CN110635725B - 用于确定转子位置传感器的偏移的方法、用于换流器的控制装置和用于车辆的电机 - Google Patents

用于确定转子位置传感器的偏移的方法、用于换流器的控制装置和用于车辆的电机 Download PDF

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Abstract

一种用于确定转子位置传感器(5)的偏移(13)的方法，该转子位置传感器布置在电机(1)的转子(4)处，包括下列步骤：‑借助于通过所述转子(4)在所述电机(1)的定子(2)的定子绕组(3)中在预设的转速的情况下感应的电动势确定转子位置的第一值；‑借助于所述电机(1)的取决于转子位置的磁各向异性确定转子位置的第二值；‑借助于另一值核实所述值中的一个；且‑取决于核实的值和所述转子位置的从所述转子位置传感器(5)的转子位置信息中导出的第三值确定所述转子位置传感器(5)的偏移(13)。

Description

用于确定转子位置传感器的偏移的方法、用于换流器的控制 装置和用于车辆的电机
技术领域
本发明涉及一种用于确定转子位置传感器的偏移的方法。此外，本发明涉及一种用于换流器的控制装置以及一种用于车辆的电机。
背景技术
电机的调节常常借助于磁d轴实现，该磁d轴描述转子位置，其中转子位置在电机运行时常常通过转子位置传感器、例如转换器(Resolver)提供。但是，在装配转子位置传感器时会出现偏移，即在其零轴和磁d轴之间的偏移。为了在调节电机时考虑偏移，可借助于通过转子在电机的定子的定子绕组中在预设的转速的情况下感应的电动势确定该偏移。
例如，文件DE 10 2011 090 127 A1公开了一种混合控制方法，其中确定转换器的候选偏移值以用于检测驱动马达的旋转位置，使所有电流调节变为零，且探测在驱动马达中产生的电压。
转子位置传感器的偏移在汽车应用的情况下典型地视作为对于安全性是紧要的，从而能够以足够的完整性(汽车安全完整性等级-ASIL)来确定偏移。
发明内容
本发明的任务在于，给出一种低耗费的可能性以用于以高的完整性确定转子位置传感器的偏移。
该任务根据本发明通过一种用于确定转子位置传感器的偏移的方法解决，该转子位置传感器布置在电机的转子处，该方法包括下列步骤：
-借助于通过所述转子在所述电机的定子的定子绕组中在预设的转速的情况下感应的电动势确定转子位置的第一值；
-借助于所述电机的取决于转子位置的磁各向异性确定转子位置的第二值；
-借助于另一值核实所述值中的一个；且
-取决于核实的值和所述转子位置的从所述转子位置传感器的转子位置信息中导出的第三值确定所述转子位置传感器的偏移。
可设想的是，以高的完整性等级执行复杂的电压测量以用于确定电动势(EMK)，而本发明提出，除了基于EMK确定所述转子位置的第一值，利用独立于EMK的方法确定第二值。所述第二值借助于所述电机的磁各向异性确定且因此冗余地存在，即基于另外的物理原理。通过核实提高确定的转子位置的完整性且利用该完整性以用于确定所述偏移。
因此，有利地能够实现改进的完整性等级而无需以其本身高的完整性对电机处的端电压进行复杂的测量。带有高的完整性等级的这样的测量本身要求冗余的测量和/或复杂的测量信号处理。但是在本发明中能够不仅为了确定所述第一值而且为了确定所述第二值使用未满足任何特别的完整性要求的信息，因为较高的完整性等级通过核实实现。
典型地，根据本发明的方法借助换流器的控制装置执行，该换流器给所述电机供电。
为了确定所述第一值，优选地将用于所述定子绕组的电流的d和q分量调节到零。所述电机的电压微分方程然后允许特别简单地确定所述转子位置第一值。特别有利地，确定所述第一值借助于为了运行所述电机预设的理论电压实现。然后，能够完全免除电压测量，这显著地降低了所述电机的构件耗费。
所述第二值优选地借助高频注入确定。为此，将例如至少5kHz、优选至少10kHz的高频的电流施加到所述定子绕组中。在考虑为此必要的高频电压的情况下，能够继而借助于所述电压微分方程确定所述转子位置。因为与基于EMK确定所述转子位置相比，高频的电流主要越过所述电机的电感，电感本身取决于所述转子位置。作为高频注入的替代，所述第二值还能够借助INFORM方法(INFORM-Methode)确定，其中"INFORM"是通过在线电抗测量进行间接磁通检测(indirect flux detection by on-line reactancemeasurement)的缩写。对于针对上文提及的方法的细节参照Wiedmann,Karsten的论文："Positionsgeberloser Betrieb von permanenterregten Synchronmaschinen"，汉诺威2012年。
