用于电动马达驱动系统的电源电流的动态估计.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910951330.1 (22)申请日 2019.10.08 (30)优先权数据 16/153,339 2018.10.05 US (71)申请人 操纵技术IP控股公司 地址 美国密歇根州 (72)发明人 P普拉莫德A萨哈 IO罗维 (74)专利代理机构 隆天知识产权代理有限公司 72003 代理人 金鹏石海霞 (51)Int.Cl. G01R 31/40(2014.01) G01R 19/00(2006.01) (54)发明名称 用于电动马达驱动系统的电源电流的动态 估计。

2、 (57)摘要 本公开涉及用于电动马达驱动系统的电源 电流的动态估计。 根据本文描述的技术方案的一 个或多个实施例， 一种示例方法包括确定电源电 路中的逆变器的输入电压(Vinv)。 该方法还包括 测量逆变器的输入电流(Ii)。 该方法还包括使用 状态观测器和电源电路的受控对象模型基于输 入电压和输入电流来估计来自电源电路的电源 的电源电流， 该电源电流是在非稳定状态下估计 的。 该方法还包括对经由逆变器接收电力的马达 执行主动电源管理。 本发明能够在动态(非稳态) 下估计电源电流， 而无需电流传感器的额外成 本。 权利要求书2页 说明书10页 附图4页 CN 111007421 A 2020。

3、.04.14 CN 111007421 A 1.一种方法， 包括： 确定电源电路中的逆变器的输入电压(Vinv)； 测量所述逆变器的输入电流(Ii)； 使用状态观测器和所述电源电路的受控对象模型基于所述输入电压和所述输入电流 来估计来自所述电源电路的电源的电源电流， 所述电源电流是在非稳定状态下估计的； 以 及 执行经由所述逆变器接收电力的马达的主动电源管理。 2.根据权利要求1所述的方法， 其中， 所述电源电路的所述受控对象模型包括共模扼流 圈。 3.根据权利要求2所述的方法， 其中， 所述共模扼流圈的多个电阻值被组合以在所述受 控对象模型中形成所述共模扼流圈的单个电阻值。 4.根据权利要求。

4、2所述的方法， 其中， 所述共模扼流圈的多个电感值被组合以在所述受 控对象模型中形成所述共模扼流圈的单个电感值。 5.根据权利要求2所述的方法， 其中， 所述电源电路的受控对象模型还包括大容量电容 器。 6.根据权利要求5所述的方法， 其中， 所述电源电路的所述受控对象模型的传递函数表 示为其中Is是所述电源电流， C是所 述大容量电容器的电容， L是所述共模扼流圈的电感， Rc是所述大容量电容器的电阻， Ri是所 述共模扼流圈的电阻， s是导数项。 7.根据权利要求1所述的方法， 其中， 基于电源电压(Vbat)和所述输入电流(Ii)确定所述 逆变器的所述输入电压。 8.一种装置， 包括： 。

5、电源； 逆变器； 电源输入电路； 以及 处理器， 被配置为估计来自所述电源的电源电流， 所述估计包括： 确定所述逆变器的输入电压(Vinv)； 测量所述逆变器的输入电流(Ii)； 使用状态观测器和所述电源电路的受控对象模型基于所述输入电压和所述输入电流 来估计所述电源电流， 所述电源电流是在非稳定状态下估计的； 以及 执行经由所述逆变器接收电力的马达的主动电源管理。 9.根据权利要求8所述的装置， 其中， 所述电源电路的所述受控对象模型包括共模扼流 圈。 10.根据权利要求9所述的装置， 其中， 所述共模扼流圈的多个电阻值被组合以在所述 受控对象模型中形成所述共模扼流圈的单个电阻值。 11.根。

6、据权利要求9所述的装置， 其中， 所述共模扼流圈的多个电感值被组合以在所述 受控对象模型中形成所述共模扼流圈的单个电感值。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111007421 A 2 12.根据权利要求9所述的装置， 其中， 所述电源电路的所述受控对象模型还包括大容 量电容器。 13.根据权利要求12所述的装置， 其中， 所述电源电路的所述受控对象模型的传递函数 表示为其中Is是所述电源电流， C是所述大容 量电容器的电容， L是所述共模扼流圈的电感， Rc是所述大容量电容器的电阻， Ri是所述共模 扼流圈的电阻， s是导数项。 14.根据权利要求8所述的装置， 其中， 所述逆变器的所述输入。

