CN104901592B

CN104901592B - 电动机控制装置

Info

Publication number: CN104901592B
Application number: CN201410756314.4A
Authority: CN
Inventors: 青山敦志; 宇井信介; 足立幸; 足立一幸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2017-11-14
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: CN104901592A; US20150256110A1; US9413275B2; JP2015171234A; JP5865930B2; DE102014222665A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种能提高电动机电流的检测精度的电动机控制装置。该电动机控制装置设置有：电流检测单元(209)，该电流检测单元(209)根据设置于逆变器(203)的电流检测电阻(206)所产生的电压来检测电动机(204)中流过的电流；时刻测量单元(212)，该时刻测量单元(212)测量逆变器(203)的通电模式切换时刻(214)及电流检测单元(209)的电流检测时刻(213)；以及校正单元(未图示)，该校正单元基于电流检测单元(209)所检测出的电流值(210)、时刻测量单元(212)所测量到的通电模式切换时刻(214)及电流检测时刻(213)，来求出校正电流值(211)。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及对搭载于例如汽车等车辆的自动变速器所使用的无刷电动机等进行控制的电动机控制装置。

背景技术

一般在搭载有自动变速器的汽车等车辆中，以发动机为动力源，将该发动机产生的动力通过自动变速器传递至车轮，从而能进行行驶。在自动变速器的内部装备有起动离合器，在将由发动机传递来的动力传递至变速机构时，使起动离合器卡合。相反，由发动机传递来的动力未被传递至变速机构时，使起动离合器不卡合。于是，构成为利用离合器控制单元来实施该起动离合器的卡合/不卡合的控制。

在离合器的卡合力不稳定时，从发动机传递至变速机构的动力就会不稳定，最终传递至车轮的动力不稳定。因此，汽车的行驶状态会不稳定，从而会使驾驶员感觉到不舒适。由此，为了确保车辆稳定的行驶状态，起动离合器需要精密地控制其卡合力。

然而，虽然已知有上述利用起动离合器来将动力从发动机传递至变速机构的自动变速器，但是在带有该起动离合器的自动变速器中，对干式单片的起动离合器装备致动器，致动器通过改变起动离合器的行程量，从而调整离合器卡合力。在使用电动机作为该致动器，构成为其旋转角度与起动离合器的行程量成正比的机构的情况下，为了调整起动离合器的卡合力，需要高精度地调整电动机的转矩量。

由于电动机的转矩量与电动机的电流量成正比，因此为了高精度地调整电动机的转矩量，需要提高电动机的电流控制精度。通过对电动机的电流控制进行反馈控制来控制电动机的转矩量的电动机控制装置是众所周知的，但是该电动机控制装置中非常重要的一点在于高精度地检测出电动机的电流。

作为电动机电流的检测方法，提出有以下方法：即，在120度矩形波通电方式的无刷电动机的控制装置中，通过在与检测无刷电动机的转子相对于定子的位置的多个霍尔传感器信号的边沿信号相同步地来切换电动机驱动电路的各FET(场效应晶体管)的导通/截止模式(以下称为通电模式)时的电动机电流达到峰值的定时进行电流检测，能够抑制检测电流值的偏差。(例如专利文献1)

作为检测电动机电流的其他技术，还提出了对每个电流检查周期所检测出的电流进行直线近似，根据电流检测周期和施加电压实际施加到电动机为止的时间，利用校正计算来计算规定时刻的电动机电流。(例如专利文献2)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2009－281538号公报

专利文献2：日本专利特开2011－78291号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在现有的电动机控制装置中，专利文献1所揭示的技术中，从电流检测时刻到通电模式切换时刻为止的期间持续施加指令电压，从而电流检测时刻到通电模式切换时刻之间电动机电流上升，因此电流检测时刻所检测出的检测电流值和原本希望测量的电动机电流的峰值之间产生误差。因此，在将检测电流值应用于反馈控制时，存在电动机目标电流和实际流过电动机的电流峰值之间存在误差的问题。

参照图6详细说明该现有技术的问题。图6示出以下情况下的电动机电流随时间的变化：即，与以规定的电动机电角度产生的霍尔传感器信号的边沿信号同步地进行逆变器的通电模式切换时，检测电动机电流，将所检测出的电流值应用到反馈控制，来输出指令电压的情况。在图6中，Im11～Im13表示在电流检测时刻所检测出的检测电流值，Ip11～Ip13表示通电模式切换时刻的电动机电流值，Vm11～Vm13表示指令电压。期间a、b、c、d中电动机电角度分别提前60度。

