力矩阻尼补偿控制方法、控制器和转向控制方法与流程

1.本申请涉及车辆转向技术领域，特别是涉及一种力矩阻尼补偿控制方法、控制器和转向控制方法。


背景技术：

2.现有的电动助力转向(eps)控制系统由转矩传感器、角度传感器、电机和控制器等几部分组成，其中，转矩传感器用来测量驾驶员的手力矩，角度传感器用于测量车辆方向盘的转角，电机用于为驾驶员提供助力转矩，控制器负责运行控制算法。在助力转向过程中，转矩传感器测量驾驶员的手力矩，并结合车速信号，输入eps控制，输出需求助力转矩给电机控制器，控制电机实现助力转向。
3.电动助力转向系统作为路面与驾驶员之间的连接，在转向过程中，轮胎与地面的相互作用产生绕主销的回正力矩，通过机械结构传递到方向盘，从而，驾驶员能够感受到清晰的路感和驾驶体验。但是，当车辆行驶在不平路面时，高频路面激励信号将对车轮产生扰动，尤其是轮胎动不平衡工况下，转向轮将绕主销高频摆振，且该扰动频率与车速呈正比例关系。若不采取补偿措施，一方面影响车辆操作稳定性和舒适性；另一方面，该激励信号将通过机械结构传递到方向盘，对驾驶员的手感带来不利影响。因此，要求在驾驶员对路感把握的同时，降低高频扰动对轮胎的影响。
4.专利zl201710159074.3引入变截面阻尼器、电磁螺线管和电磁阀等装置构成减震装置，安装于左转向节和右转向节，通过电磁螺线管调节横向刚度，通过阻尼器来调整横向阻尼，以实现抑制转向轮摆振现象。专利zl201010295311.7通过传感器检测车辆车速和整车质量，利用中央控制单元根据预设系统运动微分方程计算分析当前车辆转向轮最佳主销后倾角，执行单元实时调节转向轮主销后倾角，以减小车辆转向轮摆振。但上述两种方法均引入了独立的执行机构，结构复杂，成本高。专利us6122579基于电动助力转向系统来抑制转向轮摆振，不引入额外的执行结构，节省成本，但需要实时采集电机电流信号或者电压信号等，对输入信息要求较多。
5.因而，如何在不额外引入执行机构，且不受限于电机的电流或者电压信号，就能够抑制路面高频激励以及车轮动不平衡对转向轮摆振的影响成为亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.基于上述问题，本申请提供了一种力矩阻尼补偿控制方法、控制器和转向控制方法，为车辆提供阻尼补偿力矩，以抑制路面对车轮的高频扰动，避免转向轮出现摆振。
7.本申请实施例公开了如下技术方案：
8.第一方面，本申请提供一种力矩阻尼补偿控制方法，包括：根据车辆的车速信号，获得所述车辆的车速增益；根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的力矩变化增益；根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的补偿手力矩；根据所述车速增益、所述力矩变化增益以及所述补偿手力矩，确定所述车辆的阻尼补偿力矩。
9.可选地，在本申请的任一实施例中，所述根据所述车辆的车速信号，获得所述车辆的车速增益具体为：通过预先建立的车速增益表，确定所述车速增益。
10.可选地，在本申请的任一实施例中，所述根据车辆的车速信号，获得所述车辆的车速增益之前还包括：实时获得不同车辆在不同车速下的车速增益，建立车速增益表。
11.可选地，在本申请的任一实施例中，所述根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的力矩变化增益具体为：将所述手力矩与预设的力矩阈值进行比对，根据比对结果，确定所述力矩变化增益。
12.可选地，在本申请的任一实施例中，所述力矩阈值包括第一力矩阈值和第二力矩阈值，所述第一力矩阈值小于所述第二力矩阈值；所述力矩变化增益包括预设的第一力矩变化增益、第二力矩变化增益，所述第一力矩变化增益小于所述第二力矩变化增益；所述将所述手力矩与预设的力矩阈值进行比对，根据比对结果，确定所述力矩变化增益包括：当所述手力矩的绝对值小于或等于所述第一力矩阈值时，确定所述力矩变化增益为所述第一力矩变化增益；当所述手力矩的绝对值大于或等于所述第二力矩阈值时，确定所述力矩变化增益为所述第二力矩变化增益。当所述手力矩的绝对值大于所述第一力矩阈值且小于所述第二力矩阈值时，基于预先确定的力矩增益模型，计算获得所述力矩变化增益。
