專利名稱：用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering S ystem，簡(jiǎn)稱EPS)是一種直接依 靠電機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要由傳感器、助力電機(jī)、電機(jī)減速機(jī)構(gòu)、控制器等 關(guān)鍵部件組成。EPS的基本原理是當(dāng)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)扭矩傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)向扭矩信 號(hào)，控制器根據(jù)輸入的車(chē)速信號(hào)以及轉(zhuǎn)矩信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理，確定電機(jī)需要輸出的 目標(biāo)助力轉(zhuǎn)矩。電機(jī)控制器則控制電機(jī)產(chǎn)生該助力轉(zhuǎn)矩，并通過(guò)電機(jī)減速機(jī)構(gòu)加載在轉(zhuǎn)向 軸上，從而幫助駕駛員輕松完成車(chē)輛轉(zhuǎn)向操作。除了基本的助力功能，EPS還包含了其他的功能，例如回正控制功能和阻尼控制功 能，阻尼慣量補(bǔ)償功能，主動(dòng)抑振控制功能，故障診斷功能等。其中某些功能需要絕對(duì)轉(zhuǎn)向 角度信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的裝置和方法，其是在不添加絕對(duì) 轉(zhuǎn)向角度傳感器以避免增加成本的情況下，向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。 因此采用的方法是根據(jù)增量式位置傳感器信號(hào)得到轉(zhuǎn)向盤(pán)相對(duì)轉(zhuǎn)角信號(hào)，再通過(guò)轉(zhuǎn)向中 間位置估計(jì)來(lái)確定轉(zhuǎn)向中間位置，以此來(lái)得到絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的裝置，包括信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算裝置，其中該信號(hào)轉(zhuǎn)換 裝置將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，該計(jì)算裝置根據(jù)車(chē)速信號(hào)、相對(duì)轉(zhuǎn)向 角度信號(hào)和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)向中間位置并得出絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，其中該計(jì)算裝置包 括數(shù)據(jù)采樣單元，用于進(jìn)行轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)的數(shù)據(jù)采樣操作；數(shù)據(jù)擬合單元，用 于對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合；以及轉(zhuǎn)向中間位置求解單元，用于求出相應(yīng)曲線的交點(diǎn)而得 到轉(zhuǎn)向中間位置。其中，該信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)獲得連續(xù)的相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。其中，所述數(shù)據(jù)采樣操作包括采樣判斷流程和采樣流程，采樣判斷流程用于判斷 是否滿足數(shù)據(jù)采樣的條件，采樣流程用以區(qū)分向左轉(zhuǎn)向過(guò)程和向右轉(zhuǎn)向過(guò)程，并保證采樣 數(shù)據(jù)在整個(gè)允許采樣的扭矩范圍內(nèi)等間隔均勻分布。其中，所述數(shù)據(jù)擬合根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)、通過(guò)求解矛盾方程組得到最小二乘解擬合 出相應(yīng)曲線。其中，所述轉(zhuǎn)向中間位置求解單元通過(guò)數(shù)值解法求得相應(yīng)曲線的交點(diǎn)，即轉(zhuǎn)向中 間位置。其中，該計(jì)算裝置還包括異常值剔除單元，用于去除一組測(cè)量數(shù)據(jù)中的異常值。
本發(fā)明還公開(kāi)一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的方法，包括如下步驟信號(hào)轉(zhuǎn)換步驟，將電 機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)；計(jì)算步驟，根據(jù)車(chē)速信號(hào)、相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)和 轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)向中間位置并得出絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，其中該計(jì)算步驟包括對(duì)轉(zhuǎn) 向角度和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣；對(duì)采用數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合；以及求出相應(yīng)曲線的交 點(diǎn)而得到轉(zhuǎn)向中間位置。