用於校準電動機旋轉變壓器偏移的系統和方法
2023-06-15 22:10:11
用於校準電動機旋轉變壓器偏移的系統和方法
【專利摘要】一種用於校準電動機旋轉變壓器偏移的系統和方法，該方法包括：通過控制器將電流施加到電動機的d軸；通過控制器測量電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算輸入到電動機的功率，其中Vq是q軸的電壓、Vd是d軸的電壓、Iq是q軸的電流且Id是d軸的電流；以及當輸入功率不處於預定範圍內時，通過控制器將旋轉變壓器的偏移相應地調整為正值或負值。
【專利說明】用於校準電動機旋轉變壓器偏移的系統和方法
【技術領域】[0001 ] 本發明總的來說涉及一種以代數方法代替傳統上以幾何方法實現的用於校準電動機位置傳感器的偏移的系統和方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著對經濟友好型車輛需求的日益增大，這些車輛內的驅動系統逐漸被電動機所取代。這種經濟友好型車輛包括混合動力車、電動車、燃料電池車等等。它們均以電動機作為驅動源。
[0003]這些電動機通常使用安裝在電動機軸上被稱為旋轉變壓器(resolver)的位置傳感器。旋轉變壓器可被理解為一種變壓器，其中供給特定量值和頻率的電壓作為其輸入，且變壓比基於轉子的位置而變化。而且，關於轉子的位置通過正弦和餘弦函數調幅的信號被輸出到其兩個輸出。當以該輸出作為輸入時，RDC計算旋轉變壓器的位置。這就是為什麼在電動機轉子和旋轉變壓器轉子的轉子位置之間的偏移需要被校準的原因。
[0004]在用於電動機的動態模型(DYNAMO)中，由於轉矩傳感器的存在，因此可以通過將d軸電流施加到電動機以查找電動機內沒有轉矩的位置來準確地設定旋轉變壓器的偏移。然而，在大規模生產之後電動機在車庫中必須更換時，車庫中通常沒有DYNAMO設備，因此也沒有轉矩傳感器。因此，必須使用幾何軟體來校準適當的角度。
[0005]為此，在混合動力車的情況下，旋轉速度有時由直接連接到電動機的發動機控制。然而，在電動機中，當施加O電流控制時，所產生的電壓與反電動勢相對應，因此當偏移校準正確時，僅產生q軸電壓。因此，當校準不正確時，還產生d軸電壓，以便可以利用d軸電壓的量值來校準偏移。
[0006]這是傳統的偏移校準方法。儘管在d軸和q軸保持垂直時使用該方法沒有問題，但是，當存在任何製造缺陷時，在如圖2所示的觀察系統的坐標內，d軸和q軸是不垂直的，這種方法就不適用了。
[0007]在相關現有技術中，這種偏移可以通過利用以下方法進行校準。下面將參考圖1和2描述傳統的偏移校準方法。在傳統技術中，通常一個或多個混合動力控制單元(HCU) 101被配置為控制發動機102和電動機103，電動機控制單元(MCU)被配置為控制電動機電流。特別地，在傳統方法中，電流僅施加給d軸以防止產生轉矩，因此當產生轉矩時，計算Λ Θ並對其反射(reflect)，使旋轉變壓器的偏移通過以下等式進行校準:
[0008]V α e = θ^δ θ V dq = j V q(cos Δ Θ -jsin Δ Θ ) = v q sin Δ Θ + j v q cos Δ Θ
[0009]V α = vqsinA Θ
[0010]v0=v qcos Δ Θ
[0011]A6> = tanM(—)
νβ
[0012]Θ updated = Θ-Δ Θ
[0013]然而，即使如上所述，使用這種方法的問題在於觀察系統坐標內存在製造誤差，d軸和q軸最初可能並不垂直，因此即使計算△ Θ並對其反射，該方法在本質上也存在誤差。
[0014]相關現有技術的說明僅僅是為了理解本發明背景的目的，因此對本領域技術人員來說不應當認為本發明的說明書是相關現有技術。
【發明內容】
[0015]因此，本發明提出一種通過將功率輸入與電動機的輸出相互關聯來定位旋轉變壓器上的特定轉子位置的系統和方法。
[0016]為了實現上述目的，根據本發明的一方面，提供一種用於校準車輛電動機中旋轉變壓器的偏移的方法。具體地，首先將電流施加到電動機的d軸，並測量電動機的Vq、VcUIq和Id。然後，計算輸入到電動機的功率，然後當輸入功率不處於預定範圍內時，將旋轉變壓器的偏移調整成正值或負值。
[0017]在計算輸入功率過程中，可以通過以下等式來計算輸入功率(Pin):Pin =
1.5X (VdXId+VqXIq)。
[0018]在偏移的調整過程時，可以通過特定量值的正值或負值來調整偏移，然後重新施加電流並計算輸入功率。在偏移調整之後，再次重複施加電流並計算輸入功率，當輸入功率處於預定範圍內時，終止調整步驟。
