DE112016007484T5

DE112016007484T5 - Vortriebssteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112016007484T5
Application number: DE112016007484.0T
Authority: DE
Inventors: Kotaro Matsuda; Shinsuke Kadoi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2019-08-29
Also published as: WO2018100630A1; JPWO2018100630A1; JP6570769B2

Abstract

Eine Vortriebssteuerungsvorrichtung weist eine Leistungswandlervorrichtung auf, die Leistung an einen elektrischen Motor zuführt, der ein elektrisches Fahrzeug antreibt. Die Vortriebssteuerungsvorrichtung weist eine Momentenbefehlsberechnungseinheit (30) zum Berechnen eines Momentenbefehlswerts auf, das durch den elektrischen Motor erzeugt werden soll. Die Momentenbefehlsberechnungseinheit (30) weist eine Zielwertberechnungseinheit (32) zum Berechnen eines ersten Moments τ₁ auf der Basis eines Betriebsbefehls auf und eine Änderungsratensteuerungseinheit (34) zum Berechnen und Ausgeben eines zweiten Moments τ₂ auf, das ein Moment ist, das durch Unterdrücken einer Änderungsrate des ersten Moments τ₁ auf einer Basis einer empfangenen Spannung V_r des elektrischen Fahrzeugs erlangt wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vortriebssteuerungsvorrichtung, die eine Leistungswandlervorrichtung steuert, die Leistung an einen elektrischen Motor zuführt, der ein elektrisches Fahrzeug antreibt.
Hintergrund
Allgemein elektrische Fahrzeuge sind dazu konfiguriert, dass Leistung von einer Oberleitung durch eine Stromsammeleinrichtung aufgenommen wird, wobei die so aufgenommene Leistung dazu benutzt wird, einen elektrischen Motor mit einer Leistungswandlervorrichtung anzutreiben, wie etwa einer Umrichtervorrichtung, und dadurch fährt das elektrische Fahrzeug. Wenn ein Fahrzeug dazu genutzt wird, eine Antriebskraft auszuüben, was als Leistungsfahrtbetrieb bezeichnet wird, wird dann durchgeführt, wobei von der Oberleitung zugeführte Leistung verbraucht wird, um den elektrischen Motor anzutreiben, und wenn ein Bremsen auf das Fahrzeug beaufschlagt wird, was eine Regenerativbremsensteuerung genannt wird, wird durchgeführt, wobei der elektrische Motor regenerativ betrieben wird, um eine Bremskraft zu erhalten.
Jedoch, wenn die Kapazität einer Substation, die Leistung zu der Oberleitungsleitung zuführt klein ist oder wenn ein Spannungsabfall in der Oberleitungsleitung groß ist, weil eine große Entfernung zwischen der Substation und dem elektrischen Fahrzeug besteht, gibt es Fälle, in denen die empfangene Spannung des elektrischen Fahrzeugs abnimmt und ein Fall in dem die empfangene Spannung ansteigt während des Leistungsfahrtbetrieb des elektrischen Motors.
In dem Fall, in dem die empfangene Spannung abnimmt, falls das Abnehmen der empfangenen Spannung bemerkbar ist, gibt es die Möglichkeit, dass die Leistungswandlervorrichtung anhält, wegen einer niedrigen Spannung oder dass andere Fahrzeuge die Leistung von derselben Oberleitungsleitung empfangen, nicht mehr fahren können. Demgemäß, in dem Fall, in dem die empfangene Spannung abnimmt, wird eine Steuerung durchgeführt, so dass ein Leistungsfahrtmoment des elektrischen Motors reduziert wird, um den Leistungsverbrauch zu drosseln.
Im Gegenteil, im Falle, in dem die empfangene Spannung ansteigt, falls der Anstieg der empfangenen Spannung bemerkbar ist, können verschiedene Einrichtungen, die mit der Oberleitungsleitung verbunden sind, abschalten aufgrund der Überspannung oder die Einrichtungen können beschädigt werden. Demgemäß, wenn die empfangene Spannung ansteigt, wird eine Steuerung durchgeführt, so dass ein Regenerativmoment des elektrischen Motors reduziert wird, um die Regenerativleistung zu drosseln.
In Patentliteratur 1, wie nachstehend beschrieben, wird ein Verfahren offenbart, in dem bestimmt wird, ob eine Eingangsspannung eines Umrichters eine gegebene Spannungsbedingung erfüllt, und wenn bestimmt wird, dass die Eingangsspannung des Umrichters die gegebene Spannungsbedingung nicht erfüllt, wird ein Elektromotor-Steuerungsstrom auf einen Wert gesetzt, der einer Filterkondensatorspannung entspricht.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 2002-252902
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Eine Ausgangsspannung eines innerhalb der Substation angeordneten Generators oder stromaufwärts der Substation angeordneten Generators wird so gesteuert, dass sie einen konstanten Wert aufweist, sogar wenn sich eine Last ändert. Demgemäß findet ein Steuerungssystem, das die Ausgangsspannung der Substation konstant macht eine Änderung im Betriebszustand des elektrischen Fahrzeugs als Störung. Falls der Betriebszustand des elektrischen Fahrzeugs konstant ist, wird die Ausgangsspannung der Substation ebenfalls als dazu gesteuert, ein konstanter Wert zu sein, aber je härter die Änderung in der Leistungsfahrtleistung oder Regenerativleistung des elektrischen Fahrzeugs ist, desto größer werden die transienten Fluktuationen in der Ausgangsspannung der Substation. Je kleiner ein Abstand der Leistungskapazität der Substation in Bezug auf die durch das elektrische Fahrzeug erforderliche Leistung ist, je ausgeprägter ist diese Tendenz.
Es ist unnötig zu sagen, dass, wenn die Ausgangsspannung der Substation fluktuiert, die empfangene Spannung des elektrischen Fahrzeugs ebenfalls fluktuiert, so dass es notwendig ist, für das elektrische Fahrzeug, die Steuerung des Reduzierens des Leistungsfahrtmoment oder des Regenerativmoments zu verstärken. Das bedeutet, dass weil der Einfluss der transienten Änderung der Ausgangsspannung der Substation vorliegt, das elektrische Fahrzeug einen Betrieb durchführen wird, der das Moment mehr als notwendig reduziert zu einem Zeitpunkt des Startens der Leistungsfahrt oder der Regeneration.
In Patentliteratur 1 wird die Menge der elektrischen Leistung des elektrischen Motors so gesteuert, dass die Leistungsempfangsspannung einen Grenzwert nicht überschreitet und ein Betriebszustand wird erlangt, indem die Leistungsfahrt oder Regeneration fortgesetzt werden kann. Jedoch wird in dem Verfahren der Patentliteratur 1 dem Einfluss der transienten Fluktuation der Ausgangsspannung der Substation zum Zeitpunkt eines Hochfahrens des Moments keine Berücksichtigung gegeben.
Die vorliegende Erfindung wurde in Blick auf das Voranstehende gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vortriebssteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, eine unnötige Momentenreduzierungsmenge zu drosseln während eine transiente Fluktuation einer Empfangsspannung eines elektrischen Fahrzeugs gedrosselt wird.
Lösung des Problems
Um die voranstehend benannten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erlangen, ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vortriebssteuerungsvorrichtung, die eine Leistungswandlervorrichtung steuert, die Leistung an einen elektrischen Motor zuführt, der ein elektrisches Fahrzeug antreibt. Die Vortriebssteuerungsvorrichtung weist eine Momentenbefehlsberechnungseinheit zum Rechnen eines Moments, das durch den elektrischen Motor zu erzeugen ist, auf. Die Momentenbefehlsberechnungseinheit weist eine Zielwertberechnungseinheit zum Berechnen eines ersten Moments auf einer Basis eines Betriebsbefehls auf und eine Änderungsratensteuerungseinheit zum Berechnen und Ausgeben eines zweiten Moments auf, das durch Unterdrücken bzw. Drosseln einer Änderungsrate des ersten Moments auf einer Basis einer empfangenen Spannung des elektrischen Fahrzeugs erlangt wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung erreicht einen Effekt des Unterdrückens bzw. Drosselns einer unnötigen Momentenreduzierungsmenge während eine transiente Fluktuation einer empfangenen Spannung eines elektrischen Fahrzeugs unterdrückt bzw. gedrosselt wird.
Figurenliste

1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Antriebssystems für ein elektrisches Fahrzeug, das eine Vortriebssteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist.
2 zeigt ein Vektordiagramm, das eine Leistungszufuhrspannung und eine empfangene Spannung in einem stationären Zustand zeigt, wenn eine Vortriebssteuerungsvorrichtung der 1 Leistung verbraucht.
3 zeigt ein Vektordiagramm, das eine Leistungszufuhrspannung und eine empfangene Spannung in einem stationären Zustand zeigt, wenn die Vortriebssteuerungsvorrichtung in 1 Leistung regeneriert.
4 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Antriebssystems für ein elektrisches Fahrzeug in einer Form verschieden von der 1 dargestellten.
5 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Antriebssystems eines elektrischen Fahrzeugs in einem Fall, in dem ein Gleichrichter in eine Konfiguration von 4 als Teil einer Leistungszufuhr angesehen wird.
6 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Antriebssystems eines elektrischen Fahrzeugs in einer Form verschieden von denen in den 1 und 5 dargestellten.
7 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Momentenbefehlsberechnungseinheit in der ersten Ausführungsform darstellt.
8 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Beispielkonfiguration einer Änderungsratensteuerungseinheit in der ersten Ausführungsform darstellt.
9 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Änderungsmengenbegrenzungstabelle darstellt, die in 8 dargestellt ist.
10 zeigt ein Diagramm zum Erläutern wie die Änderungsrate eines zweiten Moments sich unter Steuerung der Änderungsratensteuerungseinheit in einem Fall ändert, in dem ein erstes Moment ein Leistungsfahrtmoment ist.
11 zeigt ein Diagramm zum Erläutern, wie die Änderungsrate des zweiten Moments sich unter der Steuerung der Änderungsratensteuerungseinheit in einem Fall ändert, in dem das erste Moment ein Regenerativmoment ist.
12 zeigt ein Diagramm zum Erläutern einer Funktion einer Änderungsratensteuerungseinheit in einer zweiten Ausführungsform.
13 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Beispielkonfiguration der Änderungsratensteuerungseinheit in der zweiten Ausführungsform darstellt.
14 zeigt ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels einer Zeitkonstantentabelle, die in 13 dargestellt ist.
15 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Momentenbefehlsberechnungseinheit in einer dritten Ausführungsform darstellt.
16 zeigt ein Diagramm, das eine Beispielkonfiguration einer Begrenzerverarbeitungseinheit darstellt, die in 15 dargestellt ist.
17 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Leistungsbegrenzertabelle darstellt, die in 16 dargestellt ist.
18 zeigt ein Diagramm zum Erläutern eines Zustands, in dem eine Leistungsbegrenzung ermöglicht wird und ein Stabilisationsfilter zwischen Eingeschaltet und Ausgeschaltet geschaltet wird.
