CN113635962B - 车辆的回正方法、装置、系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆的回正方法、装置、系统及车辆，其中，方法包括：采集车辆的当前车速和方向盘转角；根据当前车速和方向盘转角生成车辆的目标回正速度，并采集车辆的当前电机转速，确定车辆的当前回正速度；根据目标回正速度和当前回正速度进行比例‑积分‑微分PID闭环控制，生成车辆的目标回正电流，以控制车辆回正。该回正方法根据目标回正速度和当前回正速度进行PID闭环控制，避免相同车速在不同的路况下回正速度不固定的缺陷，使得回正过程中方向盘转速均匀，有效保证回正效果，提升驾驶体验。

Description

车辆的回正方法、装置、系统及车辆

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种车辆的回正方法、装置、系统及车辆。

背景技术

目前，车辆的EPS(Electric Power Steering，电动助力转向系统)系统在驾驶员操纵方向盘进行转向时，根据检测到的转向盘的转向以及转矩的大小向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。

相关技术中，EPS系统的主动回正功能在标定过程中确定车速和方向盘角度，从而确认回正电流以控制车辆回正，但是相同车速在不同的路况下回正速度不固定，导致出现回正过程中方向盘转速不均匀的现象，无法保证回正效果，降低驾驶体验，亟待改进。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种车辆的回正方法，该方法可以使得回正过程中方向盘转速均匀，有效保证回正效果，提升驾驶体验。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆的回正方法，包括以下步骤：采集车辆的当前车速和方向盘转角；根据所述当前车速和方向盘转角生成所述车辆的目标回正速度，并采集车辆的当前电机转速，确定所述车辆的当前回正速度；根据所述目标回正速度和所述当前回正速度进行比例-积分-微分PID闭环控制，生成所述车辆的目标回正电流，以控制所述车辆回正。

进一步地，在采集所述车辆的当前车速和方向盘转角之后，还包括：获取所述方向盘的扭矩绝对值；在所述扭矩绝对值小于扭矩阈值，且所述扭矩绝对值的变化率小于或等于变化率阈值时，控制所述车辆的电动助力转向系统进入回正状态，否则控制所述电动助力系统处于助力状态。

进一步地，在获取所述方向盘的扭矩绝对值之后，还包括：根据所述当前车速确定所述扭矩阈值和/或所述变化率阈值。

可选地，其中，在进入或退出所述回正状态时，获取所述车辆的当前电流斜率；若所述当前电流斜率大于预设斜率阈值，则根据预设斜率值控制回正电流上升或下降；若所述当前电流斜率小于所述预设斜率阈值，则根据所述当前电流斜率控制回正电流上升或下降。

另外，所述根据所述目标回正速度和所述当前回正速度进行比例-积分-微分PID闭环控制，生成所述车辆的目标回正电流，包括：若所述当前回正速度小于所述目标回正速度，则输出正向回正电流以辅助回正；若所述当前回正速度大于所述目标回正速度，则输出反向回正电流以抑制回正。

相对于现有技术，本发明所述的车辆的回正方法具有以下优势：

本发明所述的车辆的回正方法，在根据车速和方向盘转角确定目标回正速度后，根据目标回正速度和当前回正速度进行PID闭环控制，从而根据生成的目标回正电流控制车辆回正，避免相同车速在不同的路况下回正速度不固定的缺陷，使得回正过程中方向盘转速均匀，有效保证回正效果，提升驾驶体验。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆的回正装置，该装置可以使得回正过程中方向盘转速均匀，有效保证回正效果，提升驾驶体验。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆的回正装置，包括：采集模块100，用于采集车辆的当前车速和方向盘转角；生成模块200，用于根据所述当前车速和方向盘转角生成所述车辆的目标回正速度，并采集车辆的当前电机转速，确定所述车辆的当前回正速度；回正模块300，用于根据所述目标回正速度和所述当前回正速度进行比例-积分-微分PID闭环控制，生成所述车辆的目标回正电流，以控制所述车辆回正。

进一步地，还包括：获取模块，用于获取所述方向盘的扭矩绝对值；控制模块，用于在所述扭矩绝对值小于扭矩阈值，且所述扭矩绝对值的变化率小于或等于变化率阈值时，控制所述车辆的电动助力转向系统进入回正状态，否则控制所述电动助力系统处于助力状态。

