环境友好型车辆的旋转变压器偏移校正装置和方法与流程

本公开涉及一种环境友好型车辆的旋转变压器偏移校正装置和方法，更具体地，涉及一种用于校正环境友好型车辆的旋转变压器偏移的装置和方法，其基于发生在电动机转子轴上的扭转角度来校正旋转变压器偏移。

背景技术：

环境友好型车辆是指与现有内燃机车辆不同的电动车辆、混合动力电动车辆或燃料电池电动车辆，其提高燃料效率并减少废气。环境友好型车辆通常包括电动机作为驱动源。为了控制电动机，应准确检测电动机转子的位置。因此，为了检测电动机的速度和转子的绝对位置(角度)，使用旋转变压器作为位置传感器。通常，旋转变压器安装在电动机转子的轴上。

当旋转变压器检测到电动机的速度和转子的绝对位置(角度)并将信息发送到电动机控制单元(mcu)时，电动机控制单元能够生成电动机的扭矩命令和速度命令。然而，由于各种原因(诸如旋转变压器的装配公差和旋转变压器的线圈位置不准确性)而发生旋转变压器偏移。当由于该偏移而无法准确测量转子的绝对位置时，无法正常驱动电动机。

因此，在环境友好型车辆中，设定旋转变压器偏移自动校正模式。当执行旋转变压器偏移自动校正模式时，由旋转变压器偏移确定单元在零扭矩时段中执行旋转变压器偏移校正，在该零扭矩时段中，能够对电动机进行零电流控制。当对电动机执行零电流控制时，生成与反电动势对应的电压。当偏移校正准确时仅生成q轴电压，并且当偏移校正不准确时还生成d轴电压。因此，可以使用d轴电压的水平(大小)来执行偏移校正。另外，可以在车辆被驱动时监测旋转变压器偏移以确定是否需要偏移再校正，并且可以在确定需要偏移再校正时再次执行偏移校正。

因此，旋转变压器偏移确定单元接收扭矩命令t*、电流命令id*和iq*、由电动机反馈的电流id和iq以及在电流控制下监测的d轴和q轴电压vd*和vq*，以确定旋转变压器偏移，然后在零扭矩时段中执行旋转变压器偏移校正，在该零扭矩时段中，能够对电动机进行零电流控制。然而，在轴中与在电动机转子的轴中生成的扭矩成比例地发生扭转变形。附加地，由于扭转变形而出现轴的扭转角度，从而在安装在轴上的旋转变压器中发生角度偏差，结果，在校正的旋转变压器偏移中出现误差，并且偏移校正可能不准确。另外，由于由电动机转子轴的扭转角度引起的旋转变压器偏移偏差而发生电动机输出偏差，从而减少电动机的寿命。

技术实现要素：

本公开提供一种环境友好型车辆的旋转变压器偏移校正装置和方法，其能够通过在考虑电动机转子的轴中发生的扭转角度的情况下校正旋转变压器偏移来更准确地执行旋转变压器偏移校正。

在一个方面中，环境友好型车辆的旋转变压器偏移校正装置可以包括：旋转变压器偏移确定单元，配置为接收扭矩命令t*、反向磁通量1/λ、电流命令id*和iq*、由电动机反馈的电流id和iq以及在电流控制下监测的d轴和q轴电压vd*和vq*，以确定旋转变压器偏移；和扭转角度补偿器，配置为基于电动机转子轴的扭转角度来估计旋转变压器偏移偏差。

在示例性实施例中，环境友好型车辆的旋转变压器偏移校正方法可以包括：通过旋转变压器偏移确定单元执行主旋转变压器偏移校正；通过旋转变压器偏移确定单元确定当前旋转变压器偏移；通过旋转变压器偏移确定单元确定当前扭矩命令的水平；通过扭转角度补偿器估计确定的扭矩命令水平为非零值时的旋转变压器偏移偏差；并且估计旋转变压器偏移偏差，然后执行辅旋转变压器偏移校正。

附图说明

现在将参考附图中示出的本发明的示例性实施例来详细描述本发明的以上和其他特征，在下文中仅通过示例的方式给出附图，并且因此不限制本发明，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的环境友好型车辆的电动机控制装置和旋转变压器偏移校正装置的配置的视图；

