逆變器控制方法和具有其的車(chē)輛的制作方法
【專(zhuān)利摘要】提供一種控制功率逆變器的方法，其所述功率逆變器在具有發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系中連接到電馬達(dá)。方法包括經(jīng)由控制器產(chǎn)生用于逆變器的電壓波形信號(hào)和切換頻率信號(hào)。電壓波形信號(hào)和切換頻率信號(hào)中的至少一個(gè)至少部分地基于至少一個(gè)被命令發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)/關(guān)狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)速度可以被考慮。還提供了一種車(chē)輛，該車(chē)輛具有構(gòu)造為執(zhí)行該方法的控制器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】逆變器控制方法和具有其的車(chē)輛

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明教導(dǎo)大體包括用于控制混合動(dòng)力車(chē)輛的功率逆變器的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在混合動(dòng)力傳動(dòng)系中使用的馬達(dá)/發(fā)電機(jī)通常需要三相交流電流被供給到定子的定子繞組。功率逆變器包括開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)在開(kāi)位置和閉位置之間移動(dòng)，以將電壓變?yōu)槊}沖以接近期望的波形，分別用于三個(gè)繞組的每個(gè)。馬達(dá)/發(fā)電機(jī)用作低通濾波器類(lèi)型，以對(duì)脈沖電壓波形濾波，導(dǎo)致具有疊加的小波動(dòng)分量的大體正弦電流波形。開(kāi)關(guān)的頻率可被改變，電壓可被保持開(kāi)啟持續(xù)不同的時(shí)間間隔，和/或電壓可被保持關(guān)閉持續(xù)不同時(shí)間間隔，以執(zhí)行期望的調(diào)制類(lèi)型(例如，不連續(xù)脈寬調(diào)制(DPWM)，連續(xù)脈寬調(diào)制(CPWM)等)。
[0003]逆變器切換損失占混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛的總能量損失的較大百分比。通過(guò)減小切換頻率，切換能量損失被減小。但是，隨著切換頻率減小，切換噪音通常被視為更能聽(tīng)見(jiàn)，但是，隨著切換頻率增加，切換噪音通常視為不容易聽(tīng)見(jiàn)。逆變器控制策略已經(jīng)包含掩飾切換的噪音，諸如低頻，通過(guò)確保背景噪音處于相對(duì)高的水平來(lái)掩飾。這已經(jīng)通過(guò)當(dāng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)的操作特性將確保切換噪音的足夠掩飾時(shí)按周期限制低頻切換而實(shí)現(xiàn)，是操作特性諸如馬達(dá)/發(fā)電機(jī)扭矩水平或馬達(dá)/發(fā)電機(jī)速度水平。
[0004]DPWM可提供基本正弦的電流波形，同時(shí)最小化逆變器切換損失。這通過(guò)將適當(dāng)?shù)牧阈蛄须妷禾砑拥矫總€(gè)逆變器相而實(shí)現(xiàn)，同時(shí)保持給馬達(dá)/發(fā)電機(jī)大體正弦形的線間電壓激勵(lì)。零序列電壓被選擇為使得每個(gè)逆變器相將對(duì)于三分之一的馬達(dá)基本電周期在百分之O或100的占空比飽和。當(dāng)以百分之O或100占空比操作時(shí)，特定相的切換損失被消除。最終的DPWM波形對(duì)每個(gè)PWM周期采用單個(gè)零向量，與CPWM實(shí)施所用的兩個(gè)不同的零向量相反。相應(yīng)地，具有較小頻率切換的DPWM波形比具有較大頻率切換的CPWM波形通常噪音更大。DPWM類(lèi)型的波形傾向于最小化逆變器切換損失，同時(shí)與CPWM類(lèi)型的波形相比增加電流波動(dòng)和聲學(xué)噪音。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]提供一種控制功率逆變器的方法，其所示功率逆變器在具有發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系中聯(lián)接到電馬達(dá)。方法包括經(jīng)由控制器產(chǎn)生用于逆變器的開(kāi)關(guān)的電壓波形信號(hào)和切換頻率信號(hào)。電壓波形信號(hào)和切換頻率信號(hào)中的至少一個(gè)至少部分地基于至少一個(gè)被命令發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)/關(guān)狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)速度可以是波形信號(hào)或電壓切換頻率信號(hào)所基于的因素。與僅考慮馬達(dá)操作或車(chē)輛速度相比，通過(guò)考慮一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)，開(kāi)關(guān)的控制可在動(dòng)力傳動(dòng)系的不同操作參數(shù)上對(duì)于效率和噪音減小二者被更有效地優(yōu)化。還提供了一種車(chē)輛，具有帶被存儲(chǔ)算法以控制所述功率逆變器的控制器。
