TWI702338B - 驅動裝置、驅動方法、驅動程序以及電動車輛 - Google Patents

Abstract

本發明揭露的電動車輛控制裝置1，其包括：訊號接收部11，接收按照與馬達3的旋轉速度相應的間隔到來的訊號；旋轉速度計算部12，根據傳感訊號S1與傳感訊號S2之間的訊號間隔ΔＴ計算出馬達3的瞬時旋轉速度；以及馬達控制部13，根據計算出的瞬時旋轉速度產生PWM訊號，其中，當瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值時，馬達控制部13根據瞬時旋轉速度對PWM訊號的工作週期進行補正，從而使電流轉換部30的輸出電壓是與瞬時旋轉速度相應的值。

Description

驅動裝置、驅動方法、驅動程序以及電動車輛

本發明涉及驅動裝置、驅動方法、驅動程序以及電動車輛。

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、以及用於控制馬達的控制部的驅動裝置。由於電動車輛在檔位（Gear）固定的情況下從低旋轉速度域至高旋轉速度域都能夠獲得所需要的扭矩，因此行業內近年來正在研究不設置離合器的電動車輛。對於這種無離合器（Clutchless）的電動車輛來說，其馬達將直接承受在以往的電動車輛中被離合器所阻斷的來自於車輪外部的外力。

在專利文獻1中，揭露了一種發動機旋轉速度控制裝置，其在對發動機的旋轉速度進行控制的同時，對用於開閉驅動節流閥（throttle valve）的馬達進行PWM控制。另外，還記載了按照目標發動機旋轉速度變化量，計算出用於對PWM訊號的工作週期進行補正的PWM占空補正值。

先行技術文獻

(專利文獻1)特開2005-207416號公報

在電動車輛馬達的定子處，設置有用於檢測轉子的旋轉位置的旋轉位置感測器。驅動裝置的控制部從旋轉位置感測器處按照每個規定的電角度來接收上升邊緣訊號或下降邊緣訊號（以下也稱為“感測器訊號”）。控制部根據該感測器訊號來把握馬達的旋轉速度，並進行馬達的控制。

在上述無離合器的電動車輛中，由於與路面狀態等相對應的外力會直接施加於馬達，因此馬達的旋轉速度會因路面狀態而瞬時發生變動。這樣一來，由於逆變器的輸出無法追隨這種旋轉速度的瞬時變動，因此就會導致馬達的輸出扭矩可能會偏離目標值。下面，將參照圖14來具體說明。

如圖14所示，當馬達的瞬時旋轉速度下降時，因馬達的旋轉而感應的電壓（馬達感應電壓）中僅電壓Va會瞬時變小。而另一方面，在馬達感應電壓下降的期間內，向馬達提供交流電力的逆變器的輸出是不變的。這樣一來，逆變器的輸出電壓與馬達感應電壓之間的電壓差就會從V0擴大為Vb（=V0+Va）。電壓差V0是為了能夠獲得目標扭矩而設定的值。一旦電壓差擴大，其結果就會導致提供至馬達的電流大於獲得目標扭矩所需的電流，從而致使馬達輸出扭矩大於目標扭矩。

另一方面，當旋轉速度瞬時上升時，馬達感應電壓會瞬時變大，但逆變器的輸出卻是不變的，因此如圖14所示，逆變器的輸出電壓與馬達感應電壓之間差就會從Vb縮小至Vc，其結果就是，提供至馬達的電流小於獲得目標扭矩所需的電流，從而導致馬達的輸出扭矩過小。

上述這種因馬達旋轉速度的瞬時變動而導致馬達的輸出扭矩與目標扭矩之間產生偏差，從而導致無法對馬達進行適宜地控制一直以來是行業中的一個課題。

本發明鑒於上述情況，目的是提供一種驅動裝置、電動車輛控制方法、電動車輛控制程序以及電動車輛，即使是在因馬達旋轉速度受外力影響後發生瞬時變動的情況下，也能夠對馬達進行適宜地控制。

