用于校正解析器偏移量的方法和系统与流程

本发明涉及校正解析器偏移量的技术。更具体地，本发明涉及一种校正解析器偏移量的方法和系统，其中可简单地测量和校正用于诸如混合动力车辆等生态友好车辆中的电机控制的解析器偏移量。

背景技术：
当今，由于高油价和CO2限制，已对能够替代常规内燃机车辆的诸如混合动力车辆、纯电动车辆、燃料电池车辆等生态友好车辆不断地进行研究。这些生态友好车辆通常使用电动机(牵引电机)作为驱动源。大多数情況下，具有大功率和高效率的永磁同步电动机通常用作牵引电机，例如，内置式永磁同步电动机。生态友好车辆上还安装有用于电机控制的逆变器系统，并且使用解析器检测用于电机控制的电机转子的绝对角位置θ。众所周知，解析器安装在混合动力车辆的集成起动机和发电机(ISG)以及牵引电机上。图1是混合动力车辆的驱动系统的示意图。如图1中所示，混合动力车辆具有作为驱动源的发动机11、牵引电机14、以及牵引电机14与传动轴16之间的变速器15排列成一行的布局。牵引电机14与变速器15彼此串行连接，并且发动机11和牵引电机14通过置于两者之间用于功率传输的离合器13彼此连接，使得可根据离合器13的状态对功率传输进行控制。此外，用于在启动期间向发动机11提供旋转力(输出起动转矩)的电动机，即，ISG12连接于发动机11。在这种结构中，当离合器13分离时，车辆的传动轴16仅由牵引电机14驱动。当离合器13接合时，传动轴16可由发动机11和牵引电机14驱动。当离合器13锁定时，ISG12和牵引电机14可由发动机11的转矩旋转，在这种情况下，发动机11、ISG12和牵引电机14全部以相同的速度旋转。在这种情况下，ISG12和牵引电机14充当发动机11的负载，使得在ISG12和牵引电机14中生成反电动势，且两者作为用于对电池充电的发电机来操作。在车辆生产线的最后阶段，在离合器接合并且发动机空转时的牵引电机与ISG的转子位置偏移量(即，电机转子的位置与解析器转子的位置之间的差值)，需要进行测量并存储在电机控制单元(MCU)中。通过这样做，MCU可通过测量的偏移量校正解析器的输出信号，因而可在电机控制中反映电机转子的精确位置。前述的解析器用来测量相对于电机定子的、用于电机控制的电机转子的绝对角位置θ，并且在电动机和解析器的初始装配中，由于诸如电动机与解析器之间的装配公差、解析器的内部线圈的位置的误差等若干原因，电动机与解析器之间的转子位置偏移量是不可避免的。最终，在不通过偏移量校正解析器的输出信号的情况下，在电机控制期间反映准确的转子位置是不可能的。为此，当在生产过程中完成了电动机与解析器之间的装配时，必须测量并存储偏移量以便准确地校正解析器的输出信号。当由于故障而替换ISG或牵引电机时，或者当替换存储有用于解析器的偏移量的MCU时，用于牵引电机或ISG的解析器位置偏移量必须再次重新测量并重新存储在MCU中以便进行准确的偏移量校正。在这种情况下，主要在服务中心而非车辆生产阶段执行解析器偏移量的测量和存储，因而由于人为失误，可能会在替换后未重新测量解析器偏移量。因而，除非重新测量了解析器偏移量，否则在替换后启动车辆之前必须测量解析器偏移量。此外，因为在启动期间必须测量解析器偏移量，所以应当相当迅速地执行偏移量的测量。然而，在启动发动机之后将电流控制为0至PI控制、然后测量解析器偏移量的常规方法中，电动机的当前动力是时变系统。因而，很难确保将电流准确地控制为0至PI控制，并且由于发动机速度的改变，偏移量测定值可能会不正确。此外，在不启动发动机的情况下测量解析器位置偏移量的常规方法是一种复杂的过程，因而需要大量的时间来执行，从而降低了车辆生产效率。

技术实现要素：
