电动助力转向控制装置及其延时助力控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种电动助力转向控制装置，包括方向盘、转向传感器、蜗轮蜗杆减速机构、转向管柱、齿轮齿条转向器、轮胎、ECU、助力电机和蓄电池电源，接收来自整车的车速信号、发动机转速信号、点火信号，接收来自转向传感器的转矩和转角信号，同时接受来自助力电机反馈的电机转角和电流信号，根据ECU内部的控制原理，输出电机控制电压，从而使助力电机动作，提供助力转矩。通过上述，本发明的电动助力转向控制装置及其延时助力控制方法，具有结构简单、节省燃油、可变的转向特性等优点，ECU并不是直接切断助力，而是依据车速信号，点火信号和发动机转速信号的匹配关系进行延时助力控制，有效提高了EPS系统的安全性。
【专利说明】
电动助力转向控制装置及其延时助力控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及电动助力转向系统的领域，特别是涉及一种电动助力转向控制装置及其延时助力控制方法。
【背景技术】
[0002]电动助力转向(EPS)系统是在传统的机械转向系统的基础上增加转向传感器、电子控制单元(ECU)和动力辅助装置(即电机和减速器装置)而成。由于取消了机械液压转向系统的油压管路，通过电机驱动来提供辅助转向助力，因此具有结构简单的优点。另外，由于该系统根据驾驶员施加在转向盘上的操纵转矩和车速等信号，经过ECU计算电机所需提供的助力，因此一方面，电机只在必要时提供助力，可以节省燃油，另一方面，助力大小可以根据车速进行调节，进而获得可变的转向特性。正是由于上述优点，电动助力转向系统正逐渐取代传统的液压助力转向系统。
[0003]汽车转向系统是汽车的安全件之一，因此要求转向系统，尤其是EPS系统具有最高的安全等级。无论在何种工况下，均要能保证EPS系统是安全的，当发生故障时，ECU根据故障等级确定对应的处理方式，比如限制助力输出、功能降级或者关断助力。比如当汽车的车速信号发生丢失或者超限等故障时，ECU采取直接将车速信号置为某一中等车速值如40km/h，从而保证EPS仍能提供助力;再如当ECU温度或者助力电机温度过高时，E⑶通过主动减小目标电流的方式来防止温度继续升高。然而也有一些紧急工况，如车辆在正常行驶过程中突然熄火，从而导致发动机转速信号丢失，而当前EPS控制中，发动机转速信号是ECU用来判断是否提供助力的关键信号之一。因此当发动机转速信号突然丢失时，ECU会失去助力控制，从而导致助力消失。如果这种工况发生在高速行驶且正在转向的过程中，极有可能发生车毁人亡的事故。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述提出的车辆行驶过程中突然发生发动机转速信号丢失的工况，提出了一种延时助力控制方法，保证在发生上述工况时，EPS仍能提供助力，直至汽车进入安全状态。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供了一种电动助力转向控制装置，包括方向盘、转向传感器、蜗轮蜗杆减速机构、转向管柱、齿轮齿条转向器、轮胎、ECU、助力电机和蓄电池电源，所述的方向盘连接在转向管柱的前端，所述的转向传感器设置在转向管柱中，所述的蜗轮蜗杆减速机构设置在转向管柱上并位于转向传感器的下方，所述的转向管柱的后端连接在齿轮齿条转向器中间位置，所述的轮胎分别设置在齿轮齿条转向器的左右两端，所述的ECU分别与转向传感器和助力电机连接，所述的助力电机连接在蜗轮蜗杆减速机构的一侧边，所述的蓄电池电源与ECU相连接，所述的ECU接收来自整车的车速信号、发动机转速信号和点火信号;接收来自转向传感器的转矩和转角信号;接受来自助力电机反馈的电机转角和电流信号，其中，所述的ECU包括依次连接的力矩控制环、协调控制模块、电机控制模块和功率驱动模块，所述的力矩控制环接收车速信号、发动机转速信号、转矩和转角信号，输出目标电流值，所述的协调控制模块对目标电流值进行限制控制，输出受限的目标电流值，受限的目标电流值作为电机控制模块的输入，所述的电机控制模块还接收来自助力电机的电机转角和电流信号的反馈，输出6路PWM控制信号给功率驱动模块，由所述的功率驱动模块输出电机控制电压给助力电机。
[0006]在本发明一个较佳实施例中，所述的转向传感器采用转矩传感器或者转矩转角一体化传感器。
