CN103166548B - 用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法 - Google Patents

用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法。该方法包括：将补偿前的当前电动机位置角度θn，ORG设置为当前电动机位置角度θn；获得当前采样[n]和前次采样[n‑1]之间的电动机位置变化Δθn[rad]以及前次采样[n‑1]和更前次采样[n‑2]之间的电动机位置变化Δθn‑1[rad]；计算变量A，所述变量A被表示为当前采样[n]和前次采样[n‑1]之间的电动机位置变化Δθn[rad]与前次采样[n‑1]和更前次采样[n‑2]之间的电动机位置变化Δθn‑1[rad]之间的差值；通过将计算出的变量A和校准变量K进行比较来确定是否执行补偿；计算补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]；以及采用计算出的补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]来补偿电动机转子位置信息的缺失。

Description

用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法
技术领域
本发明涉及用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的技术。更特别地，本发明涉及用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法，其能够防止由于解算器数字转换器(RDC)中的异常AD转换错误而导致的电动机转子位置角度和速度估算的错误的发生。
背景技术
典型地，用于将电能转换成机械能的驱动电动机和用于控制驱动电动机的操作的逆变器被安装在环境友好型车辆上，诸如混合动力车、电动车、氢燃料电池车等。
如图3所示，逆变器100包括：电源模块101(例如，绝缘栅双极晶体管，IGBT)，其在电池110和内置式永磁同步电动机(IPMSM)120之间传递电能。直流(DC)链接电容器102吸收由逆变器100的操作引起的DC电压的波动成分，以防止该波动成分被传递至电池110。DC链接电压传感器103测量逆变器100的DC电压，即用来控制逆变器100的DC链接电容器102两端的电压。DC链接电压感测电路104处理DC链接电压传感器103的输出以具有能够输入给模拟数字(AD)转换器的幅度，并且同时防止由于噪声等而导致的电压测量错误的发生。
电流传感器105测量逆变器100的交流电流以便用于控制逆变器100，并且电流感测电路106处理电流传感器模块中的电流传感器的输出以具有能够输入给AD转换器的幅度，并且同时防止由于噪声等而导致的电流测量错误的发生。中央处理单元(CPU)107配备有存储于计算机可读介质上的软件程序，所述软件程序由处理器执行以使用从传感器103和105接收的测量到的物理参数来控制逆变器100以及逆变器100的总体操作。控制/门电路板108配备有上述的用于控制逆变器100的电路和部件。
然而，更具体地，汽车应用中的解算器(resolver)122检测电动机的速度以及同步电动机120中使用的转子的角度。因此，解算器122的感测和错误检测是有效控制电动机的最重要因素之一。
如图4所示，目前，常规地按如下方式检测解算器122中错误的发生。在解算器122的输入信号(即，激励信号EXT+、EXT-)或输出信号(即，用于测量速度的基本信号S1-S3、S2-S4)中有错误的情况下，解算器数字转换器(RDC)124产生FAULT信号，并且传送至CPU 107的数字FAULT信号被输入给CPU(例如电动机控制器)，从而检测解算器122中的错误的发生。
然而，当在高温和低速下以及在过调制期间电动机的最大扭矩操作使电压余量减小时，RDC中的异常AD转换错误的发生会导致用于控制电动机的电动机转子位置角度和速度估算的错误。因此，由于解算器位置信息的缺失，电动机的温度升高，电动机电流的可控制性降低，并且在电动机中会发生过电流。结果，混合动力车的混合功能可能会失效。甚至更糟的是，在一些情况下，电动车和混合动力车的操作可能会不必要地完全失效。
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
考虑到有必要准确地确定电动机转子的位置以便控制混合动力车和电动车的电动机，本发明提供了一种用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的技术，其通过在由于解算器数字转换器(RDC)中的AD转换错误或由于噪声而导致电动机转子位置信息缺失的情况下准确地补偿电动机转子的当前位置，而提高混合动力车的混合功能以及电动车的操作的可靠性。
在一个方面中，本发明提供了一种用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法。特别地，将补偿前的当前电动机位置角度θn，ORG设置为当前电动机位置角度θn。随后，由CPU获得当前采样[n]和前次采样[n-1]之间的电动机(例如，转子)位置变化Δθn[rad]以及前次采样[n-1]和更前次采样[n-2]之间的电动机(转子)位置变化Δθn-1[rad]。随后，计算变量A，该变量A被表示为当前采样[n]和前次采样[n-1]之间的电动机(例如，转子)位置变化Δθn-1[rad]与前次采样[n-1]和更前次采样[n-2]之间的电动机(转子)位置变化Δθn-1[rad]之间的差值。随后，CPU通过将计算出的变量A和校准变量K进行比较来确定是否执行补偿，并且计算补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]。最后，CPU采用计算出的补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]来补偿电动机转子位置信息的缺失。
在下文中将讨论本发明的其它方面和示例性实施例。
附图说明
现在将参考通过附图示出的本发明的某些示例性实施例来详细描述本发明的上述及其它特征，其中附图将在下文中仅通过例证的方式给出，并且因此并非对本发明进行限制，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法的流程图；
图2A和2B是示出应用根据本发明的示例性实施例的用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法之前和之后的仿真结果的波形图；
图3是示出环境友好型车辆的常规逆变器系统的配置的示意图；并且
图4是示出用于检测电动机的速度和转子的角度的解算器的信号传送的示意图。
附图中陈列的附图标记包括对下面进一步讨论的以下要素的引用：
100：逆变器
101：电源模块
102：DC链接电容器
103：DC链接电压传感器
104：DC链接电压感测电路
105：电流传感器
106：电流感测电路
107：CPU
108：控制/门电路板
110：电池
120：内置式永磁同步电动机
122：解算器
124：解算器数字转换器
应该理解的是，附图不一定要依比例，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。本文中公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由期望的特定应用和使用环境来确定。
在附图中，附图标记在附图的几幅图中始终指代本发明的相同或等效部分。
