CN109911004B - 一种电动助力转向装置的回正控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动助力转向装置的回正控制方法和装置，所述方法包括步骤：建立电动助力转向装置的数学模型；通过台架实验测试不同路面阻力下的转向做功，结果制成表格储存于电子控制单元中；确定进入回正控制的条件；估算汽车行驶的路面阻力矩；根据路面阻力矩，计算出若想汽车方向盘回正时助力电机需要提供的能量，并由此计算得到助力电机需要提供的辅助回正力矩；最后，根据车速信息、回正转矩信息得出车速相关系数、方向盘相关系数对辅助回正力矩进行修正。本发明在不影响驾驶员操纵手感，以及没有增加所需的传感器数量的前提下，提高了电动助力转向装置的回正性能。

Description

一种电动助力转向装置的回正控制方法及装置

技术领域

本发明设计电动助力转向系统技术领域，尤其涉及一种车辆用电动助力转向系统回正控制方法及装置。

背景技术

车辆的电动助力转向系统(EPS)通常由转矩传感器、车速传感器、电子控制单元(ECU)、助力电动机、蜗轮蜗杆减速器以及齿轮齿条转向器组成。电动助力转向系统的工作原理是通过安装在转向管柱上的转角传感器和转矩传感器检测方向盘转角和作用于方向盘上的转向力矩，电子控制单元根据方向盘转角、方向盘转向力矩、车速信号结合一定的控制算法以产生相应的助力力矩，辅助驾驶员转动方向盘。

装配有电动助力转向装置的车辆转向时，由于助力电机以及蜗轮蜗杆减速器的存在使摩擦力有所增大，降低了方向盘的回正性能，容易造成低速行驶时方向盘的回正不足以及高速行驶时的回正超调。

为了解决电动助力转向装置的上述缺陷，如今的电动助力转向系统在控制策略中需要增加主动回正控制功能以求在提高转向系统的回正性能的同时，不会影响驾驶员的操纵手感。

发明内容

为了改善电动助力转向装置的上述缺陷，本发明提供了一种电动助力转向装置的回正控制方法。

为达到提高回正性能的目的，本发明采用的技术方案是：

一种汽车电动助力转向装置的回正控制方法，包括以下步骤:

S1、计算汽车转向时的路面阻力矩T_l和电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s；

S2、检测转向管柱上的转角以及转向力矩，并且根据所述转向管柱上的转角和转向力矩识别驾驶员的意图，判断是否进入回正控制；

S3、若进入自动回正控制，依据车速信号确定回正控制的车速相关系数C₁，所述车速相关系数C₁随车速的提高而减少；依据转向管柱的转矩信号确定回正控制的转矩相关系数C₂，用于修正助力电机提供的回正力矩，所述转矩相关系数C₂随转矩信号的增大而减少，在转矩信号达到阈值Y₁时，所述转矩相关系数C₂达到最小值；

S4、基于电动助力转向装置的数学模型计算得出车轮转角，利用所述路面阻力矩T_l结合回正力矩公式计算出汽车回正时路面提供的回正力矩，并计算出路面提供的回正力矩在回正过程中转向系统的回正做功W_r，将电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s与所述转向系统的回正做功W_r求差，得到助力电机需要提供的回正做功W_z，继而根据车速信号确定转向管柱转速、车速相关系数C₁、转矩相关系数C₂确定修正后的助力电机需要提供的回正力矩；

S5、得出助力电机的辅助回正力矩指令后，通过使用助力电机的电流闭环PI控制实现将电机需要提供的回正力矩施加在转向管柱上实现回正控制。

进一步地，所述的步骤S1具体包括：

S11、通过电动助力转向装置的台架实验确定不同路面阻力下、电动助力转向装置转动不同角度下的转向做功，并制成表格预先设置于电子控制单元中；

S12、使用转向管柱的转角、转向力矩计算驾驶员的转向做功，使用助力电机的转角、助力力矩计算助力电机的转向做功，结合两者得到电动助力转向装置的实际转向做功W_s：

其中，θ和T_s分别为采集到的转向管柱的转角信号和转矩信号，θ_m和T_m分别为助力电机的转角信号和转矩信号，各信号均为离散信号，i为所述离散信号的点数；

S13、比较所述实际转向做功W_s与预先设置于电子控制单元中的转向做功，对比出路面阻力矩T_l。

进一步地，步骤S11中，在所述电动助力转向装置的台架上，使用磁粉离合器为齿轮齿条转向器的齿轮端施加负载阻力，通过改变施加在磁粉离合器上的电压加载不同负载模拟不同的路面阻力。

