電動(dòng)助力轉向系統故障自診斷的研究

摘　要：本文在介紹電子控制系統故障自診斷的基本原理基礎上，提出了一套基于轉向柱式電動(dòng)助力轉向系統（EPS）的故障診斷方法，并建立了相應的故障自診斷系統，包括系統各組成部件的故障辨識和信號采集、故障代碼的顯示控制以及相應的安全防范措施，并通過(guò)對其轉矩傳感器故障自診斷的程序設計和實(shí)例分析驗證了該故障自診斷思路的可行性。

關(guān)鍵詞： EPS、故障辨識、信號采集、故障自診斷、安全防范
 
0引 言

　　轉向系統作為汽車(chē)的一個(gè)重要組成部分，其性能的好壞將直接影響到汽車(chē)的轉向特性、穩定性和行駛安全性。實(shí)踐證明電動(dòng)助力轉向系統(EPS)具有節能、成本低和便于控制，易于裝車(chē)，提高操縱穩定性和輕便性以及符合機電一體化的要求等優(yōu)點(diǎn)，正迎合了時(shí)代的要求。自從1988年EPS在日本商業(yè)化[1][2]以來(lái)，相繼得到了國外各大汽車(chē)企業(yè)的大力開(kāi)發(fā)和廣泛應用，不僅用于微型汽車(chē)和小型汽車(chē)，還廣泛應用于輕型汽車(chē)及普通型轎車(chē)上。國內近幾年也得到了相當的重視，也有一些車(chē)輛（如昌河北斗星轎車(chē)）安裝了進(jìn)口EPS，但還沒(méi)有自主知識產(chǎn)權的EPS進(jìn)入市場(chǎng)，從幾家研發(fā)的產(chǎn)品看出，這其中的因素有很多，特別是車(chē)輛在行駛中系統的故障在線(xiàn)監測、故障自診斷和安全防范，以及EPS裝車(chē)后的行車(chē)安全性等方面還不能很好的得到保證。

　　電動(dòng)助力轉向系統通常由轉矩傳感器、車(chē)速傳感器、控制單元、電動(dòng)機、電磁離合器和減速機構等組成（如圖1）。其基本工作原理：轉矩傳感器測得的方向盤(pán)轉矩信號和車(chē)速信號一同送給控制單元，經(jīng)控制單元處理和計算以決定電動(dòng)機助力電流的大小，然后通過(guò)電磁離合器和減速機構實(shí)現轉向助力。

1故障自診斷的基本原理

　　故障自診斷系統的作用是監測、診斷電子控制系統各傳感器、執行器以及電子控制器（ECU）的工作是否正常。當ECU中某一電路超出規定范圍的信號時(shí)，自診斷系統就判定該電路及相關(guān)的傳感器或執行器發(fā)生故障，并控制故障指示燈閃爍，目前常用的故障代碼指示有二種：一是以閃爍次數和時(shí)間長(cháng)短表示不同故障，如三菱、現代、克萊斯勒、寶馬等；二是不同顏色的幾盞燈（一般為紅、綠燈）閃爍表示不同故障，如本田、日產(chǎn)等。同時(shí)將故障信息以故障代碼的形式存儲到ECU內部的存儲器中，然后ECU控制系統采取相應的安全防范措施。故障信息一旦被存儲，即使故障已經(jīng)排除且故障指示燈熄滅，仍將儲存在存儲器中。

　　消除故障碼的方法有二：一是將保險絲盒中的保險絲拔下10S以上；二是將蓄電池搭鐵線(xiàn)拆下10S以上。

2電動(dòng)助力轉向系統故障自診斷

2.1 系統各組成部件的故障辨識[4]

　　根據EPS系統控制線(xiàn)路，本文對EPS系統各組成部件進(jìn)行如下故障診斷。

2.2.1轉矩傳感器故障自診斷

　　我們開(kāi)發(fā)的電動(dòng)助力轉向系統應用的是擺臂式的轉矩傳感器。其工作原理相當于一個(gè)電位計，如圖3所示，它具有雙回路輸出，即主扭矩（對應IN+端電壓值）、副扭矩（對應IN-端電壓值）輸出，其主、副扭矩輸出特性如圖4所示，即當轉矩傳感器正常工作時(shí)，電位計的兩個(gè)輸出即主扭和副扭信號，理論上，正常工作范圍在1V～4V，并且當轉向盤(pán)處于中間位置時(shí)，轉矩傳感器的主扭和副扭的輸出電壓均為2.5V。一旦其本身及信號采集電路（如圖5）出現異常，輸入CPU（我們選用P87C591芯片為核心的8位微控制器[3]，其本身自帶有A/D轉換器）的主、副扭矩信號將大于4V或小于1V或兩信號之差超過(guò)3V。但實(shí)際車(chē)輛行駛中，雖然硬件和軟件設計中考慮了各種抗干擾措施，各種偶爾的噪聲或振動(dòng)還是或多或少的會(huì )引起轉矩信號的暫時(shí)偏差，而這種偏離是暫時(shí)的且系統能自動(dòng)修復，故將轉矩信號的異常界限值設為0.9V -4.1V，并且只有當信號值超出其范圍持續一定時(shí)間（如30ms），才判定轉矩傳感器有故障，這樣可以減少因其它外界原因而引起對轉矩傳感器故障的誤判。

　　此外，轉矩傳感器的信號檢測是建立在+5V的穩壓電源基礎上的，因此穩壓電源電路的正常與否將直接影響到主、副扭矩信號。因此在檢測轉矩傳感器主、副扭矩信號異常之前，首先判斷轉矩傳感器電源電壓是否在規定范圍內?？紤]到三端穩壓集成塊MC78T05在環(huán)境溫度影響下其輸出電壓會(huì )有