CN113734275A - 力矩补偿方法、助力转向系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种力矩补偿方法，助力转向系统及汽车；力矩补偿方法：车辆进入直线加速行驶跑偏状态时进入前馈补偿阶段计算获得前馈补偿力矩；满足反馈补偿条件后在最终前馈补偿力矩的基础上进行补偿获得反馈补偿力矩，并将最终前馈补偿力矩叠加反馈补偿力矩后生成补偿力矩；将补偿力矩与助力转向系统的力矩环计算的助力力矩叠加，获得最终助力力矩，并控制助力转向系统的电机输出最终助力力矩。前馈补偿阶段响应快，只要车辆处于直线加速跑偏状态，前馈补偿阶段能立即输出前馈补偿力矩，降低跑偏量；反馈补偿阶段可以将手力降至目标力矩，减小跑偏过程中保持的手力，降低驾驶疲劳。前馈补偿力矩和反馈补偿力矩可以达到最佳纠正跑偏的效果。

Description

力矩补偿方法、助力转向系统及汽车

技术领域

本发明涉及电动转向系统的力矩控制技术领域，特别涉及一种力矩补偿方法、助力转向系统及汽车。

背景技术

车辆由于前舱布置空间有限，会导致车辆左右车轮载荷差异、左右驱动轴长短及水平夹角不一致、左右前悬架零部件无法做到完全对称(前置前驱型车辆尤为明显)、轮胎磨损等因素，总是存在的跑偏现象。在车辆急加速情况下，跑偏现象更加明显，特别的是向右跑偏。目前，为了解决跑偏问题，一般通过控制车辆左右两侧悬架零部件的一致性，缩小左右驱动轴长短和角度差异，缩小左右前轮载荷差异，使左右前轮运动状态及受力情况尽可能对称。但是，车辆在急加速时由于左右驱动半轴与水平夹角依然会出现差异，且驱动力会因为左右半轴长度不同而稍有不同，导致路面对左右车轮作用于转向主销的力矩不同，从而产生扭力转向。例如，在急加速过程中手脱离方向盘时，车辆向右跑偏，方向盘出现小角度向右偏转；在急加速过程中握住方向盘时，需要维持较大手力才能让车辆沿直线行驶，严重影响整车安全及驾驶感受。

公开号为CN 108394409 A的中国专利申请公开了以下方法：获取车辆的左前轮轮速和右前轮轮速，并计算左右前轮轮速的轮速差，根据轮速差判断车辆的转向；获取车辆的转向盘的扭矩信号，根据扭矩信号判断扭矩方向；当加速度大于预设加速度且扭矩方向与车辆的转向不一致时，根据标定纠正扭矩和扭矩方向对车辆的转向进行纠正，该方法能在某些工况纠正跑偏，但也存在弊端，当手松开方向盘时检测的扭杆力为0，则无法对跑偏纠正。

公开号为CN 106740869 A的中国专利申请公开了以下方法：利用道路信号判断车辆是否处于直行状态，然后根据获取的车辆前轮信号和方向盘转角信号计算车辆偏转角度，大于设定的阈值时纠正跑偏，该方法获取道路信息需要额外传感器，增加成本，且无法对加速引起的跑偏对车辆纠正。

公开号为CN 102795263 A的中国专利申请针对的是道路存在坡度时而发生的跑偏提出了车辆防跑偏系统的补偿扭矩控制方法，无法对加速引起的跑偏对车辆纠正。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中车辆防跑偏系统的补偿扭矩控制方法，无法对直线加速引起的跑偏对车辆纠正的问题。本发明提供了一种力矩补偿方法、助力转向系统及汽车。