如开头表明的那样，有利的是，通过分解(Dekomposition)利用比所述第一和第二值的相应的完整性等级更高的完整性等级确定所述核实的值。因此，足够的是，所述第一值和/或所述第二值以QM等级(质量管理等级)存在，因为通过所述分解能够实现较高的ASIL，例如ASIL C。
为了使得快速的确定成为可能，能够同时确定所述第一值和所述第二值，其中能够使用低通滤波器以用于在确定所述第一值期间探测EMK和/或能够使用高通滤波器以用于在确定所述第二值的情况下探测高频电压。因此可行的是，通过使用叠加原理预设必要的电压和/或电流以用于产生取决于EMK和电感的参数且在相应的滤波之后确定所述第一值和/或所述第二值。
精确性的改进能够通过如下方式实现，所述偏移的值相继确定多次且在控制所述电机时使用确定的值的平均值作为用于所述转子位置信息的描述所述偏移的修正值。
按照根据本发明的方法的一种特别优选的实施例，所述电机作为车辆的驱动机使用且基于所述偏移的暂时的值在限制模式中运行，在该限制模式中限制所述电机的转矩和/电流幅度，其中所述偏移在所述限制模式中确定且在确定所述偏移之后使所述限制模式失效。所述偏移的暂时的值能够就此而言理解为附有不精确性的评估。尽管存在该不精确性，但是为了防止所述电机的故障或甚至损坏，对转矩和/或电流幅度进行限制。在所述限制模式中，所述车辆能够长时间地以降低的性能运行，直到确定了所述第一值和所述第二值，且由此导出所述偏移。在确定相比于暂时的偏移更可靠且如有可能还更精确的偏移之后，能够使用该偏移以用于在控制所述电机的情况下修正所述转子位置信息。所述限制模式然后不再是需要的。不言而喻，在所述限制模式中还能够进行所述偏移的多次确定和上文描述的平均值形成。
由于所述转矩和/所述电流幅度的限制为对于安全性而言紧要的功能，适宜的是，以预设的安全完整性等级监视对所述限制模式的遵循。
当所述限制模式在所述车辆首次运转时激活或之前已经激活时，上文描述的在所述限制模式中确定偏移是特别有利的。由此能够避免，直接在制造车辆之后必须执行昂贵的生产线终端测试(End-Of-Line-Test)。因此，所述车辆能够在激活的限制模式和预设的暂时的偏移的情况下交付，其中确定所述偏移和使所述限制模式失效在几百米或几千米的行驶路程之后完成。
此外可行的是，在所述限制模式失效之后再次重复所述偏移的确定以为了检查所述转子位置传感器的安装位置。因此能够在车辆的使用寿命内检查到那时为止使用的偏移是否还是准确的。所述重复尤其可以周期性地在预设运行小时数之后或在预设的行驶路程之后执行。此外可设想，所述重复在所述车辆保养或修理之后进行，因为在这样干预所述车辆之后能够发生所述转子位置传感器的失调。
此外适宜的是，在存在所述限制模式期间监视所述车辆的运行参数是否合格以用于确定所述第一值和/或所述第二值且在确认合格的情况下进行所述第一值和/或所述第二值的确定。例如，当所述车辆尤其在预设的持续时间上以预设的转速运行时，能够确定所述第一值。
此外，本发明涉及一种用于换流器的控制装置，该控制装置设置成用于执行根据本发明的方法。
最后，本发明涉及一种用于车辆、尤其电动车辆或混合动力车辆的电机，包括带有定子绕组的定子、转子、布置在该转子处的转子位置传感器和换流器，该换流器设置为适于给所述定子绕组供电且设置用于操控具有根据本发明的控制装置的所述换流器的功率单元。
根据本发明的方法的所有实施方案能够类似地转用于根据本发明的控制装置和根据本发明的电机，从而还能够利用它们实现上文提及的优点。
附图说明
本发明的其它优点和细节从在下文中描述的实施例以及借助于附图得出。这些附图是示意图且显示：
图1根据本发明的电机的实施例的原理图以及根据本发明的控制装置的实施例；以及
图2根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1是电机1的实施例的原理图，包括带有定子绕组3的定子2、转子4、布置在转子处的转子位置传感器5和换流器6，该换流器设置成用于给定子绕组3供应多相交流电压。转子具有多个永磁铁4a或是外部激励的。此外，电机1具有电流测量装置7，该电流测量装置探测在定子绕组3中的相电流。电机1用作电动或混合动力车辆的带有高压电池8的驱动机，该高压电池在输入侧对换流器6进行供给。
换流器6在输入侧包括中间电路电容器9和带有多个连结成半桥的切换元件11的功率单元10，其中相应的半桥对定子2的相进行供给。此外换流器6具有控制装置12，该控制装置操控切换元件11，使得通过控制装置12将确定的相电流施加到定子绕组3中。为了调节电机1的运行、尤其相电流，控制装置12从电流测量装置7获取描述相电流的电流信息且获取通过转子位置传感器5提供的转子位置信息。
