本發(fā)明涉及一種車輛，更具體地涉及一種包括馬達(dá)、逆變器和電池的車輛。

背景技術(shù)：

作為這種類型的車輛，已經(jīng)提出了包括電動機(jī)和具有逆變器電路的電力轉(zhuǎn)換裝置的車輛，該逆變器電路通過切換多個切換元件來驅(qū)動電動機(jī)，并且其中基于電動機(jī)的一個電氣周期中的脈沖數(shù)和基于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令的電壓的調(diào)制系數(shù)和電壓相位生成多個切換元件的脈沖信號來切換多個切換元件(例如，參見日本專利申請公開no.2013-162660(jp2013-162660a))。在這樣的車輛中，通過基于脈沖數(shù)、調(diào)制系數(shù)和電壓相位生成脈沖信號以最小化功率轉(zhuǎn)換裝置和電動機(jī)的功率損耗來實現(xiàn)包括電力轉(zhuǎn)換裝置和電動機(jī)整體的驅(qū)動系統(tǒng)中的損耗減少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

然而，在生成脈沖信號并將脈沖信號輸出到上述車輛中的功率轉(zhuǎn)換裝置的技術(shù)中，通過將電動機(jī)的各相的電壓指令與載波電壓進(jìn)行比較來生成脈沖信號并將脈沖信號輸出到電力轉(zhuǎn)換裝置的技術(shù)相比，生成脈沖信號的周期更長并且電動機(jī)的響應(yīng)性(當(dāng)目標(biāo)操作點(diǎn)變化時操作點(diǎn)的跟蹤能力)更低。因此，當(dāng)檢測到電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置傳感器中發(fā)生異常時，逆變器中容易發(fā)生過電流或過電壓。

本發(fā)明提供一種能夠防止在逆變器中發(fā)生過電流或過電壓的車輛。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面的車輛包括馬達(dá)，其被配置為驅(qū)動車輛；逆變器，其被配置為通過切換多個切換元件來驅(qū)動馬達(dá)；電池，其被配置為經(jīng)由逆變器與馬達(dá)交換電力；旋轉(zhuǎn)位置傳感器，其被配置為檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置；以及電子控制單元。電子控制單元被配置為通過切換多個控制來執(zhí)行逆變器的控制，所述多個控制包括第一pwm控制，其通過將基于馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩指令的各相的電壓指令與載波電壓進(jìn)行比較來生成多個切換元件中的第一pwm信號，并且切換多個切換元件，以及第二pwm控制，在基于轉(zhuǎn)矩指令的電壓的調(diào)制系數(shù)和電壓相位以及在馬達(dá)的電角度的預(yù)定周期中的脈沖數(shù)的基礎(chǔ)上來生成多個切換元件的第二pwm信號并切換多個切換元件。電子控制單元被配置為當(dāng)在旋轉(zhuǎn)位置傳感器中發(fā)生異常時限制第二pwm控制的執(zhí)行。

在根據(jù)本方面的車輛中，通過切換包括第一pwm控制和第二pwm控制的多個控制來執(zhí)行逆變器的控制。第一pwm控制是通過將基于馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩指令的各相的電壓指令與載波電壓進(jìn)行比較來生成第一pwm信號，并且切換逆變器的多個切換元件的控制。第二pwm控制是在基于轉(zhuǎn)矩指令的電壓的調(diào)制系數(shù)和電壓相位以及在馬達(dá)的電角度的預(yù)定周期中的脈沖數(shù)的基礎(chǔ)上來生成第二pwm信號并切換逆變器的多個切換元件的控制。當(dāng)檢測到馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置傳感器發(fā)生異常時，第二pwm控制的執(zhí)行受到限制。在第二pwm控制中，與第一pwm控制相比，生成脈沖信號的周期更長，并且電動機(jī)的響應(yīng)性更低。因此，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)位置傳感器中發(fā)生異常時，逆變器中可能會發(fā)生過電流或過電壓。結(jié)果，通過當(dāng)在旋轉(zhuǎn)位置傳感器發(fā)生異常時限制第二pwm控制的執(zhí)行，可以防止在逆變器中發(fā)生過電流或過電壓。這里，“限制第二pwm控制的執(zhí)行”包括減少第二pwm控制的執(zhí)行范圍或禁止第二pwm控制。

