一种两轮车辆电机位置传感器整车调零方法与流程

1.本发明涉及传感器调零技术领域，尤其是涉及一种两轮车辆电机位置传感器整车调零方法。


背景技术：

2.目前传统轻型两轮高速载人工具电气化进程处于起步阶段，电机控制器作为其的核心部件，其控制性能对高速两轮载人交通工具的高效可靠运行至关重要。在现有的两轮电机控制器控制系统中，大多数采用永磁同步电机和电机控制器的组合方案，并且电机控制器采用电机的磁场定向矢量控制，这就需要精准的电机转子磁场位置检测。目前，用于车辆的永磁同步电机大多数采用在转子上安装位置传感器，例如：旋转变压器，gmr,tmr等，位置传感器安装后需要进行位置传感器的零位校准，常称调零。目前在高速2轮行业中，常采用借助第三方调零工具，或者是实施给电机在固定位置通直流电流，通过直流电流产生的磁场和转子磁极的相互吸引的方法把转子磁极向给定的固定位置慢慢拉向固定位置。但是上述方案存在以下问题：
3.1.借助第三方工具，一般是在电机下线产线上进行，需要专门的工位来进行，辨识出零位后写入控制器，这样耗费工时，同时如果发生辨识错误而发货，后续在整车上可能无法方便的进行更正。
4.2.通过给电机通直流电流的方法，一般是在电机下线产线上进行，需要专门的工位来进行，辨识出零位后写入控制器，这样耗费工时，同时需要专门制作一个工装来进行。同时，由于不知道磁极的位置，可能需要多次修改给定位置，否则，电机可能无法向给定位置移动，由于电机的磁阻扭矩和摩擦力，转子磁极也无法准确的和给定位置对齐，这样调零耗时同时也无法得到一个准确的零位信息。此外，该方案也无法在整车上进行，因为在整车系统中，传动系统增加了电机的摩擦力，这样有可能电机不会移动同时会进一步增加零位的不准确性。
5.同时上述2种方案，电机和控制器无法盲配，如果电机位置传感器的零位信息补统一，只能一个电机学完零位后和对应的控制器一一对应的匹配运行，否则零位信息是错误的，车辆可能无法正常运行。
6.中国专利申请cn110932636a公开了一种永磁同步电机初始位置辨识方法及系统，该方案中获取d轴反馈电压，并通过角度补偿pi调节器输出角度补偿值，该策略中，存在死区的影响，由于器件死区的存在，导致反馈电压存在误差，可能使辨识出来的初值位置存在偏差。同时进行角度补偿时，还需要借助辅助的对托平台进行测试，无法在整车上进行，导致如果整车初值位置有误，无法进行整车级的自辨识。
7.中国专利申请cn112422012a公开了一种零速下车载永磁同步电机的零位辨识方法，该方案为高频脉冲注入法，在无位置编码器场合用该策略进行初始位置辨识，此方法中高频脉振电压和高频旋转电压注入理论比较成熟，但算法和信号处理比较复杂，在无速度pms控制中有一些应用，在中高端闭环场合，应用不常见，同时该策略需要利用pms电机的凸
极性进行ns辨识，该辨识过程容易存在辨识反向问题，不一定能够保证每次都能精准辨识ns极。


