专利名称：用于汽车eps系统确定永磁同步电机零位的方案和方法
技术领域：
本发明属于汽车电动助力转向(Electronic Process Steering System,简称EPS)技术领域，涉及一种用于汽车电动助力转向系统确定永磁同步电机零位的方案和方法。
背景技术：
汽车的转向系统可以分为两大类无助力的纯机械转向系统和助力转向系统。其中助力转向系统又可以分为机械液压助力转向系统、电控液压助力转向系统和电动助力转向系统三个类别。其中的电动助力系统利用电机产生动力辅助驾驶员进行转向，是当前助力转向技术的发展方向，该系统具有以下特点可随车速改变助力，任何情况下获得最好的转向感觉；只在转向过程中工作，可节约能源；使用过程中无污染，符合环保要求。EPS系统可以采用的电机类型有直流有刷电机，无刷直流电机(BLDC)、永磁同步电机(PMSM)等。其中有刷直流电机在运转过程中碳刷和滑环会产生火花，干扰较大，摩擦阻力大，使用寿命短，维护成本高；无刷直流电机(BLDC)转动过程中扭矩脉动比较大。而永磁同步电机(PMSM)因为无碳刷和滑环，在转动过程中没有火花，对外界干扰小；摩擦阻力小，使用寿命长；比起无刷直流电机，扭矩脉动小，具有很大的优势。而控制永磁同步电机相对要复杂，需要准确知道电机转子的位置，才能控制好电机。而电机转子位置传感器检测到的转子位置和实际转子磁场的位置之间通常存在着一个偏差，这个偏差成为永磁同步电机的零位。为了获得电机转子的实际位置需要在检测到的转子位置基础上补偿电机零位。电机零位是在传感器装配时产生的，电机下线后零位就是一个固定值。不同电机之间的零位或多或少都存在着差异。这就导致在EPS系统中对应每一个电机，需要补偿的零位都是不同的，如果弄错得不到预期的控制效果，这对生产管理造成很大的困难。客观上限制了永磁同步电机在EPS系统上的大规模应用。
发明内容
本发明的目的是针对汽车电动助力转向系统(EPS)中，不同的永磁同步电机零位不同，提出一套电机EPS系统中确定永磁同步电机零位方案和方法。本发明所采用的技术方案是—种用于汽车EPS系统的永磁同步电机零位确定的方案，其特征在于所述装置包括电机驱动模块、数据存储模块、电机位置传感器，电机位置信号处理模块、算法模块。所述算法模块按照既定的逻辑产生给所述电机驱动模块提供控制参数0 1，其中包括转子目标位置，电机扭矩控制分量iq，电机磁阻控制分量id ;所述电机驱动模块根据所述算法模块提供的转子目标位置9 1，电机扭矩控制分量iq电机磁阻控制分量id，产生PU、PV、Pff三个控制电压，输出至所述永磁同步电机，驱动电机旋转到目标位置，直至电机转子位置稳定；所述电机位置传感器安装在所述永磁同步电机本体上，用于产生检测电机转子位置的信号，在电机转动的过程中信号发生变化；所述电机位置信号处理模块根据位置信号，计算出电机转子的位置；所述算法模块通过电机转子实际位置和电机转子的目标位置，计算出电机的零位，并把电机零位信息存储到所述的数据存储模块中。所述方案的硬件上需要有数据存储单元、电机驱动模块、永磁同步电机、电机位置传感器、车载总线，以及上位机。所述方案可以通过车载总线与上位机相连，使能方案所述功能，可以按照需要启动确定电机零位的功能。所述方案通过车载总线与上位机相连，所述上位机通过车载总线控制所述装置的启动。 所述车载总线为CAN总线或LIN总线或K-Line以及其他用于汽车的总线系统，所述上位机为诊断仪或具备诊断功能的软件的计算机。 —种用于汽车EPS系统确定永磁同步电机的电机零位的方法,其特征在于包含以下步骤步骤一、初始化变量，将驱动电机的代表扭矩分量iq值设为零，将电机转子的目标位置0 I设定成0，磁阻分量id设置成常量C。步骤二、逐渐增大磁阻分量id，即id = id+A id。根据电机位置传感器信号计算转子位置0 2。