CN112896299A - 一种基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略 - Google Patents

一种基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，所述控制策略包括：设计转向风格模块、期望小齿轮转角确定模块、期望小齿轮处转向阻力矩确定模块；其中，转向风格模块通过转向盘力矩确定期望转向运动强度；期望小齿轮转角确定模块通过实际与期望转向运动强度确定期望小齿轮转角；期望小齿轮处转向阻力矩确定模块通过实际与期望小齿轮转角确定等效到小齿轮处转向阻力矩；进而确定电动助力转向系统的目标助力矩。有益效果是：统一了EPS的助力控制、阻尼控制和回正控制模式，无需复杂的切换逻辑及门限值，降低了EPS产品开发后期实车场地试验的难度与工作量，缩短了EPS开发周期，提供一致的转向感觉。

Description

一种基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略。
背景技术
近年来，电动助力转向系统(EPS)由于其节能、环保、安全等优点，在汽车上得到广泛应用。良好的助力转向系统应能兼顾转向轻便型、路感和回正性能等要求，给人良好且一致的转向感觉。EPS控制策略作为EPS系统的核心，对汽车转向性能有重要影响。
目前，公开发表的EPS文献和专利中，EPS控制策略均包括多种控制模式，主要包括助力控制、阻尼控制、回正控制，发明专利CN102717826A公布了一种车辆用电动助力转向系统控制策略，包括助力控制和回正控制，该专利基于回正力矩估计修正助力控制的电流，可适用于未配置转角传感器的EPS，但该控制策略需要进行回正状态判断与切换，且需要调整车速相关系数，对工况适应性较差。发明专利CN105882736A公布了一种车辆电动助力转向系统阻尼控制方法，当车辆车速达到一定值时，其根据车速和电机转速观测结果确定阻尼电流，进行阻尼控制提高汽车行驶的安全性和稳定性，该阻尼控制只在车速大于80km/h起作用，需要进行切换，且阻尼电流的确定基于模糊控制，模糊规则的设计较复杂。发明专利CN105774898A公布了一种包括助力控制、回正控制和阻尼控制的电动助力转向系统控制策略，其根据车速信号、转向盘转矩、转角、侧向加速度和横摆角速度等信号进行模式判断与切换，计算最终助力电流，改善了汽车回正性能，提高了车辆安全性与舒适性。
上述EPS控制策略均存在多种控制模式，需要复杂的切换逻辑及较多门限值，加大了实车场地试验标定难度，且无法保证转向盘力矩与汽车转向运动强度呈确定的对应关系以提供一致的转向感觉。因此，亟需提出一种能统一助力控制、阻尼控制和回正控制模式的、且能提供一致的转向感觉的EPS控制策略。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，以解决上述背景技术中提出的EPS存在多种控制模式，需要复杂的切换逻辑及较多门限值，加大了实车场地试验标定难度，且无法保证转向盘力矩与汽车转向运动强度呈确定的对应关系的问题。
本发明采用与以往EPS控制策略不同的思路，提出一种基于汽车转向运动闭环的EPS控制策略。在充分研究EPS机理的基础上，建立起驾驶员转向力矩与其期望的转向运动强度、转向运动强度与小齿轮转角、小齿轮转角与等效到小齿轮处转向阻力矩的联系。通过转向盘力矩确定驾驶员期望的转向运动强度，通过实际与期望转向运动强度和车辆底盘动力学稳态逆特性确定期望小齿轮转角，通过实际与期望小齿轮转角和转向系统稳态逆特性确定等效到小齿轮处转向阻力矩，等效到小齿轮处转向阻力矩减去转向盘力矩即可决策出EPS系统目标助力，该EPS控制策略统一了EPS各控制模式，并可保证转向盘力矩与汽车转向运动强度呈确定的对应关系，提供一致的转向感觉。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，所述控制策略包括：设计转向风格模块、期望小齿轮转角确定模块、期望小齿轮处转向阻力矩确定模块；
其中，转向风格模块通过转向盘力矩确定期望转向运动强度；
期望小齿轮转角确定模块通过实际与期望转向运动强度确定期望小齿轮转角；
期望小齿轮处转向阻力矩确定模块通过实际与期望小齿轮转角确定等效到小齿轮处转向阻力矩；
通过数学公式处理等效到小齿轮处转向阻力矩确定电动助力转向系统的目标助力矩。
