用于电动汽车的电动助力转向控制系统、装置及其方法

专利名称：用于电动汽车的电动助力转向控制系统、装置及其方法
技术领域：
本发明属于汽车转向领域，尤其涉及用于电动汽车的电动助力转向控制系统、装置及其方法。
背景技术：
无论从环境方面还是从能源角度考虑，现代电动汽车都是未来汽车工业不二的选择，它不仅可实现零排放或极低排放，而且电动汽车利用的是一种来源广泛、对环境友好的可靠能源-电能。但是，迄今为止，受电动汽车关键技术发展的制约，导致这些成果转化为生产项目的并不多。根据目前的电动汽车技术发展来看，在汽车用驱动电机技术与电池技术等方面还未取得关键性突破，电动汽车的续航里程问题还没有得到根本解决。电动助力转向系统(Electric Power Steering,缩写EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS (Hydraulic PowerSteering)相比，EPS系统具有很多优点。只在转向时电机才提供助力，可以显著降低燃油消耗；转向助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好。电动助力转向系统在传统内燃机汽车上已经得到很好地应用，说明EPS技术已经相当成熟。由于电动汽车取消了发动机，所以以发动机为动力来源的HPS和改进型电控液压转向系统(EHPS)都不适用于电动汽车，因此在以电池为能源的电动汽车上应用EPS是最优的方案。专利“电动汽车电动助力转向系统及其转向助力方法”(CN201110108953.6)保护了电动汽车电动助力转向系统的组成部分及相互连接关系，并且说明了各工况下的控制方法；专利“一种电动汽车电动助力转向系统”(CN201210064816.1)公开了电动汽车电动助力转向系统的结构，其中增加了轴重传感器，轴重信号与转矩信号和车速信号共同决定助力电动机的助力转矩大小和方向。专利“一种适用于纯电动车汽车的EPS转向助力方法及系统”(CN201110164173.3)提出一种适用于纯电动车汽车的EPS转向助力方法，首先把转速脉冲信号转换成CAN总线信号，然后通过一个信号转换模块将车速CAN信号转换为EPS转向助力控制装置所需要的车速变频脉冲模拟信号和发动机转速变频脉冲模拟信号，控制装置根据车速变频脉冲模拟信号和转矩信号控制EPS电机精确提供助力。已有专利对电动汽车电动助力转向系统的结构组成和控制方法进行了保护，但是都没有提及电动汽车适用的电动助力转向系统具有的特点及相应的控制方法。

发明内容
本发明的目的:构建新的电动汽车电动助力转向系统以适应电动汽车特有的运行特点。由于电动汽车取消了发动机，因此以发动机转速信号为触发信号的传统电动助力转向EPS系统控制装置就不能在电动汽车上使用，本发明所保护的电动汽车电动助力转向系统以档位信号为触发信号，只有在电动汽车挂入前进挡或者倒车档时，EPS系统控制装置才会被触发，这样就避免在原地反复转动方向盘导致轮胎磨损和过多无用地消耗电池电量。本发明所保护的电动汽车电动助力转向系统实时监测电动汽车的电池电量，如果监测到电池电量过低，电动助力转向EPS系统控制装置减小助力电流以保证有更多的电能供驱动系统使用，增加电动汽车的续航里程。本发明提出了一种用于电动汽车的电动助力转向系统，包括转向盘、输入轴、转矩转角传感器、助力电机、减速机构、输出轴、转向器、转向传动机构、电动助力转向EPS系统控制装置，其特征在于:
转向盘、输入轴、转矩转角传感器、减速机构、输出轴、转向器、转向传动机构依次机械联接，助力电机通过传动轴与减速机构联接，EPS系统控制装置通过电线与助力电机相连，EPS系统控制装置还与转矩转角传感器、车速传感器和电池通过电线联接。其中，所述EPS系统控制装置还与电动汽车的中央控制单元通过CAN总线相连，接收所述电动汽车电池电量信号。其中，所述EPS系统控制装置接收电动汽车档位信号。其中，只有在所述电动汽车挂入前进挡或者倒车档时，触发所述EPS系统控制装置。其中，所述EPS系统控制装置根据接收到的电池电量信号计算出助力系数使助力电机输出的助力能随电池电量的大小而变化。其中，所述电动助力转向系统工作时，助力电机经减速机构放大的扭矩与驾驶员施加在转向盘的扭矩共同叠加在转向器上，再经传动机构传递到车轮，使车轮按照驾驶员的意愿转向。本发明还提出了一种用于电动汽车的电动助力转向系统控制装置，其包括电源模块、信号处理模块、中央控制模块、CAN模块、电池电量测量模块和功率驱动模块，EPS系统控制装置以中央控制模块为中心，电源模块、信号调理模块、CAN模块、电池电量测量模块和功率驱动模块分别与之相连接，其特征在于:
电源模块，用于给所述控制装置中其他各模块提供所需的电压；
信号处理模块，用于接收档位信号以及转矩、转角信号、车速信号，并将处理后的信号传送给中央控制模块；
电池电量测量模块，用于测量所述电动汽车的电池的剩余电量；
功率驱动模块，根据从中央控制模块的输出信号，调整助力电机的输出功率。其中，所述中央控制模块的输出信号包括根据上述信号处理模块处理过的信号判断转向工况并结合助力特性输出目标电流值，接着将目标电流值与实际电流值的差值经过PID (比例-积分-微分)运算得到PWM信号的占空比。本发明还提出了一种用于电动汽车的电动助力转向系统控制方法，其包括: 步骤一、进行故障检测，如果检测到故障，并持续大于I秒，则结束，否则向下执行步骤
-* ;
步骤二、当检测到档位信号时，则执行步骤三；
步骤三、获取电动汽车电池的电量信息，如果电量充足，助力电流按照正常的大小计算，相反如果电量不足，减小助力系数使助力电流减小；
步骤四、对转矩、转角、车速信号进行处理；
步骤五、根据上述处理过的信号判断转向工况并结合助力特性输出目标电流值，接着将目标电流值与实际电流值的差值经过PID运算得到PWM信号的占空比，将PWM信号输入功率驱动模块，从而对助力电机进行控制。本发明的有益效果是:电动汽车电动助力转向系统以档位信号为触发信号，只有在电动汽车挂入前进挡或者倒车档时，EPS系统控制装置才会被触发，这样就避免在原地反复转动方向盘导致轮胎磨损和过多无用地消耗电池电量。本发明所保护的电动汽车电动助力转向系统实时监测电动汽车的电池电量，如果监测到电池电量过低，电动助力转向EPS系统控制装置减小助力电流以保证有更多的电能供驱动系统使用，增加电动汽车的续航里程。


图1为电动汽车电动助力转向系统原理 图2为电动助力转向系统EPS系统控制装置原理 图3为EPS系统控制装置程序流程图。
具体实施例方式结合说明书附图，详细说明本发明:
首先，参考图1，图中:1-转向盘，2-输入轴，3-转矩、转角传感器，4-助力电机，5-减速机构，6-输出轴，7-转向器，8-转向传动机构，9-车轮，10-EPS系统控制装置。如图1所不,一种用于电动汽车的电动助力转向系统,包括转向盘1、输入轴2、转矩转角传感器3、助力电机4、减速机构5、输出轴6、转向器7、转向传动机构8和EPS系统控制装置10等。其中转向盘1、输入轴2、转矩转角传感器3、减速机构5、输出轴6、转向器7、转向传动机构8依次机械联接，助力电机通过传动轴与减速机构5联接，EPS系统控制装置10通过电线与助力电机相连，EPS系统控制装置10还与转矩转角传感器、车速传感器3和电池通过电线联接。由于EPS系统控制装置10要实时监测电池电量，所以EPS系统控制装置10还与整车中央控制单元通过CAN总线相连。电动助力转向系统工作时，助力电机经减速机构放大的扭矩与驾驶员施加在转向盘的扭矩共同叠加在转向器上，再经传动机构传递到车轮，使车轮按照驾驶员的意愿转向。助力电机输出的扭矩由EPS系统控制装置10决定，EPS系统控制装置10根据转矩、转角信号和车速信号并结合助力特性输出控制信号给助力电机功率驱动模块，功率驱动模块输出载有驱动功率的脉宽调制PWM信号给助力电机,助力电机输出对应的助力扭矩。再来参考图2,图中:CAN模块表不总线通信模块,PWM表不脉宽调制信号,M+表不助力电机接线正端，M-表示助力电机接线负端。如图2所示，电动汽车电动助力转向系统控制装置10，包括电源模块、信号处理模块、中央控制模块、CAN模块、电池电量测量模块和功率驱动模块。EPS系统控制装置以中央控制模块为中心，电源模块、信号调理模块、CAN模块、电池电量测量模块和功率驱动模块分别与之相连接。EPS系统控制装置接收到点火信号后，电源模块工作，输出其他各模块所需的电压，同时中央控制模块上电复位，对各寄存器端口初始化，进入自检步骤，如果检测到故障，则跳出，重新进入自检步骤，如果故障持续大于I秒，则结束；如果没有故障，继续往下运行，循环等待直到检测到档位信号跳出循环继续往下运行，下一步读取CAN总线中电动汽车电池的电量信息，如果电量充足，助力电流按照正常值输出，相反如果电量不足(本发明以低于整体电量20%作为阈值)，减小助力系数使助力电流减小，然后进行转矩、转角信号、车速信号处理，根据上述处理过的信号判断转向工作情况并结合助力特性输出目标电流值，助力特性是指转向盘输入转矩、车速与目标电流之间的关系，其中涉及助力系数，通过调整助力系数可以改变目标电流的大小，接着将目标电流值与实际电流值的差值经过PID(比例-积分-微分)运算得到PWM信号的占空比，将PWM信号输入功率驱动模块以控制助力电机，至此结束一次循环，再次跳转到自检步骤执行下一次循环。