車輛動力系統的控制設備和控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種車輛動力系統的控制設備和控制方法。用于包括感應電動機（22)的車輛動力系統的控制設備包括電子控制單元（24)，該電子控制單元（24)被配置成檢測感應電動機的鎖定狀態、計算使電頻率在鎖定范圍外的鎖定解除滑差頻率；并且控制感應電動機，使得當鎖定狀態被檢測到時，感應電動機的滑差頻率變為等于鎖定解除滑差頻率。
【專利說明】車輛動力系統的控制設備和控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于車輛動力系統的控制設備和控制方法，該車輛動力系統包括作為用于驅動車輛的原動機的感應電動機。
【背景技術】
[0002]已知包括作為用于驅動車輛的原動機的電動機的車輛動力系統。例如，已知包括作為原動機的電動機和內燃機的、用于混合動力車輛的動力系統，和僅包括電動機的、用于電動車輛的動力系統。
[0003]如果在車輛幾乎不動的同時，將用于驅動車輛的電力供應到電動機，則會使電動機處于電流保持流入電動機的一相的狀態。電流集中在一相中的狀態將被表示為“鎖定狀態”。如果電動機處于鎖定狀態，在將電流供應到集中電流的該相的電路中集中地產生熱，并且可能使電路過熱。例如在下述專利文獻中描述了用于防止過熱的技術。
[0004]根據如在日本專利申請公開N0.2007-329982 (JP2007-329982A)中所述的技術，當通過由駕駛員來控制加速器踏板而使車輛長時間停止在上坡道路上時，降低了電動機的驅動力，從而防止處于鎖定狀態的電動機過熱(見段落
[0002])。還提出了根據路面的坡度、所需驅動力、電動機的操作狀態等等，來改變驅動力的減小程度(見段落
[0005])。
[0005]根據如在日本專利申請公開N0.2010-115059 (JP2010-115059A)中所述的技術，控制電動機，使得扭矩變得等于或小于當電動機處于鎖定狀態時，電路中產生的熱在容許范圍內的最大扭矩(見段落
[0026])。
【發明內容】
[0006]根據在JP2007-329982A和JP2010-115059A中公開的技術，當電動機處于鎖定狀態時，通過降低電動機的驅動力、扭矩或電流來防止電路過熱。即，在鎖定狀態中，減小供應到電動機的電流值，從而減少在電路中產生的熱，并且防止過熱。在感應電動機中，在電動機的轉子的轉速和由電動機形成的旋轉磁場的轉速之間存在差異(滑差(slip))，并且可以通過控制滑差來消除鎖定狀態(即，可以解除電動機的鎖定狀態)。
[0007]本發明提供一種用于包括感應電動機的車輛動力系統的控制設備和控制方法，其通過除控制由于相電流集中而引起的發熱外的方法，來保護向電動機提供電力的電路。
[0008]根據本發明的第一方面，一種用于包括感應電動機的車輛動力系統的控制設備包括電子控制單元，該電子控制單元被配置成:(a)檢測感應電動機的鎖定狀態；(b)計算使電頻率在鎖定范圍外的鎖定解除滑差頻率；以及(C)當鎖定狀態被檢測到時，控制感應電動機，使得感應電動機的滑差頻率變為等于鎖定解除滑差頻率。
[0009]在感應電動機中，旋轉磁場的轉速和轉子的轉速具有下述關系:(旋轉磁場的轉速)=(轉子的轉速)+ (滑差)。由于通過將相電流的頻率(將稱為“電頻率”)除以(極數/2)獲得旋轉磁場的轉速，電頻率和轉子的轉速具有下述關系:(電頻率(Hz))=(轉子的轉速(rps) X (極數/2) + (滑差)X (極數/2)。在下文中，該等式右側的第一項將表示為“機械頻率”，并且第二項將表示為“滑差頻率”。在這種情況下，上述等式重寫成下述等式:(電頻率)=(機械頻率)+(滑差頻率)。
[0010]根據本發明的上述方面的、用于包括感應電動機的車輛動力系統的控制設備試圖通過利用感應電動機的上述滑差，使電動機解除鎖定狀態。在感應電動機中，當機械頻率等于固定值時，能通過改變滑差頻率來改變電頻率。即，能通過改變電頻率，使電動機解除鎖定狀態。
