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CN1081741C - 混合型车用电动机的控制装置 - Google Patents

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CN1081741C
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Abstract

提供混合型车用电动机控制装置，它能在发电/电动机的低速转动中，进行以良好精度控制电动机电流的电流反馈控制，保护发电/电动机不受过载转矩的影响，而在高车速·高转矩的领域则能进行转矩反馈控制以提高发动机的燃料费效率。为此，混合型车用电动机控制装置包括由电流反馈控制装置131、选择比较装置132、振荡装置133、选择负载限定装置134、UVW通电模式发生装置135、电流/转矩反馈控制装置136、和转矩反馈控制装置140构成的电动机控制装置130。

Description

混合型车用电动机的控制装置
本发明涉及备有内燃机与电驱动装置的混合型汽车。
装设在汽车等中的发动机要求具有广范围的转矩及转数特性，以便与种种行驶状态(恒速、加速、爬坡等)相对应。
一般，能使发动机燃料费效率高的转矩及转数都专门设定在固有范围之内。
于是，提出了在汽车中同时装设发动机和发电/电动机且弥补其相互缺点，而能从总体上改进能量效率的混合型车。
在现有的混合型车中，已知有装备了可以用于下述情形再生控制的混合型车用的电动机控制装置：例如为使发动机的容量小，通常只是在燃料费效率良好的范围内运行，当进行加速或爬坡时则从蓄电池等电源供电来驱动控制发电/电动机，以补偿不充分的驱动转矩；而在发动机的输出中产生有余力时，则由发动机驱动发电/电动机，把所得的发电能量用于在蓄电池等电源中进行再生(特公昭62-27604号公报)。
现有的混合型车用的电动机控制装置，是使电动机电流流过发电/电动机，使根据加速踏板的踏入量算出的目标转矩与反馈的由传感器等检测的驱动轮转矩控制成相等，由此来补充不足的驱动转矩。
但是现有的混合型车用电动机控制装置，是使采用有机械偏差范围的检测机构所检测的驱动轮的转矩反馈，让电动机电流流过发电/电动机来补充不足的驱动转矩的，这样，特别是在低的转速而有高的转矩要求时，就会有偏差范围过大的电动机电流流过，这有可能超过额定的电动机电流，损伤发电/电动机，缩短其寿命。
此外，为了不损伤发电/电动机，对于低的转速而有高的转矩要求的情形，在估计到有过大的电动机电流时，就必须准备额定电动机电流大的发电/电动机，从而需使混合型车大型化。
本发明的提出是为了解决上述先有技术中的问题，目的在于提供混合型车用的电动机控制装置，它能在发电/电动机的低速转动中，对电动机电流的电流反馈进行良好的精度控制，保护发电/电动机不受过载电流的影响，而在高车速·高转矩的区域则能进行转矩反馈控制以提高发动机的燃料费效率。
为了实现上述目的，提供了一种混合型车用电动机控制装置，该电动机控制装置包括：发电/电动机，用于交替地向车辆的驱动轮提供动力或由车辆的驱动轮的旋转产生车辆用的动力；加速器开度传感器，用于产生表示所需加速程度的加速器开度信号；车速传感器，用于产生表示车速的车速信号；驱动轮目标输出设定装置，用于根据所述加速器开度信号和所述车速信号设定转矩指令值；电流反馈控制装置，用于控制所述发电/电动机，使其电动机电流等于根据所述转矩指令值设定的目标电流；转矩传感器，用于检测驱动轮的驱动轮转矩；转矩反馈控制装置，用于控制所述发电/电动机，以使所述驱动轮转矩等于所述转矩指令值；电动机转数传感器，用于检测所述发电/电动机的转数并输出转数信号；以及电动机控制装置，用于接收所述转数信号，并选择所述电流反馈控制装置或所述转矩反馈控制装置根据所述转矩信号来控制所述发电/电动机，其中，所述转矩反馈控制装置包括：偏差计算装置，用于计算所述转矩指令值和由所述转矩传感器检测到的驱动轮转矩之间的差值；以及比例·积分·微分控制装置，用于对所述偏差计算装置的输出进行比例·积分·微分补偿。
本发明的混合型车用电动机控制装置中的所述电流反馈控制装置包括：根据转矩指令值来设定目标电流的目标电流设定装置；检测发电/电动机的电动机电流的电动机电流检测装置；当电动机电流检测装置的输出值大于上述目标电流设定装置的输出值时，输出复位脉冲的选择比较装置；以及由复位脉冲使振荡输出复位到零的振荡装置。
本发明根据上述结构能产生下述效果。
本发明的混合型车用电动机控制装置在发电/电动机的低转速时，能以良好的精度控制电动机电流的反馈控制，保护发电/电动机不受过载电流的影响，而在高车速与高转矩区域，则能进行反馈控制，也包括了对发动机转矩控制在内的发电/电动机的控制，从而能提高发动机的燃料费效率。