13.可选地，在本申请的任一实施例中，所述根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的补偿手力矩具体为：基于预先建立的阻尼补偿模型对所述车辆的手力矩进行滤波处理，获得所述补偿手力矩。
14.可选地，在本申请的任一实施例中，所述根据所述车速增益、所述力矩变化增益以及所述补偿手力矩，确定所述车辆的阻尼补偿力矩具体为：对所述车速增益、所述力矩变化增益以及所述补偿手力矩进行乘积运算，将乘积结果作为所述阻尼补偿力矩。
15.第二方面，本申请提供一种力矩阻尼补偿控制器，包括：车速增益模块，用于根据所述车辆的车速信号，获得所述车辆的车速增益；力矩增益模型，用于根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的力矩变化增益；阻尼补偿模块，用于根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的补偿手力矩；力矩获得模块，用于根据所述车速增益、所述力矩变化增益以及所述补偿手力矩，确定所述车辆的阻尼补偿力矩。
16.可选地，在本申请的任一实施例中，所述力矩获得模块进一步用于，对所述车速增益、所述力矩变化增益以及所述补偿手力矩进行乘积运算，将乘积结果作为所述阻尼补偿力矩。
17.第三方面，本申请提供一种转向控制方法，包括：根据上述任一实施例所述的力矩阻尼补偿控制方法，确定所述阻尼补偿力矩，并将所述阻尼补偿力矩与根据车辆的手力矩和车速信号获得的随速助力矩叠加获得目标需求助力矩；
18.本申请实施例提供的力矩阻尼补偿控制方法、控制器和转向控制方法，根据车辆的车速信号，获得所述车辆的车速增益；根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的力矩变化增益；根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的补偿手力矩；根据所述车速增益、所述力矩变化增益以及所述补偿手力矩，确定所述车辆的阻尼补偿力矩。通过本申请实施例提供的力矩阻尼补偿控制方法、控制器和转向控制方法，为车辆提供阻尼补偿力矩，以抑制路面对车轮的高频扰动，避免转向轮出现摆振。
附图说明
19.为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本申请实施例一中力矩阻尼补偿控制方法的流程示意图；
21.图1a为本申请实施例一中阻尼补偿模型的框架示意图；
22.图2为本申请实施例二中力矩阻尼补偿控制器的结构示意图；
23.图3为本申请实施例三中转向控制方法的流程示意图；
24.图4为本申请实施例四中转向控制系统的流程示意图。
具体实施方式
25.实施本申请实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.第一实施例
28.参见图1，该图为本申请实施例提供的一种力矩阻尼补偿控制方法的流程图。
29.如图1所示，本实施例提供的力矩阻尼补偿控制方法，包括：
30.步骤s101、根据车辆的车速信号，获得所述车辆的车速增益；
31.具体为，通过预先建立的车速增益表，确定所述车速增益。本步骤中，通过车速传感器实时采集车辆的车速信号，而后，根据所述车辆的车速信号在预先建立的车速增益表中进行索引，根据索引结果，确定车速增益。
32.由于车轮受到的高频激励幅值和频率均与车速有关，因此，在不同的车速下，车速增益是不同的，且该车速增益与具体的车辆相关，需根据实际车辆进行标定。具体的，实时获得不同车辆在不同车速下的车速增益，建立车速增益表。通常，对车辆进行车速增益标定，需建立该车辆的仿真模型，通过仿真软件对该车辆仿真模型进行仿真，建立不同车速与车速增益的映射关系，完成对该车辆的车速增益的标定，生成所述车速增益表。
