專利名稱：：用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于控制車輛用電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法，特別是一種用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法，其可在用于車輛的電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中補(bǔ)償慣性力矩的增加，該慣性力矩的增加是由構(gòu)成減速齒輪箱的蝸桿與蝸輪之間的齒輪速比的增加而引起的。
背景技術(shù)：
：電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(MDPS)是一種利用電機(jī)動(dòng)力根據(jù)車速控制方向盤的轉(zhuǎn)向力的設(shè)備。更特別地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在停車或低速行駛時(shí)減小方向盤的轉(zhuǎn)向力并在高速行駛時(shí)增加方向盤的轉(zhuǎn)向力，以提供高速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性并允許在緊急情況下快速執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作，使得可向駕駛員提供最優(yōu)的駕駛條件。圖1舉例說(shuō)明了傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括由駕駛員操縱的方向盤l;轉(zhuǎn)向柱2，其連接到方向盤l并由駕駛員進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以和駕駛員的轉(zhuǎn)向方向一致；控制器3，其被安裝在轉(zhuǎn)向柱2端部，控制整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并且特別是輸出用于控制電機(jī)扭矩的最終電流；電機(jī)4，其被安裝到轉(zhuǎn)向柱2的端部，并由從控制器3輸出的最終電流來(lái)驅(qū)動(dòng)；調(diào)節(jié)電機(jī)4的轉(zhuǎn)速的減速齒輪箱5;檢測(cè)方向盤l的轉(zhuǎn)向扭矩的扭矩傳感器6;向車輪傳送電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)力的萬(wàn)向節(jié)7;以及齒輪箱8。另外，安裝了車速傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器等以向控制器3傳送它們的感測(cè)結(jié)果。與普通的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比較，如上所述構(gòu)建的電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供以下各種優(yōu)點(diǎn)由于車輛重量的減輕和動(dòng)力損失的防止，提高了燃料經(jīng)濟(jì)性并減少了保養(yǎng)費(fèi)用；因?yàn)椴皇褂糜停_保了環(huán)保性并且不發(fā)生漏油；由于部件數(shù)量的減少，實(shí)現(xiàn)了輕車重并且提高了可裝配性；由于根據(jù)車速精確控制轉(zhuǎn)向力和高速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的提高，改善了轉(zhuǎn)向性能。因此，近來(lái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已被越來(lái)越多地使用。3為了適應(yīng)該趨勢(shì)，已經(jīng)積極地進(jìn)行了研究以開(kāi)發(fā)能夠降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重量和制造成本的優(yōu)化因子。在該
背景技術(shù)：
部分中所公開(kāi)的上述信息只是用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明
背景技術(shù)：
的理解，并且因此其可能包含不形成對(duì)于該國(guó)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員己知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
