CN106828588A - 电动助力转向系统遥控转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动助力转向系统遥控转向的控制方法，包括：电动助力转向系统接收到遥控转向指令，判断当前状态是否满足遥控转向进入条件；若满足遥控转向进入条件，电动助力转向系统进入遥控转向控制；电动助力转向系统根据收到的转向指令经计算得到电动助力转向系统控制器最终输出力矩指令，控制方向盘以目标转速进行转向；电动助力转向系统判断当前状态是否满足遥控转向退出条件，若满足遥控转向退出条件则退出遥控转向控制。本发明能实现驾驶员在车外通过遥控设备对汽车进行驾驶控制。

Description

电动助力转向系统遥控转向控制方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种电动助力转向系统遥控转向控制方法。

背景技术

传统电动助力转向系统(EPS)的主要功能是在汽车行驶过程中提供转向助力，使得驾驶员转向操控轻便。常见电动助力转向系统的结构如图1所示，由传统的机械转向系统，主要包括方向盘1，转向管柱3，中间轴5，转向器6，小齿轮10，转向横拉杆7，转向节臂9，转向轮8，加装转角传感器2，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。电子控制器通过扭矩转角传感器检测驾驶员施加在方向盘上的转向力矩以及方向盘的角度位置，再综合车速、方向盘转速等信号计算出合理的电动转向助力并通过转向助力电机输出，将转向助力施加在转向管柱上从而使驾驶员轻松地进行转向操作。电动助力转向系统的力矩控制主要包括基本助力、主动回正、阻尼控制、惯量补偿以及摩擦补偿等功能。

现在也有一些电动助力转向系统具备一些的高级辅助驾驶功能，如侧向风补偿、车道保持辅助、危险工况干预等。为电动助力转向系统增加更多更先进的高级辅助驾驶功能是未来汽车领域的发展趋势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在现有电动助力转向系统基础上开发远程遥控转向控制功能，实现驾驶员在车外通过遥控设备对汽车进行驾驶控制，如前进、后退、原地转向、前进转向和后退转向等控制。

为解决上述技术问题，本发明的电动助力转向系统遥控转向的控制方法，包括：

电动助力转向系统接收到遥控转向指令，判断当前状态是否满足遥控转向进入条件；若满足遥控转向进入条件，电动助力转向系统进入遥控转向控制；电动助力转向系统根据收到的转向指令经计算得到电动助力转向系统控制器最终输出力矩指令，控制方向盘以目标转速进行转向；遥控转向控制过程分为：方向盘转向闭环控制、方向盘转向停止控制和方向盘位置闭环控制；

TC＝TC1+TC2+TC3+TC4，

其中，TC为电动助力转向系统控制器最终输出的力矩指令，TC1为方向盘转向闭环控制力矩指令，TC2为方向盘转向停止控制力矩指令，TC3为方向盘位置闭环控制力矩指令，对于TC1、TC2、TC3在同一时刻当前控制过程的控制指令有效，TC4为前一控制过程结束时刻的力矩指令。

