CN111688674A - 角度中点自学习找回和修正以实现eps跑偏补偿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法。在低端车型中，由于成本约束，EPS系统通常采用纯扭矩传感器，不具备绝对角度的检测能力，无法实现诸如跑偏补偿等与角度相关的功能。本发明利用非接触电磁感应式纯扭矩传感器的P信号，开发一种算法，将P信号与角度的相对关系转化为EPS系统绝对角度，又开发了角度中点自学习找回算法和角度中点自学习修正算法，以保证EPS系统绝对角度准确可信，同时开发了一种跑偏补偿算法，实现EPS系统对跑偏车辆具有自动纠偏能力。

Description

角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，涉及汽车转向系统，尤其涉及一种角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法。

背景技术

现代汽车配装电动助力转向系统(简称EPS)已经非常普及，该系统可使驾驶员操纵转向轻便，能及时准确地执行转向操纵指令，并能正确地反馈路面信息，让驾驶员及时掌握车辆的行驶状态，以便判断并作出适宜的转向操作指令。EPS系统主要由扭矩转角传感器、电子控制单元(简称ECU)、转向助力电机(简称EPS电机)、蜗轮蜗杆减速机构等组成。当转向时，ECU根据方向盘转矩及转角、车速、电机的端电压和电流等信号，进行汽车的转向状态判断，然后发出控制指令来驱动EPS电机，使电机按方向盘转动的速度和方向产生所需要的助力转矩或相关补偿转矩，并通过蜗轮蜗杆减速机构放大后，再通过机械转向器推动车轮转向，从而协助驾驶员进行转向操作。

在低端车型中，由于成本约束，EPS系统通常采用纯扭矩传感器，不具备绝对角度的检测能力，就无法实现与角度相关的补偿功能，如：跑偏补偿功能。既使采取相关技术，使EPS系统纯扭矩传感器具备了角度检测能力，也仅是相对角度，无法表征车辆行驶的绝对角度(或称方向盘绝对角度)，且当系统断电再上电后，EPS系统初始所标定的角度中点K值基准会发生变化而不可信，暂被称为EPS系统丢失了角度中点；同时，由于车辆在使用中，EPS系统角度中点与车辆直行的角度零点(或称方向盘绝对角度零点)也会出现偏差，只有保证在一定的误差范围内，才能实现相关补偿功能，特别是跑偏补偿功能，更需要有准确的绝对角度检测能力，以及适当的角度中点修正能力，还需要适当的跑偏补偿算法来配合，才能使EPS系统实现对跑偏车辆具有良好的纠偏能力。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明利用非接触电磁感应式纯扭矩传感器的P信号，通过算法，能对异常P信号进行过滤，保证采样值有效；再通过算法，将P信号与角度的相对关系转化为EPS系统绝对角度；提供了角度中点自学习找回算法和角度中点自学习修正算法，以保证EPS系统绝对角度准确可信；同时开发一种跑偏补偿算法，实现EPS系统对跑偏车辆具有自动纠偏能力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：EPS系统中的ECU，对纯扭矩传感器的P信号按1ms周期实时采样，并按PWM_P占空比信号有效范围及其信号变化量极限范围，对异常PWM_P占空比信号进行算法过滤，使参入绝对角度算法的PWM_P采样值是有效的；当ECU获得有效PWM_P采样值后，经与初始所标定的角度中点PWM_P₀和基准区段号K＝0做比较，并按设计的规则进行运算，即可获得EPS系统绝对角度。

EPS系统的角度中点自学习找回算法(或称功能)设计是基于初始中点标定的PWM_P₀可信的情况下，当EPS系统断电再上电，仅由于区段号K可能发生异常变化，而使EPS系统角度中点不可信；需设计一种有约束条件的统计方法，来收集车辆直行状态下的EPS系统绝对角度值，此时ECU所获得的绝对角度值也不可信，需对它们除以40后再取整，来统计它们发生的频次数，依据频次数最高的取整值，即可找回基准区段号K＝0，也就恢复了EPS系统角度中点。

EPS系统的角度中点自学习修正算法(或称功能)设计是针对车辆直行的角度零点与EPS所标定角度中点可能存在较大偏差，影响了相关控制功能，需对角度中点PWM_P₀和基准区段号K，同时检验和修正；每次EPS系统上电，需在完成上述角度中点自学习找回，且区段号K首次被更新后，才触发角度中点自学习修正功能启动，并按角度中点自学习找回算法中的要求及规则，重新收集车辆直行状态下的EPS系统绝对角度值，统计其平均值，确定其偏差，依此，再通过所设计的算法来同时修正PWM_P₀和基准区段号K，即可完成一次修正；角度中点自学习修正功能会反复持续运行，经多次修正，最终可使EPS系统角度中点逼近车辆直行的角度零点。

