CN108528427B - 用于车载旋转变压器对准的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车载旋转变压器对准的系统和方法。一种在车辆中的一个或更多个控制器中实现的方法包括：在存在由发动机和电机驱动的车辆的推进需求的情况下，保持电机电流处于预定幅值，在整个预定范围内扫描定义在参考电流与参考Iq分量之间的角度。所述方法还包括：随后根据从与Iq分量过零对应的角度值得到的旋转变压器偏移来操作电机。

Description

用于车载旋转变压器对准的系统和方法
技术领域
本申请总体上涉及对连接到车辆中的电机的转速测量装置进行校准。
背景技术
电气化车辆包括由逆变器控制的电机。电机包括连接到轴的转子。轴连接到动力传动系统以向动力传动系统提供扭矩或者从动力传动系统接收扭矩。逆变器通过实施控制策略来控制电机的转速。控制策略可基于转子位置来控制流到电机的电流波形。为了有效地实施控制策略，需要精确地获知转子位置。转子位置由连接到转子轴传感器来测量。
发明内容
一种方法包括：在存在来自由发动机和电机驱动的车辆的推进需求的情况下，保持电机电流处于预定幅值，在整个预定范围内扫描定义在参考电流与参考Iq分量之间的角度。所述方法还包括：随后根据从与Iq分量过零对应的角度值得到的旋转变压器(resolver)偏移来操作电机。
所述方法还可包括：通过按照用于满足在电机电流处于预定幅值时电机的输出动力与推进需求之间的差的发动机动力输出来操作发动机，从而操作发动机和电机以满足推进需求。所述方法还可包括：通过在预定时间段期间调节发动机的输出动力以满足推进需求的任何改变，来保持电机电流处于预定幅值持续所述预定时间段。推进需求可由从加速踏板输入的驾驶员需求来定义。所述方法还可包括：操作车辆中的电气负载以保持电机电流处于预定幅值。推进需求可与预定车辆加速度关联。推进需求可与预定车辆速度关联。所述预定范围可以在80度与100度之间。旋转变压器偏移可以是与Iq分量过零时的角度减去九十度对应的值。所述方法还可包括：将车辆的加速度限制为驾驶员需求的加速度。所述方法还可包括：在推进需求之前，将电连接到电机的牵引电池充电到预定荷电状态，所述预定荷电状态允许电机操作在预定幅值的电机电流持续预定时间段。
一种由发动机和电机驱动的车辆包括：控制器，被配置为：响应于在旋转变压器调谐请求期间推进需求超过阈值，保持电机的电流处于预定幅值，在整个预定范围内扫描与电流关联的角度，随后根据从与Iq分量过零时的角度对应的角度得到的旋转变压器偏移来操作电机。
所述角度可在参考电流与参考Iq分量之间。控制器还可被配置为：通过在预定时间段期间调节发动机的输出动力以满足推进需求的任何改变，保持电机的电流处于预定幅值持续预定时间段。控制器还可被配置为：通过按照用于满足在所述电流处于预定幅值时电机的输出动力与推进需求之间的差的发动机动力输出来操作发动机，从而操作发动机和电机以实现推进需求。
一种方法包括：按照预定加速度使由发动机和电机驱动的车辆加速。所述方法还包括：保持电机电流处于预定幅值，所述电机电流由参考电流与参考Iq分量之间的角度和幅值来定义。所述方法还包括：在整个预定范围内扫描所述角度。所述方法还包括：随后根据从与Iq分量过零对应的角度得到的旋转变压器偏移来操作电机。
所述方法还可包括：保持电机电流处于预定幅值持续预定时间段。所述方法还可包括：响应于使车辆减速而释放电机电流。所述方法还可包括：通过按照用于满足在电机电流处于预定幅值时电机的输出动力与需求的推进动力之间的差的发动机动力输出来操作发动机，从而操作发动机和电机以使车辆加速。所述方法还可包括：使车辆加速到预定车辆速度，并且保持车辆的速度为所述预定车辆速度持续预定时间。
根据本发明，提供一种方法，所述方法包括：按照预定加速度使由发动机和电机驱动的车辆加速；保持电机电流处于预定幅值，其中，电机电流由参考电流与参考Iq分量之间的角度和幅值来定义；在整个预定范围内扫描所述角度；随后根据从与Iq分量过零对应的角度得到的旋转变压器偏移来操作电机。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：保持电机电流处于预定幅值持续预定时间段。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于使车辆减速而释放电机电流。
根据本发明的一个实施例，所述方法包括：通过按照用于满足在电机电流处于预定幅值时电机的输出动力与需求的推进动力之间的差的发动机动力输出来操作发动机，从而操作发动机和电机以使车辆加速。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：使车辆加速到预定车辆速度，并且保持车辆的速度为所述预定车辆速度持续预定时间。
附图说明
图1描绘了用于电气化车辆的可行配置。
图2描绘了用于车辆系统的可行配置，车辆系统包括与电机关联的电力电子模块。
图3描绘了用于在用于电机的控制器中的控制逻辑的可行框图。
图4描绘了电机扭矩对表征电流的相位角扫描(sweep)的可行响应。
图5是针对用于确定旋转变压器偏移的可行的一系列操作的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为示例并且其它实施例可采取各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征会被夸大或最小化以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参考任一附图说明和描述的各种特征可与一个或更多个其它附图中说明的特征组合，以产生未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定应用或实施方式。