由于本发明的混合型车用电动机控制装置在其电流反馈控制装置中包括有：根据转矩指令值来设定目标电流的目标电流设定装置；检测发电/电动机的电动机电流的电动机电流检测装置；当电动机电流检测装置的输出值大于上述目标电流设定装置的输出值时，输出复位脉冲的选择比较装置；以及由此复位脉冲使振荡输出复位到零的振荡装置；因而能在发电/电动机的低速转动时对发动机电流的电流反馈进行良好的精度控制，保护发电/电动机不受过载电流的影响，这样，就可采用与所需转矩相称的合适的发电/电动机，实现低成本化。
下面结合附图描述本发明。
图1是本发明的混合型车的侧视图。
图2是本发明的混合型车的驱动系统的侧视图。
图3是本发明的混合型车的驱动力传递装置的剖面图。
图4是本发明的混合型车的发动机的剖面图。
图5说明本发明的驱动力传递装置的第一作用。
图6说明本发明的驱动力传递装置的第二作用。
图7说明本发明的驱动力传递装置的第三作用。
图8是本发明的驱动力传递装置的转矩传感器的剖面图。
图9说明本发明的转矩传感器的作用。
图10是本发明的混合型车的实施例整体结构的框图。
图11是本发明的混合型车用电动机控制装置的管理控制装置的实施例中主要部分的结构框图。
图12说明方式变换开关。
图13说明本发明的混合型车中的发动机与电动机的驱动范围。
图14是本发明的混合型车用电动机控制装置的电动机控制器件的实施形式中主要部分的结构框图。
图15是本发明的驱动装置的电路图。
图16是本发明的目标电流信号、电动机电流检出信号、振荡控制信号的关系图。
图17是转矩控制装置与方式控制装置的作业流程图。
图18是判定驱动逻辑方式、提前角方式、再生逻辑方式的流程图。
图19是相对于电动机的提前角的电动机转矩特性。
图20是驱动装置的三相驱动信号的波形图。
图21是管理控制装置的工作流程图。
图22是发动机的开/关判定图。
图23是蓄电池的残余能量与节流门开度(加速器开度)阈值的特性图。
图24是发动机的开/关的另一判定图。
图25是本发明的混合型车中发动机与电动机驱动范围的另一说明图。
图26是电流/转矩反馈控制装置的工作流程图。
图27是本发明的电流反馈控制装置的实施例中主要部分的结构框图。
图28是本发明的转矩反馈控制装置的实施例中主要部分的结构框图。
图29是负载脉冲的波形图。
图30是本发明的混合型车用电动机控制装置的控制原理图。
下面根据附图说明本发明的实施形式。附图的方向依符号的方向。
图1为本发明的混合型车的侧视图。
混合型车1包括：车架2；安装于此车架2上的车身3；从车身3中央部前方向上延伸的前盖4；从车身3中央部向后方向上延伸的中支柱5；从中支柱5的前端连接前盖4的透明车顶6；安装于中支柱5两边的侧护件7，7(里侧的7未示出)；设于车身3前面的前保险杆8；设于此前保险杆8紧后面的散热器格栅9；安装于车身3中央内部的驾驶座11；设于车身3后方的后保险杆12；安装于车架2上的前轮13、13(里侧的13未示出)；设于车架2上作为驱动轮的后轮14、14；设于透明车顶6两侧的侧向反射镜16，16(里侧的16未示出)；设于前盖4两侧中的照明器具17、17；设于车身3中央的方向盘18；设于散热器格栅9后方的散热器19，装载于车架2中央部中的蓄电池21…(…表示多个，以下同)；设于驾驶座11下部的控制单元22；安装于车架2后方的驱动系统30。M表示驾驶人。
此外，3a表示前盖板部，3b表示后盖板部，盖板部3a，3b可以承受人的重量，通过盖板部3a、3b易从前后任一方进到驾驶座11。
图2是本发明的混合型车的驱动系统的侧视图，其中示明了驱动系统30的主要部件。
图2中，31为燃料箱，32为燃料泵，33为空气滤清器，34为节流门滑轮装置，35为伺服电动机，36a为供给用喷注器，36b为主喷注器，37为凸轮轴，38为与凸轮轴37一起转动的机械泵，39为端盖，41为气缸体，42为气缸盖，43为用作发电/电动机的三相无刷电动机，44为排气管，45为金属催化剂，46为消声器，47为尾阀，48为用作变速器的锥形无级变速器，49为枢轴，51为后轴，52为无级变速器轴，53为用作驱动力合流点的电动机轴，54为曲轴，56为起动电动机，57为进气岐管。
图3为本发明的混合型车的驱动力传送装置的剖面图。
混合型车1(参看图1)的驱动力传递装置60包括：发动机61，安装于发动机61的曲轴54上的离心式离合器62的内部62a，与此内部62a离合的离心式离合器62的外部62b，通过转矩限制器63连接到此外部62b的锥型无级变速器48，通过单向离合器65连接到此锥型无级变速器48上的第一传动系齿轮66，与前述发动机61一起驱动混合型车1(参看图1)的电动机43，成为驱动力合流点的电动机轴53，与安装在此轴53上的第一传动系齿轮66啮合的第二传动系齿轮67，安装于电动机轴53上的发动机侧的第一斜齿轮68和安装于电动机侧的第一斜齿轮69，分别同此齿轮68与69啮合的发动机侧的第二斜齿轮71和电动机侧的第二斜齿轮72，支承齿轮71与72的中间轴73，设于此中间轴73两端上的压力传感器74a与74b(参看图8)，安装于中间轴73上的输出齿轮75，与此输出齿轮75连接的传动轴76，通过差速器78与传动轴76相连的后轴51，以及安装在后轴51上的后轮14(参看图1)。
