一種汽車eps電機(jī)控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及汽車EPS電機(jī)控制器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種汽車EPS電機(jī)控制器。包括電子控制單元和與電子控制單元連接的電動(dòng)機(jī)，還包括與電子控制單元連接的旋變信號(hào)檢測單元和與旋變信號(hào)檢測單元連接的旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，所述旋變信號(hào)檢測單元機(jī)械安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)，電子控制單元產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)輸入旋變信號(hào)檢測單元，旋變信號(hào)檢測單元檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路與電子控制單元連接，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路采樣旋變信號(hào)檢測單元輸出的信號(hào)并輸入至電子控制單元，電子控制單元對(duì)旋變信號(hào)檢測單元檢測的信號(hào)進(jìn)行解碼。本發(fā)明通過旋變信號(hào)檢測單元對(duì)EPS系統(tǒng)的助力電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測，具有良好的輸出特性和抗干擾能力，以及在惡劣環(huán)境下的高可靠性，運(yùn)用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中可以提高電機(jī)的運(yùn)行性能，從而提高電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體性能。
【專利說明】一種汽車EPS電機(jī)控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車EPS電機(jī)控制器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種汽車EPS電機(jī)控制器。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和能源危機(jī)意識(shí)的加深，人們對(duì)汽車節(jié)能的關(guān)注度越來 越高。汽車的轉(zhuǎn)向性能是汽車行駛過程中重要的性能，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也不斷的更新?lián)Q代， 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS，ElectricPowerSteering)由助力電機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去 了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶 輪，以節(jié)能、環(huán)保、抗干擾性、安全性和操縱穩(wěn)定性的優(yōu)勢成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研發(fā)和汽車技術(shù)發(fā) 展的重點(diǎn)之一。EPS通常由轉(zhuǎn)向傳感裝置、車速傳感器、助力機(jī)械裝置、提供轉(zhuǎn)向助力電機(jī)及 微電腦控制單元組成，駕駛員在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向 以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號(hào)輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到 的轉(zhuǎn)距電壓信號(hào)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車速信號(hào)等，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)大 小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動(dòng)力。汽車不轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元不向電動(dòng)機(jī)控 制器發(fā)出指令，電動(dòng)機(jī)不工作。在這個(gè)過程中，助力電機(jī)是整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電機(jī) 作為核心部件其性能的好壞決定整個(gè)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。其中，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測對(duì)電機(jī)的 控制十分重要。因此，如何準(zhǔn)確檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置直接影響到電極的控制精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷（不足)，提供一種汽車EPS電機(jī) 控制器，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測具有較高的抗干擾能力和具有較高的可靠性。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種汽車EPS電機(jī)控制器，包括電子控制單元和與電子控制單元連接的電動(dòng)機(jī)，還包 括與電子控制單元連接的旋變信號(hào)檢測單元和與旋變信號(hào)檢測單元連接的旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換 電路，所述旋變信號(hào)檢測單元機(jī)械安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)，電子控制單元產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)輸入旋變 信號(hào)檢測單元，旋變信號(hào)檢測單元檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路與電子控制單 元連接，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路采樣旋變信號(hào)檢測單元輸出的信號(hào)并輸入至電子控制單元，電 子控制單元對(duì)旋變信號(hào)檢測單元檢測的信號(hào)進(jìn)行解碼。