其中，該信號(hào)轉(zhuǎn)換步驟根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)獲得連續(xù)的相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。其中，所述數(shù)據(jù)采樣包括采樣判斷流程和采樣流程，采樣判斷流程用于判斷是否 滿足數(shù)據(jù)采樣的條件，采樣流程用以區(qū)分向左轉(zhuǎn)向過(guò)程和向右轉(zhuǎn)向過(guò)程，并保證采樣數(shù)據(jù) 在整個(gè)允許采樣的扭矩范圍內(nèi)等間隔均勻分布。其中，所述數(shù)據(jù)擬合根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)、通過(guò)求解矛盾方程組得到最小二乘解擬合 出相應(yīng)曲線。其中，所述轉(zhuǎn)向中間位置是通過(guò)數(shù)值解法求得相應(yīng)曲線的交點(diǎn)，即轉(zhuǎn)向中間位置。
其中，該方法還包括異常值剔除步驟，用于去除一組測(cè)量數(shù)據(jù)中的異常值。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是省略了絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度傳感器，降 低了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的成本。


圖1是本發(fā)明所用的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子霍爾電平信號(hào)邏輯圖。圖2是本發(fā)明的計(jì)算相對(duì)轉(zhuǎn)向角度的方法在狀態(tài)流內(nèi)的算法實(shí)現(xiàn)圖。圖3是本發(fā)明的計(jì)算相對(duì)轉(zhuǎn)向角度的方法的仿真結(jié)果圖。圖4是本發(fā)明所用的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子高精度霍爾電平信號(hào)邏輯圖。圖5是轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩的關(guān)系圖。圖6是本發(fā)明的估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的方法的數(shù)據(jù)采樣使能判斷流程圖。圖7是本發(fā)明的估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的方法的數(shù)據(jù)采樣流程圖。圖8是本發(fā)明的估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的方法的左轉(zhuǎn)向等間隔數(shù)據(jù)采樣流程圖。圖9是本發(fā)明的估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的方法的迭代計(jì)算擬合曲線在狀態(tài)流內(nèi)的算 法實(shí)現(xiàn)圖。圖10是本發(fā)明的估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的方法的牛頓法計(jì)算曲線交點(diǎn)在狀態(tài)流內(nèi)的 算法實(shí)現(xiàn)圖。圖11是本發(fā)明的估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的方法的剔除異常值的格拉布斯法的流程 圖。圖12是本發(fā)明的估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的方法的仿真結(jié)果圖。圖13是本發(fā)明的估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的方法仿真測(cè)試的轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩的關(guān) 系圖。圖14是本發(fā)明由周期性信號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)子信號(hào)得到連續(xù)相對(duì)轉(zhuǎn)向角信號(hào)的示意圖。圖15是本發(fā)明中裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明使用EPS用永磁同步電機(jī)(PMSM)上安裝的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的周期脈沖信號(hào)，通過(guò)判斷不同相位脈沖信號(hào)的狀態(tài)，把周期的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的電機(jī)轉(zhuǎn)角信 號(hào)。由于電機(jī)和轉(zhuǎn)向管柱固定嚙合，電機(jī)轉(zhuǎn)角信號(hào)可以轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)向管柱的相對(duì)轉(zhuǎn)角信號(hào)。