CN102403947A - 电动油泵用电机控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电动油泵用电机控制装置及控制方法，使无刷电机驱动油泵不失调而稳定地控制。该装置具备：切换机械式和电动式油泵的供油的供油切换机构、使用供油信息提供决定电机扭矩的第一电流指令信号和由电机速度偏差决定的第二电流指令信号之和的信号的控制指令产生装置、根据控制指令产生装置的输出和无传感器电机的负荷电流的差执行矢量控制的电机控制装置，控制指令产生装置具备用于获得第二电流指令信号的速度限制装置，速度限制装置具有第一上限值和第一下限值，当转速脱离该范围时提供抑制转速变动的方向的第二电流指令信号，且在脱离状态持续规定时间以上时，对于脱离持续方向变化的转速，设定新的第一上限值和第一下限值。

Description

电动油泵用电机控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动油泵用控制装置及控制方法，特别是涉及作为在设于油泵回路的电动油泵的驱动用而使用无刷电机时适用的电动油泵用控制装置及控制方法。

背景技术

从汽车的降低燃油消耗及环境问题方面考虑，正在开发用汽油发动机和电机驱动的混合动力车。混合动力车在车辆停车时进行使发动机停止的所谓的怠速停止控制。怠速停止中，代替停止了的发动机驱动的油泵，起动用电机驱动的电动油泵，确保停止时的油压供给，由此顺畅地进行下一次的车辆启动。

由所述电机驱动的电动油泵方式的油泵的工作油因温度变换而粘性变化，因此，流量发生变化，油压力也发生变化。因此，例如专利文献1中，通过油温变化而使工作油的流量变化为目的，从而进行使油泵驱动用电机的工作电压变化。

专利文献1：(日本)特开2002-206630号公报

在车辆中，在通过泵接受油供给的油压机构中，除通常接受油压供给以外，还具有对油压供给进行开关的情况。例如，在混合动力车的情况下，有将发动机的机械旋转力、电机的电气的旋转力切换或连接的离合器机构。该开关式的油压机构使该切换、连接的程度、供给油的油压大幅度地变动。

具体而言，在为了离合器驱动而打开阀并打开向离合器的油路时，在该油路填充油之前，油泵为大致无负荷状态，相反，由于在填充完成时供给离合器压，因此，成为重负荷状态等，在短时间内发生急剧的负荷变动。

这意味着在以一定扭矩驱动电机时，在无负荷状态下电机转速急剧上升，另外，在重负荷下，转速急剧降低，电机的控制为不稳定。特别是，在不具备磁极位置传感器及旋转传感器的无传感器控制的油泵驱动用电机中，存在脱离可控制区域而成为电机不能控制的失调的问题。

如上述的专利文献1那样，在油泵驱动用电机的工作电压和油温的关系为一对一的关系并根据油温变化时，不能应对这样的问题。

发明内容

为解决所述课题，本发明的目的在于，提供一种电动油泵用电机控制装置及控制方法，在将无刷电机用于电动油泵驱动时等，即使在无传感器控制中，也不会失调，能够控制为稳定的最佳值。

本发明的电动油泵用电机控制装置具备：机械式油泵，其由发动机驱动而供给油压；电动式油泵，其由电机驱动而供给油压；供油切换机构，其在发动机驱动时选择来自机械式油泵的供油，在发动机停止时选择来自电动式油泵的供油；AT控制装置，其在发动机停止时提供所述电机的起动指令和所述油系统的供油信息；控制指令产生装置，其使用来自该AT控制装置的供油信息，提供决定所述电机扭矩的第一电流指令信号与由所述电机的速度偏差决定的第二电流指令信号之和的信号；电流控制装置，其根据该控制指令产生装置的输出和所述电机的负荷电流的差，提供第三电流指令信号；电机控制装置，其获得该电流控制装置的输出而执行矢量控制；电力变换装置，其由该电机控制装置控制，并控制提供给所述电机的交流电，所述电机为无传感器电机，其特征在于，所述控制指令产生装置具备用于获得由所述电机的速度偏差决定的第二电流指令信号的速度限制装置，该速度限制装置对于转速具有第一上限值和第一下限值，在转速脱离该范围时，提供抑制转速变动的方向的所述第二电流指令信号，而且，在脱离状态持续规定时间以上时，对于向脱离持续方向变化的转速，设定新的第一上限值和第一下限值。

