电动助力转向系统及EPS角度传感器扩量程方法与流程

本发明涉及电动助力转向系统技术领域，尤其指一种电动助力转向系统及EPS角度传感器扩量程方法。

背景技术：

电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上发展起来的，它利用电动机产生的动力来帮助驾驶员进行转向操作，系统主要由三大部分构成，信号传感装置（包括扭矩传感器、角度传感器和车速传感器），转向助力机构（电机、离合器、减速传动机构）及电子控制装置。

在电动助力转向系统中，信号传感装置的角度传感器主要用于辅助车辆方向盘进行回正操作，它能感应方向盘位置的变化，输出相应的电压信号给电子控制装置中的电子控制单元，电子控制单元再以此计算出当前的传感器角度及方向盘角度。目前，市面上应用较广泛、较具代表性的角度传感器为海拉角度传感器，其适用于装配在汽车、面包车、轻卡等众多中小型车辆上，但因量程的限制而不能装配在货车、拖车等大型车辆上，因为海拉角度传感器的量程约为1480°（等于4.1圈），而大型车辆的方向盘圈数为4.5圈甚至还要大，车辆的转向系统量程超过了海拉角度传感器的量程。事实上，界内有不少能与大型车辆相匹配的角度传感器，但对于一般的电动助力转向系统制造商而言，它们不会外购或者生产过多型号的角度传感器，因为量程越大的角度传感器往往成本更高，且不同型号的角度传感器，装配在转向系统上的方法也不尽相同，复杂程度不一。

技术实现要素：

本发明提供了一种电动助力转向系统及EPS角度传感器扩量程方法，该EPS角度传感器扩量程方法可以在增大EPS角度传感器的量程，使得该EPS角度传感器能与更多车型的电动助力转向系统相匹配。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种EPS角度传感器扩量程方法，包括如下步骤：

一、电子控制单元将呈周期性变化的游标角度处理成以中点角度为中心并以跟随角度为变量线性增减的传感器角度；

二、电动助力转向系统上电后，电子控制单元计算当前游标初始角度并根据“传感器角度=当前游标初始角度+跟随角度”计算传感器角度，若传感器角度能在中点角度的有效范围内经过，则设定当前游标初始角度为有效游标初始角度，若传感器角度不能在中点角度的有效范围内经过，则需要将当前游标初始角度增加或减少一个游标周期后设定为有效游标初始角度；

三、在步骤二中，设定有效游标初始角度之前，方向盘角度始终为0°，设定有效游标初始角度之后，方向盘角度按“方向盘角度=传感器角度-中点角度”输出，其中，传感器角度=有效游标初始角度+跟随角度。

进一步地，在步骤一中，所述游标角度的量程为-740°~740°，一个游标周期为1480°，所述中点角度为θ，-740°﹤θ﹤740°，所述传感器角度的量程为θ-1480°~θ+1480°。

更进一步地，在步骤二中，电动助力转向系统上电后，角度传感器根据方向盘的初始位置传送相应的电压信号给电子控制单元，电子控制单元根据该电压信号计算当前游标初始角度。

更进一步地，在步骤二中，所述中点角度的有效范围为θ-30°~θ+30°。

再进一步地，在步骤二中，若传感器角度不能在中点角度的有效范围内经过，则根据以下方法设定有效游标初始角度：

若传感器角度能小于θ-1480°，则将当前游标初始角度向上偏移1480°，设定“当前游标初始角度+1480°”为有效游标初始角度；

若传感器角度能大于θ+1480°，则将当前游标初始角度向下偏移1480°，设定“当前游标初始角度-1480°”为有效游标初始角度。

作为本发明的另一面，电动助力转向系统，包括角度传感器和电子控制单元，所述角度传感器与电子控制单元电连接，所述电子控制单元根据角度传感器传送的电压信号计算当前的方向盘角度，所述电子控制单元为前述EPS角度传感器扩量程方法中所涉的电子控制单元。