再 通過(guò)轉(zhuǎn)向中間位置估計(jì)的方法，則可以得到絕對(duì)的轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。具體地，所使用的傳感器信號(hào)包括轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)、車(chē)速信號(hào)和增量式位置信號(hào)。其 中增量式位置信號(hào)由永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器提供，ECU根據(jù)輸入的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信 號(hào)計(jì)算出連續(xù)的相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)；根據(jù)車(chē)速信號(hào)和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)得出轉(zhuǎn)向中間位置在連 續(xù)相對(duì)轉(zhuǎn)向角度上的位置。所述的具有絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度估算功能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)包含 計(jì)算相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)的模塊以及估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的模塊。計(jì)算相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)的模 塊輸入端與PMSM轉(zhuǎn)子位置角度傳感器連接，用于計(jì)算連續(xù)相對(duì)轉(zhuǎn)向角度；估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位 置的模塊與相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)、車(chē)速信號(hào)和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)連接，用于估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置，從 而獲得絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。本系統(tǒng)包含的這兩個(gè)模塊可以為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正控制 等控制策略提供絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。在車(chē)輛進(jìn)行向左和向右轉(zhuǎn)向時(shí)，所述的計(jì)算相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)的模塊根據(jù)PMSM 轉(zhuǎn)子位置信號(hào)獲得連續(xù)的相對(duì)轉(zhuǎn)角信號(hào)。在車(chē)輛進(jìn)行向左和向右轉(zhuǎn)向時(shí)，估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位 置的模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)的數(shù)據(jù)采樣操作，數(shù)據(jù)擬合操作以及轉(zhuǎn)向中間位置 求解操作，此外還進(jìn)行異常值剔除操作。本系統(tǒng)是利用轉(zhuǎn)向扭矩-轉(zhuǎn)向角度曲線在轉(zhuǎn)向中間位置附近成線性關(guān)系的特征 來(lái)進(jìn)行中間位置的估計(jì)。所述的數(shù)據(jù)采樣操作包括采樣判斷流程和采樣流程。采樣判斷流程用于判斷是否 滿足數(shù)據(jù)采樣的條件；采樣流程用以區(qū)分向左轉(zhuǎn)向過(guò)程和向右轉(zhuǎn)向過(guò)程，并保證采樣數(shù)據(jù) 在整個(gè)允許采樣的扭矩范圍內(nèi)等間隔均勻分布。所述的數(shù)據(jù)擬合操作根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)，通過(guò)求解矛盾方程組得到最小二乘解，擬 合出相應(yīng)曲線。 所述的轉(zhuǎn)向中間位置求解操作通過(guò)數(shù)值解法求得相應(yīng)曲線的交點(diǎn)，即轉(zhuǎn)向中間位置。所述的異常值剔除操作能夠剔除估計(jì)結(jié)果中的異常值，保證估計(jì)結(jié)果的可靠性。以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。要獲取轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度，需要做兩部分計(jì)算(1)計(jì)算相對(duì)轉(zhuǎn)角位置； (2)估算轉(zhuǎn)向中間位置。