JP2020072640A - 車両のインバータを制御する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のインバータを制御する方法を提供する。【解決手段】車両１０は、インバータ１４と、電気モータ２０と、制御ユニット１２と、検出素子１８と、を備える。制御ユニット１２は、パルスを生成するためのパルス幅発生器１５を含む。所定の時間間隔ごとに少なくとも１つの車両パラメータが、対応する検出素子１８によって検出される。検出された少なくとも１つの車両パラメータに基づいて複数のパルス幅信号が、パルス発生器１５によって生成される。車両１０の最大回転磁束と最大効率とを達成するために、検出された少なくとも１つの車両パラメータに対する生成されたパルス幅信号に依存して、インバータ１４の少なくとも１つのスイッチング戦略が、制御ユニット１２によって制御される。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のインバータを制御及び較正する方法に関する。

背景技術
ハイブリッド／電気自動車において使用される電気モータは、種々の効率曲線を有し、効率の大半は、異なるトルク、速度及び高電圧バッテリ特性に対して、インバータによって制御される。現在の最新技術は、インバータ、電気モータの効率を固定するための理論式と、異なるトルク／速度特性でのインバータ用のスイッチング戦略とを使用している。この方法は、非常に正確でも効率的でもない。ハイブリッド電気自動車において使用される永久磁石同期モータなどの電気モータを制御するために使用されるインバータの種々のパラメータは、正確なトルク値を与えるために、複数の電流及び電圧ベクトル値に関して較正される必要がある。１つのそのようなパラメータは、電気モータのステータコイルのインダクタンス値である。異なる範囲の軸電流用のテストベンチにおいて電気モータのインダクタンスパラメータを手動で較正することは、時間のかかる作業であり、エラーが発生しやすく、正確性にも欠ける。

米国特許第６０４６５５４号明細書

先行技術文献である米国特許第６０４６５５４号明細書（ＵＳ６０４６５５４）は、モータの動作中にモータ逆起電力を提供する第１のモータ巻線を有し、供給電流により動作可能なモータを開示している。第１のモータは、所定の公称回転速度において、所定の動作電流と、所定の公称逆起電力とに対応する所定の公称トルクを発生させる。上述のパラメータは、モータに供給電流を供給することにより較正される。このモータは、既知の回転速度において動作し、モータからの供給電流を切断することによって、モータを既知の回転速度から減速させ、モータ逆起電力のＥＭＦ表示を取得する。

本発明の異なるモードは、明細書に詳細に開示されており、さらに、添付図面にも示されている。

本発明の一実施形態による車両の制御ユニットを示した図。 ハイブリッド車両のインバータを較正する方法のフローチャートを示した図。

実施形態の詳細な説明
図１は、車両の一実施形態による車両１０の制御ユニット１２を示している。この制御ユニット１２は、所定の時間間隔ごとに少なくとも１つの車両パラメータを検出し、検出された少なくとも１つの車両パラメータに基づいてパルス幅信号を生成する。制御ユニット１２は、ハイブリッド車両１０の最大回転磁束を達成するために、検出された少なくとも１つの車両パラメータに対して生成されたパルス幅信号に依存して、車両１０のインバータ１４の少なくとも１つのスイッチング戦略を制御する。車両１０は、ハイブリッド車両、電気車両などを含む車両グループから選択される。制御ユニット１２は、最大回転磁束の発生中に最大効率を達成するために、車両１０のインバータ１４のスイッチング戦略を制御する。インバータ１４の制御及び較正機能は、車両又は電気モータのテストベンチにおいて実施される。

さらに、ハイブリッド車両１０におけるインバータ１４の構成及びインバータ１４のコンポーネントについて、以下に説明する。インバータ１４は、バッテリ２２から電気モータ２０に電力を供給する。インバータ１４は、図１に示されているように接続された少なくとも６つのスイッチ１６を含む。本発明の一実施形態によれば、これらのスイッチ１６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。本発明の一実施形態による電気モータ２０は、永久磁石同期モータである。しかしながら、それは上記に開示されたものに限定されず、種々の用途に使用されている任意の電気モータ２０であり得る。少なくとも１つの車両パラメータを検出するように構成された少なくとも１つの検出素子１８は、電気モータ２０に接続されて近傍に配置され、又は、必要に応じて電気モータ２０に組み込まれる。少なくとも１つの検出素子１８は、トルクセンサ、速度センサ、シャフト振動センサなどを含む検出素子グループから選択される。

