專利名稱：用于汽車主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制裝置，特別地，本發(fā)明涉及主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及電子穩(wěn)定性程序的協(xié)調(diào)控制裝置。
背景技術(shù)：
提高操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向輕便性是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，目前，國(guó)內(nèi)外汽車生 產(chǎn)商大多在新車型上裝備了動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)獲得一個(gè)額外的助 力，從而大大地降低了駕駛員的體力消耗，提高了舒適性。但該系統(tǒng)只提供助力功能，不能 根據(jù)車輛行駛工況及操縱穩(wěn)定性要求實(shí)施主動(dòng)轉(zhuǎn)向，不能對(duì)駕駛員的轉(zhuǎn)向誤操作或外界干 擾進(jìn)行有效補(bǔ)償，因此不能減小駕駛員在高速駕駛時(shí)的精神負(fù)擔(dān)。已公開的專利CN1749081A提出了一種融合主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (EPS)，該系統(tǒng)在傳統(tǒng)的EPS系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器和橫擺角速度傳感器，在 電子控制單元(ECU)內(nèi)增加了穩(wěn)定性控制模塊，當(dāng)ECU接收到轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速 度傳感器及估算的側(cè)向加速度信號(hào)時(shí)，魯棒穩(wěn)定性控制器會(huì)輸出助力矩修正量，依靠助力 電機(jī)實(shí)施主動(dòng)轉(zhuǎn)向，從而改善車輛的穩(wěn)定性能。但由于該系統(tǒng)缺少實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比功能的傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能與線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW)中通過電機(jī)和控制器實(shí)施的基于可 變傳動(dòng)比的主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能是有區(qū)別的，因此該系統(tǒng)不能很好地解決極限工況下的操穩(wěn)性問 題。為了解決這個(gè)問題，日本專利NO. 2005-247214提出了一種電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括一套可變齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)(VGS)和一套電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可變齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)利用電機(jī) 和行星齒輪機(jī)構(gòu)向轉(zhuǎn)向輪提供附加轉(zhuǎn)角來調(diào)整角傳動(dòng)比；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電機(jī)提 供助力矩輔助駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤。該系統(tǒng)在提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整體性能的同時(shí)，也存在以下問 題(1)由于該系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的EPS基礎(chǔ)上加裝了一套可變齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和一個(gè)電 機(jī)，這大大增加了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重量和慣性矩，因此可能會(huì)降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)響應(yīng)緩慢，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，駕駛員需要施加的力矩就會(huì)增大，作用時(shí)間也會(huì) 加長(zhǎng)；(2)該系統(tǒng)具有主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能，能夠解決車輛過度轉(zhuǎn)向、輕度不足轉(zhuǎn)向和對(duì)開路面 附著系數(shù)等極限工況下的操穩(wěn)性問題，但要求輪胎處于線性工作區(qū)域。因此若要提高全工 況下的操穩(wěn)性，就必需對(duì)AFS系統(tǒng)和車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(如ESP)進(jìn)行集成控制，如何協(xié) 調(diào)控制各系統(tǒng)是技術(shù)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于汽車主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制 裝置，該裝置改善汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向靈敏性，本發(fā)明的進(jìn)一步目的還在于對(duì)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 與電子穩(wěn)定性程序進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種用于汽車主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制裝置，該裝置包括EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊、助力電機(jī)調(diào)節(jié)模塊、AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊、助位移電機(jī)調(diào)節(jié) 