專利名稱：用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備和包括該控制設(shè)備的電動(dòng)車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備以及包括該控制設(shè)
備的電動(dòng)車輛，更具體涉及一種通過逆變器將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓以 將其施加到AC電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常使用電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其通過逆變器將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電 壓，以驅(qū)動(dòng)和控制AC電動(dòng)機(jī)。在這樣的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中， 一般根據(jù) 基于矢量控制的正弦PWM(脈沖寬度調(diào)制)來控制電動(dòng)機(jī)電流，以高效 率驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)。
但是，在正弦PWM控制方法中，不能夠充分增大逆變器輸出電壓 的基波分量，并且限制電壓的利用，使得其難以在高轉(zhuǎn)速區(qū)域獲得高功 率?？紤]到這一點(diǎn)，已經(jīng)提出使用與正弦PWM控制方法相比能夠輸出
具有更大基波分量的電壓的調(diào)制方法。
例如，日本專利早期公開No. 2000-50689 (專利文獻(xiàn)l)提出，在 其中將矩形波電壓施加到AC電動(dòng)機(jī)來旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng)該AC電動(dòng)機(jī)以提高高 速范圍中的輸出功率的控制構(gòu)造中(在下文中，亦稱為"矩形波控制方 法")，通過基于轉(zhuǎn)矩命令值和實(shí)際值之間的偏差控制此矩形波電壓的 相位，進(jìn)行AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。
此外，公開這樣的構(gòu)造，其中電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)適用于混合動(dòng)力汽車 (例如，"在生態(tài)學(xué)和動(dòng)力之間實(shí)現(xiàn)平衡的豐田電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)"， Nikkei Monozukuri， 2004年8月，第89-95頁)，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還 使用矩形波控制方法和正弦PWM控制方法之間的中間電壓波形的"過 調(diào)制PWM控制方法"。此電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用三種控制方法，即，正 弦PWM控制、過調(diào)制PWM控制以及矩形波控制方法，此三種方法根據(jù) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(一般為轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)數(shù))切換。另外，還公開這樣的構(gòu)造，其中考慮到在電動(dòng)機(jī)電流反饋控制中逆 變器的輸出電壓飽和時(shí)諧波還疊加在電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電流上，在由濾波 器運(yùn)算部分從檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)電流中去除諧波分量之后，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)電
流反饋控制(例如日本專利早期公開No. 9-215398:專利文獻(xiàn)2)。
這里，在其中逆變器輸出電壓的基波分量大于正弦PWM控制方法 的調(diào)制方法中， 一般地，在如上所述的矩形波控制方法和過調(diào)制方法 中，當(dāng)可以在AC電動(dòng)機(jī)的中速和高速范圍中提高輸出功率時(shí)，由于電 動(dòng)機(jī)施加電壓的電壓波形失真，與正弦PWM控制方法相比，控制響應(yīng) 惡化。
這是因?yàn)椋诰匦尾刂品椒ㄖ?，操作量?jī)H為電動(dòng)機(jī)施加電壓(矩 形波電壓)的相位，因此，與可以使用施加電壓的振幅和相位兩者作為 操作量的正弦PWM控制方法相比，控制性惡化。另外，隨著電動(dòng)機(jī)施 加電壓波形的失真增大，電動(dòng)機(jī)電流失真分量增大。這需要類似于上述 專利文獻(xiàn)2的濾波處理(例如，時(shí)間恒定約幾十毫秒)，并且由于此 方面，發(fā)生控制延遲。
此外，即使在過調(diào)制控制方法中，與正弦PWM控制方法相比，電 動(dòng)機(jī)電流的失真分量也類似地更大，并且由于上述濾波處理而使控制性 惡化。
因此，在類似于矩形波控制方法和其中逆變器輸出電壓的基波分量 大于正弦PWM控制方法的過調(diào)制控制方法的這樣的調(diào)制方法中，電動(dòng) 機(jī)施加電壓的控制響應(yīng)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(其指每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)數(shù)，和轉(zhuǎn)速 同義，同樣應(yīng)用于下文中)突然變化時(shí)延遲，使得電動(dòng)機(jī)電流很可能擾 動(dòng)。具體而言，如果電動(dòng)機(jī)電流擾動(dòng)而沿增大方向發(fā)散(diverge)時(shí)， 產(chǎn)生過電流/過電壓，這可能引起不方便，諸如系統(tǒng)關(guān)機(jī)或設(shè)備毀壞。另 外，如果系統(tǒng)部件的額定性能(耐電壓、電流容量等)被設(shè)計(jì)成過度響 應(yīng)于上述惡化的控制響應(yīng)所引起的過電壓/過電流，則制造成本增大。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題而做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是在用于電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備中，在AC電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)適當(dāng)控制電動(dòng) 機(jī)電流，其中該控制設(shè)備根據(jù)其中逆變器輸出電壓(電動(dòng)機(jī)施加電壓)的基波分量大于正弦PWM控制方法的調(diào)制方法控制AC電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系
統(tǒng)，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括將DC電壓轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)的AC 電壓的逆變器。該控制設(shè)備包括電流檢測(cè)部分、轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分、控制方 法選擇部分、第一電動(dòng)機(jī)控制部分、第二電動(dòng)機(jī)控制部分、轉(zhuǎn)速變化發(fā) 生檢測(cè)部分以及電動(dòng)機(jī)電壓修正部分。電流檢測(cè)部分檢測(cè)供應(yīng)到AC電 動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)電流。轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。控制方法選 擇部分根據(jù)AC電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)可選擇地設(shè)置逆變器中的電壓轉(zhuǎn)換的 控制方法。當(dāng)控制方法選擇部分選擇第一控制方法時(shí)，第一電動(dòng)機(jī)控制 部分基于電流檢測(cè)部分檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在第一控制 方法中根據(jù)基于矢量控制的正弦脈沖寬度調(diào)制方法來控制到AC電動(dòng)機(jī) 的施加電壓。當(dāng)控制方法選擇部分選擇第二控制方法時(shí)，第二電動(dòng)機(jī)控 制部分基于電流檢測(cè)部分檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在第二控 制方法中根據(jù)輸出基波分量大于正弦脈沖寬度調(diào)制方法的電壓的調(diào)制方 法控制AC電動(dòng)機(jī)的施加電壓。在選擇第二控制方法期間，轉(zhuǎn)速變化發(fā) 生檢測(cè)部分基于轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分的輸出檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的預(yù)定值或 更大的轉(zhuǎn)速變化。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分檢測(cè)到發(fā)生預(yù)定值或更大的 轉(zhuǎn)速變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)電壓修正部分根據(jù)轉(zhuǎn)速變化修改第二電動(dòng)機(jī)控制部 分對(duì)AC電動(dòng)機(jī)的施加電壓。
根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)車輛包括構(gòu)造成產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩的AC 電動(dòng)機(jī)、構(gòu)造成包括將DC電壓轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)的AC電壓的 逆變器的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、以及用于控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備。 該控制設(shè)備包括電流檢測(cè)部分、轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分、控制方法選擇部分、第 一電動(dòng)機(jī)控制部分、第二電動(dòng)機(jī)控制部分、轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分以及 電動(dòng)機(jī)電壓修正部分。電流檢測(cè)部分檢測(cè)供應(yīng)到AC電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)電 流。轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。控制方法選擇部分根據(jù)AC電 動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)可選擇地設(shè)置逆變器中的電壓轉(zhuǎn)換的控制方法。當(dāng)控制 方法選擇部分選擇第一控制方法時(shí)，第一電動(dòng)機(jī)控制部分基于電流檢測(cè) 部分檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在第一控制方法中根據(jù)基于矢 量控制的正弦脈沖寬度調(diào)制方法控制AC電動(dòng)機(jī)的施加電壓。當(dāng)控制方 法選擇部分選擇第二控制方法時(shí)，第二電動(dòng)機(jī)控制部分基于電流檢測(cè)部分檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在第二控制方法中根據(jù)輸出基波 分量大于正弦脈沖寬度調(diào)制方法的電壓的調(diào)制方法控制AC電動(dòng)機(jī)的施 加電壓。在選擇第二控制方法期間，轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分基于轉(zhuǎn)速檢 測(cè)部分的輸出檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化。當(dāng)轉(zhuǎn) 速變化發(fā)生檢測(cè)部分檢測(cè)到發(fā)生預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)電
