CN101039097A - 车辆驱动控制系统、电动机控制装置以及车辆驱动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包括电动机制动控制装置的车辆驱动控制系统。电动机制动控制装置使AC电动机产生制动力，并选择性地执行第一3相(三相)短路模式和第二3相短路模式，其中，第一3相短路模式同时接通变换器上臂的开关元件，第二3相短路模式同时接通变换器下臂的开关元件。

Description

车辆驱动控制系统、电动机控制装置以及车辆驱动控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆驱动控制系统，该系统由用于驱动主驱动轴的发动机(例如，内燃机)驱动发电机，并且由发电机的输出驱动交流(AC)电动机。
背景技术
公知的车辆驱动控制系统，由用于驱动主驱动轴的发动机(例如，内燃机)驱动发电机，并且用发电机的输出驱动AC电动机。驱动控制系统具有产生制动扭矩的功能，以抑制电动机的空转。在日本专利申请No.2006-14451中描述了这样一种装置。
当通过利用变换器短路电动机绕组以制动电动机时，会使变换器的开关元件发热，并且，所导致的发热使电动机制动范围限制于一定范围，或者限制变换器的寿命消耗比率。
发明内容
在本发明的一些方面，涉及一种车辆驱动控制系统，用于解决电动机制动的范围限制问题或者变换器寿命消耗比率问题。
在一些实施方式中，提供一种包括电动机制动控制装置的车辆驱动控制系统。电动机制动控制装置使AC电动机产生制动力，并且选择性地执行：第一3相(三相)短路模式，用于同时接通变换器上桥臂的开关元件；以及第二3相短路模式，用于同时接通变换器下桥臂的开关元件。
如上所述，选择性地执行第一3相短路模式与第二3相短路模式。依靠上下桥臂，这种性能特征解决了电动机制动范围限制问题，或者平均化变换器开关元件的寿命消耗比率。
附图说明
图1是示意性图示本发明实施方式的图；
图2是详细图示根据本发明实施方式的电动机控制的方框图；
图3是图示根据本发明实施方式的变换器及其周围电路的电路图；
图4是图示根据本发明实施方式的电动机场控制电路的电路图；
图5是图示根据本发明实施方式的另一电动机场控制电路的电路图；
图6是流程图，图示本发明第一实施方式中电动机制动控制处理的处理流程；
图7是图示第一实施方式运行的时序图；
图8是流程图，图示本发明第二实施方式中电动机制动控制处理的处理流程；
图9是图示第二实施方式运行的时序图；
图10是流程图，图示本发明第三实施方式中电动机制动控制处理的处理流程；
图11是流程图，图示本发明第四实施方式中电动机制动控制处理的处理流程；以及
图12是流程图，图示用于计算变换器桥臂的寿命消耗比率的处理流程。
具体实施方式
参照附图描述本发明的具体实施方式。为了在各附图中保持一致，对于相同的元件采用相同的标号表示。
图1是示意性图示应用于四轮驱动车辆的本发明实施方式的图。如图所示，左前轮1L和右前轮1R是主驱动轮，由作为热机(内燃机)的发动机2驱动，以及，左后轮3L和右后轮3R是辅助驱动轮，可以由电动机4驱动。
例如，主节气门和副节气门结合在发动机2的进气管道中。主节气门的节气门开度，根据加速踏板操作量等进行调节。副节气门的开度则根据转动角度进行控制，转动角度取决于作为执行机构的步进电机等的步进数。据此，以将副节气门的节气门开度设定为低于主节气门开度的方式，可以独立于驾驶员对加速踏板的操作，减小发动机的输出扭矩。也就是，通过副节气门的开度调节，控制驱动力，以抑制由发动机2导致的左前轮1L和右前轮1R的加速打滑。
发动机2的输出扭矩Te通过变速器和差速器5传动到左前轮1L和右前轮1R。发动机2输出扭矩Te的一部分通过环形带6传动到发电机7。发电机7以转速Ng转动，Ng由发动机2的发动机速度Ne乘以带轮比率得到。
发电机7设有调节器，用于调节由此产生的电力。根据来自4WD(四轮驱动)控制器8的发电控制指令，调节器控制发电机的场电流Ifg，并且，发电机作为对发动机2的负荷扭矩。发电机对应于负荷扭矩产生电力。发电机7产生的电力的大小由转速Ng和场电流Ifg的幅值确定。可以将发动机2的发动机速度Ne乘以带轮比率得到发电机7的转速Ng。
发电机7产生的电力，通过接线盒10和变换器9可以供给到电动机4。电动机4的驱动轴通过减速齿轮机构11和离合器12可以与左后轮3L和右后轮3R连接。在本实施方式中，电动机4是励磁绕组式交流(AC)电动机，其包括励磁绕组和电枢绕组。图中，标号13代表差速器。
接线盒10中包括用于使变换器9和发电机7连接及分离的继电器。当接通继电器时，从发电机7通过整流器(未示出)供给的直流电力，在变换器9中转变为3相交流，并且供给到电动机4以驱动电动机。