模塊以及協(xié)調(diào)控制模塊；其中，EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)至助力電機(jī) 調(diào)節(jié)模塊，AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊結(jié)合協(xié)調(diào)控制模塊為助位移電機(jī)調(diào)節(jié)模塊提供目標(biāo)轉(zhuǎn)角， 協(xié)調(diào)控制模塊通過CAN總線與ESP控制單元進(jìn)行通訊；所述AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊包括目標(biāo)傳動(dòng)比設(shè)定子模塊，用于根據(jù)車速u和理想 角傳動(dòng)比公式計(jì)算傳動(dòng)比R ；目標(biāo)轉(zhuǎn)角計(jì)算子模塊，用于根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ s和傳動(dòng)比R計(jì) 算目標(biāo)轉(zhuǎn)角0m4d ；期望橫擺角速度計(jì)算子模塊，根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ s和車速U計(jì)算期望橫擺角速度 Yd, Yd與實(shí)測(cè)的橫擺角速度信號(hào)Y相減得到車輛系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，將誤差值乘以反饋增益 K0可計(jì)算出目標(biāo)轉(zhuǎn)角反饋修正值；AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊將目標(biāo)轉(zhuǎn)角計(jì)算模塊輸出的目標(biāo)轉(zhuǎn)角、目標(biāo)轉(zhuǎn)角反饋修正 值和協(xié)調(diào)控制模塊輸出的目標(biāo)轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)控制量三者相加可得到目標(biāo)轉(zhuǎn)角控制信號(hào)<formula>formula see original document page 5</formula>其中，θ m4d = Kb θ s，Kb為直流增益，與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比R相關(guān)。上述技術(shù)方案將目標(biāo)轉(zhuǎn)角計(jì)算模塊輸出的目標(biāo)轉(zhuǎn)角θ m4d、目標(biāo)轉(zhuǎn)角的反饋修正值 K0 (Y-Yd)、協(xié)調(diào)控制模塊輸出的目標(biāo)轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)控制量Δ θ三者之和作為目標(biāo)轉(zhuǎn)角控制信 號(hào)，提高車輛在高速時(shí)的行駛穩(wěn)定性和低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊，包括計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的助 力系數(shù)K(U)設(shè)定子模塊、助力矩計(jì)算子模塊、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速計(jì)算子模塊、權(quán)重系數(shù)火(么)計(jì)算 子模塊和助力矩補(bǔ)償量計(jì)算子模塊五個(gè)子模塊，用于根據(jù)扭矩傳感器信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信 號(hào)和估算的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速計(jì)算目標(biāo)助力矩；其中，助力系數(shù)K(U)設(shè)定子模塊和助力矩計(jì)算子 模塊，用于計(jì)算輸出常規(guī)助力矩值Tal，常規(guī)助力矩值Tal為轉(zhuǎn)向軸扭矩Th與比例系數(shù)K(U) 之積；轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速計(jì)算子模塊、權(quán)重系數(shù)火(么)計(jì)算子模塊和助力矩補(bǔ)償量計(jì)算子模塊，用 于計(jì)算輸出補(bǔ)償助力矩值Ta2，補(bǔ)償助力矩值Ta2為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ s與權(quán)重系數(shù)火(式)之積，其 中，權(quán)重系數(shù)尤(么)隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速的提高而變大；常規(guī)助力矩值和助力矩補(bǔ)償量值疊加后得 到目標(biāo)助力矩Tarrf。在車速一定的情況下，本發(fā)明所述控制裝置，根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速計(jì)算助力矩補(bǔ)償量， 結(jié)合依據(jù)車速計(jì)算的常規(guī)助力矩對(duì)EPS系統(tǒng)實(shí)施控制，因此是一種優(yōu)選的助力矩計(jì)算方 法，能夠解決因增加AFS系統(tǒng)而而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)慣性矩增大的問題，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)向 輕便性和轉(zhuǎn)向靈敏性。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述協(xié)調(diào)控制模塊包括側(cè)向加速度估算子模塊和協(xié)調(diào) 控制量計(jì)算子模塊；整個(gè)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還包括AFS控制單元、AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)、ESP控制單元和 ESP執(zhí)行機(jī)構(gòu)；AFS控制單元和AFS機(jī)構(gòu)組成AFS控制回路；ESP控制單元和ESP執(zhí)行機(jī)構(gòu) 組成ESP控制回路；側(cè)向加速度估算子模塊根據(jù)橫擺角速度信號(hào)和前輪轉(zhuǎn)角信號(hào)估算側(cè)向 角速度ay，并把計(jì)算結(jié)果輸出給協(xié)調(diào)控制量計(jì)算子模塊，根據(jù)已設(shè)定的算法，協(xié)調(diào)控制模塊 向AFS控制單元和ESP控制單元分別輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)控制量Δ θ、橫擺力矩補(bǔ)償量ΔΜ， 兩控制單元結(jié)合各自信號(hào)處理單元提供的傳感器信號(hào)值計(jì)算出相應(yīng)的控制量值，對(duì)整車系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性控制。