壓修正部分根據(jù)轉(zhuǎn)速變化修正第二電動(dòng)機(jī)控制部分對(duì)AC電動(dòng)機(jī)的施加 電壓。
根據(jù)如上所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備和電動(dòng)車輛，在根 據(jù)其中輸出基波分量大于正弦波脈沖寬度調(diào)制方法的電壓的調(diào)制方法 (通常，過調(diào)制PWM控制方法和矩形波控制方法)控制AC電動(dòng)機(jī)的情 況下，當(dāng)AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)數(shù))(其為控制目標(biāo))突 然變化時(shí)，根據(jù)已經(jīng)發(fā)生的轉(zhuǎn)速變化可以修正AC電動(dòng)機(jī)的施加電壓。 因此，即使在由基于檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)電流的第二控制方法進(jìn)行 的反饋控制中發(fā)生了控制延遲，也可以根據(jù)AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化進(jìn)行 修正控制。因此，在AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速突然變化時(shí)可以適當(dāng)?shù)乜刂齐妱?dòng) 機(jī)電流，由此防止電動(dòng)機(jī)電流過大。因此，保護(hù)了系統(tǒng)部件，此外，可 以降低與這些部件的額定性能(耐電壓、電流容量等)的設(shè)計(jì)有關(guān)的安 全程度，由此有助于降低制造成本。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備中，電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)電壓命令值可變地控制輸 入到逆變器的DC電壓的電平。此外，電動(dòng)機(jī)電壓修正部分被構(gòu)造成， 當(dāng)轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分檢測(cè)到發(fā)生預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，根據(jù) 轉(zhuǎn)速變化設(shè)置轉(zhuǎn)換器的電壓命令值。
根據(jù)上述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備，在其中能夠可變地控 制到逆變器的輸入電壓的電壓電平的構(gòu)造中，在AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化 時(shí)，根據(jù)己經(jīng)發(fā)生的轉(zhuǎn)速變化，修正到逆變器的輸入電壓，使得可以在 防止第二控制方法(過調(diào)制PWM控制或矩形波控制方法)的控制延遲 的方向上增大或減小到AC電動(dòng)機(jī)的施加電壓。因此，可以防止電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速突然變化時(shí)的電動(dòng)機(jī)電流的增大。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備中，第二 電動(dòng)機(jī)控制部分包括矩形波控制部分。矩形波控制部分控制逆變器的切換，使得將以輸入到逆變器的DC電壓作為振幅的矩形波電壓施加到AC 電動(dòng)機(jī)，并且該矩形波電壓的相位與轉(zhuǎn)矩命令值的轉(zhuǎn)矩偏差對(duì)應(yīng)。此 外，電動(dòng)機(jī)電壓修正部分被構(gòu)造成，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分檢測(cè)到預(yù) 定值或更大的轉(zhuǎn)速減小時(shí)，控制逆變器的切換，使得在矩形波電壓中強(qiáng) 制提供對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速變化的占空比。
根據(jù)上述的用于電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的控制設(shè)備，在矩形波控制方法
中，如果AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速突然減小，則在施加到AC電動(dòng)機(jī)的矩形波電 壓中強(qiáng)制提供占空比，使得AC電動(dòng)機(jī)的施加電壓可以根據(jù)AC電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速減小而減小。這防止了在AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速突然減小時(shí)由矩形波控 制方法的控制延遲而產(chǎn)生過電流。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備中，第二 電動(dòng)機(jī)控制部分包括計(jì)算部分和脈沖寬度調(diào)制部分。計(jì)算部分根據(jù)電動(dòng) 機(jī)電流與對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩命令值的電流命令值的偏差，產(chǎn)生AC電動(dòng)機(jī)的施 加電壓的電壓命令值。脈沖寬度調(diào)制部分根據(jù)電壓命令值控制逆變器的 切換。此外，電動(dòng)機(jī)電壓修正部分被構(gòu)造成，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分 檢測(cè)到發(fā)生預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)速變化修正計(jì)算部分產(chǎn) 生的電壓命令值，并將修正的電壓命令值發(fā)送到脈沖寬度調(diào)制部分。
根據(jù)上述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備，在過調(diào)制PWM控制 方法中，如果AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速急劇變化，則修正電壓命令值(d軸電 壓、q軸電壓)，使得可以在防止過調(diào)制PWM控制的控制延遲的方向上 增大或減小AC電動(dòng)機(jī)的施加電壓。這防止了在AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速突然變 化時(shí)過調(diào)制PWM控制方法的控制延遲而產(chǎn)生的過電流。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)電 壓修正部分將AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減小時(shí)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速變化的AC電動(dòng)機(jī)的施 加電壓的修正程度設(shè)置得大于AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大時(shí)的修正程度。
根據(jù)上述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備，當(dāng)在AC電動(dòng)機(jī)的特 性方面當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流的過度增大方向上擾動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然減小的時(shí) 候，可以有效地防止由于電動(dòng)機(jī)電流控制的延遲導(dǎo)致的過電流。
根據(jù)本發(fā)明的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備以及包括該控制設(shè)備 的電動(dòng)車輛，在根據(jù)其中逆變器輸出電壓(電動(dòng)機(jī)施加電壓)的基波分 量大于正弦PWM控制方法的調(diào)制方法的電動(dòng)機(jī)控制中，可以在AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)速)突然變化時(shí)(例如，在電動(dòng)車輛行駛過程中發(fā)生滑移 或抓地(grip)時(shí)用于產(chǎn)生車輛驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)突然變化的時(shí)候) 適合地控制電動(dòng)機(jī)電流。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體構(gòu)造圖。
圖2是圖示用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法的圖。
圖3是圖示控制方法選擇技術(shù)的流程圖。
圖4是圖示對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的控制方法切換的圖。
圖5是正弦PWM控制方法和過調(diào)制PWM控制方法的控制框圖。
圖6是矩形波控制方法的控制框圖。
圖7是圖示在矩形波控制方法下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)發(fā)生電動(dòng)機(jī) 電流擾動(dòng)的操作波形圖。
圖8是圖7中VIII區(qū)域的放大圖。
圖9是由根據(jù)第一實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備進(jìn)行系 統(tǒng)電壓控制的流程圖。
圖10是圖示由根據(jù)第一實(shí)施例用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備在電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)進(jìn)行控制操作的圖。
圖ll是圖IO中XI區(qū)域的放大圖。
圖12是由根據(jù)第一實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備進(jìn)行 PWM控制方法的控制框圖。
圖13是由根據(jù)第二實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備進(jìn)行矩 形波控制的控制框圖。
圖14是示出矩形波控制方法的通常時(shí)間每相電動(dòng)機(jī)電壓的波形圖。
圖15是圖示圖13中所示的矩形波占空比控制部分的操作的流程圖。
圖16是在由根據(jù)第二實(shí)施例用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備進(jìn)行的 矩形波控制方法下在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然減小時(shí)進(jìn)行的控制操作的圖。 圖17是圖16中XVII區(qū)域的放大圖。
圖18是由根據(jù)第三實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備進(jìn)行的PWM控制方法的控制框圖。
圖19是圖示圖18中所示的電壓命令修正部分的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下面，參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。注意，下面附圖中相 同或?qū)?yīng)的部件采用相同標(biāo)號(hào)，并且其描述基本不再重復(fù)。 (第一實(shí)施例)
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體構(gòu)造圖。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100包括DC電壓產(chǎn) 生部分10#、濾波電容器C0、逆變器14以及AC電動(dòng)機(jī)M1。
