JP2011188591A

JP2011188591A - 回転角センサのオフセット調整方法

Info

Publication number: JP2011188591A
Application number: JP2010049444A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Ono; 敏和大野; Kazuhito Hayashi; 和仁林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-22

Abstract

【課題】回転角センサの取り付け位置のズレにより適正に対処する。
【解決手段】工場内などの予め定められた走行環境において、モータのトルク脈動の電気角による一周期に相当する所定角Δθｅｒｅｆの範囲内で複数の仮オフセット量Δθｅｔｍｐを順次設定し、回転角センサからの回転角θｍに対応する電気角θｅに仮オフセット量Δθｅｔｍｐを加えた角度を補正用マップに適用して補正用トルクを設定すると共に所定の低車速Ｖｓｅｔで走行するためのモータのトルク指令と補正用トルクとの和による実行用トルク指令でモータを制御し（Ｓ１１０）、こうした車両の定速走行中の回転角センサの仮オフセット量Δθｅｔｍｐとモータの回転数変動幅Δωとの複数の組み合わせを記憶し（Ｓ１２０）、記憶した複数の組み合わせに基づいてモータの回転数変動幅Δωが最小となる仮オフセット量Δθｅｔｍｐを調整用オフセット角Δθｅとして設定する（Ｓ１５０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転角センサのオフセット調整方法に関し、詳しくは、バッテリと電力のやりとりが可能で回転軸が車軸に連結されてなる三相交流電動機と、三相交流電動機の回転軸に取り付けられ回転軸の回転角を検出する回転角センサとを備える車両における、回転角センサの取り付け位置のズレによるオフセットを調整するオフセット調整方法に関する。

従来、この種のセンサのオフセット調整に関する技術としては、ハイブリッド自動車や電気自動車に直流電源と共に搭載されるモータジェネレータのロータの回転位置を検出する回転位置センサに関し、モータジェネレータの駆動用インバータを制御するＰＷＭ信号を生成するためにモータ電流を三相二相変換する際や電圧操作量を二相三相変換する際に、回転位置センサの検出値を補正して用いるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、モータジェネレータの出力トルクとトルクリプルの割合が最小になる電流位相角との関係を予め求めてマップに保持しておき、このマップからモータジェネレータのトルク指令値に対応する電流位相角を抽出し、抽出した電流位相角を回転位置センサの検出値に加えた値を回転位置の補正値として用いることにより、モータジェネレータのトルクリプルを低減している。

特開２００５−２３７０５４号公報

しかしながら、上述の技術では、モータジェネレータの回転軸への回転位置センサの取り付けが基準位置からズレて行なわれている場合、回転位置センサの検出値には取り付け位置のズレによる誤差が含まれるため、マップから抽出した電流位相角で回転位置センサの検出値を補正しても、モータジェネレータのトルクリプルを十分に低減することができない。このため、回転位置センサを工場などでモータジェネレータに取り付ける際に、センサの取り付け位置のズレを機械や治具を用いて調整することも考えられるが、専用の設備や工程が必要となってしまう。

本発明の回転角センサのオフセット調整方法は、回転角センサの取り付け位置のズレにより適正に対処することを主目的とする。

本発明の回転角センサのオフセット調整方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の回転角センサのオフセット調整方法は、
バッテリと電力のやりとりが可能で回転軸が車軸に連結されてなる三相交流電動機と、前記三相交流電動機の回転軸に取り付けられ前記回転軸の回転角を検出する回転角センサとを備え、前記三相交流電動機の電気角と前記三相交流電動機の回転に伴うトルク脈動を抑制するためのトルクとの関係として予め定められた補正用マップを用いて得られる補正用トルクを前記三相交流電動機に要求される要求トルクに加えたトルクが出力されて走行するよう前記三相交流電動機を駆動制御する車両における、前記回転角センサの取り付け位置のズレによるオフセットを調整するオフセット調整方法であって、
予め定められた走行環境において、前記トルク脈動の電気角による一周期の範囲内で変更される複数の異なるオフセット角を順次設定し、前記回転角センサにより検出された回転角に対応する電気角に前記設定したオフセット角を加えた角度を前記補正用マップに適用して得られる前記補正用トルクと予め定められた低車速で定速走行するのに必要な前記要求トルクとの和のトルクが出力されて走行するよう前記オフセット角を設定する毎に前記三相交流電動機を駆動制御する定速走行制御を実行し、
前記定速走行制御が実行されたときの前記設定された複数の異なるオフセット角の各々と前記三相交流電動機の回転数の変動幅との複数の組み合わせを記憶し、前記記憶した複数の組み合わせに基づいて前記三相交流電動機の回転数の変動幅が最小となる前記オフセット角を前記回転角センサの取り付け位置のズレによるオフセットを調整するための調整用オフセット角として設定する、
ことを要旨とする。

