CN102320326B - 用于汽车线控转向系统的控制方法 - Google Patents
用于汽车线控转向系统的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102320326B CN102320326B CN201110190162A CN201110190162A CN102320326B CN 102320326 B CN102320326 B CN 102320326B CN 201110190162 A CN201110190162 A CN 201110190162A CN 201110190162 A CN201110190162 A CN 201110190162A CN 102320326 B CN102320326 B CN 102320326B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steering
- control
- actuating motor
- steering handwheel
- wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
Abstract
本发明公开了用于汽车线控转向系统的控制方法,步骤:1.线控转向系统初始化;2.检测转向盘的位置是否与转向车轮的位置相对应,如果不是,通过力感模拟电机调节转向盘转角至与小齿轮转角对应的目标转向盘位置;3.检测线控转向系统是否继续工作;4.转向系统及车辆状态采集处理;5.转向盘位置控制器与转向执行电机转矩控制器分别计算β和α;6.转向盘位置控制器根据θp与β计算相应的转向盘目标转角,转向执行电机转矩控制器则根据Ts与α计算转向执行电机的目标电流;7.转向盘位置控制器按照位置控制原理对力感模拟电机进行转角控制;8.转向执行电机转矩控制器按照转矩控制原理对转向执行电机进行控制;重复3至步骤8直到线控转向系统停止工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于汽车线控转向系统的控制方法,更具体地说,它涉及一种低速行驶转向轻便、灵敏;高速行驶稳定、路感清晰的用于汽车线控转向系统的控制方法。
背景技术
传统的机械式转向系统由于其转向盘到转向车轮的传动比变化微小甚至不变,车辆转向行驶时就给驾驶员带来了“轻”与“灵”的矛盾。而线控转向系统由于其转向盘到小齿轮的角传动比与力传动比都是可变的,那么上述矛盾便迎刃而解。但是,现有线控转向系统的控制策略均是根据转向盘转角控制小齿轮或者车轮的转角,根据转向盘转角与车速或者估算的转向齿条阻力来控制力感模拟电机,向驾驶员模拟转向阻力。这就造成了力感模拟的失真,驾驶员不能及时甚至无法通过转向盘感知地面作用在转向车轮上的力,而且,车辆在转向后能否自行回正将受到转向盘位置的影响,与传统的转向系统回正原理截然不同,影响车辆性能,造成车辆驾驶困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题,提供了一种用于汽车线控转向系统的控制方法。
为解决上述技术问题,本发明是采用如下技术方案实现的:所述的用于汽车线控转向系统的控制方法包括如下步骤:
1.线控转向系统初始化,即分别初始化转向盘位置控制器和转向执行电机转矩控制器中的A/D转换、I/O端口、PWM、CAN通信模块的寄存器并赋予各控制参数及变量初值。
2.检测转向盘的位置是否与转向车轮的位置相对应,如果不是,通过力感模拟电机调节转向盘的转角至与小齿轮转角对应的目标转向盘位置。
3.检测线控转向系统是否继续工作,即驾驶员是否需要汽车继续转向操作,否,停止。
4.转向盘位置控制器和转向执行电机转矩控制器采集系统传感器信号并将其发送到系统通信总线上,同时,车载网关将必要的转向系统状态发送给其他车载系统总线,也将车辆状态信号发送到线控转向系统通信总线上。
5.转向盘位置控制器与转向执行电机转矩控制器分别计算转向盘到小齿轮的角传动比β和转向盘到小齿轮的力传动比α。
6.转向盘位置控制器根据小齿轮转角θp与转向盘到小齿轮的角传动比β计算相应的转向盘目标转角,与此同时,转向执行电机转矩控制器则根据转矩传感器的测量值Ts与转向盘到小齿轮的力传动比α计算转向执行电机的目标电流。
7.转向盘位置控制器按照位置控制原理对力感模拟电机进行转角控制。
8.转向执行电机转矩控制器按照转矩控制原理对转向执行电机进行控制。至此,返回到步骤3,重复步骤3至步骤8的控制流程,直到线控转向系统停止工作。
技术方案中所述的转向盘位置控制器按照位置控制原理对力感模拟电机进行转角控制是指:
1.为PID控制器的电流控制模块根据转速控制模块计算的电机目标电流i′h及电机实际电流反馈ih对力感模拟电机进行控制,电流控制模块的输出为电机PWM控制的占空比uh。
3.位置控制模块采用比例控制,位置控制模块根据转向盘目标转角θ′h及转向盘实际转角反馈θh对转向盘转速进行控制。
技术方案中所述的转向执行电机转矩控制器按照转矩控制原理对转向执行电机进行控制是指:
