CN107295814A - 车载用电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

CPU(210)基于以预先设定的更新间隔从上位ECU(100)输入的指令转速来驱动逆变器(220)。此时，CPU(210)取得电动机(230)的实际转速，并基于该实际转速和指令转速的差以及更新间隔来算出使实际转速在更新间隔结束的时刻达到指令转速的加速速率以及减速速率。然后，CPU(210)驱动逆变器(220)，以使电动机(230)以该速率旋转。由此，在更新间隔结束前，电动机(230)的实际转速达不到指令转速，因此，电动机(230)的加速或减速和恒定旋转之间的重复不会在每个更新间隔内发生。借此，能够防止因电动机的加速或者减速和恒定旋转之间的重复而产生的噪音。

Description

车载用电动机控制装置
相关申请的互相参照
本申请基于2015年2月4日提出的日本专利申请2015-020163，其发明内容作为参照而编入本申请。
技术领域
本发明涉及一种车载用电动机控制装置。
背景技术
一直以来，例如在专利文献1中提出一种结构：测定输入到车载用电动机的输入电流量，并基于测定结果使电动机的转速变化。通常，逆变器以跟随从上位ECU接收到的指令转速的方式进行动作，从而控制电动机的实际转速。
此处，上位ECU和逆变器以任意的通信协议进行通信，指令转速以恒定的时间间隔被更新。另外，电动机存储恒定的加速速率。然后，电动机在每次指令转速被更新时就以恒定的加速速率加速旋转，若实际转速达到指令转速，则结束加速。由此，电动机处于恒定旋转的运转。
然而，在例如使指令转速的更新间隔为1秒的情况下，若指令转速的变化幅度是低于恒定的加速速率的增加，则电动机的加速在该更新间隔的中途结束。因此，电动机恒定旋转直至指令转速被再次更新为止。并且，若这种低于恒定的加速速率的指令转速的增加在每秒连续产生，则会造成加速和恒定旋转的重复运转。因此，从电动机产生音阶般的噪音，可能会给使用者带来不适感。
当然，在使电动机减速的情况下，也会造成减速和恒定旋转的重复运转，因此，在电动机减速时也可能会产生和上述一样的噪音。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2005-344647号公报
发明内容
发明概要
本发明基于上述点而做出，其目的在于提供能够防止因电动机的加速或者减速和恒定旋转之间的重复而产生的噪音的车载用电动机控制装置。
用于解决技术问题的手段
根据本发明的一实施方式，车载用电动机控制装置包括控制部，所述控制部以预先设定的更新间隔从外部装置取得运算出的指令转速，并基于指令转速来驱动逆变器，从而使电动机旋转。控制部算出电动机的转速的变化率，并驱动逆变器，以使电动机以该变化率旋转。控制部取得电动机的实际转速，并基于该实际转速和指令转速的差以及更新间隔来算出变化率，以使实际转速在更新间隔的各间隔结束的时刻达到指令转速。
根据本发明的另一实施方式，车载用电动机控制装置包括控制部，所述控制部以预先设定的更新间隔从外部装置取得运算出的指令转速，并基于指令转速来驱动逆变器，从而使电动机旋转。控制部算出电动机的转速的变化率，并驱动逆变器，以使电动机以该变化率旋转。变化率是表示在规定时间内增加或减少多少旋转次数的参数。控制部取得电动机的实际转速，并基于该实际转速和指令转速的差以及更新间隔来算出变化率，以使实际转速在更新间隔的各间隔结束之前发生变化而不会达到指令转速并恒定。
由此，电动机的实际转速以由控制部算出的变化率持续变化直至指令转速被再次更新为止。即，在更新间隔结束前，电动机的实际转速达不到指令转速，因此，每个更新间隔都不会产生电动机的加速或减速和恒定旋转之间的重复。因此，能够防止因电动机的旋转而产生音阶般的噪音。
附图说明
图1是表示包含本发明的第一实施方式的车载用电动机控制装置在内的系统的图。
