CN109367618A - 一种电动助力转向控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动助力转向控制方法及系统，方法包括：采集车身实际横摆角速度和实际前轮转角；比较车身实际横摆角速度和车辆稳定行驶的理想横摆角速度；若车身实际横摆角速度和车辆稳定行驶的理想横摆角速度之间的差值大于或等于电动助力转向自动控制触发值，则发出断开方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号；由差值获得目标前轮转角；由目标前轮转角和实际前轮转角获得助力电机电流；助力电机以助力电机电流进行工作。本发明的电动助力转向控制方法可在危险转向工况下断开方向盘和齿轮输入轴之间的连接，使得整车的转向由电动助力转向系统进行自动控制，防止因方向盘操纵不正确导致的安全性问题。

Description

一种电动助力转向控制方法及系统
技术领域
本发明涉及助力转向控制领域，更具体地，涉及一种电动助力转向控制方法及系统。
背景技术
电动助力转向系统(EPS，Electric Power Steering)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。与传统的液压助力转向系统(HPS，Hydraulic Power Steering)相比，EPS系统省去了HPS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等零部件，既节省能量，又保护了环境。另外，EPS系统还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点，因此得到了广泛的应用。
在面对雨雪天气的湿滑路面或高速公路的紧急避让等危险的转向工况时，车辆容易出现失稳的问题。而现有的电动助力转向系统的辅助转向操纵与方向盘的操纵同步，在这些危险的转向工况下，方向盘操纵不正确将导致车辆失控，降低了整车的安全性能。
因此，如何提高电动助力转向系统的安全性成为本领域亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可有效提高电动助力转向系统的安全性的电动助力转向控制方法的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种电动助力转向控制方法。
该电动助力转向控制方法包括如下步骤：
(1)采集车身实际横摆角速度ωact和实际前轮转角Aact；
(2)比较车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide；
(3)若车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval大于或等于电动助力转向自动控制触发值T，则发出断开方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号；
(4)由差值Dval获得目标前轮转角Atar；
(5)由目标前轮转角Atar和实际前轮转角Aact获得助力电机电流I；
(6)助力电机以助力电机电流I进行工作。
可选的，还包括如下步骤：
(7)循环步骤(1)-(6)，当车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval小于电动助力转向自动控制触发值T时，停止循环；
(8)发出恢复方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号。
可选的，所述电动助力转向自动控制触发值T小于或等于理想横摆角速度ωide的35％。
根据本发明的第二方面，还提供了一种电动助力转向控制系统。
该电动助力转向控制系统包括方向盘、断开机构、齿轮输入轴、齿轮轴转角传感器、助力电机、转向器、控制器和车身横摆率传感器；其中，
所述断开机构设置在所述方向盘和所述齿轮输入轴之间，以断开所述方向盘和所述齿轮输入轴之间的连接；
所述齿轮轴转角传感器被设置为用于检测所述齿轮输入轴的转角数据，以获得前轮转角；
所述控制器被设置为用于采集车身横摆率传感器和所述齿轮轴转角传感器检测的数据，以获得车身实际横摆角速率和实际前轮转角，并比较车身实际横摆角速度和车辆稳定行驶的理想横摆角速度，若车身实际横摆角速度和车辆稳定行驶的理想横摆角速度之间的差值大于或等于电动助力转向自动控制触发值，则发出断开方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号，以及由差值获得目标前轮转角，由目标前轮转角和实际前轮转角获得助力电机电流。
可选的，所述转向器为齿条式转向器。
可选的，所述断开机构为电磁离合器。
可选的，所述电动助力转向控制系统还包括方向盘转角传感器、转向连接轴、齿轮轴扭矩传感器和减速机构；其中，
所述转向连接轴位于所述方向盘和所述齿轮输入轴之间，且所述断开机构设置在所述转向连接轴上；
所述齿轮轴扭矩传感器安装在所述齿轮输入轴上；
所述减速机构被设置为用于增大所述助力电机的扭矩。
可选的，所述电动助力转向控制系统还包括第一壳体和第二壳体；
所述齿轮轴转角传感器和所述齿轮轴扭矩传感器安装在所述第一壳体内；
所述助力电机和所述减速机构安装在所述第二壳体内。
可选的，所述控制器还被设置为用于在车身实际横摆角速度和车辆稳定行驶的理想横摆角速度之间的差值小于电动助力转向自动控制触发值时，发出恢复方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号。
可选的，所述电动助力转向自动控制触发值小于或等于理想横摆角速度的35％。可选地，
本发明的电动助力转向控制方法可在危险转向工况下断开方向盘和齿轮输入轴之间的连接，使得整车的转向由电动助力转向系统进行自动控制，防止因方向盘操纵不正确导致的安全性问题。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为本公开电动助力转向控制方法的流程图。
图2为本公开电动助力转向控制系统实施例的结构示意图。
