CN104052369B - 电动助力转向相电压输出诊断 - Google Patents

电动助力转向相电压输出诊断 Download PDF

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Abstract

提供了一种电动机控制诊断设备。该设备包括与多相电动助力转向电动机通讯的控制模块，控制模块配置为：基于根据电动机转矩命令和电动机位置产生的电压命令产生多个相占空因数输出。设备还包括诊断模块，配置为：基于比较占空因数输出与希望占空因数输出，分析占空因数输出的合理性，其中基于确定每个电动机相的电旋转扇区，估计希望占空因数输出。

Description

电动助力转向相电压输出诊断
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2013年3月12日提交的、序号为61／777,618的美国临时专利申请的优先权，其通过引用以其整体合并到本文中。
背景技术
车辆中的电动助力转向(EPS)***使用连接至转向齿轮或转向柱的电动机，该电动机被电子地控制以提供转矩辅助驾驶员使车辆转向。EPS***通常包括电动机和控制器，控制器从转矩传感器接收转向转矩信息，并且控制电动机向车轮传送辅助转矩(例如，通过向转向柱施加转矩)。一种类型的电动机是永磁(PM)无刷电动机。
控制器通常通过例如使用脉宽调制(PWM)产生用于每个电动机相的占空因数信号来控制EPS电动机，占空因数信号用于向电动机提供相电压信号。因为在产生这样信号中的故障可能危害EPS***的有效性和安全性，所以可以提供诊断功能来监控信号产生。
发明内容
电动机控制诊断设备的实施例包括与多相电动助力转向电动机通讯的控制模块，控制模块配置为：基于根据电动机转矩命令和电动机位置产生的电压命令产生多个相占空因数输出。设备还包括诊断模块，配置为：基于比较占空因数输出与希望占空因数输出，分析占空因数输出的合理性，其中基于确定每个电动机相的电旋转扇区，估计希望占空因数输出。
在电动助力转向***上执行诊断的方法的实施例包括：在控制模块上，基于根据电动机转矩命令和多相电动助力转向电动机的位置产生的电压命令，产生多个相占空因数输出。方法还包括：通过诊断模块基于比较占空因数输出与希望占空因数输出来分析占空因数输出的合理性，其中基于确定每个电动机相的电旋转扇区来估计希望占空因数输出。
根据下面与附图一起做出的描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。
附图说明
在说明书结束时的权利要求中特别指出并且清楚要求被看作本发明的主题。根据与附图一起做出的后面的详细描述，本发明的前述和其它特征以及优点是显而易见的，其中：
图1是描绘了在本发明的示例性实施例中的电动机控制***的实施例的图；
图2描绘了包括占空因数产生器和诊断功能的电动机控制***的实施例；
图3描绘了示例性的电动机旋转扇区和图2的诊断功能的预测占空因数信息；以及
图4是描绘了在电动助力转向***中监控和分析占空因数输出的方法的实施例的流程图。
具体实施例
为在电动助力转向电动机中的控制和诊断提供***、设备和方法。实施例包括诊断功能，诊断功能配置为基于电动机位置(例如，电动机旋转扇区)预测占空因数值，并且比较预测值与在电动助力转向(EPS)***中产生的占空因数信号。在一个实施例中，预测值和／或预测限值基于提供给每个扇区的相接地表。诊断功能在一或多相中执行比较，并且可以通过在每个相基础上单独地追踪扇区确定来执行该比较来同时或接近同时地验证所有相上的输出。因为扇区被单独追踪，所以扇区尺寸独立于外界影响，这提供了更大的作用范围。
参考附图1，提供了示例性电动机控制***10，其包括电源12、逆变器14、电动助力转向(EPS)电动机16以及位置和速率传感器18。传感器18向控制器20输出指示转子角位置和速率的位置信号。控制器20配置为接收位置和速率信息20以及转矩命令信号TCMD，并且基于被控制电动机的模型计算在电动机16中发展期望转矩所要求的电压幅值Vref。
例如，控制器20接收电动机速率或速度信号Ω(Omega)，且基于电动机模型计算Vref和相位超前角δ(Delta)。速度Ω可被测量和／或计算，例如，作为电动机位置θ在规定的时间间隔上的改变。