接线盒10还包括用于检测发电电压的发电机电压传感器，以及用于检测输入到变换器9的发电电流的发电机电流传感器。来自这些传感器的检测信号输出到4WD控制器8。电动机解算器与电动机4的驱动轴结合，并且输出电动机4的磁极位置信号θ。在本实施方式中，电动机解算器是电动机转速检测装置，其根据磁极位置信号θ计算电动机的转速Nm。
离合器12是例如湿式多盘离合器，根据来自4WD控制器8的指令使其接合及分离。离合器也可以是例如粉末式离合器或者泵式离合器。
车轮1L、1R、3L、以及3R分别设有轮速传感器27FL、27FR、27RL、以及27RR。轮速传感器27FL、27FR、27RL、以及27RR分别产生代表对应车轮1L、1R、3L、以及3R转速的脉冲信号，并且向4WD控制器8发送作为轮速检测值的脉冲信号。
4WD控制器8包括运行处理器诸如微型计算机。运行处理器接收以下信号，包括：轮速传感器27FL、27FR、27RL、以及27RR检出的轮速信号；来自接线盒10中的电压传感器和电流传感器的输出信号；与电动机4结合的解算器的输出信号；以及代表与加速踏板(未示出)的动作量相对应的加速踏板开度的信号。在四轮驱动模式期间，4WD控制器8执行公知的前轮牵引力控制、以及用于接合离合器12的离合器控制。
4WD控制器8根据前后轮之间的轮速差和加速踏板开度信号，计算电动机扭矩指令值，轮速差是根据四个车轮的轮速信号计算的。4WD控制器8执行发电控制，用于根据算出的电动机扭矩指令值控制发电机7的场电流。此外，根据电动机扭矩指令值和电动机转速，4WD控制器8执行已知的矢量控制，示于图2，并且向变换器9输出用于3相电力元件的开关控制信号，从而控制3相AC电流。
图2是方框图，图示用于通过变换器9控制电动机4的电动机控制电路8a的实施方式。电动机控制电路8a根据扭矩指令值利用变换器9控制电动机4。扭矩指令值是根据输入信号诸如加速踏板开度计算的。
电动机控制电路8a设在4WD控制器8中，并且包括最优电流指令值单元101、电流控制单元102、dq/3相转换器单元103、PWM发生器单元104、电动机速度检测单元105、3相/dq转换器单元106、空载时间补偿单元107、以及电动机场电流控制单元108。电动机控制电路8a根据输入到其中的扭矩指令值控制电动机4的扭矩。
最优电流指令值单元101接收扭矩指令值，并且计算d轴(磁通部件)电流和q轴(扭矩部件)电流的指令值Idr和Iqr(用于输出扭矩指令值所代表扭矩)，并且向电流控制单元102输出相应的结果。
3相/dq转换器单元106根据电动机解算器检出的磁极位置信号θ，将电动机4检出的U相电流Iu、V相电流Iv、以及W相电流Iw转换为d轴电流值Id和q轴电流值Iq，并且将这些电流值输出至电流控制单元102。
电流控制单元102计算d轴电压指令值Vdr和q轴电压指令值Vqr，用于将从3相/dq转换器单元106输出的d轴电流值Id和q轴电流值Iq转换成从最优电流指令值单元101输出的指令值Idr和Iqr，并且将相应的结果输出至dq/3相转换器单元103。
dq/3相转换器单元103根据电动机4的磁极位置信号θ，将d轴电压指令值Vdr和q轴电压指令值Vqr转换成U相电压指令值Vur、V相电压指令值Vvr和W相电压指令值Vwr，并且向PWM发生器单元104输出相应的结果。
空载时间补偿单元107计算用于进行对应于空载时间的电流补偿的电压，并且将其加到U相电压指令值Vur、V相电压指令值Vvr和W相电压指令值Vwr中。
基于U相电压指令值Vur、V相电压指令值Vvr和W相电压指令值Vwr为基础，PWM发生器单元104产生输出到变换器9的开关信号Pu、Pv、以及Pw。变换器9产生基于开关信号的电压，并将其施加到电动机4上，从而执行电动机控制，用于控制电动机4的电枢绕组4a的3相AC电流。
电动机场电流控制单元108根据扭矩指令值产生电动机4场电流指令值，并且控制下文描述的电动机场控制电路90，从而控制电动机4的场线圈4b的场电流。
尽管电动机控制器8a的具体实施方式描述为4WD控制器8的一部分，但是，电动机控制器8a也可以用于其他形式的控制器，而不脱离本发明的范围。
图3是图示变换器9及周围电路的电路图。变换器9包含六个开关元件(金属氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET)Sx1至Sx6。开关元件SX1至Sx3形成变换器的上桥臂，而开关元件Sx4至Sx6形成下桥臂。
根据来自M/C 8b的开关信号，开关元件Sx1至Sx6控制电动机4的电枢绕组4a的电流。
根据来自M/C 8b的开关信号，电动机场控制电路90控制电动机4的场线圈4b的电流。在这种情况下，电动机场控制电路90是变换器9的一部分；然而，它也可以是电动机4的一部分。
M/C 8b是控制器，相邻于变换器9设置，用来响应于来自电动机控制电路8a或者4WD控制器8的开关信号和电动机4场电流指令值，产生用于开关元件的驱动电压。
