DE102005041360A1

DE102005041360A1 - Motorantriebssteuerungsgerät, Motorantriebssteuerungsverfahren und zugehöriges Programm

Info

Publication number: DE102005041360A1
Application number: DE102005041360A
Authority: DE
Inventors: Zhiqian Anjo Chen; Isao Anjo Fujiwara
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2006-03-23
Also published as: CN1744427A; JP2006074899A; JP4539239B2; US7339333B2; US20060043919A1; CN100448161C

Abstract

Ein Mehrzweckvergleicher kann als Vergleichsverarbeitungsmodul verwendet werden, wodurch die Kosten für ein Motorantriebssteuerungsgerät verringert werden können. Das Gerät weist auf: eine elektrische Maschine (31), ein Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul (22), ein Mustererzeugungsverarbeitungsmodul (72), ein Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul (62), das auf der Grundlage eines Impulsmusters einen Schaltwinkel berechnet, zu dem ein Schalten in einer nächsten Steuerungsperiode ausgeführt wird, ein Vergleichsverarbeitungsmodul (88), das die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel zur Erzeugung eines Vergleichssignals vergleicht, und ein Ein-Aus-Ausgangsverarbeitungsmodul (89), das ein PWM-Signal auf der Grundlage des das Vergleichsergebnis angebenden Vergleichssignals erzeugt. In diesem Fall kann ein Mehrzweckvergleicher als Vergleichsverarbeitungsmodul verwendet werden, da die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel verglichen wird, um das PWM-Signal auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorantriebssteuerungsgerät, ein Motorantriebssteuerungsverfahren und ein zugehöriges Programm.
Herkömmlich ist an einem als elektrische Maschine angeordneten Antriebsmotor oder Generator ein Rotor drehbar angeordnet, der ein Magnetpolpaar aufweist, das aus Nord- und Südpolpermanentmagneten gebildet ist, und ein Stator in radialer Richtung außerhalb des Rotors angeordnet, der U-Phasen-Statorspulen, V-Phasen-Statorspulen und W-Phasen-Statorspulen aufweist.
Es gibt ein Motorantriebsgerät, das den Antriebsmotor oder den Generator zur Erzeugung eines Antriebsmotordrehmoments, das Drehmoment des Antriebsmotors ist, oder eines Generatordrehmoments antreibt, das das Drehmoment des Generators ist, wobei ein Motorantriebssteuerungsgerät zur Steuerung des Motorantriebsgeräts angeordnet ist. Das Motorantriebssteuerungsgerät weist eine Antriebsmotorsteuerungseinheit, die den Antriebsmotor antreibt, und eine Generatorsteuerungseinheit, die den Generator antreibt, als elektrische Maschinensteuerungseinheiten auf. Es sendet PWM-Signale der U-Phase, V-Phase und W-Phase, die in der elektrischen Maschinensteuerungseinheit erzeugt werden, zu einem Umrichter und führt in dem Umrichter erzeugte Phasenströme, d.h., die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Ströme den einzelnen Statorspulen zur Durchführung einer PWM-Steuerung zu, um das Antriebsmotordrehmoment und das Generatordrehmoment zu erzeugen.
Die PWM-Steuerung umfasst eine asynchrone PWM-Steuerung, die asynchrone PWM-Signale in einem Sinuswellen-PWM-Muster erzeugt und eine synchrone PWM-Steuerung, die synchrone PWM-Signale in einem Impulsmuster erzeugt, das aus ungradzahligen Impulsen, d.h., ein Ein-Impuls-Muster, ein Drei-Impuls-Muster, ein Fünf-Impuls-Muster, ein Sieben-Impuls-Muster usw. gebildet ist. Ein Motorantriebssteuerungsgerät ist vorgesehen, das zwischen der asynchronen PWM-Steuerung und der synchronen PWM-Steuerung schalten kann. In dem Motorantriebssteuerungsgerät wird die asynchrone PWM-Steuerung in einem Drehbereich mit mittlerer Drehzahl oder einem Drehbereich mit niedriger Drehzahl durchgeführt, und wird die synchrone PWM-Steuerung in einen Drehbereich mit hoher Drehzahl durchgeführt (vgl. beispielsweise Patentdruckschrift Nr. 1).
Nachstehend ist eine Antriebsmotorsteuerungseinheit beschrieben, die die synchrone PWM-Steuerung durchführen kann.
2 zeigt ein Blockschaltbild des wesentlichen Teils einer herkömmlichen Antriebsmotorsteuerungseinheit.
In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 22 einen Phasenzähler, wobei der Phasenzähler 22 ein A-Phasen-Signal SG-A und ein B-Phasen-Signal SG-B empfängt, die als Magnetpolpositionssignale von einem nicht gezeigten Magnetpolpositionssensor gesendet werden, und berechnet die Magnetpolposition θ auf der Grundlage der Signale SG-A und SG-B.
Das Bezugszeichen 48 bezeichnet einen Spannungsbefehlswertberechnungsverarbeitungsteil, wobei der Spannungsbefehlswertberechnungsverarbeitungsteil 48 einen Stromsteuerungsteil 61 und einen Spannungsbefehlsumwandlungsteil 63 aufweist. Das Stromsteuerungsteil 61 liest einen d-Achsen-Strombefehlswert id* und einen p-Achsen-Strombefehlswert iq* und berechnet einen d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd* und einen q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* auf der Grundlage des d-Achsen-Strombefehlswerts id* und des q-Achsen-Strombefehlswerts iq*. Der Spannungsbefehlsumwandlungsteil 63 liest den d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* und berechnet die Spannungsamplitude |v| und das Spannungsphasensignal γ in den d-q-Koordinaten auf der Grundlage des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts vd* und des q-Achsen-Spannungsbefehlswerts vq*.
Das Bezugszeichen 50 bezeichnet eine PWM-Generator, wobei der PWM-Generator 50 einen Addierer 55, einen Modulationsgradberechnungsteil 71, einen Mustererzeugungsteil 72, einen Größenvergleicher 74 als Vergleichsverarbeitungsmodul und ein Ein-Aus-Ausgangsteil 75 aufweist. Er liest die Magnetpolposition θ, die Spannungsamplitude |v| und den Spannungsphasenwinkel γ, und erzeugt Impulsbreitenmodulationssignale Mu, MV und Mw in einem Ein-Impuls-Muster, wobei beispielsweise die Signale die synchronen PWM-Signale der U-Phase, V-Phase und W-Phase sind.
Daher empfängt der Addierer 65 die Magnetpolposition θ und den Spannungsphasenwinkel γ, addiert den Spannungsphasenwinkel γ zu der Magnetpolposition Θ und berechnet den Spannungsphasenwinkel β in den festen Koordinaten. Der Modulationsgradberechnungsteil 71 liest die Gleichspannung Vdc eines Umrichters sowie die Spannungsamplitude |v| von dem Spannungsbefehlsumwandlungsteil 63 und berechnet den Modulationsgrad ρ, die die Spannungsverwendungsrate angibt, auf der Grundlage der Spannungsamplitude |v| und eines Werts 0,78 × Vdc, der eine akzeptierbare Spannung wiedergibt: ρ = |v|/(0,78 × Vdc)
Der Mustererzeugungsteil 72 liest den Modulationsgrad ρ, erzeugt ein Ein-Impuls-Muster in Reaktion auf den Modulationsgrad ρ und berechnet den Schaltspannungsphasenwinkel βj (j = u, v, w), das den Schaltwinkel in den einzelnen Phasen angibt, in den festen Koordinaten sowie den Ausgangspegel va, um das Ein-Impuls-Muster zu definieren. Der Größenvergleicher 74 liest den Spannungsphasenwinkel β und den Schaltspannungsphasenwinkel βj und erzeugt das Ein-Aus-Schaltsignal ε zu dem Zeitpunkt, zu dem der Spannungsphasenwinkel β den Schaltspannungsphasenwinkel βj überschreitet. Wenn der Ausgangspegel va und das Ein-Aus-Schaltsignal ε eingegeben werden, erzeugt das Ein-Aus-Ausgangsteil 75 die Impulsbreitenmodulationssignale Mu, MV und Mw, die die synchronen PWM-Signale in den einzelnen Phasen sind, auf der Grundlage des Ausgangspegels va und des Ein-Aus-Schaltsignals ε. Die Impulsbreitenmodulationssignale Mu, MV und Mw weisen den Ausgangspegel va als Amplitude auf und werden aktiviert, wenn das Ein-Aus-Schaltsignal ε eingeschaltet wird, wohingegen sie deaktiviert werden, wenn dieses ausgeschaltet ist.

