本发明涉及驱动装置、驱动方法、驱动程序以及电动车辆。
背景技术:
在电动两轮车(两轮ev)等电动车辆上一般具有用于驱动车轮的电机、以及用于控制电机的控制部的驱动装置。由于电动车辆在档位(gear)固定的情况下从低旋转速度域至高旋转速度域都能够获得所需要的扭矩,因此行业内近年来正在研究不设置离合器的电动车辆。对于这种无离合器(clutchless)的电动车辆来说,其电机将直接承受在以往的电动车辆中被离合器所阻断的来自于车轮外部的外力。
在专利文献1中,记载了一种发动机旋转速度控制装置,其在对发动机的旋转速度进行控制的同时,对用于开闭驱动节流阀(throttlevalve)的电机进行pwm控制。另外,还记载了按照目标发动机旋转速度变化量,计算出用于对pwm信号的占空比进行补正的pwm占空补正值。
【先行技术文献】
【专利文献1】特开2005-207416号公报
在电动车辆电机的定子处,设置有用于检测转子的旋转位置的旋转位置传感器。驱动装置的控制部从旋转位置传感器处按照每个规定的电气角来接收上升沿信号或下降沿信号(以下也称为“传感器信号”)。控制部根据该传感器信号来把握电机的旋转速度,并进行电机的控制。
在上述无离合器的电动车辆中,由于与路面状态等相对应的外力会直接施加于电机,因此电机的旋转速度会因路面状态而瞬时发生变动。这样一来,由于逆变器的输出无法追随这种旋转速度的瞬时变动,因此就会导致电机的输出扭矩可能会偏离目标值。下面,将参照图14来具体说明。
如图14所示,当电机的瞬时旋转速度下降时,因电机的旋转而感应的电压(电机感应电压)中仅电压va会瞬时变小。而另一方面,在电机感应电压下降的期间内,向电机提供交流电力的逆变器的输出是不变的。这样一来,逆变器的输出电压与电机感应电压之间的电压差就会从v0扩大为vb(=v0+va)。电压差v0是为了能够获得目标扭矩而设定的值。一旦电压差扩大,其结果就会导致提供至电机的电流大于获得目标扭矩所需的电流,从而致使电机输出扭矩大于目标扭矩。
另一方面,当旋转速度瞬时上升时,电机感应电压会瞬时变大,但逆变器的输出却是不变的,因此如图14所示,逆变器的输出电压与电机感应电压之间差就会从vb缩小至vc,其结果就是,提供至电机的电流小于获得目标扭矩所需的电流,从而导致电机的输出扭矩过小。
上述这种因电机旋转速度的瞬时变动而导致电机的输出扭矩与目标扭矩之间产生偏差,从而导致无法对电机进行适宜地控制一直以来是行业中的一个课题。
本发明鉴于上述情况,目的是提供一种驱动装置、电动车辆控制方法、电动车辆控制程序以及电动车辆,即使是在因电机旋转速度受外力影响后发生瞬时变动的情况下,也能够对电机进行适宜地控制。
技术实现要素:
本发明涉及的驱动装置的特征在于,包括:
信号接收部,接收在驱动负载的电机旋转一周的期间内从旋转位置传感器输出的多个按照与所述电机的旋转速度相应的间隔到来的信号;
旋转速度计算部,根据由所述信号接收部刚接收到的第一信号的接收时间点与早于该第一信号而接收到的第二信号的接收时间点之间的信号间隔计算出所述电机的瞬时旋转速度;以及
电机控制部,根据所述瞬时旋转速度生成pwm信号,并将所述pwm信号发送至对所述电机提供交流电力的逆变器从而对所述电机进行控制,
其中,当所述瞬时旋转速度的变化量大于等于规定值时,所述电机控制部根据所述瞬时旋转速度对所述pwm信号的占空比进行补正,从而使所述逆变器的输出电压是与所述瞬时旋转速度相应的值。
在所述驱动装置中,
所述电机控制部通过线性插值对所述占空比进行补正,所述线性插值使用表示所述瞬时旋转速度与补正后的占空比之间的关系的特征直线。
在所述驱动装置中,
在每次计算出所述瞬时旋转速度时,均会进行所述线性插值。
在所述驱动装置中,
所述特征直线是将第一点与第二点相连接的直线,
所述第一点是按照以从所述电机旋转一周的时间所计算出的平均旋转速度为中心的旋转速度范围的下限值与对应所述下限值的占空比所规定的点,
所述第二点是按照所述旋转速度范围的上限值与对应所述上限值的占空比所规定的点。
在所述驱动装置中,
