CN104326016A - 车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，用于直流电机辅助驱动车辆的方向盘转动的环境中，包括：扭矩信号检测电路、驱动电路、电流采样电路、电压采集电路、逻辑判断处理器，用于检测电动助力转向系统是否非正常自转。本发明通过电流和电压检测电路同时检测电路，对电路实现双重检测保护，当电路出现mosfet和电流采样电路同时故障时，也能通过电压检测电路检测出mosfet故障，利用问接的方法判断MOSFET的故障，而非利用电流传感器直接的方法，故障诊断完整，全面覆盖故障情况，大大提高电动助力的安全性，避免出现威胁驾驶员安全情况的发生。
Description
技术领域
本发明涉及电动助力转向系统中电机故障诊断应用领域，尤其为一种车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统。
背景技术
转向系统作为汽车的一个重要组成部分，其性能的好坏将直接影响到汽车的转向特性、稳定性和行驶安全性。实践证明电动助力转向系统(EPS)具有节能、成本低和便于控制，易于装车，提高操纵稳定性和轻便性以及符合机电一体化的要求等优点，正迎合了时代的要求。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向，该系统由电动助力电机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境；另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。
驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力；汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。在电机故障的时候不能及时保护就会降低电动助力的可靠性，甚至会带来安全隐患，在汽车电动助力转向系统如果出现故障将会影响到人身安全的情况下，汽车电动助力转向电机故障诊断保护的重要性就体现出来了，有效地的故障诊断能极大的提高系统的安全性。
现有的MOSFET故障诊断主要依赖电流采样电路判断，但是当电路出现mosfet和电流采样电路同时故障时，将无法检测，不能判断出故障情况，故障诊断不够完整，不能全面覆盖故障情况。
如何设计出一款MOSFET故障多重方法检测，使得故障诊断完整，能全面覆盖故障情况是亟需解决的问题。
发明内容
针对于上述不足，本发明的目的在于提供一种车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，以解决现有技术中电路出现mosfet和电流采样电路同时故障时，将无法检测，不能判断出故障情况的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，用于直流电机辅助驱动车辆的方向盘转动的环境中，其特征在于，包括：
扭矩信号检测电路，其检测所述方向盘收到的扭矩；
驱动电路，其根据所述扭矩信号检测电路检测到的信号，给所述直流电机两端加载一定值的电压，使得直流电机产生与所述扭矩相匹配的目标设定电流；
电流采样电路，其采集所述直流电机驱动方向盘转动的电流；
电压采集电路，其采集所述直流电机两端的电压；
逻辑判断处理器，其判断所述电流采样电路采集到的电流值是否大于目标设定电流值，如果大于，则判定为电动助力转向系统非正常自转；如果不大于，则判断所述扭矩信号检测电路是否检测到扭矩，且所述电压采集电路时否采集到电压，若未检测到扭矩而电压采集电路采集到电压，则同样判定为电动助力转向系统非正常自转。
较佳地，所述扭矩信号检测电路包括：
第一接口，其连接安装在所述方向盘的转向管柱上的扭矩传感器上，用于接收所述所述外部扭矩信号；
第二接口，其数据连接逻辑判断处理器的引脚；
第一电容元件，其一端接地，另一端连接所述第一接口，其用于防止静电阻抗；
第一电阻元件，其一端接地，另一端连接所述第一电容元件，其用于外部信号电流经过其到地产生一个电压；
一RC滤波电路，其与所述第一电阻元件并联，包括串联的第二电阻元件和第二电容元件，其用于滤除高频干扰信号；
其中所述第二电阻元件的一端连接所述第一电阻，另一端通过第三电阻元件连接至所述第二接口；所述第二电阻元件的另一端还连接有串联的两个同向二极管以保证输入到逻辑判断处理器的电压不超过3.3V，保护逻辑判断处理器。
较佳地，所述驱动电路包括：
供电电源，其为电机提供电能；
四个开关，其是通过控制开关开合改变电机中的电流方向；
第一、二电极接口，其连接安装在所述电机上，用于接收所述电压信号；
四个开关两个一组并联在两个电极接口两端，供电电源连接在一组开关之间，另一组开关之间接地。