AC電動(dòng)機(jī)Ml例如是產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)安裝在電動(dòng)車輛(諸如，混合動(dòng) 力車輛或電動(dòng)車輛)上的驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)?；蛘?，此AC 電動(dòng)機(jī)Ml可以被構(gòu)造成具有由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的功能，并且可被 構(gòu)造成具有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩個(gè)功能。此外，AC電動(dòng)機(jī)M1可以內(nèi)置于 混合動(dòng)力車輛中作為用于發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)來運(yùn)轉(zhuǎn)，例如能夠起動(dòng)發(fā)動(dòng) 機(jī)。
DC電壓產(chǎn)生部分10#包括DC電源B、系統(tǒng)繼電器SR1、 SR2、濾 波電容器Cl以及升降壓轉(zhuǎn)換器12。
DC電源B由鎳金屬氫化物或鋰離子蓄電池、燃料電池或其組合形 成。DC電源B輸出的DC電壓Vb由電壓傳感器10檢測(cè)。電壓傳感器 10將檢測(cè)到的DC電壓Vb輸出到控制設(shè)備30。
系統(tǒng)繼電器SRI連接在電源B的正電極端子和電力線6之間，系統(tǒng) 繼電器SR2連接在DC電源B的負(fù)電極端子和接地線5之間。系統(tǒng)繼電 器SR1、 SR2由來自控制設(shè)備30的信號(hào)SE打開/關(guān)閉。更具體而言，系 統(tǒng)繼電器SR1、 SR2由來自控制設(shè)備30的H (邏輯高)電平的信號(hào)SE 打開，并且由來自控制設(shè)備30的L (邏輯低)電平的信號(hào)SE關(guān)閉。濾 波電容器Cl連接在電力線6和接地線5之間。
升降壓轉(zhuǎn)換器12包括電抗器L1、電力用半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1、 Q2、 以及二極管Dl、 D2。
電力用開關(guān)元件Ql、 Q2串聯(lián)連接在電力線7和接地線5之間。電 力用開關(guān)元件Ql和Q2的打開/關(guān)閉由來自控制設(shè)備30的切換控制信號(hào)Sl和S2控制。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，IGBT (絕緣柵極雙極晶體管)、功率MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管、功率雙極晶體管等可以用作電力用半導(dǎo) 體開關(guān)元件(下文中簡(jiǎn)稱為"開關(guān)元件")。反向并聯(lián)二極管Dl、 D2 被設(shè)置用于開關(guān)元件Q1、 Q2。
電抗器Ll連接在開關(guān)元件Ql和Q2的連接節(jié)點(diǎn)和電力線6之間。 此外，濾波電容器C0連接在電力線7和接地線5之間。
逆變器14由并聯(lián)設(shè)置在電力線17和接地線5之間的U相臂15、 V 相臂16和W相臂17形成。每個(gè)相臂由串聯(lián)連接在電力線7和接地線5 之間的開關(guān)元件形成。例如，U相臂15由開關(guān)元件Q3、 Q4形成，V相 臂由開關(guān)元件Q5、 Q6形成，而W相臂由開關(guān)元件Q7、 Q8形成。另 外，反向并聯(lián)二極管D3-D8分別連接到開關(guān)元件Q3-Q8。開關(guān)元件Q3-Q8的打開/關(guān)閉由來自控制設(shè)備30的切換控制信號(hào)S3-S8控制。
每個(gè)相臂的中間點(diǎn)連接到AC電動(dòng)機(jī)Ml的每相線圈的每相端。換句 話說，AC電動(dòng)機(jī)Ml是三相永磁電動(dòng)機(jī)，并且被形成使得三個(gè)U、 V、 W相線圈的一端共同連接到中性點(diǎn)。此外，每相線圈的另一端連接到每 個(gè)相臂15-17的開關(guān)元件的中間點(diǎn)。
在電壓增大操作時(shí)，升降壓轉(zhuǎn)換器12向逆變器14供應(yīng)通過增大從 DC電源B供應(yīng)的DC電壓Vb而產(chǎn)生的DC電壓(該DC電壓相當(dāng)于到 逆變器14的輸入電壓，下文中也稱為"系統(tǒng)電壓")。更具體而言，響 應(yīng)于來自控制設(shè)備30的切換控制信號(hào)Sl、 S2，交替設(shè)置開關(guān)元件Ql的 打開時(shí)段和Q2的打開時(shí)段，并且升壓比取決于這些打開時(shí)段之比。
另外，在電壓減小操作時(shí)，升降壓轉(zhuǎn)換器12減小從逆變器14通過 濾波電容器CO供應(yīng)DC電壓(系統(tǒng)電壓)以對(duì)DC電源B進(jìn)行充電。更 具體而言，響應(yīng)于來自控制設(shè)備30的切換控制信號(hào)Sl、 S2，交替設(shè)置 僅僅開關(guān)元件Ql打開的時(shí)段和開關(guān)元件Ql、 Q2都關(guān)閉的時(shí)段。
濾波電容器CO對(duì)來自升降壓轉(zhuǎn)換器12的DC電壓進(jìn)行濾波，并且 將濾波了的DC電壓供應(yīng)到逆變器14。電壓傳感器13檢測(cè)濾波電容器 CO的兩相對(duì)端之間的電壓(g卩，系統(tǒng)電壓)，并將檢測(cè)到的值VH輸出 到控制設(shè)備30。
如果AC電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)矩命令值為正值(Tqcom>0)，當(dāng)從濾波電容器CO供應(yīng)DC電壓時(shí)，通過響應(yīng)于來自控制設(shè)備30的切換控制信號(hào)
S3-S8進(jìn)行開關(guān)元件Q3-Q8的切換操作，逆變器14將DC電壓轉(zhuǎn)換成適 合的電動(dòng)機(jī)施加電壓(AC電壓)，并驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)Ml，使得輸出正 轉(zhuǎn)矩。另一方面，如果AC電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)矩命令值為零(TqCom=0)， 通過響應(yīng)于切換控制信號(hào)S3-S8的切換操作，逆變器14將DC電壓轉(zhuǎn)換 成適合的電動(dòng)機(jī)施加電壓(AC電壓)，并驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)Ml，使得轉(zhuǎn) 矩變?yōu)榱?。因此，?qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)Ml，以產(chǎn)生由轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom所 指示的零或正扭矩。
此外，在裝備有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100的混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛的 再生制動(dòng)時(shí)，將AC電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom設(shè)置為負(fù)值 (TqcomO)。在此情況下，通過響應(yīng)于切換控制信號(hào)S3-S8的切換操 作，逆變器14將AC電動(dòng)機(jī)Ml產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，并將 轉(zhuǎn)換了的DC電壓(系統(tǒng)電壓)通過濾波電容器CO供應(yīng)到升降壓轉(zhuǎn)換器 12。注意，這里所指的再生制動(dòng)包括駕駛混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛的駕 駛者操作制動(dòng)踏板情況下伴隨再生發(fā)電的制動(dòng)，和雖然沒有操作制動(dòng)腳 踏板，在行駛過程中離開加速器踏板引起再生發(fā)電的同時(shí)車輛加速(或 加速中止)。
電流傳感器24檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)MCI中流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流，并將檢 測(cè)到的電動(dòng)機(jī)電流輸出到控制設(shè)備30。這里，如圖1中所示，因?yàn)槿?電流iu、 iv、 iw的瞬時(shí)值的和為零，電流傳感器24可設(shè)置成僅檢測(cè)兩個(gè) 相的電動(dòng)機(jī)電流(例如，V相電流iv和W相電流iw)。
轉(zhuǎn)角傳感器(分解器)25檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角8 ，并將 檢測(cè)到的轉(zhuǎn)角9發(fā)送到控制設(shè)備30。在控制設(shè)備30中，基于轉(zhuǎn)角e計(jì)算 AC電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)速)。
控制設(shè)備30基于從設(shè)置在外部的電子控單元(ECU)輸入的轉(zhuǎn)矩命 令值Tqcom、電池傳感器10檢測(cè)到的電池電壓Vb、電壓傳感器13檢測(cè) 到的系統(tǒng)電壓VH、來自電流傳感器24的電動(dòng)機(jī)電流iv、 iw以及來自轉(zhuǎn) 角傳感器25的轉(zhuǎn)角9 ，控制升降壓轉(zhuǎn)換器12和逆變器14的操作，使得 通過下述方法AC電動(dòng)機(jī)Ml輸出根據(jù)轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom的轉(zhuǎn)矩。換句 話說，產(chǎn)生用于如上所述的控制升降壓轉(zhuǎn)換器12和逆變器14的切換控 制信號(hào)Si_S8，并將其輸出到升降壓轉(zhuǎn)換器12和逆變器14。在升降壓轉(zhuǎn)換器12的電壓增大操作時(shí)，控制設(shè)備30反饋控制濾波
電容器CO的輸出電壓VH，并產(chǎn)生切換控制信號(hào)S1、 S2，使得輸出電壓 VH達(dá)到電壓命令值。
另外，控制設(shè)備30從外部ECU接收表示混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛 進(jìn)入再生制動(dòng)模式的信號(hào)RGE，以產(chǎn)生切換控制信號(hào)S3-S8，并將其輸 出到逆變器14，使得AC電動(dòng)機(jī)M1產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓。因 此，逆變器14將AC電動(dòng)機(jī)Ml中產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，以 供應(yīng)到升降壓轉(zhuǎn)換器12。
另外，控制設(shè)備30從外部ECU接收表示混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛 進(jìn)入再生制動(dòng)模式的信號(hào)RGE，以產(chǎn)生切換控制信號(hào)S1、 S2，并將其輸 出到升降壓轉(zhuǎn)換器12，使得供應(yīng)自逆變器14的DC電壓減小。因此， AC電動(dòng)機(jī)Ml產(chǎn)生的AC電壓被轉(zhuǎn)換成DC電壓，并被減小，以供應(yīng)到 DC電源B。
此外，控制設(shè)備30產(chǎn)生用于打開/關(guān)閉系統(tǒng)繼電器SRl、 SR2的信號(hào)
SE，并將其輸出到系統(tǒng)繼電器SR1、 SR2。
現(xiàn)在，詳細(xì)描述由控制設(shè)備30所控制的逆變器14中的電力轉(zhuǎn)換。 如圖2中所示，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100中，對(duì)
于電動(dòng)機(jī)控制(更具體而言，逆變器M中的電力轉(zhuǎn)換)，以切換方式使
用三種控制方法。
正弦PWM控制方法作為一般的PWM控制使用，其中根據(jù)正弦波狀 的命令值和載波(一般為三角波)之間的電壓比較控制每個(gè)相臂中開關(guān) 元件的打開/關(guān)閉。因此，對(duì)于一組與上臂元件(圖1中的Q3、 Q5、 Q7)的打開時(shí)段對(duì)應(yīng)的高電平時(shí)段和與下臂元件(圖1中Q4、 Q6、 Q8)的打開時(shí)段對(duì)應(yīng)的低電平時(shí)段，控制占空比使得基波分量變?yōu)橐欢?時(shí)段內(nèi)的正弦波。眾所周知，在正弦PWM控制方法中，該基波分量振 幅可以僅增大到逆變器輸入電壓的0.61倍。
