CN107453670A - 汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供汽车。在包含电动机的转速及转矩指令的目标动作点处于规定区域外时，汽车执行第一PWM控制，第一PWM控制是通过基于所述转矩指令的各相的电压指令与载波电压的比较而生成所述多个开关元件的第一PWM信号来进行所述多个开关元件的开关的控制，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，汽车选择第二PWM控制或所述第一PWM控制并予以执行，该第二PWM控制根据基于所述转矩指令的电压的调制度及电压相位和所述电动机的电角的规定周期的脉冲数而生成所述多个开关元件的第二PWM信号来进行所述多个开关元件的开关的控制。

Description

汽车
技术领域
本发明涉及汽车，详细而言，涉及具备电动机、变换器和蓄电池的汽车。
背景技术
作为这种汽车，提出了如下方案：在具备电动机和电力转换装置且该电力转换装置具有通过多个开关元件的开关而对电动机进行驱动的变换器电路的汽车中，根据电动机的一个电周期的脉冲数和基于电动机的转矩指令的电压的调制度及电压相位而生成多个开关元件的脉冲信号来进行多个开关元件的开关(例如，参照日本特开2013-162660)。在该汽车中，通过基于脉冲数、调制度和电压相位以使电力转换装置及电动机的电力损失成为最小的方式生成脉冲信号，来谋求具有电力转换装置及电动机的驱动系统整体的损失的降低。(第一方法)
另外，作为这种汽车，也提出了如下方案：在具备电动机和通过多个开关元件的开关而对电动机进行驱动的变换器的汽车中，通过基于电动机的转矩指令的各相的电压指令与载波电压的比较而生成多个开关元件的PWM信号来进行多个开关元件的开关(例如，参照日本特开2014-75937)。(第二方法)
发明内容
然而，在第一方法中，基本上，与第二方法相比，生成脉冲信号(PWM信号)的周期变长，电动机的响应性(目标动作点发生了变化时的动作点的追随性)降低。而且，根据电动机的目标动作点的不同，有时无论使用第一方法和第二方法中的哪个方法，损失都不怎么变化。由此，不能说使用第一方法必然是优选的。而且，当考虑到损失等时，也不能说使用第二方法必然是优选的。
本发明提供一种更合适地驱动电动机(马达)的汽车。
本发明的第一方案的汽车具备：行驶用的电动机；变换器，通过多个开关元件的开关来驱动所述电动机；蓄电池，经由所述变换器与所述电动机授受电力；及电子控制装置，基于所述电动机的转矩指令来控制所述变换器。所述电子控制装置构成为，在包含所述电动机的转速及转矩指令的目标动作点处于规定区域外时，执行第一PWM控制，该第一PWM控制是通过基于所述转矩指令的各相的电压指令与载波电压的比较而生成所述多个开关元件的第一PWM信号来进行所述多个开关元件的开关的控制，所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，选择第二PWM控制或所述第一PWM控制并予以执行，该第二PWM控制是根据基于所述转矩指令的电压的调制度及电压相位和所述电动机的电角的规定周期的脉冲数而生成所述多个开关元件的第二PWM信号来进行所述多个开关元件的开关的控制。
在执行第一PWM控制的情况下，与执行第二PWM控制的情况相比，能够提高电动机的响应性(目标动作点发生了变化时的动作点的追随性)。而且，在执行第二PWM控制的情况下，通过基于调制度、电压相位和脉冲数，以降低电动机的铁损(例如使其成为最小)的方式生成第二PWM信号或者以降低电压、电流的高次谐波(尤其是电动机的旋转6次或旋转12次等的低阶高次谐波)(例如使其成为最小)的方式生成第二PWM信号，与执行第一PWM控制的情况相比，能够降低电动机的铁损或降低高次谐波。因此，根据上述方案，若将规定区域确定为能够在一定程度上预估到执行第二PWM控制所带来的效果的区域，则能够根据目标驱动点而更合适地驱动电动机。
在上述方案中，可以是，所述电子控制装置构成为，在执行所述第一PWM控制的情况下，以相当于载波电压的半个周期或一个周期的第一间隔来生成所述第一PWM信号，在执行所述第二PWM控制的情况下，以比所述第一间隔长的第二间隔来生成第二PWM信号。
在上述方案中，可以是，所述电子控制装置构成为，在生成所述第二PWM信号时，基于所述调制度、所述脉冲数和所述电压相位来设定开关角，并且基于所述脉冲数来设定开关模式，基于所述开关角和所述开关模式来生成所述第二PWM信号。在此，“开关角”是指切换电动机的各相的相电压(多个开关元件中的对应的相的开关元件的通断)的角度。“开关模式”是指多个开关元件的通断的组合。这种情况下，可以是，基于所述调制度和所述脉冲数来设定开关基准角，基于所述开关基准角和所述电压相位来设定所述开关角。
在上述方案中，可以是，所述电子控制装置构成为，即使在所述目标动作点处于所述规定区域内时，在所述调制度小于规定调制度时，也执行所述第一PWM控制。发明人发现了，即使在目标动作点处于规定区域内时，在调制度比较低时，执行第二PWM控制所带来的效果也比较小。因此，通过执行第一PWM控制而提高电动机的响应性，能够更合适地驱动电动机。
在上述方案中，可以是，所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，基于所述目标动作点及所述调制度来设定所述脉冲数。这样的话，能够使脉冲数更合适而使第二PWM信号更合适，能够更合适地驱动电动机。
