JP2011172324A - Inverter controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド電気自動車および電気自動車に適用されるインバータ制御装置に関する。 The present invention relates to a hybrid electric vehicle and an inverter control device applied to an electric vehicle.
従来、回転子に電気的突極性を有するモータ、例えば永久磁石モータの出力トルクを高精度高速に制御する場合、回転子の磁極位置に基づいて電流を流し込むために、回転子位置センサを取り付ける必要があった。しかしながら、回転子位置センサは比較的体積が大きいために配置上の制約を誘起したり、センサ出力を制御装置まで伝送するための制御伝送線の引き回しのわずらわしさ及び断線などの故障要因の増加が問題となる。 Conventionally, when the output torque of a motor having electrical saliency on the rotor, for example, a permanent magnet motor, is controlled with high accuracy and high speed, it is necessary to attach a rotor position sensor in order to flow current based on the magnetic pole position of the rotor. was there. However, since the rotor position sensor is relatively large in volume, it induces restrictions on the arrangement, and increases in trouble factors such as troublesome routing of the control transmission line and disconnection for transmitting the sensor output to the control device. It becomes a problem.
これに対して、永久磁石の磁束に起因して、回転中に発生する誘起電圧を検出することで間接的に回転子位置を推測する回転子位置センサレス制御が知られている。また、誘起電圧が原理的に発生しない低速ではモータのインダクタンス特性を利用して、回転子位置検出用の信号(高調波成分あるいは交番電圧)を印加すると共に、検出した電流から回転子位置を知る方法などの回転子位置センサレス制御が提案されている(特許文献1参照)。 On the other hand, rotor position sensorless control is known in which the rotor position is indirectly estimated by detecting an induced voltage generated during rotation due to the magnetic flux of the permanent magnet. At low speeds where no induced voltage is generated in principle, the rotor position detection signal (harmonic component or alternating voltage) is applied using the motor's inductance characteristics, and the rotor position is known from the detected current. A rotor position sensorless control such as a method has been proposed (see Patent Document 1).
モータのインダクタンス特性を利用した方法の場合、回転子位置検出用信号の振幅は小さいほうが、騒音や振動の発生が少なく快適な乗り心地を確保できる。しかしながら、磁極位置推定誤りにより車両が逆走してしまうことを防止するため、また磁極位置推定精度を確保して安定に車両を走行させるために、モータに印加する回転子位置検出用信号(高調波成分)の電圧量または電流量はさまざまな走行状態を考慮すると小さくすることはできない。そのため、高調波成分によりモータから騒音と損失が発生してしまうという課題があった。 In the case of the method using the inductance characteristic of the motor, the smaller the amplitude of the rotor position detection signal, the less noise and vibration are generated, and a comfortable riding comfort can be ensured. However, in order to prevent the vehicle from running backward due to a magnetic pole position estimation error, and to ensure stable magnetic pole position estimation accuracy and to drive the vehicle stably, a rotor position detection signal (harmonic) applied to the motor is required. The voltage amount or current amount of the wave component) cannot be reduced considering various driving conditions. Therefore, there is a problem that noise and loss are generated from the motor due to the harmonic component.
次に、モータから発生する高調波騒音と損失について説明する。ハイブリッド車等の電気自動車内のインバータの制御には、モータの回転数または出力トルクを制御するために、モータの回転子位置情報が必要である。回転子位置(磁極位置)は、インバータがモータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳し、モータの応答電流または電圧を検出することにより推定することができる。 Next, harmonic noise and loss generated from the motor will be described. Control of an inverter in an electric vehicle such as a hybrid vehicle requires rotor position information of the motor in order to control the rotation speed or output torque of the motor. The rotor position (magnetic pole position) can be estimated when the inverter superimposes a harmonic component on the applied voltage or supply current to the motor and detects the response current or voltage of the motor.
