用于电动助力转向的电机电路和方法
【专利摘要】一种操作电动助力转向系统的电动机的方法，这种类型的电动机具有定义的故障模式，其中，当转子位于至少一个角位置时，电机不能生成输出转矩，而不考虑由电机控制器输出的电机转矩要求，该方法包括当已知电机处于该定义的故障模式时执行以下步骤：A)监视电机转子的位置，B)识别一种状况的存在，在该状况中，转子处于至少一个已知角位置的预定义角度范围内，转子由于驾驶员转动方向盘而朝那个位置移动，并且从电机要求转矩，在方向盘继续沿识别出的移动方向移动时该转矩趋于将转子移动到更靠近那个角位置的地方；C)在识别出该状况的情况下，改变施加到电机的电流，以使得电机转子从所述已知角位置移开；以及D)随后改变从电机要求的转矩，以使得电机转子沿朝所述已知角位置的方向移回。
【专利说明】
用于电动助力转向的电机电路和方法
技术领域
[0001]本发明涉及用于电动助力转向系统的电机电路的改进，并且尤其涉及用于在其中电机可能无法在某些转子状况下产生输出转矩的已知故障模式期间控制电机的方法。
【背景技术】
[0002 ]已知在电动助力转向系统中提供电机，该电机以使得从该电机输出的转矩将帮助车辆的驾驶员转动方向盘的方式被配置。电机通常通过齿轮箱连接到转向柱或架，并且控制器从电机要求转矩，该转矩具有作为由驾驶员施加到方向盘的转矩的函数的值。所要求的转矩被转换成施加到电机的驱动电流。
[0003 ]用于这种电机的、利用反馈控制和PWM的电机驱动电路在本领域中是众所周知的。例如，W02006005927公开了一种典型的系统并且该文档的教导通过引用的方式被结合于此。
[0004]在电机的稳定状态的操作中，其中控制器要求恒定的转矩并以恒定的速度旋转，施加到三相电机的每一相的电压可以被选择，使得每一相中的电流在电机转子的电气绕转(revolut1n)过程中正弦地变化，信号的频率是根据电机的转子的旋转速度而选择的，并且信号的大小依赖于所需求的转矩。通过布置使得每个电流波形彼此偏移120度，在电机旋转时，由电机运载的总电流将是恒定的并且因此电机转矩也将是恒定的。以这种方式施加电流确保电机平稳地旋转，而在转矩中没有峰值。这在本领域中是众所周知的并且因此这背后的理论将不在这里详细描述。
[0005]在电动转向系统中使用的大多数电机是三相的，如上所述。还已知的是，为电机提供故障操作模式，以允许电机能够在电机的一相发生开路故障从而只剩两相能够传导电流的情况下继续提供某种辅助转矩。通过施加在全部三相都工作的情况下将被使用的正弦波形，控制器可以如在正常操作模式中那样继续。电机的转矩将随着电机旋转而改变。但是将会存在这里被称为零转矩点的两个点，在这两个点处，转子与磁场完全对齐并且因此不能产生任何转矩。当电机在电动转向中被使用时，这些零转矩点将会作为可能使驾驶员担心的转矩波动通过方向盘被感觉到。
[0006]在许多情况下，虽然让驾驶员烦恼，但是零转矩点的存在不会显著地损害驾驶员转动方向盘的能力。但是，如果以低速转动方向盘并且所要求的转矩较高，则在零点处转矩的消失将产生非常显著的转向感异常，并且在某些情况下可能使驾驶员无法转动方向盘。这给驾驶员造成方向盘被推入到“凹口(notch)”的感觉，驾驶员会发现难以推过该凹口。
【发明内容】
[0007]本发明的目标是提供一种电机控制方法以用于电动转向系统的电机，该电机具有带零转矩位置的已知的故障模式，该方法通过至少部分地减轻零转矩位置的影响来改进在故障模式期间感知到的转向感。
[0008]根据第一方面，本发明提供了操作电动助力转向系统的电机的方法，这种类型的转向系统包括操作连接到转向齿轮的一部分的多相电机，其中电机随方向盘旋转，从而施加在正常操作期间辅助驾驶员转动方向盘的辅助转矩，由电机生成的辅助转矩由电机转矩要求电路控制，该电机转矩要求电路向电机控制器输出电机转矩要求信号，电机具有定义的故障模式，在该故障模式中，当转子位于至少一个角位置时，电机不能生成输出转矩，而不考虑由电机控制器输出的电机转矩要求，
[0009]该方法包括当已知电机处于该定义的故障模式时执行以下步骤:
[0010]A)监视转子的位置，
[0011]B)识别一种状况的存在，在该状况中，转子处于至少一个已知角位置的预定义角度范围内，转子由于驾驶员转动方向盘而朝那个位置移动，并且从电机要求转矩，在方向盘继续沿识别出的移动方向移动时该转矩会趋于将转子移动到更靠近那个角位置的地方；
[0012]C)在识别出该状况的情况下，改变施加到电机的电流，以使电机转子从已知角位置移开；以及
[0013]D)随后，从电机要求转矩以使得电机转子沿朝已知角位置的方向移回。
[0014]因此，本发明识别何时转子朝已知角位置移动，在该已知角位置处它可能无法施加辅助转矩，该已知角位置为“零转矩位置”，并且如果确定电机在那个点处可能变得卡住，则通过更改转矩要求电机“反向移回”一定距离，并且然后转矩切换回去以帮助转子正向移过零点。通过移回一步，由于方向盘仍在转动并且电机上紧柔量(wind up thecompliance)，电机将迅速正向移动，以这样的方式使得它移动通过零点。
[0015]识别在其中转子有可能变得卡住的状况的步骤B)可以包括监视电机的其它参数。例如，它可以包括监视所要求的转矩并且仅在该转矩高于阈值时识别出该状况。作为替代，它可以包括监视电机的速度并且仅在该速度低于阈值时识别出该状况。这可以与对转矩的监视一起使用，或者如对转矩的监视那样使用。
[0016]步骤C)可以包括使电机移回等于或小于转子的角移动的一定距离，该转子的角移动是占用(take up)齿轮箱中的柔量所需求的，并且因此不会造成方向盘的显著的相应移动。电机转子的反向-正向运动仍可能在方向盘处被感觉到，有可能作为温和的振动被感觉至IJ，但将不会有方向盘的显著的反向移动，因为转向柱和方向盘具有相对大的惯性量。
[0017]因此，本发明允许电机由于柔量而移回一定量，这将不会产生由于电机移动使得方向盘必须沿反向方向移动的任何需求。因而，转子的这种反向移动将不会导致方向盘旋转中的任何倒转或其它变化。事实上，可能的是，驾驶员简单地继续沿相同方向移动方向盘，电机反向并且然后正向移动以赶上方向盘。
[0018]在电机被再次扭转并移动以克服齿轮箱柔量之前允许齿轮箱柔量将电机推回，这允许转子在它试图赶上方向盘时朝零的更快的移动，而正是这可以有助于确保电机不停在零位置处。
[0019]已知的是，电动转向系统中的几乎所有齿轮箱都包括某种柔量。因而，该方法可以在实质上所有包括齿轮箱的电动转向系统上实现。柔量的源可以包括电机和齿轮箱轴、齿轮的齿、齿轮及其安装件。
[0020]该方法可以包括在步骤C)和D)之后监视转子的位置，并且在电机未越过零位置的情况下重复步骤C)和D)。该方法可以重复步骤C)和D)，直到电机已经越过零位置。
[0021]这种监视可以包括在步骤C)之后重复步骤A)和B)的步骤，以查看转子是否朝零位置缓慢移动。
[0022]该方法可以包括:当应用步骤C)时改变电流以将所要求的转矩减少到零以及允许转子仅在齿轮箱柔量的返回力的作用下从零位置移开。在没有电机转矩的情况下，电机和齿轮箱将由它们自己放松以移除返回力。
[0023]该方法可以作为替代地在步骤C)中包括:改变电流以便从电机要求与原始转矩要求信号相比具有相同符号但具有较低大小的转矩，只要它低至足以被放松柔量克服就可以。
[0024]在另外替代方案中，在步骤C)中，电流可以被改变，以提供与进入该事件时的原始转矩要求具有相反符号的电机转矩要求信号可以被使用的效果。这将趋于积极且迅速地将电机转子从零转矩位置移开。在这种情况下，这将确保与仅仅允许柔量自然地放松相比柔量更快地被移除。
[0025]在变形例中，转矩要求的大小可以被选择成与转子位置和零转矩位置之间的距离成比例地改变，随着该距离的增加而增加。这避免了在零位置处要求电流，在此处它可能没有效果，并且，与在步骤B中所选择的状况相结合，提供与卡住的可能性成比例的转矩要求，例如，如果当高转矩状况被满足时离零位置仍然有一段距离，则与该状况之后被满足相比可能需要更加剧烈的动作。
