CN106864585A - 一种电子助力转向控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子助力转向控制方法及系统，该方法包括：通过扭矩‑转角传感器采集驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息，并通过应力传感器采集传动系统受到的应力信息。由于本发明可以根据应力信息计算总阻力矩，使得本发明可以根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力，该助力是和前轴轴荷相关的值，即使前轴轴荷改变或者轮胎和地面之间的摩擦系数改变，该助力也会随之改变，实现真正意义上的电子助力器输出的助力随整车转向阻力矩同步变化的智能控制。

Description

一种电子助力转向控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电子控制领域，特别涉及一种电子助力转向控制方法及系统。

背景技术

电子助力转向(Electric Power Steering，EPS)由电子助力器直接提供转向助力，它的核心部分由扭矩-转角传感系统、助力系统和控制系统3大部分组成。EPS省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境，是汽车转向系统的发展方向。

目前EPS采用初步理论，通过计算、校核制定出粗略的助力大小，然后通过对实车进行多轮测试标定，确定最终的助力曲线。标定时将整车的前轴轴荷设定为一个固定值，即F_轴荷为定值。现有EPS计算、标定技术采集了整车的车速信号，可以标定不同车速下的电子助力器输出的助力大小：轮胎与地面之间的摩擦系数μ随车速增加而减小，因此高车速时需要的助力较小。虽然标定了不同车速下助力，但现有技术设定整车前轴轴荷F_轴荷为固定值，也就是说当轴荷F_轴荷变动时，电子助力器输出的助力M_电不会进行相应的改变，这样会导致以下情况发生：当F_轴荷增加，车速和系统内阻力矩M_内不变，此时，如果电子助力器输出的助力M_电不变，就会导致驾驶员感受到的力矩M_手增加，在前轴轴荷的变化不大的情况下，驾驶员感受到的力矩M_手变化不大，但目前EPS将逐步在商用车等车型进行推广应用，与小轿车不同的是，商用车可能出现严重超载的情况，前轴轴荷的变化范围较大，如果商用车采用现有技术的EPS就会造成整车在空载与超载两个工况下驾驶员感受到的力矩M_手变化较大，该变化会影响驾驶员的驾驶习惯，给乘客带来人身安全隐患。

发明内容

本发明提供了一种电子助力转向控制方法及系统，解决现有技术EPS应用到商用车时，整车在空载与超载两个工况下驾驶员感受到的力矩M_手变化较大的问题。

本发明提供了一种电子助力转向控制方法，包括：

通过扭矩-转角传感器采集驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息，并通过应力传感器采集传动系统受到的应力信息；

根据应力信息计算总阻力矩；

根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力。

优选地，所述传动系统包括：

依序相连接的转向管柱、下传动轴、转向器输入轴和转向器齿条，以及转向器拉杆，其中，转向管柱和方向盘相连，转向器齿条通过两个转向器拉杆分别与两个前轮相连。

优选地，所述应力传感器共两个，分别位于两个转向器拉杆上；

所述根据应力信息计算总阻力矩包括：

根据两个应力传感器分别采集的应力获取总阻力；

将总阻力与转向器输入轴半径的乘积作为总阻力矩。

优选地，所述方法还包括：

采集扭矩信息、转角信息和应力信息的同时，还采集车速信息；

所述根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力包括：

根据扭矩信息、转角信息、车速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。

优选地，所述方法还包括：

采集扭矩信息、转角信息和应力信息的同时，还采集发动机转速信息；

所述根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力包括：

根据扭矩信息、转角信息、发动机转速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。

相应地，本发明还提供了一种电子助力转向控制系统，包括：

分别与控制器相连的扭矩-转角传感器、应力传感器和电子助力器，以及传动系统；

扭矩-转角传感器位于传动系统附近，用于采集驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息，并发送给控制器；

应力传感器位于传动系统附近，用于器采集传动系统受到的应力信息，并发送给控制器；

控制器用于根据应力信息计算总阻力矩，然后根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力，接着向所述电子助力器输出控制信号以向传动系统输出助力。