对于多相电动机，控制器可以为每个相产生电压命令。例如，对于三相电动机(相A、B和C)，控制器20根据Vref和δ信号产生三相电压命令信号Va、Vb和Vc。例如，控制器20将Vref转换成三个相内以产生命令信号Va、Vb和Vc。相电压命令信号Va、Vb和Vc用于使用选定的脉宽调制(PWM)技术产生电动机占空因数信号Da、Db和Dc。控制器20的电动机占空因数信号被施加到逆变器14，逆变器14配置为响应于电压命令信号向电动机16的定子线圈施加相电压。
在采用相位超前的电动机驱动***中，相位超前角δ(附图1)还可作为转矩或速度的输入信号的函数进行计算。相电压信号Va、Vb、Vc随后被相移达相位超前角δ。在相位超前中，产生了电动机20的磁场削弱电流Id，其与电动机20的反电动势(BEMF)电压具有达大约90度的相位差。相位超前涉及允许电压命令的相位相对BEMF电压的相位被移位达相位超前角δ。
可以提供诊断来分析控制器功能，包括把软件命令电压(例如，Vref)转换成提供给EPS电动机16的硬件电压信号的功能。如上文指示的，控制器20使用PWM切换方案来根据输入电压创建三相正弦电压以匹配电动机的电特性。这些功能用于把电压施加到电动机16，电动机16随后变得向EPS***施加转矩，因此这些功能中的失效可能负面地影响***安全性。
图2示出了提供各种诊断功能的控制器20的各方面，并且示出了与占空因数信号的产生一起执行的控制器20的示例性数据捕获和诊断功能的示意图。控制器20包括为每相(例如Da、Db和Dc)计算占空因数的占空因数功能22，例如正弦电压计算功能，占空因数被输入至逆变器14。使用包括例如电动机位置(电动机位置)、转矩命令信号(调制指数)和相位超前角(相位超前)的输入计算占空因数。计算的占空因数还被输入至多个诊断功能，包括低分辨率相合理性分析功能24和电压信号诊断功能26。
低分辨率相合理性(LRPR)诊断功能24配置为：通过基于计算的占空因数、电动机位置和／或转矩命令(调制指数)信号来验证输出至逆变器14的占空因数是否正确，对来自控制器20的相电压输出监控和执行诊断。例如，LRPR诊断功能24从电压计算功能22接收计算的占空因数信号Da、Db和Dc，并且还接收电动机位置(Theta)和相位超前角。LRPR诊断功能24基于从电动机位置得出的电旋转扇区来为每相产生希望的占空因数。在一个实施例中，使用相接地表来产生希望的占空因数，其示例在下面进一步描述。LRPR诊断24可被配置成基于软件的应用，其可被储存在允许LRPR诊断24接收电动机位置数据、占空因数数据和其它数据的任何合适位置。
包括电压信号诊断功能26以验证逆变器14是否输出正确的相电压信号(例如，相A、相B、相C)。测量由逆变器14输出的电压信号，并且测量的电压信号和计算的占空因数被输入至电压信号诊断功能26，其被用于确定电压是否已经被正确地从逆变器14施加至电动机16。在一个实施例中，电压信号诊断功能26是高分辨率相合理性(HRPR)诊断，其与LRPR诊断24相比具有相对高的分辨率(例如，取样速率)。
在一个实施例中，数据捕获功能28基于占空因数功能输出提供各种数据，并且可被用于收集包括对于LRPR诊断24和电压信号诊断26的输入的数据。例如捕获装置捕获占空因数功能输入，诸如电动机位置、调整指数和相位超前，并且其它捕获装置捕获计算的占空因数输出(计算的占空因数)。电压信号诊断26的示例包括占空因数测量电路30，其基于物理相电压来提供诊断信息(包括测量的占空因数)。物理相电压由逆变器14使用由占空因数功能22提供的占空因数信号而产生。
低分辨率相合理性(LRPR)诊断功能24是分析和／或验证占空因数功能22的输出的诊断功能。例如，LRPR诊断功能24估计希望占空因数，且比较希望占空因数与来自占空因数功能22的计算的占空因数。LRPR功能24可体现为控制器20中的模块或逻辑单元，或者在分离的单元或处理器中。
在一个实施例中，LRPR诊断功能24通过利用基于电动机位置的相接地表输出的知识而工作。例如，如果在限定的时间段上电动机位置已经保持在特定扇区中，则可以预测用于每个相的占空因数。每个扇区对应于电动机的360度电旋转的一个步长或部分，并且被描述为电角度的范围。
在附图2中示出了LRPR诊断功能24的示例性输入。如附图2中所示，可以从数据捕获功能28得到一个或多个输入。在一个实施例中，该输入包括电动机位置和相位超前角。其它输入可以包括调制指数和电动机速率。在一个实施例中，LRPR功能24位于存储器分区32中，其与占空因数功能22、电压信号诊断功能和／或数据捕获功能34位于其中的存储器分区分离。