根据本发明的电动油泵用电机控制装置，在通过扭矩控制驱动电动油泵驱动用电机的情况下，即使在有负荷变动的情况下，也能够限制电机转速的急剧变动。

附图说明

图1是电动油泵系统的整体构成图；

图2是离合器驱动时的油压变化图；

图3是图2时的电机转速变动图；

图4是电动油泵驱动用电机控制系统3的控制块图；

图5是表示控制指令产生装置31的构成的图；

图6是表示速度限制范围的关系的图；

图7是本发明时的电机的转速变动图。

符号说明：

1：电动油泵装置

2：电源

3：无刷电机控制装置

4：无刷电机

5：电动式油泵

7：油盘

8：机械式油泵

9：切换阀机构

10：油压电路

11：自动变速机构

12：AT控制装置

Iq*：q轴电流指令值

31：控制指令产生装置

35：电流控制装置

37：无刷电机控制装置

38：电力变换装置

具体实施方式

下面，参照附图对本发明实施方式的电动油泵用电机控制装置及方法进行说明。

图1是表示应用本发明实施方式的电动油泵用电机控制装置的AT用油泵系统的整体构成的块图。

AT用油泵系统由包括通过发动机驱动且能够供给高的压力油的机械式油泵8和通过本发明控制的电动式油泵5，并将蓄积于油盘7的油分别经由油路L1、L2供给离合器10、自动变速机构11等且回收到油盘7的油压系统构成。另外，在此，阀3具有在不需要离合器10的驱动的情况下，阻止油向离合器10供给的功能。

在该油泵系统中，在进行怠速停止控制的车辆中，在发动机驱动中，通过由发动机驱动的机械式油泵8经由油路L1向自动变速机构11等进行油供给，在怠速停止中，通过电动式油泵5经由油路L2向自动变速机构11等进行油供给。

切换阀机构9例如为止回阀，在电动式油泵5所提供的油压比机械式油泵8所提供的油压大的状态下，以电动式油泵5所提供的油向离合器10及自动变速机构11等供给的方式进行压力设定。通常，由发动机驱动的机械式油泵8的供油的油压被设定比电动式油泵5的供油的油压更高，因此，在发动机驱动时通过机械式油泵8供油，在发动机停止的怠速停止时切换实施为通过电动式油泵5供油。

油泵系统大致以上述方式构成，本发明涉及该系统的电动式油泵5的控制。

在此，为了电动式油泵5的控制，首先通过无刷电机4构成驱动电动式油泵5的电动油泵6。而且，具备控制电动油泵6的动作的AT控制装置12、基于来自AT控制装置12的控制指令信号控制电动油泵6的驱动的无刷电机控制装置3。

由此，电动式油泵5由无刷电机4驱动，无刷电机4由无刷电机控制装置3控制。无刷电机控制装置3进行的控制基于来自AT控制装置12的指令执行。该无刷电机控制装置3在发动机停止时或通过机械式油泵8不能确保必要的工作油压的情况下，使电动油泵6适当动作，向离合器10及自动变速机构11供给油压。

另外，在AT控制装置12中，输入来自检测自动变速机构11的输入转速的旋转传感器的信号以及来自检测用于汽车的驾驶员操作自动变速器的变速杆的变速档的换档传感器的信号等，基于这些信号，向无刷电机控制装置3发送使电动油泵6动作的控制指令。

图1的AT用油压泵系统为以上那样的构成，因此，在车辆怠速停止时，发动机转速降低，机械式泵8的转速也降低，油路L1的供油压力也降低。

另一方面，在与怠速停止同时，从AT控制装置12向电机控制装置3发送无刷电机4起动的指令，驱动无刷电机4，使电动油泵5旋转，使油路L2的油压逐步上升。

而且，在机械式油泵8的油路L1的油压力降低，通过止回阀9阻止的电动油泵5的油路L2的油压力超过某阈值时，油通过油盘7、电动油泵5、止回阀9、变速器11及离合器10、油盘7的路径进行循环。

