CN101895244A - 响应于电流传感器误差在电动马达中产生扭矩 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及响应于电流传感器误差在电动马达中产生扭矩。提供一种用于在车辆的电动马达中产生指令扭矩的方法和系统。一种方法包括：获得扭矩指令；获得电动马达速度；以及至少部分基于电压指令来操作变换器，所述电压指令与用于在电动马达的瞬时速度下产生指令扭矩的通过电动马达的最小电流相对应。

Description

响应于电流传感器误差在电动马达中产生扭矩
技术领域
本文所述的主题的实施例总体上涉及电动马达驱动系统，且更具体地，所述主题的实施例涉及响应于电流传感器误差来控制由电动马达产生的扭矩的方法和设备。
背景技术
在使用电牵引马达的车辆中，交流(AC)马达驱动器用于将请求扭矩提供给马达轴。在实践中，由马达产生的扭矩量与提供给马达的电流量直接相关(虽然不完全成比例)。因而，通过调节和精确地控制电动马达的输入电流，可以更准确地控制由电动马达产生的扭矩量。响应于变化的扭矩指令，当提供给电动马达的电流量基于扭矩指令调节时，马达扭矩响应将更平稳和/或更快速。
为了效率目的，尤其是在混合动力和/或电动车辆中，期望使得输出扭矩与输入马达电流的比率最大化。然而，在许多系统中，输入马达电流不被直接控制。例如，许多电动马达使用脉宽调制(PWM)技术与变换器(或其它开关模式的功率源)结合操作以控制跨过马达绕组的电压，继而在马达中产生期望电流。响应于请求扭矩(或者指令扭矩)，大多数现有技术系统确定用于产生请求量的扭矩的所需输入马达电流，并使用闭环控制系统来控制通过马达绕组的电流，从而调节由马达产生的扭矩量。一个或多个传感器用于测量实际马达电流，所述实际马达电流然后与所需输入马达电流进行比较。基于比较的结果，调节变换器的PWM指令以增加和/或减少跨过马达绕组的电压，使得实际测量马达电流跟踪所需输入马达电流。
然而，当电流传感器不准确地测量马达电流时，这些闭环控制系统不再能够有效地控制马达扭矩。例如，在没有准确的马达电流信息的情况下，控制系统可使得马达产生不够的扭矩、过多的扭矩、或者变化或振荡的扭矩量。此外，作为一些现有系统中的预防性措施，响应于电流传感器误差，控制系统可中止将电流和/或电压提供给电动马达，或者剧烈地减少提供给电动马达的电流和/或电压的量。因而，在现有技术系统中，当发生电流传感器误差时，不利地影响具体车辆的使用和乐趣。
发明内容
提供一种用于在车辆的电动马达中产生指令扭矩的方法。在示例性实施例中，所述方法包括：获得扭矩指令；获得电动马达速度；以及至少部分基于电压指令来操作变换器，所述电压指令与用于在电动马达的瞬时速度下产生指令扭矩的通过电动马达的最小电流相对应。
根据一个实施例，提供一种用于响应于扭矩指令来控制电动马达的方法。所述方法包括获得扭矩指令以及获得电动马达的马达速度。所述方法还包括获得与对于扭矩指令和马达速度而言的最小马达电流相对应的电压指令以及获得与对于扭矩指令和马达速度而言的最小马达电流相对应的转差频率(slip frequency)指令。所述方法还包括操作变换器，所述变换器配置成基于所述电压指令和所述转差频率指令来驱动电动马达。
根据另一个实施例，提供用于车辆的电气系统。所述电气系统包括能量源、电动马达、联接在所述能量源和所述电动马达之间的变换器。解析器系统被联接到所述电动马达且所述解析器系统配置成获得电动马达的马达速度。控制器被联接到所述变换器和所述解析器系统，且所述控制器配置成获得扭矩指令，且至少部分基于与对于扭矩指令和马达速度的组合而言的最小马达电流相对应的电压指令和转差频率指令来操作所述变换器。
方案1.一种用于响应于扭矩指令来在车辆的电动马达中产生指令扭矩的方法，所述电动马达被联接到变换器，所述方法包括：
获得扭矩指令；
获得电动马达速度；以及
至少部分基于电压指令来操作变换器，所述电压指令与用于在电动马达速度下产生指令扭矩的通过电动马达的最小电流相对应。
方案2.根据方案1所述的方法，其中，操作变换器包括：
获得同步电压指令，所述同步电压指令与对于扭矩指令和电动马达速度而言的最小电流相对应；
获得转差频率指令，所述转差频率指令与对于扭矩指令和电动马达速度而言的最小电流相对应；以及
基于同步电压指令、转差频率指令和电动马达速度来操作变换器。
方案3.根据方案2所述的方法，还包括基于同步电压指令、转差频率指令和电动马达速度来确定固定电压指令，其中，操作变换器包括基于固定电压指令产生用于控制变换器的脉宽调制指令。
方案4.根据方案2所述的方法，所述电动马达具有可能扭矩值范围和可能速度值范围，其中，所述方法还包括：针对所述可能扭矩值范围内的扭矩值和所述可能速度值范围内的速度值的每种组合，
确定与对于扭矩值和速度值的相应组合而言的最小马达电流相对应的相应同步电压；以及
将所述相应同步电压存储在第一表格中，其中，所述第一表格保持所述相应同步电压与扭矩值和速度值的相应组合之间的关系。
