CN103546084A - 用于校准电动机旋转变压器偏移的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于校准电动机旋转变压器偏移的系统和方法，该方法包括：通过控制器将电流施加到电动机的d轴；通过控制器测量电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算输入到电动机的功率，其中Vq是q轴的电压、Vd是d轴的电压、Iq是q轴的电流且Id是d轴的电流；以及当输入功率不处于预定范围内时，通过控制器将旋转变压器的偏移相应地调整为正值或负值。

Description

用于校准电动机旋转变压器偏移的系统和方法

技术领域

本发明总的来说涉及一种以代数方法代替传统上以几何方法实现的用于校准电动机位置传感器的偏移的系统和方法。

背景技术

目前，随着对经济友好型车辆需求的日益增大，这些车辆内的驱动系统逐渐被电动机所取代。这种经济友好型车辆包括混合动力车、电动车、燃料电池车等等。它们均以电动机作为驱动源。

这些电动机通常使用安装在电动机轴上被称为旋转变压器(resolver)的位置传感器。旋转变压器可被理解为一种变压器，其中供给特定量值和频率的电压作为其输入，且变压比基于转子的位置而变化。而且，关于转子的位置通过正弦和余弦函数调幅的信号被输出到其两个输出。当以该输出作为输入时，RDC计算旋转变压器的位置。这就是为什么在电动机转子和旋转变压器转子的转子位置之间的偏移需要被校准的原因。

在用于电动机的动态模型(DYNAMO)中，由于转矩传感器的存在，因此可以通过将d轴电流施加到电动机以查找电动机内没有转矩的位置来准确地设定旋转变压器的偏移。然而，在大规模生产之后电动机在车库中必须更换时，车库中通常没有DYNAMO设备，因此也没有转矩传感器。因此，必须使用几何软件来校准适当的角度。

为此，在混合动力车的情况下，旋转速度有时由直接连接到电动机的发动机控制。然而，在电动机中，当施加0电流控制时，所产生的电压与反电动势相对应，因此当偏移校准正确时，仅产生q轴电压。因此，当校准不正确时，还产生d轴电压，以便可以利用d轴电压的量值来校准偏移。

这是传统的偏移校准方法。尽管在d轴和q轴保持垂直时使用该方法没有问题，但是，当存在任何制造缺陷时，在如图2所示的观察系统的坐标内，d轴和q轴是不垂直的，这种方法就不适用了。

在相关现有技术中，这种偏移可以通过利用以下方法进行校准。下面将参考图1和2描述传统的偏移校准方法。在传统技术中，通常一个或多个混合动力控制单元(HCU)101被配置为控制发动机102和电动机103，电动机控制单元(MCU)被配置为控制电动机电流。特别地，在传统方法中，电流仅施加给d轴以防止产生转矩，因此当产生转矩时，计算Δθ并对其反射(reflect)，使旋转变压器的偏移通过以下等式进行校准：

ν_αβ＝e^-jΔθν_dq＝jν_q(cosΔθ-jsinΔθ)＝ν_q sinΔθ+jν_q cosΔθ

ν_α＝ν_qsinΔθ

ν_β＝ν_qcosΔθ

$\mathrm{\Δ\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{v_{\mathrm{\α}}}{v_{\mathrm{\β}}}\right)$

θ_updated＝θ-Δθ

然而，即使如上所述，使用这种方法的问题在于观察系统坐标内存在制造误差，d轴和q轴最初可能并不垂直，因此即使计算Δθ并对其反射，该方法在本质上也存在误差。

相关现有技术的说明仅仅是为了理解本发明背景的目的，因此对本领域技术人员来说不应当认为本发明的说明书是相关现有技术。

发明内容

因此，本发明提出一种通过将功率输入与电动机的输出相互关联来定位旋转变压器上的特定转子位置的系统和方法。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种用于校准车辆电动机中旋转变压器的偏移的方法。具体地，首先将电流施加到电动机的d轴，并测量电动机的Vq、Vd、Iq和Id。然后，计算输入到电动机的功率，然后当输入功率不处于预定范围内时，将旋转变压器的偏移调整成正值或负值。

