CN104378027A - 控制设有电动机的车辆的装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种控制设有电动机的车辆的装置,能够通过在车辆行驶时确定解算器偏差后确定是否自动校正偏差值来改善电动机控制性能。该装置包括:电流指令发生器,确定第一和第二轴电流;电流控制器,生成第一和第二轴电压;轴转换器,将第一和第二轴电压转换为三相电压,将三相反馈电流转换为第一和第二轴反馈电流并传输至电流控制器;PWM发生器,接收三相电压并生成对应三相信号;PWM逆变器,生成三相电流并作为三相反馈电流传输至轴转换器;电动机,由三相电流驱动;解算器,检测电动机相位并传输至电流指令发生器和轴转换器;和解算器偏差确定单元,使用D轴电压值和Q轴电压值、关于电流指令或扭矩指令的映射数据和偏差候选值计算解算器偏差值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆的装置及其控制方法,更具体地涉及这样一种用于控制设有电动机的车辆的装置和方法,其通过在车辆行驶时确定解算器偏差后容易地确定是否自动校正偏差值而使电动机控制性能得以改善。
背景技术
一般来说,电动机控制单元(MCU:Motor Control Unit)用于控制设置在电动车或混合动力车中的电动机。为此目的,解算器(resolver)用于测量转子相对于车辆电动机的定子的绝对位置。
解算器是一种类型的变压器,其中当励磁电压(excitation voltage)被施加于初级绕组而使解算器的轴旋转时,磁耦合系数发生变化,从而在次级绕组生成载波(carrier)振幅变化的电压。在这种情况下,绕组经配置使得所生成的电压相对于上述轴的旋转角度以正弦和余弦的正弦波的形式变化。因此,上述解算器的旋转角度可以通过读取正弦输出与余弦输出之间的载波振幅比,来进行计算。
基于前述原理操作的解算器检测电动机的速度信息和相位,并向MCU提供关于转子的位置信息,其中关于转子的位置信息被用作用于生成扭矩和速度指令的信息。
然而,由于各种因素,例如解算器与电动机之间的装配公差,解算器内的线圈的位置的不精确性(inaccuracy)等,通过使用解算器测量转子相对于定子的绝对位置时,会产生偏差(offset)。
所产生的偏差使得无法测量转子相对于定子的精确的绝对位置。因此,电动机无法被正常控制。
照惯例,为了校正解算器中产生的偏差,使用测量仪器,例如示波器,对电动机和解算器的线间(line-to-line)反电动势的波形进行分析,从而对相对于感测误差的偏差值进行校正。
然而,这种方法通过操作者手动操作执行,因此需要大量时间来校正偏差。因此,操作者的工作量增加,而且需要对每个车辆的偏差值进行校正,这是不切实际的。此外,根据操作者的熟练度不同,会获得不同的偏差校正值。
在此背景技术部分公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解,因此可能包含不构成本国本领域技术人员所已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种控制设有电动机的车辆的装置及其控制方法,其优点在于车辆行驶时能精确地计算解算器偏差并监控该偏差。
本发明致力于提供一种用于控制设有电动机的车辆的装置和方法,其优点在于通过向电动机控制单元(MCU)提供精确计算得到的解算器偏差,能提高电动机的控制性能。
本发明致力于提供一种用于控制设有电动机的车辆的装置和方法,其优点在于通过软件计算车辆安装过程中产生的解算器偏差,而不是使用外部设备校正所述偏差,由此能降低用于制造车辆的成本。
本发明的一示例性实施例提供一种控制设有电动机的车辆的装置,上述装置包括:电流指令发生器,配置为根据驾驶条件确定第一轴电流和第二轴电流;电流控制器,配置为通过使用由上述电流指令发生器生成的上述第一轴电流和上述第二轴电流以及第一轴反馈电流和第二轴反馈电流,生成第一轴电压和第二轴电压;轴转换器,配置为将上述第一轴电压和上述第二轴电压转换为三相电压,将三相反馈电流转换为第一轴反馈电流和第二轴反馈电流,并且向上述电流控制器传输转换后的上述三相电压和转换后的上述第一轴反馈电流和上述第二轴反馈电流;脉宽调制(PWM)发生器,配置为从上述轴转换器接收上述三相电压并生成对应的三相信号;PWM逆变器,配置为从上述三相信号生成三相电流,并向上述轴转换器传输作为三相反馈电流的上述三相电流;电动机,配置为在从上述PWM逆变器接收上述三相电流时被驱动;解算器,配置为检测上述电动机的相位并向上述电流指令发生器和上述轴转换器传输检测到的上述电动机的相位;和解算器偏差确定单元,配置为通过使用在上述电动机的一定速度下感测到的D轴电压值vd和Q轴电压值vq、上述电动机的一定速度下的关于电流指令或扭矩指令的映射数据、和偏差候选值,计算解算器偏差值α。