[0026]该方法可以包括在预定的时间内减小步骤C中的转矩要求，或者减少步骤C中的转矩要求直到电机转子已经从零转矩位置移开预定的角度量。
[0027]优选的是，电机被反向，然后尽可能快地再次正向移动。这确保了，在电机通过零交叉点之前需要多次尝试的情况下，不会花费太长时间。
[0028]在每一种情况下，优选的是在步骤C中所花费的时间小于1ms，并且移动到步骤D)在步骤C)结束之后立即发生或者在步骤C)结束之后1ms内发生。这给出了等同于50Hz的20ms或更少的“循环时间(loop time)”，这确保其足够快以使得不会移动手轮并且仅仅作为振动被驾驶员感知到。
[0029]用于识别触发步骤C)和D)的事件的状况之一可以包括转子处于零角位置的预定范围内。这个范围可以根据所要求的转矩而改变。
[0030]该范围可以在低转矩时较小而在高转矩时较大。
[0031]例如，离零位置5到15度的范围可以被用作进入状况。
[0032]该方法可以包括在步骤D)中将所要求的转矩还原到由控制器要求的原始值，SP，紧接在事件被识别之前的值。
[0033]在变形例中，转矩要求信号值可以在步骤C)中被还原到比原始要求转矩更高的值。
[0034]该方法可以包括，在识别出的零转矩事件之后，在识别出电机已经移过零后，使所要求的转矩减小到低于在进入该事件时要求的转矩，直到电机已经移过零位置预定的量或者直到已经经过预定义的时间。这确保转子不会太快地急速越过零位置并且不会施加太大的辅助。
[0035]电机转矩可以通过禁用电机控制器或者修改馈送到控制器的转矩要求信号而被减小。
[0036]在替代方案中，该方法可以包括在电机已经移过零位置后增加电机转矩要求以便允许电机转子“赶上”方向盘移动的步骤。这可以持续有限的时间，直到确定电机已经赶上以补偿反向/正向移动。这是否被需要将依赖于电机是如何移过零位置的。
[0037]改变转矩要求的步骤可以包括将进入事件时的转矩要求通过过滤器来修改进入事件时的转矩要求。作为替代，它可以包括计算独立于原始转矩要求值的新的转矩要求值并且使用其来代替原始值。
[0038]基于离零转矩位置的位置，滞后项可以被添加，使得振动控制器将不被禁用，直到电机离凹口的距离比控制器被启用时电机离凹口的距离更远。这确保方向盘将不会在电机转矩的正常要求与代替要求之间的边缘平衡，而是必须物理地从一个状态移动到另一个状
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[0039]当该方法包括生成具有指示从电机要求的转矩的值的电机转矩要求信号时，改变所要求的转矩的步骤可以包括修改那个信号的值。在一些情况下，转矩要求信号可以用来生成在dq参考系中的一个电流要求信号或多个电流要求信号。在这种情况下，改变所要求的转矩的步骤可以包括修改电流要求信号的值。这将直接导致由电机产生的转矩的变化，并且因此具有与修改转矩要求信号相同的效果。后者可以是优选的，因为它可以是电机电路内的截获和修改信号更加方便的地方，因为转矩要求信号通常是由电路中的与产生电流要求信号的部分不同的部分产生的。
[0040]根据第二方面，本发明提供了用在电动助力转向系统中的电机电路，在这种类型的电机电路中，由转向系统的一部分运载的转矩的测量被电机电路用来产生指示要由电机施加到转向系统的转矩的转矩要求信号，该电机电路包括:
[0041 ]开关电路，其包括多个电气开关，
[0042]电机控制器，其接收电机转矩要求信号并产生用于电机驱动电路的控制信号，该电机驱动电路进而又驱动开关电路的开关；
[0043]由此，在电机的某些故障模式状况下，当转子位于至少一个已知角位置时，电机不能生成输出转矩，其中该电路还包括:
[0044]用于识别一种状况的存在的装置，在该状况中，转子处于至少一个已知角位置的预定义角度范围内，转子由于驾驶员转动方向盘而朝那个位置移动，并且从电机要求转矩，在方向盘继续沿识别出的移动方向移动时该转矩趋于将转子移动到更靠近那个角位置的地方；以及