本发明已致力于解决与现有技术相关的上述问题，并且提供一种准确和简单地测量并校正装配在混合动力车辆等生态友好车辆的电动机(即，安装有解析器的牵引电机/ISG)上的解析器的偏移量的技术。一方面，本发明提供一种用于校正解析器偏移量的方法，该方法包括偏移量测量处理。偏移量测量处理包括：在完成将解析器装配至电动机之后，使用能够将旋转力传递至电动机的旋转装置旋转电动机；设定电压指令，并根据电压指令对电动机进行电流控制；在电动机的电流控制期间，获得作为反馈电流的d轴电流和q轴电流；检查何时状态成为d轴电流和q轴电流在设定范围内恒定的稳定状态；以及当确定状态是稳定状态时，使用(d轴电流/q轴电流)、从d轴电流和q轴电流计算解析器偏移量在一个示例性实施例中，在由旋转装置旋转电动机时获得d轴电流和q轴电流之后，基于下列等式，从所获得的d轴电流和q轴电流计算电压指令：Vd＝-ω(L1+L2)iq-KidVq＝ω(L1+L2)id-Kiq……………………………………(E1),其中Vd表示d轴电压指令，Vq表示q轴电压指令，ω表示电机转子角速度，L1和L2表示电感常数，id表示d轴电流，iq表示q轴电流，K表示控制常数。在另一个优选实施例中，在解析器偏移量的计算中，d轴电流和q轴电流是以设定的采样时间间隔获得的d轴电流(id)的平均值和q轴电流(iq)的平均值，并且解析器偏移量通过下式计算：其中表示d轴电流的平均值，表示q轴电流的平均值。在又一个优选实施例中，d轴电流和q轴电流是通过使用解析器检测值，对由电流传感器测量的电动机上的电流执行坐标转换而获得的。另一方面，本发明提供一种用于校正解析器偏移量的系统，该系统包括：电动机；经由离合器选择性地连接于电动机的旋转装置；以及控制器，其配置为：在使用能够将旋转力传递至电动机的旋转装置旋转电动机的同时，设定电压指令并根据电压指令对电动机进行电流控制；在电动机的电流控制期间，获得作为反馈电流的d轴电流和q轴电流；确定何时状态成为d轴电流和q轴电流在设定范围内恒定的稳定状态；以及当确定是稳定状态时，通过使用(d轴电流/q轴电流)、从d轴电流和q轴电流计算解析器偏移量在一个示例性实施例中，在由旋转装置旋转电动机时获得d轴电流和q轴电流之后，控制器基于下列等式，从所获得的d轴电流和q轴电流计算电压指令：Vd＝-ω(L1+L2)iq-KidVq＝ω(L1+L2)id-Kiq…………………………………(E1),其中Vd表示d轴电压指令，Vq表示q轴电压指令，ω表示电机转子角速度，L1和L2表示电感常数，id表示d轴电流，iq表示q轴电流，K表示控制常数。在另一个优选实施例中，在计算解析器偏移量的处理中，d轴电流和q轴电流是以设定的采样时间间隔获得的d轴电流(id)的平均值和q轴电流(iq)的平均值，并且解析器偏移量通过下式计算：其中表示d轴电流的平均值，表示q轴电流的平均值。在又一个优选实施例中，d轴电流和q轴电流是通过使用解析器检测值，对由电流传感器测量的电动机上的电流执行坐标转换而获得的。以下论述本发明的其它方面和优选实施例。附图说明现在将参照附图所示的一种示例性实施例，详细说明本发明的以上及其它特征，附图在下文中仅以例示的方式给出，因此不限制本发明，并且其中：图1是常规的混合动力车辆的驱动系统的示意图；图2是根据本发明的示例性实施例的解析器偏移量方法的流程图；并且图3是用于说明在根据本发明的示例性实施例的测量解析器偏移量的处理中使用d轴电流和q轴电流的平均值的图。应当理解的是，附图并不必然按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的某种程度的简化表现形式。本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由特定目的的应用和使用环境来确定。