JP2006314177A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御性の向上したモータ制御装置を提供する。
【解決手段】 コントローラ４０は、主トルク指令値を算出する処理と、主トルク指令値で回転電機を運転した場合に発生するトルク変動を低減させる制振トルク指令値と主トルク指令値とに基づいて最終指令トルク値を出力する処理と、制振トルク指令値を算出する処理とを実行する。制振トルク指令値を算出する処理は、制振トルク指令値の元となる原指令値を算出する処理と、原指令値に対して制振ガード値を用いて制限を与えるガード処理を行なう処理と、ガード処理後のトルク指令値に生じる変化率の不連続な角部を平滑化する処理とを含む。
【選択図】 図１

Description

この発明は、モータ制御装置に関する。

近年、ハイブリッド自動車が、通常の内燃機関のみで動力を得る自動車に混じって道路を走行する姿が見られるようになってきている。ハイブリッド自動車は、内燃機関のみで走行する場合の排ガスの悪化や燃費の低下を改善するために開発された車両である。

ハイブリッド自動車は電力によって走行トルクを発生するモータあるいは発電機を兼ねたモータジェネレータを、内燃機関と併せて搭載した車両である。特開平１１−１７８１１３号公報（特許文献１）は、かかるハイブリッド自動車の走行に必要な駆動トルクに対してエンジンを始動させるためのアシストトルクを加えたものを最終トルクとして、最終トルクが大きい場合にはガード値を採用する旨について開示する。
特開平１１−１７８１１３号公報 特開２００４−２２２４３９号公報 特開２０００−３２６０７号公報 特開２００４−１４７４９１号公報 特許第３１６８９９０号明細書

従来、モータ制御において、車両を推進させるためのトルク指令の波形に対して、モータの回転に伴うトルクリプル等の振動を抑制するための制振トルクの波形が別々に演算され、これらが加算されて最終のトルク指令値が求められていた。このようなトルク指令値に対してはモータ保護のためのガード値が設定されている。

図１４は、ガード値が適用された最終トルク指令値の波形形状を示した図である。
図１４を参照して、運転者が操作するアクセルペダル等からの加速要求に基づくトルク指令の生値ＴＲに対してガード値ＧＴが適用されこれにフィルタ処理が施されてトルクフィルタ値ＴＲＦが算出される。

これに対してモータのトルクリプルを低減させるための制振トルクの生値Ｙに対して、この制振トルクのガード値Ｇ１，Ｇ２を適用した後の波形がトルクフィルタ値ＴＲＦに重畳される。これにより最終トルク指令値Ｔが算出される。

しかしながら、最終トルク指令値Ｔは、角部ＴＡ，ＴＢにおいてトルクが急変するので、電流のフィードバック精度の追従性が悪くなる。

図１５は、電流のフィードバック精度の追従性が悪くなった状態を説明するための波形図である。

図１５を参照して、制振トルク指令値が図１５に示すように急変する部分においてはＡ，Ｂ，Ｃに示すようにオーバーシュートが生じて本来流さなくてもよい電流が流れ無駄なパワーが消費される。また電流が大きくなることにより電池およびインバータの寿命に影響を与える可能性がある。

この発明の目的は、制御性の向上したモータ制御装置を提供することである。

この発明は、要約すると、モータ制御装置であって、主トルク指令値を算出する手段と、主トルク指令値で回転電機を運転した場合に発生するトルク変動を低減させる制振トルク指令値と主トルク指令値とに基づいて最終指令トルク値を出力する手段と、制振トルク指令値を算出する手段とを備え、制振トルク指令値を算出する手段は、制振トルク指令値の元となる原指令値を算出する手段と、原指令値に対して制振ガード値を用いて制限を与えるガード処理を行なう手段と、ガード処理後のトルク指令値に生じる変化率の不連続な角部を平滑化する手段とを含む。

この発明は、他の局面においては、モータ制御装置であって、主トルク指令値を算出する手段と、主トルク指令値で回転電機を運転した場合に発生するトルク変動を低減させる制振トルク指令値と主トルク指令値とに基づいて最終指令トルク値を出力する手段と、制振トルク指令値を算出する手段とを備え、制振トルク指令値を算出する手段は、制振トルク指令値の元となる原指令値を算出する手段と、現在の制振トルク指令値に対して次回に制振ガード値が原指令値として与えられると仮定してフィルタ処理を行なって仮の制振トルク指令値を算出する手段と、仮の制振トルク指令値と実際に与えられる原指令値とを比較して制振トルク指令値を選択する手段とを含む。

