車輛和車輛的控制方法
【專利摘要】控制裝置預(yù)先存儲(chǔ)從變換器的開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)刻到變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“0”低的時(shí)刻為止的時(shí)間作為死區(qū)時(shí)間Td。并且，控制裝置在變換器的過調(diào)制PWM控制時(shí)，在時(shí)刻t1進(jìn)行了開關(guān)斷開動(dòng)作之后經(jīng)過了從存儲(chǔ)器讀出的死區(qū)時(shí)間Td的時(shí)刻t2開始開關(guān)接通動(dòng)作。通過設(shè)定這樣的死區(qū)時(shí)間Td，在開始開關(guān)斷開動(dòng)作的時(shí)刻t2，變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“0”低。因此，在緊接著開關(guān)接通動(dòng)作之后的變換器輸出電壓難以受到開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)的浪涌電壓的影響，從而將變換器輸出電壓的峰值抑制為小的值。
【專利說明】車輛和車輛的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用脈寬調(diào)制(PWM)控制的車輛和該車輛的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了使用直流電源來控制交流電動(dòng)機(jī)，采用使用了變換器的驅(qū)動(dòng)方法。變換器由變換器驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行開關(guān)控制，將例如按照PWM控制而進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作后的電壓施加于交流電動(dòng)機(jī)。
[0003]關(guān)于這樣的PWM控制，在日本特開2008-22624號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)中公開了如下技術(shù):在電動(dòng)發(fā)電機(jī)在高濕度環(huán)境下工作的情況下，通過將死區(qū)時(shí)間(dead time)設(shè)定為比通常時(shí)長(zhǎng)，使在線圈繞組的間隙由表面電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)相對(duì)減弱，從而防止容易發(fā)生局部放電的狀況。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-22624號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-104151號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問題
[0008]PWM控制能夠分為正弦波PWM控制和調(diào)制系數(shù)比正弦波PWM控制高的過調(diào)制PWM控制。在進(jìn)行過調(diào)制PWM控制的情況下，與進(jìn)行正弦波PWM控制的情況相比，具有極性反轉(zhuǎn)時(shí)的開關(guān)斷開期間(從開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)刻到下一個(gè)開關(guān)接通動(dòng)作時(shí)刻的期間)變短的傾向。因此，需要在開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)的浪涌電壓衰減之前進(jìn)行下一個(gè)開關(guān)接通動(dòng)作，根據(jù)下一個(gè)開關(guān)接通動(dòng)作定時(shí)，開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)的浪涌電壓與下一個(gè)開關(guān)接通動(dòng)作時(shí)的變換器輸出電壓疊加，變換器輸出電壓(向馬達(dá)施加的電壓)的峰值有可能會(huì)成為非常高的值。然而，在上述的專利文獻(xiàn)1、2中，關(guān)于這樣的問題及其解決方法沒有進(jìn)行任何公開。
[0009]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的發(fā)明，其目的在于，將過調(diào)制PWM控制區(qū)域中的變換器輸出電壓的峰值抑制為低的值。
[0010]用于解決問題的手段
[0011]本發(fā)明涉及的車輛具備:電力控制器，其包括開關(guān)元件，輸出與開關(guān)元件的動(dòng)作相應(yīng)的電壓；和控制裝置，其通過脈寬調(diào)制控制對(duì)開關(guān)元件的動(dòng)作進(jìn)行控制，由此使電力控制器的輸出電壓接近控制目標(biāo)值?？刂蒲b置在調(diào)制系數(shù)比預(yù)定值高的過調(diào)制區(qū)域中，在開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后輸出電壓比控制目標(biāo)值低的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)元件的接通動(dòng)作。
[0012]優(yōu)選，開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后的輸出電壓的波形成為向控制目標(biāo)值逐漸收斂的衰減波形?？刂蒲b置在過調(diào)制區(qū)域中，在開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后，在輸出電壓成為衰減波形的極小點(diǎn)的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)元件的接通動(dòng)作。