19 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Momentenbefehlsberechnungseinheit in einer vierten Ausführungsform darstellt.
20 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration zum Implementieren der Momentenbefehlsberechnungseinheit in jeder der ersten bis vierten Ausführungsform darstellt.
21 zeigt ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Hardwarekonfiguration zum Implementieren der Momentenbefehlsberechnungseinheit in jeder der ersten bis vierten Ausführungsform darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Hiernach wird eine Vortriebssteuerungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform.
1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Antriebssystems für ein elektrisches Fahrzeug 100, das eine Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist. Die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die zur Vortriebssteuerung eines elektrischen Fahrzeugs (nicht dargestellt) benutzt wird. 1 stellt eine Leistungszufuhr 110 dar, die eine Leistungszufuhrausstattung 106 aufweist, die dazu in der Lage ist, Wechselstromleistung an die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 zuzuführen und weist eine Wechselstromoberleitung 108 zum Zuführen der Wechselstromleistung, die durch die Leistungszufuhrausstattung 106 erzeugt wird an die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1.
Die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 weist eine Leistungswandlervorrichtung 2 auf, die die Wechselstromleistung aufnimmt, die durch die Leistungszufuhr 110 zugeführt wird und nutzt die dadurch aufgenommene Leistung zum Zuführen von Leistung an einen elektrischen Motor 120 zum Antreiben des elektrischen Fahrzeugs. Die Leistungswandlervorrichtung 2 weist einen Gleichrichter 20 auf, der eine beaufschlagte Wechselstromspannung gleichrichtet zum Wandeln der Wechselstromspannung in eine Gleichstromspannung und einen Wechselrichter 22 auf, der eine Gleichstromspannungsausgabe von dem Gleichrichter 20 in eine Wechselstromspannung wandelt. Solch eine Konfiguration einschließlich des Gleichrichters 20 und des Wechselrichters 22 ist eine allgemeine Konfiguration einer Vortriebssteuerungsvorrichtung, die in einem elektrischen Fahrzeug installiert ist. Der elektrische Motor 120, welcher eine Last des Wechselrichters 22 ist, wird rotierend durch die Ausgangsspannung des Wechselrichters 22 angetrieben. Der Gleichrichter 20 kann entweder ein selbstgeführter Umrichter oder ein Diodengleichrichter sein.
Die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 weist des Weiteren eine Steuerungseinrichtung 3 auf, die die Leistungswandlervorrichtung 2 steuert. Die Steuerungseinrichtung 3 erzeugt ein Pulsweitenmodulation(PWM)Signal zur PWM-Steuerung des Wechselrichters 22 zum Steuern des Wechselrichters 22. Wenn der Gleichrichter 20 ein selbstgeführter Umrichter ist, kann die Steuerungseinrichtung 3 den Gleichrichter 20 steuern. Es gibt bekannte Dokumente zur PWM-Steuerung und eine detaillierte Beschreibung davon wird hier ausgelassen.
Die Bedeutung von den in 1 dargestellten Symbolen ist wie folgt.

V_f: Leistungszufuhrspannung
V_r: empfangene Spannung
i_L: Laststrom
Z_L: Impedanzelement

Die Leistungszufuhrspannung V_f ist eine Ausgangsspannung der Leistungszufuhrausstattung 106. Die aufgenommene Spannung V_r ist eine durch die Leistungswandlervorrichtung 2 empfangene Spannung über die Wechselstromoberleitungsleitung 108. Das bedeutet, dass die empfangene Spannung V_r eine Spannung ist, die auf die Leistungswandlervorrichtung 2 beaufschlagt wird. Der Laststrom i_L ist ein Strom, der zwischen der Leistungszufuhr 110 und der Leistungswandlervorrichtung 2 strömt. Der Laststrom i_L kann in einen Strom gewandelt werden, der in die Leistungswandlervorrichtung 2 von der Leistungszufuhr 110 strömt oder ein Strom, der von der Leistungswandlervorrichtung 2 zu der Leistungszufuhr 110 strömt.
Das Impedanzelement Z_L repräsentiert eine Aggregation der Impedanz der Leistungszufuhrausstattung 106 und der Impedanz der Wechselstromoberleitung 108. Eine Aktion des Impedanzelements Z_L wird mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben.
2 zeigt ein Vektordiagramm, dass die Leistungszufuhrspannung V_f und die empfangene Spannung V_r in einem stationären Zustand zeigt, wenn die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 Leistung verbraucht. 3 zeigt ein Vektordiagramm, das die Leistungszufuhrspannung V_f und die Empfangsspannung V_r in einem stationären Zustand zeigt, wenn die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 Leistung regeneriert. In den 2 und 3 ist eine Widerstandskomponente des Impedanzelements Z_L durch „r“ angegeben und eine Reaktanzkomponente des Impedanzelements Z_L ist durch „x“ angegeben. Durch diese Definition kann das Impedanzelement Z_L repräsentiert werden, mit der Nutzung eines Symbol „j“, das einen Imaginärteil repräsentiert, durch eine Formel „Z_L=r+jx“.
Wenn die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 Leistung zum Antreiben des elektrischen Motors 120 verbraucht, haben die Leistungszufuhrspannung V_f und die empfangene Spannung V_r und der Laststrom i_L ein in 2 dargestelltes Verhältnis. In 2 „0“, siehe Seite 9, Zeile 10, wird ein Lastleistungsfaktorwinkel genannt. Der Lastleistungsfaktorwinkel θ ist ein Winkel, der durch die empfangene Spannung V_r und den Laststrom i_L gebildet wird. Zusätzlich ist in 2 „δ“, siehe Seite 9, Zeile 12, ein Phasendifferenzwinkel genannt. Der Phasendifferenzwinkel δ ist ein Winkel, der durch die Leistungszufuhrspannung V_f und die empfangene Spannung V_r gebildet wird.
Wenn die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 Leistung zum Antreiben des elektrischen Motors 120 verbraucht, wird die empfangene Spannung V_r kleiner als die Leistungszufuhrspannung V_f , weil ein Spannungsabfall an einem Impedanzelement r+jx vorliegt, und ein Spannungsdifferenzvektor Δv, wie dargestellt in der Figur, wird erzeugt. Wie in der Figur dargestellt, kann der Spannungsdifferenzvektor Δv in eine Komponente „ri_L“ parallel zu dem Laststrom i_L und eine Komponente „xi_L“ orthogonal zu dem Laststrom i_L zerlegt werden.
Wenn die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 Regenerativleistung von dem elektrischen Motor 120 annimmt, haben die Leistungszufuhrspannung V_f , die empfangene Spannung V_r und der Laststrom i_L eine in 3 dargestelltes Verhältnis. Zur selben Zeit wird die empfangene Spannung V_r größer als die Leistungszufuhrspannung V_f , weil eine Spannung an dem Impedanzelement r+jx sich erhöht und ein Spannungsdifferenzvektor Δv wie dargestellt in der Figur erzeugt wird. Auf ähnliche Weise zu dem Fall in 2 kann der Spannungsdifferenzvektor Δv in eine Komponente „ri_L“ parallel zu dem Laststrom i_L und eine Komponente „xi_L“ orthogonal zu dem Laststrom i_L zerlegt werden.
Die 2 und 3 stellen die empfangene Spannung V_r und die Leistungszufuhrspannung V_f in dem stationären Zustand dar, wenn die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 fortgesetzt eine gewisse Menge von Leistung verbraucht oder regeneriert bzw. erzeugt. Währenddessen, neben diesem stationären Zustand, tritt eine transiente Fluktuation in der Leistungszufuhrspannung V_f auf wie beschrieben in dem Abschnitt „Technical Problem“.
Der Grund warum die Leistungszufuhrspannung V_f transient fluktuiert, wenn sich die Lastleistung ändert, kann wie folgt beschrieben werden.
Zuerst, in der vorliegenden Erfindung, obwohl die Form der Leistungszufuhr 110 nicht im Besonderen beschränkt ist, wird angenommen, dass ein Rotationsgenerator (nicht dargestellt) auf einem Leistungszufuhrpfad vorhanden ist. Der Generator wird gesteuert, so dass die Ausgangsspannung konstant wird, indem ein Anregungsstrom einer Feldwindung eingestellt wird und eine Maschineneingabe an den Generator eingestellt wird. Jedoch, gibt es eine Antwortverzögerung auch an einem Steuerungssystem, das die Ausgangsspannung konstant hält; daher fluktuiert die Ausgangsspannung etwas, wenn die Lastleistung fluktuiert. Zusätzlich, je steiler die Fluktuation der Lastleistung, desto größer wird die Fluktuation in der Ausgangsspannung. Demgemäß, wenn die Leistungszufuhrspannung V_f abnimmt, nimmt die empfangene Spannung V_r natürlich ab. In der vorliegenden Erfindung wird diesem Phänomen Beachtung geschenkt.
4 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Antriebssystems für ein elektrisches Fahrzeug 100A in einer Form verschieden von der in 1 dargestellten. 4 zeigt eine allgemeine Konfiguration eines elektrischen Fahrzeugs, das durch ein Nutzen eines diesel-elektrischen Systems konfiguriert ist. Eine Leistungszufuhr 110A weist einen Dieselmotor 111 und einen Generator 112 auf, der Wechselstromleistung durch Nutzen des Ausgangs des Dieselmotors 111 erzeugt. Die Leistung des Generators 112 wird dem Wechselrichter 22 über den Gleichrichter 20 zugeführt und der elektrische Motor 120 wird durch den Wechselrichter 22 angetrieben. Auf ähnliche Weise zu einem elektrischen Fahrzeug, das eine Leistungszufuhr von einer Wechselstromoberleitung empfängt kann der Gleichrichter 20 entweder ein selbstgeführter Umrichter oder ein Diodengleichrichter sein. Es gibt einen Unterschied in dem Grad des Einflusses des Impedanzelements Z_L . Jedoch ist die in 4 dargestellte Konfiguration ähnlich zu der in 1 dargestellten; daher erreicht eine Vortriebssteuerungsvorrichtung 1A, die in 4 dargestellt ist, einen Effekt des Anwendens der vorliegenden Erfindung ähnlich zu der Vortriebssteuerungsvorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist.
5 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Antriebssystems 100B für ein elektrisches Fahrzeug in einem Fall, in dem der Gleichrichter 20 in eine Konfiguration der 4 als ein Teil der Leistungszufuhr angesehen wird. In einem Fall, in dem der Gleichrichter 20 ein Diodengleichrichter 20B ist, kann der Diodengleichrichter 20B als ein Teil einer Leistungszufuhr 110B angesehen werden und als eine Komponente der Leistungszufuhr 110B, wie in der Figur dargestellt, eingeschlossen werden. In dem Fall ist die empfangene Spannung V_r für eine Vortriebssteuerungsvorrichtung 1B eine Gleichstromspannung, aber die empfangene Spannung V_r ändert sich abhängig von einer Eingangsspannung V_a des Diodengleichrichters 20B. Daher erreicht die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1B, die in 5 dargestellt ist, einen Effekt des Anwendens der vorliegenden Erfindung ähnlich zu der Vortriebssteuerungsvorrichtung 1A, die in 4 dargestellt ist.
