CN104443008A - 电动助力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动助力转向系统，利用转向助力电机自带的电机输出轴位置传感器的转向助力电机输出轴转角信号及转向助力电机输出轴转速信号，以及左轮速信号、右轮速信号、车速信号、方向盘扭矩信号，通过当前的转角中心位置偏置值自学习算法，确定当前的方向盘绝对角度，并以方向盘绝对角度为必要参数，计算出目标助力力矩，控制转向助力电机输出目标助力力矩。本发明的电动助力转向系统，不需使用方向盘转角传感器，在保证能得到高精度的方向盘绝对位置的同时，降低了成本。

Description

电动助力转向系统
技术领域
本发明涉及汽车技术，特别涉及一种电动助力转向系统（Electric Power Steering,简称EPS）。
背景技术
机械转向系统，主要包括转向盘1、转向管柱3、中间轴5、转向器6、小齿轮10、转向拉杆7、转向节臂9、转向轮8，转向管柱3一端接转向盘1，另一端接中间轴5一端，中间轴5另一端通过小齿轮10同转向器6的齿条啮合，转向器6的两端分别经转向拉杆7及转向节臂9接转向轮8，当驾驶员通过转向盘1施加操纵力矩时，转向盘1带动转向管柱3及中间轴5转动，中间轴5通过小齿轮10带动转向器6左移或右移，使转向轮偏转，从而控制车辆转向。
常见的电动助力转向系统如图1所示，是由传统的机械转向系统加装转角传感器2、扭矩传感器11、电子控制单元（ECU）13、转向助力电机12及其减速机构4等组成。其中，扭矩传感器11用以检测驾驶员操纵力矩；转向助力电机12可安装在转向管柱3或转向器6上，通过减速机构4给驾驶员提供助力力矩；扭矩传感器信号T、转角传感器信号θ与车速传感器信号V输入到电子控制单元的力矩控制模块，计算出相应的助力力矩，作为目标力矩指令输出给电机控制模块，电机控制模块输出电流驱动助力电机工作。
在助力力矩控制中，方向盘绝对位置信号是一个非常重要的信号，有了这个信号可以对转向性能起到很大的改善作用，可以控制输出适当大小的助力力矩，使方向盘准确回正，防止转向器的齿条受力过大，保证车辆稳定性等等。
常见的电动助力转向系统，大都是通过转角传感器或者电动助力转向系统外部提供方向盘绝对位置信号，生产制造成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电动助力转向系统，不但能得到高精度的方向盘绝对位置，而且生产制造成本低。
为解决上述技术问题，本发明提供的电动助力转向系统，包括电子控制单元；所述电子控制单元，包括力矩控制模块、电机控制模块；
所述力矩控制模块，根据左轮速信号、右轮速信号、车速信号、方向盘扭矩信号、转向助力电机输出轴转角信号、转向助力电机输出轴转速信号，确定方向盘绝对角度，并以方向盘绝对角度为必要参数，计算出目标助力力矩；
所述电机控制模块，控制转向助力电机输出所述目标助力力矩；
所述力矩控制模块，确定方向盘绝对角度的方法如下：
定义电子控制单元上电时刻接收到的转向助力电机输出轴转角为初始转角：
一.当车速高于第一速度，方向盘扭矩小于第一力矩，左轮速同右轮速之差小于第一转速，并且转向助力电机输出轴转速小于第二转速，此状况持续第一时间，则保存此时转向助力电机输出轴转角相对初始转角转过的角度为一个转角中心位置偏置预备值；
当得到第一个转角中心位置偏置预备值之后，如果随后得到的N-1个转角中心位置偏置预备值同第一个转角中心位置偏置预备值的差值均小于第一角度，则以第一个转角中心位置偏置预备值为当前的转角中心位置偏置值；
二.确定当前的方向盘绝对角度，当前的方向盘绝对角度=（当前的转向助力电机输出轴转角－当前的转角中心位置偏置值）/电机减速比；
