李書涵，李興麗，王麗永

（北京汽車股份有限公司，北京 101300）

引言

電動助力轉向系統(tǒng)（Electronic Power Steering，簡稱EPS）是一種依靠電機提供輔助轉向扭矩的動力轉向系統(tǒng)，主要由機械轉向傳動機構、電機、電子控制單元（ECU）、扭矩傳感器、減速機構等組成[1]。車輛轉向特性直接影響行駛力學特性和操縱力學特性，轉向行駛穩(wěn)定性直接影響車輛的主動安全性[2-3]。汽車轉向系統(tǒng)是汽車重要的一個電控系統(tǒng)，電控轉向系統(tǒng)要高效工作，需要設計控制策略[4]。根據(jù)車速信號、扭矩信號的輸入，控制電機的助力方向和大小，實時控制助力轉向，協(xié)助駕駛員進行轉向操作，并獲得最佳轉向特性的伺服系統(tǒng)。電動助力轉向系統(tǒng)由電機單元直接提供助力，可實現(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。車輛在實際行駛過程中，經(jīng)常出現(xiàn)低電壓報警問題，為解決上述問題，提出一種新的控制策略。

1 問題描述

某車型在道路試驗過程中，出現(xiàn)EPS系統(tǒng)頻繁報警問題，尤其是當車輛轉彎或通過顛簸路面時EPS報警概率更高。 經(jīng)多次現(xiàn)場讀取故障碼發(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EPS低電壓原因報警時，其他電控系統(tǒng)（如ESP、TCU等）均未同時出現(xiàn)低電壓報警的現(xiàn)象。

2 問題原因分析

根據(jù)問題描述結合現(xiàn)場調(diào)查情況，利用簡潔直觀的魚刺圖對根本原因進行分析和排查，如圖1所示。

圖1 EPS低電壓報警原因分析魚骨圖

根據(jù)魚骨圖得到初步排查結果：蓄電池電源負極螺母未緊固，在車輛通過顛簸路面或轉彎過程中存在蓄電池電源線松動，導致車輛出現(xiàn)瞬時電壓不穩(wěn)的現(xiàn)象。將電源負極螺母緊固后，未再出現(xiàn)EPS低電壓報警問題。

由于EPS故障發(fā)生低電壓報警時，其他系統(tǒng)并未出現(xiàn)低電壓報警現(xiàn)象，因此從EPS低電壓報警策略方面對問題進一步分析。

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

圖2 低電壓策略對比說明圖

3 優(yōu)化方案制定

根據(jù)上述分析結果，深入分析低電壓策略存在的問題，并對存在的問題進行修改完善。首先對改善前的控制策略進行分析，如圖3所示。

圖3 改善前EPS電源電壓檢測及報警邏輯示意圖

從圖3的邏輯電路可看出，當EPS檢測到電源電壓低于9 V時，并沒有經(jīng)過延時，便立刻進行低電壓報警。而決定EPS電壓報警延時時間的是電壓檢測模塊前的電容器，也就是說當電源電壓發(fā)生變化時，由于電容的作用，EPS系統(tǒng)電壓并不會突然發(fā)生變化，而是在一定時間內(nèi)逐漸降低或升高，電容容量決定了EPS低電壓報警的延遲時間。

基于上述分析，我們可以從通過兩種途徑對此問題的優(yōu)化：

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

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

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

圖4 改善后EPS電源電壓檢測及報警邏輯示意圖

4 效果驗證

根據(jù)上述軟件優(yōu)化方案思路，細化具體實施方案，并開展驗證工作。

4.1 EPS系統(tǒng)無其他故障條件驗證

在EPS系統(tǒng)無其他故障條件下，通過電壓逐級降低，測試低電壓報警策略有效性。

試驗證明，在EPS系統(tǒng)無其他故障發(fā)生時，系統(tǒng)電壓降至助力降級的極限值（正常助力的15%）以下時，EPS報警燈點亮，并記錄低電壓及助力降級故障，如表1所示。

表1 EPS無其他故障發(fā)生時的測試項目及結果記錄

4.2 EPS系統(tǒng)有其他故障條件驗證

對 EPS系統(tǒng)引入其他故障（如前輪輪速信號超時），同時使 EPS系統(tǒng)電壓發(fā)生變化，進一步驗證電壓變化對 EPS其他故障報警的影響。經(jīng)試驗驗證，低電壓故障對其他故障報警無異常影響，符合策略要求，如表2所示。

表2 EPS存在其它故障發(fā)生時的測試項目及結果記錄

5 結束語

本文通過對某車型電動助力轉向系統(tǒng)低電壓報警問題的分析，確定了該車型頻繁出現(xiàn)低電壓報警的直接原因是EPS產(chǎn)品電容容量不足，導致EPS低電壓報警延時時間未滿足整體設計要求，然而如果直接進行電容更換將會影響產(chǎn)品ECU的整體設計，變更周期長、費用高，存在較高設計變更風險。因此，本文從軟件策略方面考慮，對EPS低壓電報警策略進行了優(yōu)化，在不增加產(chǎn)品成本的前提下，用最經(jīng)濟有效的方式改善問題，為后續(xù)車型EPS系統(tǒng)開發(fā)提供了寶貴經(jīng)驗。