车辆动力系统的控制设备和控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种车辆动力系统的控制设备和控制方法。用于包括感应电动机（22)的车辆动力系统的控制设备包括电子控制单元（24)，该电子控制单元（24)被配置成检测感应电动机的锁定状态、计算使电频率在锁定范围外的锁定解除滑差频率；并且控制感应电动机，使得当锁定状态被检测到时，感应电动机的滑差频率变为等于锁定解除滑差频率。
【专利说明】车辆动力系统的控制设备和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于车辆动力系统的控制设备和控制方法，该车辆动力系统包括作为用于驱动车辆的原动机的感应电动机。
【背景技术】
[0002]已知包括作为用于驱动车辆的原动机的电动机的车辆动力系统。例如，已知包括作为原动机的电动机和内燃机的、用于混合动力车辆的动力系统，和仅包括电动机的、用于电动车辆的动力系统。
[0003]如果在车辆几乎不动的同时，将用于驱动车辆的电力供应到电动机，则会使电动机处于电流保持流入电动机的一相的状态。电流集中在一相中的状态将被表示为“锁定状态”。如果电动机处于锁定状态，在将电流供应到集中电流的该相的电路中集中地产生热，并且可能使电路过热。例如在下述专利文献中描述了用于防止过热的技术。
[0004]根据如在日本专利申请公开N0.2007-329982 (JP2007-329982A)中所述的技术，当通过由驾驶员来控制加速器踏板而使车辆长时间停止在上坡道路上时，降低了电动机的驱动力，从而防止处于锁定状态的电动机过热(见段落
[0002])。还提出了根据路面的坡度、所需驱动力、电动机的操作状态等等，来改变驱动力的减小程度(见段落
[0005])。
[0005]根据如在日本专利申请公开N0.2010-115059 (JP2010-115059A)中所述的技术，控制电动机，使得扭矩变得等于或小于当电动机处于锁定状态时，电路中产生的热在容许范围内的最大扭矩(见段落
[0026])。
【发明内容】
[0006]根据在JP2007-329982A和JP2010-115059A中公开的技术，当电动机处于锁定状态时，通过降低电动机的驱动力、扭矩或电流来防止电路过热。即，在锁定状态中，减小供应到电动机的电流值，从而减少在电路中产生的热，并且防止过热。在感应电动机中，在电动机的转子的转速和由电动机形成的旋转磁场的转速之间存在差异(滑差(slip))，并且可以通过控制滑差来消除锁定状态(即，可以解除电动机的锁定状态)。
[0007]本发明提供一种用于包括感应电动机的车辆动力系统的控制设备和控制方法，其通过除控制由于相电流集中而引起的发热外的方法，来保护向电动机提供电力的电路。
[0008]根据本发明的第一方面，一种用于包括感应电动机的车辆动力系统的控制设备包括电子控制单元，该电子控制单元被配置成:(a)检测感应电动机的锁定状态；(b)计算使电频率在锁定范围外的锁定解除滑差频率；以及(C)当锁定状态被检测到时，控制感应电动机，使得感应电动机的滑差频率变为等于锁定解除滑差频率。
[0009]在感应电动机中，旋转磁场的转速和转子的转速具有下述关系:(旋转磁场的转速)=(转子的转速)+ (滑差)。由于通过将相电流的频率(将称为“电频率”)除以(极数/2)获得旋转磁场的转速，电频率和转子的转速具有下述关系:(电频率(Hz))=(转子的转速(rps) X (极数/2) + (滑差)X (极数/2)。在下文中，该等式右侧的第一项将表示为“机械频率”，并且第二项将表示为“滑差频率”。在这种情况下，上述等式重写成下述等式:(电频率)=(机械频率)+(滑差频率)。
[0010]根据本发明的上述方面的、用于包括感应电动机的车辆动力系统的控制设备试图通过利用感应电动机的上述滑差，使电动机解除锁定状态。在感应电动机中，当机械频率等于固定值时，能通过改变滑差频率来改变电频率。即，能通过改变电频率，使电动机解除锁定状态。
