CN107161209B - 汽车电动助力转向系统电机角度计算方法 - Google Patents

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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
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Abstract

本发明为汽车电动助力转向系统电机角度计算方法。包括：用一固定频率的正弦信号作为激励信号输入到电机的旋变器，固定频率的正弦激励信号Asin(ωt)加到旋变器初级绕组R1‑R2时，在次级绕组上会产生一个感应信号，由于次级绕组机械错位90度，两路正弦输出信号彼此间的相位相差90度，旋变器输入和输出电压之间的关系式，对输出信号进行采样，再根据最小二乘法计算出电机角度θ。在EPS系统中采用本技术后，用软件方法实现了电机角度的计算，替代了使用硬件电路实现的方法，从而降低了硬件成本。同时采用软件解码方式降低了对硬件和底层代码的依赖，从而缩短了开发周期。

Description

汽车电动助力转向系统电机角度计算方法
技术领域
本发明涉及汽车电子领域，尤其是涉及一种在汽车电动助力转向系统(EPS)中，电机角度的计算方法。
背景技术
在汽车电动助力转向(EPS,Electric Power Steering)系统中，电机角度作为电机控制的输入是一个重要的物理量，其准确度直接影响电机控制的好坏。现有技术一般基于硬件解码芯片，采用硬件电路实现的方式实现电机角度计算，这样就会带来一定程度的不足：
①采用硬件芯片对电机角度进行解码无疑会给硬件成本带来一定的增加，同时硬件电路会对PCB板的布局有一定要求，这样也会带来成本的增加。
②采用硬件解码的方式就需要对硬件电路进行测试，同时对软件底层也有一定要求，这样就会带来开发周期的增加。
发明内容
本发明的目的是在汽车电动助力转向系统中，采用软件方法实现电机角度计算，替代硬件电路实现的方法，从而降低了硬件成本，缩短了开发周期。
为了达到上述目的，本发明的汽车电动助力转向系统电机角度计算方法，其特征是包括：用一固定频率的正弦信号作为激励信号输入到电机的旋变器，固定频率的正弦激励信号Asin(ωt)加到旋变器初级绕组R1-R2时，在次级绕组上会产生一个感应信号，由于次级绕组机械错位90度，两路正弦输出信号彼此间的相位相差90度，旋变器输入和输出电压之间的关系如下：
UR1R2＝A sin(ωt)--------(1)
US1S3＝T×A sin(ωt)sinθ----(2)
US2S4＝T×A sin(ωt)cosθ----(3)
其中：A是激励信号幅值；T是旋变器转换比；ω是激励信号频率；θ是电机角度；对输出信号进行采样，再根据最小二乘法就可以计算出电机角度θ。
其中最小二乘法的计算，其特征是：
(A)基于系统时钟产生一频率为ω的正弦激励信号Asin(ωt)作为电机旋变器的输入；
(B)对旋变器的输入激励Asin(ωt)和输出T×Asin(ωt)sinθ同时采样分别记为Xi,Yi；对输入激励Asin(ωt)和输出T×Asin(ωt)cosθ同时采样分别记为Xi,Zi，则有如下关系：
Yi＝K1*Xi；Zi＝K2*Xi；
其中，i＝0,1,2,…，n；T是旋变器旋变比；K1，K2为常数；
(C)基于最小二乘法计算K1,K2，具体过程如下：
对采样信号Xi,Yi应满足如下关系：Yi＝K1*Xi,i＝0,1,2,…,n
令
根据最小二乘法原理求出使M取得最小值时的K1，把M看作自变量K1的函数，由多元函数取得最值条件，可通过求解方程Mk1(K1)＝0计算K1的值，同样K2的值也通过此过程求解；
令
可得：
由于Xi,Yi,Zi为采样值，代入(4)(5)式即可求得K1,K2；
(D)由步骤(C)可以得到：
Yi＝K1*Xi＝T×Asin(ωt)sinθ
Zi＝K2*Xi＝T×Asin(ωt)cosθ
则有：Yi/Zi＝K1/K2＝sinθ/cosθ＝tgθ
所以，电机角度θ＝arctg(K1/K2)，其中K1,K2由步骤(C)求得,至此电机角度θ计算完成。
在EPS系统中采用本技术后，用软件方法实现了电机角度的计算，替代了使用硬件电路实现的方法，从而降低了硬件成本。同时采用软件解码方式降低了对硬件和底层代码的依赖，从而缩短了开发周期。
附图说明
图1是汽车电动助力转向系统电机角度计算方法路径框图；
图2电机旋变器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的描述。
图1是汽车电动助力转向系统电机角度计算方法路径框图。具体方法是用一固定频率的正弦信号作为激励信号输入到电机的旋变器中如图2所示。固定频率的正弦激励信号Asin(ωt)加到旋变器初级绕组R1-R2时，在次级绕组上会产生一个感应信号，由于次级绕组机械错位90度，两路正弦输出信号彼此间的相位相差90度，旋变器输入和输出电压之间的关系如下：
UR1R2＝Asin(ωt)--------(1)
US1S3＝T×Asin(ωt)sinθ----(2)
US2S4＝T×Asin(ωt)cosθ----(3)
其中：A是激励信号幅值；T是旋变器转换比；ω是激励信号频率；θ是电机角度；
对输出信号进行采样，再根据最小二乘法就可以计算出电机角度θ。
其中用最小二乘法的计算方法是：
(A)基于系统时钟产生一频率为ω的正弦激励信号Asin(ωt)作为电机旋变器的输入；
(B)对旋变器的输入激励Asin(ωt)和输出T×Asin(ωt)sinθ同时采样分别记为Xi,Yi；对输入激励Asin(ωt)和输出T×Asin(ωt)cosθ同时采样分别记为Xi,Zi，则有如下关系：
Yi＝K1*Xi；Zi＝K2*Xi；
其中，i＝0,1,2,…，n；T是旋变器旋变比；K1，K2为常数；
(C)基于最小二乘法计算K1,K2，具体过程如下：
对采样信号Xi,Yi应满足如下关系：Yi＝K1*Xi,i＝0,1,2,…,n
令
根据最小二乘法原理求出使M取得最小值时的K1，把M看作自变量K1的函数，由多元函数取得最值条件，可通过求解方程Mk1(K1)＝0计算K1的值，同样K2的值也通过此过程求解；
令
可得：
由于Xi,Yi,Zi为采样值，代入(4)(5)式即可求得K1,K2；
(D)由步骤(C)可以得到：
Yi＝K1*Xi＝T×Asin(ωt)sinθ
Zi＝K2*Xi＝T×Asin(ωt)cosθ
则有：Yi/Zi＝K1/K2＝sinθ/cosθ＝tgθ
所以，电机角度θ＝arctg(K1/K2)，其中K1,K2由步骤(C)求得,至此电机角度θ计算完成。

