CN112896307A - 适用于车辆eps方向盘转角的控制方法 - Google Patents

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蔡斌
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Abstract

本申请提供了一种适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，包括如下步骤：采集车辆的轮速、车速、方向盘转速、方向盘转矩的数据；根据所述车辆的轮速、车速、方向盘转速、方向盘转矩的数据计算车辆的前轮等效转角；根据所述车辆等效转角计算车辆的方向盘转角。本申请的有益之处在于提供一种不依赖转角信号传感器即可以获取方向盘转角数据以实现EPS基于转角功能的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法。

Description

适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法
技术领域
本申请涉及一种适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法。
背景技术
电动助力转向技术已日渐成熟，有取代液压动力转向的趋势，是未来动力转向技术发展的方向之一。电动助力转向采用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元控制。它能节约能量，提高安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术。因此，EPS成为目前国内转向技术的研究热点。
为了驾驶员操控方便，当转动方向盘到一定角度后，由于机械系统本身的回正力不足以使得方向盘回正，所以EPS系统需要额外具备方向盘回到中间位置的功能，即主动回正功能。目前，方向盘转角一般由车上ESP中集成的转角传感器或EPS系统内置的方向盘转角传感器获得，对于低端车辆，ESP和EPS中均无方向盘转角传感器，为了获得方向盘转角，车辆一般采用固定工况去主动学习转角0位，学习成功后不进行下电，下电后必须重新学习的策略。
发明内容
为了解决现有技术的不足之处，本申请提供了一种适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，包括如下步骤：采集车辆的轮速、车速、方向盘转速、方向盘转矩的数据；根据所述车辆的轮速、车速、方向盘转速、方向盘转矩的数据计算车辆的前轮等效转角；根据所述车辆等效转角计算车辆的方向盘转角；其中，所述前轮等效转角δ计算公式为：
Figure RE-GDA0003018028550000011
左前轮转角δo计算公式为：
Figure RE-GDA0003018028550000012
右前轮转角δi计算公式为：
Figure RE-GDA0003018028550000013
其中，L为车辆的轴距，S为后轴中心转弯半径，t为后轴中心距。
进一步地，所述后轴中心转弯半径S计算公式为：
Figure RE-GDA0003018028550000021
其中，a＝1，
Figure RE-GDA0003018028550000022
其中，α为前轮轮速比。
进一步地，所述方向盘转角θ通过与所述等效转角δ关系函数曲线获得，即
θ＝look_table(δ)；
所述方向盘转角θ与所述等效转角δ关系函数曲线通过数据拟合得到。
进一步地，所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
判断车辆的车速是否在预设车速范围内，如果车速在预设车速范围之内时，则将计算出的方向盘转角数据作为ESP控制依据，如果车速在预设车速范围之外时，则将方向盘转角设置为0作为ESP控制依据。
进一步地，所述预设车速范围为10km/h至40km/h。
进一步地，所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
由以上步骤计算的所述方向盘转角进行回正控制时，需要乘以相应的手力系数，手力大于等于预设值时使ESP不输出回正助力。
进一步地，所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
设置一个前轮轮速比阈值范围；
当所述前轮轮速比超出所述前轮轮速比阈值范围时，则将方向盘转角设置为0作为ESP 控制依据。
进一步地，所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
设置一个方向盘转速阈值范围；
当所述反向盘转速超出所述方向盘转速阈值范围时，则将方向盘转角设置为0作为ESP 控制依据。
进一步地，所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
对比车辆的前轮轮速比和后轮轮速比的差异。
进一步地，所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
