用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機(jī)控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電機(jī)控制電路的改進(jìn)，特別是設(shè)及對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的多相無刷 電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制（PWM)控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于PWM受控電動機(jī)、特別是直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，通常需要測量流過電機(jī)的繞 組或相的電流，并且運(yùn)可W通過每相單獨(dú)的電流傳感器進(jìn)行、或通過置于電路中的單一電 流傳感器進(jìn)行W便測量在直流電源與橋式電路和電機(jī)的組合之間流過的總的瞬時(shí)電流。在 單一電流傳感器系統(tǒng)中，通過對將所需要的電壓施加到每相的開關(guān)的PWM模式偏置，并且 在適合的點(diǎn)處對電流傳感器采樣，獲得多個(gè)電機(jī)相電流。
[0003] 在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中所要求的電流的值被生成作為從電機(jī)要求的轉(zhuǎn)矩的函數(shù)。 轉(zhuǎn)矩要求信號主要是對在給定的時(shí)間電機(jī)應(yīng)該產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的量的度量。
[0004] 測量到的電流通常被轉(zhuǎn)換到隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中，并且然后與表示從 電機(jī)要求的電流、也在d-q坐標(biāo)系中的電流要求信號相結(jié)合，W產(chǎn)生電流誤差信號。
[0005] 誤差信號表示為了獲得所期望的轉(zhuǎn)矩而要求的電流與在電機(jī)中流動的實(shí)際電流 之間的差異。誤差信號被饋送到產(chǎn)生一組電壓要求信號的電流控制器，所述電壓要求信號 通常也在d-q坐標(biāo)系中，表示要被施加到電機(jī)每一相的、會將誤差信號最好地驅(qū)動到零的 電壓。依賴于使用哪種PWM策略，d-q電壓信號然后被轉(zhuǎn)換為用于電機(jī)的相的PWM信號。因 此控制器運(yùn)行來改變PWM相電壓W便嘗試不斷地使誤差信號的幅度最小化，從而確保電機(jī) 電流盡可能地接近所要求的電流。
[0006] 在實(shí)際系統(tǒng)中，電流控制器將包括一個(gè)PI或PID或其他類型的反饋控制器。電流 控制器的功能是修正施加到電機(jī)上的電壓，其目標(biāo)在于保持誤差信號值盡可能小。控制器 形成閉合環(huán)路。
[0007] 電機(jī)被用于廣泛的應(yīng)用范圍中，并且與本發(fā)明相關(guān)的一個(gè)特別的應(yīng)用是電動助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在典型的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動機(jī)連接到轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向架。通過駕駛員轉(zhuǎn) 動方向盤施加到轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)矩被測量或估計(jì)。
[0008] 圍繞電流控制器，由轉(zhuǎn)矩控制器產(chǎn)生要求信號，轉(zhuǎn)矩控制器形成另一個(gè)閉合環(huán)路， 其中對在電機(jī)的轉(zhuǎn)向下游中的轉(zhuǎn)矩的測量或估計(jì)作為一個(gè)輸入，而施加到方向盤的轉(zhuǎn)矩作 為另一個(gè)輸入?？刂破饔?jì)算表示從電機(jī)要求W幫助駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤的輔助轉(zhuǎn)矩的量的要 求信號。例如，如果電機(jī)施加使轉(zhuǎn)向柱在與駕駛員施加的轉(zhuǎn)矩相同的方向上轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩，將 產(chǎn)生使轉(zhuǎn)向更容易轉(zhuǎn)動的效果。由轉(zhuǎn)矩控制器使用合適的算法計(jì)算要求信號的值，并且在 本領(lǐng)域中許多不同的算法是已知的。例如，在運(yùn)里W引用的方式被包含的一種算法在專利 申請（參考）中被公開?？蒞用轉(zhuǎn)矩值或在d-q參考坐標(biāo)系中的電流來表達(dá)要求信號。 W09] 在本領(lǐng)域中使用反饋控制和PWM的電機(jī)驅(qū)動電路已經(jīng)被熟知。例如， W02006005927公開了一種典型的系統(tǒng)，該文件的教導(dǎo)在運(yùn)里W引用的方式被包含。在附圖 2中示出控制系統(tǒng)通常的布局。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種電機(jī)驅(qū)動電路，其包括具有多個(gè)相的電機(jī)，包括被 布置在橋中的多個(gè)電氣開關(guān)的開關(guān)電路，電機(jī)電流控制器，其生成要被傳遞到用于開關(guān)的 驅(qū)動電路的電壓要求信號，驅(qū)動電路接著生成用于開關(guān)電路的脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)信號， 所述開關(guān)信號使得開關(guān)能夠選擇性地將相連接到電源，從而使得電流能夠流過電機(jī)的相，
[0011] 電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制器，其產(chǎn)生被饋送到電流控制器的輸入的要求信號，電機(jī)電流控制 器對至少部分依賴于要求信號的值的誤差信號做出響應(yīng)，
[0012] 其中轉(zhuǎn)矩控制器在使用中W第一采樣率更新要求信號，并且其特征在于電機(jī)驅(qū)動 電路進(jìn)一步包括：
