JP2008199737A - Motor controller, and drive force controller of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車両などに適用されて、車輪を駆動するモータの制御装置、及びそのモータ制御装置を備えた車両の駆動力制御装置に関する。 The present invention is applied to a hybrid vehicle or the like, and relates to a motor control device that drives wheels and a vehicle driving force control device including the motor control device.
従来の車両のモータ制御装置としては、例えば特許文献1に記載の装置がある。この装置では、電力供給源であるバッテリからの電力をインバータで3相交流に変換してモータに供給することで当該モータを駆動している。
上記インバータは、複数のスイッチング素子のスイッチング動作で電力を変換するが、故障時におけるスイッチング素子の加熱を防止する手段として、所定以上の温度に達したらモータのトルク指令値を小さくしたり、モータの駆動を停止したりしてインバータを保護している。
The inverter converts electric power by switching operations of a plurality of switching elements. However, as a means for preventing heating of the switching elements at the time of failure, when the temperature reaches a predetermined temperature or more, the motor torque command value is reduced, The drive is stopped and the inverter is protected.
インバータの保護という観点からは、モータのトルクを小さくしたりモータの駆動を停止したりすることは好ましいことである。
しかし、例えば、モータで駆動される車輪側からの負荷によって駆動中のモータが機械的に拘束されてロック状態になった場合も、インバータの一部のスイッチング素子がオン状態となるスイッチング相で固定されることで、オン状態で固定されたスイッチング素子の発熱が大きくなる。
このようなロック状態が例えば坂道で停止した際に発生した場合、モータトルク指令値を小さくしたり、駆動していたモータを停止したりすると、車両が不用意にロールバックしたり、そのロールバックが大きくなったりする。
From the viewpoint of protecting the inverter, it is preferable to reduce the torque of the motor or stop driving the motor.
However, for example, even when the motor being driven is mechanically constrained by a load from the wheel driven by the motor and locked, the inverter is fixed in the switching phase in which some switching elements are turned on. As a result, the heat generated by the switching element fixed in the ON state increases.
If such a locked state occurs when the vehicle stops on a slope, for example, if the motor torque command value is reduced or the motor that was being driven is stopped, the vehicle will roll inadvertently or its rollback may occur. Or become bigger.
また、ロック状態であると判定して、モータトルク指令を小さくしてロック時のスイッチング素子への通電電流を抑えても、通電されるスイッチング素子は固定されたままなので、温度が上昇して通電を停止するまでの時間(モータロック状態の持続可能な時間)は短く制限される。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、モータがロック状態となった場合におけるインバータの発熱を抑えつつモータトルクの低下を抑えることを可能とすることを課題としている。
Even if it is determined that the motor is locked and the motor torque command is reduced to reduce the energization current to the switching element when locked, the energized switching element remains fixed. The time until stoppage (sustainable time in the motor lock state) is limited to a short time.
The present invention has been made paying attention to the above points, and it is an object of the present invention to make it possible to suppress a decrease in motor torque while suppressing heat generation of the inverter when the motor is locked.
上記課題を解決するために、本発明は、電力供給源からの供給電力をインバータを介してモータの電機子に電流を流すと共に、モータの界磁コイルに流す電流を制御するモータ制御装置において、
モータのロータが機械的に拘束されたロック状態であると判定すると、モータの界磁電流の向きを反転させると共に、その界磁電流の反転に同期をとって、インバータの各相における上下アームのスイッチング素子のオン−オフ状態を切り替えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a motor control device that controls the current supplied to the motor armature and the current supplied from the power supply source to the armature of the motor via the inverter.
When it is determined that the rotor of the motor is in a mechanically constrained locked state, the direction of the field current of the motor is reversed, and the upper and lower arms in each phase of the inverter are synchronized with the reversal of the field current. The on / off state of the switching element is switched.
本発明によれば、モータにおける界磁電流の向きと電機子電流の向きとを、同期をとって共に反転させる(向きを切り替える)ことで、オン状態のスイッチング素子をオフ状態にして、モータのトルクを維持可能な状態とすることができる。さらに、各相において通電しているオン状態のスイッチング素子を上下アームで周期的に切り替えることで、各相のオンするスイッチング素子が固定された状態と比較して、1個あたりのスイッチング素子のオン時間を半分とすることができる。つまり、モータロック状態の持続可能な時間を、各相のオン状態のスイッチング素子が固定された状態と比較して、長くすることができる。 According to the present invention, the direction of the field current and the direction of the armature current in the motor are reversed together (switching the direction) in synchronization, thereby turning off the switching element in the on state, The torque can be maintained. Further, by switching periodically the switching elements that are energized in each phase with the upper and lower arms, the switching elements that are turned on in each phase are turned on in comparison with the state in which the switching elements that are turned on in each phase are fixed. Time can be halved. That is, the sustainable time of the motor lock state can be made longer compared to the state where the switching elements in the ON state of each phase are fixed.