好ましくは、仮の制振トルク指令値を算出する手段は、制振ガード値として上限値と下限値を用いて第１、第２の仮の制振トルク指令値を算出し、制振トルク指令値を選択する手段は、実際に与えられる原指令値が第１、第２の仮の制振トルク指令値の間にある場合には原指令値を制振トルク指令値として選択し、実際に与えられる原指令値が第１、第２の仮の制振トルク指令値の間にない場合には第１、第２の仮の制振トルク指令値のうちのいずれか一方を制振トルク指令値として選択する。

好ましくは、主トルク指令値を算出する手段は、加速要求に応じて、主トルク指令値の元となる第１の指令値を算出する手段と、第１の指令値に対して主ガード値を用いて制限を与える主ガード処理を行なう手段と、主ガード処理後の第１の指令値に生じる変化率の不連続な角部を平滑化して主トルク指令値を出力する手段とを含む。

本発明によれば、制振制御を行なってもトルクの急変を招かないようにモータを制御することが可能となる。

さらに他の効果として、制振効力を保ちつつ、かつ、トルクの急変を招かないようにモータを制御することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明のモータ制御装置が適用される車両駆動システム１００の構成を示す図である。

図１を参照して、車両駆動システム１００は、バッテリ３８と、バッテリ３８から力行運転時にはエネルギを受け、また回生運転時にはバッテリ３８にエネルギを戻す３相インバータ３６と、３相インバータ３６によってＵ層、Ｖ層、Ｗ層のコイルに対する電流電圧の制御が行なわれるモータ１とを含む。３相インバータ３６は図示しないがＩＧＢＴ等のパワー半導体素子を含む。

車両駆動システム１００は、さらに、運転者の操作するアクセルペダルの位置を検出するアクセルポジションセンサ４１と、モータ１から回転情報Ｐを受けアクセルポジションセンサ４１の出力に応じて３相インバータ３６を制御するコントローラ４０とを含む。コントローラ４０は、図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む。

車両駆動システム１００は、さらに、モータの出力軸４４に接続される減速機３４と、減速機３４の出力軸に接続される車輪３２とを含む。

図２は、コントローラ４０が行なうトルクリプルの低減対策を説明するための図である。

図１、図２を参照して、コントローラ４０は、モータ１から与えられる回転情報Ｐを受けてトルクリプルが発生する位相に対応して３相インバータ３６に対して補償電流を流すように指示する。これにより、トルクの山と谷はそれぞれ補償電流により平均化され、トルクリプルが生じている波形Ｗ３が波形Ｗ４のように改善される。

このような補償電流を流すための元となる指令値として制振トルク指令値が算出される。このような制振処理を施してモータを回転させるために、コントローラ４０は主トルク指令値を求める処理と、制振トルク指令値を求める処理と、求めた２つのトルク指令値を合成して最終トルク指令値を求める処理とを行なっている。

図３は、図１のコントローラ４０で実行される主トルク指令値を求める処理を説明するためのフローチャートである。

図３を参照して、まず処理が実行されるとステップＳ１において、コントローラ４０は、アクセルポジションセンサ４１の出力に応じて主トルク指令値の元となるトルク指令値（生値）ＴＲを算出する。エンジンをモータに併用するハイブリッド自動車の場合には、エンジンとモータとのトルクの分担割合等がさらに算出の際に考慮される。

そしてステップＳ２において、トルク指令値ＴＲをガード値ＧＴで上限を制限するクリップ処理を行なう。

そしてさらに、ステップＳ３においてクリップされたトルク指令値に対してフィルタ処理が行なわれて主トルク指令値が求められ、ステップＳ４に処理が進み主トルク指令値の算出は終了する。

図４は、コントローラ４０で行なわれる制振トルク指令値を求める処理を説明するためのフローチャートである。

図４を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ１１において制振トルク（生値）の算出が行なわれる。これはモータのロータの回転位相や速度に基づいて行なわれる。また、ハイブリッド自動車の場合には、これに加えてエンジンの振動をキャンセルするための位相が考慮されて求められるようにしてもよい。

