具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统技术方案

本发明专利技术是一种具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统。该系统的特点是，助力特性曲线是一条关于零输入力矩点中心对称的分段式曲线，设定曲线上的５个关键参数值即可确定一条完整的曲线，而且，当调整任一个或者同时调整多个关键参数时，其他参数不必作任何修改，仍然能保证曲线的完整性和一阶导数连续性。本发明专利技术所设计的电动助力转向系统的助力特性可以通过调整其中５个关键参数值改变曲线形状以达到不同的助力效果，使得电动助力转向系统能获得驾驶员期望的最佳转向性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车
，涉及电动助力转向系统，尤其是一种具有参数独立可 调式曲线型助力特性的电动助力转向系统(Electric PowerSteering System,简称EPS)。
技术介绍
电动助力转向系统是由传统的机械转向系统(主要包括转向盘，转向轴，转向器， 转向拉杆机构，转向轮)加装扭矩传感器，电子控制单元，转向助力电机及其减速机构组 成。其中，扭矩传感器安装于转向轴上以检测驾驶员操纵力矩；助力电机可安装在转向轴或 转向器上，通过减速机构给驾驶员提供助力力矩；扭矩传感器信号与车速传感器信号输入 到电子控制单元的基本助力控制模块，计算出相应的助力力矩，作为助力电机输出的目标 力矩指令。助力力矩大小可以由软件设置，在不同车速时设置不同的助力特性曲线，即可以 获得理想的转向手感。 传统的电动助力转向控制系统大多采用直线型或折线型的助力特性，但直线型助 力特性的助力增益在车速一定时是一个常值，对于输入的操纵力矩的高低区域不能区别对 应，从而无法兼顾转向操作对中间位置路感及转向轻便性的要求；折线型助力特性的设计 虽然在一定程度上弥补了这个缺陷，但折点处梯度的突变仍然损害了转向感觉，容易造成 操纵力的跳跃感；虽然少数文献中提到了曲线型助力特性的设计方法，但都存在着选取的 约束参数物理意义不明确，曲线方程过于简单或者过于复杂，标定过程繁琐等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善电动助力转向系统的助力特性，提供一种具有参数独立 可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统，该系统可以根据驾驶员期望的转向感觉确定 电动助力转向系统在不同车速下的助力特性；能兼顾转向系统对中间位置路感及转向轻便 性的要求；能适用于不同车型EPS助力特性的设计与实车标定的需要，具有物理意义明确、 调整方便等优点。 为达到以上目的，本专利技术的技术方案是 —种具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统，该系统是由传统 的机械转向系统(主要包括转向盘，转向轴，转向器，转向拉杆机构，转向轮)加装扭矩传感 器，电子控制单元，转向助力电机及其减速机构组成的；其中，扭矩传感器安装于转向轴上 以检测驾驶员手上力矩；助力电机一般安装在转向轴上或转向器上，通过减速机构给驾驶 员提供助力力矩；所述扭矩传感器信号与车速传感器信号输入到电子控制单元的基本助力 控制模块，计算出相应的助力力矩，作为助力电机输出的目标力矩指令；该专利技术的特点是， 所设计的助力特性曲线是一条关于零输入力矩点中心对称的分段式曲线，可以通过调整5 个关键参数值改变曲线形状以达到不同的助力效果，而且，当调整任一个或者同时调整多 个关键参数时，其他参数不必作任何修改，仍然能保证曲线的完整性和一阶导数连续性。 由于采用了以上技术方案，本专利技术的有益效果是在不需要改动现有的电动助力转向系统的硬件的前提下，通过基本助力控制算法的改变，优化了在不同的车速下电动助 力转向系统的转向助力性能；同时，由于调整参数物理意义明确且参数较少，可以大大縮短 调试时间。附图说明 图1是本专利技术的具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统的基 本控制原理图。 图2是本专利技术的具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统的助 力特性曲线及约束参数示意图。 图3是本专利技术的具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统的全 车速范围内的助力特性曲线图。(0-120km/h)。 图4是本专利技术的具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统的仿 真结果V = 30km/h侧向加速度与转向操纵力矩关系图。 图5是本专利技术的具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统的仿 真结果V = 60km/h侧向加速度与转向操纵力矩关系图。 