6 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Antriebssystems 100C für ein elektrisches Fahrzeug in einer von der in den 1 und 5 dargestellten Form verschiedenen Form. Die 6 stellt eine allgemeine Konfiguration eines elektrischen Fahrzeugs dar, das durch Empfangen einer Leistungszufuhr vo9n einer Gleichstromoberleitung fährt, das bedeutet, dass ein elektrisches Fahrzeug von einem Gleichstromleistungs-Speisungstyp ist.
In einem Fall einer Gleichstromleistungsspeisung, richtet eine Substation mittels Dioden eine von einem Wechselstromverteilungssystem empfangene Leistung gleich und führt eine Gleichstromleistung an ein Leistungszufuhrsystem zu. Daher, wie in 6 dargestellt, kann ein Diodengleichrichter 20C, der in der Substation bereitgestellt ist, als eine Komponente eine Leistungszufuhr 110C angesehen werden. Als Ergebnis weist eine Leistungssteuerungsvorrichtung Vortriebssteuerungsvorrichtung 1C, wie 6 dargestellt, dieselbe Konfiguration auf wie die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1B, die in 5 dargestellt ist.
Die empfangene Spannung V_r für the Vortriebssteuerungsvorrichtung 1C ist eine Gleichstromspannung. Die empfangene Spannung V_r ändert sich abhängig von der Eingangsspannung V_a des Gleichrichters. Daher, erreicht die Vortriebssteuerungsvorrichtung 1C, die in 6 dargestellt ist, einen Effekt des Anwendens der vorliegenden Erfindung ähnlich zu der Vortriebssteuerungsvorrichtung 1B, die in 5 dargestellt ist. Jedoch strömt die Regenerativleistung des elektrischen Fahrzeugs nicht zu einer Wechselstromleistungszufuhrseite gesehen von dem Diodengleichrichter 20C. Daher wird die Regenerativleistung des elektrischen Fahrzeugs nur durch andere Fahrzeuge in demselben Abschnitt verbraucht. Demgemäß, in dem Regenerativbetrieb, gibt es keine transiente Fluktuationen der Leistungszufuhrspannung V_f , denen in der vorliegenden Erfindung Beachtung geschenkt wird.
7 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Momentenbefehlsberechnungseinheit 30 in der ersten Ausführungsform darstellt. Die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30 ist eine Berechnungseinheit, die innerhalb der Steuerungseinrichtung 3 konfiguriert ist. Wie in 7 dargestellt, weist die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30 eine Zielwertberechnungseinheit 32 und eine Änderungsratensteuerungseinheit 34 auf.
Die Zielwertberechnungseinheit 32 berechnet ein erstes Moment τ₁, welches einen Zielwert eines Moments ist, das durch den elektrischen Motor 120 erzeugt werden soll, auf der Basis eines Betriebsbefehls. Der Betriebsbefehl weist Fahrzeuginformation wie etwa Information über eine durch einen Fahrer angelegte Fahrstufe, Information auf eine Last des Fahrzeugs und Geschwindigkeitsinformation über das elektrische Fahrzeug auf. In vielen Fällen wird eine Leuchtencharakteristik auf die erste Moment τ₁-Ausgabe von der Zielwertberechnungseinheit 32 addiert, um einen Momentenschock zu vermeiden. Die Leuchtencharakteristik ist eine Charakteristik, die eine Ausgabe abhängig von der Zeit erhöht oder vermindert. In der vorliegenden Ausführungsform sowie in anderen Ausführungsformen, die nachstehend beschrieben werden, ist eine Leuchtencharakteristik, die beaufschlagt wird, so dass das erste Moment τ₁ sich konstant während einer Zeitdauer ändert, bis das erste Moment τ₁ den finalen Zielwert von einem Ausgangswert erreicht. Anstatt dieser Leuchtencharakteristik kann eine Leuchtencharakteristik, die beaufschlagt wird, so sein, dass das erste Moment τ₁ sich mit einer konstanten Änderungsrate während einer Zeitdauer ändert, bis dass das erste Moment τ₁ den finalen Zielwert von dem Ausgangswert erreicht.
Auf der Basis des ersten Moments τ₁ und der aufgenommenen Spannung V_r berechnet die Änderungsratensteuerungseinheit 34 das zweite Moment τ₂, welches ein Moment ist, das durch Unterdrücken bzw. Drosseln der Änderungsrate des ersten Moments τ₁ erlangt wird. Die Änderungsratensteuerungseinheit 34 gibt das berechnete zweite Moment τ₂ an die Ausgangsseite der Änderungsratensteuerungseinheit 34 aus. In der Konfiguration der 7 wird das zweite Moment τ₂ , das durch die Änderungsratensteuerungseinheit 34 erzeugt ist, einen Momentenbefehl τ*, der durch die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30 erzeugt. Wenn die Leistungszufuhr ein Wechselstrom ist, können entweder ein Amplitudenwert der Wechselstromspannung oder ein Effektivwert der Wechselstromspannung als die empfangene Spannung V_r genutzt werden. Die empfangene Spannung V_r kann eine Spannung sein, die einen Tiefpassfiltervorgang zum Zwecke des Rauschentfernens unterzogen wird, oder eine Spannung, die einem gleitenden Mittelwertbildungsprozess ausgesetzt ist.
Als ein Verfahren zum Steuern des Moments des elektrischen Motors 120, wird weitverbreitet eine Vektorsteuerung genutzt, in der ein Dreiphasenstromwert in einem stationären Koordinatensystem in einen d-Achsenstrom id, welcher ein Stromwert einer Flussachsenkomponente in einem rotierenden orthogonalen Zweiachsen-Rotationskoordinatensystem ist, dies bedeutet ein dq-Achsenkoordinatensystem, und ein q-Achsenstrom iq, welcher ein Stromwert einer Momentenachsenkomponente in dem dq-Achsenkoordinatensystem ist, zerlegt und dann werden sie gesteuert. Da die Konfiguration der Vektorsteuerung gut bekannt ist, wird eine detaillierte Beschreibung davon hier ausgelassen. In der ersten Ausführungsform wird ein Strombefehlswert in der Vektorsteuerung auf der Basis des zweiten Moments τ₂ berechnet.
8 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Beispielkonfiguration der Änderungsratensteuerungseinheit 34 in der ersten Ausführungsform darstellt. Wie in 8 dargestellt, weist die Änderungsratensteuerungseinheit 34 einen Differenzierer 34a, eine Änderungsmengenbegrenzungstabelle 34b, eine Auswahleinheit 34c, eine Verzögerungseinheit 34d und einen Summierer 34e auf. Was mit „z^-1“ gemeint ist, das in dem Block der Verzögerungseinheit 34d geschrieben ist, ist „eine Verzögerung entsprechend einem Berechnungszyklus“. Dies bedeutet, in Bezug auf da zweite Moment τ₂ , dass die Verzögerungseinheit 34d einen in einem vorhergehenden Berechnungszyklus erhaltenen Wert hält, das bedeutet, dass dies ein direkt vorhergehender Wert des zweiten Moments τ₂ ist, und gibt diesen Wert an sowohl den Differenzierer 34a als auch den Summierer 34e aus.
In dem Differenzierer 34a wird eine Abweichung τ₁-τ₂' zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem direkt vorhergehenden Wert t₂ ' des zweiten Moments τ₂ berechnet und an die Auswahleinheit 34c ausgegeben. Die empfangene Spannung V_r wird von der Änderungsmengenbegrenzungstabelle 34b bezogen und einem Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ, welcher eine Steuerungseingabe zum Beschränken der Änderungsmenge in einem Moment ist, wird erlangt. Der Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ ist ein Begrenzungswert pro Berechnungszyklus.
In der Auswahleinheit 34c wird ein kleinerer Wert der Abweichung zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂ ' des zweiten Moments τ₂ und dem Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ ausgewählt und an den Summierer 34e ausgegeben. In dem Summierer 34e wird das zweite Moment τ₂ aktualisiert durch Addieren des unmittelbar vorhergehenden Werts τ₂' des zweiten Moments τ₂ auf die Ausgabe der Auswahleinheit 34c und das aktuelle zweite Moment τ₂ wird ausgegeben.
Wenn die Abweichung τ₁ -τ₂ ' zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ kleiner ist als der Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ in dem Vorgang der Auswahleinheit 34c, wird die Abweichung τ₁ -τ₂ ' in der Auswahleinheit 34c ausgewählt. Daher wird das erste Moment τ₁, das durch Addieren des unmittelbar vorhergehenden Werts τ₂' des zweiten Moments τ₂ auf die Abweichung τ₁ -τ₂' erlangt wird, von dem Summierer 34e ausgegeben.
Auf der anderen Seite, wenn die Abweichung τ₁ -τ₂ ' zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ größer ist als der Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ in dem Vorgang der Auswahleinheit 34c, wird der Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ in der Auswahleinheit 34c ausgewählt. Daher wird ein Momentenbefehl, der einen Wert aufweist, der durch Addieren des Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ auf den unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ erlangt wird, von dem Summierer 34e ausgegeben.
9 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Änderungsmengenbegrenzungstabelle 34b darstellt, die in 8 dargestellt ist. Auf der linken Seite der 9 ist eine Tabelle in einem Fall angezeigt, in dem ein Momentenbefehl ein Leistungsfahrtmoment ist, als ein Graph. Auf der rechten Seite der 9 ist eine Tabelle in einem Fall dargestellt, in dem das Befehlsmoment ein Regenerativmoment ist, als ein Graph dargestellt.
In dem Fall, in dem das erste Moment τ₁ ein Leistungsfahrtmoment ist, wird ein Festsetzen so durchgeführt, dass je kleiner die empfangene Spannung V_r ist, desto kleiner der Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ ist, wie in dem Diagramm auf der linken Seite der 9 dargestellt ist. Spezifisch, in dem Fall, in dem die empfangene Spannung V_r abnimmt, wird ein erster festgesetzter Wert Δτ₁ erhalten bis die empfangene Spannung V_r einen ersten Schwellwert V_th1 erreicht. Wenn die empfangene Spannung V_r unter den ersten Schwellwert V_th1 fällt, wird der Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ verringert, bis die empfangene Spannung V_r einen zweiten Schwellwert V_th2 erreicht. Der zweite Schwellwert V_th2 ist kleiner als der erste Schwellwert V_th1 . Dann, wenn die empfangene Spannung V_r den zweiten Schwellwert V_th2 erreicht, wird danach ein zweiter festgesetzter Wert Δτ₂ , welcher ein Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert an dem zweiten Schwellwert V_th2 ist, danach erhalten.
