電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的控制策略的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的控制策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知的是，提供了一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在其中電動(dòng)機(jī)向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分施 加助力轉(zhuǎn)矩以使得駕駛員更容易轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輛的車(chē)輪。根據(jù)控制算法確定助力轉(zhuǎn)矩的大小，該 控制算法接收一個(gè)或多個(gè)參數(shù)（諸如，因駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輪而向轉(zhuǎn)向柱所施加的轉(zhuǎn)矩、車(chē)速 等）作為輸入。
[0003] 為了準(zhǔn)確地控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，重要的是控制向電動(dòng)機(jī)施加的電流。通常，使用按照 脈寬調(diào)制控制/驅(qū)動(dòng)策略來(lái)工作的星型連接（star connected)三相電動(dòng)機(jī)，各相連接到分 別與電池電源和地連接的上驅(qū)動(dòng)級(jí)開(kāi)關(guān)和下驅(qū)動(dòng)級(jí)開(kāi)關(guān)。在PWM策略中，用周期PWM驅(qū)動(dòng)信 號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)各相，周期PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)并且具有指示周期中每種狀態(tài) 所花時(shí)間之比的占空比。由控制電路依據(jù)d-q軸電動(dòng)機(jī)電流要求信號(hào)來(lái)確定電動(dòng)機(jī)所需要 的轉(zhuǎn)矩。接著，根據(jù)需要，由控制電路將這些轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成靜止坐標(biāo)系中的三相電流，這需要 獲知位置的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電角度?？稍O(shè)置測(cè)量轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器或者系統(tǒng)可以是無(wú)傳感 器類(lèi)型的，諸如，在WO 2004/023639中所教導(dǎo)的。最后，使用實(shí)際電流的測(cè)量值作為反饋， 計(jì)算產(chǎn)生所需實(shí)際平均電流所需要的各相位的脈寬調(diào)制（PWM)占空比，且該脈寬調(diào)制占空 比被用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)相位。
[0004] 電動(dòng)機(jī)從車(chē)輛電源汲取（draw)電流，車(chē)輛電源通常是被由車(chē)輛的傳動(dòng)系統(tǒng) (drive train)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)所充電（top up)的電池（從發(fā)動(dòng)機(jī)取得能量或在制動(dòng)期 間取得再生能量）。從電動(dòng)機(jī)汲取的電流隨著電池電壓和施加到各相的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比 而變化。
[0005] 在需要高助力的時(shí)間，開(kāi)關(guān)的占空比將是高的并且電動(dòng)機(jī)從電池汲取的整體電流 將進(jìn)而是高的。對(duì)于健康的車(chē)輛電氣系統(tǒng)而言，通?？捎媒涣靼l(fā)電機(jī)滿足高電流要求，所以 電池沒(méi)有變得被耗盡。應(yīng)該將電動(dòng)機(jī)的最大電流汲取設(shè)置成交流發(fā)電機(jī)可滿足的水平。在 出現(xiàn)從低助力要求到高助力要求的突然變化的情況下，交流發(fā)電機(jī)可能不能夠立即提供所 需的電流，在這種情況下，將消耗（drain)來(lái)自電池的部分電流，直到交流發(fā)電機(jī)有時(shí)間加 速（ramp up)。如果電池被部分或完全耗盡或可能被斷開(kāi)，則可能不滿足突然增大的電流要 求，從而導(dǎo)致電壓降低，直到僅對(duì)電池電壓的變化做出反應(yīng)的交流發(fā)電機(jī)。