进一步地，所述的步骤S2具体包括：

S21、首先比较转向管柱上的转向力矩是否超过设定的阈值Y₁，若在阈值Y₁之内，判定驾驶员对方向盘为松手状态，进入回正待命状态；若超过阈值Y₁，则驾驶员在自主操控，禁止进入回正控制状态；

S22、处于回正待命状态后，对转向管柱的转角信号进行微分得到转速信号，比较转向管柱的转角方向是否与转速相反，若相反则进入回正控制状态，若相同则禁止进入回正控制状态；

S23、进入回正控制状态后，若转向管柱上的转向力矩超过设定的阈值Y₂且转向管柱上的转角与转速方向相同时，则退出回正控制状态，反之则继续维持回正控制状态。

进一步地，所述的步骤S4具体包括：

S41、简化所述电动助力转向装置的物理模型，建立所述电动助力转向装置的数学模型，并以方向盘转矩、路面阻力为输入信号，以转向管柱的转向力矩、车轮转角为输出信号构造电动助力转向系统的状态空间方程：

u＝[T_d T_l]^T；y＝[T_s δ]^T；

其中，T_d为方向盘转向力矩、T_l为路面阻力矩、T_s为转矩传感器所测得的转向力矩、δ为车轮转角、J_c为方向盘转动惯量、J_e为中间轴转动惯量、M为齿条质量、J_fw为车轮转动惯量、B_c为方向盘阻尼、B_e为中间轴阻尼、B_r为齿条阻尼、B_fw车轮阻尼、K_c为转矩传感器扭杆刚度、K_e为中间轴刚度、K_r为齿条刚度、G为减速器减速比、A₁为转向机构传动比；

S42、使用车辆的主销偏移距、主销内倾角以及前、后桥载荷等计算定位回正力矩T₁：

T₁＝G_f(c+rtanβ)cosβsinβsinβ_m

其中，G_f表示前桥载荷，c代表主销侧偏距，β代表主销内倾角，β_m代表两前轮平均转向角；

使用侧向力、轮胎拖距计算侧向力回正力矩T₂：

T₂＝eKηcosβ

其中，e代表主销后倾拖距与轮胎拖距之和，K代表轮胎侧偏刚度，η代表侧偏角；

S43、结合路面阻力矩、定位回正力矩、侧向力回正力矩得到摩擦阻力矩T_f：

T_f＝T_l-T₁-T₂；

S44、使用定位回正力矩、侧向力回正力矩、摩擦阻力矩以及车轮转角δ计算得到转向系统的回正做功W_r：

其中，所述车轮转角δ₁基于电动助力转向装置的数学模型，以转矩传感器的转向力矩作为系统输入，将路面阻力矩T_l看作常数求得，δ₁表示进入回正控制时的车轮转角；

S45、将电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s与所述转向系统的回正做功W_r求差，得到助力电机需要提供的回正做功W_z：

W_z＝W_s-W_r；

S46、结合助力电机的回正转角、回正能量W_z得到应该提供的理论回正力矩T_z,ref：

S47、最后根据车速信号、转向管柱的转角选取转向管柱的回正转速，通过车速相关系数C₁、转矩相关系数C₂对理论回正力矩进行修正，得到修正后的助力电机需要提供的回正力矩：

T_z＝C₁C₂T_z,ref。

进一步地，所述的步骤S5中，所述电流闭环PI控制包括比例-积分环节，以助力电机的实际电流作为反馈信号，通过控制施加在助力电机上的电压值达到控制助力电机实际电流的效果，电流闭环PI控制的比例-积分参数由电动助力转向装置台架实验调试得出。

进一步地，所述步骤S2中通过配置在所述电动助力转向装置上的转矩转角复合式传感器检测转向管柱的转向力矩以及转角。

进一步地，所述步骤S1中，利用CANape实现计算机与电子控制单元的实时数据交流，发送不同的车速信号给所述电子控制单元，实现对不同车速工况的模拟。通过CANape对电子控制单元的实时监控，可以从中提取转向管柱上的转矩传感器的转角信号和转矩信号，助力电机的转角信号和转矩信号