所述旋转速度范围是在考虑了所述电机的瞬时旋转速度的变动幅度后决定的。
在所述驱动装置中,
所述特征直线在每次计算出所述平均旋转速度后均会被更新。
在所述驱动装置中,
所述旋转速度计算部通过在从接收到所述第二信号后直至接收到所述第一信号的期间内按照监视时间间隔计数的计数数量乘以所述监视时间间隔来计算出所述信号间隔。
在所述驱动装置中,
在所述第二信号是在所述第一信号之前接收到的那一个信号的情况下,所述旋转速度计算部通过以下公式来计算所述瞬时旋转速度:
n=60000/(δt×np)
上述公式中,n表示所述瞬时旋转速度【rpm】,δt表示所述信号间隔【msec】,np是表示所述电机在以电气角旋转一周的期间内所述信号接收部接收到的所述信号的数量的值。
在所述驱动装置中,
所述电机控制部通过使用所述电机的目标扭矩以及所述瞬时旋转速度来对表示所述电机的目标扭矩、所述电机的旋转速度、以及所述pwm信号的占空比之间的关系的占空比图表进行检索来获取占空比。
在所述驱动装置中,
所述负载为电动车辆的车轮,
在所述电机直接驱动所述车轮的情况下,所述电机控制部在所述电动车辆启动时使所述pwm信号的占空比逐渐上升。
在所述驱动装置中,
所述信号接收部接收的所述信号是从设置在所述电机处的旋转位置传感器所输出的脉冲信号的上升沿信号或下降沿信号。
本发明涉及的电动车辆的特征在于,包括:
权利要求1中所记载的,并且所述负载为电动车辆的车轮的驱动装置。
在所述电动车辆中,
所述车轮与所述电机在不经由离合器的情况下机械连接。
本发明涉及的驱动方法的特征在于,包括:
信号接收部接收在驱动负载的电机旋转一周的期间内从旋转位置传感器输出的多个按照与所述电机的旋转速度相应的间隔到来的信号的步骤;
旋转速度计算部根据由所述信号接收部刚接收到的第一信号的接收时间点与早于该第一信号而接收到的第二信号的接收时间点之间的信号间隔计算出所述电机的瞬时旋转速度的步骤;以及
电机控制部根据所述瞬时旋转速度生成pwm信号,并将所述pwm信号发送至对所述电机提供交流电力的逆变器从而对所述电机进行控制的步骤,
其中,当所述瞬时旋转速度的变化量大于等于规定值时,所述电机控制部根据所述瞬时旋转速度对所述pwm信号的占空比进行补正,从而使所述逆变器的输出电压是与所述瞬时旋转速度相应的值。
本发明涉及的驱动程序,使计算机执行:信号接收部接收在驱动负载的电机旋转一周的期间内从旋转位置传感器输出的多个按照与所述电机的旋转速度相应的间隔到来的信号的步骤;旋转速度计算部根据由所述信号接收部刚接收到的第一信号的接收时间点与早于该第一信号而接收到的第二信号的接收时间点之间的信号间隔计算出所述电机的瞬时旋转速度的步骤;以及电机控制部根据所述瞬时旋转速度生成pwm信号,并将所述pwm信号发送至对所述电机提供交流电力的逆变器从而对所述电机进行控制的步骤,其特征在于:
当所述瞬时旋转速度的变化量大于等于规定值时,所述电机控制部根据所述瞬时旋转速度对所述pwm信号的占空比进行补正,从而使所述逆变器的输出电压是与所述瞬时旋转速度相应的值。
发明效果
在本发明中,信号接收部接收在电机旋转一周的期间内从旋转位置传感器输出的多个按照与电机的旋转速度相应的间隔到来的信号;旋转速度计算部根据第一信号与第二信号之间的信号间隔计算出电机的瞬时旋转速度;当计算出的瞬时旋转速度的变化量大于等于规定值时,电机控制部根据瞬时旋转速度对pwm信号的占空比进行补正。并且占空比被补正为使电力转换部的输出电压是与瞬时旋转速度相应的值。通过这样,即使是在因与路面状态等相对应的外力施加于电机,从而导致电机旋转速度发生瞬时变动的情况下,也能够抑制电机输出扭矩的变动,从而对电机进行适宜地控制。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的电动车辆100的概略构成图。
图2是电力转换部30以及电机3的概略构成图。
图3是设置在电机3的转子3r上的磁铁与角度传感器4的示意图。
图4是转子角度与角度传感器的输出之间的关系示意图。
