新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電子控制單元控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電子控制單元控制方法，所述電子控制單元包括用于連接傳感器部分的輸入電路、MCU和用于連接執(zhí)行器部分的輸出電路，所述MCU的兩端連接輸入電路和輸出電路；所述控制方法采用改進的PI算法；進行了積分分離和死區(qū)處理，并通過基于車速分組的變參數(shù)PID電流閉環(huán)控制，實現(xiàn)了較低硬件成本下的助力轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)跟隨；采用受限雙極脈寬調(diào)制方式下占空比非線性補償技術(shù)；在受限雙極模式下電流要對占空比修正，電流跨越死區(qū)時，即目標(biāo)電流由正變負或由負變正時，從無助力到有助力時，直接將占空比設(shè)置到目標(biāo)電流值附近，再通過電流閉環(huán)反饋精確調(diào)節(jié)，使電機電流達到目標(biāo)值。
【專利說明】新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電子控制單元控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電子控制單元控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前電動式電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)廣泛采用的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，簡稱EPS (Electrical Power Steering System),是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是繼機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之后的第三代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，屬于機電一體化系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電動助力機直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點。
[0003]汽車電子化是當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。繼電子技術(shù)在發(fā)動機、變速器、制動器和懸架等系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用之后，EPS在轎車和輕型汽車領(lǐng)域正逐步取代傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并向更大型轎車和商用客車方向發(fā)展，現(xiàn)在，EPS技術(shù)的應(yīng)用已成為世界汽車技術(shù)發(fā)展的研究熱點和前沿技術(shù)之一，具有廣泛的前景。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和人們對新能源汽車的性能要求的不斷提高新能源汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的過程也將成為必然，EPS系統(tǒng)的市場需求將不斷擴大。新能源汽車是指采用非常規(guī)車用燃料作為動力來源(或使用常規(guī)車用燃料、采用新型車載動力裝置)，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括燃氣汽車(液化天然氣、壓縮天然氣)、燃料電池電動汽車(FCEV)、純電動汽車(BEV)、液化石油氣汽車、氫能源動力汽車、混合動力汽車(油氣混合、油電混合)太陽能汽車和其他新能源(如高效儲能器)汽車等，其廢氣排放量比較低。新能源汽車產(chǎn)業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，具有低碳、清潔、低耗等環(huán)保節(jié)能的顯著優(yōu)點。《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出，要以新能源驅(qū)動為我國汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，加快培育和發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)，重點推進新能源汽車。
[0004]在我國，2012年時我國轎車產(chǎn)量為1900萬輛(其中配置EPS的占總量的21%;裝載自主品牌EPS系統(tǒng)的卻僅占EPS配置總量的9.44%，占總量的2%左右。目前，EPS造價比較高，內(nèi)燃機車輛國內(nèi)自主品牌的EPS只占到EPS總量的10%左右，國內(nèi)針對新能源汽車開發(fā)的EPS技術(shù)并不成熟。大多數(shù)新能源汽車還沒有安裝EPS，少數(shù)已安裝EPS的新能源汽車轉(zhuǎn)向操縱感、回正性較差，普遍存在低速行駛時轉(zhuǎn)向比較費力，高速行駛時存在操縱不穩(wěn)定、有發(fā)飄手感的問題，工作還很不穩(wěn)定。因此，就急需一套適用的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來解決新能源汽車的低速沉重感和高速穩(wěn)定性之間的矛盾。
[0005]EPS系統(tǒng)的電子控制單元(Electronic Control Unit,簡稱EQJ)作為EPS系統(tǒng)的核心部件，對來自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器以及車速傳感器的信號進行處理，控制電機進行助力，實現(xiàn)助力功能。同時，系統(tǒng)發(fā)生故障時，ECU能及時切斷電機助力，以免出現(xiàn)重大事故。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其電子控制單元控制方法，可以大大提高系統(tǒng)安全性和舒適性，即使在中低檔系能源汽車上使用，也可以稱為具有成本優(yōu)勢的解決方案。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下。
[0008]新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(EOT)的控制方法，所述電子控制單元包括用于連接傳感器部分的輸入電路、MCU和用于連接執(zhí)行器部分的輸出電路，所述MCU的兩端連接輸入電路和輸出電路；其特征在于:
所述輸入電路包括轉(zhuǎn)速模塊處理電路、車速模塊處理電路、轉(zhuǎn)矩傳感器電路、角度傳感器電路、診斷模塊電路、CAN總線模塊電路、點火信號模塊電路、電源模塊電路，所述輸出電路包括指示燈模塊電路、驅(qū)動模塊電路、電機轉(zhuǎn)速模塊電路、電流檢測模塊電路、故障檢測模塊電路、在線監(jiān)測電路、參數(shù)在線調(diào)整電路；所述執(zhí)行器部分包括指示燈和助力電機，所述指示燈與指示燈模塊電路相連，助力電機與驅(qū)動模塊電路相連，通過驅(qū)動模塊電路控制助力電機進行助力；所述助力電機還通過線路分別于電機轉(zhuǎn)速模塊電路、電流檢測模塊電路相連，向ECU電機反饋的電壓及電流等信號；所述MCU包含有控制程序，根據(jù)來自汽車傳感器的信號、電機反饋的電壓及電流等信號，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，然后控制發(fā)出指令，使電機按轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的速度和方向產(chǎn)生所需要的助力轉(zhuǎn)矩，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱；
所述控制程序包括執(zhí)行以下控制方法:
針對不同車速情況下目標(biāo)車型的環(huán)壓指數(shù)設(shè)置不同的助理矩與駕駛員轉(zhuǎn)向力矩曲線，解決了 EPS與目標(biāo)車型的匹配問題；
