專(zhuān)利名稱(chēng)：用于汽車(chē)eps系統(tǒng)確定永磁同步電機(jī)零位的方案和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electronic Process Steering System,簡(jiǎn)稱(chēng)EPS)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)確定永磁同步電機(jī)零位的方案和方法。
背景技術(shù)：
汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分為兩大類(lèi)無(wú)助力的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其中助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可以分為機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三個(gè)類(lèi)別。其中的電動(dòng)助力系統(tǒng)利用電機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力輔助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向，是當(dāng)前助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)可隨車(chē)速改變助力，任何情況下獲得最好的轉(zhuǎn)向感覺(jué)；只在轉(zhuǎn)向過(guò)程中工作，可節(jié)約能源；使用過(guò)程中無(wú)污染，符合環(huán)保要求。EPS系統(tǒng)可以采用的電機(jī)類(lèi)型有直流有刷電機(jī)，無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC)、永磁同步電機(jī)(PMSM)等。其中有刷直流電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中碳刷和滑環(huán)會(huì)產(chǎn)生火花，干擾較大，摩擦阻力大，使用壽命短，維護(hù)成本高；無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中扭矩脈動(dòng)比較大。而永磁同步電機(jī)(PMSM)因?yàn)闊o(wú)碳刷和滑環(huán)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有火花，對(duì)外界干擾??；摩擦阻力小，使用壽命長(zhǎng)；比起無(wú)刷直流電機(jī)，扭矩脈動(dòng)小，具有很大的優(yōu)勢(shì)。而控制永磁同步電機(jī)相對(duì)要復(fù)雜，需要準(zhǔn)確知道電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，才能控制好電機(jī)。而電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置和實(shí)際轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的位置之間通常存在著一個(gè)偏差，這個(gè)偏差成為永磁同步電機(jī)的零位。為了獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置需要在檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置基礎(chǔ)上補(bǔ)償電機(jī)零位。電機(jī)零位是在傳感器裝配時(shí)產(chǎn)生的，電機(jī)下線后零位就是一個(gè)固定值。不同電機(jī)之間的零位或多或少都存在著差異。這就導(dǎo)致在EPS系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)每一個(gè)電機(jī)，需要補(bǔ)償?shù)牧阄欢际遣煌模绻e(cuò)得不到預(yù)期的控制效果，這對(duì)生產(chǎn)管理造成很大的困難?？陀^上限制了永磁同步電機(jī)在EPS系統(tǒng)上的大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)中，不同的永磁同步電機(jī)零位不同，提出一套電機(jī)EPS系統(tǒng)中確定永磁同步電機(jī)零位方案和方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是—種用于汽車(chē)EPS系統(tǒng)的永磁同步電機(jī)零位確定的方案，其特征在于所述裝置包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電機(jī)位置傳感器，電機(jī)位置信號(hào)處理模塊、算法模塊。所述算法模塊按照既定的邏輯產(chǎn)生給所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊提供控制參數(shù)0 1，其中包括轉(zhuǎn)子目標(biāo)位置，電機(jī)扭矩控制分量iq，電機(jī)磁阻控制分量id ;所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)所述算法模塊提供的轉(zhuǎn)子目標(biāo)位置9 1，電機(jī)扭矩控制分量iq電機(jī)磁阻控制分量id，產(chǎn)生PU、PV、Pff三個(gè)控制電壓，輸出至所述永磁同步電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置，直至電機(jī)轉(zhuǎn)子位置穩(wěn)定；所述電機(jī)位置傳感器安裝在所述永磁同步電機(jī)本體上，用于產(chǎn)生檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中信號(hào)發(fā)生變化；所述電機(jī)位置信號(hào)處理模塊根據(jù)位置信號(hào)，計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置；所述算法模塊通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際位置和電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置，計(jì)算出電機(jī)的零位，并把電機(jī)零位信息存儲(chǔ)到所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。