JP2006074936A

JP2006074936A - 電動機の制御装置

Info

Publication number: JP2006074936A
Application number: JP2004256983A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ogata; 誠緒方
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】モータの実モータ回転数と目標モータ回転数との差が如何なる回転数であっても、オーバーシュートを発生させることなくモータの実モータ回転数を目標モータ回転数に迅速に到達させることができる電動機の制御装置を提供すること。
【解決手段】目標回転数と実回転数との回転数差に応じて制御ゲインを可変にする電動機１９の制御装置において、（１）電動機１９は、回転数が上昇するときよりも回転数が下降するときの方が回転数が速く変化するように構成され、（２）制御ゲインは、回転数差が小さいほど増大するように設定されると共に、実モータ回転数Ｎmが目標モータ回転数Ｎm(tar)よりも小さい第１の状態の方が、実モータ回転数Ｎmが目標モータ回転数Ｎm(tar)よりも大きい第２の状態よりも増大が穏やかに設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電気自動車に用いられる電動機の制御装置に関する。

図１に示すように被同期側にモータを搭載したパラレル式ハイブリッド電気自動車が知られている。このような電気自動車においては、このような電気自動車においてシンクロを用いた変速動作は以下のようにして行われていた。つまり、クラッチを切って変速段をＮ（ニュートラル）とした後、モータ回転数を目標回転数付近となるようにモータの回転数をＰＩＤ制御し、モータ回転数が目標回転数付近となると、変速を行い、エンジン回転数が目標回転数付近になるとクラッチを接続して変速を終了するようにしている。

なお、制御量の大小に対応してループゲインを大小に変化させるようにしたモータの回転制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、電動機の自動速度制御を行う装置において、速度偏差の大きさが設定値より大きい時にはゲインを大きく、設定値より小さい時にはゲインを小さくした制御応答切換回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。
実開昭６３−１２０５９６号公報特開昭６２−１３５２８７号公報

モータ回転数を目標回転数に近づくようにＰＩＤ制御する際に、モータの実回転数と目標回転数との差が変動するため、一律にＰＩＤゲインを決め難い。

例えば、ＰＩＤゲインを大きく設定した場合、モータの実回転数と目標回転数との差が大きいときのＰＩＤ制御においてモータの実回転数が目標回転数に対してオーバシュートしてしまい、シンクロの作用が悪化してしまうという問題があった。

このようなオーバーシュートを低減させるためにＰＩＤゲインを小さく設定した場合、モータの実回転数と目標回転数との差が小さいときのＰＩＤ制御において、モータの実回転数が目標回転数に到達するまでに必要以上に時間がかかるため、変速時間が長くなるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、モータの実回転数と目標回転数との差が如何なる回転数であっても、オーバーシュートを発生させることなくモータの実回転数を目標回転数に迅速に到達させることができる電動機の制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、目標回転数と実回転数との回転数差に応じて制御ゲインを可変にする電動機の制御装置において、（１）前記電動機は、回転数が上昇するときよりも回転数が下降するときの方が回転数が速く変化するように構成され、（２）前記制御ゲインは、前記回転数差が小さいほど増大するように設定されると共に、前記実回転数が目標回転数よりも小さい第１の状態の方が、実回転数が目標回転数よりも大きい第２の状態よりも前記増大が穏やかに設定されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の制御ゲインは、前記回転数差が所定値以上のときは一定値で、前記回転数差が所定値未満のときは前記回転数差に比例して小さくなることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の制御は、ＰＩＤ制御であり、前記増大させる制御ゲインは、Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインの全ての制御ゲインに対して適用することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、実回転数が目標回転数よりも小さい第１の状態よりも、実回転数が目標回転数よりも大きい第２の状態の方が前記増大が穏やかに設定するようにしたので、電動機の回転数を目標回転数に到達させる際のオーバーシュートの発生を防止することができる。

例えば、この発明を被同期側にモータを搭載した電気自動車のモータ回転数制御に用いた場合には、確実に変速を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、電動機の実回転数と目標回転数との差が小さい場合には制御ゲインを大きく、電動機の実回転数と目標回転数との差が大きくなるに従って小さくするようにしたので、確実にオーバーシュートの発生を防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、Ｐゲイン、Ｉゲイン、Ｄゲインを一律に制御するようにしたので、制御ゲインをパラメータとして系の応答を検出する際のパラメータ数を減少させ、制御設計する時間を短縮することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態の動作について説明する。図１は被同期側にモータを搭載した構造を有するパラレル式ハイブリッド電気自動車のシステム構成図である。図において、１１はエンジンである。このエンジン１１の燃料噴射量等の制御はＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１２により行われる。このＥＣＵ１２にはエンジン１１の回転数Ｎeが入力されている。エンジン１１の出力軸は、クラッチ１３を介して変速機１４に伝達される。このクラッチ１３の断接制御はＣＣＵ（クラッチ・コントロール・ユニット）２７により行われる。