Claims (1)

1.汽车电动助力转向系统电机角度计算方法，其特征是包括：用一固定频率的正弦信号作为激励信号输入到电机的旋变器，固定频率的正弦激励信号Asin(ωt)加到旋变器初级绕组R1-R2时，在次级绕组上会产生一个感应信号，由于次级绕组机械错位90度，两路正弦输出信号彼此间的相位相差90度，旋变器输入和输出电压之间的关系如下：
UR1R2＝Asin(ωt)--------(1)
US1S3＝T×Asin(ωt)sinθ----(2)
US2S4＝T×Asin(ωt)cosθ----(3)
其中：A是激励信号幅值；T是旋变器转换比；ω是激励信号频率；θ是电机角度；对输出信号进行采样，再根据最小二乘法就可以计算出电机角度θ；
所述最小二乘法的计算方法是：
(A)基于系统时钟产生一频率为ω的正弦激励信号Asin(ωt)作为电机旋变器的输入；
(B)对旋变器的输入激励Asin(ωt)和输出T×Asin(ωt)sinθ同时采样分别记为Xi,Yi；对输入激励Asin(ωt)和输出T×Asin(ωt)cosθ同时采样，分别记为Xi,Zi，则有如下关系：
Yi＝K1*Xi；Zi＝K2*Xi；
其中，i＝0,1,2,…，n；T是旋变器旋变比；K1，K2为常数；
(C)基于最小二乘法计算K1,K2，具体过程如下：
对采样信号Xi,Yi应满足如下关系：Yi＝K1*Xi,i＝0,1,2,…,n
令
根据最小二乘法原理求出使M取得最小值时的K1，把M看作自变量K1的函数，由多元函数取得最值条件，可通过求解方程Mk1(K1)＝0计算K1的值，同样K2的值也通过此过程求解；
令
可得：
由于Xi,Yi,Zi为采样值，代入(4)(5)式即可求得K1,K2；
(D)由步骤(C)可以得到：
Yi＝K1*Xi＝T×Asin(ωt)sinθ
Zi＝K2*Xi＝T×Asin(ωt)cosθ
则有：Yi/Zi＝K1/K2＝sinθ/cosθ＝tgθ
所以，电机角度θ＝arctg(K1/K2)，其中K1,K2由步骤(C)求得,至此电机角度θ计算完成。
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