CN113581277B - 一种用于eps的抑制转向力矩波动的方法及系统 - Google Patents
一种用于eps的抑制转向力矩波动的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于EPS的抑制转向力矩波动的方法及系统，其中本发明方法包括以下步骤：步骤1：提取出转向力矩的高次谐波成分；步骤2：根据所述高次谐波成分计算出力矩波动补偿电流。计算出转向力矩的高次谐波成分的大小并计算出对应的力矩波动补偿电流对助力电流进行补偿，从而取得减弱转向力矩波动的效果；该方案可以有效地抑制转向过程中的力矩波动，有利于提高车辆的品质感。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及一种用于EPS的抑制转向力矩波动的方法及系统。
背景技术
EPS是一种用于汽车的电动转向助力系统，它能根据驾驶员操作方向盘的手力和车速，控制助力电机输出相应的力矩。电机力矩经过减速机构放大后和驾驶员的手力共同完成车辆的转向操作，降低驾驶员操作车辆的难度。
在EPS助力的过程中有两种原因会造成电机在旋转一周的过程中输出力矩出现波动，慢打方向盘(如操作方向盘的速度<10°/S，既半分钟一圈的速度打方向盘)的时候输出力矩出现的波动最为明显，能感受到车辆在转向过程中力矩并不平顺，而是有忽大忽小的感觉。其中，第一种原因是机械传动机构导致的波动能引起转向手力的波动，从而导致慢打方向盘手力波动；第二种原因是电机齿槽力矩等导致的电机输出力矩波动引起的转向力矩波动。该波动能通过EPS的减速机构对驾驶员操作方向盘的手力造成影响，使驾驶员在转向的过程中能感受到力矩波动，慢速操作方向盘的时候更为明显，影响驾驶员的驾驶体验。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供一种用于EPS的抑制转向力矩波动的方法及系统，本发明采用了一种在转向角度域对转向力矩进行滤波的方法。
一种用于EPS的抑制转向力矩波动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：提取出转向力矩的高次谐波成分；
步骤2：根据所述高次谐波成分计算出力矩波动补偿电流。
进一步为：所述步骤1中包括以下步骤：
步骤1.1：通过转子位置传感器采集方向盘在固定的空间间隔输出的角度信号，并作为触发信号；
步骤1.2：根据所述触发信号采集转向力矩信号并进行滤波，从而获得所述高次谐波成分。
进一步为：所述步骤1.2中通过谐波滤波器对所述转向力矩信号进行滤波，其中转向力矩信号为转向力矩传感器采集后并转换成的数字信号；所述谐波滤波器通过以下公式实现：
其中，
Y(k)——本次滤波器的输出结果；
Y(k-1)——滤波器上次的输出结果；
U(k)——滤波器本次的输入；
U(k-1)——滤波器上次的输入；
ωs——谐波滤波器的“截止谐波阶次”；
Ts＝1/n，转子位置传感器把一个电机机械角度周期分为n份，n为正整数。
进一步为：所述步骤1还包括，步骤1.3：通过转子位置传感器采集方向盘连续的角度信号；
步骤1.4：并在固定的时间间隔采集转向力矩信号并通过第二谐波滤波器进行滤波；
其中，所述第二谐波滤波器通过以下公式实现：
其中，Y(k)——本次滤波器的输出结果；
Y(k-1)——滤波器上次的输出结果；
U(k)——滤波器本次的输入；
U(k-1)——滤波器上次的输入；
ωs——谐波滤波器的“截止谐波阶次”；
Ts＝ΔA/360，ΔA为两次采样时的角度差。
进一步为：所述步骤2中，将所述高次谐波成分乘以补偿增益从而得到所述力矩波动补偿电流。
一种用于EPS的抑制转向力矩波动的系统，其特征在于：包括谐波滤波器、补偿增益计算模块和补偿电流计算模块，其中所述谐波滤波器用于提取出转向力矩的高次谐波成分，并将所述高次谐波成分传输给所述补偿电流计算模块；所述补偿增益计算模块根据车速信号和转向力矩信号确定当前状态下的补偿增益，并将该补偿增益传输给所述补偿电流计算模块；所述补偿电流计算模块根据当前的高次谐波成分和补偿增益，计算出当前力矩波动补偿电流。
