CN111293928A - 基于tmr元件的eps电机位置检测***及方法 - Google Patents

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吴纪刚
胡选儒
李骏
原彦军
赵帆
向坤
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
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Abstract

本发明公开了基于TMR元件的EPS电机位置检测***及检测方法，其中***包括TMR芯片、磁环，所述磁环设置在电机转子上，所述TMR芯片正对磁环设置，用于检测电机转动时磁环产生的磁场信号，所述TMR芯片输出端连接EPS的控制单元ECU，所述控制单元ECU根据TMR芯片的输出电信号判断电机转子的位置。本发明采用TMR元件芯片来检测电机的位置，检测更准确；设置多个TMR元件取平均使得检测的电机位置更加可靠并且可以做到检测故障，将故障的TMR元件的数据舍弃以正常TMR元件的数据来计算电机位置；设置安全电机位置阈值，从而防止EPS无法获取电机位置造成的EPS无法工作的缺陷。

Description

基于TMR元件的EPS电机位置检测***及方法
技术领域
本发明涉及电动转向助力领域，特别涉及基于TMR元件EPS电机位置冗余检测方法。
背景技术
电动转向助力作为车辆的辅助电动部件，为车辆的正常使用提供辅助，减少转向过程中的驾驶员的力，可以用较少的力来实现转向操作。电动转向助力的实现是需要采集一些数据包括但不限于方向盘转角、电机位置等。电机位置作为电动转向助力***的一个重要参数，对于电机进行控制时，至关重要，现有技术的电机位置的安全性、可靠性检测仍然不够。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种冗余设置的电机位置检测***及方法，用于对电机位置进行检测，同时可以提高电机位置的检测精度和可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：基于TMR元件EPS电机位置冗余检测方法，包括TMR芯片、磁环，所述磁环设置在电机转子上，所述TMR芯片正对磁环设置，用于检测电机转动时磁环产生的磁场信号，所述TMR芯片输出端连接EPS的控制单元ECU，所述控制单元ECU根据TMR芯片的输出电信号判断电机转子的位置。
所述TMR芯片内部包含多个独立的磁场检测***(TMRx)，分别独立检测电机转子位置。
所述EPS的控制单元ECU包括用于检测TMR芯片的故障状态的故障状态检测模块连接以及根据TMR芯片信号计算出电机位置的位置计算模块。
基于TMR元件EPS电机位置冗余检测方法，电动转向***EPS的控制单元ECU通过多个TMR检测***检测电机转动时的磁场信号；
对每一个TMR检测***的故障状态进行检测；
将TMR芯片未出现故障的检测***对应的监测数据取平均后作为ECU计算电机位置的输入信号。
若检测到TMR芯片内部独立检测***均为故障状态，此时ECU获取预先存储的安全阈值数据并以此安全阈值数据计算出电机位置。
所述TMR芯片的故障检测包括芯片自检和或ECU根据TMR的数据分析检测。
本发明的优点在于：采用TMR元件芯片来检测电机的位置，检测更准确；设置多个独立的TMR检测***取平均使得检测的电机位置更加可靠并且可以做到检测故障，将故障的TMR检测***的数据舍弃以正常TMR检测***的数据来计算电机位置；设置安全电机位置阈值，从而防止EPS无法获取电机位置造成的EPS无法工作的缺陷。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明电机位置检测***结构原理图；
图2为本发明电机位置冗余检测方法的流程图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，电机的转子上设置磁环，磁环为圆环形，设置位置为与电机转子同轴，磁环采用磁铁制成，TMR元件设置在PCB上，正对磁环，且处于磁环的磁场下，用于检测电机转动时磁环产生的磁场信号，TMR芯片输出端连接EPS的控制单元ECU，控制单元ECU根据TMR芯片的输出电信号判断电机转子的位置。磁铁安装在电机转子上面，磁铁产生的磁场被TMR元件检测到，并转换成电信号并输出，ECU通过检测电信号来判断电机转子的位置。