为解决上述技术问题，本发明实施方式公开了一种力矩补偿方法，包括以下步骤：

S1、获取车辆行驶信息，并根据第一判断规则基于车辆行驶信息判断车辆是否进入直线加速行驶跑偏状态；

若车辆行驶信息满足第一判断规则，则判断车辆进入直线加速行驶跑偏状态，进入前馈补偿阶段；

若车辆行驶信息不满足第一判断规则，则判断车辆未进入直线加速行驶跑偏状态，输出的补偿力矩为0，并继续判断车辆是否进入直线加速行驶跑偏状态；其中，

车辆行驶信息包括：车速、纵向加速度、方向盘转角、方向盘转速、横向加速度、横摆角速度和手力力矩；

S2、前馈补偿阶段：根据纵向加速度、车速、方向盘转角以及横向加速度按照第一计算规则计算获得前馈补偿力矩；

若车辆当前状态满足自学习条件，则对前馈补偿力矩进行限幅得到最终前馈补偿扭矩；若车辆当前状态不满足自学习条件，前馈补偿力矩为最终前馈补偿力矩；

S3、根据手力力矩基于第二判断规则判断车辆是否进入反馈补偿阶段；

若手力力矩满足第二判断规则，则进入反馈补偿阶段；

若手力力矩不满足第二判断规则，将最终前馈补偿力矩作为补偿力矩，进入步骤S5；

S4、反馈补偿阶段：对最终前馈补偿力矩进行补偿获得反馈补偿力矩，并将最终前馈补偿力矩叠加反馈补偿力矩后生成补偿力矩；

S5、将补偿力矩与助力转向系统的力矩环计算的助力力矩叠加，获得最终助力力矩，并控制助力转向系统的电机输出最终助力力矩。

采用上述技术方案，本发明主要目的是对车辆在加速时产生扭力转向现象(加速跑偏)提供一种力矩补偿方法。该发明可以利用车辆自带的传感器作为控制依据，在加速过程中减小车辆的跑偏距离，在手握方向盘时降低维持直线加速行驶所需的手力，缓解驾驶疲劳，提升整车安全性与操纵性。具体的，该力矩补偿算法中包括前馈补偿力矩和反馈补偿力矩，前馈补偿阶段的优点是响应快，只要车辆处于直线加速跑偏状态，前馈补偿阶段能立即输出前馈补偿力矩，降低跑偏量；反馈补偿阶段的优点是可以将手力降至目标力矩，减小跑偏过程中保持的手力，降低驾驶疲劳。混合前馈补偿力矩和反馈补偿力矩可以达到最佳纠正跑偏的效果。

该力矩补偿方法可以在手握方向盘时直线加速拥有更轻的手感，没有力矩补偿方法时需要较大(约1.5Nm)的手力力矩方能保持直行，加力矩补偿方法后只需用较小(约0.5Nm)的手力力矩就能保持直线加速，相比之下有了很大的改善。在手松开方向盘(即手力力矩为0时)的加速亦可以减小一定程度的跑偏，相比现有技术更合理、更完善的力矩补偿。对前置前驱型车辆在加速时无法避免跑偏的缺陷有了很好的纠正效果，能极大缓解驾驶疲劳，提升整车安全性和操纵性。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开了一种力矩补偿方法，第一判断规则为：

纵向加速度大于预设加速度最小值(Ax_min)；

方向盘转角处于预设转角区间内(θ_min,θ_max)；

方向盘转速处于预设方向盘转速区间内(V_min,V_max)；

车速低于车速最大值(Vx_max)；

横向加速度的绝对值小于横向加速度最小值(Ay_min)；

横摆角速度的绝对值小于横摆角速度最小值(ω_min)；

手力力矩的绝对值小于手力力矩最小值(Tq_c)，手力力矩最小值(Tq_c)为2Nm。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开了一种力矩补偿方法，在S2中，按照第一计算规则计算获得前馈补偿力矩的规则如下：

S2-1根据纵向加速度-手力力矩增益系数曲线查表获得纵向加速度-手力力矩增益值(K_Ax)；

S2-2根据车速-手力力矩的增益系数曲线查表获得车速-手力力矩增益值(K_Vx)；

S2-3根据方向盘转角-手力力矩的增益系数曲线查表获得方向盘转角-手力力矩增益值(K_θ)；

S2-4根据横向加速度绝对值-手力力矩的增益系数曲线查表获得横向加速度绝对值-手力力矩增益值(K_Ay)；

S2-5纵向加速度-手力力矩增益值(K_Ax)、车速-手力力矩增益值(K_Vx)、方向盘转角-手力力矩增益值(K_θ)、横向加速度绝对值-手力力矩增益值(K_Ay)分别与补偿力矩的方向相乘再叠加获得前馈补偿扭矩。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开了一种力矩补偿方法，第二判断规则为：车辆进入直线加速行驶跑偏状态，且

手力力矩的绝对值大于第一预设阀值，且持续的状态大于第一预设时长；

第一预设阀值为0.5Nm；第一预设时长为2s。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开了一种力矩补偿方法，反馈补偿阶段包括：

若手力力矩的绝对值大于第一预设阀值，则继续以线性形式增加助力获得第一反馈补偿力矩；

若经过第一反馈补偿力矩，第一反馈补偿力矩叠加最终前馈补偿力矩后，手力力矩的绝对值介于0.2-0.5Nm，继续补偿与第一反馈补偿力矩等值的第二反馈补偿力矩；

若经过第二反馈补偿力矩；第二反馈补偿力矩叠加最终前馈补偿力矩后，手力力矩的绝对值小于0.2Nm，则继续以线性形式减小助力至0，退出反馈补偿阶段。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开了一种力矩补偿方法，自学习条件为：

