在角位置傳感器中矯正誤差的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求享有于2012年8月21日提交的申請?zhí)枮?1/691，482的美國臨時專 利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明大體上涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械的監(jiān)控和控制，并且更特別地涉及一種用于在從角位 置傳感器、例如解角器接收的轉(zhuǎn)子位置信號中實施誤差校正的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 許多車輛驅(qū)動系統(tǒng)（例如電動和混合動力車輛中的那些系統(tǒng)）使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)、例 如永磁（PM)機(jī)，以將能量傳遞到車輛變速器和輪子。為了精確和高效地實施旋轉(zhuǎn)電機(jī)的 動態(tài)轉(zhuǎn)矩控制，典型地使用角位置傳感器來確定轉(zhuǎn)子的角位置。位置傳感器通常包括稱作 解角器的旋轉(zhuǎn)電變壓器裝置，其容易受到多種誤差源的影響，后者會降低整體系統(tǒng)性能。例 如，當(dāng)在裝配期間使解角器的轉(zhuǎn)子相對于解角器定子居中時，會引入機(jī)械誤差。除了機(jī)械公 差，在處理位置傳感器輸出信號的期間，例如當(dāng)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的有限的帶寬改變了信 號的頻譜行為時，也會引入誤差。
[0005] 在特定的應(yīng)用中，系統(tǒng)設(shè)計成接受這樣的誤差并且可接受所導(dǎo)致的性能降低。如 果不允許性能降低，那么可使用數(shù)字濾波技術(shù)來嘗試過濾掉誤差。但是，現(xiàn)有的濾波技術(shù)通 常還不充分并且會導(dǎo)致額外的不需要的相位移以及滯后效應(yīng)。
[0006] 因此需要一種改進(jìn)的技術(shù)用以修正位置傳感器的輸出中的誤差，當(dāng)該系統(tǒng)用于其 預(yù)期的用途時，其會動態(tài)地獲知與位置傳感器相關(guān)聯(lián)的位置誤差并且改正這樣的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及用于 矯正與所述電機(jī)操作性相連并且與傳感器數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)合使用的角位置傳感器所輸出的 旋轉(zhuǎn)位置信號。對于每個所關(guān)注的運行角速度，采用了一系列作為位置的函數(shù)的信號，從而 可確定與位置傳感器相關(guān)的諧波（或次諧波），并將該諧波與相關(guān)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器所導(dǎo)致的 誤差分離。由該信息可確定位置傳感器諧波的幅值和相位。因此可確定并考慮傳感器數(shù)字 轉(zhuǎn)換器（或其他信號處理裝置）的影響，允許控制系統(tǒng)將總位置誤差信號應(yīng)用于位置傳感 器輸出信號，來確定用于控制電機(jī)的矯正的位置傳感器信號。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于控制車輛動力傳動系統(tǒng)的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括：旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其與車輛動力傳動系統(tǒng)操作性地相連；角位置傳感器，其與旋轉(zhuǎn)電機(jī)操 作性地相連并且產(chǎn)生傳感器輸出信號；傳感器數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其與角位置傳感器操作性地相 連，該傳感器數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收所述傳感器輸出信號并且產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器輸出信號；以及控制器， 其與傳感器數(shù)字轉(zhuǎn)換器操作性地相連?？刂破魇闺姍C(jī)以第一角速度運行，補償轉(zhuǎn)換器輸出 信號中的第一誤差，所述第一誤差由角位置傳感器導(dǎo)致，并且還補償轉(zhuǎn)換器輸出信號中的 第二誤差，該第二誤差由傳感器數(shù)字轉(zhuǎn)換器導(dǎo)致。
[0009] 根據(jù)另一個方面，提出了一種用于控制車輛動力傳動系統(tǒng)的方法，該方法包括：使 電機(jī)旋轉(zhuǎn)，該電機(jī)與角位置傳感器操作性地相連；測量與電機(jī)操作性地相連的角位置傳感 器所產(chǎn)生的第一信號，至少在一次電周期中存儲表示該第一信號的數(shù)據(jù)；針對由角位置傳 感器所導(dǎo)致的第一誤差以及由與角位置傳感器操作性地相連的傳感器數(shù)字轉(zhuǎn)換器的影響 所導(dǎo)致的第二誤差兩者的影響而補償輸出信號。
[0010] 從本文所提供的詳細(xì)的說明書和附圖中，可明白本發(fā)明的進(jìn)一步的形式、目的、特 征、方面、益處、優(yōu)點，以及實施方式。
【附圖說明】
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的混合動力驅(qū)動控制系統(tǒng)的示意圖。
[0012] 圖2是顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的解角器到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)的 增益分量的示圖。
[0013] 圖3是顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的解角器到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)的 相位移分量的示圖。
[0014] 圖4是顯示了馬達(dá)速度和速度的多種諧波的速度誤差之間的關(guān)系的示圖。
