CN108340966A - 电动助力转向系统及其方向盘转角中位自学习方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有方向盘转角中位自学习功能的电动助力转向系统，进行方向盘转角中位自学习采用以下方式：当方向盘手力处于第一预设手力范围内，以及车速大于第一车速阈值的工况持续第一预设时长，发出标定请求；若方向盘转角中位标定状态为未标定，两对角轮车轮速之和的差值小于第一轮速阈值，以及两个驱动轮轮速差值小于第二轮速阈值的工况持续第二预设时长，则标定第二预设时长结束时刻角度传感器的角度为方向盘转角中位，并将标定值记录。本发明还提供了一种电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法。本发明能实时更新方向盘转角中位值，从而为转向系统提供更精确的角度信号，提升车辆行驶的安全性能和操纵舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种具有方向盘转角中位自学习功能的电动助力转向系统。本发明还涉及一种电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法。
背景技术
汽车电动助力转向系统结构，如图1所示，是由传统的机械转向系统加装转角&扭矩传感器2，电子控制单元12，转向助力电机11及其减速机构4等组成。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和转向轮8。其中，扭矩传感器2用以检测驾驶员操纵力矩；助力电机可安装在转向管柱或转向器上，通过减速机构给驾驶员提供助力力矩；扭矩传感器信号，方向盘角度传感器信号及计算出的齿条位移速度信号与车速传感器信号(V)及四轮轮速传感器信号(Vwl)输入到电子控制单元的力矩控制模块，计算出相应的助力力矩，作为目标力矩指令输出给电机控制模块，控制器输出电流驱动助力电机工作。
方向盘转角中位标定功能是指通过标定转向器处于中间位置时角度传感器的角度值，确定方向盘转角中位值，从而为涉及EPS角度相关功能的触发提供更为精确的转角依据。
对于方向盘转角中位标定现有技术中较常用的方案如下：
标定方法一，如图2所示,采用人工标定的方式，手动将方向盘置于中位，将此位置角度传感器的角度信号值记录的电动助力转向系统存储空间，此后方向盘的角度值基于该值计算获取。采用人工标定的方式具有以下缺点：第一增加人力成本。第二需要经过四轮定位才能精确标定，对标定环境有一定的要求。第三在更换相应零部件后，也需要重新标定，增加养护成本。第四对于零部件的精度要求较高，否则会造成左右不对称，影响转向手感，极端情况下，错误的方向盘零位，也会增加驾驶风险，造成生命财产损失。
标定方法二，方向盘转角中位自学习方法通过合理的控制算法对方向盘转角中位自动学习并标定。转角中位自学习指当实际行驶工况满足方向盘转角中位自学习的触发条件时，使用软件控制的方法记录当前的角度传感器角度值，从而计算得出方向盘转角中位，同时将该习得角度值存入存储空间，作为方向盘转角中位的标定数据，下一驾驶循环直接从存储空间读取该值，计算获得方向盘角度值；方向盘转角中位自清除指由实际行驶工况得出的角度值与获取角度传感器信号计算出的方向盘角度值存在差异时，将当前存储空间中传感器角度值清除，并且在未学习到新的方向盘转角中位时，不再触发EPS中角度相关功能；同时在满足工况要求的情况下重新学习方向盘转角中位值，并且在方向盘转角中位值学习成功后，使能EPS中角度相关功能。基于上述方向盘中位自学习方案不仅能根据车辆的实际情况，实时更新方向盘角度的中位值，同时也能自主判断出错误的标定数据并且重新学习，从而提高转向系统的舒适性和安全性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有方向盘转角中位自学习功能的电动助力转向系统。本发明还提供了一种电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的具有方向盘转角中位自学习功能的电动助力转向系统，进行方向盘转角中位自学习采用以下方式：
当方向盘手力SteeringTorque处于第一预设手力范围ST_Thre内，以及车速VehicleSpeed大于第一车速阈值VS_Thre的工况持续第一预设时长CaliReq_Time，发出标定请求CaliReq；
若方向盘转角中位标定状态CaliState为未标定，两对角轮车轮速之和的差值小于第一轮速阈值DiagonalVlcty_Thre，以及两个驱动轮轮速差值小于第二轮速阈值DrvnVlcty_Thre的工况持续第二预设时长Check_Time，则标定第二预设时长结束时刻角度传感器的角度为方向盘转角中位，并将标定值记录。本发明适用于后轮驱动车辆和四驱车辆，当是四驱车辆时则对比前后任意一对驱动轮的轮速差值即可。
进一步改进所述的电动助力转向系统，进行轮速比较前先对各车轮轮速进行滤波处理。
其中，第一预设手力范围(ST_Thre)为0.5N·m至0.9N·m，第一车速阈值(VS_Thre)为25km至55km，第一轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h(转换到车速)，第二轮速阈值(DrvnVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h(转换到车速),第一预设时长、第二预设时长均为3至5s。以上数值只是各变量的可能范围，具体数值需要通过整车上标定得到。
