CN104723900A - 电动车辆的控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动车辆的控制方法和系统。提供了一种用于控制电动车辆的系统及其方法。电动车辆的控制方法包括操作电池和电机；检测转矩命令、电机转速和电机电流；从电机电流计算电机电压；以及确定基于电机的转速范围的电压利用率何时大于预定值。此外，该方法包括当电压利用率小于预定值时生成基于电机转速的工作点校正函数并且从工作点校正函数计算根据电机转速的电流命令。此外，该方法还包括输出所计算出的电流命令。

Description

电动车辆的控制方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月24日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2013-0162932号的优先权和权益，通过引用将其全部内容结合在此。
技术领域
本发明涉及电动车辆的控制方法和系统。更具体地，本发明涉及通过更有效地控制布置在电动车辆内的电机来减少燃料损耗和成本的电动车辆的控制方法和系统。
背景技术
已经开发了一种通过开发替代能源来有助于环境保护的电动车辆。电动车辆包括被配置为带动车辆的电机和被配置为将电力供应至电机的高压电池。电池是用于驱动电机的能源，并且被配置为使用逆变器(inverter)将电力供应至电机。
每安培最大转矩(MTPA)控制方法是一种现有的电机控制方法。MTPA控制方法通过扫描(sweep)供应至电机的电流来设置电流图(currentmap)。MTPA控制方法使用数学模型来控制电机，但是不能通过数学等式来表示电机的非线性，这使得数学模型通常无效。
为了解决该问题，使用从最小化电机的输出电流的工作点(operatingpoint，操作点)设置电流图的电机控制方法。具体地，工作点可从通过电流扫描获得的相等转矩区域来计算。然而，由于电机控制方法不考虑电机和逆变器的损耗，测量因子(例如，电机转矩、电机电流、电机电压、电机的功率因子、直流电(DC)电压和DC电流)通常高于实际值。因此，当使用各种测量因子时，输出结果可能由于错误的测量因子而失真(distort)。此外，由于使用各种测量因子，测量系统变得更复杂，这导致系统制造成本增加。
本部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技术的理解，并且因此本发明可能包括在该国家中未构成为本领域普通技术人员所知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供了一种可通过更有效地控制布置在电动车辆内的电机来减少燃料损耗和成本的电动车辆的控制方法。此外，本发明提供了一种可减少电机控制系统的成本并且还可简化电机控制系统的电动车辆的控制方法。
根据本发明的示例性实施方式的电动车辆的控制方法可包括：使用由控制器操作的电池供应电力；接收来自电池的电力并使用由控制器操作的电机生成动力；通过控制器检测转矩命令、电机转速和电机电流；通过控制器使用电机电流计算电机电压；通过控制器确定基于电机的转速范围的电压利用率何时大于预定值；响应于电压利用率小于预定值，生成基于电机转速的工作点校正函数；通过控制器从工作点校正函数计算基于电机转速的电流命令；以及通过控制器输出所计算的电流命令。
生产工作点校正函数可包括:从第一电机转速确定最大有效驱动电流图；使用第一电机转速计算第一电流大小和第一电流角度(current angle)；从第二电机转速确定最大有效工作点；从第二电机转速计算第二电流大小和第二电流角度；以及从第一电流大小和第二电流大小以及第一电流角度和第二电流角度生成工作点校正函数。可通过扫描从电池供应的第一直流电流(DC)使用第一电机转速设置电流图。此外，可通过扫描从电池供应的第二DC使用第二电机转速设置工作点。
此外，生成工作点校正函数可进一步包括计算第一电流大小和第二电流大小的差值以及第一电流角度和第二电流角度的差值；以及通过近似电流大小和电流角度的差值来生成工作点校正函数。电流大小和电流角度的差值可使用预定的二次函数来近似。电动车辆的控制方法可进一步包括响应于电压利用率大于预定值使用过调制(overmodulation)来操作电机。
根据本发明的示例性实施方式，由于可通过工作点校正函数基于电机转速来设置最佳的工作点，因此可减少车辆的燃料损耗。此外，由于可最小化控制电机所必需的测量因子，因此可简化系统构造。