[Patentdruckschrift Nr. 1] Japanisches Patent Nr. 3395815

Da der Spannungsphasenwinkel β mit dem Schaltspannungsphasenwinkel βj in dem Größenvergleicher 74 verglichen wird, kann jedoch bei der herkömmlichen Antriebsmotorsteuerungseinheit die Einheit keinen Mehrzweck-Mikrocomputer (Universal-Mikrocomputer) verwenden, der keinen Größenvergleicher 74 aufweist, was zu einer Kostenerhöhung bei dem Motorantriebssteuerungsgerät führt.

Die Erfindung ist auf die Lösung des Problems der herkömmlichen Antriebsmotorsteuerungseinheit gerichtet, wobei der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, ein Motorantriebssteuerungsgerät, ein Motorantriebssteuerungsverfahren und ein zugehöriges Programm bereitzustellen, die einen Universalvergleicher (Mehrzweckvergleicher, Mehrzweck-Komparator) als Vergleichsverarbeitungsmodul verwenden können und wodurch die Kosten des Motorantriebssteuerungsgeräts verringert werden können.

Ein erfindungsgemäßes Motorantriebssteuerungsgerät weist auf:
eine elektrische Maschine,
ein Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul, das eine Magnetpolposition der elektrischen Maschine berechnet,
ein Mustererzeugungsverarbeitungsmodul, das ein Impulsmuster erzeugt, das aus einem Schaltwinkel und einem Ausgangspegel gebildet ist,
ein Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul, das auf der Grundlage des Impulsmusters einen Schaltwinkel berechnet, zu dem ein Schalten in der nächsten Steuerungsperiode durchgeführt wird,
ein Vergleichsverarbeitungsmodul, das die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel vergleicht, um ein Vergleichssignal zu erzeugen, das ein Vergleichsergebnis angibt, und
ein Ein-Aus-Ausgangsverarbeitungsmodul, das ein PWM-Signal auf der Grundlage des Vergleichssignals erzeugt.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Motorantriebssteuerungsgerät weist das Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul auf:
ein Schaltspannungsphasenwinkelvorhersage-Verarbeitungsmodul, das einen Schaltspannungsphasenwinkel vorhersagt, zu dem ein Schalten in der nächsten Steuerungsperiode durchgeführt wird, und
ein Schaltmagnetpolpositionswinkelberechnungs-Verarbeitungsmodul, das im Ansprechen auf den Schaltspannungsphasenwinkel einen Schaltmagnetpolpositionswinkel berechnet, zu dem ein Schalten ausgeführt wird.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Motorantriebssteuerungsgerät ist das Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul ein Phasenzähler.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Motorantriebssteuerungsgerät ist das Vergleichsverarbeitungsmodul ein Vergleichsübereinstimmungskomparator.

