CN117087747A - 平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法 - Google Patents

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CN117087747A CN202311018439.2A CN202311018439A CN117087747A CN 117087747 A CN117087747 A CN 117087747A CN 202311018439 A CN202311018439 A CN 202311018439A CN 117087747 A CN117087747 A CN 117087747A
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朱亮宇
梁嫣楚
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Abstract

本发明公开了一种平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，包括如下步骤：车辆点火启动后，转向系统控制器进行上电自检；获取助力电机转子位置上电初始值，当车辆满足预设激活条件时，激活卡滞检测功能，根据方向盘手力矩的大小和正负，输出对应类型的电机扭矩波形模式；根据方向盘手力矩，查表基本助力曲线得到基本助力扭矩，并叠加输出的目标电机扭矩，作为助力电机最终请求扭矩。本发明无需安装额外的传感器，通过接收电子助力转向系统和整车CAN通讯节点来获取必要的的输入信号，来实现主动探测转向卡滞功能，节省成本。

Description

平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法
技术领域
本发明涉及汽车转向系统技术领域，具体地说是一种平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法。
背景技术
滚珠丝杠副因高精度，可逆性，高效率的优点，被平行轴式电子助力转向系统大量使用。在一些低温极端环境下，滚珠丝杠副出现转动扭矩增大，导致转动不顺畅，影响驾驶员手感，严重时甚至出现转动卡死，危害整车行驶安全。
因此，如何对低温极端环境下的滚珠丝杠副因温度变化导致摩擦力矩增大的异常情况，进行主动探测，及时向驾驶员预警。避免因转向卡滞导致的车辆跑偏，确保行车安全，是目前面临的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，包括如下步骤：
步骤S1，车辆点火启动后，转向系统控制器进行上电自检；
步骤S2，获取助力电机转子位置上电初始值，计算当前助力电机转子位置相对变化值；
步骤S3，当车辆满足预设激活条件时，激活卡滞检测功能，并进入步骤S4；当车辆不满足预设激活条件时，结束所有步骤；
步骤S4，根据方向盘手力矩的大小和正负，输出对应类型的电机扭矩波形模式；
步骤S5，根据步骤S4输出的电机扭矩波形模式，输出目标电机扭矩；
步骤S6，根据方向盘手力矩，查表基本助力曲线得到基本助力扭矩，并叠加步骤S5中输出的目标电机扭矩，作为助力电机最终请求扭矩；
步骤S7，当检测到不满足所述条件四时，退出卡滞检测功能，将目标电机扭矩置零；
所述满足预设激活条件具体是指满足如下所有条件：
条件一，转向系统状态、方向盘手力矩、转角传感器状态、助力电机转子位置有效；
条件二，方向盘转角绝对值不超过最大转角设定值；
条件三，转向控制器温度不超过最大温度设定值；
条件四，助力电机转子位置相对变化值不超过最大位置设定值；
条件五，车辆速度不低于最小速度设定值；
条件六，转向卡滞检测功能使能。
优选地，所述步骤S1中，转向系统控制器在车辆点火启动后，读取非易失性随机存储器中存储的上一次点火周期转向卡滞计数值。
优选地，在所述步骤S3总，通过转向卡滞检测状态机模块来实现卡滞检测功能，所述转向卡滞检测状态机具有5个状态，分别为卡滞检测初始化状态、卡滞检测激活状态、卡滞检测退出状态、卡滞检测扭矩输出状态和卡滞检测故障确认状态。
优选地，在所述步骤S4中，根据方向盘手力矩的大小和正负，输出对应类型的电机扭矩波形模式的具体方法如下：
当方向盘手力矩绝对值小于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为非负值时，电机扭矩波形模式进入正向对称锯齿波模式；
当方向盘手力矩绝对值小于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为负值时，电机扭矩波形模式进入反向对称锯齿波模式；
