CN103358932A - 控制马达的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制马达的系统和方法。用于控制扭矩辅助马达的操作的方法包括确定扭矩辅助马达的旋转位置并产生指示该马达的旋转速度的马达速度信号。基于扭矩辅助马达的旋转速度产生一个或多个增益因数。检测应用到扭矩辅助马达的电流，并且基于所命令的电流和被应用到扭矩辅助马达的电流计算电流误差。基于电流误差和一个或多个增益因数计算正交轴电压。用直流电压信号驱动逆变器，该直流电压信号与扭矩辅助马达的旋转位置同相，从而产生被应用到扭矩辅助马达的电流。电流展示出受正交轴电压影响的特征。

Description

控制马达的系统和方法

背景技术

本发明涉及用于控制马达的系统和方法，并且更具体地涉及用于控制机动车辆的电动动力辅助系统的扭矩辅助马达的操作的系统和方法。

在永磁机器中，其中使用反馈控制器来控制电流，例如，PI控制器，比例增益和积分增益中的任一者或两者可被调节以实现增加的频率响应，并因此实现更大的带宽。然而，不幸的是，增益的增加经常牵涉放大反馈信号（例如，电流信号）中固有的噪音的负面结果。在带有电动动力辅助的车辆转向系统中，对与驱动辅助马达的电流相关联的噪音的放大会产生车辆转向轮的振动，这种振动可能在车辆静止或以相对低速移动时特别明显，使得操作者可能期望不经历手轮振动。

因此，期望具有一种改进的用于控制车辆转向系统的电动动力辅助的系统和方法，其中电流增益可被调节以实现增加的频率响应（即，带宽）同时也可实现在相对低速下的手轮振动的减弱。

发明内容

在本发明的一个示例性实施例中，用于控制机动车辆的电动动力辅助系统的扭矩辅助马达的操作的系统包括马达速度计算模块、增益计算模块、误差计算模块、控制器模块、和逆变器。马达位置传感器被构造成并被布置成确定扭矩辅助马达的旋转位置，并且电流传感器被构造成检测被应用到扭矩辅助马达的电流。马达速度计算模块被构造成产生马达速度信号，该信号指示扭矩辅助马达的旋转速度并且是基于扭矩辅助马达的旋转位置在一定时间长度上的变化。增益计算模块被构造成基于扭矩辅助马达的旋转速度产生一个或多个增益因数。误差计算模块被构造成基于所命令的电流和被应用到扭矩辅助马达的电流来计算电流误差；并且控制器模块被构造成基于电流误差和一个或多个增益因数计算正交轴。逆变器由直流电压信号驱动，该直流电压信号与扭矩辅助马达的旋转位置同相，并且逆变器被构造成产生被应用到扭矩辅助马达的电流。被应用到扭矩辅助马达的电流的特征受正交轴电压影响。

在本发明的另一示例性实施例中，用于控制机动车的电动动力辅助系统的扭矩辅助马达的操作的方法包括确定扭矩辅助马达的旋转位置并产生马达速度信号，该马达速度信号指示扭矩辅助马达的旋转速度并且基于扭矩辅助马达的旋转位置在一定时间长度上的变化。基于扭矩辅助马达的旋转速度产生一个或多个增益因数。检测应用到扭矩辅助马达的电流，并且基于所命令的电流和被应用到扭矩辅助马达的电流计算电流误差。基于电流误差和一个或多个增益因数计算正交轴电压。用直流电压信号驱动逆变器，该直流电压信号与扭矩辅助马达的旋转位置同相，从而产生被应用到扭矩辅助马达的电流。电流展示出受正交轴电压影响的特征。

通过参照附图阅读下面对本发明的详细描述，会很容易理解本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

在说明书的结论部分处的权利要求中具体指出并清楚地要求保护了作为本发明的主题。前文所述以及优点和细节仅以举例方式出现在下面对实施例的详细描述中，该详细描述参考下面附图，其中：

