電動四輪驅動車用控制裝置的製作方法
2023-06-06 11:17:36 4
專利名稱：電動四輪驅動車用控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及以發動機的驅動力對前輪進行驅動、以電動機的驅動力對後輪進行驅動而行駛的電動四輪驅動車所使用的電動四輪驅動車用控制裝置。
背景技術：
近年來，以電動機作為驅動源而行駛的汽車正在增加。例如有電動汽車和混合動力車所代表的環境對應汽車以及電動四輪驅動車。作為這些車的主要特徵，可舉出搭載電池或搭載由發動機驅動的發電機，利用從所搭載的電池或發電機獲得的電力，以電動機驅動車輪。此時，當由電動機驅動的車輪是前輪時，作為前輪驅動車，電動機對發動機軸的轉矩進行輔助。相對於此，當由電動機驅動的車輪是後輪時，由於前輪另外由發動機驅動，因此成為電動四輪驅動車。電動四輪驅動車通過電動機驅動後輪，因此是低μ路行駛性能和轉彎行駛性能優異的電動汽車，是不搭載電池而設置專用的交流發電機、能以低成本且搭載性優異地應用的電動系統。
上述的電動汽車、混合動力車以及電動四輪驅動車，在系統方面，發電機與驅動用的電動機/逆變器之間必定會產生電力的流動。例如，以沒有電池的系統來考慮，若發電機的發電電力與電動機/逆變器的消耗(輸入)功率相等，則功率被穩定供給，不會發生功率的不均衡。相對於此，在發電機的發電電力超過電動機/逆變器的消耗(輸入)功率的情況下，產生了剩餘電力，這會對平滑用電容器充電，使得DC總線部分的電壓上升。另外，平滑用電容器被設置在發電機與逆變器之間，為了平滑化輸入到逆變器的輸入電壓而設置。反之，在發電機的發電電力低於電動機/逆變器的消耗(輸入)功率的情況下，產生功率不足，平滑用電容器放電，DC總線部分的電壓(發電機與逆變器之間的電力總線部分的電壓)降低，認為會變得轉矩不足。
作為以上現象中的、發電機的發電電力超過電動機/逆變器的消耗(輸入)功率而產生剩餘電力時的解決方法，例如，如特開2005-143285號公報所記載，在至少具有兩個電動機/發生器的混合動力變速器中，當發電側存在剩餘電力時，使車輛驅動系統中設置的第三電動機的轉矩增加，用於消耗該剩餘電力。通過利用該方式，可抑制來自發電機側的剩餘電力的產生。
專利文獻1特開2005-143285號公報但是，在特開2005-143285號公報所記載的方法中，由於將剩餘電力部分作為電動機轉矩來消耗，因此，實質上會產生車輛行駛所需轉矩以上的轉矩。由此，車輛的動作變化，存在著無法獲得所需要的行駛性能的可能性。還可預料到因路面的狀態而導致輪胎打滑。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種即使在發電機側產生了剩餘電力的情況下，也能減小轉矩變化、消耗剩餘電力的電動四輪驅動車用控制裝置。
(1)為了實現上述目的，本發明提供一種電動四輪驅動車用控制裝置，所述電動四輪驅動車具有內燃機，對汽車的前輪施加驅動力；發電機，與該內燃機連接，根據所述內燃機的旋轉力輸出直流電力；逆變器，將由該發電機輸出的直流電力直接轉換為交流電力；和交流電動機，根據該逆變器的輸出對後輪進行驅動；所述電動四輪驅動車用控制裝置具有電動機控制機構，其通過控制所述逆變器使得從所述交流電動機產生所希望的轉矩，在所述發電機的發電電力相對於所述逆變器和所述交流電動機的消耗電力變大從而產生了剩餘電力的情況下，所述控制機構通過增加所述交流電動機的損耗來消耗所述剩餘電力。
根據該構成，即使在發電機側產生了剩餘電力的情況下，也能減小轉矩變化、消耗剩餘電力。
(2)在所述(1)中，優選具備連接於所述發電機的輸出部與所述逆變器的輸入部之間的蓄電機構，在所述發電機的發電電力相對於所述逆變器和所述交流電動機的消耗電力變大從而產生剩餘電力、且所述蓄電機構無法充入所述剩餘電力的情況下，所述控制機構通過增加所述交流電動機的損耗來消耗所述剩餘電力。
(3)在所述(1)中，優選所述控制機構在使所述交流電動機的損耗增加時，使所述交流電動機轉子的磁通量方向即d軸方向的電樞電流增加。
(4)在所述(1)中，優選當所述逆變器中流動的電流相對於最大值在規定範圍內時，所述控制機構限制所述交流電動機的損耗增加。
(5)在所述(1)中，優選在所述逆變器或所述交流電動機的溫度上升到規定值以上的情況下，所述控制機構限制所述交流電動機的損耗增加。
(6)在所述(1)中，優選在組入於所述逆變器的內部的平滑用電容器的電壓達到規定值以上時，所述控制機構判斷為產生了所述剩餘電力。
(7)在所述(1)中，優選所述控制機構具備發電電力監視機構，其對所述發電機的發電電力進行運算；和輸入電力監視機構，其對所述交流電動機和所述逆變器的消耗電力進行運算，在所述發電電力監視機構的輸出值比所述輸入電力監視機構的輸出值超出規定值的情況下，判斷為產生了所述剩餘電力。
(8)在所述(1)中，優選在所述前輪的打滑率在規定值以上的情況下，所述控制機構通過增加所述交流電動機的損耗來消耗所述剩餘電力。
(9)在所述(2)中，優選所述控制機構監視所述蓄電機構的電壓，在所述蓄電機構的電壓達到規定值以上的情況下，判斷為產生了所述剩餘電力。
