車輛動力系統(tǒng)的控制設(shè)備和控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車輛動力系統(tǒng)的控制設(shè)備和控制方法。用于包括感應(yīng)電動機(jī)（22)的車輛動力系統(tǒng)的控制設(shè)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(yīng)電動機(jī)的鎖定狀態(tài)、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(yīng)電動機(jī)，使得當(dāng)鎖定狀態(tài)被檢測到時，感應(yīng)電動機(jī)的滑差頻率變?yōu)榈扔阪i定解除滑差頻率。
【專利說明】車輛動力系統(tǒng)的控制設(shè)備和控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于車輛動力系統(tǒng)的控制設(shè)備和控制方法，該車輛動力系統(tǒng)包括作為用于驅(qū)動車輛的原動機(jī)的感應(yīng)電動機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]已知包括作為用于驅(qū)動車輛的原動機(jī)的電動機(jī)的車輛動力系統(tǒng)。例如，已知包括作為原動機(jī)的電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的、用于混合動力車輛的動力系統(tǒng)，和僅包括電動機(jī)的、用于電動車輛的動力系統(tǒng)。
[0003]如果在車輛幾乎不動的同時，將用于驅(qū)動車輛的電力供應(yīng)到電動機(jī)，則會使電動機(jī)處于電流保持流入電動機(jī)的一相的狀態(tài)。電流集中在一相中的狀態(tài)將被表示為“鎖定狀態(tài)”。如果電動機(jī)處于鎖定狀態(tài)，在將電流供應(yīng)到集中電流的該相的電路中集中地產(chǎn)生熱，并且可能使電路過熱。例如在下述專利文獻(xiàn)中描述了用于防止過熱的技術(shù)。
[0004]根據(jù)如在日本專利申請公開N0.2007-329982 (JP2007-329982A)中所述的技術(shù)，當(dāng)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(jī)的驅(qū)動力，從而防止處于鎖定狀態(tài)的電動機(jī)過熱(見段落
[0002])。還提出了根據(jù)路面的坡度、所需驅(qū)動力、電動機(jī)的操作狀態(tài)等等，來改變驅(qū)動力的減小程度(見段落
[0005])。
[0005]根據(jù)如在日本專利申請公開N0.2010-115059 (JP2010-115059A)中所述的技術(shù)，控制電動機(jī)，使得扭矩變得等于或小于當(dāng)電動機(jī)處于鎖定狀態(tài)時，電路中產(chǎn)生的熱在容許范圍內(nèi)的最大扭矩(見段落
[0026])。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)在JP2007-329982A和JP2010-115059A中公開的技術(shù)，當(dāng)電動機(jī)處于鎖定狀態(tài)時，通過降低電動機(jī)的驅(qū)動力、扭矩或電流來防止電路過熱。即，在鎖定狀態(tài)中，減小供應(yīng)到電動機(jī)的電流值，從而減少在電路中產(chǎn)生的熱，并且防止過熱。在感應(yīng)電動機(jī)中，在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和由電動機(jī)形成的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)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(tài)(即，可以解除電動機(jī)的鎖定狀態(tài))。
[0007]本發(fā)明提供一種用于包括感應(yīng)電動機(jī)的車輛動力系統(tǒng)的控制設(shè)備和控制方法，其通過除控制由于相電流集中而引起的發(fā)熱外的方法，來保護(hù)向電動機(jī)提供電力的電路。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種用于包括感應(yīng)電動機(jī)的車輛動力系統(tǒng)的控制設(shè)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(yīng)電動機(jī)的鎖定狀態(tài)；(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(dāng)鎖定狀態(tài)被檢測到時，控制感應(yīng)電動機(jī)，使得感應(yīng)電動機(jī)的滑差頻率變?yōu)榈扔阪i定解除滑差頻率。
[0009]在感應(yīng)電動機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速具有下述關(guān)系:(旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速)=(轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速)+ (滑差)。由于通過將相電流的頻率(將稱為“電頻率”)除以(極數(shù)/2)獲得旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，電頻率和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速具有下述關(guān)系:(電頻率(Hz))=(轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(rps) X (極數(shù)/2) + (滑差)X (極數(shù)/2)。