この本発明の回転角センサのオフセット調整方法では、予め定められた走行環境において、トルク脈動の電気角による一周期の範囲内で変更される複数の異なるオフセット角を順次設定し、回転角センサにより検出された回転角に対応する電気角に設定したオフセット角を加えた角度を補正用マップに適用して得られる補正用トルクと予め定められた低車速で定速走行するのに必要な要求トルクとの和のトルクが出力されて走行するようオフセット角を設定する毎に三相交流電動機を駆動制御する定速走行制御を実行する。そして、定速走行制御が実行されたときの設定された複数の異なるオフセット角の各々と三相交流電動機の回転数の変動幅との複数の組み合わせを記憶し、記憶した複数の組み合わせに基づいて三相交流電動機の回転数の変動幅が最小となるオフセット角を回転角センサの取り付け位置のズレによるオフセットを調整するための調整用オフセット角として設定する。これにより、車両の出荷前などに機械や治具を用いて回転角センサの取り付け位置を調整することなく、回転角センサのオフセットを調整することができる。この結果、回転角センサの取り付け位置のズレにより適正に対処することができる。

本発明の一実施例としての回転角センサのオフセット調整方法を適用する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電子制御ユニット４０により実行される調整用オフセット角設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。回転角センサ２３の仮オフセット量Δθｅｔｍｐとモータ２２の回転数変動幅Δωとの関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての回転角センサのオフセット調整方法を適用する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、例えば永久磁石が回転子に埋め込まれた同期発電電動機などの三相交流電動機として構成され、車両の駆動軸として機能する回転軸２３が駆動輪３０ａ，３０ｂに接続された車軸３１にデファレンシャルギヤ３２を介して連結されてなるモータ２２と、モータ２２を駆動するためのインバータ２４と、例えば二次電池として構成されてインバータ２４を介してモータ２２と電力をやりとりするバッテリ２６と、モータ２２の回転軸２３に取り付けられて回転軸２３の回転角を検出する例えばレゾルバにより構成された回転角センサ２５からの回転角θｍなどモータ２２やインバータ２４の状態を検出する種々のセンサからの信号，バッテリ２６の状態を検出する種々のセンサからの信号，イグニッションスイッチ５０からのイグニッション信号，シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジション，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速などを入力すると共にインバータ２４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによりモータ２２を駆動制御して車両全体を制御する電子制御ユニット４０と、を備える。なお、電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２やＲＯＭ４４，ＲＡＭ４６を有するマイクロプロセッサとして構成されており、回転角センサ２５からの回転角θｍの所定時間（回転角θｍの一周期など）内における変化量に基づいてモータ２２の回転数Ｎｍも演算している。

実施例の電気自動車２０は、基本的には、電子制御ユニット４０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。電子制御ユニット４０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のために駆動軸としての回転軸２３即ちモータ２２に要求される要求トルクを設定し、バッテリ２６を充放電することができる最大電力としての入出力制限の範囲内で要求トルクを制限してモータ２２のトルク指令を設定すると共に、回転角センサ２５からの回転軸２３の回転角θｍをモータ２２の回転子の極数を用いて換算したモータ２２の電気角θｅとトルク指令とに基づいてモータ２２の回転に伴って生じるリラクタンストルクなどによるトルク脈動を抑制するための補正用トルクを設定し、設定したトルク指令と補正用トルクとの和のトルクを実行用トルク指令に設定し、モータ２２が設定した実行用トルク指令で駆動されるようインバータ２４のスイッチング素子をスイッチング制御する。実施例の電気自動車２０は、こうした制御により、モータ２２の回転に伴うトルク脈動を抑制しながらバッテリ２６の入出力制限の範囲内でアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸としての回転軸２３に出力して走行する。

モータ２２のトルク指令を補正する補正用トルクは、実施例では、トルク指令値毎にモータ２２の電気角θｅと補正用トルクとの関係を予め実験により求めて補正用マップとしてＲＯＭ４４に記憶しておき、モータ２２のトルク指令と電気角θｅとが与えられると記憶したマップから対応する補正用トルクを導出して設定するものとした。実施例では、三相交流電動機として構成されたモータ２２のトルク脈動は、電気角θｅの回転周期の６ｎ（ｎは正の整数）分の１倍の周期で生じ、補正用マップの補正用トルクは、車両の工場からの出荷前にトルクメータなどを用いて実験により計測されたモータ２２のトルク脈動によるトルクを打ち消すように定められ、回転角センサ２５がモータ２２の回転軸２３の基準となる取り付け位置であるゼロ度位置に取り付けられている前提で電気角θｅの回転周期に亘って定められるものとした。したがって、回転角センサ２５がモータ２２の回転軸２３のゼロ度位置からズレて取り付けられている場合、回転角センサ２５からの回転角θｍにはゼロ度位置からのズレが誤差として含まれ、この回転角θｍに対応する電気角θｅを補正用マップに与えて導出される補正用トルクは、回転角センサ２５のゼロ度位置からのズレに応じて位相がズレたトルクとして設定される。