附圖說明

下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)和工業(yè)意義，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且其中：

圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動車輛的結(jié)構(gòu)的圖；

圖2是示出馬達(dá)的目標(biāo)操作點(diǎn)與第一pwm控制和第二pwm控制的區(qū)域之間的關(guān)系的示例的圖；

圖3是示出由根據(jù)實施例的電子控制單元執(zhí)行的第二pwm控制許可確定例程的示例的流程圖；和

圖4是示出根據(jù)變形例的混合動力車輛的結(jié)構(gòu)的圖。

具體實施方式

在下文中，將參考示例來描述本發(fā)明的實施例。

圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動車輛20的結(jié)構(gòu)的圖。根據(jù)實施例的電動車輛20包括如圖所示的馬達(dá)32、逆變器34、電池36、升壓轉(zhuǎn)換器40和電子控制單元50。

馬達(dá)32由同步發(fā)電電動機(jī)構(gòu)成，并且包括其中嵌入永磁體的轉(zhuǎn)子和纏繞有三相線圈的定子。馬達(dá)32的轉(zhuǎn)子經(jīng)由差動齒輪24連接到驅(qū)動軸26，驅(qū)動軸26與驅(qū)動輪22a和22b連接。

逆變器34連接到馬達(dá)32，并且還經(jīng)由高壓電力線42連接到升壓轉(zhuǎn)換器40。逆變器34包括六個晶體管t11至t16和六個二極管d11至d16。晶體管t11至t16被布置為兩對晶體管，用作相對于高壓電力線42的正母線和負(fù)母線的拉側(cè)(sourceside)和灌側(cè)(sinkside)。六個二極管d11至d16分別與晶體管t11至t16反向并聯(lián)連接。馬達(dá)32的三相線圈(u相、v相和w相)與構(gòu)成晶體管t11至t16對的晶體管之間的結(jié)點(diǎn)連接。因此，當(dāng)向逆變器34施加電壓時，在三相線圈中形成旋轉(zhuǎn)磁場，并且通過使電子控制單元50調(diào)節(jié)每對晶體管t11至t16的導(dǎo)通時間的比率來旋轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)32。在下文中，晶體管t11至t13可以被稱為“上臂”，并且晶體管t14至t16可稱為“下臂”。平滑電容器46連接到高壓電力線42的正母線和負(fù)母線。

電池36例如由鋰離子二次電池或鎳氫二次電池構(gòu)成，并經(jīng)由低壓電力線44與升壓轉(zhuǎn)換器40連接。平滑電容器48連接到低壓電力線44的正母線和負(fù)母線。

升壓轉(zhuǎn)換器40連接到高壓電力線42和低壓電力線44。升壓轉(zhuǎn)換器40包括兩個晶體管t31和t32、兩個二極管d31和d32以及電抗器l。晶體管t31連接到高壓電力線42的正母線。晶體管t32連接到晶體管t31和高壓電力線42和低壓電力線44的負(fù)母線。兩個二極管d31和d32分別與晶體管t31和t32反向并聯(lián)連接。電抗器l連接到晶體管t31和t32與低壓電力線44的正母線之間的結(jié)點(diǎn)。通過使電子控制單元50調(diào)節(jié)晶體管t31和t32的導(dǎo)通時間的比率，升壓轉(zhuǎn)換器40通過升壓電壓將低壓電力線44的電力供給高壓電力線42，或者通過降壓電壓將高壓電力線42的電力供給低壓電力線44。

電子控制單元50構(gòu)成為包括cpu52的微處理器，并且除了cpu52之外包括存儲處理程序的rom54、臨時存儲數(shù)據(jù)的ram56以及輸入和輸出端口。

