CN104709108A - 电动车辆 - Google Patents

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Abstract

一种电动车辆包括：感应电动发电机；同步电动发电机；逆变器，其将所提供的高压HV转换为要被提供给所述感应电动发电机和所述同步电动发电机的AC电压；以及控制单元，其调整所述感应电动发电机和所述同步电动发电机的转速和转矩输出，其中所述控制单元包括电压振荡减小装置，其用于在被提供给所述逆变器的所述高电压VH因为所述同步电动发电机的旋转而以等于或大于预定电压值的振幅振荡时，使所述感应电动发电机以与所述高压VH的电压振荡相反的相位产生电压振荡，从而减小所述高压VH的电压振荡。

Description

电动车辆
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月13日提交的申请号为2013-258200的日本专利申请的优先权益，该申请的全部内容通过引用的方式在此纳入。
技术领域
本发明一般地涉及电动车辆的结构，更具体地说，涉及电动车辆的控制装置的配置。
背景技术
在诸如通过电动机驱动车辆的电动车和通过电动机和引擎的输出驱动车辆的混合动力车之类的电动车辆中使用这样一种电力控制装置(PCU)：其包括升压转换器，该升压转换器升高作为电源的电池的电压，并且还包括逆变器，该逆变器将升压转换器升高的DC电力转换为AC电力，以将该AC电力提供给用于驱动车辆的电动机。对于驱动车辆的电动机而言，电动车辆通常包括同步电动机，或同时包括感应电动机和同步电动机。电动车辆的实例包括：其中多个同步电动机驱动前轮、且感应电动机驱动后轮的电动车辆；以及其中同步电动机和感应电动机驱动前轮、且感应电动机驱动后轮的电动车辆(例如，请参阅公开号为2009-268265的日本专利申请)。
发明内容
在同步电动机中，被提供给定子线圈的AC电力的转速(电频率)与转子的转速(电频率)同步，并且根据转子和定子的极数，在这样的频率上产生转矩变化：该频率是被提供给定子线圈的AC电力的频率的整数倍。所述转矩变化以所提供的AC电力的频率的整数倍频率产生反电动势电压变化。
当反电动势电压的振荡数量接近特定于由逆变器中的滤波电容器(smoothing capacitor)、升压转换器的线圈、电阻器等所确定的PCU电路的电振荡频率时，可在所述PCU电路中激励电压振荡。例如，当来自所述同步电动机的反电动势的振荡数量接近由所述逆变器的所述滤波电容器的静电电容(C)和所述升压转换器的所述线圈的电抗(L)所确定的LC谐振频率时，所述PCU电路中的LC谐振可被激励，并且所述升压转换器的输出电压或所述逆变器的输入电压可大幅振荡。即使当所述PCU不包括升压转换器，来自所述同步电动机的所述反电动势电压的振荡可能也会在由所述电路中的所述电容器的所述静电电容(C)、电阻(R)、所述电路中的电抗分量等所确定的频率上产生所述PCU电路中的电压振荡。
在所述同步电动机中，所述转速和所述转矩输出通过调整要被提供给所述定子线圈的电压、电流和波形来控制，所述调整基于以下检测结果：分别由电流传感器和解角器(resolver)检测到的被提供给所述定子线圈的电流、以及所述转子的旋转角。因此，当检测被提供给所述定子线圈的电流的所述电流传感器的检测误差或所述解角器的检测误差大于预定值时，控制稳定性可能降低，并且可能在所述同步电动机的转速和转矩输出方面产生振荡。在这种情况下，由控制稳定性的降低导致的电压振荡也会在所述同步电动机的所述反电动势电压中产生。当所述电压振荡的频率接近特定于所述PCU电路的电压振荡数量时，也会在所述PCU电路中激励所述电压振荡。
当所述电压振荡在所述PCU电路中产生时，高压被施加到电路中的电气元件，例如开关元件和二极管，这样产生所述电气元件的寿命降低的问题。
本发明的优点在于减小电动车辆中PCU的电压振荡。
解决问题的方式
本发明提供一种电动车辆，包括：至少一个用于驱动车辆的感应电动机；至少一个用于驱动车辆的其它电动机；至少一个逆变器，其将至少一个AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机；至少一个其它逆变器，其将至少一个其它AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机；以及控制单元，其调整所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机和所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机中各自的转速和各自的转矩输出，其中所述控制单元包括电压振荡减小装置，其用于在被提供给所述逆变器的DC电压因为所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机的旋转而以等于或大于预定电压值的振幅振荡时，使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡，从而减小所述DC电压的电压振荡。
优选地，在本发明的所述电动车辆中，所述电压振荡减小装置是第一装置，其用于使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转差频率在所述DC电压的电压振荡的频率上振荡，从而以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡。
优选地，在本发明的所述电动车辆中，所述第一装置在保持所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转矩输出的同时使所述转差频率振荡。
