CN112441110B - 一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车的电动助力转向系统控制器中软件状态管理的技术领域，具体的讲是一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法，系统软件获取并记录点火信号第一次上电，进入自检，将车辆参数初始化，诊断数据初始化，统一诊断服务，自检合格进入等待状态，将场效应管打开以驱动电机，并切断助力输出；实时检测母线电压、车速、发动机转子转速等车辆参数，根据不同参数使助力模式在等待状态、低压状态、助力状态、降级助力状态、下电状态来回调整，本发明与按照功能将电动助力转向系统内部进行状态分类，对每个状态下系统表现进行控制，并实现了不同状态之间的清晰的切换条件，避免了信号传递冗杂出现的错误，保证了电动转向系统的安全稳定。

Description

一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法

技术领域

本发明涉及汽车的电动助力转向系统控制器中软件状态管理的技术领域，具体的讲是一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法。

背景技术

汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，为改进汽车性能，汽车已从机械转向机升级为电动助力转向。在电动助力转向工作过程中，随着功能越来越多，软件复杂度也指数型的增加，如果没有将整个软件系统按照功能分类，通常会出现软件内部混乱，出现错误的风险增大，有时会出现问题无从查起。

为此设计一种将电动助力转向系统内软件功能表现分类，保证软件系统的稳定，且可以方便快速的查出软件内部状态的电动助力转向系统助力模式的状态管理方法是十分有必要的。

发明内容

本发明突破了现有技术的难题，设计了一种将电动助力转向系统内软件功能表现分类，保证软件系统的稳定，且可以方便快速的查出软件内部状态的电动助力转向系统助力模式的状态管理方法。

为了达到上述目的，本发明设计了一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法，其特征在于：按照如下步骤进行：

步骤1：系统软件获取并记录点火信号第一次上电；

步骤2：系统进入自检，将车辆参数初始化，诊断数据初始化，统一诊断服务；

步骤3：当自检不合格则进入错误状态，切断助力输出，关闭整车点火信号，进入下电状态；自检合格则进入下一步；

步骤4：系统进入等待状态，将场效应管打开以驱动电机，并切断助力输出；

步骤5：在等待状态下，实时检测母线电压是否满足条件，是则进入下一步；否则进入低压状态，在低压状态下，也对母线电压进行实时检测，当检测母线电压满足条件时，则恢复为等待状态进入下一步；

步骤6：检测车速或发动机转子转速是否满足条件，任意一项满足条件，则进入助力状态；反之则保持等待状态，进行实时检测，直到有一项满足条件；

步骤7：在助力状态下，根据力矩传感器采集到的驾驶员转动方向盘的力矩，结合当前车速请求电机力矩，实现助力；

步骤8：请求助力后，对力矩传感器、方向盘角度传感器、车速信号、电机温度进行判断，当力矩传感器、方向盘角度传感器、车速信号中任意一个出现失效，或者电机温度不满足条件时，则进入降级助力状态，反之则进入下一步；

步骤9：检测整车点火信号是否关闭，关闭则返回步骤4然后直接进入下电状态；未关闭则进入下一步；

步骤10：检测车速与发动机转速与方向盘转速是否同时满足条件，是则保持助力状态，正常助力行驶，否则返回步骤4，进行循环。

所述的步骤3和步骤9中所述的下电状态中需要对电机转速进行判断，当电机转子转速持续50ms小于750rpm，则进入关闭状态，切断整车通讯，关闭ECU。

所述的步骤2中所述的自检的具体流程如下：

步骤（1）：利用AD采样获取母线电压并判断是否合格；

步骤（2）：进行继电器切断检查，可以成功切断则为合格；

步骤（3）：进行CPU锁步核检测，CPU主核和锁步核计算结果一致则为合格；

步骤（4）：进行电机转子位置传感器解析两路SPI校验，当两路SPI获取两个芯片的角度信号循环冗余校验对比一致时，且连续多次解析得到的角度值为正常值时，判断合格；

步骤（5）：进行力矩与角度传感器两路Sent校验解析，当方向盘角度与力矩传感器通过两路sent采集到的信号值交叉校验为有效时，判断合格；

步骤（6）：对预驱芯片的寄存器配置检测，通过判断对读写寄存器值一致，并读取状态寄存器的值为成功，校验预驱芯片自检通过；

当上述6个步骤全部校验合格则自检合格，上述任意一个步骤校验不合格，则自检不合格。

所述的步骤5中母线电压需要满足的条件为：母线电压＞12V。

所述的步骤6中车速或发动机转速需要满足的条件为：（1）车速＞7km/h；（2）发动机转速＞500rpm。

所述的步骤8中电机温度需要满足的条件为：电机温度＜85℃。

所述的步骤10中车速与发动机转速与方向盘转速需要同时满足的条件为：（1）车速＞7km/h；（2）发动机转速＞500rpm；（3）方向盘转速＞2°/s。

本发明的抓力管理方法还包括故障检测流程，在系统初始化完成后，以1ms为周期进行故障检测，当检测到下述任一故障发生时，则进入错误状态：

（1）ECU供电短路；

（2）ECU供电开路；

（3）力矩传感器两路sent信号全部失效；

（4）电机转子位置传感器失效；

（5）电机相电流传感器失效。

所述的步骤（1）中所述的母线电压的合格条件为：母线电压＞6.5V。

本发明与现有技术相比，按照功能将电动助力转向系统内部进行状态分类，对每个状态下系统表现进行控制，并实现了不同状态之间的清晰的切换条件，避免了信号传递冗杂出现的错误，而且在不同状态下，可以控制系统助力输出表现，避免出现非预期助力与非预期助力丢失，自检状态对MCU的自检，方向盘力矩角度传感器自检，电机转子位置传感器自检进行定义，保持电动转向系统的安全稳定的目的，保证了电动转向系统的安全稳定。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步描述。

参见图1，本发明设计了一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法，按照如下步骤进行：

步骤1：系统软件获取并记录点火信号第一次上电；

步骤2：系统进入自检，将车辆参数初始化，诊断数据初始化，统一诊断服务；

步骤3：当自检不合格则进入错误状态，切断助力输出，关闭整车点火信号，进入下电状态；自检合格则进入下一步；

步骤4：系统进入等待状态，将场效应管打开以驱动电机，并切断助力输出；

步骤5：在等待状态下，实时检测母线电压是否满足条件，是则进入下一步；否则进入低压状态，在低压状态下，也对母线电压进行实时检测，当检测母线电压满足条件时，则恢复为等待状态进入下一步；

步骤6：检测车速或发动机转子转速是否满足条件，任意一项满足条件，则进入助力状态；反之则保持等待状态，进行实时检测，直到有一项满足条件；

步骤7：在助力状态下，根据力矩传感器采集到的驾驶员转动方向盘的力矩，结合当前车速请求电机力矩，实现助力；

步骤8：请求助力后，对力矩传感器、方向盘角度传感器、车速信号、电机温度进行判断，当力矩传感器、方向盘角度传感器、车速信号中任意一个出现失效，或者电机温度不满足条件时，则进入降级助力状态，反之则进入下一步；

