CN109863684A - 用于限制提供给电动转向系统中的电动机的电流的技术 - Google Patents

用于限制提供给电动转向系统中的电动机的电流的技术 Download PDF

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Abstract

提供了用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的技术。针对第一时间步骤确定电动机的第一估计温度。对电动机的第一估计温度进行滤波，以产生电动机的第一滤波估计温度。针对第一时间步骤之后的第二时间步骤确定电动机的第二估计温度。将第一滤波估计温度与第二估计温度进行比较，以确定电动机是正在加热还是正在冷却。响应于确定电动机是正在加热还是正在冷却来调整滤波器。利用经调整的滤波器对电动机的第二估计温度进行滤波，以产生电动机的第二滤波估计温度。使用第二滤波估计温度来对提供给电动机的电流设定限制。

Description

用于限制提供给电动转向系统中的电动机的电流的技术
相关申请的交叉引用
本主题申请要求2016年9月2日提交的美国临时专利申请No.62/383,306的权益，该申请的整体通过引用结合于此。
背景技术
1.发明领域
本主题发明涉及与电动转向有关的系统、方法和装置，更具体地，涉及用于防止电动转向电动机过热的系统、方法和装置。
2.相关技术说明
传统上，电动转向系统通过使用电力增强驾驶员的转向力来促进对机动车辆的转向。这些电动转向系统通常涉及各种传感器、控制器和电动机。在通常的配置中，机动车辆的驾驶员使用方向盘从电动转向系统请求一定量的扭矩。各种传感器感测由驾驶员所请求的扭矩量，并将感测到的量中继给控制器。控制器随后确定正确的电流量以提供给电动机，以便正确地对机动车辆进行转向。
历史上，如果机动车辆的驾驶员从电动转向系统请求大量扭矩，则电动机易于过热。在驾驶员从电动转向系统请求大量扭矩的情况下，控制器向电动机提供大量电流，可能使电动机过热并导致不可修复的损坏。
虽然传统的电动转向系统已经提供了防止电动机过热的解决方案，但仍存在某些缺点。例如，在本领域中仍然需要电动转向系统快速且准确地检测和解决电动机的过热。此外，在本领域中仍然需要电动转向系统自动地调整检测电动机过热的灵敏度。附加地，当电动机从有刷电动机转换到无刷电动机时，在本领域中仍然需要电动转向系统来限制提供给无刷电动机的电流。
如此，存在至少解决前述问题的机会。
发明内容
提供了电动转向单元的一个实施例，其中所述电动转向单元包括：电动机，至少一个温度传感器，至少一个电流传感器，以及耦合到所述电动机、所述至少一个温度传感器以及所述至少一个电流传感器的控制器。控制器被配置成：从所述至少一个温度传感器接收环境温度测量，从所述至少一个电流传感器接收所述电动机的电流测量，估计所述电动机随时间的温度，使用滤波器对所述电动机的估计的温度进行滤波，基于所述估计的温度调整所述滤波器，以及限制随时间提供给所述电动机的电流。
提供了用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的控制器的一个实施例。所述控制器被配置成：确定所述电动机的第一估计温度，利用滤波器对所述电动机的所述第一估计温度进行滤波以产生所述电动机的第一滤波估计温度，针对第二时间步骤确定所述电动机的第二估计温度，将所述电动机的所述第一滤波估计温度与所述电动机的所述第二估计温度进行比较，基于该比较来调整所述滤波器，利用经调整的滤波器对所述电动机的所述第二估计温度进行滤波以产生所述电动机的第二滤波估计温度，以及使用所述电动机的所述第二滤波估计温度来对提供给所述电动机的电流设定限制。
提供了用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的方法的一个实施例。所述方法包括以下的步骤：确定所述电动机的第一估计温度，利用滤波器对所述电动机的所述第一估计温度进行滤波以产生所述电动机的第一滤波估计温度，确定所述电动机的第二估计温度，将所述电动机的所述第一滤波估计温度与所述电动机的所述第二估计温度进行比较，基于该比较来调整所述滤波器，利用经调整的滤波器对所述电动机的所述第二估计温度进行滤波以产生所述电动机的第二滤波估计温度，以及使用所述电动机的所述第二滤波估计温度来对提供给所述电动机的电流设定限制。
提供了用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的控制器的一个实施例。所述控制器被配置成：估计所述电动机随时间的温度，使用滤波器对所述电动机的估计温度进行滤波，基于所述估计温度来调整所述滤波器，以及基于经调整的滤波器限制随时间提供给所述电动机的电流。
提供了用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的方法的一个实施例。所述方法包括以下的步骤：估计所述电动机随时间的温度，使用滤波器对所述电动机的估计温度进行滤波，基于所述估计温度来调整所述滤波器；以及基于经调整的滤波器限制随时间提供给所述电动机的电流。
提供了用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的控制器的一个实施例。所述控制器包括电动机温度估计部分。所述电动机温度估计部分包括：第一输入，所述第一输入被配置成接收与所述电动机有关的环境温度测量；第二输入，所述第二输入被配置成接收所述电动机的电流测量；第一组合器，所述第一组合器被耦合到所述第一输入和所述第二输入并且被配置成组合所述环境温度测量和所述电流测量；温度滤波部分，所述温度滤波部分包括滤波器并且被配置成接收所述电动机的估计温度并对所述电动机的估计温度进行滤波；以及第一输出，所述第一输出被耦合到所述温度滤波部分并且被配置成输出所述电动机的滤波估计温度。电动机电流控制部分被耦合到所述电动机温度估计部分，并且被配置成响应于所述电动机的所述滤波估计温度来限制提供给所述电动机的电流。
