專利名稱：新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種新能源汽車(純電動(dòng)汽車、或混合動(dòng)力汽車中純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式)的電機(jī)控制方法，特別是涉及在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法。
背景技術(shù)：
請(qǐng)參閱圖1，這是新能源汽車中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括高壓電池10、電機(jī)控制器20和永磁同步電機(jī)30。高壓電池10向電機(jī)控制器20輸出高壓直流電流以提供能量。高壓電池10也可以從電機(jī)控制器20獲得輸入的高壓直流電流以充電。電機(jī)控制器20的直流端與高壓電池10相連，交流端與永磁同步電機(jī)30的三相交流電端口相連，起到驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)30輸出扭矩與功率，以及反饋永磁同步電機(jī)30的制動(dòng)能量的作用。常見的電機(jī)控制器20采用三相橋式逆變器，由支撐電容C和三個(gè)橋臂并聯(lián)組成。每個(gè)橋臂由兩個(gè)功率開關(guān)器件串聯(lián)組成，每個(gè)功率開關(guān)器件還反向并聯(lián)一個(gè)二極管。常用的功率開關(guān)器件包括IGBT器件、MOS管等。永磁同步電機(jī)30的機(jī)械輸出軸與電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)相連,為電動(dòng)汽車輸出扭矩與功率。當(dāng)永磁同步電機(jī)30被高速拖動(dòng)時(shí),也反過來生成三相交流電。新能源汽車通常采用永磁同步電機(jī)30作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)控制器20通常采用基于空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的控制技術(shù)。在永磁同步電機(jī)30的轉(zhuǎn)速大于某值(由于永磁同步電機(jī)30的轉(zhuǎn)速由電機(jī)控制器20輸出電流的基頻頻率決定，該條件也可轉(zhuǎn)換為電機(jī)控制器20輸出電流的基頻頻率大于例如20Hz)時(shí)，電機(jī)控制器20通過三個(gè)橋臂的六個(gè)功率開關(guān)器件輪換導(dǎo)通輸出正弦電流。當(dāng)車輛駐坡啟動(dòng)或驅(qū)動(dòng)輪被障礙物堵住導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)稱為電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況，此時(shí)電機(jī)控制器20通過特定的功率開關(guān)器件導(dǎo)通后輸出直流電流，永磁同步電機(jī)30的輸出力矩因此恒定。在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下，電機(jī)控制器20的電流輸出能力受限于功率開關(guān)器件的電流導(dǎo)通能力。由于功率開關(guān)器件的電流導(dǎo)通能力通常較低，從而導(dǎo)致在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下永磁同步電機(jī)30的輸出力矩達(dá)不到驅(qū)動(dòng)整車爬坡或越過障礙物的要求。通常，電機(jī)控制器20在檢測(cè)到永磁同步電機(jī)30處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，出于保護(hù)功率開關(guān)器件的目的會(huì)主動(dòng)對(duì)永磁同步電機(jī)30的輸出力矩進(jìn)行限制，這進(jìn)一步降低了車輛爬坡或跨越障礙物的能力。針對(duì)電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況，目前通用的做法是通過提高功率開關(guān)器件的電流導(dǎo)通能力來增大永磁同步電機(jī)30的輸出力矩大小，而這會(huì)帶來成本的較大提升。
發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)新能源汽車的電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況，提供一種電機(jī)控制方法，可以有效地提升永磁同步電機(jī)的輸出力矩，從而驅(qū)動(dòng)整車爬坡或越過障礙物。為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法為:一旦電機(jī)控制器判斷出永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況，則采用虛擬的電機(jī)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器的輸入，以使電機(jī)控制器向永磁同步電機(jī)輸出正弦電流；直至電機(jī)控制器判斷出永磁同步電機(jī)不再為堵轉(zhuǎn)工況，則放棄以虛擬的電機(jī)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器的輸入。本申請(qǐng)可使永磁同步電機(jī)在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的輸出力矩達(dá)到或接近于非堵轉(zhuǎn)工況下的最大力矩，從而可以滿足車輛在駐坡啟動(dòng)或驅(qū)動(dòng)輪被障礙物堵住情況下短暫的大力矩需要，既可使車輛克服阻力，也能讓永磁同步電機(jī)跳出堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。
