專利名稱：控制電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的功率逆變器的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總,及功率逆變器，并且特別是涉及控制電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的功率 逆變器的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近些年，技術(shù)進(jìn)步，以及不斷的技術(shù)創(chuàng)新和嘗試，己導(dǎo)致汽車的設(shè)計(jì)有了 實(shí)質(zhì)的變化。其中一個(gè)變化包括了汽車的電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性，特別是代用燃料 車輛，例如混合動(dòng)力，電動(dòng)，和燃料電池車輛。這類代用燃料車輛通常4頓電 動(dòng)機(jī)(可能結(jié)合另一致動(dòng)器)來驅(qū)動(dòng)車輪。
這些類型的 在效率上肖^1^共重要的改善。但是，忉燃總是存在的需 要就是改善電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率來減少功率損耗，增加電池壽命，和增加行 ,鵬程。另外，通常期望減少汽車發(fā)出的噪聲。不幸的是， 一些減少電動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)的功率損耗的技術(shù)會(huì)加大噪聲排放而超出可接受的標(biāo)準(zhǔn)。
因此，期望微一種控制方、 妹^>糊中的功率損耗和增加電動(dòng)機(jī)的效 率，而過度地增加電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲。而且，本發(fā)明其它的必要的特征和特性 將從后面的詳細(xì)描述和權(quán)利要求，以及附圖和前述的技術(shù)領(lǐng)繊啦術(shù)背景變得 顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，,了一種控制汽車的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的功率逆變器的 方法。 一般地，該方法通過以下步驟控審IJ功率逆變器響應(yīng)低于第一扭矢E7K平 的電動(dòng)機(jī)指令扭矩控制功率逆變器以將功率逆變器的開關(guān)頻率設(shè)置在第一設(shè)定 頻率；并且，響應(yīng)第一扭矩水平和第二扭矩水平之間的電動(dòng)機(jī)指令扭矩，控制 功率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保 持該開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限。該方法降低了逆變器在敲旨令扭矩時(shí)的開關(guān) 頻率，而且保持了開關(guān)頻率高于能夠有效控制電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)頻率界限。逸就減 少了功率損耗并因此提高了系統(tǒng)的效率。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)，與所述電動(dòng)機(jī)相連的功率逆變器，和與所述電動(dòng)機(jī)和逆變器相連 的至少一個(gè)處理器。所述至少一個(gè)處理^^皮設(shè)置成響應(yīng)低于第一扭矩水平的
電動(dòng)機(jī)指令扭矩掛，制功率逆變器將功率逆變器的開關(guān)頻率設(shè)置在第一設(shè)定 頻率的信號(hào)；并且，響應(yīng)第一扭矩水平禾瞎二扭矩水平之間的電動(dòng)機(jī)指令扭矩 提〈娥第呦率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定功率逆變器的開關(guān)頻率 并同時(shí)保持所述開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限的信號(hào)。該系統(tǒng)陶氏了逆變器在高 指令扭矩時(shí)的開關(guān)頻率，同時(shí)保持開關(guān)頻率高于能夠有效控制電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)頻 率界限。逸就M^了功率損耗并提高了系統(tǒng)的效率。


本發(fā)明將在下文中結(jié)合附圖予以說明，其中相同的附圖標(biāo)己表示相同的元 件，并且 、
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示范性汽車的示意圖2是圖1汽車內(nèi)的電壓源逆變器系統(tǒng)的方塊圖3是圖1汽車內(nèi)的逆變器的示意圖4是示范性開關(guān)頻率控制方案的圖示；并且
圖5是動(dòng)態(tài)頻率界P鵬制方案的圖示。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)說明實(shí)質(zhì)上僅是示范性的，并且不限制本發(fā)明或本申請(qǐng)及本發(fā)明 的應(yīng)用。而且，本發(fā)明并不局限于在前述技術(shù)領(lǐng)域，背景技術(shù)，發(fā)明內(nèi)容或下 面的詳細(xì)描述中提出的l對(duì)可明示或暗示的理論。