[0013]優(yōu)選，控制裝置在開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后經(jīng)過了預(yù)定期間的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)元件的接通動(dòng)作。預(yù)定期間被預(yù)先設(shè)定為在過調(diào)制區(qū)域中，從開關(guān)元件的斷開動(dòng)作時(shí)刻到輸出電壓降低為比控制目標(biāo)值低的時(shí)刻的期間。
[0014]優(yōu)選，車輛還具備馬達(dá)。電力控制器是輸出向馬達(dá)施加的電壓的變換器。
[0015]本發(fā)明的其他方面是一種車輛的控制方法，所述車輛具備電力控制器和控制裝置，所述電力控制器包括開關(guān)元件，輸出與開關(guān)元件的動(dòng)作相應(yīng)的電壓，所述控制裝置通過脈寬調(diào)制控制對(duì)開關(guān)元件的動(dòng)作進(jìn)行控制，由此使電力控制器的輸出電壓接近控制目標(biāo)值，所述控制方法包括:在調(diào)制系數(shù)比預(yù)定值高的過調(diào)制區(qū)域進(jìn)行開關(guān)元件的斷開動(dòng)作的步驟；和在開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后，在輸出電壓比控制目標(biāo)值低的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)元件的接通動(dòng)作的步驟。
[0016]發(fā)明的效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)⑦^調(diào)制PWM控制區(qū)域中的變換器輸出電壓的峰值抑制為低的值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是車輛的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2是對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制模式進(jìn)行概括說明的圖。
[0020]圖3是表示交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)與控制模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。
[0021]圖4是控制裝置的功能框圖。
[0022]圖5是表示載波、電壓指令、開關(guān)控制信號(hào)的各波形的一例的圖。
[0023]圖6是表示正弦波PWM控制時(shí)的變換器輸出電壓的波形的圖。
[0024]圖7是對(duì)正弦波PWM控制時(shí)的變換器輸出電壓的波形的一部分進(jìn)行放大而得到的圖。
[0025]圖8是表示過調(diào)制PWM控制時(shí)的變換器輸出電壓的各波形的圖。
[0026]圖9是對(duì)過調(diào)制PWM控制時(shí)的變換器輸出電壓的波形的一部分進(jìn)行放大而得到的圖。
[0027]圖10是表示過調(diào)制PWM控制時(shí)的死區(qū)時(shí)間Td與變換器輸出電壓的波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。
[0028]圖11是表示控制裝置的處理步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，圖中相同標(biāo)號(hào)表示相同或相當(dāng)部分。
[0030]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的車輛I的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0031]參照?qǐng)D1，車輛I具備:直流電壓產(chǎn)生部10#、平滑電容器CO、變換器(inverter)14、交流電動(dòng)機(jī)Ml和控制裝置30。
[0032]車輛I是混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車、燃料電池車等利用電能產(chǎn)生車輛驅(qū)動(dòng)力的汽車。
[0033]交流電動(dòng)機(jī)Ml是用于產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)車輛I的驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)?；蛘?，該交流電動(dòng)機(jī)Ml可以構(gòu)成為具有由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的功能，也可以構(gòu)成為同時(shí)具有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的功能。進(jìn)而，交流電動(dòng)機(jī)Ml還可以對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)機(jī)來工作，例如作為能夠進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備而組裝入混合動(dòng)力汽車。即，在本實(shí)施例中，“交流電動(dòng)機(jī)”包括交流驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)發(fā)電機(jī)(motor generator)ο
[0034]直流電壓產(chǎn)生部10#包括:直流電源B、系統(tǒng)繼電器SR1、SR2、平滑電容器Cl和轉(zhuǎn)換器(converter) 12。
[0035]直流電源B代表性地由鎳氫或鋰離子等二次電池、或雙電層電容器等蓄電裝置構(gòu)成。直流電源B輸出的直流電壓Vb和相對(duì)于直流電源B輸入輸出的直流電流Ib分別由電壓傳感器10和電流傳感器11進(jìn)行檢測(cè)。
[0036]系統(tǒng)繼電器SRl連接在直流電源B的正極端子與電力線6之間，系統(tǒng)繼電器SRl連接在直流電源B的負(fù)極端子與接地線5之間。系統(tǒng)繼電器SR1、SR2通過來自控制裝置30的信號(hào)SE而接通/斷開。