圖1是新能源汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本申請(qǐng)新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法的流程圖；圖3是本申請(qǐng)判斷電機(jī)是否為堵轉(zhuǎn)工況的方法的流程圖；圖4是本申請(qǐng)的偏置信號(hào)與功率開關(guān)器件的溫度之間的變化關(guān)系；圖5是本申請(qǐng)所述控制方法應(yīng)用于永磁同步電機(jī)后的輸出力矩。圖中附圖標(biāo)記說明:10為高壓電池；20為電機(jī)控制器；30為永磁同步電機(jī)。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2，本申請(qǐng)新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法為:一旦電機(jī)控制器判斷出永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況，則采用虛擬的電機(jī)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器的輸入，以使電機(jī)控制器向永磁同步電機(jī)輸出正弦電流。直至電機(jī)控制器判斷出永磁同步電機(jī)不再為堵轉(zhuǎn)工況，則放棄以虛擬的電機(jī)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器的輸入。請(qǐng)參閱圖3，這是電機(jī)控制器判斷永磁同步電機(jī)是否處于堵轉(zhuǎn)工況的方法。其包括如下步驟:第I步，電機(jī)控制器采集永磁同步電機(jī)的位置傳感器信號(hào)，得到永磁同步電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速；第2步，電機(jī)控制器采集永磁同步電機(jī)的三相電流傳感器信號(hào)，得到永磁同步電機(jī)的三相電流ia、ib、i。，再通過派克變換(Park’s Transformation)將定子的a、b、c三相電流ia、ib、i。投影到隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的直軸(d軸)，交軸(q軸)與垂直于dq平面的零軸(O軸)上去，得到id、iq。所述派克變換的公式為:..1 『cos0 cos (0 — 120。) cos (0 + 120。) _ ld _ 2 -sin0 -sin (θ — 120。) -sin (θ + 120。) Pa lq =3 IIIlb
Ll°J ■■ 2 2 2 lc'其中的Θ就是電機(jī)位置信號(hào)，是電機(jī)控制器的輸入。然后，電機(jī)控制器計(jì)算永磁同步電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)矩TrqEm,計(jì)算公式如下:TrqEm = 3p x [-(Lq - Ld) x id + 4Jf] x iq其中，p指永磁同步電機(jī)的極對(duì)數(shù)。Ld和id指dqO坐標(biāo)系中d軸的電感和電流。Lt^P、指(^0坐標(biāo)系中q軸的電感和電流。Wf指永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈。永磁同步電機(jī)的制造商會(huì)給出1^、1^、${與1(1、1(1的關(guān)系，通常列表以供查詢。因而，只要有id、iq即可查表得到Ld、Lq、Wf。優(yōu)選地，對(duì)于計(jì)算出來的永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩TrqEm，還可增加低通濾波器，以濾除掉無用的高頻分量。第3步，當(dāng)永磁同步電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速<第一閾值NO、同時(shí)永磁同步電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)矩>第二閾值TO時(shí)，電機(jī)控制器判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況。否則，電機(jī)控制器判斷永磁同步電機(jī)未處于堵轉(zhuǎn)工況。所述第一閾值NO、第二閾值TO可根據(jù)不同的永磁同步電機(jī)和電機(jī)控制器標(biāo)定得至丨J。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，NO為lOrpm，TO為lOONm。本申請(qǐng)所述方法中，當(dāng)電機(jī)控制器判斷永磁同步電機(jī)未處于堵轉(zhuǎn)工況，則以永磁同步電機(jī)的真實(shí)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器進(jìn)行派克變換的輸入。所述真實(shí)位置信號(hào)由永磁同步電機(jī)的位置傳感器檢測(cè)得到，例如是旋轉(zhuǎn)變壓器，所得到的是以360°為周期的位置信號(hào)。