CN106627748A - 一种具有摩擦识别的电动助力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有摩擦识别的电动助力转向系统，包括基本助力模块其输出基础助力力矩；主动回正控制模块保证车辆中低车速时的主动回正性能；主动阻尼控制模块：保证车辆中高车速时的行驶稳定性能；惯量补偿控制模块：对转向盘转向时产生的惯量进行惯量补偿，其输出惯量补偿力矩；摩擦补偿控制模块：根据转向系统的手力矩和电机输出力矩计算出系统摩擦力；各个模块输出的力矩相加并减去系统摩擦力后，作为目标力矩指令输出给电机控制模块。本发明的转向系统具有实时自学习系统摩擦力的功能，具有摩擦力补偿的助力转向系统可以克服由于系统本身摩擦对助力性能的影响，使助力转向系统操作更加舒适,中间位置感更加清晰。

Description

一种具有摩擦识别的电动助力转向系统
技术领域
本发明涉及一种汽车电子技术，尤其涉及一种具有摩擦识别的电动助力转向系统。
背景技术
大多数电动助力转向系统如图1所示，是由机械转向系统(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)加装转角传感器2，1扭矩传感器11，电子控制单元13，转向助力电机12及其减速机构4等组成。其中，扭矩传感器用以检测驾驶员操纵力矩；助力电机可安装在转向管柱或转向器上，通过减速机构给驾驶员提供助力力矩。
图2中扭矩传感器信号Td，转角传感器信号A与车速传感器信号V输入到电子控制单元(ECU)的力矩控制模块，计算出相应的助力力矩Icmd，作为目标力矩指令输出给电机控制模块，控制器输出电流驱动助力电机工作。
图2中所述力矩控制模块中包含基本助力、主动回正控制、主动阻尼控制、惯量补偿控制等子模块。基本助力模块可以在不同车速时设置不同的助力曲线，从而获得不同的转向手感，其输出基础助力力矩。主动回正控制模块和主动阻尼控制模块可以根据不同车速下图1中转向盘1产生的不同角度信号A设置不同的主动回正力矩或主动阻尼力矩，保证车辆中低车速时的主动回正性能(使图1中转向盘1可以自动回到直线行驶位置)及中高车速时的行驶稳定性能。惯量补偿控制模块对系统性能做一定的惯量补偿，以获得更良好的转向感觉，其输出惯量补偿力矩。各个模块输出的力矩相加后，作为目标力矩指令输出给电机控制模块.
机械转向系统各个环节的摩擦力可以等效到图1转向盘1上，该摩擦力矩以Fc表示。由于摩擦力矩Fc的存在，使得转向盘1的实际操作力矩F与扭矩传感器检测到图1转向盘1的转动力矩Ft之间存在一定偏差，表示为F＝Ft+Fc。同时，F＝Fd+Fa,其中Fd为驾驶员施加的力矩，Fa为电动助力转向系统施加的助力力矩。
现有的图2总力矩控制模块都未考虑摩擦力矩Fc，而是使F≈Ft。这样当检测出的转动力矩Ft很小的时候，输出的助力力矩Fa也很小。由于Fd＝Ft+Fc-Fa，这使得摩擦力矩Fc基本上需要由驾驶员的施加力矩Fd来克服，导致驾驶员的手感不舒适。摩擦力矩Fc还对车辆中间位置的判断带来很大影响。例如在回正控制时，当回正力矩小于摩擦力矩的时候，转向盘1并没有回到中间，而是留有一定的残余角度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种具有摩擦识别的电动助力转向系统，具有实时自学习系统摩擦力的功能，具有摩擦力补偿的助力转向系统可以克服由于系统本身摩擦对助力性能的影响，使助力转向系统操作更加舒适,中间位置感更加清晰。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种具有摩擦识别的电动助力转向系统，包括：基本助力模块：根据不同车速时设置对于扭矩信号的助力曲线，从而获得不同的转向手感，其输出基础助力力矩；主动回正控制模块：根据不同车速下转向盘的角度信号设置不同的主动回正力矩，控制车辆中低车速时的主动回正性能；主动阻尼控制模块：根据不同车速下转向盘的角度信号和转向盘速度信号设置不同的主动阻尼力矩，控制车辆中高车速时的行驶稳定性能；惯量补偿控制模块：对转向盘转向时产生的惯量进行惯量补偿，其输出惯量补偿力矩；摩擦补偿控制模块：根据转向系统的手力矩和电机输出力矩计算出系统摩擦力；各个模块输出的力矩相加并减去系统摩擦力后，作为目标力矩指令输出给电机控制模块。
上述的具有摩擦识别的电动助力转向系统，其中，所述系统摩擦力FSysfric计算如下：
FSysfrlc＝FSt+FMotor*GearRatio；
其中，FSt为手力矩，FMotor为电机输出力矩，GearRatio为电机减速比，将上述方程计算出的系统摩擦力乘以一比例系数即为最终计算出的摩擦力。
上述的具有摩擦识别的电动助力转向系统，其中，所述系统摩擦力在如下工况下进行计算：所述转向盘角度小于预设值，所述转向盘速度和车速落入预设范围内，且手力矩大于预设阀值。
上述的具有摩擦识别的电动助力转向系统，其中，所述转向盘角度小于正负10deg，所述转向盘速度为20deg/s-500deg/s，所述车速为40kmph～200kmph，所述手力矩大于1Nm，所述比例系数为28～32。
本发明的具有摩擦识别的电动助力转向系统具有实时自学习系统摩擦力的功能，具有摩擦力补偿的助力转向系统可以克服由于系统本身摩擦对助力性能的影响，使助力转向系统操作更加舒适,中间位置感更加清晰。
附图说明
图1为电动助力转向系统的示意图；
图2为电动助力转向系统控制的示意图；
图3为本发明具有摩擦识别的电动助力转向系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图3为本发明具有摩擦识别的电动助力转向系统的示意图。
请参见图3，本发明提供的具有摩擦识别的电动助力转向系统，包括：
基本助力模块：根据不同车速时设置对于扭矩信号的助力曲线，从而获得不同的转向手感，其输出基础助力力矩；
主动回正控制模块：根据不同车速下转向盘角度信号设置不同的主动回正力矩，保证车辆中低车速时的主动回正性能；
主动阻尼控制模块：根据不同车速下转向盘角度信号和转向盘速度信号设置不同的主动阻尼力矩，保证车辆中高车速时的行驶稳定性能；
惯量补偿控制模块：对转向盘转向时产生的惯量进行惯量补偿，其输出惯量补偿力矩；
摩擦补偿控制模块：根据转向系统的手力矩和电机输出力矩计算出系统摩擦力；
各个模块输出的力矩相加并减去系统摩擦力后，即基础助力力矩、主动阻尼力矩和惯量补偿力矩相加并减去系统摩擦力，作为目标力矩指令输出给电机控制模块。
本发明是通过车辆符和某工况时根据转向系统的手力矩和电机输出力矩计算出系统摩擦力。这种具体的工况是指：
转向盘角度小于正负a，a优选为10deg(度)；
转向盘速度大于b且小于c，优选为20deg/s-500deg/s车速大于e且小于f，优选为40kmph～200kmph；
手力矩大于g，优选为1Nm(牛顿米)；
当以上条件同时满足时，可根据如下公式计算出系统摩擦力FSysfric
FSysfric＝FSt+FMotor*GearRatio；
其中，FSt为手力矩，FMotor为电机输出力矩，GearRatio为电机减速比，此方程计算出的系统摩擦力与系统真实的摩擦力成正比关系。
由上可见，软件计算出的摩擦力*30＝真实系统摩擦力，以上可得系统摩擦力与真实的系统摩擦力相差倍数较为准确。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (4)

