CN105313948A - 电动助力转向系统及处理电子控制单元的故障安全的方法 - Google Patents

电动助力转向系统及处理电子控制单元的故障安全的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动助力转向系统及处理电子控制单元的故障安全的方法。本发明提供一电动助力转向系统，其包括：一扭矩传感器，用于检测一方向盘的一转向扭矩值；一转向角度传感器，用于检测所述方向盘的转向角度值；一电机位置传感器，用于检测一电机旋转角度值，其为一电动机的传动轴的旋转角度；以及一电子控制单元，用于当扭矩传感器正常时，通过使用转向扭矩值以产生一第一转向辅助电流，用以控制所述电动机的驱动力，当扭矩传感器发生故障时，通过使用转向角度值和电机旋转角度值以估计电动机的一目标电机角速度，并且产生一第二转向辅助电流，以便使得电动机的当前电机角速度收敛于所述目标电机角速度。

Description

电动助力转向系统及处理电子控制单元的故障安全的方法
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向系统以及一种处理电子控制单元的故障安全（fail-safe）的方法。
背景技术
随着汽车技术的快速进步，对于各种以驾驶员的便利为目的的装置进行了技术开发。
在此其中，一电动助力转向系统在驾驶员操作车辆方向盘时通过驱动一电动机(electricmotor)以提供一转向助力，从而减少驾驶员的转向负担。
为了控制电动机，电动助力转向系统的电子控制单元（electroniccontrolunit,简称ECU）应该会接收到来自一扭矩传感器的一转向扭矩信号（steeringtorquesignal），亦即通过测量用户所产生的转向扭矩而产生的一信号，以操作方向盘。
所述扭矩传感器是指一种用于将根据驾驶员的转向意图所产生的方向盘转向扭矩转换为电信号的装置。所述扭矩传感器安装在所述电动助力转向系统内，以便于测量所述方向盘的扭矩。
在现有电动助力转向系统中，一种用于防止扭矩传感器发生故障的故障安全方法是当所述扭矩传感器发生故障时，停止所述电动助力转向系统的运行，接着，例如将所述电动助力转向系统切换至一手动模式。
然而，当所述扭矩传感器发生故障而使得所述电动助力转向系统切换至手动模式时，转向助力瞬间消失，其会导致驾驶员的转向稳定性劣化。
尤其特别地，在低速行驶的情况下会存有一问题：当转向助力消失时，将会成为驾驶员负担的转向力急剧地增加。
发明内容
在这样的背景下，本发明的一目的在于提供一电动助力转向系统及方法，其中，当扭矩传感器发生故障时，通过使用转向角度信息和电机旋转角度信息以估计所述电动机的目标角速度，并且通过一电机驱动电流以产生一转向助力，从而使得一当前电机角速度收敛于（convergeto）所估计的目标角速度。
为了达到上述目的，本发明的一方面在于提供一种电动助力转向系统。所述系统包括：一扭矩传感器，所述扭矩传感器用于检测一方向盘的的一转向扭矩值；一转向角度传感器，所述转向角度传感器用于检测所述方向盘的一转向角度值；一电机位置传感器，所述电机位置传感器用于检测一电机旋转角度值，所述电机旋转角度值为一电动机的传动轴（drivingshaft）的旋转角度；以及一电子控制单元，一电子控制单元，在所述扭矩传感器正常时，所述电子控制单元被配置为通过使用所述转向扭矩值以产生一第一转向辅助电流，用于控制所述电动机的驱动力；在所述扭矩传感器发生故障时，所述电子控制单元被配置为通过使用所述转向角度值及所述电机旋转角度值以估计所述电动机的一目标电机角速度，并且产生一第二转向辅助电流，以便使得所述电动机的当前电机角速度收敛于所述目标电机角速度。
本发明的另一方面在于提供一种处理电动助力转向系统内电子控制单元的故障安全的方法。所述方法包括：一基本控制执行步骤，通过使用一扭矩传感器所检测到的转向扭矩值以产生一第一转向辅助电流；一传感器故障检测步骤，在执行所述基本控制步骤的同时检测所述扭矩传感器是否发生故障；一目标电机角速度估计步骤，通过使用一方向盘的转向角度值和一电动机的电机旋转角度值以估计所述电动机的一目标电机角速度；以及一故障安全控制步骤，计算所述电动机的一当前电机角速度并产生一第二转向辅助电流以至使得所述当前电机角速度收敛于所述目标电机角速度。
如上所述，根据本发明的实施例，当所述扭矩传感器发生故障时，所述电动助力转向系统并不像现有一样切换至手动模式，而是通过控制所述电动机的电机角速度以提供转向助力。因此，当所述扭矩传感器发生故障时，本发明能够防止转向助力瞬间消失。
另外，在本发明中，当所述扭矩传感器发生故障时，例如通过使用一电机角速度以控制所述电动机的电机角速度而处理故障安全，其中所述电机角速度为电机旋转角度的差值（differentialvalue）。因此，所述电机旋转角度可以被控制，这样，目标旋转角度不会发生过冲(overshoot)，其可以防止因电机旋转角度的过冲所引起的自动转向的发生。
附图说明
结合参考以下的附图和详细说明将更好地理解本发明的上述和其他的目的、特性和优势，其中：
图1是绘示了根据本发明一实施例的一电动助力转向系统的配置的框图；
图2是绘示了根据本发明所述实施例的包含在所述电动助力转向系统内的一电子控制单元的配置的框图；
图3是描述了当根据本发明所述实施例中的电动助力转向系统内的扭矩传感器发生故障时，通过所述电子控制单元所执行的一故障安全控制的效果示意图；以及
图4是绘示了当根据本发明所述实施例中的电动助力转向系统内的扭矩传感器发生故障时，通过电子控制单元所执行的一故障安全处理过程的流程示意图。
具体实施方式
以下，本发明的实施例将参照附图来具体描述。在描述本发明的组件时，可以使用术语，例如第一、第二、A、B、（a）、（b）等类似词。这些术语仅是为了将一结构组件与其他结构组件区别出来，并且一相应结构组件的属性、次序、顺序等不应受限于该术语。应当指出，当在说明书中描述一个组件与另一个组件“连接”“耦接”“接合”时，只是说明第一个组件直接地与第二个组件“连接”“耦接”“接合”，第三个组件可能与第一个组件或第二组件“连接”“耦接”“接合”。
图1是绘示了根据本发明一实施例的一电动助力转向系统的配置的框图。
根据本发明的一实施例，一电动助力转向系统100包括：一扭矩传感器110、一转向角度传感器120、一电机位置传感器130、一电子控制单元140以及一电动机150。
所述扭矩传感器110检测一方向盘的一转向扭矩值。换句话说，根据方向盘的旋转而使一转向柱（图中未示）的输入轴和输出轴发生相对旋转位移，所述扭矩传感器110检测一转向扭矩，并且产生一作为电信号的转向扭矩信号，以及将所产生的转向扭矩信号传送至如后文所述的电子控制单元140。
所述转向角度传感器120设置在所述转向柱的输入轴处（图中未示），这样能够检测一转向角度值，并且将所检测到的转向角度值传送至如后文所述的电子控制单元140，其中所述转向角度值为通过驾驶员操作而旋转方向盘的一旋转角度。
所述电机位置传感器130检测所述电动机150的旋转位置，例如电机旋转角度值，并且将所检测到电机旋转角度值传送至如后文所述的电子控制单元140，其中所述电机旋转角度值是指所述电动机150的电机轴的旋转角度。
所述电子控制单元140从包括所述扭矩传感器110和所述转向角度传感器120的多个传感器接收到用于一转向控制所需要的信息，并且基于所接收到的信息以产生一转向辅助电流，于是控制所述电动机150的驱动力。
在本发明的一实施例中，当所述扭矩传感器110正常时，所述电子控制单元140通过使用所述扭矩传感器110所检测到的所述转向扭矩值以产生一第一转向辅助电流，以至能够控制所述电动机150的驱动力。
与此同时，当所述扭矩传感器110发生故障时，所述电子控制单元140通过使用从所述转向角度传感器120所接收到的所述转向角度值和从所述电机位置传感器130所接收到的所述电机旋转角度值以估计所述电动机150的目标电机角速度，并且产生一第二转向辅助电流，以至使得所述电动机150的当前电机角速度收敛于所述目标电机角速度。举一例，当所述扭矩传感器110在车辆的点火开关为打开状态的情况下发生故障时，所述电子控制单元140可以产生所述第二转向辅助电流。另举一例，当不管车辆的点火开关的状态的情况下所述扭矩传感器110发生故障时，所述电子控制单元140可以产生所述第二转向辅助电流。
尤其特别地，如以下等式1，所述电子控制单元140通过将一电机旋转角度值乘以一与所述电动机150的电机轴机械地连接的一减速器的减速比以计算一估计的转向角度值，接着，通过将从所述转向角度传感器120所接收到的一转向角度值减去所估计的转向角度值以计算一角度偏差，并且从一预先存储的目标电机角速度表中提取一与所述角度偏差相对应的目标电机角速度，以至能够估计该电机角速度。
等式1：
转向角度值-（电机旋转角度值*减速器的减速比）
此处，所述电子控制单元140通过使用所述转向角度传感器120和所述电机位置传感器130在预先设定的采样间隔（samplingintervals）所检测到的转向角度值和电机旋转角度值以估计所述电动机150的目标电机角速度。
例如，所述转向角度传感器120可以在一第一预设的采样间隔检测所述转向角度值，并且所述电机位置传感器130可以在一第二预设的采样间隔检测所述电机旋转角度值。第一采样间隔和第二采样间隔可以设置为相同或彼此不同。若所述第一采样间隔和所述第二采样间隔设置为相同，在估计所述目标电机角速度时所使用的转向角度值和电机旋转角度值为通过转向角度传感器120和所述电机位置传感器130在同一时间所检测到的转向角度值和电机旋转角度值。
另外，所述电子控制单元140可以通过使用一转向角度值和一电机旋转角度值以计算角度偏差，其中所述转向角度值在一最靠近根据在第一采样间隔所检测到的一个或多个转向角度值计算角度偏差时所对应的时间点的时间点被检测到，所述电机旋转角度值在一最靠近根据在第二采样间隔所检测到的一个或多个电机旋转角度值计算角度偏差时所对应的时间点的时间点被检测到。
例如，如下文所描述的，假设第一采样间隔设置为10毫秒，第二采样角度设置为1毫秒。在此情况下，所述转向角度传感器120在10毫秒间隔检测到转向角度值。也就是说，所述转向角度传感器120在0毫秒检测到一第一转向角度值，在10毫秒检测到一转向角度值，并且以同样方式在10毫秒间隔(at10msinterval)检测到一个或多个转向角度值。同样地，所述电机位置传感器130从0毫秒开始在1毫秒间隔检测到一个或多个电机旋转角度值。
因此，当计算角度偏差时所对应的时间点为8毫秒的情况下，所述电子控制单元140通过使用所述第一转向角度值和所述电机旋转角度值以计算角度偏差，其中所述第一转向角度值在一最靠近所对应的时间点的时间点被检测到，所述电机旋转角度值在8毫秒被检测到。同样地，当计算如上所述的角度偏差时所对应的时间点为12毫秒的情况下，所述电子控制单元140通过使用所述第二转向角度值和所述电机旋转角度值和所述电机旋转角度值以计算角度偏差，其中所述第二转向角度值在一最靠近所对应的时间点的时间点被检测到，所述电机旋转角度值在12毫秒被检测到。
与此同时，在本发明的一实施例中，所述目标电机角速度表包括一个或多个目标电机角速度，且所述一个或多个目标电机角速度分别与一个或多个角度偏差相对应。所述目标电机角速度表可以通过多个真实车辆的测试来制备的。
在本发明的一实施例中，当所述扭矩传感器110发生故障时，所述电子控制单元140可以通过使用上述的转向角度值和电机旋转角度值以产生第二转向辅助电流，以至使得所述电动机150的当前电机角速度收敛于（convergeto）所述目标电机角速度，并且可以控制一用于所述扭矩传感器110发生故障的故障告警信号的出现。例如，所述电子控制单元140可以将用于所述扭矩传感器110发生故障的故障告警信号传送至车辆的仪表板。
如图2所示，上述电子控制单元140可以包括：一第一转向控制单元142，当所述扭矩传感器110正常时，通过使用所述转向扭矩值和多条传感器信息以产生第一转向辅助电流；以及一第二转向控制单元144，当所述扭矩传感器110发生故障时，通过使用所述转向角度值和所述电机旋转角度值以估计所述电动机150的目标电机角速度，并且产生一第二转向辅助电流，以至使得所述电动机150的当前电机角速度收敛于目标电机角速度。