[0037]轉(zhuǎn)換器12包括:電抗器L1、功率用半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql、Q2和二極管Dl、D2。功率用半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql和Q2串聯(lián)連接在電力線7與接地線5之間。功率用半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql和Q2的接通/斷開通過來自控制裝置30的開關(guān)控制信號(hào)SI和S2進(jìn)行控制。
[0038]在本發(fā)明的實(shí)施例中，作為功率用半導(dǎo)體開關(guān)元件(以下，簡(jiǎn)稱為“開關(guān)元件”)，可以使用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)、功率用MOS(Metal Oxide Semiconductor:金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管或功率用雙極晶體管等。對(duì)開關(guān)元件Ql、Q2配置有反并聯(lián)二極管Dl、D2。電抗器LI連接在開關(guān)元件Ql和Q2的連接節(jié)點(diǎn)與電力線6之間。另外，平滑電容器CO連接在電力線7與接地線5之間。
[0039]變換器14由并聯(lián)設(shè)置在電力線7與接地線5之間的U相上下臂15、V相上下臂16和W相上下臂17構(gòu)成。各相上下臂由串聯(lián)連接在電力線7與接地線5之間的開關(guān)元件構(gòu)成。例如，U相上下臂15由開關(guān)元件Q3、Q4構(gòu)成，V相上下臂16由開關(guān)元件Q5、Q6構(gòu)成，W相上下臂17由開關(guān)元件Q7、Q8構(gòu)成。另外，開關(guān)元件Q3?Q8分別連接有反并聯(lián)二極管D3?D8。開關(guān)元件Q3?Q8的接通/斷開通過來自控制裝置30的開關(guān)控制信號(hào)S3?S8進(jìn)行控制。
[0040]交流電動(dòng)機(jī)Ml代表性地為三相的永磁體型同步電動(dòng)機(jī)，構(gòu)成為U、V、W相的三個(gè)線圈的一端共同連接于中性點(diǎn)。進(jìn)而，各相線圈的另一端與各相上下臂15?17的開關(guān)元件的中間點(diǎn)連接。
[0041]轉(zhuǎn)換器12在進(jìn)行升壓動(dòng)作時(shí)，對(duì)從直流電源B供給的直流電壓Vb進(jìn)行升壓，并將升壓后的直流電壓VH (以下，將與向變換器14輸入的電壓相當(dāng)?shù)脑撝绷麟妷阂卜Q為“系統(tǒng)電壓”)向變換器14供給。更具體而言，響應(yīng)于來自控制裝置30的開關(guān)控制信號(hào)S1、S2，交替地設(shè)置開關(guān)元件Ql的接通期間和開關(guān)元件Q2的接通期間(或者是開關(guān)元件Ql、Q2這兩方斷開的期間)，升壓比與它們的接通期間之比相對(duì)應(yīng)?；蛘?，若將開關(guān)元件Ql和Q2分別固定為接通和斷開，則也能夠使VH=Vb (升壓比=1.0)。
[0042]另外，轉(zhuǎn)換器12在進(jìn)行降壓動(dòng)作時(shí)，對(duì)經(jīng)由平滑電容器CO從變換器14供給的直流電壓VH (系統(tǒng)電壓)進(jìn)行降壓，對(duì)直流電源B充電。更具體而言，響應(yīng)于來自控制裝置30的開關(guān)控制信號(hào)S1、S2，交替地設(shè)置僅開關(guān)元件Ql接通的期間和開關(guān)元件Q1、Q2這兩方斷開的期間(或者是開關(guān)元件Q2的接通期間)，降壓比與上述接通期間的占空比相對(duì)應(yīng)。
[0043]平滑電容器CO使來自轉(zhuǎn)換器12的直流電壓平滑化，并將該平滑化的直流電壓向變換器14供給。電壓傳感器13對(duì)平滑電容器CO兩端的電壓、即系統(tǒng)電壓VH進(jìn)行檢測(cè)，并將該檢測(cè)值向控制裝置30輸出。
[0044]變換器14在交流電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)矩指令值為正(Trqcom > O)的情況下，若從平滑電容器CO被供給直流電壓，則通過響應(yīng)于來自控制裝置30的開關(guān)控制信號(hào)S3?S8的、開關(guān)元件Q3?Q8的開關(guān)動(dòng)作，將直流電壓變換為交流電壓來驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)M1，以輸出正轉(zhuǎn)矩。另外，變換器14在交流電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)矩指令值為零的情況下(Trqcom=O),通過響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)S3?S8的開關(guān)動(dòng)作，將直流電壓變換為交流電壓來驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)M1，以使轉(zhuǎn)矩為零。由此，交流電動(dòng)機(jī)Ml被驅(qū)動(dòng)成產(chǎn)生由轉(zhuǎn)矩指令值Trqcom指定的零轉(zhuǎn)矩或正轉(zhuǎn)矩。
[0045]進(jìn)而，在車輛I再生制動(dòng)時(shí)，交流電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)矩指令值Trqcom被設(shè)定為負(fù)(Trqcom < O)。在該情況下，變換器14通過響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)S3?S8的開關(guān)動(dòng)作，將交流電動(dòng)機(jī)Ml發(fā)電產(chǎn)生的交流電壓變換為直流電壓，并將該變換后的直流電壓(系統(tǒng)電壓)經(jīng)由平滑電容器CO向轉(zhuǎn)換器12供給。此外，在此所說的再生制動(dòng)包括:在由駕駛電動(dòng)車輛的駕駛員進(jìn)行了腳踏式制動(dòng)器操作的情況下的伴隨再生發(fā)電的制動(dòng)、和雖然沒有操作腳踏式制動(dòng)器但是在行駛期間通過釋放加速踏板來一邊進(jìn)行再生發(fā)電一邊使車輛減速(或中止加速)。