[0005] 上述方案中，所述電動(dòng)機(jī)為永磁同步無刷直流電機(jī)。
[0006] 上述方案中，旋變信號(hào)檢測單元為旋轉(zhuǎn)傳感器。
[0007] 上述方案中，電子控制單元通過旋變軟解碼二階閉環(huán)相位跟蹤算法對(duì)旋變信號(hào)檢 測單元檢測的信號(hào)進(jìn)行解碼獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速和相位。
[0008] 上述方案中，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括二階濾波整形及反相處理電路、電流增益驅(qū) 動(dòng)電路和旋變信號(hào)處理電路，電子控制單元、二階濾波整形及反相處理電路、電流增益驅(qū)動(dòng) 電路順次連接，電流增益驅(qū)動(dòng)電路與旋變信號(hào)檢測單元連接，旋變信號(hào)檢測單元與旋變信 號(hào)處理電路連接，旋變信號(hào)處理電路與電子控制單元連接。
[0009] 上述方案中，還包括供電電源，供電電源與電子控制單元連接，供電電源還與電流 增益驅(qū)動(dòng)電路、旋變信號(hào)處理電路連接。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是： (1)本發(fā)明通過旋變信號(hào)檢測單元對(duì)EPS系統(tǒng)的助力電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測，具有良好 的輸出特性和抗干擾能力，以及在惡劣環(huán)境下的高可靠性，運(yùn)用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中可 以提尚電機(jī)的運(yùn)彳丁性能，從而提尚電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體性能。
[0011] (2)本發(fā)明采用旋變軟解碼二階閉環(huán)相位跟蹤算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行解碼，使 用二階閉環(huán)相位跟蹤系統(tǒng)，從而檢測到準(zhǔn)確性更高的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，使電子控制單元能夠 提供更為準(zhǔn)確的控制助力電機(jī)信號(hào)以達(dá)到助力轉(zhuǎn)向的目的。
[0012] (3)本發(fā)明采用旋變軟解碼二階閉環(huán)相位跟蹤算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行解碼，省 去了價(jià)格昂貴的解碼驅(qū)動(dòng)芯片，使得當(dāng)前整套方案價(jià)格低廉，更適于產(chǎn)品在市場上推廣。
[0013] (4)本發(fā)明采用旋變軟解碼二階閉環(huán)相位跟蹤算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行解碼，對(duì) 不同功率的電機(jī)和不同的旋變信號(hào)檢測單元和旋轉(zhuǎn)傳感器的參數(shù)不敏感，只要在軟件算法 中適當(dāng)更改參數(shù)即可滿足電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量要求，適應(yīng)性更強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明一種基于旋轉(zhuǎn)傳感器解碼的汽車EPS電機(jī)控制器應(yīng)用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)傳感器電氣原理圖。
[0016] 圖3為本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)傳感器輸入輸出信號(hào)波形圖。
[0017]圖4為本發(fā)明中旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路示意圖。
[0018] 圖5為本發(fā)明中電子控制單元信號(hào)接口示意圖。
[0019] 圖6為本發(fā)明中旋變軟解碼二階閉環(huán)相位跟蹤算法的示意圖。
[0020]其中1為轉(zhuǎn)向管柱，2為傳感器總成，3為減速機(jī)構(gòu)，4為中間傳動(dòng)軸，5為齒輪齒條 轉(zhuǎn)向器，6為轉(zhuǎn)矩傳感器7為轉(zhuǎn)角傳感器，8為電動(dòng)機(jī)，9為旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，10為電子控 制單元，11-15分別為點(diǎn)火信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、車速信號(hào)、故障燈信號(hào)、診斷信號(hào)。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制； 為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺 寸； 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0022] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能 理解為指示或暗示相對(duì)重要性或隱含所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定的"第一"、"第 二"的特征可以明示或隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說 明，"多個(gè)"的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0023] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、"連 接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī) 械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介間接連接，可以說兩個(gè) 元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明 的具體含義。