另一方面，在矩形波控制方法中，將高電平時(shí)段和低電平時(shí)段之比 為1: 1的矩形波的一個(gè)脈沖施加到AC電動(dòng)機(jī)。由此，可以將調(diào)制率增 大到0.78。
在過調(diào)制PWM控制方法中，在失真載波的振幅減小的情況下，進(jìn) 行類似于上述正弦PWM控制方法的PWM控制。因此，基波分量可以失真，并且調(diào)制率可以增大到0.61-0.78的范圍。
在AC電動(dòng)機(jī)M1中，隨著轉(zhuǎn)數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩的增大，感應(yīng)電壓變得更 大，并且其需要電壓也變得更大。由轉(zhuǎn)換器12增大的電壓(即，系統(tǒng)電 壓VH)必須設(shè)置成大于該電動(dòng)機(jī)需要電壓(感應(yīng)電壓)。另一方面，由 轉(zhuǎn)換器12增大的電壓(g卩，系統(tǒng)電壓)具有極限值(Vh最大電壓)。
因此，在電動(dòng)機(jī)需要電壓(感應(yīng)電壓)低于系統(tǒng)電壓的最大值(VH 最大電壓)的范圍中，應(yīng)用基于正弦PWM控制方法或過調(diào)制PWM控制 方法的最大轉(zhuǎn)矩控制，并且通過根據(jù)矢量控制的電動(dòng)機(jī)電流控制將輸出 轉(zhuǎn)矩控制到轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom。
另一方面，當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要電壓(感應(yīng)電壓)到達(dá)系統(tǒng)電壓的最大值 (VH最大電壓)時(shí)，在保持系統(tǒng)電壓VH的情況下，應(yīng)用根據(jù)弱磁控制 的矩形波控制方法。在矩形波控制方法中，因?yàn)榛ǚ至康恼穹蛔儯?所以通過基于電力計(jì)算獲得的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值和轉(zhuǎn)矩命令值之間的偏差的矩 形波脈沖的電壓相位控制來執(zhí)行轉(zhuǎn)矩控制。
如圖3的流程圖所示，由未示出的ECU從基于加速器開度等的車輛 請(qǐng)求輸出計(jì)算AC電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom (步驟SIO)。響應(yīng)于 此，控制設(shè)備30基于預(yù)定對(duì)照?qǐng)D等從AC電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)矩命令值 Tqcom和轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)需要電壓(感應(yīng)電壓)(步驟S20)。另外， 根據(jù)電動(dòng)機(jī)需要電壓和系統(tǒng)電壓的最大值(VH最大電壓)之間的關(guān)系， 判定弱磁控制(矩形波控制方法)和最大轉(zhuǎn)矩控制(正弦PWM控制方 法/過調(diào)制PWM控制方法)中的哪一個(gè)應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)控制(S30)。當(dāng)應(yīng) 用最大轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，依靠根據(jù)矢量控制的電壓命令值的調(diào)制率范圍，判 定使用正弦PWM控制方法和過調(diào)制PWM控制方法中的哪一個(gè)。根據(jù)如 上所述的控制流程，根據(jù)AC電動(dòng)機(jī)Ml的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從圖2所示的多個(gè)控 制方法中選擇合適的控制方法。
因此如圖4所示，在低速范圍Al中使用正弦PWM控制方法來減小 轉(zhuǎn)矩變化，在中速范圍A2中應(yīng)用過調(diào)制PWM控制方法，而在高速范圍 A3中應(yīng)用矩形波控制方法。具體而言，應(yīng)用過調(diào)制PWM控制方法和矩 形波控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)AC電動(dòng)機(jī)M1的輸出功率的提高。這樣，在可行 的調(diào)制率的范圍內(nèi)判定使用圖2中所示的哪種控制方法。
圖5是控制設(shè)備30中執(zhí)行的正弦PWM控制方法和過調(diào)制PWM控制方法的控制框圖。注意，圖5中所示的控制框圖由根據(jù)控制設(shè)備30所 執(zhí)行的預(yù)定程序的控制計(jì)算處理來實(shí)現(xiàn)。
參考圖5， PWM控制框200包括電流命令產(chǎn)生部分210、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 部分220、 250、轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算部分230、 PI計(jì)算部分240以及PWM信號(hào)產(chǎn) 生部分260。
電流命令產(chǎn)生部分210根據(jù)預(yù)先形成的表格等產(chǎn)生與AC電動(dòng)機(jī)Ml 的轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom對(duì)應(yīng)的d軸電流命令值Idcom和q軸電流命令值 Iqcom。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分220通過使用由轉(zhuǎn)角傳感器25檢測(cè)到的AC電動(dòng)機(jī) Ml的轉(zhuǎn)角e進(jìn)行的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(三相一兩相)基于電流傳感器24檢測(cè)到 的V相電流iv和W相電流iw來計(jì)算d軸電流id和q軸電流iq。
PI計(jì)算部分240從d軸電流的命令值接收偏差A(yù)id ( AId-Idcom-id)以及從q軸電流的命令值接收偏差A(yù)Iq ( △ Iq=Iqcom-iq) 。 PI計(jì)算部 分240通過預(yù)定增益進(jìn)行PI計(jì)算，以獲得用于d軸電流偏差A(yù) Id和q軸 電流偏差A(yù)Iq中每個(gè)的控制偏差，并且產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于此控制偏差的d軸電 壓命令值Vd弁和q軸電壓命令值Vq#。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分250通過使用AC電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)角e進(jìn)行的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 (兩相—三相)將d軸電壓命令值Vd弁和q軸電壓命令值Vq弁轉(zhuǎn)換成U 相、V相、W相的每相電壓命令值Vu、 Vv、 Vw。這里，系統(tǒng)電壓VH 也反映在從d軸、q軸電壓命令值Vd#、 Vq弁到每相電壓命令值Vu、 Vv、 Vw的轉(zhuǎn)換中。
PWM信號(hào)產(chǎn)生部分260基于每相中的電壓命令值Vu、 Vv、 Vw和 預(yù)定載波之間的比較，產(chǎn)生圖1中所示的切換控制信號(hào)S3-S8。根據(jù)由 PWM控制框200產(chǎn)生的切換控制信號(hào)S3-S8控制逆變器14的切換，使 得用于根據(jù)轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom輸出轉(zhuǎn)矩的AC電壓施加到AC電動(dòng)機(jī) Ml。這里，如上所述，在過調(diào)制PWM控制方法時(shí)，在PWM信號(hào)產(chǎn)生 部分260中PWM調(diào)制時(shí)使用的載波從正弦PWM控制方法中一般的方法 切換。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)中，還提供控制模 式判定部分300、 VH命令值產(chǎn)生部分310以及PWM信號(hào)產(chǎn)生部分 350。當(dāng)根據(jù)圖3所示的流程圖選擇最大轉(zhuǎn)矩控制(正弦PWM控制方法/
過調(diào)制PWM控制方法)時(shí)，控制模式判定部分300根據(jù)下面所示的調(diào) 制率計(jì)算選擇正弦PWM控制方法和過調(diào)制PWM控制方法中的一個(gè)。
控制模式判定部分300使用PI計(jì)算部分240產(chǎn)生的d軸電壓命令值 Vd弁和q軸電壓命令值Vq弁根據(jù)下式(1) 、 (2)計(jì)算線電壓振幅 Vamp。
Vamp= I Vd# | ' cosc^ + | Vq# | sin0 …(1)
tanc/>=Vq#/Vd# …(2)
此外，根據(jù)下式(3)，控制模式判定部分300計(jì)算調(diào)制率Kmd，調(diào) 制率Kmd是基于上述計(jì)算的線電壓振幅Vamp和系統(tǒng)電壓VH之間的比
Kmd = Vamp/VH# …(3)
根據(jù)上述計(jì)算得到的調(diào)制率Kmd，控制模式判定部分300選擇正弦 PWM控制方法和過調(diào)制PWM控制方法中的一個(gè)。這里，如上所述，由 控制模式判定部分300對(duì)控制方法的選擇反映在PWM信號(hào)產(chǎn)生部分260 中的載波的切換上。換句話說，在過調(diào)制PWM控制方法時(shí)，PWM信號(hào) 產(chǎn)生部分260中PWM調(diào)制所使用的載波從正弦PWM控制方法中的一般 方法切換。
根據(jù)圖3所示的流程圖，VH命令值產(chǎn)生部分310根據(jù)AC電動(dòng)機(jī) Ml的轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom和轉(zhuǎn)數(shù)Nmt產(chǎn)生系統(tǒng)電壓VH的控制命令值 VH# (下文中也稱為電壓命令值VH#)。
根據(jù)預(yù)定的PWM控制方法，PWM信號(hào)產(chǎn)生部分350基于電壓傳感 器IO檢測(cè)到的電池電壓Vb和當(dāng)前系統(tǒng)電壓VH產(chǎn)生切換控制信號(hào)Sl、 S2，使得轉(zhuǎn)換器12的輸出電壓達(dá)到電壓命令值VH#。
通過使用這樣的構(gòu)造，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)電流(id、 iq)的反饋控制，使得 AC電動(dòng)機(jī)M1的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom—致。注意，在過調(diào)制控 制方法時(shí)，在通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分220從檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)電流(iv、 iw) 到d軸電流id、 q軸電流iq的轉(zhuǎn)換中， 一起執(zhí)行用于去除失真分量的濾 波處理。
現(xiàn)在，參考圖6，將描述矩形波控制方法時(shí)的控制框圖。
參考圖6，矩形波控制框400包括電力計(jì)算部分410、轉(zhuǎn)矩計(jì)算部分420、 PI計(jì)算部分430、矩形波產(chǎn)生器440、以及信號(hào)產(chǎn)生部分450。注 意，圖6中所示的控制框圖也通過控制設(shè)備30執(zhí)行預(yù)定程序的控制計(jì)算 處理來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)下式(4)，電力計(jì)算部分410從由電流傳感器24檢測(cè)到的V 相電流iv和W相電流iw中獲得的每相電流和每相(U相、V相、W 相)電壓Vu、 Vv、 Vw計(jì)算供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的電力Q電動(dòng)機(jī)電流)Pmt。 Pmt = iu ■ Vu + iv ■ Vv + iw Vw …(4)
根據(jù)下式(5)，轉(zhuǎn)矩計(jì)算部分420使用電力計(jì)算部分410獲得的電 動(dòng)機(jī)電力Pmt和從由轉(zhuǎn)角傳感器25檢測(cè)到的AC電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)角9計(jì) 算出的角速度w計(jì)算轉(zhuǎn)矩估計(jì)值Tq。
Tq = Pmt / w ... (5)
