CN103906653A - 电动车辆的马达控制装置 - Google Patents

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Abstract

在运算部(21)中，根据加速踏板开度(APO)和车速(VSP)针对请求驱动力(扭矩值)(Td)进行对应表检索。在乘法器(22)中，将请求驱动力(Td)乘以车速(VSP)来求出请求驱动功率(Pd)。在运算部(23)中，基于请求驱动功率(Pd)和车速(VSP)的组合与能够以最佳电力消耗率实现该组合的目标马达转速(tNm)的关系所涉及的对应表，根据(Pd)和(VSP)来检索能够以最佳电力消耗率实现该组合的目标马达转速(tNm)。在除法器(24)中，通过将(tNm)除以(Pd)来求出目标马达扭矩(tTm)以用于电动马达的驱动力控制，在除法器(25)中，通过将(tNm)除以(VSP)来求出实现目标马达转速(tNm)所需的目标变速比(i)以作用于电动变速机的变速控制。

Description

电动车辆的马达控制装置
技术领域
本发明涉及仅装载电动马达来作为原动机的电动汽车、装载电动马达和发动机来作为原动机的混合动力车辆等具备将来自电动马达的动力传递到驱动车轮的马达传动系统的电动车辆的马达控制装置。
背景技术
作为电动车辆，以往例如专利文献1所记载那样，已知如下一种车辆：在上述马达传动系统中配置自动变速机(无级变速机)，经由该自动变速机(无级变速机)将来自电动马达的动力传递到驱动车轮。
而且，在专利文献1中还公开了如下一种马达控制技术：当通过自动变速机(无级变速机)的变速控制来进行电动马达的转速控制时，求出能够以使负责电动马达及其控制的逆变器的效率最高的方式、即电力消耗率(电耗)最佳的方式来实现请求驱动功率的目标马达转速，使自动变速机(无级变速机)进行变速，以成为电动马达的实际转速与该目标马达转速一致的目标变速比。
专利文献1：日本特开平05-176419号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，关于电动车辆的行驶时的电力损耗，并非只是电动马达和逆变器的损耗，还包括自动变速机(无级变速机)的损耗。
因而，在如以专利文献1所记载的马达控制技术为代表的现有技术那样，仅考虑电动马达和逆变器的效率来求出能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率的目标马达转速的情况下，产生以下要说明的问题。
也就是说，关于现有技术，在没有考虑除电动马达和逆变器的损耗以外的损耗、即自动变速机(无级变速机)的损耗的状态下，求出能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率的目标马达转速，因此该目标马达转速对于自动变速机(无级变速机)来说也有可能是低效率的马达转速，作为包括自动变速机(无级变速机)在内的整个动力传动系统，不保证是能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率的目标马达转速。
因而，在以往的马达控制装置中，作为包括自动变速机(无级变速机)在内的整个动力传动系统(在实际车辆上)，不能控制马达使得以最佳电力消耗率可靠地实现请求驱动功率，存在与该点有关的改善余地。
本发明的目的在于提出如下一种电动车辆的马达控制装置：当求取作用于马达控制的目标马达转速信息时，通过对其决定因素附加车速，能够求出不仅如以往那样考虑电动马达和逆变器的损耗而且还考虑了自动变速机(无级变速机)的损耗的、能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率的目标马达转速信息，由此能够解决上述问题。
用于解决问题的方案
为了该目的，本发明的电动车辆的马达控制装置如下面那样构成。
首先，作为本发明的前提的马达控制装置用于经由自动变速机将来自电动马达的动力传递到驱动车轮的电动车辆。
