JP2009202713A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンと駆動モータとの間のトルク伝達を断続することがあっても、駆動モータの駆動制御を行うことが可能なモータ制御を提供する。
【解決手段】駆動モータ３の回転数を取得することなく駆動モータ３の回転状態を推定して所定の動作点となるように当該駆動モータ３を駆動制御した後に、上記クラッチで駆動モータ３と接続状態となっているエンジン１若しくは変速機５の回転軸の回転数を検出する回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較して駆動モータ３の回転状態に関わる位相差を学習して、上記回転検出センサからの回転信号を使用して駆動モータ３を駆動制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの回転軸に連結するモータで駆動輪を駆動可能なハイブリッド車両におけるモータ制御に関する。

ハイブリッド車両における従来のモータ制御方法としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。
すなわち、車両用駆動装置の構成として、エンジンの回転軸にモータの回転軸が連結し、そのモータの回転軸に変速機の回転軸が連結し、その変速機の回転軸に駆動輪が連結する構成がある。そして、特許文献１に記載のモータ制御装置は、回転センサ制御部、回転センサレス制御部、及び切替手段を備える。

回転センサ制御部は、モータ回転数の検出値と、モータへの供給電流の電流検出値とを基に、供給電流の回転センサ制御とを行う。回転センサレス制御部は、供給電流の電圧検出の電圧検出値と電流検出値を基に、供給電流の回転センサレス制御を行う。切替手段は、制御方式の切り替えを行う。即ち、モータ回転数が所定回転数以上と判定した場合には、回転センサ制御部によって制御し、モータ回転数が所定回数未満と判定した場合には、回転センサレス制御部によって制御するように、制御方式を切り替える。

これによって、所定回転数以上では制御性の高い回転センサ制御を行うことが出来る。
更に、モータ回転数の検出信号として、エンジンの回転数を検出する回転検出センサ（クランク角センサ）の検出信号を使用する。これによって、モータ回転軸の回転を直接検出する必要が無くなり、コスト低減に繋がる。
同様な技術として、特許文献２に記載の技術がある。
特許第３６０７９６０号公報 特開２００２−３２５４８１号公報

モータの回転数を直接検出するレゾルバ等のモータ回転センサを廃止出来ることは、コスト低減に繋がる。
しかし、モータの制駆動力だけを車輪に伝達可能な構成の場合には、エンジンとモータとの間にクラッチを介装することとなる。そして、この場合には、クラッチを開放／締結する度に、モータの回転子位置と、エンジンクランク角センサの相対位置（認識している位相）が変わってしまうという課題がある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、エンジンとモータとの間のトルク伝達を断続することがあっても、モータの駆動制御を行うことが可能なモータ制御を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、モータの回転数を取得することなくモータの回転状態を推定して所定の動作点となるように当該モータを駆動制御した後に、
上記クラッチでモータと接続状態となっているエンジン若しくは変速機の回転軸の回転数を検出する回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較してモータの回転状態に関わる位相差を学習して、上記回転検出センサからの回転信号を使用してモータを駆動制御する。

本発明によれば、エンジンとモータとの間を断続することがあっても、モータと接続している回転軸の回転数との位相差を学習してから、当該回転軸の回転を検出する回転検出センサの回転信号に基づき回転検出センサ制御を行う。これによって、モータの回転数を検出するセンサが不要であると共に、所定の精度でモータを駆動制御することが可能となる。

次に、本発明にかかる実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態のシステム構成を説明する概略図である。
すなわち、エンジン１の回転軸（クランクシャフト）に第１クラッチ２を介して駆動モータ３の回転軸（回転子３ａ）の一端部側が連結している。その駆動モータ３の回転軸の他端部側に、第２クラッチ４を介して変速機５の入力軸が連結している。変速機５の出力軸は、駆動輪６に連結する。

また、上記変速機５、第１及び第２クラッチ２，４に油圧を供給するオイルポンプ７を備える。そのオイルポンプ７には、ポンプ用モータ８が連結している。このポンプ用モータ８は、制駆動用コントローラ１１からの指令によって、オイルポンプ７を駆動する。
また、上記エンジン１の回転軸（クランク軸）の回転を検出するエンジン用回転検出センサ９を備える。エンジン用回転検出センサ９は、検出した回転信号を制駆動用コントローラ１１に出力する。また、変速機５の入力軸の回転を検出する変速機用回転検出センサ１０を備える。変速機用回転検出センサ１０は、検出した回転信号を制駆動用コントローラ１１に出力する。

