CN113844530A - Eps部件保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种EPS部件保护方法及装置，方法包括：在有电动助力需求时，获取转向助力电机的转速信号；对转速信号进行微分，得到转速变化率信号；判断转速变化率信号是否大于预设的转速变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对转向助力电机的控制。本发明的发明人发现在电流变化率较大时，转向助力电机的转速变化率信号也较大，远超过紧急避让转向时的最大转速变化率，因此，通过预先设定转速变化率阈值，基于此确定是否存在电流变化率信号较大的情况，进而通过停止对转向助力电机的控制，来避免产生较高的反电动势，降低了相线分离电路中的MOS管失效的风险。

Description

EPS部件保护方法及装置

技术领域

本发明涉及EPS(Electric Power Steering，电动助力转向系统)领域，更具体地说，涉及EPS部件保护方法及装置。

背景技术

EPS通过电机提供转矩，经减速机构与驾驶员施加的转向手力共同叠加到转向管柱上，根据不同的车速提供相应的助力。EPS如附图1所示，其中扭矩传感器2、控制单元6和转向助力电机9构成了EPS的电气部分。EPS在实际工作过程中，如果出现转向助力电机9的两个相线间短路，在中性点不接地情况下，转向助力电机9会有负序电流流过，并产生制动力矩，这回造成方向盘卡死进而影响驾驶员安全的严重故障。为避免此故障的发生，通常电动助力转向系统会设计有相线保护电路，如图2中所示的相线分离电路，当EPS一旦诊断出电机相线有短路情况发生时，就会通过相线分离电路切断转向助力电机9的各个相线，使电动助力切换成手动助力模式，确保方向盘仍可转动，从而提高了车辆安全性。

车辆在使用过程中，会遇到各种工况：车辆发生碰撞，特别是侧向碰撞；前轮上跳(如遇到凸起路面)或下跳(如有坑)，特别是两个前轮上跳或下跳不同步，最极限情况是一个前轮上跳，另一个下跳；车辆在转向时碰到马路牙子等等。这些工况都会导致轮胎发生整车Y方向的移动和冲击，从而引起EPS中转向助力电机9被外力拖动转动，产生较高电压，容易造成相线分离电路中的MOS管损坏，从而导致EPS丧失助力功能，威胁乘车安全以及导致客户抱怨。

目前针对上述问题的解决方案是，通过电源电压、电流大小及电流方向识别转向助力电机9倍外力拖动转动的工况；识别到该工况后，通过闭合驱动桥和相线分离电路中的MOS管打开泄流通路，将转向助力电机9倒拖过程中产生的能量释放，避免相线分离电路中MOS管受到来自转向助力电机9较高电压的损坏。本发明的发明人发现该方案至少存在下述问题：由电流在瞬间变化产生的较高反电动势，超过MOS管的失效电压较多，即使闭合驱动桥和相线分离电路中的MOS管，也会导致MOS管失效。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种EPS部件保护方法及装置，欲降低相线分离电路中MOS管的失效风险。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

第一方面，提供一种EPS部件保护方法，包括：

在有电动助力需求时，获取转向助力电机的转速信号；

对所述转速信号进行微分，得到转速变化率信号；

判断所述转速变化率信号是否大于预设的转速变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对所述转向助力电机的控制。

可选的，在有电动助力需求时，还包括：

获取所述扭矩传感器采集的扭矩信号；

对所述扭矩信号进行微分，得到扭矩变化率信号；

判断所述扭矩变化率信号是否大于预设的扭矩变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对所述转向助力电机的控制。

第二方面，提供一种EPS部件保护装置，包括：

转速信号获取单元，用于在有电动助力需求时，获取转向助力电机的转速信号；

转速信号微分单元，用于对所述转速信号进行微分，得到转速变化率信号；

第一保护单元，用于判断所述转速变化率信号是否大于预设的转速变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对所述转向助力电机的控制。