当前手力力矩的绝对值处于0到手力力矩最小值(Tq_c)之间，手力力矩最小值(Tq_c)为2Nm；

当前手力力矩的绝对值与上一时刻前馈补偿力矩的和大于预设手力力矩(Tq_st)；

当前方向盘转速的绝对值处于预设方向盘转速(V_st1,V_st2)；

当前方向盘转角绝对值处于预设方向盘转角(θ_st1,θ_st2)；

当前车速处于预设车速(Vx_st1,Vx_st2)；

当前纵向加速度大于预设纵向加速度(Ax_st)；

当前横向加速度绝对值小于预设横向加速度的绝对值(Ay_st)；

当前横摆角速度绝对值小于预设横摆角速度(ω_st)。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开了一种力矩补偿方法，在S2中，对前馈补偿力矩进行限幅得到最终前馈补偿扭矩的方法如下：

S2-1若车辆当前状态满足自学习条件且持续第二预设时长后，最终前馈补偿力矩等于手力力矩与前馈补偿力矩的和；

S2-2若车辆当前状态满足自学习条件且未持续第二预设时长后，最终前馈补偿力矩等于前馈补偿力矩；其中

第二预设时长为1s。

本发明还提供一种助力转向系统，执行上述的力矩补偿方法。

本发明还提供一种汽车，包括上述的助力转向系统。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种力矩补偿方法，包括以下步骤：判断车辆是否进入直线加速行驶跑偏状态；若车辆进入直线加速行驶跑偏状态，进入前馈补偿阶段；根据纵向加速度、车速、方向盘转角以及横向加速度按照第一计算规则计算获得前馈补偿力矩；若车辆当前状态满足自学习条件，满足自学习条件则更新自学习值，根据自学习值对前馈补偿力矩进行限幅得到最终前馈补偿扭矩；若车辆当前状态不满足自学习条件，前馈补偿力矩为最终前馈补偿力矩；根据手力力矩判断车辆是否进入反馈补偿阶段；若手力力矩满足第二判断规则，则进入反馈补偿阶段，对最终前馈补偿力矩进行补偿获得反馈补偿力矩，并将最终前馈补偿力矩叠加反馈补偿力矩后生成补偿力矩；若手力力矩不满足第二判断规则，将最终前馈补偿力矩作为补偿力矩，将补偿力矩与助力转向系统的力矩环计算的助力力矩叠加，获得最终助力力矩，并控制助力转向系统的电机输出最终助力力矩。

综上，本发明主要目的是对车辆在加速时产生扭力转向现象(加速跑偏)提供一种力矩补偿方法。该发明可以利用车辆自带的传感器作为控制依据，在加速过程中减小车辆的跑偏距离，在手握方向盘时降低维持直线加速行驶所需的手力，缓解驾驶疲劳，提升整车安全性与操纵性。具体的，该力矩补偿算法中包括前馈补偿力矩和反馈补偿力矩，前馈补偿阶段的优点是响应快，只要车辆处于直线加速跑偏状态，前馈补偿阶段能立即输出前馈补偿力矩，降低跑偏量；反馈补偿阶段的优点是可以将手力降至目标力矩，减小跑偏过程中保持的手力，降低驾驶疲劳。混合前馈补偿力矩和反馈补偿力矩可以达到最佳纠正跑偏的效果。

该力矩补偿方法可以在手握方向盘时直线加速拥有更轻的手感，没有力矩补偿方法时需要较大(约1.5Nm)的手力力矩方能保持直行，加力矩补偿方法后只需用较小(约0.5Nm)的手力力矩就能保持直线加速，相比之下有了很大的改善。在手松开方向盘(即手力力矩为0时)的加速亦可以减小一定程度的跑偏，相比现有技术更合理、更完善的力矩补偿。对前置前驱型车辆在加速时无法避免跑偏的缺陷有了很好的纠正效果，能极大缓解驾驶疲劳，提升整车安全性和操纵性。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的力矩补偿方法的逻辑判断流程图；

图2为本发明实施例1提供的力矩补偿方法的前馈补偿阶段的控制策略图；

图3为本发明实施例1提供的力矩补偿方法的反馈补偿阶段的控制策略图；

图4为本发明实施例1提供的力矩补偿方法的自学习条件的逻辑判断图；

图5为本发明实施例1提供的力矩补偿方法的方法流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。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。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

为解决现有技术中车辆防跑偏系统的补偿扭矩控制方法，无法对直线加速引起的跑偏对车辆纠正的问题，如图1-图5所示，本实施例的实施方式公开了一种力矩补偿方法，包括以下步骤：

