專利名稱：汽車電動助力轉向系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車電動助力轉向系統(EPS)，尤其是涉及一種具有電機繞組溫度在線估計及控制參數自調整功能的電動助力轉向系統。
背景技術：
EPS轉向系統屬于汽車安全相關部件，對電機控制的轉矩脈動性能的要求極高。助力電機采用永磁同步電機，由三相逆變全橋進行驅動。在大功率電動助力轉向系統中，一般采用永磁同步電機作為助力的執行機構，永磁同步電機的核心控制算法包括弱磁控制和d、q軸的PI (比例積分)控制。在常規的控制方法中，弱磁控制的參數、d軸和q軸PI控制的參數一般是固定不變的。但是在實際電動助力轉向系統的運行過程中，電機的溫度會升高，從而電機的內阻會發生變化。在電機內阻發生變化的情況下，同樣的弱磁控制參數和PI控制參數會造成電機控制的轉矩脈動增加，從而影響駕駛員的手上感覺。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種汽車電動助力轉向系統，能在不同的使用工況情況下，減小電機控制扭矩波動。為解決上述技術問題，本發明的汽車電動助力轉向系統，包括:電機繞組溫度在線估計模塊，采集電機的電流和環境溫度，估算電機的繞組溫度和繞組電阻；控制參數自調整功能模塊，根據估算的電機繞組溫度和繞組電阻、電機助力力矩指令值、電機電流、電機轉速和電機角度，實時調整電機控制算法中的弱磁控制參數、d軸PI控制參數與q軸PI控制參數，在不同的使用工況情況下，減小電機控制扭矩波動。本技術通過在E⑶(電控單元)外部安裝一個溫度傳感器采集電動轉向系統的環境溫度，利用電機的電流和環境溫度對電機繞組的溫度和電機繞組電阻進行估算，根據電機繞組電阻實時調整電機控制算法中的弱磁控制參數和d、q軸PI控制參數，從而達到在不同的使用工況情況下，減小電機控制扭矩波動的目的。本發明在幾乎不增加硬件成本的基礎上，通過軟件實時調整策略，使得電動助力轉向系統在各種工況下都能提供良好的駕駛員操縱感覺，具有很強的實用性。


下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明:圖1是汽車電動助力轉向系統一實施例結構框圖；圖2是電機繞組溫度在線估計模塊結構框圖；圖3是控制參數自調整功能模塊結構框圖。
具體實施方式
參見圖1所示，在本發明的一實施例中，所述汽車電動助力轉向系統，能在線估計電機繞組溫度，以及控制參數自調整。它包含有以下兩個關鍵功能模塊:電機繞組溫度在線估計模塊和控制參數自調整功能模塊。電機助力指令模塊根據車輛的運行狀態決策助力電機的助力力矩指令。電機繞組溫度在線估計模塊采集電機的電流和環境溫度，估算電機的繞組溫度和繞組電阻。電機繞組溫度在線估計模塊由電機發熱計算模塊、電機散熱計算模塊、電機溫升計算模塊和電機繞組電阻估計模塊四部分組成。電機發熱計算模塊，根據采集的電機電流值和估算的電機繞組電阻，通過查表的方法計算得到電機的發熱量，如圖2所示。電機發熱計算模塊包含一個查表模塊和一個積分模塊；查表模塊的輸入為電機的電流和估算的電機繞組電阻，輸出為估算的電機發熱功率。積分模塊對電機的發熱功率進行積分后得到電機發熱量。電機散熱計算模塊，根據估算的電機繞組溫度和環境溫度，通過查表的方法計算得到電機的散熱量，如圖2所示。電機散熱計算模塊包含一個查表模塊和一個積分模塊；查表模塊的輸入為估算的電機繞組溫度和采樣的環境溫度，查表模塊的輸出為單位時間內的電機散熱量；積分模塊對單位時間內的電機散熱量進行積分后得到電機散熱量。電機溫升計算模塊，根據電機發熱量與電機散熱量之差除以電機的熱容得到電機的溫升。如圖2所示。電機繞組電阻估計模塊，采集系統上電時的環境溫度作為電機初始溫度，根據電機溫升和電機初始溫度，計算電機的實時溫度。根據電機的實時溫度通過查表計算電機的繞組電阻，如圖2所示。控制參數自調整功能模塊包括兩部分:弱磁算法參數自調整模塊、PI參數自調整模塊。弱磁算法參數自調整模塊，根據電機助力力矩指令值、電機轉速計算得到電機的d軸弱磁控制參數和q軸弱磁控制參數，根據估算的電機繞組溫度對弱磁控制參數進行修正，如圖3所示。弱磁指令的修正方法為，根據電機繞組的溫度分別設置了兩個表格模塊，兩個表格模塊的輸出分別為在不同溫度下的d軸/q軸電流指令最大值。弱磁控制算法模塊根據電機力矩指令和電機霍爾傳感器處理模塊獲得的電機轉速計算得到的d軸弱磁控制參數和q軸弱磁控制參數分別與對應表格模塊的輸出做比較，如果大于d軸電流指令最大值和q軸電流指令最大值，則將實際的d軸弱磁控制參數和q軸弱磁控制參數限制為最大值。PI參數自調整模塊，根據估算得到的電機繞組電阻，用查表的方法實時調整電機的PI控制參數，如圖3所示。根據估算到的電機的繞組電阻分別設置4個表格模塊，輸出為在不同電機繞組電阻情況下的d軸P參數、d軸I參數、q軸P參數和q軸I參數。