CN112424571A - 用于检查车辆的转子的角位置传感器的设置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检查车辆的驱动***的转子的角位置传感器的设置的方法，所述驱动***包括：物理角位置传感器，其预期用于测量驱动***的旋转电机(例如电力或混合驱动***的电机)的转子相对于定子的角位置，所述方法包括：在驱动***的初始化阶段(电机不旋转)期间：借助于注入高频电流或电压信号(SHF)的方法来估计转子的角位置(θe)；通过物理角位置传感器(R)来测量转子的角位置(θr)；计算转子的所估计角位置(θe)与转子的所测量角位置(θr)之间的差；如果所述差大于预定义阈值，那么检测物理角位置传感器(R)的设置中的异常。

Description

用于检查车辆的转子的角位置传感器的设置的方法
技术领域
一般来说，本发明涉及控制电力驱动***(例如电动或混合动力车辆的电动机***)的旋转电机，尤其是具有永久磁体的旋转电机。
确切地说，本发明是关于一种用于检查车辆的电动机***的转子(也被称作驱动轴)的角位置传感器的时序的方法。
背景技术
实际上，在旋转电机(尤其是具有永久磁体的旋转电机)中，转子的角位置信息对控制所请求的驱动转矩的产生至关重要。
一般来说，旋转电机包括：对应于机器的固定部分的定子；以及对应于机器的旋转部分的转子。尤其在车辆的电动或混合式电动机***的上下文中，转子与驱动轴成一体。为了控制转子的驱动转矩的产生且因此控制由旋转电机可旋转地驱动的驱动轴的旋转速度，最重要的是在任何时间准确地知道驱动轴的角位置。
旋转电机的转子的角位置因此由物理传感器，尤其是由分解器(英文“resolver”)或由“绝对译码器”型传感器给出。
在此上下文中，本发明因此涉及在电动机***的旋转电机的初始化阶段中检查所述电机的转子的角位置传感器的恰当校准以确保在车辆的操作阶段中来自角位置传感器的数据将是正确的。
此类自动定相在于将分解器与旋转电机的转子的轴线对准的例行程序。其目的是确定两者之间的角偏移并将此信息作为输入提供至用于控制所述电机的模块。
如先前指示，命令电机需要转子的绝对角位置以便精确地控制向电机请求的转矩。转子的物理角位置传感器(例如绝对译码器和分解器)必须在转子的零角度与传感器的零角度之间的偏移已在自动定相期间建立之后的任何时间准确地指示转子的角位置。
本发明并不在于自动定相工艺，但旨在检查特别由分解器或绝对译码器组成的物理角位置传感器的时序是实际上正确的，换句话说，所述物理传感器的校准是正确的。
此问题不存在已知的解决方案，因为当今仍认为驱动轴、分解器或绝对译码器的角位置传感器进行了正确的出厂校准。然而，机器的转子的物理角位置传感器的不佳校准会产生转矩命令的不当响应的风险，从而可能引发非期望加速或减速。
为了解决此缺陷，本发明提供一种用于检查旋转电机的转子的物理角位置传感器的时序的方法。
发明内容
更准确地说，本发明的目标是一种用于检查车辆的电动机***的转子的角位置传感器的时序的方法，所述电动机***包括：物理角位置传感器，其用于测量电动机***的旋转电机(例如电动或混合式电动机***的电机)的转子相对于定子的角位置，所述方法包括在初始化电动机***的阶段(电机不旋转)期间：
-通过注入高频电流或电压信号的工艺来估计转子的角位置；
-通过物理角位置传感器来测量转子的角位置；
-计算转子的所估计角位置与转子的所测量角位置之间的差；
-如果所述差大于预定义阈值，那么检测物理角位置传感器的时序中的异常。
凭借本发明，在启动所述电机之前检测在校准用于测量旋转电机的转子的角位置的物理传感器之后出现的异常，从而避免产生不当转矩命令的任何风险，且因此增加电动机***的安全性。
根据一个实施例，方法更包括：如果检测到物理角位置传感器的时序中的异常，那么禁止启动电动机。
根据一个实施例，阈值等于3°。
尤其，注入高频电流或电压信号的工艺可为脉冲工艺。
替代地，注入高频电流或电压信号的工艺可为旋转工艺。
本发明也是关于一种用于车辆的电动或混合式电动机***，其包括：由旋转电机的转子驱动的驱动轴；转子的物理角位置传感器；以及用于控制所述电机的模块，包括用于检查物理角位置传感器的时序的模块，所述用于检查物理角位置传感器的时序的模块配置成实施上文简要描述的方法。