图2是表示第一实施方式的由CPU算出加速速率以及减速速率的内容的流程图。
图3是用于说明第一实施方式的使电动机的旋转加速时的加速速率的变化的图。
图4是表示本发明的第二实施方式的由CPU算出加速速率以及减速速率的内容的流程图。
图5是表示本发明的第三实施方式的由CPU算出加速速率以及减速速率的内容的流程图。
图6是用于说明本发明的第四实施方式的在将更新间隔分为两部分而得到的各区间内算出加速速率的内容的图。
图7是表示本发明的第五实施方式的由CPU算出加速速率以及减速速率的内容的流程图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的多个实施方式进行说明。在各实施方式中，有可能对和已经在先前的实施方式中说明了的事项对应的部分标注相同的符号，并省略重复说明。若在各实施方式中仅说明结构的一部分，则对于结构的其他部分，能应用先前说明了其他的实施方式。并不仅限于明示着能够在各实施方式中进行具体地组合的部分之间的组合，只要组合不产生故障，即使未明示也能够对在实施方式之间进行部分组合。
(第一实施方式)
下面，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。本实施方式的车载用电动机控制装置应用于用于进行车室内空气调节的车载用电动压缩机的控制。
如图1所示，本实施方式的系统包含上位ECU100(Electrical Control Unit：电子控制单元；ECU)以及电动机控制装置200。并且，在图1中省略电源系统。
上位ECU100是搭载于车辆的发动机ECU或空调ECU等ECU。上位ECU100经由通信线路并通过CAN、LIN、PWM等通信协议和电动机控制装置200进行通信。即，上位ECU100以预先设定的一定的更新间隔(IVOINT)而进行对于发动机控制或空调控制所必需的信息的交换。并且，更新间隔可以设定为与上位ECU100和电动机控制装置200之间的通信间隔相同，也可以设定为与该通信间隔完全不同的间隔。
电动机控制装置200包括CPU210、逆变器220、以及电动机230。其中的CPU210和未图示的内存一起构成微机。
CPU210是根据来自上位ECU的指令或要求而使逆变器220工作的电路部。CPU210包括转速检测部211、速率计算部212、以及输出运算部213。
转速检测部211具有检测电动机230的实际转速即实际转速(IVR)的功能。在本实施方式中，转速检测部211从电流传感器240取得电动机电流，并基于电动机电流的变化检测电动机230的转速，电流传感器240检测从逆变器220供给到电动机230的电流。转速检测部211将取得的实际转速(IVR)的信息输出到速率计算部212、输出运算部213、以及上位ECU100。并且，转速检测部211也可以取得设于电动机230的未图示的位置传感器的位置信号，并基于该位置信号检测电动机230的转速。
并且，CPU210随时将在转速检测部211中取得的电动机230的实际转速发送到上位ECU100。由此，上位ECU100基于电动机230的实际转速而执行发动机控制或空调控制。
速率计算部212具有如下功能：基于以规定的更新间隔从上位ECU100输入的指令转速(IVON)来算出电动机230的旋转的变化率、即加速速率(INVA N)或减速速率(INVD N)。也就是说，“变化率”是指表示例如在一秒间增加多少旋转次数或减少多少旋转次数的参数。指令转速(IVON)、加速速率(INVA N)、以及减速速率(INVD N)的“N”表示各自在每个更新间隔被随时更新。
速率计算部212预先保持更新间隔的信息。并且，即使速率计算部212不保留更新间隔的信息，也可以在系统启动时由上位ECU100将更新间隔的信息输入到速率计算部212。