[0045]转矩要求改变装置，其被布置成用于改变从电机要求的转矩，以使得电机转子从已知角位置移开，并且还被布置成用于随后改变从电机要求的转矩，以使得电机转子沿朝已知角位置的方向移回。
[0046]
【申请人】已经认识到，当三相星点连接的电机在一相开路的情况下操作时，剩余的两个无故障相仍然可以被用来驱动电机，但会存在电机不能施加转矩的两个点。
[0047]电路可以包括故障检测装置，该故障检测装置用于检测故障状况的存在，在该故障状况中，在某些转子状况下电机不能生成转矩。这可以包括用于确定在其处零转矩可以被产生的一个或多个点的位置的装置。
[0048]用于确定位置的装置可以包括用于识别多个电机相中的哪个相发生故障成为开路的装置。
[0049]电机电路可以包括用于在该故障状况下继续操作电机的装置，并且用于识别可能的零转矩故障的装置可以只在电机在故障状况中操作时可操作。因此，在正常使用中，从电机要求的转矩将不被修改，因为不存在零转矩点，并且因此转子不可能靠近这样的点。
[0050]电机可以包括三相电机。
[0051 ]电机控制器可以适于利用脉宽调制(PffM)控制策略来控制电机。
[0052]第二方面的转矩要求改变装置包括可以被布置成用于实现本发明的第一方面的任何方法步骤的电路和处理逻辑器。
[0053]根据第三方面，本发明提供了一种电动助力转向系统，包括将方向盘连接到车轮的转向机构，产生指示由该转向机构的一部分运载的转矩的转矩信号的转矩传感器，以及根据本发明第二方面的电动机电路，其中电动机电路包括电机和用于生成转矩要求信号的装置，其中电机连接到转向机构以使得由电机产生的转矩被转移给转向机构，转矩要求信号指示要由电机施加到转向系统的转矩，该转矩要求信号是由转矩传感器测得的转矩的函数。
[0054]电机可以包括三相无刷直流电机。
【附图说明】
[0055]现在将仅仅以示例的方式参照附图并如附图中所示的那样描述本发明的一种实施例，其中:
[0056]图1是示出落入本发明的方面的范围内的电动助力转向系统的实施例的组件部分的图；
[0057]图2是示出可以被用来驱动图1中所示的电机的典型三相电动机和驱动电路的电气布局的图；
[0058]图3是示出用于图1的电动转向系统的电动机的电机电路的框图；
[0059]图4是示出可以在图1的系统中使用的那种类型的标准闭环电机控制器的元件的更详细的框图；
[0060]图5是示出图4的控制器的修改的框图，该修改使控制器能够最小化电机在零转矩位置时变得卡住的风险；
[0061]图6是用于在一相发生故障成为开路的情况下操作的电机、针对高的所要求的转矩(实线)和较低的所要求的转矩(虚线)的电机辅助转矩相对于时间的线图；
[0062]图7是在图1的转向系统的代表性使用期间电机位置相对于时间的线图；
[0063]图8是转矩要求和方向盘转矩相对于对应于图7中所示时间段的时间的线图；以及
[0064]图9是示出当识别出电机控制器应当在第三模式中操作以减小电机在零转矩点处卡住的风险时执行的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0065]参考图2，三相无刷电机I包括三个电机绕组2、4、6，一般地标示为相U、V和W。各相在星形网络中连接，使得每一相的一端在星点8处连接到每个其它相的相应端。每一相的自由端连接到开关电路。
[0066]开关电路包括三相桥，每一相桥对应于电机的每一相。桥的每个臂10、12、14包括采用顶部开关(晶体管16)和底部开关(晶体管18)的形式的一对开关，该顶部开关和底部开关在直流电压电源轨20和接地线22之间串联连接。电机绕组2、4、6每个从对应的互补晶体管对16、18之间分接出来。开关可以是打开的(OFF)或闭合的(ON)。
[0067]晶体管16，18以受控的方式由在附图的图3中详细示出的、包括电机控制器24的电机电路接通和关断，以提供施加到每个相绕组的电位电压的脉宽调制，由此控制在每个绕组2、4、6上施加的电位差并由此还控制流经绕组的电流。这进而又控制由绕组产生的磁场的强度和取向，这设置了由电机产生的转矩。
