用于電動(dòng)馬達(dá)的場(chǎng)定向控制的馬達(dá)控制器和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電動(dòng)馬達(dá)的場(chǎng)定向控制的馬達(dá)控制器和相應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)現(xiàn)代機(jī)動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)裝置越來(lái)越多地將電動(dòng)機(jī)器用作唯一的驅(qū)動(dòng)裝置或與另一類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)裝置協(xié)同使用(混合驅(qū)動(dòng))。通常借助動(dòng)力電子裝置來(lái)致動(dòng)電動(dòng)機(jī)器，其包括逆變器，該逆變器取用來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)的車(chē)載高壓電池的直流電壓，并產(chǎn)生交變電流。這樣的逆變器經(jīng)常基于場(chǎng)定向來(lái)控制。這樣的控制還稱作矢量控制。在這里能夠規(guī)定的是，使空間矢量(例如電流矢量)運(yùn)動(dòng)，該空間矢量與電動(dòng)機(jī)器的驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)。換言之，這將用于對(duì)電動(dòng)機(jī)器進(jìn)行致動(dòng)的相電流轉(zhuǎn)化成相對(duì)于轉(zhuǎn)子固定且與機(jī)器的磁場(chǎng)共同旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。這樣的坐標(biāo)系經(jīng)常稱為dq系統(tǒng)。在場(chǎng)定向的控制中，于是以這種方式轉(zhuǎn)換的電流分量、和I,取代相電流而被控制。在此情形中，I,還可稱作形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值，并且Id還可稱作形成場(chǎng)的設(shè)定點(diǎn)電流值。在他勵(lì)式同步機(jī)器的情形中，還可使用另外的形成場(chǎng)的設(shè)定點(diǎn)電流值(I6)。
[0003]例如，在DE 10 2010 061 897 Al中公開(kāi)一種場(chǎng)定向致動(dòng)方法。
[0004]在場(chǎng)定向控制系統(tǒng)的情形中，通常采用設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元。其接收設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值作為輸入信號(hào)。所述設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值最終由駕駛員借助于加速器指定，所述加速器的位置被感測(cè)并被轉(zhuǎn)化成設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值。在這種情況中考慮可能的最大值和最大梯度，以防止電動(dòng)馬達(dá)上的過(guò)載或振動(dòng)。
[0005]馬達(dá)控制器必須實(shí)現(xiàn)設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值。為此，所述馬達(dá)控制器計(jì)算形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值和至少一個(gè)形成場(chǎng)的設(shè)定點(diǎn)電流值，以便基于場(chǎng)定向來(lái)控制電動(dòng)馬達(dá)。形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值和至少一個(gè)形成場(chǎng)的設(shè)定點(diǎn)電流值通常如此地彼此相互協(xié)作，從而得到優(yōu)化的工作點(diǎn)，在所述工作點(diǎn)處，電能盡可能高效地轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。為此，設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元要么可以具有對(duì)各個(gè)工作點(diǎn)的在線優(yōu)化，即每次重新計(jì)算工作點(diǎn)，要么可以通過(guò)存儲(chǔ)的表或公式來(lái)離線查詢優(yōu)化的工作點(diǎn)。在此情形中，針對(duì)所述兩種方法的計(jì)算復(fù)雜性是不可忽略的，由此所述計(jì)算相對(duì)于場(chǎng)定向控制的速度被比較緩慢地執(zhí)行。針對(duì)正常的運(yùn)行狀態(tài)，例如加速和制動(dòng)，計(jì)算速度完全足夠，然而，尤其需要在設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值特性處避免突然的改變，以避免傳動(dòng)系中的屈曲，其被懸掛以使得能夠振動(dòng)。
[0006]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一個(gè)目的是規(guī)定一種用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電動(dòng)馬達(dá)的場(chǎng)定向控制的馬達(dá)控制器和一種用于場(chǎng)定向控制的相關(guān)方法，所述馬達(dá)控制器在至少一個(gè)方面上作出改進(jìn)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明通過(guò)專利的獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)這些目的。專利的從屬權(quán)利要求具體描述本發(fā)明的實(shí)施例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明包括一種用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電動(dòng)馬達(dá)的場(chǎng)定向控制的馬達(dá)控制器，其具有設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元，其接收設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值作為輸入信號(hào)，并且輸出形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值或至少一個(gè)形成場(chǎng)的設(shè)定點(diǎn)電流值作為輸出信號(hào)，以便基于場(chǎng)定向來(lái)控制電動(dòng)馬達(dá)。根據(jù)本發(fā)明的馬達(dá)控制器包括例外情況識(shí)別裝置，該例外情況識(shí)別裝置用于獲取當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值、基于當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值和較早的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值來(lái)計(jì)算變化、并且當(dāng)所述變化的絕對(duì)值超過(guò)指定的閾值時(shí)識(shí)別這一例外情況。例如，例外情況識(shí)別可以計(jì)時(shí)，其中于是較早的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值例如對(duì)應(yīng)于在當(dāng)前時(shí)序之前的時(shí)序的當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)識(shí)別出所述例外情況時(shí)，馬達(dá)控制器可設(shè)定成基于當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值，通過(guò)從旁路繞過(guò)設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元來(lái)調(diào)整形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值。
[0009]以此方式電動(dòng)馬達(dá)可非常動(dòng)態(tài)地受到控制，因?yàn)閮?yōu)化的工作點(diǎn)的緩慢的計(jì)算由設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元繞過(guò)。特別有利于防抱死系統(tǒng)(ABS)或電子穩(wěn)定程序(ESP)的干預(yù)。
[0010]APS和ESP對(duì)動(dòng)態(tài)控制提出非常大的需求，因?yàn)樗鼈兊湫偷赝蝗唤档娃D(zhuǎn)矩需求，并且在短時(shí)間后再次使之自由。因此，設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值在短時(shí)間內(nèi)由ABS和ESP所減小，并且然后再次增加至原始值。如果這樣的干預(yù)經(jīng)由設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元進(jìn)行，則轉(zhuǎn)矩的減小和后續(xù)的再增大均會(huì)變慢。在此情形中，由設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元帶來(lái)的重建轉(zhuǎn)矩的延遲可例如由異步機(jī)器中延遲的流積累、由在他勵(lì)式同步機(jī)器中的延遲的激勵(lì)電流積累和由所有機(jī)器類(lèi)型中用于電流積累的有限的電壓儲(chǔ)存而帶來(lái)。如果設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元被從旁路繞過(guò)，那么雖然不能正常地建立最優(yōu)的工作點(diǎn)，但是電動(dòng)馬達(dá)的特別動(dòng)態(tài)控制是可能的。