(10)而且，為了實現上述目的，本發明提供一種電動四輪驅動車用控制裝置，所述電動四輪驅動車具有內燃機，對汽車的前輪施加驅動力；發電機，與該內燃機連接，根據所述內燃機的旋轉力輸出直流電力；逆變器，將由該發電機輸出的直流電力轉換為交流電力；蓄電機構，連接於所述發電機的輸出部與所述逆變器的輸入部之間；和交流電動機，根據該逆變器的輸出對後輪進行驅動，所述電動四輪驅動車用控制裝置具有電動機控制機構，其通過控制所述逆變器使得從所述交流電動機產生所希望的轉矩，在所述發電機的發電電力相對於所述逆變器和所述交流電動機的消耗電力變大從而產生剩餘電力、且所述蓄電機構無法充入所述剩餘電力的情況下，所述控制機構通過增加所述交流電動機的損耗來消耗所述剩餘電力。
根據該構成，即使在發電機側產生了剩餘電力的情況下，也能減小轉矩變化，消耗剩餘電力。
(發明效果)根據本發明，即使在發電機側產生了剩餘電力的情況下，也能減小轉矩變化，消耗剩餘電力。
圖1是應用本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成圖；圖2是應用本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的電力流動圖；圖3是本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機與電動機/逆變器之間的電力協調控制方式的硬體構成圖；圖4是本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機與電動機/逆變器之間的電力協調控制方式的控制框圖；圖5是表示本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電動機控制部的構成的框圖；圖6是表示本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖；圖7是表示本發明第二實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖；圖8是表示本發明第三實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖；圖9是表示本發明第四實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖；圖10是表示本發明第五實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖；圖11是表示本發明第五實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電流指令確定部中的電流減少部的動作的流程圖；圖12是表示本發明第六實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖；圖13是表示本發明第七實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖；圖14是應用本發明各實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成圖。
圖中1-電動四輪驅動車；2-前輪；3-發動機；4-發電機；5-後輪；6-交流電動機；7-差速器(differential gear)；8-逆變器；9-平滑用電容器；10-4WD離合器；11-傳動軸；15-控制器；20-電動機控制部；21-發電控制部；60-電池；F10、F10X、F10Y、F10Z、F10V、F10W、F10T-電流指令確定部；F10A-發電電力監視部；F10B-輸入電力監視部；F10C-過剩電力運算部；F10D-必要放電電力運算部；F10E-電動機電流換算部；F10F-電流指令產生部；F10G-d軸電流換算部；F10H-電流限制部；F10J-電流減少部；F10K-打滑檢測機構。
具體實施例方式
下面，利用圖1～圖6，對本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的構成進行說明。
首先，利用圖1，說明應用本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成。
圖1是應用本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成圖。
電動四輪驅動車1將專用的發電機4與對前輪2進行驅動的發動機3連接，以由該發電機4發出的發電電力為基礎，從交流電動機6產生動力。通過由交流電動機6產生的動力驅動後輪5，該動力由差速器7分配到左右，從而被傳遞到後輪5。
而且，在電動機6與差速器7之間設置有使動力傳遞路徑開閉的4WD離合器10。並且，設置有逆變器8，使得可將交流電動機6的轉矩控制為所需要的值，該逆變器8將從發電機4輸出的直流電力變換為交流電力，並將該交流電力供給到交流電動機6。這裡，逆變器8的輸入部分因功率元件的開關動作而成為具有相當程度的脈動的電力。對此進行平滑的是電容器9。
逆變器8、交流電動機6和發電機4由控制器15控制。
以上是使用了交流電動機的電動四輪驅動車的構成。該電動四輪驅動車成為考慮了低成本的系統，未搭載電池，而僅由發電機4的發電電力驅動電動機。
下面，利用圖2，說明應用本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的電力流動圖。
