CN101351355B

CN101351355B - 车辆控制器、车辆与车辆控制方法

Info

Publication number: CN101351355B
Application number: CN2006800494838A
Authority: CN
Inventors: 花田秀人; 横山聪二郎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2026-08-24
Also published as: WO2007018321A1; CN101351355A; US20090159350A1; EP1967406A1; EP1967406B1; US7828093B2; EP1967406A4

Abstract

一种用于车辆的控制器，该车辆包含至少一个驱动车轮的电机、驱动电机的变换器、将dc电源电流供到变换器的升压转换器，该控制器具有以切换方式在变换器上进行矩形波控制和非矩形波控制的控制部分。控制部分具有作为判断基准的紧急切换条件，该条件用于将控制从矩形波控制切换到非矩形波控制，在矩形波控制被执行时，当满足紧急切换条件时(步骤S5中的是)，控制部分指示升压转换器降低目标输出电压(S7)。优选为，当从变换器供到电机的q轴电流超过规定阈值时，控制部分判断为满足紧急切换条件。

Description

车辆控制器、车辆与车辆控制方法

技术领域

本发明涉及车辆控制器和车辆，特别涉及具有车辆推进用电机的车辆的控制器、所述车辆以及控制所述车辆的方法。

背景技术

近来，电气车辆、混合动力车和燃料电池车辆作为对环境友好的车辆受到人们的注意。某些混合动力车已经商业化。

除传统的发动机之外，混合动力车具有作为动力源的dc电源、变换器和由变换器驱动的电机。具体而言，通过驱动发动机获得动力，另外，来自dc电源的dc电压被变换器转换为ac电压，电机由转换得到的ac电压转动，由此获得动力。电气车辆具有作为动力源的dc电源、变换器以及由变换器驱动的电机。

日本特开No.2001-295676公开了在混合动力车中使用驱动轴的角加速度检测滑移(slip)状态的转矩限制。

图20示出了车辆的滑移状态和抓地(gripped)状态。

参照图20，当车辆行驶并在路面上的突起物上(例如在路肩(roadshoulder)或路上的落下物上)行驶时，就在此后，在时间点t1上，轮胎被引入滑移状态，在滑移状态中，轮胎空转。在滑移状态中，不存在路面阻力，因此，当车轮连续以同样的转矩转动时，车轮的旋转速度上升。

输出(功率)与转矩×旋转速度成比例，因此，当发生滑移时，大量电力(动力)消耗在驱动车轮的电机上。因此，施加控制，使得较多的电力被供到电机。

相反，在滑移状态后的时间点t2，轮胎重新与路面接触，轮胎的旋转速度由于路面的摩擦而急剧下降。随着轮胎旋转速度的降低，电机的旋转速度也急剧减低。

还提出，在混合动力车或类似物中，用升压转换器升高来自电源的dc电压，通过变换器将升压后的dc电压转换为ac电压，并由之驱动电机。

在这种包含升压转换器的构造中，当电机的旋转速度急剧下降时，过多的电力将从升压转换器供到变换器。因此，有必要降低升压转换器的目标电压。

日本特开No.2001-295676没有公开在从滑移状态转换到抓地状态时对升压转换器的任何控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆控制器和车辆，其能立即防止产生过电压。

简言之，本发明提供了一种车辆用控制器，该车辆包含至少一个驱动车轮的电机、驱动电机的变换器以及将dc电源电流提供到变换器的升压转换器。该控制器包含以切换方式在变换器上进行矩形波控制和非矩形波控制的控制部分。作为一个判断基准，控制部分具有紧急切换条件，所述紧急切换条件用于在检测到车轮滑移时从矩形波控制切换到非矩形波控制，在矩形波控制正在执行时，当满足紧急切换条件时，控制部分指示升压转换器进行处理，以防止变换器过电压。

优选为，控制部分向升压转换器指示升压目标电压，作为防止变换器过电压的处理，目标电压被降低。

优选为，非矩形波控制为过调制PWM控制或正弦PWM控制。

优选为，控制部分根据从变换器流到电机的电流判断是否满足紧急切换条件。

更为优选的是，当从变换器供到电机的q轴电流超过规定阈值时，控制部分判断为满足紧急切换条件。

更为优选的是，与从变换器供到电机的I轴电流对应地预先确定q轴电流的规定阈值。

优选为，车辆还包含用于以可变的速度向车轴(axle)传送电机驱动力的多级变速器。当满足紧急切换条件时，控制部分根据多级变速器的速度改变到升压转换器的指令。

根据另一实施形态，本发明提供了一种车辆，其包含：至少一个驱动车轮的电机；驱动电机的变换器；向变换器供给dc电源电流的升压转换器；以切换方式在变换器上进行矩形波控制和非矩形波控制的控制部分。控制部分具有作为判断基准的紧急切换条件，所述紧急切换条件用于在检测到车轮滑移时将控制从矩形波控制切换到非矩形波控制，在矩形波控制正在执行时，当满足紧急切换条件时，控制部分指示升压转换器进行处理，以防止变换器过电压。

优选为，非矩形波控制为过调制PWM控制或正弦PWM控制。

优选为，当从变换器供到电机的q轴电流超过规定阈值时，控制部分判断为满足紧急切换条件。

优选为，车辆还包含用于以可变的速度向车轴传送电机驱动力的多级变速器。当满足紧急切换条件时，控制部分根据多级变速器的速度改变到升压转换器的指令。

根据又一实施形态，本发明提供了一种控制车辆的方法，该车辆包含至少一个驱动车轮的电机、驱动电机的变换器、向变换器供给dc电源电流的升压转换器。该方法包含以下步骤：判断是否正在变换器上执行矩形波控制；在正在执行矩形波控制时，当在检测到车轮滑移时满足用于将控制从矩形波控制切换到非矩形波控制的紧急切换条件时，指示升压转换器进行防止变换器过电压的处理。

更为优选的是，车辆还包含用于以可变的速度向车轴传送电机驱动力的多级变速器。所述控制方法还包含以下步骤：当满足紧急切换条件时，根据多级变速器的速度改变到升压转换器的指令。

