CN115118198B - 电机控制器的主动短路方法和电路、可读存储介质和芯片 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种电机控制器的主动短路方法和电路、存储介质和芯片,属于电动汽车领域,能够避免损坏功率器件。一种电机控制器的主动短路方法,包括:获取车辆故障信息;根据车辆故障信息确定是否需要执行ASC;若需要,获取电机的电流和旋变传感器的状态;若电流和旋变传感器均未发生故障,控制电机进行扭矩卸载并控制电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流;基于弱磁电流和扭矩卸载完成时电机q轴电流设置对电机控制器进行电流闭环PWM软切换所需的初始电流,并利用电机在ASC下的电流随时间的预设响应关系对电机在ASC下的电流进行预测;基于初始电流和预测的电流控制执行电流闭环PWM软切换;若预测的电流达到预设的稳态电流,控制执行ASC。
Description
技术领域
本公开涉及电动汽车领域,尤其涉及一种电机控制器的主动短路方法和电路、可读存储介质和芯片。
背景技术
电机控制器是电动汽车的核心部件。对于选用永磁同步电机的新能源车动力总成或工业逆变器而言,在电机高速运行时,倘若电机控制器产生严重故障,比如过温、过流、过压等故障,则会执行停机操作,此时永磁体在高速旋转时,会在电机三相绕组上产生较高的反电动势,此时若直接关闭电机控制器的三相桥式逆变器的所有开关管,过高的反电动势会导致直流母线过压以及产生很大的发电制动转矩,而直流母线过压可能会损坏逆变器开关管,很大的发电制动转矩可能导致电池过充甚至爆炸或者增加翻车危险。因此,在这种情况下,通常会采用主动短路(Active Short Circuit,ASC)方案,即通过使逆变器上桥臂或下桥臂内的3个开关管全导通来短路电机定子绕组,进而使车辆在发生碰撞以及其他故障时能够进入相对安全的状态。然而,如果不采取任何措施而直接进入ASC,则会产生冲击电流,这种冲击电流会对功率器件产生冲击和损伤,从而损坏逆变器。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题,本公开提供一种电机控制器的主动短路方法和电路、可读存储介质和芯片。
根据本公开实施例的第一方面,提供一种电机控制器的主动短路方法,包括:获取车辆故障信息;根据所述车辆故障信息确定是否需要执行主动短路保护;若确定需要执行所述主动短路保护,则获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态;若所述电流传感器和所述旋变传感器的状态指示所述电流传感器和所述旋变传感器均未发生故障,则控制所述电机进行扭矩卸载并控制所述电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流;基于所述弱磁电流和扭矩卸载完成时所述电机的q轴电流来设置对所述电机控制器进行电流闭环PWM软切换所需的初始电流,并利用所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,对所述电机在所述主动短路保护下的电流进行预测,其中,所述电流闭环PWM软切换指的是采用电流闭环控制的方式对所述电机控制器进行PWM软切换;基于所述初始电流和预测的电流控制执行所述电流闭环PWM软切换;以及在预测的电流达到预设的稳态电流的情况下,控制执行所述主动短路保护。
可选地,所述控制所述电机进行扭矩卸载,包括:控制所述电机线性地进行所述扭矩卸载。
可选地,所述控制所述电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流,包括:控制所述电机的d轴电流维持所述车辆故障发生时刻下的幅值最小的弱磁电流。
可选地,所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的所述预设响应关系为预设瞬态响应关系和预设稳态响应关系之和,其中:所述预设瞬态响应关系是根据所述电机的电感、进入所述主动短路保护瞬间所述电机的初始电流、所述电机的电阻和所述电机的转速来预测所述电机在所述主动短路保护下的瞬态电流;所述预设稳态响应关系是根据所述电机的电阻、所述电机的电感和所述电机的转速来预测所述电机在所述主动短路保护下的稳态电流。
可选地,所述利用所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,对所述电机在所述主动短路保护下的电流进行预测,通过以下公式来实现:
其中,id表示所述电机的d轴电流;t表示时间;K表示可调整增益系数;R表示所述电机的定子电阻;Ld表示所述电机的直轴电感;Lq表示所述电机的交轴电感;id0表示进入所述主动短路保护之前的初始弱磁电流;ω表示所述电机的转子的电角速度;表示进入所述主动短路保护之前所述转子的电角度;ψPM表示所述转子的永磁体产生的磁链;iq表示所述电机的q轴电流。
可选地,所述方法还包括:若所述电流传感器和所述旋变传感器的状态指示所述电流传感器和所述旋变传感器中的至少一者发生了故障,或者若在执行了所述主动短路保护之后接收到退出所述主动短路保护的指示,则:获取所述电机控制器中功率器件的故障状态;基于所述功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,其中,所述开环PWM软切换指的是采用开环方式执行所述PWM软切换;基于占空比与所述电机的转速之间的预设对应关系以及开环PWM调制时间与所述电机的转速之间的预设对应关系,确定所述车辆故障发生时刻下所述电机的转速所对应的起始占空比和整个开环PWM调制时间、或者确定接收到退出所述主动短路保护的指示的时刻下所述电机的转速所对应的起始占空比和整个开环PWM调制时间,其中,所述整个开环PWM调制时间指的是所述开环PWM软切换的整个执行时长;基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换。
可选地,所述基于所述功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,包括:基于所述功率器件的故障状态,确定存在故障的桥臂为需要对其执行所述开环PWM软切换的桥臂;以及若所述功率器件的故障状态指示所有桥臂均没有故障,则从所述所有桥臂中随机选择一个桥臂作为需要对其执行所述开环PWM软切换的桥臂。
可选地,所述占空比与所述电机的转速之间的预设对应关系以及所述开环PWM调制时间与所述电机的转速之间的预设对应关系是在所述电机存在馈电的工况下获得的。
可选地,所述电机存在馈电的工况包括所述电机处于峰值发电的工况。
可选地,所述基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换,包括:
基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,通过以下公式确定执行所述开环PWM软切换期间的占空比D:
其中,DInit表示所述起始占空比;n表示利用所确定的占空比执行开环PWM调制的累计次数,其中所述开环PWM调制指的是采用所述开环方式执行PWM调制;TPWM表示所述PWM调制的周期;TASC指的是所述整个开环PWM调制时间;退出ASC情况指的是接收到退出所述主动短路保护的指示而执行所述开环PWM软切换的情况;进入ASC的情况指的是在执行所述主动短路保护之前执行所述开环PWM软切换的情况;以及
利用所确定的占空比以及所述电机各个相位之间的预设错相位,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换。
可选地,所述基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换,包括:
基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,通过以下公式确定执行所述开环PWM软切换期间的占空比D:
其中,DInit表示所述起始占空比;t表示利用所确定的占空比执行开环PWM调制的累计时间,其中所述开环PWM调制指的是采用所述开环方式执行PWM调制;TASC指的是所述整个开环PWM调制时间;退出ASC情况指的是接收到退出所述主动短路保护的指示而执行所述开环PWM软切换的情况;进入ASC的情况指的是在执行所述主动短路保护之前执行所述开环PWM软切换的情况;以及
利用所确定的占空比以及所述电机各个相位之间的预设错相位,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换。
可选地,所述预设错相位位于0至360度的范围内。
