一种商用车智能电动助力转向控制方法及控制器技术

本发明专利技术公开一种商用车智能电动助力转向控制方法及控制器，包括底层电机控制、顶层自动控制和驾驶员助力控制，所述底层电机控制采用电流斩波控制策略和角度位置控制策略，其中移相式电流斩波控制方法，使上下驱动桥壁主开关自动交替斩波续流，以较低开关频率的驱动电路和功率器件，实现倍频的电流斩波频率，降低控制器的成本，提高电机系统和转向系统的性能。顶层自动控制使驾驶员可根据实际的转向需求，电控系统实时精准地控制电机工作，实现新能源和自动驾驶商用车直接电动助力转向，降低整车能耗，增加续航里程；同时使系统能响应其他电控系统的发出的角度和扭矩控制指令的通信模块和控制模式执行和管理模块，实现转向的系统的线控功能。

【技术实现步骤摘要】
一种商用车智能电动助力转向控制方法及控制器
本专利技术涉及汽车转向系统，具体涉及一种商用车智能电动助力转向控制方法及控制器。
技术介绍
在新能源商用车基础上开发自动驾驶整车，为了实现对转向系统的自动控制，还需在现有转向系统的基础上，在其转向管柱上再增加一套转向盘控制系统，替代和执行驾驶员对转向系统的自动控制。但是目前这套系统除了存在上述问题的情况，还存在以下问题：1、传统控制器硬件体积和质量较大，开关损耗也较高；2、系统更加复杂且存在功能冗余；3、油泵驱动电机及控制器系统和转向盘控制系统无法通信实现协调控制。另外，采用电动助力转向系统，电机系统和转向系统的性能在常规的控制策略下，性能不够理想，影响整车能耗和续航里程。同时电机系统和转向系统与其他电控系统的联系不够，缺乏转向系统的线控功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种商用车智能电动助力转向控制方法，底层电机控制模型采用电流斩波控制策略和角度位置控制策略，其中移相式电流斩波控制方法，使上下驱动桥壁主开关自动交替斩波续流，以较低开关频率的驱动电路和功率器件，实现倍频的电流斩波频率，降低控制器的成本，提高电机系统和转向系统的性能。顶层自动控制使驾驶员可根据实际的转向需求，电控系统实时精准地控制电机工作，实现新能源和自动驾驶商用车直接电动助力转向，降低整车能耗，增加续航里程；同时使系统能响应其他电控系统的发出的角度和扭矩控制指令的通信模块和控制模式执行和管理模块，实现转向的系统的线控功能。一种商用车智能电动助力转向控制方法，包括底层电机控制、顶层自动控制和驾驶员助力控制，所述底层电机控制采用电流斩波控制策略和角度位置控制策略；所述底层电机控制包括开通角/关断角计算模型、角度控制模型和电流斩波控制模型；开通角/关断角计算模型根据给定电流、电压和转速实时计算基础开通角，再由三相位置关系分别计算每一相的电动开通角，关断角的计算方式相同；角度控制模块中实时计算的三相开通角/关断角依次与电机转子的当前位置进行比较，来判断当前相的位置，给出该相当前的角度控制开通码/关断码，然后再与上一次计算的角度控制导通码/关断码进行逻辑运算后输出；电流斩波控制模型使上下桥壁主开关自动交替斩波续流，主要包括三个步骤：(1)当前导通相计算将角度控制和换相控制模块计算的导通码和进行逻辑“与”运算，然后将其结果依次循环移位，判断并确定当前导通的相；(2)三相上下桥导通控制和斩波续流控制根据计算得到当前导通相，对三相桥壁分别进行控制，当实际相电流小于目标电流时进入上下桥同时导通控制模块，当实际相电流大于目标电流时进入斩波续流控制模块；(3)主开关可靠性控制将其他模块计算的主开关导通码和该电流控制模块计算的导通码进行逻辑综合，其结果在于前一时刻的IGBT控制信号进行逻辑综合，最终得到主开关的控制信号；所述顶层自动控制包括自动控制模式选择模型和自动控制模式模型；所述自动控制模式选择模型选择是否接受来自其它电控系统的控制指令，首先来自其他电控系统的控制权指令经过TimeMaintain模块延迟，若信号保持不变，则指令有效，否则为无效指令，然后再判断给定的目标控制角度是否都在合理的范围内，之后再通过SW_Trq指令判断驾驶是否在操作方向盘，驾驶员在操作方向盘的过程中，输出为无效信号，最后在控制权指令有效、目标控制角度在合理的范围内且驾驶员未操作方向的条件同时满足时，控制权信号被置1有效，即电动转向系统可接收其他电控系统的目标转角控制；所述自动控制模式模型在控制权信号被置1有效的情况下，首先对来自其他电控的系统的目标转角和方向盘实际转角做差值运算，其差值进过抗饱和PID调节器调节后，输出控制电机的初始目标转矩，该转矩值在叠加上电机当前电机转矩做为电机的目标转矩控制值。优选的，所述三相上下桥导通控制和斩波续流控制中，实际相电流小于目标电流时，上下桥主开关同时导通，并且将当前导通相的导通码与其它相的导通码进行“或”运算，所述三相上下桥导通控制和斩波续流控制中，实际相电流大于目标电流时，上下桥主开关交替导通续流控制。