专利名称：一种车辆电动助力转向控制方法及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆的转向控制技术，具体涉及一种车辆电动助力转向控制方法及其
控制装置。
背景技术：
目前已经使用的一种车辆电动助力转向装置，其检测由驾驶者转动方向盘(下方 称为"方向盘")所施加的转向扭矩，并使电机基于检测的转向扭矩产生转向助力扭矩。控 制器控制转向助力扭矩。控制器例如基于由转向扭矩传感器所检测的转向扭矩和车速传感 器检测的车速计算目标助力扭矩，并基于目标助力扭矩控制流经电机的电流量，以产生期 望的转向助力扭矩。 根据这样的电动助力转向装置，如果在传感器中发生故障，则产生不正确的转向 助力扭矩。因此，电动助力转向装置中，当检测到转向扭矩传感器的故障信号时，逐渐减小 流到电机的电流量，以停止对驾驶者所进行的方向盘的转动操作的助力(以下称为"转向 助力")。 在停止转向助力后，驾驶者需要使用很大的力来转动方向盘，这会增加驾驶者的 负担。如果传感器中引起的故障不是主要的，则驾驶者在转向操作中仅会感觉到一点不舒 服的感觉。例如，驾驶者在转动方向盘时仅感觉到颤动扭矩的波动，或者在顺时针和逆时针 转动方向盘之间存在不一致转向感觉，在这样情况下，实际上并不需要总是停止转向助力。
发明内容
本发明的目的在于针对目前车辆电动助力转向控制技术的不足，提供一种新型的 车辆电动助力转向控制方法及其控制装置，该方法基于转向助力的安全性和必要程度产生 转向助力扭矩，从而使电动助力转向的控制更加科学合理，以求最大限度的减轻驾驶者的 负担。 为实现上述目的，本发明的技术方案如下一种车辆电动助力转向控制方法，该方 法在助力控制装置中存储正常模式计算数据和异常模式计算数据，通过获取方向盘的转向 扭矩和车速的信号，计算目标助力扭矩；故障检测装置检测是否存在造成电机扭矩偏离目 标助力扭矩映射数值的故障因素，如果故障因素不存在，助力控制装置基于正常模式计算
目标助力扭矩，实现助力转向控制；如果存在造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的 故障因素且车速小于或等于设定值时，助力控制装置基于异常模式计算目标助力扭矩，实 现助力转向控制；如果存在造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的故障因素且车速大 于设定值时，助力控制装置停止转向助力。 进一步，如上所述的车辆电动助力转向控制方法，其中，所述的造成电机扭矩偏离 目标助力扭矩映射数值的故障因素包括转向扭矩传感器检测的数值偏离实际值；电流传 感器信号发生异常波动；电机驱动系统产生异常波动；通向电机的电源线或电机内部线路 出现损坏。
进一步，如上所述的车辆电动助力转向控制方法，其中，在基于正常模式计算目标 助力扭矩时，所述的目标助力扭矩由主助力扭矩和补偿助力扭矩相加而得，通过获取方向 盘的转向扭矩和车速的信号来计算主助力扭矩，通过获取方向盘的转向角速度信号来计算 补偿助力扭矩。 进一步，如上所述的车辆电动助力转向控制方法，其中，在基于正常模式实现助力 转向控制时，目标助力扭矩设定为随方向盘的转向扭矩的增大而增大，并且在给定的一个 方向盘转向扭矩下，目标助力扭矩随车速的增大而减小。 进一步，如上所述的车辆电动助力转向控制方法，其中，在基于异常模式实现助力 转向控制时，如果判断方向盘的转向扭矩位于异常模式助力映射的死区内，且造成电机扭 矩偏离目标助力扭矩映射数值的故障因素与电机驱动系统或与电流传感器有关，则助力控 制装置停止转向助力。 —种车辆电动助力转向控制装置，包括用于检测驾驶者对方向盘转向操作所施加 的转向扭矩的扭矩传感器，以及用于检测车辆速度的车速传感器，扭矩传感器与车速传感 器分别与电控单元连接，电控单元连接用于助力转向的电机，电机通过传动机构与转向轴 连接，其中，所述的电控单元包括 主助力扭矩计算单元，用于接收表示方向盘的转向扭矩和车速的信号，使用正常