由于转子位置传感器5在制造电机1时与转子4机械联结，转子位置传感器5能够具有安装偏差，从而通过转子位置信息描述的转子位置相对于实际的转子位置具有偏移13。偏移13因此在转子4的磁性d轴14和转子位置传感器5的零位轴15之间存在。但是为了能够使用其转子位置信息以用于通过控制装置12进行调节，将用于偏移13的修正值存储在控制装置12中且使用该修正值以用于在换流器6继续运行时修正转子位置信息。
控制装置12此外设置成用于执行用于确定转子位置传感器5的偏移的方法。该方法的实施例借助于在图2中显示的流程图在下文中解释：
在方法的开始状态S1中结束车辆的最后的制造步骤，车辆因此例如直接处于汽车生产线的传送带尾端处。在该状态中安装偏差未准确已知。控制装置12在该初始状态中使用偏移的暂时的值且切换到限制模式中，在该限制模式中限制电机1的转矩和相电流的电流幅度。
在接着的步骤S2中，车辆在限制模式的约束的情况下运行，也就是说车辆通过电机1驱动的方式行驶。控制装置在汽车安全完整性等级(ASIL)的意义下在此以高的完整性监视限制模式的遵循。
在紧接着的步骤S3中确定电机1的转速。然后在步骤S4中检查，电机1的转速是否位于预设的转速附近的范围中。如果不是这种情况，则步骤S3重复直到达到该范围。如果相反地确定的转速位于该范围中，方法以步骤S5继续。
在步骤S5中，借助于通过转子4感应到定子绕组3中的电动势(EMK)确定转子位置的第一值。为此，控制装置12将流入到定子绕组3中的电流的d和q分量调节到零。然后从电机1的电压微分方程中能够在已知的机器参数和换流器6的通过控制装置12确定的电压理论值的情况下在没有测量电压的情况下确定EMK。从EMK导出转子位置的第一值。对此的细节能够例如从Wiedmann,Karsten的论文("Positionsgeberloser Betrieb vonpermanentmagneterregten Synchronmaschinen"，汉诺威2012年，55-57页)中获取。在这种情况下，确定第一值在没有ASIL的情况下、即仅仅在质量管理(QM)等级的情况下进行。
在接着的步骤S6中，借助于电机的取决于转子位置的磁各向异性确定转子位置的第二值。这借助高频注入实现。为此，控制装置12操控功率单元10，使得将例如带有10kHz的频率的高频电流施加到定子绕组3中。该电流基本上引起越过电机的电感的电压降，从该电压降同样在没有电压测量的情况下借助于理论电压确定转子位置的第二值。在此应注意的是，确定的第二值关于180°的电气角是多值的。作为针对高频注入的备选方案，能够使用INFORM方法。针对两个方法的细节能够例如从上文提及的论文(97-107页)中获取。
在紧接着的步骤S7中，借助于第二值核实第一值或反之亦然。由此还能够解决第二值的上文提及的多值性，因为第一值不具有这样的多值性。在此，当待核实的值在起核实作用的值附近的预设的区间之内时，则待核实的值认为是可信的。在核实的框架中，标度误差和理论电压和电流信息的附加的误差不影响转子位置传感器5的偏移。核实此外适合于检测时间延迟，如其可通过PT1滤波器模拟的那样。
紧接着检查核实是否成功。如果不是这种情况，第一值和第二值不予采纳且通过跳回至步骤S5或S3重新确定。在核实是正面的情况下，方法在步骤S8中继续。通过核实实现分解，将核实的值改善为ASIL，例如ASILC，而第一值和第二值本身仅仅以QM等级存在。
在步骤S8中，将核实的值与同时确定的、通过转子位置传感器5提供的转子位置的第三值进行比较，以便确定偏移。存储如此确定的偏移且计数值增加了一。
在紧接的步骤S9中检查计数值是否已经达到预设的阈值。如果不是这种情况，则通过方法跳回步骤S3或S5，确定偏移的其它值直至达到阈值。如果确定偏移的值的足够的数量，则方法在步骤S10中继续。
在步骤S10中，形成偏移的确定的值的平均值且将该平均值存储在控制装置12中作为用于转子位置信息的修正值。
在接着的步骤S11中，使限制模式失效且车辆正常运行。在通过控制装置12进行调节的框架中，通过修正值修正转子位置的当前的通过转子位置信息描述的值。
在接着的步骤S12中循环检查是否满足预设的重复准则。重复准则包括备选的条件：预设的行驶路段由车辆经过，达到预设的运行持续时间，或已经发生车辆的保养或修理。如果满足重复准则，则进行跳回到步骤S3或S5中且确定实际的偏移。
根据上文描述的方法的一种备选的实施例，步骤S5和S6以相反的顺序执行。
根据另一实施例，代替步骤S5和S6执行步骤S5'，在该步骤S5'中同时确定第一值和第二值。为此高频电流在基于EMK确定第一值期间叠加地输入。理论电压借助低通滤波以用于确定第一值且借助高通滤波以用于确定第二值。

