机动车驱动电机的旋变零位校正装置及方法与流程

1.本发明实施例涉及电动汽车电机控制技术领域，尤其涉及一种机动车驱动电机的旋变零位校正装置及方法。


背景技术：

2.永磁同步电机因其功率密度高、损耗小以及控制性能好等优点被广泛应用于电动汽车的驱动电机；目前，永磁同步电机广泛使用旋转编码器来采集驱动电机的实时角度，但是，由于实际的加工及组装误差，旋转编码器的零角度与驱动电机的零角度往往会存在一定夹角，即通常所称的零位角，零位角是同步电机磁场定向控制的一个关键点，为保证机动车行驶的安全，对驱动电机的零位角进行校正是一种尤为重要的技术。
3.目前，现有的零位角测试和校正主要依赖于以下方法，包括：通过电机反电动势与旋变解码的角度信息进行校准、直流强拖定位、注入脉冲电压、高频电压注入等。但是，上述方法对测试环境、测试人员的要求相对较高，例如：直流强拖定位，需要电机处于空载状态；信号注入，需要调试注入电压幅值、频率；反电动势校准则需要与台架配合；因此，上述校正方法对于环境和人员的依赖性强，无法批量实现零位测试，且在旋转编码器更换后，需要专人配合完成零位校准，通用性较差。另外，零位角在驱动电机实际长期工作过程中由于机动车的震动等原因会发生变化，如果继续使用原始零位角对电机进行控制，则控制效果变差，如果角度偏差过大甚至会产生失控，影响行车安全。


技术实现要素：

4.本发明实施例要解决的技术问题在于，提供一种机动车驱动电机的旋变零位校正装置，能在机动车行驶过程中实现旋变零位的自动校正，提高驾驶安全性。
5.本发明实施例进一步要解决的技术问题在于，提供一种机动车驱动电机的旋变零位校正方法，能在机动车行驶过程中实现旋变零位的自动校正，提高驾驶安全性。
6.为了解决上述技术问题，本发明实施例首先提供以下技术方案：一种机动车驱动电机的旋变零位校正装置，包括：校正触发模块，与驱动电机的电机控制器相连，用于读取及分析所述电机控制器的零位校正标志位的标志值，并在所述标志值为预设数值时输出零位校正指令；参数获取模块，分别与所述校正触发模块和电机控制器相连，用于根据所述零位校正指令获取机动车当前的实际请求转矩和驱动电机的实际转速，当所述实际请求转矩为零且所述实际转速在预设转速阈值范围内时获取所述驱动电机当前的实际直轴电压和实际交轴电压；角度计算模块，与所述参数获取模块相连，用于根据所述实际直轴电压和实际交轴电压计算所述驱动电机的实际零位角度θ2；以及角度更新模块，分别与所述角度计算模块和所述电机控制器相连，用于采用所述实际零位角度θ2更新所述电机控制器储存的驱动电机的原始零位角度θ1，同时将电机控制
器的所述零位校正标志位的所述标志值从所述预设数值恢复至初始值。
7.进一步的，所述角度更新模块采用预设的单位过渡时长t1和总过渡时长t2将所述原始零位角度θ1经由若干过渡零位角度θ0平滑过渡至所述实际零位角度θ2，所述过渡零位角度其中，n的初始值为1且每经过所述单位过渡时长t1加1直至实际时长达到所述总过渡时长t2，m表示所述总过渡时长t2与所述单位过渡时长t1的比值，且m为正整数。
8.进一步的，所述装置还包括：报警模块，与所述角度计算模块相连，用于计算所述实际零位角度θ2和所述原始零位角度θ1的角度差值的实际绝对值，当所述实际绝对值大于预设角度差值阈值时进行报警。
9.进一步的，所述装置还包括：标志值修改模块，与所述电机控制器相连，用于分别实时检测驱动电机的实际环境温度和电机控制器的弱磁pi回路的实际输出量，当所述实际环境温度处于预设常温阈值且所述实际输出量大于预设输出量时将所述电机控制器的零位校正标志位的标志值从初始值修改为所述预设数值。
10.进一步的，所述装置还包括：参数滤波模块，分别与所述参数获取模块和所述角度计算模块相连，用于分别对参数获取模块获取的所述实际直轴电压和实际交轴电压进行均值滤波后输出给角度计算模块。