起动电动机56通过在其电动机轴56a上的皮带79、链81和单向离合器82，使曲轴54转动。
图4为本发明的混合型车的发动机的剖面图。
发动机61包括气缸体41、沿气缸体41往复运动的活塞杆83、安装在此活塞杆83的连杆84a，包覆于气缸体41上的气缸盖42、设于气缸盖42上的吸气辅助阀84与排气阈85、安装于气缸42上的火花塞86、与凸轮轴37同轴转动的机械泵38。此外，37a为凸轮链条，37b为凸轮链轮。
根据加速器87的开度，通过控制单元22与伺服马达35来调节节流门滑轮装置34，由此来调节混合气的供给量，控制发动机61的输出功率。
当只靠电动机的运行中打开加速器87时，在需要有发动机的输出时，则不论加速器的开度如何，由伺服马达35关闭节流门滑轮装置34，使发动机61良好地起动。
另一方面，由喷注器36a供给的混合气的一部分从进口岐管57分支，由机械泵供应，在紧接点火之前从吸气辅助阀84注入气缸体41内。
上述混合型车1(参看图1)的驱动力传送装置60的作用由图5～7说明。
图5(a)、5(b)说明本发明驱动力传送装置的第一作用。
图5(a)说明由发动机61与电动机43的合力驱动后轮14的情形。
发动机61按照离心式离合器62内部62a、外部62b、锥型无级变速器48、单向离合器65、第一传动系齿轮66、安装在成为与电动机43的驱动力合流点的电动机轴53上的第二传动系齿轮67以及发动机侧的第一斜齿轮68、发动机侧的第二斜齿轮71、输出齿轮75、传动轴76、差速器78、后轴51的顺序，如箭头①所示，驱动后轮14。
另一方面，电动机43则按电动机轴53、电动机侧第一斜齿轮69、电动机侧第二斜齿轮72、输出齿轮75、传动轴76、差速器78、后轴51的顺序，如箭头②所示，驱动后轮14。
发动机61的驱动力与电动机43的驱动力在电动机轴53上成为合力。
当由发动机61启动时，可经离心式离合器62均衡而缓慢地传送转矩，启动混合型车1(参看图1)。
由于将离心式离合器62设在锥形无级变速器48的前级，与设置在后级的情形相比，可采用小容量的离合器。相反，若从锥型无级变速器48侧考虑，由于可不直接接受发动机61过大的转矩，就会成为对锥型无级变速器48的保护。特别是把离合器用于湿式环境下时，由于接触压力小，当把离心式离合器设置于锥型无级变速器48的后级上时，则需要大的离合器容量，而导致装置大型化。
由于是把锥型无级变速器48通过转矩限制器63连接离心式离合器的外部，发动机61可不接受来自后轮的反向转矩。
因5(b)说明只由电动机驱动后轮14的情形。
电动机43按照电动机轴53、电动机侧的第一斜齿轮69、电动机侧的第二斜齿轮72、输出齿轮75、传动轴76、差速器78、后轴51的顺序，如箭头③所示，驱动后轮14。
由于发动机61停转，单向离合器65成开放状态。单向离合器65是设置在紧靠电动机43的驱动力合流点的前方的，因而在只由电动机43驱动后轮14时，不会使成为负荷侧的锥型无级变速器48与离心式离合器62的外部62b等连带转动。于是可节约蓄电池21的能耗，确保更长的运转时间。
图6(a)、6(b)说明本发明的驱动力传送装置的第二作用。
图6(a)说明只由发动机61驱动后轮14的情形。
发动机61按照离心式离合器62的内部62a、外部62b、锥型无级变速器48、单向离合器65、第一传动系齿轮66、第二传动系齿轮67的顺序，如箭头④所示，驱动马达轴53。也就是说，电动机43可起到发电机的作用，使蓄电池21(参看图1)充电。
发动机61进而按照发动机侧第一斜齿轮68、发动机侧第二斜齿轮71、输出齿轮75、传动轴76、差速器78、后轴51的顺序，如箭头⑤所示，驱动后轮14。
图6(b)说明由电动机43使混合型车1(参看图1)倒车的情形。
这时，使电动机43反转，按电动机轴53、电动机侧第一斜齿轮69、电动机侧第二斜齿轮72、输出齿轮75、传动轴76、差速器78、后轴51的顺序，如箭头⑥所示，传送给后轮14使其反转。
发动机61虽然停动但电动机43反转，因而连接上单向离合器，而电动机43的驱动力如箭头⑦所示，传送到离心式离合器62的外部62b，但从离心式离合器62到发动机61则不连带转动。
图7是本发明的驱动力传送装置第三作用的说明图，示明混合型车1(参看图1)减速时的驱动力流向。
混合型车1(参看图1)减速时，按照后轮14、后轴51、差速器78、传动轴76、电动机侧第二斜齿轮72、电动机侧第一齿轮69、电动机轴53的顺序，如箭头⑧所示，将驱动力传送给发动机43，而使发动机起到发电机的作用。这时，单向离合器65成为开放的，能有效地将减速时的驱动力传送给电动机43，给蓄电池21(参看图1)充电。
图8是本发明的驱动力传送装置的转矩传感单元的剖面图。