图中标示如下：
方向盘-1，断开机构-2，齿轮输入轴-3，齿轮轴转角传感器-4，助力电机-5，转向器-6，控制器-7，车身横摆率传感器-8，方向盘转角传感器-9，转向连接轴-10，齿轮轴扭矩传感器-11，减速机构-12，第一壳体-13，第二壳体-14，车轮-15。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了解决现有的电动助力转向系统在危险转向工况下，安全性低的问题，本公开提供了一种电动助力转向控制方法。
如图1所示，本公开的电动助力转向控制方法，包括如下步骤：
步骤(1)：采集车身实际横摆角速度ωact和实际前轮转角Aact。
步骤(2)：比较车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide。理想横摆角速度ωide是指在一定的车速下，可使得车辆稳定行驶的车身横摆角速度。
步骤(3)：若车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval大于或等于电动助力转向自动控制触发值T，则发出断开方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号。当车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval大于或等于电动助力转向自动控制触发值T时，表明车辆处于雨雪天气的湿滑路面或高速公路的紧急避让等危险转向工况。在这种危险转向工况下，方向盘操纵不正确会导致车辆失控，此时发出断开方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号，使得方向盘和齿轮输入轴之间的连接断开，车辆的电动助力转向系统进行自动控制模式，车辆的转向将仅受到电动助力转向系统的控制而不受方向盘转动的影响。
若车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval小于电动助力转向自动控制触发值T，则不发出断开方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号。此时方向盘和齿轮输入轴保持连接，驾驶员通过电动助力转向系统和操纵方向盘可实现电动助力转向。当车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval小于电动助力转向自动控制触发值T时，电动助力转向系统按照本领域公知的方式工作，本公开对此不作赘述。
步骤(4)：由差值Dval获得目标前轮转角Atar。具体实施时，可建立一个车速、车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval以及目标前轮转角Atar的关系表F。关系表F可由实验得出或者是计算得出，由关系表F可查得在某一车速下，差值Dval和目标前轮转角Atar的对应关系。例如当车速确定时，可由关系表F查得一个与差值Dval对应的目标前轮转角Atar的值。
步骤(5)：由目标前轮转角Atar和实际前轮转角Aact获得助力电机电流I。助力电机的电流决定了电机扭矩的大小，从而可得出前轮转向的角度。根据目标前轮转角Atar和实际前轮转角Aact，可得到车辆保持平稳行驶的助力电机的电流I。
步骤(6)：助力电机以助力电机电流I进行工作，从而满足了车辆在危险转向工况下的平稳转向需求。
本公开的电动助力转向控制方法可在危险转向工况下断开方向盘和齿轮输入轴之间的连接，使得整车的转向由电动助力转向系统进行自动控制，防止因方向盘操纵不正确导致的安全性问题。
在本公开电动助力转向控制方法的一个实施例中，还包括如下步骤：
步骤(7)：循环步骤(1)-(6)，当车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval小于电动助力转向自动控制触发值T时，停止循环。当车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval小于电动助力转向自动控制触发值T时，表明已经脱离了危险转向工况。
步骤(8)：发出恢复方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号。此时方向盘和齿轮输入轴恢复连接，驾驶员通过电动助力转向系统和操纵方向盘可实现电动助力转向。
在本公开电动助力转向控制方法的一个实施例中，电动助力转向自动控制触发值T小于或等于理想横摆角速度ωide的35％。
如图2所示，本公开还提供了一种电动助力转向控制系统，包括方向盘1、断开机构2、齿轮输入轴3、齿轮轴转角传感器4、助力电机5、转向器6、控制器7和车身横摆率传感器8。断开机构2可例如为离合器或齿轮组件等。通常，齿轮轴转角传感器4安装在齿轮输入轴3上。转向器6与车轮15相连接，助力电机5通过将电机扭矩传递给转向器6，实现转向器6带动车轮15完成转向动作。根据车身横摆率传感器8检测到的数据可得到车身实际横摆角速度ωact。
断开机构2设置在方向盘1和齿轮输入轴3之间，以在接收到控制器7发出的断开信号后断开方向盘1和齿轮输入轴3之间的连接。而且，断开机构2可在接收到控制器7发出的连接信号后恢复方向盘1和齿轮输入轴3之间的连接。
齿轮轴转角传感器4可检测齿轮输入轴3的转角数据，以获得前轮转角。该前轮转角即为车辆的实际前轮转角Aact。
控制器7可采集车身横摆率传感器8和齿轮轴转角传感器4检测的数据，以获得车身实际横摆角速度ωact和实际前轮转角Aact。并比较车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide，若车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval大于或等于电动助力转向自动控制触发值T，则发出断开方向盘1和齿轮输入轴3之间连接的信号，断开机构2可根据此信号断开方向盘1和齿轮输入轴3之间的连接。控制器7由差值Dval获得目标前轮转角Atar，由目标前轮转角Atar和实际前轮转角Aact获得助力电机电流I，助力电机5可以助力电机电流I进行工作。
