电动助力转向系统故障自诊断的研究.doc

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电动助力转向系统故障自诊断的研究

电动助力转向系统故障自诊断的研究 2007-09-24 08:23:04 作者:qichejishu 来源: 浏览次数:0 网友评论 0 条 ?? ?????????????????? ???????????????? ???????????????????? 一、引言 转向系统作为汽车的一个重要组成部分,其性能的好坏将直接影响到汽车的转向特性、稳定性和行驶安全性。实践证明电动助力转向系统?... 一、引言 转向系统作为汽车的一个重要组成部分,其性能的好坏将直接影响到汽车的转向特性、稳定性和行驶安全性。实践证明电动助力转向系统(EPS)具有节能、成本低和便于控制,易于装车,提高操纵稳定性和轻便性以及符合机电一体化的要求等优点,正迎合了时代的要求。自从1988年EPS在日本商业化以来,相继得到了国外各大汽车企业的大力开发和广泛应用,不仅用于微型汽车和小型汽车,还广泛应用于轻型汽车及普通型轿车上。国内近几年也得到了相当的重视,也有一些车辆(如昌河北斗星轿车)安装了进口EPS,但还没有自主知识产权的EPS进入市场,从几家研发的产品看出,这其中的因素有很多,特别是车辆在行驶中系统的故障在线监测、故障自诊断和安全防范,以及EPS装车后的行车安全性等方面还不能很好的得到保证。 电动助力转向系统通常由转矩传感器、车速传感器、控制单元、电动机、电磁离合器和减速机构等组成(如图1)。其基本工作原理:转矩传感器测得的方向盘转矩信号和车速信号一同送给控制单元,经控制单元处理和计算以决定电动机助力电流的大小,然后通过电磁离合器和减速机构实现转向助力。 二、故障自诊断的基本原理 故障自诊断系统的作用是监测、诊断电子控制系统各传感器、执行器以及电子控制器(ECU)的工作是否正常。当ECU中某一电路超出规定范围的信号时,自诊断系统就判定该电路及相关的传感器或执行器发生故障,并控制故障指示灯闪烁,目前常用的故障代码指示有二种:一是以闪烁次数和时间长短表示不同故障,如三菱、现代、克莱斯勒、宝马等;二是不同颜色的几盏灯(一般为红、绿灯)闪烁表示不同故障,如本田、日产等。同时将故障信息以故障代码的形式存储到ECU内部的存储器中,然后ECU控制系统采取相应的安全防范措施。故障信息一旦被存储,即使故障已经排除且故障指示灯熄灭,仍将储存在存储器中。 消除故障码的方法有二:一是将保险丝盒中的保险丝拔下10S以上;二是将蓄电池搭铁线拆下10S以上。 三、电动助力转向系统故障自诊断 1 系统各组成部件的故障辨识 根据EPS系统控制线路(如图2),本文对EPS系统各组成部件进行如下故障诊断。 图2 EPS系统控制线路图 1.1转矩传感器故障自诊断 我们开发的电动助力转向系统应用的是摆臂式的转矩传感器。其工作原理相当于一个电位计,如图3所示,它具有双回路输出,即主扭矩(对应IN 端电压值)、副扭矩(对应IN-端电压值)输出,其主、副扭矩输出特性如图4所示,即当转矩传感器正常工作时,电位计的两个输出即主扭和副扭信号,理论上,正常工作范围在1V~4V,并且当转向盘处于中间位置时,转矩传感器的主扭和副扭的输出电压均为2.5V。一旦其本身及信号采集电路(如图5)出现异常,输入CPU(我们选用P87C591芯片为核心的8位微控制器,其本身自带有A/D转换器)的主、副扭矩信号将大于4V或小于1V或两信号之差超过3V。但实际车辆行驶中,虽然硬件和软件设计中考虑了各种抗干扰措施,各种偶尔的噪声或振动还是或多或少的会引起转矩信号的暂时偏差,而这种偏离是暂时的且系统能自动修复,故将转矩信号的异常界限值设为0.9V -4.1V,并且只有当信号值超出其范围持续一定时间(如30ms),才判定转矩传感器有故障,这样可以减少因其它外界原因而引起对转矩传感器故障的误判。 此外,转矩传感器的信号检测是建立在 5V的稳压电源基础上的,因此稳压电源电路的正常与否将直接影响到主、副扭矩信号。因此在检测转矩传感器主、副扭矩信号异常之前,首先判断转矩传感器电源电压是否在规定范围内。考虑到三端稳压集成块MC78T05在环境温度影响下其输出电压会有±0.1V的偏差,因此我们规定其正常输出电压为5±0.2V。如果CPU检测到电源电压异常,此时就跳过对转矩传感器信号的检测,这样可以避免对转矩传感器本身故障的误判。 通过信号值比较可以诊断如下传感器故障: ·主扭矩线路断开或短路 ·主线路与辅线路输出电压差异过大 ·转矩传感器电源电压过高或过低 ·辅扭矩线路断开或短路 图5 主、副扭矩信号采集 1.2电机故障自诊断 转向助力大小是通过控制电机电流来实现,因此检测电机两端的实际控制电流就显得非常重要。电机电流采集电路(如图6),通过测量串联在驱动回路中的精密电阻R62两端的电压,经过信号放大和适当的电容滤波,然后

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