作为本发明进一步的方案：所述转向风格模块的输入为转向盘力矩，所述汽车纵向速度为u，当u小于40km/h时，转向风格模块输出期望转向盘转角度，通过以下公式获得：
Figure BDA0002959588380000031
其中，δp、δsw分别为小齿轮转角、转向盘转角，Tsw为转向盘力矩，K为扭力杆刚度；Tsw和δsw为转向风格模块的输入，δp为转向风格模块的输出。
当u不小于40km/h时，侧向加速度代表了汽车转向运动强度，相应地转向风格是转向盘力矩与侧向加速度的对应关系，转向风格模块通过车辆底盘动力学稳态逆特性确定期望侧向加速度。
作为本发明再进一步的方案：期望小齿轮转角确定模块，确定与期望转向运动强度对应的小齿轮转角，其由车辆底盘动力学稳态逆特性和名义转向运动强度计算模块两部分组成。车辆底盘动力学稳态逆特性，当汽车纵向速度较低时(u<40km/h)，是转向盘转角与小齿轮转角的对应关系，当汽车纵向速度较高(u≥40km/h)时，是侧向加速度与小齿轮转角的对应关系。名义转向运动强度计算模块根据实际与期望的转向运动强度，即低速时的转向盘转角，高速时的侧向加速度，计算得到名义转向运动强度。根据名义转向运动强度查取车辆底盘动力学逆特性即可计算得到与此对应的小齿轮转角。
期望小齿轮处转向阻力矩确定模块，确定与期望小齿轮转角对应的转向阻力矩，其由转向系统动力学稳态逆特性和名义小齿轮转角计算模块两部分组成。转向系统动力学稳态逆特性是小齿轮转角与等效到小齿轮处转向阻力矩的对应关系。名义小齿轮转角计算模块根据实际与期望的小齿轮转角，计算得到名义小齿轮转角。根据名义小齿轮转角查取转向系统动力学稳态逆特性即可计算得到最终的转向阻力矩。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：统一了EPS的助力控制、阻尼控制和回正控制模式，无需复杂的切换逻辑及门限值，降低了EPS产品开发后期实车场地试验的难度与工作量，缩短了EPS开发周期；通过设计转向风格模块，可直接控制汽车的转向风格，并可保证转向盘力矩与汽车转向运动强度呈确定的对应关系，提供一致的转向感觉，提高EPS的品质。
附图说明
图1为本发明实施例中基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略的控制策略的原理示意图。
图2、3为本发明实施例中转向风格模块示意图。
图4为本发明实施例中期望小齿轮转角确定模块原地转向及车速较低时的底盘动力学稳态逆特性图。
图5为本发明实施例中期望小齿轮转角确定模块车速较高时的底盘动力学稳态逆特性图。
图6为本发明实施例中期望小齿轮处转向阻力矩确定模块中的转向系统动力学稳态逆特性图。
附图中：100、转向风格模块；200、期望小齿轮转角确定模块；300、期望小齿轮处转向阻力矩确定模块。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1，本发明实施例中，一种基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，所述控制策略包括转向风格模块、期望小齿轮转角确定模块和期望小齿轮处转向阻力矩确定模块。
转向风格模块是转向盘力矩与驾驶员期望转向运动强度的对应关系；期望小齿轮转角确定模块是驾驶员期望转向运动强度与小齿轮转角的对应关系；期望小齿轮处转向阻力矩确定模块是小齿轮转角与等效到小齿轮处转向阻力矩的对应关系；本发明应用于吉林大学ASCL驾驶模拟器的工作过程如下：
符号参数说明：
Figure BDA0002959588380000051
步骤一：设计转向风格模块100，即全车速范围内转向盘力矩与驾驶员期望转向运动强度的对应关系。当汽车纵向速度较低时(u<40km/h)，转向盘转角代表了汽车转向运动强度，相应地转向风格是转向盘力矩与转向盘转角的对应关系；当汽车纵向速度较高(u≥40km/h)时，侧向加速度代表了汽车转向运动强度，相应地转向风格是转向盘力矩与侧向加速度的对应关系。转向风格模块的设计可参考关于理想转向盘力矩特性的研究成果，设计得到的转向风格模块如图2、3所示。
步骤二：设计期望小齿轮转角确定模块200，其由车辆底盘动力学稳态逆特性和名义转向运动强度计算两部分组成。车辆底盘动力学稳态逆特性，当汽车纵向速度较低时(u<40km/h)，是转向盘转角与小齿轮转角的对应关系，稳态时二者满足
Figure BDA0002959588380000061
