控制車用電機的裝置和方法與流程

2024-02-18 12:25:18

相關申請的交叉引用

本申請要求於2016年4月8日在韓國知識產權局提交的第10-2016-0043178號韓國專利申請的優先權權益，其全部內容併入本文以作參考。

本公開內容涉及一種用於車輛的電機控制裝置。更具體地，本公開內容涉及能夠考慮轉子電感來控制驅動電機的控制車用電機的裝置和方法。

背景技術：

目前，由於環境汙染已成為愈發嚴重的問題，使用無汙染的能源已經變得更加重要。尤其是大城市的空氣汙染已逐漸變得越來越嚴重，汽車尾氣是其主要來源之一。

因此，為了減少廢氣量並提供更有效的燃料消耗，已開發和推廣環境友好型車輛包括混合動力汽車和電動汽車。

環境友好型車輛可以是不排放廢氣的車輛。這樣的環境友好型車輛可包括採用電機動力行駛的純電動汽車、聯合採用電機和發動機動力行駛的混合動力電動車輛、和採用由燃料電池產生的電力所驅動的電機的動力行駛的燃料電池車輛。

這樣的環境友好型車輛安裝有高電壓電池作為驅動驅動電機和轉換器的電動力源。

目前，驅動電機使用勵磁線圈電機而非永磁式電機。

此處，由於勵磁線圈電機的製備可以無需稀土金屬並且其具有寬泛的驅動範圍，勵磁線圈電機可以是能取代永磁式電機的代表性電機。通過將線圈纏繞到定子和轉子各自的鐵芯並通過對其施加電流，勵磁線圈電機產生轉矩。

因為這樣的勵磁線圈電機可替代永磁體，其利用線圈產生場磁體磁通量，勵磁線圈電機基於場磁鐵電流具有不同的電反應特性。具體地，當驅動電機以能使損耗最小化的最大效率控制來驅動時，在效率上是有利的，但其動態響應特性可能由於轉子電感的增加而劣化。

在此背景技術部分公開的上述信息僅用於增強對本發明背景的理解，因此它可能包含不構成本國本領域普通技術人員所知的現有技術的信息。

技術實現要素：

本公開內容致力於提供一種用於控制車用電機的裝置和方法，其能夠考慮轉子電感來控制驅動電機。

本公開內容致力於提供一種用於控制車用電機的裝置和方法，其能夠通過基於加速度使轉子電感降至最低來控制驅動電機。

本公開內容的示例性實施方式提供一種用於車輛的電機控制裝置，包括：檢測行駛數據的數據檢測器和根據行駛數據控制驅動電機的車輛控制器。所述車輛控制器包括：加速度生成器，其利用行駛數據確定請求轉矩和請求速度，並利用請求轉矩和請求速度生成請求加速度；策動點確定器，其根據請求加速度選擇電感控制電流圖或者電機效率控制電流圖，並利用所選擇的電流圖確定基於請求轉矩和請求速度的電流策動點；以及電機控制器，其利用電流策動點控制驅動電機。

如果請求加速度等於或大於參考值，策動點確定器可利用電感控制電流圖確定基於請求轉矩和請求速度的電流策動點。

如果請求加速度等於或大於參考值，策動點確定器可確定多個基於請求轉矩和請求速度的電流策動點，從電感控制電流圖提取基於多個電流策動點中各個電流策動點的轉子電感，並確定基於所提取的轉子電感中最小轉子電感的電流策動點。

電機控制器可以利用電流策動點的電流和電流相位角控制驅動電機。

車輛控制器還可包括電流圖生成器，其生成電感控制電流圖和電機效率控制電流圖中的至少一者。

電流圖生成器可以通過有限元分析提取基於基本電流策動點的基本轉子電感，確定至少一個基於預定範圍內的電機轉矩和電機速度的電流策動點，利用基本轉子電感生成基於至少一個電流策動點的轉子電感，並通過將轉子電感與至少一個電流策動點匹配來生成電感控制電流圖。

如果請求加速度小於參考值，策動點確定器可以使用電機效率控制電流圖確定基於請求轉矩和請求速度的電流策動點。

本發明的另一個實施方式提供車用電機控制裝置控制驅動電機的方法，包括：利用行駛數據確定請求轉矩和請求速度；利用請求轉矩和請求速度生成請求加速度；確定請求加速度是否等於或大於參考值；當請求加速度等於或大於參考值時，利用電感控制電流圖確定電流策動點；以及利用電流策動點控制驅動電機。

