CN102300743B - 旋转电机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以简单的构成，根据旋转电机的旋转状态确切地抑制转矩波动的旋转电机控制装置。该旋转电机控制装置具备：正负判断部(1)，其判定旋转电机的输出转矩的正负；修正参数设定部(2)，其根据上述输出转矩的正负将相对于正弦波状的波动修正波(NTR6)的基准相位的相位差设定为修正参数，该正弦波状的波动修正波(NTR6)用于降低上述旋转电机的转矩波动；和修正波生成部(3)，其根据修正参数生成波动修正波(NTR6)。

Description

旋转电机控制装置
技术领域
本发明涉及对用于驱动车辆的旋转电机进行驱动控制的旋转电机控制装置。
背景技术
在利用永磁体的电动机中，在产生旋转磁场的线圈中即使在不流过电流的情况下，也残留由永磁体产生的磁通量，在永磁体和线圈的铁芯之间产生转矩波动。日本特开2003-88159号公报(专利文献1)公开有，着眼于转矩波动的频率为电动机的电角度的整数倍，将电动机电角度整数倍的任意频率、任意振幅、任意相位的正弦波作为转矩波动修正量，叠加到转矩指令中，来抑制变动的技术。
专利文献1：日本特开2003-88159号公报
发明内容
由于转矩波动，在理论上作为具有与永磁体的极数和铁芯的凸极数相关的高次谐波成分的波动出现，根据专利文献1所示的技术可以抑制转矩波动。但是，作为电动机的一种的同步电动机中，除了由永磁体的磁场形成的磁链和流经线圈的电流之积产生的磁转矩之外，还有效利用了因自感的位置变换而引起的磁能的变化所产生的磁阻转矩。但是，自感系数是变动的值。例如，在线圈电流根据输出转矩或转速增加而产生了磁性饱和时，自感系数会变动。另外，由于磁阻也随着电动机的转子的旋转角度而改变，自感系数也变动。这也成为高阶谐波成分被叠加到转矩波动的一个主要原因。因此，转矩波动修正量应该根据电动机的旋转状态等适当地设定，如果匹配性差，就会限制对转矩波动的抑制效果。专利文献1中，虽然记载了能够自由地设定作为转矩波动修正量的正弦波，但也未示意具体的决定方法，由于要追求良好的转矩波动抑制效果，对技术要求进一步的改进。
但是，如果考虑自感系数的变动是非线形的，和应用于普通的电动机控制的PWM控制的分辨率，对产生的转矩波动要求严密的修正量来抑制转矩波动是不现实的。因此，要求不必徒劳地增大控制作为旋转电机的电动机的旋转电机控制装置的构成规模，还不必增大运算载荷，就能对应旋转电机的旋转状态等得到适当的转矩波动修正量。
本发明是鉴于上述课题而做成的，其目的在于提供一种可以以简单的构成，按照旋转电机的旋转状态，确切地抑制转矩波动的旋转电机控制装置。
用于实现上述目的的本发明中的旋转电机控制装置是对驱动车辆的旋转电机进行驱动控制的旋转电机控制装置，其特征在于，具备：正负判断部，其判断上述旋转电机的输出转矩的正负；修正参数设定部，其根据上述输出转矩的正负，将针对上述旋转电机的磁极位置的、用于降低上述旋转电机的转矩波动的正弦波状的波动修正波的相位差设定为修正参数；修正波生成部，其根据上述修正参数生成上述波动修正波，使用上述波动修正波对上述旋转电机进行驱动控制。
参照专利文献1，如上所述，通过将与转矩波动对应的正弦波作为转矩波动修正量添加到转矩指令中，可以抑制转矩波动。但是，如果要得到高的抑制效果，就要求转矩波动修正量，如上所述，按照旋转电机的旋转状态来设定。发明者发现将旋转电机用作车辆的驱动源时，由车辆的前进和后退的不同以及牵引和再生的不同而产生的转矩波动也不同。例如，将旋转电机支撑在车体上的支撑部的安装橡胶的特性的偏差，或起因于从旋转电机到车轮的驱动传递系统的结构，有时产生不同特性的转矩波动。如果如本特征构成，根据输出转矩的正负生成不同的相位的波动修正波，能够得到对应所产生的转矩波动的确切的波动修正波。通过使用波动修正波驱动控制旋转电机，能够良好地抑制转矩波动。这样，根据本特征构成，能够提供根据旋转电机的旋转状态可以确切地抑制转矩波动的旋转电机控制装置。并且，输出转矩包括根据旋转电机实际输出的转矩、电流值等推测出的转矩、由上位系统提供的要求转矩等。
另外，本发明的旋转电机控制装置优选具备要求转矩设定部，该要求转矩设定部至少根据加速踏板的操作量决定上述旋转电机的要求转矩，上述旋转电机控制装置根据将上述波动修正波叠加到上述要求转矩后的目标转矩对上述旋转电机进行驱动控制。