整個(gè)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分為三層協(xié)調(diào)層、控制層和執(zhí)行層，各層之間相互 關(guān)聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制回路。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述協(xié)調(diào)控制模塊依據(jù)側(cè)向加速度值把輪胎的工作區(qū) 域分為線性區(qū)域、非線性區(qū)域和飽和區(qū)域三段，根據(jù)輸入的側(cè)向加速度信號(hào)值，判別輪胎所 處的工作區(qū)域，參考此時(shí)的質(zhì)心側(cè)偏角，通過分配主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制量△ θ和穩(wěn)定 性控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制量Δ M來進(jìn)行相應(yīng)的控制線性區(qū)域，由AFS控制回路單獨(dú)控制；非 線性區(qū)域，由AFS控制回路和ESP控制回路聯(lián)合控制；飽和區(qū)域，由ESP控制回路單獨(dú)控制。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的汽車主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制裝置方框圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的助力控制模塊方框圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的可變傳動(dòng)比控制模塊方框圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的可變傳動(dòng)比特性曲線；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)方框具體實(shí)施例方式本發(fā)明優(yōu)選主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(AFS)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)和電子穩(wěn)定性程 序(ESP)作為實(shí)施例，但本實(shí)施例不限制本發(fā)明，凡是采用與本發(fā)明相似結(jié)構(gòu)或相似變化 的控制裝置均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍，例如，本發(fā)明同樣適用于可變齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為單 行星齒輪機(jī)構(gòu)、諧波齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制裝置。參見圖1，車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器1，用于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角以及估 算轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速；車速傳感器2，用于測(cè)量車速；驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、電機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器5及可變齒輪傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)6，用于提供前輪附加轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)可變傳動(dòng)比功能；扭矩傳感器7，用于測(cè)量轉(zhuǎn)向軸扭 矩；助力電機(jī)8、電機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器9及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)10，用于提供轉(zhuǎn)向助力矩；轉(zhuǎn)向控 制裝置(ECU)3，用于接收各種傳感器信號(hào)，并對(duì)兩套輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制；齒輪齒 條轉(zhuǎn)向器11，用于傳遞轉(zhuǎn)向力矩及轉(zhuǎn)向角；線位移傳感器12，用于估算前輪轉(zhuǎn)角；橫擺角速 度傳感器13，用于提供車輛穩(wěn)定性反饋信號(hào)。另外，在特殊的行駛工況下，轉(zhuǎn)向控制裝置 (ECU) 3中的協(xié)調(diào)控制模塊還會(huì)向ESP控制單元輸出參考控制指令。駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器1將檢測(cè)出的轉(zhuǎn)角信號(hào)輸出給轉(zhuǎn)向控 制裝置3，同時(shí)車速傳感器2、橫擺角速度傳感器13及電機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器也向轉(zhuǎn)向控制裝置 (ECU) 3輸出信號(hào)，控制裝置3實(shí)時(shí)計(jì)算出期望的前輪附加轉(zhuǎn)角值，并轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)控制驅(qū) 動(dòng)電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)；在驅(qū)動(dòng)電機(jī)4及與之相連的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)(未畫出)的驅(qū)動(dòng)下，AFS系統(tǒng) 的雙行星齒輪機(jī)構(gòu)6對(duì)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角和電機(jī)提供的附加轉(zhuǎn)角進(jìn)行疊加，并輸出給下方的轉(zhuǎn) 