电动助力转向系统判断当前状态是否满足遥控转向退出条件，若满足遥控转向退出条件则退出遥控转向控制。

其中，所述遥控转向进入条件为至少同时满足以下条件：

A、发动机处于运行状态；

B、自动变速器档位状态处于停车档；

C、车速≤2Km/h；

D、无人为干预；

人为干预是指扭矩传感器检测到施加到方向盘上的扭矩大于1Nm且持续时间大于等于1S。

其中，所述遥控转向退出条件为出现以下任一情况：

a、电动助力转向系统通讯故障；

b、出现人为干预；

c、不满足任意一个遥控转向进入条件；

d、电机持续输出大电流，即电动助力转向系统永磁同步电机母线电流大于80A持续时间大于等于3S。

其中，遥控转向控制实现的控制状态至少包括：前进、后退、左转、右转、前进左转、前进右转、后退左转和后退右转。

遥控转向控制实现的控制状态还包括：左转停止、左极限位置保持、右转停止和右极限位置保持。

其中，所述目标转速为120°/S。

其中，所述方向盘转向闭环控制力矩指令采用以下方法获得：

PID控制算法对方向盘转速进行控制，方向盘目标转速SV_Ref与非转向状态方向盘实际转速SV之间的误差为SV_Err，SV_Err＝SV_Ref-SV，TC1为方向盘转向闭环控制力矩指令，K_p1为方向盘转速闭环控制的比例系数,K_i1为方向盘转速闭环控制的积分系数，K_d1为方向盘转速闭环控制的微分系数，K_p1、K_i1和K_d1通过实车调试得出(不同车型在实车调试时会得到不同的系数)；k为采样时刻，j＝0，1...k-1；

转向闭环控制目标是使得方向盘以目标转速进行转向运行，并在启动过程中尽可能的平稳。

其中，所述方向盘转向停止控制力矩指令采用以下方法获得：

采用PID控制算法对方向盘转速进行控制，方向盘目标转速SV_Ref与非转向状态方向盘实际转速SV之间的误差为SV_Err，SV_Err＝SV_Ref-SV，TC2为方向盘转向停止控制力矩指令，K_p2为方向盘方向盘转向停止控制的比例系数，K_i2为方向盘方向盘转向停止控制的积分系数，K_d2为方向盘方向盘转向停止控制的微分系数，K_p2、K_i2和K_d2通过实车调试得出；k为采样时刻，j＝0，1...k-1；

当方向盘转速降为5°/S以下时认为方向盘基本停止转动，此时退出方向盘转向停止控制。

转向停止过程控制目标是使得方向盘尽快、平稳地将停止转动。增加了一个误差死去，即方向盘转速降为5°/S以下停止转向控制。另外在方向盘转速为0时控制器需要记住该时刻的方向盘转角位置，以便进行转角位置闭环控制。

其中，遥控转向控制方向盘转速降为0时进入方向盘位置闭环控制，方向盘位置闭环控制力矩指令采用以下方法获得：

PID控制算法对方向盘转角进行闭环控制，方向盘目标角度SA_Ref与非方向盘位置闭环控制方向盘实际角度SA之间的误差为SA_Err，SA_Err＝SA_Ref-SA，TC3为方向盘位置闭环控制力矩指令，K_p3为方向盘位置闭环控制的比例系数，K_i3为方向盘位置闭环控制的积分系数，K_d3为方向盘位置闭环控制的微分系数，K_p3、K_i3和K_d3通过实车调试得出；k为采样时刻，j＝0，1...k-1；

位置闭环的控制目标是当汽车前进或后退时将方向盘位置误差控制在5°以内。

驾驶员按下遥控钥匙上的按键时，电动助力转向系统控制器判断当前汽车状态是否允许进入遥控转向控制，前汽车状态若满足进入遥控转向控制条件，则电动转向系统进入遥控转向控制。当驾驶员按下转向的按键时，电动助力转向系统控制器会通过控制算法计算出最终输出力矩指令使得方向盘以一定的目标转速转动；当驾驶员松开转向按键时，电动转向控制器则会控制电机使得方向盘尽快地停止转动，并且具备保持方向盘转角位置的功能，即使汽车前进或者后退，也可以将方向盘转角位置误差控制在5°以内。若在此过程中电动转向控制器检测到人为干预方向盘时(如扭矩传感器检测到施加到方向盘上的扭矩大于1Nm且持续一定的时间)则退出遥控驾驶模式，转为正常的电动助力转向系统控制模式。