采用改進的PI算法；PI算法采用最基本的增量式PI控制，改進的PI算法對PI算法進行了積分分離和死區(qū)處理，改善了 PI算法的性能；并通過基于車速分組的變參數(shù)PID電流閉環(huán)控制，實現(xiàn)了較低硬件成本下的助力轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)跟隨；
采用受限雙極脈寬調(diào)制方式下占空比非線性補償技術(shù)，解決了助力起始階段轉(zhuǎn)矩突變難題；由于受限雙極式下占空比和電機電流嚴(yán)重非線性，在占空比50%以下時對應(yīng)的電機電流很小，稱此占空比及以下占空比為電流死區(qū)；為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在受限雙極模式下電流要對占空比修正，電流跨越死區(qū)時，即目標(biāo)電流由正變負或由負變正時，從無助力到有助力時，直接將占空比設(shè)置到目標(biāo)電流值附近，再通過電流閉環(huán)反饋精確調(diào)節(jié)，使電機電流達到目標(biāo)值。
[0009]進一步，在所述改進的PI算法中，由于PI控制采用增量式算法，PI計算值為輸出占空比的增量，因此目標(biāo)電流還要進入前饋計算模塊，進行差分處理，得到目標(biāo)電流的變化值，以目標(biāo)電流的變化值作為前饋量，直接加到PI控制的輸出占空比上，使占空比信號增大或減小。
[0010]進一步，所述控制程序包括執(zhí)行以下控制方法:在進行補償控制時根據(jù)補償控制需要對電機的轉(zhuǎn)速進行估算并對EPS系統(tǒng)進行了摩擦補償和阻尼補償。
[0011]進一步，所述控制算法為可變轉(zhuǎn)矩微分算法，所述可變轉(zhuǎn)矩微分算法中微分系數(shù)隨著輸入轉(zhuǎn)矩、操舵速度等參數(shù)而變化。
[0012]進一步，為改善EPS的回正性能，增加主動回正算法；在保舵撒手后，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩很快下降；當(dāng)轉(zhuǎn)矩下降到某個值以下，控制目標(biāo)電流為零，此過程僅在幾十毫秒內(nèi)完成；無論是快速撒手還是慢速撒手，撒手后目標(biāo)電流都經(jīng)歷了由非零到零的變化，可以此作為回正的判斷條件；同時，為了解決回正判斷一致性的問題，對目標(biāo)電流進行一定的濾波處理，并在有手力作用到轉(zhuǎn)向盤即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩上升后及時解除主動回正的操作；
回正判斷的具體步驟如下:
目標(biāo)電流通過濾波處理后分為兩支，其中一支電流被記錄下來，另一支電流通過延時器后被記錄下來；
回正判斷:每隔一定時間記錄經(jīng)濾波處理后的目標(biāo)電流值，如果本時刻的目標(biāo)電流值為零，而上一個時刻的目標(biāo)電流值非零，說明進入回正狀態(tài)；
如果不是撒手回正，而是手扶轉(zhuǎn)向盤回正，則在手力減小、轉(zhuǎn)矩由非零降為零時判斷為回正，并提供回正助力；
當(dāng)手力變大時立即取消回正助力，即在手扶轉(zhuǎn)向盤回正過程中，手力較大時不提供回正助力。
[0013]進一步，所述控制程序包括執(zhí)行以下控制方法:
當(dāng)汽車在原地轉(zhuǎn)向等需要大電流的場合，為保護控制器及電機，通過參數(shù)在線調(diào)整電路，對電流進行限流控制。
[0014]進一步，所述控制程序包括執(zhí)行以下控制方法:
步驟1:開始；
步驟2:設(shè)置鎖相環(huán)；
步驟3:初始化；
步驟4:開機安全檢查；
步驟5:自動采集電流中點；
步驟6:開定時中斷；
步驟7:驅(qū)動保護；
步驟8:喂看門狗；
步驟9:故障處理，如沒有故障直接進入下一步驟；
步驟10:車速為零判斷，當(dāng)車速為零時，返回步驟7進行驅(qū)動保護；當(dāng)車速不為零時，進入下一個步驟；
步驟11:故障顯示判斷，當(dāng)存在故障時，返回步驟7進行驅(qū)動保護；當(dāng)不存在故障時，進入工作步驟，開始工作。
[0015]進一步，所述步驟6中，所述定時中斷的中斷程序流程為:
步驟1:中斷喚醒；
步驟2:對采集轉(zhuǎn)矩相位進行補償判斷，需要補償時，查表獲得目標(biāo)電流，進行補償，進入下一個步驟；不需要補償，直接進入下一個步驟；
步驟3 =PID運算；
步驟4:過零處理；
步驟5:占空比輸出；
步驟6:故障診斷，當(dāng)存在故障時，進行處理，處理后進入下一個步驟；當(dāng)不存在故障時，直接進入下一個步驟；
步驟7:車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速處理； 步驟8:滑中斷標(biāo)志；
步驟9:中斷返回。
[0016]進一步，所述轉(zhuǎn)速模塊處理電路通過轉(zhuǎn)速采集電路與發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器相連，車速模塊處理電路通過車速采集電路與車速傳感器相連，所述車速采集電路、轉(zhuǎn)速采集電路均采用施密特觸發(fā)器構(gòu)成遲滯比較電路，將車速和轉(zhuǎn)速脈沖整形成幅值為5V的方波，然后送入MUC進行識別。
[0017]進一步，所述轉(zhuǎn)矩傳感器電路通過主轉(zhuǎn)矩信號補償放大調(diào)理電路與轉(zhuǎn)矩傳感器相連；同時，為滿足故障診斷和控制器測試標(biāo)準(zhǔn)的要求，轉(zhuǎn)矩傳感器電路增加了對轉(zhuǎn)矩傳感器電源的控制輸出電路，助力隨車速而變化；
上述電路通過控制器I/O 口來達到控制傳感器電源的目的，當(dāng)I/O 口輸出高電平時，向轉(zhuǎn)矩傳感器供電；當(dāng)I/o 口輸出低電平時，不為轉(zhuǎn)矩傳感器供電。
[0018]進一步，所述電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向控制器采用定子齒冠開槽減小定位力矩、正弦波驅(qū)動減小電磁轉(zhuǎn)矩波動的措施，有效地抑制電機的振動和噪聲；采用阻尼控制可以防止直線行駛時因外界干擾引起的轉(zhuǎn)向盤抖動，同時還能避免高速行駛轉(zhuǎn)向會整過程中方向盤回正超調(diào)。
[0019]進一步，所述電子控制單元(EOT)采用A3940全橋功率MOSFET驅(qū)動芯片；
為配合控制器故障檢測中有關(guān)MOSFET短路檢測的故障要求，修改了電機端電壓檢測方案，引入5V的分壓作為電機端子電壓采集的偏置電壓；為減小功率損耗，增加了分壓電阻的阻值。
[0020]新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動電機、減速器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器、控制器(ECU)，所述控制器(ECU)的控制方法為權(quán)利要求1到12任意一權(quán)利要求所述的控制方法；
新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略可分為上、下兩層；上層控制是確定具體的工作模式，并確定目標(biāo)電流；下層控制是采用一定的控制方法實現(xiàn)對目標(biāo)電流的跟蹤控制；工作模式可分為助力控制模式、阻尼控制模式和回正控制模式；
助力控制模式是EPS基本控制模式，主要解決轉(zhuǎn)向輕便性和路感問題；包括基本助力控制和補償控制；基本助力控制不考慮轉(zhuǎn)向時的動態(tài)因素，只根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，從事先制定好的基本助力特性表中查取相應(yīng)的目標(biāo)助力電流，然后利用下層控制策略實現(xiàn)對目標(biāo)電流的跟蹤控制；補償控制的目的是為了改善汽車轉(zhuǎn)向的動態(tài)效果；補償控制主要包括慣性補償控制、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速補償控制和摩擦補償控制；
轉(zhuǎn)向時，ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器、車速、電機反饋的電壓及電流等信號，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，然后控制發(fā)出指令，使電機按轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的速度和方向產(chǎn)生所需要的助力轉(zhuǎn)矩，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱；所述轉(zhuǎn)向狀態(tài)包括轉(zhuǎn)向或回正；所述指令包括助力電流的大小及方向。
