CN111051119A - 电动车辆控制装置、电动车辆控制方法、电动车辆控制程序以及电动车辆 - Google Patents

Abstract

电动车辆控制装置1包括：接收部11，其接收从多个传感器4u、4v、4w输出的多个信号，多个传感器4u、4v、4w与电动车辆100的电机3的各相位对应设置；掌握部12，基于由该接收部11所接收到的多个信号的组合来掌握转子级；判定部13，基于转子级来判定是否处于摆动状态；算出部14，在被判定为处于摆动状态的情况下，基于从判定部13在判定为处于摆动状态后开始的经过时间，来算出电机3的瞬时转速；以及驱动部15，基于被算出部14所算出的瞬时转速来驱动电机3。

Description

电动车辆控制装置、电动车辆控制方法、电动车辆控制程序以 及电动车辆

技术领域

本发明涉及一种电动车辆控制装置、电动车辆控制方法、电动车辆控制程序以及电动车辆。

背景技术

诸如将电机作为动力源的电动两轮车(两轮EV)等电动车辆已被普遍知晓(参照专利文献1)。在电动车辆中，即使是在齿轮固定的情况下，也能够从低转域到高转域获得所需的扭矩。因此，目前被普遍研究的是不设置离合器的电动车辆。

此外,在专利文献2中记载了一种电机控制装置，该电机控制装置以提升对电机的定子线圈的通电控制的精度为目的，并基于转子传感器的传感器信号来控制电机的通电定时。

先行技术文献

专利文献1：特开2013-248971号公报

专利文献2：特开2012-60705号公报

电动车辆的控制装置(ECU等)基于从霍尔元件等传感器输出的信号来算出电机的转速。此外，传感器被相对于电机的各相位(U相位、V相位、W相位)设置。

车轮在交替地重复正转与反转的状态下(以下，也简称为“摆动状态”)，有时会从上述传感器输出信号。在这种情况下，控制装置会错误地识别为车辆正在移动，并执行电机控制。例如，在上坡攀登时，当作用于车辆的推力与重力彼此相抗而陷入摆动状态的情况下，控制装置会识别为车辆正在移动，其结果就有可能会产生即使用户增加了油门操作量也无法增加电机扭矩的情况。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种电动车辆控制装置、电动车辆控制方法、电动车辆控制程序以及电动车辆，即使是在陷入摆动状态的情况下也能够进行适当的电机控制。

发明内容

本发明所涉及的电动车辆控制装置，其包括：

接收部，其接收从多个传感器输出的多个信号，所述多个传感器与旋转电动车辆的车轮的电机的各相位对应设置；

掌握部，基于所述多个信号的组合来掌握转子级；

判定部，基于所述转子级来判定是否处于摆动状态；

算出部，在被判定为处于所述摆动状态的情况下，基于从所述判定部在判定为处于所述摆动状态后开始的经过时间，来算出所述电机的瞬时转速；以及

驱动部，基于被所述算出部所算出的瞬时转速来驱动所述电机。

在所述电动车辆控制装置中，

所述掌握部掌握转子级编号来作为所述转子级，

当所述转子级编号不按照顺序时，所述判定部判定为是处于所述摆动状态。

在所述电动车辆控制装置中，

在被判定为处于所述摆动状态的情况下，所述算出部也可以基于所述经过时间、所述接收部所接收到的最近的信号以及紧接在所述信号之前的信号间的最近信号间隔来算出所述电机的瞬时转速。

在所述电动车辆控制装置中，

所述算出部也可以根据公式(1)以及公式(2)来算出所述瞬时转速。

n＝60000/(T×Np)···(1)

T＝Δt+te···(2)

其中，n是所述瞬时转速[rpm]，T是所述电机旋转一圈的时间[mSec]，Np是表示所述电机在旋转一圈的期间内所输出的脉冲数的值，Δt是所述最近信号间隔，te是所述经过时间。