本發明涉及的驅動裝置的特徵在於，包括：

訊號接收部，接收在驅動負載的馬達旋轉一周的期間內從旋轉位置感測器輸出的複數個按照與所述馬達的旋轉速度相應的間隔到來的訊號；

旋轉速度計算部，根據由所述訊號接收部剛接收到的第一訊號的接收時間點與早於該第一訊號而接收到的第二訊號的接收時間點之間的訊號間隔計算出所述馬達的瞬時旋轉速度；以及

馬達控制部，根據所述瞬時旋轉速度產生PWM訊號，並將所述PWM訊號發送至對所述馬達提供交流電力的逆變器從而對所述馬達進行控制，

其中，當所述瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值時，所述馬達控制部根據所述瞬時旋轉速度對所述PWM訊號的工作週期進行補正，從而使所述逆變器的輸出電壓是與所述瞬時旋轉速度相應的值。

在所述驅動裝置中，

所述馬達控制部藉由線性內插對所述工作週期進行補正，所述線性內插使用表示所述瞬時旋轉速度與補正後的工作週期之間的關係的特徵直線。

在所述驅動裝置中，

在每次計算出所述瞬時旋轉速度時，均會進行所述線性內插。

在所述驅動裝置中，

所述特徵直線是將第一點與第二點相連接的直線，

所述第一點是按照以從所述馬達旋轉一周的時間所計算出的平均旋轉速度為中心的旋轉速度範圍的下限值與對應所述下限值的工作週期所規定的點，

所述第二點是按照所述旋轉速度範圍的上限值與對應所述上限值的工作週期所規定的點。

在所述驅動裝置中，

所述旋轉速度範圍是在考慮了所述馬達的瞬時旋轉速度的變動幅度後決定的。

在所述驅動裝置中，

所述特徵直線在每次計算出所述平均旋轉速度後均會被更新。

在所述驅動裝置中，

所述旋轉速度計算部藉由在從接收到所述第二訊號後直至接收到所述第一訊號的期間內按照監視時間間隔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，

在所述第二訊號是在所述第一訊號之前接收到的那一個訊號的情況下，所述旋轉速度計算部藉由以下公式來計算所述瞬時旋轉速度：

n=60000/(ΔT×Np)

上述公式中，n表示所述瞬時旋轉速度(rpm)，ΔT表示所述訊號間隔(mSec),Np是表示所述馬達在以電角度旋轉一周的期間內所述訊號接收部接收到的所述訊號的數量的值。

在所述驅動裝置中，

所述馬達控制部藉由使用所述馬達的目標扭矩以及所述瞬時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訊號的工作週期之間的關係的工作週期圖表進行檢索來獲取工作週期。

在所述驅動裝置中，

所述負載為電動車輛的車輪，

在所述馬達直接驅動所述車輪的情況下，所述馬達控制部在所述電動車輛啟動時使所述PWM訊號的工作週期逐漸上升。

在所述驅動裝置中，

所述訊號接收部接收的所述訊號是從設置在所述馬達處的旋轉位置感測器所輸出的脈衝訊號的上升邊緣訊號或下降邊緣訊號。

本發明涉及的電動車輛的特徵在於，包括：

申請專利範圍第1項中所記載的，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況下機械連接。

本發明涉及的驅動方法的特徵在於，包括：

訊號接收部接收在驅動負載的馬達旋轉一周的期間內從旋轉位置感測器輸出的複數個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；

旋轉速度計算部根據由所述訊號接收部剛接收到的第一訊號的接收時間點與早於該第一訊號而接收到的第二訊號的接收時間點之間的訊號間隔計算出所述馬達的瞬時旋轉速度的步驟；以及

馬達控制部根據所述瞬時旋轉速度產生PWM訊號，並將所述PWM訊號發送至對所述馬達提供交流電力的逆變器從而對所述馬達進行控制的步驟，

其中，當所述瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值時，所述馬達控制部根據所述瞬時旋轉速度對所述PWM訊號的工作週期進行補正，從而使所述逆變器的輸出電壓是與所述瞬時旋轉速度相應的值。

