CN106856392A - 用于确定车辆电机的旋转变压器的偏移的方法及设备 - Google Patents

用于确定车辆电机的旋转变压器的偏移的方法及设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了用于确定车辆电机的旋转变压器的偏移的方法以及设备。其中一种用于测量旋转变压器的偏移的方法，该方法被布置为通过主动执行电机的零电流控制来频繁测量并校正旋转变压器的偏移。该方法包括如下步骤：确定电机的扭矩命令值以及电机的磁通量值或反向磁通量值是否分别落入已经预先设定的第一范围和第二范围内；当电机的扭矩命令值落入第一范围内且电机的磁通量值或反向磁通量值落入第二范围内时，控制电机在预置时间段内执行零电流控制；以及在预置时间段内测量旋转变压器的偏移。

Description

用于确定车辆电机的旋转变压器的偏移的方法及设备
技术领域
本发明总体涉及一种用于测量旋转变压器的偏移的方法，更具体地，涉及一种用于测量旋转变压器的偏移的方法：其可在车辆被驱动的同时通过在电机中主动执行零电流控制来频繁测量并校正旋转变压器的偏移。
背景技术
电机控制单元(MCU)用于控制在电动车辆或混合动力车辆中使用的电机(诸如同步电机或感应电机)。为了控制这种电机，MCU根据电机的磁通量的位置来执行用于设定坐标的计算。在这种情况下，旋转变压器用于检测电机的转子的绝对位置。
旋转变压器是一类电子变压器。当激励电压施加至初级绕组(输入)并且旋转轴时，磁性耦合系数变化，并且因此在次级绕组中生成具有可变幅度的电压(输出)。该电压使得次级绕组布置为与轴的旋转角的正弦和余弦对应。因此，可通过确定正弦输出的幅度与余弦输出的幅度的比值，来获取旋转变压器的旋转角。
按照如上所述操作的旋转变压器通过检测电机的速度和相位，来向MCU提供转子位置，并且MCU使用转子位置以生成扭矩控制命令和速度控制命令。
另一方面，由于诸如组装旋转变压器和电机时的误差、旋转变压器中的线圈的不精确位置等的各种原因，在旋转变压器的输出中可能产生偏移，并且因此由于该偏移，不能够精确测量转子的绝对位置。因此，已提出用于测量和校正旋转变压器的偏移的各种方法。
根据用于测量旋转变压器的偏移的传统方法，当车辆被驱动时，确定可执行零电流控制的模式，并且当进入对应模式时，测量旋转变压器的偏移。
然而，根据传统方法，因为可执行零电流控制的区段大部分对应于零扭矩区段，并且在车辆被驱动时存在很少零扭矩区段，所以测量旋转变压器偏移的频率非常低。另外，如果为了测量旋转变压器偏移而延长零扭矩区段，则可不利地影响车辆的可驾驶性。
以上仅旨在帮助对本发明的背景技术进行理解，而并非旨在意味着本发明落入已为本领域技术人员所熟知的相关技术的范围内。
发明内容
因此，本发明提供如下一种用于测量旋转变压器的偏移的方法：其可通过在车辆被驱动时主动执行电机中的零电流控制来频繁测量并校正旋转变压器的偏移。
为了实现以上目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于测量旋转变压器的偏移的方法，该方法包括如下步骤：由旋转变压器偏移测量单元确定电机的扭矩命令值以及电机的磁通量值或反向磁通量值是否分别落入已经预先设定的第一范围和第二范围内；当电机的扭矩命令值落入第一范围内且电机的磁通量值或反向磁通量值落入第二范围内时，由旋转变压器偏移测量单元控制电机在预置时间段内执行零电流控制；以及由旋转变压器偏移测量单元在预置时间段内测量旋转变压器的偏移。
在本发明的实施方式中，第一范围和第二范围可以是如下范围：其中，在车辆被驱动时，向电机提供驱动电力的逆变器的脉宽调制(PWM)控制被配置为断开。
在本发明的实施方式中，可根据不执行电机的弱磁控制的范围，来确定第二范围的下限。
在本发明的实施方式中，第二范围的下限可被确定为处于使得电机的转速等于或大于预置值的范围中。
在本发明的实施方式中，该方法可进一步包括：如果在偏移测量步骤之后，电机的扭矩命令值落入第一范围内且电机的磁通量值或反向磁通量值落入第二范围内的状态得到保持，则断开向电机提供驱动电力的逆变器的PWM控制。
