一种汽车电动助力转向盘角度识别方法与流程
本发明涉及电动助力转向技术领域，更具体地，涉及一种仅有装备有扭矩传感器，经过系统状态识别获得一个冗余的两路绝对角度信号的汽车电动助力转向盘角度识别方法。
背景技术：
随着车辆电子技术的发展，车辆的电动助力转向系统以其环保、节电、占用空间小、设计灵活、控制策略调整方便等优势，获得广泛应用。当前汽车电子朝向智能化和网络化发展，而转向在智能驾驶领域非常重要的一个部件，在转向系统中，转向盘转角信号的对于整车控制不可缺失的。并且转角信号的质量和可靠性从某种程度上讲决定了智能驾驶的安全等级。所以开发具有冗余信号的转向盘绝对角位置传感器，对于电动助力转向和车身稳定控制系统，汽车照明系统有举足轻重的意义。然而，现有的转向角度传感装置，是一种旋转装置，分为位置式和增量式。位置式角度传感装置要么受360°限制，要么结构太复杂，成本较高；增量式角度传感装置结构简单，不受360度限制，但需要存储初值用以计算当前的角度信息，一旦丢失初值，将产生错误的角度信息。
随着控制技术与电子技术的发展，车主对汽车的要求越来越高，各开发厂家相继开发出了传统的无角度传感器和有角度传感器先进的电动助力转向系统;有专利提到通过对电动机的转速积分得到方向盘转角，以减少方向盘转角测量元件，实现对角位置的测量。还有专利提供一种安装转向器内齿条上可以能判定车辆是否处于中位传感器、而不是转角传感器，由于中位传感器比角度传感器成本低廉，这种方法比带角度传感器的电动助力转向系统确实进步不少。上述方法要么存在角度信号精度不够，一种汽车电动助力转向盘角度识别系统要么变相地增加传感器，间接地增加了成本，不属于真正的仅仅使用扭矩传感器来获得冗余的高精度的角度信号。本发明旨提供一种方法，利用传统的转向系统现有的零部件获取扭矩信息，不需角度传感器或类似传感器，通过扭矩信号获得转向盘相对位置信号，在相对位置信号的基础上通过整车系统识别，获得绝对转向盘位置信号。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题在于：在传统电动助力转向系统中不增加成本的情况下，获取和识别两路绝对角度信号的电动助力转向方法，以解决背景技术中的问题。
本发明为了解决现有技术问题所采用的技术方案如下：
提供一种汽车电动助力转向盘角度识别方法，包括以下步骤：
s1.:获取转向盘相对角位置信号，所述转向盘相对角位置信号通过下列两种方法的任意一种获得，具体如下：
s11.通过扭矩信号获取周期性的转向盘角位置信号，预处理后，将周期性信号转换成线性信号，得到转向盘相对角位置信号；
或者
s12.获取电机角度位置信号，预处理后，根据电机转速和转向盘转速之间的关系，将电机角度位置信号转换成转向盘转速信号，然后通过积分运算获得转向盘相对角位置信号；
s2.获取直线行驶时的参考转向盘角位置信号，所述直线行驶时的参考转向盘角位置信号通过下列两种方法的任意一种获得，具体如下：
s21.获取横摆角速度信号，预处理后，运算得出转向轮转角，通过转向轮转角来判断汽车是否直线行驶，从而获得直线行驶时的参考转向盘角位置信号；
或者
s22.获取整车驱动轮轮速信号，预处理后，通过左右轮速差来判断汽车是否直线行驶，从而获得直线行驶时的参考转向盘角位置信号；
s3.将转向盘相对角位置信号和直线行驶时的参考转向盘角位置信号进行处理，得到asil_b的绝对转向盘位置信号。
本发明在不增加成本的情况下，直接或间接在汽车上获取不同信号，通过处理最终得到绝对转向盘位置信号，所述绝对转向盘位置信号是由转向盘相对角位置信号和直线行驶时的参考转向盘角位置信号进行处理得到，其中，本发明分别提供了两种获取转向盘相对角位置信号和直线行驶时的参考转向盘角位置信号的方法。
优选地，所述预处理是指滤波和数字信号处理。
