CN103808452B - 电动助力转向装置的零点调整方法及其调零装置 - Google Patents

Abstract

一种电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法和零点调整装置。该方法包括：静态零点调整步骤，调整该扭矩传感器的位置以满足条件|Z‑Z_d|≤Tol_s；动态零点检验步骤，交替左、右转动该输入轴m次，记录对应的该扭矩传感器的零点检验值比较步骤，若该零点检验值大于设定值，则更新目标零点值Z_d，回到静态零点调整步骤。采用本发明，可提高电动助力转向装置的扭矩传感器调零的效率和精度，提高调零过程的稳定性和一致性，减少对操作人员经验的依赖，减少对新进操作人员的培训量。此外，本发明的扭矩传感器调零方法还可使调零过程快速平稳，并降低扭矩传感器手动调零过程中的敲击等动作对扭矩传感器造成的潜在危害。

Description

电动助力转向装置的零点调整方法及其调零装置

技术领域

本发明涉及一种扭矩传感器的零点调整方法和装置，特别是一种在装配过程中能保证调零精度和稳定度的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法及其调零装置。

背景技术

随着人们对舒适度要求和环保意识的提高，电动助力转向装置(Electric PowerSteering，EPS)越来越成为各种交通工具的必备装置。EPS与液压式助力转向系统(HPS或者EHPS)相比，具有明显的优势，如效率高，节油环保，结构简单，便于整车安装，没有漏油等的潜在二次污染问题，通过电子ECU实时控制，控制策略的改进空间具有更大的弹性，可依据不同工况或驾驶习惯进行不同的设定，可不断利用积累的经验和各种控制理论来改进手感和主动安全性能，可兼顾低速时的轻快与高速时的稳健等。

参见图1，图1为现有技术EPS工作原理示意图。电动助力转向装置由控制器100采集扭矩传感器200的信号计算后控制直流有刷电机300并通过涡轮蜗杆减速器500增大扭矩来为转向系统400提供助力。扭矩传感器200在安装时必须准确调节到零点，以确保控制器100获得正确的扭矩信号，从而输出正确的控制量。电动助力转向装置扭矩传感器200的调零或对中准确对提高转向手感有着重要的影响和作用，如果扭矩传感器200的零点不正确会导致汽车直线行驶时左右转动方向盘出现一侧重一侧轻，手感不对称，会大大降低驾驶者的舒适性。如果扭矩传感器200严重偏离零点，可能会导致方向盘朝一侧自转，对汽车安全行驶带来很大安全隐患。申请号为“201110449600.2”，名称为“扭矩传感器的零点校正方法和装置”的中国发明专利申请公开了一种扭矩传感器的零点校正方法和装置，但该方法和装置是在使用状态时通过积分算法对EPS进行动态调整，其可靠性较低，且无法应用于装配过程中。现有技术中在对扭矩传感器20进行组装对中时，主要是凭操作者的经验，批量组装结果一致性、 可靠性、稳定性和准确性等都不容易保证，容易受操作人员的失误而影响传感器的对中精度。而且往往效率不高，对新进操作人员的培训量较大。所以扭矩传感器的零点调整准确是电动助力转向装置必须要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种调整精度高、调零过程快速平稳的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法和装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其中，包括如下步骤：

静态零点调整步骤，设定一目标零点值Z_d的初始值或更新所述目标零点值Z_d，调整该扭矩传感器在该电动助力转向装置的输入轴上的位置以满足如下条件：

|Z-Z_d|≤Tol_s，其中，Tol_s为静态调零容差，Z为该扭矩传感器的检测数值；

动态零点检验步骤，交替左、右转动所述输入轴m次，记录对应的该扭矩传感器的零点检验值

比较步骤，比较该零点检验值 与动态调零容差Tol_d，若该零点检验值 大于该动态调零容差Tol_d，则回到所述静态零点调整步骤，其中，

i＝1，...，m，m为周期数，所述输入轴左、右各转动一次为一个周期，Z_li、Z_ri分别为该输入轴左转或右转后处于自然松弛静止时的该扭矩传感器的检测数值。

上述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其中，该零点调整方法还包括：

若该零点检验值 小于该动态调零容差Tol_d，则进入第一判断步骤，判断该扭矩传感器是否固定，若已固定，则判断合格并通过调零检验；若尚未固定，则对该扭矩传感器予以固定并重新循环执行上述动态零点检验步骤、比较步骤和第一判断步骤。