根據示例性實施方式，由於可以考慮到轉子電感來控制驅動電機，燃料消耗可以得到改善並且驅動滿意度可以提高。

另外，通過基於加速度使轉子電感降至最低，可以控制驅動電機，由此改善響應能力。

此外，本發明示例性實施方式可得到的效果或預計效果在本公開內容的示例性實施方式的詳細記載中直接或隱含地描述。即，根據本公開內容的示例性實施方式預期的各種效果在後續將要描述的詳細記載中說明。

附圖說明

圖1是示出包括根據本公開內容示例性實施方式的電機控制裝置的環境友好型車輛的圖。

圖2是示出根據本公開內容示例性實施方式的電機控制裝置的構造的框圖。

圖3是示出根據本公開內容示例性實施方式的控制電機的方法的流程圖。

圖4是示出根據本公開內容的示例性實施方式生成電流圖的方法的流程圖。

具體實施方式

在下文中，根據本公開內容示例性實施方式的控制車用電機的裝置和方法的工作原理將參考附圖和描述進行詳細說明。然而，在下文中示出的附圖和後面的詳細描述涉及的是多個示例性實施方式中的示例性實施方式以有效地描述本公開內容的特性。因此，本發明並不僅限於下列附圖和說明。

本文引入的關於公知功能和結構的詳細說明可以被省略，以避免使本公開內容的主題模糊不明。本公開內容使用的術語是鑑於本發明的功能而定義，其可以根據使用者或操作者的意圖和用法而改變。因此，這裡所用的術語應該基於本文中的描述來理解。

此外，下面的示例性實施方式可能通過適當地改變、合併或分開使用術語以利於本領域普通技術人員清楚理解，從而更有效地描述本發明的核心技術特徵，但本發明並不限於此。

下文中，參照附圖對本公開內容的示例性實施方式進行詳細說明。

圖1是示出包括根據本公開內容示例性實施方式的電機控制裝置的環境友好型車輛的圖。

也就是說，為了更好的理解和便於描述，作為示例性實施方式，圖1示出混合動力電動汽車作為環境友好型車輛的實例。因此，根據示例性實施方式的控制車用電機的方法可應用於其它環境友好型車輛以及圖1的混合動力電動汽車。

參見圖1，環境友好型車輛包括：發動機110、發動機離合器120、驅動電機130、電池140、變速器150、發動機控制器160(在下文中稱為「ec」)、電機控制器(在下文中稱為「mc」)170、變速器控制器(在下文中稱為「tc」)180、牽引控制系統(在下文中稱作「tcs」)190、和混合控制器(在下文中稱為「hc」)200。

發動機110的推力由ec160來控制，其驅動是根據ec160的控制來控制到最佳策動點。

發動機離合器120設置在發動機110與驅動電機130之間，並根據hc200的控制來操作，以連接或斷開發動機110和驅動電機130間的動力傳輸。也就是說，發動機離合器120根據電動汽車(ev)模式和混合動力電動汽車(hev)模式之間的切換來連接或斷開發動機110和驅動電機130之間的動力。

當發動機離合器120打開時，環境友好型車輛可以僅由驅動電機130驅動，當發動機離合器120鎖止時，環境友好型車輛可以僅由發動機110驅動，或由發動機110和驅動電機130驅動。

驅動電機130通過mc170施加的三相交流電壓運轉以產生轉矩。驅動電機130在滑行(coasting)或再生制動使作為發電機運轉，以提供電壓給電池140。

電池140由多個單元電池構成，在電池140中儲存用於向驅動電機130提供驅動電壓的高電壓。電池140在ev模式或hev模式中對驅動電機130提供驅動電壓，在再生制動時通過電機產生的電壓充電。