[0007]在本发明一个较佳实施例中，所述的ECU输出电机控制电压给助力电机。
[0008]在本发明一个较佳实施例中，所述的助力电机为有刷电机和无刷电机。
[0009]在本发明一个较佳实施例中，所述的目标电流值包括基本助力目标电流、回正控制目标电流、阻尼控制目标电流及补偿电流目标值。
[0010]在本发明一个较佳实施例中，所述的功率驱动模块为H桥或者三相逆变桥。
[0011]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供了一种电动助力转向控制装置的延时助力控制方法，包括以下具体步骤:
a、第一条件判断，程序开始后，判断车速是否大于V0，V0为预先设定好的车速值，如果条件判断不满足，则进入程序结束;当v>vo，满足判断条件时，程序进入第二条件判断；
b、第二条件判断，判断发动机转速信号是否有故障，如果条件判断满足，且IG=OFF，则系统继续助力5s，并逐渐减小助力值，再进入程序结束;如果条件判断满足，且IG=ON，则系统保持持续助力;如果条件判断不满足，则进入程序结束。
[0012]C、持续助力，持续助力完成后再进入程序结束。
[0013]本发明的有益效果是:本发明的电动助力转向控制装置及其延时助力控制方法，具有结构简单、节省燃油、可变的转向特性等优点，同时考虑了正常行驶工况中可能出现的一种极端危险工况，即车辆正常行驶过程中发生发动机转速信号故障，在此工况下，ECU并不是直接切断助力，而是依据车速信号，点火信号和发动机转速信号的匹配关系进行延时助力控制，有效提高了 EPS系统的安全性。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中:
图1是本发明一种电动助力转向控制装置的一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1中ECU的结构框图；
图3是ECU根据车身外围信号判断自身的工作模式，其不同工作模式的状态转化过程示意图；
图4是本发明一种电动助力转向控制装置的的延时助力控制方法的流程图；
图5是助力值逐渐减小的效果图。
【具体实施方式】
[0015]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]如图1所示，本发明实施例包括:
一种电动助力转向控制装置，包括方向盘1、转向传感器2(转矩传感器或者转矩转角一体化传感器)、蜗轮蜗杆减速机构3、转向管柱4、齿轮齿条转向器5、轮胎6、ECU 15、助力电机13和蓄电池电源7，所述的方向盘I连接在转向管柱4的前端，所述的转向传感器2设置在转向管柱4中，所述的蜗轮蜗杆减速机构3设置在转向管柱4上并位于转向传感器2的下方，所述的转向管柱4的后端连接在齿轮齿条转向器5中间位置，所述的轮胎6分别设置在齿轮齿条转向器6的左右两端，所述的ECU 15分别与转向传感器2和助力电机13连接，所述的助力电机13连接在蜗轮蜗杆减速机构3的一侧边，所述的蓄电池电源7与ECU 15相连接。
[0017]ECU 15接收来自整车的车速信号8、发动机转速信号9、点火信号10，接收来自转向传感器2的转矩和转角信号11，同时接受来自助力电机13反馈的电机转角和电流信号12，根据ECUl 5内部的控制原理，输出电机控制电压14，从而使助力电机13动作，提供助力转矩。
[0018]—般而言，由于EPS属于车载大功率部件，为了保护车载蓄电池，E⑶15的启动需要满足一定的条件，比如车辆必须在启动的条件下ECU 15才能进行助力控制，提供助力转矩，因此发动机转速信号9可以作为ECU 15是否启动的判断信号之一。
[0019]如图2所示，ECU15包括依次连接的力矩控制环36、协调控制模块38、电机控制模块33和功率驱动模块34，所述的力矩控制环36接收车速信号8、发动机转速信号9、转矩和转角信号11，输出目标电流值37，所述的协调控制模块38对目标电流值37进行限制控制，输出受限的目标电流值39，受限的目标电流值39作为电机控制模块33的输入，所述的电机控制模块3 3还接收来自助力电机13的电机转角和电流信号12的反馈，输出6路PWM控制信号3 5给功率驱动模块34，由所述的功率驱动模块34输出电机控制电压14给助力电机13。
