汽车电动助力转向摩擦补偿控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于汽车电动助力转向系统的摩擦补偿控制方法，更具体地说， 它设及一种能够补偿电动助力转向系统动静摩擦力矩，在不同助力增益下均获得相同摩擦 感觉的摩擦补偿控制方法。
【背景技术】
[0002] 电动助力转向作为电子技术与转向系统相结合的产物，紧扣汽车工业发展Ξ大主 题，在提供助力、减轻驾驶员操纵负担的同时，也能够提高汽车的转向性能，W其优越的性 能和特点有逐步替代液压助力转向趋势，具有广阔的应用前景。电动助力转向系统在原有 机械系统基础上增加了电机及减速机构，增加了转向系统的摩擦力矩。换向操作时，过大的 系统摩擦力矩使得路感丧失且汽车回正性能差。多数的研究成果中，电动助力转向摩擦补 偿控制主要基于电机角速度的符号函数或饱和函数，在不同车速下施加固定幅值的补偿控 制力矩减少系统的摩擦。施加的补偿力矩只能在转向系统有相对转动时才能融入系统控制 中，补偿系统的动摩擦力矩，而对于仅有相对转动趋势时的静摩擦力矩则没有作用。
[0003] 专利CN103863393A提出一种电动助力转向系统摩擦补偿方法，基于转向盘角速 度计算摩擦补偿力矩，并在摩擦补偿力矩的基础上引入扭矩增益，作为摩擦补偿力矩计算 时的一个相乘因子，在转动力矩较小时补偿一个较大摩擦补偿力矩，在转动力矩较大时补 偿一个较小的摩擦补偿力矩，但未能补偿转向系统的静摩擦力矩。
[0004] 专利CN103935395A提出一种电动助力转向系统自适应摩擦补偿方法，基于转向 系统特性自动确定一个驾驶周期的摩擦补偿控制电流，能够补偿转向系统的动静摩擦力 矩，但未考虑电动助力转向助力增益对转向系统摩擦力矩的影响。
【发明内容】
阳0化]本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种用于汽车 电动助力转向系统的摩擦补偿控制方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：设计一种可实现动静 摩擦力矩共同补偿的摩擦控制方法，使摩擦补偿力矩在转向盘转动与停止之间实现平滑过 渡。
[0007] 电动助力转向系统摩擦补偿力矩采用如下公式计算：
当电机角速度霉较大，电机角速度饱和函数sat(擊）饱和时，sat(變）输出值为±1， 摩擦补偿力矩为±XTfrK。。"即Xsi即（4)TfrKti。。，其中si即（4)为电机角速度的符号 函数，输出限制为±1，用于补偿转向系统的转动摩擦；当电机角速度％为零时，sign(奪） 输出值为0,摩擦补偿力矩为Xsat(丫）Tffuti。。，用于补偿转向系统的静摩擦；当电机角速度 饱和函数未饱和时，为转向系统动静摩擦补偿的过渡过程。
[0008] 技术方案中所述的基于电动助力转向助力增益的变幅值摩擦补偿控制是指：基于 电动助力转向系统的助力增益调整摩擦补偿幅值比例系数X，保证电动助力转向系统在不 同助力增益时均能获得相同的摩擦感觉。
[0009] 摩擦补偿幅值比例系数X采用如下公式确定：
为了保证摩擦补偿幅值比例系数X确定时，T。/%比值在转向盘力矩接近0时的有效 性，采用如下计算方法：
[0010] 本发明的有益效果： 本发明所述的汽车电动助力转向系统摩擦补偿控制方法可同时补偿转向系统的动静 摩擦力矩，使摩擦补偿力矩在转向盘转动与停止之间实现平滑过渡，解决传统基于电机角 速度的符号函数或饱和函数的摩擦补偿控制方法不能补偿转向系统静摩擦力矩的弊端。
