CN103802882B - 一种保护电动助力转向系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种保护电动助力转向系统的方法，包括如下步骤：建立方向盘转角和方向盘转速阀值的对应关系形成方向盘转速阀值查表；获取方向盘转角及方向盘转速；设定一个速率变化值，根据该速率变化值对获取的方向盘转角进行速率处理，获得方向盘参考转角；在转速阀值查表中查找角度与所述方向盘参考转角对应的方向盘转角，获得与所述方向盘参考转角对应的方向盘转速阀值；将当前方向盘转速与获得的方向盘转速阀值进行比较，判断当前方向盘转速是否大于获得的方向盘转速阀值；若是，设置当前扭矩限值为0；若否，扭矩限值设置为方向盘转速阀值与方向盘转速之差乘以小于1的修正系数，修正系数可以标定。本发明可以有效保护EPS系统。

Description

一种保护电动助力转向系统的方法

技术领域

本发明涉及汽车转向技术领域，特别是涉及一种保护电动助力转向系统的方法。

背景技术

电动助力转向系统不同于传统的液压助力转向系统和电控液压助力转向系统，它不需要复杂的液压和机械控制，具有节能、环保和改善汽车操纵性能等诸多优点，受到许多学者的关注，成为现代汽车转向系统研究和开发的热点，电动转向是用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元(ECU)控制的动力转向系统。扭矩传感器与转向轴连接在一起，当转向轴转动时，传感器工作，将信号传给ECU，ECU根据车速决定电动机的助力效果，以保证汽车在低速时驾驶轻便，高速时稳定可靠。

当前国内电动助力转向系统(EPS)研究尚未成熟，尤其在系统可靠性方面能与国外成熟产品有一定差距，尤其在电机与ECU的方面会出现产品过热，影响产品使用寿命，甚至影响产品性能。国内在此方面尚处起步阶段，电动助力转向装置专利(200880012960.2)只根据大电流持续一定时间进行保护，与实际运行时电流出现间歇性减小时，就会失去保护作用。国内已申请的专利中，大多只考虑在不同方向盘转速下对电机助力实行不同的扭矩限值，忽略了方向盘的转角，驾驶员没有方向盘的位置感。同时，在方向盘转速比较高的情况下，系统突然停止在机械行程终点(此时方向盘有突然撞击的手感)，EPS系统负载将会达到很大。在这种情况下，对EPS系统内的电子元器件会有极大的电流冲击，将其损坏或减短其使用寿命，同时系统内的机械部件也会受到大的冲击，可能导致故障。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种保护电动助力转向系统的方法，用于解决现有技术中在方向盘转速比较高的情况下，系统突然停止在机械行程终点时对EPS系统带来的较大冲击而可能造成EPS系统损坏或者故障的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种保护电动助力转向系统的方法，包括如下步骤：

S1，设定方向盘转速阀值，并测量对应该方向盘转速阀值的方向盘转角，建立方向盘转角和方向盘转速阀值的对应关系形成方向盘转速阀值查表；

S2，在车辆行驶过程中，获取方向盘转角及方向盘转速；

S3，设定一个速率变化值，根据该速率变化值对获取的方向盘转角进行速率处理，获得方向盘参考转角；

S4，在转速阀值查表中查找角度与所述方向盘参考转角对应的方向盘转角，通过该方向盘转角，获得与所述方向盘参考转角对应的方向盘转速阀值；

S5，将当前方向盘转速与获得的方向盘转速阀值进行比较，判断当前方向盘转速是否大于获得的方向盘转速阀值；若是，执行S6，若否，执行S7；

S6，设置当前扭矩限值为0；

S7，扭矩限值设置为方向盘转速阀值与方向盘转速之差乘以小于1的修正系数。

可选地，在步骤S1中，根据电机的转矩-转速特性曲线设定方向盘转速阀值。

可选地，在步骤S2中，利用扭矩转角集成传感器直接获取方向盘转角或根据电机位置信号计算方向盘转角。

可选地，在步骤S3中，所述速率变化值为速率变化步长。

可选地，在步骤S3中，所述速率处理具体为：获取方向盘转角变化速率，并将该方向盘转角变化速率与设定的速率变化值进行比较，获得方向盘参考转角。

可选地，若方向盘转角变化速率超过设定的速率变化值，将前一次的方向盘转角加上速率变化值作为方向盘参考转角；若方向盘转角变化速率未超过设定的速率变化值，将当前的方向盘转角作为方向盘参考转角。

