基于可变电流控制器增益控制电动机的方法及ECO车辆与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月20日提交的韩国专利申请no.10-2016-0119901的优先权，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。

本发明的示例性实施例涉及电动机控制，并且具体而言，涉及基于可变电流控制器增益控制电动机的方法及其eco车辆。

背景技术：

通常，内部永磁体(ipm)电动机由电动机控制器(或逆变器(inverter))控制，并且电动机控制器(或逆变器)根据输入扭矩命令通过电流映射生成电流命令，并通过脉宽调制(pwm)控制将三相电流施加到ipm电动机。

为此，在控制ipm电动机中，电感和电阻值被用作电流控制器(或比例积分(pi)控制器)的增益。

作为实例，电流控制器(或pi控制器)的增益基于电动机的室温通过id/iq电流(电动机d/q轴感测电流)确定电感，并且使用电阻值作为常数应用为如下。

d轴电流控制器(或pi控制器)kp＝ld(d轴电感)

q轴电流控制器(或pi控制器)kp＝lq(q轴电感)

电流控制器(或pi控制器)ki＝rs(电动机电阻)

因此，ipm电动机以适合于具有室温的电动机温度的电流增益操作，以降低电流纹波和电动机振动。

但是，根据电流控制器(或pi控制器)的电流函数的三相电流电动机应用方法不能反映由电动机温度增加引起的电感和电阻的变化，因此电流增益适应性可能随着电动机温度从室温升高到高温而劣化。

结果，电动机(具体而言是ipm电动机)引起电流纹波和电动机振动随着电动机温度增加而增强，并且这可能导致采用ipm电动机作为主要驱动源的回声车辆的振动加强。

在本发明背景部分中公开的信息仅用于增强对本发明的总体背景的理解，并且不应被视为承认或任何形式地暗示该信息形成本领域技术人员已知的先有技术。

技术实现要素：

本发明的各个方面旨在提供基于可变电流控制器增益控制电动机的方法及其eco车辆，其可通过使用电流控制器(或pi控制器)的增益作为电流和电动机温度的函数，而使得电感和电阻根据电动机温度变化而变化，并且可通过可变电感和可变电阻减小电流纹波和电动机振动，从而大大减少由于电动机引起的车辆振动。

本发明的其他目的和优点可通过以下描述来理解，并且参考本发明的实施例将变得显而易见。此外，对于本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可通过所要求保护的装置及其组合来实现。

根据本发明的示例性实施例，一种基于可变电流控制器增益来控制电动机的方法包括：当逆变器检测到用于电动机的扭矩命令时，根据所述扭矩命令生成d轴电流命令和q轴电流命令；在检测到施加到所述电动机的三相电流之后，通过用于矢量控制的电流转换生成d轴检测电流和q轴检测电流；检测所述电动机的电动机温度，以及通过使所述电动机温度与d轴电流电动机电感的d轴kp增益匹配，与q轴电流电动机电感的q轴kp增益匹配，以及与电动机电阻的ki增益匹配，来确定d轴kp增益、q轴kp增益和ki增益，这些增益分别由温度函数表示；根据d/q轴电流命令、d/q轴检测电流、d/q轴kp增益和ki增益生成d轴电压命令和q轴电压命令；以及通过输出并同时检测d/q轴电压命令以生成新的d轴检测电流id和q轴检测电流iq作为施加到电动机的三相电流。

d/q轴kp增益可通过电动机的温度升高而升高，并且可通过电动机的温度降低而降低，并且ki增益可通过电动机的温度升高而降低，并且可通过电动机的温度下降而升高。

d轴kp增益可被生成为可变ld表，在该表中，d轴电感反应温度和电流彼此匹配；q轴kp增益可被生成为可变lq表，在该表中，q轴电感反应温度和电流彼此匹配；ki增益可被生成为可变rs表，在该表中，电阻反映温度和电阻彼此匹配，并且所述可变ld表，可变lq表和可变rs表被构造为可变控制映射。

所述可变控制映射的构造的执行通过以下方式进行：在所述电动机的操作温度下设定d轴电感反映温度，q轴电感反映温度和电阻反映温度；将d轴电感反映温度划分成低温/室温/高温区段，并通过所述区段与d轴电流值的一对一(1:1)匹配来生成所述可变ld表；将所述q轴电感反映温度划分成低温/室温/高温区段，并通过所述区段与q轴电流值的一对一(1:1)匹配来生成所述可变lq表；以及通过电阻反映温度与电阻值的一对一(1:1)匹配来生成所述可变rs表。

所述d轴电感反映温度与d轴电流值的一对一匹配可通过相对于10℃的增量而增加10a的方式执行。所述q轴电感反映温度与q轴电流值的一对一匹配可通过相对于10℃的增量而增加10a的方式进行。所述电阻反映温度与电阻的一对一匹配可通过相对于10℃的增量增加1mω的方式执行。