本发明的有益效果：计算出转向力矩的高次谐波成分的大小并计算出对应的力矩波动补偿电流对助力电流进行补偿，从而取得减弱转向力矩波动的效果；该方案可以有效地抑制转向过程中的力矩波动，有利于提高车辆的品质感。
附图说明
图1为本发明中用于EPS的抑制电机引起的力矩波动的方法框图；
图2为本发明中用于EPS的抑制电机引起的力矩波动的系统框图；
图3为本发明中转向力矩波动的原始信号图；
图4为本发明中转向力矩波动信号滤波后的低频信号图；
图5为本发明中转向力矩波动信号滤波后的高频信号图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述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元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
第一实施例：
一种用于EPS的抑制转向力矩波动的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：提取出转向力矩的高次谐波成分；
步骤2：根据所述高次谐波成分计算出力矩波动补偿电流，将所述高次谐波成分乘以补偿增益从而得到所述力矩波动补偿电流。
其中，所述步骤1中包括以下步骤：
步骤1.1：通过转子位置传感器采集方向盘在固定的空间间隔输出的角度信号，并作为触发信号；
步骤1.2：根据所述触发信号采集转向力矩信号并进行滤波，从而获得所述高次谐波成分。
所述步骤1.2中通过谐波滤波器对所述转向力矩信号进行滤波，其中转向力矩信号为转向力矩传感器采集后并转换成的数字信号。
所述谐波滤波器通过以下公式实现：
其中，
Y(k)——本次滤波器的输出结果；
Y(k-1)——滤波器上次的输出结果；
U(k)——滤波器本次的输入；
U(k-1)——滤波器上次的输入；
ωc——谐波滤波器的“截止谐波阶次”；
Ts＝1/n，转子位置传感器把一个电机机械角度周期分为n份，n为正整数，如霍尔式转子位置传感器把一个电机机械角度周期分为144份，因此可以在固定角度间隔的转子位置信号对扭矩信号进行采样，以实现对扭矩信号的“等角度间隔”采样。
谐波滤波器由时域上的滤波器转换得出，具体如下：
时域上的高通滤波器的传递函数如式5-2
式中：
ωc——滤波器的截止角频率。
为了能在MCU中实现，需要对滤波器进行离散化，从离散化的结果运算复杂程度考虑，在实现时可以使用欧拉法，即令
式中：
T——采样周期。
代入式5-2，即可得到差分方程
即
Y(z)(1-z-1+ωcT)＝U(z)(1-z-1) 5-5
式5-5中，
z-nx(k)＝x(k-n) 5-6
为了在MCU中实现此滤波器，可令Y(z)＝Y(k)，U(z)＝U(k)
式5-7中：
Y(k)——本次滤波器的输出结果；
Y(k-1)——滤波器上次的输出结果；
U(k)——滤波器本次的输入；
U(k-1)——滤波器上次的输入。
类似于在时域上对信号进行周期的采样，可以在不同的机械角度上对转向扭矩进行周期的采样。类似于使用数字滤波器对时域上的物理量进行滤波，可以在角度域上对采集到的转向扭矩信号进行滤波。但是使用数字滤波器进行滤波，需要使用采样周期固定的采样信号。为方便叙述，本文后续称在角度域上对扭矩信号进行滤波的滤波器为“谐波滤波器”。
为了实现谐波滤波器，假设电机旋转一周对应时域上的1s时间。为便于理解，谐波滤波器和时域滤波器变量之间的对应可做如5-1类比。
表5-1时域滤波器和角度域滤波器参数类比
如霍尔式转子位置传感器把一个电机机械角度周期分为144份，因此可以在固定角度间隔的转子位置信号对扭矩信号进行采样，以实现对扭矩信号的“等角度间隔”采样。通过设定的截止，使用5-7计算出此时对应的滤波器实现的公式为：
式中：
ωs——谐波滤波器的“截止谐波阶次”。