しかし、モータから重畳した高調波成分による騒音が発生してしまう。さらに、モータに印加した高調波成分のエネルギーはモータトルクに寄与せず、熱損失となり、モータ効率が低下してしまうという課題があった。 However, noise due to harmonic components superimposed from the motor is generated. Furthermore, the energy of the harmonic component applied to the motor does not contribute to the motor torque, resulting in a heat loss, resulting in a problem that the motor efficiency is reduced.
本発明は、高調波重畳による磁極位置検出時に一定の騒音と損失が発生する従来の制御とは異なり、モータの駆動状態に応じて、高調波重畳による騒音と損失を低減させることを目的としている。 An object of the present invention is to reduce noise and loss due to harmonic superposition according to the driving state of the motor, unlike conventional control in which constant noise and loss occur when detecting the magnetic pole position by harmonic superposition. .
本発明の一実施例に係るインバータ制御装置は、内燃機関と、回転子に電気的突極性を有するモータ、該モータを駆動するインバータとを備えたハイブリッド電気自動車、及び回転子に電気的突極性を有するモータと該モータを駆動するインバータとを備えた電気自動車に適用されるインバータ制御装置であって、前記モータの回転速度が所定速度より低速か否か判断する手段と、前記モータの回転速度が前記低速と判断された場合、前記モータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳して前記回転子の磁極位置を推定する推定手段とを具備し、前記推定手段は、前記モータの駆動状態変化に応じて、磁極位置推定のための前記高調波成分の振幅を変化させる。 An inverter control device according to an embodiment of the present invention includes a hybrid electric vehicle including an internal combustion engine, a motor having electrical saliency on a rotor, an inverter that drives the motor, and electrical saliency on the rotor. An inverter control device applied to an electric vehicle including a motor having a motor and an inverter that drives the motor, wherein the motor determines whether the rotational speed of the motor is lower than a predetermined speed, and the rotational speed of the motor When the low speed is determined to be low speed, the estimation means includes an estimation means for superimposing a harmonic component on the applied voltage or supply current to the motor to estimate the magnetic pole position of the rotor, and the estimation means The amplitude of the harmonic component for estimating the magnetic pole position is changed according to the driving state change.
本発明の他の実施例に係るインバータ制御装置は、内燃機関と、回転子に電気的突極性を有するモータと、該モータを駆動するインバータとを備えたハイブリッド電気自動車に適用されるインバータ制御装置であって、前記モータの回転速度が所定速度より低速か否か判断する手段と、前記モータの回転速度が前記低速と判断された場合、前記モータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳して前記回転子の磁極位置を推定する推定手段とを具備し、前記推定手段は、前記自動車がアイドリングストップ状態である場合、前記高調波成分の振幅を、アイドリングストップでないときに比べ小さな値に設定する。 An inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention is an inverter control apparatus applied to a hybrid electric vehicle including an internal combustion engine, a motor having an electric saliency in a rotor, and an inverter that drives the motor. The means for determining whether or not the rotational speed of the motor is lower than a predetermined speed, and when the rotational speed of the motor is determined to be the low speed, a harmonic component is applied to the applied voltage or supply current to the motor. And estimating means for estimating the magnetic pole position of the rotor by superimposing, wherein the estimating means has a smaller value of the amplitude of the harmonic component when the automobile is in an idling stop state than when the idling stop is not performed. Set to.
高調波重畳による磁極位置検出時に一定の騒音と損失が発生する従来の制御とは異なり、モータの駆動状態に応じて、高調波重畳による騒音と損失を低減させることができる。 Unlike conventional control in which constant noise and loss occur when detecting the magnetic pole position by harmonic superposition, noise and loss due to harmonic superposition can be reduced according to the driving state of the motor.