图2是示出在改变旋转变压器角度之前和之后相对于旋转变压器偏移轴线的电流向量值的曲线图；

图3是示出基于旋转变压器偏移偏差的电动机扭矩和输出偏差的测试结果图；

图4是示出根据本发明的示例性实施例的旋转变压器偏移校正装置的配置的视图；以及

图5是示出根据本发明的示例性实施例的环境友好型车辆的旋转变压器偏移校正方法的流程图。

应当理解，附图不一定按比例绘制，而是呈现说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。将通过特殊预期应用和使用环境部分确定在此所公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、定向、位置、和形状。在附图中，参考标号指代附图的若干图中的本发明的相同或等同部分。

具体实施方式

应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)的客车、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种小船和轮船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，源自除石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来进行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或多个模块进行。附加地，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块以进行下面进一步描述的一个或多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络耦合的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(can)以分布式方式存储和执行。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

除非具体说明或从上下文中明显看出，如本文所使用的，词语“约”应当理解为在本领域的正常容差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另外明确指出，否则本文提供的所有数值均由词语“约”修饰。

以下将详细参考并且描述本发明的各个示例性实施例以及附图中示出的示例。尽管将结合示例性实施例描述发明，但是将理解，本描述不旨在将发明限制于示例性实施例。相反，发明不仅旨在覆盖示例性实施例，还覆盖可以包括在通过所附权利要求限定的发明的精神和范围内的各种替代方案、变型例、等同物和其他示例性实施例。

图1是示出根据本发明的环境友好型车辆的电动机控制装置和旋转变压器偏移校正装置的配置的视图。如图1所示，根据本发明的环境友好型车辆的电动机控制装置，即电动机控制单元(mcu或电动机控制器)，可以包括电流命令发生器10、电流控制器20、坐标变换单元30、信号发生器40、脉宽调制(pwm)逆变器50、电动机60、安装在电动机60的转子轴上的旋转变压器70、以及作为旋转变压器偏移校正装置的旋转变压器偏移确定单元80和扭转角度补偿器90。

具体地，电流命令发生器10可以配置为基于由传感器检测到的车辆的行驶状态来确定d轴电流和q轴电流。电流命令发生器10可以包括存储在其中的d轴电流图(currentmap)和q轴电流图。因此，当根据车辆行驶所需的当前电动机扭矩t*和速度ω输入到电流命令发生器10时，电流命令发生器10可以配置为计算与电动机的扭矩和速度对应的d轴电流id*和q轴电流iq*。

电流控制器20可以配置为使用从电流命令发生器10接收的d轴电流id*和q轴电流iq*以及d轴反馈电流id和q轴反馈电流iq来计算d轴电压vd*和q轴电压vq*。坐标变换单元30可以配置为从电流控制器20接收d轴电压vd*和q轴电压vq*，以将d轴电压vd*和q轴电压vq*变换为三相交流(ac)电压va*、vb*和vc*，并且可以配置为接收施加到电动机60的三相ac电流ia、ib和ic作为反馈电流以将三相ac电流ia、ib和ic变换为d轴反馈电流id和q轴反馈电流iq。

pwm信号发生器40可以配置为从坐标变换单元30接收三相ac电压va*、vb*和vc*，以将三相ac电压va*、vb*和vc*变换为三相开关信号sa、sb和sc。pwm逆变器50可以包括多个开关元件，并且可以配置为从pwm信号发生器40接收三相开关信号sa、sb和sc，以将三相开关信号sa、sb和sc变换为三相ac电流ia、ib和ic。

此外，然后可以使用从pwm逆变器50接收的三相ac电流ia、ib和ic来驱动电动机60，从而运行车辆。附加地，旋转变压器70可以安装在电动机60的转子的轴上，以检测转子的绝对位置(相位角)并将其发送到坐标变换单元30和电流命令发生器10，从而更准确地控制电动机。

旋转变压器偏移确定单元80可以配置为接收扭矩命令t*、反向磁通量1/λ、电流命令id*和iq*、由电动机反馈的电流id和iq以及在电流控制下监测的d轴和q轴电压vd*和vq*，从而确定旋转变压器偏移。因此，旋转变压器偏移确定单元80可以包括速度/扭矩确定单元81(例如，速度传感器和扭矩传感器)、零电流控制确定单元82以及电压感测和旋转变压器偏移计算器83，以在零扭矩时段中执行旋转变压器偏移校正，在该零扭矩时段中，能够对电动机进行零(0)电流控制。