进一步地，步骤S41中，简化所述电动助力转向装置的物理模型时，所述物理模型仅包括方向盘及转向管柱、中间轴、助力电机、齿轮齿条转向器、转向机构五个质量块。

一种汽车电动助力转向装置的回正控制装置，包括：

路面负载估算模块，用于计算汽车转向时的路面阻力矩T_l和电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s；

驾驶员意图识别模块，检测转向管柱上的转角以及转向力矩，并且根据所述转向管柱上的转角和转向力矩识别驾驶员的意图，判断是否进入回正控制；

修正系数确定模块，用于依据车速信号确定回正控制的车速相关系数C₁，所述车速相关系数C₁随车速的提高而减少；依据转向管柱的转矩信号确定回正控制的转矩相关系数C₂，用于修正助力电机提供的回正力矩，所述转矩相关系数C₂随转矩信号的增大而减少，在转矩信号达到阈值Y₁时，所述转矩相关系数C₂达到最小值；

辅助回正力矩估算模块，用于基于电动助力转向装置的数学模型计算得出车轮转角，利用所述路面阻力矩T_l结合回正力矩公式计算出汽车回正时路面提供的回正力矩，并计算出路面提供的回正力矩在回正过程中转向系统的回正做功W_r，将电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s与所述转向系统的回正做功W_r求差，得到助力电机需要提供的回正做功W_z，继而根据车速信号确定转向管柱转速、车速相关系数C₁、转矩相关系数C₂确定修正后的助力电机需要提供的回正力矩。

相比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明通过利用转向管柱转角信号、转向管柱转矩信号以及车速信号进行回正控制，该方法适合用于各种助力形式的电动助力转向装置，改善车辆的回正性能，在不会影响驾驶员的操纵手感、不增加所需的传感器数量的前提下，提高了电动助力转向装置在各种车速下的回正性能，改善车辆的回正性、安全性和操控性。

附图说明

图1为本发发明实施例的一种汽车电动助力转向装置的回正控制装置工作流程图。

图2为本发明实施例的一种汽车电动助力转向装置的回正控制方法的驾驶员意图识别流程示意图。

图3为本发明实施例的一种汽车电动助力转向装置的回正控制方法的辅助回正力矩估算流程示意图。

图4为不同转速、不同转角下的转向做功。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，一下结合附图并举实例对本发明作进一步详细描述。

如图1所述，一种汽车电动助力转向装置的回正控制装置，包括：

路面负载估算模块，用于计算汽车转向时的路面阻力矩T_l和电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s；

驾驶员意图识别模块，检测转向管柱上的转角以及转向力矩，并且根据所述转向管柱上的转角和转向力矩识别驾驶员的意图，判断是否进入回正控制；

修正系数确定模块，用于依据车速信号确定回正控制的车速相关系数C₁，所述车速相关系数C₁随车速的提高而减少；依据转向管柱的转矩信号确定回正控制的转矩相关系数C₂，用于修正助力电机提供的回正力矩，所述转矩相关系数C₂随转矩信号的增大而减少，在转矩信号达到阈值Y₁时，所述转矩相关系数C₂达到最小值；

辅助回正力矩估算模块，用于基于电动助力转向装置的数学模型计算得出车轮转角，利用所述路面阻力矩T_l结合回正力矩公式计算出汽车回正时路面提供的回正力矩，并计算出路面提供的回正力矩在回正过程中转向系统的回正做功W_r，将电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s与所述转向系统的回正做功W_r求差，得到助力电机需要提供的回正做功W_z，继而根据车速信号确定转向管柱转速、车速相关系数C₁、转矩相关系数C₂确定修正后的助力电机需要提供的回正力矩。

本发明的另一实施例公开了一种汽车电动助力转向装置的回正控制方法，包括以下步骤:

S1、计算汽车转向时的路面阻力矩T_l和电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s；

S2、通过配置在所述电动助力转向装置上的转矩转角复合式传感器检测转向管柱上的转角以及转向力矩，并且根据所述转向管柱上的转角和转向力矩识别驾驶员的意图，判断是否进入回正控制；

S3、若进入自动回正控制，依据车速信号确定回正控制的车速相关系数C₁，所述车速相关系数C₁随车速的提高而减少；依据转向管柱的转矩信号确定回正控制的转矩相关系数C₂，用于修正助力电机提供的回正力矩，所述转矩相关系数C₂随着转矩传感器转矩信号的增大而减少，在转矩信号达到阈值Y₁，方向盘力矩系数C₂达到最小值；

车速相关系数C₁将在电动助力转向装置台架试验中调试得出，并制成表格预置于电子控制单元中。在台架上模拟不同车速下，驾驶员对方向盘进行松手回正的工况，在试验过程中不断修改C₁参数直至电动助力转向装置的回正过程较为平稳。其中，针对试验中的不同车速，均会确定一个C₁值。

转矩相关系数C₂同样将在电动助力转向装置台架试验中调试得出，并制成表格预置于电子控制单元中。在台架上模拟驾驶员以不同力度轻握方向盘进行回正的工况，在试验过程中不断修改C₂参数直至试验者获得较好的操纵手感。其中，针对试验中的不同力度，均会确定一个C₂值。

S4、基于电动助力转向装置的数学模型计算得出车轮转角，利用所述路面阻力矩T_l结合回正力矩公式计算出汽车回正时路面提供的回正力矩，并计算出路面提供的回正力矩在回正过程中转向系统的回正做功W_r，将电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s与所述转向系统的回正做功W_r求差，得到助力电机需要提供的回正做功W_z，继而根据车速信号确定转向管柱转速、车速相关系数C₁、转矩相关系数C₂确定修正后的助力电机需要提供的回正力矩；

S5、得出助力电机的辅助回正力矩指令后，通过使用助力电机的电流闭环PI控制实现将电机需要提供的回正力矩施加在转向管柱上实现回正控制。

在本发明的另一可行的实施例中，所述的步骤S1具体包括：

S11、通过电动助力转向装置的台架实验确定不同路面阻力下、电动助力转向装置转动不同角度下的转向做功，并制成表格预先设置于电子控制单元中，其中，在所述电动助力转向装置的台架上，使用磁粉离合器为齿轮齿条转向器的齿轮端施加负载阻力，通过改变施加在磁粉离合器上的电压加载不同负载模拟不同的路面阻力；

本实施例利用CANape实现计算机与电子控制单元的实时数据交流，发送不同的车速信号给所述电子控制单元，实现对不同车速工况的模拟。通过CANape对电子控制单元的实时监控，可以从中提取转向管柱上的转矩传感器的转角信号和转矩信号，助力电机的转角信号和转矩信号；

在电动助力转向装置台架上，分别模拟0Km/h、10Km/h、20Km/h、30Km/h、40Km/h、50Km/h、60Km/h、70Km/h、80Km/h、90Km/h、100Km/h的工况下，记录驾驶员手打方向盘0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°、360°、405°、450°、495°、540°时的转矩传感器转角信号θ和转矩信号T_s，助力电机的转角信号θ_m和转矩信号T_m；

S12、使用采集到的转向管柱的转矩传感器的转角信号θ和转矩信号Ts计算驾驶员的转向做功，使用助力电机的转角信号θ_m和转矩信号T_m计算助力电机的转向做功，结合两者得到电动助力转向装置的实际转向做功W_s：

其中，转向管柱的转角信号和转矩信号、助力电机的转角信号和转矩信号均为离散信号，i为所述离散信号的点数；

根据实验数据，利用MATLAB/Simulink软件中的查表模块将转向装置的转向做功W_s随车速信号、转角信号变化的函数，并完成从0～100Km/h、-540°～540°间的插值，如下矩阵所示。转向做功三维图如图4所示。

S13、比较所述实际转向做功W_s与预先设置于电子控制单元中的、对应车速和转向角度的转向做功，对比出路面阻力矩T_l，从而在进入回正控制状态后估算出路面阻力大小。

如图2所示，所述的步骤S2具体包括：

S21、首先比较转向管柱上的转向力矩是否超过设定的阈值Y₁，若在阈值Y₁之内，判定驾驶员对方向盘为松手状态，进入回正待命状态；若超过阈值Y₁，则驾驶员在自主操控，禁止进入回正控制状态；

S22、处于回正待命状态后，对转向管柱的转角信号进行微分得到转速信号，比较转向管柱的转角方向是否与转速相反，若相反则进入回正控制状态，若相同则禁止进入回正控制状态；

S23、进入回正控制状态后，若转向管柱上的转向力矩超过设定的阈值Y₂且转向管柱上的转角与转速方向相同时，则退出回正控制状态，反之则继续维持回正控制状态。

如图3所示，所述的步骤S4具体包括：

S41、简化所述电动助力转向装置的物理模型，所述物理模型仅包括方向盘及转向管柱、中间轴、助力电机、齿轮齿条转向器、转向机构五个质量块；建立所述电动助力转向装置的数学模型，并以方向盘转矩、路面阻力为输入信号，以转向管柱的转向力矩、车轮转角为输出信号构造电动助力转向系统的状态空间方程：

u＝[T_d T_l]^T；y＝[T_s δ]^T；

其中，T_d为方向盘转向力矩、T_l为路面阻力矩、T_s为转矩传感器所测得的转向力矩、δ为车轮转角、J_c为方向盘转动惯量、J_e为中间轴转动惯量、M为齿条质量、J_fw为车轮转动惯量、B_c为方向盘阻尼、B_e为中间轴阻尼、B_r为齿条阻尼、B_fw车轮阻尼、K_c为转矩传感器扭杆刚度、K_e为中间轴刚度、K_r为齿条刚度、G为减速器减速比、A₁为转向机构传动比；

S42、进入回正控制后，需要辅助回正力矩估算器计算助力电机应该提供的辅助力矩，对于特定的车辆，确定前、后桥载荷，主销定位参数后，定位回正力矩大小只与前轮转角相关，因此，使用车辆的主销偏移距、主销内倾角以及前、后桥载荷等计算定位回正力矩T₁：

T₁＝G_f(c+rtanβ)cosβsinβsinβ_m

其中，G_f表示前桥载荷，c代表主销侧偏距，β代表主销内倾角，β_m代表两前轮平均转向角；

在汽车行驶途中，辅助回正力矩估算器能计算得到定位回正力矩数列[T₁₁、T₁₂、T₁₃、.......、T_1i]，其中i代表第i时刻计算得到的定位回正力矩数值，使用第i-99时刻到第i时刻的平均定位回正力矩作为第i时刻的定位回正力矩：

使用侧向力、轮胎拖距计算侧向力回正力矩T₂：

T₂＝eKηcosβ

其中，e代表主销后倾拖距与轮胎拖距之和，K代表轮胎侧偏刚度，η代表侧偏角，同样辅助回正力矩估算器能计算得到侧向力回正力矩数列[T₂₁、T₂₂、T₂₃、.......、T_2i]，其中i代表第i时刻计算得到的侧向力回正力矩数值，使用第i-99时刻到第i时刻的平均侧向力回正力矩作为第i时刻的侧向力回正力矩：

S43、结合路面阻力矩、定位回正力矩、侧向力回正力矩得到摩擦阻力矩T_f：

T_f＝T_l-T₁-T₂；

同样，辅助回正力矩估算器能计算得到摩擦阻力矩数列[T_f1、T_f2、T_f3、.......、T_fi]，其中i代表第i时刻计算得到的摩擦阻力矩数值，使用第i-99时刻到第i时刻的平均摩擦阻力矩作为第i时刻的摩擦阻力矩：

S44、使用定位回正力矩、侧向力回正力矩、摩擦阻力矩以及车轮转角δ计算得到转向系统的回正做功W_r：

其中，所述车轮转角δ基于电动助力转向装置的数学模型，以转矩传感器的转向力矩作为系统输入，将路面阻力矩T_l看作常数求得，δ₁表示进入回正控制时的车轮转角；

S45、将电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s与所述转向系统的回正做功W_r求差，得到助力电机需要提供的回正做功W_z：

W_z＝W_s-W_r；

S46、结合助力电机的回正转角、回正能量W_z得到应该提供的理论回正力矩T_z,ref：

S47、最后根据车速信号、转向管柱的转角选取转向管柱的回正转速，通过车速相关系数C₁、转矩相关系数C₂对理论回正力矩进行修正，得到修正后的助力电机需要提供的回正力矩：

T_z＝C₁C₂T_z,ref；

车速相关系数C₁随着车速的提高而减少，在高速时适当减少回正转速用于提高车辆稳定性。车速相关系数C₁作用与在于使低车速时车辆回正更迅速，而在高车速时车辆回正更沉稳。

转矩相关系数C₂随着转矩传感器转矩信号的增大而减少，在转矩信号达到阈值Y₁，方向盘力矩系数C₂达到最小值。转矩相关系数C₂的作用在于在当驾驶员操控意图变强，则适当减少回正力矩避免影响驾驶院的操纵手感。