进一步改进所述的电动助力转向系统，当对角两车轮轮速之和与另外对角两车轮轮速之和的差值小于第三轮速阈值DiagonalVlcty_Thre，通过两个驱动轮轮速之差和当前角度传感器计算获取的方向盘角度SteeringAngle计算获得转角中位因子Angle_Fac,若该转角中位因子大于中位因子阈值ZeroAngFac_Thre,则认为当前存储的角度零位值存在异常，角度零位值清除。
其中，第三轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)的可能范围为0.11km/h至1km/h(转换到车速)；通过两个驱动轮轮速之差和当前角度传感器计算获取的方向盘角度
(SteeringAngle)计算获得转角中位因子(Angle_Fac)的计算过程为现有技术，中位因子(Angle_Fac)的计算过程需要根据整车参数，并在车辆行驶中通过标定确定。
本发明提供一种电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法，包括以下步骤：
实时监测方向盘手力SteeringTorque和车速VehicleSpeed；
当方向盘手力SteeringTorque处于第一预设手力范围ST_Thre内，以及车速VehicleSpeed大于第一车速阈值VS_Thre的工况持续第一预设时长CaliReq_Time，发出标定请求CaliReq；
若方向盘转角中位标定状态CaliState为未标定，两对角轮车轮速之和的差值小于第一轮速阈值DiagonalVlcty_Thre，以及两个驱动轮轮速差值小于第二轮速阈值DrvnVlcty_Thre的工况持续第二预设时长Check_Time，则标定第二预设时长结束时刻角度传感器的角度为方向盘转角中位，并将标定值记录。
进一步改进电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法，进行轮速比较前先对各车轮轮速进行滤波处理。
其中，第一预设手力范围(ST_Thre)为0.5N·m至0.9N·m，第一车速阈值(VS_Thre)为25km至55km，第一轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h(转换到车速)，第二轮速阈值(DrvnVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h(转换到车速),第一预设时长、第二预设时长均为3至5s。以上数值只是各变量的可能范围，具体数值需要通过整车上标定得到。
进一步改进电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法，当对角两车轮轮速之和与另外对角两车轮轮速之和的差值小于第三轮速阈值DiagonalVlcty_Thre，通过两个驱动轮轮速之差和当前角度传感器计算获取的方向盘角度SteeringAngle计算获得转角中位因子Angle_Fac,若该转角中位因子大于中位因子阈值ZeroAngFac_Thre,则认为当前存储的角度零位值存在异常，角度零位值清除。
其中，第三轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)的可能范围为0.11km/h至1km/h(转换到车速)；通过两个驱动轮轮速之差和当前角度传感器计算获取的方向盘角度
(SteeringAngle)计算获得转角中位因子(Angle_Fac)的计算过程为现有技术，中位因子(Angle_Fac)的计算过程需要根据整车参数，并在车辆行驶中通过标定确定。
本发明能在满足方向盘转角中位自学习触发情况的条件下，通过软件控制能自动更新标定方向盘转角中位值；本发明采用的方向盘转角中位自清除方法，通过软件控制的方法，当检测到从角度传感器获取的方向盘转角中位值存在异常时，自动清除存储空间记录的传感器角度信号。利用本发明产品下线时，可以节省通过人工标定及转角中位清除而耗费的人力物力，节省时间和成本；在转向系统进行维护、更换转向器时，也无需专业技术人员进行重新标定，能够根据实际情况，自动更新方向盘转角中位值；同时在车辆使用过程中，零部件之间的磨合以及损耗也会使得转向系统产生差异，该方法通过实时监测车速、轮速、手盘力矩以及从角度传感器信号获取的方向盘转角，实时更新方向盘转角中位值，从而为转向系统提供更精确的角度信号，提升车辆行驶的安全性能和操纵舒适性。
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结构示意图。
图2是方向盘转角中位标定示意图。
图3是本发明学习方法流程示意图。
图4是本发明方向盘转角中位自学习功能框图。
图5是本发明方向盘转角中位自清除功能框图。
图6是四轮定位手动标定的角度值示意图。
图7是本发明一实施例的角度值示意图一。
图8是手动标定方向盘中位偏离角度值示意图。图9是本发明一实施例的角度值示意图二。
图10是本发明一实施例的角度值示意图三。
附图标记说明
方向盘 1
转角&扭矩传感器 2
转向管柱 3
减速机构 4
中间轴 5
转向器 6
转向横拉杆 7
转向轮 8
转向节臂 9
转向助力电机 11
小齿轮 10
电子控制单元 12
方向盘中位时传感器位置 13
连接机构 14
齿条 15