[0046]電流傳感器24對(duì)在交流電動(dòng)機(jī)Ml流動(dòng)的馬達(dá)電流進(jìn)行檢測(cè)，并將該檢測(cè)到的馬達(dá)電流向控制裝置30輸出。此外，由于三相電流iu、iv、iw的瞬時(shí)值之和為零，所以如圖1所示，將電流傳感器24配置成檢測(cè)兩相的馬達(dá)電流(例如，V相電流iv和W相電流iw)就足夠了。
[0047]旋轉(zhuǎn)角傳感器(旋轉(zhuǎn)變壓器(resolver，分相器))25對(duì)交流電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角Θ進(jìn)行檢測(cè)，并將該檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)角Θ向控制裝置30輸出。在控制裝置30中，能夠基于旋轉(zhuǎn)角Θ計(jì)算出交流電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)速度)和角速度ω (rad/s)。此外,通過由控制裝置30根據(jù)馬達(dá)電壓、電流直接運(yùn)算旋轉(zhuǎn)角Θ，也可以省略配置旋轉(zhuǎn)角傳感器25。
[0048]控制裝置30由電子控制單元(E⑶)構(gòu)成，通過由未圖示的CPU執(zhí)行預(yù)先存儲(chǔ)的程序而實(shí)現(xiàn)的軟件處理和/或由專用的電子電路實(shí)現(xiàn)的硬件處理來控制車輛I的動(dòng)作。
[0049]作為代表性的功能,控制裝置30基于被輸入的轉(zhuǎn)矩指令值Trqcom、由電壓傳感器10檢測(cè)到的直流電壓Vb、由電流傳感器11檢測(cè)到的直流電流lb、由電壓傳感器13檢測(cè)到的系統(tǒng)電壓VH以及來自電流傳感器24的馬達(dá)電流iv、iw、來自旋轉(zhuǎn)角傳感器25的旋轉(zhuǎn)角Θ等，通過后述的控制方式來控制轉(zhuǎn)換器12和變換器14的動(dòng)作，以使交流電動(dòng)機(jī)Ml輸出與轉(zhuǎn)矩指令值Trqcom相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。S卩，控制裝置30生成用于如上述那樣對(duì)轉(zhuǎn)換器12和變換器14進(jìn)行控制的開關(guān)控制信號(hào)SI?S8，并向轉(zhuǎn)換器12和變換器14輸出。
[0050]在轉(zhuǎn)換器12的升壓動(dòng)作時(shí)，控制裝置30對(duì)系統(tǒng)電壓VH進(jìn)行反饋控制，生成開關(guān)控制信號(hào)S1、S2，以使系統(tǒng)電壓VH與電壓指令值一致。
[0051]另外，控制裝置30若從外部ECU接收到表示電動(dòng)車輛進(jìn)入了再生制動(dòng)模式的信號(hào)RGE，則生成開關(guān)控制信號(hào)S3?S8并向變換器14輸出，以將由交流電動(dòng)機(jī)Ml發(fā)電產(chǎn)生的交流電壓變換為直流電壓。由此，變換器14將由交流電動(dòng)機(jī)Ml發(fā)電產(chǎn)生的交流電壓變換為直流電壓并向轉(zhuǎn)換器12供給。
[0052]進(jìn)而，控制裝置30若從外部ECU接收到表示電動(dòng)車輛進(jìn)入了再生制動(dòng)模式的信號(hào)RGE，則生成開關(guān)控制信號(hào)S1、S2并向轉(zhuǎn)換器12輸出，以對(duì)從變換器14供給的直流電壓進(jìn)行降壓。由此，交流電動(dòng)機(jī)Ml發(fā)電產(chǎn)生的交流電壓被變換為直流電壓，并在降壓后供給到直流電源B。
[0053]以下，對(duì)由控制裝置30進(jìn)行的交流電動(dòng)機(jī)Ml的控制進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。
[0054]圖2是對(duì)本實(shí)施例的車輛I的交流電動(dòng)機(jī)Ml的控制模式進(jìn)行概括說明的圖。
[0055]如圖2所示，在本實(shí)施例的車輛I中，切換使用三個(gè)控制模式來進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)Ml的控制、即變換器14中的電力變換。
[0056]正弦波PWM控制作為通常的PWM控制來使用，按照正弦波狀的電壓指令與載波(代表性地為三角波)的電壓比較來對(duì)各相上下臂元件的接通/斷開進(jìn)行控制。其結(jié)果，對(duì)于與上臂元件的接通期間對(duì)應(yīng)的高電平期間和與下臂元件的接通期間對(duì)應(yīng)的低電平期間的集合，控制占空比以使得在一定期間內(nèi)該基波成分為正弦波。眾所周知，在正弦波狀的電壓指令的振幅被限制為載波振幅以下的范圍的正弦波PWM控制中，僅能夠?qū)⑾蚪涣麟妱?dòng)機(jī)Ml施加的電壓(以下，也簡(jiǎn)稱為“馬達(dá)施加電壓”)的基波成分提高至變換器的直流鏈路(DC-1ink)電壓的大約0.61倍左右。以下，在本說明書中，將馬達(dá)施加電壓(線間電壓)的基波成分(有效值)與變換器14的直流鏈路電壓(即，系統(tǒng)電壓VH)之比稱為“調(diào)制系數(shù)”。
[0057]在正弦波PWM控制中，正弦波的電壓指令的振幅為載波振幅以下的范圍，因此，施加于交流電動(dòng)機(jī)Ml的線間電壓為正弦波。
[0058]過調(diào)制PWM控制，是如下的控制:在電壓指令(正弦波成分)的振幅比載波振幅大的范圍內(nèi)進(jìn)行與上述正弦波PWM控制同樣的PWM控制。特別是，能夠通過使電壓指令從本來的正弦波波形變形(振幅修正)來提高基波成分，能夠?qū)⒄{(diào)制系數(shù)從正弦波PWM控制模式下的最高調(diào)制系數(shù)提高至0.78的范圍。在過調(diào)制PWM控制中，電壓指令(正弦波成分)的振幅比載波振幅大，因此，施加于交流電動(dòng)機(jī)Ml的線間電壓不是正弦波而是變形后的電壓。
[0059]另一方面，在矩形波電壓控制中，在上述一定期間內(nèi)，向交流電動(dòng)機(jī)施加高電平期間和低電平期間之比為1:1的矩形波的一個(gè)脈沖。由此，調(diào)制系數(shù)提高至0.78。
