CN107425784B - 车辆 - Google Patents

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Abstract

一种车辆包括电子控制单元，该电子控制单元被配置成通过切换多个控制来执行逆变器的控制，该多个控制包括：i)第一PWM控制，该第一PWM控制通过将基于马达的转矩指令的各相的电压指令与载波电压进行比较来生成多个切换元件的第一PWM信号，并且切换多个切换元件，以及ii)第二PWM控制，该第二PWM控制依据基于转矩指令的电压的调制系数和电压相位以及在马达的电角度的预定周期中的脉冲数来生成所述多个切换元件的第二PWM信号，并且切换所述多个切换元件。电子控制单元被配置成，当在电流传感器和电压传感器中的至少一个中发生异常时，限制第二PWM控制的执行。

Description

车辆
技术领域
本发明涉及一种车辆，并且更具体地说，涉及包括马达、逆变器和电池的车辆。
背景技术
作为这种类型的车辆，已经提出一种包括电动马达和具有逆变器电路的电力转换装置的车辆，该逆变器电路通过切换多个切换元件来驱动电动马达，并且其中依据电动马达的一个电周期中的脉冲数以及基于电动马达的转矩指令的电压的调制系数和电压相位来生成多个切换元件的脉冲信号，以切换多个切换元件(例如，参见日本专利申请公开No.2013-162660(JP 2013-162660 A))。在这种车辆中，总体上，通过基于脉冲数、调制系数和电压相位生成脉冲信号以最小化电力转换装置和电动马达的电力损失，来实现包括电力转换装置和电动马达的驱动系统中的损失减小。
发明内容
然而，在上述车辆中生成脉冲信号和向电力转换装置输出该脉冲信号的技术中，与通过将电动马达的各相的电压指令与载波电压进行比较生成脉冲信号并且向电力转换装置输出脉冲信号的技术比较，其中生成脉冲信号的周期较长并且电动马达的响应性(当目标操作点变化时操作点的可跟踪性)较低。因此，当在电压传感器或电流传感器中发生异常时，过电流或过电压有可能发生在逆变器中。
本发明提供一种能够防止过电流或过电压发生在逆变器中的车辆。
根据本发明的第一方面的车辆包括：马达，该马达被配置成驱动车辆；逆变器，该逆变器被配置成通过切换多个切换元件来驱动马达；电池，该电池被配置成经由逆变器与马达交换电力；电流传感器，该电流传感器被配置成检测施加至马达的电流；电压传感器，该电压传感器被配置成检测供应至逆变器的电力的电压；以及电子控制单元。电子控制单元被配置成通过切换多个控制来执行逆变器的控制，多个控制包括：i)第一PWM控制，该第一PWM控制通过将基于所述马达的转矩指令的各相的电压指令与载波电压进行比较来生成多个切换元件的第一PWM信号，并且切换多个切换元件；以及ii)第二PWM控制，该第二PWM控制依据基于转矩指令的电压的调制系数和电压相位以及在马达的电角度的预定周期中的脉冲数来生成多个切换元件的第二PWM信号，并且切换多个切换元件。电子控制单元被配置成，当在电流传感器和电压传感器中的至少一个中发生异常时，限制第二PWM控制的执行。
在根据本方面的车辆中，通过切换包括第一PWM控制和第二PWM控制的多个控制来执行逆变器的控制。第一PWM控制是通过将基于马达的转矩指令的各相的电压指令与载波电压进行比较生成第一PWM信号，并且切换逆变器的多个切换元件的控制。第二PWM控制是依据基于马达的转矩指令的电压的调制系数和电压相位以及马达的电角度的预定周期中的脉冲数来生成第二PWM信号，并且切换逆变器的多个切换元件的控制。当在检测施加至马达的电流的电流传感器和检测供应至逆变器的电力的电压的电压传感器中的至少一个中发生异常时，限制第二PWM控制的执行。在第二PWM控制中，与第一PWM控制比较，其中生成脉冲信号的周期较长并且电动马达的响应性较低。此外，当在电压传感器或电流传感器中发生异常时，过电流或过电压有可能发生在逆变器中。结果，当在电压传感器或电流传感器中发生异常时，能够通过限制第二PWM控制的执行，防止过电流或过电压发生在逆变器中。这里，“限制第二PWM控制的执行”包括减小第二PWM控制的执行范围或禁止第二PWM控制。