當(dāng)電機(jī)控制器判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況，則以虛擬的電機(jī)位置信號(hào)取代真實(shí)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器進(jìn)行派克變換的輸入。所述虛擬位置信號(hào)為電機(jī)控制器剛剛判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況時(shí)的真實(shí)的電機(jī)位置信號(hào)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)偏置信號(hào)，該偏置信號(hào)的計(jì)算方式預(yù)存在電機(jī)控制器中。`現(xiàn)有的電機(jī)控制器在檢測(cè)到永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，只有一個(gè)橋臂的功率開關(guān)器件輸出電流，因而無法讓永磁同步電機(jī)跳出堵轉(zhuǎn)工況。本申請(qǐng)則采用虛擬的電機(jī)位置信號(hào)，使電機(jī)控制器的三個(gè)橋臂的功率開關(guān)器件協(xié)同工作，輸出正弦電流，從而讓永磁同步電機(jī)跳出堵轉(zhuǎn)工況。請(qǐng)參閱圖4，這是本申請(qǐng)所述的虛擬的電機(jī)位置信號(hào)，其具有最小值Θ ^和最大值ΘΗ。其中的Θ ^表示電機(jī)控制器剛剛判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況時(shí)的真實(shí)的電機(jī)位置信號(hào)，在Θ ^的基礎(chǔ)上起伏變化的部分表示偏置信號(hào)。ΘΗ表示永磁同步電機(jī)剛剛跳出堵轉(zhuǎn)工況時(shí)的虛擬的電機(jī)位置信號(hào)。該偏置信號(hào)與電機(jī)控制器20中的三相橋式逆變器中的功率開關(guān)器件的溫度密切相關(guān)，規(guī)則為:當(dāng)功率開關(guān)器件的溫度上升到Th以上時(shí)，該虛擬位置信號(hào)開始嚴(yán)格單調(diào)遞增；當(dāng)功率開關(guān)器件的溫度下降到 Υ以下時(shí)，該虛擬位置信號(hào)開始嚴(yán)格單調(diào)遞減。該偏置信號(hào)的最小值為0°，最大值為ΘΗ — θ,;顯然，ΘΗ — 0L^ 360°。所述功率開關(guān)器件的實(shí)時(shí)溫度由電機(jī)控制器20預(yù)測(cè)得到，可視為已知量。Th表示功率開關(guān)器件所能允許的最高溫度， Υ表示功率開關(guān)器件的溫度區(qū)間的最低溫度，兩者均由標(biāo)定得到。圖4中，虛擬的電機(jī)位置信號(hào)兩次達(dá)到了最大值ΘΗ。這表明，處于對(duì)功率開關(guān)器件的溫度保護(hù)的考慮，虛擬的電機(jī)位置信號(hào)達(dá)到最大值的時(shí)間可能比較短，在比較短的時(shí)間內(nèi)永磁同步電機(jī)的輸出力矩仍不足以克服車輛的阻力矩。在虛擬的電機(jī)位置信號(hào)一次或多次達(dá)到最大值后，總有一次達(dá)到最大值的時(shí)間足夠長(zhǎng)，以使永磁同步電機(jī)的輸出力矩足以克服車輛的阻力矩。請(qǐng)參閱圖5，采用本申請(qǐng)所述控制方法后，當(dāng)永磁同步電機(jī)的輸出力矩增大到足夠克服車輛阻力矩后，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使永磁同步電機(jī)跳出堵轉(zhuǎn)工況，進(jìn)入正常模式。圖5中的橫坐標(biāo)表不偏置信號(hào)的旋轉(zhuǎn)角度，縱坐標(biāo)表不永磁同步電機(jī)的輸出力矩(即轉(zhuǎn)矩、扭矩)。圖5中的A點(diǎn)是電機(jī)控制器剛剛判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況時(shí)，B點(diǎn)是采用本申請(qǐng)所述控制方法后永磁同步電機(jī)輸出最大力矩時(shí)。通常，永磁同步電機(jī)所輸出的最大力矩均能克服車輛的阻力矩。從A點(diǎn)到B點(diǎn)之間，當(dāng)永磁同步電機(jī)所輸出的力矩剛剛大于車輛的阻力矩時(shí)，即可使永磁同步電機(jī)跳出堵轉(zhuǎn)工況。根據(jù)電機(jī)控制器剛剛判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況時(shí)的真實(shí)電機(jī)位置信號(hào)的不同，偏置信號(hào)可能為正、或者為負(fù)，才能使永磁同步電機(jī)的輸出力矩增大。圖5中示例性地顯示偏置信號(hào)為負(fù)，使得永磁同步電機(jī)的輸出力矩增大。