PI計(jì)算部分430從轉(zhuǎn)矩命令值Tqcom接收轉(zhuǎn)矩偏差A(yù)Tq ( A Tq=Tqcom-Tq) 。 PI計(jì)算部分430針對(duì)轉(zhuǎn)矩偏差△ Tq進(jìn)行基于預(yù)定的增 益的PI計(jì)算，以獲得控制偏差，并根據(jù)獲得的控制偏差設(shè)置矩形波電壓 的相位4)v。具體而言，當(dāng)產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩(TqcomX))時(shí)，在轉(zhuǎn)矩不足時(shí)提 前電壓相位，而在轉(zhuǎn)矩過剩時(shí)延遲電壓相位。另外，當(dāng)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩 (TqcomO)時(shí)，在轉(zhuǎn)矩不足時(shí)延遲電壓相位，而在轉(zhuǎn)矩過剩時(shí)提前電 壓相位。
根據(jù)PI計(jì)算部分430設(shè)置的電壓相位4)v，矩形波產(chǎn)生器440產(chǎn)生 每相電壓命令值(矩形波脈沖)Vu、 Vv、 Vw。根據(jù)每相電壓命令值 Vu、 Vv、 Vw，信號(hào)產(chǎn)生部分450產(chǎn)生切換控制信號(hào)S3-S8。根據(jù)切換控 制信號(hào)S3-S8，逆變器14進(jìn)行切換操作，使得將根據(jù)電壓相位cl)v的矩 形波脈沖作為電動(dòng)機(jī)的每相電壓施加。
這樣，在矩形波控制方法時(shí)，通過轉(zhuǎn)矩(電力)反饋控制可以進(jìn)行 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制。但是，在矩形波控制方法中，電動(dòng)機(jī)施加電壓的操作 量?jī)H為相位，因此，與其中可以將電動(dòng)機(jī)施加電壓的振幅和相位設(shè)置為 操作量的PWM控制方法相比，控制響應(yīng)惡化。另外，在電力計(jì)算部分 410的電力計(jì)算(式(4))中， 一起執(zhí)行濾波處理，以從檢測(cè)到的電動(dòng) 機(jī)電流(iv、 iw)中去除失真分量。
圖7是圖示在矩形波控制方法下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)發(fā)生電動(dòng)機(jī) 電流擾動(dòng)的操作波形圖。圖7示出在電動(dòng)機(jī)控制模式通過正弦PWM方法(I)和過調(diào)制
PWM方法(n)進(jìn)入矩形波控制方法(in)的狀態(tài)中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然發(fā)
生變化情況下的操作。例如，在裝備AC電動(dòng)機(jī)Ml作為車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 的混合動(dòng)力車輛(電動(dòng)車輛)中，當(dāng)該車輛經(jīng)過低^道路或高p道路 時(shí)，由于車輛滑移或抓地，車輛發(fā)生這種電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突然變化。
在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然增大(滑移)時(shí)，雖然電動(dòng)機(jī)電流本來應(yīng)該被控 制為逐漸增大，但是電動(dòng)機(jī)施加電壓由于上述矩形波控制方法中的控制 延遲的影響而不能變化很快，并且難以允許電動(dòng)機(jī)電流跟隨期望的狀 態(tài)。相反，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然減小(滑移)時(shí)，雖然應(yīng)當(dāng)進(jìn)行控制使得 電動(dòng)機(jī)電流逐漸減小，但是由于電動(dòng)機(jī)控制性的延遲，電流振幅可能變 得過剩。在此情況下，增大來自DC電源B (電池)的電流輸出，使得 在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中可能發(fā)生過電流/過電壓。
圖8示出圖7中的VIII區(qū)域(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然減小部分)的放大 圖，以詳述圖7中所示的車輛抓地時(shí)電動(dòng)機(jī)電流的行為。
參考圖8，基本上，逆變器輸出電壓(即，電動(dòng)機(jī)施加電壓)在恒 定系統(tǒng)電壓(逆變器輸出電壓)下受到矩形波控制，使得電動(dòng)機(jī)電流的 振幅由于控制性較低而不能跟隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突然變化，并且在增大方 向上擾動(dòng)。
為了避免圖8中所示的現(xiàn)象，在根據(jù)第一實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的控制設(shè)備中，通過圖6中所示的VH命令值修正部分320迸行的 下述系統(tǒng)電壓控制。
圖9是圖示根據(jù)第一實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備進(jìn)行 系統(tǒng)電壓控制的流程圖。
參考圖9， VH命令值修正部分320在步驟S100取樣該時(shí)間點(diǎn)的電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt (i)。然后，在步驟S110中，基于在步驟S100中此次取 樣的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt (i)和n (n:預(yù)定自然數(shù))次取樣前的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù) Nmt (i-n)之間的差值是否大于預(yù)定判定值A(chǔ)Nj的判定，VH命令值修 正部分320檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突然變化。換句話說，在步驟S110中，判定 是否下式(6)是否成立。
<formula>formula see original document page 21</formula> ... (6)
如果在S110中判定為否，g卩，如果沒有檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突然變化，則在步驟S130中，不修正VH命令值產(chǎn)生部分310所產(chǎn)生的電壓命 令值VH#，并且將電壓命令值VH弁直接用作轉(zhuǎn)換器12的電壓命令值 V亂
另一方面，如果在步驟S110中判定為是，即，如果檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 數(shù)的突然變化，則在步驟S120中，VH命令值修正部分320按照下式 (7)根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)的變化修正VH電壓命令值VH弁。
VH#(i) = VH#(i-n)-麵(1) .k …(7)
Nmt (i - n)
這樣，VH命令值修正部分320按照電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)比修正系統(tǒng)電壓VH 的命令值。這里，式(7)中的k為調(diào)整系數(shù)(k>0)。另外，在步驟 S140中，VH命令值修正部分320存儲(chǔ)通過步驟S120或步驟S130判定 的電壓命令值VH弁，以為n次取樣后的系統(tǒng)電壓控制做準(zhǔn)備。 這里，將描述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的變化和電動(dòng)機(jī)電壓之間的關(guān)系。 眾所周知，同步電動(dòng)機(jī)中d軸和q軸的電壓方程式由下式(8)、 (9)表示。
Vd = Ra - id - co . Lq - iq …(8)
Vq = w . Ld id + Ra - iq + co - ^ (9)
這里，在式(8) 、 (9)中，Ra表示電樞繞組電阻，"表示電角速 度，小表示電樞磁束鏈(armature flux linkage)數(shù)。依賴于繞組電阻的電 壓分量在很低速度的區(qū)域起作用，并且其他分量隨著轉(zhuǎn)數(shù)增大而變成支 配性。因此，考慮到矩形波控制方法用于高速范圍(圖2)，可以忽略 式(8) 、 (9)中的繞組電阻分量。因此，上述式(2) 、 (3)在矩形 波控制方法時(shí)由下式(10) 、 (11)表示。注意，在中速范圍中使用的 過調(diào)制PWM控制方法時(shí)式(10) 、 (11)也成立。
Vd二-w.Lq-iq …(10)
Vq = co Ld-id十= w(Ld. id + ^) (11)
此外，電角速度"和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt的關(guān)系如下式(12)所示。 co = 27T. f=27r. (Nm細(xì)).p …(12)
這里，在式(12)中，f表示電頻率(與圖8中所示的輸入輸出電壓 的一個(gè)相位對(duì)應(yīng)的周期的倒數(shù))，p表示AC電動(dòng)機(jī)Ml的電極對(duì)數(shù)。 將式(12)代入式(10) 、 (11)中，得到下式(13) 、 (14)。<formula>formula see original document page 23</formula>13) <formula>formula see original document page 23</formula>...(14)
從式(13) 、 (14)可以理解到，d軸電壓Vd和q軸電壓Vq與電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt成比例。因此，如下式(15)所示，電動(dòng)機(jī)端子電壓Vr (線電壓)也與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt成比例。
因此，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)，如上述步驟S120所述，轉(zhuǎn)換器 12的電壓命令值Vt^由VH命令值修正部分320修正，使得逆變器輸入 電壓(即，系統(tǒng)電壓VH)根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)比而變化。因此，電動(dòng)機(jī)施加電壓可 以前饋控制方式根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)比減小或增大，而不用等待基于控制響應(yīng)低的 電動(dòng)機(jī)電流的轉(zhuǎn)矩(電力)反饋控制。
圖10和圖11示出根據(jù)第一實(shí)施例用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備 在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)的控制操作。
圖IO示出在與圖7相同的條件下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)，通過進(jìn)行 圖9所示的VH命令值(VH#)修正控制來防止電動(dòng)機(jī)電流增大的示例
圖11是圖10中的XI區(qū)域(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然減小的部分)中的轉(zhuǎn)換 器輸出電壓、逆變器輸出電壓(電動(dòng)機(jī)施加電壓)和電動(dòng)機(jī)電流的變化 的放大圖。
參考圖11，根據(jù)圖9中所示的流程圖，通過根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt減 小轉(zhuǎn)換器輸出電壓(系統(tǒng)電壓)VH，可以減小逆變器輸出電壓(即，電 動(dòng)機(jī)施加電壓)。
注意，如圖12中所示，在AC電動(dòng)機(jī)Ml的中速范圍中應(yīng)用過調(diào)制 控制時(shí)，還可以使用VH命令值修正部分320進(jìn)行轉(zhuǎn)換器輸出電壓的控 制。換句話說，將VH命令值修正部分320 (圖6)添加到圖5中所示的 控制構(gòu)造得到這樣的構(gòu)造，其中即使在應(yīng)用過調(diào)制控制方法時(shí)，也執(zhí)行 與圖9類似的VH命令值修正例程，使得響應(yīng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突然變化 而設(shè)置逆變器14的輸入電壓(系統(tǒng)電壓VH)。