向軸；扭矩傳感器7實(shí)時(shí)檢測(cè)出轉(zhuǎn)向軸的扭矩值，并將信號(hào)輸出給控制裝置3，在接收到電 機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器9的信號(hào)后，控制裝置3計(jì)算出期望助力矩值，并輸出PWM信號(hào)控制助力電機(jī) 8的轉(zhuǎn)動(dòng)；在助力電機(jī)8的驅(qū)動(dòng)下，EPS系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10向齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器11輸出助 力矩，同時(shí)帶有前輪附加轉(zhuǎn)角；線位移傳感器12可以實(shí)時(shí)檢測(cè)出齒條軸的位移量，并把信 號(hào)輸出給控制裝置3，經(jīng)計(jì)算后，便可得到前輪轉(zhuǎn)角值，此值可用于估算側(cè)向加速度。
參見圖2，轉(zhuǎn)向控制裝置3包括EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊300、AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊301、協(xié)調(diào)控制模塊302、助力電機(jī)調(diào)節(jié)模塊303和助位移電機(jī)調(diào)節(jié)模塊304，控制裝置的 輸出為兩路PWM信號(hào)，分別用于控制電機(jī)輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和目標(biāo)轉(zhuǎn)角，目標(biāo)助力矩確定的詳 細(xì)過程如下所述。參見圖3，目標(biāo)助力矩由常規(guī)助力矩和助力矩補(bǔ)償量?jī)刹糠纸M成，常規(guī)助力矩計(jì)算部分包括助力系數(shù)K(U)設(shè)定子模塊15和助力矩計(jì)算子模塊16，其輸出為常規(guī)助力矩值 Tal，即轉(zhuǎn)向軸扭矩Th與比例系數(shù)K(U)之積。助力矩補(bǔ)償量計(jì)算模塊包括轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速計(jì)算 子模塊17、權(quán)重系數(shù)火(么)計(jì)算子模塊18和助力矩補(bǔ)償量計(jì)算子模塊19，其輸出為補(bǔ)償助 力矩值Ta2，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ s與權(quán)重系數(shù)火(么)之積，其中，權(quán)重系數(shù)隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速的 提高而變大；常規(guī)助力矩計(jì)算模塊和助力矩補(bǔ)償量計(jì)算模塊的輸出量疊加后得到目標(biāo)助力 矩Taref〇由于本發(fā)明所研究的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是與電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相集成的，因此整個(gè)轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的總重量和慣性矩比一般的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大，這會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏性下降，從而加 大駕駛員在高速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)的體力消耗或加重駕駛員在汽車高速避讓時(shí)的精神負(fù)擔(dān)，因 此需要系統(tǒng)提供一個(gè)助力矩補(bǔ)償量以保持駕駛員的操縱舒適性，該補(bǔ)償量應(yīng)該隨著轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)速的提高而增大，隨著轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增大而增大，因此，目標(biāo)助力矩的計(jì)算公式為Taref= K(U)Th+κφ8)θ5(ι)其中，Th為轉(zhuǎn)向軸扭矩，由轉(zhuǎn)矩傳感器7測(cè)量得到；K(U)為比例系數(shù)，由助力系數(shù) 設(shè)定子模塊15根據(jù)車速和助力特性曲線選取，二者通過助力矩計(jì)算子模塊16計(jì)算得到常 規(guī)助力矩值Tal ； θ s為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，由傳感器1測(cè)量得到；么為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速，由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速計(jì) 算子模塊17計(jì)算得出；尺(么)為權(quán)重系數(shù)，由權(quán)重系數(shù)計(jì)算子模塊18根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算得到， 二者通過助力矩補(bǔ)償量計(jì)算部分19計(jì)算得到補(bǔ)償助力矩值Ta2，最后通過疊加可以得到目 標(biāo)助力矩T_f。把測(cè)量得到的助力電機(jī)轉(zhuǎn)角θ m8輸入助力電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元，可計(jì)算 出實(shí)際助力矩值Ta，與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Taref相減后得到誤差值，此值可用于助力電機(jī)8的反饋控 制。在本實(shí)施例中，采用PID控制方法對(duì)在助力電機(jī)8進(jìn)行控制，如下Ux = Kpl(Ta-Taref) +Ka \(Ta-Taref)dt+Kdxjt{Ta-Taref)(2)其中，Kpl、Kn、Kdl分別為控制系統(tǒng)的比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)^為控制器 輸出的對(duì)助力電機(jī)8的控制電壓。權(quán)重系數(shù)尺與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速相關(guān)，即與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率相關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率較低 時(shí)，權(quán)重系數(shù)較?。