步骤三、id增大到最大值idmax，根据电机位置传感器信号计算电机转子位置0 2，判断电机转子是否稳定。步骤四、判断电机转子稳定后计算电机零位0 3 = 0 2- 0 1。步骤五、缓存电机零位。步骤六、改变电机转子的目标位置，SP 9 1= 0 1+A 0。步骤七、判断是否电机转子的目标位置0 I大于360°，如果大于360°执行下一步骤；如果小于360°重新执行步骤二至步骤六，即多次测量、计算电机零位。步骤八、计算电机零位的均值0 3，将这个均值作为最终的电机零位。步骤九、将电机零位均值存储到数据存储模块中。EPS系统上电后执行以下步骤检测数据存储模块中是否正确存储永磁同步电机的电机零位，如果未存储，执行步骤一至九。在汽车售后，如果因为更换过电机而需要重新设定电机零位，用诊断仪或者诊断计算机通过车载总线，使能永磁同步电机零位确定功能，执行步骤一至九。本发明的优点是I.应用该方案和方法，EPS系统驱动电机转动一周，即可确定永磁同步电机的零位，快速准确。2.应用该方案可以在汽车下线时，用来确定EPS系统永磁同步电机的零位，即该方案可以在带载状态下确定电机的零位。3.应用该方案EPS系统的控制器可以自动识别永磁同步电机的零位，无需对保证控制器和电机对应，生产管理简化。4.该方案所需硬件和EPS系统共用，只是增加软件代码，具有成本上的优势。
图I是该发明方案的原理性框图。图2是永磁同步电机零位自使用实现方法流程。图3是安装有永磁同步电机EPS系统的汽车下线后，控制器首次上电使能永磁同步电机零位自适应的逻辑。图4是汽车售后维修过程中，更换电机或者控制器需要重新使能永磁同步电机零位自适应功能的逻辑。
具体实施例方式如图I所示。本方案的实施包括电机驱动电路2、永磁同步电机4、电机位置传感器5、上位机14、车载总线13，数据存储单元10以及算法本身15。因为驱动永磁同步电机旋转的定子电流依靠两方面的输入参量电子转子的位置；d轴和q轴的电流分量。因此算 法上首先将电机的转子位置设定成常数，即转子目标位置12。代表扭矩分量的q轴电流iq设置成0，仅依靠d轴电流来驱动电机旋转，即逐渐增大id的值，直至电机转子位置稳定。电机4被驱动，可以通过位置传感器5，产生变化的位置信号6，通过对位置信号的分析得到电机转子的位置可以得到一个电机转子当前角度9，将角度9与转子目标位置12做减法，角度差10就是电机转子的零位，在找到电机零位之后，将这个电机零位存储在数据存储单元11里面，这个数据存储单元可以是flash或者EEPR0M。上位机14可以是车用的诊断仪，也可以是安装了诊断软件的计算机，通过车载总线13，可以根据需要启动找电机零位的功能。如图2所示，确定永磁同步电机零位的方法实施需要以下步骤步骤一、初始化变量，将驱动电机的代表扭矩分量iq值设为零，将电机转子的目标位置0 I设定成0，磁阻分量id设置成常量C。步骤二、逐渐增大磁阻分量id，即id = id+A id。根据电机位置传感器信号计算转子位置e 2 ；步骤三、id增大到最大值idmax，根据电机位置传感器信号计算电机转子位置0 2，判断电机转子是否稳定。步骤四、判断电机转子稳定后计算电机零位0 3 = 0 2- 0 1；步骤五、缓存电机零位；步骤六、改变电机转子的目标位置，S卩0 I = 0 1+A 0 ;步骤七、判断是否电机转子的目标位置0 I大于360°，如果大于360°执行下一步骤；如果小于360°重新执行步骤二至步骤六，即多次测量、计算电机零位；步骤八、计算电机零位的均值0 3，将这个均值作为最终的电机零位；步骤九、将电机零位均值存储到数据存储模块中。图3是汽车下线后，EPS控制器首次上电，使能电机零位自适应功能的逻辑。首先检测数据存储单元内是否存储了电机零位，如果检测到电机零位不存在，使能电机零位自适应功能；如果电机零位存在，不是能这个功能。图4是通过上位机发送命令，启动确定电机零位的流程。这个方式主要用于售后维修更换电机或控制器时使用。EPS控制器在接收到上位机发送的启动永磁同步电机零位自适应命令时，使能这项功能。
