CN106882260B - 一种汽车有刷电动转向助力电流特性的随动标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种汽车有刷电动转向助力电流特性的随动标定方法，可与汽车相关物理参数匹配适应，调校完成EPS中的电子控制单元（简称ECU）的参数设定，使EPS输出最佳的助力特性，以满足汽车对转向性能的要求。同时，该方法也适用于实验室状态下的ECU参数标定过程，以便完成接近实车应用的EPS助力特性，减少实车标定的工作量。本发明的标定方法是将EPS助力特性与ECU输出的助力电流I特性进行等效，而对助力电流I的特性曲线实施标定，对汽车的行驶速度V和转向手力T与助力电流I特性曲线的各参数进行关联设计，并实施少量关键特征点的参数设定，来随动调节其它特征参数的全程标定，实现可视化且精准，操作简便且周期短。

Description

一种汽车有刷电动转向助力电流特性的随动标定方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及有刷电动助力转向系统(简称EPS)，尤其涉及EPS助力电流特性的随动标定方法。

背景技术

现代汽车配装电动助力转向系统已非常普及，该系统可使驾驶员操纵转向轻便，能及时准确地执行转向操纵指令，并能正确地反馈路面信息，让驾驶员及时掌握车辆的行驶状态，以便判断并作出适宜的转向操作指令。为此，EPS助力特性的标定，既可实现上述要求，而使汽车达到良好的转向性能。EPS助力特性与其中的电子控制单元(简称ECU)所输出的助力电流特性是等效的，因此对EPS助力特性的标定也就是对ECU助力电流特性的标定。该助力电流特性是通过其曲线形式表达，是由转向手力信号(由EPS中的扭矩传感器提供)和车速信号(由汽车车速传感器提供)所共同确定的三维数组曲线族。

ECU助力电流特性曲线的标定，通常是在实车上且在规定的路面下，分别标定对应不同车速下(通常6个车速)的助力电流特性曲线，以评价转向手力及其手感等，来确定合适的助力电流特性曲线族谱，这样就不可避免地产生顾此失彼而难以融合，并且使满足转向性能要求的标定周期也会较长。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计开发一种助力电流特性曲线的随动标定方法，使其能与汽车相关物理参数相匹配，并兼顾不同车速和转向手力的配合协调，实现快速而精准的标定。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：助力电流I特性曲线的形成，与转向手力信号T和车速信号V进行关联设计，同时开放与汽车物理参数相关的少量关键特征点参数，以及与汽车转向状态参数相关的随动调节系数，据此调节少量参数和系数来改变助力电流I特性曲线，从而实现满足上述要求的全过程标定。

助力电流I特性曲线的设计要关联转向手力T，即在转向手力T较小区域，ECU输出的助力电流I较小，而在转向手力T较大区域，助力电流I也较大，当转向手力T超出拐点扭矩T3时，则助力电流I处于饱和状态而被限制；助力电流I特性曲线的设计还要关联车速V，即随着车速V的提升，助力电流I应减小；助力电流I特性曲线的设计还要关联死区扭矩T1，即转向手力T小于某特定的扭矩值(死区扭矩T1)时，助力电流I为零；助力电流I特性曲线随转向手力T符合人车操纵力的变化规律，并关联设计该控制规律算法，开放助力增益系数m；额定助力电流Iv随车速V符合车辆转向负载的变化规律，并关联设计该控制规律算法，开放助力随速衰减系数S2；额定转向手力T2随车速V符合高速手力稳重的变化规律，并关联设计该控制规律算法，开放手力随速增益系数w；死区扭矩T1随车速V符合在低速、中速、高速时的防振动、增加路感及指向性清晰的不同要求，关联设计该控制规律算法，开放死区随速增益系数f。

图中物理参数定义：

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过上位机与ECU通讯，使标定过程可视化，操作简便可靠，并使标定的过程参数可读可写，便于分析及量产应用。

