CN102530071A - 无角度传感器的电动助力转向回正控制器 - Google Patents

Abstract

一种无角度传感器的电动助力转向回正控制器，所述控制器包括助力控制模块，阻尼控制模块，回正控制模块，诊断监测控制模块，所述的回正控制包括三个子模块，进入回正状态判断模块，回正过程控制模块，中间位置信号处理模块，诊断监测模块，包括电机转速测量模块，电机电流模块，诊断通讯模块输入车速和转角。本发明可以降低了成本，节约了传感器的安装空间；利用汽车动力学操纵稳定性原理，根据输入车速和转向盘转角，获得优化的回正转速或角加速度目标曲线，通过助力电机转速检测，从而进行闭环控制。由于采用了中间位置信号，转向盘可以准确地回正到中间位置。

Description

无角度传感器的电动助力转向回正控制器

技术领域

本发明涉及一种汽车使用的电动助力转向装置，特别是无角度传感器的电动助力转向回正控制器。

背景技术

随着车辆电子技术的发展，车辆的电动助力转向系统以其环保、节电、占用空间小、设计灵活、控制策略调整方便等优势，获得广泛应用。车辆的回正性能是车辆操纵稳定性的一个重要方面，电动助力转向系统的主动回正控制改善车辆的回正性能。电动助力转向系统可分为两类，另一类是带角度传感器具有主动回正控制的电动助力转向系统，系统中含有一个转向角度传感装置，能够感知车辆的转向角度，控制车辆主动回正。然而，现有的转向角度传感装置，是一种旋转装置，分为位置式和增量式。位置式角度传感装置要么受360°限制，要么结构太复杂，成本较高;增量式角度传感装置结构简单，不受360度限制，但需要存储初值用以计算当前的角度信息，一旦丢失初值，将产生错误的角度信息。一类是不带角度传感器的电动助力转向系统，国内受成本限制，这种电动助力转向系统应用广泛。但由于电动助力转向的增加了电机与蜗轮蜗杆减速机构，一般其回正性能较液压助力转向要差一些。由于电机和减速机构的摩擦，以及电机转子的惯性。摩擦会削减甚至完全抵消轮胎定位引起的回正力矩，使方向盘回正变慢甚至停滞在某一转角位置。电机转子的惯性会迅速降低回正加速度，使回正速度变慢。

随着控制技术与电子技术的发展，车主对汽车的要求越来越高，各开发厂家相继开发出了无角度传感器回正补偿的电动助力转向系统;有专利提到通过对电动机的转速积分得到方向盘转角，以减少方向盘转角测量元件，实现回正功能的。 也有专利提出，通过对电动机转速的估计，从而估计回正趋势状态，根据此回正趋势状态，通过模糊逻辑，施加一个回正补偿电流，以改善回正。此方法确实对加快回正有明显效果。还有专利提供一种安装转向器内齿条上可以能判定车辆是否处于中位传感器、而不是转角传感器，准确地进行助力判断，并将形成的转向力作用到车辆转向轮，从而使得转向盘具有一定的回正功能。但此专利主要是说明如何获取角度进行助力控制，没有说明什么时机回正，怎么回正。由于中位传感器比角度传感器成本低廉，这种方法比带角度传感器的电动助力转向系统确实进步不少。上述方法要么存在回正不能准确到到达中位，要么变相地增加传感器，间接地增加了成本，不属于真正的无角度传感器回正范畴。本发明旨提供一种方法，利用转向系统现有的零部件获取中间位置信息，不需角度传感器或类似传感器，且能准确地平稳地使转向盘回正到中间位置。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于：提供无角度传感器的电动助力转向回正控制器，以解决背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

为解决上述现有的技术问题，本发明采用如下方案：

一种无角度传感器的电动助力转向回正控制器，包括：方向盘、转向管柱、中间传动万向节、转向器、扭矩传感器、车速传感器、基于转向组合开关开发的中间位置信号，蜗轮蜗杆减速机构、电机、电动助力转向控制器，所述的基于转向灯的组合开关，中间有时钟弹簧，可设置中间位置信号，所述控制器包括助力控制模块，阻尼控制模块，回正控制模块，诊断监测控制模块，所述的回正控制包括三个子模块，进入回正状态判断模块，回正过程控制模块，中间位置信号处理模块，诊断监测模块，包括电机转速测量模块，电机电流模块，诊断通讯模块输入车速和转角，通过动力学计算回正力矩，可预先得出回正角加速度和回正角速度，并且对其进行控制，直到回正到转向盘中间位置为止，由于转向盘转角大小不一样，转向盘同时具有一定速度和惯性，转向盘回正时，特别是回中间位置时，突然停止，造成转向盘转速突变，引起转向盘绕中间位置轻微的震荡，影响驾驶舒适性和安全性，故还预先得出回正轨迹，即对转向盘转角进行预估，对施加在方向盘上的扭矩进行检测，控制器内电流传感器对电流进行检测，可发现其回正规律，由于其特有的转向系统特性，可估计出转向盘转角，根据转向盘角度，可以推出大、中、小角度三种基本回正模式，使得手感更加细腻。

