電動助力轉(zhuǎn)向相電壓輸出診斷的制作方法
【專利摘要】提供了一種電動機控制診斷設備。該設備包括與多相電動助力轉(zhuǎn)向電動機通訊的控制模塊，控制模塊配置為：基于根據(jù)電動機轉(zhuǎn)矩命令和電動機位置產(chǎn)生的電壓命令產(chǎn)生多個相占空因數(shù)輸出。設備還包括診斷模塊，配置為：基于比較占空因數(shù)輸出與希望占空因數(shù)輸出，分析占空因數(shù)輸出的合理性，其中基于確定每個電動機相的電旋轉(zhuǎn)扇區(qū)，估計希望占空因數(shù)輸出。
【專利說明】電動助力轉(zhuǎn)向相電壓輸出診斷
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求2013年3月12日提交的、序號為61 / 777，618的美國臨時專利申請的優(yōu)先權，其通過引用以其整體合并到本文中。

【背景技術】
[0003]車輛中的電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)使用連接至轉(zhuǎn)向齒輪或轉(zhuǎn)向柱的電動機，該電動機被電子地控制以提供轉(zhuǎn)矩輔助駕駛員使車輛轉(zhuǎn)向。EPS系統(tǒng)通常包括電動機和控制器，控制器從轉(zhuǎn)矩傳感器接收轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩信息，并且控制電動機向車輪傳送輔助轉(zhuǎn)矩(例如，通過向轉(zhuǎn)向柱施加轉(zhuǎn)矩)。一種類型的電動機是永磁(PM)無刷電動機。
[0004]控制器通常通過例如使用脈寬調(diào)制(PWM)產(chǎn)生用于每個電動機相的占空因數(shù)信號來控制EPS電動機，占空因數(shù)信號用于向電動機提供相電壓信號。因為在產(chǎn)生這樣信號中的故障可能危害EPS系統(tǒng)的有效性和安全性，所以可以提供診斷功能來監(jiān)控信號產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]電動機控制診斷設備的實施例包括與多相電動助力轉(zhuǎn)向電動機通訊的控制模塊，控制模塊配置為:基于根據(jù)電動機轉(zhuǎn)矩命令和電動機位置產(chǎn)生的電壓命令產(chǎn)生多個相占空因數(shù)輸出。設備還包括診斷模塊，配置為:基于比較占空因數(shù)輸出與希望占空因數(shù)輸出，分析占空因數(shù)輸出的合理性，其中基于確定每個電動機相的電旋轉(zhuǎn)扇區(qū)，估計希望占空因數(shù)輸出。
[0006]在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上執(zhí)行診斷的方法的實施例包括:在控制模塊上，基于根據(jù)電動機轉(zhuǎn)矩命令和多相電動助力轉(zhuǎn)向電動機的位置產(chǎn)生的電壓命令，產(chǎn)生多個相占空因數(shù)輸出。方法還包括:通過診斷模塊基于比較占空因數(shù)輸出與希望占空因數(shù)輸出來分析占空因數(shù)輸出的合理性，其中基于確定每個電動機相的電旋轉(zhuǎn)扇區(qū)來估計希望占空因數(shù)輸出。
[0007]根據(jù)下面與附圖一起做出的描述，這些和其它優(yōu)點和特征將變得更加顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]在說明書結束時的權利要求中特別指出并且清楚要求被看作本發(fā)明的主題。根據(jù)與附圖一起做出的后面的詳細描述，本發(fā)明的前述和其它特征以及優(yōu)點是顯而易見的，其中:
[0009]圖1是描繪了在本發(fā)明的示例性實施例中的電動機控制系統(tǒng)的實施例的圖；
[0010]圖2描繪了包括占空因數(shù)產(chǎn)生器和診斷功能的電動機控制系統(tǒng)的實施例；
[0011]圖3描繪了示例性的電動機旋轉(zhuǎn)扇區(qū)和圖2的診斷功能的預測占空因數(shù)信息；以及
[0012]圖4是描繪了在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中監(jiān)控和分析占空因數(shù)輸出的方法的實施例的流程圖。具體實施例