进一步地，所述回正模块300进一步用于在所述当前回正速度小于所述目标回正速度时，输出正向回正电流以辅助回正，并且在所述当前回正速度大于所述目标回正速度时，输出反向回正电流以抑制回正。

所述的车辆的回正装置与上述的车辆的回正方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的另一个目的在于提出一种电动助力转向系统，该电动助力转向系统可以使得回正过程中方向盘转速均匀，有效保证回正效果，提升驾驶体验。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电动助力转向系统，设置有如上述实施例所述的车辆的回正装置。

所述的电动助力转向系统与上述的车辆的回正装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的再一个目的在于提出一种车辆，该车辆可以使得回正过程中方向盘转速均匀，有效保证回正效果，提升驾驶体验。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆，设置有如上述实施例所述的车辆的回正装置。

所述的车辆与上述的车辆的回正装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的车辆的回正方法的流程图；

图2为本发明一个具体实施例的车辆的回正方法的流程图；

图3为根据本发明一个实施例的T_MAX、a_MAX与车速关系map示意图；

图4为根据本发明一个实施例的目标回正速度3D map示意图；

图5为根据本发明一个实施例的回正增益标定map示意图；

图6为根据本发明一个实施例的电流上升下降斜率示意图；

图7为根据本发明实施例所述的车辆的回正装置的结构示意图。

附图标记说明：

10-车辆的回正装置、100-采集模块、200-生成模块、300-回正模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明。

图1是根据本发明实施例的车辆的回正方法的流程图。

如图1所示，根据本发明实施例的车辆的回正方法，包括以下步骤：

步骤S101，采集车辆的当前车速和方向盘转角。

需要说明的是，近些年来，汽车行业迅速发展，汽车转向系统技术也迎来了一种新的、集成性更强的、更加有效的方式—EPS系统，其被越来越多的运用于各类车型，因为它拥有比机械转向系统和液压转向系统更加优秀的表现，转向跟随性好、操纵方便、灵活、回正性能好、结构紧凑，便于安装和模式化、低温性能好、节能环保等一系列优点。

EPS系统在驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。因此，影响EPS性能的关键因素是控制策略，而回正策略又是控制策略的重中之重。良好的回正性能，可以增加车辆的操纵性和稳定性。

因此，为了避免EPS系统总成的主动回正功能在标定过程中只确定车速和方向盘角度然后确认助力电流，本发明实施例首先采集车辆的当前车速和方向盘转角，如可以通过车速传感器和角度传感器检测，不作具体限制。

其中，在采集车辆的当前车速和方向盘转角之后，还包括：获取方向盘的扭矩绝对值；在扭矩绝对值小于扭矩阈值，且扭矩绝对值的变化率小于或等于变化率阈值时，控制车辆的电动助力转向系统进入回正状态，否则控制电动助力系统处于助力状态。

可以理解的是，相关技术中回正判断条件比较单一，无法真正确认驾驶员意图，而本发明实施例为了解决回正判断单一，无法准确识别驾驶员意图的问题，根据方向盘的扭矩绝对值和变化率对驾驶员意图进行准确判断，有效保证判断的准确性和可靠性。

具体地，如图2所示，在获取方向盘扭矩T之后，可以通过信号滤波处理得到扭矩绝对值T_ABS，进而本发明实施例的判定条件有两个，具体如下：

①判定条件一：扭矩绝对值T_ABS＜扭矩阈值T_MAX，其中，为了识别驾驶员意图，保证回正功能不会在操纵方向盘的过程中持续介入，从而影响操作手感，使得在手力大于一定值时，EPS系统退出回正状态，以减少回正拽手、低车速阻尼过大和保舵力过高的问题。

②判定条件二：扭矩绝对值的变化率dT_ABS/dt≤变化率阈值a_MAX，其对判定条件一的进一步细化，以精确驾驶员意图。具体地，为了解决固定扭矩阀值后，同一车速下标定的扭矩阈值过小，回正介入慢，回正前一刻出现方向盘卡顿；扭矩阈值过大，操作方向盘时，回正一直介入，拽手明显，操纵方向盘手感粘滞等矛盾问题，本发明实施例增加此判定条件后，可将扭矩阈值相应加大，回正介入慢与卡顿问题解决，并且由于当扭矩变化率小于阈值时，回正才会介入，同时解决了拽手和粘滞的问题，有效保证驾驶体验。