具体而言，速率计算部212从转速检测部211取得电动机230的实际转速，并从上位ECU100取得指令转速(IVON)。然后，速率计算部212基于电动机230的实际转速和指令转速的差以及更新间隔，从而算出能够使实际转速在更新间隔结束的时刻达到指令转速的加速速率或减速速率。
输出运算部213具有如下功能：对逆变器220进行PWM输出，以使在各更新间隔内，电动机230按照速率计算部212中算出的加速速率或减速速率进行旋转。即，输出运算部213将控制信号输出到构成逆变器220的六个未图示的开关元件，从而驱动各开关元件。由此，电动机230旋转。
逆变器220是这样一种电路部：构成为将未图示的高电压电池的直流电压转换为交流电压，并产生U相、V相、W相的三相交流电压以及电流来驱动电动机230。逆变器220包括U相臂、V相臂、以及W相臂，各臂由串联连接的两个开关元件构成。各臂的中间点和电动机230的各相线圈的各相端连接。
电动机230是U相、V相、W相这三个线圈的一端共通连接于中间点而构成的电动机。电动机230基于逆变器220提供的三相电而工作。并且，电动机230经由未图示的连结机构而与压缩机构连结。压缩机构由电动机230驱动，从而对例如制冷剂进行压缩。以上就是包含本实施方式的车载用电动机控制装置200在内的系统整体的结构。
接着，对车载用电动机控制装置200的工作进行说明。车载用电动机控制装置200的CPU210按照图2所示的控制内容进行逆变器220的控制。图2所示的流程图是在给CPU210供电时开始的，之后每过一个更新间隔就重复一次。
首先，CPU210从上位ECU100接收下一个更新间隔中的电动机230的指令转速(IVON)(步骤300)。并且，在此处使N＝1。
接着，CPU210判定指令转速(IVON)是否和实际转速(IVR)不同(步骤310)。转速检测部211中取得的实际转速(IVR)随时变化，因此，判定实际转速(IVR)是否位于包含指令转速(IVON)在内的规定范围外。另外，在进行该判定之前，CPU210用从转速检测部211取得的实际转速(IVR)进行判定。
指令转速(IVON)未和实际转速(IVR)不同、即实际转速(IVR)处于包含指令转速(IVON)在内的规定范围内的情况是指使电动机230恒定旋转的情况。该情况下，既不加速也不减速，因此，CPU210将此次(N＝1)的加速速率(INVA N)以及减速速率(INVD N)设定为和上次(N＝0)的加速速率(INVA N-1)以及减速速率(INVD N-1)相同的值(步骤320)。这样，结束此次(N＝1)的加速速率以及减速速率的计算。
另一方面，在指令转速(IVON)和实际转速(IVR)不同的情况下，即在实际转速(IVR)位于包含指令转速(IVON)在内的规定范围外的情况下，CPU210判定指令转速(IVON)是否大于实际转速(IVR)(步骤330)。指令转速(IVON)大于实际转速(IVR)的情况就是使电动机230的旋转加速的情况，因此，CPU210通过运算INVA N＝(IVON-IVR)/IVOINT来取得加速速率(INVA N)(步骤340)。
另外，加速时不使电动机230的旋转减速，因此，CPU210将此次(N＝1)的减速速率(INVD N)设定为和上次(N＝0)的减速速率(INVD N-1)相同的值。这样，此次(N＝1)的加速速率以及减速速率的计算结束。
此外，CPU210判定指令转速(IVON)小于实际转速(IVR)的情况(步骤330)就是使电动机230的旋转减速的情况。因此，CPU210通过运算INVD N＝(IVR-IVON)/IVOINT来取得减速速率(INVD N)(步骤350)
另外，减速时不使电动机230的旋转加速，因此，CPU210将此次(N＝1)的加速速率(INVA N)设定为和上次(N＝0)的加速速率(INVA N-1)相同的值。这样，此次(N＝1)的加速速率以及减速速率的计算结束。
