一种电动助力转向系统的自适应摩擦补偿的方法及电动助力转向系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电动助力转向系统的自适应摩擦补偿的方法及相应的电动助力转向系统，所述电动助力转向系统是通过检测驾驶员作用于转向盘上的力矩信号并结合车速信号计算出当前所需要的助力电流值，并通过摩擦补偿的方法计算出摩擦补偿电流值Ifriction，然后将所述助力电流值和所述摩擦补偿电流值Ifriction做加法运算得到最终的目标电流值Iaim，所述目标电流值Iaim控制助力电机提供助力转矩。根据本发明的方法，可以自适应地计算每个驾驶周期的摩擦补偿电流值，可以有效地消除由于车辆的使用、气候环境的变化造成的电动助力转向系统内摩擦变化的影响，并且依据计算的摩擦补偿电流值的大小，可以进行电动助力转向系统的一项健康诊断。
【专利说明】一种电动助力转向系统的自适应摩擦补偿的方法及电动助力转向系统
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及一种汽车电动助力转向系统的自适应摩擦补偿的方法及电动助力转向系统。
【背景技术】
[0002]由于电动助力转向系统具有助力特性可变、节能、结构简单等优点，在中小型汽车领域正逐渐取代传统的液压助力转向系统。
[0003]电动助力转向系统是在传统的机械转向系统的基础上增加一个动力辅助装置(即电机和减速器装置)而成，增加了整个转向系统的摩擦，影响了转向手感和转向回正性能，因此在电动助力转向系统中加入摩擦补偿功能，改善转向感。
[0004]专利CN1652960A中公开了一种摩擦补偿的方法，即利用未补偿的助力电机额定扭矩和手动转向扭矩之和，通过一条滞后特征曲线来计算补偿量的大小，因为在滞后特征曲线中考虑到了转向系统的摩擦，因此等效于对系统进行了摩擦补偿。专利CN102105341B中公开了一种电动助力转向装置，其根据转向扭矩计算用于摩擦补偿的摩擦补偿值，用计算出的摩擦补偿值来修正电流指令值，实现对电动助力转向系统的静摩擦和动摩擦补偿的方法。另有其他专利或文献中提出了摩擦补偿，但其所采用的补偿方法都是将摩擦模型简化为库伦摩擦模型，即将转向系统的摩擦处理成一常数。
[0005]上述计算摩擦补偿的方法或者采用单一转矩计算得到摩擦补偿量或者给定恒定的摩擦补偿量，但是实际中影响电动助力转向系统摩擦的因素很多，如前桥载荷、转向系统内部润滑条件、车辆使用时外界环境等。在车辆的整个使用周期过程中，转向系统的摩擦还随着车辆使用时间、车辆的保养状况等变化。因此采用单一转矩计算得到的摩擦补偿量或者给定恒定的摩擦补偿量可能会出现补偿不足或者过补偿等不良现象，导致转向感觉变差。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种电动助力转向系统的自适应摩擦补偿的方法，该方法使得电动助力转向系统可以获得自然舒适的转向感觉、改善车辆的回正性能。
[0007]本发明还提供一种电动助力转向系统。
[0008]为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种电动助力转向系统的自适应摩擦补偿的方法，所述电动助力转向系统是通过检测驾驶员作用于转向盘上的力矩信号并结合车速信号计算出当前所需要的助力电流值，并通过摩擦补偿的方法计算出摩擦补偿电流值Iftirtim，然后将所述助力电流值和所述摩擦补偿电流值Ifrirtim通过加法运算得到最终的目标电流值Iaim，所述目标电流值Iaim控制助力电机提供助力转矩，摩擦补偿电流根据所述电动助力转向系统中转向盘转动方向的不同分为正向摩擦补偿电流和负向摩擦补偿电流，并定义所述转向盘沿顺时针方向或逆时针方向的转动为正向转动，而沿另一转动方向的转动为负向转动，所述摩擦补偿的方法采用以下步骤进行:
(1) 先将目标电流的初始值设定为零，记为Iaimtl=O,然后以微小的电流增量λI改变目标电流，同时进行所述助力电机开环控制，并监测所述助力电机的转动，当所述助力电机转过微小的转动角度Θ m(rtOTW，记录此时的目标电流值Iaim=Iaimtl+ Σ Δ I，将此时的目标电流值Iaim作为所述正向摩擦补偿电流的电流值，即得正向摩擦补偿电流值IMrtim+，其中，所述微小的电流增量为小于使得所述助力电机由不转到开始沿正向转动的这个临界点所需的电流量，所述微小的转动角度Θ motor为所述助力电机由不转到开始正向转动的这个临界点的转动角度；
(2)将目标电流的初始值重新设定为零，记为Iaimtl=O,然后以微小的电流增量-ΛI改变目标电流，同时进行所述助力电机开环控制，并监测所述助力电机的转动，当所述助力电机转过微小的转动角度-Θ motor时，记录此时的目标电流值Iaim=Iaimtl- Σ Δ I，将此时目标电流值Iaim作为所述负向摩擦补偿电流的电流值，即得负向摩擦补偿电流值其中，所述微小的电流增量-△ I为小于使得所述助力电机由不转到开始沿负向转动的这个临界点所需的电流量，所述微小的转动角度-Θ m(rtOT为所述助力电机由不转到开始负向转动的这个临界点的转动角度；
(3)计算所述摩擦补偿电流值Iftietim:
Ifriction ( I Ifriction-1 +Ifriction.) f ^ °
[0009]所述摩擦补偿电流值Iftirfim为一个驾驶周期的摩擦补偿电流值，其中，所述一个驾驶周期为从汽车的发动机点火到所述发动机熄火之间的一段时间。
[0010]对每个驾驶周期进行所述摩擦补偿电流值Iftirtim的计算，当出现一个驾驶周期的摩擦补偿电流的电流值的大小大于使所述电动助力转向系统运行时所需的最小电流值Iiimit时，则此驾驶周期的摩擦补偿电流的电流值采用上一个驾驶周期的摩擦补偿电流的电流值；当连续多次出现摩擦补偿电流的电流值的大小大于使所述电动助力转向系统运行时所需的最小电流值Ilimit时，则所述电动助力转向系统产生一个故障码，同时提醒驾驶员所述电动助力转向系统存在故障。
[0011]在所述助力电机上设置用于检测所述助力电机转动角度的转角传感器。
[0012]一种电动助力转向系统，其包括助力电机和自适应摩擦补偿控制单元，所述电动助力转向系统还包括设置在所述助力电机上用于检测所述助力电机转动角度的转角传感器，所述自适应摩擦补偿控制单元的设置使其能够按照上述方法计算摩擦补偿电流值
I friction0
[0013]由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点:
根据本发明的摩擦补偿的方法是根据助力电机克服该电动助力转向系统的摩擦后产生运动趋势所需的电流量来计算摩擦补偿电流值，该摩擦补偿的方法有效地消除了由于车辆的使用、气候环境的变化等造成的电动助力转向系统内摩擦变化的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明电动助力转向系统的控制框图；图2为本发明的摩擦补偿电流值的计算在计算程序中的位置；
图3为本发明电动助力转向系统的自适应摩擦补偿电流值的计算流程图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
[0016]如图1所示，本发明的电动助力转向系统，其通过检测驾驶员作用于转向盘上的力矩信号并结合车速信号计算出当前所需要的助力电流值，并通过摩擦补偿的方法计算出摩擦补偿电流值然后将助力电流值和摩擦补偿电流值Iftirtim通过加法运算得到最终的目标电流值Iaim，同时，检测电机的实际电流作为反馈电流，反馈电流值与目标电流值Iaiffl通过减法运算后得到误差电流值，误差电流值经PID算法运算得到的电机的控制电压，进而控制助力电机提供助力转矩，其目的是为了电机输出的实际电流跟随目标电流，达到跟踪目标电流的作用。
