TWI689426B - 驅動裝置、驅動方法、驅動程式以及電動車輛 - Google Patents

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Abstract

本發明的實施方式涉及的驅動裝置，包括：訊號接收部(11)，接收由角度感測器(4u、4v、4w)輸出的感測器訊號；訊號間隔計算部(12)，計算出感測器訊號(S1)與感測器訊號(S2)之間的訊號間隔(△T)；輸出角度計算部(13)，根據馬達3的旋轉速度以及目標扭矩計算出PWM訊號的輸出角度；安裝誤差獲取部(14)，獲取各個角度感測器的安裝位置的誤差(AS_u、AS_v、AS_w)；時間點决定部(15)，根據訊號間隔(△T)、輸出角度以及誤差(AS_u、AS_v、AS_w)計算出PWM訊號的輸出時間點(to)；以及馬達控制部(16)，在接收到感測器訊號(S3)後經過輸出時間點(to)時輸出PWM訊號。

Description

驅動裝置、驅動方法、驅動程式以及電動車輛
本發明涉及驅動裝置、驅動方法、驅動程式以及電動車輛。
在電動兩輪車(兩輪EV)等電動車輛上一般具有用於驅動車輪的馬達、以及具有用於控制馬達的控制部的驅動裝置。控制部藉由將具有與目標扭矩等相應的佔空比的PWM訊號輸出至向馬達提供交流電力的逆變器，從而對馬達進行控制。
在專利文獻1中，記載了一種馬達控制裝置，其目的是：在從使用感測器對轉子角度進行檢測過渡到藉由無感測器來檢測轉子角度時，對馬達運行狀態的不穩定進行抑制。
先行技術文獻
專利文獻1，特開2002-325481號公報
驅動裝置的控制部使用馬達的旋轉速度來計算輸出角度(進角、遲角)，並按照基於計算出的輸出角度的時間點將PWM訊號輸出至逆變器。控制部使用由對應馬達的各相安裝的多個旋轉位置感測器輸出的訊號來計算出馬達的旋轉速度。從旋轉位置感測器處按照每個規定的電動角輸出上升沿訊號或下降沿訊號(以下也稱為“感測器訊號”)。
然而，旋轉位置感測器的安裝位置有時會產生誤差(位置偏差)。因此，一旦按照使用從旋轉位置感測器處接收的感測器訊號計算出的輸出角度來進行馬達控制，就可能會導致馬達的效率下降。而當馬達的效率下降時使馬達輸出所需的扭矩的話，則可能會加大向馬達提供電力的電池的負載。
因此，本發明的目的，是提供一種驅動裝置、驅動方法、驅動程式以及電動車輛，即便是在旋轉位置感測器的安裝位置存在誤差的情况下，也能夠進行適宜的馬達控制。
本發明涉及的驅動裝置的特徵在於，包括：訊號接收部，接收從設置在驅動負載的馬達上的多個旋轉位置感測器輸出的，並且按照與所述馬達的旋轉速度相應的間隔到來的訊號；訊號間隔計算部，在所述訊號接收部接收第一訊號後，一旦接收第二訊號，計算出所述第一訊號的接收時刻與所述第二訊號的接收時刻之間的訊號間隔；輸出角度計算部，根據所述馬達的旋轉速度以及目標扭矩，計算出用於控制向所述馬達提供交流電力的逆變器的PWM訊號的輸出角度；安裝誤差獲取部，獲取所述各個旋轉位置感測器的安裝位置的誤差；時間點决定部，直到所述訊號接收部接收到在所述第二訊號之後到來的第三訊號之前，根據所述訊號間隔、所述輸出角度、以及所述各個旋轉位置感測器處的所述誤差來决定所述PWM訊號的輸出時間點；以及 馬達控制部，在接收到所述第三訊號後經過所述輸出時間點時，向所述逆變器輸出PWM訊號。
在所述驅動裝置中，所述馬達具有第一相、第二相以及第三相，所述多個旋轉位置感測器為：對應所述第一相的第一旋轉位置感測器、對應所述第二相的第二旋轉位置感測器、以及對應所述第三相的第三旋轉位置感測器，所述第一訊號由所述第一旋轉位置感測器輸出，所述第二訊號由所述第二旋轉位置感測器輸出，所述第三訊號由所述第三旋轉位置感測器輸出，所述安裝誤差獲取部獲取：所述第一旋轉位置感測器處的第一誤差、所述第二旋轉位置感測器處的第二誤差、以及所述第三旋轉位置感測器處的第三誤差，所述時間點决定部：根據所述第一誤差以及所述第二誤差對所述訊號間隔進行補正，根據所述第三誤差對所述輸出角度進行補正，藉由將所述補正後的訊號間隔乘以與所述補正後的輸出角度相對應的時間，來計算出所述輸出時間點。
在所述驅動裝置中，所述馬達具有第一相、第二相以及第三相， 所述多個旋轉位置感測器為：對應所述第一相的第一旋轉位置感測器、對應所述第二相的第二旋轉位置感測器、以及對應所述第三相的第三旋轉位置感測器，所述第一訊號由所述第一旋轉位置感測器輸出，所述第二訊號由所述第二旋轉位置感測器輸出，所述第三訊號由所述第三旋轉位置感測器輸出，所述安裝誤差獲取部獲取：所述第一旋轉位置感測器處的第一誤差、所述第二旋轉位置感測器處的第二誤差、以及所述第三旋轉位置感測器處的第三誤差，所述時間點决定部藉由如下公式來計算出所述輸出時間點：
Figure 108110616-A0305-02-0006-1
上述公式中，to表示所述輸出時間點，△T表示所述訊號間隔，AS1表示所述第一誤差，AS2表示所述第二誤差，AS3表示所述第三誤差，θ表示所述馬達的電動角，DEG表示所述輸出角度。
在所述驅動裝置中，所述訊號間隔計算部藉由將從接收到所述第一訊號直到接收到所述第二訊號的期間內按照監視時間間隔進行計數的計數數量乘以所述監視時間間隔來計算出所述訊號間隔。
