一种电动转向系统的助力转矩修正方法、装置及车辆与流程

本发明属于新能源汽车的电动转向系统的技术领域，特别涉及一种电动转向系统的助力转矩修正方法、装置及车辆。

背景技术：

电动转向系统随着新能源汽车的高速发展得到了广泛的应用，转向系统的安全有效工作，直接关系到车辆的安全性能和驾驶感受，因此，如何最大程度上保证转向系统的安全性能成为整车结构设计和控制策略开发过程中必须考虑的重要环节。

现有的转向系统原理图如图1所示，当系统初次在整车上修正完毕时，方向盘转角与转向助力转矩之间的对应关系即为转向特性曲线，转向电机严格按照转向特性曲线输出助力转矩，能准确反映驾驶员的转向意图，即在某一确定的方向盘转角下，转向电机控制器向转向电机发送的转向电机转矩指令也为一定值。但当转向系统的机械部件(如转向油泵、转向油路、助力电机)出现故障时，会造成转向电机的实际需要输出的转矩偏移转向特性曲线较大；或者，在车辆长期运营后，由于机械磨损造成转向电机实际需要输出的转矩偏移转向特性曲线较大。上述两种情况下，前期修正的转向特性曲线已不适用于当前的转向系统，均会造成整个转向系统的动作不能够精确响应驾驶员的意图，出现过转向、转向不足或转向不便利，影响驾驶感受甚至造成车辆事故。

该系统存在上述缺陷的原因是：该系统是开环控制，没有实时将能体现系统故障和磨损状况的参数反馈给转向电机控制器或整车控制器，造成转向电机控制器不能根据机械部件故障或硬件损耗自行修正助力转矩值，也不能在系统发生严重故障或严重磨损时给驾驶员以报警进行检修。总之，该系统的运行稳定性和安全性不能在整个车辆运行生命周期中得以保证，且该问题会随着车辆的运行时间加长而越益突出。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电动转向系统的助力转矩修正方法、装置及车辆，用于解决现有技术中转向系统的部件发生磨损造成的过转向或转向不足的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电动转向系统的助力转矩修正方法，包括以下方法方案：

方法方案一，包括如下步骤：

1)采集助力电机的转向电压、转向电流、车速及方向盘转角，根据采集到的转向电压和转向电流计算助力电机的实际功率，并根据采集到的车速及方向盘转角确定助力电机的理论功率；

2)根据所述助力电机的实际功率与助力电机的理论功率计算助力转矩调节系数；

3)根据所述助力转矩调节系数对助力电机的实际功率进行调整，将调整后得到的目标调节功率作为助力电机的实际功率值，从而对各车速及各方向盘转角下的助力电机的转向特性曲线进行调整。

方法方案二，在方法方案一的基础上，对各车速及各方向盘转角下的助力转矩调节系数进行累计计算，当累计后的助力转矩调节系数大于设定的阈值时，判断为电动转向系统失效，并报警。

方法方案三、方法方案四，分别在方法方案一或方法方案二的基础上，助力电机的实际功率计算公式为：

p1＝v×i

其中，p1为助力电机的实际功率，v为助力电机的转向电压，i为助力电机的转向电流。

方法方案五、方法方案六，分别在方法方案三或方法方案四的基础上，所述助力转矩调节系数的计算公式为：

f＝(p1-p2)/p2

其中，f为助力转矩调节系数，p1为助力电机的实际功率，p2为助力电机的理论功率。

方法方案七、方法方案八，分别在方法方案五或方法方案六的基础上，所述助力电机的目标调节功率表示为：

p3＝p1+f×p1

其中，p3为目标调节功率，p1为助力电机的实际功率，f为助力转矩调节系数。

方法方案九，在方法方案一的基础上，所述电机的理论功率通过查询车速、方向盘转角对应的电机转向特性曲线表得到。

本发明还提供了一种电动转向系统的助力转矩修正装置，包括以下装置方案：

装置方案一，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行时的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

(1)采集助力电机的转向电压、转向电流、车速及方向盘转角，根据采集到的转向电压和转向电流计算助力电机的实际功率，并根据采集到的车速及方向盘转角确定助力电机的理论功率；

(2)根据所述助力电机的实际功率与助力电机的理论功率计算助力转矩调节系数；

(3)根据所述助力转矩调节系数对助力电机的实际功率进行调整，将调整后得到的目标调节功率作为助力电机的实际功率值，从而对各车速及各方向盘转角下的助力电机的转向特性曲线进行调整。