通過使用這樣的控制構(gòu)造，即使當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)，可以防 止過調(diào)制控制時(shí)由于電動(dòng)機(jī)電流控制性降低而發(fā)生過剩電動(dòng)機(jī)電流，并
<formula>formula see original document page 23</formula>..(15)且可以將電動(dòng)機(jī)電流保持在適當(dāng)?shù)碾娖健?br> 這樣，可保護(hù)諸如濾波電容器或逆變器的設(shè)備，另外，可以降低與 形成逆變器的開關(guān)元件的額定性能(耐電壓、電流容量等)的設(shè)計(jì)有關(guān) 的安全程度。
此外，對(duì)于式(7)中的調(diào)制系數(shù)k，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)減小時(shí)(即，當(dāng)
Nmt (i) -Nmt (i-n) <0時(shí))和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增大時(shí)(即，當(dāng)Nmt(i) -Nmt(i - n) > 0)時(shí)設(shè)置不同值。具體而言，當(dāng)在電動(dòng)機(jī)特性方面電動(dòng)機(jī) 電流在過度增大方向上擾動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)減小的時(shí)候，可以增大調(diào)整系 數(shù)k (在1.0附近)，以增大對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化的電動(dòng)機(jī)施加電壓的 修正程度，而當(dāng)控制響應(yīng)在電動(dòng)機(jī)電流過度減小方向上降低時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 數(shù)增大的時(shí)候，可以減小調(diào)整系數(shù)k (例如，在零附近)。
這里，將描述第一實(shí)施例中所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制構(gòu)造和本 發(fā)明的構(gòu)造的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在控制設(shè)備30中，根據(jù)圖3中所示的流程圖的 控制方法選擇功能部分對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"控制方法選擇裝置(部 分)"，而正弦PWM控制時(shí)的圖5中的PWM控制框200對(duì)應(yīng)于本發(fā)明 的"第一電動(dòng)機(jī)控制裝置(部分)"。此外，過調(diào)制PWM控制時(shí)的圖5 中的PWM控制框200和圖6中的矩形波控制框400對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"第 二電動(dòng)機(jī)控制裝置"。
另外，圖9中步驟S110對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"轉(zhuǎn)數(shù)變化檢測(cè)裝置(部 分)"，圖9中步驟S120和圖6中VH命令值修正部分320對(duì)應(yīng)于本發(fā) 明的"電動(dòng)機(jī)電壓修正裝置(部分)"。 (第二實(shí)施例)
在第二實(shí)施例中，將描述用于在矩形波控制方法時(shí)解決同樣技術(shù)問 題的控制構(gòu)造的變化。注意，根據(jù)第二實(shí)施例的控制構(gòu)造對(duì)應(yīng)于當(dāng)電動(dòng) 機(jī)電流在過度增大方向擾動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)減小的時(shí)候。
圖13是根據(jù)第二實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備的矩形波 控制的控制框圖。
在圖13中，與圖6相比較，在根據(jù)第二實(shí)施例的矩形波控制構(gòu)造 中，將矩形波占空比控制部分30附加地設(shè)置到圖6中所示的控制構(gòu)造。 其他部分的構(gòu)造類似于圖6，因此，將不再重復(fù)其詳細(xì)描述。
如下所述，矩形波占空比控制部分330根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt控制矩形波控制方法時(shí)的電動(dòng)機(jī)施加電壓。
如圖14所示，在通常矩形波控制中，U相、V相和W相電動(dòng)機(jī)施加
電壓具有電氣角彼此偏移120°的矩形波。然后，在每相之間保持120°相 位差的情況下，整個(gè)電壓相位隨電壓相位小v而變化(圖6、圖13)。 圖15是圖示矩形波占空比控制部分330的操作的流程圖。 參考圖15，在步驟S200中，矩形波占空比控制部分330取樣該時(shí)間 點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt (i)。另外，在步驟S210中，基于在步驟S100中 此次取樣的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt (i)與n (n:預(yù)定自然數(shù))次取樣前的電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt (i-n)相比較是否超過預(yù)定判定值A(chǔ)Nj的判定，矩形波占空 比控制部分330檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的快速減小。換句話說，在步驟S210 中，判定下式(16)是否成立。
Nmt(i) - Nmt(i — n) < ANj. (16)
如果在步驟S210中判定為否時(shí)，即，如果沒有檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的 突然變化，則在步驟S230中，設(shè)置矩形波占空比DT (0 =1.0，并根據(jù) 通常矩形波控制方法，將圖B中所示的矩形波電壓施加到AC電動(dòng)機(jī) Ml。
另一方面，如果在步驟S210中判定為是，即，如果檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 數(shù)的突然減小，則在步驟S220，根據(jù)下式(17),矩形波占空比控制部 分330根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)的變化將矩形波占空比DT (i)設(shè)置為小于l.O。
<formula>formula see original document page 25</formula>n)
適當(dāng)設(shè)置式(17)中的調(diào)整系數(shù)k (k>0)。此外，在步驟S240 中，存儲(chǔ)通過步驟S220或S230判定的與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)應(yīng)的矩形波占 空比DT (0 ，以為n次取樣后的控制做準(zhǔn)備。
圖16和圖17示出在由根據(jù)第二實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控 制設(shè)備進(jìn)行的矩形波控制下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)的控制操作。
圖16示出其中在同圖7相同狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然變化時(shí)通過上述 矩形波強(qiáng)制PWM控制防止電動(dòng)機(jī)電流增大的示例性操作。圖n是示出 在圖16的VII區(qū)域(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然減小部分)中轉(zhuǎn)換器輸出電壓、逆 變器輸出電壓(電動(dòng)機(jī)施加電壓)和電動(dòng)機(jī)電流的變化的放大圖。
如圖17中所示，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然減小時(shí)，進(jìn)行這樣的PWM控制，其中在本來為矩形波的每相電壓中強(qiáng)制提供根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化的 占空比DT (0 。因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)突然減小時(shí)，在矩形波控制時(shí)的 電動(dòng)機(jī)施加電壓的均值可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)比減小。因此，類似于第一 實(shí)施例，可以防止電動(dòng)機(jī)電流的過度發(fā)散。
注意，在第二實(shí)施例所述的構(gòu)造中，圖15中的步驟S220和圖13中 的矩形波占空比控制部分330對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"電動(dòng)機(jī)電壓修正裝置 (部分)"。
(第三實(shí)施例)
在第三實(shí)施例中，將描述用于過調(diào)制PWM控制方法時(shí)解決同樣技 術(shù)問題的控制構(gòu)造的變化。
圖18是由根據(jù)第三實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備迸行的 PWM控制的控制框圖。
在圖18，與圖5相比，在根據(jù)第三實(shí)施例的控制構(gòu)造中，在PWM 控制框200中附加提供過調(diào)制控制模式時(shí)使用的電壓命令修正部分245。 其他部分的構(gòu)造類似于圖5，因此不再重復(fù)其詳細(xì)描述。
圖19是圖示電壓命令修正部分245的操作的流程圖。
參考圖19，在步驟S300中，基于控制模式判定部分300的輸出，電 壓命令修正部分245判定是否正在進(jìn)行過調(diào)制控制。如果沒有正在進(jìn)行 過調(diào)制控制(當(dāng)步驟S300中判定為否時(shí))，則不執(zhí)行由電壓命令修正部 分245進(jìn)行的電壓命令修正。
當(dāng)正在進(jìn)行過調(diào)制控制時(shí)，即，當(dāng)在步驟S300中判定為是，則在步 驟S310中，電壓命令修正部分245取樣該時(shí)間點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt (i)。此外，在步驟S320中，基于在步驟S310中此次取樣的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 數(shù)Nmt (i)和n (n:預(yù)定自然數(shù))次取樣前的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Nmt (i-n)之 間的差值是否大于預(yù)定判定值A(chǔ)Nj的判定，電壓命令修正部分245檢測(cè) 電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突然變化。換句話說，對(duì)與步驟S110類似的式(6)進(jìn)行判 定。
如果在步驟S320中判定為否，即，如果沒有檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突 然變化，則在步驟S340中，將PI計(jì)算部分240產(chǎn)生的電壓命令值Vd# (d軸)和Vq# (q軸)不用對(duì)其進(jìn)行校正就作為電動(dòng)機(jī)施加電壓命令值 輸出到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分250。
2另一方面，如果在步驟S320判定為是，即，如果檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)
的突然變化，則在步驟S330中，按照下式(18) 、 (19)，電壓命令修 正部分245根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)的變化修正電壓命令值Vd# (d軸)和Vq# (q 軸)，然后將修正值作為電動(dòng)機(jī)施加電壓命令值輸出到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分 250。
Vd#(i) = Vd#(i — n). Nmt(i) .k …(18)