较佳地，所述电流采样电路为电流传感器，其串联在电路中，用于检测电机中的电流信息，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号输送给逻辑判断处理器，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
较佳地，所述电压采集电路包括：
第一、二电极接口，其连接安装在所述电机上，用于接收所述电压信号；
第三、四接口，其数据连接逻辑判断处理器的引脚；
第四电阻元件，其一端接地，另一端通过第五电阻元件连接所述第一电极接口，另一端还连接第六电阻元件，其用于外部信号电流经过其到地产生一个电压；
一RC滤波电路，其与所述第四电阻元件并联，包括第三电容元件分别连接第五电阻元件和第六电阻元件，其用于滤除高频干扰信号；
所述第五电阻元件通过第七电阻元件连接第三接口，第六电阻元件接入3.3V电压；
其中第二电极接口与第四接口之间连接与上述相同的电路，两个电路之间通过两个反向二极管连接，两个二极管之间接入3.3V电压，以保证输入到逻辑判断处理器的电压不超过3.3V，保护逻辑判断处理器。
较佳地，所述目标设定电流由扭矩传感器产生的扭矩信号，再根据助力曲线匹配产生一定值的电流。
较佳地，所述电机两端的电压是由PI调节出来的占空比通过开关转换成电压加在电机两端。
较佳地，所述逻辑判断处理器为单片机。
发明的有益效果：
本发明通过电流和电压检测电路同时检测电路，对电路实现双重检测保护，当电路出现mosfet和电流采样电路同时故障时，也能通过电压检测电路检测出mosfet故障，利用间接的方法判断MOSFET的故障，而非利用电流传感器直接的方法，故障诊断完整，全面覆盖故障情况，大大提高电动助力的安全性，避免出现威胁驾驶员安全情况的发生。
附图说明
图1绘示本发明车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统的原理图；
图2绘示本发明车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统中的电压采集电路图；
图3绘示本发明车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统中的扭矩信号检测电路图；
图4绘示本发明车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统中的驱动电路图；
图5绘示本发明车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统中的目标电流产生示意图；
图6绘示本发明车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统中的电机电压调节示意图；
图7绘示本发明车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统中的电机故障判断方式图；
图8绘示本发明车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统中的电机运动方式图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
如图1所示，本发明的车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，用于直流电机辅助驱动车辆的方向盘转动的环境中，扭矩信号检测电路1，其检测所述方向盘收到的扭矩；
驱动电路2，其根据所述扭矩信号检测电路1检测到的信号，给所述直流电机两端加载一定值的电压，使得直流电机产生与所述扭矩相匹配的目标设定电流；
电流采样电路3，其采集所述直流电机驱动方向盘转动的电流；电流采样电路3为电流传感器，其串联在电路中，用于检测电机M中的电流信息，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号输送给逻辑判断处理器，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求；
电压采集电路4，其采集所述直流电机两端的电压；
逻辑判断处理器5，逻辑判断处理器5为单片机，其判断所述电流采样电路3采集到的电流值是否大于目标设定电流值，如果大于，则判定为电动助力转向系统非正常自转；如果不大于，则判断所述扭矩信号检测电路是否检测到扭矩，且所述电压采集电路4是否采集到电压，若未检测到扭矩而电压采集电路4采集到电压，则同样判定为电动助力转向系统非正常自转；
如图2所示，电压采集电路4包括：
M+、M-，其连接安装在所述电机上，用于接收所述电压信号；
Motor+、Motor-，其数据连接逻辑判断处理器的引脚；