模式助力映射或异常模式助力映射计算主助力扭矩； 目标助力扭矩计算单元，用于进一步计算目标助力扭矩； 故障判断单元，用于判断是否存在造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的故 障因素； 异常模式控制改变命令单元，用于根据故障判断信号和车速信号发送改变控制模 式的命令以及表示故障类型的故障识别信号； 激励电压产生单元，用于根据目标助力扭矩的信号计算需要施加到电机上的激励 电压。 进一步，如上所述的车辆电动助力转向控制装置，其中，所述的激励电压产生单元 包括 目标电流计算单元，用于接收目标助力扭矩的信号，并计算与目标助力扭矩成比 例的目标电流； 电流偏差计算单元，用于计算目标电流与电源供应的实际电流之间的偏差；
微分控制单元，用于根据电流偏差计算目标电压，使实际电流等于目标电流；
P丽电压产生单元，用于发送表示与目标电压对应的P丽控制电压的信号；
H桥驱动电路，用于根据P丽控制电压信号产生激励电压，并将激励电压施加到电 机。 进一步，如上所述的车辆电动助力转向控制装置，其中，所述的电控单元还包括补 偿扭矩计算单元，用于接收方向盘的转向角速度信号来计算补偿助力扭矩，主助力扭矩计 算单元和补偿扭矩计算单元分别将主助力扭矩和补偿扭矩的计算结果发送给目标助力扭 矩计算单元用于相加计算目标助力扭矩。 进一步，如上所述的车辆电动助力转向控制装置，其中，在向电机供电的电源继电 器与激励电压产生单元之间设有电流传感器，用于检测流过电机的电流。
本发明的有益效果如下本发明所提供的车辆电动助力转向控制方法及装置，在 发生异常扭矩波动或电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的情况下，根据减小转向操作中 不舒服感觉的必要性程度以及减小进行转向操作所需的力的必要性程度来执行助力转向 电机的驱动控制。当车速较低而转向助力的必要性程度较高时，驱动电机产生转向助力扭 矩，以减轻驾驶者的负担；当车速较高而转向助力的必要性程度较低时，禁止电机的操作， 以最小化转向操作中不舒服的感觉。本发明与现有的助力转向控制方法相比更加科学合 理，助力转向效果也更加显著。
图1为本发明实施例的车辆电动助力转向装置示意图； 图2为本发明实施例的电控单元各模块的功能示意图； 图3为助力控制程序的流程图； 图4为转向扭矩和基本助力扭矩的映射关系； 图5为当发生故障时用于计算基本助力扭矩的异常模式助力映射的示意图； 图6为用于计算补偿扭矩的补偿扭矩映射的示意图； 图7为转向扭矩传感器的信号偏移示意图； 图8为转向扭矩传感器的信号波动示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。 如图1所示，电动助力转向装置主要包括电动转向装置60，以便将辅助转向力 (转向扭矩)提供到与方向盘61连接的转向轴21。该转向轴21包括顶端连接到方向盘 61的上部转向轴21a，底端设置有花键轴88，以及连接花键轴88和下部转向轴21b的万向 联轴器21c。下部转向轴21b的齿轮轴48具有齿条轴89，该齿条轴具有与该小齿轮啮合的 齿条89a。通过齿轮轴48和齿条轴89 (齿条89a)形成齿条和齿轮机构84。在齿条轴89 的两端设置拉杆46，并具有将前轮62附着于该拉杆46的外端。 通过蜗杆齿轮44和蜗轮45形成动力传送机构85。电机42输出辅助转向扭矩的 旋转力(扭矩)，并且通过动力传送机构85将该旋转力施加于下部转向轴21b。将转向扭 矩传感器20设置到下部转向轴21b。当驾驶者操作方向盘61并且将转向扭矩施加于转向 轴21时，转向扭矩传感器20感应施加于转向轴21的转向扭矩。 附图标记63表示用于感应汽车速度的速度传感器，64表示由计算机构成的控制 装置。控制装置64接收从转向扭矩传感器20输出的转向扭矩信号T以及从速度传感器63 输出的速度信号V，并且输出驱动控制信号SG1，以便在基于与转向扭矩有关的信息和与车 辆速度有关的信息的基础上控制是电机42的操作。 电动转向装置60包括转向扭矩传感器20、速度传感器63、控制装置64、电机42、 齿条和齿轮机构84以及其它添加到规则常规转向系统的装置结构的组件。
