CN103129553A - 混合动力车的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力车的控制方法，包括：在车辆正在运行的状况下确认电动机的速度不为0并且电动机的输出扭矩为0；确认电动机的电压收敛到正则值；以及累积用于电动机的控制数据并处理控制数据以计算解算器的偏移值。因此，该控制方法能在不影响车辆的驾驶性能的情况下有效地确定是否补偿解算器的偏移。

Description

混合动力车的控制方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力车的控制方法，其自动测量解算器的误差(偏移)并对误差的偏移值进行补偿以便准确控制电动机的扭矩和速度。

背景技术

通常，MCU(电动机控制单元)被用来控制电动车和混合动力车中所使用的感应电动机或同步电动机。为此，根据磁通量的位置建立坐标系。因此，解算器(resolver)被用于读取电动机转子的绝对位置。

解算器是一种将励磁电压传送到一次侧绕组(输入侧)的变压器，并且如果轴线旋转，则磁耦合系数被变换并且在二次侧绕组(输出侧)中产生载波幅度变化的电压。

绕组被布置成使得电压基于旋转角度沿着正弦和余弦曲线变化。因此，解算器的旋转角度可以通过读取正弦输出和余弦输出的载波幅度而得以检测。

根据上述原理进行操作的解算器感测电动机的速度和相位数据，并将电动机转子的位置数据传递到MCU，并且这些数据被用于产生扭矩命令和速度命令。

然而，在安装解算器时可能会产生偏移或误差，所以电动机转子的准确位置由于误差或偏移而不能检测到，并且这会导致电动机异常运转。

因此，作为补偿感测误差的方法，测量仪器(如示波器)被用来分析解算器的波形和电动机的线间反电动势，并随后对感测误差的偏移值进行补偿。

该方法通过操作者的手动操作来执行，因而所需时间被增加，工作量被增加，并且所有车辆都必须被补偿。此外，补偿值可能会随着操作者的技术水平而变化。

本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，并且因此可能包含不构成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明致力于提供一种具有电动机的车辆的控制方法，其具有在驾驶时在不影响驾驶性能的情况下监测解算器的偏移、并确定是否补偿偏移的优点。

根据本发明示例性实施例的具有电动机的车辆的控制方法可以包括：在车辆正在运行的状况下确认电动机的速度不为0并且其输出扭矩为0，确认电动机的电压收敛到正则值(regular value)，并且累积电动机的控制数据并处理控制数据以计算解算器的偏移值。

偏移模式可以在车辆的速度不为0的状况下执行。

电动机的输出扭矩为0的点可被扩展成处于电动机的预定速度范围内。预定速度范围可以在约1,000RPM和约2,000RPM之间。

当电动机的电流收敛到预定值时，电动机的D轴电压可以收敛到预定范围。预定范围可以在约-1.2V和约+1.2V之间。

当电动机的电流收敛到预定值时，电动机的Q轴电压可以收敛到预定范围。预定范围可以在约-1.2V和约+1.2V之间。

当电动机的电流收敛到预定值时，电动机的D轴电压和Q轴电压可以收敛到预定范围。预定范围可以在约-1.2V和约+1.2V之间。

当确认电动机的扭矩为0时，电动机可以在0电流状况下被控制。

偏移值可以根据等式v_d＝-ω_ψF sin(α-α^*)和v_q＝ωψ_F cos(α-α^*)来计算，其中v_d表示D轴电压，v_q表示Q轴电压，ω表示转子角速度，ψ_F表示磁通量大小，α表示最终偏移值，并且α^*表示偏移候选值。

正则值可以在约0.3V和约1V之间。

包含由处理器或控制器执行以实现根据本发明示例性实施例的具有电动机的车辆的控制方法的程序指令的非短暂计算机可读介质可以包括：在车辆正在运行的状况下确认电动机的速度不为0并且其输出扭矩为0的程序指令；确认电动机的电压收敛到正则值的程序指令；以及累积用于电动机的控制数据并处理该数据以计算解算器的偏移值的程序指令。

