基于测量输出电流和输出电压的转矩观测器制造技术

用于车辆的驱动电动机的转矩应该能够被可靠地估算。因此本发明专利技术涉及一种用于估算利用变频器（5）馈电的、用于车辆的三相驱动电动机（1）的转矩的方法，其中，三个相线路（6，7，8）从变频器（5）通向驱动电动机（1）。分别测量在至少两个相线路中的电流强度（i1，i2，i3），和分别测量在三个相线路（6，7，8）上的电压（u1，u2，u3）。由测量的电流强度或者测量的电压求出旋转磁场频率（f）。最后由测量的电流强度、测量的电压和求出的旋转磁场频率估算出转矩。

【技术实现步骤摘要】
基于测量输出电流和输出电压的转矩观测器
本专利技术涉及一种用于估算利用变频器（Umrichter）馈电的、用于车辆的三相驱动电动机的转矩的方法，其中，三个相线路从变频器通向驱动电动机。除此之外，本专利技术还涉及一种相应的用于车辆的驱动装置。
技术介绍
在电牵引驱动中（例如在电动汽车的情况下），为了确保转向稳定性，应该保证：在车轮上将由一个车辆控制装置所规定的额定转矩很大程度上正确地转变为实际转矩。通过额定值和实际值的比较可以推断出驱动装置的没有故障的运行，并因此推断出转向稳定性的保持情况。因此转矩的求取是一个重要的安全性特征。实际转矩因此应该利用与控制器分支独立无关的工作装置来确定（转矩观测器），在该控制器分支里由调节用电子装置提供额定值。转矩的额定值是已知的（直接由一个行驶控制装置的调节规则可用的），而实际转矩则仅仅很复杂地才能直接测量到。商业通用的转矩测量轴可能由于空间位置、重量和成本等原因而没有应用在车辆上。因此必须采用一种估算-或者说计算方法来代替转矩的测量，这些方法基于可以按更加简单的途径来测量的参量。对于车辆的电驱动来说通常采用三相电动机或者说交流电动机。这种交流电动机通常由中间电路通过变频器来控制（见图1）。变频器由调节用电子装置或者说调节装置来控制。只要变频器脉动且调节装置工作，那么就可以应用电流实际值和电压额定值来计算转矩。先决条件是：电压额定值一定程度上正确地被转变成实际值。由电压和电流可以求出变频器的瞬时功率。利用合适的滤波器可以得到有功部分，它在电动机里大部分（需减去定子和转子的损耗）被转变成机械功率。这种功率P则对应于转矩M乘以角速度2π·nmech，按照公式机械转矩基本上也可以对应于以下公式来估算：利用第二个公式可以更简单地得到转矩，这是因为旋转磁场功率Pδ可以更简单地确定（去除定子损耗后变频器的平均有效功率）。可以应用变频器的电输出频率f来代替机械转速nmech，该频率在调节装置里总是作为额定值而存在。电动机损耗（定子和转子）同样也可以用相应的模型由测量值推导出。在电动机定子感应线圈中的能量部分也可以这样加以考虑。由专利文件GB2440559B得知对于一种变频器的输出电压偏差进行补偿。进行一种对三个输出电压的集成的电压测量。这种测量通过一种∑-Δ-AD-互感器来实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：能够可靠地估算车辆的驱动装置的转矩。根据本专利技术该目的通过一种方法来实现，该方法用于估算利用变频器馈电的、用于车辆的三相驱动电动机的转矩，其中，三个相线路从变频器通向驱动电动机，分别测量在三个相线路中的至少第一个和第二个相线路中的电流强度，分别测量在三个相线路上的电压，由测量的电流强度或者测量的电压求出旋转磁场频率，和由测量的电流强度、测量的电压和求出的旋转磁场频率求出转矩的估算值。除此之外根据本专利技术提供一种车辆的驱动装置，它具有变频器馈电的三相驱动电动机，和三个从变频器通向驱动电动机的、用于给驱动电动机馈电的相线路。此外驱动装置还具有：电流测量装置，用于分别测量在至少两个相线路中的电流强度；电压测量装置，用于分别测量在三个相线路上的电压；计算装置，用于由测量的电流强度或者测量的电压求出旋转磁场频率；估算装置，用于由测量的电流强度、测量的电压和求出的旋转磁场频率求出转矩的估算值。驱动电动机的转矩，也就是说，有利地不是由变频器输出端上的实际电流强度和额定电压，而是由实际电流强度和实际电压求出。因此明显改善了转矩的估算，并且在变频器关断时，也可以进行估算。在一种优选的实施方式中，三个相线路上的电压用一种∑-Δ-方法进行测量。在三个相线路中的电流同样也可以一种∑-Δ-方法进行测量。这样的测量方法是可靠的并且可以用简单的装置来实现。为了求出估算值，优选地计算出功率值作为第一个和第二个部分功率值之和，其中，第一个部分功率值等于在第一个相线路中的电流强度和在三个相线路中的第一个相线路和第三个相线路之间的第一个相间电压的乘积，并且其中第二个部分功率值等于在第二个相线路中的电流强度和在第二个相线路和第三个相线路之间的第二个相间电压的乘积。按此方式可以由三相系统中的仅仅五个值求出功率值。由实际电流和实际电压得到的功率值是瞬时功率，并且可以利用低通滤波器滤波，以便得到变频器的平均有效电功率。因此得到用于估算转矩的有说服力的基础。除此之外可以提供一种用于驱动电动机中的损耗的损耗功率模型，其中为了求出可以由其估算出转矩的旋转磁场功率，从变频器的平均有效电功率中减去一个利用损耗功率模型得到的损耗功率。利用损耗功率模型可以很切合实际地重调整电动机的定子和转子中的损耗，从而可以更好地估算出电动机的实际输出功率。此外，即使关断变频器，也可以随后估算出转矩。其优点在于：如果变频器和电动机并不处于正常的运行状态在，也可以随后估算出转矩。此外可以以一种接通顺序对测量的电压进行可信度测试，在接通顺序中这样来控制变频器，即在所有三个相线路中施加相同的电压，从而在这些相线路中所测量的电流强度分别为零。通过这种可信度测试可以确保正确地测量电压。除此之外，可以对测量的两个电流强度进行可信度测试：在第三个相线路中测量第三个电流强度，并且三个电流强度之和为零。按此方式也可以明确地检验电流强度的测量。附图说明以下根据附图对本专利技术进行详细说明，附图所示为：图1具有电动机的变频器和所测量参量的特征标记；图2用于由两个电流和三个所测量的电压计算出转矩的信号流程图；和图3在计算单元里对测量值的加工处理。具体实施方式以下详细叙述的实施例表示了本专利技术的优选的实施方式。图1示意性地示出了一种用于电动车辆的驱动装置。驱动装置具有电动机1，它设计成交流电动机。电动机1由中间电路2馈电，中间电路通过中间电路电容C来表示。中间电路2是指具有负汇流排3和正汇流排4的直流电压系统。连接于负汇流排3和正汇流排4的变频器5将中间电路2的直流电转变成三相电流或者说交流电以用于电动机1。为此从变频器5至电动机1设有三个相线路：第一个相线路6、第二个相线路7和第三个相线路8。在第一个相线路6里测量电流i1，在第二个相线路7里测量电流i2，并且在第三个相线路8里测量电流i3。在第一个相线路6上相比于负汇流排3施加有电压u1，在第二个相线路7上施加有电压u2，并且在第三个相线路8上有电压u3。电动机1的电流i1，i2和i3通常被直接测量。至少在两个相位里测量电流，并且在第三个相位里的电流由此计算得出，因为只要没有绝缘误差，则三个电流一起得出的值为零。由开头所述的专利文件GB2440559B（在这里明显涉及该专利文件）得知一种方法，即如何借助于∑-Δ-方法（Sigma-Delta-方法）能测量变频器5的、相对于电压中间电路的负汇流排3的输出电压u1，u2和u3。通过∑-Δ-方法，整个测量值都以数字形式作为∑-Δ-数据流而存在，并且可以在中央逻辑组件9（例如FPGA）里适合地进行继续处理（见图3）.借助于输出电压u1，u2和u3的瞬时值和输出电流i1，i2和i3的瞬时值，可以在计算单元9里计算从电动机1输出的转矩M，尽管变频器5被关断或者额定电压由于另外的原因没有能正确地进行转换（例如由于时滞和导通电压降，或者说通过达到调节极限，最小脉冲检测的动作而引起的电压时间面积误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估算利用变频器（5）馈电的、用于车辆的三相驱动电动机（1）的转矩（M）的方法，其中，三个相线路（6，7，8）从所述变频器（5）通向所述驱动电动机（1），其特征在于，？分别测量在所述三个相线路（6，7，8）中的至少第一个和第二个相线路中的电流强度（i1，i2，i3），？分别测量在所述三个相线路上的电压（u1，u2，u3），？由所述测量的电流强度或者所述测量的电压求出旋转磁场频率（f），和？由所述测量的电流强度、所述测量的电压和所述求出的旋转磁场频率求出所述转矩（M）的估算值FDA00001861517400011.jpg