优选的，还需进行上下桥主开关交替导通状态判断和确认，对上下桥主开关同时导通控制模块中的标志位按1个步长累加，然后将累加的结果进行比较，判断是否进入上下桥主开关交替导通状态，最终确认进入上下桥交替控制模块，进入上下桥交替控制模块后，根据上下桥斩波续控制标志位的状态，判断是否上桥或下桥控制，在控制完成后对标志位取“反”，指示另一个将要导通的桥壁，实现交替导通控制。优选的，控制权信号默认情况下为无效，电动助力转向系统由驾驶员控制，包括：控制模式选择模型、回正控制模型、阻尼控制模型和摩擦惯量阻尼补偿模型。优选的，所述控制模式选择模型为：当方向盘角度和角速度方向相同时，如果转向扭矩大于阀值，选择助力控制模式，当方向盘角度和角速度方向不同时，入回正控制状态。优选的，所述回正控制模型为：对目标转向盘位置和实际转向盘位置之间的偏差进行比例积分调节，使助力电机将转向盘带到中位。优选的，所述阻尼控制模型为：首先根据转矩传感器信号、车速信号，来判断是否需要进行阻尼控制，当电机转速高于80km/h，转向盘转矩处于死区范围时，进行阻尼控制。优选的，其特征在于：所述摩擦惯量阻尼补偿模型为：通过将惯性补偿电流，阻尼补偿电流，摩擦补偿电流相加后得到总补偿电流，并加入到总的助力电流中。优选的，控制器包括主控制电路和三相不对称半桥功率变换电路，所述主控制电路包括扭矩和转角信号处理电路、母线电流/电压/相电流采样电路、电机绕组温度信号处理电路、CAN通信电路、CPU和FPGA处理器电路、电机位置信号处理电路、过流过压信号比较电路、模拟斩波电路、高端驱动及诊断电路和SiC逻辑驱动保护电路，所述三相不对称半桥功率变换电路由三相左右半桥、滤波电容C1、正极接触器S1、预充电接触器S2和预充电电阻R1耦合而成。优选的，所述SiC逻辑驱动保护电路以及三相不对称半桥功率变换电路中MOSFET和肖特基二极管都采用的是碳化硅材质，且CAN通信电路的CAN信号收发器采用隔离芯片ISO1050,供电电源采用隔离芯片ISD-B0505D，并且在CAN高和CAN低信号线之间串入了共模电感B82790S513N201和并联了120欧姆的电阻，CPU和FPGA处理器电路中CPU和FPGA采用支持浮点运算的32位数字信号处理器TMS320F28335和现场可编程门阵列XC7Z010处理器。本专利技术的优点在于：1、电机控制器软件的底层电机控制采用电流斩波控制策略和角度位置控制策略，其中移相式电流斩波控制方法，使上下驱动桥壁主开关自动交替斩波续流，以较低开关频率的驱动电路和功率器件，实现倍频的电流斩波频率，降低控制器的成本，提高电机系统和转向系统的性能。2、电机控制器软件的顶层自动控制使驾驶员可根据实际的转向需求，电控系统实时精准地控制电机工作，实现新能源和自动驾驶商用车直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种商用车智能电动助力转向控制方法，其特征在于，包括底层电机控制、顶层自动控制和驾驶员助力控制，所述底层电机控制采用电流斩波控制策略和角度位置控制策略；/n所述底层电机控制包括开通角/关断角计算模型、角度控制模型和电流斩波控制模型；/n开通角/关断角计算模型根据给定电流、电压和转速实时计算基础开通角，再由三相位置关系分别计算每一相的电动开通角，关断角的计算方式相同；/n角度控制模块中实时计算的三相开通角/关断角依次与电机转子的当前位置进行比较，来判断当前相的位置，给出该相当前的角度控制开通码/关断码，然后再与上一次计算的角度控制导通码/关断码进行逻辑运算后输出；/n电流斩波控制模型使上下桥壁主开关自动交替斩波续流，主要包括三个步骤：/n(1)当前导通相计算/n将角度控制和换相控制模块计算的导通码和进行逻辑“与”运算，然后将其结果依次循环移位，判断并确定当前导通的相；/n(2)三相上下桥导通控制和斩波续流控制/n根据计算得到当前导通相，对三相桥壁分别进行控制，当实际相电流小于目标电流时进入上下桥同时导通控制模块，当实际相电流大于目标电流时进入斩波续流控制模块；/n(3)主开关可靠性控制/n将其他模块计算的主开关导通码和该电流控制模块计算的导通码进行逻辑综合，其结果在于前一时刻的IGBT控制信号进行逻辑综合，最终得到主开关的控制信号；/n所述顶层自动控制包括自动控制模式选择模型和自动控制模式模型；/n所述自动控制模式选择模型选择是否接受来自其它电控系统的控制指令，首先来自其他电控系统的控制权指令经过TimeMaintain模块延迟，若信号保持不变，则指令有效，否则为无效指令，然后再判断给定的目标控制角度是否都在合理的范围内，之后再通过SW_Trq指令判断驾驶是否在操作方向盘，驾驶员在操作方向盘的过程中，输出为无效信号，最后在控制权指令有效、目标控制角度在合理的范围内且驾驶员未操作方向的条件同时满足时，控制权信号被置1有效，即电动转向系统可接收其他电控系统的目标转角控制；/n所述自动控制模式模型在控制权信号被置1有效的情况下，首先对来自其他电控的系统的目标转角和方向盘实际转角做差值运算，其差值进过抗饱和PID调节器调节后，输出控制电机的初始目标转矩，该转矩值在叠加上电机当前电机转矩做为电机的目标转矩控制值。/n...

