CN117526805A - 电机的控制方法、电机及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种电机的控制方法、电机及车辆，电机包括定子绕组和转子，该控制方法包括：在利用电机对电池进行升压充电前，获取转子的第一转子角度；在升压充电停止时，获取转子的第二转子角度；根据第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号；利用电流控制信号调整定子绕组中的电流，以控制转子上的角度恢复至第一转子角度。本申请通过利用电机对电池升压充电过程中的第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号，调整电机定子绕组中的电流，使得电机上的定子绕组施加回转的力矩，如此可以使转子扭矩缓慢释放，减少转子的回转角速度，实现扭矩缓释的效果，避免因为充电升压停止时出现车辆窜动及异响或严重的敲齿问题。

Description

电机的控制方法、电机及车辆

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种电机的控制方法、电机及车辆。

背景技术

目前新能源电动车越来越普及，市占率越来越高，电动汽车的充电问题显得尤为重要。解决电动汽车的充电问题，其中一种解决思路是不断提升充电功率，以缩短充电时间、降低车主焦虑，而提升充电功率的两个方向分别是提升充电电流和提升充电电压。由于充电端口的标准化，导致充电电流不能无限提升；因此，可以通过提升充电电压的方式提升充电功率、缩短充电时间。

由于市场上大部分直流充电桩电压以500V以下为主，而500V的直流充电桩无法直接给800V高压平台的车辆充电，出现电压不适配的问题。目前解决500V直流充电桩和800V高压平台电压适配问题，通过采用以永磁同步电机作为电感，电机控制器作为控制器进行升压充电的方案，由电机对直流充电桩的电压进行升压后为电动汽车中的电池进行充电。

但是，若升压充电突然停止，电机定子磁场消失，转子受到的磁场扭矩消失，其原旋转运动所存储的弹性势能释放，导致转子回转，出现车辆窜动及异响的问题；且若转子回转转速过快，还可能导致严重的敲齿，影响齿轮寿命。