下面的描述提到了 "連接"或"聯(lián)接"在一起的元件或特征。如本文所使 用的，除非明確說明，否則，"連接"意據(jù)一個(gè)元件/特征l趙驗(yàn)接到(鵬 接關(guān)聯(lián))另一個(gè)元件/特征，并且不一定是機(jī)械i艇接。同樣地，除非明確說明， 否則，"聯(lián)接"意歸一個(gè)元件/特征是，體接或間職接到(體接或間接關(guān)聯(lián)) 另一個(gè)元件/特征，并且不一定是機(jī)TOi接。但是，應(yīng)該了鵬一個(gè)實(shí)施例中 雖然兩個(gè)元件可能被描述為是"連接"的，但在替代實(shí)施例中同樣的元件可能 是"聯(lián)接"的，并且反之亦然。因此，雖然本文示出的這些示意圖顯示了對(duì)元 件的示例性布置，但附加的插入元件，裝置，特征或部件可能存在于實(shí)際實(shí)施 例中。也應(yīng)該了解這些附圖僅僅是說明性的并且可能不是按比例纟魏?jiǎn)?br> 這些附示了控制汽車的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的功率逆變器的方法和系統(tǒng)。一般地，駄法禾係繊過以下步驟控制功率逆變器響應(yīng)低于第一扭矩水平 的電動(dòng)機(jī)指令扭矩控制功率逆變器以將功率逆變器的開關(guān)頻率設(shè)置在第一設(shè)定 頻率；并且，響應(yīng)第一扭矩水平和第二扭矩水平之間的電動(dòng)機(jī)指令扭矩控制功 率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保持 該開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限。該方法降低了逆變，高指令扭矩時(shí)的開關(guān)頻 率，而且保持了開關(guān)頻率高于肖灘有效控制電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)頻率界限。這就減少 了功率損耗 高了系統(tǒng)的效率。
圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的糊30，或"汽車"。汽車30包括 底盤32,車身34，四個(gè)車輪36，和電子控制系統(tǒng)38。車身34被安皿底盤32 上并且大體包圍汽車30的其它部件。車身34和底盤32可以共同形成車架。車 輪36分別在接近車身34的M角的H旋轉(zhuǎn)i皿接到底盤32。
汽車30可以是各種不同類型汽車中的一種，例如，轎車，貨車，卡車，或 運(yùn)動(dòng)型多功能車(SUV)，并且可以是兩輪驅(qū)動(dòng)(2WD)(即，后輪驅(qū)動(dòng)或皿 驅(qū)動(dòng))，四輪驅(qū)動(dòng)(4WD)或全輪驅(qū)動(dòng)(AWD)。汽車30也可以包括多種不同 類型的發(fā)動(dòng)機(jī)(或致動(dòng)器)的倒可一種或組合，例如，汽油，油內(nèi)燃機(jī)，"混 合燃料 " (FFV)發(fā)動(dòng)機(jī)(即，^ffi汽油和酒精的混^J)，氣體混^i (例 如，氫氣和/或天然氣)燃料發(fā)動(dòng)機(jī) 料電池能源，燃傲電動(dòng)機(jī)混合發(fā)動(dòng)機(jī)， 和電動(dòng)機(jī)。
圖1圖示了一個(gè)示范性的實(shí)施例，汽車30是混合動(dòng)力車輛，并且還包括致 動(dòng)器組件40，電池(或別的電能存儲(chǔ)器)42，功率逆變器(鵬變器)44，和 散熱器46。致動(dòng)器組件40包括內(nèi)燃機(jī)48和電動(dòng)抓發(fā)電動(dòng)機(jī)(或馬達(dá))50。在 一個(gè)實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)50是例如通常4頓在汽車(例如，牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)等) 中的正弦繞組式交流(AC)電動(dòng)機(jī)(例如，7乂磁或感應(yīng)電動(dòng)機(jī))。正如本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以了解的，電動(dòng)機(jī)50可以包括傳動(dòng)裝置，雖然未圖示，但電動(dòng)機(jī)50 也包括定子組件(包括傳導(dǎo)線圈)，轉(zhuǎn)子組件(包括鐵磁芯)，和7襯卩流體(即， 冷卻劑)。位于電動(dòng)機(jī)50內(nèi)的所述定子組件和/或轉(zhuǎn)子組件可以包括多個(gè)(例如， 12個(gè))電磁極，正如通常所M的那樣。
仍參見圖1,在一實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)48和電動(dòng)機(jī)50被結(jié)合在一起以 # —個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸52機(jī)械地聯(lián)接到至少一部分，36。散熱器46連接 在車架的外部，雖然沒有詳細(xì)圖示，但散熱器46包括多^W像7XSl/或乙烯乙二醇(即防凍劑)這樣的冷卻流體(即，冷卻劑)的冷卻管道并聯(lián)接到內(nèi)燃機(jī)