优选地，在本发明的所述电动车辆中，所述电压振荡减小装置是第二装置，其用于将这样的AC电流提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机：该AC电流使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波在所述DC电压的电压振荡的频率上产生具有与所述DC电压的电压振荡相反的相位的电压。
优选地，在本发明的所述电动车辆中，所述第二装置更改所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转差频率，以使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波与所述DC电压的电压振荡的频率一致，以及更改所述AC电流的相位，以使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波的相位与所述DC电压的电压振荡的相反相位一致。
优选地，在本发明的所述电动车辆中，所述第二装置在保持所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转矩输出的同时更改所述转差频率。
优选地，在本发明的所述电动车辆中，所述电压振荡减小装置包括：第一装置，其用于使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转差频率在所述DC电压的电压振荡的频率上振荡，从而以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡；以及第二装置，其用于将这样的AC电流提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机：该AC电流使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波在所述DC电压的电压振荡的频率上产生具有与所述DC电压的电压振荡相反的相位的电压，如果所述DC电压的电压振荡的频率等于或大于预定频率，则使用所述第一装置，以及如果所述DC电压的电压振荡的频率小于所述预定频率，则使用所述第二装置。
优选地，在本发明的所述电动车辆中，进一步包括电压传感器，其检测被提供给所述逆变器的所述DC电压，其中所述电压振荡减小装置是第三装置，其用于根据所述电压传感器检测到的所述DC电压，在保持所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转矩输出的同时更改所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转差频率。
本发明提供一种电动车辆，包括：至少一个用于驱动车辆的感应电动机；至少一个用于驱动车辆的其它电动机；至少一个逆变器，其将至少一个AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机；至少一个其它逆变器，其将至少一个其它AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机；以及控制单元，其包括CPU并调整所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机和所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机中各自的转速和各自的转矩输出，其中所述控制单元使所述CPU执行电压振荡减小程序，该电压振荡减小程序用于在被提供给所述逆变器的DC电压因为所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机的旋转而以等于或大于预定电压值的振幅振荡时，使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡，从而减小所述DC电压的电压振荡。
本发明提供一种电动车辆的控制方法，所述电动车辆包括：至少一个用于驱动车辆的感应电动机；至少一个用于驱动车辆的其它电动机；至少一个逆变器，其将至少一个AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机；至少一个其它逆变器，其将至少一个其它AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机；以及控制单元，其调整所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机和所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机中各自的转速和各自的转矩输出，在被提供给所述逆变器的DC电压因为所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机的旋转而以等于或大于预定电压值的振幅振荡时，所述控制方法使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡，从而减小所述DC电压的电压振荡。
本发明的优点
本发明的优点在于可减小电动车辆中PCU的电压振荡。
附图说明
图1是示出本发明的电动车辆的配置的框图；
图2是示出在本发明的电动车辆中使用的感应电动发电机的转矩、转差频率、电流的特征曲线、以及相对于转矩指令的转差频率控制曲线；
图3是示出本发明的电动车辆中的操作的流程图；
图4是示出本发明的电动车辆中的高压VH变化(下方图形(a))和高压VH的频率分布(上方图形(b))的视图；
图5A是示出在图3描述的操作中，本发明的电动车辆的高压VH随着时间变化的图形；
图5B是示出在图3描述的操作中，本发明的电动车辆的感应电动机转矩指令T*随着时间变化的图形；
图5C是示出在图3描述的操作中，本发明的电动车辆的转差频率S*随着时间变化的图形；