      本无角度传感器回正控制主要有三点关键控制技术：

第一：判断转向系统状态，使得控制器进入回正控制模块，根据多次试验，回正时，扭力杆变形衰减率在一定范围内，如检测到扭力杆（扭矩传感器）衰减率在此目标值内时，即进入回正控制状态。

第二：回正过程控制，即回正转向盘转速和角加速度控制，具体见下部分详解

第三：回正到转向盘中间位置，或回正终点的控制，根据转向盘中间位置信号及回正速度控制，使得转向盘能准确，柔和地回中位，不引起转向盘回正超调。

有益效果：

本发明具有以下优点：

1. 没有采用角度传感器或其他类似位置传感器，降低了成本，节约了传感器的安装空间；

2. 利用转向系统现成的零部件（组合开关或时钟弹簧等）给出中间位置，使得转向盘能准确地回正转向盘中间位置；

3. 利用转向系统转角和转矩的特有关系，通过电机输出电流，可以比较准确的得出转向盘角度，可以推出大、中、小角度三种基本回正模式，使得控制更加细腻，从而得出回正起始和结束时的角加速度和角速度，也保证了回正结束时的平稳，准确，提高回正时的舒适性和操纵安全性；

4. 利用汽车动力学操纵稳定性原理，根据输入车速和转向盘转角，获得优化的回正转速或角加速度目标曲线，通过助力电机转速检测，从而进行闭环控制。 

附图说明

图1 为本发明的控制流程图示意图；

图2 为本发明的转向系统示意图；    

图3 为本发明信号控制流程图；

图中标记：1.转向盘  2.转向盘中间位置信号 3.扭矩传感器 4.转向管柱

5.助力电机  6. 减速机构  7. 控制器 8.转向器9.中央处理单元  10.助力控制模块 11. 阻尼控制模式 12. 回正控制模块13.检测诊断控制模块 14.点火信号 15.车速信号 16扭矩信号17.中间位置信号18.电机电流检测19.电机转速检测20.诊断通讯接口21.CAN通讯接口22.功率驱动器23.回正状态判断模块24.回正过程控制模块25. 中间位置信号处理模块。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

当转向盘转动时，扭矩传感器3实时提供扭矩信号16，根据扭矩信号16的大小控制器适当助力大小，在这一过程中，回正状态判断模块23一直处在工作中：由中央处理单元9实时计算扭矩衰减率，当检测到扭矩传感器衰减率＞目标衰减率，且当前扭矩传感器值小于某门限值时，则开始进入回正控制模块11，同时记录扭矩变化前的扭矩值，此时的扭矩值定义为回正特征参数。进入回正控制后，回正过程控制模块24开始工作，通过车速信号、回正特征参数、还有电机电流检测18得到的电流可以估计出方向盘转角，根据转向盘角度可以给出大、中、小三种模式，以在回正时获得三种不同初角速度和角加速度，提高回正控制时的响应速度，在回正快结束时获得平稳的速度停止在转向盘中间位置。然后回正过程控制模块24根据通过输入车速，转向盘转角可由汽车动力学方法确认最佳回正目标转速，这些组目标转速是通过汽车动力学离线计算后，把结果绘制曲线存储在控制器7的内存中，在进入回正过程时作为目标转速来控制。由于在实际的回正过程中，回正的转速会产生偏差，所以通过检测诊断控制模块13中电机转速检测19形成一个反馈，形成闭环控制,以达到严格控制回正转速。在回正控制模块中，中间位置信号17和中间位置信号处理模块25是用来判断回正是否结束的标示或状态，但是中间位置信号17不是简单的“0”和“1”两种状态，中间位置信号17经过中间位置信号处理模块25处理后，它将使得转向盘柔和地从某一转速向0转速过渡，且准确地在转向盘中间位置停住。以上所有回正控制需经过功率驱动器22驱动助力电机5，在回正过程中还可以诊断通讯接口20和CAN通讯接口21查看控制器故障和控制器7及相关控制参数变化情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种无角度传感器的电动助力转向回正控制器，包括：方向盘、转向管柱、中间传动万向节、转向器、扭矩传感器、车速传感器、基于转向组合开发的中间位置信号，蜗轮蜗杆减速机构、电机、电动助力转向控制器，其特征在于，所述的基于转向灯的组合开关及其周围部件，中间有时钟弹簧，均可设置中间位置信号，所述控制器包括助力控制模块，阻尼控制模块，回正控制模块，诊断监测控制模块，所述的回正控制包括三个子模块，进入回正状态判断模块，回正过程控制模块，中间位置信号处理模块，诊断监测模块，包括电机转速测量模块，电机电流模块，诊断通讯模块。

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