33.步骤s102、根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的力矩变化增益；
34.本步骤中，所述根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的力矩变化增益具体为：将所述手力矩与预设的力矩阈值进行比对，根据比对结果，确定所述力矩变化增益。
35.其中，所述力矩阈值包括第一力矩阈值和第二力矩阈值，所述第一力矩阈值小于所述第二力矩阈值；所述力矩变化增益包括预设的第一力矩变化增益、第二力矩变化增益，所述第一力矩变化增益大于所述第二力矩变化增益。
36.具体的，将所述手力矩与预设的力矩阈值进行比对，根据比对结果，确定所述力矩变化增益包括：当所述手力矩的绝对值小于或等于所述第一力矩阈值时，确定所述力矩变化增益为所述第一力矩变化增益；当所述手力矩的绝对值大于或等于所述第二力矩阈值时，确定所述力矩变化增益为第二力矩变化增益；当所述手力矩的绝对值大于所述第一力
矩阈值且小于所述第二力矩阈值时，基于预先确定的力矩增益模型，计算获得所述力矩变化增益。
37.需要说明的是，随着车速的增大，力矩变化增益呈下降趋势。本实施例中，设定第一力矩变化增益大于第二力矩变化增益，如设定当手力矩的绝对值小于或等于第一力矩阈值时，第一力矩变化增益为1；当手力矩的绝对值大于或等于第二力矩阈值时，第二力矩变化增益为0.75；当手力矩的绝对值大于第一力矩阈值且小于第二力矩阈值时，根据所述车辆的手力矩，对所述第一力矩变化增益和第二力矩变化增益进行线性插值，计算获得力矩变化增益。
38.本实施例中，用g2表示车辆的力矩变化增益，t表示手力矩，α表示预设的第一力矩阈值，β表示预设的第二力矩阈值，a表示第一力矩变化增益，b表示第二力矩变化增益。其中，所述第一力矩阈值α小于第二力矩阈值β，第一力矩变化增益a大于第二力矩变化增益b。
39.在手力矩的绝对值|t|小于或者等于第一力矩阈值α时，输出第一力矩变化增益a，即车辆输出的力矩变化增益g2等于a。在手力矩的绝对值|t|大于或者等于第二力矩阈值β时，输出第二力矩变化增益b，即车辆输出的力矩变化增益g2等于b。在手力矩的绝对值|t|大于第一力矩阈值α，且小于第二力矩阈值β时，即α<|t|<β时，基于力矩增益模型，输出第三力矩变化增益。在此，采用的力矩增益模型通过在第一力矩变化增益a、第二力矩变化增益b之间线性插值得到，如下公式(1)所示，
[0040][0041]
需要说明的是，力矩变化增益模型也可以通过非线性插值方法得到。
[0042]
步骤s103、根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的补偿手力矩；
[0043]
本实施例中，通过扭矩传感器采集车辆的扭矩信号，获取车辆的手力矩。将实时测量的车辆的手力矩输入预先建立的阻尼补偿模型中进行计算，输出补偿手力矩。具体的，基于预先建立的阻尼补偿模型对所述车辆的手力矩进行滤波处理，获得所述补偿手力矩。其中，阻尼补偿模型是根据车辆系统动力学，通过交互式的设计仿真方法，对车辆转向系统的结构、参数进行分析、调整得到。
[0044]
图1a为本申请实施例一中阻尼补偿模型的框架示意图，如图1a所示，该阻尼补偿模型的具体表达如下公式(2)所示：
[0045][0046]
其中，k、b0、b1、b2、b3、a1和a2均为增益系数，根据手力矩的衰减进行标定得到；z-1
表示一阶单位延迟(即车辆的手力矩延迟一个周期)，z-2
为二阶单位延迟(即车辆的手力矩延迟两个周期)，z-3
表示三阶单位延迟(即车辆的手力矩延迟三个周期)；k为车辆的手力矩增益系数，b0为当前周期手力矩的增益系数，a1为一阶单位延迟输入延迟手力矩的增益系数，b1为一阶单位延迟输出延迟手力矩的增益系数，a2为二阶单位延迟输入延迟手力矩增益系数，b2为二阶单位延迟输出延迟手力矩增益系数；b3为三阶单位延迟输出延迟手力矩增益系数。
[0047]
本实施例中，在车轮受到来自路面的高频扰动时，将车辆的手力矩通过手力矩增益系数k进行放大(k小于1时，表示衰减)，输入第一加法器，然后再通过手力矩的增益系数