當插入商用電源進行連接時，電池140可以由充電裝置提供的電壓和電流進行充電。

變速器150根據tc180的控制來調節變速比，並根據驅動模式對通過發動機離合器120增加和施加的輸出轉矩以變速比進行分布，從而將分布的輸出轉矩傳遞給驅動輪，進而驅動環境友好型車輛。

ec160通過網絡與hc200連接，並與hc200互鎖以根據發動機運轉狀態來控制發動機110的一般操作，發動機運轉狀態例如駕駛者的需求轉矩信號、冷卻劑溫度、發動機轉速、節流閥打開水平、進氣量、氧含量和發動機轉矩。ec160提供發動機110的工作狀態至hc200。

mc170根據hc200的控制來控制驅動電機130的驅動和轉矩，並在電池140中儲存驅動電機130在再生制動時產生的電壓。

tc180根據ec160和mc170的各個輸出轉矩控制變速比，控制變速器150的一般操作例如確定再生制動量。tc180提供變速器150的工作狀態至hc200。

tcs190是一個安全系統，其控制環境友好型汽車的驅動轉矩，以便防止在雪路、結冰道路或不平路面上啟動或加速時由於過度驅動轉矩而出現輪胎打滑。

tc180和tcs190可以協作調節燃料噴射量、點火時間和節流閥以控制發動機110的輸出轉矩，且同時通過動力分配來控制驅動電機130的輸出轉矩。

hc200是控制環境友好汽車的混合驅動模式設置和一般操作的最上級控制單元。hc200一體化控制通過網絡連接的下級控制單元，收集和分析各個下級控制單元的信息，執行協調控制，並控制發動機110和驅動電機130的輸出轉矩。

在依照本示例性實施方式中的環境友好車輛中，其執行的常規操作與普通環境友好車輛相同或相似，因此其細節性的描述被省略。

圖2是示出根據本公開內容示例性實施方式的電機控制裝置的構造的框圖。在後文要描述的依照本公開內容示例性實施方式的控制車用電機的方法中，一些處理可由mc170執行且其餘處理可由ec160或者hc200執行。因此，依照本公開內容的示例性實施方式的ec160、mc170、tc180、tcs190和hc200稱作為車輛控制器，且為了便於描述，在本說明書和權利要求中，除非另有說明，ec160、mc170、tc180、tcs190、和hc200被稱為車輛控制器。

依照圖2所示，電機控制裝置100包括數據檢測器210、車輛控制器220和存儲器240。

數據檢測器210檢測行駛數據用於控制驅動電機130。也就是說，當車輛行駛時，數據檢測器210檢測一般行駛數據，包括車輛速度、變速級、油門踏板位移和剎車踏板位移。數據檢測器210將檢測到的行駛數據提供給車輛控制器220。

車輛控制器220基於行駛數據來控制驅動電機130。為此，車輛控制器220包括加速度生成器231、電流圖生成器233、策動點確定器235和電機控制器237。

加速度生成器231確定請求轉矩和請求速度，並利用請求轉矩和請求速度生成請求加速度。換句話說，加速度生成器231基於數據檢測器210中檢測到的行駛數據來確定請求轉矩和請求速度。加速度生成器231利用請求轉矩和請求速度生成請求加速度。

電流圖生成器233生成電感控制電流圖和電機效率控制電流圖中的至少一種用於提取電流策動點以控制驅動電機130。在這種情況下，電感控制電流圖可以表示這樣的映射圖，其中轉子電感與多個電流策動點中的各個匹配，且電機效率控制電流圖可以表示這樣的映射圖，其中電機效率與多個電流策動點中的各個匹配。

換句話說，電流圖生成器233提取通過有限元分析的基於電機速度和電流策動點的交鏈磁通和基於鐵損和基本電流策動點的基本轉子電感。有限元分析方法所涉及的技術是本領域中目前廣泛知曉的已知技術，因此其細節性描述被省略。

電流圖生成器233基於預定範圍內的電機轉矩和電機速度確定至少一個電流策動點。電流圖生成器233利用基本轉子電感生成基於至少一個電流策動點的轉子電感，並將轉子電感與至少一個電流策動點中的各個相匹配，以生成電感控制電流圖。

電流圖生成器233基於預定範圍內的電機轉矩和電機速度生成電機損耗數據。此處，電機損耗數據可以代表鐵損、銅損和機械損耗的總和。電流圖生成器233利用電機損耗數據生成基於電機轉矩和電機速度的電機參數。在這個情況下，電機參數可以包括電機效率、電壓、和功率因數中的至少一者。通過將電機效率與至少一個電流策動點中的各個相匹配，電流圖生成器233生成電機效率控制電流圖。