根据本发明，可在当滑移等等出现时旋转速度在大范围内变化的紧急情况下通过从控制应答性较低的矩形波控制切换到应答性较高的非矩形波控制来防止控制故障，另外，可以足够的裕量防止变换器上的过电压。

当提供多级变速器时，在滑移后抓地时的能量波动范围从一个速度到另一个速度不同。因此，通过设置对应于变速段(gearshift)的目标电压和控制模式，可以最小化目标电压的变化范围，并防止变换器上的过电压。

附图说明

图1为一框图，其示出了根据本发明一实施例的混合动力车1的构造；

图2为一电路图，其详细示出了与图1的混合动力车1的升压转换单元以及变换器有关的部分；

图3示出了安装在混合动力车1上的变换器的控制模式之间的状态转换；

图4为一流程图，其示出了与由控制器30执行的升压转换器以及变换器的控制有关的程序的控制结构；

图5为与d轴电流以及q轴电流有关的第一图示；

图6为与d轴电流以及q轴电流有关的第二图示；

图7为矩形波控制过程中所参照的阈值的图(map)X；

图8为非矩形波控制过程中参照的阈值的图Y；

图9为与本发明所应用的车辆运行有关的运行波形；

图10示出了装有允许齿轮比(gear ratio)的两级切换的变速器的混合动力车300的构造；

图11示出了图10的变速器307中的切换；

图12为一流程图，其示出了根据实施例2中执行的升压转换器的控制；

图13示出了装有4速变速器的混合动力车400的构造；

图14示出了变速器401的变速操作；

图15为一流程图，其示出了用于确定车辆400的升压电压的指令值的控制；

图16为一流程图，其示出了使用关于齿轮速度(gear speed)的信息切换控制模式的控制；

图17为运行波形图，其示出了执行实施例2的控制的实例；

图18示出了控制模式的切换；

图19进一步示出了在发生滑移之后的控制模式的切换；

图20示出了车辆的滑移状态和抓地状态。

具体实施方式

下面参照附图详细介绍根据本发明的实施例。贯穿附图，相同或对应的部分用同样的参考标号表示，且不重复对其进行介绍。

[实施例1]

图1原理性示出了本发明的实施例中的混合动力车1的构造。

参照图1，混合动力车1包含前轮20R与20L、后轮22R与22L、发动机200、行星齿轮PG、差动齿轮DG、齿轮4与6。

混合动力车1还包含：电池B；升压转换单元20，其对输出自电池B的直流(dc)电力的电压进行升压转换；变换器14、14A，其与升压转换单元20传送dc电力。

混合动力车1还包含：电动发电机MG1，其经由行星齿轮PG接收发动机200的动力，以便产生电力；电动发电机MG2，其具有连接到行星齿轮PG的旋转轴。变换器14、14A连接到电动发电机MG1与MG2，以便提供交流(ac)电力与供自升压转换电路的dc电力之间的转换。

行星齿轮PG包含恒星齿轮、环形齿轮、与恒星以及环形齿轮均啮合的游星齿轮以及可在恒星齿轮周围旋转地支撑游星齿轮的行星齿轮架。行星齿轮PG具有第一到第三旋转轴。第一旋转轴是行星齿轮架的，连接到发动机200。第二旋转轴是恒星齿轮的，连接到电动发电机MG1。第三旋转轴是环形齿轮的，连接到电动发电机MG2。

第三旋转轴具有附着于其上的齿轮4，该齿轮4驱动齿轮6，以便向传动齿轮DG传送动力。差动齿轮DG接收来自齿轮6的动力，并向前轮20R与20L传送动力，也经由齿轮6与4向行星齿轮PG的第三旋转轴传送前轮20R与20L的转矩。

行星齿轮PG用于在发动机200与电动发电机MG1以及MG2之间分割动力。具体而言，当行星齿轮PG的两个旋转轴的旋转确定时，剩余的一个旋转轴的旋转自然被确定。因此，发动机200在效率最高的范围内运行，同时，电动发电机MG1所产生的电力的量得到控制，且电动发电机MG2受到驱动以控制车辆速度，从而实现通常具有能量效率的车辆。

作为dc电源的电池B例如由镍金属氢化物电池或类似的二次电池实现，并向升压转换单元20供给dc电力，也用供自升压转换单元20的dc电力充电。

升压转换单元20对接收自电池B的dc电压进行升压转换，并将升压转换得到的dc电压供到变换器14、14A。变换器14、14A接收所供给的dc电压，将之转换为ac电压，并在发动机被起动时控制和驱动电动发电机MG1。另外，在发动机被起动后，电动发电机MG1所产生的ac电力被变换器14、14A转换为直流，并由升压转换单元20转换为适用于对电池B进行充电的电压，因此，电池B被充电。

另外，变换器14、14A驱动电动发电机MG2。电动发电机MG2协助发动机200驱动前轮20R与20L。在制动车辆时，电动发电机MG2再生运行，以便将车轮的旋转能量转换为电能。所获得的电能经由变换器14、14A以及升压转换单元20被返还到电池B。

电池B为一组电池，其包含多个串联连接的电池单元B0-Bn。升压转换单元20与电池B之间，设置系统继电器SR1、SR2，以便在车辆不运行时断开高电压。

混合动力车1还包含：加速踏板位置传感器9，其检测加速器踏板的位置，加速器踏板为接收来自请求加速的驾驶者的指令的输入部分；电压传感器10，其附着到电池B；控制器30，其响应于接收自加速踏板位置传感器9的加速器踏板角度Acc以及接收自电压传感器10的电压值VB，控制发动机200、变换器14与14A以及升压转换单元20。电压传感器10检测并向控制器30传送电池B的电压VB。

图2为一电路图，其具体示出了与图1的混合动力车1的变换器以及升压转换单元有关的部分。

参照图2，混合动力车1包含电池B、电压传感器10、系统主继电器SR1与SR2、电容器C1、升压转换单元20、变换器14与14A、电流传感器24U与24V、电动发电机MG1与MG2、发动机200、控制器30。