此外，当预定条件(四轮驱动模式停止条件)成立时，4WD控制器8向M/C 8b发出3相短路指令，用于使变换器9的上桥臂或下桥臂的开关元件同时接通。通过执行3相短路指令，执行电动机制动控制，以导致电动机4产生制动力，并且降低电动机的转速至目标转速(电动机制动控制装置、电动机制动控制机构)。
在3相短路模式中，使变换器上桥臂的开关元件Sx1至Sx3全部置于接通状态，与此同时，使下桥臂的开关元件Sx4至Sx6全部置于断开状态。因此，电动机4的3相端子的电流流过全部开关元件Sx1至SX3以及与这些开关元件关联的二极管(第一3相短路模式)。当使变换器上桥臂的开关元件Sx1至Sx3全部断开，与此同时，使下桥臂的开关元件Sx4至Sx6全部接通，电动机4的3相端子的电流流过全部开关元件Sx4至Sx6以及与这些开关元件关联的二极管(第二3相短路模式)。
图4是图示电动机场控制电路90的实施方式的电路图。电动机场控制电路90包括场驱动电路91、场衰减电路92、齐纳二极管93、整流二极管94、场电流检测电路95、以及电阻96。电动机场控制电路90控制流过滑环4c至场线圈4b的电流。根据来自M/C 8b的控制信号，场驱动电路91通过操作MOSFET来控制场电流。当执行下文描述的场电流衰减操作时，场衰减电路92工作。电阻和齐纳二极管设置在整流通路中，将要变换的能量快速转换为整流电流，再转换成损耗，从而减小场电流，整流通路是在停止场驱动电路91的驱动信号时建立的。
图5图示图3的电动机场控制电路90的另一实施方式。当使用图5的电动机场控制电路90a时，以这样的方式减小场电流，即停止场驱动电路91的驱动信号，并且通过整流通路(整流二极管和导线电阻)的损耗，使能量逐渐转变成损耗。在另一实例中，可以使用H桥结构。当停止场驱动电路91的驱动信号时，施加反向电压，以及，消除了由于电流通路的感应现象而引起的电压，以抵消转变成整流电流的能量。在本实施方式中，通过停止场驱动电路91的驱动信号，或者通过停止场驱动电路91的驱动信号并且操作场衰减电路92，实现“场衰减”。
此外，当预定条件(4轮驱动模式停止条件)成立时，对于M/C8b，操作场驱动电路91和场衰减电路92，4WD控制器8可以向场线圈4b馈入预定场电流。这样一种指令的执行，能增强使用3相短路模式的电动机制动控制的性能。
图6是流程图，图示由根据本发明第一实施方式的4WD控制器8执行的电动机制动控制处理的处理流程。当4轮驱动模式停止条件成立时，执行电动机制动控制处理。
在步骤S1，4WD控制器8停止电动机场电流控制。具体地，4WD控制器8使变换器控制栅极Sx1至Sx6截止并停止与电动机场驱动电路91的连接。此外，4WD控制器8接通场衰减电路92以减小场电流。
在接下来的步骤S2，4WD控制器8判断电动机场电流Ifm是否小于电动机场电流门限值IfmTH(例如，0A)。如果Ifm＜IfmTH，4WD控制器进行到步骤S3。如果Ifm≥IfmTH，控制器8重复步骤S2。
在步骤S3，4WD控制器8接通上桥臂开关元件(此接通状态称为“上桥臂接通”)，并且执行3相短路模式。在这种情况下，尽管初始值是上桥臂，但如果需要也可以是下桥臂。
在步骤S4，在基于上桥臂接通的3相短路模式之后，4WD控制器8开始计算电动机转速Nm的减小量ΔNm。
在步骤S5，4WD控制器8馈入电动机场电流Ifm，并且将目标电流值设定为3相短路模式的目标电流值Ifm1(例如，10A)。
在步骤S6，4WD控制器8判断当前电动机转速Nm是否大于停止判断门限值NmTH(例如，1000rpm)，停止判断门限值是电动机制动控制中的目标转速。如果Nm≤NmTH，4WD控制器8判定要停止电动机制动控制的操作，并且结束电动机制动控制处理。另一方面，如果Nm＞NmTH，控制器进行到步骤S7。
在步骤S7，4WD控制器8判断电动机转速减小量ΔNm是否大于减小量门限值ΔNmTH(例如，1000rpm)。如果ΔNm＞ΔNmTH，控制器进行到步骤S8。如果ΔNm≤ΔNmTH，控制器重复步骤S7。
在这种情况下，固定减小量门限值ΔNmTH。停止判断门限值作为停止电动机制动控制的目标转数，如果需要，也可以根据电动机的当前转速与停止判断门限值NmTH之间的差，计算减小量门限值ΔNmTH，使得用于上桥臂与用于下桥臂的通电次数相等。在本实施方式中，减小量门限值ΔNmTH设定为500rpm至1000rpm的范围内。通过这样设定，上桥臂中变换器开关元件的温度上升与下桥臂中的相等。结果，平均化了上下桥臂的开关元件的寿命消耗比率(消耗率)。
在步骤S8，4WD控制器8停止电动机场电流控制，与步骤S1中相同。具体地，控制器8使变换器控制栅极Sx1至Sx6截止并停止与电动机场驱动电路91的连接，以及，接通场衰减电路92以减小场电流。
在步骤S9，4WD控制器8判断电动机场电流Ifm是否小于电动机场电流门限值IfmTH，与步骤S2中相同。如果Ifm＜IfmTH，控制器进行到步骤S10。如果Ifm≥IfmTH，控制器重复步骤S9。
在步骤S10，4WD控制器8接通下桥臂开关元件(此接通状态称为“下桥臂接通”)，并且执行3相短路模式。