上述映射数据可通过在一定测试环境下,对温度和电流指令或扭矩指令校正了解算器偏差的状态下计算的D轴电压值和Q轴电压值,以及在解算器偏差被校正的状态下执行了零电流控制时的D轴电压值和Q轴电压值而生成。
上述解算器偏差值α可通过如下公式计算:
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vd是D轴电压值,vq是Q轴电压值,vd-resolver是从映射数据输出的D轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从上述映射数据输出的Q轴电压值。
上述解算器偏差值α可通过如下公式计算:
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vq是Q轴电压值,vq-resolver是从映射数据输出的Q轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从上述映射数据输出的Q轴电压值。
上述解算器偏差值α可通过如下公式计算:
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vd是D轴电压值,vq是Q轴电压值,vd-resolver是从映射数据输出的D轴电压值,vq-resolver是从上述映射数据输出的Q轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从上述映射数据输出的Q轴电压值。
本发明的另一实施例提供一种用于控制设有电动机的车辆的方法,上述方法包括:确定电动机的旋转速度是否已经达到特定旋转速度;当确定上述电动机已经达到上述特定旋转速度时,根据映射数据的类型,确定反馈电流是否已经收敛;和当确定上述反馈电流已经收敛时,通过使用上述电动机的D轴电压值和Q轴电压值,上述电动机的一定速度下的电流指令和扭矩指令的映射数据、和偏差候选值,计算解算器偏差值α。
上述解算器偏差值α可通过公式计算,其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vd是D轴电压值,vq是Q轴电压值,vd-resolver是从映射数据输出的D轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从上述映射数据输出的Q轴电压值。
上述解算器偏差值α可通过如下公式计算: 其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vq是Q轴电压值,vq-resolver是从映射数据输出的Q轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从上述映射数据输出的Q轴电压值。
上述解算器偏差值α通过如下公式计算:
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vd是D轴电压值,vq是Q轴电压值,vd-resolver是从映射数据输出的D轴电压值,vq-resolver是从上述映射数据输出的Q轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从上述映射数据输出的Q轴电压值。
附图说明
本说明书所附的下列附图示出本发明的实施例,这些附图与本发明的具体实施方式一起用于使本发明的技术构思更容易地被理解,因此本发明不应意在将本发明限制于那些附图中示出的情形。
图1示出本发明的实施例的设有电动机的车辆的示意性结构的视图。
图2示出本发明的实施例的控制电动机的电动机控制单元(MCU)控制单元的电路图。
图3示出本发明的实施例的解算器偏差计算单元的结构的概念图。
图4示出本发明的实施例的计算解算器偏差的过程的流程图。
具体实施方式
在下文中,通过参考示出本发明示例性实施例的附图,将在下面更全面地描述本发明。本领域技术人员会理解,所描述的实施例可以按各种不同方式修改,而不偏离本发明的精神和范围。
为了阐明本发明,与描述无关的部分被省略,而且在说明书全文中相同附图标记指代相同元件。