首先：第一步，可以参考图1，图1为力矩补偿算法的逻辑判断流程图。S1、获取车辆行驶信息，其中车辆行驶信息包括：车速、纵向加速度、方向盘转角、方向盘转速、横向加速度、横摆角速度和手力力矩。具体的，相关的车辆行驶信息可以通过汽车的整车控制器、车辆仪表盘等获得，手力力矩通过扭力传感器的型号可以为NOS-T7，也可以为其他型号，具体根据实际需要选择，本实施例对此不做具体限定。

进一步地，获取到车辆行驶信息以后，并根据第一判断规则基于车辆行驶信息判断车辆是否进入直线加速行驶跑偏状态。具体的，第一判断规则为：

纵向加速度大于预设加速度最小值(Ax_min)；

方向盘转角处于预设转角区间内(θ_min,θ_max)；

方向盘转速处于预设方向盘转速区间内(V_min,V_max)；

车速低于车速最大值(Vx_max)；

横向加速度的绝对值小于横向加速度最小值(Ay_min)；

横摆角速度的绝对值小于横摆角速度最小值(ω_min)。

其中，在本实施例中，Ax_min＝0.5m/s2；(θ_min,θ_max)＝(-5,5)deg；(V_min,V_max)＝(-5,5)deg/s；Vx_max＝180km/h；Ay_min＝0.2m/s2；ω_min＝2deg/s，但不应限于上述数值示例，可根据不同车辆或者车型等选择相应的数值，本实施例对此不做具体限定。手力力矩的绝对值小于手力力矩最小值(Tq_c)，手力力矩最小值(Tq_c)为2Nm。

进一步地，若车辆行驶信息中的相关信息均满足上述的第一判断规则，则判断车辆进入直线加速行驶跑偏状态，只有在车辆的行驶状态为直线加速行驶跑偏状态时，进入前馈补偿阶段；

更进一步地，若车辆行驶信息不满足上述的第一判断规则，则判断车辆未进入直线加速行驶跑偏状态，即车辆状态不满足TSC作用条件时，后续的前馈补偿阶段和反馈补偿阶段都不工作，输出的补偿力矩为0，即不对车辆进行力矩补偿，并继续基于车辆行驶信息判断车辆是否进入直线加速行驶跑偏状态，直至判断出车辆行驶信息满足第一规则时再跳到步骤S2中进行前馈力矩补偿。

其次，第二步，根据前一步骤中基于车辆行驶信息判断出车辆进入直线加速行驶跑偏状态后，首先进入到前馈补偿阶段S2，前馈补偿阶段S2的步骤包括：

首先：根据纵向加速度、车速、方向盘转角以及横向加速度按照第一计算规则计算获得前馈补偿力矩。具体的，纵向加速度、车速、方向盘转角以及横向加速度已经介绍过其具体的获取方式，在这一步骤中，再对获得的纵向加速度、车速、方向盘转角以及横向加速度按照第一计算规则进行计算从而得到前馈补偿力矩，具体参考图2，图2为前馈补偿阶段的控制策略图。具体的第一计算规则如下：

S2-1根据纵向加速度-手力力矩增益系数曲线查表获得纵向加速度-手力力矩增益值(K_Ax)，具体为图2中纵向加速度所指的曲线；且为标定曲线，且以横坐标为纵向加速度，纵坐标为手力力矩的增益系数标定出的曲线。

S2-2根据车速-手力力矩的增益系数曲线查表获得车速-手力力矩增益值(K_Vx)，具体为图2中车速所指的曲线；且为标定曲线，且以横坐标为车速，纵坐标为手力力矩的增益系数标定出的曲线。

S2-3根据方向盘转角-手力力矩的增益系数曲线查表获得方向盘转角-手力力矩增益值(K_θ)，具体为图2中方向盘转角所指的曲线；且为标定曲线，且以横坐标为横方向盘转角，纵坐标为手力力矩的增益系数标定出的曲线。

S2-4根据横向加速度绝对值-手力力矩的增益系数曲线查表获得横向加速度绝对值-手力力矩增益值(K_Ay)，具体为图2中横向加速度绝对值所指的曲线；且为标定曲线，且以横坐标为横向加速度绝对值，纵坐标为手力力矩的增益系数标定出的曲线。

S2-5纵向加速度-手力力矩增益值(K_Ax)、车速-手力力矩增益值(K_Vx)、方向盘转角-手力力矩增益值(K_θ)、横向加速度绝对值-手力力矩增益值(K_Ay)分别与补偿力矩的方向相乘再叠加获得前馈补偿扭矩。其中，以上相关增益系数曲线通过标定获得。

具体参考图2中的6个模块或者曲线图中，左边最上边和最右边是matlab表达函数的模块。左边最上边的u的绝对值代表：对自学习值取绝对值，如自学习值为负，则取为正值。左边从上至下第二个曲线图为sgn模块，若输入信号为正，sgn模块输出为1；若输入信号为负，sgn模块输出-1。最右边的是限幅模块，限制前馈补偿扭矩最大及最小输出，限幅模块的作用是指对计算的前馈补偿力矩进行限幅，防止计算的力矩过大，导致补偿过度往反方向跑偏。限幅模块是这样一个函数：x是输入，y是输出，具体如下：