【技术特征摘要】
2011.07.08 EP 11173249.11.一种用于估算利用变频器(5)馈电的、用于车辆的三相驱动电动机(1)的转矩(M)的方法，其中，三个相线路从所述变频器(5)通向所述驱动电动机(1)，其特征在于，-分别测量在所述三个相线路中的第一个相线路和第二个相线路中的电流强度，-分别测量在所述三个相线路上的电压(u1，u2，u3)，-由所述测量的电流强度或者所述测量的电压求出旋转磁场频率(f)，和-由所述测量的电流强度、所述测量的电压和所述求出的旋转磁场频率求出所述转矩(M)的估算值(M)，其中，以一种接通顺序对测量的电压(u1，u2，u3)进行可信度测试，在所述接通顺序中所述变频器能由具有零矢量(000，111)的调节电子装置来控制，从而不产生在所述三个相线路中的所述第一个相线路和所述三个相线路中的第三个相线路(8)之间的第一个相间电压(u13)和在所述第二个相线路和所述第三个相线路之间的第二个相间电压(u23)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述三个相线路上的所述电压(u1，u2，u3)利用Σ-Δ-方法进行测量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述三个相线路中的电流利用Σ-Δ-方法进行测量。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了求出所述估算值计算出功率值作为第一个和第二个部分功率值之和，其中，所述第一个部分功率值等于在所述第一个相线路(6)中的电流强度(i1)和所述第一个相间电压(u13)的乘积，并且其中所述第二个部分功率值等于在所述第二个相线路(7)中的电流强度(i2)和所述第二个相间电压(u23)的乘积。5.根据权利要求3所述的方法，其中，为了求出所述估算值(M～)，计算出功率值作为第一个和第二个部分功率值之和，其中，所述第一个部分功率值等于在所述第一个相线路(6)中的电流强度(i1)和所述第一个相间电压(u13)的乘积，并且其中所述第二个部分功率值等于在所述第二个相线路(7)中的电流强度(i2)和所述第二个相间电压(u23)的乘积...

【专利技术属性】
技术研发人员：恩里科·福奇斯，托马斯·格策，斯特芬·黑尔米希，汉斯乔治·克普肯，斯特凡·弗尔克尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：