当驾驶者操作方向盘61以便改变车辆行进的方向时，基于施加于转向轴21的转 向扭矩的旋转力通过齿条和齿轮机构84被转变成沿齿条轴89的轴向上的线性运动，并且 通过拉杆46改变前轮62的行进方向。此时，设置到转向轴21a的转向扭矩传感器20同时感应转向扭矩，根据驾驶者对方向盘61的转向，将该转向扭矩转换成电转向扭矩信号Th， 并且将转向拒矩信号Th传递到控制装置64。速度传感器63感应车辆速度，将该速度转换 成速度信号V，然后将该速度信号V输出到控制装置64。控制装置64在转向扭矩信号Th 和速度信号V的基础上产生驱动电机42的电机电流。由电机电流驱动的电机42经由蜗轮 蜗杆减速器机构85将辅助转向力施加于下部转向轴21c。如上，通过驱动电机42降低了由 驾驶者施加于方向盘61的转向力。 速度传感器63输出两个频率相同的脉冲信号，在两个脉冲信号中，一个脉冲信号 被用作车速信号V，而另一个脉冲信号被用作判断传感器中是否已经发生故障的信号Ve。 如果转向速度传感器63工作正常，则两个脉冲信号表示相同的值。另一方面，如果速度传 感器63中已经发生故障，则两个脉冲信号表示不同的值。因此，通过将两个脉冲信号所表 示的值相互比较，判断速度传感器63中是否已经发生故障。 方向盘61转动的方向基于转向扭矩Th是否取正值或负值来识别。根据本发明的 实施案例，当方向盘61顺时针转动时，转向扭矩Th取正值。相反，当方向盘61逆时针转动 时，转向扭矩Th取负值。相应地，转向扭矩Th的大小表示转向扭矩Th的绝对值的大小。
根据设置于转向轴21a的中部的扭杆的扭角而改变磁阻、并基于磁阻的变化而输 出电压信号的传感器用作转向扭矩传感器20。转向扭矩传感器20可输出两个独立的电压 信号。在两个电压信号中，一个电压信号被用作表示转向扭矩Th的检测信号，而另一个电 压信号被用作判断传感器中是否已经发生故障的信号Thc。如果转向扭矩传感器20工作正 常，则两个电压信号表示相同的值。另一方面，如果转向扭矩传感器20中已经发生故障，则 两个电压信号表示不同的值。因此，通过将两个电压信号所表示的值相互比较，判断转向扭 矩传感器20中是否已经发生故障。 图7所示为故障的转向扭矩传感器20的检测信号所表示的转向扭矩Th的线从原 点偏移。即，检测的转向扭矩偏离实际的转向扭矩(图7中横轴所表示)。当方向盘61沿 顺时针方向和逆时针方向中一个方向转动时，如果方向盘61被转动更大量，则产生的转向 扭矩则被错误地检测。这可能引起扭矩顺时针/逆时针的变化，这是一种这样的现象，其中 电机42的扭矩输出在由相同转向扭矩所进行的方向盘61的顺时针和逆时针转动操作之间 变化。在图7中，实线表示正常状态下的扭矩检测特性(实际转向扭矩和传感器检测的转 向扭矩之间的关系)；虚线表示故障状态下扭矩检测特性，在此故障状态中，当方向盘61顺 时针转动时，如果方向盘61被转动更大量，则转向扭矩被错误地检测；并且长短交替的虚 线表示故障状态下扭矩检测特性，在此故障状态下，当方向盘61逆时针转动时，如果方向 盘61被转动更大量，则转向扭矩被错误地检测。 控制电机42操作的电控单元64主要包括主要CPU、辅助CPU及它们各自的ROM、 RAM，从分别连接到电控单元64的转向扭矩传感器20、车速传感器63接收检测信号。车速 传感器63输出表示车辆行驶速度V的车速信号。电控单元64还连接到警报装置25，警报 装置25是通知驾驶者发生故障的警报灯。 图2所示为整个电控单元64的原理框图，包括微计算机的功能模块。功能模块中 示出的功能通过执行程序实现。电控单元64包括计算主助力扭矩的主助力扭矩计算单元 31以及计算补偿扭矩的补偿扭矩计算单元32。 主助力扭矩计算单元31接收表示转向扭矩Th和车速V的信号，并基于转向扭矩Th和车速V计算基础辅扭矩，使用助力映射计算主助力扭矩Tas， Tas与Th及V的对应关 系随车型不同而不同。准备两个助力映射，即，当故障判断单元64(后面描述)判断没有故 障时，使用正常模式助力映射，当故障判断单元64判断已经发生故障时，使用异常模式助 力映射。这些助力映射存储于微计算机的ROM中。 如图4所示，正常模式助力映射针对多种车速V限定主助力扭矩Tas和转向扭矩 Th之间的近似线性关系，可以按主助力扭矩Tas二T^e公式计算，其中e为转向角。根 据正常模式助力映射，主助力扭矩Tas被设定为随转向扭矩Th的增大而增大。如图4中所 示，转向扭矩Th和主助力扭矩Tas之间的关系被设定成，随车速V增大，主助力扭矩Tas整 个地减小，即，在给定转向扭矩Th下，主助力扭矩Tas随车速V增大而减小，可以根据具体 试验得到的经验值确定具体的对应关系。 