附图说明
引用附图以描述本发明的示例性实施方式，并且因此，本发明的技术精神不应被解释为限于附图。
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的电动车辆的示例性框图；
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的电动车辆的控制方法的示例性流程图；
图3是示出根据本发明的示例性实施方式的用于获取工作点校正函数的方法的示例性流程图；
图4是示出根据本发明的示例性实施方式的用于获取新的电流命令的方法的示例性流程图；
图5是示出根据本发明的示例性实施方式的根据电机转速的工作点的示例性曲线图。
具体实施方式
应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“用车辆运载的”或者其他的类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的客运汽车，包括各种船只和舰船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其他替代燃料车辆(例如，来源于非石油能源的资源的燃料)。如本文中提及的，混合车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。
尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，也可由一个或者多个模块来执行示例性过程。此外，应当理解术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置为存储模块，且处理器被具体配置为执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可体现为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读媒介。计算机可读介质的实例包括但并不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读介质也可分布在耦接网络的计算机系统中，从而以分布式方式(通过如由远程信息管理服务器(telematics server)或控制器局域网络(CAN))存储并执行计算机可读媒介。
本文所用的术语仅是为了描述具体实施方式的目的，而不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。应进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，规定指定特征、整体、步骤、操作、元件、和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文中使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何及所有组合。
应当理解，尽管在本文中可使用术语“第一”、“第二”等来于描述各种元件，但这些元件并不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分。例如，在不背离本发明的教导的前提下，下面所讨论的第一元件可被称为第二元件。类似地，第二元件也可被称为第一元件。
除非明确规定或者从上下文显而易见的，否则如本文中使用的，术语“大约”被理解为在本领域的正常容差范围内，例如，在平均值的2个标准差内。“大约”可被理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另有明确说明，否则本文中提供的所有数值由术语“大约”修饰。
在下文中，将参考示出了本发明的示例性实施方式的附图更详细地描述本发明。本领域的技术人员将认识到，在完全不背离本发明的精神或范围的前提下，可对描述的示例性实施方式以各种不同的方式进行修改。
在描述本发明时，将省去与描述无关的部分。在整个说明书中，相似的参考标号通常指定相似的元件。此外，为了更好的理解和便于描述，任意地示出了附图中所示的每个构造的大小和厚度，但本发明并不局限于此。在附图中，为了清晰起见而夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的电动车辆的示例性框图。如图1所示，根据本发明的示例性实施方式的电动车辆可包括被配置为供应电力的电池10、被配置为从电池10接收电力并生成动力的电机30、以及被配置为操作电池10和电机30的控制器20。电池10可由控制器操作以供应直流电(DC电力)，并且特别地供应基本上恒定的电压电力。
