[发明专利]用于电动助力转向系统的力矩控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及汽车转向领域，特别是涉及一种用于电动助力转向系统(Electric Power Steering EPS)的力矩控制装置。

背景技术

电动助力转向系统如图1所示，是由传统的机械转向系统(主要包括转向盘1，转向管柱3，中间轴5，转向器6，小齿轮10，转向拉杆7，转向节臂9，转向轮8)加装转角和扭矩传感器2，电子控制单元(ECU)12，转向助力电机11及其减速机构4等组成。其中，转角和扭矩传感器2用以检测方向盘转角和驾驶员操纵力矩；转向助力电机11可安装在转向管柱3或转向器6上，通过减速机构给驾驶员提供助力力矩；转角和扭矩传感器2的转角和扭矩信号与车速传感器检测的车速信号输入到电子控制单元12的力矩控制模块，计算出相应的助力力矩，作为目标力矩指令输出给电机控制模块，电子控制单元12输出电流驱动转向助力电机11工作。

所述力矩控制模块由基本助力模块，主动回正模块，和一些辅助模块(如横摆力矩补偿模块等)组成。电动助力转向系统的助力力矩主要由基本助力模块决定，可以在不同车速时设置不同的助力曲线，从而获得不同的转向手感。主动回正模块则是提供一个回正力矩，使方向盘可以自动回到直线行驶位置。而辅助模块的功能是根据系统特性，在基础助力的基础上，施加一些修正力矩值。然后把各模块的输出值由汇总处理模块汇总处理后，作为目标力矩指令输出给电机控制模块，改善整个系统的性能。

由于电机存在机械惯性，会给驾驶员的操作手感带来不良影响。速度越快，这种影响越明显。尤其当驾驶员突然换向时，由于电机惯性的存在，会产生一个反方向的惯性力矩，企图保持原来的运动状态，阻止驾驶员的换向动作。直观的体现就是，驾驶员会感觉方向盘突然变重，转向有滞后感。

一个性能优良的电动助力转向系统，除了应能快速而准确地响应驾驶员的操作意图，而且还应具有准确的回正性能。但是由于系统摩擦的存在，干扰了这种回正性能，使系统存在一种迟滞现象，如图8所示。右转向和左转向的操作力矩曲线不重合，在中间位置存在一个偏置力矩。当驾驶员松开方向盘时，无法准确回到正中位置。虽然通过降低系统的传动比可以减小这种影响，但同时会导致电动助力转向系统的敏感度增加，驾驶员不易操控，因而这种方案的效果并不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于电动助力转向系统的力矩控制装置，能够克服由于助力电机本身的惯性和摩擦对助力性能的影响，使系统的响应更精确更灵敏，以及准确的回正性能。

为解决上述技术问题，本发明的用于电动助力转向系统的力矩控制装置，包括：

基本助力模块，以车速和转向力矩作为输入参数，计算并输出电动助力转向系统的基本助力力矩，根据不同车速设置不同的助力曲线，从而获得不同的转向手感；

主动回正模块，是以车速、转向力矩、转向角速度和转向角加速度作为输入参数信号，计算并输出回正力矩，使方向盘能自动回到直线行驶位置；其中，还包括：

惯量摩擦补偿模块，以转向角速度和车速作为输入参数信号，用于计算并输出补偿力矩值；

汇总处理模块，与所述基本助力模块、主动回正模块和惯量摩擦补偿模块的输出端相连接，将前述各模块的输出值进行叠加后得到所需要的目标助力力矩值，再将该目标助力力矩值除以减速机构的减速比，得到并输出给电机控制模块的目标力矩指令值。

本发明的用于电动助力转向系统的力矩控制装置，在不增加任何硬件成本的情况下，通过增加惯量摩擦补偿功能模块，产生修正力矩指令(即补偿力矩)，从而增加转向力矩改变的加速度，克服由于助力电机本身的惯性和摩擦对电机助力性能造成的不良影响，使系统的响应更精确更灵敏，以及准确的回正性能。标定人员可以根据不同车速来调整惯量补偿力矩的增益值、摩擦补偿力矩和惯量摩擦补偿力矩限值，以达到满意的转向手感，提升产品品质。

采用本发明的力矩控制装置，当驾驶员快速换向时，系统能迅速做出反应，给予力矩补偿，增加转向力矩改变的加速度，使驾驶员不会感觉到方向盘突然变重的现象，从而改善转向手感。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有的电动助力转向系统原理结构示意图；

图2是所述力矩控制装置结构框图；

图3是图2中惯量摩擦补偿模块结构框图；

图4是惯量补偿力矩的增益值曲线示意图；

图5是摩擦补偿力矩值曲线示意图；

图6是惯量摩擦补偿力矩限值曲线示意图；与表3对应

图7是所述惯量摩擦补偿模块在全车速范围输出曲线示意图；