当汽车纵向速度较高(u≥40km/h)时，是侧向加速度与小齿轮转角位置的对应关系，其确定关系可参考国标GB/T 6323-2014稳态定圆相关试验标准标定得到，标定结果如图4、5所示。名义转向运动强度计算模块根据实际与期望的转向运动强度，计算得到名义转向运动强度，当汽车纵向速度较低时，
Figure BDA0002959588380000062
当汽车纵向速度较高时，
Figure BDA0002959588380000063
根据名义转向运动强度查取车辆底盘动力学逆特性即可计算得到与此对应的小齿轮转角。
步骤三：设计期望小齿轮处转向阻力矩确定模块300，其由转向系统动力学稳态逆特性和名义小齿轮转角计算两部分组成。转向系统动力学稳态逆特性是小齿轮转角与等效到小齿轮处转向阻力矩的对应关系，其确定关系可参考国标GB/T 6323-2014稳态定圆相关试验标准标定得到，标定结果如图6所示。名义小齿轮转角计算模块根据实际与期望的小齿轮转角，计算得到名义小齿轮转角；
Figure BDA0002959588380000064
根据名义小齿轮转角查取转向系统动力学稳态逆特性即可计算得到与此对应的转向阻力矩。
步骤四：根据转向盘力矩和上述模块计算得到的等效到小齿轮处转向阻力矩，即可计算得到目标助力矩
Figure BDA0002959588380000065
Figure BDA0002959588380000066
该助力大小可保证转向盘力矩与汽车转向运动强度呈确定的对应关系，提供一致的转向感觉。Tp表示转向阻力矩。
该控制策略通过设计的转向风格模块100、期望小齿轮转角确定模块200及期望小齿轮处转向阻力矩确定模块300共三个模块，统一了EPS的助力控制、阻尼控制和回正控制模式，无需复杂的切换逻辑及门限值，降低了EPS产品开发后期实车场地试验的难度与工作量，缩短了EPS开发周期；通过设计转向风格模块，可直接控制汽车的转向风格，并可保证转向盘力矩与汽车转向运动强度呈确定的对应关系，提供一致的转向感觉，提高EPS的品质。
本发明的工作原理：通过转向盘力矩确定驾驶员期望的转向运动强度，通过实际与期望转向运动强度和车辆底盘动力学稳态逆特性确定期望小齿轮转角，通过实际与期望小齿轮转角和转向系统稳态逆特性确定等效到小齿轮处转向阻力矩，等效到小齿轮处转向阻力矩减去转向盘力矩即可决策出电动助力转向系统目标助力矩。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，其特征在于，所述控制策略包括：设计转向风格模块、期望小齿轮转角确定模块、期望小齿轮处转向阻力矩确定模块；
其中，转向风格模块通过转向盘力矩确定期望转向运动强度；
期望小齿轮转角确定模块通过实际与期望转向运动强度确定期望小齿轮转角；
期望小齿轮处转向阻力矩确定模块通过实际与期望小齿轮转角确定等效到小齿轮处转向阻力矩；
通过数学公式处理等效到小齿轮处转向阻力矩确定电动助力转向系统的目标助力矩。
2.根据权利要求1所述的基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，其特征在于，所述转向风格模块的输入为转向盘力矩，所述汽车纵向速度为u，当u小于预设阈值时，转向风格模块输出期望转向盘转角度，当u不小于预设阈值时，转向风格模块输出期望侧向加速度。
3.根据权利要求2所述的基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，其特征在于，所述的预设阈值为40km/h。
4.根据权利要求2所述的基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，其特征在于，当u小于预设阈值时，转向风格模块的输入、输出满足
Figure FDA0002959588370000011
其中，δp、δsw分别为小齿轮转角、转向盘转角，Tsw为转向盘力矩，K为扭力杆刚度；Tsw和δsw为转向风格模块的输入，δp为转向风格模块的输出。
5.根据权利要求1所述的基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，其特征在于，所述期望小齿轮转角确定模块，在汽车纵向速度不同的情况下，期望转向盘转角或期望侧向加速度输入期望小齿轮转角模块，结合实际的转向盘转角或侧向加速度确定期望小齿轮转角。