权利要求
1.一种用于汽车EPS系统的永磁同步电机零位确定的方案，其特征在于所述装置包括电机驱动模块、数据存储模块、电机位置传感器，电机位置信号处理模块、算法模块。所述算法模块按照既定的逻辑产生给所述电机驱动模块提供控制参数Θ i，其中包括转子目标位置，电机扭矩控制分量iq，电机磁阻控制分量id ;所述电机驱动模块根据所述算法模块提供的转子目标位置Θ P电机扭矩控制分量iq电机磁阻控制分量id，产生PU、PV、Pff三个控制电压，输出至所述永磁同步电机，驱动电机旋转到目标位置，直至电机转子位置稳定；所述电机位置传感器安装在所述永磁同步电机本体上，用于产生检测电机转子位置的信号，在电机转动的过程中信号发生变化；所述电机位置信号处理模块根据位置信号，计算出电机转子的位置；所述算法模块通过电机转子实际位置和电机转子的目标位置，计算出电机的零位，并把电机零位信息存储到所述的数据存储模块中。
2.根据权利要求I所述的一种用于汽车EPS系统确定永磁同步电机的电机零位的装置，其特征在于，启动确定电机零位的功能，可以是检测数据存储单元中电机零位数据为空时启动；同时可以通过所述装置通过车载总线与上位机相连，所述上位机控制功能的启动。
3.根据权利要求3所述的一种用于汽车EPS系统确定永磁同步电机的电机零位的方案，其特征在于，所述车载总线为CAN总线、LIN总线或K-Line总线，所述上位机为诊断仪或安装有诊断软件的计算机。
4.一种用于汽车EPS系统确定永磁同步电机的电机零位的方法，其特征在于包含以下步骤 步骤一、初始化变量，将驱动电机的代表扭矩分量iq值设为零，将电机转子的目标位置Θ I设定成O，磁阻分量id设置成常量C。
步骤二、逐渐增大磁阻分量id，即id = id+Λ id。根据电机位置传感器信号计算转子位置Θ2。
步骤三、id增大到最大值idmax，根据电机位置传感器信号计算电机转子位置Θ 2，判断电机转子是否稳定。
步骤四、判断电机转子稳定后计算电机零位Θ3= Θ2-Θ1。
步骤五、缓存电机零位； 步骤六、改变电机转子的目标位置，即Θ I = θ 1+Λ Θ。
步骤七、判断是否电机转子的目标位置Θ I大于360°，如果大于360°执行下一步骤；如果小于360°重新执行步骤二至步骤六，即多次测量、计算电机零位； 步骤八、计算电机零位的均值Θ 3，将这个均值作为最终的电机零位； 步骤九、将电机零位均值存储到数据存储模块中。
5.根据权利要求4所述的用于汽车EPS系统确定永磁同步电机的电机零位的方法，其特征在于，在步骤一之前还包括有如下步骤汽车起一次上电后，检测数据存储模块中是否存储有的电机零位，如果未存储，则执行步骤一至九；如果已经存储，不再执行步骤一至九。
全文摘要
用于汽车EPS系统确定永磁同步电机零位的方案和方法，属于汽车电动助力转向领域，本发明是为了解决永磁同步电机的零位差异大，针对不同的电机需要对转子位置加上不同的零位补偿，不利于永磁同步电机在汽车EPS系统上大批量应用的问题。方案中包括电机驱动电路，车载总线，数据存储单元等。其中电机驱动电路是用来驱动永磁同步电机旋转，数据存储单元用来存储电机零位，车载总线是在需要时启动确定电机零位的功能。本发明利用电机扭矩分量iq和磁阻分量id，设定电机目标位置后驱动电机旋转，转子稳定后，通过转子位置信号测定转子位置，与设定的目标位置的角度差值就是电机的零位。已经确认的电机零位存储在数据存储单元中，以备读取使用。
文档编号H02P21/00GK102780441SQ201110118799
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者万新山, 刘宏伟, 谭方平 申请人:北京超力锐丰科技有限公司