在上述方案中，可以是，所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，基于所述目标动作点及所述调制度设定所述脉冲数，并且从多个类型中设定一个作为选择类型，基于所述调制度、所述电压相位、所述脉冲数和所述选择类型来生成所述第二PWM信号，所述多个类型包含以降低所述电动机的铁损的方式生成所述第二PWM信号的类型和以降低高次谐波的方式生成所述第二PWM信号的类型。这样的话，能够使脉冲数及类型更合适而使第二PWM信号更合适，能够更合适地驱动电动机。
在上述方案中，可以是，所述电子控制装置构成为，在所述调制度比较大的区域中，与所述调制度比较小的区域相比，将所述脉冲数设定得少。
此外，在上述方案中，可以是，所述电子控制装置构成为，即使在所述目标动作点处于所述规定区域内时，在具有所述电动机、所述变换器和所述蓄电池的驱动系统的状态发生骤变时和/或预测到所述驱动系统的状态的骤变时，也执行所述第一PWM控制。在执行第二PWM控制的情况下，与执行第一PWM控制的情况相比，电动机的响应性降低。因此，在驱动系统的状态发生了骤变时、预测到驱动系统的状态的骤变时，即使在目标动作点处于规定区域内时也执行第一PWM控制而，提高电动机的响应性，由此能够更合适地驱动电动机。
在此，在上述方案中，可以是，所述电子控制装置构成为，在所述转矩指令、所述转速、所述变换器的电压和所述蓄电池的电压中的至少一者的每单位时间的变化量比阈值大时，判断为所述驱动系统的状态发生了骤变，并执行所述第一PWM控制。这样的话，能够基于转矩指令、转速、变换器的电压、蓄电池的电压来判定驱动系统的状态是否发生了骤变。
另外，在上述方案中，可以是，所述电子控制装置构成为，在行驶路为低μ路时，判断为预测到所述驱动系统的状态的骤变，并执行所述第一PWM控制。这样的话，能够基于行驶路来判定是否为预测到驱动系统的状态的骤变时。在此，“低μ路”是指湿润的路面、雪道、冻结路等容易产生由驱动轮的空转引起的打滑的行驶路。
另外，可以是，所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，基于所述目标动作点及所述调制度来设定所述脉冲数，并且从多个类型中设定一个作为选择类型，基于所述调制度、所述电压相位、所述脉冲数和所述选择类型来生成所述第二PWM信号，所述多个类型包含：以降低所述电动机的铁损的方式生成所述第二PWM信号的类型；以降低所述电动机的铜损的方式生成所述第二PWM信号的类型；以降低所述电动机的转矩脉动的方式生成所述第二PWM信号的类型；以降低所述变换器的损失的方式生成所述第二PWM信号的类型；以降低所述电动机及所述变换器的总损失的方式生成所述第二PWM信号的类型；以降低电压的高次谐波的方式生成所述第二PWM信号的类型；及以降低电流的高次谐波的方式生成所述第二PWM信号的类型。
附图说明
以下，参照附图来说明本发明的典型实施例的特征、优点及技术上和工业上的重要性，其中，相同的标号表示相同的要素。
图1是表示作为本发明的一实施例的电动汽车的结构的概略的结构图。
图2是表示由实施例的电子控制单元执行的执行用控制设定例程的一例的流程图。
图3是表示由实施例的电子控制单元执行的执行用控制设定例程的一例的流程图。
图4是表示由实施例的电子控制单元执行的执行用控制设定例程的一例的流程图。
图5是表示电动机的目标动作点与第一、第二PWM控制的区域之间的关系的一例的说明图。
图6是表示区1～5及调制度Rm与执行用控制及脉冲图案PP之间的关系的一例的说明图。
图7是表示脉冲图案PP及调制度Rm与开关编号1～N的开关基准角θstmp之间的关系的一例的说明图。
图8是表示脉冲图案PP与开关编号1～N的开关模式V之间的关系的一例的说明图。
图9是表示开关编号ns的值为5且制作数Ns的值为4时的开关编号5～8、开关角θs[5]～θs[8]、开关模式V[5]～V[8]以及晶体管T11～T13的第二PWM信号之间的关系的一例的说明图。
图10是表示变形例的混合动力汽车的结构的概略的结构图。
具体实施方式
接下来，使用实施例来说明用于实施本发明的方式。
图1是表示作为本发明的一实施例的电动汽车20的结构的概略的结构图。如图所示，实施例的电动汽车20具备电动机32、变换器34、蓄电池36、升压转换器40和电子控制单元50。
电动机32构成为同步发电电动机，具备埋入有永磁体的转子和卷绕有三相线圈的定子。该电动机32的转子连接于经由差动齿轮24与驱动轮22a、22b连结的驱动轴26。
变换器34连接于电动机32，并且经由高电压系统电力线42连接于升压转换器40。该变换器34具有六个晶体管T11～T16和六个二极管D11～D16。晶体管T11～T16分别相对于高电压系统电力线42的正极母线和负极母线以成为源(source)侧和漏(sink)侧的方式每两个成对配置。六个二极管D11～D16分别反向地并联连接于晶体管T11～T16。在晶体管T11～T16的成对的晶体管彼此的连接点上分别连接电动机32的三相线圈(U相、V相、W相)。因此，在变换器34上作用有电压时，通过由电子控制单元50调节成对的晶体管T11～T16的接通时间的比例，而在三相线圈形成旋转磁场，驱动电动机32旋转。以下，有时将晶体管T11～T13称为“上臂”，将晶体管T14～T16称为“下臂”。在高电压系统电力线42的正极母线和负极母线上安装有平滑用的电容器46。
蓄电池36构成为例如锂离子二次电池或镍氢二次电池，经由低电压系统电力线44连接于升压转换器40。在低电压系统电力线44的正极母线和负极母线上安装有平滑用的电容器48。