电机减速比，为减速机构的输出转速同输入转速的比值；
三．当车速高于第二速度，方向盘扭矩小于第二力矩，左轮速同右轮速之差小于第一转速，并且转向助力电机输出轴转速小于第二转速，此状况持续达第一时间，如果此时转向助力电机输出轴转角相对初始转角转过的角度，同当前的转角中心位置偏置值之间的差值超过第二角度，则进行步骤一，重新确定当前的转角中心位置偏置值；否则当前轮循的转角中心位置偏置值保持不变，进行步骤二；第一速度小于第二速度。
较佳的，第一速度、第一力矩、第一转速、第二转速、第一时间、N、第一角度、第二速度、第二力矩、第二角度为标定值；
车速，通过车速传感器取得；
左轮速信号、右轮速信号，通过分别设定在左轮、右轮上的转速传感器取得；
方向盘扭矩信号，通过设置在转向管柱上的扭矩传感器取得；
转向助力电机输出轴转角信号、转向助力电机输出轴转速信号，由转向助力电机自带的电机输出轴位置传感器取得。
较佳的，初始转角为0度，转向助力电机输出轴较初始转角向右转时转角为正，向左转为负。
较佳的，第一速度为10公里每小时；第一力矩小于0.45牛米；第一转速为10转/分；第二转速为0.003弧度/秒；第一时间为2.4秒；N为5；第一角度为10度；第二速度为80公里每小时；第二力矩1.2牛米；第二角度为15度。
较佳的，所述力矩控制模块，根据左轮速信号、右轮速信号、车速信号、方向盘扭矩信号、转向助力电机输出轴转角信号、转向助力电机输出轴转速信号，确定方向盘绝对角度及转向器的齿条的绝对位置，并以方向盘绝对角度及转向器的齿条的绝对位置为必要参数，计算出目标助力力矩；
当前的转向器的齿条的绝对位置＝转向器的齿条的长度-（当前的方向盘绝对角度*线角传动比）；
线角传动比，为小齿轮每转动一度时转向器的齿条移动的长度。
本发明的电动助力转向系统，利用转向助力电机自带的电机输出轴位置传感器的输出信号（转向助力电机输出轴转角信号及转向助力电机输出轴转速信号），以及左轮速信号、右轮速信号、车速信号、方向盘扭矩信号，通过当前的转角中心位置偏置值自学习算法，确定当前的方向盘绝对角度，并以方向盘绝对角度为必要参数，计算出目标助力力矩，控制转向助力电机输出目标助力力矩。实施例一的电动助力转向系统，不需使用方向盘转角传感器，在保证能得到高精度的方向盘绝对位置的同时，降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本常见的电动助力转向系统示意图；
图2是本发明的电动助力转向系统一实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，机械转向系统，主要包括转向盘1、转向管柱3、中间轴5、转向器6、小齿轮10、转向拉杆7、转向节臂9、转向轮8，转向管柱3一端接转向盘1，另一端接中间轴5一端，中间轴5另一端通过小齿轮10同转向器6的齿条啮合，转向器6的两端分别经转向拉杆7及转向节臂9接转向轮8，当驾驶员通过转向盘1施加操纵力矩时，转向盘1带动转向管柱3及中间轴5转动，中间轴5通过小齿轮10带动转向器6左移或右移，使转向轮偏转，从而控制车辆转向；
转向助力电机12输出轴的通过减速机构4给转向管柱3提供助力力矩；
扭矩传感器11用以检测驾驶员操纵力矩；扭矩传感器信号T、转角传感器信号θ与车速传感器信号V输入到电子控制单元的力矩控制模块，计算出相应的助力力矩，作为目标力矩指令输出给电机控制模块，电机控制模块输出电流驱动助力电机工作。
实施例一
电动助力转向系统，如图2所示，包括电子控制单元（ECU）；
所述电子控制单元，包括力矩控制模块、电机控制模块；
