CN104796045A - 用于电动发电机的控制器 - Google Patents

Abstract

一种要被提供给电动发电机的交流电通过使用所述电动发电机的目标输出和旋转角传感器的检测结果控制逆变器而被控制，并且电压升压根据所述电动发电机的所述目标输出而被控制。在所述电动发电机的操作期间，通过所述升压转换器获取的升压电压被设定为：对所述旋转角传感器的原点的学习有待完成时(S11)的电压高于(S13)对所述旋转角传感器的原点的学习已经完成时的电压。这消除了在对所述旋转角传感器的原点的学习有待完成时在电动机操作中发生故障。

Description

用于电动发电机的控制器

优先权信息

2014年1月20日提交的申请号为2014-008146的日本专利申请的包括说明书、权利要求书、附图和摘要全部内容通过引用的方式在此全部纳入。

技术领域

本发明涉及在完成对用于检测电动发电机的旋转角的旋转角传感器的原点位置的学习之前控制电动发电机。

背景技术

传统上，电动车辆(EV)或混合动力车辆(HV)控制要从逆变器提供给用于驱动车辆的电动发电机的电力，以使电动发电机的输出转矩符合例如基于加速踏板的下压量确定的目标转矩。

为了以此方式控制逆变器，需要检测电动发电机的旋转状态，或者换言之，需要检测电动发电机的旋转角(转子的旋转角)。解角器(resolver)广泛地用于检测电动发电机的旋转角。逆变器根据解角器的输出而被控制，进而要被提供给电动发电机的交流电(alternating current)的相位被控制。

解角器借助线圈检测响应于电动发电机的旋转而产生的磁场，从而检测电动发电机的旋转角，或者换言之，检测转子的旋转相位。因此，例如因为解角器的附着位置的误差而发生的解角器的原点位置偏差导致不正确地检测电动发电机的旋转角，从而无法正确地控制要被提供给电动发电机的电流。

JP 2004-129359A公开了在电动发电机正被旋转的同时基于解角器的输出校正解角器的原点误差。执行这种学习以校正解角器的原点误差，可消除实际操作中的问题。

经常在工厂中出货之前执行基于学习的对解角器原点误差的校正，但是也可以之后在经销商处的维修或检查期间执行此校正。进一步地，还可以在实际驾驶期间根据需要执行此校正。

在此类学习期间或之前，或者换言之，当学习还有待完成时，解角器原点的位置不准确。结果，解角器的输出不正确，并且当电动发电机被控制时，电动发电机的输出转矩变得太高或太低。特别地，当电动发电机被以矩形波控制模式控制时，解角器原点的偏差会造成显著影响。

发明内容

本发明的目的是，即使在完成学习诸如解角器之类的旋转角传感器的原点误差之前，也要正确地控制电动发电机。

根据本发明的一方面，在电动发电机的操作期间，控制单元将通过升压转换器获得的输出电压(升压电压)设定为：在对所述旋转角传感器的原点的学习有待完成时的输出电压高于在对所述旋转角传感器的原点的学习已经完成时的输出电压。

采用此结构可消除当对旋转角传感器的原点的学习有待完成时，在电动机操作中发生的故障。

附图说明

将参考下面的附图详细地描述本发明的优选实施例，其中：

图1是示出混合动力车辆的重要组件的结构的框图；

图2示出升压转换器的结构；

图3是电动机控制的流程图；

图4通过在正常VH下的电动机旋转次数和电动机转矩示出控制模式的关系；

图5通过在高VH下的电动机旋转次数和电动机转矩示出控制模式的关系；

图6是电动机控制的流程图的另一实例；以及

图7通过在高VH下的电动机旋转次数和电动机转矩示出控制模式的关系的另一实例。

具体实施方式

下面参考附图描述本发明的实施例。本发明不限于此处描述的实施例。

图1是示出混合动力车辆的驱动系统的示意性框图。从电池10输出的直流电(direct current)被升压转换器12升高，然后被提供给第一逆变器14和第二逆变器16。用于发电的第一MG(电动发电机)18被连接到第一逆变器14，用于驱动的第二MG(电动发电机)20被连接到第二逆变器16。

第一MG 18和第二MG 20的输出轴被连接到动力变换单元22，引擎24的输出轴也被连接到动力变换单元22。连接在动力变换单元22与第二MG 20之间的输出轴的旋转作为驱动输出被传输到车辆的驱动轴，并且来自动力变换单元22和/或第二MG 20的输出被传输到车轮以使混合动力车辆行驶。

动力变换单元22例如由行星齿轮机构构成，并且控制第一MG 18、第二MG 20以及引擎24之间的动力传输。引擎24基本被用作动力输出源，并且引擎24的输出通过动力变换单元22被传输到第一MG 18。通过此结构，第一MG 18使用引擎24的输出发电，并且通过第一逆变器14和升压转换器12将所得到的发电电力充给电池10。引擎24的输出通过动力变换单元22被传输到驱动轴，并且车辆使用引擎24的输出行驶。在图1中，电力传输系统由普通实线指示，机械动力传输系统由粗实线指示，信号传输系统(控制系统)由虚线指示。