圖2是應用本發明的第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的電力流動圖。其中，圖2中與圖1中相同的標記符號表示相同部分。
圖2表示電動四輪驅動車中的發電機4與交流電動機6之間的電力流動。在通常的混合動力車等中，與電容器9並聯地連接電池，作為電力產生源和電力回收源。但是，在電動四輪驅動車中，存在著將成本抑制在現有的機械四輪驅動車以下的課題，從該低成本化方面出發，大多不搭載電池。
這樣，在使用了交流電動機的電動四輪驅動系統中，由於不具有吸收電力的電池，因此需要按照使通過由發動機3驅動的發電機4輸出的發電能量Pg、與輸入到逆變器8/交流電動機6的驅動能量Pm相等的方式，進行電力的協調控制。
但是，在發電能量Pg與驅動能量Pm的平衡被破壞的情況下，例如在發電能量Pg比驅動能量Pm大的情況下，剩餘的電力會流動入平滑用的電容器9，使得DC總線部的電壓(發電機與逆變器之間的電力總線部分的電壓、即平滑電容器電壓)上升。當DC總線部的電壓超過了容許值時，可能會對電容器9和逆變器8的功率元件的壽命產生影響。另外，在發電能量Pg比驅動能量Pm小的情況下，電容器9中蓄積的電力被逆變器8/交流電動機6消耗，因此電壓降低，將無法輸出所需要的轉矩。
這裡，電動機6通過進行旋轉坐標系(d-q坐標)下的電流控制，即矢量電流控制，可進行高響應且高精度的轉矩控制。相對於此，對發電機4進行的發電控制通過操作響應慢的勵磁電流而進行。因此，發電機4的發電控制需要根據逆變器8和電動機6的動作而高精度地進行。
下面，利用圖3和圖4，對本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機4與電動機6/逆變器8之間的電力協調控制方式進行說明。
圖3是本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機與電動機/逆變器之間的電力協調控制方式的硬體構成圖。圖4是本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機與電動機/逆變器之間的電力協調控制方式的控制框圖。其中，圖3和圖4中與圖1和圖2中相同的標記符號表示相同部分。
這裡，描述了對DC總線部電壓(平滑電容器電壓)進行反饋的「DC電壓反饋控制方式」。圖4所示的電容器電壓指令Vdc*相當於DC總線電壓的指令值。在協調控制中，相對於電壓指令Vdc*，對電容器電壓Vdc進行反饋控制。這樣，若能相對於電壓指令Vdc*而穩定控制電容器電壓Vdc，則在發電機和電動機/逆變器之間可進行電力的協調控制。
這裡，電容器電壓指令Vdc*根據發電機的動作狀態以及電動機的動作點(電動機轉速、電動機轉矩)而確定。這樣，根據DC總線部的電壓Vdc，控制器15的電動機控制部20進行電動機控制，對逆變器8輸出PWM指令，對電動機6輸出勵磁電壓指令。相對於此，控制器15的發電控制部21進行發電機(專用的交流發電機)4的發電控制，使電容器電壓Vdc達到指令值Vdc*。發電機4的發電電力根據轉速和勵磁而確定。其中，由於轉速由發動機轉速確定，因此，通過發電控制部21進行操作的量為勵磁電壓。當電容器電壓Vdc與指令值Vdc*一致(或視作一致)時，電動機控制和發電控制達到平衡良好地進行的協調控制。
此時，電動機6的定子繞線的電時間常數為數ms～數10ms等級，可實現非常快的電響應。相對於此，發電機4是交流發電機，電力變換器一般是二極體橋，因此基本上定子側的電流(電壓矢量相位)控制是不可能的。在發電機4中，一般進行基於電時間常數慢的勵磁繞線電流的勵磁控制。
電動機/逆變器和發電機需要按照成為相同響應的方式來控制。但是，在車輛的特定動作中，有時電動機/逆變器中的消耗電力與發電機的發電電力會產生收支的不平衡。因該不平衡而可能會引起DC總線部的電容器電壓Vdc上升。車輛的特定動作是指，例如四輪驅動開始時的4WD離合器10的連接動作。在連接4WD離合器10時，由於需要使電動機6的轉速與由車輛行駛狀態確定的傳動軸11的轉速一致來進行締結，因此在電動機6的轉速與傳動軸11的轉速一致的時刻縮小轉矩，以使電動機不會旋轉加速達到該轉速以上。此時，電動機向縮小電力的方向動作，因此有可能從發電機產生剩餘電力。
而且，當由後輪的電動機產生轉矩時，即使在因路面的狀態而使得後輪打滑的情況下，電動機為解除打滑也會減小轉矩。此時，電動機也向縮小電力的方向動作，因此有可能從發電機產生剩餘電力。
這樣，在電動四輪驅動車中，因車輛的動作情況而使得電動機有時作用在收縮功率的方向，這種情況下，在發電機中來不及進行發電電力的抑制，有可能產生剩餘電力。
並且，在前輪急劇地打滑的情況下，發動機的轉速也上升，從由該旋轉力驅動的發電機4輸出大的電力，因此有可能產生剩餘電力。結果，對平滑電容器9產生充電，使得DC總線部分的電壓急劇上升。
為了消除引起上述的DC電壓急劇上升的來自發電機的剩餘電力，考慮一種如現有技術中也有記載的那樣使電動機轉矩增加的方法。但是，在如上述那樣的行駛情況下，通過增加電動機轉矩，可能會對車輛的動作產生影響。例如，在上述四輪驅動開始時的4WD離合器10的連接中，在增加轉矩來緊固離合器的情況下，會產生大的離合器的緊固振動，對乘坐感覺造成不良影響。此外，在後輪打滑的情況下，認為若增加電動機轉矩則會進一步產生打滑。如上所述，在為了解除來自發電機的剩餘電力而增加電動機轉矩的情況下，有可能會對電動四輪驅動車的動作(行駛性能)造成不良影響。