發(fā)明內(nèi)容因此，作為研究的結(jié)果提出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法，其可有效地控制當(dāng)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中構(gòu)成減速齒輪箱的蝸桿與蝸輪之間的齒輪速比增加時(shí)所導(dǎo)致的電機(jī)速度增加和由此引起的慣性力矩增加，從而由于齒輪速比的增加而有助于降低制造成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法，其中通過(guò)接收轉(zhuǎn)向扭矩、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向角速度和車速并進(jìn)行扭矩提升控制、返回力控制和阻尼控制來(lái)計(jì)算電機(jī)的目標(biāo)扭矩值；感測(cè)當(dāng)前的電機(jī)電流；對(duì)當(dāng)前的電機(jī)電流進(jìn)行比例積分控制；產(chǎn)生用于補(bǔ)償與目標(biāo)扭矩值相比較的過(guò)/欠電壓的脈寬調(diào)制信號(hào)；并且控制最終的電機(jī)扭矩，其中，比例積分控制與乘以比例常數(shù)(ot)的電機(jī)速度響應(yīng)控制相加，該比例常數(shù)(a)取決于實(shí)時(shí)感測(cè)的電機(jī)速度而變化。優(yōu)選地，比例常數(shù)(cO具有與電機(jī)速度成反比的值?？梢岳斫?，本文所使用的術(shù)語(yǔ)"車輛"或"車輛的"或其它類似術(shù)語(yǔ)一般包括機(jī)動(dòng)車，例如載客汽車，包括運(yùn)動(dòng)型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車，包括各種船和艇的水運(yùn)工具，飛機(jī)，等等，并且包括混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛、插入式(plug-in)混合動(dòng)力電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車輛和其它替代燃料車輛(例如，來(lái)自石油之外的資源的燃料)。如本文所述，混合動(dòng)力車輛是具有兩個(gè)或更多個(gè)動(dòng)力源的車輛，例如既有汽油動(dòng)力又有電動(dòng)力的車輛。下文中討論本發(fā)明的上述和其它特征。從以下詳細(xì)說(shuō)明以及附圖，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和其它優(yōu)點(diǎn)將更為清楚地理解，在附圖中圖1是舉例說(shuō)明傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的視圖2是舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法的流程圖3是圖2的電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制框圖；并且圖4是舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)速度響應(yīng)控制的一個(gè)實(shí)例的視圖。具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將更詳細(xì)地參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在附圖中對(duì)其實(shí)例進(jìn)行了舉例說(shuō)明。盡可能地，將在所有附圖和說(shuō)明書(shū)中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指代相同或相似的部件。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，如果構(gòu)成電機(jī)的減速齒輪箱的蝸桿與蝸輪之間的齒輪速比增加，電機(jī)的額定作用點(diǎn)(ratedactuationpoint)改變，導(dǎo)致要求的電機(jī)扭矩減小。例如，以蝸桿與蝸輪之間的特定齒輪速比產(chǎn)生400W的輸出需要3.7N，m的額定扭矩。如果蝸桿與蝸輪之間的齒輪速比增加到1.4倍，產(chǎn)生相同輸出所需的額定扭矩變成2.4Nm。因?yàn)樵擃~定扭矩的減少可導(dǎo)致相同輸出產(chǎn)生條件下電機(jī)的重量和尺寸的減少，有可能以更低的成本制造電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。另一方面，蝸桿與蝸輪之間的齒輪速比增加導(dǎo)致電機(jī)速度增加。例如，如果蝸桿與蝸輪之間的齒輪速比增加到1.4倍，電機(jī)速度從1,050rpm增加到1,500rpm。電機(jī)速度增加導(dǎo)致電機(jī)的慣性力矩增加，從而降低了轉(zhuǎn)向控制的響應(yīng)性。根據(jù)本發(fā)明，提供速度響應(yīng)控制邏輯以解決上述與電機(jī)速度增加相關(guān)的問(wèn)題。圖2是舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法的流程圖，并且圖3是其框圖。作為參考，在圖3中，控制器10中舉例說(shuō)明的配置表示軟件邏輯，并且控制器10外舉例說(shuō)明的配置表示硬件部分。用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法一般包括系統(tǒng)控制步驟(S10到S30)和致動(dòng)器控制步驟(S40到S90)。