防止汽车电动助力转向装置擅自工作的机构研究

防止汽车电动助力转向装置擅自工作的机构研究

洪学明

天津德星智能科技有限公司  天津市 300392

摘要：近年来，我国的汽车行业有了很大进展，汽车工业快速发展，消费者对汽车运动品质提出了更高的要求。对于转向运动而言，消费者主要关注运动的稳定性、转向时的转向感觉、撒手(或扶着回正)时的回正速度及长时间使用后上述性能的一致性。目前改善转向运动品质方面仍然存在一些问题亟需解决。本文就防止汽车电动助力转向装置擅自工作的机构进行研究，以供参考。

关键词：防止；汽车；擅自工作

引言

随着中国汽车产业持续高速发展，汽车电子进入了飞速发展阶段，但由于周围电磁环境的复杂性，汽车电子面临的电磁抗扰性问题较为突出。电子转向控制系统作为汽车行驶安全的重要部件，也需进行电磁兼容性试验来确保其抵抗复杂电磁环境干扰的能力。

1电子助力转向系统概述

汽车转向系统控制汽车转向，是汽车重要组成部分，目前汽车上装载的电子助力转向系统分为电动助力转向系统EPS和电动液压助力转向系统EHPS。电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上发展起来的，利用电机产生的动力来帮助驾驶员转向，该系统主要由信号传感器（包括扭矩传感器、角度传感器和车速传感器）、转向辅助机构（电机、离合器、减速传动机构）和电子控制装置3部分组成。当驾驶员操纵方向盘时，扭矩角传感器根据输入的扭矩和转向角产生相应的电压信号，车速传感器检测车速信号，控制单元根据电压和车速信号给出指令控制电机的运行，从而产生所需的转向助力。扭矩传感器与转向轴连接，当转向轴转动时，扭矩传感器开始工作，将输入轴和输出轴在扭杆作用下的相对转动角位移转换成电信号，并传递给ECU。电子控制单元根据车速传感器和扭矩传感器的信号确定电机的旋转方向和助力电流的大小，从而实时控制助力转向。

2擅自工作的问题

汽车电动助力转向装置的缺陷对于汽车安全性能有严重影响，也是汽车召回的重要原因之一。2017年10月某汽车公司由于车辆转向助力安全隐患向国家市场监督管理总局备案召回部分进口2017年款相关系列汽车；2017年12月，某汽车公司由于转向助力安全隐患决定自2017年12月29日起，召回部分2012—2016款相关车型，共计796952辆；2019年2月，由于所生产的部分某型汽车存在方向盘助力失效问题，召回21242辆汽车；2021年2月，某车主花费16万购买了某越野车，新车提回去还不到2个月的时间就发生3次方向盘失灵的情况，车主的体验是方向盘失灵，不受控制，严重威胁到车内人员生命安全；2021年4月，一位先生购买的某车由于行驶过程中转向失灵，方向盘无法回正，在广州东江大道撞上右侧水泥墙后自燃，造成副驾驶乘客死亡。转向助力系统擅自工作造成的车辆事故往往无法确定责任方，给消费者和车辆的生产者都带来了困扰。

3防止电动助力转向系统擅自工作的措施

3.1变传动比控制

变传动比控制是SBW系统主要研究的内容之一,由于系统取消了转向盘和车轮之间解耦,使得传动比的设计变得灵活多变,良好的变传动比模型对车辆操纵稳定性至关重要,这也是SBW系统的优势所在。综合考虑系统横摆角速度增益和侧向加速度增益的变化量是较好的一种方法,使车辆的横摆角速度和侧向加速度稳态响应都随车速的变化而有所变化,但变化量都控制在一定的范围内,最终使得系统整体系统较优。

3.2采用智能网联汽车行驶数据代替传统检测器数据

就交通状态的检测与评价方法而言，像地磁、线圈、微波等传统固定式检测器的安装和维护成本高，提供的数据种类较少且精度不高，只能用于基本的道路状态与违章检测，且一整套设备只能服务于一个路口。智能网联汽车可实现OBD行驶数据共享，基于OBD数据不仅可以提供海量的高精度车辆行驶数据，同时借助路侧终端和无线通信，评价所需的车辆数据还可被有效收集；与此同时，车载终端也能将这些原始车辆数据提供给智能网联汽车诊断和辅助驾驶功能。