次に、回転角センサ２５の回転軸２３への取り付け位置のズレによるオフセットを調整する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット４０により実行される調整用オフセット角設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、車両の出荷前に例えば工場内の平坦な試験環境などの予め定められた走行環境で実行される。オフセット量設定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、回転角センサ２３からの回転角θｍに対応する電気角θｅを補正するための仮オフセット量Δθｅｔｍｐに初期値としての値０を設定し（ステップＳ１００）、この予め定められた走行環境で所定の低車速Ｖｓｅｔ（例えば、時速０．３ｋｍや時速０．５ｋｍなど）で定速走行するためのトルクとして予め実験により求められたトルクを駆動軸としての回転軸２３に要求される要求トルクに設定し、設定した仮オフセット量Δθｅｔｍｐを用いて要求トルクで車両が所定時間（例えば、１秒や２秒など）走行するようモータ２２を駆動する（ステップＳ１１０）。モータ２２の駆動は、要求トルクとしてのトルク指令と補正用トルクとの和のトルクがモータ２２から出力されるようインバータ２４のスイッチング素子をスイッチング制御することにより行なわれる。また、補正用トルクは、回転角センサ２５からの回転角θｍに対応する電気角θｅと仮オフセット量Δθｅｔｍｐとの和の角度を補正用マップに与えることにより導出され設定されたものが用いられる。続いて、こうした所定時間に亘る車両の定速走行中のモータ２２の回転数Ｎｍの最大値と最小値との差としての回転数変動幅Δωを仮オフセット量Δθｅｔｍｐと共にＲＡＭ４６の所定領域に記憶する（ステップＳ１２０）。モータ２２の回転数Ｎｍは、回転角センサ２３からの回転角θｍの所定時間内における変化量に基づいて演算されたものを用いることができる。次に、現在の仮オフセット量Δθｅｔｍｐを所定量θｅ１（例えば、数度など）を加えて仮オフセット量Δθｅｔｍｐを更新して設定し（ステップＳ１３０）、設定した仮オフセット量Δθｅｔｍｐがモータ２２のトルク脈動の周期に相当する電気角としての所定角Δθｅｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。仮オフセット量Δθｅｔｍｐが所定角Δθｅｒｅｆ未満のときには、ステップＳ１１０の処理に戻り、車両を所定の低車速Ｖｓｅｔで定速走行させたときの仮オフセット量Δθｅｔｍｐとモータ２２の回転数変動幅Δωとの組み合わせをＲＡＭ４４の所定領域に記憶して仮オフセット量Δθｅｔｍｐを更新する処理を繰り返し実行し（ステップＳ１１０〜Ｓ１３０）、仮オフセット量Δθｅｔｍｐが所定角Δθｅｒｅｆ以上に至ったときには、ＲＡＭ４４の所定領域に記憶された仮オフセット量Δθｅｔｍｐとモータ２２の回転数変動幅Δωとの組み合わせに基づいて回転数変動幅Δωが最小となる仮オフセット量Δθｅｔｍｐを調整用オフセット角Δθｅに設定し（ステップＳ１５０）、調整用オフセット角設定ルーチンを終了する。

図３に、回転角センサ２５の仮オフセット量Δθｅｔｍｐとモータ２２の回転数変動幅Δωとの関係の一例を示す。図示するように、仮オフセット量Δθｅｔｍｐをモータ２２のトルク脈動の電気角による一周期に相当する所定角Δθｅｒｅｆの範囲内で変化させ、仮オフセット量Δθｅｔｍｐと共に記憶した回転数変動幅Δωを曲線で補完すると、回転数変動幅Δωが最小となる仮オフセット量Δθｅｔｍｐを導出することができる。実施例では、こうして導出した仮オフセット量Δθｅｔｍｐを調整用オフセット角Δθｅとして設定し、車両の駆動制御に用いるものとした。即ち、回転角センサ２５からの回転角θｍにより得られる電気角θｅに調整用オフセット角Δθｅを加えたものを補正用マップに与えて導出される補正用トルクをモータ２２のトルク指令に加えて実行用トルク指令を設定してモータ２２を駆動するものとした。こうしてモータ２２の回転数変動幅Δωが最小となる仮オフセット量Δθｅｔｍｐを調整用オフセット角Δθｅに設定するのは、回転数変動幅Δωが最小となる仮オフセット量Δθｅｔｍｐは、回転角センサ２５のゼロ度位置からのズレに相当する角度であり、モータ２２のトルク脈動を効果的に抑制することができる角度であることに基づく。