需要说明的是，扭矩阈值和变化率阈值由本领域技术人员根据实际情况进行设置，下面进行举例说明。

可选地，在获取方向盘的扭矩绝对值之后，还包括：根据当前车速确定扭矩阈值和/或变化率阈值。

可以理解的是，相关技术中由于现阶段扭矩阀值为一常数，导致当阀值过大时低车速操纵方向盘时拽手感强烈，当阀值过小时高车速回正介入慢，保舵力小。因此，本发明实施例考虑随着车速增加路面对轮胎的附着力逐渐减小，在前轮定位参数的影响下，回正力矩越大，如参数均设置成定值，则无法满足不同车速下的回正性能。因此在不同车速下参数的标定则是保证回正性能先决条件，如图3所示，如回正标定参数与车速的map图可以如下：

①扭矩阈值T_MAX：扭矩阈值，常数，可标定；

②变化率阈值a_MAX：扭矩变化率阈值，常数，可标定。

扭矩阈值T_MAX与变化率阈值a_MAX两个参数随车速变化，map图以车速作为x轴，两参数的物理值作为y轴，x轴车速以8km/h为一个坐标点，实车标定过程确认各个坐标对应的y轴物理值，坐标轴无显示点，由两点间的线性关系取值，扭矩阈值T_MAX与变化率阈值a_MAX的标定选取方式可以如图所示。

即言，本发明实施例通过方向盘扭矩的绝对值确认系统是否应该进入回正状态。即当扭矩绝对值小于扭矩阈值并且扭矩绝对值的变化率小于等于变化率阈值时，EPS系统进入回正状态，否则，EPS系统处于正常的助力控制阶段，即助力状态。

步骤S102：根据当前车速和方向盘转角生成车辆的目标回正速度，并采集车辆的当前电机转速，确定车辆的当前回正速度。

如图2所示，本发明实施例在EPS系统进入回正状态之后，根据方向盘转角和目标回正速度和实际回正速度进行进一步判断，因此本发明实施例还需根据当前车速和方向盘转角生成车辆的目标回正速度，并确定车辆的当前回正速度，即本发明实施例的主动回正控制是由车速和方向盘转角确定目标回正速度，其次如通过电机位置传感器计算电机转速，并由电机转速估算出车辆的实际回正速度。

步骤S103：根据目标回正速度和当前回正速度进行比例-积分-微分PID闭环控制，生成车辆的目标回正电流，以控制车辆回正。

可以理解的是，如图2所示，本发明实施例最后以目标回正速度和实际回正速度偏差作为输入，对助力电机进行分段PID闭环控制，计算出目标回正电流，解决不同工况下回正速度不均的问题。

进一步地，根据目标回正速度和当前回正速度进行比例-积分-微分PID闭环控制，生成车辆的目标回正电流，包括：若当前回正速度小于目标回正速度，则输出正向回正电流以辅助回正；若当前回正速度大于目标回正速度，则输出反向回正电流以抑制回正。

举例而言，回正控制是由车速和方向盘转角确定目标回正速度，好处在于确认了目标回正速度，当实际回正速度小于目标回正速度时，系统输出正向电流辅助回正，当实际回正速度大于目标回正速度时，系统输出反向电流抑制回正，相当于阻尼，从而保证了在不同工况，都能到达良好的回正效果。

其中，如图4所示，为了确认目标速度，本发明实施例的参数目标回正速度随方向盘角度、车速变化，形成3D map图，方向盘转角为x轴，方向盘目标回正角速度作为y轴，不同曲线代表着不同的车速，坐标轴无显示点的角速度值，由两点间的线性关系取值，具体标定取值方式可以如图所示。

进一步地，由于不同车速下系统对回正的需求不同，因此不同车速下回正模块的100％输出就会适得其反，大多数车辆在高速行驶时由于系统自身的回正力较大，是不需要回正的，更多需要的是阻尼控制。如图5所示，为了规定各车速下，回正输出应该按照什么样的比例分配，本发明实施例可以通过标定的方式，如回正增益，车速作为x轴，增益作为y轴，坐标以外的点由两点间线性关系确认，即各车速下的增益由实车标定确认，具体标定取值方式如图所示：

可选地，其中，在进入或退出回正状态时，获取车辆的当前电流斜率；若所当前电流斜率大于预设斜率阈值，则根据预设斜率值控制回正电流上升或下降；若当前电流斜率小于预设斜率阈值，则根据当前电流斜率控制回正电流上升或下降。