[0060]在交流電動(dòng)機(jī)Ml中，當(dāng)轉(zhuǎn)速和/或輸出轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，感應(yīng)電壓變高，因此，所需要的驅(qū)動(dòng)電壓(馬達(dá)所需電壓)變高。需要將由轉(zhuǎn)換器12提供的升壓電壓、即系統(tǒng)電壓VH設(shè)定為比該馬達(dá)所需電壓高。另一方面，由轉(zhuǎn)換器12提供的升壓電壓、即系統(tǒng)電壓VH存在極限值(VH最大電壓)。
[0061]因此，根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)Ml的動(dòng)作狀態(tài)，選擇性地應(yīng)用PWM控制模式和矩形波電壓控制模式中的任一模式，所述PWM控制模式通過馬達(dá)電流的反饋來對(duì)馬達(dá)施加電壓(交流)的振幅和相位進(jìn)行控制，由正弦波PWM控制或過調(diào)制PWM控制來實(shí)現(xiàn)。此外，在矩形波電壓控制中，馬達(dá)施加電壓的振幅固定，因此，基于轉(zhuǎn)矩實(shí)際值與轉(zhuǎn)矩指令值的偏差，通過矩形波電壓脈沖的相位控制來執(zhí)行轉(zhuǎn)矩控制。
[0062]圖3是表示交流電動(dòng)機(jī)Ml的動(dòng)作狀態(tài)與上述控制模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。
[0063]參照?qǐng)D3，概括而言，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域Al中，為了減小轉(zhuǎn)矩變動(dòng)而使用正弦波PWM控制，在中轉(zhuǎn)速區(qū)域A2中應(yīng)用過調(diào)制PWM控制，在高轉(zhuǎn)速區(qū)域A3中應(yīng)用矩形波電壓控制。特別是，通過應(yīng)用過調(diào)制PWM控制和矩形波電壓控制，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)Ml的輸出提高。這樣，關(guān)于使用圖2所示的控制模式的哪一個(gè)模式，基本上在可實(shí)現(xiàn)的調(diào)制系數(shù)的范圍內(nèi)決定。
[0064]圖4是控制裝置30的與PWM控制(正弦波PWM控制和過調(diào)制PWM控制)相關(guān)的部分的功能框圖。圖4所示的各功能框可以通過硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過軟件實(shí)現(xiàn)。
[0065]參照?qǐng)D4，PWM控制通過控制裝置30所包括的PWM控制部200來執(zhí)行。PWM控制部200包括:電流指令生成部210、坐標(biāo)變換部220、250、電壓指令生成部240、PWM調(diào)制部260和死區(qū)時(shí)間設(shè)定部270。
[0066]電流指令生成部210按照預(yù)先制成的表等，生成與交流電動(dòng)機(jī)Ml的轉(zhuǎn)矩指令值Trqcom相應(yīng)的d軸電流指令值Idcom和q軸電流指令值Iqcom。
[0067]坐標(biāo)變換部220通過使用了由旋轉(zhuǎn)角傳感器25檢測(cè)的交流電動(dòng)機(jī)Ml的旋轉(zhuǎn)角Θ的坐標(biāo)變換(三相一兩相)，基于由電流傳感器24檢測(cè)到的V相電流iv和W相電流iw來算出d軸電流Id和q軸電流Iq。
[0068]向電流指令生成部240輸入d軸電流相對(duì)于指令值的偏差Λ Id( Λ Id=Idcom-1d)和q軸電流相對(duì)于指令值的偏差A(yù)Iq (AIq=Iqcom-1qX電流指令生成部240對(duì)d軸電流偏差A(yù)Id和q軸電流偏差A(yù)Iq分別進(jìn)行預(yù)定增益的PI (比例積分)運(yùn)算而求出控制偏差，并生成與該控制偏差相應(yīng)的d軸電壓指令值Vd#和q軸電壓指令值Vq#。
[0069]坐標(biāo)變換部250通過使用了交流電動(dòng)機(jī)Ml的旋轉(zhuǎn)角Θ的坐標(biāo)變換(兩相一三相)，將d軸電壓指令值Vd#和q軸電壓指令值Vq#變換為U相、V相、W相的各相電壓指令Vu、Vv、Vw0
[0070]PWM調(diào)制部260基于由預(yù)定頻率的三角波、鋸齒波構(gòu)成的載波(載波信號(hào)波)與各相電壓指令Vu、Vv、Vw的比較，生成對(duì)變換器14的各相的上下臂元件的接通/斷開進(jìn)行控制的開關(guān)控制信號(hào)。
[0071]圖5是表示載波、電壓指令、開關(guān)控制信號(hào)的各波形(一個(gè)相的量)的一例的圖。在圖5所示的例子中，在電壓指令比載波大的情況下開關(guān)控制信號(hào)為接通而成為開關(guān)接通期間，否則開關(guān)控制信號(hào)為斷開而成為開關(guān)斷開期間。
[0072]返回至圖4，死區(qū)時(shí)間設(shè)定部270對(duì)由PWM調(diào)制部260生成的各相的開關(guān)控制信號(hào)分別設(shè)定死區(qū)時(shí)間Td。死區(qū)時(shí)間Td是使變換器14的各相的上下臂元件同時(shí)斷開的期間。
[0073]死區(qū)時(shí)間設(shè)定部270將死區(qū)時(shí)間設(shè)定后的開關(guān)控制信號(hào)S3?S8輸出至變換器14。
[0074]變換器14按照死區(qū)時(shí)間設(shè)定后的開關(guān)控制信號(hào)S3?S8被開關(guān)控制，由此向交流電動(dòng)機(jī)Ml的各相輸出與轉(zhuǎn)矩指令值Trqcom相應(yīng)的模擬正弦波電壓。由此，從交流電動(dòng)機(jī)Ml輸出與轉(zhuǎn)矩指令值Trqcom相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。以下，將從變換器14輸出至交流電動(dòng)機(jī)Ml的模擬正弦波電壓也稱為“變換器輸出電壓”。
