电动助力转向系统的电机控制设备和方法与流程

1.本公开的示例性实施方式涉及一种用于车辆的电动助力转向(eps)系统的电机控制设备和方法，更具体地，涉及一种可基于用于控制电机的电机电流和电机控制器的温度来调节电机的输出的用于车辆的eps系统的电机控制设备和方法。


背景技术：

2.用于车辆的电动助力转向(eps)系统是一种通过电机来辅助方向盘的转向力的转向设备。eps系统使用诸如车辆速度、转向柱扭矩、绝对扭矩、绝对转向角或车辆状态的输入通过电机电流来控制用于辅助方向盘的转向力的电机的扭矩。
3.通常，eps系统测量输入到电机的电机电流，当车辆速度高时通过减小电机电流来减小eps系统的辅助转向扭矩，并且当车辆速度低时通过增加电机电流来增加辅助转向扭矩。
4.eps系统的电机实际上起到致动器的作用。将eps系统的电机分成blac型和dc型。特别地，dc型电机(在下文中简称为“dc电机”)具有极好的价格竞争力，并且其应用随着控制技术的发展而扩展。
5.然而，dc电机采用用于限制电机的输出的保护逻辑，以便保护dc电机免于被加热，因为由于dc电机与总是与dc电机接触的电刷(brush)一起旋转而可能发生过热。
6.在标题为“用于电动助力转向的dc电机的控制电路”的公开号为2001-0096718(2001年11月8日)的韩国专利申请中公开了本公开的背景技术。


技术实现要素：

7.传统地，使用电机控制器的温度、电流、电阻、电抗等来预测电机的温度。基于所预测的电机温度来限制电机的输出。
8.然而，如果基于电机控制器的温度、电流、电阻、电抗等来预测电机的温度，则存在的问题在于，在dc电机具有相对大的热容量的情况下，预测精度低。结果，存在的问题在于，dc电机是否过热的确定不准确。
9.各种实施方式涉及提供一种用于车辆的eps系统中的电机控制设备和方法，其可以基于用于控制电机的电机电流和电机控制器的温度通过调节电机的输出，来保护eps系统的电机。
10.在一个实施方式中，用于车辆的电动助力转向(eps)系统中的电机控制设备和方法，该设备包括：温度感测单元，被配置为感测用于控制eps系统中的电机的电机控制器的温度；以及输出控制模块，被配置为基于电机电流和由温度感测单元感测到的电机控制器的温度来调节从eps系统的转向控制模块施加到电机的电机电流。
11.在一个实施方式中，输出控制模块包括：极限值检测单元，被配置为基于电机控制器的温度和电机电流来检测电机电流极限值；调节量检测单元，被配置为基于电机控制器的温度和电机电流来检测用于限制电机电流的调节量；以及输出调节单元，被配置为基于
由调节量检测单元检测到的调节量，通过调节电机电流极限值来限制电机电流。
12.在一个实施方式中，调节量检测单元基于电机控制器的温度来增加或减小调节量。
13.在一个实施方式中，调节量检测单元随着电机控制器的温度变高而增加调节量的大小，并且随着电机控制器的温度变低而减小调节量的大小。
14.在一个实施方式中，基于调节量的大小将调节量分成多个区域。
15.在一个实施方式中，该区域包括：第一减小区域，在第一减小区域中因为电机电流极限值大于电机电流，所以相对大幅地减小电机电流极限值；第二减小区域，在第二减小区域中在使电机电流极限值和电机电流彼此相同之后，相比于第一减小区域，相对小幅地减小电机电流极限值；保持区域，在保持区域中保持电机电流极限值；以及增加区域，在增加区域中增加电机电流极限值。
16.在一个实施方式中，极限值检测单元将电机电流极限值的初始值设定为比电机电流相对大的值。
17.在一个实施方式中，极限值检测单元基于电机以额定电流能够操作的操作持续时间来设定电机电流极限值的初始值。
18.在一个实施方式中，每当经过预设的设定时间，输出调节单元调节电机电流极限值。
19.在一个实施方式中，电机控制器的温度是在eps系统的操作开始之后最先感测到的电机控制器的初始温度。
20.在一个实施方式中，一种用于车辆的电动助力转向(eps)系统的电机控制方法包括以下步骤：感测eps系统的电机控制器的温度；以及基于电机电流和由温度感测单元感测到的电机控制器的温度来调节从eps系统的转向控制模块施加到电机的电机电流。