在所述电动车辆控制装置中，

所述电机旋转一圈的时间T的指数也可以是更大于1。

在所述电动车辆控制装置中，

在被判定为未处于所述摆动状态的情况下，所述算出部也可以基于所述接收部所接收到的最近的信号以及紧接在所述信号之前的信号间的最近信号间隔来算出所述电机的瞬时转速。

本发明所涉及的电动车辆，其包括：

本发明所涉及的电动车辆控制装置。

在所述电动车辆中，

所述车轮与所述电机也可以是不通过离合器来机械地连接。

本发明所涉及的电动车辆控制方法，其包括：

基于从多个传感器输出的多个信号的组合来掌握转子级的步骤，所述多个传感器与旋转电动车辆的车轮的电机的各相位对应设置；

基于所述转子级来判定是否处于摆动状态的步骤；

在被判定为处于所述摆动状态的情况下，基于从被判定为处于所述摆动状态后开始的经过时间，来算出所述电机的瞬时转速的步骤；以及

基于所述被算出的瞬时转速来驱动所述电机的步骤。

本发明所涉及的电动车辆控制程序，其用于使计算机运行：

基于从多个传感器输出的多个信号的组合来掌握转子级的步骤，所述多个传感器与旋转电动车辆的车轮的电机的各相位对应设置；

基于所述转子级来判定是否处于摆动状态的步骤；

在被判定为处于所述摆动状态的情况下，基于从被判定为处于所述摆动状态后开始的经过时间，来算出所述电机的瞬时转速的步骤；以及

基于所述被算出的瞬时转速来驱动所述电机的步骤。

发明效果

在本发明中，掌握部是掌握转子级，判定部是基于转子级来判定是否处于摆动状态，算出部是基于经过时间来算出电机的瞬时转速。并且，驱动部是基于算出部算出的瞬时转速来驱动电机。因此，根据本发明，即使是在陷入摆动状态的情况下也能够进行适当的电机控制。

附图说明

图1是展示本发明的实施方式所涉及的电动车辆100的概略结构的图。

图2是展示电力转换部30以及电机3的概略结构的图。

图3是展示在电机3的转子上设置的磁铁、以及角度传感器4的图。

图4是展示转子角度与角度传感器的输出之间的关系的图。

图5是电动车辆控制装置1的控制部10的功能框图。

图6是用于说明实施方式中的转速以及旋转周期的变化的图表。

图7是展示车轮在正常地正转状态中的转子级编号的时间推移的图。

图8是展示摆动状态中的转子级编号的时间推移的一例的图。

图9是用于说明实施方式所涉及的电动车辆控制方法的一例的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图来对本发明的实施方式进行说明。

首先，参照图1来对实施方式所涉及的电动车辆100进行说明。

电动车辆100是使用从电池提供的电力来驱动电机，从而进行前进或后退的车辆。在本实施方式中，电动车辆100是诸如电动摩托车等电动两轮车。详细来说，电动车辆100是电机与车轮不通过离合器来机械地连接的无离合器的电动两轮车。此外，本发明所涉及的电动车辆不受此限定，其也可以是例如四轮的车辆。

如图1所示，电动车辆100包括：电动车辆控制装置1；电池2；电机3；角度传感器4；油门位置传感器5；辅助开关6；仪表7以及车轮8。

以下，将对电动车辆100的各构成要素进行详细说明。

电动车辆控制装置1是用于控制电动车辆100的装置，其具有：控制部10；存储部20；以及电力转换部30。此外，电动车辆控制装置1也可以被构成为是控制电动车辆100整体的ECU(Electronic Control Unit)。接着，对电动车辆控制装置1的各构成要素进行详细说明。

控制部10在从连接于电动车辆控制装置1的各种装置处输入信息。具体来说，控制部10接收：从电池2的BMU、角度传感器4、油门位置传感器5、辅助开关6输出的各种信号。控制部10输出显示于仪表7的信号。此外，控制部10通过电力转换部30来驱动控制电机3。关于控制部10的详细信息会进行后述。

存储部20用于存储：控制部10所使用的信息以及控制部10用于运作的程序。虽然该存储部20是例如非易失性的半导体存储器，但是也可以不限于此。

电力转换部30在将电池2的直流电力转换为交流电力后提供至电机3。该电力转换部30如图2所示，其由三相全桥电路构成。半导体开关Q1、Q3、Q5是高侧开关，半导体开关Q2、Q4、Q6是低侧开关。半导体开关Q1～Q6的控制端子被电连接于控制部10。电源端子30a与电源端子30b之间设置有平滑电容器C。半导体开关Q1～Q6是例如MOSFET或IGBT等。