この変速機１４は、Ｌギア１６、Ｈギア１７を備えており、ＴＣＵ（トランスミッション・コントロール・ユニット）１５により変速制御される。エンジン１１及びモータ１９の出力は、中間軸２０に嵌合されたギア２１，２２に伝達される。つまり、この中間軸２０はエンジン１１及びモータ１９により回転駆動される。このモータ１９は、回転数が上昇する速度よりも回転数が下降する速度の方が速くなるように構成されている。これは、モータ１９の回転数は、摩擦等の影響により回転数を下げる場合の方が上げる場合よりもレスポンスが良いためである。

ところで、モータ１９は、インバータ２３により制御される。このインバータ２３には電源としてバッテリ２４が接続されている。インバータ２３はマイクロプロセッサを中心に構成されている。このインバータ２３はＭＣＵ（モータ・コントロール・ユニット）２５により制御される。

前述したＥＣＵ１２、ＣＣＵ２７、ＴＣＵ１５及びＭＣＵ２５はＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）コントローラ２６により制御される。

ところで、モータ１９の実モータ回転数Ｎm及び実モータトルクＴはＭＣＵ２５に入力される。

ＭＣＵ２５は、実モータ回転数Ｎm及び実モータトルクＴをＨＥＶコントローラ２６に出力する。このＨＥＶコントローラ２６は、モータ１９の目標モータ回転数Ｎm（tar）とモータ１９の実モータ回転数Ｎmとの回転差からモータ１９の目標モータトルクＴ（tar）を演算して、ＭＣＵ２５に出力する。このＨＥＶコントローラ２６の制御ロジックについては図２を参照して後述する。

ＨＥＶコントローラ２６はＥＣＵ１２に対して目標エンジン回転数Ｎe(tar)、ＴＣＵ１５に対して目標ギア位置、ＭＣＵ２５に対して目標モータ回転数Ｎm（tar）及び目標モータトルクＴ(tar)を出力する。

ＭＣＵ２５はインバータ２３に対して目標モータ回転数Ｎm(tar)、目標モータトルクＴ(tar)及びモータ１９の実回転数Ｎmを出力する。

次に、図２を参照してＨＥＶコントローラ２６の制御ブロックについて説明する。まず、モータ１９の目標モータ回転数Ｎm(tar)は減算部３１の＋端子に入力され、その−端子にはモータ１９の実モータ回転数Ｎmが入力される。すなわちこの減算部３１においては、目標モータ回転数Ｎm(tar)から実モータ回転数Ｎmを減算して、偏差ｅ（回転数差）が算出される。

この偏差ｅは積分ゲインであるＩゲイン、積分動作の伝達関数１／Ｓが乗算される。また、偏差ｅは微分ゲインであるＤゲイン、微分動作の伝達関数Ｓが乗算される。

そして、加算部３２において、ｅ＋ｅＩ／Ｓ＋ｅＤｓが算出される。次に、（ｅ＋ｅＩ／Ｓ＋ｅＤｓ）にＰゲインが乗算された後、図３のマップ３３の制御ゲインが乗算される。そして、このマップから出力される目標モータトルクＴ(tar)は制御対象３４に出力される。この制御対象３４はＭＣＵ２５を意味する。そして、このＭＣＵ２５によりモータ１９のトルクが目標モータトルクＴ(tar)となるように制御される。そして、モータ１９の実モータ回転数Ｎmは前記減算部３１の−端子に入力される。

次に、マップ３３の内容について図３の制御ゲインマップを参照して説明する。図３のマップは、回転数差（偏差ｅ）をｘ軸（横軸）とし、ｙ軸（縦軸）を制御ゲインとしている。回転数差が“０”の場合には制御ゲインは「１」である。そして、回転数差が小さいほど増大するように設定されている。また、実モータ回転数Ｎmが目標モータ回転数Ｎm(tar)よりも小さい第１の状態（ｘ＞０）での制御ゲインの傾きの方が、実モータ回転数Ｎmが目標モータ回転数Ｎm(tar)よりも大きい第２の状態（ｘ＜０）での制御ゲインの傾きより小さい。つまり、第１の状態における制御ゲインの方が第２の状態における制御ゲインの傾きより穏やかである。