根据本方面的车辆可以进一步包括：升压转换器，该升压转换器被配置成升压来自电池的电力的电压并且被配置成将所升压的电压供应至逆变器；第二电流传感器，该第二电流传感器被配置成检测流动在升压转换器中的电流；以及第二电压传感器，该第二电压转换器被配置成检测供应至升压转换器的电力的电压。当在第二电流传感器和第二电压传感器中的至少一个中发生异常时，电子控制单元可以被配置成限制所述第二PWM控制的执行。根据本方面，能够防止过电流或过电压发生在根据包括升压转换器的方面的车辆中的逆变器中。这里，“限制第二PWM控制的执行”可以包括升压转换器的操作停止。
附图说明
以下将会参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，以及在附图中：
图1是示意性例示根据本发明的实施方式的电动车辆的配置的图；
图2是例示马达的目标操作点与第一PWM控制和第二PWM控制的区域之间的关系的示例的图；
图3是例示根据实施方式通过电子控制单元执行的第二PWM控制许可确定例程的示例的流程图；以及
图4是例示根据变型示例的混合动力车辆的配置的图。
具体实施方式
在下文中，将会参考示例描述本发明的实施方式。
图1是示意性例示根据本发明的实施方式的电动车辆20的配置的图。如附图所示，根据实施方式的电动车辆20包括马达32、逆变器34、电池36、升压转换器40和电子控制单元50。
马达32由同步发电机-马达构成并且包括其中嵌入永磁体的转子和其上缠绕三相线圈的定子。将马达32的转子连接至驱动轴26，驱动轴26经由差速齿轮24与驱动轮22a和22b连接。
将逆变器34连接至马达32并且还经由高电压电力线路42连接至升压转换器40。逆变器34包括六个晶体管T11至T16和六个二极管D11至D16。将晶体管T11至T16布置为成对的两个晶体管以相对于高电压电力线路42的正极母线和负极母线用作源侧(source side)和汇侧(sink side)。将六个二极管D11至D16分别反向并联地连接至晶体管T11至T16。将马达32的三相线圈(U相、V相和W相)连接至构成成对的晶体管T11至T16的晶体管之间的结合点。因此，当将电压施加至逆变器34时，旋转磁场被形成在三相线圈中并且马达32通过促使电子控制单元50调节晶体管T11至T16中的每对晶体管的接通时间的比率来旋转地驱动马达32。在下文中，晶体管T11至T13可以被称作为“上臂”并且晶体管T14至T16可以被称作为“下臂”。将平滑电容器46连接至高电压电力线路42的正极母线和负极母线。
电池36由例如锂离子二次电池或镍氢二次电池构成，并且经由低电压电力线路44连接至升压转换器40。将平滑电容器48连接至低电压电力线路44的正极母线和负极母线。
将升压转换器40连接至高电压电力线路42和低电压电力线路44。升压转换器40包括两个晶体管T31和T32、两个二极管D31和D32以及电抗器L。将晶体管T31连接至高电压电力线路42的正极母线。将晶体管T32连接至晶体管T31以及高电压电力线路42和低电压电力线路44的负极母线。将两个晶体管D31和D32分别反向并联地连接至晶体管T31和T32。将电抗器L连接至晶体管T31和T32之间的结合点以及低电压电力线路44的正极母线。通过促使电子控制单元50调节晶体管T31和T32的接通时间的比率，升压转换器40利用电压的递升将低电压电力线路44的电力供应至高电压电力线路42或者利用电压的递降将高电压电力线路42的电力供应至低电压电力线路44。
电子控制单元50被构成为包括CPU 52的微处理器，并且除了CPU 52之外包括存储处理程序的ROM 54、暂时存储数据的RAM 56以及输入和输出端口。
将来自各种传感器的信号经由输入端口输入至电子控制单元50。输入至电子控制单元50的信号的示例包括来自检测马达32的转子的旋转位置的旋转位置传感器32a(例如，分解器)的旋转位置θm以及来自检测流动在马达32的各相中的电流的电流传感器32u和32v的相电流Iu和Iv。输入信号的示例进一步包括来自连接在电池36的端子之间的电压传感器36a的电压VB、来自连接至电池36的输出端子的电流传感器36b的电流IB以及来自连接至电抗器L的电流传感器37b的电抗器电流IL。输入信号的示例进一步包括来自连接在电容器46的端子之间的电压传感器46a的电容器46(高电压电力线路42)的电压VH和的来自连接在电容器48的端子之间的电压传感器48a的电容器48(低电压电力线路44)的电压VL。输入信号的示例进一步包括来自点火开关60的点火信号、来自检测换挡操纵杆61的操作位置的换挡位置传感器62的换挡位置SP、来自检测加速踏板63上的踩下程度的加速踏板位置传感器64的加速开度Acc、以及来自检测制动踏板65上的踩下程度的制动踏板位置传感器66的制动踏板位置BP。输入信号的示例进一步包括来自车辆速度传感器68的车辆速度VS。
