一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法

1.本发明涉及汽车领域，特别涉及一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法。


背景技术：

2.近年来，电动助力转向系统(eps)在汽车上得到广泛应用，良好的电动助力转向系统应该能在转向的灵敏程度、稳定性、准确性和舒适性等方面均有较好的表现。
3.发明专利cn113255153a公布了一种汽车电动助力转向系统的模拟仿真方法、装置及存储介质，在adasm应用程序中搭建汽车的整车模型，并在amesim应用程序中搭建电动助力转向系统模型，所述整车模型为按照所述汽车的实体结构搭建得到；将所述整车模型与所述电动助力转向系统模型在所述amesim应用程序中进行关联；根据所述整车模型与所述电动助力转向系统模型，对所述汽车的电动助力转向系统进行模拟仿真，但该建模方法不能体现电动助力转向系统的转向力感。发明专利cn114357825a公布了一种电动助力转向系统的有限元建模方法，对电动助力转向系统的关键零部件进行单体建模，并对各零部件进行连接，得到电动助力系统有限元模型，通过转向系统单体的模态分析结果，来判定电动助力系统有限元模型的正确性，基于模型验证后建立的电动助力系统有限元模型进行参数的标定，但该建模方法无法对任一车辆进行准确建模，仿真得到的结果与实车转向特性有较大偏差，不能准确体现车辆的转向力感，无法模拟实际车辆在撒手回正情况下的回正速度特性。
4.针对上述情况，本发明采用与以往电动助力转向系统建模方法不同的思路，提出一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法。在对目标车辆进行实车试验，进行数据采集和处理后，辨识得到该车辆不同纵向速度下驾驶员转向输入力矩与转向盘转角之间的对应关系和该车辆在某一侧向加速度的稳定状态下撒手回正时的转向盘回正速度，即助力相的转向力感特性和撒手相的回正速度特性，将上述特性作为电动助力转向系统模型的控制目标。相比于现有的建模方法，具有逼真度高，适用面广的特点，可对任一车辆的电动助力转向系统进行高逼真度的建模，精准表现其助力相的转向力感特性和撒手相的回正速度特性，与实际车辆具有较高的一致性。通过对实车助力相的转向力感特性和撒手相的回正速度特性的辨识，将其设定为模型的转向特性控制目标，并通过转向输入力矩确定仿真的目标车辆的转向运动强度，即期望的转向运动强度，通过实际与期望转向运动强度和车辆底盘动力学稳态逆特性确定期望小齿轮转角，通过实际与期望小齿轮转角和转向系统稳态逆特性确定等效到小齿轮处转向阻力矩，等效到小齿轮处转向阻力矩减去转向盘力矩即可决策出eps系统目标助力，将实际汽车助力相的转向力感特性曲线和撒手相的回正速度特性曲线作为仿真模型在助力相和撒手相的控制目标。这一控制策略和建模方式，保证了模型的助力相及撒手相的转向特性与实际车辆具有较高的逼真度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，以解决上述
背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，包含以下步骤：
8.步骤1：在实际车辆在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度下对转向盘进行振荡型转角输入，转向盘进行振荡型转角输入的输入形式为正弦波。转向盘输入频率为0.2hz，转动转向盘至侧向加速度大于0.65g或因功率限制所能达到的最大侧向加速度，或汽车出现不稳定状态为止。对不同纵向速度下的转向盘输入力矩和转向盘转角信息进行收集；
9.步骤2：在实际车辆在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度下，转动转向盘至汽车的侧向加速度达到0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g的稳定状态时，撤去对转向输入力矩，使转向盘回正到中心区，对不同纵向速度和不同稳态侧向加速度下的转向盘回正速度数据进行收集；
10.步骤3：利用最小二乘法对步骤一、二得到的不同工况下的实验数据进行数据处理，拟合得到实际车辆在不同纵向速度下转向力感特性场的边界曲线和不同稳态侧向加速度下的回正速度曲线。提取0n.m，0.25n.m，0.5n.m，0.75n.m，1n.m，1.25n.m，1.5n.m，1.75n.m，2n.m，2.25n.m，2.5n.m下的转向盘转角。在提取相应地可以得到在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度转向输入力矩与转向盘转角之间的对应关系和不同稳态侧向加速度下的回正速度曲线，即不同纵向速度下的助力相和撒手相转向特性，得到的转向特性曲线；
11.步骤4：在电动助力转向系统模型中，将得到的实车不同纵向速度下助力相和撒手相的转向特性曲线作为控制目标，得到高逼真度的电动助力转向系统模型。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13.1、本发明解决了单一的电动助力转向系统模型无法对任一车辆的电动助力转向系统进行建模的问题，无需因为不同车辆电动助力单元的差别进行重新建模，本发明的电动助力转向系统模型可以对任一车辆的电动助力转向系统进行建模。
14.2、本发明通过设计实车转向特性辨识模块和转向特性控制模块，可对实车助力相的转向力感特性和撒手相的回正速度特性进行准确辨识和控制，解决了其他电动助力转向系统模型无法准确表达车辆助力相和撒手相转向特性的问题，具有较高的逼真度，仿真可以得到与实车一致的转向特性。
附图说明
15.图1为本发明所述的高逼真度建模实现方案原理图；
16.图2为实车助力相转向力感特性图。
17.图3为实车撒手相回正速度特性图。
具体实施方式
18.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。
19.如图1-3所示，一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，由实车助力相转向力感特性辨识模块、实车撒手相回正速度特性辨识模块、助力相转向力感特性控制模块和撒手相回正速度特性控制模块组成，方案示意图如图1所示。实车助力相转向力感特性辨识模块是通过实验得到汽车不同纵向速度下，不同驾驶员转向输入力矩下的转向盘转角，利用最小二乘法对实验数据进行处理后得到实车助力相转向力感特性曲线；实车撒手相回正速度特性辨识模块是通过实验得到在汽车不同纵向速度，不同稳态侧向加速度下撒手的回正速度曲线，利用最小二乘法对实验数据进行处理后得到实车撒手相回正速度特性曲线；助力相转向力感特性控制模块和撒手相回正速度特性控制模块是在模型中将实车的转向特性曲线作为控制目标进行控制；本发明应用于吉林大学ascl驾驶模拟器的工作过程如下：