[0015] 圖5是顯示了在根據(jù)一個實施方式的圖1的系統(tǒng)中矯正位置傳感器的誤差所涉及 的階段的示圖。
【具體實施方式】
[0016] 為了促進(jìn)對本發(fā)明的原理的理解，現(xiàn)在將參照附圖中所描述的實施方式，并且將 使用特定的語言來描述這些實施方式。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，并不意在因此對本發(fā)明的范圍 進(jìn)行限制。所描述的實施方式的任何改變和進(jìn)一步的修改以及對本文所描述的本發(fā)明的原 理的任何進(jìn)一步的應(yīng)用都應(yīng)理解為本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員通?？梢韵氲降?。非常 詳細(xì)地顯示了本發(fā)明的一個實施方式，但是相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚地知道，為了清晰起 見并未顯示與本發(fā)明不相關(guān)的一些特征。
[0017] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的車輛混合動力驅(qū)動控制系統(tǒng)100的示意 圖。本文中所描述的控制方法可適用于任何類型的包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)（E-machine)的電動或混 合動力車輛驅(qū)動。如圖所示，系統(tǒng)100包括逆變器110、能量存儲系統(tǒng)（ESS) 112、電機(jī)120、 此處顯示為解角器130的角位置傳感器、此處顯示為解角器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（RDC) 140的傳感 器數(shù)字轉(zhuǎn)換器、誤差矯正控制器150,以及馬達(dá)控制器160。
[0018] 為了對電機(jī)120進(jìn)行充分的控制，馬達(dá)控制器160必須（通過RDC140)從解角器 130接收精確的角位置信號。RDC140需要產(chǎn)生激勵解角器的信號并且需要解調(diào)解角器的 輸出信號，以便可動態(tài)地追蹤位置估計值并且將位置估計值轉(zhuǎn)化成解角器130的未處理的 解角器格式的位置信號輸出。解角器130和RDC140均向總誤差貢獻(xiàn)了獨立的分量，然而每 一個分量的特性是不同的。大多數(shù)基于解角器的誤差是諧波性質(zhì)的，并且每一個位置分量 的幅值獨立于速度，同時所導(dǎo)致的速度誤差和速度成比例，這個是很重要的屬性。在另一方 面，大多數(shù)RDC誤差依賴于速度，但是并不隨著速度成比例地變化。如果在各種速度中選取 了大量的位置信號的樣本，那么可分析結(jié)果來確定隨著速度成比例地變化的諧波以及不隨 速度成比例地變化的諧波。可確定不隨著速度變化的諧波或隨著速度成比例地變化的諧波 與解角器相關(guān)，這允許確定與解角器相關(guān)的誤差信號的方程。同樣地，可確定RDC誤差的獨 立的方程并且將該方程和與解角器相關(guān)的誤差的方程相組合來決定預(yù)期誤差的總方程。隨 后可使用這個信息來補償馬達(dá)控制器160所接收到的信號中的誤差。
[0019] 在一般的操作中，馬達(dá)控制器160從外置控制系統(tǒng)接收到所需的轉(zhuǎn)矩指令162,例 如操作者的油門控制?；诟鞣N輸入，包括從誤差矯正控制器150收到的信號，馬達(dá)控制器 160將門信號163輸出到逆變器110。逆變器110將來自ESS112的直流電（DC)轉(zhuǎn)換成驅(qū) 動電機(jī)120的交流電（AC)信號114。
[0020] 逆變器110可包括將來自ESS112的直流電轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動電機(jī)120的交流電的 直流-交流逆變器。電機(jī)120可包括電動馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、永磁電機(jī)，或用于推動、驅(qū)動或停止 車輛的任何其他類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
[0021] 解角器130優(yōu)選地包括旋轉(zhuǎn)角位置傳感器，例如具有定子繞組和可選的轉(zhuǎn)子繞組 的旋轉(zhuǎn)電變壓器，并且所述旋轉(zhuǎn)電變壓器構(gòu)造成：當(dāng)對其供入激勵信號時，其基于電磁定子 繞組和轉(zhuǎn)子繞組的相對角位置來輸出位置信號。RDC140包括將激勵信號131供應(yīng)給解角器 130的正弦波發(fā)生器，并且RDC140反過來接受包含位置信息的調(diào)制模擬信號132ADC140將 模擬信號132解調(diào)并且動態(tài)地產(chǎn)生位置信號142。應(yīng)當(dāng)理解的是，可將解角器130和RDC140 設(shè)置成單個單元或設(shè)置成單獨的部件。在一些實施方式中，RDC140的功能也可包含在誤差 矯正控制器150或馬達(dá)控制器160內(nèi)。
[0022] 馬達(dá)控制器160與車輛動力總成中的各種傳感器、致動器、變壓器以及控制器操 作性相連，包括但不限于逆變器110和誤差校正控制單元150。另外，馬達(dá)控制器160可接 受附加的信號，例如電壓、電流、相位、溫度、位置和/或其它用于系統(tǒng)110的有效控制的變 量。
[0023] 誤差矯正控制器150與RDC140和馬達(dá)控制器160操作性相連，并且構(gòu)造成確定并 補償解角器位置和RDC輸出信號中的誤差。在一些實施方式中，誤差矯正控制器150可包 括在馬達(dá)控制器160內(nèi)。
[0024] 在典型的實施方式中，誤差矯正控制器150和馬達(dá)控制器160可各自包括具有處 理器、存儲器和輸入/輸出連接的計算機(jī)。應(yīng)當(dāng)理解的是，如特定的應(yīng)用所需，馬達(dá)控制器 160和誤差矯正控制單元150中可包括附加的元件。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，誤差矯正控制 器150可選擇性地與馬達(dá)控制器160共用處理器和存儲器，和/或可設(shè)置在單獨的實體殼 體中或集成為單個單元。
[0025] 解角器130可操作性地安裝在電機(jī)120上，使得解