由于根据将转矩波动修正波与旋转电机的要求转矩相叠加后的目标转矩控制旋转电机，能够按照驾驶者的要求控制旋转电机的转矩，并且确切地抑制转矩波动。
另外，优选本发明的旋转电机控制装置的上述修正参数设定部，还按照上述输出转矩的正负，设定上述波动修正波的振幅。
转矩波动具有正弦波成分，其成分除了相位之外还存在振幅。由于振幅如文字记载与振动的大小相关，通过对波动修正波设定适当的振幅，能够使旋转电机的转矩波动的大小适当地衰减。如本构成，还根据输出转矩的正负，设定波动修正波的振幅，对于产生的转矩波动，能够得到更好的抑制效果。
另外，本发明中的旋转电机控制装置的上述修正参数设定部，优选是按照上述旋转电机的旋转速度设定上述波动修正波的振幅。
转矩波动给车辆的乘客带来的不舒适感，与车辆的速度，即旋转电机的旋转速度有关系。因此，如果根据旋转电机的旋转速度设定上述波动修正波的振幅，则通过波动修正波的叠加，能够抑制使旋转电机的效率降低的可能性，提高旋转电机的效率。即，能够使转矩波动的降低和抑制旋转电机效率的降低并存。
另外，本发明中的旋转电机控制装置的上述修正参数设定部，优选为在超过限制开始速度且达到被设定为比该限制开始速度大的值的限制速度之前，上述波动修正波的振幅随上述旋转速度的上升而减小；在达到了上述限制速度时，以上述波动修正波的振幅为零的方式限制上述波动修正波的振幅；上述旋转电机的旋转速度为上述限制速度以上时，将上述波动修正波的振幅限制为零。
车辆中的乘客，在车辆的速度低时，即，旋转电机的旋转速度慢的时，容易感觉到由转矩波动引起的不舒适感。因此，如果旋转电机的旋转速度慢时，增大波动修正波的振幅，随旋转速度增加，减小振幅，就能够在抑制由转矩波动产生的不舒适感，且以高的效率使用旋转电机。如果旋转电机的旋转速度变为超过限制速度以上的高速旋转，由转矩波动引起的不舒适感就不成为问题。因此，在在该高速旋转区域，将振幅设为零，以使实际上不叠加波动修正波，能够高效率使用旋转电机。另外，由于旋转速度从限制开始速度上升到限制速度，减小了波动修正波的振幅，转矩波动的修正量不会急剧变化，不会让乘客感觉不舒服。
附图说明
图1是示意地表示包含本发明的旋转电机控制装置的车辆的系统构成一个例子的框图。
图2是示意地表示本发明的旋转电机控制装置的构成的一个例子的框图。
图3是示意地表示转矩波动的谐波成分与波动修正波的关系的波形图。
图4是表示正转矩时的转矩波动的相位和振幅的特性的曲线图。
图5是表示负转矩时的转矩波动的相位和振幅特性的曲线图。
图6是表示生成波动修正波的顺序的一个例子的流程图。
图7是示意地表示正转矩时的波动修正波的波形图。
图8是示意地表示负转矩时的波动修正波的波形图。
图9是限制波动修正波的振幅的速度系数的特性图。
图10是限制波动修正波的振幅的转矩系数的特性图。
具体实施方式
以下，根据附图，以控制构成混合动力汽车或电动汽车等车辆的驱动源的电动机(旋转电机)的控制装置为例，对本发明中的旋转电机控制装置的实施方式进行说明。图1是示意地表示包含这样的电动机M的控制装置(旋转电机控制装置)100的车辆的系统构成的一个例子的框图。电动机M经由逆变器57与没有图示的蓄电池，或没有图示的用于升高蓄电池的输出电压的变换器等电连接，接受电力的供给产生驱动力。逆变器57构成具有多个开关元件。开关元件最好应用IGBT(insulated gate bipolar transistor)或MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)。下面，以使用IGBT作为开关元件的情况为例进行说明。
逆变器57，众所周知由三相桥式电路构成。在逆变器57的输入正极侧和输入负极侧之间串联地连接有2个IGBT，这种串联电路被并联连接了3路。即，每个对应电动机M的u相、v相、w相的定子线圈Mu、Mv、Mw，构成一组串联电路对应的桥式电路。各相的上段侧IGBT的集电极被连接在逆变器57的输入正极侧上，发射极被连接在各相的下段部侧的IGBT的集电极。另外，各相的下段侧的IGBT的发射极被连接在逆变器57的输入负极侧(例如，接地)上。由配成对的各相的IGBT形成的串联电路的中点，即，IGBT的连接点分别被连接在电动机M的定子线圈Mu、Mv、Mw。