本發明涉及的驅動程序，使電腦執行：訊號接收部接收在驅動負載的馬達旋轉一周的期間內從旋轉位置感測器輸出的複數個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；旋轉速度計算部根據由所述訊號接收部剛接收到的第一訊號的接收時間點與早於該第一訊號而接收到的第二訊號的接收時間點之間的訊號間隔計算出所述馬達的瞬時旋轉速度的步驟；以及馬達控制部根據所述瞬時旋轉速度產生PWM訊號，並將所述PWM訊號發送至對所述馬達提供交流電力的逆變器從而對所述馬達進行控制的步驟，其特徵在於：

當所述瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值時，所述馬達控制部根據所述瞬時旋轉速度對所述PWM訊號的工作週期進行補正，從而使所述逆變器的輸出電壓是與所述瞬時旋轉速度相應的值。

發明效果

在本發明中，訊號接收部接收在馬達旋轉一周的期間內從旋轉位置感測器輸出的複數個按照與馬達的旋轉速度相應的間隔到來的訊號；旋轉速度計算部根據第一訊號與第二訊號之間的訊號間隔計算出馬達的瞬時旋轉速度；當計算出的瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值時，馬達控制部根據瞬時旋轉速度對PWM訊號的工作週期進行補正。並且工作週期被補正為使電力轉換部的輸出電壓是與瞬時旋轉速度相應的值。藉由這樣，即使是在因與路面狀態等相對應的外力施加於馬達，從而導致馬達旋轉速度發生瞬時變動的情況下，也能夠抑制馬達輸出扭矩的變動，從而對馬達進行適宜地控制。

下面，將基於圖式對本發明涉及的實施方式進行說明。其中，作為下面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，參照圖1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，就是如圖1所示的馬達3與車輪8在不經由離合器的情況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在經由離合器的情況下連接後的車輛。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如圖1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（後述的各種地圖等）以及控制部10用於運作的程序。該記憶部20可以是例如非揮發性半導體儲存器，也可以不限於此。其中，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如圖2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。

如圖2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如圖2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，也可以是複數個。即，電動車輛100中也可以設置有互相並聯或串聯後的複數個電池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況下直接機械連接。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。如圖3所示，轉子3r的周圍表面上交替安裝有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，圖3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）（無圖式）的內側。

如圖3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、以及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。

如圖4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，輸出對應於轉子3r的旋轉位置的相位脈衝訊號。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。

如圖4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°的電角度來分配馬達級編號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。在本實施方式中，如圖5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決定的，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流入再生電流的情況下，則也可以對高端開關進行ON/OFF控制。

如圖5所示，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的方向盤上（無圖式）。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（無圖式）、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（無圖式）。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內的通訊網絡（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。

如圖6所示，控制部10具有：訊號接收部11、旋轉速度計算部12、以及馬達控制部13。其中，控制部10的各部分中的處理，能夠藉由軟體（程序）來實現。

訊號接收部11，接收按照與馬達3的旋轉速度相應的間隔到來的訊號。訊號在馬達3旋轉一周的期間內從角度感測器4被輸出複數個。具體來說，就是訊號接收部11接收：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輸出的感測器訊號（即，脈衝訊號的上升邊緣訊號或下降邊緣訊號）。在本實施方式中，訊號接收部11在馬達3的轉子3r以電角度每旋轉60°時接收感測器訊號。因此，訊號接收部11在馬達3以電角度旋轉一周的期間內接收六個感測器訊號。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。

如圖7所示，訊號接收部11按照每個監視時間間隔Δtm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Δtm是例如馬達3的控制時間間隔。其中，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Δtm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Δtm比訊號接收部11所接收的感測器訊號的時間間隔更短。

旋轉速度計算部12，根據訊號間隔（也被稱為感測器之間的時間）來計算出馬達3的瞬時旋轉速度。此處的訊號間隔是訊號接收部11剛接收到的第一訊號的接收時間點與早於第一訊號而接收到的第二訊號的接收時間點之間的時間間隔。其中，雖然第二訊號在本實施方式中是在第一訊號之前接收到的那一個訊號，但不限於此，第二訊號也可以是在第一訊號之前接收到的大於等於兩個的訊號。

