电动助力转向温度控制方法、装置及具有该装置的电动助力转向系统和汽车

技术领域

本发明涉及车辆电助力转向系统，具体是指一种电动助力转向温度控制方法、装置及具有该装置的电动助力转向系统和汽车。

背景技术

目前，在车辆的转向技术中，普遍使用的电动助力转向系统(简称“EPS”)是通过控制电机输出电流来产生助力，辅助驾驶员进行转向操作。

在EPS系统中主要的功率元件就是电机(如未特别指明本发明中的电机均指助力转向电机)，无论电机类型是无刷还是有刷，都会在工作旋转作业中产生大量的热能，导致系统温度的升高，然而高温对于控制器芯片上各种电子元器件的寿命和功能都有很大的影响，更有甚者会造成电子元器件的过热过流损坏，造成行驶过程中助力的丢失，产生安全隐患。而现有的EPS系统中，在电机上安装温度传感器的成本以及安装位置的选择都存在一些问题，因此电机的温度无法被准确的检测，而主控制器芯片配备有温度传感器也只能用来检测安装位置周围的温度。

为此，有研究人员通过对电机温度进行估算，再基于估算的温度对助力电流进行限制，以防止电机温升过高出现失效。但此类方法没有考虑到车辆状态，对助力电流的限制采用单一的线性呈比例降低策略，这一方面导致温度波动大，无法满足复杂的工程控制系统；另一方面，容易出现助力电流骤升骤降，导致转向手感突变，严重影响用户体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效控制转向电机发热的电动助力转向温度控制方法、装置及具有该装置的电动助力转向系统和汽车。

为实现上述目的，本发明所提供的电动助力转向温度控制方法，包括如下步骤：

S1、估算当前的转向系统温度t

S2、识别当前所处的驾驶工况；

S3、基于基础限流速率和工况限流系数计算电流降低速率，并按计算得到的电流降低速率对助力电流进行抑制；其中，基础限流速率是与步骤S1估算的当前t

本发明中，S1、S2、S1.1等仅为步骤命名，没有隐含步骤先后，不应理解为对其顺序的限定。

优选地，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S1.1、对电机本身的温度进行估算，得到电机估算温度t

S1.2、基于电机估算温度t

优选地，所述步骤S1.1中，按下式计算得到电机估算温度t

所述步骤S1.2中，按下式计算得到系统估算温度：t

优选地，所述步骤S2中，驾驶工况包括堵转工况、极限位置驾驶工况和常规驾驶工况，在识别工况时首先确定是否为堵转工况，之后再确定其他工况。更优为上述三种工况依次识别。

优选地，所述步骤S2中，根据方向盘转角θ、方向盘力矩T

优选地，所述步骤S2中，三种驾驶工况的具体识别条件如下：

S2.1、当电机电流|I|≥I

S2.2、当方向盘转角θ满足|θ-β|≤20deg，方向盘转速ω≥300deg/s，电机电流|I|在(50A,I

S2.3、当方向盘转角θ满足|θ-β|>20deg，方向盘力矩T

优选地，所述步骤S3中，将转向系统温度t

优选地，所述步骤S3中：电流降低速率与基础限流速率和工况限流系数成正比；将转向系统温度t

本发明随后提供了一种电动助力转向温度控制装置，包括：

温度估算模块，被配置为执行所述步骤S1；

工况识别模块，被配置为执行所述步骤S2；

电流抑制模块，被配置为执行所述步骤S3。

本发明进一步提供了一种电动助力转向系统，包括转向电机和EPS控制器(又称ECU)，所述EPS控制器配置有如前所述的转向温度控制装置。

本发明还提供了一种汽车，包括如前所述的电动助力转向系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明一方面根据当前温升情况设置合理的电流降低基础限流速率，另一方面针对不同的驾驶工况设置对应的工况限流系数，实现与各驾驶工况对应的电流抑制策略，不仅有效控制了转向电机发热，而且降低了电流抑制对转向手感的影响，提高了用户体验。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的三种驾驶工况的识别流程图。