如图5中所示，异常模式助力映射中转向扭矩Th的死区宽度比正常模式助力映射 中的大。在死区中，主助力扭矩Tas被设定为零。在正常模式助力映射中，针对多种车速， 在主助力扭矩Tas和转向扭矩Th之间设定多种关系。相反，异常模式助力映射没有根据车 速V提供多种助力特性曲线。但是，基于车速V可以改变助力特性。 根据本发明实施例的正常模式助力映射可以当作正常模式计算数据。根据本发明 实施例的异常模式助力映射可以当作异常模式计算数据。除了使用这样的助力映射之外， 可以存储定义助力扭矩Tas随转向扭矩Th变化的函数，并使用函数计算主助力扭矩Tas。
补偿扭矩计算单元32接收表示由驾驶者进行操作所获得的驾驶者的方向盘61的 转向角速度o的信号，并基于转向角速度co计算补偿扭矩Tc被用于向由驾驶者进行的方 向盘61的操作加入一些沉重感觉。使用图6中所示的补偿扭矩映射计算补偿扭矩Tc， Tc =Ke*"， Ke为电机阻尼扭矩常数。从补偿扭矩映射中可以看出，沿与方向盘61转动方向 相反的方向施加的补偿扭矩被设定成随转向角速度o的增大而增大。补偿扭矩并不限于 用来向方向盘61的操作加一些沉重感觉的扭矩。例如，基于转向角9施加以将方向盘61 返回到中性位置的回位扭矩，或者根据其它控制系统的命令产生的协作控制扭矩。可选地， 该装置可以不使用补偿扭矩。 电控单元64包括目标扭矩计算单元33。目标助力扭矩计算单元33接收表示由主 助力扭矩计算单元31计算的主助力扭矩Tas以及由补偿扭矩计算单元32计算的补偿扭矩 Tc的信号。目标助力扭矩计算单元33然后通过将主助力扭矩Tas和补偿助力扭矩Tc加到 一起来计算目标助力扭矩1*= (Tas+Tc)。然后，电机42由以下的单元基于目标助力扭矩 T*来控制。 电控单元64包括激励电压产生单元30，激励电压产生单元30由目标电流计算单 元34、电流偏差计算单元35、微分控制单元(D控制单元)36、 P丽电压产生单元37、 H桥驱 动电路38组成。 目标电流计算单元34接收表示由目标助力扭矩计算单元33计算的目标助力扭 矩T*的信号，并计算与目标助力扭矩T*成比例的目标电流1*。目标电流满足以下关系 KT I* = Tas+JM *((!" M/dt) +DM " M+FM sgn (" M)， 其中，KT是电机扭矩系数，Tas是主助力扭矩，JM转动惯量系数，DM是粘滞系数，FM 是阻尼力矩，"M是电机转速，sgn()为符号函数。 目标偏差计算单元35接收表示由目标电流计算单元34计算的目标电流I*以及流到电机42的实际电流Ix的信号，并计算实际电流Ix与目标电流W之间偏差AI(= I*_Ix)。电流传感器71设置于电源继电器到P丽电压产生单元37之间，并检测流过电机 42的电流(Ix)。电源继电器72设置于电源线上。电源继电器72允许或者阻止向电机42 供应电流。 表示由电流偏离差计算单元35计算的偏差A I被发送到微分控制单元(D控制单 元)36。微分控制单元36基于偏差AI计算目标电压V气使得实际电流Ix等于目标电流 1*，即偏差A I等于零。目标电压的计算公式如下
V* = Kh I*+KM (d w M/dt) +KD w M+KF sgn (w M)， 其中，Kh是电机阻抗常数，KM是电机惯量系数，KD是粘滞系数，KF是阻尼系数，"M 是电机转速，sgn()为符号函数。 表示由微分控制单元36计算的目标电压V*的信号被发送到P丽电压产生单元
37。 这样，由微分控制单元36计算的目标电压的信号被发送到P丽电压产生单元37。 P丽 电压产生单元37将表示与目标电压V*对应的P丽控制电压的信号发送给H桥驱动电路