另一方面，当在轴中与在电动机转子轴上生成的扭矩成比例地发生扭转变形时，在安装于轴上的旋转变压器中也发生角度偏差，达由于该扭转变形而产生的轴的扭转角度的量，结果是，在校正后的旋转变压器偏移中可能出现误差。据观察，在实际电动机发电机测试器中限制电动机转子的轴之后，在向电动机施加扭矩时，通过改变转子轴的扭转角度，旋转变压器角度从约0.746rad变为0.7975rad，并且对应于变化的旋转变压器角度(例如，0.0515rad)，在旋转变压器偏移中出现约2.95度的偏差。

参考图2，由于在旋转变压器角度改变之前相对于旋转变压器偏移轴线d的电流向量值q可能与在旋转变压器角度改变之后相对于旋转变压器偏移轴线d'的电流向量值q'不同，所以可能无法准确地执行旋转变压器偏移校正。

另外，假设根据转子轴的扭转角度的变化，旋转变压器偏移(角度)与参考偏移的偏差约为1至3度，测量了每个电动机速度下的最大扭矩和输出。如图3所示，根据旋转变压器偏移偏差在电动机扭矩和输出中也发生偏差。因此，当旋转变压器角度根据电动机转子轴的扭转变形而变化时，不能准确地执行旋转变压器偏移校正。

鉴于此，在本发明中，基于在电动机转子的轴中出现的扭转角度来校正旋转变压器偏移，从而更准确地执行旋转变压器偏移校正。

图4是示出根据本发明的环境友好型车辆的旋转变压器偏移校正装置的配置的视图。下面描述的装置的组件可以由具有处理器和存储器的整体控制器操作。参考图4，除了具有速度/扭矩确定单元81、零电流控制确定单元82以及电压感测和旋转变压器偏移计算器83的旋转变压器偏移确定单元80之外，本发明的旋转变压器偏移校正装置还可以包括扭转角度补偿器90，其配置为基于电动机转子轴的扭转角度输出旋转变压器偏移偏差。

扭转角度补偿器90可以包括：扭矩确定单元91，配置为接收输入到旋转变压器偏移确定单元80的扭矩命令t*，并确定电动机的当前扭矩命令；和扭转角度计算器92，配置为估计和计算电动机转子轴的扭转角度φ。扭转角度补偿器90可以配置为估计和计算电动机转子轴的扭转角度，然后基于计算出的扭转角度输出旋转变压器偏移偏差。扭转角度补偿器90可以配置为通过下面的公式1和2来估计扭转角度。

公式1

在公式1中，φ表示扭转角度，t表示扭矩命令，l表示电动机转子的圆轴长度，g表示电动机转子的圆轴的剪切模量，ip表示电动机转子圆轴的惯性极矩。

圆轴的长度和剪切模量可以根据电动机的类型而变化。圆轴的长度可以假设为0.1米，并且圆轴的剪切模量是钢的剪切模量。

公式2

等式2用于获得公式1的惯性极矩。具体地，在公式2中，r表示圆轴的半径，d表示圆轴的直径。

当在扭转角度补偿器90中使用公式1计算扭转角度φ时，电动机转子的圆轴长度l、电动机转子圆轴的剪切模量g和电动机转子圆轴的惯性极矩ip具有恒定值，并且仅每个电动机速度下的扭矩命令t变化。因此，在扭转角度补偿器90的扭转角度计算器92中使用公式1计算的扭转角度φ与输入到扭矩确定单元91的每个电动机速度下的扭矩命令t的水平(大小)成比例地变化。

随后，扭转角度补偿器90可以配置为计算根据扭矩命令t变化的扭转角度φ，然后估计旋转变压器偏移偏差。进行的测试表明，基于转子轴的扭转角度变化而在旋转变压器偏移(角度)中发生偏差，并且基于旋转变压器偏移偏差而在电动机扭矩和输出中发生偏差。下面表1中所示的映射图数据可以存储在扭转角度补偿器90中。

