CN113086001A - 一种电动助力转向的补偿方法及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动助力转向器技术领域，公开了一种电动助力转向的补偿方法及车辆，其中，电动助力转向的补偿方法包括通过温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，确定温度补偿电流，车辆采用上述电动助力转向的补偿方法。本发明利用车上已有的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值信号，估算出转向柱中间轴万向节处的温度值，无需额外增加传感器等零部件，不需增加EPS的硬件成本，简单高效地实现了在低温的环境下，增加EPS电机的助力值，从而减小了方向盘手力，最大限度消除方向盘过沉的不良感受，此外，本发明的温度补偿模块为独立添加的控制模块，无需修改其它已有的控制模块，嵌入性好。

Description

一种电动助力转向的补偿方法及车辆
技术领域
本发明涉及电动助力转向器技术领域，尤其涉及一种电动助力转向的补偿方法及车辆。
背景技术
随着汽车智能化网联化的发展，越来越多的车辆开始搭载电动助力转向器(EPS)。在环境温度很低时，转向柱中间轴与EPS之间的万向节中的润滑油脂会发生凝固，粘稠度升高，导致转动方向盘时，受到的阻力增大，进而使方向盘手力增大，产生方向盘过沉的不良的主观感受。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动助力转向的补偿方法及车辆，能够在低温的环境下，增加EPS电机的助力值，进而减小方向盘手力，最大限度消除方向盘过沉的不良感受。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动助力转向的补偿方法，包括：
通过基本助力模块根据方向盘转矩传感器实时采集的方向盘转矩值和整车CAN网络发出的车速值，确定基本助力电流；
通过回正控制模块根据方向盘转角传感器实时采集的方向盘转角值及整车CAN网络发出的车速值，确定回正控制电流；
通过惯性摩擦阻尼补偿模块根据EPS转角传感器实时采集的电机转角值，确定惯性摩擦阻尼补偿电流；
通过温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，确定温度补偿电流；
EPS电机控制模块根据电机目标电流值和实时采集的电机实际电流值，控制逆变器给EPS电机供电，进行EPS助力。
作为优选，所述通过温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，确定温度补偿电流包括：
通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的驾驶舱温度值Tc和动力系统冷却水温度值Tp、驾驶舱温度值Tc和车辆转向柱中间轴与EPS之间的万向节处的温度值Tw的转换曲线Tc-Tw转换曲线以及动力系统冷却水温度值Tp和万向节处的温度值Tw的转换曲线Tp-Tw转换曲线，确定实时的万向节处的温度值Tw；
通过温度补偿电流计算模块，根据万向节处的温度值Tw和转矩补偿差值ΔM的转换曲线ΔM＝f2(Tw)，确定转矩补偿差值ΔM；
通过温度补偿电流计算模块，根据转矩补偿差值ΔM和温度补偿电流itc与方向盘转矩M的函数关系itc＝f1(M)，确定温度补偿电流itc。
作为优选，所述Tc-Tw转换曲线，通过以整车CAN上采集到的驾驶舱温度值Tc为横坐标，标定万向节处固定外置的温度传感器检测到的温度值Tw为纵坐标而得。
作为优选，所述Tp-Tw转换曲线，通过以整车CAN上采集到的动力系统冷却水温度值Tp为横坐标，标定万向节处固定外置的温度传感器检测到的温度值Tw为纵坐标而得。
作为优选，所述转换曲线ΔM＝f2(Tw)，通过在EPS无助力模式下，以实时的万向节处的温度值Tw为横坐标，以对应的方向盘转矩值与标准温度下的方向盘转矩值之差值ΔM为纵坐标标定而得。
作为优选，所述温度补偿电流itc与方向盘转矩M的函数关系itc＝f1(M)采用基本助力模块中的基本助力电流iboost与方向盘转矩M的函数关系iboost＝f1(M)。