[0011] 本发明所述的汽车电动助力转向系统摩擦补偿控制方法，针对电动助力转向助力 增益变化时，驾驶员感受的系统摩擦力矩随之变化造成的路感模糊现象，提出基于电动助 力转向助力增益修正摩擦补偿力矩幅值比例系数X，使驾驶员在不同转向盘转角下获得近 乎相同的摩擦感觉。
[0012] 总的说来，该发明从根本上解决电动助力转向动静摩擦补偿问题，解决了电动助 力转向助力增益变化引起的驾驶员感受到的系统摩擦力矩随之变化问题。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明所述的汽车电动助力转向系统结构组成的示意图。
[0014] 图2是本发明所述的基于电机角速度的符号函数和饱和函数实现电动助力转向 系统摩擦补偿控制的示意图。
[0015] 图3是本发明所述用于汽车电动助力转向摩擦补偿控制的仿真试验平台的示意 框图。
[0016] 图4是本发明所述的动静摩擦补偿过渡过程曲线。
[0017] 图5是本发明所述的电动助力转向助力增益引起的转向系统摩擦力矩变化曲线。
[0018] 图1中，1.转向盘，2.转矩传感器，3.电动助力转向控制器，4.车速传感器， 5.电机电枢电压，6.电流传感器，7.助力电机，8.电机减速机构，9.齿轮齿条转向器，10.轮胎。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作详细的描述： 参阅图1，驾驶员操纵转向盘1转向时，扭矩传感器2检测出驾驶员的转向力矩，车速传 感器4检测出汽车的行驶车速，电动助力转向控制器3根据扭矩传感器和汽车行驶车速确 定助力电机7的目标控制电流，电流传感器6检测出助力电机7的实际电流信号，电动助力 转向控制器3基于助力电机目标电流和实际电流信号的偏差，通过PID闭环控制，确定施加 在助力电机7上的电机电枢电压5,控制助力电机7的转矩大小和转动方向，电机转矩经电 机减速器8放大，作用转向传动轴上作为电机助力矩，转向盘力矩和电机助力矩共同作用 在齿条转向器9上，驱动轮胎10转动，实现转向功能。
[0020] 参阅图2,图2 (a)所示为本发明所述的基电机角速度的速符号函数的摩擦补偿 控制方法，根据电机角速度嗓施加一定幅值的摩擦补偿力矩，即Tft=si即（?) 了^。心。，其 中：Tf。为施加的摩擦补偿力矩，Tf。。。。。为转向系统摩擦力矩，为电机角速度的符号函数，输 出值为±1，定义为
图2 (b)所示为本发明所述的基于电机角速度的饱和函数的摩擦补偿控制方法，根据 电机角速度4施加一定幅值的摩擦补偿力矩，即Tfe=sat(4) 了^。,1。。，其中：8曰*〇为电机 角速度的饱和函数，输出限制为±1，定义为
其中琴为设定的电机角速度阀值。
[0021] 可W看出，基于电机角速度的符号函数和饱和函数的摩擦补偿控制，只能补偿系 统转动时的动摩擦力矩，却不能补偿转向系统的静摩擦力矩。为此，设计一种可实现动静 摩擦力矩共同补偿的摩擦控制方法，使摩擦补偿力矩在转向盘转动与停止之间实现平滑过 渡。电动助力转向系统的摩擦补偿力矩采用如下公式计算： Tfc=xsat[sat(髮）+丫（1-Isat(^)I)] Tfriction 当电机角速度髮较大，电机角速度饱和函数sat( % )饱和时，sat( 4 )输出值为± 1， 摩擦补偿力矩为±xTfrK。。"即xsi即（奪）了化恤。"其中si即（?)为电机角速度的符号 函数，输出限制为±1，用于补偿转向系统的转动摩擦；当电机角速度为零时，输出值为0， 摩擦补偿力矩为Xsign(丫）Twtti。。，用于补偿转向系统的静摩擦；当电机角速度饱和函数 未饱和时，为转向系统动静摩擦补偿的过渡过程。