一种电动助力转向系统中回正补偿结束时刻的判断方法

摘要

本发明公开了一种电动助力转向系统中回正补偿过程结束时刻的判断方法，该方法采用电机等效电阻与回正补偿时间作为判断依据，采用逻辑或的关系对回正补偿的结束时刻进行判断；所述电动助力转向系统包括有刷直流电机及与有刷直流电机连接的控制器；所述控制器包括扭矩传感器接口模块、车速/发动机转速输入模块、决策模块、电机驱动模块和测量模块；所述决策模块与扭矩传感器接口模块及车速/发动机转速输入模块连接，用以测量回正补偿时间、确定助力电机输出电流以及对助力过程其它参数进行计算；所述测量模块和电机驱动模块都与电机相连，其中测量模块用以测量电机的电流和电压。

说明书

技术领域

   本发明属于电动助力转向系统运动控制方法领域，涉及一种以电机等效电阻和回正补偿时间两个参量同时参与的回正补偿过程结束时刻判断方法。

背景技术

车辆的回正性是考查其转向系统性能的一项重要指标。由于电动助力转向系统中传动机构存在一定的摩擦和阻尼，会造成安装有电动助力转向系统的车辆其回正性能与采用机械转向系统时的回正性能相比有所劣化。为了使安装有电动助力转向系统的车辆有更好的回正性能，需要在回正过程中对电动转向系统的摩擦和阻尼进行补偿。图3是同一种车辆采用三种不同转向系统的回正性比较。其中“机械转向”是指车辆没有装配任何助力转向装置，“EPS转向”是指将车辆上的机械转向系统更换成了电动助力转向系统，但该电动助力转向系统没有开启回正补偿功能，“带回正补偿”是指将车辆上的机械转向更换成了电动助力转向，并开启了回正补偿功能。从图中的实验结果可见，在没有开启回正补偿时，电动助力转向系统对车辆的回正性能有很大的影响。当开启回正补偿后，车辆的回正性能会优于机械转向。

回正补偿采用恒定扭矩的补偿方法，要得到良好的补偿效果，需要对补偿过程的起始和结束时刻进行判断。

之前常用的对结束时刻进行判断的方法是采用对补偿时间进行计时，当补偿时间达到一定值时即结束补偿。这种方法只采用补偿时间这一个参量作为判决条件，常会出现补偿时间过长，造成回正过度。

发明内容

本发明的目的是对补偿过程中补偿结束时刻进行判断。该方法采用电机的等效电阻和补偿时间两个参量作为回正补偿结束的判断依据，当两个参量中的任一参量满足条件时即认为回正补偿过程结束。

本发明采用的技术方案：

本申请提供一种用于无角度传感器的电动助力转向系统中回正补偿过程结束时刻的判断方法，所述电动助力转向系统包括有刷直流电机及与有刷直流电机连接的控制器；所述控制器包括扭矩传感器接口模块、车速/发动机转速输入模块、决策模块、电机驱动模块和测量模块；所述决策模块与扭矩传感器接口模块及车速/发动机转速输入模块连接，用以测量回正补偿时间、确定电机电流以及对助力过程其它参数进行计算；所述测量模块和电机驱动模块都与电机相连，其中测量模块用以测量电机的电流和电压；

在回正补偿过程中，控制器以一定的时间间隔通过测量模块测量电机的电压U和流过电机的电流I，并利用式（1）计算电机等效电阻：

                                                     (1)

该等效电阻并不是电机电枢的实际电阻，其中除了电枢的实际电阻外还包含了电刷的压降和由于电机转动产生的反电势，这两项电压值都用除以电流的方式换算成了电阻，因此叫做等效电阻。图4给出了在回正过程中电机等效电阻的变化规律。

控制器测量电流和电压的时间间隔优选为1ms。

定义一个等效电阻的判断阈值，该阈值的大小与回正补偿过程结束时方向盘的残余角有一定关系，越大，残余角越大，这里取0.5时效果较好。该判断阈值是根据实验得到的，对于不同的车辆，会有不同的优化目标，该值的取值会有所不同。

