CN101197555A - 电动汽车电机控制方法及其转子位置检测容错处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车电机控制方法及其转子位置检测容错处理方法，系统采集到的位置信号与上次得到的转子位置θ₀相比较，当产生突变时，则舍弃本次采集的位置信号，转而使用出错时的容错处理策略，以上次得到的转子位置θ₀为基础，得出校正的当前转子位置角度θ₁′，最后采用校正值对电动机进行控制。因此，在电机运行的过程中，当检测位置信号的旋转变压器等传感器在外界的电磁、震动等干扰的情况下对电机转子位置检测出现错误时，或者是其他相关的硬件部分或传输线路出现故障时，通过本发明的容错处理策略，能有效地防止电机的失控，保持控制的连续性和稳定性。

Description

电动汽车电机控制方法及其转子位置检测容错处理方法

【技术领域】

本发明涉及电机转子位置检测中的控制方法，特别涉及电动汽车中电机转子位置检测中的容错控制方法。

【背景技术】

在对电机的转子的控制过程中，需要检测转子的位置，现有技术使用旋转变压器检测转子的转动位置，以模拟信号输出。通过专用的解码芯片解算出位置的数字信号量。电动机的控制ECU依据该位置信号与上次的位置信号就能够解算出车速，并以此能够解算出需加载在电动机转子上的驱动电压，通过这样的步骤可以算得需给逆变器的驱动信号，逆变器就能根据驱动信号将预定的三相交流电压加载在定子绕组上。

但是，由于其它不可预防的外部电磁干扰可能使解算出的转子位置有较大的误差甚至是错误的数据，据此电动机的控制ECU不对该位置信号加以判断，而直接根据此次采集的位置信号给出控制信号将是非常危险的，有可能产生严重的后果。但ECU在此时刻又不能不对电动机加以控制，如果直接舍弃该次数据而停止控制电动机，同样可能会使电动机失控。为此，必须要能有一种连续、合理的控制方式来应对可能出现的这种情况。

【发明内容】

本发明的主要目的是：提供一种安全、稳定、合理的电机控制方法及其电机转子位置检测容错处理方法，在电动汽车电动机转子位置检测出错时仍能给出相对正确、合理的定子电压控制策略，防止电动机运行的波动，失控等不安全的情况出现。

为实现上述目的，首先，本发明提出一种电动汽车电机控制方法，包括如下步骤：

1)在采样周期T₁内对电机转子的位置加以检测，得到转子的当前位置角度θ₁；

2)将转子的当前位置角度θ₁与上次采集到的转子位置角度θ₀，进行比较；

3)若当前位置角度θ₁与上次采集到的转子位置角度θ₀的差值超出转子角度变化给定范围，则判断此次采集的当前位置角度θ₁出错，舍弃该次的数据；

4)根据上个采样时刻计算出的正确速度值校正本次采样的速度值；根据校正的速度值计算转子位置角度的校正值；

5)用转子位置角度的校正值调整PWM波形，改变加在电机上的三相电压，控制电机的运行。

上述的控制方法，所述步骤1)中，转子的位置检测具体过程包括：采用旋转变压器采集电机转子的位置信号，传输给旋变解码单元，旋变解码单元对该信号解码，计算出转子的当前位置角度θ₁。

所述步骤4)中，直接采用上个采样时刻计算出的正确速度值作为本次采样的速度值。如果在给定统计时间内出错次数未达到容许出错次数限值，则清零重新开始记数。

所述步骤3)中，在第一次出错时开始记时，在给定统计时间内，采集的转子位置角度的出错次数达到容许出错次数限值时，判断为硬件系统故障。

次之，本发明提出了一种电动汽车转子位置检测容错处理方法，包括如下步骤：

61)将转子的当前位置角度θ₁与上次采集到的转子位置角度θ₀，进行比较；

62)若当前位置角度θ₁与上次采集到的转子位置角度θ₀的差值超出转子角度变化给定范围，则判断此次采集的当前位置角度θ₁出错，舍弃该次的数据；

63)根据上个采样时刻计算出的正确速度值校正本次采样的速度值；

64)根据校正后当前的速度值计算出转子的当前位置角度θ₁′。

上述的容错处理方法，所述步骤63)中，直接采用上个采样时刻计算出的正确速度值作为本次采样的速度值。

上述的容错处理方法，所述步骤62)中，在第一次出错时开始记时，在给定统计时间内，采集的转子位置角度的出错次数到达容许出错次数限值时，判断为硬件系统故障。如果在给定统计时间内出错次数未达到容许出错次数限值时，则清零重新开始记数。