控制器20可包括由预定程序操作的一个或多个微处理器或者包括微处理器的硬件。预定程序可包括被配置为执行以下将描述的根据本发明的示例性实施方式的电动车辆的控制方法的一系列命令。通常，控制器20可以是被配置为从电池10接收电力并且操作电机30的逆变器。
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的电动车辆的控制方法的示例性流程图。如图2所示，当转矩命令被输入至控制器20(S110)时，控制器20可被配置为检测电机转速和电流(S120)，并且控制器20可被配置为从电机电流计算电机电压(S130)。控制器20还可被配置为确定电机30的电压利用率是否大于约1(S140)。当电机的电压利用率大于约1时，控制器可被配置为确定大量的电压用于相对高的转速范围(例如，预定的转速范围)中并且可进一步被设置为通过过调制来操作电机30(S150)。通常，过调制控制方法通常已为本领域技术人员所知，并且将省略其详细描述。
当电机30的电压利用率小于约1时，控制器20可被配置为基于电机转速计算工作点校正函数(S200)。在下文中，将参照图3详细描述基于电机转速来获得工作点校正函数的过程(S200)。具体地，控制器20可被配置为通过扫描从电池10供应的第一直流电流设置关于第一电机转速的电流图(S210)。第一电机转速可约为1500每分钟转数(RPM)。
此外，控制器20可被配置为在第一电机转速在关于转矩命令的同步参考系(synchronous reference frame，同步参考坐标系)内计算第一d轴电流(Id1)和第一q轴电流(Iq1)的第一大小(Is1)以及第一d轴电流(Id1)和第一q轴电流(Iq1)的第一角度(Beta1)(S220)。控制器20可被配置为通过扫描从电池10供应的第二直流电流设置关于第二电机转速的工作点(S230)。此外，控制器20可被配置为关于第二电机转速计算第二d轴电流(Id2)和第二q轴电流(Iq2)的第二大小(Is2)以及第二d轴电流(Id2)和第二q轴电流(Iq2)的第二角度(Beta2)(S240)。
控制器20可被配置为计算第一电流大小和第二电流大小之间的差值以及第一电流角度和第二电流角度之间的差值(S250)。电流大小的差值(Delta_Is)可以是Is1与Is2之间的差值。电流角度的差值(Delta_Beta)可以是Beta1和Beta2之间的差值。电流大小的差值(Delta_Is)和电流角度的差值(Delta_Beta)可使用以下等式计算：
等式1
Delta_Is＝Is2-Is1
等式2
Delta_Beta＝Beta2-Beta1
控制器20可进一步被配置为使电流大小(Delta_Is)的差值和电流角度(Delta_Beta)的差值近似，并且计算工作点校正函数(Func_Delta_Is，Func_Delta_Beta)(S260)。控制器20可被配置为通过插值(interpolate)第一d轴电流(Id1)c和第二d轴电流(Id2)以及通过插值第一q轴电流(Iq1)和第一q轴电流(Iq2)获得在整个转速范围内的最大有效工作点。随后，当控制器20插值从第一电机转速计算的d轴电流(Id1)与从第二电机转速计算的d轴电流(Id2)时，或者当插值从第一电机转速计算的q轴电流(Iq1)与从第二电机转速计算的q轴电流(Iq2)时，控制器20可被配置为通过线性函数或二次函数计算工作点校正函数。参照图2，控制器20可被配置为使用工作点校正函数计算关于电机转速的电流命令(S300)。
如图4所示，控制器20可被配置为使用工作点校正函数计算新的电流大小(Is_new)和新的电流角度(Beta_new)(S310)。然后，可通过以下等式计算新的电流大小(Is_new)和新的电流角度(Beta_new)：
等式3
Is_new＝Is1+Func_Delta_Is(实际电机转速-第一电机转速)
等式4
Beta_new＝Beta1+Func_Delta_Beta(实际电机转速-第一电机转速)
其中，Func_Delta_Is()是电流大小的工作点校正函数并且Func_Delta_Beta()是电流角度的工作点校正函数。