为了实现以上目的，根据本发明的另一方面，提供了如下一种用于测量旋转变压器的偏移的方法：如果电机的扭矩命令值以及电机的磁通量值或反向磁通量值分别落入逆变器的PWM控制被配置为断开的范围内，该方法在控制电机执行零电流控制的同时测量旋转变压器的偏移，并断开向电机提供驱动电力的逆变器的PWM控制。
一种非暂时性计算机可读介质，其包含由处理器执行的程序命令，并且可包括：确定电机的扭矩命令值以及电机的磁通量值或反向磁通量值是否分别落入已经预先设定的第一范围和第二范围内的程序命令；当电机的扭矩命令值落入第一范围内且电机的磁通量值或反向磁通量值落入第二范围内时，控制电机在预置时间段内执行零电流控制的程序命令；以及在预置时间段内测量旋转变压器的偏移的程序命令。
根据如上所述的用于测量旋转变压器的偏移的方法，可通过在车辆被驱动的同时在对可驾驶性无影响的区段中主动执行零电流控制，来校准旋转变压器。因此，用于测量旋转变压器的偏移的该方法明显提高了进入旋转变压器校准区段的频率，从而显著增加旋转变压器的输出值的可靠性。另外，根据该方法，无论车辆何时被驱动，都可执行旋转变压器的校准，该校准原本包括在车辆组装过程中。因此，在车辆组装过程中，可跳过旋转变压器校准过程，由此简化组装过程。
另外，根据用于测量旋转变压器的偏移的方法，使能够测量旋转变压器的偏移的驾驶条件被设为PWM控制被配置为断开的区段。因此，除了校正旋转变压器偏移以外，可断开PWM控制，由此可消除不必要的切换损耗。因此，电机系统的效率可增强，并且车辆的燃料效率可提高。
附图说明
通过结合附图时进行的以下详细描述，将更明确地理解本发明的以上和其他目的、特征和其他优点，在附图中：
图1是示出根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法应用于的电机控制单元(MCU)的实例的框图；
图2是示出根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法的流程图；
图3示出在根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法中，可根据驾驶模式测量旋转变压器的偏移的区段；以及
图4是示出在根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法中，旋转变压器的偏移可被测量的区段中的D轴电流、Q轴电流以及PWM控制的视图。
具体实施方式
应理解，在本文使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其他类似术语包括广义的机动交通工具，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、大巴车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只(boat)和船舶(ship)的水上交通工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其他可替代燃料车辆(例如，燃料从除石油以外的资源获得)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两个以上个动力源的车辆，例如，汽油动力和电动式车辆。
本文使用的术语仅是用于描述具体实施方式的目的，而非旨在限制本发明。除非上下文另有明确指示，否则，如本文使用的单数形式“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”旨在还包括复数形式。应进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包含(comprises)”和/或“含有(comprising)”规定了阐述的特征、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。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。贯穿本说明书，除非明确描述为相反，否则词语“包括(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”或“含有(comprising)”的变形应被理解为暗示包括所述元件，但并不排除还包括任何其他元件。此外，在说明书中描述的术语“单元(unit)”、“…器(-er)”、“…装置(-or)”或“模块(module)”意指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可通过硬件组件或软件组件及其组合来实现。