如图3至图5所示，在转向角度和转向力矩的关系曲线上，转向力矩具有高频部分和低频部分，将高频部分分离出来用于抑制电机引起的力矩波动。
第二实施例：
其它技术特征在与第一实施例相同的情况下，所述步骤1中还包括，步骤1.3：通过转子位置传感器采集方向盘连续的角度信号；
步骤1.4：并在固定的时间间隔采集转向力矩信号并通过第二数字滤波器进行滤波；
其中，所述第二滤波器通过以下公式实现：
其中，Y(k)——本次滤波器的输出结果；
Y(k-1)——滤波器上次的输出结果；
U(k)——滤波器本次的输入；
U(k-1)——滤波器上次的输入；
ωs——谐波滤波器的“截止谐波阶次”；
Ts＝ΔA/360，ΔA为两次采样时的角度差。
另外，类似于时域信号采样周期的定义，可以定义角度域采样周期为两次信号采样时的角度差值，即周期为电机转过360°时进行信号采样的次数；所以当电机转速发生变化时，固定时间对应的角度差值就会发生变化，两次信号采样时角度的差值发生变化，就意味着角度域上的采样频率(周期)发生了变化，可以使用两次采样时的角度差为ΔA计算此时对应的采样频率。
第三实施例：
一种用于EPS的抑制转向力矩波动的系统，如图2所示，包括谐波滤波器、补偿增益计算模块和补偿电流计算模块，其中所述谐波滤波器用于提取出转向力矩的高次谐波成分，并将所述高次谐波成分传输给所述补偿电流计算模块；所述补偿增益计算模块根据车速信号和所述转向力矩信号确定当前状态下的补偿增益，并将该补偿增益传输给所述补偿电流计算模块；所述补偿电流计算模块根据当前的高次谐波成分和补偿增益，计算出当前力矩波动补偿电流。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种用于EPS的抑制转向力矩波动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：提取出转向力矩的高次谐波成分；
步骤1.1：通过转子位置传感器采集方向盘在固定的空间间隔输出的角度信号，并作为触发信号；
步骤1.2：根据所述触发信号采集转向力矩信号并进行滤波，从而获得所述高次谐波成分；
步骤2：根据所述高次谐波成分计算出力矩波动补偿电流。
2.根据权利要求1所述的一种用于EPS的抑制转向力矩波动的方法，其特征在于：所述步骤1.2中通过谐波滤波器对所述转向力矩信号进行滤波；所述谐波滤波器通过以下公式实现：
其中，
Y(k)——本次滤波器的输出结果；
Y(k-1)——滤波器上次的输出结果；
U(k)——滤波器本次的输入；
U(k-1)——滤波器上次的输入；
ωs——谐波滤波器的“截止谐波阶次”；
Ts＝1/n，转子位置传感器把一个电机机械角度周期分为n份，n为正整数。
3.根据权利要求1所述的一种用于EPS的抑制转向力矩波动的方法，其特征在于：
所述步骤1还包括，步骤1.3：通过转子位置传感器采集方向盘连续的角度信号；
步骤1.4：并在固定的时间间隔采集转向力矩信号并通过第二谐波滤波器进行滤波；
其中，所述第二谐波滤波器通过以下公式实现：
其中，Y(k)——本次滤波器的输出结果；
Y(k-1)——滤波器上次的输出结果；
U(k)——滤波器本次的输入；
U(k-1)——滤波器上次的输入；
ωs——谐波滤波器的“截止谐波阶次”；
Ts＝ΔA/360，ΔA为两次采样时的角度差。
4.根据权利要求1所述的一种用于EPS的抑制转向力矩波动的方法，其特征在于：所述步骤2中，将所述高次谐波成分乘以补偿增益从而得到所述力矩波动补偿电流。
5.一种用于实现权利要求1中所述方法的系统，其特征在于：包括谐波滤波器、补偿增益计算模块和补偿电流计算模块，其中所述谐波滤波器用于提取出转向力矩的高次谐波成分，并将所述高次谐波成分传输给所述补偿电流计算模块；所述补偿增益计算模块根据车速信号和所述转向力矩信号确定当前状态下的补偿增益，并将该补偿增益传输给所述补偿电流计算模块；所述补偿电流计算模块根据当前的高次谐波成分和补偿增益，计算出当前力矩波动补偿电流。
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