升压转换器40连接于高电压系统电力线42和低电压系统电力线44。该升压转换器40具有两个晶体管T31、T32、两个二极管D31、D32和电抗器L。晶体管T31连接于高电压系统电力线42的正极母线。晶体管T32连接于晶体管T31和高电压系统电力线42及低电压系统电力线44的负极母线。两个二极管D31、D32分别反向地并联连接于晶体管T31、T32。电抗器L连接于晶体管T31、T32彼此的连接点和低电压系统电力线44的正极母线。升压转换器40通过由电子控制单元50调节晶体管T31、T32的接通时间的比例，而将低电压系统电力线44的电力伴随着电压的升压而向高电压系统电力线42供给，或者将高电压系统电力线42的电力伴随着电压的降压而向低电压系统电力线44供给。
电子控制单元50构成为以CPU52为中心的微处理器，除了CPU52之外，还具备存储处理程序的ROM54、暂时存储数据的RAM56和输入输出端口。
经由输入端口向电子控制单元50输入来自各种传感器的信号。作为向电子控制单元50输入的信号，例如可举出来自对电动机32的转子的旋转位置进行检测的旋转位置检测传感器(例如旋转变压器)32a的旋转位置θm、来自对在电动机32的各相流动的电流进行检测的电流传感器32u、32v的相电流Iu、Iv。而且，也可以举出来自在蓄电池36的端子间安装的电压传感器36a的电压VB、来自在蓄电池36的输出端子安装的电流传感器36b的电流IB。此外，还可以举出来自在电容器46的端子间安装的电压传感器46a的电容器46(高电压系统电力线42)的电压VH、来自在电容器48的端子间安装的电压传感器48a的电容器48(低电压系统电力线44)的电压VL。除此之外，还可以举出来自点火开关60的点火信号、来自对换档杆61的操作位置进行检测的档位传感器62的档位SP、来自对加速器踏板63的踩踏量进行检测的加速器踏板位置传感器64的加速器开度Acc、来自对制动器踏板65的踩踏量进行检测的制动器踏板位置传感器66的制动器踏板位置BP。而且，还可以举出来自车速传感器68的车速VS、来自对低μ路的行驶进行指示的低μ路开关69的低μ路开关信号。在此，“低μ路”是指湿润的路面、雪道、冻结路等容易产生由驱动轮22a、22b的空转引起的打滑的行驶路。
经由输出端口从电子控制单元50输出各种控制信号。作为从电子控制单元50输出的信号，例如，可以列举对于变换器34的晶体管T11～T16的开关控制信号、对于升压转换器40的晶体管T31、T32的开关控制信号。
电子控制单元50基于来自旋转位置检测传感器32a的电动机32的转子的旋转位置θm来运算电动机32的电角θe、角速度ωm、转速Nm。而且，电子控制单元50基于来自电流传感器36b的蓄电池36的电流IB的累计值来运算蓄电池36的充电状态(state of charge；SOC)。在此，SOC是能够从蓄电池36放出的电力的容量相对于蓄电池36的总容量的比例。
在这样构成的实施例的电动汽车20中，电子控制单元50进行以下的行驶控制。在行驶控制中，基于加速器开度Acc和车速VS来设定对驱动轴26要求的要求转矩Td*，将设定的要求转矩Td*设定成电动机32的转矩指令Tm*，以使电动机32以转矩指令Tm*驱动的方式进行变换器34的晶体管T11～T16的开关控制。而且，以能够以转矩指令Tm*驱动电动机32的方式设定高电压系统电力线42的目标电压VH*，以使高电压系统电力线42的电压VH成为目标电压VH*的方式进行升压转换器40的晶体管T31、T32的开关控制。
在此，对变换器34的控制进行说明。在实施例中，作为变换器34的控制，执行正弦波PWM(脉冲宽度调制)控制、过调制PWM控制、矩形波控制中的任一个控制。正弦波PWM控制是以向电动机32施加(供给)模拟性的三相交流电压的方式控制变换器34的控制，过调制控制是以向电动机32施加过调制电压的方式控制变换器34的控制，矩形波控制是以向电动机32施加矩形波电压的方式控制变换器34的控制。在执行正弦波PWM控制的情况下，在将基于正弦波电压的脉冲宽度调制电压设为模拟性的三相交流电压时，调制度Rm的值成为0～大致0.61，在将基于正弦波电压与3n阶(例如3阶)高次谐波电压重叠而得到的重叠后电压的脉冲宽度调制电压设为模拟性的三相交流电压时，调制度Rm的值成为0～大致0.71。调制度Rm是变换器34的输出电压(电动机32的施加电压)的有效值相对于输入电压(高电压系统电力线42的电压VH)的比例。在实施例中，为了扩大能够执行正弦波PWM控制的调制度Rm的区域，将基于重叠后电压的脉冲宽度调制电压设为模拟性的三相交流电压。而且，在执行矩形波控制的情况下，调制度Rm成为大致0.78。在实施例中，立足于此，基于调制度Rm来执行正弦波PWM控制、过调制PWM控制、矩形波控制中的任一个控制。以下，说明正弦波PWM控制。
作为正弦波PWM控制，在实施例中，执行第一PWM控制或第二PWM控制。第一PWM控制是通过电动机32的各相的电压指令Vu*、Vv*、Vw*与载波电压(三角波电压)的比较而生成晶体管T11～T16的第一PWM信号来进行晶体管T11～T16的开关的控制。第二PWM控制是基于电压的调制度Rm及电压相位θp和规定周期(例如，电动机32的电角θe的半个周期或一个周期等)的脉冲数Np而生成晶体管T11～T16的第二PWM信号来进行晶体管T11～T16的开关的控制。需要说明的是，在执行第一PWM控制的情况下，以相当于载波电压(频率为3kHz～5kHz左右的三角波电压)的半个周期或一个周期等的间隔Δt1来生成第一PWM信号，在执行第二PWM控制的情况下，以比间隔Δt1长的间隔Δt2来生成第二PWM信号。
在执行第一PWM控制的情况下，与执行第二PWM控制的情况相比，能够缩短PWM信号的生成周期，因此能够提高电动机32的响应性(目标动作点发生了变化时的动作点的追随性)。而且，在执行第二PWM控制的情况下，以降低电动机32的铁损(例如使其成为最小)的方式生成第二PWM信号或者以降低电压、电流的高次谐波(尤其是电动机32的旋转6次或旋转12次等的低阶高次谐波)(例如使其成为最小)的方式生成第二PWM信号，由此，与执行第一PWM控制的情况相比，能够降低电动机32的铁损或者降低高次谐波。