各种控制信号经由输出端口从电子控制单元50输出。从电子控制单元50输出的信号的示例包括到逆变器34的晶体管T11至T16的切换控制信号和到升压转换器40的晶体管T31和T32的切换控制信号。
电子控制单元50基于来自旋转位置传感器32a的马达32的转子的旋转位置θm计算马达32的电角度θe和旋转速度Nm。电子控制单元50基于来自电流传感器36b的电池36的电流IB的积分值计算电池36的电荷状态(SOC)。这里，SOC是从电池36可放电的电力容量与电池36的总容量的比率。
在根据具有上述配置的实施方式的电动车辆20中，电子控制单元50执行以下行驶控制。在行驶控制中，对于驱动轴26要求的要求转矩Td*基于加速开度Acc和车辆速度VS进行设定，所设定的要求转矩Td*被设定为马达32的转矩指令Tm*，并且逆变器34的晶体管T11至T16的切换控制被执行以根据转矩指令Tm*驱动马达32。高电压电力线路42的目标电压VH*被设定以根据转矩指令Tm*驱动马达32，并且执行升压转换器40的晶体管T31和T32的切换控制，使得高电压电力线路42的电压VH达到目标电压VH*。
将会在以下描述逆变器34的控制。在实施方式中，正弦脉冲宽度调制(PWM)控制、过调制PWM控制和矩形波控制中的任何一个被执行作为逆变器34的控制。正弦PWM控制是控制逆变器34将伪三相AC电压施加(供应)至马达32的控制，过调制PWM控制是控制逆变器34将过调制电压施加至马达32的控制，以及矩形波控制是控制逆变器34将矩形波电压施加至马达32的控制。当正弦PWM控制被执行并且基于正弦波电压的脉冲宽度调制电压被用作伪三相AC电压时，调制系数Rm具有从0至大约0.61的范围的值。当基于通过在正弦波电压上叠加3n次(例如，三次)谐波电压获得的叠加电压的脉冲宽度调制电压被用作为伪三相AC电压时，调制系数Rm具有从0至大约0.71的范围的值。调制系数Rm是逆变器34的输出电压的有效值(施加至马达32的电压)与输入电压(高电压电力线路42的电压VH)的比率。在实施方式中，为了扩大其中能够执行正弦PWM控制的调制系数Rm的范围，假设基于叠加电压的脉冲宽度调制电压被用作为伪三相AC电压。当矩形波控制被执行时，调制系数Rm具有大约0.78的值。在实施方式中，其中考虑到，假设基于调制系数Rm执行正弦PWM控制、过调制PWM控制和矩形波控制中的任何一个。将会在以下描述正弦PWM控制。过调制控制与矩形波控制都不是对本发明必不可少的，并且因此将不会进行其中的详细描述。
在实施方式中，第一PWM控制或第二PWM控制被执行为正弦PWM控制。第一PWM控制是以通过将马达32的各相的电压指令Vu*、Vv*、和Vw*与载波电压(三角波电压)进行比较来生成晶体管T11至T16的第一PWM信号从而切换晶体管T11至T16的控制。第二PWM控制是基于在预定周期(例如，马达32的电角度θe的半个周期或一个周期)中的电压的调制系数Rm、电压相位θp和脉冲数Np生成晶体管T11至T16的第二PWM信号以切换晶体管T11至T16的控制。假设当第一PWM控制被执行时，以与载波电压(具有3kHz至5kHz的频率的三角波电压)的半个周期或一个周期对应的间隔Δt1生成第一PWM信号，并且当第二PWM控制被执行时，以比间隔Δt1长的间隔Δt2生成第二PWM信号。
当第一PWM控制被执行时，PWM信号的生成周期能够被设定为比在执行第二PWM控制时更短，并且因此能够提高马达32的响应性(当目标操作点变化时对操作点的随从性(adherence))。当第二PWM控制被执行时，与执行第一PWM控制的情况进行比较，能够通过以下方式减小马达32的磁芯损失或减小谐波分量：通过生成第二PWM信号以减小(例如，以最小化)马达32的磁芯损失或生成第二PWM信号以减小(例如，以最小化)电压或电流的谐波分量(具体地，诸如马达32的旋转的六次谐波分量和旋转的十二次谐波分量的低次谐波分量)。