可选地，在步骤S7中，所述修正系数根据电机的特性曲线进行标定。

如上所述，本发明的一种保护电动助力转向系统的方法，具有以下有益效果：

1、本发明不仅考虑不同方向盘转速对扭矩限值的影响，也考虑了不同方向盘转角下的扭矩限值，通过使用修正系数(Slope)乘以当前扭矩限值以计算得出限值后的扭矩限值，有效防止了电动转向系统(EPS)在行程终点硬性停止，降低了对EPS系统的冲击及发热，所以本发明有效保护了EPS系统，同时也提高了EPS系统的可靠性。

2、本发明利用扭矩转角集成传感器或电机位置信号计算方向盘转角并计算方向盘转角变化率，用以判定行程终点。

3、本发明还可以使驾驶员有良好的方向盘位置感。

附图说明

图1显示为本发明的一种保护电动助力转向系统的方法的流程图。

图2显示为本发明的一种保护电动助力转向系统的方法中步骤S3的流程图。

元件标号说明

S1～S7 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

现有技术中，在方向盘转速比较高的情况下，EPS系统突然停止在机械行程终点(此时方向盘有突然撞击的手感)，EPS系统负载将会达到很大。在这种情况下，对EPS系统内的电子元器件会有极大的电流冲击，将其损坏或减短其使用寿命，同时系统内的机械部件也会受到大的冲击，可能导致故障。

有鉴于此，本发明提供一种保护电动助力转向系统的方法，用于解决现有技术中在方向盘转速比较高的情况下，系统突然停止在机械行程终点时对EPS系统带来的较大冲击而可能造成EPS系统损坏或者故障的问题。以下将详细阐述本发明的一种保护电动助力转向系统的方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种保护电动助力转向系统的方法。

请参阅图1，显示为本发明的一种保护电动助力转向系统的方法的流程图。如图1所示，本发明的一种保护电动助力转向系统的方法包括如下步骤：

S1，设定方向盘转速阀值，并测量对应该方向盘转速阀值的方向盘转角，建立方向盘转角和方向盘转速阀值的对应关系形成方向盘转速阀值查表。

S2，在车辆行驶过程中，获取方向盘转角及方向盘转速。

S3，设定一个速率变化值，根据该速率变化值对获取的方向盘转角进行速率处理，获得方向盘参考转角。

S4，在转速阀值查表中查找角度与所述方向盘参考转角对应的方向盘转角，通过该方向盘转角，获得与所述方向盘参考转角对应的方向盘转速阀值。

S5，将当前方向盘转速与获得的方向盘转速阀值进行比较，判断当前方向盘转速是否大于获得的方向盘转速阀值，若是，执行S6，若否，执行S7。

S6，设置当前扭矩限值为0。

S7，扭矩限值设置为方向盘转速阀值与方向盘转速之差乘以小于1的修正系数。

为使本领域技术人员进一步了解本发明方法的技术方案，以下将对上述各步骤进行详细说明。

电动助力转向系统中，方向盘转角与转速信号有两种来源，一是基于无刷电机位置信号转换而来，另外一种是基于扭矩转角集成传感器的转角测量信号。但无论是哪种来源，传感器信号都不可避免存在噪声，在本发明中，通过对方向盘转角与转速信号进行数据处理，以满足系统稳定性要求。