装置方案二，在装置方案一的基础上，对各车速及各方向盘转角下的助力转矩调节系数进行累计计算，当累计后的助力转矩调节系数大于设定的阈值时，判断为电动转向系统失效，并报警。

装置方案三、装置方案四，分别在装置方案一或装置方案二的基础上，助力电机的实际功率计算公式为：

p1＝v×i

其中，p1为助力电机的实际功率，v为助力电机的转向电压，i为助力电机的转向电流。

装置方案五、装置方案六，分别在装置方案三或装置方案四的基础上，所述助力转矩调节系数的计算公式为：

f＝(p1-p2)/p2

其中，f为助力转矩调节系数，p1为助力电机的实际功率，p2为助力电机的理论功率。

装置方案七、装置方案八，分别在装置方案五或装置方案六的基础上，所述助力电机的目标调节功率表示为：

p3＝p1+f×p1

其中，p3为目标调节功率，p1为助力电机的实际功率，f为助力转矩调节系数。

装置方案九，在装置方案一的基础上，所述电机的理论功率通过查询车速、方向盘转角对应的电机转向特性曲线表得到。

本发明还提供了一种车辆，包括以下车辆方案：

车辆方案一，包括方向盘、方向盘转角传感器、助力电机、助力电机控制器及整车控制器，所述整车控制器与所述助力电机控制器、方向盘转角传感器连接，所述整车控制器用于采集助力电机的转向电压、转向电流、车速及方向盘转角，根据采集到的转向电压和转向电流计算助力电机的实际功率，并根据采集到的车速及方向盘转角确定助力电机的理论功率；根据所述助力电机的实际功率与助力电机的理论功率计算助力转矩调节系数；根据所述助力转矩调节系数对助力电机的实际功率进行调整，将调整后得到的目标调节功率作为助力电机的实际功率值，从而对各车速及各方向盘转角下的助力电机的转向特性曲线进行调整。

车辆方案二，在车辆方案一的基础上，对各车速及各方向盘转角下的助力转矩调节系数进行累计计算，当累计后的助力转矩调节系数大于设定的阈值时，判断为电动转向系统失效，并报警。

车辆方案三、车辆方案四，分别在车辆方案一或车辆方案二的基础上，助力电机的实际功率计算公式为：

p1＝v×i

其中，p1为助力电机的实际功率，v为助力电机的转向电压，i为助力电机的转向电流。

车辆方案五、车辆方案六，分别在车辆方案三或车辆方案四的基础上，所述助力转矩调节系数的计算公式为：

f＝(p1-p2)/p2

其中，f为助力转矩调节系数，p1为助力电机的实际功率，p2为助力电机的理论功率。

车辆方案七、车辆方案八，分别在车辆方案五或车辆方案六的基础上，所述助力电机的目标调节功率表示为：

p3＝p1+f×p1

其中，p3为目标调节功率，p1为助力电机的实际功率，f为助力转矩调节系数。

车辆方案九，在车辆方案一的基础上，所述电机的理论功率通过查询车速、方向盘转角对应的电机转向特性曲线表得到。

本发明的有益效果是：

本发明首先采集助力电机的转向电压、转向电流、车速及方向盘转角，根据采集到的转向电压和转向电流计算助力电机的实际功率，并根据采集到的车速及方向盘转角确定助力电机的理论功率；根据助力电机的实际功率与助力电机的理论功率计算助力转矩调节系数；根据助力转矩调节系数对助力电机的实际功率进行调整，将调整后得到的目标调节功率作为助力电机的实际功率值，从而对各车速及各方向盘转角下的助力电机的转向特性曲线进行调整。本发明能够根据电动转向系统的机械磨损状态来自动对电机的助力转矩进行调节，避免了由于电动转向系统的机械磨损造成的过转向或转向不足的问题，能实现在线持续改善转向特性曲线，在车辆运行的整个生命周期内保持驾驶员转向感受良好。

进一步地，通过对转矩调节系数进行累加计算，当累加计算后的值大于设定的阈值时，判断为电动转向系统失效并报警，可预防偶发性转向事故发生。

附图说明

图1为现有技术中的纯电动助力转向系统结构原理图；

图2为本发明的纯电动助力转向系统结构原理图；

图3为本发明的纯电动助力转向系统的助力转矩修正方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

一种车辆，具体的如图2所示，包括方向盘、转向油路、转向油泵、助力电机，方向盘与方向盘转角传感器连接，方向盘转角传感器与整车控制器连接，整车控制器与助力电机控制器连接，电机控制器与助力电机连接，助力电机依次与转向油泵、转向油路连接，方向盘与转向油路连接，其中，转向油泵与转向油路之间是双向连接。