图5是用于说明实施方式涉及的pwm控制的时序图。
图6是电动车辆控制装置1的控制部10的功能的框图。
图7是用于说明传感器信号与计数数量之间的关系等的说明图。
图8是用于说明pwm信号的占空比和输出角度的计算处理的示意图。
图9(a)展示扭矩示意图的构成,图9(b)展示占空比示意图的构成,图9(c)展示输出角度示意图的构成。
图10是用于说明本实施方式涉及的逆变器的输出电压的时间变化的示意图。
图11是用于说明通过线性插值对占空比进行瞬时补正的示意图。
图12是用于说明实施方式涉及的电动车辆控制方法的一例流程图。
图13是展示直接驱动时占空比的时间变化的图表。
图14是用于说明以往技术中的课题的示意图。
具体实施方式
下面,将基于附图对本发明涉及的实施方式进行说明。其中,作为下面驱动装置的一个实施方式,对驱动控制电动车辆的电动车辆控制装置进行说明。其中,本发明涉及的驱动装置也可以对电动车辆的车轮以外的负载进行驱动。
首先,参照图1对实施方式涉及的电动车辆100进行说明。
电动车辆100通过使用从电池提供的电力对电机进行驱动,从而进行行进。在本实施方式中,电动车辆100是电动摩托车等电动两轮车,具体来说,就是如图1所示的电机3与车轮8在不经由离合器的情况下直接机械连接后的电动两轮车。其中,本发明涉及的电动车辆也可以是电机3与车轮8在经由离合器的情况下连接后的车辆。此外,不仅限于两轮车,也可以是例如三轮或四轮的电动车辆。
电动车辆100如图1所示,包括:电动车辆控制装置1、电池2、电机3、角度传感器(旋转位置传感器)4、油门位置传感器5、辅助开关6、仪器(显示部)7、车轮8、以及充电器9。
下面,对电动车辆100的各构成要素进行详细说明。
电动车辆控制装置1是控制电动车辆100的装置,并且具有:控制部10、记忆部20以及电力转换部(驱动)30。其中,电动车辆控制装置1也可以是作为控制整个电动车辆100的ecu(electroniccontrolunit)来构成。
下面,对电动车辆控制装置1的各构成要素进行详细说明。
控制部10输入来自连接于电动车辆控制装置1的各种装置处的信息。具体来说,就是控制部10接收:从电池2、角度传感器(旋转位置传感器)4、油门位置传感器5、辅助开关6、以及充电器9输出的各种信号。控制部10输出显示在仪器7中的信号。此外,控制部10通过电力转换部30来控制电机3。对于控制部10的详细信息会进行后述。
记忆部20记忆:控制部10所使用的信息(后述的各种地图等)以及控制部10用于运作的程序。该记忆部20可以是例如非易失性半导体存储器,也可以不限于此。其中,记忆部20也可以作为控制部10的一部分来装入。
电力转换部30将从电池2输出的直流电力转换为交流电力后提供至电机3。在本实施方式中,电力转换部30如图2所示,具有通过三相全桥电路所构成的逆变器。半导体开关q1、q3、q5是高端开关,半导体开关q2、q4、q6是低端开关。半导体开关q1~q6的控制端子与控制部10电连接。半导体开关q1~q6是例如mosfet或igbt等。
如图2所示,电源端子30a与电源端子30b之间设置有平滑电容器c。
输入端子3a是电机3的u相输入端子,输入端子3b是电机3的v相输入端子,输入端子3c是电机3的w相输入端子。
半导体开关q1如图2所示,连接在电池2的正极所连接的电源端子30a与电机3的输入端子3a之间。同样地,半导体开关q3连接在电源端子30a与电机3的输入端子3b之间。半导体开关q5连接在电源端子30a与电机3的输入端子3c之间。
半导体开关q2连接在电机3的输入端子3a与电池2的负极所连接的电源端子30b之间。同样地,半导体开关q4连接在电机3的输入端子3b与电源端子30b之间。半导体开关q6连接在电机3的输入端子3c与电源端子30b之间。
电池2向用于使电动车辆100的车轮8转动的电机3提供电力。该电池2向电力转换部30提供直流电力。电池2例如可以是锂离子电池,也可以是其他种类的电池。其中,电池2的数量不限于一个,也可以是多个。即,电动车辆100中也可以设置有互相并联或串联后的多个电池2。此外,电池2中也可以包含有用于向控制部10提供运作电压的铅电池。