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明を適用した四輪駆動車両の概略構成図である。また図2は、そのモータ駆動制御に関するパワーエレクトロニクス部の構成図である。
(構成)
図1に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪1L、1Rが、内燃機関であるエンジン2によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪3L、3Rが、モータ4によって駆動可能な従駆動輪である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a four-wheel drive vehicle to which the present invention is applied. FIG. 2 is a configuration diagram of a power electronics unit related to the motor drive control.
(Constitution)
As shown in FIG. 1, in the vehicle of this embodiment, left and right
上記エンジン2の吸気管路には、例えばメインスロットルバルブとサブスロットルバルブとが介装されている。メインスロットルバルブは、アクセルペダルの踏込み量等に応じてスロットル開度が調整制御される。サブスロットルバルブは、ステップモータ等をアクチュエータとし、そのステップ数に応じた回転角により開度が調整制御される。従って、エンジン制御部からの指令によって、サブスロットルバルブのスロットル開度をメインスロットルバルブの開度以下などに調整することによって、運転者のアクセルペダルの操作(アクセル開度)とは独立して、エンジン2の出力トルクを調整することができる。
For example, a main throttle valve and a sub-throttle valve are interposed in the intake pipe line of the
上記エンジン2の出力トルクTeは、トランスミッション及びデファレンスギヤ5を通じて左右前輪1L、1Rに伝達される。また、エンジン2の出力トルクTeの一部は、無端ベルト6を介して発電機7に伝達されることで、発電機7は、エンジン2の回転数Neにプーリ比を乗じた回転数Ngで回転する。
上記発電機7は、4WD制御部20によって調整される界磁電流Ifgに応じてエンジン2に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた発電をする。この発電機7の発電電力の大きさは、回転数Ngと界磁電流Ifgとの大きさにより決定される。なお、発電機7の回転数Ngは、エンジン2の回転数Neからプーリ比に基づき演算することができる。
The output torque Te of the
The
発電機7が発電した電力は、ジャンクションボックス10及びインバータ9を介して交流モータ4に供給可能となっている。すなわち、インバータ9によって直流を三相交流に変換して交流モータ4に供給して当該モータ4を駆動する。なお、入力回路と並列に小型キャパシタ15を設置したコンデンサインプット形としている。
モータ4は、図3のように、界磁巻線型同期モータであり、界磁コイル4aを有したロ一タと回転磁界を発生するための3相巻線(電機子コイル4b)が巻かれたステータを備える。モータ4はロータの界磁コイル3aに電流を流すことで発生する磁界とステータの電機子コイル4bから発生する磁界との相互作用により回転運動する。また、ロータが外力により回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により電機子コイル4bの両端に起電力を発生し発電動作する。モータ4は、モータ制御部21によって指令値に制御される。
The electric power generated by the
As shown in FIG. 3, the
上記モータ4の駆動軸は、減速機11及びクラッチ12を介して後輪3L、3Rに接続可能となっている。
ジャンクションボックス10内には、インバータ9と発電機7とを接続・遮断するリレーが設けられている。そして、このリレーが接続されている状態で、発電機7から整流器12を介して供給された直流の電力は、インバータ9内で三相交流に変換されてモータ4を駆動する。
また、ジャンクションボックス10内には、発電電圧を検出する発電機電圧センサ13と、インバータ9の入力電流である発電電流を検出する発電機電流センサ14とが設けられ、これらの検出信号は4WD制御部20に出力される。また、モータ4の駆動軸にはレゾルバが連結されており、モータ4の磁極位置信号θを出力する。
The drive shaft of the
In the
Further, in the
