浅析电动助力转向标定在轻卡中的应用

浅析电动助力转向标定在轻卡中的应用

封海庆、高鹏、卜伟华、张叶、方明乐

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽，合肥，230601）

摘要：随着某轻卡制造基地轻卡产品升级及功能配置提升，电动助力转向装置广泛应用于高端轻卡、新能源轻卡产品。EPS在生产制造合格后生产厂家会对EPS中的转角传感器进行初始化设置，而汽车转向系统的相对零点位置在汽车生产下线定位参数调整完成后才能被最终确定，这导致EPS转角传感器与转向系统不匹配，所以在整车下线后，EPS相对零点位置需与整车位置重新匹配，即EPS工艺标定。本文通过某轻卡生产基地为例，浅析了EPS在轻卡生产中的工艺标定及新探索的自学习标定模式。

关键词：EPS装置、工艺标定、自学习标定

1应用背景

转向系统是汽车的重要组成系统，它的性能对行车安全和汽车行驶的的稳固性有重要影响，是保持汽车行驶方向、完成汽车转向的重要组成系统。常见的动力转向系统主要有机械液压式、电子液压式、电动式和线控式四类【1】，为了精简转向系统结构、减少成本、克服液压动力系统的缺点，开发了由电机直接提供助力的转向系统，即电动助力转向系统。

电动助力转向系统（简称EPS）是20世纪80年代提出的，该系统主要由车速传感器、扭矩传感器、助力机械装置、转向助力电机和微电脑控制单元等装置组成，由电动助力机直接提供为汽车转向系统提供助力。EPS装置构成相对于传统的液压动力转向系统，取消了其必需的动力转向油泵、软管、液压油等装置，实现了汽车转向系统的轻量化设计，在提供转向助力的过程中动力经过的环节更少，此过程能量损耗较低，符合全新绿色环保的汽车新设计理念。此外，EPS系统还具有调校简单、装配灵活的生产装配特性和可在多种工况下提供转向助力的功能特性【3】。正是基于上述特点，作为转向新技术的电动助力转向系统在乘用车市场已经普及，商用车市场客户随着汽车配置的升级迭代，对于产品舒适性的要求越来越高，EPS系统也逐步应用于商用车领域。

在此汽车智能化网联化发展的新形势之下，某轻型商用车先进制造基地积极开发设计，将EPS电动助力转向装置搭载于传统燃油轻卡、小型轿卡、混动轻卡产品、纯电轻卡产品、氢电平台轻卡产品全系列产品，在此背景之下本研究团队展开电动助力转向装置的工艺标定研究。

2 EPS工作原理

EPS 装置一般由机械转向装置、电动机、减速器、方向盘扭矩传感器和电控单元（ECU）等组成【2】，具体功能介绍如表1。

表1 EPS装置简介表

当驾驶者转动方向盘时，转向轴上的扭矩传感器检测出转向轴上的扭矩大小，并将扭力大小与车速讯息一起传递给 ECU。通过得到的扭矩及车速讯息，ECU可以根据设置好的助力特性调整助力大小。ECU向电机控制器输入目标电流信号，控制器将目标电流与电机实际电流进行比对后生成偏差信号，同时将此信号传递给驱动电机的电机驱动电路，并将控制电流提供给电机，使电机输出对应转矩。电机的助力矩经过离合器和减速器后，输入到车辆的转向器上，和驾驶员的手力矩进行耦合，共同克服转向阻力，完成转向工作。

电动机装置在汽车进行直线行驶时休眠不工作，EPS系统处于stand状态；安装在汽车转向轴上的扭矩传感器在操纵转向盘时会不断检测转向轴上的扭矩，并由此产生一个扭矩信号，与车速信号和发动机转速信号同时输入电子控制单元，由控制器中的微处理器根据输入信号进行运算处理，确定助力扭矩的大小和方向，也就是选定电动机的电流和转向。在汽车的转向机构上施加电动机的转矩后，使之得到一个与工况相适应的转向作用力【4】。

如果EPS系统发生故障，控制器会立即保护并亮起EPS状态灯，确保安全操舵，EPS系统需在发动机起动和系统无故障情况下才能有助力功能。

3 EPS的工艺标定

3.1 EPS工艺标定原理

EPS所搭载的扭矩传感器集成转矩和转角传感器，EPS出厂时会对转角传感器进行初始零点标定，而整车的转向系统相对位置只有在汽车生产下线定位参数调整完成后才能最终确定，这时转角传感器与转向系统不匹配，整车下线后需对转角传感器重新进行零点标定，以上扭矩传感器中转角传感器与整车转向系统重新匹配的过程，称为EPS工艺标定。

