电动机的控制装置和控制方法

专利名称：电动机的控制装置和控制方法
技术领域：
本发明涉及电动机的控制装置和控制方法，更具体地说，涉及在电动机控制中所使用的载波频率的控制。
背景技术：
以往以来，在驱动控制交流电动机的电力变换器(inverter)中适用脉冲宽度调制控制(PWM控制)。日本特开2004-48844号公报(专利文献I)中记载了适用脉冲宽度调制控制的变换器中的载波频率、噪声的音量以及电力损耗的关系。详细地说，当降低载波频率时，因变换器产生的噪声的音量变大，另一方面，开关损耗减少。对此，记载了当提高载波频率时，噪声的音量变小，另一方面，开关元件的损耗增大。专利文献I中记载了如下的控制为 了不给混合动力车辆的搭乘者的听觉带来不适感而提高燃料经济性，当发动机转速低时将载波频率设定得较高，另一方面，当发动机转速高时降低载波频率。另外，日本特开2005-278281号公报(专利文献2)中记载了如下的控制作为用于向行人通知车辆的存在的车辆的控制装置，当检测到行人等障碍物时，使载波频率降低到听觉频带。另一方面，作为用于减少由PWM控制产生的噪声的技术，存在日本特开2007-20320号公报(专利文献3)和日本特开2008-99475号公报(专利文献4)。专利文献3中记载了不增加损耗就减少听觉上的噪声的PWM变换器装置。具体地说，记载了使决定PWM脉冲的频率的载波频率以任意的载波频率为中心周期性或随机地变动预定频率范围。进而，在专利文献3中，记载了通过电动机电流值或频率指令值来变更该载波频率的变动宽度。另外，日本特开2008-99475号公报(专利文献4)中记载了在电力变换装置的控制中，为了使所希望的频带中的噪声频谱平坦化，使载波频率离散且周期性地随时间变化。并记载了决定变化的载波频率的值以使高次谐波频率彼此不重叠。现有技术文献专利文献I :日本特开2004-48844号公报专利文献2 :日本特开2005-278281号公报专利文献3 :日本特开2007-20320号公报专利文献4 :日本特开2008-99475号公报

发明内容
发明要解决的问题在能够通过来自电动机的驱动力行驶的混合动力车、燃料电池车以及电动汽车等电动车辆中，指出了如下问题由于在仅通过来自电动机的驱动力行驶的情况下车辆产生的声音小，所以行人等难以意识到车辆的接近。
根据专利文献2，不新设发出警报音的装置等，而通过降低载波频率，能够产生听觉频带的电磁噪声作为附加的工作声。由此，期待向行人等通知车辆的接近。另一方面，已知在从变换器向电动机供给的电流上重叠了与载波频率相应的高次谐波电流(脉动电流)。因此，当载波频率降低时，通过使脉动电流变大，从而使磁场的变动变大，因此，在定子产生的涡电流变大。其结果，因铁损的增加导致电力损耗增大，因此电动机效率降低。尤其在永磁体型的电动机中，由于涡电流的增大不但与磁体温度的上升有关，还与减磁的发生有关，所以进而有可能使电动机效率降低。因此，在专利文献2的载波频率控制中，当产生工作声时，由于使载波频率固定地降低，所以当其适用频度高时，因电动机效率降低而有可能产生燃料经济性的恶化。本发明是为了解决这样的问题而提出的，其目的在于，不会由于电动机的效率降低使燃料经济性恶化，通过在电动机控制中使用的载波频率的控制来增大电动车辆的工作
声。 用于解决问题的手段在本发明的一种方式中，搭载于电动车辆的电动机的控制装置，具有电动机指令运算部、载波产生部、载波频率控制部和脉冲宽度调制部。电动机指令运算部构成为产生从构成为至少包含I个开关元件的电力变换器向电动机供给的电压或电流的控制指令。载波产生部构成为产生在电力变换器的控制中所使用的载波信号。载波频率控制部将载波产生部产生的多个载波信号的频率控制成当电动车辆的车速比预定速度高时使该频率在以预定频率为中心的第I频率范围内变动，另一方面，当车速比预定速度低时使该频率在以预定频率为中心的第2频率范围内变动。脉冲宽度调制部构成为基于来自电动机指令运算部的控制指令与来自载波产生部的载波信号的比较，控制电力变换器的开关元件的接通断开。电动车辆的搭载设备形成通过因载波信号产生的电磁振动而振动从而产生声音的多个机械振动系统。并且，第I频率范围和第2频率范围被设定成载波信号的频率在第2频率范围内变动时从多个机械振动系统产生的声音比载波信号的频率在第I频率范围内变动时从多个机械振动系统产生的声音大。优选，载波频率控制部，在电动车辆的车速比预定速度高时，根据第I变更周期使载波信号的频率在第I频率范围内变动，另一方面，在电动车辆的车速比预定速度低时，根据第2变更周期使载波信号的频率在第2频率范围内变动。第2变更周期比第I变更周期长。