CN102467100A

CN102467100A - 一种电动助力转向控制器电机电源的控制方法

Info

Publication number: CN102467100A
Application number: CN2010105505339A
Authority: CN
Inventors: 龚斌
Original assignee: SHANGHAI FUYULONG AUTOMOBILE PARTS Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI FUYULONG AUTOMOBILE PARTS Co Ltd
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明为电动助力转向控制器电机电源的控制方法，EPS控制器按功能分成控制电路和输出电路，控制电路需要同时使用逻辑高和逻辑低两个逻辑状态，并以周期性方式在两种状态间不断切换才能打开输出电路电源开关；即必须满足三个条件：1)同时使用两种逻辑状态；2)两种逻辑状态以周期性方式被反复切换；3)持续不断出现。输出电路可以是驱动无刷电机的3相桥或者驱动有刷直流电机的H桥，输出电路电源开关可以是继电器或半导体功率开关。可以根据实际需要，构建其它特定波形和频率才能有效的开关驱动电路，确保EPS控制器输出电路部分的安全供电。本发明可彻底消除当前EPS在助力电机的电源控制上存在的安全隐患。与双MCU策略相比，可以大大节省成本和降低控制器复杂性。

Description

一种电动助力转向控制器电机电源的控制方法

技术领域

本发明涉及机动车转向技术领域，特别是电动助力转向技术。

背景技术

目前电动式电子控制转向系统广泛采用的电动助力转向系统，简称EPS(Electrical Power Steering System)，是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，是继机械转向系统、液压动力转向系统之后的第三代转向系统，属于机电一体化系统。因为具有技节能、环保、安全可靠、结构简单，安装调试方便，可实现自动转向等优点，EPS取代机械转向和液压转向系统是必然的趋势。作为车辆上的安全件，EPS具有最高的安全等级要求，但是当前的EPS在助力电机的电源控制上普遍存在一定的安全风险。其工作原理是，方向盘上施加的转向力通过扭杆上的转向轴转矩传感器给出相应的转向力矩信号。电控单元根据得到的车速信号和转向力矩信号，计算出合适的转向助力并最终转换成助力电流的大小和方向，然后将该电流传给转向电机，转向电机输出相应的转向力矩，并通过电磁离合器传输到输出轴，输出轴传递将转向力传给转向齿轮，转向齿轮连动转向横拉杆转动转向臂传输到车轮从而实现了助力转向的目的。当车速较快，不需要转向助力时，电磁离合器断开，转向电机输出的力矩则无法传递到转向轴，助力转向系统即不发挥作用。但是此系统将所有控制单元，包括转向电机和电磁离合器都集成在转向轴上，而且使用电磁离合装置，使得转向轴结构复杂，在大规模生产时不够经济，也增加了出故障的几率。

由于高安全等级要求，电动助力转向系统控制器必须具有Fail safe功能(失效安全功能：即控制器即使发生故障，也能确保车辆安全)。所以系统工作时，控制器实时监控系统，能识别发动机转速、各传感器、电机、控制器等故障，一旦发现异常，自动切换到传统机械转向模式，确保方向盘不会出现锁死情况。但是Fail Safe是以控制器软件运行正常这一条件为前提的，一旦软件本身出现异常，那么Fail Safe将无法保证。因此，当前EPS控制器一旦软件本身出现问题，如受到外界干扰导致程序跑飞等，可能存在方向盘失控、车毁人亡的风险。少数高档轿车EPS控制器采用双单片机(MCU)的策略，由一个辅助单片机监控主单片机是否运行正常，因为两个两个单片机同时出现异常的概率几乎为零，所以该策略大大提高了系统安全性。但是双单片机策略大大增加了系统的复杂性和成本，在成本受限的中低档轿车，需要有成本优势的解决方案。

发明内容

本发明的目的减少当前EPS在助力电机的电源控制上普遍存在的安全风险，本发明提供一种电动助力转向控制器电机电源的控制方法，可以大大提高系统安全性，即使在中低档轿车，也可以称为具有成本优势的解决方案。

如图1所示，EPS控制器按功能可以分成控制电路和输出电路两部分。控制电路根据传感器信号决定是否需要提供转向助力及提供多大的助力，然后通过输出电路驱动电机工作，提供助力。当出现系统异常时，输出电路必须被关闭，同时输出电路的供电必须被切断，以防止电机出现非预期的助力。

