[发明专利]电动助力转向系统及其防倒拖方法

说明书

本发明公开了一种具有防倒拖功能的电动助力转向系统，其电动助力转向系统控制器实时采集电源电压、转向助力电机H桥采样电阻的电流和电流方向；符合主动关断状态时，电动助力转向系统控制器主动关断转向助力电机H桥和相线保护电路(PSU)；主动关断状态是指电源电压大于电压阈值，H桥采样电阻电流大于电流阈值，且H桥采样电阻电流方向与电动助力转向系统正常工作时电流方向相反。本发明能利用现有电动助力转向系统硬件实现防倒拖功能，能避免由于倒拖工况造成的电动助力转向系统MOSFET损坏。

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种具有防倒拖功能的电动助力转向系统。本发明还涉及一种电动助力转向系统的防倒拖方法。

背景技术

电动助力转向系统(EPS)主要是利用电机提供转向助力转矩，通过减速机构与驾驶员施加的转向力矩共同作用到转向管柱上，从而根据不同的车况为驾驶员提供相应的助力。电动助力转向系统结构如图1所示，由传统的机械转向系统(主要包括方向盘1、转向管柱4、中间轴5、转向横拉杆7转向器8、小齿轮9、转向节臂10、转向轮11)加装转角传感器2、减速机构3、扭矩传感器6、转向助力电机12和电子控制单元13等组成。

电动助力转向系统在实际工作过程中，如果出现转向助力电机的两个相线间短路，在中性点不接地情况下，转向助力电机会有负序电流流过，并产生制动力矩，这会造成方向盘卡死进而影响驾驶员安全的严重故障。为避免此故障的发生，通常电动助力转向系统会设计有相线保护电路，如图2所述PSU(Phase Separation Unit)部分，当电动助力转向系统一旦诊断出电机相线有短路情况发生时，就会通过PSU切断电机的各个相线，使电动助力切换成手动助力模式，确保方向盘仍可转动，从而提高了系统的安全性。

虽然使用PSU电路可极大降低因相线间短路带给车内人员的安全风险，但也带来了其他不利影响。如图3所示，当两个车辆发生某种碰撞时，车辆A按照箭头方向正向行驶或打算向右侧转弯过程中，如果突然出现车辆B从右侧闯过来并与车辆A的车轮发生碰撞，此时会给方向盘一个外界的反向冲击力，这会造成图2中转向助力电机主动转动即电机倒拖。

在电机倒拖时，如果转向助力电机的H桥和PSU均开启时，电机中的电感会释放能量并通过H桥和PSU形成回路，进而产生反电动势，如图4所示。反电动势的大小可以通过下面公式计算得到。电机电感中储存的能量越高，碰撞时的速度越大，电机倒拖产生的反电动势也越大，幅值会达到几十伏甚至上百伏。通常PSU电路中所用MOSFET的VDS耐压能力为40V，一旦反电动势超过此值，MOSFET就会造成永久损坏。

公式中ua,ub,uc分别代表电机A,B,C三相的输出电压，R为电机相线内阻，ia，ib，ic为电机A,B,C三相中电流，L为电机相线电感值，t为时间，Ke为电机反电动势系数，ω为电机转速，θ为电机转角。

该问题目前是电动助力转向系统领域普遍存在一个较难解决的技术难题，很多国内外厂家针对此问题提供了很多解决方案。例如专利US 7,019,479B2Electronicallycommutable motor，专利US 6,577,086B2Device for disconnecting a neutral pointof a motor，专利WO 2010/116182A1Motor drive circuitry。这些专利通常是通过提供一种硬件电路或优化电机设计等来提供解决方案的。这些方法要么电路复杂，所用器件较多，带来产品成本的较大提升，要么制作工艺复杂，实现起来较为困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用现有电动助力转向系统硬件就能实现防倒拖功能的电动助力转向系统。本发明还提供了一种利用现有电动助力转向系统硬件实现防倒拖功能的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的电动助力转向系统实时采集电源电压、转向助力电机H桥采样电阻的电流和电流方向；