以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，其特征是，一旦電機(jī)控制器判斷出永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況，則采用虛擬的電機(jī)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器的輸入，以使電機(jī)控制器向永磁同步電機(jī)輸出正弦電流；直至電機(jī)控制器判斷出永磁同步電機(jī)不再為堵轉(zhuǎn)工況，則放棄以虛擬的電機(jī)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，其特征是，電機(jī)控制器判斷永磁同步電機(jī)是否處于堵轉(zhuǎn)工況包括如下步驟: 第I步，電機(jī)控制器采集永磁同步電機(jī)的位置傳感器信號(hào)，得到永磁同步電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速； 第2步，電機(jī)控制器采集永磁同步電機(jī)的三相電流傳感器信號(hào)，得到永磁同步電機(jī)的三相電流，再通過派克 變換和計(jì)算得到永磁同步電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)矩； 第3步，當(dāng)永磁同步電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速<第一閾值、同時(shí)永磁同步電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)矩>第二閾值時(shí)，電機(jī)控制器判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況；否則，電機(jī)控制器判斷永磁同步電機(jī)未處于堵轉(zhuǎn)工況。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，其特征是，所述第一閾值為lOrpm，第二閾值為lOONm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，其特征是，所述方法第2步中，計(jì)算出來的永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩還經(jīng)過低通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，其特征是，所述虛擬位置信號(hào)為電機(jī)控制器剛剛判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況時(shí)的真實(shí)的電機(jī)位置信號(hào)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)偏置信號(hào)，該偏置信號(hào)的計(jì)算方式預(yù)存在電機(jī)控制器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，其特征是，所述的偏置信號(hào)與功率開關(guān)器件的溫度的關(guān)系為:當(dāng)功率開關(guān)器件的溫度上升到Th以上時(shí)，該偏置信號(hào)開始嚴(yán)格單調(diào)遞增；當(dāng)功率開關(guān)器件的溫度下降到 Υ以下時(shí)，該偏置信號(hào)開始嚴(yán)格單調(diào)遞減。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，其特征是，根據(jù)電機(jī)控制器剛剛判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況時(shí)的真實(shí)電機(jī)位置信號(hào)的不同，偏置信號(hào)為正、或者為負(fù)，以使永磁同步電機(jī)的輸出力矩增大。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，其特征是，所述偏置信號(hào)的最小值為0°，最大值為Q11 — θ。Θ,表示電機(jī)控制器剛剛判斷永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況時(shí)的真實(shí)的電機(jī)位置信號(hào)，911表示永磁同步電機(jī)剛剛跳出堵轉(zhuǎn)工況時(shí)的虛擬的電機(jī)位置信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，其特征是，所述虛擬的電機(jī)位置信號(hào)在一次或多次達(dá)到最大值后，使永磁同步電機(jī)的輸出力矩足以克服車輛的阻力矩，即使永磁同步電機(jī)跳出堵轉(zhuǎn)工況。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種新能源汽車在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的控制方法，一旦電機(jī)控制器判斷出永磁同步電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)工況，則采用虛擬的電機(jī)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器的輸入，以使電機(jī)控制器向永磁同步電機(jī)輸出正弦電流；直至電機(jī)控制器判斷出永磁同步電機(jī)不再為堵轉(zhuǎn)工況，則放棄以虛擬的電機(jī)位置信號(hào)作為電機(jī)控制器的輸入。本申請(qǐng)可使永磁同步電機(jī)在電機(jī)堵轉(zhuǎn)工況下的輸出力矩達(dá)到或接近于非堵轉(zhuǎn)工況下的最大力矩，從而可以滿足車輛在駐坡啟動(dòng)或驅(qū)動(dòng)輪被障礙物堵住情況下短暫的大力矩需要，既可使車輛克服阻力，也能讓永磁同步電機(jī)跳出堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。
文檔編號(hào)B60L15/20GK103085680SQ20121055272
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者畢路, 高智, 孔勇進(jìn), 何海 申請(qǐng)人:聯(lián)合汽車電子有限公司