方案5.根据方案4所述的方法，其中，获得同步电压指令包括从第一表格中获得与扭矩指令和电动马达速度的组合相对应的相应同步电压。
方案6.根据方案5所述的方法，还包括：针对所述可能扭矩值范围内的扭矩值和所述可能速度值范围内的速度值的每种组合，
确定与对于扭矩值和速度值的相应组合而言的最小马达电流相对应的相应转差频率；以及
将所述相应转差频率存储在第二表格中，其中，所述第二表格保持所述相应转差频率与扭矩值和速度值的相应组合之间的关系。
方案7.根据方案6所述的方法，其中，获得转差频率指令包括从第二表格中获得与扭矩指令和电动马达速度的组合相对应的相应转差频率。
方案8.根据方案1所述的方法，还包括：
使用电流传感器测量流经电动马达的电流以获得测量马达电流；
基于测量马达电流以电流调节控制模式操作变换器；
识别电流传感器误差；以及
响应于识别出电流传感器误差以电压控制模式操作变换器，其中，以电压控制模式操作变换器包括至少部分基于电压指令来操作变换器，所述电压指令与用于在电动马达速度下产生指令扭矩的通过电动马达的最小电流相对应。
方案9.一种用于响应于扭矩指令来控制电动马达的方法，其中，所述电动马达被联接到配置成驱动电动马达的变换器，所述方法包括：
获得扭矩指令；
获得电动马达的马达速度；
获得与对于扭矩指令和马达速度而言的最小马达电流相对应的电压指令；
获得与对于扭矩指令和马达速度而言的最小马达电流相对应的转差频率指令；以及
基于所述电压指令和所述转差频率指令来操作变换器。
方案10.根据方案9所述的方法，所述电动马达具有可能扭矩值范围和可能速度值范围，其中，所述方法还包括：针对所述可能扭矩值范围内的扭矩值和所述可能速度值范围内的速度值的每种组合，
确定与对于扭矩值和速度值的相应组合而言的最小马达电流相对应的相应同步电压；以及
将所述相应同步电压存储在第一表格中，其中，所述第一表格保持所述相应同步电压与扭矩值和速度值的相应组合之间的关系。
方案11.根据方案10所述的方法，其中，获得电压指令包括从第一表格中获得与扭矩指令和马达速度的组合相对应的相应同步电压。
方案12.根据方案11所述的方法，其中，所述方法还包括：针对所述可能扭矩值范围内的扭矩值和所述可能速度值范围内的速度值的每种组合，
确定与对于扭矩值和速度值的相应组合而言的最小马达电流相对应的相应转差频率；以及
将所述相应转差频率存储在第二表格中，其中，所述第二表格保持所述相应转差频率与扭矩值和速度值的相应组合之间的关系。
方案13.根据方案12所述的方法，其中，获得转差频率指令包括从第二表格中获得与扭矩指令和马达速度的组合相对应的相应转差频率。
方案14.根据方案9所述的方法，其中，操作变换器包括：
基于电压指令、转差频率指令和马达速度来确定固定电压指令；以及
基于固定电压指令产生用于控制变换器的脉宽调制指令。
方案15.根据方案9所述的方法，还包括：
至少部分基于扭矩指令和马达速度来确定电流指令；
使用电流传感器来测量电动马达中的电流以获得测量马达电流；
基于电流指令和测量马达电流之间的差来操作变换器；以及
检测电流传感器误差，其中，基于所述电压指令和所述转差频率指令来操作变换器包括响应于检测出电流传感器误差而基于电压指令和转差频率指令来操作变换器。
方案16.一种用于车辆的电气系统，所述电气系统包括：
能量源；
电动马达；
联接在所述能量源和所述电动马达之间的变换器；
被联接到所述电动马达的解析器系统，所述解析器系统配置成获得电动马达的马达速度；和
被联接到所述变换器和所述解析器系统的控制器，其中所述控制器配置成：
获得扭矩指令；以及
至少部分基于与对于扭矩指令和马达速度的组合而言的最小马达电流相对应的电压指令和转差频率指令来操作所述变换器。
方案17.根据方案16所述的电气系统，所述电动马达具有可能扭矩值范围和可能速度值范围，其中，所述控制器包括：
第一表格，所述第一表格配置成：针对所述可能扭矩值范围内的扭矩值和所述可能速度值范围内的速度值的每种组合，存储与对于扭矩值和速度值的相应组合而言的最小马达电流相对应的相应同步电压；和
第二表格，所述第二表格配置成：针对所述可能扭矩值范围内的扭矩值和所述可能速度值范围内的速度值的每种组合，存储与对于扭矩值和速度值的相应组合而言的最小马达电流相对应的相应转差频率。
方案18.根据方案17所述的电气系统，其中，所述控制器配置成：
基于扭矩指令和马达速度从第一表格中获得电压指令，所述电压指令与对于扭矩指令和马达速度的组合而言的相应同步电压相对应；以及
基于扭矩指令和马达速度从第二表格中获得转差频率指令，所述转差频率指令与对于扭矩指令和马达速度的组合而言的相应转差频率相对应。
方案19.根据方案18所述的电气系统，其中，所述控制器配置成：
基于电压指令、转差频率指令和马达速度来确定固定电压指令；以及
基于固定电压指令产生用于操作变换器的脉宽调制信号。