[0019]在調整偏移過程中，當輸入功率低於預定範圍的下限時，可以將旋轉變壓器的偏移調整為負值，且當輸入功率高於預定範圍的上限時，可以將偏移調整為正值。此外，本發明的示例性實施實施方式還可包括將電動機的轉速保持在恆定速率的準備階段。在準備階段中，可以通過控制車輛發動機的轉速來將電動機的轉速保持恆定。
[0020]在本發明的另一方面，提供一種用於校準車輛電動機中旋轉變壓器的偏移的系統和方法。在該系統和方法中，電動機被準備成使得電動機的轉速保持恆定，然後發出指令以將在極坐標內180度的電流施加到電動機；測量電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算電動機的功率輸入；然後當輸入功率不處於預定範圍內時，將旋轉變壓器的偏移調整為正值或負值。
[0021]在本發明的又一方面，提供一種用於校準車輛電動機中的旋轉變壓器的偏移的系統和方法。在將電流施加到電動機而使得在電動機的轉速保持恆定時沒有扭矩輸出之後，測量電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算輸入到電動機的功率，且當輸入功率不處於預定範圍內時，將旋轉變壓器的偏移調整為正值或負值。
[0022]如上所述，根據用於校準車輛電動機中旋轉變壓器的偏移的系統和方法，即使d軸和q軸不相垂直，也可以確保電動機的輸出性能。
[0023]此外，儘管傳統的方法是利用幾何等式通過由反電動勢來查找轉子位置的位置，而本方法則以代數方式利用功率的大小來查找轉子位置，因此不管幾何變形如何嚴重，都能以代數方式精確地校準變形而無需查找適當的角度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]本發明的以上和其他特徵、目的和優點將結合附圖從以下詳細說明中更加清楚的理解，以下附圖僅僅通過示例給出，因此不是對本發明的限制，其中:
[0025]圖1是示出混合動力車的傳統驅動系統的視圖；
[0026]圖2是示出用於說明校準車輛電動機內旋轉變壓器的偏移的傳統方法的關於電壓的坐標系統的視圖；以及
[0027]圖3是根據本發明具體實施例的用於校準車輛電動機內旋轉變壓器的偏移的系統和方法的示例性流程圖。
【具體實施方式】
[0028]可以理解的是，本文中所使用的術語「車輛」或「車輛的」或其它類似的術語包括一般而言的機動車輛，比如包含運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、貨車，各種商用車輛的客車、包含各種輪船和艦船的船隻、飛行器等等，並且包括混合動力車輛、電動汽車、混合動力電動汽車、氫動力汽車和其它替代燃料汽車(例如，從除了石油以外的資源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合動力車輛是具有兩種或多種動力來源的車輛，例如汽油動力車輛和電動動力車輛二者。
[0029]本文所用的術語僅用於描述特定實施例的目的，而並非旨在限本發明。除非上下文明確指出，否則如本文中所使用的單數形式「一」、「一個」和「該」等意圖也包括複數形式。還應該理解的是，在本說明書中使用「包括」和/或「包含」等術語時，是意圖說明存在該特徵、整數、步驟、操作、元素和/或組件，而不排除一個或多個其它特徵、整數、步驟、操作、元素、組件、和/或其組合的存在或增加。如本文中所使用的，術語「和/或」包括一個或多個相關列出項目的任何和所有組合。
[0030]儘管具體實施例被描述為利用由一個或多個處理器組成的用於特別執行指令以實現以下處理的一個控制器，然而可以理解的是以下處理也可以通過多個控制器來實現。
[0031]此外，本發明的控制邏輯可被實施為包含由處理器、控制器等執行的可執行程序指令的計算機可讀介質上的非短暫計算機可讀介質。計算機可讀介質的例子包括，但不局限於，R0M、RAM、光碟(CD)-ROM、磁帶、快閃記憶體盤、智慧卡和光數據存儲裝置。計算機可讀記錄介質也可以分布在連接計算機系統的網絡中，以使計算機可讀介質可以以分布式方式，例如，通過電信息通信伺服器或控制器區域網(CAN)，被存儲和執行。
[0032]下面將更詳細地參考本發明的優選實施方式，將在附圖中示出這些優選實施方式的例子。無論如何，相同的附圖標記將貫穿附圖和說明書中以表示相同或類似的部件。
[0033]—種用於校準車輛電動機中旋轉變壓器的偏移的系統和方法包括:通過控制器將電流施加到電動機的d軸(S200);通過控制器測量電動機的Vq、Vd、Iq和Id並通過控制器計算輸入到電動機的功率(S300)，且當輸入的功率不處於預定範圍內時，將旋轉變壓器的偏移調整為正值或負值(S400)。