[0021]本發(fā)明的有益效果如下。
[0022]降低了燃油消耗。采用本發(fā)明的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)僅在需要轉(zhuǎn)向操作時才需要電機提供的能量，該能量可以來自蓄電池。而且，能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時，電機不工作，需要轉(zhuǎn)向時，電機在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動轉(zhuǎn)向力矩，而且，該系統(tǒng)在汽車原地轉(zhuǎn)向時輸出最大轉(zhuǎn)向力矩，隨著汽車速度的改變，輸出的力矩也跟隨改變。該系統(tǒng)真正實現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”(on-demand)系統(tǒng)。汽車在較冷的冬季起動時，傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)反應(yīng)緩慢，直至液壓油預(yù)熱后才能正常工作。由于新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計時不依賴于發(fā)動機而且沒有液壓油管，對冷天氣不敏感，系統(tǒng)即使在_40°C時也能工作，所以提供了快速的冷起動。由于該系統(tǒng)沒有起動時的預(yù)熱，節(jié)省了能量。不使用液壓泵，避免了發(fā)動機的寄生能量損失，提高了燃油經(jīng)濟性，裝有新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛和裝有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對比實驗表明，在不轉(zhuǎn)向情況下，裝有新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛燃油消耗降低2.5%，在使用轉(zhuǎn)向情況下，燃油消耗降低了
5.5%。
[0023]增強了轉(zhuǎn)向跟隨性。在新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動助力機與助力機構(gòu)直接相連可以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)利用慣性減振器的作用，使車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減水，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動能力大大增強。和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于電機，沒有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強了轉(zhuǎn)向車輪對轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能。
[0024]改善了轉(zhuǎn)向回正特性。直到今天，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的發(fā)展已經(jīng)到了極限，新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正特性改變了這一切。當(dāng)駕駛員使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動一角度后松開時，該系統(tǒng)能夠自動調(diào)整使車輪回到正中。該系統(tǒng)還可以讓工程師們利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。從最低車速到最高車速，可得到一簇回正特性曲線。通過靈活的軟件編程，容易得到電機在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這種轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動態(tài)性能相機匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)起來有一定困難。
[0025]提高了操縱穩(wěn)定性。通過對汽車在高速行駛時過度轉(zhuǎn)向的方法測試汽車的穩(wěn)定特性。采用該方法，給正在高速行駛(100km/h)的汽車一個過度的轉(zhuǎn)角迫使它側(cè)傾，在短時間的自回正過程中，由于采用了微電腦控制，使得汽車具有更高的穩(wěn)定性，駕駛員有更舒適的感覺。
[0026]提供可變的轉(zhuǎn)向助力。新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力來自于電機。通過軟件編程和硬件控制，可得到覆蓋整個車速的可變轉(zhuǎn)向力?？勺冝D(zhuǎn)向力的大小取決于轉(zhuǎn)向力矩和車速。無論是停車，低速或高速行駛時，它都能提供可靠的，可控性好的感覺，而且更易于車場操作。對于傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，可變轉(zhuǎn)向力矩獲得非常困難而且費用很高，要想獲得可變轉(zhuǎn)向力矩，必須增加額外的控制器和其它硬件。但在新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可變轉(zhuǎn)向力矩通常寫入控制模塊中，通過對軟件的重新編寫就可獲得，并且所需費用很小。
[0027]采用“綠色能源”，適應(yīng)現(xiàn)代汽車的要求。新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用“最干凈”的電力作為能源，完全取締了液壓裝置，不存在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液態(tài)油的泄漏問題，可以說該系統(tǒng)順應(yīng)了“綠色化”的時代趨勢。該系統(tǒng)由于它沒有液壓油，沒有軟管、油泵和密封件，避免了污染。而液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油管使用的聚合物不能回收，易對環(huán)境造成污染。
[0028]系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，布置方便，性能優(yōu)越。由于該系統(tǒng)具有良好的模塊化設(shè)計，所以不需要對不同的系統(tǒng)重新進行設(shè)計、試驗、加工等，不但節(jié)省了費用，也為設(shè)計不同的系統(tǒng)提供了極大的靈活性，而且更易于生產(chǎn)線裝配。由于沒有油泵、油管和發(fā)動機上的皮帶輪，使得工程師們設(shè)計該系統(tǒng)時有更大的余地，而且該系統(tǒng)的控制模塊可以和齒輪齒條設(shè)計在一起或單獨設(shè)計，發(fā)動機部件的空間利用率極高。該系統(tǒng)省去了裝于發(fā)動機上皮帶輪和油泵，留出的空間可以用于安裝其它部件。許多消費者在買車時非常關(guān)心車輛的維護與保養(yǎng)問題。裝有新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車沒有油泵，沒有軟管連接，可以減少許多憂慮。實際上，傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，液壓油泵和軟管的事故率占整個系統(tǒng)故障的53%，如軟管漏油和油泵漏油等。
生產(chǎn)線裝配性好。新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、流量控制閥、儲油罐等部件，零件數(shù)目大大減少，減少了裝配的工作量，節(jié)省了裝配時間，提高了裝配效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明實施例采用的受限雙極H型PWM驅(qū)動電路圖。
[0031 ]圖3是車速采集電路圖。
[0032]圖4是轉(zhuǎn)速采集電路圖。
