CN1618645A - 电动机驱动的四轮驱动车辆的控制装置和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种电动机驱动的4WD车辆的控制装置包括：一个由发动机1驱动的42V交流发电机2，用于产生42伏的三相交流电；一个整流电路14，用于对42V交流发电机2产生的三相交流电进行整流，并将整流后的直流电供给电动机M1，驱动后轮；一个逆变器3，用于将42V交流发电机2产生的电力降压成14伏，并将降压后的交流电变换成直流电；一个14V蓄电池E1，由来自逆变器3的电力对其供电并充电。在该配置中，发电机能用作电动发电机为14V蓄电池E1充电，以及用作电动发电机产生电动机M1的驱动电力，从而简化装置的结构。

Description

电动机驱动的四轮驱动车辆的控制装置和控制方法
发明背景
本发明涉及控制电动机驱动的四轮驱动(4WD)车辆的控制装置和控制方法，其中4WD车辆的前轮和后轮之一由发动机驱动，而其另一由电动机驱动。
如日本公开特许公报平2002-152911或平2002-200932所公开，一种已知的4WD车辆，其前轮由发动机产生的驱动力驱动，电动机由发电机产生的电力带动旋转，其中发电机由发动机带动旋转，而车辆后轮由电动机产生的驱动力驱动。
发明内容
但是在此类传统车辆中，用来驱动后轮的发电机和用来为车辆的电气部件提供电力的发电机是分开的。因此存在的问题是部件的数量增加且车辆的布局受限制。存在的另一问题是车辆的重量和造价提高。
本发明的目的在于解决此类传统问题，且本发明的目的在于提供一种能简化车辆的设计的控制电动机驱动的4WD车辆的控制装置和控制方法。
为实现该目的，本发明提供一种控制电动机驱动的4WD车辆的控制装置和控制方法，其中车辆的前轮和后轮其中之一由发动机驱动，而其另一必要时由电动机驱动，该控制装置包括：一个被发动机驱动的电动发电机，用以产生第一额定电压的第一三相交流电；一个逆变器，用以将电动发电机产生的第一三相交流电降至第二额定电压的第二电力，其中第二额定电压低于第一额定电压；一个整流电路，用以对电动发电机产生的第一三相交流电进行整流，并在整流后将第三额定电压的第三直流电供给电动机；和一个蓄电池，由来自逆变器的第二电力对其进行供电，并可以进行充电。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的电动机驱动的4WD车辆的控制装置的结构框图。
图2是根据本发明实施例的电动机驱动的4WD车辆的控制装置在发动机启动时的工作流程图。
图3是根据本发明实施例的电动机驱动的4WD车辆的控制装置在蓄电池被充电时的工作流程图。
图4是根据本发明实施例的电动机驱动的4WD车辆的控制装置在电动机被驱动时的工作流程图。
图5是根据本发明实施例的电动机驱动的4WD车辆的控制装置用以说明每个单元工作状态的框图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施例。图1为根据本发明一个实施例的电动机驱动的4WD车辆的控制装置的结构框图。该实施例的控制装置控制的车辆设计为用发动机驱动前轮和后轮之一，而用电动机驱动其另一。如图1所示，该控制装置包括：一个发动机1；一个42V的交流发电机(电动发电机(motorgenerator))2，该交流发电机通过皮带连接在发动机1上，并利用发动机1的旋转动力产生第一额定电压(11-42Vrms)的第一三相交流电(最大约4KW)。该控制装置还包括一个14V的蓄电池E1，该蓄电池E1向安装在车辆上的不同电气部件和电动机供电。
该控制装置还包括一个逆变器3。该逆变器3用以将42V交流发电机2输出的第一三相交流电降至第二额定电压(14V)，然后对降压后的电力进行整流，并将充电电力(最大约1KW)供给14V的蓄电池E1，或者是将从14V的蓄电池E1输出的第五额定电压(14V)的第五直流电(最大约1KW)转换成第四额定电压(20Vrms)的第四三相交流电(最大约1KW)，并将第四三相交流电供给42V交流发电机2，或者是升压从14V的蓄电池E1输出的第七额定电压(14V)的第七直流电(最大约1KW)，产生第六额定电压(28V)的第六直流电(最大约1KW)，并将其供给电动机M1。