[0011]在根據本發明的上述方面的控制設備中，鎖定解除滑差頻率可以是使電頻率基本上等于鎖定范圍的邊界值的滑差頻率。
[0012]在根據本發明的上述方面的控制設備中，電子控制單元可以被配置成基于預先存儲的在感應電動機的扭矩和滑差頻率之間的關系，來計算對應于鎖定解除滑差頻率的扭矩值。電子控制單元也可以被配置成基于所獲得的扭矩值來控制感應電動機。
[0013]根據本發明的第二方面，一種控制包括感應電動機的車輛動力系統的方法包括步驟:(a)檢測感應電動機的鎖定狀態；(b)計算使電頻率在鎖定范圍外的鎖定解除滑差頻率；以及(C)當鎖定狀態被檢測到時，控制感應電動機，使得感應電動機的滑差頻率變為等于鎖定解除滑差頻率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]在下文中，將參考附圖，描述本發明的示例性實施例的特征、優點和技術及工業重要性，其中，相同的數字表示相同的元件，以及其中:
[0015]圖1是示意性地示出混合動力車輛的配置的框圖；
[0016]圖2是示出電子控制單元的主要部分的框圖；
[0017]圖3是示例用于確定電動機的鎖定狀態的例程的流程圖；
[0018]圖4是示例當電動機處于鎖定狀態時執行的控制的流程圖；以及
[0019]圖5是示出在上坡路上起動車輛的方式的時序圖。
【具體實施方式】
[0020]將參考圖，描述本發明的一個實施例。在該實施例中，將包括用于驅動后輪的感應電動機的四輪驅動混合動力車輛的動力系統描述為包括感應電動機的車輛動力系統的例子。
[0021]圖1示意性地示例混合動力車輛10的配置。混合動力車輛10的動力系統12具有驅動前輪14的前動力系統12A，以及驅動后輪16的后動力系統12B。前動力系統12A是內燃機18和同步電動機20的組合。前動力系統12A可以包括兩個同步電動機20。取決于情形，發動機18和同步電動機20的每一個能獨立地驅動車輛，或發動機18和同步電動機20能協同來驅動車輛。當由發動機18驅動時或由于車輛的慣性，同步電動機20能充當發電機。后動力系統12B包括一個感應電動機22，并且通過感應電動機22來驅動左右后輪16。感應電動機22的轉子和后輪16連接，以便以給定關系旋轉。后動力系統12B可以包括分別單獨地驅動左右后輪16的兩個感應電動機。冋時，如動力系統12A和后動力系統12B可以相互交換位置或相互代替，即，后輪可以由發動機和同步電動機驅動，而前輪可以由感應電動機驅動。
[0022]混合動力車輛10進一步包括控制動力系統12的電子控制單元24。電子控制單元24從諸如加速器踏板或制動踏板的操作部件的操作量獲得駕駛員的請求，并且獲得車輛的行駛狀況，諸如車輛10的速度以及發動機18和電動機20、22的轉速，以便基于這些信息控制動力系統12。電子控制單元24通過控制節流閥的開度、燃料噴射量、噴射正時、點火正時等等來控制發動機18。同時，電子控制單元24通過控制第一逆變器26來控制同步電動機20。第一逆變器26將來自蓄電池28的DC電力轉換成其電流值和頻率根據電子控制單元24的命令而被控制的三相AC電力，并且將AC電力供應到同步電動機20。此外，電子控制單元24通過控制第二逆變器30控制感應電動機22。第二逆變器30將來自蓄電池28的DC電力轉換成其電流值和頻率根據來自電子控制單元24的命令而被控制的三相AC電力。
[0023]為起動處于斜坡上的混合動力車輛10，駕駛員松開制動踏板并且下壓加速器踏板。當駕駛員改變踏板時，會減小制動力，并且車輛會在斜坡上向下移動。由于感應電動機22中存在滑差，當車輛以極低速移動時，會使電動機22處于電頻率變為等于O的鎖定狀態。盡管在同步電動機中，機械頻率和電頻率處于固定關系，但在感應電動機中存在滑差，并且相對于機械頻率，某種程度上會改變電頻率。在該實施例中，利用了感應電動機的這一特性，使得感應電動機解除鎖定狀態。