在图中，贯穿附图的多幅图中相同的附图标记表示本发明的相同或等效的部分。具体实施方式以下，将参照附图详细说明本发明的示例性实施例，以使本领域的普通技术人员能够容易地实施本发明。虽然将结合示例性实施例说明本发明，但是将会理解的是，本说明书并非意图将本发明限制于示例性实施例。相反地，本发明意在不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、改型、等效形式及其它实施方式。应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其它代用燃料车辆(例如，从石油以外的资源获得的燃料)。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，例如既具有汽油动力又具有电动力的车辆。此外，本发明的控制逻辑可实现为包含由处理器、控制器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。计算机可读介质的实例包括但不局限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可分布在网络连接的计算机系统中，使得例如通过服务器或网络，以分布方式来存储并执行计算机可读介质。另外，虽然示例性实施例描述为使用一个控制单元执行以上处理，但可以理解的是，以上处理也可由多个控制单元、控制器、处理器等来执行。本发明涉及一种测量和校正生态友好车辆的解析器偏移量的方法，其可特别有效地应用于安装有能够强制驱动电动机的车载旋转装置(即发动机)的混合动力车辆。此方法还可更加准确和简单地测量和校正混合动力车辆的牵引电机与装配至集成起动机和发电机(ISG)的解析器之间的偏移量(例如，电机转子的位置与解析器转子的位置之间的差值)。在本发明中，如以下将要说明的，在偏移量测量处理中需要电动机的强制旋转。对于混合动力车辆，可使用发动机来转动安装有解析器的牵引电机和ISG，使得由于ISG串行连接于发动机，所以可仅通过启动发动机来转动ISG，并可通过在离合器接合时启动发动机来转动牵引电机。当在车辆生产厂中，为了电动机的旋转而设置分离的装置或者使车辆配置为将电动机转轴连接至分离设置在车辆外部的强制旋转装置(例如，外置发动机、电动机等)时，本发明可应用于电动车辆、燃料电池车辆等的牵引电机和解析器装配之后的位置偏移量测量。图2是根据本发明的示例性实施例的解析器偏移量方法的流程图，并且图3是用于说明在根据本发明的示例性实施例的测量解析器偏移量的处理中使用d轴电流和q轴电流的平均值的图。在说明本发明之前，以下将首先进行理论说明。当通过旋转装置旋转电动机时，通过等式1、等式2和等式3确定电压指令，其中在等式1的dq轴电压指令(Vd,Vq)中所使用的dq轴电流(id,iq)，是从由电流传感器实际测量的abc轴三相电流(ia,ib,ic)通过使用公式2获得的，而abc轴三相电压指令(Va,Vb,Vc)可使用等式3来获得。Vd＝-ω(L1+L2)iq-KidVq＝ω(L1+L2)id-Kiq……………………………………(1),其中ω表示电机转子角速度，L1和L2表示电感常数，K表示控制常数，并且其中θ表示在解析器偏移量的校正之前由解析器测量的电机转子的绝对角位置。即，θ包括解析器偏移量从电动机的abc轴(三相)电压微分方程及等式1和2，可如下获得dq轴电压微分方程。其中，R,L1,L2和φf分别表示电机电阻、电感常数和磁通量大小，并且id,iq,Vd,Vq和ω分别表示d轴电流、q轴电流、d轴电压、q轴电压、和电机转子的角速度(即，从解析器检测信号获得)。表示将在本发明中测量的解析器偏移量，而电机转子的角速度ω，由于是转子位置θ的微分值，因而不包括误差。