具体实施方式
现在将在下文中详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合示例性实施例来描述本发明，但应理解的是，本说明并非旨在将本发明限于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、改型、等效形式和其它实施例。
应该理解的是，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。
在下文中将讨论本发明的上述和其它特征。
首先，为了更好地理解本发明，将简短地描述解算器的配置和功能。为了进行混合电动车(HEV)或纯电动车(EV)中使用的同步电动机或感应电动机的矢量控制，有必要设置与电动机的磁通量位置同步的坐标系。为了该目的，有必要读取电动机的转子的绝对位置，并且因此解算器被用来检测转子的绝对位置(即，旋转角度)。
如此，转子的各相位由解算器准确地测量，并且解算器数字转换器(RDC)传送测量到的转子相位，所述解算器数字转换器包括用于对测量值进行整流的同步整流器、以及用于以期望的振荡频率输出整流电压的电压控制振荡器(VCO)。因此，本发明的说明性实施例能够准确地控制HEV或EV的操作所需的电动机速度和电动机扭矩，而不会出现不必要的错误。
从解算器输出的差分信号(S1-S3，S2-S4)在正常状态下可以具有大约10kHz的频率和大约1-4V的AC电压。然而，如果超出该范围，即在解算器的输入信号(即，激励信号EXT+、EXT-)或输出信号(即用于测量速度的基本信号S1-S3、S2-S4)中发生错误的情况下，由RDC产生FAULT信号并且该FAULT信号被传送至CPU，从而向CPU指示在解算器的转子位置的检测中已经发生了错误。
本发明旨在通过在由于RDC中的AD转换错误或由于噪声导致的电动机转子位置信息缺失的情况下根据前次采样时的电动机速度和转子位置信息估算当前转子位置信息，来确保混合动力车的混合功能以及电动车的操作的可靠性。
更具体地，将参考图1描述根据本发明的示例性实施例的用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法。为了获得补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]，把补偿前的当前电动机位置角度θn，ORG设置为当前电动机位置角度θn(S101)。作为参考，应注意的是，补偿用的当前电动机位置角度被表示为θn并且当前电动机位置角度也表示为θn的原因是，基于软件的程序流程，它们不能以不同的方式表示。
接着，基于当前电动机位置角度θn获得与RDC的输出相应的当前采样[n]和前次采样[n-1]之间的电动机(转子)位置变化Δθn[rad]。同时，还获得前次采样[n-1]和更前次采样[n-2]之间的电动机(转子)位置变化Δθn-1[rad](S102)。
即，通过从当前电动机位置角度θn中减去前次电动机位置角度θn-1，来获得当前采样[n]和前次采样[n-1]之间的电动机(转子)位置变化Δθn[rad]。通过从前次电动机位置角度θn-1中减去更前次电动机位置角度θn-2，来获得前次采样[n-1]和更前次采样[n-2]之间的电动机(转子)位置变化Δθn-1[rad]。这些值可以通过周期性地对从RDC输出的解算器的电动机位置角度的测量信号进行采样来获得。
随后，通过下面的公式1来计算变量A，即当前采样[n]和前次采样[n-1]之间的位置变化Δθn[rad]与前次采样[n-1]和更前次采样[n-2]之间的位置变化Δθn-1[rad]之间的差值(S103)：
[公式1]
A＝Bound2PI(|Δθn-Δθn-1|)
在公式1中，函数“| |”是输出输入值的绝对值的函数，并且函数“Bound2PI”是将输入限制于0至2π(rad)的函数。这里，当在给定时间点取采样周期时，表示随时间的位置变化的、电动机(转子)位置变化Δθn[rad]和Δθn-1[rad]之间的差值可以看作是当前采样率和前次采样率之间的差值，并且该变量A可以表示为瞬间加速度变化。
接着，把以上述方式计算出的变量A与校准变量K进行比较，以确定是否执行补偿(S104)。校准变量K是表示物理限制的常数。因此，当瞬间加速度变化即变量A大于校准变量K并且小于2π-K时，确定对电动机转子位置进行补偿。
换句话说，如果变量A大于校准变量K、并且同时变量A小于2π-K，则确定电动机转子位置信息被遗漏，并且因此确定对电动机转子位置进行补偿。因此，补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]通过下面的公式2来计算(S105)：
[公式2]
θn＝Bound2PI(Δθn-1+ωrEstOld xTs)
在公式2中，ωrEstOld是前次采样时的估算速度(例如，前次采样率下的位置变化)，Ts表示控制周期(μs)，并且函数“Bound2PI”是将补偿用的当前电动机位置角度限制于0至2π(rad)的函数。结果，校准值即补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]是前次采样位置θn-1和前次采样率下的位置变化ωrEstOld的总和。因此，用通过公式2计算出的补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]来补偿电动机转子位置信息的缺失，从而持续地确保电动机的电流和扭矩控制性能。
更详细地，如图2A所示，当在RDC输出期间的某个采样期间遗漏了电动机转子位置信息、并且同时在对应的周期中产生了比解算器的异常输出命令电流(例如，312Apk)大的电流波动(例如，350Apk)时，如图2B所示用通过公式2计算出的补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]来补偿遗漏的电动机转子位置信息，从而持续地确保电动机的电流和扭矩控制性能。
同时，当在RDC输出期间采用补偿用的当前电动机位置角度θn[rad]补偿遗漏的电动机转子位置信息之后，在下一采样周期中输出新的电动机转子位置信息，并且因此基于例如计算机可读介质中构造的程序，来执行把前次电动机位置角度θn-1赋值并存储为更前次电动机位置角度θn-2的处理(S106)、把补偿用的当前电动机位置角度θn赋值并存储为前次电动机位置角度θn-1的处理(S107)，并同时执行把当前采样[n]时的估算速度ωrEst[rad/sec]赋值并存储为前次采样时的估算速度ωrEstOld[rad/sec]的处理。
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也可以分布于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(例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN))被存储和执行。
有利地，在由于RDC中的AD转换错误或由于噪声而导致的转子位置信息缺失的情况下，本发明的说明性实施例通过本发明的补偿方法而准确地确定当前电动机转子位置，从而确保电动机的电流和扭矩控制性能。
此外，根据本发明的补偿方法，能够增强电动机/逆变器系统的可靠性和稳定性、混合动力车的混合功能以及电动车的操作，从而降低确保解算器信号的可靠性的成本。
已经参考本发明的示例性实施例对本发明进行了详细描述。然而，本领域技术人员应该理解的是，可以在这些实施例中做出变更而不脱离本发明的原理和精神，其中本发明的范围在所附权利要求及其等价形式中限定。