根据本公开实施例的第二方面,提供一种电机控制器的主动短路电路,包括:第一获取电路,用于获取车辆故障信息;确定电路,用于根据所述车辆故障信息确定是否需要执行主动短路保护;第二获取电路,用于若所述确定电路确定需要执行所述主动短路保护,则获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态;第一控制电路,用于若所述电流传感器和所述旋变传感器的状态指示所述电流传感器和所述旋变传感器均未发生故障,则控制所述电机进行扭矩卸载并控制所述电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流;预测电路,用于基于所述弱磁电流和扭矩卸载完成时所述电机的q轴电流来设置对所述电机控制器进行电流闭环PWM软切换所需的初始电流,并利用所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,对所述电机在所述主动短路保护下的电流进行预测,其中,所述电流闭环PWM软切换指的是采用电流闭环控制的方式对所述电机控制器进行PWM软切换;第二控制电路,用于基于所述初始电流和预测的电流控制执行所述电流闭环PWM软切换;以及第三控制电路,用于在预测的电流达到预设的稳态电流的情况下,控制执行所述主动短路保护。
根据本公开实施例的第三方面,提供一种电机控制器的主动短路电路,包括:处理器;用于存储处理器可执行指令的存储器;其中,所述处理器被配置为执行根据本公开第一方面任一项所述方法的步骤。
根据本公开实施例的第四方面,提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,该程序指令被处理器执行时实现本公开第一方面任一项所述方法的步骤。
根据本公开实施例的第五方面,提供一种芯片,包括处理器和接口;所述处理器用于读取指令以本公开第一方面任一项所述的方法。
通过采用上述技术方案,由于在确定需要执行主动短路保护之后会获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态,并且是在电流传感器和旋变传感器的状态指示电流传感器和旋变传感器均未发生故障的情况下才执行后续的电流闭环PWM软切换,这就确保了电流闭环控制方式的有效性(因为电流闭环控制方式需要依赖于电流传感器和旋变传感器的检测数据,如果电流传感器和旋变传感器中的至少一者发生故障,则无法获取到它们的有效检测数据,电流闭环控制也就无法执行)。另一方面,由于会利用电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系对电机在主动短路保护下的电流进行预测,并基于预测的电流来控制执行电流闭环PWM软切换,这就使得执行电流闭环PWM软切换期间所使用的闭环控制电流更贴近真实的ASC电流响应,也即在进入ASC之前,能够闭环调制出与真实ASC电流相近的暂态电流,闭环调制出的电流与真实ASC电流相差越小,电流波动就越小。这样,就能够使得在进入硬件ASC瞬间,电机控制器中的电流更贴近真实的ASC电流响应,两者相差越小,则电流突变的冲击就越小,从而能够有效地抑制进入ASC时的电流冲击。此外,电流闭环PWM软切换的整个过程的响应时间更快,故障恢复容错时间(Fault Tolerant TimeInterval,FTTI)更短,同时标定工作量极少。另外,在电流闭环PWM软切换期间,不存在不可控整流,不会导致馈电风险。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电机控制系统的示意图。
图2是进入ASC之前、不进行PWM软切换处理情况下产生电流冲击的示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路方法的流程图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种电流闭环PWM软切换的示意框图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路方法的又一流程图。
图6示出PWM错相调制示意图。
图7是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路方法的又一流程图。
图8是对开环PWM软切换的机理进行分析的示意图。
图9是对三相开环PWM软切换的机理进行分析的示意图。
图10是根据一示例性实施例示出的采用开环PWM软切换进入ASC的效果示意图。
图11是根据一示例性实施例示出的采用开环PWM软切换退出ASC至SPO状态的效果示意图。
图12是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路电路的装置框图。
图13是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路电路的又一装置框图。
图14是一示例性实施例示出的一种车辆的功能框图示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是,本申请中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下,并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电机控制系统的示意图。该电机控制系统包括动力电池11、电机控制器12和电机13。电机控制器12通常由桥式逆变器来实现。图1示出的电机13包括3个相,但是本领域技术人员应当理解的是,图1仅是示例,根据实际应用,电机13可以采用任何数量的相。电机控制器12包括上桥臂和下桥臂。上桥臂包括开关管S1、S3、S5及其各自并联的二极管。下桥臂包括开关管S2、S4、S6及其各自并联的二极管。图1中的电容C1通常是母线电容。
对于选用永磁同步电机的新能源车动力总成或者工业逆变器,在电机13高速运行时,倘若电机控制器12产生严重故障,比如过温、过流、过压等故障,则会执行停机操作,此时永磁体在高速旋转时,会在电机13的三相绕组上产生较高的反电动势,过高的反电动势会经过三相全桥的并联二极管(例如D1~D6)进行不可控整流,对母线电容C1充电,当母线电容C1两端的电压持续高于母线电压时,会出现以下危害场景:
1)车辆在失去牵引力的同时,动力总成产生非预期的制动扭矩,影响驾驶者操控,会产生意外突然减速情形,可能会导致被追尾风险,影响驾驶安全;
2)在母线端产生回馈电流,当动力电池11的荷电状态(State of Charge,SOC)较高时,可能会产生动力电池11过充,引起动力电池失效风险;
3)当车辆故障发生一段时间(比如3s),主继电器可能会断开,此时会持续对母线电容C1充电,导致母线电容C1过压爆炸,功率模块(也即电机控制器12)过压失效等风险。
为防止引起以上危害场景,通常会进入主动短路(Active Short Circuit,ASC)安全状态。相关技术中,电机控制器驱动板会集成硬件主动短路电路。当车辆发生严重故障时,会触发主动短路操作。主动短路操作指的是断开电机控制器12的上桥臂(也即开关管S1、S3和S5均关断)并导通电机控制器12的下桥臂(也即开关管S2、S4和S6均导通),或者,导通电机控制器12的上桥臂(也即开关管S1、S3和S5均导通)并断开电机控制器12的下桥臂(也即开关管S2、S4和S6均关断)。通过主动短路操作,避免了对母线侧电池包的持续回馈电流,和母线电容C1的过压风险。但是,假如电机控制器12在触发硬件主动短路之前、或者在退出主动短路状态至低速下的全关管(Switching Pulse Off,SPO)状态之前,不做PWM软切换处理,会产生如下危害场景。全关管状态指的是开关管S1~S6均关断的状态。PWM软切换指的是将其中一个桥臂(例如上桥臂或下桥臂)全关断并对另一个桥臂(例如下桥臂或上桥臂)进行PWM调制的操作。
1)进入ASC之前,如果不进行PWM软切换处理,会产生电流冲击。如图2所示,主继电器吸合时,直接进入硬件ASC,出现了冲击电流。实际工程经验可知,冲击电流可能会达到功率器件(也即电机控制器12中的各个开关管)峰值电流的3倍以上。这种冲击电流会对功率器件产生冲击和损伤。电机温度较高时,这种冲击电流可能造成退磁风险。
2)退出ASC至SPO之前,如果不进行PWM软切换处理,会产生电压冲击,这种冲击电压同样会对功率器件产生损伤。
图3是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路方法的流程图。该主动短路方法可以应用于新能源车电驱动动力总成、电机控制器、电力电子等领域中,可以应用到工业逆变器、伺服驱动等,可以适用于对电机控制器进行主动短路。如图3所示,该主动短路方法可以包括以下步骤S31至S37。
在步骤S31中,获取车辆故障信息。