在所述驅動裝置中，所述訊號間隔計算部在計算出所述訊號間隔後，重置所述計數數量。
在所述驅動裝置中，所述輸出角度計算部藉由使用所述馬達的目標扭矩以及所述旋轉速度來對表示所述馬達的目標扭矩、所述馬達的旋轉速度、以及所述PWM訊號的輸出角度之間的關係的輸出角度圖表進行檢索來獲取所述輸出角度。
在所述驅動裝置中，所述訊號間隔計算部將藉由如下公式得到的瞬時旋轉速度作為所述馬達的旋轉速度來使用，從而計算出所述輸出角度：n=60000/(△T×Np)
上述公式中，n表示所述馬達的瞬時旋轉速度(rpm)，△T表示所述訊號間隔(mSec)，Np是表示所述馬達在以電動角旋轉一周的期間內所述訊號接收部接收到的感測器訊號的數量。
在所述驅動裝置中，所述輸出角度計算部藉由使用所述馬達的目標扭矩以及所述旋轉速度來對表示所述馬達的目標扭矩、所述馬達的旋轉速度、以及所述PWM訊號的佔空比之間的關係的佔空比圖表進行檢索來獲取所述PWM訊號的佔空比。
在所述驅動裝置中，所述訊號接收部接收的所述訊號是從所述多個旋轉位置感測器處輸出的脈衝訊號的上升沿訊號或下降沿訊號。
在所述驅動裝置中，所述誤差是根據從所述旋轉位置感測器處輸出所述訊號時所述馬達的旋轉位置而得到的值。
在所述驅動裝置中，所述誤差是使所述馬達旋轉多次後得到的值的平均值。
本發明涉及的電動車輛的特徵在於，包括：如上述中所記載的，並且所述負載為電動車輛的車輪的驅動裝置。
在所述電動車輛中，所述車輪與所述馬達在不經由離合器的情况下機械連接。
本發明涉及的驅動方法的特徵在於，包括：訊號接收部接收從設置在驅動負載的馬達上的多個旋轉位置感測器輸出的，並且按照與所述馬達的旋轉速度相應的間隔到來的訊號的步驟；訊號間隔計算部在所述訊號接收部接收第一訊號後，一旦接收第二訊號，計算出所述第一訊號的接收時刻與所述第二訊號的接收時刻之間的訊號間隔的步驟；輸出角度計算部根據所述馬達的旋轉速度以及目標扭矩，計算出用於控制向所述馬達提供交流電力的逆變器的PWM訊號的輸出角度的步驟；安裝誤差獲取部獲取所述各個旋轉位置感測器的安裝位置的誤差的步驟；時間點决定部直到所述訊號接收部接收到在所述第二訊號之後到來的第三訊號之前，根據所述訊號間隔、所述輸出角度、以及所述各個旋轉位置感測器處的所述誤差來决定所述PWM訊號的輸出時間點的步驟；以及馬達控制部在接收到所述第三訊號後經過所述輸出時間點時，向所述逆變器輸出PWM訊號的步驟。
本發明涉及的驅動程式，其特徵在於：使電腦執行： 訊號接收部接收從設置在驅動負載的馬達上的多個旋轉位置感測器輸出的，並且按照與所述馬達的旋轉速度相應的間隔到來的訊號的步驟；訊號間隔計算部在所述訊號接收部接收第一訊號後，一旦接收第二訊號，計算出所述第一訊號的接收時刻與所述第二訊號的接收時刻之間的訊號間隔的步驟；輸出角度計算部根據所述馬達的旋轉速度以及目標扭矩，計算出用於控制向所述馬達提供交流電力的逆變器的PWM訊號的輸出角度的步驟；安裝誤差獲取部獲取所述各個旋轉位置感測器的安裝位置的誤差的步驟；時間點决定部直到所述訊號接收部接收到在所述第二訊號之後到來的第三訊號之前，根據所述訊號間隔、所述輸出角度、以及所述各個旋轉位置感測器處的所述誤差來决定所述PWM訊號的輸出時間點的步驟；以及馬達控制部在接收到所述第三訊號後經過所述輸出時間點時，向所述逆變器輸出PWM訊號的步驟。
在本發明中，由於是在考慮了對應馬達的各相安裝的多個旋轉位置感測器的安裝位置的誤差後從而决定PWM訊號的輸出時間點，因此即便各相的旋轉位置感測器的安裝位置存在誤差，也能夠進行適宜的馬達控制。
1:電動車輛控制裝置
2:電池
3:馬達
3r:轉子
4:角度感測器
4u:U相角度感測器
4v:V相角度感測器
4w:W相角度感測器
5:油門位置感測器
6:輔助開關
7:儀器
8:車輪
9:充電器
10:控制部
11:訊號接收部
12:訊號間隔計算部
13:輸出角度計算部
14:安裝誤差獲取部
15:時間點决定部
16:馬達控制部
20:記憶部
30:電力轉換部
100:電動車輛
M1:扭矩示意圖
M2:佔空比示意圖
M3:輸出角度示意圖
Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6:半導體開關
S1、S2、S3:感測器訊號
第1圖是本發明的實施方式涉及的電動車輛100的概略構成圖。
第2圖是電力轉換部30以及馬達3的概略構成圖。
第3圖是設置在馬達3的轉子3r上的磁鐵與角度感測器4的示意圖。
第4圖是轉子角度與角度感測器的輸出之間的關係示意圖。
第5圖是用於說明實施方式涉及的PWM控制的時序圖。
第6圖是電動車輛控制裝置1的控制部10的功能的框圖。
第7圖是用於說明感測器訊號與計數數量之間的關係等的說明圖。
第8圖是用於說明PWM訊號的佔空比和輸出角度的計算處理的示意圖。
第9圖(a)展示扭矩示意圖的構成，第9圖(b)展示佔空比示意圖的構成，第9圖(c)展示輸出角度示意圖的構成。
第10圖是用於說明角度感測器的安裝位置的誤差的示意圖。
第11圖是用於說明實施方式涉及的電動車輛控制方法的一例流程圖。
下面，將基於圖式對本發明涉及的實施方式進行說明。在以下的實施方式中，作為本發明涉及的驅動裝置的一個實施方式，對驅動控制電動車輛的電動車輛控制裝置進行說明。其中，本發明涉及的驅動裝置也可以對電動車輛的車輪以外的負載進行驅動。
