CN107792169B - 一种融合主动前轮转向的eps转向盘突变力矩修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正方法，其特征在于，该方法是通过EPS常规助力模块根据实时采集的车速、转向盘力矩信息，确定常规助力电流，输入到EPS助力修正模块，同时通过EPS助力修正模块根据实时采集的AFS附加转角和车速信息确定力矩补偿控制增益，力矩补偿控制增益乘以常规助力电流用来确定助力修正电流，输入到电流闭环控制模块，电流闭环控制模块根据输入的助力修正电流和电机实际电流的偏差确定助力电机的控制电压，进而实现转向盘突变力矩的补偿控制，将转向盘突变力矩控制在理想范围内，实现融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正。

Description

一种融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正方法
技术领域
本发明涉及汽车辅助驾驶技术领域，具体涉及一种融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正方法。
背景技术
转向系统作为汽车的关键系统之一，直接影响到汽车操纵稳定性、舒适性和行驶主动安全性。传统的动力转向系统根据驾驶员的转向操作，借助于液压系统或电机施加转向助力，减轻驾驶员的转向负担，但不能改变转向系统的位移传递特性。汽车主动前轮转向系统(Active Front Steering,AFS)通过主动转向电机产生的附加转角经行星齿轮机构叠加至转向系统，改变了原转向系统所具有的机械传动比，充分发挥转向系统对汽车操纵稳定性的改善作用，提高汽车行驶主动安全性。故此，在现有的电动助力转向(ElectricPower Steering,EPS)系统基础上，融合AFS功能，既可以充分发挥EPS系统的助力性能，又可以通过AFS系统获得理想的转向特性，已经成为未来EPS系统的发展方向。
但是，AFS在改变系统位移传递特性的同时，也会影响转向系统的力传递特性，引起转向盘力矩的突变。过大的转向盘突变力矩会加剧驾驶员的紧张心理，容易使驾驶员产生误操作，不利于驾驶安全。适当的转向盘突变力矩却有利于驾驶员感知车辆的姿态变化，并起到警示作用。文献1[魏建伟,魏民祥.基于主动转向干预的EPS系统转向盘力矩突变修正策略[J].南京航空航天大学学报,2011,43(4):572-576.]提出一种适用于全车速范围的助力电机前馈助力修正策略削弱了伴随主动转向干预同时出现的转向盘力矩突变。文献2[魏建伟,魏民祥,李玉芳.主动转向干预时EPS助力修正控制策略与评价[J].中国机械工程,2012,23(15):1873-1876.]提出了助力电机前馈助力修正策略并给出了主动转向干预时助力修正方案的评价指标。但驾驶员对转向盘突变力矩的可接受程度却因人而异。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供一种融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正方法，将转向盘突变力矩控制在驾驶员可接受的程度。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
一种融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正方法，其特征在于，该方法是通过EPS常规助力模块根据实时采集的车速、转向盘力矩信息，确定常规助力电流，输入到EPS助力修正模块，同时通过EPS助力修正模块根据实时采集的AFS附加转角和车速信息确定力矩补偿控制增益，力矩补偿控制增益乘以常规助力电流用来确定助力修正电流，输入到电流闭环控制模块，电流闭环控制模块根据输入的助力修正电流和电机实际电流的偏差确定助力电机的控制电压，进而实现转向盘突变力矩的补偿控制，将转向盘突变力矩控制在理想范围内，实现融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正；该方法包括如下步骤：
步骤1、EPS常规助力模块根据车速、转向盘力矩，确定常规控制电流，其包括如下子步骤：
步骤1.1、EPS常规助力模块内植有EPS助力特性曲线，EPS助力特性曲线是以车速和转向盘力矩为输入，常规助力电流为输出组成的三维MAP图，EPS常规助力模块根据车速和转向盘力矩输入，查询EPS助力特性曲线三维MAP图确定电机的常规助力电流；
步骤2、EPS助力修正模块内植有力矩补偿控制增益三维MAP图，根据车速和AFS附加转角，确定力矩补偿控制增益，常规控制电流与力矩补偿控制增益之积即为助力修正电流，其包括如下子步骤：
步骤2.1、设计植入EPS助力修正模块的力矩补偿控制增益三维MAP图，设计过程包括如下子步骤：
