具体实施方式

本发明在具体实施中，按如下步骤进行：

初始步骤：

由于传动比是由具体的电动助力转向系统的机械结构决定的，方向盘刚性地固定在转向柱上，而助力电机通过齿轮与转向柱进行传动，因此电机与方向盘之间存在一个传动比，这个传动比由机械结构决定，不同的机械结构设计中传动比均有可能不同，但其是一个常数值，因此首先确定该系统中电动助力转向系统中助力电机与方向盘之间的传动比。

之后以电动助力转向系统中助力电机与方向盘之间的传动比为依据，利用公式将电机转角换算成对应的方向盘转角，其中，θ_str,motor换算后得到的方向盘转角，k_sys为电动助力转向系统中方向盘到助力电机的传动比，θ_motor为电机转角。

然后对力矩传感器的工作状态进行判断，当力矩传感器正常工作则进入方向盘手力进行自学习式持续更新：

步骤1：记录力矩传感器所给出的方向盘手力数值T_hand,sen，并记录该方向盘手力数值所对应的系统转角差Δθ_sys；

步骤2：如图1所示，以±T_dead和±T_mid为准，将步骤3中记录的T_hand,sen和Δθ_sys根据转向系统转角差-力矩关系分为四个记录区，记为T_zone1~T_zone4和Δθ_zone1~Δθ_zone4，具体区分方法为：

（1）当T_hand,sen＞T_mid时，T_hand,sen记为T_zone1，Δθ_sys记为Δθ_zone1；

（2）当T_mid＞T_hand,sen＞T_dead时，T_hand,sen记为T_zone2，Δθ_sys记为Δθ_zone2；

（3）当-T_dead＞T_hand,sen＞-T_mid时，T_hand,sen记为T_zone3，Δθ_sys记为Δθ_zone3；

（4）当T_hand,sen＜-T_mid时，T_hand,sen记为T_zone4，Δθ_sys记为Δθ_zone4；

步骤3：对上一步的四个记录区中的方向盘手力及系统转角差进行实时持续记录，分别计算上述步骤中四个区域内方向盘手力及对应的系统转角差的平均值，记为T_avg,zone,i和Δθ_avg,zone,i，具体计算方法如下：；；其中i为1,2,3,4，分别对应上一步中区分出的4个区域，N为第i个区域中所记录的数据的个数，T_avg,zone,i为第i个区域中方向盘手力的平均值，Δθ_avg,zone,i为第i个区域中方向盘手力对应的系统转角差的平均值；

步骤4：以上一步得到的平均值为依据，考虑到方向盘到电机的转动过程中存在的空行程，以及转向系统在经过使用后发生磨损导致电机转角零位和方向盘转角零位不匹配的问题，分别计算向左转动方向盘时方向盘手力值为零时的系统转角差零位Δθ_zero和向右转动方向盘时方向盘手力值为零时的系统转角差零位Δθ_zero’，并计算向左转动方向盘时的转向柱刚度K_stiff和向右转动方向盘时的转向柱刚度K_stiff’， 具体计算方法如下：；

;

;

;

上式中，T_avg,zone,1为第1个区域中方向盘手力的平均值，Δθ_avg,zone,1为第1个区域中方向盘手力对应的系统转角差的平均值，T_avg,zone,2为第2个区域中方向盘手力的平均值，Δθ_avg,zone,2为第2个区域中方向盘手力对应的系统转角差的平均值，T_avg,zone,3为第3个区域中方向盘手力的平均值，Δθ_avg,zone,3为第3个区域中方向盘手力对应的系统转角差的平均值，T_avg,zone,4为第4个区域中方向盘手力的平均值，Δθ_avg,zone,4为第4个区域中方向盘手力对应的系统转角差的平均值；

步骤5：从初始，使得系统转角差零位Δθ_zero和Δθ_zero’以及转向柱刚度K_stiff和K_stiff’得到实时持续优化，其中系统转角差零位的实时优化公式为，其中，y为实时优化的系统转角差零位，y_old为系统转角差零位的旧值，y_new为系统转角差零位的当前值，α为小于1且大于0的记录滤波系数；转向柱刚度实时优化公式为，其中，x为实时优化的转向柱刚度，x_old为转向柱刚度的旧值，x_new为转向柱刚度的当前值。

当初始步骤中对力矩传感器的工作状态进行判断的结果为故障时，则进入失效计算状态，具体如下：

（1）锁定当前的向左转向时的系统转角差零位Δθ_zero,left和向右转向时的系统转角差零位Δθ_zero,right，及左转向刚度与右转向刚度K_stiff、K_stiff’，然后计算转向柱刚度学习值K_stiff,avg，所述的转向柱刚度学习值K_stiff,avg为左转向刚度与右转向刚度K_stiff、K_stiff’在手力传感器发生故障而锁定后的平均值；

（2）以当前的系统转角差Δθ_sys,now为输入值，计算经过空位移修正后的系统转角差Δθ_fix，具体公式为：；

（3）：根据Δθ_fix和K_stiff,avg，计算得到力矩传感器失效时的方向盘手力T_est，其中，。

实施例:

1.假设当前时刻为t1，此时方向盘转角为20.3°电机转角θ_motor为420°，假设转向系统中方向盘到助力电机的传动比为1/21，计算电机转角换算到方向盘端的角度，计算系统转角差Δθ_sys=20.3°-20°=0.2°。

2.判断力矩传感器是否发生故障，假设当前时刻t1力矩传感器未发生故障；

2.1.设定T_dead为0.3Nm，T_mid为5Nm，假设当前时刻t1的力矩传感器所给出的方向盘手力数值T_hand,sen为1Nm，则此时T_mid＞T_hand,sen＞T_dead关系成立，因此记录t1时刻的方向盘手力T_zone2，t1 = 0.6Nm，系统转角差为Δθ_zone2=0.3°。

2.2.假设在t1时刻之前已经经过了20次记录过程，记录得到了20个数据点，四个区域中每个区域的数据点均有5个，记录得到如下数值：

T_avg,zone,1=7Nm, Δθ_avg,zone,1=2.4°；

T_avg,zone,2=1Nm, Δθ_avg,zone,2=0.4°；

T_avg,zone,3=-1Nm, Δθ_avg,zone,3=-0.4°；

T_avg,zone,4=-7Nm, Δθ_avg,zone,4=-2.4°。

由第2.1步中判断得到t1时刻记录的数据点处于zone2之内，因此对zone2的平均值进行更新，T_avg,zone,2=1 Nm x 5 / 6 + 0.6Nm x 1 / 6 = 0.93Nm，Δθ_avg,zone,2=0.4 ° x 5/ 6 + 0.3° x 1 / 6 = 0.38°。

2.3.由四组平均值，分别计算向左转向及向右转向时的系统转角差零位及转向柱刚度。

2.4假设t1的上一时刻的左右转角差零位分别为：Δθ_zero=0.06°，Δθ_zero’=-0.06°,左右转向柱刚度K_stiff=2.8 Nm/°，K_stiff’=2.8 Nm/°；设定滤波系数α=0.1，则更新后的左右转角差零位及左右转向柱刚度分别为：

Δθ_zero = 0.06° x (1 – 0.1) + 0.071° x 0.1 = 0.061°;

Δθ_zero’ = -0.06° x (1 – 0.1) + (-0.067°) x 0.1 = -0.061°;

K_stiff= 2.8Nm/°x (1-0.1) + 3.005Nm/°x 0.1 = 2.821 Nm/°;

K_stiff’ = 2.8Nm/°x (1-0.1) + 3Nm/°x 0.1 = 2.82 Nm/°

以上为本发明中所设计的方向盘手力计算方法具有的自学习功能，可以对左转向及右转向时的方向盘手力零位对应的系统转角差零位，以及转向柱刚度进行持续自学习，实时优化。

3. 假设在t1的下一时刻t2时力矩传感器发生故障，此时手力无法通过力矩传感器获得，需要由学习得到的转向柱刚度及系统转角差零位，以系统转角差为基础进行计算，从而获得手力大小。假设此时方向盘转角为30°，电机转角θ_motor为609°，锁定左右转角差零位以及左右转向柱刚度，首先计算系统转角差：

Δθ_sys,now = 30° - 609°/ 21 = 1°；

3.1.对系统转角差进行修正，因为Δθ_sys,now > Δθ_zero，因此修正后的系统转角差为：

Δθ_fix = 1°- 0.061°= 0.939°

3.2.计算手力值大小：

T_est = Δθ_fix x (K_stiff+ K_stiff’) / 2 = 0.939°x (2.821 Nm/°+ 2.82 Nm/ °) / 2 =2.65Nm。

以上为根据本发明根据自学习数值进行方向盘手力计算的具体实施过程。

综上所述，本发明提出了一种力矩传感器失效情况下的替代方向盘手力的计算方法，主要解决了当方向盘力矩传感器发生故障时电子转向助力系统的方向盘手力的获取问题，综合考虑电子助力转向系统在经过使用后发生磨损导致方向盘转角零位与电机转角零位不匹配的问题，对左转向及右转向时的方向盘手力零位对应的系统转角差零位，以及转向柱刚度进行持续自学习，对系统转角差在方向盘手力计算时进行修正处理，以实现在方向盘力矩传感器失效的情况下得到较为精确的方向盘手力。

本发明有以下优点及创新：

(1)本发明中所设计的方向盘手力计算方法具有自学习功能，免去了繁琐的标定过程；

(2)考虑了转向系统中存在的空行程问题及经过一段时间使用后传动系统发生磨损的问题，对计算输入进行修正，提高了计算所得到的方向盘手力的准确性；

(3)方向盘手力计算的参数在力矩传感器未发生故障时进行持续学习，当力矩传感器发生故障时，方向盘手力的值具有与为发生故障时的一致性，从一定程度上保证了力矩传感器发生故障时电子转向助力系统手感的一致性。