專利名稱：主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)下電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)下電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制方 法，屬于融合主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，融合主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)成為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的未來(lái)發(fā) 展方向。主動(dòng)轉(zhuǎn)向本質(zhì)上是控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角位移傳遞特性，通過(guò)施加附加轉(zhuǎn)角ea。改 變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角位移傳遞特性，實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比控制和轉(zhuǎn)向主動(dòng)干預(yù)控制，充分發(fā)揮轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)在改善整車穩(wěn)定性中的作用。根據(jù)牛頓第一定律，力并不是維持物體運(yùn)動(dòng)的條件，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的 原因。主動(dòng)轉(zhuǎn)向通過(guò)施加附加轉(zhuǎn)角改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角位移傳遞特性的同時(shí)，也改變了轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的力矩傳遞特性，造成駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的把持力矩發(fā)生大的突變，導(dǎo)致轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)操縱性能的惡化。而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)可以通過(guò)施加輔助力矩來(lái)改變 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩傳遞特性，以獲得良好的轉(zhuǎn)向路感，滿足安全駕駛的需要。因此，在主 動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)下，可以通過(guò)修正電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力電機(jī)施加的助力力矩來(lái)改 善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向路感。日本東京大學(xué)的Ry0 Minaki提出了主動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)下，助力電機(jī)的變助 力增益的控制方法，該方法是在傳統(tǒng)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力增益控制方法的基礎(chǔ)上 增加一個(gè)修正項(xiàng)，其目的是通過(guò)改變傳統(tǒng)的助力特性，實(shí)現(xiàn)削弱主動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角干預(yù) 下轉(zhuǎn)向盤把持力矩的突變量。其控制思想是將轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ sw與主動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角ea。 求和，并將兩者之和與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ sw的比值作為原電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力電機(jī)的助力 增益ka(u)的系數(shù)。則主動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)下，助力電機(jī)的助力增益KaCu)滿足Ka(u) =[(0s +e J/0S ] · ka(u)的關(guān)系?，F(xiàn)有的微中型轎車上的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中助力 電機(jī)的助力增Ska(U)是有一定的車速上限的，即在一定的車速范圍內(nèi)才施加輔助力矩， 這個(gè)助力車速范圍一般在80 100Km/h之間，超出這個(gè)范圍助力電機(jī)就不再施加輔助力 矩。而現(xiàn)有轎車的最高時(shí)速可以達(dá)到160Km/h以上，這就意味著超出助力車速范圍時(shí)， 助力電機(jī)的助力增益ka(u)就為零，若此時(shí)主動(dòng)轉(zhuǎn)向施加附加轉(zhuǎn)角，該方法就不能對(duì)轉(zhuǎn)向 盤把持力矩的突變進(jìn)行修正控制，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操縱性能的惡化，無(wú)法滿足汽車高速行 駛時(shí)的安全駕駛的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種不受限于傳統(tǒng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力車速范圍和助 力增益限制的，且能夠在主動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)下實(shí)現(xiàn)全車速范圍內(nèi)助力修正的電動(dòng)助 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制方法。