在实施方式中，基于执行马达32的目标操作点上的第一PWM控制和第二PWM控制的实验结果或分析结果，假设其中执行第二PWM控制的效果能够被期望成某种程度的区域被确定为第二PWM控制区域，以及其中效果不能够被期望成某种程度的区域被确定为第一PWM控制区域以提高马达32的响应率。图2是例示马达32的目标操作点与第一PWM控制区域和第二PWM控制区域之间的关系的示例的图。在图2中例示的示例中，如下区域被设定为第二PWM控制区域：其中马达32的旋转速度Nm从1000rpm变化至3500rpm，并且其转矩指令TM*等于或大于10Nm或者转矩指令TM*在从-100Nm至-10Nm的范围内的区域(区域1)；其中马达32的旋转速度Nm在从3500rpm至6000rpm的范围内，并且转矩指令Tm*在从10Nm至150Nm的范围内或者转矩指令Tm*在从-100Nm至-10Nm的范围内的区域(区域2)；其中马达32的转动速度Nm在从3500rpm至6000rpm的范围内，并且转矩指令Tm*等于或大于150Nm的区域(区域3)；其中马达32的旋转速度Nm在从6000rpm变化至9000rpm的范围内，并且转矩指令Tm*在从10Nm至100Nm的范围内或转矩指令Tm*在从-50Nm至-10Nm的范围内的区域(区域4)；以及其中马达32的转动速度Nm在从6000rpm至9000rpm的范围内，并且转矩指令Tm*在从100Nm至150Nm的范围内或转矩指令Tm*在从-100Nm至-50Nm的范围内的区域(区域5)。除了第二PWM控制区域之外的区域被设定为第一PWM控制区域。这里，这些区域在第二PWM控制区域中具有不同的脉冲数。
根据具有上述配置的实施方式的电动车辆20的操作，具体地，将会在以下描述当在检测流动在马达32中的相电流Iu和Iv的电流传感器32u和32v，或者检测高电压电力线路42的电压VH的电压传感器46a中发生异常时的操作。图3是例示根据实施方式通过电子控制单元50执行的第二PWM控制许可确定例程的示例的流程图。重复执行这个例程。
当第二PWM控制许可确定例程被执行时，电子控制单元50首先确定在检测流动在马达32中的相电流Iu和Iv的电流传感器32u和32v以及检测高电压电力线路42的电压VH的电压传感器46a中的任何传感器中是否发生异常(步骤S100)。能够通过例如以下方式执行这个确定：将针对每个传感器通过没有被例示的异常确定例程对在传感器中是否发生异常(故障)的确定结果存储在RAM 56的预定区域中，并且检查在RAM 56的预定区域中每个传感器中是否发生异常。
当在电流传感器32u和32v以及电压传感器46a中的任何传感器中没有发生异常时，许可第二PWM控制(步骤S110)并且例程结束。在这个情况中，基于图2中例示的区域切换并执行第一PWM控制和第二PWM控制。
另一方面，当在电流传感器32u和32v以及电压传感器46a中的任何传感器中发生异常时，禁止第二PWM控制的执行(步骤S120)并且例程结束。在这个情况中，当第二PWM控制被执行时，第二PWM控制的执行能够被切换至第一PWM控制的执行。如上所述，在第二PWM控制中，其中生成脉冲信号的周期较长并且马达32的响应性较低。因此，当在电流传感器32u和32v以及电压传感器46a中的任何一个中发生异常时，过电流和过电压可能发生在逆变器34中。然而，能够通过禁止第二PWM控制的执行并执行第一PWM控制来提高马达32的响应性以及防止过电流或过电压发生在逆变器34中。
在根据实施方式的上述电动车辆20中，当在检测流动在马达32中的相电流Iu和Iv的电流传感器32u和32v以及检测高电压电力线路42的电压VH的电压传感器46a中的任何传感器中发生异常时，禁止第二PWM控制的执行。因此，能够防止过电流或过电压发生在逆变器34中。
在根据实施方式的电动车辆20中，当在检测流动在马达32中的相电流Iu和Iv的电流传感器32u和32v以及检测高电压电力线路42的电压VH的电压传感器46a中的任何传感器中发生异常时，禁止第二PWM控制的执行，但可以限制第二PWM控制的执行。例如，可以禁止在除了图2中例示的第二PWM控制区域中的区域1之外的区域中的第二PWM控制的执行，或者可以禁止在除了电动车辆在第二PWM控制区域中巡航和行驶的情况之外的情况中第二PWM控制的执行。在这个情况中，当在电流传感器32u和32v中的一个中发生异常并且执行第二PWM时，可以从其中没有发生异常的电流传感器的检测值中估计相电流。当在电压传感器46a中发生异常时，升压转换器40停止它的操作并且低电压电力线路44的电压VL能够被用作供应至逆变器34的电力的电压。在后者中，禁止操作升压转换器40对应于限制第二PWM控制的执行。
