控制车用电机的装置和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年4月8日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0043178号韩国专利申请的优先权权益，其全部内容并入本文以作参考。

本公开内容涉及一种用于车辆的电机控制装置。更具体地，本公开内容涉及能够考虑转子电感来控制驱动电机的控制车用电机的装置和方法。

背景技术：

目前，由于环境污染已成为愈发严重的问题，使用无污染的能源已经变得更加重要。尤其是大城市的空气污染已逐渐变得越来越严重，汽车尾气是其主要来源之一。

因此，为了减少废气量并提供更有效的燃料消耗，已开发和推广环境友好型车辆包括混合动力汽车和电动汽车。

环境友好型车辆可以是不排放废气的车辆。这样的环境友好型车辆可包括采用电机动力行驶的纯电动汽车、联合采用电机和发动机动力行驶的混合动力电动车辆、和采用由燃料电池产生的电力所驱动的电机的动力行驶的燃料电池车辆。

这样的环境友好型车辆安装有高电压电池作为驱动驱动电机和转换器的电动力源。

目前，驱动电机使用励磁线圈电机而非永磁式电机。

此处，由于励磁线圈电机的制备可以无需稀土金属并且其具有宽泛的驱动范围，励磁线圈电机可以是能取代永磁式电机的代表性电机。通过将线圈缠绕到定子和转子各自的铁芯并通过对其施加电流，励磁线圈电机产生转矩。

因为这样的励磁线圈电机可替代永磁体，其利用线圈产生场磁体磁通量，励磁线圈电机基于场磁铁电流具有不同的电反应特性。具体地，当驱动电机以能使损耗最小化的最大效率控制来驱动时，在效率上是有利的，但其动态响应特性可能由于转子电感的增加而劣化。

在此背景技术部分公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此它可能包含不构成本国本领域普通技术人员所知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开内容致力于提供一种用于控制车用电机的装置和方法，其能够考虑转子电感来控制驱动电机。

本公开内容致力于提供一种用于控制车用电机的装置和方法，其能够通过基于加速度使转子电感降至最低来控制驱动电机。

本公开内容的示例性实施方式提供一种用于车辆的电机控制装置，包括：检测行驶数据的数据检测器和根据行驶数据控制驱动电机的车辆控制器。所述车辆控制器包括：加速度生成器，其利用行驶数据确定请求转矩和请求速度，并利用请求转矩和请求速度生成请求加速度；策动点确定器，其根据请求加速度选择电感控制电流图或者电机效率控制电流图，并利用所选择的电流图确定基于请求转矩和请求速度的电流策动点；以及电机控制器，其利用电流策动点控制驱动电机。

如果请求加速度等于或大于参考值，策动点确定器可利用电感控制电流图确定基于请求转矩和请求速度的电流策动点。

如果请求加速度等于或大于参考值，策动点确定器可确定多个基于请求转矩和请求速度的电流策动点，从电感控制电流图提取基于多个电流策动点中各个电流策动点的转子电感，并确定基于所提取的转子电感中最小转子电感的电流策动点。

电机控制器可以利用电流策动点的电流和电流相位角控制驱动电机。

车辆控制器还可包括电流图生成器，其生成电感控制电流图和电机效率控制电流图中的至少一者。

电流图生成器可以通过有限元分析提取基于基本电流策动点的基本转子电感，确定至少一个基于预定范围内的电机转矩和电机速度的电流策动点，利用基本转子电感生成基于至少一个电流策动点的转子电感，并通过将转子电感与至少一个电流策动点匹配来生成电感控制电流图。

如果请求加速度小于参考值，策动点确定器可以使用电机效率控制电流图确定基于请求转矩和请求速度的电流策动点。

本发明的另一个实施方式提供车用电机控制装置控制驱动电机的方法，包括：利用行驶数据确定请求转矩和请求速度；利用请求转矩和请求速度生成请求加速度；确定请求加速度是否等于或大于参考值；当请求加速度等于或大于参考值时，利用电感控制电流图确定电流策动点；以及利用电流策动点控制驱动电机。