此外，既考虑不同方向盘转角，也考虑不同方向盘转速，对原始扭矩指令限制的不同。

为了使驾驶员有良好的方向盘位置感，本发明不仅考虑在不同方向盘转速下对电机助力实行不同的扭矩限值，同时考虑到方向盘转角对扭矩限值的影响。

【一】步骤S1，设定方向盘转速阀值，并测量对应该方向盘转速阀值的方向盘转角，建立方向盘转角和方向盘转速阀值的对应关系形成方向盘转速阀值查表。

转速阀值是指方向盘转速达到某特定值时，电动助力转向系统需要进行限制的转速点。通常，方向盘转角较小时，转速阀值较大，反之，转速阀值较小，具体数值与不同的转角下的电机转矩-转速(T-n)特性曲线相关，实际确定需要进行实车标定。

所以在本实施例中，可以根据电机的转矩-转速(T-n)特性曲线设定方向盘转速阀值。

由此可见，该转速阀值查表是预先建立的，以供后续使用。在建立转速阀值查表后，将该转速阀值查表存储到电动助力转向系统的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)中。之后可接着执行步骤S2。

【二】步骤S2，在车辆行驶过程中，获取方向盘转角及方向盘转速。

在本发明中，方向盘转角及方向盘转速可以利用扭矩转角集成传感器获取，也可以根据电机位置信号获取。

在利用扭矩转角集成传感器获取方向盘转角及方向盘转速时，所述扭矩转角集成传感器与电动助力转向系统的ECU相连，将检测到的方向盘转角及方向盘转速传输到ECU中，由ECU对从扭矩转角传感器采集的方向盘转角信号及方向盘转速信号进行转换或其它处理。ECU也可以读取电机的位置信号进行分析，获得方向盘转角及方向盘转速。

【三】步骤S3，设定一个速率变化值，根据该速率变化值对获取的方向盘转角进行速率处理，以获得方向盘参考转角。

所述速率变化值为速率变化步长，该速率变化步长可以标定。

在步骤S3中，所述速率处理具体为：获取方向盘转角变化速率，并将该方向盘转角变化速率与设定的速率变化值进行比较，获得方向盘参考转角。

具体地，请参阅图2，显示为本发明的一种保护电动助力转向系统的方法中步骤S3的流程图。

如图2所示，通过步骤S3获得方向盘参考转角的具体步骤包括：

S31，设定一个速率变化值，这个速率变化值也就是速率变化步长。

所述速率变化值为设定的方向盘转角变化的一个合理值，可以根据车辆实际情况进行选取设定。

S32，获取方向盘转角变化速率。

具体地，电动助力转向系统的ECU可根据步骤S2中通过扭矩转角集成传感器或根据电机位置信号已经获取的方向盘转角计算该方向盘转角变化速率。

S33，获取到方向盘转角变化速率之后，并将该方向盘转角变化速率与设定的速率变化值进行比较，获得方向盘参考转角。具体地，在获取到方向盘转角变化速率之后，判断方向盘转角变化速率是否超过设定的速率变化值，根据判断结果判断如何获取方向盘参考转角。

判断结果有两种：方向盘转角变化速率超过设定的速率变化值和方向盘转角变化速率未超过设定的速率变化值。

若方向盘转角变化速率超过设定的速率变化值，则通过执行步骤S34获得方向盘参考转角；若方向盘转角变化速率未超过设定的速率变化值，则通过执行步骤S35获得方向盘参考转角。

S34，若方向盘转角变化速率超过设定的速率变化值，将前一次的方向盘转角加上速率变化值作为方向盘参考转角，从而获得方向盘参考转角。

S35，若方向盘转角变化速率未超过设定的速率变化值，将当前的方向盘转角作为方向盘参考转角，从而获得方向盘参考转角。

【四】步骤S4，在转速阀值查表中查找角度与所述方向盘参考转角对应的方向盘转角，通过该方向盘转角，获得与所述方向盘参考转角对应的方向盘转速阀值。

由于事先在转速阀值查表中已经建立方向盘转角与方向盘转速阀值的对应关系，所以在本步骤中，只需先转速阀值查表中找到与获得的方向盘参考转角的角度相同或最接近的方向盘转角，再通过该方向盘转角找到与该方向盘转角相对应的方向盘转速阀值，便获得了与所述方向盘参考转角对应的方向盘转速阀值。