這裡舉例了有限元分析，但是本發明並不局限於此，並且可以採用任何能夠提取磁通量、鐵損和轉子電感的分析方法。

策動點確定器235根據請求加速度選擇電感控制電流圖或者電機效率控制電流圖。也就是說，如果請求加速度等於或大於參考值，策動點確定器235選擇電感控制電流圖，並利用電感控制電流圖確定基於請求轉矩和請求速度的電流策動點。

如果請求加速度小於參考值，策動點確定器235選擇電機效率控制電流圖，並根據利用電機效率控制電流圖確定基於請求轉矩和請求速度的電流策動點。

電機控制器237利用電流策動點控制驅動電機130。也就是說，電機控制器237從策動點確定器235接收電流策動點，並利用所接收的電流策動點的電流和電流相位角控制驅動電機130。

對於這樣的目的，車輛控制器220可以實施為至少一個由預定程序運行的處理器，且預定程序可以被編程為執行根據本公開內容示例性實施方式的車輛電機控制裝置100的各個步驟。

存儲器240在電機控制裝置100的組成元件中存儲必要數據，並存儲由電機控制裝置100產生的數據。例如，存儲器240可以存儲在數據檢測器210中檢測的行駛數據，也可以存儲在車輛控制器220中生成的電感控制電流圖和電機效率控制電流圖。存儲器240可以存儲在車輛控制器220中確定的請求速度和請求轉矩，以及在車輛控制器220中生成的請求加速度，並可以存儲從電感控制電流圖或電機效率控制電流圖提取出的電流策動點。

此外，存儲器240可以存儲用於控制電機控制裝置100的一般操作的各種程序。

存儲器240可以根據數據檢測器210和車輛控制器220的請求提供必要數據。存儲器240可以形成為具有集成存貯器或者可以分成多個存貯器。例如，存儲器240可以形成為具有rom(只讀存貯器)、ram(隨機存取存貯器)和快閃記憶體。

以下參考圖3和圖4描述根據本公開內容示例性實施方式的用於控制車用電機的方法。參照圖2描述的根據示例性實施方式的車輛控制器220的組成元件可以是集成的或是分割的，執行上述功能的車輛控制器220的組成元件可以是根據示例性實施方式的車輛控制器220的組成元件而不論其對應名稱如何。以下，在描述根據示例性實施方式的車輛電機控制裝置100中的電機控制方法時，各個步驟的主體是車輛控制器220代替對應的組成元件，將主要描述車輛控制器220。

圖3是示出根據本公開內容示例性實施方式的電機控制方法的流程圖。

參照圖3，當車輛處於行駛中時，車輛控制器220確定行駛數據(s300)。也就是說，數據檢測器210檢測行駛數據，其包括車輛速度和油門踏板的位移，並將檢測的行駛數據提供給車輛控制器220。車輛控制器220從數據檢測器210接收並確定行駛數據。

車輛控制器220基於行駛數據確定請求轉矩和請求速度(s310)。也就是說，當駕駛者請求運動模式時，車輛控制器220可利用行駛數據生成請求轉矩和請求速度。例如，駕駛者可通過輸入設備例如車輛內的按鈕請求運動模式。

車輛控制器220利用請求轉矩和請求速度生成請求加速度(s320)。

車輛控制器220確定請求加速度是否等於或大於參考值(s330)。這裡，參考值可以作為基於請求加速度選擇電流圖的參考的值。該參考值可以通過預定算法(例如，程序和概率模型)來設定。

如果請求加速度等於或大於參考值，車輛控制器220選擇電感控制電流圖(s340)。

車輛控制器220利用電感控制電流圖確定基於請求轉矩和請求速度的電流策動點(s350)。換言之，車輛控制器220確定多個基於請求轉矩和請求速度的電流策動點，並從電感控制電流圖提取基於多個電流策動點中各個策動點的轉子電感，以產生電感候選組。車輛控制器220確定電感候選組中的最小轉子電感。車輛控制器220確定基於最小轉子電感的電流策動點。電流策動點根據最小轉子電感來確定，是因為在通過使轉子電感降至最低來控制驅動電機130時，驅動電機130的加速性能可得到改善。

