[发明专利]电动助力转向装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动助力转向装置及其控制方法，具体为一种四轮制动分配控制的电动助力转向装置的故障安全控制策略。

背景技术

电动助力转向系统(EPS，Electric Power Steering)作为汽车主动安全性的关键组成，它直接影响着车辆2运行时的安全和操纵稳定性。随着现代汽车技术的迅猛发展，汽车转向机构的安全性也逐渐成为研究的重点。近年来，随着人们对安全、环保和节能的呼声越来越高，汽车电动助力转向系统作为一种“按需型”的转向机构受到业界的普遍青睐，代表了未来汽车转向技术的发展方向。当前技术中存在的缺陷有：(1)EPS本身难以补偿由于路面和车况原因造成的转向不足(under steering)和转向过度(over steering)问题，(2)在EPS失效的情况下，自身无法维持转向助力控制功能。当车辆2疾速行驶时，车轮与路面之问的附着力降低，即使是最好的驾驶员也很难将高速行驶的汽车保持在预定的路线上，汽车容易发生侧滑和跑偏，失去方向稳定性，甚至在急转弯的时候发生翻车事故，这时就需要EPS系统以避免交通事故的发生。但当EPS系统出现故障不能正常运行时，在转弯的时候容易发生翻车事故。

EPS系统故障的安全控制问题可以表述如下：在汽车行驶过程中，因外界干扰，比如行人、车辆2或环境等突然变化(结冰、湿滑，以及碎石等)情况下，驾驶员采取一些紧急避让措施，使汽车进入不稳定行驶状态，即出现偏离预定行驶路线或翻转趋势等危险状态，而此时EPS系统的任意一个或几个环节发生故障，驾驶员做出反应，方向盘9有角度时，可以利用方向盘转角传感器检测方向盘9产生的角度，采用X-By-Wire系统用电来控制会大大地减小延迟，为危险情况下的紧急处理赢得了宝贵的时间，方向盘9无角度时可以利用力矩传感器检测扭动力矩来达到对车身的控制。从而能够自动并及时地帮助驾驶员改善汽车稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动助力转向装置及其控制方法，可以克服现有技术的缺陷。本发明是对四轮制动力矩或驱动力矩信号分配，辅助EPS转向或镇定车体动态，确保转向动作的完成，实现EPS故障安全控制，保证车辆的安全控制。

本发明提供的电动助力转向装置包括：扭矩传感器、车速传感器、电流传感器、控制单元ECU(Electronic Control Unit)、助力电动机和减速机构；方向盘由输入轴与扭矩传感器连接在一起，扭矩传感器还与助力电动机连接在一起，扭矩传感器和助力电动机都与控制单元ECU连接。还包括车轮镇定控制器，组成为：

车轮镇定控制器和四轮驱动或制动力矩控制信号输出装置，车轮镇定控制器的组成为：

横摆角速度指令发生器，用于得到横摆角速度指令值；

状态观测器，用于获得实际的横摆角速度值和侧滑角度值；

转矩分配控制器，将不同大小的驱动转矩或制动转矩分别加到各个车轮上，形成转向力矩，使转向响应速度加快；

轮胎打滑控制器，通过调节车辆轮胎与路面间的作用力，提高汽车的主动安全性能。

所述的横摆角速度指令发生器是通过检测转向轮的转向角度δ_f与侧滑角β之差乘以速度v再除以重心与转向轮之间的距离l_f得到横摆角速度指令值γ^*。

所述的状态观测器包括两个输入，即u和y，输出为观测器含n个积分器并对全部状态变量作出估计，G为观测器输出反馈阵，它把负反馈至处，使为配置观测器极点，提高其动态性能，尽快使逼近于零而引入的，它是一种输出反馈。

所述的转矩分配控制器是根据车体稳定所需要的旋转力矩大小，前后车轮组平均分配驱动力矩，左右车轮组互补分配转向力矩；或者采用只在前轮或后轮上对转矩进行平均分配。

所述的轮胎打滑控制器是基于车轮速度计算加速度及驱动力信号，观测车体等效转动惯量，构建外部扰动信号观测器，从而形成轮胎打滑控制器。

本发明提供的电动助力转向控制方法包括的步骤：

1)通过检测方向盘的转角或转矩得到转向轮的转向角度；

2)通过车身横摆角速度指令发生器得到预期的横摆角速度指令值；

3)通过状态观测器获得实际的横摆角速度和侧滑角度值；

4)采用前馈和PI调节器调节辅助转向转矩，通过转矩分配控制器将不同大小的驱动转矩或制动转矩分别加到各个车轮上，形成转向力矩，使转向响应速度加快、动作准确。

5)轮胎打滑控制器通过调节车辆轮胎与路面间的作用力，提高汽车的主动安全性能。