1.一种具有摩擦识别的电动助力转向系统，其特征在于，包括：
基本助力模块：根据不同车速时设置对于扭矩信号的助力曲线，从而获得不同的转向手感，其输出基础助力力矩；
主动回正控制模块：根据不同车速下转向盘的角度信号设置不同的主动回正力矩，控制车辆中低车速时的主动回正性能；
主动阻尼控制模块：根据不同车速下转向盘的角度信号和转向盘速度信号设置不同的主动阻尼力矩，控制车辆中高车速时的行驶稳定性能；
惯量补偿控制模块：对转向盘转向时产生的惯量进行惯量补偿，其输出惯量补偿力矩；
摩擦补偿控制模块：根据转向系统的手力矩和电机输出力矩计算出系统摩擦力；
各个模块输出的力矩相加并减去系统摩擦力后，作为目标力矩指令输出给电机控制模块。
2.如权利要求1所述的具有摩擦识别的电动助力转向系统，其特征在于，所述系统摩擦力FSysfrlc计算如下：
PSysfric＝FSt+FMotor*GearRatio；
其中，FSt为手力矩，FMotor为电机输出力矩，GearRatio为电机减速比，将上述方程计算出的系统摩擦力乘以一比例系数即为最终计算出的摩擦力。
3.如权利要求2所述的具有摩擦识别的电动助力转向系统，其特征在于，所述系统摩擦力在如下工况下进行计算：
所述转向盘角度小于预设值，所述转向盘速度和车速落入预设范围内，且手力矩大于预设阀值。
4.如权利要求3所述的具有摩擦识别的电动助力转向系统，其特征在于，所述转向盘角度小于正负10deg，所述转向盘速度为20deg/s-500deg/s，所述车速为40kmph～200kmph，所述手力矩大于1Nm，所述比例系数为28～32。
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