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1、(10)申请公布号 CN 103112491 A (43)申请公布日 2013.05.22 CN 103112491 A *CN103112491A* (21)申请号 201210586215.7 (22)申请日 2012.12.28 B62D 5/04(2006.01) (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省南京市京口区学府路 301 号 (72)发明人 唐斌 江浩斌 耿国庆 袁朝春 马世典 (74)专利代理机构 江苏致邦律师事务所 32230 代理人 樊文红 (54) 发明名称 用于电动汽车的电动助力转向控制系统、 装 置及其方法 (57) 摘要 本发明涉及用于电动汽车的电动。
2、助力转向控 制系统、 装置及其方法， 转向控制系统包括转向 盘、 输入轴、 转矩转角传感器、 助力电机、 减速机 构、 输出轴、 转向器、 转向传动机构和电动助力转 向 EPS 系统控制装置， 转向盘、 输入轴、 转矩转角 传感器、 减速机构、 输出轴、 转向器和转向传动机 构依次机械联接， 助力电机通过传动轴与减速机 构联接， EPS 控制装置通过电线与助力电机、 转矩 转角传感器、 车速传感器和电池通过电线联接， EPS 控制装置还与整车控制装置通过 CAN 总线相 连。 本发明电动汽车EPS以档位信号为触发信号， 只有在电动汽车挂入前进挡或者倒车档时， 控制 装置才会被触发， 避免在原地。
3、反复转动方向盘导 致轮胎磨损和电池电量无用消耗。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103112491 A CN 103112491 A *CN103112491A* 1/2 页 2 1. 一种用于电动汽车的电动助力转向系统， 包括转向盘、 输入轴、 转矩转角传感器、 助 力电机、 减速机构、 输出轴、 转向器、 转向传动机构、 电动助力转向 EPS 系统控制装置， 其特 征在于 ： 转向盘、 输入轴、 转矩转角传感器、 减速机构、。
4、 输出轴、 转向器、 转向传动机构依次机械 联接， 助力电机通过传动轴与减速机构联接， EPS 系统控制装置通过电线与助力电机相连， 所述 EPS 系统控制装置还与转矩转角传感器、 车速传感器和电池通过电线联接。 2. 如权利要求 1 所述用于电动汽车的电动助力转向系统， 其中所述 EPS 系统控制装置 还与电动汽车的中央控制单元通过 CAN 总线相连， 接收所述电动汽车电池电量信号。 3. 如权利要求 1 所述用于电动汽车的电动助力转向系统， 所述 EPS 系统控制装置接收 电动汽车档位信号。 4. 如权利要求 3 所述用于电动汽车的电动助力转向系统， 其中只有在所述电动汽车挂 入前进挡或者。
5、倒车档时， 触发所述 EPS 系统控制装置。 5.如权利要求3所述用于电动汽车的电动助力转向系统， 其特征在于 ： ， 所述EPS系统 控制装置根据接收到的电池电量信号计算出助力系数使助力电机输出的助力能随电池电 量的大小而变化。 6. 如权利要求 3 所述用于电动汽车的电动助力转向系统， 所述电动助力转向系统工作 时， 助力电机经减速机构放大的扭矩与驾驶员施加在转向盘的扭矩共同叠加在转向器上， 再经传动机构传递到车轮， 使车轮按照驾驶员的意愿转向。 7. 一种用于电动汽车的电动助力转向系统控制装置， 其包括电源模块、 信号处理模块、 中央控制模块、 CAN 模块、 电池电量测量模块和功率驱动。
6、模块， EPS 系统控制装置以中央控 制模块为中心， 电源模块、 信号调理模块、 CAN 模块、 电池电量测量模块和功率驱动模块分别 与之相连接， 其特征在于 ： 电源模块， 用于给所述控制装置中其他各模块提供所需的电压 ； 信号处理模块， 用于接收档位信号以及转矩、 转角信号、 车速信号， 并将处理后的信号 传送给中央控制模块 ； 电池电量测量模块， 用于测量所述电动汽车的电池的剩余电量 ； 功率驱动模块， 根据从中央控制模块的输出信号， 调整助力电机的输出功率。 8. 如权利要求 7 所述用于电动汽车的电动助力转向系统控制装置， 其中所述中央控制 模块的输出信号包括根据上述信号处理模块处理。