CPU210以N＝2、N＝3、……这样的方式按每个更新间隔进行图3所示的处理来算出加速速率和减速速率。此外，CPU210驱动逆变器220，以使电动机230以算出的加速速率以及减速速率旋转。
例如，若CPU210从上位ECU100接收使电动机230的旋转加速的指令，则转速如图3所示发生变化。具体而言，当前(N＝0)，电动机230以1000rmp进行旋转。然后，CPU210从上位ECU100接收到用于在下一个更新间隔(N＝1)中使电动机230的转速上升到2000rpm的指令转速。
若例如将更新间隔(IVOINT)设为1秒，则CPU210如上述那样算出1000rpm/sec的加速速率。于是，CPU210算出(2000rpm-1000rpm)/1sec＝1000rpm/sec的加速速率。因此，从N＝1的更新间隔开始到该更新间隔结束为止，CPU210驱动逆变器220，以使电动机230以1000rpm/sec的加速速率进行旋转。由此，在该更新间隔结束前，电动机230的实际转速不会达到指令转速，电动机230的实际转速持续变化，直到该更新间隔结束为止。
并且，在图3中，电动机230的旋转开始时刻比更新间隔的开始时刻要晚。这相当于CPU210从接收指令转速到驱动逆变器220为止的处理的时间，大概数msec程度的时间。
接着，在N＝2的更新间隔中的指令转速为2500rpm，因此，CPU210将在该更新间隔中的加速速率计算为500rpm/sec。因此，从N＝2的更新间隔开始到该更新间隔结束为止，CPU210驱动逆变器220，以使电动机230以500rpm/sec的加速速率旋转。
之后，N＝3的更新间隔中的指令转速为3250rpm，CPU210以算出的750rpm/sec的加速速率使电动机230旋转。另外，N＝4的更新间隔中的指令转速为3500rpm，CPU210以算出的250rpm/sec的加速速率使电动机230旋转。这样，若从上位ECU100发送到CPU210的指令转速持续增加，则在各更新间隔内，电动机230的实际转速持续变化。
在上述的例子中说明的是使电动机230的旋转加速的情况，因此，按每个更新间隔算出适当的加速速率。与此相对，减速速率在更新间隔的前后是相同的值。另外，和图3所示的例子相反，在使电动机230的旋转减速的情况下，按每个更新间隔算出适当的减速速率。与此相对，加速速率在更新间隔的前后是相同的值。
如以上说明，在本实施方式中，其特征是，根据上位ECU100在更新间隔中随时更新的指令转速，CPU210算出适当的加速速率以及减速速率来使电动机230顺利地加速或减速。由此，在电动机230的指令转速持续变化的情况下，能够使电动机230的转速持续变化。即，通过在更新间隔结束前电动机230的实际转速达到指令转速，从而不用使电动机230的转速恒定。因此，在每个更新间隔内电动机230的加速或者减速和恒定旋转之间的重复不会发生，所以电动机230的旋转音不会如音阶那样变化。因此，能够防止从电动机230产生像音阶那样的噪音。
上位ECU可以是供电动机控制装置200在预先设定的更新间隔内取得指令转速的外部装置的一例，CPU210可以是基于指令转速来驱动逆变器220的控制部的一例。
(第二实施方式)
在本实施方式中，对和第一实施方式不同的部分进行说明。在本实施方式中，在CPU210算出加速速率以及减速速率时，在该速率的基础上乘以小于1的调整比例(INVA RATE)。调整比例例如为0.9等比例。
若使电动机230的旋转加速，则如图4所示，CPU210运算INVA N＝{(IVON-IVR)/IVOINT}×INVA RATE，从而取得加速速率(INVA N)(步骤341)。
另一方面，若使电动机230的旋转减速，则CPU210运算INVD N＝{(IVR-IVON)/IVOINT}×INVA RATE，从而取得减速速率(INVD N)(步骤351)。