7、电压是基于电源电压 (Vbat)和所述输入电流(Ii)确定的。 15.一种转向系统， 包括： 逆变器； 电源输入电路； 以及 处理器， 被配置为估计来自电源的电源电流， 所述估计包括： 确定所述逆变器的输入电压(Vinv)； 测量所述逆变器的输入电流(Ii)； 使用状态观测器和所述电源电路的受控对象模型基于所述输入电压和所述输入电流 来估计所述电源电流， 所述电源电流是在非稳定状态下估计的； 以及 执行经由所述逆变器接收电力的马达的主动电源管理。 16.根据权利要求15所述的转向系统， 其中， 所述电源电路的所述受控对象模型包括共 模扼流圈。 17.根据权利要求16所述的转向系统， 其中， 所。

8、述共模扼流圈的多个电阻值被组合以在 所述受控对象模型中形成所述共模扼流圈的单个电阻值。 18.根据权利要求16所述的转向系统， 其中， 所述共模扼流圈的多个电感值被组合以在 所述受控对象模型中形成所述共模扼流圈的单个电感值。 19.根据权利要求18所述的转向系统， 其中， 所述电源电路的所述受控对象模型的传递 函数表示为其中Is是所述电源电流， C是 所述大容量电容器的电容， L是所述共模扼流圈的电感， Rc是所述大容量电容器的电阻， Ri是 所述共模扼流圈的电阻， s是导数项。 20.根据权利要求15所述的转向系统， 其中， 所述逆变器的所述输入电压是基于电源电 压(Vbat)和所述输入电流。

9、(Ii)确定的。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111007421 A 3 用于电动马达驱动系统的电源电流的动态估计 技术领域 0001 本公开涉及用于电动马达驱动系统的电源电流的动态估计， 更具体地， 涉及一种 能够在动态(非稳态)下估计电源电流的方法、 装置及转向系统。 背景技术 0002 利用电动马达驱动系统的电子系统， 诸如电动助力转向(EPS)系统、 泵、 洗衣机、 烘 干机、 工业设备等， 通常采用诸如主动电源管理的高级算法， 其涉及根据不断变化的限制需 求实时限制系统的供电(和再生电流)。 这样的技术可以优化使用电源， 诸如电池。 主动电源 管理进一步提高了整个电子系统的性能。

10、以及操作者的舒适性。 例如， 在操作者连续地操作 电子系统的情况下， 例如在驾驶员使用车辆中的EPS的情况下， 主动电源管理有助于总体车 辆性能和驾驶员的舒适性。 发明内容 0003 根据本文描述的技术方案的一个或多个实施例， 一种示例方法包括确定电源电路 中的逆变器的输入电压(Vinv)。 该方法还包括测量逆变器的输入电流(Ii)。 该方法还包括使 用状态观测器和电源电路的受控对象模型(plant model)基于输入电压和输入电流来估计 来自电源电路的电源的电源电流， 该电源电流是在非稳定状态下估计的。 该方法还包括对 经由逆变器接收电力的马达执行主动电源管理。 0004 根据一个或多个实。

11、施例， 一种装置包括： 电源、 逆变器、 电源输入电路和估计来自 电源的电源电流的处理器。 该估计使用以下方法来执行， 该方法包括确定电源电路中的逆 变器的输入电压(Vinv)。 该方法还包括测量逆变器的输入电流(Ii)。 该方法还包括使用状态 观测器和电源电路的受控对象模型基于输入电压和输入电流来估计来自电源电路的电源 的电源电流， 该电源电流是在非稳定状态下估计的。 该方法还包括对经由逆变器接收电力 的马达执行主动电源管理。 0005 根据一个或多个实施例， 一种转向系统包括逆变器、 电源输入电路和估计来自电 源的电源电流的处理器。 该估计使用以下方法来执行， 该方法包括确定电源电路中的逆。

12、变 器的输入电压(Vinv)。 该方法还包括测量逆变器的输入电流(Ii)。 该方法还包括使用状态观 测器和电源电路的受控对象模型基于输入电压和输入电流来估计来自电源电路的电源的 电源电流， 该电源电流是在非稳定状态下估计的。 该方法还包括对经由逆变器接收电力的 马达执行主动电源管理。 0006 通过以下结合附图的描述， 这些和其他优点和特征将变得更加显而易见。 附图说明 0007 在说明书所附的权利要求中特别指出并清楚地声明本公开的主题。 通过以下结合 附图的详细描述， 本公开的前述和其他特征以及优点将变得清晰， 其中： 0008 图1是根据一个或多个实施例的EPS系统的示例性实施例； 说明书。