当所述扭矩传感器110正常时，所述电动机150通过从所述电子控制单元140所提供而接收到的第一转向辅助电流以产生一第一转向辅助力，以及当所述扭矩传感器110发生故障时，所述电动机150通过从所述电子控制单元140所提供而接收到的第二转向辅助电流以产生一第二转向辅助力。所述第二转向辅助电流可以被确定为与目标电机角速度相对应。例如，所述第二转向辅助电流可以通过一驱动所述电动机150至所述目标电机角速度所需的电流值而被确定。
如此，在本发明中，当所述扭矩传感器110发生故障时，所述转向辅助力是通过控制电动机150的电机角速度而被提供的，且不需要如同现有技术将所述电动助力转向系统切换至手动模式。因此，当所述扭矩传感器110发生故障时，本发明能够防止转向助力瞬间消失。
另外，在本发明中，当所述扭矩传感器110发生故障时，例如通过使用一电机角速度以控制所述电动机150的电机角速度而处理故障安全，其中所述电机角速度为电机旋转角度的差值。因此，所述电机旋转角度可以被控制，这样，目标旋转角度不会发生过冲，如图3所示，其可以防止因电机旋转角度的过冲所引起的自动转向的发生。
以下，将描述当一扭矩传感器发生故障时通过根据本发明一实施例所述的电子控制单元140所执行的一故障安全处理过程。
图4是绘示了当根据本发明所述实施例中的电动助力转向系统内的扭矩传感器发生故障时，通过电子控制单元所执行的一故障安全处理过程的流程示意图。
所述电子控制单元140会持续监测所述扭矩传感器110是否发生故障，当所述扭矩传感器110正常时，所述电子控制单元140通过使用所述扭矩传感器110所检测到的转向扭矩值以产生一第一转向辅助电流（步骤S410，步骤S420）。
在步骤S410中，当判定出所述扭矩传感器110发生故障时，所述电子控制单元通过的将一电机旋转角度值乘以一与所述电动机150的电机轴机械地连接的一减速器的减速比（如如上述等式1所表达）以计算一估计的转向角度值，接着，通过将从所述转向角度传感器120所接收到的转向角度值减去所估计的转向角度值以计算一角度偏差（步骤S430）。
其后，所述电子控制单元140将从预先存储的目标电机角速度表中提取与所述角度偏差相对应的目标电机角速度，以这样的方式，能够估计所述目标电机角速度（步骤S440）。此处，所述电子控制单元140通过使用一转向角度值和一电机旋转角度值以计算角度偏差，其中所述转向角度值在一最靠近根据在第一采样间隔所检测到的一个或多个转向角度值计算角度偏差时所对应的时间点的时间点被检测到，所述电机旋转角度值在一最靠近根据在第二采样间隔所检测到的一个或多个电机旋转角度值计算角度偏差时所对应的时间点的时间点被检测到。
所述电子控制单元140通过使用电机旋转角度值以计算所述电动机150的当前电机角速度，并且产生一第二转向辅助电流，以至使得所计算的当前电机角度速收敛于从所述目标电机角速度表所提取的目标电机角速度。也就是说，通过当前电机角速度与目标电机角速度之间的一偏差以执行一控制，进而增加或减少第二转向辅助电流（步骤S450）。此处，所述电子控制单元140可以控制所述扭矩传感器110发生故障的故障告警信号的出现。
与此同时，所述电子控制单元140完成上述故障安全的处理直至车辆的点火开关从打开状态切换至关闭状态，当所述点火开关切换至关闭状态时，所述电子控制单元140结束故障安全处理（步骤S460）。
甚至如上文所述，本发明的实施例中所有组件是以单个单元结合而成，或是以单个单元结合地进行操作，本发明的实施例不仅仅限于此。在不脱离本发明的范围情况下，在所有结构组件中，至少两个组件可以选择性结合，作为至少两个组件进行操作。虽然本发明的实施例已经说明了用途，但是本领域的技术人员不能脱离本发明的范围和发明的精神以进行不同的修改、补充和替代。本发明的范围要根据附属的权利要求，例如所有的技术想法包括等同于本发明的权利要求范围，来进行解释。

Claims (11)

1.一种电动助力转向系统，其特征在于，包括：
一扭矩传感器，所述扭矩传感器用以检测一方向盘的一转向扭矩值；
一转向角度传感器，所述转向角度传感器用以检测所述方向盘的一转向角度值；
一电机位置传感器，所述电机位置传感器用以检测一电机旋转角度值，所述电机旋转角度值为一电动机的传动轴的旋转角度；以及
