CN106347450B - 一种汽车转向盘回正补偿的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车转向盘回正补偿的方法及装置，该方法包括：获取EPS电机转速、扭矩值及车速；依据EPS电机转速，获得EPS电机转速系数；依据扭矩值，获得扭矩系数；依据车速，获得车速系数；依据EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，获得回正补偿目标电流；EPS电机控制器依据回正补偿目标电流，控制EPS电机输出回正补偿力。该方法及装置在无角度信号的EPS系统中，当汽车自身回正力矩不足够时，可以补偿回正力矩使转向盘能够回到中间位置。

Description

一种汽车转向盘回正补偿的方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车电子控制技术领域，更具体地说，涉及一种汽车转向盘回正补偿的方法及装置。

背景技术

在现有汽车EPS(Electric Power Steering)系统中，EPS电机控制器根据EPS转向系统中的扭矩传感器或力传感器测量的反馈信息作为提供助力电流的重要输入。并且在有些EPS系统中，还安装有角度传感器，可以实时测量转向盘当前的角度信息，用于转向盘基于角度的回正功能，使汽车在行驶过程时偏离中间位置的转向盘主动回到中间位置。基于角度的回正功能必须用到角度传感器，这无疑增加了成本和安全隐患。

在有些EPS系统中没有转向盘角度传感器或可利用的转角信息，受汽车前轮定位以及EPS系统摩擦和惯量的影响，行驶中的汽车本身并不能提供相应的回正力矩。

那么，在无角度信号的EPS系统中，当汽车自身回正力矩不足够时，如何补偿回正力矩使转向盘能够回到中间位置，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种汽车转向盘回正补偿的方法及装置，该方法及装置在无角度信号的EPS系统中，当汽车自身回正力矩不足够时，可以补偿回正力矩使转向盘能够回到中间位置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种汽车转向盘回正补偿的方法，所述方法包括：

获取EPS电机转速、扭矩值及车速；

依据所述EPS电机转速，获得EPS电机转速系数；

依据所述扭矩值，获得扭矩系数；

依据所述车速，获得车速系数；

依据所述EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，获得回正补偿目标电流；

EPS电机控制器依据所述回正补偿目标电流，控制EPS电机输出回正补偿力。

优选的，在上述方法中，所述获取EPS电机转速、扭矩值及车速包括：

当所述EPS电机包括转子位置传感器时，根据所述转子位置传感器计算得出所述EPS电机转速；

当所述EPS电机不包括转子位置传感器时，根据所述EPS电机的电流、所述EPS电机的电压及所述EPS电机的反电动势系数计算得出所述EPS电机转速。

优选的，在上述方法中，所述获取EPS电机转速、扭矩值及车速包括：

通过EPS系统中的扭矩传感器，获取所述扭矩的数值。

优选的，在上述方法中，所述方法还包括：

获取所述EPS电机的转速方向；

所述EPS电机控制器依据所述EPS电机的转速方向，控制所述EPS电机输出的回正补偿力的方向与所述EPS电机的转速方向相同。

优选的，在上述方法中，所述依据所述EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，获得回正补偿目标电流包括：

将所述EPS电机转速系数、所述扭矩系数及所述车速系数三者进行乘积，获得目标值；

通过所述目标值与电流转换系数，获得回正补偿目标电流，并结合所述EPS电机的转速方向，确定所述回正补偿目标电流的方向。

本发明还提供了一种汽车转向盘回正补偿的装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取EPS电机转速、扭矩值及车速；

EPS电机转速系数获得模块，用于依据所述EPS电机转速，获得EPS电机转速系数；

扭矩系数获得模块，用于依据所述扭矩值，获得扭矩系数；

车速系数获得模块，用于依据所述车速，获得车速系数；

回正补偿目标电流获得模块，用于依据所述EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，获得回正补偿目标电流；

