用于电动马达的场定向控制的马达控制器和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于驱动车辆的电动马达的场定向控制的马达控制器和相应的方法。
【背景技术】
[0002]针对现代机动车的驱动装置越来越多地将电动机器用作唯一的驱动装置或与另一类型的驱动装置协同使用(混合驱动)。通常借助动力电子装置来致动电动机器，其包括逆变器，该逆变器取用来自机动车的车载高压电池的直流电压，并产生交变电流。这样的逆变器经常基于场定向来控制。这样的控制还称作矢量控制。在这里能够规定的是，使空间矢量(例如电流矢量)运动，该空间矢量与电动机器的驱动轴一起旋转。换言之，这将用于对电动机器进行致动的相电流转化成相对于转子固定且与机器的磁场共同旋转的坐标系。这样的坐标系经常称为dq系统。在场定向的控制中，于是以这种方式转换的电流分量、和I,取代相电流而被控制。在此情形中，I,还可称作形成转矩的设定点电流值，并且Id还可称作形成场的设定点电流值。在他励式同步机器的情形中，还可使用另外的形成场的设定点电流值(I6)。
[0003]例如，在DE 10 2010 061 897 Al中公开一种场定向致动方法。
[0004]在场定向控制系统的情形中，通常采用设定点电流值形成单元。其接收设定点转矩值作为输入信号。所述设定点转矩值最终由驾驶员借助于加速器指定，所述加速器的位置被感测并被转化成设定点转矩值。在这种情况中考虑可能的最大值和最大梯度，以防止电动马达上的过载或振动。
[0005]马达控制器必须实现设定点转矩值。为此，所述马达控制器计算形成转矩的设定点电流值和至少一个形成场的设定点电流值，以便基于场定向来控制电动马达。形成转矩的设定点电流值和至少一个形成场的设定点电流值通常如此地彼此相互协作，从而得到优化的工作点，在所述工作点处，电能尽可能高效地转化成机械能。为此，设定点电流值形成单元要么可以具有对各个工作点的在线优化，即每次重新计算工作点，要么可以通过存储的表或公式来离线查询优化的工作点。在此情形中，针对所述两种方法的计算复杂性是不可忽略的，由此所述计算相对于场定向控制的速度被比较缓慢地执行。针对正常的运行状态，例如加速和制动，计算速度完全足够，然而，尤其需要在设定点转矩值特性处避免突然的改变，以避免传动系中的屈曲，其被悬挂以使得能够振动。
[0006]根据现有技术，本发明的一个目的是规定一种用于驱动车辆的电动马达的场定向控制的马达控制器和一种用于场定向控制的相关方法，所述马达控制器在至少一个方面上作出改进。
[0007]根据本发明通过专利的独立权利要求的主题实现这些目的。专利的从属权利要求具体描述本发明的实施例。
【发明内容】
[0008]因此，本发明包括一种用于驱动车辆的电动马达的场定向控制的马达控制器，其具有设定点电流值形成单元，其接收设定点转矩值作为输入信号，并且输出形成转矩的设定点电流值或至少一个形成场的设定点电流值作为输出信号，以便基于场定向来控制电动马达。根据本发明的马达控制器包括例外情况识别装置，该例外情况识别装置用于获取当前的设定点转矩值、基于当前的设定点转矩值和较早的设定点转矩值来计算变化、并且当所述变化的绝对值超过指定的阈值时识别这一例外情况。例如，例外情况识别可以计时，其中于是较早的设定点转矩值例如对应于在当前时序之前的时序的当前的设定点转矩值。根据本发明，当识别出所述例外情况时，马达控制器可设定成基于当前的设定点转矩值，通过从旁路绕过设定点电流值形成单元来调整形成转矩的设定点电流值。
[0009]以此方式电动马达可非常动态地受到控制，因为优化的工作点的缓慢的计算由设定点电流值形成单元绕过。特别有利于防抱死系统(ABS)或电子稳定程序(ESP)的干预。