车辆的前轮轮速比和后轮轮速比的差异大于预设阈值时，则将方向盘转角设置为0作为 ESP控制依据。
本申请的有益之处在于：提供一种不依赖转角信号传感器即可以获取方向盘转角数据以实现EPS基于转角功能的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了车辆低速转向时的几何关系；
图2示出了前轮轮速比与前轮转角的关系；
图3是示出了方向盘转角与车轮转角之比；
图4是前轮车速之比与方向盘转角的关系；
图5示出了本申请控制方法中方向盘转角计算方法的框图；
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参照图1至图5所示，本申请是一种方向盘转角的估算方法，利用车辆的轮速、车速、方向盘转速、方向盘转矩，使用Ackerman转向模型估算方向盘转角，利用车辆的轮速、车速、方向盘转速、方向盘转矩估算方向盘转向零位，然后根据电机转子位置计算方向盘转角，计算分低精度的激活模式和较高精度的校正模式两个环节，最终计算的方向盘转角与估算的方向盘转角进行对比得到最终的方向盘转角。
算法原理：
1前轮Ackerman转向模型计算
本软件在进行中位识别时，需要通过CAN网络采集实时的四轮轮速信号和车速信号，然后根据前轮轮速信号进行前轮转角估计。
如图1所示，低速转向时，轮胎不需要产生侧向力，此时轮胎滚动时没有侧偏角，若后轮没有侧偏角则转向中心一定在后车轴的延长线上。这就是Ackerman转向。
此时两个前轮绕转向中心做旋转运动，此时转动角速度相同，则有前轮轮速与转弯半径有如下关系：
Figure RE-GDA0003018028550000041
其中
Vo：左前轮轮速
Vi：右前轮轮速
So：左前轮转弯半径
Si：右前轮转弯半径
S：后轴中心转弯半径
t：后轴中心距
L：车辆轴距
α：前轮轮速比
设a＝1,
Figure RE-GDA0003018028550000051
解式1可得(舍去负值)
Figure RE-GDA0003018028550000052
由转角几何关系可以得到
Figure RE-GDA0003018028550000053
其中
δo：左前轮转角
δi：右前轮转角
δ：前轮等效转角
例如，根据某车辆轴距和后轴中心距，得到与前轮转角的关系如图2所示所示。而方向盘转角与车辆转角的关系也呈现一定的非线性，中间位置传动比最大，最大车轮转角时传动比最小，如图3所示为某车辆实例。将图2与图3中的特性曲线相乘，得到前轮车速之比与方向盘转角的关系，见图4。从图4中可以看出，前轮车速之比与方向盘转角基本呈线性关系。
方向盘转角由前轮轮速，由式2和式3计算得到：
Figure RE-GDA0003018028550000061
θ：方向盘转角
look_table：预制方向盘转角和车辆转角关系曲线
2方向盘转角估算算法
在车辆处在中低速行驶状态下(车速为10～40km/h)，根据前轮轮速计算得到估算方向盘转角est_ang。由于考虑到车轮侧偏等因素的影响，需要对上述计算方法加以限制。将限定算法设定如下：
将限定算法设置如下：
1.估算方法在10km/h～40km/h的车速区间内有效，其余车速区间将转角估算模块输出的方向盘转角置0；
2.由估算方向盘转角进行回正控制时，需要乘以相应的手力系数，手力大时不产生回正力；
3.前轮车速之比需要设定一个范围，此范围对应的限定值可以通过实验得到，若车速之比超过限定范围，则说明某一轮发生打滑或者信号异常，此时需要将估算得到的方向盘转角置 0；
4.对于前驱的车辆，后轮为从动轮，若检测发现前后轮车速之比相差过大(这个比值的阈值通过试验得到)，则将估算得到的方向盘转角置0；
5.若方向盘转速处在一个较高的水平上则不需要施加回正力，此时将估算得到的方向盘转角置0。
设计算法的框图如图5所示。首先由前左轮车速和前右轮车速相除，再由式4进行计算，然后由四个车轮车速确定是否有车轮车速异常并给出标志，无异常为1，有异常为0，然后由车速、手力矩、方向盘转速得到限定标志，无限定为1，限定为0，最后将4个限定标志做与操作，将得到的值与前左轮车速和前右轮车速相除的结构相乘，然后查特性曲线并经过限定后得到方向盘转角。其中方向盘转速由电机转速估算得到。
参照图5所示，图5中符号的含义为：
Vo：左前轮轮速
Vi：右前轮轮速
RL_Vo：左后轮车速
RR_Vi：右后轮车速
Vs：车速
T0：方向盘转角
SR：方向盘转速
est_ang：估算方向盘转角
3中位估算算法
对于使用PMSM进行助力的电机，进行电机控制需要采集电机的转子位置，而将电机转子位置处理后即可以得到连续的不明确中点的方向盘转角，称之为电机推算的方向盘转角，所以只要每次识别电机推算的方向盘转角的中点即可知道较准确的方向盘转角，再使用2.2 节方法进行偏差限制即可得到最终的方向盘转角。
实际的转角中点可以用前轮车速之比求得，当前轮车速之比在一个较小的范围内时，由一的分析可以知道，这时车辆处于直行位置，可以认为方向盘转角为0(在车速较低时)。
在中点准确的情况下得到的电机推算的方向盘转角经验证是比较准确的，由于这种方法仅对方向盘转角的中点进行估值，因此算法设计就需要考虑如何设置中点，以及中点的校正。得到转角后使用原有的主动回正算法进行回正控制，同时估算的转角一定会存在误差，而这个误差在车速较高时容易产生跑偏。因此需要在车速较高时将电机推算的方向盘转角置0。
