CN106741147B - 一种用于驱动双电机的eps电子控制器、双电机结构的电动助力转向器 - Google Patents

一种用于驱动双电机的eps电子控制器、双电机结构的电动助力转向器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于驱动双电机的EPS电子控制器、双电机结构的电动助力转向器。EPS电子控制器包括电源管理模块、预驱动器、逆变器以及微处理器；电源管理模块外接供电电源为预驱动器和微处理器提供电能；预驱动器包括预驱动器一和预驱动器二，分别通过逆变器一外接EPS电机一，通过逆变器二外接EPS电机二；电源管理模块通过点火信号被唤醒，并提供微处理器电能；微处理器驱动逆变器，并外接反馈的EPS电机一、EPS电机二的转子位置传感信号，相电流信号，扭矩转角信号以及车速转速信号。能提供两倍于传统EPS的助力，能做到同步协调运行、助力一致、转速同步，安全性更有保障，应用的汽车类型更广，可用于货车、商用车。

Description

一种用于驱动双电机的EPS电子控制器、双电机结构的电动助 力转向器
技术领域
本发明涉及电动助力转向器技术领域，更具体地，涉及一种用于驱动双电机的EPS电子控制器、双电机结构的电动助力转向器。
背景技术
传统的EPS(助力转向器)基本结构如图1所示，由电子控制器、输入输出轴、扭矩转角传感器、减速机构和电动机构成。扭矩转角传感器测得方向盘的力矩大小和角度，送入电子控制器。电子控制器将处理这些信号，同时将从整车得到的车速信号一起通过内部算法算出电机需要输出的扭矩，从而控制电机输出相应的扭矩。现有技术中也有采用两个控制器分别控制两个电机，结构如图2所示。传统EPS输出的功率有限。目前出现的EPS专用电机最大功率大概在700W左右，对应的可搭载的汽车前轴载荷为1500kg。受限于电机的输出功率，在一些大载荷的场合如货车或者是商用车，传统EPS将无法应用。
双控制器双电机的结构方式一个最大的缺点是两个电机协调一致的问题，由于是由两个控制器来分别驱动电机，两个控制器在接收信号上一定是存在差异的，其驱动电机的控制信号在时间上也会存在不同步的问题，这可能造成两个电机在助力上的不协调一致，反映在手感上就表现为方向盘波动，存在摩擦感。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种输出功率高的用于驱动双电机的EPS电子控制器。
提供一种用于驱动双电机的EPS电子控制器，包括电源管理模块、预驱动器、逆变器以及微处理器；所述电源管理模块外接供电电源以及点火信号，并为预驱动器和微处理器提供电能；所述预驱动器包括预驱动器一和预驱动器二，所述逆变器包括逆变器一和逆变器二；所述预驱动器一通过逆变器一外接EPS电机一，预驱动器二通过逆变器二外接EPS电机二；
所述电源管理模块通过点火信号启动开始供电，所述微处理器接收反馈信号串行运行电机矢量算法生成两路PWM控制信号分别传输至预驱动器一、预驱动器二，预驱动器一、预驱动器二根据控制信号分别输出驱动信号控制EPS电机一与EPS电机二转动，两电机转速相同、转向相反；
所述反馈信号为EPS电机一、EPS电机二反馈的转子位置传感信号，相电流信号，扭矩转角信号以及车速转速信号。
本发明中，电源管理模块通过点火信号被唤醒，并提供微处理器启动必备的12V、5V、3.3V电压，微处理器通过接收反馈的转子位置传感信号、相电流信号、扭矩转角信号以及车速转速信号，控制内部运算，分别发送PWM控制信号给预驱动器一和预驱动器二，从而分别控制逆变器一和逆变器二，达到EPS电机一和EPS电机二分别控制的目的。
进一步地，所述电机矢量算法采用电流转速双闭环调节。
进一步地，所述电流转速双闭环调节中，电流环以期望电流为调节目标，采用典型FOC算法；转速环以期望转速为调节目标。
进一步地，在电流环中，对所述相电流信号进行模数转换，通过CLARK变换， PARK变换得到力矩控制电流Iq和磁场控制电流Id反馈；在转速环中，对所述转子位置传感信号依次进行模数转换，二阶相位跟踪得到角度位置，通过求导得到相应的转速反馈；
以期望的转速为调节目标，通过转速反馈，进行PI调节得到相应的力矩控制目标电流；以力矩控制目标电流为调节目标，通过力矩控制反馈电流，进行PI调节得到力矩控制电压；同时以期望的磁场控制电流为调节目标，通过磁场控制反馈电流进行PI 调节得到磁场电压；得到所述力矩控制电压、磁场控制电压、再加上母线电压值以及转子位置角度值进行反PARK变换后，通过SVPWM空间矢量脉宽调制，从而输出PWM控制信号。
进一步地，当其中一个EPS电机回路出现故障时，微处理器通过使发送到所述回路中的预驱动器的PWM控制信号为0，或通过断开所述回路中的继电器，从而断开故障的EPS电机回路。
进一步地，所述逆变器通过继电器与EPS电机连接。
在EPS电子控制器中串行运行两套电机矢量算法，可以通过使EPS电机一的期望转速大小和期望力矩控制电流与EPS电机二的期望转速大小和期望力矩控制电流设置相同，达到两个电机的转速大小相同，助力一致。
本发明的再一目的在于提供一种应用了上述用于驱动双电机的EPS电子控制器的双电机结构的电动助力转向器，包括输入输出轴、扭矩转角传感器、减速机构和电动机，所述电动机为两个，分别与所述用于驱动双电机的EPS电子控制器的逆变器一和逆变器二连接；EPS电子控制器两个电机的转子位置信号传送给EPS电子控制器；EPS 电子控制器将PWM控制信号发送给两个电机。
