用于估计转子传感器偏移的系统和方法与流程
此部分中提供的信息是为了概括地呈现本公开的背景。目前发明人的工作(在此部分中描述的程度)以及在提交时可不以其它方式被赋予现有技术资格的描述的方面既不明示也不暗示地被承认为是相对于本公开内容的现有技术。
本公开涉及电动马达，并且更具体地涉及估计转子相对于转子的期望位置的偏移位置。
背景技术：
电动马达可用于各种应用中以提供旋转能量。例如，车辆使用电动马达来部分或完全推进车辆。混合动力车辆系统使用电动马达来补充内燃机的动力。电动车辆系统使用电动马达作为用于产生扭矩的主要来源。
电动马达包括具有定子绕组的定子和基于在定子绕组内流动的电流而旋转的转子。转子通常包括围绕转子设置的一个或多个位置传感器，诸如霍尔效应传感器。该位置感测转子相对于定子的位置，使得控制器可正确地为定子绕组供能以提供期望的扭矩。
技术实现要素：
在一个示例中，公开了系统。该系统包括转子位置估计模块，该转子位置估计模块被配置为产生调节信号以调节用于马达的所期望的扭矩信号。转子位置估计模块包括传感器偏移估计模块，该传感器偏移估计模块被配置为基于以下项估计传感器的偏移位置：(1)表示使马达内的转子旋转的电流的马达电流信号，(2)表示施加到将电流提供到马达的功率逆变器的电压的马达电压信号，以及(3)马达参数。传感器可设置在转子上。转子位置估计模块还包括速度调节模块，该速度调节模块被配置为基于估计的偏移位置产生调节信号。
在其他特征中，该系统包括被配置为产生期望的扭矩信号的速度控制模块。速度控制模块被配置为基于调节信号来调节期望的扭矩信号。
在其他特征中，该系统包括电流控制模块，该电流控制模块被配置为基于期望扭矩信号和经调节的期望扭矩信号中的至少一个来产生电流信号。
在其他特征中，该系统包括功率逆变器，并且功率逆变器被配置为基于电流信号产生电流并且将电流提供给马达内的多个定子绕组以根据电流信号使转子旋转。
在其他特征中，该系统包括连接到功率逆变器和转子位置估计模块的电池，并且被配置为提供直流(dc)电压。
在其他特征中，功率逆变器将dc电压转换为对应的交流(ac)电压，并且将ac电压提供给马达和转子位置估计模块。
在其他特征中，该系统包括马达，并且马达包括基于期望的扭矩信号驱动车辆的旋转组件。
在其他特征中，旋转组件包括定子和转子。
在其他特征中，传感器包括设置在转子上的霍尔效应传感器。
在其他特征中，该系统包括被配置为被配置为存储调节信号的存储器。
在一个示例中，公开方法。该方法包括产生调节信号以调节用于马达的期望的扭矩信号并且基于以下项估计传感器的偏移位置：(1)表示使马达内的转子旋转的电流的马达电流信号，(2)表示施加到将电流提供到马达的功率逆变器的电压的马达电压信号，以及(3)马达参数，其中，传感器设置在转子上。该方法还包括基于估计的偏移位置产生调节信号。
在其他特征中，该方法包括产生期望的扭矩信号，其中，基于调节信号调节期望的扭矩信号。
在其他特征中，该方法包括基于期望扭矩信号和经调节的期望扭矩信号中的至少一个产生电流信号。
在其他特征中，功率逆变器被配置为基于电流信号产生电流并且将电流提供给马达内的多个定子绕组以根据电流信号使转子旋转。
在其他特征中，电池连接到功率逆变器并且被配置为提供直流(dc)电压。
在其他特征中，功率逆变器将dc电压转换为对应的交流(ac)电压并且将ac电压提供给马达。
在其他特征中，马达接收期望的扭矩信号，包括基于期望的扭矩信号驱动车辆的旋转组件。
在其他特征中，旋转组件包括定子和转子。
在其他特征中，传感器包括设置在转子上的霍尔效应传感器。
在其他特征中，该方法包括将调节信号存储在存储器中。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开的另外的应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更全面地理解本公开，其中：
图1是根据本公开的示例性实现方式的用于估计传感器偏移的系统的示例性框图；
图2a是根据本公开的示例性实现方式的转子和定子组件的横截面示意图；
图2b是示出用于对一个或多个定子绕组供能的各种电流信号的曲线图；
图3a是根据本公开的示例性实现方式的转子位置估计模块的示例性框图；
图3b是示出用于对一个或多个定子绕组供能的各种电流信号的另一个示例性曲线图；
图4是根据本公开的示例性实现方式的用于估计转子的偏移的流程图；并且
图5是根据本公开的示例性实现方式的用于估计转子的偏移的另一个流程图。
在附图中，可重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
转子传感器向控制系统提供信号，以允许控制系统感测转子相对于定子的位置。控制系统使用感测的位置以根据感测的位置对定子绕组的同步供能，以产生期望的扭矩。然而，如果传感器偏移或未对准，则定子绕组可被错误地供能，导致不正确的扭矩产生。传感器偏移可在定子和转子的组装期间和/或由于不期望的定子端匝通量而发生。
本公开涉及马达控制系统，该马达控制系统估计传感器相对于定子的参考位置的位置偏移。基于估计的偏移，马达控制系统可产生相应地补偿扭矩信号的调节信号。
