CN104608817B - 基于电动转向装置的侧风影响智能预警方法 - Google Patents
基于电动转向装置的侧风影响智能预警方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，依次有以下步骤；1）由EPS系统在无风条件下采集写入包括方向盘力矩、电机扭矩、车速和转向角度的参数；2）得到以等于方向盘手力矩与电机扭矩之和的转向阻力矩、车速和转向角度为三维坐标的EPS系统预警曲面，并将其在EPS系统开发后期写入系统调试软件中；3）汽车高速直线行驶时，对包括方向盘力矩、电机扭矩、电机电流、车速和转向角度的参数信息的信号进行综合处理，判断整车运行环境是否可能发生相应的失控、侧滑或侧翻的潜在危险，执行相应的应对动作，对行车状态进行智能预警。使驾驶员能清晰地判断侧风对汽车高速直线行驶稳定性的影响程度，注意汽车工况与环境，提高主动安全。
Description
技术领域
本发明涉及汽车安全预警，特别是涉及一种电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法。
背景技术
侧风对汽车高速直线行驶的稳定性影响非常明显。整车受到侧风推力影响时，方向盘好像被一个力所拽着，严重时会偏离车道，可能导致失控、侧滑或翻车事故，成为行车安全的一大潜在因素。在方向盘无转向力输入时，发动机前置的汽车行驶时受侧风影响，会受到侧向推力而产生往反侧风方向转向偏离，如图1所示，发动机后置的汽车行驶时受侧风影响，会受到侧向推力而产生往侧风方向转向偏离，如图2所示。现有直接依靠电机提供辅助扭矩即车道保持电机助力矩的电动助力转向（Electric Power Steering，缩略词为EPS系统，以下统称EPS系统）系统具有车道保持功能，在方向盘无转向力输入即人的转向手力为零时会主动抑制汽车转向，汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw，等于方向盘手力矩Th与有限的车道保持电机助力矩Tm之和：Tw= Th+Tm，其中，方向盘手力矩Th通过EPS系统中的方向盘力矩传感器实时采集计算获取，而车道保持电机助力矩Tm通过检测电机的电流值准确实时折算获取，EPS系统受力平衡时，EPS系统的转向输出力=回正力+侧风影响力。同一车型在忽略道路横向坡度且路面情况相同情况下，不同的车速、转弯半径的转向输出力是对应同一区间的，超出转向输出力区间的差异部分，视为侧风影响值。此外，EPS系统还对整车运行环境进行判断，并在汽车受侧风影响较大时对驾驶员进行提示，预防发生安全事故。然而，目前有关针对侧风影响的技术主要是优化整车结构或失控后的电子稳定装置（Electronic Stablity Program ，缩略词为ESP，以下统称ESP）干预，智能减小侧风影响的几率和风险，驾驶员却不能清晰地判断侧风对汽车高速直线行驶稳定性的影响程度，人为地忽视了侧风对汽车高速直线行驶稳定性的干扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法。
本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，针对汽车高速直线行驶时受到侧风影响实施，汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw = Th+Tm，其中，方向盘手力矩Th通过EPS系统中的方向盘力矩传感器实时采集计算获取，而车道保持电机助力矩Tm通过检测电机电流I在EPS系统内部进行计算并转换获取，EPS系统受力平衡时，EPS系统的转向阻力矩即转向输出力矩Th+Tm’=Tw+Tb，回正扭矩Tb由车速V和转向角度W决定。
这种基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法的特点是：
依次有以下步骤：
1）在EPS系统开发过程中，由EPS系统在无风条件下采集写入包括方向盘手力矩Th、电机扭矩Tm’、车速V和转向角度W的参数；
2）通过计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，缩略词为CAE）以等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩即转向输出力矩、车速V以及转向角度W作为仿真输入分析发生失控、侧滑或翻车时，整车标定各个预警点及其对应的参数预警值即仿真风险值，得到以等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩、车速V和转向角度W为三维坐标的EPS系统预警曲面，所述EPS系统预警曲面有相应包括失控、侧滑、翻车的不稳定工况的预警曲面点的预警区间的参数，并将所述EPS系统预警曲面在EPS系统开发后期写入EPS系统调试软件中；
3）汽车高速直线行驶时， EPS系统对包括方向盘手力矩Th、电机扭矩Tm’、电机电流I、车速V和转向角度W的参数信息的信号进行综合处理，当侧风对整车有较大影响，等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩、车速V和转向角度W的参数达到或接近所述EPS系统预警曲面上的预警区间数值时，判断整车运行环境是否可能发生相应的失控、侧滑或侧翻的潜在危险，执行相应的应对动作，对行车状态进行智能预警。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述EPS系统对包括方向盘手力矩Th、电机扭矩Tm’、电机电流I、车速V和转向角度W的参数信息的信号进行综合处理，包括EPS系统接收防锁死刹车系统（Anti-lock BreakSystem ，缩略词为ABS，以下统称ABS）/ ESP提供的车速信号，并且根据ESP的车速信号及信号采集控制模块（Signal Acquisition/Activation Module，缩略词为SAM，以下统称信号采集控制模块SAM）提供的转角信号对EPS系统自身转向角度W进行校核，根据计算结果，对比在EPS系统开发后期写入EPS系统调试软件中的仿真分析及整车标定的参数。