[0068]采用电阻器26的形式的电流测量设备在电机I与地之间的接地线22中提供，使得控制器24可以测量流经所有绕组2、4、6的总电流。为了测量每个绕组中的电流，必须在PWM周期内精确的时刻对总电流进行采样，其中施加到绕组的每个端子的电压(以及因此特定相的导通状态)是已知的。优选的是，可以针对每相提供单独的电流传感器。
[0069]在此示例中的控制器使用空间向量调制(SVM)算法，但是在本发明的范围内可以同等地使用任何调制技术，并且在此示例中使用SVM算法不应当被解释成限制性的。
[0070]三相系统中的每个绕组2、4、6可以仅仅连接到电源轨20或者接地线22，并且因此存在控制电路的开关的八种可能的状态。使用I来表示一相处于正电压，以及使用O来表示相连接到地，状态I可以被表示为[100 ]，表示U相处于1、V相处于O并且W相处于O;状态2被表示为[110]，状态3被表示为[010]，状态4被表示为[011]，状态5被表示为[001]，状态6被表示为[101 ]，状态O被表示为[000]，而状态7被表示为[111 ]。状态I到6中的每一个是导通状态，在导通状态中，电流流经所有绕组2、4、6，在一个方向上流经它们中的一个，而在另一个方向上流经其它两个。状态O是所有绕组都连接到地的零伏状态，而状态7是所有绕组都连接到电源轨的零伏状态。
[0071]在开关电路被控制器24控制以产生脉冲宽度调制的正常操作期间，在每个PWM周期中，相2、4、6中的每一相将正常地被接通和断开一次。在每个状态中占用的时间的相对长度将确定在每个绕组中产生的磁场的大小和方向，并且因此确定施加到转子的总转矩的大小和方向。通过向每一相施加正弦电流波形，电机将产生恒定的转矩输出。改变每一相中的电流的幅度和符号允许转矩在值的宽范围上改变。许多不同的可以被用来驱动电机的电机控制策略是已知的，并且因为它们是本领域技术人员熟悉的，所以在这里将不详细描述。
[0072]图2的电机电路可以用在许多应用中，并且在这种实施例中构成图1所示的电动转向系统的一部分。电机I的输出轴通过齿轮箱连接到转向柱28或转向架(或方向盘的任何其它移动部分)。这允许电机产生通过齿轮箱施加到方向盘的移动部分的辅助转矩。齿轮箱将包括众所周知的一定量的柔量。这意味着，当电机转矩从零增加时，齿轮箱由于被置于负载作用下将变形一点，直到柔量被完全占用。在它被占用之前，电机可以在转向部分的相应移动很小或没有转向部分的相应移动的情况下转动。在这之后，电机的任何移动将被直接转移给方向盘的移动部分。
[0073]如图3中所示，转向系统包括测量转向柱中的转矩并将这馈送到转矩控制器34的转矩传感器32。转矩控制器34生成指示电机要产生的用以帮助驾驶员转动方向盘的转矩的量的转矩要求信号。辅助转矩要求信号的值被设置为由驾驶员施加到转向系统的转矩的函数，因此需要将测得的转矩输入到控制器。这个转矩要求信号被馈送到电机控制器，电机控制器针对每个电机相产生传递所要求的转矩所需要的电流。
[0074]因此，电机I一般将生成与由驾驶员施加的转矩具有相同符号的辅助转矩，使得电机帮助沿与驾驶员转动方向盘相同的方向转动方向盘。在转弯期间通过驾驶员保持方向盘稳定而使得转向被静态加载时，这也是成立的。由电机施加的转矩辅助由驾驶员施加的转矩，以帮助抵抗转弯力而保持方向盘。
[0075]通过调整转矩控制器，驾驶员施加的转矩与电机施加的辅助转矩之间的关系可以根据车辆制造商的需求因应用的不同而被调整。总的宗旨是让电机帮助驾驶员转动方向盘。在这样做时，其操作应当尽可能透明，而没有驾驶员不希望的突然变化。
[0076]来自转矩控制器的转矩要求信号被馈送到电流控制器24，电流控制器24根据电机I的已知特性将转矩要求转换成电流要求。电流要求信号被设置为d_q轴电流值，这包括参考系中的相对于电机转子固定的向量。提供了给出转子位置信息的电机转子位置传感器36，但是有可能可以使用无位置传感器的控制策略来驱动电机，在这种情况下，位置传感器可以被省略。电流要求和转矩要求是等同的，因为对于给定的电机位置，在转矩要求与电流要求之间存在直接相关性。电流要求信号的值显然将依赖于电机特性，因为针对给定的电流从电机输出的转矩将是那个电机独有的。