过调制控制在实施例中与第一PWM控制同样地进行。关于过调制控制、矩形波控制，由于不构成本发明的核心，因此省略详细的说明。
接下来，说明这样构成的实施例的电动汽车20的动作、尤其是在执行正弦波PWM控制时将第一PWM控制或第二PWM控制设定为执行用控制时的动作。图2～图4是表示由实施例的电子控制单元50执行的执行用控制设定例程的一例的流程图。该例程以与上述间隔Δt1(第一PWM信号的生成周期)相同或比上述间隔Δt1短的间隔反复执行。
当执行用控制设定例程被执行时，电子控制单元50的CPU52首先输入电动机32的相电流Iu、Iv、电角θe、转速Nm、转矩指令Tm*、高电压系统电力线42的电压VH、蓄电池36的电压VB、低μ路开关信号等数据(步骤S100)。在此，对于电动机32的相电流Iu、Iv，输入由电流传感器32u、32v检测到的值。对于电动机32的电角θe、转速Nm，输入基于由旋转位置检测传感器32a检测到的电动机32的转子的旋转位置θm而运算出的值。对于电动机32的转矩指令Tm*，输入通过上述的驱动控制而设定的值。对于高电压系统电力线42的电压VH，输入由电压传感器46a检测到的值。对于蓄电池36的电压VB，输入由电压传感器36a检测到的值。对于低μ路开关信号，输入来自低μ路开关69的信号(接通或断开)。
当这样输入数据后，基于电动机32的转矩指令Tm*来设定d轴、q轴的电流指令Id*、Iq*(步骤S110)。接下来，认为在电动机32的各相(U相、V相、W相)流动的电流的总和的值为0，使用电动机32的电角θe将U相、V相的相电流Iu、Iv向d轴、q轴的电流Id、Iq进行坐标转换(3相-2相转换)(步骤S112)。然后，通过基于d轴、q轴的电流指令Id*、Iq*与d轴、q轴的电流Id、Iq之间的差分ΔId、Δiq的反馈项与用于消除d轴、q轴的各轴相互干涉的项的前馈项之和来设定d轴、q轴的电压指令Vd*、Vq*(步骤S114)。
当这样设定d轴、q轴的电压指令Vd*、Vq*后，使用设定的d轴、q轴的电压指令Vd*、Vq*来设定电压的调制度Rm及电压相位θp(步骤S116)。在此，调制度Rm可以通过将电压指令绝对值Vdq除以高电压系统电力线42的电压VH来得到，该电压指令绝对值Vdq作为d轴的电压指令Vd*的平方与q轴的电压指令Vq*的平方之和的平方根来计算。电压相位θp可以作为以d轴、q轴的电压指令Vd*、Vq*为分量的向量相对于q轴的角度来得到。
接下来，判定是否为第一PWM信号的生成定时(步骤S120)。该判定可以根据从上次生成第一PWM信号起是否经过了相当于上述间隔Δt1的时间来进行。并且，在判定为是第一PWM信号的生成定时时，执行第一PWM信号的生成处理(步骤S122、S124)，在判定为不是第一PWM信号的生成定时时，不执行第一PWM信号的生成处理。
在第一PWM信号的生成处理中，使用电动机32的电角θe将d轴、q轴的电压指令Vd*、Vq*向各相的电压指令Vu*、Vv*、Vw*进行坐标转换(2相-3相转换)(步骤S122)，通过坐标转换后的各相的电压指令Vu*、Vv*、Vw与载波电压的比较来生成晶体管T11～T16的第一PWM信号(步骤S124)。
接下来，判定包含电动机32的转速Nm及转矩指令Tm*的目标动作点属于第一、第二PWM控制的区域中的哪个区域(步骤S130、S132)。在此，关于第一、第二PWM控制的区域，在实施例中，基于对电动机32的各目标动作点执行第一、第二PWM控制得到的实验结果、解析结果，关于能够在一定程度上预估到(有的调制度Rm能够预估到)执行第二PWM控制所带来的效果的区域，确定为第二PWM控制的区域，关于几乎不能预估到(无论以什么调制度Rm都不能预估到)该效果的区域，为了提高电动机32的响应性而确定为第一PWM控制的区域。图5是表示电动机32的目标动作点与第一、第二PWM控制的区域之间的关系的一例的说明图。在图5的例子中，如以下这样确定了第一、第二PWM控制的区域。
作为第一PWM控制的区域，确定了电动机32的转速Nm小于1000rpm或为9000rpm以上的区域、电动机32的转速Nm为1000rpm～9000rpm且转矩指令Tm*为-10Nm～10Nm或小于-100Nm的区域、电动机32的转速Nm为6000rpm～9000rpm且转矩指令Tm*为150Nm以上的区域。
作为第二PWM控制的区域，确定了电动机32的转速Nm为1000rpm～6000rpm且转矩指令Tm*为10Nm以上或-100Nm～-10Nm的区域、电动机32的转速Nm为6000rpm～9000rpm且转矩指令Tm*为10Nm～150Nm或-100Nm～-10Nm的区域。关于第二PWM控制的区域，如以下这样确定了区1～5。
作为区1，确定了电动机32的转速Nm为1000rpm～3500rpm且转矩指令Tm*为10Nm以上或-100Nm～-10Nm的区域。作为区2，确定了电动机32的转速Nm为3500rpm～6000rpm且转矩指令Tm*为10Nm～150Nm或-100Nm～-10Nm的区域。作为区3，确定了电动机32的转速Nm为3500rpm～6000rpm且转矩指令Tm*为150Nm以上的区域。作为区4，确定了电动机32的转速Nm为6000rpm～9000rpm且转矩指令Tm*为10Nm～100Nm或-50Nm～-10Nm的区域。作为区5，确定了电动机32的转速Nm为6000rpm～9000rpm且转矩指令Tm*为100Nm～150Nm或-100Nm～-50Nm的区域。