图5D是示出在图3描述的操作中，本发明的电动车辆的感应电动机电流指令I*随着时间变化的图形；
图5E是示出在图3描述的操作中，本发明的电动车辆的感应电动机电力消耗Pw随着时间变化的图形；
图6是示出本发明的电动车辆的另一操作的流程图；
图7A是示出在图6描述的操作中，本发明的电动车辆的高压VH随着时间变化的图形；
图7B是示出在图6描述的操作中，本发明的电动车辆的感应电动机电流值随着时间变化的图形；
图8是示出本发明的电动车辆的另一操作的流程图；以及
图9是示出感应电动机转差频率设定值相对于本发明的电动车辆中的高压VH的映射(map)。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。如图1所示，本实施例的电动车辆100包括：前轮57，其被作为用于驱动车辆的其它电动机的同步电动发电机50驱动；以及后轮67，其被作为用于驱动车辆的感应电动机的感应电动发电机60驱动。同步电动发电机50例如可以是在转子中包括永磁体的永磁型同步电动发电机(PMSMG)。
如图1所示，升压转换器20通过升高从电池10(可充电和放电的二次电池)提供的DC电力的电压来获取升压DC电力，作为“其它逆变器”的逆变器30将升压DC电力转换为三相AC电力(其它AC电压)，该三相AC电力被提供给同步电动发电机50。作为“逆变器”的逆变器40将从公共电池10和升压转换器20提供的DC电力转换为三相AC电力(AC电压)，该三相AC电力被提供给感应电动发电机60。电压传感器71附接(attach)到电池10，该传感器直接测量电池10的输出电压。
升压转换器20包括连接到电池10的负侧的负侧电路17、连接到电池10的正侧的低压电路18、以及位于升压转换器20的正侧输出端处的高压电路19。升压转换器20包括被设置在低压电路18与高压电路19之间的上臂开关元件13、被设置在负侧电路17与低压电路18之间的下臂开关元件14、被设置为与低压电路18串联的电抗器12、被设置在低压电路18与负侧电路17之间的滤波电容器11、以及检测滤波电容器11两端的低压VL的低压传感器72。二极管15和16分别与开关元件13和14进行反并联连接。升压转换器20接通下臂开关元件14并关断上臂开关元件13，以在电抗器12中积累来自电池10的电能。升压转换器20然后关断下臂开关元件14并接通上臂开关元件13，以通过电抗器12中积累的电能来增加电压。升压转换器20将升高的电压输出到高压电路19。
将AC电力提供给同步电动发电机50的逆变器30、以及将AC电力提供给感应电动发电机60的逆变器40包括：公共高压电路22，其连接到升压转换器20的高压电路19；公共负侧电路21，其连接到升压转换器20的负侧电路17。对升压转换器20提供的DC电流进行平滑处理的滤波电容器23连接在高压电路22与负侧电路21之间，负侧电路21位于升压转换器20与逆变器30之间。检测滤波电容器23两端电压的高压传感器73检测被提供给逆变器30和40的已升高的高压VH。
逆变器30在其内部总共包括六个开关元件31，它们用于U、V和W相的上臂和下臂。二极管32反并联连接到开关元件31(在图1中，仅示出六个开关元件中的一者和六个二极管中的一者，未示出其它开关元件和二极管)。输出U、V和W相的电流的输出线33、34和35分别附接在逆变器30的U、V和W相的上臂开关元件与下臂开关元件之间，并且输出线33、34、35连接到同步电动发电机50的U、V和W相的输入端子。在本实施例中，检测电流的电流传感器52和53分别附接到V相和W相的输出线34和35。尽管电流传感器未附接到U相的输出线33，但是，U、V、W相的总电流在三相AC中为零，因此，可通过计算V相和W相的电流值来获取U相电流值。
同步电动发电机50的输出轴54连接到驱动机构55(例如，差速齿轮和减速齿轮)，并且驱动机构55将同步电动发电机50的转矩输出转换为前车轴56的驱动转矩以驱动前轮57。车速传感器58附接到车轴56，该车速传感器根据车轴56的转速检测车速。解角器51附接到同步电动发电机50，该解角器检测转子的旋转角或转速。
与同步电动发电机50相同，逆变器40将升压转换器20升高的高压VH转换为三相AC电力，该三相AC电力被提供给感应电动发电机60。逆变器40(开关元件41和二极管42)、电流传感器62和63、以及解角器61的配置与上述用于驱动同步电动发电机50的逆变器30、电流传感器52和53、以及解角器51相同。与同步电动发电机50的输出轴54相同，感应电动发电机60的输出轴64连接到驱动机构65(例如，差速齿轮和减速齿轮)，并且驱动机构65连接到后车轴66以驱动后轮67。车速传感器68附接到车轴66，这与车轴56的车速传感器相同。升压转换器20、滤波电容器23、以及逆变器30和40形成PCU 90。
如图1所示，控制单元80包括执行算术和信息处理的CPU 81、存储单元82、以及设备-传感器接口83，并且CPU 81、存储单元82、以及设备-传感器接口83是通过数据总线84连接的计算机。下面描述的电动车辆100的控制数据85、控制程序86和电压振荡减小程序87(包括第一、第二和第三程序)被存储在存储单元82中。电压振荡减小程序87(包括第一、第二和第三程序)中设置有定义图9所示的转差频率设定值相对于高压VH的映射。下面描述的图2所示的感应电动发电机60的最佳效率线E和特征曲线a到e被存储在控制数据85中。上面描述的升压转换器20的开关元件13和14、以及逆变器30和40的开关元件31和41通过设备-传感器接口83连接到控制单元80，并且这些开关元件根据控制单元80的指令执行操作。包括电压传感器71、低压传感器72、高压传感器73、电流传感器52、53、62和63、解角器51和61、以及车速传感器58和68的传感器的输出通过设备-传感器接口83被输入控制单元80。