在步骤S320，控制器20可被配置为从新的电流大小(Is_new)和新的电流角度(Beta_new)在同步参考系内计算新的d轴电流命令(Id_new)和新的q轴电流命令(Iq_new)。新的d轴电流命令(Id_new)和新的q轴电流命令(Iq_new)可通过以下等式计算：
等式5
Id_new＝-Is_new*cos(180-Beta_new)
等式6
Iq_new＝Is_new*sin(180-Beta_new)
参照图2，控制器20可被配置为随后将新的d轴电流命令(Id_new)和新的q轴电流命令(Iq_new)输出至电机30。
图5是示出根据本发明的示例性实施方式的根据电机转速的工作点的示例性曲线图。具体地，图5示出了从第一电机转速(例如，约1500RPM)获得的工作点以及从第二电机转速(例如，约2000RPM)获得的工作点。
通常，随着电机转速增加，电机的铁芯损耗(core loss)也增加。由于铁芯损耗，最大有效工作点需要更多的在负方向上移动的d轴电流。因为随着电机转速增加铁芯损耗增加，所以对于每个电机转速最大有效工作点可能不同。因此，电机30可在将基于电机转速的铁芯损耗的变化也考虑在内的同时来操作，这允许当基于电机转速驱动时获得最大的效率。
在本发明的示例性实施方式中，可为一个电机转速设置电流图。换言之，可通过使用电机转矩和电池10的直流电流设置电流图。因此，当电机在基本保持电池10的电压的同时来操作时，电池10的输出可由电池10的DC电流确定(即，电池输出＝电池电压*电池电流)。此外，当通过电流扫描确定曲线的相等转矩时，电机30的输出可变成等效的(即，电机输出＝电机转速*电机转矩)。这意味着当输入是电池的输出并且输出是电机输出时为电机系统的最大有效工作点，电池10输出可被最小化，因为电机30的输出基本等于输入。换言之，由于电池10的输出基本恒定，最大有效工作点可以是DC电流的最低点。因此，通过电池的直流电流和所需的转矩确定的电流图可变为最大效率电流图。通过使用该方法，可减小测量误差并可简化测量系统。
此外，根据本发明的示例性实施方式，由于电机可通过测量电池的直流电流来操作，因此可以基于逆变器的效率来操作电机。而且，来自电池的输出电压可保持基本恒定。因此，当通过验证电池的直流电流来确定最小输入功率(即，直流电压*直流电流)时，可获得最大效率(最小损耗)的工作点。通过使用该方法，可减少燃料损耗。
<符号说明>
10：电池
20：控制器
30：电机
尽管已经结合目前被视为是示例性实施方式的实施方式描述了本发明，但应理解，本发明并不局限于所公开的示例性实施方式，而是相反，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变形和等价布置。

Claims (19)

1.一种电动车辆的控制方法，包括：
通过控制器操作电池和电机；
通过所述控制器检测转矩命令、电机转速和电机电流；
通过所述控制器从所述电机电流计算电机电压；
通过所述控制器确定基于所述电机的转速范围的电压利用率是否大于预定值；
响应于所述电压利用率小于所述预定值通过所述控制器生成基于所述电机转速的工作点校正函数；
通过所述控制器从所述工作点校正函数计算根据所述电机转速的电流命令；以及
通过所述控制器输出所计算出的电流命令。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的控制方法，其中，生成所述工作点校正函数包括：
通过所述控制器从第一电机转速确定最大有效驱动电流图；
通过所述控制器从所述第一电机转速计算第一电流大小和第一电流角度；
通过所述控制器从第二电机转速确定最大有效工作点；
通过所述控制器从所述第二电机转速计算第二电流大小和第二电流角度；以及
通过所述控制器从由所述第一电机转速和所述第二电机转速所计算出的所述第一电流大小和所述第二电流大小以及所述第一电流角度和所述第二电流角度来生成所述工作点校正函数。
3.根据权利要求2所述的电动车辆的控制方法，其中，从所述第一电机转速确定所述电流图包括通过所述控制器扫描从所述电池供应的第一直流电流。
4.根据权利要求2所述的电动车辆的控制方法，其中，从所述第二电机转速确定所述工作点包括通过所述控制器扫描从所述电池供应的第二直流电流。
5.根据权利要求2所述的电动车辆的控制方法，其中，生成所述工作点校正函数包括：
通过所述控制器计算从所述第一电机转速和所述第二电机转速所计算出的所述第一电流大小和所述第二电流大小之间的差值以及从所述第一电机转速和所述第二电机转速所计算出的所述第一电流角度和所述第二电流角度之间的差值；并且
