CN101722985B - 在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了一种在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置。所述联锁装置仅需要在三相反馈电流值中选取两相电流值，并从用于三相反馈电流值的三字段整流定位值中选取单一字段的整流定位值，即能够产生输出扭矩电流实现转向系统的互锁功能。本发明所述联锁装置从电流传感器接收到三相反馈电流值，并从整流定位传感器接收到用于三字段三相电流反馈电流值的整流定位值，其中的两相电流值和用于单字段单相反馈电流的整流定位值被采用了相对廉价处理器的联锁装置采集并用于生成输出扭矩电流值。

Description

在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置
【技术领域】
本发明涉及一种在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置，尤其涉及一种在系统处于非正常状态下通过执行连锁功能抑制电动助力转向系统工作以确保驾驶者的安全。
【背景技术】
附图1所示是用于车辆的电动助力转向(EPS：electric power steering)系统内部结构的框图。所述电动助力转向系统包括一扭矩传感器(torque sensor)110，一电子控制单元120以及一电动助力转向马达130。电子控制单元120包括一微控制单元122，一马达驱动器124、一传统的联锁装置126以及一电流传感器128。在上述部件中，传统的联锁装置126在系统处于非正常状态的情况下将阻止电动助力转向系统的运转以确保驾驶者的安全。
具体地说，传统的联锁装置126用于监视微控制单元122对电动助力转向马达130的控制是否处于正常状态(控制允许区间)。如附图2所示为扭矩传感器输出电流值和从电动助力转向马达130反馈的电流值之间所进行的比较，能够看出当电动助力转向马达130输出电流值与扭矩传感器的输出电流值之间的比值处于异常范围(控制禁止区间)的情况下，传统的联锁装置126将不再顾及微控制单元122的控制而将电动助力转向马达130的输出扭矩调整到正常的范围。
如果电动助力转向马达130具有三个相位，即使输出扭矩保持不变，电流传感器128探测到的反馈电流值仍然表现出随着马达的转子处于不同的位置而发生变化的特点。
传统的联锁装置126被设定用于监视电动助力转向马达130的输出扭矩。三相马达的相电流值包括ia、ib和ic，如附图3所示，采用以转子的精确位置“θ”为变量的克拉克(Clark)变换和帕克(Park)变换将这些电流的反馈电流转化成两种电流值或者具有实部和虚部的一个复数电流值，分别是输出扭矩电流值(参见附图3中的iq)和无功电流值(id)。据此，输出扭矩电流值被用来表示电动助力转向马达130的输出扭矩，与此同时无功电流值保持不变。此处，输出扭矩电流值表示施加在电动助力转向马达130的电流中能够转化成输出扭矩的有效电流的数值，而无功电流则表示施加在电动助力转向马达130的电流中不对输出扭矩做出贡献的部分。
电动助力转向系统中传统的联锁装置126必须能够执行附图3中所示的运算，并能够处理高精度马达定位传感器(例如一角度位移传感器)的信号。因此必须具有一高性能的处理器，以实现附图3中所示的运算，并能够对精确的马达定位传感器信号进行处理。
因此，必须采用高性能处理器的传统的联锁装置126提高了电动助力转向系统的单位制造成本。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明尝试提供了一种在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置，所述装置仅需要在三相反馈电流值中选取两相电流值，并从用于三相反馈电流值的三字段整流定位值中选取单一字段的整流定位值，即能够产生输出扭矩电流实现转向系统的互锁功能。
本发明提供了一种在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置，包括一数据接口，用于获得来自于电动助力转向系统中扭矩传感器的输出信号、来自于电动助力转向系统电流传感器的三相反馈电流Ia、Ib与Ic、以及来自于电子助力系统整流定位传感器的用于三相反馈电流的整流定位值；一存储器，用于存储能够在电动助力转向系统中实现联锁功能的程序；一控制器，用于通过执行在电动助力转向系统中实现联锁功能的程序，执行电动助力转向系统的可控联锁过程，采用三相反馈电流Ia、Ib和Ic的值计算出输出扭矩电流的绝对值，通过考察用于三相反馈电流中的某一相的整流定位值和与上述与用于该相的整流定位值所对应的三相反馈电流中的此相反馈电流的符号，决定输出扭矩电流的方向，进而将扭矩传感器的输出值与输出扭矩电流相比较。