根据一个实施例，物理角位置传感器为分解器。
本发明也是关于一种机动车，其包括例如上文简要描述的电动或混合式电动机***。
附图说明
在阅读仅通过实例给出的以下描述且参看附图后将更好地理解本发明，所述附图表示：
-图1为实施根据本发明的方法的电动机***的示意图。
-图2为表示根据本发明的方法的步骤的框图。
具体实施方式
应注意，在下文中使用不同的非限制性实施例来描述本发明，且本发明有可能在本领域的技术人员所了解的范围内的本发明同样所针对的替代方案中实施。
图1绘示利用本发明的电力驱动***的图，尤其是为了使跛行回家应用能够在车辆中实施。
图1中所描绘的电力驱动***包含：
-电池DC，其提供直流电压供应；
-逆变器INV；
-电机M；
-控制模块C。
包括电池DC和逆变器INV的为电机M供电的功率级在此处为三相级，但其也可具有不同数目个相位。
控制模块C包括用于命令向功率级请求的转矩的模块TCV。提供给所述用于命令转矩TCV的模块的输入数据为转子的角位置θr和从其衍生的转子的旋转速度Ωr以及电机M的相电流iabc。这些角位置和速度数据来自转子的角位置传感器(特别是分解器R)，且这就是检查来自此物理传感器(分解器R)的数据正确为何最重要的原因。
在电机M实际上启动之前，尤其是在这种启动的初始化阶段期间，实施根据本发明的方法。因此，在实施根据本发明的方法后，命令模块TCV所请求的转矩为零。
另外，也通过下文简要描述的注入高频电流或电压信号SHF的工艺，通过估计器HF来估计转子的角位置。
估计器HF因此确定转子的所估计位置θe。
根据本发明，控制模块C更包括用于检查分解器R的时序的模块CAL，从而确保在电机M启动之前检查分解器R的恰当校准。
用于检查分解器R的时序的模块CAL接收通过分解器R测量的角位置θr和通过估计器HF估计的角位置θe。模块CAL确定所述所测量角位置θr与所述所估计角位置θe之间的差，且将这个差与预定阈值(例如等于3°)进行比较。如果所述差大于所述阈值，那么用于检查分解器R的时序的模块CAL会产生并传输故障信号，所述故障信号包括分解器R的错误时序信息。
如已知的及先前已经论述的，转子的角位置可因此通过数值工艺来估计。
尤其是在文件US 20110028975中，描述了一种用于估计旋转电机中的转子的角位置的技术。此文件中描述的估计方法基于注入在电机的激励电压的基频上叠加的高频信号来实施熟知技术。在此情况下，将所注入的高频电压添加到来自负责闭环控制电流的控制器的电压，从而为电机供电。在电机的输出端处，电流包含高频分量，所述高频分量在处理之后能够估计转子的角位置。
在文件FR 3060908 A1中更详细地且相应若干实施例描述通过注入高频电流或电压信号来估计转子的角位置(及其可能的旋转速度)的另一工艺。
实际上，若干参考系分别与旋转电机的定子和转子相关联。
第一，三轴固定参考系与定子相关。此三相参考系通常在目前的先进技术中指示为(u,v,w)或(a,b,c)。
通过上文所阐述的与电机的定子相关的固定三相参考系的“Clarke”变换(振幅守恒)或“Concordia”变换(功率守恒)来获得(α,β)参考系。
(d,q)参考系对应于使电机的定子绕组以及转子绕组能够在单个双轴参考系上表示的共同坐标系。通过将呈角度θ(θ为转子的当前角位置)的旋转应用于二相参考系(α,β)，或通过将“Park”变换应用于三相定子参考系(u,v,w)来获得此参考系。
在此上下文中，电机的转子的角位置的估计器是基于注入在电机的转矩命令电压上叠加的高频电流或电压信号。尤其,估计器实施脉冲工艺，对于其在板内微控制器上的实施，所述脉冲工艺被视为更简单且因此更轻便的，这是因为板内微控制器在计算能力方面有所限制。然而，可提供旋转工艺的实施。本身，用于注入高频电流或电压信号的旋转工艺的实施方案在目前先进技术中有所描述，尤其是描述于2007出版的“2007年国际电机和***会议(ICEMS)”，第752-756页中的向晓东等人的文件“通过旋转高频电压注入方法对PMSM进行无传感器向量控制操作”中，或描述于2016年7月18日出版的“工业电子IEEE汇刊(第63卷，2016年10月10号发行)”的金胜伊等人的文件“对高频旋转电压信号注入使用全通滤波器的IPMSM的新型转子位置估计方法”中。
