EPS无转角传感器主动回正控制方法

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1、EPS无转角传感器主动回正控制方法陈国迎、宗长富、郑宏宇、李绍松(吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130025)摘要：电动助力转向系统EPS(ElectricPowerSteering)直接依靠电机提供辅助转向力矩。EPS系统由于在机械系统上增加了电机及减速机构，导致转向系统摩擦力矩增大，降低了汽车的回正性能。因此在EPS系统控制策略开发中，除基本助力策略外需要加入主动回正控策略。针对目前匹配EPS系统的中低端车型普遍不具备转向盘转角传感器的现状，本文提出一种无转向盘转角传感器下的主动回正控制方法

2、，并以软件形式附加在EPS控制程序中，来改善汽车的回正性能而不需要附加其它传感器。实车试验结果表明，无转角传感器下的主动回正控制方法能够有效改善汽车的回正性能，有较好的实际应用价值。关键词：电动助力转向；无转角传感器；主动回正控制中图分类号：U461．61．引言作为电子技术与转向系统相结合的产物，电动助力转向EPS(ElectricPowerSteering)直接依靠电机提供辅助转向力矩错误l未找到引用源。。与传统的液压助力转向系统HPS(hydraulicpowersteering)相比，EPS系统可以

3、有效降低发动机燃油消耗，改善车辆的转向特性，提高汽车的主动安全性，缩短车型匹配开发周期等优势。EPS系统由于在机械系统上增加了电机及减速机构，导致转向系统摩擦力矩增大，降低了汽车的回正性能，因此在EPS系统控制策略开发中，除基本助力策略外需要加入主动回正控策略。针对目前匹配EPS系统的中低端车型普遍不具备转向盘转角传感器的现状，开发无转角传感器主动回正控制算法具有重要的研究意义。目前，国内外对EPS系统的主动回正控制进行了大量的研究，取得了较多的研究成果。文献[1][2】[3】均基于转向盘转角信号进行回正

4、控制研究，达到较好的控制效果，但增加了系统的成本。文献[4]提出了基于全状态反馈的PD控制算法并进行了仿真，提高转向盘的回正性和稳定性，但实车实现存在一定难度。文献[5】对转向系统回正的动力和阻力进行分析，通过回正势能对回正进行补偿控制，但对于如何判断回正状态并没有说明。文献[6】提出一种基于轮胎回正力矩估计的回正控制方法，改善了汽车的回正性能，但未涉及回正状态的判定方法。文献【7】提出一种基于转向盘转角估计的PID控制算法以提高车辆回正性能，并在台架上采用改变弹簧刚度和系统摩擦的方式模拟车速，因此忽略了

5、整车的实时性对电动助力转向的影响。文献【8】根据转向盘转矩和估计出状态判定，对汽车轻便性和低速回正均有很好的控制效果，由于转向盘转角是由估计出的电机角速度积分得出，因此会产生估计偏差。本文采用估计折算到转向小齿轮上的轮胎回正力矩的方法进行主动回正控制，并详细阐述了如何判定转向系统当前的运动状态，只在判定出转向系统当前处于回正状态时才施加回正补偿电流，汽车正常转向时回正控制不起作用。因此本文的主动回正控制方法在改善汽车回正性能的同时也不影响EPS基本助力特性。最后通过实车试验验证了主动回正控制方法的控制效果

6、。电动助力转向动力学模型从轮胎折算到转向小齿轮上的回正力矩是在电动助力转向系统动力学模型的基础上估算的，因此需要建立EPS动力学模型。转向柱助力式EPS结构简图如图1所示。＼，Ta／jgn图l电动助力转向系统结构根据牛顿定律建立该系统的动力学方程。转向盘Nd,齿轮的动力学方程：Ts+G．砀一耳=，·如+8·0(1)rs=K。．‰一Op)(2)扭矩传感器输出力矩珏、电机输出力矩％可以分别通过扭矩传感器、电机电流传感器信号计算得到。因此可以根据公式(7)估计出折算到转向小齿轮上的轮胎回正力矩黾晒。r--x’乞

7、一厶’sgfl‰)(3’2．2判定转向系统当前的运动状态百棚=G·勃(4)弓=ralfgn+办·sgnppJL5’其中：(1)是转矩传感器以下到小齿轮的动力学方程；(3)是电机的动力学方程。式中：乃为扭矩传感器测得的力矩信号；砀为电机输出力矩；乃为作用在转向柱上的转向阻力矩：J为转向系统等效在转向柱上的转动惯量；曰为转向系统等效在转向柱上的阻尼；0D为转向小齿轮转角；如为转向盘转角：以为电机转角；K，为扭矩传感器扭杆的扭转刚度：G为助力电机到转向柱的减速比；q为电机转矩系数；加为电机摩擦力矩；‘为电机电枢

8、电流：＆为电机电动势常数；砀“朋为折算到转向小齿轮上的轮胎回正力矩；．厅为转向器摩擦力矩。3．主动回正控制方法无转角传感器下的主动回正控制方法估计折算到转向小齿轮上的轮胎回正力矩，在此基础上计算施加的回正补偿电流值。在进行主动回正控制前首先需要对转向系统当前状态进行判定，只有判定出转向系统当前处于回正状态时才进行回正控制。因此主动回正控制方法包括两个方面的内容：(1)估计折算到转向小齿轮上的轮胎回正力矩；(2)判定转向系统当前