电池10具有用于在其输出侧对电池10的输出电压进行平滑处理的电容器30，并且具有用于测量跨电容器30的电压(升压前电压VL)的升压前电压传感器32。升压转换器12具有用于在其输出侧对输出电压进行平滑处理的电容器34，并且具有用于测量跨电容器34的电压(或者换言之，到第一和第二逆变器14和16的输入电压，升压电压VH)的升压电压传感器36。升压前电压传感器32检测到的升压前电压VL和升压电压传感器36检测到的升压电压VH被提供给控制单元26。

第一MG 18和第二MG 20分别具有用于检测旋转角(旋转相位)的第一解角器40和第二解角器42作为旋转角传感器。

图2示出升压转换器12的内部结构。升压转换器12包括两个串联连接的开关元件50和52，以及一个被连接到开关元件50与52之间的中间点的电抗器54。开关元件50和52分别由诸如IGBT之类的晶体管和二极管构成，通过该二极管，电流沿着与晶体管中的电流相反的方向流动。

电抗器54的一端被连接到电池10的正电极，电抗器54的另一端被连接到开关元件50与52之间的中间点。开关元件50的晶体管具有被连接到第一和第二逆变器14和16的正电极母线(bus bar)的集电极，并且还具有被连接到开关元件52的晶体管的集电极的发射极。开关元件52的晶体管具有发射极，其被连接到电池10的负电极、以及第一和第二逆变器14和16的负电极母线。

控制单元26例如根据基于加速踏板下压量或车辆速度确定的目标转矩控制第一和第二逆变器14和16以及引擎24的驱动，从而控制驱动轴的输出。控制单元26还根据电池的充电状态(state of charge，SOC)控制引擎24的驱动以及第一逆变器14的切换，从而控制电池10的充电。为了降低车辆的速度，控制单元26控制第二逆变器16以使第二MG 20执行再生制动，以便通过所得到的再生电力给电池10充电。备选地，再生制动可通过第一MG 18执行。控制单元26还控制升压转换器12的开关元件50和52的切换，从而将升压电压VH控制为其目标值。

控制单元26基于指示旋转角(作为第一和第二解角器40和42执行的检测的结果)的信息将流过第一和第二MG的各相的电动机电流转换为d轴和q轴电流，并且确定各相的目标电流，以使d轴和q轴电流符合目标d轴或q轴电流。

为此，第一和第二解角器40和42执行的检测的结果应该精确。另一方面，尽管解角器根据流过检测线圈的电流的相位检测转子的旋转位置，但是，例如由于检测线圈附着位置存在误差，因此被检测的转子位置的原点会发生偏差。因此，有必要在电动机实际正在旋转的同时，通过检验解角器的检测信号来学习原点，从而校正原点的位置。类似地，在例如使用霍尔元件的旋转角传感器中，由于例如根据检测传感器附着位置可能出现检测误差，因此有必要学习原点的位置。

在某些实施例中，控制单元26具有学习存储单元26a。学习存储单元26a存储所学的内容，并且当学习已经完成时，控制单元26根据存储在学习存储单元26a中的内容校正第一和第二解角器40和42的原点偏差，从而检测正确的旋转角位置。进一步地，优选地，学习存储单元26a设置这样的标志：其指示学习是否已经完成，或者学习是否有待完成，并且控制单元26参考该标志判定学习是否有待完成。

对原点位置的学习通常在工厂出货之前执行。在学习期间或之前，原点的误差影响电动发电机的操作。当在维修或检查期间学习有待完成时，这也会类似地发生。

通过针对在对原点的学习有待完成时执行的操作做出各种分析，发明者发现，尽管原点学习未完成的影响在通常的电动发电机PWM控制中相当温和，但是该影响在矩形波控制中很严重。这被视为归因于这样的事实：与PMW控制相比，相位的少量偏差在矩形波控制(当MG的输出大时，选择此控制)中导致电流量的大幅变化。

为了解决这一情况，在某些实施例中，当对旋转角传感器的原点的学习有待完成时，禁用矩形波控制。

图3示出根据特定实施例的处理的流程图。首先，判定对解角器的原点的学习是否有待完成(S11)。在某些实施例中，第一和第二解角器40和42在此都可被视为解角器，可以判定对第一和第二解角器40和42中的一者的学习是否有待完成。备选地，第一和第二解角器40和42中的一者在此可被视为解角器。在这种情况下，优选地只有用于第二MG 20的解角器42在此可被视为解角器。

当在S11判定学习已经完成时，发出通常的升压指令(S12)以升高电压并以通常方式操作电动机。另一方面，当对解角器的原点的学习尚未完成时，执行最大电压升压。更具体地说，升压转换器12将电压升高到最大值，并且升压电压VH被设定为最大值(S13)。

