專利名稱：采用pwm變頻策略驅(qū)動pmsm的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車技術(shù)領(lǐng)域，涉及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering System，簡稱EPS)，尤其是一種采用脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡稱PWM)變 頻策略驅(qū)動永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor，簡稱PMSM)的電動助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(主要包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向器， 轉(zhuǎn)向拉桿機構(gòu)，轉(zhuǎn)向輪)加裝扭矩傳感器，電子控制單元(Electronic Control Unit，簡稱 ECU)，轉(zhuǎn)向助力電機及其減速機構(gòu)組成。其中，扭矩傳感器安裝于轉(zhuǎn)向軸上以檢測駕駛員操 縱力矩；電子控制單元根據(jù)當前的車輛行駛狀況以及操縱力矩大小計算出需要給助力電機 提供的驅(qū)動電流值；助力電機可安裝在轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上，通過減速機構(gòu)給駕駛員提供助 力力矩。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常用的助力電機包括有刷直流電機和永磁同步電機。有刷直流 電機成本較低、控制簡單，但是由于機械換向器和電刷的存在會引起換向火花、發(fā)熱較大、 扭矩波動等不利影響，所以一般用于要求扭矩輸出不大的EPS。永磁同步電動機與直流電機 相比較具有如下優(yōu)點比功率(單位體積所能發(fā)出的功率)大、扭矩波動小、發(fā)熱少且散熱 容易、快速響應(yīng)能力好等，常用于對性能和功率要求較高的中高級車EPS。EPS助力電機一 般采用PWM技術(shù)通過E⑶上的逆變電路驅(qū)動。PWM技術(shù)的基本原理是利用高頻載波(一般為三角波)與控制波進行比較，從 而產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)制的PWM波。目前很多數(shù)字芯片硬件自帶固定周期改變占空比的PWM發(fā)生 電路。在PWM控制下，控制器三相逆變橋上的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Metal Oxide Semicoductor Field Effect Transistor，簡稱M0SFET)持續(xù)執(zhí)行導(dǎo)通、關(guān)斷動作以產(chǎn)生控 制器所要求的電壓輸出波形。在導(dǎo)通、關(guān)斷過程中MOSFET會產(chǎn)生大量的熱量。因此PWM頻 率越高，MOSFET導(dǎo)通、關(guān)斷越頻繁，ECU的整體發(fā)熱量就越大。另外由于死區(qū)時間的存在， MOSFET的導(dǎo)通時間總是比理想的時間稍短，這導(dǎo)致逆變橋的輸出電壓低于理想電壓，電壓 利用不夠充分。由于PWM載波頻率較低時會產(chǎn)生電磁噪聲影響駕駛舒適感，傳統(tǒng)的EPS —般采用 較高載波頻率的PWM來驅(qū)動電機，這樣就帶來ECU發(fā)熱較大、電壓利用不充分等問題，影響 EPS的功率輸出能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在兼顧EPS低電磁噪聲的同時降低ECU發(fā)熱量、提高系統(tǒng)功率輸 出能力，提供一種永磁同步電機助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的PWM變頻策略。為達到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種采用PWM變頻策略驅(qū)動PMSM的電動 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以評測EPS在不同工況下的主要性能要求，提取相關(guān)信號設(shè)計EPS工況判定算法，根據(jù)不同工況實現(xiàn)PWM變頻策略。相關(guān)信號包括控制電壓矢量幅值和ECU 溫度。(其中控制電壓矢量幅值通過控制算法輸出的電壓三相相電壓換算得到。由于是直 接利用控制算法的輸出，節(jié)省了硬件電壓傳感器的成本。)判定算法規(guī)定，當上述任一信號超過門限值時，需要降低PWM頻率，提高電壓利用 率或者減小ECU發(fā)熱量。當兩個信號都低于門限值時，則提高PWM頻率，降低ECU的電磁噪 聲。為了避免信號在門限值附近波動造成的判定結(jié)果頻繁變化，判定算法采用了“遲滯”設(shè) 計。該發(fā)明的特點是對EPS軟件策略作了補充，增加了 PWM變頻策略，使EPS能更好地滿足 不同工況下的主要性能要求。該策略的判定條件符合EPS的實際運行情況，可以達到“兼顧 低電磁噪聲、低ECU發(fā)熱量、高系統(tǒng)功率輸出能力”的目的。其中特別設(shè)計的“遲滯”判定方 法有效地避免了 PWM頻率的頻繁變化。具體方案如下一種采用PWM變頻策略驅(qū)動PMSM的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包 括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向拉桿機構(gòu)，轉(zhuǎn)向輪、扭矩傳感器，電子控制單元，轉(zhuǎn)向助力電 機及其減速機構(gòu)組成，其中，扭矩傳感器安裝于轉(zhuǎn)向軸上以檢測駕駛員操縱力矩；電子控制 單元根據(jù)當前的車輛行駛狀況以及操縱力矩大小計算出需要給助力電機提供的驅(qū)動電流 值；助力電機可安裝在轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上，通過減速機構(gòu)給駕駛員提供助力力矩；所述轉(zhuǎn) 向助力電機為永磁同步電機，其特征在于，所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包含PWM變頻策略，該變 頻策略采用永磁同步電機的電壓矢量幅值和ECU溫度信號，并通過一判定算法，來決定電 子控制單元何時采用較高的PWM頻率、何時采用較低的PWM頻率。所述電壓矢量幅值由dq軸控制電壓信號換算得到，其中算法為Vamp = ^Vd2 +Vq2其中Vamp-電壓矢量幅值；Vd-d軸控制電壓；Vq-q軸控制電壓。所述判定算法將電壓矢量幅值信號和ECU溫度信號分別與規(guī)定好的門限值進行 比較，只要任一信號大于門限值，控制器采用較低的PWM頻率；反之采用較高的PWM頻率。所述門限值是一個遲滯比較器。該遲滯比較器具有上限值和下限值；當輸入信號 高于上限值時判定為“高”，低于下限值時判定為“低”，介于上、下限值之間時維持之前的判 斷。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是在不需要改動電動助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)的硬件和已有軟件策略的前提下，通過增加PWM變頻策略，優(yōu)化了不同工況下電動助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。


圖1是本發(fā)明的判定算法原理圖
具體實施例方式以下結(jié)合

對本發(fā)明的實施例子作進一步的詳細描述，但本實施例子并不 用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)以及相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍
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一種采用PWM變頻策略驅(qū)動PMSM的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以評測EPS在 不同工況下的主要性能要求，提取相關(guān)信號設(shè)計EPS工況判定算法，根據(jù)不同工況實現(xiàn)PWM 變頻策略。相關(guān)信號包括控制電壓矢量幅值和ECU溫度。其中控制電壓矢量幅值通過控制 算法輸出的dq軸控制電壓換算得到。由于是直接利用控制算法的輸出，節(jié)省了硬件電壓傳 感器的成本。具體控制算法為Vamp = Vd2 +Vq1其中Vamp-電壓矢量幅值；Vd-d軸控制電壓；Vq-q軸控制電壓。如圖1所示的判定算法原理圖。由兩個遲滯比較器對輸入的電壓矢量幅值和E⑶ 溫度進行判斷，若高于門限值則輸出“高”(1)，反之輸出“低”(0)。在本實施例子中對電壓 矢量幅值的比較上限為11V，下限為IOV ;E⑶溫度的比較上限為100°C，下限為80°C。兩個 遲滯比較器的輸出經(jīng)過邏輯“或”以后得到判定結(jié)果。若判定為“高”(1)，采用較低的PWM 頻率，在本實施例子中為IOkHz ；若判定為“低”(0)，采用較高的PWM頻率，在本實施例子中 為 20kHz。上述實施例子的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。 熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般 原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本 領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種采用PWM變頻策略驅(qū)動PMSM的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向拉桿機構(gòu)，轉(zhuǎn)向輪、扭矩傳感器，電子控制單元，轉(zhuǎn)向助力電機及其減速機構(gòu)組成，其中，扭矩傳感器安裝于轉(zhuǎn)向軸上以檢測駕駛員操縱力矩；電子控制單元根據(jù)當前的車輛行駛狀況以及操縱力矩大小計算出需要給助力電機提供的驅(qū)動電流值；助力電機可安裝在轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上，通過減速機構(gòu)給駕駛員提供助力力矩；所述轉(zhuǎn)向助力電機為永磁同步電機，其特征在于，所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包含PWM變頻策略，該變頻策略采用永磁同步電機的電壓矢量幅值和ECU溫度信號，并通過一判定算法，來決定電子控制單元何時采用較高的PWM頻率、何時采用較低的PWM頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PWM變頻策略驅(qū)動PMSM的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在 于，所述電壓矢量幅值d軸控制電壓由換算得到，其中算法為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用PWM變頻策略驅(qū)動PMSM的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在 于，所述d軸控制電壓來自包含采用park變換的解耦算法在內(nèi)的控制算法的輸出電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PWM變頻策略驅(qū)動PMSM的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在 于，所述判定算法將電壓矢量幅值信號和ECU溫度信號分別與規(guī)定好的門限值進行比較， 只要任一信號大于門限值，控制器采用較低的PWM頻率；反之采用較高的PWM頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用PWM變頻策略驅(qū)動PMSM的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在 于，所述門限值是一個遲滯比較器，該遲滯比較器具有上限值和下限值；當輸入信號高于上 限值時判定為“高”，低于下限值時判定為“低”，介于上、下限值之間時維持之前的判斷。
全文摘要
本發(fā)明是一種采用PWM變頻策略驅(qū)動PMSM的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本發(fā)明中的變頻策略可以根據(jù)不同工況改變永磁同步電機助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的三相逆變橋的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡稱PWM)的載波頻率，以使得電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器獲得降低發(fā)熱量、提高功率輸出能力和減小電磁噪聲的平衡。
文檔編號B62D6/10GK101934814SQ200910054149
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者羅旋, 陳慧, 龔小平 申請人:上海羅冠電子有限公司