[0075]在具有如上結(jié)構(gòu)的車輛I中，在進(jìn)行調(diào)制系數(shù)比正弦波PWM控制高的過調(diào)制PWM控制的情況下，與進(jìn)行正弦波PWM控制的情況相比，有時(shí)變換器輸出電壓會(huì)產(chǎn)生高的浪涌電壓。
[0076]圖6是表示正弦波PWM控制時(shí)的變換器輸出電壓的波形(一個(gè)相的量)的圖。如上所述，控制裝置30根據(jù)載波與電壓指令的比較結(jié)果來控制變換器14的開關(guān)動(dòng)作。由此，如圖6所示，變換器輸出電壓在開關(guān)接通期間為“E”(嚴(yán)格地說為“+E”或“-E”)，在開關(guān)斷開期間為“O”。即，控制裝置30將開關(guān)接通期間的變換器輸出電壓的控制目標(biāo)值設(shè)為“E”(嚴(yán)格地說為“+E”或“-E”)，將開關(guān)斷開期間的變換器輸出電壓的控制目標(biāo)值設(shè)為“0”，控制裝置30控制變換器14的開關(guān)動(dòng)作以使實(shí)際的變換器輸出電壓接近這些控制目標(biāo)值。由此，變換器輸出電壓成為在“E”和“O”之間周期性變化的模擬正弦波電壓。
[0077]在正弦波PWM控制時(shí)，載波振幅α比電壓指令的振幅β大。因此，在正弦波PWM控制時(shí)開關(guān)斷開期間比較長(zhǎng)(參照?qǐng)D6的A部分)。
[0078]圖7是對(duì)正弦波PWM控制時(shí)的變換器輸出電壓的波形的一部分(圖6的A部分)進(jìn)行放大而得到的圖。正弦波PWM控制時(shí)的變換器輸出電壓的波形Wl由開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)之后的波形W2和開關(guān)接通動(dòng)作時(shí)之后的波形W3構(gòu)成。
[0079]如圖7的波形W2所示，在緊接著開關(guān)斷開動(dòng)作之后(緊接著開關(guān)控制信號(hào)從“接通”變化為“斷開”之后)，在變換器輸出電壓上瞬間疊加比較高的浪涌電壓。該浪涌電壓逐漸衰減。因此，開關(guān)斷開動(dòng)作之后的變換器輸出電壓的波形成為向開關(guān)斷開期間的控制目標(biāo)值“ O ”逐漸收斂的衰減波形。
[0080]在此，在正弦波PWM控制中，如上所述，開關(guān)斷開期間比較長(zhǎng)。因此，能夠在變換器輸出電壓大致收斂于控制目標(biāo)值“O”之后開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。因此，在緊接著開關(guān)接通動(dòng)作之后的變換器輸出電壓的峰值比較低(參照波形W3)。
[0081]與此相對(duì)，在過調(diào)制PWM控制中，與正弦波PWM控制相比，開關(guān)斷開期間非常短，在該影響下，緊接著開關(guān)接通動(dòng)作之后的變換器輸出電壓的峰值有可能會(huì)成為非常高的值。
[0082]圖8是表示過調(diào)制PWM控制時(shí)的變換器輸出電壓的各波形(一個(gè)相的量)的圖。在過調(diào)制PWM控制時(shí)，調(diào)制系數(shù)被提高成電壓指令的振幅β比載波振幅α大，因此，與正弦波PWM控制相比，開關(guān)斷開期間非常短(參照?qǐng)D8的B部分)。該現(xiàn)象在過調(diào)制PWM控制區(qū)域中調(diào)制系數(shù)特別高的區(qū)域(靠近矩形波控制區(qū)域的區(qū)域)尤為顯著。
[0083]圖9是對(duì)過調(diào)制PWM控制時(shí)的變換器輸出電壓的波形的一部分(圖8的B部分)進(jìn)行放大而得到的圖。過調(diào)制P麗控制時(shí)的變換器輸出電壓的波形W4由開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)之后的波形W5和開關(guān)接通動(dòng)作時(shí)之后的波形W6構(gòu)成。
[0084]如圖9的波形W5所示，在過調(diào)制PWM控制時(shí)，也與正弦波PWM控制同樣，在緊接著開關(guān)斷開動(dòng)作之后的變換器輸出電壓上瞬間疊加高浪涌電壓，然后，變換器輸出電壓向控制目標(biāo)值“O”逐漸收斂。然而，在過調(diào)制PWM控制中，如上所述，開關(guān)斷開期間非常短。在該影響下，需要在變換器輸出電壓收斂于控制目標(biāo)值“O”之前就開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。因此，根據(jù)開關(guān)接通動(dòng)作的開始定時(shí)，受開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)的浪涌電壓的影響，在緊接著開關(guān)接通動(dòng)作之后的變換器輸出電壓有可能會(huì)成為極高的峰值(參照?qǐng)D9的波形W6)。
[0085]因此，本實(shí)施例的控制裝置30在進(jìn)行過調(diào)制PWM控制時(shí)，在開關(guān)斷開動(dòng)作后變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”低的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。具體而言，死區(qū)時(shí)間設(shè)定部270對(duì)過調(diào)制PWM控制時(shí)的死區(qū)時(shí)間Td進(jìn)行設(shè)定，以使得在開關(guān)斷開動(dòng)作后變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”低的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。由此，將過調(diào)制PWM控制區(qū)域的變換器輸出電壓的峰值抑制為低的值，減少施加于馬達(dá)的浪涌電壓。
[0086]此外，在本發(fā)明中，“變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值‘0’低”意味著:以開關(guān)接通期間的控制目標(biāo)值“Ε”為基準(zhǔn)，變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值‘0’更遠(yuǎn)離控制目標(biāo)值“Ε”。因此，“變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值‘0’低”意味著:在開關(guān)接通期間的控制目標(biāo)值為“+Ε”時(shí)，變換器輸出電壓為負(fù)值，在開關(guān)接通期間的控制目標(biāo)值為“-Ε”時(shí)，變換器輸出電壓為正值。