21.在一个实施方式中，电机电流的调节包括：基于电机控制器的温度和电机电流来检测电机电流极限值；基于电机控制器的温度和电机电流来检测用于限制电机电流的调节量；以及基于调节量通过调节电机电流极限值来限制电机电流。
22.在一个实施方式中，检测调节量包括：基于电机控制器的温度来增加或减小调节量。
23.在一个实施方式中，检测调节量包括：随着电机控制器的温度变高而增加调节量的大小，以及随着电机控制器的温度变低而减小调节量的大小。
24.在一个实施方式中，基于调节量的大小将调节量分成多个区域。
25.在一个实施方式中，该区域包括：第一减小区域，在第一减小区域中因为电机电流极限值大于电机电流，所以相对大幅地减小电机电流极限值；第二减小区域，在第二减小区域中在使电机电流极限值和电机电流彼此相同之后，相比于第一减小区域，相对小幅地减小电机电流极限值；保持区域，在保持区域中保持电机电流极限值；以及增加区域，在增加区域中增加电机电流极限值。
26.在一个实施方式中，检测电机电流极限值包括：将电机电流极限值的初始值设定为比电机电流相对大的值。
27.在一个实施方式中，检测电机电流极限值包括：基于电机以额定电流能够操作的操作持续时间，来设定电机电流极限值的初始值。
28.在一个实施方式中，检测电机电流极限值包括：每当经过预设的设定时间，输出调节单元调节电机电流极限值。
29.在一个实施方式中，所述电机控制器的温度是在所述eps系统的操作开始之后最先感测到的所述电机控制器的初始温度。
30.根据本公开的一个方面的用于车辆的eps系统的电机控制设备和方法可以通过基于用于控制电机的电机电流和电机控制器的温度调节电机的输出，来保护eps系统的电机。
31.根据本公开的另一方面的用于车辆的eps系统的电机控制设备和方法能够以与现有的电机温度预测模型相比相对容易的低逻辑复杂度来限制电机的输出。
附图说明
32.图1是根据本公开的实施方式的用于车辆的电动助力转向(eps)系统中的电机控制设备和方法的框图。
33.图2是根据本公开的实施方式的输出控制模块的框图。
34.图3是示出了根据本公开的实施方式的取决于指令电流和电机控制器的温度的变化率的图示。
35.图4是示出了根据本公开的实施方式的基于电机电流极限值来限制电机的输出的实例的图示。
36.图5是示出了根据本公开的实施方式的取决于电机特性和相应斜率的初始极限值的图示。
37.图6是示出了根据本公开的实施方式的取决于指令电流和电机控制器的温度的电机电流极限值的变化的图示。
38.图7是根据本公开的实施方式的eps系统的电机控制方法的流程图。
具体实施方式
39.如在相应领域中的惯例，一些示例性实施方式可以在附图中按照功能块、单元和/或模块来示出。本领域的普通技术人员将理解，这些块、单元和/或模块在物理上由电子(或光学)电路来实现，例如逻辑电路、分立组部件、处理器、硬接线电路、存储器元件、接线连接等。当块、单元和/或模块由处理器或类似硬件实现时，其可以使用软件(例如代码)来编程和控制以执行本文所讨论的各种功能。或者，每个块、单元和/或模块可以由专用硬件实现，或者实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的处理器和相关联的电路)的组合。在不脱离本发明构思的范围的情况下，一些示例性实施方式的每个块、单元和/或模块可以物理地分离成两个或更多个相互作用的且分立的块、单元和/或模块。此外，在不脱离本发明构思的范围的情况下，一些示例性实施方式的块、单元和/或模块可以物理地组合成更复杂的块、单元和/或模块。
40.在下文中，下面将通过各种示例性实施方式参考附图来描述电动助力转向(eps)系统的电机控制设备和方法。为了描述的清楚和方便，附图中的线条的粗细或元件的尺寸可以被夸大。此外，下面要描述的术语是通过考虑其在本公开中的功能而定义的，并且可以根据用户或操作者的意图或实践而不同。因此，这些术语应基于本说明书的全部内容来定义。