所述力矩控制模块，根据左轮速信号、右轮速信号、车速信号、方向盘扭矩信号、转向助力电机输出轴转角信号、转向助力电机输出轴转速信号，确定方向盘绝对角度，并以方向盘绝对角度为必要参数，计算出目标助力力矩；
所述电机控制模块，控制转向助力电机输出所述目标助力力矩；
所述力矩控制模块，确定方向盘绝对角度的方法如下：
定义电子控制单元上电时刻接收到的转向助力电机输出轴转角为初始转角：
一.当车速高于第一速度，方向盘扭矩小于第一力矩，左轮速同右轮速之差小于第一转速，并且转向助力电机输出轴转速小于第二转速，此状况持续第一时间，则保存此时转向助力电机输出轴转角相对初始转角转过的角度为一个转角中心位置偏置预备值；
当得到第一个转角中心位置偏置预备值之后，如果随后得到的N-1个转角中心位置偏置预备值同第一个转角中心位置偏置预备值的差值均小于第一角度，则以第一个转角中心位置偏置预备值为当前的转角中心位置偏置值；
二.确定当前的方向盘绝对角度，当前的方向盘绝对角度=（当前的转向助力电机输出轴转角－当前的转角中心位置偏置值）/电机减速比；
电机减速比，为减速机构4的输出转速同输入转速的比值；
三.当车速高于第二速度，方向盘扭矩小于第二力矩，左轮速同右轮速之差小于第一转速，并且转向助力电机输出轴转速小于第二转速，此状况持续达第一时间，如果此时转向助力电机输出轴转角相对初始转角转过的角度，同当前的转角中心位置偏置值之间的差值超过第二角度，则进行步骤一，重新确定当前的转角中心位置偏置值；否则当前轮循的转角中心位置偏置值保持不变，进行步骤二；第一速度小于第二速度。
第一速度、第一力矩、第一转速、第二转速、第一时间、N、第一角度、第二速度、第二力矩、第二角度为标定值；
车速，可以通过车速传感器取得；
左轮速信号、右轮速信号，可以通过分别设定在左轮、右轮上的转速传感器取得；
方向盘扭矩信号，可以通过设置在转向管柱3上的扭矩传感器11取得；
转向助力电机输出轴转角信号、转向助力电机输出轴转速信号，可以由转向助力电机（如三相无刷直流电机）自带的电机输出轴位置传感器取得。
较佳的，初始转角为0度，转向助力电机输出轴较初始转角向右转时转角为正，向左转为负。
较佳的，第一速度为10公里每小时；第一力矩小于0.45牛米；第一转速为10转/分；第二转速为0.003弧度每秒；第一时间为2.4秒；N为5；第一角度为10度；第二速度为80公里每小时；第二力矩1.2牛米；第二角度为15度。
实施例一的电动助力转向系统，利用转向助力电机自带的电机输出轴位置传感器的输出信号（转向助力电机输出轴转角信号及转向助力电机输出轴转速信号），以及左轮速信号、右轮速信号、车速信号、方向盘扭矩信号，通过当前的转角中心位置偏置值自学习算法，确定当前的方向盘绝对角度，并以方向盘绝对角度为必要参数，计算出目标助力力矩，控制转向助力电机输出目标助力力矩。实施例一的电动助力转向系统，不需使用方向盘转角传感器，在保证能得到高精度的方向盘绝对位置的同时，降低了成本。
实施例二
基于实施例一的电动助力转向系统，所述力矩控制模块，根据左轮速信号、右轮速信号、车速信号、方向盘扭矩信号、转向助力电机输出轴转角信号、转向助力电机输出轴转速信号，确定方向盘绝对角度及转向器的齿条的绝对位置，并以方向盘绝对角度及转向器的齿条的绝对位置为必要参数，计算出目标助力力矩；
当前的转向器的齿条的绝对位置＝转向器的齿条的长度-（当前的方向盘绝对角度*线角传动比）；
线角传动比，为小齿轮10每转动一度时转向器的齿条移动的长度。
实施例二的电动助力转向系统，能够在系统运行过程中提供精准的方向盘绝对角度以及转向器的齿条的绝对位置，使方向盘准确回正，并能防止转向器的齿条受力过大而受损。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (5)