半导体开关Q1如图2所示，其被连接于：电池2的正极所连接的电源端子30a与电机3的输入端子3a之间。同样地，半导体开关Q3被连接于：电源端子30a与电机3的输入端子3b之间。半导体开关Q5被连接于：电源端子30a与电机3的输入端子3c之间。

半导体开关Q2被连接于：电机3的输入端子3a与电池2的负极所连接的电源端子30b之间。同样地，半导体开关Q4被连接于：电机3的输入端子3b与电源端子30b之间。半导体开关Q6被连接于：电机3的输入端子3c与电源端子30b之间。此外，输入端子3a是U相位的输入端子，输入端子3b是V相位的输入端子，输入端子3c是W相位的输入端子。

电池2将电力提供至使电动车辆100的车轮8旋转的电机3。详细来说，电池2将直流电力提供至电力转换部30。该电池2包含电池管理单元(BMU)。电池管理单元将有关于电池2的电压或电池2的状态(充电率等)的信息发送至控制部10。

此外，电池2的数量不限于一个，也可以是多个。电池2虽然是例如锂离子电池，但其也可以是其他种类的电池。电池2也可以由不同种类(例如，锂离子电池与铅电池)的电池构成。

电机3是由从电力转换部30所提供的交流电力来进行驱动的三相交流电机。该电机3被机械地连接于车轮8，并使车轮8向所希望的方向旋转。在本实施方式中，电机3被不通过离合器来机械地连接于车轮8。此外，电机3的种类不受特别限定。

角度传感器4是用于检测电机3的转子的旋转角度的传感器。如图3所示，N极与S极的磁铁(传感器磁铁)被交替地安装在电机3的转子的周面上。角度传感器4是由例如霍尔元件所构成，并检测出磁场随着电机3的旋转所产生的变化。此外，磁铁也可以被设置在飞轮(未图示)的内侧。

如图3所示，角度传感器4具有：U相位角度传感器4u；V相位角度传感器4v；以及W相位角度传感器4w。在本实施方式中，U相位角度传感器4u与V相位角度传感器4v被配置为：相对于电机3的转子是构成30°的角度。同样地，V相位角度传感器4v与W相位角度传感器4w被配置为：相对于电机3的转子是构成30°的角度。

如图4所示，U相位角度传感器4u、V相位角度传感器4v以及W相位角度传感器4w输出：对应于转子角度(角度位置)的位相的脉冲信号。电机3(车轮8)的转速越高，连续的两个脉冲信号的上升沿(或者下降沿)间的间隔就越窄。

此外，如图4所示，表示转子级的编号(转子级编号)被分配至每个规定的转子角度。转子级表示电机3的转子的角度位置，在本实施方式中，每60°的电气角度就分配有转子级编号1、2、3、4、5、6。转子级由U相位角度传感器4u、V相位角度传感器4v以及W相位角度传感器4w的输出信号的等级(H级或L级)的组合来定义。例如，转子级编号1为(U相位、V相位、W相位)＝(H，L，H)，转子级编号2为(U相位、V相位、W相位)＝(H，L，L)。

转子级不限于由上述般的编号(数字)来表示，其也可以由诸如字母(例如，a、b、c、d、e、f)或规定的符号等来表示。此外，转子级也可以在每60°以外的角度中分配数字或文字等识别信息。

油门位置传感器5检测：根据用户的油门操作所设定的油门操作量，并将被检测后的油门操作量作为电气信号来发送至控制部10。当用户想要加速时油门操作量会变大，当用户想要减速时油门操作量会变小。即，油门操作量是相当于将内燃机作为驱动源的车辆中的节气门开度。

辅助开关6是用户在请求电动车辆100的辅助时所操作的开关。辅助开关6在被用户操作时，会将辅助请求信号发送至控制部10。当用户按下辅助开关6时(即，用户希望辅助时)，从辅助开关6输出该辅助请求信号。

仪表(显示部)7是设置在电动车辆100上的显示器(例如，液晶面板)，并显示各种信息。具体来说，在仪表7显示有：电动车辆100的行驶速度、电池2的剩余电量、当前时间、行驶距离等信息。在本实施方式中，仪表7被设置在电动两轮车的方向盘(未图示)上。