优选地，所述传动系统包括：

依序相连接的转向管柱、下传动轴、转向器输入轴和转向器齿条，以及转向器拉杆，其中，转向管柱和方向盘相连，转向器齿条通过两个转向器拉杆分别与两个前轮相连。

优选地，所述应力传感器共两个，分别位于两个转向器拉杆上；

所述控制器具体用于根据两个应力传感器分别采集的应力获取总阻力，然后将总阻力与转向器输入轴半径的乘积作为总阻力矩。

优选地，所述系统还包括：

车速传感器，与所述控制器相连，用于采集车速信息，并发送给所述控制器；

所述控制器具体用于根据扭矩信息、转角信息、车速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。

优选地，所述系统还包括：

发动机转速传感器，与所述控制器相连，用于采集发动机转速信息，并发送给所述控制器；

所述控制器具体用于根据扭矩信息、转角信息、发动机转速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。

本发明提供的一种电子助力转向控制方法及系统，包括：通过扭矩-转角传感器采集驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息，并通过应力传感器采集传动系统受到的应力信息。由于本发明可以根据应力信息计算总阻力矩，使得本发明可以根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力，该助力是和前轴轴荷相关的值，即使轮胎和地面之间的摩擦系数改变，该助力也会随之改变，实现真正意义上的电子助力器输出的助力随整车转向阻力矩同步变化的智能控制。

进一步地，本发明实施例提供的电子助力转向控制方法及系统，所述应力传感器共两个，分别位于两个转向器拉杆上，然后根据两个应力传感器分别采集的应力信息计算总阻力矩，能有效提升计算准确度，便于提升驾驶员体验度。

进一步地，本发明实施例提供的电子助力转向控制方法及系统，还进一步采集了车速信息，使得本发明可以根据扭矩信息、转角信息、车速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。这样使得本发明给出的助力，不但考虑了前轴轴荷的变化，同时还考虑了轮胎与地面之间摩擦系数的变化，能有效提高给出的助力的准确度，有效提升驾驶员体验度。

进一步地，本发明实施例提供的电子助力转向控制方法及系统，采集扭矩信息、转角信息和应力信息的同时，还采集发动机转速信息，这样使得本发明给出的助力更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制方法的第一种流程图；

图2为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制方法的第二种流程图；

图3为根据本发明实施例提供的车速-助力补偿对照曲线；

图4为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制方法的第三种流程图；

图5为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制系统的第一种结构示意图；

图6为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制系统的一种装置示意图；

图7为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制系统的第二种结构示意图；

图8为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制系统的第三种结构示意图。

在图6中：

1 方向盘 7 转向器输入轴

2 转向管柱 8 转向器齿条

3 扭矩-转角传感器 9 转向器拉杆

4 控制器 10 应力传感

5 电子助力器 11 轮胎

6 下传动轴

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的参数或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供的一种电子助力转向控制方法及系统，考虑了当汽车的重量发生较大变化，即当前轴轴荷发生较大变化时，对驾驶员的操控性的影响，使得本发明提供的电子助力转向控制方法及系统不管整车处于哪种行驶工况，都能给出一个较适宜的驾驶操纵力，并且可以更好的适用于商用车等，提高乘客的人身安全。

为了更好的理解本发明的技术方案和技术效果，以下将结合流程示意图对具体的实施例进行详细的描述。如图1所示，为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制方法的第一种流程图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S01，通过扭矩-转角传感器采集驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息，并通过应力传感器采集传动系统受到的应力信息。

在本实施例中，通过扭矩-转角传感器采集与方向盘相连的轴的扭矩信息和转角信息来获取驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息。其中，该扭矩-转角传感器可以在EPS中有不同分类方法，按照安装方式可以分为独立分装传感器和助力转向一体化传感器；安装内部结构可以分为接触式传感器和非接触式传感器，其区别在于接触式传感器在工作过程中的敏感部件存在机械摩擦，非接触式包括磁耦合、电耦合、光耦合等形式，在此不做限定。

应力传感器采集传动系统受到的应力信息，该应力信息可以反映整车的方向控制的传动系统受到的外力的大小，这样就可以使得本发明根据方向控制的传动系统受到的外力的大小来调整电子助力器输出的助力的大小。

在一个具体实施例中，所述传动系统包括：依序相连接的转向管柱、下传动轴、转向器输入轴和转向器齿条，以及转向器拉杆，其中，转向管柱和方向盘相连，转向器齿条通过两个转向器拉杆分别与两个前轮相连。所述应力传感器共两个，分别位于两个转向器拉杆上；所述根据应力信息计算总阻力矩包括：根据两个应力传感器分别采集的应力获取总阻力；将总阻力和转向器输入轴半径的乘积作为总阻力矩。

步骤S02，根据应力信息计算总阻力矩。

在本实施例中，电动转向计算的原理为：M_阻＝M_手+M_电，M_阻为整车转向系统受到的总阻力矩，与整车前轴轴荷F_轴荷、轮胎与地面之间的摩擦系数μ、系统内阻力矩M_内等有关，即M_阻＝F_轴荷×μ+M_内。

也就是说计算原理的公式可以变换为如式(1)所示：

F_轴荷×μ+M_内＝M_手+M_电 (1)