[0087]圖10是表示過調(diào)制PWM控制時(shí)的死區(qū)時(shí)間Td與變換器輸出電壓的波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。
[0088]控制裝置30在時(shí)刻tl進(jìn)行了開關(guān)斷開動(dòng)作之后，在經(jīng)過了死區(qū)時(shí)間Td的時(shí)刻t2開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。
[0089]在此，在本實(shí)施例中，死區(qū)時(shí)間Td被設(shè)定為從開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)刻到變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”低的時(shí)刻的時(shí)間。例如，利用實(shí)驗(yàn)等預(yù)先求出從開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)刻到變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”低的時(shí)刻的時(shí)間，并將所求出的時(shí)間作為死區(qū)時(shí)間Td而預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。然后，在過調(diào)制PWM控制時(shí)，死區(qū)時(shí)間設(shè)定部270設(shè)定從存儲(chǔ)器讀出的死區(qū)時(shí)間Td。此外，由于變換器輸出電壓的衰減波形的頻率由轉(zhuǎn)換器12的電抗器LI的電感成分、平滑電容器CO的電容成分等決定，所以能夠考慮這些來設(shè)定死區(qū)時(shí)間Td。
[0090]通過這樣設(shè)定死區(qū)時(shí)間Td，在開始開關(guān)斷開動(dòng)作的時(shí)刻t2，如圖10所示，變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”低(變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”更遠(yuǎn)離控制目標(biāo)值“E”)。由此，緊接著開關(guān)接通動(dòng)作之后的變換器輸出電壓難以受到開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)的浪涌電壓的影響，將變換器輸出電壓的峰值抑制為小的值。
[0091]以往，沒有對(duì)死區(qū)時(shí)間Td的設(shè)定添加如本實(shí)施例這樣的要件，因此，例如如單點(diǎn)劃線所示，有可能會(huì)在變換器輸出電壓的衰減波形比控制目標(biāo)值“O”高(變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”更接近控制目標(biāo)值“E”)的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作，有可能會(huì)使變換器輸出電壓的峰值成為極高的值。在本實(shí)施例中能夠防止這樣的問題于未然。
[0092]此外，死區(qū)時(shí)間Td不限于圖10所示的死區(qū)時(shí)間。例如，若將從開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)刻到變換器輸出電壓的衰減波形極小的時(shí)刻的時(shí)間(例如圖10所示的最佳死區(qū)時(shí)間Tdbest)設(shè)定為死區(qū)時(shí)間Td，則能夠?qū)⒆儞Q器輸出電壓的峰值抑制為最小的值。因此，也可以以該最佳死區(qū)時(shí)間Tdbest為目標(biāo)來設(shè)定死區(qū)時(shí)間Td。
[0093]另外，也可以在變換器輸出電壓的衰減波形比控制目標(biāo)值“O”低的時(shí)間內(nèi)(例如圖10的時(shí)間T1、T2內(nèi))任意改變死區(qū)時(shí)間Td的結(jié)束時(shí)刻。例如，如圖10的雙點(diǎn)劃線所示，也可以將死區(qū)時(shí)間Td的結(jié)束時(shí)刻設(shè)為時(shí)間Τ2所包含的時(shí)刻t3，在時(shí)刻t3開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。
[0094]圖11是表示對(duì)過調(diào)制PWM控制時(shí)的死區(qū)時(shí)間Td進(jìn)行設(shè)定時(shí)的控制裝置30的處
理步驟的流程圖。
[0095]在步驟(以下，將步驟省略為“S”)10中，控制裝置30對(duì)指令電壓是否低于載波進(jìn)行判定。
[0096]在指令電壓低于載波的情況下(在SlO中為“是”)，控制裝置30將處理移向S11，進(jìn)行開關(guān)斷開動(dòng)作。
[0097]在S12中，控制裝置30從存儲(chǔ)器讀出死區(qū)時(shí)間Td，對(duì)是否從開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)刻經(jīng)過了死區(qū)時(shí)間Td進(jìn)行判定。如上所述，該死區(qū)時(shí)間Td為利用實(shí)驗(yàn)等預(yù)先求出從開關(guān)斷開動(dòng)作時(shí)刻到變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“ O ”低的時(shí)刻的時(shí)間并存儲(chǔ)的值。
[0098]在經(jīng)過死區(qū)時(shí)間Td之前(在S12中為“否”)，控制裝置30將處理返回至SI I，繼續(xù)進(jìn)行開關(guān)斷開動(dòng)作。
