[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

说明书

技术领域

本发明涉及汽车电动助力转向控制方法，具体涉及一种无传感器汽车电动助力转向系统的控制方法。 

背景技术

汽车电动助力转向EPS系统在燃油效率、模块化、路感可调性和环境友好性等各方面，具有比传统的液压助力转向系统明显的优势。目前的汽车电动助力转向EPS系统主要有四种类型，分别为转向柱助力式、小齿轮助力式、齿条助力式以及双小齿轮助力式。所有这四种EPS系统都具有三个基本部件：控制单元(ECU)、助力电机以及安装在转向柱上的扭矩传感器和转角传感器。所用助力电机在没有电刷的情况下，还需要电机转子位置传感器以辅助电机换向。也所以现有EPS控制策略均依赖于这些传感器。由于扭矩传感器和转角传感器是EPS专用的部件，不但价格较高，而且存在安装的不便的问题。此外，现有的扭矩传感器技术均通过其扭杆的角度形变来实现对扭矩的测量。为了增加灵敏性，其扭杆刚度小于转向柱刚度，这增大了其输出噪声；另外它还存在对转向柱的刚度柔化问题，影响了驾驶员路感和控制的稳定性。 

发明内容

针对现有汽车电动助力转向EPS系统存在的上述不足，本发明的目的是提供一种不需要转向柱扭矩传感器、转向柱角度传感器以及助力电机转子角度传感器，减少EPS系统的复杂度，增加系统可靠性，降低EPS系统成本的无传感器汽车EPS系统的控制方法。 

本发明的目的是这样实现的：一种无传感器汽车电动助力转向系统的控制方法，该转向系统包括控制单元ECU和助力电机；所述控制单元ECU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，该转向系统还包括助力电机电流传感器，该助力电机电流传感器将助力电机电流的系统状态分量作为控制单元ECU的测量输入，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 Tc=Kc(θc-prp)]]>K_c为转向柱刚度系数，r_p为小齿轮半径；得到转向柱扭矩量T_c，由此控制该无传感器EPS闭环控制系统助力电机的助力扭矩。 

相比现有技术，本发明具有如下有益效果： 

1、通过建立无传感器EPS系统的状态空间数学模型，以助力电机电流的系统状态分量为测量输入，采用卡尔曼观测器算法观测出系统其它未知的系统状态分量，得出EPS系统中汽车转向柱扭矩量、转向柱转角和电机转子转角，由此建立起无传感器EPS闭环控制系统控制电机的助力扭矩，从而取消了现有EPS系统结构中必需的扭矩传感器以及转向柱转角传感器和助力电机转子位置传感器，简化了EPS系统结构；省去了EPS系统中各传感器的安装和调试的繁琐工序；省去了对各传感器的输出噪声的处理；而且，原汽车电动助力转向系统EPS中的各传感器是专用部件，价格较高，本发明将各传感器消除能大大降低EPS系统的成本。 

2、采用了先进的状态空间设计模型而不是传统的输入-输出设计模型，得到了以助力电机电流为输出，并结合了助力电机动力学方程的无传感器EPS系统状态空间数学模型；改进了卡尔曼观测算法不能有效处理非零均值信号的缺点，使其适合于无传感器EPS系统中各系统状态的观测；所用的改进卡尔曼观测算法，能有效消除振动随机噪声的影响，对扭矩的估算具有准确性高、累计误差小的特点。 

3、消除了因传感器故障对EPS系统的影响，大大增强了EPS系统的可靠性；增加了EPS系统中转向柱的机械刚性，由此改善了驾驶员路感和控制的稳定性。 

4、降低了EPS系统的复杂性，易于EPS系统的安装和调试。 

附图说明

图1是本发明无传感器汽车电动助力转向(EPS)系统结构示意图。 

图2是本发明无传感器汽车电动助力转向(EPS)系统闭环控制系统示意图。 

图3是应用于本发明的改进的卡尔曼观测器递推算法流程。