本发明的优点在于，当从电流传感器接收到三相反馈电流值，并从整流定位传感器接收到用于三字段三相电流反馈电流值的整流定位值时，其中的两相电流值和用于单字段单相反馈电流的整流定位值被采用了相对廉价处理器的联锁装置采集并用于生成输出扭矩电流值，借此获得降低用于电动助力转向系统的电子控制单元制造成本的技术效果。。
【附图说明】
附图1是现有技术中用于车辆的电动助力转向系统内部结构的框图；
附图2是电动助力转向马达的控制允许区域和控制禁止区域的示意图；
附图3是传统的联锁装置中用于计算输出扭矩电流值的方程式；
附图4是本发明的一种具体实施方式中于车辆的电动助力转向系统内部结构的框图；
附图5是某一相反馈电流值的符号和与用于对该相反馈电流进行整流的定位值之间的关系。
【具体实施方式】
下面结合附图给出本发明的具体实施方式。在接下来的叙述中，尽管同样的元件会在不同的附图中出现，这些元件也将会被分配以同样的编号。进一步地说，在接下来对所揭露内容的叙述中，对于公知的功能和构造及其组合的叙述将会被省略，这可能会使得本发明所揭露的主题内容在一定程度上显得不够清楚。
附图4所示是本具体实施方式所述的联锁装置400的内部结构的示意框图。
与传统的联锁装置126不同的是，联锁装置400具有在扭矩传感器110、马达驱动器124以及电流传感器128之间适时地进行数据通信的功能。本具体实施方式所述的互锁装置400包括数据接口410、存储器430以及控制器420。
数据接口410执行向电动助力转向系统中多个传感器收发数据的工作，以及向马达驱动器124收发数据的工作。所述多个传感器包括扭矩传感器110、电流传感器128和整流定位传感器(图中未示出)。
总之，数据接口410接收到来自于扭矩传感器110的扭矩传感输出信号，来自于电流传感器128的三相反馈电流值以及来自于整流定位传感器(图中未示出)的用于修正三相反馈电流的定位信息，所述整流定位传感器包括一霍尔传感器。此外，数据接口410还可以传输给马达驱动器124一个由控制器430发出的联锁信号，以下将对此给予详细叙述。
上面的整流定位传感器用于输出整流定位值，所述定位值用于对三相反馈电流(例如三相电流霍尔传感器的信号数值Ha、Hb与Hc)进行整流，并向联锁装置400以及车辆的其他部件提供这些值。整流定位值可以具有三个字段，也可以只具有单一字段(对应于Ha、Hb与Hc中的一个，例如是Ha)，该单一字段用于代表单一相的反馈电流值，该反馈电流值与三相反馈电流中的某一个相的电流值相对应。
存储器420用于存储电动助力转向系统中的联锁执行程序。
控制器430用于运行电动助力转向系统中的联锁执行程序，以采用包括Ia、Ib与Ic在内的三相反馈电流中的Ia与Ib值计算输出扭矩电流的绝对值，并通过考察用于三相反馈电流中的某一相的整流定位值和与上述与用于该相的整流定位值所对应的三相反馈电流中的此相反馈电流的符号，决定输出扭矩电流的方向，进而将扭矩传感器的输出值与输出扭矩电流相比较，以实现电动助力转向系统的控制功能。
与此同时，如果扭矩传感器输出值中的输出扭矩电流值处于附图2所示的异常范围(控制禁止区间)，则控制器430产生一个用于操控马达驱动器124的联锁信号，并通过数据接口410将该信号传输到马达驱动器124。
以下给出本具体实施方式用到的公式(1)
i a 2 + i b 2 + i c 2 = 3 2 ( i q 2 + i d 2 )
i a 2 + i b 2 + i c 2 = 3 2 i q 2 , if i d = 0
| i q | = 2 3 ( i a 2 + i b 2 + i c 2 ) = 4 3 ( i a 2 + i b 2 + i a i b ) , ia+ib+ic＝0
为了计算输出扭矩电流的绝对值，控制器430利用了公式(1)所示的三相反馈电流平方和与输出扭矩电流(附图5中的Iq)平方与无功电流(附图5中的Id)平方之和的3/2倍相等的等式关系。在三相彼此之间相互平行的情况下，三相电流之和为零，并且微控制单元122将无功电流始终控制为零以保证电动助力转向系统130能够产生最大的输出扭矩。在此情况下，输出扭矩电流的绝对值的平方等于Ia的平方、Ib的平方与Ia、Ib乘积三者之和的4/3倍。