[0033]圖5是轉(zhuǎn)矩電源控制及采集電路圖。
[0034]圖6是主轉(zhuǎn)矩放大及超前調(diào)節(jié)電路的電路圖。圖7是橋驅(qū)動電路的電路圖。
[0035]圖8是現(xiàn)有技術(shù)中電機端子及繼電器觸點后壓采集電路圖。
[0036]圖9是本發(fā)明實施例采用的G21電機端子及繼電器觸點后電電壓采集電路圖。
[0037]圖10是E⑶控制程序流程圖。
[0038]圖11是中斷程序流程圖。
[0039]圖12是EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0040]圖13是EPS控制策略圖。
[0041]圖14是本發(fā)明EPS控制算法總體框圖。
[0042]圖15是不同車速下的目標(biāo)車型固有路感形成目標(biāo)車型固有路感曲線圖。
[0043]圖16是依據(jù)目標(biāo)車型固有路感曲線設(shè)計不同駕駛員轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩下的助力矩曲線圖。
[0044]圖17為定參數(shù)PID轉(zhuǎn)向力特性曲線圖。
[0045]圖18為變參數(shù)PID轉(zhuǎn)向力特性曲線圖。
[0046]圖19是可變轉(zhuǎn)矩微分控制框圖。
[0047]圖20是前饋控制的算法框圖。
[0048]圖21是回正判斷框圖。

【具體實施方式】
[0049]下面詳細說明本發(fā)明優(yōu)選實施例。各附圖例示出本發(fā)明。這些附圖是例示性的而非限制性的。盡管以下結(jié)合這些優(yōu)選實施例說明本發(fā)明，但應(yīng)指出，本發(fā)明的精神和范圍不受這些具體實施例的限制。
[0050]實施例1。新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(E⑶)的控制方法。所述EPS系統(tǒng)的電子控制單元(Electronic Control Unit,簡稱EQJ)作為EPS系統(tǒng)的核心部件，對來自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器以及車速傳感器的信號進行處理，控制電機進行助力，實現(xiàn)助力功能。同時，系統(tǒng)發(fā)生故障時，ECU能及時切斷電機助力，以免出現(xiàn)重大事故。
[0051]所述電子控制單元11包括用于連接傳感器部分的輸入電路、MCUl 19和用于連接執(zhí)行器部分的輸出電路，所述MCU的兩端連接輸入電路和輸出電路。
[0052]如圖1所示，所述輸入電路包括轉(zhuǎn)速模塊處理電路111、車速模塊處理電路112、轉(zhuǎn)矩傳感器電路113、角度傳感器電路114、診斷模塊電路115、CAN總線模塊電路116、點火信號模塊電路117、電源模塊電路118，所述輸出電路包括指示燈模塊電路120、驅(qū)動模塊電路121、電機轉(zhuǎn)速模塊電路122、電流檢測模塊電路123、故障檢測模塊電路124、在線監(jiān)測電路125、參數(shù)在線調(diào)整電路126 ;所述執(zhí)行器部分13包括指示燈131和助力電機132，所述指示燈131與指示燈模塊電路120相連，助力電機132與驅(qū)動模塊電路121相連。所述電子控制單元11與汽車車載設(shè)備10相連，其中轉(zhuǎn)速模塊處理電路111與發(fā)動轉(zhuǎn)速傳感器101相連、車速模塊處理電路112與車速傳感器102相連、轉(zhuǎn)矩傳感器電路113與轉(zhuǎn)矩傳感器103相連、角度傳感器電路114與角度傳感器104相連、診斷模塊電路115與診斷口 105相連、CAN總線模塊電路116與CAN總線106相連、點火信號模塊電路117與點火傳感器107相連、電源模塊電路118與主電源108相連。通過驅(qū)動模塊電路控制助力電機進行助力；所述助力電機還通過線路分別于電機轉(zhuǎn)速模塊電路、電流檢測模塊電路相連，向ECU電機反饋的電壓及電流等信號；所述MCU包含有控制程序，根據(jù)來自汽車傳感器的信號、電機反饋的電壓及電流等信號，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，然后控制發(fā)出指令，使電機按轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的速度和方向產(chǎn)生所需要的助力轉(zhuǎn)矩，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱。
[0053]提出受限雙極脈寬調(diào)制方式下占空比非線性補償技術(shù)，解決了助力起始階段轉(zhuǎn)矩突變難題。圖2出示了本實施例受限雙極H型PWM驅(qū)動電路的示意圖，。
[0054]本實施例的EPS系統(tǒng)采用受限雙極式控制模式，由于受限雙極式下占空比和電機電流嚴(yán)重非線性，在占空比50%以下時對應(yīng)的電機電流很小，稱此占空比及以下占空比為電流死區(qū)。為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在受限雙極模式下電流要對占空比修正，電流跨越死區(qū)時(目標(biāo)電流由正變負或由負變正時，從無助力到有助力時)，直接將占空比設(shè)置到目標(biāo)電流值附近，再通過電流閉環(huán)反饋精確調(diào)節(jié)，使電機電流達到目標(biāo)值。
[0055]( I)車速、轉(zhuǎn)速采集電路
采用施密特觸發(fā)器構(gòu)成遲滯比較電路，將車速和轉(zhuǎn)速脈沖整形成幅值為5V的方波，然后送入單片機進行識別。
[0056]圖3是本實施例的車速采集電路的電路圖，圖4是本實施例轉(zhuǎn)速采集電路的電路圖。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號的比較門限由R8和R9確定，電壓為1.59V;車速信號采用滯回比較電路，由R5、R7和R13確定，兩個門限電壓為3.56V和2.12V。
[0057]( 2 )轉(zhuǎn)矩信號采集電路
有源濾波器處理轉(zhuǎn)矩信號的基礎(chǔ)上增加了主轉(zhuǎn)矩信號補償放大調(diào)理電路，同時，為滿足故障診斷和控制器測試標(biāo)準(zhǔn)的要求，增加了對轉(zhuǎn)矩傳感器電源的控制輸出電路。如果沒有轉(zhuǎn)矩電源控制，在轉(zhuǎn)矩電源連接線發(fā)生脫落與車身搭鐵相連時，致使5V電源對地導(dǎo)通，會導(dǎo)致提供5V的電源芯片TLE4275過熱；在轉(zhuǎn)矩電源連接線與蓄電池電源正極搭接時，致使5V電源電壓高于單片機正常使用的最大電壓(5.8V)，會導(dǎo)致單片機燒毀。圖5出示了本實施例轉(zhuǎn)矩電源控制及采集電路圖。
[0058]上面的電路通過控制器I/O 口來達到控制傳感器電源的目的。當(dāng)I/O 口輸出高電平時，QlO導(dǎo)通，導(dǎo)致Q9導(dǎo)通，所以傳感器得到供電，同理，I/O 口輸出低電平時，傳感器得不到供電。
[0059]圖6出示了主轉(zhuǎn)矩放大及超前調(diào)節(jié)電路的電路圖。
[0060]主轉(zhuǎn)矩放大及超前電壓與主轉(zhuǎn)矩電壓關(guān)系式:
(ADP13 - Umid) / (Tm — Umid) = ((R57+R69+R57*R69/R58) *C61*S+R57/R58+1) /(R69*C61*S + 1)，其中 Umid = Vt*R71/ (R70+R71)，Tm 為主轉(zhuǎn)矩，ADP13 為轉(zhuǎn)矩放大及處理信號。
[0061]將各項值帶入有(ADP13— Umid)/ (Tm — Umid)= (0.0175S + 2.5)/ (0.0OlS +I)。
[0062]近似計算2.5* (Tm - 2.5) = ADP13 - 2.5
(3)MOSFET驅(qū)動芯片
A3940是全橋功率MOSFET驅(qū)動芯片，相比原設(shè)計采用的MC33883，
其優(yōu)點非常明顯。
[0063]自動檢測電機端對地、對電源短路，電機開路，供電電源過電壓、低電壓保護，過熱保護等。
[0064]多種驅(qū)動模式自動分配PWM信號，死區(qū)時間可調(diào)節(jié)，通過硬件實現(xiàn)，減少了微處理器的軟件設(shè)置及計算開銷，增加了硬件電路的可靠性。圖7出示了橋驅(qū)動電路的電路圖。
[0065](4)電機端電壓及繼電器觸點后電壓采集