在描述按照上述方式配置的电动车辆100的操作之前，将参考图2描述相对于安装在电动车辆100上的感应电动发电机60的转差频率S和控制的转矩输出特征。
图2中的实线a、断线b、虚线c、长短交替的虚线d和一长两短交替的点划线e是特征曲线，它们分别示出转矩输出与转差频率S之间的关系，其中电流I1、I2、I3、I4和I5(I1>I2>I3>I4>I5)被提供给感应电动发电机60。图2中的实线a是当流过定子线圈的电流I1为最大电流时的特征曲线。如图2中的线a到e指示的那样，当转差频率S为零时，即，当转子旋转导致的转子的电频率[Hz]与流过定子线圈的电流的电频率[Hz]之间的差值为零时，感应电动发电机60的转矩输出为零，并且当转差频率S增加时，即，当转子旋转导致的转子的电频率[Hz]与流过定子线圈的电流的电频率[Hz]之间的差值增加时，转矩输出增加。当转差频率S增加时，转矩输出在特定转差频率S上变为最大。当转差频率S进一步增加时，转矩输出随着转差频率S增加而减小。转矩输出随着流过定子线圈的电流I增加而增加，随着电流I减小而减小。
图2中的粗实线E是最佳效率线E，该实线连接用于在驱动具有上述特征的感应电动发电机60时获取特定转矩输出的最佳效率的电流I和转差频率S的点。因此，当感应电动发电机60的操作点位于最佳效率线E的上方时，感应电动发电机60的效率降低，并且相同输出的电力消耗增加。在正常控制下，控制单元80确定最佳效率线E上相对于所需转矩被提供给定子线圈的电流值I[A]以及转差频率S[Hz]。控制单元80根据解角器61检测到的感应电动发电机60的转子转速计算转子的电频率Fr[Hz]，并且通过将先前获取的转差频率S[Hz]加到所计算的转子电频率Fr[Hz]来计算电频率FS[Hz]。控制单元80操作逆变器40并将在电频率FS[Hz]上具有电流I[A]的AC电流提供给感应电动发电机60的定子线圈，以根据行驶状态产生转矩和驱动力。如图2所示，基于图2所示的最佳效率线E，当转矩指令T为T1时，转差频率S为S1，并且电流为断线b的特征曲线的电流I2。因此，控制单元80通过将转差频率S1[Hz]加到转子电频率Fr[Hz]来计算电频率FS[Hz]，并且操作逆变器40以将在电频率FS[Hz]上具有电流I2[A]的AC电流提供给感应电动发电机60的定子线圈。
控制单元80基于电动车辆100的行驶数据计算同步电动发电机50的转矩指令Ts，并且基于所计算的同步电动发电机50的输出转矩指令Ts从控制映射获取要被提供给同步电动发电机50的定子的三相AC电力的波形和电压。控制单元80操作逆变器30和升压转换器20，并且将具有所述波形和电压的三相AC电力提供给同步电动发电机50，以根据行驶状态产生转矩和驱动力。
将参考图3至5E描述电动车辆100的操作。如上所述，当来自同步电动发电机50的反电动势的振荡数量接近由滤波电容器23的静电电容(C)和升压转换器20的线圈12的电抗(L)所确定的LC谐振频率时，可激励PCU 90的电路中的LC谐振，并且高压VH可能大幅振荡，如图4中的下方图形(a)所示。当同步电动发电机50的电流传感器52和53的检测误差或解角器51的检测误差大于预定值时，转矩和转速的控制稳定性可能降低。同步电动发电机50的反电动势电压振荡可能激励PCU 90的电路中的电压振荡，并且高压VH可能大幅振荡，如图4中的下方图形(a)所示。
因此，控制单元80执行图1所示的电压振荡减小程序87中的第一程序。如图3的步骤S101所示，控制单元80在电动车辆100行驶时通过高压传感器73检测高压VH。如图3的步骤S102所示，控制单元80对高压VH执行变化频率分析以获取振荡频率F1到F5[Hz]，以及振荡频率F1到F5[Hz]上的振幅分布B[V]，如图4中的上方图形(b)所示。频率分析例如可通过诸如FFT之类的常见方法执行。如图3中的步骤S103所示，控制单元80指定具有最大振幅B的频率分量，并判定振幅B是否超过第一阈值B1，如图3中的步骤S104所示。在本实施例中，具有最大振幅B的频率是频率F3[Hz]，如图4中的下方图形(a)所示，并且振幅超过第一阈值B1。因此，控制单元80继续到图3中的步骤S105，以开始感应电动发电机60的转差频率S的振荡。
通过定期使感应电动发电机60的操作点接近和远离图2所示的最佳效率线E，振荡感应电动发电机60的转差频率S，同时使感应电动发电机60的转矩输出保持恒定状态。更具体地说，操作点在图2的点P1与P4之间沿水平方向前后移动。
现在，如图2所示，感应电动发电机60在最佳效率线E上的点P1处执行操作，其中转矩输出为T1、转差频率为S1，电流为I2。根据频率分析结果，要减小的电压振荡的频率是图4中的上方图形(b)所示的频率F3[Hz]，并且控制单元80以频率F3[Hz]或以周期1/F3[sec]，在S1与S4之间(点P2与点P4之间)增加和减小转差频率指令S*，从而使得感应电动发电机60的转矩输出(转矩指令T*)保持恒定。感应电动发电机60的转矩输出被保持恒定以抑制电动车辆100中车辆振荡的产生。由于感应电动发电机60在最佳效率线E上点P1处执行操作，因此，可使转矩输出(转矩指令T*)保持恒定，并且转差频率指令S*可被更改以增加感应电动发电机60的电力消耗。但是，很难将感应电动发电机60的电力消耗降到点P1处的电力消耗以下。