可选的，所述EPS部件保护装置，还包括：

扭矩信号获取单元，用于在有电动助力需求时，获取所述扭矩传感器采集的扭矩信号；

扭矩信号微分单元，用于对所述扭矩信号进行微分，得到扭矩变化率信号；

第二保护单元，用于判断所述扭矩变化率信号是否大于预设的扭矩变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对所述转向助力电机的控制。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种EPS部件保护方法及装置，方法包括：在有电动助力需求时，获取转向助力电机的转速信号；对转速信号进行微分，得到转速变化率信号；判断转速变化率信号是否大于预设的转速变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对转向助力电机的控制。本发明的发明人发现在电流变化率较大时，转向助力电机的转速变化率信号也较大，远超过紧急避让转向时的最大转速变化率，因此，通过预先设定转速变化率阈值，基于此确定是否存在电流变化率信号较大的情况，进而通过停止对转向助力电机的控制，来避免产生较高的反电动势，降低了相线分离电路中的MOS管失效的风险。

进一步的，本发明的发明人还发现在电流变化率较大时，扭矩助力电机输出的扭矩变化率信号也较大，远超过紧急避让转向时的最大扭矩变化率，因此，通过预先设定扭矩变化率阈值，基于此也可以确定是否存在电流变化率信号较大的情况，进而通过停止对转向助力电机的控制，来避免产生较高的反电动势，进一步降低了相线分离电路中的MOS管失效的风险。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为EPS的示意图；

图2为驱动桥和相线分离电路的示意图；

图3为本发明实施例提供的失效模式1下的电压波形图；

图4为本发明实施例提供的失效模式2下的电压模型图；

图5为本发明实施例提供的一种EPS部件保护方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种EPS部件保护装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在EPS的转向助力电机的功率一般为几百瓦，目前乘用车上面使用的转向助力电机的最大功率不超过1000W。乘用车上的额定电压绝大多数为12V，这导致转向助力电机的电流比较大；以A级车搭配的EPS为例，转向助力电机的相电流峰值达到了110A左右。如果在短时间内电流发生较大变化，则会导致在转向助力电机内产生较大电压，足以导致附图2中的相线分离电路的MOS管失效。

失效模式1：EPS的控制单元输出电流为0，瞬间转向助力电机被外力拖动到3000rpm左右，转向助力电机产生45V以及180μs的脉冲，电压波形见图3所示。按照该转向助力电机的反电势常数，3000rpm时产生的最大线-线反电势峰值不超过21V，发明人通过分析发现此电压是由于电流变化而产生的。

失效模式2：EPS的控制单元输出大电流，转向助力电机向一个方向助力，瞬间转向助力电机被外力拖动至相反方向的1000rpm，此时转向助力电机的相线上产生一个30V左右的线-线电压峰值，电压波形见图4所示。按照该转向助力电机的反电势常数，在1000rpm时，其最大线-线反电势峰值不超过7V，发明人通过分析发现此电压是由于电流变化而产生的。

本发明的发明人通过对上述两种失效模式进行分析发现，在这两种失效模式时，转向助力电机的转速变化率很大，远远超过了驾驶员紧急避让转向时的最大转速变化率，以及扭矩传感器输出扭矩信号的变化率也很大，远远超过了驾驶员紧急避让转向时的最大扭矩变化率。

本发明提供的EPS部件保护方法的核心思路是，预先设置转速变化率阈值和扭矩变化率阈值，在车辆实际行驶过程中有电动助力需求时，分析转向助力电机的当前的转速变化率是否大于转速变化率阈值，以及扭矩传感器输出的扭矩信号的变化率是否大于扭矩变化率阈值，只要有一个条件符合，则不发送电流环控制指令，以停止对转向助力电机的控制，来避免产生较高的反电动势，以降低相线分离电路中的MOS管失效的风险。下面详细介绍本发明提供的EPS部件保护方法。