Nmt(i — n)
Vq#(i) = Vq#(1-n》M，) -k …(19)
Nmt(i — n)
利用式(18) 、 (19)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化比修正d軸和q軸電 壓命令值，使得電動(dòng)機(jī)施加電壓可以隨轉(zhuǎn)數(shù)變化而變化。
注意，也可以類似于式(7)中的調(diào)整系數(shù)設(shè)置式(18) 、 (19)中 的調(diào)整系數(shù)k (k>0)。換句話說，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流在過度增大方向上擾動(dòng) 時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)減小的時(shí)候，可以增大調(diào)整系數(shù)k (在l.O附近)，以增大 對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化的電動(dòng)機(jī)施加電壓的修正程度，而當(dāng)控制響應(yīng)在 電動(dòng)機(jī)電流過度減小方向上降低時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增大的時(shí)候，可以減小調(diào) 整系數(shù)k (例如，在零附近)。
另外，在步驟S350中，存儲(chǔ)通過步驟S330或S340判定與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 數(shù)Nmt (i)相對(duì)應(yīng)的d軸和q軸電壓命令值Vd# (i) 、 Vq# (i)，以為 n次取樣后的控制做準(zhǔn)備。
通過使用這樣的構(gòu)造，響應(yīng)于過調(diào)制控制下的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突然變 化，電動(dòng)機(jī)施加電壓可以隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)比而變化。因此，類似于第一實(shí) 施例，可以防止電動(dòng)機(jī)電流的過度發(fā)散。
注意，在第三實(shí)施例中所述的構(gòu)造中，圖19中的步驟S330和圖18 中的電壓命令修正部分245對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的"電動(dòng)機(jī)電壓修正裝置(部 分)，，。
在第一到第三實(shí)施例中，同優(yōu)選示例構(gòu)造一樣，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 DC電壓產(chǎn)生部分IO弁包括升降壓轉(zhuǎn)換器12，使得可變地控制到逆變器 14的輸入電壓(系統(tǒng)電壓VH)。但是，在第二和第三實(shí)施例中，逆變 器輸入電壓不必可變，并且本發(fā)明還可以應(yīng)用到其中到逆變器14的輸入 電壓不變的構(gòu)造(例如，省略升降壓轉(zhuǎn)換器12的布置)。另外，還在第一實(shí)施例中，DC電壓產(chǎn)生部分IO弁并不局限于本實(shí)施例中所述的構(gòu)造， 只要其可變地控制到逆變器14的輸入電壓。此外，對(duì)于作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的負(fù)荷的AC電動(dòng)機(jī)，在本實(shí)施例中已經(jīng)描述永磁電動(dòng)機(jī)，不過本
發(fā)明可以應(yīng)用到其中將任意的AC電動(dòng)機(jī)設(shè)置為負(fù)荷的構(gòu)造中。
另外，在檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突然變化的步驟S110 (圖9)和S320 (圖19)中，通過根據(jù)式(6)比較電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的差值的絕對(duì)值和判定 值，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增大時(shí)和減小時(shí)都使用共同判定值。但是，在本發(fā)明 的應(yīng)用中，在這些步驟中可以在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的增大時(shí)和減小時(shí)提供各自 不同判定值。在此情況下，優(yōu)選地，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流在過度增大方向中擾 動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增大的時(shí)候，將判定值設(shè)置到相對(duì)較小的值。
這里描述的實(shí)施例在各個(gè)方面應(yīng)當(dāng)理解為說明性的，而不是限制性 的。本發(fā)明的范圍并非由上述說明書而是由權(quán)利要求示出，并且意在包 括與權(quán)利要求等同意義和范圍內(nèi)的所有修改方案。
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(100)的控制設(shè)備，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括逆變器(14)，所述逆變器(14)將DC電壓(VH)轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)(M1)的AC電壓，所述控制設(shè)備包括電流檢測(cè)裝置(24)，用于檢測(cè)供應(yīng)到所述AC電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)電流；轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置(S100)，用于檢測(cè)所述AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；控制方法選擇裝置(S10-S30)，用于根據(jù)所述AC電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)可選擇地設(shè)置所述逆變器中的電壓轉(zhuǎn)換的控制方法；第一電動(dòng)機(jī)控制裝置(200)，當(dāng)所述控制方法選擇裝置選擇第一控制方法時(shí)，所述第一電動(dòng)機(jī)控制裝置(200)基于所述電流檢測(cè)裝置檢測(cè)到的所述電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在所述第一控制方法中，根據(jù)基于矢量控制的正弦脈沖寬度調(diào)制方法控制所述AC電動(dòng)機(jī)的施加電壓；第二電動(dòng)機(jī)控制裝置(200、400)，當(dāng)所述控制方法選擇裝置選擇第二控制方法時(shí)，所述第二電動(dòng)機(jī)控制裝置(200、400)基于所述電流檢測(cè)裝置檢測(cè)到的所述電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在所述第二控制方法中，根據(jù)輸出基波分量大于所述正弦脈沖寬度調(diào)制方法的電壓的調(diào)制方法控制所述AC電動(dòng)機(jī)的所述施加電壓；轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)裝置(S110)，在選擇所述第二控制方法期間，所述轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)裝置(S110)基于所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置的輸出檢測(cè)所述AC電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化；以及電動(dòng)機(jī)電壓修正裝置(S120/320、S220/330、S230/245)，當(dāng)所述轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)裝置檢測(cè)到發(fā)生所述預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，所述電動(dòng)機(jī)電壓修正裝置(S120/320、S220/330、S230/245)根據(jù)所述轉(zhuǎn)速變化修正所述第二電動(dòng)機(jī)控制裝置對(duì)所述AC電動(dòng)機(jī)的所述施加電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中 所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(100)還包括轉(zhuǎn)換器(12)，所述轉(zhuǎn)換器(12)根據(jù)電壓命令值(VH#)可變地控制輸入到所述逆變器的所述DC 電壓(VH)的電平；以及所述電動(dòng)機(jī)電壓修正裝置包括裝置(S120/320)，當(dāng)所述轉(zhuǎn)速變化 發(fā)生檢測(cè)裝置檢測(cè)到發(fā)生所述預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，所述裝置 (S120/320)根據(jù)所述轉(zhuǎn)速變化設(shè)置所述轉(zhuǎn)換器的所述電壓命令值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中 所述第二電動(dòng)機(jī)控制裝置包括矩形波控制裝置(400)，所述矩形波控制裝置(400)控制所述逆變器的切換，使得將矩形波電壓施加到所述 AC電動(dòng)機(jī)(Ml)，并且所述矩形波電壓的相位(cJ)v)對(duì)應(yīng)于與轉(zhuǎn)矩命 令值(Tqcom)的轉(zhuǎn)矩偏差(ATq)，其中所述矩形波電壓將輸入到所 述逆變器(14)的所述DC電壓(VH)作為振幅；并且所述電動(dòng)機(jī)電壓修正裝置包括裝置(S220/330)，當(dāng)所述轉(zhuǎn)速變化 發(fā)生檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速減小時(shí)，所述裝置 (S220/330)控制所述逆變器的切換，使得在所述矩形波電壓中強(qiáng)制提 供對(duì)應(yīng)于所述轉(zhuǎn)速變化的占空比(DT)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中 所述第二電動(dòng)機(jī)控制裝置(200)包括計(jì)算裝置(240)，所述計(jì)算裝置(240)根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)電流與對(duì) 應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩命令值(Tqcom)的電流命令值(Idcom、 Iqcom)的偏 差，產(chǎn)生所述AC電動(dòng)機(jī)(14)的所述施加電壓的電壓命令值(Vd#、 Vq#);以及脈沖寬度調(diào)制裝置(260)，用于根據(jù)所述電壓命令值控制所述逆變 器的切換；并且所述電動(dòng)機(jī)電壓修正裝置包括裝置(S320/245)，當(dāng)所述轉(zhuǎn)速變化 發(fā)生檢測(cè)裝置檢測(cè)到發(fā)生所述預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，所述裝置 (S320/245)根據(jù)所述轉(zhuǎn)速變化修正所述計(jì)算裝置產(chǎn)生的所述電壓命令 值，并且將修正的電壓命令值傳送到所述脈沖寬度調(diào)制裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2和4中任一項(xiàng)所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控 制設(shè)備，其中，所述電動(dòng)機(jī)電壓修正裝置將所述AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減小 時(shí)對(duì)應(yīng)于所述轉(zhuǎn)速變化的所述AC電動(dòng)機(jī)的所述施加電壓的修正程度設(shè) 置得大于所述AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大時(shí)的修正程度。
