CN103780111B - 用于环境友好车辆的逆变器控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于环境友好车辆的逆变器控制系统和方法，通过该系统和方法，当与在整个操作区域使用一个固定开关频率和一个固定采样频率的常规情况相比较时，能够在开关损耗、电磁性能、噪声‑振动‑不舒适性（NVH）性能、控制稳定性等方面获得总体改进。为此，用于环境友好车辆的逆变器控制方法根据开关频率和采样频率生成脉宽调制（PWM）信号，并且控制开关元件的开/关驱动，其中控制器根据当前电动机转速改变并设定开关频率，根据开关频率改变并设定采样频率，并且根据相应于电动机转速的开关频率和采样频率控制开关元件的开/关驱动。

Description

用于环境友好车辆的逆变器控制方法和系统

技术领域

本发明涉及用于环境友好车辆的逆变器控制方法和系统，且更具体地，涉及一种用于环境友好车辆的逆变器控制方法和系统，通过该方法和系统，当与在整个操作区域使用一个固定开关频率和一个固定采样频率的常规控制方法相比较时，能够在开关损耗、电磁性能、噪声-振动-不舒适性（NVH）性能、控制稳定性等方面做出整体改进。

背景技术

众所周知，诸如纯电动车辆（EV）、混合动力电动车辆（HEV）、燃料电池电动车辆（FCEV）等的环境友好车辆使用电动机作为用于车辆驱动的至少一个驱动源。

具体地，存储在车辆的主电池中的直流（DC）电力经由电池与电动机之间的逆变器转换为三相交流（AC）电力并驱动电动机，并且电动机的驱动力被传递至驱动轮以使车辆行驶。

在环境友好车辆中，动能在减速期间经由再生制动转换为电能，并且电能被存储在电池中，其后，在车辆行驶时，存储在电池中的能量被再循环回来驱动电动机（例如，所收集的电能被再循环为车辆所利用的动能，用以例如对电池充电），由此提高燃料效率。

通常包括用作环境友好车辆的驱动源的电动机和逆变器的电动机系统具有与其相关的若干问题，诸如在驱动操作/再生操作期间发生的噪声、由开关损耗引起的效率退化、电磁性能退化等等。

通常，如果逆变器的开关频率增加，那么噪声减小；随着开关频率减小，逆变器效率和燃料效率可提高。

也就是说，如果逆变器的开关频率被设定至低固定频率（例如，基本开关频率被固定至4kHz），那么电磁性能可良好。然而，会生成大量噪声。

当基本开关频率在整个操作区域被设定至高以便减少逆变器噪声（例如，基本开关频率被固定至8kHz）时，NVH性能变好（即，脉宽调制（PWM）电流脉动减小），但是电磁性能恶化并且开关损耗增加（即，导致车辆约束条件中的坡道保持性能的退化），使得逆变器效率和燃料效率也降低。

关于电磁性能，随着开关频率增加，所辐射的电磁噪声增加（例如，因此AM广播接收变差）；随着开关频率减小、所辐射的噪声减小且因此电磁性能变好。

在常规的环境友好车辆中，为了减少可能被敏感地察觉或者可能使驾驶者或乘客不悦的逆变器噪声，逆变器的开关频率通常被设定至高并固定（例如，至8kHz），并且用于获得控制逆变器用的诸如感测电流和（估算的）转子位置的信息的采样频率被设定成等于开关频率（8kHz）（类似于以下的单采样方案）。

这里，开关频率（即，开关周期）可被定义为逆变器中的分立开关的开/关分别重复一次的周期，并且采样频率相应于控制逆变器电流时的控制周期，其中控制周期可被定义为重复转子位置信息、电流控制操作、占空比计算（duty calculation）和占空比更新（dutyupdate）的周期。

然而，在常规情况下，不考虑电动机驱动状态等而在整个操作区域固定并使用一个开关频率（即，使用固定频率方案），从而导致由开关元件的散热引起的高开关损耗和电磁性能的弱点。

此外，当采样频率高时，虽然逆变器控制稳定性变好，但是执行控制的处理器的负荷增加，因为处理器必须在较短时间内获得诸如感测电流、电动机角度信息等的控制参数并且计算较大量的控制值，所以处理器可能变得过载。

因此，有必要通过考虑NVH性能、电磁性能、开关损耗、控制稳定性、处理器负荷系数等，根据行驶状态控制开关频率和采样频率。

也就是说，在常规系统中，由于开关频率在整个操作区域被设定且固定在高频率，所以存在诸如电磁性能退化和开关损耗增加的明显缺点以及一些优点。因此，需要为了总体性能提高根据行驶状态适当改变开关频率并根据改变的开关频率适当调整采样频率的控制技术。

发明内容

因此，已做出本发明来解决上述问题，并且本发明提供了一种用于环境友好车辆的逆变器控制系统和方法，通过该系统和方法，当与在整个操作区域使用一个固定开关频率和一个固定采样频率的常规控制方法相比较时，可在开关损耗、电磁性能、NVH性能、控制稳定性等方面获得总体改进。

根据本发明的一方面，提供了一种用于环境友好车辆的逆变器控制系统和方法，其根据开关频率和采样频率生成脉宽调制（PWM）信号，并且控制开关元件的开/关驱动，其中控制器根据当前电动机转速改变并设定开关频率，根据开关频率改变并设定采样频率，并且根据相应于电动机转速的开关频率和采样频率控制开关元件的开/关驱动。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于环境友好车辆的逆变器控制方法，其根据开关频率和采样频率生成脉宽调制（PWM）信号，并且控制开关元件的开/关驱动，其中在控制器根据当前电动机转速确定基本开关频率之后，控制器将开关频率和采样频率从基本开关频率改变并设定成相应于当前电动机操作状态的值，并且根据开关频率和采样频率控制开关元件的开/关驱动。