首先，參照第1圖對實施方式涉及的電動車輛100進行說明。
電動車輛100藉由使用從電池提供的電力對馬達進行驅動，從而進行行進。在本實施方式中，電動車輛100是電動摩托車等電動兩輪車，具體來說，就是如第1圖所示的馬達3與車輪8在不經由離合器的情况下直接機械連接後的電動兩輪車。其中，本發明涉及的電動車輛也可以是馬達3與車輪8在經由離合器的情况下連接後的車輛。此外，不僅限於兩輪車，也可以是例如三輪或四輪的電動車輛。
電動車輛100如第1圖所示，包括：電動車輛控制裝置1、電池2、馬達3、角度感測器(旋轉位置感測器)4、油門位置感測器5、輔助開關6、儀器(顯示部)7、車輪8、以及充電器9。
下面，對電動車輛100的各構成要素進行詳細說明。
電動車輛控制裝置1是控制電動車輛100的裝置，並且具有：控制部10、記憶部20以及電力轉換部(驅動)30。其中，電動車輛控制裝置1也可以是作為控制整個電動車輛100的ECU(Electronic Control Unit)來構成。
下面，對電動車輛控制裝置1的各構成要素進行詳細說明。
控制部10輸入來自連接於電動車輛控制裝置1的各種裝置處的訊息。具體來說，就是控制部10接收：從電池2、角度感測器(旋轉位置感測器)4、油門位置感測器5、輔助開關6、以及充電器9輸出的各種訊號。控制部10輸出顯示在儀器7中的訊號。此外，控制部10藉由電力轉換部30來控制馬達3。對於控制部10的詳細訊息會進行後述。
記憶部20記憶：控制部10所使用的訊息以及控制部10用於運作的程式。該記憶部20中，記憶有：扭矩示意圖等各種示意圖與角度感測器的安裝 位置的誤差等訊息。其中，記憶部20可以是例如非易失性半導體儲存器，也可以不限於此。此外，記憶部20也可以作為控制部10的一部分來裝入。
電力轉換部30將從電池2輸出的直流電力轉換為交流電力後提供至馬達3。在本實施方式中，電力轉換部30如第2圖所示，具有藉由三相全橋電路所構成的逆變器。半導體開關Q1、Q3、Q5是高端開關，半導體開關Q2、Q4、Q6是低端開關。半導體開關Q1~Q6的控制端子與控制部10電連接。半導體開關Q1~Q6是例如MOSFET或IGBT等。
如第2圖所示，電源端子30a與電源端子30b之間設置有平滑電容器C。
輸入端子3a是馬達3的U相輸入端子，輸入端子3b是馬達3的V相輸入端子，輸入端子3c是馬達3的W相輸入端子。
半導體開關Q1如第2圖所示，連接在電池2的正極所連接的電源端子30a與馬達3的輸入端子3a之間。同樣地，半導體開關Q3連接在電源端子30a與馬達3的輸入端子3b之間。半導體開關Q5連接在電源端子30a與馬達3的輸入端子3c之間。
半導體開關Q2連接在馬達3的輸入端子3a與電池2的負極所連接的電源端子30b之間。同樣地，半導體開關Q4連接在馬達3的輸入端子3b與電源端子30b之間。半導體開關Q6連接在馬達3的輸入端子3c與電源端子30b之間。
電池2向用於使電動車輛100的車輪8轉動的馬達3提供電力。該電池2向電力轉換部30提供直流電力。電池2例如可以是鋰離子電池，也可以是其他種類的電池。其中，電池2的數量不限於一個，也可以是多個。即，電動車輛 100中也可以設置有互相並聯或串聯後的多個電池2。此外，電池2中也可以包含有用於向控制部10提供運作電壓的鉛電池。
電池2包含電池管理單元(BMU)。電池管理單元將與電池2的電壓和狀態(充電率等)相關的電池訊息發送至控制部10。
馬達3藉由從電力轉換部30處提供的交流電力，對車輪8等負載進行驅動。在本實施方式中，馬達3與車輪8機械連接，從而使車輪8向所需方向轉動。馬達3是具有U相、V相以及W相的三相交流馬達。如所述般，馬達3與車輪8在不經由離合器的情况下直接機械連接。其中，雖然在本實施方式中是使用三相無刷馬達來作為三相交流馬達，但是馬達3的種類不限於此。
角度感測器4用於檢測馬達3的轉子3r的旋轉位置。如第3圖所示，轉子3r的外周面上交替安裝有N極與S極的磁鐵(感測器磁鐵)。角度感測器4例如藉由霍爾元件來構成，並且檢測伴隨馬達3的轉動的磁場變化。其中，第3圖所示的磁鐵數量只是一例示例，並不限於此。此外，磁鐵也可以設置在飛輪(fly wheel)(無圖示)的內側。
如第3圖所示，角度感測器4具有：與馬達3的U相對應安裝的U相角度感測器4u、與馬達3的V相對應安裝的V相角度感測器4v、以及與馬達3的W相對應安裝的W相角度感測器4w。各相的角度感測器4u、4v、4w被設置在馬達3上。在本實施方式中，U相角度感測器4u與V相角度感測器4v相對於轉子3r是配置為構成30°的角度。同樣地，V相角度感測器4v與W相角度感測器4w相對於馬達3的轉子3r是配置為構成30°的角度。
其中，角度感測器4u、4v、4w的配置不限於第3圖所示的示例。例如，角度感測器4u、4v、4w也可以配置在各相(U、V、W)的馬達線圈附近，或配置在馬達線圈間。
如第4圖所示，U相角度感測器4u、V相角度感測器4V、以及W相角度感測器4W，輸出與轉子3r的旋轉位置對應的位相脈衝訊號。該脈衝訊號的寬度(或感測器訊號的時間間隔)隨馬達3(即車輪8)的旋轉速度變高而變窄。其中，第4圖展示了角度感測器4u、4v、4w的安裝位置在沒有誤差時的情况。