b0进行放大(b0小于1时，表示衰减)后，作为补偿手力矩的输出手力矩输入第二加法器。
[0048]
将车辆的手力矩通过手力矩增益系数k进行放大后延迟一个周期，通过一阶单位延迟输出手力矩的增益系数b1进行放大后，作为补偿手力矩的一阶延迟输出手力矩输入第二加法器。
[0049]
将车辆的手力矩通过手力矩增益系数k进行放大后延迟一个周期，通过一阶单位延迟输入手力矩的增益系数a1进行放大后，作为一阶延迟输入手力矩输入第一加法器，与车辆的手力矩通过手力矩增益系数k进行放大后的手力矩进行求和运算，将求和结果作为延迟两个周期的输入手力矩；将延迟两个周期的输入手力矩通过二阶延迟输出手力矩增益系数b2进行放大后，作为补偿手力矩的二阶延迟输出手力矩输入第二加法器。
[0050]
将车辆的手力矩通过手力矩增益系数k进行放大后延迟两个周期，通过二阶延迟输入手力矩增益系数a2进行放大后，作为二阶延迟输入手力矩输入第一加法器、与一阶延迟输入手力矩以及车辆的手力矩通过手力矩增益系数k进行放大后的手力矩在第一加法器中进行求和，将求和结果作为延迟三个周期的输入手力矩；将延迟三个周期的输入手力矩通过三阶延迟输出手力矩增益系数b3进行放大后，作为补偿手力矩的三阶延迟输出手力矩输入第二加法器。
[0051]
将输出手力矩、一阶延迟输出手力矩、二阶延迟输出手力矩以及三阶延迟输出手力矩在第二加法器中进行求和，将求和结果作为补偿手力矩输出。
[0052]
本步骤中，在车轮受到来自路面的高频扰动时，通过三阶单位延迟，对来自路面的高频信号进行过滤，提供阻尼补偿力矩，有效抑制路面对车轮的高频扰动信号，以抑制转向轮出现摆振。
[0053]
步骤s104、根据所述车速增益、所述力矩变化增益以及补偿手力矩，确定所述车辆的阻尼补偿力矩。
[0054]
本实施例中，在得到车速增益、力矩变化增益以及补偿手力矩后，对补偿手力矩、车速增益以及力矩变化增益进行整合处理，以确定阻尼补偿力矩。具体的，对车速增益、力矩变化增益以及补偿手力矩进行乘积运算，将乘积结果作为所述阻尼补偿力矩。
[0055]
在前述实施例基础上，本申请还提供一种力矩阻尼补偿控制器。下面结合实施例和附图对该方法的具体实现进行描述和说明。
[0056]
第二实施例
[0057]
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种力矩阻尼补偿控制器的结构示意图。
[0058]
如图2所示，本实施例提供的力矩阻尼补偿控制器，包括：
[0059]
车速增益模块201，用于根据所述车辆的车速信号，获得所述车辆的车速增益；力矩增益模块202，用于根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的力矩变化增益；阻尼补偿模块203，用于根据所述车辆的手力矩，获得所述车辆的补偿手力矩；力矩获得模块204，用于根据所述车速增益、所述力矩变化增益以及所述补偿手力矩，确定所述车辆的阻尼补偿力矩。
[0060]
本实施例中，通过车速传感器实时采集车辆的车速信号，通过扭矩传感器采集车辆的手力矩，将实时测量的车速信号和手力矩输入阻尼补偿模块203中进行计算，有效抑制车辆受到的高频扰动信号，以抑制转向轮的摆振。
[0061]
具体的，所述车速增益模块201进一步用于通过预先建立的车速增益表，确定所述
车速增益。
[0062]
可选的，本实施例的力矩阻尼补偿控制器还可以包括：增益表模块，用于实时获得不同车辆在不同车速下的车速增益，建立车速增益表。本实施例中，通过对车辆的仿真模型进行仿真，得到车辆在可行的车速范围内，车速与对应的车速增益之间的映射关系，生成车速增益表，以便根据实时测量的车速信号确定车速增益。
[0063]
本实施例中，所述力矩阈值包括第一力矩阈值和第二力矩阈值，所述第一力矩阈值小于所述第二力矩阈值；所述力矩变化增益包括预设的第一力矩变化增益、第二力矩变化增益，所述第一力矩变化增益大于所述第二力矩变化增益。
[0064]
