CN104691608B - 电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法 - Google Patents

电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法。本发明的电动助力转向装置的磁滞消除装置，其特征在于，包括：电动机驱动部，其使电动机旋转；车锁开闭感测部，其感测车锁的打开状态或关闭状态；以及电子控制单元，其从车锁开闭感测部接收车锁的关闭状态信息并重复执行清除功能至达到设定次数，清除功能指通过电动机驱动部向电动机供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流。根据本发明能够提高装置的可靠性的同时改善磁滞引起电流误差的问题，并且节省维护保修等费用。

Description

电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法，尤其涉及在电动助力转向装置中短时间内高速向电动机供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，以去除用于测量供给电动机的电流的电流传感器的磁滞现象的电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法。
背景技术
电动助力转向装置(MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM,以下简称MDPS)是通过电子控制单元(Electronic Control Unit,以下简称ECU)接收转矩传感器等各种传感器的信号与车内各种信号，生成至少包括合理转矩指令值及电流指令值中的一种的控制指令值并发送给ECU内的电动机控制装置，电动机控制装置根据该控制指令值控制电动机的转矩。
其中，在控制电动机的转矩时需要关于电动机旋转状态及负载电流等的实时反馈信息，此时需要使用电动机的电流传感器。
即，电流传感器将电动机的实际电流，即电动机电流的大小换算成引导的磁化量，以电压或电流形式输出该值。
但是由于电流传感器所具有的物理特性，当供给电动机的供给电流为0时磁化引导的内部磁化量无法收敛至0，而是残留磁滞，因此电流出现偏移(offset)偏差。
因此，现在设计MDPS的驱动装置时设计使得用算法补偿对应于磁滞量的脉动特性，而当MDPS轻负载运转或残余磁滞量大时现有的补偿算法无法消除转矩脉动特性或电流出现偏移偏差。
即，在ECU电源处于关闭(OFF)状态时还残余部分磁滞量，因此当以后打开(ON)ECU电源时残余磁滞量引起电流出现偏移偏差，出现的电流的偏移会使零(0)电流失调，加重电动机的极-槽组合引起的转矩脉动(torque ripple)。
因此MDPS在控制电流时严重受到电流传感器内所残留的磁滞引起电动机转矩脉动的影响，因此需要开发出能够解决这种问题的技术。
本发明的背景技术公开在韩国公开专利公报第10-2010-0091770号(公开日：2010年08月19日，发明名称：电动机控制方法及其装置)。
发明内容
技术问题
为解决上述的问题，本发明的目的是提供一种在电动助力转向装置中短时间内高速向电动机供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，从而去除用于测量供给电动机的电流的电流传感器的磁滞现象的电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法。
本发明的另一目的是提供一种当车锁打开(ON)或者车锁关闭(OFF)时短时间内高速供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，以抵消磁滞，从而减少电动助力转向装置的转矩脉动的电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法。
技术方案
本发明的电动助力转向装置的磁滞消除装置，其特征在于包括：电动机驱动部，其使电动机旋转；车锁(key)开闭感测部，其感测车锁的打开状态或关闭状态；以及电子控制单元，其从所述车锁开闭感测部接收车锁的关闭状态信息并重复执行清除(sweep)功能至达到设定次数，其中该清除功能指通过所述电动机驱动部向所述电动机供给具有与所述电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流。
本发明的特征在于，所述清除功能是指至少交变一次具有所述非同步频率的电流的方向并向所述电动机供给。
本发明的特征在于，所述清除功能是指在初次向所述电动机供给具有所述非同步频率的电流时向磁通量方向的相反方向供给。
本发明的特征在于，所述清除功能是指以正弦波形态供给具有所述非同步频率的电流，其中该电流以逐渐减小的方式供给。
本发明的特征在于，所述清除功能是指以方形波形态供给具有所述非同步频率的电流，其中所述电流以阶梯波形态减小的方式供给。