Claims (10)

1.一种用于确定转子位置传感器(5)的偏移(13)的方法，该转子位置传感器布置在电机(1)的转子(4)处，包括下列步骤：
- 借助于通过所述转子(4)在所述电机(1)的定子(2)的定子绕组(3)中在预设的转速的情况下感应的电动势确定转子位置的第一值；
- 借助于所述电机(1)的取决于转子位置的磁各向异性确定转子位置的第二值；
- 借助于第一值核实第二值或借助于第二值核实第一值；且
- 取决于核实的值和所述转子位置的从所述转子位置传感器(5)的转子位置信息中导出的第三值确定所述转子位置传感器(5)的偏移(13)，
其中为了确定所述第一值，将用于所述定子绕组(3)的电流的d和q分量调节到零，
其中所述第二值借助高频注入或借助通过在线电抗测量进行间接磁通检测方法确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过分解利用比所述第一值和第二值的相应的完整性等级更高的完整性等级确定所述核实的值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一值和所述第二值同时确定，其中使用低通滤波器以用于在确定所述第一值的情况下探测所述电动势和/或使用高通滤波器以用于在确定所述第二值的情况下探测高频电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述偏移(13)的值相继确定多次，且在控制所述电机(1)时使用确定的值的平均值作为用于所述转子位置信息的描述所述偏移(13)的修正值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述电机(1)作为车辆的驱动机使用且基于所述偏移(13)的暂时的值在限制模式中运行，在该限制模式中限制所述电机(1)的转矩和/电流幅度，其中所述偏移(13)在所述限制模式中确定，且在确定所述偏移(13)之后使所述限制模式失效。
6.根据权利要求5所述的方法，其中以预设的安全完整性等级监视对所述限制模式的遵循。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述限制模式在所述车辆首次运转时激活或已经激活。
8.根据权利要求5所述的方法，其中在所述限制模式失效之后再次重复所述偏移(13)的确定以用于检查所述转子位置传感器(5)的安装位置。
9.一种用于换流器(6)的控制装置(12)，该控制装置设置为用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
10.一种用于车辆的电机(1)，包括带有定子绕组(3)的定子(2)、转子(4)、布置在该转子处的转子位置传感器(5)和换流器(6)，该换流器用于给所述定子绕组(3)供电且具有根据权利要求9所述的控制装置(12)，所述控制装置(12)设置成用于操控所述换流器(6)的功率单元(10)。
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