[发明专利]用于汽车电动助力转向系统的无刷电机转子位置信号解算模块

说明书

技术领域

本发明属于汽车用无刷电机控制的技术领域，尤其涉及一种用于汽车电动助力转向系统的无刷电机转子位置信号解算模块。

背景技术

在汽车电动助力转向系统中，无刷电机因其高效率、高功率因数、高转矩惯性比、不需常维护的优点，正成为一个技术发展的趋势。在电动助力转向系统中，对无刷电机需要进行力矩闭环控制，这就要求整个系统中无刷电机转子位置传感器满足以下几点：第一，高的分辨率，使得系统能够达到较高的控制精度，较小的转矩脉动；第二，低廉的成本，使得电动助力转向系统以及整车具有市场竞争力；第三，较高的抗干扰性，使得系统能够适应于车辆中恶劣的工作环境。

在无刷电机控制中，转子位置信号传感器的应用有许多种，例如旋转变压器、光电编码器、换向霍尔传感器等等。旋转变压器，解码精度较高，但需要有单独的专用的解码芯片以及相对应的硬件电路，涉及到正负电源、励磁信号放大、与主控芯片通讯等问题，使得硬件电路复杂，成本昂贵，不利于在车辆上的广泛应用；光电编码器，解码精度很高，然而在车辆上的工作环境比较恶劣，高振动、高温、严寒、潮湿会对光电编码器工作产生影响，使其不能应用于车辆；换向霍尔传感器，成本低廉，原理简单，但分辨率太低，会使得在控制无刷电机时产生转矩脉动，这直接会造成电动助力转向系统给驾驶员以不好的手感。这些已应用的解算模块，均不能同时达到低成本、高精度和适用于复杂恶劣的工作环境的要求，因而限制了无刷电机在电动助力转向系统中更为广泛的应用。

近两年，随着汽车工业的发展，对电动助力转向系统的需求进一步增加，产生了一种新型无刷电机转子位置传感器，包含换向霍尔传感器和位置霍尔传感器，满足了系统的要求。

发明内容

针对上述新型无刷电机转子位置传感器，本发明的目的是提供一种新型无刷电机转子位置信号解算模块，能够对该传感器进行合理有效的解算。

本发明实现的技术方案是：

一种用于汽车电动助力转向系统的无刷电机转子位置信号的新型解算模块，其采用了换向霍尔传感器三路信号和位置霍尔传感器两路信号，作为输入信号。模块对该信号采集并解算，得到无刷电机转子的绝对位置。

整个模块，包括解算换向霍尔和位置霍尔传感器信号得到无刷电机转子位置的软件算法和采集换向霍尔和位置霍尔传感器信号的硬件电路两部分。

软件算法部分包括了无刷电机转子初始位置区间的判断，无刷电机转子绝对基础位置的确定，无刷电机转子绝对位置的计算和无刷电机转子绝对位置的校验四个部分。

在解算中，首先通过三路换向霍尔传感器信号的高低电平，判断电机转子初始位置区间，便可以采用两两导通的方式控制无刷电机启动运行；启动运行后通过三路换向霍尔传感器信号的上升下降沿确定无刷电机转子绝对基础位置；由无刷电机转子绝对基础位置和两路位置霍尔传感器信号得到的相对位置，即得到了无刷电机转子的绝对位置；并通过三路换向霍尔传感器信号的上升下降沿得到的电机转子位置对绝对位置进行校验。

硬件电路部分包括了使得无刷电机控制芯片、反相器、换向霍尔和位置霍尔传感器工作的电源部分，无刷电机控制器芯片最小电路部分，换向霍尔和位置霍尔传感器信号采集三个部分。

该模块实现了对无刷电机转子位置信号相对低成本和相对高精度的解算，以及包含了对解算到的位置信号的校验，该方式尤其适用于对无刷电机进行力矩控制，从而应用于汽车电动助力转向系统。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的用于汽车电动助力转向系统的无刷电机转子位置信号解算模块的两路位置霍尔信号和三路换向霍尔信号之间角度关系的示意图。

图2是本发明所述的用于汽车电动助力转向系统的无刷电机转子位置信号解算模块的无刷电机转子位置信号解算算法流程图。

图3是本发明所述的用于汽车电动助力转向系统的无刷电机转子位置信号解算模块的无刷电机转子位置区间判断的算法流程图。

图4是本发明所述的用于汽车电动助力转向系统的无刷电机转子位置信号解算模块的无刷电机转子绝对基础位置确定的算法流程图。

图5是本发明所述的用于汽车电动助力转向系统的无刷电机转子位置信号解算模块的无刷电机转子绝对位置计算的算法流程图。

图6是本发明所述的用于汽车电动助力转向系统的无刷电机转子位置信号解算模块的无刷电机转子绝对位置校验的算法流程图。