所述执行相应的动作包括EPS系统通过车身控制模块（Body Control Module，缩略词为BCM，以下统称车身控制模块BCM）发出预警信号，且在原助力曲线上附加低扭矩高频波动，驱动助力三相电机低扭矩高频波动摆振，在不影响正常助力的前提下带动方向盘振动，适时向驾驶员提示整车运行状态，使驾驶员能清晰地判断侧风对汽车高速直线行驶稳定性的影响程度，注意汽车工况与环境，提高主动安全。
所述执行相应的动作还包括仪表板ICM接收车身控制模块BCM发出的预警信号后在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，使驾驶员能清晰地判断侧风对汽车高速直线行驶稳定性的影响程度，注意汽车工况与环境，提高主动安全。
所述进行智能预警包括适量配置必要的汽车电器，即可在不增加控制器的前提下完成对行车状态进行智能预警，不会造成单件成本上升，且不干预和影响汽车运行，无开发风险。
本发明的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
所述在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，包括汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw小于或等于车道保持电机助力矩Tm时，汽车状态在EPS系统的车道保持能力以内，驾驶员施加的方向盘手力矩Th=0 Nm，当转向偏移力矩Tw逐渐变大而接近车道保持电机助力矩Tm时， EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收：“有侧风影响，请稳定方向盘”；
所述在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，还包括汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw大于车道保持电机助力矩Tm时，汽车已经出现偏离车道情况，需要手力介入控制方向盘才能保持直行，Th≠0 Nm，此时根据EPS系统的扭矩传感器检测的手力输入方向盘手力矩Th与车速V，电机会相应输出电机扭矩Tm’，使Th+Tm’=Tw；当EPS系统的转角传感器检测转向角度W为0°但随着转向偏移力矩Tw的增加方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’持续增加时，EPS系统判断汽车受到侧风影响，EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收，显示屏上显示文字提示：“可能有侧风影响，请注意控制车速”。
所述在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，还包括当整车运行状态处于EPS系统预警曲面的相应包括失控、侧滑、翻车的不稳定工况的预警曲面点的预警区间时，EPS系统判断汽车受到侧风影响，EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收，显示屏上显示文字提示：“可能有侧风影响，请注意控制车速”。
所述在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，还包括当有较长的弯道汽车需要保持持续转向时，随着方向的不断变化，汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw在不断增加或减小，此时EPS系统的转向阻力矩Th+Tm’=Tw+Tb，整车运行状态处于EPS系统预警曲面的相应包括失控、侧滑、翻车的不稳定工况的预警曲面点的预警区间，EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收，显示屏上显示文字提示：“弯道，速度过快，请注意!”。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明基于电动助力转向系统，重视侧风对汽车高速直线行驶稳定性的干扰，实时对包括方向盘手力矩Th、电机扭矩Tm’、电机电流I、车速V和转向角度W的参数信息的信号进行综合处理，当侧风对整车有较大影响，等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩、车速V和转向角度W的参数达到或接近EPS系统预警曲面上的预警区间数值时，判断整车运行环境是否可能发生相应的失控、侧滑或侧翻的潜在危险，执行相应的应对动作，对行车状态进行智能预警，包括电机摆振和以文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，使驾驶员能清晰地判断侧风对汽车高速直线行驶稳定性的影响程度，注意汽车工况与环境，提高主动安全。此外，适量配置必要的汽车电器，即可在不增加控制器的前提下完成对行车状态进行智能预警，不会造成单件成本上升，且不干预和影响汽车运行，无开发风险。
附图说明
图1是发动机前置的汽车行驶时受侧风影响的示意图；
图2是发动机后置的汽车行驶时受侧风影响的示意图；
图3是本发明具体实施方式的转向系统的受力平衡图；
图4是本发明具体实施方式的 EPS系统预警曲面图；
图5是本发明具体实施方式的整车信号传递图；
图6是本发明具体实施方式的 EPS系统预警策略图；
图7是本发明具体实施方式的仪表板文字提示预警图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。
一种如图3~7所示的基于EPS系统的侧风影响智能预警方法，针对汽车高速直线行驶时受到侧风影响实施，汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw = Th+Tm，其中，方向盘手力矩Th通过EPS系统中的方向盘力矩传感器实时采集计算获取，而车道保持电机助力矩Tm通过检测电机电流I在EPS系统内部进行计算并转换获取，EPS系统受力平衡时，EPS系统的转向阻力矩即转向输出力矩Th+Tm’=Tw+Tb，回正扭矩Tb由车速V和转向角度W决定。