根据本发明的另一个示例性实施例，一种回声车辆包括：电动机控制系统，被配置为如下：当用于电动机的扭矩命令输入到逆变器时，通过使电动机温度与可变控制映射相匹配来确定d轴kp增益、q轴kp增益和ki增益，在所述可变控制映射中，d轴电流电动机电感的d轴kp增益、q轴电流电动机电感的q轴kp增益和电动机电阻的ki增益分别由温度函数表示，并且电动机控制系统被配置为根据d/q轴电流命令和用于三相电流的d/q轴检测电流，生成d/q轴电压命令以用于施加到所述电动机的三相电流，继而输出所述命令作为施加到所述电动机的所述三相电流。

所述可变控制映射可包括可变ld表，在该表中，d轴电感反映温度和电流以一对一方式彼此匹配以生成d轴kp增益；可变lq表，在该表中，q轴电感反映温度和电流以一对一的方式彼此匹配以生成q轴kp增益；以及可变rs表，在该表中，电阻反映温度和电阻以一对一的方式彼此匹配以生成ki增益。电动机控制系统可包括提供有内部永磁体(ipm)型电动机和比例积分(pi)型电流控制器的逆变器。

电动机控制系统和可变控制映射可应用于混合动力电动车辆(hev)、插电式混合动力电动车辆(phev)、电子车辆(ev)和燃料电池电动车辆(fcev)。

根据本发明示例性实施例的回声车辆应用由可变电流控制器(或pi控制器)控制的ipm电动机作为主驱动源，因此具有以下优点和效果。

首先，不需要添加任何单独的硬连线，从而减少电流纹波、电动机振动和车辆振动。第二，通过减小电流纹波、电动机振动和车辆振动，电动机的耐久性增强和驾驶性能提高。第三，通过减小电动机的电流纹波，电池功率消耗减少，从而实现燃料改善效果。第四，与现有的电动机系统相比，所述电动机系统的效率增加，从而实现行驶模式燃料比和实时道路燃料比的改善。第五，通过回声车辆的燃料比的改善，燃料消耗降低，从而实现节约成本的效果。

以及，从结合于此的附图和下面的具体实施方式中将显而易见和将被更加详细地阐述的优点，这些一起用于解释本发明的某些原理。

附图说明

图1a和图1b是示出根据本发明的示例性实施例的基于可变电流控制器增益来控制电动机的方法的流程图。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的回声车辆的实例的视图，在所述车辆中，基于可变电流控制器增益来执行电动机控制。

图3a和图3b是示出根据本发明的示例性实施例的基于可变电流控制器增益驱动电动机的逆变器的配置的视图。

图4a和图4b是示出根据本发明的示例性实施例的构造可变电流控制器增益的可变增益映射的方法的流程图。

图5是示出根据本发明的示例性实施例的电动机的d轴可变电流控制器(或pi控制器)增益的实例的视图。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的电动机的q轴可变电流控制器(或pi控制器)增益的实例的视图。

图7是示出根据本发明的示例性实施例的电动机的电阻可变电流控制器(或pi控制器)增益的实例的视图。

应当理解，附图不一定按比例绘制，其用于呈现本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。本文公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体的预期应用和使用环境来确定。

在附图中，在附图的几个图中，参考标号表示本发明的相同或等同的部件。

具体实施方式

现将详细参照本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合示例性实施例来描述本发明，但是将理解的是，本描述并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替代、修改、等同和其他实施例。

参照图1a和图1b，根据基于可变电流控制器增益来控制电动机的方法，根据电动机操作检测电动机温度，检测到的电动机温度与可变增益映射匹配，在该映射中，d轴kp增益、q轴kp增益和ki增益分别由温度函数表示；根据施加到逆变器的扭矩命令的三相电流输出到电动机，作为施加在电动机的三相电流。这里，d轴kp增益是指d轴电流的电动机电感，q轴kp增益是指q轴电流的电动机电感，ki增益是指电动机电阻。进一步地，电动机温度还用于电动机过温保护逻辑，并且电动机过温保护逻辑是应用于电动机控制的典型技术。

根据电流控制器(或pi控制器)，不同于现有电流函数类型电流控制器(当三相电流施加到电动机时，现有电流函数类型电流控制器不能考虑由于电动机温度增加引起的电感和电阻的变化)，电流增益适应性不会由于电动机温度升高而劣化。因此，这样的方法被定义为温度函数电流施加模式，在该方法中，电流控制器(或pi控制器)考虑到由电动机温度上升引起的电感和电阻的变化，来防止电流增益适应性降低。