このように設定したのは、次の理由による。すなわち、モータ１９は、前記したとおり回転数を下げる速度の方が上げる速度より速く構成されているため、同じゲインでも、回転数を下げる場合の方が上げる場合よりも、オーバーシュートが起きやすい。従って、回転数を下げる必要のある前記第２の状態では、前記第１の状態と回転数差（偏差ｅ）の絶対値が同じでも、制御ゲインを抑える必要性はより大きなものとなる。このような特性に着目して、図３に示す制御ゲインマップでは、回転数を下げる制御を行う第２の状態の方が、回転数を上げる制御を行う第１の状態よりも、回転数差（偏差ｅ）の絶対値が大きくなるにつれてオーバーシュートの抑制が強く働くように、傾きを大きく設定している。

また、ｘ＞０において、回転数差が所定値α１までは制御ゲインは回転数差に比例して小さくなり、回転数差がα１以上となると制御ゲインは一定値βとなる。

一方、ｘ＜０において、回転数差が所定値α２までは制御ゲインは回転数差に比例して小さくなり、回転数差がα２より小さくなると制御ゲインは一定値βとなる。

すなわち、回転数差（偏差ｅ）が所定の範囲内（α１〜α２）においてのみ、制御ゲインを可変している。このように、制御ゲインを可変とする領域を、回転数差の小さい所定範囲に限定しているため、第１の状態や第２の状態における制御ゲインマップの傾き等、設定の必要なパラメータの数も少なく、モータの特性に合わせて適切な値を設定できる。

なお、回転数差が所定値α１以上とα２以下の場合で制御ゲインは同じ一定値βとしたが、回転数差が所定値α１以上の場合の制御ゲインと回転数差が所定値α２以下の場合の制御ゲインの一定値を異ならせるようにしても良い。

なお、図３では第１の状態と第２の状態での制御ゲインは直線状（比例）に変化したが、ステップ状に変化させても良く、他の形状でも良い。さらに、第１の状態と第２の状態の制御ゲインの傾きの差は、モータ１９の特性に合わせて適宜決定される。

図３に示すように、回転数差が小さい場合、つまりｘ＝０に近いほど制御ゲインは１に近づく、つまり増大する。これは、回転数差が小さい場合に制御ゲインを増大させてもオーバーシュートは発生することはないからである。

一方、回転数差が大きい場合、つまり、ｘ＝０から離れる程制御ゲインを小さくしている。これにより、回転数差が大きい場合には、制御ゲインを小さくすることによりオーバーシュートの発生を防止することができる。

図２に示すような制御ブロックを用いることにより、制御ゲインがＰゲイン、Ｉゲイン、Ｄゲインに一律に乗算されるので、制御ゲインをパラメータとして系の応答を検出する際のパラメータ数を減少させ、制御設計する時間を短縮することができる。

なお、上記実施の形態において、図２に示した制御ブロック中のＰゲインとマップを加算部３２と分配部３５との間の部分３６に設けても良い。このようにすることにより、マップ３３の制御ゲインをＰゲインに対してのみ利かせるようにしても良い。

さらに、図２に示した制御ブロックの代わりに図４に示す制御ブロックを用いても良い。

つまり、Ｐゲインに対するマップ４１、Ｉゲインに対するマップ４２、Ｄゲインに対するマップ４３を別々に設けるようにしても良い。このようにすることにより、より細かい制御を行うことができる。

また、上記した実施の形態においては、本発明を被同期側にモータ１９を搭載した構造を有するパラレル式ハイブリッド電気自動車のシステムに適用した例について説明したが、シリーズ／パラレル式ハイブリッド電気自動車のシステムにも同様に適用することができる。

本発明の一実施の形態に係る電気自動車のシステム構成図。同実施の形態に係るモータ回転制御ロジックを示す図。同実施の形態に係る制御ゲインマップ。同実施の形態に係るモータ同期制御ロジックの別の例を示す図。

符号の説明

１１…エンジン、１２…ＥＣＵ、１３…クラッチ、１４…変速機、１５…ＴＣＵ、
１９…モータ、２３…インバータ、２４…バッテリ、２５…ＭＣＵ、
２６…ＨＥＶコントローラ、２７…ＣＣＵ。

Claims

目標回転数と実回転数との回転数差に応じて制御ゲインを可変にする電動機の制御装置において、
（１）前記電動機は、回転数が上昇するときよりも回転数が下降するときの方が回転数が速く変化するように構成され、
（２）前記制御ゲインは、
前記回転数差が小さいほど増大するように設定されると共に、
前記実回転数が目標回転数よりも小さい第１の状態の方が、実回転数が目標回転数よりも大きい第２の状態よりも前記増大が穏やかに設定されることを特徴とする電動機の制御装置。
前記制御ゲインは、前記回転数差が所定値以上のときは一定値で、前記回転数差が所定値未満のときは前記回転数差に比例して小さくなることを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
前記制御は、ＰＩＤ制御であり、前記増大させる制御ゲインは、Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインの全ての制御ゲインに対して適用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機の制御装置。