汽车跑偏因素较多，其中配装EPS系统的车辆，由于角度中点标定的偏差较大，方向盘会向EPS系统所标定角度中点一侧转动的趋势，从而造成车辆跑偏，该因素所引起的跑偏现象，可由上述角度中点自学习修正的方案来解决；而针对其它因素所引起的跑偏现象，则需跑偏补偿功能来应对，该功能仍按角度中点自学习找回算法中所规定的采样条件及规则，并利用其记录的相关数据，对手力值进行算术平均统计，获得纠偏手力值，再按适当的补偿电流梯度，来增加或减少补偿电流，驱动EPS电机提供纠偏转矩，使其抵消纠偏手力，经持续多次的跑偏补偿循环，最终可使驾驶员无需纠偏手力或小于规定的纠偏手力，来保持车辆直行而不跑偏。

进一步地，利用纯扭矩传感器的P信号，对异常P信号进行过滤，保证采样值有效，其算法表达式由二部分组成，包括：

按算式(A1)首先对第n次采样值进行判断，再执行算式(A2)，最终对PWM_P信号采样赋值；算式(A2)中所设定|ΔPWM_P_n|≤4％判断值，当出现第1次异常而沿用前次采样值，第2次采样正常时，仍可使采样连续，但连续2次异常，既使第3次采样正常了，也可能会使算式(A2)陷入异常判断，因此对算式(A2)需设置临时跳出过滤的条件，即当连续2次沿用前次采样值，第3次则按实际采样赋值，而跳出本次过滤，之后再恢复过滤状态。

进一步地，将非接触电磁感应式纯扭矩传感器的P信号与角度的相对关系转化为EPS系统绝对角度，该算法表达式由三部分组成，包括：

EPS基准角度θ₀算法

θ₀＝(87.5％-PWM_P₀)×40°/75％……………………………………………………(A3)，

区段号K算法

EPS系统绝对角度θ算法

θ＝θ₀+(K-1)×40°+(PWM_P-12.5％)×40°/75％…………………………………(A5)。

进一步地，EPS系统对车辆直行状态下的相关参数进行记录、统计，获得纠偏手力ΔTs和补偿电流梯度ΔI_p的估算值，纠偏手力和补偿电流梯度的估计算法为：

算式(A6)中的补偿电流梯度设定二种：0.1A和0.2A，主要目的是当车辆跑偏不严重时，以较小的补偿电流梯度来增减原补偿量，当跑偏较严重时，以较大的补偿电流梯度来增减原补偿量，这两种补偿梯度值均不会引起车辆行驶中的明显手力变化，但会延迟跑偏补偿的达标时间；

EPS系统初始上电时，将额定跑偏补偿电流设置为I_pn＝0，之后EPS系统无论断电或上电运行，都需记忆前次I_pn-1值，以便加上算式(A6)所得的ΔI_p估算值，获得当前需更新的额定跑偏补偿电流值，同时，为了保证跑偏补偿不会对其它功能造成影响，以及从安全的角度来考虑，需设置额定跑偏补偿限制电流I_pmax，该限制电流是以车辆不需维修的纠偏手力1.0N.m，对应匹配设定的，通常I_pmax＝1.2～1.8A，额定跑偏补偿电流算法为：

当获得额定跑偏补偿电流I_pn值后，该跑偏补偿特性I_p与方向盘转角θ相关，在一定的角度范围有效，并随角度增大而衰减，所涉及到的二个特征角度点，通常θ_p1＝10°～20°，θ_p2＝20°～30°，跑偏补偿电流算法为：

进一步地，角度中点自学习找回算法为：EPS系统对车辆直行状态下的相关参数进行记录、统计和更新K值；当EPS系统上电后，以0.5s为周期记录Ts(i)、θ(i)、ROU(i)，仅当满足以下三个条件中其一：

1)AND(|Ts|≤1.0N.m，V≥30km/h，|ΔPWM_P₀|≤15％)，

2)AND(|Ts|≤1.0N.m，V≥30km/h，PWM_P₀≥72.5％，PWM_P≤27.5％，ΔPWM_P₀≤-60％)，

3)AND(|Ts|≤1.0N.m，V≥30km/h，PWM_P₀≤27.5％，PWM_P≥72.5％，ΔPWM_P₀≥+60％)，方可对相关参数进行记录；

当EPS系统上电所记录数据填满60组后，需在2s内完成统计处理，之后将自动清除所有记录，再重新开始采样并记录；所记录数据填满60组后，需将θ(i)按ROUND(θ/40，0)取整，对所得取整值为ROU(i)的频次数N(i)进行统计，提取频次数最高N_max所对应的ROU_Nmax，依此，按算式(A9)进行K值更新，其角度中点自学习找回算法表达式为：