需要说明的是，在图5中，关于电动机32的转速Nm或转矩指令Tm*的各值、第一PWM控制的区域与第二PWM控制的区域的区分、第二PWM控制的区域中的区的区分(包括区的数量)，仅是例示，能够根据电动机32、变换器34等的规格适当设定。
在步骤S130、S132中判定为电动机32的目标动作点属于第一PWM控制的区域时，将第一PWM控制设定为执行用控制(步骤S140)，结束本例程。这种情况下，使用第一PWM信号进行变换器34的晶体管T11～T16的开关。由此，能够提高电动机32的响应性。
在步骤S130、S132中判定为电动机32的目标动作点属于第二PWM控制的区域(区1～5)时，基于区1～5中的所属的区和调制度Rm将第一、第二PWM控制中的某一控制设定为执行用控制，并且在将第二PWM控制设定为执行用控制的情况下，设定脉冲图案PP(步骤S150)。在此，脉冲图案PP是第二PWM控制中的脉冲类型PT与脉冲数Np的组合。在实施例中，作为脉冲类型PT，使用以降低电动机32的铁损(例如使其成为最小)的方式生成第二PWM信号的类型(第二PWMa)和以降低电压、电流的高次谐波(尤其是低阶高次谐波)(例如使其成为最小)的方式生成第二PWM信号的类型(第二PWMb)。
对于执行用控制及脉冲图案PP，在实施例中，预先确定区1～5及调制度Rm与执行用控制及脉冲图案PP之间的关系并作为映射而存储于ROM54，当给出区及调制度Rm时，代入该映射来设定执行用控制及脉冲图案PP。将区1～5及调制度Rm与执行用控制及脉冲图案PP之间的关系的一例示于图6。需要说明的是，在图6中，为了参考，也图示出矩形波控制、过调制控制的区域(调制度Rm为大致0.71～0.78的区域)。
如图所示，在区1～5的所有区中，都是在调制度Rm小于0.20的区域中将第一PWM控制设定为执行用控制，在调制度Rm为0.20～大致0.71的区域中将第二PWM控制设定为执行用控制。这是因为，发明人发现了在调制度Rm小于规定调制度Rmref(在图6的例子中为0.20)的区域中执行第二PWM控制所带来的效果比较小。而且，在调制度Rm为0.20～大致0.71的区域中，在区1、2、4、5中选择第二PWMa作为脉冲类型PT，在区3中选择第二PWMb作为脉冲类型PT。此外，在调制度Rm为0.20～大致0.71的区域中，调制度Rm越大，则使脉冲数Np越少。这是立足于脉冲数Np越少则脉动电流越大而电动机32的损失越容易变大这一点和脉冲数Np越多则晶体管T11～T16的开关次数越多而变换器34的损失越容易变大这一点，根据调制度Rm而以使电动机32及变换器34的总损失减小(例如成为最小)的方式确定的结果。在实施例中，在调制度Rm比较大的区域中，与调制度Rm比较小的区域相比，在脉冲数Np比较小时电动机32的损失不容易增大而电动机32及变换器34的总损失不容易增大，立足于这一点而使脉冲数Np比较少。
需要说明的是，在图6中，关于脉冲数Np的边界等，仅是例示，能够根据电动机32、变换器34等的规格而适当设定。
接下来，判定执行用控制是第一PWM控制还是第二PWM控制(步骤S160)，在判定为执行用控制是第一PWM控制时，就此结束本例程。这种情况下，使用第一PWM控制的第一PWM信号进行变换器34的晶体管T11～T16的开关。这样，即使在电动机32的目标动作点属于第二PWM控制的区域时，在调制度Rm小于规定调制度Rmref时(执行第二PWM控制所带来的效果比较小时)，也能通过执行第一PWM控制而提高电动机32的响应性，来更合适地驱动电动机32。
在步骤S160中判定为执行用控制是第二PWM控制时，判定是否为第二PWM信号的生成定时(步骤S170)。该判定可以根据从上次生成第一PWM信号起是否经过了相当于间隔Δt2的时间来进行。需要说明的是，间隔Δt2可以设为例如基于上次的电角(上次θe)、角速度(上次ωm)和后述的开关角(上次θs[ns+Ns-1])而通过式(1)计算的值等。并且，在判定为是第二PWM信号的生成定时时，执行第二PWM信号的生成处理(步骤S172～S182)，在判定为不是第二PWM信号的生成定时时，不执行第二PWM信号的生成处理。
Δt2＝(上次θs[ns+Ns-1]-上次θe)/上次ωm…(1)
在第二PWM信号的生成处理中，首先，基于电动机32的转速Nm来设定制作数Ns(步骤S172)。在此，制作数Ns是表示制作(设定)几个后述的开关基准角θstmp、开关角θs、开关模式V的值。在实施例中，以在电动机32的转速Nm大时与电动机32的转速Nm小时相比制作数Ns增多的方式，详细而言，以电动机32的转速Nm越大则制作数Ns越多的方式设定该制作数Ns。这是因为，在将间隔Δt2设为规定范围内的时间时，在电动机32的转速Nm大时，与电动机32的转速Nm小时相比，能够增多间隔Δt2之间的开关次数。需要说明的是，该制作数Ns也可以使用恒定值。这种情况下，间隔Δt2在电动机32的转速Nm(角速度ωm)大时比在电动机32的转速Nm(角速度ωm)小时短。
接下来，基于电动机32的电角θe来制作(设定)开关编号ns(步骤S174)。在此，开关编号ns是在后述的开关基准角θstmp、开关角θs、开关模式V的设定中使用的编号，在值1～值N的范围内制作。值N是电动机32的电角θe的一个周期内的开关基准角θstmp、开关角θs、开关模式V的个数，成为脉冲图案PP的脉冲数Np、值2(各脉冲的上升及下降)、值3(U相、V相、W相)之积。
然后，基于脉冲图案PP、调制度Rm、开关编号ns和制作数Ns，制作(设定)开关编号ns～(ns+Ns-1)的开关基准角θstmp[ns]～θstmp[ns+Ns-1](步骤S176)。在此，开关基准角θstmp是开关角θs的基准角度。开关角θs是对电动机32的各相的相电压(晶体管T11～T16中的对应的相的晶体管的通断，例如，关于U相是晶体管T11、T14的通断)进行切换的角度。对于开关基准角θstmp[ns]～θstmp[ns+Ns-1]，在实施例中，预先确定脉冲图案PP及调制度Rm与开关编号1～N的开关基准角θstmp之间的关系并作为映射而存储于ROM54，当给出脉冲图案PP、调制度Rm、开关编号ns和制作数Ns时，代入该映射来导出开关编号ns～(ns+Ns-1)的开关基准角θstmp[ns]～θstmp[ns+Ns-1]而进行设定。将脉冲图案PP及调制度Rm与开关编号1～N的开关基准角θstmp之间的关系的一例示于图7。在图7中，将开关基准角θstmp的各值图示为值θ[PP、Rm、n](n：1～N)。在图7中，在脉冲图案PP为模式P1且调制度Rm为值R1且开关编号ns为值5且制作数Ns为值4时，将开关编号5～8的值θ[P1、R1、5]～θ[P1、R1、8]设定为开关基准角θstmp[5]～θstmp[8]。
当这样设定开关基准角θstmp[ns]～θstmp[ns+Ns-1]后，将设定的开关基准角θstmp[ns]～θstmp[ns+Ns-1]分别加上电压相位θp来设定开关角θs[ns]～θs[ns+Ns-1](步骤S178)。
接下来，基于脉冲图案PP、开关编号ns和制作数Ns，设定开关编号ns～(ns+Ns-1)的开关模式V[ns]～V[ns+Ns-1](步骤S180)。在此，开关模式V是表示晶体管T11～T13的通断的组合的模式，使用了模式V0～V7。需要说明的是，使用的不是晶体管T11～T16的通断的组合而是晶体管T11～T13的通断的组合是因为，通常，不会将晶体管T11～T16中的对应的上臂和下臂同时接通，即使省略晶体管T14～T16的通断的组合也无妨。模式V0～V7如以下所述。
模式V0：晶体管T11～T13全部断开
模式V1：晶体管T11、T12断开且晶体管T13接通
模式V2：晶体管T11、T13断开且晶体管T12接通
模式V3：晶体管T11断开且晶体管T12、T13接通
模式V4：晶体管T11接通且晶体管T12、T13断开
模式V5：晶体管T11、T13接通且晶体管T12断开
模式V6：晶体管T11、T12接通且晶体管T13断开
模式V7：晶体管T11～T13全部接通
对于开关模式V[ns]～V[ns+Ns-1]，在实施例中，预先确定脉冲图案PP与开关编号1～N的开关模式V之间的关系并作为映射而存储于ROM54，当给出脉冲图案PP、开关编号ns和制作数Ns时，代入该映射来导出开关编号ns～(ns+Ns-1)的开关模式V[ns]～V[ns+Ns-1]而进行设定。将脉冲图案PP与开关编号1～N的开关模式V之间的关系的一例示于图8。在图8中，将开关角θs的各值图示为值θ[PP、n](n：1～N)。在图8中，在脉冲图案PP为模式P1且开关编号ns的值为5且制作数Ns的值为4时，将开关编号5～8的开关模式V[P1、5]～V[P1、8]设定为开关模式V[5]～V[8]。
当这样设定开关编号ns～(ns+Ns-1)的开关角θs[ns]～θs[ns+Ns-1]及开关模式V[ns]～V[ns+Ns-1]后，基于设定的开关角θs[ns]～θs[ns+Ns-1]及开关模式V[ns]～V[ns+Ns-1]来生成晶体管T11～T16的第二PWM信号(步骤S182)。将开关编号ns的值为5且制作数Ns的值为4时的开关编号5～8、开关角θs[5]～θs[8]、开关模式V[5]～V[8]以及晶体管T11～T13的第二PWM信号之间的关系的一例示于图9。
接下来，计算电动机32的转矩指令Tm*、电动机32的转速Nm、高电压系统电力线42的电压VH、蓄电池36的电压VB的每单位时间的变化量ΔTm*、ΔNm、ΔVH、ΔVB(步骤S190)。接下来，将变化量ΔTm*的绝对值与阈值Δtmref进行比较(步骤S200)，将变化量ΔNm的绝对值与阈值Δnmref进行比较(步骤S202)，将变化量ΔVH的绝对值与阈值ΔVHref进行比较(步骤S204)，将变化量ΔVB的绝对值与阈值ΔVBref进行比较(步骤S206)，判定行驶路是否为低μ路(步骤S210)。
在此，阈值ΔTmref、ΔNmref、ΔVHref、ΔVBref分别是为了判定电动机32的转矩指令Tm*、电动机32的转速Nm、高电压系统电力线42的电压VH、蓄电池36的电压VB是否发生了骤变而使用的阈值。行驶路是否为低μ路的判定可以通过调查来自低μ路开关89的低μ路开关信号是否接通，或者将基于驱动轴26的旋转加速度推定出的行驶路的摩擦系数与阈值比较，或者将基于驱动轮22a、22b的旋转加速度推定出的行驶路的摩擦系数与阈值比较来进行。步骤S200～S206的处理是判定具有电动机32、变换器34、蓄电池36和升压转换器40的驱动系统的状态是否发生了骤变的处理，步骤S210的处理是判定是否预测到驱动系统的状态的骤变的处理。
在步骤S200～S206中变化量ΔTm*的绝对值小于阈值ΔTmref且变化量ΔNm的绝对值小于阈值ΔNmref且变化量ΔVH的绝对值小于阈值ΔVHref且变化量ΔVB的绝对值小于阈值ΔVBref，而且在步骤S210中判定为行驶路不是低μ路时，判断为驱动系统的状态未发生骤变，并且判断为也未预测到驱动系统的状态的骤变，就此结束本例程。当前，由于考虑在步骤S160中判定为执行用控制是第二PWM控制时，所以使用第二PWM信号进行变换器34的晶体管T11～T16的开关。由此，根据包含脉冲类型PT(第二PWMa或第二PWMb)及脉冲数Np的脉冲图案PP，能够降低电动机32的铁损或降低电压、电流的高次谐波。其结果是，能够更合适地驱动电动机32。