这个最右边的模块是Maltab/Simulink限幅模块的形状。其中，限幅模块中标注-1的三角形代表：对自学习值取反，得到负值，这样就能得到上下限幅的幅值。

图2中左边四个带有横纵坐标的曲线图，并不是固定的曲线，而是随人为标定数据变化而变化，其中标定数据根据车辆跑偏程度、车辆参数等而定，具体的曲线图上文已分别介绍，此处不予赘述。

其次，按照第一计算规则计算得到前馈补偿力矩后，需要对前馈补偿力矩进行判断，具体的判断包括判断车辆当前状态是否满足自学习条件。自学习条件为：当前手力力矩的绝对值处于0到手力力矩最小值(Tq_c)之间，手力力矩最小值(Tq_c)为2Nm；当前手力力矩的绝对值与上一时刻补偿力矩的和大于预设手力力矩(Tq_st)；当前方向盘转速的绝对值处于预设方向盘转速(V_st1,V_st2)；当前方向盘转角绝对值处于预设方向盘转角(θ_st1,θ_st2)；当前车速处于预设车速(Vx_st1,Vx_st2)；当前纵向加速度大于预设纵向加速度(Ax_st)；当前横向加速度绝对值小于预设横向加速度的绝对值(Ay_st)；当前横摆角速度绝对值小于预设横摆角速度(ω_st)。

其中，在本实施例中，q_c＝2Nm；Tq_st＝1.5Nm；(V_st1,V_st2)＝(0,5)deg/s；(θ_st1,θ_st2)＝(1,5)deg；(Vx_st1,Vx_st2)＝(10,100)km/h；Ax_st＝0.5m/s2；Ay_st＝0.2m/s2；ω_st＝2deg/s。上述具体值为默认值，但不应限制为只能取上述默认值，具体根据不同车辆选择相应数值，本实施例对此不做具体限定。

另外，参见图2，左边最上边和最右边是matlab表达函数的模块，左边最上边的是sgn(输入信号)模块，比如输入信号为车辆行驶信息。若输入信号为正，自学习模块激活；sgn模块输出为1；若输入信号为负，sgn模块输出-1。以采用自学习模块对前馈补偿力矩进行限幅，为了防止本实施例的力矩补偿算法中前馈补偿阶段计算的前馈补偿力矩过大，造成纠正跑偏过度，因此建立自学习模块限幅得到自学习值。自学习模块学习背景为：在人为操纵车辆直线行驶中，油门踏板踩到底全力加速，此时手力力矩为Tq0，前馈补偿力矩Tq1，则自学习值LearnedTq＝Tq0+Tq1。在计算出前馈补偿力矩后，LearnedTq对前馈补偿力进行限幅，然后输出最终前馈补偿力矩。

具体的，采用自学习模块对前馈补偿力矩进行限幅的具体过程如下：首先判断车辆当前状态是否满足自学习条件，如图4所示，图4为自学习条件的逻辑判断图，当满足自学习条件时，自学习模块的状态标志位Flag_st置1，自学习模块激活，此时更新当前的助力力矩(手力力矩+前馈补偿力矩)到LearnedTq自学习值，当计时不足T1(本实施例中的第二预设时长)s，不激活自学习模块，自学习值LearnedTq的值不更新。自学习值LearnedTq对前馈补偿力矩限幅。当自学习值LearnedTq非零时，此时助力力矩为限幅后的前馈补偿力矩，当LearnedTq自学习值为0时，经过限幅后前馈补偿力矩为0，则助力力矩为0。因此，可以理解的是，若自学习模块激活过，LearnedTq保存的值为上次激活时学习的值，且会随着每次自学习模块的激活而更新LearnedTq。自学习模块为现有技术通用的功能模块，具体根据实际需要选用即可，本实施例对此不做具体限定。也就是说，在直线加速行驶时，若车辆当前状态满足自学习条件，则对LearnedTq自学习值进行更新，自学习值LearnedTq对前馈补偿力矩限幅得到最终前馈补偿扭矩，限幅过程如上文所述；若车辆当前状态不满足自学习条件，前馈补偿力矩为最终前馈补偿力矩。通过限幅，防止前馈补偿力矩过大导致向相反方向跑偏，严重影响驾驶习惯，对前馈补偿扭矩限幅时其中上幅值LearnedTq，下幅值为-LearnedTq。