11.另一方面，为了解决上述进一步的技术问题，本发明实施例再提供以下技术方案：一种机动车驱动电机的旋变零位校正方法，包括以下步骤：读取及分析驱动电机的电机控制器的零位校正标志位的标志值，并在所述标志值为预设数值时输出零位校正指令；根据所述零位校正指令获取机动车当前的实际请求转矩和驱动电机的实际转速，当所述实际请求转矩为零且所述实际转速在预设转速阈值范围内时获取所述驱动电机当前的实际直轴电压和实际交轴电压；根据所述实际直轴电压和实际交轴电压计算所述驱动电机的实际零位角度θ2；以及采用所述实际零位角度θ2更新所述电机控制器储存的驱动电机的原始零位角度θ1，同时将电机控制器的所述零位校正标志位的所述标志值从所述预设数值恢复至初始值。
12.进一步的，采用预设的单位过渡时长t1和总过渡时长t2将所述原始零位角度θ1经由若干过渡零位角度θ0平滑过渡至所述实际零位角度θ2，所述过渡零位角度，所述过渡零位角度其中，n的初始值为1且每经过所述单位过渡时长t1加1直至实际时长达到所述总过渡时长t2，m表示所述总过渡时长t2与所述单位过渡时长t1的比值，且m为正整数。
13.进一步的，所述方法还包括以下步骤：计算所述实际零位角度θ2和所述原始零位角度θ1的角度差值的实际绝对值，当所
述实际绝对值大于预设角度差值阈值时进行报警。
14.进一步的，所述方法还包括执行于读取驱动电机的电机控制器的零位校正标志位的标志值，当所述标志值为预设数值时输出零位校正指令之前的步骤：分别实时检测驱动电机的实际环境温度和电机控制器的弱磁pi回路的实际输出量，当所述实际环境温度处于预设常温阈值且所述实际输出量大于预设输出量时将所述电机控制器的零位校正标志位的标志值从初始值修改为所述预设数值。
15.进一步的，所述方法还包括以下步骤：分别对获取的所述实际直轴电压和实际交轴电压进行均值滤波后输出用以计算所述驱动电机的实际零位角度θ2。
16.采用上述技术方案后，本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明实施例通过校正触发模块读取所述电机控制器的零位校正标志位的标志值，根据电机控制器的控制原理，当零位校正标志位的标志值为预设数值则表明驱动电机的零位角需要校正，然后通过参数获取模块在机动车当前的实际请求转矩为零且实际转速在预设转速阈值范围内时获取驱动电机当前的实际直轴电压和实际交轴电压，根据驱动电机的驱动原理，当机动车的实际请求转矩为零时，机动车处于滑行状态，其交轴电流和直轴电流为零，同时驱动电机在转速较高的预设转速阈值范围内时，获取的实际直轴电压和实际交轴电压的误差更小，从而通过角度计算模块根据所述实际直轴电压和实际交轴电压计算所述驱动电机的实际零位角度θ2时，计算获得的实际零位角度θ2的误差更小，最后，通过角度更新模块采用计算获得的实际零位角度θ2更新所述电机控制器储存的驱动电机的原始零位角度θ1，实现驱动电机的零位角的校正；同时将电机控制器的所述零位校正标志位的所述标志值从所述预设数值恢复至初始值，表明角度校正过程完成，能在机动车行驶过程中实现旋变零位的自动校正，提高驾驶安全性。
附图说明
17.图1为本发明机动车驱动电机的旋变零位校正装置一个可选实施例的结构原理框图。
18.图2为本发明机动车驱动电机的旋变零位校正装置一个可选实施例实际直轴电压和实际交轴电压与实际零位角度在静止坐标系图。
19.图3为本发明机动车驱动电机的旋变零位校正装置又一个可选实施例的结构原理框图。
20.图4为本发明机动车驱动电机的旋变零位校正方法一个可选实施例的步骤流程图。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本发明，并不作为对本发明的限定，而且，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