上述的容错处理方法，所述给定统计时间为3分钟，所述容许出错次数限值为4次。

由于采用了以上的方案，在本发明的电动汽车中，电动机控制ECU依据当前转子位置角度θ₁，与上次的转子位置角度θ₀做比较，看两者的差值是否在一个合理的范围之内，由于电动机的转子位置不可在很短的时间内发生很大的阶跃，据此即可判断出该次采集到的转子位置是否正确。如果该位置信号产生突变，即判断采集到的位置信号是错误的，舍弃本次采集的位置信号，转而使用出错时的容错处理策略，以上次得到的转子位置θ₀为基础，得出校正的当前转子位置角度θ₁′，最后采用校正值对电动机进行控制。因此，在电机运行的过程中，当检测位置信号的旋转变压器等传感器在外界的电磁、震动等干扰的情况下对电机转子位置检测出现错误时，或者是其他相关的硬件部分或传输线路出现故障时，通过本发明的容错处理策略，能有效地防止电机的失控，保持控制的连续性和稳定性，保证了行车时的安全。

通过增加定时监测故障出现的频率，判断出是旋转变压器等传感器在外界的电磁、震动等干扰的情况下对电机转子位置检测出现错误时，或者是其他相关的硬件部分或传输线路出现故障时，电机控制单元就可以及时的停止电机的工作，避免更大的损失，保证系统的安全。

【附图说明】

图1是本发明的实施例的电动汽车电气驱动系统简要结构图；

图2是实施例的控制流程图。

【具体实施方式】

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是表示作为本发明一个实施方式的电动汽车的电气驱动系统的简要结构图。如图所示，实施例中的电动汽车电气驱动系统包括：电池组1；逆变单元2；旋变解码单元3；光耦隔离单元4；电机控制单元5；电动机6，旋转变压器7。

其中，电池组1采用大功率的电池组，电压200V～330V，是整个电气驱动系统的能量源；电机控制单元5用于计算PWM信号，通过驱动隔离单元送入逆变单元2；逆变单元2由三个智能功率模块IPM(也可用IGBT，晶体管等功率器件)组成，IPM分为上下桥臂，三个IPM的上桥臂的输入端与电池组1的正极母线相连接，下桥臂与电池组1的负极母线相连接，各IPM之间的各个连接点分别与电动机6的三相线圈(U相、V相、W相)相连接；电动机6是永磁型同步电动机，作为电动汽车的动力输出源；旋转变压器7与电动机6的转子相连接，用于检测电动机6的转子的旋转角度位置，并传递给旋变解码单元3。的旋变解码单元3接收旋转变压器7的信号解算出转子位置并发送给相连的电机控制单元5。

本发明中的电动汽车的电气装置的工作过程如下：

通过实验，以当前测量速度为基准，测试汽车在下一时刻能加速或者减速的速度最大值，取得一个统计值作为合理的范围，此值对应测量的转子角度变化作为转子角度变化给定范围。旋转变压器在采样周期T₁内对电机转子的位置加以检测，其检测的信号传输给旋变解码单元，由旋变解码单元负责对该信号解码算出转子当前的位置θ₁，并将该位置的值传给的电机控制单元，电机控制单元依据上次采集到的转子位置角度θ₀，将两个位置的角度值作比较，如果此次采集到的位置信号不在以上次的位置信号为基准的转子角度变化给定范围内，就可以认为此次旋变采集的数据是错误的，因为在极短的采样时间内，转子的位置不可能发生一个阶跃性的变化。从外部来看，就是汽车不可能在瞬间车速变化太大。如果按此次采集的数据给出控制电机的PWM波形，汽车的控制将出现不确定性，比如汽车在D挡前进时，旋转变压器采集的数据如果出错，解算出的转子角度显示正在倒车，则如果按错误的位置数据给出控制的PWM波形，那么整车将可能出现很大的危险性，这是不希望出现的情况。为此，对该次的采集数据的处理也是基于对错误数据的判断机理，即基于转子的位置不能突变的理由，当旋变采集的数据出错时，舍弃该次的数据，但同时又必须给出控制波形以保证电机不失控，不出现不稳定的状态，依据上述的理由，由于本例中采样时间很短，为20μm，正是基于在此很短的时间内汽车的车速不可能突变，所以采用上个采样时刻计算出的正确的速度值来代替此次的采样算出的速度值，且不会影响计算的整体精度。这样反过来就能算出这一时刻的转子位置，这样就能保证控制的连续性和稳定性。用校正后的角度值去调整PWM波形，改变加在电机三相上的电压来控制电机的运行。

