CN105930611B - 一种汽车电动助力转向特征车速区间划分方法 - Google Patents

一种汽车电动助力转向特征车速区间划分方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车电动助力转向特征车速区间划分方法，在车辆侧向加速度稳态增益相对车速的变化关系曲线中，曲线呈非线性变化的区域设置较密集的特征车速点，曲线呈线性变化的区域不设置特征车速点。基于侧向加速度稳态增益相对车速的斜率变化，将侧向加速度稳态增益曲线分成A‑E共5个区域。当车速在区域A时，车轮与路面间的摩擦力矩变化幅度较大，布置密集的特征车速点，保证泊车工况的转向盘力矩水平；当车速位于区域B和D时，侧向力随车速呈较强的非线性变化，布置较密集的特征车速点；当车速位于区域E时，侧向力随车速呈现出较弱的非线性变化，特征车速点可以比较稀疏；当车速位于区域C时，侧向力随车速呈线性变化，不设置特征车速。

Description

一种汽车电动助力转向特征车速区间划分方法
技术领域
本发明涉及一种汽车电动助力转向特征车速区间划分方法，更具体的说，它涉及一种用于汽车电动助力转向助力特性曲线匹配标定的助力特性车速区间划分方法。
背景技术
汽车电动助力转向***作为电子技术与转向***相结合的产物，紧扣现代汽车发展的低碳、环保、安全三大主题，在提供助力、减轻驾驶员操纵负担的同时，也能够提高汽车转向性能，以其优越的性能和特点有逐步替代液压助力转向的趋势。
汽车电动助力转向助力特性是指助力电机提供的助力随汽车运动状况（车速和转向盘力矩）变化而变化的规律，它是电动助力转向的控制目标。助力特性是否合理决定着电动助力转向的助力性能。理想的助力特性应能充分协调好转向轻便性与路感的关系，并提供给驾驶员与手动转向尽可能一致的、可控的转向特性。电动助力转向助力特性曲线设计时，需要确定一系列特征车速下电机助力矩随转向盘力矩的关系曲线，特征车速以外的电机助力矩通过线性插值来计算。对于电动助力转向助力特性曲线特征车速的确定，目前主要依靠调试人员的主观感觉，造成实车匹配标定效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提出了一种汽车电动助力转向特征车速区间划分方法。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的。
1. 选取国产某合资紧凑电动助力转向车型为对标车，进行转向盘转角输入为170deg的稳态圆周试验。由稳态回转试验中转向盘力矩相对车速的关系曲线，可知：当转向盘转角输入一定时，理想的转向盘力矩水平应与车速基本呈线性关系。
2. 搭建电动助力转向***仿真平台，进行无助力下转向盘转角输入为170deg的稳态圆周试验。由转向盘力矩相对车速的关系曲线，可以看出，转向角输入一定时，理想的助力应当是随车速连续变化的非线性函数，这将会使实车标定工作极为复杂。
3. 汽车稳态转向时，除去恒定的***摩擦的影响，转向盘力矩的变化趋势即是前轴侧向力或车辆侧向加速度的变化趋势。因此，采用侧向加速度稳态增益替代转向盘转矩随车速的变化关系曲线。基于搭建的电动助力转向***仿真平台，进行170deg转向盘转角输入下的稳态圆周试验，在车辆侧向加速度稳态增益与车速的变化关系中，曲线呈非线性变化的区域设置较密集的特征车速点，使得相邻特征车速之间的曲线接近线性变化，曲线呈线性变化的区域不设置特征车速点。
技术方案中所述的根据车辆侧向加速度稳态增益随车速的变化关系曲线，确定电动助力转向助力特性特征车速点是指：根据侧向加速度稳态增益相对车速的斜率将侧向加速度稳态增益分成A-E共5个区域。当车速在区域A时，车轮与路面间的摩擦力矩变化幅度较大，布置密集的特征车速点，保证泊车工况的转向盘力矩水平；当车速位于区域B和D时，侧向力随车速呈较强的非线性变化，布置较密集的特征车速点；当车速位于区域E时，侧向力随车速呈现出较弱的非线性变化，特征车速点可以比较稀疏；当车速位于区域C时，侧向力随车速呈线性变化，不设置特征车速。
总的来说，该发明基于汽车侧向加速度稳态增益确定了电动助力转向助力特性车速区间划分方法，为电动助力转向助力特性的匹配标定提供了参考依据。
附图说明
图1是本发明所述的对标车稳态圆周试验时转向盘力矩相对车速的关系曲线。
图2是本发明所述的汽车电动助力转向***仿真平台结构示意图。