アクセルペダルの踏角を検出するアクセル踏角検出センサ１６を備える。アクセル踏角検出センサ１６は、検出したアクセル踏角の信号を制駆動用コントローラ１１に出力する。
ブレーキペダルの踏角を検出するブレーキ踏角検出センサ１７を備える。ブレーキ踏角検出センサ１７は、検出したブレーキ踏角の信号を制駆動用コントローラ１１に出力する。
また、車輪の回転数を検出する車輪速センサ１８を備える。車輪速センサ１８は、検出した信号を制駆動用コントローラ１１に出力する。
上記駆動モータ３は、インバータ１２を介してバッテリ１３に接続している。インバータ１２は、モータコントローラ１４からの指令に応じて駆動モータ３への電流供給を制御する。

モータコントローラ１４は、図２に示すように、回転検出センサレス駆動制御部１４Ａと、回転検出センサ駆動制御部１４Ｂとを備える。
回転検出センサレス駆動制御部１４Ａは、駆動モータ３の回転数情報を取得することなく、所定の動作点となるように、インバータ１２を制御して駆動モータ３を駆動する。なお、動作点は、回転数と駆動トルクとで特定される。すなわち、駆動モータ３の電圧波形若しくは電流波形（インバータ１２に設定したセンサで読み取る）を検出し、その検出値によって駆動モータ３の回転子の位置を推定する。その推定した回転数に基づき所定の駆動となるように、インバータ１２を制御する。図２における上側の波形が、モータの回転子の推定角度を示す。

回転検出センサ駆動制御部１４Ｂは、位相学習部１４Ｂａ、および回転検出センサ駆動制御本体部１４Ｂｂを備える。回転検出センサ駆動制御部１４Ｂは、作動すると、まず位相学習部１４Ｂａが作動する。
位相学習部１４Ｂａは、モータに接続する、変速機用回転検出センサ１０若しくはエンジン用回転検出センサ９からの回転信号を入力する。ここで、回転信号には、３６０度の内の回転位置を示す基準信号がある。そして、図２に示すように、その基準信号Ａを入力した時点における、推定している駆動モータ３の回転子３ａの位相を、位相差θ１として学習する。

回転検出センサ駆動制御本体部１４Ｂｂは、学習した位相差θ１と回転検出センサからの回転信号に基づき、駆動モータ３の回転数と回転子３ａの位相とを判定して、インバータ１２を回転数制御することで、駆動モータ３を駆動する。回転数制御としてはベクトル制御が例示出来る。なお、駆動トルクはアクセル開度などに基づき演算して決定する。
エンジンコントローラ１５は、制駆動用コントローラ１１からのトルク指令となるように、スロットル開度などを調整する。

制駆動用コントローラ１１は、各種センサからの信号に基づき、モータコントローラ１４及びエンジンコントローラ１５に駆動指令を出力する。
制駆動用コントローラ１１は、図４に示すように、車両始動制御部１１Ａ、モータ駆動制御部１１Ｂ、エンジン始動制御部１１Ｃ、エンジン駆動部１１Ｄ、及び回生制御部１１Ｅを備える。なお、本実施形態では、所定車速以下の低速状態ではモータ駆動によって走行し、所定車速以上ではエンジン駆動によって走行するとする。

車両始動制御部１１Ａは、イグニッションがオンとなったことを検知するとポンプ用モータ８に作動指令を出力する。ポンプ用モータ８が作動することで、オイルポンプ７は油圧を発生し、発生した油圧を変速機５及びクラッチ２，４に供給する。続いて、車両始動制御部１１Ａは、第２クラッチ４において所定以上の油圧が発生可能な状態となったことを検知すると、第２クラッチ４に締結指令を出力する。これによって、第２クラッチ４が締結状態となる。すなわち、駆動モータ３の駆動力を、変速機５を介して駆動輪６に伝達可能な状態となる。なお、この状態では、第１クラッチ２は開放状態となっている。

車両始動制御部１１Ａの作動後、アクセル踏角検出センサ１６からの信号に基づき、車両の発進指示を検出すると、モータコントローラ１４に作動指令を出力する。このときの動作点として、図５に示すように、クリープ走行程度の駆動トルクとなる第１動作点とする。また、回転数を検出する回転検出センサとして、変速機用回転検出センサ１０を使用する。

エンジン始動制御部１１Ｃは、モータ駆動からエンジン駆動に切り替える移行処理を行う。エンジン始動制御部１１Ｃは、モータ駆動からエンジン駆動に遷移すると判定すると、第１クラッチ２に半クラッチ状態（滑りを伴ってトルク伝動する状態）とする指令を出力すると共に、第２クラッチ４に締結指令を出力する。さらに同期をとって、図５に示す、動作点がエンジン始動用のトルクとなる第２動作点として、モータコントローラ１４の回転検出センサレス駆動制御部１４Ａに作動指令を出力する。

