CN101213105A

CN101213105A - 电动车辆

Info

Publication number: CN101213105A
Application number: CNA2006800239548A
Authority: CN
Inventors: 田中重行
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: DE112006001668T5; JP4244385B2; US20090205887A1; US7757796B2; WO2007001079A1; JP2007014077A; CN101213105B; DE112006001668B4

Abstract

一种电动车辆，包括输出驱动力的驱动轴和至少两个将动力输出到该驱动轴的电机，还包括控制装置，当任一个电机处于非驱动状态时，该控制装置基于处于所述非驱动状态的电机的反电动势，对处于驱动状态的电机执行扭矩限制。在同一根轴由两个或更多电机驱动的电动车辆中，即使在一个电机处于非驱动状态的情况下继续车辆行驶时，也能够适当地保护诸如逆变器的电路元件。

Description

电动车辆

技术领域

本发明涉及一种电动车辆，在该电动车辆中，同一根轴由两个或更多电机驱动。

背景技术

同一根轴由两个或更多电机驱动的电动车辆是公知的。例如，日本专利特开2004-135371公开了一种构造的电动车辆，其中同一根轴由两个独立系统的驱动源驱动，并公开了一种技术，通过该技术，如果这些系统中的一个系统出现异常，那么通过利用出现异常的驱动系统再生正常驱动源的输出的一部分，并将再生的电力供应到出现异常的系统的辅助机，能够实现继续行驶。

这样，通过在电动车辆中提供两个或更多电机，即使电机中的一个出现异常，仍能够使用另一个电机实现行驶。

然而，如果电机的输出轴与同一根驱动轴接合而没有离合器介于其间，那么电力供应的中断将造成出现异常的电机产生非驱动状态，结果，如果利用非异常的电机继续行驶，那么由于驱动轴的旋转，处于非驱动状态的电机中产生反电动势：因此，如果由高速行驶产生的反电动势超过电路元件如逆变器的耐电压，那么将存在该电路元件中产生故障的危险。

发明内容

因此，在同一根轴由两个或更多电机驱动的电动车辆中，本发明的目的是提供一种控制技术，通过这种技术，可以在一个电机处于非驱动状态下继续行驶的情形中，适当地保护诸如逆变器的电路元件。

为了解决该问题，在包括输出驱动力的驱动轴和至少两个将动力输出给该驱动轴的电机的电动车辆中，根据本发明的电动车辆的特征在于包括控制装置，当任一个电机处于非驱动状态时，该控制装置基于处于非驱动状态的电机的反电动势，对处于驱动状态的电机执行扭矩限制。

适合地，特征在于，在电机中检测出异常时，控制装置在电气上断开通向该电机的供电通路，从而使该电机处于非驱动状态。

同样适合地，特征在于，当存在被执行扭矩限制的电机时，控制装置在车辆被确定已经停止的情况下取消该扭矩限制。

同样适合地，特征在于，当取消对电机执行的扭矩限制时，控制装置通过实施控制来取消该扭矩限制，由此，扭矩限制值阶段性地升高。

根据本发明的控制装置是用于电动车辆的控制装置，该电动车辆包括输出驱动力的驱动轴和至少两个将动力输出到该驱动轴的电机，该控制单元的特征在于，当所述电机中的一个处于非驱动状态时，该控制装置基于该处于所述非驱动状态的电机的反电动势，对处于驱动状态的电机执行扭矩限制。

附图说明

图1是示出了根据本实施例的电动车辆的示意性布局的图。

图2是根据第一实施例的驱动控制处理的流程图。

图3是根据第一实施例的驱动控制处理的流程图。

图4是根据第二实施例的驱动控制处理的流程图。

图5是根据第二实施例的驱动控制处理的流程图。

图6是根据第二实施例的驱动控制处理的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行描述。

图1是示出了根据本实施例的电动车辆的示意性布局的图。该电动车辆包括输出能量的两个驱动源，这两个驱动源在右侧和左侧构成两个独立的系统。左侧驱动源包括作为主能量源的固态聚合物型燃料电池22和作为辅助能量源的电池21。从这些功率源供应的能量通过构成驱动电路的逆变器24转换为交流形式，并供应到交流电机25。

右侧驱动源也具有相同的构造。作为右侧驱动源，提供了燃料电池32、电池31、逆变器34和交流电机35。在本实施例中，右侧驱动源和左侧驱动源的输出特性和容量是一样的。另外，燃料气体通过共用的氢气罐(未示出)分别供应到燃料电池22、32。