转矩传感单元88包括前面说明的中间轴73、安装在中间轴73两端上的压力传感器74a、74b、安装在中间轴73上的发动机侧的第二斜齿轮71与电动机侧的第二斜齿轮72、与此齿轮71、72啮合的发动机侧的第一斜齿轮68和电动机侧的第一斜齿轮69，此转矩传感单元88的作用则据图9(a)、9(b)说明。
图9(a)、9(b)说明本发明的转矩传感单元的作用。
图9(a)示明加速时此转矩传感单元88的作用。
加速时，由发动机61(参看图3)或电动机43侧将驱动力传给后轮14。也就是说，发动机侧第一斜齿轮68与电动机侧第一斜齿轮69成为驱动侧，而发动机侧第二斜齿轮71与电动机侧第二斜齿轮72则成为从动侧，于是齿轮71、72如箭头a所示在中间轴73中产生应力Fa。此应力Fa由压力传感器74a检测出。
图9(b)示明减速时转矩传感单元88的作用
减速时，从后轮14将驱动力传送到电动机43。这就是说，发动机侧第二斜齿轮71与电动机侧第二斜齿轮72成为驱动侧，而发动机侧第一斜齿轮68与电动机侧第一斜齿轮69成为从动侧，于是齿轮68、69如箭头b所示，在中间轴73中发生应力Fb。此压力Fb由压力传感器74b检测出。
具体地说，由上述压力传感器74a、74b检测出驱动力的大小与传送方向，进行反馈控制，通过将驱动源即发动机61和电动机43(参看图2)的驱动力相组合，能高效地驱动混合型车1(参看图1)。
使转矩传感单元88由下述部件构成：中间轴73、安装在中间轴73两端的压力传感器74a、74b、安装在中间轴73上的发动机侧第二斜齿轮71与电动机侧第二斜齿轮72、以及与齿轮71、72啮合的发动机侧第一斜齿轮68与电动机侧第一斜齿轮69，则可以实现紧凑的、可靠性高的转矩检测机构。
图30说明本发明的混合型车用电动机控制装置的控制基本原理，下面说明这种控制的具体实施形式。
图10是本发明的混合型车的整体结构(功能)的框图。
图10中，混合型车100配备有驱动轮14、发电/电动机43、变速器48、发动机61、各种传感器110、蓄电池21、混合型车用电动机控制装置150、驱动装置151、节流门控制致动器155。
各种传感器110将传感信号SS1输出给混合车用电动机控制装置150的管理控制装置120。
管理控制装置120把根据传感器信号SS1处理获得的转矩指令值Tq输出给电动机控制装置130，同时将节流门目标开度信号S124输出给节流门控制致动器155。
电动机控制装置130将根据指令值Tq、传感信号SS2处理获得的控制信号S130输出给驱动装置151。
驱动装置151把据控制信号S130与蓄电池电压VB求得的驱动信号(SU、SV、SW)输出给发电/电动机43。
发电/电动机43通过将驱动信号(SU，SV，SW)按图20所示定时输送给图15所示的U相、V相、W相的三相线圈，被驱动或再生，而将电动机转矩TqM输出给驱动轮14或由再生电力VR给蓄电池21充电。
下面参看图20说明驱动信号SU、SV、SW。
图20中，SUF、SVB、SWF、SUB、SVF、SWB表示图15所示驱动信号SU、SV、SW的方向，例如SUF是在驱动装置151的FETQ1接通时，从蓄电池21供给发电/电动机43的U相的驱动信号SU，而SUB是驱动装置151的FETQ2接通时从发电/电动机43的U相流向接地的驱动信号SU。
同样，当驱动装置151的FETQ3接通时，从蓄电池21供给发电/电动机43的V相的驱动信号SV是SVF，在FETQ4接通时，从发电/电动机43的V相流向接地的驱动信号SV是SVB，而在驱动装置151的FETQ5接通时，从蓄电池21供给发电/电动机43的W相的驱动信号SW是SWF，在FETQ6接通时，从发电/电动机43的W相流向接地的驱动信号SW是SWB。
由上述可知，在图20所示期间①之内，FETQ1与FETQ4处于接通状态，通过蓄电池21→FETQ1，驱动信号SUF流向发电/电动机43的U相，通过发电/电动机43的V相→FETQ4，驱动信号SVB流向接地。
这样，期间①的电流(驱动信号)从发电/电动机43的三相线圈的U相、V相、W相中的U相流向V相。
上述情形与来自发电/电动机43的电动机磁极传感器115的磁极位置信号PM(115U)的上升出现同步。
这就是说，在信号S115U检测向U相通电的时刻，由UVW通电模式发生装置135实施电流从U相流向V相的线圈的控制。
在期间②内，代替FETQ4使FETQ6成为接通(FETQ4断开)状态，而驱动信号SWB的流动便由从U相到V相的电流(驱动信号)的流动变换为从U相到W相的。
图11为本发明的混合型车用电动机控制装置的管理控制装置实施例主要部分的框图。
图11中，管理控制装置120配备有蓄电池充电量设定装置121、驱动轮目标输出设定装置122、发动机目标输出设定装置123、节流门目标开度设定装置124与方式判定装置125。
此外，现在所述的作业在图21中以管理控制装置的作业流程图表明。
