控制电动助力转向系统的电动机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制电动助力转向系统的电动机的方法和相关设备。
[0002]已知提供了电动助力转向(EPAS)系统，其中电动机向转向系统的一部分施加辅助扭矩以使得驾驶者更容易转动车辆的车轮。辅助扭矩的大小是根据控制算法确定的，控制算法接收诸如由驾驶者转动方向盘施加到转向柱的扭矩、车辆速度等的一个或多个参数作为输入。
[0003]为了精确控制电动机扭矩，有必要控制施加到电动机的电流。通常使用根据脉冲宽度调制控制/驱动策略操作的星形连接的三相电动机，被连接到上驱动级和下驱动级开关的每个相分别地连接到电池电源和地。在PWM策略中，每个相用周期性PWM驱动信号驱动，周期性PWM驱动信号具有第一状态和第二状态以及指示周期中的每个状态的时间花费的比例的占空比。电动机需要的扭矩由控制电路依据d-q轴电动机电流需求信号来确定。然后如由驱动电路需要的，这些转换为静态参考系的三相电流，这需要位置的电动机转子电角度的知识。可以提供位置传感器测量转子位置或系统也可以是诸如W02004/023639教导的无传感器型的。最后，使用测量的实际电流作为反馈，计算了需要用于产生需要的实际平均电流的每个相的脉冲宽度调制(PWM)占空比，其被用于驱动电动机的各相。
[0004]电动机从车辆电源(一般为电池)汲取电流，其中电池是由被车辆的传动系驱动的交流发电机充电的(或在制动期间从引擎或再生电力获取电力)。由电动机汲取的电流是电池电压和施加到每个相的驱动信号的占空比的函数。
[0005]在需要高度辅助的时间，开关的占空比将是高的并且由电动机从电池汲取的总电流也将是高的。对于健康的车辆电气系统，对高电流的需求一般可以由交流发电机满足，从而电池不会被耗尽。电动机的最大电流汲取应该被设置为可以由交流发电机满足的水平。在发生从低辅助需求到高辅助需求的突然改变而交流发电机不能立刻提供需要的电流的情况下，电流中的一些将是从电池抽出的，直到交流发电机有时间来提升输出。如果电池被部分地或完全地耗尽，或可能断开，则可能不能满足对电流突然增大的需求，导致电压下降直到最终交流发电机响应，这仅影响电池电压的变化。这通常通过调光将自身呈现给车辆的驾驶者。在最坏的情况下，到引擎的关键部分的电压可能会下降从而引擎自身失速，这可能导致失控。
[0006]在我们的英国专利申请N0.1218674.8(通过引用并入此处)中，我们先前已经提出限制这样的EPAS系统需求的电流的变化速率。虽然这可以至少部分地改善EPAS系统的功率需求突然改变的问题，我们发现，在某些环境中，功率需求的突然改变仍能导致由这样EPAS系统需求的电压中的瞬时峰值。因此，尽管比以前不那么明显并且出现在较短期内，以上描述的问题仍然会发生。
[0007]根据本发明的第一方面，提供了控制电动助力转向系统的电动机的方法，电动机具有多个相，方法包括采取指示期望的辅助扭矩的输入信号作为输入以及由期望的辅助扭矩确定要被施加到电动机的每个相的电压，其中确定要被施加到每个相的电压的步骤包括取决于由电源提供给电动机的电压，限制确定要被施加到电动机的每个相的电压。
[0008]因此，该方法降低了如下可能性，该可能性为电动机被提供具有从电源取得的这样大的比例的电压，而电源不能提供需求的电压或提供需求的电压将影响由电源电路供电的其他电路的操作。我们已经意识到，取代我们先前提出的限制电流变化的速率，电动机消耗的功率(其中功率与电流和电压的乘积成比例)可以通过限制提供给电动机的电压来控制；限制乘积中的一个因子将会限制由电动机消耗的功率。
[0009]电源可以包括车辆交流发电机和车辆电池中的至少一种。在电源包括交流发电机和电池两者但是电池发生已经故障或已被断开时，该方法是非常有用的。该方法可以防止当使用我们以前提出的限制电流变化的速率的方法时可能发生的初始瞬时高压需求。此夕卜，由于电动机提供的扭矩通常直接取决于电动机电流，通过不限制电流，对于系统可用的扭矩存在更少的限制。
[0010]限制施加到每个相的电压的步骤可以包括确定施加在每个相两端的电势差的限制的步骤。限制可以设为指示电源电压的最大比例的因子。该因子可以从电源的第一电压处的较低限制到电源的高于第一电压的第二电压处的较高限制变化，典型地但是并非必需的，为线性变化。
[0011]方法可以包括确定最大调制深度，以及向调制深度应用该因子以创建考虑到电压的限制的修正调制深度。调制深度指示可以施加在电动机的相两端的最大电压差；可以施加到相的最大电压为1/2VPSM，其中VPS是电源电压，Μ是调制指数。对于星形绕线式电动机，其中一个相两端的最大电压是电源电压的三分之二，调制指数将是4/3。因此修正调制指数可以由MMd= fM表示，其中f是因子，不大于一。因此，施加到每个相的电压的限制可以表示为:
[0012]l/2VPSMnod= 1/2V PSfM
[0013]因为该已经使用的算法在确定要被施加到相的电压时利用了调制指数，所以使用调制指数是方便的。
[0014]指示期望的辅助扭矩的信号可以表示期望的电动机电流。因此，方法可以包括基于对要被施加到每个相的电压的限制确定要被施加的电压以获得这样的电流。
[0015]电动机可以设有控制电路和驱动级，驱动级包括取决于控制电路的指示布置为将电压从电源切换到各相的开关。因此，电源提供的电压可以是提供给驱动级的电压，其中基于电源提供的电压确定对所述电压的限制。
[0016]确定提供给每个相的电压的方法可以包括确定要被施加给来自电源的电压的脉冲宽度调制(PWM)占空比以及向每个相提供PWM电压的步骤，之后方法包括取决于对电压的限制(并且优选地取决于修正调制指数)确定PWM比率。
[0017]方法还可以包括取决于电池电流变化的期望速率，限制确定要被施加到电动机的每个相的电压。典型地，电压限制将是取决于电源电压的项以及取决于电池电流变化的速率的项中的最小值。取决于电池电流变化的速率的项可以根据我们的英国专利申请N0.1218674.8(通过引用并入此处)的其中所称的梯度限制设置点来确定。典型地，修正调制指数将是取决于电源电压的项和取决于电池电流变化的速率的项的最小值。
[0018]根据本发明的第二方面，提供了用于电动机的控制电路，电动机具有多个相，控制电路包括用于期望的辅助扭矩的输入和用于要被施加到电动机的驱动级的开关的控制信号的输出，控制电路还具有用于要被施加到电动机的电源电压的输入，控制电路包括处理器，处理器布置为采取指示期望的辅助扭矩的输入信号，以及由期望的辅助扭矩确定要被施加到电动机的每个相的电压并因此提供控制信号，其中通过取决于电源电压限制确定要被施加到电动机的每个相的电压，处理器确定要被施加到每个相的电压。
[0019]电源电压可以包括车辆交流发电机和车辆电池的至少一种。在电源包括交流发电机和电池两者但是电池已经发生故障或断开时，该方法是特别有用的。
[0020]处理器可以布置为产生控制信号以限制施加在每个相两端的电势差。限制可以设为指示电源电压的最大比例的因子。该因子可以从电源的第一电压处的较低限制到电源的高于第一电压的第二电压处的较高限制变化，典型地但是并非必