CN106256595A - 用于混合动力车的逆变器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于混合动力车的逆变器控制方法，其包括：实时监测车辆的扭矩命令和电动机速度；确定电动机速度是否小于第一速度；当电动机速度小于第一速度时，确定扭矩命令的绝对值是否小于第一扭矩；当扭矩命令的绝对值小于第一扭矩时，将开关频率改变成预定频率；通过产生开关频率改变成预定频率的脉宽调制(PWM)信号来控制逆变器操作。

Description

用于混合动力车的逆变器控制方法
相关申请的交叉参考
本申请要求在2015年6月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0086700号的优先权和权益，其全部内容包括在此以供参考。
技术领域
本公开内容大体涉及一种用于混合动力车的逆变器控制方法，并且更具体地，涉及一种用于减少噪声并且提高燃料效率的混合动力车的逆变器控制方法。
背景技术
如今，以使用化石燃料比如汽油、柴油等的内燃机工作的车辆可导致如下问题，比如由废气导致的环境污染、由二氧化碳导致的全球变暖、以及由臭氧形成导致的呼吸道疾病。此外，在地球上的化石燃料的量是有限的，因此其最终会耗竭。
为了解决上述问题，已在开发环境友好型车辆比如使用电动机的电动车(EV)、使用发动机和电动机的混合动力电动车(HEV)、使用通过燃料电池发电的电动机的燃料电池电动车(FCEV)等。这种环境友好型车辆通过使用逆变器将车辆主电池中所充的DC电力转变为三相AC电力来驱动电动机，并且将电动机的驱动扭矩输送到驱动轮以驱动车辆。
然而，在用作为环境友好型车辆的驱动源的包括电动机和逆变器的电动机系统中，可出现各种问题，比如在驱动/再生操作中产生的噪声、由开关损耗导致的效率下降、电磁性能劣化等。
在本背景部分公开的上述信息仅是为了增强对本公开内容背景的理解，因此，可包含不形成在本国对于本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
本公开内容的目的是为了解决上述问题以及其他问题。本公开内容已致力于提供一种用于混合动力车的逆变器控制方法，其具有减少噪声的优点。另外，本公开内容已致力于提供一种用于混合动力车的逆变器控制方法，其具有提高燃料效率的优点。
本公开内容的实施方式提供一种用于混合动力车的逆变器控制方法，其包括以下步骤：实时监测车辆的扭矩命令和电动机速度；确定电动机速度是否小于第一速度；当电动机速度小于第一速度时，确定扭矩命令的绝对值是否小于第一扭矩；当扭矩命令的绝对值小于第一扭矩时，将开关频率改变成预定频率；以及通过产生开关频率改变到预定频率的脉宽调制(PWM)信号来控制逆变器操作。
将开关频率改变成预定频率的步骤可包括在双采样模式和单采样模式之间改变模式，其中双采样模式使用开关频率两倍的频率作为采样频率，而单采样模式使用与开关频率相同的频率作为采样频率。
逆变器控制方法还可以包括：当电动机速度大于或等于第一速度时，通过产生具有固定开关频率的PWM信号来控制逆变器操作。
逆变器控制方法还可以包括：当扭矩命令的绝对值大于或等于第一扭矩时，通过产生具有固定开关频率的PWM信号来控制逆变器操作。
根据本公开内容的实施方式的用于混合动力车的逆变器控制方法的某些效果如下所述。
例如，可具有提高燃料效率的优点。进一步，可具有减少电动机噪声的优点。
基于下面的详细描述，其它的实施本公开内容的可能性将较为明显。然而，本领域技术人员可意识到，在不背离本公开内容的精神和范围的情况下，可以以多种不同方式修改所描述的实施方式，因此可理解的是所提供的实施方式仅作为示例。
附图说明
图1是示出根据本公开内容的实施方式的混合动力车的电动机系统的示意性框图。
图2是示出根据本公开内容的实施方式的混合动力车的逆变器控制方法的流程图。
图3是示出根据本公开内容的实施方式的采样频率和开关频率的图。
图4是示出取决于开关频率的相电流模拟结果的图。
图5和图6是示出取决于开关频率的噪声的幅度和频率的模拟结果的图。
符号标记的说明