來自各種傳感器的信號經(jīng)由輸入端口輸入到電子控制單元50。輸入到電子控制單元50的信號的示例包括來自檢測馬達(dá)32的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a(例如，分解器)的旋轉(zhuǎn)位置和來自檢測在馬達(dá)32的各相中流動的電流的電流傳感器32u和32v的相電流iu和iv。輸入信號的示例還包括來自連接在電池36的端子之間的電壓傳感器36a的電壓vb，來自連接到電池36的輸出端子的電流傳感器36b的電流ib和來自連接到電抗器l的電流傳感器37b的電抗器電流il。輸入信號的示例還包括來自連接在電容器46的端子之間的電壓傳感器46a的電容器46(高壓電力線42)的電壓vh和連接在電容器48的端子之間的電壓傳感器48a的電容器48(低壓電力線44)的電壓vl。輸入信號的示例還包括來自點(diǎn)火開關(guān)60的點(diǎn)火信號，來自檢測換檔桿61的操作位置的換檔位置傳感器62的換檔位置sp，來自檢測踩踏加速器踏板63的程度的加速器踏板位置傳感器64的加速器開度acc，以及來自檢測踩踏制動踏板65的程度的制動踏板位置傳感器66的制動踏板位置bp。輸入信號的示例還包括來自車速傳感器68的車速vs。

經(jīng)由輸出端口從電子控制單元50輸出各種控制信號。從電子控制單元50輸出的信號的示例包括將控制信號切換到逆變器34的晶體管t11至t16，并將切換控制信號轉(zhuǎn)換到升壓轉(zhuǎn)換器40的晶體管t31和t32。

電子控制單元50基于來自旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a的馬達(dá)32的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置θm來計算馬達(dá)32的電角度θe和轉(zhuǎn)速nm。電子控制單元50基于來自電流傳感器36b的電池36的電流ib的積分值來計算電池36的充電狀態(tài)(soc)。這里，soc是從電池36放電的電力容量與電池36的總?cè)萘康谋嚷省?/p>

在根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的實施例的電動車輛20中，電子控制單元50執(zhí)行以下行駛控制。在行駛控制中，基于加速器開度acc和車速vs設(shè)定驅(qū)動軸26所需要的轉(zhuǎn)矩td*，將設(shè)定的所需要的轉(zhuǎn)矩td*設(shè)定為馬達(dá)32的轉(zhuǎn)矩指令tm*，并且執(zhí)行逆變器34的晶體管t11至t16的切換控制，以根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令tm*來驅(qū)動馬達(dá)32。高電壓電力線42的目標(biāo)電壓vh*被設(shè)定為根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令tm*驅(qū)動馬達(dá)32，并且執(zhí)行升壓轉(zhuǎn)換器40的晶體管t31和t32的切換控制，使得高壓電力線42的電壓vh達(dá)到目標(biāo)電壓vh*。

下面將描述逆變器34的控制。在本實施例中，作為逆變器34的控制，執(zhí)行正弦脈寬調(diào)制(pwm)控制、過調(diào)制pwm控制和矩形波控制中的任一個。正弦pwm控制是控制逆變器34向馬達(dá)32施加(供給)偽三相ac電壓的控制，過調(diào)制pwm控制是控制逆變器34向馬達(dá)32施加過調(diào)制電壓的控制，以及矩形波控制是控制逆變器34向馬達(dá)32施加矩形波電壓的控制。當(dāng)執(zhí)行正弦pwm控制并且使用基于正弦波電壓的脈寬調(diào)制電壓作為偽三相ac電壓時，調(diào)制系數(shù)rm具有范圍從0到約0.61的值。當(dāng)使用基于通過將第3n(例如，第三)諧波電壓疊加在正弦波電壓上獲得的疊加電壓的脈寬調(diào)制電壓作為偽三相ac電壓時，調(diào)制系數(shù)rm具有范圍從0至約0.71的值。調(diào)制系數(shù)rm是逆變器34的輸出電壓(施加到馬達(dá)32的電壓)的有效值與輸入電壓(高壓電力線42的電壓vh)的比率。在本實施例中，為了擴(kuò)大其中可進(jìn)行正弦pwm控制的調(diào)制系數(shù)rm的范圍，假設(shè)將基于疊加電壓的脈寬調(diào)制電壓用作偽三相ac電壓。當(dāng)執(zhí)行矩形波控制時，調(diào)制系數(shù)rm具有約0.78的值。在本實施例中，考慮到這一點(diǎn)，假設(shè)正弦pwm控制、過調(diào)制pwm控制和矩形波控制中的任一個基于調(diào)制系數(shù)rm進(jìn)行。下面將描述正弦pwm控制。過調(diào)制控制和矩形波控制都不是本發(fā)明的關(guān)鍵，因此將不進(jìn)行其詳細(xì)描述。

