CN109533014A - 一种电动助力转向系统过流抑制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了提供一种电动助力转向系统过流抑制方法及装置，包括如下步骤：S1，采集电机实时角度以及实际的三相电流；S2，对三相电流及实时角度进行分析，预估当前转动周期内最大相电流；S3，若最大相电流大于过流阈值，便进行电流抑制，给出较小的目标电流。本发明结合采集到的电机角度，判断接下来一段时间电流的变化趋势，从而估计当前转动周期内最大的相电流，若最大的相电流大于过流阈值，便在最大相电流产生时进行电流抑制，给出较小的目标电流，使得目标输出电流变小，避免过流抑制的延迟。

Description

一种电动助力转向系统过流抑制方法及装置
技术领域
本发明涉及电动助力转向技术领域。
背景技术
电动助力转向技术已日渐成熟，有取代液压动力转向的趋势，是未来动力转向技术发展的方向之一。电动助力转向采用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元控制。它能节约能量，提高安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术。因此，EPS成为目前国内转向技术的研究热点。
EPS(电动助力转向系统)通过传感器采集驾驶员转动方向盘的力矩和角度的大小，通过一定的算法，计算出输出电流，施加到电机上，产生相应的助力。在高负荷运行的情况下，EPS电机相上的电流会大于额定值，若相电流长时间过大，会严重影响EPS的性能，甚至会造成控制器不可逆的损害。所以，在EPS工作时，对EPS相上的电流进行监控，当电流过大时，需要对相上的电流进行限制，确保EPS在安全范围内工作。
目前，常见的EPS过流抑制策略为，在EPS工作时，不断回采EPS电机的相电流，然后将采集回来的相电流与过流阈值进行比较，若超出阈值，则调整目标电流。该策略虽然能达到一定的效果，但由于相电流已经过高时，才开始进行过流抑制，导致抑制的效果有所延迟。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种电动助力转向系统过流抑制方法，避免过流抑制的延迟。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电动助力转向系统过流抑制方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，采集电机实时角度以及实际的三相电流；
S2，对三相电流及实时角度进行分析，预估当前转动周期内最大相电流；
S3，若最大相电流大于过流阈值，便进行电流抑制，给出较小的目标电流。
优选的，电流大小随角度正弦变化用以下公式表示：
Iphase＝Imax×sinωt
Iphase为相上的实际电流
Imax为当前周期内的最大电流
ω为电机角速度当相上的电流为零时，记录下此时电机角度，在电机转动的一周内，再选择一个角度以及该角度的相电流，即可推导出此转动周期内的最大相电流，计算公式如下所示：
其中，
Imax为当前周期内的最大电流
Iphaseθ为电机角度为θ时的相电流
θ为电机角度
θ0为此周期开始时，相电流等于0时的电机角度。
优选的，目标电流输出计算公式如下：
Iout＝Iaim-Icmp×k-Iconst
其中，
Iout为现目标输出电流
Iaim为原目标输出电流
Icmp为补偿电流
k为补偿系数
Iconst为电流常量。
优选的，所述电流常量为电机额定电流的5％～10％，所述补偿系数在0.3～0.7之间选取。
优选的，补偿电流的计算公式如下所示：
Icmp＝Imax-Ithresh
其中，
Icmp为补偿电流
Imax为当前周期内最大电流
Ithresh为设定的电流阈值。
本发明还提供了一种电动助力转向系统过流抑制装置，包括：
电机角度采集模块，采集电机实时角度；
实际电流采集模块，采集实际的三相电流；
目标电流输出模块，输出目标电流；
过流判断及处理模块，对三相电流及实时角度进行分析，预估当前转动周期内最大相电流，若最大相电流大于过流阈值，计算应进行负补偿的补偿电流数值给目标电流输出模块，使得目标输出电流变小。
当电机转动一周时，电机上三相电流是正弦变化的，因此，本发明结合采集到的电机角度，判断接下来一段时间电流的变化趋势，从而估计当前转动周期内最大的相电流，若最大的相电流大于过流阈值，便在最大相电流产生时进行电流抑制，给出较小的目标电流，使得目标输出电流变小，避免过流抑制的延迟。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明原理框图；
图2为过流判断及过流抑制工作流程图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，电动助力转向系统过流抑制装置，包括：
电机角度采集模块，采集电机实时角度；
实际电流采集模块，采集实际的三相电流；
目标电流输出模块，输出目标电流；
过流判断及处理模块，对三相电流及实时角度进行分析，预估当前转动周期内最大相电流，若最大相电流大于过流阈值，计算应进行负补偿的补偿电流数值给目标电流输出模块，使得目标输出电流变小。
实施例二
一种电动助力转向系统过流抑制方法，包括如下步骤：
S1，采集电机实时角度以及实际的三相电流；
S2，对三相电流及实时角度进行分析，预估当前转动周期内最大相电流；
S3，若最大相电流大于过流阈值，便进行电流抑制，给出较小的目标电流。
在电机三相上，有三个电流传感器，实际电流采集模块通过采集电流传感器上的电压信号，经过换算，得到三相的电流，其计算公式如下所示：
其中，
Iphase为相电流
AD为电流传感器上采样值
Resolution为采样通道的分辨率
Vref为采样通道的参考电压
G为运算放大器的增益
R为电流传感器的电阻值
实际电流采集模块算出三相电流后，将其传给过流判断及处理模块，以进行进一步运算。
电机角度采集模块工作原理具体说明如下。
电机角度采集模块实时采集电机角度传感器的信号，并将其进行转换。
控制器从电机角度传感器处获取两个信号，一个是角度的正弦值，一个是角度的余弦值，即Asinθ和Acosθ，通过反正切法，即可得到电机的角度，其计算公式如下所示：
其中，
θ为电机旋转的角度
ADsinθ为角度传感器上的正弦信号
ADcosθ为角度传感器上的余弦信号
电机角度采集模块计算出电机角度后，将角度信号传给过流判断及处理模块，以进行进一步运算。
过流判断及处理模块工作原理具体说明如下。
如图2所示，过流判断及处理模块从实际电流采集模块和电机角度采集模块得到电流和角度后，即可用来计算当前周期内的最大电流，若最大电流比过流阈值大，则进行电流抑制。
当电机以一定速度转动时，电机转动一周，电流的大小是随着角度正弦变化的，可用以下公式表示：
Iphase＝Imax×sinωt
Iphase为相上的实际电流
Imax为当前周期内的最大电流
ω为电机角速度
当相上的电流为零时，记录下此时电机角度，在电机转动的一周内，只需要再选择一个角度以及该角度的相电流，即可推导出此转动周期内的最大电流，计算公式如下所示：
其中，
I max为当前周期内的最大电流
Iphaseθ为电机角度为θ时的相电流
θ为电机角度
θ0为此周期开始时，相电流等于0时的电机角度
在本发明中，选择相电流为零后，角度变化30度的相电流来计算当前周期内的最大电流，由于sin30°等于1/2，所示计算公式如下所示：
Imax＝2×Iphase30°
其中，
Imax为当前周期内的最大电流
Iphase30°为相电流变为零后，电机角度变化30度时的相电流
由上述计算可知，采取本策略可提前60°电角度，就可将最大电流计算出来，以此提前计算补偿，进行过流抑制，当最大电流大于过流阈值时，补偿的计算公式如下所示：
Icmp＝Imax-Ithresh
其中，
Icmp为补偿电流
Imax为当前周期内最大电流
Ithresh为设定的电流阈值
过流判断及处理模块计算出相电流最大值得出来后，将其与设定的阈值进行比较，若比阈值大，便在输出的目标电流上添加负补偿，从而达到过流抑制的效果。
目标电流输出模块工作原理具体说明如下。
目标电流输出模块接收来自过流判断及处理模块的反馈，当没有出现相电流过流时，目标电流输出模块直接输出目标电流；当出现相电流过流时，目标电流输出模块需要对目标电流输出进行计算，其计算公式如下所示：
Iout＝Iaim-Icmp×k-Iconst
其中，
Iout为现目标输出电流
Iaim为原目标输出电流
Icmp为补偿电流
k为补偿系数
Iconst为电流常量
其中，原目标输出电流与电机目标输出力矩相关，输出电流越大，输出力矩越大。电流常量与补偿系数预先设定，当出现过流时，为了达到快速抑制的效果，应将电流常量设为电机额定电流的5％～10％，补偿系数可根据实际抑制需求在0.3～0.7之间选取。
因此，目标电流输出模块通过添加补偿，减小目标电流输出，达到过流抑制的效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (6)