該方法是在主動(dòng)轉(zhuǎn)向改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角位移傳遞特性的同時(shí)進(jìn)行如下控制將助力控制模塊確定的常規(guī)助力控制電流信號(hào)Ia與前饋助力修正控制模塊確定的前饋助力修正控制電流信號(hào)ALa進(jìn)行線性疊加，得到助力電機(jī)總控制電流信號(hào)/=，控制 助力電機(jī)進(jìn)行助力操作，助力電機(jī)通過(guò)助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)施加助力力矩Ta，改變轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)的力矩傳遞特性，助力力矩Ta與駕駛員施加的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩Td共同克服轉(zhuǎn)向阻力矩TR， 通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)前輪完成轉(zhuǎn)向。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果1、能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力矩特性與角位移特性發(fā)生的改變進(jìn)行解耦預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力矩與角位移的解耦控制，達(dá)到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力矩特性與角位移特性的完美結(jié)合。2、能夠在全車速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)下助力電機(jī)的前饋助力修正 控制。無(wú)主動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)時(shí)，助力電機(jī)按照助力特性進(jìn)行常規(guī)助力控制；而當(dāng) 主動(dòng)轉(zhuǎn)向施加附加轉(zhuǎn)角干預(yù)時(shí)，能夠根據(jù)附加轉(zhuǎn)角信號(hào)確定助力電機(jī)的前饋助力修正控 制電流信號(hào)，尤其是在傳統(tǒng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力增益為零的車速范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn) 向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)下助力電機(jī)的前饋助力修正控制，解決汽車高速行駛時(shí)伴隨主動(dòng)轉(zhuǎn)向附 加轉(zhuǎn)角干預(yù)同時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)向盤把持力矩的突變問題，改善汽車高速行駛時(shí)的安全駕駛性 能。


圖1為本發(fā)明的助力修正前饋控制邏輯示意圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱1、轉(zhuǎn)向盤；2、轉(zhuǎn)矩傳感器；3、雙行星輪系；4、轉(zhuǎn)向器(轉(zhuǎn) 向小齒輪)；5、前輪；6、助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)；7、前饋助力修正控制模塊；8、助力電 機(jī)；9、助力控制模塊；10、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的控制方法邏輯如圖1所示。附加轉(zhuǎn)角θ a。與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ sw通過(guò)雙行星輪系3進(jìn)行線性疊加，改變轉(zhuǎn)向器4 的輸出轉(zhuǎn)角S P從而改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角位移傳遞特性；附加轉(zhuǎn)角θ a。即為主動(dòng)轉(zhuǎn)向變傳動(dòng)比控制和轉(zhuǎn)向主動(dòng)干預(yù)控制決策的附加轉(zhuǎn)根據(jù)牛頓第一定律，力并不是維持物體運(yùn)動(dòng)的條件，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的 原因。主動(dòng)轉(zhuǎn)向在施加附加轉(zhuǎn)角θ a。改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角位移傳遞特性的同時(shí)，也改變了轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的力矩傳遞特性。本發(fā)明是在上述主動(dòng)轉(zhuǎn)向改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角位移傳遞特性的同時(shí)進(jìn)行如下控制助力控制模塊9根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器2的輸出Ts和車速U確定助力增益ka (U)，計(jì)算 助力增Ska(U)與轉(zhuǎn)矩傳感器2輸出Ts的乘積，從而得到常規(guī)助力控制電流信號(hào)Ia;前饋 助力修正控制模塊7根據(jù)附加轉(zhuǎn)角θ a。和傳遞函數(shù)Gm(S)確定前饋助力修正控制電流信 號(hào)AIa。將常規(guī)助力控制電流信號(hào)Ia與前饋助力修正控制電流信號(hào)AIa進(jìn)行線性疊加， 得到助力電機(jī)總控制電流信號(hào)，控制助力電機(jī)8進(jìn)行助力操作，助力電機(jī)8通過(guò)助力電 機(jī)減速機(jī)構(gòu)6施加助力力矩Ta，改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩傳遞特性，助力力矩Ta與駕駛員施加 的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩Td共同克服轉(zhuǎn)向阻力矩TR，通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10驅(qū)動(dòng)前輪5完成轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩Td近似等于轉(zhuǎn)矩傳感器2的輸出Ts。
上述內(nèi)容中轉(zhuǎn)向器4上的輸出轉(zhuǎn)角δ p與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角Θ sw和附加轉(zhuǎn)角ea。的關(guān) 系為
