新能源汽车电动助力转向系统及其电子控制单元控制方法技术方案

本发明专利技术公开了新能源汽车电动助力转向系统及其电子控制单元控制方法，所述电子控制单元包括用于连接传感器部分的输入电路、MCU和用于连接执行器部分的输出电路，所述MCU的两端连接输入电路和输出电路；所述控制方法采用改进的PI算法；进行了积分分离和死区处理，并通过基于车速分组的变参数PID电流闭环控制，实现了较低硬件成本下的助力转矩平稳跟随；采用受限双极脉宽调制方式下占空比非线性补偿技术；在受限双极模式下电流要对占空比修正，电流跨越死区时，即目标电流由正变负或由负变正时，从无助力到有助力时，直接将占空比设置到目标电流值附近，再通过电流闭环反馈精确调节，使电机电流达到目标值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车电动助力转向系统领域，具体涉及。
技术介绍
目前电动式电子控制转向系统广泛采用的电动助力转向系统，简称EPS (Electrical Power Steering System),是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，是继机械转向系统、液压动力转向系统之后的第三代转向系统，属于机电一体化系统。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。 汽车电子化是当前汽车技术发展的必然趋势。继电子技术在发动机、变速器、制动器和悬架等系统得到广泛应用之后，EPS在轿车和轻型汽车领域正逐步取代传统液压助力转向系统并向更大型轿车和商用客车方向发展，现在，EPS技术的应用已成为世界汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一，具有广泛的前景。随着新能源汽车产业的不断发展和人们对新能源汽车的性能要求的不断提高新能源汽车的转向系统由传统转向系统向EPS转向系统转化的过程也将成为必然，EPS系统的市场需求将不断扩大。新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括燃气汽车(液化天然气、压缩天然气)、燃料电池电动汽车(FCEV)、纯电动汽车(BEV)、液化石油气汽车、氢能源动力汽车、混合动力汽车(油气混合、油电混合)太阳能汽车和其他新能源(如高效储能器)汽车等，其废气排放量比较低。新能源汽车产业是国家战略性新兴产业之一，具有低碳、清洁、低耗等环保节能的显著优点。《节能与新能源汽车产业发展规划》中提出，要以新能源驱动为我国汽车工业转型的主要战略取向，加快培育和发展新能源汽车产业，重点推进新能源汽车。 在我国，2012年时我国轿车产量为1900万辆(其中配置EPS的占总量的21%;装载自主品牌EPS系统的却仅占EPS配置总量的9.44%，占总量的2%左右。目前，EPS造价比较高，内燃机车辆国内自主品牌的EPS只占到EPS总量的10%左右，国内针对新能源汽车开发的EPS技术并不成熟。大多数新能源汽车还没有安装EPS，少数已安装EPS的新能源汽车转向操纵感、回正性较差，普遍存在低速行驶时转向比较费力，高速行驶时存在操纵不稳定、有发飘手感的问题，工作还很不稳定。因此，就急需一套适用的助力转向系统来解决新能源汽车的低速沉重感和高速稳定性之间的矛盾。 EPS系统的电子控制单元(Electronic Control Unit,简称EQJ)作为EPS系统的核心部件，对来自转向盘转矩传感器以及车速传感器的信号进行处理，控制电机进行助力，实现助力功能。同时，系统发生故障时，ECU能及时切断电机助力，以免出现重大事故。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供，可以大大提高系统安全性和舒适性，即使在中低档系能源汽车上使用，也可以称为具有成本优势的解决方案。 本专利技术采用的技术方案如下。 新能源汽车电动助力转向系统(EPS)的电子控制单元(EOT)的控制方法，所述电子控制单元包括用于连接传感器部分的输入电路、MCU和用于连接执行器部分的输出电路，所述MCU的两端连接输入电路和输出电路；其特征在于:所述输入电路包括转速模块处理电路、车速模块处理电路、转矩传感器电路、角度传感器电路、诊断模块电路、CAN总线模块电路、点火信号模块电路、电源模块电路，所述输出电路包括指示灯模块电路、驱动模块电路、电机转速模块电路、电流检测模块电路、故障检测模块电路、在线监测电路、参数在线调整电路；所述执行器部分包括指示灯和助力电机，所述指示灯与指示灯模块电路相连，助力电机与驱动模块电路相连，通过驱动模块电路控制助力电机进行助力；所述助力电机还通过线路分别于电机转速模块电路、电流检测模块电路相连，向ECU电机反馈的电压及电流等信号；所述MCU包含有控制程序，根据来自汽车传感器的信号、电机反馈的电压及电流等信号，判断汽车的转向状态，然后控制发出指令，使电机按转向盘转动的速度和方向产生所需要的助力转矩，协助驾驶员进行转向操纵；所述控制程序包括执行以下控制方法:针对不同车速情况下目标车型的环压指数设置不同的助理矩与驾驶员转向力矩曲线，解决了 