本发明专利针对遥控转向分别设定了方向盘转向闭环控制、方向盘转向停止控制和方向盘位置闭环控制；图7和图8分别为方向盘转向闭环控制和方向盘位置闭环控制的实测数据图。从图7可以看出，转向启动过程比较平稳，方向盘转速基本没有超调，稳定时间较短。在匀速转向过程中方向盘转速没有因为轮胎在转向过程中地面阻力的变化而发生明显变动，基本能够很好地跟随目标转速进行转向。当接收到停止命令时，方向盘转速能够很快地从目标转速将为0，响应时间较快，降到0转速时的超调很小，方向盘停止过程相对稳定。图8显示方向盘在停止转动状态并且汽车处在运动过程时的位置保持效果。可以看出，即使汽车处在前进、后退的运动状态，方向盘也能够保持在目标位置，位置误差不超过5°，位置闭环的控制效果比较理想。

本发明能实现驾驶员在车外通过遥控设备对汽车进行驾驶控制。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是电动助力转向系统的结构示意图。

图2是本发明一实施例的控制流程图。

图3是本发明遥控转向状态切换图，途中箭头所示为状态切换方向。

图4是本发明方向盘转向闭环控制框图。

图5是本发明方向盘转向停止控制框图。

图6是本发明方向盘位置闭环控制框图。

图7是方向盘转向闭环控制效果图。

图8是方向盘位置闭环控制效果图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的电动助力转向系统遥控转向的控制方法一实施例，包括：电动助力转向系统接收到遥控转向指令，判断当前状态是否满足遥控转向进入条件；若满足遥控转向进入条件，电动助力转向系统进入遥控转向控制；电动助力转向系统根据收到的转向指令经计算得到电动助力转向系统控制器最终输出力矩指令，控制方向盘以目标转速进行转向；遥控转向控制过程分为：方向盘转向闭环控制、方向盘转向停止控制和方向盘位置闭环控制；

TC＝TC1+TC2+TC3+TC4，

其中，TC为电动助力转向系统控制器最终输出的力矩指令，TC1为方向盘转向闭环控制力矩指令，TC2为方向盘转向停止控制力矩指令，TC3为方向盘位置闭环控制力矩指令，对于TC1、TC2、TC3在同一时刻当前控制过程的控制指令有效。TC4为前一控制过程结束时刻的力矩指令。

电动助力转向系统判断当前状态是否满足遥控转向退出条件，若满足遥控转向退出条件则退出遥控转向控制。

其中，所述遥控转向进入条件为至少同时满足以下条件：

A、发动机处于运行状态；

B、自动变速器档位状态处于停车档；

C、车速≤2Km/h；

D、无人为干预；

人为干预是指扭矩传感器检测到施加到方向盘上的扭矩大于1Nm且持续一定的时间

其中，所述遥控转向退出条件为出现以下任一情况：

a、电动助力转向系统通讯故障；

b、出现人为干预；

c、不满足任意一个遥控转向进入条件；

d、电机持续输出大电流。

其中，遥控转向控制实现的控制状态至少包括：前进、后退、左转、右转、前进左转、前进右转、后退左转、后退右转左转停止、左极限位置保持、右转停止和右极限位置保持。

其中，所述目标转速为120°/S。

其中，所述方向盘转向闭环控制力矩指令采用以下方法获得：

PID控制算法对方向盘转速进行控制，方向盘目标转速SV_Ref与非转向状态方向盘实际转速SV之间的误差为SV_Err，SV_Err＝SV_Ref-SV，TC1为方向盘转向闭环控制力矩指令，K_p1为方向盘转速闭环控制的比例系数,K_i1为方向盘转速闭环控制的积分系数，K_d1为方向盘转速闭环控制的微分系数，K_p1、K_i1和K_d1通过实车调试得出，k为采样时刻，j＝0，1...k-1；

转向闭环控制目标是使得方向盘以目标转速进行转向运行，并在启动过程中尽可能的平稳。

其中，所述方向盘转向停止控制力矩指令采用以下方法获得：

采用PID控制算法对方向盘转速进行控制，方向盘目标转速SV_Ref与非转向状态方向盘实际转速SV之间的误差为SV_Err，SV_Err＝SV_Ref-SV，TC2为方向盘转向停止控制力矩指令，K_p2为方向盘方向盘转向停止控制的比例系数，K_i2为方向盘方向盘转向停止控制的积分系数，K_d2为方向盘方向盘转向停止控制的微分系数；；K_p2、K_i2和K_d2通过实车调试得出；k为采样时刻，j＝0，1...k-1；

