一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電池、三相逆變橋、永磁同步電機、選擇開關(guān)、泵壓模塊、泵壓控制模塊，其中，選擇開關(guān)選擇性的與電池通路或與泵壓模塊通路，泵壓控制模塊根據(jù)電機q軸參考電流Iqref、電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速和泵壓模塊的輸出電壓Vboost通過算法計算出輸出控制信號，控制信號控制泵壓模塊的工作。該電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)實際操縱工況，泵升電壓，拓寬永磁同步電機的工作范圍，尤其是要求高轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩輸出時，可以解決車輛原地或者低速快速操縱轉(zhuǎn)向盤時手感沉重的問題。
【專利說明】一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一個動力輔助裝置(gp電機和減速器裝置)而成，由于取消了機械液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油壓管路，通過電機驅(qū)動來提供輔助轉(zhuǎn)向助力，因此具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。另外，由于該系統(tǒng)根據(jù)駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的操縱轉(zhuǎn)矩和車速等信號，經(jīng)過一個電子控制器單元(ECU)計算電機所需提供的助力，因此一方面，電機只在必要時提供助力，可以節(jié)省燃油，另一方面，助力大小可以根據(jù)車速進行調(diào)節(jié)，進而獲得可變的轉(zhuǎn)向特性。正是由于上述優(yōu)點，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正逐漸取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
[0003]近年來，中高級轎車對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的需求急劇增加，為了滿足中高級轎車的助力需求，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機必需向無刷化和大功率化方向發(fā)展。
[0004]駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的速度范圍很寬，這就要求助力電機具備很寬的調(diào)速范圍，在供電電壓不變的情況下，永磁同步電機需進行弱磁控制，才能拓寬調(diào)速范圍。永磁同步電機進入弱磁控制后，轉(zhuǎn)速越高，所需要的弱磁電流越大，由于電流極限圓的限制，弱磁電流的增加會造成轉(zhuǎn)矩電流的減小，因此輸出的助力轉(zhuǎn)矩也減小，造成手感變沉。
[0005]而永磁同步電機需要進入弱磁控制的根本原因是電機的反電勢超過了供電電壓，因此在加入弱磁電流后等效地抵消了一部分永磁體磁通，降低了反電勢，因此可以實現(xiàn)電機擴速。
[0006]對于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，助力電機不僅要實現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟隨，還要實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩跟隨，尤其是原地或者低速快速操縱轉(zhuǎn)向盤時，助力電機不僅要求能達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速，而且必須提供足夠的助力，否則駕駛員會感到操縱沉重，造成駕駛不舒適感。在此工況下，意味著電機的弱磁電流Id和轉(zhuǎn)矩電流I,都需要達(dá)到較大值，而^和I,要受電流極限圓的限制，即Id2+Iq2≤Ilim2，Ilim為電流極限。Id的增大會造成I,的降低，而助力電機的輸出轉(zhuǎn)矩T=KtXIq, Kt為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，因此輸出的助力轉(zhuǎn)矩會下降。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中，專利CN1893248B提出了一種升壓電路的方案，可以確保斬波電路的開關(guān)元件發(fā)生故障的情況下持續(xù)給電機供電，防止轉(zhuǎn)向助力急劇地變成零。專利CN101883706B提出了一種通過升壓電路對輔助電源充電，該輔助電源與車載蓄電池串聯(lián)，在電動助力轉(zhuǎn)向需要大功率輸出時，兩個電源同時供電的方案。專利CN201592731U提供一種對電源進行升壓和為助力轉(zhuǎn)向控制器提供升壓電源的升壓模塊，以保證系統(tǒng)能夠輸出足夠的扭矩，使車輛駕駛更為舒適，該升壓模塊將蓄電池電壓升壓至一個固定的電壓值。