本具体实施方式依次有以下步骤：
1）在EPS系统开发过程中，由EPS系统在无风条件下采集写入包括方向盘手力矩Th、电机扭矩Tm’、车速V和转向角度W的参数；
2）通过CAE以等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩、车速V以及转向角度W作为仿真输入分析发生失控、侧滑或翻车时，整车标定各个预警点及其对应的参数预警值即仿真风险值，得到以等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩、车速V和转向角度W为三维坐标的EPS系统预警曲面，EPS系统预警曲面有相应包括失控、侧滑、翻车的不稳定工况的预警曲面点的预警区间的参数，并将EPS系统预警曲面在EPS系统开发后期写入EPS系统调试软件中；
3）汽车高速直线行驶时， EPS系统对包括方向盘手力矩Th、电机扭矩Tm’、电机电流I、车速V和转向角度W的参数信息的信号进行综合处理，包括EPS系统接收ABS/ ESP提供的车速信号，并且根据ESP的信号采集控制模块SAM，提供的转角信号对EPS系统自身转向角度W进行校核，根据计算结果，对比在EPS系统开发后期写入EPS系统调试软件中的仿真分析及整车标定的参数。
当侧风对整车有较大影响，等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩、车速V和转向角度W的参数达到或接近EPS系统预警曲面上的预警区间数值时，判断整车运行环境是否可能发生相应的失控、侧滑或侧翻的潜在危险，执行相应的应对动作，对行车状态进行智能预警。
执行相应的应对动作包括EPS系统通过车身控制模块BCM发出预警信号，且在原助力曲线上附加低扭矩高频波动，驱动助力三相电机低扭矩高频波动摆振，在不影响正常助力的前提下带动方向盘振动，还包括仪表板ICM接收车身控制模块BCM发出的预警信号后在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，使驾驶员能清晰地判断侧风对汽车高速直线行驶稳定性的影响程度，注意汽车工况及环境，提高主动安全。
在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，包括汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw小于或等于车道保持电机助力矩Tm时，汽车状态在EPS系统的车道保持能力以内，驾驶员施加的方向盘手力矩Th=0 Nm，当转向偏移力矩Tw逐渐变大而接近车道保持电机助力矩Tm时， EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收：“有侧风影响，请稳定方向盘”；
在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，还包括汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw大于车道保持电机助力矩Tm时，汽车已经出现偏离车道情况，需要手力介入控制方向盘才能保持直行，Th≠0Nm，此时根据EPS系统的扭矩传感器检测的手力输入方向盘手力矩Th与车速V，电机会相应输出电机扭矩Tm’，使Th+Tm’=Tw；当EPS系统的转角传感器检测转向角度W为0°但随着转向偏移力矩Tw的增加方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’持续增加时，EPS系统判断汽车受到侧风影响，EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收，显示屏上显示文字提示：“可能有侧风影响，请注意控制车速”。
在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，还包括当整车运行状态处于EPS系统预警曲面的相应包括失控、侧滑、翻车的不稳定工况的预警曲面点的预警区间时，EPS系统判断汽车受到侧风影响，EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收，显示屏上显示文字提示：“可能有侧风影响，请注意控制车速”。
在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，还包括当有较长的弯道汽车需要保持持续转向时，随着方向的不断变化，汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw在不断增加或减小，此时EPS系统的转向阻力矩即转向输出力矩Th+Tm’=Tw+Tb，整车运行状态处于EPS系统预警曲面的相应包括失控、侧滑、翻车的不稳定工况的预警曲面点的预警区间，EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收，显示屏上显示文字提示：“弯道，速度过快，请注意!”。
对行车状态进行智能预警包括适量配置必要的汽车电器，即可在不增加控制器的前提下完成对行车状态进行智能预警，不会造成单件成本上升，且不干预和影响汽车运行，无开发风险。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (9)
1.一种基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，针对汽车高速直线行驶时受到侧风影响实施，汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw = Th+Tm，其中，方向盘手力矩Th通过EPS系统中的方向盘力矩传感器实时采集计算获取，而车道保持电机助力矩Tm通过检测电机电流I在EPS系统内部进行计算并转换获取，EPS系统受力平衡时，EPS系统的转向阻力矩即转向输出力矩Th+Tm’=Tw+Tb，回正扭矩Tb由车速V和转向角度W决定，其特征在于：
依次有以下步骤：
1）在EPS系统开发过程中，由EPS系统在无风条件下采集写入包括方向盘手力矩Th、电机扭矩Tm’、车速V和转向角度W的参数；