通过将乘以等式1的第一行，并将乘以等式1的第二行，然后将相乘的结果相加，可如下获得等式5。其中如下定义为x。从等式5和6，可如下获得等式7。当在等式1中控制电流时，可通过用等式1替换等式7而获得等式8。其中，由于L1＞L2，因而A＞0，使得随着t→∞，因而，满足等式9中的条件。在等式9中，已经证明了上行中的等式，并且通过证明id和iq的绝对值是有界限的，完成等式9的证明。为了证明id和iq的绝对值是有界限的，如下选择莱普诺夫函数。其中M表示正定矩阵。最终，可通过对时间求微分而将等式10重写为等式11，并且从等式11可以看出，系统的状态变量x(参见等式6)最终是有界限的，使得可在等式9中看出，id和iq的绝对值是有界限的。其中，K选择为满足并且由于ω与发动机转速一致，且在预定范围内驱动发动机，因此可毫无问题地选择K。在将解析器装配于电动机之后，测量电机转子位置与解析器转子位置之间的差值，即，解析器偏移量，并将其存储在MCU中，此后在电机控制中，由存储在MCU中的偏移量来校正从解析器输出信号获得的位置测量值，以将正确的位置信息(即，电机转子的绝对角位置信息)用于电机控制(诸如转速反馈控制、电流反馈控制等)。现在将对根据本发明的偏移量测量处理进行详细说明。参照图2，在装配解析器之后，在步骤S11，通过用于测量解析器偏移量的旋转装置，使装配了解析器的电动机(牵引电机或ISG)以预定速度强制旋转。在混合动力车辆中，旋转装置是能够将转动功率传送给电动机的发动机。即，在混合动力车辆中，发动机在离合器锁定状态下启动，并在怠速状态下驱动，在这种情况下，因为离合器处于锁定状态，所以发动机的转矩传送给的牵引电机和ISG也如在发电中一样旋转。在此状态下，在步骤S12，设定用于电机电流控制的电压指令，以便根据电压指令对电动机进行电流控制(例如，根据电压指令控制施加于电动机的三相电流)，并且通过使用在电机电流控制状态下新获得的d轴电流id和q轴电流iq，可获得解析器位置偏移量。即，在从等式9经过足够长的时间之后，可获得诸如等式12的关系式，并且最终，解析器偏移量可定义为等式13，使得通过根据电压指令在电机电流控制状态下从解析器检测信号(例如，位置检测信号)获得d轴电流id和q轴电流iq，可通过等式13获得解析器偏移量在电机电流控制处理中，使用从解析器输出信号获得的d轴电流和q轴电流来计算电压指令，并且此时，由电流传感器测量abc轴电流(ia,ib,ic)，并且通过使用公式2，可从abc轴电流(ia,ib,ic)获得dq轴电流(id,iq)。此外，从dq轴电流(id,iq)获得dq轴电压指令(Vd,Vq)。为将dq轴电压指令转换成abc轴三相电压指令，从等式3获得的abc轴三相电压指令(Va,Vb,Vc)用于控制。因此，当存在诸如等式2和等式3的转换矩阵的关系式时，通过诸如等式1的电压指令执行电流控制，并且在自此经过充足的时间之后，可使用等式13从等式12的结果获得解析器偏移量作为电机控制反馈电流的d轴电流和q轴电流是基于解析器输出信号(例如，位置检测信号)和用于检测电动机的三相电流的电流传感器输出信号来计算的。很好理解的是，使用等式2来计算d轴电流和q轴电流(即，电机控制状态反馈电流，即，d轴和q轴反馈电流)。简而言之，电机转子的绝对角位置θ是通过装配至电动机的解析器检测的，并且相电流(ia,ib,ic)是通过安装在电动机上的电流传感器检测的。在通常的电机控制中，通过使用由解析器检测的位置信息，三相/dq坐标转换器将电流传感器所检测的相电流(ia,ib,ic)转换为d轴电流(id)(即，磁通电流)和q轴电流(iq)(即，转矩电流)，并且所获得的d轴电流和q轴电流用作反馈电流，用于生成用于电机控制的转速指令、转矩指令、电压指令等。