如第4圖所示，按照每個規定的旋轉位置來分配表示馬達級(motor stage)的編號(馬達級編號)。馬達級表示轉子3r的旋轉位置，在本實施方式中，按照每60°的電動角來分配馬達級編號1、2、3、4、5、6。
輸出級也被稱為通電級，其是：由角度感測器4檢測出的馬達級加上基於輸出角度的時間。輸出角度如後述般根據馬達3的旋轉速度與目標扭矩而變化。
控制部10使用PWM訊號來對電力轉換部30的半導體開關Q1~Q6進行ON/OFF控制。藉由這樣，從電池2提供的直流電力被轉換為交流電力。例如第5圖所示，U相低端開關(半導體開關Q2)在輸出級6、1、2、3中被PWM控制。V相低端開關(半導體開關Q4)在輸出級2、3、4、5中被PWM控制，W相低端開關(半導體開關Q6)在輸出級4、5、6、1中被PWM控制。其中，進行PWM控制的級是藉由通電方式等來决定的，並不限於此例。
如上述般，藉由對低端開關而不是高端開關進行ON/OFF控制，從而就能夠避免因馬達3的再生運作從而產生的電流流入電池2。其中，在被允許對電池2流入再生電流的情况下，則也可以對高端開關進行ON/OFF控制。
在第5圖所示的示例中，高端開關也有成為ON的時間點。例如，作為U相高端開關的半導體開關Q1在輸出級1、2中被按照規定的時間間隔來ON控制。藉由這樣對高端開關進行ON控制，就能夠抑制電力轉換部30的發熱。其中，為了防止電流短路，當高端開關被控制為ON時，對應的(即，相同臂(arm)的)低端開關則被控制為OFF。
油門位置感測器5，用於檢測相對於電動車輛100的油門的操作量(以下稱為“油門操作量”)，並且將其作為電訊號發送至控制部10。油門操作量相當於發動機汽車的節氣門開度。用戶在想要加速時油門操作量會增大，用戶在想要減速時油門操作量會減小。
輔助開關6是用戶在請求輔助電動車輛100時操作的開關。輔助開關6在被藉由用戶操作時，會將輔助請求訊號發送至控制部10。並且，控制部10控制馬達3產生輔助扭矩。
儀器(顯示部)7是設置在電動車輛100上的顯示器(例如液晶面板)，並顯示各種訊息。儀器7設置在例如電動車輛100的方向碟上(無圖示)。儀器7中顯示有：電動車輛100的行駛速度、電池2的剩餘量、當前時間、行駛總距離、以及剩餘行駛距離等訊息。剩餘行駛距離表示電動車輛100之後還能行駛多少距離。
充電器9具有：電源插頭(無圖示)、以及將藉由該電源插頭提供的交流電源轉換為直流電源的轉換器電路(無圖示)。電池2藉由由轉換器電路轉換後的直流電力來進行充電。充電器9例如藉由電動車輛100內的通訊網路(CAN等)與電動車輛控制裝置1可通訊連接。
之後，將對電動車輛控制裝置1的控制部10進行詳細說明。
如第6圖所示，控制部10具有：訊號接收部11、訊號間隔計算部12、輸出角度計算部13、安裝誤差獲取部14、時間點决定部15、以及馬達控制部16。其中，控制部10的各部分中的處理，能夠藉由軟體(程式)來實現。
訊號接收部11，接收從與馬達3的各相對應安裝的角度感測器4u、4v、4w處輸出的，並且按照與馬達3的旋轉速度相應的間隔到來的訊號。訊號接收部11所接收的訊號為：從U相角度感測器4u、V相角度感測器4v、以及W相角度感測器4w處輸出的感測器訊號(即，脈衝訊號的上升沿訊號或下降沿訊號)。在本實施方式中，訊號接收部11在馬達3的轉子3r以電動角每旋轉60°時接收感測器訊號。感測器訊號所到來的時間間隔隨馬達3的旋轉速度變高而變短。
如第7圖所示，訊號接收部11按照每個監視時間間隔△tm來確認是否從角度感測器4接收到感測器訊號。監視時間間隔△tm是例如馬達3的控制時間間隔。在第7圖中，表示監視時間間隔△tm的箭頭在時刻t2以後不進行圖示。感測器訊號的接收也可以藉由來自角度感測器4的中斷處理來進行。
當電動車輛100以最高速度行駛時，監視時間間隔△tm比訊號接收部11所接收的感測器訊號的時間間隔更短，例如50微秒。一般來說，當馬達3的旋轉速度為最大時，監視時間間隔△tm比訊號接收部11所接收的感測器訊號的時間間隔更短。
訊號間隔計算部12，在訊號接收部11接收第一訊號後，一旦接收第二訊號，則計算出第一訊號的接收時刻與第二訊號的接收時刻之間的訊號間隔(也被稱為感測器之間的時間)。在本實施方式中，如第7圖所示，訊號間隔計算部12，在訊號接收部11接收感測器訊號S1後，一旦接收隨後的感測器訊號S2，則計算出感測器訊號S1與感測器訊號S2間的訊號間隔△T。訊號間隔△T是感 測器訊號S1的接收時刻t1與感測器訊號S2的接收時刻t2之間的時間間隔。在第7圖的圖例中，感測器訊號S1是從V相角度感測器4v(第一旋轉位置感測器)輸出的訊號，感測器訊號S2是從U相角度感測器4u(第二旋轉位置感測器)輸出的訊號。後述的感測器訊號S3是從W相角度感測器4w(第三旋轉位置感測器)輸出的訊號。
在本實施方式中，訊號間隔計算部12使用按照監視時間間隔△tm進行計數的計數數量來作為訊號間隔△T。在訊號接收部11沒有接收到感測器訊號的情况下，訊號接收部11或訊號間隔計算部12將按照監視時間間隔△tm來增加計數數量。該計數數量表示從接收到剛剛的感測器訊號後經過的時間。計數數量的初始值為0。訊號接收部11一旦接收到感測器訊號，計數數量N就會被重置(即，返回初始值)。訊號間隔計算部12藉由將從接收到感測器訊號S1直到接收到感測器訊號S2的期間內按照監視時間間隔△tm進行計數的計數數量N乘以監視時間間隔△tm來計算出訊號間隔△T。