车辆故障信息可以包括关于车辆故障的任何信息,例如电机控制器故障、电机故障等等。
在步骤S32中,根据车辆故障信息确定是否需要执行主动短路保护。
如果车辆故障信息指示车辆故障已经达到了需要触发主动短路保护的程度,则可以确定需要执行主动短路保护。例如,如果车辆故障信息是电机控制器过温故障、过流故障、过压故障等等,则需要触发主动短路保护,以避免执行停机操作时产生的反电动势所导致的危害。
在步骤S33中,若确定需要执行主动短路保护,则获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态。
电流传感器通常用于检测电机的电流,旋变传感器通常用于检测电机的转子位置。
在步骤S34中,若电流传感器和旋变传感器的状态指示电流传感器和旋变传感器均未发生故障,则控制电机进行扭矩卸载并控制电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流。
电流传感器和旋变传感器均未发生故障,说明电流传感器能够继续监测电机的电流、旋变传感器能够继续监测电机转子的位置。
扭矩卸载指的是使电机扭矩降低,例如降低为零。在一些实施例中,可以控制电机线性地进行扭矩卸载,其中,线性卸载的斜率可以根据实际情况进行调整,例如,如果电机在车辆故障发生时刻的转速非常高,则可以提高线性卸载的斜率,以使得电机扭矩快速地降低,如果电机在车辆故障发生时刻的转速不高,则线性卸载的斜率可以适当调低。
扭矩卸载可以通过将电机的q轴电流降低来实现。
电机的d轴维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流是出于弱磁需要的目的,也即为了保持电机工作在极限圆内。在一些实施例中,可以控制电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的幅值最小的弱磁电流,因为幅值最小的弱磁电流就已经能够满足弱磁需要了。
在步骤S35中,基于弱磁电流和扭矩卸载完成时电机的q轴电流来设置对电机控制器进行电流闭环PWM软切换所需的初始电流,并利用电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,对电机在主动短路保护下的电流进行预测,其中,电流闭环PWM软切换指的是采用电流闭环控制的方式对电机控制器进行PWM软切换。
在一些实施例中,可以将弱磁电流设置为进行电流闭环PWM软切换所需的初始的d轴电流,将扭矩卸载完成时电机的q轴电流设置为进行电流闭环PWM软切换所需的初始的q轴电流。
在一些实施例中,电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系为预设瞬态响应关系和预设稳态响应关系之和。预设瞬态响应关系是根据电机的电感、进入主动短路保护瞬间电机的初始电流、电机的电阻和电机的转速来预测电机在主动短路保护下的瞬态电流。预设稳态响应关系是根据电机的电阻、电机的电感和电机的转速来预测电机在主动短路保护下的稳态电流。
接下来描述如何获得预设瞬态响应关系和预设稳态响应关系。
同步电机在交轴(也即q轴)下的电压方程如下:
同步电机在直轴(也即d轴)下的电压方程如下:
公式(1)和(2)中,id、iq分别为电机定子电流的直轴分量和交轴分量;Ud、Uq分别为电机定子电压的直轴分量和交轴分量;Ld、Lq分别为直轴电感和交轴电感;R表示定子电阻;ω为电机转子的电角速度;ψPM表示转子永磁体产生的磁链。
在进入主动短路之后,电机的d轴和q轴的电流响应主要由稳态响应和瞬态响应两部分组成。进入主动短路的初始阶段表现为正弦衰减震荡波形(也即瞬态响应),慢慢收敛于稳态电流(也即稳态响应)。
(1)主动短路状态下的稳态电流
稳态响应主要取决于电机本身的参数和电机的转速。电机进入ASC状态后,三相短路,即Ud=0、Uq=0。令稳态响应下电流波动为0,即:
0=Rid-ωLqiq (3)
0=Riq+ωLdid+ωψPM (4)
则,可以计算出稳态直轴电流idss和稳态交轴电流iqss:
根据公式(5)和(6),即可得到预设稳态响应关系。
(2)主动短路状态下的瞬态电流
瞬态电流是一条逐渐收敛的正弦衰减曲线。瞬态电流幅值的大小,主要取决于电机的电感和进入主动短路瞬间的初始电流的大小。电机的电阻和电感组成的时间常数,决定了瞬态电流幅值的收敛速度。电机的转速决定了瞬态电流振荡的频率。另外,在进入ASC之前,会先将q轴电流下降(例如线性下降)为0。因此,d轴的瞬态电流idts和q轴的瞬态电流iqts的波动表现为:
其中,t表示时间;K表示可调整增益系数;R表示电机的定子电阻;Ld表示电机的直轴电感;Lq表示电机的交轴电感;id0表示进入主动短路保护之前的初始弱磁电流;ω表示电机的转子的电角速度;表示进入主动短路保护之前转子的电角度。
根据公式(7)和(8),即可得到预设瞬态响应关系。
结合前述的预设瞬态响应关系和预设稳态响应关系,即可得到电机的d轴电流和q轴电流的时域响应,也即电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系:
其中,id表示电机的d轴电流;t表示时间;K表示可调整增益系数;R表示电机的定子电阻;Ld表示电机的直轴电感;Lq表示电机的交轴电感;id0表示进入主动短路保护之前的初始弱磁电流;ω表示电机的转子的电角速度;表示进入主动短路保护之前转子的电角度;ψPM表示转子的永磁体产生的磁链;iq表示电机的q轴电流。
在步骤S36中,基于初始电流和预测的电流控制执行电流闭环PWM软切换。
在一些实施例中,首先向电流闭环中输入初始电流,从而启动了电流闭环PWM软切换。然后,基于前面描述的电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,可以预测电机在主动短路保护下的电流,并根据该预测的电流进行电流闭环控制。也就是说,在执行电流闭环PWM软切换期间(在此期间,尚未进入硬件ASC状态)所使用的闭环控制电流是根据电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系进行预测的,这样,就能够使得执行电流闭环PWM软切换期间所使用的闭环控制电流更贴近真实的ASC电流响应,也即在进入ASC之前,能够闭环调制出与真实ASC电流相近的暂态电流,闭环调制出的电流与真实ASC电流相差越小,电流波动就越小。这样,就能够使得在进入硬件ASC瞬间,电机控制器中的电流更贴近真实的ASC电流响应,两者相差越小,则电流突变的冲击就越小。
在步骤S37中,在预测的电流达到预设的稳态电流的情况下,控制执行主动短路保护。
预测的电流达到预设的稳态电流,则意味着在进入硬件ASC瞬间,真实的ASC电流响应也将是一种稳态电流,因为预测的电流是根据电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系进行预测的。
通过采用上述技术方案,由于在确定需要执行主动短路保护之后会获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态,并且是在电流传感器和旋变传感器的状态指示电流传感器和旋变传感器均未发生故障的情况下才执行后续的电流闭环PWM软切换,这就确保了电流闭环控制方式的有效性(因为电流闭环控制方式需要依赖于电流传感器和旋变传感器的检测数据,如果电流传感器和旋变传感器中的至少一者发生故障,则无法获取到它们的有效检测数据,电流闭环控制也就无法执行)。另一方面,由于会利用电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系对电机在主动短路保护下的电流进行预测,并基于预测的电流来控制执行电流闭环PWM软切换,这就使得执行电流闭环PWM软切换期间所使用的闭环控制电流更贴近真实的ASC电流响应,也即在进入ASC之前,能够闭环调制出与真实ASC电流相近的暂态电流,闭环调制出的电流与真实ASC电流相差越小,电流波动就越小。这样,就能够使得在进入硬件ASC瞬间,电机控制器中的电流更贴近真实的ASC电流响应,两者相差越小,则电流突变的冲击就越小,从而能够有效地抑制进入ASC时的电流冲击。此外,电流闭环PWM软切换的整个过程的响应时间更快,故障恢复容错时间(Fault Tolerant TimeInterval,FTTI)更短,同时标定工作量极少。另外,在电流闭环PWM软切换期间,不存在不可控整流,不会导致馈电风险。
图4是根据一示例性实施例示出的一种电流闭环PWM软切换的示意框图。
如图4所示,首先,在101处,执行扭矩卸载,例如,将q轴电流按照一定速率下降为0,将d轴电流维持故障发生时刻下(也即故障发生时刻下的转速和电压下)幅值最小弱磁电流,在q轴电流的反馈值为0附近之后,输出id0和iq0,作为102处的初始电流。