[0008]雖然上述對電機都采用了升壓方法以保證系統(tǒng)能夠輸出足夠的扭矩，但是上述的升壓方法都是將電壓升到一個固定電壓值。但是實際工況中，電機所需的電壓是不同的，固定的電壓值可能或出現(xiàn)供壓不足或供壓過足，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向感變差。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以根據(jù)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤的工況，實時調(diào)節(jié)泵壓電路的輸出電壓的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
[0010]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電池、三相逆變橋、永磁同步電機，所述電池用于對所述電機供電；所述三相逆變橋連接在所述電機的電流輸入電路上，用于將直流電逆變成頻率和幅值可變的交流電，控制所述電機運行，所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括選擇開關(guān)、泵壓模塊、泵壓控制模塊；
所述泵壓模塊并聯(lián)連接在所述電池兩端；
所述選擇開關(guān)設(shè)置在所述三相逆變橋的電流輸入電路上，所述選擇開關(guān)的第一端連接在所述三相逆變橋的電流輸入端，第二端連接在所述電池的電流輸出端，第三端連接在所述泵壓模塊的電流輸出端，所述選擇開關(guān)的第一端選擇性地與所述第二端或所述第三端相連；
所述泵壓控制模塊根據(jù)所述電機的q軸參考電流I_f、所述電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速和所述泵壓模塊的輸出電壓Vbwst通過算法計算出輸出控制信號，所述控制信號控制所述泵壓模塊的工作。
[0011]所述選擇開關(guān)的第一端選擇與所述第二端或與所述第三端相連是按以下方法進行選擇:當(dāng)所述電機的電壓矢量幅值U大于所述電池電壓Vbat時，所述泵壓控制模塊控制所述泵壓模塊工作，所述選擇開關(guān)的第一端與所述第三端相連，即所述選擇開關(guān)選擇所述泵壓模塊通路；當(dāng)所述電機的電壓矢量幅值U小于所述電池電壓Vbat時，所述泵壓模塊不工作，所述選擇開關(guān)的第一端與所述第二端相連，即所述選擇開關(guān)選擇所述電池通路。
[0012]所述電機的電壓矢量幅值U的計算方法，所述計算方法采用電機的d軸電流Id為零且穩(wěn)態(tài)時控制，記為Id=O,具體如下:
Ud = RX Id + LdXd (Id)/dt - WeXLqX Iq= - WeXLqX Iqref
Uq = RXIqref + LqXd(Iq)/dt + weX (LdXId+Psif)= RXIqref+ WeXPsif
所述電機的電壓矢量幅值U= sqrt(UdXUd + UqXUq)；
式中，Ud、U,分別為所述電機的d、q軸電壓；R為所述電機相電阻；Ld、Lq分別為所述電機的d、q軸電感；Id > Iq分別為所述電機的d、q軸電流為所述電機的電角速度；Psif為所述電機的永磁體磁通。
[0013]所述泵壓模塊包括串聯(lián)連接的電感和二極管，所述電感與所述電池的電流輸出端相連，所述二極管的電流輸出端與所述選擇開關(guān)的第三端相連；在所述二極管的兩端并聯(lián)有金屬氧化物場效應(yīng)晶體管和電容，所述電容位于所述二極管的后端，所述金屬氧化物場效應(yīng)晶體管位于所述二極管前端，所述金屬氧化物場效應(yīng)晶體管與所述電容共地連接，所述泵壓控制模塊的輸出信號作用于所述金屬氧化物場效應(yīng)晶體管。
[0014]所述電機為面裝式永磁同步電機。
[0015]所述選擇開關(guān)和所述三相逆變橋之間還串聯(lián)連接繼電器，用于當(dāng)所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障時切斷供電電源。
[0016]由于上述技術(shù)方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