如图5A的线a1所示，高电压VH以频率F3[Hz]振荡，并且图5A的时间t1与时间t5之间的周期为1/F3[sec]。因此，转差频率指令S*可被振荡以在图5A所示的时间t1与时间t5之间，在点P1与点P4之间前后移动感应电动发电机60的操作点，并且感应电动发电机60的电力消耗可振荡，从而降低高压VH的峰值。但是，在高压VH低于设定电压VH1的时区中(例如，图5A所示的时间t4与时间t6之间)，例如，通过将感应电动发电机60的操作点移到P1之外的点而增加感应电动发电机60的电力消耗，从而促进高压VH变得小于设定电压VH1的趋势。因此，转差频率指令S*需要保持恒定，并且在该周期中保持为初始S1以使感应电动发电机60在图2所示的点P1处执行操作。因此，转差频率指令S*需要具有这样的波形：使得转差频率指令S*在周期1/F3[sec]的1/2的时间段内，在S1与S4之间前后移动，转差频率指令S*在周期1/F3[sec]剩余的1/2的时间段内，保持为S1，并且峰值上的S4的周期是周期1/F3[sec]。例如，如图5C的线c所示，转差频率指令S*在时间t2与时间t4之间(周期1/F3[sec]的1/2的时间段)，在S1与S4之间前后移动，转差频率指令S*在时间t4与时间t6之间(周期1/F3[sec]的1/2的时间段)，固定为S1，并且从转差频率指令S*的峰值S4到下一峰值S4的时间是从时间t3到时间t7(周期1/F3[sec])，也就是波形中从一个高压VH峰值到另一高压VH峰值(如同图5C所示的线c的波形)。
当感应电动发电机60的转矩输出(转矩指令T*)被保持恒定以将转差频率指令S*从S1增加到S4时(例如在时间t2与时间t3之间)，控制单元80首先将感应电动发电机60的操作点从图2所示的P1移到P2。在这种情况下，电流需要从P1点上的I2减小到P2点上的I3。当感应电动发电机60的操作点从图2所示的P2移到P3时，电流需要从P2点上的I3增加到P3点上的I2。当感应电动发电机60的操作点从图2所示的P3移到P4时，电流需要从P3点上的I2增加到P1点上的I1(最大电流)。因此，如在图5C所示的线c中那样，当转差频率指令S*从S1增加到S4时(例如在时间t2与时间t3之间)，感应电动发电机60的电流指令I*指示这样的指令波形，其暂时从I2减小到I3，然后在时间t2与时间t3之间增加到峰值上的I1，如图5D中的线d所示。相反地，当转差频率指令S*从S4减小到S1时，指令波形从峰值上的I1减小到I3，然后返回到初始I2，如图5D中的线d所示。
当感应电动发电机60的转差频率指令S*和电流指令I*基于上述波形更改时，感应电动发电机60的转矩输出在T1上保持恒定，如图5B中的线b所示，并且感应电动发电机60的电力消耗Pw在时间t2与时间t4之间(周期1/F3[sec]的1/2的时间)从初始Pw1增加(如图5E中的线E所示)，以降低高压VH。初始Pw1在时间t4与时间t6之间(周期1/F3[sec]的1/2的时间)保持，并且电力消耗的峰值间隔(用于降低高压VH的时间间隔)在时间t3与时间t7之间(周期1/F3[sec])。
如上所述，控制单元80使感应电动发电机60的转矩输出(转矩指令T*)保持恒定，从而产生以频率F3[Hz](周期1/F3[sec])振荡的感应电动发电机60的转差频率指令S*和电流指令I*的波形。
如图3中的步骤S106所示，控制单元80更改所产生的指令波形的相位，以便感应电动发电机60的电力消耗Pw的峰值与高压VH的峰值一致。相位可通过移动从逆变器40提供给感应电动发电机60的AC电流波形的相位来调整。当感应电动发电机60的电力消耗Pw的峰值与高压VH的峰值一致时，高压VH的峰值电压降低，如图5A中的长短交替点划线a2所示。更具体地说，感应电动发电机60的电力消耗Pw的振荡以与高压VH的振荡正好相反的相位产生电压振荡，并且相反相位的电压振荡降低在时间t3、时间t7等上的高压VH峰值，如图5A中的断线a3所示。
如图3中的步骤S107所示，控制单元80检测高压VH并分析频率以获取最大振幅。如图3中的步骤S108所示，控制单元80判定最大振幅是否小于第二阈值B0，如图4中的上方图形(b)所示。如果最大振幅小于第二阈值B0，则控制单元80判定高压VH的振荡收敛。如图3中的步骤S109所示，控制单元80停止感应电动发电机60的转差频率S的振荡并返回到正常控制(电压振荡减小程序87的第一程序结束)。
通过这种方式，根据本实施例，PCU 90中的电压振荡可减小，并且高压VH的峰值可降低。这样可抑制PCU 90中电气元件(例如开关元件和二极管)的寿命因为高压而缩减。在传统技术中，高压VH需要增加为大于最优操作电压以避免LC谐振导致的高压VH振荡。但是，根据本实施例，即使在具有LC谐振的区域内，高压VH也可被控制并且被保持为最优电压，并且可抑制升压损耗。因此具有提升燃料效率的优点。
将参考图6、7A和7B描述本发明的另一实施例。与参考图1至5E描述的部分相同的部分不再描述。在本实施例中，当高压VH的振荡产生时，被提供给感应电动发电机60的AC电力的转差频率S被更改，在感应电动发电机60中产生的电流纹波的频率与高压VH的频率相同，并且高压VH的振荡被电流纹波所产生的电压振荡所抵消。
控制单元80执行图1所示的电压振荡减小程序87中的第二程序。如图3中的步骤S101至步骤S104所述，控制单元80在图6中的步骤S201至S204，通过高压传感器73检测高压VH(如图4中的下方图形(a)所示)，对高压VH执行变化频率分析，指定具有最大振幅的频率，并判定该频率上的最大振幅是否等于或大于第一阈值B1，如图4中的上方图形(b)所示。如果最大振幅等于或大于第一阈值B1，则控制单元80更改感应电动发电机60的转差频率S，如图6中的步骤S205所示。
在感应电动发电机60中，转矩纹波通过转子旋转产生，结果，产生电流纹波。电流纹波的频率通过被提供给感应电动发电机60的AC电流的电频率以及定子和转子的极数确定，该频率是被提供给感应电动发电机60的AC电流的电频率的整数倍。例如，当被提供给感应电动发电机的AC电流的电频率为FA时，在感应电动发电机60中产生的电流纹波的频率为N×FA(N阶电频率，例如，在六阶电频率的情况下，N＝6)。当等于或大于第一阈值B1的高压VH的振荡频率是F3时(如图4中的上方图形(b)所示)，感应电动发电机60的电流纹波的频率可以是N×FA＝F3，以使得在感应电动发电机60中产生的电流纹波的频率与高压VH的频率一致。由于感应电动发电机60的转子的转速(电频率)Fr与被提供给感应电动发电机60的定子的AC电力的电频率FA之间的差值为转差频率S，因此以下式子成立。
