汽車電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)低電壓報(bào)警策略優(yōu)化

李書(shū)涵，李興麗，王麗永

（北京汽車股份有限公司，北京 101300）

引言

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electronic Power Steering，簡(jiǎn)稱EPS）是一種依靠電機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)向扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要由機(jī)械轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)、電子控制單元（ECU）、扭矩傳感器、減速機(jī)構(gòu)等組成[1]。車輛轉(zhuǎn)向特性直接影響行駛力學(xué)特性和操縱力學(xué)特性，轉(zhuǎn)向行駛穩(wěn)定性直接影響車輛的主動(dòng)安全性[2-3]。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車重要的一個(gè)電控系統(tǒng)，電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要高效工作，需要設(shè)計(jì)控制策略[4]。根據(jù)車速信號(hào)、扭矩信號(hào)的輸入，控制電機(jī)的助力方向和大小，實(shí)時(shí)控制助力轉(zhuǎn)向，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，并獲得最佳轉(zhuǎn)向特性的伺服系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電機(jī)單元直接提供助力，可實(shí)現(xiàn)在不同車速下提供不同的助力效果，保證汽車低速行駛靈活性，高速行駛的穩(wěn)定性。車輛在實(shí)際行駛過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)低電壓報(bào)警問(wèn)題，為解決上述問(wèn)題，提出一種新的控制策略。

1 問(wèn)題描述

某車型在道路試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)EPS系統(tǒng)頻繁報(bào)警問(wèn)題，尤其是當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎或通過(guò)顛簸路面時(shí)EPS報(bào)警概率更高。 經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)讀取故障碼發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)該故障的原因多為電源電壓不穩(wěn)，讀取到的故障碼為“Battery Voltage Too Low”。特別需要注意的是：當(dāng)EPS低電壓原因報(bào)警時(shí)，其他電控系統(tǒng)（如ESP、TCU等）均未同時(shí)出現(xiàn)低電壓報(bào)警的現(xiàn)象。

2 問(wèn)題原因分析

根據(jù)問(wèn)題描述結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，利用簡(jiǎn)潔直觀的魚(yú)刺圖對(duì)根本原因進(jìn)行分析和排查，如圖1所示。

圖1 EPS低電壓報(bào)警原因分析魚(yú)骨圖

根據(jù)魚(yú)骨圖得到初步排查結(jié)果：蓄電池電源負(fù)極螺母未緊固，在車輛通過(guò)顛簸路面或轉(zhuǎn)彎過(guò)程中存在蓄電池電源線松動(dòng)，導(dǎo)致車輛出現(xiàn)瞬時(shí)電壓不穩(wěn)的現(xiàn)象。將電源負(fù)極螺母緊固后，未再出現(xiàn)EPS低電壓報(bào)警問(wèn)題。

由于EPS故障發(fā)生低電壓報(bào)警時(shí)，其他系統(tǒng)并未出現(xiàn)低電壓報(bào)警現(xiàn)象，因此從EPS低電壓報(bào)警策略方面對(duì)問(wèn)題進(jìn)一步分析。

對(duì)比分析低電壓策略，如圖2所示，可以看出，EPS系統(tǒng)低電壓報(bào)警策略不能滿足整車輸入的低電壓報(bào)警策略要求，這也是車輛在蓄電池負(fù)極電源緊固螺母未打緊的情況下，轉(zhuǎn)彎行駛或通過(guò)顛簸路面時(shí)會(huì)出現(xiàn)EPS低電壓報(bào)警，而其他系統(tǒng)不出現(xiàn)低電壓報(bào)警的原因。

圖2 低電壓策略對(duì)比說(shuō)明圖

3 優(yōu)化方案制定

根據(jù)上述分析結(jié)果，深入分析低電壓策略存在的問(wèn)題，并對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行修改完善。首先對(duì)改善前的控制策略進(jìn)行分析，如圖3所示。

