CN114194287B

CN114194287B - 电动助力转向系统的控制方法、装置、设备和存储介质

Info

Publication number: CN114194287B
Application number: CN202210112905.2A
Authority: CN
Inventors: 王宇; 李林润; 张建; 李春善; 徐丹琳; 公博健; 周添; 高乐
Original assignee: FAW Group Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2022-01-29
Filing date: 2022-01-29
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2042-01-29
Also published as: CN114194287A

Abstract

本发明实施例公开了一种电动助力转向系统的控制方法、装置、设备和存储介质，该电动助力转向系统的控制方法包括：确定稳定性补偿控制器传递函数；根据稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性。本发明实施例利用稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性，改变了系统幅值裕度和相位裕度的大小，解决了电动助力转向系统稳定性差的问题，实现了提升电动助力转向系统的稳定性的目的，从而减少转向过程中的手力脉动及方向盘抖动，使得驾驶员的驾驶体验感得到改善。

Description

电动助力转向系统的控制方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电动助力转向系统的控制方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

电动助力转向系统(Electric Power Steering，EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，主要由转矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)等组成。

转矩传感器与转向轴连接，当转向轴转动时，转矩传感器把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动角位移变成电信号传给ECU，ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号确定电动机的旋转方向和助力电流的大小，完成实时控制助力转向。

由于转矩信号采样以及助力电机电流环控制的延时，导致EPS存在系统稳定性差的问题，从而造成转向过程中的手力脉动及方向盘抖动。

发明内容

本发明实施例提供一种电动助力转向系统的控制方法、装置、电子设备和存储介质，实现了提升电动助力转向系统的稳定性的目的，从而减少转向过程中的手力脉动及方向盘抖动，使得驾驶员的驾驶体验感得到改善。

第一方面，本发明实施例提供一种电动助力转向系统的控制方法，包括：

确定稳定性补偿控制器传递函数；

根据所述稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性。

第二方面，本发明实施例提供一种电动助力转向系统的控制装置，所述装置包括：

传递函数确定模块，用于确定稳定性补偿控制器传递函数；

所述频率特性控制模块，用于根据所述稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的电动助力转向系统的控制方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的电动助力转向系统的控制方法。

本发明实施例中，通过确定稳定性补偿控制器传递函数；根据稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性。本发明实施例利用稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性，改变了系统幅值裕度和相位裕度的大小，解决了电动助力转向系统稳定性差的问题，实现了提升电动助力转向系统稳定性的目的，从而减少转向过程中的手力脉动及方向盘抖动，使得驾驶员的驾驶体验感得到改善。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法的一个流程示意图；

图2是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法的另一个流程示意图；

图3是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法中的校正前的电动助力转向系统的开环幅相曲线图；

图4是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法中的稳定性补偿控制器函数的开环幅相曲线图；

图5是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法中的校正后的电动助力转向系统的开环幅相曲线图；

图6是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制装置的一个结构示意图；

图7是本发明实施例提供的电子设备的一个结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

下述各实施例中，每个实施例中同时提供了可选特征和示例，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案，不应将每个编号的实施例仅视为一个技术方案。

下面介绍本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法，图1是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法的一个流程示意图，该方法可以由本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现。在一个具体的实施例中，该装置可以集成在电子设备中，电子设备比如可以是计算机或服务器。以下实施例将以该装置集成在电子设备中为例进行说明，参考图1，该方法具体可以包括如下步骤：

S101、确定稳定性补偿控制器传递函数。

其中，稳定性补偿控制器传递函数可以理解为二阶校正器，稳定性补偿控制器传递函数

其中，ω_n是稳定性补偿控制器的校正频率，s是滤波器的积分，ξ₁和ξ₂是校正系数；

ξ₂＝depth·ξ₁，B是所述稳定性补偿控制器的校正带宽，depth是所述稳定性补偿控制器的校正深度。

具体的，可以基于电动助力转向系统的动力学建模确定电动助力转向系统的开环传递函数，进而基于电动助力转向系统的开环传递函数确定稳定性补偿控制器传递函数。

本发明实施例中，通过稳定性补偿控制器传递函数，可以改变系统的幅值裕度和相位裕度的大小，进而提升电动助力转向系统的稳定性。

S102、根据稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性。

其中，电动助力转向系统的开环传递函数

其中，s是滤波器的积分，

表示一阶延时环节，a是电动助力转向系统的助力系数，K_r和B_h是电动助力转向系统的参数。

具体的，可以基于电动助力转向系统的动力学建模确定电动助力转向系统的开环传递函数。

其中，频率特性可以包括幅频特性和相频特性。

具体的，幅频特性可以确定幅值裕度的大小，相频特性可以确定相位裕度的大小。

本发明实施例中，可以通过幅频特性确定幅值裕度的大小，相频特性可以确定相位裕度的大小，进而可以通过控制幅值裕度和相位裕度的大小，提升电动助力转向系统的稳定性。

进一步的，可以根据稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性中的幅频特性和相频特性，通过幅频特性和相频特性确定幅值裕度和相位裕度的大小。