EPS电机控制模块，用于依据所述回正补偿目标电流，控制EPS电机输出回正补偿力。

优选的，在上述装置中，所述第一获取模块具体用于：

当所述EPS电机包括转子位置传感器时，根据所述转子位置传感器计算得出所述EPS电机转速；

当所述EPS电机不包括转子位置传感器时，根据所述EPS电机的电流、所述EPS电机的电压及所述EPS电机的反电动势系数计算得出所述EPS电机转速。

优选的，在上述装置中，所述第一获取模块具体用于：

通过EPS系统中的扭矩传感器，获取所述扭矩的数值。

优选的，在上述装置中，所述装置还包括：

第二获取模块，用于获取所述EPS电机的转速方向；

所述EPS电机控制器依据所述EPS电机的转速方向，控制所述EPS电机输出的回正补偿力的方向与所述EPS电机的转速方向相同。

优选的，在上述装置中，所述回正补偿目标电流获得模块具体用于：

将所述EPS电机转速系数、所述扭矩系数及所述车速系数三者进行乘积，获得目标值；

通过所述目标值与电流转换系数，获得回正补偿目标电流，并结合所述EPS电机的转速方向，确定所述回正补偿目标电流的方向。

通过上述描述可知，本发明提供的一种汽车转向盘回正补偿的方法和装置，通过获取EPS电机转速、扭矩值及车速，得到EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，再根据EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数可以计算得到回正补偿目标电流，最终，EPS电机控制器根据回正补偿目标电流控制EPS电机输出回正补偿力。由此可知，该方法及装置在无角度信号的EPS系统中，当汽车自身回正力矩不足够时，可以补偿回正力矩使转向盘能够回到中间位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供了一种汽车转向盘回正补偿的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种EPS电机转速系数的趋势曲线图；

图3为本发明实施例提供的一种扭矩系数的趋势曲线图；

图4为本发明实施例提供的一种车速系数的趋势曲线图；

图5为本发明实施例提供的一种汽车转向盘回正补偿的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种汽车转向盘回正补偿的方法，用以解决无角度信号的EPS系统中，当汽车自身回正力矩不足够时，如何补偿回正力矩使转向盘能够回到中间位置的问题。

参考图1，图1为本发明实施例提供了一种汽车转向盘回正补偿的方法的流程示意图。该方法包括：

S101：获取EPS电机转速、扭矩值及车速。

由于需要补偿的回正力矩的大小主要由EPS电机转速、车速及扭矩值三个主要因素决定，因此首先需要获取EPS电机转速、扭矩值及车速三个参数值。

其中，获取EPS电机转速具体为：

当EPS电机包括转子位置传感器时，根据转子位置传感器计算得出EPS电机转速。

当EPS电机不包括转子位置传感器时，根据EPS电机的电流、EPS电机的电压及EPS电机的反电动势系数计算得出EPS电机转速，具体公式如下：

其中，U为EPS电机的电压、I为EPS电机的电流、R为EPS电机的等效内阻、K_e为EPS电机的反电动势系数、为EPS电机转速。

需要说明的是，EPS电机转速还可以是通过EPS电机转速获得的转向盘转速、前轮转速及齿条速度等变量，在本发明中以EPS电机转速为例进行说明。

获取扭矩值具体为：

在EPS系统中，汽车转向盘装置中的管柱上会安装有扭矩传感器，通过读取扭矩传感器上的值就可以获取得到扭矩值。

需要说明的是，在有些汽车转向盘装置中的管柱上安装的是力传感器，通过读取力传感器上的值可以获得力值，此处扭矩传感器跟力传感器具有相同的效果，在本发明中以扭矩传感器为例进行说明。

获取车速具体为：可以通过车速盘进行读取或其它方式获取车速数值。

S102：依据EPS电机转速，获得EPS电机转速系数。

首先对原理进行说明，汽车转向盘在回正的过程中，轮胎的回正力矩需要克服整个转向系统的摩擦力，才能使转向盘顺利的回到中间位置。当轮胎本身所产生的回正力矩不足以克服摩擦力使转向盘回到中间位置时，此时需要输出一个补偿力矩使转向盘能克服摩擦力进而回到中间位置。