总结如下，如图4所示，对前馈补偿力矩进行限幅得到最终前馈补偿扭矩的方法如下：若车辆当前状态满足自学习条件且持续第二预设时长后，最终前馈补偿力矩等于手力力矩与前馈补偿力矩的和；若车辆当前状态满足自学习条件且未持续第二预设时长T1后，最终前馈补偿力矩等于前馈补偿力矩；其中第二预设时长T1为1s。

进一步地，计算得到最终前馈补偿力矩后进入S3，在步骤S3中，根据手力力矩基于第二判断规则判断车辆是否进入反馈补偿阶段，反馈补偿阶段的主要目标是降低手力力矩，根据当前手力力矩与目标手力力矩的差，逐渐增加或者降低反馈补偿力矩，以便于将手力力矩的绝对值控制在(0.2,0.5)Nm。具体的，如图3所示，图3为反馈补偿阶段的控制策略图，具体的，第二判断规则为：车辆进入直线加速行驶跑偏状态，且手力力矩的绝对值大于第一预设阀值，且持续的状态大于第一预设时长；第一预设阀值为0.5Nm；第一预设时长为2s。

若手力力矩满足第二判断规则，则进入反馈补偿阶段：对最终前馈补偿力矩进行补偿获得反馈补偿力矩，并将最终前馈补偿力矩叠加反馈补偿力矩后生成补偿力矩。

具体的，对最终前馈补偿力矩进行补偿获得反馈补偿力矩的方法如下：若手力力矩Tq的绝对值大于第一预设阀值，则继续以线性形式(即图3中的Ramp上升)增加助力获得第一反馈补偿力矩。

若经过第一反馈补偿力矩，第一反馈补偿力矩叠加最终前馈补偿力矩后，手力力矩Tq的绝对值介于0.2-0.5Nm，继续补偿与第一反馈补偿力矩等值的第二反馈补偿力矩，即补偿力矩保持不变，如图3中所示的Hold保持，即反馈补偿力矩保持不变。

若经过第二反馈补偿力矩；第二反馈补偿力矩叠加最终前馈补偿力矩后，手力力矩Tq的绝对值小于0.2Nm，则继续以线性形式(即图3中的Ramp下降)减小助力至0，退出反馈补偿阶段。

进一步地，若手力力矩不满足第二判断规则，将最终前馈补偿力矩作为补偿力矩，进入步骤S5：将补偿力矩与助力转向系统的力矩环计算的助力力矩叠加，获得最终助力力矩，并控制助力转向系统的电机输出最终助力力矩。

需要理解的是，在本实施例中，前馈补偿阶段还包括作用范围，比如“手力力矩大于0.5Nm”，同时为避免反馈补偿力矩过大，实车试验标定出最大助力扭矩，然后对通过本实施例计算出的最终助力限幅。因为反馈补偿阶段主要为手力力矩信号，需要判断方向盘上是否有手力力矩，考虑到信号噪声，当扭杆力大于0.2Nm时判断为有手力力矩，当扭杆力小于0.2Nm时判断为无手力力矩。

综上，本实施例主要目的是对车辆在加速时产生扭力转向现象(加速跑偏)提供一种力矩补偿方法。该力矩补偿方法可以利用车辆自带的传感器作为控制依据，在加速过程中减小车辆的跑偏距离，在手握方向盘时降低维持直线加速行驶所需的手力，缓解驾驶疲劳，提升整车安全性与操纵性。具体的，该力矩补偿算法中包括前馈补偿力矩和反馈补偿力矩，前馈补偿阶段的优点是响应快，只要车辆处于直线加速跑偏状态，前馈补偿阶段能立即输出前馈补偿力矩，降低跑偏量；反馈补偿阶段的优点是可以将手力降至目标力矩，减小跑偏过程中保持的手力，降低驾驶疲劳。混合前馈补偿力矩和反馈补偿力矩可以达到最佳纠正跑偏的效果。

该力矩补偿方法可以在手握方向盘时直线加速拥有更轻的手感，没有力矩补偿方法时需要较大(约1.5Nm)的手力力矩方能保持直行，加力矩补偿方法后只需用较小(约0.5Nm)的手力力矩就能保持直线加速，相比之下有了很大的改善。在手松开方向盘(即手力力矩为0时)的加速亦可以减小一定程度的跑偏，相比现有技术更合理、更完善的力矩补偿。对前置前驱型车辆在加速时无法避免跑偏的缺陷有了很好的纠正效果，能极大缓解驾驶疲劳，提升整车安全性和操纵性。

更具体的，本实施例的力矩补偿算法可以避免助力扭矩骤然增大或者骤然减小，导致手力力矩忽大忽小。且为了提升手感舒适度以降低疲劳，输出的助力力矩以斜率不超过K_Ramp(具体可以为1)的方式增减。