并且，IGBT上分别并联地连接有续流二极管(再生二极管)。续流二极管以负极端子与IGBT的集电极端子相连接，阳极端子与IGBT的发射极端子相连接的形式，相对于IGBT并联地连接。各IGBT的栅极经由驱动电路55与ECU(electronic control unit)50相连接，分别单独地被开关控制。在本实施方式中，为了与其他的ECU区别，将ECU50称为TCU(trans-axlecontrol unit)50。
TCU50构成将微型计算机等逻辑电路作为核心。在本实施方式中，TCU50构成具有微型计算机中的CPU(central processing unit)51、接口电路52和其他的周围电路等。接口电路51由抗电磁干扰(EMI：electro-magnetic interference)对策部件和缓冲电路等构成。CPU51构成相当于本发明的旋转电机控制装置的控制装置100。由于输入到开关高电压的IGBT或MOSFET的栅极中的驱动信号，需要比微型计算机等一般的电子电路的驱动电压高的电压，经由驱动电路55升压后，被输入到逆变器57中。
CPU51的构成至少具有：CPU内核11、程序存储器12、参数存储器13、工作存储器14、通信控制部15、A/D转换器16、计时器17和端口18。CPU内核11是CPU51的核心，构成有指令寄存器或指令解码器、成为各种计算的执行主体的ALU(arithmetic logic unit)、标志寄存器、通用寄存器和中断控制器等。程序存储器12是存储电动机控制程序(旋转电机控制程序)的非易失性存储器。参数存储器13是存储程序执行时参照的各种参数的非易失性存储器。参数存储器13也可以不与程序存储器12区分来构筑。程序存储器12和参数存储器13最好由例如闪存存储器等构成。工作存储器14是暂时存储程序执行中的暂时数据的存储器。工作存储器14，对易失性没有要求，由可以高速读写数据的DRAM(dynamic RAM)或SRAM(static RAM)构成。
通信控制部15控制与车辆内的其他系统之间的通信。在本实施方式中，通过车辆内的CAN(controller area network)80，控制与行驶控制系统60和其他系统、传感器等的通信。A/D转换器16，将模拟信号的电信号转换为数字数据。在本实施方式中，从电流传感器58接收流经电动机M的各定子线圈Mu、Mv、Mw的电动机电流Iu、Iv、Iw的检测结果，转换为数字值。并且，由于u相、v相、w相三相保持平衡，其瞬时值为零，所以只检测两相的电流，剩余1相也可以在CPU51由计算求出。在本实施方式中，例示了三相全部被检测的情况。另外，在本例中，图示了A/D转换器16具有3个模拟输入的情况，这是用于表示测量三相电流的，未必需要具有3个输入。例如，也可以接口电路52具备多路转换器，通过分时从1个模拟输入获得模拟信号的电流值。
计时器17以CPU51的时钟频率周期为最小分辨率测量时间。例如，计时器17监视程序的执行周期，通知CPU内核11的中断控制器。另外，计时器17，测量驱动IGBT的栅极驱动信号(pu、nu、pv、nv、pw、nw)的有效时间，生成该栅极驱动信号。
端口18是通过CPU51的端子输出逆变器57的IGBT的栅极驱动信号等，或接收输入到CPU51中的来自旋转检测传感器59的旋转检测信号R的端子控制部。旋转检测传感器59是设置在电动机M附近检测电动机M的转子的旋转位置或旋转速度的传感器，例如，可以使用旋转变压器等构成。
如上所述，CPU51通过车内网络CAN80与各种系统和传感器可以通信地连接。CPU51除了与行驶控制系统60连接之外，还与制动系统61和助力转向装置系统63相连接。这些系统，与电动机M的控制装置100一样，构成为以CPU等电子电路为核心，与TCU50一样，与周边电路一起构成为ECU(electronic control unit)。
制动系统61是具有由制动传感器72检测由驾驶者操作的刹车踏板操作量，通过执行机构71对车辆施加制动力，使制动器力增强的制动助力器等的电动制动系统。助力转向装置系统63是例如，由转向传感器74检测由驾驶者操作的方向盘的操作量，由执行机构73追加助力转矩的电动助力转向装置(EPS：electric power steering)系统。
车轮转速传感器75是检测车辆车轮的旋转量或每单位时间内的转速的传感器。制动系统61，在抑制制动器的锁死的ABS(anti lock brakingsystem)，或抑制转向时车辆的横向滑动的横向滑动防止装置(ESC：electronic stability control)时，根据通过CAN80接收的车轮转速传感器75的检测结果执行各种控制。例如，根据左右车轮的旋转差等判断制动器的锁死或车轮的空转、横向滑动的征兆等，执行与判定结果相对应的控制。因此，有时制动系统61也具备车轮转速传感器75。