转向系统中摩擦力主要分为库伦摩擦力和粘滞摩擦力具体公式如下：

其中，T_c为当前摩擦力、δ为临界速度(需要说明的是δ值很小)、为EPS电机转速、T_S为最大静摩擦力、T_L为驱动力矩、T_P为库伦摩擦力矩、B_P为粘滞摩擦力系数(B_P取值为0-1)。

假如汽车车轮当前的回正力矩不发生变化，那么需要补偿的回正力矩应按照T_c的变化趋势进行相对应的补偿，进而可以抵消转向系统中摩擦力对转向盘回正的影响。由上述(2)式可以得知，T_c的大小主要取决于EPS电机转速，而获取EPS电机转速在步骤S101中已经进行描述。

参考图2，图2为本发明实施例提供的一种EPS电机转速系数的趋势曲线图。其中，需要说明的是，具体的EPS电机转速系数的趋势曲线图可以通过实车试验数据及转向系统中的摩擦力特性得到。

那么通过获取到的EPS电机转速，就可以根据图2得到EPS电机转速系数，为后续计算回正补偿目标电流做准备。

S103：依据扭矩值，获得扭矩系数。

首先对原理进行说明，在补偿的过程中，因为一些外界因素也会发生过度补偿的情况。当汽车转向盘存在人为干预的情况时，回正补偿就需要作出相应的调整，最大可能的满足驾驶手感。在汽车驾驶员轻扶转向盘或放手不对转向盘进行干预时，汽车转向盘装置中的管柱上的扭矩传感器的值很小，此时扭矩系数可以保持不变。在汽车驾驶员用力握住转向盘或大幅度转动转向盘时，扭矩传感器的值就会很大，此时需要减小扭矩系数进而减小回正补偿力矩，防止出现过度补偿或补偿力矩违背驾驶员的驾驶意图造成驾驶手感变差。具体的范围参数是根据不同车型不同转向盘及一些因素进而确定范围。

参考图3，图3为本发明实施例提供的一种扭矩系数的趋势曲线图。其中，需要说明的是，具体的扭矩系数的趋势曲线图可以通过实车试验数据及汽车转向时的驾驶手感进行确定。

那么通过获取到的扭矩值，就可以根据图3得到扭矩系数，为后续计算回正补偿目标电流做准备。

S104：依据车速，获得车速系数。

首先对原理进行说明，当汽车在不同车速行驶时，轮胎所能提供的回正力矩也不相同，轮胎的侧偏角、侧偏力与回正力矩的关系如下所示：

其中，F_Y为汽车车轮所受的侧偏力、M为回正力矩、α为轮胎侧偏角、k为轮胎侧偏刚度、ξ_n为轮胎拖距(也就是说在轮胎所受侧偏力作用点到轮胎接地中心的距离，ξ_n基本保持不变)。

当汽车保持低车速行驶时，在汽车转向时的侧向加速度较低，此时轮胎的侧偏角也就很小，由(3)式可知，此时的轮胎侧偏力形成的回正力矩也较小，那么轮胎自身提供的回正力矩不足以使转向盘回到中间位置。

当汽车保持高车速行驶时，在汽车转向时的侧向加速度较大，此时轮胎的侧偏角变大，进而轮胎侧偏力形成的回正力矩也较大，汽车转向盘的回正残余角也较小。

因此，在汽车保持低车速时，所需要提供的回正补偿力矩值可以满足补偿的作用，随着汽车的加速，所需要提供的回正补偿力矩值也随之减小最终趋于稳定在一定的数值。需要说明的是当汽车在一定高速行驶的情况下，回正补偿力矩值最终可以稳定在0，也就是说此时不需要提供回正补偿力矩。