6.根据权利要求1所述的基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，其特征在于，所述期望小齿轮转角确定模块包括车辆底盘动力学稳态逆特性和名义转向运动强度计算模块，期望小齿轮转角或期望侧向加速度输入名义转向运动强度计算模块确定对应的名义小齿轮转角和名义侧向加速度；名义小齿轮转角和名义侧向加速度作为输入，再由车辆底盘动力学稳态逆特性确定对应的期望小齿轮转角。
7.根据权利要求1所述的基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，其特征在于，所述期望小齿轮处转向阻力矩确定模块包括转向系统动力学稳态逆特性和名义小齿轮转角计算模块；名义小齿轮转角计算模块根据实际与期望的小齿轮转角，计算得到名义小齿轮转角，由名义小齿轮转角根据转向系统动力学稳态逆特性确定等效到小齿轮处转向阻力矩。
8.根据权利要求1所述的基于转向运动闭环的电动助力转向系统控制策略，其特征在于，将等效到小齿轮处转向阻力矩代入以下数学公式：
Figure FDA0002959588370000021
获得
Figure FDA0002959588370000022
即为目标助力矩；其中Tp表示转向阻力矩，Tsw表示等效到小齿轮处转向阻力矩。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11787466B2 (en) * 2020-06-18 2023-10-17 Hyundai Motor Company Vehicle and method of controlling turning thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008032081A1 (de) * 2008-07-08 2010-01-14 Volkswagen Ag Verfahren und System zum Betreiben einer elektromechnischen Lenkung eines Fahrzeugs
CN105857388A (zh) * 2015-02-06 2016-08-17 株式会社捷太格特 电动助力转向装置
CN106080753A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 宁波工程学院 一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统及其控制方法
CN107054453A (zh) * 2017-04-28 2017-08-18 南京航空航天大学 一种汽车转向稳定性控制系统及其控制方法
CN111661140A (zh) * 2020-01-09 2020-09-15 吉林大学 一种电动助力转向系统助力特性表计算方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008032081A1 (de) * 2008-07-08 2010-01-14 Volkswagen Ag Verfahren und System zum Betreiben einer elektromechnischen Lenkung eines Fahrzeugs
CN105857388A (zh) * 2015-02-06 2016-08-17 株式会社捷太格特 电动助力转向装置
CN106080753A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 宁波工程学院 一种融合主动转向、助力转向和直接横摆力矩控制功能的电动轮转向控制系统及其控制方法
CN107054453A (zh) * 2017-04-28 2017-08-18 南京航空航天大学 一种汽车转向稳定性控制系统及其控制方法
CN111661140A (zh) * 2020-01-09 2020-09-15 吉林大学 一种电动助力转向系统助力特性表计算方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11787466B2 (en) * 2020-06-18 2023-10-17 Hyundai Motor Company Vehicle and method of controlling turning thereof

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