所述系统、方法和装置有利地提供了对电动机过热的改进的检测和解决。通过对电动机的随时间的估计温度进行滤波，控制器能够准确地确定电动机的温度。以这种方式，电动转向单元可以快速地检测电动机的过热并开始限制提供给电动机的电流。此外，因为控制器包括可调整的滤波器，所以电动转向单元能够调整检测电动机过热的灵敏度。附加地，电动转向单元可以被配置成利用有刷电动机或无刷电动机来进行作用。
当然，如本文所描述的系统、方法和装置可以展现出或提供除了上述那些之外的优点。上文描述的优点不旨在限制所要求保护的发明的范围。
附图说明
通过参考以下详细描述，当结合附图考虑时，将容易领会并更好地理解本发明的优点，在附图中：
图1是电动转向单元的透视图，该电动转向单元包括电动机、温度传感器、电流传感器和用于限制提供给电动机的电流的控制器。
图2是根据一个实施例的控制器的示意图，其中控制器包括电动机温度估计部分和电动机电流控制部分。
图3是根据一个实施例的示出了温度滤波部分的控制器的局部示意图。
图4是根据一个实施例的表示图2和图3的组合视图的控制器的示意图。
图5是根据一个实施例的用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的控制器(如其可以在图形编程环境中被实现)的示意图。
图6是根据一个实施例的用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的方法的流程图。
图7是根据一个实施例的图6中的流程图的局部视图，其中增加了接收与电动机有关的环境温度测量以及接收电动机的电流测量的步骤。
图8是根据一个实施例的图6中的流程图的局部视图，其中进一步详细说明了确定电动机的估计温度的步骤。
图9是根据一个实施例的图6中的流程图的局部视图，其中进一步详细说明了将电动机的滤波估计温度与电动机的估计温度进行比较以确定电动机是正在加热还是正在冷却的步骤。
图10是根据一个实施例的图6中的流程图的局部视图，其中进一步详细说明了调整滤波器的步骤。
图11是根据一个实施例的图6中的流程图的局部视图，其中进一步详细说明了对提供给电动机的电流设定限制的步骤。
图12A和图12B分别是根据一个实施例的比较电动机的噪声估计温度和滤波估计温度的曲线图。
图13是示出调整滤波器如何影响电动机的滤波估计温度的曲线图。
图14是示出调整电动机的初始温度如何影响控制器的操作的曲线图。
图15是电动转向单元的示意图，其中电动机是有刷电动机。
图16是电动转向单元的示意图，其中电动机是无刷电动机。
具体实施方式
参考附图，其中贯穿若干视图，相同的参考标号指示相同或对应的部分，提供了用于限制提供给电动机的电流的电动转向单元。
I.电动转向单元概述
图1示出了电动转向单元10的一个实施例。电动转向单元10包括电动机12、至少一个温度传感器20,22、至少一个电流传感器16,18和控制器24。控制器24被耦合到电动机12、至少一个温度传感器20,22和至少一个电流传感器16,18。至少一个温度传感器20,22感测与电动机12有关的环境温度。至少一个电流传感器16,18感测电动机12的电流。
在图1所示的电动转向单元10的实施例中，电动转向单元10包括两个温度传感器20,22、两个电流传感器16,18、以及电动机位置传感器14。然而，应当理解，在电动转向单元10的各种实施例中，电动转向单元10可包括不同数量的温度传感器和电流传感器。此外，应当理解，在其他实施例中，电动转向单元10可包括不同数量的电动机位置传感器14或可不包括电动机位置传感器14。附加地，电动转向单元10的上述部件可被定位在电动转向单元10上的任何合适位置处。
II.有刷电动机实施例和无刷电动机实施例中的闭环控制
电动转向单元10控制电动机12输出期望的扭矩量。为了实现这一点，电动转向单元10接收电流值，该电流值与期望的扭矩量相对应。电动转向单元10随后基于接收到的电流值使用闭环控制来控制电动机12。
在一些实施例中，图1中的电动机12可以是有刷电动机或无刷电动机。这样，电动转向单元10可以进行各种方法的闭环控制以适当地控制电动机12。为了解释，在两个实施例中，扭矩控制器26提供目标电流，在图15中被标记为“Iref”并且在图16中被标记为“Iq”，该目标电流与期望的扭矩量相对应。控制器24随后接收Iref值，并且根据电动机12是有刷电动机还是无刷电动机，继续使用各种方法控制电动机12。
在图15所示的实施例中，电动机12是有刷电动机12。这里，电动转向单元10试图控制电动机12，使得电动机的电流(被标记为“Im”)等于Iref。如前所述的，控制器24从扭矩控制器26接收Iref。控制器24随后计算对应的电流(被标记为“Ic”)，并将Ic提供给电动机控制桥24，电动机控制桥24相应地驱动电动机12。电流传感器30使用反馈回路32感测Im并将Im传输到控制器24。控制器24随后将Im和Iref进行比较以计算未来的Ic值。
在电动转向单元10的另一实施例中，如图16中所示的，电动机12是无刷电动机12。在该实施例中，电动转向单元10再次尝试向电动机12提供等于由扭矩控制器34提供的目标电流的电流量。如前所述的，控制器24从扭矩控制器26接收目标电流(被标记为“Iq”)并相应地控制电动机12。在该实施例中，目标电流Iq指的是正交电流分量，其是电动机12的电流的分量，该电动机12的电流的分量直接与电动机12所输出的转矩成比例。控制器24随后根据Iq计算对应的正交电压(被标记为“Vq”)，以驱动电动机12。控制器24还经由反馈回路接收来自电动机12的感测到的Iq值，以用于计算未来的Vq值。
与图15中所示的电动转向单元10相比，图16中所示的电动转向单元10包括用于将控制器24的输出和反馈信号变换到控制器24的各种矢量三角变换块。这些矢量三角变换块包括Park块50、Park-1块42、Clarke块48和Clarke-1块44。此外，电动转向单元10包括转子位置传感器40，转子位置传感器40提供转子角度(被标记为“θ”)，以供Park块50和Park-1块42使用。附加地，电动转向单元10包括三相逆变器46，该三相逆变器46将DC电压和DC电流转换为AC电流，以用于控制电动机12。