该控制装置还包括一个整流电路14，该整流电路14对42V交流发电机2产生的第一三相交流电进行整流，并将第三额定电压(16-60V)的第三直流电(最大约4KW)供给电动机M1。
该控制装置还包括一个旋转传感器(转数检测器)10，该旋转传感器检测发动机1的转数；一个发动机控制器12，基于旋转传感器10的检测信号和一个加速度传感器(未示出)的检测信号输出一个点火信号给发动机1，且该发动机控制器12控制喷射阀。该控制装置还包括一个4WD控制器9，用以控制电动机M1的启动，还有一个驱动电路6，用以控制逆变器3和42V交流发电机2的驱动。
该4WD控制器9输入一个轮速传感器(未示出)的检测信号和一个加速度传感器的检测信号，并基于各个检测信号将***整流电路14和电动机M1之间的一个开关SW2(第二开关)在ON(闭合)和OFF(断开)间切换。该4WD控制器9将一个控制信号输出给一个励磁控制单元13，该励磁控制单元13控制电动机M1的励磁电流(流经励磁绕组的电流)，并将该控制信号输出给一个励磁控制单元8，该励磁控制单元8控制42V交流发电机2的励磁电流。
电动机M1的输出轴通过一个差动齿轮4连接在后轮5上。这里后轮5由电动机M1驱动，但是当后轮5由发动机动力驱动时，电动机M1驱动前轮。
逆变器3包括开关元件Tr1至Tr6例如六个IGBT或者MOS-FET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。逆变器3的接地终端连接在14V蓄电池E1的负端子上，并被接地。
14V蓄电池E1的正端子通过一个开关SW1(第一开关)连接在42V交流发电机2的中性点上，该42V交流发电机2具有一个三相励磁绕组。14V蓄电池E1上具有一个电压传感器7，该电压传感器7用以测定14V蓄电池E1的充电电压。
驱动电路6输入一个加速度开关SW3的工作信号、一个电压传感器7的检测信号和一个用以检测42V交流发电机2的旋转位置的位置传感器11的检测信号。根据所接收的检测信号，驱动电路6将一个驱动信号输出给逆变器3的六个开关元件Tr1至Tr6的控制输入端。驱动电路6还将ON/OFF操作的控制信号输出给开关SW1。
通过控制驱动电路6和4WD控制器9使开关SW1为ON(闭合)而开关SW2为OFF(断开)的时候，逆变器3以动力运行方式工作。这样42V交流发电机2可以作为一个电动机，并可以启动发动机1。如果在驱动发动机1的过程中，逆变器3可以再生地工作，那么就可以将14V蓄电池E1充电。在开关SW1为OFF而开关SW2为ON的状态，逆变器3被停止，而42V交流发电机2产生的第一三相交流电由整流电路14整流，从而获得第三直流电。如果将第三直流电供给电动机M1，就可以旋转电动机M1，并驱动车辆的四个车轮。
接着，以下列情况介绍该实施例的电动机驱动的4WD车辆的控制装置的操作过程，即(A)发动机被启动时，(B)14V蓄电池充电时，(C)四个车轮被驱动时。在图5中示出42V交流发电机2、逆变器3、14V蓄电池E1、开关SW1和SW2、以及电动机M1的操作。
(A)发动机被启动时的操作
图2示出发动机被启动时的处理操作的流程图。首先在步骤S1，确定加速度开关SW3是否在ON的状态。如果加速度开关SW3为ON，这就意味着在步骤S1为“是”，那么开关SW1就在步骤S2转换为ON。
接着在步骤S3，励磁控制单元8***作，而42V交流发电机2的励磁绕组被激励。之后在步骤S4，逆变器3以动力运行方式***作，从而将充入14V蓄电池充电E1的第五直流电转换成42V的第四三相交流电，而第四三相交流电被供给42V交流发电机2，从而转动42V交流发电机2。
在此操作下，发动机1旋转，而如果确定发动机1被完全激发并在步骤S5启动，开关SW1在步骤S6转换至OFF，逆变器3的动力运行操作在步骤S7停止，而42V交流发电机2的励磁绕组的激励在步骤S8停止。
以这种方式，42V交流电机2利用充入14V蓄电池充电E1的第五直流电旋转，从而可以启动发动机1。
(B)14V蓄电池充电时的操作
接着，参照附图3中的流程图介绍14V蓄电池充电时的操作。
首先，在步骤S11，基于旋转传感器10的检测结果确定发动机1的转数是否等于或者大于预定转数。如果该转数等于或者大于预定转数，那么就确定四个车轮是否当前被驱动，也就是，电动机M1在步骤S12是否转动。