在下文中，該等式右側(cè)的第一項將表示為“機(jī)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(jī)械頻率)+(滑差頻率)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的上述方面的、用于包括感應(yīng)電動機(jī)的車輛動力系統(tǒng)的控制設(shè)備試圖通過利用感應(yīng)電動機(jī)的上述滑差，使電動機(jī)解除鎖定狀態(tài)。在感應(yīng)電動機(jī)中，當(dāng)機(jī)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(jī)解除鎖定狀態(tài)。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的上述方面的控制設(shè)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(jù)本發(fā)明的上述方面的控制設(shè)備中，電子控制單元可以被配置成基于預(yù)先存儲的在感應(yīng)電動機(jī)的扭矩和滑差頻率之間的關(guān)系，來計算對應(yīng)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(yīng)電動機(jī)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種控制包括感應(yīng)電動機(jī)的車輛動力系統(tǒng)的方法包括步驟:(a)檢測感應(yīng)電動機(jī)的鎖定狀態(tài)；(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(dāng)鎖定狀態(tài)被檢測到時，控制感應(yīng)電動機(jī)，使得感應(yīng)電動機(jī)的滑差頻率變?yōu)榈扔阪i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(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點和技術(shù)及工業(yè)重要性，其中，相同的數(shù)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(jī)的鎖定狀態(tài)的例程的流程圖；
[0018]圖4是示例當(dāng)電動機(jī)處于鎖定狀態(tài)時執(zhí)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(fā)明的一個實施例。在該實施例中，將包括用于驅(qū)動后輪的感應(yīng)電動機(jī)的四輪驅(qū)動混合動力車輛的動力系統(tǒng)描述為包括感應(yīng)電動機(jī)的車輛動力系統(tǒng)的例子。
[0021]圖1示意性地示例混合動力車輛10的配置?；旌蟿恿囕v10的動力系統(tǒng)12具有驅(qū)動前輪14的前動力系統(tǒng)12A，以及驅(qū)動后輪16的后動力系統(tǒng)12B。前動力系統(tǒng)12A是內(nèi)燃機(jī)18和同步電動機(jī)20的組合。前動力系統(tǒng)12A可以包括兩個同步電動機(jī)20。取決于情形，發(fā)動機(jī)18和同步電動機(jī)20的每一個能獨立地驅(qū)動車輛，或發(fā)動機(jī)18和同步電動機(jī)20能協(xié)同來驅(qū)動車輛。當(dāng)由發(fā)動機(jī)18驅(qū)動時或由于車輛的慣性，同步電動機(jī)20能充當(dāng)發(fā)電機(jī)。后動力系統(tǒng)12B包括一個感應(yīng)電動機(jī)22，并且通過感應(yīng)電動機(jī)22來驅(qū)動左右后輪16。感應(yīng)電動機(jī)22的轉(zhuǎn)子和后輪16連接，以便以給定關(guān)系旋轉(zhuǎn)。后動力系統(tǒng)12B可以包括分別單獨地驅(qū)動左右后輪16的兩個感應(yīng)電動機(jī)。冋時，如動力系統(tǒng)12A和后動力系統(tǒng)12B可以相互交換位置或相互代替，即，后輪可以由發(fā)動機(jī)和同步電動機(jī)驅(qū)動，而前輪可以由感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動。
[0022]混合動力車輛10進(jìn)一步包括控制動力系統(tǒng)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(fā)動機(jī)18和電動機(jī)20、22的轉(zhuǎn)速，以便基于這些信息控制動力系統(tǒng)12。電子控制單元24通過控制節(jié)流閥的開度、燃料噴射量、噴射正時、點火正時等等來控制發(fā)動機(jī)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(jī)20。第一逆變器26將來自蓄電池28的DC電力轉(zhuǎn)換成其電流值和頻率根據(jù)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(yīng)到同步電動機(jī)20。此外，電子控制單元24通過控制第二逆變器30控制感應(yīng)電動機(jī)22。第二逆變器30將來自蓄電池28的DC電力轉(zhuǎn)換成其電流值和頻率根據(jù)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(dāng)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(yīng)電動機(jī)22中存在滑差，當(dāng)車輛以極低速移動時，會使電動機(jī)22處于電頻率變?yōu)榈扔贠的鎖定狀態(tài)。盡管在同步電動機(jī)中，機(jī)械頻率和電頻率處于固定關(guān)系，但在感應(yīng)電動機(jī)中存在滑差，并且相對于機(jī)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(yīng)電動機(jī)的這一特性，使得感應(yīng)電動機(jī)解除鎖定狀態(tài)。