电池2包含电池管理单元(bmu)。电池管理单元将与电池2的电压和状态(充电率等)相关的电池信息发送至控制部10。
电机3通过从电力转换部30处提供的交流电力,对车轮8等负载进行驱动。在本实施方式中,电机3与车轮8机械连接,从而使车轮8向所需方向转动。电机3是具有u相、v相以及w相的三相交流电机。如所述般,电机3与车轮8在不经由离合器的情况下直接机械连接。其中,虽然在本实施方式中是使用三相无刷电机来作为三相交流电机,但是电机3的种类不限于此。
角度传感器4用于检测电机3的转子3r的旋转位置。如图3所示,转子3r的外周面上交替安装有n极与s极的磁铁(传感器磁铁)。角度传感器4例如通过霍尔元件来构成,并且检测伴随电机3的转动的磁场变化。其中,图3所示的磁铁数量只是一例示例,并不限于此。此外,磁铁也可以设置在飞轮(flywheel)(无图示)的内侧。
如图3所示,角度传感器4具有:与电机3的u相对应安装的u相角度传感器4u、与电机3的v相对应安装的v相角度传感器4v、以及与电机3的w相对应安装的w相角度传感器4w。各相的角度传感器4u、4v、以及4w被设置在电机3上。在本实施方式中,u相角度传感器4u与v相角度传感器4v相对于转子3r是配置为构成30°的角度。同样地,v相角度传感器4v与w相角度传感器4w相对于电机3的转子3r是配置为构成30°的角度。
如图4所示,u相角度传感器4u、v相角度传感器4v以及w相角度传感器4w,输出对应于转子3r的旋转位置的位相脉冲信号。该脉冲信号的宽度(或传感器信号的时间间隔)随电机3(即,车轮8)的旋转速度变高而变窄。
如图4所示,按照每个规定的旋转位置来分配表示电机级(motorstage)的编号(电机级编号)。电机级表示转子3r的旋转位置,在本实施方式中,按照每60°的电气角来分配电机级编号1、2、3、4、5、6。
输出级也被称为通电级,其是:由角度传感器4检测出的电机级加上基于输出角度的时间。输出角度如后述般根据电机3的旋转速度与目标扭矩而变化。
控制部10使用pwm信号来对电力转换部30的半导体开关q1~q6进行on/off控制。通过这样,从电池2提供的直流电力被转换为交流电力。在本实施方式中,如图5所示,u相低端开关(半导体开关q2)在输出级6、1、2、3中被pwm控制。v相低端开关(半导体开关q4)在输出级2、3、4、5中被pwm控制,w相低端开关(半导体开关q6)在输出级4、5、6、1中被pwm控制。其中,进行pwm控制的级是通过通电方式等来决定的,并不限于此例。
如上述般,通过对低端开关而不是高端开关进行on/off控制,从而就能够避免因电机3的再生运作从而产生的电流流入电池2。其中,在被允许对电池2流入再生电流的情况下,则也可以对高端开关进行on/off控制。
如图5所示,高端开关也有成为on的时间点。例如,作为u相高端开关的半导体开关q1在输出级1、2中被按照规定的时间间隔来on控制。通过这样对高端开关进行on控制,就能够抑制电力转换部30的发热。其中,为了防止电流短路,当高端开关被控制为on时,对应的(即,相同臂(arm)的)低端开关则被控制为off。
油门位置传感器5,用于检测相对于电动车辆100的油门的操作量(以下称为“油门操作量”),并且将其作为电信号发送至控制部10。油门操作量相当于发动机汽车的节气门开度。用户在想要加速时油门操作量会增大,用户在想要减速时油门操作量会减小。
辅助开关6是用户在请求辅助电动车辆100时操作的开关。辅助开关6在被通过用户操作时,会将辅助请求信号发送至控制部10。并且,控制部10控制电机3产生辅助扭矩。
仪器(显示部)7是设置在电动车辆100上的显示器(例如液晶面板),并显示各种信息。仪器7设置在例如电动车辆100的方向盘上(无图示)。仪器7中显示有:电动车辆100的行驶速度、电池2的剩余量、当前时间、行驶总距离、以及剩余行驶距离等信息。剩余行驶距离表示电动车辆100之后还能行驶多少距离。
