專利名稱：采用pwm變頻策略驅(qū)動(dòng)pmsm的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車技術(shù)領(lǐng)域，涉及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System，簡(jiǎn)稱EPS)，尤其是一種采用脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱PWM)變 頻策略驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor，簡(jiǎn)稱PMSM)的電動(dòng)助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(主要包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向器， 轉(zhuǎn)向拉桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向輪)加裝扭矩傳感器，電子控制單元(Electronic Control Unit，簡(jiǎn)稱 ECU)，轉(zhuǎn)向助力電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)組成。其中，扭矩傳感器安裝于轉(zhuǎn)向軸上以檢測(cè)駕駛員操 縱力矩；電子控制單元根據(jù)當(dāng)前的車輛行駛狀況以及操縱力矩大小計(jì)算出需要給助力電機(jī) 提供的驅(qū)動(dòng)電流值；助力電機(jī)可安裝在轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)給駕駛員提供助 力力矩。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常用的助力電機(jī)包括有刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)。有刷直流 電機(jī)成本較低、控制簡(jiǎn)單，但是由于機(jī)械換向器和電刷的存在會(huì)引起換向火花、發(fā)熱較大、 扭矩波動(dòng)等不利影響，所以一般用于要求扭矩輸出不大的EPS。永磁同步電動(dòng)機(jī)與直流電機(jī) 相比較具有如下優(yōu)點(diǎn)比功率(單位體積所能發(fā)出的功率)大、扭矩波動(dòng)小、發(fā)熱少且散熱 容易、快速響應(yīng)能力好等，常用于對(duì)性能和功率要求較高的中高級(jí)車EPS。EPS助力電機(jī)一 般采用PWM技術(shù)通過(guò)E⑶上的逆變電路驅(qū)動(dòng)。PWM技術(shù)的基本原理是利用高頻載波(一般為三角波)與控制波進(jìn)行比較，從 而產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調(diào)制的PWM波。目前很多數(shù)字芯片硬件自帶固定周期改變占空比的PWM發(fā)生 電路。在PWM控制下，控制器三相逆變橋上的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Metal Oxide Semicoductor Field Effect Transistor，簡(jiǎn)稱M0SFET)持續(xù)執(zhí)行導(dǎo)通、關(guān)斷動(dòng)作以產(chǎn)生控 制器所要求的電壓輸出波形。在導(dǎo)通、關(guān)斷過(guò)程中MOSFET會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。因此PWM頻 率越高，MOSFET導(dǎo)通、關(guān)斷越頻繁，ECU的整體發(fā)熱量就越大。另外由于死區(qū)時(shí)間的存在， MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間總是比理想的時(shí)間稍短，這導(dǎo)致逆變橋的輸出電壓低于理想電壓，電壓 利用不夠充分。由于PWM載波頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁噪聲影響駕駛舒適感，傳統(tǒng)的EPS —般采用 較高載波頻率的PWM來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣就帶來(lái)ECU發(fā)熱較大、電壓利用不充分等問(wèn)題，影響 EPS的功率輸出能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在兼顧EPS低電磁噪聲的同時(shí)降低ECU發(fā)熱量、提高系統(tǒng)功率輸 出能力，提供一種永磁同步電機(jī)助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的PWM變頻策略。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種采用PWM變頻策略驅(qū)動(dòng)PMSM的電動(dòng) 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以評(píng)測(cè)EPS在不同工況下的主要性能要求，提取相關(guān)信號(hào)設(shè)計(jì)EPS工況判定算法，根據(jù)不同工況實(shí)現(xiàn)PWM變頻策略。相關(guān)信號(hào)包括控制電壓矢量幅值和ECU 溫度。(其中控制電壓矢量幅值通過(guò)控制算法輸出的電壓三相相電壓換算得到。由于是直 接利用控制算法的輸出，節(jié)省了硬件電壓傳感器的成本。)判定算法規(guī)定，當(dāng)上述任一信號(hào)超過(guò)門限值時(shí)，需要降低PWM頻率，提高電壓利用 率或者減小ECU發(fā)熱量。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)都低于門限值時(shí)，則提高PWM頻率，降低ECU的電磁噪 聲。為了避免信號(hào)在門限值附近波動(dòng)造成的判定結(jié)果頻繁變化，判定算法采用了“遲滯”設(shè) 計(jì)。該發(fā)明的特點(diǎn)是對(duì)EPS軟件策略作了補(bǔ)充，增加了 PWM變頻策略，使EPS能更好地滿足 不同工況下的主要性能要求。該策略的判定條件符合EPS的實(shí)際運(yùn)行情況，可以達(dá)到“兼顧 低電磁噪聲、低ECU發(fā)熱量、高系統(tǒng)功率輸出能力”的目的。其中特別設(shè)計(jì)的“遲滯”判定方 法有效地避免了 PWM頻率的頻繁變化。具體方案如下一種采用PWM變頻策略驅(qū)動(dòng)PMSM的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包 括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向拉桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向輪、扭矩傳感器，電子控制單元，轉(zhuǎn)向助力電 機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)組成，其中，扭矩傳感器安裝于轉(zhuǎn)向軸上以檢測(cè)駕駛員操縱力矩；電子控制 單元根據(jù)當(dāng)前的車輛行駛狀況以及操縱力矩大小計(jì)算出需要給助力電機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)電流 值；助力電機(jī)可安裝在轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)給駕駛員提供助力力矩；所述轉(zhuǎn) 向助力電機(jī)為永磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包含PWM變頻策略，該變 頻策略采用永磁同步電機(jī)的電壓矢量幅值和ECU溫度信號(hào)，并通過(guò)一判定算法，來(lái)決定電 子控制單元何時(shí)采用較高的PWM頻率、何時(shí)采用較低的PWM頻率。