[0013]為在電動助力轉(zhuǎn)向電動機中的控制和診斷提供系統(tǒng)、設備和方法。實施例包括診斷功能，診斷功能配置為基于電動機位置(例如，電動機旋轉(zhuǎn)扇區(qū))預測占空因數(shù)值，并且比較預測值與在電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)中產(chǎn)生的占空因數(shù)信號。在一個實施例中，預測值和/或預測限值基于提供給每個扇區(qū)的相接地表。診斷功能在一或多相中執(zhí)行比較，并且可以通過在每個相基礎上單獨地追蹤扇區(qū)確定來執(zhí)行該比較來同時或接近同時地驗證所有相上的輸出。因為扇區(qū)被單獨追蹤，所以扇區(qū)尺寸獨立于外界影響，這提供了更大的作用范圍。
[0014]參考附圖1，提供了示例性電動機控制系統(tǒng)10，其包括電源12、逆變器14、電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)電動機16以及位置和速率傳感器18。傳感器18向控制器20輸出指示轉(zhuǎn)子角位置和速率的位置信號?？刂破?0配置為接收位置和速率信息20以及轉(zhuǎn)矩命令信號T.，并且基于被控制電動機的模型計算在電動機16中發(fā)展期望轉(zhuǎn)矩所要求的電壓幅值VMf。
[0015]例如，控制器20接收電動機速率或速度信號Ω (Omega)，且基于電動機模型計算Vref和相位超前角δ (Delta)。速度Ω可被測量和/或計算，例如，作為電動機位置Θ在規(guī)定的時間間隔上的改變。
[0016]對于多相電動機，控制器可以為每個相產(chǎn)生電壓命令。例如，對于三相電動機(相A、B和C)，控制器20根據(jù)V,ef和δ信號產(chǎn)生三相電壓命令信號Va、Vb和Vc。例如，控制器20將Vref轉(zhuǎn)換成三個相內(nèi)以產(chǎn)生命令信號Va、Vb和Vc。相電壓命令信號Va、Vb和Vc用于使用選定的脈寬調(diào)制(PWM)技術產(chǎn)生電動機占空因數(shù)信號Da、Db和Dc?？刂破?0的電動機占空因數(shù)信號被施加到逆變器14，逆變器14配置為響應于電壓命令信號向電動機16的定子線圈施加相電壓。
[0017]在采用相位超前的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，相位超前角δ (附圖1)還可作為轉(zhuǎn)矩或速度的輸入信號的函數(shù)進行計算。相電壓信號Va、Vb、Vc隨后被相移達相位超前角δ。在相位超前中，產(chǎn)生了電動機20的磁場削弱電流Id，其與電動機20的反電動勢(BEMF)電壓具有達大約90度的相位差。相位超前涉及允許電壓命令的相位相對BEMF電壓的相位被移位達相位超前角δ。
[0018]可以提供診斷來分析控制器功能，包括把軟件命令電壓(例如，Vref)轉(zhuǎn)換成提供給EPS電動機16的硬件電壓信號的功能。如上文指示的，控制器20使用PWM切換方案來根據(jù)輸入電壓創(chuàng)建三相正弦電壓以匹配電動機的電特性。這些功能用于把電壓施加到電動機16，電動機16隨后變得向EPS系統(tǒng)施加轉(zhuǎn)矩，因此這些功能中的失效可能負面地影響系統(tǒng)安全性。
[0019]圖2示出了提供各種診斷功能的控制器20的各方面，并且示出了與占空因數(shù)信號的產(chǎn)生一起執(zhí)行的控制器20的示例性數(shù)據(jù)捕獲和診斷功能的示意圖。控制器20包括為每相(例如Da、Db和Dc)計算占空因數(shù)的占空因數(shù)功能22，例如正弦電壓計算功能，占空因數(shù)被輸入至逆變器14。使用包括例如電動機位置(電動機位置)、轉(zhuǎn)矩命令信號(調(diào)制指數(shù))和相位超前角(相位超前)的輸入計算占空因數(shù)。計算的占空因數(shù)還被輸入至多個診斷功能，包括低分辨率相合理性分析功能24和電壓信號診斷功能26。