发动机转数传感器160检测发动机转数，将转数信号SY供给于发动机目标输出计算装置123。
蓄电池残余容量传感器111检测蓄电池21的残余容量，把得到的残余容量信号S111输送给方式判定装置125。
蓄电池充电量设定装置121由ROM等存储器构成，将对应于加速器开度信号S112与车速信号V的为蓄电池21必要的充电用发动机目标输出数据，预存储于ROM中，以加速器开度信号S112和车速信号V为地址读出充电用发动机目标输出数据，把所得的蓄电池充电量信号S121输出给发动机目标输出计算装置123。
此外，存储于上述ROM中的数据只存储了加速器开度在50％以下范围内的，只是在发动机效率良好的范围，才作要进行发动机充电的设定。
加速器开度传感器112把检测图中未示明的加速板踏入量(开度)所得的加速器开度信号S112，输出给蓄电池充电量设定装置121、驱动轮目标输出设定装置122以及方式判定装置125。
车速传感器114把检测车速所得的车速信号V输出给驱动轮目标输出设定装置122与方式判定装置125。
驱动轮目标输出设定装置122由ROM等存储器构成，将对应于加速器开度信号S112与车速信号V的目标驱动轮输出数据(转矩Tq)存储于ROM中，以加速器开度信号S112和车速信号V为地址，把读出的驱动轮目标输出信号S122(转矩指令值Tq)输出给发动机目标输出计算装置123和电动机控制装置130。
方式变换开关113(参考图12)把变换混合型车100行驶方式所得的方式信号S113输出给方式判定装置125。
方式判定装置125把根据蓄电池残余容量信号S111、加速器开度信号S112与方式信号S113以及车速信号V进行方式判定所得的方式判定信号S125，输出给发动机目标输出计算装置123。
发动机目标输出计算装置123以发动机转数信号SY与驱动轮目标输出信号S122(Tq)为地址，算出预先存储于ROM中的发动机的目标输出，同时根据蓄电池充电量信号S122与方式判定信号S125算出蓄电池充电用的发动机目标输出，把加和这两方的发动机目标输出所得的发动机目标输出信号S123输出给节流门目标开度设定装置124。
发动机目标输出开度设定装置124由ROM等存储器构成，把对应于发动机目标输出信号S123的节流门目标开度数据预存储于ROM中，以发动机目标输出信号S123为地址把读出节流门目标开度数据所得节流门目标开度信号S124输出给节流门控制致动器155。
图12说明方式变换开关113。
方式变换开关113将混合型车100的行驶方式变换为半自动、全自动与EV(只靠发电/电动机43行驶)三种方式。
半自动方式是与发动机61的驱动相比，更多地设定发电/电动机的驱动输出状态的，以发电/电动机43为主体的行驶方式，在发电/电动机43的转矩不足时则补充以发动机61的驱动转矩，以减少汽油消耗的行驶方式。
从而蓄电池21需要定期地进行外部充电，但发动机61能取得良好的燃料费效率。
全自动方式是与发电/电动机43的驱动相比，更多地设定发动机61的驱动输出状态的，以发动机61为主体的行驶方式，在发动机61的驱动转矩不足时则补充以发电/电动机43的驱动转矩的，能维持蓄电池容量的行驶方式。
从而不需对蓄电池21进行外部充电。
作为方式变换开关113的三种方式下发动机的通/断操作，可参看图22所示发动机的通/断判定图。
图14是本发明的混合型车用电动机控制装置的电动机控制装置实施例主要部分的框图。
图14中，电动机控制装置130配备有电流反馈控制装置131、选择比较装置132、振荡装置133、选择负载限制装置134、UVW通电模式发生装置135、电流/转矩反馈控制装置136以及转矩反馈控制装置140。
电动机转数传感器116把检测发电/电动机43的转数的电动机转数信号RM，输出给电流反馈控制装置131、转矩反馈控制装置140以及电流/转矩反馈控制装置136。
转矩传感器单元88把检测驱动轮14的转矩所得的驱动轮转矩信号TS输出给反馈控制装置140。
电动机转数传感器116也可兼用作后述的电动机磁极传感器115。
电流反馈控制装置131根据转矩指令值Tq、电动机转数信号RM、蓄电池电压VB，生成修正目标电流IMSC、负载限制信号S137，而将修正目标电流IMSC输出给选择比较装置132，将电流限制信号S137输出给选择负载限制装置134。
转矩反馈控制装置140根据驱动轮转矩信号TS、转矩指令值Tq、电动机转数信号RM与蓄电池电压VB，生成负载/提前角量限制信号S145与电流限制信号S146，并把负载/提前角量限制信号S145输出给选择负载限制装置134，将电流限制信号S146输出给选择比较装置132。
电流/转矩反馈控制装置136根据转矩指令值Tq与电动机转数信号RM生成选择信号S136，将选择信号S136输出给选择比较装置132、选择负载限制装置134。
图26示明电流/转矩反馈控制装置的作业流程。
在步骤P61，判断转矩指令值Tq大于零(Tq＞0)否，若为“是”则转移到步骤P62，若为“否”则转移到步骤P4。