基于图2所示的系统结构，提供了一种电动转向系统的助力转矩修正方法，包括如下步骤，如图3所示：

1)助力电机控制器实时输出助力电机的转向电压信号和转向电流信号，整车控制器采集助力电机的转向电压信号和转向电流信号，并根据采集到的转向电压信号和转向电流信号计算助力电机的实际功率；作为其他的实施方式，助力电机控制器也可以依靠本身根据转向电压信号和转向电流信号计算助力电机的实际功率，助力电机的实际功率计算公式为：

p1＝v×i

其中，p1为助力电机的实际功率，v为助力电机的转向电压，i为助力电机的转向电流。

2)方向盘转角传感器输出方向盘转角到整车控制器，并将采集到的车速信号发送给整车控制器，由整车控制器根据接收到的方向盘转角信号和车速值通过查表得到对应的助力电机的理论功率值，该表包括了通过实验得到的不同转速下和不同方向盘转角下的助力电机的理论功率值，在车辆出厂时以可标定参数的形式写在助力电机控制器程序中，且助力电机控制器根据助力电机的实际功率与助力电机的理论功率计算助力转矩调节系数；助力转矩调节系数的计算公式为：

f＝(p1-p2)/p2

其中，f为助力转矩调节系数，p1为助力电机的实际功率，p2为助力电机的理论功率。

3)助力电机控制器接收整车控制器传递的转矩调节系数，且助力电机控制器根据实际功率和助力转矩调节系数计算助力电机的目标调节功率，对助力电机的实际功率进行调节；目标是使得助力电机的实际输出的功率无线接驾驶员的需求，以维持整个转向系统外特性的稳定，助力电机的目标调节功率表示为：

p3＝p1+f×p1

其中，p3为目标调节功率，p1为助力电机的实际功率，f为助力转矩调节系数。

车辆出厂时各车速及各方向盘转角下需修正的助力转向理论功率表示为：

针对某一修正点(定方向盘转角m、定车速n下的理论功率)pmn，经过i次循环修正后，该理论功率值逐渐调整为pmn×fmn。

4)将计算得到的助力电机的目标调节功率p3写入转向特性曲线对应的存储区内，替代当前方向盘转角和车速下的原理论功率值，即在下一个控制循环过程中，将目标调节功率p3作为助力电机的实际功率值，对各车速及各方向盘转角下的助力电机的转向特性曲线进行调整，输出修正后的助力电机的助力转矩，目标是使得助力电机的转向特性曲线能随着电动转向系统的机械故障和磨损进行同步更新。其中，助力转矩调节系数的正反向累计计算值为：

fmn＝(1+f1)×(1+f2)×(1+f(...))×(1+f(i-1))×(1+fi)

其中，fmn为经过i次的循环修正后的助力转矩调节系数的累计值，f1为第一次修正时的转矩调节系数，f2为第一次修正时的转矩调节系数，……，fi为第i次修正时的转矩调节系数。

5)对各车速及各方向盘转角下的助力转矩调节系数进行正反向累计计算，并设定转矩调节系数累计值，以检测电动转向系统机械部件的磨损程度，或判断机械系统是否发生机械故障。当累计后的助力转矩调节系数大于设定的阈值时，判断为电动转向系统失效，认为转向系统已不能够正常工作，此时，整车控制器发送故障码，提醒驾驶员及时维修，若转向助力系数累计值小于设定的阈值，认为电动转向系统只发生轻微故障或损耗，此时通过步骤1)-步骤4)的修正方法对助力转矩实时修正来弥补转向力矩偏移。

本发明还提供了一种电动转向系统的助力转矩修正装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行时的计算机程序，处理器执行程序时实现以下步骤：

(1)采集助力电机的转向电压、转向电流、车速及方向盘转角，根据采集到的转向电压和转向电流计算助力电机的实际功率，并根据采集到的车速及方向盘转角确定助力电机的理论功率；

(2)根据助力电机的实际功率与助力电机的理论功率计算助力转矩调节系数；

(3)根据助力转矩调节系数对助力电机的实际功率进行调整，将调整后得到的目标调节功率作为助力电机的实际功率值，从而对各车速及各方向盘转角下的助力电机的转向特性曲线进行调整。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。