参考图4，图4为本发明实施例提供的一种车速系数的趋势曲线图。其中，需要说明的是，具体的车速系数的趋势曲线图可以通过实车试验数据及汽车自身的回正特性得到。

如图4所示，当获取到车速数值后，可以根据具体的车速系数的趋势曲线图得到对应车速的车速系数，为后续计算回正补偿目标电流做准备。

S105：依据EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，获得回正补偿目标电流。

也就是说，将EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数三者进行乘积，获得目标值；通过该目标值与电流转换系数，获得回正补偿目标电流，并结合EPS电机的转速方向，确定该回正补偿目标电流的方向。

S106：EPS电机控制器依据回正补偿目标电流，控制EPS电机输出回正补偿力。

需要说明的是，在步骤S105之前还需要获取EPS电机的转速方向，EPS电机控制器根据EPS电机的转速方向，控制EPS电机输出的回正补偿力的方向与EPS电机的转速方向相同。也就是说，在计算回正补偿目标电流的时候，需要根据EPS电机的转速方向，确定输出回正补偿目标电流的方向，进而使EPS电机输出的回正补偿力的方向与EPS电机的转速方向相同。

通过上述描述，本发明实施例提供的一种汽车转向盘回正补偿的方法，该方法在无角度信号的EPS系统中，当汽车自身回正力矩不足够时，可以补偿回正力矩使转向盘能够回到中间位置。

基于上述提供的一种汽车转向盘回正补偿的方法，本发明另一实施例还提供了一种汽车转向盘回正补偿的装置，参考图5，图5为本发明实施例提供的一种汽车转向盘回正补偿的装置的结构示意图。

该装置包括：

第一获取模块51，用于获取EPS电机转速、扭矩值及车速；

EPS电机转速系数获得模块52，用于依据EPS电机转速，获得EPS电机转速系数；

扭矩系数获得模块53，用于依据扭矩值，获得扭矩系数；

车速系数获得模块54，用于依据车速，获得车速系数；

回正补偿目标电流获得模块55，用于依据EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，获得回正补偿目标电流；

EPS电机控制模块56，用于依据回正补偿目标电流，控制EPS电机输出回正补偿力。

其中，第一获取模块51具体用于：

当EPS电机包括转子位置传感器时，根据转子位置传感器计算得出EPS电机转速。

当EPS电机不包括转子位置传感器时，根据EPS电机的电流、EPS电机的电压及EPS电机的反电动势系数计算得出EPS电机转速。

第一获取模块51具体用于：

通过EPS系统中的扭矩传感器，获取扭矩的数值。

本发明实施例中，该装置还包括：

第二获取模块，用于获取EPS电机的转速方向；

EPS电机控制器依据EPS电机的转速方向，控制EPS电机输出的回正补偿力的方向与EPS电机的转速方向相同。

回正补偿目标电流获得模块55具体用于：

将EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数三者进行乘积，获得目标值；

通过该目标值与电流转换系数，获得回正补偿目标电流，并结合EPS电机的转速方向，确定该回正补偿目标电流的方向。

也就是说，在计算回正补偿目标电流的时候，需要根据EPS电机的转速方向，确定输出回正补偿目标电流的方向，进而使EPS电机输出的回正补偿力的方向与EPS电机的转速方向相同。

需要说明的是，该装置用于实现上述方法，因此该装置的原理介绍及功能与上述方法对应，在此不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种汽车转向盘回正补偿的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取EPS电机转速、扭矩值及车速；

依据所述EPS电机转速，获得EPS电机转速系数；其中，所述依据所述EPS电机转速，获得EPS电机转速系数，包括：通过实车试验数据及转向系统中的摩擦力特性获得EPS电机转速系数的趋势曲线图；依据所述EPS电机转速和所述EPS电机转速系数的趋势曲线图，获得所述EPS电机转速系数；