此外，应该注意，图16中的控制器24还接收直流电流分量(被标记为“Id”)，并计算对应的直流电压(被标记为“Vd”)。Id是电动机12的电流的分量，正如Iq是电动机12的电流的分量。但与Iq不同的是，Id不负责提供扭矩。如图16中所示的，Id可以由本领域已知的场弱化(field weakening)的现象引起。控制器24还可以经由反馈回路从电动机12接收感测到的Id值。可以使用三个电动机引线感测到的电流(被标记为“Iu”、“Iv”和“Iw”)来计算感测到的Id值。
在一些实施例中，可以使用三个电流传感器来感测Iu、Iv和Iw，然而，在图16所示的实施例中，仅使用两个电流传感器36,38来感测Iu、Iv和Iw。通过将基尔霍夫定律应用于三个电流，可以注意到Iu+Iv+Iw＝0。因此，如果已知三个电动机引线感测到的电流中的两个，则可以容易地确定第三个。结果，可以仅使用两个电流传感器36,38来感测三个电动机引线感测到的电流。
III.控制器配置
控制器24被配置成限制提供给电动机12的电流以防止电动机12过热。一般而言，控制器24通过估计电动机12的温度并限制对应提供的电流来完成该任务。
在具有有刷电动机12的电动转向单元10的实施例中，如图15中所示的，控制器24可以使用电动机12的所测得的电流Im来估计电动机12的温度。控制器24随后可以基于电动机12的估计温度通过限制计算的电流Ic来限制提供给电动机12的电流。
在具有无刷电动机12的电动转向单元10的实施例中，如图16中所示的，控制器24可以使用直流电流分量Id和正交电流分量Iq来估计电动机12的温度。更明确地说，控制器24组合两个电流分量Id和Iq，以形成代表性电流，该代表性电流可用于估计电动机12的温度。代表性电流(在下面被称为“Imeas”)，可以使用以下等式表示：
控制器24随后可以通过限制提供给电动机12的Iq来限制提供给电动机12的电流。控制器24基于电动机12的估计温度通过限制计算的正交电压Vq来实现这一点。
如图2中所示的，控制器24使用电动机温度估计部分100来估计电动机12的温度，并使用电动机电流控制部分200来控制提供给电动机12的电流。
电动机温度估计部分100包括第一输入102，该第一输入102从至少一个温度传感器20,22接收环境温度测量。电动机温度估计部分还包括第二输入104，该第二输入104从至少一个电流传感器16,18接收电流测量。第一组合器106被耦合到第一输入102并且被耦合到第二输入104。第一组合器106组合环境温度测量和电流测量，以确定电动机12的估计温度。应当理解，控制器24所使用的任何组合器可以将输入组合到使用各种数学运算的组合器。电动机温度估计部分100还包括温度滤波部分108，温度滤波部分108使用滤波器128(如图3中所示的)对电动机12的估计温度进行滤波，以产生电动机12的滤波估计温度。此外，电动机温度估计部分100包括第一输出110，该第一输出110被耦合到温度滤波部分108并输出电动机12的滤波估计温度。
如前所述的，温度滤波部分108接收电动机12的估计温度并对电动机12的估计温度进行滤波。如图3中所示的，温度滤波部分108被耦合到第一输入102并被耦合到第一组合器106，并接收环境温度测量以及电动机12的估计温度。温度滤波部分108还包括比较器124，比较器124被耦合到第一组合器106和第一输出110。在一个实施例中，比较器124通过使用反馈回路接收滤波估计温度。如下，将第一输出发送回比较器124作为输入。比较器124将电动机12的滤波估计温度和电动机12的估计温度进行比较，以确定电动机12是正在加热还是正在冷却。
此外，温度滤波部分108包括被称为第三组合器118的组合器。在一个实施例中，第三组合器118与比较器124一样，通过使用反馈回路接收滤波估计温度。第三组合器118组合环境温度测量和电动机12的滤波估计温度。在一些实施例中，第三组合器118组合环境温度测量和电动机12的滤波估计温度，以确定温度差。
两个存储器120,122被耦合到第三组合器118。这些存储器120,122(被称为第三存储器120和第四存储器122)各自将滤波器128的平滑因子与第三组合器118的输出进行关联。滤波器的平滑因子是0与1之间的参数，该参数确定滤波器128的灵敏度。
开关126被耦合到比较器124、第三存储器120和第四存储器122。开关126接收两个平滑因子，一个来自第三存储器120，并且一个来自第四存储器122，并且响应于电动机12是正在加热还是正在冷却(这是由比较器124确定的)而输出平滑因子中的一个。
被耦合到开关126和第一组合器106的是滤波器128。滤波器128从开关126接收平滑因子，并相应地对从第一组合器106接收到的电动机12的估计温度进行滤波。滤波器将电动机12的滤波估计温度输出给第一输出。
如前所述的，控制器24还包括电动机电流控制部分200。电动机电流控制部分200响应于电动机12的滤波估计温度而限制提供给电动机12的电流。如图2中所示的，电动机电流控制部分200包括第三输入202、以及第一存储器206。第三输入202被耦合到第一输出110并且接收电动机12的滤波估计温度。被耦合到第三输入202的第一存储器206接收电动机12的滤波估计温度并将其与电流限制因子进行关联。在实施例中，电流限制因子是介于0和1之间(包含0和1)的值，其中电流限制因子越接近1，控制器24就越少地限制提供给电动机12的电流。
电动机电流控制部分200还包括第二存储器208。第二存储器208存储允许给电动机12的预设最大电流。在一个实施例中，该预设最大电流表示如下的电流：如果该电流被提供给电动机12，则不会对电动机12造成损坏。然而，如果在这样的实施例中，超过了预设最大电流，则可能发生对电动机12的损坏。
第二组合器210被耦合到第二存储器208和第一存储器206。第二组合器210组合第二存储器208的输出和第一存储器206的输出。更具体地，第二组合器210将电流限制因子应用于预设最大电流。在一些实施例中，第二组合器210将电流限制因子和预设最大电流相乘，从而输出提供给电动机12的电流的上限。
限制器212被耦合到第二组合器210和第四输入204。第四输入204接收用于控制电动机12的电流设定点。在一些实施例中，电流设定点来自不同的控制器。例如，电流设定点可以由控制器确定，该控制器可以感测用户所需的电流。例如，在图15所示的电动转向单元10的实施例中，电流设定点可以是Iref，Iref由扭矩控制器24提供。在图16所示的实施例中，电流设定点可以是Iq，Iq由扭矩控制器24提供。限制器212使用第二组合器210的输出接收并限制电设定点。限制器212输出经限制的电流值。第二输出214被耦合到限制器212并将经限制的电流值提供给电动机12。