通过将由此检测出的检测电流值Im11～Im13应用于反馈控制，从而力图实现检测电流值Im11～Im13对于电动机目标电流(图6中虚线示出)的跟随性。但由于在电流检测时刻到通电模式切换时刻为止的期间中持续施加指令电压，因此通电模式切换时刻的电动机电流会从Ip11上升到Ip13。其结果是，电动机电流的峰值从Ip11成为Ip13时，与电动机目标电流之间的误差会从Ie11变为Ie13。

另外，如专利文献2所揭示的技术那样，若利用电流检测周期T11、和从进行电流检测到实际将施加电压施加到电动机为止的时间T12来进行校正计算，校正计算的结果将被限制为连接检测电流值Im11～Im13的直线上的值，因此无法计算出电动机电流的峰值Ip11～Ip13。

如上述说明的那样，在现有技术中，在电流检测时刻所检测出的电动机电流会一直上升到通电模式切换时刻，因而存在电动机电流的峰值与电动机目标电流之间存在误差的问题。

一般而言，电动机电流和电动机的转矩量存在比例关系，因此，在电动机电流和电动机目标电流之间存在误差的情况下，电动机的转矩量也会存在误差。如上所述，在希望高精度控制离合器卡合力的情况下，需要高精度调整电动机的转矩量，因此，若电动机电流与电动机目标电流之间产生误差，进而转矩量产生误差，则会导致无法高精度控制离合器的卡合力的问题。因此，离合器卡合力的控制精度决定了电动机电流的误差精度的限制值。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能提高电动机电流的检测精度的电动机控制装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的电动机控制装置是利用逆变器切换通电模式来进行电动机的控制的电动机控制装置，其特征在于，包括：电流检测单元，该电流检测单元设置于上述逆变器，检测流过上述电动机的电流；时刻测量单元，该时刻测量单元测量上述逆变器的通电模式切换时刻、和上述电流检测单元的电流检测时刻；以及校正单元，该校正单元求出基于上述电流检测单元所检测出的检测电流值、上述时刻测量单元所测量出的通电模式切换时刻及电流检测时刻而计算出的校正电流值。

发明效果

根据本发明的电动机控制装置，由于包括：电流检测单元，该电流检测单元设置于逆变器，检测流过电动机的电流；时刻测量单元，该时刻测量单元测量上述逆变器的通电模式切换时刻、和上述电流检测单元的电流检测时刻；以及校正单元，该校正单元求出基于上述电流检测单元所检测出的检测电流值、上述时刻测量单元所测量出的通电模式切换时刻及电流检测时刻而计算出的校正电流值，因此能获得以下效果：即，能得到由校正单元所求出的校正电流值与电动机电流相一致，且电动机电流的检测精度得以提高的电动机控制装置。

附图说明

图1是表示搭载有本发明的实施方式1的电动机控制装置的自动变速器的控制装置的简要结构的结构图。

图2是表示搭载有本发明的实施方式1的电动机控制装置的离合器控制单元的结构图。

图3是说明本发明的实施方式1的电动机控制装置的电动机中所流过的电流的控制方法的说明图。

图4是说明本发明的实施方式1的电动机控制装置的电流检测单元及时刻测量单元的动作的流程图。

图5是说明本发明的实施方式1的电动机控制装置的反馈控制结果的说明图。

图6是说明本发明的实施方式1的电动机控制装置的课题即现有的反馈控制结果的说明图。

具体实施方式

下面，说明本发明的实施方式，对各图中的相同或者相当的部分，标注相同的标号来进行说明。此外，在以下说明中，以搭载有电动机控制装置的自动变速器的控制装置为例进行说明，但本发明的电动机控制装置并不限于本实施方式，能适用于所有需要高精度检测电动机电流的装置。

实施方式1.