优选地，步骤s11中所述扭矩信号是ecu中输出端被动齿轮转角信号与输入端被动齿轮转角信号的差值，所述转向盘角位置信号为输出端被动齿轮转角信号。
优选地，步骤s12中所述电机角度位置信号是由电机自带的角位置传感器获得，通过电动助力转向的减速机构，根据电机的转速从而间接测量转向盘转速，然后积分运算将转向盘转速转换成转向盘相对角位置信号。
优选地，步骤s21中所述转向轮转角的运算过程如下：
其中，
优选地，当转向轮转角为0°时，此时记录下转向盘参考角度，从而得到直线行驶时的参考转向盘角位置信号。
优选地，步骤s22中所述左右轮速差判断汽车是否直线行驶过程如下：
设定一个左右轮速差的预定值，当左右轮速差小于预定值时候，判定为直线行驶，此时记录下转向盘参考角度，从而获得直线行驶时的参考转向盘角位置信号。
上述方法获得的述asil_b的绝对转向盘位置信号可以用于主动回正、自动驾驶、车身稳定控制系统和大灯随动照明系统。
优选地，本发明还利用了两种不同信号识别的方法和信号源组成一个冗余的转向盘角位置信号，信号可靠性和安全性得以提升，具体如下：
s4.获取两个asil_b的绝对转向盘位置信号；
s5.将两个asil_b的绝对转向盘位置信号融合后，进行安全算法处理，得到了asil_d的绝对转向盘位置信号。
优选地，上述方法获得的asil_d的绝对转向盘位置信号可用于主动回正、自动驾驶、车身稳定控制系统和大灯随动照明系统。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：
1.本发明没有采用角度传感器或其他类似位置传感器，实现对电动助力转向扭矩的测量实现对转向盘角速度的测量，从而间接测量转向盘角位置。降低了成本，节约了传感器的安装空间。
2.本发明利用转向系统现成的零部件或集成整车上其他汽车部件相关信号，通过相关模型计算，参考汽车直线行驶时转向盘位置，可获得转向盘绝对角位置传感器。
3.本发明利用两种不同信号识别的方法和信号源组成一个冗余的转向盘角位置信号，信号可靠性和安全性得以提升。
4.本发明利用汽车动力学操纵稳定性原理，根据输入车速和车辆横摆角速度，获得转向盘角位置信号。
5.本发明两路转向盘绝对角位置信号采用不同信号源测量的，不同的算法处理，不同的模型运算，不同的角位置信号识别，构成了两路信号的“异构”，提高了信号的可靠性和稳定性。
附图说明
图1电动助力转向示意图。
图2扭矩传感器中角度测量示意图。
图3汽车电动助力转向盘角度识别方法流程图。
图4基于前轮转向整车的二自由度模型图。
图5周期性信号转换成线性信号示意图。
图6第一种获取asilb的绝对转向盘位置信号示意图。
图7第二种获取asilb的绝对转向盘位置信号示意图。
图8第三种获取asilb的绝对转向盘位置信号示意图。
图9第四种获取asilb的绝对转向盘位置信号示意图。
图10汽车电动助力转向盘角度识别系统示意图。
其中，1.输入端被动齿轮，2.输入端主动齿轮，3.变形扭杆，4.扭矩传感器，5.输入端转角感应芯片，6.输入端信号调理器，7.输出端转角感应芯片，8.输出端主动齿轮，9.输入端被动齿轮转角信号，10.输出端被动齿轮，11.输出端信号调理器，12.输出端被动齿轮转角信号，13.电动助力转向ecu，14.横摆角速度信号，15电机角度位置信号，16.整车驱动轮轮速信号，17.预处理模块，18.线性的角位置信号转换模块，19.转向盘绝对位置识别模块，20.预处理模块，21.整车二自由度模型处理模块，22.转向轮转角信号识别模块，23.asil_b的绝对转向盘位置信号，24.电机转速转换模块，25.积分运算模块，26.预处理模块，27.左右轮速判别模块，28.直线行驶时转向盘角位置识别模块，29.第二转向盘绝对位置识别模块，30.asil_b的绝对转向盘位置信号，31.安全算法处理模块，32.转向盘主动回正控制器模块，33.整车can网路，34.转向盘，35助力电机，36.蜗轮蜗杆减速部件，37.转向器，38.预处理模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