[0077]电机控制器24比较电流要求信号与(也是在dq参考系中的)在电机中流动的实际电流以产生误差信号。然后电流控制器24产生要施加到每一相的、将误差驱动至最小的电压，由此确保实际电流匹配所要求的电流。针对一种可能的电机控制器配置，这在图4中被示出。
[0078]电机控制器24实现用于电机的三个驱动模式。第一个是所谓的正常模式，该正常模式在电机的所有三相都正确地导通时被使用。
[0079]第二个是所谓的开相故障模式，其中电机的一相已经发生故障成为开路并且不能传导电流。在这种模式下的其它两相将仍然能够运载电流。
[0080]第三个是所谓的零转矩模式，只在电机已经在第二模式中操作或电机已经在任何其它故障模式(其中，在电机绕转期间存在零转矩点，如下面所解释)中操作时并且在满足某些预定义状况时使用该零转矩模式。
[0081]在正常模式中的操作期间，电机I可以针对转子的任何角位置施加给定的辅助转矩。
[0082]如果一相发生开路故障，只留下两个能够运载转矩的工作相，则电机控制器将继续在第二操作模式中驱动电机。将存在两个在其中电机不会产生任何输出转矩的转子位置，而不考虑所要求的转矩，也不考虑多少电流在这两相中流动。这在图6中示出。实际上存在两个这样的位置Y和Z，在本文中被称为零转矩位置，每个与另一个隔开180度。在零位置的任一侧，可以被产生的所要求的转矩由于对可以施加到每一相的电流量的限制而陡然下降。在图6示出的“凹口”(跨此凹口时转矩下降)的宽度将随所要求的转矩而改变，该“凹口”的宽度在高的转矩时较宽(由实线示出)而在低的所要求的转矩时较窄(由虚线示出)。通常，凹口的宽度在零转矩位置的任一侧处将在8和15度之间。当转子处于这个凹口时，电机的输出将不匹配从控制器要求的转矩，并且当处于零位置时，不会产生转矩。
[0083 ]当接近零转矩位置时由电机I施加的辅助转矩的减小可以作为在方向盘以驾驶员施加的恒定的转矩被稳定地转动时的转矩波动被驾驶员感觉到，当方向盘移动电机通过零转矩点时驾驶员感知到辅助转矩的下降。
[0084]在高的方向盘速度和高转矩时，波动被感觉到但对于驾驶员不存在问题，因为转向中的动量足以运载电机越过零位置。但是，如果驾驶员在高转矩下缓慢地移动方向盘，有可能处于绷紧的(tight)高速转弯操纵期间，并且电机靠近零位置并且朝零位置移动，则来自电机的转矩的不足可能导致驾驶员不能鼓足力量转动方向盘越过零位置。这可能造成方向盘变得卡住的感觉。
[0085]因此，当在第二模式中操作时，电机控制器24继续向两个工作的电机相施加电流以使得电机继续旋转。
[0086]为了最小化在方向盘的这种低速转动期间方向盘变得卡住的感知，该实施例的电机控制器24被布置成还在第三模式中操作，在第三模式中它将改变施加到电机的转矩要求，以帮助电机平稳地越过(或者至少帮助它越过)零转矩位置并且有助于防止电机停在零位置，其中在电机停在零位置时它不能通过电机电流的施加而功率回退(powered backout)。被用来实现它的电路可以如图5中所示那样被配置。这包括分立的处理块36，该处理块36被称为振动控制器，它使得输入到电机控制器24的转矩要求信号(或者，在这种情况下在dq系中表示的电流要求信号)在正常模式转矩(或电流)要求信号与代替信号之间进行切换。提供允许输入从一个移动到另一个的开关38。
[0087]当电机在故障状况中操作时，分立的处理块36恒定地处于活动状态，从而监视电机转子位置和零转矩点的位置。因此，处理块或者a)允许转矩要求不加修改地施加到电机或者b)遵循定义的控制策略修改从电机要求的转矩，直至电机已经越过零位置的时间。