图1描绘了可被称为插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可包括机械地连接至齿轮箱或混合动力传动装置116的一个或更多个电机114。电机114能够作为马达和发电机进行操作。此外，混合动力传动装置116机械地连接至发动机118。混合动力传动装置116可机械地连接至差速器162，差速器162被配置为调节驱动轴120的转速，驱动轴120机械地连接至车辆112的驱动轮122。驱动轴120可被称作驱动杆。在一些配置中，离合器可被设置在混合动力传动装置116与差速器162之间。电机114可在发动机118启动或者关闭时提供推进和减速能力。电机114还能够用作发电机并且可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。电机114还可通过允许发动机118以效率更高的转速运转并允许混合动力电动车辆112在特定状况下运转在发动机118关闭的电动模式来减少车辆排放。电气化车辆112还可以是电池电动车辆(BEV)。在BEV构造中，可以不存在发动机118。在其它构造中，电气化车辆112可以是不具有插电能力的全混合动力电动车辆(FHEV)。
电池组或牵引电池124储存可被电机114使用的能量。牵引电池124可提供高电压直流电(DC)输出。接触器模块142可包括一个或更多个接触器142，所述一个或更多个接触器142在断开时将牵引电池124与高电压总线152隔离，并且在闭合时将牵引电池124连接至高电压总线152。高电压总线152可包括用于通过高电压总线152承载电流的供电导线和回路导线。接触器模块142可位于牵引电池124中。一个或更多个电力电子模块126可电连接至高电压总线152。电力电子模块126还电连接至电机114并且提供在牵引电池124与电机114之间双向传输能量的能力。例如，牵引电池124可提供DC电压，而电机114可利用三相交流电(AC)来运转。电力电子模块126可将DC电压转换为三相AC电流以运转电机114。在再生模式下，电力电子模块126可将来自用作发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。
牵引电池124除了提供用于推进的能量之外，还可提供用于其它车辆电力系统的能量。车辆112可包括DC/DC转换器模块128，DC/DC转换器模块128将来自高电压总线152的高电压DC输出转换为与低电压负载156兼容的低电压总线154的低电压DC水平。DC/DC转换器模块128的输出可电连接至辅助电池130(例如，12V电池)，以用于给辅助电池130充电。低电压负载156可经由低电压总线154电连接至辅助电池130。一个或更多个高电压电负载146可连接至高电压总线152。高电压电负载146可具有适时地操作和控制高电压电负载146的关联的控制器。高电压电负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
电气化车辆112可被配置为通过外部电源136对牵引电池124进行再充电。外部电源136可以连接到电插座。外部电源136可电连接至充电站或电动车辆供电设备(EVSE)138。外部电源136可以是由公共电力公司提供的配电网络或电网。EVSE 138可提供电路和控制，以调节并管理电源136与车辆112之间的能量传输。外部电源136可将DC电力或AC电力提供至EVSE138。EVSE 138可具有用于连接到车辆112的充电端口134的充电连接器140。充电端口134可以是被构造为将电力从EVSE 138传输至车辆112的任何类型的端口。充电端口134可电连接至车载电力转换模块或充电器132。充电器132可调节从EVSE 138供应的电力，以将适当的电压水平和电流水平提供至牵引电池124和高电压总线152。充电器132可与EVSE138进行接口连接，以协调对车辆112的电力传输。EVSE连接器140可具有与充电端口134的相应凹槽匹配的管脚。可选地，被描述为被电耦合或电连接的各种组件可使用无线感应耦合来传输电力。
可提供一个或更多个车轮制动器144，以用于使车辆112减速并防止车辆112的运动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或它们的某种组合。车轮制动器144可以是制动系统150的一部分。制动系统150可包括操作车轮制动器144的其它组件。为了简洁，附图描绘了制动系统150与车轮制动器144中的一个之间的单个连接。隐含了制动系统150与其它车轮制动器144之间的连接。制动系统150可包括控制器，以监测与协调制动系统150。制动系统150可监测制动组件并控制车轮制动器144以用于车辆减速。制动系统150可对驾驶员命令做出响应，并且还可自主运行以实现诸如稳定性控制的功能。制动系统150的控制器可实现当被另一控制器或子功能请求时施加被请求的制动力的方法。