In dem Fall, in dem das erste Moment τ₁ ein Regenerativmoment ist, wird ein Festsetzen so durchgeführt, dass je größer die empfangene Spannung V_r ist, desto kleiner der Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ ist, wie in dem Diagramm auf der rechten Seite der 9 dargestellt ist. Spezifisch, in dem Fall, in dem die empfangene Spannung V_r sich erhöht, wird ein dritter festgesetzter Wert Δτ₃ erhalten, bis die empfangene Spannung V_r einen dritten Schwellwert V_th3 erreicht. Wenn die empfangene Spannung V_r den dritten Schwellwert V_th3 überschreitet, wird der Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert Δτ verringert, bis die empfangene Spannung V_r einen vierten Schwellwert V_th4 erreicht. Der vierte Schwellwert V_th4 ist größer als der dritte Schwellwert V_th3 . Dann, wenn die empfangene Spannung V_r den vierten Schwellwert V_th4 erreicht, wird ein vierter festgesetzter Wert Δτ₄, welcher ein Momentenänderungsmengen-Begrenzungswert an dem vierten Schwellwert V_th4 ist, danach erhalten.
10 zeigt ein Diagramm zum Erläutern wie die Änderungsrate des zweiten Moments τ₂ sich unter der Steuerung der Änderungsratensteuerungseinheit 34 in dem Fall ändert, in dem das erste Moment τ₁ ein Leistungsfahrtmoment ist. In 10 ist, wie sich das Leistungsfahrtmoment ändert, dargestellt auf der oberen Seite und wie sich die empfangene Spannung V_r ändert dargestellt auf der unteren Seite.
Als nächstes werden die Wellenformen in 10 beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass das elektrische Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit dahinfährt.
Zuerst, wie in dem oberen Teil der 10 dargestellt ist, ist ein Leistungsfahrtbefehl AN zur Zeit t₀ . Von der Zeit t₀ zur Zeit t₁ erhöht sich ein Leistungsverbrauch und die empfangene Spannung V_r nimmt ab. Jedoch, zu diesem Zeitpunkt, fallen das erste Moment τ₁ und das zweite Moment τ₂ noch immer zusammen. Von der Zeit t₁ zur Zeit t₂ wird nachfolgend beschrieben.
Von der Zeit t₂ zu der Zeit t₃ wird das Leistungsfahrtmoment an einem konstanten Wert gesteuert. Zu der Zeit wird der Leistungsverbrauch konstant und die transiente Fluktuation der Leistungszufuhrspannung V_f lässt nach; daher nimmt die empfangene Spannung V_r leicht zu wie durch die Wellenform K2 angegeben wird. Ein Wert des stationären Zustands der empfangenen Spannung V_r zu der Zeit wird abhängig von dem Impedanzelement Z_L und der Größe des Leistungsverbrauchs bestimmt.
Von der Zeit t₃ zur Zeit t₄ wird eine Steuerung zum Halbieren eines Zielmomentenwerts durch den Betriebsbefehl durchgeführt. Zu der Zeit nimmt der Leistungsverbrauch ab und die empfangene Spannung V_r nimmt zu. Unmittelbar nach der Zeit t₃ wird das Leistungsfahrtmoment ausgegeben und die empfangene Spannung V_r ist kleiner als der erste Schwellwert V_th1 , aber die Änderungsrate des ersten Moments τ₁ wird nicht gesteuert und das erste Moment τ₁ und das zweite Moment τ₂ fallen zusammen. Dasselbe trifft zu sogar nachdem die empfangene Spannung V_r den ersten Schwellwert V_th1 überschreitet, d.h. die Änderungsrate des ersten Moments τ₁ wird nicht gesteuert und das erste Moment τ₁ und das zweite Moment τ₂ fallen zusammen. Der Grund warum das erste Moment τ₁ und das zweite Moment τ₂ zusammenfallen, wird wie folge beschrieben.
Wie voranstehend beschrieben, von der Zeit t₃ zur Zeit t₄, wird die Steuerung zum Halbieren des Zielmomentenwerts durchgeführt. In dem Fall, gemäß dem Steuerungssystem der 7, wird das erste Moment τ₁ zuerst gesteuert und dadurch das zweite Moment τ₂ gesteuert. Demgemäß ändert sich das zweite Moment τ₂ auf solche eine Weise, dass es der Änderung in dem ersten Moment τ₁ folgt. Daher, in der Konfiguration der 8 ist eine Ausgabe des Differenzierers 34a, der einen Differenzwert zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ berechnet ein negativer Wert oder Null. Wie in 9 dargestellt ist ein Wert von Null oder mehr in der Änderungsmengenbegrenzungstabelle 34b festgesetzt. Daher wird der Differenzwert zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ , welcher ein negativer Wert oder Null ist, ausgewählt als die Ausgabe der Auswahleinheit 34c und die Ausgabe zu dem Summierer 34e. Dann, in dem Summierer 34e, wird der Differenzwert zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ zu dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ addiert; daher wird das erste Moment τ₁ ausgegeben. Als Ergebnis fällt das zweite Moment τ₂ mit dem ersten Moment τ₁ zusammen.
Nach der Zeit t₄ , wird der Leistungsverbrauch konstant, die transiente Fluktuation der Leistungszufuhrspannung nimmt ab und die empfangene Spannung V_r nimmt leicht ab. Danach überträgt sich die empfangene Spannung V_r stabil.
Eine Wellenform K1, die durch eine unterbrochene Linie von der Zeit t₁ zur Zeit t₂ angezeigt ist, ist eine Wellenform der empfangenen Spannung V_r in einem Fall, in dem die Änderungsratensteuerungseinheit 34, die voranstehend beschrieben ist, nicht vorhanden ist und ein Strombefehlswert in der Vektorsteuerung auf der Basis des ersten Moments τ₁ berechnet wird. Wie in der Figur dargestellt, setzt sich eine transiente Abnahme der empfangenen Spannung V_r fort bis die Änderung der in dem ersten Moment τ₁ zur Zeit t₂ ' endet. Entsprechend ist die Wellenform K2, die durch eine durchgezogene Linie angegeben wird, eine Wellenform der empfangenen Spannung V_r in einem Fall, in dem ein Strombefehlswert in der Vektorsteuerung unter Nutzen des zweiten Moments τ₂ berechnet wird, welcher die Ausgabe der Änderungsratensteuerungseinheit 34 ist. Wie in der Figur dargestellt, ist die Wellenform K2 eine von der Wellenform K1 zur Zeit t₁ verschiedene Kurve. Hier, zur Zeit t₁ , erreicht die empfangene Spannung V_r den ersten Schwellwert V_th1 , wie in der 9 dargestellt. Von der Zeit t₁ zur Zeit t₃ , wird die Änderungsrate des zweiten Moments τ₂ durch die Änderungsratensteuerungseinheit 34 gesteuert. Zu der Zeit, wie klar durch Vergleichen der Wellenform K2 und der Wellenform K1 verstanden wird, wird die Abnahme der empfangenen Spannung V_r unterdrückt. Demgemäß durch Durchführen einer Steuerung, so dass hier kleiner die empfangene Spannung V_r ist, je kleiner desto kleiner die Änderungsrate des zweiten Moments τ₂ während der Leistungsfahrt des elektrischen Fahrzeugs wird, ist es möglich, eine Abnahme der empfangenen Spannung V_r zu unterdrücken, wenn das Leistungsfahrtmoment zunimmt.
Wie voranstehend beschrieben ist die Änderungsratensteuerungseinheit 34 in der ersten Ausführungsform so konfiguriert, dass, wenn das erste Moment τ₁ gleich oder kleiner als das zweite Moment τ₂ wird oder unter das zweite Moment τ₂ fällt, in einem Fall der Leistungsfahrtsteuerung, die Steuerung der Änderungsrate des ersten Moments τ₁ nicht durchgeführt wird. Der Grund dafür ist wie folgt. Wenn das Leistungsfahrtmoment abnimmt, nimmt die empfangene Spannung V_r zu näher an eine normale Spannung bei keiner Last oder eine nominelle Spannung; daher besteht kein besonderes Interesse zum Unterdrücken der Änderungsrate des Momentenbefehlswert. Ein anderer Grund ist, dass es nicht gewünscht ist, aus dem Gesichtspunkt der Sicherheit, dass die Änderungsrate des ersten Moments τ₁ unterdrückt wird, trotz der Tatsache, dass das erste Moment τ₁ abnimmt und eine Abnahme in dem elektrischen Motor 120 erzeugten Moment wird ein Betrieb verzögert, während das elektrische Fahrzeug eine Leistungsfahrt ist. Demgemäß, mit einer Konfiguration, in der das erste Moment τ₁ gleich oder kleiner als das zweite Moment τ₂ wird oder unter das zweite Moment τ₂ fällt, wird die Steuerung der Änderungsrate des ersten Moments τ₁ nicht durchgeführt, ein in dem elektrischen Motor 120 erzeugte Moment kann sich schnell reduzieren in einem Betrieb, in dem ein Befehl zum Reduzieren des Leistungsfahrtmoments durch den Betriebsbefehl ausgegeben wird.
11 zeigt ein Diagramm zum Erläutern, wie die Änderungsrate des zweiten Moments τ₂ sich unter der Steuerung der Änderungsratensteuerungseinheit 34 in dem Fall ändert, in dem das erste Moment τ₁ ein Regenerativmoment ist. In 11 zeigt der obere Teil wie das Regenerativmoment sich ändert und der untere Teil stellt dar, wie sich die empfangene Spannung V_r ändert. In dem Fall, in dem das erste Moment τ₁ ein Regenerativmoment ist, wie in der 11 dargestellt, ändert sich die empfangene Spannung V_r in einer Richtung entgegengesetzt zu der in dem Fall der Leistungsfahrt.
Als Nächstes wird die Wellenformen in 11 beschrieben. Es wird angenommen, dass das elektrische Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit herumfährt auf ähnliche Weise zu der Zeit, wenn das Leistungsfahrtmoment ausgegeben wird.
Als erstes, wie in dem oberen Teil der 11 dargestellt, wenn das elektrische Fahrzeug mit einer gewissen Geschwindigkeit herumfährt, ist ein Regenerationsbefehl zur Zeit t₀ AN. Von der Zeit t₀ zur Zeit t₁ nimmt die Regenerativleistung zu und die empfangene Spannung V_r erhöht sich. Jedoch zu diesem Zeitpunkt fallen das erste Moment τ₁ und das zweite Moment τ₂ immer noch zusammen. Die Zeit t₁ zur Zeit t₂ wird später beschrieben.
Von der Zeit t₂ zur Zeit t₃ wird das Regenerativmoment mit einem konstanten Wert gesteuert. Zu der Zeit wird die Regenerativleistung konstant und die transiente Fluktuation der Leistungszufuhrspannung V_f fällt ab; daher nimmt die empfangene Spannung V_r etwas ab, wie durch Wellenform K4 angegeben. Ein stationärer Zustandswert der empfangenen Spannung V_r zu der Zeit wird abhängig von dem Impedanzelement Z_L bestimmt und die Größe der Regenerativleistung wird bestimmt.