附图说明

现在将参照附图中示出的示例性实施例详细说明本发明的上述及其他特征，附图在下文中仅以例示的方式给出，因此不限制本发明，并且其中：

图1是根据本发明的第一示例性实施例的逆变器控制方法的流程图；

图2是示出在根据本发明的第一示例性实施例的逆变器控制方法中开关频率被可变控制（连续可变控制）的状态的图；

图3是示出根据本发明的第一示例性实施例的逆变器控制方法中的采样频率的转换方案的图；

图4是示出根据本发明的第二示例性实施例的逆变器控制方法的流程图；

图5是示出在根据本发明的第二示例性实施例的逆变器控制方法中开关频率被可变控制（阶跃转换（step transition）控制）的状态的图；

图6是示意性地示出在根据本发明的第二示例性实施例的逆变器控制方法中在进行开关频率的阶跃转换时进行单采样/双采样转换的图；

图7A和7B是示出根据本发明的第三示例性实施例的基本开关频率和扩频的图；

图8是示出根据本发明的第三示例性实施例的逆变器控制方法的流程图；

图9是示出根据本发明的第三示例性实施例的逆变器控制方法中的采样频率的切换方案的图；

图10是示出根据本发明的第四示例性实施例的逆变器控制方法的流程图；

图11A和11B是示意性地示出在根据本发明的第四示例性实施例的逆变器控制方法中开关频率被可变控制并且通过开关频率的阶跃转换执行单采样/双采样转换的状态的图；

图12是示出根据本发明的第五示例性实施例的逆变器控制方法的流程图；

图13A和13B是示意性地示出在根据本发明的第五示例性实施例的逆变器控制方法中开关频率被可变控制并且通过开关频率的阶跃转换执行单采样/双采样转换的状态的图；并且

图14是示出根据本发明的示例性实施例的开关频率的阶跃切换区域的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细说明本发明，以使本领域的普通技术人员能够容易地实现本发明。

应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多功能车（SUV）、客车、货车、各种商用车辆在内的载客车辆、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆及其他代用燃料车辆（例如，从石油以外的资源取得的燃料）。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。

另外，应当理解以下方法由至少一个控制器执行。术语控制器是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置成存储模块，并且处理器具体配置成执行所述模块，以便执行以下进一步描述的一个或更多处理。

此外，本发明的控制逻辑可实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘（CD）-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，以便计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网（CAN），以分布式方式存储和执行。

本文所使用的术语仅用于说明特定的实施例，而不意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在同样包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还将理解的是，术语“包含”和/或“包括”，当在本说明书中使用时，具体指所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或更多相关列出项目的任何和全部组合。

除非具体陈述或从上下文显而易见，如本文所使用的，术语“大约”被理解为在本领域的正常容许限度的范围内，例如在平均值的2倍标准偏差内。“大约”可被理解为在所述值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01%内。除非从上下文另外明确，否则本文提供的所有数值均由术语“大约”修饰。

图1是根据本发明的第一示例性实施例的逆变器控制方法的流程图，并且图2是示出在根据本发明的第一实施例的逆变器控制方法中开关频率F_sw被可变控制（连续可变控制）的状态的图。

在图2中，还示出了常规的固定开关频率（例如，大约8kHz）。

图3是示出在根据本发明的第一示例性实施例的逆变器控制方法中采样频率F_samp的转换方案的图，其中采样频率F_samp随开关频率F_sw改变，并且在特定条件下执行转换（单采样<—>双采样）。

在本发明的第一示例性实施例中，逆变器开关频率可根据车辆的行驶状态而被可变地控制，并且采样频率可根据改变的开关频率而被适当地控制，由此实现开关损耗减少和电磁性能改进。

首先，控制器可配置成监测当前电动机转速W_rpm并根据当前电动机转速W_rpm可变地控制逆变器开关频率F_sw。

这里，电动机转速W_rpm可以是由速度计算器（由控制器内的处理器执行的微分器）基于由电动机的旋转变压器检测的绝对角位置计算的电动机转速。

在标准电动机和逆变器控制中，一旦安装在电动机上的旋转变压器检测到绝对角位置θ，便将其输入至速度计算器，然后速度计算器计算电动机转速W_rpm用于控制。因此，在示例性实施例中，控制器可根据电动机转速W_rpm可变地控制开关频率F_sw。

开关频率F_sw被计算为随电动机转速W_rpm改变的值，使得随着电动机转速W_rpm的改变，开关频率F_sw也相应地改变。

参照图1，在步骤S11中，根据电动机转速W_rpm计算开关频率F_sw，其中开关频率F_sw通过电动机转速W_rpm的绝对值即｜W_rpm｜的函数来确定。

一旦以这种方式根据电动机转速确定了开关频率的改变值，即通过使用改变后的开关频率，通过生成脉宽调制（PWM）信号的公知处理，来控制将直流（DC）电力转换为三相交流（AC）电力的逆变器中的开关元件（例如，绝缘栅双极晶体管（IGBT）电源模块的IGBT）的开/关驱动。

图2是示出开关频率的连续可变状态的图，其中如图2中所示，预先限定相应于电动机转速W_rpm的开关频率F_sw的数据信息（或者限定电动机转速与开关频率之间的关系的函数式（等式）信息）可用于根据电动机转速连续地改变开关频率，并且通过使用该数据信息（预先存储在控制器中的存储器内），控制器相应于当前电动机转速来计算并改变开关频率。

参照图2，示出了开关频率F_sw根据电动机转速W_rpm的增减而连续增减的图形，并且在本发明中，逆变器的开关频率F_sw由电动机转速W_rpm确定，并且开关频率F_sw被控制成具有根据电动机转速W_rpm而连续变化的图形。

当根据电动机转速W_rpm确定并可变地控制开关频率F_sw时，如图2中所示，开关频率被控制成与电动机转速的增减成比例地增减。也就是，随着电动机转速增加，相应于电动机转速的开关速度被确定并控制为更高的值（同样，随着电动机转速减小，开关频率也减小）。