接着，对电动车辆控制装置1的控制部10进行详细说明。

如图5所示，控制部10具有：接收部11，其接收从角度传感器4输出的信号；掌握部12，其掌握转子级；判定部13，其判定是否处于摆动状态；算出部14，其算出电机3的瞬时转速；以及驱动部15，其驱动电机3。此外，控制部10的各部中的处理能够通过软件(程序)来实现。

接收部11接收：从多个传感器4u、4v、4w输出的多个信号，所述多个传感器4u、4v、4w与电机3的各相位对应设置。在本实施方式中，接收部11接收：从U相位角度传感器4u、V相位角度传感器4v以及W相位角度传感器4w输出的脉冲信号的上升沿。此外，接收部11也可以接收脉冲信号的下降沿。

掌握部12基于接收部11所接收到的多个信号的组合来掌握转子级。在本实施方式中，掌握部12基于从U相位角度传感器4u、V相位角度传感器4v以及W相位角度传感器4w输出的信号等级的组合来掌握转子级编号。例如，在信号等级的组合是(U相位、V相位、W相位)＝(H，L，L)的情况下，掌握部12掌握转子级编号为“2”。

判定部13基于掌握部12所掌握后的转子级来判定是否处于摆动状态。具体来说，当转子级编号不按照顺序时，判定部13判定为是处于摆动状态。在本实施方式中，转子级编号按照顺序是指：转子级编号变化为1→2→3→4→5→6→1→…(正转时)，或者变化为6→5→4→3→2→1→6→…(反转时)。图7的图表是展示车轮8在正常地正转状态中的转子级编号的时间推移。另一方面，如图8所示，当转子级编号以3→4→5→4→3→4→5…般进行反复增减时，则是处于摆动状态。

在被判定为是处于摆动状态时，算出部14基于从判定部13在判定为处于摆动状态后开始的经过时间，来算出电机3的瞬时转速。经过时间是图6中以时间te来表示的时间。

详细来说，在被判定为是处于摆动状态时，算出部14基于经过时间以及最近信号间隔来算出电机3的瞬时转速。此处的“最近信号间隔”是指：接收部11从角度传感器4最近接收到的信号(最近的信号，第一信号)与接收部11在紧接在该信号之前接收到的信号(第二信号)之间的间隔。在图6中，接收到上升沿E3的时刻t3与接收到上升沿E4的时刻t4之间的间隔Δt就是最近信号间隔。使用从U相位角度传感器4u、V相位角度传感器4v或W相位角度传感器4w输出的信号来求得最近信号间隔。在图6中，上升沿E2是紧接在上升沿E3之前接收到的信号，上升沿E1是紧接在上升沿E2之前接收到的信号。

此外，也可以基于从多个角度传感器输出的信号来求得最近信号间隔。在这种情况下，第一信号是从与电机3的第一相位对应安装设置的V相位角度传感器4v(第一角度传感器)输出的信号，第二信号是从与电机3的第一相位所不同的第二相位对应安装设置的U相位角度传感器4u(第二角度传感器)输出的信号。在第一相位是V相位，第二相位是U相位的情况下，第一信号与第二信号的间隔是相当于电机3旋转了1/3圈(120°旋转)的时间。因此，作为后述的公式(2)中的Δt的值，是使用例如将该间隔乘以3倍后的值。

在本实施方式中，算出部14通过公式(1)以及公式(2)来算出瞬时转速。

n＝60000/(T×Np)···(1)

T＝Δt+te···(2)

其中，n是瞬时转速[rpm]，T是电机3旋转一圈的时间[mSec]，Np是表示电机3在旋转一圈的期间内所输出的脉冲数的值，Δt是最近信号间隔，te是经过时间。Np是与电机3的极数相关联的值。

从公式(1)以及公式(2)可以知道，由算出部14所算出的瞬时转速会随着经过时间的变大而变小。即，如果被判定部13判定为是处于摆动状态，则如图6所示，瞬时转速会与经过时间成反比例地急速减少。

