CN101926087B - 旋转电机控制系统以及车辆驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有使直流电源的输出升压这一功能的旋转电机控制系统，抑制伴随在升压开始时产生的过渡性电压的上升而在直流电源发生过电流的情况。其具备：设置在直流电源和旋转电机之间，使直流电源的输出变换成交流的频率变换部；设置在直流电源和频率变换部之间，基于升压指令值使直流电源的输出升压的电压变换部；控制频率变换部以及电压变换部的控制部，以旋转电机的目标转矩以及旋转速度超越了基于它们的相关关系而设定的规定的转移边界作为条件，在控制部进行使之从非升压控制转移至升压控制这一控制之际，以从直流电源的可输出容许功率中扣除了在转移之际过渡地产生的上升功率后的功率即可升压功率WS作为基准，并在旋转电机的消耗功率为可升压功率(WS)以下的区域中设定转移边界(K3)。

Description

旋转电机控制系统以及车辆驱动系统
技术领域
本发明涉及具有使直流电源的输出升压的电源变换部，并对用于驱动车辆的旋转电机进行控制的旋转电机控制系统。另外，还涉及具备该旋转电机控制系统的车辆驱动系统。
背景技术
近年来，人们提出了与借助使化石燃料燃烧的内燃机来进行驱动的汽车相比，环境负荷较小的汽车。借助于作为旋转电机的电动机进行驱动的电动汽车及借助于内燃机以及电动机进行驱动的混合动力汽车就是其中一例。对搭载于电动汽车及混合动力汽车中的电动机，人们期待其能够在整个很宽的速度范围(转速范围)内发挥适合于驾乘驱动的良好转矩
作为旋转电机(电动机及发电机)的电动机基于通过磁场和电流产生力(转矩)这一原理而工作。但是，当电动机处于旋转中，在磁场之中力也起作用，产生所谓的反电动势。因反电动势在妨碍用于产生转矩的电流的流动的方向上产生，故减少了为使电动机旋转而流过磁场的电流，降低了力(转矩)。因反电动势随着电动机转速的上升也增加，故当转速达到某一值则由反电动势所产生的电流会达到驱动电流，电动机就变得无法控制。因而，进行减弱产生磁场的励磁力以抑制反电动势的发生的“弱励磁控制”。但是，若进行弱励磁控制，则因减弱励磁力而使磁场强度亦降低，所获得的最大转矩就会降低。另外，损失增加所导致的效率降低也备受指责。
针对这一问题，在日本特开平10-66383号公报(专利文献1)中提出了如下技术方案：将用于对电动机供给驱动功率的电池的电压升压，以使转移到弱励磁控制的转速向更高的转速进行转移。根据这一技术，根据由转矩和转速所设定的电动机的目标工作点的位置，通过升压电路(变换器)使电池的电压升压。据此，就可以使进行弱励磁控制的区域向高输出侧(高转矩侧以及高转速侧)进行转移。在专利文献1所记载的例子中，通过设定多级升压电压值，而使不进行弱励磁控制的通常励磁控制(一般而言为最大转矩控制)的区域逐级地扩大。
在开始升压时，如日本特开2005-210779号公报(专利文献2)及国际公开第WO2003/015254号小册子(专利文献3)所记载那样，通过PWM(脉宽调制)等来控制根据旋转电机的旋转速度以及目标转矩所计算出的逆变器的输入电压目标值即升压电路(变换器)的输出电压。然后，升压后的电压良好地跟踪所需要的电压。
专利文献1：日本特开平10-66383号公报(第3～12段落，图1、2等)
专利文献2：日本特开2005-210779号公报(第55～59段落等)
专利文献3：国际公开第WO2003/015254号小册子(权利要求第1项等)
发明内容
另一方面，在非升压时，也就是说从电池的电压为驱动电动机的逆变器(inverter)的输入电压的状态开始升压的情况下，对在非升压时固定地进行控制的变换器的开关元件，开始基于PWM控制的开关控制。此时，为了可靠地阻止变换器的短路，而设定用于将构成变换器(converter)的高压侧以及低压侧的开关元件均设为断开状态的死区时间(dead time)。因死区时间的影响，在升压目标值上升的状况下存在无法从电池的电压开始遍及规定的电压范围升压的区域。因此，超过此规定电压就能够初次开始升压，升压电压急速地上升。在像这样升压电压急剧地变化这种状况下，就会产生控制装置取得升压后的电压测定值为止的传递时间及控制装置中的运算时间等所造成的响应延迟。因这一影响，旋转电机被施加低于实际电压的电压来进行驱动控制。这样，由于实际上施加的电压高于由控制装置所识别的电压测定值，旋转电机就输出大于目标转矩的转矩。其结果，旋转电机的消耗电流就不必要地增大，从电池输出包含所增大的部分在内的许多消耗电流。也就是说，在旋转电机以高转矩进行运行，电池的消耗功率较大的状态下，若源于变换器的升压电压急剧地上升，就有从电池输出超过需要电流以上的电流而成为过电流的可能性。即便利用专利文献2的技术来实施转矩限制，因未考虑升压后的电压测定值的传递时间等延迟时间，因而是不充分的。
本发明就是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供如下技术，在具有用于使直流电源的输出升压的电源变换部的旋转电机控制系统中抑制伴随在升压开始时产生的过渡电压的上升而在直流电源中发生过电流的情况。
用于达到上述目的的本发明所涉及的旋转电机控制系统之特征构成在于：一种旋转电机控制系统，具备：
频率变换部，其设置在对用于驱动车辆的旋转电机供给功率的直流电源和上述旋转电机之间，至少在上述旋转电机牵引之际将上述直流电源的输出变换成交流；
电压变换部，其设置在上述直流电源和上述频率变换部之间，基于根据上述旋转电机的目标转矩以及旋转速度而设定的升压指令值使上述直流电源的输出升压；以及
控制部，其控制上述频率变换部以及上述电压变换部，
上述控制部在以上述旋转电机的上述目标转矩以及上述旋转速度超越了基于它们的相关关系而设定的规定的转移边界作为条件，进行从上述直流电源的输出没有升压而经由上述电压变换部供给到上述频率变换部的非升压控制转移至由上述电压变换部升压后供给上述频率变换部的升压控制这一控制之际，
以从上述直流电源可输出的容许功率中扣除了在该转移之际过渡性地产生的上升功率后的功率即可升压功率作为基准，并在上述旋转电机的消耗功率为上述可升压功率以下的区域中设定上述转移边界。
根据这一特征构成，以从容许功率中扣除了从非升压控制向升压控制进行转移时过渡产生的上升功率后的功率即可升压功率作为基准，并在旋转电机的消耗功率没有超过此可升压功率的区域中设定转移边界。因而，即便在从非升压控制向升压控制进行转移时过渡地产生上升功率，旋转电机的消耗功率也不会超过容许功率，能够良好地抑制直流电源的过电流。
另外，优选本发明所涉及的旋转电机控制系统的上述转移边界根据上述目标转矩的最大值而设定。
目标转矩越大，旋转电机其消耗功率越大。从而，容许功率和消耗功率之差就随着目标转矩变高而变小。另外，目标转矩越大则过渡地产生的上升功率也变得越大。目标转矩最大时的上升功率在发生的上升功率之内为最大值。也就是说，在消耗功率上相加了上升功率的总消耗功率在目标转矩最大时成为最大值。根据本特征，在总消耗功率最大的情况下也以不超过容许功率的方式设定转移边界。因此，不论目标转矩如何，都可以可靠地抑制伴随在升压开始时产生的过渡的电压上升而发生直流电源的过电流的情况。
另外，优选本发明所涉及的旋转电机控制系统的上述可升压功率被设定为从上述容许功率中扣除了上述目标转矩为最大时产生的上述上升功率后的功率。
如上所述，目标转矩最大时的上升功率在发生的上升功率之内为最大值。从而，从容许功率中扣除了上升功率后的可升压功率在目标转矩最大时变得最小。由于以这一可升压功率作为基准来设定转移边界，所以不论目标转矩的大小如何，都可以可靠地抑制伴随在升压开始时产生的过渡的电压上升而发生直流电源的过电流的情况。
这里，优选上述转移边界随着上述目标转矩升高而设定于低功率侧。
如上所述，旋转电机是目标转矩越大其消耗功率变得越大。从而，容许功率和消耗功率之差就随着目标转矩变高而变小。另外，目标转矩越大则过渡地产生的上升功率也变得越大。也就是说，在消耗功率中加入了上升功率的总消耗功率随着目标转矩变大而变大。通过随着目标转矩变大而在低功率侧设定转移边界，就能够使上升功率经过加法运算时的消耗功率之值变小，能够抑制总消耗功率。其结果，就可以良好地抑制伴随在升压开始时产生的过渡电压的上升而发生直流电源的过电流的情况。
另外，优选本发明所涉及的旋转电机控制系统的上述可升压功率被设定为以从上述容许功率中扣除了上述目标转矩为最大时产生的上述上升功率后的功率为最低值，并随着上述目标转矩变低而成为较高的值。
如上所述，旋转电机是目标转矩越大其消耗功率变得越大，过渡产生的上升功率也变得越大。目标转矩最大时的上升功率在发生的上升功率之内为最大值。因此，从容许功率中扣除了上升功率后的可升压功率在目标转矩最大时变得最小。另一方面，因上升功率随着目标转矩从最大值变低而变小，故可升压功率与其相应能够采用较高的值。若以从容许功率中扣除了目标转矩最大时产生的上升功率后的功率作为最低值，可升压功率随着目标转矩变低而设定成较高的值，则设定与目标转矩相应的转移边界，而不会在目标转矩较低的状态下实施不必要的升压。从而，就可以抑制伴随不必要升压的开关损失等，并且可以良好地抑制伴随在升压开始时产生的过渡电压的上升而发生直流电源的过电流的情况。
另外，本发明所涉及的旋转电机控制系统能够优选应用于以下情况：上述电压变换部具有一端连接到上述直流电源的电抗器；连接该电抗器的另一端和上述频率变换部的正极侧的上级开关元件；连接该电抗器的另一端和上述频率变换部的负极侧的下级开关元件，
上述上升功率在从上述非升压控制向上述升压控制进行转移之际，起因于用于将上述上级开关元件和上述下级开关元件均控制成断开状态的死区时间而过渡性地产生。
若电压变换部如上述那样构成则能够通过简单的构成而实现升压电路。另外，在电压变换部如上所述而构成的情况下，为了可靠地防止在从非升压控制向升压控制进行转移时，电压变换部的上级以及下级开关元件均成为接通状态、即正极侧和负极侧发生短路而设置死区时间。因而，通过设置死区时间就能够良好地抑制旋转电机控制系统的故障等。但是，因为在死区时间中无法升压，故与各个系统相应的规定的电压范围就无法升压。也就是说，在从非升压控制向升压控制进行转移时，电压变换部的输出就会超过此电压范围并急剧大幅度地上升。而且，因与这一急剧电压上升相对的频率变换部等的跟踪延迟，有时候会过渡性地发生上升功率，从直流电源输出较大的电流而导致过电流。但是，因鉴于起因于死区时间所产生的上升功率而设定转移边界，所以能够良好地抑制过电流的发生。
另外，本发明所涉及的车辆驱动系统能够采用以下构成：具备上述本发明所涉及的旋转电机控制系统，且具备第1旋转电机和第2旋转电机作为上述旋转电机，
还具备动力分配机构，该动力分配机构对由上述第1旋转电机以及上述第2旋转电机以外的驱动源发生的驱动力进行分配，由上述动力分配机构所分配的一方驱动力传递到车轮，另一方驱动力传递到上述第1旋转电机，而且由上述第2旋转电机所发生的驱动力传递到上述车轮。
这一构成的车辆驱动系统能够实现具备一对旋转电机和该一对旋转电机以外的驱动源(例如发动机)的进行所谓分离形式的动力分配的混合动力车辆。而且，该混合动力车辆以满足这些旋转电机所要求的转速以及转矩的形式来实现一对旋转电机的运行，进而，通过单一电压变换部容易地实现了使一对旋转电机分别获得所需要的电压这样形式的系统。
进而，优选本发明的车辆驱动系统的构成为：
上述动力分配机构包含行星齿轮机构，该行星齿轮机构按旋转速度的顺序具有第1旋转构件、第2旋转构件以及第3旋转构件，
上述第1旋转电机连接到上述第1旋转构件，上述旋转电机以外的驱动源连接到上述第2旋转构件，上述第2旋转电机以及上述第3旋转构件连接到车轮。
通过采用这一构造，就能够使用单一行星齿轮机构容易地实现进行分离形式的动力分配的混合动力车辆。
附图说明
图1是示意性地表示车辆驱动系统的驱动系统的构成的框图。
图2是示意性地表示旋转电机控制系统的构成的框图。
图3是旋转电机的旋转速度和转矩的相关图。
图4是表示升压开始时的过渡性现象的说明图。
图5是表示升压开始时的过渡性现象的说明图。
图6是旋转电机的转矩和上升功率的相关图。
图7是表示直流电源的V/I特性的分布图。
图8是在旋转电机的旋转速度和转矩的相关图中设定转移边界的说明图。
图9是表示每个目标转矩的升压目标电压的曲线图。
具体实施方式
下面，边参照附图边就本发明所涉及的旋转电机控制系统一实施方式进行说明。该旋转电机控制系统被安装到车辆驱动系统中，用于该车辆驱动系统中所装备的旋转电机的运行控制。图1是示意性地表示车辆驱动系统200的驱动系统的构成的框图，图2是示意性地表示为了控制旋转电机MG1、MG2而设置的以旋转电机驱动装置In为主的旋转电机控制系统的构成的框图。旋转电机驱动装置In相当于本发明的旋转电机控制系统。
如图1所示，在车辆上具备作为内燃机的发动机E；一对旋转电机MG1、MG2。该车辆驱动系统200是所谓的混合动力系统，在发动机E和车轮W之间具备混合动力驱动装置1。作为发动机E，可以采用汽油发动机及柴油发动机等公知的各种内燃机。如后所述，旋转电机MG1、MG2分别作为电动机(motor)或者发电机(generator)而工作。从而，在下面的说明中不需要特别地指定某个旋转电机时，有时候省略标记MG1、MG2。车辆可以从作为电动机而工作的旋转电机或者发动机E获得驱动力而行驶。另外，由发动机E所发生的驱动力的至少一部分在作为发电机而工作的旋转电机中变换成功率，以供电池B的充电或者作为电动机而工作的旋转电机的驱动之用。进而，在制动时，还可以利用制动力通过旋转电机进行发电，并在电池B中再生功率。
混合动力驱动装置1的输入轴I连接到发动机E的曲轴等输出旋转轴上。此外，最好是做成输入轴I与发动机E的输出旋转轴之间经由减振器及离合器等进行连接的结构。混合动力驱动装置1的输出经由差速器装置D等而传递到车轮W。进而，输入轴I联结到动力分配机构P1的行星齿轮架ca上，在车轮W上经由差速器装置D连接的中间轴M被联结到内齿轮r。
第1旋转电机MG1具有定子St1和自由旋转地被支承在此定子St1的径向内侧的转子Ro1。此第1旋转电机MG1的转子Ro1以与动力分配机构P1的太阳轮s一体旋转的方式进行联结。另外，第2旋转电机MG2具有定子St2和自由旋转地被支承在此定子St2的径向内侧的转子Ro2。此第2旋转电机MG2的转子Ro2以与输出齿轮O一体旋转的方式进行联结，并连接到差速器装置D的输入侧。
第1旋转电机MG1以及第2旋转电机MG2如图1所示，经由旋转电机驱动装置(逆变器装置)In电连接到电池(直流电源)B上。第1旋转电机MG1以及第2旋转电机MG2构成为可以分别起到接受功率的供给以发生动力的电动机(motor)的功能；和接受动力的供给以发生功率的发电机(generator)的功能。
在本实施方式中的构成例，第1旋转电机MG1主要是作为发电机而发挥功能，并供给用于对电池B进行充电或者驱动第2旋转电机MG2的功率，发电机借助于经由动力分配机构P1的太阳轮s所输入的驱动力来进行发电。但是，有时候在车辆高速行驶时等，第1旋转电机MG1还作为电动机而发挥功能。另一方面，第2旋转电机MG2主要是作为辅助车辆行驶用的驱动力的电动机而发挥功能。另外，在车辆减速时等，第2旋转电机MG2作为将车辆的惯性力再生为电能的发电机而发挥功能。这种第1旋转电机MG1以及第2旋转电机MG2的运行通过TCU(trans-axle control unit)10(参照图2)进行控制。TCU10作为本发明的控制部而发挥功能，如后所述经由电压变换部4以及频率变换部5来控制旋转电机MG1及MG2。
如图1所示，动力分配机构P1由与输入轴I呈同轴状而配置的单小齿轮型的行星齿轮机构而构成。亦即、动力分配机构P1作为旋转构件具有支承多个小齿轮的行星齿轮架ca；分别与上述小齿轮相啮合的太阳轮s以及内齿轮r。作为第1旋转构件的太阳轮s以与第1旋转电机MG1的转子Ro1一体旋转的方式进行连接。作为第2旋转构件的行星齿轮架ca以与发动机E的输出旋转轴上所连接的输入轴I一体旋转的方式进行连接。作为第3旋转构件的内齿轮r以与中间轴M一体旋转的方式进行连接，内齿轮r经由中间轴M连接到差速器装置D。
在图1所示的构成中，第1旋转电机MG1连接到作为第1旋转构件的太阳轮s，旋转电机MG1及MG2以外的驱动源即发动机E连接到作为第2旋转构件的行星齿轮架ca。然后，第2旋转电机MG2以及作为第3旋转构件的内齿轮r经由差速器装置D连接到车轮W。但是，驱动系统的构成并不限定于此构成。第2旋转电机MG2既可以是直接连接到差速器装置D的形式，也可以是连接到第3旋转构件或者其他驱动传递构件上，并经由这些旋转构件及驱动传递构件而连接到差速器装置D的形式。
图2是示意性地表示以旋转电机驱动装置In为核心的旋转电机控制系统的构成的框图。此旋转电机控制系具备电池B和各旋转电机MG1、MG2；介于两者之间安装的旋转电机驱动装置In。另外，旋转电机驱动装置In从电池B一侧起具备电压变换部(变换器)4、频率变换部(逆变器)5。如图2所示，在本实施方式中作为频率变换部5，分别对一对旋转电机MG1、MG2逐个地设置有频率变换部51和52。在频率变换部5和各旋转电机MG1、MG2之间具备用于对流经旋转电机的电流进行计测的电流传感器13。此外，虽然在本例中表示对三相全部的电流进行计测的构成，但因三相处于平衡状态其瞬时值之总和为零，故还可以仅仅对两相的电流进行计测，在TCU10中通过运算来求解剩余一相的电流。此外，电池B可以向旋转电机MG1、MG2供给功率，并且还可以从旋转电机MG1、MG2接受功率的供给以进行蓄电。
电压变换部4具有电抗器4a、滤波电容器4b、上下一对开关元件4c、4d、放电用电阻器4e、平滑电容器4f。作为开关元件4c、4d最好是应用IGBT(insulated gate bipolar transistor)或MOSFET(metal oxidesemiconductor field effect transistor)。在本实施方式中例示采用IGBT而构成的情况。
电压变换部4的上级开关元件4c的发射极连接到下级开关元件4d的集电极，同时经由电抗器4a连接到电池B的正极侧。上级开关元件4c的集电极连接到频率变换部5的输入正极侧。下级开关元件4d的发射极连接到电池B的负极侧(接地)。因频率变换部5的输入负极侧也接地，故下级开关元件4d的发射极与频率变换部5的输入负极侧相连接。
上级开关元件4c以及下级开关元件4d的栅极经由驱动电路7(7C)连接到TCU10。开关元件4c、4d通过TCU10进行控制，使来自电池B的电压升压并提供给频率变换部5。TCU10基于根据旋转电机的目标转矩而设定的升压指令值来控制开关元件4c、4d。具体而言，TCU10将上级开关元件4c设成断开状态，并对下级开关元件4d例如进行PWM控制，由此来切换接通/断开以使电池B的电压升压并输出。另一方面，在旋转电机进行再生运行的情况下，电压变换部4将由旋转电机所发电的功率再生至电池B。例如，TCU10将下级开关元件4d设成断开状态，并将上级开关元件4c控制成接通状态，由此经由电压变换部4使功率再生。此外，在将由旋转电机所发电的功率进行降压以使其再生到电池B的情况下，也可以对上级开关元件4c进行PWM控制。
频率变换部5由电桥电路构成。在频率变换部5的输入正极侧和输入负极侧之间串联连接两个开关元件，此串联电路并联连接3条线。也就是说，在旋转电机MG1、MG2的定子线圈U相、V相、W分别构成与一组串联电路对应的电桥电路。在图2中，
标记8a是U相的上级侧开关元件，
标记8b是V相的上级侧开关元件，
标记8c是W相的上级侧开关元件，
标记8d是U相的下级侧开关元件，
标记8e是V相的下级侧开关元件，
标记8f是W相的下级侧开关元件。此外，最好是对于频率变换部5的开关元件8a～8f也应用IGBT或MOSFET。在本实施方式中，例示了采用IGBT的情况。
如图2所示，各相的上级侧开关元件8a、8b、8c的集电极连接到电压变换部4的输出正极侧(频率变换部5的输入正极侧)，发射极连接到各相的下级侧开关元件8d、8e、8f的集电极。另外，各相的下级侧开关元件8d、8e、8f的发射极连接到电压变换部4的输出负极侧(频率变换部5的输入负极侧)、即电池B的负极侧(接地)。各开关元件8a～8f的栅极经由驱动电路7(7A、7B)连接到TCU10，并分别单独地进行开关控制。
配成对儿的各相的开关元件(8a、8d)、(8b、8e)、(8c、8f)所形成的串联电路的中间点(开关元件的连接点)9u、9v、9w分别连接到旋转电机MG1及MG2的U相、V相、W相的定子线圈(绕组)。向各线圈供给的驱动电流通过电流传感器13来进行检测。TCU10接受电流传感器13的检测值，并用于反馈控制。
另外，在旋转电机MG1、MG2上具备作为旋转检测部之一部分发挥功能的分解器等旋转检测传感器11、12，以检测转子Ro1、Ro2的旋转角(机械角)。旋转检测传感器11、12根据转子Ro1、Ro2的极数(极对数)而设定，还可以将转子Ro1、Ro2的旋转角变换成电角度θ，并可输出与电角度θ相应的信号。TCU10基于此旋转角来运算旋转电机MG1及MG2的旋转速度(角速度ω)和频率变换部5的各开关元件8a～8f的控制定时。
TCU10通过基于针对旋转电机MG1及MG2的目标转矩以及旋转速度(转速)对这些开关元件8a～8f进行PWM控制，向各旋转电机MG1、MG2供给三相交流驱动电流。据此，各旋转电机MG1、MG2根据目标转矩而进行牵引。在旋转电机MG1及MG2作为发电机而工作，从旋转电机侧接受功率时，TCU10对频率变换部5进行控制以便将规定频率的交流变换成直流。
图3是旋转电机的旋转速度和转矩的相关图。如上述那样，旋转电机驱动装置In具备电压变换部4，可以使电池B的直流电压升压。亦即、使对旋转电机供给驱动功率的电池B的电压升压，以使将转移到弱励磁控制的旋转速度及转矩向更高的旋转速度及转矩进行转移。图中的标记K2(K)表示由电压变换部4开始升压的转移边界。如从图3所知那样，转移边界K2(K)是基于旋转电机的目标转矩以及旋转速度的相关关系而设定的。
在旋转电机的旋转速度以及目标转矩的绝对值的至少一方大于转移边界K2的情况下，通过电压变换部4使电池B的输出升压。升压的目标值即升压指令值作为升压后的电压值，既可以逐级地进行设定，也可以无级地进行设定。图中的标记K1表示设定最大的升压指令值的边界，标记TK1表示在基于此升压指令值经过升压的情况下，旋转电机可以输出的转矩区域。
TCU10以旋转电机的目标转矩以及旋转速度超越了转移边界K2作为条件，使电压变换部4的控制状态转移。具体而言就是进行如下控制：自使电池B的输出没有升压而经由电压变换部4供给到频率变换部5的非升压控制转移至由电压变换部4升压后供给频率变换部5的升压控制。在这一升压开始之际，也就是说超过了转移边界K2之际，因电压变换部4的死区时间以及包含TCU10在内的反馈控制的响应延迟的影响而引起过渡性的消耗功率上升。如上所述，电压变换部4具有一端连接到电池B的电抗器4a；将电抗器4a的另一端和频率变换部5的正极侧进行连接的上级开关元件4c；将电抗器4a的另一端和频率变换部5的负极侧进行连接的下级开关元件4d。从非升压控制向升压控制转移之际，设置用于将上级开关元件4c和下级开关元件4d均控制成断开状态的死区时间，起因于此，过渡性地发生消耗功率的上升。
这里，就升压开始之际、也就是说超过了转移边界K2之际发生的过渡性的消耗功率上升进行说明。图4以及图5是表示升压开始时的过渡性现象的说明图。在图4的上段示意性地表示的波形是表示利用电压变换部4升压后的电压VC的波形。在图4的中段示意性地表示的波形是表示频率变换部5的调制率的波形。在图4的下段示意性地表示的波形是表示旋转电机的电流(IMG1及IMG2)的波形。
在上述死区时间中，因电压变换部4的开关元件4c、4d均被控制成断开状态，故无法升压。因此，在升压目标值上升的状况下与各个系统相应的规定的电压范围就变得无法升压。当死区时间经过，从非升压控制转移至升压控制时，电压变换部4的输出就超过此电压范围而急剧大幅度地上升。在旋转电机驱动装置In中具备未图示的电压传感器，计测电池B的电压VB及利用电压变换部4升压后的电压VC，其结果被TCU10所取得。此时，因利用硬件的滤波器或利用软件的滤波器、与TCU10的工作时钟相应的取样间隔等的影响，有时候TCU10无法高精度地取得急剧地上升的电压VC的值。也就是说，如在图4的上段通过实线示意性地表示那样，尽管实际上电压VC急剧地上升，但TCU10却检测为电压VC如虚线所示那样缓慢地上升。
TCU10根据所取得的电压VC、也就是说频率变换部5的输入侧的直流电压的电压值，来运算变换成交流时的调制率。具体而言，就是运算PWM控制的占空比。此时，因为将电压VC识别为比实际值低的值，所以计算出比必要的调制率高的调制率，并根据此调制率对频率变换部5进行PWM控制。如在图4的中段通过实线示意性地表示那样，尽管实际上必须急剧地使调制率降低，但却如虚线所示那样缓慢地使调制率降低。
其结果，旋转电机接受相对于目标转矩过大的功率供给被驱动，旋转电机中流过的电动机电流(例如第2旋转电机MG2的电动机电流IMG2)增加。也就是说，如在图4的下段使用单点划线示意性地表示那样，产生脉动状的过渡电流。流经旋转电机的电流通过电流传感器13来计测，其计测结果被输入到TCU10。然后，通过反馈控制如在图4的中段使用单点划线示意性地表示那样对调制率进行调整。但是，因具有这种花费在电压以及电流测定上的延迟时间、以及源于TCU10的反馈控制的响应延迟，所以无法完全地抑制过渡电流的发生。
因这一过渡电流是从电池B中输出，故在旋转电机以高负荷进行旋转等消耗功率较大的条件下，就有可能超过电池B能够输出的容许电流而使其处于过电流的状态。
图5的波形图分别是上段示意性地表示电池B的功率WB，中段示意性地表示电池B的电流IB，下段示意性地表示升压后的电压VC。如上所述，因脉动状的过渡电流为来自电池B的带出现象，故在电池B的电流IB中也产生脉动。当然，在电池B的功率WB上也就产生脉动。在旋转电机以高负荷进行驱动，旋转电机的电流(IMG1及IMG2)增加时，电池B的电流IB也增加。电池B的电压VB伴随电池B的电流IB增加而降低。在非升压控制时，因为电压变换部4的输出电压VC为电池电压VB，所以电压变换部4的输出电压VC如图5的下段所示那样伴也随于电池B的电流IB的增加而降低。
另一方面，电压变换部4的升压指令值根据旋转电机的旋转速度以及目标转矩而决定，设此升压指令值为升压后的升压目标值E。在旋转电机以高负荷进行驱动的情况下，因升压目标值E也有上升倾向，故在时刻t升压目标值E超过电压变换部4的输出电压VC，电压变换部4开始升压动作。
此时，如上所述，为了可靠地防止电压变换部4的短路而设置死区时间DT，因此在电压变换部4的开关元件的接通时间小于死区时间DT时，实际上就无法进行开关，所以电压变换部4无法升压。若在电池电压VB和升压目标值E之间使差值增大规定的不可升压电压VD，则因开关元件的接通时间大于死区时间DT而实际地开始进行开关。其结果，在电池电压VB和升压目标值E之间的差值大于不可升压电压VD以后，包含不可升压电压VD在内就一直升压，所以升压后的电压VC急剧地上升。若包含因这一电压急剧上升而产生的脉动电流的电池B的电流IB超过电池B的电流上限值(容许电流IBMAX)则成为电池过电流。
为了抑制向弱励磁控制的转移，使电池B的电压VB升压的转移边界K2上的升压目标值E及不可升压电压VD的值成为与旋转电机驱动装置In的系统构成相应的规定值。从而，从非升压控制转移到升压控制时的电池B的电压VB也为大致确定的值。因此，上限值、即容许值还能够根据电池的功率WB来规定(容许功率WBMAX)。因此，只要使电压VC急剧地上升时的电池功率WB不超过容许功率WBMAX，就可以抑制电池B的过电流，亦不会使电池B的电流IB超过容许电流IBMAX。下面，就抑制电池B的过电流的技术进行说明。
首先，测定上升功率(Δ)的最大值。由于上升功率的值因旋转电机的转矩而变动，所以对多个转矩测定上升功率。图6是表示这一测定结果的旋转电机的转矩和上升功率的相关图。如从图6可知那样，上升功率随着转矩变大而变大。从而，旋转电机的转矩最大(TMAX)时的上升功率就成为上升功率的最大值(ΔMAX)。
其次，测定电池B的容许功率。图7是表示对电池B的V/I特性进行了测定的结果的分布图。这里，若在分布图上表示与电池B的容许电流IBMAX相对应的曲线，这就成为电池B的容许功率WBMAX。可以将从这一容许功率WBMAX扣除了在上面所求出的上升功率的最大值(ΔMAX)后的功率设为可升压功率WS。
如上所述，旋转电机的转矩为最大(TMAX)时的上升功率(Δ)在发生的上升功率之内成为最大值(ΔMAX)。从而，从容许功率WBMAX扣除了上升功率(Δ)后的可升压功率WS在目标转矩最大(TMAX)时变得最小。如果以这一可升压功率WS作为基准来设定转移边界K，则不论目标转矩的大小如何，都可以良好地抑制伴随在升压开始时产生的过渡性电压的上升而发生的电池B的过电流的情况。
另外，根据电池B的V/I特性和可升压功率WS来求解升压开始电压ES。此外，如利用图5所说明那样，在从非升压控制转移到升压控制时，也就是说在升压开始时因死区时间DT的影响而产生不可升压电压VD。因此，应当作为升压指令值提供给电压变换部4的升压目标电压ET就成为在上述升压开始电压ES中加入不可升压电压VD后的值。
如图3所示，电压变换部4以旋转电机的目标转矩以及旋转速度超越了基于它们的相关关系而设定的规定的转移边界K2(K)作为条件，从非升压控制向升压控制转移。如果这一转移边界K2(K)被设定在即便产生上升功率旋转电机的消耗功率也达不到容许功率WBMAX的区域中，则在从非升压控制向升压控制转移之际电池B就不会成为过电流。亦即、以从电池B的可输出容许功率WBMAX扣除了在转移之际过渡性地产生的上升功率(例如最大值ΔMAX)后的功率即可升压功率WS作为基准，在旋转电机的消耗功率为可升压功率WS以下的区域中设定转移边界K为好。
图8是在旋转电机的旋转速度和转矩的相关图中设定转移边界K的说明图。图8与图3相对应，但为了简化而仅表示正方向的转矩区域。在图8中，转移边界K2是不考虑如上述那样的上升功率，为了不向弱励磁控制转移，对旋转电机进行通常励磁控制，为开始升压所设置的边界。这里，在图8中加入与可升压功率WS相当的边界线。图中，较相当于可升压功率WS的边界线靠右上侧的区域、也就是说转矩变大的方向以及旋转速度变快的方向就是消耗功率大于可升压功率WS的区域。
参照图8，转移边界K2还设定于消耗功率大于可升压功率WS的区域。从而，根据升压开始时的旋转电机的旋转速度及目标转矩，存在电池功率WB超过电池B的容许功率WBMAX，超过容许电流IBMAX的电流从电池B中输出而成为过电流的可能性。因而，将升压开始时朝向升压目标电压ET开始升压用的边界设定为在图中仅仅设定于较相当于可升压功率WS的边界线靠左下侧的区域的转移边界K3(K)。也就是说，以从电池B的可输出容许功率WBMAX中扣除了在转移之际过渡地产生的上升功率(例如最大值ΔMAX)后的功率即可升压功率WS作为基准，在旋转电机的消耗功率为可升压功率WS以下的区域中设定转移边界K3(K)。
图9是表示每个目标转矩的升压目标电压ET的曲线图。虽然表示多个曲线，但却表示越是靠右侧的曲线其目标转矩越小，随着向左侧靠近目标转矩变大这一情况的曲线。图9(a)表示应用了图8中的转移边界K2的情况，图9(b)表示应用了图8中的转移边界K3的情况。如图8所示，转移边界K2和K3在目标转矩较低的区域中为同一曲线。从而，在图9(a)以及(b)的右侧为同一曲线。另一方面，如图8所示，在目标转矩较高的区域转移边界K2和K3为不同的曲线。可知在图9(a)以及(b)的左侧、特别是图9(b)的椭圆所示的区域中，升压目标电压ET成为高于图9(a)的电压值。
当旋转电机的负荷增大，旋转电机的消耗功率不断增加，则从电池B输出的电流IB增加，所以电池B的电压VB不断降低。此时，通过使升压目标电压ET变高，不断降低的电池B的电压VB(升压开始前的电压变换部4的输出电压VC)低于升压目标电压ET的时期来得快。换言之，较之于以往，在电池电压B的电压VB(电压变换部4的输出电压VC)为较高值之内就开始升压。也就是说，消耗功率虽包含上升功率(Δ)但尚未达到容许功率在较低功率之内就开始升压。从而，在消耗功率较大的状况下，即便开始升压也不会导致源于上升功率的电池B的过电流。
〔其他实施方式〕
(1)在上述实施方式中，以转移边界K3根据目标转矩的最大值TMAX进行设定的情况为例进行了说明。也就是说，以可升压功率WS被设定为从容许功率WBMAX中扣除了目标转矩为最大(TMAX)时产生的上升功率(最大值ΔMAX)后的功率，并在旋转电机的消耗功率为可升压功率WS以下的区域设定转移边界K3的情况为例进行了说明。但是，还可以根据目标转矩来设定各自不同的转移边界K。
也就是说，还可以将从容许功率WBMAX中扣除了在一个目标转矩所产生的上升功率后的功率设定为与该目标转矩相对应的可升压功率WS，并在该目标转矩处的旋转电机的消耗功率为这一可升压功率WS以下的区域设定转移边界K。如图6所示，上升功率也随着目标转矩增加而变大。从而，转移边界K最好是随着目标转矩变高而设定在低功率侧。更具体而言，优选按照以下设定可升压功率WS：将从容许功率WBMAX中扣除目标转矩为最大(TMAX)时所产生的最大上升功率(ΔMAX)后的功率设为最低值，并随着目标转矩降低而成为较高的值。
(2)在上述实施方式中，表示了车辆作为驱动源具备旋转电机和此旋转电机以外的驱动源(发动机)的混合动力车辆的例子。但是，本申请的对象以具备通过具有电压变换部的旋转电机驱动装置进行驱动控制的旋转电机的系统作为对象。因而，本发明还可以应用于驱动源只是旋转电机，将旋转电机作为驱动源的电气车辆中。
(3)在上述实施方式中，表示在混合动力车辆上具备一对旋转电机，一个旋转电机作为电动机而另一个旋转电机作为发电机工作的例子。但是，本发明还能够应用于具备单一旋转电机，并具有以此旋转电机作为电动机以及发电机工作的模式的任意混合动力车辆。
工业上的可利用性
本发明能够应用于对用于驱动车辆的旋转电机进行控制的旋转电机控制系统，该旋转电机控制系统具有使直流电源的输出升压的电源变换部。另外，还能够应用于具备该旋转电机控制系统的车辆驱动系统。例如，能够应用于通过作为旋转电机的电动机进行驱动的电动汽车、通过内燃机以及电动机进行驱动的混合动力汽车。

Claims (7)

1.一种旋转电机控制系统，具备：
频率变换部，其设置在对用于驱动车辆的旋转电机供给功率的直流电源和上述旋转电机之间，至少在上述旋转电机牵引之际将上述直流电源的输出变换成交流；
电压变换部，其设置在上述直流电源和上述频率变换部之间，基于根据上述旋转电机的目标转矩以及旋转速度而设定的升压指令值使上述直流电源的输出升压；以及
控制部，其控制上述频率变换部以及上述电压变换部，
上述控制部在以上述旋转电机的上述目标转矩以及上述旋转速度超越了基于它们的相关关系而设定的规定的转移边界作为条件，进行从上述直流电源的输出没有升压而经由上述电压变换部供给到上述频率变换部的非升压控制转移至由上述电压变换部升压后供给上述频率变换部的升压控制这一控制之际，
以从上述直流电源可输出的容许功率中扣除了在该转移之际过渡性地产生的上升功率后的功率即可升压功率作为基准，并在上述旋转电机的消耗功率为上述可升压功率以下的区域中设定上述转移边界，
上述转移边界根据上述目标转矩的最大值而设定。
2.一种旋转电机控制系统，具备：
频率变换部，其设置在对用于驱动车辆的旋转电机供给功率的直流电源和上述旋转电机之间，至少在上述旋转电机牵引之际将上述直流电源的输出变换成交流；
电压变换部，其设置在上述直流电源和上述频率变换部之间，基于根据上述旋转电机的目标转矩以及旋转速度而设定的升压指令值使上述直流电源的输出升压；以及
控制部，其控制上述频率变换部以及上述电压变换部，
上述控制部在以上述旋转电机的上述目标转矩以及上述旋转速度超越了基于它们的相关关系而设定的规定的转移边界作为条件，进行从上述直流电源的输出没有升压而经由上述电压变换部供给到上述频率变换部的非升压控制转移至由上述电压变换部升压后供给上述频率变换部的升压控制这一控制之际，
以从上述直流电源可输出的容许功率中扣除了在该转移之际过渡性地产生的上升功率后的功率即可升压功率作为基准，并在上述旋转电机的消耗功率为上述可升压功率以下的区域中设定上述转移边界，
上述转移边界随着上述目标转矩变高而设定于低功率侧。
3.根据权利要求1所述的旋转电机控制系统，其特征在于：
上述可升压功率被设定为从上述容许功率中扣除了上述目标转矩为最大时产生的上述上升功率后的功率。
4.根据权利要求2所述的旋转电机控制系统，其特征在于：
上述可升压功率被设定为以从上述容许功率中扣除了上述目标转矩为最大时产生的上述上升功率后的功率为最低值，并随着上述目标转矩变低而成为较高的值。
5.根据权利要求1或4所述的旋转电机控制系统，其特征在于：
上述电压变换部具有一端连接到上述直流电源的电抗器；连接该电抗器的另一端和上述频率变换部的正极侧的上级开关元件；连接该电抗器的另一端和上述频率变换部的负极侧的下级开关元件，
上述上升功率在从上述非升压控制向上述升压控制转移之际，起因于用于将上述上级开关元件和上述下级开关元件均控制成断开状态的死区时间而过渡性地产生。
6.一种车辆驱动系统，其特征在于：
具备权利要求1～5中任意一项所述的旋转电机控制系统，并且作为上述旋转电机具备第1旋转电机和第2旋转电机，
还具备动力分配机构，该动力分配机构对由上述第1旋转电机以及上述第2旋转电机以外的驱动源发生的驱动力进行分配，由上述动力分配机构所分配的一方驱动力传递到车轮，另一方驱动力传递到上述第1旋转电机，而且由上述第2旋转电机所发生的驱动力传递到上述车轮。
7.根据权利要求6所述的车辆驱动系统，其特征在于：
上述动力分配机构包含行星齿轮机构，该行星齿轮机构按旋转速度的顺序具有第1旋转构件、第2旋转构件以及第3旋转构件，
上述第1旋转电机连接到上述第1旋转构件，上述旋转电机以外的驱动源连接到上述第2旋转构件，上述第2旋转电机以及上述第3旋转构件连接到车轮。
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