在本发明的另一方式中，是搭载于电动车辆的电动机的控制方法，包括控制步骤，控制在构成为至少包含I个开关元件的电力变换器的控制中所使用的多个载波信号频率；根据通过控制步骤决定的载波频率来产生载波信号的步骤；用于产生从电力变换器向电动机供给的电压或电流的控制指令的步骤；和基于控制指令与载波信号的比较来产生开关元件的接通断开控制信号的步骤。控制步骤包括当电动车辆的车速比预定速度高时，使载波频率在以预定频率为中心的第I频率范围内变动的步骤；和当车速比预定速度低时，使载波频率在以预定频率为中心的第2频率范围内变动的步骤。在电动车辆搭载有具有因机械振动成为声源的机构的多个设备。并且，第I频率范围和第2频率范围被设定成载波频率在第2频率范围内变动时从多个设备产生的声音比载波频率在第I频率范围内变动时从多个设备产生的声音大。
优选，控制步骤包括在电动车辆的车速比预定速度高时，根据第I变更周期使载波频率在第I频率范围内变动的步骤；和在车速比预定速度低时，根据第2变更周期使载波频率在第2频率范围内变动的步骤。第2变更周期比第I变更周期长。优选，第I频率范围和第2频率范围被设定成多个机械振动系统中至少任一个的共振频率处于第I频率范围的外侧且第2频率范围的内侧。发明的效果根据本发明，不会由于电动机的效率降低使燃料经济性恶化，通过在电动机控制中使用的载波频率的控制增大了电动车辆的工作声。



图I是说明作为适用本发明的实施方式的电动机的控制装置的电动车辆的一例的混合动力车的整体结构的概略框图。图2是表示图I的混合动力车的发动机和电动发电机之间的转速的关系的列线图。图3是表示用于驱动图I所示的电动发电机的电气系统的结构的电路图。图4是本发明的实施方式的电动机的控制装置的功能框图。图5是说明图4所示的通过脉冲宽度调制部进行的PWM控制的波形图。图6是说明各变换器中的载波频率的控制的概念图。图7是表不图6所不的随机载波控制中的电磁噪声的声压级分布的概念图。图8是说明本发明的实施方式的随机载波控制的概念图。图9是说明本发明的实施方式的电动机的控制方法的处理步骤的第I流程图。图10是说明本发明的实施方式的电动机控制的处理步骤的第2流程图。图11是说明本发明的实施方式的变形例的随机载波控制的概念图。图12是说明本发明的实施方式的变形例的电动机控制的处理步骤的流程图。
具体实施例方式下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。此外，对以下图中相同或相当部分标注同一附图标记且原则上不重复其说明。图I是说明作为适用本发明的实施方式的电动机控制的电动车辆的一例的混合动力车的整体结构的概略框图。此外，电动车辆是混合动力车、电动汽车、燃料电池车等具有电能的车辆驱动力发生源(代表性地为电动机)的车辆的总称。参照图1，混合动力车具有发动机100、第I电动发电机110 (以下，也简称为“MG1”)、第2电动发电机120 (以下，也简称为“MG2”)、动力分配机构130、减速器140和电池150。MGl和MG2各自对应于成为本发明的实施方式的电动机控制的对象的“电动机”。图I所示的混合动力车通过来自发动机100和MG2中至少一方的驱动力行驶。发动机100、MG1和MG2经由动力分配机构130连接。发动机100产生的动力通过动力分配机构130分配为2条路径。一条是经由减速器140对驱动轮190进行驱动的路径。另一条是使MGl驱动来发电的路径。MGl和MG2各自代表性地为三相交流旋转电机。MGl通过由动力分配机构130分配的发动机100的动力来发电。通过MGl发电产生的电力根据车辆的行驶状态、电池150的SOC (State Of Charge :充电状态)而分开使用。例如，在通常行驶时，通过MGl发电产生的电力直接成为驱动MG2的电力。另一方面，在电池150的SOC比预先确定的值低的情况下，通过MGl发电产生的电力通过后述的变换器从交流变换为直流。之后，通过后述的转换器调整电压并存储于电池150。在MGl作为发电机起作用的情况下，MGl产生负转矩。在此，负转矩是指成为发动机100的负载的转矩。在MGl接受电力的供给作为电动机起作用的情况下，MGl产生正转矩。在此，正转矩是指不成为发动机100的负载的转矩，即，指辅助发动机100的旋 转的转矩。此外,对MG2也同样。MG2代表性地为三相交流旋转电机。MG2通过存储于电池150的电力和由MGl发电产生的电力中至少一方的电力而驱动。MG2的驱动力经由减速器140传递到驱动轮190。由此，MG2辅助发动机100或通过来自MG2的驱动力使车辆行驶。