图1是用于控制机动车的电动动力辅助系统的扭矩辅助马达的操作的示例性系统的功能框图；

图2是示出积分增益因数和马达速度之间的示例性关系的图表；

图3是示出比例增益因数和马达速度之间的示例性关系的图表；以及

图4图示了用于控制机动车的电动动力辅助系统的扭矩辅助马达的操作的方法。

具体实施方式

下面的描述本质上仅仅是示例性的，并非用于限定本发明、其应用或使用。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记指示相似的元件。当在本文中被使用时，短语A、B和C中的至少一个应该被理解为表示使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应该理解的是，方法中的步骤可在不本公开的原理的情况下以不同的顺序被执行。

当在本文被使用时，术语“模块”指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共享的、专用的、或群组）和内存、组合逻辑电路；和/或提供所描述功能的其它合适的部件。

现在参照附图，其中将参照具体的实施例描述本发明，但不是限制于这些实施例，图1示出了反馈控制系统100的示例性实施例，反馈控制系统100被构造成用于控制扭矩辅助马达102的操作。在图示的实施例中，扭矩辅助马达102是永磁、交流马达，其被构造成并布置成向机动车（未示出）的转向系统（未示出）提供扭矩辅助。为了促进对扭矩辅助马达102的操作的有效控制，马达位置传感器104被定位成并构造成周期地或连续地检测由扭矩辅助马达102驱动的输出轴108的旋转（即，角）位置106并将所检测的位置（即，指示这种被检测的位置的信息）106传输到马达速度计算模块112。基于输出轴108的所检测位置106随时间的变化，马达速度计算模块112产生马达速度信号114，该信号被周期地或连续地传输到增益计算模块116。

增益计算模块116被构造成基于马达速度信号114和积分增益因数118与马达速度信号114之间的预先建立的关系120产生积分增益因数118。增益计算模块116还被构造成基于马达速度信号114和比例增益因数122与马达速度信号114之间的预先建立的关系124产生比例增益因数122。在示例性实施例中，在积分增益因数118和马达速度信号114之间的预先建立的关系120被增益计算模块116使用来基于马达速度信号114产生积分增益因数118，这种示例性关系120示出在图2中。

类似地，在比例增益因数122和马达速度信号114之间的预先建立的关系124被增益计算模块116使用来基于马达速度信号114产生比例增益因数122，这种示例性关系124示出在图3中。在示例性的实施例中，关系120和124是基于经验数据预先建立的并且被构造成提供对扭矩辅助马达102的操作的可接受的响应性的且稳定的控制，同时阻止对反馈控制系统100所使用的信号中固有的噪音的不必要放大。

在示例性实施例中，电流传感器126被定位成并构造成周期地或连续地检测被应用到扭矩辅助马达102（即，由扭矩辅助马达102消耗）的瞬时、交流电流128。电流传感器126还被构造成将这种检测的电流128，或者指示这种检测的电流的信息，传输给误差计算模块130。误差计算模块130还接收指示命令电流132的信息并且计算电流误差134，电流误差134是基于命令电流132和被实际应用到扭矩辅助马达102（即由扭矩辅助马达102消耗）的电流128之间的差或比值，命令电流132基于由车辆操作者应用到车辆手轮的扭矩。误差计算模块130将电流误差134传输给控制器模块136，其从误差计算模块130接收电流误差134并且还从增益计算模块116接收积分增益因数118和比例增益因数122。

控制器模块136基于电流误差134，积分增益因数118和比例增益因数122计算正交轴电压138。在示例性实施例中，正交轴电压138是基于两项之和，其中第一项代表积分增益因数118和电流误差134在代表性时间长度上的积分量（即累积量）的乘积，并且其中第二项代表比例增益因数122和电流误差134的瞬时量的乘积。控制器模块136提供正交轴电压138到逆变器（即，切换电桥）140，其由直流电压信号142驱动，直流电压信号142与输出轴108的旋转（即，角）位置106同相，其由马达位置传感器104感测。取决于电流误差134和比例增益因数122和积分增益因数118，正交轴电压138有效地影响交流电流128的大小（即，幅值），电流128由逆变器140产生并用于驱动扭矩辅助马达102。

