[发明专利]电动助力转向系统的摩擦补偿方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种汽车的电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS系统）。

背景技术

请参阅图1，这是汽车上的机械转向系统。其包括转向盘11、转向管柱12、转向器13、转向拉杆14和转向轮15。驾驶员对转向盘11施加转向力矩，该转向力矩通过转向管柱12输入转向器13，经转向器13放大后的力矩和减速后的运动传到转向拉杆14，从而带动转向轮15运动。

请参阅图2，这是汽车上的电动助力转向系统。其在机械转向系统的基础上增加了：

——扭矩转角传感器21，用来检测转向盘11的转动力矩（也称转矩、扭矩）和转动角度（转角）；

——车速传感器22，用来测量车辆速度；

——ECU（电子控制单元）23，根据转向盘11的扭矩、转角以及车速信号，计算出相应的助力力矩，并输出给助力电机24；

——助力电机24，安装在转向管柱12或转向器13上，其根据ECU 23的指令而转动，从而输出助力力矩；

——减速机构25，将助力电机24的转动角度以一定比例转换为转向管柱12或转向器13的转动角度。设减速机构25的减速比为k，k＞1，则助力电机24的转动角度/k＝转向管柱12或转向器13的转动角度。

所述扭矩转角传感器21也可分为相互独立的扭矩传感器和转角传感器。

请参阅图3，现有的电动助力转向系统的ECU 23中包括：

——力矩控制模块231，其根据向盘11的扭矩、转角以及车速信号，计算出相应的助力力矩，并输出给电机控制模块232；

——电机控制模块232，根据接收到的助力力矩，输出电流以驱动助力电机24转动。

所述力矩控制模块231中包括基本助力、主动回正控制、主动阻尼控制、惯量补偿控制等子模块。基本助力模块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，其输出基础助力力矩。主动回正控制模块和主动阻尼控制模块可以在不同车速及转向盘11的不同转动角速度时设置不同的主动回正力矩或主动阻尼力矩，保证车辆中低车速时的主动回正性能（使转向盘11可以自动回到直线行驶位置）及中高车速时的行驶稳定性能。惯量补偿控制模块对系统性能做一定惯量补偿，以获得更良好的转向感觉，其输出惯量补偿力矩。各个模块输出的力矩相加后，作为目标力矩指令输出给电机控制模块232。

机械转向系统各个环节的摩擦力都可以等效到转向盘11上，该摩擦力矩以Fc表示。由于摩擦力矩Fc的存在，使得转向盘11的实际操纵力矩F与扭矩转角传感器21检测到转向盘11的转动力矩Ft之间存在一定偏差，表示为F＝Ft＋Fc。同时，F＝Fd＋Fa，其中Fd为驾驶员施加的力矩，Fa为电动助力转向系统施加的助力力矩。

现有的力矩控制模块231都未考虑摩擦力矩Fc，而是使F≈Ft。这样当检测出的转动力矩Ft很小的时候，输出的助力力矩Fa也很小。由于Fd＝Ft＋Fc－Fa，这使得摩擦力矩Fc基本上需要由驾驶员的施加力矩Fd来克服，导致驾驶员的手感不舒适。

摩擦力矩Fc还对车辆中间位置的判断带来很大影响。例如在回正控制时，当回正力矩小于摩擦力矩的时候，转向盘11并没有回到中间，而是留有一定的残余角度。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种电动助力转向系统的摩擦补偿方法。该方法可以克服由于系统各环节的摩擦力对助力性能的不利影响，使电动助力转向系统的操作更加舒适，中间位置的判断更加准确。

为解决上述技术问题，本申请电动助力转向系统的摩擦补偿方法为：电动助力转向系统的ECU根据转向盘的转动角速度计算摩擦补偿力矩，该摩擦补偿力矩作为最终输出给电机控制模块的助力力矩的一部分；

当转向盘的转动角速度的绝对值≤第一阈值，摩擦补偿力矩为零；

当转向盘的转动角速度的绝对值＞第一阈值且≤第二阈值，摩擦补偿力矩随着转向盘的转动角速度的增加而严格单调递增；

当转向盘11的转动角速度的绝对值＞第二阈值，摩擦补偿力矩恒定为最大值。

本申请通过增加摩擦补偿控制模块，产生摩擦补偿力矩，从而消除了摩擦力对助力性能的不良影响。标定人员可以根据实际测得的摩擦力根据数学计算得到初始曲线，然后根据车速、转动角速度值标定不同的参数。进一步地，还可同时标定扭矩增益来改变摩擦补偿力矩，以达到更满意的转向手感，提升产品品质。

附图说明

图1是汽车上的机械转向系统的结构示意图；

图2是汽车上的电动助力转向系统的结构示意图；