本发明提供了一种电动助力转向系统及EPS角度传感器扩量程方法，其中，EPS角度传感器扩量程方法简单有效，在不改变硬件结构的前提下，从软件的角度对角度传感器的量程进行扩大，可以很好的解决传统的角度传感器量程太小的问题，扩量程后，EPS角度传感器不仅仍能与汽车、面包车、轻卡等中小型车辆的电动助力转向系统相匹配，还能与货车、拖车等大型车辆的电动助力转向系统相匹配，其适用范围广，与更换大量程的角度传感器相比，运用本方法进行扩量程既可以节省成本，还可以简化后期的装配工艺，在将角度传感器装配在电动助力转向系统中时沿用原有的装配技术即可。

附图说明

图1为传统的电动助力转向系统输出的角度示意图；

图2为本发明中使用EPS角度传感器扩量程方法后系统输出的角度示意图；

图3为本实施方式中测试一的角度曲线图；

图4为本实施方式中测试二的角度曲线图；

图5为本实施方式中测试三的角度曲线图；

图6为本实施方式中测试四的角度曲线图；

图7为本发明中使用EPS角度传感器扩量程方法后系统输出的角度示意图；

图8为本实施方式中测试五的角度曲线图；

图9为本实施方式中测试六的角度曲线图；

图10为本发明中使用EPS角度传感器扩量程方法后系统输出的角度示意图；

图11为本实施方式中测试七的角度曲线图；

图12为本实施方式中测试八的角度曲线图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

在细述本发明之前，需要对电动助力转向系统中的一些概念进行说明，如下：

传感器角度和游标角度：在传统的电动助力转向系统中，电子控制单元根据角度传感器（以下均指海拉角度传感器）发送的电压信号计算出相应的传感器角度，该未扩量程之前的传感器角度又称游标角度，如图1中所示，游标角度呈周期性变化，其量程范围为-740°~740°，一个游标周期为1480°。

中点角度和方向盘角度：工厂中，车辆下线时会对车辆做四轮定位，此时的传感器角度又称中点角度，中点角度为-740°~740°中的一个值，它被保存在电子控制单元中。方向盘角度为方向盘的实际物理角度，方向盘回正时，方向盘角度为0°，顺时针旋转，方向盘角度增加，逆时针旋转，方向盘角度减小，方向盘角度与传感器角度之间的关系很简单，具体而言，方向盘角度=传感器角度-中点角度。假设中点角度为30°，则当传感器角度为30°时车辆的方向盘处于回正状态为0°，当传感器角度为60°时车辆的方向盘处于顺时针偏转30°，当传感器角度为0°时车辆的方向盘处于逆时针偏转30°。

当前游标初始角度：车辆启动时，当前的传感器角度为当前游标初始角度，该当前游标初始角度可能与中点角度相同，也可能不相同，这由启动前方向盘的摆放位置决定。

跟随角度：车辆启动后，顺时针或逆时针转动方向盘，传感器角度发生变化，具体而言，传感器角度=当前游标初始角度+跟随角度，其中，跟随角度为方向盘的增量角度，方向盘在转动时，电子控制单元根据接收到的脉冲波及内部计时计算出方向盘的增量角度，方向盘顺时针转动X°，跟随角度则为X°，方向盘逆时针转动Y°，跟随角度则为-Y°。

背景技术中有提及，货车、拖车等大型车辆的转向系统超过了传统海拉角度传感器的量程，将此种海拉角度传感器与大型车辆的转向系统相匹配时，如果车辆的方向盘被旋转至超量程部分，那传感器角度将会出错，例如：如图1所示，车辆的转向系统量程为-810°~810°，海拉角度传感器的中点角度为0°，将车辆的方向盘从中点位置顺时针偏转810°，此时，因跟随角度超过当前游标周期，进入下一个游标周期（810°-740°=70°；-740°+70°=-670°），而会错误的输出-670°的传感器角度，见图中A点所示。显然，传统的海拉角度传感器不能装配在大型车辆的转向系统中。基于此，本发明在不改变硬件结构的前提下，从软件的角度上对角度传感器的量程进行扩大，用以解决传统的角度传感器量程太小的问题，如此既可以节省成本，还可以沿用原有的装配技术，将角度传感器很好的装配在电动助力转向系统中。