图6是本专利技术的具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统的仿 真结果V = 100km/h侧向加速度与转向操纵力矩关系图。 图7是本专利技术的具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统的仿 真结果V = 100km/h侧向加速度与转向操纵力矩关系图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术作进一步的说明。 具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统是由传统的机械转向 系统(主要包括转向盘，转向轴，转向器，转向拉杆机构，转向轮)加装扭矩传感器，电子控 制单元，转向助力电机及其减速机构组成的。其中，扭矩传感器安装于转向轴上以检测驾驶 员手上力矩；助力电机一般安装在转向轴上，或者转向器上，通过减速机构给驾驶员提供助 力力矩；扭矩传感器信号与车速传感器信号输入到电子控制单元的基本助力控制模块，计 算出相应的助力力矩，作为电机输出的目标力矩指令。图l给出了该系统的基本控制原理 图。 该专利技术的特点是所设计的助力特性曲线是一条关于零输入力矩点中心对称的分 段式曲线，可以通过调整5个关键参数值改变曲线形状，从而实现不同的助力效果，使得电 动助力转向系统能获得驾驶员期望的最佳转向性能。 通过对助力特性和转向手感关系的分析，并且为使曲线的物理意义明确，本专利技术 将曲线型助力特性曲线分为了 5个区段分别进行设计l-助力死区，2-小助力区，3-大助 力区，4-缓冲区，5-饱和区。下面说明各区段的具体含义及其所采用的曲线类型 助力死区1是指方向盘操纵力矩较小，电机不提供助力的区段，采用的曲线类型 为直线。 小助力区2是指车辆侧向加速度较小，电机提供较小助力的区段，采用的曲线类型为: k4w =-^~ (6)g 此时，缓冲区的曲线方程为 l =-、)2 +g#d|-A^) + g3(A:4s -,) (7)丄 w 丄 t包和区5 : Ta = Taniax (8) 输出的助力力矩Ta遵循以下计算规则 1)当|Td|《、时，Ta的取值范围为助力死区； 2)当、< |Td|《(k,kj时，Ta的取值范围为小助力区； 3)当(k一kj < |Td|《k4s时，Ta的取值范围为大助力区； 4)当k4s < |Td|《(k4s+k4w)时，Ta的取值范围为缓冲区； 5)当|Td > (k4s+k4w)时，Ta的取值范围为饱和区。 另外，助力力矩Ta总是与方向盘操纵力矩Td的符号相同，故有 Ta = TaXsign(Td) (9) 由以上分析可知，选定5个关键参数即可确定5段曲线，它 们连起来就构成了一条一阶导数连续的参数独立可调式曲线型助力特性曲线。在保证(5) 式成立且遵循各参数的物理意义的前提下，当调整任一个或者同时调整多个关键参数时， 其他参数不必作任何修改，仍然能保证曲线的完整性和一阶导数连续性。 下面是全车速范围内助力特性曲线的设计过程 根据设计要求，可制定若干条不同车速下的助力特性曲线作为基准线，例如在一 定车速范围内，选取0， 10， 20，……，200km/h这些特定车速下的助力曲线作为基准线。对于 每一条基准助力曲线，根据转向手感与助力特性的关系，设置5个约束参数，把它们代入上述5个区段的曲线方程就可得到该车速下的曲线型助力特性曲线。 图3给出了本专利技术在0-120km/h全车速范围内的助力特性曲线。 下面是对所设计的助力特性曲线的的仿真分析结果 采用正弦转角输入试验，对车速为30km/h，60km/h和100km/h的三种工况进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有参数独立可调式曲线型助力特性的电动助力转向系统，该系统是由传统的机械转向系统加装扭矩传感器，电子控制单元，转向助力电机及其减速机构组成；其中，扭矩传感器安装于转向轴上以检测驾驶员操纵力矩Ｔ↓［ｄ］；助力电机可安装在转向轴或转向器上，通过减速机构给驾驶员提供助力力矩Ｔ↓［ａ］；电子控制单元根据当前的车辆行驶状况以及操纵力矩大小计算出需要给助力电机提供的驱动电流值，以产生相应的助力力矩；其特征在于，某一车速下，所述操纵力矩Ｔ↓［ｄ］与助力力矩Ｔ↓［ａ］的对应关系是由一条参数独立可调式曲线型的助力特性曲线定义的，所述助力特性曲线的横坐标为操纵力矩，纵坐标为对应的助力力矩；所述助力特性曲线的左、右部分是关于零操纵力矩点中心对称的，左或右部分的助力特性曲线采用分段助力特性曲线连接而成，各相邻区段的助力特性曲线连接点处均保证一阶导数连续；通过调整各段曲线参数，即可以获得驾驶员期望的最佳转向性能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆，陈慧，南楠，
申请(专利权)人：上海格尔汽车附件有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]