[0011]在根据本发明的上述方面的控制设备中，锁定解除滑差频率可以是使电频率基本上等于锁定范围的边界值的滑差频率。
[0012]在根据本发明的上述方面的控制设备中，电子控制单元可以被配置成基于预先存储的在感应电动机的扭矩和滑差频率之间的关系，来计算对应于锁定解除滑差频率的扭矩值。电子控制单元也可以被配置成基于所获得的扭矩值来控制感应电动机。
[0013]根据本发明的第二方面，一种控制包括感应电动机的车辆动力系统的方法包括步骤:(a)检测感应电动机的锁定状态；(b)计算使电频率在锁定范围外的锁定解除滑差频率；以及(C)当锁定状态被检测到时，控制感应电动机，使得感应电动机的滑差频率变为等于锁定解除滑差频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]在下文中，将参考附图，描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业重要性，其中，相同的数字表示相同的元件，以及其中:
[0015]图1是示意性地示出混合动力车辆的配置的框图；
[0016]图2是示出电子控制单元的主要部分的框图；
[0017]图3是示例用于确定电动机的锁定状态的例程的流程图；
[0018]图4是示例当电动机处于锁定状态时执行的控制的流程图；以及
[0019]图5是示出在上坡路上起动车辆的方式的时序图。
【具体实施方式】
[0020]将参考图，描述本发明的一个实施例。在该实施例中，将包括用于驱动后轮的感应电动机的四轮驱动混合动力车辆的动力系统描述为包括感应电动机的车辆动力系统的例子。
[0021]图1示意性地示例混合动力车辆10的配置。混合动力车辆10的动力系统12具有驱动前轮14的前动力系统12A，以及驱动后轮16的后动力系统12B。前动力系统12A是内燃机18和同步电动机20的组合。前动力系统12A可以包括两个同步电动机20。取决于情形，发动机18和同步电动机20的每一个能独立地驱动车辆，或发动机18和同步电动机20能协同来驱动车辆。当由发动机18驱动时或由于车辆的惯性，同步电动机20能充当发电机。后动力系统12B包括一个感应电动机22，并且通过感应电动机22来驱动左右后轮16。感应电动机22的转子和后轮16连接，以便以给定关系旋转。后动力系统12B可以包括分别单独地驱动左右后轮16的两个感应电动机。冋时，如动力系统12A和后动力系统12B可以相互交换位置或相互代替，即，后轮可以由发动机和同步电动机驱动，而前轮可以由感应电动机驱动。
[0022]混合动力车辆10进一步包括控制动力系统12的电子控制单元24。电子控制单元24从诸如加速器踏板或制动踏板的操作部件的操作量获得驾驶员的请求，并且获得车辆的行驶状况，诸如车辆10的速度以及发动机18和电动机20、22的转速，以便基于这些信息控制动力系统12。电子控制单元24通过控制节流阀的开度、燃料喷射量、喷射正时、点火正时等等来控制发动机18。同时，电子控制单元24通过控制第一逆变器26来控制同步电动机20。第一逆变器26将来自蓄电池28的DC电力转换成其电流值和频率根据电子控制单元24的命令而被控制的三相AC电力，并且将AC电力供应到同步电动机20。此外，电子控制单元24通过控制第二逆变器30控制感应电动机22。第二逆变器30将来自蓄电池28的DC电力转换成其电流值和频率根据来自电子控制单元24的命令而被控制的三相AC电力。
[0023]为起动处于斜坡上的混合动力车辆10，驾驶员松开制动踏板并且下压加速器踏板。当驾驶员改变踏板时，会减小制动力，并且车辆会在斜坡上向下移动。由于感应电动机22中存在滑差，当车辆以极低速移动时，会使电动机22处于电频率变为等于O的锁定状态。尽管在同步电动机中，机械频率和电频率处于固定关系，但在感应电动机中存在滑差，并且相对于机械频率，某种程度上会改变电频率。在该实施例中，利用了感应电动机的这一特性，使得感应电动机解除锁定状态。