本发明对上述电动车辆的马达控制装置设置以下车速检测单元、请求驱动功率计算单元以及目标马达转速信息运算单元。
车速检测单元检测车速，另外请求驱动功率计算单元计算车辆的请求驱动功率，并且目标马达转速信息运算单元基于这些车速和请求驱动功率来求出上述电动马达的电力消耗效率和上述自动变速机的传递效率的组合为规定的目标效率的该电动马达的目标马达转速信息。
本发明的马达控制装置的特征点在于，构成为基于由该目标马达转速信息运算单元求出的目标马达转速信息来进行上述电动马达的控制。
发明的效果
根据上述本发明的电动车辆的马达控制装置，当求取作用于电动马达的控制的目标马达转速信息时，基于车速和请求驱动功率，将电动马达的电力消耗效率和自动变速机的传递效率的组合为规定的目标效率的电动马达的马达转速信息确定为目标马达转速信息。
因此该目标马达转速信息能够成为不仅考虑电动马达的损耗还考虑自动变速机的损耗，同时能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率的马达转速信息。
因而，能够确保上述目标马达转速信息成为如下的马达转速信息：作为包括电动马达和自动变速机在内的整个动力传动系统，能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率。
因此，作为整个动力传动系统(在实际车辆上)，能够控制电动马达使得以最佳的电力消耗率可靠地实现请求驱动功率，能够可靠地实现电力消耗率的提高。
附图说明
图1是将具备成为本发明的一个实施例的马达控制装置的电动汽车的动力传动系统与该电动汽车的控制系统同时简要示出的系统图。
图2是由图1的控制器执行的马达控制的各种功能的块状线图。
图3是表示由图1的控制器执行的马达控制程序的流程图。
图4是在图2、图3的马达控制中应该求出的目标马达转速的变化特性线图。
图5是针对某请求驱动功率Ap(kw)和车速Av(km/h)的组合时、表示成为求出图4所示的特性线图时的基准的马达电力消耗效率ηMG(％)、变速机传递效率ηCVT(％)以及整个动力传动系统的效率ηPT(％)的变化特性的特性线图。
附图标记说明
1：自动变速机(无级变速机)；2：变速机输入轴；3：电动马达；4：变速机输出轴；5：终减速齿轮组；6：差动齿轮装置；7L、7R：左右驱动车轮；11：控制器(变速控制单元、马达驱动力控制单元)；12：加速踏板开度传感器；13：车速传感器；21：请求驱动力运算部(请求驱动功率计算单元)；22：乘法器(请求驱动功率计算单元)；23：目标马达转速运算部(目标马达转速信息运算单元)；24：除法器(目标马达扭矩运算单元)；25：除法器(目标变速比运算单元)。
具体实施方式
下面，基于所附附图来说明本发明的实施例。
实施例1
<结构>
图1是将具备成为本发明的一个实施例的马达控制装置的电动汽车的动力传动系统与该电动汽车的控制系统同时简要示出的图，1表示自动变速机。
在本实施例中，将该自动变速机1设为V带式无级变速机、环型无级变速机等无级变速机，但也可以是有级式的自动变速机。
无论如何，在自动变速机1的输入轴2上接合电动马达3，在输出轴4上依次经由终减速齿轮组5和差动齿轮装置6接合左右驱动车轮7L、7R。
这样，从电动马达3向输入轴2的旋转动力与自动变速机1的变速比相应地变速，之后，依次经由终减速齿轮组5和差动齿轮装置6到达左右驱动车轮7L、7R，用于车辆的行驶。
<控制系统>
设为自动变速机1和电动马达3分别由共用的控制器11控制。
设为对自动变速机1进行变速控制，使得实际变速比(输入转速/输出转速)追随来自控制器11的目标变速比i(之后详细说明)。
另外，设为对电动马达3进行驱动力控制，使得实际马达扭矩与来自控制器11的目标马达扭矩tTm(之后详细说明)一致。
控制器11在运算上述目标变速比i时，如后述那样求出目标马达转速(目标马达转速信息)tNm，将使实际马达转速与该目标马达转速tNm一致所需的变速比确定为上述目标变速比i。