车辆112中的电子模块可经由一个或更多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括多个用于通信的信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)的串行总线。车辆网络的信道中的一个可包括由电气与电子工程师协会(IEEE)802标准族定义的以太网。车辆网络的其它信道可包括模块之间的离散连接，并且可包括来自辅助电池130的电力信号。不同的信号可通过车辆网络的不同信道进行传输。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)进行传输，而控制信号可通过CAN或离散信号进行传输。车辆网络可包括协助在模块之间传输信号和数据的任意硬件组件和软件组件。车辆网络在图1中未示出，但可隐含的是，车辆网络可连接到存在于车辆112中的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)148以协调各个组件的操作。注意的是，在此描述的操作和程序可在一个或更多个控制器中被实施。可被描述为由特定控制器实现的功能的实施不必受限于由该特定控制器实施。功能可分布在经由车辆网络通信的多个控制器中。
车辆112可包括用于与操作者进行交互的用户界面164。用户界面164可包括显示元件(诸如，灯或液晶显示(LCD)模块)。显示元件可包括触摸屏。用户界面164还可包括输入装置(诸如，开关、按钮或触摸屏输入)。用户界面164还可包括与外部诊断模块进行接口连接的诊断端口。诊断端口可包括连接到车辆网络的导体。诊断端口可许可外部诊断模块与车辆112中的控制器进行接口连接。外部诊断模块可被配置为向控制器发送命令。例如，可通过来自诊断模块的命令进入各种测试模式。车辆中的控制器可将消息数据发送到诊断模块。消息数据可包括对诊断请求的响应以及状态信息。
车辆的操作者可通过致动加速踏板来提供对推进动力的需求。推进动力可以是被提供到驱动轴120以推进车辆的一定量的动力。踩下加速踏板可使得混合动力传动系统所需的推进动力增大。释放加速器可使得所需的推进动力减少。混合动力传动系统可被配置为通过改变供应到驱动轮的推进动力来对加速踏板输入做出响应。
在包括离合器的构造中，离合器可被电激活和电控制。离合器控制信号可被提供到动力传动系统控制器。其它模块可经由车辆网络请求断开离合器或闭合离合器。当离合器断开时，没有扭矩从电机114和发动机118传送到驱动杆120。当离合器闭合时，扭矩从发动机118和电机114传送到驱动杆120。离合器可选择性地使扭矩产生组件与驱动杆120分离。
混合动力传动系统116可以是动力分流式构造。动力分流式构造可包括第一电机，第一电机被配置为初始操作为发电机。动力分流式构造可包括第二电机，第二电机被配置为向驱动轮提供推进动力。发动机118可被操作为驱动发电机，并且向驱动轴120提供推进动力。在存在对推进动力的需求期间，发动机、发电机和马达可被操作为实现需求。动力可在发动机、发电机与马达之间进行分配以实现需求。注意到的是，用于操作电机的电力可由牵引电池124提供。可用于马达的电力可受到牵引电池124的充电限制和放电限制的影响。各种模式的操作是可行的。例如，发动机118可驱动发电机以向牵引电池124、马达和/或其它电气负载供电。
电机114可以是永磁同步马达(PMSM)类型的电机。PMSM电机包括转子和定子。定子可包括用于产生磁场以使转子旋转的绕组。流过定子绕组的电流可被控制以改变作用于转子的磁场。PMSM的转子包括永磁体，永磁体产生与定子磁场相互作用的磁场，以使得转子旋转。转子转速可通过定子产生的磁场的频率来被控制。
电机114可由定子和转子组成，定子包括定子绕组。转子可相对于定子围绕中心轴线旋转。电机114可通过使通用正弦电流流过定子绕组来被控制。电流的幅值和频率可改变以控制转子的扭矩和转速。定子电流产生电磁场，电磁场与作为转子的部件的永磁体相互作用。电磁场使得转子旋转。电机114可被配置为三相电机。也就是说，定子绕组可包括三个分离的相绕组。为了控制电机114，三相电压波或三相电流波被施加到相绕组。三相波使得每个相的信号按照120度的相位差分离。
电机114可经由与每个相绕组关联的一个或更多个导线连接到电力电子模块126。图2描绘了包括马达控制系统的车辆系统的框图。车辆112可包括一个或更多个电力电子控制器200，所述一个或更多个电力电子控制器200被配置为监测和控制电力电子模块126。导线可以是电机114与电力电子模块126之间的部分线束。三相电机114可具有连接到电力电子模块126的三个导线。电力电子模块126可被配置为将高电压总线152的正端子和负端子切换到电机114的相端子。
电力电子模块126可被控制为向电机114提供正弦电压和电流信号。信号的频率可与电机114的转速成比例。
控制器200可被配置为调节电力电子模块126在预定开关频率的电压和电流输出。开关频率可以是电力电子模块126内的开关器件的状态改变的速率。注入电压的频率可被选择为开关频率的预定倍数。
电力电子模块126可与位置/转速反馈装置202进行接口连接，位置/转速反馈装置202连接到电机114的转子。例如，位置/转速反馈装置202可以是旋转变压器或编码器。位置/转速反馈装置202可提供指示电机114的转子的位置和/或转速的信号。电力电子模块126可包括电力电子控制器200，电力电子控制器200接口连接到转速反馈装置202并处理来自转速反馈装置202的信号。电力电子控制器200可被编程为利用转速和位置反馈来控制电机114的操作。
电力电子模块126可包括电力开关电路240，电力开关电路240包括多个开关器件210、212、214、216、218和220。开关器件可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其它固态开关器件。开关器件可被配置为选择性地将高电压总线152的正端子和负端子连接到电机114的每个相端子或相臂(例如，被标记为U、V、W)。电力开关电路240内的每个开关器件可具有并联连接的关联二极管222、224、226、228、230和232，以在开关器件处于非导通状态时为感应电流提供路径。每个开关器件210、212、214、216、218和220可具有用于控制关联的开关器件的操作的控制端子。控制端子可电连接到电力电子控制器200。电力电子控制器200可包括关联电路以驱动并监测控制端子。例如，控制端子可连接到固态开关器件的栅极输入。