进一步地，所述角度中点自学习修正算法为：EPS系统对车辆直行状态下的相关参数进行记录、统计和更新K、PWM_P₀和θ₀为K_A、PWM_P_A和θ_A；每次EPS系统上电，当完成角度中点找回，区段号K首次被更新后，角度中点自学习找回功能即刻暂停(直至下次EPS系统上电时再被触发启动)，同时触发角度中点自学习修正功能启动，并按“角度中点自学习找回算法”中的要求及规则，来采样和记录相关参数；当所记录数据再次填满60组后，需在2s内完成统计处理，之后将自动清除所有记录，重新采样并记录，依此不断循环；角度中点自学习修正算法的表达式，由三部分组成，包括：

Δθ_A和ΔPWM_P_A算法

PWM_P_A和K_A算法

基准角度θ_A算法：

θ_A＝(87.5％-PWM_P_A)×40°/75％……………………………………………(A12)；

若EPS系统所标定的初始角度中点与实际车辆直行零点偏差较大时，则会出现超长时间无法填满60组记录数据的情况，需清除原记录数据，再重复采样并记录；凡是按时限填满记录数据，经统计并修正的角度中点，可能仍未达到预期的车辆角度零点，该功能会持续运行，最终可使EPS系统角度中点逼近车辆零点。

以上涉及的参数包括：传感器T信号PWM_T、转向手力Ts、传感器P信号PWM_P、基准P信号PWM_P₀、P信号的区段号K、EPS系统绝对角度θ、当前采样P信号PWM_P_n、前次采样P信号PWM_P_n-1、采样P信号变化量ΔPWM_P_n＝PWM_P_n-PWM_P_n-1、EPS基准角度θ₀、有效P信号变化量ΔPWM_P＝PWM_P-PWM_P_n-1、前次区段号K_n-1、有效P信号到中点PWM_P₀差值量ΔPWM_P₀＝PWM_P-PWM_P₀、车速V、手力Ts记录值Ts(i)、绝度角度θ记录值θ(i)、θ取整值的频次数N(i)、最高频次数N_max、θ取整后记录值ROU(i)、N_max对应的θ取整值ROU_Nmax、修正点绝对角度Δθ_A、修正点P信号PWM_P_A、修正点P信号偏差ΔPWM_P_A＝PWM_P_A-PWM_P₀、修正点区段号K_A、修正点基准角度θ_A、纠偏手力ΔTs、跑偏补偿电流I_p、额定跑偏补偿电流I_pn、前次额定跑偏补偿电流I_pn-1、最大额定跑偏补偿电流I_pmax、跑偏补偿电流梯度ΔI_p、跑偏补偿特征角度θ_p1、跑偏补偿特征角度θ_p2。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过对EPS系统所采用的低成本纯扭矩传感器P信号的算法设计，使其具备角度检测能力，可为EPS系统实现各种控制功能，提供绝对角度的参数支持。

2、本发明通过所设计的角度中点自学习找回算法，可在车辆行驶中，EPS系统自动找回丢失的角度中点，恢复整车下线时所标定的初始角度中点，无需专业厂家重新标定。

3、本发明通过所设计的角度中点自学习修正算法，可在车辆行驶中，EPS系统自动统计相关参数，来判断EPS系统角度中点与车辆直行的角度零点是否一致，并持续循环地予以修正，最终可使EPS系统角度中点逼近车辆零点，实现更准确的绝对角度检测能力；如：跑偏补偿功能对角度误差要求较为严格，修正后的角度可供使用。