根据脉冲工艺，将具有频率fh的电压Vh注入在转子的所估计轴线d上且与来自命令模块的参考电压叠加以便命令逆变器INV，这又会为电机M供电。
在所估计参考系(d,q)中，电流的高频分量的表达使得：
Figure BDA0002903257990000051
其中
Figure BDA0002903257990000052
且
Figure BDA0002903257990000053
Ld和Lq为在参考系(d,q)中表达的电机的电感。Ld和Lq的值对当前电平敏感。Ld和Lq在此处被视为整个电流变化范围内的平均值，
wh＝2πfh
θerr为转子的角位置的所估计值与转子的真实位置之间的错误。
在处理之后，会导致通过第一估计器HF估计的角位置出现错误θerr。由此错误，借助于比例积分观测器，估计转子的角位置。
在此上下文中，本发明提供一种用于在启动所述电动机***的电机M之前(换句话说，在所述电动机***的初始化阶段期间)检查旋转电机(尤其是分解器R)的转子的物理角位置传感器的时序的方法。
如先前指示，在关断所述旋转机器而没有命令将扭矩传送到转子时，实施用于检查根据本发明的旋转电机M的转子的物理角位置传感器的时序的方法。
参考图2，用于检查转子的物理角位置传感器的时序的方法包括步骤E1：通过注入如先前所描述的高频电流或电压信号来估计转子的角位置。
所述方法另外包括步骤E2：确定通过物理传感器(尤其通过分解器)测量的转子的角位置θr与通过估计器基于注入高频电流或电压信号而估计的转子的角位置θe之间的差。
在步骤E3中，将所述差与预定阈值(例如等于3°)进行比较。如果所述差大于所述阈值，那么根据本发明的方法包括产生和传输故障信号E4，所述故障信号包括物理角位置传感器的错误时序信息。尤其，根据一个实施例，提供电机的连续禁止启动E40。
相反，如果所述差小于所述阈值，那么允许启动电机E50。

Claims (8)

1.一种用于检查车辆的电动机***的角位置传感器的设置的方法，所述电动机***包括：物理角位置传感器，其用于测量所述电动机***的旋转电机的转子相对于定子的角位置，所述旋转电机例如电动或混合式电动机***的电机，所述方法包括在所述电动机***的初始化阶段，所述电机不旋转，期间：
通过注入高频电流或电压信号(SHF)的工艺来估计所述转子的所述角位置(θe)；
通过所述物理角位置传感器(R)来测量所述转子的所述角位置(θr)；
计算所述转子的所估计的所述角位置(θe)与所述转子的所测量的所述角位置(θr)之间的差；
如果所述差大于预定义的阈值，那么检测所述物理角位置传感器(R)的时序中的异常。
2.根据权利要求1所述的方法，其包括：如果检测到所述物理角位置传感器(R)的所述时序中的异常，那么禁止(E40)启动所述电动机。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述阈值等于3°。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述注入高频电流或电压信号(SHF)的工艺为脉冲工艺。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述注入高频电流或电压信号(SHF)的工艺为旋转工艺。
6.一种用于车辆的电动或混合式电动机***，其包括：由旋转电机(M)的转子驱动的驱动轴；所述转子的物理角位置传感器(R)；以及用于控制(C)所述电机(M)的模块，包括用于检查所述物理角位置传感器(R)的时序的模块，用于检查所述物理角位置传感器(R)的时序的模块配置成实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
7.根据前述权利要求所述的***，其中所述物理角位置传感器(R)为分解器。
8.一种机动车，其包括根据权利要求6或7所述的电动或混合式电动机***。
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