1.电动助力转向系统，包括电子控制单元；所述电子控制单元，包括力矩控制模块、电机控制模块；其特征在于，
所述力矩控制模块，根据左轮速信号、右轮速信号、车速信号、方向盘扭矩信号、转向助力电机输出轴转角信号、转向助力电机输出轴转速信号，确定方向盘绝对角度，并以方向盘绝对角度为必要参数，计算出目标助力力矩；
所述电机控制模块，控制转向助力电机输出所述目标助力力矩；
所述力矩控制模块，确定方向盘绝对角度的方法如下：
定义电子控制单元上电时刻接收到的转向助力电机输出轴转角为初始转角：
一.当车速高于第一速度，方向盘扭矩小于第一力矩，左轮速同右轮速之差小于第一转速，并且转向助力电机输出轴转速小于第二转速，此状况持续第一时间，则保存此时转向助力电机输出轴转角相对初始转角转过的角度为一个转角中心位置偏置预备值；
当得到第一个转角中心位置偏置预备值之后，如果随后得到的N-1个转角中心位置偏置预备值同第一个转角中心位置偏置预备值的差值均小于第一角度，则以第一个转角中心位置偏置预备值为当前的转角中心位置偏置值；
二.确定当前的方向盘绝对角度，当前的方向盘绝对角度=（当前的转向助力电机输出轴转角－当前的转角中心位置偏置值）/电机减速比；
电机减速比，为减速机构的输出转速同输入转速的比值；
三.当车速高于第二速度，方向盘扭矩小于第二力矩，左轮速同右轮速之差小于第一转速，并且转向助力电机输出轴转速小于第二转速，此状况持续达第一时间，如果此时转向助力电机输出轴转角相对初始转角转过的角度，同当前的转角中心位置偏置值之间的差值超过第二角度，则进行步骤一，重新确定当前的转角中心位置偏置值；否则当前轮循的转角中心位置偏置值保持不变，进行步骤二；第一速度小于第二速度。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，
第一速度、第一力矩、第一转速、第二转速、第一时间、N、第一角度、第二速度、第二力矩、第二角度为标定值；
车速，通过车速传感器取得；
左轮速信号、右轮速信号，通过分别设定在左轮、右轮上的转速传感器取得；
方向盘扭矩信号，通过设置在转向管柱上的扭矩传感器取得；
转向助力电机输出轴转角信号、转向助力电机输出轴转速信号，由转向助力电机自带的电机输出轴位置传感器取得。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，
初始转角为0度，转向助力电机输出轴较初始转角向右转时转角为正，向左转为负。
4.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，
第一速度为10公里每小时；
第一力矩小于0.45牛米；
第一转速为10转/分；
第二转速为0.003弧度/秒；
第一时间为2.4秒；
N为5；
第一角度为10度；
第二速度为80公里每小时；
第二力矩1.2牛米；
第二角度为15度。
5.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，
所述力矩控制模块，根据左轮速信号、右轮速信号、车速信号、方向盘扭矩信号、转向助力电机输出轴转角信号、转向助力电机输出轴转速信号，确定方向盘绝对角度及转向器的齿条的绝对位置，并以方向盘绝对角度及转向器的齿条的绝对位置为必要参数，计算出目标助力力矩；
当前的转向器的齿条的绝对位置＝转向器的齿条的长度-（当前的方向盘绝对角度*线角传动比）；
线角传动比，为小齿轮每转动一度时转向器的齿条移动的长度。
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