EPS 主要根据各传感器的信号对助力电机进行动态化的实时控制，CAN 总线的数据交换网采用基于优先竞争的方案，可满足不同控制单元节点对数据更新速率和控制周期不同的要求。因此开发基于CAN-BUS通信开发的EPS 标定系统能够保证信息的传输速率，符合 EPS 控制的实时性与可靠性要求。通过OBD接口连接标定设备，通过CAN线传递信息确认

ECU与EPS状态，确认无误后标定设备通过CAN线向转角传感器输送信息重新进行零点标定，完成后EPS转角传感器与转向系统相匹配。

3.2 EPS多功能标定盒标定

EPS多功能标定盒由各电动助力转向装置供应商配套提供，其主要功能是对EPS进行中位角度标定，以及可进行读清相关故障码、车速设定、发动机设定、力矩标定、相关版本号的读取，在此主要运用的功能是中位角度标定以及读清相关故障码。

EPS多功能标定盒进行标定前，需满足以下条件：车辆下线后，进入试车跑道试车，确保车辆无行驶跑偏状态，并将方向盘调整至中间位置。车辆在平整路面上以45Km/h的速度直行3s，确保车轮摆正后熄火停车，钥匙置于OFF档。具体的标定流程如下：

（1）将EPS多功能检测仪线束连接至车辆诊断接口，确保线束连接可靠，然后将钥匙置于ON档或者发动机怠速状态；

（2）点击屏幕“点击进入”按钮；

（3）根据整车的通讯方式点击屏幕“CAN”按钮或“K线”按钮；

（4）根据整车实际配置控制器型号进行选择，选择车型号

（5）点击屏幕“转角标定”按钮，系统自动进行标定；

（6）当检测仪界面出现图中所示界面，接收栏出现代码时，则说明EPS系统转角标定成功；

（7）钥匙旋转至OFF档，再拔出诊断仪线束即完成转角标定全过程。

图1EPS多功能标定盒标定过程图

运用EPS多功能标定仪进行EPS中位标定简易方便，但各厂家间不可以通用使用，在车型排产较为繁琐的生产线使用需要配备多家厂商的EPS多功能标定仪，员工需要辨别车型、厂商进行选择，在新产品上线前需要针对性更新EPS多功能标定仪程序，对于新车型新产品的EPS标定存在一定局限性。

3.3 上位机标定

上位机软件是电动助力转向装置厂家提供的专业标定软件，其标定条件为车辆在平直路面上以45Km/h的速度直行3s，行驶无跑偏后挺稳驻车。使用电脑上位机进行旋向标定流程，使用周立功CANⅡ＋，使用0通道。将CAN高、CAN低通讯线连接到整车OBD端口。打开EPS标定上位机，根据车型选择波特率后点击“连接”，点击“默认模式”，点击“扩展会话模式”，点击“安全访问”，点击“方向盘角度标 0”，最后点击“角度标 0 结果”，该界面显示“方向盘角度标 0 成功”即表示转向中位标定成功。但根据相关安规规定，此标定方法仅可用于研发试制、返工返修，同时在一线配置笔记本电脑以及上位机标定程序操作较为复杂，故此标定方法不能在生产一线大范围使用。

3.4 EOL设备标定

现有EPS的上位机标定方法程序的原理是基于CAN总线传输的CPP协定，与博世开发的EOL系统兼容具有可行性，在EOL标定设备中开发EPS标定板块即可满足EPS标定需求。

运用EPS进行标定，需要进行车辆准备工作：车辆下线后，进入试车跑道试车，确保车辆无行驶跑偏状态，并将方向盘调整至中间位置。车辆在平整路面上以45km/h的速度直行3s，确保车轮摆正后熄火停车，钥匙置于OFF档，具体标定流程如下：