划?dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率逐漸增大時(shí)，權(quán)重系數(shù)相應(yīng)地增大；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率較高時(shí)，權(quán) 重系數(shù)保持為定值，避免發(fā)生由于助力矩補(bǔ)償量超調(diào)而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)蕩現(xiàn)象，權(quán)重系 數(shù)-轉(zhuǎn)動(dòng)頻率特性曲線可以設(shè)置成“S”形狀。本發(fā)明實(shí)施例運(yùn)用利薩如圖來評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏性，利薩如圖為二維圖形，以 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ s和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩Th為其橫軸和縱軸坐標(biāo)，整個(gè)圖形呈橢圓形。橢圓長(zhǎng)軸的傾 斜度用于衡量轉(zhuǎn)向靈敏性的好壞程度，在相同的轉(zhuǎn)向角范圍內(nèi)，若長(zhǎng)軸的傾斜度隨著轉(zhuǎn)向 盤轉(zhuǎn)動(dòng)頻率地提高而增大，則說明轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏性好，反之則差。
在汽車高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏度既不能過低也不能過高，過低則不利于對(duì)車輛實(shí)施緊急避讓操作，過高則不利于解決轉(zhuǎn)向誤操作或強(qiáng)側(cè)向風(fēng)干擾問題，前者可以通 過上述實(shí)施例得到有效緩解，而后者則需通過主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來解決。參見圖4，AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊301包括以下幾個(gè)子模塊傳動(dòng)比設(shè)定子模塊 21，根據(jù)車速和理想角傳動(dòng)比特性曲線計(jì)算出傳動(dòng)比R ；目標(biāo)轉(zhuǎn)角計(jì)算子模塊22，根據(jù)傳動(dòng) 比R計(jì)算直流增益Kb，后者與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ s之積即為目標(biāo)轉(zhuǎn)角的前饋值em4d ；期望橫擺角 速度計(jì)算子模塊23，根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ s和車速u計(jì)算出理想值Yd，后者與傳感器13輸入 的橫擺角速度信號(hào)Y相減得到車輛系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，結(jié)合增益Ke24可計(jì)算出目標(biāo)轉(zhuǎn)角的反 饋修正值；同時(shí)，協(xié)調(diào)控制模塊302也向目標(biāo)轉(zhuǎn)角控制模塊301輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)控制量 Δ θ，三者相加可得到目標(biāo)轉(zhuǎn)角<formula>formula see original document page 8</formula>其中，Kb為直流增益，與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比R相關(guān)。下面著重分析傳動(dòng)比R的計(jì)算過程，本發(fā)明實(shí)施例的控制對(duì)象之一為可變傳動(dòng)比 系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征在于將轉(zhuǎn)向軸斷開并加裝一套雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，由于齒輪間的傳 動(dòng)是兩自由度的，這在結(jié)構(gòu)上保證了角傳動(dòng)比的可變特性。本發(fā)明實(shí)施例以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向過程中的穩(wěn)態(tài)增益為目標(biāo)推導(dǎo)了理想角傳動(dòng)比特性曲 線方程。由車輛二自由度運(yùn)動(dòng)微分方程得，橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角間的傳遞函數(shù)為<formula>formula see original document page 8</formula>其中，Ky為穩(wěn)定性因素，S2Ai2 ； τ γ為一階延遲時(shí)間常數(shù)，s ；結(jié)合角傳動(dòng)比定義R =θ s/ θ f可得轉(zhuǎn)向靈敏度Ks與傳動(dòng)比R之間的關(guān)系式<formula>formula see original document page 8</formula>
(5)設(shè)理想的角傳動(dòng)比為<formula>formula see original document page 8</formula>式(6)表明角傳動(dòng)比特性曲線分為三段低速泊車時(shí)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角很大，為了使前 輪轉(zhuǎn)角不超過極限值，將傳動(dòng)比設(shè)為定值Rmin ；高速行駛時(shí)，為了保證車輛具有理想的靈敏 度，將傳動(dòng)比設(shè)為定值Rmax ；中速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向靈敏度保持為常數(shù)，傳動(dòng)比隨車速變化。參見圖5，紅色線為固定傳動(dòng)比特性曲線，藍(lán)色線為理想角傳動(dòng)比特性曲線，呈 “S” 形。參見圖6，協(xié)調(diào)控制模塊302包括側(cè)向加速度估算25和協(xié)調(diào)控制量計(jì)算26兩個(gè) 子模塊；整個(gè)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還包括AFS控制單元27、AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)、ESP控制單元28以及 ESP執(zhí)行機(jī)構(gòu)；AFS控制單元27和AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成AFS控制回路；ESP控制單元28和ESP 執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成ESP控制回路。