41.图1是根据本公开的实施方式的用于车辆的eps系统中的电机控制设备和方法的框图。图2是根据本公开的实施方式的输出控制模块的框图。图3是示出了根据本公开的实施方式的取决于指令电流和电机控制器的温度的变化率的图示。图4是示出了根据本公开的实施方式的基于电机电流极限值来限制电机的输出的实例的图示。图5是示出了根据本公开的实施方式的取决于电机特性和相应斜率的初始极限值的图示。图6是示出了根据本公开的实施方式的取决于指令电流和电机控制器的温度的电机电流极限值的变化的图示。
42.参考图1，根据本公开的实施方式的用于车辆的eps系统的电机控制设备包括转向控制模块10、输出控制模块20、温度感测单元30和电机40。
43.转向控制模块10通过控制eps系统的电机40来辅助方向盘的转向力。eps系统可以是电动助力转向(eps)。然而，本公开不限于eps，并且也可以采用电机驱动的动力转向(mdps)。
44.转向控制模块10接收车辆速度、转向柱扭矩、转向角、驾驶信息等，基于车辆速度、转向柱扭矩、转向角、驾驶信息等产生电机电流，并且通过将电机电流输入到电机40来产生辅助转向扭矩。
45.转向控制模块10在车辆速度相对较高时通过减小电机电流来减小辅助转向扭矩，并且在车辆速度相对较低时通过增加电机电流来增加辅助转向扭矩。
46.电机40安装在转向轴中，并且基于从转向控制模块10接收的电机电流来产生辅助转向扭矩。在本实施方式中，电机40可以是dc电机，但是本公开不限于该实施方式。
47.温度感测单元30感测用于控制eps系统中的电机40的电机控制器(未示出)的温度。电机控制器响应于从转向控制模块10接收的控制信号产生电机电流，并且将电机电流输入到电机40。
48.电机控制器可以与转向控制模块10的控制器分开设置，但是能够以模块形式与转向控制模块10的控制器集成。如果电机控制器与转向控制模块10的控制器分开设置，则温度感测单元30可以直接感测电机控制器的温度。如果电机控制器安装在转向控制模块10的控制器内，则转向控制模块10的控制器的温度可以用电机控制器的温度代替。
49.输出控制模块20基于从eps系统的转向控制模块10施加到电机40的电机电流和由温度感测单元30感测的电机控制器的温度来调节电机电流。
50.即，如果驾驶员执行方向盘操作(例如旋转方向盘直到其两端)，则输出控制模块20通过基于电机控制器的温度和电机电流来调节电机电流极限值并基于电机电流极限值来限制电机电流，从而减少当驱动电机40时发生的热量。因此，防止电机40被可能由电机40的驱动而产生的热量损坏，或者防止电机40异常操作。
51.参考图2，输出控制模块20包括极限值检测单元21、调节量检测单元22和输出调节单元23。
52.极限值检测单元21基于电机控制器的温度和电机电流来检测电机电流极限值。
53.电机电流极限值是设定为限制电机电流的电流量。因此，当基于调节量来增加或减小电机电流极限值时，也可以在电机电流极限值内调节电机电流。稍后描述该调节量。
54.电机控制器的温度是通过车辆开启而启动eps系统的操作之后最先感测到的电机控制器的温度。
55.对于车辆开启时刻的每个部分，电机控制器的温度可不同。电机控制器的温度可
能受到车辆关停时刻和开启时刻之间的时间间隔的影响。当车辆在从车辆关停起经过相对较长的时间之后开启时，电机控制器的温度可相对较低。如果车辆在从前一次车辆关停起的一段时间之后很快转向，则电机控制器的温度可能相对较高。
56.在检测电机电流极限值时，极限值检测单元21将电机电流极限值的初始值设定为比电机电流相对大。
57.电机电流极限值的初始值是电机电流极限值的最大值，并且基于电机40能够以额定电流操作的操作持续时间来设定。因为电机40需要能够在额定电流下操作给定时间，所以电机电流极限值的初始值需要相对高于额定电流的值。即，电机电流极限值具有初始值作为其最大值，并且随后基于调节量而减小，从而限制电机电流。
58.调节量检测单元22基于电机控制器的温度和电机电流来检测用于限制电机电流的调节量。
59.调节量检测单元22基于电机控制器的温度(即在eps系统的操作开始之后最先感测到的电机控制器的温度)来设定调节量。