作为优选，所述通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的驾驶舱温度值Tc和动力系统冷却水温度值Tp、驾驶舱温度值Tc和车辆转向柱中间轴与EPS之间的万向节处的温度值Tw的转换曲线Tc-Tw转换曲线以及动力系统冷却水温度值Tp和万向节处的温度值Tw的转换曲线Tp-Tw转换曲线，确定实时的万向节处的温度值Tw包括：
通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的驾驶舱温度值Tc和Tc-Tw转换曲线，生成万向节第一转换温度T1；
通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的动力系统冷却水温度值Tp和Tp-Tw转换曲线，生成万向节第二转换温度T2；
通过万向节温度值修正模块，根据卡尔曼滤波算法，以万向节第一转换温度T1和万向节第二转换温度T2作为两个采集量，确定万向节处的温度值Tw。
作为优选，所述通过温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，确定温度补偿电流还包括：
通过温度补偿门限判断模块确定是否输出温度补偿电流。
作为优选，所述通过温度补偿门限判断模块确定是否输出温度补偿电流itc包括：
当万向节温度值修正模块输出的万向节温度值Tw不小于设定值时，温度补偿电流的输出值为零；
当万向节温度值修正模块输出的万向节温度值Tw小于设定值时，输出温度补偿电流的输出值为温度补偿电流计算模块确定的温度补偿电流itc。
一种车辆，采用上述的电动助力转向的补偿方法。
本发明的有益效果：
利用车上已有的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值信号，估算出转向柱中间轴万向节处的温度值，无需额外增加传感器等零部件，不需增加EPS的硬件成本，简单高效地实现了在低温的环境下，增加EPS电机的助力值，从而减小了方向盘手力，最大限度消除方向盘过沉的不良感受，此外，本发明的温度补偿模块为独立添加的控制模块，无需修改其它已有的控制模块，嵌入性好。
创造性使用了卡尔曼滤波算法，可以将协方差等经验值应用于不同车型EPS开发中，普适性高。
附图说明
图1是本发明实施例一所述的电动助力转向的补偿方法的逻辑结构图；
图2是本发明实施例一所述的电动助力转向的补偿方法的流程图；
图3是本发明实施例二所述的温度补偿模块的模块图。
图4是本发明实施例二所述的电动助力转向的补偿方法中温度补偿模块作业的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图1-图2所示，本实施例提供了一种电动助力转向的补偿方法，包括如下步骤：
S110、通过基本助力模块根据方向盘转矩传感器实时采集的方向盘转矩值和整车CAN网络发出的车速值，确定基本助力电流。
其中，基本助力模块接收方向盘转矩传感器实时采集的方向盘转矩值和整车CAN网络发出的车速值，通过计算决策出基本助力电流。
S120、通过回正控制模块根据方向盘转角传感器实时采集的方向盘转角值及整车CAN网络发出的车速值，确定回正控制电流。
其中，回正控制模块接收方向盘转角传感器实时采集的方向盘转角值及整车CAN网络发出的车速值，通过计算决策出回正控制电流。
S130、通过惯性摩擦阻尼补偿模块根据EPS转角传感器实时采集的电机转角值，确定惯性摩擦阻尼补偿电流。
其中，惯性摩擦阻尼补偿模块接收EPS转角传感器实时采集的电机转角值，通过计算决策出惯性摩擦阻尼补偿电流。
S140、通过温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，确定温度补偿电流。
其中，温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，通过计算决策出温度补偿电流。
S150、EPS电机控制模块根据电机目标电流值和实时采集的电机实际电流值，控制逆变器给EPS电机供电，进行EPS助力。
其中，将基本助力电流、回正控制电流、惯性摩擦阻尼补偿电流、温度补偿电流加和得到电机目标电流。
EPS电机控制模块接收电机目标电流及逆变器中电流传感器实时采集的电机实际电流值，通过计算决策PWM开关信号发给逆变器，逆变器通过三相电给EPS电机供电，进行EPS助力，从而实现闭环控制。