続いてステップＳ１２において、制振トルク指令値に対してガード値によるクリップ処理が行なわれ、続いてステップＳ１３でフィルタ処理が施されステップＳ１４に進み処理は終了する。フィルタ処理は、とくに限定するものではないが、例えば一般的な一次遅れフィルタなどを用いることができる。

一次遅れフィルタは、遅れ定数Ｔで設定された一次遅れ演算を行なう。出力信号をＸｏ（Ｓ）、入力信号をＸｉ（ｓ）とすると、Ｘｏ（ｓ）＝１／（１＋Ｔｓ）・Ｘｉ（ｓ）で表わされる。

すなわち、制振トルク指令値を算出する処理は、制振トルク指令値の元となる原指令値を算出する処理（ステップＳ１１）と、原指令値に対して制振ガード値を用いて制限を与えるガード処理を行なう処理（ステップＳ１２）と、ガード処理後のトルク指令値に生じる変化率の不連続な角部を平滑化する処理（ステップＳ１３）とを含む。

図５は、コントローラ４０で実行される主トルク指令値と制振トルク指令値の合成処理を説明するためのフローチャートである。

図５を参照して、処理が開始されると、ステップＳ２１において図３において求められたフィルタ処理後の主トルク指令値と図４において求められたフィルタ処理後の制振トルク指令値との加算が行なわれる。

そしてステップＳ２２において、コントローラ４０はモータ１を駆動する３相インバータ３６に対して最終トルク指令値を出力する。そしてステップＳ２３に進み処理は終了する。

図６は、実施の形態１の適用された最終トルク指令値の波形を示した波形図である。
図６においてトルクフィルタ値ＴＲＦは図３の主トルク指令値を求める処理によって求められた値である。

これに対して図４で求めた制振トルク指令値が重畳されたものが図６に示される最終トルク指令値Ｔである。実施の形態１によれば図１５に示したような角部であった部分ＰＡ，ＰＢは角が滑らかな波形となり、電流のオーバーシュートは低減される。

［実施の形態２］
実施の形態１では、制振トルク指令値にフィルタ処理を行なった。そのため、制振トルク指令値に位相遅れが発生し制振効果を低下させてしまうことがある。たとえば、位相が１８０°変わると制振効果が発揮されず却って発振してしまう場合も考えられる。

実施の形態２においては、実施の形態１で行なった処理において図４の制振トルク指令値の算出処理を変更する。主トルク指令値を求める処理と、求めた２つのトルク指令値を合成して最終トルク指令値を求める処理については、図３、図５で説明した処理と同様であるので説明は繰返さない。

図７は、実施の形態２において実行される制振トルク指令値の算出に関するプログラム構造を示したフローチャートである。

図７を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ３１において制振トルク（生値）Ｙｎの算出が行なわれる。この生値の算出はロータの位相や、ロータの回転速度およびエンジンの振動などに基づいて行なわれる。

続いてステップＳ３２において、前回算出された制振トルク指令値Ｑｎ−１に対して次に制振トルクのガード値Ｇ１，Ｇ２が入力されたとしたときに、これらに対して一次遅れフィルタ処理を行なった値Ｘ１ｎ，Ｘ２ｎを算出する。

そしてステップＳ３３において、制振トルク（生値）Ｙｎと算出した値Ｘ１ｎ，Ｘ２ｎとを比較して、Ｘ１ｎ＜Ｙｎ＜Ｘ２ｎが成立するか否かが判断される。

ステップＳ３３においてＸ１ｎ＜Ｙｎ＜Ｘ２ｎが成立した場合には、ステップＳ３４に進み、成立しない場合にはステップＳ３５に処理が進む。

ステップＳ３４においては制振トルク（生値）Ｙｎを出力制振トルクＱｎと設定する。一方ステップＳ３５に処理が進んだ場合には、算出した値Ｘ１ｎとＸ２ｎのうち制振トルク（生値）Ｙｎに近い方を出力制振トルクＱｎとして選択する。

ステップＳ３４またはステップＳ３５の処理が終了するとステップＳ３６に進み出力制振トルクの算出処理が終了する。

つまり、制振トルク指令値を算出する処理は、制振トルク指令値の元となる原指令値を算出する処理（ステップＳ３１）と、現在の制振トルク指令値に対して次回に制振ガード値が原指令値として与えられると仮定してフィルタ処理を行なって仮の制振トルク指令値を算出する処理（ステップＳ３２）と、仮の制振トルク指令値と実際に与えられる原指令値とを比較して制振トルク指令値を選択する処理（ステップＳ３３〜Ｓ３５）とを含む。