[0020]低分辨率相合理性(LRPR)診斷功能24配置為:通過基于計算的占空因數(shù)、電動機位置和/或轉(zhuǎn)矩命令(調(diào)制指數(shù))信號來驗證輸出至逆變器14的占空因數(shù)是否正確，對來自控制器20的相電壓輸出監(jiān)控和執(zhí)行診斷。例如，LRPR診斷功能24從電壓計算功能22接收計算的占空因數(shù)信號Da、Db和Dc，并且還接收電動機位置(Theta)和相位超前角。LRPR診斷功能24基于從電動機位置得出的電旋轉(zhuǎn)扇區(qū)來為每相產(chǎn)生希望的占空因數(shù)。在一個實施例中，使用相接地表來產(chǎn)生希望的占空因數(shù)，其示例在下面進一步描述。LRPR診斷24可被配置成基于軟件的應用，其可被儲存在允許LRPR診斷24接收電動機位置數(shù)據(jù)、占空因數(shù)數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)的任何合適位置。
[0021]包括電壓信號診斷功能26以驗證逆變器14是否輸出正確的相電壓信號(例如，相A、相B、相C)。測量由逆變器14輸出的電壓信號，并且測量的電壓信號和計算的占空因數(shù)被輸入至電壓信號診斷功能26，其被用于確定電壓是否已經(jīng)被正確地從逆變器14施加至電動機16。在一個實施例中，電壓信號診斷功能26是高分辨率相合理性(HRPR)診斷，其與LRPR診斷24相比具有相對高的分辨率(例如，取樣速率)。
[0022]在一個實施例中，數(shù)據(jù)捕獲功能28基于占空因數(shù)功能輸出提供各種數(shù)據(jù)，并且可被用于收集包括對于LRPR診斷24和電壓信號診斷26的輸入的數(shù)據(jù)。例如捕獲裝置捕獲占空因數(shù)功能輸入，諸如電動機位置、調(diào)整指數(shù)和相位超前，并且其它捕獲裝置捕獲計算的占空因數(shù)輸出(計算的占空因數(shù))。電壓信號診斷26的示例包括占空因數(shù)測量電路30，其基于物理相電壓來提供診斷信息(包括測量的占空因數(shù))。物理相電壓由逆變器14使用由占空因數(shù)功能22提供的占空因數(shù)信號而產(chǎn)生。
[0023]低分辨率相合理性(LRPR)診斷功能24是分析和/或驗證占空因數(shù)功能22的輸出的診斷功能。例如，LRPR診斷功能24估計希望占空因數(shù)，且比較希望占空因數(shù)與來自占空因數(shù)功能22的計算的占空因數(shù)。LRPR功能24可體現(xiàn)為控制器20中的模塊或邏輯單元，或者在分離的單元或處理器中。
[0024]在一個實施例中，LRPR診斷功能24通過利用基于電動機位置的相接地表輸出的知識而工作。例如，如果在限定的時間段上電動機位置已經(jīng)保持在特定扇區(qū)中，則可以預測用于每個相的占空因數(shù)。每個扇區(qū)對應于電動機的360度電旋轉(zhuǎn)的一個步長或部分，并且被描述為電角度的范圍。
[0025]在附圖2中示出了 LRPR診斷功能24的示例性輸入。如附圖2中所示，可以從數(shù)據(jù)捕獲功能28得到一個或多個輸入。在一個實施例中，該輸入包括電動機位置和相位超前角。其它輸入可以包括調(diào)制指數(shù)和電動機速率。在一個實施例中，LRPR功能24位于存儲器分區(qū)32中，其與占空因數(shù)功能22、電壓信號診斷功能和/或數(shù)據(jù)捕獲功能34位于其中的存儲器分區(qū)分離。
[0026]在一個實施例中，在多個不同時域中施加對LRPR診斷功能24的輸入。例如，以第一速率(例如，tlms)確定電動機位置，以第二速率(例如，t2ms)計算相位超前和調(diào)制指數(shù)信號，并且以第三速率(例如，t3ms)運行LRPR診斷功能24。在一個示例中，診斷功能以比其它輸入的取樣或估計速率更快的速率(例如，t3大于tl和t2)運行。在另一示例中，LRPR診斷功能24可以驗證在Ims速率時間域和電動機控制ISR時間域二者中發(fā)生的占空因數(shù)或正弦電壓計算。以這些更快速率執(zhí)行的每個計算可以被驗證。
[0027]在一個實施例中，LRPR功能輸出作為在相接地表中限定的電動機位置的函數(shù)來計算。相接地表被分開成不同扇區(qū)，并且基于電動機位置在選定的時間處于的扇區(qū)，產(chǎn)生預測的或希望的占空因數(shù)用于每個電動機相。例如，對于每個電動機相，相接地表包括針對每個扇區(qū)設置的希望占空因數(shù)值和/或希望的上和下占空因數(shù)限值。這些限值可基于電動機控制模塊來計算。