Claims (4)

1.一种用于补偿环境友好型车辆的解算器的异常输出的方法，所述方法包括：
由CPU将补偿前的当前电动机转子位置角度θn,ORG设置为当前电动机转子位置角度θn；
由所述CPU获得当前采样和前次采样之间的电动机转子位置变化Δθn以及所述前次采样和更前次采样之间的电动机转子位置变化Δθn-1；
由所述CPU计算变量A，所述变量A被表示为所述当前采样和所述前次采样之间的电动机转子位置变化Δθn与所述前次采样和所述更前次采样之间的电动机转子位置变化Δθn-1之间的差值；
由所述CPU通过将计算出的变量A和校准变量K进行比较来确定是否执行补偿,所述校准变量K是表示瞬间加速度变化的物理限值的常数；
由所述CPU计算补偿用的当前电动机转子位置角度θn；以及
由所述CPU采用计算出的补偿用的当前电动机转子位置角度θn来补偿电动机转子位置信息的缺失，
其中，在所述确定是否执行补偿的步骤中，当所述变量A大于所述校准变量K并且小于2π-K时，确定对电动机转子位置进行补偿。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过从所述当前电动机转子位置角度θn中减去前次电动机转子位置角度θn-1，来获得所述当前采样和所述前次采样之间的电动机转子位置变化Δθn，并且通过从所述前次电动机转子位置角度θn-1中减去更前次电动机转子位置角度θn-2，来获得所述前次采样和所述更前次采样之间的电动机转子位置变化Δθn-1。
3.如权利要求1所述的方法，其中，补偿用的当前电动机转子位置角度θn通过下面的公式来计算：
θn＝Bound2PI(Δθn-1+ωrEstOld×Ts),
其中ωrEstOld是所述前次采样时的估算速度，Ts是控制周期，并且Bound2PI是将补偿用的当前电动机转子位置角度限制于0至2π的函数。
4.如权利要求2所述的方法，还包括：
将所述前次电动机转子位置角度θn-1赋值并存储为所述更前次电动机转子位置角度θn-2；以及
将所述补偿用的当前电动机转子位置角度θn赋值并存储为所述前次电动机转子位置角度θn-1，并且同时，将所述当前采样时的估算速度ωrEst赋值并存储为所述前次采样时的估算速度ωrEstOld。
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