上述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其中，所述扭矩传感器的检测数值Z_li、Z_ri小于扭矩传感器的检测数值上限ε1时，进入第一判 断步骤。

上述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其中，单次左转及右转该输入轴时，该扭矩传感器的检测数值Z_li、Z_ri之差的绝对值小于检测差值上限ε2时，进入第一判断步骤。

上述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其中，单次左转及右转该输入轴时，该扭矩传感器的检测数值Z_li、Z_ri的标准方差S_Z小于标准方差上限ε3时，进入第一判断步骤，其中，S_Z的计算公式如下：

上述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其中，上述比较步骤还包括：

第二判断步骤，判断该扭矩传感器是否固定，若已固定，则先将该扭矩传感器的紧固件松开再进行静态零点调整步骤；若尚未固定，则直接执行静态零点调整步骤。

上述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其中，若所述静态零点调整步骤之前已执行过所述动态零点检验步骤，将所述目标零点值Z_d更新为扭矩传感器的检测数值与该零点检验值 之差值。

上述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其中，若所述静态零点调整步骤之前并未执行所述动态零点检验步骤，将所述目标零点值Z_d的初始值设为等于零。

上述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其中，若在所述静态零点调整步骤之前执行所述动态零点检验步骤，m等于m1；若在所述静态零点调整步骤之后执行所述动态零点检验步骤，m等于m2，其中m1小于或等于m2。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种用于电动助力转向装置的调零装置，用于在装配过程中对电动助力转向装置的扭矩传感器进行调零，其中，该调零装置包括：

驱动机构，用于接收扭矩传感器的检测数值，并对所述检测数值进行静态零点调整和动态零点检验，从而输出一驱动指令；以及

执行机构，与所述驱动机构相连接，用于接收所述驱动指令从而改变扭矩传感器的安装位置，使得所述扭矩传感器的输出信号自动调整到所述扭矩传感 器的容差范围内。

上述的调零装置，其中，所述驱动机构包括：

信号拾取单元，用于拾取扭矩传感器的检测数值；以及

控制器，用于接收所述检测数值，并根据所述检测数值输出一目标调零值，

其中，所述信号拾取单元还根据所述目标零点值输出所述驱动指令。

上述的调零装置，其中，所述调零装置还包括驱动电机，与所述执行机构相连接，用于驱动所述执行机构对所述扭矩传感器的安装位置进行调整。

本发明的技术效果在于：

本发明可以提高电动助力转向装置的扭矩传感器调零的效率和精度，提高调零过程的稳定性和一致性，减少对操作人员经验的依赖，减少对新进操作人员的培训量。通过对多次量测结果进行平均处理，可以从概率统计上对调零结果进行寻优，减少偶然因素对调试结果精度的影响。通过动态零点检验过程，可以对输入轴进行转动，避免轴承在某点随机卡住而造成对调零结果造成较大的偏差。此外，本发明的扭矩传感器调零方法还可提高调零精度，使调零过程快速平稳，并降低扭矩传感器手动调零过程中的敲击等动作对扭矩传感器造成的潜在危害。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术EPS工作原理示意图；