6. —種用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(100)的控制設(shè)備，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)包括逆變器(14)，所述逆變器(14)將DC電壓(VH)轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)(Ml)的AC電壓，所述控制設(shè)備包括電流檢測(cè)部分(24)，其檢測(cè)供應(yīng)到所述AC電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)電流；轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分(S100)，其檢測(cè)所述AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；控制方法選擇部分(S10-S30)，其根據(jù)所述AC電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 可選擇地設(shè)置所述逆變器中的電壓轉(zhuǎn)換的控制方法；第一電動(dòng)機(jī)控制部分(200)，當(dāng)所述控制方法選擇部分選擇第一控 制方法時(shí)，所述第一電動(dòng)機(jī)控制部分(200)基于所述電流檢測(cè)部分檢測(cè) 到的所述電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在所述第一控制方法中，根據(jù)基于 矢量控制的正弦脈沖寬度調(diào)制方法控制所述AC電動(dòng)機(jī)的施加電壓；第二電動(dòng)機(jī)控制部分(200、 400)，當(dāng)所述控制方法選擇部分選擇 第二控制方法時(shí)，所述第二電動(dòng)機(jī)控制部分(200、 400)基于所述電流 檢測(cè)部分檢測(cè)到的所述電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在所述第二控制方法 中，根據(jù)輸出基波分量大于所述正弦脈沖寬度調(diào)制方法的電壓的調(diào)制方 法控制所述AC電動(dòng)機(jī)的所述施加電壓；轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分(S110)，在選擇所述第二控制方法期間， 所述轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分(S110)基于所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分的輸出檢測(cè) 所述AC電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化；以及電動(dòng)機(jī)電壓修正部分(S120腦、S220/330、 S230/245)，當(dāng)所述轉(zhuǎn) 速變化發(fā)生檢測(cè)部分檢測(cè)到發(fā)生所述預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，所述 電動(dòng)機(jī)電壓修正部分(S120/320、 S220/330、 S230/245)根據(jù)所述轉(zhuǎn)速變 化修正所述第二電動(dòng)機(jī)控制部分對(duì)所述AC電動(dòng)機(jī)的所述施加電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中 所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(100)還包括轉(zhuǎn)換器(12)，所述轉(zhuǎn)換器(12)根據(jù)電壓命令值(VH#)可變地控制輸入到所述逆變器的所述DC 電壓(VH)的電平；以及所述電動(dòng)機(jī)電壓修正部分(S120/320)被構(gòu)造成，當(dāng)所述轉(zhuǎn)速變化 發(fā)生檢測(cè)部分檢測(cè)到發(fā)生所述預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，根據(jù)所述轉(zhuǎn) 速變化設(shè)置所述轉(zhuǎn)換器的所述電壓命令值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中 所述第二電動(dòng)機(jī)控制部分包括矩形波控制部分(400)，所述矩形波控制部分(400)控制所述逆變器的切換，使得將矩形波電壓施加到所述 AC電動(dòng)機(jī)(Ml)，并且所述矩形波電壓的相位(4)v)對(duì)應(yīng)于與轉(zhuǎn)矩命 令值(Tqcom)的轉(zhuǎn)矩偏差(ATq)，其中所述矩形波電壓將輸入到所 述逆變器(14)的所述DC電壓(VH)作為振幅；并且所述電動(dòng)機(jī)電壓修正部分(S220/330)被構(gòu)造成，當(dāng)所述轉(zhuǎn)速變化 發(fā)生檢測(cè)部分檢測(cè)到所述預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速減小時(shí)，控制所述逆變器 的切換，使得在所述矩形波電壓中強(qiáng)制提供對(duì)應(yīng)于所述轉(zhuǎn)速變化的占空 比(DT)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中 所述第二電動(dòng)機(jī)控制部分(200)包括計(jì)算部分(240)，所述計(jì)算部分(240)根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)電流與對(duì) 應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩命令值(Tqcom)的電流命令值(Idcom、 Iqcom)的偏 差，產(chǎn)生所述AC電動(dòng)機(jī)(M)的所述施加電壓的電壓命令值(Vd#、 Vq#);以及脈沖寬度調(diào)制部分(260)，其根據(jù)所述電壓命令值控制所述逆變器 的切換；并且所述電動(dòng)機(jī)電壓修正部分(S320/245)被構(gòu)造成，當(dāng)所述轉(zhuǎn)速變化 發(fā)生檢測(cè)部分檢測(cè)到發(fā)生所述預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，根據(jù)所述轉(zhuǎn) 速變化修正所述計(jì)算部分產(chǎn)生的所述電壓命令值，并且將修正的電壓命 令值傳送到所述脈沖寬度調(diào)制部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6、 7和9中任一項(xiàng)所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 控制設(shè)備，其中，所述電動(dòng)機(jī)電壓修正部分將所述AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減 小時(shí)對(duì)應(yīng)于所述轉(zhuǎn)速變化的所述AC電動(dòng)機(jī)的所述施加電壓的修正程度 設(shè)置得大于所述AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大時(shí)的修正程度。
11. 一種電動(dòng)車輛，包括AC電動(dòng)機(jī)(Ml)，被構(gòu)造成產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩； 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(100)，被構(gòu)造成包括逆變器(14)，所述逆變器 (14)將DC電壓(VH)轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動(dòng)所述AC電動(dòng)機(jī)(Ml)的AC 電壓；以及控制設(shè)備，用于控制所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)； 所述控制設(shè)備包括
12. 電流檢測(cè)部分(24)，其檢測(cè)供應(yīng)到所述AC電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)電流；轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分(S100)，其檢測(cè)所述AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； 控制方法選擇部分(S10-S30)，其根據(jù)所述AC電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài)可選擇地設(shè)置所述逆變器中的電壓轉(zhuǎn)換的控制方法；第一電動(dòng)機(jī)控制部分(200)，當(dāng)所述控制方法選擇部分選擇第 一控制方法時(shí)，所述第一電動(dòng)機(jī)控制部分(200)基于所述電流檢測(cè)部分 檢測(cè)到的所述電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在所述第一控制方法中，根據(jù) 基于矢量控制的正弦脈沖寬度調(diào)制方法控制所述AC電動(dòng)機(jī)的施加電 壓；第二電動(dòng)機(jī)控制部分(200、 400)，當(dāng)所述控制方法選擇部分選擇 第二控制方法時(shí)，所述第二電動(dòng)機(jī)控制部分(200、 400)基于所述電流 檢測(cè)部分檢測(cè)到的所述電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在所述第二控制方法 中，根據(jù)輸出基波分量大于所述正弦脈沖寬度調(diào)制方法的電壓的調(diào)制方 法控制所述AC電動(dòng)機(jī)的所述施加電壓；轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分(S110)，在選擇所述第二控制方法期間， 所述轉(zhuǎn)速變化發(fā)生檢測(cè)部分(S110)基于所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分的輸出檢測(cè) 所述AC電動(dòng)機(jī)中發(fā)生的預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化；以及電動(dòng)機(jī)電壓修正部分(S120/320、 S220/330、 S230/245)，當(dāng)所述轉(zhuǎn) 速變化發(fā)生檢測(cè)部分檢測(cè)到發(fā)生所述預(yù)定值或更大的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，所述 電動(dòng)機(jī)電壓修正部分(S120/320、 S220/330、 S230/245)根據(jù)所述轉(zhuǎn)速變 化修正所述第二電動(dòng)機(jī)控制部分對(duì)所述AC電動(dòng)機(jī)的所述施加電壓。
全文摘要
通過矩形波控制框(400)，將振幅等于轉(zhuǎn)換器(12)的輸出電壓(VH)的矩形波電壓施加到AC電動(dòng)機(jī)(M1)?；旧贤ㄟ^根據(jù)轉(zhuǎn)矩偏差(ΔTq)改變矩形波電壓的電壓相位(φv)，來進(jìn)行AC電動(dòng)機(jī)(M1)的轉(zhuǎn)矩控制。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(Nmt)突然變化時(shí)，VH命令值修正單元(320)根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的變化比設(shè)置轉(zhuǎn)換器(12)的輸出電壓(VH)的電壓命令值(VH#)。通過根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的突然變化改變施加到電動(dòng)機(jī)的電壓，而不用等待控制響應(yīng)較低的轉(zhuǎn)矩反饋控制，這就提高了電動(dòng)機(jī)電流的控制。
文檔編號(hào)H02P27/08GK101288222SQ20068001632
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2006年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月10日
發(fā)明者岡村賢樹 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社