进一步地，本发明的控制逻辑可实施为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，其包括由处理器、控制器等执行的可执行程序命令。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。计算机可读介质还可分布在网络耦接的计算机系统中，使得例如由远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分布方式存储并执行该计算机可读介质。
以下，将参考附图详细描述根据本发明各种实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法。
图1是示出根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移(offset)的方法应用于电机控制单元(MCU)的实例的框图。图1所示的MCU是被布置用于控制车辆的电机20的一类集成控制模块，并且优选地，该MCU包括向电机提供三相电压的逆变器15，但是各种变形都是可能的。
参考图1，MCU可包括电流命令生成单元11、电流控制器12、坐标转换单元13、PWM生成单元14、逆变器15以及旋转变压器偏移测量单元16。
电流命令生成单元11从高级别控制器(未示出)接收用于控制电机的命令或关于车辆条件的信息，并且生成和输出对应于此的电流命令Id*和Iq*。从高级别控制器输入的命令或关于车辆条件的信息可包括扭矩控制命令、速度控制命令、关于磁通量的信息等。另外，电流命令生成单元11可包括电流命令映射，在该电流命令映射中，对应于输入信息的D轴电流命令Id*和Q轴电流命令Iq*已被预先确定。
电流控制器12通过执行电流控制以使得逆变器的电流遵循D轴电流命令Id*和Q轴电流命令Iq*，来输出D轴电压Vd*和Q轴电压Vq*。电流控制器12可包括比例积分(PI)控制器。本文中，PI控制器接收测量的反馈电流，并执行PI控制以使得测量的电流遵循D轴电流命令Id*和Q轴电流命令Iq*，通过检测从逆变器15提供至电机20的相位电流中的每一个并将电流转换为DQ电流而获得该测量电流。
坐标转换单元13将来自DQ轴相位电压的电压命令值Vd*和Vq*转换为三相电压，或反之亦然，并且PWM生成单元14基于转换的电压命令值生成脉宽调制(PWM)切换信号，并向逆变器15传输该信号。逆变器15基于接收的信号切换其中的开关元件，由此输出用于驱动电机的每个相位电流。
旋转变压器偏移测量单元16是用于实施根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法的组件。旋转变压器偏移测量单元16根据从高级别控制器输入至电流命令生成单元11的扭矩命令的范围以及表示为Vdc与ωr的比值(即，输入至逆变器15的电压与电机转速的比值)的磁通量(或反向磁通量)的范围，控制输入至电流控制器12的D轴电流命令Id*和Q轴电流命令Iq*。因此，进入旋转变压器的偏移可被测量的状态是可能的，并且旋转变压器10的偏移可被测量。本文中，电机20的转速ωr可通过相关技术中已知的各种方法检测。
图2是示出根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法的流程图。
参考图2，根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法可被配置为包括：电机状态确定步骤(S11、S12和S13)，用于确定电机20的扭矩命令值以及电机20的磁通量值或反向磁通量值是否分别落入已经预先设定的第一范围和第二范围内；零电流控制步骤(S14和S15)，用于当电机20的扭矩命令值落入第一范围内且电机20的磁通量值或反向磁通量值落入第二范围内时，控制电机在预置时间段内执行零电流控制；以及偏移测量步骤(S16)，用于在预置时间段内测量旋转变压器的偏移。