根据示例性实施方式，由于可以考虑到转子电感来控制驱动电机，燃料消耗可以得到改善并且驱动满意度可以提高。

另外，通过基于加速度使转子电感降至最低，可以控制驱动电机，由此改善响应能力。

此外，本发明示例性实施方式可得到的效果或预计效果在本公开内容的示例性实施方式的详细记载中直接或隐含地描述。即，根据本公开内容的示例性实施方式预期的各种效果在后续将要描述的详细记载中说明。

附图说明

图1是示出包括根据本公开内容示例性实施方式的电机控制装置的环境友好型车辆的图。

图2是示出根据本公开内容示例性实施方式的电机控制装置的构造的框图。

图3是示出根据本公开内容示例性实施方式的控制电机的方法的流程图。

图4是示出根据本公开内容的示例性实施方式生成电流图的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，根据本公开内容示例性实施方式的控制车用电机的装置和方法的工作原理将参考附图和描述进行详细说明。然而，在下文中示出的附图和后面的详细描述涉及的是多个示例性实施方式中的示例性实施方式以有效地描述本公开内容的特性。因此，本发明并不仅限于下列附图和说明。

本文引入的关于公知功能和结构的详细说明可以被省略，以避免使本公开内容的主题模糊不明。本公开内容使用的术语是鉴于本发明的功能而定义，其可以根据使用者或操作者的意图和用法而改变。因此，这里所用的术语应该基于本文中的描述来理解。

此外，下面的示例性实施方式可能通过适当地改变、合并或分开使用术语以利于本领域普通技术人员清楚理解，从而更有效地描述本发明的核心技术特征，但本发明并不限于此。

下文中，参照附图对本公开内容的示例性实施方式进行详细说明。

图1是示出包括根据本公开内容示例性实施方式的电机控制装置的环境友好型车辆的图。

也就是说，为了更好的理解和便于描述，作为示例性实施方式，图1示出混合动力电动汽车作为环境友好型车辆的实例。因此，根据示例性实施方式的控制车用电机的方法可应用于其它环境友好型车辆以及图1的混合动力电动汽车。

参见图1，环境友好型车辆包括：发动机110、发动机离合器120、驱动电机130、电池140、变速器150、发动机控制器160(在下文中称为“ec”)、电机控制器(在下文中称为“mc”)170、变速器控制器(在下文中称为“tc”)180、牵引控制系统(在下文中称作“tcs”)190、和混合控制器(在下文中称为“hc”)200。

发动机110的推力由ec160来控制，其驱动是根据ec160的控制来控制到最佳策动点。

发动机离合器120设置在发动机110与驱动电机130之间，并根据hc200的控制来操作，以连接或断开发动机110和驱动电机130间的动力传输。也就是说，发动机离合器120根据电动汽车(ev)模式和混合动力电动汽车(hev)模式之间的切换来连接或断开发动机110和驱动电机130之间的动力。

当发动机离合器120打开时，环境友好型车辆可以仅由驱动电机130驱动，当发动机离合器120锁止时，环境友好型车辆可以仅由发动机110驱动，或由发动机110和驱动电机130驱动。

驱动电机130通过mc170施加的三相交流电压运转以产生转矩。驱动电机130在滑行(coasting)或再生制动使作为发电机运转，以提供电压给电池140。

电池140由多个单元电池构成，在电池140中储存用于向驱动电机130提供驱动电压的高电压。电池140在ev模式或hev模式中对驱动电机130提供驱动电压，在再生制动时通过电机产生的电压充电。