技术实现要素：

8.本发明的目的就是为了提供一种两轮车辆电机位置传感器整车调零方法。
9.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
10.一种车辆电机位置传感器整车调零方法，所述方法具体为：将车辆的驱动轮悬空，进行零位辨识，基于零位辨识结果对位置传感器进行调零；
11.其中所述零位辨识的具体步骤包括：
12.正向将电机拖动运行至设定转速，然后停止拖动，让电机依靠惯性自由转动，在自由转动过程中，切入到零位辨识过程，当转速降至一个极低转速时，停止零位辨识，获取第一辨识结果；
13.反向将电机拖动运行至设定的转速，然后停止拖动，让电机依靠惯性自由转动，在自由转动过程中，切入到零位辨识过程，当转速降至一个极低转速时，停止零位辨识，获取第二辨识结果；
14.将两次获取到的辨识结果求取平均值，获取到最终的零位辨识结果。
15.进一步的，所述电机的正反转运行过程为位置开环控制的开环驱动过程，具体步骤包括：
16.获取电机的三相电流，通过3/2变换到旋转坐标系的dq轴上，得到旋转坐标系下的电流反馈；
17.开环给定为旋转坐标系的旋转速度，对旋转速度进行积分，获取旋转坐标系的实时位置信息；
18.当电机转速到达设定转速范围内，获取开环驱动给定的实时位置信息和位置传感器的位置信息，将二者做差，并且多次取平均值后，当作粗调零位信息，并作为零位信息的前馈信号输入到后续的零位辨识过程；
19.当开环转速到达设定转速时，立即停止开环驱动运行，切入到零位信息辨识过程，该辨识过程为零位信息精准辨识过程；
20.计算上述开环过程结束时输入的粗调零位信息和零位信息精准辨识过程输出结果之和。
21.进一步的，在所述开环驱动过程中，对旋转速度给定进行斜坡处理。
22.进一步的，在所述开环驱动过程中，如发现驱动失速，给定的初始位置在一个电周期内分角度进行多次驱动。
23.进一步的，所述零位信息精准辨识的方法包括：
24.当电机在自由运行过程中产生的相对较大的反电势时，控制器不运行，采集定子电压；
25.从三相定子电压采样中获取到精准的转子位置信息，再将获取转子位置信息和位置传感器的位置信息做差，差值结果经过滤波器后得到精准的零位信息。
26.进一步的，所述零位信息精准辨识的方法包括：
27.获取电机定子电压的典型值信息，通过设计调节器来追踪典型值获取到精准的零
位位置信息。
28.进一步的，所述零位信息精准辨识方法的具体步骤为：
29.实施定子d轴电流最终为零的电流闭环控制；
30.获取到定子电压为零的典型值，设计pi调节器来获取精准的零位信息；
31.通过位置传感器的位置和pi调节器获取到的精准零位信息为最终的转子磁极位置信息；
32.进一步的，所述电流闭环控制具体为：
33.设置给定d轴参考电流为零、给定q轴参考电流为零；
34.获取定子三相电流，基于转子磁极位置信息，通过3/2变化获取到dq轴反馈电流信息；
35.通过给定q轴参考电流d轴参考电流与q轴参考电流为零以及反馈的dq轴电流信息，进行电流闭环控制。
36.进一步的，所述pi调节器的输入信号为：位置传感器的采集位置信号与开环过程输出的粗调零位信息。
37.进一步的，所述定子电压进行标幺化处理。
38.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
39.两轮车由于其整车车架结构简单，重量轻，同时存在支撑，当将支撑架起来的时候，驱动轮可转动。整个辨识过程可在电机下线产线上进行或者在整车上进行，辨识完成后零位信息可写入控制器固态存储区，如果后续发现位置传感器零位信息有误，只需要将整车通过支撑架起来，按照设定的组合键或者供应商的上位机下发零位辨识指令即可，辨识完成后自动更新零位值之相应的固定存储区域。该方法还可实现电机控制器和电机的盲配。
附图说明
40.图1为本发明产线零位辨识框图；
41.图2为本发明整车零位辨识框图；
42.图3为本发明的开环驱动过程的流程框图；
43.图4为本发明定子电压采样获取零位过程的示意图；
44.图5为本发明无定子电压采样获取零位过程流的示意图。
45.具体实施方式
46.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
47.实施例1
48.两轮车由于其整车车架结构简单，重量轻，同时存在支撑，当将支撑架起来的时候，驱动轮可转动。整个辨识过程可在电机下线产线上进行或者在整车上进行，辨识完成后零位信息可写入控制器固态存储区，如果后续发现位置传感器零位信息有误，只需要将整
车通过支撑架起来，按照设定的组合键或者供应商的上位机下发零位辨识指令即可，辨识完成后自动更新零位值之相应的固定存储区域。该方法还可实现电机控制器和电机的盲配。
49.(1)进一步结构特点描述：
50.该辨识过程分下面几部分完成：
51.如在产线上，直接用现有的控制器，给控制器的直流通过电源供电，控制器的三相输出和电机的三相输入线连接，通过上位机下发辨识指令即可，如附图1所示。
52.如在整车上，先通过后撑将整车驱动轮悬空，按组合键或者通过上位机下发辨识指令即可，如附图2所示。
53.辨识过程先正向将电机拖动运行至一个相对较高的转速，然后停止拖动，让电机依靠惯性自由转动，在自由转动过程中，切入到零位辨识过程，当转速降至一个极低转速时，停止零位辨识，获取第一次辨识结果。
54.在反向将电机拖动运行至一个相对较高的转速，然后停止拖动，让电机依靠惯性自由转动，在自由转动过程中，切入到零位辨识过程，当转速降至一个极低转速时，停止零位辨识，获取第二次辨识结果。