4、本发明通过所设计的跑偏补偿算法，可使EPS系统自动识别车辆跑偏状态，提供渐进式的补偿力矩，使驾驶员无需纠偏手力或小于规定的纠偏手力，保持车辆直行而不跑偏。

附图说明

本发明共有附图5张，其中：

图1为本发明的角度中点标定后PWM_P与θ等关系示意图。

图2为本发明的车辆直行状态的各物理参数关系示意图。

图3为本发明的EPS系统断电和上电时的区段号K值变化的举例示意图。

图4为本发明的标定点PWM_P₀和修正点PWM_P_A示意图。

图5为本发明的跑偏补偿电流随角度变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解释说明。

物理参数定义及术语：

本发明EPS系统传感器采用了低成本的非接触交变电磁感应式纯扭矩传感器，其输出扭矩T信号需要2个转子与PCB板上的预埋线圈和芯片配合，当2个转子随上下轴转动时，由固定位置的预埋线圈感应转子角度变化，利用其相对角度差来检测并输出T信号，该信号是PWM占空比形式信号，被ECU处理后可得转向手力Ts，这是EPS系统工作所需的基本信号。纯扭矩传感器其中一个40°转子及芯片所对应输出的P信号，是随上轴转动的，且与角度相关的PWM占空比形式信号，其PWM_P变化量与角度变化量呈线性关系。依此基本条件，本发明做以下开发设计。

一.异常PWM_P信号过滤

为保证对PWM_P信号的采样有效，本发明采取了适当算法对异常PWM_P信号进行过滤。通常汽车驾驶员操控方向盘的最快转角速度小于1000deg/s，若ECU按1ms采样周期，相邻采样点变化量ΔPWM_P_n＝PWM_P_n-PWM_P_n-1，通常其采样结果|ΔPWM_P_n|≤1.875％均属正常，但存在二个特殊采样范围段，如：向右转时由85.625％～87.5％变至12.5％～14.3755％和向左转时由12.5％～14.375％变至85.625％～87.5％，会出现P信号采样值突变，属于区段转换的正常现象，除此之外均属异常，此时需对异常采样点赋值为前次采样值。据此分析及所给出的策略，再结合PWM_P信号自身特点，异常PWM_P信号过滤算法如下：

首先对第n次采样值按算式(1)进行判断，再执行算式(2)，最终对PWM_P信号采样赋值。算式(2)中所设定|ΔPWM_P_n|≤4％判断值，当出现第1次异常而沿用前次采样值，第2次采样正常时，仍可使采样连续，但连续2次异常，既使第3次采样正常了，也可能会使算式(2)陷入异常判断。因此对算式(2)需设置临时跳出过滤的条件，即当连续2次沿用前次采样值时，第3次则按实际采样赋值，而跳出本次过滤，之后再恢复过滤状态。

异常PWM_P信号过滤算法的代码示意如下：

n＝0 ％％ 记忆赋值为前次采样值的次数，EPS系统上电时设置初始n＝0

If PWM_P_n<12.5％or PWM_P_n>87.5％Then％％当前PWM_P采样极限判断

PWM_P_n＝PWM_P_n-1 ％％ 赋值为前次采样值

n＝n+1 ％％ 记忆赋值为前次采样值的次数

End If

ΔPWM_P_n＝PWM_P_n-PWM_P_n-1

If PWM_P_n-1≤16.5％and PWM_P_n≥83.5％andΔPWM_P_n≥+71％Then

PWM_P＝PWM_P_n,n＝0

End If

If PWM_P_n-1≥83.5％and PWM_P_n≤16.5％andΔPWM_P_n≤-71％Then

PWM_P＝PWM_P_n,n＝0

End If

If|ΔPWM_P_n|≤4％Then PWM_P＝PWM_P_n,n＝0

Else PWM_P＝PWM_P_n-1,n＝n+1

End If

If n>2Then ％％ 若连续2次异常，第3次仍为异常时，采取以下措施

PWM_P＝PWM_P_n，n＝0 ％％ 赋为实际采样值，并跳出本次采样的异常信号过滤

End If

二.基本角度算法

当车辆下线，EPS系统必须通过手动标定方法，使其角度中点与车辆直行中位(即角度零点)重合，ECU记忆当前基准P信号为PWM_P₀及所处区段号K＝0。手动标定所获得EPS系统角度中点是后续相关功能的基础，缺少该操作环节，将使基本角度算法不能执行，相关功能也将被暂停。标定后的P信号与EPS系统的角度中点PWM_P₀、区段号K及绝对角度θ等关系如图1所示。其中θ₀为EPS基准角度，设ΔPWM_P＝PWM_P-PWM_P_n-1。

EPS基准角度θ₀算法：

θ₀＝(87.5％-PWM_P₀)×40°/75％………………………………………………(3)

区段号K算法：

EPS系统绝对角度θ算法：

θ＝θ₀+(K-1)×40°+(PWM_P-12.5％)×40°/75％………………………………(5)