在混合动力车的再生制动时，经由减速器140通过驱动轮190驱动MG2，MG2作为发电机工作。由此，MG2作为将制动能量变换为电力的再生制动器工作。通过MG2发电产生的电力存储于电池150。动力分配机构130由包含太阳轮、小齿轮、行星架、齿圈的行星齿轮组构成。小齿轮与太阳轮和齿圈啮合。行星架将小齿轮支撑为能够自转。太阳轮与MGl的旋转轴连结。行星架与发动机100的曲轴连结。齿圈与MG2的旋转轴和减速器140连结。发动机100、MGl和MG2经由由行星齿轮组构成的动力分配机构130连结，由此发动机100、MGl和MG2的转速如图2所示，在列线图中成为以直线连结的关系。图I所示的混合动力车在起步时或低车速时等发动机100的效率不良的运转区域中，基本上使发动机100停止仅利用MG2的驱动力行驶。并且，在通常行驶时，使发动机100在效率高的区域工作，并通过动力分配机构130将发动机100的动力分为2条路径。传递到一条路径的动力对驱动轮190进行驱动。传递到另一条路径的动力驱动MGl来进行发电。此时，MG2通过利用MGl的发电电力来输出动力，进行驱动轮190的驱动辅助。另外，在高速行驶时，进一步通过将来自电池150的电力供给到MG2来使MG2的动力增大，从而对驱动轮190进行驱动力的追加。另一方面，在减速时，通过驱动轮190从动的MG2作为发电机发挥功能从而通过再生制动进行发电。将通过再生发电回收的电力充电到电池150。此外，这里所指的再生制动包括在存在使混合动力汽车运转的驾驶员的脚踏制动器操作的情况下伴随再生发电的制动；和虽然不操作脚踏制动器但在行驶中通过松开加速踏板一边进行再生发电一边使车辆减速(或中止加速)。返回图1，电池150为由多个二次电池单元(未图示)构成的电池组。电池150的电压例如为200V左右。对电池150除了利用MGl和MG2发电产生的电力以外，还可以利用从车辆的外部电源所供给的电力来充电。发动机100、MGl 和 MG2 受 ECU (Electronic Control Unit :电子控制单元)170控制。此外，E⑶170也可以分为多个E⑶。ECU170由未图示的CPU (Central Processing Unit :中央处理器)和内置有存储器的电子控制单元构成，构成为基于存储于该存储器的映射和程序来进行使用了各传感器的检测值的运算处理。或者，ECU的至少一部分也可以构成为通过电子电路等硬件来执行预定的数值和逻辑运算处理。图3示出了用于驱动图I所示的MG1、MG2的电气系统的结构。参照图3，混合动力车上设置有转换器200、与MGl对应的第I变换器210、与MG2对应的第2变换器220、和SMR (System Main Relay :系统主继电器)250。转换器200包含电抗器、串联连接的2个电力用半导体开关元件(以下，也简称为“开关元件”)、与各开关元件对应设置的反并联二极管、和电抗器。作为电力用半导体开关元件，能够适当采用IGBT (Insulated GateBipolar Transistor :绝缘栅双极型晶体管)、电力用MOS (Metal OxideSemiconductor :金属氧化物半导体)晶体管、电力用双极晶体管
等。电抗器的一端与电池150的正极侧连接，另一端与2个开关元件的连接点连接。各开关元件的导通截止受E⑶170控制。在将从电池150放电的电力供给到MGl或MG2时，电压通过转换器200被升压。相反地，在将由MGl或MG2发电产生的电力充电到电池150时，电压通过转换器200被降压。转换器200、第I变换器210和第2变换器220之间的系统电压VH通过电压传感器180被检测。电压传感器180的检测结果被发送到E⑶170。第I变换器210由一般的三相变换器构成，包括并联连接的U相臂、V相臂和W相臂。U相臂、V相臂和W相臂各自具有串联连接的2个开关元件(上臂元件和下臂元件)。各开关元件连接有反并联二极管。MGl具有星型连接的U相线圈、V相线圈和W相线圈作为定子绕组。各相线圈的一端以中性点112相互连接。各相线圈的另一端分别与第I变换器210的各相臂的开关元件的连接点连接。第I变换器210在车辆行驶时控制MGl的各相线圈的电流或电压，以根据为了产生车辆行驶所要求的输出(车辆驱动转矩、发电转矩等)而设定的动作指令值(代表性地为转矩指令值)使MGl进行动作。第I变换器210能够执行将从电池150供给的直流电力变换为交流电力供给到MGl的电力变换动作和将由MGl发电产生的交流电力变换为直流电力的电力变换动作的双向的电力变换。第2变换器220与第I变换器210同样，由一般的三相变换器构成。MG2与MGl同样具有星型连接的U相线圈、V相线圈和W相线圈作为定子绕组。