側(cè)向加速度估算子模塊25根據(jù)橫擺角速度信號(hào)和前輪轉(zhuǎn)角信號(hào)估算側(cè)向角速度 ay，并把計(jì)算結(jié)果輸出給協(xié)調(diào)控制量計(jì)算子模塊26，根據(jù)已設(shè)定的算法，協(xié)調(diào)控制模塊向 AFS控制單元27和ESP控制單元分28別輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)控制量△ θ、橫擺力矩補(bǔ)償量 ΔΜ，兩控制單元結(jié)合各自信號(hào)處理單元提供的傳感器信號(hào)值計(jì)算出相應(yīng)的控制值，對(duì)整車 系統(tǒng)305進(jìn)行穩(wěn)定性控制。協(xié)調(diào)控制模塊26依據(jù)側(cè)向加速度值把輪胎的工作區(qū)域分為線性區(qū)域、非線性區(qū) 域和飽和區(qū)域三段，根據(jù)輸入的側(cè)向角速度信號(hào)值，判別輪胎所處的工作區(qū)域，參考此時(shí)的 質(zhì)心側(cè)偏角，通過分配主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制量△ θ和穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制量 Δ M來進(jìn)行相應(yīng)的控制線性區(qū)域，由AFS控制回路單獨(dú)控制；非線性區(qū)域，由AFS控制回路 和ESP控制回路聯(lián)合控制；飽和區(qū)域，由ESP控制回路單獨(dú)控制。本發(fā)明實(shí)施例所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制裝置可用于加裝有主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(AFS)、 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)和電子穩(wěn)定性程序(ESP)的車輛上，各傳感器信號(hào)可以通過CAN 總線為各控制單元所共享，各控制器也可以通過局域網(wǎng)對(duì)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制。
權(quán)利要求
一種用于汽車主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制裝置，該裝置包括AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊、助位移電機(jī)調(diào)節(jié)模塊、EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊、助力電機(jī)調(diào)節(jié)模塊和協(xié)調(diào)控制模塊；其中AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊結(jié)合協(xié)調(diào)控制模塊為助位移電機(jī)調(diào)節(jié)模塊提供目標(biāo)轉(zhuǎn)角值，EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊為助力電機(jī)調(diào)節(jié)模塊提供出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值，協(xié)調(diào)控制模塊通過CAN總線與ESP控制單元進(jìn)行通訊；所述AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊包括目標(biāo)傳動(dòng)比設(shè)定子模塊、目標(biāo)轉(zhuǎn)角計(jì)算子模塊和期望橫擺角速度計(jì)算子模塊；其中，目標(biāo)傳動(dòng)比設(shè)定子模塊，根據(jù)車速u和理想角傳動(dòng)比曲線計(jì)算傳動(dòng)比R；目標(biāo)轉(zhuǎn)角計(jì)算子模塊，根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θS和傳動(dòng)比R計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)角值θm4d；期望橫擺角速度計(jì)算子模塊，根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θS和車速u計(jì)算期望橫擺角速度γd，γd與實(shí)測(cè)的橫擺角速度信號(hào)γ相減得到車輛系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，該誤差值乘以反饋增益Kβ即為目標(biāo)轉(zhuǎn)角反饋修正值；AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊將目標(biāo)轉(zhuǎn)角計(jì)算模塊輸出的目標(biāo)轉(zhuǎn)角值、目標(biāo)轉(zhuǎn)角反饋修正值和協(xié)調(diào)控制模塊輸出的目標(biāo)轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)控制量三者相加得到目標(biāo)轉(zhuǎn)角控制信號(hào)θm4ref＝Kbθs+Kβ(γ-γd)+Δθ其中，θm4d＝KbθS，Kb為直流增益，與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比R相關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征是，所述EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊包括計(jì)算 目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的助力系數(shù)K(U)設(shè)定子模塊、助力矩計(jì)算子模塊、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速計(jì)算子模塊、權(quán)重 系數(shù)火(么)計(jì)算子模塊和助力矩補(bǔ)償量計(jì)算子模塊五個(gè)子模塊，用于根據(jù)扭矩傳感器信號(hào)、 