為配合控制器故障檢測中有關(guān)MOSFET短路檢測的故障要求，修改了電機端電壓檢測方案，引入5V的分壓作為電機端子電壓采集的偏置電壓。為減小功率損耗，增加了分壓電阻的阻值；適當(dāng)調(diào)節(jié)了分壓增益。圖8出示了現(xiàn)有技術(shù)中電機端子及繼電器觸點后壓采集電路圖。圖9出示了本實施例采用的G21電機端子及繼電器觸點后電電壓采集電路圖。
[0066]如圖10所示，所述E⑶控制程序包括執(zhí)行以下控制方法:
步驟1:進入流程1001，開始；
步驟2:進入流程1002，設(shè)置鎖相環(huán)；
步驟3:進入流程1003，初始化；
步驟4:進入流程1004，開機安全檢查；
步驟5:進入流程1005，自動采集電流中點；
步驟6:進入流程1006，開定時中斷；
步驟7:進入流程1007，驅(qū)動保護；
步驟8:進入流程1008，喂看門狗；
步驟9:進入流程1009，故障處理，如沒有故障直接進入下一步驟；
步驟10:進入流程1010，車速為零判斷，當(dāng)車速為零時，返回步驟7進行驅(qū)動保護；當(dāng)車速不為零時，進入下一個步驟；
步驟11:進入流程1011，故障顯示判斷，當(dāng)存在故障時，返回步驟7進行驅(qū)動保護；當(dāng)不存在故障時，進入工作步驟，開始工作。
[0067]如圖11所示，在上述ECU控制程序中步驟6中所述定時中斷的中斷程序流程為: 步驟1:進入流程1111，中斷喚醒；
步驟2:進入流程1112，AD采集轉(zhuǎn)矩相位補償判斷，需要補償時(使能1113)，查表獲得目標(biāo)電流1114，進行補償，進入下一個步驟；不需要補償，直接進入下一個步驟；
步驟3:進入流程1115，PID運算；
步驟4:進入流程1116，過零處理；
步驟5:進入流程1117，占空比輸出；
步驟6:進入流程1118，故障診斷，當(dāng)存在故障時，進行處理，處理后進入下一個步驟；當(dāng)不存在故障時，直接進入下一個步驟；
步驟7:進入流程1119，車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速處理；
步驟8:進入流程1120，滑中斷標(biāo)志；
步驟9:進入流程1121，中斷返回。
[0068]本發(fā)明ECU控制器接口豐富，包含車速傳感器與發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器接口、CAN總線接口，可以滿足大部分小微型電動汽車與傳統(tǒng)車輛的助力轉(zhuǎn)向，同時可以實現(xiàn)自動泊車、主動避讓等智能轉(zhuǎn)向控制技術(shù)。
[0069]該控制器采用定子齒冠開槽減小定位力矩、正弦波驅(qū)動減小電磁轉(zhuǎn)矩波動的措施，有效地抑制電機的振動和噪聲，采用阻尼控制可以防止直線行駛時因外界干擾引起的轉(zhuǎn)向盤抖動，還能避免高速行駛轉(zhuǎn)向會整過程中方向盤回正超調(diào)。
[0070]多級故障保護與容錯處理技術(shù)，提高了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性。故障診斷與保護程序用來監(jiān)控系統(tǒng)的運行，并在必要時發(fā)出警報和實施一定的保護措施。
[0071]隨車速變化的力反饋技術(shù)，轉(zhuǎn)向助力大小可以通過軟件調(diào)整，能夠兼顧低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，回正性能好。
[0072]ECU控制器設(shè)有個性化的PC調(diào)試界面，實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的動態(tài)調(diào)節(jié)，可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速時轉(zhuǎn)向盤能夠精確的回到中間位置，而且可以抑制高速回正過程中轉(zhuǎn)向盤的振蕩和超調(diào)，兼顧了車輛高、低速時的回正性能。
[0073]經(jīng)實驗驗證，本發(fā)明E⑶控制器，轉(zhuǎn)矩脈動不超過0.5Nm;助力轉(zhuǎn)矩波動低于
0.2NXm ;空載啟動轉(zhuǎn)矩低于1.5NXm ;傳感器非線性誤差低于3%。具有故障檢測、處理和失效安全功能。
[0074]新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括硬件和軟件兩個方面。硬件技術(shù)主要涉及傳感器、電機和ECU。傳感器是整個系統(tǒng)的信號源，其精度和可靠性十分重要。電機是整個系統(tǒng)的執(zhí)行器，電機性能好壞決定了系統(tǒng)的表現(xiàn)。ECU是整個系統(tǒng)的運算中心，因此E⑶的性能和可靠性至關(guān)重要。
[0075]軟件技術(shù)主要包括控制策略和故障診斷與保護程序兩個部分?？刂撇呗杂脕頉Q定電機的目標(biāo)電流，并跟蹤該電流，使得電機輸出相應(yīng)的助力矩。故障診斷與保護程序用來監(jiān)控系統(tǒng)的運行，并在必要時發(fā)出警報和實施一定的保護措施。EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖12所示，包括轉(zhuǎn)向盤1、轉(zhuǎn)矩傳感器2、轉(zhuǎn)向器3、EPS控制器、蓄電池、電機6、發(fā)動機、轉(zhuǎn)速、點火信號
>j-U ρ?α裝直。
[0076]EPS是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加驅(qū)動電機、減速器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器及控制器(E⑶)等裝置而組成。EPS系統(tǒng)的基本工作過程如下:轉(zhuǎn)向時，E⑶根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器、車速、電機反饋的電壓及電流等信號，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)(轉(zhuǎn)向或回正)，然后控制發(fā)出指令(包括助力電流的大小及方向)，使電機按轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的速度和方向產(chǎn)生所需要的助力轉(zhuǎn)矩，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱。
[0077]首先，轉(zhuǎn)矩傳感器測出駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤I上的操縱力矩，車速傳感器測出車輛當(dāng)前的行駛速度，然后將這兩個信號傳遞給ECU ；ECU根據(jù)內(nèi)置的控制策略，計算出理想的目標(biāo)助力力矩，轉(zhuǎn)化為電流指令給電機；然后，電機產(chǎn)生的助力力矩經(jīng)減速機構(gòu)放大作用在機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，和駕駛員的操縱力矩一起克服轉(zhuǎn)向阻力矩，實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括硬件和軟件兩個方面。
[0078]硬件技術(shù)主要涉及傳感器、電機和ECU。傳感器是整個系統(tǒng)的信號源，其精度和可靠性十分重要。電機是整個系統(tǒng)的執(zhí)行器，電機性能好壞決定了系統(tǒng)的表現(xiàn)。ECU是整個系統(tǒng)的運算中心，因此ECU的性能和可靠性至關(guān)重要。
[0079]軟件技術(shù)主要包括控制策略和故障診斷與保護程序兩個部分?？刂撇呗杂脕頉Q定電機的目標(biāo)電流，并跟蹤該電流，使得電機輸出相應(yīng)的助力矩。故障診斷與保護程序用來監(jiān)控系統(tǒng)的運行，并在必要時發(fā)出警報和實施一定的保護措施。
[0080]性能指標(biāo)。
[0081]1、工作溫度:-40O?85O ;
2、相對濕度:年均相對濕度<75%，最高相對濕度79.5%;
3、標(biāo)稱電壓:12V (10.8 V?14.5 V)、24 V (21.6 V?32 V、42 V (38 V?56 V );
4、環(huán)境要求:在按不同車速手動轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的過程中，感覺轉(zhuǎn)動過程應(yīng)平滑、無卡滯、無明顯振動，在任意角度停下時不應(yīng)有慣性延時現(xiàn)象，電磁兼容性符合GB18655規(guī)定的要求；