图1是表示搭载有本发明的实施方式1的电动机控制装置的自动变速器的控制装置的简要结构的结构图，图2是表示搭载有本发明的实施方式1的电动机控制装置的离合器控制单元的结构图，图3是说明本发明的实施方式1的电动机控制装置的电动机中所流过的电流的控制方法的说明图，图4是说明本发明的实施方式1的电动机控制装置的电流检测单元及时刻测量单元的动作的流程图，图5是说明本发明的实施方式1的电动机控制装置的反馈控制结果的说明图。

在图1中，发动机101和自动变速器102通过离合器103相连结。离合器103安装于自动变速器102的输入部分，进行从发动机101向自动变速器102的动力传递。自动变速器102中装备有改变自动变速器102的变速档的变速机构104。

变速控制单元105进行自动变速器102的离合器103的卡合、及变速机构104的结构变更，由此来控制自动变速器102的变速档。发动机转矩控制单元106根据变速控制单元105的指示来控制变速时的发动机转矩量。离合器控制单元107包括后述的电动机控制单元，根据变速控制单元105的指示来进行变速时的离合器控制、及离合器卡合力的控制。变速机构控制单元108根据变速控制单元105来进行变速机构104的变速档的控制。另外，后述的无刷电动机的旋转角与离合器103的行程量成正比，因此离合器控制单元107采用以下结构：即，通过控制该无刷电动机的转矩来调整旋转角，从而调整离合器卡合力。

在离合器103的卡合力不稳定时，从发动机101传递至变速机构104的动力不稳定，最终导致传递至车轮的动力不稳定。因此，车辆例如汽车的行驶状态会变为不稳定的状态，从而会使驾驶员感觉到不舒适。

接下来，对离合器控制单元107进行详细说明。图2是表示离合器控制单元107的结构的框图，该离合器控制单元107采用以下结构。

电池202通过逆变器203向无刷电动机204供电。由此，无刷电动机204的转子(未图示)旋转。

无刷电动机204中搭载有例如霍尔传感器205作为检测无刷电动机204的转子相对于定子(未图示)的位置，即，作为检测无刷电动机204的旋转位置的旋转位置检测单元。如上所述，霍尔传感器205产生对应于无刷电动机204的转子相对于定子的位置的霍尔传感器信号。

另外，构成逆变器203的六个FET的下侧桥臂上插入有电流检测电阻(以下称为分流电阻)，若无刷电动机204进行旋转，并从电池202通过无刷电动机204向接地207的方向流过电流，则在分流电阻206的两端产生电位差。该电位差由滤波器电路208进行滤波，并向电流检测单元209传输电压信号。然后，电流检测单元209中对由滤波器电路208传输来的电压信号在霍尔传感器信号的每一个边沿进行A/D转换，并基于A/D转换后获得的数据对检测电流值210进行检测。而且，电流检测单元209中设置有校正单元(未图示)，根据时刻测量单元212传输来的电流检测时刻213和通电模式切换时刻214及检测电流值210，来计算校正电流值211。

时刻测量单元212测量电流检测时刻213和通电模式切换时刻214，并输出到电流检测单元209。

将利用电流检测单元209的校正单元计算并求出的校正电流值211、和由电动机目标电流计算单元215计算出的无刷电动机204的目标电流值输入到指令电压计算单元216，来计算指令电压，并将其计算结果即指令电压传输到通电控制单元217。

通电控制单元217通过切换取决于霍尔传感器信号的通电模式，从而生成构成逆变器203的6个FET即UH、UL、VH、VL、WH、WL的选通信号。另外，根据由指令电压计算单元216传输来的指令电压来控制各FET的开关频率，从而改变输出电压并控制无刷电动机204的U相、V相、W相的电流，从而控制无刷电动机204的旋转。

接下来，说明对提供给无刷电动机204的电流进行控制的控制方法。图3是表示霍尔传感器205的信号模式、无刷电动机204的通电模式、分流电阻206的两端电压、及滤波器电路208的输出电压的说明图。

如上所述，无刷电动机204中搭载有霍尔传感器205，霍尔传感器205根据无刷电动机204的转子相对于定子的位置，来产生由图3所示的霍尔传感器模式的H1、H2、H3表示的信号。

通电控制单元217中，通过组合霍尔传感器205的信号，从而生成图3所示的电动机驱动电路通电模式的U、V、W所示的通电模式。通过向无刷电动机204提供该通电模式U、V、W所示的电力(电压)，从而无刷电动机204向一个方向旋转。

例如期间a为以下组合：霍尔传感器模式的H1为“H”、霍尔传感器模式的H2为“L”、及霍尔传感器模式的H3为“H”。此时，指示逆变器203的各FET中的UH和VL的选通信号为导通。由此，从无刷电动机204的U相向V相流过电流。