在步骤P62，判断电动机转数信号RM小于2000rpm(RM＜2000rpm)否，若为“是”则转至步骤P63，若为“否”则转到步骤P64。
在步骤P63，把电动机控制装置130的控制方法作为电流反馈控制的选择信号S136输出。
在步骤P64，把电动机控制装置130的控制方法作为转矩反馈控制的选择信号S136输出。
返回图14，选择比较装置132根据选择信号S136，从修正目标电流IMSC或电流限制信号S146选择其中的任一个，比较所选择的信号与电动机电流检测信号IMO的大小，当电动机电流检测信号IMO在选择的信号之上(IMO≥IMS或S146)时，将复位信号S132输出给振荡装置133(参看图16)。
振荡装置133例如发生5KHz的脉冲，通过复位信号S132使脉冲振荡输出复位到零，把控制负载的振荡控制信号S133(参看图16)，输出给选择负载控制装置134。
选择负载限制装置134根据选择信号S136选择负载限制信号S137或负载/提前角量限制信号S145中的任一个，由所限制的信号限制振荡控制信号S133的负载(参看图16)而求得的负载限制控制信号S134，输送给UVW通电模式发生装置135。
电动机磁极传感器115按符合发电机线圈的U相、V相、W相的120°间隔，发生三种定时信号，如图20所示，把检测发电/电动机43的磁极位置所得的磁极位置信号PM(S115U，S115V，S115W)输出给UVW通电模式发生装置135。
UVW通电模式发生装置135，把根据负载限制控制信号S134与磁极位置信号PM生成三相DC无刷发电/电动机43的U、V、W各相的通电模式所得的驱动控信号S130，输出给驱动装置151。
图27为本发明的电流反馈控制装置实施形式主要部分的框图。
图27中，电流反馈控制装置131配备有负载限制设定装置137、目标电流设定装置138、目标电流修正装置139。
负载限制设定装置137根据蓄电池电压VB与电动机转数信号PM，将限制振荡控制信号S133的负载的负载限制信号S137，输出给选择负载限制装置134。
目标电流设定装置138的ROM等存储器构成把对应于转矩指令值Tq和电动机转数信号的目标电流数据预先存储于ROM中，以转矩指令值Tq和电动机转数信号RM为地址，读出目标电流数据，把所得的目标电流信号IMS输出给目标电流修正装置139。
目标电流修正装置139把根据电动机电流检测信号IMO与转矩指令值Tq修正处理目标电流信号IMS所得的修正目标电流IMSC，输出给选择比较装置132。
图28为本发明的转矩反馈控制装置实施例的主要部分框图。
图28中，转矩反馈控制装置140配备有电流限制设定装置146、方式控制装置143、偏差计算装置141、PID(比例·积分·微分)控制装置142、负载/提前角量计算装置144与负载/提前角量限制装置145。
电流限制设定装置146由ROM等存储器构成，把电动机电流检测信号IMO、蓄电池电压VB、对应于电动机转数信号RM的电流限制数据存储于ROM中，以电动机电流检测信号IMO、蓄电池电压VB、电动机转数信号RM为地址读出电流限制数据，把所得的电流限制信号S146输出给选择比较装置132。
PID控制装置142由未于图中示明的比例元件、积分元件、微分元件、加法装置等组成，比例元件、积分元件、微分元件分别对偏差信号ΔT施加P(比例控制)、I(积分控制)、D(微分控制)处理，由加法装置加和各个输出所得的PID控制信号Tpid输送给负载/提前角量计算装置144。
方式控制装置143根据电动机转数信号RM、转矩指令值Tq、偏差信号ΔT，生成方式控制信号S143，用来使转矩反馈控制装置140取负载控制方式或取提前角量控制方式，此方式控制信号S143则输出给负载/提前角计算装置144、负载/提前角量限制装置145。
负载/提前角量计算装置144根据PID控制信号Tpid、方式控制信号S143进行负载或提前角量的计算，把所得到负载/提前角量信号S144输出给负载/提前角量限制装置145。
负载/提前角量限制装置145，把根据蓄电池电压VB、电动机转数信号RM、方式控制信号S143对负载/提前角量信号S144进行限制获得的负载/提前角量限制信号S145输送给选择负载限制装置134。
图17示明转矩反馈控制装置与方式控制装置的作业流程。
在步骤P1，由偏差计算装置141进行转矩偏差计算(ΔT＝Tq-Ts)，求出偏差信号ΔT，移到步骤P2。
在步骤P2，由PID控制装置142对偏差信号ΔT进行PID补偿，移到步骤P3。
在步骤P3，进行后述的由图18所示的方式判定，根据此判定转移到步骤P5～P7。
在步骤P5，负载/提前角量计算装置144成为提前角方式，进行提前角量的计算。
在步骤P6，由负载/提前角量计算装置144成为驱动逻辑方式，进行负载的计算。
在步骤P7，由负载/提前角量计算装置144成为再生逻辑方式，进行负载的计算。
现在参考图15、17、20说明图18的判定流程(图15的细节将于后述)。