制御ユニット１２は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ＡＳＣＩＩチップ、ＩＣチップなどを含む制御ユニットグループから選択される。少なくとも１つの車両パラメータは、モータ速度、発生トルク、入力電圧、モータシャフトの振動、ステータ電流線路で発生する高調波、スイッチング周波数に対する可聴周波数範囲、発生する熱量などを含むパラメータグループから選択される。制御ユニット１２は、インバータ１４のスイッチ１６に供給される一連のパルスを生成するためのパルス幅発生器１５を含む。制御ユニット１２は、検出された少なくとも１つの車両パラメータに基づいて、インバータ１４のスイッチに複数のスイッチング戦略を提供する。制御ユニット１２は、インバータ１４に提供される少なくとも１つのスイッチング戦略であって、検出された少なくとも１つの車両パラメータに基づいて、異なるデューティサイクルを有する複数のパルス幅信号をインバータに供給することを含む少なくとも１つのスイッチング戦略を制御する。制御ユニット１２は、少なくとも１つのスイッチング戦略において、インバータ１４の少なくとも３つのスイッチ１６にパルス幅信号を供給するように構成されている。

図２は、ハイブリッド車両１０のインバータを較正するための方法のフローチャートを示している。ステップＳ１では、所定の時間間隔ごとに少なくとも１つの車両パラメータが、対応する検出素子１８によって検出される。ステップＳ２では、パルス幅信号が、検出された少なくとも１つの車両パラメータに基づいて、パルス発生器１５により生成される。ステップＳ３では、ハイブリッド車両／電気モータテストベンチ１０における最高効率の最大回転磁束を達成するために、検出された少なくとも１つの車両パラメータに対して生成されたパルス幅信号に依存して、インバータ１４の少なくとも１つのスイッチング戦略が制御ユニット１２によって制御される。

制御ユニット１２は、ハイブリッド車両１０が動作している現在のトルク、速度及び高電圧線路値を受信する。制御ユニット１２は、インバータ及びテストベンチシステムに供給する所要の速度、トルク及び入力高電圧を、制御ユニット１２に記憶された所定のモータトルク対速度対高電圧特性に基づいて変更する。受信した速度及びトルク値に基づいて、制御ユニット１２は、最大回転磁束を達成するために、インバータ１４のスイッチ１６に供給されるパルス幅信号を決定する。制御ユニット１２は、異なるデューティサイクル、パルス幅及び周波数値を含む一連のパルス幅信号を供給する。制御ユニット１２は、パルス幅信号の上述のパラメータを変更することにより、スイッチング戦略を変更する。制御ユニット１２は、デューティサイクル、パルス幅及び周波数値などのパルス幅信号パラメータを変更し、すべてのスイッチング戦略に対して回転磁束が達成されるように上述のパラメータの異なる組合せがインバータ１４のスイッチ１６に与えられる。

スイッチング戦略の各々に対して、制御ユニット１２は、車両１０において発生したトルクを所望のトルクと比較する。例えば、発生したトルクが（制御ユニット１２に記憶されている）所望のトルク値に等しい場合には、発生した機械的動力は、トルクと速度値とを使用して計算される。インバータ効率は、電圧及び電流センサ１８から得られたインバータ電圧及び電流値、並びに、計算された機械的動力を使用して、バッテリ２２からインバータ１４に供給される入力電力に基づいて計算される。インバータ効率に加えて、上述したような車両パラメータ（モータシャフトの振動、ステータ線路で発生する高調波、スイッチング周波数に対する可聴周波数範囲、発生する熱量など）が計算される。インバータ１４に提供された（完全な回転磁束を与える）スイッチング戦略の組合せの完了を検出すると直ちに、制御ユニット１２は、上記の車両パラメータが所定の値からさほど逸脱しないところの１つのスイッチング戦略を決定する。決定されたスイッチング戦略は、さらなる使用のために制御ユニット１２に記憶される。

例えば、制御ユニット１２は、パルス幅信号を周波数６ＫＨｚで供給し、デューティサイクルは５０％に初期化される。インバータ１４は、６つのスイッチを含んでいるため、パルス幅信号は、第１のスイッチＴ_１＝０ｍｓ、Ｔ_２＝４ｍｓ及びＴ_３＝８ｍｓのような異なる波形配置で３つのスイッチ１６に供給される。上記のスイッチング戦略がインバータ１４に提供されると直ちに、制御ユニット１２は、少なくとも１つの車両パラメータと、所定の値を有する車両パラメータの変動とを決定する。例えば、制御ユニット１２は、上記で提供されたスイッチング戦略に対して生成された回転磁束を決定し、生成された回転磁束の量に基づいて、当該制御ユニット１２は、スイッチング戦略を記憶する。

