[发明专利]电动助力转向系统的齿条末端保护方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种汽车的电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS系统）。

背景技术

请参阅图1，这是汽车上的机械转向系统。其包括转向盘11、转向管柱12、转向器13、转向拉杆14和转向轮15。当驾驶员施加转向力作用在转向盘11上时，带动转向管柱12内置的转向轴机构转动，转向轴机构与转向器13内置的齿轮机构相连，齿轮机构与转向器13内置的齿条机构啮合，从而带动齿条结构在转向器13内做平动，由于齿条机构与转向拉杆14硬连接，从而由转向拉杆14施加拉力或推力在转向轮15上，完成汽车转向动作。

请参阅图2，这是汽车上的电动助力转向系统。其在机械转向系统的基础上增加了：

——扭矩转角传感器21，用来检测转向盘11的转动力矩（也称转矩、扭矩）和转动角度（转角）；

——车速传感器22，用来测量车辆速度；

——ECU（电子控制单元）23，根据转向盘11的扭矩、转角以及车速信号，计算出相应的助力力矩，并输出给助力电机24；

——助力电机24，安装在转向管柱12或转向器13上，其根据ECU 23的指令而转动，从而输出助力力矩；

——减速机构25，将助力电机24的转动角度以一定比例转换为转向管柱12或转向器13的转动角度，起到减速增扭的作用。设减速机构25的减速比为k，k＞1，则助力电机24的转动角度/k＝转向管柱12或转向器13的转动角度。

所述扭矩转角传感器21也可分为相互独立的扭矩传感器和转角传感器。

请参阅图3，现有的电动助力转向系统的ECU 23中包括：

——力矩控制模块231，其根据转向盘11的扭矩、转角、转速以及车速信号，计算出相应的助力力矩，并输出给电机控制模块232；

——电机控制模块232，根据接收到的助力力矩，输出电流以驱动助力电机24转动。

所述力矩控制模块231进一步分为目标力矩计算模块61和助力修正模块62两部分。

所述目标力矩计算模块61主要用于计算基础助力力矩，其包括助力特性曲线、主动回正控制、主动阻尼控制、惯量补偿控制、摩擦补偿控制等子模块。所述助力特性曲线模块可以在不同车速时设置不同的助力曲线，从而获得不同的转向手感，其输出原始助力力矩。所述主动回正控制模块和主动阻尼控制模块可以在不同车速及不同转向盘转速时设置不同的主动回正力矩或主动阻尼力矩，保证车辆中低车速时的主动回正性能（使转向盘11可以自动回到直线行驶位置）及中高车速时的行驶稳定性能。所述惯量补偿控制模块和摩擦补偿控制模块对系统性能做一定的惯量及摩擦补偿，以获得更良好的转向感觉，其输出惯量补偿力矩、摩擦补偿力矩。各模块的输出相加就是基础助力力矩。

在助力修正模块62中包括温度保护增益、过压保护增益、低压保护增益、路肩保护增益等子模块。所述助力修正模块62主要用于执行保护策略，通过判断诸如工作温度、工作电压、路肩卡死等系统运行状态或车辆工况，分别作针对性的保护策略，以保证电动助力转向系统的电子件与机械件不被损坏。该助力修正模块62输出保护增益系数。

所述目标力矩计算模块61计算的基础助力力矩和助力修正模块62计算的保护增益系数做相乘后，作为目标力矩指令输出给电机控制模块232。

在机械转向系统中，转向器13通常是齿轮齿条式的。齿条末端实际上是转向器13的齿条行程的极限位置。由于转向器13的齿条行程与转向盘11的转动角度一一对应，因而齿条末端也就是转向盘11转到极限位置的一种工况。转向器13的左侧齿条末端位置就对应于转向盘11的负方向（例如逆时针）的最大允许转动角度，转向器13的右侧齿条末端位置就对应于转向盘11的正方向（例如顺时针）的最大允许转动角度。

齿条末端工况会带来如下问题：

其一，长时间把持转向盘11至极限位置，电动助力转向系统也会相应地输出最大的助力力矩，此时助力电机24维持很高电流，会导致温度上升，可能会损坏电子器件。

其二，在转向盘11接近极限位置时，驾驶员还可能会用力撞击极限位置。这可能会导致机械结构损坏，由此产生的噪音也会给驾乘人员带来不适感觉。

现有的齿条末端保护策略只考虑了第一种工况，即在长时间把住转向盘11时，对助力力矩做一定限制，以降低电机电流及温升；针对第二种工况，一般采用在齿条末端增加尼龙或塑料挡圈，以缓冲撞击及减小噪声；这种方法一方面会增加成本，另一方面随着尼龙或塑料挡圈的磨损，保护效果也会降低。

发明内容