在本发明中，在装配解析器之后的电机强制驱动状态中，从解析器和电流传感器的检测信号获得d轴电流(id)和q轴电流(iq)，然后从获得的d轴电流(id)和q轴电流(iq)来计算根据电机规格的等式1的电压指令(Vd,Vq)，此后基于计算的电压指令对电动机进行电流控制(图2的步骤S12)。根据计算的d轴和q轴电压指令执行的电机电流控制包括：在三相/dq坐标转换器上，通过使用由解析器检测的电机转子的绝对角位置、将d轴和q轴电压指令坐标转换为三相(a，b，c)电压指令的处理(使用公式2执行)，以及根据三相电压指令控制施加于电动机的三相电流的处理。根据三相电压指令控制三相电流的处理可包括这样的处理：其中三相电压指令输入至空间矢量脉宽调制算法模块以生成开关控制信号的占空比(Du,Dv,Dw)，并且PWM逆变器基于占空比控制施加于永磁同步电动机的三相电流。坐标转换器的坐标转换处理以及使用空间矢量脉宽调制的占空比生成和三相电流控制处理是很好理解的，因此将不作详细说明。同时，在电机电流控制状态下，在步骤S13中检查在设定时间内何时状态成为从解析器的输出信号和电流传感器的输出信号获得的d轴电流(id)和q轴电流(iq)在设定范围内几乎恒定的状态，即，d轴电流和q轴电流在该范围内不大量改变的正常状态；当状态成为d轴电流和q轴电流不改变的正常状态时，使用d轴电流(id)和q轴电流(iq)从等式13计算解析器偏移量(步骤S14和S15)。在d轴电流和q轴电流的测量中可能存在噪音的影响，所以在偏移量的计算中，需要将噪音的影响减至最小。为此，当使用d轴电流(id)和q轴电流(iq)从等式13计算解析器偏移量时，期望使用以预设的采样时间间隔获得的d轴电流(id)和q轴电流(iq)的平均值即，由于来自解析器和电流传感器的传感器噪音，以预定时间间隔获得的d轴电流(id)和q轴电流(iq)可能是如图3中所示随时间变化的值。为了使噪音的影响减至最小，获得并使用以预定时间间隔获得的预定数目的d轴电流(id)和q轴电流(iq)的平均值。当以多(n)个采样次数获得的d轴电流的平均值和q轴电流的平均值分别是和时，其可表示如下。当使用平均值时，用于偏移量计算的等式13可用等式15来表示，并且根据d轴电流的平均值和q轴电流的平均值可使用等式15来获得解析器偏移量(图2的步骤S15)。一旦获得并存储了解析器偏移量即在电机控制期间使用偏移量校正由解析器检测的转子绝对角位置θ，使得消除了解析器偏移量的准确的电机控制成为可能。有利地，可通过在解析器装配之后进行初始电机强制驱动、基于等式1进行电机电流控制、根据在电机电流控制状态下获得的d轴电流和q轴电流的测量值进行偏移量计算、以及利用计算的偏移量进行解析器检测值的校正，这一简单的处理来执行解析器偏移量测量和校正。因而，当与常规方法相比较时，可显著地减少解析器偏移量测量时间，并可有效地解决由于发动机速度的改变而引起的常规方法(PI控制逻辑)中的解析器偏移量测量值的准确性问题。因此，利用根据本发明的校正解析器偏移量的技术，可通过在解析器装配之后进行初始电机强制驱动、基于等式1进行电机电流控制、通过根据在电机电流控制状态下测量的a轴、b轴和c轴电流值计算d轴电流和q轴电流来进行偏移量计算、以及利用计算的偏移量进行解析器检测值的校正，这一简单的处理来执行解析器偏移量测量和校正。因而，当与常规方法相比较时，可显著地减少解析器偏移量测量时间，并可有效地解决由于发动机速度的改变而导致的常规方法(PI控制逻辑)中的解析器偏移量测量值的准确性问题。虽然已详细说明了本发明的示例性实施例，但是本发明的保护范围并不局限于前述实施例，而且本领域技术人员将会理解的是，使用所附权利要求中所限定的本发明的基本概念进行的各种修改和改进也包括在本发明的保护范围内。