可以利用EPS用PMSM上安裝的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器來(lái)得到轉(zhuǎn)向盤(pán) 相對(duì)轉(zhuǎn)角信號(hào)，再通過(guò)轉(zhuǎn)向中間位置估計(jì)的方法確定轉(zhuǎn)向中位。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的周期脈沖信號(hào)，通過(guò)判斷不同相位脈沖信號(hào)的狀態(tài)， 把周期的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的電機(jī)轉(zhuǎn)角信號(hào)。由于電機(jī)和轉(zhuǎn)向管柱固定嚙合，電機(jī)轉(zhuǎn)角 信號(hào)可以轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)向管柱的相對(duì)轉(zhuǎn)角信號(hào)。為了得到相對(duì)轉(zhuǎn)角信號(hào)，需要采集PMSM轉(zhuǎn)子位置霍爾信號(hào)。電機(jī)定子A，B，C極的 霍爾傳感器信號(hào)電平邏輯在一個(gè)周期內(nèi)的變化如圖1所示。在一個(gè)實(shí)施例中，所用霍爾傳 感器的精度為60度電角度，PMSM極對(duì)數(shù)為5對(duì)極，電機(jī)與轉(zhuǎn)向管柱的減速比為20。因此霍 爾傳感器相對(duì)于轉(zhuǎn)向管柱的轉(zhuǎn)角信號(hào)分辨率為60/(20X5) = 0.6度，能 夠滿足轉(zhuǎn)向回正控 制的要求。如電機(jī)轉(zhuǎn)子三相霍爾信號(hào)狀態(tài)表所示，一個(gè)周期內(nèi)，PMSM轉(zhuǎn)子位置的電角度的分為6個(gè)角度范圍，分別對(duì)應(yīng)A，B，C三相的6種狀態(tài)。轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，PMSM電機(jī)相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn) 子位置在這六個(gè)狀態(tài)內(nèi)相互轉(zhuǎn)移，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的路徑，可以把轉(zhuǎn)子位置的周期信號(hào)轉(zhuǎn)換 為連續(xù)信號(hào)，再根據(jù)電角度到轉(zhuǎn)向角度的減速比和極對(duì)數(shù)關(guān)系，即可得到相對(duì)的轉(zhuǎn)向角度。 根據(jù)此思路，可在狀態(tài)流(state flow)內(nèi)實(shí)現(xiàn)以上算法，其處理算法如圖2所示。以上的 處理算法由A，B, C各相的上升沿或者下降沿觸發(fā)。電機(jī)轉(zhuǎn)子三相霍爾信號(hào)狀態(tài)表

通過(guò)仿真來(lái)驗(yàn)證以上算法，轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入為一個(gè)幅值為360度的角度正弦輸入， PMSM隨著轉(zhuǎn)向操作而轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)如圖2所示的算法處理程序，得到處理后的相對(duì)轉(zhuǎn)向角度， 其處理后得到的相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)和實(shí)際輸入的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)形狀一致，只是兩者的中 間位置，即轉(zhuǎn)向中間位置沒(méi)有重合，存在一定偏置，這須由轉(zhuǎn)向中間位置估計(jì)方法來(lái)確定， 如圖3所示。以上方法是采用PMSM的A，B，C三相的霍爾傳感器信號(hào)，如果采用更高分辨率的轉(zhuǎn) 子位置傳感器，則能提高轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)角的分辨率。如圖4所示，另一個(gè)實(shí)施例中，采用5路霍 爾信號(hào)。其在原有的A，B，C三相霍爾信號(hào)的基礎(chǔ)上增加了另外兩路霍爾信號(hào)Q1，Q2。3路 霍爾信號(hào)A、B、C的精度較低，用于粗略定位；另外兩路霍爾信號(hào)Q1、Q2的精度相對(duì)較高，用 于角度測(cè)量。電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周(電氣角度)，Q1、Q2分別輸出8個(gè)周期。根據(jù)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方 向不同，Ql的相位超前/滯后Q2的相位90°。兩路信號(hào)的跳變沿將電機(jī)電角度0-360°分 為均等的4*8 = 32個(gè)區(qū)間，即分為32個(gè)狀態(tài)。由Ql、Q2直接檢測(cè)出的電機(jī)位置信號(hào)(基 本角度)分辨率為360/32 = 11. 25°，再根據(jù)電角度到轉(zhuǎn)向角度的減速比和極對(duì)數(shù)關(guān)系，由 此可以使得計(jì)算轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角相對(duì)轉(zhuǎn)角的精度提高為0. 1125度。轉(zhuǎn)向中間位置估計(jì)方法的主要思路是在某一車(chē)速附近，在轉(zhuǎn)向中間位置附近勻 速操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)(無(wú)助力或小助力)情況下，轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩的關(guān)系類似于如圖5所示。 在駕駛員進(jìn)行向左和向右轉(zhuǎn)向時(shí)，采集轉(zhuǎn)向盤(pán)相對(duì)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)。在沒(méi)有助力或小 助力的條件下，中間位置附近的轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩關(guān)系曲線可近似為直線。利用這些數(shù) 據(jù)進(jìn)行曲線擬合，曲線1和曲線2是轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩?cái)M合曲線，曲線3是曲線2相對(duì)于 扭矩T = 0直線的對(duì)稱曲線。由于一般情況下，向左和向右的轉(zhuǎn)向摩擦是相同的，因此曲線 1和曲線3的交點(diǎn)就是轉(zhuǎn)向中間位置。轉(zhuǎn)向中間位置估計(jì)算法可以分為3部分?jǐn)?shù)據(jù)采樣， 數(shù)據(jù)擬合，中間位置求解。(1)數(shù)據(jù)采集為了能夠?qū)崿F(xiàn)以上的算法，首先必須采集符合以上曲線1、曲線2的典型數(shù)據(jù)，為 此首先要進(jìn)行采樣使能判斷。采樣使能判斷主要考慮三個(gè)因素車(chē)速，轉(zhuǎn)向扭矩以及轉(zhuǎn)向角加速度，其判斷流程圖如圖6所示。對(duì)于車(chē)速，主要是為了保證在整個(gè)采樣過(guò)程中，車(chē)速的變化不過(guò)大。因?yàn)樵诓煌?車(chē)速下，以上的特性曲線是不同的。因此需要保證進(jìn)行曲線擬合的采樣點(diǎn)都是在某一車(chē)速 附近采樣所得。對(duì)于轉(zhuǎn)向扭矩，主要保證是在轉(zhuǎn)向中間位置采樣。根據(jù)汽車(chē)?yán)碚?，?chē)輛在一定的側(cè) 向加速度范圍內(nèi)，回正力矩和前輪轉(zhuǎn)角近似呈線性關(guān)系，因此轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向力 矩也 在一 定程度上呈線性關(guān)系，這對(duì)于后面的線性擬合有很大的幫助。因此通過(guò)限定轉(zhuǎn)向扭矩在較 小的范圍來(lái)保證在轉(zhuǎn)向中間位置采樣。對(duì)于轉(zhuǎn)向角加速度，需要保證在較小的范圍內(nèi)，如果轉(zhuǎn)向角加速度過(guò)大，轉(zhuǎn)向扭矩 的較大一部分用于克服慣性力，而不是克服回正力，這會(huì)影響到采樣點(diǎn)是否能體現(xiàn)以上的 轉(zhuǎn)向曲線特性。本發(fā)明的根本是利用轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角度曲線在轉(zhuǎn)向中間位置附近成線性關(guān)系 的特征來(lái)進(jìn)行中間位置的估計(jì)。只要車(chē)速、力矩、轉(zhuǎn)速等相關(guān)條件組合滿足轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向 角度曲線線性關(guān)系條件，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。經(jīng)過(guò)采樣判斷后，如果轉(zhuǎn)向工況滿足以上3個(gè)條件，則進(jìn)入采樣階段。采樣階段可 以分為兩種工況，左轉(zhuǎn)向采樣和右轉(zhuǎn)向采樣。這兩種工況分別采集圖5所示的向左轉(zhuǎn)向區(qū) 域和向右轉(zhuǎn)向區(qū)域的數(shù)據(jù)。由于不能用轉(zhuǎn)角進(jìn)行轉(zhuǎn)向區(qū)域的區(qū)分，因此采用轉(zhuǎn)向扭矩和轉(zhuǎn) 向扭矩微分進(jìn)行判斷。左轉(zhuǎn)向的特征是轉(zhuǎn)向扭矩<0并且轉(zhuǎn)向扭矩微分<0。右轉(zhuǎn)向的特 征是轉(zhuǎn)向扭矩>0并且轉(zhuǎn)向扭矩微分>0。其采樣流程圖如圖7所示。在左轉(zhuǎn)向或者右轉(zhuǎn) 向過(guò)程中，為了采樣數(shù)據(jù)均勻，把允許數(shù)據(jù)采樣的扭矩范圍分為6個(gè)相等的采樣數(shù)據(jù)區(qū)域， 并采樣這6個(gè)區(qū)域內(nèi)的扭矩信號(hào)和轉(zhuǎn)角信號(hào)，這樣有助于正確擬合曲線，其采樣流程如圖8 所示。(2)數(shù)據(jù)擬合由于在轉(zhuǎn)向中間位置，轉(zhuǎn)向扭矩和轉(zhuǎn)向角度的關(guān)系近似成一次曲線的關(guān)系，因此 在進(jìn)行曲線的多項(xiàng)式擬合時(shí)采用一次曲線。根據(jù)采樣所得的數(shù)據(jù)(Tl，θ 1)，(Τ2，θ 2)，(Τ3，θ 3). . . (Τ6，θ 6)和所要擬合的 曲線y = aO+alx，得到Y(jié) = XA，其中 由于A的維數(shù)小于Y的維數(shù)，因此以上方程式為矛盾方程，不能求得精確解，但能 夠求得最小二乘函數(shù)，使得IY-XAl最小。根據(jù)數(shù)值數(shù)學(xué)原理，以上的方程式在滿足θ 1 θ 6中至少有2個(gè)不相等的情況 下，有唯一的最小二乘解。其解為方程XtXA = XtY的解。根據(jù)數(shù)值分析的迭代法原理，可利 用狀態(tài)流實(shí)現(xiàn)迭代算法，計(jì)算出A的值。其在狀態(tài)流內(nèi)的算法實(shí)現(xiàn)圖如圖9所示。(3)中間位置求解