[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(yīng)電動機(jī)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(yīng)電動機(jī)22處于鎖定狀態(tài)。當(dāng)同時滿足給定值或更大值的電流已經(jīng)流入一相中達(dá)給定時間段或更長時間段的第一狀態(tài)(電流集中狀態(tài))，以及電頻率在O附近的給定范圍內(nèi)的第二狀態(tài)時，確定感應(yīng)電動機(jī)22處于鎖定狀態(tài)。
[0025]電流集中確定單元34監(jiān)視感應(yīng)電動機(jī)22的每一相電流，并且如果已經(jīng)達(dá)到給定值或更大值的相電流繼續(xù)等于或大于給定值達(dá)給定時間段或更長時間段，則確定電動機(jī)22處于電流集中狀態(tài)。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(nèi)，則該相的電路不會過熱到比由于電流集中所預(yù)期的更大的程度。根據(jù)那時流動的電流，可以改變?nèi)菰S時間。如果電流小，則產(chǎn)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(yīng)電動機(jī)22的機(jī)械頻率以及對應(yīng)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(dāng)電頻率處于作為O附近的給定范圍的鎖定范圍內(nèi)時，確定感應(yīng)電動機(jī)22處于鎖定狀態(tài)。通過檢測感應(yīng)電動機(jī)22的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的分解器，獲得感應(yīng)電動機(jī)22的機(jī)械頻率。由電子控制單元24計算扭矩命令值。在感應(yīng)電動機(jī)中，在扭矩和滑差頻率之間存在固定關(guān)系，并且將該關(guān)系存儲為電子控制單元24中的對應(yīng)表數(shù)據(jù)38。參考對應(yīng)表數(shù)據(jù)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(jī)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(tài)，也可以基于電流集中和電頻率的一個來檢測鎖定狀態(tài)。
[0028]如果檢測出感應(yīng)電動機(jī)22的鎖定狀態(tài)，則鎖定解除滑差頻率計算單元40計算用于使感應(yīng)電動機(jī)22解除鎖定狀態(tài)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(jī)控制器42控制感應(yīng)電動機(jī)22，使得滑差頻率變?yōu)榈扔阪i定解除滑差頻率。例如，包括在電動機(jī)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(yīng)的表數(shù)據(jù)38，獲得對應(yīng)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(yīng)電動機(jī)22。
[0029]圖3是示例與確定鎖定狀態(tài)有關(guān)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(yù)定閾值(S10)?？梢詫㈤撝荡_定為使得即使等于閾值的相電流保持流入一相，也不會發(fā)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(tài)的持續(xù)時間或該狀態(tài)持續(xù)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(xù)時間相加，來計算該持續(xù)時間(S102)。如果在步驟SlOO中確定相電流小于閾值，則控制進(jìn)入到步驟S104，以重置到該點的持續(xù)時間。在重置后，該控制返回到步驟S100。
[0030]然后，確定該持續(xù)時間是否等于或長于容許時間段(S106)。容許時間可以設(shè)定成即使最大電流保持流動，也不會發(fā)生諸如電路過熱的問題的時間段。如果持續(xù)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(nèi)(S108)。電頻率Ne可以被計算為感應(yīng)電動機(jī)22的當(dāng)前機(jī)械頻率Nm與對應(yīng)于扭矩命令值的滑差頻率Ns的和(Ne = Nm+Ns)。當(dāng)作為每分鐘的旋轉(zhuǎn)數(shù)獲得了感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速時，其單位被轉(zhuǎn)換成頻率(Hz)，以被表達(dá)為機(jī)械頻率。參考指示在滑差頻率和扭矩之間的關(guān)系的對應(yīng)表數(shù)據(jù)38，基于當(dāng)前扭矩命令值，計算當(dāng)前滑差頻率。如果電頻率在鎖定范圍內(nèi)，則確定感應(yīng)電動機(jī)22處于鎖定狀態(tài)(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(dāng)感應(yīng)電動機(jī)22處于鎖定狀態(tài)時，與感應(yīng)電動機(jī)22的控制有關(guān)的例程的流程圖。首先，獲得感應(yīng)電動機(jī)22的當(dāng)前機(jī)械頻率Nm(S200)。