60.当如上所述的确定电机电流极限值的初始值时，对预设的设定时间的每个部分应用调节量。结果，调节了电机电流极限值。这种调节量可以基于电机控制器的温度和电机电流而增加或减小。例如，调节量的大小可以随着电机控制器的温度变高而增加，并且可以随着电机控制器的温度变低而减小。
61.如图3所示，可以将调节量根据其大小分成多个区域，例如四个区域。
62.调节量可以分成第一减小区域、第二减小区域、保持区域和增加区域。
63.第一减小区域是这样的区域，其中，因为电机电流极限值高于电机电流并且调节量的大小相对最大，所以电机电流极限值相对大幅地减小。第一减小区域是这样的区域，其中，因为电机电流相对非常高，所以需要相对大的电流极限。参考图3，第一减小区域是电机电流为77a或更小至70a且调节量为-0.51a/s的区域。即，当电机电流为77a或更小至70a时，对于每个设定时间，例如1秒，将-0.51a/s的调节量施加到电机电流极限值，使得电机电流极限值以-0.51a/s的间隔减小。
64.第二减小区域是这样的区域，其中，在使电机电流极限值和电机电流彼此相同之后，相比于第一减小区域，电机电流极限值相对小幅地减小，并且与第一减小区域相比，调节量相对较小。参考图3，第二减小区域是电机电流为70a或更小至17a且调节量为-0.45a/s的区域。即，当电机电流减小并变为70a或更小至17a时，对于每个设定时间，将-0.45a/s的调节量施加到电机电流极限值，使得电机电流极限值以-0.45a/s的间隔减小，此时，将电机电流限制在电机电流极限值内。因此，虽然电机电流相对大于电机电流极限值，但是将电机电流限制在电机电流极限值内。
65.保持区域是这样的区域，其中，保持电机电流极限值，并且尽管使用电流，但是因为电机40的温度变化非常小，所以调节量可以是0。参考图3，保持区域是电机电流为17a或更小至11a且调节量为0的区域。即，当电机电流极限值减小并变为17a或更小至11a时，继续保持电机电流极限值。保持区域中的电机电流相对地小于电机电流极限值。
66.增加区域是增加电机电流极限值的区域，尽管使用电机电流，但是因为电机40的温度可保持室温，所以需要恢复调节量的大小。参考图3，增加区域是电机电流为11a或
更小至0a且调节量为+0.069a/s的区域。在增加区域中，对于每个设定时间，电机电流极限值以0.069a/s的间隔增加，使得恢复调节量。增加区域中的电机电流相对地小于电机电流极限值。
67.基于电机控制器的温度和电机电流，可以不同地设定电机电流极限值的初始值和调节量。
68.特别地，调节量的大小可以随着电机控制器的温度变高而增加，并且随着电机控制器的温度变低而减小，其实例在下面的表1中示出。
69.表1
70.电机电流/温度40度60度85度77a-0.51a/s-2.858a/s-3.573a/s70a-0.45a/s-2.568a/s-3.21a/s17a0a/s0a/s0a/s11a0a/s0a/s0a/s0a+0.069a/s+0.069a/s+0.069a/s
71.从表1中可以看出，当电机控制器的温度变高时，调节量相对较大。
72.输出调节单元23基于由调节量检测单元22检测到的调节量来调节电机电流极限值。
73.即，当调节量检测单元22检测到调节量时，每当经过设定时间时，输出调节单元23就分阶段地调节电机电流极限值，并且将电机电流限制在所调节的电机电流极限值内。
74.参考图4，当电机电流极限值的初始值是79.4a且电机电流为70a时，对于1秒的每个设定时间，输出调节单元23以-0.51a/s的调节量的间隔减小电机电流极限值虽然电机电流极限值减小，但是电机电流相对小于电机电流极限值。因此，由转向控制模块10输出电机电流70a而没有任何变化。
75.当电机电流极限值减小并且电机电流变为70a或更小至17a时，每当经过设定时间时，输出调节单元23就以-0.45a/s的调节量的间隔减小电机电流极限值，并且将电机电流限制在减小的电机电流极限值内
76.当电机电流极限值降低并且电机电流变为17a或更小至小于11a时，因为调节量为0a/s，所以输出调节单元23继续保持电机电流极限值此时，电机电流在电机电流极限值的范围内。