Ein erfindungsgemäßes Motorantriebssteuerungsverfahren weist die Schritte auf:
Berechnen einer Magnetpolposition einer elektrischen Maschine,
Erzeugen eines Impulsmusters, das aus einem Schaltwinkel und einem Ausgangspegel gebildet ist,
Berechnen eines Schaltwinkels, zu dem ein Schalten in der nächsten Steuerungsperiode durchgeführt wird, auf der Grundlage des Impulsmusters,
Vergleichen der Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel zur Erzeugung eines Vergleichssignals, das ein Vergleichsergebnis angibt, und
Erzeugen eines PWM-Signals auf der Grundlage des Vergleichssignals.

Ein erfindungsgemäßes Programm eines Motorantriebssteuerungsverfahrens ermöglicht einem Computer, zu arbeiten als:
ein Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul, das eine Magnetpolposition einer elektrischen Maschine berechnet,
ein Mustererzeugungsverarbeitungsmodul, das ein Impulsmuster erzeugt, das aus einem Schaltwinkel und einem Ausgangspegel gebildet ist,
ein Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul, das auf der Grundlage des Impulsmusters einen Schaltwinkel berechnet, zu dem ein Schalten in der nächsten Steuerungsperiode durchgeführt wird,
ein Vergleichsverarbeitungsmodul, das die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel vergleicht, um ein Vergleichssignal zu erzeugen, das ein Vergleichsergebnis angibt, und
ein Ein-Aus-Ausgangsverarbeitungsmodul, das ein PWM-Signal auf der Grundlage des Vergleichssignals erzeugt.

Das Motorantriebssteuerungsgerät weist erfindungsgemäß auf:
eine elektrische Maschine,
ein Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul, das eine Magnetpolposition der elektrischen Maschine berechnet,
ein Mustererzeugungsverarbeitungsmodul, das ein Impulsmuster erzeugt, das aus einem Schaltwinkel und einem Ausgangspegel gebildet ist,
ein Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul, das auf der Grundlage des Impulsmusters einen Schaltwinkel berechnet, zu dem ein Schalten in der nächsten Steuerungsperiode durchgeführt wird,
ein Vergleichsverarbeitungsmodul, das die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel vergleicht, um ein Vergleichssignal zu erzeugen, das ein Vergleichsergebnis angibt, und
ein Ein-Aus-Ausgangsverarbeitungsmodul, das ein PWM-Signal auf der Grundlage des Vergleichssignals erzeugt.