以下、本発明に係るインバータ制御装置の実施例について、図面を参照して説明する。 Embodiments of an inverter control device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明が適用されるハイブリッド電気自動車システムの構成例を示すブロック図である。内燃機関(エンジン)1の出力側にはクラッチ2が設けられ、クラッチ2には回転子に電気的突極性を有するモータ3が接続される。回転子に電気的突極性を有するモータとは、所定電圧ベクトルを印加した時に、回転子の回転位置によってインダクタンスが異なるモータを示す。クラッチ2の繋がりは、走行条件等を基に変速機ECU10により制御される。モータ3には変速機4が設けられ、変速機4の出力軸はディファレンシャルギヤ12を介して駆動輪13へと連結されている。尚、クラッチ2が存在せず、内燃機関1とモータ3が直結された構成でも良い。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a hybrid electric vehicle system to which the present invention is applied. A clutch 2 is provided on the output side of the internal combustion engine (engine) 1, and a
内燃機関1は内燃機関ECU(Electronic Control Unit)7により回転数等が制御される。モータ3にはバッテリ6からの電力がインバータ5により交流に変換されて供給され、インバータ5はインバータECU9により制御される。バッテリECU8は、バッテリ6の残量や温度等の監視を行う。
The rotational speed of the
これら内燃機関ECU7、変速機ECU10、インバータECU9、バッテリECU8に関する情報は、ハイブリッドECU11に入力される。またハイブリッドECU11は、アクセル及びブレーキ装置又は他の装置からトルク指令あるいは速度指令を入力する。ハイブリッドECU11はトルク指令あるいは速度指令に基づいて、これらECUを燃費性能、動力性能等に鑑みて最適な動作になるよう統括的に制御する。ここで、本発明に係るインバータ制御装置は、インバータECU9及びハイブリッドECU11を含む。
Information regarding the internal
図2は本発明が適用される電気自動車システムの構成例を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an electric vehicle system to which the present invention is applied.
モータ3の出力軸は駆動輪12へと連結されている。このモータ3にはバッテリ6からの電力がインバータ5により交流に変換され供給され、インバータ5はインバータECU9により制御される。バッテリECU8は、バッテリ6の残量や温度等の監視を行う。
The output shaft of the
これらインバータECU9、バッテリECU8の情報は電気自動車ECU14に入力される。また電気自動車ECU14は、アクセル及びブレーキ装置又は他の装置からトルク指令あるいは速度指令を入力する。電気自動車ECU14はトルク指令あるいは速度指令に基づいて、インバータECU9、バッテリECU8を、効率性能、動力性能等に鑑みて最適な動作になるよう統括的に制御する。ここで、本発明に係るインバータ制御装置は、インバータECU9及び電気自動車ECU11を含む。
Information on the
図3は本発明の第1実施例の動作を示すフローチャートである。本発明では、車両状態(モータ駆動状態)の変化に応じて、磁極位置推定のための前記高調波成分の振幅が可変される。 FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the first embodiment of the present invention. In the present invention, the amplitude of the harmonic component for estimating the magnetic pole position is varied in accordance with a change in the vehicle state (motor driving state).
まず、車両状態のひとつであるアイドリングストップした場合の動作を、図1のハイブリッド自動車の構成及び図3のフローチャートを参照して説明する。 First, the operation when idling is stopped, which is one of the vehicle states, will be described with reference to the configuration of the hybrid vehicle in FIG. 1 and the flowchart in FIG.