在步骤S11，4WD控制器8启动基于上桥臂接通的3相短路模式，并且计算电动机转速Nm的减小量ΔNm。
在步骤S12，4WD控制器8馈入电动机场电流Ifm，并且将目标电流值设定为3相短路模式的目标电流值Ifm1。
在步骤S13，4WD控制器8判断电动机转速Nm是否大于电动机制动控制中的停止判断门限值NmTH。如果Nm≤NmTH，4WD控制器8判定要停止电动机制动控制的操作，并且结束电动机制动控制处理。如果Nm＞NmTH，控制器进行到步骤S14。
在步骤S14，4WD控制器8判断电动机转速减小量ΔNm是否大于减小量门限值ΔNmTH。如果ΔNm＞ΔNmTH，控制器进行到步骤S1。如果ΔNm≤ΔNmTH，控制器重复步骤S14。
参照图7所示的时序图，描述本发明第一实施方式的操作。
设定由于例如前轮中没有发生加速打滑的原因，在t1时刻4轮驱动模式停止条件成立。在这种情况下，4WD控制器8执行图6所示的电动机制动控制处理，并且在步骤S1中截止电动机场驱动电路。接通场衰减电路以减小电动机场电流，因此，电动机场电流Ifm逐渐减小。
当电动机场电流Ifm在t2时刻小于电动机场电流门限值IfmTH时，控制器8执行步骤S3，从而接通上桥臂的开关元件Sx1至Sx3，并且断开下桥臂的开关元件Sx4至Sx6，以及，开始3相短路模式，其中电流馈入上桥臂的开关元件。此时，重新馈入电动机场电流，导致电动机场电流(对应于3相短路模式下电动机制动扭矩(电动机减速))增大到目标电流值Ifm1。
之后，电动机转速Nm逐渐减小，以及，在t3时刻，电动机转速减小量ΔNm达到减小量门限值ΔNmTH。然后，4WD控制器8在步骤S7中判断的基础上进行到步骤S8。在这一步骤，控制器8截止电动机场驱动电路，以减小电动机场电流。此时，上下桥臂的开关元件都处于断开状态。
当第一3相短路模式(上桥臂接通操作)切换到第二3相短路模式(下桥臂接通操作)时，操作成总是出现下列状态：上桥臂的开关元件接通(此状态称为“上桥臂接通”)，以及下桥臂开关元件断开(此状态称为：“下桥臂断开”)，反之亦然。做出这种操作是为了避免对功率模块的损害。
作为电动机场电流减小的结果，电动机场电流Ifm从目标电流值Ifm1逐渐减小，并且在t4时刻小于电动机场电流门限值IfmTH。然后，控制器断开上桥臂的开关元件Sx1至Sx3，并且接通下桥臂的开关元件Sx4至Sx6(步骤S10)。控制器开始3相短路模式，其中将电流馈进下桥臂开关元件。
因此，当4轮驱动模式停止条件成立时，控制器执行变换器9的3相短路模式，以导致电动机4产生制动力。此时，通过根据电动机转速减小量，在上桥臂接通的3相短路模式与下桥臂接通的3相短路模式之间交替方式切换，从而执行3相短路控制。重复该控制，直至电动机转速Nm减到低于停止判断门限值NmTH。
在如图1所示的驱动控制系统中，AC电动机和变换器形成驱动系统，其中AC电动机驱动后轮，以及离合器位于后轮与AC电动机之间。当4轮驱动模式停止条件成立(例如，因为没有加速打滑状态且没有前轮打滑)时，并且离合器断开，除去了电动机输出轴的负荷。结果，在电动机转速的减小过程中出现滞缓(lag)。所以，在停止4轮驱动模式之后，与电动机转动相关的声音继续，并且时间滞缓出现，直至下次4轮驱动模式开始。
解决这一问题的可能方案是促使电动机产生再生扭矩以减小电动机转速。根据本发明实施方式的驱动控制系统没有设置用于驱动电动机4的蓄电池。据此，驱动控制系统不能如正常HEV(混合电动车)那样执行再生操作。正因为这一原因，才执行3相短路模式，以促使电动机产生制动力，从而减小电动机转速。在3相短路模式中，接通上下桥臂之一的开关元件，同时断开另一桥臂的开关元件。在3相短路模式中，如果总是仅仅接通上下桥臂之一的开关元件，那就只有被接通的元件加热。因此，这些元件就比另一桥臂的元件更早失效，从而导致变换器寿命的缩短。
另一方面，在上述实施方式中，在3相短路模式下，交替方式切换上桥臂接通的3相短路模式与下桥臂接通的3相短路模式。据此，平均化了变换器上下桥臂的开关元件的寿命消耗比率，导致变换器寿命的延长。
在3相短路模式中，馈入电流的桥臂的开关元件处于接通状态，以及，大量电流流过开关元件。由此，在电动机制动控制开始时温度急剧升高。在仅仅使用一组桥臂开关元件的3相短路模式情况下，在电动机制动控制开始之前，变换器的初始温度必须较低，以避免开关元件的温度达到上限。
在上述实施方式中，一旦4轮驱动模式停止条件成立，交替切换上桥臂接通与下桥臂接通的3相短路模式，直至电动机的转速达到目标转速。所以，开关元件的温度升高由上下桥臂分担，这使得能抑制任何单个元件的温度升高。结果，电动机制动开始之前变换器的初始温度可以较高，而不会导致温度问题。据此，将允许执行3相短路模式的温度范围扩展到包括较高的温度。
因此，在第一实施方式中，执行变换器上桥臂的开关元件同时接通的第一3相短路模式，以及变换器下桥臂的开关元件同时接通的第二3相短路模式，在这两种方式之间进行切换。据此，平均化了变换器上下桥臂的开关元件寿命消耗比率，导致变换器寿命的延长。