48和逆變器44。再參見圖l， ^^f描述的實(shí)施例中，逆變器44接收冷卻齊拼與 電動(dòng)機(jī)50共同分配7賴卩劑。散熱器46可以類條ik^接到逆變器44和/或電動(dòng)機(jī) 50。
電子控制系統(tǒng)38可用于與致動(dòng)器組件40，電池42，和逆變器44通信。雖 然未詳細(xì)顯示，但電子控制系統(tǒng)38包括各種傳繊和汽車控制模塊，或電子控 制單元(ECU)，例如逆變鵬制模塊和糊控制器，和至少一個(gè)處理器和/鄉(xiāng) 中(或在其它的計(jì)穀幾可讀介質(zhì)中)包含有存儲(chǔ)附旨令的存儲(chǔ)器，所述指令用
于執(zhí)行如下戶;M的過程和方法。
參見圖2，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例顯示了電壓源逆變器系統(tǒng)域電 動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))54。電壓源逆變器系統(tǒng)54包括控制器56，與控制器56的輸出端 聯(lián)接的逆變器44，以及與逆變器44的第"tr出端聯(lián)接的電動(dòng)機(jī)50?？刂破?6 可以和圖1所示的電子控制系統(tǒng)38 ^在一起。
圖3更詳細(xì)地圖示了圖1和2中的逆變器44。逆變器44包括與電動(dòng)機(jī)50 聯(lián)接的三相電路。更具體地，逆變器44包括具有與電壓源Vde (例如電池42) 聯(lián)接的第一輸入端和與電動(dòng)機(jī)50聯(lián)接的輸出端的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。雖然只顯示了一個(gè) 電壓源，但可以j頓帶有兩個(gè)串聯(lián)電源的分布式直流(DC)鏈(direct current link)。
戶皿開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括H^帶有對(duì)應(yīng)于^t相位的反并聯(lián)二極管(即，與* 開關(guān)反并聯(lián))的串聯(lián)開關(guān)。每對(duì)串聯(lián)開，括第一開關(guān)(或晶體管)60， 62， 和64，第一開關(guān)60， 62，和64具有與電壓源42的正極聯(lián)接的第一接線端；以 及，第二開關(guān)66， 68，和70，第二開關(guān)66， 68，和70具有與^ffi源42的負(fù)極 聯(lián)接的第二接線端且具有與相應(yīng)的第一開關(guān)60， 62，和64的第二接線端聯(lián)接的 第一接線端。
仍參見圖l，在運(yùn)撤程中，M內(nèi)燃機(jī)48和電動(dòng)機(jī)50以交替的方式和/ 或通過內(nèi)燃機(jī)48和電動(dòng)機(jī)50同時(shí)向車輪36提供動(dòng)力來使車輛30運(yùn)行。為了 向電動(dòng)機(jī)50供能，在電能供入電動(dòng)機(jī)50前從電池42向逆變器44提供直流電 能，逆變器44把直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，M 流電能轉(zhuǎn)換成交流電能主要通過以"開關(guān)頻率"操作(即，反復(fù)開關(guān))逆變器 44中的晶體管來完成。一般地，控制器56發(fā)出用于控制逆變器44的開關(guān)動(dòng)作的信號(hào)。如一實(shí)施 例中，控制器56發(fā)出具有與逆變器44的針開關(guān)周期關(guān)聯(lián)的單一零向量的不 連續(xù)PWM (DPWM)信號(hào)。然后逆變器44把PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)制^J1， 以操作電動(dòng)機(jī)50。在一個(gè)雌實(shí)施例中，控制器56響應(yīng)于低于第一水平的電動(dòng) 機(jī)50附旨令扭矩發(fā)出控制功率逆變器44來保持功率逆變器44的開關(guān)頻率在相 對(duì)高的第一設(shè)定頻率的PWM信號(hào)。并且當(dāng)指令扭矩位于第一和第二7K平之間 時(shí)，控制器56發(fā)出PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)控制功率逆變器劍離號(hào)總制 功率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保
持戶;M開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限。
戶/M驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造確保了對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)力的良好控制和有效 4頓。特別地，PWM逆變器的開關(guān)頻率影響半導(dǎo)體開關(guān)中的功率損耗。因而， 降低開關(guān)頻率能夠M^功率損耗。但是，在更高的電動(dòng)t腿度時(shí)，需要更高的 開關(guān)頻率保持足夠的脈沖比以精確的控制電動(dòng)機(jī)。此外，需要保持所述開關(guān)頻 率高于導(dǎo)艦量噪聲排放的水平。第三，所述開關(guān)頻率會(huì)影響最大可控定子基 本頻率。第四，所述開關(guān)頻率能夠影響相位紋波電流，相位紋波電流能夠影響 逆變器和電動(dòng)機(jī)中的損耗。另外，所述紋波電流能夠在驅(qū)動(dòng)設(shè)備中弓胞不需要 的扭矩波動(dòng)。