11：监测单元；12：电流命令发生器；13：电流监测单元；14、18：坐标转换器；15：PWM信号发生器；16：PWM逆变器；17：电动机；19：速度计算器。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更全面地描述本公开内容，以相同或相似的附图标记来指示相同或相似的组成元件并且将省略其重复描述。使用术语比如“模块”、“单元”、“零件”、“部件”、“元件”、“部分”等的元件后缀在下文中给出或混合仅出于便于创建说明书的考虑，并且这些后缀不能够根据本身的意义或作用彼此区分开。进一步，在下面说明中描述现有技术的过程中，如果确定描述可能使本公开内容的主题模糊，则省略该描述。进一步，附图仅为了便于理解所公开的示例性实施方式并且本公开内容的精神和范围不受附图限制。此外，应该理解的是任何修改、等价物、以及替换可包括在本公开内容的精神和范围内。
包括序数词的术语比如第一、第二等可用于描述各种组成元件，然而组成元件不受该术语限制。该术语仅用于将一个组成元件和其他组成元件进行区分。除非上下文另外清楚的表明，如本文使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”也将包括复数形式。
应该理解的是，当一个组成元件被称为与另一个组成元件“连接”或“接触”时，该组成元件可与另一个组成元件直接连接或接触或也可存在中间元件。相反，当一个组成元件被称为与另一个组成元件“直接连接”或“直接接触”时，则不存在中间元件。除非从上下文中明确区分，单数表达包括复数表达。
在本公开内容中，应该理解的是术语“包含”、“包括”、“具有”等用来表明特性、数量、步骤、运动、组成元件、组件、或其组合的存在，不排除其它特性、数量、步骤、运动、组成元件、组件、或其组合、或其附加可能性的存在。
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
此外，可以理解的是下面的方法或其各方面中的一者或多者可由至少一个控制器执行。术语“控制器”可指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储程序指令，并且处理器具体编程为执行用于实施下面将进一步描述的一个或多个工序的程序指令。此外，可以理解的是，下面的方法可通过包括控制器结合一个或多个其他组件的装置来执行，如本领域普通技术人员应该明白的那样。
通常，在增加电动机系统中包括的逆变器的开关频率的情况下，可降低噪声，并且在降低开关频率的情况下，可提高逆变器效率和燃料效率。也就是说，当将逆变器开关频率设置为较低的固定频率时(例如，基础开关频率固定至4KHz)，尽管电磁性能可能较好，然而噪声问题可能是不利的。
当将基础开关频率在整个操作区域中设置为较高的固定频率(例如，基础开关频率固定至8KHz)以减小这样的逆变器噪声时，可提高NVH性能(即，减小PWM的电流纹波)，而电磁性能可能劣化并且开关损耗可能增加(即，在车辆受限条件下倾侧保持性能可能劣化),因此逆变器效率和燃料效率可能降低。在进一步描述电磁性能的过程中，随着开关频率增加，辐射电磁噪声增加(例如，结果是AM无线电接收变弱)并且随着开关频率降低，辐射噪声降低，因此电磁性能得到改善。
在传统的环境友好型车辆中，将逆变器开关频率设置为较高(如8KHz)并且将其固定以减少逆变器噪声，并且将用于获得比如感测电流信息、电动机角度信息等信息以便控制逆变器的采样频率设置为与开关频率相同的频率(如8KHz)。
在本文中，开关频率(即，开关周期)可被定义为在逆变器中各自单独的开关接通/关断各自重复一次的周期，并且采样频率是与逆变器电流控制中控制周期相对应的频率。在本文中，该控制周期可被定义为电流/角度采样、电流控制操作、占空比计算以及占空比更新的重复循环的周期。
然而，当固定一个开关频率并将其用在整个操作区域中而不考虑电动机驱动情况等时，环境友好型车辆具有高开关损耗(由例如开关元件的散热所导致)和弱电磁性能的特性。进一步，在采样频率中，在采样频率较高的情况下，逆变器控制稳定性提高，而在短时期内获得控制因素比如感测电流信息、电动机角度信息等，因此在微型计算机中需要其更多计算。因此，问题是微型计算机的负载率增加。
于是，考虑到噪声、振动、以及声振粗糙度(NVH)性能、电磁性能、开关损耗问题、控制稳定性、微型计算机负载率等，需要对取决于驱动情况的开关频率和采样频率进行适当的控制。
在下文中，将参考图1和图2描述通过适当地控制开关频率和采样频率来提高燃料效率并且减少噪声的混合动力车用逆变器控制方法。
图1是示出根据本公开内容的实施方式的混合动力车的电动机系统的示意性框图，且2是示出根据本公开内容的实施方式的混合动力车用逆变器控制方法的流程图。