如本實施方式中的圖7所示，訊號間隔ΔT是訊號接收部11剛接收到的感測器訊號S1的接收時間點與在該感測器訊號S1之前接收到的那一個感測器訊號S2的接收時間點之間的時間間隔。在這種情況下，旋轉速度計算部12藉由公式（1）來計算出馬達3的瞬時旋轉速度。

n=60000/（ΔT×Np） …（1）

上述公式中，n表示馬達3的瞬時旋轉速度(rpm)，ΔT表示訊號間隔(mSec)，Np是表示馬達3在以電角度旋轉一周的期間內訊號接收部11接收的感測器訊號的數量。

在本實施方式中，旋轉速度計算部12使用按照監視時間間隔Δtm計數的計數數量來作為訊號間隔ΔT。在訊號接收部11沒有接收到感測器訊號的情況下，訊號接收部11或旋轉速度計算部12將按照監視時間間隔Δtm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）。

旋轉速度計算部12藉由在從接收到感測器訊號S1後直至接收到感測器訊號S2的期間內將計數後的計數數量N乘以監視時間間隔Δtm來計算出訊號間隔ΔT。

在使用計數數量來測量訊號間隔的情況下，旋轉速度計算部12藉由公式（2）來計算出馬達3的瞬時旋轉速度。

n=60000/（NΔtm×Np） …（2）

上述公式中，n表示馬達3的瞬時旋轉速度(rpm)，N表示在從接收到感測器訊號S2後直至接收到感測器訊號S1的期間內被計數後的計數數量，Δtm表示監視時間間隔(mSec)，Np是表示馬達3在以電角度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。

馬達控制部13根據旋轉速度計算部12計算出的瞬時旋轉速度，產生用於使馬達3產生所需扭矩的PWM訊號。並且，馬達控制部13將產生後的PWM訊號發送至電力轉換部30來控制馬達3。

在本實施方式中，馬達控制部13根據瞬時旋轉速度以及目標扭矩來計算出工作週期以及輸出角度（通電時間點），並將具有算出後的工作週期的PWM訊號，以算出後的輸出角度對電力轉換部30進行輸出。藉由這樣，控制馬達3以產生目標扭矩。其中，雖然PWM訊號的產生是按照監視時間間隔來進行的，但是其也可以在每次接收到感測器訊號的時候來進行，或者在馬達3每次旋轉一周的時候來進行。

參照圖8以及圖9，對工作週期以及輸出角度的算出進行詳細說明。馬達控制部13，藉由使用從油門位置感測器5接收到的油門操作量、以及經由旋轉速度計算部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如圖9（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，馬達控制部13，藉由使用從扭矩示意圖M1獲取的目標扭矩、以及經由旋轉速度計算部12所計算出的瞬時旋轉速度對工作週期示意圖M2進行檢索，從而獲取工作週期。此處，工作週期示意圖M2如圖9（b）所示，示意：馬達3的目標扭矩、馬達3的旋轉速度、以及PWM訊號的工作週期之間的關係。

馬達控制部13進一步藉由使用從扭矩示意圖M1獲取的目標扭矩、以及經由旋轉速度計算部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如圖9（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在使用複數個通電方式（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工作週期示意圖M2與輸出角度示意圖M3。即，在使用120°通電方式時，使用120°通電方式用的工作週期示意圖與輸出角度示意圖來獲取工作週期與輸出角度，在使用180°通電方式時，使用180°通電方式用的工作週期示意圖與輸出角度示意圖來獲取工作週期與輸出角度。

具有上述般獲取後的工作週期的PWM訊號按照上述般獲取後的輸出角度輸出於電力轉換部30，並且半導體開關Q1～Q6被ON/OFF控制。藉由這樣，控制馬達3以產生所需的扭矩。

下面，參照圖10以及圖11，來詳細說明藉由馬達控制部13對工作週期的瞬時補正。

當藉由旋轉速度計算部12所計算出的瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值時，馬達控制部13根據瞬時旋轉速度對PWM訊號的工作週期進行補正。雖然詳細情況會進行後述，但是工作週期是被補正為：使逆變器（電力轉換部30）的輸出電壓成為是與瞬時旋轉速度對應後的值。即，工作週期是被補正為：使逆變器的輸出電壓成為是與馬達感應電壓對應後的值。