戶;M^變器的開^t員耗能夠近^iWl等式1來說明。特別地，等式1表 示的開關(guān)損耗Psw是和電壓Vde，相電流V以及開關(guān)頻率fsw成正比的。
因而，為保持恒定的開關(guān)損耗，開關(guān)頻率會(huì),被調(diào)整成和相電流成反比。 因?yàn)閼裘摬拍侩娏骱碗妱?dòng)機(jī)扭矩(在未飽和狀態(tài)，并且低于基本速度時(shí))近似成 正比，相電流可以近似等同于電動(dòng)機(jī)扭矩。因而，根據(jù)電動(dòng)機(jī)扭矩的函數(shù)成反 比地調(diào)整開關(guān)頻剩ffl助于保持半導(dǎo)體裝置中的恒定開關(guān)損耗。
而且，電動(dòng)機(jī)因?yàn)殚_關(guān)頻率而肖激產(chǎn)生噪聲。 一般地，人耳對(duì)范圍在lkHz 到5kHz的頻率最敏感。因此，為了使噪聲最小化，需要在更高的頻率范圍運(yùn)行 逆變器，例如8kHz。
一般地，電動(dòng)機(jī)的基本電頻率(O是和電動(dòng)t/l3I度成正比的。為了以穩(wěn)定 的方式控制定子電流，開關(guān)頻率和基本電頻率的比率需要保持足夠高。該比率 有時(shí)被稱為脈沖比。例如，在一些4樣性的電動(dòng)豐鵬制中，需要約為10: 1的脈沖比來保證穩(wěn)定的運(yùn)行。所以，需要保持開關(guān)頻率高于這樣的比率艮口，該 比率防止脈沖比下降到低于需要保證穩(wěn)定運(yùn)行的數(shù)值。
因此關(guān)于開關(guān)頻率有這些相互矛盾的目標(biāo)。本發(fā)明的實(shí)施例用來將開關(guān)頻 率控帝贓高值以在高鵬和低扭矩下減少噪聲和改善控制，然后減小在高扭矩 和高電流時(shí)的開關(guān)頻率來M^功率損耗，護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)不產(chǎn)生過度熱應(yīng)力。
回到圖1-3，控制器56因此構(gòu)造成響應(yīng)低于第一水平的電動(dòng)機(jī)50附旨令扭 矩產(chǎn)生控制功率逆變器44來保持功率逆變器44的開關(guān)頻率處于相對(duì)較高的第 一設(shè)定頻率的PWM信號(hào)。當(dāng)指令扭矩位于第一和第二水平之間時(shí)，控制器56 還會(huì)產(chǎn)生PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)控制功率逆變器跑娥制功率逆變器以根 據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保持開關(guān)頻率高于 動(dòng)態(tài)頻率界限的信號(hào)。
一般地，第一設(shè)定頻率被設(shè)定在相對(duì)較高的7乂平，該水平對(duì)電動(dòng)機(jī)50提供 良好的控制而不超過逆變器44中的開關(guān)的頻率響應(yīng)或由于開關(guān)損耗而導(dǎo), 熱。例如，在一些實(shí)施例中，第一設(shè)定頻轉(zhuǎn)包含8kHz的開關(guān)頻率。
在中間電動(dòng)^ ,逆變器44以根據(jù)扭矩的函數(shù)而變的開關(guān)頻率^ii行。 一般地，當(dāng)指令扭矩增加時(shí)該開關(guān)頻率減小，并且這可由開關(guān)頻率和扭矩之間 的多種函數(shù)關(guān)系來完成。例如，開關(guān)頻率和扭矩之間的關(guān)系在中間電動(dòng)機(jī)3M 時(shí)可以魏性的，非線性的或線性與非線性的招可結(jié)合。
如上戶腿，在電動(dòng)機(jī)50運(yùn)行期間，開關(guān)頻率作為指令扭矩的函數(shù)變化。但 是，同時(shí)，控制逆變器44的運(yùn)行以確<斜呆持開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限。 一般 地，動(dòng)態(tài)頻率界限本身隨電動(dòng)積速度而變，并且響應(yīng)于電動(dòng)機(jī)，而變。動(dòng)態(tài) 頻率界限雌實(shí)現(xiàn)為允許開關(guān)頻率的充分減小從而減小功率損耗，同時(shí)保持足 夠高的開關(guān)頻率以在電動(dòng)機(jī)當(dāng)前速度下保持良好的電流控制。而且，動(dòng)態(tài)頻率
界限imitt擇為將噪聲限制于可接受的水平。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在中間速度運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)頻率界限是電動(dòng)機(jī)速度 的函數(shù)，中間速度即位于第HM水平和第二速度水平之間的速度。于是，當(dāng) 電動(dòng)TO度低于第HI度水平時(shí)，動(dòng)態(tài)頻率界限保持在相對(duì)樹氏的規(guī)定的設(shè)定 頻率。