如图1所示，电动机系统包括监测单元11、电流命令发生器12、电流监测单元13、d-q/三相坐标转换器14、PWM信号发生器15、PWM逆变器16、电动机17、分解器R和速度计算器19。
电流命令发生器12根据输入的扭矩命令Te*和电动机速度ωrpm向电流监测单元13供应d轴电流命令id*和q轴电流命令iq*。在本文中，电流命令发生器12包括针对扭矩命令和电动机速度的电流命令图，并且电流命令发生器12可从电流命令图中分别提取与扭矩命令Te*和电动机速度ωrpm相应的d轴和q轴电流命令id*和iq*。
然后，电流监测单元13根据d轴和q轴电流命令id*和iq*产生用于操作电动机17的d轴和q轴电压命令Vd*和Vq*。电流监测单元13从三相/d-q坐标转换器18接收应用到d轴的d轴反馈电流id和应用到q轴的q轴反馈电流iq，并且通过校准d轴和q轴电压命令Vd*和Vq*来移除扭矩误差。
d-q/三相坐标转换器14通过对d轴和q轴电压命令Vd*和Vq*进行三相转换来获得三相电压Va*、Vb*和Vc*。PWM信号发生器15通过使用来自监测单元11的开关频率和三相电压命令Va*、Vb*和Vc*产生PWM开关信号Sa、Sb和Sc，并且将PWM开关信号Sa、Sb和Sc输出到PWM逆变器16。
PWM逆变器16包括通过所输入的PWM开关信号Sa、Sb和Sc选择性地接通和关断的多个开关元件，并且输出三相电流Ia、Ib和Ic以便控制电动机17。
进一步，三相/d-q坐标转换器18输出d轴反馈电流id和q轴反馈电流iq，并且将d轴和q轴反馈电流id和iq反馈到电流监测单元13。
将描述根据本公开内容的实施方式的逆变器控制方法。
首先，在使用电动机17进行驱动的情况下，监测单元11在步骤S10中监测驱动情况，即，当前扭矩命令Te*和电动机速度ωrpm。具体地，监测单元11可监测输入到电流命令发生器(例如产生d轴和q轴电流命令)的扭矩命令Te*以便电动机控制。进一步，监测单元11可监测由速度计算器19基于通过电动机17的分解器R检测的绝对角度位置θ而计算的电动机速度ωrpm。
然后，监测单元11在步骤S20中确定当前电动机速度ωrpm是否小于第一参考速度ωrpm_cal。
在当前开关频率中，在电动机速度ωrpm等于或大于第一参考速度ωrpm_cal的情况下，在步骤S42中以双采样模式(Fsamp＝2×Fsw)来控制逆变器，该双采样模式使用开关频率的两倍的频率作为采样频率。
接着，在电动机速度ωrpm小于第一参考速度ωrpm_cal的情况下，监测单元11在步骤S30中确定当前扭矩命令的绝对值|Te*|是否小于第一参考扭矩Te_cal。
在当前开关频率中，扭矩命令的绝对值|Te*|等于或大于第一参考扭矩Te_cal，在步骤S42中以双采样模式(Fsamp＝2×Fsw)来控制逆变器，该双采样模式使用开关频率的两倍的频率作为采样频率。
在当前扭矩命令的绝对值|Te*|小于第一参考扭矩Te_cal的情况下，在步骤S40中以混合采样模式来控制逆变器，该混合采样模式在预定周期内交替重复单采样模式(Fsamp＝Fsw)和双采样模式(Fsamp＝2×Fsw)。
将参考图3来描述混合采样模式。
图3是示出根据本公开内容的实施方式的采样频率和开关频率的图。在电动机速度ωrpm小于第一参考速度ωrpm_cal并且当前扭矩命令的绝对值|Te*|小于第一参考扭矩Te_cal的情况下，监测单元11在步骤S40中以混合采样模式来控制逆变器。
例如，通过相对于每预定周期T_ss的半个周期0.5T_ss重复1或0的信号，重复双采样模式(Fsamp＝2×Fsw)和单采样模式(Fsamp＝Fsw)，其中双采样模式将开关频率Fsw设置为采样频率Fsamp是开关频率Fsw两倍的频率，单采样模式将采样频率Fsamp设置为与开关频率Fsw相同。
在t1至t2和t3至t4的时间段内，选择双采样模式(Fsamp＝2×Fsw)，并且在t2至t3和t4至t5的时间段内，选择单采样模式(Fsamp＝Fsw)。在这种情况下，各个时间段具有与半个周期0.5T_ss相同的时间。
如此，在将逆变器开关频率Fsw改变成根据当前扭矩命令Te*和电动机速度ωrpm设定的开关频率之后，将所改变的开关频率输送到PWM信号发生器15。因此，通过使用所改变的开关频率产生三角波振荡器信号，并且产生PWM信号。