ここで、モータ駆動での走行中においては、例えば、上記第１動作点と第２動作点の間の動作点となるように制御すればよい。
エンジン駆動部１１Ｄは、エンジン１が始動したことを検知すると作動する。エンジン駆動部１１Ｄは、回転検出センサをエンジン用回転検出センサ９として、モータコントローラ１４の回転検出センサ駆動制御部１４Ｂを作動させる。また、エンジンコントローラ１５に駆動指令を出力する。続けて、第２クラッチ４に締結指令を出力する。
これによって、エンジン駆動による走行状態となる。

第２クラッチ４を締結したら、回転検出センサを変速機用回転検出センサ１０として、モータコントローラ１４の回転検出センサ駆動制御部１４Ｂを作動させる。
回生制御部１１Ｅは、ブレーキペダルの踏込みを検知して制動状態となったと判定し、且つ回生を行う状態と判定すると作動する。そして、第１クラッチ２に開放指令を出力すると共に、モータコントローラ１４に回生モードで作動する信号を出力する。第１クラッチ２を開放することで、エンジン１をモータ３から切り離した状態となる。
この場合には、予め変速機用回転検出センサ１０からの信号によって位相差の学習が行われているので、位相学習部１４Ｂａを行うことなく、回転検出センサ駆動制御本体部１４Ｂｂを回生モードとなるように制御する。

（動作）
動作の一例を、図９を参照して説明する。
イグニッションスイッチがオンとなると（ステップＳ１０）、各クラッチ２，４に油圧を供給してクラッチが作動可能な状態となる（ステップＳ２０）。そして、第２クラッチ４を締結状態（ステップＳ３０）に変更することで駆動モータ３による駆動を可能とする（図１参照）。
続いて、発進指令を検出すると、駆動モータ３を回転検出センサレスで推定した回転状態に基づき第１動作点（図５参照）となるように駆動する（ステップＳ４０，ステップＳ５０）。その後に、変速機用回転検出センサ１０からの回転信号に基づき、その回転信号の基準信号Ａを取得したときの推定する回転子３ａの位相を学習する（ステップＳ６０）。そして、変速機用回転検出センサ１０からの回転信号に基づき、駆動モータ３を回転数制御する（ステップＳ７０，図６参照）。

更に、アクセル開度が大きくなるなど、モータ駆動からエンジン駆動に遷移することを検知すると（ステップＳ８０）、第２クラッチ４を半クラッチ状態とすると共に第１クラッチ２を締結状態とする（ステップＳ９０，ステップＳ１００）。また、第１動作点よりも大きなエンジン始動用の第２動作点（図５参照）となるように、回転検出センサレスで、駆動モータ３を駆動制御する（ステップＳ１１０，図７参照）。

駆動モータ３を第２動作点で駆動制御するので、回転数及びトルクは大きくなるが、第２クラッチ４を半クラッチ状態の滑りを伴ったトルク伝達状態とすることで、適性な回転数の駆動力を変速機５を介して駆動輪６に伝達する事となる。
このとき、エンジン用回転検出センサ９からの指令値によって回転子３ａの位相差θ２を学習することで（ステップＳ１２０）、エンジン用回転検出センサ９からの回転信号に基づき、駆動モータ３を回転数制御することが可能となる。

更に、エンジン１が始動したら、第２クラッチ４を締結してエンジン１によって駆動輪６を駆動することとなる（ステップＳ１３０、ステップＳ１４０、図８参照）。
このとき、変速機用回転検出センサ１０からの指令値によって回転子３ａの位相差θ３を学習することで（ステップＳ１５０）、変速機用回転検出センサ１０からの回転信号に基づき、駆動モータ３を回転数制御することが可能となる。

ここで、第２クラッチ４を締結すると、変速機用回転検出センサ１０からの指令値によって回転子３ａの位相差θ３を学習して、変速機用回転検出センサ１０からの回転信号に基づき、駆動モータ３を回転数制御する。したがって、上述のエンジン用回転検出センサ９からの指令値によって回転子３ａの位相差θ２を学習して、エンジン用回転検出センサ９からの回転信号に基づき、駆動モータ３を回転数制御する処理を、省略しても良い。

また、この状態で制動操作が行われて、駆動モータ３が回生状態となる場合には（ステップＳ１６０）、第１クラッチ２を開放する（ステップＳ１７０）。このとき、変速機用回転検出センサ１０からの回転信号に基づき、駆動モータ３を回転数制御しているので、回転子３ａの位相差の再学習は不要である。
更に、モータ駆動に移行する場合には（ステップＳ１８０）、ステップＳ７０に移行する。もっとも回転子の位相の再学習を行っても良い。