[0024]圖2是示例電子控制單元24的主要部分的配置的框圖，即，用于解除感應電動機22的鎖定的布置。每一塊表示電子控制單元24的控制功能。鎖定檢測器32檢測或確定感應電動機22處于鎖定狀態。當同時滿足給定值或更大值的電流已經流入一相中達給定時間段或更長時間段的第一狀態(電流集中狀態)，以及電頻率在O附近的給定范圍內的第二狀態時，確定感應電動機22處于鎖定狀態。
[0025]電流集中確定單元34監視感應電動機22的每一相電流，并且如果已經達到給定值或更大值的相電流繼續等于或大于給定值達給定時間段或更長時間段，則確定電動機22處于電流集中狀態。給定時間段是容許電流保持流入一相中的容許時間段。如果電流保持流入一相中的時間在容許時間內，則該相的電路不會過熱到比由于電流集中所預期的更大的程度。根據那時流動的電流，可以改變容許時間。如果電流小，則產生的熱減少，因此，電路過熱需要更長時間，能更長地延長容許時間。
[0026]電頻率確定電路由感應電動機22的機械頻率以及對應于那一時間點的扭矩命令值的滑差頻率，來計算電頻率，并且當電頻率處于作為O附近的給定范圍的鎖定范圍內時，確定感應電動機22處于鎖定狀態。通過檢測感應電動機22的轉子的旋轉的分解器，獲得感應電動機22的機械頻率。由電子控制單元24計算扭矩命令值。在感應電動機中，在扭矩和滑差頻率之間存在固定關系，并且將該關系存儲為電子控制單元24中的對應表數據38。參考對應表數據38，基于扭矩命令值，計算那一時間點的滑差頻率。然后，通過將機械頻率和滑差頻率求和,來計算電頻率。
[0027]盡管鎖定檢測器32基于電流集中和電頻率來檢測鎖定狀態，也可以基于電流集中和電頻率的一個來檢測鎖定狀態。
[0028]如果檢測出感應電動機22的鎖定狀態，則鎖定解除滑差頻率計算單元40計算用于使感應電動機22解除鎖定狀態的滑差頻率(鎖定解除滑差頻率)。鎖定解除滑差頻率是使電頻率在O附近的給定范圍外的滑差頻率。給定范圍可以是上述檢測到鎖定的鎖定范圍。電動機控制器42控制感應電動機22，使得滑差頻率變為等于鎖定解除滑差頻率。例如，包括在電動機控制器42中的扭矩獲得單元44參考指示滑差頻率和扭矩之間的對應的表數據38，獲得對應于鎖定解除滑差頻率的扭矩值，并且將扭矩值用作命令值來控制感應電動機22。
[0029]圖3是示例與確定鎖定狀態有關的例程的流程圖。檢查三相的每一相電流的絕對值是否等于或大于預定閾值(S10)。可以將閾值確定為使得即使等于閾值的相電流保持流入一相，也不會發生諸如電路過熱的問題。如果相電流的絕對值等于或大于閾值，則開始測量該狀態的持續時間或該狀態持續的時間長度。更具體地說，通過使該例程的周期與到該點的持續時間相加，來計算該持續時間(S102)。如果在步驟SlOO中確定相電流小于閾值，則控制進入到步驟S104，以重置到該點的持續時間。在重置后，該控制返回到步驟S100。
[0030]然后，確定該持續時間是否等于或長于容許時間段(S106)。容許時間可以設定成即使最大電流保持流動，也不會發生諸如電路過熱的問題的時間段。如果持續時間等于或長于容許時間，則確定電頻率是否在鎖定范圍內(S108)。電頻率Ne可以被計算為感應電動機22的當前機械頻率Nm與對應于扭矩命令值的滑差頻率Ns的和(Ne = Nm+Ns)。當作為每分鐘的旋轉數獲得了感應電動機的轉速時，其單位被轉換成頻率(Hz)，以被表達為機械頻率。參考指示在滑差頻率和扭矩之間的關系的對應表數據38，基于當前扭矩命令值，計算當前滑差頻率。如果電頻率在鎖定范圍內，則確定感應電動機22處于鎖定狀態(SllO)。如果在步驟S106和步驟S108的任何一個獲得否定確定(否)，則重置鎖定確定(SI 12)，并且控制返回到步驟S100。
[0031]圖4是示例當感應電動機22處于鎖定狀態時，與感應電動機22的控制有關的例程的流程圖。首先，獲得感應電動機22的當前機械頻率Nm(S200)。通過檢測感應電動機22的轉子的旋轉的分解器來獲得機械頻率Nm。然后，獲得當前扭矩命令值(S202)。電子控制單元24始終計算扭矩命令值，以便控制感應電動機22，并且使用由此計算的扭矩命令值。基于扭矩命令值，獲得當前滑差頻率Ns (S204)。在感應電動機的扭矩和滑差頻率之間存在固定關系，并且將該關系存儲為滑差頻率-扭矩對應表數據38。參考對應表數據38，能由當前扭矩命令值獲得滑差頻率。通過將在步驟S200中獲得的機械頻率Nm和在步驟S204中獲得的滑差頻率Ns求和，來計算當前電頻率Ne(S206)。
