專利名稱：用于電動汽車的電動助力轉向控制系統、裝置及其方法
技術領域：
本發明屬于汽車轉向領域，尤其涉及用于電動汽車的電動助力轉向控制系統、裝置及其方法。
背景技術：
無論從環境方面還是從能源角度考慮，現代電動汽車都是未來汽車工業不二的選擇，它不僅可實現零排放或極低排放，而且電動汽車利用的是一種來源廣泛、對環境友好的可靠能源-電能。但是，迄今為止，受電動汽車關鍵技術發展的制約，導致這些成果轉化為生產項目的并不多。根據目前的電動汽車技術發展來看，在汽車用驅動電機技術與電池技術等方面還未取得關鍵性突破，電動汽車的續航里程問題還沒有得到根本解決。電動助力轉向系統(Electric Power Steering,縮寫EPS)是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉向系統，與傳統的液壓助力轉向系統HPS (Hydraulic PowerSteering)相比，EPS系統具有很多優點。只在轉向時電機才提供助力，可以顯著降低燃油消耗；轉向助力大小可以通過軟件調整，能夠兼顧低速時的轉向輕便性和高速時的操縱穩定性，回正性能好。電動助力轉向系統在傳統內燃機汽車上已經得到很好地應用，說明EPS技術已經相當成熟。由于電動汽車取消了發動機，所以以發動機為動力來源的HPS和改進型電控液壓轉向系統(EHPS)都不適用于電動汽車，因此在以電池為能源的電動汽車上應用EPS是最優的方案。專利“電動汽車電動助力轉向系統及其轉向助力方法”(CN201110108953.6)保護了電動汽車電動助力轉向系統的組成部分及相互連接關系，并且說明了各工況下的控制方法；專利“一種電動汽車電動助力轉向系統”(CN201210064816.1)公開了電動汽車電動助力轉向系統的結構，其中增加了軸重傳感器，軸重信號與轉矩信號和車速信號共同決定助力電動機的助力轉矩大小和方向。專利“一種適用于純電動車汽車的EPS轉向助力方法及系統”(CN201110164173.3)提出一種適用于純電動車汽車的EPS轉向助力方法，首先把轉速脈沖信號轉換成CAN總線信號，然后通過一個信號轉換模塊將車速CAN信號轉換為EPS轉向助力控制裝置所需要的車速變頻脈沖模擬信號和發動機轉速變頻脈沖模擬信號，控制裝置根據車速變頻脈沖模擬信號和轉矩信號控制EPS電機精確提供助力。已有專利對電動汽車電動助力轉向系統的結構組成和控制方法進行了保護，但是都沒有提及電動汽車適用的電動助力轉向系統具有的特點及相應的控制方法。

發明內容
本發明的目的:構建新的電動汽車電動助力轉向系統以適應電動汽車特有的運行特點。由于電動汽車取消了發動機，因此以發動機轉速信號為觸發信號的傳統電動助力轉向EPS系統控制裝置就不能在電動汽車上使用，本發明所保護的電動汽車電動助力轉向系統以檔位信號為觸發信號，只有在電動汽車掛入前進擋或者倒車檔時，EPS系統控制裝置才會被觸發，這樣就避免在原地反復轉動方向盤導致輪胎磨損和過多無用地消耗電池電量。本發明所保護的電動汽車電動助力轉向系統實時監測電動汽車的電池電量，如果監測到電池電量過低，電動助力轉向EPS系統控制裝置減小助力電流以保證有更多的電能供驅動系統使用，增加電動汽車的續航里程。本發明提出了一種用于電動汽車的電動助力轉向系統，包括轉向盤、輸入軸、轉矩轉角傳感器、助力電機、減速機構、輸出軸、轉向器、轉向傳動機構、電動助力轉向EPS系統控制裝置，其特征在于:
轉向盤、輸入軸、轉矩轉角傳感器、減速機構、輸出軸、轉向器、轉向傳動機構依次機械聯接，助力電機通過傳動軸與減速機構聯接，EPS系統控制裝置通過電線與助力電機相連，EPS系統控制裝置還與轉矩轉角傳感器、車速傳感器和電池通過電線聯接。其中，所述EPS系統控制裝置還與電動汽車的中央控制單元通過CAN總線相連，接收所述電動汽車電池電量信號。其中，所述EPS系統控制裝置接收電動汽車檔位信號。其中，只有在所述電動汽車掛入前進擋或者倒車檔時，觸發所述EPS系統控制裝置。其中，所述EPS系統控制裝置根據接收到的電池電量信號計算出助力系數使助力電機輸出的助力能隨電池電量的大小而變化。其中，所述電動助力轉向系統工作時，助力電機經減速機構放大的扭矩與駕駛員施加在轉向盤的扭矩共同疊加在轉向器上，再經傳動機構傳遞到車輪，使車輪按照駕駛員的意愿轉向。本發明還提出了一種用于電動汽車的電動助力轉向系統控制裝置，其包括電源模塊、信號處理模塊、中央控制模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅動模塊，EPS系統控制裝置以中央控制模塊為中心，電源模塊、信號調理模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅動模塊分別與之相連接，其特征在于:
電源模塊，用于給所述控制裝置中其他各模塊提供所需的電壓；
信號處理模塊，用于接收檔位信號以及轉矩、轉角信號、車速信號，并將處理后的信號傳送給中央控制模塊；
電池電量測量模塊，用于測量所述電動汽車的電池的剩余電量；
功率驅動模塊，根據從中央控制模塊的輸出信號，調整助力電機的輸出功率。其中，所述中央控制模塊的輸出信號包括根據上述信號處理模塊處理過的信號判斷轉向工況并結合助力特性輸出目標電流值，接著將目標電流值與實際電流值的差值經過PID (比例-積分-微分)運算得到PWM信號的占空比。本發明還提出了一種用于電動汽車的電動助力轉向系統控制方法，其包括: 步驟一、進行故障檢測，如果檢測到故障，并持續大于I秒，則結束，否則向下執行步驟
-* ;
步驟二、當檢測到檔位信號時，則執行步驟三；
步驟三、獲取電動汽車電池的電量信息，如果電量充足，助力電流按照正常的大小計算，相反如果電量不足，減小助力系數使助力電流減小；
步驟四、對轉矩、轉角、車速信號進行處理；
步驟五、根據上述處理過的信號判斷轉向工況并結合助力特性輸出目標電流值，接著將目標電流值與實際電流值的差值經過PID運算得到PWM信號的占空比，將PWM信號輸入功率驅動模塊，從而對助力電機進行控制。本發明的有益效果是:電動汽車電動助力轉向系統以檔位信號為觸發信號，只有在電動汽車掛入前進擋或者倒車檔時，EPS系統控制裝置才會被觸發，這樣就避免在原地反復轉動方向盤導致輪胎磨損和過多無用地消耗電池電量。本發明所保護的電動汽車電動助力轉向系統實時監測電動汽車的電池電量，如果監測到電池電量過低，電動助力轉向EPS系統控制裝置減小助力電流以保證有更多的電能供驅動系統使用，增加電動汽車的續航里程。


圖1為電動汽車電動助力轉向系統原理 圖2為電動助力轉向系統EPS系統控制裝置原理 圖3為EPS系統控制裝置程序流程圖。
具體實施例方式結合說明書附圖，詳細說明本發明:
首先，參考圖1，圖中:1-轉向盤，2-輸入軸，3-轉矩、轉角傳感器，4-助力電機，5-減速機構，6-輸出軸，7-轉向器，8-轉向傳動機構，9-車輪，10-EPS系統控制裝置。如圖1所不,一種用于電動汽車的電動助力轉向系統,包括轉向盤1、輸入軸2、轉矩轉角傳感器3、助力電機4、減速機構5、輸出軸6、轉向器7、轉向傳動機構8和EPS系統控制裝置10等。其中轉向盤1、輸入軸2、轉矩轉角傳感器3、減速機構5、輸出軸6、轉向器7、轉向傳動機構8依次機械聯接，助力電機通過傳動軸與減速機構5聯接，EPS系統控制裝置10通過電線與助力電機相連，EPS系統控制裝置10還與轉矩轉角傳感器、車速傳感器3和電池通過電線聯接。由于EPS系統控制裝置10要實時監測電池電量，所以EPS系統控制裝置10還與整車中央控制單元通過CAN總線相連。電動助力轉向系統工作時，助力電機經減速機構放大的扭矩與駕駛員施加在轉向盤的扭矩共同疊加在轉向器上，再經傳動機構傳遞到車輪，使車輪按照駕駛員的意愿轉向。助力電機輸出的扭矩由EPS系統控制裝置10決定，EPS系統控制裝置10根據轉矩、轉角信號和車速信號并結合助力特性輸出控制信號給助力電機功率驅動模塊，功率驅動模塊輸出載有驅動功率的脈寬調制PWM信號給助力電機,助力電機輸出對應的助力扭矩。再來參考圖2,圖中:CAN模塊表不總線通信模塊,PWM表不脈寬調制信號,M+表不助力電機接線正端，M-表示助力電機接線負端。如圖2所示，電動汽車電動助力轉向系統控制裝置10，包括電源模塊、信號處理模塊、中央控制模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅動模塊。EPS系統控制裝置以中央控制模塊為中心，電源模塊、信號調理模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅動模塊分別與之相連接。EPS系統控制裝置接收到點火信號后，電源模塊工作，輸出其他各模塊所需的電壓，同時中央控制模塊上電復位，對各寄存器端口初始化，進入自檢步驟，如果檢測到故障，則跳出，重新進入自檢步驟，如果故障持續大于I秒，則結束；如果沒有故障，繼續往下運行，循環等待直到檢測到檔位信號跳出循環繼續往下運行，下一步讀取CAN總線中電動汽車電池的電量信息，如果電量充足，助力電流按照正常值輸出，相反如果電量不足(本發明以低于整體電量20%作為閾值)，減小助力系數使助力電流減小，然后進行轉矩、轉角信號、車速信號處理，根據上述處理過的信號判斷轉向工作情況并結合助力特性輸出目標電流值，助力特性是指轉向盤輸入轉矩、車速與目標電流之間的關系，其中涉及助力系數，通過調整助力系數可以改變目標電流的大小，接著將目標電流值與實際電流值的差值經過PID(比例-積分-微分)運算得到PWM信號的占空比，將PWM信號輸入功率驅動模塊以控制助力電機，至此結束一次循環，再次跳轉到自檢步驟執行下一次循環。