在圖10所示的示例中，直至時間t1，逆變器的輸出電壓與馬達感應電壓（因馬達3的旋轉而感應的電壓）之間的差（以下，單獨稱為“電壓差”）為V0。隨後，瞬時旋轉速度從時間t1開始瞬時下降，並且瞬時旋轉速度的下降量在時間t2中達到規定值Δn1。隨著瞬時旋轉速度的下降，馬達感應電壓所下降的結果如圖10所示，電壓差從時間t1至t2的期間會暫時擴大。

但是，瞬時旋轉速度的下降量一旦達到規定值Δn1，馬達控制部13會根據瞬時旋轉速度來補正PWM訊號的工作週期。藉由使用補正後的工作週期的PWM訊號來驅動逆變器，如圖10所示，由於逆變器的輸出電壓下降，因此電壓差也隨之縮小（在穩定狀態下，電壓差為V1）。由於藉由這樣對工作週期進行瞬時補正從而來抑制電壓差的擴大，因此與目標扭矩整合後的電流就能夠流通在馬達3中，進而就能夠抑制輸出扭矩變得過大。

在瞬時旋轉速度上升時也相同。在圖10所示的示例中，直至時間t3的電壓差為V1。隨後，瞬時旋轉速度從時間t3開始瞬時上升，並且瞬時旋轉速度的上升量在時間t4中達到規定值Δn2。隨著瞬時旋轉速度的上升，馬達感應電壓也上升的結果，就是電壓差從時間t3至t4的期間會暫時縮小。

但是，瞬時旋轉速度的上升量一旦達到規定值Δn2，馬達控制部13會根據瞬時旋轉速度來補正PWM訊號的工作週期。藉由使用補正後的工作週期的PWM訊號來驅動逆變器，如圖10所示，由於逆變器的輸出電壓上升，因此電壓差也隨之擴大（在穩定狀態下，電壓差為V2）。藉由這樣，與目標扭矩整合後的電流就能夠流通在馬達3中，進而就能夠抑制輸出扭矩變得過小。

其中，規定值Δn1與規定值Δn2在本實施方式中，是按照計數數量的變化量來決定的。例如，在圖7中，在感測器訊號S1與感測器訊號S2之間計數後的計數數量，比在感測器訊號S2與感測器訊號S3之間計數後的計數數量更多於（或少於）規定值時，進行工作週期的瞬時補正。

下面，將參照圖11，對藉由線性內插對工作週期進行瞬時補正的方法進行說明。使用表示瞬時旋轉速度與補正後的工作週期之間關係的特徵直線L。該特徵直線L是連接點A與點B的直線。此處，點A是按照以平均旋轉速度Nav為中心的旋轉速度範圍R的下限值X1與對應於下限值X1的瞬時旋轉速度的工作週期Y1所規定的點。平均旋轉速度Nav是從馬達3旋轉一周的時間中計算出的旋轉速度。點B是按照以旋轉速度範圍R的上限值X2與對應於上限值X2的瞬時旋轉速度的工作週期Y2所規定的點。

其中，工作週期Y1、Y2是從工作週期示意圖M2處獲取的。即，藉由使用下限值X1的瞬時旋轉速度與此時的目標扭矩，對工作週期示意圖M2進行檢索，從而來獲取工作週期Y1，藉由使用上限值X2的瞬時旋轉速度與此時的目標扭矩，對工作週期示意圖M2進行檢索，從而來獲取工作週期Y2。

以下的關係公式成立於旋轉速度範圍R。

X1=Nav-f …（3）

X2=Nav+f …（4）

此公式中，f是馬達3的瞬時旋轉速度的變動幅度。

變動幅度f是因電動車輛100所行駛的路面狀態與角度感測器4的精度等所引起的瞬時旋轉速度從平均旋轉速度Nav偏離的最大值。該變動幅度f是例如500rpm。藉由這樣在考慮到馬達3的瞬時旋轉速度的變動幅度f後再決定旋轉速度範圍R，從而即使是在因路面狀態的變動與角度感測器4的精度等而導致的瞬時旋轉速度發生較大變動的情況下，也能夠精確地進行線性內插，進而對工作週期進行瞬時補正。