上記インバータ9は、図3のように、6個のスイッチング素子9a(MOSFET)を備える。すなわち、6個のスイッチング素子9aは、モータ4の電機子コイル4bの三相に対応して3組の上下アームのスイッチング素子9aに分けられ、その3組の各スイッチング素子9aをそれぞれスイッチング制御することで3相交流をモータ4に供給する。そのスイッチング制御は、モータ制御部21からの指令によって行われる。また、インバータ9で変換された各相の電流値を検出、つまり電機子電流Iaの電流を検出する電流センサが設けられ、検出された電流信号はモータ制御部に出力される。
As shown in FIG. 3, the
また、上記モータ4の界磁コイル4aに界磁電流Ifmを流す界磁駆動回路22を備える。界磁駆動回路22は、2組の組を成す4個のスイッチング素子22a(MOSFET)から構成され、モータ制御部21からの指令に応じてスイッチングして、界磁電流Ifmの向き及び界磁電流Ifmの大きさが制御される。また、界磁コイル4aの電流を検出する電流センサを備え、その電流センサが検出した電流信号がモータ制御部21に供給される。
In addition, a
なお、補助バッテリの電力が、界磁駆動回路22を介してモータ4の界磁コイル4aへ通電される場合であっても良いし、インバータ9で変換された電力が、界磁駆動回路22を介してモータ4の界磁コイル4aに通電されるようになっていても良い。
また、上記クラッチ12は、例えば湿式多板クラッチであって、4WD制御部20からの指令に応じて締結及び開放を行う。なお、本実施形態においては、締結手段としてのクラッチを湿式多板クラッチとしたが、例えばパウダークラッチやポンプ式クラッチであってもよい。
The power of the auxiliary battery may be supplied to the
The
また、各車輪1L、1R、3L、3Rには、車輪速センサが設けられている。各車輪速センサは、対応する車輪1L、1R、3L、3Rの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として4WD制御部20に出力する。
上記4WD制御部20は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成され、上記各車輪速度センサ27FL〜27RRで検出される車輪速度信号、ジャンクションボックス10内の電圧センサ13及び電流センサ14の出力信号、モータ4に連結されたレゾルバの出力信号及び駆動力指示子であるアクセルペダル(不図示)の踏込み量に相当するアクセル開度等が入力される。
Each
The
4WD制御部20は、図4に示すように、モータ指令演算部30、発電機制御部31、及びクラッチ制御部32を備える。
モータ指令演算部30は、ブロック図である図5のように、前後回転数差演算部30a、車速演算部30b、第1モータ4駆動力演算部30c、第2モータ4駆動力演算部30d、セレクトハイ部30e、及び後輪TCS制御部30fからなり、4輪の車輪速度信号に基づいて算出される前後輪の車輪速度差とアクセルペダル開度信号とから、モータトルク指令値Ttを算出する。
As shown in FIG. 4, the
As shown in FIG. 5 which is a block diagram, the motor
すなわち、先ず、前後回転数差演算部30aで、4輪の車輪速度信号Vfr〜Vrrに基づいて次式をもとに前後回転差ΔVを算出する。
ΔV=(Vfr+Vfl)/2−(Vrr−Vrl)/2
そして、前後回転差ΔVに基づいて、第1モータ4駆動力演算部30cで予め格納されたマップを参照し、第1モータ4駆動力TΔVを算出して後述するセレクトハイ部30eに出力する。この第1モータ4駆動力TΔVは、前後回転差ΔVが大きくなると共に比例的に大きく算出されるように設定されている。
That is, first, the front-rear rotation speed
ΔV = (Vfr + Vfl) / 2− (Vrr−Vrl) / 2
Based on the forward / backward rotation difference ΔV, the map stored in advance by the
一方、車速演算部30bでは、4輪の車輪速度信号と車両が発生する総駆動力Fとをセレクトローして車速信号Vを算出する。ここで、総駆動力Fは、トルクコンバータ滑り比から推定される前輪駆動力とモータトルク指令値Ttから推定される後輪駆動力との和によって求められる。
第2モータ4駆動力演算部30dでは、第2モータ4駆動力Tvを算出する。具体的には、車速演算部30bから出力された車速Vとアクセル開度Accとに基づいて、予め格納されたマップを参照して、算出する。この第2モータ4駆動力Tvは、アクセル開度Accが大きくなるほど大きく、車速Vが大きくなるほど小さく算出されるように設定されている。
On the other hand, the vehicle
The
次にセレクトハイ部30eで、上記第1モータ4駆動力演算部30cから出力された第1モータ4駆動力TΔVと、上記第2モータ4駆動力演算部30dから出力された第2モータ4駆動力Tvとをセレクトハイした値を目標トルクTttとして後輪TCS制御部30fに出力する。
