CN105197103B - 一种怠速转向功率补偿方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车控制技术领域，公开了一种怠速功率补偿方法，该方法对转向系统消耗的功率进行计算，可以实时的计算出需补偿的发动机功率并以占空比信号的形式输出给发动机控制单元，控制发动机及时进行合适的功率补偿，从而避免了车辆怠速转向时发动机熄火或者转速严重下降的风险，并且在满足怠速功率补偿的同时实现了最佳的发动机油耗控制。本发明还公开了一种怠速功率补偿控制系统，包括车辆怠速转向行驶检测单元、EPS控制器、发动机控制单元和发动机，结构简单，成本低，可实现对电动助力转向车辆怠速转向功率补偿的智能型控制。

Description

一种怠速转向功率补偿方法及控制系统

技术领域

本发明涉及汽车控制技术领域，尤其涉及一种怠速功率补偿方法及控制系统。

背景技术

原地静止的汽车在驾驶员进行转向动作时，由于轮胎与路面之间的摩擦力很大，导致整个转向系统执行机构的负载很大，此时将消耗大量的发动机功率为转向系统提供助力，这会导致发动机转速下降或波动明显，尤其是对于小排量发动机而言，该现象更加严重，有可能在方向盘转向角度较大时发生发动机熄火，严重影响驾驶员的对汽车的驾驶舒适性的感受。因此需要在怠速转向工况下，对发动机进行额外的功率补偿，以避免出现熄火或者发动机转速严重下降的情况。

对于应用液压助力转向系统(HPS)的车辆，可以在助力转向泵或转向高压油管上安装一个压力开关，当高压油路中的压力超过压力开关的动作门限值时，压力开关的内部触点导通并产生一个开关信号，此开关信号传递给发动机控制器，当发动机控制器检测到其对应针脚接地时，可识别出此时液压转向系统消耗了较大的发动机功率，进而通过对内部的喷油量、进气量的控制对发动机进行对应的功率补偿。

而对于应用电动助力转向系统(EPS)的车辆，目前还没有类似的技术方案以解决怠速转向时发动机功率补偿的问题，因此这类车辆在怠速转向时，容易发生熄火、转速波动严重等问题，本领域技术人员需要开发有效的方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种怠速功率补偿方法及控制系统，针对应用电动助力转向系统的车辆，在其怠速转向时对发动机功率进行智能补偿，避免出现熄火或转速严重波动等问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种怠速转向功率补偿方法，包括以下步骤：

判断车辆是否处于怠速转向行驶工况；

如果车辆处于怠速转向行驶工况，怠速补偿标志位置为1；否则，怠速补偿标志位置为0；

当所述怠速补偿标志位为1时，由EPS控制器计算发动机怠速功率补偿控制占空比的值，并发出对应的占空比信号；所述发动机怠速功率补偿控制占空比的计算公式如下：

PWM＝Ps/Pmax，

其中，Ps为转向系统消耗的实时功率，Pmax为转向系统可消耗的最大功率；

发动机控制单元接收上述发动机怠速功率补偿控制占空比信号，并控制发动机进行喷油补偿。

优选地，判断车辆是否处于怠速转向行驶工况包括以下分步骤：

获取发动机转速、车速和方向盘扭矩；

判断发动机转速是否大于等于第一转速阈值且小于第二转速阈值，如果是，则判断车速是否小于车速阈值，如果是，再判断方向盘扭矩是否大于等于扭矩阈值，如果是，则确定车辆处于怠速转向行驶工况，将怠速补偿标志位置为1；