在每次藉由旋轉速度計算部12計算出平均旋轉速度的時候，更新特徵直線L。即，在每次計算出平均旋轉速度的時候，更新旋轉速度範圍R，並且藉由分別使用扭矩示意圖M1與工作週期示意圖M2，來求得與旋轉速度範圍R的下限值以及上限值的瞬時旋轉速度對應的工作週期，從而對特徵直線L進行更新。藉由這樣，就能夠進行使用了適合於電動車輛100的行駛狀態的特徵直線L後的線性內插，從而就能夠高精度維持工作週期的瞬時補正。

其中，也可以對照從油門位置感測器5接收到的油門操作量的變化來更新特徵直線L。藉由這樣，就能夠對工作週期進行更高精度的補正。

在本實施方式中，使用連接點A與點B的特徵直線L來進行線性內插，並對工作週期進行補正。即，如圖11所示，與藉由旋轉速度計算部12計算出的瞬時旋轉速度Nm對應的特徵直線L的值，是作為補正後的工作週期來求得的。在每次藉由旋轉速度計算部12計算出瞬時旋轉速度的時候，進行線性內插。

如以上說明般，在本實施方式涉及的電動車輛控制裝置1中，訊號接收部11，接收馬達3旋轉一周的期間內從角度感測器4輸出的複數個按照與馬達3的旋轉速度相應的間隔到來的感測器訊號，旋轉速度計算部12，根據感測器訊號S1與感測器訊號S2之間的訊號間隔ΔT計算出馬達3的瞬時旋轉速度，馬達控制部13，在計算出的瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值的情況下，根據瞬時旋轉速度對PWM訊號的工作週期進行補正。工作週期被補正為使電力轉換部30（逆變器）的輸出電壓是與瞬時旋轉速度（即，馬達感應電壓）相應的值。即，藉由根據馬達3的旋轉速度的瞬時變動對PWM訊號的工作週期進行瞬時補正，從而使逆變器與馬達感應電壓之間的電壓差不偏離基於目標扭矩的值。藉由這樣，即使是在因與路面狀態相對應的外力施加於馬達3，而導致旋轉速度發生瞬時變動的情況下，也能夠抑制馬達3的輸出扭矩的變動，從而進行適當的馬達控制。

《電動車輛控制方法》

下面，參照圖12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Δtm進行判定（步驟S11）。在經過監視時間間隔Δtm的情況下（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況下（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況下（S12：Yes），旋轉速度計算部12，根據在感測器訊號S1與感測器訊號S2之間計數後的計數數量來計算出馬達3的瞬時旋轉速度（步驟S14）。並且，旋轉速度計算部12，將計數數量重置為初始值（步驟S15）。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，馬達控制部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訊號的工作週期與輸出角度（步驟S16）。具體來說，就是如參照圖8的說明般，藉由使用扭矩示意圖M1、工作週期示意圖M2以及輸出角度示意圖M3，來求得PWM訊號的工作週期與輸出角度。

接著，馬達控制部13判定藉由步驟S14計算出的瞬時旋轉速度的變化量是否大於等於規定值（步驟S17）。本步驟的判定，是藉由例如判定本次的計數數量（感測器訊號S1與感測器訊號S2之間的計數數量）是否比上次的計數數量（感測器訊號S2與感測器訊號S3之間的計數數量）更多於（或少於）規定值，從而來進行的。

並且，在瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值的情況下（S17：Yes），對通過步驟S16求得的工作週期進行補正（步驟S18）。本步驟的補正，是藉由例如使用所述特徵直線L後的線性內插來進行的。隨後，將具有補正後的工作週期的PWM訊號發送至逆變器來控制馬達3（步驟S19）。

另一方面，在瞬時旋轉速度的變化量小於規定值的情況下（S17：No），不對工作週期進行補正，而是前進至步驟S19，將藉由步驟S16求得的工作週期的PWM訊號發送至逆變器。