[0028]希望占空因數(shù)與來自占空因數(shù)功能22的占空因數(shù)輸出相比較，并且如果占空因數(shù)輸出與希望占空因數(shù)不一致，則設置診斷。用于每個相A、B和C的示例性占空因數(shù)輸出在圖2中表示為捕獲的占空因數(shù)(計算的占空因數(shù))。
[0029]例如，如果輸出占空因數(shù)不匹配或不在希望占空因數(shù)的某個范圍內(nèi)，或者如果輸出占空因數(shù)不在上和下限值內(nèi)，則設置診斷。LRPR功能24還可以基于電動機位置確定在哪個扇區(qū)中不要求輸出比較。
[0030]圖3示出了由LRPR功能24使用的示例性接地表和示例性扇區(qū)。在這個示例中，相接地表被分開成三個扇區(qū)。第一扇區(qū)是低扇區(qū)40，其在X3和X4電角度(例如，240和360度)之間。在這個扇區(qū)中，相接地表的輸出42是零。這個扇區(qū)中的下限值將是零，并且這個扇區(qū)中的上限值是每個電動機控制環(huán)路的最大換向偏移乘以在t3ms中的電動機控制環(huán)路的最大數(shù)量。
[0031]下一個扇區(qū)是高扇區(qū)44，其在Xl和X2電角度(例如30和210度)之間。在這個扇區(qū)中，相接地表的輸出42的范圍從0.5至1.0。
[0032]沒有限定為高或低扇區(qū)的區(qū)域示出為“非扇區(qū)”46。每個非扇區(qū)46是不進行確定的過渡區(qū)域。這個扇區(qū)中的下限值是零，并且上限值是每t3ms的相輸出計數(shù)的最大數(shù)量。
[0033]圖4中示出了示例性診斷方法50。在塊51和52中，初始化變量并且驗證診斷運行條件(例如，取樣頻率、電動機速率限制)。在塊53，調(diào)整調(diào)制指數(shù)和相位超前角，并且在塊54,標準化每相的電動機位置。在塊55,指定扇區(qū)。在塊56,用于每相的相接地表被用于比較來自例如占空因數(shù)功能22的占空因數(shù)輸出。在一個實施例中，塊56包括比較占空因數(shù)輸出與基于扇區(qū)的上和下限值。
[0034]如本領域技術人員將認識到的，本實施例的各方面可體現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計算機程序產(chǎn)品。因此，各方面可以采用以下形式:完全硬件的實施例、完全軟件的實施例(包括固件、常駐軟件、微代碼，等等)，或在本文中可以全部統(tǒng)稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”的組合軟件和硬件方面的實施例。此外，本發(fā)明的各方面可以采用體現(xiàn)在一個或多個計算機可讀媒介中的計算機程序產(chǎn)品的形式，計算機可讀媒介具有體現(xiàn)在其上的計算機可續(xù)程序代碼。
[0035]圖中的流程圖和框圖圖示了根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品的可能實施方式的構造、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個塊可以表示代碼的模塊、片段或部分，其包括用于實施(一個或多個)特定邏輯功能的一個或多個可執(zhí)行指令。還將注意到的是，框圖和/或流程圖圖示的每個塊，以及框圖和/或流程圖圖示中的塊的組合，可通過執(zhí)行特定功能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)或?qū)Ｓ糜布秃陀嬎銠C指令的組合來實施。
[0036]雖然僅結合有限數(shù)量的實施例詳細描述了本發(fā)明，但應被容易理解的是，本發(fā)明并不限于這些公開的實施例。相反，本發(fā)明可被修改以合并未在前描述的任何數(shù)量的變形、變更、替換或等價布置，而這些與本發(fā)明的精神和范圍相應。另外，雖然已描述了本發(fā)明的各個實施例，但是應被理解的是，本發(fā)明的各方面可以僅包括所描述實施例中的一些。因此，本發(fā)明不應被看作由前述的描述來限制。
【權利要求】
