在电动增压器中的电动机的控制制造技术

一种控制电动增压器中的电动机的控制系统(1)，该系统(1)包括：存储模块，其包括输入变量上限行为(7)(例如，满负载曲线)；处理器，其布置为应用还输入变量上限行为(7)以在该电动机的速度从实际速度朝向目标速度的变化所需的该输入变量(例如，转矩)上施加输入变量上限(例如，转矩上限)。在输入变量上限行为(7)中的输入变量优选地随电动机的速度的变化而变化。优选地从多个不同输入变量上限行为(7)中选择该输入变量行为(7)，每个变量上限行为设计为实现通过电动机的不同功率消耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电动机的控制，特别是在电动增压器中的电动机的控制。
技术介绍
在汽车行业中，与内燃(IC)发动机一起使用的电动增压器变得越来越有吸引力。首先，相比于传统的(直接发动机驱动的)增压机，它们使IC中的燃料消耗更低，并且因此降低二氧化碳排放。它们相比发动机驱动的增压机还往往能够更好响应并且可能能够获得更高速度。在电动增压器中使用开关磁阻电动机(以驱动压缩机元件)已经被发现是特别有益的。图1中说明了用于控制电动增压器中的开关磁阻电动机的速度的先前建议的控制系统。参照图1，控制系统101接收输入，设定增压机中的电动机的目标速度。该目标速度是由发动机的控制系统确定的，该控制系统的细节与本专利说明书不相关。该目标速度与电动机的实际速度输入进行比较，以产生速度误差。由比例积分(PI)控制器103接收速度误差。接着，PI控制器103确定合适的转矩，以便将电动机的速度从其实际速度向着目标速度改变。由PI控制器确定的转矩被称为“转矩需求”。在某些情况下，需要限制由电动机提供的转矩的最大值。例如，可能需要防止对电动机中的绕组或电子器件的损坏，如果转矩需求太高，那么可能会引起该损坏(该转矩可能导致电子器件和/或绕组中的过量电流)。相应地，控制系统将转矩需求的大小与转矩上限进行比较。如果转矩需求的大小大于转矩上限，那么转矩需求减小到上限的值。一旦核对最大转矩上限，该转矩被重新标记，并且被称为“转矩设定点”。如果转矩需求的大小小于转矩上限，那么转矩需求的大小保持不变(但是，虽然如此，它被重新标记是转矩设定点)。转矩上限的行为通常被称为“满载曲线”。图2展示了图1的控制系统的满载曲线。纵轴表示转矩设定点，横轴表示电动机的实际速度。在这种情况下，转矩上限基于已经以特定速度对电动机的最大可能转矩正常话的转矩；转矩设定点值从而从0到1。从图2可以明显看出，在电动机的所有速度上满载曲线为常数(转矩设定点＝0.898)。在该转矩之上，发现电动机的效率明显下降，并且电流开始接近潜在损坏水平。因此，由于安全和/或过大损耗的原因，增压器不允许运行在该转矩之上。因此，如果在任何时候，图1的控制系统中的转矩需求大于0.898，那么它将自动被减少到0.898。输入电流的四个不同控制变量(开启角、关闭角、自由轮角和脉冲宽度调制(PWM))管理由开关磁阻电动机生成的转矩。转矩设定点映射105用于获得实现特定转矩设定点所需的每个控制变量的输入值。对于每个控制变量都存在转矩设定点映射105(即，总共存在四个转矩设定点映射)。对于所有转矩设定点和所述电动机速度(后者通过电源电压与参考电压的比较标准化，从而考虑电源电压中的任何变化)，每个映射均用控制变量的值填充。对于特定增压器电动机，每个控制变量的值都预先确定，并且硬连线进映射中。一旦控制系统已经获得需要的变量的值，电流提供给电动机。该电动机输入产生物理响应，生成新的实际速度。该实际速度反馈给控制系统并与目标速度进行比较，并且重复上述步骤。电动增压器倾斜于在高速(例如，50,000+rpm)下运行，当需要快速使电动机加速时，转矩设定点通常受到满负载曲线的限制(即，限制在最大转矩上限)。