Von der Zeit t₃ zur Zeit t₄ wird eine Steuerung zum Halbieren eines Zielmomentenwerts durch den Betriebsbefehl durchgeführt. Zu der Zeit nimmt die Regenerativleistung ab und die empfangene Spannung V_r nimmt ab. Unmittelbar nach der Zeit t ₃ wird das Regenerativmoment ausgegeben und die empfangene Spannung V_r ist größer als der dritte Schwellwert V_th3 , aber die Änderungsrate des ersten Moments τ₁ ist nicht gesteuert und das erste Moment τ₁ und das zweite Moment τ₂ fallen zusammen. Dasselbe trifft zu, nachdem die empfangene Spannung V_r unterhalb des ersten Schwellwerts V_th3 fällt, d.h. die Änderungsrate des ersten Moments τ₁ wird nicht gesteuert und das erste Moment τ₁ und das zweite Moment τ₂ fallen zusammen. Der Grund, warum das erste Moment τ₁ und das zweite Moment τ₂ zusammenfallen, ist folgender.
Wie voranstehend beschrieben, von der Zeit t₃ zur Zeit t₄, wird die Steuerung zum Halbieren des Zielmomentenwerts durchgeführt. In dem Fall, gemäß dem Steuerungssystem der 7, wird zuerst das erste Moment τ₁ gesteuert und dadurch das zweite Moment τ₂ gesteuert. Demgemäß ändert sich das zweite Moment τ₂ auf solche eine Weise, dass die Änderung in dem ersten Moment τ₁ folgt. Daher, in der Konfiguration der 8, ist die Ausgabe des Differenzierers 34a, der einen Differenzwert zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂ ' des zweiten Moments τ₂ berechnet ein negativer Wert oder Null. Wie in der 9 dargestellt, ist ein Wert von null oder mehr in der Änderungsmengenbegrenzungstabelle 34b festgesetzt. Daher ist der Differenzwert zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂ ' des zweiten Moments τ₂, welches ein negativer Wert oder null ist, als die Ausgabe der Auswahleinheit 34c ausgewählt und wird an den Summierer 34e ausgegeben. Dann, in dem Summierer 34e wird der Differenzwert zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ auf den unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂ ' des zweiten Moments τ₂ addiert; daher wird das erste Moment τ₁ ausgegeben. Als Ergebnis fallen das zweite Moment τ₂ und das erste Moment τ₁ zusammen.
Nach der Zeit t₄ wird die Regenerativleistung konstant, die transiente Fluktuation der Leistungszufuhrspannung V_f fällt ab und die empfangene Spannung V_r nimmt leicht ab. Daher geht die empfangene Spannung V_r stabil über.
Eine Wellenform K3, die durch eine unterbrochene Linie von der Zeit t₁ zur Zeit t₂ dargestellt ist, ist eine Wellenform der aufgenommenen Spannung V_r in einem Fall, in dem die Änderungsratensteuerungseinheit 34, die voranstehend beschrieben ist, nicht eingeschlossen ist und ein Strombefehlswert in der Vektorsteuerung wird auf der Basis des ersten Moments τ₁ berechnet. Wie in der Figur dargestellt, setzt sich eine transiente Zumnahme in der empfangenen Spannung V_r fort bis die Änderung in dem ersten Moment τ₁ zur Zeit t₂ ' endet. Entsprechend ist die Wellenform K4 durch eine durchgezogene Linie angezeigt und ist eine Wellenform der empfangenen Spannung V_r in einem Fall, in dem ein Strombefehlswert in der Vektorsteuerung unter Nutzung des zweiten Moments τ₂ berechnet wird, welches eine Ausgabe der Änderungsratensteuerungseinheit 34 ist. Wie in der Figur dargestellt, ist die Wellenform K4 eine Kurve verschieden von der Wellenform K1 zur Zeit t₁ . Hier zur Zeit t₁ erreicht die empfangene Spannung V_r den dritten Schwellwert V_th3 , wie in der 9 dargestellt ist. Von der Zeit t₁ zur Zeit t₃ wird die Änderungsrate des zweiten Moments τ₂ durch die Änderungsratensteuerungseinheit 34 gesteuert. Zu der Zeit, wie durch Vergleichen der Wellenform K4 und der Wellenform K3 klar verstanden wird, wird eine Zunahme in der empfangenen Spannung V_r unterdrückt. Demgemäß, durch Durchführen einer Steuerung, so dass je höher die empfangene Spannung V_r ist, desto kleiner die Änderungsrate in dem zweiten Moment τ₂ während der Regeneration des elektrischen Fahrzeugs ist, ist es möglich, eine Zunahme in der empfangenen Spannung V_r zu unterdrücken, wenn das Regenerationsmoment zunimmt.
Wie voranstehend ist die Änderungsratensteuerungseinheit 34 in der ersten Ausführungsform so konfiguriert, dass man das erste Moment τ₁ gleich oder kleiner als das zweite Moment τ₂ wird oder das zweite Moment τ₂ in einem Fall der regenerativen Steuerung fällt, die Änderungsrate des ersten Moments τ₁ nicht gesteuert wird. Der Grund dafür ist wie folgt. Wenn das Regenerativmoment abnimmt, nimmt die empfangene Spannung V_r ab und kommt näher an die übliche Spannung bei keiner Last oder eine nominelle Spannung; daher besteht kein besonderes Interesse zum Unterdrücken der Änderungsrate des Momentenbefehlswert. Ein anderer Grund ist das, während der Regeneration des elektrischen Fahrzeugs, je kleiner die Differenz zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem zweiten Moment τ₂ ist, je genauer kann die Bremsung und die Anhalteposition des elektrischen Fahrzeugs eingestellt werden; und daher ist eine Zeitdauer während der die Änderungsrate des zweiten Moments τ₂ unterdrückt wird, wünschenswerterweise so kurz wie möglich. Demgemäß, mit einer Konfiguration, in der, wenn das erste Moment τ₁ gleich oder kleiner als das zweite Moment τ₂ wird oder unter das zweite Moment τ₂ fällt, die Steuerung der Änderungsrate des ersten Moments τ₁ wird nicht durchgeführt, und ein in dem elektrischen Motor 120 erzeugtes Moment kann schnell in einem Betrieb reduziert werden, wenn ein Befehl zum Reduzieren des Regenerativmoments durch den Betriebsbefehl ausgegeben wird.
Wie voranstehend beschrieben, gemäß der Vortriebssteuerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform, wird das zweite Moment berechnet durch Ausführen, auf der Basis der empfangenen Spannung V_r des elektrischen Fahrzeugs, eines Vorgangs des Begrenzens der Änderungsrate des ersten Moments, welches berechnet wird auf der Basis des Betriebsbefehls, und der elektrische Motor wird gesteuert auf der Basis des zweiten Moments. Daher ist es möglich, eine unnötige Momentenreduzierungsmenge zu unterdrücken, während die transiente Fluktuation der empfangenen Spannung V_r des elektrischen Fahrzeugs unterdrückt wird.
Zweite Ausführungsform.
In einer zweiten Ausführungsform wird eine weitere Beispielkonfiguration der Änderungsratensteuerungseinheit 34 beschrieben. Konfigurationen von Komponenten außer der Änderungsratensteuerungseinheit 34 sind dieselben oder äquivalent zu denen der ersten Ausführungsform und die Beschreibung davon wird hier ausgelassen.
12 zeigt ein Diagramm zum Erläutern einer Funktion einer Änderungsratensteuerungseinheit in der zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform wird ein Verzögerungsfilter erster Ordnung auf eine Änderungsraten-Unterdrückungsfunktion der Änderungsratensteuerungseinheit beaufschlagt. Eine Transferfunktion G(s) des Verzögerungsfilters erster Ordnung kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden, wenn eine Zeitkonstante T_f , welche eine Konstant zum Bestimmen einer Frequenzantwort eines Filtervorgangs des Verzögerungsfilters erster Ordnung ist, ein Parameter ist.
[Formel 1] $G (s) = \frac{1}{1 + s T_{f}}$
12 stellt eine Wellenform einer Sprungantwort dar, wenn die Zeitkonstante T_f als Parameter genutzt wird. Wie in der Figur dargestellt, je größer die Zeitkonstante T_f ist, desto geringer ist der Anstieg der Ausgabe. Demgemäß, durch Beaufschlagen des Verzögerungsfilters erster Ordnung auf das erste Moment τ₁ und Variabelmachen der Zeitkonstante T_f abhängig von der empfanenen Spannung V_r kann die Änderungsrate des zweiten Moments τ₂ gesteuert werden.
Als Nächstes, wenn eine diskrete Zeitdauer durch T_s bezeichnet wird, eine Eingabe durch u bezeichnet wird, eine Ausgabe durch y bezeichnet wird und der Verzögerungsfilter erster Ordnung diskretisiert ist, trifft die folgende Differenzialgleichung zu.
[Formel 2] $y = z^{- 1} y + (T_{f} / T_{s}) z^{- 1} (u - y)$
13 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Beispielkonfiguration einer Änderungsratensteuerungseinheit 34A einer zweiten Ausführungsform darstellt. In dem Blockdiagramm der 13 ist die Eingabe u in die Differenzialgleichung (2) wie voranstehend ersetzt durch das erste Moment τ₁ und die Ausgabe y darin ist ersetzt durch das zweite Moment τ₂ . Das bedeutet, dass die Änderungsratensteuerungseinheit 34A konfiguriert sein kann, eine Verzögerungseinheit 34A1 aufzuweisen, eine Zeitkonstantentabelle 34A2, einen Differenzierer 34A3, einen Teiler 34A4, einen Multiplizierer 34A5, einen Summierer 34A6, eine Verzögerungseinheit 34A7, und eine Auswahleinheit 34A8.
In der Verzögerungseinheit 34A1 wird ein unmittelbar vorhergehender Wert τ₁' des erten Moments τ₁ ausgewählt zu einem Zeitpunkt, bei dem das erste Moment τ₁ eingegeben wird und wird an den Differenzierer 34A3 ausgegeben. Die Zeitkonstantentabelle 34A2 ist so konfiguriert, dass die Zeitkonstante T_f entsprechend der empfangenen Spannung V_r ausgewählt wird. Die ausgewählte Zeitkonstante T_f wird an den 34A4 ausgegeben.
In der Verzögerungseinheit 34A7 wird der unmittelbar vorhergehende Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ zu einem Zeitpunkt ausgewählt, bei dem das zweite Moment τ₂ eingegeben wird und es wird an den Differenzierer 34A3 und den Summierer 34A6 ausgegeben. In dem Differenzierer 34A3 wird eine Abweichung τ₁'-τ₂' zwischen dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₁' des ersten Moments τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moments τ₂ erzeugt und wird an den Teiler 34A4 ausgegeben. In dem Teiler 34A4 wird die Abweichung τ₁'-₂' zwischen dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₁' des ersten Moments τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₂' des zweiten Moment τ₂ geteilt durch die Zeitkonstante T_f . In dem Multiplizierer 34A5 wird die Ausgabe des Teilers 34A4 multipliziert durch die diskrete Zeitperiode T_s . In dem Summierer 34A6 wird die Ausgabe des Multiplizierers 34A5 und die Ausgabe der Verzögerungseinheit 34A7 aufeinander addiert und an die Auswahleinheit 34A8 ausgegeben.