そして、後輪速Vrl,Vrr、車速Vに基づいて、公知の方法により後輪トラクションコントロール制御を行って、モータ4のモータトルク指令値Ttを出力する。
また、発電機制御部31は、ブロック図である図6のように、要求電力演算部31A及び発電機制御部本体31Bを備える。
要求電力演算部31Aは、ブロック図である図7のように、モータ指令演算部30で算出されたモータトルク指令値Ttとモータ4回転速度Vmとに基づいて、次式をもとにモータ4に必要な電力Pmを算出する。
Pm=Tt×Vm
Next, in the select
Then, based on the rear wheel speeds Vrl and Vrr and the vehicle speed V, rear wheel traction control control is performed by a known method, and a motor torque command value Tt of the
Moreover, the
Based on the motor torque command value Tt calculated by the motor
Pm = Tt × Vm
さらに、モータ必要電力Pmに基づいて、次式をもとに発電機7が出力すべき発電機必要電力Pgを算出する。発電機必要電力Pgは、モータ・インバータ効率分だけ、モータ必要電力Pmより多く出力しなければならない。
Pg=Pm/Иm
ここで、Иmはモータ・インバータ効率である。モータ・インバータ効率Иmは、モータトルク指令値Ttとモータ4回転速度Vmに基づき、効率マップを使用して算出される。
Furthermore, based on the required motor power Pm, the required generator power Pg to be output by the
Pg = Pm / Иm
Here, Иm is the motor / inverter efficiency. The motor / inverter efficiency Иm is calculated using an efficiency map based on the motor torque command value Tt and the
発電機制御部本体31Bでは、図8のようなブロック図の処理が行われる。すなわち、要求電力演算部31Aで算出した要求電力を発電機電流で除算することで発電機電圧指令Vgを算出する。このとき、電圧リミッタ部31Baを通して、発電機電圧指令が上限電圧Vmax(フェイル電圧)よりも大きい場合には、上限電圧Vmaxに制限する。この上限電圧Vmaxは、例えば60Vなどに設定され、インバータ9のスイッチング素子9aの定格や発電機7・モータ4の設計から設定されている。
さらに、その発電機電圧指令と発電機電圧を比較し電圧偏差を求めPI制御を施して発電機電圧指令にする界磁電流Ifgを求め出力する。
In the generator control part
Further, the generator voltage command and the generator voltage are compared to determine a voltage deviation, and PI control is performed to determine and output a field current Ifg to be a generator voltage command.
上記PI制御のゲインは、発電機回転数をパラメータとしたPゲインマップ及びIゲインマップを予め求めておき変化させる。また、FF(フィードフォワード)項は、発電機電圧の上記電圧差分と発電機回転数をパラメータとしたFFマップを予め求めておきPI出力値に加算する。なお、図8には発電電圧をコントロールする例を示したが、発電界磁電流を検出(または推定)して界磁電流Ifgを求めコントロールしても良い。 The gain of the PI control is changed by previously obtaining a P gain map and an I gain map using the generator speed as a parameter. In addition, the FF (feed forward) term is obtained in advance as an FF map using the voltage difference of the generator voltage and the generator rotational speed as parameters, and is added to the PI output value. Although FIG. 8 shows an example in which the generated voltage is controlled, the field current Ifg may be obtained and controlled by detecting (or estimating) the generated field magnetic current.