In diesem Fall wird die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel zur Erzeugung des PWM-Signals auf der Grundlage des Vergleichssignals verglichen, das das Vergleichsergebnis angibt. Somit kann ein als Vergleichsverarbeitungsmodul an einem Mehrzweck-Mikrocomputer bzw. Universal-Mikrocomputer angebrachter Vergleicher (Komparator) verwendet werden, wodurch die Kosten für das Motorantriebssteuerungsgerät eingeschränkt werden können.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung deutlich. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild, das einen wesentlichen Teil einer Antriebsmotorsteuerungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
2 ein Blockschaltbild, das einen wesentlichen Teil der herkömmlichen Antriebsmotorsteuerungseinheit darstellt, und
3 eine Konzeptdarstellung, die ein Motorantriebssteuerungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In diesem Fall ist ein Motorantriebssteuerungsgerät, das bei einer Antriebsmotorsteuerungseinheit als elektrische Maschinensteuerungseinheit angewandt wird, beschrieben.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines wesentlichen Teils einer Antriebsmotorsteuerungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 3 zeigt eine Konzeptdarstellung eines Motorantriebssteuerungsgeräts gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 31 einen Antriebsmotor als elektrische Maschine, wobei der Antriebsmotor 31 einen nicht gezeigten Rotor, der an einer nicht gezeigten Antriebsachse eines nicht gezeigten Motorfahrzeugs wie eines Elektroautos angebracht ist und drehbar daran angebracht ist, und einen Stator aufweist, der in radialer Richtung weiter außen als der Rotor angeordnet ist. Der Rotor weist einen Rotorkern und einen Permanentmagneten auf, der an mehreren Stellen zu gleichen Abständen (Unterteilungen) in Umlaufsrichtung des Rotorkerns angeordnet ist. Ein Magnetpolpaar ist aus einem Südpol und einem Nordpol des Permanentmagneten aufgebaut. Der Stator weist einen Statorkern auf, dessen Zähne an mehreren Stellen in Umlaufsrichtung in radialer Richtung nach innen vorspringen, wobei Statorspulen 11 bis 13 der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase um die Zähne gewickelt sind.
An der Ausgangsachse des Rotors ist ein Magnetpolpositionssensor 21 als Magnetpolpositionserfassungsteil angeordnet, der die Magnetpolposition des Rotors erfasst, wobei der Magnetpolpositionssensor 21 das Magnetpolpositionssignal SGθ als Sensorausgang erzeugt und dieses zu einer Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 sendet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Resolver als Magnetpolpositionssensor 21 verwendet.
Zum Antrieb des Antriebsmotors 31, um das Elektrofahrzeug in Bewegung zu setzen, wandelt ein Umrichter 40 als Stromerzeugungseinheit einen Gleichstrom aus einer Batterie 14 in einen Phasenstrom, d.h., die Ströme Iu, Iv und Iw in der U-Phase, V-Phase und W-Phase um, wobei die Ströme Iu, Iv und Iw in den einzelnen Phasen den Statorspulen 11 bis 13 zugeführt werden.
Der Umrichter 40 weist sechs Transistoren Tr1 bis Tr6 als Schalteinrichtungen auf. Er sendet ein in einer Antriebsschaltung 51 erzeugtes Antriebssignal den einzelnen Transistoren Tr1 bis Tr6 zu und schaltet wahlweise die einzelnen Transistoren Tr1 bis Tr6 ein und aus, um die Ströme Iu, Iv und Iw in den einzelnen Phasen zu erzeugen. Für den Umrichter 40 kann ein Leistungsmodul wie ein IGBT, in dem zwei bis sechs Schalteinrichtungen in einem einzelnen Gehäuse aufgebaut sind, verwendet werden, oder kann ein durch Zusammenbau einer Antriebsschaltung in IGBT gebildetes IPM verwendet werden.
An der Eingangsseite bezüglich des von der Batterie 14 zu dem Umrichter 40 zugeführten Stroms ist ein Spannungssensor 15 als Spannungserfassungsteil angeordnet. Der Spannungssensor 15 erfasst die Gleichspannung Vdc an der Eingangsseite des Umrichters 40 und sendet diese zu der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45. Zusätzlich kann die Batteriespannung als Gleichspannung Vdc verwendet werden, und in diesem Fall ist ein Batteriespannungssensor als Spannungserfassungsteil an der Batterie 14 angeordnet.
Das Motorantriebsgerät ist aus dem Antriebsmotor 31, dem Umrichter 40, der Antriebsschaltung 51 sowie nicht gezeigten Antriebsrädern aufgebaut. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Kondensator.
Da die Statorspulen 11 bis 13 im Stern geschaltet sind, kann, wenn die Stromwerte in zwei Phasen in den einzelnen Phasen bestimmt werden, der Stromwert der verbleibenden Phase bestimmt werden. Somit sind zur Steuerung der Ströme Iu, Iv und Iw in den einzelnen Phasen beispielsweise Stromsensoren 33 und 34 als Stromerfassungsteile angeordnet, die den U-Phasen-Strom Iu und den V-Phasen-Strom Iv an den Leitungsdrähten der U-Phasen- und V-Phasen-Statorspulen 11 und 12 erfassen, wobei die Stromsensoren 33 und 34 die erfassten Ströme als die erfassten Ströme Iu und Iv zu der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 senden.
Zusätzlich zu einer CPU, die als Computer agiert, ist eine Aufzeichnungseinheit wie ein RAM und ein ROM, in dem Daten und verschiedene Programme aufgezeichnet sind, in der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 angeordnet, wobei die CPU und die Aufzeichnungseinheit nicht gezeigt sind, und ein Strombefehlswertkennfeld ist in der Aufzeichnungseinheit eingestellt. Eine EPU kann anstelle der CPU verwendet werden.
Obwohl das ROM zum Speichern verschiedener Programme und Daten konfiguriert ist, können Programme und Daten in anderen Aufzeichnungsmedien wie einer als externer Speicher angeordneten Festplatte aufgezeichnet werden. In diesem Fall ist beispielsweise ein Flash-Speicher an der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 vorgesehen, wobei die Programme und Daten aus dem Aufzeichnungsmedium ausgelesen werden und in den Flash-Speicher gespeichert werden. Daher kann das externe Aufzeichnungsmedium zur Aktualisierung der Programme und Daten ersetzt werden.
Nachstehend ist der Betrieb der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 beschrieben.