在步骤S200中变化量ΔTm*的绝对值为阈值ΔTmref以上时，在步骤S202中变化量ΔNm的绝对值为阈值ΔNmref以上时，在步骤S204中变化量ΔVH的绝对值为阈值ΔVHref以上时，在步骤S206中变化量ΔVB的绝对值为阈值ΔVBref以上时，判断为驱动系统的状态发生了骤变，将第一PWM控制再设定为执行用控制(步骤S220)，结束本例程。而且，在步骤S210中判定为行驶路是低μ路时，判断为预测到驱动系统的状态的骤变，将第一PWM控制再设定为执行用控制(步骤S220)，结束本例程。如上所述，在执行第二PWM控制的情况下，与执行第一PWM控制的情况相比，电动机32的响应性降低。在实施例中，考虑到这一点，在驱动系统的状态发生了骤变时或预测到驱动系统的状态的骤变时，执行第一PWM控制。由此，能够提高电动机32的响应性，能够更合适地驱动电动机32。
在以上说明的实施例的电动汽车20中，在执行正弦波PWM控制时，在电动机32的目标动作点(转速Nm及转矩指令Tm*)属于第一PWM控制的区域时，执行第一PWM控制，在电动机32的目标动作点属于第二PWM控制的区域时，基本上执行第二PWM控制。由此，在执行第一PWM控制的情况下，能够提高电动机32的响应性，在执行第二PWM控制的情况下，能够降低电动机32的铁损或者降低电压、电流的高次谐波。而且，关于能够在一定程度上预估到执行第二PWM控制所带来的效果的区域，确定为第二PWM控制的区域，关于几乎不能预估到该效果的区域，为了电动机32的响应性的提高而确定为第一PWM控制的区域，因此能够根据目标驱动点更合适地驱动电动机。
另外，在实施例的电动汽车20中，在执行正弦波PWM控制时，即使在电动机32的目标动作点属于第二PWM控制的区域时，也在调制度Rm小于规定调制度Rmref时执行第一PWM控制。由此，在执行第二PWM控制所带来的效果比较小时，能够提高电动机32的响应性，能够更合适地驱动电动机32。
此外，在实施例的电动汽车20中，在执行正弦波PWM控制时，即使在电动机32的目标动作点属于第二PWM控制的区域时，也在驱动系统的状态发生了骤变时或预测到驱动系统的状态的骤变时执行第一PWM控制。在执行第二PWM控制的情况下，与执行第一PWM控制的情况相比，电动机32的响应性降低，因此通过执行第一PWM控制而提高电动机32的响应性，能够更合适地驱动电动机32。
在实施例的电动汽车20中，在执行正弦波PWM控制时，在图3的步骤S130、S132中电动机32的目标动作点属于第二PWM控制的区域时，在步骤S150中，在调制度Rm为规定调制度Rmref以上时将第二PWM控制设定为执行用控制，在调制度Rm小于规定调制度Rmref时将第一PWM控制设定为执行用控制。然而，也可以在步骤S150中无论调制度Rm为规定调制度Rmref以上还是小于规定调制度Rmref，都将第二PWM控制设定为执行用控制。这种情况下，关于调制度Rm小于规定调制度Rmref的区域，也是基于区(电动机32的目标动作点)和调制度Rm来设定脉冲图案PP即可。
在实施例的电动汽车20中，在执行正弦波PWM控制时，在图3的步骤S150中将第二PWM控制设定为了执行用控制时，在步骤S200～S206中，使用电动机32的转矩指令Tm*、电动机32的转速Nm、高电压系统电力线42的电压VH、蓄电池36的电压VB的每单位时间的变化量ΔTm*、ΔNm、ΔVH、ΔVB来判定驱动系统的状态是否发生了骤变。然而，也可以使用电动机32的转矩指令Tm*、电动机32的转速Nm、高电压系统电力线42的电压VH、蓄电池36的电压VB的每单位时间的变化量ΔTm*、ΔNm、ΔVH、ΔVB的一部分来判定驱动系统的状态是否发生了骤变。而且，还可以使用除此以外的参数，例如电动机32的要求功率Pm*(＝Tm*·Nm)、电动机32的相电流Iu、Iv的有效值、在升压转换器40的电抗器L流动的电流IL、低电压系统电力线44的电压VL等的每单位时间的变化量来判定驱动系统的状态是否发生了骤变。
在实施例的电动汽车20中，在执行正弦波PWM控制时，在图3的步骤S150中将第二PWM控制设定为了执行用控制时，在步骤S200～S206中判定驱动系统的状态是否发生了骤变，并且在步骤S210中判定是否预测到驱动系统的状态的骤变。然而，也可以是判定驱动系统的状态是否发生了骤变但不判定是否预测到驱动系统的状态的骤变。而且，也可以是判定是否预测到驱动系统的状态的骤变但不判定驱动系统的状态是否发生了骤变。此外，也可以是既不判定驱动系统的状态是否发生了骤变也部判定是否预测到驱动系统的状态的骤变。
在实施例的电动汽车20中，作为在生成第二PWM信号时使用的脉冲图案PP的脉冲类型PT，使用了以降低电动机32的铁损的方式生成第二PWM信号的类型(第二PWMa)和以降低电压、电流的高次谐波的方式生成第二PWM信号的类型(第二PWMb)这两个类型。然而，作为脉冲类型PT，也可以使用三个以上的脉冲类型PT。这种情况下，例如可以使用以降低电动机32的铁损的方式生成第二PWM信号的类型、以降低电动机32的铜损的方式生成第二PWM信号的类型、以降低电动机32的转矩脉动的方式生成第二PWM信号的类型、以降低变换器34的损失的方式生成第二PWM信号的类型、以降低电动机32及变换器34的总损失的方式生成第二PWM信号的类型、以降低电压的高次谐波的方式生成第二PWM信号的类型、以降低电流的高次谐波的方式生成第二PWM信号的类型等。而且，作为脉冲类型PT，也可以仅使用一个类型。这种情况下，作为脉冲图案PP，设定仅与脉冲数Np对应的模式即可。
在实施例的电动汽车20中，在生成第二PWM信号时，基于脉冲图案PP(脉冲类型PT及脉冲数Np)和调制度Rm来设定开关基准角θstmp，使用电压相位θp对该开关基准角θstmp进行修正来设定开关角θs。然而，也可以基于脉冲图案PP、调制度Rm和电压相位θp直接设定开关角θs。