步骤9：检测整车点火信号是否关闭，关闭则返回步骤4然后直接进入下电状态；未关闭则进入下一步；

步骤10：检测车速与发动机转速与方向盘转速是否同时满足条件，是则保持助力状态，正常助力行驶，否则返回步骤4，进行循环。

本发明的步骤3和步骤9中所述的下电状态中需要对电机转速进行判断，当电机转子转速持续50ms小于750rpm，则进入关闭状态，切断整车通讯，关闭ECU。

本发明的步骤2中所述的自检的具体流程如下：

步骤（1）：利用AD采样获取母线电压并判断是否合格；

步骤（2）：进行继电器切断检查，可以成功切断则为合格；

步骤（3）：进行CPU锁步核检测，CPU主核和锁步核计算结果一致则为合格；

步骤（4）：进行电机转子位置传感器解析两路SPI校验，当两路SPI获取两个芯片的角度信号循环冗余校验对比一致时，且连续多次解析得到的角度值为正常值时，判断合格；

步骤（5）：进行力矩与角度传感器两路Sent校验解析，当方向盘角度与力矩传感器通过两路sent采集到的信号值交叉校验为有效时，判断合格；

步骤（6）：对预驱芯片的寄存器配置检测，通过判断对读写寄存器值一致，并读取状态寄存器的值为成功，校验预驱芯片自检通过；

当上述6个步骤全部校验合格则自检合格，上述任意一个步骤校验不合格，则自检不合格。

本发明的步骤5中母线电压需要满足的条件为：母线电压＞12V。

本发明的步骤6中车速或发动机转速需要满足的条件为：（1）车速＞7km/h；（2）发动机转速＞500rpm。

本发明的步骤8中电机温度需要满足的条件为：电机温度＜85℃。

本发明的步骤10中车速与发动机转速与方向盘转速需要同时满足的条件为：（1）车速＞7km/h；（2）发动机转速＞500rpm；（3）方向盘转速＞2°/s。

本发明的助力模式状态管理方法还包括故障检测流程，在系统初始化完成后，以1ms为周期进行故障检测，当检测到下述任一故障发生时，则进入错误状态：

（1）ECU供电短路；

（2）ECU供电开路；

（3）力矩传感器两路sent信号全部失效；

（4）电机转子位置传感器失效；

（5）电机相电流传感器失效。

本发明的自检过程的步骤（1）中所述的母线电压的合格条件为：母线电压＞6.5V。

在具体实施中，当汽车点火后，通过通信总线向总线发出点火信号，电动助力转向系统内软件读到点火信号后，在运行的第一个周期就进入自检状态：

步骤（1）：利用AD采样获取母线电压并进行检测，当电压高于6.5V时，表示供电正常，检测合格；

步骤（2）：为保证紧急状态下可切断电源，进行继电器切断检查，通过输出信号状态回采与控制信号比较，检测继电器是否可以成功切断，可以切断则为合格，若继电器无法切断，表示异常情况出现时，系统会存在失控的风险，检测不合格；

步骤（3）：进行CPU锁步核检测，通过比较器检查CPU主核和锁步核结果是否一致来判断锁步核是否正常工作，一致则为合格，反之则系统计算数据为错误，该项检测不合格；

步骤（4）：进行电机转子位置传感器解析两路SPI校验，通过两路SPI获取两个芯片的角度信号循环冗余校验对比是否一致，判断连续多次解析得到的角度值是否正常，对比一致且解析只正常则为合格，反之不合格；

步骤（5）：进行力矩与角度传感器两路Sent校验解析，即方向盘角度与力矩传感器通过两路sent采集到的信号值交叉校验是否有效，有效则为合格，反之不合格；

步骤（6）：对预驱芯片的寄存器配置检测，通过判断对读写寄存器值一致，并读取状态寄存器的值为成功，校验预驱芯片自检通过。

当上述6个步骤全部校验合格则自检合格，上述任意一个步骤校验不合格，则自检不合格。

经过自检合格后，系统进入等待状态，系统将场效应管激活。场效应管是用来驱动电机的，被激活后，向电机请求力矩，电机才可输出助力力矩。若没有进入等待状态，场效应管不激活，电机无法被驱动，即使软件向电机请求助力力矩，电机也不会输出力矩。

在等待状态下，当母线电压低于12V时，系统进入低压状态，切断助力，以保护电机和ECU；在低压状态下，实时检测母线电压，当母线电压高于12V时系统又恢复为等待状态。

之后维持在等待状态下，根据整车通讯发出的车速、发动机转速信号，以10ms为周期检测车速、发动机转速的值，同时以10ms为周期检测母线电压，母线电压不低于12V，当车速大于7km/h或发动机转速大于500r/min时则进入助力状态。

在助力状态下，根据力矩传感器采集到的驾驶员转动方向盘的力矩，结合当前车速计算向电机的力矩请求值，车速升高助力水平会下降，在车速为0时可请求助力最大，然后通过软件请求电机力矩，电机输出力矩以实现助力。

如果力矩传感器两路Sent其中一路是失效，系统会根据另一路有效值进行计算助力并且会降级助力运行。

如果方向盘角度传感器暂时失效，该故障不会使系统进入错误状态，会降级助力运行。

如果车速信号丢失系统会根据默认车速进行助力，输出助力较小。

如果温度传感器失效或电机温度高于85℃，也会对输出助力进行限制降级运行。

在助力状态下，如果整车点火信号未关闭，且车速小于7km/h且发动机转速小于500rpm且方向盘转速小于2°/s后时，则重新进入等待状态，进行等待状态下母线电压、车速、电机转速等部分的循环检测，在切回等待状态时，通过向电机请求数值为零的力矩值，向电机发出控制指令切断助力。

在助力状态下，如果检测到整车信号为关闭，即整车信号下电时，检测到车速小于7km/h且发动机转速小于500rpm且方向盘转速小于2°/s后，则系统进入等待状态后不进行任何检测直接进入下电状态，在助力状态和等待状态之间的转换截止。

在下电状态中，检测电机转子转速，若连续50ms小于750rpm则进入关闭状态，在关闭状态下，系统会切断与整车的CAN通讯并关闭ECU，完成EPS控制过程。

在下电状态下，通过上位机软件请求刷写程序，系统可进入刷写状态，进入刷写状态后，系统擦出Flash内部程序并写入新程序并重新上电可完成程序更新。用于在电动转向在生产线上出厂前，对于电动助力转向系统进行程序刷写。

本发明在自检状态、等待状态、降级助力状态、低压状态、错误状态下，会以10ms为周期的实时检测整车点火信号，若检测到点火信号关闭时，则直接进入下电状态，关闭场效应管以关闭电机。