13、 1/10 页 4 CN 111007421 A 4 0009 图2是根据一个或多个实施例的电源电路的框图； 0010 图3描绘了根据一个或多个实施例的电源电路的一个或多个传递函数的幅度图； 0011 图4描绘了根据一个或多个实施例的电源电路的简化模型； 0012 图5描绘了根据一个或多个实施例的状态观测器的结构和数据流； 0013 图6描绘了根据一个或多个实施例的用于估计电源电流并且使用所估计的电源电 流执行一个或多个操作的示例方法的流程图； 以及 0014 图7示出了根据一个或多个实施例的马达控制系统的控制模块的示例。 具体实施方式 0015 通常， 在大多数现有系统中， 使用电源电流的稳。

14、态估计来执行主动电源管理， 所述 电源电流是从电源接收的电流， 该电源向电子系统提供电力。 当系统的电路中的某一点的 电流基本上恒定(不随时间变化)时， 称为稳态电流。 在稳态中， 流入系统的电路中的任何点 的电流(或电荷)基本上等于流出该点的电流(或电荷)。 通常， 可以使用观测器(状态估计 器)来估计稳态电源电流。 0016 为了执行主动电源管理， 至少在一些情况下， 不仅要求稳态功率或电流限制为指 定值， 还需要约束或限制电源电流的动态。 如本文中所指的 “电源电流的动态” 包括两个连 续稳态测量之间的电源电流测量。 在这种动态状态下测量电源电流是一项技术挑战， 因为 在这种情况下， 期。

15、望实时地获得电源电流的估计值。 现有的获得这种动态测量的方案使用 电流传感器来实时测量电源电流。 虽然从精度的角度来看直接测量是可取的， 但这会增加 电子系统的成本。 0017 本文中所描述的技术方案通过提供对于电源电流的基于观测器的估计来解决这 种技术挑战， 其甚至可以在动态(非稳态)下估计电源电流， 而无需电流传感器的额外成本。 0018 现在参考附图， 其中将参考特定实施例描述本公开， 而不限制本公开， 应当理解的 是， 所公开的实施例仅仅是说明本公开， 可以以各种形式和替代形式来实施。 附图不一定按 比例绘制； 某些特征可能会被放大或缩小， 以显示特定组件的详细信息。 因此， 本文公开。

16、的 具体结构和功能细节不应被解释为限制性的， 而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种 形式利用本公开的代表性基础。 0019 如本文所使用的， 术语 “模块” 和 “子模块” 是指一个或多个处理电路， 诸如专用集 成电路(ASIC)、 电子电路、 执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、 专用的或成 组的)和存储器、 组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适的部件。 可以理解， 下面 描述的子模块可以被组合和/或进一步划分。 0020 现在参考附图， 其中将参考具体实施例描述技术方案， 而不限于此， 图1是适合于 实现所公开的实施例的EPS 40的示例性实施例。 应当注意的是， 尽管。

17、本文参照EPS 40描述 了用于电动马达驱动系统的电源电流的动态估计的技术方案， 但是技术方案可以用于使用 电动马达驱动的任何其他电子系统中， 而不限于EPS。 0021 在图1中， 转向机构36是齿轮齿条式系统， 包括位于壳体50内的齿条(未示出)和位 于齿轮壳体52下方的小齿轮(也未示出)。 当操作者输入、 以下表示为方向盘26(例如手轮 等)被转动时， 上转向轴29转动， 并且通过万向接头34连接到上转向轴29的下转向轴51转动 小齿轮。 小齿轮的旋转使齿条移动， 依次移动横拉杆38(仅显示一个)和转向节39(仅显示一 说明书 2/10 页 5 CN 111007421 A 5 个)， 。

18、转向节39转动可操纵车轮44(仅显示一个)。 0022 电动助力转向辅助通过总体由附图标记24表示的控制装置提供， 并且包括控制器 16和电机19， 电机19可以是永磁同步马达， 并且在下文中表示为马达19。 控制器16由车辆电 源10通过电线12供电。 控制器16从车速传感器17接收表示车速的车速信号14。 通过位置传 感器32测量转向角， 该位置传感器32可以是光学编码型传感器、 可变电阻型传感器或任何 其他合适类型的位置传感器， 并且向控制器16提供位置信号20。 马达速度可利用转速计或 任何其他装置来测量， 并且作为马达速度信号21传输至控制器16。 表示为m的马达速度可 被测量、 计。

19、算或其组合。 例如， 可以将马达速度m计算为由位置传感器32在规定时间间隔 内测量的马达位置 的变化。 例如， 马达速度m可由方程式m /t确定为马达位置 的导数， 其中t是采样时间， 是采样间隔期间的位置变化。 或者， 可以从马达位置导出 马达速度， 作为相对于时间的位置变化率。 应当理解， 有许多已知的方法来进行导数的功 能。 0023 当方向盘26转动时， 扭矩传感器28感测由车辆操作者施加到方向盘26的扭矩。 扭 矩传感器28可以包括扭力杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)， 其根据扭力杆上的 扭转量向控制器16输出可变扭矩信号18。 虽然这是扭矩传感器中的一种， 但只要是与已知。