完成以上的數(shù)據(jù)擬合后，可以得到曲線1 :y = klx+bl和曲線2 :y = k2x+b2,曲線 3為曲線2關(guān)于y = 0的對(duì)稱曲線，即y = _k2x_b2?？衫门ｎD迭代法求解出曲線1和曲 線3的交點(diǎn)，其交點(diǎn)的橫坐標(biāo)就是轉(zhuǎn)向中間位置所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)零度位置。同樣，牛頓迭代法 也可通過(guò)狀態(tài)流實(shí)現(xiàn)，其在狀態(tài)流內(nèi)的算法實(shí)現(xiàn)圖如圖10所示。(4)異常值剔除在一組測(cè)量數(shù)據(jù)中，如果個(gè)別數(shù)據(jù)偏離平均值很遠(yuǎn)，那么這個(gè)數(shù)據(jù)稱作異常值。由 于駕駛工況復(fù)雜，同時(shí)考慮到輸入信號(hào)采樣也可能偶爾出現(xiàn)異常值，因此以上的算法所得 到的結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)異常值。為了保證以上算法的可靠性，需要對(duì)以上算法得到的結(jié)果進(jìn) 行異常值剔除的處理。用統(tǒng)計(jì)方法，例如格拉布斯(Grubbs)法判斷，能將異常值從測(cè)量數(shù) 據(jù)中剔除而不參與平均值的計(jì)算，格拉布斯法的流程圖如圖11所示。格拉布斯法主要包括以下幾個(gè)步驟(1)首先采樣數(shù)據(jù)；(2)然后排列所采樣的數(shù)據(jù)，得到最小值和最大值，同時(shí)計(jì)算平均值χ和標(biāo)準(zhǔn)差 s ；(3)確定可疑值。通過(guò)比較最小值和最大值與平均值偏差的絕對(duì)值，確定本組數(shù)據(jù) 中的可疑值；(4)計(jì)算Gi值=Gi = (xi-x)/s ；其中i是可疑值的排列序號(hào)；(5)把計(jì)算值Gi與格拉布斯表給出的臨界值GP (η)比較，如果計(jì)算的Gi值大于 表中的臨界值GP(n)，則能判斷該測(cè)量數(shù)據(jù)是異常值，可以剔除。如果Gi <臨界值，完成處 理；(6)考慮余下數(shù)據(jù)剩余數(shù)據(jù)再按以上步驟計(jì)算。利用狀態(tài)流工具箱，可以實(shí)現(xiàn)以上算法。利用格拉布斯法可以較好地去除異常值，使得算法的結(jié)果更可靠。對(duì)估計(jì)轉(zhuǎn)向中間位置的方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)向角度的偏置為250°，即實(shí)際 的轉(zhuǎn)向中間位置在250°位置。在車(chē)速40km/h情況下，駕駛員轉(zhuǎn)向力矩為正弦輸入。其轉(zhuǎn) 向中間位置的估算結(jié)果如圖12所示，其中相對(duì)轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩的關(guān)系圖如圖13。由圖 12和圖13可以證明，以上的轉(zhuǎn)向中間位置估計(jì)的結(jié)果較為準(zhǔn)確，其誤差在5°以內(nèi)。上述實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟 悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原 理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng) 域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的裝置，其特征在于，包括信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算裝置，其中該信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，該計(jì)算裝置根據(jù)車(chē)速信號(hào)、相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)向中間位置并得出絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，其中該計(jì)算裝置包括數(shù)據(jù)采樣單元，用于進(jìn)行轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)的數(shù)據(jù)采樣操作；數(shù)據(jù)擬合單元，用于對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合；以及轉(zhuǎn)向中間位置求解單元，用于求出相應(yīng)曲線的交點(diǎn)而得到轉(zhuǎn)向中間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào) 獲得連續(xù)的相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采樣操作包括采樣判斷流程和 采樣流程，采樣判斷流程用于判斷是否滿足數(shù)據(jù)采樣的條件，采樣流程用以區(qū)分向左轉(zhuǎn)向 過(guò)程和向右轉(zhuǎn)向過(guò)程，并保證采樣數(shù)據(jù)在整個(gè)允許采樣的扭矩范圍內(nèi)等間隔均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)擬合根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)、通過(guò)求解 矛盾方程組得到最小二乘解擬合出相應(yīng)曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向中間位置求解單元通過(guò)數(shù)值解 法求得相應(yīng)曲線的交點(diǎn)，即轉(zhuǎn)向中間位置。