此外，当AC电动机的转速减小量达到预定量时，第一3相短路模式与第二3相短路模式相互切换。据此，由上下桥臂分担开关元件的温度升高。
下面描述本发明的第二实施方式。在本实施方式中，根据开关元件的温度升高，用上桥臂与用下桥臂的3相短路模式进行切换。
图8是流程图，图示第二实施方式中由4WD控制器8执行的电动机制动控制处理的处理流程。图中，使用相同的标号代表与图6所示第一实施方式的电动机制动处理相同的部分，以及，描述的重点在于与第一实施方式中不同的部分。
当在步骤S6时，4WD控制器8判定Nm＞NmTH，控制器进行到步骤S21。在步骤S21，测量处于接通状态的桥臂开关元件的温度。作为温度检测装置的温度传感器，分别设置在上下桥臂上，使用其中之一测量开关元件的温度。
在步骤S22，4WD控制器8判断步骤S21中测出的开关元件的温度T是否高于预定温度门限值TTH(例如，100℃)。如果T＞TTH，4WD控制器8进行到步骤S8。如果T≤TTH，控制器重复步骤S21和步骤S22。
当在步骤S13时，4WD控制器8判定Nm＞NmTH，控制器进行到步骤S23。在步骤S23，测量处于接通状态的桥臂开关元件的温度。使用分别设置在上下桥臂上的温度传感器之一，测量开关元件的温度。
在步骤S24，4WD控制器8判断步骤S23中测出的开关元件的温度T是否高于预定温度门限值TTH。如果T＞TTH，4WD控制器8进行到步骤S1。如果T≤TTH，控制器重复步骤S23和步骤S24。
参照图9所示的时序图描述本发明第二实施方式的操作。
设定由于例如前轮中没有加速打滑发生的原因，在t1时刻，4轮驱动模式停止条件成立。在这种情况下，4WD控制器8执行图8所示的电动机制动控制处理，并且在步骤S1中截止电动机场驱动电路。接通场衰减电路以减小电动机场电流，因此，电动机场电流Ifm逐渐减小。
当电动机场电流Ifm在t2时刻小于电动机场电流门限值IfmTH时，控制器执行步骤S3，从而接通上桥臂的开关元件Sx1至Sx3，并且断开下桥臂的开关元件Sx4至Sx6，以及，开始3相短路模式。此时，重新馈入电动机场电流，导致电动机场电流(对应于3相短路模式下电动机制动扭矩(电动机减速))增大到目标电流值Ifm1。
之后，上桥臂开关元件的温度T1逐渐升高，以及，在t3时刻，温度T1达到温度门限值TTH。此时，4WD控制器在步骤S22中判断的基础上进行到步骤S8，以截止电动机场驱动电路91，并且减小电动机场电流。因此，电动机场电流Ifm从目标电流值Ifm1逐渐减小，并且在t4时刻小于电动机场电流门限值IfmTH。然后，控制器断开上桥臂的开关元件Sx1至Sx3，并且接通下桥臂的开关元件Sx4至Sx6(步骤10)。按这种方式，控制器开始3相短路模式。
当4轮驱动模式停止条件因此成立时，控制器执行变换器的3相短路模式，以导致电动机4产生制动力。此时，通过根据开关元件的温度升高，在上桥臂接通的3相短路模式与下桥臂接通的3相短路模式之间交替方式切换，执行3相短路控制。重复该控制，直至电动机转速Nm减到低于停止判断门限值NmTH。
在第二实施方式中，当变换器开关元件的温度达到预定温度时，控制器在第一3相短路模式与第二3相短路模式之间切换。所以，开关元件的温度升高由上下桥臂分担，使得能抑制任一元件的温度升高。据此，使允许执行3相短路模式的温度范围扩展到包括更高的温度。
此外，由于温度传感器置于变换器的上下桥臂上，能以较高的精度测量上下桥臂开关元件的温度。
下面描述本发明的第三实施方式。
与第一实施方式和第二实施方式中描述的一样，在4轮驱动模式停止条件成立之后，交替方式切换第一3相短路模式与第二3相短路模式，直至电动机的转速达到目标转速。在第三实施方式中，每次执行电动机制动控制时，切换第一3相短路模式与第二3相短路模式。
图10是流程图，图示第三实施方式中由4WD控制器8执行的电动机制动控制处理的处理流程。图中，使用相同的标号代表与图4中所示第一实施方式的电动机制动处理相同的部分，以及，描述的重点在于与第一实施方式中不同的部分。
在步骤S31，4WD控制器8判断在先前电动机制动控制中是否执行基于下桥臂接通的3相短路模式。如果3相短路模式是基于下桥臂接通，控制器进行到步骤S32，步骤S32处，控制器执行基于上桥臂接通的3相短路模式。
当在步骤S31中3相短路模式是基于上桥臂接通时，控制器进行到步骤S33，步骤S33处控制器执行基于下桥臂接通的3相短路模式。
上桥臂和下桥臂之一预设为所选择桥臂的初始值。在本实施方式中，上桥臂设定为初始值。
在步骤S34，4WD控制器8将在步骤S32或者S33中选择的桥臂记录在存储器中。即使在断开点火开关之后，仍然保留所选桥臂的记录。
下面描述本发明第三实施方式的操作。
设定由于例如前轮中没有加速打滑出现的原因，4轮驱动模式停止条件成立。在这种情况下，4WD控制器8执行图10所示的电动机制动控制处理，并且在步骤S 1中截止电动机场驱动电路。接通场衰减电路以减小电动机场电流，因此，电动机场电流Ifm逐渐减小。