R55，其一端接地，另一端通过R54连接M+，另一端还连接R53，其用于外部信号电流经过其到地产生一个电压；
一RC滤波电路，其与R55并联，包括C46分别连接R54和R53，其用于滤除高频干扰信号；
R54通过R56连接Motor+，R53接入3.3V电压；
其中M-与Motor-之间连接与上述相同的电路，两个电路之间通过两个反向二极管D7连接，D7一端连接在R54和R56之间，另一端连接在另一电路的相同位置，两个二极管之间接入3.3V电压，以保证输入到逻辑判断处理器的电压不超过3.3V，保护逻辑判断处理器，
另一相同电路：
R59，其一端接地，另一端通过R58连接M-，另一端还连接R57，其用于外部信号电流经过其到地产生一个电压；
一RC滤波电路，其与R59并联，包括C47分别连接R58和R57，其用于滤除高频干扰信号；
R58通过R60连接Motor-，R57接入3.3V电压；
R53、R54阻值均为30KΩ，R55阻值为4.7KΩ，R56阻值为1KΩ，C46的容抗值为100pF；R57、R58阻值均为30KΩ，R59阻值为4.7KΩ，R60阻值为1KΩ，C47的容抗值为100pF；
电机电压采集电路工作过程及原理：使用电阻采集电机两端的电压，通过单片机AD采样取得电机两端的电压；
本电机采样电路的的优点是：1、在电机两端没有电压的时候，通过3.3V经过30K电阻到4.7K，可以采得一个基准电压，这个基准电压可以判断采样电路有没有开路情况的存在；2、电路中存在电压限位电路，在单片机端把采样电压最高限位到3.3V，防止电机两端电压过高时损坏单片机。
如图3所示，扭矩信号检测电路1包括：
TQ1，其连接安装在方向盘的转向管柱上的扭矩传感器上，用于接收所述所述外部扭矩信号；
TQ1_AI，其数据连接逻辑判断处理器5的引脚；
C54，其一端接地，另一端连接TQ1，其用于防止静电阻抗；
R78，其一端接地，另一端连接C54，其用于外部信号电流经过其到地产生一个电压；
一RC滤波电路，其与R78并联，包括串联的R79和C55，其用于滤除高频干扰信号；
其中R79的一端连接R78，另一端通过R80连接至TQ1_AI；R79的另一端还连接有串联的两个同向二极管以保证输入到逻辑判断处理器的电压不超过3.3V，保护逻辑判断处理器；C54容抗值为1nF，R78阻值为200KΩ，R79阻值为22KΩ，C55容抗值为0.01μF，R80阻值为1KΩ。
如图4所示，驱动电路2包括：
12V是供电电源，其为电机M提供电能；
Mosfet a、b、c、d，其是通过控制继电器开合改变电机M中的电流方向；
M+、M-，其连接安装在所述电机上，用于接收所述电压信号；
Mosfet a、b、c、d两个一组并联在M+、M-两端，12V是供电电源连接在一组Mosfet之间，另一组Mosfet之间接地。
如图5所示，目标设定电流由扭矩传感器6产生的扭矩信号，再根据助力曲线匹配产生一定值的电流。
如图6所示，电机两端的电压是由PI调节出来的占空比通过mosfet转换成电压加在电机两端。
如图7所示，假设扭矩信号没有检测到扭矩变化信号，而电机采样电路两端采集到了电机电压信号，这可以认为电机两端的电压是由于硬件mosfet故障的缘故导致电机两端存在了电压，应予以保护。
如图8所示，电机正常运动此时，采集电流I即是目标设定电流，目标设定电流有驱动电机的意图则可以认定电机正常运动；电机非正常运动此时，采集电流I即是目标设定电流，而实际上目标设定电流并没有驱动电机的意图则可以认定电机是脱离控制的运动属于自转运动，要加以保护；
电机电压方程：U＝RI+Ken
U电机电压
R电机内阻
I电机电流
Ke电机反电动势
n电机转速。
本发明为了解决由于直流电机EPS控制器上面的mosfet存在损坏的可能性，一旦出现mosfet损坏就有可能发生方向盘自转的现象，这将极大影响到驾驶员的生命安全，这时候就需要通过故障检测来避免此类事件的发生，检测故障主要依靠硬件反馈的信息进行判断，但同时如果硬件电路反馈的信息也出现错误将影响判断出准确的故障现象。
本发明的检测方法：
一、当电流采样电路3采集到的电流值大于目标设定电流值时，则判定为电动助力转向系统非正常自转；
二、当电流采样电路3采集到的电流值不大于目标设定电流值时，则判断扭矩信号检测电路1是否检测到扭矩，且电压采集电路4是否采集到电压，若未检测到扭矩而电压采集电路4采集到电压，则同样判定为电动助力转向系统非正常自转。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，用于直流电机辅助驱动车辆的方向盘转动的环境中，其特征在于，包括：
扭矩信号检测电路，其检测所述方向盘收到的扭矩；
驱动电路，其根据所述扭矩信号检测电路检测到的信号，给所述直流电机两端加载一定值的电压，使得直流电机产生与所述扭矩相匹配的目标设定电流；