本发明虽然以电动汽车为实施例，但是同样适用于其他不以发动机为转向能源的新能源汽车，如混合动力汽车等。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种用于电动汽车的电动助力转向系统，包括转向盘、输入轴、转矩转角传感器、助力电机、减速机构、输出轴、转向器、转向传动机构、电动助力转向EPS系统控制装置，其特征在于: 转向盘、输入轴、转矩转角传感器、减速机构、输出轴、转向器、转向传动机构依次机械联接，助力电机通过传动轴与减速机构联接，EPS系统控制装置通过电线与助力电机相连，所述EPS系统控制装置还与转矩转角传感器、车速传感器和电池通过电线联接。
2.如权利要求1所述用于电动汽车的电动助力转向系统，其中所述EPS系统控制装置还与电动汽车的中央控制单元通过CAN总线相连，接收所述电动汽车电池电量信号。
3.如权利要求1所述用于电动汽车的电动助力转向系统，所述EPS系统控制装置接收电动汽车档位信号。
4.如权利要求3所述用于电动汽车的电动助力转向系统，其中只有在所述电动汽车挂入前进挡或者倒车档时，触发所述EPS系统控制装置。
5.如权利要求3所述用于电动汽车的电动助力转向系统，其特征在于:，所述EPS系统控制装置根据接收到的电池电量信号计算出助力系数使助力电机输出的助力能随电池电量的大小而变化。
6.如权利要求3所述用于电动汽车的电动助力转向系统,所述电动助力转向系统工作时，助力电机经减速机构放大的扭矩与驾驶员施加在转向盘的扭矩共同叠加在转向器上，再经传动机构传递到车轮，使车轮按照驾驶员的意愿转向。
7.一种用于电动汽车的电动助力转向系统控制装置，其包括电源模块、信号处理模块、中央控制模块、CAN模块、电池电量测量模块和功率驱动模块，EPS系统控制装置以中央控制模块为中心，电源模块、信号调理模块、CAN模块、电池电量测量模块和功率驱动模块分别与之相连接，其特征在于: 电源模块，用于给所述控制装置中其他各模块提供所需的电压； 信号处理模块，用于接收档位信号以及转矩、转角信号、车速信号，并将处理后的信号传送给中央控制模块； 电池电量测量模块，用于测量所述电动汽车的电池的剩余电量； 功率驱动模块，根据从中央控制模块的输出信号，调整助力电机的输出功率。
8.如权利要求7所述用于电动汽车的电动助力转向系统控制装置，其中所述中央控制模块的输出信号包括根据上述信号处理模块处理过的信号判断转向工况并结合助力特性输出目标电流值，接着将目标电流值与实际电流值的差值经过比例-积分-微分PID运算得到脉宽调制信号PWM信号的占空比。
9.一种用于电动汽车的电动助力转向系统控制方法，其包括: 步骤一、进行故障检测，如果检测到故障，并持续大于I秒，则结束，否则向下执行步骤-* ; 步骤二、当检测到档位信号时，则执行步骤三； 步骤三、获取电动汽车电池的电量信息，如果电量充足，助力电流按照正常的大小计算，相反如果电量不足，减小助力系数使助力电流减小； 步骤四、对转矩、转角、车速信号进行处理； 步骤五、根据上述处理过的信号判断转向工况并结合助力特性输出目标电流值，接着将目标电流值与实际电流值的差值经过比例-积分-微分PID运算得到脉宽调制信号PWM信号的占空比，将PWM信号输入 功率驱动模块,从而对助力电机进行控制。
全文摘要
本发明涉及用于电动汽车的电动助力转向控制系统、装置及其方法，转向控制系统包括转向盘、输入轴、转矩转角传感器、助力电机、减速机构、输出轴、转向器、转向传动机构和电动助力转向EPS系统控制装置，转向盘、输入轴、转矩转角传感器、减速机构、输出轴、转向器和转向传动机构依次机械联接，助力电机通过传动轴与减速机构联接，EPS控制装置通过电线与助力电机、转矩转角传感器、车速传感器和电池通过电线联接，EPS控制装置还与整车控制装置通过CAN总线相连。本发明电动汽车EPS以档位信号为触发信号，只有在电动汽车挂入前进挡或者倒车档时，控制装置才会被触发，避免在原地反复转动方向盘导致轮胎磨损和电池电量无用消耗。
文档编号B62D5/04GK103112491SQ20121058621
公开日2013年5月22日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者唐斌, 江浩斌, 耿国庆, 袁朝春, 马世典 申请人:江苏大学