首先，当在步骤S11中通过进入旋转变压器偏移测量模式来尝试测量旋转变压器10的偏移时，旋转变压器偏移测量单元16接收输入至电流命令生成单元11的扭矩命令、逆变器15的输入电压Vdc以及电机10的转速；使用扭矩命令的大小、输入电压Vdc以及电机转速ωr来计算磁通量或反向磁通量；以及在步骤S12中检查磁通量或反向磁通量的大小。
在步骤S12中，旋转变压器偏移测量单元16可使用以下方程计算磁通量：
其中，λd表示d轴的磁通链(magnetic flux linkage)，λq表示q轴的磁通链，并且λmax表示输入至逆变器15的电压Vdc(即，电池电压)与电机转速ωr的比值，λmax意味着最大磁通量。不等号的左侧对应于电机内部的磁通量链的大小λmag。
在本发明的实施方式中，作为电压Vdc与电机转速ωr的比值的最大磁通量λmax可用作由旋转变压器偏移测量单元16测量的磁通量，电压Vdc被输入至逆变器15。另外，旋转变压器偏移测量单元16可使用计算的磁通量或反向磁通量(其是磁通量的反数)来确定旋转变压器的偏移是否可被测量，其将随后描述。
随后，旋转变压器偏移测量单元16可确定检查的扭矩命令以及磁通量值或反向磁通量值是否分别落入已经预先设定的第一范围和第二范围内。旋转变压器偏移测量单元16确定扭矩命令是否存在于预置最小值A1与预置最大值A2之间，并且确定磁通量或反向磁通量的大小是否存在于预置最小值B1与预置最大值B2之间。
用于确定扭矩命令以及磁通量(反向磁通量)的大小的范围对应于能够断开逆变器15的PWM控制的条件。即，在对可驾驶性没有影响的驾驶区段中，断开PWM控制。因此，消除了不必要的切换损耗，由此电机系统的效率可增强，并且车辆的燃料效率可提高。
换言之，在步骤S13中，旋转变压器偏移测量单元16确定可驾驶性未受到逆变器15的PWM控制的断开的影响的扭矩命令和磁通量(反向磁通量)的条件。然后，当满足这些条件时，旋转变压器偏移测量单元16执行零电流控制以测量旋转变压器的偏移，其将随后描述。
具体地，当设定磁通量的范围时，最小值B1应被确定为处于不执行电机的弱磁控制的范围中。即，通过设定合适的最小值B1，PWM控制被配置为在不执行电机的弱磁控制的范围中断开。另外，因为旋转变压器10的偏移的测量需要电机转速大于某一速度，所以磁通量值应被设为高于某些水平。因此，考虑到这一点，确定最小值B1。
随后，当满足在步骤S13中确定的条件时，旋转变压器偏移测量单元16控制D轴电流和Q轴电流，使得电流变为零以测量旋转变压器的偏移。即，旋转变压器偏移测量单元16根据扭矩命令忽略从电流命令生成单元输出的电流命令，并且将D轴电流命令Id*和Q轴电流命令Iq*设为零以执行零电流控制。
另外，在本发明的实施方式中，在步骤S15中，旋转变压器偏移测量单元16主动保持执行零电流控制长达预置时间段的时间。如上所述，本发明的实施方式确定扭矩命令和磁通量(反向磁通量)的大小，并且当满足逆变器的PWM控制被配置为断开的条件时，执行零电流控制。因此，相比于仅在满足用于零电流控制的条件时才测量旋转变压器的偏移的传统技术，可以主动设定能够执行零电流控制的区段并增加了旋转变压器的偏移可被测量的时间段以及提高了测量频率。
随后，旋转变压器偏移测量单元16收集在预置时间段C内测量旋转变压器的偏移所必需的数据，并且可基于收集的数据测量旋转变压器的偏移。在步骤S16中，当通过步骤S14执行的零电流控制使得D轴电流和Q轴电流接近0时，旋转变压器偏移测量单元16可使用电机的电压方程来测量旋转变压器的偏移，从该电压方程消除了电流元素。然后，在步骤S17中，旋转变压器偏移测量单元16断开逆变器15的PWM控制，从而提高了车辆的燃料效率。
图3示出在根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法中，可根据驾驶模式测量旋转变压器的偏移的区段。
如图3所示，在根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法中，在扭矩命令参考区段和磁通量(反向磁通量)参考区段内，频繁生成能够测量旋转变压器的偏移的时间点A。
图4是示出在根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法中，能够测量旋转变压器的偏移的区段内的D轴电流、Q轴电流以及PWM控制方法的视图。