本發(fā)明的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的泵壓控制系統(tǒng)根據(jù)電機q軸參考電流I_f、電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速和泵壓模塊的輸出電壓Vbtrast通過算法計算出輸出控制信號，控制信號控制泵壓模塊的工作，并且通過選擇開關(guān)的選擇性的選擇是否需要接通泵壓模塊電路，該電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)實際操縱工況，泵升電壓，拓寬永磁同步電機的工作范圍，尤其是要求高轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩輸出時，也可以解決車輛原地或者低速快速操縱轉(zhuǎn)向盤時手感沉重的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的泵壓模塊示意圖；
圖3為不同泵壓控制方法的永磁同步電機機械特性曲線圖?！揪唧w實施方式】
[0018]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0019]—種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),包括電池1、三相逆變橋6、永磁同步電機5、選擇開關(guān)3、泵壓模塊2、泵壓控制模塊4。如圖1所示，電池I用于對電機5供電；泵壓模塊2并聯(lián)連接在電池I兩端；三相逆變橋6連接在電機5的電流輸入電路上，用于將直流電逆變成頻率和幅值可變的交流電，控制電機5運行；選擇開關(guān)3設(shè)置在三相逆變橋6的電流輸入電路上，選擇開關(guān)3的第一端連接在三相逆變橋6的電流輸入端，第二端連接在電池I的電流輸出端，第三端連接在泵壓模塊4的電流輸出端，選擇開關(guān)3的第一端選擇性地與第二端或第三端相連；泵壓控制模塊4根據(jù)電機3的q軸參考電流I_f、電機3當(dāng)前轉(zhuǎn)速和泵壓模塊2的輸出電壓Vbtrast通過算法計算出輸出控制信號，控制信號控制泵壓模塊2的工作；電機5具體為面裝式永磁同步電機。本發(fā)明的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括繼電器7，繼電器7串聯(lián)連接在選擇開關(guān)3和三相逆變橋6之間，用于當(dāng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障時切斷供電電源。
[0020]選擇開關(guān)3的第一端選擇與第二端相連或與第三端相連是按以下方法進行的:當(dāng)電機5的電壓矢量幅值U大于電池I電壓Vbat時，泵壓控制模塊4控制泵壓模塊2工作，選擇開關(guān)3的第一端與第三端相連，即選擇開關(guān)3選擇泵壓模塊通路9 ;當(dāng)電機5的電壓矢量幅值U小于電池I電壓Vbat時，選擇開關(guān)3的第一端與第二端相連，即選擇開關(guān)3選擇電池通路8。
[0021]上述電機5的電壓矢量幅值U的計算方法如下，本計算方法采用電機5的d軸電流Id為零且穩(wěn)態(tài)時控制，記為Id=0，具體如下:
Ud = RX Id + LdXd (Id)/dt - WeXLqX Iq= - WeXLqX Iqref
Uq = RXIqref + LqXd(Iq)/dt + weX (LdXId+Psif)= RXIqref+ WeXPsif
電機5的電壓矢量幅值U= sqrt(UdXUd + UqXUq)；
式中，Ud > Uq分別為電機5的d、q軸電壓；R為電機5相電阻；Ld、Lq分別為電機5的d、q軸電感；Id、Iq分別為電機5的d、q軸電流;we為電機5的電角速度；Psif為電機5的永磁體磁通。
[0022]本發(fā)明的泵壓模塊2包括串聯(lián)連接的電感10和二極管11，電感10與電池I的電流輸出端相連，二極管11的電流輸出端與選擇開關(guān)3的第三端相連；在二極管11的兩端并聯(lián)連接有一個金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(Mosfet)12和一個電容13，Mosfet 12位于二極管11的前端，電容13位于二極管11的后端，Mosfet 12和電容13共地連接，泵壓控制模塊4的輸出信號作用于Mosfet 12。
[0023]圖3為不同泵壓控制方法的永磁同步電機的機械特性曲線圖，分別為采用12V蓄電池直接供電的Id=O控制算法、采用12V蓄電池供電的弱磁(即Id Φ O)控制算法和采用本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的泵壓控制方法。
[0024]采用12V蓄電池直接供電的Id=O控制算法時，永磁同步電機能運行的區(qū)域為直線A、曲線B與坐標(biāo)軸所包圍的范圍，其中，直線A為最大恒轉(zhuǎn)矩輸出線，曲線B為12V蓄電池供電的id=0控制算法在轉(zhuǎn)速超過基速時的機械特性曲線。
[0025]采用12V蓄電池供電的弱磁(即Id古O)控制算法時，永磁同步電機能運行的區(qū)域為直線A、曲線C與坐標(biāo)軸所包圍的范圍，曲線C為12V蓄電池供電的弱磁控制算法在轉(zhuǎn)速超過基速時的機械特性曲線。