图2为本发明实施例1提供的电流抑制方法的流程图。

图3为本发明实施例2提供的转向温度控制装置的模块结构示意图。

图4为本发明实施例3提供的电动助力转向系统的结构示意图。

其中：

EPS控制器1、蓄电池2、电机3、CAN总线4、方向盘力矩传感器5、方向盘转速传感器6、方向盘转角传感器7、信号接收模块11、电机温度估算模块12、系统温度估算模块13、电流抑制模块14、工况识别模块15、ECU温度传感器16。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种电动助力转向温度控制方法，包括如下步骤：

S0、接收信号

作为前置步骤，接收的信号包括：

1)方向盘状态信号，包括方向盘转角信号、方向盘力矩信号和方向盘转速信号；

2)EPS控制器内部传递来的ECU温度信号、电机电流信号和电机转速信号。

S1、估算当前的转向系统温度t

转向系统发热包括电机发热和控制器电路板发热，控制器电路板的温度由ECU温度传感器直接测定，而电机温度需要估算得出。采用t

具体可采用如下步骤进行估算：

S1.1、对电机本身的温度进行估算，得到电机估算温度t

电机估算温度t

首先，按如下电机热量估算模型估算电机发热量：

上式中，各参数的含义为：

Q：△t时间内电机产生的热量；

t：开始时刻；

I：△t时间内电机电流的有效值；

R(T)：随电机温度变化的电机等效电阻值，可由电机电压U，电流I，功率因数

C：冷却系数，根据电机厂商提供的电机参数得到，是电机厂商模拟冷却试验得到的；

由于电机的等效电阻会随着电机温度的变化而变化，可进一步增加基于电机温度的负反馈，将电机的温度估算值重新输入到计算回路中，可以使得电机热量估算值更加精准。

计算得到的电机热量估计值后，再由电机温度估算模型：

t

计算得到电机估算温度t

上式中：

t

t

K

K

K

C为常温，应与温升计算时的基准温度保持一致。

因此总的计算公式为：

上式中，各参数的含义为：

R2：电机绕组热态电阻；

R1：电机绕组冷态电阻；

T1：电机绕组冷态温度，单位K；

c：电机等效比热容；

m：电机等效质量。

S1.2、基于电机估算温度t

t

上式中：

t

K

K

S2、识别当前所处的驾驶工况

在本实施例中，驾驶工况包括堵转工况、极限位置驾驶工况和常规驾驶工况，三者工况依次识别；实际也可以设置其他驾驶工况，以便满足对电流降低速率的差异化要求。

图1给出了一种具体的工况识别方法，包括如下步骤：

S2.0、获取的当前方向盘转角θ，方向盘转矩T

S2.1、首先判断是否为堵转工况，判断条件可以根据为实车情况合理设置，例如：电机电流|I|≥I

S2.2、如果不是堵转工况，则继续判断是否为极限位置驾驶工况，判断条件可以根据为实车情况合理设置，例如：方向盘转角θ满足|θ-β|≤20deg，方向盘转速ω≥300deg/s，电机电流|I|在(50A,I

S2.3、如果也不是极限位置驾驶工况，则继续判断是否为常规驾驶工况，判断条件可以根据为实车情况合理设置，例如：方向盘转角θ满足|θ-β|>20deg，方向盘力矩T