例如，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)頻率界限可以被選擇保持規(guī)定的脈沖比，此 處脈沖比一般被定義為幵關(guān)頻率與基本頻率的比率。因?yàn)榛绢l率與電動(dòng)lHJi度有關(guān)，所以設(shè)置動(dòng)態(tài)界限以保持規(guī)定的脈沖比有效地根據(jù)電動(dòng)機(jī)速度的函數(shù)
確定了動(dòng)態(tài)頻率界限。保持高脈沖比確{，變器44中足夠數(shù)量的周期以,對(duì) 電動(dòng)機(jī)50中的電流的精確控制。因此，動(dòng)態(tài)頻率界限IM來確保當(dāng)電動(dòng)M3I度 增加時(shí)，所述頻率界限也增加以保證保持有效的電動(dòng)機(jī)控制。
另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)纟預(yù)度高于第二速度水平時(shí)所述動(dòng)態(tài)頻率界P艮能被設(shè) 定運(yùn)行在相對(duì)較高的頻率界限。在一個(gè)具體實(shí)施例中，該高頻率界限可以和逆 變 低扭矢￡*平運(yùn)行時(shí)的頻斜目同(例如8kHz)。
如圖4，示出了示范性開關(guān)頻率控制方案的圖示400。在這個(gè)圖中，表示了 在電動(dòng)!HJtt值為100, 200， 400， 600， 800和800轉(zhuǎn)/分時(shí)開關(guān)頻率與扭矩指 令的函數(shù)曲線。當(dāng)?shù)陀诘谝慌ぞ刂祅^ (例如100Nm)時(shí)，不管電動(dòng)m3M如何， 戶艦開關(guān)頻率被保持在預(yù)定最大值(例如，8kHz)。當(dāng)扭矩指令超過第一值時(shí)， 戶腿開關(guān)頻率與扭矩成反比減小同時(shí)保持戶脫開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限。
動(dòng)態(tài)頻率界限本身隨著且響應(yīng)于電動(dòng)機(jī)速度變化。這就使得所示各個(gè)電動(dòng) 豐腿度值的曲線相分離。如圖4，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在中間TO運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)頻率界限是 電動(dòng)機(jī)速度的函數(shù)，中間速叟即位于第HI度水平和第二速度水平之間的速度。 因而，當(dāng)電動(dòng)禾腿度低于第HI度7jC平時(shí)，動(dòng)態(tài)頻率界限被保持在相對(duì)低的規(guī) 定的設(shè)定頻率1 kHz。
如圖5， g了示范性動(dòng)態(tài)頻率界限的圖示500。這是這禾中圖示的一個(gè)示例， 當(dāng)按照函數(shù)關(guān)系使用該圖示來根據(jù)扭矩控制開關(guān)頻率時(shí)，^E產(chǎn)生了圖4中表 示的開關(guān)頻率值。
在圖示500中，開關(guān)頻率的動(dòng)態(tài)頻率界限圖示為電動(dòng)mil度的函數(shù)。招氐 于速度n,(例如100轉(zhuǎn)/分)的低電動(dòng)^1JM時(shí)，開關(guān)頻率的動(dòng)態(tài)頻率界P艮將被 設(shè)定在預(yù)置低設(shè)定頻率(fsw,」im)。這個(gè)水平別被選用來保持有效的控制而避 免過量的噪聲和功率損耗，并且在本實(shí)施例中被設(shè)定為1 kHz。當(dāng)然，這僅僅是 —個(gè)實(shí)施例，并且也可以f頓其它的界限值。
在中間電動(dòng)禾/UM (n,和ri2之間(例如800轉(zhuǎn)/分))時(shí)，逆變器的開關(guān)頻率 將被確定為電動(dòng)機(jī)速度的函數(shù)。在圖示的實(shí)施例中，該函數(shù)被構(gòu)造成在開關(guān)頻 率(fw)和基本頻率(&)之間保持期望的最小脈沖比(N)。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期 間，根據(jù)指令扭矩的函數(shù)來操作逆變器的開關(guān)頻率，當(dāng)指令扭矩增加時(shí)減小開 關(guān)頻率，而且開關(guān)頻率保持高于{ 于電動(dòng)1 度的動(dòng)態(tài)頻率界限。換句話說，渡決定可能的最小開關(guān)頻率，艮口，用扭矩指令在最大頻對(duì)口繊預(yù) 度的最小頻率之間轉(zhuǎn)換實(shí)際開關(guān)頻率。于是，開關(guān)頻率fsw的工作范圍表示為圖 5中高于動(dòng)態(tài)頻率界限fsw一n^和低于最大設(shè)定開關(guān)頻率fsw一max的陰影區(qū)域。應(yīng)該 說明，高預(yù)度H2時(shí)，動(dòng)態(tài)頻率界限f^^和最大頻率fsw，交匯于一點(diǎn)，因此 高于速度n2時(shí)無論扭矩如何電動(dòng)機(jī)將運(yùn)行在最大開關(guān)頻率fsw,。