本实施方式提供的EPS角度传感器扩量程方法主要包括三部分内容，具体如下。

第一部分、处理游标角度

在传统的电动助力转向系统中，游标角度呈周期性，其量程为-740°~740°，电子控制单元将该游标角度处理成以中点角度为中心并以跟随角度为变量线性增减的传感器角度，处理后传感器角度的量程为-1480°~1480°，定义中点角度为θ，则-740°﹤θ﹤740°。

第二部分、设定有效游标初始角度

1.电动助力转向系统上电后，角度传感器根据方向盘的初始位置传送相应的电压信号给电子控制单元，电子控制单元根据该电压信号计算当前的当前游标初始角度，定义当前游标初始角度为μ。由于当前游标初始角度可能在本游标周期中，也可能是上个游标周期或下个游标周期中，因此随着方向盘的转动，电子控制单元计算出来的传感器角度不一定正确，因此需要等设定好有效游标初始角度后再输出正确的方向盘角度，定义有效游标初始角度为μ´。

2. 电子控制单元根据“传感器角度=当前游标初始角度+跟随角度”计算传感器角度：

若传感器角度能在中点角度的有效范围内经过，则在传感器角度第一经过中点角度的有效范围内时设定当前游标初始角度为有效游标初始角度，综合考虑方向盘极限转速和系统的响应速度，设定中点角度的有效范围为θ-30°~θ+30°，若实时计算得到的传感器角度有处于θ-30°~θ+30°之间的数值，则设定该当前游标初始角度为有效游标初始角度，则此处μ=μ´；

若传感器角度不能在中点角度的有效范围内经过，则需要将当前游标初始角度向上或向下偏移一个游标周期后设定为有效游标初始角度，具体方法为：若传感器角度能小于θ-1480°，则将当前游标初始角度向上偏移1480°，设定“当前游标初始角度+1480°”为有效游标初始角度；若传感器角度能大于θ+1480°，则将当前游标初始角度向下偏移1480°，设定“当前游标初始角度-1480°”为有效游标初始角度。

第三部分、方向盘角度的输出

在第二部分中，设定有效游标初始角度之前为电子控制单元的自学习阶段，在这个阶段中，方向盘角度始终强制设为0°，设定好有效游标初始角度之后，电子控制单元的自学习阶段结束，进入正常输出阶段，在此阶段中，方向盘角度按“方向盘角度=传感器角度-中点角度”输出，其中，传感器角度=有效游标初始角度+跟随角度。

为便于理解，此处提供几组测试进行参考，在这几组测试中，采用仪器监控电子控制单元中相关角度的变化情况，形成相应的曲线图，所有的游标角度量程均为-740°~740°，扩量程后的传感器角度量程均为-1480°~1480°，转向系统量程均为-810°~810°：

测试一

如图2和图3所示，中点角度为0°，当前游标初始角度为-700°（图2中B点），顺时针转动方向盘，有效标志位为0时（此时，-700°﹤传感器角度﹤-30°，表示传感器角度不在中点角度的有效范围内），方向盘角度输出为0°，当传感器角度在中点角度的30°范围以内后，有效标志位为1（表示可以设定有效游标初始角度），当前游标初始角度不变，方向盘角度按传感器角度输出。

测试二

如图2和图4所示，中点角度为0°，当前游标初始角度为-739°（图2中C点），先将方向盘顺时针转到底再逆时针旋转方向盘一定角度，传感器角度能达到的最大角度为-670°，这表示传感器角度不可能会在中点角度的有效范围内经过，此过程中，有效标志位为0，方向盘角度始终为0°，再继续逆时针旋转方向盘，传感器角度开始小于-1480°，有效标志位变为1，电子控制单元将当前游标初始角度向上偏移1480°后设定为有效游标初始角度，即μ´=μ+1480°=741°，之后传感器角度按“传感器角度=μ´+跟随角度”输出，而方向盘角度按“方向盘角度=传感器角度-中点角度”输出。