图2的数据信息被预先设定成使得随着电动机转速W_rpm（更具体地，电动机转速的绝对值）增加，开关频率F_sw具有更高的值，并且在实际车辆的控制中，通过使用预先设定的数据信息，开关频率根据电动机转速的改变而成比例地连续改变。

在图2中，8kHz是常规的固定基本开关频率值。在本发明中，根据行驶状态，即电动机转速W_rpm，将开关频率F_sw可变地控制在常规的基本开关频率值以下，使得在电动机的低速区域，适当地减小开关频率，由此减小开关损耗并确保电磁性能。

采样频率F_samp可根据由电动机转速W_rpm确定的开关频率F_sw可变地确定，并且可在步骤S12中将开关频率F_sw与预先设定的基准频率F_SD相比较。当开关频率低于基准频率时，在步骤S13中以使用为开关频率两倍的频率作为采样频率的双采样模式（F_samp=2×F_sw）控制逆变器。

也就是，如果开关频率F_sw低于基准频率F_SD，那么采样频率F_samp被确定为开关频率F_sw的两倍，即2×F_sw。

另一方面，在开关频率F_sw超出基准频率F_SD的区域，在步骤S14中采样频率F_samp被确定为与开关频率相同的频率，并且以使用与开关频率相同的频率作为采样频率的单采样模式（F_samp=F_sw）控制逆变器。

这里，基准频率用作单采样模式（F_samp=F_sw）与双采样模式（F_samp=2×F_sw）之间转换的标准，并且基准频率在对于具有相同规格的电动机系统的预测试之后被预先确定。

参照图3，在开关频率F_sw低于基准频率F_SD的区域，以及在开关频率F_sw超出基准频率F_SD的区域，分别以双采样模式（步骤S13）和单采样模式（步骤S14）控制逆变器。

由于开关频率随电动机转速的增减而改变，因此采样频率也随电动机转速的增减而改变。然而，根据开关频率低于还是高于基准频率来确定双采样和单采样，并且当开关频率围绕基准频率增减时，发生采样频率的不连续改变，即双采样与单采样之间的模式转换。

如此，在本发明的第一示例性实施例中，开关频率随电动机转速连续变化，并且基于特定的电动机转速进行双采样与单采样之间的模式转换。

也就是，在电动机的低速区域（其中相应于电动机转速的开关频率小于基准频率），以其中采样频率被设定为开关频率的两倍的双采样模式控制逆变器，并且在高速区域（即，当开关频率超出基准频率时），以其中采样频率被设定为等于开关频率的单采样模式控制逆变器。

在本发明中，单采样模式可被定义为其中在一个开关周期期间发生一个控制周期的数字控制模式，并且双采样模式可被定义为其中在一个开关周期期间发生两个控制周期的数字控制模式。在双采样模式中，对于各个打开序列和关闭序列的独立占空比变化是可能的。

通过根据本发明的控制方法，可在电动机的低速区域使用比常规情况低的开关频率，从而减少开关损耗并确保电磁性能。

接着，将说明本发明的第二示例性实施例。

图4是示出根据本发明的第二示例性实施例的逆变器控制方法的流程图，并且图5是示出在根据本发明的第二示例性实施例的逆变器控制方法中开关频率被可变控制（阶跃转换控制）的状态的图。

图6是示意性地示出在根据本发明的第二示例性实施例的逆变器控制方法中在进行开关频率的阶跃转换时进行单采样/双采样转换的图。

如图4中所示，控制器在步骤S11’中监测当前电动机转速W_rpm，并且根据当前电动机转速W_rpm确定基本开关频率F_{sw_base}。

基本开关频率F_{sw_base}被确定为电动机转速W_rpm的绝对值即｜W_rpm｜的函数，并且为此，可使用预先限定相应于电动机转速的基本开关频率的数据信息（例如，限定电动机转速与开关频率之间的关系的函数式（等式）信息），并且通过使用该数据信息（预先存储在控制器的存储器中），控制器确定相应于当前电动机转速W_rpm的基本开关频率F_{sw_base}。

该数据信息可与图2中所示的第一实施例的数据信息相似，其中基本开关频率F_{sw_base}随着电动机转速W_rpm增加而被设定为更高。

也就是，随着数据信息中的电动机转速（其绝对值）增加，相应于电动机转速的基本开关频率被按比例设定为更高，并且在实际车辆控制中，基本开关频率根据该数据信息被确定为与电动机转速改变成比例连续改变的值。

如此，一旦根据电动机转速W_rpm确定了基本开关频率F_{sw_base}，在步骤S12’中将基本开关频率F_{sw_base}与预先设定的基准频率F_SD相比较。当基本开关频率F_{sw_base}超出基准频率F_SD时，在步骤S14’中实际用于逆变器控制的开关频率F_sw被最终确定为基本开关频率（F_{sw_base}=F_sw）。

如在第一示例性实施例中那样，在步骤S14”中，以其中采样频率F_samp被确定为等于开关频率F_sw以供使用的单采样模式（F_samp=F_sw）控制逆变器。

第二示例性实施例还提供了复杂分段控制逻辑，其中控制器确定当前电动机操作状态是处于驱动操作状态还是再生操作状态，并且对于驱动操作状态和再生操作状态，分别根据基本开关频率F_{sw_base}确定开关频率F_sw和采样频率F_samp。另外，在第二实施例中，根据当前逆变器输入电压、电动机转速、扭矩命令、或逆变器功率，确定是否进行开关频率的阶跃转换，并且选择单采样模式和双采样模式中的一种。

也就是，当电动机处于驱动操作状态时，在步骤S16、S17、S18和S19-1中，当i.)逆变器输入电压VDC大于预设的第一基准电压VDC_cal1；ii.)电动机转速W_rpm（例如，其绝对值）是在预设的第一速度范围内的值（在第一基准速度W_{rpm_cal1}与第二基准速度W_{rpm_cal2}之间的值）；以及iii.)扭矩命令的绝对值|Τ_e*|大于第一基准扭矩Τ_{e_cal1}，或者逆变器功率的绝对值|Power|大于第一基准功率Power_cal1，上述三个条件全部满足时，将开关频率F_sw最终确定为基本开关频率的两倍2×F_{sw_base}，并且进行逆变器控制中使用的开关频率的阶跃转换（F_sw=2×F_{sw_base}）。在步骤S19-2中，将采样频率F_samp设定为等于单采样模式的频率的频率（F_samp=F_sw），也就是开关频率，以供逆变器控制中使用。