Zunächst führt ein Phasenzähler 22 als Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 einen Magnetpolpositionsberechnungsprozess durch. Er empfängt ein A-Phasen-Signal SG-A und ein B-Phasen-Signal SG-B, die als das Magnetpolpositionssignal SGθ aus dem Magnetpolpositionssensor 21 gesendet werden, und berechnet die Magnetpolposition Θ auf der Grundlage der Signale SG-A und SG-B. In diesem Fall zählt der Phasenzähler 22 zur Berechnung des Zählwerts als die Magnetpolposition θ.
Dann führt ein Drehzahlerfassungsteil 23 als Drehzahlberechnungsverarbeitungsmodul der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 einen Drehzahlberechnungsprozess durch. Er differenziert die Magnetpolposition θ zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit ω des Antriebsmotors 31. Das Drehzahlerfassungsteil 23 berechnet ebenfalls die Motordrehzahl M, die die Drehzahl des Antriebsmotors 31 ist, auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit ω, wobei die Anzahl der Magnetpole p ist: N = 60 × (2/p) × ω/2π
Die Antriebsmotordrehzahl M bildet die Maschinendrehzahl.
Darauffolgend führt ein nicht gezeigtes Verarbeitungsmodul zur Ermittlung eines erfassten Stroms der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 einen Prozess zur Ermittlung eines erfassten Stroms durch. Es liest und ermittelt die Ströme iu und iv, und berechnet den erfassten Strom iw auf der Grundlage der erfassten Ströme iu und iv zur Ermittlung. iw = –iu – iv
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 zur Ausführung einer Regelung durch eine Vektorsteuerungsberechnung in d-q-Koordinaten ausgelegt, wobei die d-Achse in der Richtung des Magnetpols im Rotor verläuft, und die q-Achse in einer zu der d-Achse senkrechten Richtung verläuft. Die erfassten Ströme iu, iv und iw in den festen Koordinaten werden in die Ströme in d-q-Koordinaten, d.h., in einen d-Achsen-Strom id und einen q-Achsen-Strom iq umgewandelt.
Die Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 treibt den Antriebsmotor 31 auf der Grundlage eines Antriebsmotorsolldrehmoments TM*, das den Sollwert des Antriebsmotordrehmoments TM wiedergibt, das das Drehmoment des Antriebsmotors 31 ist, des d-Achsen-Stroms, des q-Achsen-Stroms iq, der Magnetpolposition θ, der Gleichspannung Vdc und der Winkelgeschwindigkeit ω an. Das Antriebsmotordrehmoment TM bildet das elektrische Maschinendrehmoment, und das Antriebsmotorsolldrehmoment TM* bildet das elektrische Maschinensolldrehmoment.
Daher führt ein nicht gezeigtes Geschwindigkeitserfassungsverarbeitungsmodul der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 einen Geschwindigkeitserfassungsprozess durch. Es erfasst die der Antriebsmotordrehzahl N entsprechende Geschwindigkeit V auf der Grundlage der Antriebsmotordrehzahl N und sendet die erfasste Geschwindigkeit V zu einer nicht gezeigten Fahrzeugsteuerungseinheit, die das gesamte Elektrofahrzeug steuert. Ein Fahrzeugbefehlswertberechnungsverarbeitungsmodul der Fahrzeugsteuerungseinheit führt einen Fahrzeugbefehlswertberechnungsprozess durch. Es liest die Geschwindigkeit V und die Fahrpedalposition (Beschleunigungsposition) α, die die Position (Betätigungsausmaß) eines nicht gezeigten Fahrpedals angibt, berechnet das Fahrzeuganforderungsdrehmoment TO* auf der Grundlage der Geschwindigkeit V und der Fahrpedalposition, erzeugt das Antriebsmotorsolldrehmoment TM* im Ansprechen auf das Fahrzeuganforderungsdrehmoment TO* und sendet dieses zu der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45.
Die Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 weist einen Spannungsbefehlswertberechnungsteil 48 als Spannungsbefehlswertberechnungsverarbeitungsmodul sowie einen PWM-Generator 50 als Ausgangssignalerzeugungsverarbeitungsmodul auf.
Ein nicht gezeigter Strombefehlswertberechnungsteil der Antriebesmotorsteuerungseinheit 45 als Strombefehlswertberechnungsverarbeitungsmodul führt einen Strombefehlswertberechnungsprozess durch. Er liest das Antriebsmotorsolldrehmoment TM*, greift auf das in der Aufzeichnungseinheit eingestellte Strombefehlswertkennfeld zu, berechnet den d-Achsen-Strombefehlswert id* und den q-Achsen-Strombefehlswert iq*, die die einzelnen Sollwerte des d-Achsen-Stroms id und des q-Achsen-Stroms iq in den d-q-Koordinaten wiedergeben, entsprechend dem Antriebsmotorsolldrehmoment TM* und sendet die Werte zu einem Spannungsbefehlswertberechnungsverarbeitungsteil 48.
Der Spannungsbefehlswertberechnungsverarbeitungsteil 48 weist einen Stromsteuerungsteil 61 als Stromsteuerungsverarbeitungsmodul und einen Spannungsbefehlsumwandlungsteil 63 als Spannungsbefehlswertumwandlungsverarbeitungsmodul zur Ausführung eines Spannungsbefehlswertberechnungsprozesses durch. Der Stromsteuerungsteil 61 führt einen Stromsteuerungsprozess durch. Er liest den d-Achsen-Strombefehlswert id* und den q-Achsen-Strombefehlswert iq* und berechnet den d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* als erste und zweite Achsenspannungsbefehlswerte. Dabei berechnet der Stromsteuerungsteil 61 die Stromabweichung δid zwischen dem d-Achsen-Strombefehlswert id* und dem d-Achsen-Strom id sowie die Stromabweichung δiq zwischen dem q-Achsen-Strombefehlswert iq* und dem q-Achsen-Strom iq, und führt eine Proportional-Integral-Berechnung, die aus einer Proportionalsteuerung und einer Integralsteuerung gebildet ist, auf der Grundlage der einzelnen Stromabweichungen δid und δiq durch.
Der Spannungsbefehlsumwandlungsteil 63 liest den d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* und wandelt die Werte in die Spannungsamplitude |v| und den Spannungsphasenwinkel γ in d-Achsen-Koordinaten um. Dabei weist der Spannungsbefehlsumwandlungsteil 63 einen Spannungsamplitudenberechnungsteil als erstes Spannungsbefehlswertumwandlungsverarbeitungsmodul und einen Spannungsphasenwinkelberechnungsteil als zweites Spannungswertumwandlungsverarbeitungsmodul auf, die nicht gezeigt sind. Der Spannungsamplitudenberechnungsteil führt einen ersten Spannungsbefehlswertumwandlungsprozess durch und berechnet die Spannungsamplitude |v|: |v| = Quadratwurzel aus (vd*2 + vq*2), undder Spannungsphasenwinkelberechnungsteil führt einen zweiten Spannungsbefehlswertumwandlungsprozess durch und berechnet den Spannungsphasenwinkel γ: γ = arctan (vq*/vd*)
