电动助力转向系统助力特性曲线动态修正方法及其应用

　　电动助力转向系统( electric power steering,EPS)是近些年出现的一种新型动力转向系统[1]。与传统液压助力转向系统相比, EPS系统有很多优点:助力特性由软件控制,优化容易;去除了液压机构,维护简单;助力电机只在汽车转向时才工作,节能环保[2]。　

　　EPS系统由方向盘扭矩传感器,执行电机和控制器等组成[3],当扭矩传感器检测到方向盘扭矩时,控制器根据已经设计好的助力特性曲线计算参考助力扭矩,控制算法通过控制电机输出扭矩跟踪参考助力扭矩,从而实现电机对系统的助力[1~3]。其中计算参考助力扭矩是EPS系统控制的关键之一。通常目标助力扭矩都由方向盘检测力矩和设计好的助力特性曲线计算直接获得,而忽略实时系统阻力变化的影响,结果会与理想的目标助力扭矩之间存在一定的误差,从而给跟踪参考助力扭矩带来困难,并使简单的PID控制很难满足要求。目前的研究主要集中在利用一些高级控制(如预测控制、模糊控制和最优控制等)来补偿参考助力扭矩的计算误差[4~6],而通过动态修正助力特性曲线,减小参考助力扭矩误差,使得简单的PID控制能够满足系统要求的研究却很少有文章报道。

　　笔者在分析EPS系统方向盘力矩检测特点的基础上,提出在控制过程中区分实际方向盘力矩和理想方向盘力矩,得到了系统阻力扭矩的增加值即是扭矩传感器测量值与上一周期的理想方向盘力矩的差,并据此给出一种基于路感控制的助力特性曲线的动态修正方法,这种动态修正方法有效地减少了参考助力扭矩的误差,为后继的PID控制能够满足EPS系统的要求提供了保证。

　　仿真与实验证明,通过这种动态修正方法计算参考助力扭矩,能够有效地解决EPS电机助力在方向盘扭矩突然变化时出现的扭矩波动问题,从而使系统转向轻便性与稳定性成功地实现了统一。

　　1　EPS系统的双环负反馈控制

　　如图1所示,EPS控制系统是一个双环负反馈系统,两个反馈量都是电机的实际助力Tm,内环负反馈控制算法根据Tm与参考助力扭矩T^m的差值实现Tm对T^m快速有效的跟踪;外环负反馈是由EPS结构决定的,扭矩传感器扭矩Tsen是系统阻力Tr经Tm反馈后的差值,控制器根据车速、Tsen和事先设计好的助力曲线计算T^m实现对外环的反馈控制。两环反馈控制相辅相成,外环控制中优异的助力曲线可使T^m的计算更加准确理想,进而内环助力扭矩的跟踪更加可靠容易;另一方面,内环快速有效地跟踪算法可以部分消除由助力曲线带来的T^m的计算误差。

　　因此可见,在双环反馈控制中,我们需要解决两个问题：

　　(1)设计一个好的助力特性曲线计算参考助力扭矩T^m;