[0006]本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢(shì)及其他特征和優(yōu)勢(shì)將從用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的以下詳細(xì)描述連同附圖時(shí)顯而易見(jiàn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是包括具有電馬達(dá)的混合動(dòng)力傳動(dòng)系的車(chē)輛的示意圖；
[0008]圖2是圖1的車(chē)輛的混合動(dòng)力馬達(dá)控制器、功率逆變器和電馬達(dá)的示意圖；
[0009]圖3是控制圖1-2的功率逆變器的第一方法的流程圖；
[0010]圖4是控制圖1-2的功率逆變器的第二方法的流程圖；
[0011]圖5是在電馬達(dá)的一個(gè)基本電周期上繪制的典型CPWM占空比命令的示例電壓波形的曲線圖示；
[0012]圖6是在電馬達(dá)的一個(gè)基本電周期上繪制的典型DPWM占空比命令的示例電壓波形的曲線圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0013]參考附圖，其中在幾幅圖中相同的附圖標(biāo)記指向相同或相似的構(gòu)件，圖1示意性地示出包括混合動(dòng)力傳動(dòng)系13的車(chē)輛10,該混合動(dòng)力傳動(dòng)系具有發(fā)動(dòng)機(jī)12和混合動(dòng)力變速器14，變速器包括第一電馬達(dá)16和可選地附加的電馬達(dá)17。變速器14還包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和可選地一個(gè)或多個(gè)扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，諸如離合器和制動(dòng)器，以實(shí)現(xiàn)變速器14的各種速度比和操作模式。
[0014]馬達(dá)16、17每個(gè)可選擇性地可操作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)，當(dāng)操作為馬達(dá)時(shí)增加功率以驅(qū)動(dòng)變速器14，當(dāng)操作為發(fā)電機(jī)時(shí)產(chǎn)生被另一馬達(dá)使用或被存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置(諸如電池18)中用于以后使用的功率。替換地，任一馬達(dá)16、17可僅操作為發(fā)電機(jī)或僅操作為馬達(dá)。馬達(dá)16、17是交流電機(jī)。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“交流(AC)電機(jī)”通常是指將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或反之亦然的裝置或設(shè)備。AC馬達(dá)可通常分為同步AC馬達(dá)和異步AC馬達(dá)。同步AC馬達(dá)可包括永磁體馬達(dá)和磁阻馬達(dá)。永磁體馬達(dá)包括表面安裝永磁體馬達(dá)(SMPMM)和內(nèi)置永磁體馬達(dá)(IPMM)。異步AC馬達(dá)包括感應(yīng)馬達(dá)。盡管AC馬達(dá)可用作馬達(dá)(例如用于轉(zhuǎn)換在其輸入端處的AC電能功率以產(chǎn)生機(jī)械能或動(dòng)力的設(shè)備)，在此使用的AC馬達(dá)可還涵蓋發(fā)電機(jī)，其用于將在其原動(dòng)機(jī)處的機(jī)械能或動(dòng)力轉(zhuǎn)換為在其輸出端處的電AC能或功率。馬達(dá)16、17中的任一個(gè)可因此是AC馬達(dá)、AC發(fā)電機(jī)或二者。AC馬達(dá)是通過(guò)交流電流驅(qū)動(dòng)的電馬達(dá)。在一些實(shí)施中，AC馬達(dá)包括外靜止定子，該定子具有線圈，所述線圈響應(yīng)施加到馬達(dá)的電壓而具有交流電流，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；和內(nèi)轉(zhuǎn)子，附連到輸出軸，其由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)供給扭矩。在其他實(shí)施中，轉(zhuǎn)子可圍繞定子。
[0015]變速器14可在標(biāo)準(zhǔn)、電或混合動(dòng)力模式中操作。在標(biāo)準(zhǔn)操作模式中，變速器14僅被發(fā)動(dòng)機(jī)12驅(qū)動(dòng)。在車(chē)輛10的一些操作參數(shù)下，典型地當(dāng)車(chē)輛10需要的功率低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)12可關(guān)閉，驅(qū)動(dòng)變速器14所需的功率可在操作的電操作模式中通過(guò)馬達(dá)16和/或馬達(dá)17提供。在混合動(dòng)力操作模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)12提供功率，馬達(dá)16和/或馬達(dá)17控制為用作馬達(dá)或發(fā)電機(jī)。在混合動(dòng)力操作模式中，變速器14可類(lèi)似于連續(xù)可變變速器地作出響應(yīng)，以在寬范圍的速度上提供車(chē)輛10的平穩(wěn)操作。一旦車(chē)輛10已經(jīng)達(dá)到巡航速度，其中，需要小的加速度或無(wú)加速度，變速器14可以固定檔操作，且僅由發(fā)動(dòng)機(jī)12提供動(dòng)力。固定檔基于車(chē)輛10的巡航速度和特定變速器14和齒輪比而被選擇。車(chē)輛10可以是插電式混合動(dòng)力車(chē)輛，因?yàn)樵诖嗣枋龅目刂朴糜隈R達(dá)的功率逆變器的方法100、200對(duì)于可安裝在插電式混合動(dòng)力車(chē)輛上的類(lèi)型的馬達(dá)特別有利。插電式混合動(dòng)力車(chē)輛可裝備有插槽類(lèi)型接口和車(chē)載充電器，其用于連接到車(chē)下供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)用于為電池18再充電，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。