在上述的AT用油压泵系统中，在由无刷电机4驱动电动油泵5的状态下，对离合器10进行开闭动作时的动作进行说明。

图2表示驱动离合器10的情况下的止回阀9的出口侧(自动变速机构11侧)油压变化的特性。该图的特性为横轴表示时间t，纵轴表示油压P。油压在油路及促动器的驱动下变动。

首先，在对与离合器10连接的油路进行打开/关闭的阀13被关闭的状态下(图中的时刻t1之前)，电动油泵5所提供的止回阀9的出口侧油压以油压P1稳定。这时，从阀13到离合器10的油路L3为没有油的状态。

在打开阀13的情况下(t1的时刻)，油不受任何抵抗地在油路L3流动，因此，油路的油压从通常油压P1向P2急剧降低。之后，油填充到油路L3，在油到达离合器10(t2的时刻)时，直到成为离合器10开始动作的油压P3(t3的时刻)，油压急剧上升。这时，如图2所示，油压在短时间急剧地发生通常→低→高的变化。

当打开该阀13对离合器10供油的操作发生在怠速停止时，驱动电动油泵5的无刷电机4产生图3那样的速度变化。

首先，无刷电机4的负荷扭矩与油压成比例，因此，在图3中阀13被关闭的状态下(图中的时刻t1之前)，以与油压P1对应的转速N1稳定地运转。

在打开阀13的t1时刻之后，在无刷电机4接受急剧的负荷变动，且进行电机扭矩一定控制的情况下，如图3所示，与负荷扭矩的变动同步，转速发生变动。在图3中，时间t1、t2、t3表示与图2同一时刻。转速在电机及泵的惯性的影响下，延迟于负荷变动而进行变化。

这时的速度N的响应为在当初油压P1时以转速N1稳定旋转的状态，但是，从时刻t1到t2之间，因压力的降低而无刷电机4成为无负荷运转状态。在进行电机扭矩一定控制的情况下，输入扭矩被控制为一定，但是，由于负荷扭矩低，所以成为输入过大的状态，被急剧加速。在时刻t2之后，压力急速地恢复，负荷扭矩增大，因此，成为输出过大的状态，被急剧减速。

在本发明的情况下，电机5为无刷电机4，在这样的急剧的速度变化环境下，有可能失调等，因此不予优选。因此，即使允许转速变化，也对设定为更缓慢的转速变化的方案进行研究。

这时的无刷电机4的转速可以由式(1)表示。首先，在电动油泵5中，因油路的切换等而油压力发生变化。因此，与油压力成比例的无刷电机4的负荷扭矩急剧变化。这时，从下式可知，当电机输出扭矩Tm控制为一定时，电机的转速Nm急剧地变化。

Nm＝1/J×∫(Tm-TL)dt    (1)

在此，J：总惯性系数(泵和电机的惯性系数)

Tm：电机输出扭矩

TL：电机负荷扭矩

从该式可知，在使电机转速的变化以缓慢的方式运转时，只要使电机输出的扭矩以根据转速变化进行增减的方式来控制即可。

下面，对即使在该过渡状态下，能以缓慢设定电机转速的变化的方式进行运转的本发明装置及方法进行详细地说明。

图4表示应用了本发明的情况下的电动油泵驱动用无刷电机控制系统3的控制块图。

为了进行无刷电机4的控制，无刷电机控制装置3将产生无刷电机4的q轴电流指令值Iq*的控制指令产生装置31、控制电流的电流控制装置35、进行矢量运算的无刷电机控制装置37、利用无刷电机控制装置37的输出来控制的电力转换装置38作为主要的部件而构成。

另外，当执行该控制时，作为来自无刷电机4测的进程量，作为电流控制装置35的返回值Iqf取入q轴电流Iq，为了进行无刷电机控制装置37的矢量运算等而取入转速ω1*。32，33为检测三相电流中的任意两相Iu、Iw的电流的电流检测器，34为导出作为返回值的q轴电流Iqf的电流检测装置。36为根据由电流检测器32，33检测出的无刷电机电流运算磁极位置、电机转速的位置、速度检测运算装置。