1.为PID控制器的电流控制模块根据转向执行电机目标电流i′p及转向执行电机实际电流反馈ip对转向执行电机进行控制,电流控制模块的输出为转向执行电机闭环控制的PWM占空比up1。
2.为了加快转向执行电机的响应速度,引入转向盘转矩前馈控制环节,kT为前馈控制系数,相应的PWM控制占空比为up2,转向执行电机的PWM控制占空比up为两者之和。
与现有技术相比本发明的有益效果是:
1.本发明所述的用于汽车线控转向系统的控制方法当线控转向系统初始化时,转矩控制位差反馈式双向伺服控制结构可以避免由于转向盘与小齿轮的位置偏差而造成转向执行模块的大幅转动甚至到达极限位置的现象。该控制策略会根据转向车轮的位置,自动调整转向盘到与之对应的角度。
2.本发明所述的用于汽车线控转向系统的控制方法当车辆处在转向后的回正状态时,驾驶员作用在转向盘上的手力较小甚至为零,相应地,转向执行电机的转矩也较小,转向执行模块会由于地面作用在车轮上的回正力矩而自由回正,从而带动转向盘模块的回正,符合传统机械转向系统的回正动力学特性和人们的驾驶习惯。
3.转向盘的位置三闭环控制方法,由于引入了电机电流和转向盘转速作为反馈,可以提高转向盘模块的速度和加速度性能,进而减小转向盘模块位置响应的时间常数,提高了其工作频率,增强了其抗干扰能力。
4.由于转向盘到小齿轮的角传动比和力传动比可变。使得车速较低时,能够减小驾驶员转动转向盘的操作幅度,提高车辆响应的灵敏性和转向轻便型。随着车速的提高,车辆的响应不会过于灵敏而导致驾驶员精神紧张而无法精确控制转向车轮的位置,另外,驾驶员能够获得清晰的力感,提高车辆的操纵稳定性。
总的来说,该发明从根本上解决了机械式转向系统“轻”与“灵”的矛盾,解决了现有线控转向系统转向及回正时的控制问题以及转向盘力感模拟失真的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
图1是本发明所述的汽车线控转向系统结构组成的示意图;
图2是本发明所述的汽车线控转向系统中转矩控制位差反馈式双向伺服控制结构及控制原理的示意框图;
图3是本发明所述的用于汽车线控转向系统的控制方法的流程图;
图4是本发明所述的用于汽车线控转向系统的控制方法中力感模拟电机位置控制原理的示意图;
图5是本发明所述的用于汽车线控转向系统的控制方法中转向执行电机转矩控制原理的示意图;
图6是本发明所述的用于汽车线控转向系统的控制方法中转向盘到小齿轮角传动比的变化曲线;
图7是本发明所述的用于汽车线控转向系统的控制方法中转向盘到小齿轮力传动比的变化曲线。
图中,1.转向盘,2.转矩传感器,3.蜗轮蜗杆减速器,4.转向盘转角传感器,5.力感模拟电机,6.转向盘位置控制器,7.转向盘模块,8.车载网关,9.线控转向系统通信总线,10.转向执行模块,11.小齿轮转角传感器,12.蜗轮蜗杆减速器,13.齿轮齿条式转向器,14.转向车轮,15.转向执行电机,16.转向执行电机转矩控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述:
参阅图1,转向盘位置控制器6和转向执行电机转矩控制器16分别采集转向盘模块7和转向执行模块10的各种传感器信号并与其自身工作状态发送到线控转向系统通信总线9上,车载网关8将车辆状态信号发送到线控转向系统通信总线9上并将线控转向系统状态发送给整车。
参阅图2至图7,本发明所述的用于汽车线控转向系统的控制方法,采用了转矩控制位差反馈式双向伺服控制结构、力感模拟电机5的位置控制方法、转向执行电机15的转矩控制方法、转向盘到小齿轮的角传动比和力传动比的控制方法。
参阅图2,定义转向盘到小齿轮的角传动比为β,即β=θh/θp,
其中:θh为转向盘转角传感器4的测量值;θp为小齿轮转角传感器11的测量值。
定义转向盘到小齿轮的力传动比为α,即α=Ts/Tp,
其中:Ts为转向盘转向管柱上转矩传感器2的测量值;Tp为小齿轮轴上的扭矩。需要说明的是,转向执行电机15采用的是转矩控制,那么Tp=η·ip·km·kg,
其中:η为转向执行电机15输出轴到小齿轮轴的机械效率;kg为蜗轮蜗杆减速器12的速比;转向执行电机15的电磁转矩Tm=km·ip;ip为转向执行电机15的电枢电流;km为转向执行电机15的转矩系数;。
所述的用于汽车线控转向系统的控制方法
参阅图2和图3,所述的用于汽车线控转向系统的控制方法的步骤如下:
1.线控转向系统初始化,各控制器和传感器上电,分别初始化转向盘位置控制器6和转向执行电机转矩控制器16中的A/D转换、I/O端口、PWM和CAN通信模块的寄存器并赋予各控制参数及变量初值;
2.线控转向系统初始化之后,转向盘位置控制器6采集线控转向系统及车辆状态传感器信号并检测转向盘1的位置是否与转向车轮14的位置相对应,如果不是,应通过力感模拟电机5调节转向盘转角至与小齿轮转角对应的目标转向盘位置;
3.检测线控转向系统是否需要继续工作,即驾驶员是否需要汽车继续转向操作(发动机关闭且手刹车拉紧时认为线控转向系统不工作),否,停止;
4.转向盘位置控制器6与转向执行电机转矩控制器16分别采集转向盘模块7和转向执行模块10中的传感器信号并将其发送到系统通信总线9上。同时,车载网关8将必要的转向系统状态发送给其他车载系统总线,也将车辆状态信号发送到线控转向系统通信总线9上。