当电动机场电流Ifm小于电动机场电流门限值IfmTH时，控制器接通上桥臂的开关元件Sx1至Sx3，并且断开下桥臂的开关元件Sx4至Sx6，以及，开始3相短路模式。此时，重新馈入电动机场电流，导致电动机场电流(对应于3相短路模式下电动机制动扭矩(电动机减速))增大到目标电流值Ifm1。当电动机转速Nm减到低于停止判断门限值NmTH，控制器基于步骤S6中的判断停止3相短路模式。
设定车辆运行状态已经从此状态变换到4轮驱动模式，并且4轮驱动模式停止条件再次成立。对步骤S31查询的结果是否，然后执行步骤S33。结果，3相短路模式开始，其中接通下桥臂的开关元件Sx4至Sx6，并且断开上桥臂的开关元件Sx1至Sx3。
当4轮驱动模式停止条件因此成立时，在3相短路模式下操作变换器9，导致电动机4产生制动力。此时，每次电动机制动控制，对通电的桥臂(称为通电桥臂)，交替切换上桥臂与下桥臂。
因此，在第三实施方式中，每次执行电动机制动控制，选择第一3相短路模式或者第二3相短路模式。执行基于所选短路方式的3相短路模式，直至电动机的转速达到目标转速。据此，平均化了变换器上下桥臂的开关元件寿命消耗比率，导致变换器寿命的延长。
此外，在所披露的电动机制动控制中，描述了一种与前述电动机制动控制不同的短路方式。据此，可以平均化变换器的上下桥臂的开关元件寿命消耗比率，并延长其寿命。
下面描述本发明的第四实施方式。
在第三实施方式中，后一个电动机制动控制中选择的通电桥臂与前一个电动机制动控制中的不同。也就是，当前者是上桥臂时，后者是下桥臂。在第四实施方式中，根据变换器开关元件的寿命选择通电桥臂。
图11是流程图，图示第四实施方式中由4WD控制器8执行的电动机制动控制处理的处理流程。图中，使用相同的标号代表与图10中所示第三实施方式的电动机制动处理相同的部分，以及，描述侧重于与第一和第三实施方式中不同的部分。
在步骤S41，4WD控制器8读取各桥臂的寿命消耗比率(在下文描述的寿命消耗比率计算处理中计算得出)，并且判断在完成先前电动机制动控制之后下桥臂的寿命消耗比率是否大于上桥臂。当下桥臂的寿命消耗比率大于上桥臂的时，控制器进行到步骤S42，并且执行基于上桥臂接通的3相短路模式。
当控制器在步骤S41中判定上桥臂的寿命消耗比率大于下桥臂的时，控制器进行到步骤S43，并且执行基于下桥臂接通的3相短路模式。上桥臂和下桥臂之一预设作为所选择桥臂的初始值。在本实施方式中，设定上桥臂作为初始值。
下面，描述桥臂寿命消耗比率的计算方法。
图12是流程图，图示用于计算桥臂的寿命消耗比率处理的计算流程。在电动机制动控制之后，执行计算寿命消耗比率的处理。在步骤S51，4WD控制器8在电动机制动控制之前读取上下桥臂开关元件的温度，并且进行到步骤S52。
在步骤S52，4WD控制器8在电动机制动控制之后读取上下桥臂的开关元件的温度，并且进行到步骤S53。
在步骤S53，基于电动机制动控制前后开关元件的温度差，4WD控制器8计算开关元件的寿命消耗比率。利用预先存储的开关元件寿命与开关元件温度升高的评估表，计算寿命消耗比率。
在步骤S54，4WD控制器8判断在先前电动机制动控制中是否执行了基于下桥臂接通的3相短路模式。如果执行基于下桥臂接通的3相短路模式，控制器进行到步骤S55。如果执行基于上桥臂接通的3相短路模式，控制器进行到步骤S56。
在步骤S55，4WD控制器8将步骤S53中计算的寿命消耗比率加到下桥臂的总寿命消耗比率中，并且进行到步骤S57。
在步骤S56，4WD控制器8将步骤S53中计算的寿命消耗比率加到上桥臂的总寿命消耗比率中，并且进行到步骤S57。
在步骤S57，4WD控制器8将上下桥臂的总寿命消耗比率记录在存储器中，并且结束寿命消耗比率计算处理。
下面描述第四实施方式的操作。
设定由于例如前轮中没有加速打滑发生的原因，4轮驱动模式停止条件成立。在这种情况下，4WD控制器8执行图11所示的电动机制动控制处理，并且在步骤S1中截止电动机场驱动电路。接通场衰减电路以减小电动机场电流，因此，电动机场电流Ifm逐渐减小。
当电动机场电流Ifm小于电动机场电流门限值IfmTH时，控制器接通上桥臂的开关元件Sx1至Sx3，并且断开下桥臂的开关元件Sx4至Sx6，并且开始3相短路模式。此时，重新馈入电动机场电流，导致电动机场电流(对应于3相短路模式下电动机制动扭矩(电动机减速))增大到目标电流值Ifm1。随后，当电动机转速Nm减到低于停止判断门限值NmTH，控制器基于步骤S6中的判断结束3相短路模式。
作为执行3相短路模式的结果，上桥臂的开关元件Sx1至Sx3的温度升高。在图12步骤S53中，参照预存的评估表，4WD控制器8针对各开关元件Sx1至Sx3的温度变化，计算寿命消耗比率。将寿命消耗比率加到上桥臂的总寿命消耗比率中，并且将结果存储在存储器中。