首先說(shuō)明系統(tǒng)控制步驟，由安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的扭矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器和車速傳感器感測(cè)駕駛員旋轉(zhuǎn)方向盤時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向扭矩、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向角速度和當(dāng)前車速，并向控制器10傳送(SIO)。在控制器10中，通過(guò)進(jìn)行扭矩提升控制、返回力控制和阻尼控制，利用發(fā)送的轉(zhuǎn)向扭矩、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向角速度和車速數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算目標(biāo)扭矩值(S20和S30)。進(jìn)行扭矩提升控制，以根據(jù)駕駛員產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向扭矩來(lái)控制輸出電壓。進(jìn)行返回力控制，以控制使受控的方向盤返回初始中心位置的力。進(jìn)行阻尼控制，以控制轉(zhuǎn)向反應(yīng)力或與返回力一致作用的力，從而改善駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱感。阻尼力作用在與轉(zhuǎn)向力相同的方向上。通過(guò)進(jìn)行扭矩提升控制、返回力控制和阻尼控制，計(jì)算并輸出根據(jù)駕駛員對(duì)方向盤操縱的程度要由電機(jī)產(chǎn)生的目標(biāo)扭矩值。如下所述，進(jìn)行將電機(jī)作為實(shí)際致動(dòng)器的控制，以便于通過(guò)系統(tǒng)控制步驟產(chǎn)生目標(biāo)扭矩值。通過(guò)三相變換器30向電機(jī)40傳送從電容器20供應(yīng)的電流，并且控制器10感測(cè)當(dāng)前向電機(jī)40供應(yīng)的三相電流(在U、V和W軸上)(S40)。感測(cè)的三相電流被轉(zhuǎn)換為通過(guò)隨后的PI(比例積分)控制易于進(jìn)行控制的兩相(在d和q軸上)(S50)。具體地，感測(cè)的三相電流的直角坐標(biāo)(a,b,c)被轉(zhuǎn)換為固定坐標(biāo)(a，P)，該固定坐標(biāo)(a，(3)又被轉(zhuǎn)換為同步坐標(biāo)(d,q)(見(jiàn)圖3中的附圖標(biāo)記11和12)。接下來(lái)，利用轉(zhuǎn)換的兩相電流執(zhí)行作為電流控制的比例積分控制(見(jiàn)圖3中的附圖標(biāo)記15和16)(S60)。具體地，利用轉(zhuǎn)換的兩相電流，分別執(zhí)行對(duì)有功電流參考信號(hào)響應(yīng)的扭矩控制(見(jiàn)圖3中的附圖標(biāo)記13)(在q軸上)以及對(duì)無(wú)功電流參考信號(hào)響應(yīng)的扭矩控制(見(jiàn)圖3的附圖標(biāo)記14)(在d軸上)。此后，與通過(guò)系統(tǒng)控制步驟計(jì)算的目標(biāo)扭矩值進(jìn)行比較，計(jì)算當(dāng)前向電機(jī)供應(yīng)的電壓的過(guò)/欠量，并且產(chǎn)生用于補(bǔ)償該過(guò)/欠量的PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)(見(jiàn)圖3的附圖標(biāo)記17)(S70和S80)。當(dāng)電源功率具有過(guò)電壓時(shí)，PWM信號(hào)的脈寬減小，并且當(dāng)電源功率具有欠電壓時(shí)，PWM信號(hào)的脈寬增大。當(dāng)通過(guò)以該脈沖形式產(chǎn)生的信號(hào)向電機(jī)傳送控制器IO的輸出時(shí)，產(chǎn)生最終的電機(jī)扭矩(S90)。如圖2所示執(zhí)行控制邏輯，其中通過(guò)電機(jī)速度傳感器50實(shí)時(shí)感測(cè)由步驟S90中輸出的最終電機(jī)扭矩旋轉(zhuǎn)的電機(jī)的速度，并將其反饋至作為比例積分控制步驟的步驟S60，使得根據(jù)電機(jī)速度的控制(稱之為"電機(jī)速度響應(yīng)控制")被執(zhí)行，從而防止由慣性力矩增加帶來(lái)的轉(zhuǎn)向控制響應(yīng)減少的問(wèn)題。根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的規(guī)格，通過(guò)設(shè)定隨電機(jī)速度改變的適當(dāng)?shù)谋壤?shù)((x)、使用比例常數(shù)(oO從比例表達(dá)式計(jì)算控制值、以及進(jìn)行控制操作，可將電機(jī)速度響應(yīng)控制設(shè)計(jì)為各種方式，以便于減少或使慣性力矩的影響最小化。圖4舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)速度響應(yīng)控制的一個(gè)實(shí)例。在這里，1^表示扭矩參考信號(hào)，并且It表示最終輸出的負(fù)載電流。另外，Vdc是向控制器輸入的電流，Vcor^是控制器的控制輸出，VreP是向控制器輸入的電壓參考信號(hào)，并且Vfri是控制器中三角波電壓的峰值。包括運(yùn)算符號(hào)的圓圈表示算符。例如，如果在圓圈中包括+和+，表示兩個(gè)值將相加。