图3为展示了随着由图1的控制系统控制的增压器电动机从5000rpm加速到70000rpm的目标速度(在实际中，电动机只可以达到58000rpm的最大实际速度)，转矩设定点、电动机速度和电流的变化的曲线图。这样的操作所需的转矩通常在满负载曲线之上。因此，在提供电流的全时段(0-1.6秒)转矩设定点匹配最大转矩上限(对于所有速度为常数)。当以这种方式运行，转矩将总是认为安全可能的最大值(即，在其之上存在损坏电动机的显著风险，并且在其上效率下降)。这意味着电流消耗也将总是认为安全可能的最大值。这种电流被消耗的不灵活性，以及因此产生的功率消耗是不可取的。例如，当电池在低电量下运行时，消耗大量功率是不可取的。此外，处于最高水平的长期电流仍然可能潜在地导致对增压器的一些损害。已经提出了替代的控制系统。在这个替代布置(未图示)中，控制系统减少速度设定点(有效地逐步增加目标速度而不是把目标速度作为最终目标速度)。这缓和了转矩需求的忽然增大，因此避免忽然消耗大电流和长时间消耗。然而，功率以次优的方式使用，并且增压器倾向于有相对较慢的响应时间。
技术实现思路
本专利技术旨在减轻或克服至少一些上述缺点。根据本专利技术的第一方面，提供了一种控制电动增压器中的电动机的方法，此时所述电动机的速度从实际速度变化到目标速度，所述方法包括重复以下步骤：(1)确定所述电动机的速度从所述实际速度朝向所述目标速度变化所需的输入变量的大小；(2)在所需的所述输入变量上施加输入变量上限，从而建立输入变量设定点；(3)依赖于所述输入变量设定点，向所述电动机提供电流；其特征在于，所述输入变量上限的大小随所述电动机的速度而变化，所述输入变量上限的大小被预先确定为使得由所述电动机消耗的电流保持在预定阈值之下。本专利技术认为输入变量上限行为(即，满负载曲线)可以设定为使得由电动机消耗的电流始终保持尽可能接近特定阈值。这通过随着电动机速度的变化改变输入变量上限的大小实现。因此可以定制满负载曲线以确保由电动机消耗的电流低于或处于预定量(阈值)，确保更可预见的功率消耗。相比于速度设定点是变化的前面建议的布置，本专利技术实现功率的更有效使用和更快的响应。所述阈值优选地是恒定阈值。所述电动机可能具有所述电动机可以安全运行的最大转矩(例如，在该转矩之上，发现电动机的效率明显下降，并且电流开始接近潜在损坏水平)。所述阈值优选地处于小于认为安全可能的最大电流。所述阈值可能处于认为安全可能的最大电流的80％或更少。所述阈值可能处于认为安全可能的最大电流的60％或更少。所述预定阈值可能是预先选择的阈值。所述方法可能包括预先选择所述阈值的步骤。可能预先设计所述输入变量上限的大小的变化(以致由所述电动机消耗的电流保持在所述预定阈值之下)。所述方法可能包括预先设定所述输入变量上限的大小的变化。原则上，所述控制系统可以布置为总是使用相同的(根据上述专利技术设计的)满负载曲线。例如，可以预见到所述电动机总是消耗特定的电流大小可能是有益的。然而，在本专利技术的优选实施例中，所述输入变量上限是基于从多个不同的输入变量上限行为中预先选择的输入变量上限行为。对于每个输入变量上限行为：所述输入变量上限的大小可能随所述电动机的速度的变化而变化，并且所述输入变量上限的大小的变化可能预先确定为使得由所述电动机消耗的电流保持在相应的预定阈值之下。可能提供多个输入变量上限行为(即，满负载曲线)，每个满负载曲线均布置为确保在到达所述目标速度的过程中消耗的电流保持在相应的阈值之下。通过这种方式，可以根据情况(例如，可用功率、所需响应能力等)使用不同的满负载曲线。在产品开发和增压器测试的过程中可获得不同的满负载区域也被认为是很有用的，因为这使得增压器连通其他部件更易于测试(例如，汽车制造商可能希望尝试降低增压器的功率消耗以看看这种权衡在其他地方是否有益(例如，在电池寿命或从电池运行其他部件的能力))。所述方法可能包括从所述多个输入变量上限行为中选择所述输入变量上限行为的步骤。因此，所述控制系统它自身可能选择所述输入变量上限行为。例如，所述控本文档来自技高网...