Der PWM-Generator 50 führt einen Ausgangssignalerzeugungsprozess durch. Er liest die Magnetpolposition θ, die Winkelgeschwindigkeit ω, die Spannungsamplitude |v|, den Spannungsphasenwinkel γ und die Gleichspannung Vdc, und erzeugt die Impulsbreitenmodulationssignale Mu, MV und Mw in einem vorbestimmten Muster als asynchrone PWM-Signale oder synchrone PWM-Signale der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase.
Der PWM-Generator 50 weist einen Modulationsgradberechnungsteil 71 als ein Modulationsgradberechnungsverarbeitungsmodul, einen Mustererzeugungsteil 72 als ein Mustererzeugungsverarbeitungsmodul, einen Multiplizierer 81 als ein Magnetpolpositionsänderungsberechnungs- Verarbeitungsmodul, einen Addierer 82 als ein erstes Winkelumwandlungsverarbeitungsmodul, einen Schaltspannungsphasenwinkelvorhersageteil 83 als ein Schaltspannungsphasenwinkelvorhersage-Verarbeitungsmodul, einen Subtrahierer 84 als ein Schaltmagnetpolpositionswinkelberechnungs-Verarbeitungsmodul und ein zweites Winkelumwandlungsverarbeitungsmodul, einen Speicher 85 als einen ersten Aufzeichnungsteil, einen Puffer 86 als einen zweiten Aufzeichnungsteil, einen Vergleichsübereinstimmungskomparator 88 als Vergleichsverarbeitungsmodul und einen Ein-Aus-Ausgangsteil 89 als ein Ein-Aus-Ausgangsverarbeitungsmodul auf. Die PWM-Signale sind aus dem asynchronen PWM-Signal und dem synchronen PWM-Signal aufgebaut.
Der Modulationsgradberechnungsteil 71 führt einen Modulationsgradberechnungsprozess durch. Er liest die Spannungsamplitude |v| und die Gleichspannung Vdc und berechnet den Modulationsgrad ρ, die die Spannungsverwendungsrate angibt, auf der Grundlage der Spannungsamplitude |v| und dem Wert 0,78 × Vdc, was eine akzeptable Spannung angibt: ρ = |v|/(0,78 × Vdc)
Der Mustererzeugungsteil 72 führt einen Mustererzeugungsprozess durch. Er liest den Modulationsgrad ρ und erzeugt ein vorbestimmtes Impulsmuster im Ansprechen auf den Modulationsgrad ρ. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Ein-Impuls-Muster, das aus einem einzelnen Impuls gebildet ist, oder ein Fünf-Impuls-Muster erzeugt, das aus fünf Impulsen gebildet ist. Zum Definieren des Ein-Impuls-Musters oder des Fünf-Impuls-Musters werden der Schaltwinkel βi (i = u, v, w) in den einzelnen Phasen in den festen Koordinaten und der Ausgangspegel va berechnet. Zusätzlich können anstelle des Fünf-Impuls-Musters Impulsmuster erzeugt werden, die aus ungeradzahligen Impulsen gebildet sind, d.h., ein Drei-Impuls-Muster, das aus drei Impulsen gebildet ist, ein Sieben-Impuls-Muster, das aus sieben Impulsen gebildet ist, und ein Neun-Impuls-Muster, das aus neun Impulsen gebildet ist. In diesem Fall stellt der Schaltwinkel βi den Spannungsphasenwinkel dar, zu dem das Schalten durch Ein- und Ausschalten in dem Bereich von ± 180° ausgeführt wird.
Der Schaltspannungsphasenwinkelvorhersageteil 83 und der Subtrahierer 84 bilden ein Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul 62. Das Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul 62 führt einen Schaltwinkelberechnungsprozess durch und berechnet auf der Grundlage eines vorbestimmten Impulsmusters den Schaltwinkel βi, zu dem das Schalten in der nächsten Steuerungsperiode Δt durchgeführt wird.
Das in dem Mustererzeugungsteil 72 erzeugte Impulsmuster stellt den Schaltspannungsphasenwinkel βj (j = u, v, w) entsprechend dem Schaltwinkel βi in den einzelnen Phasen ein. In diesem Fall muss, wenn die Impulsbreitenmodulationssignale Mu, MV und Mw zu dem Zeitverlauf ein- und auszuschalten sind, zu dem der Spannungsphasenwinkel β gleich dem Schaltspannungsphasenwinkel βj ist, die Spannungsphasen miteinander verglichen werden, wobei ein Größenvergleicher als Vergleicher (Komparator) zum Vergleich der Spannungsphasen erforderlich ist, was zu einer Kostenerhöhung in dem Motorantriebssteuerungsgerät führt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sagt der Schaltspannungsphasenwinkelvorhersageteil 83 einen speziellen Schaltspannungsphasenwinkel unter den Schaltspannungsphasenwinkeln βj der einzelnen Phasen vorher. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sagt er einen Schaltspannungsphasenwinkel, zu dem das erste Schalten in der nächsten Steuerungsperiode Δt durchgeführt wird, als den speziellen Schaltspannungsphasenwinkel pβ vorher. Ein Schaltmagnetpolpositionswinkel, der dem speziellen Schaltspannungsphasenwinkel pβ entspricht und die Magnetpolposition θ wiedergibt, wird als pθ eingestellt, wobei die Impulsbreitenmodulationssignale Mu, MV und Mw zu dem Zeitpunkt ein- und ausgeschaltet werden, zu dem die Magnetpolposition θ gleich dem Schaltmagnetpolpositionswinkel pθ ist.
Der Multiplizierer 81 führt einen Magnetpolpositionsänderungsberechnungsprozess durch. Er liest die Winkelgeschwindigkeit ω und die Steuerungsperiode Δt und berechnet die Magnetpolpositionsänderung Δθ, die eine Änderung in der Magnetpolposition θ in der Steuerungsperiode Δt angibt: Δθ = ω × Δt
Der Addierer 82 führt einen ersten Winkelumwandlungsprozess durch. Er liest die Magnetpolposition θ, den Spannungsphasenwinkel γ und die Magnetpolpositionsänderung Δθ zu jedem Steuerungsverlauf (Steuerungszeitpunkt) und berechnet den Spannungsphasenwinkel β' in den festen Koordinaten während des nächsten Steuerungszeitverlaufs: β' = θ + Δθ + γ
Darauffolgend führt der Schaltspannungsphasenwinkelvorhersageteil 83 einen Schaltspannungsphasenwinkelvorhersageprozess durch. Er liest den Spannungsphasenwinkel β' aus dem Addierer 82 und den Schaltwinkel βi in den einzelnen Phasen aus dem Mustererzeugungsteil 72 und sagt den speziellen Schaltspannungsphasenwinkel pβ vorher. Der spezielle Schaltspannungsphasenwinkel pβ stellt den Schaltspannungsphasenwinkel dar, zu dem das erste Schalten überall unter den Schaltwinkeln βi in den einzelnen Phasen durchgeführt wird, und es wird ein Einzelner vorhergesagt.
Dann führt der Subtrahierer 84 einen Schaltmagnetpolpositionswinkelberechnungsprozess und einen zweiten Winkelumwandlungsprozess durch. Er liest den speziellen Schaltspannungsphasenwinkel pβ, subtrahiert den Spannungsphasenwinkel γ von dem speziellen Schaltspannungsphasenwinkel pβ und berechnet den Schaltmagnetpolpositionswinkel pθ. Für den Schaltmagnetpolpositionswinkel pθ wird ebenfalls ein einzelner als den dem speziellen Schaltspannungsphasenwinkel pβ entsprechenden berechnet.