[0088]图9是示出可以由电机电路执行的、用于决定电机可能变得卡住并因此用于决定进入和退出第三模式的时间的逻辑步骤的流程图。这些步骤可以按照一定的次序被执行，该次序当然可以改变。如图所示，电机电路首先检查电机转子相对于已知的一个或多个零点的位置。如果转子在零的任一侧处于被定义为一定范围的角度的区域内，则转子接近零点。这个范围也可以依赖于所要求的转矩。如果它在该范围内，则电路进行检查以查看它已经在那里多长时间。接下来，电路检查电机是否正在朝零点移动。所要求的转矩也被检查，以查看它是高于还是低于阈值。如果是高于阈值，则存在驾驶员可能不能推动方向盘越过零点的增加的风险。
[0089]如果所有检查都显示转子具有停在零点(接近零点、缓慢朝其移动、在范围内很长时间)的风险，则电路识别出存在由于驾驶员不能推动通过零点因此电机和方向盘可能变得卡住的情况的风险。在这种情况下，系统执行以下步骤。
[0090]初始地，在进入第三模式时，来自控制器的所要求的转矩不再传递给电机。特别地，当电机控制包括对图4所示的进行修改的、如图5中示出的那种反馈策略时，要求不被馈送到反馈环路。相反，它被来自分立的控制块的修改后的转矩要求代替。修改后的转矩要求被设置为使得电机远离零点移回的值。这始终是可能的，因为系统由于驾驶员对手轮的转动和电机的辅助转矩一起的组合沿相同的方向推动转向系统而处于张紧状态。当转矩要求被减小或甚至被反向(符号相反)时，系统将放松并且电机将移回。特别地，它可以由于齿轮箱中的柔量而移回给定的量，无需方向盘的任何相应移动。
[0091]针对电机远离零位置移回定义的角距离，在足够的时间已经经过后，转矩要求返回到将使得电机再次朝零位置移回的值。这被维持一段时间，在这个时候电机转子位置和速度被检查，以查看事件是否已被清除以及转子是否已移过零点，或者是否电机有可能再次被卡住。
[0092]如果转子尚未清除零点，则该事件被再次识别出，并且反向和正向序列被重复。
[0093]在许多情况下，由于电机已退开并且系统已卸载，因此电机可以在它已经反转之后迅速朝零点正向移动，并且动量将有助于运载其越过零位置。通过对修改的转矩要求、它被施加的时间，它移动回到的位置等等的仔细选择，系统可以被调整，以增加转子移动通过零位置的机会。
[0094]—旦越过零转矩位置，振动控制器的最后动作就是增加电流要求和推进电机离开零转矩位置，从而补偿“后退”可能造成的任何动量损失。
[0095]图7和8示出了电机电路的操作。在图7中，示出了电机转子位置相对于时间的线图。在图8中，示出了转向转矩(实线)和要求的转矩(虚线)的相应线图。
[0096]初始地，在时间TO和Tl之间，驾驶员通过施加正转矩沿一个方向转动方向盘。电机施加匹配的但值减小的辅助转矩。这使得转动方向盘更容易。在时间Tl至T2，驾驶员以另一方式转动方向盘，并且再次提供匹配的转矩要求。应当指出，所要求的转矩并不总是匹配所实现的实际辅助转矩。在正常模式中通常会匹配，但在其中开路发生的第一模式中，它将随电机位置而改变。
[0097]现在假设电机具有开路故障。从时间T3至T4，驾驶员缓慢地移动方向盘并且电机将接近零点。在这个示例中，假设零发生在时间T4处，在此时，转子将定位在离故障相90度的位置，这是零转矩点的位置。一旦电机转子靠近这个点，比如说在8度以内，可能的故障事件就被识别出来，并且通过改变所要求的转矩，电机将反向离开一定的短时间(直到时间T5)。在经过一定时间之后，然后通过将转矩要求信号改变为适当的值它将再次朝零点正向移动(时间T5至T6)。在这个示例中，这不足以推过零点，因此在时间T6和T7之间再次施加反向，之后跟着另一个正向移动。这次可以看到，系统具有足够的动量来推过零转矩位置。
【主权项】
1.一种操作电动助力转向系统的电动机的方法，所述电动助力转向系统是包括与转向齿轮的一部分操作地连接的多相电机的类型，其中所述转向齿轮随方向盘旋转，从而施加在正常操作期间辅助驾驶员转动方向盘的辅助转矩，由电机生成的辅助转矩由向电机控制器输出电机转矩要求信号的电机转矩要求电路控制，电机具有定义的故障模式，在所述故障模式中，当转子位于至少一个角位置时，电机不能生成输出转矩，而不考虑由所述电机控制器输出的电机转矩要求， 所述方法包括当已知电机处于所述定义的故障模式时执行以下步骤: A)监视电机转子的位置， B)识别一种状况的存在，在所述状况中，转子处于至少一个已知角位置的预定义角度范围内，转子由于驾驶员转动方向盘而朝那个位置移动，并且转矩被电机要求，在方向盘继续沿识别出的移动方向移动时，所述转矩趋于将转子移动到更靠近那个角位置的地方； C)在识别出所述状况的情况下，改变施加到电机的电流，以使得电机转子从所述已知角位置移开；以及 D)随后，改变从电机要求的转矩，以使得电机转子沿朝所述已知角位置的方向移回。