表1

例如，根据上述映射图数据，当根据在扭转角度补偿器90中计算的扭矩命令t而变化的扭转角度φ为0.0030452rad时，电动机的扭矩偏差最大被估计为5nm@3500rpm，并且旋转变压器偏移偏差被估计为1.3958103度。

替代地，根据上述映射图数据，当根据在扭转角度补偿器90中计算的扭矩命令t而变化的扭转角度φ为0.0022322rad时，电动机的扭矩偏差最大被估计为1.01kw@4500rpm，并且旋转变压器偏移偏差被估计为1.02316322度。因此，由扭转角度补偿器90估计的旋转变压器偏移偏差可以用于补偿由旋转变压器偏移确定单元实际确定的旋转变压器偏移。

现在将描述基于上述配置执行的旋转变压器偏移校正方法。图5是示出根据本发明的环境友好型车辆的旋转变压器偏移校正方法的流程图。本文在下面描述的方法可以由具有处理器和存储器的整体控制器执行。

首先，旋转变压器偏移确定单元80可以配置为执行主旋转变压器偏移校正(s101)。换句话说，旋转变压器偏移确定单元80可以配置为接收扭矩命令t*、反向磁通量1/λ、电流命令id*和iq*、由电动机反馈的电流id和iq以及在电流控制下监测的d轴和q轴电压vd*和vq*，并且在零扭矩时段中执行主旋转变压器偏移校正，在该零扭矩时段中，能够对电动机进行零电流控制。

随后，旋转变压器偏移确定单元80可以配置为确定当前旋转变压器偏移(s102)。因此，旋转变压器偏移确定单元80可以配置为确定当前扭矩命令的水平(s103)。当扭矩命令的水平为零值时，由于不发生轴扭转并且旋转变压器偏移不变，所以可以输出在s102中确定的旋转变压器偏移作为最终旋转变压器偏移(s106)。当扭矩命令的水平为非零值时，可以确定旋转变压器偏移被不准确地校正，并且可以通过扭转角度补偿器90估计旋转变压器偏移偏差(s104)。

在步骤s104中，扭转角度补偿器90可以配置为使用上面的公式1和2来估计扭转角度。当在扭转角度补偿器90中使用公式1和2计算扭转角度φ时，电动机转子的圆轴长度l、电动机转子圆轴的剪切模量g和电动机转子圆轴的惯性极矩ip具有恒定值，并且仅每个电动机速度下的扭矩命令t变化。因此，在扭转角度补偿器90的扭转角度计算器92中计算的扭转角度φ与输入到扭矩确定单元91的每个电动机速度下的扭矩命令t的水平成比例地变化。

随后，扭转角度补偿器90可以配置为计算根据扭矩命令t变化的扭转角度φ，然后使用映射图数据估计旋转变压器偏移偏差。在步骤s104中估计根据电动机转子轴的扭转角度的旋转变压器偏移偏差之后，可以执行辅旋转变压器偏移校正(s105)。具体地，可以执行辅旋转变压器偏移校正以将在步骤s102中确定的当前旋转变压器偏移校正为在步骤s101中的辅校正之后的准确偏移，并且可以通过从在步骤s102中确定的当前旋转变压器偏移中减去在步骤s104中估计的根据电动机转子轴的扭转角度的旋转变压器偏移偏差来执行。最后，可以输出在辅旋转变压器偏移校正步骤中校正的旋转变压器偏移作为最终旋转变压器偏移(s105)。因此，电动机控制单元可以配置为使用最终旋转变压器偏移来操作电动机。

本发明提供以下效果。当执行用于检测安装在环境友好型车辆上的电动机转子位置的旋转变压器偏移校正时，可以基于在电动机转子轴中发生的扭转角度来校正旋转变压器偏移，从而执行更准确的旋转变压器偏移校正，并且提高电动机控制的可靠性和准确性。另外，由于基于在电动机转子轴中发生的扭转角度来执行准确的旋转变压器偏移校正，所以可以在没有偏差的情况下获得电动机的期望输出，因此可以防止比正常输出更大的电动机输出并且可以改善电动机的耐久性。

已经参考本发明的示例性实施例详细描述了本发明。然而，本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例进行改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。