在计算输入功率过程中，可以通过以下等式来计算输入功率(Pin)：Pin＝1.5×(Vd×Id+Vq×Iq)。

在偏移的调整过程时，可以通过特定量值的正值或负值来调整偏移，然后重新施加电流并计算输入功率。在偏移调整之后，再次重复施加电流并计算输入功率，当输入功率处于预定范围内时，终止调整步骤。

在调整偏移过程中，当输入功率低于预定范围的下限时，可以将旋转变压器的偏移调整为负值，且当输入功率高于预定范围的上限时，可以将偏移调整为正值。此外，本发明的示例性实施实施方式还可包括将电动机的转速保持在恒定速率的准备阶段。在准备阶段中，可以通过控制车辆发动机的转速来将电动机的转速保持恒定。

在本发明的另一方面，提供一种用于校准车辆电动机中旋转变压器的偏移的系统和方法。在该系统和方法中，电动机被准备成使得电动机的转速保持恒定，然后发出指令以将在极坐标内180度的电流施加到电动机；测量电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算电动机的功率输入；然后当输入功率不处于预定范围内时，将旋转变压器的偏移调整为正值或负值。

在本发明的又一方面，提供一种用于校准车辆电动机中的旋转变压器的偏移的系统和方法。在将电流施加到电动机而使得在电动机的转速保持恒定时没有扭矩输出之后，测量电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算输入到电动机的功率，且当输入功率不处于预定范围内时，将旋转变压器的偏移调整为正值或负值。

如上所述，根据用于校准车辆电动机中旋转变压器的偏移的系统和方法，即使d轴和q轴不相垂直，也可以确保电动机的输出性能。

此外，尽管传统的方法是利用几何等式通过由反电动势来查找转子位置的位置，而本方法则以代数方式利用功率的大小来查找转子位置，因此不管几何变形如何严重，都能以代数方式精确地校准变形而无需查找适当的角度。

附图说明

本发明的以上和其他特征、目的和优点将结合附图从以下详细说明中更加清楚的理解，以下附图仅仅通过示例给出，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是示出混合动力车的传统驱动系统的视图；

图2是示出用于说明校准车辆电动机内旋转变压器的偏移的传统方法的关于电压的坐标系统的视图；以及

图3是根据本发明具体实施例的用于校准车辆电动机内旋转变压器的偏移的系统和方法的示例性流程图。

具体实施方式

可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。

本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。还应该理解的是，在本说明书中使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其组合的存在或增加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

尽管具体实施例被描述为利用由一个或多个处理器组成的用于特别执行指令以实现以下处理的一个控制器，然而可以理解的是以下处理也可以通过多个控制器来实现。

此外，本发明的控制逻辑可被实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括，但不局限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、闪存盘、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在连接计算机系统的网络中，以使计算机可读介质可以以分布式方式，例如，通过电信息通信服务器或控制器区域网(CAN)，被存储和执行。

下面将更详细地参考本发明的优选实施方式，将在附图中示出这些优选实施方式的例子。无论如何，相同的附图标记将贯穿附图和说明书中以表示相同或类似的部件。

一种用于校准车辆电动机中旋转变压器的偏移的系统和方法包括：通过控制器将电流施加到电动机的d轴(S200)；通过控制器测量电动机的Vq、Vd、Iq和Id并通过控制器计算输入到电动机的功率(S300)，且当输入的功率不处于预定范围内时，将旋转变压器的偏移调整为正值或负值(S400)。

该方法还可包括准备阶段(S100)，其中该方法最初通过例如控制车辆发动机的转速而将电动机的转速保持在恒定速率。由于本发明不仅仅局限于混合动力车，因此可通过利用诸如止推发电机(cotter dynamo)或电动机控制器等分离装置，也可以利用直接连接于电动机的发动机，将电动机的转速保持在恒定速率。

