CN103192868A - 汽车电动助力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车电动助力转向系统，包括：电机绕组温度在线估计模块，采集电机的电流和环境温度，估算电机的绕组温度和绕组电阻；控制参数自调整功能模块，根据估算的电机绕组温度和绕组电阻、电机助力力矩指令值、电机电流、电机转速和电机角度，实时调整电机控制算法中的弱磁参数、d轴PI控制参数与q轴PI控制参数。本发明能在线估计电机绕组温度，以及实现控制参数自调整，在不同的使用工况情况下，减小电机控制扭矩波动。

Description

汽车电动助力转向系统
技术领域
本发明涉及一种汽车电动助力转向系统(EPS)，尤其是涉及一种具有电机绕组温度在线估计及控制参数自调整功能的电动助力转向系统。
背景技术
EPS转向系统属于汽车安全相关部件，对电机控制的转矩脉动性能的要求极高。助力电机采用永磁同步电机，由三相逆变全桥进行驱动。在大功率电动助力转向系统中，一般采用永磁同步电机作为助力的执行机构，永磁同步电机的核心控制算法包括弱磁控制和d、q轴的PI(比例积分)控制。在常规的控制方法中，弱磁控制的参数、d轴和q轴PI控制的参数一般是固定不变的。但是在实际电动助力转向系统的运行过程中，电机的温度会升高，从而电机的内阻会发生变化。在电机内阻发生变化的情况下，同样的弱磁控制参数和PI控制参数会造成电机控制的转矩脉动增加，从而影响驾驶员的手上感觉。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种汽车电动助力转向系统，能在不同的使用工况情况下，减小电机控制扭矩波动。
为解决上述技术问题，本发明的汽车电动助力转向系统，包括：
电机绕组温度在线估计模块，采集电机的电流和环境温度，估算电机的绕组温度和绕组电阻；
控制参数自调整功能模块，根据估算的电机绕组温度和绕组电阻、电机助力力矩指令值、电机电流、电机转速和电机角度，实时调整电机控制算法中的弱磁控制参数、d轴PI控制参数与q轴PI控制参数，在不同的使用工况情况下，减小电机控制扭矩波动。
本技术通过在ECU(电控单元)外部安装一个温度传感器采集电动转向系统的环境温度，利用电机的电流和环境温度对电机绕组的温度和电机绕组电阻进行估算，根据电机绕组电阻实时调整电机控制算法中的弱磁控制参数和d、q轴PI控制参数，从而达到在不同的使用工况情况下，减小电机控制扭矩波动的目的。
本发明在几乎不增加硬件成本的基础上，通过软件实时调整策略，使得电动助力转向系统在各种工况下都能提供良好的驾驶员操纵感觉，具有很强的实用性。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是汽车电动助力转向系统一实施例结构框图；
图2是电机绕组温度在线估计模块结构框图；
图3是控制参数自调整功能模块结构框图。
具体实施方式
参见图1所示，在本发明的一实施例中，所述汽车电动助力转向系统，能在线估计电机绕组温度，以及控制参数自调整。它包含有以下两个关键功能模块：电机绕组温度在线估计模块和控制参数自调整功能模块。电机助力指令模块根据车辆的运行状态决策助力电机的助力力矩指令。
电机绕组温度在线估计模块采集电机的电流和环境温度，估算电机的绕组温度和绕组电阻。电机绕组温度在线估计模块由电机发热计算模块、电机散热计算模块、电机温升计算模块和电机绕组电阻估计模块四部分组成。
电机发热计算模块，根据采集的电机电流值和估算的电机绕组电阻，通过查表的方法计算得到电机的发热量，如图2所示。电机发热计算模块包含一个查表模块和一个积分模块；查表模块的输入为电机的电流和估算的电机绕组电阻，输出为估算的电机发热功率。积分模块对电机的发热功率进行积分后得到电机发热量。
电机散热计算模块，根据估算的电机绕组温度和环境温度，通过查表的方法计算得到电机的散热量，如图2所示。电机散热计算模块包含一个查表模块和一个积分模块；查表模块的输入为估算的电机绕组温度和采样的环境温度，查表模块的输出为单位时间内的电机散热量；积分模块对单位时间内的电机散热量进行积分后得到电机散热量。
电机温升计算模块，根据电机发热量与电机散热量之差除以电机的热容得到电机的温升。如图2所示。
电机绕组电阻估计模块，采集系统上电时的环境温度作为电机初始温度，根据电机温升和电机初始温度，计算电机的实时温度。根据电机的实时温度通过查表计算电机的绕组电阻，如图2所示。
控制参数自调整功能模块包括两部分：弱磁算法参数自调整模块、PI参数自调整模块。
弱磁算法参数自调整模块，根据电机助力力矩指令值、电机转速计算得到电机的d轴弱磁控制参数和q轴弱磁控制参数，根据估算的电机绕组温度对弱磁控制参数进行修正，如图3所示。弱磁指令的修正方法为，根据电机绕组的温度分别设置了两个表格模块，两个表格模块的输出分别为在不同温度下的d轴/q轴电流指令最大值。弱磁控制算法模块根据电机力矩指令和电机霍尔传感器处理模块获得的电机转速计算得到的d轴弱磁控制参数和q轴弱磁控制参数分别与对应表格模块的输出做比较，如果大于d轴电流指令最大值和q轴电流指令最大值，则将实际的d轴弱磁控制参数和q轴弱磁控制参数限制为最大值。