如图3所示，本实施例提供一种汽车电动助力转向盘角度识别方法，包括以下步骤：
s1.:获取转向盘相对角位置信号，所述转向盘相对角位置信号通过下列两种方法的任意一种获得，具体如下：
s11.通过扭矩信号获取周期性的转向盘角位置信号，预处理后，将周期性信号转换成线性信号，得到转向盘相对角位置信号；
或者
s12.获取电机角度位置信号，预处理后，根据电机转速和转向盘转速之间的关系，将电机角度位置信号转换成转向盘转速信号，然后通过积分运算获得转向盘相对角位置信号；
s2.获取直线行驶时的参考转向盘角位置信号，所述直线行驶时的参考转向盘角位置信号通过下列两种方法的任意一种获得，具体如下：
s21.获取横摆角速度信号，预处理后，运算得出转向轮转角，通过转向轮转角来判断汽车是否直线行驶，从而获得直线行驶时的参考转向盘角位置信号；
或者
s22.获取整车驱动轮轮速信号，预处理后，通过左右轮速差来判断汽车是否直线行驶，从而获得直线行驶时的参考转向盘角位置信号；
s3.将转向盘相对角位置信号和直线行驶时的参考转向盘角位置信号进行处理，得到asil_b的绝对转向盘位置信号；
其中，预处理是指滤波和数字信号处理，整车驱动轮轮速信号和横摆角速度信号均是直接从汽车中获取；
扭矩信号获取如图1～2所示，矩传感器4在通过测量变形扭杆3输入端和输出端的角变形量来获取扭矩信号的。在转向盘34输入力矩后，输入端主动齿轮2带动输入端被动齿轮1旋转，输入端被动齿轮1旋转会被输入端转角感应芯片5感知，然后通过输入端信号调理器6把输入端被动齿轮转角信号9传送到电动助力转向ecu13，同样，输出端主动齿轮8带动输出端被动齿轮10旋转，输出端被动齿轮10旋转会被输出端转角感应芯片7感知，然后通过输出端信号调理器11把输出端被动齿轮转角信号12传送到电动助力转向ecu13，只是由于变形扭杆3是一个弹性部件，输出端转角会比输入端会产生转角差。电动助力转向ecu13中输出端被动齿轮转角信号12与输入端被动齿轮转角信号9的差值即为扭矩信号，本实施例获取输出端被动齿轮转角信号，由于此信号不能直接测量转向盘角位置信号，测量量程有限，只能周期性的表示转向盘角位置信号，需要转换成线性的大量程的转角信号，具体如图5所示；
步骤s12中电机角度位置信号是由电机自带的角位置传感器获得，在电动助力转向系统中，助力电机为了解电机位置，电机上自带了角位置传感器的，但同样电机的角位置的测量转换到转向盘角位置测量后，表现出转向盘角位置测量量程有限等问题，只能周期性的表示转向盘位置信号，通过电动助力转向的减速机构，根据电机的转速从而间接测量转向盘转速，如图3所示，系统中包含蜗轮蜗杆减速部件36，也就是汽车上转向盘转一圈电机转20圈，且汽车转向盘的行程大于360°，当大于360°时角度信号不唯一，所以需要微分和积分运算将转向盘转速转换成转向盘相对角位置信号；
如图4所示，步骤s21中所述转向轮转角的运算过程如下：
其中，
可以发现
步骤s22中左右轮速差判断汽车是否直线行驶过程如下：设定一个左右轮速差的预定值，当左右轮速差小于预定值时候，判定为直线行驶，此时记录下转向盘参考角度，从而获得直线行驶时的参考转向盘角位置信号。
本实施例中转向盘相对角位置信号通过两种方法的任意一种获得，直线行驶时的参考转向盘角位置信号也是通过两种方法的任意一种获得，因此，最终得到asil_b的绝对转向盘位置信号为四种方案，即通过扭矩信号和横摆角速度信号获取、扭矩信号和整车驱动轮轮速信号获取、电机角度位置信号和整车驱动轮轮速信号获取四种方案。
