电动助力转向系统的电动机的控制策略的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电动助力转向系统的电动机的控制策略。
【背景技术】
[0002] 已知的是，提供了一种电动助力转向系统，在其中电动机向转向系统的一部分施 加助力转矩以使得驾驶员更容易转动车辆的车轮。根据控制算法确定助力转矩的大小，该 控制算法接收一个或多个参数（诸如，因驾驶员转动车轮而向转向柱所施加的转矩、车速 等）作为输入。
[0003] 为了准确地控制电动机转矩，重要的是控制向电动机施加的电流。通常，使用按照 脉宽调制控制/驱动策略来工作的星型连接（star connected)三相电动机，各相连接到分 别与电池电源和地连接的上驱动级开关和下驱动级开关。在PWM策略中，用周期PWM驱动信 号来驱动各相，周期PWM驱动信号具有第一状态和第二状态并且具有指示周期中每种状态 所花时间之比的占空比。由控制电路依据d-q轴电动机电流要求信号来确定电动机所需要 的转矩。接着，根据需要，由控制电路将这些转矩转换成静止坐标系中的三相电流，这需要 获知位置的电动机转子电角度。可设置测量转子位置的位置传感器或者系统可以是无传感 器类型的，诸如，在WO 2004/023639中所教导的。最后，使用实际电流的测量值作为反馈， 计算产生所需实际平均电流所需要的各相位的脉宽调制（PWM)占空比，且该脉宽调制占空 比被用于驱动电动机相位。
[0004] 电动机从车辆电源汲取（draw)电流，车辆电源通常是被由车辆的传动系统 (drive train)驱动的交流发电机所充电（top up)的电池（从发动机取得能量或在制动期 间取得再生能量）。从电动机汲取的电流随着电池电压和施加到各相的驱动信号的占空比 而变化。
[0005] 在需要高助力的时间，开关的占空比将是高的并且电动机从电池汲取的整体电流 将进而是高的。对于健康的车辆电气系统而言，通常可用交流发电机满足高电流要求，所以 电池没有变得被耗尽。应该将电动机的最大电流汲取设置成交流发电机可满足的水平。在 出现从低助力要求到高助力要求的突然变化的情况下，交流发电机可能不能够立即提供所 需的电流，在这种情况下，将消耗（drain)来自电池的部分电流，直到交流发电机有时间加 速（ramp up)。如果电池被部分或完全耗尽或可能被断开，则可能不满足突然增大的电流要 求，从而导致电压降低，直到仅对电池电压的变化做出反应的交流发电机。通常，通过灯的 变暗向车辆的驾驶员来表现这个现象。
【发明内容】
[0006] 根据第一个方面，本发明提供了一种用于在其中控制装置产生供给到电动机驱动 装置的电动机电流要求信号的那种车辆的电动助力转向系统的电动机的控制策略，所述要 求信号取决于所述电动机要求的助力转矩的量，所述电动机驱动装置被布置成使得电流根 据需要在所述电动机的各相流动，以满足要求的助力转矩，所述控制策略包括在由所述电 动机从车辆的电源汲取的电流的变化速率原本（otherwise)会超过变化速率阈值时，限制 所述电流的变化速率。
[0007] 通常，电源将包括与交流发电机连接的电池，该交流发电机保持电池被充电并且 当车辆的发动机正在运行时向电动机供电。因此，因为本发明指的是从电源汲取电流，它应 该被概括地理解为正从电池、从电池和交流发电机或仅仅从交流发电机汲取整体电流。在 电池被断开的情况下，可应用后一种情况。
[0008] 所述策略可包括产生在两个或更多个时间上间隔的时段处的正从电源汲取的电 流的估计值，将由所述电动机汲取的电池电流的估计变化速率产生为至少两个估计值和估 计值之间的过去（elapsed)时间之间的关系。所述时段可非常短并且有效地代表瞬时电流 测量值。
[0009] 所述控制策略当用于使用脉宽调制（PWM)以用具有第一状态和第二状态并且具 有指示在周期内各状态所花时间之比的占空比的周期脉宽调制（PWM)驱动信号来驱动电 动机的各相的驱动电路时，可包括使用所述电动机电流要求信号连同代表施加到各相的 PWM信号的占空比的信号一起来确定从电源所汲取的电流的估计值，并且通过修改所述电 动机电流要求信号来限制由所述电动机从电源汲取的电流的变化速率。电流汲取估计值可 被表达为：