另一方面，当三个条件中的任一者不满足时，在步骤S20-1中将开关频率最终确定为基本开关频率，而不进行开关频率的阶跃转换（F_sw=F_{sw_base}），并且在此情况下，对于采样频率F_samp，在步骤S20-2中以双采样模式（F_samp=2×F_sw）执行控制。

换言之，将开关频率两倍的频率确定为采样频率并用于逆变器控制。

当电动机处于再生操作状态时，在步骤S16’、S17’、S18’和S19’-1中，当：逆变器输入电压VDC大于预设的第二基准电压VDC_cal2；电动机转速W_rpm（其绝对值）是在预设的第二速度范围内的值（在第三基准速度W_{rpm_cal3}与第四基准速度W_{rpm_cal4}之间的值）；以及扭矩命令的绝对值|Τ_e*|大于第二基准扭矩Τ_{e_cal2}，或者逆变器功率的绝对值|Power|大于第二基准功率Power_cal2，上述三个条件全部满足时，将开关频率F_sw最终确定为基本开关频率的两倍2×F_{sw_base}，并且进行逆变器控制中使用的开关频率的阶跃转换（F_sw=2×F_{sw_base}）。

在步骤S19’-2中，将采样频率F_samp设定为等于单采样模式的频率的频率（F_samp=F_sw），也就是开关频率，以供逆变器控制中使用。

当三个条件中的任一者不满足时，在步骤S20’-1中将开关频率最终确定为基本开关频率，而不进行开关频率的阶跃转换（F_sw=F_{sw_base}），并且在此情况下，对于采样频率F_samp，在步骤S20’-2中以双采样模式（F_samp=2×F_sw）执行控制。

以这种方式，对于电动机的驱动操作和再生操作，可分别根据基本开关频率确定开关频率和采样频率，并且在此情况下，为了应用于电动机的驱动操作和再生操作，可分别以不同的值设定基准电压（即，分别为第一基准电压和第二基准电压）、速度范围（即，分别为第一速度范围和第二速度范围）、基准扭矩（即，分别为第一基准扭矩和第二基准扭矩）以及基准功率（即，分别为第一基准功率和第二基准功率）。

因此，在第二示例性实施例中，根据有关驱动操作和再生操作的、包括逆变器输入电压、电动机转速、扭矩命令或逆变器功率的当前电动机操作状态信息，可变地进行开关频率的阶跃转换和单/双采样转换。

参照图5，在电动机的特定速度区域满足三个条件，使得进行开关频率F_sw的阶跃转换，并且在此情况下，开关频率具有不连续变化的控制图形。

与如图3中所示进行不连续的单/双采样转换的第一示例性实施例相比，在第二示例性实施例中，以上述方式进行的单/双采样转换提供了如图6中所示的连续的采样图形。

而且在第二示例性实施例中，根据电动机操作状态适当地改变开关频率，并且对于采样频率进行双采样模式与单采样模式之间的适当转换，从而当与其中在整个操作区域使用一个开关频率和一个采样频率的常规情况相比较时，在开关损耗、电磁性能、NVH性能、控制稳定性等方面获得了总体改进。

接着，将说明本发明的第三示例性实施例。

图7A和7B是示出根据本发明的第三示例性实施例的基本开关频率和扩频的图，并且图8是示出根据本发明的第三示例性实施例的逆变器控制方法的流程图。

在本发明的第三示例性实施例中，基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}均为从当前电动机转速W_rpm获得的频率值，并且在当前的示例性实施例中，引入扩频的概念。也就是，在本发明的第三示例性实施例中，另外反映相应于当前电动机转速W_rpm的扩频F_{sw_inj}来获得开关频率。此开关频率通过对根据电动机转速所确定的基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和而获得。

因而，通过对基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和而获得的开关频率也是根据当前电动机转速来确定的，并且在以下说明中，通过对基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和所获得的开关频率将由“F_{sw_nom}”表示。

用于计算开关频率F_{sw_nom}的等式可表示如下：

F_{sw_nom}=f1(｜W_rpm｜)+f2(｜W_rpm｜)=f(｜W_rpm｜)=F_{sw_base}+F_{sw_inj}·······(1)，

其中F_{sw_base}=f1(｜W_rpm｜)，且F_{sw_inj}=f2(｜W_rpm｜)。

如在根据第一示例性实施例的图2中那样，基本开关频率F_{sw_base}是根据电动机转速W_rpm被连续可变控制的开关频率，使得控制器从当前电动机转速W_rpm确定基本开关频率F_{sw_base}。

在此情况下，可使用将基本开关频率F_{sw_base}限定为相应于电动机转速的值的数据信息（或者限定电动机转速与基本开关频率之间的关系的等式信息），并且通过使用该数据信息（例如，预先存储在控制器的存储器或存储装置中），控制器获得相应于当前电动机转速W_rpm的基本开关频率F_{sw_base}。

图7A示出根据电动机转速W_rpm连续可变控制基本开关频率F_{sw_base}的状态，其中还示出常规固定的开关频率值（8kHz）。如图7A中所示，基本开关频率F_{sw_base}可随着电动机转速W_rpm增加而被设定成更高。也就是，随着数据信息中的电动机转速（例如，其绝对值）增加，相应于电动机转速的基本开关频率被按比例设定成更高，并且在实际车辆控制中，基本开关频率根据该数据信息被确定为与电动机转速改变成比例连续改变的值。