加速踏板传感器76是检测由驾驶者对加速踏板的操作量的传感器。变速杆传感器77是检测变速杆位置的传感器或者开关。行驶控制系统60，制动传感器72，根据由加速踏板传感器76、变速杆传感器77、车轮转速传感器75等检测的结果，计算电动机M的要求转矩Tr。例如，如果以由变速杆传感器77检测到变速杆被设定为“驱动”状态下，加速踏板被踏下，行驶控制系统60计算正值的要求转矩Tr(输出转矩)。一方，在刹车踏板被踏下时，或者，在由变速杆传感器77检测到变速杆被设定为“倒车档”的状态下，加速踏板被踏下时，行驶控制系统60计算负值的要求转矩Tr。该要求转矩Tr，通过CAN80被传输到CPU51，由CPU51的通信控制部15接收。行驶控制系统60起到作为至少根据加速踏板的操作量确定电动机M的要求转矩Tr的要求转矩设定部的机能。
在本实施方式中，电动机M的控制装置100构成以CPU51作为核心。即，通过以CPU内核11为主，也包含工作存储器14和计时器17等的硬件，与存储在程序存储器12或参数存储器13中的程序和参数等软件协作，构成控制装置100。但是，控制装置100的实施实施方式，并不局限于这样的硬件和软件的协作，也可以使用ASIC(application specific integratedcircuit)等仅由硬件构成。
图2是示意地表示电动机M的控制装置100功能性构成的一个例子的框图。该图所示的各功能部，当然，既可以只由硬件构成，也可以由硬件和软件协作构成。各功能部，并不局限于其实施实施方式，只要能实现其功能就可以。如图2所示，控制装置100构成为具有：转矩控制部10、电流控制部20、电压控制部30和旋转状态计算部40。
作为控制交流电动机的方法，众所周知有被称为矢量控制(fieldoriented control：FOC)的控制方法。在矢量控制中，将流经交流电动机的三相各自的定子线圈的线圈电流进行坐标变换，变换为配置在转子中的永磁体产生的磁场的方向即d轴和与d轴正交的q轴的矢量成分，进行反馈控制。在本例中也采用该矢量控制。
在矢量控制中的坐标转换时，需要实时了解电动机M的旋转状态。因此，如图1所示，在电动机M的附近具备旋转变压器等旋转检测传感器59。其检测结果，如上所述，通过CPU51的端口18，传输到CPU内核11内的寄存器或工作存储器14。设置在控制装置100中的旋转状态计算部40，根据旋转检测传感器59的检测结果R，求出转子位置(电角度θ)或旋转速度(角速度ω)。求得的电角度θ或角速度ω被用于转矩控制部10或电流控制部20或电压控制部30。在旋转变压器等旋转检测传感器59以控制装置100可以用于计算的方式提供转子位置或旋转速度的信息时，控制装置100也可以不设置旋转状态计算部40。
转矩控制部10是根据要求转矩Tr(转矩指令Ti)设定用于电流反馈控制的目标电流(电流指令)id、iq的功能部。目标电流id、iq对应上述的d轴和q轴进行设定。因此，转矩控制部10构成为具有两相转换部6，该两相转换部6根据由旋转状态计算部40求得的电角度θ，将转矩指令Ti坐标转换为d轴的目标电流id和q轴的目标电流iq。通常，要求转矩Tr与转矩指令Ti相同。但是，在本实施方式中，为了抑制转矩波动，具备对要求转矩Tr附加波动修正波NTR6生成目标转矩To的叠加部5。目标转矩To变为构成两相转换部6的输入的转矩指令Ti。因此，也可以说叠加部5起到作为设定目标转矩To的目标转矩设定部的机能。波动修正波NTR6及其生成方法在后面进行描述。
电流控制部20是根据目标电流id、iq和反馈的电动机电流的偏差，进行例如比例积分控制(PI控制)或比例微分积分控制(PID控制)，设定目标电压(电压指令)vd、vq的功能部。这里，例示了进行比例微分积分控制(PID控制)的情况，电流控制部20构成为具有PID控制部21和两相转换部22。由于电流传感器58检测到的电流值是三相电流Iu、Iv、Iw，两相转换部22根据由旋转状态计算部40求出的电角度θ，坐标变换为两相电流Id、Iq。PID控制部21，根据目标电流id、iq和两相电动机电流Id、Iq的偏差，以及，由旋转状态计算部40求出的角速度ω，进行PID控制，设定目标电压vd、vq。