各相线圈的一端以中性点122相互连接。各相线圈的另一端分别与第2变换器220的各相臂的开关元件的连接点连接。第2变换器220在车辆行驶时控制MG2的各相线圈的电流或电压，以根据为了产生车辆行驶所要求的输出(车辆驱动转矩、再生制动转矩等)而设定的动作指令值(代表性地为转矩指令值)使MG2进行动作。就第2变换器220而言，也能够执行将从电池150供给的直流电力变换为交流电力供给到MG2的电力变换动作和将由MG2发电产生的交流电力变换为直流电力的电力变换动作的双向的电力变换。SMR250设置在电池150和转换器200之间。当断开SMR250时，从电气系统切断电池150。另一方面，当接通SMR250时，电池150与电气系统连接。SMR250的状态受E⑶170控制。例如，响应指示混合动力车的系统启动的通电开关(未图示)的接通操作而接通SMR250，另一方面，响应通电开关的断开操作而断开SMR250。图4是本发明的实施方式的电动机的控制装置的功能框图。就图4所示的各功能框而言，可以将具有相当于该框的功能的电路(硬件)构成为ECU170，也可以根据预先设定的程序通过E⑶170执行软件处理来实现。参照图4，E⑶170包含电动机指令运算部300、305、脉冲宽度调制部310、315、载波频率控制部350和载波产生部360、365。电动机指令运算部300通过MGl的反馈控制来计算第I变换器210的控制指令。在此，控制指令为受各变换器210、220控制的、向MG1、MG2供给的电压或电流的指令值。以下，作为控制指令，例示MG1、MG2的各相的电压指令Vu、Vv, Vw。例如，电动机指令运算部300通过MGl的各相的电流Imt (I)的反馈来控制MGl的输出转矩。具体而言，电动机指令运算部300设定与MGl的转矩指令值Tqcom (I)对应的电流指令值，并根据该电流指令值与电动机电流Imt (I)的偏差来产生电压指令Vu、Vv、Vw。此时，一般使用伴有使用了 MGl 的旋转角Θ (I)的坐标变换(代表性地为dq轴变换)的控制运算。电动机指令运算部305与电动机指令运算部300同样地，通过MG2的反馈控制产生第2变换器220的控制指令，具体而言，产生MG2的各相电压指令Vu、Vv, Vw。S卩，基于MG2的电动机电流Imt (2)、旋转角Θ (2)以及转矩指令值Tqcom (2)生成电压指令Vu、Vv、Vw0脉冲宽度调制部310基于来自载波产生部360的载波信号160 (I)和来自电动机指令运算部300的电压指令Vu、Vv、Vw产生第I变换器210的开关元件的控制信号Sll S16。通过控制信号Sll S16来控制构成第I变换器210的U相、V相、W相的上下臂的6个开关元件的导通截止。同样地，脉冲宽度调制部315基于来自载波产生部365的载波信号160 (2)和来自电动机指令运算部305的电压指令Vu、Vv、Vw来产生第2变换器220的开关元件的控制信号S21 S26。通过控制信号S21 S26来控制构成第2变换器220的U相、V相、W相的上下臂的6个开关元件的导通截止。在脉冲宽度调制部310、315中，执行对载波信号160 (160 (I)和160 (2)的总称)和电压指令Vu、Vv、Vw进行比较的PWM控制。图5是说明通过脉冲宽度调制部310、315进行的PWM控制的波形图。参照图5，在PWM控制中，基于载波信号160和电压指令270 (电压指令Vu、Vv、Vw的总称)的电压比较，控制变换器的各相的开关元件的导通截止。其结果，在MG1、MG2的各相线圈绕组的各相上施加作为准正弦波电压的脉冲宽度调制电压280。载波信号160能够由周期性的三角波或锯齿波构成。再次参照图4，载波频率控制部350控制在第I变换器210的PWM控制中所使用的载波频率Π和在第2变换器220的PWM控制中所使用的载波频率f2。载波产生部360根据由载波频率控制部350设定的载波频率Π产生载波信号160
(1)。载波产生部360根据由载波频率控制部350设定的载波频率f2产生载波信号160