[0016]電子控制單元(EOT) 20操作地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)12，馬達(dá)16、17和變速器14，用于控制各車(chē)輛功能，包括用于變速器14的操作模式。ECU20可還連接到各其他部件，諸如但不限于，用于控制車(chē)輛10的傳感器和控制模塊。電子控制單元20可還稱(chēng)為混合動(dòng)力控制器，因?yàn)槠浒ɑ旌蟿?dòng)力控制處理器21，在圖2中示出，該處理器包括被存儲(chǔ)的算法，該算法用于在各操作條件下確定和執(zhí)行動(dòng)力傳動(dòng)系13的各操作模式。
[0017]功率逆變器22和馬達(dá)控制器24還操作性地連接到E⑶20，用于控制馬達(dá)16的操作。馬達(dá)控制器24從ECU20接收被感測(cè)的車(chē)輛數(shù)據(jù)和被命令的車(chē)輛操作參數(shù)。馬達(dá)控制器24具有處理器25，該處理器25具有一個(gè)或多個(gè)被存儲(chǔ)的算法，該算法控制電馬達(dá)16、17的操作，并控制功率逆變器22的切換頻率和由功率逆變器22建立的脈沖電壓波形，以在如這里所述的馬達(dá)16中產(chǎn)生多相電流。如在此所用的，術(shù)語(yǔ)“多相”是指兩相或更多相，且可用于指具有兩相或更多相的電馬達(dá)。響應(yīng)經(jīng)由多相PWM逆變器施加的電壓，多相電馬達(dá)通常被提供有電流。這樣的多相馬達(dá)的一個(gè)例子是三相交流電流(AC)馬達(dá)。在三相系統(tǒng)中，逆變器22將是驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)三相AC馬達(dá)16、17的三相逆變器?？墒褂眯切位蛉切芜B接方案，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。
[0018]控制切換頻率和波形的算法在此描述為存儲(chǔ)在馬達(dá)控制器24的處理器25上；替換地，算法可通過(guò)E⑶20和馬達(dá)控制器24兩者執(zhí)行，因?yàn)橐恍┓椒ú襟E被E⑶20執(zhí)行，同時(shí)另一些被馬達(dá)控制器24執(zhí)行。例如，E⑶20可做出有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)的決定，且基于這些向馬達(dá)控制器24提供控制信號(hào)(S卩，O或I位)，同時(shí)馬達(dá)控制器24可做出有關(guān)馬達(dá)操作參數(shù)的決定。替換地，ECU20和馬達(dá)控制器24可組合在單個(gè)控制器中。
[0019]參考圖2，控制器24基于由E⑶20提供的被命令車(chē)輛操作參數(shù)輸入控制信號(hào)給逆變器22，在此稱(chēng)為占空比命令信號(hào)27。占空比命令信號(hào)27可包括電壓波形信號(hào)、頻率信號(hào)和高頻抖動(dòng)(dithering)信號(hào)。逆變器22從電池18接收DC輸入電壓(Vd。)。逆變器22包括具有多個(gè)開(kāi)關(guān)28A、28B、28C、30A、30B和30C的三相電路26，所述開(kāi)關(guān)以受控頻率切換，根據(jù)占空比命令信號(hào)27，以從來(lái)自電池18的DC輸入電壓(Vd。)產(chǎn)生期望的電壓波形，得到在馬達(dá)16中的三相AC輸出ia、ib、i。。三個(gè)開(kāi)關(guān)28A、28B、28C連接至電池18的正輸出端，三個(gè)開(kāi)關(guān)30A、30B和30C連接到電池18的負(fù)輸出端。另外，在所示實(shí)施例中，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)28A、28B、28C、30A、30B和30C連接以形成具有從逆變器22的三個(gè)電流輸出ia、ib、ic的三對(duì)。S卩，開(kāi)關(guān)28A的輸出端連接至開(kāi)關(guān)30A的輸出端，以形成從逆變器22的電流輸出ia。開(kāi)關(guān)28B的輸出端連接至開(kāi)關(guān)30B的輸出端，以形成從逆變器22的電流輸出ib。最后，開(kāi)關(guān)28C的輸出端連接至開(kāi)關(guān)30C的輸出端，以形成從逆變器22的電流輸出i。。來(lái)自電池18的DC功率通過(guò)基于來(lái)自控制器24的占空比命令信號(hào)27以受控頻率重復(fù)地打開(kāi)和關(guān)閉所述多個(gè)開(kāi)關(guān)28A、28B、28C、30A、30B和30C導(dǎo)致三相輸出ia、ib、i。，以建立受控波形。盡管因?yàn)轳R達(dá)16是三相馬達(dá)，變速器22示出有三組開(kāi)關(guān)和三個(gè)電流輸出，逆變器22和馬達(dá)16可構(gòu)造為通過(guò)附加的相操作。如果三角形連接方案被使用，輸出電流ia、ib、i。不是馬達(dá)繞組中的相電流，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的。
[0020]為了掩蓋切換噪音同時(shí)減小切換損失，控制功率逆變器22的方法100通過(guò)控制器24被執(zhí)行，如圖3所示。方法100包括步驟102，確定數(shù)據(jù)輸入，然后是步驟114，基于步驟102中的輸入產(chǎn)生用于逆變器22的波形信號(hào)和切換頻率信號(hào)。數(shù)據(jù)輸入通常是被命令操作參數(shù)，如在此討論的，并可作為來(lái)自E⑶20的信號(hào)32被接收。步驟102包括步驟104，確定至少一個(gè)被命令發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。即，在方法100下，被產(chǎn)生的電壓波形和切換頻率信號(hào)所基于的至少一個(gè)數(shù)據(jù)輸入必須是發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。
