一种电动助力转向系统扭矩传感器零点漂移补偿方法

摘要

一种电动助力转向系统扭矩传感器零点漂移补偿方法，包括转向系统、助力电机、PID控制器、扭矩传感器、状态观测器，通过建立EPS系统空间状态模型，采用状态观测器对电动助力转向系统进行状态观测，检测扭矩传感器偏离零点时的输出是由驾驶员输入产生还是由扭矩传感器本身零点漂移产生；检测是扭矩传感器本身零点漂移产生的输出，则记录此值，并执行扭矩传感器零点漂移补偿算法；实现对扭矩传感器零点校准。本发明通过建立EPS系统空间状态模型，并采用状态观测器对系统进行状态观测，纯软件补偿，提高了扭矩传感器可靠性；当扭矩传感器补偿值大于预定范围时，可对扭矩传感器进行故障报警，提高了整个系统的安全。

主权项

一种电动助力转向系统扭矩传感器零点漂移补偿方法，其特征在于，包括转向系统、助力电机、PID控制器、扭矩传感器、状态观测器，通过建立EPS系统空间状态模型，采用状态观测器对电动助力转向系统进行状态观测，检测扭矩传感器偏离零点时的输出是由驾驶员输入产生还是由扭矩传感器本身零点漂移产生；当检测是扭矩传感器本身零点漂移产生的输出，则记录此值，并执行扭矩传感器零点漂移补偿算法；实现对扭矩传感器零点校准；具体补偿方法包括如下：第一步：建立状态观测器，观测扭矩传感器产生零点漂移的时刻；区别是驾驶员输入力矩使得扭矩传感器输出，还是扭矩传感器零点漂移产生输出；在没有驾驶员输入力矩或外力输入转向盘时，此状态称之转向盘自由状态，如果扭矩传感器正常，处在自由状态下的扭矩传感器没有输出，扭矩传感器没有产生零点漂移；反之，则扭矩传感器产生了零点漂移，需要对扭矩传感器进行校准或补偿；由于EPS中包括管柱和传感器执行系统及电机执行系统，执行系统中含有丰富的状态信息，能提高状态鉴别的精度，在做状态监测时，同时建立电机执行子系统数学模型和整个EPS执行动力学模型；EPS执行动力学模型：（1‑1）（1‑2）（1‑3）（1‑4）（1‑5）式中，θ_s为转向盘转角，θ_m为电机转角，T_h为驾驶员输入力矩，Ts为扭矩传感器测出的转矩，为电机电磁转矩，为齿轮位移，为电机控制电压；根据状态空间表达形式，建立电动助力转向系统的空间状态模型：根据（1‑1）～（1‑3）式，令状态向量为（1‑6）（1‑7）（1‑8）由于，，为常数，令它们分别等于；将公式（1‑6）～（1‑8）整理后得，,,，，上式中，Z为系统线性输入，A为系统的系统矩阵，X为系统的状态向量，B为控制矩阵，U为输入向量，C为输出矩阵，系统以T_h为输入，以θ_m，为输出；经过标准矩阵修正后的实际矩阵为电机执行子系统数学模型：（2‑1）（2‑2）（2‑3）（2‑4）其中，为电机回路总电阻，为电机电流，为电机端电压，为电机电枢电感，Ce为电枢反电动势常数，为电动机转子旋转速度，C_m为电机电磁转矩常数；EPS执行器的力矩通过蜗轮蜗杆减速后施加到转向轴上；根据状态空间表达形式，（2‑1）～（2‑4）建立直流有刷助力电机的空间状态模型：直流电机对象引入两个状态变量：，选取输入量：，输出量为；再根据公式（2‑1）～（2‑4）经过整理消去中间变量，可以表示成为：再将代人上式，得到状态空间表达式从上面两个状态监测器可以看出，为系统的状态；，转向盘输入转矩T_h和车速V作为系统输入，电机电流作为输出，可由控制器中电流检测部件获得，当转向盘处于自由状态时，和全为零，而当驾驶员输入力矩时或有外力作用于转向系统时，和不全为零；如果当转向盘处于自由状态时，电机电流为零，从而可以得出在某一个车速下转向盘输入扭矩T_h为零，如果此刻扭矩传感器有输出，则扭矩传感器发生了零点漂移，漂移值的大小为Ts；第二步：设计补偿算法计算漂移值的大小，EPS的扭矩信号设有主辅两路，在实际控制时，主路控制，辅路主要判断故障，主路和辅路电压之和为5V；扭矩传感器的零点中间位置在2.5V处，小于2.5V代表向左输入力矩，大于2.5V代表向右输入力矩；状态观测器一边采集数据，一边计算，实现对系统状态的实时的观测，其递推公式计算可由单片机或数字信号处理在线完成；具体算法为：    在扭矩传感器出厂时主路初始电压Umref为2.52V，辅路初始电压Usref为2.48V，假设经过2万公里路试，主路初始电压Umref变为电压Um1 =2.43V，辅路初始电压Umref变为电压Us1=2.57V，经过计算    第三步：将补偿值更新至助力模块中，使助力值达到左右相等； 经过补偿后，传感器主路电压为Um=2.43‑(‑0.07)=2.5V，与理想主路电压相同，与主路初始电压Umref（2.52V）相差0.02V；即可把漂移值存入单片机或数字信号处理的EEPROM中，在助力模型中对扭矩的漂移进行补偿。