[發明專利]一種助力轉向系統的力矩補償方法

在審

• 申請號: 201710010224.4
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN107433976A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 楊佳興
• 申請（專利權）人: 上海拿森汽車電子有限公司
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙)31288
• 代理人: 劉君

技術領域

本發明涉及一種汽車轉向技術，尤其涉及一種電動助力轉向系統(Electric Power Steering,簡稱EPS)的力矩補償技術。

背景技術

大多數電動助力轉向系統如圖1所示，是由機械轉向系統加裝轉角傳感器2，扭矩傳感器11，電子控制單元13，轉向助力電機12及其減速機構4等組成。其中，機械轉向系統主要包括轉向盤1，轉向管柱3，中間軸5，轉向器6，小齒輪10，轉向拉桿7，轉向節臂9和轉向輪8；扭矩傳感器用以檢測駕駛員操縱力矩；助力電機可安裝在轉向管柱或轉向器上，通過減速機構給駕駛員提供助力力矩。

圖2中扭矩傳感器信號Td，轉角傳感器信號A與車速傳感器信號V輸入到電子控制單元(ECU)的力矩控制模塊，計算出相應的助力力矩Icmd，作為目標力矩指令輸出給電機控制模塊，控制器輸出電流驅動助力電機工作。由于扭矩傳感器測量到的扭矩信號與轉向系統真實的扭矩相比一般存在一定程度的滯后，因此扭矩信號進入力矩控制模塊之前一般要進行補償處理，如圖2中所示，否則電動助力轉向系統的電機助力力矩可能與機械管柱的固有頻率發生諧振，使整套轉向系統震動。

電動轉向系統的扭矩補償器一般采用二階補償的方法，二階扭矩補償是一個超前滯后的濾波器，具有幅頻增益和相頻補償的作用。其離散表達式如下：

G_sc(z)是一個傳遞函數，參數a1,a2,b0,b1,和b2是獨立的濾波參數。

該補償的輸入為扭矩傳感器測量到的扭矩信號。可以通過調整如下表中的參數修改濾波器的幅頻及相頻特性。

表1扭矩補償濾波器參數

扭矩補償濾波器的輸出是補償后的扭矩信號。

采用扭矩二階補償的方法由于調節參數少，濾波器形狀不靈活，根據該濾波器輸出的扭矩信號實施的電機扭矩依然經常帶來駕駛員轉向時有粘滯，摩擦和響應不及時的情況，出現較大的方向盤扭矩波動。

力矩補償器的設計及參數選擇原則為，從力矩補償器的bode圖來看：

a.在低頻區，幅值增益應接近于1，相位滯后應盡可能小；

b.在中頻區，幅值增益應小于1，相位滯后應盡可能小；

c.在高頻區，幅值增益應盡可能小，相位超前盡可能大。

一般的電動助力轉向系統往往采用二階補償器，該補償器調節參數少，難以兼顧以上三個特征。無粘滯感要求系統在中低頻段的相位滯后小，穩定性則要求系統在高頻段的相位超前大。因此二階的力矩補償器就很難兼顧穩定性和舒適性兩個性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種四階扭矩補償的方法，可以通過參數調節同時兼具以上三個特征，從而實現比較好的轉向手感。

本發明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提供一種助力轉向系統的力矩補償方法，所述助力轉向系統包括機械轉向系統和電子控制單元，所述電子控制單元的輸入端和扭矩傳感器相連，輸出端通過轉向助力電機、減速機構和機械轉向系統相連，其中，所述電子控制單元采用四階扭矩補償的方法，輸入為轉向盤原始扭矩輸入信號,通過調節濾波參數的方式進行力矩補償,輸出為補償后的扭矩信號。

上述的助力轉向系統的力矩補償方法，其中，所述四階扭矩補償的傳遞函數離散式為：參數a1,a2,a3,a4,b0,b1,b2,b3和b4是獨立的濾波參數。

上述的助力轉向系統的力矩補償方法，其中，所述b0取值為1.560471，b1為5.19371，b2為6.518768，b3為3.659561，b4為0.775742，a1為2.608597，a2為2.340805，a3為0.795975，a4為0.065491。

上述的助力轉向系統的力矩補償方法，其中，所述電子控制單元的輸入端還與轉角傳感器相連采集轉向盤角度,計算回正控制需要的力矩信號，并與補償后的扭矩信號進行疊加。

上述的助力轉向系統的力矩補償方法，其中，所述電子控制單元的輸入端還采集當前車速，計算當前車速對應的阻尼補償信號并與補償后的扭矩信號進行疊加。

上述的助力轉向系統的力矩補償方法，其中，所述機械轉向系統包括轉向盤、轉向管柱和轉向器，所述轉向管柱通過中間軸和轉向器相連，所述轉向器的兩端設置有轉向拉桿、轉向節臂和轉向輪，所述助力電機安裝在轉向管柱或轉向器上，所述轉角傳感器安裝在轉向管柱上，所述扭矩傳感器安裝在中間軸上。