根据本发明示例性实施例的具有电动机的车辆的控制方法能在不影响车辆的驾驶性能的情况下有效地确定是否补偿解算器的偏移。

定义

此处所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且并非旨在对本发明进行限制。如此处所使用的那样，单数形式的“一”旨在也包括复数形式，除非文中清楚地指出。还应理解的是，术语“包括”在本说明书中被使用时，指的是所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或附加。如此处使用的那样，术语“和/或”包括一个或多个相关列出条目的任意和全部组合。

应理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。

除非明确指出或者根据上下文明显可知，如此处使用的那样，术语“约”应被理解为处于本领域的正常容差范围内，比如处于平均值的2个标准偏差内。“约”可被理解为处于所陈述的值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非根据上下文可清楚得知，本文中所提供的所有数值都通过术语“约”来修正。

附图说明

尽管结合目前被认为是实际的示例性实施例的实施例描述附图，但应理解的是，本发明不限于所公开的附图。

图1是根据本发明示例性实施例的具有电动机的车辆的示意图。

图2是根据本发明示例性实施例的控制电动机的MCU控制部的电路图。

图3是根据本发明示例性实施例的解算器偏移确定器的示意图。

图4是示出根据本发明示例性实施例的与布置在混合动力车中的电动机的速度相应的扭矩曲线的图。

图5是示出根据本发明示例性实施例的、扭矩曲线随着布置在混合动力车中的电动机的速度而变化的状态的图。

图6是示出根据本发明示例性实施例的布置在混合动力车中的解算器的偏移确定模式进入条件的表。

图7是示出根据本发明示例性实施例的布置在混合动力车中的解算器的偏移确定模式进入条件以及驱动模式的表。

图8是示出根据本发明示例性实施例的、在混合动力车中形成解算器的偏移误差的条件下的v_d值的图。

图9是示出根据本发明示例性实施例的、进入确定混合动力车中的解算器偏移的模式的方法的流程图。

为了方便读者，提供附图中所使用的附图标记的以下说明：

110：电动机

120：解算器

130：电动机控制单元

140：高电压电池

150：主继电器

160：电容器

210：电流命令发生器

220：电流控制器

230：轴转换器

240：PWM(脉宽调制)发生器

250：PWM逆变器

260：解算器偏移确定器

310：速度/扭矩确定器

320：0电流控制确定器

330：电压感测及解算器偏移计算部

具体实施方式

在下文中，将参考示出本发明示例性实施例的附图来更充分地描述本发明。如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施例可以以各种不同的方式进行修正，同时所有修正都不脱离本发明的精神或范围。

与描述无关的部分将被省略，以便明确地说明本发明，并且在整个说明书中对相同或相似的元件将始终使用相同的附图标记。

在附图中，每个元件的尺寸和厚度被近似地示出，以便更好地理解本发明和易于描述本发明。因此，本发明不限于这些附图，并且层、膜、面板、区域等的厚度为了清楚起见可被夸大。

图1是根据本发明示例性实施例的具有电动机的车辆的示意图。

参考图1，具有电动机的车辆包括电动机110、解算器120、电动机控制单元130、高电压电池140、主继电器150、电容器160和BMS(电池管理系统)，其中该系统可以应用于混合动力车、电动车和燃料电池车。电动机110可以输出通过电力产生的扭矩并且可以产生电力。

电动机110由电动机控制单元130控制，并且电动机控制单元130包括将DC电流变换成可变电压的可变频率和AC电流的逆变器，以及控制电流和电压的控制部。

解算器120是电动机位置传感器，其向电动机控制单元130提供电动机110的旋转位置信息。电动机控制单元130继而控制提供给电动机110的电流和电压。

图2是根据本发明示例性实施例的控制电动机的MCU控制部的电路图。

参考图2，MCU130的控制部包括电流命令发生器210、电流控制器220、轴转换器(axis converter)230、PWM发生器240、PWM逆变器250和解算器偏移确定器260。