上述方法得到的asil_b的绝对转向盘位置信号可以用于主动回正、自动驾驶、车身稳定控制系统和大灯随动照明系统，促使整车系统信号共享，节约资源同时提高信号质量及安全性，有利整车智能化，集成化发展。
如图3所示，本实施例还利用了两种不同信号识别的方法和信号源组成一个冗余的转向盘角位置信号，信号可靠性和安全性得以提升，还包括以下步骤：
s4.获取两个asil_b的绝对转向盘位置信号；
s5.将两个asil_b的绝对转向盘位置信号融合后，进行安全算法处理，得到了asil_d的绝对转向盘位置信号。
本实施例中两个asil_b的绝对转向盘位置信号可以为上述四种方案的任意两种，也可以是重复一种方案。两路转向盘绝对角位置信号采用不同信号源测量的，不同的算法处理，不同的模型运算，不同的角位置信号识别，构成了两路信号的“异构”，提高了信号的可靠性和稳定性。
上述方法得到的asil_d的绝对转向盘位置信号可以用于主动回正、自动驾驶、车身稳定控制系统和大灯随动照明系统，促使整车系统信号共享，节约资源同时提高信号质量及安全性，有利整车智能化，集成化发展。
实施例2
如图6～10所示，本实施例提供一种应用于实施例1的一种汽车电动助力转向盘角度识别系统，包括电动助力转向ecu13，电动助力转向ecu13包括转向盘相对角位置信号模块、直线行驶时的参考转向盘角位置信号模块和转向盘绝对位置识别模块19，转向盘绝对位置识别模块19分别与转向盘相对角位置信号模块、直线行驶时的参考转向盘角位置信号模块连接；
转向盘相对角位置信号模块包括扭矩传感器模块或无刷电机模块，扭矩传感器模块包括预处理模块17、线性的角位置信号转换模块18，电动助力转向ecu13接收到输出端被动齿轮转角信号12，经过预处理模块18对信号进行预处理，然后经过线性的角位置信号转换模块19将周期信号转换成线性信号，得到转向盘相对角位置信号；无刷电机模块包括预处理模块38、电机转速转换模块24、积分运算模块25，电动助力转向ecu13接收到电机角度位置信号15，经过预处理模块38对信号进行预处理，然后经过电机转速转换模块24转换成转向盘转速信号，再经过积分运算模块25得到转向盘相对角位置信号；
直线行驶时的参考转向盘角位置信号模块包括整车轮速信号模块或整车横摆角速度信号模块，整车轮速信号模块包括预处理模块26、左右轮速判别模块27和直线行驶时转向盘角位置识别模块28，ecu13接收到整车驱动轮轮速信号16后，经过预处理模块26对信号进行预处理，然后经过左右轮速判别模块27，通过左右轮速差来判断汽车是否直线行驶，再经过直线行驶时转向盘角位置识别模块28的识别，得到直线行驶时的参考转向盘角位置信号；整车横摆角速度信号模块包括预处理模块20、整车二自由度模型处理模块21和转向轮转角信号识别模块22，ecu13接收到横摆角信号14后，经过预处理模块20对信号进行预处理，然后经过整车二自由度模型处理模块21运算得到转向轮转角，判断汽车是否直线行驶，再经过转向轮转角信号识别模块22的识别，得到直线行驶时的参考转向盘角位置信号；
转向盘相对角位置信和直线行驶时的参考转向盘角位置信号通过转向盘绝对位置识别模块最终得到asilb的绝对转向盘位置信号；转向盘绝对位置识别模块19还连接有转向盘主动回正控制器模块32或/和整车can网络33，转向盘主动回正控制器模块32用于主动回正，asilb的绝对转向盘位置信号输出到ecu13内的转向盘主动回正控制器模块32可用于主动回正，输出到整车can网络33，通过can网路33可以供给电动助力转向自动驾驶，车身稳定控制系统，大灯随动照明系统等使用，促使整车系统信号共享，节约资源同时提高信号质量及安全性。
本实施例中转向盘相对角位置信号模块包含两种模块的任意一种，直线行驶时的参考转向盘角位置信号模块包含两种模块的任意一种，因此，可以提供四种汽车电动助力转向盘角度识别系统，均可得到asilb的绝对转向盘位置信号，具体如图6～9所示。