因此，在本發明中，為了不特別增加電動機的轉矩而解除來自發電機的剩餘電力，採用如下的方式。一般在交流電動機中，可將電動機的定子繞線電流分解到轉子磁場的磁通量方向(d軸)、和與其垂直的方向(q軸)。在使d軸方向的電流Id增減時，由於電流Id是磁通量方向的電流，因此電流Id單獨不會作用於電動機轉矩。相對於此，由於q軸方向的電流Iq是垂直於磁通量方向的電流，所以是成為直接轉矩的電流成分。其中，如下面的式(1)所示，在d軸方向的電感與q軸方向的電感不相等的條件(即，凸極(包括逆凸極)型電動機)下，以電流Iq與電流Id的積產生轉矩。即反應轉矩(reluctance torque)。
T＝p·φ·Iq+p·(Ld-Lq)·Id·Iq …(1)這裡，T表示電動機轉矩，p表示極對數，φ表示勵磁主磁通量，Ld表示d軸電感，Lq表示q軸電感。
這裡，式(1)中的右邊第二項相當於反應轉矩成分，一般小於右邊第一項的主磁通量引起的轉矩成分。因此，在本發明中，來自發電機的剩餘電力的消耗主要使d軸電流增加，因剩餘電力產生的轉矩減小，使電動機的消耗電力增加。
下面，利用圖5和圖6，對本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的構成進行說明。
圖5是表示本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電動機控制部的構成的框圖。圖6是表示本發明第一實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖。其中，圖5和圖6中與圖1和圖2中相同的標記符號表示相同部分。
如圖5所示，電動機控制部20輸入由上位控制器中的系統控制而運算出的轉矩指令Tr*，以交流電動機6產生遵照指令的轉矩的方式，對PWM逆變器8輸出PWM信號。
電動機控制部20具備電流指令確定部F10、電動機電流控制部F20、三相變換部F30、PWM變換部F40、電容器電壓指令運算部F50、電動機電流檢測部F60、d-q變換部F70、勵磁電流控制部F80和磁極位置轉速檢測部F90。
電流指令確定部F10輸入轉矩指令Tr*和電動機角速度ωm，確定並輸出在當前的動作點成為最高效率的電動機電流指令Iq*、Id*和勵磁電流指令If*。這裡，Id*是電動機轉子的磁通量方向(d軸)的電流指令，Iq*是與電動機轉子的磁通量方向垂直的方向(q軸)的電流指令。而且，對電流指令確定部F10還輸入發電機4的發電電力Pg和輸入到逆變器8與電動機6的輸入電力Pm，在電流指令確定部F10中，參照這些電力Pg、Pm，確定電動機電流指令Iq*、Id*，對這一點將利用圖6在後面描述。
電動機電流控制部F20進行旋轉坐標d-q軸上的電流控制運算，確定d-q軸上的電壓指令Vd*、Vq*。這樣，通過進行d-q坐標下的電流控制，可分別高精度地控制磁通量方向的電流和與其垂直(作用於轉矩)的電流。結果，能夠高精度地控制電動機的轉矩以及磁通量。
三相變換部F30進行從d-q軸到U-V-W相的坐標變換，輸出三相的交流電壓指令Vu*、Vv*、Vw*。PWM變換部F40將交流電壓指令Vu*、Vv*、Vw*變換成PWM信號，並經由驅動器對逆變器8輸出該PWM信號。
而且，在電動機電流控制部F20中用於電流控制的反饋值Id^、Iq^按如下方式檢測。首先，將由三相電動機電流傳感器IDm檢測出的電動機電流Iu、Iv、Iw，通過由AD轉換器等構成的電動機電流檢測部F60取入，在d-q變換部F70中運算d-q軸的檢測電流Id^、Iq^，然後，反饋到電動機電流控制部F20。
在該控制系統中，如上所述，在用於從d-q坐標電壓指令得到U-V-W相電壓指令、或從U-V-W相電流得到d-q坐標電流的坐標變換運算中，需要磁極位置θ。因此，對電動機6設置位置檢測器PS，與電動機控制部20內的磁極位置轉速檢測部F90一同檢測交流電動機6的轉子磁極位置檢測值θc。而且，在電流指令確定部F10和電動機電流控制部F20中所需要的電動機角速度ωm，在磁極位置轉速檢測部F90中作為轉子磁極位置檢測值θc的時間變化量而被求出。(還有如下方法在勵磁電流控制部F80中，由控制器的計數器來測量來自位置傳感器PS的旋轉脈衝，根據該測量值運算電動機速度。)並且，勵磁電流控制部F80根據電流指令確定部F10所輸出的勵磁電流指令If*、和由勵磁電流檢測器IDf檢測出的流經電動機6的勵磁繞線FC的勵磁電流If^，輸出勵磁電壓指令Vf，通過在將該勵磁電壓指令Vf變換為佔空比信號之後對開關元件SW進行接通斷開驅動，來控制勵磁電流。
此外，電容器電壓指令運算部F50根據電動機電流控制部F20所確定的d-q軸下的電壓指令Vd*、Vq*，運算電容器電壓指令值Vdc*。
下面，利用圖6，對電流指令確定部F10的構成進行說明。電流指令確定部F10具備發電電力監視部F10A、輸入電力監視部F10B、過剩電力運算部F10C、必要放電電力運算部F10D、電動機電流換算部F10E、電流指令產生部F10F和電流換算部F10G。電流指令產生部F10F通過增加交流電動機的損耗來消耗剩餘電力。