当插入商用电源进行连接时，电池140可以由充电装置提供的电压和电流进行充电。

变速器150根据tc180的控制来调节变速比，并根据驱动模式对通过发动机离合器120增加和施加的输出转矩以变速比进行分布，从而将分布的输出转矩传递给驱动轮，进而驱动环境友好型车辆。

ec160通过网络与hc200连接，并与hc200互锁以根据发动机运转状态来控制发动机110的一般操作，发动机运转状态例如驾驶者的需求转矩信号、冷却剂温度、发动机转速、节流阀打开水平、进气量、氧含量和发动机转矩。ec160提供发动机110的工作状态至hc200。

mc170根据hc200的控制来控制驱动电机130的驱动和转矩，并在电池140中储存驱动电机130在再生制动时产生的电压。

tc180根据ec160和mc170的各个输出转矩控制变速比，控制变速器150的一般操作例如确定再生制动量。tc180提供变速器150的工作状态至hc200。

tcs190是一个安全系统，其控制环境友好型汽车的驱动转矩，以便防止在雪路、结冰道路或不平路面上启动或加速时由于过度驱动转矩而出现轮胎打滑。

tc180和tcs190可以协作调节燃料喷射量、点火时间和节流阀以控制发动机110的输出转矩，且同时通过动力分配来控制驱动电机130的输出转矩。

hc200是控制环境友好汽车的混合驱动模式设置和一般操作的最上级控制单元。hc200一体化控制通过网络连接的下级控制单元，收集和分析各个下级控制单元的信息，执行协调控制，并控制发动机110和驱动电机130的输出转矩。

在依照本示例性实施方式中的环境友好车辆中，其执行的常规操作与普通环境友好车辆相同或相似，因此其细节性的描述被省略。

图2是示出根据本公开内容示例性实施方式的电机控制装置的构造的框图。在后文要描述的依照本公开内容示例性实施方式的控制车用电机的方法中，一些处理可由mc170执行且其余处理可由ec160或者hc200执行。因此，依照本公开内容的示例性实施方式的ec160、mc170、tc180、tcs190和hc200称作为车辆控制器，且为了便于描述，在本说明书和权利要求中，除非另有说明，ec160、mc170、tc180、tcs190、和hc200被称为车辆控制器。

依照图2所示，电机控制装置100包括数据检测器210、车辆控制器220和存储器240。

数据检测器210检测行驶数据用于控制驱动电机130。也就是说，当车辆行驶时，数据检测器210检测一般行驶数据，包括车辆速度、变速级、油门踏板位移和刹车踏板位移。数据检测器210将检测到的行驶数据提供给车辆控制器220。

车辆控制器220基于行驶数据来控制驱动电机130。为此，车辆控制器220包括加速度生成器231、电流图生成器233、策动点确定器235和电机控制器237。

加速度生成器231确定请求转矩和请求速度，并利用请求转矩和请求速度生成请求加速度。换句话说，加速度生成器231基于数据检测器210中检测到的行驶数据来确定请求转矩和请求速度。加速度生成器231利用请求转矩和请求速度生成请求加速度。

电流图生成器233生成电感控制电流图和电机效率控制电流图中的至少一种用于提取电流策动点以控制驱动电机130。在这种情况下，电感控制电流图可以表示这样的映射图，其中转子电感与多个电流策动点中的各个匹配，且电机效率控制电流图可以表示这样的映射图，其中电机效率与多个电流策动点中的各个匹配。

换句话说，电流图生成器233提取通过有限元分析的基于电机速度和电流策动点的交链磁通和基于铁损和基本电流策动点的基本转子电感。有限元分析方法所涉及的技术是本领域中目前广泛知晓的已知技术，因此其细节性描述被省略。

电流图生成器233基于预定范围内的电机转矩和电机速度确定至少一个电流策动点。电流图生成器233利用基本转子电感生成基于至少一个电流策动点的转子电感，并将转子电感与至少一个电流策动点中的各个相匹配，以生成电感控制电流图。

电流图生成器233基于预定范围内的电机转矩和电机速度生成电机损耗数据。此处，电机损耗数据可以代表铁损、铜损和机械损耗的总和。电流图生成器233利用电机损耗数据生成基于电机转矩和电机速度的电机参数。在这个情况下，电机参数可以包括电机效率、电压、和功率因数中的至少一者。通过将电机效率与至少一个电流策动点中的各个相匹配，电流图生成器233生成电机效率控制电流图。