图2为本发明一实施例的方法流程图；

图3为本发明另一实施例的方法流程图；

图4为本发明一实施例的装置结构框图；

图5为本发明另一实施例的装置结构图。

其中，附图标记

现有技术

100 控制器

200 扭矩传感器

300 直流有刷电机

400 转向系统

500 涡轮蜗杆减速器

本发明

10 驱动机构

101 信号拾取单元

102 控制器

20 执行机构

1 控制器

2 扭矩传感器

3 输入轴转动机构

31 驱动电机

32 减速器

33 离合器

4 电动助力转向装置的输入轴

5 电动助力转向装置的输出轴

6 驱动电机

7 执行机构

8 电动助力转向装置的管柱支架

9 上位机

S1～S4步骤

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图2及图3，图2为本发明一实施例的方法流程图，图3为本发明另一实施例的方法流程图。本发明的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，包括如下步骤：

步骤S1、静态零点调整步骤，设定一目标零点值Z_d的初始值或更新所述目标零点值Z_d，调整该扭矩传感器2在该电动助力转向装置的输入轴4上的位置以满足如下条件：

|Z-Z_d|≤Tol_s，其中，Tol_s为静态调零容差，例如，Tol_s为30毫伏；Z表示扭矩传感器2的检测数值，不同下标代表不同含义的数值，无下标代表实时获 得的当前检测数值；注意，“静态零点调整”过程中，不能转动输入轴4；所谓“静态”是指当Z_d更新后，在静态零点调整过程中，输入轴必须处于静止的状态。

步骤S2、动态零点检验步骤，交替左、右转动所述输入轴m次，记录对应的该扭矩传感器2的零点检验值 所谓“动态”是指EPS管柱输入轴4(以及输出轴5)通过转动来对扭矩传感器2的零点进行评估，此过程中扭矩传感器2的螺丝为适度松开状态或锁紧状态均可；“动态”也隐含静态零点调整步骤中的Z_d是动态更新的。当该动态零点检验步骤先于该静态零点调整步骤执行时，目标零点值Z_d等于扭矩传感器2的当前数值与该零点检验值 之差。当该动态零点检验步骤先于该静态零点调整步骤执行时，m等于m1；当该静态零点调整步骤先于该动态零点检验步骤执行时，m等于m2。当该静态零点调整步骤先于该动态零点检验步骤执行时，目标零点值Z_d等于零。即，若所述静态零点调整步骤S1之前已执行过所述动态零点检验步骤S2，将所述目标零点值Z_d更新为扭矩传感器2的检测数值与该零点检验值 之差值。若所述静态零点调整步骤S1之前并未执行所述动态零点检验步骤S2，将所述目标零点值Z_d的初始值设为等于零。若在所述静态零点调整步骤S1之前执行所述动态零点检验步骤S2，m等于m1；若在所述静态零点调整步骤S1之后执行所述动态零点检验步骤S2，m等于m2，其中m1小于或等于m2。

步骤S3、比较步骤，比较该零点检验值 与动态调零容差Tol_d，若该零点检验值 大于该动态调零容差Tol_d，则回到静态零点调整步骤；其中，

i＝1，...，m，m为周期数，所述输入轴左、右各转动一次为一个周期，Z_li、Z_ri分别为该输入轴左转或右转后处于自然松弛静止时的该扭矩传感器的检测数值；

在本实施例中，该零点调整方法还包括：

步骤S4、第一判断步骤，若该零点检验值 小于该动态调零容差Tol_d，则进入第一判断步骤，判断该扭矩传感器2是否固定，若已固定，则判断合格并通过检验，若尚未固定，则对该扭矩传感器2予以固定并重新循环执行动态零点检验步骤、比较步骤和第一判断步骤。

其中，所述扭矩传感器2的检测数值Z_li、Z_ri小于扭矩传感器的检测数值上限ε1时，进入第一判断步骤。或者，单次左转及右转该输入轴时，该扭矩 传感器2的检测数值Z_li、Z_ri之差的绝对值小于检测差值上限ε2时，进入第一判断步骤。或者，单次左转及右转该输入轴时，该扭矩传感器的检测数值Z_li、Z_ri的标准方差S_Z小于标准方差上限ε3时，进入第一判断步骤，其中，S_Z的计算公式如下：