1.一種電動機控制診斷系統(tǒng),包括: 控制模塊，與多相電動助力轉(zhuǎn)向電動機通訊，所述控制模塊配置為:基于根據(jù)電動機轉(zhuǎn)矩命令和電動機位置產(chǎn)生的電壓命令產(chǎn)生多個相占空因數(shù)輸出； 診斷模塊，配置為:基于比較占空因數(shù)輸出與希望占空因數(shù)輸出，分析占空因數(shù)輸出的合理性，其中基于確定每個電動機相的電旋轉(zhuǎn)扇區(qū)，估計希望占空因數(shù)輸出。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中電旋轉(zhuǎn)扇區(qū)對應于電動機的角位置，并且包括電動機的360度電旋轉(zhuǎn)的部分。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中基于至少一個相接地表估計希望占空因數(shù)。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中相接地表包括與每個扇區(qū)關聯(lián)的占空因數(shù)值，占空因數(shù)值選自與每個扇區(qū)關聯(lián)的希望占空因數(shù)值和用于每個扇區(qū)的占空因數(shù)限值中的至少一者O
5.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，至少一個相接地表包括針對每個單獨電動機相的相接地表。
6.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，控制模塊包括占空因數(shù)產(chǎn)生功能，配置為基于電動機轉(zhuǎn)矩命令、電動機位置和相位超前角來產(chǎn)生占空因數(shù)輸出。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括:相電壓診斷功能，配置為接收占空因數(shù)輸出，基于占空因數(shù)輸出產(chǎn)生物理相電壓，并且基于物理相電壓提供診斷信息。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中診斷模塊配置為:響應于占空因數(shù)輸出與占空因數(shù)值不一致，輸出診斷信號。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中診斷模塊配置為:輸出診斷信號，診斷信號指示用于每個相的占空因數(shù)輸出是否有效，并且響應于一個或多個占空因數(shù)輸出無效，診斷信號指示每個無效占空因數(shù)輸出在其中發(fā)生的電旋轉(zhuǎn)扇區(qū)。
10.一種在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上執(zhí)行診斷的方法，該方法包括: 在控制模塊上，基于根據(jù)電動機轉(zhuǎn)矩命令和多相電動助力轉(zhuǎn)向電動機的位置產(chǎn)生的電壓命令，產(chǎn)生多個相占空因數(shù)輸出； 通過診斷模塊基于比較占空因數(shù)輸出與希望占空因數(shù)輸出來分析占空因數(shù)輸出的合理性，其中基于確定每個電動機相的電旋轉(zhuǎn)扇區(qū)來估計希望占空因數(shù)輸出。
11.如權利要求10所述的方法，其中，基于至少一個相接地表估計希望占空因數(shù)輸出。
12.如權利要求11所述的方法，其中，相接地表包括與每個扇區(qū)關聯(lián)的占空因數(shù)值，占空因數(shù)值選自與每個扇區(qū)關聯(lián)的希望占空因數(shù)值和用于每個扇區(qū)的占空因數(shù)限值中的至少一者。
13.如權利要求10所述的方法，其中，分析包括同時分析每個電動機相的占空因數(shù)輸出的合理性。
14.如權利要求10所述的方法，進一步包括:響應于占空因數(shù)輸出與占空因數(shù)值不一致，輸出診斷信號。
15.如權利要求10所述的方法，進一步包括:輸出診斷信號，診斷信號指示用于每個相的占空因數(shù)輸出是否有效，并且響應于一個或多個占空因數(shù)無效，診斷信號指示每個無效占空因數(shù)輸出在其中發(fā)生的電旋轉(zhuǎn)扇區(qū)。
【文檔編號】H02P23/14GK104052369SQ201410153554
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權日:2013年3月12日
【發(fā)明者】J·M·埃爾倫貝克 申請人:操縱技術Ip控股公司