[发明专利]一种基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于车辆转向控制技术领域，特别涉及一种基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法。

背景技术

电动助力转向系统这几年得到了快速的发展，整个系统性能越来越可靠完善。电动助力转向系统的发展包括了以下几个特点：第一，电动助力转向系统所采用的电机由有刷直流电机向永磁同步电机过渡，以解决由于有刷直流电机存在电刷和换向器而造成系统寿命短、维护困难等问题。第二，电动助力转向控制方法，由简单的直线型助力控制方法，向着可以更为优异的提高驾驶员手感和车辆操纵稳定性的控制方法发展。第三，产生了低成本、高精度、高可靠性的电机转子位置传感器。第四，方向盘转矩转角传感器向着非接触式、高精度、高抗干扰性的方向发展。这些新的设备和方法的应用可以极大的提高电动助力转向系统的性能和可靠性，不过同时造成了整个系统比较复杂，增加了设计难度。

发明内容

针对上述电动助力转向系统的发展特点，本发明集成这些新的设备和方法，充分发挥各个设备和方法的优势，通过合理的设计，提供一种基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明采用了基于永磁同步电机的电动助力转向系统作为控制对象。该系统中采用的永磁同步电机相对于有刷直流电机有结构简单、体积小、运行可靠、寿命长、功率密度大等优势，同时控制系统从软件到硬件上都比较复杂；该系统中电机转子位置传感器包含了三路换向霍尔信号和两路位置霍尔信号，在保证转子位置精度的前提下，明显降低了成本，非常适用于电动助力转向系统，并且推动了永磁同步电机在电动助力转向系统上的应用；该系统中方向盘转矩转角传感器，为非接触式感应位置传感器，输出两路以SENT协议为基础的转矩信号，输出一路类PWM信号的转角信号，该传感器有高精度、高分辨率、高温稳定性、抗干扰能力强、安装方便的特点。

本发明针对所述电动助力转向系统，构建了基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法。本发明的控制方法包括了电动助力转向控制方法、永磁同步电机控制方法、电机转子位置信号解算方法和方向盘转矩转角信号解算方法四个部分。

在控制器上，本专利以主控制芯片TMS320F2812为核心，构建了方向盘转矩转角信号采集电路、电机转子位置信号采集电路、永磁同步电机驱动电路和CAN通讯电路。

在控制方法上，电动助力转向控制方法采用了多点折线基本助力控制方法、电机补偿控制方法和回正控制方法。多点折线基本助力控制方法助力曲线比较平滑，实现简单，便于修改和调试。电机补偿控制方法包括了摩擦补偿控制方法、阻尼补偿控制方法和惯量补偿控制方法，减小或者抵消了由于转向系统加入电机和减速机构而产生的摩擦力、阻尼力和惯性力。回正控制方法可以改善车辆低速回正不足，高速回正超调现象，使车辆获得良好的转向回正性能。

永磁同步电机控制方法采用了技术比较纯熟的矢量控制方法，通过坐标变换将以静止定子为基础的三相电流转换为以旋转转子为基础的两相电流，实现永磁体励磁方向的电流和与励磁方向垂直方向的电流的解耦。最后通过空间脉宽矢量调制方法和七段式方法产生各个开关器件的开关时间。

电机转子位置信号解算方法，包括了电机转子位置初始化转角的确定、电机转子绝对基础位置的确定、电机转子绝对位置的计算和电机转子绝对位置的校验四个部分。

方向盘转矩转角信号解算方法，包括了SENT信号采集、SENT信号解算、类PWM信号采集和类PWM信号解算四个部分。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的一种基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法的控制器结构示意图。

图2是本发明所述的一种基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法的控制方法整体架构示意图。

图3是本发明所述的一种基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法的电动助力转向控制方法示意图。

图4是本发明所述的一种基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法的电动助力转向控制方法中多点折线基本助力曲线示意图。

图5是本发明所述的一种基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法的永磁同步电机转子位置传感器信号示意图。

图6是本发明所述的一种基于永磁同步电机的电动助力转向系统控制器及控制方法的永磁同步电机转子位置初始值判定逻辑示意图。