通过所述控制器近似所述电流大小之间的差值和所述电流角度之间的差值，被配置为生成所述工作点校正函数。
6.根据权利要求5所述的电动车辆的控制方法，其中，近似所述第一电流大小和所述第二电流大小之间的差值以及所述第一电流角度和所述第二电流角度之间的差值是使用二次函数来进行近似。
7.根据权利要求1所述的电动车辆的控制方法，进一步包括：
响应于所述电压利用率大于预定值，由所述控制器通过过调制来操作所述电机。
8.一种电动车辆控制系统，包括：
电池，被配置为供应电力；
电机，被配置为接收来自所述电池的电力并生成动力；
控制器，被配置为：
操作所述电池和所述电机；
检测转矩命令、电机转速和电机电流；
使用所述电机电流计算电机电压；
确定基于所述电机的转速范围的电压利用率何时大于预定值；
响应于所述电压利用率小于所述预定值，生成基于所述电机转速的工作点校正函数；
从所述工作点校正函数来计算基于所述电机转速的电流命令；以及
输出所计算出的电流命令。
9.根据权利要求8所述的电动车辆控制系统，其中，所述控制器进一步被配置为：
从第一电机转速确定最大有效驱动电流图；
从所述第一电机转速计算第一电流大小和第一电流角度；
从第二电机转速确定最大有效工作点；
从所述第二电机转速计算第二电流大小和第二电流角度；以及
从由所述第一电机转速和所述第二电机转速所计算出的所述第一电流大小和所述第二电流大小以及所述第一电流角度和所述第二电流角度来生成所述工作点校正函数。
10.根据权利要求9所述的电动车辆控制系统，其中，所述控制器进一步被配置为：
计算所计算出的所述第一电流大小和所述第二电流大小之间的差值以及所计算出的所述第一电流角度和所述第二电流角度之间的差值；并且
近似所述电流大小之间的差值和所述电流角度之间的差值，被配置为生成所述工作点校正函数。
11.根据权利要求10所述的电动车辆的控制系统，其中，所述控制器进一步被配置为使用二次函数来近似所述第一电流大小和所述第二电流大小之间的差值以及所述第一电流角度和所述第二电流角度之间的差值。
12.根据权利要求8所述的电动车辆控制系统，其中，所述控制器进一步被配置为响应于所述电压利用率大于预定值而通过过调制来操作所述电机。
13.一种非瞬时性计算机可读介质，包含由控制器执行的程序指令，所述计算机可读介质包括：
控制电池和电机的程序指令；
检测转矩命令、电机转速和电机电流的程序指令；
从所述电机电流计算电机电压的程序指令；
确定根据所述电机的转速范围的电压利用率是否大于预定值的程序指令；
响应于所述电压利用率小于所述预定值而生成基于所述电机转速的工作点校正函数的程序指令；
从所述工作点校正函数计算基于所述电机转速的电流命令的程序指令；以及
输出所计算出的电流命令的程序指令。
14.根据权利要求13所述的非瞬时性计算机可读介质，其中，生成所述工作点校正函数包括：
从第一电机转速确定最大有效驱动电流图的程序指令；
从所述第一电机转速计算第一电流大小和第一电流角度的程序指令；
从第二电机转速确定最大有效工作点的程序指令；
从所述第二电机转速计算第二电流大小和第二电流角度的程序指令；以及
从由所述第一电机转速和所述第二电机转速计算出的所述第一电流大小和所述第二电流大小以及所述第一电流角度和所述第二电流角度生成所述工作点校正函数的程序指令。
15.根据权利要求14所述的非瞬时性计算机可读介质，其中，从所述第一电机转速确定所述电流图包括扫描从所述电池供应的第一直流电流的程序指令。
16.根据权利要求14所述的非瞬时性计算机可读介质，其中，从所述第二电机转速确定所述工作点包括扫描从所述电池供应的第二直流电流的程序指令。
17.根据权利要求14所述的非瞬时性计算机可读介质，其中，生成所述工作点校正函数包括：
计算所计算出的所述第一电流大小和所述第二电流大小之间的差值以及所计算出的所述第一电流角度和所述第二电流角度之间的差值的程序指令；以及
近似所述电流大小之间的差值和所述电流角度之间的差值的程序指令，被配置为生成所述工作点校正函数。
18.根据权利要求17所述的非瞬时性计算机可读介质，其中，近似所述电流大小之间的差值和所述电流角度之间的差值包括使用二次函数近似所述第一电流大小和所述第二电流大小之间的差值以及所述第一电流角度和所述第二电流角度之间的差值的程序指令。
19.根据权利要求13所述的非瞬时性计算机可读介质，进一步包括响应于所述电压利用率大于所述预定值而通过过调制来操作所述电机的程序指令。
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