出于说明的目的，图4示出了根据一个实施例的图2和图3的组合视图。这里，温度滤波部分108以其整体与电动机温度估计部分100和电动机电流控制部分200被包括在一起。
IV.图形编程环境实施例
根据以上描述的部件，图5是根据一个实施例的控制器24(如其可以在图形编程环境中实现)的示意图。可以使用由MathWorks开发的图形编程环境Simulink来实现图5中所示的控制器24的实施例。这样，图5可以包括各种Simulink特定块，该Simulink特定块被选择用于操作地复制控制器24的先前讨论的部件(如图2-4中所示的)。然而，应当理解，如果控制器24的先前讨论的部件的操作未被损害(compromise)，则这些各种Simulink特定块可以替代其他Simulink特定块。此外，可以在各种编程环境(图形的或非图形的)中实现控制器24。
如图5中所示的，可以使用两个输入块(被称为第一输入块302和第二输入块304)来实现电动机温度估计部分100的第一输入102和第二输入104。第一输入块302接收与电动机12有关的环境温度测量，并且第二输入块304接收电动机12的电流测量。
还如图5中所示的，可以使用被标记为“热常数(Tk)”的常数块306、功率2块308、乘积块310和加法器块312来实现电动机温度估计部分100的第一组合器106。组合器106使用这些块来接收和组合环境温度测量和电流测量，以确定电动机12的估计温度。应当理解，在控制器24的各种实施例中，可以不同地实现组合器106。
如图所示，电动机温度估计部分100还包括温度滤波部分108。温度滤波部分108被耦合到第一输入块302以接收环境温度测量并且被耦合到加法器块312的输出以接收电动机12的估计温度。
如图5中所示的，使用低通滤波器314来实现温度滤波部分108的滤波器128。应当理解，在控制器24的各种实施例中，可以使用各种滤波器来实现滤波器128。例如，滤波器128可以包括模拟或数字滤波器、无源或有源滤波器、高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器或它们的各种组合。在该特定实施例中，选择低通滤波器以满足控制器24的需要。
使用被耦合到第一输入块302的减法器块316和电动机温度估计部分100的输出来实现温度滤波部分108的第三组合器118，其中电动机温度估计部分100的输出是电动机12的滤波估计温度。使用一维(1-D)查找表(被称为冷却平滑因子查找表318和加热平滑因子查找表320)来实现第三存储器120和第四存储器122。冷却平滑因子查找表318和加热平滑因子查找表320各自将滤波器的平滑因子与减法器块316的输出进行关联。查找表318,320随后输出平滑因子。
使用逻辑运算符块322(在图5中被标记为“加热/冷却检测”)来实现温度滤波部分108的比较器124。逻辑运算器块322被耦合到电动机温度估计部分100的输出和加法器块312的输出。逻辑运算符块322将电动机12的滤波估计温度与电动机12的估计温度进行比较，以确定电动机12是正在加热还是正在冷却。
使用开关块324来实现温度滤波部分108的开关126。开关块324被耦合到冷却平滑因子查找表318的输出、加热平滑因子查找表320的输出和逻辑运算器块320的输出。因此，取决于电动机12是正在加热还是正在冷却，开关块314输出从加热平滑因子查找表320或从冷却平滑因子查找表318接收到的平滑因子。
先前介绍的，低通滤波器314被耦合到开关块324的输出和电动机12的估计温度。低通滤波器314接受来自开关块324平滑因子，并且能够对电动机12的估计温度进行滤波，以输出电动机12的滤波估计温度。
应注意，未在图2-4中描述图5中所示的一些Simulink块。例如，在图5所示的控制器24的实施例中，模型限制块340可选地被包括在温度滤波部分108中。模型限制块340被耦合到加法器312的输出，并接收电动机12的估计温度。模型限制块340将电动机12的估计温度保持在实际温度裕度(margin)内。在由模型限制块340接收到的估计温度值在实际温度裕度之外的情况下，由于各种类型的误差，模型限制块将会将电动机12的估计温度设定为落入实际温度裕度内的强制温度值。取决于控制器24的实施例，实际温度裕度和强制温度值两者都经受改变。
应进一步注意的是，在图5中所示的实施例中，第一输出110和第三输入202没有分别被具体实现为电动机温度估计部分100和电动机电流控制部分200的一部分。在该实施例中，电动机温度估计部分100的输出，以及等效地，温度滤波部分108的输出，可以直接被连接到电动机电流控制部分200。然而，应当理解，在控制器24的各种实施例中，可以如图2-4所教示的实现第一输出110和第三输入202。
图5还示出了电动机电流控制部分200。使用1-D查找表(被称为限制因子查找表326)来实现电动机电流控制部分200的第一存储器206。限制因子查找表326将电动机12的滤波估计温度与电流限制因子进行关联。
电动机电流控制部分200的第二存储器208被实现为常数块328。常数块328存储允许给电动机12的预设最大电流。在图5中所示的实施例中，允许给电动机12的预设最大电流被设定为100安培。应当理解，在控制器24的各种实施例中，允许给电动机12的预设最大电流可以被设定为不同的电流值。
使用乘积块330来实现电动机电流控制部分200的第二组合器210。在图5所示的实施例中，乘积块330将电流限制因子与预设的最大电流相乘。
使用来自工作空间块332来实现电动机电流控制部分200的第四输入204。所述来自工作空间块332从Simulink工作空间接收电流设定点。
使用饱和动态块334来实现电动机电流控制部分200的限制器212，饱和动态块334被耦合到乘积块330并且被耦合到所述来自工作空间块332。在图5中所示的实施例中，饱和动态块334需要三个输入－上限值、要被限制的信号、和下限值。这里，乘积块330的输出(其是电流限制因子和允许给电动机12的预设最大电流的乘积)用作上限值。此外，增益为-1的增益块338用于将下限值设定为上限值的加法逆(additive inverse)。最终，饱和动态块334从所述来自工作空间块332接收电流设定点，并将电流设定点用作要被限制的信号。以这种方式，饱和动态块334能够限制电流设定点，以输出经限制的电流。