發電電力監視部F10A對來自發電機4的發電電力Pg進行運算。該發電電力監視部F10A中的發電電力運算方法並非特別確定的運算方法。例如，可根據電容器9的電壓Vdc與來自發電機4的輸出電流Idc(未圖示)的積來運算電力，還可根據發動機轉速、發電機的勵磁電壓(或勵磁電流)和Vdc確定當前的發電電力。
另外，輸入電力監視部F10B對輸入(消耗)到電動機6和逆變器8的電力Pm進行運算。輸入電力監視部F10B中的電力運算方法並非特別確定的運算方法。例如，可根據電容器9的電壓Vdc與向逆變器的輸入直流電流(未圖示)的積來運算電力，還可根據發動機轉速、發電機轉矩指令、逆變器/電動機的效率來確定當前的輸入電力。
過剩電力運算部F10C對發電電力Pg與輸入電力Pm的差分進行運算，判斷剩餘電力的產生。這裡，預先設置某一閾值用於判定剩餘電力，若發電電力Pg與輸入電力Pm的差分超過規定的閾值，則判斷為產生了剩餘電力。
在檢測到產生了剩餘電力的情況下，通過必要放電電力運算部F10D和電動機電流換算部F10E，對可消耗剩餘電力量的電流增加量ΔIm^進行運算。增加d軸電流Id，使得剩餘電力與ΔIm^2×R基本上相等。這裡，ΔIm^表示電動機電流增加量，R表示電動機繞線電阻。電流增加量ΔIm^的運算方法將在後面描述。
另一方面，電流指令產生部F10F輸入轉矩指令Tr*和電動機角速度ωm，確定並輸出在當前的動作點成為最高效率的電動機電流指令Im*(q軸電流Iq*，d軸電流Id*)和勵磁電流指令If*。
然後，將電動機電流增加量ΔIm^加到驅動所需要的電動機電流Im*上，電流換算部F10G運算並輸出最終d軸電流指令Id』、q軸電流指令Iq』。如圖5所示，電動機控制部20根據該電流指令對逆變器8輸出PWM信號，進行電動機控制。
由此，在本實施方式中，通過增加交流電動機的損耗，可消耗剩餘電力。
在圖5所示的電動機控制系統中，最終d軸電流指令Id』作為d軸電流指令值Id』被輸出。這裡，圖5表示了對勵磁繞線型的同步電動機進行d軸電流、q軸電流各自的反饋控制的控制系統的構成。
這裡，應用本實施方式的方法的電動機控制系統未必限定於反饋控制系統，還可應用在基於電動機的電壓方程式的開環控制方式、或進行單脈衝驅動時所使用的電壓矢量相位控制方式中。
另外，在本實施方式中，僅表示了調整d軸電流的處理，但從式(1)可以理解，通過調整d軸電流而輸出轉矩會稍微發生變化。在這種情況下，根據d軸電流的調整，還要對q軸電流進行調整。由此，可在輸出轉矩不變動的情況下由電動機消耗發電機所產生的剩餘電力。
如以上所說明那樣，在本實施方式中，若產生剩餘電力，則增加電動機電流中的d軸電流來消耗剩餘電力，因此可減小轉矩變化、消耗剩餘電力。
下面，利用圖7，對本發明第二實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的構成進行說明。其中，應用本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成與圖1相同。而且，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機和電動機/逆變器間的電力協調控制方式，與圖4所示的方式相同。並且，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電動機控制部的構成，與圖5所示的構成基本相同。
圖7是表示本發明第二實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖。其中，圖7中與圖6中相同的標記符號表示相同部分。
在圖6所示的實施方式中，根據各物理量對發電電力Pg和輸入電力Pm進行了運算，但可能會對控制器15的運算負荷造成影響。因此在本實施方式中，進行更簡單且可靠的處理。本實施方式的剩餘電力的消耗處理基本上是根據電容器9的電壓的處理方法。
電流指令確定部F10X具備過剩電力運算部F10C』、必要放電電力運算部F10D、電動機電流換算部F10E、電流指令運算部F10F、電流換算部F10G。
過剩電力運算部F10C』根據電容器電壓Vdc與DC總線部的電容器電壓指令Vdc*的偏差，對過剩電力的有無進行運算，所述電壓指令Vdc*根據發電機4的運轉狀態和電動機6的要求動作點而被預先設定。這裡，電容器電壓指令Vdc*由圖5所示的電動機控制部20的電容器電壓指令運算部F50獲得。這是在產生過剩電力的情況下根據對電容器充電而電容器電壓急劇上升的現象來檢測出產生剩餘電力的方法。具體而言，在算出的電壓偏差超過規定值的時刻判斷為產生了剩餘電力。
必要放電電力運算部F10D對可將當前的電容器電壓Vdc放電至電容器電壓指令Vdc*的電力進行運算。
這裡，將在下面對放電電力的運算方法進行說明。使當前的電容器電壓Vdc放電至電容器電壓指令Vdc*的電流ΔIdc作為下式而被求出。
ΔIdc＝C×ΔVdc/Td ...(2)這裡，C表示電容器電容，ΔVdc表示當前的電容器電壓Vdc與電容器電壓指令Vdc*的偏差，Td表示放電時間。
而且，放電所需要的功率ΔW如下。
ΔW＝Vdc×ΔIdc ...(3)此外，電動機電流換算部F10E對用於產生上述放電功率ΔW的電動機電流增加量ΔIm進行運算。該電動機電流增加量ΔIm的運算方法如下。