图4示出对于相对低的升压电压VH而言，电动机旋转次数与电动机转矩之间的关系。图4中的圆表示操作条件。在该操作条件下，当应用通常控制时，以矩形波控制驱动电动机。另一方面，图5中的圆表示用于被设定为较高值的升压电压VH的相同操作条件。如图所示，增加升压电压VH扩展了其中以PWM控制执行操作的范围，并且允许在相同的操作条件(旋转次数和转矩)下以PWM控制执行操作。

如上所述，在某些实施例中，通过在升压转换器12中执行最大电压升压，可将升高电压VH设定为高值。这样可在驱动电动机期间避免矩形波控制，并且应用PWM控制。进一步地，优选地禁用矩形波控制。那么，当矩形波控制被禁用时，限制此时电动机旋转次数上的电动机转矩的最大值，并且未获得所要求的电动机转矩。但是，结果只是最大功率变得小于通常控制中的最大功率，不会产生特殊问题。

进一步地，尽管在上述实例中描述了两类控制：PWM控制和矩形波控制，但是通常控制模式也可包括三类控制：正弦波PWM控制、过调制PWM控制和矩形波控制。过调制PWM控制是这样的控制模式：其中占空比部分地为100％，其产生高于正弦波PWM控制的输出。与正弦波PWM控制相比，解角器原点偏差在过调制PWM控制中的影响也很严重。为了解决此情况，也可将过调制PWM控制视为矩形波控制并加以禁用。由于增加升压电压VH扩展了执行正弦波PWM控制的范围，因此过调制PWM控制的起点可以朝着更高的旋转次数和更高的转矩移动。

尽管在某些实施例中，升压转换器12中的电压升压是最大电压升压，其中当对原点的学习有待完成时，升压电压VH被设定为最大电压，但是也可优选地控制升压电压VH，以使可根据此时的电动机转矩和电动机旋转次数执行PWM控制。结果，当在通常操作中执行PWM控制时，升压电压VH变为通常控制值。

图6示出根据其它实施例的流程图。图6所示的处理与图3所示的处理相同之处在于，在对原点的学习已经完成时执行通常的操作，并且在对原点的学习尚未完成时发出最大电压升压指令(S21、S22和S23)。

在发出最大升压指令之后，然后判定此时的操作条件是否在发出最大电压升压指令之后落在矩形波驱动范围内(S24)。当S24中的判定为“是”时，在保持最大电压升压指令的同时应用磁场减弱(field-weakening)PWM控制(S25)。

图7示出执行磁场减弱PWM控制的范围。如图所示，通过执行磁场减弱PWM控制，可以在操作条件(旋转次数和转矩)是这样的操作条件时避免矩形波控制，在该操作条件下，一般执行矩形波控制(包括过调制PWM控制)。磁场减弱PWM控制减少磁化电流，并且抑制反电动势。

如上所述，通过执行磁场减弱PWM控制，在这样的范围内驱动电动机，而不执行矩形波控制，在该范围内，最大电压升压仍然无法允许PWM控制。

另外，在S25中，优选地，当所要求的电动发电机的输出未被获得时，禁用矩形波控制。

附图标记列表

10  电池

12  升压转换器

14、16  逆变器

18  第一MG

20  第二MG

22  动力变换单元

24  引擎

26  控制单元

30、34  电容器

32  升压前电压传感器

36  升压电压传感器

40、42  解角器

50、52  开关元件

54  电抗器

Claims (7)

1.一种用于电动发电机的控制器，包括：

电池；

升压转换器，其被配置为升高所述电池的输出电压；

逆变器，其被配置为将所述升压转换器的输出转换为交流电；

电动发电机，其由来自所述逆变器的所述交流电驱动；

旋转角传感器，其被配置为检测所述电动发电机的旋转角；以及

控制单元，其被配置为根据所述电动发电机的目标输出和所述旋转角传感器的检测结果控制所述逆变器，从而控制要被提供给所述电动发电机的所述交流电，并且被配置为根据所述电动发电机的所述目标输出控制所述升压转换器，从而控制所述升压转换器的所述输出，

其中，在所述电动发电机的操作期间，所述控制单元将所述升压转换器的电压输出设定为：对所述旋转角传感器的原点的学习有待完成时的电压输出高于对所述旋转角传感器的原点的学习已经完成时的电压输出。

2.根据权利要求1所述的用于电动发电机的控制器，其中当对所述旋转角传感器的原点的学习有待完成时，所述控制单元控制所述升压转换器以执行最大升压。

3.根据权利要求1所述的用于电动发电机的控制器，其中所述逆变器在PWM控制下执行操作。

4.根据权利要求2所述的用于电动发电机的控制器，其中所述逆变器在PWM控制下执行操作。

5.根据权利要求3所述的用于电动发电机的控制器，其中当所述电动发电机的输出大于或等于预定值时，所述逆变器在弱磁PWM控制下执行操作。

6.根据权利要求4所述的用于电动发电机的控制器，其中当所述电动发电机的输出大于或等于预定值时，所述逆变器在弱磁PWM控制下执行操作。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的用于电动发电机的控制器，其中当对所述旋转角传感器的原点的学习有待完成时，所述控制单元针对所述逆变器禁用矩形波控制。