また、クラッチ制御部32は、図6のように、上記クラッチ12の状態を制御し、4輪駆動状態と判定している間はクラッチ12を接続状態に制御する。例えば、クラッチ制御部32は、下記のように制御する。
・4WDスイッチオン時に車両停止時はクラッチオン
・モータ目標トルクが0でない時はクラッチオン
・モータ目標トルクが0のときはクラッチオフ
・モータ4の回転数が許容回転数を越えた場合には保護の為、クラッチオフ
・4WDスイッチオフ時はクラッチオフ
また、モータ制御部21は、図9に示すように、モータロック判定部21A、通常インバータ駆動制御部21B、通常モータ界磁制御部21C、ロック時処理部21Dと、を備える。
Moreover, the
・ Clutch on when the vehicle is stopped when the 4WD switch is on ・ Clutch on when the motor target torque is not 0 ・ Clutch off when the motor target torque is 0 ・ Protection when the
モータロック判定部21Aの処理を、図10を参照して説明する。モータロック判定部21Aは、モータ4の駆動制御中に所定のサンプリング周期で実行され、まずステップS10にて、モータ4の回転角度(電気角などを使用)を検出してステップS20に移行する。ステップS20では、前回の回転角度と今回の回転角度とが等しいか否かを判定し、等しいと判定した場合には、ロック状態と判定してステップS30に移行し、等しくない場合にはステップS40に移行する。
The processing of the motor
このステップS10及びS20は、ロック状態検出手段を構成して、モータ4のロック状態を検出するもので、モータ4の駆動時に所定時間モータ4が回転していない場合にはロック状態と判定するものである。上記処理では、モータ4の回転速度Vmに基づいてロック状態か否かを判定しているが、モータ4回転数が所定時間ゼロか否かで判定しても良い。
ステップS30では、ロックフラグLKFLGをオンにして処理を終了する。
また、ステップS40では、ロックフラグLKFLGをオフにして処理を終了する。なお、ロックフラグLKFLGの初期値はオフとする。
Steps S10 and S20 constitute a lock state detection means for detecting the lock state of the
In step S30, the lock flag LKFLG is turned on and the process ends.
In step S40, the lock flag LKFLG is turned off and the process is terminated. Note that the initial value of the lock flag LKFLG is off.
また、通常、インバータ駆動制御部21Bは、ロックフラグLKFLGがオフの場合にのみ作動して、モータトルク指令値Ttとモータ4の回転速度Vmとから、図11に示す公知のベクトル制御を行う。そして、インバータ9に3相パワー素子のスイッチング制御信号を出力して3相交流電流を制御する。同様に、通常モータ界磁制御部21Cも、ロックフラグLKFLGがオフの場合にのみ作動して、モータ4の回転速度Vmに基づき求めた目標モータ界磁電流となるように界磁駆動回路22にスイッチング制御信号を出力してモータ界磁電流を制御する。
Further, normally, the inverter
なお、上記通常インバータ駆動制御部21B及び通常モータ界磁制御部21Cの処理は、公知の目標モータトルクに制御する制御方法であれば適用可能である。
また、ロック時処理部21Dは、図9に示すように、界磁切替部41と、インバータ反転部42とからなる。
界磁切替部41は、ロックフラグLKFLGがオンの場合に作動して、一定周期たとえば所定時間(例えば数10ms)だけ経過するたびに、界磁電流Ifmの向きを強制的に切り替える。すなわち、界磁コイル4aの前回のスイッチングパターンを記憶しておき、所定時間経過すると、オン状態のスイッチング素子9aをオフ状態に、オフ状態のスイッチング素子9aをオン状態に切り替えるスイッチング制御信号を界磁駆動回路22に出力する。界磁切替部41は、界磁電流切替手段を構成する。
In addition, the process of the said normal inverter
Further, the
The
インバータ反転部42は、ロックフラグLKFLGがオンの場合に作動して、界磁切替部41が界磁電流Ifmの向きを切り替えるのと同期をとってインバータ9のスイッチングパターンを強制的に反転させる。すなわち、記憶していた前回のスイッチングパターンに基づき、各スイッチング素子9aのオン・オフ状態を検出し、界磁電流Ifmの向きの切替に同期をとって、オン状態のスイッチング素子9aをオフ状態に、オフ状態のスイッチング素子9aをオン状態に切り替えるスイッチング制御信号をインバータ9に出力する。
The
ここで、一般に、界磁コイル4aのL値は電機子コイル4bのL値よりも大きい。この結果、電流のターンオン時間及びターンオフ時間が、インバータ9で制御される電機子電流Iaに比べて、界磁駆動回路22で制御される界磁電流Ifmの方が大きい。
これに鑑みて、インバータ反転部42では、界磁切替部41によるスイッチングパターンの反転と同時には、インバータ9のスイッチングパターンの反転を行わずに、次のような反転処理をしている。