相比于现有技术来说，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在一个EPS电子控制器中设置两套EPS电机回路，能够实现使用一个EPS电子控制器来驱动双电机，提高电动助力转向器的输出功率。并且，通过优化控制方法以提高EPS运行的安全性，在一个电机回路出现故障时，另一个电机回路依然能提供助力，保证系统正常运行；保证双电机的相互独立性，一个电机的启停不影响另一个电机。同时，通过采用电流转速的双闭环调节，保持双电机在助力上的一致性，即双电机助力方向一致，且转速相同。
附图说明
图1为传统EPS结构图结构示意图。
图2为现有技术双控制器双电机结构示意图。
图3为本发明用于驱动双电机的EPS电子控制器结构示意图。
图4为本发明用于驱动双电机的EPS电子控制器的控制方法拓扑图。
图5为实施例3双电机结构的电动助力转向器结构示意图。
图6为实施例3的双电机转速监控示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图3所示，本实施例提供一种用于驱动双电机的EPS电子控制器，包括电源管理模块、预驱动器、逆变器以及微处理器；电源管理模块外接供电电源以及点火信号，并为预驱动器和微处理器提供电能；所述预驱动器包括预驱动器一和预驱动器二，逆变器包括逆变器一和逆变器二；预驱动器一通过逆变器一外接EPS电机一，预驱动器二通过逆变器二外接EPS电机二；
电源管理模块通过点火信号被唤醒，并提供微处理器启动必备的12V、5V、3.3V 电压，微处理器驱动逆变器，从而驱动EPS电机一和EPS电机二；微处理器外接反馈的EPS电机一、EPS电机二的转子位置传感信号，相电流信号，扭矩转角信号以及车速转速信号。
本发明中，电源管理模块通过点火信号被唤醒，并提供微处理器启动必备的12V、5V、3.3V电压，微处理器通过接收反馈的转子位置传感信号、相电流信号、扭矩转角信号以及车速转速信号，控制内部运算，分别发送PWM控制信号给预驱动器一和预驱动器二，从而分别控制预驱动器一和预驱动器二，达到EPS电机一和EPS电机二分别控制的目的。
本实施例采用一个微处理器，两路预驱动器，两路逆变器分别对两个电机进行独立控制，做到互不影响。微处理器采集到车速转速和方向盘扭矩转角信号，通过软件处理，对与预驱动器发送PWM控制信号，能提供两倍于传统EPS的助力。并且应用的汽车类型更广，可用于货车、商用车。
实施例2
本实施例提供一种用于驱动双电机的EPS电子控制器的控制方法。电子控制器的微处理器内软件串行运行两套电机矢量控制算法对双电机进行控制，能单独控制双电机的启停，做到转速同步。矢量控制算法上采用电流转速双闭环调节，以期望转速为调节目标，采用典型FOC算法，实现电机快速平稳调节。
如图5所示，在电流环中，对所述相电流信号进行模数转换，通过CLARK变换， PARK变换得到力矩控制电流Iq和磁场控制电流Id反馈；在转速环中，对所述转子位置传感信号依次进行模数转换，二阶相位跟踪得到角度位置，通过求导得到相应的转速反馈；
以期望的转速为调节目标，通过转速反馈，进行PI调节得到相应的力矩控制目标电流；以力矩控制目标电流为调节目标，通过力矩控制反馈电流，进行PI调节得到力矩控制电压；同时以期望的磁场控制电流为调节目标，通过磁场控制反馈电流，进行PI调节得到磁场电压；得到所述力矩控制电压、磁场控制电压、再加上母线电压值以及转子位置角度值进行反PARK变换后，通过SVPWM空间矢量脉宽调制，从而输出 PWM控制信号。
在微处理器中串行运行两套矢量控制算法，两个电机能做到同步协调运行，助力一致，转速同步。
当其中一个电机回路出现故障时，微处理器可以通过对相应的预驱动器的输出PWM控制信号进行置0控制，以断开该故障的电机回路；也可以在预驱动器和EPS电机之间设置继电器，所述继电器与微处理器相连，在电机回路出现故障时，通过微处理器断开继电器，实现故障回路的断开。本实施例，同时使用第一种和第二种故障处理方法，安全性更有保障，能在一个电机出现故障的情况下继续正常工作。
实施例3
如图4所示，本实施例提供一种应用了实施例2的控制方法的双电机结构的电动助力转向器。本电动助力转向器包括输入输出轴、扭矩转角传感器、减速机构和电动机，电动机为两个，分别与用于驱动双电机的EPS电子控制器的逆变器一和逆变器二连接；EPS电子控制器两个电机的转子位置信号传送给EPS电子控制器；EPS电子控制器将PWM控制信号发送给两个电机。
当驾驶员转动方向盘时，扭矩转角传感器测得此时的方向盘扭矩和角度，传给电子控制器ECU，电子控制器的微处理器串行运行两套电机矢量算法，通过两路预驱动器和逆变器发出控制信号给两个EPS电机，使一个正转，另一个反转，做到方向相反，转速相同，从而达到同时助力，功率倍增，手感平顺的目的。
如图6是双电机转速监控图，wRotEl1和wRotEl2分别是两个电机的转速，从图中可以看到两个电机的转速已基本实现转速相同，方向相反。
当其中一个EPS电机回路出现故障时，电子控制器ECU会控制内部的电磁继电器断开，终止这个电机回路的工作，不影响另一个电机回路的工作，保证在一路失效的情况下仍能提供助力。
本实施例的电动助力转向器助力效果更好，安全性能更高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。