TMR芯片内部独立检测***的个数为多个，每个独立的检测***用于分别检测磁场变化信号以及对应的电机位置，TMR元件设置在PCB板上，PCB板通过固定机构可以固定在电机的周围，而其上的TMR芯片则时刻处于磁铁的磁场范围内，根据检测磁场的变化来转换成电机的位置数据。设置多个为了实现冗余备份的方式检测，当其中一个坏了或故障或异常，可以采用另一个采集的磁场数据来计算出电机位置数据，而不会产生EPS停机的风险。为此EPS的控制单元中包括用于检测每一个TMR检测***的故障状态的故障状态检测模块连接以及根据TMR芯片信号计算出电机位置的位置计算模块。当位置计算模块用于根据TMR的采集的磁场数据来转换分析出电机位置数据，而故障状态检测模块则是通过检测各模块的状态是否出现故障，用于检测各TMR元件的工作是否正常以及其数据是否可以采用来计算电机位置，当判断为故障时，则数据无法使用，采用其它正常的独立的检测***TMR采集的数据来分析电机位置，若全部故障，则可以采用ECU内预先存储的安全的磁场数据，该磁场数据对应的电机位置为一个较为安全可靠的位置，或常用位置等，保证EPS会持续工作而且在该电机位置的状态下EPS的工作不会受到影响。进一步的EPS的ECU对应连接仪表，用于在检测到故障信号后通过仪表来进行报警提醒，以方便用户及时发现和维修。
基于TMR元件的EPS电机位置检测***检测方法，包括如下步骤：
1、电动转向***EPS的控制单元ECU通过多个TMR芯片检测电机转动时的磁场信号；多个TMR芯片实际集成为一个TMR模块，多个相互独立从而实现一个模块检测三个数据。
2、对TMR芯片模块内部的多个独立检测***的故障状态进行检测；故障状态检测包括TMR芯片的自检以及ECU根据TMR的数据分析检测，自检是指TMR芯片可以在上电启动工作中进行程序自检等操作，在检测到故障时会及时将故障信息或代码发送给ECU，由此ECU可以发现TMR的故障，自检包括上电时的检测、以及程序运行检测、电源检测等芯片常规检测。ECU的数据分析检测是指对传来的磁场数据信号进行分析，如通讯协议、信号频率、周期等进行分析判断是否存在异常或故障。由此可见检测到其中各个独立检测***是否存在异常/故障。
当出现故障时以未出现故障的检测***对应的检测数据取平均后作为ECU计算电机位置的输入信号。若检测到全部检测***均为故障状态，此时ECU获取预先存储的安全阈值数据并以此安全阈值数据计算出电机位置。ECU根据输入的检测的磁场信号数据分析得到电机的位置然后根据电机位置来控制EPS的工作。
TMR元件以三个为优选方案，TMR1、TMR2、TMR3，集成为一个TMR芯片模块，当其中一个故障时，以另外两个采集的数据平均值来分析计算电机位置，如TMR1故障，取TMR2、TMR3的数据平均值来计算电机位置；若两个故障，那只有取未故障的那一个TMR元件来计算电机位置；全部故障，则取预先设置的磁场数据来转换成电机位置；全部正常，则取TMR1、TMR2、TMR3三者的平均作为ECU计算的输入值来计算电机的位置。这种方式取平均可以将某一个体TMR元件的偏差降低到最小影响，提高了可靠性准确度。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于TMR元件的EPS电机位置检测***，其特征在于：包括TMR芯片、磁环，所述磁环设置在电机转子上，所述TMR芯片正对磁环设置，用于检测电机转动时磁环产生的磁场信号，所述TMR芯片输出端连接EPS的控制单元ECU，所述控制单元ECU根据TMR芯片的输出电信号判断电机转子的位置。
2.如权利要求1所述的基于TMR元件EPS电机位置冗余检测方法，其特征在于：所述TMR芯片内部包含多个独立的磁场检测***，分别独立检测电机转子位置。
3.如权利要求2所述的基于TMR元件EPS电机位置冗余检测方法，其特征在于：所述EPS的控制单元ECU包括用于检测TMR芯片的故障状态的故障状态检测模块连接以及根据TMR芯片信号计算出电机位置的位置计算模块。
4.如权利要求1-3任一所述的基于TMR元件的EPS电机位置检测***的检测方法，其特征在于：
电动转向***EPS的控制单元ECU通过TMR芯片检测电机转动时的磁场信号；
对TMR芯片的故障状态进行检测；
将未出现故障的TMR芯片对应的监测数据取平均后作为ECU计算电机位置的输入信号。
5.如权利要求4所述的一种基于TMR元件的EPS电机位置检测***的检测方法，其特征在于：若检测到TMR芯片内部多个独立的磁场检测***均为故障状态，此时ECU获取预先存储的安全阈值数据并以此安全阈值数据计算出电机位置。
6.如权利要求4或5所述的基于TMR元件的EPS电机位置检测***的检测方法，其特征在于：所述TMR芯片的故障检测包括芯片自检和或ECU根据TMR的数据分析检测。
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