接着，期间b的霍尔传感器205的信号模式为以下组合：霍尔传感器模式的H1为“H”、霍尔传感器模式的H2为“L”、及霍尔传感器模式的H3为“L”。此时，指示逆变器203的各FET中的UH和WL的选通信号为导通。由此，从无刷电动机204的U相向W相流过电流。

接着，期间c的霍尔传感器205的信号模式为以下组合：霍尔传感器模式的H1为“H”、霍尔传感器模式的H2为“H”、及霍尔传感器模式的H3为“L”。此时，指示逆变器203的各FET中的VH和WL的选通信号为导通。由此，从无刷电动机204的V相向W相流过电流。

接着，期间d的霍尔传感器205的信号模式为以下组合：霍尔传感器模式的H1为“L”、霍尔传感器模式的H2为“H”、及霍尔传感器模式的H3为“L”。此时，指示逆变器203的各FET中的VH和UL的选通信号为导通。由此，从无刷电动机204的V相向U相流过电流。

接着，期间e的霍尔传感器205的信号模式为以下组合：霍尔传感器模式的H1为“L”、霍尔传感器模式的H2为“H”、及霍尔传感器模式的H3为“H”。此时，指示逆变器203的各FET中的WH和UL的选通信号为导通。由此，从无刷电动机204的W相向U相流过电流。

接着，期间f的霍尔传感器205的信号模式为以下组合：霍尔传感器模式的H1为“L”、霍尔传感器模式的H2为“L”、及霍尔传感器模式的H3为“H”。此时，指示逆变器203的各FET中的WH和VL的选通信号为导通。由此，从无刷电动机204的W相向V相流过电流。

由此，按照“a→b→c→d→e→f→a”来依次重复期间a至f这六种向无刷电动机204进行通电的通电模式，使无刷电动机204进行旋转。

另外，在本实施方式的情况下，在期间a到f之间，霍尔传感器模式的H1、H2、H3的上升沿及下降沿的数量在无刷电动机204每旋转一周的电角度360度中有6个。即，每隔电角度60度产生边沿。

接着，说明图3的分流电阻电压及滤波器输出电压。若按照上述的六种通电模式对无刷电动机204进行通电，则无刷电动机204中流过对应于指令电压的电动机电流。根据流过的电流量，分流电阻206的两端电压发生变化，但是图3所示的分流电阻电压会因在每一个通电模式切换定时流过电流的相发生切换而导致电压下降。离合器控制单元107中，在检测电流时利用滤波器电路208对分流电阻电压进行噪声去除，在霍尔传感器205的边沿定时对电流进行A/D变换。

此处，计算电流时，对滤波器输出电压进行A/D变换，通过从微机(未图示)中获取数据并乘上系数，从而获得电流值。

接着，使用图4所示的流程图来说明电流检测单元209、时刻测量单元212、及反馈控制的动作。图4中示出了将电流值的采样定时设为每隔电角度60度的情况。上述单元在搭载于无刷电动机204的霍尔传感器205的各边沿信号的中断时进行动作。

在步骤S401中，电流检测单元209在霍尔传感器205的边沿信号的定时，对滤波器电路208输出的电压进行A/D转换，将由此获得的电压值乘上规定系数，从而计算出检测电流值210。

步骤S402中，利用时刻测量单元212测量电流检测时刻213。

步骤S403中，利用通电控制单元217切换逆变器203的通电模式。

步骤S404中，利用时刻测量单元212将通电模式切换时刻214的前次值存储于存储器(未图示)，并测量通电模式切换时刻214。

步骤S405中，设置于电流检测单元209内的校正单元(未图示)计算步骤S402中测量出的电流检测时刻213与步骤S404中存储于存储器中的通电模式切换时刻214的前次值之间的差分时间T21、及步骤S404中测量的通电模式切换时刻214(本次值)与步骤S402中测量出的电流检测时刻213之间的差分时间T22。此外，该步骤的校正单元也可以设置于时刻测量单元212内。

步骤S406中，设置于电流检测单元209内的校正单元(未图示)根据步骤S405中计算出的T21和T22、及步骤S401中计算出的检测电流值210，并利用以下数学式1来计算校正电流值211。以下数学式1是利用T21和T22的比例等于检测电流值210和校正电流值211的比例的计算式，其中将校正电流值211设为Ip，将检测电流值210设为Im。

【数学式1】

Ip＝(T21+T22)/T21×Im (数学式1)