步骤2.1.1、力矩补偿控制增益三维MAP图的设计方法为：选取多名驾驶员进行实车调试，首先确定定车速、定AFS附加转角下的力矩补偿控制增益；
步骤2.1.2、改变AFS附加转角，实验员调试力矩补偿控制增益使不同AFS附加转角干预下的转向盘突变力矩均可被驾驶员接受，进而确定出该车速下的力矩补偿控制增益；
步骤2.1.3、采用相同的方法确定出不同车速、不同AFS附加转角干预下的力矩补偿控制增益，完成力矩补偿控制增益三维MAP图的确定，使用力矩补偿控制增益三维数表进行力矩补偿控制，将转向盘突变力矩控制在理想范围内；
步骤3、电流闭环控制模块根据助力修正电流和电机实际电流的偏差确定电机的控制电压，进而实现转向盘突变力矩的补偿控制，设计过程包括如下子步骤：
步骤3.1、控制器里植有的PID算法，具体公式如下：
Δu＝kp(e-pre_e)+kIe+kd(e-2pre_e+fir-e) (1)
其中，Δu为电机控制电压的增量，e为输入偏差量(即助力电机反馈电流与助力修正电流的差值)，pre-e为上一时刻的偏差，fir-e为上上时刻的偏差，kp为比例系数，kI为积分系数，kd为微分系数。系统采样间隔设定为0.001s，其中，kp＝2.8，kI＝1.1，kd＝0.3。
本发明的有益效果是：本发明通过建立一种融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正方法，根据实时采集的车速和转向盘力矩信息，EPS常规助力模块确定常规助力电流，输入到EPS助力修正模块，同时EPS助力修正模块根据实时采集的AFS附加转角和车速信息确定力矩补偿控制增益，力矩补偿控制增益乘以常规助力电流用来确定助力修正电流，输入到电流闭环控制模块，电流闭环控制模块根据输入的助力修正电流和电机实际电流的偏差确定助力电机的控制电压，进而实现转向盘突变力矩的补偿控制，将转向盘突变力矩控制在理想范围内，实现融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正。本方法对转向盘突变力矩进行修正时考虑驾驶员对转向盘突变力矩的可接收程度，并设计了基于车速和AFS附加转角和力矩补偿控制增益的三维MAP图，实现转向盘突变力矩的人性化调节。
附图说明
图1是本发明的总体结构框图。
图2是本发明的EPS力矩补偿控制增益实验流程示意图。
图3是本发明EPS力矩补偿控制增益三维MAP图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步详细说明。
一种融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正方法，其特征在于，该方法是：EPS常规助力模块1根据实时采集的车速、转向盘力矩信息，确定常规助力电流，输入到EPS助力修正模块2，同时通过EPS助力修正模块2根据实时采集的AFS附加转角和车速信息确定力矩补偿控制增益，力矩补偿控制增益乘以常规助力电流用来确定助力修正电流，输入到电流闭环控制模块3，电流闭环控制模块3根据输入的助力修正电流和电机实际电流的偏差确定助力电机4的控制电压，进而实现转向盘突变力矩的补偿控制，将转向盘突变力矩控制在理想范围内，实现融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正；其中，转向盘力矩由EPS系统中的扭矩传感器获得，车速由汽车上的车速传感器测量获得，AFS附加转角由AFS系统中的转角传感器测量获得，电机电流由EPS系统中的电流传感器测量获得。
EPS常规助力模块1的功能是根据车速和转向盘力矩，确定常规控制电流，其包括如下子步骤：
步骤1.1、EPS常规助力模块1内植有EPS助力特性曲线，EPS助力特性曲线是以车速和转向盘力矩为输入，常规助力电流为输出组成的三维MAP图，EPS常规助力模块1根据车速和转向盘力矩输入，查询EPS助力特性曲线三维MAP图确定电机的常规助力电流；
EPS助力修正模块2实现以下两部分功能：2.1、通过力矩补偿控制增益三维MAP图根据AFS附加转角和车速确定力矩补偿控制增益；2.2、通过常规助力电流与力矩补偿控制增益的乘积获得助力修正电流。
在2.1部分中，设计力矩补偿控制增益的方法包括以下两部分内容：2.1.1、设计植入EPS助力修正模块2的力矩补偿控制增益三维MAP图；2.1.2、通过AFS附加转角和车速确定力矩补偿控制增益。