四个车轮未被驱动时，在步骤13基于电压传感器7所检测的信号判断14V蓄电池E1的充电电压是否达到预定水平。结果，如果判断出充电电压未达到预定水平，开关SW1就在步骤S14转为ON，在步骤S15，42V交流发电机2的磁场由励磁控制单元8来进行控制。在该操作下，42V交流发电机2产生的电力由逆变器3降压并整流，作为第二直流电供给14V蓄电池E1，14V蓄电池E1被充电。
以这种方式，在发动机1的转数等于或者大于预定转数并且四个车轮未被驱动的情况下，可以利用42V交流发电机2产生的电力对14V蓄电池E1进行充电。
(C)四个车轮被驱动时的操作
接下来参照附图4说明当四个车轮被驱动时的操作。首先，在步骤S21，基于轮速传感器和加速度传感器的检测信号判断4WID控制器9是否驱动四个车轮。结果，如果四个车轮被驱动，在步骤S22开关SW1转为OFF，而在步骤S23开关SW2转为ON。在该操作下，整流电路14的输出侧和电动机M1相互电连接在一起，而逆变器3的输出侧和电动机M1也相互电连接在一起。
在该状态下，在步骤S24，基于旋转传感器的检测结果判断发动机1的转数是否等于或者大于预定转数，或者是否该转数小于预定转数。如果该转数等于或者大于预定转数，因为从42V交流发电机2产生的电力可以获得足够的电力来驱动电动机M1，那么在步骤S27从整流电路14得到的第三直流电就被供给电动机M1。
另一方面，如果发动机1的转数小于预定转数，从42V交流发电机2产生的电力不能获得足够的电力来驱动电动机M1。因此，在步骤S25，就利用逆变器3将充入14V蓄电池E1的第七直流电进行升压，而升压后的直流电被作为第六直流电供给电动机M1。也就是说，利用第三直流电和第六直流电来驱动电动机M1，其中第三直流电由整流电路14整流得到，而第六直流电则经过利用逆变器3将充入14V蓄电池E1的第七直流电进行升压而得到。
之后在步骤S26，将一个控制信号输出至励磁控制单元13，调节电动机M1的磁场从而利用从整流电路14获得的第三直流电或者利用从整流电路14和逆变器3获得的直流电来转动电动机M1。这样，后轮5被转动，且四个车轮被驱动。
在根据该实施例的电动机驱动的4WD车辆的控制装置中，当发动机1被驱动时，42V交流发电机2产生的第一三相交流电被整流并降压，对14V蓄电池E1进行充电。当四个车轮将被驱动时，42V交流发电机2产生的第一三相交流电经整流电路14整流后供给电动机M1。因此，发电机即可用于给14V蓄电池E1充电又可用于驱动电动机M1，这样就简化了装置的结构。
也就是，因为电力可以供给电动机和蓄电池，且蓄电池与一个电动发电机(42V交流发电机2)相比具有不同的额定电压，就可以提高布局的自由度，并降低重量和造价。
当要启动发动机1时，充入14V蓄电池E1的电力就经过逆变器3变换成第七直流电。在该操作下，42V交流发电机2就被驱动，这样就启动了发动机1。因此，就不再需要其它启动发动机的电源，可以简化结构。
也就是，当要启动发动机1时，充入蓄电池的电力通过逆变器被变换成第一额定电压的三相交流电，利用该电力，电动发电机被转动，且发动机被启动。因此就不再需要其它启动发动机的电源，可以简化结构。
另外，当驱动四个车轮时，检测发动机1的转数，如果所检测的转数等于或者大于预定转数，就利用整流电路14整流后的第三直流电来转动电动机M1，如果该转数小于预定转数，利用整流电路14整流后的第三直流电和将充入14V蓄电池E1的第七直流电升压得到的第六直流电来转动电动机M1。因此，即使在发动机1的转数较低时，可以供给可靠驱动电动机M1所需的电力，且四个车轮可以平稳驱动。
也就是，当电动机被驱动时，如果转数传感器检测到的发动机转数小于预定转数，就利用整流电路整流后的第三直流电和将充入蓄电池的第七直流电升压得到的第六直流电来对电动机供电。因此，即使在发动机的转数较低时，可以供给驱动马所需的电力，且电动机平稳转动。
再者，因为加速度开关SW3转为ON时可以转动42V交流发电机2并启动发动机1，就可以实现空转停止，并提高燃料的经济性。
也就是，因为检测加速操作的加速度开关SW3转为ON时，启动发动机，因此就可以实现空转停止，并提高燃料的经济性。