于是，CPU210驱动逆变器220，以使电动机230以乘以调整比例(INVA RATE)而得到的调整后的加速速率以及减速速率旋转。这样，在更新间隔结束的时刻，以达到以下变化率的方式使用调整比例算出变化率，该变化率小于实际转速达到指令转速时的转速的变化率，因此，相对第一实施方式而言，逆变器220的控制要慢一些。
通过以上手段，能够避免：在因通信周期的偏差等而导致CPU210从上位ECU100接收到的指令转速的更新间隔比通常长的情况下，能在更新间隔结束前使实际转速达到指令转速而不恒定旋转。因此，能够可靠地防止噪音的产生。
上述调整比例可以是为了减小变化率而使用的调整值的一例。
(第三实施方式)
在本实施方式中，对和第一、第二实施方式不同的部分进行说明。在本实施方式中，若算出的加速速率超过了规定的值，则CPU210将该速率设定为规定的上限值，驱动逆变器220，以使电动机230以该上限值旋转。这对于减速速率也是相同的情况。
若使电动机230的旋转加速，则如图5所示，在算出加速速率(INVA N)后，CPU210判定该加速速率(INVA N)是否超过了上限值(INVA MAX)(步骤342)。然后，若加速速率(INVA N)未超过上限值(INVA MAX)，则CPU210采用已算出的加速速率。
另一方面，若加速速率(INVA N)超过上限值(INVA MAX)，则CPU210将加速速率(INVA N)限制为上限值(INVA MAX)(步骤343)。例如，若算出的加速速率为4000rpm/sec而上限值为2500rpm/sec，则将加速速率限制为2500rpm/sec。由此，虽然直至更新间隔结束为止，电动机230的实际转速未达到指令转速，但能够抑制因电动机230高速旋转而产生的噪音的恶化。当然，也不会发生电动机230的实际转速在更新间隔结束前达到指令转速而恒定旋转的情况，因此，也不会在更新间隔的前后产生音阶般的噪音。直至更新间隔结束为止，电动机230的实际转速发生变化而不会达到指令转速并恒定。
另外，若使电动机230的旋转减速，一样地，在算出减速速率(INVD N)后，CPU210判定该减速速率(INVD N)是否超过了上限值(INVD MAX)(步骤352)。
然后，和上述一样，若减速速率(INVD N)未超过上限值(INVD MAX)，则CPU210采用已算出的减速速率。另一方面，若减速速率(INVD N)超过了上限值(INVD MAX)，则CPU210将减速速率(INVD N)限制为上限值(INVD MAX)(步骤353)。
如以上所述，使CPU210执行这样的处理：根据算出的速率来限制速率的上限值。由此，能够以电动机230的实际转速尽可能地追随指令转速的方式使电动机230旋转，并能够抑制以大于规定的值的速率使电动机230旋转时所产生的噪音。
(第四实施方式)
在本实施方式中，对和第一至第三实施方式不同的部分进行说明。在本实施方式中，CPU210将更新间隔分割为多个间隔，并按多个间隔中的每个间隔算出加速速率以及减速速率。例如，如图6所示，将一个更新间隔分为两部分。然后，CPU210分别在分割后的各个区间算出加速速率以及减速速率，在各个区间驱动逆变器220。当然，除了分为两部分之外，也可以是分为三部分或三部分以上。
由此，能够使电动机230的旋转的声音更平滑地变化。另外，能够在加速初期将加速速率设定得稍大，在加速的最后阶段将加速速率设定得稍小，因此，能够使电动机230的能力限制为最小限度，并能够使电动机230平滑地加速。
(第五实施方式)
在本实施方式中，对和第二实施方式不同的部分进行说明。在本实施方式中，在算出加速速率以及减速速率时，CPU210从指令转速(IVON)和实际转速(IVR)之间的差进一步减去速率的调整量(INVA VOL)。和上述的调整比例一样，速率的调整量是用于将通常算出的加速速率以及减速速率减小的参数。