电机25的旋转轴26、电机35的旋转轴36分别与齿轮箱40内的齿轮42、43相连。齿轮42、43是与驱动齿轮41啮合的直齿齿轮。驱动齿轮41与驱动轴12联接。电机25、35的动力通过齿轮箱40的齿轮输出到驱动轴12，并通过差速器齿轮13传递到车轮14L、14R。

在本实施例中，用于接收能量并驱动各种辅助机的辅助机驱动电路23、33与驱动源相连。辅助机驱动电路23、33分别设有例如用于将燃料气体或冷却水供应到燃料电池22、32的泵、动力转向油泵、用于对车辆中的辅助电气设备供电的出口、用于对电池21进行冷却的压缩机、用于空调的压缩机、用于空调的电加热器和用于制动的空压机等。

车辆的各部分由控制单元10控制。控制单元10构成为内部包括CPU、ROM和RAM的微型计算机，该微型计算机根据存储在ROM中的控制程序控制车辆各部分的操作。具体而言，当任一个电机处于非驱动状态时，本实施例的控制单元10构造成根据处于非驱动状态的电机的反电动势，执行处于驱动状态的电机的扭矩限制。

在图中，与控制单元10相连的用于实现各部分控制的各种类型的信号线以示例的方式由虚线来表示。输入到控制单元10的传感器信号包括例如加速踏板开度传感器11，车速传感器12s，电机速度传感器25s、35s，燃料电池22、32的异常检测传感器22s、32s，以及检测电池21、31的剩余容量(SOC)的剩余容量传感器21s、31s。

来自控制单元10的输出信号包括例如燃料电池22、32的输出控制信号，辅助机驱动电路23、33的控制信号，和逆变器24、34的控制信号。

(第一实施例)

图2和图3是根据第一实施例的操作控制处理的流程图。操作控制处理在电动车辆行驶或静止期间由控制单元10反复执行。应当注意的是，可以以任何顺序执行或并行地执行各个步骤，只要与处理的内容相一致(包括没有用附图标记指示的部分步骤)：这也适用于其它实施例。

首先，控制单元10获得(步骤S10)例如油门踏板开度和车速，作为用于控制的参数。在控制处理中使用的各种类型的变量中，R表示与右侧系统相关的值，而L表示与左侧系统相关的值。

接下来，各种类型的请求功率由控制单元10根据这些参数如下设定(步骤S12)。总的请求功率Ptr是用于驱动车辆的请求功率，该请求功率Ptr通过参照表明预先的总请求功率Ptr与油门踏板开度和车速的关系的图来设定。辅助机功率PRa、PLa是用于驱动辅助机的请求功率，并根据各种辅助机的工作状态而不同。充电功率PRb、PLb是用于对电池21、31充电的功率。在本实施例中，为了在电池21、31的剩余容量小于预设的下限值时开始充电，在该时刻根据剩余容量确定充电功率PRb、PLb。如果电池31的剩余容量至少为下限值，那么不需充电，所以充电功率PRb、PLb为0。

接下来，控制单元10判定电机25、35是否正常(步骤S14)。能够利用现有技术来进行关于电机正常/异常的判定。

如果控制单元10判定电机25、35都异常(步骤S14：都异常)，则做出车辆的行驶不能继续的结论，并执行系统关闭(步骤S16)。同时，控制单元10可将电机25、35异常报告给驾驶员。

另一方面，如果控制单元10判定出电机25、35中一个或另一个异常(步骤S16：一个电机异常)，则在电气上断开通向判定为异常的电机(下文中称为“异常电机”)的供电通路，从而使该电机处于非驱动状态(步骤S18)。例如，可执行异常电机侧的逆变器的关闭控制，来断开逆变器和电机之间的电连接。应当注意的是，在这种情况下电机25、35中的一个的异常也可以同样的方式报告给驾驶员。

接下来，控制单元10对判定为非异常的电机(下文中用术语“正常电机”表示)设定扭矩限制模式(步骤S20)，同时将该电机保持在驱动状态下。例如，可对每个电机设置指示扭矩被限制状态的状态标志，对应于正常电机的状态标志可设为“扭矩限制开启”。