5.转向盘位置控制器6与转向执行电机转矩控制器16分别计算转向盘1到小齿轮的角传动比β和转向盘1到小齿轮的力传动比α。
参阅图6,图中所示为转向盘1到小齿轮的角传动比β与车速的变化曲线,当车速较低时,该传动比小于1,这样可以减小驾驶员转动转向盘的操作幅度,并提高车辆响应的灵敏性;随着车速的提高,该传动比变大,能够防止由于车辆响应过于灵敏而导致驾驶员精神紧张,无法精确控制转向车轮位置。
参阅图7,图中所示为转向盘1到小齿轮的力传动比α与车速的变化曲线,当车速较低时,该传动比较小,提高车辆的转向轻便性;随着车速的提高,该传动比变大,驾驶员的路感清晰,提高车辆的操纵稳定性。
6.转向盘位置控制器6根据小齿轮转角θp与转向盘1到小齿轮的角传动比β计算相应的转向盘目标转角。与此同时,转向执行电机转矩控制器16则根据转矩传感器2的测量值Ts与转向盘1到小齿轮的力传动比α计算转向执行电机15的目标电流。
7.转向盘位置控制器6按照图4所示的位置控制原理对力感模拟电机5进行转角控制。控制原理中包含电流、转速和位置三个控制模块。其中,电流控制模块采用PID控制器,它根据转速控制模块计算的电机目标电流i′h及电机实际电流反馈ih对力感模拟电机5进行控制,电流控制模块的输出为电机PWM控制的占空比uh;转速控制模块采用PI控制器,它根据位置控制模块计算的转向盘目标转速及转向盘实际转速反馈对力感模拟电机5的电流进行控制;位置控制模块采用比例控制,它根据转向盘目标转角θ′h及转向盘实际转角反馈θh对转向盘转速进行控制。这种位置控制策略由于引入了转向盘转速和电机电流反馈,与位置单闭环控制相比:具有较好的速度和加速度性能,减小了转向盘的位置响应时间常数,即系统的跟随性能更好且稳定性提高。
8.转向执行电机转矩控制器16按照图5所示的转矩控制原理对转向执行电机15进行控制。其中,电流控制模块采用PID控制器,它根据转向执行电机目标电流i′p及转向执行电机15实际电流反馈ip对转向执行电机15进行控制,电流控制模块的输出为电机闭环控制的PWM占空比up1;同时,为了加快转向执行电机的响应速度,引入转向盘转矩前馈控制环节,kT为前馈控制系数,相应的PWM控制占空比为up2。转向执行电机的PWM控制占空比up为两者之和。
至此,返回到步骤3,重复步骤3至步骤8的控制流程,直到线控转向系统停止工作。
下面将线控转向系统的工作状态分为以下四种进行说明:
1.当没有驾驶员转向操作输入时,转向管柱上转矩传感器2的测量值Ts与转向执行电机15的电枢电流i均为零,转向执行模块只受到地面与轮胎的作用力而运动,从而带动转向盘模块的运动。符合装备了传统机械转向系统的车辆在没有驾驶员输入情况下的回正动力学原理;
2.当驾驶员进行转向操作时,会造成转向盘1实际位置与目标位置的偏差,力感模拟电机5将会根据该偏差对转向盘1的位置进行控制,这将使驾驶员感受到力的作用,即Ts不再为零,相应地,转向执行电机15工作使车轮按照驾驶员意图进行转向的同时,进一步减小转向盘1与其目标位置的偏差。在驾驶员开始转动转向盘1的瞬间,由于转向盘1与其目标位置的偏差较大,其感受到的力比转动过程中稍大,相当于克服系统惯性的作用力;
3.当驾驶员转向后保持一定转向角度时,转向盘1实际位置与目标位置将存在微小的偏差,它使得力感模拟电机5输出一定的转矩与驾驶员手力平衡,而由此产生的Ts使得转向执行电机15输出转矩与地面和轮胎间产生的回正力矩平衡,整个系统处于稳态;
4.当线控转向系统受到路面较大的干扰时,会打破转向执行模块的平衡状态,小齿轮发生转动,进而影响转向盘1与其目标位置的偏差。此时,由于力感模拟电机5的控制作用,驾驶员会感受到相应的转矩,即路面干扰。这种现象是转矩控制位差反馈式双向伺服控制策略决定的,它有利于驾驶员感知路面信息并对行驶环境做出正确的判断。
Claims (1)
1.一种用于汽车线控转向系统的控制方法,其特征在于,所述的用于汽车线控转向系统的控制方法包括如下步骤:
1)线控转向系统初始化,即分别初始化转向盘位置控制器(6)和转向执行电机转矩控制器(16)中的A/D转换、I/O端口、PWM、CAN通信模块的寄存器并赋予各控制参数及变量初值;
2)检测转向盘(1)的位置是否与转向车轮(14)的位置相对应,如果不是,通过力感模拟电机(5)调节转向盘(1)的转角至与小齿轮转角对应的目标转向盘位置;
3)检测线控转向系统是否继续工作,即驾驶员是否需要汽车继续转向操作,如果不需要汽车继续转向操作,则线控转向系统停止工作;
4)转向盘位置控制器(6)和转向执行电机转矩控制器(16)采集系统传感器信号并将其发送到线控转向系统通信总线(9)上,同时,车载网关(8)将必要的转向系统状态发送给其他车载系统总线,也将车辆状态信号发送到线控转向系统通信总线(9)上;
5)转向盘位置控制器(6)与转向执行电机转矩控制器(16)分别计算转向盘到小齿轮的角传动比β和转向盘到小齿轮的力传动比α;
6)转向盘位置控制器(6)根据小齿轮转角θp与转向盘到小齿轮的角传动比β计算相应的转向盘目标转角,与此同时,转向执行电机转矩控制器(16)则根据转矩传感器(2)的测量值Ts与转向盘(1)到小齿轮的力传动比α计算转向执行电机(15)的目标电流;
7)转向盘位置控制器(6)按照位置控制原理对力感模拟电机(5)进行转角控制:
c.位置控制模块采用比例控制,位置控制模块根据转向盘目标转角及转向盘实际转角反馈θh对转向盘转速进行控制;
8)转向执行电机转矩控制器(16)按照转矩控制原理对转向执行电机(15)进行控制:
b.为了加快转向执行电机(15)的响应速度,引入转向盘转矩前馈控制环节,kT为前馈控制系数,相应的PWM控制占空比为up2,转向执行电机(15)的PWM控制占空比up为闭环控制PWM占空比up1与前馈控制PWM占空比up2之和;
9)至此,返回到步骤3),重复步骤3)至步骤8)的控制流程,直到线控转向系统停止工作。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110190162A CN102320326B (zh) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | 用于汽车线控转向系统的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110190162A CN102320326B (zh) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | 用于汽车线控转向系统的控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102320326A CN102320326A (zh) | 2012-01-18 |
CN102320326B true CN102320326B (zh) | 2012-09-26 |
Family
ID=45448214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201110190162A Expired - Fee Related CN102320326B (zh) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | 用于汽车线控转向系统的控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102320326B (zh) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103587576B (zh) * | 2013-12-06 | 2015-09-02 | 中国石油大学(华东) | 一种电动汽车线控转向系统及控制方法 |
CN103661598B (zh) * | 2013-12-13 | 2016-02-24 | 中联重科股份有限公司 | 一种电控转向安全控制设备、方法、系统以及工程机械 |
CN105292251A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-02-03 | 吉林大学 | 一种适用于汽车的四轮转向系统 |
JP6388187B2 (ja) * | 2016-07-28 | 2018-09-12 | 日本精工株式会社 | 電動パワーステアリング装置 |
CN107010104B (zh) * | 2017-03-09 | 2020-04-10 | 合肥工业大学 | 一种基于可拓滑模线控车辆行驶稳定性控制方法及系统 |
CN108693769A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-10-23 | 上海华测导航技术股份有限公司 | 一种基于电动方向盘的农业机械自动驾驶控制方法 |
DE102018215555A1 (de) * | 2018-09-12 | 2020-03-12 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Ermitteln einer Zahnstangenkraft eines steer-by-wire-Lenksystems, steer-by-wire-Lenksystem und Fahrzeug |
CN109850004B (zh) * | 2019-03-25 | 2021-08-17 | 武汉科技大学 | 具有节能功能的线控转向汽车转向盘控制方法及系统 |
CN110466599B (zh) * | 2019-09-25 | 2023-11-03 | 吉林大学 | 一种用于电动轮驱动汽车的转向机构与悬架集成的线控转向机构及其控制方法 |
JP7514385B2 (ja) * | 2020-07-24 | 2024-07-10 | 華為技術有限公司 | ステアバイワイヤシステム及び操舵制御方法 |
JP7488164B2 (ja) | 2020-09-17 | 2024-05-21 | 株式会社ジェイテクト | 操舵装置 |
CN112172918B (zh) * | 2020-09-29 | 2022-04-01 | 北京航天发射技术研究所 | 一种多轴电液转向系统双闭环控制系统和方法 |