[0010]APS和ESP对动态控制提出非常大的需求，因为它们典型地突然降低转矩需求，并且在短时间后再次使之自由。因此，设定点转矩值在短时间内由ABS和ESP所减小，并且然后再次增加至原始值。如果这样的干预经由设定点电流值形成单元进行，则转矩的减小和后续的再增大均会变慢。在此情形中，由设定点电流值形成单元带来的重建转矩的延迟可例如由异步机器中延迟的流积累、由在他励式同步机器中的延迟的激励电流积累和由所有机器类型中用于电流积累的有限的电压储存而带来。如果设定点电流值形成单元被从旁路绕过，那么虽然不能正常地建立最优的工作点，但是电动马达的特别动态控制是可能的。
[0011]在此情形中，基于当前的(捕获的)设定点转矩值和较早的(捕获的)设定点转矩值的变化可例如为在当前的设定点转矩值和较早的设定点转矩值之间的差。可替代地，基于当前的设定点转矩值和较早的设定点转矩值的变化也可能指的是设定点转矩值的函数关于时间的一阶导数。所述变化还可具体描述为例如百分比或每单位时间。在此情形中，所述差于是会例如与现在的或较早的设定点转矩值相互关联，或者与在接收较早的设定点转矩值和接收当前的设定点转矩值之间已经经过的时间相互关联。
[0012]在一个实施例中，根据本发明的马达控制器包括设定点转矩值保持装置，其用于在例外情况识别装置没有识别例外情况的时候将当前的设定点转矩值提供至设定点电流值形成单元作为输入信号，并且用于在例外情况识别装置识别出例外情况的时候将经冻结的设定点转矩值提供至设定点电流值形成单元作为输入信号，其中，经冻结的设定点转矩值预置在较早的设定点转矩值。
[0013]因此，设定点转矩值保持装置使得在例外情况中设定点电流值形成单元的状态被保持稳定。这尤其还避免了形成场的电流的变化。
[0014]在此情形中，设定点转矩值保持装置可设定成在时间进程内将经冻结的设定点转矩值保持不变，或者基于当前的设定点转矩值来将它调整。例如，对此可设想的是，将所述经冻结的设定点转矩值允许以类似斜坡或类似滤波的方式缓慢地遵循当前的设定点转矩值。
[0015]优选地，例外情况识别装置设定成在当前的设定点转矩值位于围绕经冻结的设定点转矩值的公差范围内时，识别出不再存在例外情况。例如，可假定的是，在当前的设定点转矩值低于经冻结的设定点转矩值和下公差阈值的乘积或高于经冻结的设定点转矩值和上公差阈值的乘积时，不再存在例外情况。例如，下公差阈值可例如为99%、98%、95%或90%。相应地，上公差阈值可位于例如为101%、102%、105%或110%。以所述方式，所述例外情况识别装置可识别出ABS或ESP已经终止其干预。
[0016]在一个实施例中，根据本发明的马达控制器包括比例计算装置，用于计算经冻结的和当前的设定点转矩值之间的比例。此外，它可包括调整装置，用于利用经冻结的和当前的设定点转矩值之间的比例将由设定点电流值形成单元输出的形成转矩的设定点电流值进行调整。
[0017]这使得能够将设定点电流值形成单元的状态保持不变，由此由设定点电流值形成单元输出的形成转矩的设定点电流值保持稳定。所述稳定的形成转矩的设定点电流值然后在设定点电流值形成单元的外侧进行调整，以适合于经冻结的和当前的设定点转矩值之间的比例。
[0018]此外，本发明包括一种借助于马达控制器的电动马达的场定向控制的方法，所述电动马达用于驱动车辆，所述马达控制器具有设定点电流值形成单元，所述设定点电流值形成单元设定成接收设定点转矩值作为输入信号，并且输出形成转矩的设定点电流值和至少一个形成场的设定点电流值作为输出信号，以便基于场定向来控制电动马达。根据本发明的方法可包括下列步骤。获取当前的设定点转矩值，并且基于当前的设定点转矩值和较早的设定点转矩值来计算变化。在所述变化的绝对值超过指定的阈值时识别出例外情况。在识别出例外情况时，基于当前的设定点转矩值并通过从旁路绕过设定点电流值形成单元来调整形成转矩的设定点电流值。这使得电动马达的特别动态的场定向控制成为可能。
[0019]在一个实施例中，根据本发明的方法包括以下步骤:在例外情况没有被识别时将当前的设定点转矩值提供至设定点电流值形成单元作为输入信号，以及在例外情况被识别出时将经冻结的设定点转矩值提供至设定点电流值形成单元作为输入信号，其中，经冻结的设定点转