$S_Z=\sqrt{\frac{\mathrm{\Σ}{(Z_{\mathrm{li}}-\hat{Z})}^2-+\mathrm{\Σ}{(Z_{\mathrm{ri}}-\hat{Z})}^2}{2m}}.$

其中，所述步骤S2还可根据一检测数值T计算该扭矩传感器2的零点检验值 所述零点检验值 的计算公式如下：

i＝1，...，m，其中，m为周期数，所述驱动轴左、右各转动一次为一个周期，例如m＝10；

Z_li为所述驱动轴左转并自然松弛静止时所述扭矩传感器2的数值；

Z_ri为所述驱动轴右转并自然松弛静止时所述扭矩传感器2的数值；

其中，所述步骤S3中的该设定值为动态零点容差Tol_d，且 时进行步骤S4，例如Tol_d＝80mV；或者，所述步骤S3中的该设定值为一扭矩传感器2数值上限ε，且T＜ε时进行步骤S4，即任意单个传感器数值的绝对值小于要求上限，例如上限设为500mV；或者，所述步骤S3中的该设定值为一扭矩传感器2数值上限ε2，且|Z_li-Z_ri|＜ε2时进行步骤S4，即任意单次左转的扭矩传感器2数值与右转的扭矩传感器2数值之差的绝对值小于要求上限，例如上限设为200mV；或者，所述步骤S3中的该设定值为Tol_sd，且S_Z＜Tol_Sd时进行步骤S4，即，标准方差小于给定值，例如Tol_sd＝120mV。

在步骤S3中，若该零点检验值 大于该动态调零容差Tol_d时，上述比较步骤还包括：

第二判断步骤S10，判断该扭矩传感器2是否固定，若已固定，则先将该扭矩传感器2的紧固件松开再进行静态零点调整步骤S1若尚未固定，则直接执行静态零点调整步骤S1。

假设设定左右各转动管柱的次数为m＝5，左右随机转动管柱各5次，待管柱的输入轴4停止并平稳时记录下此2m个数据：

对上表中的数据进行求均值，计算得均值 若动态零点容差Tol_d设为80mV，则上述均值的绝对值大于动态零点容差，不能通过，，则对目标零点值Z_d进行动态更新，即，Z_d等于 然后进行静态零点调整，当扭矩传感器输出信号与Z_d的偏差小于Tol_s(如30毫伏)时，则静态调零过程结束。

重新进行动态零点检验，左右随机转动管柱各5次，待管柱的输入轴4停止并平稳时记录下此2m个数据

对上表中的数据进行求均值，计算得均值 若动态零点容差Tol_d仍设为80mV，则上述均值的绝对值小于动态零点容差，可以通过，进行第一判断后，调零过程结束。

参见图4，图4为本发明一实施例的装置结构框图。本发明的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整装置，包括驱动机构10，用于接收扭矩传感器2的检测数值，并对所述检测数值进行静态零点调整和动态零点检验，从而输出一驱动指令；以及执行机构20，与所述驱动机构10相连接，用于接收所述驱动指令从而改变扭矩传感器2的安装位置，使得所述扭矩传感器2的输出信号自动调整到所述扭矩传感器2的容差范围内。在一具体实施例中，所述驱动机构10包括：信号拾取单元101，用于拾取扭矩传感器2的检测数值；以及控制器102，用于接收所述检测数值，并根据所述检测数值输出一目标调零值，其中，所述信号拾取单元101还根据所述目标零点值输出所述驱动指令。所述调零装置还可包括驱动电机，与所述执行机构20相连接，用于驱动所述执行机构20对所述扭矩传感器2的安装位置进行调整。