接下来，控制单元10利用下式得到电机在扭转限制模式下的最大速度(步骤S22)，该电机是处于驱动状态并已经被设定了扭矩限制模式的电机。

最大旋转速度＝(处于非驱动状态的电机的电路元件如逆变器的耐电压)/(处于非驱动状态的电机的反电势常数(back constant))

通过这种方式，可以如下找到扭矩限制模式下的最大转速，即使得由处于驱动状态的电机驱动的驱动轴12的旋转在处于非驱动状态的电机中产生的反电动势不超过处于非驱动状态的电机的电路元件如逆变器的耐电压。应当注意的是，上式中的电机的反电势常数通过例如参照确定温度和反电势常数之间关系的图并应用执行处理时的电机温度而得到。

接下来，通过参照确定扭矩限制模式中的最大转速和扭矩限制值之间关系的图，控制单元10得到对应于上面得到的最大转速的扭矩限制值Tmax(步骤S24)。

接下来，控制单元10进行处于驱动状态的电机的目标功率M和对应于该电机的燃料电池的功率目标值E的设定(步骤S26)。这些目标值可例如如下设定。

功率目标值：

E＝Ptr+PRa+PRb+PLa+PLb；

电机目标功率：

M＝Ptr。

接下来，控制单元10检测(步骤S28)处于驱动状态的电机的转速N和可通过对应于该电机的燃料电池输出的功率的上限值Emax，作为用于控制电机和燃料电池的操作的参数。应当注意的是，如果电机转速N超过在步骤S24中得到的最大转速，则可这样进行控制：通过利用将电机目标功率设为负值执行电机再生来降低转速。

接下来，控制单元10对根据下式计算出的电机目标功率M应用上限保护(步骤S30)。应当注意的是，下式中的MIN是表示取两个值中最小值的算符。

电机目标功率M＝MIN(电机目标功率M，能够输出的功率的最大值Emax)

通过这种方式，电机在能够从燃料电池供应的功率范围内被驱动。

接下来，控制单元10通过用电机转速N除电机目标功率M来设定(步骤S32)电机的目标扭矩T。

接下来，控制单元10对从下式中基于扭矩限制值Tmax计算出的目标扭矩T应用上限保护(S34)。

目标扭矩T＝MIN(目标扭矩T，扭矩限制值Tmax)

通过这种方式，设定了目标扭矩T，使得由处于驱动状态的电机驱动的驱动轴12的旋转在处于非驱动状态的电机中产生的反电动势不超过处于非驱动状态的电机的电路元件如逆变器的耐电压。

接下来，控制单元10通过使用目标扭矩T和功率目标值E作为指令值来进行电机和电源的控制(步骤S36)。

另一方面，如果控制单元10判定出电机25和35都是正常的(步骤S14：都正常)，控制单元10则然后通过例如参照状态标志继续确定(步骤S38)电机25、35其中一个是否设定在扭矩限制模式中。如果控制单元10然后发现电机都没有设定在扭矩限制模式中，那么控制单元然后前进到步骤S40，以进行正常状态下的控制：然而，如果控制单元发现对任一个电机设定了扭矩限制模式，则前进到步骤S50。

在步骤S40中，控制单元10进行电机25、35的目标功率MR、ML和燃料电池22、32的功率目标值ER、EL的设定(步骤S40)。这些目标值可例如如下设定。

功率目标值：

ER＝Ptr/2+PRa+PRb

EL＝Ptr/2+PLa+PLb

电机目标功率：

MR＝Ptr/2

ML＝Ptr/2

接下来，控制单元10检测(步骤S42)电机的转速NR、NL和能够由燃料电池输出的功率的上限值ERmax、ELmax作为控制电机25、35和燃料电池22、32的操作的参数。

接下来，控制单元10对由下式计算出的电机目标功率MR、ML应用上限保护(步骤S44)。

MR＝MIN(MR，ELmax)

ML＝MIN(ML，ELmax)

接下来，控制单元10通过分别用电机转速NR、NL除目标功率MR、ML来分别设定(步骤S46)电机的目标扭矩TR、TL。

接下来，控制单元10通过使用这些目标扭矩TR、TL和功率目标值ER、EL作为指令值来执行电源和电机的控制(步骤S48)。

另一方面，如果在步骤S38中判定出已经对电机25、36中的一个或另一个设定了扭矩限制模式，那么控制单元10确定(步骤S50)车辆是否处于静止状态。例如，如果加速踏板开度不大于指定值、检测到制动器下压以及车速不大于指定值的状态持续了至少固定时间，则可判定车辆是静止的。