2）通过CAE以等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩、车速V以及转向角度W作为仿真输入分析发生失控、侧滑或翻车时，整车标定各个预警点及其对应的参数预警值即仿真风险值，得到以等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩、车速V和转向角度W为三维坐标的EPS系统预警曲面，所述EPS系统预警曲面有相应包括失控、侧滑、翻车的不稳定工况的预警曲面点的预警区间的参数，并将所述EPS系统预警曲面在EPS系统开发后期写入EPS系统调试软件中；
3）汽车高速直线行驶时， EPS系统对包括方向盘手力矩Th、电机扭矩Tm’、电机电流I、车速V和转向角度W的参数信息的信号进行综合处理，当侧风对整车有较大影响，等于方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’之和的转向阻力矩、车速V和转向角度W的参数达到或接近所述EPS系统预警曲面上的预警区间数值时，判断整车运行环境是否可能发生相应的失控、侧滑或侧翻的潜在危险，执行相应的应对动作，对行车状态进行智能预警。
2.如权利要求1所述的基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，其特征在于：
所述EPS系统对包括方向盘手力矩Th、电机扭矩Tm’、电机电流I、车速V和转向角度W的参数信息的信号进行综合处理，包括EPS系统接收ABS/ ESP提供的车速信号，并且根据ESP的信号采集控制模块SAM提供的转角信号对EPS系统自身转向角度W进行校核，根据计算结果对比在EPS系统开发后期写入EPS系统调试软件中的仿真分析及整车标定的参数。
3.如权利要求1或2所述的基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，其特征在于：
所述执行相应的动作包括EPS系统通过车身控制模块BCM发出预警信号，且在原助力曲线上附加低扭矩高频波动，驱动助力三相电机低扭矩高频波动摆振，在不影响正常助力的前提下带动方向盘振动。
4.如权利要求1或2所述的基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，其特征在于：
所述执行相应的动作还包括仪表板ICM接收车身控制模块BCM发出的预警信号后在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示。
5.如权利要求1或2所述的基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，其特征在于：
所述进行智能预警包括适量配置必要的汽车电器，即可在不增加控制器的前提下完成对行车状态进行智能预警。
6.如权利要求4所述的基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，其特征在于：
所述在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，包括汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw小于或等于车道保持电机助力矩Tm时，汽车状态在EPS系统的车道保持能力以内，驾驶员施加的方向盘手力矩Th=0 Nm，当转向偏移力矩Tw逐渐变大而接近车道保持电机助力矩Tm时， EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收：“有侧风影响，请稳定方向盘”。
7.如权利要求4所述的基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，其特征在于：
所述在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，还包括汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw大于车道保持电机助力矩Tm时，汽车已经出现偏离车道情况，需要手力介入控制方向盘才能保持直行，Th≠0 Nm，此时根据EPS系统的扭矩传感器检测的手力输入方向盘手力矩Th与车速V，电机会相应输出电机扭矩Tm’，使Th+Tm’=Tw；当EPS系统的转角传感器检测转向角度W为0°但随着转向偏移力矩Tw的增加方向盘手力矩Th与电机扭矩Tm’持续增加时，EPS系统判断汽车受到侧风影响，EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收，显示屏上显示文字提示：“可能有侧风影响，请注意控制车速”。
8.如权利要求4所述的基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，其特征在于：
所述在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，还包括当整车运行状态处于EPS系统预警曲面的相应包括失控、侧滑、翻车的不稳定工况的预警曲面点的预警区间时，EPS系统判断汽车受到侧风影响，EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收，显示屏上显示文字提示：“可能有侧风影响，请注意控制车速”。
9.如权利要求4所述的基于电动助力转向系统的侧风影响智能预警方法，其特征在于：
所述在点阵屏或者更高配置的显示屏上显示文字提示，适时向驾驶员提示整车运行状态，还包括当有较长的弯道汽车需要保持持续转向时，随着方向的不断变化，汽车受侧风影响的转向偏移力矩Tw在不断增加或减小，此时EPS系统的转向阻力矩Th+Tm’=Tw+Tb，整车运行状态处于EPS系统预警曲面的相应包括失控、侧滑、翻车的不稳定工况的预警曲面点的预警区间，EPS系统发出信号并被仪表板ICM接收，显示屏上显示文字提示：“弯道，速度过快，请注意!”。
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