然后,在102处,以ASC状态下的时域响应电流id(t)、iq(t)(也即公式(9)和(10))作为电流指令进行电流闭环,对电机ASC状态下的电流进行预测。102处预测的输出电流为idr和iqr经过电流闭环ACR调节输出电压指令UD、UQ;再经过park坐标逆变换输出电压Uα、Uβ;再经过SVPWM空间矢量调制输出三相占空比;栅极驱动器为功率模块(也即桥式逆变器)的预驱驱动芯片;另外,通过电流传感器的电流采样,获取实时电机相电流IA、IC,并经过坐标变换转化成Iα、Iβ、ID、IQ;另外,通过旋变传感器获取电机转速N和实时电角度θ;然后,向102处反馈电机的转子的电角速度。运行短暂时间后,待预测的电流达到稳态电流之后,就可以使能硬件ASC,以使得电机进入三相短路的状态。这样,通过采用图4的框架,就可以基于ASC电流响应的分析和永磁同步电机的基本电机控制框架,实现电流闭环PWM软切换。另外,图4中,电机是以永磁同步电机(permanent-magnetsynchronousmotor,PMSM)为例的,但并不构成对本公开的限制。
图5是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路方法的又一流程图。
如图5所示,首先,在步骤S51中,获取车辆故障信息。车辆故障信息可以包括关于车辆故障的任何信息,例如电机控制器故障、电机故障等等。
然后,在步骤S52中,根据车辆故障信息确定是否需要执行主动短路保护。该步骤与步骤S32相同,不再赘述。
然后,在步骤S53中,若确定需要执行主动短路保护,则获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态。
然后,在步骤S54中,若电流传感器和旋变传感器的状态指示电流传感器和旋变传感器中的至少一者发生了故障,则获取电机控制器中功率器件的故障状态。
电流传感器发生故障,意味着不能有效地监测电机的电流;旋变传感器发生故障,意味着不能有效地监测电机转子的位置。
然后,在步骤S55中,基于功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,其中,开环PWM软切换指的是采用开环方式执行PWM软切换。也即,开环PWM软切换的整个调制过程不依赖电流传感器和旋变传感器的监测信息。
在一些实施例中,该步骤S55可以通过以下方式来实现。也即,基于功率器件的故障状态,确定存在故障的桥臂为需要对其执行开环PWM软切换的桥臂;以及若功率器件的故障状态指示所有桥臂均没有故障,则从所有桥臂中随机选择一个桥臂作为需要对其执行开环PWM软切换的桥臂,例如选择上桥臂进行开环PWM软切换,或者选择下桥臂进行PWM软切换,或者默认选择上或下桥臂进行PWM软切换。
例如,如果电机控制器12的三个上桥臂中的任意桥臂出现了故障(例如短路故障),则确定对三个上桥臂进行开环PWM软切换;如果电机控制器12的三个下桥臂中的任意桥臂出现了故障(例如短路故障),则确定对三个下桥臂进行开环PWM软切换。选择对有故障的桥臂进行开环PWM软切换的目的是为了避免功率器件直通。举例而言,假设三个上桥臂中的V相桥臂出现了故障、而三个下桥臂均没有故障,如果在这种情况下选择没有故障的三个下桥臂进行开环PWM软切换,则在开环PWM软切换的过程中,当V相上桥臂处于导通状态时,会发生V相上桥臂和V相下桥臂直通的现象。
然后,在步骤S56中,基于占空比与电机的转速之间的预设对应关系以及开环PWM调制时间与电机的转速之间的预设对应关系,确定车辆故障发生时刻下电机的转速所对应的起始占空比和整个开环PWM调制时间。其中,整个开环PWM调制时间指的是开环PWM软切换的整个执行时长。
在一些实施例中,占空比与电机的转速之间的预设对应关系以及开环PWM调制时间与电机的转速之间的预设对应关系是在电机存在馈电的工况下获得的。其中,电机存在馈电的工况可以包括电机处于峰值发电的工况。
这种预设对应关系可以利用台架进行标定。例如,选取电机处于峰值发电工况。然后,在各个转速下触发进入ASC的条件,依据进入ASC初始阶段电压上升适宜(例如电压上升位于预设上升范围内)且电流波动较小(例如电流波动位于预设波动范围内)的原则,标定出各个转速下、适合的开环PWM软切换的起始占空比DInit和整个开环PWM调制时间TASC。
然后,在步骤S57中,基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换。
在一些实施例中,步骤S57可以通过以下方式来实现。也即,首先,基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,通过以下公式确定执行开环PWM软切换期间的占空比D:
其中,DInit表示起始占空比;n表示利用所确定的占空比执行开环PWM调制的累计次数(也即PWM调制周期的累计数量),而且,进入ASC过程完成之后,n清零,其中开环PWM调制指的是采用开环方式执行PWM调制;TPWM表示PWM调制的周期;TASC指的是整个开环PWM调制时间;退出ASC情况指的是接收到退出主动短路保护的指示而执行开环PWM软切换的情况;进入ASC的情况指的是在执行主动短路保护之前执行开环PWM软切换的情况。
然后,利用所确定的占空比以及电机各个相位之间的预设错相位,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换。预设错相位位于0至360度的范围内。当预设错相位为0度时,表示三相的PWM调制为同相位调制。当预设错相位大于0而小于360度时,表示三相的PWM调制为错相位调制。通过分析可知,在错相120°、三相占空比分别为1/3或2/3时,交错并联后,母线测的电流纹波波动值为0。在其他交错相位下,交错并联后,母线测的电流纹波也小于其中任意一相的电流纹波。另外,由于电压纹波与电流纹波成正比,因此交错并联之后,电压纹波也更小。
举例而言,假设电机3个相位的预设错相位是:V相PWM波形延迟U相120°,W相PWM波形延迟U相240°。则,首先可以基于公式(11)确定V、U和W相各自的占空比;然后,按照“V相PWM波形延迟U相120°,W相PWM波形延迟U相240°”进行错相位PWM控制。也即,三相交错处理如下所示:
图6示出PWM错相调制示意图,其中,示出了三相交错PWM的示意图以及相电流的示意图。
在又一实施例中,步骤S57也可以通过以下方式来实现。也即,首先,基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,通过以下公式确定执行开环PWM软切换期间的占空比D:
其中,DInit表示起始占空比;t表示利用所确定的占空比执行开环PWM调制的累计时间,而且在进入ASC之后,t清零,其中开环PWM调制指的是采用开环方式执行PWM调制;TASC指的是整个开环PWM调制时间;退出ASC情况指的是接收到退出主动短路保护的指示而执行开环PWM软切换的情况;进入ASC的情况指的是在执行主动短路保护之前执行开环PWM软切换的情况。
然后,利用所确定的占空比以及电机各个相位之间的预设错相位,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换。预设错相位在前文中已经详细描述,不再赘述。
然后,在步骤S58中,当开环PWM软切换的累计执行时长达到了整个开环PWM调制时间,则控制进入ASC。另外,在进入ASC之后,开环PWM软切换的累计执行时长会清零。
通过采用上述技术方案,在电流传感器、旋变传感器中的至少一者出现故障的情形中,是基于占空比与电机的转速之间的预设对应关系以及开环PWM调制时间与电机的转速之间的预设对应关系,确定车辆故障发生时刻下电机的转速所对应的起始占空比和整个开环PWM调制时间,并基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换,这样就不需要依赖于电流传感器和旋变传感器的监测数据,而且整个开环PWM软切换期间,整体电压、电流纹波更小、更贴近控制对象本身特性,能够有效防止电流、电压冲击对功率器件的损伤。另外,在开环PWM软切换期间,不存在不可控整流,不会导致馈电风险。
图7是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路方法的又一流程图。
如图7所示,首先,在步骤S71中,确定在执行了主动短路保护之后是否接收到退出主动短路保护的指示。如果接收到,则执行步骤S72。
在步骤S72中,获取电机控制器中功率器件的故障状态。
在步骤S73中,基于功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,其中,开环PWM软切换指的是采用开环方式执行PWM软切换。该步骤与步骤S55相同,不再赘述。