图1示出用于估计马达的转子偏移的马达控制系统100的示例性框图。马达控制系统100包括产生扭矩的马达102。在示例性实现方式中，马达102可为车辆(诸如汽车、卡车、船等)产生扭矩。马达102基于输入或控制设置来产生扭矩。马达102与轴接合以递送在马达控制系统100内的机械功率。例如，马达102可与驱动车辆的轴接合。
提供给马达控制系统100的输入可以各种方式提供以控制马达102。例如，输入可基于经由踏板的位置提供的驾驶员输入。在另一个示例中，输入可由加速器提供。在将期望的扭矩信号输出到电流控制模块106的速度控制模块104处接收输入。例如，速度控制模块104可将输入(诸如踏板或加速器)的位置到期望扭矩的一个或多个映射存储并且输出期望的扭矩信号。
电流控制模块106接收期望的扭矩信号并且产生表示递送到马达102的电流量的电流信号。例如，电流控制模块106可将期望扭矩到电流量的一个或多个映射存储，并且将电流信号输出到功率逆变器108。
功率逆变器108接收电流信号并且还连接到电池110。在示例性实现方式中，电池110是直流(dc)电池并且向功率逆变器108提供dc功率。功率逆变器108将dc功率转换为交流(ac)功率并且将ac功率提供给马达102。例如，功率逆变器108可使用脉冲宽度调制(pwm)技术向马达102提供ac功率，以控制提供给马达102的电流和/或电压的量。
马达102包括转子和定子组件112，转子和定子组件112包括用于操作如图2所示的转子的定子绕组。例如，功率逆变器108将ac功率提供给定子绕组，从而使转子旋转。转子连接到轴以在系统100内提供旋转能量。在示例性实现方式中，转子可连接到车辆的动力系以推进车辆。
马达控制系统100还包括转子位置估计模块114，其接收来自功率逆变器108的ac功率信号并且接收来自电池110的dc功率信号。如本文所述，转子位置估计模块114估计转子的偏移。转子位置估计模块114可基于估计的偏移向速度控制模块104提供调节信号。速度控制模块104使用调节信号来调节期望的扭矩信号，并且电流控制模块106基于调节的期望扭矩信号产生电流控制信号。
图2a示出示例性转子和定子组件112。转子和定子组件112包括定子202和转子204。定子202包括定子绕组206-1至206-12。然而，定子202可包括附加的或更少的定子绕组。转子204设置在定子202内并且基于定子绕组206-1至206-12内的电流旋转。当转子204旋转时，转子204连接动力系的一个或多个轴以驱动车轮。
转子204包括一个或多个传感器208。转子204被示为包括传感器208-1、208-2、208-3。应当理解，转子204可包括附加的或更少的传感器208。在示例性实现方式中，传感器208包括霍尔效应传感器。传感器208测量霍尔电压并且产生表示测量的霍尔电压的信号。由传感器208产生的信号可提供给系统100内的一个或多个模块，以确定转子204相对于定子202的位置。
附图标记210-1、210-2、210-3示出对应的传感器208-1、208-2、208-3的期望位置。然而，由于反电动势引起的不希望的定子端匝通量和/或传感器对准的制造变化，传感器208-1、208-2、208-3的位置可相对于对应的期望位置210-1、210-2、210-3偏移，这导致传感器208-1、208-2、208-3的相位未对准。转子和定子组件112还包括永磁体212-1、212-2、212-3、212-4。
图2b示出曲线图，其示出提供到一个或多个定子绕组的各种理想和偏移马达电流信号(θ)。hall-a、hall-b和hall-c是指基于当前马达信号的相应霍尔效应传感器的测量值。
图3a示出示例性转子位置估计模块114。转子位置估计模块114估计传感器208-1、208-2、208-3相对于期望位置210-1、210-2、210-3的偏移，并且基于估计的偏移提供反馈信号。
如图所示，转子位置估计模块114包括马达电流确定模块302、马达电压确定模块304、马达参数接收模块306、传感器偏移估计模块308、存储器310和速度调节模块312。
马达电流确定模块302接收从功率逆变器108提供给马达102的电流信号，并且马达电压确定模块304接收来自电池110和功率逆变器108的马达电压信号。马达参数接收模块306接收来自马达102的一个或多个马达参数。例如，一个或多个马达传感器可将马达参数提供给马达参数接收模块306。马达参数可包括但不限于马达电感、马达磁体强度等。马达参数可由马达102内的一个或多个传感器测量。
传感器偏移估计模块308接收来自马达电流确定模块302的马达电流信号、来自马达电压确定模块304的马达电压信号以及来自马达参数接收模块306的马达参数信号。传感器偏移估计模块308基于马达电流信号、马达电压信号和马达参数信号估计转子204的偏移。
例如，使用马达电流信号、马达电压信号和马达参数信号，传感器偏移估计模块308估计马达102的速度并且估计转子204相对于定子202的位置。
传感器偏移估计模块308可访问存储器310以接收对应于马达电流、马达电压和马达参数的所估计偏移。所估计偏移可解释与由于制造变化引起的dc位置误差(其中马达电流等于零)和/或由于制造变化引起的非线性位置误差(其中马达电流不等于零)相关的偏移。