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0025] 實(shí)施例1 如圖1所示，傳統(tǒng)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成：信號(hào)傳感裝置（包括轉(zhuǎn)矩 傳感器6、轉(zhuǎn)角傳感器7和車速傳感器），轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)（電動(dòng)機(jī)8、減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3)及電子 控制單元10。電動(dòng)機(jī)8僅在需要助力時(shí)工作，駕駛員在操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器6和轉(zhuǎn) 角傳感器7根據(jù)輸入扭矩和轉(zhuǎn)向角的大小產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)，車速傳感器檢測到車速信 號(hào)，電子控制單元10根據(jù)電壓和車速的信號(hào)，給出指令控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生所需要 的轉(zhuǎn)向助力。
[0026] 在本發(fā)明中，一種汽車EPS電機(jī)控制器在傳統(tǒng)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加了旋變 信號(hào)檢測單元、旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路9 ;電子控制單元10與電動(dòng)機(jī)連接，如圖5所示，本實(shí)施 例的電動(dòng)機(jī)采用永磁同步無刷直流電機(jī)，電子控制單元10與旋變信號(hào)檢測單元連接，在本 實(shí)施例中，旋變信號(hào)檢測單元采用旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)現(xiàn)；旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路9與旋轉(zhuǎn)變壓器連 接，旋轉(zhuǎn)變壓器機(jī)械安裝在電動(dòng)機(jī)8內(nèi)，旋轉(zhuǎn)變壓器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電 路9與電子控制單元10連接，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路9采樣旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的信號(hào)并輸入至電 子控制單元10,電子控制單元10對(duì)旋變信號(hào)檢測單元檢測的信號(hào)進(jìn)行解碼。
[0027] 在具體實(shí)施過程中，電動(dòng)機(jī)8采用永磁同步無刷直流電機(jī)，其內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)安置 了旋變信號(hào)檢測單元。
[0028] 在具體實(shí)施過程中，旋變信號(hào)檢測單元采用旋轉(zhuǎn)傳感器，在圖5所示中，旋變信 號(hào)檢測單元采用旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)現(xiàn)。永磁同步無刷電機(jī)內(nèi)置了旋轉(zhuǎn)傳感器，圖2和圖3所 示是旋轉(zhuǎn)傳感器電氣原理圖和輸入輸出信號(hào)波形圖，旋轉(zhuǎn)傳感器的初級(jí)勵(lì)磁繞組（R1-R2) 和次級(jí)感應(yīng)繞組（S2-S4,S3-S1)均位于定子上。激勵(lì)信號(hào)（R1-R2)輸入到初級(jí)繞組上， 兩個(gè)次級(jí)繞組機(jī)械錯(cuò)位90°，由于轉(zhuǎn)子的特殊設(shè)計(jì)，次級(jí)耦合隨著角位置變化而發(fā)生 正弦變化，產(chǎn)生由軸角的正余弦調(diào)制出的兩個(gè)輸出電壓（S2-S4,S3-S1 )，計(jì)算公式是： Rl-R2=Usini2Jt;S2 -S4 二Usmartxsm^ ;S3-Sl=Usinartxcos5，其中：9 為車由角， Sm?t為轉(zhuǎn)子激勵(lì)頻率，U為轉(zhuǎn)子激勵(lì)幅度。在本發(fā)明中，該旋轉(zhuǎn)傳感器額定的激勵(lì)信號(hào)為AC7Vrms，其頻率為 10KHZ。
[0029] 其中，電子控制單元10通常基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F100VBT作為主控芯片， 此芯片是一款通用增強(qiáng)型基于ARM?的32位微控制器，其外部共有100個(gè)引腳，閃存容量為 128K，采用LQFP技術(shù)封裝。
[0030] 具體工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器檢測電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)子位置，輸出包含轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信 息的正余弦信號(hào)；旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路9與作為旋變信號(hào)檢測單元的旋轉(zhuǎn)變壓器電連接，采 樣旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的信號(hào)；旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路9與電子控制單元10電連接，將濾波放大后 的信號(hào)輸出給電子控制單元10 ;電子控制單元10將得到的信號(hào)通過二階閉環(huán)相位跟蹤算 法，解算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和角速度；電子控制單元10與電動(dòng)機(jī)8電連接，電子控制單元 10解碼得到轉(zhuǎn)子位置和角速度，采樣轉(zhuǎn)矩傳感器信號(hào)，然后采用FOC算法輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，最終通過電機(jī)預(yù)驅(qū)動(dòng)向電機(jī)輸出三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0031] 在具體實(shí)施過程中，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路9包括二階濾波整形及反相處理電路、電 流增益驅(qū)動(dòng)電路和旋變信號(hào)處理電路，電子控制單元10、二階濾波整形及反相處理電路、電 流增益驅(qū)動(dòng)電路順次連接，電流增益驅(qū)動(dòng)電路與旋變信號(hào)檢測單元連接，旋變信號(hào)檢測單 元與旋變信號(hào)處理電路連接，旋變信號(hào)處理電路與電子控制單元連接。在一種優(yōu)選的實(shí)施 方式中，還包括供電電源，供電電源與電子控制單元10連接，供電電源還與電流增益驅(qū)動(dòng) 電路、旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路連接。
