CN112124418A - 车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法 - Google Patents

车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法，以车辆行驶速度、转向盘转矩和转向盘角速度信号作为输入，根据转向盘转矩计算得到转矩变化率，并判断转矩和转矩变化率是否超出门槛值，未超出则进行计算得到转矩增益系数，超出则退出阻尼控制功能；根据车辆行驶速度和转向盘角速度计算得到速度增益系数；根据转向盘角速度计算得到初始阻尼力矩；初始阻尼力矩与转矩增益系数和速度增益系数相乘，得到最终阻尼力矩，并对最终阻尼力矩进行合理性检查。在车辆行驶的全车速范围内提升了阻尼控制功能的安全性。

Description

车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法
技术领域
本发明涉及车辆电动助力转向系统领域，尤其是指一种车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法。
背景技术
传统的采用无助力转向或液压助力转向的车辆在高速行驶时，中心感不好，总是让驾驶员感觉转向盘发飘，难以获得很好的路感，增加了驾驶员驾车的危险系数。电动助力转向系统增加了阻尼控制功能，防止直线行驶时因外界干扰引起的转向盘抖动，在汽车高速行驶时能够适当增加转向阻力，避免高速行驶转向回正过程中出现回正超调，实现了高速驾驶时的稳重手感，大大增强了汽车行驶的安全性。
随着汽车进入智能化阶段，高级辅助驾驶、自动驾驶对电动助力转向系统的功能安全的要求越来越高。传统的阻尼控制方法主要基于车辆行驶速度和转向盘角速度作为输入信号设计阻尼策略，而且主要考虑高速行驶的工况，没有对转矩信号和阻尼控制的功能安全进行过多考虑。
基于上述背景本发明设计了一种车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法，减小因功能失效导致的安全问题的风险，在车辆行驶的全车速范围内很好的提升了阻尼控制功能的安全性。
发明内容
本发明通过转向盘转矩和转矩变化率监测以及阻尼力矩合理性检测的机制，根据车辆行驶速度、转向盘转矩和转向盘角速度输入信号计算得到阻尼力矩，通过助力电机提供特定的反向助力力矩，在车辆行驶的全车速范围内很好的提升了阻尼控制功能的安全性。
本发明的电动助力转向系统的阻尼控制方法为，当电动助力转向系统的控制器接收到整车的点火信号进入工作状态时，以车辆行驶速度、转向盘转矩、转向盘角速度信号作为输入，根据转向盘转矩计算得到转矩变化率，并判断转矩和转矩变化率是否超出门槛值，未超出则进行计算得到转矩增益系数，超出则退出阻尼控制功能；根据车辆行驶速度和转向盘角速度计算得到速度增益系数；根据转向盘角速度计算得到初始阻尼力矩；初始阻尼力矩与转矩增益系数和速度增益系数相乘，得到最终阻尼力矩，并对最终阻尼力矩进行合理性检查。最后通过助力电机执行最终阻尼力矩以实现阻尼控制。
所述门槛值基于实际转矩传感器产品性能和使用工况进行标定；
所述转矩增益系数随着转向盘转矩和转矩变化率的绝对值的增加而减小；
所述速度增益系数随着车辆行驶速度和转向盘角速度的绝对值的增加而增加；
所述初始阻尼力矩根据阻尼力矩正比于电动助力转向系统阻尼系数和转向盘角速度得到；所述合理性检查指对最终阻尼力矩进行限值检查，限值大小根据实际使用工况进行标定；本发明从功能安全的角度出发，通过对车辆行驶速度、转向盘转矩、转向盘角速度信号的处理，设计了一种车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法，最终实现更为安全的阻尼控制功能。
附图说明
图1是车辆电动助力转向系统的结构示意图；
图2是本发明电动助力转向系统的阻尼控制方法的流程图；
图中附图标记说明：
11为方向盘；12为转向管柱；13为转矩传感器；14为转向系统控制器ECU；15为助力电机； 16为减速机构；17为中间轴；18转向车轮；19为转向节臂；20为转向横拉杆；21为齿轮齿条式转向器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的具体实施方式做进一步的详细描述。以下附图用于说明本发明，但不是用来限制本发明的范围。