速率的调整量优选的是，根据指令转速(IVON)与实际转速(IVR)之间的差而预先设定。这是因为，若将速率的调整量设定为固定值，则在指令转速(IVON)和实际转速(IVR)的差较大时，使速率减少的效果较小。另外，在指令转速(IVON)和实际转速(IVR)的差较小时，使速率减少的效果较大。
若使电动机230的旋转加速，则如图7所示，CPU210通过运算INVA N＝(IVON-IVR-INVA VOL)/IVOINT来取得加速速率(INVA N)(步骤344)。
另一方面，若使电动机230的旋转减速，则CPU210通过运算INVD N＝(IVR-IVON-INVA VOL)/IVOINT来取得减速速率(INVD N)(步骤354)。
然后，CPU210驱动逆变器220，以使电动机230以使用速率的调整量(INVA VOL)算出的加速速率以及减速速率进行旋转。由此，和第二实施方式一样，能够不使实际转速在更新间隔结束前达到指令转速而恒定旋转。
也可以将上述速率的调整量用作用于减小变化率的调整值的一例。
在上述各实施方式中所示的车载用电动机控制装置200的结构是一个例子，并不是要限定于上述所示的结构，也可以是能够实现本发明的其他结构。例如，图1所示的车载用电动机控制装置200的结构是一个例子，也可以是其他的结构。
另外，也可以适当地组合各实施方式来控制CPU210。例如，能够将第二实施方式中的乘以调整比例的处理和第四实施方式中的分割更新间隔并算出各速率的处理组合起来。由此，能够使在各速率乘上调整比例后的影响减小，并能够使电动机230的旋转音更平滑地变化。
本发明依照实施例而记述，但本发明并不限定于该实施例或结构。本发明包含各种各样的变形例或对等范围内的变形。此外，各种组合或实施方式、或者其他包括一个要素、一个以上要素或一个以下要素在内的组合或实施方式也在本发明的范畴或思想范围内。

Claims (5)

1.一种车载用电动机控制装置，其特征在于，
包括控制部(210)，所述控制部(210)以预先设定的更新间隔从外部装置(100)取得运算出的指令转速，并基于所述指令转速来驱动逆变器(220)，从而使电动机(230)旋转，
所述控制部(210)算出所述电动机(230)的转速的变化率，并驱动所述逆变器(220)，以使所述电动机(230)以该变化率旋转，
所述控制部(210)取得所述电动机(230)的实际转速，并基于该实际转速和所述指令转速的差以及所述更新间隔来算出所述变化率，以使所述实际转速在所述更新间隔的各间隔结束的时刻达到所述指令转速。
2.如权利要求1所述的车载用电动机控制装置，其特征在于，
所述控制部(210)使用调整值算出所述变化率，以使所述变化率小于所述实转速在所述更新间隔结束的时刻达到所述指令转速时的转速的变化率。
3.如权利要求1或2所述的车载用电动机控制装置，其特征在于，
若所述变化率超过规定的值，则所述控制部(210)将所述变化率设定为规定的上限值。
4.如权利要求1至3中任一项所述的车载用电动机控制装置，其特征在于，
所述控制部(210)将所述更新间隔的各间隔分割为多个间隔，并按所述多个间隔中的每个间隔算出所述转速的变化率。
5.一种车载用电动机控制装置，其特征在于，
包括控制部(210)，所述控制部(210)以预先设定的更新间隔从外部装置(100)取得运算出的指令转速，并基于所述指令转速来驱动逆变器(220)，从而使电动机(230)旋转，
所述控制部(210)算出所述电动机(230)的转速的变化率，并驱动所述逆变器(220)，以使所述电动机(230)以该变化率旋转，
所述变化率是表示在规定时间内增加或减少多少旋转次数的参数，
所述控制部(210)取得所述电动机(230)的实际转速，并基于该实际转速和所述指令转速的差以及所述更新间隔来算出所述变化率，以使所述实际转速在所述更新间隔的各间隔结束之前发生变化而不会达到所述指令转速并恒定。
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