充电器9具有:电源插头(无图示)、以及将通过该电源插头提供的交流电源转换为直流电源的转换器电路(无图示)。电池2通过由转换器电路转换后的直流电力来进行充电。充电器9例如通过电动车辆100内的通信网络(can等)与电动车辆控制装置1可通信连接。
之后,将对电动车辆控制装置1的控制部10进行详细说明。
如图6所示,控制部10具有:信号接收部11、旋转速度计算部12、以及电机控制部13。其中,控制部10的各部分中的处理,能够通过软件(程序)来实现。
信号接收部11,接收按照与电机3的旋转速度相应的间隔到来的信号。信号在电机3旋转一周的期间内从角度传感器4被输出多个。具体来说,就是信号接收部11接收:从u相角度传感器4u、v相角度传感器4v、以及w相角度传感器4w输出的传感器信号(即,脉冲信号的上升沿信号或下降沿信号)。在本实施方式中,信号接收部11在电机3的转子3r以电气角每旋转60°时接收传感器信号。因此,信号接收部11在电机3以电气角旋转一周的期间内接收六个传感器信号。传感器信号所到来的时间间隔随电机3的旋转速度变高而变短。
如图7所示,信号接收部11按照每个监视时间间隔δtm来确认是否从角度传感器4接收到传感器信号。监视时间间隔δtm是例如电机3的控制时间间隔。其中,传感器信号的接收也可以通过来自角度传感器4的中断处理来进行。
当电动车辆100以最高速度行驶时,监视时间间隔δtm比信号接收部11所接收的传感器信号的时间间隔更短,例如50微秒。一般来说,当电机3的旋转速度为最大时,监视时间间隔δtm比信号接收部11所接收的传感器信号的时间间隔更短。
旋转速度计算部12,根据信号间隔(也被称为传感器之间的时间)来计算出电机3的瞬时旋转速度。此处的信号间隔是信号接收部11刚接收到的第一信号的接收时间点与早于第一信号而接收到的第二信号的接收时间点之间的时间间隔。其中,虽然第二信号在本实施方式中是在第一信号之前接收到的那一个信号,但不限于此,第二信号也可以是在第一信号之前接收到的大于等于两个的信号。
如本实施方式中的图7所示,信号间隔δt是信号接收部11刚接收到的传感器信号s1的接收时间点与在该传感器信号s1之前接收到的那一个传感器信号s2的接收时间点之间的时间间隔。在这种情况下,旋转速度计算部12通过公式(1)来计算出电机3的瞬时旋转速度。
n=60000/(δt×np)…(1)
上述公式中,n表示电机3的瞬时旋转速度【rpm】,δt表示信号间隔【msec】,np是表示电机3在以电气角旋转一周的期间内信号接收部11接收的传感器信号的数量。
在本实施方式中,旋转速度计算部12使用按照监视时间间隔δtm计数的计数数量来作为信号间隔δt。在信号接收部11没有接收到传感器信号的情况下,信号接收部11或旋转速度计算部12将按照监视时间间隔δtm来增加计数数量。该计数数量表示从接收到刚刚的传感器信号后经过的时间。计数数量的初始值为0。信号接收部11一旦接收到传感器信号,计数数量n就会被重置(即,返回初始值)。
旋转速度计算部12通过在从接收到传感器信号s1后直至接收到传感器信号s2的期间内将计数后的计数数量n乘以监视时间间隔δtm来计算出信号间隔δt。
在使用计数数量来测量信号间隔的情况下,旋转速度计算部12通过公式(2)来计算出电机3的瞬时旋转速度。
n=60000/(nδtm×np)…(2)
上述公式中,n表示电机3的瞬时旋转速度【rpm】,n表示在从接收到传感器信号s2后直至接收到传感器信号s1的期间内被计数后的计数数量,δtm表示监视时间间隔【msec】,np是表示电机3在以电气角旋转一周的期间内信号接收部11接收到的传感器信号的数量。
电机控制部13根据旋转速度计算部12计算出的瞬时旋转速度,生成用于使电机3产生所需扭矩的pwm信号。并且,电机控制部13将生成后的pwm信号发送至电力转换部30来控制电机3。