图1示出本发明的实施例的设有电动机的车辆的示意性结构的视图。如图1所示,本发明的实施例的包括电动机的车辆包括电动机110、解算器120、电动机控制单元(MCU)130、高电压电池140、主继电器(main relay)150、电容160、和电池管理***(BMS:BatteryManagement System)。
具有电动机的车辆可以应用于混合动力车、电动车或燃料电池车。在这种情况下,电动机110可以配置为同时执行驱动和充电。
用于向车辆提供动力(或电力)的电动机110由MCU130控制。MCU130包括:将直流(DC:direct current)转换为可变频率和可变电压的交流(AC:alternating current)的逆变器;和控制电流和电压的控制器。
解算器120是用于测量电动机的转子的位置的电动机位置传感器,其向MCU130传输电动机110的旋转位置信息,MCU130基于该旋转位置信息,控制提供给电动机110的电流和电压。
MCU可以被设置为在预设程序的控制下操作的一个或多个处理器,该预设程序可以配置为执行本发明的实施例的控制设有电动机的车辆的方法的每个操作。
图2示出本发明的实施例的控制电动机的MCU控制单元的电路图。如图2所示,MCU130的控制器包括电流指令生成单元210、电流控制器220、轴转换器230、脉宽调制(PWM:Pulse Width Modulation)发生器240、PWM逆变器250和解算器偏差确定单元260。
电流指令发生器210根据车辆的驾驶条件确定D轴电流和Q轴电流。为此,电流指令发生器210具有D轴电流映射图(current map)和Q轴电流映射图。因此,当当前驾驶条件所需的扭矩T*和电动机110的当前速度ω被输入到电流指令发生器210时,电流指令发生器210计算与电动机的扭矩和速度对应的D轴电流id *和Q轴电流iq *。
通过使用D轴电流id *和Q轴电流iq *以及从电流指令发生器210输送的D轴反馈电流id和Q轴反馈电流ig,电流控制器220计算D轴电压Vd *和Q轴电压Vq *。
轴转换器230从电流控制器220接收D轴电压Vd*和Q轴电压Vq*,并将所接收的电压转换为三相AC电压Va*、Vb*和Vc*。而且,轴转换器230接收被施加到电动机110的三相AC ia、ib和ic作为反馈电流,并将所接收的反馈电流转换为D轴反馈电流id和Q轴反馈电流iq。
PWM发生器240从轴转换器2300转换三相AC电压Va*、Vb*和Vc*,并将其转换为三相开关信号Sa、Sb和Sc。
PWM逆变器250包括多个开关元件。PWM逆变器250从PWM发生器240接收三相开关信号Sa、Sb和Sc,并将其转换为三相AC ia、ib和ic。
在从PWM逆变器250接收三相AC ia、ib和ic后,电动机110被驱动。
解算器120被安装在电动机110中,以便检测电动机110的相位,并向轴转换器230和电流指令发生器210输送所检测到的相位。
通过使用从电流指令发生器210输送的扭矩指令和电流指令、从电动机110反馈回来的电流和速度,被监控的D轴和Q轴电压等,解算器偏差确定单元260确定解算器120的偏差。
在本发明的实施例中,在车辆行驶时,解算器偏差在零电流控制期间被计算,或甚至在基本的扭矩控制段期间也被计算。
图3示出本发明的实施例的解算器偏差确定单元260的示意图。如图3所示,解算器偏差确定单元260包括速度确定单元310、感测和收敛确定单元320、和解算器偏差计算单元330。
速度确定单元310监控电动机110的当前速度和扭矩指令,并且确定电动机是否已经达到特定速度。感测和收敛计算单元320感测扭矩指令、电流指令、电压指令和反馈电流,并且确定反馈电流是否已经收敛。此外,解算器偏差计算单元3330通过使用电动机110的感测速度和电压,计算解算器的偏差。
在下文中,将详细描述计算解算器的偏差的方法。首先,车辆行驶时与解算器相关的电动机的电压公式具有如公式1的关系。
(公式1)
此处,R是施加于电动机的电阻,Ld是D轴电感,Lq是Q轴电感,ΨF是磁通量的大小,a是实际偏差,α*是偏差候选值,Vd是D轴电压,Vq是Q轴电压,ω是转子的角速度。此处,偏差候选值α*是存储在MCU中的值,而不是实际的解算器偏差值。
在电动机的转子的一定旋转速度ωREF′下的电压公式具有如公式2的关系。
(公式2)
在这种情况下,在公式2中,当零电流控制在一定测试环境下执行而不是在电动机被安装在车辆的状态下执行时,D轴电流和Q轴电流收敛于0,因此公式2具有如公式3的关系。
(公式3)
Vd=-ωREFΨFsin(α-α*)
Vq=+ωREFΨFcos(α-α*)