其中，遥控转向控制的方向盘转向停止控制，还包括：当方向盘转速降为5°/S以下停止方向盘转向停止控制。

转向停止过程控制目标是使得方向盘尽快、平稳地将停止转动。增加了一个误差死去，即方向盘转速降为5°/S以下停止转向控制。另外在方向盘转速为0时控制器需要记住该时刻的方向盘转角位置，以便进行转角位置闭环控制。

其中，遥控转向控制方向盘转速降为0时进入方向盘位置闭环控制，方向盘位置闭环控制力矩指令采用以下方法获得：

PID控制算法对方向盘转角进行闭环控制，方向盘目标角度SA_Ref与非方向盘位置闭环控制方向盘实际角度SA之间的误差为SA_Err，SA_Err＝SA_Ref-SA，TC3为方向盘位置闭环控制力矩指令，K_p3为方向盘位置闭环控制的比例系数，K_i3为方向盘位置闭环控制的积分系数，K_d3为方向盘位置闭环控制的微分系数；K_p3、K_i3和K_d3通过实车调试得出；k为采样时刻，j＝0，1...k-1；

图7所示，测试工况为按下遥控器右转按键使得方向盘转动一定时间后再停止。从图7可以看出，转向启动过程比较平稳，方向盘转速基本没有超调，稳定时间较短。在匀速转向过程中方向盘转速没有因为轮胎在转向过程中地面阻力的变化而发生明显变动，基本能够很好地跟随目标转速进行转向。当接收到停止命令时，方向盘转速能够很快地从目标转速将为0，响应时间较快，降到0转速时的超调很小，方向盘停止过程相对稳定。

图8所示，测试工况为方向盘转动停止后汽车进行前进、后退的动作。图8显示方向盘在停止转动状态并且汽车处在运动过程时的位置保持效果。可以看出，即使汽车处在前进、后退的运动状态，方向盘也能够保持在目标位置，位置误差不超过5°。位置闭环的控制效果比较理想。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动助力转向系统遥控转向的控制方法，其特征是，包括：

电动助力转向系统接收到遥控转向指令，判断当前状态是否满足遥控转向进入条件；若满足遥控转向进入条件，电动助力转向系统进入遥控转向控制；电动助力转向系统根据收到的转向指令经计算得到电动助力转向系统控制器最终输出力矩指令，控制方向盘以目标转速进行转向；遥控转向控制过程分为：方向盘转向闭环控制、方向盘转向停止控制和方向盘位置闭环控制；

TC＝TC1+TC2+TC3+TC4，

其中，TC为电动助力转向系统控制器最终输出的力矩指令，TC1为方向盘转向闭环控制力矩指令，TC2为方向盘转向停止控制力矩指令，TC3为方向盘位置闭环控制力矩指令，TC4为前一控制过程结束时刻的力矩指令。

电动助力转向系统判断当前状态是否满足遥控转向退出条件，若满足遥控转向退出条件则退出遥控转向控制。

2.如权利要求1所述的电动助力转向系统遥控驾驶控制方法，其特征是，所述遥控转向进入条件为至少同时满足以下条件：

A、发动机处于运行状态；

B、自动变速器档位状态处于停车档；

C、车速≤2Km/h；

D、无人为干预；

人为干预是指扭矩传感器检测到施加到方向盘上的扭矩大于1Nm且持续时间大于等于1S。

3.如权利要求1所述的电动助力转向系统遥控驾驶控制方法，其特征是，所述遥控转向退出条件为出现以下任一情况：

a、电动助力转向系统通讯故障；

b、出现人为干预；

c、不满足任意一个遥控转向进入条件；

d、电机持续输出大电流，即电动助力转向系统永磁同步电机母线电流大于80A持续时间大于等于3S。

4.如权利要求1所述的电动助力转向系统遥控驾驶控制方法，其特征是，遥控转向控制实现的控制状态至少包括：前进、后退、左转、右转、前进左转、前进右转、后退左转和后退右转。