一电子控制单元，在所述扭矩传感器正常时，所述电子控制单元被配置为通过使用所述转向扭矩值以产生一第一转向辅助电流，用于控制所述电动机的驱动力；在所述扭矩传感器发生故障时，所述电子控制单元被配置为通过使用所述转向角度值及所述电机旋转角度值以估计所述电动机的一目标电机角速度，并且产生一第二转向辅助电流，以便使得所述电动机的当前电机角速度收敛于所述目标电机角速度。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，当所述扭矩传感器在车辆的点火开关为打开的状态下发生故障时，所述电子控制单元产生所述第二转向辅助电流。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述电子控制单元通过将所述电机旋转角度值乘以一与所述传动轴机械连接的减速器的一减速比以计算一估计的转向角度值，接着通过将所述转向角度值减去所估计的转向角度值以计算一角度偏差，并且通过从一预先存储的目标电机角速度表中提取一与所述角度偏差相对应的目标电机角速度，以估计所述目标电机角速度。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述目标电机角速度表包括一个或多个电机角速度，且所述一个或多个电机角速度分别与一个或多个角度偏差相对应。
5.根据权利要求3所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述转向角度传感器在一第一预设的采样间隔检测所述转向角度值，并且所述电机位置传感器在一第二预设的采样间隔检测所述电机旋转角度值。
6.根据权利要求5所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述电子控制单元通过使用一转向角度值和一电机旋转角度值以计算角度偏差，其中所述转向角度值在一最靠近根据在第一采样间隔所检测到的一个或多个转向角度值计算角度偏差时所对应的时间点的时间点被检测到，所述电机旋转角度值在一最靠近根据在第二采样间隔所检测到的一个或多个电机旋转角度值计算角度偏差时所对应的时间点的时间点被检测到。
7.根据权利要求5所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述第一采样间隔和第二采样间隔设置为相同。
8.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述电子控制单元控制所述扭矩传感器发生故障的故障告警信号的出现。
9.一种处理电动助力转向系统内电子控制单元的故障安全的方法，其特征在于，所述方法包括：
一基本控制执行步骤，通过使用一扭矩传感器所检测到的转向扭矩值以产生一第一转向辅助电流；
一传感器故障检测步骤，在执行所述基本控制步骤的同时检测所述扭矩传感器是否发生故障；
一目标电机角速度估计步骤，通过使用一方向盘的转向角度值和一电动机的电机旋转角度值以估计所述电动机的一目标电机角速度；以及
一故障安全控制步骤，计算所述电动机的一当前电机角速度并产生一第二转向辅助电流以至使得所述当前电机角速度收敛于所述目标电机角速度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述目标电机角速度估计步骤进一步包括：
一估计的转向角度计算步骤，通过将所述电机旋转角度值乘以一与所述电动机的一传动轴机械连接的减速器的一减速比以计算一估计的转向角度值；
一角度偏差计算步骤，通过将所述转向角度值减去所估计的转向角度值以计算一角度偏差；
一目标电机角速度提取步骤，从一目标电机角速度表中提取与所述角度偏差相对应的目标电机角速度，其中所述目标电机角速度表包括多个目标电机角速度，且所述多个目标电机角速度分别与多个角度偏差相对应。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在故障安全控制步骤中，所述电动助力转向系统控制所述扭矩传感器发生故障的故障告警信号的出现。
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