Ein nicht gezeigtes Aufzeichnungsverarbeitungsmodul der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 führt einen Aufzeichnungsprozess durch und speichert den Schaltmagnetpolpositionswinkel pθ in dem Speicher 85. In dem Speicher 85 ist der Magnetpolpositionswinkel θi (i = u, v, w) entsprechend dem Schaltwinkel βi in den einzelnen Phasen vorab bei jedem Impulsmuster gespeichert. Daher können, wenn ein einzelner Schaltmagnetpolpositionswinkel pθ als den dem speziellen Schaltspannungsphasenwinkel pβ entsprechenden berechnet wird, alle Magnetpolpositionswinkel 8i in den einzelnen Phasen aus dem Speicher 85 auf der Grundlage des Schaltmagnetpolpositionswinkels pθ ausgelesen werden.
Darauffolgend speichert das Aufzeichnungsverarbeitungsmodul den Startmagnetpolpositionswinkel θis, der den ersten Magnetpolpositionswinkel in dem Magnetpolpositionswinkel θi angibt, in dem Puffer 86. Der Vergleichsübereinstimmungskomparator 88 liest den Startmagnetpolpositionswinkel θis aus dem Puffer 86 und liest die Magnetpolposition θ aus dem Phasenzähler 22, vergleicht die Magnetpolposition θ mit dem Startmagnetpolpositionswinkel θis und bestimmt, ob die Magnetpolposition θ mit dem Startmagnetpolpositionswinkel θis übereinstimmt. Wenn die Magnetpolposition θ mit dem Startmagnetpolpositionswinkel θis übereinstimmt, erzeugt der Vergleichsübereinstimmungskomparator 88 ein Interruptsignal η als ein das Vergleichsergebnis angebendes Vergleichssignal und sendet dieses zu dem Puffer 86 und dem Ein-Aus-Ausgangsteil 89.
Wenn der Ein-Aus-Ausgangsteil 89 das Interruptsignal η empfängt, führt er einen Ein-Aus-Ausgangsprozess durch. Er liest den Ausgangspegel va aus dem Mustererzeugungsteil 72, bildet den Ausgangspegel va zu einer Amplitude, erzeugt die Impulsbreitenmodulationssignale Mu, MV und Mw in den einzelnen Phasen, die bei der Magnetpolposition θ entsprechend dem Startmagnetpolpositionswinkel θis ein- und ausgeschaltet werden, und sendet diese zu der Antriebsschaltung 51.
Wenn das Interruptsignal η zu dem Puffer 86 gesendet wird, speichert das Aufzeichnungsverarbeitungsmodul den nächsten Magnetpolpositionswinkel θi, der in dem Speicher 85 gespeichert wurde, in dem Puffer 86 als den Startmagnetpolpositionswinkel θis. Dementsprechend wird der Magnetpolpositionswinkel θi, der in dem Speicher 85 gespeichert worden ist, aufeinanderfolgend in den Puffer 86 als Startmagnetpolpositionswinkel θis gespeichert. Wenn die Magnetpolposition θ mit dem Startmagnetpolpositionswinkel θis übereinstimmt, werden die Impulsbreitenmodulationssignale Mu, MV und Mw in den einzelnen Phasen bei der Magnetpolposition θ entsprechend dem Startmagnetpolpositionswinkel θis ein- und ausgeschaltet.
Zusätzlich kann anstelle des Interruptsignals η ein DMA-Startsignal als Vergleichssignal erzeugt werden. In diesem Fall wird das DMA-Startsignal zu dem Speicher 85 gesendet. Wenn der Speicher 85 das DMA-Startsignal empfängt, sendet er den Magnetpolpositionswinkel θi aufeinanderfolgend zu dem Vergleichsübereinstimmungskomparator 88.
Die Antriebsschaltung 51 empfängt die Impulsbreitenmodulationssignale Mu, MV und Mw in den einzelnen Phasen zur Erzeugung von sechs Antriebssignalen, und sendet die Antriebssignale zu dem Umrichter 40. Der Umrichter 40 schaltet die Transistoren Tr1 bis Tr6 auf der Grundlage der Antriebssignale zur Erzeugung der Ströme Iu, Iv und Iw in den einzelnen Phasen, und führt die Ströme Iu, Iv und Iw in den einzelnen Phasen den Statorspulen 11 bis 13 des Antriebsmotors 31 zu.
Auf diese Weise wird eine Drehmomentsteuerung auf der Grundlage des Antriebsmotorsolldrehmoments TM* durchgeführt, und wird der Antriebsmotor 31 angetrieben, um das Elektrofahrzeug zu bewegen.
Dementsprechend wird die Magnetpolposition θ mit dem Startmagnetpolpositionswinkel θis in dem Vergleichsübereinstimmungskomparator 88 verglichen, wird die Magnetpolposition θ durch den von dem Phasenzähler 22 gezählten Zählwert ausgedrückt, weshalb der Vergleichsübereinstimmungskomparator 88 verwendet werden kann, der als Vergleichsverarbeitungsmodul in dem Mehrzweckmikrocomputer vorgesehen ist. Daher können die Kosten für das Motorantriebssteuerungsgerät verringert werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Motorantriebssteuerungsgerät bei der Antriebsmotorsteuerungseinheit 45 angewandt, der den Antriebsmotor 31 als die elektrische Maschine antreibt, jedoch kann es ebenfalls bei einer Generatorsteuerungseinheit angewandt werden, die einen Generator als elektrische Maschine antreibt.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel begrenzt, das in verschiedenerlei Weise auf der Grundlage der erfinderischen Lehre modifiziert werden kann, weshalb diese Modifikationen nicht von dem Umfang der Erfindung ausgeschlossen sind.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann ein Mehrzweckvergleicher (Universalvergleicher bzw. – Komparator) als Vergleichsverarbeitungsmodul verwendet werden, wodurch die Kosten für ein Motorantriebssteuerungsgerät verringert werden können.
Das Gerät weist auf: eine elektrische Maschine 31, ein Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul 22, ein Mustererzeugungsverarbeitungsmodul 72, ein Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul 62, das auf der Grundlage eines Impulsmusters einen Schaltwinkel berechnet, zu dem ein Schalten in einer nächsten Steuerungsperiode ausgeführt wird, ein Vergleichsverarbeitungsmodul 88, der die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel zur Erzeugung eines Vergleichssignals vergleicht, und ein Ein-Aus-Ausgangsverarbeitungsmodul 89, das ein PWM-Signal auf der Grundlage des das Vergleichsergebnis angebenden Vergleichssignals erzeugt. In diesem Fall kann ein Mehrzweckvergleicher als Vergleichsverarbeitungsmodul verwendet werden, da die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel verglichen wird, um das PWM-Signal auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses zu erzeugen.