PI参数自调整模块，根据估算得到的电机绕组电阻，用查表的方法实时调整电机的PI控制参数，如图3所示。根据估算到的电机的绕组电阻分别设置4个表格模块，输出为在不同电机绕组电阻情况下的d轴P参数、d轴I参数、q轴P参数和q轴I参数。
所述d轴P参数、d轴I参数、q轴P参数和q轴I参数分别输入d轴电流PI控制器和q轴电流PI控制器。
d轴电流PI控制器将所述弱磁算法参数自调整模块输出的d轴弱磁控制参数值，与电机电流采样模块采集的电机三相电流经静止三相/旋转两相坐标系变换模块变换得到的d轴电流信号Id的电流误差，作为PI(比例积分)控制的输入，输出d轴控制电压Vd。
q轴电流PI控制器，将所述弱磁算法参数自调整模块输出的q轴弱磁控制参数值，与电机电流采样模块采集的电机三相电流经静止三相/旋转两相坐标系变换模块变换得到的q轴电流信号Iq的电流误差，作为PI(比例积分)控制的输入，输出q轴控制电压Vq。
旋转两相/静止三相坐标系变换模块，对d轴控制电压Vd和q轴控制电压Vq进行变换后输出电机三相控制电压Va、Vb和Vc。
空间矢量算法模块，根据电机三相控制电压Va、Vb和Vc，输出6路PWM(脉宽调制)信号。
三相H桥驱动电路，根据6路PWM信号实现对永磁同步电机(助力电机)三相电流控制。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种汽车电动助力转向系统，其特征在于，包括：
电机绕组温度在线估计模块，采集电机的电流和环境温度，估算电机的绕组温度和绕组电阻；
控制参数自调整功能模块，根据估算的电机绕组温度和绕组电阻、电机助力力矩指令值、电机电流、电机转速和电机角度，实时调整电机控制算法中的弱磁控制参数、d轴PI控制参数与q轴PI控制参数，在不同的使用工况情况下，减小电机控制扭矩波动。
2.如权利要求1所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述电机绕组温度在线估计模块，包括：
电机发热计算模块，根据采集的电机电流值和估算的电机绕组电阻，通过查表的方法计算得到电机发热量；
电机散热计算模块，根据估算的电机绕组温度和环境温度，通过查表计算得到电机散热量；
电机温升计算模块，根据电机发热量与电机散热量之差除以电机的热容得到电机的温升；
电机绕组电阻估计模块，采集系统上电时的环境温度作为电机初始温度，根据电机温升和电机初始温度，计算电机的实时温度；根据电机的实时温度通过查表计算电机的绕组电阻。
3.如权利要求2所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于：所述电机发热计算模块包含一个查表模块和一个积分模块；查表模块的输入为电机的电流，其输入参数为估算的电机绕组电阻，输出为估算的电机发热功率；积分模块对电机发热功率进行积分后得到电机发热量。
4.如权利要求2所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于：所述电机散热计算模块包含一个查表模块和一个积分模块；查表模块的输入为估算的电机绕组温度和采样的环境温度，查表模块的输出为单位时间内的电机散热量；积分模块对单位时间内的电机散热量进行积分后得到电机散热量。
5.如权利要求1所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于，所述控制参数自调整功能模块，包括：
弱磁算法参数自调整模块，根据电机助力力矩指令值、电机转速计算得到电机的d轴弱磁控制参数和q轴弱磁控制参数，根据估算的电机绕组温度对弱磁控制参数进行修正；
PI参数自调整模块，根据估算得到的电机绕组电阻，通过查表实时调整电机的PI控制参数。
6.如权利要求5所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于：所述弱磁指令的修正是指，根据电机绕组的温度分别设置两个表格模块，两个表格模块的输出分别为在不同温度下的d轴电流指令最大值和q轴电流指令最大值，弱磁控制算法模块根据电机力矩指令和电机霍尔传感器处理模块获得的电机转速计算得到的d轴弱磁指令和q轴弱磁指令分别与对应表格模块的输出做比较，如果大于d轴电流指令最大值和q轴电流指令最大值，则将实际的d轴弱磁指令和q轴弱磁指令限制为最大值。
7.如权利要求5所述的汽车电动助力转向系统，其特征在于：所述PI参数自调整模块根据估算到的电机的绕组电阻分别设置4个表格模块，该4个表格模块的输出分别为在不同电机绕组电阻情况下的d轴P参数、d轴I参数、q轴P参数和q轴I参数。
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