另外，在执行该控制时，无刷电机控制装置3从图1的AT控制装置12输入作为控制信号的油压指令值Pc和油温Tc。

下面，对构成无刷电机控制装置3的各装置的详细功能进行说明。首先控制指令产生装置31输入作为来自AT控制装置12的控制信号的油压指令值Pc和油温Tc，将该指令值转换为扭矩指示值后，产生无刷电机的q轴电流指令值Iq*。在此，所谓无刷电机的q轴电流是指无刷电机的扭矩电流，在控制指令产生装置31中决定扭矩电流的设定值Iq*。

另外，在控制指令产生装置31中，当决定q轴电流指令值Iq*时，从位置、速度检测运算装置36取入转速ω1*。在本发明中，在扭矩电流设定值Iq*的决定方面具有特征，图5中表示其详细电路构成，后面将详细地进行说明。

电流控制装置35反馈由电流检测装置34检测出的q轴电流Iqf，在减法电路39中求出其与指令值Iq*的差1q*-Iqf，执行比例积分控制，获得输出信号Iq**。另外，在导出作为返回值的扭矩电流Iqf时，虽然有几个方法，但是在此，用电流检测器32，33检测三相电流中任意的两相Iu、Iw的电流，在电流检测装置34中导出q轴成分。

无刷电机控制装置37输入电流控制装置35的输出信号Iq**、转速ω1*及无刷电机的d轴电流指令值Id并进行矢量运算，输入电力转换装置38的U、V、W相的三相交流电压UV、VV、VW，转换为三相交流后供给无刷电机4。另外，在位置、速度检测运算装置36中，根据利用电流检测器32、33检测出的无刷电机电流，对磁极位置、电机转速进行运算。

根据图4的控制装置构成，在电流控制装置35中，输入利用电流偏差运算器39根据电流指令值Iq*和电流检测值Iqf而得到的偏差值并进行运算，输出第二电流指令值Iq**。另外，接受该结果，在无刷电机控制装置37中，输入无刷电机的电流指令值1q**和d轴电流指令值Id及转速ω1*而进行矢量运算。在电力转换装置38中，输入无刷电机控制装置37的输出电压Vu、Vv、Vw，转换为三相交流后，使无刷电机4旋转，驱动电动式油泵5。

这样，根据图4的控制装置构成，无刷电机4根据q轴电流指令值Iq*来控制，该q轴电流指令值Iq*在图3表示其详情的控制指令产生装置31中被决定。而且，q轴电流指令值Iq*由从上位控制装置12向无刷电机控制装置3作为控制信号所提供的油压指令值Pc和油温Tc来决定。

下面，使用图5对本发明的中心部即控制指令产生装置31进行详细说明。

当决定q轴电流指令值Iq*时，控制指令产生装置31利用加法器318求将目标扭矩τm变换为电流指令值的常数变换装置314的输出Iq1与来自速度控制装置317的输出Iq2之和。即，从扭矩和速度的观点决定q轴电流指令值Iq*。

另外，根据来自图1的AT控制装置12的控制信号即油压指令值Pc及油温Tc决定扭矩和速度的目标值。

其中，为了从扭矩的观点决定Iq1，在图5装置中具备：以来自AT控制装置12的控制信号即油压指令值Pc及油温Tc为输入，从预先准备的数据表选择扭矩指令值τm并输出的扭矩指令产生装置311；和将扭矩指令τm变换为电流指令值Iq1的常数变换装置314。

另外，为了从速度的观点决定Iq2，在图5装置中具备：以来自AT控制装置12的控制信号即油压指令值Pc及油温Tc为输入，从预先准备的数据表选择上限转速Nmax并输出的上限限定装置315；同样从预先准备的数据表选择下限转速Nmin并输出的下限限定装置316；接受由位置、速度检测运算装置36检测出的电机实际转速N1*，以电机转速在上限转速Nmax及下限转速Nmin内的方式决定电流指令值修正量Iq2并输出的速度限制装置317。

下面，对决定输出Iq2的主要的构成部位即速度限制装置317进行说明。

首先，在速度限制装置316中输入由上限限定装置315、下限限定装置316选择并输出的上下限速度限定值Nmax、Nmin。将该上下限速度限定值Nmax、Nmln的限制设定在第一限制范围。速度限制装置316还具有更小幅度的第二限制范围。