(2)。S卩，载波信号160 (I)和160 (2)的频率根据由载波频率控制部350设定的载波频率Π和f2而变化。其结果，第I变换器210和第2变换器220中的PWM控制的开关频率受载波频率控制部350控制。在变换器210、220中，根据载波频率来导通截止未图示的开关元件。因此，在从变换器210、220向MG1、MG2供给的电流上重叠了与开关频率相应的高次谐波电流(脉动电流)。由此，作用于MG1、MG2的电磁力以与开关频率相应的频率而变动。另一方面，通过以MG1、MG2为首的混合动力车的搭载设备，形成多个由质量元件和弹黃兀件的组合形成的 机械振动系统。例如，在MG1、MG2中，存在将转子作为质量兀件、将支持轴承作为弹簧元件的机械振动系统、由定子和壳体构成的机械振动系统。另外，也能够通过未图示的变速壳体等构成机械振动系统。这些机械振动系统通过外力的作用或被传递振动而振动，使空气振动而产生声音。在MG1、MG2中，当作用于定子和转子间的电磁力根据载波频率周期性变动时，在转子和定子的机械振动系统中发生由载波频率引起的振动。由于该振动也进一步向其他的机械振动系统传递，所以通过这些机械振动系统的振动而产生声音(所谓的电磁噪声)。在此，各机械振动系统存在固有的共振频率。由于由共振频率产生的振动难以衰减，所以振动的振幅变大，结果产生的声音也变大。共振频率是由构成该机械振动系统的设备的形状、质量、刚性等确定的固有值。共振频率能够通过实机实验、CAE (Computer AidedEngineering :计算机辅助工程)的设计模拟来求出。另外，也能够通过设备的形状、质量、刚性等的设计对共振频率进行某种程度调整。这样，以混合动力车为首的电动车辆通过该搭载设备形成有多个机械共振系统，其中至少一部分通过因载波频率产生的振动(电磁振动)而振动，从而产生噪声(电磁噪声)。该噪声作为电动车辆的工作声向车辆外部输出。图6是说明由本发明的实施方式的电动机的控制装置进行的各变换器210、220的载波频率控制(以下，也称为“随机载波控制”)的概念图。图6例示有变换器210的载波频率fl的控制。参照图6，载波频率控制部350使载波频率fl在预定的频率范围420内随着时间经过以恒定周期或随机周期变化。频率范围420的中心值为fa、上限值flmax为fa+Λ fa，下限值f Imin为fa-Δ fa。载波频率f I每经过变更周期Tr而变更。当Tr为固定值时,载波频率以恒定周期变动，当使Tr变化时，载波频率以随机周期变化。图7是表不图6所不的随机载波控制中的电磁噪声的声压级分布的概念图。参照图7，标号400表示固定为载波频率fl=fa的情况下的声压级的频率分布。在该情况下，由于与中心频率fa对应的固定频率的声压级高，所以该频率的噪声容易被用户所感知。另一方面,标号410为在图6所示使载波频率fI在从下限值fImin至上限值flmax的频率范围内变动的情况下的声压级的频率分布。如果以各载波频率所产生的电磁噪声级恒定，则通过缩短变更载波频率的周期(例如，Tr=2 IOms左右)，对人的听觉而言在该频率范围被识别为同样强度的声音。其结果，如标号410所示，由于能够在该频率区域内分散声压级，所以能够减少噪声的声压级。这样，一般来说，通过随机载波控制，能够减少通过由变换器进行的电动机控制而产生的电磁噪声。此外，在随机载波控制的执行时，预先设定频率的变动模式，以使载波频率的平均值成为中心频率fa。
图8是说明本发明的实施方式的随机载波控制的概念图。参照图8，载波频率控制部350，在通常时，使载波频率fl在以频率fa为中心的预定频率范围420 (flmin flmax)内周期性地或随机地变更。另一方面，在低车速时，载波频率控制部350使载波频率fl在以频率fa为中心的预定频率范围430内周期性地或随机地变更。频率范围430的最小频率为flmin#( flmin#< flmin)、最大频率为 flmax# (flmax# > flmax)。这样，频率范围430比频率范围420宽，并且，其中心频率fa被设定成与频率范围420的中心频率实质相等。优选，在频率范围420与430之间，中心频率fa为共用。其结果，通过频率范围430 (低车速时)进行随机载波控制时的载波频率Π的平均值，与通过频率范围420 (通常时)进行随机载波控制时同等。如上所述，混合动力车(电动车辆)中存在多个机械共振系统，且各自的机械共振 系统具有依赖于其机械的构造(形状、质量、刚性等)的固有的共振频率。因此，通过从频率范围420扩大至频率范围430来进行随机载波控制，可期待载波频率横跨更多的共振频率来变动。即，能够期待通过弓I起该共振频率下的电磁振动来增大合计的电磁噪声(产生的声音)。其结果，能够在通常时进行随机载波控制以减轻电磁噪声，另一方面，在低车速时执行随机载波控制以通过电磁噪声使车辆工作声增大。优选，频率范围420、430被预先设定成着眼于共振频率下产生的声音大的特定的机械振动系统的共振频率frm，频率范围420不包含共振频率frm，另一方面，频率范围430包含共振频率frm。由此，能够更加有效地使由随机载波控制得到的低车速时的电磁噪声(产生的声音)比通常时大。