算法需要满足以下的要点：
1.车速10～40km/h时进行转角中点估计，车速大于40km/h时(可设置滞环)，将电机推算的方向盘转角置0，并且这个置0应该是平滑过渡的，不能有突变；
2.方向盘转速大于一定值或方向盘转矩大于一定值时需要将将电机推算的方向盘转角置0，并且这个置0应该是平滑过渡的，不能有突变；
3.将中点估计分为激活模式和校正模式两种，识别开始后进入为激活模式，目的是确定初始的转角中点，确定后即进入校正模式，若不确定则一直停留在激活模式。校正模式的的目的是对激活模式确定的转角中点进行校正；
4.激活模式同时计算前左轮车速与前右轮车速之比、前左轮车速与整车车速之比、前右轮车速与整车车速之比同时满足小于一定值，并且满足，才被识别为转角中点(这样做的目的是避免车轮打滑时误识别)；
5.校正模式的识别条件的设定应该比激活模式更加严苛，识别出转角中点后要与上一次的转角中点进行比较偏差过大或过小均不进行修正而保持原值。
6.校正模式同时要避免频繁的校正，前3次校正不受限制，3次以后每5min只能校正 1次，每30min只能校正3次；
7.每次识别时需要连续记录不少于5次的转角中点，并取平均值作为识别的转角中点；
8.识别出方向盘转角0位并且与电机转角等效的方向盘转角混合后得到方向盘估算转角后，与2.2节计算得到的方向盘转角进行对比。
9.算法输入为车速、左前轮车速、右前轮车速、由电机推算的方向盘转角，输出为估算方向盘转角。程序运行周期为10ms。流程中各个信号的说明见图中描述。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述适用于EPS方向盘转角的控制方法包括如下步骤：
采集车辆的轮速、车速、方向盘转速、方向盘转矩的数据；
根据所述车辆的轮速、车速、方向盘转速、方向盘转矩的数据计算车辆的前轮等效转角；
根据所述车辆等效转角计算车辆的方向盘转角；
其中，所述前轮等效转角δ计算公式为：
Figure FDA0002871882820000011
左前轮转角δo计算公式为：
Figure FDA0002871882820000012
右前轮转角δi计算公式为：
Figure FDA0002871882820000013
其中，L为车辆的轴距，S为后轴中心转弯半径，t为后轴中心距。
2.根据权利要求1所述的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述后轴中心转弯半径S计算公式为：
Figure FDA0002871882820000014
其中，a＝1，
Figure FDA0002871882820000015
其中，α为前轮轮速比。
3.根据权利要求2所述的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述方向盘转角θ通过与所述等效转角δ关系函数曲线获得，即
θ＝look_table(δ)；
所述方向盘转角θ与所述等效转角δ关系函数曲线通过数据拟合得到。
4.根据权利要求3所述的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
判断车辆的车速是否在预设车速范围内，如果车速在预设车速范围之内时，则将计算出的方向盘转角数据作为ESP控制依据，如果车速在预设车速范围之外时，则将方向盘转角设置为0作为ESP控制依据。
5.根据权利要求4所述的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述预设车速范围为10km/h至40km/h。
6.根据权利要求5所述的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
由以上步骤计算的所述方向盘转角进行回正控制时，需要乘以相应的手力系数，手力大于等于预设值时使ESP不输出回正助力。
7.根据权利要求6所述的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
设置一个前轮轮速比阈值范围；
当所述前轮轮速比超出所述前轮轮速比阈值范围时，则将方向盘转角设置为0作为ESP控制依据。
8.根据权利要求7所述的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
设置一个方向盘转速阈值范围；
当所述反向盘转速超出所述方向盘转速阈值范围时，则将方向盘转角设置为0作为ESP控制依据。
9.根据权利要求8所述的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
对比车辆的前轮轮速比和后轮轮速比的差异。
10.根据权利要求9所述的适用于车辆EPS方向盘转角的控制方法，其特征在于：
所述适用于EPS方向盘转角的控制方法还包括如下步骤：
车辆的前轮轮速比和后轮轮速比的差异大于预设阈值时，则将方向盘转角设置为0作为ESP控制依据。
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