還應(yīng)該說明,值n,和IT2,頻率值；，和4v—^jm，和動(dòng)態(tài)頻率界限fsw_min 的函數(shù)和/風(fēng)斜率僅僅是示范性的，并且能依賴于本申請(qǐng)的細(xì)節(jié)4頓其它的數(shù)值 和函數(shù)。
確定開關(guān)頻率的技術(shù)的另一示范性示伊m^在等式2中。
如果
否則如果<formula>formula see original document page 13</formula>
其中<formula>formula see original document page 13</formula>(2)
=/ _min_lim在速度n,以下 在n,和ii2之間
=,wmax 在速度n,以上 =選定的常數(shù) ,; =選定的常數(shù)
在等式2中，開關(guān)頻率被確定為指令扭矩m一的函數(shù)而保持高于動(dòng)態(tài)頻率界 限fsw—min。如果所述指令扭矩低于扭矩水平m,，開關(guān)頻率被設(shè)定為最大頻率 fsw，。如果戶服指令扭矩高于扭矢feK平m2，開關(guān)頻率fsw減小至慟態(tài)頻率界限
fsw一min。在中間扭矩值時(shí)，開關(guān)頻率是扭矩和頻率界限的函數(shù)。
等式2的實(shí)施例中也表示了動(dòng)態(tài)頻率界限fsw^本身是電動(dòng)M度的函數(shù)，
在高于n2的皿時(shí)等于C，在低于n!的M時(shí)等于最小值fsw一并且在 中間速度時(shí)被確定為基本頻率t和所需脈沖比N的函數(shù)。
再者，為這些不同參,擇的值將基于特定應(yīng)用的需要M取。例如，為
了延長(zhǎng)設(shè)備的壽命，頻率分布圖可以被選擇使常見工作點(diǎn)的結(jié)溫?cái)[動(dòng)(junctiontemperature swing)最小化。例如，在代表性的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸工作期間，m,可以被
選擇來使fsw保持在其最大值以避免噪聲問題。而且，應(yīng)該說明的是等式2只表
明了用于調(diào)節(jié)作為扭矩函數(shù)(即，反比)的開關(guān)頻率的一個(gè)示范性函數(shù)。但是 也可^ffl替代性的函數(shù)。同樣地，雖然等式2表明在中間速度時(shí)動(dòng)態(tài)頻率界限 fsw一mh確定作為基^^頻率&的線性函數(shù)，但是也可4OT替代性的函數(shù)。
因此這些不同的實(shí)施例提供了一種控制功率逆變器的系統(tǒng)和方法響應(yīng)低 于第一扭矩水平的電動(dòng)機(jī)指令扭矩控制功率逆變器來設(shè)置功率逆變器的開關(guān)頻 率在第一設(shè)定頻率；并且，響應(yīng)第一扭矢g7K平和第二扭矩7乂平之間的電動(dòng)機(jī)指 令扭矩控制功率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定功率逆變器的開關(guān)頻 率，同時(shí)保持戶艦開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限。所述方法減小逆變器在高指令 扭矩時(shí)的開關(guān)頻率，同時(shí)保持開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限以有效控制電動(dòng)機(jī)。 這減少功率損耗并因此提高系統(tǒng)的效率。
雖然在上述詳細(xì)說明中公開了至少一個(gè)示范實(shí)施例，但是可以理解的是存 在有眾多的變型。還應(yīng)當(dāng)理解的是這些示范實(shí)施例只是示例，并且絕不是限制 本發(fā)明的范圍，應(yīng)用或構(gòu)造。相反，，詳細(xì)說明將為本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施這 些示范實(shí)施例提供方便的途徑。應(yīng)該懂得在不脫離所附權(quán)利要求及其合法等同 權(quán)利要求中限定的本發(fā)明范圍的情況下，元件的功能和布置可進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1、一種控制與汽車的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)聯(lián)接的功率逆變器的方法，該方法包括響應(yīng)低于第一扭矩水平的電動(dòng)機(jī)指令扭矩，控制所述功率逆變器將功率逆變器的開關(guān)頻率設(shè)置在第一設(shè)定頻率；并且響應(yīng)第一扭矩水平和第二扭矩水平之間的電動(dòng)機(jī)指令扭矩，控制所述功率逆變器根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保持所述開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限。
2、 根據(jù)權(quán)禾瞎求1戶腿的方法，其中通過以下步翻定動(dòng)態(tài)頻率界限-響應(yīng)第^M水平和第二ffi7jC平之間的電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度，根據(jù)電動(dòng)豐/uM的函數(shù)確定戶;M動(dòng)態(tài)頻率界限；并且響應(yīng)低于第^M水平的電動(dòng)禾腿度，確定戶誠(chéng)動(dòng)態(tài)頻率界限將戶欣動(dòng)態(tài) 頻率界限設(shè)置在第二設(shè)定頻率。