设定车辆运行状态已经从此状态变换到4轮驱动模式，并且4轮驱动模式停止条件再次成立。如果上桥臂的寿命消耗比率大于下桥臂的，4WD控制器8判定对步骤S41查询的结果为否，并且进行到步骤S43，步骤S43处，3相短路模式开始，其中接通下桥臂的开关元件Sx4至Sx6，同时断开上桥臂的开关元件Sx1至Sx3。
因此，当4轮驱动模式停止条件因此成立时，通过执行3相短路指令，促使电动机4产生制动力。此时，每次执行电动机制动控制时，对于通电桥臂，互相交替切换上下桥臂。基于上下桥臂的寿命消耗比率选择通电桥臂。
据此，第四实施方式采用一种短路方式，其中将上下桥臂中寿命消耗比率小于另一桥臂的桥臂用作通电桥臂。据此，总是将包括寿命较长开关元件的桥臂用作通电桥臂。因此，能平均化上下桥臂的总体寿命消耗比率。
在第四实施方式中，利用温度传感器测量开关元件的温度，并且根据执行电动机制动控制前后开关元件的温度变化，计算开关元件的寿命消耗比率。可选择地，通过设置在这些开关元件上的电流传感器，可以测量上下桥臂的开关元件的电流。根据从电流传感器输出的电流值，估计开关元件的温度。根据执行电动机制动控制前后开关元件温度变化的估计值，计算开关元件的寿命消耗比率。因此，这一选择也能适当计算上下两桥臂的寿命消耗比率。
在第四实施方式中，在另一选择方案中，可以根据执行电动机制动控制前后电动机转速的变化，计算寿命消耗比率。在这种情况下，也可以适当计算上下桥臂的开关元件的寿命消耗比率。此外，在这种选择方案中，不需要使用温度传感器。这一特点使制造成本降低。
在上述的部分实施方式中，利用设置在上下桥臂中的温度传感器测量开关元件的温度。可选择地，可以使一个温度传感器位于上下桥臂的开关元件之间的中间位置，因而，根据温度传感器的输出值可以估计开关元件的温度。为了估计，预先将开关元件对温度传感器值的热特性制成表格，从而，结合向其中馈入的电流，可以估计上下桥臂的开关元件的温度。这一途径也能适当估计上下桥臂的开关元件的温度，而且，由于只使用一个温度传感器，具有降低成本的优点。
在另一途径中，将温度传感器设置在上下桥臂之一上。对于一个桥臂，将用温度传感器实际测量的开关元件温度用作开关元件的温度。对于另一个桥臂，基于热传递模型估计开关元件的温度。这一途径也能适当测量或者估计上下桥臂的开关元件的温度，并且由于只使用一个温度传感器而具有降低成本的优点。
在另外的途径中，分别为上下桥臂的开关元件设置电流传感器，以测量馈入的电流。根据电流传感器的值估计开关元件的温度。在这种途径中，预先建立开关元件的温度升高值的馈入电流的热特性表格。这种途径也能确保上下桥臂开关元件温度的正确估计。
尽管参照附图并利用实施方式对本发明进行了描述，但应当理解，在如所附权利要求的本发明的精神和范围内，可容易地加以更改、替换或者改进。例如，在上述实施方式中，根据电动机的转速和开关元件的温度选择上桥臂及下桥臂。也可以代之以根据3相短路模式的执行时间来选择这些桥臂。在这种情况下，预置通过执行3相短路模式使开关元件温度达到预定温度所需要的时间。根据预置时间选择上下桥臂。此外，在上述本发明的实施方式中，本发明结合在：一种无蓄电池系统中，其中不包括电动机驱动蓄电池；以及这样一种系统中，其中包括用于分离电动机与系统的离合器。显然，本发明也可应用于具有电动机驱动蓄电池的系统，以及不使用离合器的系统。此外，在以上实施方式中，AC电动机是具有场绕组和电枢绕组的场绕组式。当然，AC电动机也可以用没有场绕组的磁式AC电动机取代。
本申请要求2006年3月16日提交的日本专利申请No.2006-073114的优先权，该申请的内容在此以引用的方式并入本文。

Claims (19)

1.一种用于车辆的车辆驱动控制系统，具有用于选择性地驱动辅助驱动轮的多相AC电动机；所述车辆驱动控制系统包括：
变换器，配置以向所述AC电动机供给来自发电机的电力，所述变换器具有上桥臂以及下桥臂，所述上桥臂包括第一组多个开关元件，所述下桥臂包括第二组多个开关元件；以及
电动机制动控制装置，配置成当满足预定条件时，控制所述变换器以产生制动力，从而将所述AC电动机的转速减小到目标转速；
其中，所述电动机制动控制装置选择性地执行第一短路模式和第二短路模式，在所述第一短路模式中同时接通所述第一组多个开关元件，在所述第二短路模式中同时接通所述第二组多个开关元件。
2.根据权利要求1所述的车辆驱动控制系统，其中，所述电动机制动控制装置对所述第一短路模式和所述第二短路模式进行切换，直至所述AC电动机的转速达到所述目标转速。
3.根据权利要求1所述的车辆驱动控制系统，其中所述电动机制动控制装置包括电动机转速检测装置，所述电动机转速检测装置检测所述AC电动机的转速，以及
当所述AC电动机的转速减小量达到预定减小量时，所述电动机制动控制装置在所述第一短路模式与所述第二短路模式之间切换。
4.根据权利要求3所述的车辆驱动控制系统，其中，基于当前转速与所述目标转速之间差值的均分值，所述电动机制动控制装置设定所述预定减小量。