38。 H桥驱动电路38基于P丽控制电压信号产生激励电压，并将激励电压通过电源线施加 到电机42。因此，在电机42产生的驱动动力的助力下，前轮62转向。 电控单元64还包括故障判断单元64。故障判断单元64判断故障是否已经发生， 该故障是造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的因素。即，故障判断单元64判断转向 扭矩传感器20的输出中是否已经发生偏移，即，转向扭矩传感器20检测的数值是否偏离实 际值；电流传感器71信号是否发生异常波动；包括P丽电压产生单元37和H桥驱动电路 38的电机驱动系统中是否产生波动；以及通向电机42的电源线或电机42内部线路中至少 一个是否损坏。 如果转向扭矩传感器20检测的值偏离实际值，则检测扭矩Th偏离真实转向扭矩。 即，当方向盘61沿顺时针方向或逆时针方向中一个转动时，如果方向盘61转动更少量，则 产生的转向扭矩被错误检测。因此，即使相同的操作力被用来顺时针或逆时针转动方向盘 61，则供应的转向助力扭矩的大小在当方向盘61顺时针转动或当方向盘61逆时针转动之 间变化。由此，驾驶者需要的操作力根据方向盘61的转动方向而变化。因此，驾驶者在方 向盘61的转动操作中可能感觉到不舒服的感觉。因此，故障判断单元64将发送自转向扭 矩传感器20的信号Th和The相互比较，并且，如果由这些信号Th和The表示的电压值之 间的偏差等于或大于参考值，则判断转向扭矩传感器20中已经发生故障。
在图2中，两相的电压统称为Vx。如果电机42的电源线42U、42V任一个损坏，虽 然电机能够旋转，但是电机42的扭矩输出跳动。当电源线中发生这样的突变时，通过电流 反馈控制计算的电流偏差值不等于零。因此，当由电流偏差计算单元35计算并由偏差信号 A I所表示的偏差电流值不等于零时，故障判断单元64判断电源线中一个损坏。
当判断下列情况时转向扭矩传感器20的输出中已发生偏移，即转向扭矩传感器 20检测的值偏离实际值，这种偏移是造成异常扭矩波动或电机扭矩偏离目标助力扭矩映射 数值的因素；电流传感器71已经发生故障；电机驱动系统中(例如，P丽电压产生单元37 或H桥驱动电路38)已经发生故障；或者通向电机42的电源线42U、42V中至少一个已经损 坏，则故障判断单元64将表示故障类型的故障判断信号发送给异常模式控制改变命令单 元40。当检测到与上述故障不同的主故障时，或当从其它控制系统接收助力停止命令时，电控单元64使用故障处理功能单元(图中未示出)停止整个控制系统的操作。
除了故障判断信号之外，异常模式控制改变命令单元40还从车速传感器63接收 表示车速V的信号。当故障判断信号从故障判断单元64输出并且车速V高于设定值(20 公里/小时)时，异常模式控制改变命令单元40输出命令，停止转向助力。响应于该停止 命令，转向助力停止。例如，电源继电器被关闭，以切断到电机42的电力供应。当故障判断 信号从故障判断单元64输出并且车速等于或低于设定值(20公里/小时)时，异常模式控 制改变命令单元40向主助力扭矩计算单元31和补偿扭矩计算单元32发送改变控制模式 的命令，并向主助力扭矩计算单元31发送表示故障类型的故障识别信号。
主助力扭矩计算单元31根据从异常模式控制改变命令单元40接收的控制模式改 变命令将要使用的助力映射设定为异常模式助力映射，并使用异常模式助力映射计算助力 扭矩Tas。当从异常模式控制改变命令单元40接收的故障识别信号表示电流传感器71中 一个已经发生故障时，主助力扭矩计算单元31输出停止命令P丽OFF，用于当转向扭矩Th 进入死区时停止从P丽电压产生单元37的输出。当故障识别信号表示电机驱动系统中的 多个相中一个已发生故障时，主助力扭矩计算单元31向电源继电器输出OFF信号MR OFF。
补偿扭矩计算单元32在从异常模式控制改变命令单元40接收到控制模式改变命 令时停止补偿扭矩的计算。补偿扭矩计算单元32然后将补偿扭矩Tc的值设为零，然后向 目标助力扭矩计算单元33发送表示补偿扭矩Tc为零的信号。 诸如扭矩Th、Tas、Tc和l^、电流Ix、I扒IUx、IVx和A I、电压Vx、转向角速度"、