如此，在第三示例性实施例中，通过进一步反映扩频F_{sw_inj}，也就是，通过对根据电动机转速被连续可变控制的基本开关频率F_{sw_base}和同样根据电动机转速所确定的扩频F_{sw_inj}求和，而获得用于确定采样频率的开关频率F_{sw_nom}。

以这种方式，在本发明的第三示例性实施例中，通过反映扩频而根据电动机转速改变开关频率，因而利用扩频实现NVH性能改进（通过实时开关频率改变使噪声源分散）。

在第三示例性实施例中，可使用预定等式，例如，类似于等式2的包含变量M_inj的余弦函数来获得扩频F_{sw_inj}，其中M_inj是根据电动机转速确定的值。

F_{sw_inj}=M_injCOS(2πf_injt)·······(2),

其中f_inj表示预先设定的常数且t表示时间变量。

图7B示出M_inj被设定为相应于电动机转速W_rpm的值的实例。在本发明的第三示例性实施例中，如图7B中所示，根据电动机转速W_rpm预先设定M_inj，然后通过使用根据实时改变的电动机转速W_rpm获得的M_inj，基于等式2获得扩频F_{sw_inj}。

图9是示出根据本发明的第三示例性实施例的逆变器控制方法中的采样频率F_samp的切换方案的图。如图9中所示，在第三示例性实施例中，通过使用对基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和所获得的开关频率F_{sw_nom}，来确定采样频率F_samp。

此时，除了采样频率F_samp的确定使用通过对基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和所获得的开关频率F_{sw_nom}之外，采样频率F_samp根据开关频率F_{sw_nom}改变和在特定条件下执行转换（例如，单采样<—>双采样）的方案与第一示例性实施例相同。

参照图8，以下将关于根据本发明的第三实施例的逆变器控制方法中的基于电动机转速执行单采样与双采样之间的转换的处理做出说明。

首先，控制器监测当前电动机转速W_rpm并根据当前电动机转速W_rpm可变控制逆变器开关频率F_{sw_nom}。如上所述，通过对基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和而获得开关频率F_{sw_nom}，并且基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}均被计算为随电动机转速W_rpm而改变的值，使得当电动机转速W_rpm改变时，开关频率F_{sw_nom}也相应地改变。

参照图8，在其中开关频率F_{sw_nom}被计算为相应于电动机转速W_rpm的值的步骤S11中，开关频率F_{sw_nom}被确定为电动机转速绝对值｜W_rpm｜的函数。如此，一旦确定了相应于电动机转速的开关频率改变值，即通过使用改变后的开关频率生成三角波并生成脉宽调制（PWM）信号，来控制将直流（DC）电力逆变成用于电动机驱动的三相交流（AC）电力的逆变器中的开关元件（IGBT电源模块的IGBT的开/关驱动。

根据通过电动机转速W_rpm确定的开关频率F_{sw_nom}可变地设定采样频率F_samp，并且在步骤S12中将开关频率F_{sw_nom}与预设的基准频率F_SD相比较。如果开关频率低于基准频率，则在步骤S13中以使用为开关频率两倍的频率作为采样频率的双采样模式（F_samp=2×F_{sw_nom}）控制逆变器。

另一方面，在开关频率F_{sw_nom}超过基准频率F_SD的区域，在步骤S14中将采样频率F_samp确定为与开关频率相同的频率，并且以使用与开关频率相同的频率作为采样频率的单采样模式（F_samp=F_{sw_nom}）控制逆变器。

这里，基准频率用作单采样模式（F_samp=F_{sw_nom}）与双采样模式（F_samp=2×F_{sw_nom}）之间转换的标准，并且基准频率在关于具有相同规格的电动机系统的预测试之后被预先确定。

参照图9，在开关频率F_{sw_nom}低于基准频率F_SD的区域，以及在开关频率F_{sw_nom}超过基准频率F_SD的区域，分别以双采样模式和单采样模式控制逆变器。如此，在本发明的第三示例性实施例中，开关频率随电动机转速连续变化，并且基于特定的电动机转速（特定的开关频率）进行双采样与单采样之间的模式转换。

接着，将说明本发明的第四示例性实施例。

图10是示出根据本发明的第四示例性实施例的逆变器控制方法的流程图，并且图11是示意性地示出在根据本发明的第四示例性实施例的逆变器控制方法中开关频率被可变控制（阶跃转换控制）以及在逆变器控制方法中进行开关频率的阶跃转换时进行单采样/双采样转换的状态的图。

本发明的第四示例性实施例也使用第三示例性实施例中所述的相应于电动机转速的开关频率，也就是，通过对根据电动机转速W_rpm由各自的计算方法确定的基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和而获得的开关频率F_{sw_nom}。

除了取代第二示例性实施例的基本开关频率，使用通过对基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和所获得的开关频率F_{sw_nom}之外，第四示例性实施例在整体控制方法方面与第二示例性实施例并非十分不同。

首先，如图10中所示，在步骤S11’中控制器在监测当前电动机转速W_rpm的同时，根据当前电动机转速W_rpm确定通过对基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和所获得的开关频率F_{sw_nom}。

此后，一旦确定了相应于当前电动机转速W_rpm的开关频率F_{sw_nom}，控制器在步骤S12’中将开关频率F_{sw_nom}与预定的基准频率F_SD相比较。如果开关频率F_{sw_nom}超过基准频率F_SD，则控制器在步骤S14’中将在逆变器控制中实际使用的开关频率F_sw最终确定为开关频率F_{sw_nom}（F_sw=F_{sw_nom}）。

另外，控制器在步骤S14’’中以将采样频率F_samp确定为等于开关频率F_sw的频率并使用所确定频率的单采样模式（F_samp=F_sw）控制逆变器。

如同第二示例性实施例，第四示例性实施例也提供了复杂分段控制逻辑，其中控制器确定当前电动机操作状态是处于驱动操作状态还是再生操作状态，并且对于驱动操作状态和再生操作状态，分别根据是基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}的总和的开关频率F_{sw_nom}来确定最终的开关频率F_sw和采样频率F_samp。另外，根据当前逆变器输入电压、电动机转速、扭矩命令、或逆变器功率，确定是否进行开关频率的阶跃转换，并且选择单采样模式和双采样模式中的一种。