在本文中，根据开关频率Fsw产生三角波振荡器信号和PWM信号的方法是传统技术，因此将省略详细描述。
然而，在本公开内容的实施方式中，开关频率Fsw根据当前扭矩命令Te*和电动机速度ωrpm而变化，并且PWM信号发生器15通过使用所改变的开关频率产生PWM信号。根据在该过程中产生的PWM信号，控制在PWM逆变器15中开关元件的接通/关断操作。
由于传统系统配置比如用于产生d轴和q轴电流命令id*和iq*的电流命令发生器12、用于产生d轴和q轴电压命令Vd*和Vq*的电流监测单元13、用于输出三相电压命令Va*、Vb*和Vc*的d-q/三相坐标转换器14、产生d轴和q轴反馈电流id和iq的三相/d-q坐标转换器18等是公知的传统技术，所以在本发明书中将省略其详细描述。
参考图4至图6，将对比描述使用双采样模式中的开关频率和采样频率的情况以及使用混合采样模式中的开关频率和采样频率的情况下的相电流和所测量的噪声。
图4是示出取决于开关频率的相电流的模拟结果的图，并且图5和图6是示出取决于开关频率的噪声量和噪声频率的模拟结果的图。
图4(a)是示出在使用仅双采样模式中的开关频率和采样频率的情况下，所测量的PWM电流的U相电流Ia、V相电流Ib、和W相电流Ic的图。进一步，图4(b)是示出在使用混合采样模式中的开关频率和采样频率的情况下，所测量的PWM电流的U相电流Ia、V相电流Ib、和W相电流Ic的图。
在t11至t12和t13至t14的时间段，选择双采样模式(Fsamp＝2×Fsw)，并且在t12至t13和t14至t15的时间段，选择单采样模式(Fsamp＝Fsw)。因此，在t11至t12和t13至t14的时间段的相电流纹波小于在t12至t13和t14至t15的时间段的相电流纹波。因此，与仅使用双采样模式(Fsamp＝2×Fsw)的第二种情况相比，在使用混合采样模式的第一种情况下NVH性能提高。
图5是示出在使用仅双采样模式中的开关频率和采样频率的情况下所测量噪声的幅度和频率的图。进一步，图6是示出在使用混合采样模式中的开关频率和采样频率的情况下所测量噪声的幅度和频率的图。
在图5和图6的4KHz区域(由虚线所示)中，在以混合采样模式操作时的噪声幅度小于在以双采样模式操作时的噪声幅度。因此，与仅使用双采样模式(Fsamp＝2×Fsw)的第二种情况相比，在使用混合采样模式的第一种情况下噪声量减小。
由于开关频率根据电动机驱动状况适当地变化，并且对于采样频率，在双采样模式和单采样模式之间执行适当的模式变化，因此在整个操作区域中，与使用一种开关频率和一种采样频率的情况相比，可获得开关损耗、电磁性能、NVH性能、控制稳定性等方面的整体提高。
虽然已经结合目前被认为是实用的实施方式描述了本公开内容，但是应该理解的是，本公开内容不局限于所公开的实施方式。因此，本领域技术人员可据其进行容易的选择和替换。进一步，本领域普通技术人员可在不降低性能的情况下省略上述组成元件中的一部分，或添加附加的组成元件以改善其性能。更进一步，本领域普通技术人员可根据工艺环境或工艺设备改动在本说明书中描述的步骤的顺序。因此，本公开内容的范围不应该由前述的示例性实施方式来确定，而是应该仅根据所附的权利要求来确定。

Claims (4)

1.一种混合动力车用逆变器控制方法，所述方法包括以下步骤：
实时监测车辆的扭矩命令和电动机速度；
确定所述电动机速度是否小于第一速度；
当所述电动机速度小于所述第一速度时，确定所述扭矩命令的绝对值是否小于第一扭矩；
当所述扭矩命令的绝对值小于所述第一扭矩时，将开关频率改变成预定频率；以及
通过产生所述开关频率改变成所述预定频率的脉宽调制信号来控制逆变器操作。
2.根据权利要求1所述的逆变器控制方法，其中将所述开关频率改变成所述预定频率的步骤包括：
在双采样模式和单采样模式之间改变模式，其中所述双采样模式使用所述开关频率的两倍的频率作为采样频率，所述单采样模式使用与所述开关频率相同的频率作为采样频率。
3.根据权利要求1所述的逆变控器控制方法，还包括：
当所述电动机速度大于或等于所述第一速度时，通过产生具有固定开关频率的PWM信号来控制所述逆变器操作。
4.根据权利要求3所述的逆变器控制方法，还包括：
当所述扭矩命令的绝对值大于或等于所述第一扭矩时，通过产生具有所述固定开关频率的PWM信号来控制所述逆变器操作。
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