此外，訊號間隔計算部12根據訊號間隔△T，計算出馬達3的瞬時旋轉速度。具體來說，就是訊號間隔計算部12藉由公式(1)來計算出馬達3的瞬時旋轉速度。
n=60000/(△T×Np)...(1)
上述公式中，n表示馬達3的瞬時旋轉速度(rpm)，△T表示訊號間隔(mSec)，Np是表示馬達3在以電動角旋轉一周的期間內訊號接收部11接收到的感測器訊號的數量。
在按計數數量來測量訊號間隔時，訊號間隔計算部12藉由公式(2)來計算出馬達3的瞬時旋轉速度。
n=60000/(N△tm×Np)...(2)
上述公式中，n表示馬達3的瞬時旋轉速度(rpm)，N表示從接收到感測器訊號S1直到接收到感測器訊號S2的期間內進行計數的計數數量，△tm表示監視時間間隔(mSec)，Np是表示馬達3在以電動角旋轉一周的期間內訊號接收部11接收到的感測器訊號的數量。
其中，訊號間隔計算部12也可以計算平均旋轉速度來作為馬達3的旋轉速度。
輸出角度計算部13，計算出表示用於控制電力轉換部30的PWM訊號的輸出時間點的輸出角度。詳細來說，就是輸出角度計算部13，根據馬達3的瞬時旋轉速度以及目標扭矩來計算出PWM訊號的輸出角度。其中，輸出角度計算部13也可以使用平均旋轉速度來代替瞬時旋轉速度作為馬達3的旋轉速度，從而計算出輸出角度。此外，在本實施方式中如下述般，輸出角度計算部13也進行PWM訊號的佔空比的計算。
參照第8圖以及第9圖，對佔空比以及輸出角度的計算進行詳細說明。輸出角度計算部13，藉由：使用從油門位置感測器5接收到的油門操作量、以及經由訊號間隔計算部12所計算出的瞬時旋轉速度對扭矩示意圖M1進行檢索，從而獲取目標扭矩。此處，扭矩示意圖M1如第9圖(a)所示，示意：油門操作量、馬達3的旋轉速度、以及馬達3的目標扭矩之間的關係。
接著，輸出角度計算部13，藉由：使用從扭矩示意圖M1獲取的目標扭矩、以及經由訊號間隔計算部12所計算出的瞬時旋轉速度對佔空比示意圖M2進行檢索，從而獲取佔空比。此處，佔空比示意圖M2如第9圖(b)所示，示意：馬達3的目標扭矩、馬達3的旋轉速度、以及PWM訊號的佔空比之間的關係。
輸出角度計算部13進一步藉由：使用從扭矩示意圖M1獲取的目標扭矩、以及經由訊號間隔計算部12所計算出的瞬時旋轉速度對輸出角度示意圖M3進行檢索，從而獲取輸出角度。此處，輸出角度示意圖M3如第9圖(c)所示，示意：馬達3的目標扭矩、馬達3的旋轉速度、以及PWM訊號的輸出角度之間的關係。
其中，控制部10在使用多個通電方式(例如，120°通電方式與180°通電方式)對電力轉換部30進行控制時，使用與各通電方式對應的佔空比示意圖M2與輸出角度示意圖M3。即，在使用120°通電方式時，使用120°通電方式用的佔空比示意圖與輸出角度示意圖來獲取佔空比與輸出角度，在使用180°通電方式時，使用180°通電方式用的佔空比示意圖與輸出角度示意圖來獲取佔空比與輸出角度。
安裝誤差獲取部14，獲取各相的角度感測器4u、4v、4w的安裝位置的誤差。詳細來說，就是安裝誤差獲取部14，將U相角度感測器4u處的誤差AS_u、V相角度感測器4v處的誤差AS_v、以及W相角度感測器4w處的誤差AS_w從記憶部20讀取後來獲取。誤差AS_u、AS_v、AS_w如第10圖所示，是從角度感測器4u、4v、4w的正常安裝位置(虛線所示的位置)處的角度偏移量〔°〕。其中，安裝位置的誤差只要是表示從角度感測器4u、4v、4w的正確安裝位置處的位置偏移量，就不僅限於角度偏移量。
誤差AS_u、AS_v、AS_w是事先(例如在馬達3的組裝時)已測定的，且是根據從角度感測器4u、4v、4w處輸出感測器訊號的時間點時的馬達3的旋轉位置而得到的值。例如，藉由手動使馬達3轉動，從角度感測器4u、4v、4w處輸出感測器訊號。並且，藉由測定在輸出感測器訊號的時間點時的轉 子3r的旋轉位置與正確安裝位置之間的角度偏移量，從而來求得誤差。其中，為了提高誤差的測定精度，誤差最好是使馬達3旋轉多次後得到的值的平均值。
時間點决定部15，决定向電力轉換部30輸出PWM訊號的時間點。詳細來說，就是時間點决定部15，直到訊號接收部11接收到在感測器訊號S2之後到來的感測器訊號S3(第三訊號)之前，根據訊號間隔△T、輸出角度、以及誤差AS_u、AS_v、AS_w來决定PWM訊號的輸出時間點to。
此處，關於從V相角度感測器4v接收到感測器訊號S1後，在從U相角度感測器4u接收到感測器訊號S2的狀態下，藉由時間點决定部15計算出輸出時間點to的計算方法，將參照第7圖來進行說明。
時間點决定部15，根據V相角度感測器4v處的誤差AS_v(第一誤差)以及U相角度感測器4u處的誤差AS_u(第二誤差)來對訊號間隔△T進行補正。具體來說，就是時間點决定部15藉由公式(3)對訊號間隔△T進行補正。
△Ta=△T×(AS_v/60+AS_u/60+1)...(3)
上述公式中，△Ta是補正後的訊號間隔。其中，公式(3)是馬達3的電動角為60°時的公式。