Here, generally, the L value of the
In view of this, the
すなわち、界磁切替部41がスイッチングパターンの反転のためのスイッチング制御信号を出力したことを入力すると、図12に示すように、界磁電流Ifmをモニターする(ステップS100)、界磁電流Ifmの絶対値が所定閾値Ifth以下となったことを検出すると、前回のスイッチパターンを記憶すると共に(ステップS110)、インバータ9の全スイッチング素子9aをオフ状態にするスイッチング制御信号をインバータ9に出力する(ステップS120)。続いて、界磁電流Ifmをモニターして(ステップS130)、界磁電流Ifmの絶対値が所定閾値Ifth以上となったことを検出すると、記憶していた前回のスイッチパターンを反転したスイッチパターンとなるスイッチング制御信号をインバータ9に出力する(ステップS140)。この処理を、界磁切替部41がスイッチングパターンの反転のためのスイッチング制御信号を出力するたびに実施する。なお、途中でモータ4ロック状態が解除したら、上記処理は中止される。ここで、ステップS140がスイッチング反転手段を構成する。
That is, when the fact that the
(作用効果)
モータ4が駆動制御される4駆状態では、発電機7からの発電電力がインバータ9を介してモータ4の電機子コイル4bに供給されると共に、モータ4の界磁電流Ifmにも電流が供給される。
そして、車両が通常に走行中や発進時において、モータ4がロック状態でない場合には、通常の制御(通常インバータ駆動制御部21B、通常モータ界磁制御部21Cの処理)によってモータトルク指令値となるようにモータ4が回転駆動され、モータ4で駆動される後輪(従駆動輪)が回転する。
一方、坂道発進などにおいて、後輪側からの負荷によってモータ4が機械的に拘束されたロック状態(モータ4が駆動されているにも関わらずモータ4が回転していない状態)になると、ロックフラグLKFLGがオンとなって、通常制御が停止してロック時処理部21Dが作動する。
(Function and effect)
In the four-wheel drive state in which the
If the
On the other hand, when starting on a slope, the
すなわち、モータ4が駆動制御状態であるにも関わらず、一定時間、モータ4の回転角度に変化がないため、モータ4がロック状態であると判断されてロック時処理部21Dが作動し、所定時間毎に、界磁駆動回路22およびインバータ9のスイッチングパターンが反転する。この反転させる一定時間は、ロック状態でスイッチング素子9aの温度が上昇する時間よりも十分に早い時間T(オーダーとしては数10ms程度)に設定する。
That is, although the
例えば、モータ4がロックした際のスイッチング素子9a、モータ電機子コイル4b、界磁コイル4a、界磁駆動回路22の通電パターンが例えば図3に示す状態であったとする。この状態での通電をそのまま続けると、特定のスイッチング素子9aがオンしっぱなしとなるため、そのスイッチング素子9a温度が急激に上昇していく。そこでロック状態でスイッチング素子9aの温度が上昇するのに対し十分に早い時間だけ経過すると、スイッチング素子9a、モータ4電機子コイル4b、界磁コイル4a、界磁駆動回路22の通電状態を図13の状態に切り替わる。以下、ロック状態が解除されるまで図3⇔図13の切り替えの動作を繰り返されることになる。
For example, assume that the energization patterns of the
このとき、図3と図13の状態の関係のように、スイッチングパターンを反転させた状態では、界磁コイル4aと電機子コイル4bに流れる電流の向きの相対関係は変わっていないため、同一のトルクを出力することができる。この結果、坂道発進時などでモータ4がロック状態となっても、ロールバックを抑制できるか、そのロールバックを小さくすることが可能となる。
さらに、インバータ9のスイッチング素子9aのオン状態を周期的に上下アームで切り替えることで、特定のスイッチング素子9aだけが温度上昇してしまうことを防ぐことができて、保護温度に到達するための時間も長くすることができる。
At this time, in the state where the switching pattern is reversed as in the relationship between the states in FIGS. 3 and 13, the relative relationship between the directions of the currents flowing through the
Further, by periodically switching the ON state of the
すなわち、モータ4の界磁電流Ifmと電機子電流の向きを同期をとって反転することで、モータ4としての特性を維持したまま、すなわちロック時におけるロックトルクを維持したままで、インバータ9のオンしているスイッチング素子9aを各相において周期的に上下アームで切り替えるだけであるので、各相のオンするスイッチング素子9aが固定の状態に制御されてしまう場合と比較して、1個あたりのスイッチング素子9aのオン時間を半分とすることができる。よってロック持続可能な時間を従来例に比べ長くすることができる。