示例性的，根据稳定性补偿控制器传递函数

和电动助力转向系统的开环传递函数

确定电动助力转向系统的频率特性中的幅频特性和相频特性，通过幅频特性和相频特性可以确定幅值裕度和相位裕度的大小，进而控制电动助力转向系统的稳定性。

本发明实施例中，基于电动助力转向系统的开环传递函数确定频率特性，提高了确定频率特性的准确率。

本发明实施例利用稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性，改变了系统幅值裕度和相位裕度的大小，解决了电动助力转向系统稳定性差的问题，实现了提升电动助力转向系统稳定性的目的，从而减少转向过程中的手力脉动及方向盘抖动，使得驾驶员的驾驶体验感得到改善。

图2是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法的另一个流程示意图。如图2所示，本实施例的电动助力转向系统的控制方法具体可以包括如下步骤：

S201、获取方向盘及管柱的动力学建模、输出轴到齿轮齿条减速器的动力学建模和电机及蜗轮蜗杆减速器的动力学建模。

本发明实施例提供的电动助力转向系统主要包括方向盘、转向轴、扭矩传感器、电机、蜗轮蜗杆减速机构、齿轮齿条传动机构，对电动助力转向系统中各组成部分通过动力学建模软件(例如matlab软件)进行动力学建模。

具体的，方向盘及管柱的动力学建模

其中，T_h是方向盘操纵力矩，K是扭杆刚度，θ_h是方向盘转角，θ_d是转向输出轴转角，J_h是方向盘和转向输出轴的转动惯量，B_h是方向盘和转向输出轴的阻尼，

和

分别是θ_h的二阶微分和一阶微分。

输出轴到齿轮齿条减速器的动力学建模

其中，T_a是电机减速器总成输出力矩，T_r是地面反作用力，J_d是折算到小齿轮上的转动惯量，B_d是折算到小齿轮上的阻尼，

和

分别是θ_d的二阶微分和一阶微分。

电机及蜗轮蜗杆减速器的动力学建模

其中，N是蜗轮蜗杆速比，K_a是电机转矩系数，I是电机电流，J_m是电机转动惯量，B_m是电机及蜗轮蜗杆减速器的阻尼，

和

分别是θ_m的二阶微分和一阶微分，θ_m是电机转角。

S202、根据方向盘及管柱的动力学建模、输出轴到齿轮齿条减速器的动力学建模和电机及蜗轮蜗杆减速器的动力学建模，确定电动助力转向系统的开环传递函数。

示例性的，可以将上述S201中的方向盘及管柱的动力学建模、输出轴到齿轮齿条减速器的动力学建模和电机及蜗轮蜗杆减速器的动力学建模进行整合，可以假设电动助力转向系统的助力系数为a，并引入一阶延时环节

可以确定电动助力转向系统的开环传递函数为：

本发明实施例中，通过动力学建模确定电动助力转向系统的开环传递函数，可以提高电动助力转向系统的开环传递函数的确定速度和准确率。

进一步的，确定电动助力转向系统的开环传递函数之后，可以将车辆典型参数J_d、B_d、K、J_h、B_h代入电动助力转向系统的开环传递函数中，得到电动助力转向系统的开环幅相曲线图，图3是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法中的校正前的电动助力转向系统的开环幅相曲线图，图3中上方图的纵轴为幅值裕度(Magnitude)，单位为dB；下方图的纵轴为相位裕度(Phase)，单位为deg，上下图中的两个横轴均为当前频率段的频率(Frequency)，单位为rad/s。从图3中可知，电动助力转向系统的开环幅相曲线在中频段存在尖峰，该尖峰增大了系统在该频率段的系统增益，减小了系统的幅值裕度，且相频曲线在尖峰附近频率的相位迅速减小至-180度，在系统截止频率时，相位没有增加，系统相位裕度不足，不利于系统的稳定，从而造成转向过程中的手力脉动及方向盘抖动。

S203、确定稳定性补偿控制器传递函数。

针对电动助力转向系统的开环幅相曲线出现的幅值尖峰及相位裕度不足的问题，基于上述S202中的电动助力转向系统的开环传递函数和校正前的开环幅相曲线图，定义稳定性补偿控制器传递函数

图4是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法中的稳定性补偿控制器函数的开环幅相曲线图，图4中纵轴为幅值裕度，横轴为当前频率段的频率。从图4可知，本发明实施例中的稳定性补偿控制器函数可以降低特定频率的幅值增益，并在校正频率点后可以提升系统的相角，解决电动助力转向系统开环幅相曲线在中频段存在尖峰和系统相位裕度不足的问题。

S204、将稳定性补偿控制器传递函数进行离散变换，确定离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数。

具体的，在确定稳定性补偿控制器传递函数之后，需要将连续的二阶的稳定性补偿控制器传递函数进行离散变换，得到离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数。