为了提升瞬时转速的减少速度，可以将公式(1)中的时间T的指数设为更大于1。这时，公式(1)成为公式(3)。

n＝60000/(T^α×Np)···(3)

其中，α是大于1的数字。

此外，在公式(2)中，也可以使用规定的基准时间来代替最近信号间隔Δt。这时，公式(2)成为公式(4)。

T＝Tc+to···(4)

其中，Tc是基准时间。

作为基准时间，例如也可以使用信号间隔的平均值。取平均的时间数是从最近信号间隔开始的规定数。以图6的图例来说的话，当规定数为3时，将时间(t2－t1)、时间(t3－t2)以及时间(t4－t3：最近信号间隔)的平均时间设为基准时间。

在被判定为未处于摆动状态时，算出部14基于最近信号间隔来算出电机3的瞬时转速。即，在公式(1)以及公式(2)中，是算出经过时间te为0的瞬时转速。

驱动部15将控制信号发送至电力转换部30的半导体开关Q1～Q6。详细来说，驱动部15生成具有基于目标扭矩所算出的通电定时与占空比的PWM信号，并将该PWM信号输出至半导体开关Q1～Q6。因此，电机3被驱动为产生目标扭矩。该驱动部15基于算出部14所算出的瞬时转速来驱动电机3。例如，在油门操作量较大的情况下，当算出部14所算出的瞬时转速较低时，驱动部15控制电力转换部30，使得从电力转换部30提供至电机3的电流变大。

如上所述，在本实施方式的电动车辆控制装置1中，掌握部12掌握转子级，判定部13基于转子级来判定是否处于摆动状态，算出部14基于经过时间来算出电机的瞬时转速。驱动部15基于算出部14所算出的瞬时转速来驱动电机。当电动车辆100陷入摆动状态的情况下，算出部14所算出的瞬时转速会随着经过时间的变大而逐渐变小，其结果就可以使用于电机控制的转速与实际的转速相一致。因此，根据本实施方式，即使是在陷入摆动状态的情况下也能够进行适当的电机控制。

电动车辆控制方法

接着，参照图9的流程图来对本实施方式涉及的电动车辆控制方法的一例进行说明。

首先，判定：接收部11是否已从角度传感器4接收到信号(步骤S11)。详细来说，在从U相位角度传感器4u、V相位角度传感器4v或W相位角度传感器4w接收到上升沿信号的情况下，前进至步骤S12。

随后，掌握部12基于从U相位角度传感器4u、V相位角度传感器4v以及W相位角度传感器4w输出的信号的组合来掌握转子级(步骤S12)。

接着，判定部13基于在步骤S12中掌握的转子级来判定是否处于摆动状态(步骤S13)。并且，在被判定为处于摆动状态的情况下(S13：Yes)，算出部14基于从判定为处于摆动状态后开始的经过时间，来算出电机3的瞬时转速(步骤S14)。在本实施方式中，使用所述的公式(1)以及公式(2)来算出瞬时转速。之后，驱动部15基于在步骤S14中算出的瞬时转速来驱动电机3(步骤S15)。

另一方面，在被判定为未处于摆动状态的情况下(S13：No)，算出部14基于最近信号间隔来算出电机3的瞬时转速(步骤S16)。在本实施方式中，在公式(1)以及公式(2)中算出的是经过时间te为0的瞬时转速。之后，驱动部15基于在步骤S16中算出的瞬时转速来驱动电机3(步骤S15)。

根据上述本实施方式涉及的电动车辆控制方法，即使是在陷入摆动状态的情况下，也能够使用于电机控制的转速与实际的转速相一致，并进行适当的电机控制。

在上述实施方式中说明过的电动车辆控制装置1(控制部10)的至少一部分既可以利用硬件来构成，也可以利用软件来构成。在利用软件来构成的情况下，可以将实现控制部10的至少一部分功能的程序存储于软盘或CD-ROM等记录介质中，并使计算机在读取后执行。记录介质不限于磁盘或光盘等可装卸的记录介质，其也可以是硬盘装置或存储器等固定型的记录介质。

此外，也可以将用于实现控制部10的至少一部分功能的程序通过因特网等通信线路(也包含无线通信)来进行分发。其次，也可以是在对该程序进行加密、调制或压缩的状态下，通过因特网等有线线路或无线线路来进行分发，或是在存储于记录介质后分发。