[0021]發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)可以是發(fā)動(dòng)機(jī)12的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、或發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，其可基于被命令油門(mén)位置。例如，步驟104可包括子步驟104A，確定發(fā)動(dòng)機(jī)12的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。如在此所使用的，如果燃料被提供給發(fā)動(dòng)機(jī)12，開(kāi)/關(guān)狀態(tài)是“開(kāi)”，如果燃料沒(méi)有被提供，開(kāi)/關(guān)狀態(tài)是“關(guān)”。提供燃料給發(fā)動(dòng)機(jī)12可通過(guò)作為來(lái)自ECU20的控制信號(hào)來(lái)發(fā)送的命令確定，以促動(dòng)燃料噴射系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)閉時(shí)，沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)掩飾噪音存在，所以任何切換噪音可能比發(fā)動(dòng)機(jī)12開(kāi)機(jī)時(shí)更容易聽(tīng)見(jiàn)。相應(yīng)地，在步驟114中產(chǎn)生的波形信號(hào)和切換頻率信號(hào)可用于消音變體，以便通過(guò)這樣的消音波形可以達(dá)到廣延的被命令操作條件。通常，不連續(xù)脈寬調(diào)制(DPWM)波形提供比連續(xù)脈寬調(diào)制(CPWM)波形更低的損失。DPWM波形比CPWM波形更高效，因?yàn)槠渖婕拜^少的切換，開(kāi)關(guān)在每個(gè)波動(dòng)周期的較大部分關(guān)閉。DPWM僅使用每PWM周期單個(gè)零向量，這傾向于增加電流波動(dòng)和可聽(tīng)噪音。另外，低頻率切換通常早已與更大的可聽(tīng)切換噪音相關(guān)。
[0022]多種不同類(lèi)型的DPWM和CPWM技術(shù)可在各實(shí)施例中使用。通常，CPWM定義為PWM技術(shù)，其中，逆變器22的每個(gè)相腳在調(diào)制電壓波形的全部360度循環(huán)上連續(xù)切換。適合的CPWM技術(shù)的一些非限制性例子包括正弦PWM (SPWM),第三諧波注入PWM和經(jīng)典空間向量PWM (SVPWM)。
[0023]同樣，DPWM在此定義為PWM技術(shù)，其中，逆變器22的每個(gè)相腳不在調(diào)制波形的全部360度循環(huán)上切換。適當(dāng)DPWM技術(shù)的一些例子包括，但不限于，通用的DPWM (GDPWM)、DP麗O、DP麗1、DP麗2、DPWMMIN和DP麗-MAX，這些屬于在本領(lǐng)域中是熟知的。
[0024]圖5是占空比對(duì)電馬達(dá)角位置(按弧度)的圖40，顯示在電馬達(dá)的一個(gè)基本電周期(六個(gè)弧度)上繪制的典型CPWM占空比命令的示例性波形42。在該例子中，經(jīng)典空間向量PWM (SVPWM)技術(shù)被利用。在馬達(dá)的整個(gè)基本電周期上被命令占空比大于零且小于一。因?yàn)檎伎毡瓤偸谴笥诹闱倚∮谝唬鄳?yīng)的逆變器開(kāi)關(guān)在馬達(dá)的操作期間不斷地切換。與SPWM相比，SVPWM在極電壓中添加一些附加的諧波，其可在達(dá)到最大電壓極限之前給出較高的基本電壓輸出。
[0025]圖6是在電馬達(dá)的一個(gè)基本電周期上繪制的典型DPWM占空比命令的示例性波形50的占空比對(duì)角位置(按弧度)的圖。在該例子中，DPWM2技術(shù)被利用。在所示的DWPM占空比命令技術(shù)中，占空比52對(duì)于基本電周期的兩個(gè)60度(大約一弧度)段鉗位到零或一。在這些鉗位周期(clamped per1d)期間,相應(yīng)的逆變器開(kāi)關(guān)將不切換。由此,在這些鉗位周期期間，將沒(méi)有切換損失在相應(yīng)相腳中發(fā)生。由此，DPWM技術(shù)的使用可將切換損失減小到使用CPWM發(fā)生的水平的一半。DPWM讓諧波波譜(馬達(dá)電流、DC總線電流)處于較低頻率處，且失真更大，由此潛在地產(chǎn)生更大的噪聲。CPWM讓諧波處于較高頻率處且通常更加消音。DPWM通常更高效(較低切換損失)；由此在選擇效率與噪聲的方法時(shí)可進(jìn)行折中。
[0026]步驟104可包括另一子步驟104B，確定被命令發(fā)動(dòng)機(jī)速度。被命令發(fā)動(dòng)機(jī)速度可表示為從ECU20接收的信號(hào)32。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加，在步驟114中產(chǎn)生的切換頻率可降低，隨著較低頻率切換的增加的噪音(和較高的效率)可被發(fā)動(dòng)機(jī)12充分掩飾。