当方向盘手力矩绝对值大于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为非负值时，电机扭矩波形模式进入正向同步锯齿波模式；
当方向盘手力矩绝对值大于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为负值时，电机扭矩波形模式进入反向同步锯齿波模式。
优选地，当电机扭矩波形模式处于正向同步锯齿波模式，在卡滞检测周期内t0时刻时，方向盘手力矩由大于设定的最大死区值变化到小于设定的最大死区值相反数时，电机扭矩波形模式迁移到反向同步锯齿波模式。
优选地，当电机扭矩波形模式处于反向同步锯齿波模式时，在卡滞检测周期内t0时刻时,方向盘手力矩由小于设定的最大死区值相反数变化到大于设定的最大死区值时，电机扭矩波形模式迁移到正向同步锯齿波模式。
优选地，对输出的所述目标电机扭矩的幅值进行标定，具体的标定步骤如下：
步骤A，将平行轴式电子助力转向卡滞故障件安装于车辆，车辆静置于平整的低附着系数路面上，方向盘置于中位且方向盘处于未接管的自由状态；
步骤B，注入一段预设的锯齿波电机力矩，观察方向盘角度是否变化，若方向盘发生转动，则按照预设的扭矩梯度逐渐减小注入扭矩；如方向盘未发生转动，则按照预设的扭矩梯度逐渐增大注入锯齿波扭矩幅值；
步骤C，重复上述步骤B，直到取得使方向盘保持轻微振动，且观测电机转子位置信号变化值小于设定角度的注入锯齿波扭矩临界值，将当前注入的锯齿波扭矩幅值作为目标电机扭矩的幅值。
优选地，在所述步骤S7中，当卡滞检测功能退出激活状态，或者达到设定的激活条件检测周期，目标电机扭矩置0。
优选地，在所述步骤S7中，当转向卡滞检测状态机模块为卡滞检测故障确认状态时转向卡滞计数值累计加一。
优选地，在步骤S5中对输出的目标电机扭矩进行安全限制，具体的安全限制方法如下：
当助力电机转子位置相对变化值不超过最大位置设定值时，目标电机扭矩被限制在最大扭矩设定值之内；
当助力电机转子位置相对变化值超过最大位置设定值时，且目标电机扭矩不为0时，目标电机扭矩被限制到0。
优选地，所述平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法还包括步骤S8，当转向卡滞检测状态机模块为卡滞检测故障确认状态时，通过诊断报文点亮仪表盘转向故障指示灯。
本发明同现有技术相比，提供一种平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，对低温极端环境下的滚珠丝杠副因温度变化导致摩擦力矩增大的异常情况，能提前识别并主动预警，提高了驾驶员行车安全性。
本发明在驾驶员点火上电后实施转向卡滞检测，主动检测对终端驾驶员体验无影响，激活卡滞检测后的车辆行驶安全可控。
本发明无需安装额外的传感器，通过接收电子助力转向系统和整车CAN通讯节点来获取必要的的输入信号，来实现主动探测转向卡滞功能，节省成本。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为实现平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法的车辆助力转向系统结构示意图；
图2为实施例1的转向卡滞检测状态机模块各状态变化示意图；
图3为实施例1的电机扭矩波形模式示意图；
图4为实施例1的电机扭矩波形模式的迁移示意图；
图5为实施例2的对输出的目标电机扭矩进行安全限制方法的原理图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
下面实施例1和实施例2中的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法可以采用如图1所示的车辆助力转向系统软硬件架构实现。
车辆助力转向系统包括外部通讯输入模块，复杂驱动模块，系统状态机模块，ADC采集模块，非易失性存储模块，转向卡滞检测状态机模块，卡滞检测扭矩计算模块，安全限制模块，基础助力模块，通讯诊断模块，电机控制模块。
外部通讯输入模块接收来自整车通讯节点的车辆速度信号，并与转向卡滞检测状态机模块的输入端一连接。
复杂驱动模块接收并计算助力电机转子位置信息，并与转向卡滞检测状态机模块的输入端二连接。系统状态机模块计算系统状态，并与转向卡滞检测状态机模块的输入端三连接。
ADC采集模块采集方向盘手力矩、方向盘转角、转向控制器温度和转角传感器状态，并与转向卡滞检测状态机模块的输入端四连接，转向卡滞检测扭矩计算模块的输入端二连接和基础助力模块的输入端一连接。
非易失性存储模块用来读取和存储转向卡滞计数值，并与转向卡滞检测状态机模块的输入端五连接。转向卡滞检测状态机模块根据输入信号实时计算卡滞检测状态，并与通讯诊断输出模块的输入端一连接和转向卡滞检测扭矩计算模块的输入端一连接。
