[发明专利]嵌套式电机组件的伺服控制系统的运行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机的伺服控制系统的运行控制方法，尤其涉及 一种用于混合动力汽车的嵌套式电机组件的伺服控制系统的运行控制 方法。

背景技术

由于能源紧缺，油价不断攀升，纯燃油发动机驱动的汽车油耗大、 污染大成为关注焦点，原因与其发动机不便调整工作点、效率低有关， 各国都加快了电动车的研究。

多年的研究发现纯电动车存在很多问题，主要是目前的蓄电池性 能不能满足驱动车辆的要求。蓄电池的能积比与汽油相比相差甚远， 因此纯电动车的续航能力都很有限。此外是充电时间长，转换效率低。 快速充电用时虽短，但蓄电池效率更加降低。特别是蓄电池反复充电 的次数有限，使用时间越长，其容量越低，一般很快就报废了，大量 的废旧电池将又造成环境污染。

目前研究表明油电混合动力车是比较现实可行的节能车，因此研 究的重点转移到油电混合动力车。这种车配备了燃油发动机和蓄电 池，同时还有发电机和电动机。其设计原理是通过发动机、发电机/电 动机、蓄电池参与调节发动机的工作点，使发动机的转速和扭矩匹配 在经济运行区，从而使燃油发动机间歇或持续高效运行以实现消耗等 量燃油获得更大的动能。通常的方法是根据车辆行驶状况的需要，将 燃油发动机产生的机械动能一部分输出给驱动轴、使之获得一定的转 矩和转速，其余的动能则用于驱动发电机发电并存贮于蓄电池，当特 定地段或蓄电池电量饱和时，蓄电池带动电动机驱动车辆行驶。也可 使燃油发动机间歇运行于高效率状态，其动能由发电机转为电能直接 传递给电动机或存储于蓄电池，电动机驱动汽车运行。这样，燃油发 动机的运行效率有所提高。

现有油电混合动力车的动力结构方案有串联式、并联式和串并联 混合式。虽然实现了不同程度的节能，但现有的动力结构均存在一定 的局限性，直接影响整车制造成本和节能效果。目前的油电混合动力 车的动力结构难以满足进一步改进性能和实用的要求。

申请于1997年3月7日并于1999年10月26日授权公告的丰田 公司的美国专利US5973460A描述了一种由离合器电机和辅助电机组 成的双电机结构。该专利文献所采用的第一驱动电路和第二驱动电路 实际为两个变频器。在各自变频器的驱动下，实现启动时有足够输出 但不致损坏电瓶，并且减小电机尺寸的目的。另外，该两个变频器通 过对各自电机的扭矩进行调节，可以调整发动机的工作点，以便实现 经济运行。但该专利在调整扭矩时采用的变频器技术不足以实现精 确、快速调整。特别是在控制离合器电机时，采用了一种可旋转的变 压器结构，以将电能从初级线圈通过电磁感应传送到次级线圈，试图 在向旋转中的电枢绕组提供可靠的电流控制，但变压器的传输能量的 模式决定了该结构不能在离合器电机两个转子之间的相对运动转速比 较低的情况下进行有效的绕组电流控制，既而也就不可能对离合器电 机进行精确的扭矩控制。具体而言，当其内转子和外转子的相对转速 很低时，变压器将工作在频率很低的状态，电磁感应式的变压器在低 频供电的情况下能量传递的效率以及单位体积能传递的能量大小都是 是很低的，尤其是，当其内转子和外转子的相对转速为零时，变压器 的原边和副边都将是直流(即电流交变频率为零)，安装于原边的第 一驱动电路根本无法对变压器次边的电流(即电机绕组的电流)实施 有效的控制，当然也就不能对电机实施有效的扭矩控制，当然也就不 能使得发动机总是工作在最佳效率点。

申请于1997年7月22日并于1999年10月26日公开的日立公 司的欧洲专利申请EP0820894A2也描述了一个类似的结构，采用两个 逆变器(inverter)对电机进行控制，该两个逆变器实际上为两个变频 器。主、辅两台电机连接各自的变频器，在控制单元的控制下，实现 在输入轴与输出轴之间的高效率无级调速和调扭矩；通过无级传动的 齿轮比控制，使得电机系统工作于任意转矩和转速区域。但由于该专 利申请采用的仍是变频器驱动方案，扭矩控制的精度和响应速度大打 折扣。另外，其采用的蓄电池与直流母线直接连接的方案，使蓄电池 的充放电不独立可控。再者，当其输出驱动轴的工作点本来就位于效 率相对较高的三角形区域时，发动机的速度和扭矩追随外负载的变 化，从而不能实现发动机工作点不随外负载影响而稳定工作在最佳效 率曲线上的效果。