方案20.根据方案16所述的电气系统，还包括被联接在变换器和电动马达之间的电流传感器，所述电流传感器配置成获得测量电流，其中，所述控制器被联接到电流传感器且配置成：
至少部分基于电流指令和测量电流来操作变换器，所述电流指令至少部分基于扭矩指令；
检测电流传感器误差；以及
响应于所述误差而基于电压指令和转差频率指令来操作变换器。
提供该发明内容是为了以简化形式介绍构思的选择，所述构思在具体实施方式中进一步描述。该发明内容不旨在识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用来帮助确定要求保护的主题的范围。
附图说明
通过参考具体实施方式和权利要求结合附图可以获得所述主题的更全面理解，在附图中，相同的附图标记在整个附图中指代相同的元件。
图1是根据一个实施例的电气系统的框图；
图2是根据一个实施例的适合用于图1的电气系统的电流调节控制模块的详细框图，示出了附加部件和在部件之间的中间信号的d-q参考坐标实施方式；
图3是根据一个实施例的适合用于图1的电气系统的电压控制模块的详细框图，示出了附加部件和在部件之间的中间信号的d-q参考坐标实施方式；和
图4是根据一个实施例的适合用于图1电气系统的扭矩控制过程的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式上仅为示例性的且不旨在限制所述主题的实施例或这种实施例的应用和使用。如本文使用的，词语“示例性”指的是“用作示例、例子或说明”。本文所述的任何示例性实施方式不必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。此外，并非旨在受限于前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明确的或隐含的理论。
技术和技术方案可以在此关于功能和/或逻辑块部件并参考可以由各种计算部件或装置执行的操作、过程任务和功能的符号表示进行描述。这种操作、任务和功能有时称为计算机执行的、计算机化的、软件实施的或者计算机实施的。在实践中，一个或多个处理器装置可以通过管理表示系统存储器中的存储器位置处的数据位的电信号以及信号的其它处理来实现所述操作、任务和功能。保持数据位的存储器位置是具有与数据位相对应的具体电气、磁性、光学或组织属性的物理位置。应当理解的是，附图所示的各种块元件可以通过配置成执行特定功能的任何数量的硬件、软件、和/或固件部件实现。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路元件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等，其可以在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下实现各种功能。
以下说明指的是被“连接”或“联接”在一起的元件或节点或特征。如在此使用的，除非另有明确声明，“连接”指的是一个元件/节点/特征直接结合到(或与其直接连通)其它元件/节点/特征，而不必是机械地。类似地，除非另有明确声明，“联接”指的是一个元件/节点/特征直接或间接结合到(或与其直接或间接连通)其它元件/节点/特征，而不必是机械地。因而，虽然附图所示的示意图描绘了元件的一种示例性布置，但是在所描绘主题的实施例中可以存在附加的中间元件、装置、特征、或部件。
为了简便起见，与系统的电流感测、信号发送、马达控制、感应马达、脉宽调制(PWM)、开关模式功率源(SMPS)和其它功能方面(以及系统的独立操作部件)有关的常规技术可能不在本文详细描述。此外，本文包含的各个附图所示的连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。应当注意的是，在所述主题的实施例中可存在许多替代或附加功能关系或物理连接。
本文讨论的技术方案和构思涉及在电流传感器误差的情况下控制由电动马达产生的扭矩量。如下文更详细所述，可确定电动马达的扭矩容量对比电动马达速度，且用于产生扭矩量所需的最小马达电流量可以针对可实现扭矩和马达速度的每种可能组合被计算和/或确定。电动马达可用最小马达电流量操作，且得到的跨过马达绕组的电压和转差频率被记录。响应于电流传感器误差，所记录电压和转差频率然后可用于控制由电动马达产生的扭矩量。如本文所使用的，下标和上标的含义如下：
下标d和q：在d-q坐标中的量。在笛卡尔坐标系中，d-q参考坐标与电动马达内的转子的旋转同步。
上标*：被指令的量。
图1示出了适合用于车辆(例如，混合动力和/或电动机动车辆)的电气系统100的示例性实施例。在示例性实施例中，电气系统100包括但不限于能量源102、变换器104、电动马达106、电子控制系统08、控制器110、解析器系统112和一个或多个电流传感器114。应当理解的是，图1是用于阐述目的的电气系统100的简化表示，且不旨在以任何方式限制所述主题的范围。