转向卡滞检测扭矩计算模块计算检测所需的目标电机扭矩，并与安全限制模块的输入端一连接。安全限制模块对目标电机扭矩进行扭矩边界的限制，并与基础助力模块输出的基础助力扭矩做叠加，作为助力电机最终请求扭矩。
实施例1
本实施例提供一种平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，包括如下步骤：
步骤S1，车辆点火启动后，转向系统控制器进行上电自检，读取非易失性随机存储器中存储的上一次点火周期转向卡滞计数值；
步骤S2，获取助力电机转子位置上电初始值，计算当前助力电机转子位置相对变化值；
步骤S3，当车辆满足预设激活条件时，激活卡滞检测功能，并进入步骤S4；当车辆不满足预设激活条件时，结束所有步骤；
步骤S4，根据方向盘手力矩的大小和正负，输出对应类型的电机扭矩波形模式；
步骤S5，根据步骤S4输出的电机扭矩波形模式，输出目标电机扭矩；
步骤S6，根据方向盘手力矩，查表基本助力曲线得到基本助力扭矩，并叠加步骤S5中输出的目标电机扭矩，作为助力电机最终请求扭矩；
步骤S7，当检测到不满足所述条件四时，退出卡滞检测功能，将目标电机扭矩置零。
满足预设激活条件具体是指满足如下所有条件：
条件一，转向系统状态、方向盘手力矩、转角传感器状态、助力电机转子位置有效；
条件二，方向盘转角绝对值不超过最大转角设定值(例如180°)；
条件三，转向控制器温度不超过最大温度设定值(例如4℃)；
条件四，助力电机转子位置相对变化值不超过最大位置设定值(例如3°)；
条件五，车辆速度不低于最小速度设定值(例如5kph)；
条件六，转向卡滞检测功能使能。
优选地，通过转向卡滞检测状态机模块来实现卡滞检测功能，具体如图2所示：转向卡滞检测状态机具有5个状态，分别为卡滞检测初始化状态、卡滞检测激活状态、卡滞检测退出状态、卡滞检测扭矩输出状态和卡滞检测故障确认状态。
获取当前转向系统状态、转向系统控制器温度、方向盘手力矩、转角传感器状态、方向盘转角、助力电机转子位置和车辆速度。
其中T0代表上电自检；T1代表转向系统状态、方向盘手力矩、转角传感器状态、助力电机转子位置有效(满足条件一)，且方向盘转角绝对值不超过最大转角设定值180°(满足条件二)，转向控制器温度不超过最大温度设定值4℃(满足条件三)，助力电机转子位置相对变化值不超过最大位置设定值3°(满足条件四)，车辆速度不低于最小速度设定值5kph(满足条件五)，转向卡滞检测功能使能(满足条件六)；T2代表方向盘转角绝对值超过最大转角设定值180°(不满足条件二)，或者助力电机转子位置相对变化值超过最大位置设定值3°(不满足条件四)，或者转向控制器温度超过最大温度设定值4℃(不满足条件三)，或者方向盘手力矩无效时车速不低于最小速度设定值5kph(不满足条件一)，或者助力电机转子位置无效时车速不低于最小速度设定值5kph(不满足条件一)，或者转角传感器状态无效时车速不低于最小速度设定值5kph(不满足条件一)，或者转向卡滞功能未使能(不满足条件六)；T3代表助力电机转子位置相对变化值超过最大位置设定值3°(不满足条件四)；T4代表助力电机转子位置相对变化值不超过最大位置设定值3°(满足条件四)；T5代表助力电机转子位置相对变化值不小于最大位置设定值3°(不满足条件四)，或者方向盘转角绝对值超过最大转角设定值180°(不满足条件二)，或者转角传感器状态无效(不满足条件一)；T6代表车速小于最小速度设定值5kph(不满足条件五)，T7代表在设定的6s检测时间内助力电机转子位置相对变化值不超过最大位置设定值3°(满足条件四)；当满足T0后，进入卡滞检测初始化状态，此时检查未满足T2，且满足T1后，进入卡滞检测激活状态，然后当检查未满足T3，且满足T4后，进入卡滞检测扭矩输出状态，最后当检查未满足T5、T6，且满足T7后，进入卡滞检测故障确认状态。
步骤S4，根据方向盘手力矩的大小和正负，输出对应类型的电机扭矩波形模式；如图3所示，具体的电机扭矩波形模式如下：
1、当方向盘手力矩绝对值小于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为非负值时，电机扭矩波形模式进入正向对称锯齿波模式(a)；
2、当方向盘手力矩绝对值小于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为负值时，电机扭矩波形模式进入反向对称锯齿波模式(b)；
3、当方向盘手力矩绝对值大于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为非负值时，电机扭矩波形模式进入正向同步锯齿波模式(c)；