电压控制部30根据目标电压vd、vq，生成驱动逆变器57的三相IGBT的栅极驱动信号pu、nu、pv、nv、pw、nw。电压控制部30构成为具有三相转换部31和PWM控制部32。由于逆变器57对应电动机M的三相定子线圈Mu、Mv、Mw设置三相，两相的目标电压vd、vq，能够根据旋转状态计算部40求得的电角度θ，被坐标转换为三相目标电压vu、vv、vw。PWM控制部32对逆变器57的IGBT进行PWM(pulse widthmodulation)控制。
具体地说，各相由上段侧、下段侧两段的IGBT构成，三相共计6段，PWM控制部32生成分别控制上述构成的各段的IGBT的栅极的6个栅极驱动信号pu、nu、pv、nv、pw、nw。栅极驱动信号pu、nu、pv、nv、pw、nw依次相当于u相上段、u相下段、v相上段、v相下段、w相上段、w相下段的IGBT的栅极驱动信号。由CPU51的计时器17测量各栅极驱动信号的有效时间，通过端口18输出脉冲状的栅极驱动信号pu、nu、pv、nv、pw、nw。
但是，如上所述，在利用永磁体的电动机中，即使没有电流流过产生旋转磁场的线圈的情况下也残留由永磁体产生的磁通量，在永磁体和线圈的铁芯之间产生转矩波动。转矩波动具有驱动电动机的三相交流的基波成分的谐波成分。该谐波成分的次数与永磁体的极数和铁芯的凸极数相关。通常的三相交流电动机的情况，大多每一极的槽数为6，影响大的谐波大多是6次谐波。例如，在转子旋转1/4(机械角90°)，电角度变为360°的电动机中，极数为8，槽数大多为48，此时影响大的谐波也成为6次谐波。
图3表示由发明者对转矩波动的谐波成分进行FFT(fast Fouriertransform)分析和FEM(finite element method)分析的波形。在图3中，横轴为相位，挑选相当于驱动电动机M的交流基波的电角度的0～60°的期间。将电角度0°的时刻作为基准相位。图3所示的波形TR表示转矩波动。该例子中的理想的转矩为100[Nm]的稳态值，转矩波动TR作为交流成分，对该转矩进行叠加。由图3可知，转矩波动TR是由各种成分的高阶谐波合成的波形。由FFT分析、FEM分析，分离出转矩波动TR的最大的频率成分即6次谐波成分的波形，为图3所示的波形TR6。
由于波形TR6是基波的6次谐波，在交流基波的电角度0～60°的范围包含完整的1周期。但是，其相位滞后例如交流基波电角度为0°的基准相位240°(或者，超前120°。)。另外，由于其振幅为105[Nm]，相对于恒定值100[Nm]，增加了恒定值的5％。为了消除该转矩波动TR的6次谐波成分TR6，如图3所示，也可以使用逆相位的正弦波。相对于转矩波动TR的6次谐波成分TR6，逆相位的正弦波称为波动修正波NTR6。由于波动修正波NTR6是转矩波动TR的6次谐波成分TR6的逆相位，比交流基波的电角度为0°的基准相位滞后60°(或者，超前300°。)。另外，波动修正波NTR6，相对于转矩波动TR的6次谐波成分TR6，最好是逆相位且同一振幅的正弦波。通过对转矩波动TR施加波动修正波NTR6，能够消去转矩波动TR的6次谐波成分TR6。并且，基准相位并不局限于本例子，也可以设定为其他相位。
如使用图3说明的，只要生成被定义了相位和振幅的波动修正波NTR6，叠加到要求转矩Tr上，就能够抵消产生的转矩波动TR的6次谐波成分TR6，可以抑制电动机M的波动。只要生成在图2所示的修正波计算部4中被定义了相位和振幅的波动修正波NTR6，在叠加部5中将波动修正波NTR6叠加到要求转矩Tr中，就能设定最佳的目标转矩To。
但是，根据发明者的实验发现，电动机M作为车辆的驱动源的电动机时，在输出正转矩时和输出负转矩时，转矩波动TR的特性不同。图4是表示车辆前进时等的电动机M输出正转矩时的转矩波动TR的6次谐波成分TR6的相位和振幅特性的曲线图。图5是表示车辆后退时或进行再生制动时等的电动机M输出负转矩时的转矩波动TR的6次谐波成分TR6的相位和振幅特性的曲线图。在这些曲线图中，横轴是转矩的绝对值，左侧的纵轴是表示相对于振幅的绝对值和恒定值的比例(百分率)的振幅比，右侧的纵轴是相位。
如图4和图5所示，相对于基准相位的转矩波动TR的6次谐波成分TR6的相位差，与转矩的绝对值无关，都大致稳定。但是，相对于正转矩时的相位差为110°～135°左右，负转矩时的相位差为-108～-138°的不同值。