参照图2，回声车辆1包括电动机控制系统1-1，并且电动机控制系统1-1包括ipm型电动机10、逆变器20和可变增益映射30。进一步地，尽管未示出，电动机控制系统1-1接收从电动机控制单元(mcu)发送的扭矩命令，并且mcu是回声车辆1的典型构成元件，mcu与发动机控制单元(ecu)(电子控制单元)或混合控制单元(hcu)通信。另外，电动机控制系统1-1设置有电动机温度传感器，并且由电动机温度传感器检测的电动机10的温度提供至逆变器20(或电流映射21)。

回声(echo)车辆1包括hev(混合动力电动车辆)、插电式混合动力电动车辆(phev)、电子车辆(ev)和燃料电池电动车辆(fcev)。

具体而言，通过图3a和3b例示逆变器20的详细配置。如图所示，逆变器20包括电流映射21，电流映射21具有用于生成电动机10的d/q轴电流命令的表；电流控制器23，被配置为实施p(比例)/i(积分)控制；输出装置25；以及电流转换器27。作为实例，电流映射21接收mcu(或发动机ecu或hcu)的扭矩命令的输入，并且向电流控制器23输出电流命令。电流控制器23以与电流映射21、电流转换器27和可变增益(控制)映射30关联的方式输出电压命令到输出装置25。输出装置25向电动机10施加三相电流。电流转换器27检测施加到电动机10的三相电流，执行用于矢量控制的电流转换，之后将转换的电流输出到电流控制器23。

可变增益映射30通过图4a和图4b至图7例示。

参照图4a和图4b，构造可变增益映射30的电动机温度函数的可变增益的方法可以是已知的。

相对于电动机10设定电动机操作温度(s100)，并且相对于电动机操作温度设定d轴电感反映(reflect)温度(s110)。进一步地，设定q轴电感反映温度(s120)，并设定电阻反映温度(s130)。作为实例，如果电动机操作温度设定为-50至600℃，则d轴电感反映温度设定为100至500℃，q轴电感反映温度设定为200至600℃，电阻反映温度设定为-50至200℃。

在当前情况下，可变ld表、可变lq表和可变rs表被构造如下。

在可变ld表的情况下，相对于设定的d轴电感反映温度应用低温/室温/高温区段(s111)，将低温/室温/高温区段中的每一个与d轴电流值匹配(s112)，构造可变ld表(s113)。

图5例示了可变ld表。如图所示，100至500℃的d轴电感反映温度分为100℃至300℃的低温区段、200℃至400℃的室温区段和300℃至500℃的高温区段，并且100到300℃、200到400℃和300到500℃中的每个区段以10℃为温度单位从最小温度分到最大温度。进一步地，10至300a的d轴电流值以10a为电流单位从最小电流分到最大电流。进一步地，100℃的低温区段与300a的d轴电流值以10℃和10a为单位以一对一的方式(1:1)匹配。但是，300℃的低温区段与20a和10a的d轴电流值以同样的一对一的方式匹配。这种一对一匹配以相同的方式应用于200℃和400℃的室温区段以及300℃和500℃的高温区段。也就是说，d轴电感反映温度与d轴电流值的一对一匹配相对于10℃的增量以10a的增量进行。

结果，可变ld表根据d轴kp增益＝ld(id，电动机温度函数)的关系表示100到500℃和10到300a之间的一对一匹配关系，并且d轴kp增益可变地输出以匹配电动机温度增加和电动机温度降低，如ld-id线图。

在可变lq表的情况下，相对于设定的q轴电感反映温度应用低温/室温/高温区段(s121)，将低温/室温/高温区段中的每一个与q轴电流值匹配(s122)，构建可变lq表(s123)。

图6例示了可变lq表。如图所示，200至600℃的q轴电感反映温度分为200至400℃的低温区段、300至500℃的室温区段和400至600℃的高温区段，并且200至400℃、300至500℃和400至600℃中的每个区段以10℃为温度单位从最小温度分到最大温度。进一步地，10至300a的q轴电流值以10a为电流单位从最小电流分到最大电流。进一步地，200℃的低温区段与300a的q轴电流值以10℃和10a为单位以一对一的方式(1:1)匹配。但是，400℃的低温区段与20a和10a的q轴电流值以同样的一对一的方式匹配。这种一对一匹配以相同的方式应用于300℃和500℃的室温区段以及400℃和600℃的高温区段。也就是说，q轴电感反映温度与q轴电流值的一对一匹配相对于10℃的增量以10a的增量进行。

结果，可变lq表根据q轴kp增益＝lq(iq，电动机温度函数)的关系表示200到600℃和10到300a之间的一对一匹配关系，并且q轴kp增益可变地输出以匹配电动机温度增加和电动机温度降低，如lq-iq线图。