在步骤S74中,基于占空比与电机的转速之间的预设对应关系以及开环PWM调制时间与电机的转速之间的预设对应关系,确定接收到退出主动短路保护的指示的时刻下电机的转速所对应的起始占空比和整个开环PWM调制时间,其中,整个开环PWM调制时间指的是开环PWM软切换的整个执行时长。
该步骤与步骤S56类似。另外,在各转速下,在电机由ASC状态切到全关断SPO状态过程中,标定出开环PWM软切换的起始占空比和整个开环PWM调制时间的过程与前面步骤S56中描述的标定过程类似,不再赘述。
在步骤S75中,基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换。该步骤与步骤S57类似,不再赘述。
在步骤S76中,当开环PWM软切换的累计执行时长达到了整个开环PWM调制时间,则控制开始执行切换到全关断SPO状态。
通过采用上述技术方案,在执行了主动短路保护之后接收到退出主动短路保护的指示的情形中,是基于占空比与电机的转速之间的预设对应关系以及开环PWM调制时间与电机的转速之间的预设对应关系,确定接收到退出主动短路保护的指示的时刻下电机的转速所对应的起始占空比和整个开环PWM调制时间,并基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换,这样就不需要依赖于电流传感器和旋变传感器的监测数据,而且整个开环PWM软切换期间,整体电压、电流纹波更小、更贴近控制对象本身特性,能够有效防止电流、电压冲击对功率器件的损伤。另外,在开环PWM软切换期间,不存在不可控整流,不会导致馈电风险。
接下来对开环PWM软切换的机理进行分析。
为分析方便,选取三下桥进行主动短路,三上桥门极始终拉低不使能(也即始终关断)。永磁同步电机在高速旋转时,永磁体产生反电动势,等效电压源,当三上桥门极全部不使能时,对三下桥门极的调节,整个过程等效boost充电过程,如图8所示,选取三相中的U相进行分析。
U相下桥臂导通时(UL ON):
U相下桥臂关闭时(UL ON):
公式(16)和(17)中,Tpwm为PWM调制周期,D为PWM调制占空比,Ton和Toff为UL桥臂导通和关断时间,UC为母线电容侧瞬态电压,Eemf为电机反电动势等效在单相上的电压,L为U相电感。
通过UL的导通、关断过程分析,可以看出,可以通过缓慢调节UL的占空比,控制U相电流的大小和变化梯度。
三相下桥臂的开环PWM控制过程如图9所示,其开环PWM软切换的机理与图8类似,不再赘述。
图10是根据一示例性实施例示出的采用开环PWM软切换进入ASC的效果示意图。图11是根据一示例性实施例示出的采用开环PWM软切换退出ASC至SPO状态的效果示意图。如图10所示,进入ASC时刻,采用开环交错PWM调制三相PWM占空比,在调制前半段,基于当前转速下标定获取的起始占空比和调制时间进行三相错相120°、交错PWM调制,整个电流、电压纹波更小;退出ASC时刻,运用开环交错PWM调制方式,效果如图11所示,相电流有效值在缓慢递减,实现平滑过渡。
另外,根据本公开,在进入ASC和退出ASC至SPO时,都进行了PWM软切换,这在动力总成的整个生命周期期间,减小了功率器件的电压、电流冲击,延长了功率器件使用寿命,降低了电流应力,同时减低了高速高温下暂态冲击电流导致的电机退磁风险,提高了系统的功能安全性。
图12是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路电路的装置框图。参照图12,该主动短路电路包括:第一获取电路1200,用于获取车辆故障信息;确定电路1201,用于根据车辆故障信息确定是否需要执行主动短路保护;第二获取电路1202,用于若确定电路确定需要执行主动短路保护,则获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态;第一控制电路1203,用于若电流传感器和旋变传感器的状态指示电流传感器和旋变传感器均未发生故障,则控制电机进行扭矩卸载并控制电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流;预测电路1204,用于基于弱磁电流和扭矩卸载完成时电机的q轴电流来设置对电机控制器进行电流闭环PWM软切换所需的初始电流,并利用电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,对电机在主动短路保护下的电流进行预测,其中,电流闭环PWM软切换指的是采用电流闭环控制的方式对电机控制器进行PWM软切换;第二控制电路1205,用于基于初始电流和预测的电流控制执行电流闭环PWM软切换;以及第三控制电路1206,用于在预测的电流达到预设的稳态电流的情况下,控制执行主动短路保护。
通过采用上述技术方案,由于在确定需要执行主动短路保护之后会获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态,并且是在电流传感器和旋变传感器的状态指示电流传感器和旋变传感器均未发生故障的情况下才执行后续的电流闭环PWM软切换,这就确保了电流闭环控制方式的有效性(因为电流闭环控制方式需要依赖于电流传感器和旋变传感器的检测数据,如果电流传感器和旋变传感器中的至少一者发生故障,则无法获取到它们的有效检测数据,电流闭环控制也就无法执行)。另一方面,由于会利用电机在主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系对电机在主动短路保护下的电流进行预测,并基于预测的电流来控制执行电流闭环PWM软切换,这就使得执行电流闭环PWM软切换期间所使用的闭环控制电流更贴近真实的ASC电流响应,也即在进入ASC之前,能够闭环调制出与真实ASC电流相近的暂态电流,闭环调制出的电流与真实ASC电流相差越小,电流波动就越小。这样,就能够使得在进入硬件ASC瞬间,电机控制器中的电流更贴近真实的ASC电流响应,两者相差越小,则电流突变的冲击就越小,从而能够有效地抑制进入ASC时的电流冲击。此外,电流闭环PWM软切换的整个过程的响应时间更快,故障恢复容错时间(Fault Tolerant TimeInterval,FTTI)更短,同时标定工作量极少。另外,在电流闭环PWM软切换期间,不存在不可控整流,不会导致馈电风险。
可选地,所述控制所述电机进行扭矩卸载,包括:控制所述电机线性地进行所述扭矩卸载。
可选地,所述控制所述电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流,包括:控制所述电机的d轴电流维持所述车辆故障发生时刻下的幅值最小的弱磁电流。
可选地,所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的所述预设响应关系为预设瞬态响应关系和预设稳态响应关系之和,其中:所述预设瞬态响应关系是根据所述电机的电感、进入所述主动短路保护瞬间所述电机的初始电流、所述电机的电阻和所述电机的转速来预测所述电机在所述主动短路保护下的瞬态电流;所述预设稳态响应关系是根据所述电机的电阻、所述电机的电感和所述电机的转速来预测所述电机在所述主动短路保护下的稳态电流。
可选地,所述利用所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,对所述电机在所述主动短路保护下的电流进行预测,通过以下公式来实现:
其中,id表示所述电机的d轴电流;t表示时间;K表示可调整增益系数;R表示所述电机的定子电阻;Ld表示所述电机的直轴电感;Lq表示所述电机的交轴电感;id0表示进入所述主动短路保护之前的初始弱磁电流;ω表示所述电机的转子的电角速度;表示进入所述主动短路保护之前所述转子的电角度;ψPM表示所述转子的永磁体产生的磁链;iq表示所述电机的q轴电流。
图13是根据一示例性实施例示出的一种电机控制器的主动短路电路的又一装置框图。如图13所示,该主动短路电路包括:第三获取电路1207,用于获取电机控制器中功率器件的故障状态;标志电路1208,用于标记是需要进入ASC还是需要退出ASC至SPO状态;转速获取电路1209,用于在电流传感器和旋变传感器的状态指示电流传感器和旋变传感器中的至少一者发生了故障且所述标志电路1208指示需要进入ASC的情况下,或者在所述标志电路1208指示需要退出ASC至SPO的情况下,获取车辆故障时刻下的转速或者指示需要退出ASC至SPO时刻下的转速;桥臂选择电路1210,用于基于功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,其中,开环PWM软切换指的是采用开环方式执行PWM软切换;起始占空比确定电路1211,用于基于占空比与电机的转速之间的预设对应关系,确定车辆故障发生时刻下电机的转速所对应的起始占空比、或者确定接收到退出主动短路保护的指示的时刻下电机的转速所对应的起始占空比,其中,整个开环PWM调制时间指的是开环PWM软切换的整个执行时长;开环PWM调制时间确定电路1212,用于基于开环PWM调制时间与电机的转速之间的预设对应关系,确定车辆故障发生时刻下电机的转速所对应的整个开环PWM调制时间、或者确定接收到退出主动短路保护的指示的时刻下电机的转速所对应的整个开环PWM调制时间;处理电路1213,用于基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换。