另一方面，如图4和图5所示，转矩波动TR的6次谐波成分TR6的振幅随转矩的绝对值变大。由于转矩波动TR的产生，对乘坐车辆的驾驶者或同乘者产生的体感，相对于恒定值的比例比转矩波动TR(TR6)的振幅的绝对值有更强的关系。因此，关注相对于转矩波动TR(TR6)的恒定值的振幅比例(振幅比)最大的转矩。如图4所示，在正转矩时，转矩的绝对值为30[Nm]时，振幅比达到最大。另外，如图5所示，负转矩时，转矩的绝对值为60[Nm]时，振幅比达到最大。这样，电动机M的转矩为正转矩时和为负转矩时，相对于转矩波动TR(TR6)的恒定值的振幅的比例(振幅比)最大的转矩不同。
这样，可以看出在电动机M输出正转矩时和输出负转矩时，转矩波动TR的特性不同。因此，控制装置100根据要求转矩Tr的正负，对生成波动修正波NTR6时的相位和振幅进行设定。具体地说，如图2所示，转矩控制部10的修正波计算部4构成为具有正负判断部1、修正参数设定部2和修正波生成部3。正负判断部1是判断要求转矩Tr(输出转矩)正负的功能部。修正参数设定部2是根据要求转矩Tr(输出转矩)的正负，将相对于基准相位的波动修正波的相位差设定为修正参数的功能部。修正参数设定部2构成为具备选择正转矩参数2p和负转矩参数2n的选择开关2s。根据正负判断部1的判定结果，控制选择开关2s，正转矩参数2p或者负转矩参数2n被设定为修正参数2h。修正波生成部3根据修正参数2h生成波动修正波NTR6。
如上所述，参照图4，电动机M输出正转矩时，转矩的绝对值为30[Nm]时，振幅比达到最大的5.2％。此时，振幅的绝对值为1.5[Nm]，相位差为120°。振幅比5.2％成为与振幅相关的修正参数(振幅参数)A。由于波动修正波NTR6是转矩波动TR的6次谐波成分TR6的反转，由下式(1)求出的值成为与相位差相关的修正参数(相位差参数)φ。
φ＝120-180＝-60[°]…(1)
如上所述，参照图5，电动机M输出负转矩时，转矩的绝对值为60[Nm]时，振幅比达到最大5.0％。此时，振幅的绝对值为3.0[Nm]，相位差为-110°。振幅比5.0％成为与振幅相关的修正参数(振幅参数)A。波动修正波NTR6是转矩波动TR的6次谐波成分TR6的反转，但是，由于转矩的符号为负，能够自动反转。因此，上述相位差-110°变为修正参数(相位差参数)φ。
并且，在本实施方式中，例示了根据转矩的正负，分别各选择一个修正参数的情况，但是并不局限于此，也可以对正负分别设定多个修正参数。例如，也可以根据转矩的绝对值，设定多个修正参数。
以下，使用图6的流程图，对波动修正波NTR6的生成顺序进行说明。如上所述，从行驶控制系统60接收到要求转矩Tr的CPU51，将要求转矩Tr暂时存储在CPU内核11的通用寄存器或工作存储器14等工作区域中。并且，CPU内核11，参照工作区域执行判断针对电动机M的要求转矩Tr的正负的正负判定功能(正负判定步骤#1)。
接着，CPU内核11执行，根据要求转矩Tr的正负，将相对于基准相位的波动修正波NTR6的相位差设定作为修正参数(相位差参数φ)2h的修正参数设定功能(修正参数设定步骤#2和#3)。并且，修正参数设定功能也可以包含设定用于定义波动修正波NTR6的振幅的修正参数(振幅参数A)2h的功能。要求转矩Tr为正值时，CPU内核11从参数存储器13读出正转矩用的修正参数2p，暂时存储在工作区域中(正转矩用的修正参数设定步骤#2)。正转矩用的修正参数2p，如上所述，相位差参数φ为“-60°”，振幅参数A为“5.2％”。
接着，CPU内核11，根据设定的修正参数2h(φ，A)，计算下式(2)，执行生成波动修正波NTR6的修正波生成功能(修正波生成步骤#4)。
NTR6＝A·Tr·sin(6θ+φ)＝0.052Tr·sin(6θ-60)…(2)
由此，如图7所示，生成正转矩时的波动修正波NTR6。图7的上图表示，横轴是时间，纵轴是驱动电动机M的交流基波的电角度θ(磁极位置)。图7表示大致电角度θ的1周期。图7的下图表示转矩波动的6次谐波成分TR6和与其对应的波动修正波NTR6。生成正弦波作为波动修正波NTR6，上述正弦波将电角度θ为零的时刻作为基准相位，作为6次谐波成分的相位滞后60°相位，具有要求转矩Tr的5.2％振幅。这是转矩波动的6次谐波成分TR6的逆相位的正弦波，通过根据波动修正波NTR6被叠加到要求转矩Tr上的目标转矩To，执行上述的电动机控制计算，能够抑制转矩波动TR。