根據上述的驅動方法，即使是在因與路面狀態相對應的外力施加於馬達3，而導致旋轉速度發生瞬時變動的情況下，也能夠抑制馬達3的輸出扭矩的變動，從而進行適當的馬達控制。

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間點來計算出訊號間隔，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況下（S12：No），也可以使用剛剛的油門的操作量與前一次計算出的瞬時旋轉速度，從工作週期示意圖M2處獲取工作週期。並且，也可以使用獲取的工作週期來更新特徵直線L，從而更新向電力轉換部30發送的PWM訊號。

在一些電動車輛中，馬達3對車輪8直接驅動（即，直接驅動方式），即沒有設置輪轂阻尼器。而本發明，也能夠適用於這種電動車輛。此外，在這種情況下，馬達控制部13的理想情況如圖13所示，在電動車輛100啟動時（低旋轉速度時）使PWM訊號的工作週期逐漸上升。藉由這樣，即使是在以直接驅動方式的情況下，也能夠使電動車輛100平穩啟動。

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序收納在軟碟與CD-ROM等的儲存介質中，並使電腦進行讀取後來運行。儲存介質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介質。

此外，也可以將實現控制部10的至少一部分功能的程序藉由網際網路等通訊線路（包含無線通訊）來進行分發。也可以進一步將程序在加密、調製、壓縮後的狀態下，藉由網際網路等有限線路與無線線路、或收納在儲存介質中來進行分發。

基於上述記載，如果是所屬技術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、變更以及部分刪除。

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‧‧‧旋轉速度計算部 13‧‧‧馬達控制部 20‧‧‧記憶部 30‧‧‧電力轉換部 100‧‧‧電動車輛 f‧‧‧變動幅度 L‧‧‧特徵直線 M1‧‧‧扭矩示意圖 M2‧‧‧工作週期示意圖 M3‧‧‧輸出角度示意圖 Nav‧‧‧平均旋轉速度 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6‧‧‧半導體開關 R‧‧‧旋轉速度範圍 S1、S2、S3‧‧‧感測器訊號

圖1是本發明的實施方式涉及的電動車輛100的概略構成圖。

圖2是電力轉換部30以及馬達3的概略構成圖。

圖3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。

圖4是轉子角度與角度感測器的輸出之間的關係示意圖。

圖5是用於說明實施方式涉及的PWM控制的時序圖。

圖6是電動車輛控制裝置1的控制部10的功能的框圖。

圖7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。

圖8是用於說明PWM訊號的工作週期和輸出角度的計算處理的示意圖。

圖9（a）展示扭矩示意圖的構成，圖9（b）展示工作週期示意圖的構成，圖9（c）展示輸出角度示意圖的構成。

圖10是用於說明本實施方式涉及的逆變器的輸出電壓的時間變化的示意圖。

圖11是用於說明藉由線性內插對工作週期進行瞬時補正的示意圖。

圖12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。

圖13是展示直接驅動時工作週期的時間變化的圖表。

圖14是用於說明習知技術中的課題的示意圖。

10‧‧‧控制部

11‧‧‧訊號接收部

12‧‧‧旋轉速度計算部

13‧‧‧馬達控制部

Claims (15)