此外，就该特定的机械振动系统而言，虽然因混合动力车(电动车辆)的结构而不同，但是例如，因由载波频率引起的电磁力变动而成为振动源的MG1、MG2的转子中的机械振动系统、由传递振动的定子和马达壳体构成的机械振动系统都符合。即，能够基于这些机械振动系统的共振频率，确定频率范围420、430。或者，如果考虑难以正确把握多个存在的机械振动系统的共振频率(包括frm)这一点，则也能够基于实际上进行随机载波控制时的工作声的测定结果，即通过实机实验，确定频率范围420、430。另外，通过频率范围430 (低车速时)进行随机载波控制时的载波频率Π的平均值，与通过频率范围420 (通常时)进行随机载波控制时同等。因此，通过用于增大混合动力车(电动车辆)的工作声的载波频率控制，不会如专利文献2那样使载波频率固定降低，所以能够避免发生电动机效率的降低和燃料经济性的恶化。此外，以上虽然说明了载波频率f I的控制，但是针对载波频率f2也能够适用与载波频率π同样的随机载波控制。此外，载波频率fl和载波频率f2可以为相同的频率，也可以为不同的频率。另外，频率范围420 (通常时)和频率范围430 (低车速时)，在载波频率fl和f2之间可以相同，也可以不同。图9是说明本发明的实施方式的电动机的控制方法的处理步骤的第I流程图。参照图9，E⑶170通过步骤SlOO进行用于确定变换器210、220的载波频率的随机载波控制。图10是说明图9的步骤SlOO的控制处理步骤的详细内容的流程图。
参照图10，E⑶170通过步骤SllO来判定混合动力车(电动车辆)的车速是否比预定速度Vl低。在处于车速比Vl低的低车速时(S110判定为“是”时)，E⑶120通过步骤S130将频率范围430 (图8)设定为载波频率的变动宽度。另一方面，在SllO判定为“否”时的通常时，E⑶170通过步骤S130将图8的频率范围420设定为载波频率的变动宽度。其结果，在低车速时，通过随机载波控制得到的频率变化范围比通常时扩大。E⑶170在步骤S160中，判定是否经过了载波频率的变更周期(图6的Tr)。E⑶170在直到经过载波变更周期为止(S160判定为“否”时)，通过步骤S170来维持当前的载波频率，并通过步骤S180增加计数值。然后，当计数值达到相当于载波变更周期Tr的值时，ECU170将步骤S160判定为“是”。E⑶170在经过载波变更周期时(S160判定为“是”时)，通过步骤S190变更载波频 率，以使载波频率在通过步骤SllO S130确定的频率范围420或430内变动。此时将步骤S180中的计数值清零。这样，通过步骤SlOO (S110 S180)确定了第I变换器210的载波频率fl和第2变换器220的载波频率f2。S卩，步骤SlOO (S110 S180)的处理与图4的载波频率控制部350的功能对应。E⑶170在步骤S200中，根据在步骤SlOO中所确定的载波频率fl、f2产生载波信号160 (1),160 (2)。即，步骤S200的处理与图4的载波产生部360、365的功能对应。E⑶170在步骤S300中计算第I变换器210和第2变换器220的控制指令。代表性地，作为控制指令，计算变换器各相的电压指令Vu、Vv、Vw。S卩，步骤S300的运算能够与图4的电动机指令运算部300、305同样地执行。E⑶170在步骤S400中，通过将第I变换器210的控制指令与载波信号160 (I)作比较的PWM控制，产生第I变换器210的开关元件的导通截止控制信号。在步骤S400中，进一步通过将第2变换器220的控制指令与载波信号160 (2)作比较的PWM控制，产生第2变换器220的开关元件的导通截止控制信号。即，步骤S400的处理能够与图4的脉冲宽度调制部310、315同样地执行。通过以预定周期反复步骤SlOO S400的处理，使用根据图6、图8的随机载波控制得到的载波频率，能够执行控制MGl、MG2的第I变换器210和第2变换器220的PWM控制。如以上说明的那样，根据本发明的实施方式的电动机控制，在包括车辆起步、停止时的低车速时，通过扩大随机载波控制的频率范围，能够增大电磁噪声。由此，由于能够增大向车辆外部输出的工作声，所以能够在低车速时提高对电动车辆的周围通知车辆接近的通知效果。并且，由于此时载波频率的平均值没有降低，所以能够不会如专利文献2那样由于电动机的效率降低而使燃料经济性恶化地增大工作声。此外，在专利文献2中，只有通过毫米波雷达、红外线传感器或超音波传感器等障碍物传感器在检测到行人等障碍物时，才为了增大电磁噪声而使载波频率降低。由此，在专利文献2中，可理解为能够减轻伴随载波频率的降低而发生的燃料经济性的恶化。