本发明的特征在，通过电子控制单元(ECU)感测车锁(key)的打开状态或关闭状态的步骤；当所述电子控制单元感测到车锁处于关闭状态时重复执行清除功能至达到设定次数的步骤，所述清除(sweep)功能指向所述电动机供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流；以及当所述电子控制单元重复执行所述清除功能的次数达到所述设定次数时切断通过电动机驱动部供给的电流的步骤。
本发明的特征在于，所述重复执行清除功能至达到设定次数的步骤中至少交变一次具有所述非同步频率的电流的方向并向所述电动机供给。
本发明的特征在于，所述重复执行清除功能至达到设定次数的步骤中在初次向所述电动机供给具有所述非同步频率的电流时向磁通量方向的相反方向供给。
本发明的特征在于，所述重复执行清除功能至达到设定次数的步骤中以正弦波形态供给具有所述非同步频率的电流，其中该电流以逐渐减小的方式供给。
本发明的特征在于，所述重复执行清除功能至达到设定次数的步骤中以方形波形态供给具有所述非同步频率的电流，其中所述电流以阶梯波形态减小的方式供给。
技术效果
本发明电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法在电动助力转向装置中短时间内高速向电动机供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，在驱动电动机之前去除用于测量供给电动机的电流的电流传感器的磁滞现象，以避免给驾驶员的转向感造成影响，从而能够提高装置的可靠性。
并且根据本发明，在车锁打开(ON)或车锁关闭(OFF)时短时间内高速供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，以抵消磁滞，能够减少使用电流传感器的电动机控制器及ECU中必然出现的转矩脉动，因此能够从根本上改善磁滞引起电流误差的问题。
并且根据本发明，当车锁打开(Key On)或车锁关闭(Key off)时在0.5秒这一极短时间内执行清除(sweep)功能，在不改变硬件的情况下利用算法消除磁滞，能够减少转矩脉动，从而能够节省维护保修等费用。
附图说明
图1为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置的构成框图；
图2为显示电流传感器的磁滞的示意图；
图3为显示电流传感器的磁滞引起的转矩脉动的曲线图；
图4为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置中的电动机驱动部和电流传感器的示意图；
图5为显示在执行清除(sweep)功能时供给电动机的电流的波形的曲线图；
图6为显示采用本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置的实际试验结果的曲线图；
图7中(a)、(b)、(c)及图8为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置的电流清除波形的实例的示意图；
图9及图10为分别显示偏移电流(offset current)失调超过界限的情况和在界限以内的情况的曲线图；
图11中(A)、(B)、(C)为按阶段显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除过程的示意图；
图12及图13为比较本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置适用前及适用后的转矩脉动的曲线图；
图14为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除方法的流程图。
附图标记说明
10:电动机 20:电流传感器
30:电动机驱动部 40:车锁开闭感测部
50:电子控制单元(ECU)
具体实施方式
下面参照附图说明本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置及其方法。在此，为了说明的明确性及便利性而可能放大显示了附图中部分线条的宽度或构成要素的尺寸等。
另外，后述的用语是根据在本发明中的功能而定义的用语，根据不同的使用者、运用者的目的或惯例而可能有所差异。因此所定义的这些用语应以整篇说明书的内容为准。
图1为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置的构成框图，图2为显示电流传感器的磁滞的示意图，图3为显示电流传感器的磁滞引起的转矩脉动的曲线图。
并且，图4为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置中的电动机驱动部和电流传感器的示意图，图5为显示在执行清除(sweep)功能时供给电动机的电流的波形的曲线图。
并且，图6为显示采用本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置的实际试验结果的曲线图，图7及图8为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置的电流清除波形的实例的示意图。
如图1所示，本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置包括电动机10、电流传感器20、电动机驱动部30、车锁开闭感测部40及ECU50。
