[發明專利]一種電動助力轉向永磁同步電機轉子零位自學習系統

在審

• 申請號: 201611233106.1
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106602957A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 呂艷博;張光耀
• 申請（專利權）人: 海特汽車科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: H02P21/32
• 分類號: H02P21/32
• 代理公司: 蘇州廣正知識產權代理有限公司32234
• 代理人: 馬云玉

技術領域

本發明涉及電動助力轉向領域，尤其是一種基于手持診斷儀的電動助力轉向永磁同步電機轉子零位自學習系統。

背景技術

電動助力轉向（Electronic Power Steering , EPS）是隨著汽車節能減排、精簡結構需要而逐漸發展壯大的一種新技術。由于早期的汽車方向盤助力轉向一般使用機械液壓助力，不僅油壓管路復雜，且需要整個油泵系統一直處于工作狀態，以便隨時響應方向盤助力轉向要求。而油泵工作需要持續消耗燃油，因此能源消耗相對比較大。另外，油泵系統也有液壓油泄露的風險。電動助力轉向系統(EPS)是在機械液壓助力轉向基礎上增加方向盤轉向傳感器(轉矩或者轉角加轉矩)、電機控制單元(ECU)和動力輔助裝置(電機與減速裝置)而成，通過電機來提供助力轉向功能。由于使用電動助力系統對整個液壓管路進行替換，因此結構大大精簡。另外電機只在必要時提供助力且電機工作動力來自車身蓄電池，因此也節省了燃油。基于上述優點，電動助力逐漸取代傳統的液壓助力系統。

近年來，隨著中高級轎車對電動助力轉向系統的不斷增加，對舒適性的要求也越來越高。永磁同步電機(PMSM)由于具有高效率、高功率密度、轉矩脈動低等優點，越來越多的應用于電動助力轉向領域。而永磁同步電機的控制尤其是運用矢量控制算法(FOC)情況下，不論是要實現轉速閉環控制還是電流閉環控制，都需要知道精確的電機角度信息。現階段應用比較成熟的轉子位置傳感器有旋轉變壓器以及編碼器等，一般跟電機轉子同軸連接在一起且是由電機廠家出廠就固定好，因此電機轉子零位與傳感器的零點不一定經過零位對中校正，即使有經過初始校正，由于機械安裝問題，總會存在一定的誤差。此誤差對于PMSM的矢量控制影響很大，必須要經過電氣零位校正才能正常使用。

常用的零位校正方法有“反電勢觀察法”與“高頻注入法”等。反電勢觀察法需要使用電機對拖臺架拖動被測電機，并使用示波器同時觀察電機三相反電勢波形與位置傳感器輸出信號波形，對設備要求比較高，并且只能在有電機臺架的地方使用。而EPS系統在需要在裝配生產線上就對每一臺電機與其匹配的控制器做出零點校正，因此，反電勢法不僅受到電機對拖臺架的應用場合限制，而且每一臺電機都要上一次臺架，耗時耗力。高頻注入法是利用電機轉子的凸極效應，通過向電機繞組中注入一系列的高壓脈沖來進行轉子定位，但此方法只對凸極電機效果比較好，對于隱極電機或者表貼式電機效果并不是很明顯，而且需要經過一系列的復雜公式計算才能實現，通用性不高。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種電動助力轉向永磁同步電機轉子零位自學習系統，基于手持診斷儀，解決了目前電機轉子出廠零位校正誤差大、校正方法通用性差以及對工具和場合限制的問題，只要一個手持診斷儀、一個ECU控制器、一臺電機和一個供電電源即可，利用手持診斷儀的優勢，在EPS系統裝配生產線上可在對電流標定的工位上同時進行轉子零位校正，提高生產效率。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供了一種電動助力轉向永磁同步電機轉子零位自學習系統，包括手持診斷儀、供電電源、ECU控制器、永磁同步電機以及旋轉變壓器，所述的供電電源給ECU控制器進行供電，所述的ECU控制器包括MCU單片機、功率驅動電路和解碼芯片，所述的手持診斷儀與MCU單片機通信連接，所述的MCU單片機輸出6路PWM信號到功率驅動電路，所述的功率驅動電路與永磁同步電機相連接，所述的永磁同步電機與旋轉變壓器同軸安裝，所述的解碼芯片與旋轉變壓器相互連接，所述的解碼芯片與MCU單片機相互通信。

在本發明一個較佳實施例中，所述的手持診斷儀與MCU單片機之間使用總線通信連接。

在本發明一個較佳實施例中，所述的手持診斷儀通過總線信號對MCU單片機的狀態標志位進行通訊協議標定，獲取校正時的參數，對參數進行診斷，最終判斷校正結果。

在本發明一個較佳實施例中，所述的MCU單片機負責執行所有電機控制有關的軟件算法以及電機自學習算法，通過對角度信號與電流信號進行FOC矢量變換控制，輸出6路PWM信號到功率驅動電路，控制功率驅動電路的6個開關管的通斷。

在本發明一個較佳實施例中，所述的功率驅動電路上的3個輸出端子分別與永磁同步電機的U/V/W三相連接，通過對功率驅動電路的6個開關管進行合理的開關控制，即能驅動永磁同步電機的旋轉。

在本發明一個較佳實施例中，所述的解碼芯片通電后產生一個激勵信號輸入給旋轉變壓器，旋轉變壓器由于電機轉子的永磁體感應作用會產生代表轉子位置信息的正弦信號和余弦信號，然后再輸回解碼芯片。