如果从更高阶的控制部输入了扭矩命令或速度命令，则电动机控制单元130在电流命令发生器210中产生D轴和Q轴电流命令，并且电流控制器220执行电流控制使得逆变器电流遵循电流命令。

轴转换器230将来自D轴和Q轴的电流变换成三相，PWM发生器240基于电流命令将PWM开关信号传送到逆变器，并且PWM逆变器250基于PWM开关信号通过开关操作来控制电动机。

解算器偏移确定器260利用从更高阶的控制部传递的扭矩命令和电流命令、从电动机反馈的电流、监测到的D轴和Q轴电压等，来确定解算器120的偏移。

在驾驶状态中可进行0电流控制的0扭矩时期中本发明进入解算器偏移确定模式，并且在车辆的驾驶性能不受影响的条件下执行0电流控制以确定解算器的偏移。

图3是根据本发明示例性实施例的解算器偏移确定器的示意图。

参考图3，解算器偏移确定器260包括速度/扭矩确定器310、0电流控制确定器320、和电压感测及解算器偏移计算部330。

速度/扭矩确定器310监测电动机的速度和扭矩命令，并且0电流控制确定器320监测电动机所需求的扭矩。

此外，电压感测及解算器偏移计算部330感测与速度相应的电压和电动机的0电流状态，以确定解算器的偏移。在一个实施例中，解算器的偏移根据下面的等式(1)来确定。

$v_d=(R+L_d\frac{d}{\mathrm{dt}})i_d-\mathrm{\ω}{L}_q{i}_q-\mathrm{\ω}{\mathrm{\ψ}}_F\sin (\mathrm{\α}-{\mathrm{\α}}^{*})$ $\left(1\right)$

$v_q=(R+L_q\frac{d}{\mathrm{dt}})i_q-\mathrm{\ω}{L}_d{i}_d+\mathrm{\ω}{\mathrm{\ψ}}_F\cos (\mathrm{\α}-{\mathrm{\α}}^{*})$

在等式(1)中，R表示施加到电动机110上的电阻，L_d表示D轴电感常数，L_q表示Q轴电感常数，ψ_F表示磁通量大小，α表示最终偏移值，α^*表示偏移候选值。

此外，在等式(1)中，i_d表示D轴电流，i_q表示Q轴电流，v_d表示D轴电压，v_q表示Q轴电压，并且ω表示转子角速度。

在第一个等式中，如果D轴电流(i_d)和Q轴电流(i_q)通过0电流控制而收敛到0，则等式(1)可以转化成下面的等式(2)。

v_d＝-ωψ_F sin(α-α^*)

                                            (2)

v_q＝ωψ_F cos(α-α^*)

图4是示出根据本发明示例性实施例的与布置在混合动力车中的电动机的速度相应的扭矩曲线的图。

参考图4，横轴表示车辆速度，并且纵轴表示电动机的输出扭矩。

电动机110在比预定值低的速度下输出扭矩，并且电动机110在比预定值高的速度下产生电力以执行再生。

图5是示出根据本发明示例性实施例的、扭矩曲线随着布置在混合动力车中的电动机的速度而变化的状态的图。

参考图5，横轴表示车辆速度，并且纵轴表示电动机的输出扭矩。与图4相比，扭矩曲线被变换，并且0扭矩区间在车辆速度在预定范围内变化的状态下被扩展，使得系统可以容易地进入偏移确定模式。

图6是示出根据本发明示例性实施例的布置在混合动力车中的解算器的偏移确定模式进入条件的表。

参考图6，如果电动机速度不为0、其输出扭矩为0、并且D轴和Q轴电流为0，则车辆进入解算器偏移确定模式。

图7是示出根据本发明示例性实施例的布置在混合动力车中的解算器的偏移确定模式进入条件以及驱动模式的表。

参考图7，在电动机速度不为0、其输出扭矩为0、C轴和Q轴电流为0的条件下，车辆进入解算器偏移确定模式。

图8是示出根据本发明示例性实施例的、在混合动力车中形成解算器的偏移误差的条件下的v_d值的图。

参考图8，如果车辆进入解算器偏移确定模式，则电动机110的电流通过0电流控制而收敛到0，电动机110的速度在预定范围内变化，并且D轴电压(Vd)缓慢地收敛到预定值。