S205、根据离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定频率特性。

具体的，可以将离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数通过程序代码引入电动助力转向系统。

示例性的，将车辆典型参数J_d、B_d、K、J_h、B_h重新代入离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数中，得到离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数校正后的电动助力转向系统的开环幅相曲线图。图5是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法中的校正后的电动助力转向系统的开环幅相曲线图，图5中的上下纵横轴所表示的含义与图3相同，不再赘述。从图5可知，引入稳定性补偿控制器之后，稳定性补偿控制器可以校正图3中开环幅相曲线在中频段存在的尖峰，并且可以提升电动助力转向系统的相角，增大相位裕度，可以根据离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定频率特性中的幅频特性和相频特性，进而确定幅频特性和相频特性对应的幅值裕度和相位裕度的大小，根据幅频特性和相频特性对应的幅值裕度和相位裕度的大小，控制电动助力转向系统的稳定性。

本发明实施例中，通过将稳定性补偿控制器传递函数进行离散变换，根据离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定频率特性，可以提高确定频率特性的确定速度和准确率，进而提高电动助力转型系统的控制效率。

本发明实施例通过动力学建模确定电动助力转向系统的开环传递函数，基于电动助力转向系统的开环传递函数确定稳定性补偿控制器传递函数，利用稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性，改变了系统幅值裕度和相位裕度的大小，解决了电动助力转向系统稳定性差的问题，实现了提升电动助力转向系统稳定性的目的，从而减少转向过程中的手力脉动及方向盘抖动，使得驾驶员的驾驶体验感得到改善。

图6是本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制装置的一个结构示意图，该装置适用于执行本发明实施例提供的电动助力转向系统的控制方法。如图6所示，该装置具体可以包括传递函数确定模块601和频率特性控制模块602。

所述传递函数确定模块601，用于确定稳定性补偿控制器传递函数；

所述频率特性控制模块602，用于根据所述稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性。

可选的，所述频率特性包括幅频特性和相频特性。

可选的，所述稳定性补偿控制器传递函数

可选的，该装置还包括，动力学建模模块，用于：

获取方向盘及管柱的动力学建模、输出轴到齿轮齿条减速器的动力学建模和电机及蜗轮蜗杆减速器的动力学建模；

根据所述方向盘及管柱的动力学建模、所述输出轴到齿轮齿条减速器的动力学建模和所述电机及蜗轮蜗杆减速器的动力学建模，确定所述电动助力转向系统的开环传递函数。

可选的，所述方向盘及管柱的动力学建模

和

分别是θ_h的二阶微分和一阶微分；

所述输出轴到齿轮齿条减速器的动力学建模

和

分别是θ_d的二阶微分和一阶微分；

所述电机及蜗轮蜗杆减速器的动力学建模

和

分别是θ_m的二阶微分和一阶微分，θ_m是电机转角。

可选的，所述电动助力转向系统的开环传递函数

其中，s是滤波器的积分，

可选的，频率特性控制模块602，具体用于：

将所述稳定性补偿控制器传递函数进行离散变换，确定离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数；

根据所述离散变换后的稳定性补偿控制器传递函数和所述电动助力转向系统的开环传递函数，确定所述频率特性。

本领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述功能模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例的装置，利用稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性，改变了系统幅值裕度和相位裕度的大小，解决了电动助力转向系统稳定性差的问题，实现了提升电动助力转向系统稳定性的目的，从而减少转向过程中的手力脉动及方向盘抖动，使得驾驶员的驾驶体验感得到改善。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施例提供的电动助力转向系统的控制方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述任一实施例提供的电动助力转向系统的控制方法。

下面参考图7，其示出了适于用来实现本发明实施例的电子设备700的结构示意图。本发明实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图7示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图7所示，电子设备700可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)701，其可以根据存储在只读存储器(ROM)702中的程序或者从存储装置708加载到随机访问存储器(RAM)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 703中，还存储有电子设备700操作所需的各种程序和数据。处理装置701、ROM 702以及RAM 703通过总线704彼此相连。输入/输出(I/O)接口705也连接至总线704。

通常，以下装置可以连接至I/O接口705：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置706；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置707；包括例如磁带、硬盘等的存储装置708；以及通信装置709。通信装置709可以允许电子设备700与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图7示出了具有各种装置的电子设备700，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置709从网络上被下载和安装，或者从存储装置708被安装，或者从ROM 702被安装。在该计算机程序被处理装置701执行时，执行本发明实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的模块和/或单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块和/或单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括传递函数确定模块和频率特性控制模块。其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定。

作为另一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备包括：确定稳定性补偿控制器传递函数；根据所述稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性。

根据本发明实施例的技术方案，通过确定稳定性补偿控制器传递函数；根据所述稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性。本发明实施例利用稳定性补偿控制器传递函数和电动助力转向系统的开环传递函数，确定电动助力转向系统的频率特性，改变了幅值裕度和相位裕度的大小，解决了电动助力转向系统稳定性差的问题，实现了提升电动助力转向系统稳定性的目的，从而减少转向过程中的手力脉动及方向盘抖动，使得驾驶员的驾驶体验感得到改善。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。