也就是，当电动机处于驱动操作状态时，在步骤S16、S17、S18和S19-1中，当i.)逆变器输入电压VDC大于预设的第一基准电压VDC_cal1；ii.)电动机转速W_rpm（例如，其绝对值）是在预设的第一速度范围内的值（在第一基准速度W_{rpm_cal1}与第二基准速度W_{rpm_cal2}之间的值）；以及iii.)扭矩命令的绝对值|Τ_e*|大于第一基准扭矩Τ_{e_cal1}，或者逆变器功率的绝对值|Power|大于第一基准功率Power_cal1，上述三个条件全部满足时，将开关频率F_sw最终确定为是开关频率F_{sw_nom}的两倍2×F_{sw_nom}的值，并且进行逆变器控制中使用的开关频率的阶跃转换（F_sw=2×F_{sw_nom}）。

在步骤S19-2中，将采样频率F_samp设定为等于单采样模式的频率的频率（F_samp=F_sw），也就是开关频率F_sw，以供逆变器控制中使用。

另一方面，当三个条件中的任一者不满足时，在步骤S20-1中将开关频率F_sw最终确定为是基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}的总和的开关频率F_{sw_nom}，而不进行开关频率的阶跃转换（F_sw=F_{sw_nom}），并且在此情况下，对于采样频率F_samp，在步骤S20-2中以双采样模式（F_samp=2×F_sw）执行控制。

当电动机处于再生操作状态时，在步骤S16’、S17’、S18’和S19’-1中，当：逆变器输入电压VDC大于预设的第二基准电压VDC_cal2；电动机转速W_rpm（其绝对值）是在预设的第二速度范围内的值（在第三基准速度W_{rpm_cal3}与第四基准速度W_{rpm_cal4}之间的值）；以及扭矩命令的绝对值|Τ_e*|大于第二基准扭矩Τ_{e_cal2}，或者逆变器功率的绝对值|Power|大于第二基准功率Power_cal2，上述三个条件全部满足时，将开关频率F_sw最终确定为是开关频率F_{sw_nom}的两倍2×F_{sw_nom}的值，并且进行逆变器控制中使用的开关频率的阶跃转换（F_sw=2×F_{sw_nom}）。

在步骤S19’-2中，将采样频率F_samp设定为等于单采样模式的频率的频率（F_samp=F_sw），也就是开关频率，以供逆变器控制中使用。

当三个条件中的任一者不满足时，在步骤S20’-1中将开关频率F_sw最终确定为通过对基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}求和所获得的开关频率F_{sw_nom}，而不进行开关频率的阶跃转换（F_{sw=Fsw_nom}），并且在此情况下，对于采样频率F_samp，在步骤S20’-2中以双采样模式（F_samp=2×F_sw）执行控制。

以这种方式，对于电动机的驱动操作和再生操作，可分别根据基本开关频率确定开关频率和采样频率，并且在此情况下，为了应用于电动机的驱动操作和再生操作，可分别以不同的值设定基准电压（即，分别为第一基准电压和第二基准电压）、速度范围（即，分别为第一速度范围和第二速度范围）、基准扭矩（即，分别为第一基准扭矩和第二基准扭矩）以及基准功率（即，分别为第一基准功率和第二基准功率）。

第四示例性实施例的第一基准电压和第二基准电压，第一速度范围和第二速度范围，第一基准扭矩和第二基准扭矩，以及第一基准输出和第二基准输出可等于或不同于第二示例性实施例的那些。

如此，在第四示例性实施例中，根据包括逆变器输入电压、电动机转速、扭矩命令或逆变器功率的被分类为驱动状态和再生状态的当前电动机操作状态信息，可变地执行开关频率阶跃转换和单/双采样转换。

参照图11A，在电动机的特定速度区域内前述三个条件全部满足，使得执行开关频率F_sw的阶跃转换，并且开关频率具有不连续变化的控制图形。

与如图9中所示进行不连续的单/双采样转换的第三示例性实施例中不同，在第四示例性实施例中，以前述方式进行的单/双采样转换提供了如图11B中所示的连续的采样图形。

图12以及图13A和13B是示出本发明的第五示例性实施例的图。图12是示出根据本发明的第五示例性实施例的逆变器控制方法的流程图，并且图13A和13B是示意性地示出在根据本发明的第五示例性实施例的逆变器控制方法中开关频率被可变控制（阶跃转换控制）以及通过开关频率的阶跃转换执行单采样/双采样转换的状态的图。

如同第四示例性实施例，本发明的第五示例性实施例使用作为基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}的总和的开关频率F_{sw_nom}。除了用于确定在步骤S19-1和S19’-1中执行阶跃转换以及在步骤S20-1和S20’-1中不执行阶跃转换的扭矩和功率条件之外，第五示例性实施例与第四示例性实施例并无不同。

在第五示例性实施例中，在步骤S16、S16’、S17、S17’、S18和S18’中所使用的基准电压、速度范围、基准扭矩和基准功率可等于或不同于第四示例性实施例的那些，并且在图12中，假设这些参数不同于第四示例性实施例的那些，而以不同的附图标记（VDC_cal3、VDC_cal4、W_{rpm_cal5}、W_{rpm_cal6}、W_{rpm_cal7}、W_{rpm_cal8}、T_{e_cal3}、T_{e_cal4}、Power_cal3或Power_cal4）表示这些参数。

在第五示例性实施例中，当扭矩命令的绝对值｜T_e*｜小于第三基准扭矩T_{e_cal3}的条件，或者逆变器功率的绝对值｜Power｜小于第三基准功率Power_cal3的条件满足时，在步骤S19-1中，将开关频率F_sw最终确定为是开关频率F_{sw_nom}的两倍的频率（2×F_{sw_nom}），并且执行逆变器控制中使用的开关频率的阶跃转换（F_sw=2×F_{sw_nom}）。