[0034]該方法還可包括準備階段(S100)，其中該方法最初通過例如控制車輛發動機的轉速而將電動機的轉速保持在恆定速率。由於本發明不僅僅局限於混合動力車，因此可通過利用諸如止推發電機(cotter dynamo)或電動機控制器等分離裝置,也可以利用直接連接於電動機的發動機，將電動機的轉速保持在恆定速率。
[0035]一旦電動機的轉速已經保持在恆定速率，則執行步驟S200，在該步驟中將電流施加到電動機的d軸。在此，即使在施加步驟中，也需要施加電流以便在電動機上不產生扭矩，電流施加到電動機的d軸，或者發出指令使得在極坐標內的180度的電流被施加到電動機。在參考圖2時可以容易地理解這種校準。當電流施加到電動機的d軸且正確的坐標系統開始與觀察系統一致時，通常觀察不到q軸的電壓。然而，當這兩個坐標彼此不一致時，可以相應地檢測q軸的電壓。
[0036]儘管在相關現有技術中是利用幾何方法來計算這種偏移，然而這種幾何計算是不精確的，因為當坐標系統本身的軸不垂直時，三角函數的計算在本質上也會存在一些誤差。
[0037]相反地，本發明以代數方式校準這一誤差，通過測量電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算輸入到電動機的功率(S300)以分析電動機的輸入功率，且當輸入功率不在預定範圍內時，將旋轉變壓器的偏移調整為正值或負值(S400)。
[0038]在本發明的具體實施例中，例如電動機控制器等控制器可被配置為測量從電動機輸出的d和q軸的電流和電壓，然後利用測量的Vq、Vd、Iq和Id來計算電動機的輸入功率。在本發明的具體實施例中，Vq表不q軸的電壓、Vd表不d軸的電壓、Iq表不q軸的電流，Id表示d軸的電流。也就是說，本發明的具體實施例利用電動機輸入和輸出功率之間的校準來定位旋轉變壓器的轉子位置。因而，可以理解當產生扭矩時，產生輸出功率以觀察輸入功率(例如，可以通過電動機控制器來知道輸入功率)，因此基於輸入功率的大小將輸入功率輸入到d軸。在此，在輸入功率的計算中(S300)，輸入功率(Pin)可以通過以下等式進行計算:
[0039]Pin = 1.5X (VdX Id+VqX Iq) 等式 I
[0040]具體地，在偏移調整期間(S400)，可以通過正值或負值的特定量值來調整偏移(S410、S420、S430和S440)，然後重新執行電流的施加(S200)和輸入功率的計算(S300)，然後在偏移調整之後，再次重複電流的施加和輸入功率的計算，並且當輸入功率處於預定範圍內時，終止調整。例如，在偏移的調整過程中(S400)，當輸入功率低於預定範圍的下限時，可以將旋轉變壓器的偏移調整為負值(S430)，並且當輸入功率高於預定範圍的上限時，可以將偏移調整為正值(S440)。
[0041]在圖3的實施例中，以0.1度的增量進行調整以便以0.1度來校準最初設定的偏移，然後施加電流並測量輸出。然後，再次執行校準以消除偏移。這種方法相對於傳統方法相當大地降低了偏移量，從而抵銷了在電動機輸出中的減少。
[0042]同時，還提供一種用於校準車輛電動機中旋轉變壓器的偏移的方法，該方法包括:通過控制器發出指令以將極坐標系統中的180度電流施加給電動機(S200);通過控制器測量電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算輸入到電動機的功率(S300);且當輸入功率不在預定範圍內時，將旋轉變壓器的偏移調整為正值或負值(S400)。
[0043]可選地，在將電流施加到電動機之後使得當電動機的rmp保持恆定時沒有扭矩輸出，可以測量電動機的Vq、VcUIq和Id並可以計算輸入到電動機的功率。然後當輸入功率不處於預定範圍內時，可以將旋轉變壓器的偏移調整為正值或負值。
[0044]有利地，即使d軸和q軸不垂直，也可以校準車輛電動機內的旋轉變壓器的偏移，可以確保電動機的輸出性能。此外，儘管傳統方法利用反電動勢的位置通過幾何等式查找轉子位置，但是本發明以代數方式利用功率的大小查找轉子位置，因此不管存在多嚴重的幾何變形，該變形都可以以代數方式精確地被校準。
[0045]儘管上面已經出於說明的目的，對本發明的優選實施例進行說明。但是本領域技術人員可以知道，在不脫離權利要求書所限定的本發明的原理和精神的情況下，還可以對這些實施例進行各種變型、增加和替代。
【權利要求】