EPS与目标车型的匹配问题；采用改进的PI算法；PI算法采用最基本的增量式PI控制，改进的PI算法对PI算法进行了积分分离和死区处理，改善了 PI算法的性能；并通过基于车速分组的变参数PID电流闭环控制，实现了较低硬件成本下的助力转矩平稳跟随；采用受限双极脉宽调制方式下占空比非线性补偿技术，解决了助力起始阶段转矩突变难题；由于受限双极式下占空比和电机电流严重非线性，在占空比50%以下时对应的电机电流很小，称此占空比及以下占空比为电流死区；为了加快系统的响应，在受限双极模式下电流要对占空比修正，电流跨越死区时，即目标电流由正变负或由负变正时，从无助力到有助力时，直接将占空比设置到目标电流值附近，再通过电流闭环反馈精确调节，使电机电流达到目标值。 进一步，在所述改进的PI算法中，由于PI控制采用增量式算法，PI计算值为输出占空比的增量，因此目标电流还要进入前馈计算模块，进行差分处理，得到目标电流的变化值，以目标电流的变化值作为前馈量，直接加到PI控制的输出占空比上，使占空比信号增大或减小。 进一步，所述控制程序包括执行以下控制方法:在进行补偿控制时根据补偿控制需要对电机的转速进行估算并对EPS系统进行了摩擦补偿和阻尼补偿。 进一步，所述控制算法为可变转矩微分算法，所述可变转矩微分算法中微分系数随着输入转矩、操舵速度等参数而变化。 进一步，为改善EPS的回正性能，增加主动回正算法；在保舵撒手后，转向盘转矩很快下降；当转矩下降到某个值以下，控制目标电流为零，此过程仅在几十毫秒内完成；无论是快速撒手还是慢速撒手，撒手后目标电流都经历了由非零到零的变化，可以此作为回正的判断条件；同时，为了解决回正判断一致性的问题，对目标电流进行一定的滤波处理，并在有手力作用到转向盘即转向盘转矩上升后及时解除主动回正的操作；回正判断的具体步骤如下:目标电流通过滤波处理后分为两支，其中一支电流被记录下来，另一支电流通过延时器后被记录下来；回正判断:每隔一定时间记录经滤波处理后的目标电流值，如果本时刻的目标电流值为零，而上一个时刻的目标电流值非零，说明进入回正状态；如果不是撒手回正，而是手扶转向盘回正，则在手力减小、转矩由非零降为零时判断为回正，并提供回正助力；当手力变大时立即取消回正助力，即在手扶转向盘回正过程中，手力较大时不提供回正助力。 进一步，所述控制程序包括执行以下控制方法:当汽车在原地转向等需要大电流的场合，为保护控制器及电机，通过参数在线调整电路，对电流进行限流控制。 进一步，所述控制程序包括执行以下控制方法:步骤1:开始；步骤2:设置锁相环；步骤3:初始化；步骤4:开机安全检查；步骤5:自动采集电流中点；步骤6:开定时中断；步骤7:驱动保护；步骤8:喂看门狗；步骤9:故障处理，如没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
新能源汽车电动助力转向系统（EPS）的电子控制单元（ECU）的控制方法，所述电子控制单元包括用于连接传感器部分的输入电路、MCU和用于连接执行器部分的输出电路，所述MCU的两端连接输入电路和输出电路；其特征在于：所述输入电路包括转速模块处理电路、车速模块处理电路、转矩传感器电路、角度传感器电路、诊断模块电路、CAN总线模块电路、点火信号模块电路、电源模块电路，所述输出电路包括指示灯模块电路、驱动模块电路、电机转速模块电路、电流检测模块电路、故障检测模块电路、在线监测电路、参数在线调整电路；所述执行器部分包括指示灯和助力电机，所述指示灯与指示灯模块电路相连，助力电机与驱动模块电路相连，通过驱动模块电路控制助力电机进行助力；所述助力电机还通过线路分别于电机转速模块电路、电流检测模块电路相连，向ECU电机反馈的电压及电流等信号；所述MCU包含有控制程序，根据来自汽车传感器的信号、电机反馈的电压及电流等信号，判断汽车的转向状态，然后控制发出指令，使电机按转向盘转动的速度和方向产生所需要的助力转矩，协助驾驶员进行转向操纵；所述控制程序包括执行以下控制方法：针对不同车速情况下目标车型的环压指数设置不同的助理矩与驾驶员转向力矩曲线，解决了EPS与目标车型的匹配问题；采用改进的PI算法； PI算法采用最基本的增量式PI控制，改进的PI算法对PI算法进行了积分分离和死区处理，改善了PI算法的性能；并通过基于车速分组的变参数PID电流闭环控制，实现了较低硬件成本下的助力转矩平稳跟随；采用受限双极脉宽调制方式下占空比非线性补偿技术，解决了助力起始阶段转矩突变难题；由于受限双极式下占空比和电机电流严重非线性，在占空比50%以下时对应的电机电流很小，称此占空比及以下占空比为电流死区；为了加快系统的响应，在受限双极模式下电流要对占空比修正，电流跨越死区时，即目标电流由正变负或由负变正时，从无助力到有助力时，直接将占空比设置到目标电流值附近，再通过电流闭环反馈精确调节，使电机电流达到目标值。...