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，該計(jì)算裝置還包括異常值剔除單 元，用于去除一組測(cè)量數(shù)據(jù)中的異常值。
7.一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的方法，其特征在于，包括如下步驟信號(hào)轉(zhuǎn)換步驟，將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)；計(jì)算步驟，根據(jù)車(chē)速信號(hào)、相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)向中間位置并得 出絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，其中該計(jì)算步驟包括對(duì)轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣；對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合；以及求出相應(yīng)曲線的交點(diǎn)而得到轉(zhuǎn)向中間位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該信號(hào)轉(zhuǎn)換步驟根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào) 獲得連續(xù)的相對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采樣包括采樣判斷流程和采樣 流程，采樣判斷流程用于判斷是否滿足數(shù)據(jù)采樣的條件，采樣流程用以區(qū)分向左轉(zhuǎn)向過(guò)程 和向右轉(zhuǎn)向過(guò)程，并保證采樣數(shù)據(jù)在整個(gè)允許采樣的扭矩范圍內(nèi)等間隔均勻分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)擬合根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)、通過(guò)求 解矛盾方程組得到最小二乘解擬合出相應(yīng)曲線。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向中間位置是通過(guò)數(shù)值解法求得 相應(yīng)曲線的交點(diǎn)，即轉(zhuǎn)向中間位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括異常值剔除步驟，用于 去除一組測(cè)量數(shù)據(jù)中的異常值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的裝置和方法，該裝置包括信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算裝置，其中該信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)轉(zhuǎn)向角信號(hào)，該計(jì)算裝置根據(jù)車(chē)速信號(hào)、相對(duì)轉(zhuǎn)向角信號(hào)和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)向中間位置并得出絕對(duì)轉(zhuǎn)向角信號(hào)，其中該計(jì)算裝置包括數(shù)據(jù)采樣單元，用于進(jìn)行轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向扭矩信號(hào)的數(shù)據(jù)采樣操作；數(shù)據(jù)擬合單元，用于對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合；轉(zhuǎn)向中間位置求解單元，用于求出相應(yīng)曲線的交點(diǎn)而得到轉(zhuǎn)向中間位置。該方法應(yīng)用前述裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用本發(fā)明，可在不增加轉(zhuǎn)向角傳感器的情況下，向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度信號(hào)，降低了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)B62D119/00GK101857047SQ20101019361
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者張磊磊, 陳慧 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)