一旦电动机的转速已经保持在恒定速率，则执行步骤S200，在该步骤中将电流施加到电动机的d轴。在此，即使在施加步骤中，也需要施加电流以便在电动机上不产生扭矩，电流施加到电动机的d轴，或者发出指令使得在极坐标内的180度的电流被施加到电动机。在参考图2时可以容易地理解这种校准。当电流施加到电动机的d轴且正确的坐标系统开始与观察系统一致时，通常观察不到q轴的电压。然而，当这两个坐标彼此不一致时，可以相应地检测q轴的电压。

尽管在相关现有技术中是利用几何方法来计算这种偏移，然而这种几何计算是不精确的，因为当坐标系统本身的轴不垂直时，三角函数的计算在本质上也会存在一些误差。

相反地，本发明以代数方式校准这一误差，通过测量电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算输入到电动机的功率(S300)以分析电动机的输入功率，且当输入功率不在预定范围内时，将旋转变压器的偏移调整为正值或负值(S400)。

在本发明的具体实施例中，例如电动机控制器等控制器可被配置为测量从电动机输出的d和q轴的电流和电压，然后利用测量的Vq、Vd、Iq和Id来计算电动机的输入功率。在本发明的具体实施例中，Vq表示q轴的电压、Vd表示d轴的电压、Iq表示q轴的电流，Id表示d轴的电流。也就是说，本发明的具体实施例利用电动机输入和输出功率之间的校准来定位旋转变压器的转子位置。因而，可以理解当产生扭矩时，产生输出功率以观察输入功率(例如，可以通过电动机控制器来知道输入功率)，因此基于输入功率的大小将输入功率输入到d轴。在此，在输入功率的计算中(S300)，输入功率(Pin)可以通过以下等式进行计算：

Pin＝1.5×(Vd×Id+Vq×Iq)     等式1

具体地，在偏移调整期间(S400)，可以通过正值或负值的特定量值来调整偏移(S410、S420、S430和S440)，然后重新执行电流的施加(S200)和输入功率的计算(S300)，然后在偏移调整之后，再次重复电流的施加和输入功率的计算，并且当输入功率处于预定范围内时，终止调整。例如，在偏移的调整过程中(S400)，当输入功率低于预定范围的下限时，可以将旋转变压器的偏移调整为负值(S430)，并且当输入功率高于预定范围的上限时，可以将偏移调整为正值(S440)。

在图3的实施例中，以0.1度的增量进行调整以便以0.1度来校准最初设定的偏移，然后施加电流并测量输出。然后，再次执行校准以消除偏移。这种方法相对于传统方法相当大地降低了偏移量，从而抵销了在电动机输出中的减少。

同时，还提供一种用于校准车辆电动机中旋转变压器的偏移的方法，该方法包括：通过控制器发出指令以将极坐标系统中的180度电流施加给电动机(S200)；通过控制器测量电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算输入到电动机的功率(S300)；且当输入功率不在预定范围内时，将旋转变压器的偏移调整为正值或负值(S400)。

可选地，在将电流施加到电动机之后使得当电动机的rmp保持恒定时没有扭矩输出，可以测量电动机的Vq、Vd、Iq和Id并可以计算输入到电动机的功率。然后当输入功率不处于预定范围内时，可以将旋转变压器的偏移调整为正值或负值。

有利地，即使d轴和q轴不垂直，也可以校准车辆电动机内的旋转变压器的偏移，可以确保电动机的输出性能。此外，尽管传统方法利用反电动势的位置通过几何等式查找转子位置，但是本发明以代数方式利用功率的大小查找转子位置，因此不管存在多严重的几何变形，该变形都可以以代数方式精确地被校准。

尽管上面已经出于说明的目的，对本发明的优选实施例进行说明。但是本领域技术人员可以知道，在不脱离权利要求书所限定的本发明的原理和精神的情况下，还可以对这些实施例进行各种变型、增加和替代。

Claims (15)

1.一种用于校准车辆电动机中的旋转变压器的偏移的方法，所述方法包括：

通过控制器将电流施加到所述电动机的d轴；

通过所述控制器测量所述电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算输入到所述电动机的功率，其中Vq是q轴的电压、Vd是d轴的电压、Iq是q轴的电流且Id是d轴的电流；以及