[0027]步驟104可包括另一子步驟104C，確定被命令發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。被命令發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩可表示為從ECU20接收的信號(hào)32。被命令發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩可通過(guò)被命令油門(mén)位置獲得。相應(yīng)地，信號(hào)32可用于被命令油門(mén)位置。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩增加，發(fā)動(dòng)機(jī)12的掩飾噪音可減?。幌鄳?yīng)地，方法100可導(dǎo)致步驟114中產(chǎn)生的切換頻率隨著發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩增加而增加。
[0028]步驟102可還包括來(lái)自車(chē)輛操作參數(shù)而并非來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)12的數(shù)據(jù)輸入。例如，可考慮電馬達(dá)16的操作參數(shù)，功率逆變器22操作性地連接到該電馬達(dá)。在步驟106中，方法100可確定電馬達(dá)16的被命令扭矩。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)閉時(shí)相對(duì)較低的馬達(dá)扭矩，步驟114中產(chǎn)生的波形可以是需要較少的切換或較低頻率的切換的電壓波形，諸如DPWM波形，因?yàn)檩^小的切換噪音在低馬達(dá)扭矩時(shí)產(chǎn)生。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)閉時(shí)相對(duì)較高的馬達(dá)扭矩，步驟114中產(chǎn)生的波形可以是產(chǎn)生相對(duì)較小噪音的電壓波形，諸如CPWM波形，因?yàn)檩^大的切換噪音在高馬達(dá)扭矩時(shí)產(chǎn)生。
[0029]在步驟108中，方法100可確定電馬達(dá)16的被命令速度。對(duì)于相對(duì)較低的馬達(dá)速度，較低頻率的切換可在步驟114中產(chǎn)生，且對(duì)于相對(duì)較高的馬達(dá)速度，較高頻率的切換可被產(chǎn)生。對(duì)于數(shù)字控制系統(tǒng)，控制帶寬由采樣率限制。另外，對(duì)于向量控制的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，切換頻率對(duì)馬達(dá)基本頻率的比應(yīng)保持足夠高，以便以穩(wěn)定方式高保真地控制相電流。通常，10::1的比被視為合理的極限。由此，馬達(dá)速度越高，基本頻率越高，則由此良好控制所需的切換頻率越高。
[0030]方法100可還考慮任何其他電馬達(dá)的操作，所述電馬達(dá)在混合動(dòng)力傳動(dòng)系13中可操作為沒(méi)有操作地連接至逆變器22的牽引馬達(dá)。例如，在步驟110中，方法可確定馬達(dá)17的扭矩和/或速度。在用于馬達(dá)16的在步驟114中產(chǎn)生的波形和切換頻率信號(hào)則可部分地基于馬達(dá)17對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系13中的總體掩蓋噪音和效率損失的影響。
[0031]另外,步驟10 2可包括步驟112，確定車(chē)輛10的被命令速度。用于車(chē)輛速度的該輸入數(shù)據(jù)可以是油門(mén)位置和被命令發(fā)動(dòng)機(jī)和馬達(dá)操作狀態(tài)(從其確定車(chē)輛速度)的組合。在步驟114中產(chǎn)生的波形和切換頻率信號(hào)則可至少部分地基于車(chē)輛速度，具有對(duì)于較低頻率切換固有的較低切換損失來(lái)說(shuō)，增加車(chē)輛速度趨于表示較低頻率切換信號(hào)的效果，而無(wú)關(guān)于典型的增加的噪音水平。
[0032]步驟114可包括步驟116，其中，如果滿足一個(gè)或多個(gè)預(yù)定車(chē)輛操作參數(shù)，切換頻率信號(hào)命令切換頻率的抖動(dòng)。車(chē)輛操作參數(shù)可包括，但不限于，馬達(dá)16的被命令馬達(dá)扭矩在預(yù)定馬達(dá)扭矩的范圍內(nèi)，車(chē)輛速度在預(yù)定車(chē)輛速度的范圍內(nèi)，被命令波形信號(hào)用于預(yù)定類(lèi)型的波形(例如，DPWM或CPWM)，和被命令頻率信號(hào)用于在切換頻率的預(yù)定范圍內(nèi)的頻率。在步驟116中確定抖動(dòng)所考慮的任何或全部車(chē)輛操作參數(shù)的相關(guān)性可特定地調(diào)節(jié)至特定型號(hào)的車(chē)輛的聲學(xué)特性，如通過(guò)車(chē)輛測(cè)試所確定的。
[0033]圖4顯示了控制功率逆變器22的方法200。方法200是更寬泛方法100的一個(gè)具體實(shí)施。具體地，方法200在起點(diǎn)202處開(kāi)始。方法200隨后在步驟204中確定發(fā)動(dòng)機(jī)12開(kāi)/關(guān)狀態(tài)是否是開(kāi)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)12是開(kāi)的，方法200行進(jìn)到步驟206，產(chǎn)生用于逆變器22的第一波形信號(hào)，從而逆變器22將控制開(kāi)關(guān)以提供第一電壓波形給馬達(dá)16。在一個(gè)非限制性示例中，第一波形信號(hào)可以是對(duì)于其最高效率的用于不連續(xù)脈寬調(diào)制(DPWM)波形的信號(hào)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)12可掩蓋其相對(duì)高的噪音水平。