在2.1.1部分，如图2所示，力矩补偿控制增益三维MAP图的设计方法为：选取30名驾驶员，按照性别、熟练程度分为以下四类：熟练男驾驶员、熟练女驾驶员、不熟练男驾驶员、不熟练女驾驶员。驾驶员按照预先分类分别进行实车调试，调试流程如图2所示，首先将车速定为60km/h，AFS附加转角定为3deg，实验员根据驾驶员对转向盘突变力矩大小的反馈信息，确定突变力矩补偿控制增益，当驾驶员感觉突变力矩过大时，实验员将力矩补偿控制增益降低，当驾驶员感觉突变力矩过小时，实验员则将力矩补偿控制增益增大，最终保证转向盘突变力矩能够被驾驶员所接受，并记录此时的力矩补偿控制增益数值；其次，车速仍定为60km/h，AFS附加转角范围为-6deg到6deg，间隔为2deg，由于汽车转向时左右两侧是对称的，AFS附加转角相同幅值情况下左右两侧产生的转向盘突变力矩是相同的，因此只需调整AFS附加转角范围为0deg到6deg下的力矩补偿控制增益即可。试验时实验员根据驾驶员对转向盘突变力矩的接受程度调试0deg到6deg范围内各个转角干预下的力矩补偿控制增益，使各AFS附加转角干预下的转向盘突变力矩均被驾驶员接受，进而确定出车速60km/h不同转角干预下的力矩补偿控制增益，并记录力矩补偿控制增益的具体数值；最后，采用相同的方法调试出不同车速与不同AFS附加转角干预下的力矩补偿控制增益，车速范围为10km/h到100km/h，车速间隔为20km/h，最终确定出力矩补偿控制增益三维MAP图，如图3所示。最后将EPS力矩补偿控制增益三维MAP图植入EPS助力修正模块2中。
在2.1.2部分，将完成的力矩补偿控制增益三维MAP图植入控制器，控制器根据获得的车速和AFS附加转角信息得到力矩补偿控制增益的具体数值，力矩补偿控制增益乘以常规助力电流用来确定助力修正电流，输入到电流闭环控制模块3。
电流闭环控制模块3实现如下功能：根据助力修正电流和电机实际电流的偏差确定助力电机4的控制电压，进而实现转向盘突变力矩的补偿控制。其中，电流闭环控制模块3采用PID进行控制，公式如下：
Δu＝kp(e-pre_e)+kIe+kd(e-2pre_e+fir_e) (1)
其中，Δu为电机控制电压的增量，e为输入偏差量(即助力电机4反馈电流与助力修正电流的差值)，pre_e为上一时刻的偏差，fir-e为上上时刻的偏差，kp为比例系数，kI为积分系数，kd为微分系数。系统采样间隔设定为0.001s，其中，kp＝2.8，kI＝1.1，kd＝0.3。

Claims (1)

1.一种融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正方法，其特征在于，该方法是通过EPS常规助力模块根据实时采集的车速、转向盘力矩信息，确定常规助力电流，输入到EPS助力修正模块，同时通过EPS助力修正模块根据实时采集的AFS附加转角和车速信息确定力矩补偿控制增益，力矩补偿控制增益乘以常规助力电流用来确定助力修正电流，输入到电流闭环控制模块，电流闭环控制模块根据输入的助力修正电流和电机实际电流的偏差确定助力电机的控制电压，进而实现转向盘突变力矩的补偿控制，将转向盘突变力矩控制在理想范围内，实现融合主动前轮转向的EPS转向盘突变力矩修正；该方法包括如下步骤：
步骤1、EPS常规助力模块根据车速、转向盘力矩，确定常规控制电流，其包括如下子步骤：
步骤1.1、EPS常规助力模块内植有EPS助力特性曲线，EPS助力特性曲线是以车速和转向盘力矩为输入，常规助力电流为输出组成的三维MAP图，EPS常规助力模块根据车速和转向盘力矩输入，查询EPS助力特性曲线三维MAP图确定电机的常规助力电流；
步骤2、EPS助力修正模块内植有力矩补偿控制增益三维MAP图，根据车速和AFS附加转角，确定力矩补偿控制增益，常规控制电流与力矩补偿控制增益之积即为助力修正电流，其包括如下子步骤：
步骤2.1、设计植入EPS助力修正模块的力矩补偿控制增益三维MAP图，设计过程包括如下子步骤：
步骤2.1.1、力矩补偿控制增益三维MAP图的设计方法为：选取多名驾驶员进行实车调试，首先确定定车速、定AFS附加转角下的力矩补偿控制增益；
步骤2.1.2、改变AFS附加转角，实验员调试力矩补偿控制增益使不同AFS附加转角干预下的转向盘突变力矩均可被驾驶员接受，进而确定出该车速下的力矩补偿控制增益；
步骤2.1.3、采用相同的方法确定出不同车速、不同AFS附加转角干预下的力矩补偿控制增益，完成力矩补偿控制增益三维MAP图的确定，使用力矩补偿控制增益三维数表进行力矩补偿控制，将转向盘突变力矩控制在理想范围内；
步骤3、电流闭环控制模块根据助力修正电流和电机实际电流的偏差确定电机的控制电压，进而实现转向盘突变力矩的补偿控制，设计过程包括如下子步骤：
步骤3.1、电流闭环控制模块里植有的PID算法，具体公式如下：
Δu＝kp(e-pre_e)+kIe+kd(e-2pre_e+fir_e) (1)
其中，Δu为电机控制电压的增量，e为助力电机反馈电流与助力修正电流的差值，pre_e为上一时刻的偏差，fir_e为上上时刻的偏差，kp为比例系数，kI为积分系数，kd为微分系数，系统采样间隔设定为0.001s，其中，kp＝2.8，kI＝1.1，kd＝0.3。
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