一定测试环境下的解算器偏差值能够从公式3获得。此处,当计算得到的解算器偏差值被代入公式2和公式3时,公式2和公式3可以修改如下。
(公式4)
(公式5)
Vd-resolver-zero=0
Vq-resolver-zero=ωREFΨF
公式4和公式5中计算出的电压值是取决于不同的某一(一定)电动机速度下的温度和电流指令的值。因此,电压值可配置成取决于电动机的速度和温度并电流指令的变化的映射图(map)。
电阻R和磁通量的大小ΨF是与温度相关的变量,电感Ld和Lq是与电流量相关的变量。因此,通过使用电动机转子的一定速度ωREF下的D轴电流、Q轴电流和温度信息,可以获得(确保)映射数据(mappingdata)。
即,由公式4计算得到的电压值是在一定测试环境下,对温度和电流指令校正了解算器偏差的状态下计算的D轴电压值和Q轴电压值,由公式4计算得到的电压值是在校正了解算器偏差的状态下执行了零电流控制时的D轴电压值和Q轴电压值。
一般来说,如果是电流指令,则由于其被配置成与所要求的扭矩对应的映射图,因此Vd和Vq映射数据可以通过使用扭矩指令而获得(确保)。而且,电动机的旋转速度可以被用于获得(确保)电动机的一定旋转速度下的映射数据。
即,映射数据可以通过温度和电流指令,由温度和扭矩指令,或由温度、电流指令以及电动机的速度而获得(确保)。
作为VdVq映射方法,可以选择如上所述使用电流指令的方法和使用扭矩指令的方法中的任一个,并且根据所要求的情况输出vd-resolver、vq-resolver和vq-resolver-zero是很重要的。
之后,为了在电动机实际被安装在车辆的状态下得到解算器偏差值,利用公式3和公式4,可以执行下列过程。
首先,当从公式4减去公式2时,得到公式6的关系。
(公式6)
Vd-resolver=-ωREFΨFsin(α-α*)
Vq-resolver=+ωREFΨFcos(α-α*)-ωREFΨF
此处,当将从公式6得到的值ωREFΨF代入公式6时,公式6修改如下。
(公式7)
由公式8表示的解算器偏差值α可以通过应用公式9得到。
(公式8)
(公式9)
(公式10)
通过公式8至公式10计算出的解算器偏差值α可以在车辆行驶时可连续被监控,并且可以按需被校正,由此能够提高电动机的控制性能。
在下文中,将参考图4对本发明的实施例的计算设有电动机的车辆的偏差的过程进行描述。
如图4所示,解算器偏差确定单元260的速度确定单元确定电动机转子的旋转速度是否已经达到作为映射数据的基准的预定旋转速度ωREF(S10)。
当在速度确定操作中确定电动机转子的旋转速度已经达到一定旋转速度时,感测和收敛确定单元320根据映射数据的类型,确定基准是电流指令还是扭矩指令,确定反馈电流是否已经收敛,并且随后向解算器偏差计算单元330输出D轴电压值vd和Q轴电压值vq(S20)。
解算器偏差计算单元330利用公式8至公式10,通过使用从感测和收敛确定单元320输出的D轴电压值vd和Q轴电压值vq以及从上述映射数据输出的vd-resolver和vq-resolver,计算解算器偏差值α(S30)。
根据如上所述的本发明的实施例,由于在车辆行驶时对解算器的偏差适当与否进行连续监控,并且将解算器的偏差提供至MCU,因此能够提高电动机控制的精度。
而且,由于在将电动机安装到车辆的过程中产生的解算器的偏差由软件进行计算,而不是由外部设备进行校正,并且被提供至根据解算器偏差自动控制电动机的MCU,因此用于制造车辆的成本能够减少。
虽然已结合当前被认为是实用的示例性实施例的实施例描述了本发明,但是应当理解,本发明并不限于已公开的实施例,恰恰相反,其意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同配置。
Claims (9)
1.一种控制设有电动机的车辆的装置,其特征在于,所述装置包括:
电流指令发生器,配置为根据驾驶条件确定第一轴电流和第二轴电流;
电流控制器,配置为通过使用由所述电流指令发生器生成的所述第一轴电流和所述第二轴电流以及第一轴反馈电流和第二轴反馈电流,生成第一轴电压和第二轴电压;
轴转换器,配置为将所述第一轴电压和所述第二轴电压转换为三相电压,将三相反馈电流转换为第一轴反馈电流和第二轴反馈电流,并且向所述电流控制器传输转换后的所述三相电压和转换后的所述第一轴反馈电流和所述第二轴反馈电流;
脉宽调制(PWM)发生器,配置为从所述轴转换器接收所述三相电压并生成对应的三相信号;
PWM逆变器,配置为从所述三相信号生成三相电流,并向所述轴转换器传输作为三相反馈电流的所述三相电流;
电动机,配置为在从所述PWM逆变器接收所述三相电流时被驱动;
