电动助力转向系统故障诊断技术设计

江蘇大學学报

(自然科学版)

2008年1月　

第29卷　第1期　Jan.2008 Vol .29　No .1

JO URNAL O F J I ANGSU UN I VERS I TY (Natural Science Editi on )

电动助力转向系统故障诊断技术设计

郑荣良,刘中良,陈　龙

(江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013)

摘要:对电动助力转向系统(EPS )的主要组成部分可能出现的故障进行分析,并根据实践,把电动机过热也视为一种故障.使用硬件电路对扭矩传感器、继电器、离合器进行检测,并把检测结果送

到单片机,这些故障一般是不可自恢复故障,系统不对故障本身进行处理,只是给出了故障代码和警报.对于电动机过热故障,通过实时监测电流大小,提出了以预防为主的故障处理措施,包括建立热系数表和设计过流保护电路.试验表明:通过软件硬件相结合进行故障检测和处理,可以准确地诊断和处理电动助力转向系统常见的故障并有效防止电动机过热.

关键词:汽车;电动助力转向系统;故障诊断;过流;过热;保护电路中图分类号:U463.6 文献标志码:A 文章编号:1671-7775(2008)01-0021-04

Trouble di a gnose of electri c power steeri n g system

ZHEN G R ong 2liang,L IU Zhong 2liang,CHEN L ong

(School of Aut omobile and Traffic Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang,J iangsu 212013,China )

Abstract:The possible tr oubles of the main parts in Electric Po wer Steering Syste m (EPS )was discussed and analyzed .According t o the p ractice,the overheat of the mot or was als o regarded as a p r oble m.Hard 2ware circuits were used t o diagnose the tr ouble of the t orque sens or,the relay,and the clutch .The result was sent t o the single chi p p r ocess or .The syste m did not deal with such unrecoverable failure,but only gave the tr ouble code and warning .By monit oring the syste m in situ,a p reventive measure was intr oduced t o deal with the overheat of the mot or .The measure includes establishing ther mal coefficient and electric circuit of over 2current p r otecti on .The test result shows that by co mbinati on hard ware and s oft w are,the de 2sign can diagnose and p r ocess the common tr oubles correctly,and p revent the mot or fr om overheating .Key words:vehicle;electric power syste m;tr oubles diagnose;over current;over heat;

p r otective electric circuit

收稿日期:2007-06-26

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50475121)

作者简介:郑荣良(1945—),男,江苏镇江人,教授(zrl@ujs .edu .cn ),主要从事汽车电子的研究.

刘中良(1983—),男,江苏连云港人,硕士研究生(liuzhong5853@s ohu .com ),主要从事汽车电子的研究.

电动助力转向系统是一个集电气系统和机械系统为一体的复杂系统,其控制对象的特殊性要求系统发生故障时不允许出现大的误动作,否则将引起严重事故.电动助力转向系统的安全性日益受到

人们的关注[1,2]

.为此,在系统设计中就必须考虑故障的检测和处理.文献[3]应用人工神经网络在线检测故障,需要大量的试验数据,且控制算法烦琐.

文献[4]利用线性未知输入观察器(U I O )来检测电子控制转向系统的故障,检测受到车速和电子器件非线性的限制,试验表明并不可靠.文献[5]通过对系统的原始事故分析(PHA )和设计故障模式及其影响分析(DF MEA )来辨识各类故障模式,故障诊断需要进行大量的试验和对原始故障事故的分析,具有较大的破坏性.

22　江苏大学学报(自然科学版)第29卷

根据电动助力转向系统控制器内部的工作原

理,分析主要组成部分的常见故障及其辨别方法,

通过软件和硬件相结合的方式对故障进行诊断和

处理,设计比较简单,可以辨识系统的常见故障.另

外笔者根据实际使用的需要,把电动机过热也做为

一种故障进行检测,并提出相应的处理措施.

1　系统的故障检测电路设计

设计的电动助力转向系统中的故障检测主要

包括7部分:扭矩传感器及其引线故障检测;车速和

发动机信号故障检测;电压检测;继电器故障检测;

离合器故障检测以及电动机过热故障检测.其中车

速和发动机及电压检测信号在系统正常工作中也

是必须的信号[6],笔者不再介绍它们的检测电路,

而主要介绍其他四个专门用于EPS故障检测电路.

1.1　扭矩传感器故障

系统采用电位计式扭矩传感器,其两路输出电

压之和恒为+5V[1].若传感器发生故障或者是传

感器和控制器之间的接线断开,则两者之和将不再

为+5V.这样就可以检测出扭矩信号的错误.

1.2　继电器和离合器故障

设计的电动助力转向系统,继电器的作用是使

电池和H桥连通或断开.当发生故障时,单片机输

出继电器吸合信号,如H桥没有电压或电压明显低

于理论电压则说明继电器发生故障.通过检测H桥

上端的电压配合当前的继电器控制信号,就可以检

测出继电器是否发生故障.检测电路如图1所示

.

图1　继电器故障检测电路

Fig.1　Electric circuit of relay tr ouble detecti on

H桥上端电压通过R4,R5电阻分压后输入比较器L M311的反向输入端,L M311正向输入端接R

2

, R3分压形成的+2.5V电压,当继电器吸合时,H桥上端和蓄电池正极相连,电压应为约+12V,则L M311输出为低电平;继电器发生故障时H桥上端电压近似为0,LM311输出为高电平.由LM311的输出电平结合继电器的控制信号,就很容易检测出继电器的故障,如表1所示.

表1　继电器故障判别真值表

Tab.1　Truth va lue t able of rel ay trouble judg m en t

继电器控制信号LM311输出是否发生错误

11是

10否

01否

00是

离合器是控制电机和转向轴之间机械连接的装置,当离合器线圈中有足够大的电流流过时离合器就会吸合,电机和转向轴就成几乎刚性连接;当离合器线圈中流过的电流小于其吸合电流时离合器就切断电机和转向轴之间的机械连接[7].因此要检测离合器功能是否完好,只要检测离合器线圈中流过的电流大小即可.检测的电路原理和检测继电器的电路类似,如图2所示

.

图2　离合器故障检测电路

Fig.2　Electric circuit of clutch tr ouble detecti on

图中的L

1

为离合器电感线圈,L

1

下端串联一个1Ω(R4)的大功率电阻进行电流采集.L1和R4之间接到比较器L M311的反向输入端,比较器的正向

输入端接由R

2

,R3分压形成的约+0.45V电压.这样当离合器电磁线圈中流过的电流小于0.45A时, L M311输出为高电平;当离合器电磁线圈中流过的电流大于0.45A时,L M311输出为低电平,结合离合器驱动电路的控制信号,就可以检测出离合器的故障情况,如表2所示.

表2　离合器故障判别真值表

Tab.2　Truth va lue t able of clutch trouble judg m en t 离合器控制信号LM311输出是否发生错误

11是

10否

01否

00是