20、 信号处理技术一起使用的任何其他合适的扭矩传感装置都可以满足要求。 响应于各种输 入， 控制器向电动马达19发送命令22， 通过蜗杆47和蜗轮48向转向系统提供扭矩辅助， 从而 对车辆转向提供扭矩辅助。 0024 应当注意， 尽管通过参考用于电动转向应用的马达控制来描述所公开的实施例， 但是应当理解， 这样的参考仅是说明性的， 并且所公开的实施例可以应用于使用电动马达 的任何马达控制应用， 例如， 转向、 阀控制等。 此外， 本文中的参考和描述可以应用于许多形 式的参数传感器， 包括但不限于扭矩、 位置、 速度等。 还应注意的是， 本文中提及的电机包括 但不限于马达， 为简洁起见， 下文将仅提。

21、及马达， 但不限于此。 0025 在如图所示的控制系统24中， 控制器16利用扭矩、 位置和速度等来计算传递所需 输出功率的命令。 控制器16设置成与马达控制系统的各种系统和传感器进行通信。 控制器 16接收来自每个系统传感器的信号， 量化接收到的信息， 并且对此做出响应， 例如在此情况 下向马达19提供输出命令信号。 控制器16被配置为从逆变器11产生相应的电压， 逆变器11 可以可选地与控制器16合并。 当电压被施加到马达19时， 产生期望的扭矩或位置。 在一个或 多个示例中， 控制器24作为电流调节器， 在反馈控制模式中运行以生成命令22。 或者， 在一 个或多个示例中， 控制器24以前。

22、馈控制模式运行以生成命令22。 由于这些电压与马达19的 位置和速度以及期望的扭矩有关， 所以确定了转子的位置和/或速度以及由操作者施加的 扭矩。 位置编码器连接到转向轴51， 以检测角位置 。 编码器可基于光学检测、 磁场变化或其 他方法来感测旋转位置。 典型的位置传感器包括电位计、 解析器、 同步器、 编码器等， 以及包 括前述中的至少一个在内的组合。 位置编码器输出指示转向轴51的角位置并由此指示马达 19的角位置的位置信号20。 0026 期望扭矩可由一个或多个扭矩传感器28确定， 该扭矩传感器28发送指示施加扭矩 的扭矩信号18。 一个或多个示例性实施例包括这样的扭矩传感器28和从其。

23、接收的扭矩信号 18， 其可以响应于被配置为提供指示所施加扭矩的响应的柔性扭力杆、 T形杆、 弹簧或类似 装置(未示出)。 说明书 3/10 页 6 CN 111007421 A 6 0027 在一个或多个示例中， 温度传感器23位于电机19处。 优选地， 温度传感器23被配置 成直接测量马达19的感测部分的温度。 温度传感器23将温度信号25传输至控制器16以便于 本文所规定的处理和补偿。 典型的温度传感器包括热电偶、 热敏电阻、 恒温器等， 以及包括 前述传感器中的至少一个在内的组合， 其在适当地放置时提供与特定温度成比例的可校准 信号。 0028 位置信号20、 速度信号21和转矩信号1。

24、8等被应用于控制器16。 控制器16处理所有 输入信号以产生对应于每个信号的值， 得到可用于本文所述算法中的处理的转子位置值、 马达速度值和扭矩值。 还通常对诸如上述的测量信号进行线性化、 补偿和滤波， 以便如所需 地增强所获取信号的特性或消除所获取信号的不期望的特性。 例如， 信号可被线性化以提 高处理速度， 或解决(address)信号的大动态范围。 此外， 可以采用基于频率或时间的补偿 和滤波来消除噪声或避免不期望的频谱特性。 0029 为了执行规定的功能和期望的处理， 并由此进行计算(例如， 马达参数的辨识、 控 制算法等)， 控制器16可以包括但不限于处理器、 计算机、 DSP、 存。

25、储器、 存储装置、 寄存器、 定 时器、 中断控制器、 通信接口和输入/输出信号接口等， 以及包括上述的至少一个的组合。 例 如， 控制器16可以包括输入信号处理和滤波， 以实现对来自通信接口的这种信号的准确采 样和转换或采集。 应当注意， 除非另外具体说明， 否则本文描述的一个或多个操作、 特征和/ 或方法由控制器16经由EPS 40的一个或多个其他组件来实现。 下文将讨论控制器16的附加 特性和其中的某些过程。 0030 通常， EPS系统40中的电源电流的闭环动态不仅取决于EPS系统40， 还取决于车辆 电池10的动态以及从车辆能量网络获取电力的不同部件， 例如主动制动系统、 介质系统、。