第一开关器件210可选择性地将HV总线正端子连接到电机114的第一相端子(例如，U)。第一二极管222可并联连接到第一开关器件210。第二开关器件212可选择性地将HV总线负端子连接到电机114的第一相端子(例如，U)。第二二极管224可并联连接到第二开关器件212。第三开关器件214可选择性地将HV总线正端子连接到电机114的第二相端子(例如，V)。第三二极管226可并联连接到第三开关器件214。第四开关器件216可选择性地将HV总线负端子连接到电机114的第二相端子(例如，V)。第四二极管228可并联连接到第四开关器件216。第五开关器件218可选择性地将HV总线正端子连接到电机114的第三相端子(例如，W)。第五二极管230可并联连接到第五开关器件218。第六开关器件220可选择性地将HV总线负端子连接到电机114的第三相端子(例如，W)。第六二极管232可并联连接到第六开关器件220。
电力电子控制器200可被编程为操作开关器件210、212、214、216、218和220以控制施加到电机114的相绕组的电压和电流。电力电子控制器200可操作开关器件210、212、214、216、218和220，使得每个相端子在特定时间仅连接到HV总线正端子和HV总线负端子中的一个。
各种马达控制算法和策略可在电力电子控制器200中被实施。电力电子模块126还可包括电流传感器204。电流传感器204可以是感应装置或霍尔效应装置，感应装置或霍尔效应装置被配置为产生指示通过关联电路的电流的信号。在一些配置中，两个电流传感器204可被使用，并且第三相电流可通过另两个测量的电流而计算得出。关联的控制器200可以以预定采样率对电流传感器204进行采样。针对电机114的相电流的测量值可被存储在控制器存储器中以用于后续计算。
电力电子模块126可包括一个或更多个电压传感器。电压传感器可被配置为测量电力电子模块126的输入电压和/或电力电子模块126的一个或更多个输出电压。电压传感器可以是电阻网络且包括用于将高电平电压与低电压系统隔开的隔离元件。此外，电力电子模块126可包括用于将来自电流传感器204和电压传感器的信号进行缩放和滤波的关联电路。
在正常操作条件下，电力电子控制器200控制电机114的操作。例如，响应于扭矩和/或转速设定值，电力电子控制器200可操作开关器件210、212、214、216、218和220以控制电机114的扭矩和转速，以达到设定值。扭矩和/或转速设定值可被处理以产生针对开关器件210、212、214、216、218和220的期望开关模式。可利用脉冲宽度调制(PWM)信号驱动开关器件210、212、214、216、218和220的控制端子，以控制电机114的扭矩和转速。电力电子控制器200可实施各种众所周知的控制策略(诸如，向量控制和/或六步控制)以使用开关器件来控制电机114。在正常操作条件期间，开关器件210、212、214、216、218和220被主动控制以获得流过电机114的每个相的期望电流。
图3描绘了可在电力电子控制器200中实施的控制逻辑的框图。电力电子模块126可被配置为向电机114提供电压，使得电流流过电机114。控制器200可实施场定向控制方案以控制电机114。电机114的场定向控制在本领域是公知的，因此在此可仅有限地描述一些方面。
电力电子控制器200可包括位置/转速反馈接口302。位置/转速反馈接口302可包括被配置为处理来自位置/转速反馈装置202的信号的硬件和软件。例如，当位置/转速反馈装置202是旋转变压器时，所述接口可包括处理旋转变压器信号以产生数字角位置值的集成电路。位置/转速反馈接口302可输出转子的角位置值。可通过角位置值相对于时间的导数来得到转子的角速度。在一些配置中，位置/转速反馈接口302可输出转子的角速度。位置/转速反馈接口302可包括信号的缩放以考虑电机极点的数量和旋转变压器极点的数量。旋转变压器可包括两组绕组。第一组绕组可返回旋转变压器轴的旋转角的正弦信号，第二组绕组可返回旋转变压器轴的旋转角的余弦信号。旋转变压器角可计算为旋转角的正弦值除以旋转角的余弦值的反正切值。
场定向电机控制可定义用于控制电机114的电压和电流的可选坐标系。选择的坐标系比电机114的三相坐标系允许更简单的控制逻辑。选择的坐标系可将三相交流电压和电流转换到电压和电流由DC电压和电流表示的坐标系中。转换到DC值允许实现更有效的控制。
可使用一种或更多种坐标变换将三相值转换到双轴坐标系中。三相值可以是测量值或计算值(例如，电压和/或电流)。例如，在场定向电机控制中，坐标变换(诸如，帕克和克拉克坐标变换)是众所周知的。一种坐标变换的输出可以是静止双轴参考坐标系中的向量。对三相的量的一种可行变换是克拉克变换，克拉克变换可被表达为如下：
Figure BDA0001581500480000101
其中，XU、XV和XW是三相值，所述值可表示电流(I)或电压(V)。注意到的是，三相值可因相角不同而不同。例如，XU可以是正弦信号，XV可以偏移XU120度，XW可以偏移XU240度。静止坐标系的一个轴可与U相对准，使得在零角度处，静止坐标系分量和XU的值相等。