[0024]图2是示例电子控制单元24的主要部分的配置的框图，即，用于解除感应电动机22的锁定的布置。每一块表示电子控制单元24的控制功能。锁定检测器32检测或确定感应电动机22处于锁定状态。当同时满足给定值或更大值的电流已经流入一相中达给定时间段或更长时间段的第一状态(电流集中状态)，以及电频率在O附近的给定范围内的第二状态时，确定感应电动机22处于锁定状态。
[0025]电流集中确定单元34监视感应电动机22的每一相电流，并且如果已经达到给定值或更大值的相电流继续等于或大于给定值达给定时间段或更长时间段，则确定电动机22处于电流集中状态。给定时间段是容许电流保持流入一相中的容许时间段。如果电流保持流入一相中的时间在容许时间内，则该相的电路不会过热到比由于电流集中所预期的更大的程度。根据那时流动的电流，可以改变容许时间。如果电流小，则产生的热减少，因此，电路过热需要更长时间，能更长地延长容许时间。
[0026]电频率确定电路由感应电动机22的机械频率以及对应于那一时间点的扭矩命令值的滑差频率，来计算电频率，并且当电频率处于作为O附近的给定范围的锁定范围内时，确定感应电动机22处于锁定状态。通过检测感应电动机22的转子的旋转的分解器，获得感应电动机22的机械频率。由电子控制单元24计算扭矩命令值。在感应电动机中，在扭矩和滑差频率之间存在固定关系，并且将该关系存储为电子控制单元24中的对应表数据38。参考对应表数据38，基于扭矩命令值，计算那一时间点的滑差频率。然后，通过将机械频率和滑差频率求和,来计算电频率。
[0027]尽管锁定检测器32基于电流集中和电频率来检测锁定状态，也可以基于电流集中和电频率的一个来检测锁定状态。
[0028]如果检测出感应电动机22的锁定状态，则锁定解除滑差频率计算单元40计算用于使感应电动机22解除锁定状态的滑差频率(锁定解除滑差频率)。锁定解除滑差频率是使电频率在O附近的给定范围外的滑差频率。给定范围可以是上述检测到锁定的锁定范围。电动机控制器42控制感应电动机22，使得滑差频率变为等于锁定解除滑差频率。例如，包括在电动机控制器42中的扭矩获得单元44参考指示滑差频率和扭矩之间的对应的表数据38，获得对应于锁定解除滑差频率的扭矩值，并且将扭矩值用作命令值来控制感应电动机22。
[0029]图3是示例与确定锁定状态有关的例程的流程图。检查三相的每一相电流的绝对值是否等于或大于预定阈值(S10)。可以将阈值确定为使得即使等于阈值的相电流保持流入一相，也不会发生诸如电路过热的问题。如果相电流的绝对值等于或大于阈值，则开始测量该状态的持续时间或该状态持续的时间长度。更具体地说，通过使该例程的周期与到该点的持续时间相加，来计算该持续时间(S102)。如果在步骤SlOO中确定相电流小于阈值，则控制进入到步骤S104，以重置到该点的持续时间。在重置后，该控制返回到步骤S100。
[0030]然后，确定该持续时间是否等于或长于容许时间段(S106)。容许时间可以设定成即使最大电流保持流动，也不会发生诸如电路过热的问题的时间段。如果持续时间等于或长于容许时间，则确定电频率是否在锁定范围内(S108)。电频率Ne可以被计算为感应电动机22的当前机械频率Nm与对应于扭矩命令值的滑差频率Ns的和(Ne = Nm+Ns)。当作为每分钟的旋转数获得了感应电动机的转速时，其单位被转换成频率(Hz)，以被表达为机械频率。参考指示在滑差频率和扭矩之间的关系的对应表数据38，基于当前扭矩命令值，计算当前滑差频率。如果电频率在锁定范围内，则确定感应电动机22处于锁定状态(SllO)。如果在步骤S106和步骤S108的任何一个获得否定确定(否)，则重置锁定确定(SI 12)，并且控制返回到步骤S100。
[0031]图4是示例当感应电动机22处于锁定状态时，与感应电动机22的控制有关的例程的流程图。首先，获得感应电动机22的当前机械频率Nm(S200)。通过检测感应电动机22的转子的旋转的分解器来获得机械频率Nm。然后，获得当前扭矩命令值(S202)。电子控制单元24始终计算扭矩命令值，以便控制感应电动机22，并且使用由此计算的扭矩命令值。基于扭矩命令值，获得当前滑差频率Ns (S204)。在感应电动机的扭矩和滑差频率之间存在固定关系，并且将该关系存储为滑差频率-扭矩对应表数据38。参考对应表数据38，能由当前扭矩命令值获得滑差频率。通过将在步骤S200中获得的机械频率Nm和在步骤S204中获得的滑差频率Ns求和，来计算当前电频率Ne(S206)。
