CN102030034A - 一种电动助力转向助力控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动助力转向助力控制方法，在基本助力曲线的基础上根据历史状态和现有状态作出扭矩变化趋势的运算，根据运算选择助力曲线段，使实际控制器的控制特征偏向于理想的助力曲线形状，以此降低摩擦的影响，加快回正速度，改善手感，其中零曲线为扭矩比较小的时候的助力曲线，一曲线为扭矩变化趋势比较小时的转向和回正底线，二曲线为扭矩变化趋势比较小时的转向和回正峰线，三曲线为扭矩变化趋势比较大时的转向和回正加速线。能够通过对扭矩的变化趋势进行一定的逻辑判断，按照一定的数学模型，使实际控制器的控制特征偏向于理想的助力曲线形状，以此降低摩擦的影响，加快回正速度，改善手感。

Description

一种电动助力转向助力控制方法
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向助力控制方法。
背景技术
电动助力转向由于其节能，计算机实现的精确控制近年得到了广泛应用。但相对于液压助力转向，也存在一些先天的不足，如弱阻尼、高转动惯量、高摩擦力矩等。其中有些问题是由于闭环控制引起的，有些是由于涡轮蜗杆减速引起的，电流环、扭矩环双环或者电流环、扭矩环、转速环三环这两种技术方案都无法逃避系统干摩擦的影响，进而影响整车回正，转向跟随性等动态性能。为了改善控制器的动态控制性能，各种各样的补偿控制应运而生，如回正补偿、阻尼补偿(也有称为粘性摩擦补偿)、电机惯性补偿、静摩擦补偿等等，这些补偿大大改善了控制性能，但由于其补偿作用有限，并且大都和基本助力不相关，所以整车匹配时很难匹配到最佳状态，补偿越多匹配难度越大，并且有些补偿它们之间本身就是一对矛盾，很难取得一个平衡点。
在对电动助力转向总成进行测试时，基本上都能够得到如图1所示的输入扭矩-输出扭矩的基本助力曲线，这个曲线明显的具有磁滞回线的特征，也就是说，在这个曲线的正程(转向)和逆程(回正)，输入扭矩-输出扭矩曲线是不重合的，导致曲线不重合的有很多因素，包括阻尼补偿，电机功率限制等，但即使将这些因素都排除后，曲线的正程和逆程还是不可能重合，最主要的因素就是系统的摩擦，尤其是电机、蜗杆等的摩擦。由于涡轮蜗杆减速的原因，这些摩擦会按照涡轮蜗杆减速比的倍数反射到输入轴或输出端，而通常减速比都比较大，典型值16-20，导致系统摩擦的很难降低到一个比较小的值，这也是电动助力转向机械部分的难点之一。而以上基本助力曲线和比较理想的曲线是完全矛盾的，典型曲线正程助力小，逆程助力大。由于轮胎与地面的摩擦方向不同等原因，典型的转向力在转向时比较大，在保舵和回正时比较小，在这种情况下，正程助力小会导致方向盘手力偏重，逆程助力大会导致回正不好，尤其是在低速时。也就是说，比较理想的曲线希望得到的是正程助力大，逆程助力小的结果，这样就可以在正程方向盘手力和逆程回正之间得到平衡。但是众所周知，摩擦力总是与相对运动方向相反，很显然这样理想的曲线理论上是无法实现的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种电动助力转向助力控制方法，能够通过对扭矩的变化趋势进行一定的逻辑判断，按照一定的数学模型，使实际控制器的控制特征偏向于理想的助力曲线形状，以此降低摩擦的影响，加快回正速度，改善手感。
为解决上述现有的技术问题，本发明采用如下方案：一种电动助力转向助力控制方法，在基本助力曲线的基础上根据历史状态和现有状态作出扭矩变化趋势的运算，根据运算选择助力曲线段，使实际控制器的控制特征偏向于理想的助力曲线形状，以此降低摩擦的影响，加快回正速度，改善手感，其中零曲线为扭矩比较小的时候的助力曲线，一曲线为扭矩变化趋势比较小时的转向和回正底线，二曲线为扭矩变化趋势比较小时的转向和回正峰线，三曲线为扭矩变化趋势比较大时的转向和回正加速线。
作为优选，对扭矩的变化趋势的运算为扭矩的微分和积分，采用带通滤波的方式得到扭矩变化趋势，经过带通滤波后的扭矩信号，其低频端具有微分的特征，高频端具有积分的特征，上下两个截止频率点选在与方向盘操作快慢相对应的频率附近。对扭矩进行微分操作反映在计算机上表现为差分运算，但差分运算会迅速降低信噪比，积分操作必须去除直流成分，采用带通滤波的方式既不会降低微分操作中的信噪比，又去除了积分操作中的直流成分。
作为优选，根据对扭矩变化趋势的运算，基本助力曲线的轨迹不同，产生一个磁滞区，不同的车速，基本助力曲线的阈值和磁滞区大小不同。
作为优选，零曲线、一曲线、二曲线、三曲线采用二次曲线，在各曲线连接处得到弧形过渡，以得到更平滑的手感。
有益效果：
本发明采用上述技术方案提供一种电动助力转向助力控制方法，能够通过对扭矩的变化趋势进行一定的逻辑判断，按照一定的数学模型，使实际控制器的控制特征偏向于理想的助力曲线形状，以此降低摩擦的影响，加快回正速度，改善手感。
附图说明
图1为一般控制器基本助力曲线；
图2为本发明的基本助力曲线；
图3为本发明的控制器状态切换表格。
具体实施方式
如图2和图3所示，一种电动助力转向助力控制方法，在基本助力曲线的基础上根据历史状态和现有状态作出扭矩变化趋势的运算，根据运算选择助力曲线段，使实际控制器的控制特征偏向于理想的助力曲线形状，以此降低摩擦的影响，加快回正速度，改善手感，其中零曲线0为扭矩比较小的时候的助力曲线，一曲线1为扭矩变化趋势比较小时的转向和回正底线，二曲线2为扭矩变化趋势比较小时的转向和回正峰线，三曲线3为扭矩变化趋势比较大时的转向和回正加速线。对扭矩的变化趋势的运算为扭矩的微分和积分，采用带通滤波的方式得到扭矩变化趋势，经过带通滤波后的扭矩信号，其低频端具有微分的特征，高频端具有积分的特征，上下两个截止频率点选在与方向盘操作快慢相对应的频率附近。根据对扭矩变化趋势的运算，基本助力曲线的轨迹不同，产生一个磁滞区，不同的车速，基本助力曲线的阈值和磁滞区大小不同。零曲线0、一曲线1、二曲线2、三曲线3采用二次曲线，在各曲线连接处得到弧形过渡，以得到更平滑的手感。
TM为扭矩运算值，Tth为扭矩运算值的阈值，T1、T2、T3、T4为各段扭矩曲线的边界值，A、B、|A、|B为逻辑状态。A为扭矩运算值＞Tth，B为扭矩运算值＜-Tth，|A为不满足A的任何条件，|B为不满足B的任何条件。
阈值Tth、一曲线1与二曲线2之间的磁滞宽度随车速的不同而变化，典型值为：车速越高，阈值Tth越大，车速越高，一曲线1与二曲线2之间的磁滞宽度越小，以兼顾不同车速下的性能。
具体操作时，根据各种不同的状态，在一般转动方向盘进行转向时，扭矩明显上升，助力曲线的轨迹为0-1-3-2，其中，曲线轨迹从1-3-2时，三曲线3会根据扭矩运算值TM超过阈值Tth的时刻而选择从左到右的一系列不同的三曲线3。转动方向盘越快，扭矩增加越明显，助力曲线轨迹从1-3-2时，选择越靠输入扭矩比较小附近的三曲线3，这时候助力越大，如紧急避让的情况下选择的就是这条曲线。方向盘转动比较慢时，扭矩增加得慢一些，助力曲线轨迹从1-3-2时，选择越靠输入扭矩比较大附近的三曲线3，这时候助力比较小，极限情况下，非常缓慢的转动方向盘时，助力曲线选择输入扭矩最大的三曲线3，轨迹为0-1-3到输入扭矩最大，这时候选择助力最小的轨迹，这时路感最强。反过来，转向完成后越慢放松方向盘，扭矩运算值TM越慢小于阈值-Tth，助力曲线的轨迹为2-3-1-0。扭矩变化越慢，越选择靠输入扭矩比较小的三曲线3，极限情况下，道路的转弯弧度变化非常缓慢时，扭矩选择输入扭矩最小的三曲线3，这时助力最大，得到的是比较小的方向盘手力。转向完成后越快放松方向盘，这时候扭矩运算值TM越快小于阈值-Tth，助力曲线的轨迹选择越靠输入扭矩比较大的三曲线3，极限情况下，低速调头时，方向盘在调头完成后快速放松，助力曲线轨迹选择输入扭矩最大的三曲线3，曲线估计为3-1-0，这时助力最小，回正最快，为了保证直线行驶时的路感，正程和逆程在小扭矩时助力相同，都选择零曲线0。