与此相对，根据本发明的实施方式的电动机控制，通过用于增大电磁噪声(车辆工作声)的控制(随机载波控制的频率范围扩大)，不会使燃料经济性恶化。因此，即使提高该控制的适用频度也不会担心发生燃料经济性的恶化，因此无需专利文献2所示的障碍物传感器就能够在希望提高对电动车辆的周围通知车辆接近的通知效果的低车速时，增大电动车辆的工作声。此外，在搭载发动机100的混合动力车中，在步骤SllO (图10)的判定中，也可以进一步反映发动机100的工作/停止。具体地说，在发动机100工作时，由于向车外的工作声大到某种程度，所以即使在低车速时也可以将SllO判定为“否”。(变形例)图11是说明本发明的实施方式的变形例的随机载波控制的概念图。参照图11，在本发明的实施方式的变形例中，低车速时的随机载波控制，如图8所示扩大载波频率范围(flmin# flmax#)，并且也使载波变更周期Tr#比通常时(图6的Tr)扩大。即，在随机载波控制中，固定或变化的载波变更周期Tr# (Tr#>Tr)比通常时长。图12是说明本发明的实施方式的变形例的电动机的控制方法的处理步骤的流程图。 在本发明的实施方式的变形例中，图9的步骤SlOO的结构从图10变更为图12。就混合动力车的结构和电动机控制的其他方面而言，同上述一样，因此不重复详细的说明。参照图12，ECU170在通常时(步骤SllO判定为“否”时)，通过步骤S120将随机载波控制的频率变化宽度设定为频率范围420，并根据通常值Tr来设定载波变更周期。与此相对，E⑶170在低车速时(SI 10判定为“是”时)，通过步骤S130将随机载波控制的频率变化宽度扩大至频率范围430，并通过步骤S150使载波变更周期比通常时扩大。即，将载波变更周期从Tr扩大至Tr#。然后，ECU170通过步骤S160 S170，根据由步骤S140 (通常时)或步骤S150 (低车速时)所设定的载波变更周期Tr或Tr#使载波频率变动。这样，通过延长载波频率的变更周期，减弱图7所示的由随机载波控制产生的电磁噪声的减轻效果。其结果，通过进一步增大低车速时的电磁噪声，能够进一步增大向车辆外部输出的工作声。此外，在本实施方式中，虽然例示了图I的结构的混合动力车作为适用本发明的电动机控制的电动车辆，但是本发明的适用并不限定于这样的例子。即，只要搭载有伴随载波频率控制而被控制的驱动系统的电动机(电动发电机)，则对于具有与图I不同的驱动系统的结构的混合动力车、未搭载发动机的电动汽车、燃料电池车等任意的电动车辆都能够适用本发明。另外，对电动机(电动发电机)的个数也没有特别的限定，本发明也能够适用于搭载有I个或3个以上电动机的电动车辆,关于这一点进行确认地记载。另外，在本实施方式中，虽然例示了变换器作为受PWM控制的电力变换器，但是本发明的适用并不限定于这样的情况。即，也能够将本实施方式的开关频率控制同样地适用于对转换器等变换器以外的电力变换器进行PWM控制的结构。应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是举例说明的内容而并不是限制性内容。本发明的范围并不通过上述说明来限定，而是通过权利要求的范围来限定，与权利要求等同的含义以及权利要求范围内的所有变更也包含在本发明中。产业上的可利用性本发明能够适用于对搭载于电动车辆的电动机进行的使用了载波信号的控制。标号说明
100发动机；110电动发电机(MG1);112、122中性点；120电动发电机(MG2);130动力分配机构；140减速器；150电池；160 (1)、160 (2)载波信号；180电压传感器；190驱动轮；200转换器;210变换器(MGl) ；220变换器(MG2) ;270，Vu, Vv, Vw电压指令(各相)；280脉冲宽度调制电压；300、305电动机指令运算部；310、315脉冲宽度调制部；350载波频率控制部；360、365载波产生部；420频率范围(通常时 )；430频率范围(低车速时)；Imt (I)、Imt (2)电动机电流；S11 S16、S21 S26控制信号(变换器)Jqcom转矩指令值；Tr载波变更周期(通常时);Tr#载波变更周期(低车速时)；V1预定速度；VH系统电压；fl、f2载波频率；fa中心频率；frm共振频率(特定的机械振动系统)。
权利要求