本发明实施例提供的电动助力转向的补偿方法，利用车上已有的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值信号，估算出转向柱中间轴万向节处的温度值，无需额外增加传感器等零部件，不需增加EPS的硬件成本，简单高效地实现了在低温的环境下，增加EPS电机的助力值，从而减小了方向盘手力，最大限度消除方向盘过沉的不良感受，此外，本发明的温度补偿模块为独立添加的控制模块，无需修改其它已有的控制模块，嵌入性好。
实施例二
在上述实施例的基础上，本发明实施例进一步优化了电动助力转向的补偿方法，如图3和图4所示，本发明实施例优化后的电动助力转向的补偿方法主要包括如下步骤：
S210、通过基本助力模块根据方向盘转矩传感器实时采集的方向盘转矩值和整车CAN网络发出的车速值，确定基本助力电流。
其中，基本助力模块接收方向盘转矩传感器实时采集的方向盘转矩值和整车CAN网络发出的车速值，通过计算决策出基本助力电流。
S220、通过回正控制模块根据方向盘转角传感器实时采集的方向盘转角值及整车CAN网络发出的车速值，确定回正控制电流。
其中，回正控制模块接收方向盘转角传感器实时采集的方向盘转角值及整车CAN网络发出的车速值，通过计算决策出回正控制电流。
S230、通过惯性摩擦阻尼补偿模块根据EPS转角传感器实时采集的电机转角值，确定惯性摩擦阻尼补偿电流。
其中，惯性摩擦阻尼补偿模块接收EPS转角传感器实时采集的电机转角值，通过计算决策出惯性摩擦阻尼补偿电流。
S240、通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的驾驶舱温度值Tc和Tc-Tw转换曲线，生成万向节第一转换温度T1。
其中，Tc-Tw转换曲线，通过以整车CAN上采集到的驾驶舱温度值Tc为横坐标，标定万向节处固定外置的温度传感器检测到的温度值Tw为纵坐标而得。
具体地，首先，在车辆转向柱中间轴与EPS之间的万向节处固定外置温度传感器，将车辆放置在-30摄氏度的环境下，将车辆点火后，打开空调热风，使车辆以大于20km/h的速度前进，直至驾驶舱温度上升到20摄氏度，记录外置温度传感器的值与从整车CAN上采集到的驾驶舱温度；然后，以驾驶舱温度值为横坐标，万向节温度传感器的值为纵坐标得到Tc-Tw转换曲线，该曲线通过试验而得，预存于万向节温度值修正模块中。
S250、通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的动力系统冷却水温度值Tp和Tp-Tw转换曲线，生成万向节第二转换温度T2。
其中，Tp-Tw转换曲线，通过以整车CAN上采集到的动力系统冷却水温度值Tp为横坐标，标定万向节处固定外置的温度传感器检测到的温度值Tw为纵坐标而得。
具体地，首先，在车辆转向柱中间轴与EPS之间的万向节处固定外置温度传感器，将车辆放置在-30摄氏度的环境下，将车辆点火后，打开空调热风，使车辆以大于20km/h的速度前进，直至驾驶舱温度上升到20摄氏度，记录外置温度传感器的值与从整车CAN上采集到的动力系统冷却水温度值；然后，以动力系统冷却水温度值为横坐标，以万向节温度传感器的值为纵坐标得到Tp-Tw转换曲线，该曲线通过试验而得，预存于万向节温度值修正模块中。
S260、通过万向节温度值修正模块，根据卡尔曼滤波算法，以万向节第一转换温度T1和万向节第二转换温度T2作为两个采集量，确定万向节处的温度值Tw。
具体地，卡尔曼滤波算法的表达式为：
Figure BDA0003061130080000081
Figure BDA0003061130080000082
Figure BDA0003061130080000083
Figure BDA0003061130080000084
Figure BDA0003061130080000085
其中，A为预测系统参数，xk-1为上一时刻的状态值，即上一时刻的万向节温度值Tw，
Figure BDA0003061130080000086
为当前时刻的状态预测值，即当前时刻的万向节温度预测值，Pk-1为上一时刻的预测误差值，即上一时刻的万向节第一转换温度值T1相对于万向节温度值的误差预测值，Q为
Figure BDA0003061130080000087
误差协方差值，Kk为卡尔曼增益，H为测量系统参数，R为测量误差协方差值，即上一时刻的万向节第二转换温度值T2相对于万向节温度值的误差协方差值，zk为当前时刻的测量值，即当前时刻的万向节第二转换温度值T2，
Figure BDA0003061130080000091