具体而言，所述的步骤S5中，得出助力电机的辅助回正力矩指令后，通过使用助力电机的电流闭环PI控制实现将电机需要提供的回正力矩施加在转向管柱上，其中，所述电流闭环PI控制包括比例-积分环节，以助力电机的实际电流作为反馈信号，通过控制施加在助力电机上的电压值达到控制助力电机实际电流的效果，电流闭环PI控制的比例-积分参数由电动助力转向装置台架实验调试得出。

上述控制方法可使用工业标准建模工具MATLAB/Simulink软件环境下建立Simulink模型实现汽车电动助力转向装置的回正控制。

本发明已经通过上述实例进行了说明，但应当理解的是，上述实例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种变型和修改，这些类型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种汽车电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1、计算汽车转向时的路面阻力矩T_l和电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s；

S2、检测转向管柱上的转角以及转向力矩，并且根据所述转向管柱上的转角和转向力矩识别驾驶员的意图，判断是否进入回正控制；

S3、若进入自动回正控制，依据车速信号确定回正控制的车速相关系数C₁，所述车速相关系数C₁随车速的提高而减少；依据转向管柱的转矩信号确定回正控制的转矩相关系数C₂，用于修正助力电机提供的回正力矩，所述转矩相关系数C₂随转矩信号的增大而减少，在转矩信号达到阈值Y₁时，所述转矩相关系数C₂达到最小值；

S4、基于电动助力转向装置的数学模型计算得出车轮转角，利用所述路面阻力矩T_l结合回正力矩公式计算出汽车回正时路面提供的回正力矩，并计算出路面提供的回正力矩在回正过程中转向系统的回正做功W_r，将电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s与所述转向系统的回正做功W_r求差，得到助力电机需要提供的回正做功W_z，继而根据车速信号确定转向管柱转速、车速相关系数C₁、转矩相关系数C₂确定修正后的助力电机需要提供的回正力矩；

S5、得出助力电机的辅助回正力矩指令后，通过使用助力电机的电流闭环PI控制实现将电机需要提供的回正力矩施加在转向管柱上实现回正控制。

2.根据权利要求1所述的汽车电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括：

S11、通过电动助力转向装置的台架实验确定不同路面阻力下、电动助力转向装置转动不同角度下的转向做功，并制成表格预先设置于电子控制单元中；

S12、使用转向管柱的转角、转向力矩计算驾驶员的转向做功，使用助力电机的转角、助力力矩计算助力电机的转向做功，结合两者得到电动助力转向装置的实际转向做功W_s：

其中，θ和T_s分别为采集到的转向管柱的转角信号和转矩信号，θ_m和T_m分别为助力电机的转角信号和转矩信号，各信号均为离散信号，i为所述离散信号的点数；

S13、比较所述实际转向做功W_s与预先设置于电子控制单元中的转向做功，对比出路面阻力矩T_l。

3.根据权利要求2所述的汽车电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，步骤S11中，在所述电动助力转向装置的台架上，使用磁粉离合器为齿轮齿条转向器的齿轮端施加负载阻力，通过改变施加在磁粉离合器上的电压加载不同负载模拟不同的路面阻力。

4.根据权利要求2所述的汽车电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：

S1、首先比较转向管柱上的转向力矩是否超过设定的阈值Y₁，若在阈值Y₁之内，判定驾驶员对方向盘为松手状态，进入回正待命状态；若超过阈值Y₁，则驾驶员在自主操控，禁止进入回正控制状态；

S2、处于回正待命状态后，对转向管柱的转角信号进行微分得到转速信号，比较转向管柱的转角方向是否与转速相反，若相反则进入回正控制状态，若相同则禁止进入回正控制状态；

S3、进入回正控制状态后，若转向管柱上的转向力矩超过设定的阈值Y₂且转向管柱上的转角与转速方向相同时，则退出回正控制状态，反之则继续维持回正控制状态。

5.根据权利要求1所述的汽车电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述的步骤S4具体包括：

S41、简化所述电动助力转向装置的物理模型，建立所述电动助力转向装置的数学模型，并以方向盘转矩、路面阻力为输入信号，以转向管柱的转向力矩、车轮转角为输出信号构造电动助力转向系统的状态空间方程：

u＝[T_d T_l]^T；y＝[T_s δ]^T；

其中，T_d为方向盘转向力矩、T_l为路面阻力矩、T_s为转矩传感器所测得的转向力矩、δ为车轮转角、J_c为方向盘转动惯量、J_e为中间轴转动惯量、M为齿条质量、J_fw为车轮转动惯量、B_c为方向盘阻尼、B_e为中间轴阻尼、B_r为齿条阻尼、B_fw车轮阻尼、K_c为转矩传感器扭杆刚度、K_e为中间轴刚度、K_r为齿条刚度、G为减速器减速比、A₁为转向机构传动比；