在获得了与所述方向盘参考转角对应的方向盘转速阀值之后，接着执行步骤S5。

【五】步骤S5，将当前方向盘转速与获得的方向盘转速阀值进行比较，判断当前方向盘转速是否大于获得的方向盘转速阀值，根据判断结果，对扭矩限值进行控制。

若当前方向盘转速大于获得的方向盘转速阀值，则通过执行步骤S6来设置扭矩限值；若当前方向盘转速未大于获得的方向盘转速阀值，则通过执行步骤S7来设置扭矩限值。

【六】步骤S6，设置当前扭矩限值为0。

【七】步骤S7，扭矩限值设置为方向盘转速阀值与方向盘转速之差乘以小于1的修正系数。且修正系数可以标定。也就是通过Slope处理，使得当前扭矩限值线性减小，使得电动转向系统(EPS)有一个缓冲，有效防止了电动转向系统(EPS)在行程终点硬性停止，降低了对EPS系统的冲击及发热。具体地，在步骤S7中，所述修正系数是可以标定的，并且根据电机的特性曲线进行标定。

综上所述，本发明的一种保护电动助力转向系统的方法，具有以下有益效果：

1、本发明不仅考虑不同方向盘转速对扭矩限值的影响，也考虑了不同方向盘转角下的扭矩限值，通过一个小于1的修正系数(Slope)乘以当前扭矩限值以计算得出限值后的扭矩限值，有效防止了电动转向系统(EPS)在行程终点硬性停止，降低了对EPS系统的冲击及发热，所以本发明有效保护了EPS系统，同时也提高了EPS系统的可靠性。

2、本发明利用扭矩转角集成传感器或电机位置信号计算方向盘转角并计算方向盘转角变化率，用以判定行程终点。

3、本发明还可以使驾驶员有良好的方向盘位置感。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种保护电动助力转向系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，设定方向盘转速阀值，并测量对应该方向盘转速阀值的方向盘转角，建立方向盘转角和方向盘转速阀值的对应关系形成方向盘转速阀值查表；

S2，在车辆行驶过程中，获取方向盘转角及方向盘转速；

S3，设定一个速率变化值，根据该速率变化值对获取的方向盘转角进行速率处理，获得方向盘参考转角；在步骤S3中，所述速率处理具体为：获取方向盘转角变化速率，并将该方向盘转角变化速率与设定的速率变化值进行比较，获得方向盘参考转角；若方向盘转角变化速率未超过设定的速率变化值，将当前的方向盘转角作为方向盘参考转角；若方向盘转角变化速率超过设定的速率变化值，将变化为当前的方向盘角度的前一次测量的方向盘转角加上速率变化值作为方向盘参考转角；

S4，在转速阀值查表中查找角度与所述方向盘参考转角对应的方向盘转角，通过该方向盘转角，获得与所述方向盘参考转角对应的方向盘转速阀值；

S5，将当前方向盘转速与获得的方向盘转速阀值进行比较，判断当前方向盘转速是否大于获得的方向盘转速阀值；若是，执行S6，若否，执行S7；

S6，设置当前扭矩限值为0；

S7，扭矩限值设置为方向盘转速阀值与方向盘转速之差乘以小于1的修正系数；所述修正系数根据电机的特性曲线进行标定。

2.根据权利要求1所述的保护电动助力转向系统的方法，其特征在于：在步骤S1中，根据电机的转矩-转速特性曲线设定方向盘转速阀值。

3.根据权利要求1所述的保护电动助力转向系统的方法，其特征在于：在步骤S2中，利用扭矩转角集成传感器直接获取方向盘转角或根据电机位置信号计算方向盘转角。

4.根据权利要求1所述的保护电动助力转向系统的方法，其特征在于：在步骤S3中，所述速率变化值为速率变化步长。