55.将两次获取到的辨识结果求取平均值，获取到最终的零位辨识结果。
56.辨识结束后，将零位信息存储到控制器相应的固态存储区。
57.该算法可实现控制器与电机的盲配，在实际运用中，尤其在整车上，如果无法确定零位信息的准确性，只需要利用后撑将整车驱动轮悬空，通过组合键或者上位机下发指令重新辨识即可。
58.(2)工作原理：
59.算法原理如下：
60.电机的正反转运行过程为位置开环控制，控制器获取电机的三相电流，通过3/2变换到旋转坐标系的dq轴上，获取到旋转坐标系下的电流反馈，由于是位置开环控制，旋转坐标系的旋转速度为开环给定，同时对旋转速度进行积分即可获取到旋转坐标系的实时位置，直至开环控制的转速到达设定的转速。
61.在上述开环驱动过程中，设置控制器的旋转坐标系下的电流指令为：i
d_ref
＝0、i
q_ref
＝i
set
，即d轴参考电流为零，q轴参考电流i
set
根据不同的电机或者整车系统可调。
62.在上述开环驱动过程中，转速的给定进行斜坡处理，防止开环运行过程中由于位置偏差过大导致拖动失速。
63.在上述开环驱动过程中，如发现驱动失速，给定的初始位置可在一个电周期内分0度，90度，180度，270度4次进行驱动，这样即使初始位置偏差大，经过4次尝试电机也会正常的驱动运行进来。
64.在上述开环驱动过程中，当电机转速到达设定转速范围内，其正负误差在一个设定范围内时，获取开环驱动给定的位置信息和位置传感器的位置信息，将其做差，并且多次取平均值后，当作第一次粗调零位信息，作为零位信息的前馈信号输入到后续的零位辨识过程。
65.在上述开环驱动过程中，将粗调零位信息输入到后续的零位辨识过程中，可以防止后续的辨识过程在初始阶段位置偏差过大而导致的控制器过流情况的发生。
66.上述开环驱动过程如附图3所示。
67.当开环转速到达设定转速时，立即停止开环驱动运行，切入到零位信息辨识过程，该辨识过程为零位信息精准辨识过程，其最终结果为上述开环过程结束时输入的粗调零位信息和零位信息辨识过程输出结果之和。
68.零位辨识过程为零位信息精确辨识过程，其辨识过程为利用电机在自由运行过程中产生的相对较大的反电势，以下可以分为2中方法进行精确辨识：
69.第一种方法：进行电机定子电压采样，当电机在自由运行过程中产生的相对较大的反电势时，控制器不运行，采集到的定子电压即为电机反电势，可以从三相定子电压采样中获取到精准的转子位置信息，再和位置传感器的位置信息做差，然后结果经过低通滤波器即可获取到精准的零位信息。
70.在上述第一种方法中，前述的开环过程获取的粗调零位信息并没有使用。
71.在上述第一种方法中，硬件电路需要增加至少2路电压采集回路。
72.在上述第一种方法中，软件需要增加至少2路电压ad采集回路。
73.上述第一种方法如附图4所示。
74.第二种方法：不进行定子电压采样，通过电机定子电压在旋转坐标系下的方程，获取典型值信息，通过设计调节器来追踪典型值而获取到精准的零位位置信息。
75.在上述第二种方法中，定子电压在旋转坐标系下的稳态电压方程为：
76.u
sd
＝rs*i
sd-ω*lq*i
sq
[0077][0078]
上式中：rs为定子电阻；i
sd
和i
sq
分别为旋转坐标系下定子dq轴电流；lq和ld分别为定子dq轴电感；为转子磁链；ω为定子电角速度。
[0079]
在上述第二种方法中，实施定子电流最终效果为0电流的控制，即i
d_ref
＝0，i
q_ref
＝0；
[0080]
在上述第二种方法中，实施0电流控制，即可获取到usd＝0的典型值，通过u
sd
＝0设计pi调节器来获取精准的零位信息。
[0081]
在上述第二种方法中，通过位置传感器的位置和pi调节器获取到的精准零位信息为最终的转子磁极位置信息。
[0082]
在上述第二种方法中，获取定子三相电流，通过转子磁极位置信息，通过3/2变化获取到dq轴反馈电流信息。
[0083]
在上述第二种方法中，通过i
d_ref
＝0，i
q_ref
＝0和反馈的dq轴电流信息来进行电流闭环控制。
[0084]
在上述第二种方法中，实施定子电流0电流控制的优势是，忽略了定子电阻rs，电感lq和ld参数不准确的影响。
[0085]
在上述第二种方法中，由于实施的是0电流控制，转子几乎无温升，因此不会因为温升而发生变化。
[0086]
在上述第二种方法中，定子电压还进行了标幺化处理，这样将控制器电压输出由于死区而导致的非线性的影响也通过标幺化处理成线性调节器。
[0087]
在上述第二种方法中，位置传感器的采集位置信号作为pi调节器的一个输入信
号。
[0088]
在上述第二种方法中，开环过程输出的粗调零位信息作为pi调节器的一个输入信号。
[0089]
在上述第二种方法中，开环过程输出的粗调零位信息和pi调节器输出的结果之和为最终的精准零位信息。
[0090]
在上述第二种方法中，当转速低于设定值时，即停止零位辨识，获取到一次精准零位信息。
[0091]
在上述第二种方法中，转速低于某设定值，该设置值可根据整车来调整
[0092]
上述第二种方法中，通过开环过程的正反转各一次，获取到2次零位精确信息，求其其平均值，即为最终的精准零位信息。
[0093]
在上述第二种方法中，获取到精准零位信息后，自动写入固定的固态存储区域，后续起机后直接从该区域读取零位信息用于算法控制。
[0094]
上述第二种方法的算法如附图5所示。