5.根据权利要求1所述的车辆驱动控制系统，其中所述电动机制动控制装置包括温度检测装置，所述温度检测装置检测或者估计所述变换器开关元件的温度，以及
其中，当所述变换器的所选开关元件的温度达到预定温度时，所述电动机制动控制装置在所述第一短路模式和所述第二短路模式之间切换。
6.根据权利要求1所述的车辆驱动控制系统，其中，当满足所述预定条件时，所述电动机制动控制装置选择所述第一短路模式或者所述第二短路模式，以及，所述电动机制动控制装置执行所选择的短路模式，直至所述AC电动机的转速达到所述目标转速。
7.根据权利要求6所述的车辆驱动控制系统，其中所述电动机制动控制装置选择的短路模式不同于在先前电动机制动控制中执行的短路模式。
8.根据权利要求6所述的车辆驱动控制系统，其中所述电动机制动控制装置进一步包括：
温度检测装置，检测或者估计所述变换器开关元件的温度；以及
寿命估计单元，基于所述温度检测装置检出的温度，估计所述变换器上下桥臂的寿命消耗比率，
其中，所述电动机制动控制装置选择一种短路模式，在该短路模式中，所述第一组多个开关元件和所述第二组多个开关元件中的一组同时接通，所接通的开关元件组具有由所述寿命估计单元估出的较小的寿命消耗比率。
9.根据权利要求6所述的车辆驱动控制系统，其中所述电动机制动控制装置进一步包括：
电动机转速检测装置，检测所述AC电动机的转速；以及
寿命估计单元，基于所述电动机转速检测装置检出的所述电动机的转速，估计所述变换器的上下桥臂的寿命消耗比率，
其中，所述电动机制动控制装置选择一种短路模式，在该短路模式中，所述第一组多个开关元件和所述第二组多个开关元件中的一组同时接通，所接通的开关元件组具有由所述寿命估计单元估出的较小的寿命消耗比率。
10.根据权利要求5所述的车辆驱动控制系统，其中所述温度检测装置包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述变换器的上下桥臂的至少一个上。
11.根据权利要求8所述的车辆驱动控制系统，其中所述温度检测装置包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述变换器的上下桥臂的至少一个上。
12.根据权利要求5所述的车辆驱动控制系统，其中所述温度检测装置包括一个温度传感器，所述温度传感器设置在所述变换器上下桥臂之间的中间点处。
13.根据权利要求8所述的车辆驱动控制系统，其中所述温度检测装置包括一个温度传感器，所述温度传感器设置在所述变换器上下桥臂之间的中间点处。
14.根据权利要求5所述的车辆驱动控制系统，其中所述温度检测装置包括电流传感器，所述电流传感器检测所述变换器的上下桥臂的至少一个的电流。
15.根据权利要求8所述的车辆驱动控制系统，其中所述温度检测装置包括电流传感器，所述电流传感器检测所述变换器的上下桥臂的至少一个的电流。
16.根据权利要求1所述的车辆驱动控制系统，其中，在电动机制动控制期间，所述电动机制动控制装置控制所述AC电动机的场线圈中的电流。
17.一种电动机控制装置，用于通过控制连接于多相AC电动机的变换器控制所述多相AC电动机，所述电动机控制装置包括：
电动机制动控制装置，在电动机制动控制期间，所述电动机制动控制装置选择性地执行第一短路模式和第二短路模式，在所述第一短路模式中同时接通所述变换器的上桥臂的开关元件，在所述第二短路模式中同时接通所述变换器的下桥臂的开关元件。
18.一种车辆，包括：
发动机，用于驱动主驱动轮；
发电机，由所述发动机驱动；
多相AC电动机，用于选择性地驱动辅助驱动轮；
变换器，配置成向所述AC电动机供给来自所述发电机的电力，所述变换器具有上桥臂以及下桥臂，所述上桥臂包括第一组多个开关元件，所述下桥臂包括第二组多个开关元件；以及
电动机制动控制装置，用于在满足预定条件时控制所述变换器，以产生制动力，从而将所述AC电动机的转速减小到目标转速，所述电动机制动控制装置选择性地执行第一短路模式和第二短路模式，在所述第一短路模式中同时接通所述第一组多个开关元件，在所述第二短路模式中同时接通所述第二组多个开关元件。
19.一种用于车辆驱动控制的方法，所述车辆具有：
发动机，用于驱动主驱动轮；
发电机，由所述发动机驱动；
多相AC电动机，用于选择性地驱动辅助驱动轮；
变换器，配置成向所述AC电动机供给来自所述发电机的电力，所述变换器具有上桥臂以及下桥臂，所述上桥臂包括第一组多个开关元件，所述下桥臂包括第二组多个开关元件；以及
所述方法包括：
检测何时满足预定条件；
一旦检出所述预定条件，选择性地执行第一短路模式和第二短路模式，在所述第一短路模式中同时接通所述第一组多个开关元件，在所述第二短路模式中同时接通所述第二组多个开关元件；以及
继续所述选择性地执行，直至所述AC电动机的转速减小到目标转速。
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