5.如权利要求4所述的电动助力转向系统遥控驾驶控制方法，其特征是：遥控转向控制实现的控制状态还包括：左转停止、左极限位置保持、右转停止和右极限位置保持。

6.如权利要求1所述的电动助力转向系统遥控驾驶控制方法，其特征是：所述目标转速为120°/S。

7.如权利要求1所述的电动助力转向系统遥控驾驶控制方法，其特征是：所述方向盘转向闭环控制力矩指令采用以下方法获得：

PID控制算法对方向盘转速进行控制，方向盘目标转速SV_Ref与非转向状态方向盘实际转速SV之间的误差为SV_Err，SV_Err＝SV_Ref-SV，TC1为方向盘转向闭环控制力矩指令，K_p1为方向盘转速闭环控制的比例系数,K_i1为方向盘转速闭环控制的积分系数，K_d1为方向盘转速闭环控制的微分系数，K_p1、K_i1和K_d1通过实车调试得出；k为采样时刻，j＝0，1...k-1；

$TC1\left(k\right)=K_{p1}*SV\_Err\left(k\right)+K_{i1}\underset{j=0}{\overset{k}{\Σ}}{\mathrm{SV}}_{Err}\left(k\right)+K_{d1}*\[SV\_Err\left(k\right)-SV\_Err(k-1)\].$

8.如权利要求1所述的电动助力转向系统遥控驾驶控制方法，其特征是：所述方向盘转向停止控制力矩指令采用以下方法获得：

采用PID控制算法对方向盘转速进行控制，转速目标为0。方向盘目标转速SV_Ref与非转向状态方向盘实际转速SV之间的误差为SV_Err，SV_Err＝SV_Ref-SV，TC2为方向盘转向停止控制力矩指令，K_p2为方向盘方向盘转向停止控制的比例系数，K_i2为方向盘方向盘转向停止控制的积分系数，K_d2为方向盘方向盘转向停止控制的微分系数，K_p2、K_i2和K_d2通过实车调试得出；k为采样时刻，j＝0，1...k-1；

$TC2\left(k\right)=K_{p2}*SV\_Err\left(k\right)+K_{i2}\underset{j=0}{\overset{k}{\Σ}}{\mathrm{SV}}_{Err}\left(k\right)+K_{d2}*\[SV\_Err\left(k\right)-SV\_Err(k-1)\];$

当方向盘转速降为5°/S以下时认为方向盘基本停止转动，此时退出转向停止控制。

9.如权利要求1所述的电动助力转向系统遥控驾驶控制方法，其特征是：遥控转向控制方向盘转速降为5°/S以下时进入方向盘位置闭环控制，方向盘位置闭环控制力矩指令采用以下方法获得：

PID控制算法对方向盘转角进行闭环控制，方向盘目标角度SA_Ref与非方向盘位置闭环控制方向盘实际角度SA之间的误差为SA_Err，SA_Err＝SA_Ref-SA，TC3为方向盘位置闭环控制力矩指令，K_p3为方向盘位置闭环控制的比例系数，K_i3为方向盘位置闭环控制的积分系数，K_d3为方向盘位置闭环控制的微分系数，K_p3、K_i3和K_d3通过实车调试得出；k为采样时刻，j＝0，1...k-1；

$TC3\left(k\right)=K_{p3}*SA\_Err\left(k\right)+K_{i3}\underset{j=0}{\overset{k}{\Σ}}{\mathrm{SA}}_{Err}\left(k\right)+K_{d3}*\[SA\_Err\left(k\right)-SA\_Err(k-1)\].$