3、 根據(jù)權(quán)禾腰求2戶脫的方法，其中進(jìn)一步艦以下步翻定動(dòng)態(tài)頻率界 限響應(yīng)高于第二ffi水平的電動(dòng)機(jī)速度，確定所述動(dòng)態(tài)頻率界限將所述動(dòng)態(tài) 頻率界限設(shè)置在第一設(shè)定頻率。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中根據(jù)電動(dòng)豐;ui度的函數(shù)確定戶;M動(dòng)態(tài) 頻率界限的步驟包括確定動(dòng)態(tài)頻率界限以保持開關(guān)頻率與電動(dòng)杉謎度的設(shè)定脈 沖比。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1戶M的方法，其中控制所述功率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定所述功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保持所述開關(guān)頻率高于動(dòng) 態(tài)頻率界限的步驟包樹妙艦開關(guān)頻率隨著戶誠(chéng)指令扭矩的增大而減小。
6、根據(jù)權(quán)利要求i戶;M的方法，其中控制戶;M功率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指 令扭矩的函數(shù)確定戶誠(chéng)功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保持戶脫開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限的步驟包括確定開關(guān)頻率為<formula>formula see original document page 2</formula> 其中fsw是開關(guān)頻率，111*是指令扭矩，f諷皿是第一 設(shè)定頻率，fsw^是動(dòng)態(tài)頻率界限，m,是第一扭矢gzK平，并且m2是第二扭矢E;K平。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1戶誠(chéng)的方法，其中戶脫電動(dòng)機(jī)包括正弦繞組式交流(AC) 電動(dòng)機(jī)。
8、 一種控制與汽車的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)聯(lián)接的功率逆變器的方法， 該方駒括響應(yīng)低于第一扭船JC平的電動(dòng)機(jī)指令扭矩，控制戶脫功率逆變器將戶誠(chéng)功 率逆變器的開關(guān)頻率設(shè)置在第一設(shè)定頻率；并且響應(yīng)第一扭矢E/K平和第二扭矩水平之間的電動(dòng)機(jī)指令扭矩，控制戶;M功率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定戶;M功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保 持戶皿開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限，其中BW電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)被選擇為 當(dāng)指令扭矩增大時(shí)減小開關(guān)頻率，并且其中通過以下步驟確定所述動(dòng)態(tài)頻率界限響應(yīng)第一速度水平和第二速度水平之間的電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)a3I度，根據(jù)電動(dòng)豐;iji度的函數(shù)確定所述動(dòng)態(tài)頻率界限以保持電動(dòng)機(jī)開關(guān)頻率與電動(dòng)機(jī)速度的設(shè)定脈沖比；響應(yīng)低于第"Hi度7X平的電動(dòng)豐;uM，確定戶腿動(dòng)態(tài)頻率界限將戶脫動(dòng)態(tài)頻率界限設(shè)定在第二設(shè)定頻率；并且響應(yīng)高于第二速度水平的電動(dòng)機(jī)速度，確定所述動(dòng)態(tài)頻率界限將戶/M動(dòng)態(tài) 頻率界限設(shè)定在第一設(shè)定頻率。
9、根據(jù)權(quán)利要求8戶皿的方法，其中控制戶，功率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指 令扭矩函數(shù)確定所述功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保持所述開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài) 頻率界限的步驟包括確定開關(guān)頻率為<formula>formula see original document page 3</formula>其中fsw是開關(guān)頻率，m'尉旨令扭矩，fs^皿是第一設(shè)定頻率，fswjnin是動(dòng)態(tài)頻率界限，m,是第一扭矢E7K平，并且m2是第二扭^7K平。