所谓提前角方式是在图20的输出波形中，如虚线(以驱动信号SUF为例)所示，对相对于电动机磁极传感器115的信号S115U、S115V、S115W成为驱动信号的SU、SV、SW的信号，进行提前接通(提前角)的控制。
这样可把电动机的特性变更为低转矩高速转动型，特别是在高速转动时可以增大转矩。
这是把电动机线圈的磁场减弱，使电动机作高速转动，称作弱磁场控制。
提前角可逐渐把通常的通电角120°加大，要是加大到通电角170°，这以后就会保持170°而进一步超前。
在图18所示的流程中，首先于步骤P30中判定前次控制方式是驱动逻辑方式、提前角方式还是再生逻辑方式。
然后对应于所判定的驱动逻辑方式(步骤P31)、提前角方式(步骤P32)或是再生逻辑方式(步骤P33)，相应地判定目标转矩(Tq)与现在转矩(Ts)的偏差ΔT(＝Tq-Ts)是正(+)、零(0)或负(-)。(步骤P41、P42、P46)。
在步骤P41，当判定偏差ΔT为正(ΔT＞0)时，则现在的转矩(Ts)相对于目标转角(Tq)不足，于是转到步骤P42，判断向前次方式通电的负载是否在98％以上，当前次负载在98％以上时，转移到步骤P51，作为提前角方式，设负载为100％。
于是，从此时起开始弱磁场控制。
在提前角方式，相对于前次的通电角求出加和PID(比例·积分·微分)项的通电角(图17中的步骤P5)，如图20的虚线所示，在所求得的通电角之中，按超过通常的通电角(120°)的角度值进行提前。
另一方面，当在步骤P42判定前次负载不到98％时，以及在步骤P41中判定偏差ΔT为零(ΔT＝0)时，即转移到步骤P52成为驱动逻辑方式，把相对于前次通电负载加和PID(比例·积分·微分)项的负载作为驱动信号输出(图17所示的步骤P6)。
在步骤P41，当判别偏差ΔT为负(ΔT＜0)时，移到步骤P43判定上次负载是否超过2％，当上次负载超过20％时，转到步骤P52，进入驱动逻辑方式，而当上次负载在2％以下时，则转到步骤P53，进入再生逻辑方式。
当偏差ΔT为负(ΔT＜0)时，由于PID项也成为正→0→负，即使由驱动逻辑方式(步骤P52)使PID项加和(图17所示步骤P6)，通电负载在偏差ΔT为负(ΔT＜0)的期间也继续减小。
当负载减小时，现在的转矩(Ts)也减小，若目标转矩(Tq)为正，则当现在的转矩(Ts)与目标转矩(Tq)相等(Tq＝Ts)时，偏差ΔT＝0，而PID项也成为零，此时的负载稳定，成为恒转矩的运转。
当目标转矩(Tq)负时(Tq＜0)，即车辆减速时，由于即使通电负载有所减小而偏差ΔT仍旧为负，故当通电负载在2％以下时，电动机便从驱动逻辑方式转到再生逻辑方式(步骤P53)，进入再生制动状态，产生减速感，在此时刻，开始再生方式。
所谓再生逻辑方式，如图20所示，是在U相、V相、W相的各线圈与蓄电池之间，使FETQ1、Q3、Q5处于接通状态，对于各线圈依每120度保持接续定时。
在再生逻辑方式中，相对于前次负载减去PID项计算电动机负载(图17的多骤P7)，当偏差ΔT在0以下(ΔT≥0)时(从步骤P46到步骤P56)，PID项也小于0，实质上是从电动机的通电负载2％以下的极小值继续增大，使再生制动增大。
这样，由于通过再生制动使现在的转矩(Ts)的值为负(Ts＜0)，目标转矩(Tq)与转矩(Ts)共同成为负值，而偏差ΔT从负值渐趋近零。
然后在偏差ΔT为正(ΔT＞0)时(步骤P46)，到前次负载未达2％的情形，继续此再生逻辑方式(步骤P56)。
于是，由于PID项随着偏差ΔT变为正也变为正，故负载便逐渐减小。
当负载为未满2％时，便转移到驱动逻辑方式(从步骤P55转至图17的步骤P6)。
至此，再生逻辑方式结束。
当偏差ΔT为正时由于PID项也成为正，通过图17所示的步骤P6的计算，负载也变为加大。
然后在步骤P44中，当偏差ΔT在0以上(ΔT≥0)时，由于前次是提前角方式，继续要求转矩增大，于是经过步骤54继续提前角方式(图17的步骤P5)。
另一方面，在步骤P44中，于偏差ΔT为负(ΔT＜0)的情形，提前角方式将继续到前次的提前角量≤2°时(从步骤P45到图17中的步骤P5)。
此时，在步骤P5中，相对于前次的通电角虽已对DID项加和，但由于偏差ΔT为负(ΔT＜0)，PID项本身转移到负，在提前角量到2°以下时，即转移到驱动逻辑方式。
至此结束弱磁场控制。
这样，对应于偏差ΔT的值，通过变换驱动逻辑方式、提前角方式与再生逻辑方式的控制，就能进行与所望目标转矩(Tq)相称的转矩反馈控制。
此外，于所有方式下，在图20的驱动信号(SU、SV、SW)导通(H电平状态下)期间，如图29所示，就会有微妙的负载脉冲输出，进行电动机的有效电压控制。
图15表明驱动装置的电路。
图15中，驱动装置151由N沟道FET(Q1～Q6)、惯性二极管(D1～D6)和电容器C1组成。