26、 空 调系统和车辆中的各种其他部件。 从EPS系统40的观点来看， 可以通过利用电源输入电路的 模型以及输入电压的测量来获得组件输入处的电源电流。 电源输入电路包括共模扼流圈电 感器、 RC类型滤波器和其他此类测量和保护电路。 因此， 本文所述的技术方案提供了电源输 入电路的动态模型和用于估计来自电源输入电路的电源电流的观测器。 应注意的是， 在本 文中所描述的观测器的实施例中， 所描述的电源输入电路的模型可以扩展/替换为特定于 要估计其电源电流的电机的不同模型。 因此， 本文中所描述的基于观测器的动态电源电流 估计不限于本文中所描述的电源输入电路模型， 其仅为几个实例。 0031 此外， 在。

27、本文所述的一个或多个实施例中， 动态估计的电源电流用于执行EPS系统 40的一个或多个操作。 然而， 在其他示例中， 根据电子系统的类型， 估计的电源电流可以具 有与本文描述的那些应用不同的其他应用。 因此， 本文描述的技术方案不限于仅在EPS系统 的环境中使用估计的动态电源电流。 0032 图2是根据一个或多个实施例的电源输入电路的框图。 电源输入电路100包括用于 不同目的的多个不同硬件组件， 包括由微控制器使用的滤波信号、 电压调节、 电路保护等。 电源输入电路100过滤掉不需要的信号并且消除来自电源10、 例如电池电压(Vbat)的高频噪 声， 以在逆变器11的输入端提供逆变器电压(V。

28、inv)。 在图2中， 仅示出了其中的一些组件。 例 如， 所描绘的组件是根据一个或多个实施例的用于估计电源电流动态的组件。 虽然实际电 源输入电路100比描绘的复杂得多， 但是不包括在图2中的不同部件的影响对电源电流动态 几乎或完全没有影响， 并且因此在模型中未使用。 0033 如图所示， 为了将电池电压Vbat转换为逆变器输入电压Vinv， 所示组件包括输入滤 说明书 4/10 页 7 CN 111007421 A 7 波电容器(C1和C2)110、 共模扼流圈120、 反向电池保护场效应晶体管(FET)130、 电流测量分 流器(shunt)150和大容量电容器(bulk capacit。

29、or)160。 应注意， 在使用电感器和电容器的 情况下， 还描绘了固有电阻器。 0034 包括至少上述动态元件的电源电路100的分析模型是复杂的， 因为模型包括多个 状态(动态元件上的电流和电压)。 使用这样的用于计算一个或多个值估计的分析模型是不 实际的， 特别是在实时应用中。 例如， 下面给出了关于使用分析模型的根据电池电压Vbat和 逆变器电流(Ii)的电源电路100的逆变器输入电压Vinv的表达式。 0035 VinvH1Vbat+H2Ii 式(1) 0036 其中H1是将逆变器输入电压与电池电压相关联的传递函数， 传递函数H2是将逆变 器输入电压和逆变器电流相关联的传递函数。 在一。

30、个或多个示例中， 电源输入电路100的电 压传递函数(H1)如下所示。 0037 0038 为了设计和实现实际的电源电流观测器， 需要简化模型的复杂度。 为此， 确定简化 模型。 确定简化模型包括研究EPS系统40的(其中一个)频率响应， 以便理解不同部件对系统 动力学的影响。 以下所示的频率响应将复杂系统频率响应与通过一次移除一个组件产生的 不同响应进行比较。 0039 图3描绘了根据一个或多个实施例的将Vbat转换为Vinv的电源输入电路的一个或多 个传递函数的幅度图201。 例如， 当电源输入电路包括来自图2的所有组件时， 示出了频率响 应曲线210。 频率响应曲线220是当滤波电容器1。

31、10未被包括在电源输入电路中时产生的。 频 率响应曲线230是当反向电池保护FET 130未被包括在电源输入电路中时产生的。 频率响应 曲线240是当电流测量分流器150未被包括在电源输入电路100中时产生的。 频率响应曲线 250是当诸如滤波电容器110、 反向电池保护FET 130和电流测量分流器150等多个部件未被 包括在电源输入电路中时产生的。 0040 如从幅度图201中看到的， 除了共模扼流圈120、 大容量电容器160以及由不同电阻 集成的等效串联和并联电阻之外的所有组件实际上对频率响应没有影响， 因而对系统的动 态没有影响。 因此， 本文的技术方案将电源输入电路的模型简化为仅包。