Claims

Motorantriebssteuerungsgerät mit einer elektrischen Maschine (31), einem Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul (22), das eine Magnetpolposition der elektrischen Maschine berechnet, einem Mustererzeugungsverarbeitungsmodul (72), das ein Impulsmuster erzeugt, das aus einem Schaltwinkel und einem Ausgangspegel gebildet ist, einem Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul (62), das auf der Grundlage des Impulsmusters einen Schaltwinkel berechnet, zu dem ein Schalten in der nächsten Steuerungsperiode durchgeführt wird, einem Vergleichsverarbeitungsmodul (88), das die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel vergleicht, um ein Vergleichssignal zu erzeugen, das ein Vergleichsergebnis angibt, und einem Ein-Aus-Ausgangsverarbeitungsmodul (89), das ein PWM-Signal auf der Grundlage des Vergleichssignals erzeugt.
Motorantriebssteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei das Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul (62) aufweist: ein Schaltspannungsphasenwinkelvorhersage-Verarbeitungsmodul (83), das einen Schaltspannungsphasenwinkel vorhersagt, zu dem ein Schalten in der nächsten Steuerungsperiode durchgeführt wird, und ein Schaltmagnetpolpositionswinkelberechnungs-Verarbeitungsmodul (84), das im Ansprechen auf den Schaltspannungsphasenwinkel einen Schaltmagnetpolpositionswinkel berechnet, zu dem ein Schalten ausgeführt wird.
Motorantriebssteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei das Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul (22) ein Phasenzähler ist.
Motorantriebssteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei das Vergleichsverarbeitungsmodul (88) ein Vergleichsübereinstimmungskomparator ist.
Motorantriebssteuerungsverfahren mit den Schritten: Berechnen einer Magnetpolposition einer elektrischen Maschine (31), Erzeugen eines Impulsmusters, das aus einem Schaltwinkel und einem Ausgangspegel gebildet ist, Berechnen eines Schaltwinkels, zu dem ein Schalten in der nächsten Steuerungsperiode durchgeführt wird, auf der Grundlage des Impulsmusters, Vergleichen der Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel zur Erzeugung eines Vergleichssignals, das ein Vergleichsergebnis angibt, und Erzeugen eines PWM-Signals auf der Grundlage des Vergleichssignals.
Programm eines Motorantriebssteuerungsverfahrens, das einem Computer ermöglicht, zu arbeiten als: ein Magnetpolpositionsberechnungs-Verarbeitungsmodul, das eine Magnetpolposition einer elektrischen Maschine berechnet, ein Mustererzeugungsverarbeitungsmodul, das ein Impulsmuster erzeugt, das aus einem Schaltwinkel und einem Ausgangspegel gebildet ist, ein Schaltwinkelberechnungsverarbeitungsmodul, das auf der Grundlage des Impulsmusters einen Schaltwinkel berechnet, zu dem ein Schalten in der nächsten Steuerungsperiode durchgeführt wird, ein Vergleichsverarbeitungsmodul, das die Magnetpolposition mit dem berechneten Schaltwinkel vergleicht, um ein Vergleichssignal zu erzeugen, das ein Vergleichsergebnis angibt, und ein Ein-Aus-Ausgangsverarbeitungsmodul, das ein PWM-Signal auf der Grundlage des Vergleichssignals erzeugt.