在示例性实施例中，能量源102被联接到变换器104，变换器104继而被联接到电动马达106。在示例性实施例中，一个或多个电流传感器114被联接在变换器104和电动马达106之间且配置成测量流经电动马达106的电流。控制器110被联接到电流传感器114且配置成从电流传感器114获得测量马达电流。解析器系统112被联接在电动马达106和控制器110之间，解析器系统112被适当地配置成测量或以其它方式获得马达速度(ωr)(即，电动马达106内的转子的旋转速度)，且将结果提供给控制器110。电子控制系统108被联接到控制器110，电子控制系统108被适当地配置成将扭矩指令(T*)提供给控制器110。如下文更详细地所述，在示例性实施例中，控制器110被适当地配置成使用脉宽调制(PWM)技术来调节经由变换器104提供给电动马达106的电流和/或电压，使得由电动马达106产生的扭矩跟踪由电子控制系统108提供的扭矩指令(T*)。在示例性实施例中，控制器110配置成针对指令扭矩(T*)来控制电动马达106，使得马达电流最小化，如下文更详细地所述。
能量源102将电能和/或电压提供给变换器104，以驱动电动马达106。取决于实施例，能量源102可以实现为蓄电池、燃料电池、可再充电高压蓄电池组、超电容器或本领域已知的其它合适能量源。在示例性实施例中，电动马达106实现为感应马达，然而，在实际实施例中，可以使用其它合适的电动马达，例如，内置永磁(IPM)马达、同步磁阻马达或本领域已知的其它合适马达，且所述主题不旨在限于用于具体类型的电动马达。在图1所示的实施例中，电动马达106是具有转子和定子绕组的三相交流(AC)电机。然而，应当理解的是，虽然所述主题在本文中在三相电动马达的上下文中描述，但是所述主题并不限于三相电机且可以适合于具有任何数量的相位的电动马达。
在示例性实施例中，变换器104实现为功率变换器，所述功率变换器配置成将来自于能量源102的DC功率转换为用于驱动电动马达106的AC功率。变换器104优选包括被联接到电动马达106的相应相位的多个相脚，其中，相脚的开关用具体占空因数调节(断开或闭合)，以产生跨过电动马达106的定子绕组的有效AC电压，继而在定子绕组中生成产生扭矩的电流且操作电动马达106，如本领域理解的那样。
在示例性实施例中，电子控制系统108可包括各种传感器和自动控制模块、电子控制单元(ECU)等，电子控制系统108可被联接到附加车辆部件，如本领域理解的那样。在示例性实施例中，电子控制系统108响应于扭矩请求(例如，驾驶员踩下加速踏板或节气门)产生扭矩指令(T*)，且将扭矩指令提供给控制器110。
控制器110通常表示配置成控制或以其它方式调节由电动马达106产生的扭矩且执行下文更详细描述的附加任务和/或功能的硬件、软件和/或固件部件。在这方面，控制器110改变用于调节变换器相脚的开关的PWM指令信号的占空因数和/或开关频率，使得由电动马达106产生的扭矩跟踪扭矩指令(T*)。
在示例性实施例中，解析器系统112包括被联接到电动马达106的解析器，解析器的输出被联接到解析器-数字转换器。解析器(或类似速度感测装置)感测马达的位置，从而获得电动马达106的速度(ωr)(替代地，本文称为马达速度或转子速度)。解析器-数字转换器将来自于解析器的信号转换为数字信号(例如，数字马达速度信号)，所述数字信号被提供给控制器110。
在示例性实施例中，控制器110包括但不限于电流调节控制模块116、电流传感器监测块118、PWM指令块120、电压控制模块122和选择装置124。电流传感器监测块118被联接在电流传感器114和电流调节控制模块116之间。电流调节控制模块116配置成基于电流指令和由电流传感器114获得的测量马达电流来产生用于生成变换器104的相脚的PWM信号的指令。如下文更详细地所述，电压控制模块122也配置成产生用于生成变换器104的相脚的PWM信号的指令。电流调节控制模块116的输出和电压控制模块122的输出均被联接到选择装置124。电流传感器监测块118被联接到选择装置124且配置成使用选择装置124来选择哪些指令提供给PWM指令块120，如下文更详细地所述。PWM指令块120基于从电流调节控制模块116或电压控制模块122经由选择装置124提供给PWM指令块120的指令来产生PWM指令信号且操作变换器104的相脚。
图2示出了适合用于图1的控制器110的电流调节控制模块200的示例性实施例。电流调节控制模块200包括但不限于电流指令块202、转差频率计算块204、电流调节器206、和同步-固定变换块208。在示例性实施例中，电流指令块202被联接到电流调节器206，电流调节器206继而被联接到同步-固定变换块208。转差频率计算块204也被联接到同步-固定变换块208。电流调节控制模块200配置成获得扭矩指令(T*)(例如，从电子控制系统108)、马达速度(ωr)(例如，从解析器系统112)、和测量马达电流(id和iq)。电流调节控制模块200产生固定坐标电压指令(va *、vb *、和vc *)，以产生用于操作变换器(例如，变换器104)的PWM指令信号，使得由电动马达(例如，电动马达106)产生的扭矩跟踪扭矩指令(T*)，如下文更详细地所述。