S＝FA-Fr-----(表达式1)
如上所述，当高压VH的振荡数量为F3时，FA＝F3/N成立，此式可指定给表达式1以获取以下公式。
S＝F3/N-Fr-----(表达式2)
因此，当解角器61检测到的感应电动发电机60的转子的电频率是Fr时，如果被提供给感应电动发电机60的定子的AC电力的转差频率指令S*被更改为通过表达式2计算的转差频率S，则图7A中所示的线a1指示的高压VH的电流振荡的振荡数量(F3)或周期与图7B中的线b指示的在感应电动发电机60中产生的电流纹波的振荡数量(N×FA)或周期一致。
为了更改转差频率指令S*，电流指令I根据参考图2描述的特征曲线进行更改，以使感应电动发电机60的输出转矩保持恒定，从而防止在电动车辆100中产生车辆振荡。
如图6中的步骤S206所示，控制单元80更改被提供给感应电动发电机60的定子的AC电流的相位。例如，如图7A和7B所示，被提供给定子的AC电力的相位被更改，使得时间t1上的高压VH峰值与在感应电动发电机60中产生的纹波电流的峰值一致。当高压VH的峰值与在感应电动发电机60中产生的纹波电流的峰值一致时，在感应电动发电机60中产生的纹波电流的振荡以与高压VH的振荡相反的相位产生电压振荡，如图7A中的长短交替点划线a2所示，并且相反相位中的电压振荡减小了高压VH的振荡，如图7A中的断线a3所示。
如图6中的步骤S207所示，控制单元80检测高压VH并分析频率以获取最大振幅。如图6中的步骤S208所示，如果最大振幅小于第二阈值B0，如图4中的上方图形(b)所示，则控制单元80判定高压VH的振荡收敛并返回到正常控制，如图6中的步骤S209所示。
另一方面，当最大振幅在被提供给感应电动发电机60的定子的AC电流的相位发生更改之后小于第二阈值B0时，控制单元80返回到图6中的步骤S206以增加或减小AC电流的相位更改量，从而使得最大振幅小于第二阈值B0。
在同步电动发电机50中，被提供给定子线圈的AC电力的转速(电频率)与转子的转速(电频率)同步。因此，根据转子和定子的极数，以这样的频率产生转矩变化：该频率是被提供给定子线圈的AC电力的频率的整数倍，并且转矩变化导致的反电动势电压变化在许多情况下激励高压VH的振荡。这样，被提供给感应电动发电机60的AC电流的相位可能相对于被提供给同步电动发电机50的AC电流的相位发生更改，例如，以将相位更改为相同相位的方向，或者将相位更改为相反相位的方向来做出调整，以便高压VH的振荡和感应电动发电机60的电流纹波所产生的电压振荡处于相反的相位。
如上所述，当最大振幅小于第二阈值B0时，控制单元80判定高压VH的振荡收敛并返回到正常控制，如图6中的步骤S209所示(电压振荡减小程序87的第二程序结束)。
如在上述实施例中那样，在本实施例中，高压VH的峰值可通过减小PCU 90中的电压振荡来减小。因此，可抑制PCU 90中电气元件(例如开关元件和二极管)的寿命因为高压而缩减。即使在具有LC谐振的区域内，也不需要升压来避免LC谐振，并且可抑制升压损耗的产生。具有提高燃料效率的优点。
将参考图8描述本发明的另一实施例。在上述振荡被提供给感应电动发电机60的AC电流的转差频率S以减小高压VH的峰值电压的方法中(电压振荡减小程序87中的第一程序)，转差频率S被振荡以使转矩输出保持恒定，从而抑制电动车辆中振荡的产生。但是，转矩输出不可能在过渡时间(transition time)保持恒定。尤其是，当转差频率S以低频率振荡时，过渡时间的转矩输出变化可导致电动车辆100的车辆振荡。另一方面，转差频率S以高频率振荡不会导致产生车辆振荡的实际转矩变化，即使转矩输出因为旋转驱动部等的转动惯量而不保持恒定。因此，当在高频区域内产生高压VH的振荡时，电压振荡减小程序87中的第一程序可更有效地在抑制车辆振荡的同时抑制高压VH的振荡或电压峰值。
同时，在上述更改被提供给感应电动发电机60的AC电流的转差频率的频率，以使感应电动发电机60的电流纹波的振荡数量与高压VH的电压振荡一致，从而以与高压VH相反的相位产生电压振荡来减小高压VH的振荡的方法中(电压振荡减小程序87中的第二程序)，转差频率指令S*需要是根据上述表达式2(下面再次描述)计算的转差频率S。
S＝F3/N-Fr-----(表达式2)
在感应电动发电机60中，当转差频率S从S1增加到S4以将感应电动发电机60的操作点从初始点P1移到P4(如图2所示)时，电流可被更改为移动操作点以使转矩输出保持恒定。也就是说，可沿着图2所示的水平方向移动操作点。但是，当高压VH的振荡数量F3增加时，通过表达式2计算的转差频率S需要等于或大于S4。当转差频率S等于或大于S4时，感应电动发电机60的输出转矩沿着最大电流I1情况下的特征线减小，并且当转差频率S为S5时，转矩输出减小到T4。因此，电动车辆100行驶所需的功率可能不足。这样，电压振荡减小程序87中的第二程序可以更有效地减小低频率区域(其中高压VH的振荡频率F3为低)内的高压VH的振荡，并且转差频率S不必增加到S4或更大。
因此，当高压VH的最大振幅的振荡数量F3较高时，电压振荡减小程序87中的第三程序通过执行电压振荡减小程序87中的第一程序来减小高压VH的电压振荡；并且当高压VH的最大振幅的振荡数量F3低时，电压振荡减小程序87中的第三程序通过执行电压振荡减小程序87中的第二程序来减小高压VH的电压振荡。将参考图8对此进行描述。
如图8中的步骤S301至S304所示，控制单元80检测高压VH并分析变化频率。控制单元80然后指定具有最大振幅的频率分量，并判定最大振幅是否等于或大于第一阈值B1，如图4中的上方图形(b)所示。如果最大振幅等于或大于第一阈值B1，则控制单元80判定具有最大振幅的频率分量是否等于或大于预定频率，如图8中的步骤S305所示。当在表达式2中，S＝S4时(具有恒定转矩输出的最大转差频率)，预定频率Fmax可以是根据整数N确定的值，该整数N根据感应电动发电机60的旋转电频率Fr和转子极数确定。