参见图5，图5为本发明另一实施例的装置结构图。本实施例中，控制器1与所述扭矩传感器2以及调整驱动机构6(如，驱动电机)连接。执行机构7与所述扭矩传感器2连接，驱动电机6用于驱动所述执行机构7以实现对所述扭矩传感器2的微调，所述输入轴转动机构3用于驱动所述输入轴4左、右转动以得到对应的该扭矩传感器2的检测数值，该控制器1用于记录并计算或比较该检测数值与一设定值，并根据比较结果控制所述驱动电机6或所述驱动电机31的运动。本实施例中，所述输入轴转动机构3包括驱动电机31、减速 器32和离合器33，所述驱动电机31通过所述减速器32和离合器33与所述输入轴4连接。所述扭矩传感器2优选通过所述电动助力转向装置的管柱支架8与所述输入轴4连接。

本发明的调零方法，参见图3，步骤S1“静态零点调整”和步骤S2“动态零点检验”均可作为起始动作，对此并无特别限制。首先可通过手动或自动多次转动和停止电动助力转向装置的输入轴4，并每次都记录下扭矩传感器2的检测数值，在上位机9中对所有检测数值取平均后作为对扭矩传感器2零点位置的估计值，如果此估计值小于预先设定的调零偏差，且如果螺丝已经是紧固状态，则调零过程结束，否则进行螺丝紧固到设定值并重复上述过程，此过程中不能转动EPS管柱的输入轴4，锁紧过程中传感器数值在上一步骤结束时数值(Z_f)的基础上，变动必须小于Tol_s，即|Z-Z_f|≤Tol_s。如果此估计值大于预先设定的调零偏差，则将当前的扭矩传感器2的检测数值减去此估计值作为传感器零点的调整目标，将此目标值传送到控制器1中，同时确保扭矩传感器2的螺丝为适度松开状态，如果螺丝为紧固状态则将螺丝适度松开，并保持输入轴4为静止状态，进行静态零点调整，即，驱动电机6通过执行机构7使得扭矩传感器2摆动，改变扭矩传感器2的当前数值，使得扭矩传感器2当前数值与调整目标的偏差小于预先设定的偏差范围，然后重复进行上述过程。注意该过程可能会导致驱动电机6堵转，时间不宜过长，或采取对最大电机电流进行保护等措施。

其中的驱动电机31和驱动电机6都可以由人手转动替代，但采用电机驱动可大大提高效率。如采用手动方式，则可以由便于人手操作的带有内花键的手轮直接与输入轴4连接即可。其中，驱动电机31(或手动)左、右转动的角度应该尽量随机，转动到位停止后，离合器33松开，使得EPS管柱的输入轴4为自然状态，反向驱动时离合器33再度闭合，转动到位停止后，离合器33再松开，使得EPS管柱的输入轴4为自然状态。读取扭矩传感器2信号数值总是在EPS管柱的输入轴4为自然静止状态时进行，然后依上述算法进行计算。如手动转动，当随机转动到位时，手张开后再离开，以便使得轴尽量平稳停止。

若首先进行静态零点调整步骤S1，因为先前没有进行过动态调零，所以Z_d设为0。开始旋转扭矩传感器2，直到扭矩传感器2输出信号小于设定的零 点容差范围TOLs。所谓“静态”是指EPS管柱的输入轴4(以及输出轴5)为静止状态，此过程中确保扭矩传感器2的螺丝为适度松开状态。若已经进行过动态零点检验，则 进行静态零点调整，当扭矩传感器2输出信号与Z_d的偏差小于TOLs，则静态零点调整结束。

本发明可以提高电动助力转向装置的扭矩传感器调零的效率和精度，提高调零过程的稳定性和一致性，减少对操作人员经验的依赖，减少对新进操作人员的培训量。通过对多次量测结果进行平均处理，可以从概率统计上对调零结果进行寻优，减少偶然因素对调试结果精度的影响。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