首先，為了用電動機損失來消耗放電功率ΔW，ΔW＝ΔIm^2×R×3…(4)。
這裡，Im表示電動機電流有效值，R表示繞線電阻。
根據上式(4)，可如下求出電動機電流增加量ΔIm。
ΔIm＝(ΔW/3R) …(5)然後，為了通過電動機的d軸電流的增加來進一步實現剩餘電力消耗，d軸電流換算部F10G對可產生q軸電流指令值Iq』以及電動機電流增加量ΔIm量的d軸電流指令值Id』進行運算。此時，整體需要的電動機電流Im成為
Im＝ΔIm+Im*…(6)。
這裡，電流Im*表示無剩餘電力消耗情況下的電動機電流指令值(有效值)。
這裡，電動機電流相位角θI成為θI＝COS-1(Iq*/(3)Im) …(7)。
因此，為了使因剩餘電力而電壓上升的電容器放電，所需要的最終d軸電流指令Id』可通過下式算出。
Id』＝Im×SINθI…(8)如上所述，本實施例所描述的方式中，在d軸電流換算部F10G中，對最終d軸電流指令Id』進行運算。
如以上所說明那樣，在本實施方式中，若產生剩餘電力，則增加電動機電流中的d軸電流來消耗剩餘電力，因此可減小轉矩變化、消耗剩餘電力。
而且，可更簡易且可靠地進行剩餘電力的運算。
下面，利用圖8，對本發明第三實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的構成進行說明。其中，應用本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成與圖1相同。而且，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機和電動機/逆變器間的電力協調控制方式，與圖4所示的方式相同。此外，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電動機控制部的構成，與圖5所示的構成相同。
圖8是表示本發明第三實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖。其中，圖8中與圖6相同的標記符號表示相同部分。
在本實施方式中，相對於圖6所示的電流指令確定部F10，電流指令確定部F10Y在電流換算部F10G的後級具備電流限制部F10H。在圖6和圖7所示的例子中，使d軸電流增加來增加電動機損耗，但由於無法流動逆變器和電動機的最大容許電流以上的電流，因此在本實施方式中設置電流限制機構F10H，在電動機電流為最大容許電流以下、且達到了從最大容許電流中減去容限後的預先設定的規定電流值的情況下，限制應該增加的電動機損耗。
如以上所說明那樣，在本實施方式中，若產生剩餘電力，則增加電動機電流中的d軸電流來消耗剩餘電力，因此可減小轉矩變化、消耗剩餘電力。
下面，利用圖9，對本發明第四實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的構成進行說明。其中，應用本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成與圖1相同。而且，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機和電動機/逆變器間的電力協調控制方式與圖4所示的方式相同。此外，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電動機控制部的構成，與圖5所示的構成相同。
圖9是表示本發明第四實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖。其中，圖9中與圖7相同的標記符號表示相同部分。
在本實施方式中，相對於圖7所示的電流指令確定部F10X，電流指令確定部F10Z在電流換算部F10G的後級具備電流限制部F10H。在圖6和圖7所示的例子中，使d軸電流增加來增加電動機損耗，但由於無法流過逆變器和電動機的最大容許電流以上的電流，因此在本實施方式中設置了電流限制機構F10H，在電動機電流為最大容許電流以下、且達到了從最大容許電流中減去容限後的預先設定的規定電流值的情況下，限制應該增加的電動機損耗。
如以上所說明那樣，在本實施方式中，若產生剩餘電力，則增加電動機電流中的d軸電流來消耗剩餘電力，因此可減小轉矩變化、消耗剩餘電力。
下面，利用圖10和圖11，對本發明第五實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的構成進行說明。其中，應用本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成與圖1相同。而且，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機和電動機/逆變器間的電力協調控制方式，與圖4所示的方式相同。此外，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電動機控制部的構成，與圖5所示的構成相同。
圖10是表示本發明第五實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖。圖11是表示本發明第五實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電流指令確定部中的電流減少部的動作的流程圖。另外，圖10中與圖6相同的標記符號表示相同部分。