通過檢測感應(yīng)電動機(jī)22的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的分解器來獲得機(jī)械頻率Nm。然后，獲得當(dāng)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(yīng)電動機(jī)22，并且使用由此計算的扭矩命令值?；谂ぞ孛钪担@得當(dāng)前滑差頻率Ns (S204)。在感應(yīng)電動機(jī)的扭矩和滑差頻率之間存在固定關(guān)系，并且將該關(guān)系存儲為滑差頻率-扭矩對應(yīng)表數(shù)據(jù)38。參考對應(yīng)表數(shù)據(jù)38，能由當(dāng)前扭矩命令值獲得滑差頻率。通過將在步驟S200中獲得的機(jī)械頻率Nm和在步驟S204中獲得的滑差頻率Ns求和，來計算當(dāng)前電頻率Ne(S206)。
[0032]然后，計算用于使感應(yīng)電動機(jī)22解除鎖定狀態(tài)的滑差頻率Nso。首先，獲得使當(dāng)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(dāng)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(yīng)表數(shù)據(jù)38，獲得對應(yīng)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(jī)(S214)。用這種方式，電頻率落在鎖定范圍外，并且使電動機(jī)解除鎖定狀態(tài)。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(tài)，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(fù)值。在時間tl，由于前動力系統(tǒng)12A的驅(qū)動力，車輛10開始加速。然后，在時間t2，通過作為后動力系統(tǒng)12B的感應(yīng)電動機(jī)22，車輛10開始被驅(qū)動。在時間t3，相電流達(dá)到確定電流集中所依據(jù)的閾值。在圖5中，扭矩圖中的扭矩Ts是對應(yīng)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(xù)時間。時間t4指示持續(xù)時間達(dá)到給定時間段的時間點。如果電流保持流入一相達(dá)給定時間段或更長時間段，則設(shè)定電流集中標(biāo)志。如果設(shè)定了電流集中標(biāo)志，則確定該點的電頻率是否在鎖定范圍內(nèi)。如果在鎖定范圍內(nèi)，則設(shè)定鎖定標(biāo)志。如果同時設(shè)定了這兩個標(biāo)志，則確定鎖定狀態(tài)。如果確定鎖定狀態(tài)，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(yīng)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(dá)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(biāo)志和鎖定標(biāo)志。由于消除了鎖定狀態(tài)，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(tǒng)12A是內(nèi)燃機(jī)和同步電動機(jī)的組合的混合動力系統(tǒng)，但也可以是內(nèi)燃機(jī)和感應(yīng)電動機(jī)的組合的動力系統(tǒng)，或可以是僅內(nèi)燃機(jī)，或僅電動機(jī)的動力系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于包括感應(yīng)電動機(jī)(22)的車輛動力系統(tǒng)的控制設(shè)備，所述控制設(shè)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(yīng)電動機(jī)的鎖定狀態(tài)； (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(dāng)所述鎖定狀態(tài)被檢測到時，控制所述感應(yīng)電動機(jī)(22)，使得所述感應(yīng)電動機(jī)(22)的滑差頻率變?yōu)榈扔谒鲦i定解除滑差頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)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(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制設(shè)備，其中，所述電子控制單元(24)被配置成基于預(yù)先存儲的在所述感應(yīng)電動機(jī)(22)的扭矩和滑差頻率之間的關(guān)系，來計算對應(yīng)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(yīng)電動機(jī)(22)。
4.一種控制包括感應(yīng)電動機(jī)(22)的車輛動力系統(tǒng)的方法，所述方法包括: (a)檢測所述感應(yīng)電動機(jī)(22)的鎖定狀態(tài)； (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(dāng)所述鎖定狀態(tài)被檢測到時，控制所述感應(yīng)電動機(jī)(22)，使得所述感應(yīng)電動機(jī)(22)的滑差頻率變?yōu)榈扔谒鲦i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(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】瀨尾祐介 申請人:豐田自動車株式會社