可选地,基于功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,包括:基于功率器件的故障状态,确定存在故障的桥臂为需要对其执行开环PWM软切换的桥臂;以及若功率器件的故障状态指示所有桥臂均没有故障,则从所有桥臂中随机选择一个桥臂作为需要对其执行开环PWM软切换的桥臂。
可选地,占空比与电机的转速之间的预设对应关系以及开环PWM调制时间与电机的转速之间的预设对应关系是在电机存在馈电的工况下获得的。
可选地,电机存在馈电的工况包括电机处于峰值发电的工况。
可选地,基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换,包括:基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,通过以下公式确定执行开环PWM软切换期间的占空比D:
其中,DInit表示起始占空比;n表示利用所确定的占空比执行开环PWM调制的累计次数,其中开环PWM调制指的是采用开环方式执行PWM调制;TPWM表示PWM调制的周期;TASC指的是整个开环PWM调制时间;退出ASC情况指的是接收到退出主动短路保护的指示而执行开环PWM软切换的情况;进入ASC的情况指的是在执行主动短路保护之前执行开环PWM软切换的情况;以及
利用所确定的占空比以及电机各个相位之间的预设错相位,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换。
可选地,基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换,包括:
基于起始占空比和整个开环PWM调制时间,通过以下公式确定执行开环PWM软切换期间的占空比D:
其中,DInit表示起始占空比;t表示利用所确定的占空比执行开环PWM调制的累计时间,其中开环PWM调制指的是采用开环方式执行PWM调制;TASC指的是整个开环PWM调制时间;退出ASC情况指的是接收到退出主动短路保护的指示而执行开环PWM软切换的情况;进入ASC的情况指的是在执行主动短路保护之前执行开环PWM软切换的情况;以及
利用所确定的占空比以及电机各个相位之间的预设错相位,控制对所确定的桥臂执行开环PWM软切换。
可选地,预设错相位位于0至360度的范围内。
可选地,所述处理电路1213还用于,当开环PWM软切换的累计执行时长达到了整个开环PWM调制时间,则基于所述标志电路1208的标记来控制开始执行切换到全关断SPO状态或控制执行进入ASC。
关于上述实施例中的电路,其中各个电路执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述,此处将不做详细阐述说明。
本公开还提供一种电机控制器的主动短路电路,包括:处理器;用于存储处理器可执行指令的存储器;其中,处理器被配置为执行根据本公开的主动短路方法的步骤。
本公开还提供一种芯片,包括处理器和接口;处理器用于读取指令以执行根据本公开的主动短路方法的步骤。该芯片可以是一个IC,也可以是多个IC的集合;该芯片可以包括但不限于以下种类:GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)、CPU(CentralProcessing Unit,中央处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array,可编程逻辑阵列)、DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit,专用集成电路)、SOC(System on Chip,SoC,片上系统或系统级芯片)等。上述的集成电路或芯片中可以用于执行可执行指令(或代码),以实现上述的主动短路方法。其中该可执行指令可以存储在该集成电路或芯片中,也可以从其他的装置或设备获取,例如该集成电路或芯片中包括处理器、存储器,以及用于与其他的装置通信的接口。该可执行指令可以存储于该存储器中,当该可执行指令被处理器执行时实现上述的主动短路方法;或者,该集成电路或芯片可以通过该接口接收可执行指令并传输给该处理器执行,以实现上述的主动短路方法。
本公开还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,该程序指令被处理器执行时实现本公开提供的主动短路方法的步骤。
参阅图14,图14是一示例性实施例示出的一种车辆600的功能框图示意图。车辆600可以被配置为完全或部分自动驾驶模式。例如,车辆600可以通过感知系统620获取其周围的环境信息,并基于对周边环境信息的分析得到自动驾驶策略以实现完全自动驾驶,或者将分析结果呈现给用户以实现部分自动驾驶。
车辆600可包括各种子系统,例如,信息娱乐系统610、感知系统620、决策控制系统630、驱动系统640以及计算平台650。可选的,车辆600可包括更多或更少的子系统,并且每个子系统都可包括多个部件。另外,车辆600的每个子系统和部件可以通过有线或者无线的方式实现互连。
在一些实施例中,信息娱乐系统610可以包括通信系统611,娱乐系统612以及导航系统613。
通信系统611可以包括无线通信系统,无线通信系统可以直接地或者经由通信网络来与一个或多个设备无线通信。例如,无线通信系统可使用3G蜂窝通信,例如CDMA、EVD0、GSM/GPRS,或者4G蜂窝通信,例如LTE。或者5G蜂窝通信。无线通信系统可利用WiFi与无线局域网(wireless local area network,WLAN)通信。在一些实施例中,无线通信系统可利用红外链路、蓝牙或ZigBee与设备直接通信。其他无线协议,例如各种车辆通信系统,例如,无线通信系统可包括一个或多个专用短程通信(dedicated short range communications,DSRC)设备,这些设备可包括车辆和/或路边台站之间的公共和/或私有数据通信。
娱乐系统612可以包括显示设备,麦克风和音响,用户可以基于娱乐系统在车内收听广播,播放音乐;或者将手机和车辆联通,在显示设备上实现手机的投屏,显示设备可以为触控式,用户可以通过触摸屏幕进行操作。
在一些情况下,可以通过麦克风获取用户的语音信号,并依据对用户的语音信号的分析实现用户对车辆600的某些控制,例如调节车内温度等。在另一些情况下,可以通过音响向用户播放音乐。
导航系统613可以包括由地图供应商所提供的地图服务,从而为车辆600提供行驶路线的导航,导航系统613可以和车辆的全球定位系统621、惯性测量单元622配合使用。地图供应商所提供的地图服务可以为二维地图,也可以是高精地图。
感知系统620可包括感测关于车辆600周边的环境的信息的若干种传感器。例如,感知系统620可包括全球定位系统621(全球定位系统可以是GPS系统,也可以是北斗系统或者其他定位系统)、惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)622、激光雷达623、毫米波雷达624、超声雷达625以及摄像装置626。感知系统620还可包括被监视车辆600的内部系统的传感器(例如,车内空气质量监测器、燃油量表、机油温度表等)。来自这些传感器中的一个或多个的传感器数据可用于检测对象及其相应特性(位置、形状、方向、速度等)。这种检测和识别是车辆600的安全操作的关键功能。
全球定位系统621用于估计车辆600的地理位置。
惯性测量单元622用于基于惯性加速度来感测车辆600的位姿变化。在一些实施例中,惯性测量单元622可以是加速度计和陀螺仪的组合。
激光雷达623利用激光来感测车辆600所位于的环境中的物体。在一些实施例中,激光雷达623可包括一个或多个激光源、激光扫描器以及一个或多个检测器,以及其他系统组件。
毫米波雷达624利用无线电信号来感测车辆600的周边环境内的物体。在一些实施例中,除了感测物体以外,毫米波雷达624还可用于感测物体的速度和/或前进方向。
超声雷达625可以利用超声波信号来感测车辆600周围的物体。
摄像装置626用于捕捉车辆600的周边环境的图像信息。摄像装置626可以包括单目相机、双目相机、结构光相机以及全景相机等,摄像装置626获取的图像信息可以包括静态图像,也可以包括视频流信息。