驱动装置151给各个门(G2、G4、G6)输入驱动控制信号S130的通/断信号、给各个门(G1、G3、G5)输入驱动控制信号S130的PWM信号，把图19所示的驱动信号(SU、SV、SW或SUF、SVF、SWF或是SUB、SVB、SWB)输出给三相无刷发电/电动机43，以驱动控制此发电/电动机43。
这样，混合型车100配备有驱动轮14、发电/电动机43、变速器48、发动机61、各种传感器110、蓄电池21、混合型车用控制装置150、驱动装置151、驱动/再生变换装置152以及节流门控制致动器155等，通过判定基于方式变换开关的操作的，能采用使发动机只在燃料费效率良好的范围内驱动，把通过发动机输出驱动发电/电动机获得的发电能使蓄电池充电并在同时使车辆行驶的全自动方式，或是采用在由蓄电池供电驱动发电/电动机使车辆行驶而发电/电动机的驱动力不足再补充以发动机驱动力的半自动方式来控制发动机与发电/电动机的驱动，得以实现以发动机为主的行驶形式或是以EV(发电/电动机)为主的行驶形式；此外，在发电/电动机低速转动时，可进行能以良好精度控制电动机电流的电流反馈控制，而在高车速与高转矩领域则进行转矩反馈控制，同时可以控制电动机所允许的最大电流值，保护发电/电动机不受过载电流的影响，并提高发动机的燃料费效率。
由此，也可只使用一个电流传感器161，能使成本降低。
图13是本发明的混合型车中发动机与电动机的驱动范围的说明图。
混合型车100基本上能够在整个驱动范围内由发动机61驱动。
图13中，以横轴表示车速V(km/hr)，以纵轴表示转矩指令值Tq(kgf·cm)，并将驱动范围分为：发动机61驱动的发动机范围、只由发电/电动机43驱动的EV范围、在效率高的范围使发动机61运行而把驱动发电/电动机43所得的发电能量给蓄电池21充电同时使车行驶的发动机充电范围、在减速时由发电/电动机43进行再生制动发电以给蓄电池21充电的充电范围与再生范围、发动机61与发电/电动机43驱动的发动机/电动机范围①、由发动机61与弱磁场控制的发电/电动机43驱动的发动机/电动机范围②。
此外，发动机/电动机范围①与发动机/电动机范围②的边界，在蓄电池21的电压变低时，按图中箭头所示移动，使其增广成为虚线表明的范围而进行补偿。
再有，为了确定如图23所示的蓄电池残余容量与节流门开度(加速器开度)的阈值间的关系，也可取如图24所示来进行发动机的通/断判定的结构。也可在控制装置中的ROM内存储有数据图表，供随时参考。
当蓄电池的残余容量例如为0～50％时，上述阈值例如取为20％；当蓄电池残余容量例如在100％以上时，上述阈值例如取为85％；而当蓄电池残余容量例如在50～100％时，则可使此阈值在上述两数值之间顺次增加。
这就是说，在图24的半自动方式与全自动方式中，使发动机工作开始时的加速器开度的阈值根据蓄电池的残余容量，可变地设定在20～85％。
于是，当蓄电池的残余容量变小时，能从加速器的开度小的状态下尽早地驱动发动机，于是如图25所示，与图13的情形相比，能使EV范围变小而相应地使发动机/充电范围扩大。此时，在半自动方式下，V1＝50km/hr，而在全自动方式下，则为V1＝40km/hr。
由此，在蓄电池残余容量少时，就能大力地进行发动机/充电，可有效地防止蓄电池(的电力)耗尽。

Claims (2)

1.混合型车用电动机控制装置，包括：
发电/电动机，用于交替地向车辆的驱动轮提供动力或由车辆的驱动轮的旋转产生车辆用的动力；
加速器开度传感器，用于产生表示所需加速程度的加速器开度信号；
车速传感器，用于产生表示车速的车速信号；
驱动轮目标输出设定装置，用于根据所述加速器开度信号和所述车速信号设定转矩指令值；
电流反馈控制装置，用于控制所述发电/电动机，使其电动机电流等于根据所述转矩指令值设定的目标电流；
转矩传感器，用于检测驱动轮的驱动轮转矩；
转矩反馈控制装置，用于控制所述发电/电动机，以使所述驱动轮转矩等于所述转矩指令值；
电动机转数传感器，用于检测所述发电/电动机的转数并输出转数信号；以及
电动机控制装置，用于接收所述转数信号，并选择所述电流反馈控制装置或所述转矩反馈控制装置根据所述转矩信号来控制所述发电/电动机，
其中，所述转矩反馈控制装置包括：
偏差计算装置，用于计算所述转矩指令值和由所述转矩传感器检测到的驱动轮转矩之间的差值；以及
比例·积分·微分控制装置，用于对所述偏差计算装置的输出进行比例·积分·微分补偿。
2.权利要求1所述的混合型车用电动机控制装置，其特征在于，所述电流反馈控制装置包括：
目标电流设定装置，用于根据转矩指令值设定目标电流；
电动机电流检测装置用于检测发电/电动机的电动机电流；
选择比较装置，用于在由所述电动机电流检测装置检测到的电动机电流的值大于所述目标电流设定装置设定的目标电流值时输出一个复位脉冲，以及
振荡装置，用于响应所述复位脉冲使振荡输出复位到零。
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