要求转矩Tr为负的值时，CPU内核11从参数存储器13中读出负转矩用的修正参数2n，暂时存储在工作区域中(负转矩用的修正参数设定步骤#3)。负转矩用的修正参数2n，如上所述，相位差参数φ为“-110°”，振幅参数A为“5.0％”。CPU内核11，根据设定的修正参数2h(φ，A)，计算下式(3)，执行生成波动修正波NTR6的修正波生成功能(修正波生成步骤#4)。
NTR6＝A·Tr·sin(6θ+φ)＝0.050Tr·sin(6θ-110)…(3)
由此，如图8所示，生成负转矩时的波动修正波NTR6。图8的上图，与图7一样，横轴是时间，纵轴表示驱动电动机M的交流基波的电角度θ(磁极位置)。但是，时间轴的进行方向与图7相反。图8也和图7一样，表示大致电角度θ的1周期。图8的下图表示转矩波动的6次谐波成分TR6和与其相对的波动修正波NTR6。生成正弦波作为波动修正波NTR6，上述正弦波将电角度θ为零的时刻作为基准相位，作为6次谐波成分的相位滞后112°相位，具有要求转矩Tr的5.0％振幅。这是转矩波动的6次谐波成分TR6的逆相位的正弦波，通过根据将波动修正波NTR6叠加到要求转矩Tr后的目标转矩To，执行上述的电动机控制计算，能够抑制转矩波动TR。
并且，由发明者的实验知转矩波动Tr根据电动机M的转速对乘员的影响不同。因此，修正参数设定部2还可以根据电动机M的旋转速度设定波动修正波NTR6的振幅。作为一个实施方式，如图2所示，修正参数设定部2具备转速滤波器2r，可以将与电动机M的转速(角速度ω)相对应的速度系数kr设定为修正参数。转速滤波器2r最好构成为将例如，电动机M的转速(角速度ω)作为参量的表格，存储在参数存储器13中。速度系数kr被包含在修正参数中时，修正波生成部3由下式(4)生成波动修正波NTR6。
NTR6＝kr·A·Tr·sin(6θ+φ)…(4)
另外，转速滤波器2r最好构成为具有图9所示的特性。如图9所示，曲线图的纵轴为速度系数kr，横轴为电动机M的旋转速度的绝对值。电动机M的旋转速度为规定的限制开始速度S1以下时，不限制波动修正波NTR6的振幅。电动机M的旋转速度超过规定的限制开始速度S1，随旋转速度上升而减小波动修正波NTR6的振幅，达到比限制开始速度S1高的限制速度S2时，对波动修正波NTR6的振幅进行限制，使波动修正波NTR6的振幅变为零。并且，限制速度S2以上时，将波动修正波NTR6的振幅限制为零。
由发明者的实验知转矩波动Tr，随电动机M的转速上升，对乘员的影响减少，即，乘员难以感觉到转矩波动Tr的产生。因此，最好是电动机M的旋转速度在限制开始速度S1以下，将波动修正波NTR6以100％的振幅叠加到要求转矩Tr上，超过限制开始速度S1后，逐渐地减小波动修正波NTR6的振幅，超过限制速度S2后，将波动修正波NTR6的振幅设为零，去掉波动修正波NTR6向要求转矩Tr的叠加。通过设置这样的转速滤波器2r，在低速度旋转时能够良好地抑制转矩波动Tr，在高速旋转时可以不必施加不需要的转矩指令，实现高效率的控制。另外，由于速度系数kr根据旋转速度逐渐地改变，波动修正波NTR6的振幅不会急剧地变化，因此也不会对乘员带来不舒适感。
修正参数设定部2，还可以根据电动机M的要求转矩Tr设定波动修正波NTR6的振幅。即，修正参数设定部2也可以具备没有图示的转矩滤波器，与要求转矩Tr相对应的转矩系数kt被设定为修正参数2h。转矩系数kt被包含在修正参数中时，修正波生成部3根据下式(5)生成波动修正波NTR6。
NTR6＝kt·kr·A·Tr·sin(6θ+φ)…(5)
转矩滤波器，最好与转速滤波器2r一样，构成为具有图10所示的特性。图10所示的曲线图的纵轴为转矩系数kt，横轴为要求转矩的绝对值。电动机M的要求转矩Tr为规定的限定开始转矩T1以下时，不限制波动修正波NTR6的振幅。要求转矩Tr超过规定的限定开始转矩T1，随着要求转矩Tr上升减小波动修正波NTR6的振幅，等于比限定开始转矩T1大的限定转矩T2时，限制波动修正波NTR6的振幅，以使波动修正波NTR6的振幅变为零。并且，限定转矩T2以上时，将波动修正波NTR6的振幅限制为零。