[0020]36为EPS的力矩控制环，ECU接收车速信号8、发动机转速信号9、转矩和转角信号11，计算目标电流值37，其中包括基本助力目标电流，回正控制目标电流，阻尼控制目标电流及补偿电流目标值。38为EPS协调控制模块，该模块的功能是依据蓄电池电压信号30，环境(或者ECU或者助力电机)温度信号31及其他信号32(可以是方向盘转角信号，也可以是齿条位移信号或其他信号)对目标电流值37进行限制控制，输出受限的目标电流值39。比如当检测到蓄电池电压信号30过低，则将目标电流值37乘以一个在O?I范围的电压系数值，从而得到一个比原先目标电流值小的目标电流值，防止因蓄电池过放电而损坏。再比如检测到环境温度过高时，同样地，将目标电流值37乘以一个在O?I范围的电压系数值，从而得到一个比原先目标电流值小的目标电流值，实现保护ECU和电机的目的。受限的目标电流值39作为电机控制模块33的输入，电机控制模块33是EPS的电流环，实现电机实际电流对目标电流的跟踪，从而输出期望地助力转矩。为了更好地实现实际电流对目标电流地跟踪，电机控制模块33同时还接收来自电机的转速和电流信号12的反馈。电机控制模块33输出6路PffM控制信号给功率驱动模块34，功率驱动模块34为H桥或者3相逆变桥，分别对应于助力电机13为有刷电机和无刷电机。功率驱动模块34输出电机控制电压14给助力电机13。
[0021]ECU 15根据车身外围信号判断自身的工作模式，其不同工作模式的状态转化过程如图3所示。
[0022]图3中，圆圈16、18、20、23、27分别为ECU 15的OFF状态，上电初始化状态，Run状态，Fault状态和下电检测状态。OFF状态16为ECU不通电的状态，既不接收外来信号，也不输出控制信号。图3中的箭头线则表示不同状态之间转换的条件。17为点火信号上电条件，SPIG0N』⑶检测到IG信号为高电平，则从OFF状态16迀移到上电初始化状态18，完成E⑶的自检和初始化，即在ECU进入正常助力之前对ECU以及EPS系统进行一次检测，确保系统可以正常助力。状态18正常通过后，如果检测到有发动机转速条件19，则状态转移至Run状态20，Run状态20为ECU的核心状态，EPS的控制功能(助力、回正、阻尼等)都是在此状态下完成。如果在状态18运行过程中点火信号下电(S卩IG off，条件28)，ECU进入下电检测状态27，在下电检测状态27中完成关闭预驱动、断开安全继电器、Discharge电容、更新EEPR0M、关闭电源等任务。如果状态18运行过程中检测到有故障存在(条件24)，则进入Fault状态23 Aun状态20运行过程中，如果满足条件22，即在运行中检测到有故障发生，故障可能是传感器故障，也可能是E⑶内部故障，系统进入Fault状态23，在Fault状态23中，E⑶依据故障等级分别进行处理。如果在Run状态20运行过程中满足条件21，即发动机熄火，发动机转速为零，系统进入下电检测状态27。系统处于Fault状态23时，如果检测到发动机转速为零(条件25)，则进入下电检测状态27。如果检测到点火信号下电(S卩IG off，条件29)，则系统由下电检测状态27转移到OFF状态16。
[0023]如上所述，一般情况下E⑶从Run状态20转换到下电检测状态27是由于驾驶员停车熄火，不需提供EPS助力。但是在车辆使用过程中不排除下述可能，车辆处于正常行驶状态且正处于转向过程中，由于某种原因造成了发动机熄火，即发动机转速信号突然降低至非正常状态。此时若立即从Run状态20进入下电检测状态27，则助力会突然消失，这种工况极易造成安全事故。
[0024]为此本发明提出一种延时助力控制策略，以应对此工况，提高EPS系统的安全性。具体方法如图4所示。
[0025]一种电动助力转向控制装置的延时助力控制方法，包括以下具体步骤:
a、第一条件判断，程序开始后，判断车速是否大于V0，V0为预先设定好的车速值，如果条件判断不满足，则进入程序结束;当V>V0，满足判断条件时，程序进入第二条件判断；
b、第二条件判断，判断发动机转速信号是否有故障，如果条件判断满足，且IG=OFF，则系统继续助力5s，并逐渐减小助力值，再进入程序结束;如果条件判断满足，且IG=ON，则系统保持持续助力;如果条件不满足，则直接进入程序结束。
[0026]c、持续助力，持续助力完成后再进入程序结束。