インバータECU9はハイブリッドECU11から制御指令(加減速指令または速度指令等)を取得すると(ステップS101)、モータ速度を検出して、所定速度より低速であれば高調波重畳方式による磁極位置推定を選択する(S102,S103)。この所定速度は、高調波重畳方式で磁気位置が測定できる最大速度である。高調波重畳方式の磁気位置推定には、磁気位置検出用の高調波電圧成分を電圧源からインバータ制御信号に重畳する方式と、高調波電流成分を電流源からインバータ制御信号に重畳する方式があるが、本発明は何れの方式にも適用できる。
When the
モータ速度が所定速度より高速であった場合(S102のNO)、インバータECU9は高調波成分を重畳しない磁極位置推定方式を選択し(S104)、磁極位置推定を行い(S108)、モータを制御する(S109)。
When the motor speed is higher than the predetermined speed (NO in S102), the
インバータECU9は、モータ速度が低速であれば高調波電圧成分または電流成分を重畳するが、その前にアイドリングストップ状態か否か判定する(S105)。アイドリングストップ状態とは、自動車が信号待ち等で停止した場合で、内燃機関1が停止しておりモータ3も停止している状態を示す。アイドリングストップ状態であれば、内燃機関およびトランスミッションからモータへ大きな負荷変動が与えられることがないため、磁極位置推定誤りを発生させずに、通常運転よりも印加する高調波振幅を小さくすることができる(S106)。従って、モータの騒音および損失を低減させることができる。アイドリングストップ状態でなければ(S105のNO)、インバータECU9は高調波振幅をステップS106より大きな通常走行時の振幅に設定する(S107)。
The
以上のようにモータが低回転の場合に高調波振幅を決定した後、インバータECU9は高調波成分をインバータ制御指令に重畳し、その応答電流に基づいて回転子の磁極位置を推定し(S108)、モータ3を制御する(S109)。
As described above, after the harmonic amplitude is determined when the motor rotates at a low speed, the
他の車両状態(モータ駆動状態)として、駆動車輪の空転状態、クラッチの接続状態、トランスミッションの状態などが挙げられる。まず、クラッチの状態やトランスミッションの状態については、クラッチが開放で且つトランスミッションがニュートラルの場合は、モータは内燃機関およびトランスミッションからの負荷変動を受けないため、ステップS106のアイドリングストップ状態のように、高調波成分の振幅を小さくして磁極位置推定精度が低い状態でも、車両の安定性を確保することができる。 Other vehicle states (motor drive states) include idling states of drive wheels, clutch engagement states, transmission states, and the like. First, regarding the state of the clutch and the state of the transmission, when the clutch is open and the transmission is neutral, the motor is not subjected to load fluctuations from the internal combustion engine and the transmission. Even when the amplitude of the wave component is reduced and the magnetic pole position estimation accuracy is low, the stability of the vehicle can be ensured.
次に、駆動車輪が空転した場合には、モータの速度急変が起こりえるため、重畳する高調波成分の振幅を大きくし車両の安定性を確保する必要がある。従って駆動車輪の空転状態を検出した場合のみ高調波成分の振幅を大きくすることで、通常走行時はモータの騒音と損失を低減することができる。尚、駆動車輪の空転状態は各車軸の回転数等から判断できる。 Next, since the motor speed can change suddenly when the driving wheel is idle, it is necessary to increase the amplitude of the superimposed harmonic component to ensure the stability of the vehicle. Therefore, the noise and loss of the motor can be reduced during normal running by increasing the amplitude of the harmonic component only when the idling state of the drive wheel is detected. The idling state of the drive wheel can be determined from the rotational speed of each axle.
図4は本発明の第2実施例の動作を示すフローチャートである。第1実施例と同一内容の処理ステップには、同一のステップ番号を付し詳細な説明は割愛する。この第2実施例は、図1のハイブリッド電気自動車及び図2の電気自動車のどちらにも適用できる。ここでは、図2の電気自動車に第2実施例を適用した場合を説明するが、図1のハイブリッド電気自動車の場合も同様な動作である。 FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the second embodiment of the present invention. The processing steps having the same contents as those in the first embodiment are given the same step numbers, and detailed descriptions thereof are omitted. This second embodiment can be applied to both the hybrid electric vehicle of FIG. 1 and the electric vehicle of FIG. Here, the case where the second embodiment is applied to the electric vehicle of FIG. 2 will be described, but the same operation is performed in the case of the hybrid electric vehicle of FIG.