[0032]然后，計算用于使感應電動機22解除鎖定狀態的滑差頻率Nso。首先，獲得使當前電頻率Ne改變成在鎖定范圍外的電頻率的校正值δ (S208)。能將校正值δ計算為鎖定范圍外的電頻率和當前電頻率Ne之間的差值。例如，鎖定范圍外的電頻率可以是鎖定范圍的邊界值，即，上限或下限。通過使校正值δ與在步驟S204中獲得的滑差頻率Ns相加，來計算鎖定解除滑差頻率Nso (Nso = Ns+ δ ) (S210)。參考滑差頻率-扭矩對應表數據38，獲得對應于鎖定解除滑差頻率Nso的扭矩值(S212)。將該扭矩值用作扭矩命令值，來控制電動機(S214)。用這種方式，電頻率落在鎖定范圍外，并且使電動機解除鎖定狀態。因此，在圖3所示的例程中，在步驟S108中獲得否定確定(否)，并且在步驟SI 12中重置鎖定確定。
[0033]圖5是表示從車輛10正向后并從上坡路下降的狀態，到在上坡路上起動混合動力車輛10以爬坡上坡路的方式的時序圖。首先，由于車輛10正從上坡路下降，車速為負值。在時間tl，由于前動力系統12A的驅動力，車輛10開始加速。然后，在時間t2，通過作為后動力系統12B的感應電動機22，車輛10開始被驅動。在時間t3，相電流達到確定電流集中所依據的閾值。在圖5中，扭矩圖中的扭矩Ts是對應于閾值的相電流的扭矩值。從時間t3測量電流保持流入一相的持續時間。時間t4指示持續時間達到給定時間段的時間點。如果電流保持流入一相達給定時間段或更長時間段，則設定電流集中標志。如果設定了電流集中標志，則確定該點的電頻率是否在鎖定范圍內。如果在鎖定范圍內，則設定鎖定標志。如果同時設定了這兩個標志，則確定鎖定狀態。如果確定鎖定狀態，則計算使電頻率在鎖定范圍外的滑差頻率(鎖定解除滑差頻率)，并且獲得對應于所計算的滑差頻率的扭矩值To。改變扭矩命令值，使得等于由此獲得的扭矩值。如果扭矩達到該扭矩值To(時間t5)，則電頻率落在鎖定范圍外，并且重置電流集中標志和鎖定標志。由于消除了鎖定狀態，能使扭矩增加到所需扭矩。
[0034]盡管上述實施例的前動力系統12A是內燃機和同步電動機的組合的混合動力系統，但也可以是內燃機和感應電動機的組合的動力系統，或可以是僅內燃機，或僅電動機的動力系統。
【權利要求】
1.一種用于包括感應電動機(22)的車輛動力系統的控制設備，所述控制設備包括: 電子控制單元(24)，所述電子控制單元(24)被配置成: (a)檢測所述感應電動機的鎖定狀態； (b)計算使電頻率在鎖定范圍外的鎖定解除滑差頻率；以及 (c)當所述鎖定狀態被檢測到時，控制所述感應電動機(22)，使得所述感應電動機(22)的滑差頻率變為等于所述鎖定解除滑差頻率。
2.根據權利要求1所述的控制設備，其中，所述鎖定解除滑差頻率是使所述電頻率基本上等于所述鎖定范圍的邊界值的滑差頻率。
3.根據權利要求1或2所述的控制設備，其中，所述電子控制單元(24)被配置成基于預先存儲的在所述感應電動機(22)的扭矩和滑差頻率之間的關系，來計算對應于所述鎖定解除滑差頻率的扭矩值，所述電子控制單元(24)被配置成基于所獲得的扭矩值來控制所述感應電動機(22)。
4.一種控制包括感應電動機(22)的車輛動力系統的方法，所述方法包括: (a)檢測所述感應電動機(22)的鎖定狀態； (b)計算使電頻率在鎖定范圍外的鎖定解除滑差頻率；以及 (c)當所述鎖定狀態被檢測到時，控制所述感應電動機(22)，使得所述感應電動機(22)的滑差頻率變為等于所述鎖定解除滑差頻率。
【文檔編號】B60L15/20GK104210381SQ201410208765
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2013年5月30日
【發明者】瀨尾祐介 申請人:豐田自動車株式會社