依据所述扭矩值，获得扭矩系数；其中，所述依据所述扭矩值，获得扭矩系数，包括：通过实车试验数据及汽车转向时的驾驶手感获得扭矩系数的趋势曲线图；依据所述扭矩值和所述扭矩系数的趋势曲线图，获得所述扭矩系数；

依据所述车速，获得车速系数；其中，所述依据所述车速，获得测速系数，包括：通过实车试验数据及汽车自身的回正特性获得车速系数的趋势曲线图；依据所述车速和所述车速系数的趋势曲线图，获得所述车速系数；

依据所述EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，获得回正补偿目标电流；

EPS电机控制器依据所述回正补偿目标电流，控制EPS电机输出回正补偿力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取EPS电机转速、扭矩值及车速包括：

当所述EPS电机包括转子位置传感器时，根据所述转子位置传感器计算得出所述EPS电机转速；

当所述EPS电机不包括转子位置传感器时，根据所述EPS电机的电流、所述EPS电机的电压及所述EPS电机的反电动势系数计算得出所述EPS电机转速。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取EPS电机转速、扭矩值及车速包括：

通过EPS系统中的扭矩传感器，获取所述扭矩的数值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述EPS电机的转速方向；

所述EPS电机控制器依据所述EPS电机的转速方向，控制所述EPS电机输出的回正补偿力的方向与所述EPS电机的转速方向相同。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述依据所述EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，获得回正补偿目标电流包括：

将所述EPS电机转速系数、所述扭矩系数及所述车速系数三者进行乘积，获得目标值；

通过所述目标值与电流转换系数，获得回正补偿目标电流，并结合所述EPS电机的转速方向，确定所述回正补偿目标电流的方向。

6.一种汽车转向盘回正补偿的装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取EPS电机转速、扭矩值及车速；

EPS电机转速系数获得模块，用于依据所述EPS电机转速，获得EPS电机转速系数；其中，所述EPS电机转速系数获得模块具体用于：通过实车试验数据及转向系统中的摩擦力特性获得EPS电机转速系数的趋势曲线图；依据所述EPS电机转速和所述EPS电机转速系数的趋势曲线图，获得所述EPS电机转速系数；

扭矩系数获得模块，用于依据所述扭矩值，获得扭矩系数；其中，所述扭矩系数获得模块具体用于：通过实车试验数据及汽车转向时的驾驶手感获得扭矩系数的趋势曲线图；依据所述扭矩值和所述扭矩系数的趋势曲线图，获得所述扭矩系数；

车速系数获得模块，用于依据所述车速，获得车速系数；其中，所述车速系数获得模块具体用于：通过实车试验数据及汽车自身的回正特性获得车速系数的趋势曲线图；依据所述车速和所述车速系数的趋势曲线图，获得所述车速系数；

回正补偿目标电流获得模块，用于依据所述EPS电机转速系数、扭矩系数及车速系数，获得回正补偿目标电流；

EPS电机控制模块，用于依据所述回正补偿目标电流，控制EPS电机输出回正补偿力。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块具体用于：

当所述EPS电机包括转子位置传感器时，根据所述转子位置传感器计算得出所述EPS电机转速；

当所述EPS电机不包括转子位置传感器时，根据所述EPS电机的电流、所述EPS电机的电压及所述EPS电机的反电动势系数计算得出所述EPS电机转速。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块具体用于：

通过EPS系统中的扭矩传感器，获取所述扭矩的数值。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二获取模块，用于获取所述EPS电机的转速方向；

所述EPS电机控制器依据所述EPS电机的转速方向，控制所述EPS电机输出的回正补偿力的方向与所述EPS电机的转速方向相同。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述回正补偿目标电流获得模块具体用于：

将所述EPS电机转速系数、所述扭矩系数及所述车速系数三者进行乘积，获得目标值；

通过所述目标值与电流转换系数，获得回正补偿目标电流，并结合所述EPS电机的转速方向，确定所述回正补偿目标电流的方向。