[0026]采用本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的泵壓控制方法，蓄電池同樣采用12V的蓄電池供電，Id=O且穩(wěn)態(tài)控制，泵壓模塊工作。圖中，曲線D、E、F分別為泵壓到14V、18V、24V時，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過基速時的機械特性曲線，其與曲線A和坐標(biāo)軸所包圍的范圍即為永磁同步電機能運行的區(qū)域。
[0027]從圖3中可以看出，根據(jù)實際操縱工況，泵升電壓，可以拓寬永磁同步電機的工作范圍，尤其是要求高轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩輸出時，無需進入弱磁控制，直接采用簡單的Id=O控制算法，可以解決車輛原地或者低速快速操縱轉(zhuǎn)向盤時手感沉重的問題。
[0028]以上對本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，且本發(fā)明不限于上述的實施例，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電池、三相逆變橋、永磁同步電機，所述電池用于對所述電機供電；所述三相逆變橋連接在所述電機的電流輸入電路上，用于將直流電逆變成頻率和幅值可變的交流電，控制所述電機運行，其特征在于，所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括選擇開關(guān)、泵壓模塊、泵壓控制模塊； 所述泵壓模塊并聯(lián)連接在所述電池兩端； 所述選擇開關(guān)設(shè)置在所述三相逆變橋的電流輸入電路上，所述選擇開關(guān)的第一端連接在所述三相逆變橋的電流輸入端，第二端連接在所述電池的電流輸出端，第三端連接在所述泵壓模塊的電流輸出端，所述選擇開關(guān)的第一端選擇性地與所述第二端或所述第三端相連； 所述泵壓控制模塊根據(jù)所述電機的q軸參考電流I_f、所述電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速和所述泵壓模塊的輸出電壓Vbwst通過算法計算出輸出控制信號，所述控制信號控制所述泵壓模塊的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述選擇開關(guān)的第一端選擇與所述第二端或與所述第三端相連是按以下方法進行選擇:當(dāng)所述電機的電壓矢量幅值U大于所述電池電壓Vbat時，所述泵壓控制模塊控制所述泵壓模塊工作，所述選擇開關(guān)的第一端與所述第三端相連，即所述選擇開關(guān)選擇所述泵壓模塊通路；當(dāng)所述電機的電壓矢量幅值U小于所述電池電壓Vbat時，所述泵壓模塊不工作，所述選擇開關(guān)的第一端與所述第二端相連，即所述選擇開關(guān)選擇所述電池通路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述電機的電壓矢量幅值U的計算方法，所述計算方法采用電機的d軸電流Id為零且穩(wěn)態(tài)時控制，記為Id=O,具體如下:
Ud = RX Id + LdXd (Id)/dt - WeXLqX Iq= - WeXLqX Iqref
Uq = RXIqref + LqXd(Iq)/dt + weX (LdXId+Psif)= RXIqref+ WeXPsif 所述電機的電壓矢量幅值U= sqrt(UdXUd + UqXUq)； 式中，Ud、U,分別為所述電機的d、q軸電壓；R為所述電機相電阻；Ld、Lq分別為所述電機的d、q軸電感；Id > Iq分別為所述電機的d、q軸電流為所述電機的電角速度；Psif為所述電機的永磁體磁通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述泵壓模塊包括串聯(lián)連接的電感和二極管，所述電感與所述電池的電流輸出端相連，所述二極管的電流輸出端與所述選擇開關(guān)的第三端相連；在所述二極管的兩端并聯(lián)有金屬氧化物場效應(yīng)晶體管和電容，所述電容位于所述二極管的后端，所述金屬氧化物場效應(yīng)晶體管位于所述二極管的前端，所述金屬氧化物場效應(yīng)晶體管與所述電容共地連接，所述泵壓控制模塊的輸出信號作用于所述金屬氧化物場效應(yīng)晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述電機為面裝式永磁同步電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述選擇開關(guān)和所述三相逆變橋之間還串聯(lián)連接繼電器，用于當(dāng)所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障時切斷供電電源。
【文檔編號】B62D5/04GK103895696SQ201410150569
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】呂英超, 張健, 蒙天斌, 呂艷博, 高楊 申請人:清華大學(xué)蘇州汽車研究院（相城）