1.一种电动助力转向系统过流抑制方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，采集电机实时角度以及实际的三相电流；
S2，对三相电流及实时角度进行分析，预估当前转动周期内最大相电流；
S3，若最大相电流大于过流阈值，便进行电流抑制，给出较小的目标电流。
2.根据权利要求1所述的一种电动助力转向系统过流抑制方法，其特征在于：电流大小随角度正弦变化用以下公式表示：
Iphase＝Imax×sinωt
Iphase为相上的实际电流
Imax为当前周期内的最大电流
ω为电机角速度
当相上的电流为零时，记录下此时电机角度，在电机转动的一周内，再选择一个角度以及该角度的相电流，即可推导出此转动周期内的最大相电流，计算公式如下所示：
其中，
Imax为当前周期内的最大电流
Iphaseθ为电机角度为θ时的相电流
θ为电机角度
θ0为此周期开始时，相电流等于0时的电机角度。
3.根据权利要求2所述的一种电动助力转向系统过流抑制方法，其特征在于：目标电流输出计算公式如下：
Iout＝Iaim-Icmp×k-Iconst
其中，
Iout为现目标输出电流
Iaim为原目标输出电流
Icmp为补偿电流
k为补偿系数
Iconst为电流常量。
4.根据权利要求3所述的一种电动助力转向系统过流抑制方法，其特征在于：述电流常量为电机额定电流的5％～10％，所述补偿系数在0.3～0.7之间选取。
5.根据权利要求3或者4所述的一种电动助力转向系统过流抑制方法，其特征在于：补偿电流的计算公式如下所示：
Icmp＝Imax-Ithresh
其中，
Icmp为补偿电流
Imax为当前周期内最大电流
Ithresh为设定的电流阈值。
6.一种电动助力转向系统过流抑制装置，其特征在于包括：
电机角度采集模块，采集电机实时角度；
实际电流采集模块，采集实际的三相电流；
目标电流输出模块，输出目标电流；
过流判断及处理模块，对三相电流及实时角度进行分析，预估当前转动周期内最大相电流，若最大相电流大于过流阈值，计算应进行负补偿的补偿电流数值给目标电流输出模块，使得目标输出电流变小。
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