【技术特征摘要】
1.一种商用车智能电动助力转向控制方法，其特征在于，包括底层电机控制、顶层自动控制和驾驶员助力控制，所述底层电机控制采用电流斩波控制策略和角度位置控制策略；
所述底层电机控制包括开通角/关断角计算模型、角度控制模型和电流斩波控制模型；
开通角/关断角计算模型根据给定电流、电压和转速实时计算基础开通角，再由三相位置关系分别计算每一相的电动开通角，关断角的计算方式相同；
角度控制模块中实时计算的三相开通角/关断角依次与电机转子的当前位置进行比较，来判断当前相的位置，给出该相当前的角度控制开通码/关断码，然后再与上一次计算的角度控制导通码/关断码进行逻辑运算后输出；
电流斩波控制模型使上下桥壁主开关自动交替斩波续流，主要包括三个步骤：
(1)当前导通相计算
将角度控制和换相控制模块计算的导通码和进行逻辑“与”运算，然后将其结果依次循环移位，判断并确定当前导通的相；
(2)三相上下桥导通控制和斩波续流控制
根据计算得到当前导通相，对三相桥壁分别进行控制，当实际相电流小于目标电流时进入上下桥同时导通控制模块，当实际相电流大于目标电流时进入斩波续流控制模块；
(3)主开关可靠性控制
将其他模块计算的主开关导通码和该电流控制模块计算的导通码进行逻辑综合，其结果在于前一时刻的IGBT控制信号进行逻辑综合，最终得到主开关的控制信号；
所述顶层自动控制包括自动控制模式选择模型和自动控制模式模型；
所述自动控制模式选择模型选择是否接受来自其它电控系统的控制指令，首先来自其他电控系统的控制权指令经过TimeMaintain模块延迟，若信号保持不变，则指令有效，否则为无效指令，然后再判断给定的目标控制角度是否都在合理的范围内，之后再通过SW_Trq指令判断驾驶是否在操作方向盘，驾驶员在操作方向盘的过程中，输出为无效信号，最后在控制权指令有效、目标控制角度在合理的范围内且驾驶员未操作方向的条件同时满足时，控制权信号被置1有效，即电动转向系统可接收其他电控系统的目标转角控制；
所述自动控制模式模型在控制权信号被置1有效的情况下，首先对来自其他电控的系统的目标转角和方向盘实际转角做差值运算，其差值进过抗饱和PID调节器调节后，输出控制电机的初始目标转矩，该转矩值在叠加上电机当前电机转矩做为电机的目标转矩控制值。


2.根据权利要求1所述的一种商用车智能电动助力转向控制方法，其特征在于：所述三相上下桥导通控制和斩波续流控制中，实际相电流小于目标电流时，上下桥主开关同时导通，并且将当前导通相的导通码与其它相的导通码进行“或”运算，所述三相上下桥导通控制和斩波续流控制中，实际相电流大于目标电流时，上下桥主开关交替导通续流控制。


3.根据权利要求2所述的一种商用车智能电动助力转向控制方法，其特征在于：还需进行上下桥主开关交替导通状态判断和确认，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋立伟，檀生辉，吴勇，王东，刘恒，朱岳松，伍旭东，王凯，吴二导，孙鸿健，陶振，王铭，胡珍珠，姜敏，何志维，齐红青，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34