上述三个判断分步骤中，只要出现其中一步的判断结果为否，则确定车辆处于非怠速转向行驶工况，将怠速补偿标志位置为0。

优选地，所述第一转速阈值为300rpm。

优选地，所述第二转速阈值为1000rpm。

优选地，所述车速阈值为10km/h。

优选地，所述扭矩阈值为0.5N·m。

优选地，所述实时功率的计算公式如下：

Ps＝I*U，

其中I为流经助力电机的助力电流，由EPS控制器内部的助力曲线查表获得；U为所述助力电机的端电压，由EPS控制器内部的AD采样通道读取。

一种怠速转向功率补偿控制系统，包括：

车辆怠速转向行驶检测单元，用于判断车辆是否处于怠速转向行驶状态；

EPS控制器，用于接收车辆怠速转向行驶状态信号，计算并发出发动机怠速功率补偿控制占空比信号；其中，所述发动机怠速功率补偿控制占空比为转向系统实时扭矩与转向系统最大扭矩的比值；

发动机控制单元，用于接收发动机怠速功率补偿控制占空比信号，并发出怠速转向功率补偿指令；

发动机，通过增加喷油量进行怠速转向功率补偿。

优选地，所述车辆怠速转向行驶检测单元包括点火信号传感器、发动机曲轴位置传感器、车速传感器和电动转向系统内部的扭矩传感器。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种针对使用电动助力转向系统的车辆进行怠速转向功率补偿方法，该方法对转向系统消耗的功率进行计算，可以实时的计算出需补偿的发动机功率并以占空比信号的形式输出给发动机控制单元，控制发动机及时进行合适的功率补偿，从而避免了车辆怠速转向时发动机熄火或者转速严重下降的风险，并且在满足怠速功率补偿的同时实现最佳的发动机油耗控制。

本发明还提供了一种车辆怠速转向功率补偿控制系统，该系统借助车辆中原有的传感器、EPS控制器和发动机控制器等部件实现对电动助力转向车辆的怠速转向功率补偿，无需增加多余的传感器或开关器件，结构简单，成本低，可实现对电动助力转向车辆怠速转向功率补偿的智能型控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，并将结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细说明，其中

图1为本发明实施例提供的车辆怠速转向功率补偿控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中的EPS内部助力曲线的示意图；

图3为本发明实施例中车辆怠速转向行驶工况判断方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的车辆怠速转向功率补偿控制系统的示意图。

其中上述附图中的标号说明如下：

S1～S8为车辆怠速转向功率补偿控制方法的各步骤；

1-车辆怠速转向行驶检测单元，2-EPS控制器，3-发动机控制单元，4-发动机；

11-发动机曲轴位置传感器，12-车速传感器，13-扭矩传感器。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例对本方案作进一步的详细介绍。

针对应用电动助力转向系统汽车，提供了一种怠速转向功率补偿方法，参考图1，该控制方法包括以下步骤：

S1：开始；

S2：判断车辆是否处于怠速转向行驶工况；

S31：如果车辆处于怠速转向行驶工况，怠速补偿标志位置为1，即ICF＝1；

S32：如果车辆处于非怠速转向行驶工况，怠速补偿标志位置为0，即ICF＝0；

S4：当所述怠速补偿标志位为1时，由EPS控制器计算发动机怠速功率补偿控制占空比的值，所述发动机怠速功率补偿控制占空比的计算公式如下：

PWM＝Ps/Pmax，

其中，Ps为转向系统消耗的实时功率，Pmax为转向系统可消耗的最大功率；

具体地，所述实时功率Ps的计算公式如下：

Ps＝I*U，

其中I为流经助力电机的助力电流，由EPS控制器内部的助力曲线查表获得；U为所述助力电机的端电压，由EPS控制器内部的AD采样通道读取。

EPS系统中的扭矩传感器检测到的方向盘的扭矩为Td，车速传感器检测到的车速为V，流经助力电机的助力电流I与Td、V存在如图2曲线所示的函数关系，即I＝f(Td，V)。图2中的曲线即为EPS控制器内部的助力曲线，在计算发动机怠速功率补偿控制占空比的数值时，直接取图2曲线对应的列表即可获得实时的助力电流I。