32、含扼流圈120和大容 量电容器160， 以对电源输入电路的动态进行建模。 在一个或多个示例中， 模型还包括集成 在一起的电源输入电路的不同电阻。 0041 图4描绘了根据一个或多个实施例的电源输入电路的简化模型。 这里， 第一电阻器 (Ri)410用于代替共模扼流圈120的电阻以及一些迹线电阻。 第一电阻器(Ri)410可以具有基 于共模扼流圈120的一个或多个串联、 并联或其组合的电阻值来计算的值。 例如， 在图2所示 的电源输入电路100中， 共模扼流圈120的电阻器(RL1和RL2)被认为是串联的。 0042 以类似的方式， 第一电感(L)420可以具有基于共模扼流圈120的一个或多个电。

33、感 说明书 5/10 页 8 CN 111007421 A 8 值计算的值。 可基于共模扼流圈120中的并联、 串联或其组合的电感来计算第一电感420的 值。 0043 此外， 基于大容量电容器160的电阻确定第二电阻值(RC)430。 基于大容量电容器 160的电容来确定电容(C)440。 0044 如从电源电路300(图4)和电源输入电路(图2)的比较可以看出， 简化模型通过不 考虑除电源输入电路的大容量电容器160和共模扼流圈120之外的组件来降低用于估计电 源电流的模型的复杂度。 换言之， 当计算估计的电源电流(Is)时， 不考虑输入滤波电容器(C1 和C2)110、 反向电池保护FE。

34、T 130和电流测量分流器150的影响。 0045 类似地， 简化系统的电源输入电路300的逆变器输入电压Vinv也可以由电池电压 Vbat和逆变器电流(Ii)来表达如下。 0046 VinvH3Vbat+H4Ii 式(3) 0047 这里H3是将逆变器输入电压与电池电压相关联的传递函数， 并且传递函数H4将简 化模型电源输入电路300的逆变器输入电压和逆变器电流相关联。 下面给出根据一个或多 个示例的用于电源输入电路300的电压传递函数(H3)和传递函数H4的表达式。 0048 0049 0050 与式(1)中的模型相比， 使用简化模型的优点在于， 即使在动态情况下， 也能够基 本实时计算估。

35、计的电源电流， 并且使用更少的计算资源。 当使用简化模型(式(3)计算的信 号估计值与从复杂模型(式(1)计算的信号估计值基本相同时， 获得最优模型。 根据输入电 压Vbat来估计电源输入电路300的简化模型的电源电流Is的传递函数如下所示。 0051 0052 然而， 式(6)中作为输入电池电压(Vbat)和逆变器电流(Ii)的函数的电源电流估计 的表达式是其中一种配置。 还可以根据简化的电源输入电路300的两个电压和/或电流中的 任意项来估计电源电流。 0053 这里， s表示导数(拉普拉斯)项。 导数项用于计算电源电流。 在一个或多个示例中， 电源电流计算可以使用连续时间技术来实现， 然。

36、后被离散化。 替代地或另外地， 可以直接在 离散域中设计电源电流计算。 连续时间导数可以在离散时间(z域)中实现， 例如， 通过如下 使用双线性变换法(Tustin approximation)(或其他技术)。 0054 0055 这里TS是离散的控制环路采样时间。 应当注意， 近似导数可以以其他方式来实现， 包括通过改变连续时间近似、 通过使用连续时间等效的不同离散时间近似、 或通过直接在 离散域中设计导数项。 0056 电源电流(Is)的估计器可以多种方式设计。 例如， 在一个或多个示例中， 传递函数 说明书 6/10 页 9 CN 111007421 A 9 被直接反转， 从而产生动态前。

37、馈估计。 第二种方法是使用闭环状态估计器。 不管如何使用前 馈估计还是使用闭环估计来执行估计， 使用统一框架， 在统一框架中状态估计器的反馈部 分被设置为零， 从而产生前馈估计器。 对于任一估计方式， 状态空间中的电源输入电路100 的受控对象模型是基础， 如下所示。 0057 0058其中是包括电源输入电路的当前状态的值的状态向量， u是包括输入到电源输 入电路的可测量的(和可控的)输入在内的输入向量， 并且d是包括不可控制的且通常本质 上非线性的可测量值在内的干扰向量。 此外， y是基于电源输入电路的当前状态的输出向 量。 A、 B、 F、 D和E是被设置为对电源输入电路建模的可配置矩阵。。