由算式(4)可知，区段号K与前次区段号K_n-1相关，需ECU连续滚动记忆，使车辆实际所处的角度区段号与ECU计算结果可保持一致。当EPS系统断电后，且车辆方向盘在此期间又被无意转动，而当EPS系统再上电，ECU断电时所记忆的区段号与车辆实际方向盘所处转角范围就不能吻合了，使角度检测会出现严重偏差，不能被EPS系统应用。因此，需找回角度中点，才能恢复各项控制功能。

区段号K算法的代码示意如下：

ΔPWM_P＝PWM_P-PWM_P_n-1

IfΔPWM_P<-20％Then K＝K_n-1+1

End If

IfΔPWM_P>20％Then K＝K_n-1-1

Else K＝K_n-1

End If。

三.角度中点自学习找回算法

手动标定角度中点时，通常是在车辆直行一段距离后，停车标定的，所标定的EPS系统角度中点，可较真实地表征了车辆直行的角度零点；如图2所示，车辆保持直行状态，以车辆角度零点为基准，所体现出的相关参数变化范围如表1所示。其中手力Ts和绝对角度θ的方向性定义为：凡手力Ts有利于向右转向为正值，反之为负值；绝对角度θ以标定角度中点为基准，向右转角为正值，反之为负值。

表1：车辆直行时相关物理参数的表现状态

1	EPS系统标定角度中点的偏差	±5°
			2	方向盘保持直行的微调角度范围	±5°
3	方向盘保持直行的微调手力范围	|Ts|≤0.5N.m
			4	车辆跑偏时，不需维修的纠偏手力	|Ts|≤1.0N.m
5	车辆跑偏时，不引起疲劳的纠偏手力	|Ts|≤0.4N.m
			6	手力≤1.0N.m轻微大半径转向的转角	|θ|≤20°

EPS系统重新上电后，即开始执行基本角度算法，并可获得当前EPS系统绝对角度θ，但此时，ECU所记忆的区段号K已不可信，故所获得的绝对角度θ值也不可信，需暂停与其相关功能，如：跑偏补偿功能需被暂停使用，当EPS系统找回角度中点后，方可触发其重新启动。举例说明，如图3所示，当EPS系统断电时，ECU记忆此刻的区段号K＝K_OFF＝4，当EPS系统再上电时刻，ECU获取的区段号仍为K＝K_ON＝K_OFF＝4，此刻EPS系统所获得的绝对角度θ是不准确的，需找回正确区段号K＝2后，即可恢复角度中点。图中PWM_P_ON为上电时刻所采样的P信号实测值，需参入基本角度算法来进行运算，而PWM_P_OFF为断电时刻所采样的P信号值，无需记忆。

当EPS系统上电后，首先清除表2中所有记录数据，再以0.5s为记录周期，仅当满足以下三个条件中其一时，方可对相关参数按表2进行记录。设ΔPWM_P₀＝PWM_P-ΔPWM_P₀。

1)AND(|Ts|≤1.0N.m，V≥30km/h，|ΔPWM_P₀|≤15％)；

2)AND(|Ts|≤1.0N.m，V≥30km/h，PWM_P₀≥72.5％，PWM_P≤27.5％，ΔPWM_P₀≤-60％)；

3)AND(|Ts|≤1.0N.m，V≥30km/h，PWM_P₀≤27.5％，PWM_P≥72.5％，ΔPWM_P₀≥+60％)。

表2：车辆直行时参数记录表

当EPS系统上电所记录数据填满60组后，需在2s内完成统计处理，之后将自动清除表2中所有记录，再重新开始采样并记录。所记录数据填满60组后，需将θ(i)按ROUND(θ/40，

0)取整，对所得取整值为ROU(i)的频次数N(i)进行统计，提取频次数最高N_max所对应的ROU_Nmax，依此，按算式(6)进行K值更新。

角度中点自学习找回算法：

在理论上，车辆持续直行30s后，即可找回EPS角度中点，但车辆行驶过程复杂，EPS系统会在期间不断累积符合条件的数据，由于手力条件Ts、车速条件V等，以及跑偏因素等约束，按表2所记录数据会出现较长时间无法填满的现象，也无法完成EPS角度中点找回，因此需设定10分钟的时限来报警提示，以便驾驶员采取手动EPS系统角度中点标定。既使报警提示，EPS系统仍需继续运行角度中点自学习找回功能，直至找回角度中点，方可执行其它功能。建议在车辆服务说明书中提示驾驶员：为良好发挥EPS系统的回正补偿、阻尼补偿、跑偏补偿等能力，每次上电后需尽快以大于30km/h车速直行60s以上，并尽可能连续行驶，或有意识选择大于600m直道，以35km/h左右车速行驶，来完成EPS角度中点找回。