其中，M_内为转向系统内部零部件之间的摩擦力矩；M_手为设计初定方向盘手力力矩值，直观表现为驾驶员所受的方向盘手力，该力矩作用于转向盘。M_电为电机提供的助力力矩，该力矩与总阻力矩相关。

但是，实际使用中，汽车经常在不同的工况和/或道路上行驶，轮胎与地面之间的摩擦系数μ常改变，使得不易根据上述原理进行计算，通过实验及理论分析，可以对上述公式进行变形，例如：通过应力传感器采集的应力转化为转向器齿条所受的总力F_总力，该总力与传动系统受到的总阻力大小相同，因此，该总力与转向器输入轴半径r_输入相乘就是车轮及悬架系统总阻力矩M_总，即M_总＝F_总力×r_输入。M_总与M_阻大小相等，这样电子助力系统计算原理的公式可以变换为如式(2)所示：

F_总力×r_输入+M_内＝M_手+M_电 (2)

其中，F_总力通过传感器监测采集，M_内为转向系统内部零部件之间的摩擦力矩，M_手为设计初定方向盘手力力矩值，这样，本发明就可以对M_电进行实时变化控制。

步骤S03，根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力。

在本实施例中，可以通过电子控制单元对电子助力器进行控制。

在一个具体实施例中，当驾驶员操作转向盘时，连接在转向管柱上的扭矩-转角传感器采集扭矩信息和转角信息，电子控制单元根据矩信息和转角信息进行综合分析、判断和运算后输出电流信号控制电子助力器的助力大小。电子助力器通过传动机构产生助力转矩，该助力扭矩施加到转向管柱上，从而带动相关部件完成转向操作。

本发明提供的电子助力转向控制方法，包括：通过扭矩-转角传感器采集驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息，并通过应力传感器采集传动系统受到的应力信息。由于本发明可以根据应力信息计算总阻力矩，使得本发明可以根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力，该助力是和前轴轴荷相关的值，即使轮胎和地面之间的摩擦系数改变，该助力也会随之改变，实现真正意义上的电子助力器输出的助力随整车转向阻力矩同步变化的智能控制。

如图2所示，为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制方法的第二种流程图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S21，采集扭矩信息、转角信息和应力信息的同时，还采集车速信息。

在本实施例中，考虑到车速改变时所需的助力也会同时发生改变，因此，在计算电子助力器输出的助力时也可以进一步考虑车速的影响，以进一步提升驾驶员体验度。例如，可以通过车速传感器采集车速信息，然后通过预先标定的车速-助力补偿对照表或车速-助力补偿对照曲线来获取助力补偿值。

需要说明的是，所述根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力包括：根据扭矩信息、转角信息、车速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。

在一个具体实施例中，如图3所示，为根据本发明实施例提供的车速-助力补偿对照曲线，从图中可以看到随着车速的增加，需要补偿的助力越小。当然，现有技术中根据车速对助力进行补偿的方式都适用，在此不做限定。

本发明实施例提供的电子助力转向控制方法及系统，还进一步采集了车速信息，使得本发明可以根据扭矩信息、转角信息、车速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。这样使得本发明给出的助力，不但考虑了前轴轴荷的变化，同时还考虑了轮胎与地面之间摩擦系数的变化，能有效提高给出的助力的准确度，有效提升驾驶员体验度。

如图4所示，为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制方法的第三种流程图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S41，采集扭矩信息、转角信息和应力信息的同时，还采集发动机转速信息。

在本实施例中，所述根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力包括：根据扭矩信息、转角信息、发动机转速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。

本发明实施例提供的电子助力转向控制方法及系统，采集扭矩信息、转角信息和应力信息的同时，还采集发动机转速信息，这样使得本发明给出的助力更加准确。

相应地，本发明还提供了与上述方法对应的电子助力转向控制系统，如图5所示，为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制系统的第一种结构示意图，该系统可以包括：

分别与控制器相连的扭矩-转角传感器、应力传感器和电子助力器，以及传动系统。

扭矩-转角传感器位于传动系统附近，用于采集驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息，并发送给控制器。

应力传感器位于传动系统附近，用于器采集传动系统受到的应力信息，并发送给控制器。

控制器用于根据应力信息计算总阻力矩，然后根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力，接着向所述电子助力器输出控制信号以向传动系统输出助力。

在本实施例中，所述传动系统可以包括：依序相连接的转向管柱、下传动轴、转向器输入轴和转向器齿条，以及转向器拉杆，其中，转向管柱和方向盘相连，转向器齿条通过两个转向器拉杆分别与两个前轮相连。