[0010] I = da · Ia_demand+db · Ib_demand+dc · Ic_demand+IECU
[0011] 其中，I =所汲取的电流的估计值；
[0012] da、db和dc是针对相a、b和c中的每个的PWM信号的占空比；
[0013] Ia_demand、Ib_demand和Ic_demand是在PWM周期的导通部分期间的瞬时要求相 电流；
[0014] Ira是造成被处理E⑶所汲取的电流的可选偏置。
[0015] 因此，所估计的电流汲取可包括在至少一个PWM周期内估计的平均电流汲取。可 使用下面的等式：
[0016]
[0017] 其中，Ibat gradient是电流汲取的变化速率（"梯度"）
[0018] IbattCTy^timatod与前一等式中的电流I的估计值相同。
[0019] 优选使用电动机电流要求信号而非瞬时或平均相电流的实际测量值，因为电动机 电流要求信号不受原本（otherwise)会需要的任何电流测量电路的输出中所存在的噪声 的影响。当然，在替代布置中，在等式中可使用相电流的实际瞬时测量值。申请人之前的专 利GB2460192B1公开了一种用于直接测量瞬时电流并用这些瞬时电流测量平均电流的合 适技术。该文件的教导以引用方式并入本文。在其它替代形式中，可使用电流传感器（诸 如，Rogowski线圈），其直接产生指示电流的变化速率的输出。
[0020] 在实际系统中，可以以限定的时间间隔重复地产生估计值。例如，每当由控制装置 产生新的电流要求信号值时，便可以产生估计值，这是由控制装置的工作速率来管理的。在 操作速率是IkHz的情况下，可每隔Ims进行这个步骤。
[0021] 在一些系统中，以比产生新电流要求信号值的速率更高的速率来对实际相电流进 行采样。经常进行这个步骤，以允许驱动装置对实际电流具有更大的控制，其中驱动装置 形成反馈回路的一部分的。每当接收到实际采样时，驱动装置调节占空比以减小测得的实 际电流和要求电流之差。在这种情况下，所述策略可以比产生电流汲取的估计值更高的速 率对各相的占空比进行采样，在产生平均汲取的电流的估计值的过程中，使用平均占空率 (duty rate)值作为da、db和dc的值。
[0022] 例如，可按产生新电流要求值的速率的五倍来调节占空比，从而允许使用五个占 空周期（duty cycle)值的平均值。
[0023] 汲取电池电流的变化速率的阈值可以是固定阈值或者是可随时间变化的动态阈 值。它可根据车辆的一个或多个工作参数而变化。这些参数可包括车速、车辆电源的电池 的充电状态、电源电压和来自车辆稳定系统或制动系统的其它参数。
[0024] 所述策略可包括使得所述控制装置产生指示根据所述电动机所需的转矩而需要 的理想电动机电流的中间电动机电流要求信号，并且修改所述理想电流要求信号，以当需 要进行限制时通过向所述理想要求信号施加比例因子来产生用于驱动所述电动机的电流 要求信号。在低梯度时，由于不应用比例或限制，所以中间和实际将是相同的。然而，当超 过了电流汲取的变化速率阈值（"梯度阈值"）时，这二者将不同。
[0025] 所述电动机电流要求信号可包括d_q电流要求分量并且所述策略可包括用这些 分量在α-β (alpha-beta)坐标系中产生各相的三相要求电流。这些电流可以是已经从控 制装置得到的，但如果不是，则所述策略可包括使用以下等式来推导这些电流：
[0028] 其中，Ialpha d_JP I beta d_d是静止α - β坐标系中的电流分量，Id-demand矛口 I q_demand
[0026]
[0027] 是d和q轴电流要求信号，Θ是转子电位置。
[0029] 所述策略可允许由控制装置从电池汲取额外的电流。这通常被体现为ECU运行合 适的控制算法并且因此能够预测消耗的电流。代表由ECU汲取的电流的偏置电流汲取值可 与由电动机汲取的电流的估计值相加，以产生电动转向系统的整体电流汲取估计值，并且 如果该整体电流汲取超过阈值，则所述策略可限制电动机的电流汲取梯度。
[0030] 所述策略可包括将平均汲取的电流的估计值传递通过滤波器，以产生滤波后的估 计平均电流汲取值。所述滤波器可包括低通滤波器，该低通滤波器的通带被调节以减少估 计电池梯度信号中的噪声。
[0031] 所述策略可包括将估计的电池电流变化速率供给到PI (或PID)控制器，PI控制