使用到工作空间块336来实现电动机电流控制部分200的第二输出214。所述到工作空间块336将经限制的电流输出到Simulink工作空间并被用于控制电动机12。
V.方法概述
根据以上描述的各部件，本文描述了操作控制器24的方法400，其中在图6中例示出方法400的步骤。在步骤402处，控制器24建立第一时间步骤。在步骤404处，控制器24评估它是处于第一时间步骤还是后续时间步骤。在步骤406处，控制器24针对第一时间步骤确定电动机12的第一估计温度。在步骤408处，控制器24对第一估计温度进行滤波以产生电动机12的第一滤波估计温度。在步骤410处，控制器24将时间步骤增量到第一时间步骤之后的第二时间步骤。在步骤412处，控制器24针对第二时间步骤确定第二估计温度。在步骤414处，控制器24将第一滤波估计温度与第二估计温度进行比较，以确定电动机12是正在加热还是正在冷却。在步骤416处，控制器24响应于确定电动机12是正在加热还是正在冷却来调整滤波器128。在步骤418处，控制器24利用已经被调整的滤波器128来对第二估计温度进行滤波，以产生电动机12的第二滤波估计温度。在步骤420处，控制器24将第一滤波估计温度设定为等于第二滤波估计温度，以准备方法400的另一循环。在步骤422处，控制器24使用第二滤波估计温度来对提供给电动机12的电流设定限制。在步骤424处，控制器24再次将时间步骤增量到后续的时间步骤。
图7示出了图6中所示的方法400的更具体的实施例。在图7中，在步骤402与404之间添加了步骤426。在步骤426中，控制器24接收与电动机12有关的环境温度测量以及电动机12的电流测量。
图8示出了图6中所示的方法400的更具体的实施例。在图8中，根据一个实施例，进一步详细说明了步骤406和步骤412。重申一下，在步骤406处，控制器24确定第一估计温度；在步骤412处，控制器24确定第二估计温度。在图8中，步骤406和步骤412包括步骤428。在步骤428处，控制器24将环境温度测量和电流测量插入等式中，以确定第一估计温度或第二估计温度。如图8中所示的，该等式可包括温度常数Tk。Tk可以是适合用于确定电动机12的估计温度的任何值。例如，在一个非限制性实施例中，将Tk设定为0.4℃/A2。然而，应该注意，在其他实施例中，Tk可以被设定为不同的合适值。
图9示出了图6中所示的方法400的更具体的实施例。在图9中，根据一个实施例，进一步详细说明了步骤414。重申一下，在步骤414处，控制器24将第一滤波估计温度与第二估计温度进行比较，以确定电动机12是正在加热还是正在冷却。在图9中，步骤414包括步骤430、432、434、436、438、440、442、444和446。在步骤430处，控制器24确定第一滤波估计温度与环境温度测量之间的差异。在步骤432处，控制器24确定是第一滤波估计温度更大还是第二估计温度更大。在步骤434和步骤436处，控制器24分别确定电动机12是正在冷却还是正在加热。在步骤438和步骤440处，控制器24使用查找表来分别将加热平滑因子或冷却平滑因子与第一滤波估计温度与环境温度测量之间的差值(由步骤430输出)进行关联。在步骤442处，控制器24在进入步骤444或步骤446之前参考电动机12是正在冷却还是正在加热(由步骤434或步骤436输出)。在步骤444或步骤446处，控制器24分别输出加热平滑因子或冷却平滑因子。
图10示出了图6中所示的方法400的更具体的实施例。在图10中，根据一个实施例，进一步详细说明了步骤416。重申一下，在步骤416处，控制器24响应于确定电动机12是正在加热还是正在冷却来调整滤波器128。在图10中，步骤416包括步骤448。在步骤448处，控制器24根据电动机12是正在冷却还是正在加热，将滤波器128的平滑因子设定为加热平滑因子或冷却平滑因子。
图11示出了图6中所示的方法400的更具体的实施例。在图11中，根据一个实施例，进一步详细说明了步骤422。重申一下，在步骤422处，控制器24使用第二滤波估计温度来对提供给电动机12的电流设定限制。在图11中，步骤244包括步骤450、452、454和456。在步骤450处，控制器24将电流限制因子与第二滤波估计温度进行关联。换句话说，控制器24基于第二滤波估计温度来确定如何限制提供给电动机12的电流。在一些实施例中，控制器24可以不限制提供给电动机12的电流，直到第二滤波估计温度达到温度阈值。在其他实施例中，控制器24可以基于第二滤波估计温度可变地限制提供给电动机12的电流。在步骤452处，使用允许给电动机12的预设最大电流和电流限制因子来计算电流上限。在步骤454处，控制器24将电流设定点限制为电流上限。在步骤456处，控制器24将经限制的电流输出到电动机12。
VI.数字低通滤波器实施例
如先前所讨论的，可以使用各种滤波器类型来实现被包括在控制器24的温度滤波部分108中的滤波器128。在控制器24的实施例中，可以使用数字低通滤波器来实现滤波器128。在该实施例(被称为数字低通滤波器实施例)中，滤波器128稳定电动机12的估计温度并调整滤波器128的灵敏度。
重申一下，滤波器128对电动机12的估计温度进行滤波，以产生电动机12的滤波估计温度。为完成此任务，数字低通滤波器实施例中的滤波器128使用以下等式：
MotorTemp[i]＝MotorTemp[i-1]+SF*(MotorTempRaw[i]-MotorTemp[i-1])
其中i＝当前时间步骤；
MotorTemp＝电动机12的滤波估计温度；
MotorTempRaw＝电动机12的估计温度；以及
SF＝滤波器128的平滑因子。
可以注意到，为了适当地对电动机12的新估计温度进行滤波，滤波器128首先获得先前滤波估计温度。最后，将电动机12的新估计温度与电动机12的先前滤波估计温度之间的温度差乘以滤波器128的平滑因子。因为滤波器128的平滑因子通常是小于1的正值，所以可以通过滤波器128来抑制(dampen)电动机12的新估计温度的任何变化。