[0017]如图2所示，本发明的摩擦补偿电流值的计算在计算程序中的位置，本发明的摩擦补偿电流值的计算是在电动助力转向系统上电自检通过之后开始助力之前进行计算的。
[0018]下面先确定几个定义:本发明的摩擦补偿电流根据电动助力转向系统中转向盘的转动方向的不同分为正向摩擦补偿电流和负向摩擦补偿电流，并定义转向盘沿顺时针方向或逆时针方向的转动为正向转动，而沿另一转动方向的转动为负向转动。
[0019]如图3所示，本发明的摩擦补偿的方法采用以下步骤进行:
(I)先将目标电流的初 始值设定为零，记为Iaimtl=O,然后以微小的电流增量λ I改变目标电流，同时进行助力电机开环控制，并监测助力电机的转动，当助力电机转过微小的转动角度θ —时，记录此时的目标电流值Iaim=IaimO+E Λ I，将此时的目标电流值Iaim作为正向摩擦补偿电流的电流值，即得正向摩擦补偿电流值IMc;tim+，即IMc；tim+=Iaim(l+ Σ Δ I，其中，微小的电流增量为小于使得助力电机由不转到开始沿正向转动的这个临界点所需的电流量，微小的转动角度Θ motor为助力电机由不转到开始正向转动的这个临界点的转动角度。
[0020](2)将目标电流的初始值重新设定为零，记为Iaimtl=O,然后以微小的电流增量-Λ I改变目标电流，同时进行助力电机开环控制，并监测助力电机的转动，当助力电机转过微小的转动角度-Θ motor时，记录此时的目标电流值Iaim=Iaimtl- Σ Δ I，将此时目标电流值Iaim作为负向摩擦补偿电流的电流值，即得负向摩擦补偿电流值即IMc；ti(m-=Iaimcr Σ Λ I，其中，微小的电流增量-Λ I为小于使得助力电机由不转到开始沿负向转动的这个临界点所需的电流量，微小的转动角度-θπ_*助力电机由不转到开始负向转动的这个临界点的转动角度；
(3)计算所述摩擦补偿电流值Iftietim:
Ifriction ( I Ifriction-1 +Ifriction.) f ^ °
[0021]上述摩擦补偿电流值的计算方法的原理是:由于电动助力转向系统存在摩擦，助力电机需先克服电动助力转向系统的摩擦才能产生运动的趋势并产生微小的转动角度Θ t 。
motorυ
[0022]本发明的摩擦补偿电流值l⁣tim为一个驾驶周期的摩擦补偿电流值，其中，一个驾驶周期为从汽车的发动机点火到所述发动机熄火之间的一段时间。[0023]实际中，需对每个驾驶周期进行所述摩擦补偿电流值Ifrirtim的计算，当出现一个驾驶周期的摩擦补偿电流的电流值的大小大于使电动助力转向系统运行时所需的最小电流值Iliniit时，则此驾驶周期的摩擦补偿电流的电流值采用上一个驾驶周期的摩擦补偿电流的电流值；当连续多次出现摩擦补偿电流的电流值的大小大于使电动助力转向系统运行时所需的最小电流值Ilimit时，则电动助力转向系统产生一个故障码，同时提醒驾驶员电动助力转向系统可能存在故障。
[0024]本发明中的电动助力转向系统的助力电机上设置用于检测助力电机转动角度的转角传感器。
[0025]在实际使用中，由于电动助力转向系统中的助力电机通常会通过一个减速装置耦合到转向系统的管柱或者小齿轮或者齿条上，且减速装置通常具有较大的减速比，因此，驾驶员几乎无法察觉到助力电机上微小的转动引起的转向盘的转动。
[0026]本发明的电动助力转向系统采用上述摩擦补偿的方法来计算摩擦补偿电流值，自适应地计算每个驾驶周期的摩擦补偿量，有效地消除由于车辆的使用、气候环境的变化造成的电动助力转向系统内摩擦变化的影响。并且依据计算的摩擦补偿量的大小，可以进行电动助力转向系统的一项健康诊断。