22.如图1所示，本发明一个可选实施例提供一种机动车驱动电机的旋变零位校正装置，包括：
校正触发模块1，与驱动电机2的电机控制器3相连，用于读取及分析所述电机控制器3的零位校正标志位的标志值，并在所述标志值为预设数值时输出零位校正指令；参数获取模块4，分别与所述校正触发模块1和电机控制器3相连，用于根据所述零位校正指令获取机动车当前的实际请求转矩和驱动电机2的实际转速，当所述实际请求转矩为零且所述实际转速在预设转速阈值范围内时获取所述驱动电机2当前的实际直轴电压和实际交轴电压；角度计算模块5，与所述参数获取模块相连，用于根据所述实际直轴电压和实际交轴电压计算所述驱动电机2的实际零位角度θ2；以及角度更新模块6，分别与所述角度计算模块5和所述电机控制器3相连，用于采用所述实际零位角度θ2更新所述电机控制器3储存的驱动电机2的原始零位角度θ1，同时将电机控制器3的所述零位校正标志位的所述标志值从所述预设数值恢复至初始值。
23.本发明实施例通过校正触发模块1读取所述电机控制器的零位校正标志位的标志值，根据电机控制器3的控制原理，当零位校正标志位的标志值为预设数值则表明驱动电机2的零位角需要校正，然后通过参数获取模块4在机动车当前的实际请求转矩为零且实际转速满足预设转速阈值范围时获取驱动电机2当前的实际直轴电压和实际交轴电压，根据驱动电机2的驱动原理，当机动车的实际请求转矩为零时，机动车处于滑行状态，其交轴电流和直轴电流为零，同时驱动电机2在转速较高的预设转速阈值范围内时，获取的实际直轴电压和实际交轴电压的误差更小，从而通过角度计算模块5根据所述实际直轴电压和实际交轴电压计算所述驱动电机2的实际零位角度θ2时，计算获得的实际零位角度θ2的误差更小，最后，通过角度更新模块6采用计算获得的实际零位角度θ2更新所述电机控制器3储存的驱动电机2的原始零位角度θ1，实现驱动电机2的零位角的校正；同时将电机控制器3的所述零位校正标志位的所述标志值从所述预设数值恢复至初始值，表明角度校正过程完成，能在机动车行驶过程中实现旋变零位的自动校正，提高驾驶安全性。
24.具体而言，根据永磁同步电机在交轴和直轴的电压方程，如以下公式所示：其中，ud为永磁同步电机的直轴电压，uq为永磁同步电机的交轴电压，id为永磁同步电机的直轴电流，iq为永磁同步电机的交轴电流，rs为永磁同步电机的相电阻，ld为永磁同步电机的直轴电感，lq为永磁同步电机的交轴电感，ψ为永磁同步电机永磁体的磁链值，ωe为永磁同步电机的转速；结合公式1，在机动车运行中，若机动车的实际请求转矩为零，其交轴和直轴电流清零，可以得到一个交轴电压uq与磁链相关的等式：最后，受到逆变器输出最大电压的限制，在高转速区域需要弱磁电流来抑制电机反电动势，所以在高速区区域，机动车的实际请求转矩为零时驱动电机的直轴电流不可以为零；然而，考虑到在电机低速区时，反电动势较小，电机控制器3中计算出的交轴参考电压误差较大，影响零位补偿的精度；因此，可零位角进行校正的预设转速阈值范围应该设置在驱动电机2的转折转速的80％左右；例如：峰值转速为12000rpm、峰值转矩为300nm以及峰值功率为150kw的驱动电机，依据上述条件其可零位角进行校正的预设转速阈值应该在
3800rpm左右；另外，机动车的实际请求转矩为零时，考虑驱动电机受到惯性影响，故设定一个
±
100rpm的误差区间，即预设转速阈值范围为[3700，3900]。
[0025]