因为增益计算模块116根据马达速度信号114动态地调节积分增益因数118和比例增益因数122，马达速度信号114指示扭矩辅助马达102的旋转速度，并且因此指示被应用到车辆手轮的扭矩辅助的程度，可以通过预先建立的关系120和124影响增益，从而在更高扭矩辅助马达速度下提供相对更高水平的增益，并且因此提供更大的频率响应，而在较低速度下将增益水平减小到相对更低。因此，在低马达速度下应用的相对低增益往往减轻对存在于在这些较低马达速度下的电流反馈信号中的任何噪音的影响，例如在这些噪音的非必要放大不然会引起车辆手轮的可感知振动的情况下。同时，增加的增益可在更大的扭矩辅助马达速度下被实施，从而提供增加的频率响应（即，更高的带宽）。

图4示出了用于控制扭矩辅助马达的操作的示例性方法400，扭矩辅助马达被构造成并布置成提供扭矩辅助到机动车的转向轮。在示例性实施例中，扭矩辅助马达的输出轴的旋转（即，角）位置被周期地或连续地检测（步骤402）并被传输（步骤404）从而促进对马达速度的计算（步骤406）。指示计算的马达速度的信号被提供（步骤408）以促进对积分增益因数和比例增益因数的计算，这些因数响应于马达速度的变化（步骤410）。积分增益因数和比例增益因数的计算（步骤410）可都基于积分和比例增益因数和马达速度之间的预先建立的关系。在示例性实施例中，这些预先建立的关系被构造成提供对扭矩辅助马达的操作的可接受的响应性且稳定的控制，同时阻止对可能是由反馈控制系统使用的信号中固有的噪音的不必要放大。

如图4中所示，在示例性实施例中，实际上被应用到扭矩辅助马达（即由扭矩辅助马达消耗）的瞬时、交流电流被周期地或连续地感测（步骤412），从而促进提供（步骤414）检测的电流，或指示该检测的电流的信息，以使得能够计算（步骤416）误差值，该误差值基于检测的电流和命令电流（其自身基于由车辆的操作者应用到车辆手轮的扭矩）之间的差。误差项被提供（步骤418）从而促进对基于瞬时误差值、和累积误差值、以及对应于扭矩辅助马达的瞬时速度的积分增益因数和比例增益因数的正交轴电压的计算（步骤420）。在示例性实施例中，正交轴电压是基于两项之和计算的（步骤420），其中第一项代表积分增益因数和电流误差在代表性时间长度上的积分量（即累积量）的乘积，并且其中第二项代表比例增益因数和电流误差的瞬时量的乘积。

正交轴电压被提供（步骤422）从而影响从与扭矩辅助马达的输出轴的旋转（即，角）位置同相的直流电压信号产生的交流电流。取决于电流误差和比例增益因数和积分增益因数，正交轴电压有效地影响交流电流的大小（即，幅值），交流电流驱动扭矩辅助马达。

因为根据马达速度信号动态地调节积分增益因数和比例增益因数，马达速度信号指示扭矩辅助马达的旋转速度，并且因此指示被应用到车辆手轮的扭矩辅助的程度，可以通过预先建立的关系影响增益，从而在更高扭矩辅助马达速度下提供相对更高水平的增益，并且因此提供更大的频率响应，而在较低速度下将增益水平减小到相对更低。因此，在低马达速度下应用的相对低增益往往减轻对存在于在这些较低马达速度下的电流反馈信号中的任何噪音的影响，例如在这些噪音的非必要放大不然会引起车辆手轮的可感知振动的情况下。同时，增加的增益可在更大的扭矩辅助马达速度下被实施，从而提供增加的频率响应（即，更高的带宽）。