[0034]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12已經(jīng)被確定為開(kāi)時(shí)，方法200可還考慮馬達(dá)16的操作參數(shù)，以確定逆變器24的切換頻率。特定地，方法從步驟206行進(jìn)到步驟208，其中，控制器24確定馬達(dá)16的被命令速度是否小于預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度(即，第一馬達(dá)速度)，諸如但不限于200轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)。如果被命令馬達(dá)速度小于預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度，則方法200行進(jìn)到步驟210，其中，控制器24產(chǎn)生和發(fā)送預(yù)定第一切換頻率信號(hào)給逆變器22，從而逆變器22以預(yù)定第一頻率切換開(kāi)關(guān)28A-C和30A-C，該預(yù)定第一頻率諸如但不限于2千赫(kHz)。
[0035]如果在步驟208中確定被命令馬達(dá)速度不小于預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度，方法200行進(jìn)到步驟212，且確定馬達(dá)16的被命令速度是否大于預(yù)定最大臨界馬達(dá)速度(即，第二馬達(dá)速度)，諸如但不限于lOOOrpm。如果被命令馬達(dá)速度大于預(yù)定最大臨界馬達(dá)速度，方法200行進(jìn)到步驟214，且控制器24產(chǎn)生預(yù)定第二切換頻率信號(hào)用于第二預(yù)定頻率，諸如但不限于1kHz。
[0036]如果在步驟212中確定被命令馬達(dá)速度不大于預(yù)定最大臨界馬達(dá)速度,則方法200行進(jìn)到步驟216，且控制器24產(chǎn)生切換頻率信號(hào)，用于第一切換頻率和第二切換頻率之間的且與被命令馬達(dá)速度(即，建立切換頻率與最小和最大臨界馬達(dá)速度之間的被命令馬達(dá)速度的線性關(guān)系)成比例的切換頻率。
[0037]回到步驟204，如果確定發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)不是開(kāi)的(S卩，沒(méi)有燃料供給到發(fā)動(dòng)機(jī)12)，則方法200行進(jìn)到步驟218且確定馬達(dá)16的被命令馬達(dá)扭矩是否小于預(yù)定最小馬達(dá)扭矩臨界值，諸如但不限于200牛頓米(Nm)。如果被命令馬達(dá)扭矩小于預(yù)定最小馬達(dá)扭矩臨界值，則方法200行進(jìn)到步驟220且產(chǎn)生步驟206的第一波形信號(hào)，諸如DPWM信號(hào)。相應(yīng)地，控制器24命令逆變器22控制開(kāi)關(guān)28A-28C、30A-30C，以提供DPWM電壓波形給馬達(dá)
16。但是，如果被命令馬達(dá)扭矩不小于預(yù)定最小馬達(dá)扭矩臨界值，則方法200行進(jìn)到步驟222且產(chǎn)生第二波形信號(hào)，諸如但不限于連續(xù)脈寬調(diào)制(CPWM)波形信號(hào)，諸如正弦波形信號(hào)(SPWM)。相應(yīng)地，控制器24命令逆變器22控制開(kāi)關(guān)，以提供CPWM電壓波形給馬達(dá)16。
[0038]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)閉時(shí)，除了馬達(dá)扭矩，方法200還考慮馬達(dá)16的速度。相應(yīng)地，步驟220和222的任一個(gè)之后，方法200行進(jìn)到步驟224，以確定馬達(dá)16的被命令速度是否小于預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度(即，第三馬達(dá)速度)，其可不同于當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12為開(kāi)的情況下的步驟208的最小臨界馬達(dá)速度。例如，步驟224的預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度可以是lOOrpm。如果馬達(dá)16的被命令馬達(dá)速度小于步驟224的預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度，則方法200行進(jìn)到步驟226，且控制器24產(chǎn)生和發(fā)送預(yù)定第一頻率信號(hào)(占空比命令信號(hào)27)給逆變器22，從而逆變器22控制開(kāi)關(guān)28A-28C、30A-30C，以便以第一頻率切換，諸如但不限于2kHz。
[0039]但是,如果馬達(dá)16的被命令速度不小于步驟224的預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度,則方法200行進(jìn)到步驟228，且控制器24確定馬達(dá)16的被命令速度是否大于預(yù)定的最大臨界馬達(dá)速度(即，第四馬達(dá)速度)，其可不同于步驟212的當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12為開(kāi)時(shí)施加的最大臨界馬達(dá)速度。在一個(gè)非限制例子中，步驟228的預(yù)定最大臨界馬達(dá)速度可以是500rpm。如果馬達(dá)16的被命令速度大于步驟228的預(yù)定最大臨界值馬達(dá)速度，則方法200行進(jìn)到步驟230，其中，控制器24產(chǎn)生預(yù)定第二切換頻率信號(hào)，從而逆變器22將控制開(kāi)關(guān)28A-28C、30A-30C以第二頻率切換，諸如但不限于1kHz的切換頻率。