在本实施方式中,电机控制部13根据瞬时旋转速度以及目标扭矩来计算出占空比以及输出角度(通电时间点),并将具有算出后的占空比的pwm信号,以算出后的输出角度对电力转换部30进行输出。通过这样,控制电机3以产生目标扭矩。其中,虽然pwm信号的生成是按照监视时间间隔来进行的,但是其也可以在每次接收到传感器信号的时候来进行,或者在电机3每次旋转一周的时候来进行。
参照图8以及图9,对占空比以及输出角度的算出进行详细说明。电机控制部13,通过:使用从油门位置传感器5接收到的油门操作量、以及经由旋转速度计算部12所计算出的瞬时旋转速度对扭矩示意图m1中的旋转速度进行检索,从而获取目标扭矩。此处,扭矩示意图m1如图9(a)所示,示意:油门操作量、电机3的旋转速度、以及电机3的目标扭矩之间的关系。
接着,电机控制部13,通过:使用从扭矩示意图m1获取的目标扭矩、以及经由旋转速度计算部12所计算出的瞬时旋转速度对占空比示意图m2进行检索,从而获取占空比。此处,占空比示意图m2如图9(b)所示,示意:电机3的目标扭矩、电机3的旋转速度、以及pwm信号的占空比之间的关系。
电机控制部13进一步通过:使用从扭矩示意图m1获取的目标扭矩、以及经由旋转速度计算部12所计算出的瞬时旋转速度对输出角度示意图m3进行检索,从而获取输出角度。此处,输出角度示意图m3如图9(c)所示,示意:电机3的目标扭矩、电机3的旋转速度、以及pwm信号的输出角度之间的关系。
其中,控制部10在使用多个通电方式(例如,120°通电方式与180°通电方式)对电力转换部30进行控制时,使用与各通电方式对应的占空比示意图m2与输出角度示意图m3。即,在使用120°通电方式时,使用120°通电方式用的占空比示意图与输出角度示意图来获取占空比与输出角度,在使用180°通电方式时,使用180°通电方式用的占空比示意图与输出角度示意图来获取占空比与输出角度。
具有上述般获取后的占空比的pwm信号按照上述般获取后的输出角度输出于电力转换部30,并且半导体开关q1~q6被on/off控制。通过这样,控制电机3以产生所需的扭矩。
下面,参照图10以及图11,来详细说明通过电机控制部13对占空比的瞬时补正。
当通过旋转速度计算部12所计算出的瞬时旋转速度的变化量大于等于规定值时,电机控制部13根据瞬时旋转速度对pwm信号的占空比进行补正。虽然详细情况会进行后述,但是占空比是被补正为:使逆变器(电力转换部30)的输出电压成为是与瞬时旋转速度对应后的值。即,占空比是被补正为:使逆变器的输出电压成为是与电机感应电压对应后的值。
在图10所示的示例中,直至时间t1,逆变器的输出电压与电机感应电压(因电机3的旋转而感应的电压)之间的差(以下,单独称为“电压差”)为v0。随后,瞬时旋转速度从时间t1开始瞬时下降,并且瞬时旋转速度的下降量在时间t2中达到规定值δn1。随着瞬时旋转速度的下降,电机感应电压所下降的结果如图10所示,电压差从时间t1至t2的期间会暂时扩大。
但是,瞬时旋转速度的下降量一旦达到规定值δn1,电机控制部13会根据瞬时旋转速度来补正pwm信号的占空比。通过使用补正后的占空比的pwm信号来驱动逆变器,如图10所示,由于逆变器的输出电压下降,因此电压差也随之缩小(在稳定状态下,电压差为v1)。由于通过这样对占空比进行瞬时补正从而来抑制电压差的扩大,因此与目标扭矩整合后的电流就能够流通在电机3中,进而就能够抑制输出扭矩变得过大。
在瞬时旋转速度上升时也相同。在图10所示的示例中,直至时间t3的电压差为v1。随后,瞬时旋转速度从时间t3开始瞬时上升,并且瞬时旋转速度的上升量在时间t4中达到规定值δn2。随着瞬时旋转速度的上升,电机感应电压也上升的结果,就是电压差从时间t3至t4的期间会暂时缩小。
但是,瞬时旋转速度的上升量一旦达到规定值δn2,电机控制部13会根据瞬时旋转速度来补正pwm信号的占空比。通过使用补正后的占空比的pwm信号来驱动逆变器,如图10所示,由于逆变器的输出电压上升,因此电压差也随之扩大(在稳定状态下,电压差为v2)。通过这样,与目标扭矩整合后的电流就能够流通在电机3中,进而就能够抑制输出扭矩变得过小。