4、当方向盘手力矩绝对值大于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为负值时，电机扭矩波形模式进入反向同步锯齿波模式(d)；
电机扭矩波形模式在一些模式下，当方向盘手力矩变化后需发生相应的模式迁移，电机扭矩波形模式的迁移如图4所示：
当电机扭矩波形模式处于正向同步锯齿波模式(a)，在卡滞检测周期内t0时刻时，方向盘手力矩由大于设定的最大死区值变化到小于设定的最大死区值相反数时，电机扭矩波形模式需迁移到反向同步锯齿波模式，即t0时刻后，电机扭矩波形由图(a)中实线变成虚线输出；
当电机扭矩波形模式处于反向同步锯齿波模式(b)时，在卡滞检测周期内t0时刻时,方向盘手力矩由小于设定的最大死区值相反数变化到大于设定的最大死区值时，电机扭矩波形模式需迁移到正向同步锯齿波模式,即t0时刻后，电机扭矩波形由图(b)中实线变成虚线输出。
优选地，对在步骤S5中输出的目标电机扭矩的幅值进行标定。具体的标定步骤如下：
步骤A，将平行轴式电子助力转向卡滞故障件安装于车辆，车辆静置于平整的低附着系数路面上，方向盘置于中位且方向盘处于未接管的自由状态；
步骤B，注入一段预设的锯齿波电机力矩(例如0.5Hz 1Nm)，观察方向盘角度是否变化，若方向盘发生转动，则按照预设的扭矩梯度(例如0.1Nm)逐渐减小注入扭矩；如方向盘未发生转动，则按照0.1Nm的扭矩梯度逐渐增大注入锯齿波扭矩幅值；
步骤C，重复上述步骤B，直到取得使方向盘保持轻微振动，且观测电机转子位置信号变化值小于设定角度的注入锯齿波扭矩临界值3°，将当前注入的锯齿波扭矩幅值作为目标电机扭矩的幅值。
优选地，在所述步骤S7中，当卡滞检测功能退出激活状态，或者达到设定的激活条件检测周期(例如6s)，目标电机扭矩置0。
优选地，在所述步骤S7中，当转向卡滞检测状态机模块为卡滞检测故障确认状态时转向卡滞计数值累计加一。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例提供的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法在步骤S5中进一步对输出的目标电机扭矩进行安全限制。
具体的安全限制方法的原理如图5所示：
当助力电机转子位置相对变化值不超过最大位置设定值(例如3°)时，目标电机扭矩被限制在最大扭矩设定值(例如1Nm)之内；
当助力电机转子位置相对变化值超过最大位置设定值(例如3°)时，且目标电机扭矩不为0时，目标电机扭矩被限制到0。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例提供的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法进一步增加了步骤S8，当转向卡滞检测状态机模块为卡滞检测故障确认状态时，通过诊断报文点亮仪表盘转向故障指示灯，直到接收到整车诊断服务指令清除故障，该故障才可以被清除，故障灯熄灭。
在一般情况下，实时判断卡滞检测功能是否处于使能状态，如卡滞检测功能未使能，需结束卡滞检测点亮故障灯功能；当卡滞检测功能已使能，但卡滞检测状态机未探测到卡滞已确认状态时，需熄灭仪表盘转向故障指示灯。
同时，获取步骤7中的转向卡滞故障计数值，在转向系统下电休眠时需保存在非易失性随机存储器中，用于下一次点火周期时读取。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，车辆点火启动后，转向系统控制器进行上电自检；
步骤S2，获取助力电机转子位置上电初始值，计算当前助力电机转子位置相对变化值；
步骤S3，当车辆满足预设激活条件时，激活卡滞检测功能，并进入步骤S4；当车辆不满足预设激活条件时，结束所有步骤；
步骤S4，根据方向盘手力矩的大小和正负，输出对应类型的电机扭矩波形模式；
步骤S5，根据步骤S4输出的电机扭矩波形模式，输出目标电机扭矩；
步骤S6，根据方向盘手力矩，查表基本助力曲线得到基本助力扭矩，并叠加步骤S5中输出的目标电机扭矩，作为助力电机最终请求扭矩；
步骤S7，当检测到不满足所述条件四时，退出卡滞检测功能，将目标电机扭矩置零；
所述满足预设激活条件具体是指满足如下所有条件：
条件一，转向系统状态、方向盘手力矩、转角传感器状态、助力电机转子位置有效；
条件二，方向盘转角绝对值不超过最大转角设定值；
条件三，转向控制器温度不超过最大温度设定值；
条件四，助力电机转子位置相对变化值不超过最大位置设定值；
条件五，车辆速度不低于最小速度设定值；
条件六，转向卡滞检测功能使能。
2.根据权利要求1所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，所述步骤S1中，转向系统控制器在车辆点火启动后，读取非易失性随机存储器中存储的上一次点火周期转向卡滞计数值。