为当前时刻的预测误差值，即当前时刻的万向节第一转换温度值T1相对于万向节温度值的误差预测值，xk为当前时刻的状态修正值，即当前时刻的万向节温度值Tw，Pk为当前时刻的预测修正值，即当前时刻的万向节第一转换温度值T1相对于万向节温度值的误差值；
假定上一时刻的状态值与当前时刻的状态预测值一致，因此取A＝1，根据经验值，取Q＝0.2，假定上一时刻的测量值与当前时刻的状态测量值一致，因此取H＝1，根据经验值，取R＝0.8。
S270、通过温度补偿电流计算模块，根据万向节处的温度值Tw和转矩补偿差值ΔM的转换曲线ΔM＝f2(Tw)，确定转矩补偿差值ΔM。
其中，转换曲线ΔM＝f2(Tw)，通过在EPS无助力模式下，以实时的万向节处的温度值Tw为横坐标，以对应的方向盘转矩值与标准温度下的方向盘转矩值之差值ΔM为纵坐标标定而得。
具体地，将方向盘、转向柱、转向柱中间轴、EPS按照实车装配状态连接在转向器台架上，设定EPS负载为恒定值，设置EPS为无助力模式，使用制冷设备对转向柱中间轴与EPS之间的万向节处进行降温，使之达到一定温度值，匀角速度转动方向盘，记录此时方向盘转矩值。
更为具体地，记录万向节温度范围-40～+20摄氏度内，温度变化梯度为2摄氏度的环境中，方向盘的转矩值，以万向节温度值为横坐标，各个万向节温度值对应下的方向盘转矩值与+20摄氏度对应下的方向盘转矩值之差值ΔM为纵坐标得到Tw-ΔM转换曲线：
ΔM＝f2(Tw)
上述转换曲线同样通过试验而得，预存于温度补偿电流计算模块中。
S280、通过温度补偿电流计算模块，根据转矩补偿差值ΔM和温度补偿电流itc与方向盘转矩M的函数关系itc＝f1(M)，确定温度补偿电流itc。
其中，温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，通过计算决策出温度补偿电流itc。
具体地，温度补偿电流itc与方向盘转矩M的函数关系itc＝f1(M)采用基本助力模块中的基本助力电流iboost与方向盘转矩M的函数关系iboost＝f1(M)。
更为具体地，通过公式itc＝f1(M+ΔM)-f1(M)计算而得。
S290、EPS电机控制模块根据电机目标电流值和实时采集的电机实际电流值，控制逆变器给EPS电机供电，进行EPS助力。
其中，将基本助力电流、回正控制电流、惯性摩擦阻尼补偿电流、温度补偿电流加和得到电机目标电流。
EPS电机控制模块接收电机目标电流及逆变器中电流传感器实时采集的电机实际电流值，通过计算决策PWM开关信号发给逆变器，逆变器通过三相电给EPS电机供电，进行EPS助力，从而实现闭环控制。
S2100、通过温度补偿门限判断模块确定是否输出温度补偿电流。
具体地，当万向节温度值修正模块输出的万向节温度值Tw不小于设定值时，温度补偿电流的输出值为零；当万向节温度值修正模块输出的万向节温度值Tw小于设定值时，输出温度补偿电流的输出值为温度补偿电流计算模块确定的温度补偿电流itc。
更为具体地，上述设定值为10，Tw>10时，温度补偿门限关闭，温度补偿电流输出值为0；当Tw<10时，温度补偿门限开启，温度补偿电流输出值为温度补偿电流计算模块的输出值，即温度补偿电流itc。
本发明实施例提供的电动助力转向的补偿方法，创造性使用了卡尔曼滤波算法，可以将协方差等经验值应用于不同车型EPS开发中，普适性高。
实施例三
本实施例提供了一种车辆，采用上述任一实施例中的电动助力转向的补偿方法。
本发明实施例提供的车辆中，利用车上已有的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值信号，估算出转向柱中间轴万向节处的温度值，无需额外增加传感器等零部件，不需增加EPS的硬件成本，简单高效地实现了在低温的环境下，增加EPS电机的助力值，从而减小了方向盘手力，最大限度消除方向盘过沉的不良感受，此外，本发明的温度补偿模块为独立添加的控制模块，无需修改其它已有的控制模块，嵌入性好。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动助力转向的补偿方法，其特征在于，包括：
通过基本助力模块根据方向盘转矩传感器实时采集的方向盘转矩值和整车CAN网络发出的车速值，确定基本助力电流；
通过回正控制模块根据方向盘转角传感器实时采集的方向盘转角值及整车CAN网络发出的车速值，确定回正控制电流；
通过惯性摩擦阻尼补偿模块根据EPS转角传感器实时采集的电机转角值，确定惯性摩擦阻尼补偿电流；