Claims (7)

1.一种用于驱动双电机的EPS电子控制器，包括电源管理模块、预驱动器、逆变器以及微处理器；其特征在于，所述电源管理模块外接供电电源以及点火信号，并为预驱动器和微处理器提供电能；所述预驱动器包括预驱动器一和预驱动器二，所述逆变器包括逆变器一和逆变器二；所述预驱动器一通过逆变器一外接EPS电机一，预驱动器二通过逆变器二外接EPS电机二；
所述电源管理模块通过点火信号启动开始供电，所述微处理器接收反馈信号串行运行电机矢量算法生成两路PWM控制信号分别传输至预驱动器一、预驱动器二，预驱动器一、预驱动器二根据控制信号分别输出驱动信号控制EPS电机一与EPS电机二转动，两电机转速相同、转向相反；
所述反馈信号为EPS电机一、EPS电机二反馈的转子位置传感信号，相电流信号，扭矩转角信号以及车速转速信号。
2.根据权利要求1所述用于驱动双电机的EPS电子控制器，其特征在于，所述电机矢量算法采用电流转速双闭环调节。
3.根据权利要求2所述用于驱动双电机的EPS电子控制器，其特征在于，所述电流转速双闭环调节中，电流环以期望电流为调节目标，采用典型FOC算法；转速环以期望转速为调节目标。
4.根据权利要求3所述用于驱动双电机的EPS电子控制器，其特征在于，在电流环中，对所述相电流信号进行模数转换，通过CLARK变换，PARK变换得到力矩控制电流Iq和磁场控制电流Id反馈；在转速环中，对所述转子位置传感信号依次进行模数转换，二阶相位跟踪得到角度位置，通过求导得到相应的转速反馈；
以期望的转速为调节目标，通过转速反馈，进行PI调节得到相应的力矩控制目标电流；以力矩控制目标电流为调节目标，通过力矩控制反馈电流，进行PI调节得到力矩控制电压；同时以期望的磁场控制电流为调节目标，通过磁场控制反馈电流进行PI调节得到磁场电压；得到所述力矩控制电压、磁场控制电压、再加上母线电压值以及转子位置角度值进行反PARK变换后，通过SVPWM空间矢量脉宽调制，从而输出PWM控制信号。
5.根据权利要求1-4任一项所述用于驱动双电机的EPS电子控制器，其特征在于，当其中一个EPS电机回路出现故障时，微处理器通过使发送到所述回路中的预驱动器的PWM控制信号为0，或通过断开所述回路中的继电器，从而断开故障的EPS电机回路。
6.根据权利要求5所述用于驱动双电机的EPS电子控制器，其特征在于，所述逆变器通过继电器与EPS电机连接。
7.一种应用了权利要求1-6任意一项所述用于驱动双电机的EPS电子控制器的双电机结构的电动助力转向器，包括输入输出轴、扭矩转角传感器、减速机构和电动机，其特征在于，所述电动机为两个，分别与所述用于驱动双电机的EPS电子控制器的逆变器一和逆变器二连接；EPS电子控制器两个电机的转子位置信号传送给EPS电子控制器；EPS电子控制器将PWM控制信号发送给两个电机。
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