电动助力转向系统扭矩传感器失效处理方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电动助力转向系统扭矩传感器失效处理方法。

背景技术

在汽车整车系统中，电动助力转向系统(EPS)作为车辆横向控制的主要控制器，在整车安全层面需要满足相对较高的功能安全等级要求，扭矩及角度传感器作为该系统核心的信号来源，在传感器发生故障时，相应的故障诊断及故障处理策略就显得尤为重要。对于EPS系统功能安全部层面，扭矩传感器发生故障时扭矩信号完全不可信，需要有足够高的安全等级来确保驾驶员的安全，因此需要对扭矩传感器发生故障时的电机助力扭矩进行故障策略处理。目前市场对于EPS传感器故障的研究主要是针对故障的检测，在实际应用当中，相应的故障处理策略并没有过多的研究。目前对于转向系统扭矩传感器失效后的扭矩处理方式主要是在故障容错时间内迅速的切断助力电机力矩的输出，关闭EPS系统助力，但是在切断助力时并没有过多的考虑驾驶员的转向行为，而导致转向助力不足以及换向锁止等问题的出现。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种电动助力转向系统扭矩传感器失效处理方法，包括以下步骤：

步骤1，当检测到车辆电动助力转向系统扭矩传感器完全失效时，开启扭矩传感器失效处理流程；

步骤2，电动助力转向系统实时获取外部输入信号，所述外部输入信号至少包括：方向盘角度、助力电机转速、助力电机力矩和传感器状态故障置位；

步骤3，当扭矩传感器未失效时，正常输出电机力矩；当扭矩传感器完全失效时，冻结当前的助力电机力矩值；

步骤4，对冻结的助力电机力矩值进行安全边界值限制；

步骤5，根据冻结的助力电机力矩值、方向盘角度和助力电机转速信号检测驾驶员转向行为为直行、转弯或换向；

步骤6，根据驾驶员转向行为确定当前助力电机力矩值的处理方式以及助力扭矩递减斜率值，将助力电机力矩值减0；

步骤7，实时的监测助力电机力矩值，当助力电机力矩值递增，则切断助力电机力矩值输出至0。

优选地，在所述步骤1中，判断扭矩传感器完全失效的方法为：获取扭矩传感器状态位信号，当所述状态位信号的故障类型为完全失效时，判断扭矩传感器完全失效。

优选地，在所述步骤2中，对方向盘角度、助力电机转速和助力电机力矩的信号进行有效性校验，并对其中无效的信号进行无效值填充。

优选地，有效性校验的方法为，定义所述方向盘角度、助力电机转速和助力电机力矩的信号上下限值，当所述方向盘角度、助力电机转速或助力电机力矩的信号超出所述上下限值的范围，则对其中无效的信号填充为0。

优选地，在所述步骤4中，对冻结的助力电机力矩值进行安全边界值限制的具体方法为：将所述助力电机力矩值与预设的安全边界值进行比较，当所述助力电机力矩值大于或等于安全边界值，将助力电机力矩值突变为安全边界值，同时将安全边界值作为安全冻结值，当所述助力电机力矩值小于安全边界值，直接冻结当前助力电机力矩值作为安全冻结值。

优选地，所述安全边界值为0.8Nm。

优选地，在所述步骤5中，检测驾驶员转向行为为直行、转弯或换向的方法为：当方向盘角度在15度以内时，则判定驾驶员为直行；当方向盘角度大于15度，则判定驾驶员为转弯；当助力电机转速方向与方向盘角度方向相反，则判定驾驶员为换向。

优选地，在所述步骤6中，根据驾驶员转向行为确定当前助力电机力矩值的处理方式的方法如下：当判定驾驶员为直行时，直接切断助力电机力矩值至0；当判定驾驶员为转弯时，将助力电机力矩值从安全冻结值按第一递减斜率值递减至0；当判定驾驶员为换向时，直接切断助力电机力矩值至0；当判定驾驶员在转弯期间，进行了换向，将助力电机力矩值按第二递减斜率值递减至0；

优选地，所述第一递减斜率值T

优选地，所述第二递减斜率值T

优选地，在所述步骤7中，若从扭矩传感器失效开始，在预设时间内助力电机力矩值仍大于安全边界值，或上一时刻的助力电机力矩值小于当前助力电机力矩值，则判定助力电机力矩值未遵循单调递减趋势，关闭电动助力转向系统。

相较于传统的扭矩传感器失效后扭矩处理方法，本发明出于对安全目标的考虑，分析驾驶员的转向行为，对当前转向系统不能违背突然丢失助力(Sudden loss ofassist)的功能安全目标以及确保驾驶员在换向时不能违背方向锁止的功能安全目标(Prevent Blocking)进行了拆分处理，确保了电动助力转向力矩可以较好的辅助驾驶员在故障容错时间间隔内安全且顺利的完成转向动作。

本发明基于驾驶员转向行为的分析，在EPS扭矩传感器完全失效时，考虑当前驾驶员是否处于直行以及转弯等工况，以一种安全的方法切断助力电机力矩的输出，解决了故障发生时驾驶员转向时助力不足以及驾驶员换向时方向锁止等问题，加强了EPS系统故障后驾驶员的安全性及车辆的可操控性。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是实现本发明的电动助力转向系统扭矩传感器失效处理方法的软件系统架构图；

图2是本发明根据驾驶员转向行为确定当前助力电机力矩值的处理方式的方法流程图；

图3是助力电机转速在某一阈值区间内时，扭矩递减程度关系图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。

本具体实施方式提供一种电动助力转向系统扭矩传感器失效处理方法，包括以下步骤：

步骤1，当检测到车辆电动助力转向系统扭矩传感器完全失效时，开启扭矩传感器失效处理流程；

步骤2，电动助力转向系统实时获取外部输入信号，所述外部输入信号至少包括：方向盘角度、助力电机转速、助力电机力矩和传感器状态故障置位；

步骤3，当扭矩传感器未失效时，正常输出电机力矩；当扭矩传感器完全失效时，冻结当前的助力电机力矩值；

步骤4，对冻结的助力电机力矩值进行安全边界值限制；

步骤5，根据冻结的助力电机力矩值、方向盘角度和助力电机转速信号检测驾驶员转向行为为直行、转弯或换向；

步骤6，根据驾驶员转向行为确定当前助力电机力矩值的处理方式以及助力扭矩递减斜率值，将助力电机力矩值减0；

步骤7，实时的监测助力电机力矩值，当助力电机力矩值递增，则切断助力电机力矩值输出至0。

具体地，可以利用如图1所示的软件架构来实现电动助力转向系统扭矩传感器失效处理方法，软件架构主要包括以下模块：

扭矩传感器失效状态检测模块，失效发生点扭矩冻结模块，安全扭矩限制模块，信号有效性处理模块，扭矩递减计算模块，驾驶员转向行为检测模块，扭矩下降斜率计算模块，扭矩安全校验模块。信号有效性处理模块接收来自车辆的方向盘转角信号、助力电机转速信号、助力电机力矩信号、传感器状态信号等，并与扭矩递减计算模块的输入端一连接。扭矩传感器失效状态检测模块输出传感器无效信号与扭矩冻结模块输入端一连接，并与扭矩递减计算模块输入端二连接。扭矩冻结模块输出发生故障时冻结的助力电机力矩信号与安全扭矩限制模块输入端一连接。安全扭矩限制模块输出安全限制过后的安全扭矩值信号与扭矩递减计算模块输入端一连接。驾驶员转向行为检测模块输出的驾驶员转向行为信号与扭矩下降斜率计算模块输入端一连接。扭矩下降斜率计算模块输出的助力扭矩递减斜率值与扭矩递减计算模块输入端一连接。扭矩递减计算模块输出实时递减的助力电机力矩信号与扭矩安全校验模块输入端一连接。扭矩安全校验模块输出校验过后的助力电机力矩值信号与电机控制模块一连接控制电机。

下面示例性地描述电动助力转向系统扭矩传感器失效处理方法。

在所述步骤1中，判断扭矩传感器完全失效的方法为：获取扭矩传感器状态位信号，当所述状态位信号的故障类型为完全失效时，判断扭矩传感器完全失效。

更具体地，从车辆点火时刻开始至运行期间，扭矩传感器故障状态位若在此期间有一次置位，并且此时传感器两路通道均为故障状态，则判定传感器完全失效。本实施例中，首先获取扭矩传感器状态位信号，当该信号状态位表明传感器故障类型为完全失效时，则说明此时传感器无法正常工作，开始进入扭矩传感器失效后扭矩处理流程。

在所述步骤2中，对方向盘角度、助力电机转速和助力电机力矩的信号进行有效性校验，并对其中无效的信号进行无效值填充。

更具体地，实时获取EPS系统的方向盘角度信号、助力电机转速信号，助力电机力矩信号，对当前控制器接收到的信号进行有效性校验，任一接收到的信号无效时对其进行无效值填充。本实施例中，有效性校验主要是根据信号的物理含义进行定义该信号的上下限值，超过该上下限值则认为信号是无效具有安全隐患的，因此当获取到的方向盘角度信号若为无效值，则将该信号填充为0。当助力电机转速信号无效时，则将该信号填充为0。当助力电机力矩信号无效时，则将该信号填充为0。

在所述步骤4中，对冻结的助力电机力矩值进行安全边界值限制的具体方法为：将所述助力电机力矩值与预设的安全边界值进行比较，当所述助力电机力矩值大于或等于安全边界值，将助力电机力矩值突变为安全边界值，同时将安全边界值作为安全冻结值，当所述助力电机力矩值小于安全边界值，直接冻结当前助力电机力矩值作为安全冻结值。

更具体地，根据当前扭矩传感器故障发生时的助力电机力矩信号值，将该值与保证EPS系统安全可控的边界值进行对比，若该值大于或等于安边界值，则迅速将电机力矩值突变为边界值大小，同时将该边界值作为安全冻结值T

在所述步骤5中，检测驾驶员转向行为为直行、转弯或换向的方法为：当方向盘角度在15度以内时，则判定驾驶员为直行；当方向盘角度大于15度，则判定驾驶员为转弯；当助力电机转速方向与方向盘角度方向相反，则判定驾驶员为换向，反之驾驶员未换向。

在所述步骤6中，根据驾驶员转向行为确定当前助力电机力矩值的处理方式的方法如下：

当判定驾驶员为直行时，直接切断助力电机力矩值至0；

当判定驾驶员为转弯时，将助力电机力矩值从安全冻结值按第一递减斜率值递减至0；

当判定驾驶员为换向时，直接切断助力电机力矩值至0；

当判定驾驶员在转弯期间，进行了换向，将助力电机力矩值按第二递减斜率值递减至0；

所述第一递减斜率值T

所述第二递减斜率值T

本实施例中，上述处理方式的方法如图2所示，当车辆处于直行状态，切断EPS电机力矩输出。驾驶员正常进行转弯操作无换向行为时，扭矩递减以固定的第一递减斜率值进行递减，此递减值可进行实车标定。若在扭矩递减过程中出现驾驶员换向操作时，则根据电机转速的大小按第二递减斜率值进行递减，当电机转速在某一阈值区间内时，扭矩递减程度如图3所示关系曲线，在本案例中，转速曲线从0开始变化，转速V

故障发生后，实时的监测助力电机力矩值，其中，实时的监测故障发生后电机的力矩变化，此期间不允许出现扭矩值递增的状况发生，一旦扭矩值递增则切断电机力矩输出至0。

本实施例中，扭矩校验模块实时监测扭矩变化，若从传感器失效开始，扭矩在一定时间内仍大于安全边界值，或者从传感器失效开始，在一定时间内，上一时刻扭矩值小于当前扭矩值，则判定扭矩未遵循单调递减趋势，容易发生换向锁止现象，需切断电机力矩输出，关闭EPS系统。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。