藉由進行這種訊號間隔的補正，在考慮到角度感測器4u、4v的安裝位置的誤差後，從而得到實際的感測器之間的時間。
隨後，時間點决定部15，根據W相角度感測器4w處的誤差AS_w(第三誤差)，對經由輸出角度計算部13計算出的輸出角度進行補正。具體來說，就是時間點决定部15藉由公式(4)對輸出角度進行補正。
DEGa=AS_w+DEG...(4)
上述公式中，DEGa是補正後的輸出角度，DEG是藉由輸出角度計算部13計算出的輸出角度。
接著，時間點决定部15藉由公式(5)來求得與補正後的輸出角度DEGa相對應的時間ta。其中，公式(5)是電動角為60°時的公式。
ta=DEGa/60...(5)
時間點决定部15，藉由將補正後的訊號間隔△Ta乘以基於補正後的輸出角度DEGa的時間ta，從而計算出輸出時間點to。即，輸出時間點to是藉由公式(6)來計算出的。
to=△Ta×ta...(6)
輸出時間點to為：根據從現在開始向逆變器輸出PWM訊號的級處的角度感測器的安裝位置誤差，對實際感測器之間的時間△Ta進行補正後的時間。
如果將輸出時間點to的計算處理歸納為一般形式，則變為公式(7)。
Figure 108110616-A0305-02-0021-3
上述公式中，AS1是輸出第一訊號的旋轉位置感測器的安裝位置的誤差(上例中的AS_v)，AS2是輸出第二訊號的旋轉位置感測器的安裝位置的誤差(上例中的AS_u)，AS3是輸出第三訊號的旋轉位置感測器的安裝位置的誤差(上例中的AS_w)，θ是馬達3的電動角，DEG是藉由輸出角度計算部13計算出的輸出角度。
馬達控制部16，藉由將計算出的佔空比的PWM訊號輸出至電力轉換部30，從而對馬達3進行控制。詳細來說，就是一旦訊號接收部11從W相角度感測器4w處接收到在感測器訊號S2之後到來的感測器訊號S3，那麽馬達控制部16在接收到感測器訊號S3後經過輸出時間點to時，向電力轉換部30輸出PWM訊號。即，如第7圖所示，馬達控制部16在接收到感測器訊號S3後經過輸出時間點to的時刻t4時，向電力轉換部30輸出PWM訊號。
在本實施方式中，一旦馬達控制部16接收到感測器訊號S3，則將相當於輸出時間點的定時器(timer)值，設定為控制部10所具有的定時器(無圖示)。
並且，一旦定時器超時(timeout)，則將PWM訊號發送至電力轉換部30。其中，輸出的PWM訊號的佔空比，也可以是在接收到感測器訊號S3後藉由輸出角度計算部13所獲取的值。
如上述般，具有從佔空比示意圖M2獲取的佔空比的PWM訊號，按照在考慮到角度感測器4u、4v、4w的安裝位置誤差後的輸出時間點，輸出至電力轉換部30。藉由這樣，就能夠在不使馬達3的效率下降的情况下，控制馬達3產生所需的扭矩。
在上述例中，雖然說明了從U相角度感測器4u接收到感測器訊號時的輸出時間點的計算處理，但是當從W相角度感測器4w或V相角度感測器4v接收到感測器訊號時，時間點决定部15也能夠進行同樣的處理，並計算出輸出時間點。例如，當從W相角度感測器4w接收到感測器訊號S3時，時間點决定部15計算出感測器訊號S2與感測器訊號S3間的訊號間隔，並使用U相角度感測器4u處的誤差來作為誤差AS1，使用W相角度感測器4w處的誤差來作為誤差AS2，使 用V相角度感測器4v處的誤差來作為誤差AS3，藉由公式(7)來計算出輸出時間點。並且，馬達控制部16一旦從V相角度感測器4v接收到感測器訊號，則在接收到該感測器訊號後經過輸出時間點時，將PWM訊號輸出至電力轉換部30。藉由這樣，在開始PWM訊號發送步驟前的步驟中，進行上述輸出時間點的計算處理。其中，對上述方法的應用不僅限於PWM訊號，將用於使半導體開關Q1~Q6成為ON狀態的ON控制訊號輸出至逆變器的時間點，也可以藉由上述方法來計算、决定。
如以上說明般，在本實施方式的電動車輛控制裝置1中，訊號間隔計算部12計算出作為感測器訊號S1與感測器訊號S2之間的時間間隔的訊號間隔，輸出角度計算部13計算出用於控制電力轉換部30的PWM訊號的輸出角度，安裝誤差獲取部14獲取角度感測器4u、4v、4w的安裝位置的誤差。並且，時間點决定部15根據訊號間隔、輸出角度、以及各個角度感測器4u、4v、4w的誤差來决定PWM訊號的輸出時間點，馬達控制部16在接收到感測器訊號S3後經過輸出時間點時，向電力轉換部30輸出PWM訊號。
如上述般，在本實施方式中，在考慮了對應馬達3的各相安裝的角度感測器4u、4v、4w的安裝位置的誤差後從而按照决定後的輸出時間點來輸出PWM訊號。因此，即便是在角度感測器4u、4v、4w的安裝位置存在誤差的情况下，也能夠進行與轉子3r的旋轉位置相應的正確的PWM控制。所以，根據本實施方式，就能夠對馬達3進行適宜的控制，從而提高馬達的效率。此外，由於藉由提高馬達3的效率來降低電池2的負載，因此就能夠抑制電池2的老化。
《電動車輛控制方法》
下面，參照第11圖的流程圖，對本實施方式涉及的電動車輛控制方法的一例進行說明。其中，計數數量被預先初始化。
訊號接收部11對是否經過監視時間間隔△tm進行判定(步驟S11)。在經過監視時間間隔△tm的情况下(S11：Yes)，判定是否從角度感測器4接收到感測器訊號(步驟S12)。在沒有接收到感測器訊號的情况下(S12：No)，增加一個計數數量(步驟S13)，並返回步驟S11。