That is, by reversing the direction of the field current Ifm and the armature current of the
また、界磁電流Ifmは、電気子電流に比べて、ターンオン時間及びターンオフ時間が大きいことから、インバータ反転部42で、界磁駆動回路22のスイッチングパターンの反転と同時にインバータ9のスイッチパターンの反転を実施せず、界磁電流Ifmの向きと電機子電流の向きとが常に同じ相対関係となるように、インバータ9のスイッチングパターン反転処理を行っている。
Since the field current Ifm has a larger turn-on time and turn-off time than the electric current, the
すなわち、界磁駆動回路22のスイッチングパターンを反転させることで、界磁電流Ifmがゼロに向けて変化するが、界磁電流Ifmがゼロとなるまえに電機子電流がゼロとなるようにインバータ9の全スイッチング素子9aをオフにし、続けて、界磁電流Ifmが反転したことを検知してからインバータ9のスイッチングパターンを前回と反対となるように切り替えることで、スイッチングパターンを反転している。これによって、電機子電流がゼロとなっている時間だけトルク抜けはあるものの、界磁電流Ifmと電機子電流の向きの相対関係が一時的に逆になってモータ4の駆動方向とは反対向きのトルクが発生することを防止することが出来る。
That is, by inverting the switching pattern of the
図14に切替動作のタイムチャート例を示す。なお、ロック状態になったときのスイッチパターンを図3の状態であるとする。
このタイムチャートでは、まずt0の時点において、界磁切替部41からのスイッチ制御信号によって、界磁駆動回路22のオンパターンを図13の状態に切り替えられる。すると、界磁電流Ifmは界磁コイル4aの時定数により徐々に電流値が下がり始める。この界磁電流Ifmがモニタリングされ、界磁電流Ifmが所定閾値Ifthとなったt1の時点で、インバータ反転部42からのスイッチング制御信号によって、インバータ9のスイッチング素子9aを全部オフに切り替えて、電機子電流をオフにする。このとき電機子電流も電機子コイル4bの時定数により電流値が下がり始める。t2において電機子電流はゼロとなり、モータ4の出力トルクもゼロとなる。その後t3において界磁電流Ifmがゼロとなる。t0の時点で界磁回路のスイッチング素子9aのオン状態は切り替わっているので、t3経過後は界磁電流Ifmが逆転して流れ始める。更に、界磁電流Ifmが所定閾値−Ifthとなったt4の時点で、インバータ反転部42からのスイッチング制御信号によって、インバータ9側のスイッチング状態を図2(b)の状態に切り替えることにより電機子電流も逆に流れ始め、t5の時点でスイッチング素子9aを切り替える前の状態と同じ電機子電流値に達する。遅れてt6の時点で界磁電流Ifmも切り替える前と同じ値となり、切り替え動作を完了する。このような動作を行うことで界磁電流Ifmが切り替わるt3の時点で確実に電機子電流をゼロとすることができるため、モータ4の出力トルクが逆方向に出力されるのを防ぐことができる。以下、切り替え周期Tごとに同じ動作をロック状態が解除されるまで継続する。
FIG. 14 shows a time chart example of the switching operation. It is assumed that the switch pattern when in the locked state is the state shown in FIG.
In this time chart, first, at time t0, the on pattern of the
ここで、電機子電流をオフとするためにインバータ反転部42からのスイッチング制御信号を出力する時期を決定する、界磁電流閾値Ifthの決め方について、次に説明する。
一般的に界磁コイル4aのL値は電機子コイル4bのL値よりも大きいため、電機子電流Iaがゼロとなる時間は、界磁コイル4aの界磁電流Ifmがゼロになるよりも早い。よって、まずロック状態における電機子電流Ia0を検出し、Ia0と電機子コイル4bのL値Laにより電機子電流をオフとなるようにスイッチ素子を変更してから、実際にゼロとなるまでの時間ta0を演算する。このときの演算式は電機子コイル4bの抵抗とインバータ部の合成抵抗値をRaとして下式となる。
0=exp(−ta0/(La/Ra))
そして、上の式から時間ta0を決定する。もっとも、一般的にt=3×(La/Ra)程度の時間で電流値はほぼゼロになるので、ta0=3×(La/Ra)とすればよい。
Here, how to determine the field current threshold Ifth for determining the timing for outputting the switching control signal from the
Since the L value of the
0 = exp (-ta0 / (La / Ra))
Then, the time ta0 is determined from the above equation. However, in general, the current value becomes almost zero in a time of about t = 3 × (La / Ra), and therefore ta0 = 3 × (La / Ra) may be set.