基于上述的记载，对于本领域的专业人员来说，也许可以想到本发明的追加效果或各种变形，但是本发明的形态不受上述各实施方式所限定。可以适当组合不同实施方式中的构成要素。在不脱离权利要求所规定的内容以及从其等同物所导出的本发明的概念思想与主旨的范围内，能够进行各种追加、变更及部分删减。

符号说明

1 电动车辆控制装置

2 电池

3 电机

4 角度传感器

4u U相位角度传感器

4v V相位角度传感器

4w W相位角度传感器

5 油门位置传感器

6 辅助开关

7 仪表

8 车轮

10 控制部

11 接收部

12 掌握部

13 判定部

14 算出部

15 驱动部

20 存储部

30 电力转换部

100 电动车辆

E1、E2、E3、E4 上升沿

Claims (10)

1.一种电动车辆控制装置，其特征在于，包括：

接收部，其接收从多个传感器输出的多个信号，所述多个传感器与旋转电动车辆的车轮的电机的各相位对应设置；

掌握部，基于所述多个信号的组合来掌握转子级；

判定部，基于所述转子级来判定是否处于摆动状态；

算出部，在被判定为处于所述摆动状态的情况下，基于从所述判定部在判定为处于所述摆动状态后开始的经过时间，来算出所述电机的瞬时转速；以及

驱动部，基于被所述算出部所算出的瞬时转速来驱动所述电机。

2.根据权利要求1所述的电动车辆控制装置，其特征在于：

其中，所述掌握部掌握转子级编号来作为所述转子级，

当所述转子级编号不按照顺序时，所述判定部判定为是处于所述摆动状态。

3.根据权利要求1所述的电动车辆控制装置，其特征在于：

其中，在被判定为处于所述摆动状态的情况下，所述算出部基于所述经过时间、所述接收部所接收到的最近的信号以及紧接在所述信号之前的信号间的最近信号间隔来算出所述电机的瞬时转速。

4.根据权利要求3所述的电动车辆控制装置，其特征在于：

其中，所述算出部根据公式(1)以及公式(2)来算出所述瞬时转速。

n＝60000/(T×Np)···(1)

T＝Δt+te···(2)

在公式中，n是所述瞬时转速[rpm]，T是所述电机旋转一圈的时间[mSec]，Np是表示所述电机在旋转一圈的期间内所输出的脉冲数的值，Δt是所述最近信号间隔，te是所述经过时间。

5.根据权利要求4所述的电动车辆控制装置，其特征在于：

其中，所述电机旋转一圈的时间T的指数是更大于1。

6.根据权利要求1所述的电动车辆控制装置，其特征在于：

其中，在被判定为未处于所述摆动状态的情况下，所述算出部基于所述接收部所接收到的最近的信号以及紧接在所述信号之前的信号间的最近信号间隔来算出所述电机的瞬时转速。

7.一种电动车辆，其特征在于，包括：

权利要求1所述的电动车辆控制装置。

8.根据权利要求7所述的电动车辆，其特征在于：

其中，所述车轮与所述电机是不通过离合器来机械地连接。

9.一种电动车辆控制方法，其特征在于，包括：

基于从多个传感器输出的多个信号的组合来掌握转子级的步骤，所述多个传感器与旋转电动车辆的车轮的电机的各相位对应设置；

基于所述转子级来判定是否处于摆动状态的步骤；

在被判定为处于所述摆动状态的情况下，基于从被判定为处于所述摆动状态后开始的经过时间，来算出所述电机的瞬时转速的步骤；以及

基于所述被算出的瞬时转速来驱动所述电机的步骤。

10.一种电动车辆控制程序，其特征在于：

使计算机运行

基于从多个传感器输出的多个信号的组合来掌握转子级的步骤，所述多个传感器与旋转电动车辆的车轮的电机的各相位对应设置；

基于所述转子级来判定是否处于摆动状态的步骤；

在被判定为处于所述摆动状态的情况下，基于从被判定为处于所述摆动状态后开始的经过时间，来算出所述电机的瞬时转速的步骤；以及

基于所述被算出的瞬时转速来驱动所述电机的步骤。

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