7、过的信号判断转向工况并结合助力特性 输出目标电流值， 接着将目标电流值与实际电流值的差值经过比例 - 积分 - 微分 PID 运算 得到脉宽调制信号 PWM 信号的占空比。 9. 一种用于电动汽车的电动助力转向系统控制方法， 其包括 ： 步骤一、 进行故障检测， 如果检测到故障， 并持续大于 1 秒， 则结束， 否则向下执行步骤 二 ； 步骤二、 当检测到档位信号时， 则执行步骤三 ； 步骤三、 获取电动汽车电池的电量信息， 如果电量充足， 助力电流按照正常的大小计 算， 相反如果电量不足， 减小助力系数使助力电流减小 ； 步骤四、 对转矩、 转角、 车速信号进行处理 ； 步骤五、 根据上述处。
8、理过的信号判断转向工况并结合助力特性输出目标电流值， 接着 权 利 要 求 书 CN 103112491 A 2 2/2 页 3 将目标电流值与实际电流值的差值经过比例 - 积分 - 微分 PID 运算得到脉宽调制信号 PWM 信号的占空比， 将 PWM 信号输入功率驱动模块， 从而对助力电机进行控制。 权 利 要 求 书 CN 103112491 A 3 1/4 页 4 用于电动汽车的电动助力转向控制系统、 装置及其方法 0001 技术领域 0002 本发明属于汽车转向领域， 尤其涉及用于电动汽车的电动助力转向控制系统、 装 置及其方法。 0003 背景技术 0004 无论从环境方面还是从能。
9、源角度考虑， 现代电动汽车都是未来汽车工业不二的选 择， 它不仅可实现零排放或极低排放， 而且电动汽车利用的是一种来源广泛、 对环境友好的 可靠能源 - 电能。但是， 迄今为止， 受电动汽车关键技术发展的制约， 导致这些成果转化为 生产项目的并不多。根据目前的电动汽车技术发展来看， 在汽车用驱动电机技术与电池技 术等方面还未取得关键性突破， 电动汽车的续航里程问题还没有得到根本解决。 0005 电动助力转向系统 （Electric Power Steering， 缩写 EPS）是一种直接依靠电 机提供辅助扭矩的动力转向系统， 与传统的液压助力转向系统 HPS（Hydraulic Power S。
10、teering） 相比， EPS 系统具有很多优点。只在转向时电机才提供助力， 可以显著降低燃油 消耗 ； 转向助力大小可以通过软件调整， 能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳 定性， 回正性能好。电动助力转向系统在传统内燃机汽车上已经得到很好地应用， 说明 EPS 技术已经相当成熟。由于电动汽车取消了发动机， 所以以发动机为动力来源的 HPS 和改进 型电控液压转向系统 （EHPS） 都不适用于电动汽车， 因此在以电池为能源的电动汽车上应用 EPS 是最优的方案。 0006 专利 “电动汽车电动助力转向系统及其转向助力方法” (CN201110108953.6) 保护 了电动汽车电动助。
11、力转向系统的组成部分及相互连接关系， 并且说明了各工况下的控制方 法 ； 专利 “一种电动汽车电动助力转向系统” (CN201210064816.1) 公开了电动汽车电动助 力转向系统的结构， 其中增加了轴重传感器， 轴重信号与转矩信号和车速信号共同决定助 力电动机的助力转矩大小和方向。专利 “一种适用于纯电动车汽车的 EPS 转向助力方法及 系统” (CN201110164173.3) 提出一种适用于纯电动车汽车的 EPS 转向助力方法， 首先把转 速脉冲信号转换成 CAN 总线信号， 然后通过一个信号转换模块将车速 CAN 信号转换为 EPS 转向助力控制装置所需要的车速变频脉冲模拟信号和。
12、发动机转速变频脉冲模拟信号， 控制 装置根据车速变频脉冲模拟信号和转矩信号控制 EPS 电机精确提供助力。已有专利对电动 汽车电动助力转向系统的结构组成和控制方法进行了保护， 但是都没有提及电动汽车适用 的电动助力转向系统具有的特点及相应的控制方法。 0007 发明内容 0008 本发明的目的 ： 构建新的电动汽车电动助力转向系统以适应电动汽车特有的运行 特点。由于电动汽车取消了发动机， 因此以发动机转速信号为触发信号的传统电动助力转 说 明 书 CN 103112491 A 4 2/4 页 5 向 EPS 系统控制装置就不能在电动汽车上使用， 本发明所保护的电动汽车电动助力转向系 统以档位信。