1. 一種驅動裝置，包括： 訊號接收部，接收在驅動負載的馬達旋轉一周的期間內從旋轉位置感測器輸出的複數個按照與該馬達的旋轉速度相應的間隔傳來的訊號； 旋轉速度計算部，根據由該訊號接收部剛接收到的第一訊號的接收時間點與早於該第一訊號而接收到的第二訊號的接收時間點之間的訊號間隔計算出該馬達的瞬時旋轉速度；以及 馬達控制部，根據該瞬時旋轉速度產生PWM訊號，並將該PWM訊號發送至對該馬達提供交流電力的逆變器從而對該馬達進行控制， 其中，當該瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值時，該馬達控制部根據該瞬時旋轉速度對該PWM訊號的工作週期進行補正，從而使該逆變器的輸出電壓是與該瞬時旋轉速度相應的值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中該馬達控制部藉由線性內插對該工作週期進行補正，該線性內插使用表示該瞬時旋轉速度與補正後的工作週期之間的關係的特徵直線。
3. 如申請專利範圍第2項所述的驅動裝置，其中，在每次計算出該瞬時旋轉速度時，均會進行該線性內插。
4. 如申請專利範圍第2項所述的驅動裝置，其中該特徵直線是將第一點與第二點相連接的直線，該第一點是按照以從該馬達旋轉一周的時間所計算出的平均旋轉速度為中心的旋轉速度範圍的下限值與對應該下限值的工作週期所規定的點，該第二點是按照該旋轉速度範圍的上限值與對應該上限值的工作週期所規定的點。
5. 如申請專利範圍第4項所述的驅動裝置，其中該旋轉速度範圍是在考慮了該馬達的瞬時旋轉速度的變動幅度後決定。
6. 如申請專利範圍第4項所述的驅動裝置，其中該特徵直線在每次計算出該平均旋轉速度後均會被更新。
7. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中該旋轉速度計算部藉由將從接收到該第二訊號後直至接收到該第一訊號的期間內按照監視時間間隔計數的計數數量乘以該監視時間間隔來計算出所述訊號間隔。
8. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中在該第二訊號是在該第一訊號之前接收到的那一個訊號的情況下，該旋轉速度計算部藉由以下公式來計算該瞬時旋轉速度： n=60000/(ΔT×Np) 上述公式中，n表示該瞬時旋轉速度(rpm)，ΔT表示該訊號間隔(mSec),Np是表示該馬達在以電角度旋轉一周的期間內該訊號接收部接收到的該訊號的數量的值。
9. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中該馬達控制部藉由使用該馬達的目標扭矩以及該瞬時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訊號的工作週期之間的關係的工作週期圖表進行檢索來獲取該工作週期。
10. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中該負載為電動車輛的車輪，在該馬達直接驅動該車輪的情況下，該馬達控制部在該電動車輛啟動時使該PWM訊號的工作週期逐漸上升。
11. 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，其中該訊號接收部接收的該訊號是從設置在該馬達處的該旋轉位置感測器處輸出的脈衝訊號的上升邊緣訊號或下降邊緣訊號。
12. 一種電動車輛，包括： 如申請專利範圍第1項所述的驅動裝置，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況下機械連接。
14. 一種驅動方法，包括下列步驟： 訊號接收部接收在驅動負載的馬達旋轉一周的期間內從旋轉位置感測器輸出的複數個按照與該馬達的旋轉速度相應的間隔傳來的訊號； 旋轉速度計算部根據由該訊號接收部剛接收到的第一訊號的接收時間點與早於該第一訊號而接收到的第二訊號的接收時間點之間的訊號間隔計算出該馬達的瞬時旋轉速度；以及 馬達控制部根據該瞬時旋轉速度產生PWM訊號，並將該PWM訊號發送至對該馬達提供交流電力的逆變器從而對該馬達進行控制； 其中，當該瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值時，該馬達控制部根據該瞬時旋轉速度對該PWM訊號的工作週期進行補正，從而使該逆變器的輸出電壓是與該瞬時旋轉速度相應的值。
15. 一種驅動程序，使用電腦執行，包括下列步驟： 訊號接收部接收在驅動負載的馬達旋轉一周的期間內從旋轉位置感測器輸出的複數個按照與該馬達的旋轉速度相應的間隔傳來的訊號； 旋轉速度計算部根據由該訊號接收部剛接收到的第一訊號的接收時間點與早於該第一訊號而接收到的第二訊號的接收時間點之間的訊號間隔計算出該馬達的瞬時旋轉速度；以及 馬達控制部根據該瞬時旋轉速度產生PWM訊號，並將該PWM訊號發送至對該馬達提供交流電力的逆變器從而對該馬達進行控制的步驟，其中當該瞬時旋轉速度的變化量大於等於規定值時，該馬達控制部根據該瞬時旋轉速度對該PWM訊號的工作週期進行補正，從而使該逆變器的輸出電壓是與該瞬時旋轉速度相應的值。

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