另外，通过电机最大端电压Umax(对于应用12V电源的汽车，一般Umax可取14V)和最大电流Imax(由控制器内部标定的最大允许电流)计算得到的Pmax为：

Pmax＝Umax*Imax。

S5：并发出对应的占空比信号；

S6：发动机控制单元接收上述发动机怠速功率补偿控制占空比信号，并发出功率补偿指令，所述功率补偿指令一般为控制发动机增加的喷油比例；

S7：发动机通过增加喷油，进行功率补偿；

S8：退出，进入下一循环的检测控制。

如果转向系统消耗的功率较小，则EPS控制器输出的发动机怠速功率补偿控制占空比会较小，发动机控制单元会以此需求增加较小的喷油量以增加较小的发动机功率；如果转向系统消耗的功率较大，则EPS控制器输出的发动机怠速功率补偿控制占空比会较大，发动机控制单元会以此需求增加较大的喷油量以增加较大的发动机功率。

上述控制方法对转向系统消耗的功率进行实时计算，可以实时的计算出需补偿的发动机功率并以占空比信号的形式输出给发动机控制单元，控制发动机及时进行合适的功率补偿，从而避免了车辆怠速转向时发动机熄火或者转速严重下降的风险，并且在满足怠速功率补偿的同时实现最佳的发动机油耗控制。

参考图3，在本实施例中，判断车辆是否处于怠速转向行驶工况包括以下分步骤：

获取发动机转速、车速和方向盘扭矩；

判断发动机转速是否大于等于第一转速阈值且小于第二转速阈值，如果是，则判断车速是否小于车速阈值，如果是，再判断方向盘扭矩是否大于等于扭矩阈值，如果是，则确定车辆处于怠速转向行驶工况，将怠速补偿标志位置为1；

上述三个判断分步骤中，只要出现其中一步的判断结果为否，则确定车辆处于非怠速转向行驶工况，将怠速补偿标志位置为0。

其中，所述第一转速阈值优选为300rpm；所述第二转速阈值优选为1000rpm，所述车速阈值优选为10km/h；所述扭矩阈值可经过试验标定或经由计算机仿真模型计算得出，优选为0.5N·m。

下面以一具体实施例对上述方法进行说明：

对于整车电源为12V并应用电动助力转向系统的汽车，当车速v为0时，发动机转速n为700rpm时，如果电动助力转向控制器检测到方向盘转矩值Td为3Nm，满足Td>Td0，则启动怠速功率补偿功能，并按照EPS内部的助力曲线查表查出助力电流值I为40A，同时检测到电机端电压U为12.5V。

按照公式计算出此时转向系统的实时功率P＝U*I＝500W，而转向系统的最大功率Pmax＝Umax*Imax＝14V*60A＝840W，

计算PWM＝P/Pmax＝0.595(即59.5％)；

发动机控制单元接收到占空比为59.5％的占空比信号之后，即可按照喷油量额定补偿值的59.5％计算喷油量Q的补偿值：Q＝59.5*Q_额定，

从而精确地补偿因转向系统消耗的发动机功率，避免了发动机的转速波动。

参考图4，本发明实施例还提供了一种怠速转向功率补偿控制系统，包括：

车辆怠速转向行驶检测单元1，用于判断车辆是否处于怠速转向行驶状态；

EPS控制器2，用于接收车辆怠速转向行驶状态信号，计算并发出发动机怠速功率补偿控制占空比信号；其中，所述发动机怠速功率补偿控制占空比为转向系统实时扭矩与转向系统最大扭矩的比值；