（本実施形態の効果）
（１）最初に、駆動モータ３の回転数を取得することなく駆動モータ３の回転状態を推定して所定の動作点となるように当該駆動モータ３を駆動制御する。その後に、駆動モータ３に接続している変速機５若しくはエンジン１に設けた回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較して駆動モータ３の回転子３ａの位相差を学習して、上記回転検出センサからの回転信号を使用して駆動モータ３を駆動制御する。
これによって、レゾルバなどのモータ回転センサを廃止できることにより、原価低減を図ることが出来る。
また、モータ制御の最初に回転子３ａの角度の推定値を用いても、接続している変速機５やエンジン１の回転軸に回転信号で回転子３ａの位相差を学習した後に、接続している変速機５やエンジン１の回転軸の実角度を使用することで、駆動モータ３を回転数制御することが可能となる。

（２）主として、変速機５に設けた回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較して駆動モータ３の回転子３ａの位相差を学習させる。
駆動モータ３は、エンジン１よりも変速機５と接続している状態の連続時間が長いことから、回転検出センサからの回転信号を使用した駆動モータ３の駆動制御を行う連続時間を長くすることが出来る。
（３）クラッチを締結する度に、回転子３ａの位相差の再学習を行う。
クラッチでの滑りなどによる誤差の累積を、クラッチを締結する度にリセットすることが可能となる。即ち、誤差の累積を所定値以内に抑えることが出来る。

（４）駆動モータ３の回転数を取得することなく駆動モータ３の回転状態を推定してクリープ走行相当の動作点となるように当該駆動モータ３を駆動制御すると共に第２クラッチ４を接続状態とした後に、変速機５の回転軸の回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較して駆動モータ３の回転子３ａの位相差を学習し、上記回転検出センサからの回転信号を使用して駆動モータ３を駆動制御する。
クリープ走行相当の動作点でセンサレスで制御した後に、回転子３ａの位相差を学習して回転数を使用して回転検出センサ制御に移行する。これによって、滑らかにセンサレスでの制御から回転検出センサ制御に移行可能となる。

（５）駆動モータ３による駆動からエンジン１による駆動に切り替える際に、第２クラッチ４を半クラッチ状態に変更すると共に、第１クラッチ２を締結状態に変更し、且つ、駆動モータ３の回転数を取得することなく駆動モータ３の回転状態を推定してエンジン始動時のトルク相当の動作点となるように当該駆動モータ３を駆動制御してエンジン１を始動する。
これによって、モータ駆動からエンジン駆動への遷移をスムーズに行うことが可能となる。
（６）エンジン始動後に第２クラッチ４を接続状態に変更し、第２クラッチ４を締結状態としたら、変速機５の回転軸の回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較して駆動モータ３の回転子３ａの位相差を再学習する。
これによって、駆動モータ３で回生制動する際には、駆動モータ３の回転子３ａの位相差を再学習する必要が無い。

（変形例）
（１）上記実施形態では、駆動モータ３の回転数を検出するモータ用回転検出センサを省略する場合を例示している。これに代えて、駆動モータ３の回転数を検出するモータ用回転検出センサを装備する車両用駆動装置に適用しても構わない。
この場合には、モータ用回転検出センサが正常に作動している場合には、そのモータ用回転検出センサからの回転信号に基づいて駆動モータ３を駆動制御する。
断線その他によるモータ用回転検出センサの異常を検知したら、駆動モータ３の回転数を取得することなく、上述のように駆動モータ３の回転状態を推定して、非常用の第３動作点となるように当該駆動モータ３を駆動制御する。その後に、上記クラッチで駆動モータ３と接続状態となっているエンジン１若しくは変速機５の少なくとも一方の回転軸の回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較して駆動モータ３の回転子３ａの位相差を学習し、上記一方の回転軸の回転検出センサからの回転信号を使用して駆動モータ３を駆動制御する。
上記第３動作点は、例えば上記第１動作点より若干大きな値に設定する。
このように制御することで、モータ用回転検出センサが故障しても、車両のモータ駆動による走行を確保することが出来る。