另一方面，在接收到感測器訊號的情况下(S12：Yes)，訊號間隔計算部12，將在感測器訊號S1與感測器訊號S2之間進行計數後的計數數量作為訊號間隔△T來進行計算，並將計數數量重置為初始值(步驟S14)。在本步驟中，訊號間隔計算部12藉由公式(2)來計算馬達3的瞬時旋轉速度。其中，計數數量的重置也可以在步驟S15~S19的任一時間點中進行。
隨後，輸出角度計算部13，根據藉由步驟S14計算出的瞬時旋轉速度與從油門位置感測器5接收到的油門操作量，來求得PWM訊號的佔空比與輸出角度(步驟S15)。具體來說，就是如參照第8圖後的說明般，藉由使用扭矩示意圖M1、佔空比示意圖M2以及輸出角度示意圖M3，來求得PWM訊號的佔空比與輸出角度。
接著，安裝誤差獲取部14獲取各相的角度感測器4u、4v、4w的安裝位置的誤差(步驟S16)。
時間點决定部15决定向電力轉換部30輸出PWM訊號的時間點(步驟S17)。具體來說，就是直到訊號接收部11接收到感測器訊號S3之前，根據訊號間隔△T、輸出角度、以及誤差AS_u、AS_v、AS_w來决定PWM訊號的輸出時間點to。
馬達控制部16對是否為輸出時間點進行判定(步驟S18)。具體來說，就是對在接收到感測器訊號S3後是否經過由步驟S17所决定的輸出時間點進行判定。在判定為是輸出時間點的情况下(S18：Yes)，馬達控制部16向電力轉換部30(逆變器)發送PWM訊號(步驟S19)。
根據上述的驅動方法，由於是在考慮了角度感測器4u、4v、4w的安裝位置的誤差後來决定PWM訊號的輸出時間點，因此，即便是在角度感測器4u、4v、4w的安裝位置存在誤差的情况下，也能夠進行適宜的馬達控制。
其中，在上述的處理流程中雖然是使用了計數數量，但是也可以使用感測器訊號的接收時刻來計算出訊號間隔，從而計算出瞬時旋轉速度。此外，在沒有接收到感測器訊號的情况下(S12：No)，也可以使用剛剛的油門操作量與前一次計算出的瞬時旋轉速度，從佔空比示意圖M2處獲取佔空比。並且，也可以使用獲取的佔空比來更新向電力轉換部30發送的PWM訊號。
在上述實施方式中說明過的電動車輛控制裝置1(控制部10)的至少一部分，既可以以硬體來構成，也可以以軟體來構成。在以軟體來構成時，也可以將實現控制部10的至少一部分功能的程式收納在軟碟與CD-ROM等的儲存媒體中，並使電腦進行讀取後來運行。儲存媒體不限於可裝卸的磁碟與光碟等，也可以是硬碟裝置與儲存器等的固定型儲存媒體。
此外，也可以將實現控制部10的至少一部分功能的程式藉由因特網等通訊線路(包含無線通訊)來進行分發。也可以進一步將程式在加密、調製、壓縮後的狀態下，藉由因特網等有限線路與無線線路、或收納在儲存媒體中來進行分發。
基於上述記載，如果是本領域具有通常知識者雖然可能想到本發明的追加效果與各種變形，但是本發明方式不限於上述的各種實施方式。也可以將不同實施方式所涉及的構成要素進行適當組合。在不脫離申請專利範圍中指定的內容以及從其均等物體導出的本發明的概念思想與主旨的範圍內，能夠進行各種追加、變更以及部分删除。
1:電動車輛控制裝置
2:電池
3:馬達
4:角度感測器
5:油門位置感測器
6:輔助開關
7:儀器
8:車輪
9:充電器
10:控制部
20:記憶部
30:電力轉換部

Claims (15)

  1. 一種驅動裝置，其包括：訊號接收部，接收從設置在驅動負載的馬達上的複數個旋轉位置感測器輸出的，並且按照與該馬達的旋轉速度相應的間隔到來的訊號；訊號間隔計算部，在該訊號接收部接收第一訊號後，一旦接收第二訊號，計算出該第一訊號的接收時刻與該第二訊號的接收時刻之間的訊號間隔；輸出角度計算部，根據該馬達的旋轉速度以及目標扭矩，計算出用於控制向該馬達提供交流電力的逆變器的PWM訊號的輸出角度；安裝誤差獲取部，獲取該各個旋轉位置感測器的安裝位置的誤差；時間點决定部，直到該訊號接收部接收到在該第二訊號之後到來的第三訊號之前，根據該訊號間隔、該輸出角度、以及該各個旋轉位置感測器處的該誤差來决定該PWM訊號的輸出時間點；以及馬達控制部，在接收到該第三訊號後經過該輸出時間點時，向該逆變器輸出PWM訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中：該馬達具有第一相、第二相以及第三相，該複數個旋轉位置感測器為：對應該第一相的第一旋轉位置感測器、對應該第二相的第二旋轉位置感測器、以及對應該第三 相的第三旋轉位置感測器，該第一訊號由該第一旋轉位置感測器輸出，該第二訊號由該第二旋轉位置感測器輸出，該第三訊號由該第三旋轉位置感測器輸出，該安裝誤差獲取部獲取：該第一旋轉位置感測器處的第一誤差、該第二旋轉位置感測器處的第二誤差、以及該第三旋轉位置感測器處的第三誤差，該時間點决定部：根據該第一誤差以及該第二誤差對該訊號間隔進行補正，根據該第三誤差對該輸出角度進行補正，藉由將該補正後的訊號間隔乘以與該補正後的輸出角度相對應的時間，來計算出該輸出時間點。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中：該馬達具有第一相、第二相以及第三相，該複數個旋轉位置感測器為：對應該第一相的第一旋轉位置感測器、對應該第二相的第二旋轉位置感測器、以及對應該第三相的第三旋轉位置感測器，該第一訊號由該第一旋轉位置感測器輸出，該第二訊號由該第二旋轉位置感測器輸出，該第三訊號由該第三旋轉位置感測器輸出，該安裝誤差獲取部獲取：該第一旋轉位置感測器處的第一誤差、該第二旋轉位置感測器處的第二誤差、以及該第三旋轉位置感 測器處的第三誤差，該時間點决定部藉由如下公式來計算出該輸出時間點：
