[发明专利]一种无扭矩传感器的汽车电动助力转向系统

说明书

技术领域

本发明涉及汽车电动助力转向系统，具体涉及一种无转向柱扭矩传感器的汽车电动助 力转向(EPS)系统。

背景技术

汽车电动助力转向EPS系统在燃油效率、模块化、路感可调性和环境友好性等各方面， 具有比传统的液压助力转向系统明显的优势。目前的汽车电动助力转向EPS系统主要有以 下四种类型，分别为转向柱助力式、小齿轮助力式、齿条助力式以及双小齿轮助力式。所 有这四种EPS系统都具有三个基本部件：控制单元(ECU)，助力电机和安装在转向柱上 的扭矩传感器。这就决定了现有EPS控制策略的一个共同特点是它们均依赖于转向柱扭矩 传感器。现有产品化EPS的流行控制方法，采用传统比例-积分-微分(PID)控制器处理 扭矩传感器数据产生当前助力电机的输入。所用扭矩传感器是EPS专用的部件，价格较高。 此外，现有的扭矩传感器技术均通过其扭杆的角度形变来实现对扭矩的测量。为了增加灵 敏性，其扭杆刚度小于转向柱刚度，这增大了其输出噪声；另外它还存在对转向柱的刚度 柔化问题，影响了驾驶员路感和控制的稳定性。

发明内容

针对现有汽车电动助力转向EPS系统存在的上述不足，本发明的目的是提供一种不需 要转向柱扭矩传感器，减少EPS系统的复杂度，增加系统可靠性，降低EPS系统成本的无 转向柱扭矩传感器的汽车EPS系统。

本发明的目的是这样实现的：一种无扭矩传感器的汽车电动助力转向系统，包括控制 单元(ECU)、角度传感器和助力电动机；所述控制单元(ECU)根据建立的无扭矩传感 器汽车电动助力转向系统的状态空间数学模型，执行改进的卡尔曼观测器算法，以助力电 机转子角度(系统状态分量)为测量输入，观测出转向柱转角θ_c、电机电流i和齿条位移 p等其它系统状态分量，由式

Tc=Kc(θc-prp)]]>(K_c为转向柱刚度系数，r_p为小齿轮半径) 得到转向柱扭矩量T_c，由此建立起无扭矩传感器EPS闭环控制系统控制电机的助力扭矩。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、通过建立无扭矩传感器EPS系统的状态空间数学模型，以助力电机转子角度(系 统状态分量)为测量输入，采用改进的卡尔曼观测器算法观测出系统其它未知的系统状态 分量，经计算得出EPS系统中汽车转向柱扭矩量，由此建立起无扭矩传感器EPS闭环控制 系统控制电机的助力扭矩，从而取消了现有EPS系统结构中必需的扭矩传感器，简化了 EPS系统结构；省去了EPS系统中扭矩传感器的安装和调试的繁琐工序；省去了对扭矩传 感器的输出噪声的处理；而且，原汽车电动助力转向系统EPS中的扭矩传感器是专用部件， 价格较高，将其消除能大大降低EPS系统的成本。

2、采用了先进的状态空间设计模型而不是传统的输入-输出设计模型，得到了以助力 电机的转子角度位置为输出，并结合了助力电机动力学方程的无扭矩传感器EPS系统状态 空间数学模型；改进了卡尔曼观测算法不能有效处理非零均值信号的缺点，使其适合于无 扭矩传感器EPS系统中的转向柱扭矩的观测；所用的改进卡尔曼扭矩观测算法，能有效消 除振动随机噪声的影响，对扭矩的估算具有准确性高、累计误差小的特点。

3、消除了因扭矩传感器故障对EPS系统的影响，大大增强了EPS系统的可靠性；增 加了EPS系统中转向柱的机械刚性，由此改善了驾驶员路感和控制的稳定性。

4、降低了EPS系统的复杂性，易于EPS系统的安装和调试。

附图说明

图1是本发明无扭矩传感器汽车电动助力转向(EPS)系统结构示意图。

图2是本发明无扭矩传感器汽车电动助力转向(EPS)系统闭环控制系统示意图。

图3是应用于本发明的卡尔曼观测器递推算法流程。