（２）上記実施形態では、オイルポンプ７を駆動するモータ８を別途装備する場合を例示している。これに代えて、駆動モータ３でオイルポンプ７を駆動する構成としても良い。
即ち、駆動モータ３の回転軸を、チェーンなどの伝動機構を介してオイルポンプ７の回転軸に接続しておく。そして、イグニッションがオンになったことを検知すると、油圧発生を確保できるだけのトルクに対応する第４動作点となるように、回転検出センサからの回転情報を取ることなく駆動モータ３を駆動制御し、油圧を発生させてから、第２クラッチ４を締結する。第４動作点は、例えば、上記第１動作点よりも若干小さい値としておく。
第２クラッチ４を締結したら、第１動作点で回転検出センサからの回転情報を取ることなく駆動モータ３を駆動制御する。

本発明に基づく実施形態に係る車両駆動装置のシステムの概要構成図である。 本発明に基づく実施形態に係るモータコントローラの構成を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る推定するモータの回転数と、基準信号との関係を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係る制駆動コントローラの構成を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る動作点を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係るモータ駆動の状態を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係るモータ駆動からエンジン駆動への移行を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係るエンジン駆動及び回生状態を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係る処理を説明する図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 第１クラッチ
３ モータ
３ａ 回転子
４ 第２クラッチ
５ 変速機
６ 駆動輪
７ オイルポンプ
８ ポンプ用モータ
９ エンジン用回転検出センサ
１０ 変速機用回転検出センサ
１１ 制駆動用コントローラ
１１Ａ 車両始動制御部
１１Ｂ モータ駆動制御部
１１Ｃ エンジン始動制御部
１１Ｄ エンジン駆動部
１１Ｅ 回生制御部
１２ インバータ
１３ バッテリ
１４ モータコントローラ
１４Ａ 回転検出センサレス駆動制御部
１４Ｂ 回転検出センサ駆動制御部
１４Ｂａ 位相学習部
１４Ｂｂ 回転検出センサ駆動制御本体部
１５ エンジンコントローラ
１６ アクセル踏角検出センサ
１７ ブレーキ踏角検出センサ
１８ 車輪速センサ
Ａ 基準信号
θ１〜θ３ 位相差

Claims (6)

1. エンジンの回転軸に第１クラッチを介してモータの回転軸が連結し、そのモータの回転軸に第２クラッチを介して変速機の回転軸が連結する車両駆動装置におけるモータ制御装置において、
   モータの回転数を取得することなくモータの回転状態を推定して所定の動作点となるように当該モータを駆動制御した後に、
   上記クラッチが締結状態となってモータと接続状態となっているエンジン若しくは変速機の回転軸の回転数を検出する回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較してモータの回転子の位相差を学習して、上記回転検出センサからの回転信号を使用してモータを駆動制御することを特徴とするモータ制御装置。
2. 上記クラッチのうち開放状態となっていたクラッチが締結状態に変更すると、その締結によってモータに接続したエンジン若しくは変速機の回転軸の回転検出センサからの回転信号に基づき、上記位相差の再学習を行うことを特徴とする請求項１に記載したモータ制御装置。
3. エンジンに第１クラッチを介してモータが連結し、そのモータに第２クラッチを介して変速機が連結する車両駆動装置におけるモータ制御装置において、
   モータの回転数を取得することなくモータの回転状態を推定してクリープ走行相当の動作点となるように当該モータを駆動制御すると共に第２クラッチを締結状態とし、その後に、変速機の回転軸の回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較してモータの回転子の位相差を学習して、上記回転検出センサからの回転信号を使用してモータを駆動制御することを特徴とするモータ制御装置。
4. モータによる駆動からエンジンによる駆動に切り替える際に、
   第２クラッチを半クラッチ状態に変更すると共に第１クラッチを締結状態に変更し、且つ、モータの回転数を取得することなくモータの回転状態を推定してエンジン始動時のトルク相当の動作点となるように当該モータを駆動制御してエンジンを始動することを特徴とする請求項３に記載したモータ制御装置。
5. エンジン始動後に第２クラッチを締結状態に変更し、第２クラッチを締結状態としたら、変速機の回転軸の回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較してモータの回転子の位相差を再学習することを特徴とする請求項４に記載したモータ制御装置。
6. エンジンに第１クラッチを介してモータが連結し、そのモータに第２クラッチを介して変速機が連結し、上記モータの回転軸の回転を検出するモータ回転検出センサを備える車両駆動装置におけるモータ制御装置において、
   モータ回転検出センサの故障を検知すると、モータの回転数を取得することなくモータの回転状態を推定して所定の動作点となるように当該モータを駆動制御した後に、
   上記クラッチでモータと接続状態となっているエンジン若しくは変速機の回転軸の回転検出センサからの回転信号と、上記推定する回転状態とを比較してモータの回転子の位相差を学習して、上記モータと接続状態となっている回転軸の回転検出センサからの回転信号を使用してモータを駆動制御することを特徴とするモータ制御装置。

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