Fmax＝N×(Fr+S4)-----(表达式3)
在此，N是在感应电动发电机60中产生的电流纹波的频率上，感应电动发电机60中转子的旋转电频率Fr的倍数，或者是电频率的阶数。
如果具有最大振幅的频率分量等于或大于预定频率Fmax，则控制单元80执行电压振荡减小程序87中的第一程序，如图8中的步骤S306至S309所示。图8中的步骤S306至S309的实际控制操作与图3中的步骤S105至S108相同。如果具有最大振幅的频率分量不等于或大于预定频率Fmax(小于Fmax)，则控制单元80执行电压振荡减小程序87中的第二程序，如图8中的步骤S310至S313所示。图8中的步骤S310至S313的实际控制操作与图6中的步骤S205至S208相同。
如上所述，除了上述两个实施例的优点之外，本实施例的电压振荡减小程序87中的第三程序，当高压VH的最大振幅的振荡数量高时，通过执行电压振荡减小程序87中的第一程序，并且当高压VH的最大振幅的振荡数量低时，通过执行电压振荡减小程序87中的第二程序，从而减小高压VH的电压振荡，第三程序具有可处理各种不同的高压VH振荡数量的优点。
在上述实施例中，产生与高压VH的振荡同步的电压振荡以减小高压VH的电压振荡。但是，不是像在上述实施例中那样以特定频率产生电振荡，而是，可将高压传感器73检测到的高压VH进行反馈以更改感应电动发电机60的转差频率S，从而减小高压VH的峰值。
在控制单元80中，图9所示的转差频率设定值相对于与高压VH的设定值VH1的偏离的变化映射被存储在电压振荡减小程序87中。在该映射中，当高压VH的值等于或小于设定值VH1时，如果高压VH以图2所示的恒定S1超过设定值VH1，则转差频率S增大，并且在高压VH的振荡峰值VH3处，转差频率S为允许控制恒定转矩输出的最大转差频率S4(请参阅图2)。当高压传感器73检测到的高压VH超过设定值VH1时，控制单元80根据图9所示的映射增加感应电动发电机60的转差频率S，并且增加感应电动发电机60的电力消耗，以在保持恒定转矩输出的同时减小高压VH。本实施例实现的优点与执行上述电压振荡减小程序87中的第一程序时实现的优点完全相同。
在上述实施例中，升压转换器20将电池10的低压VL升高到高压VH，并将高压VH提供给逆变器30和40。但是，当不包括升压转换器20时，可使用低压传感器72替代高压传感器73以检测低压VL，从而抑制低压VL的振荡。检测电池10的电压的电压传感器71的输出可替代低压传感器72使用。
尽管上述本实施例中包括一个同步电动发电机50和一个感应电动发电机60，但是电动车辆100可包括多个同步电动发电机50和多个感应电动发电机60。例如，本发明也可应用于这样的电动车辆100：其包括用于驱动前轮57的同步电动发电机50和感应电动发电机60，以及用于驱动后轮67的另一同步电动发电机50和另一感应电动发电机60。通过这种方式，在包括多个感应电动发电机60的电动车辆100中，多个感应电动发电机60当中的一个或多个感应电动发电机60的转差频率S可发生振荡或更改。
本发明不限于上述实施例，在不偏离权利要求定义的本发明的技术范围和精神的情况下，本发明包括所有更改和修改。

Claims (13)

1.一种电动车辆，包括：
至少一个用于驱动车辆的感应电动机；
至少一个用于驱动车辆的其它电动机；
至少一个逆变器，其将至少一个AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机；
至少一个其它逆变器，其将至少一个其它AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机；以及
控制单元，其调整所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机和所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机中每一者各自的转速和各自的转矩输出，其中
所述控制单元
包括电压振荡减小装置，其用于在被提供给所述逆变器的DC电压因为所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机的旋转而以等于或大于预定电压值的振幅振荡时，使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡，从而减小所述DC电压的电压振荡。
2.根据权利要求1所述的电动车辆，其中
所述电压振荡减小装置
是第一装置，其用于使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转差频率在所述DC电压的电压振荡的频率上振荡，从而以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡。
3.根据权利要求2所述的电动车辆，其中
所述第一装置
在保持所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转矩输出的同时使所述转差频率振荡。
4.根据权利要求1所述的电动车辆，其中
所述电压振荡减小装置
是第二装置，其用于将这样的AC电流提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机：该AC电流使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波在所述DC电压的电压振荡的频率上产生具有与所述DC电压的电压振荡相反的相位的电压。
5.根据权利要求4所述的电动车辆，其中
所述第二装置