38、 在一个或多个示例中， 干扰 微不足道并且可以忽略以便于计算。 因此， 矩阵A、 B、 F和E可以如下配置以计算估计的电源 电流(Is)。 0059 0060 0061 在一个或多个示例中， 矩阵A、 B、 F和E可以是预先配置的。 因为受控对象的当前输 出及其未来状态都是基于当前状态和当前输入来确定的， 所以受控对象的输出y(k)被用于 操纵状态观测器的状态。 0062 在这种情况下， 逆变器电流(Ii)被建模为EPS系统40的输入， 以用于观测器设计的 受控对象模型。 逆变器电流通常可以通过将马达电力消耗除以逆变器电压来获得。 观测器 设计可以使用线性或非线性的状态估计技术来执行。 006。

39、3 图5描绘了根据一个或多个实施例的状态观测器的结构和数据流。 状态观测器510 运行使得其中G是具有可配置参数的观测器增益矩阵， 且表示 误差其为电源电流与来自状态观测器510的电源电流的估计值 之间的差。 G中的参数使 用诸如线性二次高斯(LQG)、 极点配置等或其组合的调谐技术来调谐。 0064 因此， 状态观测器510是闭环观测器， 其通过测量输出y(k)和输入u(k)来计算状态 x(k)的每个时间k的估计值例如， 状态观测器510采用观测器增益矩阵G， 使得在接收 到受控对象的输入和输出的连续测量值时， 模型的状态收敛到受控对象的状态(即， 的幅 度低于预定阈值， 诸如0.1、 0.。

40、001等； 基本上为0)。 例如， 从受控对象的输出y减去状态观测 器510的输出然后乘以增益矩阵G。 然后将结果相加以计算估计值 0065 应当注意， 也可以使用其他类型的状态观测器。 例如， 可以使用诸如Luenberger观 测器、 卡尔曼滤波器等的线性状态估计器。 线性状态估计器的示例是： 说明书 7/10 页 10 CN 111007421 A 10 0066 0067 替代地或另外地， 状态观测器510可使用离散时间(数字)实施方案或任何其他类 型的观测器模型来估计逆变器电压。 0068 可以使用诸如极点配置、 线性二次估计等技术中的任何技术来调谐观测器增益矩 阵G。 并且， 为了。

41、微控制器内的数字实现的目的， 还可以执行上述连续时间观测器的离散化。 任何已知的离散化技术和直接离散时间观测器设计都可以用于数字实现。 0069 通过比较来自动态前馈观测器的电源电流估计和所测量的电源电流， 可以对观测 器进行实验验证。 所进行的此类有效性实验已经表明， 本文中所描述的电源输入电路的简 化受控对象模型在捕获电源电流的动态变化时具有与更复杂的版本实质上相同的精度。 0070 图6描绘了根据一个或多个实施例的用于估计电源电流和使用估计的电源电流执 行一个或多个操作的示例方法的流程图。 该方法包括在610处确定电源电压(Vbat)。 此外， 该 方法还包括在620处使用电源电压和电源。

42、输入电路的模型确定估计的电源电流(Is)。 例如， 根据式(6)计算估计的电源电流。 0071 该方法还包括在630处将估计的电源电流(Is)用于EPS系统40中的主动电源管理。 在一个或多个示例中， 主动电源管理包括调整提供给EPS系统40的马达19的电流/扭矩命 令， 以调整由马达产生的扭矩量。 在一个或多个示例中， 扭矩量可以是由EPS系统40提供给 操作者的辅助扭矩。 0072 图7示出了根据一个或多个实施例的马达控制系统的控制模块40的示例。 控制模 块40包括硬件， 诸如电子电路， 例如微处理器、 电子控制单元(ECU)等。 在一个或多个示例 中， 控制模块40实现本文描述的实施例。

43、。 0073 除其他组件外， 控制模块40包括： 处理器705、 耦合到存储器控制器715的存储器 710、 以及一个或多个输入设备745和/或输出设备740， 例如经由本地输入输出(I/O)控制器 735可通信地耦合的外围设备或控制设备。 这些设备740和745可以包括例如电池传感器、 位 置传感器、 指示器/识别灯等。 诸如常规键盘750和鼠标755的输入设备可以耦合到I/O控制 器735。 I/O控制器735可以是例如本领域已知的一个或多个总线或其他有线或无线连接。 I/ O控制器735可以具有附加元件以实现通信， 诸如控制器、 缓冲器(高速缓存)、 驱动器、 中继 器和接收器， 为了简。

44、单而省略这些附加元件。 0074 I/O设备740、 745还可包括既传递输入也传递输出的设备， 例如磁盘和磁带存储、 网络接口卡(NIC)或调制器/解调器(用于访问其他文件、 设备、 系统或网络)、 射频(RF)或其 他收发器、 电话接口、 桥接器， 路由器等。 0075 处理器705是用于执行硬件指令或软件、 尤其是存储在存储器710中的指令或软件 的硬件设备。 处理器705可以是定制的或市售的处理器、 中央处理单元(CPU)、 与控制模块40 相关联的多个处理器中的辅助处理器、 基于半导体的微处理器(微芯片或芯片组形式)、 宏 处理器或用于执行指令的其他装置。 处理器705包括高速缓存7。