在根据实施方式的电动车辆20中，当在检测流动在马达32中的相电流Iu和Iv的电流传感器32u和32v以及检测高电压电力线路42的电压VH的电压传感器46a中的任何传感器中发生异常时，禁止第二PWM控制的执行，但是当在检测流动在电抗器L中的电抗器电流IL的电流传感器37b或检测低电压电力线路44的电压VL的电压传感器48a中的任何一个中发生异常时，可以禁止第二PWM控制的执行或可以限制第二PWM控制的执行。
在根据实施方式的电动车辆20中，升压转换器40被设置在电池36和逆变器34之间，但是可以不设置升压转换器40。
在根据实施方式的电动车辆20中，采用包括马达32、逆变器34和电池36的配置。然而，如根据图4的变型示例的混合动力车辆120中所例示，可以采用除了马达32和逆变器34之外还包括发动机122、行星齿轮124、马达132和逆变器134的配置。这里，将马达132连接至行星齿轮124的太阳齿轮，将发动机122连接至行星齿轮124的齿轮架，并且将驱动轴26和马达32连接至行星齿轮124的环齿轮。将逆变器134连接至马达132并且还连接至高电压电力线路42。
在实施方式中，马达32用作“马达”，逆变器34用作“逆变器”，电池36用作“电池”，电流传感器32u和32v用作“电流传感器”，电压传感器46a用作“电压传感器”，并且电子控制单元50用作“控制单元”。电流传感器37b用作“第二电流传感器”，并且电压传感器48a用作“第二电压传感器”。
虽然已经参照实施方式描述本发明的方面，但是实施方式仅是本发明的具体示例。本发明并不局限于该实施方式，而是能够在不偏离本发明的精神的情况下以各种形式进行变型。
本发明适用于制造车辆的行业。

Claims (5)

1.一种车辆，其特征在于包括：
马达，所述马达被配置成驱动所述车辆；
逆变器，所述逆变器被配置成通过切换多个切换元件来驱动所述马达；
电池，所述电池被配置成经由所述逆变器与所述马达交换电力；
电流传感器，所述电流传感器被配置成检测施加至所述马达的电流；
电压传感器，所述电压传感器被配置成检测供应至所述逆变器的电力的电压；以及
电子控制单元，所述电子控制单元被配置成通过切换多个控制来执行所述逆变器的控制，所述多个控制包括：
i)第一PWM控制，所述第一PWM控制通过将基于所述马达的转矩指令的各相的电压指令与载波电压进行比较来生成所述多个切换元件的第一PWM信号，并且切换所述多个切换元件，以及
ii)第二PWM控制，所述第二PWM控制依据基于所述转矩指令的电压的调制系数和电压相位以及在所述马达的电角度的预定周期中的脉冲数来生成所述多个切换元件的第二PWM信号，并且切换所述多个切换元件，
其中，所述电子控制单元被配置成，当在所述电流传感器和所述电压传感器中的至少一个中发生异常时，限制所述第二PWM控制的执行。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于进一步包括：
升压转换器，所述升压转换器被配置成升压来自所述电池的电力的电压，并且被配置成将所升压的电压供应至所述逆变器；
第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置成检测流动在所述升压转换器中的电流；以及
第二电压传感器，所述第二电压传感器被配置成检测供应至所述升压转换器的电力的电压；
其中，所述电子控制单元被配置成，当在所述第二电流传感器和所述第二电压传感器中的至少一个中发生异常时，限制所述第二PWM控制的执行。
3.根据权利要求1或2所述的车辆，其特征在于，所述电子控制单元被配置成禁止所述第二PWM控制的执行，作为限制所述第二PWM控制的执行。
4.根据权利要求1或2所述的车辆，其特征在于，所述电子控制单元被配置成减小所述第二PWM控制的执行范围，作为限制所述第二PWM控制的执行。
5.根据权利要求1或2所述的车辆，其特征在于，所述电子控制单元被配置成，当执行所述第一PWM控制时，以与所述载波电压的半个周期或一个周期对应的第一间隔生成所述第一PWM信号，并且所述电子控制单元被配置成，当执行所述第二PWM控制时，以比所述第一间隔长的第二间隔生成所述第二PWM信号。
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