可以理解的是，相关技术中电流上升下降无法调试或无限值，导致回正进入退出过程中，易引起方向盘抖动或回正响应慢等问题，不能适用于不同车辆，因此，如图6所示，本发明实施例为了解决回正进入退出过程引起的方向盘抖动、响应慢等问题，尤其是在回正介入退出过程中，为了防止电流突变引起驾驶员手感不佳，补偿电流上升下降斜率需要限制，此斜率也是以实车标定为主。

举例而言，当回正进入退出，电流斜率大于设定值时，电流斜率按照设定值执行，当斜率小于固定值时，按照实际电流斜率执行。由于决定回正响应快慢的是回正进入时的电流斜率，即电流上升斜率，所以在标定过程中电流上升斜率可以尽量放大来满足回正响应的积极性，同时为了满足手感要求可降低下降斜率。

需要说明的是，与上述预设斜率阈值和预设斜率值对应的设定值和固定值可以有本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限制，并且图中电流上升斜率I_Inc和电流下降斜率I_Dec均可以为常数，且可标定。

综上，相比于相关技术，本发明实施例具有以下效果：

1、增加判定条件：当扭矩变化率大于等于扭矩变化率的阈值时，进入回正状态，否则退出回正。根据驾驶员操作方向盘时的手力变化大小，精确驾驶员意图。当手力出现下降趋势，说明驾驶员意图回正或车辆已处于回正状态，回正介入辅助回正；当手力出现上升趋势，说明驾驶员有意阻止回正保持当前角度或需转动更大角度，回正退出，解决了当手力小于扭矩阈值时，回正功能实时介入，影响操纵手感的问题。

另外，由于受传感器精度、迟滞等问题影响，如变化率的值设置为0，在实车上可能无法达到上诉效果，具体值应由实车标定确认，因此可以创建与车速相关的map图，进行标定。

2、增加了回正电流进入退出斜率上限可调的标定方式一，其中，当回正进入和退出时如果电流斜率过大，或不对电流斜率进行控制，判断条件达到进入退出回正的临界点时，回正突然进入，导致手力增大，回正退出，手力减小，回正再次进入，周而复始导致振动。如果系统设定斜率过小则会出现回正响应慢或者不回正等问题。因此斜率值的大小应由实车表现来确认，从而添加标定方式。

3、把原有的判断条件扭矩阈值设定为变量，随车速变化，创建标定方式：扭矩阀值与车速相关的map图。原有的扭矩阈值不随车速变化，不能保证不同车速下的回正手感。低速所需EPS系统回正力较强，扭矩阈值需设定偏大，来保证回正的响应积极；中高车速整车自身回正较强所需EPS系统回正力较弱，扭矩阈值需设定偏小，来保证中高速操纵方向盘时中心区的手感。

4、创建标定方式二：目标回正与方向盘转角和车速相关的3Dmap图。目标回正速度由标定确认，不同车速不同角度目标回正速度均可调试。可以满足不同车辆、不同速度下对回正速度的要求。

5、创建标定方式三：回正增益与车速相关的map图，解决了不同车速下回正系统响应的比例分配问题。增加了标定的灵活性，车辆回正性能良好，高车速不需要回正时，可将增益设定为0。

根据本发明实施例的

进一步地，如图7所示，本发明的实施例还公开了一种车辆的回正装置10，其包括：采集模块100、生成模块200和回正模块300。

具体地，采集模块100，用于采集车辆的当前车速和方向盘转角。

生成模块200，用于根据当前车速和方向盘转角生成车辆的目标回正速度，并采集车辆的当前电机转速，确定车辆的当前回正速度。

回正模块300，用于根据目标回正速度和当前回正速度进行比例-积分-微分PID闭环控制，生成车辆的目标回正电流，以控制车辆回正。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的回正装置还包括：获取模块和控制模块。

其中，获取模块，用于获取方向盘的扭矩绝对值。

控制模块，用于在扭矩绝对值小于扭矩阈值，且扭矩绝对值的变化率小于或等于变化率阈值时，控制车辆的电动助力转向系统进入回正状态，否则控制电动助力系统处于助力状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，回正模块300进一步用于在当前回正速度小于目标回正速度时，输出正向回正电流以辅助回正，并且在当前回正速度大于目标回正速度时，输出反向回正电流以抑制回正。