In dem Blockdiagramm der 13, entspricht „z^-1y“ in dem ersten Term auf der rechten Seite in der voranstehenden Formel (2) der Ausgabe der Verzögerungseinheit 34A7. Zusätzlich entspricht „z^-1(u-y)“ in dem zweiten Term auf der rechten Seite der voranstehenden Formel (2) der Ausgabe des Differenzierers 34A3. Des Weiteren entspricht „(T_f/T_s) z^-1 (u-y)“ in dem zweiten Term auf der rechten Seite der voranstehenden Formel (2) der Ausgabe des Multiplizierers 34A5.
Die Auswahleinheit 34A8 schaltet den Ausgangswert abhängig von dem Größenverhältnis zwischen dem ersten Moment τ₁ und dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ ₂ ' des zweiten Moments τ₂ . Spezifisch wenn das erste Moment τ₁ gleich oder kleiner als der unmittelbar vorhergehende Wert τ₂ ' des zweiten Moments τ₂ ist, wird das erste Moment τ₁ ausgewählt. Im Gegensatz, wenn das erste Moment τ₁ größer als der unmittelbar vorhergehende Wert τ₂ ' des zweiten Moments τ₂ ist, wird der Summierer 34A6 ausgewählt. Solch eine Konfiguration wird angewendet mit der Intension des Vermeidens eines Unterdrückens der Änderungsrate des zweiten Moments τ₂ in einem Betrieb, wenn das erste Moment τ₁ sich dazu ändert abzunehmen. Der Effekt ist derselbe wie oder äquivalent zu dem der ersten Ausführungsform, das bedeutet, dass des Effekts der Änderungsratensteuerungseinheit 34 in der ersten Ausführungsform.
14 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Zeitkonstantentabelle 34A2 darstellt, die in 13 dargestellt ist. Auf der linken Seite der 14 ist eine Tabelle für ein Fall, in dem der Momentenbefehl ein Leistungsfahrtmoment ist, als ein Graph dargestellt. Auf der rechten Seite der 14 ist eine Tabelle in einem Fall, in dem das Befehlsmoment ein Regenerativmoment ist, als ein Graph dargestellt.
In dem Fall, in dem das erste Moment τ₁ ein Leistungsfahrtmoment ist, wird ein Festsetzen durchgeführt, so dass je kleiner die empfangene Spannung V_r ist, desto größer die Zeitkonstante T_f ist, wie in dem Diagramm auf der linken Seite der 14 dargestellt ist. Spezifisch in dem Fall, in dem die empfangene Spannung V_r abnimmt, wird ein erster festgesetzter Wert T_f1 erhalten bis die empfangene Spannung V_r den ersten Schwellwert V_th1 erreicht. Wenn die empfangene Spannung V_r unter den ersten Schwellwert V_th1 fällt, nimmt der Wert der Zeitkonstante T_f zu bis die empfangene Spannung V_r den zweiten Schwellwert V_th2 erreicht. Der zweite Schwellwert V_th2 ist kleiner als der erste Schwellwert V_th1 . Dann, wenn die empfangene Spannung V_r den zweiten Schwellwert V_th2 erreicht, wird ein zweiter festgesetzter Wert T_f2 , welcher ein festgesetzter Wert der Zeitkonstante bei dem zweiten Schwellwert V_th2 ist, danach erhalten.
In dem Fall, in dem das erste Moment τ₁ ein Regenerativmoment ist, wird ein Festsetzen durchgeführt, so dass je größer die empfangene Spannung V_r ist, desto größer die Zeitkonstante T_f ist, wie in dem Diagramm auf der rechten Seite der 14 dargestellt ist. Spezifisch in the Fall, in dem die empfangene Spannung V_r zunimmt, wird ein dritter festgesetzter Wert T_f3 erhalten, bis die empfangene Spannung V_r den dritten Schwellwert V_th3 erreicht. Wenn die empfangene Spannung V_r den dritten Schwellwert V_th3 überschreitet, wird der Wert der Zeitkonstante T_f erhöht bis die empfangene Spannung V_r den vierten Schwellwert V_th4 erreicht. Der vierte Schwellwert V_th4 ist größer als der dritte Schwellwert V_th3 . Dann, wenn die empfangene Spannung V_r den vierten Schwellwert V_th4 erreicht, wird ein vierter festgesetzter Wert T_f4 , welcher ein festgesetzter Wert der Zeitkonstante an dem vierten Schwellwert V_th4 ist, danach erhalten.
Der erste Schwellwert V_th1 , der zweite Schwellwert V_th2 , der dritte Schwellwert V_th3 und der vierte Schwellwert V_th4 in der Zeitkonstantentabelle der 14 kann auf dieselben Werte festgesetzt sein wie jene in der Änderungsmengenbegrenzungstabelle der 9 oder kann unabhängig festgesetzt sein.
Wie voranstehend beschrieben, gemäß der Vortriebssteuerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform, ist es möglich eine Funktion äquivalent zu der der Änderungsratensteuerungseinheit 34 in der ersten Ausführungsform durch Hinzunehmen der Änderungsratensteuerungseinheit 34A in der Momentenbefehlsberechnungseinheit 30 zu erlangen. Dies macht es möglich, einen Effekt ähnlich zu dem der ersten Ausführungsform zu erlangen.
Dritte Ausführungsform.
In einer dritten Ausführungsform wird eine weitere Beispielkonfiguration der Momentenbefehlsberechnungseinheit 30 beschrieben. 15 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Momentenbefehlsberechnungseinheit 30A in der dritten Ausführungsform darstellt. Die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30A weist des Weiteren eine Begrenzerverarbeitungseinheit 36 auf, die auf einer stromabwärtigen Seite der Änderungsratensteuerungseinheit 34 in der Konfiguration der Momentenbefehlsberechnungseinheit 30 vorhanden ist, die in 7 dargestellt ist. Andere Konfigurationen sind dieselben oder äquivalent zu denen in der 7 dargestellten. Die Änderungsratensteuerungseinheit 34A, die in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, kann anstatt der Änderungsratensteuerungseinheit 34 genutzt werden. Konfigurationen von Komponenten außer der Momentenbefehlsberechnungseinheit 30A sind dieselben oder äquivalent zu denen der ersten Ausführungsform, und die Beschreibungen davon werden hier ausgelassen.
Wie in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben, kann die transiente Zunahme und Abnahme der empfangenen Spannung V_r unterdrückt werden durch Unterdrücken der Änderungsrate des ersten Moments τ₁. Jedoch können der Spannungsabfall aufgrund des Impedanzelements Z_L in einem stationären Zustand, das heißt der Unterschied zwischen der Leistungszufuhrspannung V_f und der empfangenen Spannung V_r nicht grundsätzlich eliminiert werden. Demgemäß, in einer bevorzugten Ausführungsform, wird eine Steuerung zum Reduzieren des Leistungsfahrtmoments durchgeführt, wenn die empfangene Spannung V_r abnimmt und eine Steuerung zum Reduzieren des Regenerativmoments wird ausgeführt, wenn die empfangene Spannung V_r zunimmt. Um diese Arten der Steuerung zu implementieren, wird die Begrenzerverarbeitungseinheit 36 in der dritten Ausführungsform bereitgestellt.
In 15 werden das zweite Moment τ₂ , welches die Ausgabe der Änderungsratensteuerungseinheit 34 ist, die empfangene Spannung V_r , die Geschwindigkeitsinformation ω_m in die Begrenzerverarbeitungseinheit 36 eingegeben. Die Geschwindigkeitsinformation ω_m ist eine Information, die eine Rotationsgeschwindigkeit des elektrischen Motors 120 repräsentiert. Eine Umrichterfrequenz oder Geschwindigkeitsinformation über das elektrische Fahrzeug kann an die Begrenzerverarbeitungseinheit 36 anstatt der Rotationsgeschwindigkeit des elektrischen Motors 120 eingegeben werden. Die Begrenzerverarbeitungseinheit 36 erzeugt und gibt außer ein drittes Moment τ₃ auf der Basis des zweiten Moments τ₂ , der aufgenommenen Spannung V_r und der Geschwindigkeitsinformation ω_m . In der Konfiguration der 15 wird das dritte Moment τ₃ durch die Begrenzerverarbeitungseinheit 36 erzeugt und wird ein Momentenbefehl τ*, der durch die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30A erzeugt wird. Das bedeutet in der dritten Ausführungsform wird ein Strombefehlswert in einer Vektorsteuerung auf der Basis des dritten Moments τ₃ berechnet.
16 zeigt ein Diagramm, das eine Beispielkonfiguration der Begrenzerverarbeitungseinheit 36 darstellt, die in 15 dargestellt ist. Wie in der 16 dargestellt, weist die Begrenzerverarbeitungseinheit 36 eine Leistungsbegrenzertabelle 36a, einen Teiler 36b, eine Auswahleinheit 36c, einen Stabilisationsfilter 36d, Vergleicher 36e und 36g, Filtersteuerungseinheiten 36f und 36i und eine Verzögerungseinheit 36h auf.
Die Leistungsbegrenzertabelle 36a ist konfiguriert dazu zu empfangen, als eine Eingabe, die die empfangene Spannung V_r und dazu konfiguriert ein Leistungsbegrenzungswert P_L auszugeben. Der Leistungsbegrenzungswert P_L wird an den Teiler 36b ausgegeben. In dem Teiler 36b wird ein oberer Momentenbegrenzungswert τ_L berechnet. Der obere Momentenbegrenzungswert τ_L , wird erlangt durch Teilen des Leistungsbegrenzungswerts P_L durch die Geschwindigkeitsinformation ω_m . In der Auswahleinheit 36c wird ein kleinerer von dem zweiten Moment τ₂ und dem oberen Momentenbegrenzungswert τ_L ausgewählt und an den Stabilisationsfilter 36d ausgegeben. In dem Vergleicher 36e wird das zweite Moment τ₂ mit der Ausgabe des Teilers 36b verglichen und das Ergebnis des Vergleichs wirdf an die Filtersteuerungseinheit 36f ausgegeben. In der Verzögerungseinheit 36h wird ein unmittelbar vorhergehender Wert τ₃' des dritten Moments τ₃ ausgewählt zu einem Zeitpunkt, bei dem das dritte Moment τ₃ eingegeben wird und an den Vergleicher 36g ausgegeben. In dem Vergleicher 36g wird das zweite Moment τ₂ mit dem unmittelbar vorhergehenden Wert τ₃ ' des dritten Moments τ₃ verglichen und das Ergebnis des Vergleichs wird an die Filtersteuerungseinheit 36i ausgegeben. Der Betrieb des Stabilisationsfilters 36d und der Filtersteuerungseinheiten 36f und 36i wird später beschrieben.
17 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Leistungsbegrenzertabelle 36a darstellt, die in 16 dargestellt ist. Auf der linken Seite der 17 ist eine Tabelle in einem Fall, in dem ein Befehlsmoment ein Leistungsfahrtmoment ist, als ein Graph dargestellt. Auf der rechten Seite der 17 ist eine Tabelle in einem Fall, in dem das Befehlsmoment ein Regenerativmoment ist, als ein Graph dargestellt.