转向角e以及车速v均表示其大小和方向的信息。 图3所示为由电控单元64执行的助力控制程序，并且作为控制程序存储于电控单 元64的ROM中。通过组合电控单元64的各单元31-40彼此联系地执行处理并将处理以时 间顺序排列来准备助力控制程序。当点火开关打开时，以预定时间间隔周期性地执行控制 程序。 在开始控制程序后，电控单元64首先检查各部件的状态(步骤Sll)。接着，电控 单元64在步骤S12中判断是否已经发生故障。如果在步骤S12中判断没有故障(步骤S12 中的"N0")，则电控单元64在步骤S13中执行正常模式转向助力控制。S卩，电控单元64使 用主助力扭矩计算单元32计算主助力扭矩Tas，并与补偿扭矩Tc加起来得到目标助力扭矩 T*的值，并通过上述电流反馈控制电机42。除非检测到故障，否则周期性执行这样的正常 模式转向助力。 如果在步骤S12中判断已发生故障，则电控单元64执行步骤S14，在步骤S14中 打开警报装置25。接着，在步骤S15中，电控单元64判断检测的故障是否是造成异常扭矩 波动或电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的因素。如果已经检测到这样的故障，则不需 要停止转向助力控制。在步骤S15中作出肯定判断，如果故障判断单元64判断下列情况 转向扭矩传感器20的输出中已经发生偏移时；电流传感器71已经发生故障；或者电机42 的电源线已经损坏时。如果故障判断单元64判断已经发生上述故障之外的故障时，在步骤 S15中作出否定判断。 如果在步骤S15中作出否定判断时，则在步骤S16中，电控单元64禁止电机42的 驱动控制。因此，转向助力停止。另一方面，如果在步骤S15中作出肯定判断，S卩，如果判断 检测的故障是造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的因素的故障时，虽然不正确但还运行转向助力功能。因此，根据转向助力的必要性程度来允许电机42的驱动控制。
电控单元64在步骤S17中读取车速传感器63所检测的车速V，并判断车速是否高 于预定20公里/小时(步骤S18)。当车速高速行驶时，转向助力的必要性程度较低。因 此，当车速V高于20公里/小时时，电控单元64禁止电机42的驱动控制，以停止转向助力 (步骤S16)。 另一方面，当车辆低速行驶时，驾驶者转动方向盘61的负担较重。因此，如果判断 车速V等于或低于20公里/小时(S18中的"NO")时，电控单元64允许电机42的驱动控 制，以执行异常模式助力控制(步骤S19)。 S卩，电控单元64使用主助力扭矩计算单元31参 考异常模式助力映射计算主助力扭矩，使用主助力扭矩Tas设定目标助力扭矩T*，并通过 上述的电流反馈控制来控制电机42的操作。这样，因为与转向角速度co对应的补偿扭矩 Tc被设为零，所以目标助力扭矩T*等于主助力扭矩Tas。 在异常模式助力控制中，使用图5中示出的异常模式助力映射计算主助力转 Tas( = T*)。从映射中可以看出，其中主转向扭矩Tas被设为零的转向扭矩死区的宽度较 大。因此，当驾驶者使用小于3Nm扭矩进行转向操作时，检测的转向扭矩Th在死区内。这 样，目标助力扭矩W被设为零，并且不发出驱动电机42的命令。另一方面，当驾驶者用大 于4Nm扭矩进行转向操作时，检测的转向扭矩在死区之外，则设定预定目标助力扭矩T*，并 且执行电机42的驱动控制。S卩，如果判断已经发生是造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射 数值的因素的故障时，由电机42向驾驶者进行大于4Nm扭矩故意进行的方向盘61操作提 供转向助力。另一方面，禁止电机42向驾驶者使用小于3Nm扭矩非故意进行的方向盘61 操作提供转向助力。因此，当转向助力的必要性程度较高时，驱动电机42以减轻驾驶者的 负担。另一方面，当电机42的转向助力的必要性程度较低时，停止电机42的操作，以阻止 电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的发生。 当电机驱动系统中已经发生故障时，即使转向扭矩Th位于死区内，仅通过改变助 力映射不能够阻止电机42的错误操作。例如，如果故障发生在P丽电压产生单元37或H桥 驱动电路38中，即使将目标助力扭矩T*设为零，电机42也可能被错误地驱动。当故障发 生在电流传感器71的一个中时，则仅通过改变助力映射，仍不能防止电机42的错误操作。 因此，当执行异常模式转向助力控制时，另外执行以下步骤。 电控单元64在步骤S20中判断转向扭矩Th是否位于异常模式助力映射的死区 内。如果判断转向扭矩Th位于死区内(步骤S20中的"YES")，则电控单元64在步骤S21 中判断故障是否与电机驱动系统有关。如果故障与电机驱动系统有关(步骤S21中的 "YES")，则电控单元64关闭电源继电器，以切断电机42的电力供应(步骤S 22)。如果故 障与电机驱动系统无关(步骤S21中的"N0")，则电控单元64判断故障是否与电流传感器 71中的一个有关(步骤S23)。如要判断故障与电流传感器71中的一个有关(步骤S23中 的"YES")，则ECU 64停止向H桥驱动电路38发送P丽控制信号(步骤S24)。