第二限制范围为将由第一制限范围的上下限速度限定值决定的转速区域设定分割为n个区域的内部上限速度限定值NUi、内部下限速度限定值NLi(i：0～n)。在此，对限定值NU、NL标记符号I的意思是该限制范围的组合有多个。

图6表示速度限制范围的关系，由点划线表示的Nmax、Nrnin为以来自AT控制装置12的控制信号即油压指令值Pc及油温Tc为输入决定的第一限制范围。与之相对，NU、NL为被设定在第一限制范围内的更小的幅度的第二限制范围。在此，作为第二限制范围表示有四组限制范围。

这两组限制范围例如在电动泵起动时和正常运转状态下分开使用。在电动泵起动时使用第一限制范围。这时，转速为比由下限限定装置316选择的下限速度限定值Nmin低的值(图6的N1)，因此，根据上限速度限定值Nmax和N1的差值算出正的电流指令值修正量Iq2，使电机加速。但是，在转速比下限限定值Nmin更高，并存在在第一限制范围内的状态下，第一限制范围的限制动作不发挥功能。

与之相对，本发明的更小幅度的第二限制范围在正常运转状态发挥功能，但是，即使在该情况下，例如存在在第二限制范围的状态下，限制动作也不发挥功能。例如，在图6中，现在时刻的转速为X1，且存在在第二限制范围Num、NLm的范围内时，这时，第二限制范围NUm、NLm不发挥计算电流指令值修正量1q2的功能。

第二限制范围Num、NLm发挥计算电流指令值修正量1q2的功能，是在发生图3所示的现象，由于转速的急变而脱离该限制范围时。即，在转速从X1向X2移动，到达上限NUm时。

这时，速度限制装置317检测电机实际转速超过第二限制范围的上限转速NUm，例如根据与下限限定值NLm的差信号计算负的电流指令值修正量1q2并输出。由此，电流指令值Iq*减少，以电机实际转速成为上限旋转速NUm以下的方式进行动作，限制转速的上升。

即，在该状态下，负荷扭矩急剧减小而转速上升，因此，使提供给电机的输入扭矩减少，使电机的输入输出扭矩均衡，由此，发挥使转速降低的功能。

但是，在发生图3那样的急剧且大的变动时，不能马上使电机的输入输出扭矩均衡，而转速随着上限转速NUm保持原状，并没有改善。

于是，在本发明中，监视转速从上限转速NUm未降低的时间，转换为下面的第二限制范围NUm+1、NLm+1。NUm+1、NLm+1为比NUm、NLm大的值的限制范围。图6的例中表示即使通过该范围移动也不会向速度降低移动，而通过提高逐次范围最终在NUN、NLN稳定。

在图3的例中，在转速上升后向离合器10填充油时，油压降低。在图6的X5中转变为转速减少。这时，速度限制装置317检测电机实际转速为第二限制范围的下限转速NLN以下，例如根据与上限限定值NUN的差信号计算正的电流指令值修正量Iq2并输出。由此，增加电流指令值Iq*，且以电机实际转速成为下限转速NLN以上的方式进行动作，限制转速的降低。

即，在该状态下，负荷扭矩急增而转速降低，因此，使提供给电机的输入扭矩增加，使电机的输入输出扭矩均衡，由此，发挥使转速上升的功能。

另外，第二限制范围追随移行范围直到转速稳定。在该情况下，在移动到接着的限制范围时以附随的状态的持续时间监视、切换的情况与上升的情况相同。

另外，在求其输出即电流指令值修正量Iq2时，速度限制装置317相对于输入偏差实施比例积分控制等。

这样，控制指令产生装置31提供的q轴电流指令值Iq*在电机转速N1*位于上限转速Nmax及下限转速Nmin内时成为Iq1，在电机转速N1*脱离了上限转速Nmax及下限转速Nmin的范围时将与脱离量相当的电流指令值修正量Iq2与Iq1相加，成为Iq1+Iq2。