克拉克变换将三相坐标系转换成静止双轴参考坐标系。为了控制的目的，可期望执行参照双轴参考坐标系的计算，双轴参考坐标系参照静止坐标系旋转。一个可行的变换是帕克变换，帕克变换可被表达为如下：
Figure BDA0001581500480000102
其中，θ是旋转坐标系相对于静止坐标系的角度。角度θ可以是相对于原始三相波的U相的，使得在零角度处，q轴与U相对准。旋转参考坐标系证明有益于马达控制目的，因为旋转参考坐标系可被选择，其中，d轴和q轴的值表现为DC值而不是交流值。例如，具有d分量和q分量的电流向量可被用于控制电机114中的电流。d分量可表示磁通分量，q分量可表示扭矩分量。调节电机114的扭矩随后可通过调节扭矩分量来实现。
可通过调节电压或电流的d分量和q分量来控制电机114的磁通和扭矩。磁通控制器可被实现为调节d分量。磁通控制器可输入参考磁通电流与测量的磁通电流(d分量)之间的误差。磁通控制器可输出可获得参考磁通电流的d分量电压命令。扭矩控制器可被实现为调节q分量。扭矩控制器可输入参考扭矩电流和测量的扭矩电流(q分量)之间的误差。扭矩控制器可输出可获得参考扭矩电流的q分量电压命令。
旋转参考坐标系的优点在考虑具有恒定幅值和频率的三相正弦曲线时是明显的。在静止双轴参考坐标系中，Xα和Xβ分量将根据正弦信号的频率变化。相同信号可在旋转参考坐标系中被表示为以相同恒定频率旋转。在旋转参考坐标系中，Xd和Xq分量将呈现为恒定值。可对旋转参考坐标系变量执行控制运算，随后被转换回等同的三相值。
可通过帕克逆变换使旋转参考坐标系中的量返回到静止参考坐标系，帕克逆变换可被表达为如下：
Figure BDA0001581500480000111
可使用克拉克逆变换使静止双轴参考坐标系中的量返回到三相坐标系，克拉克逆变换可被表达为如下：
Figure BDA0001581500480000112
上面的描述表示一个可行的坐标变换方案。其它变换是可行的，在实际的实施方式中，变换矩阵可被组合以减少需要的计算次数。
图3描绘了用于可在电力电子控制器200中实施的控制系统的框图，电力电子控制器200是电力电子模块126的一部分。控制策略可实施扭矩/磁通控制功能312。扭矩/磁通控制功能312可输出用于获得针对d轴和q轴分量的参考值的信号。扭矩/磁通控制功能312可输入参考扭矩分量Iqref和参考磁通分量Idref。此外，测量的扭矩分量Iq和测量的磁通分量Id也可被输入到扭矩/磁通控制功能312。
d轴和q轴分量的值可被传送到两相至三相变换框310。两相至三相变换框310可将d轴和q轴分量转换为三相电压或电流波。例如，两相至三相变换框310可实现等式(3)和(4)。两相至三相变换框310可输入旋转变压器位置。
三相值可被传送到开关器件控制功能306。开关器件控制功能306可将三相值处理为针对电力开关电路240的开关器件的开关模式。例如，开关器件控制功能306可输出六个栅极驱动信号。开关器件控制功能306可将三相值转换成脉冲宽度调制的栅极驱动信号。
功率开关电路240电连接到牵引电池124。电力开关电路240可向电机114输出三相信号，三相信号使得电机114产生扭矩。电机114的转子的角位置可由旋转变压器202测量。位置/转速反馈接口302可被实施为将来自旋转变压器的信号转换为转子的绝对位置。来自位置/转速反馈接口302的转子位置可被输入到两相至三相变换框310。
电力电子控制器200可包括电流传感器接口304，以将来自电流传感器的信号转换为数字值以用于控制策略。被测量和转换的三相电流可被输出到三相至两相变换框308。来自位置/转速反馈接口302的转子位置可被输入到三相至两相变换框308。
三相至两相变换框308可将三相的值转换为旋转参考坐标系中的两相值。也就是说，三相电流可被转换为q轴上的扭矩分量(Iq)和d轴上的磁通分量(Id)。例如，三相至两相变换框可实现等式(1)和(2)。在旋转参考坐标系中的电流的值可被发送到偏移确定功能314以用于进一步处理。偏移确定功能314的输出可以是用于使旋转变压器202和电机114正确对准的旋转变压器或位置偏移。
如上所示，变换依赖于旋转坐标系相对于静止坐标系的角度。角度可从连接到电机114的轴的位置反馈测量装置获取。例如，旋转变压器基于旋转变压器轴的旋转角度来提供绝对位置值。也就是说，在给定位置，每当旋转变压器转到给定位置时旋转变压器都返回相同的值。为了在变换中使用旋转变压器的值，旋转变压器的值与静止参考坐标系和旋转参考坐标系之间的角度之间的关系应被确定。为了有效地操作，d轴应与转子的永磁场(例如，转子磁通场)对准。也就是说，表示d轴与转子磁通场对准时的转子位置的旋转变压器位置可能需要被知晓。
在装配期间，旋转变压器轴可连接到转子轴。旋转变压器的零位置可与转子的预期转子磁通场和控制场的d轴对准。例如，转子轴可包括与转子磁通场对应的切口(cutout)。旋转变压器轴可包括被配置为与转子轴中的切口匹配的凹口，以提供旋转变压器值与转子磁通场之间的初始对准。期望的对准可使得在零角度，马达U相与旋转变压器正弦绕组的中心对准。此外，旋转变压器可以以固定的方式相对于定子安装，使得转子磁通场与d轴对准。这可提供转子磁通场位置和d轴的初始估计。然而，由于制造和装配容差，对准可能不精确。为此，d轴和转子磁通场可能不是精确对准的，并且用于对准的旋转变压器值可能不被精确知晓。对准微调的方法可被用于改进控制。例如，与旋转坐标系和静止坐标系之间的偏移角对应的旋转变压器值必须被获悉。这种关系可被表达为旋转变压器偏移。例如，添加到旋转变压器角度的偏移可产生正确的旋转变压器值，在正确的旋转变压器值处，转子磁通场与旋转参考坐标系的d轴是对准的。一旦旋转变压器偏移被确定，则旋转变压器偏移可被存储在非易失性存储器中以用于继续使用。针对控制目的的问题是确定该旋转变压器偏移值。