当所述输入功率不处于预定范围内时，通过所述控制器将所述旋转变压器的偏移相应地调整为正值或负值。

2.如权利要求1所述的方法，其中利用以下等式来计算所述输入功率(Pin)：

Pin＝1.5×(Vd×Id+Vq×Iq)。

3.如权利要求1所述的方法，其中以特定量值的正值或负值来调整所述偏移，然后重新施加电流并重新计算输入功率，然后在调整偏移之后，再次重新施加电流并再次重新计算输入功率，并且当所述输入功率处于所述预定范围内时，终止调整。

4.如权利要求1所述的方法，其中当所述输入功率小于所述预定范围的下限时，可以将所述旋转变压器的偏移调整为负值，并且当所述输入功率大于所述预定范围的上限时，可以将偏移调整为正值。

5.如权利要求1所述的方法，还包括最初将所述电动机的转速保持在恒定速率。

6.如权利要求5所述的方法，其中通过控制所述车辆的发动机的转速来将所述电动机的转速保持在恒定速率。

7.一种用于校准车辆电动机中的旋转变压器的偏移的方法，所述方法包括：

通过控制器发出指令以将极坐标系内的180度电流施加给所述电动机；

通过所述控制器测量所述电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算输入到所述电动机的功率，其中Vq是q轴的电压、Vd是d轴的电压、Iq是q轴的电流且Id是d轴的电流；以及

当所述输入功率不处于预定范围内时，通过所述控制器将所述旋转变压器的偏移调整为正值或负值。

8.一种用于校准车辆电动机中的旋转变压器的偏移的方法，所述方法包括：

在将电流施加到电动机使得在所述电动机的转速保持在恒定速率时不输出扭矩之后，通过控制器测量所述电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算输入到所述电动机的功率，其中Vq是q轴的电压、Vd是d轴的电压、Iq是q轴的电流且Id是d轴的电流；以及

当所述输入功率不处于预定范围内时，通过所述控制器将旋转变压器的偏移调整为正值或负值。

9.一种非短暂计算机可读介质，用于校准车辆电动机中的旋转变压器的偏移，包含由控制器执行的程序指令，所述计算机可读介质包括：

将电流施加到所述电动机的d轴的程序指令；

测量所述电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算输入到所述电动机的功率的程序指令，其中Vq是q轴的电压、Vd是d轴的电压、Iq是q轴的电流且Id是d轴的电流；以及

当所述输入功率不处于预定范围内时，将所述旋转变压器的偏移相应地调整为正值或负值的程序指令。

10.如权利要求9所述的非短暂计算机可读介质，其中利用以下等式来计算所述输入功率(Pin)：

Pin＝1.5×(Vd×Id+Vq×Iq)。

11.如权利要求9所述的非短暂计算机可读介质，其中通过特定量值的正值或负值来调整偏移，然后重新施加电流并重新计算输入功率，然后在调整偏移之后，再次重新施加电流并再次重新计算输入功率，并且当所述输入功率处于所述预定范围内时，终止调整。

12.如权利要求9所述的非短暂计算机可读介质，其中当所述输入功率低于所述预定范围的下限时，可以将所述旋转变压器的偏移调整为负值，并且当所述输入功率高于所述预定范围的上限时，可以将偏移调整为正值。

13.如权利要求9所述的非短暂计算机可读介质，还包括最初将所述电动机的转速调整为恒定速率的程序指令。

14.如权利要求13所述的非短暂计算机可读介质，其中通过控制所述车辆的发动机的转速来将所述电动机的转速保持在恒定速率。

15.一种用于校准车辆电动机中的旋转变压器的偏移的系统，所述系统包括：

被配置为辅助驱动车辆的电动机，所述电动机包括转子；和

控制器，被配置为将电流施加到所述电动机的d轴，测量所述电动机的Vq、Vd、Iq和Id并计算输入到所述电动机的功率，其中Vq为q轴的电压、Vd为d轴的电压、Iq为q轴的电流且Id为d轴的电流，并且当所述输入功率不处于预定范围内时将所述旋转变压器的偏移相应地调整为正值或负值。

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