5、EPS助力隨車速而變化；
6、汽車低速行駛時轉(zhuǎn)向操縱輕便，高速行駛轉(zhuǎn)向時感覺穩(wěn)定；轉(zhuǎn)向過程中，手感平順；
7、轉(zhuǎn)矩脈動不超過0.5Nm ;助力轉(zhuǎn)矩波動低于0.2NXm ;空載啟動轉(zhuǎn)矩低于1.5NXm ；傳感器非線性誤差低于3% ；
8、EPS轉(zhuǎn)向回正能力與機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相當(dāng)；
9、具有故障檢測、處理和失效安全功能
EPS控制策略可分為上、下兩層。上層控制是確定具體的工作模式，并確定目標(biāo)電流。下層控制是采用一定的控制方法實現(xiàn)對目標(biāo)電流的跟蹤控制。工作模式可分為助力控制模式、阻尼控制模式和回正控制模式。
[0082]助力控制是EPS基本控制模式，主要解決轉(zhuǎn)向輕便性和路感問題。包括基本助力控制和補償控制?；局刂撇豢紤]轉(zhuǎn)向時的動態(tài)因素，只根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，從事先制定好的基本助力特性表中查取相應(yīng)的目標(biāo)助力電流，然后利用下層控制策略實現(xiàn)對目標(biāo)電流的跟蹤控制。補償控制的目的是為了改善汽車轉(zhuǎn)向的動態(tài)效果。補償控制主要包括慣性補償控制、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速補償控制和摩擦補償控制。
[0083]圖13出示了本實施例對EPS控制策略。對轉(zhuǎn)矩信號31采用相位補償32 ;對車速信號39采用摩擦補償控制37、阻尼控制38、慣性補償控制40，對溫度信號41采用過載保護控制42 ;對車速信號39和轉(zhuǎn)矩信號31設(shè)置相應(yīng)的助力曲線33，并進行電流限流處理34 ；對慣性補償控制40進行電機加速度估算46 ;對阻尼控制38進行電機轉(zhuǎn)速估算45 ;電機驅(qū)動35過程中進行電機電流檢測43、電機電壓檢測44，控制電機36的運轉(zhuǎn)。
[0084]具體的EPS控制算法總體框圖如圖14所示，
首先，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩51經(jīng)可變轉(zhuǎn)矩微分計算55后進入轉(zhuǎn)向助力控制59，或轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩51經(jīng)微分增益、系數(shù)控制56后經(jīng)可變轉(zhuǎn)矩微分計算55后進入轉(zhuǎn)向助力控制59，加入目標(biāo)電流60，限流61 ；
電機角速度估算值52經(jīng)微分增益、系數(shù)控制56后經(jīng)可變轉(zhuǎn)矩微分計算55后進入轉(zhuǎn)向助力控制59，加入目標(biāo)電流60，限流61 ；
電機角速度估算值52經(jīng)摩擦補償、阻尼控制57，加入目標(biāo)電流60，限流61 ；
車速信號53經(jīng)摩擦補償、阻尼控制57，加入目標(biāo)電流60，限流61 ；
電機電流檢測值54經(jīng)最大電機電流處理58后，限流61 ;
其次，對限流61后的電流進行前饋計算63，進行PI控制、積分分離并對電機電流檢測值進行死區(qū)控制62。
[0085]最后，電機電流輸出63。
[0086]本實施例提出基于“目標(biāo)車型固有路感”的EPS助力特性設(shè)計方法，解決了 EPS與整車匹配難題。對不同車型，測試其不同車速下的目標(biāo)車型固有路感形成目標(biāo)車型固有路感曲線(如圖15所示)，依據(jù)目標(biāo)車型固有路感曲線設(shè)計不同駕駛員轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩下的助力矩曲線(如圖16示)。
[0087]提高了助力特性設(shè)計的合理性和準(zhǔn)確性；實現(xiàn)了 EPS與目標(biāo)車型的同步開發(fā)。
[0088](2)PI算法:原控制算法中，PI算法采用最基本的增量式PI控制，對PI算法進行了積分分離和死區(qū)處理，改善了 PI算法的性能。
[0089]并提出基于車速分組的變參數(shù)PID電流閉環(huán)控制技術(shù)，實現(xiàn)了較低硬件成本下的助力轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)跟隨。提高了轉(zhuǎn)向過程中的操縱平順感。
[0090]圖17為定參數(shù)PID轉(zhuǎn)向力特性曲線，圖18為變參數(shù)PID轉(zhuǎn)向力特性曲線。從圖17、18中可以看出，“拐點”現(xiàn)象有一定程序的減弱，轉(zhuǎn)矩死區(qū)范圍內(nèi)的實際電流變?yōu)榱闱也辉儆须娏鱽y跳現(xiàn)象。
[0091](3)補償控制:對助力特性的補償控制可以改善EPS的性能，補償控制需要對電機的轉(zhuǎn)速進行估算，對電機轉(zhuǎn)速的估算方法進行探討和試驗，并對EPS系統(tǒng)進行了摩擦補償和阻尼補償。
[0092](4)轉(zhuǎn)矩信號補償:原有控制算法實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)矩信號的微分補償，但是微分系數(shù)是不變的，理想的微分系數(shù)應(yīng)該隨著輸入轉(zhuǎn)矩、操舵速度等參數(shù)而變化，對可變轉(zhuǎn)矩微分算法進行了設(shè)計和試驗。圖19出示了可變轉(zhuǎn)矩微分控制框圖，轉(zhuǎn)矩微分處理隨著轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速估算值、轉(zhuǎn)矩測量值的變化而變化。
[0093]進行前饋控制的目的是為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，前饋控制的算法框圖見圖20。由于PI控制采用增量式算法，PI計算值為輸出占空比的增量，因此目標(biāo)電流進入前饋計算模塊，進行差分處理，得到目標(biāo)電流的變化值，以目標(biāo)電流的變化值作為前饋量，直接加到PI控制的輸出占空比上，使占空比信號增大或減小。
[0094](5)回正算法:為改善EPS的回正性能，增加主動回正算法。在保舵撒手后，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩很快下降。當(dāng)轉(zhuǎn)矩下降到某個值以下，控制目標(biāo)電流為零，此過程僅在幾十毫秒內(nèi)完成。無論是快速撒手還是慢速撒手，撒手后目標(biāo)電流都經(jīng)歷了由非零到零的變化，可以此作為回正的判斷條件。同時，為了解決回正判斷一致性的問題，需要對目標(biāo)電流進行一定的濾波處理，并在有手力作用到轉(zhuǎn)向盤即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩上升后及時解除主動回正的操作。
[0095]回正判斷框圖如圖21所示，其中每隔50ms記錄經(jīng)濾波處理后的目標(biāo)電流值，如果本時刻的目標(biāo)電流值為零，而上一個時刻(50ms前)的目標(biāo)電流值非零，說明進入回正狀態(tài)。如果不是撒手回正，而是手扶轉(zhuǎn)向盤回正，則在手力減小、轉(zhuǎn)矩由非零降為零時判斷為回正，并提供回正助力；當(dāng)手力變大時立即取消回正助力，即在手扶轉(zhuǎn)向盤回正過程中，手力較大時不提供回正助力。
[0096](6)特殊工況處理和故障診斷:針對原地轉(zhuǎn)向等需要大電流的場合，為保護控制器及電機，進行了限流控制；對原控制算法中的故障診斷項目進行整理、分類和補充。