其中,规定值δn1与规定值δn2在本实施方式中,是按照计数数量的变化量来决定的。例如,在图7中,在传感器信号s1与传感器信号s2之间计数后的计数数量,比在传感器信号s2与传感器信号s3之间计数后的计数数量更多于(或少于)规定值时,进行占空比的瞬时补正。
下面,将参照图11,对通过线性插值对占空比进行瞬时补正的方法进行说明。使用表示瞬时旋转速度与补正后的占空比之间关系的特征直线l。该特征直线l是连接点a与点b的直线。此处,点a是按照以平均旋转速度nav为中心的旋转速度范围r的下限值x1与对应于下限值x1的瞬时旋转速度的占空比y1所规定的点。平均旋转速度nav是从电机3旋转一周的时间中计算出的旋转速度。点b是按照以旋转速度范围r的上限值x2与对应于上限值x2的瞬时旋转速度的占空比y2所规定的点。
其中,占空比y1、y2是从占空比示意图m2处获取的。即,通过使用下限值x1的瞬时旋转速度与此时的目标扭矩,对占空比示意图m2进行检索,从而来获取占空比y1,通过使用上限值x2的瞬时旋转速度与此时的目标扭矩,对占空比示意图m2进行检索,从而来获取占空比y2。
以下的关系公式成立于旋转速度范围r。
x1=nav-f…(3)
x2=nav+f…(4)
此公式中,f是电机3的瞬时旋转速度的变动幅度。
变动幅度f是因电动车辆100所行驶的路面状态与角度传感器4的精度等所引起的瞬时旋转速度从平均旋转速度nav偏离的最大值。该变动幅度f是例如500rpm。通过这样在考虑到电机3的瞬时旋转速度的变动幅度f后再决定旋转速度范围r,从而即使是在因路面状态的变动与角度传感器4的精度等而导致的瞬时旋转速度发生较大变动的情况下,也能够精确地进行线性插值,进而对占空比进行瞬时补正。
在每次通过旋转速度计算部12计算出平均旋转速度的时候,更新特征直线l。即,在每次计算出平均旋转速度的时候,更新旋转速度范围r,并且通过分别使用扭矩示意图m1与占空比示意图m2,来求得与旋转速度范围r的下限值以及上限值的瞬时旋转速度对应的占空比,从而对特征直线l进行更新。通过这样,就能够进行使用了适合于电动车辆100的行驶状态的特征直线l后的线性插值,从而就能够高精度维持占空比的瞬时补正。
其中,也可以对照从油门位置传感器5接收到的油门操作量的变化来更新特征直线l。通过这样,就能够对占空比进行更高精度的补正。
在本实施方式中,使用连接点a与点b的特征直线l来进行线性插值,并对占空比进行补正。即,如图11所示,与通过旋转速度计算部12计算出的瞬时旋转速度nm对应的特征直线l的值,是作为补正后的占空比来求得的。在每次通过旋转速度计算部12计算出瞬时旋转速度的时候,进行线性插值。
如以上说明般,在本实施方式涉及的电动车辆控制装置1中,信号接收部11,接收电机3旋转一周的期间内从角度传感器4输出的多个按照与电机3的旋转速度相应的间隔到来的传感器信号,旋转速度计算部12,根据传感器信号s1与感器信号s2之间的信号间隔δt计算出电机3的瞬时旋转速度,电机控制部13,在计算出的瞬时旋转速度的变化量大于等于规定值的情况下,根据瞬时旋转速度对pwm信号的占空比进行补正。占空比被补正为使电力转换部30(逆变器)的输出电压是与瞬时旋转速度(即,电机感应电压)相应的值。即,通过根据电机3的旋转速度的瞬时变动对pwm信号的占空比进行瞬时补正,从而使逆变器与电机感应电压之间的电压差不偏离基于目标扭矩的值。通过这样,即使是在因与路面状态相对应的外力施加于电机3,而导致旋转速度发生瞬时变动的情况下,也能够抑制电机3的输出扭矩的变动,从而进行适当的电机控制。
《电动车辆控制方法》
下面,参照图12的流程图,对本实施方式涉及的电动车辆控制方法的一例进行说明。其中,计数数量被预先初始化。
信号接收部11对是否经过监视时间间隔δtm进行判定(步骤s11)。在经过监视时间间隔δtm的情况下(s11:yes),判定是否从角度传感器4接收到传感器信号(步骤s12)。在没有接收到传感器信号的情况下(s12:no),增加一个计数数量(步骤s13),并返回步骤s11。
