CN117559864B - 一种新能源车电机电压计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机控制软件算法技术领域，具体而言，涉及一种新能源车电机电压计算方法。根据滑动采样原理，动态选择连续m个控制周期。根据电机控制器在这m个控制周期下的空间矢量脉宽调制波的三相占空比数据得到的多个三相开关状态数据。其中，一个控制周期下的三相开关状态数据记为一组开关状态数据；根据这一组开关状态数据，得到某相（线）的非零电压矢量数据和非零电压矢量数据对应的作用时间数据。根据非零电压矢量数据和其作用时间数据得到第一变量。根据计算第一变量的方法，依此类推，求得变量集合。根据某段时间内有效值的计算原理，得到实时相（线）电压的有效值。这样就解决了现有新能源汽车电压有效值计算方法精度低的问题。

Description

一种新能源车电机电压计算方法
技术领域
本发明涉及电机控制软件算法技术领域，具体而言，涉及一种新能源车电机电压计算方法。
背景技术
整车能耗是新能源汽车十分重要的性能指标之一，影响着整车的续驶里程。整车的能量流分析有效地计算着整车各零部件及子系统的能量使用情况。驱动电机系统作为整车的动力源，其能耗比重很大。因此，掌握驱动电机系统的能耗对整车能量流的分析有着十分重要的作用。驱动电机系统能耗主要通过获取电机电压有效值并代入公式计算而得到。由于安装在新能源汽车上的电机主要由三相电驱动，因此，若通过传感器测量电机电压有效值则需要安装多个互相独立的传感器进行检测，对新能源汽车整体成本控制较为不利。
为节约成本，避免因安装传感器使得电机控制器成本提升，电机电压的计算往往通过软件计算的方式得到。现有技术中，计算电机电压有效值的方式为电压矢量法，这种方式避免了安装大量传感器导致的成本增加问题，但电压矢量法对电机电压有效值的计算结果存在较大偏差，不利于电压参数的准确获取。
发明内容
为解决现有新能源汽车电压有效值检测精度低的问题，本发明提供了一种新能源车电机电压计算方法，包括：
根据电机控制器的空间电压矢量脉宽调制波得到m个控制周期内的三相占空比数据；
根据所述三相占空比数据得到三相开关状态数据；
根据所述三相占空比数据和所述三相开关状态数据得到m个控制周期内的非零矢量电压数据和非零矢量电压数据对应的作用时间数据；
根据所述非零矢量电压数据和所述作用时间数据得到第一变量；
根据所述第一变量得到第二变量；
根据所述第二变量得到实时电压有效值；
其中，所述m为任意自然数。
在一些实施例中，所述非零矢量电压数据包括至少为两个以上开关映射的第一非零矢量电压数据、第二非零矢量电压数据至第n个非零矢量电压数据，所述作用时间数据包括与所述第一非零矢量电压数据对应的第一作用时间数据、与所述第二非零矢量电压数据对应的第二作用时间数据至与所述第n个非零矢量电压数据对应的第n个作用时间数据，其中n为自然数。
在一些实施例中，在m个控制周期内所述第一非零矢量电压数据的平方和所述第一作用时间数据之积、所述第二非零矢量电压数据的平方和所述第二作用时间数据之积至所述第n个非零矢量电压数据的平方和所述第n个作用时间数据之积，上述n个积之和为所述第一变量。
在一些实施例中，所述第二变量为所述m个控制周期内的所述第一变量除以n。
在一些实施例中，所述实时电压有效值为第二变量除以m个控制周期取根方值。
在一些实施例中，所述非零矢量电压数据为相电压非零矢量数据或线电压非零矢量数据。
在一些实施例中，所述实时电压有效值为实时相电压有效值或实时线电压有效值。
为解决现有新能源汽车电压有效值检测精度低的问题，本发明有以下优点：
本实例公开的一种新能源车电机电压计算方法动态选取m个控制周期，获取电机控制器的连续的n个PWM周期的空间矢量脉宽调制波，根据n个SVPWM的三相占空比数据得到n个三相开关状态数据；根据n个三相占空比数据和n个三相开关状态数据得到m个控制周期内的n个非零电压矢量数据和n个非零电压矢量对应的作用时间数据；根据m个控制周期内的全部非零电压矢量数据及其作用时间数据得到第一变量；根据第一变量得到第二变量；根据第二变量的计算结果，在m个控制周期内计算电压有效值（包含相电压有效值与线电压有效值）。通过对多个第一周期内电压有效值进行实时计算，从而可得到电压有效值的实时结果，避免使用过多传感器对有效电压进行测量。并且，相较于电压矢量法，本文求解得到的电压有效值精度更高，偏差更小，且能够根据电频率变化实时计算有效值的变化，从而可以根据本发明所提供的方法对电压进行更为准确的判断，使新能源车电机控制系统可以根据更为准确的实时电压有效值对电机输出功率进行更为精准的控制，减少不必要的功率冗余量，从而达到节约能源、降低功耗的目的。