インバータECU9は電気自動車ECU14から制御指令(加減速指令または速度指令)を取得すると(ステップS101)、モータ速度を検出して、所定速度より低速であれば高調波重畳方式による磁極位置推定を選択する(S102,S103)。
When the
インバータECU9はモータの磁極位置推定に影響を与えるモータ負荷の変動を検出または推定し、負荷変動が第1の所定値より小さい場合は、モータに印加する高調波成分の振幅を小さくして、モータの騒音および損失を低減させる(S202)。負荷変動が第1より大きい第2の所定値を超えて大きい場合は、モータに印加する高調波成分の振幅を大きくして、確実に磁気位置を検出する(S203)。またインバータECUは、モータ負荷の変動が中位の場合(ステップS202、S203以外の場合)、モータに印加する高調波成分の振幅も中程度に設定する(S404)。
The
モータ負荷の変動を検出する手段として、バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ電力、インバータ出力電流、インバータ出力電力を監視することが挙げられる。それぞれの変化率が大きい場合にはモータ負荷の変動があるので、高調波成分の振幅を大きくする。例えば、減速時の回生電力によりバッテリー電圧が大幅に増加した場合、高調波成分の振幅を大きくして、確実に磁気位置を検出する。モータ負荷の変化率が小さくほぼ一定の場合は、高調波成分の振幅を小さくして磁極位置推定精度が低い状態でも、車両の安定性を確保することができる。 As a means for detecting fluctuations in the motor load, monitoring battery voltage, battery current, battery power, inverter output current, and inverter output power can be mentioned. When each change rate is large, the motor load varies, so the amplitude of the harmonic component is increased. For example, when the battery voltage increases significantly due to regenerative power during deceleration, the amplitude of the harmonic component is increased to reliably detect the magnetic position. When the rate of change of the motor load is small and substantially constant, the stability of the vehicle can be ensured even when the amplitude of the harmonic component is reduced and the magnetic pole position estimation accuracy is low.
図5は本発明を適用した第3の実施例を示すフローチャートである。第1の実施例と同一内容の処理ステップには、同一のステップ番号を付し詳細な説明は割愛する。この第3実施例も、図1のハイブリッド電気自動車及び図2の電気自動車のどちらにも適用できる。 FIG. 5 is a flowchart showing a third embodiment to which the present invention is applied. The processing steps having the same contents as those in the first embodiment are given the same step numbers and will not be described in detail. This third embodiment is also applicable to both the hybrid electric vehicle of FIG. 1 and the electric vehicle of FIG.
本実施例では、モータ速度に応じて2つ以上の磁極位置推定方式を切り替え、更にインバータへの指令値のひとつであるトルク指令値を基に高調波成分の振幅を変化させる。以下、図5のフローチャートを参照して説明する。 In this embodiment, two or more magnetic pole position estimation methods are switched according to the motor speed, and the amplitude of the harmonic component is changed based on a torque command value that is one of command values to the inverter. Hereinafter, a description will be given with reference to the flowchart of FIG.
インバータECU9はモータ速度を検出して、所定速度より低速であれば高調波電圧または電流を重畳する磁極位置推定方式を選択し、高速では高調波電圧または電流を重畳しない磁極位置推定方式を選択する(S101〜S104)。
The
モータ速度が低速であれば、高調波電圧または電流を重畳するが、トルク指令が第1所定値より小さい(負の小さなトルク指令を含む)場合は、トルク指令が大きい場合に比べて速度急変や負荷変動が小さいため、モータに印加する高調波成分の振幅を小さくしてモータの騒音および損失を低減させることができる(S301、S302)。トルク指令が第1所定値より大きい第2所定値を越えている(負の大きなトルク指令を含む)場合は、モータに印加する高調波成分の振幅を大きくして、確実に磁気位置を検出する(S303)。またインバータECUは、トルク指令が通常走行時のように中位の場合(ステップS302、S303以外の場合)、モータに印加する高調波成分の振幅も中程度に設定する(S304)。 If the motor speed is low, the harmonic voltage or current is superimposed. However, if the torque command is smaller than the first predetermined value (including a small negative torque command), the speed change or Since the load fluctuation is small, the amplitude of the harmonic component applied to the motor can be reduced to reduce the noise and loss of the motor (S301, S302). When the torque command exceeds a second predetermined value that is larger than the first predetermined value (including a large negative torque command), the amplitude of the harmonic component applied to the motor is increased to reliably detect the magnetic position. (S303). Further, when the torque command is at a middle level as in normal driving (other than steps S302 and S303), the inverter ECU also sets the amplitude of the harmonic component applied to the motor to a medium level (S304).