[0040]但是，如果馬達(dá)16的速度不大于步驟228的預(yù)定最大臨界馬達(dá)速度，則方法200行進(jìn)到步驟232，其中，控制器24產(chǎn)生切換頻率信號(hào)，用于在步驟226的預(yù)定第一頻率和步驟230的預(yù)定第二頻率之間的且與馬達(dá)16的速度成比例的頻率。在方法200下，用于實(shí)施第一或第二預(yù)定頻率的臨界馬達(dá)速度在發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)時(shí)比發(fā)動(dòng)機(jī)12開(kāi)時(shí)低。這確保通常更可聽(tīng)見(jiàn)的但更高效的低效率切換將在發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)時(shí)比在發(fā)動(dòng)機(jī)12開(kāi)時(shí)執(zhí)行得少，因?yàn)閷?duì)于開(kāi)關(guān)28A-28C、30A-30C存在較少掩蓋噪音。
[0041]方法200可還確保，逆變器22在適當(dāng)情況下抖動(dòng)開(kāi)關(guān)28A-28C、30A-30C的頻率，因?yàn)橐呀?jīng)顯示出抖動(dòng)干擾特定切換頻率的基調(diào)(tonality)。“抖動(dòng)”是通過(guò)以固定速率快速改變切換頻率來(lái)減小電流譜中不同諧波的幅度的方法。例如，抖動(dòng)可改變9至IlkHz之間的脈沖電流，用于期望的1kHz平均值，減小如果應(yīng)用1kHz的恒定頻率則可能存在的諧波。當(dāng)利用抖動(dòng)時(shí)，頻率圍繞平均值在一定帶寬內(nèi)周期地調(diào)節(jié)。方程(I)顯示包括抖動(dòng)的瞬時(shí)逆變器切換頻率:
[0042]fsw=fsw avg+Krand.fspan (I)；
[0043]其中，fsw是kHz為單位的瞬時(shí)切換頻率，fsw avg是kHz為單位的時(shí)間平均切換周期，fspan是kHz為單位的由于抖動(dòng)導(dǎo)致的切換頻率的總的峰到峰(peak to peak)變化,Krand是偽隨機(jī)數(shù)，范圍為-0.5至+0.5。偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器用于計(jì)算Krand,其可從-0.5變化至+0.5。該數(shù)以抖動(dòng)率(fMto)更新。由此，瞬時(shí)切換頻率將每跳至新隨機(jī)值。確定抖動(dòng)關(guān)于擴(kuò)展譜的表現(xiàn)的關(guān)鍵參數(shù)是抖動(dòng)跨度和抖動(dòng)率(分別為fspan和增加抖動(dòng)跨度在較寬的頻率范圍上擴(kuò)展每個(gè)諧波。增加抖動(dòng)率使得頻率調(diào)整更快速，由此減小逆變器22將以任何給定瞬時(shí)頻率操作的時(shí)間。典型的抖動(dòng)率可以是2-10毫秒，而抖動(dòng)跨度可以在平均切換頻率的10%峰對(duì)峰的范圍內(nèi)。確切值將取決于應(yīng)用而變化。
[0044]在步驟214、216、230和232的每個(gè)之后，方法200行進(jìn)到步驟234，其中，控制器24確定一個(gè)或多個(gè)預(yù)定車(chē)輛操作條件是否被滿足，以根據(jù)步驟214、216、230或232產(chǎn)生的頻率在該條件下抖動(dòng)。預(yù)定車(chē)輛操作條件可包括但不限于，車(chē)輛10的速度在車(chē)輛速度的預(yù)定范圍內(nèi)、馬達(dá)16的被命令馬達(dá)扭矩在被命令馬達(dá)扭矩的范圍內(nèi)、由控制器產(chǎn)生的波形信號(hào)的類(lèi)型和由控制器24產(chǎn)生的切換頻率信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)。例如，在步驟234中，被命令切換頻率可與預(yù)定抖動(dòng)臨界頻率比較，該預(yù)定抖動(dòng)臨界頻率可與步驟210、214、216和230中考慮的頻率不同。如果步驟234的預(yù)定抖動(dòng)臨界頻率是12kHz，則如果被命令切換頻率小于12kHz，控制器24可在步驟236下命令抖動(dòng)。在步驟234中確定抖動(dòng)所考慮的任何或全部車(chē)輛操作參數(shù)的相關(guān)性可特定地調(diào)節(jié)至特定型號(hào)的車(chē)輛的聲學(xué)特性，如通過(guò)車(chē)輛測(cè)試所確定的。
[0045]如果用于抖動(dòng)的預(yù)定車(chē)輛操作條件在步驟234中確定為被滿足，則方法行進(jìn)到步驟236，且被命令頻率進(jìn)一步被精化為抖動(dòng)頻率。方法200則回到步驟202處的起點(diǎn)，通過(guò)方法200繼續(xù)，以連續(xù)地調(diào)整被命令通過(guò)逆變器22提供給馬達(dá)16的電壓波形、電壓頻率和頻率的抖動(dòng)。
[0046]如果在步驟234中確定用于抖動(dòng)的預(yù)定車(chē)輛操作條件沒(méi)有被滿足，則方法200回到步驟202處的起點(diǎn)，而沒(méi)有包含用于抖動(dòng)的命令的切換頻率信號(hào)?？蛇x地，附加馬達(dá)17的扭矩和速度和車(chē)輛速度可還在方法200下被考慮，以建立用于逆變器22的被命令波形和頻率。