电动发电机MG1在行驶过程中主要作为电动机运行，在从车辆停止状态或EV行驶(其中，车辆在发动机停止的情况下行驶)加速的过程中作为用于对发动机200进行启动(crank)的电动机运行。电动发电机MG2与驱动轮同步旋转。发动机200和电动发电机MG1与MG2连接到图1所示的行星齿轮PG。因此，当发动机与电动发电机MG1以及MG2的旋转轴之中的至少两个旋转轴的旋转速度确定时，其余的一个旋转轴的旋转速度以强制方式确定。

电池B为镍金属氢化物、锂离子或类似的二次电池。电压传感器10检测输出自电池B的dc电压值VB，并向控制器30输出所检测的dc电压值VB。系统主继电器SR1与SR2被供自控制器30的信号SE开通/关断。具体而言，系统主继电器SR1、SR2由具有H(逻辑高)电平的信号SE开通，并由具有L(逻辑低)电平的信号SE关断。当系统主继电器SR1、SR2被开通时，电容器C1对电池B的端子之间的电压进行平滑。

升压转换单元20包含电压传感器21、电抗器L1、转换器12、电容器C2。电抗器L1的一端经由系统主继电器SR1连接到电池B的正极。

电流传感器11检测在电池B和升压转换单元20之间流动的电流，并将检测到的电流作为dc电流值IB输出到控制器30。

转换器12包含串联连接在输出电压VH的转换器12的输出端子之间的IGBT装置Q1与Q2，以及分别并联连接到IGBT装置Q1与Q2的二极管D1与D2。

电抗器L1的另一端连接到IGBT装置Q1的发射极以及IGBT装置Q2的集电极。二极管D1的阴极连接到IGBT装置Q1的集电极，阳极连接到IGBT装置Q1的发射极。二极管D2的阴极连接到IGBT装置Q2的集电极，阳极连接到IGBT装置Q2的发射极。

电压传感器21将转换器12的在其输入上存在的电压检测为电压值VL。电流传感器11将流经电抗器L1的电流检测为电流值IB。电容器C2连接到转换器12的输出侧，并存储发送自转换器12的能量，以及对电压进行平滑。电压传感器13将转换器12的输出侧上的电压——即电容器C2的电极之间的电压——检测为电压值VH。

在混合动力车中，发动机200和电动发电机MG1交换机械动力，有时，电动发电机MG1起动发动机的运行，有时，电动发电机MG1作为接收来自发动机的动力产生电力的发电机运行。电动发电机MG1受到变换器14的驱动。

变换器14接收来自转换器12的升压转换电势，以便驱动电动发电机MG1。另外，当车辆被再生制动时，变换器14将由电动发电机MG1产生的电力返还到转换器12。在这样做时，转换器12受到控制器30的控制，以便作为降压转换电路运行。

变换器14包含U相臂15、V相臂16、W相臂17。U相臂15、V相臂16、W相臂17并联连接在转换器12的输出线之间。

U相臂15包含串联连接的IGBT装置Q3与Q4以及分别并联连接到IGBT装置Q3与Q4的二极管D3与D4。二极管D3的阴极连接到IGBT装置Q3的集电极，阳极连接到IGBT装置Q3的发射极。二极管D4的阴极连接到IGBT装置Q4的集电极，阳极连接到IGBT装置Q4的发射极。

V相臂16包含串联连接的IGBT装置Q5与Q6以及分别并联连接到IGBT装置Q5与Q6的二极管D5与D6。二极管D5的阴极连接到IGBT装置Q5的集电极，阳极连接到IGBT装置Q5的发射极。二极管D6的阴极连接到IGBT装置Q6的集电极，阳极连接到IGBT装置Q6的发射极。

W相臂17包含串联连接的IGBT装置Q7与Q8以及分别并联连接到IGBT装置Q7与Q8的二极管D7与D8。二极管D7的阴极连接到IGBT装置Q7的集电极，阳极连接到IGBT装置Q7的发射极。二极管D8的阴极连接到IGBT装置Q8的集电极，阳极连接到IGBT装置Q8的发射极。

各相臂具有连接到电动发电机MG1的相绕组的相末端的中间点。具体而言，电动发电机MG1为三相永磁体电动机，三相U、V、W相线圈各自具有连接到中性点的一端。U相线圈的另一端连接到将IGBT装置Q3与Q4连接在一起的节点。V相线圈的另一端连接到将IGBT装置Q5与Q6连接在一起的节点。W相线圈的另一端连接到将IGBT装置Q7与Q8连接在一起的节点。

电流传感器24U与24V将流经电动发电机MG1的U相与V相定子线圈的电流的电流值IU1、IV1检测为电机电流值MCRT1，并将电机电流值MCRT1输出到控制器30。电动发电机MG1的旋转速度Ng由车辆速度传感器27进行检测。

控制器30接收转矩指令值TR1、电动机的旋转速度Ng、电压值VB、VL与VH、电流值IB与IC、电机电流值MCRT1。

变换器14A接收来自转换器12的升压转换电势，以便驱动电动发电机MG2。另外，在车辆再生制动时，变换器14A将电动发电机MG2产生的电力返还到转换器20。在这样做的时候，转换器12受到控制器30的控制，以便作为降压电路运行。电动发电机MG2以速率Nm旋转，该速率由车辆速度传感器7进行检测。

变换器14A包含分别并联连接在转换器12的输出线之间的U、V、W相臂15A、16A、17A。U、V、W相臂15A、16A、17A在构造上分别类似于U、V、W相臂15、16、17。因此，不再重复进行其介绍。

变换器14A的U、V、W相臂的中间点分别连接到电动发电机MG2的U、V、W相线圈的一端。具体而言，电动发电机MG2为三相永磁体电动机，U、V、W相线圈的另一端各自连接到中性点。

电流传感器28U、28V将流经电动发电机MG2的U相与V相定子线圈的电机电流值IU2、IV2检测为电机电流值MCRT2，并将电机电流值MCRT2输出到控制器30。

控制器30接收转矩指令值TR1、电机旋转速度Ng、电压值VB、VL与VH、电流值IB与IC、电机电流值MCRT1，除此之外，接收对应于电动发电机MG2的电机旋转速度Nm、转矩指令值TR2、电机电流值MCRT2。