角度中点自学习找回算法的代码示意如下：

四.角度中点自学习修正算法

每次EPS系统上电，当完成角度中点找回，区段号K首次被更新后，角度中点自学习找回功能即刻暂停(直至下次EPS系统上电时再被触发启动)，同时触发角度中点自学习修正功能启动，并按序号三“角度中点自学习找回算法”中的要求及规则，来采样和记录表2中的参数。当所记录数据再次填满60组后，需在2s内完成统计处理，之后将自动清除表2中所有记录，重新采样并记录，依此不断循环。

为便于理解，如图4所示，初始标定的角度中点为PWM_P₀和基准角度θ₀，已与车辆直行零点出现偏差，而能与车辆直行零点吻合的角度中点设为PWM_P_A和基准角度θ_A，二者角度差值为Δθ_A(当前θ值)，ΔPWM_P_A代表两角度中点的占空比净差。

Δθ_A和ΔPWM_P_A算法：

PWM_P_A和K_A算法：

基准角度θ_A算法：

θ_A＝(87.5％-PWM_P_A)×40°/75％………………………………………………(9)

若EPS系统所标定的初始角度中点与实际车辆直行零点偏差较大时，则会出现超长时间(时限为10分钟)无法填满60组记录数据的情况，需清除原记录数据，再重复采样并记录。凡是按时限填满记录数据，经统计并修正的角度中点，可能仍未达到预期的车辆角度零点，该功能会持续运行，最终可使EPS系统角度中点逼近车辆零点。

Δθ_A和ΔPWM_P_A算法的代码示意如下：

PWM_P_A、K_A和θ_A算法的代码示意如下：

If PWM_P₀+ΔPWM_P_A<12.5％Then

PWM_P_A＝PWM_P₀+ΔPWM_P_A+75％,K_A＝K-1

End If

If 12.5％≤PWM_P₀+ΔPWM_P_A≤87.5％Then

PWM_P_A＝PWM_P₀+ΔPWM_P_A,K_A＝K

End If

If PWM_P₀+ΔPWM_P_A>87.5％Then

PWM_P_A＝PWM_P₀+ΔPWM_P_A-75％,K_A＝K+1

End If

θ_A＝(87.5％-PWM_P_A)*40°/75％。

五.跑偏补偿算法

车辆行驶跑偏表现为直线行驶时，驾驶员将方向盘自由置于中间位置，汽车行驶方向偏离汽车纵轴线，驾驶员需在方向盘上施加一矫正力(或称纠偏手力)，以保持汽车直行，跑偏是汽车使用中常见故障之一。通常所需纠偏手力≤0.4N.m，即符合标准要求。

按技术方案说明，汽车跑偏因素较多，其中配装EPS系统的车辆，由于角度中点标定的偏差较大，而造成车辆跑偏，可由本发明中角度中点自学习修正的方法来解决；而针对其它因素所引起的跑偏现象，按以下跑偏补偿的方法应对。

根据本发明EPS系统的角度中点自学习找回方法中所规定的采样条件及规则，并利用其表2所记录相关数据，对手力Ts进行算术平均值统计，获得纠偏手力ΔTs和补偿电流梯度ΔI_p的估算值。

纠偏手力和补偿电流梯度的估计算法：

算式(10)中的补偿电流梯度设定二种：0.1A和0.2A，主要目的是当车辆跑偏不严重时，以较小的补偿电流梯度来增减原补偿量；当跑偏较严重时，以较大的补偿电流梯度来增减原补偿量。这两种补偿梯度值均不会引起车辆行驶中的明显手力变化，但会延迟跑偏补偿的达标时间。

EPS系统初始上电时，将额定跑偏补偿电流设置为I_pn＝0，之后EPS系统无论断电或上电运行，都需记忆前次I_pn-1值，以便加上算式(10)所得的ΔI_p估算值，获得当前需更新的额定跑偏补偿电流值。同时，为了保证跑偏补偿不会对其它功能造成影响，以及从安全的角度来考虑，需设置额定跑偏补偿限制电流I_pmax，该限制电流是以车辆不需维修的纠偏手力1.0N.m，对应匹配设定的，通常I_pmax＝1.2～1.8A。

额定跑偏补偿电流算法：

当获得额定跑偏补偿电流I_pn值后，该跑偏补偿特性I_p与方向盘转角θ相关，在一定的角度范围有效，并随角度增大而衰减，如图5所示。图中的二个特征角度点，通常θ_p1＝10°～20°，θ_p2＝20°～30°。