如图4所示，当扭矩命令进入预置参考范围并且磁通量(反向磁通量)(未示出)也进入预置参考范围时，旋转变压器偏移测量单元16通过将输入至电流控制器12的D轴电流命令Id*和Q轴电流命令Iq*设为零而开始零电流控制，并且由此D轴电流和Q轴电流变为零。旋转变压器偏移测量单元16主动设定根据需要尽可能长地执行零电流控制的时间段C，并且在该时间段内测量旋转变压器10的偏移。然后，如果在时间段C过去之后，扭矩命令和磁通量连续处于预置范围中，则逆变器15的PWM控制断开以提高燃料效率。
如上所述，根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法可通过在车辆行驶时在对可驾驶性没有影响的区段中主动执行零电流控制来校准旋转变压器。因此，相比于传统技术，进入旋转变压器校准区段的频率明显提高，由此显著增加旋转变压器的输出值的可靠性。另外，根据该方法，无论车辆何时被驱动，都可执行旋转变压器的校准，该校准原本包括在车辆组装过程中。因此，在车辆组装过程中，可跳过旋转变压器校准过程，由此可促进组装过程的简单化。
另外，根据本发明实施方式的用于测量旋转变压器的偏移的方法将能够测量旋转变压器的偏移的驾驶条件设为PWM控制被配置为断开的区段。因此，除了校正旋转变压器偏移以外，PWM控制被配置为断开，由此可消除不必要的切换损耗。因此，电机系统的效率可增强，并且车辆的燃料效率可提高。
尽管仅用于说明性目的而描述了本发明的优选实施方式，但本领域中技术人员应当理解，在不背离如所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，可进行各种修改、附加和替代。

Claims (7)

1.一种用于测量旋转变压器的偏移的方法，包括如下步骤：
由旋转变压器偏移测量单元确定电机的扭矩命令值以及所述电机的磁通量值或反向磁通量值是否分别落入已预先设定的第一范围和第二范围内；
当所述电机的所述扭矩命令值落入所述第一范围内且所述电机的所述磁通量值或所述反向磁通量值落入所述第二范围内时，由所述旋转变压器偏移测量单元控制所述电机在预置时间段内执行零电流控制；以及
由所述旋转变压器偏移测量单元在所述预置时间段内测量所述旋转变压器的偏移。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一范围和所述第二范围是逆变器的脉宽调制(PWM)控制被配置为断开所在的范围，其中，所述逆变器在车辆行驶时向所述电机提供驱动电力。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据不执行所述电机的弱磁控制的范围，来确定所述第二范围。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二范围被确定为处于使得所述电机的转速等于或大于预置值的范围中。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
如果在偏移测量步骤之后，所述电机的所述扭矩命令值落入所述第一范围内且所述电机的所述磁通量值或所述反向磁通量值落入所述第二范围内的状态得到保持，则断开向所述电机提供驱动电力的逆变器的脉宽调制(PWM)控制。
6.一种用于测量旋转变压器的偏移的方法，所述方法在电机的扭矩命令值以及所述电机的磁通量值或反向磁通量值分别落入逆变器的脉宽调制(PWM)控制被配置为断开的范围内的情况下，在控制所述电机执行零电流控制的同时测量所述旋转变压器的偏移，并断开所述逆变器的所述脉宽调制控制，其中所述逆变器向所述电机提供驱动电力。
7.一种用于测量旋转变压器的偏移的设备，包括：
确定单元，用于确定电机的扭矩命令值以及所述电机的磁通量值或反向磁通量值是否分别落入已预先设定的第一范围和第二范围内；
控制单元，用于当所述电机的所述扭矩命令值落入所述第一范围内且所述电机的所述磁通量值或所述反向磁通量值落入所述第二范围内时，控制所述电机在预置时间段内执行零电流控制；以及
测量单元，用于在所述预置时间段内测量所述旋转变压器的偏移。
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