1.一種用於校準車輛電動機中的旋轉變壓器的偏移的方法，所述方法包括: 通過控制器將電流施加到所述電動機的d軸； 通過所述控制器測量所述電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算輸入到所述電動機的功率，其中Vq是q軸的電壓、Vd是d軸的電壓、Iq是q軸的電流且Id是d軸的電流；以及 當所述輸入功率不處於預定範圍內時，通過所述控制器將所述旋轉變壓器的偏移相應地調整為正值或負值。
2.如權利要求1所述的方法，其中利用以下等式來計算所述輸入功率(Pin):
Pin = 1.5 X (VdXId+VqXIq)。
3.如權利要求1所述的方法，其中以特定量值的正值或負值來調整所述偏移，然後重新施加電流並重新計算輸入功率，然後在調整偏移之後，再次重新施加電流並再次重新計算輸入功率，並且當所述輸入功率處於所述預定範圍內時，終止調整。
4.如權利要求1所述的方法，其中當所述輸入功率小於所述預定範圍的下限時，可以將所述旋轉變壓器的偏移調整為負值，並且當所述輸入功率大於所述預定範圍的上限時，可以將偏移調整為正值。
5.如權利要求1所述的方法，還包括最初將所述電動機的轉速保持在恆定速率。
6.如權利要求5所述的方法，其中通過控制所述車輛的發動機的轉速來將所述電動機的轉速保持在恆定速率。
7.一種用於校準車輛電動機中的旋轉變壓器的偏移的方法，所述方法包括: 通過控制器發出指令以將極坐標系內的180度電流施加給所述電動機； 通過所述控制器測量所述電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算輸入到所述電動機的功率，其中Vq是q軸的電壓、Vd是d軸的電壓、Iq是q軸的電流且Id是d軸的電流；以及 當所述輸入功率不處於預定範圍內時，通過所述控制器將所述旋轉變壓器的偏移調整為正值或負值。
8.一種用於校準車輛電動機中的旋轉變壓器的偏移的方法，所述方法包括: 在將電流施加到電動機使得在所述電動機的轉速保持在恆定速率時不輸出扭矩之後，通過控制器測量所述電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算輸入到所述電動機的功率，其中Vq是q軸的電壓、Vd是d軸的電壓、Iq是q軸的電流且Id是d軸的電流；以及 當所述輸入功率不處於預定範圍內時，通過所述控制器將旋轉變壓器的偏移調整為正值或負值。
9.一種非短暫計算機可讀介質，用於校準車輛電動機中的旋轉變壓器的偏移，包含由控制器執行的程序指令，所述計算機可讀介質包括: 將電流施加到所述電動機的d軸的程序指令； 測量所述電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算輸入到所述電動機的功率的程序指令，其中Vq是q軸的電壓、Vd是d軸的電壓、Iq是q軸的電流且Id是d軸的電流；以及 當所述輸入功率不處於預定範圍內時，將所述旋轉變壓器的偏移相應地調整為正值或負值的程序指令。
10.如權利要求9所述的非短暫計算機可讀介質，其中利用以下等式來計算所述輸入功率(Pin):
Pin = 1.5X (VdXId+VqXIq)。
11.如權利要求9所述的非短暫計算機可讀介質，其中通過特定量值的正值或負值來調整偏移，然後重新施加電流並重新計算輸入功率，然後在調整偏移之後，再次重新施加電流並再次重新計算輸入功率，並且當所述輸入功率處於所述預定範圍內時，終止調整。
12.如權利要求9所述的非短暫計算機可讀介質，其中當所述輸入功率低於所述預定範圍的下限時，可以將所述旋轉變壓器的偏移調整為負值，並且當所述輸入功率高於所述預定範圍的上限時，可以將偏移調整為正值。
13.如權利要求9所述的非短暫計算機可讀介質，還包括最初將所述電動機的轉速調整為恆定速率的程序指令。
14.如權利要求13所述的非短暫計算機可讀介質，其中通過控制所述車輛的發動機的轉速來將所述電動機的轉速保持在恆定速率。
15.一種用於校準車輛電動機中的旋轉變壓器的偏移的系統，所述系統包括: 被配置為輔助驅動車輛的電動機，所述電動機包括轉子；和 控制器，被配置為將電流施加到所述電動機的d軸，測量所述電動機的Vq、Vd、Iq和Id並計算輸入到所述電動機的功率，其中Vq為q軸的電壓、Vd為d軸的電壓、Iq為q軸的電流且Id為d軸的電流，並且當所述輸入功率不處於預定範圍內時將所述旋轉變壓器的偏移相應地調整為正值 或負值。
【文檔編號】H02P21/14GK103546084SQ201210596274
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年12月11日 優先權日:2012年7月12日
【發明者】權純祐, 李準庸 申請人:現代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社