2.如权利要求1所述的方法，其中步骤C)包括使电机移回等于或小于转子的角移动的距离，其中所述转子的角移动能够由齿轮箱中的柔量容纳，从而不会导致方向盘的相应移动。3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，还包括在步骤C)和D)之后监视转子位置，并且在电机未越过零位置的情况下重复步骤C)和D)。4.如权利要求2所述的方法，其中监视包括在步骤C)之后重复步骤A)和B)。5.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中改变电流的步骤包括在应用步骤C)时将所要求的转矩减小至零并且允许转子仅在齿轮箱柔量的返回力的作用下从零位置移开。6.如权利要求1至4中任何一项所述的方法，包括在步骤C)中通过施加与原始转矩要求具有相反符号并可选地具有不同大小的减小的电机转矩要求信号值来改变电流。7.如权利要求1至6中任何一项所述的方法，其中步骤C)中从电机要求的转矩的大小被选择为与转子位置和零转矩位置之间的距离成比例地改变，随着所述距离的增加而增加。8.如前面任何一项权利要求所述的方法，还包括，在识别出的零转矩事件之后，在识别出电机已经移过零后，使所要求的转矩减小至低于进入该事件时所要求的转矩，直到电机移过零位置预定的量或者直到经过预定义的时间。9.如权利要求1至7中任何一项所述的方法，包括以下步骤:在电机已经移过零位置后增加电机转矩要求以便允许电机转子“赶上”方向盘的移动。10.—种用在电动助力转向系统中的电机电路，所述电动助力转向系统是其中转向系统的一部分运载的转矩的测量被所述电机电路用来产生指示要由电机施加到转向系统的转矩的转矩要求信号的类型，所述电机电路包括: 开关电路，所述开关电路包括多个电气开关， 电机控制器，所述电机控制器接收电机转矩要求信号并产生用于电机驱动电路的控制信号，所述电机驱动电路进而驱动所述开关电路的开关； 由此，在电机的某些故障模式状况下，当转子位于至少一个已知角位置时，电机不能生成输出转矩，其中 所述电机电路在定义的电机状况集合下可操作以减小电机在所述至少一个已知角位置中变得卡住的风险， 所述电路包括: 用于识别一种状况的存在的装置，在这种状况中，转子处于所述至少一个已知角位置的预定义角度范围内，转子由于驾驶员转动方向盘而朝那个位置移动，并且转矩被电机要求，在方向盘继续沿识别出的移动方向移动时所述转矩趋于将转子移动到更靠近那个角位置的地方；以及 转矩要求改变装置，所述转矩要求改变装置被布置成用于改变从电机要求的转矩，以使得电机转子从所述已知角位置移开，并且还被布置成用于随后改变从电机要求的转矩，以使得电机转子沿朝所述已知角位置的方向移回。11.如权利要求1O所述的电机电路，其中包括三相电动机。12.一种电动助力转向系统，包括将方向盘连接到车轮的转向机构，产生指示由所述转向机构的一部分运载的转矩的转矩信号的转矩传感器，以及如权利要求10或权利要求11所述的电动机电路，其中电动机电路包括电机和用于生成转矩要求信号的装置，其中所述电机连接到所述转向机构，使得由所述电机产生的转矩被转移给转向机构，所述转矩要求信号指示要由电机施加到转向系统的转矩，所述转矩要求信号是由转矩传感器测得的转矩的函数。
【文档编号】H02P29/02GK106031025SQ201480070819
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年10月23日
【发明人】P·G·斯科特森, H·蒋
【申请人】Trw有限公司