[0011]在此情形中，基于當(dāng)前的(捕獲的)設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值和較早的(捕獲的)設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值的變化可例如為在當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值和較早的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值之間的差?？商娲?，基于當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值和較早的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值的變化也可能指的是設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值的函數(shù)關(guān)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)。所述變化還可具體描述為例如百分比或每單位時(shí)間。在此情形中，所述差于是會(huì)例如與現(xiàn)在的或較早的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值相互關(guān)聯(lián)，或者與在接收較早的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值和接收當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值之間已經(jīng)經(jīng)過(guò)的時(shí)間相互關(guān)聯(lián)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的馬達(dá)控制器包括設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值保持裝置，其用于在例外情況識(shí)別裝置沒(méi)有識(shí)別例外情況的時(shí)候?qū)?dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值提供至設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元作為輸入信號(hào)，并且用于在例外情況識(shí)別裝置識(shí)別出例外情況的時(shí)候?qū)⒔?jīng)凍結(jié)的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值提供至設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元作為輸入信號(hào)，其中，經(jīng)凍結(jié)的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值預(yù)置在較早的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值。
[0013]因此，設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值保持裝置使得在例外情況中設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元的狀態(tài)被保持穩(wěn)定。這尤其還避免了形成場(chǎng)的電流的變化。
[0014]在此情形中，設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值保持裝置可設(shè)定成在時(shí)間進(jìn)程內(nèi)將經(jīng)凍結(jié)的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值保持不變，或者基于當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值來(lái)將它調(diào)整。例如，對(duì)此可設(shè)想的是，將所述經(jīng)凍結(jié)的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值允許以類(lèi)似斜坡或類(lèi)似濾波的方式緩慢地遵循當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值。
[0015]優(yōu)選地，例外情況識(shí)別裝置設(shè)定成在當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值位于圍繞經(jīng)凍結(jié)的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值的公差范圍內(nèi)時(shí)，識(shí)別出不再存在例外情況。例如，可假定的是，在當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值低于經(jīng)凍結(jié)的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值和下公差閾值的乘積或高于經(jīng)凍結(jié)的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值和上公差閾值的乘積時(shí)，不再存在例外情況。例如，下公差閾值可例如為99%、98%、95%或90%。相應(yīng)地，上公差閾值可位于例如為101%、102%、105%或110%。以所述方式，所述例外情況識(shí)別裝置可識(shí)別出ABS或ESP已經(jīng)終止其干預(yù)。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的馬達(dá)控制器包括比例計(jì)算裝置，用于計(jì)算經(jīng)凍結(jié)的和當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值之間的比例。此外，它可包括調(diào)整裝置，用于利用經(jīng)凍結(jié)的和當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值之間的比例將由設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元輸出的形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值進(jìn)行調(diào)整。
[0017]這使得能夠?qū)⒃O(shè)定點(diǎn)電流值形成單元的狀態(tài)保持不變，由此由設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元輸出的形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值保持穩(wěn)定。所述穩(wěn)定的形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值然后在設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元的外側(cè)進(jìn)行調(diào)整，以適合于經(jīng)凍結(jié)的和當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值之間的比例。
[0018]此外，本發(fā)明包括一種借助于馬達(dá)控制器的電動(dòng)馬達(dá)的場(chǎng)定向控制的方法，所述電動(dòng)馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，所述馬達(dá)控制器具有設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元，所述設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元設(shè)定成接收設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值作為輸入信號(hào)，并且輸出形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值和至少一個(gè)形成場(chǎng)的設(shè)定點(diǎn)電流值作為輸出信號(hào)，以便基于場(chǎng)定向來(lái)控制電動(dòng)馬達(dá)。根據(jù)本發(fā)明的方法可包括下列步驟。獲取當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值，并且基于當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值和較早的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值來(lái)計(jì)算變化。在所述變化的絕對(duì)值超過(guò)指定的閾值時(shí)識(shí)別出例外情況。在識(shí)別出例外情況時(shí)，基于當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值并通過(guò)從旁路繞過(guò)設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元來(lái)調(diào)整形成轉(zhuǎn)矩的設(shè)定點(diǎn)電流值。這使得電動(dòng)馬達(dá)的特別動(dòng)態(tài)的場(chǎng)定向控制成為可能。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟:在例外情況沒(méi)有被識(shí)別時(shí)將當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值提供至設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元作為輸入信號(hào)，以及在例外情況被識(shí)別出時(shí)將經(jīng)凍結(jié)的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值提供至設(shè)定點(diǎn)電流值形成單元作為輸入信號(hào)，其中，經(jīng)凍結(jié)的設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)