在一个实施例中，在多个不同时域中施加对LRPR诊断功能24的输入。例如，以第一速率(例如，t1ms)确定电动机位置，以第二速率(例如，t2ms)计算相位超前和调制指数信号，并且以第三速率(例如，t3ms)运行LRPR诊断功能24。在一个示例中，诊断功能以比其它输入的取样或估计速率更快的速率(例如，t3大于t1和t2)运行。在另一示例中，LRPR诊断功能24可以验证在1ms速率时间域和电动机控制ISR时间域二者中发生的占空因数或正弦电压计算。以这些更快速率执行的每个计算可以被验证。
在一个实施例中，LRPR功能输出作为在相接地表中限定的电动机位置的函数来计算。相接地表被分开成不同扇区，并且基于电动机位置在选定的时间处于的扇区，产生预测的或希望的占空因数用于每个电动机相。例如，对于每个电动机相，相接地表包括针对每个扇区设置的希望占空因数值和／或希望的上和下占空因数限值。这些限值可基于电动机控制模块来计算。
希望占空因数与来自占空因数功能22的占空因数输出相比较，并且如果占空因数输出与希望占空因数不一致，则设置诊断。用于每个相A、B和C的示例性占空因数输出在图2中表示为捕获的占空因数(计算的占空因数)。
例如，如果输出占空因数不匹配或不在希望占空因数的某个范围内，或者如果输出占空因数不在上和下限值内，则设置诊断。LRPR功能24还可以基于电动机位置确定在哪个扇区中不要求输出比较。
图3示出了由LRPR功能24使用的示例性接地表和示例性扇区。在这个示例中，相接地表被分开成三个扇区。第一扇区是低扇区40，其在X3和X4电角度(例如，240和360度)之间。在这个扇区中，相接地表的输出42是零。这个扇区中的下限值将是零，并且这个扇区中的上限值是每个电动机控制环路的最大换向偏移乘以在t3ms中的电动机控制环路的最大数量。
下一个扇区是高扇区44，其在X1和X2电角度(例如30和210度)之间。在这个扇区中，相接地表的输出42的范围从0.5至1.0。
没有限定为高或低扇区的区域示出为“非扇区”46。每个非扇区46是不进行确定的过渡区域。这个扇区中的下限值是零，并且上限值是每t3ms的相输出计数的最大数量。
图4中示出了示例性诊断方法50。在块51和52中，初始化变量并且验证诊断运行条件(例如，取样频率、电动机速率限制)。在块53，调整调制指数和相位超前角，并且在块54，标准化每相的电动机位置。在块55，指定扇区。在块56，用于每相的相接地表被用于比较来自例如占空因数功能22的占空因数输出。在一个实施例中，块56包括比较占空因数输出与基于扇区的上和下限值。
如本领域技术人员将认识到的，本实施例的各方面可体现为***、方法或计算机程序产品。因此，各方面可以采用以下形式：完全硬件的实施例、完全软件的实施例(包括固件、常驻软件、微代码，等等)，或在本文中可以全部统称为“电路”、“模块”或“***”的组合软件和硬件方面的实施例。此外，本发明的各方面可以采用体现在一个或多个计算机可读媒介中的计算机程序产品的形式，计算机可读媒介具有体现在其上的计算机可续程序代码。
图中的流程图和框图图示了根据本发明的各个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实施方式的构造、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个块可以表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实施(一个或多个)特定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还将注意到的是，框图和／或流程图图示的每个块，以及框图和／或流程图图示中的块的组合，可通过执行特定功能或动作的专用的基于硬件的***或专用硬件和和计算机指令的组合来实施。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应被容易理解的是，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，本发明可被修改以合并未在前描述的任何数量的变形、变更、替换或等价布置，而这些与本发明的精神和范围相应。另外，虽然已描述了本发明的各个实施例，但是应被理解的是，本发明的各方面可以仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不应被看作由前述的描述来限制。