目前EPS控制器对于输出电路的电源都是由控制电路中的单片机某一I/O引脚以一个确定的逻辑电平来实现开关，例如逻辑高(低)时，开关合上(断开)。但是单片机在上电的短时间内，或者受到干扰程序运行出现异常的情况下，其引脚的逻辑状态是不可预知的，可能是逻辑高，也可能是逻辑低。如果此时刚好输出电路被打开，同时被供电，那么电机就会失控，出现方向盘死锁。

本发明的要点就是控制电路需要同时使用逻辑高和逻辑低两个逻辑状态，并以周期性方式(这种周期性方式是指逻辑高和逻辑低是周期规律性出现的，是可以预测的)在两种状态间不断切换才能打开输出电路电源开关。即必须满足三个条件：一，同时使用两种逻辑状态；二，两种逻辑状态以周期性方式被反复切换；三，持续不断出现。输出电路可以是驱动无刷电机的3相桥或者驱动有刷直流电机的H桥等，输出电路电源开关可以是继电器或半导体功开关，如功率MOS管等。

因为无论是单片机上电时，还是程序运行出现异常的情况下，虽然单片机IO逻辑电平是不可预知的，但是一般是确定的，即逻辑高或逻辑低两者之一，因此不断出现两种逻辑状态，并且两种逻辑恰巧满足某种组合，而且持续出现可能性几乎为零。

所述的周期性方式可以根据实际需要，调整周期的长短，也就是信号的频率可大可小，一个周期中两种逻辑状态的各自所占时间也可调整，所以，根据本专利可以构建其它特定波形和频率才能有效的开关驱动电路，确保EPS控制器输出电路部分的安全供电。

有益效果

使用本发明技术来控制输出电路电源，则可彻底消除当前EPS在助力电机的电源控制上存在的安全隐患。与双MCU策略相比，可以大大节省成本和降低控制器复杂性。

附图说明

下面结合附图与实施案例进一步说明本发明。

图1本发明的原理图；

图2本发明的相关模块图。

具体实施方式

下面通过一个实施案例，进一步说明本发明。

如图2所示，单片机U1的RLCon4 IO引脚(64引脚)需要闭合输出电源开关U3(继电器)时，输出100Hz的方波(波形-1)，到开关控制电路，利用开关控制电路中电容C48和电阻R55形成微分作用，经过电容C48之后，得到波形-3，驱动PNP三极管Q10，结合利用Q10自身的极间电容，使Q10一直处于导通工作状态，但是Q10输出电压带有较大100HZ纹波，再利用R56和C43的进行滤波平滑，得到稳定的直流电平驱动Q9，使Q9处于稳定的导通工作状态，然后Q9和Q8形成两级放大作用，输出中等功率的电流信号，驱动继电器U3的线圈，使继电器吸合，打开输出电路电源。

由于电容C48具有隔直流作用，因此当单片机U1的RLCon4 IO引脚输出一个确定的逻辑电平时，无论是逻辑高，还是逻辑低，继电器都不会被吸合。电容C48的容值和电阻R55的阻值决定了开关控制电路有效驱动波形的形状和频率，只要两者之一不满足要求，继电器都不会被吸合，输出电路不会获得供电。

按照本发明的思想，可以根据实际需要，还可以构建其它特定波形(如非方波信号)和频率(如200Hz)才能有效的开关驱动电路，确保EPS控制器输出电路部分的安全供电。

Claims

1.一种电动助力转向控制器电机电源的控制方法，其特征在于：EPS控制器按功能分成控制电路和输出电路两部分，控制电路需要同时使用逻辑高和逻辑低两个逻辑状态，并以周期性方式在两种状态间不断切换才能打开输出电路电源开关；即必须满足三个条件：1)同时使用两种逻辑状态；2)两种逻辑状态以周期性方式被反复切换；3)持续不断出现。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的条件3)中的输出电路可以是驱动无刷电机的3相桥或者驱动有刷直流电机的H桥，输出电路电源开关可以是继电器或半导体功开关。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的周期性方式可以根据实际需要，调整周期的长短，也就是信号的频率可大可小，一个周期中两种逻辑状态的各自所占时间也可调整，可以根据实际需要，构建其它特定波形和频率才能有效的开关驱动电路，确保EPS控制器输出电路部分的安全供电。