本發明雖然以電動汽車為實施例，但是同樣適用于其他不以發動機為轉向能源的新能源汽車，如混合動力汽車等。以上實施方式僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，本領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種用于電動汽車的電動助力轉向系統，包括轉向盤、輸入軸、轉矩轉角傳感器、助力電機、減速機構、輸出軸、轉向器、轉向傳動機構、電動助力轉向EPS系統控制裝置，其特征在于: 轉向盤、輸入軸、轉矩轉角傳感器、減速機構、輸出軸、轉向器、轉向傳動機構依次機械聯接，助力電機通過傳動軸與減速機構聯接，EPS系統控制裝置通過電線與助力電機相連，所述EPS系統控制裝置還與轉矩轉角傳感器、車速傳感器和電池通過電線聯接。
2.如權利要求1所述用于電動汽車的電動助力轉向系統，其中所述EPS系統控制裝置還與電動汽車的中央控制單元通過CAN總線相連，接收所述電動汽車電池電量信號。
3.如權利要求1所述用于電動汽車的電動助力轉向系統，所述EPS系統控制裝置接收電動汽車檔位信號。
4.如權利要求3所述用于電動汽車的電動助力轉向系統，其中只有在所述電動汽車掛入前進擋或者倒車檔時，觸發所述EPS系統控制裝置。
5.如權利要求3所述用于電動汽車的電動助力轉向系統，其特征在于:，所述EPS系統控制裝置根據接收到的電池電量信號計算出助力系數使助力電機輸出的助力能隨電池電量的大小而變化。
6.如權利要求3所述用于電動汽車的電動助力轉向系統,所述電動助力轉向系統工作時，助力電機經減速機構放大的扭矩與駕駛員施加在轉向盤的扭矩共同疊加在轉向器上，再經傳動機構傳遞到車輪，使車輪按照駕駛員的意愿轉向。
7.一種用于電動汽車的電動助力轉向系統控制裝置，其包括電源模塊、信號處理模塊、中央控制模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅動模塊，EPS系統控制裝置以中央控制模塊為中心，電源模塊、信號調理模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅動模塊分別與之相連接，其特征在于: 電源模塊，用于給所述控制裝置中其他各模塊提供所需的電壓； 信號處理模塊，用于接收檔位信號以及轉矩、轉角信號、車速信號，并將處理后的信號傳送給中央控制模塊； 電池電量測量模塊，用于測量所述電動汽車的電池的剩余電量； 功率驅動模塊，根據從中央控制模塊的輸出信號，調整助力電機的輸出功率。
8.如權利要求7所述用于電動汽車的電動助力轉向系統控制裝置，其中所述中央控制模塊的輸出信號包括根據上述信號處理模塊處理過的信號判斷轉向工況并結合助力特性輸出目標電流值，接著將目標電流值與實際電流值的差值經過比例-積分-微分PID運算得到脈寬調制信號PWM信號的占空比。
9.一種用于電動汽車的電動助力轉向系統控制方法，其包括: 步驟一、進行故障檢測，如果檢測到故障，并持續大于I秒，則結束，否則向下執行步驟-* ; 步驟二、當檢測到檔位信號時，則執行步驟三； 步驟三、獲取電動汽車電池的電量信息，如果電量充足，助力電流按照正常的大小計算，相反如果電量不足，減小助力系數使助力電流減小； 步驟四、對轉矩、轉角、車速信號進行處理； 步驟五、根據上述處理過的信號判斷轉向工況并結合助力特性輸出目標電流值，接著將目標電流值與實際電流值的差值經過比例-積分-微分PID運算得到脈寬調制信號PWM信號的占空比，將PWM信號輸入 功率驅動模塊,從而對助力電機進行控制。
全文摘要
本發明涉及用于電動汽車的電動助力轉向控制系統、裝置及其方法，轉向控制系統包括轉向盤、輸入軸、轉矩轉角傳感器、助力電機、減速機構、輸出軸、轉向器、轉向傳動機構和電動助力轉向EPS系統控制裝置，轉向盤、輸入軸、轉矩轉角傳感器、減速機構、輸出軸、轉向器和轉向傳動機構依次機械聯接，助力電機通過傳動軸與減速機構聯接，EPS控制裝置通過電線與助力電機、轉矩轉角傳感器、車速傳感器和電池通過電線聯接，EPS控制裝置還與整車控制裝置通過CAN總線相連。本發明電動汽車EPS以檔位信號為觸發信號，只有在電動汽車掛入前進擋或者倒車檔時，控制裝置才會被觸發，避免在原地反復轉動方向盤導致輪胎磨損和電池電量無用消耗。
文檔編號B62D5/04GK103112491SQ20121058621
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者唐斌, 江浩斌, 耿國慶, 袁朝春, 馬世典 申請人:江蘇大學