决策控制系统630包括基于感知系统620所获取的信息进行分析决策的计算系统631,决策控制系统630还包括对车辆600的动力系统进行控制的整车控制器632,以及用于控制车辆600的转向系统633、油门634和制动系统635。
计算系统631可以操作来处理和分析由感知系统620所获取的各种信息以便识别车辆600周边环境中的目标、物体和/或特征。目标可以包括行人或者动物,物体和/或特征可包括交通信号、道路边界和障碍物。计算系统631可使用物体识别算法、运动中恢复结构(Structure from Motion,SFM)算法、视频跟踪等技术。在一些实施例中,计算系统631可以用于为环境绘制地图、跟踪物体、估计物体的速度等等。计算系统631可以将所获取的各种信息进行分析并得出对车辆的控制策略。
整车控制器632可以用于对车辆的动力电池和引擎641进行协调控制,以提升车辆600的动力性能。
转向系统633可操作来调整车辆600的前进方向。例如在一个实施例中可以为方向盘系统。
油门634用于控制引擎641的操作速度并进而控制车辆600的速度。
制动系统635用于控制车辆600减速。制动系统635可使用摩擦力来减慢车轮644。在一些实施例中,制动系统635可将车轮644的动能转换为电流。制动系统635也可采取其他形式来减慢车轮644转速从而控制车辆600的速度。
驱动系统640可包括为车辆600提供动力运动的组件。在一个实施例中,驱动系统640可包括引擎641、能量源642、传动系统643和车轮644。引擎641可以是内燃机、电动机、空气压缩引擎或其他类型的引擎组合,例如汽油发动机和电动机组成的混动引擎,内燃引擎和空气压缩引擎组成的混动引擎。引擎641将能量源642转换成机械能量。
能量源642的示例包括汽油、柴油、其他基于石油的燃料、丙烷、其他基于压缩气体的燃料、乙醇、太阳能电池板、电池和其他电力来源。能量源642也可以为车辆600的其他系统提供能量。
传动系统643可以将来自引擎641的机械动力传送到车轮644。传动系统643可包括变速箱、差速器和驱动轴。在一个实施例中,传动系统643还可以包括其他器件,比如离合器。其中,驱动轴可包括可耦合到一个或多个车轮644的一个或多个轴。
车辆600的部分或所有功能受计算平台650控制。计算平台650可包括至少一个处理器651,处理器651可以执行存储在例如存储器652这样的非暂态计算机可读介质中的指令653。在一些实施例中,计算平台650还可以是采用分布式方式控制车辆600的个体组件或子系统的多个计算设备。
处理器651可以是任何常规的处理器,诸如商业可获得的CPU。可替换地,处理器651还可以包括诸如图像处理器(Graphic Process Unit,GPU),现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)、片上系统(Sysem on Chip,SOC)、专用集成芯片(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)或它们的组合。尽管图14功能性地图示了处理器、存储器、和在相同块中的计算机的其它元件,但是本领域的普通技术人员应该理解该处理器、计算机、或存储器实际上可以包括可以或者可以不存储在相同的物理外壳内的多个处理器、计算机、或存储器。例如,存储器可以是硬盘驱动器或位于不同于计算机的外壳内的其它存储介质。因此,对处理器或计算机的引用将被理解为包括对可以或者可以不并行操作的处理器或计算机或存储器的集合的引用。不同于使用单一的处理器来执行此处所描述的步骤,诸如转向组件和减速组件的一些组件每个都可以具有其自己的处理器,处理器只执行与特定于组件的功能相关的计算。
在本公开实施方式中,处理器651可以执行上述的主动短路方法。
在此处所描述的各个方面中,处理器651可以位于远离该车辆并且与该车辆进行无线通信。在其它方面中,此处所描述的过程中的一些在布置于车辆内的处理器上执行而其它则由远程处理器执行,包括采取执行单一操纵的必要步骤。
在一些实施例中,存储器652可包含指令653(例如,程序逻辑),指令653可被处理器651执行来执行车辆600的各种功能。存储器652也可包含额外的指令,包括向信息娱乐系统610、感知系统620、决策控制系统630、驱动系统640中的一个或多个发送数据、从其接收数据、与其交互和/或对其进行控制的指令。
除了指令653以外,存储器652还可存储数据,例如道路地图、路线信息,车辆的位置、方向、速度以及其它这样的车辆数据,以及其他信息。这种信息可在车辆600在自主、半自主和/或手动模式中操作期间被车辆600和计算平台650使用。
计算平台650可基于从各种子系统(例如,驱动系统640、感知系统620和决策控制系统630)接收的输入来控制车辆600的功能。例如,计算平台650可利用来自决策控制系统630的输入以便控制转向系统633来避免由感知系统620检测到的障碍物。在一些实施例中,计算平台650可操作来对车辆600及其子系统的许多方面提供控制。
可选地,上述这些组件中的一个或多个可与车辆600分开安装或关联。例如,存储器652可以部分或完全地与车辆600分开存在。上述组件可以按有线和/或无线方式来通信地耦合在一起。
可选地,上述组件只是一个示例,实际应用中,上述各个模块中的组件有可能根据实际需要增添或者删除,图14不应理解为对本公开实施例的限制。
在道路行进的自动驾驶汽车,如上面的车辆600,可以识别其周围环境内的物体以确定对当前速度的调整。物体可以是其它车辆、交通控制设备、或者其它类型的物体。在一些示例中,可以独立地考虑每个识别的物体,并且基于物体的各自的特性,诸如它的当前速度、加速度、与车辆的间距等,可以用来确定自动驾驶汽车所要调整的速度。
可选地,车辆600或者与车辆600相关联的感知和计算设备(例如计算系统631、计算平台650)可以基于所识别的物体的特性和周围环境的状态(例如,交通、雨、道路上的冰、等等)来预测识别的物体的行为。可选地,每一个所识别的物体都依赖于彼此的行为,因此还可以将所识别的所有物体全部一起考虑来预测单个识别的物体的行为。车辆600能够基于预测的识别的物体的行为来调整它的速度。换句话说,自动驾驶汽车能够基于所预测的物体的行为来确定车辆将需要调整到(例如,加速、减速、或者停止)何种稳定状态。在这个过程中,也可以考虑其它因素来确定车辆600的速度,诸如,车辆600在行驶的道路中的横向位置、道路的曲率、静态和动态物体的接近度等等。
除了提供调整自动驾驶汽车的速度的指令之外,计算设备还可以提供修改车辆600的转向角的指令,以使得自动驾驶汽车遵循给定的轨迹和/或维持与自动驾驶汽车附近的物体(例如,道路上的相邻车道中的车辆)的安全横向和纵向距离。
上述车辆600可以为各种类型的行驶工具,例如,轿车、卡车、摩托车、公共汽车、船、飞机、直升飞机、娱乐车、火车等等,本公开实施例不做特别的限定。
在另一示例性实施例中,还提供一种计算机程序产品,该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序,该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的主动短路方法的代码部分。
本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后,将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (15)
1.一种电机控制器的主动短路方法,其特征在于,包括:
获取车辆故障信息;
根据所述车辆故障信息确定是否需要执行主动短路保护;
若确定需要执行所述主动短路保护,则获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态;
若所述电流传感器和所述旋变传感器的状态指示所述电流传感器和所述旋变传感器均未发生故障,则控制所述电机进行扭矩卸载并控制所述电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流;
基于所述弱磁电流和扭矩卸载完成时所述电机的q轴电流来设置对所述电机控制器进行电流闭环PWM软切换所需的初始电流,并利用所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,对所述电机在所述主动短路保护下的电流进行预测,其中,所述电流闭环PWM软切换指的是采用电流闭环控制的方式对所述电机控制器进行PWM软切换;
基于所述初始电流和预测的电流控制执行所述电流闭环PWM软切换;以及
在预测的电流达到预设的稳态电流的情况下,控制执行所述主动短路保护;
其中,所述方法还包括:若所述电流传感器和所述旋变传感器的状态指示所述电流传感器和所述旋变传感器中的至少一者发生了故障,或者若在执行了所述主动短路保护之后接收到退出所述主动短路保护的指示,则:
获取所述电机控制器中功率器件的故障状态;
基于所述功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,其中,所述开环PWM软切换指的是采用开环方式执行所述PWM软切换;
基于占空比与所述电机的转速之间的预设对应关系以及开环PWM调制时间与所述电机的转速之间的预设对应关系,确定所述车辆故障发生时刻下所述电机的转速所对应的起始占空比和整个开环PWM调制时间、或者确定接收到退出所述主动短路保护的指示的时刻下所述电机的转速所对应的起始占空比和整个开环PWM调制时间,其中,所述整个开环PWM调制时间指的是所述开环PWM软切换的整个执行时长;
基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换;
所述基于所述功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,包括:基于所述功率器件的故障状态,确定存在故障的桥臂为需要对其执行所述开环PWM软切换的桥臂。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述控制所述电机进行扭矩卸载,包括:
控制所述电机线性地进行所述扭矩卸载。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述控制所述电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流,包括:
控制所述电机的d轴电流维持所述车辆故障发生时刻下的幅值最小的弱磁电流。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的所述预设响应关系为预设瞬态响应关系和预设稳态响应关系之和,其中:
所述预设瞬态响应关系是根据所述电机的电感、进入所述主动短路保护瞬间所述电机的初始电流、所述电机的电阻和所述电机的转速来预测所述电机在所述主动短路保护下的瞬态电流;
所述预设稳态响应关系是根据所述电机的电阻、所述电机的电感和所述电机的转速来预测所述电机在所述主动短路保护下的稳态电流。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,对所述电机在所述主动短路保护下的电流进行预测,通过以下公式来实现:
其中,id表示所述电机的d轴电流;t表示时间;K表示可调整增益系数;R表示所述电机的定子电阻;Ld表示所述电机的直轴电感;Lq表示所述电机的交轴电感;id0表示进入所述主动短路保护之前的初始弱磁电流;ω表示所述电机的转子的电角速度;表示进入所述主动短路保护之前所述转子的电角度;ψPM表示所述转子的永磁体产生的磁链;iq表示所述电机的q轴电流。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,包括:
若所述功率器件的故障状态指示所有桥臂均没有故障,则从所述所有桥臂中随机选择一个桥臂作为需要对其执行所述开环PWM软切换的桥臂。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述占空比与所述电机的转速之间的预设对应关系以及所述开环PWM调制时间与所述电机的转速之间的预设对应关系是在所述电机存在馈电的工况下获得的。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述电机存在馈电的工况包括所述电机处于峰值发电的工况。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换,包括:
基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,通过以下公式确定执行所述开环PWM软切换期间的占空比D:
其中,DInit表示所述起始占空比;n表示利用所确定的占空比执行开环PWM调制的累计次数,其中所述开环PWM调制指的是采用所述开环方式执行PWM调制;TPWM表示所述PWM调制的周期;TASC指的是所述整个开环PWM调制时间;退出ASC情况指的是接收到退出所述主动短路保护的指示而执行所述开环PWM软切换的情况;进入ASC的情况指的是在执行所述主动短路保护之前执行所述开环PWM软切换的情况;以及
利用所确定的占空比以及所述电机各个相位之间的预设错相位,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换,包括:
基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,通过以下公式确定执行所述开环PWM软切换期间的占空比D:
其中,DInit表示所述起始占空比;t表示利用所确定的占空比执行开环PWM调制的累计时间,其中所述开环PWM调制指的是采用所述开环方式执行PWM调制;TASC指的是所述整个开环PWM调制时间;退出ASC情况指的是接收到退出所述主动短路保护的指示而执行所述开环PWM软切换的情况;进入ASC的情况指的是在执行所述主动短路保护之前执行所述开环PWM软切换的情况;以及
利用所确定的占空比以及所述电机各个相位之间的预设错相位,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换。
11.根据权利要求9或10所述的方法,其特征在于,所述预设错相位位于0至360度的范围内。
12.一种电机控制器的主动短路电路,其特征在于,包括:
第一获取电路,用于获取车辆故障信息;
确定电路,用于根据所述车辆故障信息确定是否需要执行主动短路保护;
第二获取电路,用于若所述确定电路确定需要执行所述主动短路保护,则获取用于电机的电流传感器和旋变传感器的状态;
第一控制电路,用于若所述电流传感器和所述旋变传感器的状态指示所述电流传感器和所述旋变传感器均未发生故障,则控制所述电机进行扭矩卸载并控制所述电机的d轴电流维持车辆故障发生时刻下的弱磁电流;
预测电路,用于基于所述弱磁电流和扭矩卸载完成时所述电机的q轴电流来设置对所述电机控制器进行电流闭环PWM软切换所需的初始电流,并利用所述电机在所述主动短路保护下的电流随时间的预设响应关系,对所述电机在所述主动短路保护下的电流进行预测,其中,所述电流闭环PWM软切换指的是采用电流闭环控制的方式对所述电机控制器进行PWM软切换;
第二控制电路,用于基于所述初始电流和预测的电流控制执行所述电流闭环PWM软切换;以及
第三控制电路,用于在预测的电流达到预设的稳态电流的情况下,控制执行所述主动短路保护;
其中,所述主动短路电路还包括:
第三获取电路,用于若所述电流传感器和所述旋变传感器的状态指示所述电流传感器和所述旋变传感器中的至少一者发生了故障,或者若在执行了所述主动短路保护之后接收到退出所述主动短路保护的指示,则获取所述电机控制器中功率器件的故障状态;
桥臂选择电路,用于基于所述功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,其中,所述开环PWM软切换指的是采用开环方式执行所述PWM软切换;
起始占空比确定电路,用于基于占空比与所述电机的转速之间的预设对应关系,确定所述车辆故障发生时刻下所述电机的转速所对应的起始占空比、或者确定接收到退出所述主动短路保护的指示的时刻下所述电机的转速所对应的起始占空比;
开环PWM调制时间确定电路,用于基于开环PWM调制时间与所述电机的转速之间的预设对应关系,确定所述车辆故障发生时刻下所述电机的转速所对应的整个开环PWM调制时间、或者确定接收到退出所述主动短路保护的指示的时刻下所述电机的转速所对应的整个开环PWM调制时间,其中,所述整个开环PWM调制时间指的是所述开环PWM软切换的整个执行时长;
处理电路,用于基于所述起始占空比和所述整个开环PWM调制时间,控制对所确定的桥臂执行所述开环PWM软切换;
其中,所述桥臂选择电路基于所述功率器件的故障状态,确定对其执行开环PWM软切换的桥臂,包括:基于所述功率器件的故障状态,确定存在故障的桥臂为需要对其执行所述开环PWM软切换的桥臂。
13.一种电机控制器的主动短路电路,其特征在于,包括:
处理器;
用于存储处理器可执行指令的存储器;
其中,所述处理器被配置为执行根据权利要求1至11中任一项所述方法的步骤。
14.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,其特征在于,该程序指令被处理器执行时实现权利要求1~11中任一项所述方法的步骤。
15.一种芯片,其特征在于,包括处理器和接口;所述处理器用于读取指令以执行权利要求1~11中任一项所述的方法。
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