传感器偏移估计模块308估计对应于马达电流、马达电压和马达参数的马达102的速度。例如，存储器310包括查找表，该查找表存储马达电流、马达电压和/或马达参数到霍尔效应传感器偏移的一个或多个映射。查找表还存储马达电流、马达电压和/或马达参数的一个或多个映射以估计马达速度。传感器偏移估计模块308确定转子偏移并且将偏移转子信号和估计的马达速度提供给速度调节模块312。在一些实现方式中，在下线(eol)测试期间产生映射。
速度调节模块312接收来自传感器偏移估计模块308偏移信号，并且产生输出到速度控制模块104的调节信号。在一种实现方式中，速度调节模块312访问存储器310以确定与估计的偏移位置相对应的调节值。例如，存储器310包括查找表，该查找表存储转子204的估计的偏移位置到调节值的一个或多个映射。速度调节模块312将调节值提供给速度控制模块104。速度控制模块104基于调节值调节期望的扭矩信号，并且经调节的期望的扭矩信号被提供给电流控制模块106。速度调节模块312还将调节值存储在存储器310中，可检索该存储器310以用于车辆诊断目的。
图3b示出经调节的期望位置信号(θhall_comp)、未调节的位置信号(θhall_raw)和估计的转子位置(θest)的示例性曲线图。
图4是用于估计转子204相对于期望位置估计的马达速度的偏移的示例方法400的流程图。在包括在图1和图3中所示的转子位置估计模块114的示例性实现方式中的模块的上下文中描述方法400，以便进一步描述由这些模块执行的功能。然而，执行该方法的步骤的特定模块可与下面的描述不同，并且/或者该方法可与图1和图3的模块分开实现。例如，该方法可由单个模块实现。
方法400在402处开始。在404处，确定马达102是否正在操作。模块302、304、306中的任何一个可确定马达102是否正在操作。如果马达102未操作，则该方法返回到404。如果马达102正在操作，则方法400转变到406。在406处，马达电流确定模块302接收马达电流信号。在408处，马达电压确定模块304接收马达电压信号。在410处，马达参数接收模块306接收一个或多个马达参数信号。
在412处，传感器偏移估计模块308确定是否已从模块302、304、306接收到马达电流信号、马达电压信号和/或马达参数信号。如果尚未接收到马达电流信号、马达电压信号和/或马达参数信号，则方法400返回到412。如果已经接收到马达电流信号、马达电压信号和/或马达参数信号，则传感器偏移估计模块308估计转子204的偏移，并且基于接收的信号估计马达速度。在414处，速度调节模块312基于估计的偏移产生调节信号。在416处，速度控制模块104基于调节值调节期望的扭矩信号。方法400返回到402。
图5是用于估计转子204相对于期望位置估计的马达速度的偏移的示例方法500的另一个流程图。在包括在图1和图3中所示的转子位置估计模块114的示例性实现方式中的模块的上下文中描述方法500，以便进一步描述由这些模块执行的功能。然而，执行该方法的步骤的特定模块可与下面的描述不同，并且/或者该方法可与图1和图3的模块分开实现。例如，该方法可由单个模块实现。
方法500在502处开始。在504处，如上所述，转子位置估计模块114估计转子204的位置并估计马达速度。在506处，传感器偏移估计模块308确定多个传感器转变是否小于预定阈值。传感器转变可定义为当传感器208围绕转子204进行360度旋转时。
如果传感器转变的数量小于或等于预定阈值，则方法500转变到508。如果传感器转变的数量大于预定阈值，则方法500转变到514。在508处，传感器偏移估计模块308确定一个或多个传感器208的位置扇区值，并且接收由传感器208检测到的一个或多个霍尔效应测量值。在510处，传感器偏移估计模块308采样并且保持至少一个传感器208的估计位置、对应于至少一个传感器208的霍尔效应测量值和马达电流信号。在512处，传感器偏移估计模块308访问存储器310以基于至少一个传感器208的估计位置、对应于至少一个传感器208的霍尔效应测量值和马达电流信号来估计偏移。在514处，估计的速度、估计的位置和估计的偏移被接收并存储在存储器310中。
在516处，速度调节模块312基于估计的速度和参考速度产生调节信号。参考速度可对应于eol速度。调节信号在518处存储在存储器310中。在520处，在电流控制模块106处接收马达负载电流。在522处，电流控制模块106确定经调节的期望的扭矩信号与马达负载电流之间的差值是否大于预定的电流阈值。如果差值不大于预定的电流阈值，则在524处调节期望的扭矩信号。如果差值大于预定的电流阈值，则不调节期望的扭矩信号。方法500在526处结束。
前面的描述本质上仅是说明性的，且决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以各种形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法内的一个或多个步骤可以不同的顺序(或同时)执行。此外，尽管在上文将实施例的中每一个描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可在任何其他实施例的特征中和/或与其组合实现，即使该组合未被明确描述。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的排列仍然在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧邻”、“在...之上”、“在...上方”、“在...下方”和“设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上面的公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一元件和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但也可以是其中在第一元件和第二元件之间存在(空间或功能上)一个或多个中间元件的间接关系。如本文所用，短语a、b和c中的至少一个应该被解释意指为使用非排他性逻辑or的逻辑(a或b或c)，并且不应该被解释为意指“a中的至少一个、b中的至少一个以及c中的至少一个”。