响应于这些输入，控制器30向升压转换单元20输出执行升压转换的指示PWU、执行降压转换的指示PWD、停止的指示STP。

另外，控制器30向变换器14输出指示PWMI1，以便将对应于转换器12的输出的dc电压转换为用于驱动电动发电机MG1的ac电压，以及输出指示PWMC1，以便将电动发电机MG1产生的ac电压转换为dc电压，并将dc电压返还到转换器12。

另外，控制器30向变换器14A输出指示PWMI2，以便将对应于转换器12的输出的dc电压转换为用于驱动电动发电机MG2的ac电压，以及输出再生指示PWMC2，以便将电动发电机MG2产生的ac电压转换为dc电压，并将dc电压返还到转换器12。

接着，将简短介绍升压转换单元12的运行。在动力运行过程中，升压转换单元20中的转换器12作为升压转换电路运行，也就是说，从电池B向变换器14供给电力的前向转换电路。在再生运行过程中，转换器12也作为降压转换电路运行，也就是说，将电动发电机MG1产生的电力馈送到电池B的逆向转换电路。

在IGBT装置Q1保持关断的情况下，当IGBT装置Q2被开通/关断时，转换器12作为升压转换电路运行。具体而言，当IGBT装置Q2被开通时，从电池B的正极经过电抗器L1和IGBT装置Q2到电池B的负极形成路径，电流流过该路径。当电流流过时，能量存储在电抗器L1中。

当IGBT装置Q2关断时，存储在电抗器L1中的能量经二极管D1流到变换器14。结果，电容器C2的电极之间的电压增大。因此，施加到变换器14的转换器12的输出电压受到升压。这里，为了减小损耗，IGBT装置Q1可与二极管D1的导通周期同步地呈现导通。

另一方面，在IGBT装置Q2保持关断的情况下，当IGBT装置Q1被开通/关断时，转换器12作为降压转换电路运行。具体而言，当IGBT装置Q1开通时，由变换器14再生的电流经IGBT装置Q1和电抗器L1流到电池B。

另外，当IGBT装置Q1被关断时，形成电抗器L1、电池B、二极管D2的环路，存储在电抗器L1中的能量被返还到电池B。这里，为了减小损耗，IGBT装置Q2可与二极管D2的导通周期同步地呈现导通。在这种反向转换中，电池B接收电力的时间周期变得长于变换器14供给电力的时间周期，因此，变换器14的电压被降低并返还到电池B。升压转换单元20的运行通过适当控制上面介绍的动力运行操作以及再生操作来实现。

这里的再生制动指的是通过由混合动力车或电气车辆的驾驶者的足刹操作进行的伴有再生的制动。另外，再生制动包括：在不操作足刹的情况下，通过在行驶过程中释放加速器踏板，车辆在再生电力的同时的减速或停止加速。

变换器14A与变换器14并联连接在节点N1与N2之间，并且进一步连接到升压转换单元20。

图3示出了安装在混合动力车1上的变换器的控制模式之间的状态转换。

参照图3，图1的控制器30控制变换器14与14A，同时，在三个控制模式——即矩形波控制模式、过调制控制模式、PWM(脉宽调制)控制模式——之间切换。

在PWM(脉宽调制)控制中，电压波形的基波分量的有效值——即调制因子——处于0到0.61的范围内，用载波对基波进行脉宽调制获得的脉冲电压或电流被供到电机。在PWM波形的电压被施加到ac电机的PWM电流控制中，平滑的旋转甚至在低速范围内是可能的。然而，存在dc电源的电压使用率受到限制的问题。作为对策，通过将场减弱电流施加到ac电机，可获得高的旋转。然而，这种方法不是完美的，因为其增加了欧姆损耗。

控制ac电机的驱动的另一方法是将矩形波电压施加到电机。根据矩形波控制方法，施加与基波同步的矩形波。在矩形波控制方法中，dc电源的电压使用比可改进到大约0.78的调制因子，结果，高速范围内的输出可以得到改进。另外，由于场减弱电流可以得到减小，欧姆损耗得到减小，能量效率可以得到提高。另外，由于变换器上的开关次数可以减小，开关损耗可有利地得到降低。然而，在低速范围内，不能获得平滑的旋转，因为开关周期长。

另外，作为PWM控制与矩形波控制之间的中间控制，也进行过调制控制。在过调制控制中，调制因子在0.61到0.78的范围内。在过调制控制中，PWM控制的每个脉冲的占空比在基波分量的峰侧大于并在谷侧小于正弦波PWM控制。

因此，设置允许ac电机的PWM控制、过调制控制和矩形波控制中的任何一种的构造，且控制取决于情况有选择地使用，故改善了特别是在高速范围内的电机的输出。

参照图3，举例而言，依赖于用箭头86和90表示的正常切换操作中的电机旋转速度，对进行矩形波控制模式的状态80、进行过调制控制模式的状态82、进行PWM控制模式的状态84进行切换。具体而言，在低速旋转范围内，控制在执行允许平滑旋转的PWM控制模式的状态84中进行，随着电机旋转速度增大，进行向执行过调制控制模式的状态82以及进一步向执行矩形波控制模式的状态80的状态转换，故dc电源的电压使用率得到改进。

在这一点上，如果发生导致电机电流的扰动的滑移、抓地等等且电机同步可能在矩形波控制模式的状态80下丧失，进行如箭头88所示的紧急切换，以便导致到过调制控制模式的状态82的转换，其中，变换器被切换更多的次数，获得更好的可控制性。

另外，如果类似的电机电流扰动在过调制控制模式的状态82中观察到时，为了避免丧失同步，进行如箭头92所示的紧急切换，以便导致到PWM控制模式的状态84的转换，其中，进行切换，直到获得更大的次数和更好的可控制性。

图4为一流程图，其示出了与控制器30执行的升压转换器和变换器有关的程序的控制结构。

参照图1和4，根据本发明的实施例的车辆控制器包含控制器30，其以可切换的方式在变换器上进行矩形波控制和非矩形波控制。控制器30具有作为一种判断基准的紧急切换条件，其用于根据从变换器流到电动机的电流将控制从矩形波控制切换到非矩形波控制。如果在矩形波控制执行的同时满足紧急切换条件(步骤S5中的是)，向升压转换单元20给出降低目标输出电压的指示(S7)。优选为，当从变换器14、14A供到电动发电机MG1、MG2的q轴电流超过规定阈值时，控制部分判断为满足紧急切换条件。

当过程开始时，首先，在步骤S1中，控制器30分别从图2的电流传感器28U、28V获得电流值IU2、IV2。

于是，在步骤S2中，所获得的电流值被转换为d轴(纵轴)电流Id和q轴(正交轴)电流Iq。

图5为与d轴电流和q轴电流有关的第一图示。

图6为与d轴电流和q轴电流有关的第二图示。

参照图5和6，线圈LU、LV、LW分别为定子的U相、V相、W相线圈。当将转子的U相线圈LU作为基准的转子相位用旋转角度θ的电气角度表示时，d轴电流Id和q轴电流Iq分别用下面的公式(1)和(2)给出。

Id＝√2×(IV·sinθ-IU·sin(θ-120°)) (1)

Iq＝√2×(IV·cosθ-IU·cos(θ-120°)) (2)

表示在dq平面上的流经定子线圈的电流(合成电流)|I|如图6所示。如图5可见，d轴电流为转子R的磁极方向上的分量，q轴电流为正交于转子R的磁极方向的电流分量。

在电流根据图4的步骤S2的公式转换之后，过程进行到步骤S3。

在步骤S3中，判断当前控制是否为矩形波控制。

如果当前控制模式为矩形波控制模式，过程进行到步骤S4，如果不是，过程进行到步骤S10。

在步骤S4中，对应于d轴电流Id的q轴电流Iq的阈值由图X获得。

图7为在矩形波控制过程中参照的阈值的图X。

参照图7，在矩形波控制中，例如，当所需要的转矩为200N·m时，变换器受到控制，使得用图7的点A表示的d轴电流和q轴电流流过。类似地，当所需要的转矩为150、100和50N·m时，变换器受到控制，使得分别用点B、C、D表示的电流被施加到电动机。

表示电流的这些点的位置必须在允许矩形波控制的范围内。如果矩形波控制的这种可允许范围被大大超过，电动机之间的同步变得不可能，矩形波控制失败。因此，对应于每个d轴电流的q轴阈值，即开关阈值Iqt，预先在图X中确定。在步骤S5中判断是否流过超过阈值Iqt的q轴电流。

当流过超过阈值的q轴电流Iq时，过程进行到步骤S6。如果q轴电流不超过阈值，过程进行到步骤S8。

在步骤S6中，发生用图3的箭头88表示的紧急切换，控制模式从矩形波控制模式切换到过调制控制模式。于是，过程进行到步骤S7，其中，目标电压V从当电流扰动没有产生时的目标值V0降低α，降低到V＝V0-α。

在步骤S7中，α可以为α＝0。具体而言，代替或除有意降低目标输出电压外，可以执行例如保持且不增大目标输出电压等防止变换器上的过电压的过程。

当步骤S7中的过程结束时，过程进行到步骤S14，控制返回到主程序。当过程进行到步骤S8时，判断是否从目标电压在步骤S7中降低开始β秒已经过去。如果已经发生了滑移或抓地，β秒的时间段对于消除抓地时变换器上的过电压来说足够长。

在步骤S8中如果β秒已经过去(步骤S8中的是)，过程进行到步骤S9，其中，升压转换器的目标电压V返回到电流扰动没有产生时的目标电压V0。

如果已经执行防止变换器上的过电压的任何步骤，而不是步骤S7中的有意降低目标输出电压，在步骤S9中，用于防止过电压的过程的设置返回到正常设置。

在步骤S8中如果β秒还没有过去(步骤S8中的否)，过程进行到步骤S14，控制返回到主程序。

另外，如果过程从步骤S3进行到步骤S10，判断过调制控制是否正在进行。

如果没有正在进行过调制控制，这意味着具有最佳可控制性的PWM控制正在执行，因此，过程进行到步骤S14，控制返回到主程序。

步骤S10中如果过调制控制在正在进行，过程进行到步骤S11，其中，从图Y获得对应于d轴电流Id的q轴电流Iq的阈值。

图8为在非矩形波控制过程中参照的阈值的图Y。

参照图8，当过调制控制被执行时，表示控制电流的点位于用于过调制控制的指令电流线上。具体而言，当所需要的转矩分别为200、150、100、50N·m时，进行控制，使得用点E、F、G、H表示的d轴电流和q轴电流流过。

在图Y中，再次判断对于d轴电流的开关阈值Iqt，在步骤S12中，判断q轴电流Id是否超过阈值Iqt。如果在步骤S12中Iq＞阈值Iqt不成立，过调制控制可被保持，因此，过程进行到步骤S14，过程返回到主程序。

如果Iq＞阈值Iqt在步骤S12中成立，过程进行到步骤S13。

在步骤S13中，发生用图3的箭头92表示的紧急切换，控制模式从过调制控制模式切换到PWM控制模式。当切换结束时，过程进行到步骤S14，控制返回到主程序。

图9为与本发明应用的车辆的运行有关的运行波形图。

参照图9，正常、稳定的运行状态从时间点t0到t1示出。这里，升压转换单元输出指令值VH0被设置为作为目标值的V0＝650V，升压转换单元20输出如所指示的650V的电压。

假设轮胎在图20所示时间点t1上滑移并接着在t2落在地上进入抓地状态。这里，在时间点t1与t2之间，电机旋转速度Nm增大，同时，电机的旋转转矩受到控制、使其保持恒定。能量被确定为能量＝转矩×旋转速度，因此，电动发电机MG2的电力消耗Pm增大。

相反，随着发动机旋转，电动发电机MG1中产生并保持恒定量的电力。结果，电力消耗在变换器14A处增大，升压转换单元的输出电压VH减小。升压转换单元20受到控制，使得减小得到恢复，结果，一度减小的输出电压VH返回到650V。

在时间点t2进入抓地状态，电机旋转速度Nm迅速减小，因此，电动发电机MG2的电力消耗也做出响应地降低。结果，升压转换单元20和变换器14A进入过剩能量的状态，从时间点t2到t2A，输出电压VH超过650V。

这里，在时间点t2A，紧急切换发生，由此，控制模式从矩形波控制变为过调制控制，做出响应地，升压转换单元的输出电压值如波形W1表示地降低α＝50V，故升压转换单元的输出指令值VH0被设置为600V。结果，升压转换单元的输出电压VH如波形W3所示在裕量达到上限的情况下受到控制，并且，在时间点t3之后，其趋于稳定状态。

举例而言，这样的控制是可能的：其中，电动发电机MG2的电力消耗Pm受到监视，当急速减小的趋势被检测到时，升压转换单元的输出指令值降低。然而，如果采用这样的方法，计算花费的时间比响应于控制模式切换而切换到输出指令值VH0要长。因此，电压切换指令在虚线波形W2表示的定时发布，输出电压不具有如可从虚线波形W4可见的上限的、大的裕量。

因此，根据本发明的实施例，由于升压转换单元的输出指令值以连系到变换器控制模式的紧急切换的方式降低，空转/滑移的判断可以迅速做出，可用足够的裕量防止变换器上的过电压。

另外，与使用不同于变换器紧急切换控制的判断基准——例如使用电力消耗的计算——防止变换器过电压的升压转换器控制相比较，控制器的计算负荷可变得较小。

[实施例2]

在图1所示的混合动力车中，电动发电机MG1和MG2以及发动机200的转矩受到控制，并由作为动力分配机构的行星齿轮PG耦合，以实现连续可变的变速。

然而，为了实现小尺寸的电动发电机以及高速行驶的所需加速，已经提出了在从行星齿轮到差动齿轮DG的推进器轴的部分上插入变速器，以便使得齿轮比的变化成为可能。

图10示出了混合动力车300的构造，其中，装有允许齿轮比的两段切换的变速器。

参照图10，车辆300包含发动机200、电动发电机MG1、行星齿轮PG、电动发电机MG2、变速器307。车辆400的升压转换单元20和变换器14以及14A具有与图2所示混合动力车1相同的构造，因此，其介绍不再重复。

行星齿轮PG包含：恒星齿轮306，其与电动发电机MG1的转子304一体化地旋转；游星齿轮308，其具有用耦合到发动机200的曲轴302的行星齿轮架312支撑的旋转中心，并绕着恒星齿轮306旋转；环形齿轮410，其作为与游星齿轮的外周啮合的内齿轮。环形齿轮310与电动发电机MG2的转子314一体化体旋转。

变速器307由一组Ravigneau型行星齿轮机构构成。具体而言，其具有作为外齿轮的恒星齿轮312和322。恒星齿轮321与游星齿轮323啮合，游星齿轮323与第二游星齿轮324啮合，第二游星齿轮324与布置为与恒星齿轮321和322同心的环形齿轮325啮合。

游星齿轮323与324均由行星齿轮架326以允许旋转和转动的方式支撑。

恒星齿轮322与游星齿轮324啮合。因此，恒星齿轮321与环形齿轮325和游星齿轮323和324一起构成对应于双游星型行星齿轮机构的机构。另外，恒星齿轮322与环形齿轮325和游星齿轮324一起构成对应于单游星型行星齿轮机构的机构。

另外，变速器307具有：制动器BH，其有选择地固定恒星齿轮321；制动器BL，其有选择地固定环形齿轮325。这些制动器BH和BL为通过摩擦产生接合力的所谓摩擦接合装置，可使用多盘性接合装置或带型接合装置。

图11示出了图10的变速器307中的切换。

参照图10与11，在变速器307中，恒星齿轮为所谓的输入元件，齿轮架326为输出元件。当制动器BH被接合时，较小齿轮比的高速段被设置，当制动器BL代替制动器BH被接合时，较高齿轮比的低速段而不是高速段被设置。

图12为一流程图，其示出了根据实施例2执行的升压转换器的控制。

参照图12，当过程开始时，首先，在步骤S101中判断是否在驱动轮上发生了滑移。

当滑移发生且同样的转矩指令从控制器30发送到电动发电机MG2时，旋转速度急剧增大，因此，电动发电机MG2上的电力损耗急剧增大。当检测到超过规定值的电力变化量时，判断为发生滑移。

如果在步骤S101中判断为发生滑移，过程进行到步骤S102。如果没有在步骤S101中判断为发生了滑移，过程进行到步骤S104。

在步骤S102中，判断变速器307的变速段是低还是高。具体而言，当制动器BH被控制为接合状态时，变速段被判断为设置为高，当制动器BL处于接合状态时，变速段被判断为设置为低。

当在步骤S102中判断为齿轮速度为低时，过程进行到步骤S103。另一方面，如果判断为齿轮速度为高，过程进行到步骤S104。

步骤S103对应于滑移已发生且变速段在滑移时处于低速的情况。在这样的情况下，旋转在滑移时在宽范围上变化，过剩能量在滑移时明显很大。因此，在滑移后且在轮胎的着地和抓地前，升压电压指令值V0预先在步骤S103中以-α降低。通过这种方式，可减轻抓底时的过剩能量的状态。

另一方面，如果过程进行到步骤S104，情况是没有发生滑移或如果已经发生了滑移，变速段已经为高以及滑移时的旋转变化范围相对较小。在这样的情况下，在不改变升压电压指令值的情况下，接下来的控制是可能的，因此，升压电压值被保持在V0。

在过程在步骤S103或S104处结束后，控制在步骤S105中被传送到主程序。

图13示出了装有4速变速器的混合动力车400的构造。

参照图13，混合动力车400包含发动机200、电动发电机MG1与MG2、行星齿轮PG、变速器401。发动机200、电动发电机MG1、行星齿轮PG、电动发电机MG2具有与参照图10介绍的车辆300中类似的构造，因此，不再重复对其的介绍。

变速器401包含离合器C1-C3、制动器B1与B2，单向离合器F1、第一与第二行星齿轮机构。

第一行星齿轮机构包含恒星齿轮402、游星齿轮404、环形齿轮406、行星齿轮架408。

第二行星齿轮机构包含恒星齿轮461、游星齿轮412、环形齿轮410、行星齿轮架414。

恒星齿轮402可由制动器B1固定，并可由离合器C3固定，以便与电动发电机MG2的转子314一体化地旋转。游星齿轮404与恒星齿轮402啮合，并以允许旋转和转动的方式由行星齿轮架408支撑。行星齿轮架408可通过离合器C2固定，以便与电动发电机MG2的转子314一体化地旋转，并可由制动器B2固定，以防止旋转。另外，单向离合器F1被设置为使得行星齿轮架408的操作被限制为仅在一个方向上旋转。

游星齿轮404进一步与作为内齿轮的环形齿轮406啮合。环形齿轮406连系到行星齿轮架414和推进器轴PS，并与这些元件一体化地旋转。

恒星齿轮416为外齿轮，其可通过离合器C1固定，以便与电动发电机MG2的转子314一体化地旋转。游星齿轮412与恒星齿轮416啮合，并以允许旋转和转动的方式由行星齿轮架414支撑。

游星齿轮412的外周与作为内齿轮的环形齿轮410啮合。环形齿轮与行星齿轮架408连系，以便与之一体化地旋转，且其能通过制动器B2固定。

图14示出了变速器401的变速操作。

参照图13与14，当第一速度(1^ST)的齿轮比将被获得时，离合器C1被引入接合状态，离合器C2与C3以及制动器B1被引入释放状态。制动器B2仅在发动机制动进行时被引入接合状态。在第一速度上，由于单向离合器F1的作用，环形齿轮10仅在一个方向旋转。

当齿轮比被设置为第二速度(2^ND)时，离合器C1和制动器B1被接合，离合器C2与C3以及制动器B2被释放。

当齿轮比被设置为第三速度(3^RD)时，离合器C1与C2被接合，离合器C3与制动器B1与B2被释放。

当齿轮比被设置到第四速度(4^TH)时，离合器C2和制动器B1被接合，离合器C1与C3以及制动器B2被释放。

当后进齿轮(REV)将被设置时，离合器C3与制动器B2被接合，离合器C1与C2以及制动器B1被释放。

图15为一流程图，其示出了确定车辆400的升压电压指令值的控制。根据该流程图的过程由规定的主程序调用，并每隔规定时间段或每当满足规定条件时执行。

参照图15，当过程开始时，首先，在步骤S201中，判断是否发生了滑移。如果判断为发生了滑移，过程进行到步骤S202。如果没有判断为发生了滑移，过程进行到步骤S210。

在步骤S202中，判断变速器401的齿轮是否为第一速度。如果判断为变速器401为第一速度，过程进行到步骤S203，如果没有判断为处于第一速度，过程进行到步骤S204。

在步骤S203中，发布以-100V降低升压转换器12的升压电压指令值V0的指令。

在步骤S204中，判断变速器401的齿轮是否为第二速度。如果判断为第二速度，过程进行到步骤S205，如果判断为不是第二速度，过程进行到步骤S206。

在步骤S205中，发布以-80V降低升压转换器12的升压电压指令值V0的指令。

当过程进行到步骤S206时，判断变速器401的齿轮是否为第三速度。如果判断为第三速度，过程进行到步骤S207，如果判断为不是第三速度，过程进行到步骤S208。

在步骤S207中，发布以-60V降低升压转换器12的升压电压指令值V0的指令。

当过程进行到步骤S208时，判断变速器401的齿轮是否为第四速度。如果判断为第四速度，过程进行到步骤S209，如果判断为不是第四速度，过程进行到步骤S210。

在步骤S209中，发布以-40V降低升压转换器12的升压电压指令值V0的指令。

在步骤S210中，保持当前的升压电压指令值V0。

在步骤S203、S205、S207、S209、S210的任何一个执行结束时，控制在步骤S211中传递到主程序。

如上所述，当变速器被布置在车轮与电动发电机MG2的输出轴之间，滑移在变换器上的影响以及升压转换器上的影响依赖于变速器的齿轮速度而不同。因此，通过根据齿轮速度控制升压转换器的指令值，可实现最优控制。

类似地，可使用齿轮速度的信息来设置控制模式的切换。

图16为一流程图，其示出了使用关于齿轮速度的信息切换控制模式的控制。根据该流程图的过程由规定的主程序调用，并且每隔规定的时间段执行，或每当满足规定的条件时执行。

参照图16，当过程开始时，首先，在步骤S251中，判断是否发生了滑移。如果判断为发生了滑移，过程进行到步骤S252。如果没有判断为发生了滑移，过程进行到步骤S260。

在步骤S252中，判断变速器401的齿轮是否为第一速度。如果判断为变速器401处于第一速度，过程进行到步骤S253，如果没有判断为第一速度，过程进行到步骤S254。

在步骤S253中，控制器30所执行的变换器14A的控制模式被设置为具有良好响应的正弦PWM模式。

在步骤S254中，判断变速器401的齿轮是否为第二速度。如果判断为第二速度，过程进行到步骤S255，如果判断为不是第二速度，过程进行到步骤S256。

在步骤S255中，作为变换器14A的控制模式，保持上一次程序根据此流程图判断的控制模式。

当过程进行到步骤S256时，判断变速器401的齿轮是否第三速度。如果判断为第三速度，过程进行到步骤S257，如果判断为不是第三速度，过程进行到步骤S258。

在步骤S257中，作为变换器14A的控制模式，保持上一次程序根据此流程图判断的控制模式。

当过程进行到步骤S258时，判断变速器401的齿轮是否为第四速度。如果判断为第四速度，过程进行到步骤S259，如果判断为不是第四速度，过程进行到步骤S260。

在步骤S259中，作为变换器14A的控制模式，保持上一次程序根据此流程图判断的控制模式。

在步骤S210中，同样，作为变换器14A的控制模式，保持上一次程序根据此流程图判断的控制模式。

在步骤S253、S255、S257、S259、S260的过程结束时，控制在步骤S211处传递给主程序。

步骤S255、S257或S259可被设置为过调制PWM控制模式，其具有次于正弦PWM控制模式的第二最好响应。

图17为运行波形图，其示出了执行实施例2的控制的实例。

参照图17，横坐标表示时间，绘制升压转换器12的目标电压指令VH0、转矩指令TR、电机旋转速度Nm、控制模式。

直到时间点t1，车辆正常行驶，在t1与t2之间，发生车轮的空转，车辆处于滑移状态，这是因为其在障碍物等等上面行驶。此时，因为电流的增大等等，滑移判断标记F从关闭切换到开启。作为响应，控制模式在时间t1上从正弦PWM控制模式切换到过调制PWM控制模式，在时间t2上，进一步从过调制PWM控制模式切换到正弦波控制模式。