車輛控制器220利用電流策動點控制驅動電機130(s360)。即，車輛控制器220利用在步驟s350確定的電流策動點的電流和電流相位角來控制驅動電機130。

如果請求加速度小於參考值，車輛控制器220選擇電機效率控制電流圖(s370)。

車輛控制器220利用電機效率控制電流圖確定基於請求轉矩和請求速度的電流策動點(s380)。具體而言，車輛控制器220確定多個基於請求轉矩和請求速度的電流策動點。車輛控制器220在電機效率控制電流圖中確定基於多個電流策動點中各個策動點的電機效率。車輛控制器220確定多個電機效率中的最高電機效率，並根據最高電機效率確定電流策動點。

車輛控制器220利用在步驟s380確定的電流策動點的電流和電流相位角來控制驅動電機130(s390)。

如上所述，在根據本公開內容的示例性實施方式的電機控制方法中，因為可通過基於電感控制電流圖使轉子電感降至最低來控制驅動電機130，驅動電機130的加速性能可以提高，燃料消耗可以得到改善，並且駕駛者的駕駛滿意度可以提高。

圖4是示出根據本公開內容的示例性實施方式生成電流圖的方法的流程圖。

參照圖4，車輛控制器220通過有限元分析提取基本轉子電感(s410)。換言之，車輛控制器220通過有限元分析，根據速度、電流和電流相位角提取磁通量、鐵損和基本轉子電感。

車輛控制器220確定預定的範圍(s420)。即，車輛控制器220可確定電機轉矩的預定範圍，並確定電機速度的預定範圍。

這裡，預定的範圍可表示用於產生電流圖的電機轉矩範圍和電機速度範圍。預定範圍可以由操作者設定，也可以通過預定算法(例如，程序和概率模型)來設定。

例如，電機轉矩的預定範圍可以是10nm至150nm，電機速度的預定範圍可以是1000rpm至6000rpm。

車輛控制器220根據預定範圍內的電機轉矩和電機速度確定至少一個電流策動點(s430)。即，在開始生成電流圖時，車輛控制器220可以根據預定範圍內的起始電機轉矩和起始電機速度確定至少一個電流策動點。例如，起始電機轉矩可以為10nm，起始電機速度可以為1000rpm。

車輛控制器220根據至少一個電流策動點生成轉子電感(s440)。換句話說，車輛控制器220使用在步驟s420確定的基本轉子電感根據至少一個電流策動點中的各個策動點來生成轉子電感。

車輛控制器220確定電機轉矩是否小於最終轉矩(s450)。這裡，最終轉矩可以表示預定範圍的最終電機轉矩。例如，最終轉矩可以為150nm。

如果電機轉矩小於最終轉矩，車輛控制器220將電機轉矩提高預定單位(s460)。這裡，預定單位可以表示提高電機轉矩的轉矩量，並且可以由操作者設定或通過預定算法(例如程序和概率模型)來設定。例如，電機轉矩的預定單位可以為10nm。車輛控制器220可以將電機轉矩提高預定單位並在步驟s430之後重複處理。

如果電機轉矩與最終轉矩相一致，車輛控制器220確定電機速度是否小於最終速度(s470)。這裡，最終速度可以表示預定範圍的最終電機速度。例如，最終速度可以為6000rpm。

如果電機速度小於最終速度，車輛控制器220將電機速度提高預定單位(s480)。在這個情況下，預定單位可以表示提高電機速度的電機速度大小量，並且可以由操作者設定或通過預定算法(例如程序和概率模型)來設定。電機速度的預定單位可以是1000rpm。車輛控制器220可以將電機速度提高預定單位並在步驟s430之後重複處理。

如果電機速度與最終速度相一致，車輛控制器220將轉子電感與多個電流策動點相匹配來生成電感控制電流圖(s490)。即，通過將轉子電感與通過重複步驟s430至s480確定的多個電流策動點相匹配，車輛控制器220生成電感控制電流圖。

儘管已經結合目前被認為是實際的示例性實施方式的內容對本發明進行了說明，但應當理解的是，本發明不局限於所公開的示例性實施方式，相反，其意在涵蓋包括在所附權利要求的精神和範圍內的各種修改和等效布置。