这里举例了有限元分析，但是本发明并不局限于此，并且可以采用任何能够提取磁通量、铁损和转子电感的分析方法。

策动点确定器235根据请求加速度选择电感控制电流图或者电机效率控制电流图。也就是说，如果请求加速度等于或大于参考值，策动点确定器235选择电感控制电流图，并利用电感控制电流图确定基于请求转矩和请求速度的电流策动点。

如果请求加速度小于参考值，策动点确定器235选择电机效率控制电流图，并根据利用电机效率控制电流图确定基于请求转矩和请求速度的电流策动点。

电机控制器237利用电流策动点控制驱动电机130。也就是说，电机控制器237从策动点确定器235接收电流策动点，并利用所接收的电流策动点的电流和电流相位角控制驱动电机130。

对于这样的目的，车辆控制器220可以实施为至少一个由预定程序运行的处理器，且预定程序可以被编程为执行根据本公开内容示例性实施方式的车辆电机控制装置100的各个步骤。

存储器240在电机控制装置100的组成元件中存储必要数据，并存储由电机控制装置100产生的数据。例如，存储器240可以存储在数据检测器210中检测的行驶数据，也可以存储在车辆控制器220中生成的电感控制电流图和电机效率控制电流图。存储器240可以存储在车辆控制器220中确定的请求速度和请求转矩，以及在车辆控制器220中生成的请求加速度，并可以存储从电感控制电流图或电机效率控制电流图提取出的电流策动点。

此外，存储器240可以存储用于控制电机控制装置100的一般操作的各种程序。

存储器240可以根据数据检测器210和车辆控制器220的请求提供必要数据。存储器240可以形成为具有集成存贮器或者可以分成多个存贮器。例如，存储器240可以形成为具有rom(只读存贮器)、ram(随机存取存贮器)和闪存。

以下参考图3和图4描述根据本公开内容示例性实施方式的用于控制车用电机的方法。参照图2描述的根据示例性实施方式的车辆控制器220的组成元件可以是集成的或是分割的，执行上述功能的车辆控制器220的组成元件可以是根据示例性实施方式的车辆控制器220的组成元件而不论其对应名称如何。以下，在描述根据示例性实施方式的车辆电机控制装置100中的电机控制方法时，各个步骤的主体是车辆控制器220代替对应的组成元件，将主要描述车辆控制器220。

图3是示出根据本公开内容示例性实施方式的电机控制方法的流程图。

参照图3，当车辆处于行驶中时，车辆控制器220确定行驶数据(s300)。也就是说，数据检测器210检测行驶数据，其包括车辆速度和油门踏板的位移，并将检测的行驶数据提供给车辆控制器220。车辆控制器220从数据检测器210接收并确定行驶数据。

车辆控制器220基于行驶数据确定请求转矩和请求速度(s310)。也就是说，当驾驶者请求运动模式时，车辆控制器220可利用行驶数据生成请求转矩和请求速度。例如，驾驶者可通过输入设备例如车辆内的按钮请求运动模式。

车辆控制器220利用请求转矩和请求速度生成请求加速度(s320)。

车辆控制器220确定请求加速度是否等于或大于参考值(s330)。这里，参考值可以作为基于请求加速度选择电流图的参考的值。该参考值可以通过预定算法(例如，程序和概率模型)来设定。

如果请求加速度等于或大于参考值，车辆控制器220选择电感控制电流图(s340)。

车辆控制器220利用电感控制电流图确定基于请求转矩和请求速度的电流策动点(s350)。换言之，车辆控制器220确定多个基于请求转矩和请求速度的电流策动点，并从电感控制电流图提取基于多个电流策动点中各个策动点的转子电感，以产生电感候选组。车辆控制器220确定电感候选组中的最小转子电感。车辆控制器220确定基于最小转子电感的电流策动点。电流策动点根据最小转子电感来确定，是因为在通过使转子电感降至最低来控制驱动电机130时，驱动电机130的加速性能可得到改善。