2、本发明将助力电流I特性曲线与转向手力信号T和车速信号V进行关联设计，通过调节少量的参数和系数，即可实现精准标定及缩短标定周期。

3、本发明采取了额定助力电流Iv和额定转向手力T2分别随车速V变化的关联设计，实现EPS在基本助力层面上，具备了随车速提高而使转向稳重的手感调校能力。

4、本发明采取了死区扭矩T1随车速V变化的关联设计，使汽车在直线行驶时，避免方向盘振动，在方向盘中间位置时转向的路感及指向性更清晰。

附图说明：

图1为本发明的EPS工作原理框图(至EPS电机输出扭矩止)。

图2为本发明的ECU助力电流控制模块框图。

图3为本发明的ECU助力电流特性曲线。

图4为本发明的ECU助力电流特性三维曲线。

图5为本发明的V车速下ECU助力电流特性曲线的结构示意图。

图6为本发明的额定助力电流随车速衰减曲线。

图7为本发明的死区扭矩与车速的关系曲线。

图8为本发明的额定转向手力与车速的关系曲线。

图9为本发明的ECU助力电流特性随动标定的上位机操控界面示意图。

图10为本发明的ECU助力电流特性随动标定的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细地描述：

如图1所示，EPS的工作原理是当驾驶员转动方向盘时，ECU从EPS的扭矩传感器中获得转向手力信号T，从汽车的车速传感器中获得车速信号V，经ECU按标定完成的参数和系数，进行运算处理并输出理想状态的助力电流I，再经电流环的PI控制，使输入到EPS电机的电流Im能够及时被跟踪并达到理想状态的助力电流I，从而控制EPS电机扭矩Tm经减速机构增扭输出，来满足转向性能要求。因此，如图2所示的ECU助力电流控制模块所输出的助力电流I能否满足转向性能要求，关键在于标定过程中随动调节的参数和系数能否全部体现在如图3和图4所示的ECU助力电流特性曲线中，能否与汽车相关联的物理参数匹配协调，故按以下描述的ECU助力电流特性曲线进行关联设计，既可实现操作简便、快速精准的标定。

如图3和图4所示的ECU助力电流特性曲线，在以转向手力T的零纵轴左右分布时是对称的，因此以下描述的助力电流特性曲线均以右侧(当T≥0时)区域为代表进行说明。

如图5所示，助力电流I特性曲线的形成，与转向手力信号T和车速信号V进行关联设计，同时该特性曲线将通过死区扭矩点(T1，0)、额定手力点(T2，Iv)、拐点扭矩点(T3，Ix)，并利用死区扭矩点(T1，0)和额定手力点(T2，Iv)的2点间曲线，设置助力增益系数(或称曲率调节系数)m进行调节，使助力电流I特性曲线随转向手力T经标定后符合人车操纵力规律，依此类推不同车速V下的曲线则形成了三维曲线族谱。描述该曲线的方程为：

其中，a＝A(I_V，T₁，T₂，m)、b＝B(I_V，T₁，T₂，a)、c＝C(T₁，a，b)的表达式略。

在上式中，I_max、Va、T₃为经验参数，并在标定过程中调校修正；m为助力增益系数(或称曲率调节系数)，其调节范围m＝‐100～0，并在标定过程中可随动调节、修正；Iv、T₁、T₂三个参数也是曲线方程的变量，将在后面阐述。

根据汽车转向负载和车速V的变化规律，可推断EPS电机输出扭矩Tm和车速V的趋势关系与前者等效，即额定助力电流Iv和车速V的趋势关系也与前者等效，因此建立关系式使Iv与V相关联，可形成如图6所示的衰减曲线。该曲线将通过二个特征点：V1车速下的额定助力电流点(V1，Iv1)、V6车速下的额定助力电流点(V6，Iv6)，并在二个特征点之间的曲线，设置助力随速衰减系数S2进行调节，使额定助力电流Iv随车速V的衰减曲线符合汽车转向负载的变化规律。描述该曲线的方程为：

其中，m₁＝M₁(I_V1，I_V6，V₁，V₆，s₁，s₂)、m₂＝M₂(I_V1，I_V6，V₁，V₆，s₁，s₂)表达式略。

在上式中，Iv₁、Iv₆、V1、V6为经验参数，并在标定过程中调校修正；S1、S2为助力随速衰减系数，其调节范围：S1＝1(常数)、S2＝0～0.5，并在标定过程中可随动调节、修正。

如图7所示，死区扭矩T1与车速V的关系曲线体现了低速时死区扭矩的设定值较小，有利于助力电流迅速越过死区进入较高电流区域，使转向操作轻便，而在高速时死区扭矩的设定值较大，有利于高速助力电流升值减缓，增强路感，同时避免了直行期间由于高速路面不平颠簸，使转向在死区与助力区间反复切替而产生方向盘振动，也使中位指向性更清晰。鉴于此，建立关系式使T1与V相关联并形成死区扭矩与车速的关系曲线，该曲线将通过二个特征点：V1车速下的死区扭矩点(V1，T1‐1)、V6车速下的死区扭矩点(V6，T1‐6)，并在二个特征点之间的曲线，设置死区随速增益系数f进行调节。描述该曲线的方程为：

其中，f₁＝F₁(T_1-1，T_1-6，V₁，V₆，f)、f₂＝F₂(T_1-1，T_1-6，V₁，V₆，f)的表达式略。

在上式中，T1‐1、T1‐6、V1、V6为经验参数，并在标定过程中调校修正；f为死区随速增益系数，其调节范围：f＝0.001～0.2，并在标定过程中可随动调节、修正。

按前述额定助力电流Iv和车速V的趋势关系，其额定助力电流Iv是在额定转向手力T2下实现的。因此，如图8所示，额定转向手力T2与车速V的关系曲线，说明在基本助力层面上，使EPS具备随车速提高而实现转向稳重的手感调校能力。该曲线将通过二个特征点：Vb车速下的额定转向手力点(Vb，T2‐b)、Vc车速下的额定转向手力点(Vc，T2‐c)，并在二个特征点之间的曲线，设置手力随速增益系数w进行调节。描述该曲线的方程为：