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)和估算的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速計(jì)算目標(biāo)助力矩；其中，助力系數(shù)K(U)設(shè)定子模塊和 助力矩計(jì)算子模塊，用于計(jì)算輸出常規(guī)助力矩值Tal，常規(guī)助力矩值Tal為轉(zhuǎn)向軸扭矩Th與比 例系數(shù)K(U)之積；轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速計(jì)算子模塊、權(quán)重系數(shù)火(么)計(jì)算子模塊和助力矩補(bǔ)償量計(jì) 算子模塊，用于計(jì)算輸出補(bǔ)償助力矩值Ta2，補(bǔ)償助力矩值Ta2為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θ s與權(quán)重系數(shù) 夂(么)之積，其中，權(quán)重系數(shù)足(4)隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速的提高而變大；常規(guī)助力矩值和助力矩補(bǔ)償 量值疊加后得到目標(biāo)助力矩Taref。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征是，協(xié)調(diào)控制模塊、AFS控制單元、AFS執(zhí)行 機(jī)構(gòu)、ESP控制單元和ESP執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；所述AFS控制單元和AFS機(jī)構(gòu)組成 AFS控制回路；所述ESP控制單元和ESP執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成ESP控制回路；所述協(xié)調(diào)控制模塊包 括側(cè)向加速度估算子模塊和協(xié)調(diào)控制量計(jì)算子模塊；側(cè)向加速度估算子模塊根據(jù)橫擺角速 度信號(hào)和前輪轉(zhuǎn)角信號(hào)估算側(cè)向角速度ay，并把計(jì)算結(jié)果輸出給協(xié)調(diào)控制量計(jì)算子模塊， 根據(jù)已設(shè)定的算法，協(xié)調(diào)控制模塊向AFS控制單元和ESP控制單元分別輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào) 控制量△ θ、橫擺力矩補(bǔ)償量ΔΜ，兩控制單元結(jié)合各自信號(hào)處理單元提供的傳感器信號(hào) 值計(jì)算出相應(yīng)的控制量值，對(duì)整車系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征是，所述協(xié)調(diào)控制模塊依據(jù)側(cè)向加速度值 把輪胎的工作區(qū)域分為線性區(qū)域、非線性區(qū)域和飽和區(qū)域三段，根據(jù)輸入的側(cè)向加速度信 號(hào)值，判別輪胎所處的工作區(qū)域，參考此時(shí)的質(zhì)心側(cè)偏角，通過分配主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控 制量Δ θ和穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制量ΔΜ來進(jìn)行相應(yīng)的控制線性區(qū)域，由AFS控制 回路單獨(dú)控制；非線性區(qū)域，由AFS控制回路和ESP控制回路聯(lián)合控制；飽和區(qū)域，由ESP控 制回路單獨(dú)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征是，所述EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊還包括助力 電機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元，該單元用于根據(jù)輸入的助力電機(jī)轉(zhuǎn)角值計(jì)算出實(shí)際助力矩值Ta， 所述EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊將實(shí)際助力矩值Ta與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T_f相減后得到誤差值并輸出 至助力電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于汽車主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制裝置，該裝置包括AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊、助位移電機(jī)調(diào)節(jié)模塊、EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊、助力電機(jī)調(diào)節(jié)模塊和協(xié)調(diào)控制模塊；其中AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊結(jié)合協(xié)調(diào)控制模塊為助位移電機(jī)調(diào)節(jié)模塊提供目標(biāo)轉(zhuǎn)角值，EPS目標(biāo)轉(zhuǎn)矩確定模塊為助力電機(jī)調(diào)節(jié)模塊提供出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值，協(xié)調(diào)控制模塊通過CAN總線與ESP控制單元進(jìn)行通訊；所述AFS目標(biāo)轉(zhuǎn)角確定模塊包括目標(biāo)傳動(dòng)比設(shè)定子模塊、目標(biāo)轉(zhuǎn)角計(jì)算子模塊和期望橫擺角速度計(jì)算子模塊；其中，目標(biāo)傳動(dòng)比設(shè)定子模塊，根據(jù)車速u和理想角傳動(dòng)比曲線計(jì)算傳動(dòng)比R；目標(biāo)轉(zhuǎn)角計(jì)算子模塊，根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θS和傳動(dòng)比R計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)角值θm4d。
文檔編號(hào)B62D5/04GK101811515SQ200910264399
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
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