发明内容

本申请提供一种电机的控制方法、电机及车辆的动力系统，用以解决升压充电突然停止导致转子回转的问题。

本申请提供一种电机的控制方法，电机包括定子绕组和转子，该控制方法包括：

在利用电机对电池进行升压充电前，获取转子的第一转子角度；

在升压充电停止时，获取转子的第二转子角度；

根据第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号；

利用电流控制信号调整定子绕组中的电流，以控制转子上的角度恢复至第一转子角度。

在其中一个实施例中，根据第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号，包括：

根据第一转子角度与第二转子角度的差值确定当前时刻转子的目标角度，目标角度小于第二转子角度；

根据目标角度和转子在当前时刻的当前转子角度生成电流控制信号。

在其中一个实施例中，根据第一转子角度与第二转子角度的差值确定当前时刻转子的目标角度，包括：

获取预设扭矩缓释时间；

根据第一转子角度与第二转子角度的差值和预设扭矩缓释时间获取角度时间对应关系；

根据角度时间对应关系确定当前时刻转子的目标角度。

在其中一个实施例中，根据目标角度和转子在当前时刻的当前转子角度生成电流控制信号，包括：

根据目标角度与当前转子角度的差值生成角度纠偏扭矩值；

根据角度纠偏扭矩值生成电流控制信号。

在其中一个实施例中，根据角度纠偏扭矩值生成电流控制信号，包括：

确定目标角度对应的第一扭矩值，第一扭矩值用于抵消转子当前角度蓄积扭矩，以缩小角度偏差；

根据第一扭矩值与角度纠偏扭矩值生成电流控制信号。

在其中一个实施例中，确定目标角度对应的第一扭矩值，包括：

计算目标角度与第一转子角度的差值；

根据目标角度与第一转子角度的差值确定第一扭矩值。

在其中一个实施例中，根据第一扭矩值与角度纠偏扭矩值生成电流控制信号，包括：

根据第一扭矩值与角度纠偏扭矩值之和确定扭矩控制值；

根据扭矩控制值和单位电流对应扭矩确定电流控制信号，单位电流对应扭矩根据电机的参数、当前转子角度及预设单位电流获取。

在其中一个实施例中，电机包括第一相、第二相和第三相，其中，第一相与电池对应的充电端口电连接，利用电流控制信号调整定子绕组中的电流，包括：

利用电流控制信号控制第二相和第三相，以调整定子绕组中的电流。

本申请提供了一种电机，电机包括定子绕组和转子，该电机包括：

获取模块，用于在利用电机对电池进行升压充电的过程中，获取转子在扭矩为零时的第一转子角度，在升压充电停止时，获取转子的第二转子角度；

生成模块，用于根据第一转子角度与第二转子角度生成电流控制信号；

调整模块，用于利用电流控制信号调整定子绕组中的电流，以控制转子上的角度恢复至第一转子角度。

本申请提供了一种车辆，包括电机，其中，电机运行时用于实现如上述的电机的控制方法。

本申请提供的一种电机的控制方法，电机包括定子绕组和转子，该控制方法包括：在利用电机对电池进行升压充电前，获取转子的第一转子角度；在升压充电停止时，获取转子的第二转子角度；根据第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号；利用电流控制信号调整定子绕组中的电流，以控制转子上的角度恢复至第一转子角度。本申请通过利用电机对电池升压充电过程中的第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号，调整电机定子绕组中的电流，使得电机上的定子绕组施加回转的力矩，如此可以使转子扭矩缓慢释放，减少转子的回转角速度，实现扭矩缓释的效果，避免因为充电升压停止时出现车辆窜动及异响和严重的敲齿问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为一种电动汽车中动力系统的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的电机控制方法流程框图；

图3为本申请一些实施例提供的根据第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号的方法流程框图；

图4为本申请另一些实施例提供的获取当前时刻转子的目标角度的示意图；

图5为本申请一些实施例提供的确定目标角度对应的第一扭矩值的示意图；

图6为本申请一些实施例提供的电机的控制模型框图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

附图标记：

100：电池；200：电机；201：电机本体；202：功率模块；203：电机控制器。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。

目前新能源电动车越来越普及，市占率越来越高，电动汽车的充电问题显得尤为重要。解决电动汽车的充电问题，其中一种解决思路是不断提升充电功率，以缩短充电时间、降低车主焦虑，而提升充电功率的两个方向分别是提升充电电流和提升充电电压。由于充电端口的标准化，导致充电电流不能无限提升。因此，可以通过提升充电电压的方式提升充电功率、缩短充电时间。

由于市场上大部分直流充电桩电压以500V以下为主，而500V的直流充电桩无法直接给800V高压平台的车辆充电，出现电压不适配的问题。目前解决500V直流充电桩和800V高压平台电压适配问题，通过采用以永磁同步电机作为电感，电机控制器作为控制器进行升压充电的方案，由电机对直流充电桩的电压进行升压后为电动汽车中的电池进行充电。

更具体地，图1为一种电动汽车中动力系统的结构示意图，如图1所示，动力系统包括电池100和电机200。电机200包括电机本体201、电机控制器203，电机200包括永磁同步电机，电机本体201包括转子和定子绕组，电池100与功率模块202的直流端连接，功率模块202的交流侧连接定子绕组，电机控制器203包括功率模块202。在电机控制器203的控制下，使功率模块202将电池100的直流电转换为交流电，由交流电驱动转子转动。

在进行升压充电时，将定子绕组的一端作为充电端口，在充电时将定子绕组作为电感，充电电压经过电感和功率模块进行升压后施加在电池100的正负极两端。

在升压充电的过程中，电机200的转子在定子磁场的作用下产生转动，但当升压充电停止时，电机200定子磁场消失，转子受到的磁场扭矩也消失，转子在升压充电过程中存储的弹势能会使得转子回转，出现车辆传动异响的问题，若转子回转速度过快，还会导致严重的敲齿，进而影响传动箱中齿轮寿命。