In dem Fall, in dem das erste Moment τ₁ ein Leistungsfahrtmoment ist, wird ein Festsetzen durchgeführt, so dass je kleiner die empfangene Spannung V_r ist, desto kleiner der Leistungsbegrenzungswert P_L ist, wie dargestellt in dem Diagramm auf der linken Seite der 17. Spezifisch, in dem Fall, in dem die empfangene Spannung V_r abnimmt, wird ein erster Leistungsbegrenzungswert P_L1 erhalten bis die empfangene Spannung V_r einen fünften Schwellwert V_th5 erreicht. Wenn die empfangene Spannung V_r unter den fünften Schwellwert V_th5 fällt, wird der Leistungsbegrenzungswert P_L reduziert bis die empfangene Spannung V_r einen sechsten Schwellwert V_th6 erreicht. Der sechste Schwellwert V_th6 ist kleiner als der fünfte Schwellwert V_th5 . Dann, wenn die empfangene Spannung V_r den sechsten Schwellwert V_th6 erreicht, wird ein zweiter Leistungsbegrenzungswert P_L2 , welcher ein festgesetzter Wert des Leistungsbegrenzungswerts P_L an dem sechsten Schwellwert V_th6 ist, danach erhalten.
In dem Fall, in dem das erste Moment τ₁ ein Regenerativmoment ist, wird ein Festsetzen durchgeführt, so dass, je größer die empfangene Spannung V_r ist, desto kleiner der Leistungsbegrenzungswert P_L ist, wie in dem Diagramm auf der rechten Seite der 17 dargestellt. Spezifisch in the Fall, in dem die empfangene Spannung V_r zunimmt, wird ein dritter Leistungsbegrenzungswert P_L3 erhalten, bis die empfangene Spannung V_r einen siebten Schwellwert V_th7 erreicht. Wenn die empfangene Spannung V_r den siebten Schwellwert V_th7 überschreitet, wird der Leistungsbegrenzungswert P_L reduziert, bis die empfangene Spannung V_r einen achten Schwellwert V_th8 erreicht. Der achte Schwellwert V_th8 ist kleiner als der siebte Schwellwert V_th7 . Dann, wenn die empfangene Spannung V_r den achten Schwellwert V_th8 erreicht, wird ein vierter Leistungsbegrenzungswert P_L4, welcher ein festgesetzter Wert des Leistungsbegrenzungswerts P_L an dem achten Schwellwert V_th8 ist, erhalten.
Der fünfte Schwellwert V_th5 , der sechste Schwellwert V_th6 , der siebte Schwellwert V_th7 und der achte Schwellwert V_th8 in der Leistungsbegrenzertabelle der 17 können auf dieselben Werte wie jene festgesetzt werden, die in der Änderungsmengenbegrenzungstabelle in 9 oder der Zeitkonstantentabelle in 14 angezeigt sind oder sie können unabhängig festgesetzt werden.
In der Beschreibung der 16 wurde beschrieben, dass die Auswahleinheit 36c den kleineren von dem zweiten Moment τ₂ und dem oberen Momentenbegrenzungswert i_L auswählt und den Wert an den Stabilisationsfilter 36d ausgibt. Jedoch, wenn der oberere Momentenbegrenzungswert τ_L, kleiner ist als das zweite Moment τ₂ , das heißt, wenn die Leistungsbegrenzung ermöglicht ist, tritt das folgende Problem auf.

(1) Das dritte Moment τ₃ ändert sich abhängig von der empfangenen Spannung V_r .
(2) Ein tatsächliches Moment dieses elektrischen Motors 120 wird so gesteuert, dass es mit dem dritten Moment τ₃ zusammenfällt.
(3) Wenn das Moment oder die Leistung des elektrischen Motors 120 sich ändert, ändert sich ein Spannungsabfall aufgrund des Impedanzelements Z_L und die Leistungszufuhrspannung V_f fluktuiert ebenfalls transient.
(4) Die empfangene Spannung V_r ändert sich und das dritte Moment τ₃ ändert sich.

Es gibt eine Möglichkeit, dass die empfangene Spannung oszilliert aufgrund des Wiederholens der Vorgänge (1) bis (4). Um dieses Problem zu vermeiden, wird der Stabilisationsfilter 36d in der dritten Ausführungsform genutzt. Es wird angenommen, dass eine Frequenzantwortcharakteristik des Stabilisationsfilter 36d zumindest Tiefpasscharakteristiken aufweist. Diese Charakteristik erzielt den Effekt des Stabilisierens der empfangenen Spannung V_r durch Dämpfen der Oszillation der empfangenen Spannung V_r , die durch eine Interaktion unter der Leistungszufuhr 110, dem Impedanzelement Z_L und der Vortriebssteuerungsvorrichtung 1 bewirkt wird.
Jedoch, unter der Annahme, dass der Stabilisationsfilter 36d hauptsächlich dazu konfiguriert ist, Tiefpasscharakteristik aufzuweisen, sogar wenn die Leistungsbegrenzung nicht ermöglicht ist, das bedeutet, wenn das zweite Moment τ₂ gleich oder kleiner als der Momentenbegrenzungswert τ_L ist, verzögert sich das Moment τ₃ in Bezug auf das zweite Moment τ₂ . Um dieses Problem zu vermeiden, wird der Stabilisationsfilter 36d zwischeneingeschaltet und ausgestaltet wie folgt geschaltet.
Wenn τ₂>τ_L erfüllt ist: der Stabilisationsfilter 36d ist eingeschaltet.
Wenn τ₂≤τ₂' erfüllt ist: der Stabilisationsfilter 36d wird ausgeschaltet.
Die voranstehend beschriebene Funktion kann durch den Stabilisationsfilter 36d und die Filtersteuerungseinheiten 36f und 36i, wie in 16 dargestellt, realisiert werden. Was durch „der Filter ist ausgeschaltet“ gemeint ist, ist dass der „der Eingangswert ausgegeben wird wie er ist“.
18 zeigt ein Diagramm zum Erläutern eines Zustands, in dem die Leistungsbegrenzung eingeschaltet ist und der Stabilisationsfilter zwischen eingeschaltet und ausgeschaltet geschaltet wird. In 18 repräsentiert eine dicke unterbrochene Linie des ersten Moments τ₁ , eine dicke durchgezogene Linie repräsentiert das Moment τ₂ und eine durchgezogene Linie repräsentiert das Moment τ₃ . Ein dem ersten Moment τ₁ , dem zweiten Moment τ₂ und dem dritten Moment τ₃ gemeinsame Abschnitt ist ebenfalls als eine durchgezogene Linie wiedergegeben. Eine unterbrochene Linie repräsentiert die obere Momentenbegrenzung τ_L .
Zuerst zur Zeit t₀ , beginnt der Momentenbegrenzungswert τ_L abzunehmen. Der Momentenbegrenzungswert τ_L beginnt abzunehmen, weil die empfangene Spannung V_r abnimmt und den fünften Schwellwert von V_th5 in der Leistungsbegrenzertabelle 36a erreicht.
Die Zeit t₁ ist die Zeit, wenn die empfangene Spannung V_r weiter abgenommen hat und den ersten Schwellwert V_th1 in der Änderungsmengenbegrenzungstabelle 34b oder der Zeitkonstantentabelle 34A2 erreicht hat. Demgemäß wird das zweite Moment τ₂ , das einen von dem ersten Moment τ₁ verschiedenen Wert aufweist, nach der Zeit t₁ erzeugt.
Zu der Zeit t₂ fällt das zweite Moment τ₂ mit dem Momentenbegrenzungswert τ_L zusammen und nach der Zeit t₂ überschreitet das zweite Moment τ₂ den Momentenbegrenzungswert τ_L . Demgemäß wird die Steuerung der Leistungsbegrenzung gestartet und zur selben Zeit wird der Stabilisationsfilter 36d eingeschaltet. Da der Stabilisationsfilter 36d eingeschaltet ist, wird die Oszillation des Momentenbegrenzungswerts τ_L , die durch die Fluktuation der empfangenen Spannung V_r bewirkt wird, wie in 18 dargestellt; unterdrückt. Das bedeutet, dass durch Einschalten des Stabilisationsfilters 36d die Fluktuation der empfangenen Spannung V_r unterdrückt wird.
Zur Zeit t₃ fällt das zweite Moment τ₂ mit dem Momentenbegrenzungswert τ_L zusammen und nach der Zeit t₃ fällt das zweite Moment τ₂ unter den Momentenbegrenzungswert τ_L . Demgemäß wählt die Auswahleinheit 36c einen mit einem kleineren Wert unter den Eingängen aus. Daher wird das zweite Moment τ₂ von der Auswahleinheit 36c ausgegeben. Fast zur selben Zeit fällt das zweite Moment τ2 unter das dritte Moment τ3; daher wird der Stabilisationsfilter 36d ausgeschaltet. Demgemäß, nach der Zeit t₃ , fallen da zweite Moment τ₂ und das dritte Moment τ₃ zusammen wie in der Figur dargestellt.
Wie voranstehend beschrieben, gemäß der Vortriebssteuerungsvorrichtung der dritten Ausführungsform weist die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30A die Begrenzerverarbeitungseinheit 36 auf. Daher, zusammen mit den Effekten der ersten und der zweiten Ausführungsform kann ein Effekt des Stabilisierens der empfangenen Spannung V_r erlangt werden.
Vierte Ausführungsform.
In einer vierten Ausführungsform wird eine weitere Beispielkonfiguration der Momentenbefehlsberechnungseinheit 30 beschrieben. 19 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Momentenbefehlsberechnungseinheit 30B in der vierten Ausführungsform darstellt. Die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30B weist des Weiteren eine Gleitsteuerungseinheit 38 auf, die an der stromabwärtigen Seite der Begrenzerverarbeitungseinheit 36 in der Konfiguration der Momentenbefehlsberechnungseinheit 30A bereitgestellt ist, die in 15 dargestellt ist. Andere Konfigurationen sind dieselben wie oder äquivalent zu denen in der 15 dargestellten. Die Änderungsratensteuerungseinheit 34A, die in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, kann anstatt der Änderungsratensteuerungseinheit 34 genutzt werden. Konfigurationen von Komponenten außer der Momentenbefehlsberechnungseinheit 30B sind dieselben wie oder äquivalent zu denen der ersten Ausführungsform und die Beschreibung davon wird hier ausgelassen.
Die Gleitsteuerungseinheit 38 weist eine Funktion des Erfassens eines Schlupfzustands der Räder eines elektrischen Fahrzeugs oder eines Haftungszustands der Räder auf. Die Gleitsteuerungseinheit 38 hat des Weiteren die Funktion des, wenn ein Schlupf der Räder des elektrischen Fahrzeugs erfasst wird, Reduzierens des Moments des elektrischen Motors 120 zum Wiederanhaften der Räder und Wiederherstellen des Moments des elektrischen Motors 120 nach dem Erfassen der Wiederanhaftung der Räder. Bezüglich einer detaillierten Konfiguration der Gleitsteuerungseinheit 38 wurden verschiedene Arten davon vorgeschlagen und sind öffentlich bekannt; daher wird eine detaillierte Beschreibung davon hier ausgelassen.