车辆控制器220利用电流策动点控制驱动电机130(s360)。即，车辆控制器220利用在步骤s350确定的电流策动点的电流和电流相位角来控制驱动电机130。

如果请求加速度小于参考值，车辆控制器220选择电机效率控制电流图(s370)。

车辆控制器220利用电机效率控制电流图确定基于请求转矩和请求速度的电流策动点(s380)。具体而言，车辆控制器220确定多个基于请求转矩和请求速度的电流策动点。车辆控制器220在电机效率控制电流图中确定基于多个电流策动点中各个策动点的电机效率。车辆控制器220确定多个电机效率中的最高电机效率，并根据最高电机效率确定电流策动点。

车辆控制器220利用在步骤s380确定的电流策动点的电流和电流相位角来控制驱动电机130(s390)。

如上所述，在根据本公开内容的示例性实施方式的电机控制方法中，因为可通过基于电感控制电流图使转子电感降至最低来控制驱动电机130，驱动电机130的加速性能可以提高，燃料消耗可以得到改善，并且驾驶者的驾驶满意度可以提高。

图4是示出根据本公开内容的示例性实施方式生成电流图的方法的流程图。

参照图4，车辆控制器220通过有限元分析提取基本转子电感(s410)。换言之，车辆控制器220通过有限元分析，根据速度、电流和电流相位角提取磁通量、铁损和基本转子电感。

车辆控制器220确定预定的范围(s420)。即，车辆控制器220可确定电机转矩的预定范围，并确定电机速度的预定范围。

这里，预定的范围可表示用于产生电流图的电机转矩范围和电机速度范围。预定范围可以由操作者设定，也可以通过预定算法(例如，程序和概率模型)来设定。

例如，电机转矩的预定范围可以是10nm至150nm，电机速度的预定范围可以是1000rpm至6000rpm。

车辆控制器220根据预定范围内的电机转矩和电机速度确定至少一个电流策动点(s430)。即，在开始生成电流图时，车辆控制器220可以根据预定范围内的起始电机转矩和起始电机速度确定至少一个电流策动点。例如，起始电机转矩可以为10nm，起始电机速度可以为1000rpm。

车辆控制器220根据至少一个电流策动点生成转子电感(s440)。换句话说，车辆控制器220使用在步骤s420确定的基本转子电感根据至少一个电流策动点中的各个策动点来生成转子电感。

车辆控制器220确定电机转矩是否小于最终转矩(s450)。这里，最终转矩可以表示预定范围的最终电机转矩。例如，最终转矩可以为150nm。

如果电机转矩小于最终转矩，车辆控制器220将电机转矩提高预定单位(s460)。这里，预定单位可以表示提高电机转矩的转矩量，并且可以由操作者设定或通过预定算法(例如程序和概率模型)来设定。例如，电机转矩的预定单位可以为10nm。车辆控制器220可以将电机转矩提高预定单位并在步骤s430之后重复处理。

如果电机转矩与最终转矩相一致，车辆控制器220确定电机速度是否小于最终速度(s470)。这里，最终速度可以表示预定范围的最终电机速度。例如，最终速度可以为6000rpm。

如果电机速度小于最终速度，车辆控制器220将电机速度提高预定单位(s480)。在这个情况下，预定单位可以表示提高电机速度的电机速度大小量，并且可以由操作者设定或通过预定算法(例如程序和概率模型)来设定。电机速度的预定单位可以是1000rpm。车辆控制器220可以将电机速度提高预定单位并在步骤s430之后重复处理。

如果电机速度与最终速度相一致，车辆控制器220将转子电感与多个电流策动点相匹配来生成电感控制电流图(s490)。即，通过将转子电感与通过重复步骤s430至s480确定的多个电流策动点相匹配，车辆控制器220生成电感控制电流图。

尽管已经结合目前被认为是实际的示例性实施方式的内容对本发明进行了说明，但应当理解的是，本发明不局限于所公开的示例性实施方式，相反，其意在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。