3.根据权利要求1所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，在所述步骤S3总，通过转向卡滞检测状态机模块来实现卡滞检测功能，所述转向卡滞检测状态机具有5个状态，分别为卡滞检测初始化状态、卡滞检测激活状态、卡滞检测退出状态、卡滞检测扭矩输出状态和卡滞检测故障确认状态。
4.根据权利要求1所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，在所述步骤S4中，根据方向盘手力矩的大小和正负，输出对应类型的电机扭矩波形模式的具体方法如下：
当方向盘手力矩绝对值小于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为非负值时，电机扭矩波形模式进入正向对称锯齿波模式；
当方向盘手力矩绝对值小于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为负值时，电机扭矩波形模式进入反向对称锯齿波模式；
当方向盘手力矩绝对值大于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为非负值时，电机扭矩波形模式进入正向同步锯齿波模式；
当方向盘手力矩绝对值大于设定的最大死区值，且方向盘手力矩为负值时，电机扭矩波形模式进入反向同步锯齿波模式。
5.根据权利要求4所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，当电机扭矩波形模式处于正向同步锯齿波模式，在卡滞检测周期内t0时刻时，方向盘手力矩由大于设定的最大死区值变化到小于设定的最大死区值相反数时，电机扭矩波形模式迁移到反向同步锯齿波模式。
6.根据权利要求4所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，当电机扭矩波形模式处于反向同步锯齿波模式时，在卡滞检测周期内t0时刻时,方向盘手力矩由小于设定的最大死区值相反数变化到大于设定的最大死区值时，电机扭矩波形模式迁移到正向同步锯齿波模式。
7.根据权利要求1所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，对输出的所述目标电机扭矩的幅值进行标定，具体的标定步骤如下：
步骤A，将平行轴式电子助力转向卡滞故障件安装于车辆，车辆静置于平整的低附着系数路面上，方向盘置于中位且方向盘处于未接管的自由状态；
步骤B，注入一段预设的锯齿波电机力矩，观察方向盘角度是否变化，若方向盘发生转动，则按照预设的扭矩梯度逐渐减小注入扭矩；如方向盘未发生转动，则按照预设的扭矩梯度逐渐增大注入锯齿波扭矩幅值；
步骤C，重复上述步骤B，直到取得使方向盘保持轻微振动，且观测电机转子位置信号变化值小于设定角度的注入锯齿波扭矩临界值，将当前注入的锯齿波扭矩幅值作为目标电机扭矩的幅值。
8.根据权利要求1所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，在所述步骤S7中，当卡滞检测功能退出激活状态，或者达到设定的激活条件检测周期，目标电机扭矩置0。
9.根据权利要求3所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，在所述步骤S7中，当转向卡滞检测状态机模块为卡滞检测故障确认状态时转向卡滞计数值累计加一。
10.根据权利要求1所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，在步骤S5中对输出的目标电机扭矩进行安全限制，具体的安全限制方法如下：
当助力电机转子位置相对变化值不超过最大位置设定值时，目标电机扭矩被限制在最大扭矩设定值之内；
当助力电机转子位置相对变化值超过最大位置设定值时，且目标电机扭矩不为0时，目标电机扭矩被限制到0。
11.根据权利要求3所述的平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法，其特征在于，所述平行轴式电子助力转向系统转向卡滞检测及预警方法还包括步骤S8，当转向卡滞检测状态机模块为卡滞检测故障确认状态时，通过诊断报文点亮仪表盘转向故障指示灯。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117799691A (zh) * 2024-02-29 2024-04-02 中国第一汽车股份有限公司 电动助力转向卡滞的监测方法、系统及其车辆

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