生成された回転磁束が最大値でない又は所定の値に等しくない場合には、制御ユニット１２は、パルス幅信号のパラメータを周波数（６ＫＨｚ）、デューティサイクル（６０％）に変更し、波形配置をＴ_１＝３ｍｓ、Ｔ_２＝５ｍｓ及びＴ_３＝７ｍｓに変更し、さらに上記で開示されたプロセスが継続される。制御ユニット１２は、パルス幅の１つ以上のパラメータを変更してインバータ１４のスイッチに供給し、最大回転磁束を達成する。パルス幅信号パラメータのすべての組合せの完了を検出すると直ちに、制御ユニット１２は、車両／テストベンチ１０の対応するトルク、速度及び高電圧値に対して最大回転磁束を提供したスイッチング戦略を検出し、当該制御ユニット１２に記憶する。制御ユニット１２は、車両１０の複数のトルク、速度及び高電圧値に対するこのプロセスを継続し、所定の値からの車両１０の少なくとも１つの車両パラメータの変動に基づいて複数のスイッチング戦略が制御ユニット１２に記憶される。

上記で開示された方法を用いることにより、電気モータ２０の効率が自動較正及びスイッチング戦略技術の学習の使用によって改善される。ハイブリッド車両１０の電気モータ２０によって使用される電力の使用は、最小化される。電気モータ２０に供給される同等の電力入力のもとで効率が改善され、より多くの走行距離が達成される。較正プロセスをより正確にすることにより、手動介入が低減される。高調波、振動、異なる速度、トルク、高電圧範囲の可聴周波数が自動的に最適化される。

上記で説明された実施形態は、単なる例示であり、本発明の権利範囲を限定するものではないことを理解されたい。多くのそのような実施形態及び明細書で説明された実施形態の他の修正や変更が想定される。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (6)

1. 車両（１０）のインバータ（１４）を制御する方法であって、
   所定の時間間隔ごとに少なくとも１つの車両パラメータを、対応する検出素子（１８）によって検出するステップと、
   前記検出された少なくとも１つの車両パラメータに基づいて、パルス幅信号をパルス発生器（１５）によって生成するステップと、
   前記車両（１０）の最大回転磁束を達成するために、前記検出された少なくとも１つの車両パラメータに対する前記生成されたパルス幅信号に依存して、制御ユニット（１２）により、前記インバータ（１４）の少なくとも１つのスイッチング戦略を制御するステップと、
   を含む方法。
2. 前記車両（１０）の最大効率を達成するために、前記検出された少なくとも１つの車両パラメータに対する前記生成されたパルス幅信号に依存して、前記制御ユニット（１２）により、前記インバータ（１４）の少なくとも１つのスイッチング戦略を制御するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの車両パラメータは、モータ速度、発生トルク、入力電圧、モータシャフトの振動、ステータ線路で発生する高調波、スイッチング周波数に対する可聴周波数範囲、発生する熱量などを含むパラメータグループから選択される、請求項１に記載の方法。
4. 前記インバータ（１４）の前記少なくとも１つのスイッチング戦略を制御するステップは、前記検出された少なくとも１つの車両パラメータに基づいて、異なるデューティサイクルとパルス配置とを有する複数のパルス幅信号を前記インバータ（１４）に供給することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記ハイブリッド車両（１０）の前記最大回転磁束を生成した前記デューティサイクルの値、パルスパターン、及び、少なくとも１つの前記パルス幅信号の供給周波数は、前記インバータ（１４）に供給されたときに前記制御ユニット（１２）に記憶される、請求項１に記載の方法。
6. 車両（１０）の制御ユニット（１２）であって、
   前記制御ユニット（１２）は、
   所定の時間間隔ごとに少なくとも１つの車両パラメータを検出し、
   前記検出された少なくとも１つの車両パラメータに基づいてパルス幅信号を生成し、
   前記ハイブリッド車両（１０）の最大回転磁束を達成するために、前記検出された少なくとも１つの車両パラメータに対する前記生成されたパルス幅信号に依存して、前記ハイブリッド車両（１０）のインバータ（１４）の少なくとも１つのスイッチング戦略を制御する、
   ように構成されている、制御ユニット（１２）。