[发明专利]一种电动助力转向系统方向盘角度的估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车电控的技术领域，尤其涉及一种电动助力转向系统方向盘角度的估算方法。

背景技术

电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）一般由传感器、ECU、执行电机组成。传感器获取相应的信号（如点火信号，方向盘扭矩、角度信号，车速信号）传至ECU，然后ECU经过分析计算，向助力电机发送驱动命令，实现助力控制。同时，电机也会向ECU反馈电流电压或转速信号，实现闭环控制。详情见图1。

武汉理工大学的贾和平进行EPS技术分析时，将扭矩传感器列为EPS关键部件之首。扭矩传感器按机械结构分类有接触式和非接触式两种，一般来说二者都可以测量方向盘扭矩信号，但是据其内部原理的不同有的价格较低的接触式扭矩传感器不能实现方向盘角度与转速的测量。

大连理工大学的于建成和山东大学的耿效华在各自的EPS设计中均采用了差动变压器式扭矩传感器，以实现扭矩与角度的测量。赵明翔则发明了一种带方向盘转角计算和补偿电动助力转向器控制方法。他采用霍尔式传感器感应磁通量的变化，产生相应的脉冲信号，通过整形电路处理后变为标准的方波，送入电子控制单元处理，电子控制单元根据扭矩信号分析出方向盘的转动方向，同时对方波信号进行正负的累计，计算出方向盘的转动过的角度，对方波信号计数算出方向盘的转速。三位采用的方向盘采集方案见图2中的方案一所示。

上述研究者采用的都是非接触式传感器直接测量方向盘角度与转速。在实际的工程应用中，大多EPS厂家出于对成本的考虑，而选择使用成本较低的接触式传感器，这些传感器往往只能测量扭矩，而无法测量方向盘转角与转速，因此他们提出经验公式的估算方法，见图3中的方案二所示，但是这些方法需要大量的试验验证，且其准确性实时性均有待提高。

天津工程师范学院的温立志在其研究中提到，利用EPS系统硬件中已有的助力电机信号对方向盘转速进行估算，即利用方向盘转速ω与助力电机转速N_m成比例关系得到方向盘转速。方向盘转速ω与助力电机转速N_m成比例关系为：

ω＝i_g*N_m

其中，i_g为减速比。但是他没有说明如何进一步计算方向盘角度信号。见图4中的方案三所示。

方案一直接采用可测量角度与转速的非接触式扭矩传感器，可实现方向盘所有信号的采集，但成本较高；方案二则采用接触式扭矩传感器与经验公式的估算方法，但是估算方法的准确性实时性均有待商榷；方案三采用接触式传感器，并结合电机转速N_m计算方向盘角速度ω，成本较低，但是没有提出方向盘角度的计算方法。

综上所述，EPS设计使用价格较低的接触式扭矩传感器，且不增加额外的方向盘角度传感器时，如何迅速而准确的计算出方向盘角度是EPS的一个技术难点。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种在不增加方向盘角度传感器的情况下迅速而准确的电动助力转向系统方向盘角度的估算方法。

本发明的技术方案是：这种电动助力转向系统方向盘角度的估算方法，包括以下步骤：

（1）根据公式（1）计算ω（t），

ω(t)＝i_g*N_m(t)    （1）

其中ω（t）是t时刻的角速度，i_g是减速比，N_m(t)是t时刻电动助力转向系统助力电机的转速；

（2）根据公式（2）计算θ(t)，