图7表示执行上述控制时的转速的变动，在转速有上升趋势时以使电机的输入扭矩减少的方式进行工作，在存在降低趋势时以使电机的输入扭矩增加的方式进行工作，由此，能够将转速的变动幅度抑制得较低。因此，能够减小无传感器电机4的失调的危险性。

在本发明中，通过这样以狭小的区域宽度用上下限速度限定值进行电机转速的限制，能够将因负荷扭矩的变动导致的转速的变动抑制得较小。

通过如上进行控制，根据电机的旋转变动能够快速地增减输出扭矩，因此，在电机进行一定扭矩控制的情况下，能够防止因急剧的负荷变动导致的失调。

通过以上的方法，提供一种电动油泵用电机控制装置及控制方法，即使在电动油泵驱动无刷电机系统中，通过油路切换等而油压变化，无刷电机的负荷扭矩急剧变化的情况下，也能够抑制电机的转速的急变，不会失调而能够稳定地控制。

另外，根据本发明，还可减少电动油泵的转速急剧变化等造成的冲击扭矩的产生或异常声音的产生等，有效地减少电机及泵的损伤。

Claims (5)

1.一种电动油泵用电机控制装置，具备：机械式油泵，其由发动机驱动而供给油压；电动式油泵，其由电机驱动而供给油压；供油切换机构，其在发动机驱动时选择来自机械式油泵的供油，在发动机停止时选择来自电动式油泵的供油；AT控制装置，其在发动机停止时提供所述电机的起动指令和所述油系统的供油信息；控制指令产生装置，其使用来自该AT控制装置的供油信息，提供决定所述电机扭矩的第一电流指令信号与由所述电机的速度偏差决定的第二电流指令信号之和的信号；电流控制装置，其根据该控制指令产生装置的输出和所述电机的负荷电流的差，提供第三电流指令信号；电机控制装置，其获得该电流控制装置的输出而执行矢量控制；电力变换装置，其由该电机控制装置控制，并控制提供给所述电机的交流电，所述电机为无传感器电机，其特征在于，

所述控制指令产生装置具备用于获得由所述电机的速度偏差决定的第二电流指令信号的速度限制装置，

该速度限制装置对于转速具有第一上限值和第一下限值，在转速脱离该范围时，提供抑制转速变动的方向的所述第二电流指令信号，而且，在脱离状态持续规定时间以上时，对于向脱离持续方向变化的转速，设定新的第一上限值和第一下限值。

2.如权利要求1所述的电动油泵用电机控制装置，其特征在于，

所述控制指令产生装置具备：根据来自所述AT控制装置的供油信息设定上限转速的第一信号产生装置、和根据来自所述AT控制装置的供油的信息设定下限转速的第二信号产生装置，

所述速度限制装置将转速限制在所述第一信号产生装置和所述第二信号产生装置所提供的上限转速和下限转速的范围内，并且，所述第一上限值和所述第一下限值被设定为所述第一产生装置和所述第二信号产生装置所提供的上限转速和下限转速的范围内。

3.如权利要求2所述的电动油泵用电机控制装置，其特征在于，

在电动油泵起动时，将所述第一产生装置和所述第二信号产生装置所提供的上限转速和下限转速作为设定信号而决定所述第二电流指令信号，

在电动油泵动作时，将所述第一上限值和所述第一下限值作为设定信号而决定所述第二电流指令信号。

4.一种电动油泵用电机控制装置的控制方法，该电动油泵用电机控制装置具有：机械式油泵，其由发动机驱动而供给油压；电动式油泵，其由电机驱动而供给油压；供油切换机构，其在发动机驱动时选择来自机械式油泵的供油，在发动机停止时选择来自电动式油泵的供油，利用无传感器电机驱动电动式油泵，该控制方法的特征在于，

将所述无传感器电机的转速维持在第一上限值和第一下限值的范围内，在转速脱离该范围时向抑制转速变动的方向进行控制，而且，在脱离状态持续规定时间以上时，对于向脱离持续方向变化的转速，设定新的第一上限值和第一下限值。

5.如权利要求4所述的电动油泵用电机控制装置的控制方法，其特征在于，所述转速的新的第一上限值和第一下限值的设定变更范围允许在另外决定的第二上下限值范围内。

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