随着车身实际横摆角速度ωact的变化，车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval逐渐减小，当差值Dval小于电动助力转向自动控制触发值T时，则控制器7发出恢复方向盘1和齿轮输入轴3之间连接的信号，此时驾驶员通过电动助力转向系统和操纵方向盘可实现电动助力转向。
在本公开电动助力转向控制系统的一个实施例中，转向器6为齿条式转向器。
在本公开电动助力转向控制系统的一个实施例中，断开机构2为电磁离合器。控制器7通过控制电磁离合器的电流通断，即可控制电磁离合器接合或分离，从而控制方向盘1和齿轮输入轴3之间连接或断开。
进一步的，电动助力转向控制系统还包括方向盘转角传感器9、转向连接轴10、齿轮轴扭矩传感器11和减速机构12。
转向连接轴10位于方向盘1和齿轮输入轴3之间，且断开机构2设置在转向连接轴10上。齿轮轴扭矩传感器11安装在齿轮输入轴3上。减速机构12可增大助力电机5的扭矩。
减速机构12和助力电机5可集成转向器6上，助力电机5通过减速机构12进行降转速升扭矩，然后减速机构12将增大后的电机扭矩传递给转向器6，从而通过转向拉杆带动车轮15完成转向动作。
更进一步的，电动助力转向控制系统还包括第一壳体13和第二壳体14。齿轮轴转角传感器4和齿轮轴扭矩传感器11安装在第一壳体13内。助力电机5和减速机构12安装在第二壳体14内。第一壳体13和第二壳体14的设置有利于更好地布置各零部件，提高电动助力转向系统的紧凑性。
在本公开电动助力转向控制系统的一个实施例中，控制器7还可在车车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval小于电动助力转向自动控制触发值T时，发出恢复方向盘1和齿轮输入轴3之间连接的信号，断开机构2可根据此信号恢复方向盘1和齿轮输入轴3之间的连接。此时方向盘1和齿轮输入轴3恢复连接，驾驶员通过电动助力转向系统和操纵方向盘1可实现电动助力转向。
在本公开电动助力转向控制系统的一个实施例中，电动助力转向自动控制触发值T小于或等于理想横摆角速度ωide的35％。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种电动助力转向控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采集车身实际横摆角速度ωact和实际前轮转角Aact；
(2)比较车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide；
(3)若车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval大于或等于电动助力转向自动控制触发值T，则发出断开方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号；
(4)由差值Dval获得目标前轮转角Atar；
(5)由目标前轮转角Atar和实际前轮转角Aact获得助力电机电流I；
(6)助力电机以助力电机电流I进行工作。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：
(7)循环步骤(1)-(6)，当车身实际横摆角速度ωact和车辆稳定行驶的理想横摆角速度ωide之间的差值Dval小于电动助力转向自动控制触发值T时，停止循环；
(8)发出恢复方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号。
3.根据权利要求1或2中所述的电动助力转向控制方法，其特征在于，所述电动助力转向自动控制触发值T小于或等于理想横摆角速度ωide的35％。
4.一种电动助力转向控制系统，其特征在于，包括方向盘、断开机构、齿轮输入轴、齿轮轴转角传感器、助力电机、转向器、控制器和车身横摆率传感器；其中，
所述断开机构设置在所述方向盘和所述齿轮输入轴之间，以断开所述方向盘和所述齿轮输入轴之间的连接；
所述齿轮轴转角传感器被设置为用于检测所述齿轮输入轴的转角数据，以获得前轮转角；
所述控制器被设置为用于采集车身横摆率传感器和所述齿轮轴转角传感器检测的数据，以获得车身实际横摆角速率和实际前轮转角，并比较车身实际横摆角速度和车辆稳定行驶的理想横摆角速度，若车身实际横摆角速度和车辆稳定行驶的理想横摆角速度之间的差值大于或等于电动助力转向自动控制触发值，则发出断开方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号，以及由差值获得目标前轮转角，由目标前轮转角和实际前轮转角获得助力电机电流。
5.根据权利要求4所述的电动助力转向控制系统，其特征在于，所述转向器为齿条式转向器。
6.根据权利要求4所述的电动助力转向控制系统，其特征在于，所述断开机构为电磁离合器。
7.根据权利要求6所述的电动助力转向控制系统，其特征在于，所述电动助力转向控制系统还包括方向盘转角传感器、转向连接轴、齿轮轴扭矩传感器和减速机构；其中，
所述转向连接轴位于所述方向盘和所述齿轮输入轴之间，且所述断开机构设置在所述转向连接轴上；
所述齿轮轴扭矩传感器安装在所述齿轮输入轴上；
所述减速机构被设置为用于增大所述助力电机的扭矩。
8.根据权利要求7所述的电动助力转向控制系统，其特征在于，所述电动助力转向控制系统还包括第一壳体和第二壳体；
所述齿轮轴转角传感器和所述齿轮轴扭矩传感器安装在所述第一壳体内；
所述助力电机和所述减速机构安装在所述第二壳体内。
9.根据权利要求4所述的电动助力转向控制系统，其特征在于，所述控制器还被设置为用于在车身实际横摆角速度和车辆稳定行驶的理想横摆角速度之间的差值小于电动助力转向自动控制触发值时，发出恢复方向盘和齿轮输入轴之间连接的信号。
10.根据权利要求4所述的电动助力转向控制系统，其特征在于，所述电动助力转向自动控制触发值小于或等于理想横摆角速度的35％。
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