在步骤S19-2中，将采样频率F_samp设定为等于单采样模式的频率的频率（F_samp=F_sw），也就是开关频率F_sw，以供逆变器控制中使用。

另一方面，如果在步骤S18中扭矩条件或逆变器功率条件不满足，则在步骤S20-1中将开关频率F_sw最终确定为是基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}的总和的开关频率F_{sw_nom}，而不进行开关频率的阶跃转换（F_sw=F_{sw_nom}），并且在步骤S20-2中以双采样模式（F_samp=2×F_sw）控制采样频率F_samp。

在步骤S18’中，如果扭矩命令的绝对值｜T_e*｜小于第四基准扭矩T_{e_cal4}的条件，或者逆变器功率的绝对值｜Power｜小于第四基准功率Power_cal4的条件满足，则在步骤S19’-1中，将开关频率F_sw最终确定为是开关频率F_{sw_nom}的两倍的频率（2×F_{sw_nom}），并且执行逆变器控制中使用的开关频率的阶跃转换（F_sw=2×F_{sw_nom}）。

在步骤S19’-2中，将采样频率F_samp设定为等于单采样模式的频率的频率（F_samp=F_sw），也就是开关频率F_sw，以供逆变器控制中使用。

另一方面，如果在步骤S18’中扭矩条件或逆变器功率条件不满足，则在步骤S20’-1中将开关频率F_sw最终确定为是基本开关频率F_{sw_base}和扩频F_{sw_inj}的总和的开关频率F_{sw_nom}，而不进行开关频率的阶跃转换（F_sw=F_{sw_nom}），并且在此情况下，在步骤S20’-2中以双采样模式（F_samp=2×F_sw）控制采样频率F_samp。

参照图13A，根据图12中所示的处理，在电动机的特定速度区域内进行开关频率F_sw的阶跃转换，并且开关频率具有不连续变化的控制图形。

与如图9中所示进行不连续的单/双采样转换的第三示例性实施例中不同，在第五示例性实施例中，如图13B中所示，通过单/双采样转换提供了连续的采样图形。

以这种方式，如在第四示例性实施例和第五示例性实施例中所述，在本发明的逆变器控制处理中，如果图10中的步骤S18的条件和图12中的步骤S18的条件中的一个满足，则执行步骤S19-1和S19-2，并且如果图10中的步骤S18的条件和图12中的步骤S18的条件中没有一个满足，则可执行步骤S20-1和S20-2。

在此情况下，如上所述，如果图10中的步骤S18’的条件和图12中的步骤S18’的条件中的一个满足，则执行步骤S19’-1和S19’-2，并且如果图10中的步骤S18’的条件和图12中的步骤S18’的条件中没有一个满足，则可执行步骤S20’-1和S20’-2。

图14是示出根据本发明的示例性实施例的开关频率的阶跃转换区域的图。

因此，通过根据本发明的逆变器控制方法，根据电动机操作状态适当地改变开关频率，并且对于采样频率进行双采样模式与单采样模式之间的适当转换，从而当与其中在整个操作区域使用一个开关频率和一个采样频率的常规情况相比较时，在开关损耗、电磁性能、NVH性能、控制稳定性等方面获得了总体改进。

尽管已详细说明了本发明的实施例，然而本发明的保护范围不限于上述实施例，并且本领域普通技术人员使用所附权利要求中所限定的本发明的基本构思作出的各种修改和改进也包括在本发明的保护范围内。

Claims (25)

1.一种用于环境友好车辆的逆变器控制方法，所述方法根据开关频率和采样频率生成脉宽调制(PWM)信号，并且控制开关元件的开/关驱动，

其中控制器根据当前电动机转速改变并设定所述开关频率，根据所述开关频率改变并设定采样频率，并且根据相应于当前电动机转速的所述开关频率和所述采样频率控制开关元件的开/关驱动；

其中将所述开关频率与预定基准频率相比较，使得当所述开关频率低于所述预定基准频率时，执行双采样控制，其中根据所述当前电动机转速设定的所述开关频率的两倍的频率被用作所述采样频率，并且

当所述开关频率超出所述预定基准频率时，执行单采样控制，其中等于所述开关频率的频率被用作所述采样频率。

2.根据权利要求1所述的逆变器控制方法，其中与电动机转速的改变成比例地改变并设定所述开关频率。

3.根据权利要求1所述的逆变器控制方法，其中所述开关频率随着所述电动机转速的增加被设定成更高。

4.根据权利要求1所述的逆变器控制方法，其中通过对根据所述当前电动机转速确定的基本开关频率和扩频求和而获得所述开关频率。

5.根据权利要求4所述的逆变器控制方法，其中所述基本开关频率被设定成根据所述电动机转速的改变而连续变化。

6.根据权利要求4所述的逆变器控制方法，其中所述基本开关频率随着所述电动机转速的增加被设定成更高。

7.根据权利要求4所述的逆变器控制方法，其中通过包括根据所述当前电动机转速确定的变量M_inj的下列等式获得所述扩频：

F_{sw_inj}＝M_injCOS(2πf_injt)，

其中F_{sw_inj}表示扩频，M_inj表示被预设为相应于电动机转速的值的变量，f_inj表示预设常数，并且t表示时间变量。

8.一种用于环境友好车辆的逆变器控制方法，所述方法根据开关频率和采样频率生成脉宽调制(PWM)信号，并且控制开关元件的开/关驱动，

其中在控制器根据当前电动机转速确定基本开关频率之后，所述控制器将所述开关频率和采样频率从所述基本开关频率改变并设定成相应于当前电动机操作状态的值，并且根据所述开关频率和所述采样频率控制开关元件的开/关驱动；

其中将所述基本开关频率与预定基准频率相比较，使得当所述基本开关频率低于所述预定基准频率时，将所述开关频率和所述采样频率改变并设定成相应于当前电动机操作状态信息的值。