如图所示，预定收敛时间对确定电动机110的解算器的偏移而言是必要的。因此，当车辆在驾驶状态期间进入解算器偏移确定模式时，数据被采集、过滤或求平均以在预定时间之后执行解算器的计算。

图9是示出根据本发明示例性实施例的、进入确定混合动力车中的解算器偏移的模式的方法的流程图。

参考图9，在S900中当驾驶时确定电动机110的需求扭矩是否是0，并且在S910中确定是否可进行0电流控制。

在S920中确定电动机110的速度是否是0，并且在S930中确定用于控制的数据是否收敛到预定值。在S940中对预定区间采集数据，对数据进行处理以确定是否补偿解算器的偏移值，并且在S950中结束控制。

所述数据包括用于电动机110的所有控制数据，其包括施加到电动机110上的电阻、D轴电感常数、Q轴电感常数、磁通量大小、最终偏移值、偏移候选值、D轴电流、Q轴电流、D轴电压、Q轴电压、和转子的角速度。

尽管已经结合目前被认为是实际的示例性实施例的实施例描述了本发明，但应理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改型和等效配置。

例如，尽管本发明的各个方面是在单个单元或多个单元的语境中描述的，但应理解的是，本发明也可以分别由多个单元或单个单元执行。

此外，本发明的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、压缩盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统中使得计算机可读介质以分布式方式(诸如通过远程信息处理服务器和控制器区域网(CAN))被存储和执行。

Claims (12)

1.一种具有电动机的车辆的控制方法，包括：

在车辆正在运行的状况下确认所述电动机的速度不为0并且所述电动机的输出扭矩为0；

确认所述电动机的电压收敛到正则值；以及

累积用于所述电动机的控制数据并处理所述控制数据以计算解算器的偏移值。

2.如权利要求1所述的控制方法，其中在车辆的速度不为0的状况下执行偏移模式。

3.如权利要求1所述的控制方法，其中所述电动机的输出扭矩为0的点被扩展成处于所述电动机的预定速度范围内。

4.如权利要求3所述的控制方法，其中所述预定速度范围在约1,000RPM和约2,000RPM之间。

5.如权利要求1所述的控制方法，其中当所述电动机的电流收敛到预定值时，所述电动机的D轴电压收敛到预定范围。

6.如权利要求5所述的控制方法，其中所述预定范围在约-1.2V和约+1.2V之间。

7.如权利要求1所述的控制方法，其中当所述电动机的电流收敛到预定值时，所述电动机的Q轴电压收敛到预定范围。

8.如权利要求1所述的控制方法，其中当所述电动机的电流收敛到预定值时，所述电动机的D轴电压和Q轴电压收敛到预定范围。

9.如权利要求1所述的控制方法，其中，当确认所述电动机的扭矩为0时，在0电流状况下控制所述电动机。

10.如权利要求1所述的控制方法，其中，当确认所述电动机的扭矩为0时，所述电动机的D轴或Q轴电流被控制为0。

11.如权利要求1所述的控制方法，其中根据等式v_d＝-ωψ_F sin(α-α^*)和v_q＝ωψ_F cos(α-α^*)来计算所述偏移值，其中v_d表示D轴电压，v_q表示Q轴电压，ω表示转子角速度，ψ_F表示磁通量大小，α表示最终偏移值，并且α^*表示偏移候选值。

12.一种非短暂计算机可读介质，其包含由处理器或控制器执行以实现具有电动机的车辆的控制方法的程序指令，所述计算机可读介质包括：

在车辆正在运行的状况下确认所述电动机的速度不为0并且所述电动机的输出扭矩为0的程序指令；

确认所述电动机的电压收敛到正则值的程序指令；以及

累积用于所述电动机的控制数据并处理所述数据以计算解算器的偏移值的程序指令。

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