    Figure 108110616-A0305-02-0030-4
     上述公式中，to表示該輸出時間點，△T表示該訊號間隔，AS1表示該第一誤差，AS2表示該第二誤差，AS3表示該第三誤差，θ表示該馬達的電動角，DEG表示該輸出角度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中：該訊號間隔計算部藉由將從接收到該第一訊號直到接收到該第二訊號的期間內按照監視時間間隔進行計數的計數數量乘以該監視時間間隔來計算出該訊號間隔。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的驅動裝置，其中：該訊號間隔計算部在計算出該訊號間隔後，重置該計數數量。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中：該輸出角度計算部藉由使用該馬達的目標扭矩以及該旋轉速度來對表示該馬達的目標扭矩、該馬達的旋轉速度、以及該PWM訊號的輸出角度之間的關係的輸出角度圖表進行檢索來獲取該輸出角度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中：該訊號間隔計算部將藉由如下公式得到的瞬時旋轉速度作為該馬達的旋轉速度來使用，從而計算出該輸出角度：n=60000/(△T×Np) 上述公式中，n表示該馬達的瞬時旋轉速度(rpm)，△T表示該訊號間隔(mSec)，Np是表示該馬達在以電動角旋轉一周的期間內該訊號接收部接收到的感測器訊號的數量。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中：該輸出角度計算部藉由使用該馬達的目標扭矩以及該旋轉速度來對表示該馬達的目標扭矩、該馬達的旋轉速度、以及該PWM訊號的佔空比之間的關係的佔空比圖表進行檢索來獲取該PWM訊號的佔空比。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中於：該訊號接收部接收的該訊號是從該複數個旋轉位置感測器處輸出的脈衝訊號的上升沿訊號或下降沿訊號。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中：該誤差是根據從該旋轉位置感測器處輸出該訊號時該馬達的旋轉位置而得到的值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的驅動裝置，其中：該誤差是使該馬達旋轉多次後得到的值的平均值。
  12. 一種電動車輛，其包括：如申請專利範圍第1項中所記載的驅動裝置，並且該負載為電動車輛的車輪的驅動裝置。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電動車輛，其中：該車輪與該馬達在不經由離合器的情况下機械連接。
  14. 一種驅動方法，其包括： 訊號接收部接收從設置在驅動負載的馬達上的複數個旋轉位置感測器輸出的，並且按照與該馬達的旋轉速度相應的間隔到來的訊號的步驟；訊號間隔計算部在該訊號接收部接收第一訊號後，一旦接收第二訊號，計算出該第一訊號的接收時刻與該第二訊號的接收時刻之間的訊號間隔的步驟；輸出角度計算部根據該馬達的旋轉速度以及目標扭矩，計算出用於控制向該馬達提供交流電力的逆變器的PWM訊號的輸出角度的步驟；安裝誤差獲取部獲取該各個旋轉位置感測器的安裝位置的誤差的步驟；時間點决定部直到該訊號接收部接收到在該第二訊號之後到來的第三訊號之前，根據該訊號間隔、該輸出角度、以及該個旋轉位置感測器處的該誤差來决定該PWM訊號的輸出時間點的步驟；以及馬達控制部在接收到該第三訊號後經過該輸出時間點時，向該逆變器輸出PWM訊號的步驟。
  15. 一種驅動程式，其中：使電腦執行：訊號接收部接收從設置在驅動負載的馬達上的複數個旋轉位置感測器輸出的，並且按照與該馬達的旋轉速度相應的間隔到來的訊號的步驟；訊號間隔計算部在該訊號接收部接收第一訊號後，一旦接收第 二訊號，計算出該第一訊號的接收時刻與該第二訊號的接收時刻之間的訊號間隔的步驟；輸出角度計算部根據該馬達的旋轉速度以及目標扭矩，計算出用於控制向該馬達提供交流電力的逆變器的PWM訊號的輸出角度的步驟；安裝誤差獲取部獲取該各個旋轉位置感測器的安裝位置的誤差的步驟；時間點决定部直到該訊號接收部接收到在該第二訊號之後到來的第三訊號之前，根據該訊號間隔、該輸出角度、以及該個旋轉位置感測器處的該誤差來决定該PWM訊號的輸出時間點的步驟；以及馬達控制部在接收到該第三訊號後經過該輸出時間點時，向該逆變器輸出PWM訊號的步驟。
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