[發(fā)明專利]電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒條末端保護(hù)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210548329.2
• 申請(qǐng)日: 2012-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN103863385A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭鴻云;李若飛;金燦龍;呂帥;羅來軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 聯(lián)創(chuàng)汽車電子有限公司
• 主分類號(hào): B62D5/04
• 分類號(hào): B62D5/04;B62D3/12;B62D6/00;B62D113/00;B62D117/00;B62D119/00
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 殷曉雪

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種汽車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric?Power?Steering，簡(jiǎn)稱EPS系統(tǒng)）。

背景技術(shù)

請(qǐng)參閱圖1，這是汽車上的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其包括轉(zhuǎn)向盤11、轉(zhuǎn)向管柱12、轉(zhuǎn)向器13、轉(zhuǎn)向拉桿14和轉(zhuǎn)向輪15。當(dāng)駕駛員施加轉(zhuǎn)向力作用在轉(zhuǎn)向盤11上時(shí)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向管柱12內(nèi)置的轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向器13內(nèi)置的齒輪機(jī)構(gòu)相連，齒輪機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向器13內(nèi)置的齒條機(jī)構(gòu)嚙合，從而帶動(dòng)齒條結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)向器13內(nèi)做平動(dòng)，由于齒條機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向拉桿14硬連接，從而由轉(zhuǎn)向拉桿14施加拉力或推力在轉(zhuǎn)向輪15上，完成汽車轉(zhuǎn)向動(dòng)作。

請(qǐng)參閱圖2，這是汽車上的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了：

——扭矩轉(zhuǎn)角傳感器21，用來檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩（也稱轉(zhuǎn)矩、扭矩）和轉(zhuǎn)動(dòng)角度（轉(zhuǎn)角）；

——車速傳感器22，用來測(cè)量車輛速度；

——ECU（電子控制單元）23，根據(jù)轉(zhuǎn)向盤11的扭矩、轉(zhuǎn)角以及車速信號(hào)，計(jì)算出相應(yīng)的助力力矩，并輸出給助力電機(jī)24；

——助力電機(jī)24，安裝在轉(zhuǎn)向管柱12或轉(zhuǎn)向器13上，其根據(jù)ECU?23的指令而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而輸出助力力矩；

——減速機(jī)構(gòu)25，將助力電機(jī)24的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以一定比例轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向管柱12或轉(zhuǎn)向器13的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，起到減速增扭的作用。設(shè)減速機(jī)構(gòu)25的減速比為k，k＞1，則助力電機(jī)24的轉(zhuǎn)動(dòng)角度/k＝轉(zhuǎn)向管柱12或轉(zhuǎn)向器13的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

所述扭矩轉(zhuǎn)角傳感器21也可分為相互獨(dú)立的扭矩傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器。

請(qǐng)參閱圖3，現(xiàn)有的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的ECU?23中包括：

——力矩控制模塊231，其根據(jù)轉(zhuǎn)向盤11的扭矩、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速以及車速信號(hào)，計(jì)算出相應(yīng)的助力力矩，并輸出給電機(jī)控制模塊232；

——電機(jī)控制模塊232，根據(jù)接收到的助力力矩，輸出電流以驅(qū)動(dòng)助力電機(jī)24轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述力矩控制模塊231進(jìn)一步分為目標(biāo)力矩計(jì)算模塊61和助力修正模塊62兩部分。

所述目標(biāo)力矩計(jì)算模塊61主要用于計(jì)算基礎(chǔ)助力力矩，其包括助力特性曲線、主動(dòng)回正控制、主動(dòng)阻尼控制、慣量補(bǔ)償控制、摩擦補(bǔ)償控制等子模塊。所述助力特性曲線模塊可以在不同車速時(shí)設(shè)置不同的助力曲線，從而獲得不同的轉(zhuǎn)向手感，其輸出原始助力力矩。所述主動(dòng)回正控制模塊和主動(dòng)阻尼控制模塊可以在不同車速及不同轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速時(shí)設(shè)置不同的主動(dòng)回正力矩或主動(dòng)阻尼力矩，保證車輛中低車速時(shí)的主動(dòng)回正性能（使轉(zhuǎn)向盤11可以自動(dòng)回到直線行駛位置）及中高車速時(shí)的行駛穩(wěn)定性能。所述慣量補(bǔ)償控制模塊和摩擦補(bǔ)償控制模塊對(duì)系統(tǒng)性能做一定的慣量及摩擦補(bǔ)償，以獲得更良好的轉(zhuǎn)向感覺，其輸出慣量補(bǔ)償力矩、摩擦補(bǔ)償力矩。各模塊的輸出相加就是基礎(chǔ)助力力矩。

在助力修正模塊62中包括溫度保護(hù)增益、過壓保護(hù)增益、低壓保護(hù)增益、路肩保護(hù)增益等子模塊。所述助力修正模塊62主要用于執(zhí)行保護(hù)策略，通過判斷諸如工作溫度、工作電壓、路肩卡死等系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)或車輛工況，分別作針對(duì)性的保護(hù)策略，以保證電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子件與機(jī)械件不被損壞。該助力修正模塊62輸出保護(hù)增益系數(shù)。

所述目標(biāo)力矩計(jì)算模塊61計(jì)算的基礎(chǔ)助力力矩和助力修正模塊62計(jì)算的保護(hù)增益系數(shù)做相乘后，作為目標(biāo)力矩指令輸出給電機(jī)控制模塊232。

在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向器13通常是齒輪齒條式的。齒條末端實(shí)際上是轉(zhuǎn)向器13的齒條行程的極限位置。由于轉(zhuǎn)向器13的齒條行程與轉(zhuǎn)向盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)角度一一對(duì)應(yīng)，因而齒條末端也就是轉(zhuǎn)向盤11轉(zhuǎn)到極限位置的一種工況。轉(zhuǎn)向器13的左側(cè)齒條末端位置就對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)向盤11的負(fù)方向（例如逆時(shí)針）的最大允許轉(zhuǎn)動(dòng)角度，轉(zhuǎn)向器13的右側(cè)齒條末端位置就對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)向盤11的正方向（例如順時(shí)針）的最大允許轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

齒條末端工況會(huì)帶來如下問題：

其一，長(zhǎng)時(shí)間把持轉(zhuǎn)向盤11至極限位置，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也會(huì)相應(yīng)地輸出最大的助力力矩，此時(shí)助力電機(jī)24維持很高電流，會(huì)導(dǎo)致溫度上升，可能會(huì)損壞電子器件。

其二，在轉(zhuǎn)向盤11接近極限位置時(shí)，駕駛員還可能會(huì)用力撞擊極限位置。這可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞，由此產(chǎn)生的噪音也會(huì)給駕乘人員帶來不適感覺。

現(xiàn)有的齒條末端保護(hù)策略只考慮了第一種工況，即在長(zhǎng)時(shí)間把住轉(zhuǎn)向盤11時(shí)，對(duì)助力力矩做一定限制，以降低電機(jī)電流及溫升；針對(duì)第二種工況，一般采用在齒條末端增加尼龍或塑料擋圈，以緩沖撞擊及減小噪聲；這種方法一方面會(huì)增加成本，另一方面隨著尼龍或塑料擋圈的磨損，保護(hù)效果也會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容