鉴于此，本申请提供一种电机的控制方法，如图2所示，图2为本申请一实施例提供的电机的控制方法流程框图，可以应用于图1所示的电机。电机包括定子绕组和转子，该电机的控制方法包括以下步骤：

步骤S202、在利用电机对电池进行升压充电前，获取转子的第一转子角度；

具体地，车辆通过电机对电池进行升压充电时，定子绕组产生的定子磁场会使得转子进行旋转，获取转子在扭矩为零时（即升压充电前）的第一转子角度。

步骤S204、在升压充电停止时，获取转子的第二转子角度；

具体地，升压充电停止时，电机200定子磁场消失，转子受到的磁场扭矩也消失，转子在升压充电过程中存储的弹势能会使得转子进行回弹，获取升压充电停止时转子的第二转自角度。

可选地，可以通过采集充电端口的充电电流来判定升压充电过程停止，若充电电流低于一定值，则判定升压充电停止。

步骤S206、根据第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号；

步骤S208、利用电流控制信号调整定子绕组中的电流，以控制转子上的角度恢复至第一转子角度。

具体地，在升压充电结束时，利用电流控制信号调整定子绕组中的电流，以产生一定的定子磁场，定子磁场对回弹中的电机转子施加反向扭矩，减小转子上的扭矩，缓慢释放定子绕组施加转子上的力矩，控制转子上的角度恢复至第一转子角度，即升压充电开始前转子的角度。

在其中一个实施例中，根据第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号，包括以下步骤，如图3所示，图3为本申请一实施例中根据第一转子角度和第二转子角度生成电流控制信号的流程框图：

步骤S301、根据第一转子角度与第二转子角度的差值确定当前时刻转子的目标角度，目标角度小于第二转子角度；

具体地，利用第一转子角度和第二转子角度的差值确定当前时刻转子的目标角度，即电机转子在回弹的过程中，按照规划的转子角度转动的规律，期望当前时刻转子转动的角度，目标角度小于第二转子角度。

步骤S302、根据目标角度和转子在当前时刻的当前转子角度生成电流控制信号。

在其中一个实施例中，根据第一转子角度与第二转子角度的差值确定当前时刻转子的目标角度，包括：

获取预设扭矩缓释时间；

根据第一转子角度与第二转子角度的差值和预设扭矩缓释时间获取角度时间对应关系；

根据角度时间对应关系确定当前时刻转子的目标角度。

具体地，图4为本申请一实施例获取当前时刻转子的目标角度的示意图，如图4所示，根据第一转子角度和第二转子角度的差值和预设扭矩缓释时间获取角度时间对应关系，根据该角度时间对应关系查询当前时刻转子的目标角度。

可选地，在升压充电开始前，此时电机转子的扭矩为零，将此时的转子角度作为第一转子角度进行缓存。升压充电开始后，产生的磁场对电机转子施加扭矩，导致转子角度变化，定期将转子的角度进行缓存直到升压充电突然停止，此时缓存的最新转子角度即为第二转子角度。将第二转子角度减去第一转子角度得到升压充电前后角度差，根据此角度差计算得出期望的角度时间对应关系。该角度时间对应关系为电机的转子角度对时间的变化曲线，且是电机的转子回弹时期望的扭矩缓释角度与时间的对应关系。角度时间对应关系可以为直线，也可以为曲线，本申请不进行限定，根据实际情况确定。计算得出角度时间对应关系后，根据当前时刻进行查询，即可得到当前时刻下电机转子的目标角度。随着时间推移，电机转子的目标角度逐步逼近第一转子角度。

在一些实施例中，为了获得更多升压充电过程中电机的角度，可以将角度时间对应关系按照时间进行切片。回转时刻即电机转子在停止充电后转子开始回弹时，计算的时间。在将第一个充电时刻的转子相对角度作为最后一个转子回转时刻的目标角度，将第二个充电时刻的转子相对角度作为转子倒数第二个回转时刻的目标角度，依次类推，直至将最后一个充电时刻的转子相对角度作为转子第一个回转时刻的目标角度之后，可以继续利用插值法在两个回转时刻之间进行插值，获得更多回转时刻的目标角度。依次，可以更精确地控制电机转子回弹时的角度，使得转子蓄积扭矩得以缓慢释放，避免振动异响，及转子回弹过快，发生敲齿的问题。