在附图中，箭头所示的箭头方向通常表示图示中感兴趣的信息流(诸如数据或指令)。例如，当元件a和元件b交换各种信息但是从元件a传送到元件b的信息与图示相关时，箭头可从元件a指向元件b。此单向箭头并不意味着没有其他信息从元件b传送到元件a。此外，对于从元件a发送到元件b的信息，元件b可向元件a发送对信息的请求或对信息的接收确认。
在本申请中，包括下面的定义，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”代替。术语“模块”可指代以下项、是以下项的一部分或包括以下项：专用集成电路(asic)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(fpga)；执行代码的处理器电路(共用型、专用型或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共用型、专用型或组)；提供所描述功能的其他合适的硬件部件；或者诸如在片上系统中的上述一些或全部的组合。
模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网(lan)、因特网、广域网(wan)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可分布在经由接口电路连接的多个模块之间。例如，多个模块可允许负载平衡。在另外的示例中，服务器(也称为远程或云)模块可代表客户端模块完成某些功能。
如上文所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可指代程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共用处理器电路涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语组处理器电路涵盖处理器电路，该处理器电路与附加处理器电路组合来执行来自一个或多个模块的一些或所有代码。对多个处理器电路的引用涵盖分立芯片上的多个处理器电路、单个芯片上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程或上述的组合。术语共用存储器电路涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语组存储器电路涵盖存储器电路，该存储器电路与附加存储器组合来存储来自一个或多个模块的一些或所有代码。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。本文使用的术语计算机可读介质不涵盖通过介质(诸如在载波上)传播的瞬时电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可被认为是有形的和非暂时的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(诸如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(诸如cd、dvd或蓝光光盘)。
本申请中描述的设备和方法可部分或全部由通过配置通用计算机而创建非专用计算机实现，以执行计算机程序中体现的一个或多个特定功能。上述功能块、流程图部件和其他元件用作软件说明书，其可由熟练技术人员或程序员的例行工作转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括或依赖于存储的数据。计算机程序可涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(bios)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台申请等。
计算机程序可包括：(i)待解析的描述性文本，诸如html(超文本标记语言)、xml(可扩展标记语言)或json(javascript对象表示法)(ii)汇编代码，(iii)由编译器通过源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，可以使用来自包括以下项的语言的语法来编写源代码：c、c++、c#、objectivec、swift、haskell、go、sql、r、lisp、
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