附图说明
图1示出了一种实施例的新能源车电机电压计算方法示意图；
图2示出了本文计算的电机线电压计算方法、传统矢量计算法计算得到的线电压与线电压实测结果的对比图；
图3示出了本文计算的电机相电压计算方法、传统矢量计算法计算得到的相电压与相电压实测结果的对比图。
具体实施方式
现在将参照若干示例性实施例来论述本公开的内容。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开的内容，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。
如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
本实施例公开了一种新能源车电机电压计算方法，如图1、图2和图3所示，可以包括：
步骤S101，根据电机控制器的空间电压矢量脉宽调制波得到m个控制周期内的三相占空比数据。
在本实施例中，通过动态选取m个控制周期，获取电机控制器的连续的m个控制周期的空间矢量脉宽调制波（SVPWM）。空间电压矢量脉宽调制波用于对电机电压波形进行控制，通过控制一个PWM周期内高低电平的输出时间来改变电压波形。在m个控制周期内，电机控制器可以通过SVPWM的控制方法对三相电路进行开关操作。占空比为控制器单个相在一个周期内输出高电平时间与该周期的比值，由于安装在新能源汽车上的电机通常需要三相电进行驱动，因此需要对三相电路分别进行统计。其中，在m个控制周期中，每个控制周期包括一个或多个PWM周期，m为任意自然数。
步骤S102，根据三相占空比数据得到三相开关状态数据；
在本实施例中，根据三相占空比计算三相开关状态。三相开关状态为某时刻功率模块上下桥臂开关管的开通关断状态。当控制器控制某一相电路向电机处于高电平时，则该相电路此时处于导通状态，即此时开关处于打开状态；当控制器控制某一相电路向电机处于低电平时，则该相电路此时处于断路状态，即此时开关处于关闭状态。
步骤S103，根据三相占空比数据和三相开关状态数据得到m个控制周期内的非零矢量电压数据和非零矢量电压数据对应的作用时间数据。
在本实施例中，非零矢量电压数据为三相电路中输出电压不为零的矢量，非零矢量电压数据对应的作用时间为保持该非零矢量电压数据所经历的时间。
可选的，非零矢量电压数据包括至少为两个以上开关映射的第一非零矢量电压数据、第二非零矢量电压数据和至第n个非零矢量电压数据，作用时间数据包括与第一非零矢量电压数据对应的第一作用时间数据、与第二非零矢量电压数据对应的第二作用时间数据和至与第n非零矢量电压数据对应的第n个作用时间数据，其中n为自然数。
其中，由于三相电路向三相电机输出的电流每2相间相差120°，因此，在电机运行的任何时间内总有2相输出为非零向量，将记录到的第一组2相非零电压分别记为U11和U12，并将U11和U12对应的作用时间数据分别记为t11和t12。将m个控制周期内的n个电压数据分别记录，记为第一非零矢量电压数据、第二非零矢量电压数据直至第n非零矢量电压数据，并将第一非零矢量电压数据、第二非零矢量电压数据至第n非零矢量电压数据所对应的作用时间数据分别记录，记为第一作用时间数据、第二作用时间数据直至第n作用时间数据。将第一非零矢量电压数据分别记为U11和U12，第一作用时间数据分别记为t11和t12，第二非零矢量电压数据U21和U22，第二作用时间数据t21，t22，以此类推，直至将第n非零矢量电压数据Un1，Un2和第n作用时间数据tn1，tn2记录完毕。
可选的，非零矢量电压数据为相电压非零矢量数据或线电压非零矢量数据。
其中，本方法中非零矢量电压数据可以为相电压非零矢量数据或线电压非零矢量数据，可以适用于不同应用场景而无需对本方法进行修改。
步骤S104，根据非零矢量电压数据和作用时间数据得到第一变量。
在本实施例中，根据m个控制周期内全部非零电压矢量数据及其作用时间数据得到第一变量，定义第一变量为As。
可选的，在m个控制周期内第一非零矢量电压数据的平方和第一作用时间数据之积、第二非零矢量电压数据的平方和第二作用时间数据之积至第n个非零矢量电压数据的平方和第n个作用时间数据之积，上述n个积之和为第一变量。
其中，将第一非零矢量电压数据的平方与第一作用时间数据的乘积计算所得的数据记为A1，A1的表达式可以为：
A1=U11 2*t11+U12 2*t12；
还可将第二非零矢量电压数据的平方与第二作用时间数据的乘积计算所得的数据记为A2，第n个非零矢量电压数据的平方与第n个作用时间数据的乘积计算所得的数据记为An，A2与An的表达式分别为：
