电动液压助力转向系统用BLDCM工作原理及控制策略

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文章编号：1001-3997（2010）03-0262-02

电动液压助力转向系统用BLDCM工作原理及控制策略

【摘要】电动液压助力转向系统（EHPS）将传统液压助力转向系统（HPS）中的液压泵改为由变成单

独的电机驱动，并根据不同车速和转向盘转速控制等级转速，从而提供可变的转向助力，同时在一定程度上节省了能源的消耗。对POLO轿车装备的EHPS系统的电流无刷电机工作原理进行深入分析，并针对该电机设计控制器及制定相应控制策略，实现对电机转速的控制。

关键词：电动液压助力转向；直流无刷电机；电机控制

【Abstract】TheElectro-hydraulicPowerSteeringSystem（EHPS）drivesahydraulicpumpwithasep－aratemotor，incontrasttothetraditionalHydraulicPowerSteeringSystem（HPS）doingsobytheengine.Inthisway，EHPSshallbeabletoprovidealterablesteeringforceaccordingtodifferentvehiclespeedsandsteeringwheelratatioanlspeeds，andtosaveenergyinamoreeffectiveway.ItmainlydiscussestheBasicPrincipleandControlStrategyoftheBrushlessDirectCurrent（BLDC）MotorUsedintheElectro-hydraulicPowerSteeringsystemfromPOLO，anddesignsanECUwithcontrolstrategytocontrolthemotor.

Keywords：EHPS；BLDCmotor；Motorcontrol

1引言

传统的液压助力转向系统（HPS）通过汽车发动机带动液压泵以提供转向助力，因此无论驾驶员是否进行转向操作，只要发动机在运转，HPS都处于工作状态，造成了不必要的能源浪费。同时，转向助力大小不能随着车速的变化而改变，难以满足汽车低速行驶时的转向轻便感和高速行驶时转向稳定的要求。电动液压助力转向系统（EHPS）将传统HPS中由发动机驱动的液压泵改变成由一个单独的电机驱动，使得转向助力完全脱离发动机的束缚，并且EHPS所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态，从而控制电机转速以驱动液压泵提供必要的流量，这样不但在一定程度上节省了能源消耗，也保证了驾驶员在不同车速下均能获得良好的转向手感。

早期EHPS系统大多以直流有刷电机驱动液压泵，随着无刷电机控制技术的发展及应用的普及，目前安装EHPS系统的微型轿车均采用无刷电机驱动液压泵，例如上海大众POLO、一汽大众宝莱、北京神龙以及雷克萨斯、皇冠、ChevySilverado、GMCSierra轻度并联混合动力皮卡等。对于一些电动车及新能源汽车而言，则大多采分析了由TRW公司提供直流无刷电用了大功率直流永磁电机驱动[1]。

机和转向盘转速传感器的POLO车上EHPS系统的电机工作原理，并设计了该电机的控制器及控制策略，从而对电机的转速进行控制。

11

4

对于本系统所用的无刷直流电机，其转子、定子的外观结构，

图2

绕组星型矢量图

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2

2EHPS直流无刷电机的结构及工作原理

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如图1所示。

图1电机结构

由图1可见，该电机的转子是外置的，另外电机定子总槽数为12个，转子含7块永磁体，即7对极，根据公式：

电角度＝极对数×360°，或者

电角度＝极对数×机械角度，可以计算出该直流无刷电机的电角度为210°，由该电角度可绘制出电机绕组的星形矢量图，如图2所示。

6

1

8

3

210°

105

利用该星形矢量图，并根据四相绕组对称和合成转矩最大的原则来分配各项绕组分别包含哪些槽导体[2]。假设槽导体编号为1、8、3为A相，10、5、12为B相，7、2、9为C相，4、11、6为D相。

如图3所示，给出了该直流无刷电机的驱动电路图。

12VA

B

C

D

MOSFET1MOSFET2MOSFET3MOSFET4PWM1

PWM2

PWM3

PWM4

ADC1

ADC2

R1

R2

CNDCND

图3直流无刷电机驱动电路图

当电机转子位置传感器信号输入至DSP后，DSP根据该换相控制字决定A、B、C、D四相中的某一相为当前所需导通相，并通过输出PWM斩波信号控制某一功率管开关。当某一相绕组导通后，电流经12V电源正端流过绕组，最后流过检测电阻至功率地，其电流方向如图中实线所示。

该电机的四相绕组导通次序按下述方法确定。首先根据实验观察得到电机的四相绕组反电动势波形图及对应的换相控制字。其次根据反电动势波形，记录每一相绕组的反电动势达到正峰值时刻的换相控制字。最后通过程序指令输出PWM信号以导通该相。

换相控制字与换相的对应关系，如表1所示。

表１换相控制字与换相的对应关系

换相控制字

各相通断状态AＢＣＤ

00ONOFFOFFOFF01OFFONOFFOFF10OFFOFFONOFF11

OFF

OFFOFF

ON

由于该电机绕组的结构为双绕组，实际上，A相绕组与B相绕组为主绕组与辅助绕组的关系。A相绕组与B相绕组双股并绕，紧密地耦合在一起[3]

。当A相主绕组通电结束后，由于磁场蓄

能，B相辅助绕组导通，因A相主绕组电流衰减，绕组产生反电动势，并在B相绕组同名端感应相同大小的反电动势。当该反电动势大于电机电压时，B相绕组的功率管的保护二极管导通，完成一次续流工作。电机续流时绕组电流方向如图4所示。此续流原理同样适 …… 此处隐藏：2925字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……