混合闭环ＥＰＳ控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种混合闭环ＥＰＳ控制系统，包括由转向上轴、力矩变形杆、转向下轴、控制器、助力电机、减速机和力矩传感器组成的电动助力装置，控制器上设有车速信号、力矩信号以及蓄电池的输入端口，还包括电机控制单元的微处理器、脉宽调制功率放大全桥和助力电机输出端口，控制器的电路板上设置有转向力矩输入电路和助力电机电流检测电路，减速机与力矩传感器连接，所述控制器与助力电机、减速机和力矩传感器形成力矩闭环回路，助力电机与控制器的微处理器以及电流检测电路形成小电流闭环回路。本发明专利技术以驾驶者手感和车辆路感作为控制目标，控制算法简单、参数匹配容易，减少了硬件成本，并能缩短和整车同步开发时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车电动助力转向系统，具体涉及一种混合闭环EPS控制系统。
技术介绍
电动助力转向系统(EPS， Electric Power Steering)是未来汽车转向系统的发展方向。 电动助力转向系统由助力电机直接提供转向助力，具有车辆低速行驶时转向轻便，高速行 驶时提供阻尼使方向稳定，并具有在车辆运行中90%的直线行驶期间不耗能而达到综合节 油5%左右的优良经济性能。EPS的安装灵活性也十分突出，可在不更换系统硬件的情况 下，通过改变控制器软件的设计，十分方便地调节系统的助力、回正和阻尼特性，使汽车 获得多种助力特性，以满足不同型号但同一品牌的汽车对车辆操控性的不同要求。它的应 用能够节约能源，提高主动安全性，且有利于环保，可广泛应用于轻型汽车及普通轿车上， 并可提高汽车的操纵灵活性。参见图2，现有汽车的电动助力转向系统，包括由转向上轴2、力矩变形杆3、转向下 轴4、控制器8、力矩传感器ll、助力电机9和减速机10组成的电动助力装置，电动助力 装置安装在转向装置的转向下轴4或齿轮上，并为转向系统提供电动助力。但是，现有的 EPS系统存在控制策略复杂，补偿参数过多的问题，如图1和图4所示，采用以控制助力 电机电流大小为目标的控制策略，在汽车转向过程中，要实现对转向助力的精确控制，就 必须对电流也实施精确控制。而助力电机9的电流变化受到多种因素的影响，控制器8接 收的信号越全面，系统控制输出的助力就越精确，但控制策略就越复杂。采用纯电流闭环 的控制策略时，需要将助力电机9的实时电流信号反馈至控制器8，因此在控制器8与助 力电机9之间还连接有电流传感器(图中省略)，控制器8需要不断对车速F、力矩R、 转角&以及反馈电流/等信号进行分析和计算、并参考多种补偿修正系数，然后需要根据 系统控制策略不断调整输出电流的值。这种以电机绕组电流作为闭环控制策略的算法，忽 略了方向盘的操作手感，容易忽略因转向系统的机械部件制造误差及装配误差造成左、右 转向手力不对称的现象，造成车辆保舵力差的问题。如果随着车辆使用时间的增加，会进 一步加深机械部件的磨损，很可能会进一步扩大这种左、右转向手力不对称的现象，而这 种纯电流闭环的控制策略很难自动补偿并消除这种左、右转向手力不对称的问题。另外针 对同等功率的助力电机使用在不同车型的EPS系统中时，在纯电流闭环的控制策略中，其各种参数的确定复杂，整车匹配的时间较长，也不利于新车型的早日推出。又如图l、图5所示，采用以控制转向力矩为目的的控制策略，可以很好地消除路面 冲击和机械振动造成的电流波动影响，并可以保持较好的手感，但是对起始力矩要求较大。 从图5也可以看出，当方向盘的输入力矩较小时，电机绕组内无助力电流，加上纯力矩闭 环控制还存在响应滞后的问题，因而造成了方向盘转向起动转向力矩偏大的手感问题。
技术实现思路
针对现有技术中EPS控制系统存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种以驾驶者 的手感和车辆的路感作为控制目标，且控制算法简单、各种参数匹配容易，减少大量成本， 并能大大縮短和整车同步开发时间的混合闭环EPS控制系统。本专利技术的技术方案是混合闭环EPS控制系统，包括由转向上轴、力矩变形杆、转向 下轴、控制器、助力电机、减速机和力矩传感器组成的电动助力装置，所述控制器上设有 车速信号、力矩信号以及蓄电池的输入端口，控制器内还包括微处理器、脉宽调制功率放 大全桥和助力电机输出端口，本专利技术的创新在于，在控制器的电路板上设置有转向力矩输 入电路和电流检测电路，减速机与力矩传感器连接，力矩传感器将力矩信号输出给控制器；所述控制器与助力电机、减速机和力矩传感器形成力矩闭环控制的硬件回路，助力电机与 控制器的微处理器以及电流检测电路形成小电流闭环控制的硬件回路。