Claims (4)

1.一种电动助力转向助力控制方法，其特征在于：在基本助力曲线的基础上根据历史状态和现有状态作出扭矩变化趋势的运算，根据运算选择助力曲线段，使实际控制器的控制特征偏向于理想的助力曲线形状，以此降低摩擦的影响，加快回正速度，其中零曲线(0)为扭矩比较小的时候的助力曲线，一曲线(1)为扭矩变化趋势比较小时的转向和回正底线，二曲线(2)为扭矩变化趋势比较小时的转向和回正峰线，三曲线(3)为扭矩变化趋势比较大时的转向和回正加速线。
2.根据权利要求1所述的一种电动助力转向助力控制方法，其特征在于：对扭矩的变化趋势的运算为扭矩的微分和积分，采用带通滤波的方式得到扭矩变化趋势，经过带通滤波后的扭矩信号，其低频端具有微分的特征，高频端具有积分的特征，上下两个截止频率点选在与方向盘操作快慢相对应的频率附近。
3.根据权利要求1所述的一种电动助力转向助力控制方法，其特征在于：根据对扭矩变化趋势的运算，基本助力曲线的轨迹不同，产生一个磁滞区，不同的车速，基本助力曲线的阈值和磁滞区大小不同。
4.根据权利要求1所述的一种电动助力转向助力控制方法，其特征在于：零曲线(0)、一曲线(1)、二曲线(2)、三曲线(3)采用二次曲线，在各曲线连接处得到弧形过渡，以得到更平滑的手感。
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