在圖4中，通過(guò)若干操作步驟，將通過(guò)系統(tǒng)控制步驟計(jì)算的扭矩參考信號(hào)1^計(jì)算為最終向電機(jī)輸出的負(fù)載電流IL。通過(guò)圖2的步驟S40感測(cè)最終的負(fù)載電流Il，并將其反饋以與扭矩參考信號(hào)1^一起運(yùn)算(opemte)。此時(shí)，根據(jù)本發(fā)明，電機(jī)速度傳感器50被反饋以最終負(fù)載電流lL并實(shí)時(shí)感測(cè)電機(jī)速度，并且電機(jī)速度響應(yīng)控制邏輯被構(gòu)建，其中包括根據(jù)電機(jī)速度的比例表達(dá)式60。在比例表達(dá)式60中，Kp是是根據(jù)系統(tǒng)規(guī)格、控制范圍等確定的比例系數(shù)。下表1給出在如圖4所示構(gòu)建的電機(jī)速度響應(yīng)控制邏輯中隨電機(jī)速度變化的比例常數(shù)(a)的值。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>參考表1，構(gòu)建電機(jī)速度響應(yīng)控制邏輯的比例常數(shù)(a)具有隨電機(jī)速度的增加而減少的值。換句話說(shuō)，比例常數(shù)(a)具有與電機(jī)速度成反比的值。因此，電機(jī)速度增加得越多，比例常數(shù)(ot)越小。因此，將被反饋的整個(gè)控制值也增加了如圖4所示的比例表達(dá)式60的(l-a)Kp項(xiàng)。因此，在慣性力矩隨電機(jī)速度增加而增加的情況下，控制值也增加，以降低由慣性力矩增加帶來(lái)的轉(zhuǎn)向響應(yīng)性的惡化。正如上述說(shuō)明中所顯而易見(jiàn)的，根據(jù)本發(fā)明的用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法的優(yōu)點(diǎn)在于有可能有效地控制當(dāng)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中構(gòu)成減速齒輪箱的蝸桿與蝸輪之間的齒輪速比增加時(shí)導(dǎo)致的電機(jī)速度增加和由此引起的慣性力矩增加。因此，由于齒輪速比增加可降低制造成本，因此可以以較低的成本實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。雖然為了舉例說(shuō)明的目的已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不背離所附權(quán)利要求所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，有可能進(jìn)行各種改變、添加和替換。權(quán)利要求1.一種用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法，其中通過(guò)接收轉(zhuǎn)向扭矩、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向角速度和車速并進(jìn)行扭矩提升控制、返回力控制和阻尼控制來(lái)計(jì)算電機(jī)的目標(biāo)扭矩值；感測(cè)當(dāng)前的電機(jī)電流；對(duì)所述當(dāng)前的電機(jī)電流進(jìn)行比例積分控制；產(chǎn)生用于補(bǔ)償與所述目標(biāo)扭矩值相比較的過(guò)/欠電壓的脈寬調(diào)制信號(hào)；并且控制最終的電機(jī)扭矩，其中，所述比例積分控制加上乘以比例常數(shù)(α)的電機(jī)速度響應(yīng)控制，所述比例常數(shù)(α)取決于實(shí)時(shí)感測(cè)的電機(jī)速度而變化。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述比例常數(shù)(a)具有與所述電機(jī)速度成反比的值。全文摘要本發(fā)明提供一種用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方法，其中通過(guò)接收轉(zhuǎn)向扭矩、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向角速度和車速而進(jìn)行扭矩提升控制、返回力控制和阻尼控制來(lái)計(jì)算電機(jī)的目標(biāo)扭矩值；感測(cè)當(dāng)前的電機(jī)電流；對(duì)當(dāng)前的電機(jī)電流進(jìn)行比例積分控制；產(chǎn)生用于補(bǔ)償與目標(biāo)扭矩值相比較的過(guò)/欠電壓的脈寬調(diào)制信號(hào)；并且控制最終的電機(jī)扭矩。所述比例積分控制與乘以比例常數(shù)(α)的電機(jī)速度響應(yīng)控制相加，所述比例常數(shù)(α)取決于實(shí)時(shí)感測(cè)的電機(jī)速度而變化。文檔編號(hào)B62D6/00GK101456429SQ20081017279公開(kāi)日2009年6月17日申請(qǐng)日期2008年12月12日優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日發(fā)明者崔海龍申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社;起亞自動(dòng)車株式會(huì)社