电动机10是用于MDPS生成助力的同步电动机，可采用三相电动机。
电流传感器20感测供给电动机10的电流，具体来讲是把供给电动机10的电流的大小换算成引导的磁化量，以电流形式输出该值的传感器。
此时，电流传感器20由于其所具有的物理特性而残留磁滞，因此当供给电流为0时磁化引导的内部磁化量无法收敛至0，而是如图2所示电流出现偏移(offset)偏差。
并且如图3所示，磁滞引起的转矩脉动成分随电动机10的极数而出现不同结果，在八极电动机10中产生四次脉动(ripple)成分，而在六极电动机10中产生三次脉动(ripple)成分。
电动机驱动部30向电动机10供给具有同步频率的电流，以使电动机10旋转，并控制使得在通过驱动FET开关来关闭向电动机10供给电流的端口时切断供给电动机10的电流，以控制电动机10停止旋转。
即如图4所示，电动机驱动部30可以是通过控制频率来调节电动机10旋转速度的变流器(inverter)，优选的是使用两个以上用于感测三相(Phase_A,B,C)电动机10电流的电流传感器20。
车锁开闭感测部40感测车锁(key)的打开状态或关闭状态。
ECU 50在通过车锁开闭感测部40感测到车锁处于关闭状态时执行清除(sweep)功能,即向电动机10供给具有与电动机10的同步频率不一致的非同步频率的电流，以消除电流传感器20的磁滞。
具体来讲，相对于电动机10的静止状态，供给具有大于50Hz的频率的电流。
即，本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置可以在车锁关闭时消除磁滞，使得驾驶员感觉不到转向异样感。
并且，这种清除功能可以在车锁打开(ON)时计算电流偏移量前执行，但优选的是在车锁关闭时执行。
如图5所示，在执行清除功能，即向电动机10供给具有所述非同步频率的电流时至少交变一次所述电流的方向。
如图6所示，由适用本发明一个实施例的电动助力转向装置的实际实验的结果可知，当向电动机10供给60A的电流且该电流交变四次时电流偏移量收敛至0，磁滞被消除。
并且如图7所示，可以在执行清除功能时以正弦波形态向电动机10供给具有非同步频率的电流，其中电流以逐渐减小的方式供给。
具体来讲如曲线图(a)所示，可以以从最大电流近似线性递减或逐步递减的方式供给具有非同步频率的电流，以使收敛至0，或如曲线图(b)所示，以最大电流供给具有非同步频率的电流至经过预定时间后以曲线图(a)方式供给电流，以使收敛至0，或如曲线图(c)所示，可以供给构成近似正弦波或正弦波的半周期的曲线窗口的具有非同步频率的电流，以使收敛至0。
此时，在初次向电动机10供给具有非同步频率的电流时为了防止出现异常工作的情况，从磁通量方向的相反方向，即电动机10的-d轴方向供给电流。
并且如图8所示，可以在执行清除功能时以方形波形态向电动机10供给具有非同步频率的电流，其中电流以阶梯波形态减小的方式供给。
具体来讲至少交变三次以上，重复执行直至电流收敛至0为止，另外同样在初次向电动机10供给具有非同步频率的电流时为了防止出现异常工作的情况，从磁通量方向的相反方向，即电动机10的-d轴方向供给电流。
ECU 50在清除功能重复执行次数达到设定次数时切断通过电动机驱动部30供给电动机10的电流。
图9及图10为分别显示偏移电流失调超过界限的情况和在界限以内的情况的曲线图。
本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置无论在如图9所示失调到界限以上的情况或如图10所示失调程度在界限以内的情况，在任何条件下均能使偏移量收敛至界限区域内。
图11为按阶段显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除过程的示意图。
具体如曲线图(A)所示，随着偏移(offset)失调而产生转矩脉动的情况下，若如曲线图(B)所示在车锁关闭时执行清除功能，由曲线图(C)可知在车锁打开后转向时转向脉动减小。
图12及图13为比较本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置适用前及适用后的转矩脉动的曲线图。
并且可知图12所示的磁滞引起的偏移量所引起的转矩脉动A如图13所示明显减小。
如上所述，本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置在电动助力转向装置中短时间内高速向电动机供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，在驱动电动机之前去除用于测量供给电动机的电流的电流传感器的磁滞现象，以避免给驾驶员的转向感造成影响，从而能够提高装置的可靠性。
并且，在车锁打开(ON)或车锁关闭(OFF)时短时间内高速供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，以抵消磁滞，能够减少使用电流传感器的电动机控制器及ECU中必然出现的转矩脉动，因此能够从根本上改善磁滞引起电流误差的问题。
并且，当车锁打开(Key On)或车锁关闭(Key off)时在0.5秒这一极短时间内执行清除(sweep)功能，在不改变硬件的情况下利用算法消除磁滞，能够减少转矩脉动，从而能够节省维护保修等费。
