CN106908195A - 一种实时估计扭矩传感器零点电压的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电动助力转向系统中对扭矩传感器零点进行实时估计的方法，该方法在车辆行驶过程中对扭矩传感器的输出信号的电压进行统计，得到一个关于多个电压子区间的分布直方图，之后对直方图进行分析，进而得到扭矩传感器零点的估计值。本发明的有益效果为：在车辆行驶过程中，使控制器通过对扭矩传感器输出信号电压的统计，实时的估计扭矩传感器的零点电压，从而达到控制器动态地修正扭传感器零点，达到当传感器零点变化时，不会影响系统的助力特性。

Description

一种实时估计扭矩传感器零点电压的方法

技术领域

本发明属于机器学习或人工智能领域，涉及一种通过机器自主学习来动态估计电动助力转向系统中扭矩传感器零点的方法。

背景技术

电动助力转向系统一般由扭矩传感器、控制器、电机及相应的机械结构组成。扭矩传感器的作用是将驾驶员作用在方向盘上的手电转化为电信号，送给控制器。控制器根据扭矩传感器的信号决定助力力矩的大小，因此扭矩传感器的性能直接决定了电动助力转向系统的性能。

在电动助力转向系统中，最常见的一种扭矩传感器就是以模拟电压作为输出信号的模拟式传感器。该传感器的输出电压为0到5V，零点为2.5V，输出电压值与施加到传感器上的扭矩值成线性关系。

对于传感器来说，最常见的一个问题就是零点漂移。对于应用于电动助力转向系统的扭矩传感器来说，同样存在零点漂移的问题。扭矩传感器在出厂时零点会被标定在2.5V，但随着使用过程中温度的变化、扭杆的疲劳、机构的磨损等原因，都会造成传感器零点的漂移。

当扭矩传感器的零点的漂移量较小时，会使电动助力转向系统产生左右助力不均的现象，用户的主观感觉就是转向时转向力两侧不等。当扭矩传感器零点漂移量较大时，会造成方向盘自转，这将严重威胁行车安全。

发明内容

本发明的目的是在车辆行驶过程中，使控制器通过对扭矩传感器输出信号电压的统计，实时的估计扭矩传感器的零点电压，从而达到控制器动态地修正扭传感器零点，达到当传感器零点变化时，不会影响系统的助力特性。

本发明采用的技术方案：在电动助力转向系统中装配有用于测量方向盘手力的扭矩传感器，在车辆行驶过程中，控制器通过对扭矩传感器输出电压信号u的统计，得到其分布直方图，进而得到扭矩传感器零点电压的估计值U_est。

1)确定传感器输出信号电压的统计范围，记作[Lower_Limit,Higher_Limit]。其中Lower_Limit应小于零点电压，Higher_Limit应大于零点电压；

2)将区间[Lower_Limit,Higher_Limit]等分成N个子区间。第1个子区间为[sub_div[0],sub_div[1])，第2个子区间为[sub_div[1],sub_div[2])，依次类推，第n个子区间为[sub_div[n-1]，sub_div[n])，最后一个子区间为[sub_div[N-1]，sub_div[N]]；其中[]表示闭区间，()表示开区间；并且有：

sub_div[0]＝Lower_Limit (1)

sub_div[N]＝Higher_Limit (2)；

3)定义一个长度为N的数组PDF，用来记录扭矩传感器输出信号的电压值在各个区间上出现的次数；

4)在车辆使用过程中，控制器对扭矩传感器输出信号的电压值进行统计；当控制器读取一次扭矩传感器输出信号的电压值u后，若u在区间[Lower_Limit，Higher_Limit]中，则查询该电压值所属的子区间序号m，使其满足：

sub_div[m-1]≤u＜sub_div[m] (3)

并对数组PDF的第m个元素加1；若u不在区间[Lower_Limit，Higher_Limit]中，则不做任何处理；

5)找到数组PDF中值最大的一个元素，记为记为PDF[k]；

6)经过一段时间的统计后，判断统计样本是否满足以下两个条件：一是样本总数量应大于一个定值C₁，通常取10000；二是数组PDF中值最大的元素的值(PDF[k])与数组PDF中所有元素值之和的比值大于一个定值C₂，通常取25％；即满足式(4)和式(5)

若以上两个条件均满足，则认为当前扭矩传感器的零点电压值即为PDF[k]所对应的区间的中点值，即扭矩传感器的零点电压的估计值U_est为：

U_est＝(sub_div[k-1]+sub_div[k])/2 (6)。

发明的有益效果为：在车辆行驶过程中，使控制器通过对扭矩传感器输出信号电压的统计，实时的估计扭矩传感器的零点电压，从而达到控制器动态地修正扭传感器零点，达到当传感器零点变化时，不会影响系统的助力特性。