Claims (13)

1.一种电动机控制诊断***，包括：
控制模块，与多相电动助力转向电动机通讯，所述控制模块配置为：基于根据电动机转矩命令和电动机位置产生的电压命令产生多个相占空因数输出；
诊断模块，配置为：基于比较占空因数输出与希望占空因数输出，分析占空因数输出的合理性，其中基于确定每个电动机相的电旋转扇区，估计希望占空因数输出，诊断模块配置为：响应于占空因数输出与希望占空因数输出不一致，输出诊断信号。
2.如权利要求1所述的***，其中电旋转扇区对应于电动机的角位置，并且包括电动机的360度电旋转的部分。
3.如权利要求1所述的***，其中基于至少一个相接地表估计希望占空因数输出。
4.如权利要求3所述的***，其中相接地表包括与每个扇区关联的占空因数值，占空因数值选自与每个扇区关联的希望占空因数值和用于每个扇区的占空因数限值中的至少一者。
5.如权利要求3所述的***，其中，所述至少一个相接地表包括针对每个单独电动机相的相接地表。
6.如权利要求1所述的***，其中，控制模块包括占空因数产生功能，配置为基于电动机转矩命令、电动机位置和相位超前角来产生占空因数输出。
7.如权利要求1所述的***，进一步包括：相电压诊断功能，配置为接收占空因数输出，基于占空因数输出产生物理相电压，并且基于物理相电压提供诊断信息。
8.如权利要求1所述的***，其中诊断模块配置为：输出诊断信号，诊断信号指示用于每个相的占空因数输出是否有效，并且响应于一个或多个占空因数输出无效，诊断信号指示每个无效占空因数输出在其中发生的电旋转扇区。
9.一种在电动助力转向***上执行诊断的方法，该方法包括：
在控制模块，基于根据电动机转矩命令和多相电动助力转向电动机的位置产生的电压命令，产生多个相占空因数输出；
通过诊断模块基于比较占空因数输出与希望占空因数输出来分析占空因数输出的合理性，其中基于确定每个电动机相的电旋转扇区来估计希望占空因数输出；以及
响应于占空因数输出与希望占空因数输出不一致，输出诊断信号。
10.如权利要求9所述的方法，其中，基于至少一个相接地表估计希望占空因数输出。
11.如权利要求10所述的方法，其中，相接地表包括与每个扇区关联的占空因数值，占空因数值选自与每个扇区关联的希望占空因数值和用于每个扇区的占空因数限值中的至少一者。
12.如权利要求9所述的方法，其中，分析包括同时分析每个电动机相的占空因数输出的合理性。
13.如权利要求9所述的方法，进一步包括：输出诊断信号，诊断信号指示用于每个相的占空因数输出是否有效，并且响应于一个或多个占空因数输出无效，诊断信号指示每个无效占空因数输出在其中发生的电旋转扇区。
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