[0095]
上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0096]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依据本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理、或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，所述方法具体为：将车辆的驱动轮悬空，进行零位辨识，基于零位辨识结果对位置传感器进行调零；其中所述零位辨识的具体步骤包括：正向将电机拖动运行至设定转速，然后停止拖动，让电机依靠惯性自由转动，在自由转动过程中，切入到零位辨识过程，当转速降至一个极低转速时，停止零位辨识，获取第一辨识结果；反向将电机拖动运行至设定的转速，然后停止拖动，让电机依靠惯性自由转动，在自由转动过程中，切入到零位辨识过程，当转速降至一个极低转速时，停止零位辨识，获取第二辨识结果；对两次获取到的辨识结果求取平均值，获取到最终的零位辨识结果。2.根据权利要求1所述的一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，所述电机的正反转运行过程为位置开环控制的开环驱动过程，具体步骤包括：获取电机的三相电流，通过3/2变换到旋转坐标系的dq轴上电流，得到旋转坐标系下的电流反馈；开环给定为旋转坐标系的旋转速度，对旋转速度进行积分，获取旋转坐标系的实时位置信息；当电机转速到达设定转速范围内，获取开环驱动给定的实时位置信息和位置传感器的位置信息，将二者做差，并且多次取平均值后，当作粗调零位信息，并作为零位信息的前馈信号输入到后续的零位辨识过程；当开环转速到达设定转速时，立即停止开环驱动运行，切入到零位信息辨识过程，该辨识过程为零位信息精准辨识过程；计算上述开环过程结束时输入的粗调零位信息和零位信息精准辨识过程输出结果之和。3.根据权利要求2所述的一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，在所述开环驱动过程中，对旋转速度给定进行斜坡处理。4.根据权利要求2所述的一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，在所述开环驱动过程中，如发现驱动失速，给定的初始位置在一个电周期内分角度进行多次驱动。5.根据权利要求2所述的一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，所述零位信息精准辨识的方法包括：当电机在自由运行过程中产生的相对较大的反电势时，控制器不运行，采集定子电压；从三相定子电压采样中获取到精准的转子位置信息，再将获取转子位置信息和位置传感器的位置信息做差，差值结果经过滤波器后得到精准的零位信息。6.根据权利要求2所述的一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，所述零位信息精准辨识的方法包括：获取电机定子电压的典型值信息，通过设计调节器来追踪典型值获取到精准的零位位置信息。7.根据权利要求6所述的一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，所述零位信息精准辨识方法的具体步骤为：实施定子d轴电流最终为零的电流闭环控制；
获取到定子电压为零的典型值，设计pi调节器来获取精准的零位信息；通过位置传感器的位置和pi调节器获取到的精准零位信息为最终的转子磁极位置信息。8.根据权利要求7所述的一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，所述电流闭环控制具体为：设置给定d轴参考电流为零、给定q轴参考电流为零；获取定子三相电流，基于转子磁极位置信息，通过3/2变化获取到dq轴反馈电流信息；通过给定q轴参考电流d轴参考电流与q轴参考电流为零以及反馈的dq轴电流信息，进行电流闭环控制。9.根据权利要求7所述的一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，所述pi调节器的输入信号为：位置传感器的采集位置信号与开环过程输出的粗调零位信息。10.根据权利要求7所述的一种车辆电机位置传感器整车调零方法，其特征在于，所述定子电压进行标幺化处理。

技术总结
本发明涉及一种车辆电机位置传感器整车调零方法，将车辆的驱动轮悬空，进行零位辨识，基于零位辨识结果对位置传感器进行调零；零位辨识的具体步骤包括：正向将电机拖动运行至设定转速，然后停止拖动，让电机依靠惯性自由转动，在自由转动过程中，切入到零位辨识过程，当转速降至一个极低转速时，停止零位辨识；反向将电机拖动运行至设定的转速，然后停止拖动，让电机依靠惯性自由转动，在自由转动过程中，切入到零位辨识过程，当转速降至一个极低转速时，停止零位辨识；将两次获取到的辨识结果求取平均值，获取到最终的零位辨识结果。与现有技术相比，本发明可以在辨识完成后自动更新零位值之相应的固定存储区域，并实现电机控制器和电机的盲配。和电机的盲配。和电机的盲配。


技术研发人员：张欢
受保护的技术使用者：博格华纳驱动系统（苏州）有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/8/28