通常，通過(guò)燈的 變暗向車(chē)輛的駕駛員來(lái)表現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于在其中控制裝置產(chǎn)生供給到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 裝置的電動(dòng)機(jī)電流要求信號(hào)的那種車(chē)輛的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的控制策略，所述要 求信號(hào)取決于所述電動(dòng)機(jī)要求的助力轉(zhuǎn)矩的量，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置被布置成使得電流根 據(jù)需要在所述電動(dòng)機(jī)的各相流動(dòng)，以滿足要求的助力轉(zhuǎn)矩，所述控制策略包括在由所述電 動(dòng)機(jī)從車(chē)輛的電源汲取的電流的變化速率原本（otherwise)會(huì)超過(guò)變化速率閾值時(shí)，限制 所述電流的變化速率。
[0007] 通常，電源將包括與交流發(fā)電機(jī)連接的電池，該交流發(fā)電機(jī)保持電池被充電并且 當(dāng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行時(shí)向電動(dòng)機(jī)供電。因此，因?yàn)楸景l(fā)明指的是從電源汲取電流，它應(yīng) 該被概括地理解為正從電池、從電池和交流發(fā)電機(jī)或僅僅從交流發(fā)電機(jī)汲取整體電流。在 電池被斷開(kāi)的情況下，可應(yīng)用后一種情況。
[0008] 所述策略可包括產(chǎn)生在兩個(gè)或更多個(gè)時(shí)間上間隔的時(shí)段處的正從電源汲取的電 流的估計(jì)值，將由所述電動(dòng)機(jī)汲取的電池電流的估計(jì)變化速率產(chǎn)生為至少兩個(gè)估計(jì)值和估 計(jì)值之間的過(guò)去（elapsed)時(shí)間之間的關(guān)系。所述時(shí)段可非常短并且有效地代表瞬時(shí)電流 測(cè)量值。
[0009] 所述控制策略當(dāng)用于使用脈寬調(diào)制（PWM)以用具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)并且具 有指示在周期內(nèi)各狀態(tài)所花時(shí)間之比的占空比的周期脈寬調(diào)制（PWM)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)的各相的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，可包括使用所述電動(dòng)機(jī)電流要求信號(hào)連同代表施加到各相的 PWM信號(hào)的占空比的信號(hào)一起來(lái)確定從電源所汲取的電流的估計(jì)值，并且通過(guò)修改所述電 動(dòng)機(jī)電流要求信號(hào)來(lái)限制由所述電動(dòng)機(jī)從電源汲取的電流的變化速率。電流汲取估計(jì)值可 被表達(dá)為：
[0010] I = da · Ia_demand+db · Ib_demand+dc · Ic_demand+IECU
[0011] 其中，I =所汲取的電流的估計(jì)值；
[0012] da、db和dc是針對(duì)相a、b和c中的每個(gè)的PWM信號(hào)的占空比；
[0013] Ia_demand、Ib_demand和Ic_demand是在PWM周期的導(dǎo)通部分期間的瞬時(shí)要求相 電流；
[0014] Ira是造成被處理E⑶所汲取的電流的可選偏置。
[0015] 因此，所估計(jì)的電流汲取可包括在至少一個(gè)PWM周期內(nèi)估計(jì)的平均電流汲取。可 使用下面的等式：
[0016]
[0017] 其中，Ibat gradient是電流汲取的變化速率（"梯度"）
[0018] IbattCTy^timatod與前一等式中的電流I的估計(jì)值相同。
[0019] 優(yōu)選使用電動(dòng)機(jī)電流要求信號(hào)而非瞬時(shí)或平均相電流的實(shí)際測(cè)量值，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī) 電流要求信號(hào)不受原本（otherwise)會(huì)需要的任何電流測(cè)量電路的輸出中所存在的噪聲 的影響。當(dāng)然，在替代布置中，在等式中可使用相電流的實(shí)際瞬時(shí)測(cè)量值。申請(qǐng)人之前的專(zhuān) 利GB2460192B1公開(kāi)了一種用于直接測(cè)量瞬時(shí)電流并用這些瞬時(shí)電流測(cè)量平均電流的合 適技術(shù)。該文件的教導(dǎo)以引用方式并入本文。在其它替代形式中，可使用電流傳感器（諸 如，Rogowski線圈），其直接產(chǎn)生指示電流的變化速率的輸出。
[0020] 在實(shí)際系統(tǒng)中，可以以限定的時(shí)間間隔重復(fù)地產(chǎn)生估計(jì)值。例如，每當(dāng)由控制裝置 產(chǎn)生新的電流要求信號(hào)值時(shí)，便可以產(chǎn)生估計(jì)值，這是由控制裝置的工作速率來(lái)管理的。在 操作速率是IkHz的情況下，可每隔Ims進(jìn)行這個(gè)步驟。
[0021] 在一些系統(tǒng)中，以比產(chǎn)生新電流要求信號(hào)值的速率更高的速率來(lái)對(duì)實(shí)際相電流進(jìn) 行采樣。經(jīng)常進(jìn)行這個(gè)步驟，以允許驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)實(shí)際電流具有更大的控制，其中驅(qū)動(dòng)裝置 形成反饋回路的一部分的。每當(dāng)接收到實(shí)際采樣時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)節(jié)占空比以減小測(cè)得的實(shí) 際電流和要求電流之差。在這種情況下，所述策略可以比產(chǎn)生電流汲取的估計(jì)值更高的速 率對(duì)各相的占空比進(jìn)行采樣，在產(chǎn)生平均汲取的電流的估計(jì)值的過(guò)程中，使用平均占空率 (duty rate)值作為da、db和dc的值。
[0022] 例如，可按產(chǎn)生新電流要求值的速率的五倍來(lái)調(diào)節(jié)占空比，從而允許使用五個(gè)占 空周期（duty cycle)值的平均值。
[0023] 汲取電池電流的變化速率的閾值可以是固定閾值或者是可隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)閾 值。它可根據(jù)車(chē)輛的一個(gè)或多個(gè)工作參數(shù)而變化。這些參數(shù)可包括車(chē)速、車(chē)輛電源的電池 的充電狀態(tài)、電源電壓和來(lái)自車(chē)輛穩(wěn)定系統(tǒng)或制動(dòng)系統(tǒng)的其它參數(shù)。
[0024] 所述策略可包括使得所述控制裝置產(chǎn)生指示根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩而需要 的理想電動(dòng)機(jī)電流的中間電動(dòng)機(jī)電流要求信號(hào)，并且修改所述理想電流要求信號(hào)，以當(dāng)需 要進(jìn)行限制時(shí)通過(guò)向所述理想要求信號(hào)施加比例因子來(lái)產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的電流 要求信號(hào)。在低梯度時(shí)，由于不應(yīng)用比例或限制，所以中間和實(shí)際將是相同的。然而，當(dāng)超 過(guò)了電流汲取的變化速率閾值（"梯度閾值"）時(shí)，這二者將不同。
[0025] 所述電動(dòng)機(jī)電流要求信號(hào)可包括d_q電流要求分量并且所述策略可包括用這些 分量在α-β (alpha-beta)坐標(biāo)系中產(chǎn)生各相的三相要求電流。這些電流可以是已經(jīng)從控 制裝置得到的，但如果不是，則所述策略可包括使用以下等式來(lái)推導(dǎo)這些電流：
[0028] 其中，Ialpha d_JP I beta d_d是靜止α - β坐標(biāo)系中的電流分量，Id-demand矛口 I q_demand
[0026]
[0027] 是d和q軸電流要求信號(hào)，Θ是轉(zhuǎn)子電位置。
[0029] 所述策略可允許由控制裝置從電池汲取額外的電流。這通常被體現(xiàn)為ECU運(yùn)行合 適的控制算法并且因此能夠預(yù)測(cè)消耗的電流。代表由ECU汲取的電流的偏置電流汲取值可 與由電動(dòng)機(jī)汲取的電流的估計(jì)值相加，以產(chǎn)生電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體電流汲取估計(jì)值，并且 如果該整體電流汲取超過(guò)閾值，則所述策略可限制電動(dòng)機(jī)的電流汲取梯度。
[0030] 所述策略可包括將平均汲取的電流的估計(jì)值傳遞通過(guò)濾波器，以產(chǎn)生濾波后的估 計(jì)平均電流汲取值。所述濾波器可包括低通濾波器，該低通濾波器的通帶被調(diào)節(jié)以減少估 計(jì)電池梯度信號(hào)中的噪聲。
[0031] 所述策略可包括將估計(jì)的電池電流變化速率供給到PI (或PID)控制器，PI控制