如果未精确获知旋转变压器位置与静止坐标系之间的偏移，则扭矩控制可能是不准确的。对准程序可被执行以提高转子角位置的精确度。
针对PMSM，产生的电机扭矩由下面等式给出：
Figure BDA0001581500480000131
其中，P是PMSM的极对的数量，λm是PMSM的磁通量链，Ld和Lq是沿d轴和q轴的电机等效电感，id和iq是在dq坐标系中表达的马达电流。观察到的是，当iq等于零时，扭矩为零。此外，当相位角是90度时，扭矩也为零。
参考电流可被注入到电机114，以便确定旋转变压器偏移。参考电流可被定义为如下：
Figure BDA0001581500480000132
Figure BDA0001581500480000133
其中，Imag表示在旋转参考坐标系中从q轴偏移角度
Figure BDA0001581500480000134
的参考电流向量。等式(6)和(7)是电流向量在q轴和d轴上的投影。当旋转变压器202和电机114被正确对准时，在
Figure BDA0001581500480000135
是九十度时扭矩分量(例如，Iq)应为零。然而，当正确的对准未出现时，扭矩分量可在与
Figure BDA0001581500480000136
不同的角度处为零。该属性可被用于确定旋转变压器偏移。可在旋转参考坐标系中利用Iq分量(沿q轴的值)和Id分量(沿d轴的值)来定义参考电流向量。
控制策略可被实施为在角度
Figure BDA0001581500480000137
的范围上施加预定幅值的电流。扭矩分量电流(Id)可在扫描(sweep)整个角度范围期间被测量并存储。角度扫描可针对超过一个以上的预定幅值被重复执行。扭矩分量电流可被分析以确定扭矩分量在哪个角度过零。旋转变压器偏移可基于扭矩分量过零的角度。
图4描绘了可针对扫过整个角度范围的不同电流幅值产生的一系列可能扭矩曲线。例如，可针对第一预定电流幅值(例如，100安培)获取第一扭矩曲线402。可针对第二预定电流幅值(例如，150安培)获取第二扭矩曲线404。可针对第三预定电流幅值(例如，200安培)获取第三扭矩曲线406。由于扭矩是Iq分量(沿q轴的电流向量的值)的函数，所以曲线还表示在角度范围上的Iq的值。也就是说，Iq分量过零时的角度是与扭矩过零时的角度相同的角度。
一般而言，第一扭矩曲线402、第二扭矩曲线404和第三扭矩曲线406应在过零(zero-crossing)角度410的零处相交。过零角度410是扭矩曲线(或者对应的Iq曲线)过零时的角度。角度扫描区域408可存在且最可能包含过零角度410。例如，扫描区域408可以是从80度到100度的角度。当旋转变压器202和电机414正确对准时，会预期到的是，过零角度410为90度。
实际的旋转变压器偏移等于交叉点的角度减去90度。旋转变压器偏移可被存储在非易失性存储器中。旋转变压器偏移可在进一步的操作期间被添加到旋转变压器位置。例如，位置/速度反馈接口302可自动地将旋转变压器偏移添加到旋转变压器值以校正对准。以这种方式，正确的角度被提供给基于角度的函数。
旋转变压器偏移确定可被实施为服务程序。诊断协议可针对车辆112定义。诊断协议可定义车载控制器与外部诊断模块之间的交互。诊断协议可包括用于发起旋转变压器偏移确定的消息或命令(例如，旋转变压器调谐请求)。当旋转变压器偏移确定命令被接收时，车辆控制系统可开始旋转变压器偏移确定。车辆控制系统可对车辆处于用于发起旋转变压器偏移测试的状态进行检查。例如，在一些配置中，旋转变压器偏移确定可仅在车辆停止时被执行。其它状态可包括没有故障状态。在其它配置中，操作者可被提示在旋转变压器调谐请求有效时执行一个或更多个驾驶操作。
在一些配置中，电机114可以以预定转速转动，以许可用于确定旋转变压器偏移的状态。在装配环境下，电机114的转动可通过连接到电机轴的单独的马达来实现。在装配的车辆中，这是不实际的。在一些配置中，电机114的转动可通过以预定发动机转速操作发动机118来实现。在执行描述的控制策略之前，驱动轴120可在调谐操作期间与发动机118和电机114分离。在具有离合器的构造中，将驱动轴120与发动机118和电机114分离可通过断开离合器来实现。在一些配置中(诸如动力分流式混合动力传动装置，其中缺少离合器)，其它程序可用于以适当的电流水平来操作电机114。
为了确定旋转变压器偏移，必须出现用于在预定电流幅值处操作电机114的状态。在一些配置中，预定电流幅值可在车辆操作期间被获取。也就是说，可能需要推进动力来操作动力传动系统，使得预定电流幅值被获取。例如，操作者可被提示执行驾驶周期，驾驶周期包括加速操作、减速操作和/或恒定状态速度操作。
可经由诊断命令进入旋转变压器偏移确定模式。系统可经由用户界面164提示操作者。例如，当进入旋转变压器偏移测试模式时，提供附加信息的消息可被显示给操作者。提示可请求操作者将车辆加速到预定速度。提示可包括加速期望量的指示，且可包括请求增加加速度或减小加速度的指示符。系统可立即对用于减小加速度的任何驾驶员需求进行响应。
为了达到预定电流幅值，电机114可在负载状态下(例如，在车辆驾驶周期期间)被操作。推进动力需求可由操作者经由加速踏板来请求。推进动力需求可以是将被施加到驱动轮的动力和/或扭矩的量。例如，系统控制器148可被编程为在发动机118与电机114之间分配推进动力需求，以满足推进需求。在旋转变压器偏移调谐模式中，系统控制器148可被编程为使用操作在预定电流幅值的电机114来满足至少部分推进需求。剩余部分推进需求可使用来自发动机的动力来满足。控制器148可被编程为在确定发动机118和电机114的操作点时考虑效率和系统损耗。