S42、使用车辆的主销偏移距、主销内倾角以及前、后桥载荷等计算定位回正力矩T₁：

T₁＝G_f(c+rtanβ)cosβsinβsinβ_m；

其中，G_f表示前桥载荷，c代表主销侧偏距，β代表主销内倾角，β_m代表两前轮平均转向角；

使用侧向力、轮胎拖距计算侧向力回正力矩T₂：

T₂＝eKηcosβ；

其中，e代表主销后倾拖距与轮胎拖距之和，K代表轮胎侧偏刚度，η代表侧偏角；

S43、结合路面阻力矩、定位回正力矩、侧向力回正力矩得到摩擦阻力矩T_f：

T_f＝T_l-T₁-T₂；

S44、使用定位回正力矩、侧向力回正力矩、摩擦阻力矩以及车轮转角δ计算得到转向系统的回正做功W_r：

其中，所述车轮转角δ基于电动助力转向装置的数学模型，以转矩传感器的转向力矩作为系统输入，将路面阻力矩T_l看作常数求得，δ₁表示进入回正控制时的车轮转角；

S45、将电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s与所述转向系统的回正做功W_r求差，得到助力电机需要提供的回正做功W_z：

W_z＝W_s-W_r；

S46、结合助力电机的回正转角、回正能量W_z得到应该提供的理论回正力矩T_z,ref：

S47、最后根据车速信号、转向管柱的转角选取转向管柱的回正转速，通过车速相关系数C₁、转矩相关系数C₂对理论回正力矩进行修正，得到修正后的助力电机需要提供的回正力矩：

T_z＝C₁C₂T_z,ref。

6.根据权利要求1所述的汽车电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述的步骤S5中，所述电流闭环PI控制包括比例-积分环节，以助力电机的实际电流作为反馈信号，通过控制施加在助力电机上的电压值达到控制助力电机实际电流的效果，电流闭环PI控制的比例-积分参数由电动助力转向装置台架实验调试得出。

7.根据权利要求1所述的汽车电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述步骤S2中通过配置在所述电动助力转向装置上的转矩转角复合式传感器检测转向管柱的转向力矩以及转角。

8.根据权利要求2所述的汽车电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，利用CANape实现计算机与电子控制单元的实时数据交流，发送不同的车速信号给所述电子控制单元，实现对不同车速工况的模拟，通过CANape对电子控制单元的实时监控，可以从中提取转向管柱上的转矩传感器的转角信号和转矩信号，助力电机的转角信号和转矩信号。

9.根据权利要求5所述的汽车电动助力转向装置的回正控制方法，其特征在于，步骤S41中，简化所述电动助力转向装置的物理模型时，所述物理模型仅包括方向盘及转向管柱、中间轴、助力电机、齿轮齿条转向器、转向机构五个质量块。

10.一种汽车电动助力转向装置，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的回正控制方法，所述装置包括：

路面负载估算模块，用于计算汽车转向时的路面阻力矩T_l和电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s；

驾驶员意图识别模块，检测转向管柱上的转角以及转向力矩，并且根据所述转向管柱上的转角和转向力矩识别驾驶员的意图，判断是否进入回正控制；

修正系数确定模块，用于依据车速信号确定回正控制的车速相关系数C₁，所述车速相关系数C₁随车速的提高而减少；依据转向管柱的转矩信号确定回正控制的转矩相关系数C₂，用于修正助力电机提供的回正力矩，所述转矩相关系数C₂随转矩信号的增大而减少，在转矩信号达到阈值Y₁时，所述转矩相关系数C₂达到最小值；

辅助回正力矩估算模块，用于基于电动助力转向装置的数学模型计算得出车轮转角，利用所述路面阻力矩T_l结合回正力矩公式计算出汽车回正时路面提供的回正力矩，并计算出路面提供的回正力矩在回正过程中转向系统的回正做功W_r，将电动助力转向装置所提供的实际转向做功W_s与所述转向系统的回正做功W_r求差，得到助力电机需要提供的回正做功W_z，继而根据车速信号确定转向管柱转速、车速相关系数C₁、转矩相关系数C₂确定修正后的助力电机需要提供的回正力矩。

Images