所述方案的硬件上需要有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、永磁同步電機(jī)、電機(jī)位置傳感器、車(chē)載總線，以及上位機(jī)。所述方案可以通過(guò)車(chē)載總線與上位機(jī)相連，使能方案所述功能，可以按照需要啟動(dòng)確定電機(jī)零位的功能。所述方案通過(guò)車(chē)載總線與上位機(jī)相連，所述上位機(jī)通過(guò)車(chē)載總線控制所述裝置的啟動(dòng)。 所述車(chē)載總線為CAN總線或LIN總線或K-Line以及其他用于汽車(chē)的總線系統(tǒng)，所述上位機(jī)為診斷儀或具備診斷功能的軟件的計(jì)算機(jī)。 —種用于汽車(chē)EPS系統(tǒng)確定永磁同步電機(jī)的電機(jī)零位的方法,其特征在于包含以下步驟步驟一、初始化變量，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的代表扭矩分量iq值設(shè)為零，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置0 I設(shè)定成0，磁阻分量id設(shè)置成常量C。步驟二、逐漸增大磁阻分量id，即id = id+A id。根據(jù)電機(jī)位置傳感器信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置0 2。步驟三、id增大到最大值idmax，根據(jù)電機(jī)位置傳感器信號(hào)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子位置0 2，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子是否穩(wěn)定。步驟四、判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定后計(jì)算電機(jī)零位0 3 = 0 2- 0 1。步驟五、緩存電機(jī)零位。步驟六、改變電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置，SP 9 1= 0 1+A 0。步驟七、判斷是否電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置0 I大于360°，如果大于360°執(zhí)行下一步驟；如果小于360°重新執(zhí)行步驟二至步驟六，即多次測(cè)量、計(jì)算電機(jī)零位。步驟八、計(jì)算電機(jī)零位的均值0 3，將這個(gè)均值作為最終的電機(jī)零位。步驟九、將電機(jī)零位均值存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。EPS系統(tǒng)上電后執(zhí)行以下步驟檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中是否正確存儲(chǔ)永磁同步電機(jī)的電機(jī)零位，如果未存儲(chǔ)，執(zhí)行步驟一至九。在汽車(chē)售后，如果因?yàn)楦鼡Q過(guò)電機(jī)而需要重新設(shè)定電機(jī)零位，用診斷儀或者診斷計(jì)算機(jī)通過(guò)車(chē)載總線，使能永磁同步電機(jī)零位確定功能，執(zhí)行步驟一至九。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是I.應(yīng)用該方案和方法，EPS系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，即可確定永磁同步電機(jī)的零位，快速準(zhǔn)確。2.應(yīng)用該方案可以在汽車(chē)下線時(shí)，用來(lái)確定EPS系統(tǒng)永磁同步電機(jī)的零位，即該方案可以在帶載狀態(tài)下確定電機(jī)的零位。3.應(yīng)用該方案EPS系統(tǒng)的控制器可以自動(dòng)識(shí)別永磁同步電機(jī)的零位，無(wú)需對(duì)保證控制器和電機(jī)對(duì)應(yīng)，生產(chǎn)管理簡(jiǎn)化。4.該方案所需硬件和EPS系統(tǒng)共用，只是增加軟件代碼，具有成本上的優(yōu)勢(shì)。


圖I是該發(fā)明方案的原理性框圖。圖2是永磁同步電機(jī)零位自使用實(shí)現(xiàn)方法流程。圖3是安裝有永磁同步電機(jī)EPS系統(tǒng)的汽車(chē)下線后，控制器首次上電使能永磁同步電機(jī)零位自適應(yīng)的邏輯。圖4是汽車(chē)售后維修過(guò)程中，更換電機(jī)或者控制器需要重新使能永磁同步電機(jī)零位自適應(yīng)功能的邏輯。