因而，通过自动变速机1的变速控制(目标变速比i的实现控制)来执行实现目标马达转速tNm的电动马达3的转速控制。
为了运算上述目标马达扭矩tTm、目标马达转速tNm以及目标变速比i，对控制器11输入来自加速踏板开度传感器12的信号和车速传感器13的信号，该加速踏板开度传感器12检测对电动马达3的请求负荷即加速踏板开度APO，该车速传感器13检测车速VSP。
<马达控制>
如果用各种功能的块状线图进行表示，则控制器11如图2那样表示，详细地说控制器11执行图3的控制程序，并如下那样执行电动马达3的驱动力控制和转速控制。
首先，如果利用图2的块状线图来简要说明，则在请求驱动力运算部21中，根据加速踏板开度APO和车速VSP、即根据当前的运转状态，通过检索预先通过实验等求出的对应表，来求出驾驶员所期望的请求驱动力(扭矩值)Td。
在乘法器22中，将这样求出的请求驱动力(扭矩值)Td乘以车速VSP，来运算与车辆运转状态相应的请求驱动功率Pd。
因而，请求驱动力运算部21和乘法器22相当于本发明的请求驱动功率计算单元。
在目标马达转速运算部23中，通过检索如图4所例示那样预先通过实验等求出的对应表，根据请求驱动功率Pd和车速VSP来求出能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率Pd和车速VSP的组合的目标马达转速tNm，该对应表涉及请求驱动功率Pd和车速VSP的组合与能够以最佳电力消耗率实现该组合的目标马达转速tNm的关系。
因而，目标马达转速运算部23相当于本发明的目标马达转速信息运算单元。
此外，在图4中为了参考，不将车速VSP设为参数(不考虑自动变速机1的损耗)，而仅考虑负责电动马达3及其控制的逆变器(未图示)的损耗，来一并记载表示能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率Pd的目标马达转速tNm与请求驱动功率Pd的关系的马达阿尔法线(Motor Alpha-Line)。
顺便说一下，以往基于该马达阿尔法线(Motor Alpha-Line)，根据请求驱动功率Pd求出了能够以最佳电力消耗率实现该请求驱动功率Pd的目标马达转速tNm。
在除法器24中，通过将目标马达转速tNm除以请求驱动功率Pd来求出目标马达扭矩tTm。
在除法器25中，通过将目标马达转速tNm除以车速VSP来求出基于当前的车速VSP实现目标马达转速tNm所需的目标变速比i。
因而，除法器24相当于本发明的目标马达扭矩运算单元，另外，除法器25相当于本发明的目标变速比运算单元。
利用图3的流程图来更加详细地说明由控制器11执行的图2的处理内容。
在步骤S101中，关于请求驱动力运算部21，如上所述那样，使用预先通过实验求出的对应图Map，根据加速踏板开度APO和车速VSP，通过检索来求出驾驶员所期望的请求驱动力(扭矩值)Td。
在下一个步骤S102中，关于乘法器22，如上所述那样，通过将请求驱动力(扭矩值)Td乘以车速VSP的下式的运算，来求出与车辆运转状态相应的请求驱动功率Pd。
Pd＝Td×VSP×1000/3600···(1)
因而，步骤S102相当于本发明的请求驱动功率计算单元。
在下一个步骤S103中，关于目标马达转速运算部23，如上所述那样，基于图4所例示的、请求驱动功率Pd和车速VSP的组合与能够以最佳电力消耗率实现该组合的目标马达转速tNm的关系所涉及的对应图Map，根据请求驱动功率Pd和车速VSP来检索目标马达转速tNm。
因而，步骤S103相当于本发明的目标马达转速信息运算单元。
在步骤S104中，关于除法器24，如上所述那样，通过将目标马达转速tNm除以请求驱动功率Pd的下式的运算，来计算目标马达扭矩tTm。
tTm＝tNm/Pd×60×(2×π)···(2)
因而，步骤S104相当于本发明的目标马达扭矩运算单元。