虽然仅参照有限数量的实施例具体描述了本发明，但应该容易理解的是本发明并不限于这种所公开的实施例。更确切地说，本发明可被改进以包含任意数量的变型、改变、替换、或等同布置，这些内容虽然目前未被描述，但是与本发明的精神和范围相称。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应该理解的是，本发明的各方面可仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前面的描述所限制。

Claims (15)

1.一种用于控制机动车的电动动力辅助系统的扭矩辅助马达的操作的系统，该系统包括：

马达位置传感器，其被构造成并且布置成确定扭矩辅助马达的旋转位置；

马达速度计算模块，其被构造成产生马达速度信号，该信号指示扭矩辅助马达的旋转速度并且是基于扭矩辅助马达的旋转位置在一定时间长度上的变化；

增益计算模块，其被构造成基于扭矩辅助马达的旋转速度产生一个或多个增益因数；

电流传感器，其被构造成检测被应用到扭矩辅助马达的电流；

误差计算模块，其被构造成基于命令电流和应用到扭矩辅助马达的电流计算电流误差；

控制器模块，其被构造成基于电流误差和一个或多个增益因数来计算正交轴电压；以及

逆变器，其由与扭矩辅助马达的旋转位置同相的直流电压信号驱动，该逆变器被构造成产生应用到扭矩辅助马达的电流，该应用到扭矩辅助马达的电流的特征受正交轴电压的影响。

2.如权利要求1所述的系统，其中一个或多个增益因数是基于预先建立的关系，所述预先建立的关系是基于扭矩辅助马达的旋转速度。

3.如权利要求1所述的系统，其中一个或多个增益因数包括积分增益因数。

4.如权利要求1所述的系统，其中一个或多个增益因数包括比例增益因数。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个增益因数的大小随着扭矩辅助马达的旋转速度的增加而增加。

6.如权利要求2所述的系统，其中预先建立的关系被构造成在相对较低的扭矩辅助马达的旋转速度下提供相对较低的增益。

7.如权利要求2所述的系统，其中预先建立的关系被构造成在相对较高的扭矩辅助马达的旋转速度下提供相对较高的增益。

8.如权利要求3所述的系统，其中控制器模块被构造成基于积分增益因数和代表在时间间隔期间累积的电流误差量的误差积分的乘积计算正交轴电压。

9.如权利要求4所述的系统，其中控制器模块被构造成基于电流误差和比例增益因数的乘积计算正交轴电压。

10.如权利要求1所述的系统：

其中一个或多个增益因数包括积分增益因数和比例增益因数；以及

其中控制器模块被构造成基于下面各项之和计算正交轴电压：

电流误差和比例增益因数的乘积；以及

积分增益因数和代表在时间间隔期间累积的电流误差量的误差积分的乘积。

11.一种用于控制机动车的电动动力辅助系统的扭矩辅助马达的操作的方法，该方法包括：

确定扭矩辅助马达的旋转位置；

产生马达速度信号，该信号指示扭矩辅助马达的旋转速度并且是基于扭矩辅助马达的旋转位置在一定时间长度上的变化；

基于扭矩辅助马达的旋转速度产生一个或多个增益因数；

检测应用到扭矩辅助马达的电流；

基于命令电流和应用到扭矩辅助马达的电流计算电流误差；

基于电流误差和一个或多个增益因数计算正交轴电压；

用直流电压信号驱动逆变器，该直流电压信号与扭矩辅助马达的旋转位置同相，从而产生被应用到扭矩辅助马达的电流；

其中所述电流展示出受正交轴电压影响的特征。

12.如权利要求11所述的方法，其中一个或多个增益因数是基于预先建立的关系，所述预先建立的关系是基于扭矩辅助马达的旋转速度。

13.如权利要求11所述的方法，其中一个或多个增益因数包括积分增益因数。

14.如权利要求11所述的方法，其中一个或多个增益因数包括比例增益因数。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述一个或多个增益因数的大小随着扭矩辅助马达的旋转速度的增加而增加。

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