[0097]本實施例新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是EPS系統(tǒng)在新能源汽車上的應(yīng)用，產(chǎn)品的電子控制單元(ECU)對來自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器以及車速傳感器的信號進行處理，控制電機進行助力，實現(xiàn)助力功能；采用受限雙極式控制模式，在受限雙極模式下電流對占空比修正，電流跨越死區(qū)時(目標(biāo)電流由正變負或由負變正時，從無助力到有助力時)，直接將占空比設(shè)置到目標(biāo)電流值附近，再通過電流閉環(huán)反饋精確調(diào)節(jié)，使電機電流達到目標(biāo)值；采用施密特觸發(fā)器構(gòu)成遲滯比較電路，將車速和轉(zhuǎn)速脈沖整形成幅值為5V的方波，然后送入單片機進行識別；采用轉(zhuǎn)矩信號采集電路，在有源濾波器處理轉(zhuǎn)矩信號的基礎(chǔ)上增加了主轉(zhuǎn)矩信號補償放大調(diào)理電路，同時，為滿足故障診斷和控制器測試標(biāo)準(zhǔn)的要求，增加了對轉(zhuǎn)矩傳感器電源的控制輸出電路；采用A3940全橋功率MOSFET驅(qū)動芯片，相比原設(shè)計采用的MC33883，優(yōu)點顯著；采用電機端電壓及繼電器觸點后電壓采集，產(chǎn)品為配合控制器故障檢測中有關(guān)MOSFET短路檢測的故障要求，修改了電機端電壓檢測方案，引入5V的分壓作為電機端子電壓采集的偏置電壓，為減小功率損耗，增加了分壓電阻的阻值；適當(dāng)調(diào)節(jié)了分壓增
Mo
[0098]本系統(tǒng)提出基于“目標(biāo)車型固有路感”的EPS助力特性設(shè)計方法，解決了 EPS與整車匹配難題；采用PI算法:原控制算法中，PI算法采用最基本的增量式PI控制，對PI算法進行了積分分離和死區(qū)處理，改善了 PI算法的性能。并提出基于車速分組的變參數(shù)PID電流閉環(huán)控制技術(shù)，實現(xiàn)了較低硬件成本下的助力轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)跟隨。提高了轉(zhuǎn)向過程中的操縱平順感；采用補償控制:對助力特性的補償控制改善了 EPS的性能；采用轉(zhuǎn)矩信號補償:原有控制算法實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)矩信號的微分補償，但是微分系數(shù)是不變的，理想的微分系數(shù)應(yīng)該隨著輸入轉(zhuǎn)矩、操舵速度等參數(shù)而變化，對可變轉(zhuǎn)矩微分算法進行了設(shè)計和試驗；為改善EPS的回正性能，增加主動回正算法。在保舵撒手后，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩很快下降。當(dāng)轉(zhuǎn)矩下降到某個值以下，控制目標(biāo)電流為零，此過程僅在幾十毫秒內(nèi)完成。撒手后目標(biāo)電流經(jīng)歷了由非零到零的變化，可以此作為回正的判斷條件。同時，為了解決回正判斷一致性的問題，對目標(biāo)電流進行一定的濾波處理，并在有手力作用到轉(zhuǎn)向盤即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩上升后及時解除主動回正的操作；特殊工況處理和故障診斷:針對原地轉(zhuǎn)向等需要大電流的場合，為保護控制器及電機，進行了限流控制；對原控制算法中的故障診斷項目進行整理、分類和補充。
[0099]本發(fā)明以目前較先進的方法實現(xiàn)需要的功能，保證產(chǎn)品具有深厚的發(fā)展?jié)摿?，符合國家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和有關(guān)的法令法規(guī)；符合社會對環(huán)境保護的要求，采用節(jié)省資源、減少污染的工藝技術(shù)；整個新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作以方便、簡捷、高效為目標(biāo)，多操作平臺整體設(shè)計，統(tǒng)一操作，既充分體現(xiàn)快速反應(yīng)的特點，又能便于工作人員進行信號處理和綜合管理；考慮到汽車功能在不斷發(fā)展、變化，因此要求新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、容量、通信和處理能力等方面具有可擴充性和升級能力。表1出示了本實施例與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相在性能上的實驗數(shù)據(jù)比較。
[0100]表1項目產(chǎn)品與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比較

【權(quán)利要求】
1.新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，所述電子控制單元包括用于連接傳感器部分的輸入電路、MCU和用于連接執(zhí)行器部分的輸出電路，所述MCU的兩端連接輸入電路和輸出電路；其特征在于: 所述輸入電路包括轉(zhuǎn)速模塊處理電路、車速模塊處理電路、轉(zhuǎn)矩傳感器電路、角度傳感器電路、診斷模塊電路、CAN總線模塊電路、點火信號模塊電路、電源模塊電路，所述輸出電路包括指示燈模塊電路、驅(qū)動模塊電路、電機轉(zhuǎn)速模塊電路、電流檢測模塊電路、故障檢測模塊電路、在線監(jiān)測電路、參數(shù)在線調(diào)整電路；所述執(zhí)行器部分包括指示燈和助力電機，所述指示燈與指示燈模塊電路相連，助力電機與驅(qū)動模塊電路相連，通過驅(qū)動模塊電路控制助力電機進行助力；所述助力電機還通過線路分別于電機轉(zhuǎn)速模塊電路、電流檢測模塊電路相連，向ECU電機反饋的電 壓及電流等信號；所述MCU包含有控制程序，根據(jù)來自汽車傳感器的信號、電機反饋的電壓及電流等信號，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，然后控制發(fā)出指令，使電機按轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的速度和方向產(chǎn)生所需要的助力轉(zhuǎn)矩，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱； 所述控制程序包括執(zhí)行以下控制方法: 針對不同車速情況下目標(biāo)車型的環(huán)壓指數(shù)設(shè)置不同的助理矩與駕駛員轉(zhuǎn)向力矩曲線，解決了 EPS與目標(biāo)車型的匹配問題； 采用改進的PI算法；PI算法采用最基本的增量式PI控制，改進的PI算法對PI算法進行了積分分離和死區(qū)處理，改善了 PI算法的性能；并通過基于車速分組的變參數(shù)PID電流閉環(huán)控制，實現(xiàn)了較低硬件成本下的助力轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)跟隨； 采用受限雙極脈寬調(diào)制方式下占空比非線性補償技術(shù)，解決了助力起始階段轉(zhuǎn)矩突變難題；由于受限雙極式下占空比和電機電流嚴(yán)重非線性，在占空比50%以下時對應(yīng)的電機電流很小，稱此占空比及以下占空比為電流死區(qū)；為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在受限雙極模式下電流要對占空比修正，電流跨越死區(qū)時，即目標(biāo)電流由正變負或由負變正時，從無助力到有助力時，直接將占空比設(shè)置到目標(biāo)電流值附近，再通過電流閉環(huán)反饋精確調(diào)節(jié)，使電機電流達到目標(biāo)值。
2.如權(quán)利要求1所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于: 在所述改進的PI算法中，由于PI控制采用增量式算法，PI計算值為輸出占空比的增量，因此目標(biāo)電流還要進入前饋計算模塊，進行差分處理，得到目標(biāo)電流的變化值，以目標(biāo)電流的變化值作為前饋量，直接加到PI控制的輸出占空比上，使占空比信號增大或減小。
3.如權(quán)利要求1所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于: 所述控制程序包括執(zhí)行以下控制方法:在進行補償控制時根據(jù)補償控制需要對電機的轉(zhuǎn)速進行估算并對EPS系統(tǒng)進行了摩擦補償和阻尼補償。
4.如權(quán)利要求1所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于:所述控制算法為可變轉(zhuǎn)矩微分算法，所述可變轉(zhuǎn)矩微分算法中微分系數(shù)隨著輸入轉(zhuǎn)矩、操舵速度等參數(shù)而變化。
