[发明专利]一种基于力矩信号的转向系统摩擦补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于力矩信号的转向系统摩擦补偿方法，包括以下具体步骤：a、静态摩擦补偿电流计算；b、滑动摩擦力补偿电流计算；c、实际电流计算。通过上述方式，本发明的基于力矩信号的转向系统摩擦补偿方法，实用性强，应用广泛，在方向盘回正不足的情况下，会产生类似回弹感觉，驾驶员会感觉舒适、轻松，在整个算法当中，只采用力矩传感器与车速的实测值进行补偿算法，不会产生信号来源不可靠问题，因此可靠性高，算法中主要以查表为主，没有太多复杂运算，不会占用MCU太多资源，对平台依赖性低，程序移植方便。

技术领域

本发明涉及电动助力转向系统摩擦补偿控制领域，对于无转角传感器或无方向盘中位信号的转向系统提供了一种摩擦补偿的优化方法。

背景技术

电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是驾驶员在操控方向盘转向过程中，按照预先设计的助力策略，控制电机输出目标力矩，实现转向过程中的原地工况、低车速工况的转向轻便性及高车速工况的系统稳定性。EPS系统由机械及电子部件组成，附图1中，其中机械部件包括：轮胎P1、横拉杆P2、齿条P3、小齿轮P4、万向节P5、管柱P6、蜗轮蜗杆P7、扭杆P11、方向盘P12等部件，电子部分包括：电机P8、控制单元(ECU)P9、扭矩传感器P10和整车电信号及电源等部件组成。与传统转向相比，EPS系统可以明显优化汽车的动态行驶性能和原地静态性能、改善了驾驶员的操控舒适性和转向安全性，同时会减少对环境的尾气污染等。特别是近年新能源汽车、电动汽车与自动驾驶汽车的发展迅速，EPS更是必不可少的关键部件。

汽车在转向过程中，电机根据ECU控制算法产生辅助助力力矩，使驾驶员的操作更加轻便与舒适。在实际机械系统中，有多种因素会影响方向盘的中位回正性能，如轮胎、路面、系统惯量、阻尼、摩擦等因素，都会导致操纵特性变差、路感减弱、低车速时方向盘回正不足等现象。回正不足的主要原因有轮胎侧偏力不足、地面摩擦力、齿轮齿条逆向摩擦力、蜗轮蜗杆摩擦力等因素，所以电机提供必要的辅助助力外，还需要增加加相应的回正电流来进行摩擦力补偿，以便提高车辆的操纵稳定性能。

当前国内外主要采用增加转角传感器，根据读取的当前转角度数，施加回正电流来实现转角闭环，以达到提高回正性能的目的，这种方法安全可靠，但系统成本太高，而且对于方向盘转动角度较大（大于正反向990度）的系统，在当前批量市场上还没有专门的一体化转角传感器能满足大角度的转向系统。在日本及国内部分EPS控制模块厂家为降低成本，也采用无转角传感器的回正策略，当前主要有二种量产方案：一是采用转角估算的方法来实现回正控制，首先估算电机转速，然后根据转速积分，得到转角，继而实现转角闭环，这种方法受限转速估算的精度及方向盘中位的判定，存在着角度不准确、中位偏差大的缺陷；二是在方向盘撒手时读取当前的力矩传感器数值，根据此数值的大小施加一定的回正电流，回正状态是根据转向扭矩来识别的，如果司机在车辆转向期间将方向盘左右方向略微转动，就会立即出现回正状态与转向状态之间的频繁切换，造成转向感觉不平顺。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于力矩信号的转向系统摩擦补偿方法，以优化方向盘回正性能，控制算法根据转向系统所必须的力矩传感器、车速信号，计算系统的静态摩擦及滑动摩擦补偿电流，使电机产生回正力矩，这种方法简单可靠，同时适用于低成本设计需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种基于力矩信号的转向系统摩擦补偿方法，包括以下具体步骤：

a、静态摩擦补偿电流计算，补偿电流以方向盘手上力矩为输入量，在方向盘的回正或撒手时，会读取当前车速及力矩传感器当前力矩值，当前车速经过低通滤波器进行滤波，根据此值会提供不同车速下的补偿电流查表，当前力矩值也经过另一低通滤波器去除纹波及高频抖动，然后经过力矩死区判定，将手上操作的一些细微波动屏蔽，经过力矩死区判定后的力矩值进行取绝对值，然后与滤波后的车速一起进行静态电流的查表，静态摩擦补偿的电流与力矩方向相反，因此需要提取力矩方向,将方向赋到静态补偿电流中，这样得出的补偿电流可以克服静态摩擦力，让方向盘产生回正的启动力矩；