トルク指令以外のインバータへの指令値として、速度指令が挙げられる。インバータへの速度指令値とモータ速度の差が大きい場合には、インバータの出力によりモータ速度を急変させるため、磁極位置推定のための高調波成分の振幅を小さくすることはできない。しかし、インバータへの速度指令値とモータ速度の差が小さい場合には、インバータの出力によるモータ速度急変は発生しないため、車両の安定性を確保した状態で、重畳する高調波成分の振幅を小さくしモータの騒音と損失を小さくすることができる。 As a command value to the inverter other than the torque command, a speed command can be cited. When the difference between the speed command value to the inverter and the motor speed is large, the motor speed is suddenly changed by the output of the inverter, so the amplitude of the harmonic component for magnetic pole position estimation cannot be reduced. However, when the difference between the speed command value to the inverter and the motor speed is small, the motor speed does not change suddenly due to the output of the inverter. Therefore, the amplitude of the superimposed harmonic component is reduced while ensuring the stability of the vehicle. The noise and loss of the motor can be reduced.
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。 The above description is an embodiment of the present invention, and does not limit the apparatus and method of the present invention, and various modifications can be easily implemented.
1…内燃機関、2…クラッチ、3…回転子に電気的突極性を有するモータ、4…変速機、5…インバータ、6…バッテリ、7…内燃機関ECU、8…バッテリECU、9…インバータECU、10…変速機ECU、11…ハイブリッドECU、12…ディファレンシャルギヤ、13…駆動車輪、14…電気自動車ECU。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記モータの回転速度が所定速度より低速か否か判断する手段と、
前記モータの回転速度が前記低速と判断された場合、前記モータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳して前記回転子の磁極位置を推定する推定手段とを具備し、
前記推定手段は、前記モータの駆動状態変化に応じて、磁極位置推定のための前記高調波成分の振幅を減少させることを特徴とするインバータ制御装置。 A hybrid electric vehicle including an internal combustion engine, a motor having electrical saliency on the rotor, an inverter that drives the motor, and a motor having electrical saliency on the rotor and an inverter that drives the motor An inverter control device applied to an electric vehicle,
Means for determining whether the rotational speed of the motor is lower than a predetermined speed;
When the rotational speed of the motor is determined to be the low speed, the estimation means for estimating the magnetic pole position of the rotor by superimposing a harmonic component on the applied voltage or supply current to the motor,
The said estimation means reduces the amplitude of the said harmonic component for magnetic pole position estimation according to the drive state change of the said motor, The inverter control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記モータの回転速度が低速か否か判断する手段と、
前記モータの回転速度が低速と判断された場合、前記モータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳して前記回転子の磁極位置を推定する推定手段とを具備し、
前記推定手段は、前記自動車がアイドリングストップ状態である場合、前記高調波成分の振幅を、アイドリングストップでないときに比べ小さな値に設定することを特徴とするインバータ制御装置。 An inverter control device applied to a hybrid electric vehicle including an internal combustion engine, a motor having electrical saliency on a rotor, and an inverter that drives the motor,
Means for determining whether the rotation speed of the motor is low;
When the rotational speed of the motor is determined to be low, the estimation means for estimating the magnetic pole position of the rotor by superimposing a harmonic component on the applied voltage or supply current to the motor,
The estimation means sets the amplitude of the harmonic component to a smaller value when the automobile is in an idling stop state than when the automobile is not idling stop.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130507 |