图12A和图12B示出了滤波器128如何能够稳定估计电动机12的估计温度。图12A示出了来自不包括滤波器128的电动转向单元10的实施例的电动机12的噪声估计温度。相比之下，图12B示出了来自包括滤波器128的电动转向单元10的实施例的电动机12的滤波估计温度。如图12A中所示的，电动机12的噪声估计温度可能导致控制器24不必要地限制提供给电动机12的电流。通过对电动机12的估计温度进行滤波，控制器24能够提供电动机12的较少的噪声温度读数，并因此提供对电动机12的更稳定的控制。
此外，在数字低通滤波器实施例中，滤波器128的平滑因子是可调整的。这允许控制器24调整滤波器128的灵敏度。返回参考滤波器128的等式，可以注意到：滤波器128的平滑因子(在大小上)越大，滤波器128将越少地抑制电动机12的新估计温度。相反，滤波器128的平滑因子(在大小上)越小，滤波器128将越多地抑制电动机12的新估计温度。以这种方式，控制器24能够通过调整滤波器128的平滑因子来调整滤波器128的灵敏度。当试图正确标识控制器24是否应限制提供给电动机12的电流时，调整滤波器128的灵敏度的能力可能是有用的。
图13示出了调整滤波器128的灵敏度如何影响电动机12的滤波估计温度。为了证明这种关系，图13示出了控制器24的两次模拟的结果，其中该模拟与控制器24的第一实施例和第二实施例一致。控制器24的第一实施例允许控制器24根据电动机12是正在加热还是正在冷却来调整滤波器128的平滑因子。换句话说，在控制器24的第一实施例中，根据电动机12是正在加热还是正在冷却，滤波器128使用不同的平滑因子。控制器24的第二实施例允许控制器24根据电动机12是正在加热还是正在冷却并根据电动机12的滤波估计温度与同电动机有关的环境温度测量之间的差异，来调整滤波器128的平滑因子。换句话说，在控制器24的第二实施例中，根据电动机12是正在加热还是正在冷却以及取决于当与环境空气相比时的电动机12的温度，滤波器128使用不同的平滑因子。图13提供了第一实施例(虚线)和第二实施例(实线)的电动机12的滤波估计温度的时间图。
应注意，在图13中所示的两个实施例中，当电动机12的滤波估计温度与环境温度测量之间的差异达到预定温度阈值水平时，控制器24限制提供给电动机12的电流。此外，在两个实施例中，电动机12的环境温度测量被永久地设定为30℃。该配置纯粹是为了清楚和理解的目的。在控制器的其他实施例中，环境温度测量可以在控制器24的操作期间变化和/或被永久地设定为不同的温度值。
附加地，在图13中，已经使用标签标识了沿着两个滤波估计温度图的感兴趣点。每个标签显示：电动机12是正在加热还是正在冷却，指示相应的滤波估计温度高于环境温度测量多少度的温度测量，以及滤波器128的平滑因子。
在检查图13时，应该注意的是，第二实施例中的控制器24更快地检测到电动机12是否正在加热并且更快地检测到电动机12是否正在冷却。可以注意到，当电动机12正在加热并且滤波估计温度比环境温度测量高20℃时，第一实施例中的滤波器128的平滑因子的大小大于第二实施例中的滤波器128的平滑因子。这样，更灵敏的滤波器128允许控制器24快速地检测到电动机12是否已经开始加热。类似地，当电动机12正在冷却并且滤波估计温度比环境温度测量高80℃时，第一实施例中的滤波器128的平滑因子的大小大于第二实施例中的滤波器128的平滑因子。因此，更灵敏的滤波器128允许控制器24快速地检测到电动机12是否正开始冷却。以这种方式，控制器24的第二实施例允许对电动机12的更快的控制。
此外，可以注意到，当电动机12正在加热并且滤波估计温度比环境温度测量高80℃时，第一实施例中的滤波器128的平滑因子的大小小于第二实施例中的滤波器128的平滑因子。这里，控制器24正准备限制提供给电动机12的电流。结果，较不敏感的滤波器128是有利的，因为电动机温度的小波动可能不期望地导致滤波估计温度上升到预定温度阈值水平以上，从而促使控制器24不必要地限制提供给电动机12的电流。
VII.热启动实施例
在控制器24的另一实施例(被称为热启动实施例)中，控制器24考虑了电动机12的初始温度已经要求控制器24限制提供给电动机12的电流的情况。例如，如果电动机12被供应大量电流达一时间段，并且控制器24随后被关闭并重新激活，则即使控制器24可能未检测到过热，电动机12也可能过热。为了考虑这些情况(被称为热启动情况)，控制器24在重新激活时快速地检测电动机12的高的初始温度并限制提供给电动机12的电流以防止对电动机12的损坏。
在热启动情况下，电动机12的高的初始温度可能远高于与电动机12有关的初始环境温度测量。遗憾的是，这给控制器24带来了问题，因为控制器24可能根据环境温度测量来估计电动机12的初始估计温度。虽然这适用于电动机12的初始温度接近环境温度测量的情况，但是它不一定适合于电动机12的初始温度远高于环境温度测量的情况。因此，电动机12的初始估计温度可能低估了电动机12的高的初始温度。
结果，控制器24引入变量InitialOffset。可以使用以下等式表示InitialOffset：
MotorTemp[0]＝AmbientTemp[0]+InitialOffset
其中MotorTemp[0]＝电动机12的初始估计温度；以及
AmbientTemp[0]＝与电动机12有关的初始环境温度测量。
从上面的等式可以注意到，如果电动机12的初始温度远高于初始环境测量，则InitialOffset用于提供电动机12的更准确的初始估计温度。
在控制器24的一些实施例中，InitialOffset是经校准的常数值。在这样的实施例中，控制器24可以被配置成，如果滤波估计温度达到温度阈值，则限制提供给电动机12的电流。此外，应该注意的是，在热启动情况下，电动机12的高温必然增加了环境温度测量。这是因为，虽然环境温度本身没有改变，但是用于感测环境温度的至少一个温度传感器20,22位于电动机12上，并且因此可能易受电动机12的高温影响。因此，为了校准InitialOffset，控制器24首先获得正常的高的环境温度测量。随后将InitialOffset选择成使得如果要将InitialOffset添加到该环境温度测量，则将产生恰好低于温度阈值的温度测量。以这种方式，如果环境温度测量增加到高于正常的高的环境温度测量的温度值(这可能在热启动情况期间发生)，则控制器24开始限制提供给电动机12的电流。