静态零点调整步骤，设定一目标零点值Z_d的初始值或更新所述目标零点值Z_d，调整该扭矩传感器在该电动助力转向装置的输入轴上的位置以满足如下条件：

|Z-Z_d|≤Tol_s，其中，Tol_s为静态调零容差，Z为该扭矩传感器的检测数值；

动态零点检验步骤，交替左、右转动所述输入轴m次，记录对应的该扭矩传感器的零点检验值

比较步骤，比较该零点检验值与动态调零容差Tol_d，若该零点检验值大于该动态调零容差Tol_d，则回到所述静态零点调整步骤，其中，

i＝1,...,m，m为周期数，所述输入轴左、右各转动一次为一个周期，Z_li、Z_ri分别为该输入轴左转或右转后处于自然松弛静止时的该扭矩传感器的检测数值。

2.如权利要求1所述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其特征在于，该零点调整方法还包括：

若该零点检验值小于该动态调零容差Tol_d，则进入第一判断步骤，判断该扭矩传感器是否固定，若已固定，则判断合格并通过调零检验；若尚未固定，则对该扭矩传感器予以固定并重新循环执行上述动态零点检验步骤、比较步骤和第一判断步骤。

3.如权利要求2所述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其特征在于，所述扭矩传感器的检测数值Z_li、Z_ri小于扭矩传感器的检测数值上限ε1时，进入第一判断步骤。

4.如权利要求2所述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其特征在于，单次左转及右转该输入轴时，该扭矩传感器的检测数值Z_li、Z_ri之差的绝对值小于检测差值上限ε2时，进入第一判断步骤。

5.如权利要求2所述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其特征在于，单次左转及右转该输入轴时，该扭矩传感器的检测数值Z_li、Z_ri的标准方差S_Z小于标准方差上限ε3时，进入第一判断步骤，其中，S_Z的计算公式如下：

6.如权利要求1至5中任意一项所述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其特征在于，上述比较步骤还包括：

第二判断步骤，判断该扭矩传感器是否固定，若已固定，则先将该扭矩传感器的紧固件松开再进行静态零点调整步骤；若尚未固定，则直接执行静态零点调整步骤。

7.如权利要求1所述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其特征在于，若所述静态零点调整步骤之前已执行过所述动态零点检验步骤，将所述目标零点值Z_d更新为扭矩传感器的检测数值与该零点检验值之差值。

8.如权利要求1所述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其特征在于，若所述静态零点调整步骤之前并未执行所述动态零点检验步骤，将所述目标零点值Z_d的初始值设为等于零。

9.如权利要求1所述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法，其特征在于，若在所述静态零点调整步骤之前执行所述动态零点检验步骤，m等于m1；若在所述静态零点调整步骤之后执行所述动态零点检验步骤，m等于m2，其中m1小于或等于m2。

10.一种用于电动助力转向装置的调零装置，用于在装配过程中对电动助力转向装置的扭矩传感器进行调零，其特征在于，该调零装置包括：

驱动机构，用于接收扭矩传感器的检测数值，并对所述检测数值进行静态零点调整和动态零点检验，从而输出一驱动指令；以及

执行机构，与所述驱动机构相连接，用于接收所述驱动指令从而改变扭矩传感器的安装位置，使得所述扭矩传感器的输出信号自动调整到所述扭矩传感器的容差范围内；

其中，所述驱动机构采用上述权利要求1-9中任意一项所述的电动助力转向装置的扭矩传感器的零点调整方法对所述检测数值进行静态零点调整和动态零点检验。

11.如权利要求10所述的调零装置，其特征在于，所述驱动机构包括：

信号拾取单元，用于拾取扭矩传感器的检测数值；以及

控制器，用于接收所述检测数值，并根据所述检测数值输出一目标调零值，

其中，所述信号拾取单元还根据所述目标零点值输出所述驱动指令。

12.如权利要求10所述的调零装置，其特征在于，所述调零装置还包括驱动电机，与所述执行机构相连接，用于驱动所述执行机构对所述扭矩传感器的安装位置进行调整。