实施例2

本实施例还提供一种助力转向系统，执行实施例的力矩补偿方法，可以参照图1-图5。

具体的，本实施例的助力转向系统，其执行力矩补偿算法，主要目的是对车辆在加速时产生扭力转向现象(加速跑偏)提供一种力矩补偿方法。该发明可以利用车辆自带的传感器作为控制依据，在加速过程中减小车辆的跑偏距离，在手握方向盘时降低维持直线加速行驶所需的手力，缓解驾驶疲劳，提升整车安全性与操纵性。具体的，该力矩补偿算法中包括前馈补偿力矩和反馈补偿力矩，前馈补偿阶段的优点是响应快，只要车辆处于直线加速跑偏状态，前馈补偿阶段能立即输出前馈补偿力矩，降低跑偏量；反馈补偿阶段的优点是可以将手力降至目标力矩，减小跑偏过程中保持的手力，降低驾驶疲劳。混合前馈补偿力矩和反馈补偿力矩可以达到最佳纠正跑偏的效果。

该助力转向系统执行的力矩补偿方法可以在手握方向盘时直线加速拥有更轻的手感，没有力矩补偿方法时需要较大(约1.5Nm)的手力方能保持直行，加力矩补偿方法后只需用较小(约0.5Nm)的手力就能保持直线加速，相比之下有了很大的改善。在手松开方向盘(即手力为0时)的加速亦可以减小一定程度的跑偏，相比现有技术更合理、更完善的力矩补偿。对前置前驱型车辆在加速时无法避免跑偏的缺陷有了很好的纠正效果，能极大缓解驾驶疲劳，提升整车安全性和操纵性。

实施例3

本实施例还提供一种汽车，包括实施例2的助力转向系统，可以参考图1-图5。

具体的，本实施例的汽车，设置有助力转向系统，其执行力矩补偿算法，主要目的是对车辆在加速时产生扭力转向现象(加速跑偏)提供一种力矩补偿方法。该发明可以利用车辆自带的传感器作为控制依据，在加速过程中减小车辆的跑偏距离，在手握方向盘时降低维持直线加速行驶所需的手力，缓解驾驶疲劳，提升整车安全性与操纵性。具体的，该力矩补偿算法中包括前馈补偿力矩和反馈补偿力矩，前馈补偿阶段的优点是响应快，只要车辆处于直线加速跑偏状态，前馈补偿阶段能立即输出前馈补偿力矩，降低跑偏量；反馈补偿阶段的优点是可以将手力降至目标力矩，减小跑偏过程中保持的手力，降低驾驶疲劳。混合前馈补偿力矩和反馈补偿力矩可以达到最佳纠正跑偏的效果。

该汽车的助力转向系统执行的力矩补偿方法可以在手握方向盘时直线加速拥有更轻的手感，没有力矩补偿方法时需要较大(约1.5Nm)的手力方能保持直行，加力矩补偿方法后只需用较小(约0.5Nm)的手力就能保持直线加速，相比之下有了很大的改善。在手松开方向盘(即手力为0时)的加速亦可以减小一定程度的跑偏，相比现有技术更合理、更完善的力矩补偿。对前置前驱型车辆在加速时无法避免跑偏的缺陷有了很好的纠正效果，能极大缓解驾驶疲劳，提升整车安全性和操纵性。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种力矩补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取车辆行驶信息，并根据第一判断规则基于所述车辆行驶信息判断所述车辆是否进入直线加速行驶跑偏状态；

若所述车辆行驶信息满足所述第一判断规则，则判断所述车辆进入直线加速行驶跑偏状态，进入前馈补偿阶段；

若所述车辆行驶信息不满足所述第一判断规则，则判断所述车辆未进入所述直线加速行驶跑偏状态，输出的补偿力矩为0，并继续判断所述车辆是否进入所述直线加速行驶跑偏状态；其中，