在本實施方式中，相對於圖6所示的電流指令確定部F10，電流指令確定部F10V在電流換算部F10G的後級具備電流減少部F10J。在圖6和圖7所示的例子中，使d軸電流增加來增加電動機損耗，但若在長時間內流動d軸電流，則逆變器與電動機中的損耗增加，導致逆變器和電動機發熱。因此，設置了電流減少部F10J，預先監視逆變器的溫度(Itemp)和電動機的溫度(Mtemp)，使溫度減少到預先設定的規定容許值以下。
這裡，利用圖11，對電流減少部F10J的動作進行說明。在圖11的步驟S100中，電流減少部F10J輸入電動機溫度Mtemp和逆變器溫度Itemp。並且，在步驟S101中，輸入d軸電流指令Id』(k)和q軸電流指令Iq』(k)。
然後，在步驟S102中，判斷所輸入的當前電動機溫度Mtemp是否比設定為規定值的電動機最高溫度MTC高、或當前的逆變器溫度Itemp是否比設定為規定值的逆變器最高溫度ITC高。這裡，當電動機溫度Mtemp和逆變器溫度Itemp分別比規定的設定溫度MTC、ITC低時結束處理，在電流控制部F20中進行電流控制。
相對於此，當在步驟S102中判斷為電動機溫度Mtemp或逆變器溫度Itemp比各自的設定溫度MTC、ITC高的情況下，在步驟S103中，當前的d軸電流指令Id』與使電流指令增加前的正規d軸電流指令比較，作為損耗增加用。
這裡，在當前的d軸電流指令Id』比正規的d軸電流指令大時，在步驟S104中，使d軸電流指令Id』減少Δid』大小。相對於此，當在步驟S103中判斷為當前的d軸電流指令Id』比正規的d軸電流指令小的情況下，在步驟S105中，使q軸電流指令Iq』減少Δiq』大小。這樣，在d軸電流指令必須降到正規的電流指令以上時，減少q軸電流而非d軸電流，即減少電動機轉矩，來降低電動機或逆變器的溫度。另外，電流每次的減少量Δid』、Δiq』根據電動機、逆變器的規格而設定適當值。
如上所述，即使在因為通過增加損耗，使得電動機或逆變器的溫度上升，導致接近最大容許溫度的情況下，電流減少部F10J也能將電動機和逆變器的溫度降低到容許值內。
如以上所說明那樣，在本實施方式中，若產生剩餘電力，則增加電動機電流中的d軸電流來消耗剩餘電力，因此可減小轉矩變化、消耗剩餘電力。
下面，利用圖12，對本發明第六實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的構成進行說明。其中，應用本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成與圖1相同。而且，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機和電動機/逆變器間的電力協調控制方式與圖4所示的方式相同。此外，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電動機控制部的構成，與圖5所示的構成相同。
圖12是表示本發明第六實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖。另外，圖11中與圖7相同的標記符號表示相同部分。
在本實施方式中，相對於圖7所示的電流指令確定部F10X，電流指令確定部F10W在電流換算部F10G的後級具備電流減少部F10J。在圖6和圖7所示的例子中，使d軸電流增加來增加電動機損耗，但若在長時間內流動d軸電流，則逆變器和電動機中的損耗增加，導致逆變器和電動機發熱。因此，設置電流減少部F10J，預先監視逆變器和電動機的溫度，使溫度減少到預先設定的規定容許值以下。
如以上所說明那樣，在本實施方式中，若產生剩餘電力，則增加電動機電流中的d軸電流來消耗剩餘電力，因此可減小轉矩變化。
另外，圖6～圖12所示的例子中，在無法通過電動機的損耗增加來消耗剩餘電力的狀態下，當因剩餘電力而使電容器電壓上升時，可通過過電壓防止裝置例如放電用電阻電路來避免電壓上升。
下面，利用圖13，對本發明第七實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的構成進行說明。其中，應用本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成與圖1相同。而且，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的發電機和電動機/逆變器間的電力協調控制方式，與圖4所示的方式相同。此外，本實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中所使用的電動機控制部的構成與圖5所示的構成相同。
圖13是表示本發明第七實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置中使用的電動機控制部所具備的電流指令確定部的構成的框圖。另外，圖12中與圖6相同的標記符號表示相同部分。
在本實施方式中，相對於圖12所示的電流指令確定部F10W，電流指令確定部F10T代替過剩電力運算機構F10C』而具備打滑檢測部F10K。