跑偏补偿电流算法：

纠偏手力和补偿电流梯度估计算法的代码示意如下：

额定跑偏补偿电流算法的代码示意如下：

Dim I_pmax,I_pn,I_pn-1 As Variant

I_pmax＝1.5A,I_pn-1＝I_pn

If|I_pn-1+ΔI_p|≤I_pmax Then I_pn＝I_pn-1+ΔI_p

End If

If|I_pn-1+ΔI_p|>I_pmax Then I_pn＝sgn(I_pn-1+ΔI_p)*I_pmax

End If。

跑偏补偿电流算法的代码示意如下：

Dim I_p,θ_p1,θ_p2 As Variant

θ_p1＝15°,θ_p1＝25°

If|θ|≤θ_p1 Then I_p＝I_pn

End If

Ifθ_p1<θ≤θ_p2 Then I_p＝I_pn*(θ_p2-θ)/(θ_p2-θ_p1)

End If

If-θ_p2≤θ<-θ_p1 Then I_p＝I_pn*(θ_p2+θ)/(θ_p2-θ_p1)

End If

If|θ|>θ_p2 Then I_p＝0

End If。

综上所述，本发明基于低成本纯扭矩传感器的P信号，开发设计了上述各种算法，使EPS系统具备了绝对角度检测能力，以及角度中点自学习找回和修正的能力，实现了EPS系统跑偏补偿功能。

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 (7)

1.角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法，其特征在于，

①EPS系统中的ECU，对纯扭矩传感器的P信号按1ms周期实时采样，并按PWM_P占空比信号有效范围及其信号变化量极限范围，对异常PWM_P占空比信号进行算法过滤，使参入绝对角度算法的PWM_P采样值是有效的；

②当ECU获得有效PWM_P采样值后，经与初始所标定的角度中点PWM_P₀和基准区段号K＝0做比较，并按设计的规则进行运算，即可获得EPS系统绝对角度；

③基于初始中点标定的PWM_P₀可信的情况下，当EPS系统断电再上电，仅由于区段号K可能发生异常变化，而使EPS系统角度中点不可信时；采用角度中点自学习找回算法：收集车辆直行状态下的EPS系统绝对角度值，对它们除以40后再取整，来统计它们发生的频次数，依据频次数最高的取整值，即可找回基准区段号K＝0，也就恢复了EPS系统角度中点；

④当车辆直行的角度零点与EPS所标定角度中点可能存在较大偏差，影响了相关控制功能，需对角度中点PWM_P₀和基准区段号K，同时检验和修正，采用角度中点自学习修正算法：每次EPS系统上电，需在完成上述角度中点自学习找回，且区段号K首次被更新后，才触发角度中点自学习修正功能启动，并按角度中点自学习找回算法中的要求及规则，重新收集车辆直行状态下的EPS系统绝对角度值，统计其平均值，确定其偏差，依此，再通过所设计的算法来同时修正PWM_P₀和基准区段号K，即可完成一次修正；角度中点自学习修正功能会反复持续运行，经多次修正，最终可使EPS系统角度中点逼近车辆直行的角度零点。

2.根据权利要求1所述的角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法，其特征在于，按角度中点自学习找回算法中所规定的采样条件及规则，利用其记录的相关数据，对手力值进行算术平均统计，获得纠偏手力值，再按适当的补偿电流梯度，来增加或减少补偿电流，驱动EPS电机提供纠偏转矩，使其抵消纠偏手力，经持续多次的跑偏补偿循环，最终可使驾驶员无需纠偏手力或小于规定的纠偏手力，来保持车辆直行而不跑偏。

3.根据权利要求1所述的角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法，其特征在于，利用纯扭矩传感器的P信号，对异常P信号进行过滤，保证采样值有效，其算法表达式由二部分组成，包括：

按算式(A1)首先对第n次采样值进行判断，再执行算式(A2)，最终对PWM_P信号采样赋值；算式(A2)中所设定|ΔPWM_P_n|≤4％判断值，当出现第1次异常而沿用前次采样值，第2次采样正常时，仍可使采样连续，但连续2次异常，既使第3次采样正常了，也可能会使算式(A2)陷入异常判断，因此对算式(A2)需设置临时跳出过滤的条件，即当连续2次沿用前次采样值，第3次则按实际采样赋值，而跳出本次过滤，之后再恢复过滤状态。

4.根据权利要求1所述的角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法，其特征在于，将非接触电磁感应式纯扭矩传感器的P信号与角度的相对关系转化为EPS系统绝对角度，该算法表达式由三部分组成，包括：