13、号为触发信号， 只有在电动汽车挂入前进挡或者倒车档时， EPS 系统控制装置才 会被触发， 这样就避免在原地反复转动方向盘导致轮胎磨损和过多无用地消耗电池电量。 本发明所保护的电动汽车电动助力转向系统实时监测电动汽车的电池电量， 如果监测到电 池电量过低， 电动助力转向 EPS 系统控制装置减小助力电流以保证有更多的电能供驱动系 统使用， 增加电动汽车的续航里程。 0009 本发明提出了一种用于电动汽车的电动助力转向系统， 包括转向盘、 输入轴、 转矩 转角传感器、 助力电机、 减速机构、 输出轴、 转向器、 转向传动机构、 电动助力转向 EPS 系统 控制装置， 其特征在于 ： 转向盘、 输。
14、入轴、 转矩转角传感器、 减速机构、 输出轴、 转向器、 转向传动机构依次机械 联接， 助力电机通过传动轴与减速机构联接， EPS 系统控制装置通过电线与助力电机相连， EPS 系统控制装置还与转矩转角传感器、 车速传感器和电池通过电线联接。 0010 其中， 所述EPS系统控制装置还与电动汽车的中央控制单元通过CAN总线相连， 接 收所述电动汽车电池电量信号。 0011 其中， 所述 EPS 系统控制装置接收电动汽车档位信号。 0012 其中， 只有在所述电动汽车挂入前进挡或者倒车档时， 触发所述 EPS 系统控制装 置。 0013 其中， 所述 EPS 系统控制装置根据接收到的电池电量信号。
15、计算出助力系数使助力 电机输出的助力能随电池电量的大小而变化。 0014 其中， 所述电动助力转向系统工作时， 助力电机经减速机构放大的扭矩与驾驶员 施加在转向盘的扭矩共同叠加在转向器上， 再经传动机构传递到车轮， 使车轮按照驾驶员 的意愿转向。 0015 本发明还提出了一种用于电动汽车的电动助力转向系统控制装置， 其包括电源模 块、 信号处理模块、 中央控制模块、 CAN 模块、 电池电量测量模块和功率驱动模块， EPS 系统 控制装置以中央控制模块为中心， 电源模块、 信号调理模块、 CAN 模块、 电池电量测量模块和 功率驱动模块分别与之相连接， 其特征在于 ： 电源模块， 用于给所述控。
16、制装置中其他各模块提供所需的电压 ； 信号处理模块， 用于接收档位信号以及转矩、 转角信号、 车速信号， 并将处理后的信号 传送给中央控制模块 ； 电池电量测量模块， 用于测量所述电动汽车的电池的剩余电量 ； 功率驱动模块， 根据从中央控制模块的输出信号， 调整助力电机的输出功率。 0016 其中， 所述中央控制模块的输出信号包括根据上述信号处理模块处理过的信号判 断转向工况并结合助力特性输出目标电流值， 接着将目标电流值与实际电流值的差值经过 PID（比例 - 积分 - 微分） 运算得到 PWM 信号的占空比。 0017 本发明还提出了一种用于电动汽车的电动助力转向系统控制方法， 其包括 ：。
17、 步骤一、 进行故障检测， 如果检测到故障， 并持续大于 1 秒， 则结束， 否则向下执行步骤 二 ； 步骤二、 当检测到档位信号时， 则执行步骤三 ； 步骤三、 获取电动汽车电池的电量信息， 如果电量充足， 助力电流按照正常的大小计 说 明 书 CN 103112491 A 5 3/4 页 6 算， 相反如果电量不足， 减小助力系数使助力电流减小 ； 步骤四、 对转矩、 转角、 车速信号进行处理 ； 步骤五、 根据上述处理过的信号判断转向工况并结合助力特性输出目标电流值， 接着 将目标电流值与实际电流值的差值经过 PID 运算得到 PWM 信号的占空比， 将 PWM 信号输入 功率驱动模块，。
18、 从而对助力电机进行控制。 0018 本发明的有益效果是 ： 电动汽车电动助力转向系统以档位信号为触发信号， 只有 在电动汽车挂入前进挡或者倒车档时， EPS 系统控制装置才会被触发， 这样就避免在原地反 复转动方向盘导致轮胎磨损和过多无用地消耗电池电量。本发明所保护的电动汽车电动 助力转向系统实时监测电动汽车的电池电量， 如果监测到电池电量过低， 电动助力转向 EPS 系统控制装置减小助力电流以保证有更多的电能供驱动系统使用， 增加电动汽车的续航里 程。 0019 附图说明 0020 图 1 为电动汽车电动助力转向系统原理图 ； 图 2 为电动助力转向系统 EPS 系统控制装置原理图 ； 图。