解算器,配置为检测所述电动机的相位并向所述电流指令发生器和所述轴转换器传输检测到的所述电动机的相位;和
解算器偏差确定单元,配置为通过使用在所述电动机的一定速度下感测到的D轴电压值vd和Q轴电压值vq、所述电动机的一定速度下的关于电流指令或扭矩指令的映射数据、和偏差候选值,计算解算器偏差值α。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于:
所述映射数据是通过在一定测试环境下,对温度和电流指令或扭矩指令校正了解算器偏差的状态下计算的D轴电压值和Q轴电压值,以及在解算器偏差被校正的状态下执行了零电流控制时的D轴电压值和Q轴电压值而生成的。
3.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于:
所述解算器偏差值α通过公式计算,
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vd是D轴电压值,vq是Q轴电压值,vd-resolver是从映射数据输出的D轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从所述映射数据输出的Q轴电压值。
4.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于:
所述解算器偏差值α通过公式计算,
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vq是Q轴电压值,vq-resolver是从映射数据输出的Q轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从所述映射数据输出的Q轴电压值。
5.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于:
所述解算器偏差值α通过公式 计算,
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vd是D轴电压值,vq是Q轴电压值,vd-resolver是从映射数据输出的D轴电压值,vq-resolver是从所述映射数据输出的Q轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从所述映射数据输出的Q轴电压值。
6.一种用于控制设有电动机的车辆的方法,其特征在于,所述方法包括:
确定电动机的旋转速度是否已经达到特定旋转速度;
当确定所述电动机已经达到所述特定旋转速度时,根据映射数据的类型,确定反馈电流是否已经收敛;和
当确定所述反馈电流已经收敛时,通过使用所述电动机的D轴电压值和Q轴电压值、所述电动机的一定速度下的电流指令和扭矩指令的映射数据、和偏差候选值,计算解算器偏差值α。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:
所述解算器偏差值α通过公式计算,
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vd是D轴电压值,vq是Q轴电压值,vd-resolver是从映射数据输出的D轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从所述映射数据输出的Q轴电压值。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:
所述解算器偏差值α通过公式计算,
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vq是Q轴电压值,vq-resolver是从映射数据输出的Q轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从所述映射数据输出的Q轴电压值。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:
所述解算器偏差值α通过公式 计算,
其中,α是解算器偏差值,α*是偏差候选值,vd是D轴电压值,vq是Q轴电压值,vd-resolver是从映射数据输出的D轴电压值,vq-resolver是从所述映射数据输出的Q轴电压值,vq-resolver-zero是在零电流控制后,从所述映射数据输出的Q轴电压值。
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