其中：w₁＝W₁(T_2-b，T_2-c，V_b，V_c，w)、w₂＝W₂(T_2-b，T_2-c，V_b，V_c，w)的表达式略。

在上式中，T2‐b、T2‐c、Vb、Vc为经验参数，并在标定过程中调校修正；w为手力随速增益系数，其调节范围：w＝‐0.015～0.05(w≠0)，并在标定过程中可随动调节、修正。

在EPS助力电流特性标定过程中，向操作人员开放的参数、随动调节系数及对应标定项目如下表：

利用如图9所示的上位机操控界面工具，通过如图10所示的标定流程，完成满足转向性能要求的标定过程，即可形成被确认的助力电流特性的三维数组曲线族。

本发明通过上位机与ECU通讯，使标定过程可视化，操作简便可靠，将助力电流特性曲线与转向手力信号和车速信号进行关联设计，调节少量的参数和系数，即可实现快速且精准的标定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种汽车有刷电动转向助力电流特性的随动标定方法，其特征在于，助力电流I特性曲线的形成，与转向手力信号T和车速信号V进行关联设计，同时开放与汽车物理参数相关的特征点参数，以及与汽车转向状态参数相关的随动调节系数，据此调节少量参数和系数来改变助力电流I特性曲线，从而实现满足汽车转向性能要求的全过程标定，

助力电流I特性曲线的形成，将通过死区扭矩点(T₁ ，0)、额定手力点(T₂ ，Iv)、拐点扭矩点(T₃ ，Ix)，并利用死区扭矩点(T₁ ，0)和额定手力点(T₂ ，Iv)的2点间曲线，设置助力增益系数m进行调节，使助力电流I特性曲线随转向手力T经标定后符合人车操纵力规律，依此类推不同车速V下的曲线则形成了三维曲线族，描述该曲线族的表达式为：

其中，a＝A(I_V，T₁，T₂，m)、b＝B(I_V，T₁，T₂，a)、c＝C(T₁，a，b)；

式中，ECU最大控制电流Imax；最大控制电流的最高车速Va；拐点扭矩T3；死区扭矩T₁ 、额定手力T₂ 、额定电流Iv；

助力电流特性曲线族中的额定助力电流Iv随车速V衰减变化，使其与转向负载的衰减规律相适应，该额定助力电流Iv随车速V的衰减曲线将通过二个特征点：V₁ 车速下的额定助力电流点(V₁ ，Iv1)、V₆ 车速下的额定助力电流点(V₆ ，Iv6)，并在二个特征点之间的曲线上，设置助力随速衰减系数s ₂进行调节，使额定助力电流Iv随车速V的衰减曲线符合汽车转向负载的变化规律，描述该曲线的表达式为：

其中，m₁＝M₁(I_V1，I_V6，V₁，V₆，s₁，s₂)、m₂＝M₂(I_V1，I_V6，V₁，V₆，s₁，s₂)；

I_V1、I_V6、V₁、V₆、s₁(取s1＝1)为已知经验参数，s₂为标定参数(范围s ₂＝0.000～0.500)。

2.根据权利要求1所述的一种汽车有刷电动转向助力电流特性的随动标定方法，其特征在于，建立关系式使死区扭矩T₁ 与车速V相关联，并形成死区扭矩与车速的关系曲线，该曲线将通过二个特征点：V₁ 车速下的死区扭矩点(V₁ ，T_1-1 )、V₆ 车速下的死区扭矩点(V₆，T_1-6 )，并在二个特征点之间的曲线上，设置死区随速增益系数f进行调节，使低速时死区扭矩的设定值较小，有利于助力电流迅速越过死区进入较高电流区域，使转向操作轻便，而在高速时死区扭矩的设定值较大，有利于高速助力电流升值减缓，增强路感，同时避免了直行期间由于高速路面不平颠簸，使转向在死区与助力区间反复切替而产生方向盘振动，也使中位指向性更清晰，描述该曲线的表达式为：

其中，f₁＝F₁(T_1-1，T_1-6，V₁，V₆，f)、f₂＝F₂(T_1-1，T_1-6，V₁，V₆，f)；

式中，与车速V₁ 对应的死区扭矩起点值T_1-1 ；与车速V₆ 对应的死区扭矩终点值T_1-6 ；死区随速增益系数f。

3.根据权利要求1所述的一种汽车有刷电动转向助力电流特性的随动标定方法，其特征在于，助力电流特性曲线族中额定助力电流Iv是在对应额定转向手力T₂ 下实现的，因此建立关系式使额定转向手力T₂ 与车速V相关联，并形成额定转向手力与车速的关系曲线，该曲线将通过二个特征点：Vb车速下的额定转向手力点(Vb，T_2-b )、Vc车速下的额定转向手力点(Vc，T_2-c )，并在二个特征点之间的曲线上，设置手力随速增益系数w进行调节，使EPS具备随车速提高而实现转向沉稳的手感调校能力，描述该曲线的表达式为：

其中，w₁＝W₁(T_2-b，T_2-c，V_b，V_c，w)、w₂＝W₂(T_2-b，T_2-c，V_b，V_c，w)，

式中，低特征车速Vb；高特征车速Vc；Vb车速下额定转向手力T_2-b ；Vc车速下额定转向手力T_2-c 和手力随速增益系数w。