在步骤S104中，为了如图1所示那样对电动马达3进行驱动力控制，控制器11还输出如上述那样求出的目标马达扭矩tTm，来对电动马达3进行驱动力控制，以使其输出扭矩与目标马达扭矩tTm一致。
因而，控制器11构成本发明的马达驱动力控制单元。
在步骤S105中，关于除法器25，如上所述那样，通过将目标马达转速tNm除以车速VSP的下式(R是驱动轮7L、7R的动半径，FD是终减速齿轮组5的减速比)的运算，根据当前的车速VSP来求出实现目标马达转速tNm所需的目标变速比i。
i＝2×π×R×60×tNm/FD/VSP×1000/3600···(3)
因而，步骤S105相当于本发明的目标变速比运算单元。
在步骤S105中，为了如图1所示那样对自动变速机1进行变速控制，控制器11还输出如上述那样求出的目标变速比i，来对自动变速机1进行变速控制，以使其实际变速比(输入转速/输出转速)与目标变速比i一致。
因而，控制器11构成本发明的变速控制单元。
另外，关于该自动变速机1的变速控制，目标变速比i是用于以当前的车速VSP来实现目标马达转速tNm的必要参数，因此对电动马达3进行转速控制以使电动马达3的转速与目标马达转速tNm一致，由此通过自动变速机1的上述变速控制(目标变速比i的实现控制)来执行实现目标马达转速tNm的电动马达3的转速控制。
下面，对图4所例示的、请求驱动功率Pd和车速VSP的组合与能够以最佳电力消耗率实现该组合的目标马达转速tNm的关系所涉及的对应图Map的计算方法进行详细地说明。
图5采用图4所例示的请求驱动功率Pd和车速VSP的组合中的某个请求驱动功率Pd＝Ap(kW)和车速VSP＝Av(km/h)的组合作为例子、即采用以某车速VSP＝Av(km/h)行驶时产生某请求驱动功率Pd＝Ap(kW)的情况作为例，来分别示出马达的电力消耗效率ηMG(％)和变速机的传递效率ηCVT(％)相对于马达转速Nm(rpm)的变化特性。
图5是在纵轴上分别标度马达的电力消耗效率ηMG(％)和变速机的传递效率ηCVT(％)，在横轴上标度马达的转速Nm(rpm)而得到的二维坐标，在该二维坐标上示出了相对于上述马达转速Nm(rpm)的马达电力消耗效率ηMG(％)和变速机传递效率ηCVT(％)的变化特性。
图5中的马达的电力消耗效率ηMG(％)表示电动马达3、逆变器的电效率，按每个马达转速Nm(rpm)作标记，来作为产生请求驱动功率Pd＝Ap(kW)所需的实际消耗电力(kw)与请求驱动功率Pd＝Ap(kW)的比率。
另一方面，变速机的传递效率ηCVT(％)表示以某车速VSP＝Av(km/h)传递请求驱动功率Pd＝Ap(kW)时的变速机的传递效率，按每个马达转速Nm(rpm)对将实际传递到车轮的驱动功率Pd(kW)除以被输入到变速机的驱动功率而得到的比率作标记。
在此，变速机的传递效率ηCVT(％)与变速机的输入转速相应地变化。
在车速VSP＝Av(km/h)的情况下，与输入转速相应地确定变速比以成为该车速Av(km/h)，因此当输入转速改变时，变速比也改变，变速机的传递效率ηCVT(％)也改变。
例如在V带式无级变速机、环型无级变速机等无级变速机中，由于改变变速比使变速构件的接触面积发生变化，因此变速机的传递效率发生变化。另外，根据每旋转一周所传递的扭矩的大小不同，变速机的传递效率也发生变化。
除此以外，根据用于操作变速机的液压泵等的多个参数而使效率发生变化，预先通过实验等求出这种效率的变化并作标记，从而得到图5中的变速机的传递效率ηCVT(％)。
此外，图5中没有记载变速机的输入转速，而仅记载了马达的转速，这是由于在具备成为图1所示的本发明的实施例的马达控制装置的电动汽车的动力传动系统的情况下，马达的转速与变速机的输入转速相等，因此在图5中看作马达转速＝变速机的输入转速。
并且，在图5中，对将上述马达的电力消耗效率ηMG(％)乘以变速机的传递效率ηCVT(％)而得到的效率作标记，来作为整个动力传动系统的效率ηPT(％)。