其中，预处理模块用于对信号进行滤波和数字信号处理，整车二自由度模型处理模块为实施例1步骤s21中转向轮转角的运算过程，当转向轮转角为0°时，触发转向轮转角信号识别模块记录下转向盘参考角度，从而得到直线行驶时的参考转向盘角位置信号；
左右轮速判别模块判断左右轮速差可以判断汽车是否直线行驶，当左右轮速差小于预定值时，触发直线行驶时转向盘角位置识别模块记录下转向盘参考角度，从而得到直线行驶时的参考转向盘角位置信号；
电机转速转换模块根通过电动助力转向的减速机构，根据电机的转速从而间接测量转向盘转速，积分运算模块用于将转向盘转速转换成转向盘相对角位置信号。
本实施例为了利用了两种不同信号识别的方法和信号源组成一个冗余的转向盘角位置信号，如图10所示，转向盘相对角位置信号模块、直线行驶时的参考转向盘角位置信号模块和转向盘绝对位置识别模块均设置两个，还设有安全算法处理模块31，任意一个转向盘相对角位置信号模块、直线行驶时的参考转向盘角位置信号模块和转向盘绝对位置识别模块为一组输出asilb的绝对转向盘位置信号，两组分别与安全算法处理模块31连接；本实施例提供一种具体方案作为参考，但是不局限于该方案。
其中第一路asilb的绝对转向盘位置信号获取如下：
电动助力转向ecu13接收到输出端被动齿轮转角信号12，经过预处理模块18对信号进行预处理，然后经过线性的角位置信号转换模块19将周期信号转换成线性信号，得到转向盘相对角位置信号；ecu13接收到横摆角信号14后，经过预处理模块20对信号进行预处理，然后经过整车二自由度模型处理模块21运算得到转向轮转角，判断汽车是否直线行驶，再经过转向轮转角信号识别模块22的识别，得到直线行驶时的参考转向盘角位置信号，并与转向盘相对角位置信号共同通过转向盘绝对位置识别模块19得到asil_b的绝对转向盘位置信号23；
第二路asilb的绝对转向盘位置信号获取如下：电动助力转向ecu13接收到电机角度位置信号15，经过预处理模块38对信号进行预处理，然后经过电机转速转换模块24转换成转向盘转速信号，再经过积分运算模块25得到转向盘相对角位置信号；ecu13接收到整车驱动轮轮速信号16后，经过预处理模块26对信号进行预处理，然后经过左右轮速判别模块27，通过左右轮速差来判断汽车是否直线行驶，再经过直线行驶时转向盘角位置识别模块28的识别，得到直线行驶时的参考转向盘角位置信号，并与转向盘相对角位置信号共同通过第二转向盘绝对位置识别模块29得到asil_b的绝对转向盘位置信号30；
asil_b的绝对转向盘位置信号23和asil_b的绝对转向盘位置信号30经过安全算法处理模块31进行安全算法处理后，最终得到asild的绝对转向盘位置信号，安全算法处理模块31还连接有转向盘主动回正控制器模块32或/和整车can网络33，转向盘主动回正控制器模块32用于主动回正，asild的绝对转向盘位置信号输出到ecu13内的转向盘主动回正控制器模块32可用于主动回正，输出到整车can网络33，通过can网路33可以供给电动助力转向自动驾驶，车身稳定控制系统，大灯随动照明系统等使用，促使整车系统信号共享，节约资源同时提高信号质量及安全性。
实施例3
本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，第二路asilb的绝对转向盘位置信号获取与第一路asilb的绝对转向盘位置信号获取相同，得到两个asil_b的绝对转向盘位置信号23经过安全算法处理模块31进行安全算法处理后，最终得到asild的绝对转向盘位置信号。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。
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