所述力矩增益模块202进一步用于将所述手力矩与预设的力矩阈值进行比对，根据比对结果，确定所述力矩变化增益。具体的，当所述手力矩的绝对值小于或等于所述第一力矩阈值时，确定所述力矩变化增益为所述第一力矩变化增益；当所述手力矩的绝对值大于或等于所述第二力矩阈值时，确定所述力矩变化增益为所述第二力矩变化增益；当所述手力矩的绝对值大于所述第一力矩阈值且小于所述第二力矩阈值时，基于预先确定的力矩增益模型，计算获得所述力矩变化增益。
[0065]
本实施例中，当手力矩的绝对值大于第一力矩阈值且小于第二力矩阈值时，对所述第一力矩变化增益和所述第二力矩变化增益进行线性插值，计算获得力矩变化增益。需要说明的是，力矩变化增益模型也可以为通过非线性插值方法得到的力矩增益模型。
[0066]
本实施例中，基于预先建立的阻尼补偿模型对所述车辆的手力矩进行滤波处理，获得所述补偿手力矩。
[0067]
通过对对所述车速增益、所述力矩变化增益以及所述补偿手力矩进行乘积运算，将乘积结果作为所述阻尼补偿力矩。
[0068]
需要说明的是，本实施例中各模块的操作可以参考上述第一实施例提供的力矩阻尼补偿控制方法的描述。
[0069]
基于前述实施例提供的力矩阻尼补偿控制方法，相应地，本申请还提供一种转向控制方法。下面结合附图和实施例对该系统的具体实现进行描述。
[0070]
第三实施例
[0071]
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种转向控制方法的流程示意图。
[0072]
如图3所示，本实施例提供的转向控制方法，包括：
[0073]
步骤s301、根据上述第一实施例所述的力矩阻尼补偿控制方法，确定所述阻尼补偿力矩，并将所述阻尼补偿力矩与根据车辆的手力矩和车速信号获得的随速助力矩叠加获得目标需求助力矩；
[0074]
在本步骤中，对随速助力矩和阻尼补偿力矩进行整合，确定目标需求助力矩，具体的，对随速助力矩和阻尼补偿力矩进行求和运算，将求和结果作为目标需求助力矩，输出给电机控制器。
[0075]
步骤s302、根据所述目标需求助力矩，控制电机输出目标转速和目标转矩。
[0076]
电机控制器根据接收到的目标需求助力矩，控制电机输出目标转速和目标转矩，以对车辆转向提供助力。
[0077]
基于前述实施例提供的转向控制方法，相应地，本申请还提供一种转向控制系统。下面结合附图和实施例对该系统的具体实现进行描述。
[0078]
第四实施例
[0079]
参见图4，该图为本申请实施例提供的一种转向控制系统的结构示意图。
[0080]
如图4所示，本实施例提供的转向控制系统，包括：
[0081]
需求助力矩模块401，用于将上述第二实施例所述的力矩阻尼补偿控制器确定的所述阻尼补偿力矩与根据车辆的手力矩和车速信号获得的随速助力矩叠加获得目标需求助力矩；
[0082]
控制模块402，用于根据所述目标需求助力矩，控制电机输出目标转速和目标转矩。
[0083]
可选地，本实施例的转向控制系统还可以包括：随速助力模块，用于根据车辆的手力矩和车速信号，计算随速助力矩。所述需求助力矩模块401进一步用于对所述随速助力矩和所述阻尼补偿力矩进行求和运算，将求和结果所述目标输出力矩。
[0084]
需要说明的是，本实施例中各模块的操作可以参考上述第三实施例提供的转向控制方法的描述。
[0085]
本实施例中，根据传感器采集的车速信号和手力矩，计算车辆转向的随速助力矩和阻尼补偿力矩，为控制模块402提供精确的目标需求助力矩，以控制电机输出目标转速和目标转矩。在车轮受到来自路面的低频扰动时，随速助力矩保持与手力矩原比例输入；此时，输入控制模块402的目标需求助力矩中随速助力矩贡献较高，以保证驾驶员的转向手感(如车轮的回正手感、阻尼手感等)不变。在车轮受到来自路面的高频扰动时，对来自路面的高频信号进行过滤，提供阻尼补偿力矩，抑制路面对车轮的高频扰动，以避免转向轮出现摆振。
[0086]
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元提示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0087]
以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。