进一步的特征是，所述控制器内嵌入以力矩和电流混合闭环控制的算法软件，在软件内设定有助力死区和力矩闭环点的参考值，并执行如下步骤当方向盘的转向输入力矩超 过助力死区但未达到力矩闭环点时，控制器采用小电流闭环回路控制助力电机的输出转向 助力；当方向盘的转向输入力矩超过或达到力矩闭环点时，控制器采用力矩闭环回路控制 助力电机的输出转向助力；本系统以驾驶者的手感和车辆的路感作为监控目标，对输入控 制器的力矩信号、车速信号、电流检测电路反馈的助力电机电流信号进行综合分析，经计 算后判断选用小电流闭环回路或力矩闭环回路，以不同的控制策略分段控制电动助力的输 出。所述转向力矩超过助力死区但信号未达到力矩闭环点的规定值时，电流检测电路采用 镜像检测方法，实时监控助力电机绕组电流，并将电机的绕组电流镜像值输入到控制器的 微处理器，同时对输入控制器的力矩信号进行监测，通过写入在控制器内的软件算法对电 机绕组电流进行电流闭环控制。输入控制器的力矩信号是由方向盘输入端的转向手动力矩和从减速机输出的助力力 矩叠加后形成的，所述力矩信号超过或达到力矩闭环点的规定值时，以力矩信号的变化量作为选择电机力矩输出控制的输入参数并和不同车速下力矩闭环点的目标值共同输入到 控制算法中进行实时计算，然后将控制结果通过PWM功率放大全桥对助力电机通电时间 进行调整，以实现力矩闭环回路的实时控制，同时监测电机绕组电流是否超过极限，并对 工作电流超过极限时进行快速保护。相对于现有技术，本专利技术具有以下显著优点1、 改变了传统的控制模式，采用电流和力矩混合闭环的控制策略，减少了转向系统 中多种参数的补偿难以准确实现的难题，并以驾驶者的手感和车辆的路感作为控制目标， 将方向盘的操控与最终效果直接联系，极大的简化了系统的控制算法和实施过程。2、 在控制器内嵌入了以电流和力矩混合闭环控制策略为基础的算法软件，其控制算 法简单，各种参数匹配更容易，减少了因转向系机械部件在使用中不断的磨损而造成的转 向系统误差，提高了转向系统的整体性能，延长了使用寿命。3、 相对于现有的电动助力系统，本专利技术在系统的硬件环境中省略了控制器输出端的 电流传感器，结构更加简化，降低了控制器至少10%的生产成本，并能大大縮短和整车同 步开发时间。附图说明图1为现有技术的电动助力转向系统控制原理图；图2为本专利技术的混合闭环EPS控制系统结构简图；图3为本专利技术的控制系统原理图；图4为采用电流闭环控制策略的电流分析图；图5为采用力矩闭环控制策略的电流与力矩关系图；图6为本专利技术控制策略的电流与力矩关系图。图2中，1—方向盘，2—转向上轴，3—力矩变形杆，4—转向下轴，5—转向器，6— 踏板，7—车速传感器，8—控制器，9一助力电机，10—减速机，11—力矩传感器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图2所示，本专利技术的混合闭环EPS控制系统，包括由转向上轴2、力矩变形杆3、 转向下轴4、控制器8、助力电机9、减速机10和力矩传感器11组成的电动助力装置，助 力电机9与减速机10相连构成减速的助力机构，助力机构安装在转向轴上，并为转向机构提供电动助力，所述控制器8上设有车速信号、力矩信号以及蓄电池的输入端口，控制 器8内还包括微处理器(MCU)、脉宽调制功率放大全桥和助力电机输出端口，在微处理 器内嵌入有控制软件，控制器的输入端获取传感器的力矩信号和车速信号，并通过控制软 件控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
混合闭环ＥＰＳ控制系统，包括由转向上轴（２）、力矩变形杆（３）、转向下轴（４）、控制器（８）、助力电机（９）、减速机（１０）和力矩传感器（１１）组成的电动助力装置，所述控制器（８）上设有车速信号、力矩信号以及蓄电池的输入端口，控制器（８）内还包括微处理器、脉宽调制功率放大全桥和助力电机输出端口，其特征在于，在控制器（８）的电路板上设置有转向力矩输入电路和电流检测电路，减速机（１０）与力矩传感器（１１）连接，力矩传感器（１１）将力矩信号输出给控制器（８）；所述控制器（８）与助力电机（９）、减速机（１０）和力矩传感器（１１）形成力矩闭环控制的硬件回路，助力电机（９）与控制器的微处理器以及电流检测电路形成小电流闭环控制的硬件回路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文，田合平，
申请(专利权)人：重庆三祥汽车电控系统有限公司，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]