参考先前在控制器24的数字低通滤波器实施例中示出的等式，进一步证明了InitialOffset的重要性。在重新激活控制器24之后的初始时间步骤中，将使用电动机12的初始估计温度(MotorTemp[0])计算电动机12的滤波估计温度(MotorTemp)：
MotorTemp[1]＝MotorTemp[0]+SF*(MotorTempRaw[1]-MotorTemp[0])
如果将电动机12的初始估计温度(MotorTemp[0])设定为表示热启动情况的温度值，则电动机12的滤波温度(MotorTemp[1])可以快速地检测电动机是否过热。另一方面，如果将MotorTemp[0]设定为较低值，则MotorTemp[1]可能需要更多的时间步骤来反映热启动情况。
图14示出了调整InitialOffset如何影响控制器24的操作。为了证明这种关系，图14示出了控制器24的两次模拟的结果，其中每次模拟与控制器24的不同实施例一致。控制器24的第一实施例具有为0的InitialOffset。控制器24的第二实施例具有为40℃的InitialOffset。图14提供了电动机12的滤波估计温度的时间曲线图，其中使用两条虚线表示控制器24的第一和第二实施例的滤波估计温度。图14还提供了电动机12的电流的时间曲线图，其中使用两条虚线表示控制器24的第一和第二实施例的电流。
在图14所示的两个实施例中，控制器24接收电动机12的高的初始温度。在两个实施例中，一旦电动机12的滤波估计温度达到140℃，控制器24就开始限制提供给电动机12的电流。然而，可以注意到，在第二实施例中，当将InitialOffset设定为40℃时，控制器24能够更快地限制提供给电动机12的电流。观察电流的时间曲线图，控制器24的第二实施例在控制器24的第一实施例之前167秒开始限制提供给电动机12的电流。
在前述的描述中已经讨论了若干实施例。然而，本文中所讨论的实施例并非旨在穷尽或将本发明限制于任何特定形式。已经使用的术语旨在具有描述性词语的性质而非限制性。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的，并且可以按照不同于所具体描述的来实践本发明。

Claims (20)

1.一种控制器，所述控制器用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流，所述控制器被配置成：
针对第一时间步骤确定所述电动机的第一估计温度；
利用滤波器对所述电动机的所述第一估计温度进行滤波，以产生所述电动机的第一滤波估计温度；
针对所述第一时间步骤之后的第二时间步骤确定所述电动机的第二估计温度；
将所述电动机的所述第一滤波估计温度与所述电动机的所述第二估计温度进行比较，以确定所述电动机是正在加热还是正在冷却；
响应于确定所述电动机是正在加热还是正在冷却来调整所述滤波器；
利用经调整的滤波器对所述电动机的所述第二估计温度进行滤波，以产生所述电动机的第二滤波估计温度；以及
使用所述电动机的所述第二滤波估计温度来对提供给所述电动机的电流设定限制。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制器进一步被配置成：从至少一个温度传感器接收与所述电动机有关的环境温度测量，以及从至少一个电流传感器接收所述电动机的电流测量。
3.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述控制器进一步被配置成：使用与所述电动机有关的所述环境温度测量和所述电动机的所述电流测量来确定所述电动机的所述第一估计温度以及确定所述电动机的所述第二估计温度。
4.如权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述控制器进一步被配置成：确定所述电动机的所述第一滤波估计温度与同所述电动机有关的所述环境温度测量之间的差异。
5.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述控制器进一步被配置成：通过响应于确定所述电动机是正在加热还是正在冷却并根据所述电动机的所述第一滤波估计温度与同所述电动机有关的所述环境温度测量之间的所述差异而调整所述滤波器的平滑因子，来调整所述滤波器。
6.如前述权利要求中的任一项所述的控制器，其特征在于，所述控制器进一步被配置成：使用低通滤波器对所述电动机的所述第一估计温度进行滤波以及对所述电动机的所述第二估计温度进行滤波。
7.如前述权利要求中的任一项所述的控制器，其特征在于，所述控制器进一步被配置成：
将所述电动机的所述第二滤波估计温度输入电流限制因子查找表中；
使用所述电流限制因子查找表来确定电流限制因子；以及
通过将所述电流限制因子应用于允许给所述电动机的预设最大电流来对提供给所述电动机的电流设定所述限制。
8.一种控制器，所述控制器用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流，所述控制器被配置成：
估计所述电动机随时间的温度；
使用滤波器对所述电动机的估计温度进行滤波；
响应于所述电动机的所述估计温度随时间的变化来调整所述滤波器；以及
基于经调整的滤波器限制随时间提供给所述电动机的电流。
9.一种用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的方法，所述方法包括以下的步骤：
针对第一时间步骤确定所述电动机的第一估计温度；
利用滤波器对所述电动机的所述第一估计温度进行滤波，以产生所述电动机的第一滤波估计温度；
针对所述第一时间步骤之后的第二时间步骤确定所述电动机的第二估计温度；
将所述电动机的所述第一滤波估计温度与所述电动机的所述第二估计温度进行比较，以确定所述电动机是正在加热还是正在冷却；
响应于确定所述电动机是正在加热还是正在冷却来调整所述滤波器；