45、70， 其可包括但不限于用于 加速可执行指令获取的指令高速缓存、 用于加速数据获取和存储的数据高速缓存、 以及用 于为可执行指令和数据两者加速虚拟到物理地址转换的转换后备缓冲器(TLB)。 高速缓存 770可以被组织为更多高速缓存级别的分层结构(L1、 L2等)。 0076 存储器710可以包括易失性存储器元件(例如， 随机存取存储器、 RAM， 诸如DRAM、 SRAM、 SDRAM)和非易失性存储器元件(例如， ROM、 可擦除可编程只读存储器(EPROM)、 电可擦 说明书 8/10 页 11 CN 111007421 A 11 除可编程只读存储器(EEPROM)、 可编程只读存储器(P。

46、ROM)、 磁带、 光盘只读存储器(CD- ROM)、 磁盘、 软盘、 磁带盒、 磁带卡等中的一个或组合)。 此外， 存储器710可以包括电子、 磁 性、 光学或其他类型的存储介质。 0077 存储器710中的指令可以包括一个或多个单独的程序， 每个程序包括用于实现逻 辑功能的可执行指令的有序列表。 在图7的示例中， 存储器710中的指令包括合适的操作系 统(OS)711。 操作系统711本质上可以控制其他计算机程序的执行， 并提供调度、 输入输出控 制、 文件和数据管理、 存储器管理以及通信控制和相关服务。 0078 包括例如用于处理器705的指令或其他可检索信息在内的附加数据可以存储在存 。

47、储装置720中， 该存储装置720可以是诸如硬盘驱动器或固态驱动器。 存储器710或存储装置 720中存储的指令可以包括使处理器能够执行本文描述的系统和方法的一个或多个方面的 指令。 0079 控制模块40还可以包含耦合到用户接口或显示器730的显示控制器725。 在一些实 施例中， 显示器730可以是LCD屏幕。 在其他实施例中， 显示器730可以包括多个LED状态灯。 在一些实施例中， 控制模块40还可以包括用于耦合到网络765的网络接口760。 网络765可以 是基于CAN的网络或基于IP的网络， 用于控制模块40和车辆10的其他部件之间的通信。 网络 765在控制模块40和外部组件之间。

48、传输和接收数据。 在一个或多个示例中， 控制模块40实现 本文所述的技术方案。 0080 因此， 本文描述的技术方案有助于使用电源电路的动态模型、 电源(输入)电压的 测量、 逆变器输入电压和马达控制系统的功率消耗的估计值(从逆变器输入开始)来估计电 动马达驱动系统的供应(输入)电流。 本文描述的技术方案有助于估计电源电流动态(不仅 是稳态)。 这种对电流动态的估计对于控制系统在快速瞬变下的控制设计至关重要。 0081 通过促进对电源电流的估计， 本文所述的技术方案消除了对电池电流测量传感器 的需要， 这提供了显著的成本节约。 这样的传感器可以包括分流电阻器、 放大器和用于输入 到微控制器的周。

49、围电路， 这些也被消除。 0082 本文描述的技术解决方案通过在估计器中使用附加状态， 进一步促进了直流链路 电压的估计， 其结合了估计和测量的优点(尤其是与卡尔曼滤波器的实现)。 技术方案还有 助于估计功率流动态， 这对于需要功率流控制(闭环或开环估计)的控制方案是有用的。 0083 本技术方案可以是以任何可能的技术细节水平集成的系统、 方法和/或计算机程 序产品。 计算机程序产品可以包括具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或介 质)， 其用于使处理器执行本技术解决方案的各个方面。 0084 本文参照根据技术方案的实施例的方法、 装置(系统)和计算机程序产品的流程图 和/或框图描述了。

50、本技术方案的各方面。 应当理解， 流程图和/或框图的每个方框以及流程 图和/或框图中各方框的组合， 都可以由计算机可读程序指令实现。 0085 附图中的流程图和框图显示了根据本技术方案的各种实施例的系统、 方法和计算 机程序产品的可能实现的架构、 功能和操作。 在这方面， 流程图或框图中的每个方框可以代 表一个模块、 程序段或指令的一部分， 所述模块、 程序段或指令的一部分包含一个或多个用 于实现规定的逻辑功能的可执行指令。 在一些作为替换的实现中， 方框中所标注的功能也 可以以不同于附图中所标注的顺序发生。 例如， 两个连续的方框实际上可以基本并行地执 行， 它们有时也可以按相反的顺序执行，。