3.3转向运动品质的路面自适应方法研究

现有转向系统的控制策略对于路面的适应多是以避免丧失力感、车辆失稳为主要目标，导致在湿滑路面行驶时转向运动品质不佳，转向力矩与汽车运动强度的关系和回正的速度不符合驾驶员期望。为解决上述问题，提出一种转向运动品质的路面自适应方法。考虑了路面附着对驾驶员运动意图确定及其控制实现的影响。基于典型路面数据，并考虑了车辆载荷与坡度变化的影响对路面附着系数进行识别，并根据识别结果调整设定的转向风格、力矩迟滞特性、回正时间特性及控制中采用的车辆动力学逆特性，进而修正驾驶员运动意图并提高车辆转向运动控制精度，使转向感觉和回正性能与路面条件相符，显著提高了不同路面上行驶时的转向运动品质。

3.4电子助力转向系统电磁兼容其它试验方法探索

1）试验前测量方向盘左右旋转最大角度，然后通过给定最大转向角度，让转向机器人工作在角度模式，测量抗扰测试前和测试时的扭矩和角度，通过监控扭矩变化、角度变化和转向时间，判定电子助力转向系统是否失效。以10%的转向操纵力变化和转向时间变化作为失效判定标准，在受到电磁辐射干扰时，方向盘无法达到设定转向角度，转向周期内所需转向操纵力变化大于10%，左右转向周期转向时间变化大于10%，则判定失效。2）设定合适扭矩，让转向机器人工作在扭矩模式，测量抗扰测试前和测试时的扭矩和角度。监控抗扰测试时转向角度变化和扭矩变化，以10%的角度变化和转向时间变化作为失效判定标准，对比抗扰测试前转向周期内最大角度变化大于10%，左右转向周期转向时间变化大于10%，判定失效。3）通过监测抗扰测试时车辆与汽车转向相关的车辆电气设备电压变化，如转向时EPS异常电压变化和EPS中的扭矩变化曲线。如果EPS中扭矩变化曲线与转向机器人的扭矩变化曲线大相径庭，则判定失效。企业在制定汽车转向电磁兼容企业标准或研发阶段进行汽车转向电磁兼容委托测试时，可增加试验等级到50V/m、75V/m和100V/m或增加测试频段，以此来对比不同试验等级之间的电子助力转向系统的差异情况。

4防止电动助力转向系统擅自工作的机构

控制器根据角度传感的信号来判断驾驶员是否有转向的意图。角度传感器检测方向盘的自由转角，国标规定自由转角为方向盘处于中间位置左右旋转15°范围内，在此范围内转动方向盘转向轮不转动。控制器通过继电器控制电动助力转向系统的ECU控制单元与助力电机的电路，使得电动助力转向系统隶属于机械转向系统，从而可以避免电动助力转向系统擅自工作，或被黑客入侵操纵。按下授权开关后，可恢复到原来电动助力转向系统状态，恢复车辆的相关功能。

结语

近年来，消费者对汽车的关注点逐渐从基本性能向运动品质转变，对其提出了更高的要求。对于转向运动而言，消费者主要关注运动的稳定性、转向时的转向感觉和撒手(或扶着回正)时的回正速度。电动助力转向系统擅自工作造成的车辆事故往往无法确定责任方，本装置可杜绝这种情况的发生，同时也可以防止黑客入侵、操纵车辆。要杜绝一切可能的潜在危害。良好的转向运动品质已成为影响消费者购买的重要因素，是汽车产品的核心竞争力之一。

参考文献

[1]于发加.汽车电动助力转向系统助力特性分析及仿真研究[J].汽车实用技术,2021,46(15):121.

[2]白艳,贾鑫,宗长富,等.汽车操纵稳定性客观评价方法综述[J].科学技术与工程,2012,12(6):1339-1347.

[3]任夏楠,邓兆祥.汽车EPS助力特性设计方法研究[J].机械科学与技术,2014,33(8):1225-1232.