好ましくは、仮の制振トルク指令値を算出する処理は、制振ガード値として上限値Ｇ２と下限値Ｇ１を用いて仮の制振トルク指令値Ｘ２ｎ，Ｘ１ｎを算出する。制振トルク指令値を選択する処理は、実際に与えられる原指令値が第１、第２の仮の制振トルク指令値の間にある場合には原指令値を制振トルク指令値として選択し（ステップＳ３４）、実際に与えられる原指令値が第１、第２の仮の制振トルク指令値の間にない場合には第１、第２の仮の制振トルク指令値のうちのいずれか一方を制振トルク指令値として選択する（ステップＳ３５）。

図８は、図７においてステップＳ３４に処理が進んだ場合を説明するための波形図である。

図８には、現在までに出力制振トルクＱｎ−２，Ｑｎ−１が算出されており、次に出力制振トルクＱｎを算出する場合が示されている。これに対して図７のステップＳ３１において算出される制振トルク（生値）Ｙｎがガード値の外側に来る場合を想定して、ステップＳ３２において出力制振トルクＱｎ−２，Ｑｎ−１に対して次にガード値Ｇ１，Ｇ２が入力されたとしたときこれに対して一次遅れフィルタ処理を行なった値Ｘ１ｎ，Ｘ２ｎが算出されている。

図８においては制振トルク（生値）Ｙｎが値Ｘ１ｎとＸ２ｎの間にあるため、生値Ｙｎをそのまま出力制振トルクＱｎとして選択しても波形が角張ってしまうことはなくトルク波形は滑らかである。

したがって生値Ｙｎをそのまま出力制振トルクＱｎとして選択し、これにより要求される制振トルクに対して位相遅れのない出力制振トルクＱｎが決定される。

図９は、図７においてステップＳ３５に処理が進んだ場合を説明するための波形図である。

図７、図９を参照して、現在までに出力制振トルクＱｎ−２，Ｑｎ−１が順次出力されており、次に出力制振トルクＱｎが算出される場合が示されている。図９に示した場合には、制振トルク（生値）Ｙｎは、ガード値Ｇ１，Ｇ２の外に存在する。したがってガード値Ｇ１，Ｇ２に一次遅れフィルタ処理を施した値Ｘ１ｎ，Ｘ２ｎのうちいずれかの生値Ｙｎに近い方が出力制振トルクＱｎとして選択される。

図９に示した場合には、生値Ｙｎはガード値Ｇ２の外側にあるため、値Ｘ２ｎの方が生値Ｙｎに近い。したがって出力制振トルクＱｎとして値Ｘ２ｎが選択されている。

図７〜図９で説明した処理によって出力制振トルクＱｎが選択されることにより、必要な場合以外はフィルタ処理がかからず、位相遅れが生じないようにすることができる。

図１０、図１１、図１２は、実施の形態２において算出される制振トルク出力値Ｑが生値Ｙに対してどのようになるかを示した第１例〜第３例の図である。

図１０に示すように生値Ｙの周波数が高くかつそのピーク値がガード値Ｇ１，Ｇ２の外にはみ出すような場合には、波形にはある程度の位相遅れが生ずることになる。

しかし、図１１に示すように生値Ｙのピークはガード値Ｇ１，Ｇ２の外にはみ出すが周波数はフィルタ処理の影響をあまり受けない程度の周波数であれば、出力制振トルクＱは、ガード値Ｇ１，Ｇ２の間にある領域についてはなるべく忠実に生値Ｙが反映される。そしてその部分からガード値Ｇ１またはＧ２によってクリッピングされてしまう部分の遷移点である角部に対しては平滑化が図られる。

さらに図１２に示すように制振トルクの生値Ｙのピーク値がガード値Ｇ１，Ｇ２の間に収まっており、かつ、その周波数がフィルタ処理の影響を受けない周波数であれば要求される制振トルクの生値Ｙがそのまま出力制振トルクＱとして出力される。