在实施例的电动汽车20中，在蓄电池36与变换器34之间设置了升压转换器40，但也可以不设置升压转换器40。
在实施例的电动汽车20中，构成为具备电动机32、变换器34和蓄电池36。然而，也可以如图10的变形例的混合动力汽车120所示，构成为除了具备电动机32和变换器34之外还具备发动机122、行星齿轮124、电动机132和变换器134。在此，在行星齿轮124的太阳轮上连接电动机132，在轮架上连接发动机122，在齿圈上连接驱动轴26及电动机32。变换器134连接于电动机132并且连接于高电压系统电力线42。
在实施例中，电动机32作为“电动机”发挥功能，变换器34作为“变换器”发挥功能，蓄电池36作为“蓄电池”发挥功能，电子控制单元50作为“电子控制装置”发挥功能。
以上，虽然使用实施例说明了用于实施本发明的方式，但实施例只不过是本发明的具体一例。本发明不受这样的实施例的任何限定，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内以各种方式实施。
本发明能够在汽车的制造产业等中加以利用。

Claims (10)

1.一种汽车，其特征在于，具备：
行驶用的电动机；
变换器，通过多个开关元件的开关来驱动所述电动机；
蓄电池，经由所述变换器与所述电动机授受电力；及
电子控制装置(50)，基于所述电动机的转矩指令来控制所述变换器，其中，
所述电子控制装置构成为，在包含所述电动机的转速及转矩指令的目标动作点处于规定区域外时，执行第一PWM控制，该第一PWM控制是通过基于所述转矩指令的各相的电压指令与载波电压的比较而生成所述多个开关元件的第一PWM信号来进行所述多个开关元件的开关的控制，
所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，选择第二PWM控制或所述第一PWM控制并予以执行，该第二PWM控制是根据基于所述转矩指令的电压的调制度及电压相位和所述电动机的电角的规定周期的脉冲数而生成所述多个开关元件的第二PWM信号来进行所述多个开关元件的开关的控制。
2.根据权利要求1所述的汽车，其特征在于，
所述电子控制装置构成为，在生成所述第二PWM信号时，基于所述调制度、所述脉冲数和所述电压相位来设定开关角，并且基于所述脉冲数来设定开关模式，基于所述开关角和所述开关模式来生成所述第二PWM信号。
3.根据权利要求1所述的汽车，其特征在于，
所述电子控制装置构成为，在执行所述第一PWM控制的情况下，以相当于载波电压的半个周期或一个周期的第一间隔来生成所述第一PWM信号，在执行所述第二PWM控制的情况下，以比所述第一间隔长的第二间隔来生成第二PWM信号。
4.根据权利要求1所述的汽车，其特征在于，
所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，在所述调制度小于规定调制度时执行所述第一PWM控制。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的汽车，其特征在于，
所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，基于所述目标动作点及所述调制度来设定所述脉冲数。
6.根据权利要求5所述的汽车，其特征在于，
所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，基于所述目标动作点及所述调制度设定所述脉冲数，并且从多个类型中设定一个作为选择类型，基于所述调制度、所述电压相位、所述脉冲数和所述选择类型来生成所述第二PWM信号，所述多个类型包含以降低所述电动机的铁损的方式生成所述第二PWM信号的类型和以降低高次谐波的方式生成所述第二PWM信号的类型。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的汽车，其特征在于，
所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，在具有所述电动机、所述变换器和所述蓄电池的驱动系统的状态发生了骤变时或预测到所述驱动系统的状态的骤变时执行所述第一PWM控制。
8.根据权利要求7所述的汽车，其特征在于，
所述电子控制装置构成为，在所述转矩指令、所述转速、所述变换器的电压、所述蓄电池的电压中的至少一者的每单位时间的变化量变得比阈值大时，判断为所述驱动系统的状态发生了骤变，并执行所述第一PWM控制。
9.根据权利要求7或8所述的汽车，其特征在于，
所述电子控制装置构成为，在行驶路为低μ路时，判断为预测到所述驱动系统的状态的骤变，并执行所述第一PWM控制。
10.根据权利要求5所述的汽车，其特征在于，
所述电子控制装置构成为，在所述目标动作点处于所述规定区域内时，基于所述目标动作点及所述调制度设定所述脉冲数，并且从多个类型中设定一个作为选择类型，基于所述调制度、所述电压相位、所述脉冲数和所述选择类型来生成所述第二PWM信号，
所述多个类型包含：
以降低所述电动机的铁损的方式生成所述第二PWM信号的类型；
以降低所述电动机的铜损的方式生成所述第二PWM信号的类型；
以降低所述电动机的转矩脉动的方式生成所述第二PWM信号的类型；
以降低所述变换器的损失的方式生成所述第二PWM信号的类型；
以降低所述电动机及所述变换器的总损失的方式生成所述第二PWM信号的类型；
以降低电压的高次谐波的方式生成所述第二PWM信号的类型；及
以降低电流的高次谐波的方式生成所述第二PWM信号的类型。
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