系统控制器148可监测推进需求何时超过与预定电流幅值关联的动力水平。当推进需求超过与预定电流幅值关联的动力水平时，系统控制器148可保持电机114的电流处于预定幅值。在保持时间段期间对推进需求的任何改变可通过改变发动机动力来满足。当电流正被保持在预定电流幅值时，与电流关联的角度可扫过预定范围。
操作发动机118和电机114以实现推进动力的需求可通过以下操作来实现：按照满足当电机电流处于预定幅值时电机114的输出动力与需求的推进动力之间的差的发动机动力输出来操作发动机118。此外，当电机电流被保持在预定幅值时，推进需求上的任何改变可通过改变发动机动力输出来满足。此外，其它车辆电气负载可被操作为保持电机电流在预定幅值。例如，电气负载可在测试期间被关闭以确保电气系统可支持电机114在预定电流幅值的操作。在测试模式期间，分配策略可被修改以便使动力传动系统偏向于在预定电流幅值操作电机114。车辆的加速可受限于驾驶员需求的加速度。也就是说，系统可被配置为确保车辆不会比驾驶员所需求的加速得更快。
推进动力的需求可与预定车辆加速度和/或预定车辆速度关联。例如，建模结果可指示在预定电流幅值操作电机114可使得车辆行驶在预定车辆速度。操作者可经由用户界面164被指示加速到预定车辆速度。
在推进动力需求之前，系统可对牵引电池124充电以确保存在足够的电力可用于在预定电流幅值操作电机114。例如，发动机118可驱动发电机(例如，另一电机)对牵引电池124充电。此外，发动机118可在推进动力需求期间驱动发电机以向电机114供给附加电力。测试程序可包括休息时间段，在休息时间段中，牵引电池124在执行推进需求的附加时间段之前被充电。
在包括发电机的系统中，针对与发电机关联的旋转变压器可能需要附加调谐。在这种情况下，控制器可发起对牵引电池124放电的程序，以确保发电机可在预定电流幅值操作持续预定时间间隔。此外，车辆中的电气负载可被操作为汲取由操作在预定电流幅值的发电机供应的电力。所述程序可在推进动力期间通过操作电机以提供推进且操作发电机以向电机提供电力来执行。以这种方式，用于发电机的调谐程序与用于提供推进的电机的程序是类似的。
图5描绘了用于在电力电子控制器200中实现旋转变压器偏移确定的一系列可能操作的流程图，其中，电力电子控制器200可以是车辆动力传动系控制系统的一部分。在操作500，控制器200可被编程为进入旋转变压器调谐模式(例如，测试模式)。进入测试模式可响应于接收到用于进入旋转变压器调谐模式的诊断请求。与此同时，控制器200可使得与旋转变压器调谐模式有关的信息和指令被显示给操作者。
在操作501，控制器200可监测来自操作者的推进动力需求。期望的需求水平可经由用户界面164被指示给操作者。控制器200可监测需求以确保需求的水平超过在预定电流幅值操作的电机114产生的推进动力的量。在操作502，控制器200可在发动机118与电机114之间分配动力以满足推进需求，并且在预定电流幅值操作电机114。
在操作期间，附加状态可被检查以确定测试是否应继续进行。例如，发动机和电机的转速可被检查以确定转速是否处于关于预定转速的预定范围内。各种故障状态可被检查以确保程序可继续进行。例如，电力电子模块126中的任何故障状态可阻止程序完成。此外，与旋转变压器202有关的信号和状态可被检查以确保旋转变压器反馈是可用的。如果状态未被满足，则操作518可被执行为使发动机停止。
在操作504，电机114的电流可被保持在预定电流幅值。所述电流可部分地根据参考电流向量与参考Iq分量之间的角度来限定。所述电流可根据等式(6)和(7)来定义。可由根据电流向量与旋转参考坐标系的q轴之间的相位角和幅值限定的参考电流向量来表征所述电流。在第一次经过期间，角度可被初始化为扫描的起始值。电流可被保持在预定幅值持续预定时间段。预定时间段可以是足以使相位角扫过期望的角度范围的时间量。参考电流可被输入到扭矩/磁通控制312，以使得参考电流流进电机114。
在操作506，三相电流被测量且被转换到描述的旋转参考坐标系。例如，测量的电流扭矩分量(Iq分量)可如描述的通过电流传感器接口304和三相至两相变换功能308来得到。
在操作508，电流的扭矩分量被计算和保存。扭矩分量(Iq)与参考电流向量的关联相位角一起被保存在存储器中。可在多个采样间隔测量Iq以确保值是稳定的。在一些配置中，测量的值的平均值可被存储以降低测量噪声。其它筛选方案也可被使用。
在操作510，检查被执行以确定相位角扫描是否完成。如果相位角扫描未完成，则操作520可被执行以增大相位角。操作504至510随后可被重复执行。参考电流向量的相位角可扫过预定角度范围。例如，相位角扫描可包括从80度到100度的参考电流向量相位角。在整个相位角扫描过程中，每迭代一次相位角可增加一度。
如果相位角扫描完成，则操作512可被执行。在操作512，检查可被执行以确定幅值扫描是否完成。如果幅值扫描未完成，则操作522可被执行以改变预定电流幅值。操作524随后可被执行以重设相位角以用于下次扫描。操作501至512随后可在更新的预定电流幅值被重复执行。参考电流幅值可扫过整个预定幅值范围。例如，可针对三个不同的电流向量幅值100Amp、150Amp和200Amp执行幅值扫描。当预定电流幅值改变时，推进动力需求以及推进动力的分配可能需要改变。
如果幅值扫描完成，则操作514可被执行。在操作514，针对每个幅值/相位扫描，针对每个扭矩分量(Iq)曲线的过零点被计算。针对每个幅值/相位扫描，扭矩分量过零时的相位角可通过搜索存储的数据被找到。由于测量噪声，过零点针对每个幅值/相位扫描可能不相同。所有过零点的平均值可被计算。
