摘 要：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為車輛橫向控制的關鍵系統(tǒng)，在傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向的硬件（機械結(jié)構(gòu)）之上，以高感知的傳感器元件，高效性能的軟件控制策略，精準的電機執(zhí)行助力控制等技術為核心，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的智能化，并將推動汽車轉(zhuǎn)向技術向更先進、更智能的未來發(fā)展。文章對末端保護功能來源、原理、策略及影響因素的研究，結(jié)合實車出現(xiàn)的末端保護問題，從影響末端保護功能的三方面因素進行分析，制定優(yōu)化措施，通過大量數(shù)據(jù)的采集和實車主觀評價驗證，確定優(yōu)化措施有效，實現(xiàn)整車轉(zhuǎn)向性能最優(yōu)。

關鍵詞：智能化 電動助力轉(zhuǎn)向 末端保護 軟止點 電機扭矩

0 引言

隨著汽車的電動化智能化發(fā)展，軟件定義汽車功能是汽車演進過程中的重要概念，其目的是給顧客提供更好的價值體驗。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為車輛橫向控制的關鍵系統(tǒng)，在傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向的硬件（機械結(jié)構(gòu)）之上，以高感知的傳感器元件，高效性能的軟件控制策略，精準的電機執(zhí)行助力控制等技術為核心，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的智能化，并將推動汽車轉(zhuǎn)向技術向更先進、更智能的未來發(fā)展。本文研究的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)末端保護功能（也稱為軟止點功能），區(qū)別于堵轉(zhuǎn)保護，是通過軟件設定的一種末端保護功能，防止極限機械位置沖擊，是汽車轉(zhuǎn)向智能化演進的功能之一，是在傳統(tǒng)機械限位和末端保護功能的基礎上演進而來。本文對末端保護功能來源、功能原理、功能邏輯及軟件控制策略進行了研究，通過對實車末端保護問題案例進行描述、從末端保護的影響因素（末端保護系數(shù)、保護位置、基礎助力扭矩）對問題案例進行原因分析，結(jié)合原理和策略分析提供解決措施并實車驗證，最終實現(xiàn)整車轉(zhuǎn)向性能最優(yōu)。

1 功能研究

1.1 功能來源

車輪轉(zhuǎn)動到極限位置時，會對轉(zhuǎn)向器的金屬殼體結(jié)構(gòu)帶來沖擊噪音，影響零件可靠性和顧客滿意度。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在機械結(jié)構(gòu)上增加減震裝置，如圖1所示，無法徹底解決機械位置的沖擊噪音，同時增加成本，因此，軟件設定的末端保護功能完全取代機械限位減震裝置應運而生。

1.2 功能原理

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器通過自學習獲得方向盤最大轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)向器齒條最大行程，傳感器檢測到方向盤轉(zhuǎn)角或齒條行程位置，如圖2所示的起始位置時，控制器以一定的斜率減小助力扭矩，直到到達最大角度或行程位置，助力扭矩減小手力矩增大，減慢到達極限位置的速度，從而避免機械沖擊，末端保護參數(shù)設定不合理，會導致保護角度過大或?qū)е轮α剡^大帶來沖擊異響，需實車進行標定。

末端保護的起始位置軟件中有兩種設定方式：一種是固定起始位置，如97%的最大方向盤轉(zhuǎn)角或最大齒條行程位置作為起始位置，即傳感器從方向盤從0°位置開始檢測，到達97%最大角度位置開始，假設方向盤左極限最大轉(zhuǎn)角為560°，97%位置即543.2°位置開始，保護角度為16.8°，這種方式起始位置相同，左右方向保護角度有偏差；另一種是固定保護角度，如設定末端保護角度為10°，即傳感器從極限位置角度開始計算，到達（最大角度-10）°位置開始，假設方向盤左極限最大轉(zhuǎn)角為560°，保護角度為10°，那么起始位置是550°位置，這種左右方向保護角度相同，但起始位置不同。

1.3 功能策略

末端保護功能開啟后，電動助力轉(zhuǎn)向控制器通過方向盤轉(zhuǎn)角（或齒條）的位置、方向盤轉(zhuǎn)速或齒條移動速度，根據(jù)不同末端保護系數(shù)，與整車基礎助力曲線進行耦合，計算出末端保護輸出力矩，實現(xiàn)整車末端位置的緩慢停止。末端保護輸出的力矩，主要由方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)速及基礎助力扭矩三方面影響，功能邏輯關系如圖3所示。角度越接近極限位置，輸出扭矩越小，角速度越大，輸出扭矩越小，基礎助力越小，輸出扭矩越小。

1.4 對整車影響

目前各主機廠都實施平臺化模塊化架構(gòu)開發(fā)，平臺模態(tài)件最大通用化，既保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定同時可以減少開發(fā)周期和成本，而作為軟件衍生出來的末端保護功能，很容易被忽略和遺忘，想當然認為平臺架構(gòu)件，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒條行程位置不變，末端保護功能可以直接沿用，導致沒有進行驗收確認。實際上同一套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（末端保護參數(shù)不變），裝配大載荷車型，如果不進行標定，會導致末端輸出扭矩不夠，會出現(xiàn)末端保護介入過早，影響整車轉(zhuǎn)向角度，影響整車操縱性；裝配在小載荷車型，會導致末端輸出扭矩過大，會出現(xiàn)沖擊異響，影響整車操縱舒適性和零件壽命。