图3是本发明所述的稳态圆周试验无助力时转向盘转矩随车速的仿真曲线。
图4是本发明所述的稳态圆周试验下汽车侧向加速度稳态增益随车速的变化关系曲线。
图中：1. 电动助力转向控制***模型，2. CarSim车辆模型，3. 电动助力转向控制器，4. 电机模型，5. 电机电枢电压，6. 电机电流，7. 转向盘转矩，8. 车速，9. 转向小齿轮角速度，10.电机助力矩。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述。
参阅图1，选取国产某合资紧凑电动助力转向车型为对标车，进行转向盘转角输入为170deg的稳态圆周试验。由对标车在稳态回转试验下转向盘力矩相对车速和侧向加速度的关系曲线。可知：当转向盘转角输入一定时，转向盘力矩水平与车速基本呈线性关系。
参阅图2，搭建电动助力转向***仿真平台，包括基于Matlab/Simulink的电动助力转向控制***模型1和基于CarSim软件的车辆模型2。其中，电动助力转向控制***模型1输出电机助力矩10给CarSim车辆模型2，CarSim车辆模型2输出转向盘力矩7、车速8和转向小齿轮角速度9给电动助力转向控制***模型。电动助力转向控制***模型1包括电动助力转向控制器3和电机模型4，其中，电动助力转向控制器3输出电机电枢电压5给电机模型4，电机模型4则输出电机电流6给电动助力转向控制器3，最终实现Matlab与CarSim的联合仿真。
参阅图3，稳态圆周试验无助力时转向盘转矩随车速的仿真曲线，图中实线为电动助力转向***仿真模型在170deg转向盘转角输入下，转向盘力矩随车速变化关系；虚线为图1中的线性拟合直线。为了达到图中虚线所示的转向盘力矩特性，就需要在不同车速下提供相应的助力。以图3中的11km/h和25km/h为例：在特定的转向角输入下，要使转向盘力矩分别为A1和A2所示线段长度，就需要在相应的输入力矩下分别提供B1和B2所示线段长度的助力。可以看到：转向角输入一定时，理想的助力应当是随车速连续变化的非线性函数，如：从B1连续变化到B2。而这将会使实车标定工作极为复杂。为了简化，可以仅对特征车速（如图3中10km/h~30km/h之间，每隔10km/h设定为特征车速）下的助力进行标定。显然地，当车速在20km/h~30km/h之间时，采用相邻特征车速下的助力进行线性插值可得到即时的助力，实现理想的转向盘力反馈；当车速在10km/h ~ 20km/h之间时，助力应具有一定的非线性，若采用上述的线性插值，则会导致在此速度区间的转向盘力矩低于理想值。由于图3中的实线是转向盘力矩，除去恒定的***摩擦的影响，该曲线亦是前轴侧向力或车辆侧向加速度的变化趋势。考虑到转向角度输入恒定，采用侧向加速度稳态增益曲线来替代图3。
参阅图4，基于车辆的侧向加速度稳态增益来划分若干特征车速点，分别设计各特征车速点下电机助力与转向盘力矩的关系，通过线性插值即可获得完整的助力特性。特征车速的划分原则为：侧向加速度稳态增益与车速变化关系中，曲线呈非线性变化的区域设置较密集的特征车速点，使得相邻特征车速之间的曲线接近线性变化；曲线呈线性变化的区域不设置特征车速点。根据侧向加速度稳态增益相对车速的斜率可以分成A-E所示的5个区域。其中，当车速在区域A时，车轮与路面间的摩擦力矩变化幅度较大，布置密集的特征车速点，保证泊车工况的转向盘力矩水平；当车速位于区域B和D时，侧向力随车速呈较强的非线性变化，布置较密集的特征车速点；当车速位于区域E时，侧向力随车速呈现出较弱的非线性变化，特征车速点可以比较稀疏；当车速位于区域C时，侧向力随车速呈线性变化，不设置特征车速。

Claims (1)

1.一种汽车电动助力转向特征车速区间划分方法，其特征在于在车辆侧向加速度稳态增益相对车速的变化关系曲线中，根据侧向加速度稳态增益相对车速的斜率变化，将侧向加速度稳态增益分成A-E共5个区域，当车速在区域A时，车轮与路面间的摩擦力矩变化幅度较大，布置密集的特征车速点，保证泊车工况的转向盘力矩水平；当车速位于区域B和D时，侧向力随车速呈较强的非线性变化，布置较密集的特征车速点；当车速位于区域E时，侧向力随车速呈现出较弱的非线性变化，特征车速点可以比较稀疏；当车速位于区域C时，侧向力随车速呈线性变化，不设置特征车速。
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