Wie in der Figur dargestellt, erzeugt die Gleitsteuerungseinheit 38 und gibt aus ein viertes Moment τ₄ , das erlangt wird durch Durchführen einer Steuerung des Erhöhens oder Reduzierens eines Moments auf das dritte Moment τ₃ zum Zwecke der Gleitsteuerung. In der Konfiguration der 19 wird das vierte Moment τ₄ , das durch die Gleitsteuerungseinheit 38 erzeugt ist, ein Momentenbefehl τ*, der durch die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30B erzeugt ist. Das bedeutet, dass in der vierten Ausführungsform ein Strombefehlswert in der Vektorsteuerung berechnet wird basierend auf dem vierten Moment τ₄ . Wenn die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30B die Begrenzerverarbeitungseinheit 36 nicht aufweist, kann die Gleitsteuerungseinheit 38 das zweite Moment τ₂ als eine Eingabe empfangen.
Mit der Konfiguration der 19, wird das Berechnungsergebnis der Gleitsteuerungseinheit 38 sofort in dem tatsächlichen Moment des elektrischen Motors 120 wiedergegeben. Dies ermöglicht einem herkömmlichen Gleitsteuerungsalgorithmus, ausreichend zu funktionieren. Angenommen, dass die Gleitsteuerungseinheit 38 auf der stromaufwärtigen Seite der Änderungsratensteuerungseinheit 34 bereitgestellt ist. Mit dieser Konfiguration wird die Änderungsrate durch die Änderungsratensteuerungseinheit 34 auch in Bezug auf das Berechnungsergebnis der Gleitsteuerungseinheit 38 unterdrückt. Man nimmt an, dass die Gleitsteuerungseinheit 38 auf der stromaufwärtigen Seite der Begrenzerverarbeitungseinheit 36 bereitgestellt ist. Mit dieser Konfiguration wird der Momentenbegrenzungswert τ_L für eine Zeitdauer ausgegeben, während der die Leistungsbegrenzung eingeschaltet ist; daher wird das Berechnungsergebnis der Gleitsteuerungseinheit 38 ignoriert.
Wie voranstehend beschrieben, gemäß der Vortriebssteuerungsvorrichtung der vierten Ausführungsform weist die Momentenbefehlsberechnungseinheit 30B die Gleitsteuerungseinheit 38 auf. Daher ist es möglich, einen Effekt, der seinem herkömmlichen Gleitsteuerungsalgorithmus ermöglicht, genügend zu funktionieren, wie auch die Effekte der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform ermöglicht.
Letztlich wird eine Hardwarekonfiguration zum Realisieren der Funktion der Momentenbefehlsberechnungseinheiten 30, 30A und 30B in der ersten bis vierten Ausführungsform in Bezug auf die 20 und 21 beschrieben.
In einem Fall des Realisierens der Funktionen der Momentenbefehlsberechnungseinheiten 30, 30A und 30B, wie voranstehend beschrieben, kann eine Konfiguration angewendet werden, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 200 aufweist, die Berechnungen ausführt, ein Speicher 202, der ein Programm speichert, das durch die CPU 200 auszulesen ist, und eine Schnittstelle 204, die Signale eingibt/ausgibt, wie in 15 dargestellt. Die CPU 200 kann eine Berechnungseinheit wie ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, ein Prozessor oder ein digitaler Signalprozessor (DSP) sein. Der Speicher 202 entspricht einem nichtflüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeicher wie etwa einem Zufallzugriffsspeicher (random access memory; RAM), einen Nurlese-Speicher (ROM), einem Flash-Speicher, einem löschbaren programmierbaren ROM (EPROM) oder einem elektrischen EPROM (EEPROM).
Spezifisch speichert der Speicher 202 Programme zum Ausführen der Funktionen der Momentenbefehlsberechnungseinheiten 30, 30A und 30B. Die CPU 200 führt verschiedene Berechnungsvorgänge aus, die in der ersten bis vierten Ausführungsform beschrieben sind durch Austauschen notwendiger Information über die Schnittstelle 204.
Die CPU 200 und der Speicher 202, die in der 20 dargestellt sind, können durch einen Verarbeitungsschaltkreis 203, wie in der 21 dargestellt, ersetzt werden. Der Verarbeitungsschaltkreis 203 entspricht, zum Beispiel, im einzelnen Schaltkreis, im zusammengesetzten Schaltkreis, einem programmierten Prozessor, einem parallel programmierten Prozessor, einem anmeldungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) oder Kombinationen davon.
Die Konfigurationen, die in den voranstehenden Ausführungsformen beschrieben sind, sind lediglich Beispiele eines Aspekts der vorliegenden Erfindung und können mit anderen bekannten Technologien kombiniert werden und Teile davon können ausgelassen oder modifiziert werden, ohne sich von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
Bezugszeichenliste
1, 1A, 1B, 1C Vortriebssteuerungsvorrichtung; 2 Leistungswandlervorrichtung; 3 Steuerungseinrichtung; 20 Gleichrichter; 20B, 20C Diodengleichrichter; 22 Wechselrichter; 30, 30A, 30B Momentenbefehlsberechnungseinheit; 32 Zielwertberechnungseinheit; 34a, 34A3 Differenzierer; 34b Änderungsmengenbegrenzungstabelle; 34c, 34A8, 36c Auswahleinheit; 34d, 34A1, 34A7, 36h Verzögerungseinheit; 34e, 34A6 Summierer; 34, 34A Änderungsratensteuerungseinheit; 34A2 Zeitkonstantentabelle; 34A4, 36b Teiler; 34A5 Multiplizierer; 36 Begrenzerverarbeitungseinheit; 36a Leistungsbegrenzertabelle; 36d Stabilisationsfilter; 36f, 36i Filtersteuerungseinheit; 36e, 36g Vergleicher; 38 Gleitsteuerungseinheit; 100, 100A, 100B, 100C Antriebssystem für elektrisches Fahrzeug; 106 Leistungszufuhrausstattung; 108 Wechselstromoberleitungsleitung; 110, 110A, 110B, 110C Leistungszufuhr; 111 Dieselmotor; 112 Generator; 120 elektrischer Motor; 200 CPU; 202 Speicher; 203 Verarbeitungsschaltkreis; 204 Schnittstelle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002252902 [0007]

Claims

Vortriebssteuerungsvorrichtung, die eine Leistungswandlervorrichtung steuert, die Leistung an einen elektrischen Motor zuführt, der ein elektrisches Fahrzeug antreibt, wobei die Vortriebssteuerungsvorrichtung aufweist eine Momentenbefehlsberechnungseinheit zum Berechnen eines Moments, das durch den elektrischen Motor zu erzeugen ist, wobei die Momentenbefehlsberechnungseinheit aufweist: eine Zielwertberechnungseinheit zum Berechnen eines ersten Moments auf einer Basis eines Betriebsbefehls; und eine Änderungsratensteuerungseinheit zum Berechnen und Ausgeben eines zweiten Moments, wobei das zweite Moment ein Moment ist, das durch Unterdrücken einer Änderungsrate des ersten Moments auf einer Basis einer empfangenen Spannung erlangt wird, wobei die empfangene Spannung eine Spannung ist, bei der die Leistungswandlervorrichtung eine Leistungszufuhr empfängt.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn das erste Moment ein Leistungspfadmoment ist, die Änderungsratensteuerungseinheit eine Steuerung so durchführt, dass, je kleiner die empfangene Spannung ist, desto kleiner eine Änderungsrate des zweiten Moments ist.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn das erste Moment ein regeneratives Moment ist, die Änderungsratensteuerungseinheit eine Steuerung so durchführt, dass je größer die empfangene Spannung ist, desto größer eine Änderungsrate des zweiten Moments ist.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wenn das erste Moment gleich oder kleiner als das zweite Moment ist, die Änderungsratensteuerungseinheit keine Steuerung der Änderungsrate des zweiten Moments durchführt.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Änderungsratensteuerungseinheit einen Änderungsmengenbegrenzungswert eines zweiten Moments pro Berechnungszyklus auf einer Basis der empfangenen Spannung berechnet, eine Abweichung zwischen dem ersten Moment und dem zweiten Moment in einem vorhergehenden Berechnungszyklus berechnet, und das kleinere von dem Änderungsmengenbegrenzungswert und der Abweichung zu dem zweiten Moment in dem einen vorhergehenden Berechnungszyklus addiert, um das zweite Moment zu aktualisieren.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Änderungsratensteuerungseinheit einen Begrenzungswert einer Änderungsmenge eines zweiten Moments pro Zeiteinheit auf Basis der empfangenen Spannung berechnet, und das zweite Moment so steuert, dass die Änderungsmenge des zweiten Moments pro Zeiteinheit nicht den Begrenzungswert überschreitet.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Änderungsratensteuerungseinheit einen Filtervorgang auf das erste Moment durchführt, um das zweite Moment zu berechnen, und eine Konstante zum Bestimmen einer Frequenzantwort des Filtervorgangs auf Basis der empfangenen Spannung berechnet wird.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vortriebssteuerungsvorrichtung einen Strombefehlswert in Vektorsteuerung auf einer Basis des zweiten Moments berechnet.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Momentenbefehlsberechnungseinheit eine Begrenzerverarbeitungseinheit aufweist, die Begrenzerverarbeitungseinheit einen Stabilisierungsfilter aufweist, der zumindest eine Tiefpasscharakteristik in einer Frequenzantwort aufweist, und die Begrenzerverarbeitungseinheit ein drittes Moment erzeugt und ausgibt, das durch Berechnen eines Momentenbegrenzungswerts auf einer Basis einer Geschwindigkeit des elektrischen Fahrzeuge oder einer Rotationsgeschwindigkeit des elektrischen Motors und der empfangenen Spannung erlangt wurde, und Ausführen eines Vorgangs durch den Stabilisierungsfilter auf das kleinere von dem zweiten Moment und dem Momentenbegrenzungswert.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Vortriebssteuerungsvorrichtung einen Strombefehlswert in Vektorsteuerung auf einer Basis des dritten Moments berechnet.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9, wobei die Momentenbefehlsberechnungseinheit eine Gleitsteuerungseinheit aufweist, und die Gleitsteuerungseinheit ein viertes Moment erzeugt und ausgibt, das durch Ausführen einer Steuerung des Erhöhens oder Reduzierens eines Moments auf das zweite Moment oder das dritte Moment erlangt wird, abhängig von einem Schlupfzustand eines Rads des elektrischen Fahrzeuge oder eines Haftungszustands des Rads.
Vortriebssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vortriebssteuerungsvorrichtung einen Strombefehlswert in Vektorsteuerung auf einer Basis des vierten Moments berechnet.