20.步骤一：在实际车辆在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度下对转向盘进行振荡型转角输入，输入形式为正弦波，转向盘输入频率为0.2hz，转动转向盘至侧向加速度大于0.65g(或因功率限制所能达到的最大侧向加速度，或汽车出现不稳定状态为止)。对不同纵向速度下的转向盘输入力矩和转向盘转角信息进行收集。
21.步骤二：在实际车辆在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度下，转动转向盘至汽车的侧向加速度达到0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g的稳定状态时，撤去对转向输入力矩，使转向盘回正到中心区。对不同纵向速度和不同稳态侧向加速度下的转向盘回正速度数据进行收集。
22.步骤三：利用最小二乘法对步骤一、二得到的不同工况下的实验数据进行数据处理，拟合得到实际车辆在不同纵向速度下转向力感特性场的边界曲线和不同稳态侧向加速度下的回正速度曲线。提取0n.m，0.25n.m，0.5n.m，0.75n.m，1n.m，1.25n.m，1.5n.m，1.75n.m，2n.m，2.25n.m，2.5n.m下的转向盘转角。在提取相应地可以得到在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度转向输入力矩与转向盘转角之间的对应关系和不同稳态侧向加速度下的回正速度曲线，即不同纵向速度下的助力相和撒手相转向特性，得到的转向特性曲线如图2所示。
23.步骤三：在电动助力转向系统模型中，将得到的实车不同纵向速度下助力相和撒手相的转向特性曲线作为控制目标，得到高逼真度的电动助力转向系统模型。仿真得到的不同车速下的转向特性与实车的转向特性一致性较好。
24.本发明所采用的符号参数如表1所示；
25.表1：符号参数表。
[0026][0027][0028]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0029]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1：在实际车辆在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度下对转向盘进行振荡型转角输入，对不同纵向速度下的转向盘输入力矩和转向盘转角信息进行收集；步骤2：在实际车辆在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度下，转动转向盘至汽车的侧向加速度达到0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g的稳定状态时，撤去对转向输入力矩，使转向盘回正到中心区，对不同纵向速度和不同稳态侧向加速度下的转向盘回正速度数据进行收集；步骤3：利用最小二乘法对步骤一、二得到的不同工况下的实验数据进行数据处理，拟合得到实际车辆在不同纵向速度下转向力感特性场的边界曲线和不同稳态侧向加速度下的回正速度曲线。提取0n.m，0.25n.m，0.5n.m，0.75n.m，1n.m，1.25n.m，1.5n.m，1.75n.m，2n.m，2.25n.m，2.5n.m下的转向盘转角。在提取相应地可以得到在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度转向输入力矩与转向盘转角之间的对应关系和不同稳态侧向加速度下的回正速度曲线，即不同纵向速度下的助力相和撒手相转向特性，得到的转向特性曲线；步骤4：在电动助力转向系统模型中，将得到的实车不同纵向速度下助力相和撒手相的转向特性曲线作为控制目标，得到高逼真度的电动助力转向系统模型。2.根据权利要求1的一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，其特征在于，由实车助力相转向力感特性辨识模块、实车撒手相回正速度特性辨识模块、助力相转向力感特性控制模块和撒手相回正速度特性控制模块组成。3.根据权利要求2的一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，其特征在于，所述实车助力相转向力感特性辨识模块是通过实验得到汽车不同纵向速度下，不同驾驶员转向输入力矩下的转向盘转角，利用最小二乘法对实验数据进行处理后得到实车助力相转向力感特性曲线。4.根据权利要求2的一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，其特征在于，所述实车撒手相回正速度特性辨识模块是通过实验得到在汽车不同纵向速度，不同稳态侧向加速度下撒手的回正速度曲线，利用最小二乘法对实验数据进行处理后得到实车撒手相回正速度特性曲线。5.根据权利要求2的一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，其特征在于，所述助力相转向力感特性控制模块和撒手相回正速度特性控制模块在模型中将实车的转向特性曲线作为控制目标进行控制。6.根据权利要求1的一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，其特征在于，所述步骤1中对转向盘进行振荡型转角输入的输入形式为正弦波。7.根据权利要求6的一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，其特征在于，所述转向盘输入频率为0.2hz，转动转向盘至侧向加速度大于0.65g或因功率限制所能达到的最大侧向加速度，或汽车出现不稳定状态为止。

技术总结
本发明公开了一种电动助力转向系统的高逼真度建模方法，属于汽车领域，包含以下步骤：步骤1：在实际车辆在0km/h，10km/h，20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，100km/h，120km/h的纵向速度下对转向盘进行振荡型转角输入，转向盘进行振荡型转角输入的输入形式为正弦波。转向盘输入频率为0.2Hz，本发明通过设计实车转向特性辨识模块和转向特性控制模块，可对实车助力相的转向力感特性和撒手相的回正速度特性进行准确辨识和控制，解决了其他电动助力转向系统模型无法准确表达车辆助力相和撒手相转向特性的问题，具有较高的逼真度，仿真可以得到与实车一致的转向特性。到与实车一致的转向特性。到与实车一致的转向特性。


技术研发人员：管欣 宋益萌 卢萍萍 张育宁 段春光
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/7/11