所述d軸P參數、d軸I參數、q軸P參數和q軸I參數分別輸入d軸電流PI控制器和q軸電流PI控制器。d軸電流PI控制器將所述弱磁算法參數自調整模塊輸出的d軸弱磁控制參數值，與電機電流采樣模塊采集的電機三相電流經靜止三相/旋轉兩相坐標系變換模塊變換得到的d軸電流信號Id的電流誤差，作為PI (比例積分)控制的輸入，輸出d軸控制電壓Vd。q軸電流PI控制器，將所述弱磁算法參數自調整模塊輸出的q軸弱磁控制參數值，與電機電流采樣模塊采集的電機三相電流經靜止三相/旋轉兩相坐標系變換模塊變換得到的q軸電流信號Iq的電流誤差，作為PI (比例積分)控制的輸入，輸出q軸控制電壓Vq。旋轉兩相/靜止三相坐標系變換模塊，對d軸控制電壓Vd和q軸控制電壓Vq進行變換后輸出電機三相控制電壓Va、Vb和Vc。空間矢量算法模塊，根據電機三相控制電壓Va、Vb和Vc，輸出6路PWM(脈寬調制)信號。三相H橋驅動電路，根據6路PWM信號實現對永磁同步電機(助力電機)三相電流控制。以上通過具體實施方式
對本發明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發明的限制。在不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種汽車電動助力轉向系統，其特征在于，包括: 電機繞組溫度 在線估計模塊，采集電機的電流和環境溫度，估算電機的繞組溫度和繞組電阻； 控制參數自調整功能模塊，根據估算的電機繞組溫度和繞組電阻、電機助力力矩指令值、電機電流、電機轉速和電機角度，實時調整電機控制算法中的弱磁控制參數、d軸PI控制參數與q軸PI控制參數，在不同的使用工況情況下，減小電機控制扭矩波動。
2.如權利要求1所述的汽車電動助力轉向系統，其特征在于，所述電機繞組溫度在線估計模塊，包括: 電機發熱計算模塊，根據采集的電機電流值和估算的電機繞組電阻，通過查表的方法計算得到電機發熱量； 電機散熱計算模塊，根據估算的電機繞組溫度和環境溫度，通過查表計算得到電機散熱量； 電機溫升計算模塊，根據電機發熱量與電機散熱量之差除以電機的熱容得到電機的溫升; 電機繞組電阻估計模塊，采集系統上電時的環境溫度作為電機初始溫度，根據電機溫升和電機初始溫度，計算電機的實時溫度；根據電機的實時溫度通過查表計算電機的繞組電阻。
3.如權利要求2所述的汽車電動助力轉向系統，其特征在于:所述電機發熱計算模塊包含一個查表模塊和一個積分模塊；查表模塊的輸入為電機的電流，其輸入參數為估算的電機繞組電阻，輸出為估算的電機發熱功率；積分模塊對電機發熱功率進行積分后得到電機發熱量。
4.如權利要求2所述的汽車電動助力轉向系統，其特征在于:所述電機散熱計算模塊包含一個查表模塊和一個積分模塊；查表模塊的輸入為估算的電機繞組溫度和米樣的環境溫度，查表模塊的輸出為單位時間內的電機散熱量；積分模塊對單位時間內的電機散熱量進行積分后得到電機散熱量。
5.如權利要求1所述的汽車電動助力轉向系統，其特征在于，所述控制參數自調整功能模塊，包括:弱磁算法參數自調整模塊，根據電機助力力矩指令值、電機轉速計算得到電機的d軸弱磁控制參數和q軸弱磁控制參數，根據估算的電機繞組溫度對弱磁控制參數進行修正；PI參數自調整模塊，根據估算得到的電機繞組電阻，通過查表實時調整電機的PI控制參數。
6.如權利要求5所述的汽車電動助力轉向系統，其特征在于:所述弱磁指令的修正是指，根據電機繞組的溫度分別設置兩個表格模塊，兩個表格模塊的輸出分別為在不同溫度下的d軸電流指令最大值和q軸電流指令最大值，弱磁控制算法模塊根據電機力矩指令和電機霍爾傳感器處理模塊獲得的電機轉速計算得到的d軸弱磁指令和q軸弱磁指令分別與對應表格模塊的輸出做比較,如果大于d軸電流指令最大值和q軸電流指令最大值,則將實際的d軸弱磁指令和q軸弱磁指令限制為最大值。
7.如權利要求5所述的汽車電動助力轉向系統，其特征在于:所述PI參數自調整模塊根據估算到的電機的繞組電阻分別設置4個表格模塊，該4個表格模塊的輸出分別為在不同電機繞組電 阻情況下的d軸P參數、d軸I參數、q軸P參數和q軸I參數。
全文摘要
本發明公開了一種汽車電動助力轉向系統，包括電機繞組溫度在線估計模塊，采集電機的電流和環境溫度，估算電機的繞組溫度和繞組電阻；控制參數自調整功能模塊，根據估算的電機繞組溫度和繞組電阻、電機助力力矩指令值、電機電流、電機轉速和電機角度，實時調整電機控制算法中的弱磁參數、d軸PI控制參數與q軸PI控制參數。本發明能在線估計電機繞組溫度，以及實現控制參數自調整，在不同的使用工況情況下，減小電機控制扭矩波動。
文檔編號B62D5/04GK103192868SQ201210004420
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者金燦龍, 唐文, 張瑞, 劉金華 申請人:聯創汽車電子有限公司