电流指令块202至少部分基于扭矩指令(T*)和瞬时马达速度(ωr)产生用于在电动马达106中产生指令扭矩的电流指令。在这方面，虽然未示出，但是在实际实施例中，电流指令也可以考虑电气系统100的其它操作参数，例如能量源102的电压。在示例性实施例中，电流指令实现为同步坐标定子电流指令，包括相对于d-q参考坐标的两个分量id *和iq *。应当理解的是，虽然所述主题在本文在同步参考坐标的上下文中描述，但是所述主题并不限于任何具体参考坐标或表示法。
如下文更详细地所述，在示例性实施例中，电流指令块202包括或以其它方式实施针对扭矩指令和马达速度的每种可能组合存储和/或保持同步坐标电流指令的表格或数据库，所述同步坐标电流指令与用于产生指令(或所需)扭矩的最小电流相对应。同步坐标电流指令可以在马达表征过程期间预先确定和/或获得，在此之后，同步坐标电流被映射到对应扭矩和/或马达速度值且被存储在表格和/或数据库中。
在示例性实施例中，电流调节器206配置成获得电动马达106中的测量马达电流。在所示实施例中，电流调节器206实现为配置成获得d-q参考坐标的测量马达电流(id和iq)的同步坐标电流调节器。在示例性实施例中，电流调节器206的输出是中间同步坐标电压vd和vq，所述中间同步坐标电压vd和vq由同步-固定变换块208处理以获得三相固定坐标电压指令(va *、vb *、和vc *)，如下文更详细地所述。同步坐标电流调节器206调节马达电流，使得电动马达106中的测量电流(id和iq)跟踪电流指令(id *和iq *)。在这方面，电流调节器206的电压输出(vd和vq)基于电流指令(id *和iq *)和测量马达电流(id和iq)之间的差增加和/或减少，如本领域理解的那样。
转差频率计算块204基于测量马达电流计算电动马达(例如，电动马达106)的转差频率(ωsl)且将结果提供给同步-固定变换块208。同步-固定变换块208基于转差频率(ωsl)和马达速度(ωr)以常规方式将来自于电流调节器206的输出的中间电压变换为固定参考坐标中的对应三相电压指令(va *、vb *、和vc *)，如本领域理解的那样。如下文更详细地所述，三相固定电压指令由PWM指令块(例如，PWM指令块120)使用以产生PWM指令信号以操作变换器并产生跨过电动马达定子绕组的指令电压，从而在电动马达中产生指令扭矩。
图3示出了适合用于图1的控制器110的电压控制模块300的示例性实施例。电压控制模块300包括但不限于电压指令块302、转差频率指令块304、和同步-固定变换块308。在示例性实施例中，电压指令块302被联接到同步-固定变换块308。转差频率指令块304也被联接到同步-固定变换块308。电压控制模块300配置成获得扭矩指令(T*)(例如，从电子控制系统108)和马达速度(ωr)(例如，从解析器系统112)。电压控制模块300产生固定坐标电压指令(va *、vb *、和vc *)，以产生用于操作变换器(例如，变换器104)的PWM指令信号，并控制由电动马达(例如，电动马达106)产生的扭矩，如下文更详细地所述。
电压指令块302基于扭矩指令(T*)和瞬时马达速度(ωr)产生电压指令以便用指令扭矩操作电动马达。在示例性实施例中，电压指令实现为同步坐标电压指令，包括相对于d-q参考坐标的两个分量vd *和vq *。如下文更详细地所述，在示例性实施例中，电压指令块302包括或以其它方式实施针对扭矩指令和马达速度的每种可能组合存储和/或保持同步坐标电压的表格或数据库，所述同步坐标电压与用于产生指令(或所需)扭矩的最小电流相对应。在这方面，电压指令可以通过在马达表征过程期间存储电流调节器(例如，电流调节器206)的同步坐标输出电压(例如vd和vq)获得，如下文更详细所述。
类似地，转差频率指令块304基于扭矩指令(T*)和瞬时马达速度(ωr)获得转差频率指令。转差频率指令块304可包括或以其它方式实施针对扭矩指令和马达速度的每种可能组合存储和/或保持转差频率的表格(或数据库)，所述转差频率与用于产生指令扭矩的最小电流相对应。转差频率指令可通过在马达表征过程期间将测量和/或计算转差频率(例如，转差频率计算块204的输出)存储在电流调节控制模块200内来获得，在此之后，转差频率被映射到对应扭矩和/或马达速度值且被存储在表格和/或数据库中。在没有用于计算和/或确定实际转差频率的准确反馈信息的情况下，转差频率指令表示在瞬时马达速度(ωr)下用最小输入电流产生指令扭矩(T*)的电动马达的估计转差频率。
同步-固定变换块308以类似于在同步-固定变换块208的上下文中所述的方式将来自于电压指令块302的电压指令变换为固定参考坐标中的对应三相电压指令(va *、vb *、和vc *)。如下文更详细地所述，三相电压指令由PWM指令块(例如PWM指令块120)使用以操作变换器的相脚，从而产生跨过电动马达的定子绕组的指令电压。