在其中一个实施例中，根据目标角度和转子在当前时刻的当前转子角度生成电流控制信号，包括：

根据目标角度与当前转子角度的差值生成角度纠偏扭矩值；

具体地，目标角度为根据角度时间对应关系得到下的期望电机转子角度，当前转子角度为电机转子实际的转子角度，目标角度与当前转子角度的差值，再经经典的PID调节得到角度纠偏扭矩值，该角度纠偏扭矩值为了纠正目标角度和当前转子角度的偏差。

根据角度纠偏扭矩值生成电流控制信号。

在其中一个实施例中，根据角度纠偏扭矩值生成电流控制信号，包括：

确定目标角度对应的第一扭矩值，第一扭矩值用于抵消转子当前角度蓄积扭矩，以缩小角度偏差；

根据第一扭矩值与角度纠偏扭矩值生成电流控制信号。

具体地，第一扭矩值用于抵消转子当前角度蓄积扭矩，缩小当前时刻的当前转子角度和目标角度的偏差，第一扭矩值与角度纠偏扭矩值相加生成电流控制信号，该电流控制信号实现控制定子绕组中电流，从而控制定子绕组产生定子磁场，控制在转子上施加回转的力矩，使转子以目标角度进行旋转，如此可以使转子按照各个时刻的目标角度回转，减少转子的回转角速度，从而达到扭矩缓释的效果，避免反弹过快造成车辆或齿轮问题。

在其中一个实施例中，确定目标角度对应的第一扭矩值，包括：

计算目标角度与第一转子角度的差值；

根据目标角度与第一转子角度的差值确定第一扭矩值。

具体地，如图5所示，图5为本申请一实施例提供的确定目标角度对应的第一扭矩值的示意图。将当前时刻电机转子的目标角度减去第一转子角度，得到的角度差进行查询/计算即可得到相应角度差下的扭矩。

角度差与扭矩存在计算关系：针对于角度差与扭矩呈高度线性关系的情况下可以用系数相乘的方式计算得到，系数可由实测计算获得；针对于角度差与扭矩呈非线性关系的情况下可以用数组插值的方式计算得到，数组可由实测获得。第一扭矩值作为扭矩前馈，可以降低目标角度与当前时刻的当前转子角度之间的偏差，实现更稳定精确的控制。

在其中一个实施例中，根据第一扭矩值与角度纠偏扭矩值生成电流控制信号，包括：

根据第一扭矩值与角度纠偏扭矩值之和确定扭矩控制值；

根据扭矩控制值和单位电流对应扭矩确定电流控制信号，单位电流对应扭矩根据电机的参数、当前转子角度及预设单位电流获取。

具体地，单位电流对应扭矩根据电机参数、角度采集模块采集得到的当前角度、预设单位电流，依据典型的电机扭矩计算公式得到。其中，预设单位电流是指控制相电流大小为1A，方向相反的电流。例如若在电机绕组中，针对B相引出，通过控制A、C相，预设单位电流是指Ia=1A，Ic=-1A，Ib=0A。

在其中一个实施例中，电机包括第一相、第二相和第三相，其中，第一相与电池对应的充电端口电连接，利用电流控制信号调整定子绕组中的电流，包括：

利用电流控制信号控制第二相和第三相，以调整定子绕组中的电流。

为了便于理解电机的控制方法，图6提供了电机的控制模型框图，如图6所示，升压充电斩波执行模块一般为电机控制器的三相全桥控制模块及功率模块，其控制状态会直接影响到电机绕组的相电流、电机转子角度参数。其中，本框图中相电流1采集模块、相电流2采集模块和数据保持模块1、数据保持模块2对应的相为电机升压充电的两个控制相，若第一相引出，则是第二相和第三相为控制相。