【技术特征摘要】
1.新能源汽车电动助力转向系统(EPS)的电子控制单元(ECU)的控制方法，所述电子控制单元包括用于连接传感器部分的输入电路、MCU和用于连接执行器部分的输出电路，所述MCU的两端连接输入电路和输出电路；其特征在于: 所述输入电路包括转速模块处理电路、车速模块处理电路、转矩传感器电路、角度传感器电路、诊断模块电路、CAN总线模块电路、点火信号模块电路、电源模块电路，所述输出电路包括指示灯模块电路、驱动模块电路、电机转速模块电路、电流检测模块电路、故障检测模块电路、在线监测电路、参数在线调整电路；所述执行器部分包括指示灯和助力电机，所述指示灯与指示灯模块电路相连，助力电机与驱动模块电路相连，通过驱动模块电路控制助力电机进行助力；所述助力电机还通过线路分别于电机转速模块电路、电流检测模块电路相连，向ECU电机反馈的电 压及电流等信号；所述MCU包含有控制程序，根据来自汽车传感器的信号、电机反馈的电压及电流等信号，判断汽车的转向状态，然后控制发出指令，使电机按转向盘转动的速度和方向产生所需要的助力转矩，协助驾驶员进行转向操纵； 所述控制程序包括执行以下控制方法: 针对不同车速情况下目标车型的环压指数设置不同的助理矩与驾驶员转向力矩曲线，解决了 EPS与目标车型的匹配问题； 采用改进的PI算法；PI算法采用最基本的增量式PI控制，改进的PI算法对PI算法进行了积分分离和死区处理，改善了 PI算法的性能；并通过基于车速分组的变参数PID电流闭环控制，实现了较低硬件成本下的助力转矩平稳跟随； 采用受限双极脉宽调制方式下占空比非线性补偿技术，解决了助力起始阶段转矩突变难题；由于受限双极式下占空比和电机电流严重非线性，在占空比50%以下时对应的电机电流很小，称此占空比及以下占空比为电流死区；为了加快系统的响应，在受限双极模式下电流要对占空比修正，电流跨越死区时，即目标电流由正变负或由负变正时，从无助力到有助力时，直接将占空比设置到目标电流值附近，再通过电流闭环反馈精确调节，使电机电流达到目标值。2.如权利要求1所述的新能源汽车电动助力转向系统(EPS)的电子控制单元(ECU)的控制方法，其特征在于: 在所述改进的PI算法中，由于PI控制采用增量式算法，PI计算值为输出占空比的增量，因此目标电流还要进入前馈计算模块，进行差分处理，得到目标电流的变化值，以目标电流的变化值作为前馈量，直接加到PI控制的输出占空比上，使占空比信号增大或减小。3.如权利要求1所述的新能源汽车电动助力转向系统(EPS)的电子控制单元(ECU)的控制方法，其特征在于: 所述控制程序包括执行以下控制方法:在进行补偿控制时根据补偿控制需要对电机的转速进行估算并对EPS系统进行了摩擦补偿和阻尼补偿。4.如权利要求1所述的新能源汽车电动助力转向系统(EPS)的电子控制单元(ECU)的控制方法，其特征在于:所述控制算法为可变转矩微分算法，所述可变转矩微分算法中微分系数随着输入转矩、操舵速度等参数而变化。5.如权利要求1所述的新能源汽车电动助力转向系统(EPS)的电子控制单元(ECU)的控制方法，其特征在于:为改善EPS的回正性能，增加主动回正算法；在保舵撒手后，转向盘转矩很快下降；当转矩下降到某个值以下，控制目标电流为零，此过程仅在几十毫秒内完成；无论是快速撒手还是慢速撒手，撒手后目标电流都经历了由非零到零的变化，可以此作为回正的判断条件；同时，为了解决回正判断一致性的问题，对目标电流进行一定的滤波处理，并在有手力作用到转向盘即转向盘转矩上升后及时解除主动回正的操作； 回正判断的具体步骤如下: 目标电流通过滤波处理后分为两支，其中一支电流被记录下来，另一支电流通过延时器后被记录下来； 回正判断:每隔一定时间记录经滤波处理后的目标电流值，如果本时刻的目标电流值为零，而上一个时刻的目标电流值非零，说明进入回正状态； 如果不是撒手回正，而是手扶转向盘回正，则在手力减小、转矩由非零降为零时判断为回正，并提供回正助力； 当手力变大时立即取消回正助力，即在手扶转向盘回正过程中，手力较大时不提供回正助力。6.如权利要求1所述的新能源汽车电动助力转向系统(EPS)的电子控制单元(ECU)的控制方法，其特征在于: 所述控制程序包括执行以下控制方法: 当汽车在原地转向等需要大电流的场合，为保护控制器及电机，通过参数在线调整电路，对电流进行限流 控制。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立河，刘建勇，李超，刘立江，华闻霞，韩玉冰，董志勇，
申请(专利权)人：山东天海科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37