[实用新型]混合闭环EPS控制系统

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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11、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V、力矩T_S、转角θ_m以及反馈电流I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1、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。

实用新型内容

针对现有技术中EPS控制系统存在的上述不足，本实用新型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，并能大大缩短和整车同步开发时间的混合闭环EPS控制系统.

本实用新型的技术方案是：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，本实用新型的创新在于，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。