A2=U21 2*t21+U22 2*t22；
An=Un1 2*tn1+Un2 2*tn2；
由于第一变量As为上述n个积之和，因此，As的表达式为：
As=A1+A2+…+An。
可选的，第二变量为m个控制周期内的第一变量除以n
其中，定义第二变量为Bn，则Bn的表达式记为：
Bn=1/n*As；
步骤S105，根据第一变量得到第二变量。
步骤S106，根据第二变量得到实时电压有效值。
在本实施例中，根据第二变量的计算结果，在m个控制周期内，实时计算电压有效值，其中，将m个控制周期内全部的PWM周期之和记为T。其中，m为任意自然数，将实时电压有效值记为C，其表达式可以是：
；
其中，如图2和图3所示，经过计算可知，通过对m个控制周期内n个非零矢量电压数据与该电压数据作用时间做加权平均计算，从而得到实时电压有效值。相较于电压矢量法求出的相电压有效值，本发明所提供的方案计算得出的实时电压有效值与实际测试值偏差更小，精确度更高，从而可以根据本发明所提供的方法对电压进行更为准确的判断，使新能源车电机控制系统可以根据更为准确的实时电压有效值对电机输出功率进行更为精准的控制，减少不必要的功率冗余量，从而达到节约能源、降低功耗的目的。
可选的，所述实时电压有效值为第二变量除以m个控制周期取根方值。
可选的，实时电压有效值为实时相电压有效值或实时线电压有效值。
其中，根据本发明所提供的方法，可以对实时相电压有效值或实时线电压有效值二者进行分别检测，无需调整步骤，通用性较强。
由本实施例的以上说明可见，本实例公开的一种新能源车电机电压计算方法动态选取m个控制周期，获取电机控制器的连续的n个PWM周期的空间矢量脉宽调制波，根据n个SVPWM的三相占空比数据得到n个三相开关状态数据；根据n个三相占空比数据和n个三相开关状态数据得到m个控制周期内的n个非零电压矢量数据和n个非零电压矢量对应的作用时间数据；根据m个控制周期内的全部非零电压矢量数据及其作用时间数据得到第一变量；根据第一变量得到第二变量；根据第二变量的计算结果，在m个控制周期内计算电压有效值（包含相电压有效值与线电压有效值）。通过对多个第一周期内电压有效值进行实时计算，从而可得到电压有效值的实时结果，避免使用过多传感器对有效电压进行测量。并且，相较于电压矢量法，本文求解得到的电压有效值精度更高，偏差更小，且能够根据电频率变化实时计算有效值的变化，从而可以根据本发明所提供的方法对电压进行更为准确的判断，使新能源车电机控制系统可以根据更为准确的实时电压有效值对电机输出功率进行更为精准的控制，减少不必要的功率冗余量，从而达到节约能源、降低功耗的目的。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体案例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的范围。

Claims (3)

1.一种新能源车电机电压计算方法，其特征在于，所述新能源车电机电压计算方法包括：
根据电机控制器的空间电压矢量脉宽调制波得到m个控制周期内的三相占空比数据；
根据所述三相占空比数据得到三相开关状态数据；
根据所述三相占空比数据和所述三相开关状态数据得到m个控制周期内的非零矢量电压数据和非零矢量电压数据对应的作用时间数据；
所述非零矢量电压数据包括至少为两个以上开关映射的第一非零矢量电压数据、第二非零矢量电压数据至第n个非零矢量电压数据，所述作用时间数据包括与所述第一非零矢量电压数据对应的第一作用时间数据、与所述第二非零矢量电压数据对应的第二作用时间数据至与所述第n个非零矢量电压数据对应的第n个作用时间数据，其中n为自然数；
根据所述非零矢量电压数据和所述作用时间数据得到第一变量；
在m个控制周期内所述第一非零矢量电压数据的平方和所述第一作用时间数据之积、所述第二非零矢量电压数据的平方和所述第二作用时间数据之积至所述第n个非零矢量电压数据的平方和所述第n个作用时间数据之积，上述n个积之和为所述第一变量；
根据所述第一变量得到第二变量；
所述第二变量为所述m个控制周期内的所述第一变量除以n；
根据所述第二变量得到实时电压有效值；
所述实时电压有效值为第二变量除以m个控制周期取根方值；
其中，所述m为任意自然数。
2.根据权利要求1所述的一种新能源车电机电压计算方法，其特征在于，
所述非零矢量电压数据为相电压非零矢量数据或线电压非零矢量数据。
3.根据权利要求1所述的一种新能源车电机电压计算方法，其特征在于，
所述实时电压有效值为实时相电压有效值或实时线电压有效值。
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