また、モータ界磁電流Ifmがゼロの状態から通電を開始した時のta0後の界磁電流閾値Ifta0を求める。Ifta0は、界磁コイル4aの抵抗値と界磁回路の合成抵抗をRf、界磁電源電圧をVfとして、
Ifta0=Vf/Rf[1−exp{−t/(Lf/Rf)}]
により求められる。
そして、Ifta0に対し安全率を掛け、電機子電流Iaが必ず先にゼロになるように調整した値を界磁電流閾値Ifthとする。
ここで、電機子電流がオフとなる期間はトルクが抜けるが、その間は駆動トルク伝達機構のねじれにより吸収される期間内とすれば、ねじれ分だけ、完全に後輪の駆動力がゼロとなることを低減することが出来る。
Further, a field current threshold value Ifta0 after ta0 when energization is started from a state where the motor field current Ifm is zero is obtained. Ifta0 is Rf as the combined resistance of the
Ifta0 = Vf / Rf [1-exp {-t / (Lf / Rf)}]
Is required.
A value adjusted by multiplying Ifta0 by a safety factor so that the armature current Ia always becomes zero first is defined as a field current threshold Ifth.
Here, the torque is released during the period when the armature current is off, but if the period is within the period absorbed by the torsion of the drive torque transmission mechanism, the driving force of the rear wheels becomes completely zero by the amount of torsion. This can be reduced.
なお、電機子電流がゼロの時間は短い方が望ましいので、界磁電流Ifmが反転したことを検知したら、界磁電流Ifmの絶対値が界磁電流閾値Ifth以上となる前に、前回のスイッチングパターンを反転したスイッチング制御信号をインバータ9に出力するようにしても良い。
また、上記実施形態では、一定周期で、界磁電流Ifmの向きを強制的に切り替えるようにしているが、ロック状態に応じて、周期を徐々に短くするなど、周期不等間部とすることも出来る。
また、上記実施形態では、ハイブリッド車両に本発明のモータ制御装置を適用した例であるが、電気自動車など他の装置に本発明のモータ制御装置を適用しても構わない。
Since it is desirable that the time when the armature current is zero is short, when it is detected that the field current Ifm is reversed, the switching of the previous time before the absolute value of the field current Ifm becomes equal to or greater than the field current threshold Ifth. A switching control signal having an inverted pattern may be output to the
Further, in the above embodiment, the direction of the field current Ifm is forcibly switched at a constant period. However, the period is set to be inequalities such that the period is gradually shortened according to the lock state. You can also.
In the above embodiment, the motor control device of the present invention is applied to a hybrid vehicle. However, the motor control device of the present invention may be applied to other devices such as an electric vehicle.
4 モータ
4a 界磁コイル
7 発電機
9 インバータ
9a スイッチング素子
21 モータ制御部
21A モータロック判定部
21B インバータ駆動制御部
21C 通常モータ界磁制御部
21D ロック時処理部
22 界磁駆動回路
22a スイッチング素子
30 モータ指令演算部
31 発電機制御部
41 界磁切替部
42 インバータ反転部
Ia 電機子電流
Ifm 界磁電流
Ifth 界磁電流閾値
LKFLG ロックフラグ
4
Claims (4)
モータのロータが機械的に拘束された状態であるロック状態を検出するロック状態検出手段と、モータの界磁電流の向きを反転させる界磁電流切替手段と、インバータの全アームのスイッチング素子のオン−オフ状態を同期をとって切り替えるスイッチング反転手段と、を備え、
ロック状態検出手段の検出によりモータがロック状態と判定すると、界磁電流切替手段によって、モータの界磁電流の向きを反転させると共に、スイッチング反転手段によって、インバータの各相における上下アームのスイッチング素子のオン−オフ状態を、上記界磁電流の反転に同期をとって切り替えることを特徴とするモータ制御装置。 By switching the switching elements of the upper and lower arms corresponding to each phase of the motor, the supply power supplied from the power supply source is converted into AC power and supplied to the motor armature, and is supplied to the motor field coil In a motor control device comprising a field drive circuit for controlling current,
Lock state detecting means for detecting a locked state in which the rotor of the motor is mechanically constrained, field current switching means for reversing the direction of the field current of the motor, and switching elements of all the arms of the inverter being turned on -Switching inversion means for switching the OFF state in synchronization,
When the motor is determined to be in the locked state by the detection of the lock state detection means, the field current switching means reverses the direction of the field current of the motor, and the switching inversion means causes the switching elements of the upper and lower arms in each phase of the inverter to be reversed. A motor control device, wherein the on-off state is switched in synchronization with the reversal of the field current.
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