【技术保护点】
控制电动增压器中的电动机的方法，此时所述电动机的速度从实际速度变化到目标速度，所述方法包括重复以下步骤：(1)确定所述电动机的速度从所述实际速度朝所述目标速度变化所需的输入变量的大小；(2)在所需的所述输入变量上施加输入变量上限，从而建立输入变量设定点；以及(3)依赖于所述输入变量设定点，向所述电动机提供电流；其特征在于，所述输入变量上限的大小随所述电动机的速度而变化，所述输入变量上限的大小的变化被预先确定为使得由所述电动机消耗的电流保持在预定阈值之下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.27 GB 1323071.91.控制电动增压器中的电动机的方法，此时所述电动机的速度从实际速度变化到目标速度，所述方法包括重复以下步骤：(1)确定所述电动机的速度从所述实际速度朝所述目标速度变化所需的输入变量的大小；(2)在所需的所述输入变量上施加输入变量上限，从而建立输入变量设定点；以及(3)依赖于所述输入变量设定点，向所述电动机提供电流；其特征在于，所述输入变量上限的大小随所述电动机的速度而变化，所述输入变量上限的大小的变化被预先确定为使得由所述电动机消耗的电流保持在预定阈值之下。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入变量上限基于从多个不同的输入变量上限行为中预先选择的输入变量上限行为，其中，对于每个输入变量上限行为：所述输入变量上限的大小随所述电动机的速度的变化而变化，并且所述输入变量上限的大小的变化预先确定为使得由所述电动机消耗的电流保持在相应的预定阈值之下。3.控制电动增压器中的电动机的方法，此时所述电动机的速度从实际速度变化到目标速度，所述方法包括步骤：(1)确定所述电动机的速度从所述实际速度朝所述目标速度变化所需的输入变量的大小；(2)在所需的所述输入变量上施加输入变量上限，从而建立输入变量设定点；以及(3)依赖于所述输入变量向所述电动机提供电流，以便生成所述输入变量设定点；其特征在于，所述输入变量上限基于从多个不同输入变量上限行为中选择的输入变量上限行为，所述多个输入变量上限中的每一个均设计为通过所述电动机实现不同功率消耗。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法包括从所述多个输入变量上限行为中选择所述输入变量上限行为的步骤。5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法包括接收从所述多个输入变量上限行为中选择的所述输入变量上限行为的步骤。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述输入变量上限行为的选择依赖于电源中可获得的功率的量。7.根据以上任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述电动机是开关磁阻电动机。8.根据以上任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述输入变量是转矩，以致所述方法包括重复以下步骤：(1)确定所述电动机的速度从所述实际速度朝所述目标速度变化所需的转矩；(2)在所需的转矩上施加转矩上限，从而建立转矩设定点，以及(3)向所述电动机提供电流，以便生成所述转矩设定点。9.根据权利要求8当依赖于权利要求7时所述的方法，其特征在于，根据转矩设定点映射，确定提供给所述电动机的所述电流的至少一个控制特征的值。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电流的至少一个控制特征为开启角。11.用于控制电动增压器中的电动机的控制系统，此时所述电动机的速度从实际速度变化到目标速度，所述系统包括：存储模块，其包括输入变量上限行为；处理器，其布置为应用所述输入变量上限行为，以将输入变量上限施加到将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·尼古拉斯·韦伯斯特，
申请(专利权)人：法雷奥空气管理英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB