CN102119096A - 混合动力车辆的电机控制装置以及驱动装置 - Google Patents

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CN102119096A
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CN
China
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electrical motor
speed
motor
magnetic pole
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CN2009801314018A
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English (en)
Inventor
陈志谦
西村圭亮
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Aisin AW Co Ltd
Original Assignee
Aisin AW Co Ltd
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    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
    • F16H2037/0866—Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
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Abstract

在对第1电动机(10G)进行无传感器矢量控制的电机控制装置(30G)中具备计算位置角的低速用运算(44)以及高速用运算(45)和位置角运算选择(46)，通过该位置角运算选择，基于发动机以及第2电动机(10M)的旋转速度(ωe，ωm)和传动机构的齿轮数(Na～Nf)计算出第1电动机的旋转速度(ωg)，若其小于等于设定值(ωT)则将低速用运算(44)所计算出的位置角设为在用于无传感器矢量控制的三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的位置角(θ)；若超过设定值则将高速用运算(45)所计算出的位置角设为在用于无传感器矢量控制的三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的位置角(θ)。从而，提高具备发动机、驱动轮和第1、第2电动机以及传动机构的混合动力驱动装置的一方电动机的无传感器矢量控制的可靠性。缩短初始状态的判断时间，防止转矩变动。

Description

混合动力车辆的电机控制装置以及驱动装置
技术领域
本发明涉及混合动力车辆的电机控制装置，特别是涉及通过无传感器矢量控制来驱动控制用发动机驱动以进行发电的电动机和对驱动轮进行驱动的电动机中的一方的电机控制装置。本发明的电机控制装置能够用于混合动力车辆的驱动装置。
背景技术
专利文献1记载了如下的无传感器的位置角检测：对同步电动机的矢量控制的两轴(d轴、q轴)的电流、电压周期性地进行采样，以计算感应电压，并基于该感应电压以及d、q轴电流、电压来计算转子的位置角θ。该无传感器的位置角检测是同步电动机以能够正确地计算感应电压的速度进行旋转时所采用的高速用位置角运算。在感应电压较低的电动机停止中或者低速时，则不能进行位置角运算或者运算误差变大而无法应用。在专利文献1中进一步记载了混合动力车辆的驱动装置，即由发动机、驱动轮、第1电动机、第2电动机以及将第1电动机与发动机联结的传动机构、第2电动机和发动机联结于驱动轮的传动机构组合而成。
在专利文献2以及3中也记载了混合动力车辆驱动装置，但在它们中为了位置角计算而采用发生表示转子的位置角的位置角信号的旋转变压器(Resolver)，并不进行无传感器的位置角检测。
专利文献4记载了如下位置运算：基于电动机矢量控制的d轴电压指令、电动机的d、q轴电流计算电动机的感应电压，并基于该感应电压和d轴电压指令以及d、q轴电流计算位置角θ。这也是高速用位置角运算。
专利文献1：日本特开平11-275884号公报
专利文献2：日本特开2002-39008号公报
专利文献3：日本特开2005-105957号公报
专利文献4：日本特开2007-236015号公报
在利用了矢量控制的电动机的无传感器驱动控制中，对于位置角计算来说还有利用高频来进行位置角的计算，即将高频电流通入(注入)电动机，或者着眼于电动机电流的高次谐波分量，基于高频电流或者高次谐波电流与电压来推定正交两轴的电感Ld、Lq，并以Ld、Lq为参数来计算位置角。据此，即便在感应电压较低的电动机停止中或者低速时，也会有源于注入的高频电流或者基于PWM控制的驱动电压的施加而发生的高次谐波电流，所以可以进行位置角运算而且运算精度较高。但是，在高转矩(高电流)通电时，电感Ld、Lq的推定误差因磁饱和而变大。亦即位置角运算误差变大。因此，着眼于两轴电感的位置角计算就是在电动机停止或者正在低速旋转时所采用的低速用位置角运算。
因而，以往在开始电动机驱动时考虑如下初始状态判断：使三相短路，等待经过规定时间并检测三相电流，若三相电流大于阈值就认为电动机明确正在旋转而采用高速用位置角运算，若小于等于阈值就认为停止或者作为旋转不明确而采用低速用位置角运算。
但是，在该初始状态判断中，由于使三相短路并等待经过规定时间，所以在初始状态判断上将花费时间而在电动机的驱动调节上产生延迟。另外，若电动机正在旋转则三相短路就会对传动机构施加制动转矩，对传动机构产生冲击。
发明内容
本发明的第1目的是通过无传感器矢量控制来驱动具备发动机、驱动轮、第1电动机、第2电动机以及将它们之间联结起来的传动机构的混合动力驱动装置的一方电动机，并提高该无传感器矢量控制的可靠性。第2目的是缩短该一方电动机的初始状态判断所需要的时间，第3目的是防止初始状态判断所导致的该一方电动机的转矩变动。
(1)一种混合动力驱动装置，具备第1电动机(10G)；使第1电动机与车辆的发动机驱动联结的动作机构；以及与驱动轮驱动联结的第2电动机(10M)，其特征在于，包括：
发动机旋转速度传感器，其检测上述发动机的旋转速度；
磁极位置传感器(10R)，其检测上述第2电动机的磁极位置；
电流传感器(14、15)，其检测在上述第1电动机中流过的电流；
无传感器电机控制装置(30G)，其基于由该电流传感器检测出的电流来推定第1电动机的磁极位置，驱动控制第1电动机；及
第2电机控制装置(30M)，其基于由上述磁极位置传感器检测出的磁极位置来驱动控制第2电动机。
此外，为了易于理解在括弧内附记附图所示的后述实施例的对应或者相当要素或者事项的标记作为例示以供参考。以下亦同样如此。
发明效果
因不需要检测第1电动机的磁极位置的磁极位置传感器(旋转变压器等)故能够低成本化。因直接驱动联结在驱动轮上的第2电动机使用磁极位置传感器，故能够高精度地控制输出到驱动轮的转矩，所以不会给驾驶者带来不谐调。
(2)在上述(1)所记载的混合动力驱动装置中，上述无传感器电机控制装置(30G)包括：
高速用推定单元(45)，其基于由上述电流传感器(14、15)检测出的电流来推定上述第1电动机(10G)的磁极位置；
低速用推定单元(44)，其在上述第1电动机中重叠高频电流来推定磁极位置；
第1电动机旋转速度计算单元(51)，其基于由上述磁极位置传感器(10R)检测出的上述第2电动机的磁极位置来计算上述第2电动机(10M)的旋转速度，并基于该第2电动机的旋转速度和上述发动机旋转速度传感器来计算上述第1电动机(10G)的旋转速度；及
选择单元(46、53)，其基于由该第1电动机旋转速度计算单元所计算出的上述第1电动机的旋转速度来选择上述高速用推定单元和上述低速用推定单元，
基于由该选择单元所选择的上述高速用推定单元或者上述低速用推定单元经过推定出的磁极位置驱动控制上述第1电动机。
据此，因基于发动机的旋转速度和第2电动机的旋转速度来计算第1电动机的旋转速度，选择高速用推定单元和低速用推定单元以推定第1电动机的磁极位置，故能够缩短第1电动机的初始状态判断所需要的时间。
在上述(1)以及(2)的一实施方式下，在通过无传感器矢量控制来驱动第1电动机(10G)的电机控制装置(30G)中，具备计算第1电动机(10G)转子的位置角(θ)的低速用位置运算功能(44)以及高速用位置运算功能(45)和位置角运算选择功能(46、53)，并通过该位置角运算选择功能(46、53)基于发动机以及第2电动机(10M)的旋转速度(ωe、ωm)、和上述传动机构的发动机、第1电动机以及第2电动机的联结所涉及的齿轮数(Na～Nf)来计算第1电动机的旋转速度(ωg)，若该旋转速度小于等于设定值(ωT)则将低速用位置运算功能(44)计算出的位置角(θ)设为上述电机控制装置(30G)的用于矢量控制的三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的位置角(θ)，若超过设定值则将高速用位置运算功能(45)计算出的位置角(θ)设为上述电机控制装置(30G)的用于矢量控制的三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的位置角(θ)。这一实施方式就是如下(3)这一项。
(3)在上述(2)所记载的混合动力驱动装置中，上述无传感器电机控制装置进一步包括：
将第1电动机的三相电流变换成正交两轴电流，计算出用于使该正交两轴电流与正交两轴目标电流相吻合的两轴电压指令值(Vd*，Vq*)，并将该两轴电压指令值变换成三相电压指令值以控制上述第1电动机的矢量控制部；和从上述两轴电压指令值抽取出高频电压的电压滤波器，
上述低速用推定单元(44)基于上述电压滤波器抽取出的高频电压来计算磁极位置即位置角。
在后述的实施例中，通过下面的(1)式来计算第1电动机10G的旋转速度ωg。
[数1]
ωg = ( Na + Nb ) × ωe - Nb · Nb Nc · Nf Ne × ωm Na · · · ( 1 )
其中，Na～Nf：齿轮数(图2)
ωe：发动机的旋转速度
ωm：第2电动机的旋转速度。
据此，因基于发动机以及第2电动机的旋转速度(ωe，ωm)和上述传动机构的齿轮数(Na～Nf)来计算第1电动机的旋转速度(ωg：(1)式)，故不会有以往的初始状态判断中使三相短路规定时间的问题，在电动机的驱动调节上不会产生特别的延迟。另外，不会产生以往的三相短路所导致的转矩冲击。
(4)在上述(3)所记载的无传感器电机控制装置中，上述高速用推定单元基于将上述三相电流变换成正交两轴电流后的电流以及在上述电压滤波器以前的上述两轴电压指令值(Vd*，Vq*)来计算上述磁极位置即位置角(θ)。
(5)在上述(3)或者(4)所记载的无传感器电机控制装置中，上述无传感器电机控制装置(30G)进一步包括：
基于在上述三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的磁极位置来计算第1电动机的旋转速度的速度运算单元(54)，
上述选择单元(46、53)在对上述无传感器电机控制装置(30G)施加动作电压之后，且由上述低速用推定单元(44)或者上述高速用推定单元(45)计算出磁极位置以后，若上述速度运算单元(54)计算出的旋转速度小于等于设定值(ωT)就将上述低速用推定单元(44)计算出的磁极位置设为在上述三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的磁极位置，若超过设定值就将上述高速用运算单元(45)计算出的磁极位置设为在上述三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的磁极位置。
附图说明
图1是表示装备了本发明1实施例的无传感器电机控制装置即第1电机控制装置30G的混合动力驱动装置的传动机构的齿轮组合的框图。
图2是表示图1所示的第1、第2电动机10G、10M的驱动系统的框图。
图3是表示图2所示的第1电机控制装置30G的无传感器矢量控制功能的框图。
图4是表示图2所示的第2电机控制装置30M的矢量控制功能的框图。
符号说明
10G，10M：第1、第2电动机
10R：旋转变压器
11～13：三相定子线圈
14，15，14M，15M：电流传感器
17：车辆上的蓄电池
18：一次侧电容器
19：一次电压传感器
21：电抗器
22：开关元件(升压用)
23：开关元件(降压用)
24，25：二极管
27：二次侧电容器
28：二次电压传感器
42，43：滤波器
具体实施方式
本发明的其他目的以及特征通过参照附图的以下实施例的说明将会清楚。
实施例1
在图1中表示装备了本发明1实施例的无传感器电机控制装置即第1电机控制装置30G的混合动力驱动装置的传动机构的齿轮组合。在发动机31上联结着行星齿轮机构32的小齿轮，小齿轮啮合的内齿圈的齿数是Nb。在与小齿轮啮合的太阳齿轮上联结着第1电动机即第1电动机10G。太阳齿轮的齿数是Na。计数齿轮机构33的承受内齿圈的反作用转矩的齿轮的齿数是Nc，与此齿轮啮合的中继齿轮的齿数是Nd。在与中继齿轮同轴的齿数Ne的齿轮啮合的齿数Nf的齿轮上，联结着第2电动机即第2电动机10M。与中继齿轮同轴的另一齿轮驱动联结到驱动轮35上的差动齿轮34。
第1电动机10G以及第2电动机10M在本实施例中均为永磁嵌入式同步电动机。第1电动机10G在通过无传感器电机控制装置即第1电机控制装置30G的无传感器矢量控制中，经由逆变器16G而被驱动。第2电机控制装置10M通过进行矢量控制的电机控制装置即第2电机控制装置30M，经由逆变器16M而被驱动。第2电机控制装置30M基于旋转变压器10R的电角度信号SGθ计算出位置角θ以及旋转速度ωm并利用它们进行矢量控制运算。
第2电机控制装置30M将基于旋转变压器10R的位置角信号SGθ计算出的第2电动机10M的旋转速度ωm以及发动机31的旋转速度ωe提供给第1电机控制装置30G，第1电机控制装置30G计算出上述(1)式的旋转速度ωg。
在图2中表示图1所示的、电动机、逆变器和电机控制装置、以及对逆变器进行供电的变换器之间的电接线亦即电机驱动系统之概要。在本实施例中，第1电动机10G在启动发动机31时作为电机(启动器)旋转驱动发动机31，在发动机31的旋转(动作)过程中则被用作由发动机31旋转驱动进行发电的发电机。第2电动机10M被用作旋转驱动驱动轮35的电动机，亦被用于发电制动。
在车辆上的蓄电池即蓄电池17上，车辆上的电气安装部在电源接通时连接有一次侧电容器18并与蓄电池17一起构成一次侧直流电源。电压传感器19将表示一次侧电容器18的电压(车辆上蓄电池17的电压)的电压检测信号Vdc提供给电机控制装置30。在本实施例中，在电压传感器19中采用了分压电阻。在一次侧直流电源的正极(+线路)上连接着变换器20的电抗器21的一端。
在变换器20中还具有将该电抗器21的另一端与一次侧直流电源的负极(-线路)之间进行接通/断开的升压用开关元件即升压用半导体开关22；将二次侧电容器27的正极与上述另一端之间进行接通/断开的再生用开关元件即再生用半导体开关23；以及并联地连接于各半导体开关22、23的各二极管24、25。
在使升压用半导体开关22接通(导通)时，电流就从一次侧直流电源(17、18)经电抗器21流入开关22，由此电抗器21进行蓄电，在开关22切换到断开(非导通)时，电抗器21就通过二极管25对二次侧电容器27进行高压放电。亦即感应出比一次侧直流电源的电压还高的电压并对二次侧电容器27进行充电。通过反复进行开关22的接通/断开，继续进行二次侧电容器27的高压充电。亦即、二次侧电容器27以较高的电压进行充电。若以一定周期反复进行该接通/断开，则电抗器21蓄积的电力依照接通期间的长度而上升，所以就能够通过调整该一定周期之间的接通时间(接通占空比：相对于该一定周期的接通时间比)、亦即通过PWM控制来调整从一次侧直流电源17、18经变换器20对二次侧电容器27进行供电的速度(牵引用的供电速度)。
在使再生用半导体开关23接通(导通)时，二次侧电容器27的蓄积电力就通过开关23以及电抗器21提供给一次侧直流电源17、18(逆供电：再生)。在此情况下，也能够通过调整一定周期之间的开关23的接通时间、亦即通过PWM控制来调整从二次侧电容器27经变换器20对一次侧直流电源17、18进行逆供电的速度(再生用的供电速度)。
电压型逆变器16具备6个开关晶体管Tr1～Tr6，通过驱动电路29并行发生的6列驱动信号的各列来驱动接通(导通)晶体管Tr1～Tr6，将二次侧电容器27的直流电压(变换器20的输出电压亦即二次电压)变换成3列的相位差为2π/3的交流电压、亦即三相交流电压，并分别施加于第1电动机10G的三相(U相、V相、W相)的定子线圈11～13。由此在第1电动机10G的定子线圈11～13上分别流过各相电流iU、iV、iW，使第1电动机10G的转子旋转。为了使针对基于PWM脉冲的晶体管Tr1～Tr6的接通/断开驱动(开关)的电力供给能力提高且抑制电压浪涌，在逆变器16的输入线路即变换器20的二次侧输出线路上连接有大容量的二次侧电容器27。相对于此，构成一次侧直流电源的一次侧电容器18是小型且低成本的小容量的电容器，一次侧电容器18的容量比二次侧电容器27的容量小很多。电压传感器28检测变换器20的二次电压Vuc并提供给第1电机控制装置30G。在连接于电动机10的定子线圈11、12的供电线上安装着采用了霍尔IC的电流传感器14、15，分别检测相电流iV、iW以发生电流检测信号(模拟电压)并提供给第1电机控制装置30G。
在图3中表示第1电机控制装置30G之功能构成。第1电机控制装置30G在本实施例中就是以DSP(Digital Signal Processer)为主体的电子控制装置，其包括与驱动电路29；电流传感器14、15；一次电压传感器19以及二次电压传感器28之间的未图示的接口(信号处理电路)，进而，还包括与上述车辆上的未图示的车辆行驶控制系统的主控制器之间的未图示的接口(通信电路)。
参照图3，作为低速用运算单元的第1位置运算44或者作为高速用运算单元的第2位置运算45计算出第1电动机10G转子的旋转角度(位置角)θ，速度运算54基于位置角θ计算出旋转速度(角速度)ωg。此外，准确地将虽然第1电动机10G转子的位置角和磁极位置并不相同，但两者为正比例关系，正比例系数取决于电动机10G的磁极数p。另外，虽然旋转速度和角速度并不相同，但两者亦可为正比例关系，正比例系数取决于第1电动机10G的磁极数p。在说明书中，位置角θ意味着磁极位置。虽然旋转速度ω意味着角速度但有时候也意味着旋转速度。
未图示的车辆行驶控制系统的主控制器将电机目标转矩TG*提供给第1电机控制装置30G。此外，该主控制器基于上述车辆的车速以及油门开度计算出车辆要求转矩TO*，对应于该车辆要求转矩TO*发生第1以及第2电机目标转矩TG*以及TM*并将其分别提供给第1以及第2电机控制装置30G以及30M。当发动机启动时，第1电机目标转矩TG*是第1电动机10G旋转驱动(启动)发动机31所用的正高值，第2电机目标转矩TM*是无驱动轮驱动的值(0)，但当发动机正在动作(旋转)时，第1电机目标转矩TG*成为指示发生所需要的电力的负值(发电指示值)，第2电机目标转矩TM*成为驱动轮驱动所需要的正值。第1电机控制装置30G将第1电动机10G的旋转速度ωgrpm输出到主控制器。第2电机控制装置30M将第2电动机10M的旋转速度ωmrpm输出到主控制器以及第1电机控制装置30G。
第1电机控制装置30G通过转矩指令限制36从限制转矩表(查找表)中读出变换器20的输出电压(二次电压)的上限值Vmax以及对应于旋转速度ωg的限制转矩TG*max，若电机目标转矩TG*超过TG*max则将TG*max确定成目标转矩T*。在小于等于TG*max时将电机目标转矩TG*确定成目标转矩T*。施加这种限制所生成的电机目标转矩T*被提供给输出运算37，另外被用于二次目标电压的计算。
此外，限制转矩表就是以二次电压的上限值Vmax以及旋转速度范围内的电压各值作为地址，并将第1电动机10G按该各值所能负载(负荷)的最大转矩作为限制转矩TG*max而写入的存储区域，在本实施例中意味着第1电机控制装置30G内的未图示的RAM的一个存储区域。二次电压的上限值Vmax越高则限制转矩TG*max越大，反之越低则越小。另外，旋转速度ωg越低则限制转矩TG*max越大，越高则越小。
在第1电机控制装置30G内具有写入了该限制转矩表的数据TG*max的非易失性存储器，在第1电机控制装置30G上施加动作电压而使第1电机控制装置30G初始化自身以及图1所示的电机驱动系统的这一过程中，从非易失性存储器中读出并写入RAM。虽然在第1电机控制装置30G上具有多个其他同样的查找表并将在后面言及，但它们也与限制转矩表同样地意味着被写入处于非易失性存储器的参照数据的、RAM上的存储区域。
第1电机控制装置30G基于目标转矩T*和旋转速度ωg来判断是“牵引”(电动机动作)还是“再生”(发电机动作)，若是“牵引”就从“牵引”组内的被分配给目标转矩T*的二次目标电压表中读出被分配给第1电动机10G的旋转速度ωg的二次目标电压Vuc*，若是“再生”就从“再生”组内的被分配给目标转矩T*的二次目标电压表中读出被分配给第1电动机10G的旋转速度ωg的二次目标电压Vuc*，并经由驱动电路26对变换器20进行控制以使得传感器28检测出的二次电压吻合于目标电压Vuc*。
第1电机控制装置30G通过输出运算37、电机电流控制39，进行分别在第1电动机10G的转子上的磁极对的方向采用d轴并在与该d轴成直角的方向采用q轴的、基于公知的d-q轴模型上的矢量控制运算的电机电流反馈控制，计算用于使电机的电流值id、iq与目标值id*、iq*相吻合的电机施加电压(目标电压)Vd*、Vq*，通过使用位置角θ的二相/三相变换40将该目标电压变换成三相目标电压VU*、VV*、VW*，通过PWM脉冲发生41生成用于将目标电压施加于第1电动机10G的逆变器控制信号(PWM脉冲)MU、MV、MW，并输出到驱动电路29G。
为了反馈电机电流，第1电机控制装置30G对电流传感器14、15的电流检测信号iV、iW进行数字变换并读入，通过电流反馈38利用使用位置角θ的公知的固定/旋转坐标变换即三相/二相变换将固定坐标上的三相电流值iU、iV、iW变换成旋转坐标上的d轴以及q轴的二相电流值id、iq。此外，由于iU+iV+iW＝0所以基于其计算出iU。
作为查找表之一的第1高效率转矩曲线表A处于输出运算32中，在此第1高效率转矩曲线表A中写入有与电机速度ωg以及电机目标转矩T*对应起来的、用于按各电机速度发生或者负载各目标转矩T*的各d轴电流值id。虽然在电动机动作下是转矩“发生”、在发电机动作下是转矩负载(施加)，但在说明书中将两者包含于“目标转矩发生”。
虽然对应于d轴电流id以及q轴电流iq的各值来确定第1电动机10G的输出转矩(正值：电动机动作、负值：发电机动作)，但针对一个旋转速度值、亦即在同一电机旋转速度下，用于输出同一转矩的id、iq的组合却存在无数个，并处于恒转矩曲线上。在恒转矩曲线上有电力使用效率最高的(最低电力消耗的)id、iq的组合，那里就是高效率转矩点。将多个转矩曲线上的高效率转矩点连结起来的曲线就是高效率转矩曲线，并相对于各旋转速度而存在。通过将针对电机的旋转速度的高效率转矩曲线上的、所提供的电机目标转矩T*位置的d轴电流id以及q轴电流iq作为目标电流值进行第1电动机10G的加载，第1电动机10G输出/输入(接纳)目标转矩T*，而且电动/发电的电力效率较高。
在本实施例中，将高效率转矩曲线分成表示d轴值的第1高效率转矩曲线A和表示q轴值的第2高效率转矩曲线B这两个系统，而且，第1高效率转矩曲线A是使适用于牵引区域的和适用于再生区域的成对的曲线，均表示相对于电机旋转速度和目标转矩的d轴目标电流。
第1高效率转矩曲线表A就是写入了被分配给目标转矩T*的、用于以最低电力消耗发生目标转矩的d轴目标电流的存储区域，并将牵引用的牵引表A1和再生用的再生表A2结合起来成对地构成。采用牵引用和再生用的哪一个表是基于电动机的旋转速度ω和所提供的目标转矩T*来判断是牵引(电动机)还是再生(发电机)，并按照判断结果进行决定。
第1电机控制装置30G通过“输出运算”37之中的d轴电流指令的计算，从对应于由转矩指令限制所决定的目标转矩T*自第1高效率转矩曲线表A所读出的d轴电流值id中减去d轴弱励磁电流Δid，计算出d轴目标电流id*为id*＝id-Δid。
在q轴电流指令的计算中，使用处于输出运算37中的第2高效率转矩曲线表B。第2高效率转矩曲线表B是将高效率转矩曲线的表示q轴值的第2高效率转矩曲线B进一步修正成表示减去与d轴弱励磁电流Δid成对的q轴弱励磁电流Δiq后的q轴目标电流的曲线，并保存了修正后的第2高效率转矩曲线B的数据。第2高效率转矩曲线表B就是写入了被分配给目标转矩T*以及d轴弱励磁电流Δid的、用于以最低电力消耗发生目标转矩的d轴目标电流、亦即修正后的第2高效率转矩曲线B的目标电流值的存储区域，它也是将牵引用的牵引表B1和再生用的再生表B2结合起来成对地构成的。采用牵引用和再生用的哪一个是基于电动机的旋转速度ω和目标转矩T*来判断是牵引还是再生，并按照判断结果进行决定。
在q轴电流指令的计算中，从第2高效率转矩曲线表B中读出被分配给目标转矩T*以及d轴弱励磁电流Δid的q轴目标电流iq*，并作为q轴电流指令。
第1电机控制装置30G通过电机电流控制39计算出d轴目标电流id*与d轴电流id的电流偏差δid、以及q轴目标电流iq*与q轴电流iq的电流偏差δiq，并基于各电流偏差δid、δiq进行比例控制以及积分控制(反馈控制的PI运算)，并基于其输出来计算出用于使电流偏差为零的电压目标值即d轴电压指令值Vd*以及q轴电压指令值Vq*。
接着，通过旋转/固定坐标变换即二相/三相变换40，将旋转坐标上的目标电压Vd*以及Vq*按照使用位置角θ的二相/三相变换而变换成固定坐标上的三相目标电压VU*、VV*、VW*，并发送给PWM脉冲发生器41。当PWM脉冲发生器41被给与了各相目标电压时，就变换成用于输出这些各值的电压的PWM脉冲MU、MV、MW，并输出到图2所示的驱动电路29G。驱动电路29G基于PWM脉冲MU、MV、MW并行地发生6列驱动信号，并利用各列的驱动信号使电压型逆变器16的晶体管Tr1～Tr6分别接通/断开。由此，在第1电动机10G的定子线圈11～13上分别施加各相目标电压以流过相电流iU、iV以及iW。
转子的位置角即转子的旋转角度(磁极位置)θ通过作为低速用运算单元的第1位置运算44或者作为高速用运算单元的第2位置运算45而计算出来，并从选择53提供给二相/三相变换40以及三相/二相变换。
带通滤波器43抽取出第1电动机10G的电机电压指令Vd*、Vq*中所包含的高次谐波电压分量Vdh*、Vqh*，作为低速用运算单元的第1位置运算44通过基于高次谐波电压分量Vdh*、Vqh*的位置角运算而计算出位置角θ。在此利用第1位置运算44进行位置角θ的计算时，高频电流生成(低速用)42进行加载，以发生高次谐波电流指令idh*、iqh*，并相加在输出运算37发生的d、q轴电流指令id*、ih*上。亦即、在d、q轴电流指令id*、ih*上重叠有用于使高频电流通过第1电动机10G的电流指令。
作为高速用运算单元的第2位置运算45根据第1电动机10G的三相电流和电压的二相变换值、以及通过由它们所推定的感应电压的位置角运算，而计算出位置角θ。将三相/二相变换38经过三相/二相变换的d、q轴电流值id、iq以及电机电流控制39所计算出的目标电压Vd*、Vq*提供给第2位置运算45。第2位置运算45以规定周期对电流id、iq以及电压Vd*、Vq*进行采样以利用它们计算出感应电压，并使用该感应电压和该电流id、iq以及电压Vd*、Vq*计算出位置角。
使用哪个位置运算44、45来计算位置角θ由作为选择单元的位置角运算选择46进行决定。要点是位置角运算选择46基于发动机31以及第2电动机10M的旋转速度ωe、ωm和行星齿轮机构32以及计数齿轮机构33组成的传动机构的发动机、第1以及第2电动机10G、10M的联结所涉及的齿轮数Na～Nf(图1)，计算出上述(1)式的第1电动机10G的旋转速度ωg，若该旋转速度ωg小于等于设定值ωT(电机停止或者低速旋转)就在位置角θ的计算中使用第1位置运算44，若超过ωT(高速)则使用第2位置运算45。
当在第1电机控制装置30G上施加动作电压，位置角运算选择46的ωg计算51就计算出上述(1)式的旋转速度ωg，若旋转速度ωg小于等于高、低速判断用的阈值(设定值)ωT则比较52发生低电平L的速度判断信号，若超过阈值ωT则发生高电平H的速度判断信号。若速度判断信号为L(低速)则指定第1位置运算44开始利用“高频电流生成(低速用)”42生成高次谐波电流指令idh*、iqh*，第2位置运算45则不指定。由此第1位置运算44计算出位置角θ，选择53依照速度判断信号L(低速)将第1位置运算44经过运算的位置角θ提供给二相/三相变换40以及三相/二相变换38。
若速度判断信号为H(高速)则指定第2位置运算45停止利用“高频电流生成(低速用)”42生成高次谐波电流指令idh*、iqh*，对第1位置运算44则不指定。由此第2位置运算45计算出位置角θ，选择53依照速度判断信号H(高速)将第2位置运算45所计算出的位置角θ提供给二相/三相变换40以及三相/二相变换38。这一情况是在本实施例中，之后第1电动机10G的旋转速度ωg切换到速度运算54所发生的旋转速度ωg并提供给比较52，不执行ωg计算51。但是，也可以是之后还继续ωg计算51并将ωg计算51所计算出的旋转速度ωg提供给比较52这一方式。
如以上那样，若第1电动机10G的旋转速度小于等于阈值ωT(停止或者低速)，则位置角运算选择46指定低速用的第1位置运算44，由第1位置运算44计算出位置角θ并提供给二相/三相变换40以及三相/二相变换38。但是，若第1电动机10G的旋转速度超过阈值ωT(高速)，则位置角运算选择46指定高速用的第2位置运算45，由高速用的第2位置运算45计算出位置角θ，并提供给二相/三相变换40以及三相/二相变换38。
如以上那样，基于发动机31以及第2电动机10M的旋转速度ωe、ωm和传动机构32、33的齿轮数Na～Nf来计算第1电动机10G的旋转速度ωg，所以就不会有以往的初始状态判断下三相短路规定时间的状况，在第1电动机10G的驱动调节上不会产生格外延迟。另外，不会产生以往的三相短路所导致的转矩冲击。由于在第1电动机10G的动作速度范围全域获得可靠性高的位置角，所以利用该位置角的矢量控制的可靠性高。
再度参照图2。未图示的车辆行驶控制系统的主控制器将电机目标转矩TM*提供给对第2电动机10M进行矢量控制的第2电机控制装置30M。此外，该主控制器基于车辆的车速以及油门开度计算出车辆要求转矩TO*，对应于该车辆要求转矩TO*发生电机目标转矩TM*并提供给第2电机控制装置30M。第2电机控制装置30M将第2电动机10M的旋转速度ωmrpm输出到主控制器以及第1电机控制装置30G。
在第2电动机10M的转子上联结着用于检测转子的位置角θ的旋转变压器10R的转子。旋转变压器10R发生表示其转子的旋转角的模拟电压(旋转角信号)SGθ并提供给第2电机控制装置30M。
在图4中表示第2电机控制装置30M的功能构成之概要。第2电机控制装置30M的功能是从第1电机控制装置30G的功能(图3)中除去了位置角运算选择46，第1、第2位置运算44、45，选择53、速度运算54以及滤波器42、43，取而代之的是追加了位置角、速度运算54，该位置角、速度运算54基于旋转变压器10R所提供的旋转角信号SGθ，计算出第2电动机10M的位置角θ以及旋转速度ωm，并将位置角θ提供给二相/三相变换40m以及三相/二相变换38m。
在第2电机控制装置30M中具备与第1电机控制装置30G的矢量控制功能同样的矢量控制功能，在与第1电机控制装置30G的矢量控制功能要素同等的第2电机控制装置30M的矢量控制功能要素上赋予对第1电机控制装置30G的要素标记附加了“m”的要素标记。除位置角计算不同这一点，第2电机控制装置30M的矢量控制算法与第1电机控制装置30G的上述算法相同，所以省略说明。
此外，虽然在上述的实施例中是对第1电动机10G进行无传感器矢量控制，但还有如下实施方式：在第1电动机10G上附设旋转变压器，而省略第2电动机10M的旋转变压器10R，通过与第2电机控制装置30M相当的电机控制装置对第1电动机10G进行矢量控制，并通过与第1电机控制装置30G相当的电机控制装置对第2电动机10M进行无传感器矢量控制。

Claims (5)

1.一种混合动力驱动装置，具备第1电动机；使第1电动机与车辆的发动机驱动联结的动作机构；以及与驱动轮驱动联结的第2电动机，其特征在于，包括：
发动机旋转速度传感器，其检测上述发动机的旋转速度；
磁极位置传感器，其检测上述第2电动机的磁极位置；
电流传感器，其检测在上述第1电动机中流过的电流；
无传感器电机控制装置，其基于由该电流传感器检测出的电流来推定第1电动机的磁极位置，驱动控制第1电动机；及
第2电机控制装置，其基于由上述磁极位置传感器检测出的磁极位置来驱动控制第2电动机。
2.根据权利要求1所述的混合动力驱动装置，其特征在于，
上述无传感器电机控制装置包括：
高速用推定单元，其基于由上述电流传感器检测出的电流来推定上述第1电动机的磁极位置；
低速用推定单元，其在上述第1电动机中重叠高频电流来推定磁极位置；
第1电动机旋转速度计算单元，其基于由上述磁极位置传感器检测出的上述第2电动机的磁极位置来计算上述第2电动机的旋转速度，并基于该第2电动机的旋转速度和上述发动机旋转速度传感器来计算上述第1电动机的旋转速度；及
选择单元，其基于由该第1电动机旋转速度计算单元所计算出的上述第1电动机的旋转速度来选择上述高速用推定单元和上述低速用推定单元，
基于由该选择单元所选择的上述高速用推定单元或者上述低速用推定单元所推定出的磁极位置驱动控制上述第1电动机。
3.根据权利要求2所述的无传感器电机控制装置，其特征在于，
上述无传感器电机控制装置还包括：
矢量控制部，其将第1电动机的三相电流变换成正交两轴电流，计算出用于使该正交两轴电流与正交两轴目标电流相吻合的两轴电压指令值，并将该两轴电压指令值变换成三相电压指令值来控制上述第1电动机；及电压滤波器，其从上述两轴电压指令值中抽取出高频电压，
上述低速用推定单元基于上述电压滤波器所抽取出的高频电压来计算作为磁极位置的位置角。
4.根据权利要求3所述的无传感器电机控制装置，其特征在于，
上述高速用推定单元，基于将上述三相电流变换成正交两轴电流后的电流以及上述电压滤波器之前的上述两轴电压指令值来计算作为上述磁极位置的位置角。
5.根据权利要求3或4所述的无传感器电机控制装置，其特征在于，
上述无传感器电机控制装置还包括速度运算单元，该速度运算单元基于在上述三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的磁极位置来计算第1电动机的旋转速度，
上述选择单元，在上述无传感器电机控制装置被施加动作电压之后，且由上述低速用推定单元或者上述高速用推定单元计算出磁极位置以后，如果上述速度运算单元计算出的旋转速度小于等于设定值，则将由上述低速用推定单元计算出的磁极位置设为在上述三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的磁极位置；如果上述速度运算单元计算出的旋转速度超过设定值，则将上述高速用运算单元计算出的磁极位置设为在上述三相/两轴变换以及两轴/三相变换中所参照的磁极位置。
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