对于回正补偿时间，则通过控制器的决策模块测量，从回正补偿开始时刻起对补偿时间进行计时，得到回正补偿时间，同时定义一个回正补偿时间的判断阈值，该值的大小与回正补偿结束时方向盘的残余角有一定关系，越大，残余角越小，这里取2秒时效果较好。这个判断阈值是根据实验得到的，对于不同的车辆，会有不同的优化目标，该值的取值会有所不同。

对于电机等效电阻，若由公式（1）计算得到的等效电阻小于判断阈值时，即认为回正补偿过程结束；若回正时间大于时，认为回正补偿过程结束。

在整个回正补偿过程中，对电机等效电阻的判断结果和回正时间的判断结果采取“逻辑或”的逻辑关系，即其中一个判断结果为“结束”即结束回正补偿过程。

有益效果：本申请在不改变现有EPS结构的基础上，利用控制器（ECU）的程序开发，来实现无转角传感器的EPS回正补偿功能；针对微卡和微面市场，在成本不提高的情况下，实现回正补偿功能。传统的回正过程结束判断方法往往只采用计时法，这样用造成在不同路况下出现回正不足和回正过度的现象。在车辆高速行驶时，回正过度会对车辆的稳定性造成影响，严重时会危及驾驶安全。采用本申请中的判断方法后，回正过程不仅仅取决于回正过程的时间，还取决于电机的运行状态，这样可以克服传统判断方法的很多问题。

附图说明

图1 电动助力转向系统功能框图；

图2 控制器内部各模块之间关系图；

图3 同种车辆三种转向系统的回正性能比较；

图4 回正过程中电机等效电阻的变化情况。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步说明。

如图1所示，本申请所述电动助力转向系统包括有刷直流电机及与有刷直流电机连接的控制器以及方向盘、扭矩传感器、减速机构和车辆的转向系统。在该系统中，扭矩传感器将方向盘上的手力转变为扭矩信号（电信号）送给控制器，控制器根据扭矩信号控制有刷直流电机输出一定的转矩。该转矩经减速机构放大后驱动车辆的转向系统完成转向助力。当驾驶员的转向动作执行完毕后，需要将方向盘旋转至正中位置，该过程即回正过程。理想的回正过程中在转向结束后，驾驶员松开方向盘，在车辆保持行驶的状态下，车轮和方向盘在车辆回正力的驱动下，可快速回到正中位置。而在装配有电动助力转向系统的车辆上，由于电动助力转向系统中传动机构存在一定的摩擦和阻尼，会造成安装有电动助力转向系统的车辆其回正性能与采用机械转向系统时的回正性能相比有所劣化，即车轮和方向盘不能快速的回到正中位置。为了达到较好的回正效果，在这个过程中，扭矩传感器输出的扭矩信号接近于0，但控制器需要控制电机输出一个较小的补偿扭矩来补偿减速机构、电机和车辆转向系统自身的摩擦和阻尼，这样车轮和方向盘可以在车辆回正力的驱动下，快速返回正中位置。为避免现有技术中容易出现的回正过度或不足等问题，本申请通过对电机等效电阻的判断结果和回正时间的判断结果采取“逻辑或”的逻辑关系来对结束回正补偿进行判断。其中等效电阻和回正时间通过控制器的测量模块以及决策模块测量，所述测量模块和决策模块在控制器中与电机驱动模块以及扭矩传感器接口模块、车速/发动机转速输入模块的连接关系如图2所示。

本申请的具体判断方法为：即在回正补偿过程中，控制器通过测量模块以每1ms的时间间隔测量电机的电压U和流过电机的电流I，并利用式（1）计算电机等效电阻，若小于判断阈值时，即认为满足回正补偿过程结束判断中电机等效电阻的判断条件。

控制器同时通过决策模块记录回正过程持续的时间，若回正时间大于判断阈值时，即认为满足回正补偿过程结束判断中回正时间的判断条件。

以上两个条件只要满足一个，即认为回正补偿过程结束。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。