现在参考图4，在示例性实施例中，电气系统可配置成执行扭矩控制过程400和下文所述的附加任务、功能和操作。各种任务可以通过软件、硬件、固件或其任何组合执行。为了说明目的，以下描述可涉及在上文结合图1、图2和图3所述的元件。在实践中，所述任务、功能和操作可通过所述系统的不同元件执行，例如控制器110、电流调节控制模块116、电流传感器监测块118、电压控制模块122、选择装置124和/或PWM指令块120。应当理解的是，任何数量的附加或替代任务可被包括，且可以并入到具有本文未详细描述的附加功能的更复杂程序或过程中。
参考图4且继续参考图1、图2和图3，扭矩控制过程400可以被执行以控制和/或调节由电动马达产生的扭矩。在示例性实施例中，扭矩控制过程400通过表征电动马达(任务402)而启动或开始。在这方面，为了确定控制变换器操作的指令，电动马达被分析和/或表征，使得对于具体马达速度而言电动马达用最小输入电流实现指令扭矩量。在示例性实施例中，在电气系统100和/或电动马达106用于车辆之前，电动马达在试验台上、在实验室中和/或使用软件和/或计算机模拟来表征。例如，根据一个实施例，确定电动马达106的扭矩容量对比马达速度，从而得到可实现(或可能)扭矩值的范围和可实现(或可能)马达速度的对应范围。对于扭矩值和马达速度值的每种具体组合，可确定和/或计算产生具体扭矩所需的最小同步坐标电流。得到的最小同步坐标电流然后可被存储和/或保持在表格或数据库中(例如，在电流指令块202内)，所述表格或数据库保持同步坐标电流与对应扭矩和马达速度组合之间的关系。
在示例性实施例中，扭矩控制过程400通过确定用最小输入马达电流实现指令扭矩量的电压指令(任务404)而继续。例如，根据一个实施例，在确定扭矩和马达速度的每种可能组合的最小同步坐标电流之后，电动马达可通过使用电流调节控制模块200针对扭矩和马达速度的每种可能组合重复地命令电动马达来操作。电流调节器206的同步电压输出(vd和vq)被获得和/或被存储在表格或数据库中(例如，在电压指令块302内)，所述表格或数据库保持同步电压与扭矩值和速度值的相应组合之间的关系。由此，在电动马达用对于指令扭矩和马达速度的组合而言的最小输入电流控制和/或操作时，电压指令与同步坐标电流调节器206的输出电压相对应。
在示例性实施例中，扭矩控制过程400还确定和/或计算用最小输入马达电流实现指令扭矩量的转差频率指令(任务406)。例如，根据一个实施例，电动马达可通过使用电流调节控制模块200针对扭矩和马达速度的每种可能组合重复地命令电动马达来操作，且电动马达的转差频率可以同时针对扭矩和马达速度的每种可能组合计算和/或确定。转差频率指令被存储在表格或数据库中(例如，在转差频率指令块304内)，所述表格或数据库保持转差频率与扭矩值和速度值的相应组合之间的关系。由此，对于扭矩和马达速度的每种可能组合，转差频率指令和电压指令与为了用最小输入马达电流产生指令扭矩和/或马达速度而操作和/或控制电动马达相对应。
在示例性实施例中，在执行马达表征之后，扭矩控制过程400通过以电流调节控制模式操作变换器和/或电气系统而继续。在这方面，电气系统100和/或控制器110可配置在车辆中且设置成最初以电流调节控制模式操作，例如，选择装置124可以最初配置成使得电流调节控制模块116的输出被提供给PWM指令块120的输入。在这方面，电流调节控制模块116经由选择装置124被联接到PWM指令块120。
在示例性实施例中，在电流调节控制模式，扭矩控制过程400基于扭矩指令和瞬时马达速度来确定电流指令；使用一个或多个电流传感器来测量通过电动马达的电流；以及基于电流指令和测量马达电流之间的差来操作变换器和/或电气系统，以便用电动马达的最小输入电流产生指令扭矩(任务408、410、412)。在示例性实施例中，在电流调节控制模式，电流指令块202至少部分基于扭矩指令(T*)和电动马达106的瞬时速度(ωr)来确定和/或获得同步坐标电流指令(id *和iq *)(例如，来自于在电流指令块202中实施的表格和/或数据库)。电流传感器114测量和/或感测电动马达106中的电流，且电流传感器监测块118获得测量马达电流并将测量马达电流变换为同步坐标马达电流(id和iq)。同步坐标电流调节器206将同步坐标马达电流(id和iq)与电流指令(id *和iq *)进行比较，且基于所述比较生成用于在电动马达106中产生指令电流(从而产生指令扭矩)的同步电压(vd和vq)。转差频率计算块204基于测量马达电流计算电动马达106的转差频率(ωsl)，所述转差频率然后被同步-固定变换块208使用以基于所需同步电压(vd和vq)生成用于产生指令电流(或扭矩)的固定电压指令(va *、vb *、和vc *)。PWM指令块120基于固定电压指令(va *、vb *、和vc *)来确定用于变换器104的相脚的PWM指令信号，使得跨过定子绕组的相应相位的有效AC电压大致等于(在实践和/或实际操作公差内)固定电压指令，如本领域理解的那样。由此，电流调节控制模块116、200增加和/或减少提供给PWM指令块120的电压指令(va *、vb *、和vc *)，这使得PWM指令块120在跨过电动马达106的定子绕组的电压中产生相应的增加和/或减少，从而马达电流跟踪电流指令，因而，由电动马达106产生的扭矩跟踪扭矩指令。