S2.4、如果也不是常规驾驶工况，则将驾驶工况识别为默认工况，步骤S3中的工况限流系数设置为默认值0.25；

以上步骤中，β为方向盘极限位置角度，I

S3、抑制电流实现过热保护

如图2所示，步骤S3按下式确定的电流降低速率对助力电流进行降级处理实现过热保护：

电流降低速率＝基础限流速率*工况限流系数；

其中：

S3.1、基础限流速率的设定

基础限流速率是与步骤S1估算的当前t

当系统温度t

以下通过一个具有实例来作进一步说明。

根据EPS控制器各电子元器件耐热等级和控制器性能保证温度，划定三个临界温度值，由高到低依次为t

当t

当t

当t

基础限流速率1,2,3的具体数值要根据实车来标定。

S3.2、工况限流系数的设定

工况限流系数是与步骤S2确定的当前驾驶工况对应的助力电流降低比例系数(又称驾驶工况系数或工况系数)。

对应步骤S2中的三种工况，其工况限流系数分别设置如下：

车辆处在常规驾驶工况时，工况限流系数设置为0.5。此时EPS系统过热保护功能在激活后助力电流下降的速率相比于其他两个工况适当减缓，EPS系统散热大部分可以依靠系统自然冷却，电流抑制模块介入的比例较低，这样可以改善过电流抑制模块对于助力电流过多干预所带来的的手感变化的情况发生；

车辆处在极限位置驾驶工况时，工况限流系数设置为0.7。这种工况相比于常规驾驶工况，系统过热保护触发的几率加大，且一旦激活过热保护，助力电流会在较短时间内被限制在安全范围内，防止由于温度过高且持续较长时间的高电流通过对电子元器件造成影响。

车辆处在堵转工况时，工况限流系数设置为1，这种情况下，EPS系统所面临的热管理情况最恶劣，最容易发生ESP控制器由于过热过流被烧毁。激活过热保护功能后，控制器以最快限制速率来减低助力电流，以防由于温度过高造成控制器元器件被破坏。

车辆不处在上述任一工况，即处于默认工况时，工况限流系数设置为默认值0.25。

实施例2

本实施例提供了一种电动助力转向温度控制装置，该装置在现有车辆自带硬件的基础上，主要基于软件方式实现。

如图3所示，该温度控制装置包括如下软件模块：

信号接收模块11，被配置为执行实施例1中步骤S0；

温度估算模块，被配置为执行实施例1中步骤S1；温度估算模块进一步包括电机温度估算模块12和系统温度估算模块13，分别被配置为执行实施例1中步骤S1.1和S1.2。

工况识别模块15，被配置为执行实施例1中步骤S2；

电流抑制模块14，被配置为执行实施例1中步骤S3。

各软件模块与实施例1中各主要步骤一一对应，具体算法参见实施例1。

实施例3

如图4所示，本实施例提供了一种电动助力转向系统，该系统在硬件上采用现有配置，主要包括：EPS控制器1、蓄电池2、电机3、CAN总线4、方向盘力矩传感器5、方向盘转速传感器6、方向盘转角传感器7。蓄电池2为EPS控制器1供电，EPS控制器1分别连接电机3和CAN总线4。

不同的是，该系统还具有实施例2中提供的电动助力转向温度控制装置。该温度控制装置以软件形式安装在EPS控制器1的存储器中，并可被EPS控制器1执行以实现实施例1中提供的电动助力转向温度控制方法。

该电动助力转向系统对EPS系统温度的控制过程简述如下：

方向盘转角传感器7、方向盘转速传感器6和方向盘力矩传感器5将各自采集到的当前方向盘转角、方向盘转速、方向盘力矩信号(一一对应)，分别传递到CAN总线4上，再由EPS控制器1接收到这些信号，传递给接收信号模块11。

EPS控制器内部的ECU温度传感器16测得的控制器温度信号(t

接收信号模块11接收到信号后，将信号传递给相应的软件模块。

电机温度估算模块12根据输入信息，按照实施例1中给定算法估算得到电机温度t

系统温度估算模块13根据电机温度t

工况识别模块15根据输入信息，按照实施例1中给定算法判断当前所处的驾驶工况。

电流抑制模块14，根据系统估算温度t

最后再由EPS控制器对电机电流进行控制，使其按照计算出的助力电流降低速率进行调整。

实施例4

本实施例提供了一种汽车，安装有实施例3所述的电动助力转向系统。车辆其余部分采用现有技术。

缩略语和关键术语定义

EPS：Electronic Power Steering电动助力转向系统

CAN:ControllerAreaNetwork控制器局域网络

ECU；Electronic Control Unit电子控制单元，同时也是EPS系统的控制器，在本发明中与EPS控制器为同一个部件。