图18示出了控制模式的切换。

举例而言，如果变速器齿轮在滑移时为低，旋转速度的变化范围宽，因为初始转矩在滑移时大。换句话说，旋转速度增大到高的值。因此，参照图18，旋转速度N增大，同时，转矩T近似为相同，控制模式做出从点P1上的正弦PWM控制模式到点P2上的过调制PWM控制模式并进一步到点P3上的矩形波控制模式的转换。

刚刚在滑移之后，在时间点t2与t3之间，车轮做出到抓地状态的转变，在时间点t3与t4之间，电机旋转速度Nm减小。如果刚好在滑移之后的控制模式为矩形波控制且抓地突然发生，控制响应是不够的，可能导致控制失败。

为了防止这种情况，当做出滑移的判断时，如果齿轮速度低(其具有显著的影响)，控制模式应当预先切换到具有高可控制性的正弦PWM控制模式。

图19进一步示出了在发生抓地后的控制模式的切换。

参照图17和19，在时间点t3与t4之间，控制模式从矩形控制模式切换到过调制PWM控制模式，并进一步切换到正弦PWM控制模式。

在图19中，从点P3经过点P4，控制模式被切换到点P5上的正弦PWM模式。这里，在绘制旋转速度与转矩的图的某些区域中，转矩大大减小，可能达到图19所示的0转矩，且在这里容忍这样的现象。由于转矩在这里减小，电动发电机MG2的电力消耗迅速减小，因此，电动发电机MG1产生的电力量可能是过大的，可能导致图2所示电容器C2上的电压的增大。

为了解决这样的问题，在滑移判断时，如果变速器处于低齿轮，预先降低升压电压的目标值。另外，当使用图15所示的多速变速器时，根据齿轮速度，减小升压电压目标值的量可在多级中改变。

如上所述，在实施例2中，在齿轮速度通过变速器改变的车辆中，由于能量变化范围依赖于齿轮速度而变化，设置适合于齿轮速度的目标电压和控制模式，故目标电压的变化范围得到最小化，而变换器上的过电压可以得到防止。

尽管详细介绍和示出了本发明，应当明了其仅仅是以说明和举例的方式示出，不是采用限制的方式，本发明的精神和范围仅仅由所附权利要求的条款限制。

Claims

1.一种车辆控制器，所述车辆包含至少一个驱动车轮的电机、驱动所述电机的变换器以及向所述变换器供给dc电源电流的升压转换器，所述控制器包含：

控制部分，其以切换方式在所述变换器上进行矩形波控制和非矩形波控制；其中，

所述控制部分具有作为判断基准的紧急切换条件，所述紧急切换条件用于在检测到车轮的滑移时将控制从所述矩形波控制切换到所述非矩形波控制，在所述矩形波控制正在执行时，当满足所述紧急切换条件时，所述控制部分指示所述升压转换器进行防止所述变换器出现过电压的处理。

2.根据权利要求1的车辆控制器，其中，

所述控制部分向所述升压转换器指示升压目标电压，作为防止所述变换器出现过电压的处理，所述目标电压被降低。

3.根据权利要求1的车辆控制器，其中，

所述非矩形波控制为过调制PWM控制或正弦PWM控制。

4.根据权利要求1的车辆控制器，其中，

所述控制部分根据从所述变换器流到所述电机的电流判断是否满足所述紧急切换条件。

5.根据权利要求4的车辆控制器，其中，

当从所述变换器供到所述电机的q轴电流超过规定阈值时，所述控制部分判断为满足所述紧急切换条件。

6.根据权利要求5的车辆控制器，其中，

与从所述变换器供到所述电机的I轴电流对应地预先确定所述q轴电流的所述规定阈值。

7.根据权利要求1的车辆控制器，其中，

所述车辆还包含用于以可变的速度向车轴传送所述电机的驱动力的多级变速器；且

当满足所述紧急切换条件时，所述控制部分根据所述多级变速器的速度改变向所述升压转换器的指示。

8.一种车辆，其包含：

至少一个驱动车轮的电机；

驱动所述电机的变换器；

向所述变换器供给dc电源电流的升压转换器；以及

以切换方式在所述变换器上进行矩形波控制和非矩形波控制的控制部分；其中，

9.根据权利要求8的车辆，其中，

10.根据权利要求8的车辆，其中，

所述非矩形波控制为过调制PWM控制或正弦PWM控制。

11.根据权利要求8的车辆，其中，

12.根据权利要求11的车辆，其中，

13.根据权利要求12的车辆，其中，

14.根据权利要求8的车辆，其还包含：

用于以可变的速度向车轴传送所述电机的驱动力的多级变速器；其中，

15.一种控制车辆的方法，所述车辆包含至少一个驱动车轮的电机、驱动所述电机的变换器、向所述变换器供给dc电源电流的升压转换器，所述方法包含以下步骤：

判断是否正在所述变换器上执行矩形波控制；以及

在正在执行所述矩形波控制时，当在检测到车轮滑移时满足用于将控制从所述矩形波控制切换到非矩形波控制的紧急切换条件时，指示所述升压转换器进行防止所述变换器出现过电压的处理。

16.根据权利要求15的控制车辆的方法，其中，

所述车辆还包含用于以可变的速度向车轴传送所述电机的驱动力的多级变速器；

所述控制方法还包含以下步骤：

当满足所述紧急切换条件时，根据所述多级变速器的速度改变向所述升压转换器的指示。