[0047]盡管已經(jīng)對(duì)執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來(lái)實(shí)施本發(fā)明的許多替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種控制功率逆變器的方法，所述功率逆變器在具有發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系中聯(lián)接到電馬達(dá)，其中，功率逆變器具有逆變器開(kāi)關(guān)，該方法包括: 經(jīng)由控制器產(chǎn)生電壓波形信號(hào)和切換頻率信號(hào)，所述電壓波形信號(hào)和切換頻率信號(hào)控制通過(guò)開(kāi)關(guān)提供的電壓波形和開(kāi)關(guān)的切換頻率；其中，電壓波形信號(hào)和切換頻率信號(hào)中的至少一種至少部分地基于至少一個(gè)被命令發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)被命令發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)；且 其中，當(dāng)所述開(kāi)/關(guān)狀態(tài)是開(kāi)時(shí)，電壓波形信號(hào)用于不連續(xù)脈寬調(diào)制(DPWM)電壓波形。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述至少一個(gè)被命令發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)進(jìn)一步包括被命令發(fā)動(dòng)機(jī)速度；并且其中，切換頻率信號(hào)用于隨著被命令發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加而減小的切換頻率。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述至少一個(gè)被命令發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)進(jìn)一步包括被命令發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；并且其中，切換頻率信號(hào)用于隨著被命令發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩增加而增加的切換頻率。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，當(dāng)所述開(kāi)/關(guān)狀態(tài)為關(guān)且用于電馬達(dá)的被命令馬達(dá)扭矩在預(yù)定最小臨界馬達(dá)扭矩之上時(shí)，電壓波形信號(hào)用于連續(xù)波脈寬調(diào)節(jié)(CPWM)電壓波形，當(dāng)所述開(kāi)/關(guān)狀態(tài)為關(guān)且用于電馬達(dá)的被命令馬達(dá)扭矩在所述預(yù)定最小臨界馬達(dá)扭矩之下時(shí)，電壓波形信號(hào)用于DPWM電壓波形。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)用于電馬達(dá)的被命令馬達(dá)速度小于預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度時(shí)，切換頻率信號(hào)用于預(yù)定第一切換頻率，當(dāng)用于電馬達(dá)的被命令馬達(dá)速度大于預(yù)定最大臨界馬達(dá)速度時(shí)，切換頻率信號(hào)用于預(yù)定第二切換頻率，并且其中，第二切換頻率和預(yù)定最大臨界馬達(dá)速度分別大于第一切換頻率和預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述至少一個(gè)被命令發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)；并且其中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)是開(kāi)時(shí)，預(yù)定最小臨界值馬達(dá)速度和預(yù)定最大臨界值馬達(dá)速度更大。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，當(dāng)電馬達(dá)的被命令馬達(dá)速度在預(yù)定最小臨界馬達(dá)速度和預(yù)定最大臨界馬達(dá)速度之間時(shí)，切換頻率信號(hào)是用于與電馬達(dá)的被命令馬達(dá)速度線性成比例地增加的切換頻率，該切換頻率在預(yù)定第一切換頻率和預(yù)定第二切換頻率之間。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述切換頻率信號(hào)基于至少一個(gè)預(yù)定車(chē)輛操作條件命令抖動(dòng)切換頻率。
10.一種車(chē)輛，包括: 混合動(dòng)力傳動(dòng)系，包括: 發(fā)動(dòng)機(jī)； 混合動(dòng)力變速器，操作地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)并具有至少一個(gè)電馬達(dá)； 控制器；和 功率逆變器，操作地連接到所述至少一個(gè)電馬達(dá)和控制器，且具有多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)將電壓脈動(dòng)地施加到所述至少一個(gè)電馬達(dá)； 其中，控制器具有處理器，所述處理器執(zhí)行被存儲(chǔ)的算法，該算法產(chǎn)生由控制器發(fā)送給功率逆變器的切換頻率信號(hào)和電壓波形信號(hào)，以使得開(kāi)關(guān)以切換頻率切換，且提供電壓給所述至少一個(gè)電馬達(dá)，電壓波形分別與切換頻率信號(hào)和電壓波形信號(hào)相對(duì)應(yīng)；并且其中，電壓波形信號(hào)和切換頻率 信號(hào)中的至少一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)的操作參數(shù)。
【文檔編號(hào)】H02P27/06GK104044581SQ201410089055
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】A.G.霍爾姆斯, W.R.考索恩, M.J.格里莫, S.E.舒爾茲, J.P.米勒 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司