在一个具体实施例中，如图6所示，为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制系统的一种装置示意图。其中，1为方向盘，2为转向管柱，3为扭矩-转角传感器，4为控制器，5为电子助力器，6为下传动轴，7为转向器输入轴，8为转向器齿条，9为转向器拉杆，10为应力传感器，11为轮胎。所述应力传感器10共两个，分别位于两个转向器拉杆9上；所述控制器4具体用于根据两个应力传感器分10别采集的应力获取总阻力，然后将总阻力和转向器输入轴7半径的乘积作为总阻力矩。从图中可以看出，通过拉杆传感器10即可采集应力信息，控制器4根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩向电子助力器5输出控制信号，以控制电子助力器5输出合适的助力。

如图7所示，为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制系统的第二种结构示意图，该系统还可以包括：车速传感器，与所述控制器相连，用于采集车速信息，并发送给所述控制器；所述控制器具体用于根据扭矩信息、转角信息、车速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。使得本发明可以根据扭矩信息、转角信息、车速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。这样使得本发明给出的助力，不但考虑了前轴轴荷的变化，同时还考虑了轮胎与地面之间摩擦系数的变化，能有效提高给出的助力的准确度，有效提升驾驶员体验度。

如图8所示，为根据本发明实施例提供的电子助力转向控制系统的第三种结构示意图，该系统还可以包括：发动机转速传感器，与所述控制器相连，用于采集发动机转速信息，并发送给所述控制器；所述控制器具体用于根据扭矩信息、转角信息、发动机转速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。这样使得本发明给出的助力更加准确。

本发明提供的电子助力转向控制系统，包括分别与控制器相连的扭矩-转角传感器、应力传感器和电子助力器，以及传动系统。由于本发明采集了应力信息，使得本发明可以根据应力信息计算总阻力矩，进而可以根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力，该助力是和前轴轴荷相关的值，即使轮胎和地面之间的摩擦系数改变，该助力也会随之改变，实现真正意义上的电子助力器输出的助力随整车转向阻力矩同步变化的智能控制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个仿真窗口上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及系统；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电子助力转向控制方法，其特征在于，包括：

通过扭矩-转角传感器采集驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息，并通过应力传感器采集传动系统受到的应力信息；

根据应力信息计算总阻力矩；

根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传动系统包括：

依序相连接的转向管柱、下传动轴、转向器输入轴和转向器齿条，以及转向器拉杆，其中，转向管柱和方向盘相连，转向器齿条通过两个转向器拉杆分别与两个前轮相连。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述应力传感器共两个，分别位于两个转向器拉杆上；

所述根据应力信息计算总阻力矩包括：

根据两个应力传感器分别采集的应力获取总阻力；

将总阻力与转向器输入轴半径的乘积作为总阻力矩。

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：

采集扭矩信息、转角信息和应力信息的同时，还采集车速信息；

所述根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力包括：

根据扭矩信息、转角信息、车速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采集扭矩信息、转角信息和应力信息的同时，还采集发动机转速信息；

所述根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力包括：

根据扭矩信息、转角信息、发动机转速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。

6.一种电子助力转向控制系统，其特征在于，包括：

分别与控制器相连的扭矩-转角传感器、应力传感器和电子助力器，以及传动系统；

扭矩-转角传感器位于传动系统附近，用于采集驾驶员向方向盘施加的扭矩信息和转角信息，并发送给控制器；

应力传感器位于传动系统附近，用于器采集传动系统受到的应力信息，并发送给控制器；

控制器用于根据应力信息计算总阻力矩，然后根据扭矩信息、转角信息和总阻力矩确定电子助力器输出的助力，接着向所述电子助力器输出控制信号以向传动系统输出助力。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述传动系统包括：

依序相连接的转向管柱、下传动轴、转向器输入轴和转向器齿条，以及转向器拉杆，其中，转向管柱和方向盘相连，转向器齿条通过两个转向器拉杆分别与两个前轮相连。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述应力传感器共两个，分别位于两个转向器拉杆上；

所述控制器具体用于根据两个应力传感器分别采集的应力获取总阻力，然后将总阻力与转向器输入轴半径的乘积作为总阻力矩。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系统还包括：

车速传感器，与所述控制器相连，用于采集车速信息，并发送给所述控制器；

所述控制器具体用于根据扭矩信息、转角信息、车速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

发动机转速传感器，与所述控制器相连，用于采集发动机转速信息，并发送给所述控制器；

所述控制器具体用于根据扭矩信息、转角信息、发动机转速信息和总阻力矩通过查助力曲线确定电子助力器输出的助力。