10、根據(jù)權(quán)利要求8戶腿的方法，其中戶腿電動(dòng)機(jī)包括正弦^^且式交流(AC) 電動(dòng)機(jī)。
11、 一種汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)；與戶M電動(dòng)機(jī)，的功率逆變器；以及與所述電動(dòng)機(jī)和逆變器聯(lián)接的至少一個(gè)處理器，戶;M至少一個(gè)處理m皮構(gòu)造成響應(yīng)低于第一扭矩7K平的電動(dòng)機(jī)指令扭矩，iif娥制功率逆變器以將功率逆變器的開關(guān)頻率設(shè)置在第一設(shè)定頻率的信號(hào)；響應(yīng)第一扭矩水平和第二扭矩水平之間的電動(dòng)機(jī)指令扭矩，提，制功率 逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保持所 述開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限的信號(hào)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)處理器 還被構(gòu)造成響應(yīng)第HI度7K平和第二速度水平之間的電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)IHJI度，根據(jù)電動(dòng)才iUI度的函數(shù)確定所述動(dòng)態(tài)頻率界限；并且響應(yīng)低于第HM水平的電動(dòng)M^，確定戶脫動(dòng)態(tài)頻率界限以將戶脫動(dòng)態(tài)頻率界限設(shè)置在第二設(shè)定頻率。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12戶，的汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中戶;M至少一個(gè)處理器還被構(gòu)造成為，響應(yīng)高于第二速度水平的電動(dòng)機(jī)速度，確定所述動(dòng)態(tài)頻率界限以將戶;M動(dòng)態(tài)頻率界限設(shè)置，一設(shè)定頻率。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11戶，的汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)處理器被構(gòu)造成根據(jù)電動(dòng)機(jī)速度的函數(shù)確定所述動(dòng)態(tài)頻率界限以保持開關(guān)頻率與電動(dòng)t/lJS度的設(shè)定脈沖比。
15、 根據(jù)權(quán)利要求ll戶腿的汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中當(dāng)指令扭矩增加時(shí)指令扭矩的函數(shù)減小開關(guān)頻率。
16、 根據(jù)權(quán)利要求11戶腿的汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中戶誠(chéng)指令扭矩的函數(shù)包括<formula>formula see original document page 4</formula>其中fsw是開關(guān)頻率，m'是指令扭矩，fsw一皿是第一設(shè)定頻率，fsw—n^是動(dòng)態(tài)頻率界限，m,是第一扭矢E7jC平，并且m2是第二扭，E7乂平。
17、根據(jù)權(quán)利要求11戶腿的汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中戶脫電動(dòng)機(jī)包括正弦繞組式交流(AC)電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的功率逆變器的方法和系統(tǒng)。各種實(shí)施例通過以下步驟控制功率逆變器響應(yīng)低于第一扭矩水平的電動(dòng)機(jī)指令扭矩，控制所述功率逆變器以將該功率逆變器的開關(guān)頻率設(shè)置在第一設(shè)定頻率；并且響應(yīng)第一扭矩水平和第二扭矩水平之間的電動(dòng)機(jī)指令扭矩，控制所述功率逆變器以根據(jù)電動(dòng)機(jī)指令扭矩的函數(shù)確定該功率逆變器的開關(guān)頻率，同時(shí)保持所述開關(guān)頻率高于動(dòng)態(tài)頻率界限。該方法降低了逆變器在高指令扭矩時(shí)的開關(guān)頻率，同時(shí)保持開關(guān)頻率高于有效控制電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)頻率界限。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101420202SQ20081017998
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日
發(fā)明者B·A·維爾奇科, S·E·舒爾茨, S·T·維斯特, S·希蒂 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司