在示例性实施例中，扭矩控制过程400通过确定和/或识别在电流传感器中是否发生误差(任务414)来继续。在示例性实施例中，在控制器110以电流调节控制模式操作期间，电流传感器监测块118日常地确认电流传感器114均适当地工作。在这方面，电流传感器监测块118可对电流传感器114和/或来自于电流传感器114的测量值进行一种或多种诊断试验，以确定是否在至少一个电流传感器114中发生误差。例如，假设三相平衡操作，电动马达106的三相电流的总和应当等于零(在实际和/或实践操作公差内)。在这方面，电流传感器监测块118可以识别和/或检测由电流传感器114测量的三相电流的总和何时不等于零。应当理解的是，存在用于识别电流传感器误差的各种不同方法和/或诊断试验，且所述主题并不限于任何具体方法。在示例性实施例中，如果电流传感器监测块118确定没有发生误差且所有电流传感器114都正常工作，那么电流传感器监测块118通过从电流传感器114获得马达电流并将测量马达电流的同步坐标表示(id和iq)提供给电流调节控制模块116、200，且电气系统100继续以电流调节控制模式操作(任务408、410、412)而继续，如上所述。
响应于确定和/或识别电流传感器误差，扭矩控制过程400通过以电压控制模式操作变换器和/或电气系统而继续。在电压控制模式，变换器和/或电气系统在不依赖于来自于电流传感器114的反馈的情况下操作以控制由电动马达产生的扭矩。在示例性实施例中，控制器110配置成响应于检测和/或确定一个电流传感器的误差而以电压控制模式操作。例如，根据一个实施例，如果电流传感器监测块118检测到和/或识别电流传感器误差，那么电流传感器监测块118可通过致动或以其它方式改变选择装置124的状态来选择电压控制模式，使得电压控制模块122的输出提供给PWM指令块120的输入且电流调节控制模块116与PWM指令块120断开。在这方面，电压控制模块122经由选择装置124被联接到PWM指令块120。
在示例性实施例中，在电压控制模式，扭矩控制过程400基于扭矩指令和瞬时马达速度来确定电压指令和转差频率指令，并基于电压指令和转差频率指令来操作变换器和/或电气系统，以试图用电动马达的最小输入电流产生指令扭矩(任务416、418、420)。在示例性实施例中，电压指令块302基于扭矩指令(T*)和电动马达106的瞬时速度(ωr)来确定和/或获得同步坐标电压指令(vd *和vq *)。电压指令块302可在上文所述的马达表征过程(例如任务404)期间从采用的表格和/或数据库获得与指令扭矩(T*)和马达速度(ωr)相对应的同步电压。由此，同步电压指令与先前识别为用电动马达106的最小输入电流产生指令扭矩(T*)的跨过马达绕组的同步电压相对应。以类似的方式，转差频率指令块304基于扭矩指令(T*)和电动马达106的瞬时速度(ωr)来确定和/或获得转差频率指令(ωsl *)。转差频率指令块304可在上文所述的马达表征过程(例如任务406)期间从采用的表格和/或数据库获得与指令扭矩(T*)和马达速度(ωr)相对应的转差频率。由此，转差频率指令与先前识别为用最小输入电流产生指令扭矩(T*)的电动马达106的转差频率相对应。由此，转差频率指令可以补偿由于一个电流传感器114的误差引起的不能准确地测量和/或计算电动马达106的实际转差频率。同步-固定变换块308基于同步电压指令(vd *和vq *)和转差频率指令(ωsl *)生成用于产生指令扭矩的固定电压指令(va *、vb *、和vc *)。PWM指令块120以与电流调节控制模块的上下文中所述类似的方式基于固定电压指令(va *、vb *、和vc *)来确定用于变换器104的相脚的PWM指令。在示例性实施例中，电气系统100和/或扭矩控制过程400可通过获得扭矩指令和重复由任务416、418和420限定的循环而继续以电压控制模式操作，直到电流传感器114被更换、修理或以其它方式恢复其适当功能为止。
应当注意的是，在电压控制模式中，由于由电动马达产生的扭矩与跨过马达绕组的电压不具有强的相关性，因而与电流调节控制模式相比，控制电动马达106中的扭矩的能力可能一定程度上受到损害。例如，由电动马达106产生的扭矩可展现出对指令扭矩的变化的更慢响应，或者由电动马达106产生的扭矩可振荡。然而，电压控制模式允许电动马达106产生相对接近指令扭矩的扭矩，同时通过试图使得电动马达106的输入电流最小化而试图实现最佳效率。
