[发明专利]一种无传感器汽车电动助力转向系统的控制方法

权利要求书

1.一种无传感器汽车电动助力转向系统的控制方法，所述无传感器汽车电动助力转 向系统为不包括转向柱扭矩传感器、转向柱角度传感器和助力电机转子角度传感器的汽车 电动助力转向系统；该无传感器汽车电动助力转向系统包括控制单元和助力电机；所述控 制单元根据建立的无传感器汽车电动助力转向系统的状态空间数学模型，执行卡尔曼观测 器算法；其特征在于，

建立无传感器汽车电动助力转向系统的线性状态空间：

x·=Ax+Buy=cx+n(t)---(5)]]>

式中n(t)为随机测量噪声，x=θcθ·cθmθ·mpp·iT]]>为系统的状态；转向盘输入转矩和 电机端电压作为系统输入，u=TdvT;]]>助力电机电流由电流传感器测出，并作为此二输入 单输出系统的输出；系统矩阵A，输入矩阵B，输出矩阵C由以下(6)式给出：

A=0100000-KCJc-BcJc00-KcJcrp00000100000-KmJm-BmJm-kmGJmrp0kJm0000010KcMrrp0KmGMrrp0-(KiMr+KcMrrp2+KmG2Mrrp2-BrMr0000-kL00-BL,]]>

B=00001Jc000000001Jc,C=0000001---(6)]]>

以助力电机电流为输入，采用改进的卡尔曼观测器算法由系统已知状态观测出系统未 知状态，建立无传感器汽车电动助力转向系统的闭环控制系统；

式(6)所示的无传感器汽车电动助力转向系统状态空间描述，(A，B)对完全可控，(A， C)对完全可观测；可以将系统看作为单v输入，i为测量输出的系统，而将T_d输入看作是 系统的干扰；以系统输出i和电机端电压v为输入，采用卡尔曼观测器得到系统状态估计 量由卡尔曼观测器观测出转向柱转角θ_c，助力电机转子转角θ_m和齿条位移p系统状态 分量，由式(7)得到转向柱扭矩量T_c；

Tc=Kc(θc-prp)---(7)]]>

式(7)中，K_c为转向柱刚度系数，r_p为小齿轮半径；

由此控制该无传感器汽车电动助力转向系统的助力电机的助力扭矩；

其中，所述卡尔曼观测器算法是一种在线最小方差递推算法，它一边采集数据一边计 算，实现对系统状态的实时观测，执行步骤包括：

首先初始化卡尔曼观测器算法，即给初始状态和初始方差赋值；

由助力电机电流传感器先测量出k+1时刻的助力电机实测电流值y_k+1；

利用上一时刻的估计值代入中计算出此时刻的预测值其中 A′＝e^ＡT≈I+AT，B′=∫0TeAtBdt≈BT,]]>T＝t_k+1-t_k；

再由计算出梯度矩阵G_k+1和H_k+1，其中C′＝C，并得到二者的转置矩阵G_k+1^T和H_k+1^T；

用上一时刻的协方差矩阵计算出当前时刻的协方差矩阵预测值，之后计算得到 增益矩阵K_ok+1；其中P~k+1=Gk+1P^kGk+1T+Q,]]>Kok+1=P~k+1Hk+1THk+1P~k+1Hk+1T+R;]]>

用x^k+1=x~k+1+Kok+1(yk+1-y~k+1)]]>估算出当前时刻的状态估计值其中由计算出当前转向柱扭矩量T_ck+1；

用计算得到当前时刻的协方差矩阵估计值。