在可变rs表的情况下，相对于设定的电阻反映温度应用电阻温度区段(s131)，将每个电阻温度区段与电阻值匹配(s132)，构建可变rs表(s133)。

图7例示了可变rs表。如图所示，-59至200℃的电阻反映温度以10℃的温度单位从最低温度分至最高温度。进一步地，将76至100mω的电阻值以1mω为电阻单位从最小电阻分到最大电阻。进一步地，-50℃的电阻反映温度与100a的电阻值以10℃和1mω为单位以一对一的方式(1:1)匹配。也就是说，电阻反映温度与电阻的一对一匹配相对于10℃的增量以1mω的增量进行。

结果，可变rs表根据ki增益＝rs(电动机温度函数)的关系表示-50至200℃和76至100mω之间的一对一匹配关系，并且ki增益可变输出以匹配电动机温度增加和电动机温度下降，如rs-电动机温度线图。

在下文中，将参照图3到图7详细描述图1的基于可变电流控制器增益来控制电动机的方法。在这种情况下，控制对象是具有电流控制器23的逆变器20，并且受控制的对象是由逆变器20的三相电流驱动的电动机10。

向逆变器20输入扭矩命令(s10)，并且生成电流命令(s20)。进一步地，检测施加到电动机10的三相电流(s30)，并且将检测到的三相电流转换以用于矢量控制(s40)。

参照图3a和图3b，电流映射21使mcu(或发动机ecu或hcu)的扭矩命令与构造的表匹配，之后生成并输出d轴电流命令id*和q轴电流命令iq*。进一步地，电流转换器27检测施加到电动机10的三相电流，之后生成并输出为了矢量控制而转换的d轴检测电流id和q轴检测电流。在当前情况下，当假定检测到的三相电流被定义为1a、1b和1c时，转换的d轴检测电流被定义为id，并且转换的q轴检测电流被定义为iq。因此，电流控制器23接收电流映射21的d/q轴电流命令id*和iq*的输入以及电流转换器27的d轴检测电流id和q轴检测电流iq。

之后，逆变器20执行从电动机检测的电动机温度匹配(s50)，通过读取可变增益映射30来执行电流控制器的增益选择(s60)，并输出电压命令(s70)。

参照图3a和图3b，电流控制器23将与d/q轴电流命令id*和iq*相当的d轴检测电流id和q轴检测电流iq与电动机检测温度相匹配，可变控制映射30获得与电动机检测温度匹配的d轴kp增益、q轴kp增益和ki增益。这从d轴kp增益＝ld(id，电动机温度函数)、q轴kp增益＝lq(iq，电动机温度函数)和ki增益＝rs(电动机温度函数)之间的关系证实。结果，电流控制器23通过应用考虑到d/q轴电流命令id*和iq*、d/q轴检测电流id和iq以及电动机温度的d轴kp增益、q轴kp增益和ki增益，来生成d轴电压命令vd*和q轴电压命令vq*，以将生成的命令输出到输出装置25。

作为实例，如果电动机10的温度从室温增加到高温，则d轴kp增益反映图5的ld-id线图中的高温ld线，q轴kp增益反映图6中的lq-iq线图中的高温lq线，ki增益反映了图7中的rs-电动机温度线图的比例关系。结果，考虑到d轴kp增益、q轴kp增益和ki增益来生成电流控制器的d/q轴电压命令vd*和vq*。

之后，逆变器20将三相电流施加到电动机10(s80)，并且驱动电动机10(s90)。

参照图3a和图3b，输出装置25使用电流控制器23的d/q轴电压命令vd*和vq*生成三相电流，并将产生的三相电流施加到电动机10。因此，电流转换器27检测施加到电动机10的三相电流，然后生成用于矢量控制的经转换的d轴检测电流id和q轴检测电流iq并将其输出到电流控制器23。通常，电动机10以监视电动机驱动的mcu(或发动机ecu或hcu)生成并提供新的扭矩命令到逆变器20的方式被驱动。因此，逆变器20控制电动机10的驱动，直到电动机停止(例如，车辆启动变为关闭)。

如上所述，根据所述回声车辆，在该车辆中，根据实施例执行基于可变电流控制器增益的电动机控制，当输入用于电动机10的扭矩命令时，电动机10的电感和电阻根据温度函数电流施加模式中的电动机温度变化而改变，在所述温度函数电流施加模式中，考虑到电动机10的电动机温度作为函数，向电动机10施加三相电流。因此，可减小电流纹波和电动机振动，并且特别地，可大大减小由电动机10引起的回声车辆1的振动。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的具体示例性实施例的前述描述。它们不是穷尽的或将本发明限制到所公开的精确形式，并且显然，根据上述教义，许多修改和变化是可能的。选择和描述示例性实施例是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替换和修改。意图是本发明的范围由所附的权利要求及其等同物限定。