[0032] 如圖4所不，為旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路9 一個(gè)具體實(shí)施例。如圖4所不，激勵(lì)信號(hào)Reso_ Exc由電子控制單元10產(chǎn)生，經(jīng)過二階濾波整形及反相處理電路，變成兩路正弦差分信號(hào) 并與電流增益驅(qū)動(dòng)電路連接，通過OP推挽電路來提高輸出功率，最后輸入旋轉(zhuǎn)傳感器R1、 R2端；旋變信號(hào)處理電路采樣旋轉(zhuǎn)傳感器輸出的正余弦信號(hào)，旋變信號(hào)處理電路采樣的信 號(hào)經(jīng)過濾波放大處理后得到信號(hào)Reso_Sin_ad和Reso_Cos_ad輸出至電子控制單元10 ;供 電電源受電子控制單元10控制，控制信號(hào)表示為Reso_Pwr_Ctrl，供電電源與電流增益驅(qū) 動(dòng)電路和旋變信號(hào)處理電路連接，為電流增益驅(qū)動(dòng)電路和旋變信號(hào)處理電路提供電源。
[0033] 在具體實(shí)施過程中，旋轉(zhuǎn)傳感器輸出信號(hào)是模擬量，還要經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成解算出符 合控制器控制的轉(zhuǎn)子位置去實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。在本發(fā)明中，為保證EPS電機(jī)控制器獲得 的電子轉(zhuǎn)子位置信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和電機(jī)控制器的高集成性，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感 器輸出信號(hào)采用旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路傳輸給電子控制單元10中的主控芯片（MCU)，通過軟件 算法進(jìn)行解碼。具體地，電子控制單元通過旋變軟解碼二階閉環(huán)相位跟蹤算法對(duì)旋變信號(hào) 檢測單元檢測的信號(hào)進(jìn)行解碼獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速和相位。
[0034] 旋變軟解碼采用二階閉環(huán)相位跟蹤算法，可以提供連續(xù)精確的電機(jī)相位和速度輸 出。
[0035]具體應(yīng)用時(shí)，如圖6所示，首先采樣旋轉(zhuǎn)傳感器的正余弦輸出信號(hào)Usin0和Ueos發(fā) 作為輸入信號(hào)，然后分別乘以e〇s<|)和sinsp，?是系統(tǒng)的輸出相位，系統(tǒng)通過①的反饋與9 作比較，最終使誤差為零，0=0,從而得到電機(jī)相位角度0。而《得到的是基于電機(jī)角速 度和相位的積分關(guān)系。

【權(quán)利要求】
1. 一種汽車EPS電機(jī)控制器，包括電子控制單元和與電子控制單元連接的電動(dòng)機(jī)，其 特征在于，還包括旋變信號(hào)檢測單元和與旋變信號(hào)檢測單元連接的旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，所 述旋變信號(hào)檢測單元機(jī)械安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)，旋變信號(hào)檢測單元檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，旋變 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路與電子控制單元連接，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換電路采樣旋變信號(hào)檢測單元輸出的信號(hào) 并輸入至電子控制單元，電子控制單元對(duì)旋變信號(hào)檢測單元檢測的信號(hào)進(jìn)行解碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車EPS電機(jī)控制器，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)為永磁同步無 刷直流電機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車EPS電機(jī)控制器，其特征在于，旋變信號(hào)檢測單元為旋轉(zhuǎn) 傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車EPS電機(jī)控制器，其特征在于，電子控制單元通過旋變軟 解碼二階閉環(huán)相位跟蹤算法對(duì)旋變信號(hào)檢測單元檢測的信號(hào)進(jìn)行解碼獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速和相 位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的汽車EPS電機(jī)控制器，其特征在于，旋變信號(hào)轉(zhuǎn)換 電路包括二階濾波整形及反相處理電路、電流增益驅(qū)動(dòng)電路和旋變信號(hào)處理電路，電子控 制單元、二階濾波整形及反相處理電路、電流增益驅(qū)動(dòng)電路順次連接，電流增益驅(qū)動(dòng)電路與 旋變信號(hào)檢測單元連接，旋變信號(hào)檢測單元與旋變信號(hào)處理電路連接，旋變信號(hào)處理電路 與電子控制單元連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車EPS電機(jī)控制器，其特征在于，還包括供電電源，供電電 源與電子控制單元連接，供電電源還與電流增益驅(qū)動(dòng)電路、旋變信號(hào)處理電路連接。
【文檔編號(hào)】B62D5/04GK104494690SQ201510025025
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月19日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月19日
【發(fā)明者】高明, 陳奇志, 趙楠, 周文峰 申請人:株洲易力達(dá)機(jī)電有限公司