所述车辆行驶信息包括：车速、纵向加速度、方向盘转角、方向盘转速、横向加速度、横摆角速度和手力力矩；

S2、所述前馈补偿阶段：根据所述纵向加速度、所述车速、所述方向盘转角以及所述横向加速度按照第一计算规则计算获得前馈补偿力矩；

若车辆当前状态满足自学习条件，则对所述前馈补偿力矩进行限幅得到最终前馈补偿扭矩；若所述车辆当前状态不满足自学习条件，所述前馈补偿力矩为所述最终前馈补偿力矩；

S3、根据所述手力力矩基于第二判断规则判断所述车辆是否进入反馈补偿阶段；

若所述手力力矩满足所述第二判断规则，则进入反馈补偿阶段；

若所述手力力矩不满足所述第二判断规则，将所述最终前馈补偿力矩作为补偿力矩，进入步骤S5；

S4、所述反馈补偿阶段：对所述最终前馈补偿力矩进行补偿获得反馈补偿力矩，并将所述最终前馈补偿力矩叠加所述反馈补偿力矩后生成补偿力矩；

S5、将所述补偿力矩与助力转向系统的力矩环计算的助力力矩叠加，获得最终助力力矩，并控制所述助力转向系统的电机输出所述最终助力力矩。

2.如权利要求1所述的力矩补偿方法，其特征在于，所述第一判断规则为：

所述纵向加速度大于预设加速度最小值Ax_min；

所述方向盘转角处于预设转角区间(θ_min,θ_max)内；

所述方向盘转速处于预设方向盘转速区间(V_min,V_max)内；

所述车速低于车速最大值(Vx_max)；

所述横向加速度的绝对值小于横向加速度最小值Ay_min；

所述横摆角速度的绝对值小于横摆角速度最小值ω_min；

所述手力力矩的绝对值小于手力力矩最小值Tq_c，所述手力力矩最小值Tq_c为2N.m。

3.如权利要求1所述的力矩补偿方法，其特征在于，在S2中，按照所述第一计算规则计算获得所述前馈补偿力矩的规则如下：

S2-1根据纵向加速度-手力力矩增益系数曲线查表获得纵向加速度-手力力矩增益值(K_Ax)；

S2-2根据车速-手力力矩的增益系数曲线查表获得车速-手力力矩增益值(K_Vx)；

S2-3根据方向盘转角-手力力矩的增益系数曲线查表获得方向盘转角-手力力矩增益值(K_θ)；

S2-4根据横向加速度绝对值-手力力矩的增益系数曲线查表获得横向加速度绝对值-手力力矩增益值(K_Ay)；

S2-5所述纵向加速度-手力力矩增益值(K_Ax)、所述车速-手力力矩增益值(K_Vx)、所述方向盘转角-手力力矩增益值(K_θ)、所述横向加速度绝对值-手力力矩增益值(K_Ay)分别与所述补偿力矩的方向相乘再叠加获得所述前馈补偿扭矩。

4.如权利要求1所述的力矩补偿方法，其特征在于，所述第二判断规则为：所述车辆进入所述直线加速行驶跑偏状态，且

所述手力力矩的绝对值大于所述第一预设阀值，且持续的状态大于第一预设时长；

所述第一预设阀值为0.5Nm；所述第一预设时长为2s。

5.如权利要求4所述的力矩补偿方法，其特征在于，所述反馈补偿阶段包括：

若所述手力力矩的绝对值大于所述第一预设阀值，则继续以线性形式增加助力获得第一反馈补偿力矩；

若经过所述第一反馈补偿力矩，所述第一反馈补偿力矩叠加所述最终前馈补偿力矩后，所述手力力矩的绝对值介于0.2-0.5Nm，继续补偿与所述第一反馈补偿力矩等值的第二反馈补偿力矩；

若经过所述第二反馈补偿力矩，所述第二反馈补偿力矩叠加所述最终前馈补偿力矩后，所述手力力矩的绝对值小于0.2Nm，则继续以线性形式减小助力至0，退出所述反馈补偿阶段。

6.如权利要求1-5中任一项所述的力矩补偿方法，其特征在于，所述自学习条件为：

当前所述手力力矩的绝对值处于0到所述手力力矩最小值Tq_c之间，所述手力力矩最小值Tq_c为2Nm；

当前所述手力力矩的绝对值与上一时刻所述前馈补偿力矩的绝对值的和大于预设手力力矩Tq_st；

当前所述方向盘转速的绝对值处于预设方向盘转速(V_st1,V_st2)；

当前所述方向盘转角绝对值处于预设方向盘转角(θ_st1,θ_st2)；

当前所述车速处于预设车速(Vx_st1,Vx_st2)；

当前所述纵向加速度大于预设纵向加速度Ax_st；

当前所述横向加速度绝对值小于预设横向加速度的绝对值Ay_st；

当前所述横摆角速度绝对值小于预设横摆角速度ω_st。

7.如权利要求6所述的力矩补偿方法，其特征在于，在S2中，对所述前馈补偿力矩进行限幅得到所述最终前馈补偿扭矩的方法如下：

S2-1若所述车辆当前状态满足所述自学习条件且持续第二预设时长后，所述最终前馈补偿力矩等于所述手力力矩与所述前馈补偿力矩的和；

S2-2若所述车辆当前状态满足所述自学习条件且未持续所述第二预设时长后，所述最终前馈补偿力矩等于所述前馈补偿力矩；其中

所述第二预设时长为1s。

8.一种助力转向系统，其特征在于，执行如权利要求1-7中任一项所述的力矩补偿方法。

9.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求8所述的助力转向系统。

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