因此，当转向扭矩Th位于异常模式助力映射中的死区内时，即使检测的故障与电 机驱动系统或电流传感器71有关，则电机42的操作亦可靠地停止。另一方面，当转向助力 扭矩Th在死区外或者当检测的故障与电机驱动系统及电流传感器71均无关时，则电控单 元64基于使用异常模式助力映射设定的目标助力扭矩T*控制流过电机42的电流量，而不 执行步骤S22和S24。
在上述助力控制程序中，基于车速是否高于20公里/小时(步骤S18)而禁止或允许转向助力。20公里/小时可以允许具有迟滞性。例如，当车速V超过22公里/小时，可以禁止转向助力，而当车速减小并等于或小于18公里/小时，可以允许转向助力。可选地，对于车速V是否高于20公里/小时的判断可以持续执行一预定时间长度。当判断已经过预定时间长度时，可以禁止或允许转向助力。 根据本发明的实施例的电动助力转向装置，在发生异常扭矩波动或电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的情况下，根据减小转向操作中不舒服感觉的必要性程度以及减小进行转向操作所需的力的必要性程度来执行电机42的驱动控制。即，当车速较低而转向助力的必要性程度较高时，驱动电机42以产生转向助力扭矩，以减轻驾驶者的负担。另一方面，当车速较高而转向助力的必要性程度较低时，禁止电机的操作，以最小化转向操作中不舒服的感觉。 另外，在这样的故障状态下，将助力映射改变为异常模式助力映射，其中转向扭矩的死区宽度比正常状态下的大。因此，即使车辆低速行驶时，如果转向助力的必要性程度较低，即驾驶者使用相当弱的力进行故意的转向操作，禁止电机42的操作。因此，驾驶者不会感到不舒服的感觉，例如异常扭矩波动或电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值。另一方面，当驾驶者使用较大力进行转向操作时，例如当驾驶者使车辆转向时，转向扭矩落在死区外，由电机42的操作产生转向助力扭矩减轻驾驶者的负担。 当转向扭矩较低时，驾驶者更容易感到不舒服的感觉，例如异常扭矩或电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值。即使在使用助力映射设定转向扭矩死区的情况下，当已经发生不引起停止电机42操作必要性的故障(电机驱动系统或电流传感器中的故障)时，切断通向电机42的电源线或停止发出P丽控制信号，由此可靠地停止电机42的操作。另外，因为当执行这样的异常模式转向助力控制时亦打开警报装25，所以驾驶者可以在停止转向助力控制之前意识到故障的发生，因此可能在较早阶段对转向助力系统进行维修工作。
本发明所述的方法及装置并不仅限于具体实施方式
中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
权利要求
一种车辆电动助力转向控制方法，其特征在于该方法在助力控制装置中存储正常模式计算数据和异常模式计算数据，通过获取方向盘的转向扭矩和车速的信号，计算目标助力扭矩；故障检测装置检测是否存在造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的故障因素，如果故障因素不存在，助力控制装置基于正常模式计算目标助力扭矩，实现助力转向控制；如果存在造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的故障因素且车速小于或等于设定值时，助力控制装置基于异常模式计算目标助力扭矩，实现助力转向控制；如果存在造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的故障因素且车速大于设定值时，助力控制装置停止转向助力。