具體實(shí)施例方式如圖I所示。本方案的實(shí)施包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2、永磁同步電機(jī)4、電機(jī)位置傳感器5、上位機(jī)14、車(chē)載總線13，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元10以及算法本身15。因?yàn)轵?qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)的定子電流依靠?jī)煞矫娴妮斎雲(yún)⒘侩娮愚D(zhuǎn)子的位置；d軸和q軸的電流分量。因此算 法上首先將電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置設(shè)定成常數(shù)，即轉(zhuǎn)子目標(biāo)位置12。代表扭矩分量的q軸電流iq設(shè)置成0，僅依靠d軸電流來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，即逐漸增大id的值，直至電機(jī)轉(zhuǎn)子位置穩(wěn)定。電機(jī)4被驅(qū)動(dòng)，可以通過(guò)位置傳感器5，產(chǎn)生變化的位置信號(hào)6，通過(guò)對(duì)位置信號(hào)的分析得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置可以得到一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前角度9，將角度9與轉(zhuǎn)子目標(biāo)位置12做減法，角度差10就是電機(jī)轉(zhuǎn)子的零位，在找到電機(jī)零位之后，將這個(gè)電機(jī)零位存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元11里面，這個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元可以是flash或者EEPR0M。上位機(jī)14可以是車(chē)用的診斷儀，也可以是安裝了診斷軟件的計(jì)算機(jī)，通過(guò)車(chē)載總線13，可以根據(jù)需要啟動(dòng)找電機(jī)零位的功能。如圖2所示，確定永磁同步電機(jī)零位的方法實(shí)施需要以下步驟步驟一、初始化變量，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的代表扭矩分量iq值設(shè)為零，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置0 I設(shè)定成0，磁阻分量id設(shè)置成常量C。步驟二、逐漸增大磁阻分量id，即id = id+A id。根據(jù)電機(jī)位置傳感器信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置e 2 ；步驟三、id增大到最大值idmax，根據(jù)電機(jī)位置傳感器信號(hào)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子位置0 2，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子是否穩(wěn)定。步驟四、判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定后計(jì)算電機(jī)零位0 3 = 0 2- 0 1；步驟五、緩存電機(jī)零位；步驟六、改變電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置，S卩0 I = 0 1+A 0 ;步驟七、判斷是否電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置0 I大于360°，如果大于360°執(zhí)行下一步驟；如果小于360°重新執(zhí)行步驟二至步驟六，即多次測(cè)量、計(jì)算電機(jī)零位；步驟八、計(jì)算電機(jī)零位的均值0 3，將這個(gè)均值作為最終的電機(jī)零位；步驟九、將電機(jī)零位均值存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。圖3是汽車(chē)下線后，EPS控制器首次上電，使能電機(jī)零位自適應(yīng)功能的邏輯。首先檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)是否存儲(chǔ)了電機(jī)零位，如果檢測(cè)到電機(jī)零位不存在，使能電機(jī)零位自適應(yīng)功能；如果電機(jī)零位存在，不是能這個(gè)功能。圖4是通過(guò)上位機(jī)發(fā)送命令，啟動(dòng)確定電機(jī)零位的流程。這個(gè)方式主要用于售后維修更換電機(jī)或控制器時(shí)使用。EPS控制器在接收到上位機(jī)發(fā)送的啟動(dòng)永磁同步電機(jī)零位自適應(yīng)命令時(shí)，使能這項(xiàng)功能。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車(chē)EPS系統(tǒng)的永磁同步電機(jī)零位確定的方案，其特征在于所述裝置包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電機(jī)位置傳感器，電機(jī)位置信號(hào)處理模塊、算法模塊。所述算法模塊按照既定的邏輯產(chǎn)生給所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊提供控制參數(shù)Θ i，其中包括轉(zhuǎn)子目標(biāo)位置，電機(jī)扭矩控制分量iq，電機(jī)磁阻控制分量id ;所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)所述算法模塊提供的轉(zhuǎn)子目標(biāo)位置Θ P電機(jī)扭矩控制分量iq電機(jī)磁阻控制分量id，產(chǎn)生PU、PV、Pff三個(gè)控制電壓，輸出至所述永磁同步電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置，直至電機(jī)轉(zhuǎn)子位置穩(wěn)定；所述電機(jī)位置傳感器安裝在所述永磁同步電機(jī)本體上，用于產(chǎn)生檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中信號(hào)發(fā)生變化；所述電機(jī)位置信號(hào)處理模塊根據(jù)位置信號(hào)，計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置；所述算法模塊通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際位置和電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置，計(jì)算出電機(jī)的零位，并把電機(jī)零位信息存儲(chǔ)到所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于汽車(chē)EPS系統(tǒng)確定永磁同步電機(jī)的電機(jī)零位的裝置，其特征在于，啟動(dòng)確定電機(jī)零位的功能，可以是檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中電機(jī)零位數(shù)據(jù)為空時(shí)啟動(dòng)；同時(shí)可以通過(guò)所述裝置通過(guò)車(chē)載總線與上位機(jī)相連，所述上位機(jī)控制功能的啟動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于汽車(chē)EPS系統(tǒng)確定永磁同步電機(jī)的電機(jī)零位的方案，其特征在于，所述車(chē)載總線為CAN總線、LIN總線或K-Line總線，所述上位機(jī)為診斷儀或安裝有診斷軟件的計(jì)算機(jī)。
4.一種用于汽車(chē)EPS系統(tǒng)確定永磁同步電機(jī)的電機(jī)零位的方法，其特征在于包含以下步驟 步驟一、初始化變量，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的代表扭矩分量iq值設(shè)為零，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置Θ I設(shè)定成O，磁阻分量id設(shè)置成常量C。
步驟二、逐漸增大磁阻分量id，即id = id+Λ id。根據(jù)電機(jī)位置傳感器信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置Θ2。
步驟三、id增大到最大值idmax，根據(jù)電機(jī)位置傳感器信號(hào)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子位置Θ 2，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子是否穩(wěn)定。
步驟四、判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定后計(jì)算電機(jī)零位Θ3= Θ2-Θ1。
步驟五、緩存電機(jī)零位； 步驟六、改變電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置，即Θ I = θ 1+Λ Θ。
步驟七、判斷是否電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)位置Θ I大于360°，如果大于360°執(zhí)行下一步驟；如果小于360°重新執(zhí)行步驟二至步驟六，即多次測(cè)量、計(jì)算電機(jī)零位； 步驟八、計(jì)算電機(jī)零位的均值Θ 3，將這個(gè)均值作為最終的電機(jī)零位； 步驟九、將電機(jī)零位均值存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于汽車(chē)EPS系統(tǒng)確定永磁同步電機(jī)的電機(jī)零位的方法，其特征在于，在步驟一之前還包括有如下步驟汽車(chē)起一次上電后，檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中是否存儲(chǔ)有的電機(jī)零位，如果未存儲(chǔ)，則執(zhí)行步驟一至九；如果已經(jīng)存儲(chǔ)，不再執(zhí)行步驟一至九。
全文摘要
用于汽車(chē)EPS系統(tǒng)確定永磁同步電機(jī)零位的方案和方法，屬于汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域，本發(fā)明是為了解決永磁同步電機(jī)的零位差異大，針對(duì)不同的電機(jī)需要對(duì)轉(zhuǎn)子位置加上不同的零位補(bǔ)償，不利于永磁同步電機(jī)在汽車(chē)EPS系統(tǒng)上大批量應(yīng)用的問(wèn)題。方案中包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，車(chē)載總線，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等。其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是用來(lái)驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用來(lái)存儲(chǔ)電機(jī)零位，車(chē)載總線是在需要時(shí)啟動(dòng)確定電機(jī)零位的功能。本發(fā)明利用電機(jī)扭矩分量iq和磁阻分量id，設(shè)定電機(jī)目標(biāo)位置后驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定后，通過(guò)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)測(cè)定轉(zhuǎn)子位置，與設(shè)定的目標(biāo)位置的角度差值就是電機(jī)的零位。已經(jīng)確認(rèn)的電機(jī)零位存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，以備讀取使用。
文檔編號(hào)H02P21/00GK102780441SQ201110118799
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者萬(wàn)新山, 劉宏偉, 譚方平 申請(qǐng)人:北京超力銳豐科技有限公司