通过温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，确定温度补偿电流；
EPS电机控制模块根据电机目标电流值和实时采集的电机实际电流值，控制逆变器给EPS电机供电，进行EPS助力。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向的补偿方法，其特征在于，所述通过温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，确定温度补偿电流包括：
通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的驾驶舱温度值Tc和动力系统冷却水温度值Tp、驾驶舱温度值Tc和车辆转向柱中间轴与EPS之间的万向节处的温度值Tw的转换曲线Tc-Tw转换曲线以及动力系统冷却水温度值Tp和万向节处的温度值Tw的转换曲线Tp-Tw转换曲线，确定实时的万向节处的温度值Tw；
通过温度补偿电流计算模块，根据万向节处的温度值Tw和转矩补偿差值ΔM的转换曲线ΔM＝f2(Tw)，确定转矩补偿差值ΔM；
通过温度补偿电流计算模块，根据转矩补偿差值ΔM和温度补偿电流itc与方向盘转矩M的函数关系itc＝f1(M)，确定温度补偿电流itc。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向的补偿方法，其特征在于，所述Tc-Tw转换曲线，通过以整车CAN上采集到的驾驶舱温度值Tc为横坐标，标定万向节处固定外置的温度传感器检测到的温度值Tw为纵坐标而得。
4.根据权利要求2所述的电动助力转向的补偿方法，其特征在于，所述Tp-Tw转换曲线，通过以整车CAN上采集到的动力系统冷却水温度值Tp为横坐标，标定万向节处固定外置的温度传感器检测到的温度值Tw为纵坐标而得。
5.根据权利要求2所述的电动助力转向的补偿方法，其特征在于，所述转换曲线ΔM＝f2(Tw)，通过在EPS无助力模式下，以实时的万向节处的温度值Tw为横坐标，以对应的方向盘转矩值与标准温度下的方向盘转矩值之差值ΔM为纵坐标标定而得。
6.根据权利要求2所述的电动助力转向的补偿方法，其特征在于，所述温度补偿电流itc与方向盘转矩M的函数关系itc＝f1(M)采用基本助力模块中的基本助力电流iboost与方向盘转矩M的函数关系iboost＝f1(M)。
7.根据权利要求2所述的电动助力转向的补偿方法，其特征在于，所述通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的驾驶舱温度值Tc和动力系统冷却水温度值Tp、驾驶舱温度值Tc和车辆转向柱中间轴与EPS之间的万向节处的温度值Tw的转换曲线Tc-Tw转换曲线以及动力系统冷却水温度值Tp和万向节处的温度值Tw的转换曲线Tp-Tw转换曲线，确定实时的万向节处的温度值Tw包括：
通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的驾驶舱温度值Tc和Tc-Tw转换曲线，生成万向节第一转换温度T1；
通过万向节温度值修正模块，根据整车CAN上实时采集到的动力系统冷却水温度值Tp和Tp-Tw转换曲线，生成万向节第二转换温度T2；
通过万向节温度值修正模块，根据卡尔曼滤波算法，以万向节第一转换温度T1和万向节第二转换温度T2作为两个采集量，确定万向节处的温度值Tw。
8.根据权利要求2所述的电动助力转向的补偿方法，其特征在于，所述通过温度补偿模块根据整车CAN网络发出的驾驶舱温度值、动力系统冷却水温度值，确定温度补偿电流还包括：
通过温度补偿门限判断模块确定是否输出温度补偿电流。
9.根据权利要求8所述的电动助力转向的补偿方法，其特征在于，所述通过温度补偿门限判断模块确定是否输出温度补偿电流itc包括：
当万向节温度值修正模块输出的万向节温度值Tw不小于设定值时，温度补偿电流的输出值为零；
当万向节温度值修正模块输出的万向节温度值Tw小于设定值时，输出温度补偿电流的输出值为温度补偿电流计算模块确定的温度补偿电流itc。
10.一种车辆，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的电动助力转向的补偿方法。
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