在考虑了整个动力传动系统的效率ηPT(％)的情况下，需要分别选择最佳的马达的电力消耗效率ηMG(％)和变速机的传递效率ηCVT(％)，但如图5所示那样二者的特性不一致，例如在马达的效率ηMG(％)好的转速情况下变速机的传递效率ηCVT(％)未必变高，整个动力传动系统的效率ηPT(％)没有变高。
另一方面，在变速机的传递效率ηCVT(％)高的区域，马达的电力消耗效率ηMG(％)未必变高，整个动力传动系统的效率ηPT(％)没有变高。
但是，在整个动力传动系统的效率ηPT(％)最高的情况下，马达的电力消耗效率ηMG(％)和变速机的传递效率ηCVT(％)各自并非最大，但整个动力传动系统的效率ηPT(％)的效率最大。
基于上述观点，在以如图5的●标记那样选择出的马达转速，在某车速VSP＝Av(km/h)下产生某请求驱动功率Pd＝Ap(kW)的情况下，整个动力传动系统的效率ηPT(％)最大，从整个车辆看来，使电动马达3以最佳电力消耗率进行运转。
通过按每个某车速VSP和某请求驱动功率Pd分别求出电动马达3的目标转速，能够获得如图4那样的图，该电动马达3的目标转速是根据如图5那样的按每个马达转速(rpm)示出电动马达3的电力消耗效率ηMG(％)和变速机的传递效率ηCVT(％)而得到的对应表来求出的。
此外，在本实施例中，选择整个动力传动系统的效率ηPT(％)最大的马达转速来作为马达转速信息，但并不限于此，例如也可以基于效率为80％以上、90％以上等条件来设定马达转速。
特别是在由于无级变速机的变速比的如最低、最高变速比的机械性的限制、有级式自动变速机的阶段性的变速而导致不能设定最大的效率的情况下，通过设定能够实现的效率来代替最大效率，能够概括本发明的上述想法。
<效果>
根据上述本实施例的电动马达3的驱动力控制和转速控制。
当求取作用于这些马达控制的目标马达转速tNm时，基于车速VSP和请求驱动功率Pd，将电动马达3的电力消耗效率ηMG(％)和自动变速机1的传递效率ηCVT(％)的组合为最佳电力消耗率的电动马达3的马达转速确定为目标马达转速tNm。
因此该目标马达转速tNm能够成为不仅考虑电动马达3的损耗还考虑自动变速机1的损耗，同时能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率Pd的马达转速信息。
因而，能够确保上述目标马达转速tNm是如下的马达转速信息：作为包括电动马达3和自动变速机1在内的整个动力传动系统，能够以最佳电力消耗率实现请求驱动功率Pd。
因此，作为整个动力传动系统(在实际车辆上)，能够控制电动马达3使得以最佳电力消耗率可靠地实现请求驱动功率Pd，从而能够可靠地实现电力消耗率的提高。
而且，不仅在电动马达3进行动力运转期间能够发挥该效果，而且在电动马达3进行再生制动期间也能够同样地发挥该效果。
另外，基于请求驱动功率Pd和车速VSP的组合与能够以最佳电力消耗率实现该组合的目标马达转速tNm的关系所涉及的图4例示的对应表，根据请求驱动功率Pd和车速VSP来求出目标马达转速tNm，因此能够以极少的运算负荷来廉价地实现上述效果。
并且，根据加速踏板开度APO和车速VSP求出请求驱动力Td，根据该请求驱动力Td和车速VSP运算请求驱动功率Pd，从而有助于确定目标马达转速tNm，因此基于该点也能够减轻运算负荷。
除此以外，根据目标马达转速tNm和车速VSP运算自动变速机1的目标变速比i，对自动变速机3进行变速控制使得实际变速比与该目标变速比i一致，从而实现目标马达转速tNm，因此，能够根据当前的车速VSP可靠地实现目标马达转速tNm，能够使上述效果更加显著。
另外，根据目标马达转速tNm和请求驱动功率Pd求出电动马达3的目标马达扭矩tTm，对电动马达3进行驱动力控制使得实际马达扭矩与该目标马达扭矩tTm一致，从而能够不对马达转速造成影响地可靠地实现目标马达扭矩tTm，能够使上述效果更加显著。
其它实施例