另外，由结合公式1和图2所示，其中，θe为转动角，α-0-β为静止坐标系，s表示交轴q和直轴d的合成矢量，ωe箭头所指代方向表示驱动电机2的转速方向；实际直轴电压ud与实际交轴电压uq的比值为零位角的正切值，因此，实际零位角度θ2的表达式如下：在具体实施时，可以理解的是，所述电机控制器3的零位校正标志位的原始标志值通常为0；在需要进行零位角校正时，通常零位校正标志位的标志值通常为置为1，即预设数值；所述将零位校正标志位的标志值从所述预设数值恢复至初始值即将零位校正标志位的标志值从1重新置为0，即初始值。
[0026]
在本发明一个可选实施例中，所述角度更新模块4采用预设的单位过渡时长t1和总过渡时长t2将所述原始零位角度θ1经由若干过渡零位角度θ0平滑过渡至所述实际零位角度θ2，所述过渡零位角度其中，n的初始值为1且每经过所述单位过渡时长t1加1直至实际时长达到所述总过渡时长t2，m表示所述总过渡时长t2与所述单位过渡时长t1的比值，且m为正整数。本实施例中，采用平滑过渡方式逐渐将实际零位角度θ2写入电机控制器3内，从而避免电机控制器3内存储的零位角发生突变影响驾驶安全性。
[0027]
在具体实施时，可以理解的是，可以灵活设计单位过渡时长t1和总过渡时长t2从而改变过渡时间，以提高驾驶安全性。例如：单位过渡时长t1＝2ms，总过渡时长t2＝2s，因此，m＝2000，n的初始值为1，每经过2ms，n加1进行计算，θ0也随之逐渐从原始零位角度θ1向实际零位角度θ2变化，经过2s后，n＝m，则θ0＝θ2。
[0028]
在本发明一个可选实施例中，如图3所示，所述装置还包括：报警模块7，与所述角度计算模块5相连，用于计算所述实际零位角度θ2和所述原始零位角度θ1的角度差值的实际绝对值，当所述实际绝对值大于预设角度差值阈值时进行报警。
[0029]
本实施例中，还通过当实际零位角度θ2和所述原始零位角度θ1的角度差值的实际绝对值大于预设角度差值阈值时，即通过报警模块7进行报警，例如：当实际绝对值大于10
°
时，可认为驱动电机2出现零位角偏移过大而出现故障，此时，应采取限扭，跛行等措施，及时进行维修。
[0030]
在本发明一个可选实施例中，如图3所示，所述装置还包括：标志值修改模块8，与所述电机控制器3相连，用于分别实时检测驱动电机2的实际环境温度和电机控制器3的弱磁pi回路的实际输出量，当所述实际环境温度处于预设常温阈值且所述实际输出量大于预设输出量时将所述电机控制器3的零位校正标志位的标志值从初始值修改为所述预设数值。本实施例中，结合电机控制原理，当驱动电机2的弱磁pi回路的实际输出量大于预设输出量时，通常是由于驱动电机2的工作温度异常导致，而当实际环境温度处于预设常温阈值(通常为：25℃-35℃)且弱磁pi回路的实际输出量大于预设输出量时，则通常表面驱动电机2的零位角发生偏移，此时，将电机控制器2的零位补偿标志位置为预设数值(即为1)。
[0031]
在具体实施时，将电机控制器2的零位补偿标志位置为预设数值后，还可以更新电
机控制器2的存储空间，从而避免此次系统运行过程中机动车的实际转矩请求和实际转速无法满足零位校正的条件，则在后续电机控制器2运行过程中择机完成零位校正。
[0032]
在本发明一个可选实施例中，如图3所示，所述装置还包括：参数滤波模块9，分别与所述参数获取模块4和所述角度计算模块5相连，用于分别对参数获取模块4获取的所述实际直轴电压和实际交轴电压进行均值滤波后输出给角度计算模块5。本实施例中，还通过参数滤波模块9对获取的所述实际直轴电压和实际交轴电压进行均值滤波，减小误差，提高最终计算获得实际零位角度θ2的准确度。
[0033]