[0013] 下采樣電路，使用其在特定運(yùn)行狀況下修正要求信號，W使得僅僅W低于第一速 率的第二采樣率更新要求信號。
[0014] 申請人已經(jīng)認(rèn)識到在諸如電動助力轉(zhuǎn)向之類的某些應(yīng)用中，在轉(zhuǎn)向柱靜止的負(fù)載 狀況下，可能存在非常高水平的觸覺和聲學(xué)噪聲。申請人還認(rèn)識到要求信號中的噪聲可W 是此噪聲的一個(gè)原因，并且運(yùn)通常是由轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出信號中的誤差造成的。本發(fā)明的 電機(jī)驅(qū)動電路在可W使得噪聲存在的狀況（或至少會感覺到或聽到噪聲的狀況）時(shí)減小要 求信號的更新率，并且將此更新率被減小的信號饋送到電流控制器，有效地減小被饋送到 電流控制器的要求信號的帶寬，使得噪聲不被傳遞通過控制器。
[0015] 轉(zhuǎn)矩控制器可對應(yīng)于第一更新速率的頻率輸出離散的要求信號值，并且可W 在W第二較低的率更新要求信號時(shí)，W此頻率輸出離散的轉(zhuǎn)矩要求信號。離散值意味著轉(zhuǎn) 矩要求信號包括一連串?dāng)?shù)字化的值，每個(gè)值W第一速率產(chǎn)生每個(gè)值?？商娲?，它可W是W 第一速率更新的連續(xù)的模擬信號。
[0016] 第二較低的更新速率可W是第一更新速率的整數(shù)倍。因此，如果第一速率對應(yīng)于 每N秒更新一次信號，其中N通常小于0. 1或0. 01秒或更低，則第二速率可W對應(yīng)于每N*M 秒更新一次，其中Μ是諸如2、3、或4或5或更大的數(shù)之類的大于1的整數(shù)。將仍然W每秒 Ν個(gè)的速率輸出樣本，但在一行中的Μ個(gè)樣本將具有相同的值。例如，如果Μ是4,則一行中 的每4個(gè)樣本將具有相同的值，此值被更新，并且下面4個(gè)將具有相同的值等等。
[0017] 要求信號可W具有表示要由電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的值?？商娲兀笮盘柨蒞包括 具有表示在隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系中表達(dá)的電流的值的電流要求信號。d-q 電流要求信號將實(shí)際上表示向電機(jī)要求的轉(zhuǎn)矩，但被表達(dá)為電流。本發(fā)明的下采樣可W任 意轉(zhuǎn)換到d-q軸電流基準(zhǔn)之前被應(yīng)用到轉(zhuǎn)矩要求信號。
[001引由電流控制器使用的誤差信號可W具有表示從電機(jī)要求的電流和電機(jī)中的實(shí)際 電流之間的差異的值。
[0019] 下采樣電路可W包括一種系統(tǒng)狀況識別電路，其被適配W識別電機(jī)靜止或W非常 低的速度旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)運(yùn)行狀況，當(dāng)特定運(yùn)行狀況被識別時(shí)使用第二速率。
[0020] 下采樣電路可W包括采樣和保持電路，其接收具有第一速率的轉(zhuǎn)矩要求信號，并 且被適配為W第二速率對轉(zhuǎn)矩要求信號采樣，采樣和保持電路在取樣之間在輸出處保持采 樣值，并且其中采樣和保持電路的輸出接著W第一速率被采樣W產(chǎn)生被饋送到電流控制器 的下采樣轉(zhuǎn)矩要求信號。
[0021] 第二速率可W是在運(yùn)行狀況被滿足時(shí)使用的固定速率。例如，它可W是第一速率 的固定的整數(shù)部分。
[0022] 可替代地，可W由下采樣電路響應(yīng)于表示驅(qū)動電路的運(yùn)行狀況的一個(gè)或多個(gè)信號 改變第二速率。
[0023] 表示狀況的信號可W包括電機(jī)速度信號W使得第二速率依賴于電機(jī)速度而變化。
[0024] 例如，在電機(jī)速度為零或接近于零時(shí)的第二速率可W低于在電機(jī)速度較高時(shí)的第 二速率。
[0025] 第二速率可W分兩步、Ξ步或四步或更多步變化直到電機(jī)速度達(dá)到預(yù)先確定的闊 值速度，在此闊值速度點(diǎn)上，下采樣電路將認(rèn)為特定運(yùn)行狀況不再被滿足，轉(zhuǎn)矩要求信號將 回復(fù)到第一速率。下采樣可W從第一速率的四分之一、Ξ分之一到二分之一逐步地變化。 [00%] 驅(qū)動電路可W形成電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分，其中電機(jī)將轉(zhuǎn)矩施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的一部分W幫助駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤，并且在運(yùn)樣的系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩控制器可W在第一輸入處接 收表示施加到方向盤的轉(zhuǎn)矩的信號，在第二輸入處接收表示由電機(jī)下游的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部 分負(fù)載的轉(zhuǎn)矩的信號。轉(zhuǎn)矩控制器可W通過算法傳遞運(yùn)兩個(gè)轉(zhuǎn)矩信號W產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩要求信 號。
[0027] 電流控制器可W包括PID類型的控制器，其包括設(shè)置控制器的帶寬的一個(gè)或多個(gè) 增益項(xiàng)。
[0028] 轉(zhuǎn)矩控制器還可W包括PID類型的閉合環(huán)路控制器，諸如PI控制器。電流控制環(huán) 路可W在轉(zhuǎn)矩控制環(huán)路內(nèi)部被嵌套。
[0029] 根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種控制電機(jī)驅(qū)動電路的方法，此類電機(jī)驅(qū)動電路包 括具有W星形或Ξ角形配置連接到一起的多個(gè)相的電機(jī)，包括被布置在橋中的多個(gè)電氣開 關(guān)的開關(guān)電路，電機(jī)電流控制器，其產(chǎn)生要被傳遞到用于開關(guān)的驅(qū)動電路的電壓要求信號， 驅(qū)動電路接著產(chǎn)生用于開關(guān)電路的、使得開關(guān)能夠選擇性地將相連接到電源從而使得電流 能夠流過電機(jī)的相的脈沖寬度調(diào)制開關(guān)