在一些配置中，过零点可被实时确定，而无需存储电流和角度以用于后续处理。例如，Iq分量可在相位角扫描期间被监测。控制器可被编程为识别Iq分量改变符号(例如，正变为负或者负变为正)或者变为零时的角度。相位角扫描随后可针对下一幅值重复执行。角度可被存储以用于后续处理以及与来自每个幅值扫描的角度进行比较。
在操作516，可基于过零点的相位角设置旋转变压器偏移。旋转变压器偏移可被设置为过零点的相位角减去90度。旋转变压器偏移可以是扭矩分量过零时的平均角度，其中，平均角度包括与每个幅值对应的过零角度。旋转变压器偏移可被存储且由马达控制策略在电机操作期间使用。旋转变压器偏移可被添加到当前的旋转变压器值，以提供补偿位置值以用于控制目的。
在操作518，可退出测试模式，随后电机114可使用旋转变压器偏移值进行操作。利用良好调谐的旋转变压器偏移值，扭矩控制可以更加精确。更连贯的车辆动力传动系统控制可通过知晓旋转变压器偏移来实现。操作电机114包括使用根据旋转变压器偏移值调节的旋转变压器位置来控制电机114的电流和/或扭矩。例如，利用描述的依赖于最佳结果的精确的旋转变压器位置来控制电流。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，处理、方法或算法可按照许多形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述形式包括但不限于：信息永久地存储在不可写入的存储介质(诸如ROM装置)上和信息可变地存储在可写入的存储介质(诸如软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它磁性介质和光学介质)上。所述处理、方法或算法还可被实施为软件可执行对象。可选地，所述处理、方法或算法可利用合适的硬件组件(诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合来整体或部分地实现。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种改变。如前所述，可组合各个实施例的特征以形成本发明的可能未明确描述或说明的进一步的实施例。虽然关于一个或更多个期望特性，多个实施例可能已被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (15)

1.一种用于控制车辆的方法，包括：
在存在来自由发动机和电机驱动的车辆的推进需求的情况下，保持电机电流处于预定幅值，并且在整个预定范围内扫描定义在参考电流与参考扭矩分量电流之间的角度；
随后根据从所述整个预定范围内的与扭矩分量电流过零对应的角度的值得到的旋转变压器偏移来操作电机。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：通过按照用于满足在电机电流处于所述预定幅值时电机的输出动力与推进需求之间的差的发动机动力输出来操作发动机，从而操作发动机和电机以满足推进需求。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：通过在预定时间段期间调节发动机的输出动力以满足推进需求的任何改变，来保持电机电流处于所述预定幅值持续所述预定时间段。
4.如权利要求1所述的方法，其中，推进需求由从加速踏板输入的驾驶员需求来定义。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：操作车辆中的电气负载以保持电机电流处于所述预定幅值。
6.如权利要求1所述的方法，其中，推进需求与预定车辆加速度关联。
7.如权利要求1所述的方法，其中，推进需求与预定车辆速度关联。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定范围在80度与100度之间。
9.如权利要求1所述的方法，其中，旋转变压器偏移是与扭矩分量电流过零时的所述角度减去九十度对应的值。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：将车辆的加速度限制为驾驶员需求的加速度。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：在推进需求之前，将电连接到电机的牵引电池充电到预定荷电状态，所述预定荷电状态允许电机操作在所述预定幅值的电机电流持续预定时间段。
12.一种由发动机和电机驱动的车辆，包括：
控制器，被配置为：响应于在旋转变压器调谐请求期间推进需求超过阈值，保持电机的电流处于预定幅值，在整个预定范围内扫描与所述电流关联的角度，随后根据从所述整个预定范围内的与扭矩分量电流过零对应的角度得到的旋转变压器偏移来操作电机。
13.如权利要求12所述的车辆，其中，所述角度在参考电流与参考扭矩分量电流之间。
14.如权利要求12所述的车辆，其中，控制器还被配置为：通过在预定时间段期间调节发动机的输出动力以满足推进需求的任何改变，来保持电机的电流处于所述预定幅值持续所述预定时间段。
15.如权利要求12所述的车辆，其中，控制器还被配置为：通过按照用于满足在所述电流处于所述预定幅值时电机的输出动力与推进需求之间的差的发动机动力输出来操作发动机，从而操作发动机和电机以实现推进需求。
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