[0032]然后，计算用于使感应电动机22解除锁定状态的滑差频率Nso。首先，获得使当前电频率Ne改变成在锁定范围外的电频率的校正值δ (S208)。能将校正值δ计算为锁定范围外的电频率和当前电频率Ne之间的差值。例如，锁定范围外的电频率可以是锁定范围的边界值，即，上限或下限。通过使校正值δ与在步骤S204中获得的滑差频率Ns相加，来计算锁定解除滑差频率Nso (Nso = Ns+ δ ) (S210)。参考滑差频率-扭矩对应表数据38，获得对应于锁定解除滑差频率Nso的扭矩值(S212)。将该扭矩值用作扭矩命令值，来控制电动机(S214)。用这种方式，电频率落在锁定范围外，并且使电动机解除锁定状态。因此，在图3所示的例程中，在步骤S108中获得否定确定(否)，并且在步骤SI 12中重置锁定确定。
[0033]图5是表示从车辆10正向后并从上坡路下降的状态，到在上坡路上起动混合动力车辆10以爬坡上坡路的方式的时序图。首先，由于车辆10正从上坡路下降，车速为负值。在时间tl，由于前动力系统12A的驱动力，车辆10开始加速。然后，在时间t2，通过作为后动力系统12B的感应电动机22，车辆10开始被驱动。在时间t3，相电流达到确定电流集中所依据的阈值。在图5中，扭矩图中的扭矩Ts是对应于阈值的相电流的扭矩值。从时间t3测量电流保持流入一相的持续时间。时间t4指示持续时间达到给定时间段的时间点。如果电流保持流入一相达给定时间段或更长时间段，则设定电流集中标志。如果设定了电流集中标志，则确定该点的电频率是否在锁定范围内。如果在锁定范围内，则设定锁定标志。如果同时设定了这两个标志，则确定锁定状态。如果确定锁定状态，则计算使电频率在锁定范围外的滑差频率(锁定解除滑差频率)，并且获得对应于所计算的滑差频率的扭矩值To。改变扭矩命令值，使得等于由此获得的扭矩值。如果扭矩达到该扭矩值To(时间t5)，则电频率落在锁定范围外，并且重置电流集中标志和锁定标志。由于消除了锁定状态，能使扭矩增加到所需扭矩。
[0034]尽管上述实施例的前动力系统12A是内燃机和同步电动机的组合的混合动力系统，但也可以是内燃机和感应电动机的组合的动力系统，或可以是仅内燃机，或仅电动机的动力系统。
【权利要求】
1.一种用于包括感应电动机(22)的车辆动力系统的控制设备，所述控制设备包括: 电子控制单元(24)，所述电子控制单元(24)被配置成: (a)检测所述感应电动机的锁定状态； (b)计算使电频率在锁定范围外的锁定解除滑差频率；以及 (c)当所述锁定状态被检测到时，控制所述感应电动机(22)，使得所述感应电动机(22)的滑差频率变为等于所述锁定解除滑差频率。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述锁定解除滑差频率是使所述电频率基本上等于所述锁定范围的边界值的滑差频率。
3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述电子控制单元(24)被配置成基于预先存储的在所述感应电动机(22)的扭矩和滑差频率之间的关系，来计算对应于所述锁定解除滑差频率的扭矩值，所述电子控制单元(24)被配置成基于所获得的扭矩值来控制所述感应电动机(22)。
4.一种控制包括感应电动机(22)的车辆动力系统的方法，所述方法包括: (a)检测所述感应电动机(22)的锁定状态； (b)计算使电频率在锁定范围外的锁定解除滑差频率；以及 (c)当所述锁定状态被检测到时，控制所述感应电动机(22)，使得所述感应电动机(22)的滑差频率变为等于所述锁定解除滑差频率。
【文档编号】B60L15/20GK104210381SQ201410208765
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】濑尾祐介 申请人:丰田自动车株式会社