[0099]在經(jīng)過了死區(qū)時(shí)間Td時(shí)(在S12中為“是”)，控制裝置30將處理移向S13，進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。由此，在變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”低的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。
[0100]如以上說明那樣，本實(shí)施例的車輛I在變換器14的過調(diào)制PWM控制時(shí)，在開關(guān)斷開動(dòng)作后變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”低的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。因此，能夠?qū)⑦^調(diào)制PWM控制區(qū)域中的變換器輸出電壓的峰值抑制為低的值。
[0101]此外，在本實(shí)施例中，作為在變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“O”低的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作的具體方法之一，對(duì)將過調(diào)制PWM控制時(shí)的死區(qū)時(shí)間Td預(yù)先設(shè)定為滿足這樣的要件的值的情況進(jìn)行了說明。但是，例如，若是具備能夠以短周期高精度地檢測(cè)變換器輸出電壓的電壓傳感器的車輛，則也可以在使用該電壓傳感器實(shí)際檢測(cè)到變換器輸出電壓比控制目標(biāo)值“ O ”低的時(shí)刻開始進(jìn)行開關(guān)接通動(dòng)作。
[0102]應(yīng)該認(rèn)為，本次公開的實(shí)施例在所有方面都是例示而不是限制性的內(nèi)容。本發(fā)明的范圍不是通過上述說明來表示，而是通過權(quán)利要求書來表示，意在包含與權(quán)利要求書等同的含義以及范圍內(nèi)的所有變更。
[0103]標(biāo)號(hào)說明
[0104]10電壓傳感器，10 #直流電壓產(chǎn)生部，11、24電流傳感器，12轉(zhuǎn)換器，14變換器，25旋轉(zhuǎn)角傳感器，30控制裝置，200PWM控制部，210電流指令生成部，220,250坐標(biāo)變換部，240電壓指令生成部，260PWM調(diào)制部，270死區(qū)時(shí)間設(shè)定部，B直流電源，CO、Cl平滑電容器，DUD2反并聯(lián)二極管，D1、D2 二極管，LI電抗器，Ml交流電動(dòng)機(jī)，Ql?Q8開關(guān)元件，SR1、SR2系統(tǒng)繼電器。
【權(quán)利要求】
1.一種車輛，具備: 電力控制器(14)，其包括開關(guān)元件(Q3?Q8)，輸出與所述開關(guān)元件的動(dòng)作相應(yīng)的電壓；和 控制裝置(30)，其通過脈寬調(diào)制控制對(duì)所述開關(guān)元件的動(dòng)作進(jìn)行控制，由此使所述電力控制器的輸出電壓接近控制目標(biāo)值， 所述控制裝置，在調(diào)制系數(shù)比預(yù)定值高的過調(diào)制區(qū)域中，在所述開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后，在所述輸出電壓比所述控制目標(biāo)值低的時(shí)刻，開始進(jìn)行所述開關(guān)元件的接通動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛， 所述開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后的所述輸出電壓的波形成為向所述控制目標(biāo)值逐漸收斂的衰減波形， 所述控制裝置，在所述過調(diào)制區(qū)域中，在所述開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后，在所述輸出電壓成為所述衰減波形的極小點(diǎn)的時(shí)刻，開始進(jìn)行所述開關(guān)元件的接通動(dòng)作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛， 所述控制裝置在所述開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后經(jīng)過了預(yù)定期間的時(shí)刻開始進(jìn)行所述開關(guān)元件的接通動(dòng)作， 所述預(yù)定期間被預(yù)先設(shè)定為:在所述過調(diào)制區(qū)域中，從所述開關(guān)元件的斷開動(dòng)作時(shí)刻到所述輸出電壓比所述控制目標(biāo)值低的時(shí)刻的期間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛， 所述車輛還具備馬達(dá)(Ml )， 所述電力控制器是輸出向所述馬達(dá)施加的電壓的變換器。
5.一種車輛的控制方法，所述車輛具備電力控制器(14)和控制裝置(30)，所述電力控制器(14)包括開關(guān)元件(Q3?Q8)，輸出與所述開關(guān)元件的動(dòng)作相應(yīng)的電壓，所述控制裝置(30)通過脈寬調(diào)制控制來對(duì)所述開關(guān)元件的動(dòng)作進(jìn)行控制，由此使所述電力控制器的輸出電壓接近控制目標(biāo)值，所述車輛的控制方法包括: 在調(diào)制系數(shù)比預(yù)定值高的過調(diào)制區(qū)域，進(jìn)行所述開關(guān)元件的斷開動(dòng)作的步驟；和 在所述開關(guān)元件的斷開動(dòng)作后，在所述輸出電壓比所述控制目標(biāo)值低的時(shí)刻，開始進(jìn)行所述開關(guān)元件的接通動(dòng)作的步驟。
【文檔編號(hào)】H02P27/06GK103650333SQ201180072225
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月12日
【發(fā)明者】古川友則 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社