另一方面，如图4所示，本发明实施例再提供一种机动车驱动电机的旋变零位校正方法，包括以下步骤：s1：读取及分析驱动电机2的电机控制器3的零位校正标志位的标志值，并在所述标志值为预设数值时输出零位校正指令；s2：根据所述零位校正指令获取机动车当前的实际请求转矩和驱动电机的实际转速，当所述实际请求转矩为零且所述实际转速在预设转速阈值范围内时获取所述驱动电机2当前的实际直轴电压和实际交轴电压；s3：根据所述实际直轴电压和实际交轴电压计算所述驱动电机2的实际零位角度θ2；以及s4：采用所述实际零位角度θ2更新所述电机控制器3储存的驱动电机2的原始零位角度θ1，同时将电机控制器3的所述零位校正标志位的所述标志值从所述预设数值恢复至初始值。
[0034]
本发明实施例通过上述方法，读取所述电机控制器的零位校正标志位的标志值，根据电机控制器3的控制原理，当零位校正标志位的标志值为预设数值则表明驱动电机2的零位角需要校正，然后通过在机动车当前的实际请求转矩为零且实际转速满足预设转速阈值范围时获取驱动电机2当前的实际直轴电压和实际交轴电压，根据驱动电机2的驱动原理，当机动车的实际请求转矩为零时，机动车处于滑行状态，其交轴电流和直轴电流为零，同时驱动电机2在转速较高的预设转速阈值范围内时，获取的实际直轴电压和实际交轴电压的误差更小，从而根据所述实际直轴电压和实际交轴电压计算所述驱动电机2的实际零位角度θ2时，计算获得的实际零位角度θ2的误差更小，最后，通过采用计算获得的实际零位角度θ2更新所述电机控制器3储存的驱动电机2的原始零位角度θ1，实现驱动电机2的零位角的校正；同时将电机控制器3的所述零位校正标志位的所述标志值从所述预设数值恢复至初始值，表明角度校正过程完成，能在机动车行驶过程中实现旋变零位的自动校正，提高驾驶安全性。
[0035]
在本发明一个可选实施例中，采用预设的单位过渡时长t1和总过渡时长t2将所述原始零位角度θ1经由若干过渡零位角度θ0平滑过渡至所述实际零位角度θ2，所述过渡零位角度其中，n的初始值为1且每经过所述单位过渡时长t1加1直至实际时长达到所述总过渡时长t2，m表示所述总过渡时长t2与所述单位过渡时长t1的比值，且m为正整数。本实施例中，采用平滑过渡方式逐渐将实际零位角度θ2写入电机控制器3内，从而避免电机控制器3内存储的零位角发生突变影响驾驶安全性。
[0036]
在本发明一个可选实施例中，所述方法还包括以下步骤：
计算所述实际零位角度θ2和所述原始零位角度θ1的角度差值的实际绝对值，当所述实际绝对值大于预设角度差值阈值时进行报警。本实施例中，还通过当实际零位角度θ2和所述原始零位角度θ1的角度差值的实际绝对值大于预设角度差值阈值时，即进行报警，例如：当实际绝对值大于10
°
时，可认为驱动电机2出现零位角偏移过大而出现故障，此时，应采取限扭，跛行等措施，及时进行维修。
[0037]
在本发明一个可选实施例中，所述方法还包括执行于步骤s1之前的步骤：分别实时检测驱动电机2的实际环境温度和电机控制器的弱磁pi回路的实际输出量，当所述实际环境温度处于预设常温阈值且所述实际输出量大于预设输出量时将所述电机控制器3的零位校正标志位的标志值从初始值修改为所述预设数值。本实施例中，结合电机控制原理，当驱动电机2的弱磁pi回路的实际输出量大于预设输出量时，通常是由于驱动电机2的工作温度异常导致，而当实际环境温度处于预设常温阈值(通常为：25℃-35℃)且弱磁pi回路的实际输出量大于预设输出量时，则通常表面驱动电机2的零位角发生偏移，此时，将电机控制器2的零位补偿标志位置为预设数值(即为1)。
[0038]
在本发明一个可选实施例中，所述方法还包括以下步骤：分别对获取的所述实际直轴电压和实际交轴电压进行均值滤波后输出用以计算所述驱动电机2的实际零位角度θ2。本实施例中，还通过对获取的所述实际直轴电压和实际交轴电压进行均值滤波，减小误差，提高最终计算获得实际零位角度θ2的准确度。
[0039]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。