齿轮 16
转向器壳体 17
橡胶衬套 18
密封圈 19
球头 20
横拉杆 21
轮胎 22
具体实施方式
本发明提供的具有方向盘转角中位自学习功能的电动助力转向系统，进行方向盘转角中位自学习采用以下方式：
当方向盘手力SteeringTorque处于第一预设手力范围ST_Thre内，以及车速VehicleSpeed大于第一车速阈值VS_Thre的工况持续第一预设时长CaliReq_Time，发出标定请求CaliReq；进行轮速比较前先对各车轮轮速进行滤波处理。
若方向盘转角中位标定状态CaliState为未标定，两对角轮车轮速之和的差值小于第一轮速阈值DiagonalVlcty_Thre，以及两个驱动轮轮速差值小于第二轮速阈值DrvnVlcty_Thre的工况持续第二预设时长Check_Time，则标定第二预设时长结束时刻角度传感器的角度为方向盘转角中位，并将标定值记录。
当对角两车轮轮速之和与另外对角两车轮轮速之和的差值小于第三轮速阈值DiagonalVlcty_Thre，通过两个驱动轮轮速之差和当前角度传感器计算获取的方向盘角度SteeringAngle计算获得转角中位因子Angle_Fac,若该转角中位因子大于中位因子阈值ZeroAngFac_Thre,则认为当前存储的角度零位值存在异常，角度零位值清除。
其中，第一预设手力范围(ST_Thre)为0.5N·m至0.9N·m，第一车速阈值(VS_Thre)为25km至55km，第一轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h(转换到车速)，第二轮速阈值(DrvnVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h(转换到车速),第三轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)的可能范围为0.11km/h至1km/h(转换到车速)；，第一预设时长、第二预设时长均为3至5s。
如图3所示，本发明提供一种电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法，包括以下步骤：
实时监测方向盘手力SteeringTorque、车速VehicleSpeed、四个轮速(已滤波)信号WhlGrndVlctyLftDrvn、WhlGrndVlctyRtDrvn、WhlGrndVlctyLftNnDrvn、WhlGrndVlctyRtNnDrvn；
当方向盘手力SteeringTorque处于第一预设手力范围ST_Thre内，以及车速VehicleSpeed大于第一车速阈值VS_Thre的工况持续第一预设时长CaliReq_Time，发出标定请求CaliReq；
若方向盘转角中位标定状态CaliState为未标定，两对角轮车轮速之和的差值小于第一轮速阈值DiagonalVlcty_Thre，以及两个驱动轮轮速差值小于第二轮速阈值DrvnVlcty_Thre的工况持续第二预设时长Check_Time，则标定第二预设时长结束时刻角度传感器的角度为方向盘转角中位，并将标定值记录。
当对角两车轮轮速之和与另外对角两车轮轮速之和的差值小于第三轮速阈值DiagonalVlcty_Thre，通过两个驱动轮轮速之差和当前角度传感器计算获取的方向盘角度SteeringAngle计算获得转角中位因子Angle_Fac,若该转角中位因子大于中位因子阈值ZeroAngFac_Thre,则认为当前存储的角度零位值存在异常，角度零位值清除。
其中，第一预设手力范围(ST_Thre)为0.5N·m至0.9N·m，第一车速阈值(VS_Thre)为25km至55km，第一轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h(转换到车速)，第二轮速阈值(DrvnVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h(转换到车速),第三轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)的可能范围为0.11km/h至1km/h(转换到车速)；，第一预设时长、第二预设时长均为3至5s。
图6所示，是四轮定位时方向盘中位标定情况，为后续角度自学习的验证提供参考依据。未标定前，方向盘角度及存储单元中的角度值均为0°，标定后，存储单元存储此时角度传感器对应的角度值15.2°，同时方向盘角度随着方向盘的转动而变化。
图7所示是方向盘角度中位自学习反应出来的情况，在自学习前，需要将手动标定的数据清除，当车辆行驶的工况满足角度中位自学习时，通过软件自动标定当前的角度值，由图可以看出此时记录到存储空间中的传感器的角度值为14.3°，同时，方向盘角度随着方向盘的转动而变化。
图8至图10显示的是角度中位自清除的情况，先通过手动方式将角度中位标偏，具体实现方式为将方向盘向右打过一定角度，然后标定中位，此时标定的传感器角度值为-5.3°，以此来模拟方向盘角度中位偏离的情况，如图8所示；在车辆行驶过程中，当通过轮速及方向盘角度信息反馈出的角度因子超过预期阀值时，就判定当前角度信息有误，通过软件方式将存储空间的传感器角度值清除，图9和图10分别显示的是清除前后的值，方向盘角度中位清除后，存储空间的传感器角度值重新置为0°。