2. 如权利要求1所述的车辆电动助力转向控制方法，其特征在于所述的造成电机扭 矩偏离目标助力扭矩映射数值的故障因素包括转向扭矩传感器检测的数值偏离实际值； 电流传感器信号发生异常波动；电机驱动系统产生异常波动；通向电机的电源线或电机内 部线路出现损坏。
3. 如权利要求1所述的车辆电动助力转向控制方法，其特征在于在基于正常模式计 算目标助力扭矩时，所述的目标助力扭矩由主助力扭矩和补偿助力扭矩相加而得，通过获 取方向盘的转向扭矩和车速的信号来计算主助力扭矩，通过获取方向盘的转向角速度信号 来计算补偿助力扭矩。
4. 如权利要求1或2或3所述的车辆电动助力转向控制方法，其特征在于在基于正 常模式实现助力转向控制时，目标助力扭矩设定为随方向盘的转向扭矩的增大而增大，并 且在给定的一个方向盘转向扭矩下，目标助力扭矩随车速的增大而减小。
5. 如权利要求1或2或3所述的车辆电动助力转向控制方法，其特征在于在基于异常 模式实现助力转向控制时，如果判断方向盘的转向扭矩位于异常模式助力映射的死区内， 且造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的故障因素与电机驱动系统或与电流传感器 有关，则助力控制装置停止转向助力。
6. —种车辆电动助力转向控制装置，包括用于检测驾驶者对方向盘转向操作所施加的 转向扭矩的扭矩传感器，以及用于检测车辆速度的车速传感器，扭矩传感器与车速传感器 分别与电控单元连接，电控单元连接用于助力转向的电机，电机通过传动机构与转向轴连 接，其特征在于所述的电控单元包括主助力扭矩计算单元，用于接收表示方向盘的转向扭矩和车速的信号，使用正常模式 助力映射或异常模式助力映射计算主助力扭矩；目标助力扭矩计算单元，用于进一步计算目标助力扭矩；故障判断单元，用于判断是否存在造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的故障因素；异常模式控制改变命令单元，用于根据故障判断信号和车速信号发送改变控制模式的 命令以及表示故障类型的故障识别信号；激励电压产生单元，用于根据目标助力扭矩的信号计算需要施加到电机上的激励电压。
7. 如权利要求6所述的车辆电动助力转向控制装置，其特征在于所述的激励电压产 生单元包括目标电流计算单元，用于接收目标助力扭矩的信号，并计算与目标助力扭矩成比例的目标电流；电流偏差计算单元，用于计算目标电流与电源供应的实际电流之间的偏差；微分控制单元，用于根据电流偏差计算目标电压，使实际电流等于目标电流；P丽电压产生单元，用于发送表示与目标电压对应的P丽控制电压的信号；H桥驱动电路，用于根据P丽控制电压信号产生激励电压，并将激励电压施加到电机。
8. 如权利要求6或7所述的车辆电动助力转向控制装置，其特征在于所述的电控单 元还包括补偿扭矩计算单元，用于接收方向盘的转向角速度信号来计算补偿助力扭矩，主 助力扭矩计算单元和补偿扭矩计算单元分别将主助力扭矩和补偿扭矩的计算结果发送给 目标助力扭矩计算单元用于相加计算目标助力扭矩。
9. 如权利要求6所述的车辆电动助力转向控制装置，其特征在于在向电机供电的电 源继电器与激励电压产生单元之间设有电流传感器，用于检测流过电机的电流。
全文摘要
本发明涉及一种车辆电动助力转向控制方法及其控制装置。该方法在助力控制装置中存储正常模式计算数据和异常模式计算数据，通过获取方向盘的转向扭矩和车速的信号，计算目标助力扭矩；故障检测装置检测是否存在造成电机扭矩偏离目标助力扭矩映射数值的故障因素，如果故障因素不存在，助力控制装置基于正常模式计算目标助力扭矩；如果存在故障因素，则根据车速的大小选择基于异常模式计算目标助力扭矩或停止转向助力。控制装置包括扭矩传感器以及车速传感器，扭矩传感器与车速传感器分别与电控单元连接，电控单元连接用于助力转向的电机。本发明基于转向助力的安全性和必要程度产生转向助力扭矩，使电动助力转向的控制更加科学合理。
文档编号B60K6/00GK101734135SQ200910243248
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者李军, 李军良, 李翊 申请人:东莞市精航达电动转向系统有限公司;东莞市易方鑫达汽车科技有限公司;李军