1.一种电动机的控制装置，是搭载于电动车辆的电动机(MG1、MG2)的控制装置，具有 电动机指令运算部(300、305)，用于产生从构成为至少包含I个开关元件的电力变换器(210、220)向所述电动机供给的电压或电流的控制指令(Vu、Vv、Vw)； 载波产生部(360、365)，用于产生在所述电力变换器的控制中所使用的载波信号； 载波频率控制部(350)，用于将所述载波产生部产生的多个载波信号(160 (I)、160(2))的频率控制成当所述电动车辆的车速比预定速度高时使该频率在以预定频率为中心的第I频率范围(420)内变动，另一方面，当所述车速比所述预定速度低时使该频率在以所述预定频率为中心的第2频率范围(430)内变动；和 脉冲宽度调制部(310、315)，用于基于来自所述电动机指令运算部的所述控制指令与来自所述载波产生部的所述载波信号的比较，控制所述电力变换器的所述开关元件的接通断开， 所述电动车辆的搭载设备形成通过因所述载波信号产生的电磁振动而振动从而产生声音的多个机械振动系统， 所述第I频率范围和所述第2频率范围被设定成所述载波信号的频率在所述第2频率范围内变动时从所述多个机械振动系统产生的声音比所述载波信号的频率在所述第I频率范围内变动时从所述多个机械振动系统产生的声音大。
2.如权利要求I记载的电动机的控制装置，其中， 所述载波频率控制部(350)，在所述电动车辆的车速比预定速度高时，根据第I变更周期(Tr)使所述载波信号的频率在所述第I频率范围内变动，另一方面，在所述电动车辆的车速比预定速度低时，根据第2变更周期(Trt)使所述载波信号的频率在所述第2频率范围内变动， 所述第2变更周期比所述第I变更周期长。
3.如权利要求I或2记载的电动机的控制装置，其中， 所述第I频率范围和所述第2频率范围被设定成所述多个机械振动系统中至少任一个的共振频率(frm)处于所述第I频率范围(420)的外侧且所述第2频率范围(430)的内侧。
4.一种电动机的控制方法,是搭载于电动车辆的电动机(MG1、MG2)的控制方法,包括 控制步骤(S100)，控制在构成为至少包含I个开关元件的电力变换器(210、220)的控制中所使用的多个载波信号(160 (1),160 (2))的频率； 根据通过所述控制步骤决定的载波频率来产生所述载波信号的步骤(S200 )； 用于产生从所述电力变换器向所述电动机供给的电压或电流的控制指令(Vu、Vv, Vw)的步骤(S300);和 基于所述控制指令与所述载波信号的比较来产生所述开关元件的接通断开控制信号的步骤(S400)， 所述控制步骤(S100)包括 当所述电动车辆的车速比预定速度高时，使所述载波频率在以预定频率为中心的第I频率范围(420)内变动的步骤(S120);和 当所述车速比所述预定速度低时，使所述载波频率在以所述预定频率为中心的第2频率范围(430)内变动的步骤(S130)，在所述电动车辆搭载有具有因机械振动成为声源的机构的多个设备， 所述第I频率范围和所述第2频率范围被设定成所述载波频率在所述第2频率范围内变动时从所述多个设备产生的声音比所述载波频率在所述第I频率范围内变动时从所述多个设备产生的声音大。
5.如权利要求4记载的电动机的控制方法，其中， 所述控制步骤(SlOO)包括 在所述电动车辆的车速比预定速度高时，根据第I变更周期(Tl·)使所述载波频率(fl、f2)在所述第I频率范围(420)内变动的步骤(S140);和 在所述车速比所述预定速度低时，根据第2变更周期(Trt)使所述载波频率在所述第2频率范围(430)内变动的步骤(S150)， 所述第2变更周期比所述第I变更周期长。
6.如权利要求4或5记载的电动机的控制方法，其中， 所述第I频率范围和所述第2频率范围被设定成所述多个设备中至少任一个的共振频率(frm)处于所述第I频率范围(420)的外侧且所述第2频率范围(430)的内侧。
全文摘要
对搭载于电动车辆的电动机进行驱动控制的变换器，由使用了载波信号的脉冲宽度调制而控制。在通常时，为了降低电磁噪声，变换器的载波频率(f1)在预先设定的第1频率范围(420)内随着时间经过而周期性或随机地变更。在低车速时，载波频率(f1)在被预先设定成比第1频率范围(420)宽且中心频率(fa)与第1频率范围(420)的中心频率相同的第2频率范围(430)内随着时间经过而周期性或随机地变更。第2频率范围(430)被设定为包含共振频率(frm)，该共振频率(frm)为由电动车辆的搭载设备形成的多个机械振动系统中的以固有共振频率产生的电磁噪声大的特定的机械振动系统的共振频率。另一方面，第1频率范围(420)被设定为不包含该共振频率(frm)。
文档编号H02P27/06GK102906993SQ20108006705
公开日2013年1月30日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者大杉亮祐 申请人:丰田自动车株式会社