利用经调整的滤波器对所述电动机的所述第二估计温度进行滤波，以产生所述电动机的第二滤波估计温度；以及
使用所述电动机的所述第二滤波估计温度来对提供给所述电动机的电流设定限制。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：从至少一个温度传感器接收与所述电动机有关的环境温度测量的步骤，以及从至少一个电流传感器接收所述电动机的电流测量的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，确定所述电动机的所述第一估计温度的步骤和确定所述电动机的所述第二估计温度的步骤进一步包括：使用与所述电动机有关的所述环境温度测量和所述电动机的所述电流测量的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：确定所述电动机的所述第一滤波估计温度与同所述电动机有关的所述环境温度测量之间的差异的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，调整所述滤波器的步骤进一步包括：响应于确定所述电动机是正在加热还是正在冷却并根据所述电动机的所述第一滤波估计温度与同所述电动机有关的所述环境温度测量之间的所述差异来调整所述滤波器的平滑因子的步骤。
14.如权利要求9-13中任一项所述的方法，其特征在于，对所述电动机的所述第一估计温度进行滤波的步骤以及对所述电动机的所述第二估计温度进行滤波的步骤进一步包括使用低通滤波器的步骤。
15.如权利要求9-14中任一项所述的方法，其特征在于，对电流设定所述限制的步骤进一步包括以下的步骤：
将所述电动机的所述第二滤波估计温度输入电流限制因子查找表中；
使用所述电流限制因子查找表来确定电流限制因子；以及
通过将所述电流限制因子应用于允许给所述电动机的预设最大电流，来对提供给所述电动机的电流设定所述限制。
16.一种用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流的方法，所述方法包括以下的步骤：
估计所述电动机随时间的温度；
使用滤波器对所述电动机的估计温度进行滤波；
响应于所述电动机的所述估计温度随时间的变化来调整所述滤波器；以及
基于经调整的滤波器限制随时间提供给所述电动机的电流。
17.一种电动转向单元，包括：
电动机；
至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被配置成测量与所述电动机有关的环境温度；
至少一个电流传感器，所述至少一个电流传感器被配置成测量所述电动机的电流；以及
控制器，所述控制器被耦合到所述电动机、所述至少一个温度传感器和所述至少一个电流传感器，所述控制器被配置成：
从所述至少一个温度传感器接收与所述电动机有关的环境温度测量；
从所述至少一个电流传感器接收所述电动机的电流测量；
使用与所述电动机有关的所述环境温度测量和所述电动机的所述电流测量来估计所述电动机随时间的温度；
使用滤波器对所述电动机的估计温度进行滤波；
响应于所述电动机的所述估计温度随时间的变化来调整所述滤波器；以及
基于经调整的滤波器限制随时间提供给所述电动机的电流。
18.一种控制器，所述控制器用于限制提供给电动转向系统的电动机的电流，所述控制器包括：
电动机温度估计部分，所述电动机温度估计部分包括：
第一输入，所述第一输入被配置成接收与所述电动机有关的环境温度测量；
第二输入，所述第二输入被配置成接收所述电动机的电流测量；
第一组合器，所述第一组合器被耦合到所述第一输入和所述第二输入，并且被配置成组合与所述电动机有关的所述环境温度测量和所述电动机的所述电流测量，以用于确定所述电动机的估计温度；
包括滤波器的温度滤波部分，所述温度滤波部分被耦合到所述第一组合器和所述第一输入，并且被配置成接收所述电动机的所述估计温度并对所述电动机的所述估计温度进行滤波；以及
第一输出，所述第一输出被耦合到所述温度滤波部分并且被配置成输出所述电动机的滤波估计温度；
电动机电流控制部分，所述电动机电流控制部分被耦合到所述电动机温度估计部分，并且被配置成响应于所述电动机的所述滤波估计温度来限制提供给所述电动机的电流。
19.如权利要求18所述的控制器，其特征在于，所述电动机电流控制部分包括：
第三输入，所述第三输入被耦合到所述第一输出，并且被配置成接收所述电动机的所述滤波估计温度；
第四输入，所述第四输入被配置成接收用于控制所述电动机的电流设定点。
第一存储器，所述第一存储器被耦合到所述第三输入并且被配置成将所述电动机的所述滤波估计温度与电流限制因子进行关联；
第二存储器，所述第二存储器被配置成存储允许给所述电动机的预设最大电流；
第二组合器，所述第二组合器被耦合到所述第一存储器和所述第二存储器，并被配置成将所述电流限制因子应用于允许给所述电动机的所述预设最大电流；
限制器，所述限制器被耦合到所述第四输入和乘法器，并且被配置成使用应用了所述电流限制因子的输出来限制用于控制所述电动机的所述电流设定点；以及
第二输出，所述第二输出被耦合到所述限制器，并且被配置成将限制了用于控制所述电动机的所述电流设定点的输出提供给所述电动机。
20.如权利要求18和19中任一项所述的控制器，其特征在于，所述温度滤波部分包括：
第三组合器，所述第三组合器被耦合到所述第一输入和所述第一输出，并且被配置成组合与所述电动机有关的环境温度测量和所述电动机的滤波估计温度；
第三存储器和第四存储器，所述第三存储器和第四存储器被耦合到所述第二组合器，并且每个存储器被配置成将所述滤波器的平滑因子与组合了与所述电动机有关的环境温度测量和所述电动机的滤波估计温度的输出进行关联；
比较器，所述比较器被耦合到所述第一组合器和所述第一输出，并且被配置成将所述电动机的滤波估计温度与所述电动机的估计温度进行比较，以确定所述电动机是正在加热还是正在冷却；
开关，所述开关被耦合到所述比较器以及所述第三存储器和第四存储器，并且被配置成响应于确定所述电动机是正在加热还是正在冷却而输出所述滤波器的所述平滑因子；以及
所述滤波器，所述滤波器被耦合到所述第一组合器和所述开关并输出到所述第一输出。
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