[0027]程序从40开始，先进入条件判断41，判断车速是否大于V0，V0为预先设定好的车速值，本例中取5km/h，也可以取其他非零值。如果41的判断条件不满足，则进入程序结束，进入46 ο当V>V0，满足判断条件时，程序进入判断条件42，发动机转速信号是否有故障，如果条件42不满足，程序进入46。如果条件满足，且IG=0N，则系统保持持续助力。如果条件满足，且IG=OFF，则系统继续助力5s(持续时间可以根据具体情况更改)，助力值逐渐减小，具体效果如图5所示。
[0028]图5中，坐标轴47为目标电流值，坐标轴53为时间，48为发动机转速信号故障发生前的目标电流值，51为发动机转速信号故障发生时刻，49为发动机转速信号故障发生后，检测到点火信号为ON状态时的目标电流值的变化，50为发动机转速信号发生后，检测到点火信号为OFF状态时目标电流值的变化，此时目标电流从原值逐渐下降，至52时刻时减至零，本发明中52时刻取发生发动机转速信号故障后5s。
[0029]综上所述，本发明的电动助力转向控制装置及其延时助力控制方法，具有结构简单、节省燃油、可变的转向特性等优点，同时考虑了正常行驶工况中可能出现的一种极端危险工况，即车辆正常行驶过程中发生发动机转速信号故障，在此工况下，E⑶并不是直接切断助力，而是依据车速信号，点火信号和发动机转速信号的匹配关系进行延时助力控制，有效提高了 EPS系统的安全性。
[0030]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种电动助力转向控制装置，其特征在于，包括方向盘、转向传感器、蜗轮蜗杆减速机构、转向管柱、齿轮齿条转向器、轮胎、ECU、助力电机和蓄电池电源，所述的方向盘连接在转向管柱的前端，所述的转向传感器设置在转向管柱中，所述的蜗轮蜗杆减速机构设置在转向管柱上并位于转向传感器的下方，所述的转向管柱的后端连接在齿轮齿条转向器中间位置，所述的轮胎分别设置在齿轮齿条转向器的左右两端，所述的ECU分别与转向传感器和助力电机连接，所述的助力电机连接在蜗轮蜗杆减速机构的一侧边，所述的蓄电池电源与ECU相连接，所述的ECU接收来自整车的车速信号、发动机转速信号和点火信号;接收来自转向传感器的转矩和转角信号;接受来自助力电机反馈的电机转角和电流信号，其中，所述的ECU包括依次连接的力矩控制环、协调控制模块、电机控制模块和功率驱动模块，所述的力矩控制环接收车速信号、发动机转速信号、转矩和转角信号，输出目标电流值，所述的协调控制模块对目标电流值进行限制控制，输出受限的目标电流值，受限的目标电流值作为电机控制模块的输入，所述的电机控制模块还接收来自助力电机的电机转角和电流信号的反馈，输出6路PWM控制信号给功率驱动模块，由所述的功率驱动模块输出电机控制电压给助力电机。2.根据权利要求1所述的电动助力转向控制装置，其特征在于，所述的转向传感器采用转矩传感器或者转矩转角一体化传感器。3.根据权利要求1所述的电动助力转向控制装置，其特征在于，所述的ECU输出电机控制电压给助力电机。4.根据权利要求1所述的电动助力转向控制装置，其特征在于，所述的助力电机为有刷电机和无刷电机。5.根据权利要求1所述的电动助力转向控制装置，其特征在于，所述的目标电流值包括基本助力目标电流、回正控制目标电流、阻尼控制目标电流及补偿电流目标值。6.根据权利要求1所述的电动助力转向控制装置，其特征在于，所述的功率驱动模块为H桥或者三相逆变桥。7.根据权利要求1-6之一所述的电动助力转向控制装置的延时助力控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤: a、第一条件判断，程序开始后，判断车速是否大于VO，VO为预先设定好的车速值，如果条件判断不满足，则进入程序结束;当V>V0，满足判断条件时，程序进入第二条件判断； b、第二条件判断，判断发动机转速信号是否有故障，如果条件判断满足，且IG=OFF,则系统继续助力5s，并逐渐减小助力值，再进入程序结束;如果条件判断满足，且IG=ON，则系统保持持续助力;如果条件判断不满足，直接进入程序结束； c、持续助力，持续助力完成后再进入程序结束。
【文档编号】B62D5/04GK106004997SQ201610475917
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】吕英超, 高峰
【申请人】海特汽车科技（苏州）有限公司