图14为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除方法的流程图，以下参照图14说明本发明的具体工作。
首先在步骤S10中通过车锁开闭感测部40感测车锁(key)的打开状态或关闭状态。
根据步骤S10的感测结果，在步骤S20中当感测到车锁处于关闭状态时执行向电动机10供给具有与电动机10的同步频率不一致的非同步频率的电流，以消除电流传感器20的磁滞的清除(sweep)功能。
在步骤S20中执行清除功能时，也可以在向电动机10供给具有非同步频率的电流时至少交变一次所述电流的方向。
并且在步骤S20中执行清除功能时，也可以在初次向电动机10供给具有非同步频率的电流时向磁通量方向的相反方向供给。
即，为了防止出现异常工作的情况，从磁通量方向的相反方向，即电动机10的-d轴方向供给电流。
并且在步骤S20中执行清除功能时，以正弦波(sine wave)形态向电动机10供给具有非同步频率的电流，其中电流可以以逐渐减小的方式供给电动机10。
并且在步骤S20中执行清除功能时，以方形波形态向电动机10供给具有非同步频率的电流，其中电流可以以阶梯(Multi-step)波形态减小的方式供给电动机10。
在步骤S30中判断清除功能重复执行次数是否达到设定次数，若清除功能重复执行次数达到设定次数，则在步骤S40中切断通过电动机驱动部30供给电动机10的电流。
如上所述，本发明一个实施例的电动助力转向装置的磁滞消除装置在电动助力转向装置中短时间内高速向电动机供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，在驱动电动机之前去除用于测量供给电动机的电流的电流传感器的磁滞现象，以避免给驾驶员的转向感造成影响，从而能够提高装置的可靠性。
并且，在车锁打开(ON)或车锁关闭(OFF)时短时间内高速供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，以抵消磁滞，能够减少使用电流传感器的电动机控制器及ECU中必然出现的转矩脉动，因此能够从根本上改善磁滞引起电流误差的问题。
并且，当车锁打开(Key On)或车锁关闭(Key off)时在0.5秒这一极短时间内执行清除(sweep)功能，在不改变硬件的情况下利用算法消除磁滞，能够减少转矩脉动，从而能够节省维护保修等费。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种电动助力转向装置的磁滞消除装置，其特征在于，包括：
电动机驱动部，其使电动机旋转；
车锁开闭感测部，其感测车锁的打开状态或关闭状态；以及
电子控制单元，其从所述车锁开闭感测部接收车锁的关闭状态信息并重复执行清除功能至达到设定次数，其中该清除功能指通过所述电动机驱动部向所述电动机供给具有与所述电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流，
其中，所述清除功能是指至少交变一次具有所述非同步频率的电流的方向并向所述电动机供给。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置的磁滞消除装置，其特征在于：
所述清除功能是指在初次向所述电动机供给具有所述非同步频率的电流时向磁通量方向的相反方向供给。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置的磁滞消除装置，其特征在于：
所述清除功能是指以正弦波形态供给具有所述非同步频率的电流，其中该电流以逐渐减小的方式供给。
4.根据权利要求1所述的电动助力转向装置的磁滞消除装置，其特征在于：
所述清除功能是指以方形波形态供给具有所述非同步频率的电流，其中所述电流以阶梯波形态减小的方式供给。
5.一种电动助力转向装置的磁滞消除方法，其特征在于，包括：
通过电子控制单元感测车锁的打开状态或关闭状态的步骤；
当所述电子控制单元感测到车锁处于关闭状态时重复执行清除功能至达到设定次数的步骤，所述清除功能指向所述电动机供给具有与电动机的同步频率不一致的非同步频率的电流；以及
当所述电子控制单元重复执行所述清除功能的次数达到所述设定次数时切断通过电动机驱动部供给的电流的步骤，
其中，所述重复执行清除功能至达到设定次数的步骤中至少交变一次具有所述非同步频率的电流的方向并向所述电动机供给。
6.根据权利要求5所述的电动助力转向装置的磁滞消除方法，其特征在于：
所述重复执行清除功能至达到设定次数的步骤中在初次向所述电动机供给具有所述非同步频率的电流时向磁通量方向的相反方向供给。
7.根据权利要求5所述的电动助力转向装置的磁滞消除方法，其特征在于：
所述重复执行清除功能至达到设定次数的步骤中以正弦波形态供给具有所述非同步频率的电流，其中该电流以逐渐减小的方式供给。
8.根据权利要求5所述的电动助力转向装置的磁滞消除方法，其特征在于：
所述重复执行清除功能至达到设定次数的步骤中以方形波形态供给具有所述非同步频率的电流，其中所述电流以阶梯波形态减小的方式供给。
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