另外在系统初始化完成后，本发明会以1ms为周期检测系统发生致命故障，系统会切断助力并进入错误状态，记录故障码。

所述的致命故障种类有：ECU供电短路、ECU供电开路、力矩传感器两路sent信号都失效、电机转子位置传感器失效、电机相电流传感器失效，当出现上述致命故障中的任意一种，则助力系统直接进入错误状态，切断助力，记录故障码。

根据上述描述，本发明从而实现了将软件系统内分成若干状态，而且在不同状态下，控制系统助力输出表现，避免出现非预期助力与非预期助力丢失。自检状态对MCU的自检，方向盘力矩角度传感器自检，电机转子位置传感器自检进行定义，保持电动转向系统的安全稳定的目的。

Claims (5)

1.一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法，其特征在于：按照如下步骤进行：

步骤1：系统软件获取并记录点火信号第一次上电；

步骤2：系统进入自检，将车辆参数初始化，诊断数据初始化，统一诊断服务；

步骤3：当自检不合格则进入错误状态，切断助力输出，关闭整车点火信号，进入下电状态；自检合格则进入下一步；

步骤4：系统进入等待状态，将场效应管打开以驱动电机，并切断助力输出；

步骤5：在等待状态下，实时检测母线电压是否满足条件，是则进入下一步；否则进入低压状态，在低压状态下，也对母线电压进行实时检测，当检测母线电压满足条件时，则恢复为等待状态进入下一步；

步骤6：检测车速或发动机转子转速是否满足条件，任意一项满足条件，则进入助力状态；反之则保持等待状态，进行实时检测，直到有一项满足条件；

步骤7：在助力状态下，根据力矩传感器采集到的驾驶员转动方向盘的力矩，结合当前车速请求电机力矩，实现助力；

步骤8：请求助力后，对力矩传感器、方向盘角度传感器、车速信号、电机温度进行判断，当力矩传感器、方向盘角度传感器、车速信号中任意一个出现失效，或者电机温度不满足条件时，则进入降级助力状态，反之则进入下一步；

步骤9：检测整车点火信号是否关闭，关闭则返回步骤4然后直接进入下电状态；未关闭则进入下一步；

步骤10：检测车速与发动机转速与方向盘转速是否同时满足条件，是则保持助力状态，正常助力行驶，否则返回步骤4，进行循环； 步骤5中母线电压需要满足的条件为：母线电压＞12V； 步骤6中车速或发动机转速需要满足的条件为：（1）车速＞7km/h；（2）发动机转速＞500rpm； 步骤8中电机温度需要满足的条件为：电机温度＜85℃； 步骤10中车速与发动机转速与方向盘转速需要同时满足的条件为：（1）车速＞7km/h；（2）发动机转速＞500rpm；（3）方向盘转速＞2°/s。

2.根据权利要求1所述的一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法，其特征在于：步骤3和步骤9中所述的下电状态中需要对电机转速进行判断，当电机转子转速持续50ms小于750rpm，则进入关闭状态，切断整车通讯，关闭ECU。

3.根据权利要求1所述的一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法，其特征在于：步骤2中所述的自检的具体流程如下：

步骤（1）：利用AD采样获取母线电压并判断是否合格；

步骤（2）：进行继电器切断检查，可以成功切断则为合格；

步骤（3）：进行CPU锁步核检测，CPU主核和锁步核计算结果一致则为合格；

步骤（4）：进行电机转子位置传感器解析两路SPI校验，当两路SPI获取两个芯片的角度信号循环冗余校验对比一致时，且连续多次解析得到的角度值为正常值时，判断合格；

步骤（5）：进行力矩与角度传感器两路Sent校验解析，当方向盘角度与力矩传感器通过两路sent采集到的信号值交叉校验为有效时，判断合格；

步骤（6）：对预驱芯片的寄存器配置检测，通过判断对读写寄存器值一致，并读取状态寄存器的值为成功，校验预驱芯片自检通过；

当上述6个步骤全部校验合格则自检合格，上述任意一个步骤校验不合格，则自检不合格。

4.根据权利要求1所述的一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法，其特征在于：还包括故障检测流程，在系统初始化完成后，以1ms为周期进行故障检测，当检测到下述任一故障发生时，则进入错误状态：

（1）ECU供电短路；

（2）ECU供电开路；

（3）力矩传感器两路sent信号全部失效；

（4）电机转子位置传感器失效；

（5）电机相电流传感器失效。

5.根据权利要求3所述的一种电动助力转向系统助力模式的状态管理方法，其特征在于：步骤（1）中所述的母线电压的合格条件为：母线电压＞6.5V。

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