另外，通过开关SW1和SW2在ON(闭合)和OFF(断开)之间的切换可以转换发动机1的启动操作、14V蓄电池E1的充电工作和电动机M1的驱动工作。因此，当启动发动机1或者为14V蓄电池E1充电时，如果开关SW2转为OFF，电动机M1和逆变器3就可以可靠地相互分开。当电动机M1被驱动时，14V蓄电池E1和逆变器3也可以可靠地相互分开。因此，就可以阻止错误操作的发生，并提高可操作性。
也就是，当启动发动机或者为蓄电池充电时，电动机和逆变器可以可靠地相互分开，而当电动机被驱动时，蓄电池和逆变器可以通过第一开关和第二开关在关闭状态和断开状态间的切换来实现可靠地相互分开。因此，就可以阻止错误操作的发生，并提高可操作性。
尽管以上参照本发明的一些实施例介绍了本发明，但本发明并不局限于以上所述实施例。本领域普通技术人员根据所述教导可以对上述实施例进行修改和变化。本发明的范围参照以下权利要求进行限制。
申请日为2003年11月14日的专利申请TOKUGAN 2003-384960的整个内容在这里加入作为参考。

Claims (7)

1、一种电动机驱动的4WD车辆的控制装置，该控制装置控制车辆，其中车辆的前轮和后轮之一由发动机驱动，而其另一必要时由电动机驱动，该控制装置包括：
利用发动机的旋转动力产生第一额定电压的第一三相交流电的装置；
将第一三相交流电降至第二额定电压的第二直流电的装置，其中第二额定电压低于第一额定电压；
对第一三相交流电进行整流，并在整流后将第三额定电压的第三直流电供给电动机的装置；以及
由第二直流电对其进行供电，并可以进行充电的装置。
2、一种电动机驱动的4WD车辆的控制装置，该控制装置控制车辆，其中车辆的前轮和后轮之一由发动机驱动，而其另一必要时由电动机驱动，该控制装置包括：
一个由发动机驱动的电动发电机，用以产生第一额定电压的第一三相交流电；
一个逆变器，用以将电动发电机产生的第一三相交流电降至第二额定电压的第二直流电，其中第二额定电压低于第一额定电压；
一个整流电路，用以对电动发电机产生的第一三相交流电进行整流，并在整流后将第三额定电压的第三直流电供给电动机；以及
一个蓄电池，由来自逆变器的第二直流电对其进行供电，并可以进行充电。
3、如权利要求2所述的电动机驱动的4WD车辆的控制装置，其中：
电动发电机具有当电动发电机被发动机驱动时产生第一三相交流电的功能，并且具有当将第四额定电压的第四三相交流电供给电动发电机时作为电动机旋转的功能，逆变器将积聚在蓄电池中的第五额定电压的第五直流电升压至第四三相交流电，电动发电机由第四三相交流电产生驱动力，且发动机由该驱动力启动。
4、如权利要求2所述的电动机驱动的4WD车辆的控制装置，进一步包括：
一个检测发动机转数的转数检测器，其中：
当转数检测器检测的发动机的转数小于预定转数时，利用第三直流电和第六直流电来驱动电动机，其中第三直流电由电动发电机产生并由整流电路整流，而第六直流电通过利用逆变器将充入蓄电池的第七直流电升压而得到。
5、如权利要求2所述的电动机驱动的4WD车辆的控制装置，其中：
当安装在车辆上并检测加速操作的加速度开关接通时，发动机被启动。
6、如权利要求2所述的电动机驱动的4WD车辆的控制装置，进一步包括：
一个第一开关，用于切换逆变器和蓄电池之间的连接状态，和一个第二开关，用以切换整流电路和电动机之间的连接状态，其中：
当要启动发动机时，第一开关闭合而第二开关断开，从而将充入蓄电池的第七直流电供给逆变器；而当要给蓄电池充电时，第一开关闭合而第二开关断开，从而将用逆变器降压并整流的第二直流电供给蓄电池；当要驱动电动机时，第一开关断开而第二开关关闭，从而将经整流电路整流的第三直流电供给电动机。
7、一种控制电动机驱动的4WD车辆的控制方法，该控制装置控制车辆，其中车辆的前轮和后轮之一由发动机驱动，而其另一必要时则由电动机驱动，该控制方法包括以下操作：
利用发动机的旋转动力产生第一额定电压的第一三相交流电；
当要给蓄电池充电时，将第一三相交流电整流为第二额定电压的第二直流电，其中第二额定电压低于第一额定电压，并将第二直流电供给蓄电池，从而给蓄电池充电；以及
当要驱动电动机时，进行控制使得第一三相交流电将其整流为第三额定电压的第三直流电，并将第三直流电供给电动机，从而转动电动机。
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