EPS基准角度θ₀算法

θ₀＝(87.5％-PWM_P₀)×40°/75％……………………………………………………(A3)，

区段号K算法

EPS系统绝对角度θ算法

θ＝θ₀+(K-1)×40°+(PWM_P-12.5％)×40°/75％…………………………………(A5)。

5.根据权利要求1所述的角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法，其特征在于，EPS系统对车辆直行状态下的相关参数进行记录、统计，获得纠偏手力ΔTs和补偿电流梯度ΔI_p的估算值，纠偏手力和补偿电流梯度的估计算法为：

算式(A6)中的补偿电流梯度设定二种：0.1A和0.2A，主要目的是当车辆跑偏不严重时，以较小的补偿电流梯度来增减原补偿量，当跑偏较严重时，以较大的补偿电流梯度来增减原补偿量，这两种补偿梯度值均不会引起车辆行驶中的明显手力变化，但会延迟跑偏补偿的达标时间；

EPS系统初始上电时，将额定跑偏补偿电流设置为I_pn＝0，之后EPS系统无论断电或上电运行，都需记忆前次I_pn-1值，以便加上算式(A6)所得的ΔI_p估算值，获得当前需更新的额定跑偏补偿电流值，同时，为了保证跑偏补偿不会对其它功能造成影响，以及从安全的角度来考虑，需设置额定跑偏补偿限制电流I_pmax，该限制电流是以车辆不需维修的纠偏手力1.0N.m，对应匹配设定的，通常I_pmax＝1.2～1.8A，额定跑偏补偿电流算法为：

当获得额定跑偏补偿电流I_pn值后，该跑偏补偿特性I_p与方向盘转角θ相关，在一定的角度范围有效，并随角度增大而衰减，所涉及到的二个特征角度点，通常θ_p1＝10°～20°，θ_p2＝20°～30°，跑偏补偿电流算法为：

6.根据权利要求1或2所述的角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法，其特征在于，角度中点自学习找回算法为：EPS系统对车辆直行状态下的相关参数进行记录、统计和更新K值；当EPS系统上电后，以0.5s为周期记录Ts(i)、θ(i)、ROU(i)，仅当满足以下三个条件中其一：

1)AND(|Ts|≤1.0N.m，V≥30km/h，|ΔPWM_P₀|≤15％)，

2)AND(|Ts|≤1.0N.m，V≥30km/h，PWM_P₀≥72.5％，PWM_P≤27.5％，ΔPWM_P₀≤-60％)，

3)AND(|Ts|≤1.0N.m，V≥30km/h，PWM_P₀≤27.5％，PWM_P≥72.5％，ΔPWM_P₀≥+60％)，方可对相关参数进行记录；

当EPS系统上电所记录数据填满60组后，需在2s内完成统计处理，之后将自动清除所有记录，再重新开始采样并记录；所记录数据填满60组后，需将θ(i)按ROUND(θ/40，0)取整，对所得取整值为ROU(i)的频次数N(i)进行统计，提取频次数最高N_max所对应的ROU_Nmax，依此，按算式(A9)进行K值更新，其角度中点自学习找回算法表达式为：

7.根据权利要求1所述的角度中点自学习找回和修正以实现EPS跑偏补偿的方法，其特征在于，所述角度中点自学习修正算法为：EPS系统对车辆直行状态下的相关参数进行记录、统计和更新K、PWM_P₀和θ₀为K_A、PWM_P_A和θ_A；每次EPS系统上电，当完成角度中点找回，区段号K首次被更新后，角度中点自学习找回功能即刻暂停(直至下次EPS系统上电时再被触发启动)，同时触发角度中点自学习修正功能启动，并按“角度中点自学习找回算法”中的要求及规则，来采样和记录相关参数；当所记录数据再次填满60组后，需在2s内完成统计处理，之后将自动清除所有记录，重新采样并记录，依此不断循环；角度中点自学习修正算法的表达式，由三部分组成，包括：

Δθ_A和ΔPWM_P_A算法

PWM_P_A和K_A算法

基准角度θ_A算法：

θ_A＝(87.5％-PWM_P_A)×40°/75％………………………………………………(A12)；

若EPS系统所标定的初始角度中点与实际车辆直行零点偏差较大时，则会出现超长时间无法填满60组记录数据的情况，需清除原记录数据，再重复采样并记录；凡是按时限填满记录数据，经统计并修正的角度中点，可能仍未达到预期的车辆角度零点，该功能会持续运行，最终可使EPS系统角度中点逼近车辆零点。

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