在該實施例中，執(zhí)行第一pwm控制或第二pwm控制作為正弦pwm控制。第一pwm控制是通過將馬達(dá)32的各相的電壓指令vu*、vv*和vw*與載波電壓(三角波電壓)進(jìn)行比較來生成晶體管t11至t16的第一pwm信號以切換晶體管t11至t16的控制。第二pwm控制是基于電壓的調(diào)制系數(shù)rm、電壓相位θp和在預(yù)定周期(例如，馬達(dá)32的電角度θe的半個周期或一個周期)內(nèi)的脈沖數(shù)np來生成晶體管t11至t16的第二pwm信號以切換晶體管t11至t16的控制。假設(shè)當(dāng)執(zhí)行第一pwm控制時第一pwm信號以對應(yīng)于載波電壓(頻率為3khz至5khz的三角波電壓)的半個周期或一個周期的間隔δt1生成，并且當(dāng)執(zhí)行第二pwm控制時第二pwm信號以比間隔δt1長的間隔δt2生成。

當(dāng)執(zhí)行第一pwm控制時，pwm信號的生成周期可以被設(shè)置為短于當(dāng)執(zhí)行第二pwm控制時的生成周期，并且因此可以提高馬達(dá)32的響應(yīng)性(當(dāng)目標(biāo)操作點(diǎn)改變時對操作點(diǎn)的依從性)。當(dāng)執(zhí)行第二pwm控制時，與其中執(zhí)行第一pwm控制的情況相比，可以通過生成第二pwm信號來減小(例如，最小化)馬達(dá)32的芯損或通過生成第二pwm信號來減少(例如，最小化)電壓或電流的諧波分量(特別是諸如馬達(dá)32的旋轉(zhuǎn)第六次諧波分量和旋轉(zhuǎn)第十二次諧波分量的低次諧波分量)，以減少馬達(dá)32的芯損或減少諧波分量。

在實施例中，基于對馬達(dá)32的目標(biāo)操作點(diǎn)執(zhí)行第一pwm控制和第二pwm控制的實驗結(jié)果或分析結(jié)果，假設(shè)可以在一定程度上預(yù)期執(zhí)行第二pwm控制的效果的區(qū)域確定為第二pwm控制區(qū)域，并且不能在一定程度上預(yù)期該效果的區(qū)域確定為用于提高馬達(dá)32的響應(yīng)性的第一pwm控制區(qū)域。圖2是示出馬達(dá)32的目標(biāo)操作點(diǎn)與第一pwm控制區(qū)域和第二pwm控制區(qū)域之間的關(guān)系的示例的圖。在圖2所示的示例中，其中馬達(dá)32的轉(zhuǎn)速nm的范圍為并且其轉(zhuǎn)矩指令tm*為等于或大于10nm或轉(zhuǎn)矩指令tm*的范圍為-100nm至-10nm的區(qū)域(區(qū)域1)，其中馬達(dá)32的轉(zhuǎn)速的范圍為nm為3500rpm至6000rpm，并且轉(zhuǎn)矩指令tm*的范圍為10nm至150nm或轉(zhuǎn)矩指令tm*的范圍為-100nm至-10nm的區(qū)域(區(qū)域2)，其中馬達(dá)32的轉(zhuǎn)速nm的范圍為3500rpm至6000rpm，并且轉(zhuǎn)矩指令tm*等于或大于150nm的區(qū)域(區(qū)域3)，其中馬達(dá)32的轉(zhuǎn)速nm的范圍為6000rpm至9000rpm，并且轉(zhuǎn)矩指令tm*的范圍為或轉(zhuǎn)矩指令tm*的范圍為-50nm至-10nm的區(qū)域(區(qū)域4)，以及其中馬達(dá)32的轉(zhuǎn)速nm的范圍為6000rpm至9000rpm，并且轉(zhuǎn)矩指令tm*的范圍為100nm至150nm或扭矩指令tm*的范圍為-100nm至-50nm的區(qū)域(區(qū)域5)被設(shè)定為第二pwm控制區(qū)域。第二pwm控制區(qū)域以外的區(qū)域被設(shè)定為第一pwm控制區(qū)域。這里，區(qū)域在第二pwm控制區(qū)域中具有不同脈沖數(shù)。