末端保護的輸出扭矩與基礎助力扭矩兩者之間關系可用系數(shù)表示，關系用式（1）表示：

（1）

式中，是末端保護輸出扭矩，單位N.m；是基礎助力扭矩，單位N.m；是與方向盤轉(zhuǎn)速和齒條行程相關的末端保護保護系數(shù)。

2 問題案例

案例描述：以主機廠某款車型為例說明，車型代號分別為A車型和B車型，其中B車型為A車的改款車型，底盤硬點、轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)、軟件架構(gòu)、轉(zhuǎn)向附加功能均與A車型一致，滿載前軸荷在A車型基礎上增加約100kg，B車型重新標定轉(zhuǎn)向手感后，在末端-20°位置，方向盤無法轉(zhuǎn)動方向到極限位置，影響整車操作性，要求B車型與A車型獲得相同的手感。

通過實車采用CANoe接口進行CAN報文讀取，對輸出進行數(shù)據(jù)整理，從圖4輸出力矩的實測數(shù)據(jù)看出，接近齒條極限位置附近，B車型的Te扭矩與A車型接近，由于B車型載荷大負載大，因此，B車型末端手力比A車型大。

3 優(yōu)化方案及驗證

3.1 γ系數(shù)

基于B車型現(xiàn)有手感標定數(shù)據(jù)、基礎助力扭矩和行程位置λ不變的情況下，調(diào)整極限位置附近的γ系數(shù)，增加助力扭矩Te，減小方向盤操作手力，調(diào)整后的系數(shù)如圖5所示。

由于B車型較A車型整車負載大，上調(diào)極限位置附近γ系數(shù)后，不同方向盤轉(zhuǎn)速下助力扭矩Te會增大，方向盤手力矩降低。上調(diào)γ系數(shù)后95%最大方向盤轉(zhuǎn)角、97%最大方向盤轉(zhuǎn)角位置和98%最大方向盤轉(zhuǎn)角位置，所需的理論助力扭矩Te分別是61.1N.m、49.59N.m和39.68N.m，均得到提高，如圖6所示，因此，調(diào)整γ系數(shù)，調(diào)整助力扭矩Te，從而調(diào)整對應位置的手力矩，實現(xiàn)整車可接受的末端保護保護角度。

因此，基于B車型轉(zhuǎn)向手感標定參數(shù)、基礎助力扭矩Ts及行程位置λ不變，調(diào)整極限位置附近γ系數(shù)， B車型與A車型獲得相同的保護角度（98%最大方向盤轉(zhuǎn)角位置）。

3.2 基礎助力Ts

假設本案例中，B車型可以重新進行手感調(diào)校，基礎助力扭矩Ts可調(diào)，行程位置λ和γ系數(shù)均不調(diào)整情況下，使得B車型與A車型手感力矩相當?；A助力手感力矩重新調(diào)校后，如圖7所示，B車型的助力扭矩值Te，基礎助力扭矩增大約3N.m，98%最大齒條行程位置助力扭矩Te約為41N.m。

因此，調(diào)整B車型最大基礎助力扭矩Ts到68.46N.m，其他均沿用A車型參數(shù)，同樣可以達到與A車型相同的末端保護保護角度，基礎助力扭矩Ts調(diào)整，可以解決該問題，會影響其他補償功能，需重新調(diào)校和驗證，實際并未采用該方案。

3.3 行程位置λ

基于B車型轉(zhuǎn)向手感及固定的基礎助力扭矩Ts，調(diào)整行程位置λ系數(shù)及與之對應的是γ系數(shù)是實現(xiàn)末端保護功能，減小末端保護角度。λ、γ系數(shù)調(diào)整后如圖8所示，手力矩如圖9所示。

因此，起始位置λ接近99.5%的最大極限位置時，對應的方向盤手力矩與A車實測98%位置手力距相當，此時保護角度約為-5°，保護角度偏小。

4 結(jié)論

通過對末端保護功能來源、原理、策略及影響因素的研究，結(jié)合實車出現(xiàn)的末端保護問題，從影響末端保護功能的三方面因素制定優(yōu)化措施，通過大量數(shù)據(jù)的采集和實車主觀評價驗證，確定優(yōu)化措施有效，最終從成本周期費用綜合考慮，選取優(yōu)化方案一，調(diào)整γ系數(shù)。通過本次對末端保護功能的理論研究到實車的優(yōu)化應用，總結(jié)得出以下結(jié)論：

（1）末端保護功能作為轉(zhuǎn)向電控功能之一，其重要性與轉(zhuǎn)向其他軟件功能同等重要，保護的角度過大或過小會直接影響整車操穩(wěn)性能。

（2）改款車型或平臺沿用時，特別是載荷發(fā)生變化，重點考慮標定手感力矩差異對末端保護功能影響，手感標定后需要對末端保護功能進行標定、驗證和確認。

電動助力轉(zhuǎn)向控制策略是在傳感器信號性能以及控制器良好的前提下進行控制分析，但是汽車在行駛過程中的不可變因素很多，這時系統(tǒng)故障診斷與容錯控制策略研究就顯得尤為重要，因此如何進一步提高系統(tǒng)對故障的檢測能力和容錯能力仍需進一步研究。

本文研究的意義，為后續(xù)末端保護功能的開發(fā)提供了寶貴經(jīng)驗，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)其它軟件功能同樣有借鑒意義，在以后電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電控功能開發(fā)過程中，通過合理設計和充分驗證，推動電動助力轉(zhuǎn)向技術向更先進、更智能的未來發(fā)展邁進，實現(xiàn)整車性能最優(yōu)，為顧客提供更好的價值體驗。

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