9.根据权利要求8所述的逆变器控制方法，其中与电动机转速的改变成比例地改变并设定所述基本开关频率。

10.根据权利要求8所述的逆变器控制方法，其中所述基本开关频率随着所述电动机转速的增加被设定成更高。

11.根据权利要求8所述的逆变器控制方法，其中如果所述基本开关频率超出所述预定基准频率，那么等于所述基本开关频率的频率被确定并用作所述开关频率和所述采样频率。

12.根据权利要求8所述的逆变器控制方法，其中所述电动机操作状态信息包括逆变器输入电压、电动机转速、扭矩命令或逆变器功率。

13.根据权利要求12所述的逆变器控制方法，其中当所述逆变器输入电压大于基准电压的条件、所述电动机转速处于预定速度范围内的条件、和所述扭矩命令的绝对值大于基准扭矩或者所述逆变器功率的绝对值大于基准功率的条件全部满足时，将所述开关频率设定成所述基本开关频率的两倍的频率，并且将所述采样频率设定成等于所述开关频率的频率。

14.根据权利要求12所述的逆变器控制方法，其中如果所述逆变器输入电压大于基准电压的条件、所述电动机转速处于预定速度范围内的条件、和所述扭矩命令的绝对值大于基准扭矩或者所述逆变器功率的绝对值大于基准功率的条件中的任一者不满足，那么将所述开关频率设定成等于所述基本开关频率的频率，并且将所述采样频率设定成所述开关频率的两倍的频率。

15.根据权利要求13所述的逆变器控制方法，其中所述电动机操作状态信息还包括所述电动机的驱动操作状态/再生操作状态，并且

所述控制器配置成确定所述当前电动机操作状态是所述驱动操作状态还是所述再生操作状态，并且确定在所确定的操作状态中是否满足所述条件，以及

为了应用于所述电动机的驱动操作和再生操作，所述基准电压、所述速度范围、所述基准扭矩和所述基准功率被所述控制器分别设定成不同的值。

16.根据权利要求8所述的逆变器控制方法，其中所述控制器还根据所述当前电动机转速确定扩频，并且通过使用对所述基本开关频率和所述扩频求和所获得的开关频率，将所述开关频率和所述采样频率改变并设定成相应于所述当前电动机操作状态的值。

17.根据权利要求16所述的逆变器控制方法，其中通过包括根据所述当前电动机转速确定的变量M_inj的下列等式获得所述扩频：

F_{sw_inj}＝M_injCOS(2πf_injt)

其中F_{sw_inj}表示扩频，M_inj表示被预设为相应于电动机转速的值的变量，f_inj表示预设常数，并且t表示时间变量。

18.根据权利要求16所述的逆变器控制方法，其中将通过对所述基本开关频率和所述扩频求和所获得的开关频率与预定基准频率相比较，使得当开关频率低于所述预定基准频率时，将所述开关频率和所述采样频率改变并设定成相应于所述当前电动机操作状态的值。

19.根据权利要求18所述的逆变器控制方法，其中当通过对所述基本开关频率和所述扩频求和所获得的开关频率超过所述预定基准频率时，等于通过对所述基本开关频率和所述扩频求和所获得的开关频率的频率被最终确定并用作所述开关频率和所述采样频率。

20.根据权利要求18所述的逆变器控制方法，其中所述电动机操作状态信息包括逆变器输入电压、电动机转速、扭矩命令或逆变器功率。

21.根据权利要求20所述的逆变器控制方法，其中当所述逆变器输入电压大于基准电压的条件、所述电动机转速处于预定速度范围内的条件、和所述扭矩命令的绝对值大于基准扭矩或者所述逆变器功率的绝对值大于基准功率的条件全部满足时，将所述开关频率最终确定并设定成通过对所述基本开关频率和所述扩频求和所获得的开关频率的两倍的频率，并且将所述采样频率设定成等于所述最终确定的开关频率的频率。

22.根据权利要求20所述的逆变器控制方法，其中如果所述逆变器输入电压大于基准电压的条件、所述电动机转速处于预定速度范围内的条件、和所述扭矩命令的绝对值大于基准扭矩或者所述逆变器功率的绝对值大于基准功率的条件中的任一者不满足，那么将所述开关频率最终确定并设定成等于通过对所述基本开关频率和所述扩频求和所获得的开关频率的频率，并且将所述采样频率设定成所述最终确定的开关频率的两倍的频率。

23.根据权利要求20所述的逆变器控制方法，其中当所述逆变器输入电压大于基准电压的条件、所述电动机转速处于预定速度范围内的条件、和所述扭矩命令的绝对值小于基准扭矩或者所述逆变器功率的绝对值小于基准功率的条件全部满足时，将所述开关频率最终确定并设定成通过对所述基本开关频率和所述扩频求和所获得的开关频率的两倍的频率，并且将所述采样频率设定成等于所述最终确定的开关频率的频率。

24.根据权利要求20所述的逆变器控制方法，其中如果所述逆变器输入电压大于基准电压的条件、所述电动机转速处于预定速度范围内的条件、和所述扭矩命令的绝对值小于基准扭矩或者所述逆变器功率的绝对值小于基准功率的条件中的任一者不满足，那么将所述开关频率最终确定并设定成等于通过对所述基本开关频率和所述扩频求和所获得的开关频率的频率，并且将所述采样频率设定成所述最终确定的开关频率的两倍的频率。

25.根据权利要求21至24中的任一项所述的逆变器控制方法，其中所述电动机操作状态信息还包括所述电动机的驱动操作状态/再生操作状态，并且

所述控制器配置成确定所述当前电动机操作状态是所述驱动操作状态还是所述再生操作状态，并且确定在所确定的操作状态中是否满足所述条件，以及

为了应用于所述电动机的驱动操作和再生操作，所述基准电压、所述速度范围、所述基准扭矩和所述基准功率被所述控制器分别设定成不同的值。