（1）将EOL线束连接至车辆诊断接口，确保线束连接可靠，然后将钥匙置于ON档或者发动机怠速状态；

（2）进入EOL返修模式；

（3）点击“扫码”按钮，扫描装配卡上的VIN条形码；

（4）点击“执行”按钮进入标定界面；

（5）按照屏幕提示“是否具备EPS标定条件（OK/NOK）”，确认车辆车轮是否为直行状态，方向盘是否在中间位置，确认完毕后点击“OK”按钮；

（6）按照屏幕提示“是否具备EPS标定条件（OK）”，再次确认车辆车轮是否为直行状态，方向盘是否在中间位置，确认完毕后点击“OK”按钮；

（7）系统开始自动标定，标定完成后若屏幕显示绿色则表示标定成功，若显示红色则表示标定不成功，需排查故障后再进行标定；

（8）钥匙旋转至OFF档，再拔出EOL线束即完成转角标定全过程。（必须先断电再拔线，否则标定数据将无法保存至EPS的ECU）。

图2 EOL标定过程

3.4 道路自学习标定

道路自学习标定是指车辆在行驶过程中，车辆按照一定的行驶条件完成一段直线路行驶即可完成EPS电动助力转向装置中位标定，此标定方法需要厂家在进行道路自学习标定前需在EPS控制器上写入相关自学习程序，开放相关控制器权限。目前，某轻型商用车制造基地结合自身制造条件与供应商厂家积极交流，形成具有企业特色的自学习标定方案，具体方案如下：

车辆在路试阶段，在直线跑道上将方向盘打正，保持45km/h的速度行驶3S以上，在此期间保持方向盘居中不动，方向盘手力小于1N·m，待仪表盘上EPS转角未标定指示灯状态由红变暗则EPS电动助力转向装置标定完成。

此标定方法在进行现场工艺标定时无需辨别车型、使用设备，在路试阶段无需停顿驻车标定，缩短了该工序标定时间，减小了路试停车时的安全隐患，在进行生产一线工艺标定时在时间效率及便利性上具有较大便利性。

3.5 EPS工艺标定生产方案

基于调试模块调试设备整合统一的大趋势，结合新港基地生产现状，对EPS工艺标定方案提出“自学习标定+EPS多功能标定仪返工返修”的标定方案。首先对仍在使用的EPS型号加以辨别，区分其能否进行自学习标定，对搭载自学习程序的车型进行验证切换，对可以写入自学习程序的车型要求厂家写入自学习程序进行切换，对于不可转化自学习的EPS控制器要求设计方对其进行淘汰更新处理。在此基础上要求厂家对EPS自学习标定条件进行统一化设置，特殊要求的车型加以区分。同时对不能自学习的车辆使用EPS多功能标定仪进行标定，并且由于自学习标定没有清除误标重新标定的功能，需要EPS多功能标定仪进行清除误标操作，EPS多功能标定仪进行返工返修工作。

具体的标定流程如下图所示：

图3 EPS标定策略路程图

4 总结

当下因EPS总成主要由供应商提供，本轻型商用车制造基地的主要工作为EPS的安装和标定，EPS的安装方式较为统一，在工艺标定方面提出“自学习标定+EPS多功能标定仪返工返修”的工艺标定方案，EOL整合方案同步推进，为EPS电子转向系统的进一步发展做好技术准备。同时也应与EPS供应商厂家进行更深层次的合作，在EPS标定程序开发方面寻求更为有效的帮助，也为新能源轻卡的进一步智能化发展、自动驾驶技术升级做好准备。

在科技快速发展的时代背景之下未来轻型商用车转向系统的发展必将是趋于智能化、线控化、舒适化、个性化。在国内外厂商和研究机构对轻型商用车转向系统的研究探索较为空白的时代背景之下，本轻型商用车制造基地应率先攻难，依托近些年来电机技术的进步，对液压助力转向系统、电动液压助力转向系统和电动助力转向系统进行系统化的研究，打破EPS在轻卡领域使用困难的僵局，抓住线控转向系统在轻型商用车上的应用前景，进一步打造出绿色节能、先进智能、舒适安全、用户满意的新能源轻卡产品。

参考文献：

[1]何杰.考虑多因素的商用车EPS系统控制策略研究.2021.长安大学,MA thesis.

[2]黄军成.电控助力转向系统的探讨研究[J].消费导刊,2010(08):234.

[3]陆云龙. 基于事件驱动的电动助力转向系统助力电机跟踪控制[D].同济大学,2014.

[4]张林立,赵阳,时光等.电动助力转向系统标定工艺设计研究[J].汽车工艺与材料,2013(03):47-49.