附图说明

图1一次扭矩传感器信号电压统计结果的直方图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明。

以最常见的信号输出范围为5V的模拟扭矩传感器为例，我们设定对扭矩传感器输出电压的估计范围为Lower_Limit＝2.3V到Higher_Limit＝2.7V。当扭矩传感器的零点电压超出这一范围时，该算法不再有效。

首先对于2.3V到2.7V这个范围，划分出N＝10个区间，定义如表1所示。

表1电压统计子区间

子区间序号	电压范围
		1	[2.30V,2.34V)
2	[2.34V,2.38V)
		3	[2.38V,2.42V)
4	[2.42V,2.46V)
		5	[2.46V,2.50V)
6	[2.50V,2.54V)
		7	[2.54V,2.58V)
8	[2.58V,2.62V)
		9	[2.62V,2.66V)
10	[2.66V,2.70V]

在车辆使用过程中，控制器对得到的扭矩传感器的信号电压值进行统计，会得到一个关于电压分布的直方图，如图1所示，是某一时刻的统计结果，从该统计结果可见，扭矩传感器输出电压出现次数最多的是在第4个子区间中，即[2.42V,2.46V)这个范围内。

最后取[2.42V,2.46V)这个子区间的中点，即2.44V作为当前扭矩传感器的零点电压。

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 (6)

1.一种实时估计扭矩传感器零点电压的方法，其特征在于，在电动助力转向系统中装配有用于测量方向盘手力的扭矩传感器，在车辆行驶过程中，控制器通过对扭矩传感器输出电压信号u的统计，得到其分布直方图，进而得到扭矩传感器零点电压的估计值U_est。

2.根据权利要求1所述的实时估计扭矩传感器零点电压的方法，其特征在于，其步骤如下：

1)确定传感器输出信号电压的统计范围，记作[Lower_Limit,Higher_Limit]，其中Lower_Limit应小于零点电压，Higher_Limit应大于零点电压；

2)将区间[Lower_Limit,Higher_Limit]等分成N个子区间，第1个子区间为[sub_div[0],sub_div[1])，第2个子区间为[sub_div[1],sub_div[2])，依次类推，第n个子区间为[sub_div[n-1],sub_div[n])，最后一个子区间为[sub_div[N-1],sub_div[N]]；其中[]表示闭区间，()表示开区间；并且有：

sub_div[0]＝Lower_Limit (1)

sub_div[N]＝Higher_Limit (2)

3)定义一个长度为N的数组PDF，用来记录扭矩传感器输出信号的电压值在各个区间上出现的次数；

4)在车辆使用过程中，控制器对扭矩传感器输出信号的电压值进行统计；当控制器读取一次扭矩传感器输出信号的电压值u后，若u在区间[Lower_Limit,Higher_Limit]中，则查询该电压值所属的子区间序号m，使其满足：

sub_div[m-1]≤u＜sub_div[m] (3)

并对数组PDF的第m个元素加1；若u不在区间[Lower_Limit,Higher_Limit]中，则不做任何处理；

5)找到数组PDF中值最大的一个元素，记为PDF[k]；

6)经过一段时间的统计后，判断统计样本是否满足以下两个条件：一是样本总数量应大于一个定值C₁；二是数组PDF中值最大的元素的值(PDF[k])与数组PDF中所有元素值之和的比值大于一个定值C₂；即满足式(4)和式(5)

${\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{N}PDF\[n\]>C_1---\left(4\right)$

$\frac{PDF\[n1\]}{{\Σ}_{n=1}^{N}PDF\[n\]}>C_2---\left(5\right)$

若以上两个条件均满足，则认为当前扭矩传感器的零点电压值即为PDF[k]所对应的区间的中点值，即扭矩传感器的零点电压的估计值U_est为：

U_est＝(sub_div[k-1]+sub_div[k])/2。

3.根据权利要求1所述的实时估计扭矩传感器零点电压的方法，其特征在于，对于0～5V输出范围的扭矩传感器，其零点为2.5V，其统计范围可设置为2.3V～2.7V，即Lower_Limit为2.3V，Higher_Limit为2.7V。

4.根据权利要求1所述的实时估计扭矩传感器零点电压的方法，其特征在于，N的值为10。

5.根据权利要求1所述的实时估计扭矩传感器零点电压的方法，其特征在于，C₁的值为10000。

6.根据权利要求1所述的实时估计扭矩传感器零点电压的方法，其特征在于，C₂的值为25％。