圖3 改善前EPS電源電壓檢測(cè)及報(bào)警邏輯示意圖

從圖3的邏輯電路可看出，當(dāng)EPS檢測(cè)到電源電壓低于9 V時(shí)，并沒(méi)有經(jīng)過(guò)延時(shí)，便立刻進(jìn)行低電壓報(bào)警。而決定EPS電壓報(bào)警延時(shí)時(shí)間的是電壓檢測(cè)模塊前的電容器，也就是說(shuō)當(dāng)電源電壓發(fā)生變化時(shí)，由于電容的作用，EPS系統(tǒng)電壓并不會(huì)突然發(fā)生變化，而是在一定時(shí)間內(nèi)逐漸降低或升高，電容容量決定了EPS低電壓報(bào)警的延遲時(shí)間。

基于上述分析，我們可以從通過(guò)兩種途徑對(duì)此問(wèn)題的優(yōu)化：

（1）從硬件方面進(jìn)行優(yōu)化，更換容量更大的電容器，使其滿足500 ms的延時(shí)時(shí)間，從而降低EPS低電壓報(bào)警概率。

（2）從軟件策略方面進(jìn)行優(yōu)化，即通過(guò)軟件策略優(yōu)化使EPS系統(tǒng)在電壓低于9 V后通過(guò)其他條件判定是否需要進(jìn)行低電壓策略報(bào)警，在不影響EPS基本功能、性能的條件下，適當(dāng)放寬低電壓報(bào)警的條件，從而降低EPS低電壓報(bào)警概率。

考慮到硬件優(yōu)化方案，會(huì)影響到整個(gè)ECU的底層設(shè)計(jì)，所需成本高、更改周期長(zhǎng)，而軟件優(yōu)化方案只需進(jìn)行軟件策略優(yōu)化，不涉及整車硬件變更及 EPS基本功能、性能變化，可迅速有效解決問(wèn)題，并且無(wú)成本變化。因此決定采納軟件優(yōu)化方案進(jìn)行低電壓報(bào)警問(wèn)題改善，具體改善方案如圖4所示。

圖4 改善后EPS電源電壓檢測(cè)及報(bào)警邏輯示意圖

4 效果驗(yàn)證

根據(jù)上述軟件優(yōu)化方案思路，細(xì)化具體實(shí)施方案，并開(kāi)展驗(yàn)證工作。

4.1 EPS系統(tǒng)無(wú)其他故障條件驗(yàn)證

在EPS系統(tǒng)無(wú)其他故障條件下，通過(guò)電壓逐級(jí)降低，測(cè)試低電壓報(bào)警策略有效性。

試驗(yàn)證明，在EPS系統(tǒng)無(wú)其他故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)電壓降至助力降級(jí)的極限值（正常助力的15%）以下時(shí)，EPS報(bào)警燈點(diǎn)亮，并記錄低電壓及助力降級(jí)故障，如表1所示。

表1 EPS無(wú)其他故障發(fā)生時(shí)的測(cè)試項(xiàng)目及結(jié)果記錄

4.2 EPS系統(tǒng)有其他故障條件驗(yàn)證

對(duì) EPS系統(tǒng)引入其他故障（如前輪輪速信號(hào)超時(shí)），同時(shí)使 EPS系統(tǒng)電壓發(fā)生變化，進(jìn)一步驗(yàn)證電壓變化對(duì) EPS其他故障報(bào)警的影響。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，低電壓故障對(duì)其他故障報(bào)警無(wú)異常影響，符合策略要求，如表2所示。

表2 EPS存在其它故障發(fā)生時(shí)的測(cè)試項(xiàng)目及結(jié)果記錄

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)某車型電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)低電壓報(bào)警問(wèn)題的分析，確定了該車型頻繁出現(xiàn)低電壓報(bào)警的直接原因是EPS產(chǎn)品電容容量不足，導(dǎo)致EPS低電壓報(bào)警延時(shí)時(shí)間未滿足整體設(shè)計(jì)要求，然而如果直接進(jìn)行電容更換將會(huì)影響產(chǎn)品ECU的整體設(shè)計(jì)，變更周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，存在較高設(shè)計(jì)變更風(fēng)險(xiǎn)。因此，本文從軟件策略方面考慮，對(duì)EPS低壓電報(bào)警策略進(jìn)行了優(yōu)化，在不增加產(chǎn)品成本的前提下，用最經(jīng)濟(jì)有效的方式改善問(wèn)題，為后續(xù)車型EPS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。