转向传感器引起方向盘抖动研究

于金生

摘 要：本文介绍了转向传感器对电动转向系统性能的影响，基于某款车型电动转向系统开发过程中由于转向传感器信号异常导致的转向抖动的失效模式，分析产生方向盘抖动的原因并提出相应的解决措施。

关键词：电动助力转向系统；转向传感器；方向盘；抖动

中图分类号： U463 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-169-2

0 引言

电动转向系统（EPS）是近年来迅速发展并逐渐取代液压助力转向系统的一种新型动力转向装置。当前，电动转向系统主要用于轻型车和经济型轿车上。根据车型的不同，使用电动助力系统能够降低燃油费用达5%-10%。

电动转向系统由电子控制单元（ECU）、电动机、扭矩传感器、蜗轮蜗杆等组成。在电动转向系统中，传感器的作用是：探测司机转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，并将此信息转换为电信号传送到电子控制单元（ECU）。ECU根据转向传感器的信号及车速信号进行分析运算与判断，决定驱动电机的回转力与回转方向。因此，传感器是电动转向系统中最重要的器件之一。方向盘转角传感器是汽车动力学稳定性控制系统的重要组成部分，其精度和稳定性直接关系着行车安全[1]。

1 问题描述

对某款配置电动转向系统的车型耐久试验情况进行跟踪，在6500公里时试验司机反馈，车辆在直线行驶过程中出现偶发方向盘抖动问题。

2 问题原因分析

方向盘转角传感器输出信号的编码方式有两种，一种是绝对值编码方式，还有一种是相对值编码方式，也叫增量式编码方式[2]。该车型选用的为增量式编码方式。通过应用CANoe工具采集相应ECU信号。（图1）

其中，红色曲线为阻尼模块输出电流，蓝色曲线为最终输出的目标电流。在272.8s时阻尼电流突升至5A，几乎接近阻尼模块输出电流上限7A，该电流的输出导致目标电流也突变为5A。至此，将此问题锁定为阻尼模块输出的突变引起。

3 失效原因排查

其中红色曲线为阻尼补偿模块输出电流，蓝色曲线为方向盘转速信号，紫色曲线为S信号占空比，在61.696s时，S信号占空比由80%突降为27.5%，后又恢复为80%。在S信号突变后，由S信号计算获得的方向盘转速信号由0°/s突变为-1780°/s，而由方向盘转速信号计算获得的阻尼补偿电流由0A突变为5.665A而后又变为-7A，而待S信号恢复正常后，阻尼补偿信号随即也恢复正常0A。在此异常过程中，电流由正值突变为负值，从而产生方向盘抖动。由此可见，方向盘抖动是因为S信号异常造成的。

4 方案确定

其中，红色曲线为S信号占空比，紫色曲线为P信号占空比，蓝色曲线为阻尼模块所算出的阻尼电流，绿色曲线为由S信号所算出的方向盘转速。由图3知，在产生抖动时，S信号出现突变，引起方向盘转速突变，导致阻尼模块所算的阻尼电流突变，最终产生了方向盘抖动。但对比P信号发现，P信号占空比正常，没有出现突变情况。

目前，ECU程序内部与角度相关的模块有：回正模块、阻尼模块。其中，回正模块采用P信号进行计算获得回正电流，阻尼模块采用S信号进行计算获得阻尼电流。影响手感抖动的原因由阻尼模块引起，其中，阻尼模块主要是利用S信号计算得到的方向盘转速信号与各车速下的阻尼系数进行乘积获得。根据前期测试，发现出现抖动时，S信号的占空比会有突变，而P信号的占空比正常。因此，决定选用P信号取代S信号进行方向盘转速的计算。而回正模块与阻尼模块相互独立，所以用P信号进行方向盘转速计算不会影响回正模块的使用。

变更信号后实车测试波形如下（图4，图5）：

通过调整角度信号，提升了角度的稳定性，彻底解决了抖动的问题，通过台架及实车对ECU程序内部与角度相关的模块（回正模块、阻尼模块）。将P信号应用到阻尼模块进行计算获得阻尼电流，实现阻尼模块同样利用P信号计算得到的方向盘转速信号与各车速下的阻尼系数进行乘积获得。根据实车期测试，P信号的占空比没有突变。因此，选用P信号取代S信号进行方向盘转速的计算，彻底规避了抖动的问题。

5 结论

通过本文的分析明确了该车方向盘偶尔抖动问题是由转向系统转向传感器S信号异常引起的，通过应用P信号代替S信号后，彻底解决了方向盘偶尔抖动的问题，为以后解决此类问题提供了宝贵的经验。

参 考 文 献

[1] 杨财，周艳霞.方向盘转角传感器研究进展[J].传感器与微系统，2007.

[2] MadniAM，WellsR F.An advanced stee-

ring-wheel sensor[J].SENSORS，2000，17（2）：1-7.