在圖1所示的電動四輪驅動車1中，即使在前輪2的打滑率達到規定值以上時，有時因發動機3的轉速上升，使得發電機4在必要的轉速以上旋轉，也會產生剩餘電力。在這樣的情況下，打滑檢測部F10K通過比較前輪速與後輪速來檢測打滑，在前輪5的打滑達到規定值以上的情況下，使電動機損耗增加。此時，電動機損耗的增加量作為由產生打滑而引起的速度增加所伴隨的發電電力增加量。
如以上所說明那樣，在本實施方式中，若產生剩餘電力，則增加電動機電流中的d軸電流來消耗剩餘電力，因此可減小轉矩變化。
下面，利用圖14，對應用本發明的各實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成進行說明。
圖14是應用本發明的各實施方式的電動四輪驅動車用控制裝置的電動四輪驅動車的系統構成圖。另外，圖14中與圖1相同的標記符號表示相同部分。
在所述的各例中，對未搭載電池的電動四輪驅動車系統進行了說明，但在圖13所示的搭載了電池60的混合動力系統中，也可應用所述的各實施方式。當從發電機4產生了剩餘電力時，在電池60充滿電不能再繼續充電的情況、或電池控制器發生異常而電池60本身無法使用的情況等，可應用所述的各實施方式。
權利要求
1.一種電動四輪驅動車用控制裝置，用於電動四輪驅動車，所述電動四輪驅動車具有內燃機，其對汽車的前輪施加驅動力；發電機，其與該內燃機連接，根據所述內燃機的旋轉力輸出直流電力；逆變器，其將由該發電機輸出的直流電力直接轉換為交流電力；和交流電動機，其根據該逆變器的輸出對後輪進行驅動，所述電動四輪驅動車用控制裝置具有電動機控制機構，其通過控制所述逆變器使得從所述交流電動機產生所希望的轉矩，在所述發電機的發電電力相對於所述逆變器和所述交流電動機的消耗電力變大從而產生剩餘電力的情況下，所述控制機構通過增加所述交流電動機的損耗來消耗所述剩餘電力。
2.根據權利要求1所述的電動四輪驅動車用控制裝置，其特徵在於，還具備連接於所述發電機的輸出部與所述逆變器的輸入部之間的蓄電機構，在所述發電機的發電電力相對於所述逆變器和所述交流電動機的消耗電力變大從而產生剩餘電力、且所述蓄電機構無法充入所述剩餘電力的情況下，所述控制機構通過增加所述交流電動機的損耗來消耗所述剩餘電力。
3.根據權利要求1所述的電動四輪驅動車用控制裝置，其特徵在於，所述控制機構在使所述交流電動機的損耗增加時，使所述交流電動機轉子的磁通量方向即d軸方向的電樞電流增加。
4.根據權利要求1所述的電動四輪驅動車用控制裝置，其特徵在於，當所述逆變器中流動的電流相對於最大值在規定範圍內時，所述控制機構限制所述交流電動機的損耗增加。
5.根據權利要求1所述的電動四輪驅動車用控制裝置，其特徵在於，在所述逆變器或所述交流電動機的溫度上升到規定值以上的情況下，所述控制機構限制所述交流電動機的損耗增加。
6.根據權利要求1所述的電動四輪驅動車用控制裝置，其特徵在於，在組入於所述逆變器的內部的平滑用電容器的電壓達到規定值以上的情況下，所述控制機構判斷為產生了所述剩餘電力。
7.根據權利要求1所述的電動四輪驅動車用控制裝置，其特徵在於，所述控制機構具備發電電力監視機構，其對所述發電機的發電電力進行運算；和輸入電力監視機構，其對所述交流電動機和所述逆變器的消耗電力進行運算，在所述發電電力監視機構的輸出值比所述輸入電力監視機構的輸出值超出規定值的情況下，判斷為產生了所述剩餘電力。
8.根據權利要求1所述的電動四輪驅動車用控制裝置，其特徵在於，在所述前輪的打滑率在規定值以上的情況下，所述控制機構通過增加所述交流電動機的損耗來消耗所述剩餘電力。
9.根據權利要求2所述的電動四輪驅動車用控制裝置，其特徵在於，所述控制機構監視所述蓄電機構的電壓，在所述蓄電機構的電壓達到規定值以上的情況下，判斷為產生了所述剩餘電力。
10.一種電動四輪驅動車用控制裝置，用於電動四輪驅動車，所述電動四輪驅動車具有內燃機，其對汽車的前輪施加驅動力；發電機，其與該內燃機連接，根據所述內燃機的旋轉力輸出直流電力；逆變器，其將由該發電機輸出的直流電力轉換為交流電力；蓄電機構，其連接於所述發電機的輸出部與所述逆變器的輸入部之間；和交流電動機，其根據所述逆變器的輸出對後輪進行驅動，所述電動四輪驅動車用控制裝置具有電動機控制機構，其通過控制所述逆變器使得從所述交流電動機產生所希望的轉矩，在所述發電機的發電電力相對於所述逆變器和所述交流電動機的消耗電力變大從而產生剩餘電力、且所述蓄電機構無法充入所述剩餘電力的情況下，所述控制機構通過增加所述交流電動機的損耗來消耗所述剩餘電力。
全文摘要
一種電動四輪驅動車用控制裝置，其中，電動機控制部(20)通過控制逆變器(8)，從交流電動機(6)產生所希望的轉矩。在發電機(4)的發電電力相對於逆變器(8)和交流電動機(6)的消耗電力變大從而產生剩餘電力的情況下，電動機控制部(20)的電流指令確定部(F10)通過增加交流電動機(6)的損耗來消耗所述剩餘電力。由此，即使在發電機側產生了剩餘電力的情況下，也能減小轉矩變化，消耗剩餘電力。
文檔編號B60K6/34GK101028789SQ20071000406
公開日2007年9月5日 申請日期2007年1月23日 優先權日2006年2月28日
發明者金子悟, 泉枝穗, 山本立行, 勝濱健太, 赤石茂, 松永康郎, 杉田秀彥 申請人:株式會社日立製作所, 日產自動車株式會社