所述電壓矢量幅值由dq軸控制電壓信號(hào)換算得到，其中算法為Vamp = ^Vd2 +Vq2其中Vamp-電壓矢量幅值；Vd-d軸控制電壓；Vq-q軸控制電壓。所述判定算法將電壓矢量幅值信號(hào)和ECU溫度信號(hào)分別與規(guī)定好的門限值進(jìn)行 比較，只要任一信號(hào)大于門限值，控制器采用較低的PWM頻率；反之采用較高的PWM頻率。所述門限值是一個(gè)遲滯比較器。該遲滯比較器具有上限值和下限值；當(dāng)輸入信號(hào) 高于上限值時(shí)判定為“高”，低于下限值時(shí)判定為“低”，介于上、下限值之間時(shí)維持之前的判 斷。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是在不需要改動(dòng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)的硬件和已有軟件策略的前提下，通過(guò)增加PWM變頻策略，優(yōu)化了不同工況下電動(dòng)助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。


圖1是本發(fā)明的判定算法原理圖
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例子作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本實(shí)施例子并不 用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)以及相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍
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一種采用PWM變頻策略驅(qū)動(dòng)PMSM的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以評(píng)測(cè)EPS在 不同工況下的主要性能要求，提取相關(guān)信號(hào)設(shè)計(jì)EPS工況判定算法，根據(jù)不同工況實(shí)現(xiàn)PWM 變頻策略。相關(guān)信號(hào)包括控制電壓矢量幅值和ECU溫度。其中控制電壓矢量幅值通過(guò)控制 算法輸出的dq軸控制電壓換算得到。由于是直接利用控制算法的輸出，節(jié)省了硬件電壓傳 感器的成本。具體控制算法為Vamp = Vd2 +Vq1其中Vamp-電壓矢量幅值；Vd-d軸控制電壓；Vq-q軸控制電壓。如圖1所示的判定算法原理圖。由兩個(gè)遲滯比較器對(duì)輸入的電壓矢量幅值和E⑶ 溫度進(jìn)行判斷，若高于門限值則輸出“高”(1)，反之輸出“低”(0)。在本實(shí)施例子中對(duì)電壓 矢量幅值的比較上限為11V，下限為IOV ;E⑶溫度的比較上限為100°C，下限為80°C。兩個(gè) 遲滯比較器的輸出經(jīng)過(guò)邏輯“或”以后得到判定結(jié)果。若判定為“高”(1)，采用較低的PWM 頻率，在本實(shí)施例子中為IOkHz ；若判定為“低”(0)，采用較高的PWM頻率，在本實(shí)施例子中 為 20kHz。上述實(shí)施例子的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。 熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般 原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本 領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種采用PWM變頻策略驅(qū)動(dòng)PMSM的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向拉桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向輪、扭矩傳感器，電子控制單元，轉(zhuǎn)向助力電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)組成，其中，扭矩傳感器安裝于轉(zhuǎn)向軸上以檢測(cè)駕駛員操縱力矩；電子控制單元根據(jù)當(dāng)前的車輛行駛狀況以及操縱力矩大小計(jì)算出需要給助力電機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)電流值；助力電機(jī)可安裝在轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)給駕駛員提供助力力矩；所述轉(zhuǎn)向助力電機(jī)為永磁同步電機(jī)，其特征在于，所述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包含PWM變頻策略，該變頻策略采用永磁同步電機(jī)的電壓矢量幅值和ECU溫度信號(hào)，并通過(guò)一判定算法，來(lái)決定電子控制單元何時(shí)采用較高的PWM頻率、何時(shí)采用較低的PWM頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PWM變頻策略驅(qū)動(dòng)PMSM的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在 于，所述電壓矢量幅值d軸控制電壓由換算得到，其中算法為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用PWM變頻策略驅(qū)動(dòng)PMSM的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在 于，所述d軸控制電壓來(lái)自包含采用park變換的解耦算法在內(nèi)的控制算法的輸出電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PWM變頻策略驅(qū)動(dòng)PMSM的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在 于，所述判定算法將電壓矢量幅值信號(hào)和ECU溫度信號(hào)分別與規(guī)定好的門限值進(jìn)行比較， 只要任一信號(hào)大于門限值，控制器采用較低的PWM頻率；反之采用較高的PWM頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用PWM變頻策略驅(qū)動(dòng)PMSM的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在 于，所述門限值是一個(gè)遲滯比較器，該遲滯比較器具有上限值和下限值；當(dāng)輸入信號(hào)高于上 限值時(shí)判定為“高”，低于下限值時(shí)判定為“低”，介于上、下限值之間時(shí)維持之前的判斷。
全文摘要
本發(fā)明是一種采用PWM變頻策略驅(qū)動(dòng)PMSM的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本發(fā)明中的變頻策略可以根據(jù)不同工況改變永磁同步電機(jī)助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的三相逆變橋的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱PWM)的載波頻率，以使得電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器獲得降低發(fā)熱量、提高功率輸出能力和減小電磁噪聲的平衡。
文檔編號(hào)B62D6/10GK101934814SQ200910054149
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者羅旋, 陳慧, 龔小平 申請(qǐng)人:上海羅冠電子有限公司