另一方面,在接收到传感器信号的情况下(s12:yes),旋转速度计算部12,根据在传感器信号s1与传感器信号s2之间计数后的计数数量来计算出电机3的瞬时旋转速度(步骤s14)。并且,旋转速度计算部12,将计数数量重置为初始值(步骤s15)。其中,计数数量的重置也可以在步骤s15~s19的任一时间点中进行。
随后,电机控制部13根据通过步骤s14计算出的瞬时旋转速度与从油门位置传感器5接收到的油门操作量,来求得pwm信号的占空比与输出角度(步骤s16)。具体来说,就是如参照图8的说明般,通过使用扭矩示意图m1、占空比示意图m2以及输出角度示意图m3,来求得pwm信号的占空比与输出角度。
接着,电机控制部13判定通过步骤s14计算出的瞬时旋转速度的变化量是否大于等于规定值(步骤s17)。本步骤的判定,是通过:例如判定本次的计数数量(传感器信号s1与传感器信号s2之间的计数数量)是否比上次的计数数量(传感器信号s2与传感器信号s3之间的计数数量)更多于(或少于)规定值,从而来进行的。
并且,在瞬时旋转速度的变化量大于等于规定值的情况下(s17:yes),对通过步骤s16求得的占空比进行补正(步骤s18)。本步骤的补正,是通过例如使用所述特征直线l后的线性插值来进行的。随后,将具有补正后的占空比的pwm信号发送至逆变器来控制电机3(步骤s19)。
另一方面,在瞬时旋转速度的变化量小于规定值的情况下(s17:no),不对占空比进行补正,而是前进至步骤s19,将通过步骤s16求得的占空比的pwm信号发送至逆变器。
根据上述的驱动方法,即使是在因与路面状态相对应的外力施加于电机3,而导致旋转速度发生瞬时变动的情况下,也能够抑制电机3的输出扭矩的变动,从而进行适当的电机控制。
其中,在上述的处理流程中虽然是使用了计数数量,但是也可以使用传感器信号的接收时间点来计算出信号间隔,从而计算出瞬时旋转速度。此外,在没有接收到传感器信号的情况下(s12:no),也可以使用刚刚的油门的操作量与前一次计算出的瞬时旋转速度,从占空比示意图m2处获取占空比。并且,也可以使用获取的占空比来更新特征直线l,从而更新向电力转换部30发送的pwm信号。
在一些电动车辆中,电机3对车轮8直接驱动(即,直接驱动方式),即没有设置轮毂阻尼器。而本发明,也能够适用于这种电动车辆。此外,在这种情况下,电机控制部13的理想情况如图13所示,在电动车辆100启动时(低旋转速度时)使pwm信号的占空比逐渐上升。通过这样,即使是在以直接驱动方式的情况下,也能够使电动车辆100平稳启动。
在上述实施方式中说明过的电动车辆控制装置1(控制部10)的至少一部分,既可以以硬件来构成,也可以以软件来构成。在以软件来构成时,也可以将实现控制部10的至少一部分功能的程序收纳在软盘与cd-rom等的存储介质中,并使计算机进行读取后来运行。存储介质不限于可装卸的磁盘与光盘等,也可以是硬盘装置与存储器等的固定型存储介质。
此外,也可以将实现控制部10的至少一部分功能的程序通过因特网等通信线路(包含无线通信)来进行分发。也可以进一步将程序在加密、调制、压缩后的状态下,通过因特网等有限线路与无线线路、或收纳在存储介质中来进行分发。
基于上述记载,如果是本领域技术人员虽然可能想到本发明的追加效果与各种变形,但是本发明方式不限于上述的各种实施方式。也可以将不同实施方式所涉及的构成要素进行适当组合。在不脱离权利要求中指定的内容以及从其均等物体导出的本发明的概念思想与主旨的范围内,能够进行各种追加、变更以及部分删除。
符号说明
1电动车辆控制装置
2电池
3电机
3r转子
4角度传感器
4uu相角度传感器
4vv相角度传感器
4ww相角度传感器
5油门位置传感器
6辅助开关
7仪器
8车轮
9充电器
10控制部
11信号接收部
12旋转速度计算部
13电机控制部
20记忆部
30电力转换部
100电动车辆
f变动幅度
l特征直线
m1扭矩示意图
m2占空比示意图
m3输出角度示意图
nav平均旋转速度
q1、q2、q3、q4、q5、q6半导体开关
r旋转速度范围
s1、s2、s3传感器信号