本发明的电动助力转向系统的阻尼控制方法是通过从功能安全角度出发进行设计实现的。参阅图1，在完成电动助力转向系统的模型建立后，结合图2进一步说明本发明的车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法：在电动助力转向系统控制器接收到上电指令并完成初始化后，电动助力转向系统控制器对接收到的车辆行驶速度信号、转向盘转矩信号、转向盘角速度信号按照图2所示流程进行处理。控制器对接收到的转向盘转矩信号先进行处理，通过微分计算得到转矩变化率，根据预设的门槛值判断是否进入阻尼控制模式，如果转矩值或转矩变化率两者其中有一个超出预设的转矩门槛值M1或转矩变化率门槛值M2，则退出阻尼控制模式；否则根据转矩值和转矩变化率计算得到转矩增益系数K1，根据转向盘角速度信号计算得到初始阻尼力矩T0，根据转向盘角速度信号和车辆行驶速度信号计算得到速度增益系数K2。通过 T0*K1*K2得到阻尼力矩T1，然后对阻尼力矩T1进行合理性检查，如果阻尼力矩T1超出预设的上限值，则将上限值Tm传递给最终阻尼力矩T；否则将阻尼力矩T1传递给最终阻尼力矩T。上述检测和计算步骤需要根据电动助力转向系统控制器的芯片类型和实际项目经验优化对应软件Runnable的执行周期。通过助力电机执行最终阻尼力矩T给电动助力转向系统提供适当的阻尼，实现安全的阻尼控制。
转向角速度信号可以通过电动助力转向系统的角度传感器所提供的角度信号进行微分计算获得，也可以通过电动助力转向系统的助力电机的电机位置传感器信号根据减速机构16传动比进行换算获得，还可以通过整车上安装的角度传感器所提供的角度信号进行微分计算获得。所述门槛值M1和M2，需要基于实际转矩传感器产品性能和使用工况进行标定，一般行驶工况下驾驶员转动方向盘的最大转矩M1不超过3-5Nm，最大转矩变化率M2不超过10-15Nm/s。若超出上述门槛值则说明当前驾驶员需要进行快速的转向，此时阻尼控制应暂时退出以便电动助力转向系统更快响应驾驶员的转向请求；
所述转矩增益系数K1，随着转向盘转矩和转矩变化率的绝对值的增大，相应的阻尼力矩要减小。根据转向盘转矩一定时，转向盘转矩变化率越大，所需阻尼力矩越小；转向盘转矩变化率一定时，转向盘转矩越大，所需阻尼力矩越小的原则进行设计。可以通过MATLAB/Simulink 完成设计；
所述速度增益系数K2，随着车辆行驶速度增大或转向角速度增大，相应的阻尼力矩要增大。根据车辆行驶速度一定时，转向盘角速度越大，所需阻尼力矩越大；转向盘角速度一定时，车辆行驶速度越大，所需阻尼力矩越大的原则进行设计。可以通过MATLAB/Simulink完成设计；
所述初始阻尼力矩T0，根据阻尼力矩正比于电动助力转向系统阻尼系数B和转向盘转速W，通过T0＝K*B*W计算得到，这里K为经验系数，根据实际情况进行设定；
所述合理性检查指参照二维插值表对最终阻尼力矩T进行限值检查，在全车速范围内根据插值算法计算得到最终阻尼力矩的上限值，车辆行驶速度和阻尼力矩上限值大小可根据实际情况进行标定。
所述二维插值表如下所示，具体设计根据实际情况进行标定；
车辆行驶速度V(Km/h) 10 30 50 70 80 100 120 150
阻尼力矩上限T(Nm) 1.5 1.8 1.9 2 2.1 2.3 2.6 3
所述插值算法处理包括：在二维插值表中找到第一个点(V1,T1)和第二个点(V2,T2)，当前车辆行驶速度信号值V介于V1和V2之间，V1<V<V2。则V对应的阻尼力矩上限值为：
Tm＝T1+(T2-T1)*(V-V1)/(V2-V1)
其中V1表示第一个点预设的车速值，T1表示第一个点预设的阻尼力矩上限值；V2表示第二个点预设的车速值，T2表示第二个点预设的阻尼力矩上限值；Tm表示当前车速下对应的阻尼力矩上限值。
综上所述，本发明通过转向盘转矩和转矩变化率监测以及阻尼力矩合理性检测的机制，根据车辆行驶速度、转向盘转矩和转向盘角速度输入信号计算得到阻尼力矩，通过助力电机提供特定的反向助力力矩，在车辆行驶的全车速范围内很好的提升了阻尼控制功能的安全性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法，以车辆行驶速度、转向盘转矩、转向盘角速度信号作为输入，根据转向盘转矩计算得到转矩变化率，并判断转矩和转矩变化率是否超出门槛值，未超出则进行计算得到转矩增益系数，超出则退出阻尼控制功能；根据车辆行驶速度和转向盘角速度计算得到速度增益系数；根据转向盘角速度计算得到初始阻尼力矩；初始阻尼力矩与转矩增益系数和速度增益系数相乘，得到最终阻尼力矩，并对最终阻尼力矩进行合理性检查，通过助力电机执行最终阻尼力矩以实现阻尼控制。
2.根据权利要求1所述的车辆电动助力转向系统的阻尼控制方法，其特征在于，通过转向盘转矩和转矩变化率监测以及阻尼力矩合理性检测的机制，在车辆行驶的全车速范围内很好的提升了阻尼控制功能的安全性。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113581281A (zh) * 2021-08-30 2021-11-02 中汽创智科技有限公司 一种车辆转向控制方法、装置、设备及存储介质
CN114044050A (zh) * 2021-12-14 2022-02-15 上海洛轲智能科技有限公司 阻尼补偿控制方法、电动助力转向系统及汽车
WO2024060014A1 (zh) * 2022-09-20 2024-03-28 华为技术有限公司 车辆控制方法、装置、车辆及存储介质

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