参见图5，为本实施例提供的一种EPS部件保护方法，该方法包括以下步骤：

S51：在有电动助力需求时，获取转向助力电机的转速信号。

根据扭矩传感器的输出来确定是否有电动助力需求。具体的，当扭矩传感器输出扭矩信号时，则确定有电动助力需求。

S52：对转速信号进行微分，得到转速变化率信号。

S53：判断转速变化率信号是否大于预设的转速变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对转向助力电机的控制。

现有技术中，当扭矩传感器输出扭矩信号后，EPS的控制单元根据该扭矩信号得到电流环控制指令，对转向助力电机进行控制。车轮推动齿条移动引起的扭杆变形(此时由于惯性方向盘不动)，与方向盘转动时引起的扭杆变形(此时车轮不动)，这两种情况扭矩传感器输出的扭矩信号的方向是相反的；因此通过倒拖转向助力电机内产生的电流方向，与正常提供助力情况下控制单元给转向助力电机的电流方向也是相反的，进而使得在有较大外力时，转向助力电机产生较大的电流变化，导致在电机线圈(电感)中产生较大的反电动势。本实施例提供的上述EPS部件保护方法在检测到电流变化率超过预设的电流变化率阈值时，不再发送电流环控制指令，进而停止对转向助力电机的控制，那么久不会产生较高的反电动势，从而降低了相线分离电路中的MOS管失效的风险。

在一个具体实施例中，在有电动助力需求时，还获取扭矩传感器采集的扭矩信号；对扭矩信号进行微分，得到扭矩变化率信号；判断扭矩变化率信号是否大于预设的扭矩变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对转向助力电机的控制。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

参见图6，为本实施例提供的一种EPS部件保护装置，该装置包括：转速信号获取单元61、转速信号微分单元62和第一保护单元63。

转速信号获取单元61，用于在有电动助力需求时，获取转向助力电机的转速信号。

转速信号微分单元62，用于对转速信号进行微分，得到转速变化率信号。

第一保护单元63，用于判断转速变化率信号是否大于预设的转速变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对转向助力电机的控制。

可选的，EPS部件保护装置，还包括：扭矩信号获取单元、扭矩信号微分单元和第二保护单元。

扭矩信号获取单元，用于在有电动助力需求时，获取扭矩传感器采集的扭矩信号。

扭矩信号微分单元，用于对扭矩信号进行微分，得到扭矩变化率信号。

第二保护单元，用于判断扭矩变化率信号是否大于预设的扭矩变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对转向助力电机的控制。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，且本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种EPS部件保护方法，其特征在于，包括：

在有电动助力需求时，获取转向助力电机的转速信号；

对所述转速信号进行微分，得到转速变化率信号；

判断所述转速变化率信号是否大于预设的转速变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对所述转向助力电机的控制。

2.根据权利要求1所述的EPS部件保护方法，其特征在于，在有电动助力需求时，还包括：

获取所述扭矩传感器采集的扭矩信号；

对所述扭矩信号进行微分，得到扭矩变化率信号；

判断所述扭矩变化率信号是否大于预设的扭矩变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对所述转向助力电机的控制。

3.一种EPS部件保护装置，其特征在于，包括：

转速信号获取单元，用于在有电动助力需求时，获取转向助力电机的转速信号；

转速信号微分单元，用于对所述转速信号进行微分，得到转速变化率信号；

第一保护单元，用于判断所述转速变化率信号是否大于预设的转速变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对所述转向助力电机的控制。

4.根据权利要求3所述的EPS部件保护装置，其特征在于，还包括：

扭矩信号获取单元，用于在有电动助力需求时，获取所述扭矩传感器采集的扭矩信号；

扭矩信号微分单元，用于对所述扭矩信号进行微分，得到扭矩变化率信号；

第二保护单元，用于判断所述扭矩变化率信号是否大于预设的扭矩变化率阈值，若是，则不发送电流环控制指令，以停止对所述转向助力电机的控制。

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