如果控制单元10判定出车辆不处于静止状态，那么控制单元10继续对处于驱动状态的电机的扭矩限制和对处于非驱动状态的电机的断电，并前进到步骤S22。

另一方面，如果控制单元10判定出车辆处于静止状态，那么控制单元10例如在被设定扭矩限制模式的电机的状态标志中设置“扭矩限制关闭”，从而取消扭矩限制模式(步骤S52)。

如果车辆在扭矩限制模式中行驶，即便加速踏板被下压，车速也不会增加，就像车辆在正常行驶时一样，所以存在驾驶员可将加速踏板下压近100％的可能。因此，如果将在这种状态下取消扭矩限制，车辆将突然加速，这就带来了驾驶员将经受车辆猛冲的危险。因此，在本实施例中，采用了这样的构造，即，只当车辆处于上述的静止状态下时才取消扭矩限制：从而可以防止经受取消扭矩限制后的车辆猛冲。

接下来，控制单元10电连接处于非驱动状态的电机的供电通路，从而使该电机处于驱动状态(步骤S54)。控制单元然后前进到步骤S40，以执行正常状态下的控制。

利用上述构造，在同一根轴由两个电机驱动的电动车辆中，当一个电机处于非驱动状态而车辆行驶由处于驱动状态的另一电机继续时，基于处于非驱动状态的电机的反电动势执行处于驱动状态的电机的扭矩限制，因此可以这样执行控制，使得由处于驱动状态的电机驱动的驱动轴12的旋转在处于非驱动状态的电机中产生的反电动势不超过处于非驱动状态的电机的电路元件如逆变器的耐电压：因此可适当地保护电路元件如逆变器。

另外，如果对任一个电机设定了扭矩限制模式，则采用这样的构造，使得仅在车辆被确定静止时取消扭矩限制模式，所以能够防止车辆由于扭矩限制的取消而突然加速的情况。

[第二实施例]

图4和图5是根据第二实施例的操作控制处理的流程图。

第二实施例与第一实施例的不同之处在于采用了这种构造：其中，在取消扭矩时执行控制，使得扭矩限制值阶段性地升高。

步骤S10至步骤S48与第一实施例的情形一样。

然而，在步骤S20至步骤S36期间(图3中的步骤S36后)，控制单元10将经过时间T设为0，并将计时器开始标志设为1(步骤S100)。

另一方面，如果控制单元10发现在步骤S38中对任一个电机25或36设定了扭矩限制模式，那么控制单元10电连接处于非驱动状态的电机的供电通路，从而使该电机处于驱动状态(步骤S102)。

接下来，如果计时器开始标志为1(S104：是)，那么控制单元10利用例如内部计时器将该计时器开始标志设为0，并开始计算经过时间t(步骤S106)。

接下来，控制单元10确定经过时间t是否已经超过指定时间tx(步骤S108)，如果该经过时间没有被超过，则前进到步骤S116。

另一方面，如果已经超过了指定时间tx，那么控制单元10例如根据等式Tmax＝Tmax+α来更新扭矩限制值Tmax(步骤S110)，并在计时器开始标志中设定1(步骤S112)。α可以是指定的常数(例如对应于正常电机的扭矩极限值Tup的5％的常数)。

接下来，控制单元10确定(步骤S114)扭矩限制值Tmax是否超过扭矩上限值Tup，如果发现没有超过，则前进到步骤S116。

在步骤S116中，控制单元10执行电机25、35的目标功率MR、ML和燃料电池22、32的功率目标值ER、EL的设定(步骤S116)。这些目标值可例如如下设定。

功率目标值

ER＝Ptr/2+PRa+PRb

EL＝Ptr/2+PLa+PLb

电机目标功率

MR＝Ptr/2

ML＝Ptr/2

接下来，控制单元10检测(步骤S118)电机的转速NR、NL和可由燃料电池输出的功率的上限值ERmax、ELmax，作为用于控制电机25、35和燃料电池22、32的操作的参数。

接下来，控制单元10对依照下式计算出的电机目标功率MR、ML应用上限保护(步骤S120)。

MR＝MIN(MR，ERmax)

ML＝MIN(ML，ELmax)