另一方面，控制器430采用本发明附图5所示的方法决定输出扭矩电流值的方向。
从附图5可以看出，如果某一相反馈电流的值是正的，并且对应于该相反馈电流的整流定位值是1，而随着该项反馈电流值转为负，与之对应的整流定位值变为0，则该输出扭矩电流值被定义为是顺时针方向；反之如果某一相反馈电流的值是负的，并且对应于该相反馈电流的整流定位值是1，随着该项反馈电流值转为正，与之对应的整流定位值变为0，则该输出扭矩电流值被定义为是逆时针方向。
换而言之，如果当某一相反馈电流的符号为正与对应于该相反馈电流的整流定位值是1这两个事件同时发生，并且某一相反馈电流的符号为负与对应的整流定位值是0这两个事件也同时发生，则电动助力转向马达130的转动被认为是顺时针方向的；反之如果当某一相反馈电流的符号为负与对应于该相反馈电流的整流定位值是1这两个事件同时发生，并且某一相反馈电流的符号为正与对应的整流定位值是0这两个事件也同时发生，则电动助力转向马达130的转动被认为是逆时针方向的。
如上所述，本发明所述具体实施方式中的联锁装置400仅需要在从电流传感器128中获得的三相反馈电流值中选取两相电流值，并从整流定位传感器(未示出)中获得的用于三相反馈电流值的三字段整流定位值中选取用于单相反馈电流的单一字段整流定位值，即能够计算出输出扭矩电流值。
因此，对于传统的联锁装置126而言，上述揭露的联锁装置400使电动助力转向系统成功地采用了相对低性能的处理器而达到同样的技术目的，其结果是降低电动助力转向系统电子控制单元制造成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、添加以及替换。本发明的保护范围不应限制于具体实施方式，而应当以权利要求所述的范围为准。
如上所述，所提供的技术内容可以被应用于电动助力转向系统领域。
当从电流传感器接收到三相反馈电流值，并从整流定位传感器接收到用于三字段三相电流反馈电流值的整流定位值时，其中的两相电流值和用于单字段单相反馈电流的整流定位值被采用了相对廉价的处理器的联锁装置采集并用于生成输出扭矩电流值，借此获得降低用于电动助力转向系统的电子控制单元制造成本的技术效果。

Claims (4)

1.一种在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置，其特征在于，包括：
一数据接口，用于获得来自于电动助力转向系统中扭矩传感器的输出信号、来自于电动助力转向系统电流传感器的三相反馈电流Ia、Ib与Ic、以及来自于电子助力系统整流定位传感器的用于三相反馈电流的整流定位值；
一存储器，用于存储能够在电动助力转向系统中实现联锁功能的程序；以及
一控制器，用于通过执行在电动助力转向系统中实现联锁功能的程序，执行电动助力转向系统的可控联锁过程，采用三相反馈电流Ia、Ib和Ic的值计算出输出扭矩电流的绝对值，通过考察用于三相反馈电流中的某一相的整流定位值，和与上述被考察的此相整流定位值所对应的三相反馈电流中的此相反馈电流的符号，决定输出扭矩电流的方向，进而将扭矩传感器的输出值与输出扭矩电流相比较。
2.根据权利要求1所述的在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置，其特征在于，所述输出扭矩电流的绝对值由控制器采用如下等式关系算出：三相反馈电流平方和等于输出扭矩电流的平方与无功电流的平方两者之和的3/2倍；在三相彼此之间相互平行的情况下，三相电流之和为零；以及微控制单元将无功电流始终控制为零以保证电动助力转向系统能够产生最大的输出扭矩。
3.根据权利要求1所述的在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置，其特征在于，如果某一相反馈电流的值是正的，并且对应于该相反馈电流的整流定位值是1，而随着该项反馈电流值转为负，与之对应的整流定位值变为0，则输出扭矩电流被定义为是顺时针方向；反之如果某一相反馈电流的值是负的，并且对应于该相反馈电流的整流定位值是1，随着该项反馈电流值转为正，与之对应的整流定位值变为0，则输出扭矩电流被定义为是逆时针方向。
4.根据权利要求1所述的在电动助力转向系统中执行联锁功能的装置，其特征在于，所述输出扭矩电流的绝对值的平方等于Ia的平方、Ib的平方与Ia、Ib乘积三者之和的4/3倍。
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