5.如權(quán)利要求1所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于:為改善EPS的回正性能，增加主動回正算法；在保舵撒手后，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩很快下降；當(dāng)轉(zhuǎn)矩下降到某個值以下，控制目標(biāo)電流為零，此過程僅在幾十毫秒內(nèi)完成；無論是快速撒手還是慢速撒手，撒手后目標(biāo)電流都經(jīng)歷了由非零到零的變化，可以此作為回正的判斷條件；同時，為了解決回正判斷一致性的問題，對目標(biāo)電流進行一定的濾波處理，并在有手力作用到轉(zhuǎn)向盤即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩上升后及時解除主動回正的操作； 回正判斷的具體步驟如下: 目標(biāo)電流通過濾波處理后分為兩支，其中一支電流被記錄下來，另一支電流通過延時器后被記錄下來； 回正判斷:每隔一定時間記錄經(jīng)濾波處理后的目標(biāo)電流值，如果本時刻的目標(biāo)電流值為零，而上一個時刻的目標(biāo)電流值非零，說明進入回正狀態(tài)； 如果不是撒手回正，而是手扶轉(zhuǎn)向盤回正，則在手力減小、轉(zhuǎn)矩由非零降為零時判斷為回正，并提供回正助力； 當(dāng)手力變大時立即取消回正助力，即在手扶轉(zhuǎn)向盤回正過程中，手力較大時不提供回正助力。
6.如權(quán)利要求1所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于: 所述控制程序包括執(zhí)行以下控制方法: 當(dāng)汽車在原地轉(zhuǎn)向等需要大電流的場合，為保護控制器及電機，通過參數(shù)在線調(diào)整電路，對電流進行限流 控制。
7.如權(quán)利要求1所述的用于新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于: 所述控制程序包括執(zhí)行以下控制方法: 步驟1:開始； 步驟2:設(shè)置鎖相環(huán)； 步驟3:初始化； 步驟4:開機安全檢查； 步驟5:自動采集電流中點； 步驟6:開定時中斷； 步驟7:驅(qū)動保護； 步驟8:喂看門狗； 步驟9:故障處理，如沒有故障直接進入下一步驟； 步驟10:車速為零判斷，當(dāng)車速為零時，返回步驟7進行驅(qū)動保護；當(dāng)車速不為零時，進入下一個步驟； 步驟11:故障顯示判斷，當(dāng)存在故障時，返回步驟7進行驅(qū)動保護；當(dāng)不存在故障時，進入工作步驟，開始工作。
8.如權(quán)利要求8所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于: 所述步驟6中，所述定時中斷的中斷程序流程為: 步驟1:中斷喚醒； 步驟2:對采集轉(zhuǎn)矩相位進行補償判斷，需要補償時，查表獲得目標(biāo)電流，進行補償，進入下一個步驟；不需要補償，直接進入下一個步驟；步驟3:PID運算； 步驟4:過零處理； 步驟5:占空比輸出； 步驟6:故障診斷，當(dāng)存在故障時，進行處理，處理后進入下一個步驟；當(dāng)不存在故障時，直接進入下一個步驟； 步驟7:車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速處理； 步驟8:滑中斷標(biāo)志； 步驟9:中斷返回。
9.如權(quán)利要求1所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于:所述轉(zhuǎn)速模塊處理電路通過轉(zhuǎn)速采集電路與發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器相連，車速模塊處理電路通過車速采集電路與車速傳感器相連，所述車速采集電路、轉(zhuǎn)速采集電路均采用施密特觸發(fā)器構(gòu)成遲滯比較電路，將車速和轉(zhuǎn)速脈沖整形成幅值為5V的方波，然后送入MUC進行識別。
10.如權(quán)利要求1所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控 制方法，其特征在于:所述轉(zhuǎn)矩傳感器電路通過主轉(zhuǎn)矩信號補償放大調(diào)理電路與轉(zhuǎn)矩傳感器相連；同時，為滿足故障診斷和控制器測試標(biāo)準(zhǔn)的要求，轉(zhuǎn)矩傳感器電路增加了對轉(zhuǎn)矩傳感器電源的控制輸出電路，助力隨車速而變化； 上述電路通過控制器I/O 口來達到控制傳感器電源的目的，當(dāng)I/O 口輸出高電平時，向轉(zhuǎn)矩傳感器供電；當(dāng)I/o 口輸出低電平時，不為轉(zhuǎn)矩傳感器供電。
11.如權(quán)利要求1所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于:所述電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向控制器采用定子齒冠開槽減小定位力矩、正弦波驅(qū)動減小電磁轉(zhuǎn)矩波動的措施，有效地抑制電機的振動和噪聲；采用阻尼控制可以防止直線行駛時因外界干擾引起的轉(zhuǎn)向盤抖動，同時還能避免高速行駛轉(zhuǎn)向會整過程中方向盤回正超調(diào)。
12.如權(quán)利要求1所述的新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的電子控制單元(ECU)的控制方法，其特征在于:所述電子控制單元(EOT)采用A3940全橋功率MOSFET驅(qū)動芯片； 為配合控制器故障檢測中有關(guān)MOSFET短路檢測的故障要求，修改了電機端電壓檢測方案，引入5V的分壓作為電機端子電壓采集的偏置電壓；為減小功率損耗，增加了分壓電阻的阻值。
13.新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動電機、減速器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器、控制器(ECU)，所述控制器(ECU)的控制方法為權(quán)利要求1到12任意一權(quán)利要求所述的控制方法； 新能源汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略可分為上、下兩層；上層控制是確定具體的工作模式，并確定目標(biāo)電流；下層控制是采用一定的控制方法實現(xiàn)對目標(biāo)電流的跟蹤控制；工作模式可分為助力控制模式、阻尼控制模式和回正控制模式； 助力控制模式是EPS基本控制模式，主要解決轉(zhuǎn)向輕便性和路感問題；包括基本助力控制和補償控制；基本助力控制不考慮轉(zhuǎn)向時的動態(tài)因素，只根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號和車速信號，從事先制定好的基本助力特性表中查取相應(yīng)的目標(biāo)助力電流，然后利用下層控制策略實現(xiàn)對目標(biāo)電流的跟蹤控制；補償控制的目的是為了改善汽車轉(zhuǎn)向的動態(tài)效果；補償控制主要包括慣性補償控制、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速補償控制和摩擦補償控制； 轉(zhuǎn)向時，ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器、車速、電機反饋的電壓及電流等信號，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，然后控制發(fā)出指令，使電機按轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的速度和方向產(chǎn)生所需要的助力轉(zhuǎn)矩，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱； 所述轉(zhuǎn)向狀態(tài)包括轉(zhuǎn)向或回正；所述指令包括助力電流的大小及方向。
【文檔編號】B62D119/00GK104071224SQ201410249816
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月8日
【發(fā)明者】劉立河, 劉建勇, 李超, 劉立江, 華聞霞, 韓玉冰, 董志勇 申請人:山東天?？萍脊煞萦邢薰?br>