测试三

如图2和图5所示，中点角度为0°，当前游标初始角度为679°（图2中D点），逆时针转动方向盘，有效标志位为0时（此时，30°﹤传感器角度﹤679°，表示传感器角度不在中点角度的有效范围内），方向盘角度输出为0°，当传感器角度在中点角度的30°范围以内后，有效标志位为1，当前游标初始角度不变，方向盘角度按传感器角度输出。

测试四

如图2和图6所示，中点角度为0°，当前游标初始角度为712°（图2中E点），先将方向盘逆时针转到底再顺时针转动方向盘一定角度，传感器角度能达到的最小角度为670°，这表示传感器角度不可能会在中点角度的有效范围内经过，此过程中，有效标志位为0，方向盘角度始终为0°，再继续顺时针旋转方向盘，传感器角度开始大于1480°，有效标志位变为1，电子控制单元将当前游标初始角度向下偏移1480°后设定为有效游标初始角度，即μ´=μ-1480°=-768°，之后传感器角度按“传感器角度=μ´+跟随角度”输出，而方向盘角度按“方向盘角度=传感器角度-中点角度”输出。

测试五

如图7和图8所示，中点角度为600°，当前游标初始角度为-710°（图7中F点），顺时针转动方向盘，有效标志位为0时（此时，-710°﹤传感器角度﹤570°，表示传感器角度不在中点角度的有效范围内），方向盘角度输出为0°，当传感器角度在中点角度的30°范围以内后，有效标志位为1，当前游标初始角度不变，方向盘角度按传感器角度输出。

测试六

如图7和图9所示，中点角度为600°，当前游标初始角度为-710°（图7中G点），先将方向盘顺时针转到底再逆时针转动方向盘一定角度，传感器角度能达到的最大角度为-70°，这表示传感器角度不可能会在中点角度的有效范围内经过，此过程中，有效标志位为0，方向盘角度始终为0°，再继续逆时针旋转方向盘，传感器角度开始小于-880°，有效标志位变为1，电子控制单元将当前游标初始角度向上偏移1480°后设定为有效游标初始角度，即μ´=μ+1480°=770°，之后传感器角度按“传感器角度=μ´+跟随角度”输出，而方向盘角度按“方向盘角度=传感器角度-中点角度”输出。

测试七

如图10和图11所示，中点角度为-600°，当前游标初始角度为710°（图10中H点），逆时针转动方向盘，有效标志位为0时（此时，-570°﹤传感器角度﹤710°，表示传感器角度不在中点角度的有效范围内），方向盘角度输出为0°，当传感器角度在中点角度的30°范围以内后，有效标志位为1，当前游标初始角度不变，方向盘角度按传感器角度输出。

测试八

如图10和图12所示，中点角度为-600°，当前游标初始角度为710°（图10中I点），先将方向盘逆时针转到底再顺时针转动方向盘一定角度，传感器角度能达到的最小角度为70°，这表示传感器角度不可能会在中点角度的有效范围内经过，此过程中，有效标志位为0，方向盘角度始终为0°，再继续顺时针旋转方向盘，传感器角度开始大于880°，有效标志位变为1，电子控制单元将当前游标初始角度向下偏移1480°后设定为有效游标初始角度，即μ´=μ-1480°=-770°，之后传感器角度按“传感器角度=μ´+跟随角度”输出，而方向盘角度按“方向盘角度=传感器角度-中点角度”输出。

作为本发明的另一面，电动助力转向系统，包括角度传感器和电子控制单元，角度传感器与电子控制单元电连接，电子控制单元根据角度传感器传送的电压信号计算当前的传感器角度和方向盘角度，电子控制单元为前述EPS角度传感器扩量程方法中所涉的电子控制单元。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。