具体地，电机的电气端与功率模块的交流侧连接，功率模块的直流侧连接电池，车辆的电机用于对车辆中的电池进行升压充电，其中，电机包括定子绕组和转子，定子绕组包括第一相、第二相和第三相。此处以第一相的远离中性点的一端作为一个充电端，中性点作为另一个充电端，两个充电端用于给车辆的电池充电为例说明。

请参阅图6，本控制模型仅在系统检测到升压充电突然停止现象时开始工作，直到电机转子回到升压充电前的第一转子角度附近，即完成扭矩缓慢释放，本控制模型停止工作。该电机控制模型包括：目标角度计算模块、扭矩计算模块、单位电流对应扭矩计算模块、相电流1采集模块、相电流2采集模块、升压充电斩波执行模块、角度采集模块、数据保持模块1和数据保持模块2，接下来将详细叙述电机的控制方法。

当系统检测到升压充电突然停止现象时，目标角度计算模块用于计算得出当前时刻电机转子的目标角度，角度采集模块用于采集当前时刻的当前转子角度，目标角度与当前转子角度相减后由经典PID调节得到角度纠偏扭矩值，该扭矩值用于纠正角度偏差。

同时，扭矩计算模块用于根据当前时刻转子的目标角度计算获取第一扭矩值，第一扭矩值为目标角度的对应扭矩，第一扭矩值可用于抵消当前角度下蓄积扭矩，以缩小目标角度和当前转子角度之间存在的偏差。

角度纠偏扭矩值与第一扭矩值相加后得到扭矩控制值，该值与单位电流对应扭矩相除即得到电流控制值。

电流控制值与相电流1采集模块、相电流2采集模块加/减计算后的差值由经典PID调节计算后得到相应的占空比调节值，该调节值与数据保持模块1和数据保持模块2保持的上一周期控制占空比相加得到新的控制占空比，给到升压充电斩波执行模块执行以实现对第二相和第三相相电流、角度的控制。数据保持模块1和数据保持模块2的作用为数据保持和传输，在每个运算更新周期，将模块输出值更新为输入值一次。

具体地，相电流1采集模块用于采集第二相当前时刻的电流，计算第二相在当前时刻的电流与电流控制信号之间的电流差值，并将电流差值经过PID调节算法计算后得到相应的占空比调节值，该占空比调节值与PWM信号生成电流输出上一周期第二相控制信号的占空比相加得到新的控制占空比，PWM信号生成电路根据新的控制占空比生成新的PWM信号，给到升压充电斩波执行模块以实现对第二相相电流控制。

相电流2采集模块用于采集第三相当前时刻的电流，计算第三相在当前回转时刻的电流与电流控制信号之间的电流差值，并将电流差值经过PID调节算法计算后得到相应的占空比调节值，该占空比调节值与PWM信号生成电流输出上一周期第三相控制信号占空比相加得到新的控制占空比，PWM信号生成电路根据新的控制占空比生成新的PWM信号，给到升压充电斩波执行模块以实现对第三相相电流控制。

数据保持模块1根据新的控制占空比生成新的PWM信号，给到升压充电斩波执行模块以实现对第二相相电流控制信号。

数据保持模块2根据新的控制占空比生成新的PWM信号，给到升压充电斩波执行模块以实现对第三相相电流控制信号。

数据保持模块1作用为保持和传输控制第二相的电流控制信号，数据保持模块2作用为保持和传输控制第三相的电流控制信号；升压充电斩波执行模块用于采用电流控制信号驱动第二相和第三相，进而控制转子的电流和角度。