[0027]以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电动助力转向系统的自适应摩擦补偿的方法，所述电动助力转向系统是通过检测驾驶员作用于转向盘上的力矩信号并结合车速信号计算出当前所需要的助力电流值，并通过摩擦补偿的方法计算出摩擦补偿电流值I⁣tim，然后将所述助力电流值和所述摩擦补偿电流值I⁣tim通过加法运算得到最终的目标电流值Iaim，所述目标电流值Iaim控制助力电机提供助力转矩，其特征在于，摩擦补偿电流根据所述电动助力转向系统中转向盘转动方向的不同分为正向摩擦补偿电流和负向摩擦补偿电流，并定义所述转向盘沿顺时针方向或逆时针方向的转动为正向转动，而沿另一转动方向的转动为负向转动，所述摩擦补偿的方法采用以下步骤进行: (1)先将目标电流的初始值设定为零，记为Iaimtl=O,然后以微小的电流增量λI改变目标电流，同时进行所述助力电机开环控制，并监测所述助力电机的转动，当所述助力电机转过微小的转动角度Θ m(rtOTW，记录此时的目标电流值Iaim=Iaimtl+ Σ Δ I，将此时的目标电流值Iaim作为所述正向摩擦补偿电流的电流值，即得正向摩擦补偿电流值IMrtim+，其中，所述微小的电流增量为小于使得所述助力电机由不转到开始沿正向转动的这个临界点所需的电流量，所述微小的转动角度Θ motor为所述助力电机由不转到开始正向转动的这个临界点的转动角度； (2)将目标电流的初始值重新设定为零，记为Iaimtl=O,然后以微小的电流增量-ΛI改变目标电流，同时进行所述助力电机开环控制，并监测所述助力电机的转动，当所述助力电机转过微小的转动角度-Θ motor时，记录此时的目标电流值Iaim=Iaimtl- Σ Δ I，将此时目标电流值Iaim作为所述负向摩擦补偿电流的电流值，即得负向摩擦补偿电流值其中，所述微小的电流增量-△ I为小于使得所述助力电机由不转到开始沿负向转动的这个临界点所需的电流量，所述微小的转动角度-Θ m(rtOT为所述助力电机由不转到开始负向转动的这个临界点的转动角度； (3)计算所述摩擦补偿电流值Iftietim:
Ifriction ( I Ifriction-1 +Ifriction.) f ^ °
2.根据权利要求1所述的自适应摩擦补偿的方法，其特征在于，所述摩擦补偿电流值Ifti。一为一个驾驶周期的摩擦补偿电流值，其中，所述一个驾驶周期为从汽车的发动机点火到所述发动机熄火之间的一段时间。
3.根据权利要求2所述的自适应摩擦补偿的方法，其特征在于，对每个驾驶周期进行所述摩擦补偿电流值Iftirtim的计算，当出现一个驾驶周期的摩擦补偿电流的电流值的大小大于使所述电动助力转向系统运行时所需的最小电流值Ilimit时，则此驾驶周期的摩擦补偿电流的电流值采用上一个驾驶周期的摩擦补偿电流的电流值；当连续多次出现摩擦补偿电流的电流值的大小大于使所述电动助力转向系统运行时所需的最小电流值Ilimit时，则所述电动助力转向系统产生一个故障码，同时提醒驾驶员所述电动助力转向系统存在故障。
4.根据权利要求1所述的自适应摩擦补偿的方法，其特征在于，在所述助力电机上设置用于检测所述助力电机转动角度的转角传感器。
5.一种电动助力转向系统，其包括助力电机和自适应摩擦补偿控制单元，其特征在于，所述电动助力转向系统还包括设置在所述助力电机上用于检测所述助力电机转动角度的转角传感器，所述自适应摩擦补偿控制单元的设置使其能够按照权利要求1~4中任一项权利要求所述的方法计算摩擦补偿电流值
【文档编号】B62D5/04GK103935395SQ201410101085
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】吕英超, 吕艳博, 成建明, 蒙天斌 申请人:清华大学苏州汽车研究院（相城）, 江苏天行健汽车科技有限公司