77.当电机电流极限值减小并且电机电流变为11a或更小至0a时，每当经过设定时间时，输出调节单元23就以+0.069a/s的调节量的间隔增加电机电流极限值。因此，恢复了电机电流极限值。此时，电机电流在电机电流极限值的范围内。
78.在本实施方式中，电机电流极限值的初始值是电机电流极限值的最大值，并且需要相对高于额定电流值，因为电机40需要产生额定电流给定的时间。
79.参考图5，在电机40能够连续输入70a的额定电流21秒的情况下，可以设定电机电流极限值的初始值和调节量，使得电机电流可以在21秒内限制于70a或更小。例如，当电机电流极限值的初始值为79.4a并且调节量为-0.51a/s时，可以在21秒内在70a内调节电机电流极限值。
80.从图6中可以看出，如果驾驶员操纵方向盘直到两端，则通过如上所述地限制电机电流极限值，将电机电流限制在电机电流极限值内。
81.在下面参考图7详细描述根据本公开的实施方式的eps系统的电机控制方法。
82.图7是根据本公开的实施方式的eps系统的电机控制方法的流程图。
83.参考图7，当转向控制模块10操作并且启动电机控制器的操作时(s10)，温度感测单元30感测电机控制器的温度(s20)。
84.当感测到电机控制器的温度时，极限值检测单元21基于从转向控制模块10接收的电机电流和电机控制器的温度来检测电机电流极限值(s30)。
85.此外，调节量检测单元22基于电机控制器的温度和电机电流来检测用于限制电机电流的调节量(s40)。
86.当通过极限值检测单元21检测到电机电流极限值并且通过调节量检测单元22检测到调节量时，每当经过设定时间时，输出调节单元23就分阶段地调节电机电流极限值(s50和s60)，并且将电机电流限制在所调节的电机电流极限值内(s70)。
87.例如，当电机电流极限值的初始值为79.4a并且电机电流为70a时，对于1秒的每个设定时间，输出调节单元23以-0.51a/s的调节量的间隔减小电机电流极限值，并且将电机电流限制在减小的电机电流极限值内。在此情况下，虽然电机电流极限值减小，但是输出70a的电机电流而没有任何变化，因为电机电流相对小于电机电流极限值。
88.此后，当电机电流极限值减小并且电机电流变为70a或更小至17a时，每当经过设定时间时，输出调节单元23就以-0.45a/s的调节量的间隔减小电机电流极限值，并且将电机电流限制在减小的电机电流极限值内。
89.此外，当电机电流极限值减小并且电机电流变为17a或更小至711a时，因为调节量为0a/s，所以输出调节单元23继续保持电机电流极限值。此后，当电机电流变为11a或更小至0a时，每当经过设定时间时，输出调节单元23就以+0.069a/s的调节量的间隔增加电机电流极限值，使得电机电流也逐渐恢复。
90.如上所述，根据本公开的实施方式的用于车辆的eps系统的电机控制设备和方法通过基于用于控制eps系统中的电机的电机电流和电机控制器的温度调节电机的输出，来保护电机免于过热。
91.此外，根据本公开的实施方式的用于车辆的eps系统的电机控制设备和方法能够以与现有的电机温度预测模型相比相对容易的低逻辑复杂度来限制电机的输出。
92.本说明书中描述的实现方式可以被实现为例如方法或过程、设备、软件程序、数据流或信号。虽然本公开仅在单种形式的实现方式的上下文中进行了讨论(例如，仅作为方法讨论)，但是具有所讨论的特征的实现方式也可以用另一种形式(例如，设备或程序)实现。该设备可以实现为适当的硬件、软件或固件。该方法可以在设备中实现，例如通常被称为处理装置的处理器，例如包括计算机、微处理器、集成电路或可编程逻辑装置。该处理器包括通信装置，例如计算机、手机、移动电话/个人数字助理(pda)以及便于终端用户之间的信息通信的其他装置。
93.虽然已经为了说明性目的而公开了本公开的实例性实施方式，但是本领域技术人员应理解，在不脱离如在所附权利要求中定义的本公开的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替代是可能的。因此，本公开的真实技术范围应由所附权利要求定义。