更改所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转差频率，以使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波与所述DC电压的电压振荡的频率一致，以及
更改所述AC电流的相位，以使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波产生的电压振荡的相位与所述DC电压的电压振荡的相反相位一致。
6.根据权利要求5所述的电动车辆，其中
所述第二装置
在保持所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转矩输出的同时更改所述转差频率。
7.根据权利要求1所述的电动车辆，其中
所述电压振荡减小装置包括：
第一装置，其用于使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转差频率在所述DC电压的电压振荡的频率上振荡，从而以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡；以及
第二装置，其用于将这样的AC电流提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机：该AC电流使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波在所述DC电压的电压振荡的频率上产生具有与所述DC电压的电压振荡相反的相位的电压，
如果所述DC电压的电压振荡的频率等于或大于预定频率，则使所述第一装置减小所述DC电压的电压振荡，以及如果所述DC电压的电压振荡的频率小于所述预定频率，则使所述第二装置减小所述DC电压的电压振荡。
8.根据权利要求7所述的电动车辆，其中
所述第一装置
在保持所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转矩输出的同时使所述转差频率振荡。
9.根据权利要求7所述的电动车辆，其中
所述第二装置
更改所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转差频率，以使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波与所述DC电压的电压振荡的频率一致，以及
更改所述AC电流的相位，以使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的电流纹波产生的电压振荡的相位与所述DC电压的电压振荡的相反相位一致。
10.根据权利要求9所述的电动车辆，其中
所述第二装置
在保持所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转矩输出的同时更改所述转差频率。
11.根据权利要求1所述的电动车辆，进一步包括
电压传感器，其检测被提供给所述逆变器的所述DC电压，其中
所述电压振荡减小装置
是第三装置，其用于根据所述电压传感器检测到的所述DC电压，在保持所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转矩输出的同时更改所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机的转差频率。
12.一种电动车辆，包括：
至少一个用于驱动车辆的感应电动机；
至少一个用于驱动车辆的其它电动机；
至少一个逆变器，其将至少一个AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机；
至少一个其它逆变器，其将至少一个其它AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机；以及
控制单元，其包括CPU并调整所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机和所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机中每一者各自的转速和各自的转矩输出，其中
所述控制单元使所述CPU执行电压振荡减小程序，该电压振荡减小程序用于在被提供给所述逆变器的DC电压因为所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机的旋转而以等于或大于预定电压值的振幅振荡时，使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡，从而减小所述DC电压的电压振荡。
13.一种电动车辆的控制方法，所述电动车辆包括：
至少一个用于驱动车辆的感应电动机；
至少一个用于驱动车辆的其它电动机；
至少一个逆变器，其将至少一个AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机；
至少一个其它逆变器，其将至少一个其它AC电压提供给所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机；以及
控制单元，其调整所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机和所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机中每一者各自的转速和各自的转矩输出，
在被提供给所述逆变器的DC电压因为所述至少一个用于驱动车辆的其它电动机的旋转而以等于或大于预定电压值的振幅振荡时，所述控制方法使所述至少一个用于驱动车辆的感应电动机以与所述DC电压的电压振荡相反的相位产生电压振荡，从而减小所述DC电压的电压振荡。
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