电流采样电路，其采集所述直流电机驱动方向盘转动的电流；
电压采集电路，其采集所述直流电机两端的电压；
逻辑判断处理器，其判断所述电流采样电路采集到的电流值是否大于目标设定电流值，如果大于，则判定为电动助力转向系统非正常自转；如果不大于，则判断所述扭矩信号检测电路是否检测到扭矩，且所述电压采集电路时否采集到电压，若未检测到扭矩而电压采集电路采集到电压，则同样判定为电动助力转向系统非正常自转。
2.如权利要求1所述的车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，其特征在于，所述扭矩信号检测电路包括：
第一接口，其连接安装在所述方向盘的转向管柱上的扭矩传感器上，用于接收所述所述外部扭矩信号；
第二接口，其数据连接逻辑判断处理器的引脚；
第一电容元件，其一端接地，另一端连接所述第一接口，其用于防止静电阻抗；
第一电阻元件，其一端接地，另一端连接所述第一电容元件，其用于外部信号电流经过其到地产生一个电压；
一RC滤波电路，其与所述第一电阻元件并联，包括串联的第二电阻元件和第二电容元件，其用于滤除高频干扰信号；
其中所述第二电阻元件的一端连接所述第一电阻，另一端通过第三电阻元件连接至所述第二接口；所述第二电阻元件的另一端还连接有串联的两个同向二极管以保证输入到逻辑判断处理器的电压不超过3.3V，保护逻辑判断处理器。
3.如权利要求1所述的车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，其特征在于，所述驱动电路包括：
供电电源，其为电机提供电能；
四个开关，其是通过控制开关开合改变电机中的电流方向；
第一、二电极接口，其连接安装在所述电机上，用于接收所述电压信号；
四个开关两个一组并联在两个电极接口两端，供电电源连接在一组开关之间，另一组开关之间接地。
4.如权利要求1所述的车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，其特征在于，所述电流采样电路为电流传感器，其串联在电路中，用于检测电机中的电流信息，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号输送给逻辑判断处理器，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
5.如权利要求1所述的车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，其特征在于，所述电压采集电路包括：
第一、二电极接口，其连接安装在所述电机上，用于接收所述电压信号；
第三、四接口，其数据连接逻辑判断处理器的引脚；
第四电阻元件，其一端接地，另一端通过第五电阻元件连接所述第一电极接口，另一端还连接第六电阻元件，其用于外部信号电流经过其到地产生一个电压；
一RC滤波电路，其与所述第四电阻元件并联，包括第三电容元件分别连接第五电阻元件和第六电阻元件，其用于滤除高频干扰信号；
所述第五电阻元件通过第七电阻元件连接第三接口，第六电阻元件接入3.3V电压；
其中第二电极接口与第四接口之间连接与上述相同的电路，两个电路之间通过两个反向二极管连接，两个二极管之间接入3.3V电压，以保证输入到逻辑判断处理器的电压不超过3.3V，保护逻辑判断处理器。
6.如权利要求1所述的车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，其特征在于，所述目标设定电流由扭矩传感器产生的扭矩信号，再根据助力曲线匹配产生一定值的电流。
7.如权利要求1所述的车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，其特征在于，所述电机两端的电压是由PI调节出来的占空比通过开关转换成电压加在电机两端。
8.如权利要求1所述的车辆电动助力转向系统防自转双重检测系统，其特征在于，所述逻辑判断处理器为单片机。
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Legal Events
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Owner name: JIANGSU FUERDA MACHINERY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: LANGSHENG ELECTRONIC TECHNOLOGY JIANGSU CO., LTD. Effective date: 20150902 |
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