此外，上面对电动车辆是仅装载电动马达3来作为原动机的电动汽车的情况进行了说明，但即使是装载电动马达和发动机来作为原动机的混合动力车辆的情况下，也能够与该混合动力车辆是串联式还是并联式无关地，而且与自动变速机和电动马达的排列顺序无关地，同样应用本发明的上述想法，当然任意情况下都能够同样地发挥上述效果。
并且，在本案申请人以“フーガハイブリッド(风雅混合动力)”的商品名在实际应用并市售的所谓一个马达两个离合器式的混合动力车辆中，同样也能够应用本发明的上述想法，不用说在该情况下也能够同样发挥上述效果。
特别是在装载电动马达和发动机来作为原动机混合动力车辆的情况下，仅利用电动马达的电行驶是有用的，通过在该电行驶中应用上述本发明的想法，能够使用于该行驶的整个动力传动系统的效率提高，在利用电动马达和发动机二者的混合动力行驶中，也可以切换为考虑了发动机的效率的普通控制。

Claims (8)

1.一种电动车辆的马达控制装置，用于经由自动变速机将来自电动马达的动力传递到驱动车轮的电动车辆，其特征在于，构成为设置有：
车速检测单元，其检测车速；
请求驱动功率计算单元，其计算车辆的请求驱动功率；以及
目标马达转速信息运算单元，其基于上述车速和上述请求驱动功率来求出上述电动马达的电力消耗效率和上述自动变速机的传递效率的组合为规定的目标效率的上述电动马达的目标马达转速信息，
其中，基于由该目标马达转速信息运算单元求出的目标马达转速信息进行上述电动马达的控制。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的马达控制装置，其特征在于，
上述目标马达转速信息运算单元根据如下的对应表来求出目标马达转速信息，该对应表用于基于上述车速和请求驱动功率计算上述电动马达的电力消耗效率和上述自动变速机的传动效率的组合为规定的目标效率的上述目标马达转速信息。
3.根据权利要求1或2所述的电动车辆的马达控制装置，其特征在于，
上述目标马达转速信息运算单元根据针对上述车辆的请求负荷和车速来求出请求驱动力，根据该请求驱动力和车速通过运算来求出上述请求驱动功率，以用于确定上述目标马达转速信息。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的电动车辆的马达控制装置，其特征在于，还设置有：
目标变速比运算单元，其根据上述目标马达转速信息和上述车速来运算上述自动变速机的目标变速比；以及
变速控制单元，其对该自动变速机进行变速控制，使得上述自动变速机的实际变速比接近由该目标变速比运算单元运算出的目标变速比，从而实现上述目标马达转速信息。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的电动车辆的马达控制装置，其特征在于，还设置有：
目标马达扭矩运算单元，其根据上述目标马达转速信息和上述请求驱动功率来运算上述电动马达的目标马达扭矩；以及
马达驱动力控制单元，其对该电动马达进行驱动力控制，使得上述电动马达的实际马达扭矩接近由上述目标马达扭矩运算单元运算出的目标马达扭矩，从而实现上述目标马达扭矩。
6.根据权利要求2所述的电动车辆的马达控制装置，其特征在于，
对应表确定了在按每个车速实现规定的请求驱动功率时成为规定的目标效率的目标马达转速，该对应表用于基于上述车速和上述请求驱动功率来计算马达的电力消耗效率和自动变速机的传递效率的组合为规定的目标效率的目标马达转速信息。
7.根据权利要求6所述的电动车辆的马达控制装置，其特征在于，
在按每个车速实现规定的请求驱动功率时成为规定的目标效率的目标马达转速是基于与特定的车速时的马达转速对应的马达的电力消耗效率和自动变速机的传递效率信息而确定的。
8.根据权利要求7所述的电动车辆的马达控制装置，其特征在于，
关于上述目标马达转速，将与特定的车速时的马达转速对应的马达的电力消耗效率和自动变速机的传递效率的积为最大的马达转速确定为目标马达转速。
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