[发明专利]电机扭矩容量确定

说明书

技术领域

本公开涉及对电动机的控制。

背景技术

永磁同步电动机（PMSM）用于各种应用，其原因是相对于其他类型的电动机来说，PMSM通常具有良好的效率特性。通常，PMSM在定子内具有三个独立的电绕组，这三个独立的电绕组分别由振荡的交流（AC）电压源供电。电动机的轴扭矩和功率转换效率取决于振荡电压的振幅和相位角。

在诸如电动车辆和混合动力电动车辆的特定应用中，可从不振荡的直流（DC）电压源（例如，电池）获得电功率。因此，逆变器用于将不振荡电压转换成三个振荡电压。逆变器包含离散数量的开关装置，因此，逆变器能够在三个电动机端子中的每个电动机端子处仅供应离散数量的电压电平。对于两电平逆变器来说，在任何时刻，开关装置都被设置为将三个AC端子中的每个AC端子电连接到正DC端子或负DC端子。因此，可获得8个开关状态。这些开关状态中的两个开关状态被称为零状态，在这两个开关状态下，所有的三个AC端子均连接到相同的DC端子。在其余的六个状态下，一个AC端子连接到DC总线端子中的一个，其他两个AC端子连接到相反的DC总线端子。逆变器能够在这8个状态之间快速地切换。

已知两种基本的控制方法用于在逆变器状态之间进行切换，以调节PMSM的扭矩输出。在六步法中，每经历一个转子周期，逆变器就循环通过六个非零状态一次，从而在每个绕组中产生振荡电压和电流。转子周期相对于电动机的极进行限定，其不一定对应于周转（complete revolution）。AC电压的振幅由DC电压决定。扭矩由DC电压、转子速度以及这些准正弦AC电压信号与转子位置之间的相位差决定。控制器向逆变器发出指示何时切换到序列中的下一个状态的命令。在PWM方法中，逆变器在两个非零状态和一个零状态之间非常快速地切换。控制器通过指定PWM占空比来指定应该花费在这三个状态中的每个状态上的时间百分比。控制器每隔一定时间更新这些占空比，使得更新的频率明显高于转子旋转的频率。

在图1中示出的示例性实施例中示出了典型的PMSM的一些一般特性。操作区域取决于DC电压。如图所示，在参考DC电压时，正速度正扭矩操作区域可以以实线110、112和114为边界。在低速时，最大可用扭矩可由最大绕组电流限制，如由线110所指示的。线112指示在更高的速度时由电压限制的最大可用扭矩。在被称为拐点的点116处，电流和电压均处于其各自的最大值。线114指示整体最大额定速度。虚线指示在DC电压高于参考DC电压时对应的操作区域。在磁芯不饱和且电流或电压没有表现出任何无用的增加的情况下，PMSM不能实现超过由最大绕组电流限制的扭矩突增。如果扭矩突增超过电机的最大操作扭矩额定值，则换向器处的过量火花会导致PMSM不可修复地损坏。

PMSM可产生正扭矩或负扭矩，且可沿着正方向或负方向旋转。在正速度负扭矩象限中，PMSM用作发电机将机械能转换成电能。在该象限中，虽然对应于电压限制的最小扭矩曲线可能不是线112的镜像，但是特性类似于在图1中示出的特性。负速度区域紧密跟随围绕原点旋转180度的正速度区域。

发明内容

一种车辆包括电机，电机配置有至少一个控制器，所述至少一个控制器通过使用电压总线发出扭矩命令。所述控制器可被配置成：基于包括车辆速度、加速踏板位置、制动踏板位置和各种其他车辆数据的多个车辆系统输入，对扭矩请求作出响应。控制器可通过基于电机的速度和总线上的电压发出针对电机的扭矩命令，而对超过阈值的扭矩请求作出响应。基于电机的速度和总线上的电压，当所述速度和所述电压改变时，控制器可使得电机的扭矩输出恒定。基于现在用于确定扭矩的比值，扭矩输出可保持恒定。使用电机的速度与总线上的电压计算比值以确定扭矩容量可在所述比值恒定时产生恒定扭矩。

一种车辆包括电机，电机配置有至少一个控制器，所述至少一个控制器通过使用电压总线发出扭矩命令，同时使经过电机绕组的电流的振幅和相位保持不变。车辆可包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置成：基于包括车辆速度、加速踏板位置、制动踏板位置和各种其他车辆数据的多个车辆系统输入，对扭矩请求作出响应。控制器被配置成通过基于电机的速度和总线上的电压发出针对电机的扭矩命令，而对超过阈值的扭矩请求作出响应。基于电机的速度和总线上的电压，当所述速度和所述电压根据速度与电压的恒定比值改变时，控制器可使得经过绕组的电流的振幅和相位基本上不变。