[實(shí)用新型]混合閉環(huán)EPS控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920127293.4
• 申請(qǐng)日: 2009-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN201457458U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱文;田合平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶三祥汽車電控系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): B62D5/04
• 分類號(hào): B62D5/04;B62D6/08
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓;李玉盛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具體涉及一種混合閉環(huán)EPS控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS，Electric?Power?Steering)是未來汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由助力電機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，具有車輛低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輕便，高速行駛時(shí)提供阻尼使方向穩(wěn)定，并具有在車輛運(yùn)行中90％的直線行駛期間不耗能而達(dá)到綜合節(jié)油5％左右的優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性能。EPS的安裝靈活性也十分突出，可在不更換系統(tǒng)硬件的情況下，通過改變控制器軟件的設(shè)計(jì)，十分方便地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的助力、回正和阻尼特性，使汽車獲得多種助力特性，以滿足不同型號(hào)但同一品牌的汽車對(duì)車輛操控性的不同要求。它的應(yīng)用能夠節(jié)約能源，提高主動(dòng)安全性，且有利于環(huán)保，可廣泛應(yīng)用于輕型汽車及普通轎車上，并可提高汽車的操縱靈活性。

參見圖2，現(xiàn)有汽車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括由轉(zhuǎn)向上軸2、力矩變形桿3、轉(zhuǎn)向下軸4、控制器8、力矩傳感器11、助力電機(jī)9和減速機(jī)10組成的電動(dòng)助力裝置，電動(dòng)助力裝置安裝在轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向下軸4或齒輪上，并為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供電動(dòng)助力。但是，現(xiàn)有的EPS系統(tǒng)存在控制策略復(fù)雜，補(bǔ)償參數(shù)過多的問題，如圖1和圖4所示，采用以控制助力電機(jī)電流大小為目標(biāo)的控制策略，在汽車轉(zhuǎn)向過程中，要實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向助力的精確控制，就必須對(duì)電流也實(shí)施精確控制。而助力電機(jī)9的電流變化受到多種因素的影響，控制器8接收的信號(hào)越全面，系統(tǒng)控制輸出的助力就越精確，但控制策略就越復(fù)雜。采用純電流閉環(huán)的控制策略時(shí)，需要將助力電機(jī)9的實(shí)時(shí)電流信號(hào)反饋至控制器8，因此在控制器8與助力電機(jī)9之間還連接有電流傳感器(圖中省略)，控制器8需要不斷對(duì)車速V、力矩T_S、轉(zhuǎn)角θ_m以及反饋電流I等信號(hào)進(jìn)行分析和計(jì)算、并參考多種補(bǔ)償修正系數(shù)，然后需要根據(jù)系統(tǒng)控制策略不斷調(diào)整輸出電流的值。這種以電機(jī)繞組電流作為閉環(huán)控制策略的算法，忽略了方向盤的操作手感，容易忽略因轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)械部件制造誤差及裝配誤差造成左、右轉(zhuǎn)向手力不對(duì)稱的現(xiàn)象，造成車輛保舵力差的問題。如果隨著車輛使用時(shí)間的增加，會(huì)進(jìn)一步加深機(jī)械部件的磨損，很可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大這種左、右轉(zhuǎn)向手力不對(duì)稱的現(xiàn)象，而這種純電流閉環(huán)的控制策略很難自動(dòng)補(bǔ)償并消除這種左、右轉(zhuǎn)向手力不對(duì)稱的問題。另外針對(duì)同等功率的助力電機(jī)使用在不同車型的EPS系統(tǒng)中時(shí)，在純電流閉環(huán)的控制策略中，其各種參數(shù)的確定復(fù)雜，整車匹配的時(shí)間較長，也不利于新車型的早日推出。

又如圖1、圖5所示，采用以控制轉(zhuǎn)向力矩為目的的控制策略，可以很好地消除路面沖擊和機(jī)械振動(dòng)造成的電流波動(dòng)影響，并可以保持較好的手感，但是對(duì)起始力矩要求較大。從圖5也可以看出，當(dāng)方向盤的輸入力矩較小時(shí)，電機(jī)繞組內(nèi)無助力電流，加上純力矩閉環(huán)控制還存在響應(yīng)滯后的問題，因而造成了方向盤轉(zhuǎn)向起動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩偏大的手感問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中EPS控制系統(tǒng)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種以駕駛者的手感和車輛的路感作為控制目標(biāo)，且控制算法簡單、各種參數(shù)匹配容易，減少大量成本，并能大大縮短和整車同步開發(fā)時(shí)間的混合閉環(huán)EPS控制系統(tǒng).

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：混合閉環(huán)EPS控制系統(tǒng)，包括由轉(zhuǎn)向上軸、力矩變形桿、轉(zhuǎn)向下軸、控制器、助力電機(jī)、減速機(jī)和力矩傳感器組成的電動(dòng)助力裝置，所述控制器上設(shè)有車速信號(hào)、力矩信號(hào)以及蓄電池的輸入端口，控制器內(nèi)還包括微處理器、脈寬調(diào)制功率放大全橋和助力電機(jī)輸出端口，本實(shí)用新型的創(chuàng)新在于，在控制器的電路板上設(shè)置有轉(zhuǎn)向力矩輸入電路和電流檢測電路，減速機(jī)與力矩傳感器連接，力矩傳感器將力矩信號(hào)輸出給控制器；所述控制器與助力電機(jī)、減速機(jī)和力矩傳感器形成力矩閉環(huán)控制的硬件回路，助力電機(jī)與控制器的微處理器以及電流檢測電路形成小電流閉環(huán)控制的硬件回路。

進(jìn)一步的特征是，所述控制器內(nèi)嵌入以力矩和電流混合閉環(huán)控制的算法軟件，在軟件內(nèi)設(shè)定有助力死區(qū)和力矩閉環(huán)點(diǎn)的參考值，并執(zhí)行如下步驟：當(dāng)方向盤的轉(zhuǎn)向輸入力矩超過助力死區(qū)但未達(dá)到力矩閉環(huán)點(diǎn)時(shí)，控制器采用小電流閉環(huán)回路控制助力電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)向助力；當(dāng)方向盤的轉(zhuǎn)向輸入力矩超過或達(dá)到力矩閉環(huán)點(diǎn)時(shí)，控制器采用力矩閉環(huán)回路控制助力電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)向助力；本系統(tǒng)以駕駛者的手感和車輛的路感作為監(jiān)控目標(biāo)，對(duì)輸入控制器的力矩信號(hào)、車速信號(hào)、電流檢測電路反饋的助力電機(jī)電流信號(hào)進(jìn)行綜合分析，經(jīng)計(jì)算后判斷選用小電流閉環(huán)回路或力矩閉環(huán)回路，以不同的控制策略分段控制電動(dòng)助力的輸出。