19、 3 为 EPS 系统控制装置程序流程图。 0021 具体实施方式 0022 结合说明书附图， 详细说明本发明 ： 首先， 参考图1， 图中 ： 1-转向盘， 2-输入轴， 3-转矩、 转角传感器， 4-助力电机， 5-减速 机构， 6- 输出轴， 7- 转向器， 8- 转向传动机构， 9- 车轮， 10-EPS 系统控制装置。 0023 如图 1 所示， 一种用于电动汽车的电动助力转向系统， 包括转向盘 1、 输入轴 2、 转 矩转角传感器3、 助力电机4、 减速机构5、 输出轴6、 转向器7、 转向传动机构8和EPS系统控 制装置 10 等。其中转向盘 1、 输入轴 2、 转矩转角传感器 。
20、3、 减速机构 5、 输出轴 6、 转向器 7、 转向传动机构 8 依次机械联接， 助力电机通过传动轴与减速机构 5 联接， EPS 系统控制装置 10 通过电线与助力电机相连， EPS 系统控制装置 10 还与转矩转角传感器、 车速传感器 3 和 电池通过电线联接。由于 EPS 系统控制装置 10 要实时监测电池电量， 所以 EPS 系统控制装 置 10 还与整车中央控制单元通过 CAN 总线相连。 0024 电动助力转向系统工作时， 助力电机经减速机构放大的扭矩与驾驶员施加在转向 盘的扭矩共同叠加在转向器上， 再经传动机构传递到车轮， 使车轮按照驾驶员的意愿转向。 助力电机输出的扭矩由 E。
21、PS 系统控制装置 10 决定， EPS 系统控制装置 10 根据转矩、 转角信 号和车速信号并结合助力特性输出控制信号给助力电机功率驱动模块， 功率驱动模块输出 载有驱动功率的脉宽调制 PWM 信号给助力电机， 助力电机输出对应的助力扭矩。 0025 再来参考图 2， 图中 ： CAN 模块表示总线通信模块， PWM 表示脉宽调制信号， M+ 表示 助力电机接线正端， M- 表示助力电机接线负端。 0026 如图 2 所示， 电动汽车电动助力转向系统控制装置 10， 包括电源模块、 信号处理模 块、 中央控制模块、 CAN 模块、 电池电量测量模块和功率驱动模块。EPS 系统控制装置以中央 。
22、说 明 书 CN 103112491 A 6 4/4 页 7 控制模块为中心， 电源模块、 信号调理模块、 CAN 模块、 电池电量测量模块和功率驱动模块分 别与之相连接。 0027 EPS 系统控制装置接收到点火信号后， 电源模块工作， 输出其他各模块所需的电 压， 同时中央控制模块上电复位， 对各寄存器端口初始化， 进入自检步骤， 如果检测到故障， 则跳出， 重新进入自检步骤， 如果故障持续大于 1 秒， 则结束 ； 如果没有故障， 继续往下运 行， 循环等待直到检测到档位信号跳出循环继续往下运行， 下一步读取 CAN 总线中电动汽 车电池的电量信息， 如果电量充足， 助力电流按照正常值输。
23、出， 相反如果电量不足 （本发明 以低于整体电量 20% 作为阈值） ， 减小助力系数使助力电流减小， 然后进行转矩、 转角信号、 车速信号处理， 根据上述处理过的信号判断转向工作情况并结合助力特性输出目标电流 值， 助力特性是指转向盘输入转矩、 车速与目标电流之间的关系， 其中涉及助力系数， 通过 调整助力系数可以改变目标电流的大小， 接着将目标电流值与实际电流值的差值经过 PID （比例 - 积分 - 微分） 运算得到 PWM 信号的占空比， 将 PWM 信号输入功率驱动模块以控制助 力电机， 至此结束一次循环， 再次跳转到自检步骤执行下一次循环。 0028 本发明虽然以电动汽车为实施例， 但是同样适用于其他不以发动机为转向能源的 新能源汽车， 如混合动力汽车等。 0029 以上实施方式仅用于说明本发明， 而并非对本发明的限制， 本领域的普通技术人 员， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型， 因此所有等同的 技术方案也属于本发明的范畴， 本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 说 明 书 CN 103112491 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103112491 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103112491 A 9 。