CN115892206B (zh) * | 2023-01-06 | 2024-05-14 | 一汽解放汽车有限公司 | 一种车轮转角控制方法、装置及电子设备 |
CN117022437B (zh) * | 2023-09-26 | 2024-07-05 | 豫北转向系统(新乡)股份有限公司 | 一种线控转向系统中模拟力感的控制方法 |
CN117002610B (zh) * | 2023-09-26 | 2024-02-06 | 豫北转向系统(新乡)股份有限公司 | 一种线控转向系统控制方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5342715B2 (ja) * | 2009-01-26 | 2013-11-13 | 久 高橋 | 車両用ステアバイワイヤシステムと車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法 |
CN201405922Y (zh) * | 2009-03-13 | 2010-02-17 | 北京工业大学 | 一种汽车线控转向系统 |
CN101565055B (zh) * | 2009-06-04 | 2011-06-08 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种基于汽车线控转向系统的路感电机控制方法 |
CN101860305B (zh) * | 2010-03-31 | 2014-01-22 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种线控转向系统的路感电机控制方法 |
-
2011
- 2011-07-08 CN CN201110190162A patent/CN102320326B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102320326A (zh) | 2012-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102320326B (zh) | 用于汽车线控转向系统的控制方法 | |
CN109808764B (zh) | 一种具备冗余功能的线控转向装置及控制方法 | |
CN110606121B (zh) | 一种线控转向路感模拟控制方法 | |
US7885742B2 (en) | Steering device of vehicle | |
CN101811515B (zh) | 用于汽车主动转向系统的控制装置 | |
CN102971200B (zh) | 用于车辆的控制装置和控制方法 | |
US8788147B2 (en) | Method for determining a toothed rack force for a steering device in a vehicle | |
CN209852413U (zh) | 一种具备冗余功能的线控转向装置 | |
CN103158761B (zh) | 车辆用转向装置 | |
JP3593110B2 (ja) | 車両用操舵装置 | |
EP2380798A2 (en) | Steering apparatus for vehicle | |
EP3632774B1 (en) | Controller for steering system and method for controlling steering system | |
CN103303359A (zh) | 电动动力转向装置和电动动力转向装置的控制装置 | |
CN101678856A (zh) | 转向控制装置 | |
CN105966263B (zh) | 一种轮毂电机驱动的电动轮汽车差动转向路感控制方法 | |
CN106627748A (zh) | 一种具有摩擦识别的电动助力转向系统 | |
CN113232722B (zh) | 一种线控转向系统的控制方法、控制系统及机动车 | |
CN102232030A (zh) | 动力转向装置 | |
CN112937545A (zh) | 一种应对驾驶员干扰的自动驾驶汽车转向控制系统及方法 | |
CN110435754B (zh) | 一种电液复合转向系统的人机共驾模式切换装置及方法 | |
KR20180053885A (ko) | 사륜조향 시스템의 전륜 제어장치 및 그 방법 | |
US20210284226A1 (en) | Steering controller | |
CN209739145U (zh) | 基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统 | |
CN103419842A (zh) | 后桥用数控变速器机械传输的前后桥转向系统 | |
CN103303362A (zh) | 车辆用转向控制装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120926 Termination date: 20130708 |