上文所述的方法和/或系统的一个优势在于电动马达和/或变换器基于电压指令和转差频率指令来操作，且不依赖于关于马达电流的反馈信息。电压控制模式增加了电气系统的冗余性且允许通过使用电压指令和转差频率指令基于闭环电流调节反馈系统在没有反馈的情况下控制电动马达的操作，从而在没有马达电流反馈信息的情况下有效地近似闭环电流调节反馈系统。虽然扭矩控制可能不如电流调节扭矩控制那么精确或准确，但是电压控制模式产生了相对接近指令扭矩的扭矩，同时试图使得电动马达106的输入电流最小化。
虽然在前述具体实施方式中已经阐述了至少一个示例性实施例，但是应当理解的是，存在大量的变型。也应当理解，本文描述的示例性实施例不旨在以任何方式限制要求保护的主题的范围、可应用性或构造。相反，前述具体实施方式将提供本领域技术人员实施所述实施例的便利途径。应当理解的是，可以对元件的功能和布置进行各种变化，而不偏离由所附权利要求书限定的范围，所述范围包括在提交本专利申请时的已知等价物和可预见等价物。

Claims (10)

1.一种用于响应于扭矩指令来在车辆的电动马达中产生指令扭矩的方法，所述电动马达被联接到变换器，所述方法包括：
获得扭矩指令；
获得电动马达速度；以及
至少部分基于电压指令来操作变换器，所述电压指令与用于在电动马达速度下产生指令扭矩的通过电动马达的最小电流相对应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，操作变换器包括：
获得同步电压指令，所述同步电压指令与对于扭矩指令和电动马达速度而言的最小电流相对应；
获得转差频率指令，所述转差频率指令与对于扭矩指令和电动马达速度而言的最小电流相对应；以及
基于同步电压指令、转差频率指令和电动马达速度来操作变换器。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括基于同步电压指令、转差频率指令和电动马达速度来确定固定电压指令，其中，操作变换器包括基于固定电压指令产生用于控制变换器的脉宽调制指令。
4.根据权利要求2所述的方法，所述电动马达具有可能扭矩值范围和可能速度值范围，其中，所述方法还包括：针对所述可能扭矩值范围内的扭矩值和所述可能速度值范围内的速度值的每种组合，
确定与对于扭矩值和速度值的相应组合而言的最小马达电流相对应的相应同步电压；以及
将所述相应同步电压存储在第一表格中，其中，所述第一表格保持所述相应同步电压与扭矩值和速度值的相应组合之间的关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，获得同步电压指令包括从第一表格中获得与扭矩指令和电动马达速度的组合相对应的相应同步电压。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：针对所述可能扭矩值范围内的扭矩值和所述可能速度值范围内的速度值的每种组合，
确定与对于扭矩值和速度值的相应组合而言的最小马达电流相对应的相应转差频率；以及
将所述相应转差频率存储在第二表格中，其中，所述第二表格保持所述相应转差频率与扭矩值和速度值的相应组合之间的关系。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，获得转差频率指令包括从第二表格中获得与扭矩指令和电动马达速度的组合相对应的相应转差频率。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用电流传感器测量流经电动马达的电流以获得测量马达电流；
基于测量马达电流以电流调节控制模式操作变换器；
识别电流传感器误差；以及
响应于识别出电流传感器误差以电压控制模式操作变换器，其中，以电压控制模式操作变换器包括至少部分基于电压指令来操作变换器，所述电压指令与用于在电动马达速度下产生指令扭矩的通过电动马达的最小电流相对应。
9.一种用于响应于扭矩指令来控制电动马达的方法，其中，所述电动马达被联接到配置成驱动电动马达的变换器，所述方法包括：
获得扭矩指令；
获得电动马达的马达速度；
获得与对于扭矩指令和马达速度而言的最小马达电流相对应的电压指令；
获得与对于扭矩指令和马达速度而言的最小马达电流相对应的转差频率指令；以及
基于所述电压指令和所述转差频率指令来操作变换器。
10.一种用于车辆的电气系统，所述电气系统包括：
能量源；
电动马达；
联接在所述能量源和所述电动马达之间的变换器；
被联接到所述电动马达的解析器系统，所述解析器系统配置成获得电动马达的马达速度；和
被联接到所述变换器和所述解析器系统的控制器，其中所述控制器配置成：
获得扭矩指令；以及
至少部分基于与对于扭矩指令和马达速度的组合而言的最小马达电流相对应的电压指令和转差频率指令来操作所述变换器。
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