在步骤S407中，指令电压计算单元216基于电动机目标电流计算单元215计算出的电动机目标电流、与步骤S406中校正单元计算出的校正电流值211的差分电流来计算指令电压。

接着，前进至步骤S408，通电控制单元217根据步骤S407中由指令电压计算单元216计算并输出的指令电压来驱动逆变器203。由此，进行电流反馈控制，并结束霍尔传感器中断进程。

如上所述，每当霍尔传感器205的边沿信号的中断时，即每当无刷电动机204旋转60度电角度时，利用校正单元计算校正电流值211，并利用指令电压计算单元216计算指令电压。根据计算出的指令电压通过通电控制单元217驱动逆变器203，对无刷电动机204进行旋转驱动。

图5示出了本实施例的自动变速器的控制装置中在霍尔传感器205的边沿信号的定时对电流进行采样的情况下的电流反馈控制结果，是对应于发明所要解决的问题中所说明的现有技术的图6的说明图。期间a～d示出了与图3的期间a～d相同的期间。

根据上述本发明的电动机控制装置，根据前一次的通电模式切换时刻214到电流检测时刻213为止的差分时间T21、从电流检测时刻213到通电模式切换时刻214为止的差分时间T22、及检测电流值210(Im21～23)，并利用上述数学式1来计算校正电流值211(Ip21～Ip23)，根据基于校正电流值211(Ip21～Ip23)和电动机目标电流而计算出的指令电压(Vm21～Vm23)来驱动逆变器203，从而抑制电动机电流和电动机目标电流之间的误差。

如以上详细说明的那样，根据本实施方式的自动变速器的控制装置，相对于现有装置，能抑制电动机电流与电动机目标电流之间的误差，能减小离合器103的转矩误差。因而，能精密地控制离合器103的卡合力，能使传递至车辆的动力稳定，并实现不会带给驾驶员不愉快感的良好的行驶。

作为本发明的实施方式，说明了利用无刷电动机对自动变速器的控制装置进行控制的情况，但是也能使用其他等同的电动机，本发明还包括不脱离其主旨的范围内的各种设计变更。另外，上述说明中说明了校正单元设置于电流检测单元209内的情况，但是校正单元也可以设置为独立地存在于例如电流检测单元209和指令电压计算单元216间。此外，上述实施方式说明了电动机控制装置使用于汽车等车辆所搭载的自动变速器的情况，但是本发明的电动机控制装置能适用于所有需要高精度地求得电动机电流的装置。

另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

标号说明

101 发动机

102 自动变速器

103 离合器

104 变速机构

105 变速控制单元

106 发动机转矩控制单元

107 离合器控制单元

108 变速机构控制单元

202 电池

203 逆变器

204 无刷电动机

205 霍尔传感器

206 分流电阻

207 接地

208 滤波器电路

209 电流检测单元

210 检测电流值

211 校正电流值

212 时刻测量单元

213 电流检测时刻

214 通电模式切换时刻

215 电动机目标电流计算单元

216 指令电压计算单元

217 通电控制单元。

Claims

1.一种电动机控制装置，利用逆变器切换通电模式来根据对应于指令电压的输出电压进行电动机的控制，其特征在于，包括：

旋转位置检测单元，该旋转位置检测单元检测所述电动机的旋转位置；

电流检测单元，该电流检测单元设置于所述逆变器，根据来自所述旋转位置检测单元的检测信号来检测流过所述电动机的电流；

时刻测量单元，该时刻测量单元测量所述逆变器的通电模式切换时刻和所述电流检测单元的电流检测时刻；以及

校正单元，该校正单元将所述时刻测量单元所测量出的通电模式切换时刻的前一次值与电流检测时刻的差分、和所述时刻测量单元所测量出的通电模式切换时刻的本次值与电流检测时刻的差分之间的比例，乘以所述电流检测单元所检测出的检测电流值，从而计算出校正电流值。

2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述校正电流值Ip是基于前一次的通电模式切换时刻到电流检测时刻为止的差分时间T21、所述电流检测时刻到本次的通电模式切换时刻为止的差分时间T22、及所述检测电流值Im，并利用下式而计算出的：

Ip＝(T21+T22)/T21×Im。

3.如权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具有指令电压计算单元，该指令电压计算单元基于所述校正电流值和电动机目标电流之间的差分电流来计算对于所述逆变器的指令电压。