接下来，控制单元10通过分别用电机转速NR、NL除目标功率MR、ML分别设定(步骤S122)电机的目标扭矩TR、TL。

接下来，控制单元10根据依照下式计算出的、与扭矩限制值Tmax相对应的目标扭矩TR、TL应用上限保护(步骤S124)。

目标扭矩TR＝MIN(目标扭矩TR，扭矩限制值Tmax/2)

目标扭矩TL＝MIN(目标扭矩TL，扭矩限制值Tmax/2)

通过这种方式，由电机25、35产生的扭矩被抑制在扭矩限制值Tmax的范围内。

接下来，控制单元10通过使用目标扭矩TR、TL和功率目标值ER、EL作为指令值来执行电源和电机的控制(步骤S126)。

另一方面，在步骤S114中，如果判定出被设定扭矩限制模式的电机中的扭矩上限值被超过，则控制单元10例如通过将状态标志设为“扭矩限制关闭”来取消(步骤S128)扭矩限制模式，并前进到步骤S40，以执行正常状态下的控制。

正如第一实施例的情形一样，利用该构造，能够执行控制，使得由处于驱动状态的电机驱动的驱动轴12的旋转在处于非驱动状态的电机中产生的反电动势不超过处于非驱动状态的电机的电路元件如逆变器的耐电压，因此可适当地保护电路元件如逆变器。

另外，当取消对任一个电机的扭矩限制时，该取消是在运用控制的同时进行的，使得扭矩限制值Tmax在每个指定的时间tx阶段性地升高，因此可以防止取消扭矩限制造成车辆突然加速的情况。另外，如果驾驶员踩在加速踏板上造成车辆在扭矩升高到扭矩极限值的情形下行驶，则可以通过让驾驶员感觉到扭矩限制的渐渐的取消来有效地唤起驾驶员对扭矩限制取消的注意。

[改进例]

本发明不限于上面描述的实施例，而是可以多种方式适当地修改。例如，通过控制单元10的处理可以通过软件或硬件来执行。

另外，例如，尽管在上述实施例中采用了电机驱动/非驱动状态根据电机正常与否而变换的结构，但作为这种结构的替代或作为附加的结构，可以采用电机驱动/非驱动状态根据另一个电源单元(例如燃料电池)正常与否而变换的结构。

另外，例如在第二实施例中，尽管采用了这样的结构，即，当取消对任一个电机执行的扭矩限制时，通过执行控制来进行该取消，使得扭矩限制值阶段性地升高，但作为这种结构的替代或作为附加的结构，可以这样设置，即，通过利用阶段性地改变扭矩控制系统的主延迟常数来渐渐地升高响应特性，来防止车辆经受突然加速的情形。

另外，例如在上述的实施例中，采用了设置多个电机来驱动同一根轴的构造，但也可以采用电机分别驱动不同的轴的构造(例如，电机1驱动前轮而电机2驱动后轮的构造)。

根据本发明，在同一根轴由两个或更多电机驱动的电动车辆中，诸如逆变器的元件能够在车辆在一个电机处于非驱动状态的情况下继续行驶时得到适当的保护。

Claims

1.一种电动车辆，包括输出驱动力的驱动轴和至少两个将动力输出到该驱动轴的电机，

其特征在于包括控制装置，当任一个电机处于非驱动状态时，所述控制装置基于处于所述非驱动状态的电机的反电动势，对处于驱动状态的电机执行扭矩限制。

2.根据权利要求1所述的电动车辆，其特征在于，当在电机中检测出异常时，所述控制装置在电气上断开通向所述电机的供电通路，从而使所述电机处于非驱动状态。

3.根据权利要求1所述的电动车辆，其特征在于，当存在被执行扭矩限制的电机时，所述控制装置在所述车辆被确定已经停止的情况下取消所述扭矩限制。

4.根据权利要求1所述的电动车辆，其特征在于，当取消对电机执行的扭矩限制时，所述控制装置通过实施控制来取消所述扭矩限制，由此，扭矩限制值阶段性地升高。

5.一种用于电动车辆的控制装置，该电动车辆包括输出驱动力的驱动轴和至少两个将动力输出到该驱动轴的电机，

其特征在于，当所述电机中的一个处于非驱动状态时，所述控制装置基于处于所述非驱动状态的电机的反电动势，对处于驱动状态的电机执行扭矩限制。