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)下電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制方法，其特征在于該方法是在主動(dòng)轉(zhuǎn)向改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角位移傳遞特性的同時(shí)進(jìn)行如下控制將助力控制模塊(9)確定的常規(guī)助力控制電流信號(hào)Ia與前饋助力修正控制模塊(7)確 定的前饋助力修正控制電流信號(hào)八12進(jìn)行線性疊加，得到助力電機(jī)總控制電流信號(hào)/=，控 制助力電機(jī)(8)進(jìn)行助力操作，助力電機(jī)(8)通過(guò)助力電機(jī)減速機(jī)構(gòu)(6)施加助力力矩 Ta,改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力矩傳遞特性，助力力矩Ta與駕駛員施加的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩Td共同克服 轉(zhuǎn)向阻力矩TR，通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)驅(qū)動(dòng)前輪(5)完成轉(zhuǎn)向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)下電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制方法，其 特征在于所述主動(dòng)轉(zhuǎn)向改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角位移傳遞特性的過(guò)程為附加轉(zhuǎn)角θ a。與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ sw通過(guò)雙行星輪系(3)進(jìn)行線性疊加，改變轉(zhuǎn)向器(4) 的輸出轉(zhuǎn)角S p，從而改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角位移傳遞特性；附加轉(zhuǎn)角θ ac即為主動(dòng)轉(zhuǎn)向變傳動(dòng)比控制和轉(zhuǎn)向主動(dòng)干預(yù)控制決策的附加轉(zhuǎn)角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)下電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制方法，其 特征在于所述助力控制模塊(9)是根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器(2)的輸出Ts和車速u確定助力增 Ska(U)，計(jì)算助力增益ka(u)與轉(zhuǎn)矩傳感器(2)輸出Ts的乘積，從而得到常規(guī)助力控制 電流信號(hào)Ia。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)下電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制方法，其 特征在于所述前饋助力修正控制模塊(7)是根據(jù)附加轉(zhuǎn)角θ a。和傳遞函數(shù)Gm(S)確定 前饋助力修正控制電流信號(hào)AIa。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)下電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制方法，其 特征在于所述傳遞函數(shù)Gm(S)為G ω ^M ^MiwK,M、) dac{s) Q(s) GasKeas其中P (s) = dKf[uY (s) +IfX (s) -uZ (s)]Q (s) = GuZ (s)等W"卞AII muZZKf KfIf KfKrIrQf +lr)mu IImuZ{s)^s2 +^ Kf +Kr KfI2f + KrI)、、 muI uνzs-KfIf-KrIr (lf+lr)2KfKrII muZZ上述公式中m為整車質(zhì)量；U為車速；Iz為整車?yán)@Z坐標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；IdnL分別 為前、后軸到質(zhì)心的距離；Kf和艮分別為前、后車輪的側(cè)偏剛度；d為輪胎拖距；G為 轉(zhuǎn)向系角位移傳動(dòng)比；Gas為與助力電機(jī)相連的減速機(jī)構(gòu)的減速比；Ga。為行星輪系的等 效傳動(dòng)比；Keas為助力電機(jī)的電磁系數(shù)；f為駕駛員感知轉(zhuǎn)向阻力矩變化系數(shù)，滿足0<f < 1 ； s為拉普拉斯變換子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)下電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制方法，屬于融合主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)控制領(lǐng)域。該方法利用前饋助力修正控制模塊(7)根據(jù)附加轉(zhuǎn)角θac和前饋傳遞函數(shù)GΔI(s)計(jì)算所需要的前饋助力修正控制電流信號(hào)ΔIa，該修正控制電流信號(hào)ΔIa再與常規(guī)助力控制電流信號(hào)Ia進(jìn)行線性疊加，得到助力電機(jī)總控制電流信號(hào)控制助力電機(jī)施加助力力矩Ta，助力力矩Ta與駕駛員施加的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩Td共同克服轉(zhuǎn)向阻力矩TR，通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)驅(qū)動(dòng)車輪完成轉(zhuǎn)向。本方法可以解決高速行駛下伴隨主動(dòng)轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)角干預(yù)同時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向盤把持力矩突變問題，改善主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向路感，滿足高速行駛時(shí)安全駕駛的需要。
文檔編號(hào)B62D113/00GK102009686SQ20101055819
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者趙萬(wàn)忠, 魏建偉, 魏民祥 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)