综上，通过上述角度中位自学习及自清除功能，能够实时监控方向盘角度，对于异常信息及时处理，在节省人力物力的同时，提供更加安全、可靠、舒适的驾驶性能。
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 (10)
1.一种具有方向盘转角中位自学习功能的电动助力转向系统，其特征在于，进行方向盘转角中位自学习采用以下方式：
当方向盘手力(SteeringTorque)处于第一预设手力范围(ST_Thre)内，以及车速(VehicleSpeed)大于第一车速阈值(VS_Thre)的工况持续第一预设时长(CaliReq_Time)，发出标定请求(CaliReq)；
若方向盘转角中位标定状态(CaliState)为未标定，两对角轮车轮速之和的差值小于第一轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)，以及两个驱动轮轮速差值小于第二轮速阈值(DrvnVlcty_Thre)的工况持续第二预设时长(Check_Time)，则标定第二预设时长结束时刻角度传感器的角度为方向盘转角中位，并将标定值记录。
2.如权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于:进行轮速比较前先对各车轮轮速进行滤波处理。
3.如权利要求1或2所述的电动助力转向系统，第一预设手力范围(ST_Thre)为0.5N·m至0.9N·m，第一车速阈值(VS_Thre)为25km至55km，第一轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h，第二轮速阈值(DrvnVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h,第一预设时长、第二预设时长均为3至5s。
4.如权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于:当对角两车轮轮速之和与另外对角两车轮轮速之和的差值小于第三轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)，通过两个驱动轮轮速之差和当前角度传感器计算获取的方向盘角度(SteeringAngle)计算获得转角中位因子(Angle_Fac),若该转角中位因子大于中位因子阈值(ZeroAngFac_Thre),则认为当前存储的角度零位值存在异常，角度零位值清除。
5.如权利要求4所述的电动助力转向系统，其特征在于:第三轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)的可能范围为0.11km/h至1km/h。
6.一种电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法，其特征在于，包括以下步骤：
实时监测方向盘手力(SteeringTorque)和车速(VehicleSpeed)；
当方向盘手力(SteeringTorque)处于第一预设手力范围(ST_Thre)内，以及车速(VehicleSpeed)大于第一车速阈值(VS_Thre)的工况持续第一预设时长(CaliReq_Time)，发出标定请求(CaliReq)；
若方向盘转角中位标定状态(CaliState)为未标定，两对角轮车轮速之和的差值小于第一轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)，以及两个驱动轮轮速差值小于第二轮速阈值(DrvnVlcty_Thre)的工况持续第二预设时长(Check_Time)，则标定第二预设时长结束时刻角度传感器的角度为方向盘转角中位，并将标定值记录。
7.如权利要求6所述的电动助力转向系统，其特征在于:进行轮速比较前先对各车轮轮速进行滤波处理。
8.如权利要求6所述的电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法，其特征在于：第一预设手力范围(ST_Thre)为0.5N·m至0.9N·m，第一车速阈值(VS_Thre)为25km至55km，第一轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h(转换到车速)，第二轮速阈值(DrvnVlcty_Thre)为0.1km/h至1km/h,第一预设时长、第二预设时长均为3至5s。
9.如权利要求6所述的电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法，其特征在于，还包括：
当对角两车轮轮速之和与另外对角两车轮轮速之和的差值小于第三轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)，通过两个驱动轮轮速之差和当前角度传感器计算获取的方向盘角度(SteeringAngle)计算获得转角中位因子(Angle_Fac),若该转角中位因子大于中位因子阈值(ZeroAngFac_Thre),则认为当前存储的角度零位值存在异常，角度零位值清除。
10.如权利要求9所述的电动助力转向系统方向盘转角中位自学习方法，其特征在于：第三轮速阈值(DiagonalVlcty_Thre)的可能范围为0.11km/h至1km/h。
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