发动机控制单元3，用于接收发动机怠速功率补偿控制占空比信号，并发出怠速转向功率补偿指令；

发动机4，通过增加喷油量进行怠速转向功率补偿。

其中，所述车辆怠速转向行驶检测单元1包括发动机曲轴位置传感器11、车速传感器12和扭矩传感器13，所述扭矩传感器13为电动转向系统内部的扭矩传感器。

当驾驶员进行点火动作时，钥匙置于on档，此时转向控制器开始工作。发动机内的曲轴位置传感器11和整车的车速传感器12向EPS控制器2发送整车的发动机转速信号和车速信号，当驾驶员对方向盘进行转向操作时，通过设置在电动转向系统内部的扭矩传感器13检测方向盘的转矩信号，如果EPS控制器判断方向盘转矩值大于设定阈值，就判断为此时驾驶员进行了转向操作，根据方向盘转矩值的大小以及助力电机的电流可以计算出转向操作所消耗的实时功率，为了避免发动机熄火及输出功率消耗过多导致的转速下降，由EPS控制器2根据转向适实时消耗的功率进行计算，并对比最大转向功率得到所占的百分比，通过EPS控制器2的引脚向发动机控制单元3输出占空比信号，发动机控制单元3根据接收到的占空比信号进行对应的功率补偿控制，并由发动机4进行功率补偿。

其中，所述曲轴位置传感器11可由整车的发动机控制单元替代，而所述车速传感器12可由ABS控制单元替代。

该控制系统利用车辆中原有的传感器和控制单元，无需增加多余的传感器或开关器件，结构简单，成本低，可实现对电动助力转向车辆怠速转向功率补偿的智能型控制。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种怠速转向功率补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

判断车辆是否处于怠速转向行驶工况；

如果车辆处于怠速转向行驶工况，怠速补偿标志位置为1；否则，怠速补偿标志位置为0；

当所述怠速补偿标志位置为1时，由EPS控制器计算发动机怠速功率补偿控制占空比的值，并发出对应的占空比信号；所述发动机怠速功率补偿控制占空比的计算公式如下：

PWM＝Ps/Pmax，

其中，Ps为转向系统消耗的实时功率，Pmax为转向系统可消耗的最大功率；

发动机控制单元接收上述发动机怠速功率补偿控制占空比信号，并控制发动机进行喷油补偿。

2.根据权利要求1所述的怠速转向功率补偿方法，其特征在于，判断车辆是否处于怠速转向行驶工况包括以下分步骤：

获取发动机转速、车速和方向盘扭矩；

判断发动机转速是否大于等于第一转速阈值且小于第二转速阈值，如果是，则判断车速是否小于车速阈值，如果是，再判断方向盘扭矩是否大于等于扭矩阈值，如果是，则确定车辆处于怠速转向行驶工况，将怠速补偿标志位置为1；

上述三个判断分步骤中，只要出现其中一步的判断结果为否，则确定车辆处于非怠速转向行驶工况，将怠速补偿标志位置为0。

3.根据权利要求2所述的怠速转向功率补偿方法，其特征在于，所述第一转速阈值为300rpm。

4.根据权利要求2所述的怠速转向功率补偿方法，其特征在于，所述第二转速阈值为1000rpm。

5.根据权利要求2所述的怠速转向功率补偿方法，其特征在于，所述车速阈值为10km/h。

6.根据权利要求2所述的怠速转向功率补偿方法，其特征在于，所述扭矩阈值为0.5N·m。

7.根据权利要求1所述的怠速转向功率补偿方法，其特征在于，所述实时功率的计算公式如下：

Ps＝I*U，

其中I为流经助力电机的助力电流，由EPS控制器内部的助力曲线查表获得；U为所述助力电机的端电压，由EPS控制器内部的AD采样通道读取。

8.一种怠速转向功率补偿控制系统，其特征在于，包括：

车辆怠速转向行驶检测单元，用于判断车辆是否处于怠速转向行驶状态；

EPS控制器，用于接收车辆怠速转向行驶状态信号，计算并发出发动机怠速功率补偿控制占空比信号；其中，所述发动机怠速功率补偿控制占空比为转向系统的实时扭矩与最大扭矩的比值；

发动机控制单元，用于接收发动机怠速功率补偿控制占空比信号，并发出怠速转向功率补偿指令；

发动机，通过增加喷油量进行怠速转向功率补偿。

9.根据权利要求8所述的怠速转向功率补偿控制系统，其特征在于，所述车辆怠速转向行驶检测单元包括发动机曲轴位置传感器、车速传感器和电动转向系统内部的扭矩传感器。