將在下面描述具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)實施例的電動車輛20的操作，特別是在檢測馬達(dá)32的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a中發(fā)生異常的情況下進(jìn)行正弦pwm控制時的操作。圖3是示出由根據(jù)實施例的電子控制單元50執(zhí)行的第二pwm控制許可確定例程的示例的流程圖。重復(fù)執(zhí)行該例程。

當(dāng)執(zhí)行第二pwm控制許可確定例程時，電子控制單元50首先確定在檢測馬達(dá)32的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a中是否發(fā)生異常(步驟s100)。該確定可以例如通過在ram56的預(yù)定區(qū)域中存儲由未示出的異常判定例程對在傳感器中是否發(fā)生異常(故障)的判定結(jié)果，并且檢查在ram56的預(yù)定區(qū)域中是否發(fā)生異常來執(zhí)行。

當(dāng)在旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a中沒有發(fā)生異常時，允許第二pwm控制(步驟s110)，并且例程結(jié)束。在這種情況下，第一pwm控制和第二pwm控制基于圖2所示的區(qū)域進(jìn)行切換和執(zhí)行。

另一方面，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a中發(fā)生異常時，禁止執(zhí)行第二pwm控制(步驟s120)，并且例程結(jié)束。在這種情況下，當(dāng)執(zhí)行第二pwm控制時，可以將執(zhí)行第二pwm控制切換為執(zhí)行第一pwm控制。如上所述，在第二pwm控制中，生成脈沖信號的周期更長，并且馬達(dá)32的響應(yīng)性更低。因此，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a中發(fā)生異常時，逆變器34中可能會發(fā)生過電流或過電壓。然而，通過禁止執(zhí)行第二pwm控制并執(zhí)行第一pwm控制，可以提高馬達(dá)32的響應(yīng)性并且防止在逆變器34中發(fā)生過電流或過電壓。

在根據(jù)本實施例的上述電動車輛20中，當(dāng)在檢測馬達(dá)32的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a中發(fā)生異常時，禁止執(zhí)行第二pwm控制。因此，可以防止在逆變器34中發(fā)生過電流或過電壓。

在根據(jù)實施例的電動車輛20中，當(dāng)在檢測馬達(dá)32的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a中發(fā)生異常時，禁止執(zhí)行第二pwm控制，但是執(zhí)行第二pwm控制可以受到限制。例如，可以禁止在圖2所示的第二pwm控制區(qū)域中的除了區(qū)域1以外的區(qū)域中執(zhí)行第二pwm控制或可以禁止在除了電動車輛在第二pwm控制區(qū)域中巡航和行駛的情況以外的情況下執(zhí)行第二pwm控制。在這種情況下，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a中發(fā)生異常并且執(zhí)行第二pwm控制時，可以根據(jù)車速vs來估計馬達(dá)32的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。

在根據(jù)實施例的電動車輛20中，升壓轉(zhuǎn)換器40設(shè)置在電池36和逆變器34之間，但是可以不設(shè)置升壓轉(zhuǎn)換器40。

根據(jù)實施例的電動車輛20被配置為包括馬達(dá)32、逆變器34和電池36。然而，如在根據(jù)圖4所示的變型例的混合動力車輛120中，除了馬達(dá)32和逆變器34之外，車輛還可以被配置為包括發(fā)動機(jī)122、行星齒輪124、馬達(dá)132和逆變器134。這里，馬達(dá)132連接到行星齒輪124的太陽齒輪，發(fā)動機(jī)122連接到其齒輪架上，并且驅(qū)動軸26和馬達(dá)32連接到其齒圈。逆變器134連接到馬達(dá)132并且還連接到高壓電力線42。

在本實施例中，馬達(dá)32用作“馬達(dá)”，逆變器34用作“逆變器”，電池36用作“電池”，旋轉(zhuǎn)位置傳感器32a用作“旋轉(zhuǎn)位置傳感器”并且電子控制單元50用作“電子控制單元”。

雖然已經(jīng)參考實施例描述了本發(fā)明的各方面，但是實施例僅是本發(fā)明的具體示例。本發(fā)明不限于該實施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以以各種形式修改本發(fā)明。

本發(fā)明可應(yīng)用于車輛制造業(yè)。