同时，外部的干扰不应该频频地使旋转变压器采集到的转子位置的信号出错，在实际实验中，通过对控制器施加干扰，在3分钟内其出错的次数是小于4次的，可以认为这种出错是一种极其偶然的情况；而如果是硬件的故障，则由于每次采集的数据都可能是错误的，所以在3分钟内其出错率是远大于4次的，而在统计时间上的选择也是考虑了时间过短，其统计的区间变短，误判的几率变大，可能使硬件产生误保护，而时间过长，即统计的时间过长，这样会增大车辆的危险，即使硬件真的出了问题而可能过长的时间得不到保护，这样硬件的损伤增大了对控制的安全性是有极大的危害的。所以本例在系统中设定一个定时器，该定时器在旋转变压器第一次出错时开始记时，如果在3分钟的给定统计时间内旋转变压器采集的转子位置信号的错误次数到容许出错次数限值4次时，即表明旋转变压器硬件系统可能存在问题，或者是其他相关的硬件部分或传输线路有问题。此时，系统不能再一直推算转子位置，则应该向的电机控制单元给出旋变出错的信号，那么电机控制单元就可以及时的停止电机的工作，避免更大的损失，保证系统的安全。如果在给定统计时间内旋转变压器的错误没有达到规定的容许出错次数限值，则定时器重新开始记数，旋转变压器的出错的记数也重新开始。

依据本发明的实施例的汽车，在电机运行的过程中，旋转变压器虽然在外界的电磁、震动等等干扰的情况下对电机转子位置检测会出现错误，但通过本发明的控制策略，对旋转变压器出错时的处理则很好的防止了电动机的失控，保证了行车时的安全。

以上对本发明的其中之一实施方式进行了说明，但本发明并不仅限于实施例，本领域技术人员完全可以根据本发明以其他各种方式进行拓展实施，这些均属于本发明之保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车电机控制方法，包括如下步骤：

1)在采样周期T₁内对电机转子的位置加以检测，得到转子的当前位置角度θ₁；

2)将转子的当前位置角度θ₁与上次采集到的转子位置角度θ₀，进行比较，

3)若当前位置角度θ₁与上次采集到的转子位置角度θ₀的差值超出转子角度变化给定范围，则判断此次采集的当前位置角度θ₁出错，舍弃该次的数据；

4)根据上个采样时刻计算出的正确速度值校正本次采样的速度值；根据校正的速度值计算转子位置角度的校正值；

5)用转子位置角度的校正值调整PWM波形，改变加在电机上的三相电压，控制电机的运行。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征是：所述步骤1)中，转子的位置检测具体过程包括：采用旋转变压器采集电机转子的位置信号，传输给旋变解码单元，旋变解码单元对该信号解码，计算出转子的当前位置角度θ₁。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征是：所述步骤4)中，直接采用上个采样时刻计算出的正确速度值作为本次采样的速度值。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征是：所述步骤3)中，在第一次出错时开始记时，在给定统计时间内，采集的转子位置角度的出错次数达到容许出错次数限值时，判断为硬件系统故障。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征是：如果在给定统计时间内出错次数未达到容许出错次数限值，则清零重新开始记数。

6.一种电动汽车转子位置检测容错处理方法，包括如下步骤：

61)将转子的当前位置角度θ₁与上次采集到的转子位置角度θ₀，进行比较，

62)若当前位置角度θ₁与上次采集到的转子位置角度θ₀的差值超出转子角度变化给定范围，则判断此次采集的当前位置角度θ₁出错，舍弃该次的数据；

63)根据上个采样时刻计算出的正确速度值校正本次采样的速度值；

64)根据校正后当前的速度值计算出转子的当前位置角度θ₁′。

7.如权利要求6所述的容错处理方法，其特征是：所述步骤63)中，直接采用上个采样时刻计算出的正确速度值作为本次采样的速度值。

8.如权利要求6所述的容错处理方法，其特征是：所述步骤62)中，在第一次出错时开始记时，在给定统计时间内，采集的转子位置角度的出错次数到达容许出错次数限值时，判断为硬件系统故障。

9.如权利要求8所述的容错处理方法，其特征是：如果在给定统计时间内出错次数未达到容许出错次数限值时，则清零重新开始记数。

10.如权利要求8或9所述的容错处理方法，其特征是：所述给定统计时间为3分钟，所述容许出错次数限值为4次。

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