要求转矩Tr处于电动机M的限定转矩T2的附近时，如果波动修正波NTR6被叠加到要求转矩Tr中，目标转矩To的瞬时值有可能达到限定转矩T2，或超过限定转矩T2。由此，如果对目标转矩To或目标电流id、iq加上限制，即可能通过该限制产生不同的波动。因此，最好将不会使波动修正波NTR6的瞬时值充分地达到限定转矩的振幅中心作为限定转矩T2，在达到限定转矩T2之前，从限定开始转矩T1开始逐渐地减少波动修正波NTR6的振幅。电动机M的要求转矩Tr在限定开始转矩T1以下，波动修正波NTR6以100％的振幅被叠加到要求转矩Tr。由于转矩系数kt根据要求转矩Tr逐渐地改变，不会急剧地改变波动修正波NTR6的振幅，因此也不会对乘员带来不舒适感。
并且，在本发明中，根据要求转矩Tr的正负设定修正参数。由于修正参数中也包含相位差φ，在要求转矩Tr为正的情况和负的情况中，波动修正波NTR6成为差异大的波形。例如，在要求转矩Tr的正负急剧反转时，波动修正波NTR6变大，有可能对乘员带来不舒适感。因此，在包含这样的正负的判定的控制中，常常被设定延迟器。但是，以下根据说明的理由，在本发明中，是不需要延迟器的设定。因此，能够简洁地构成控制装置100，另外，即使对于要求转矩Tr的正负的变化也能够迅速地跟踪。
举1个实用的数值为例进行验证，实际转矩相对于要求转矩Tr之差即转矩精度为大约±1.5[Nm]。即，有可能产生转矩的正负反转的区域，可以说是要求转矩Tr±1.5[Nm]的范围。但是，由于存在±5[Nm]左右的车辆的行驶阻力，在要求转矩Tr±1.5[Nm]的范围内，车辆为停止状态。因此，由于实际上也起到滞后车辆停止的状态的作用，判断要求转矩Tr的正负的正负判断部1不需要设定延迟器来进行判定。其结果，能够构筑非常简洁的系统。
(其他实施方式)
如图2所示，在上述实施方式中，以根据要求转矩Tr，判断转矩的正负的情况为例进行了说明。但是，转矩的正负的判定，也可以是根据电动机M实际输出的转矩、电流值等推测的转矩。这些转矩和要求转矩Tr相当于本发明的输出转矩。
另外，同样，如图2所示，在上述实施方式中，对要求转矩Tr叠加波动修正波NTR6的情况为例进行了说明。但是，并不局限于此，也可以对根据要求转矩Tr(转矩指令)计算的电流指令进行叠加。
产业上应用的可能性
本发明能够将根据目标转矩和旋转速度驱动控制混合动力汽车或电动汽车等驱动车辆的电动机(旋转电机)应用于旋转电机控制装置。
图中符号说明：
1-正负判断部，
2-修正参数设定部，
3-修正波生成部，
5-目标转矩设定部，
60-行驶控制系统(要求转矩设定部)，
100-电动机的控制装置(旋转电机控制装置)，
M-电动机(旋转电机)，
NTR6-波动修正波，
S1-限制开始速度，
S2-限制速度，
To-目标转矩，
Tr-要求转矩(输出转矩)，
TR-转矩波动，
φ-波动修正波的相位差，
ω-角速度(旋转速度)。

Claims (5)

1.一种旋转电机控制装置，是对驱动车辆的旋转电机进行驱动控制的旋转电机控制装置，具备：
正负判断部，其判断上述旋转电机的输出转矩的正负；
修正参数设定部，其根据上述输出转矩的正负，将针对上述旋转电机的磁极位置的、用于降低上述旋转电机的转矩波动的正弦波状的波动修正波的相位差设定为修正参数；及
修正波生成部，其根据上述修正参数生成上述波动修正波，
上述旋转电机控制装置使用上述波动修正波对上述旋转电机进行驱动控制。
2.根据权利要求1所述的旋转电机控制装置，其特征在于，
具备要求转矩设定部，该要求转矩设定部至少根据加速踏板的操作量决定上述旋转电机的要求转矩，
上述旋转电机控制装置根据将上述波动修正波叠加到上述要求转矩后的目标转矩对上述旋转电机进行驱动控制。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机控制装置，其特征在于，
上述修正参数设定部还按照上述输出转矩的正负设定上述波动修正波的振幅。
4.根据权利要求1或2所述的旋转电机控制装置，其特征在于，
上述修正参数设定部按照上述旋转电机的旋转速度设定上述波动修正波的振幅。
5.根据权利要求4所述的旋转电机控制装置，其特征在于，
上述修正参数设定部，在超过限制开始速度且达到被设定为比该限制开始速度大的值的限制速度之前，上述波动修正波的振幅随上述旋转速度的上升而减小；在达到了上述限制速度时，以上述波动修正波的振幅为零的方式限制上述波动修正波的振幅；上述旋转电机的旋转速度为上述限制速度以上时，将上述波动修正波的振幅限制为零。
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