此外，本申请还提供了一种电机，电机包括定子绕组和转子，用于执行上述的电机的控制方法，该电机包括：

获取模块，用于在利用电机对电池进行升压充电的过程中，获取转子在扭矩为零时的第一转子角度，在升压充电停止时，获取转子的第二转子角度；

生成模块，用于根据第一转子角度与第二转子角度生成电流控制信号；

调整模块，用于利用电流控制信号调整定子绕组中的电流，以控制转子上的角度恢复至第一转子角度。

本申请提供了一种车辆，包括电机，其中，电机运行时用于实现如上述的电机的控制方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (9)

1.一种电机的控制方法，其特征在于，所述电机包括定子绕组和转子，所述控制方法包括：

在利用所述电机对电池进行升压充电前，获取所述转子的第一转子角度；

在所述升压充电停止时，获取所述转子的第二转子角度；

根据所述第一转子角度和所述第二转子角度生成电流控制信号；

利用所述电流控制信号调整所述定子绕组中的电流，以控制所述转子上的角度恢复至所述第一转子角度；

其中，根据所述第一转子角度和所述第二转子角度生成电流控制信号，包括：

根据所述第一转子角度与所述第二转子角度的差值确定当前时刻所述转子的目标角度，所述目标角度小于所述第二转子角度；

根据所述目标角度和所述转子在所述当前时刻的当前转子角度生成所述电流控制信号。

2.根据权利要求1所述电机的控制方法，其特征在于，根据所述第一转子角度与所述第二转子角度的差值确定当前时刻所述转子的目标角度，包括：

获取预设扭矩缓释时间；

根据所述第一转子角度与所述第二转子角度的差值和所述预设扭矩缓释时间获取角度时间对应关系；

根据所述角度时间对应关系确定所述当前时刻所述转子的目标角度。

3.根据权利要求1所述电机的控制方法，其特征在于，根据所述目标角度和所述转子在所述当前时刻的当前转子角度生成所述电流控制信号，包括：

根据所述目标角度与所述当前转子角度的差值生成角度纠偏扭矩值；

根据所述角度纠偏扭矩值生成所述电流控制信号。

4.根据权利要求3所述电机的控制方法，其特征在于，根据所述角度纠偏扭矩值生成所述电流控制信号，包括：

确定所述目标角度对应的第一扭矩值，所述第一扭矩值用于抵消所述转子当前角度蓄积扭矩，以缩小角度偏差；

根据所述第一扭矩值与所述角度纠偏扭矩值生成所述电流控制信号。

5.根据权利要求4所述电机的控制方法，其特征在于，确定所述目标角度对应的第一扭矩值，包括：

计算所述目标角度与所述第一转子角度的差值；

根据所述目标角度与所述第一转子角度的差值确定所述第一扭矩值。

6.根据权利要求4所述电机的控制方法，其特征在于，根据所述第一扭矩值与所述角度纠偏扭矩值生成所述电流控制信号，包括：

根据所述第一扭矩值与所述角度纠偏扭矩值之和确定扭矩控制值；

根据所述扭矩控制值和单位电流对应扭矩确定所述电流控制信号，所述单位电流对应扭矩根据所述电机的参数、所述当前转子角度及预设单位电流获取。

7.根据权利要求1-6任一项所述电机的控制方法，其特征在于，所述电机包括第一相、第二相和第三相，其中，所述第一相与所述电池对应的充电端口电连接，利用所述电流控制信号调整所述定子绕组中的电流，包括：

利用所述电流控制信号控制所述第二相和所述第三相，以调整所述定子绕组中的电流。

8.一种电机，用于执行权利要求1-7任一项所述的电机控制方法，其特征在于，所述电机包括定子绕组和转子，包括：

获取模块，用于在利用所述电机对电池进行升压充电的过程中，获取所述转子在扭矩为零时的第一转子角度，在所述升压充电停止时，获取所述转子的第二转子角度；

生成模块，用于根据所述第一转子角度与所述第二转子角度生成电流控制信号；

调整模块，用于利用所述电流控制信号调整所述定子绕组中的电流，以控制所述转子上的角度恢复至所述第一转子角度。

9.一种车辆，其特征在于，包括电机，所述电机运行时用于实现如权利要求1-7任一项所述的电机的控制方法。