向执行系统自身的阻尼力矩Tf，将转向执行系统的力矩Tsteer与转向执行系统自身的阻尼力矩Tf相加，再与调整系数K相乘，得到路感电机1反馈至转向盘的反馈力矩Tfeedback，公式如下所示：
Tfeedback=K*(Tsteer+Tf)
Tsteer=Kt*Isteermotor
Tf=-Kf*δsw
转向电机力矩常数Kt是固定值，具体值根据不同的电机而定。汽车转向时作用于转向轮上的力矩主要包括经转向系统驾驶员输入的力矩，转向轮上的回正力矩、地面的摩擦力矩以及转向系统自身的阻尼力矩Tf，原则上路感即为转向轮上的力矩信息反馈到方向盘上的力感，而其它与此无关的摩擦力应越小越好，但是由于转向系统自身的阻尼力矩、转向轮上的回正力矩、地面的摩擦力矩都是一定存在并且无法忽略的，其中，转向轮上的回正力矩、地面的摩擦力矩经转向电机的输出电流Isteermotor体现，转向电机的电流信息真实地反映了各种路谱，本发明只需在算法中考虑转向执行系统自身的阻尼力矩Tf即可。
结合图1，转矩传感器实时采集转向柱的实际转矩T，该实际转矩T是驾驶员和路感电机1共同对转向柱施加的力矩。所述的反馈力矩Tfeedback、实际转矩T分别通过饱和控制器3与PID控制器2的输入端相连，PID控制器2的输出端通过饱和控制器3与路感电机1相连。所述的PID控制器2对反馈力矩Tfeedback、实际转矩T进行抗积分饱和PI运算，并将运算结果输出至路感电机1，使路感电机1输出的力矩值达到或者接近反馈力矩Tfeedback。饱和控制器3用于标定输出、输出的范围，对输入、输出的量进行限制。
结合图1，用手转动方向盘到一定角度时，让方向盘自由回正，当方向盘回到中间位置时，转矩传感器测得的转矩即为转向系统自身的阻尼力矩Tf，采取同一转角与不同转角多次实验，确定转向执行系统的阻尼系数Kf。所述的调整系数K的范围为0.5～2，反馈力矩Tfeedback的范围为0～10Nm，一般情况下，方向盘的力矩值约在3～5Nm，10Nm为理论上最大的力矩值。
电机的基本控制器一般采用转速控制器或者电流控制器，由于直流电机的力矩与电流是线性关系，通用公式为T=kt*I，kt为电机力矩常数，因此力矩控制器相当于电流控制器。由于电流变化很快，一般的PID控制器2不能满足其要求，本发明采用增量式PI控制或者抗积分饱和PI控制的效果均不错。所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器2的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致执行机构达到极限位置，计算机控制量超出了正常运行范围而进入了饱和区，一旦系统出现反向偏差，输出量逐渐从饱和区退出，进去饱和区愈深则退出饱和区所需时间愈长。在这段时间内，执行机构仍停留在极限位置而无法随偏差反向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控制一样，造成控制性恶化。作为防止积分饱和的方法之一就是抗积分饱和法，该方法的思路是在计算u(k)时，首先判断上一时刻的控制量u(k-1)是否超出限制范围：若u(k-1)＞umax，则只累加负偏差；u(k-1)＜umax，则只累加正偏差。这种算法可以避免控制量长时间停留在饱和区。
综上所述，本发明的核心在于采用简单有效的力矩算法，计算出路感电机1反馈至转向盘的反馈力矩Tfeedback，并将该反馈力矩Tfeedback与转向柱的实际转矩T进行PI控制，来实现对线控转向系统的路感精确模拟。

Claims (6)

1.一种线控转向系统的路感电机控制方法，其特征在于：路感电机力矩控制器接收汽车转向盘的转角信号和转向电机的电流信号，得到路感电机反馈至转向盘的反馈力矩Tfeedback；路感电机力矩控制器接收转向柱的转矩信号，得到转向柱的实际转矩T；将所述的反馈力矩Tfeedback与实际转矩T进行PI控制，输出电压信号至路感电机；
所述的转向电机的电流传感器实时采集转向电机的输出电流Isteermotor，并将该输出电流Isteermotor与转向电机力矩常数Kt相乘，得到转向执行系统的力矩Tsteer，转向盘转角传感器实时采集方向盘的转角δsw，并将该转角δsw与转向执行系统的阻尼系数Kf相乘，得到转向执行系统自身的阻尼力矩Tf，将转向执行系统的力矩Tsteer与转向执行系统自身的阻尼力矩Tf相加，再与调整系数K相乘，得到路感电机反馈至转向盘的反馈力矩Tfeedback。
2.根据权利要求1所述的线控转向系统的路感电机控制方法，其特征在于：转矩传感器实时采集转向柱的实际转矩T，该实际转矩T是驾驶员和路感电机共同对转向盘施加的力矩。
3.根据权利要求1所述的线控转向系统的路感电机控制方法，其特征在于：所述的反馈力矩Tfeedback、实际转矩T分别通过饱和控制器与PID控制器的输入端相连，PID控制器的输出端通过饱和控制器与路感电机相连。
4.根据权利要求1所述的线控转向系统的路感电机控制方法，其特征在于：用手转动方向盘到一定角度时，让方向盘自由回正，当方向盘回到中间位置时，转矩传感器测得的转矩即为转向系统自身的阻尼力矩Tf，采取同一转角与不同转角多次实验，确定转向执行系统的阻尼系数Kf。
5.根据权利要求1所述的线控转向系统的路感电机控制方法，其特征在于：所述的调整系数K的范围为0.5～2，反馈力矩Tfeedback的范围为0～10Nm。
6.根据权利要求3所述的线控转向系统的路感电机控制方法，其特征在于：所述的PID控制器对反馈力矩Tfeedback、实际转矩T进行抗积分饱和PI运算。
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