図１３は、実施の形態２において出力される最終トルク指令値の波形を示した波形図である。

図１３に示すように、最終トルク指令値Ｔは、制振トルクの生値Ｙのガード値Ｇ１，Ｇ２からはみ出る部分がクリップ処理をされているが、角部分のＰＡ，ＰＢは平滑化が図られており、かつ制振トルクの位相遅れも低減されるので制振効果が向上し、よりスムーズな走行を実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のモータ制御装置が適用される車両駆動システム１００の構成を示す図である。 コントローラ４０が行なうトルクリプルの低減対策を説明するための図である。 図１のコントローラ４０で実行される主トルク指令値を求める処理を説明するためのフローチャートである。 コントローラ４０で行なわれる制振トルク指令値を求める処理を説明するためのフローチャートである。 コントローラ４０で実行される主トルク指令値と制振トルク指令値の合成処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の適用された最終トルク指令値の波形を示した波形図である。 実施の形態２において実行される制振トルク指令値の算出に関するプログラム構造を示したフローチャートである。 図７においてステップＳ３４に処理が進んだ場合を説明するための波形図である。 図７においてステップＳ３５に処理が進んだ場合を説明するための波形図である。 実施の形態２において算出される制振トルク出力値Ｑが生値Ｙに対してどのようになるかを示した第１例の図である。 実施の形態２において算出される制振トルク出力値Ｑが生値Ｙに対してどのようになるかを示した第２例の図である。 実施の形態２において算出される制振トルク出力値Ｑが生値Ｙに対してどのようになるかを示した第３例の図である。 実施の形態２において出力される最終トルク指令値の波形を示した波形図である。 ガード値が適用された最終トルク指令値の波形形状を示した図である。 電流のフィードバック精度の追従性が悪くなった状態を説明するための波形図である。

符号の説明

１ モータ、３２ 車輪、３４ 減速機、３６ ３相インバータ、３８ バッテリ、４０ コントローラ、４１ アクセルポジションセンサ、４４ 出力軸、１００ 車両駆動システム。

Claims (4)

1. 主トルク指令値を算出する手段と、
   前記主トルク指令値で回転電機を運転した場合に発生するトルク変動を低減させる制振トルク指令値と前記主トルク指令値とに基づいて最終指令トルク値を出力する手段と、
   前記制振トルク指令値を算出する手段とを備え、
   前記制振トルク指令値を算出する手段は、
   前記制振トルク指令値の元となる原指令値を算出する手段と、
   前記原指令値に対して制振ガード値を用いて制限を与えるガード処理を行なう手段と、
   前記ガード処理後のトルク指令値に生じる変化率の不連続な角部を平滑化する手段とを含む、モータ制御装置。
2. 主トルク指令値を算出する手段と、
   前記主トルク指令値で回転電機を運転した場合に発生するトルク変動を低減させる制振トルク指令値と前記主トルク指令値とに基づいて最終指令トルク値を出力する手段と、
   前記制振トルク指令値を算出する手段とを備え、
   前記制振トルク指令値を算出する手段は、
   前記制振トルク指令値の元となる原指令値を算出する手段と、
   現在の前記制振トルク指令値に対して次回に制振ガード値が前記原指令値として与えられると仮定してフィルタ処理を行なって仮の制振トルク指令値を算出する手段と、
   前記仮の制振トルク指令値と実際に与えられる前記原指令値とを比較して前記制振トルク指令値を選択する手段とを含む、モータ制御装置。
3. 前記仮の制振トルク指令値を算出する手段は、前記制振ガード値として上限値と下限値を用いて第１、第２の仮の制振トルク指令値を算出し、
   前記制振トルク指令値を選択する手段は、実際に与えられる前記原指令値が前記第１、第２の仮の制振トルク指令値の間にある場合には前記原指令値を前記制振トルク指令値として選択し、実際に与えられる前記原指令値が前記第１、第２の仮の制振トルク指令値の間にない場合には前記第１、第２の仮の制振トルク指令値のうちのいずれか一方を前記制振トルク指令値として選択する、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記主トルク指令値を算出する手段は、
   加速要求に応じて、前記主トルク指令値の元となる第１の指令値を算出する手段と、
   前記第１の指令値に対して主ガード値を用いて制限を与える主ガード処理を行なう手段と、
   前記主ガード処理後の第１の指令値に生じる変化率の不連続な角部を平滑化して前記主トルク指令値を出力する手段とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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