需要说明的是，本发明实施例的车辆的回正装置的具体实现方式与车辆的回正方法的具体实现方式类似，为了减少冗余，此处不做赘述。

根据本发明所述的车辆的回正方法，在根据车速和方向盘转角确定目标回正速度后，根据目标回正速度和当前回正速度进行PID闭环控制，从而根据生成的目标回正电流控制车辆回正，避免相同车速在不同的路况下回正速度不固定的缺陷，使得回正过程中方向盘转速均匀，并且增加判断条件，准确识别驾驶意图，不但有效保证回正效果，而且增加回正电流进入退出斜率上限，提升驾驶体验。

进一步地，本发明的实施例公开了一种电动助力转向系统，该电动助力转向系统设置有上述实施例所述的车辆的回正装置。该系统由于具有了上述装置，可以在根据车速和方向盘转角确定目标回正速度后，根据目标回正速度和当前回正速度进行PID闭环控制，从而根据生成的目标回正电流控制车辆回正，避免相同车速在不同的路况下回正速度不固定的缺陷，使得回正过程中方向盘转速均匀，并且增加判断条件，准确识别驾驶意图，不但有效保证回正效果，而且增加回正电流进入退出斜率上限，提升驾驶体验。

另外，本发明的实施例公开了一种车辆，该车辆设置有上述实施例所述的车辆的回正装置。该车辆由于具有了上述装置，可以在根据车速和方向盘转角确定目标回正速度后，根据目标回正速度和当前回正速度进行PID闭环控制，从而根据生成的目标回正电流控制车辆回正，避免相同车速在不同的路况下回正速度不固定的缺陷，使得回正过程中方向盘转速均匀，并且增加判断条件，准确识别驾驶意图，不但有效保证回正效果，而且增加回正电流进入退出斜率上限，提升驾驶体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车辆的回正方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集车辆的当前车速和方向盘转角；

根据所述当前车速和方向盘转角生成所述车辆的目标回正速度，并采集车辆的当前电机转速，确定所述车辆的当前回正速度；以及

根据所述目标回正速度和所述当前回正速度进行比例-积分-微分PID闭环控制，生成所述车辆的目标回正电流，以控制所述车辆回正；

在采集所述车辆的当前车速和方向盘转角之后，还包括：

获取所述方向盘的扭矩绝对值；

在所述扭矩绝对值小于扭矩阈值，且所述扭矩绝对值的变化率小于或等于变化率阈值时，控制所述车辆的电动助力转向系统进入回正状态，否则控制所述电动助力系统处于助力状态；

其中，

在进入或退出所述回正状态时，获取所述车辆的当前电流斜率；

若所述当前电流斜率大于预设斜率阈值，则根据预设斜率值控制回正电流上升或下降；

若所述当前电流斜率小于所述预设斜率阈值，则根据所述当前电流斜率控制回正电流上升或下降。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述方向盘的扭矩绝对值之后，还包括：

根据所述当前车速确定所述扭矩阈值和/或所述变化率阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标回正速度和所述当前回正速度进行比例-积分-微分PID闭环控制，生成所述车辆的目标回正电流，包括：

若所述当前回正速度小于所述目标回正速度，则输出正向回正电流以辅助回正；

若所述当前回正速度大于所述目标回正速度，则输出反向回正电流以抑制回正。

4.一种车辆的回正装置，所述装置用于实现如权利要求1所述的车辆回正方法，所述装置包括：

采集模块100，用于采集车辆的当前车速和方向盘转角；

生成模块200，用于根据所述当前车速和方向盘转角生成所述车辆的目标回正速度，并采集车辆的当前电机转速，确定所述车辆的当前回正速度；以及

回正模块300，用于根据所述目标回正速度和所述当前回正速度进行比例-积分-微分PID闭环控制，生成所述车辆的目标回正电流，以控制所述车辆回正；

还包括：

获取模块，用于获取所述方向盘的扭矩绝对值；

控制模块，用于在所述扭矩绝对值小于扭矩阈值，且所述扭矩绝对值的变化率小于或等于变化率阈值时，控制所述车辆的电动助力转向系统进入回正状态，否则控制所述电动助力系统处于助力状态。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述回正模块300进一步用于在所述当前回正速度小于所述目标回正速度时，输出正向回正电流以辅助回正，并且在所述当前回正速度大于所述目标回正速度时，输出反向回正电流以抑制回正。

6.一种电动助力转向系统，其特征在于，包括：如权利要求4-5任一项所述的车辆的回正装置。

7.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求4-5任一项所述的车辆的回正装置。

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