以上説明した実施例の回転角センサのオフセット調整方法を適用する電気自動車２０によれば、工場内などの予め定められた走行環境において、モータ２２のトルク脈動の電気角による一周期に相当する所定角Δθｅｒｅｆの範囲内で複数の仮オフセット量Δθｅｔｍｐを順次設定し、回転角センサ２５からの回転角θｍに対応する電気角θｅに仮オフセット量Δθｅｔｍｐを加えた角度を補正用マップに適用して補正用トルクを設定すると共に所定の低車速Ｖｓｅｔで走行するためのモータ２２のトルク指令と補正用トルクとの和による実行用トルク指令でモータ２２を制御し、こうした車両の定速走行中の回転角センサ２５の仮オフセット量Δθｅｔｍｐとモータ２２の回転数変動幅Δωとの複数の組み合わせを記憶し、記憶した複数の組み合わせに基づいてモータ２２の回転数変動幅Δωが最小となる仮オフセット量Δθｅｔｍｐを調整用オフセット角Δθｅとして設定するから、工場などで回転角センサ２５のゼロ度位置からのズレを調整するための設備や工程を必要とすることなく、且つ、車両の実際の走行状態においてゼロ度位置からのズレを調整する回転角センサ２５のオフセット角を設定するから、回転角センサ２５の取り付け位置のズレをより簡易かつ適正に調整することができる。この結果、回転角センサ２５の取り付け位置のズレにより適正に対処することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ２２が「三相交流電動機」に相当し、モータ２２の回転軸２３の回転角θｍを検出する回転角センサ２５が「回転角センサ」に相当し、工場内などの予め定められた走行環境において、モータ２２のトルク脈動の電気角による一周期に相当する所定角Δθｅｒｅｆの範囲内で複数の仮オフセット量Δθｅｔｍｐを順次設定し、回転角センサ２５からの回転角θｍに対応する電気角θｅに仮オフセット量Δθｅｔｍｐを加えた角度を補正用マップに適用して補正用トルクを設定すると共に所定の低車速Ｖｓｅｔで走行するためのモータ２２のトルク指令と補正用トルクとの和による実行用トルク指令でモータ２２を制御する図２の調整用オフセット角設定ルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１４０の電子制御ユニット４０による一連の処理が「予め定められた走行環境において、トルク脈動の電気角による一周期の範囲内で変更される複数の異なるオフセット角を順次設定し、回転角センサにより検出された回転角に対応する電気角に設定したオフセット角を加えた角度を補正用マップに適用して得られる補正用トルクと予め定められた低車速で定速走行するのに必要な要求トルクとの和のトルクが出力されて走行するようオフセット角を設定する毎に三相交流電動機を駆動制御する定速走行制御を実行」することに相当し、車両の定速走行中の回転角センサ２５の仮オフセット量Δθｅｔｍｐとモータ２２の回転数変動幅Δωとの複数の組み合わせを記憶し、記憶した複数の組み合わせに基づいてモータ２２の回転数変動幅Δωが最小となる仮オフセット量Δθｅｔｍｐを調整用オフセット角Δθｅとして設定する図２の調整用オフセット角設定ルーチンのステップＳ１５０の電子制御ユニット４０による処理が「定速走行制御が実行されたときの設定された複数の異なるオフセット角の各々と三相交流電動機の回転数の変動幅との複数の組み合わせを記憶し、記憶した複数の組み合わせに基づいて三相交流電動機の回転数の変動幅が最小となるオフセット角を回転角センサの取り付け位置のズレによるオフセットを調整するための調整用オフセット角として設定する」ことに相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２モータ、２３回転軸、２４インバータ、２５回転角センサ、２６バッテリ、３０ａ，３０ｂ駆動輪、３１車軸、３２デファレンシャルギヤ、４０電子制御ユニット、４２ＣＰＵ、４４ＲＯＭ、４６ＲＡＭ、５０イグニッションスイッチ、５２シフトポジションセンサ、５４アクセルペダルポジションセンサ、５６ブレーキペダルポジションセンサ、５８車速センサ。

Claims

バッテリと電力のやりとりが可能で回転軸が車軸に連結されてなる三相交流電動機と、前記三相交流電動機の回転軸に取り付けられ前記回転軸の回転角を検出する回転角センサとを備え、前記三相交流電動機の電気角と前記三相交流電動機の回転に伴うトルク脈動を抑制するためのトルクとの関係として予め定められた補正用マップを用いて得られる補正用トルクを前記三相交流電動機に要求される要求トルクに加えたトルクが出力されて走行するよう前記三相交流電動機を駆動制御する車両における、前記回転角センサの取り付け位置のズレによるオフセットを調整するオフセット調整方法であって、
予め定められた走行環境において、前記トルク脈動の電気角による一周期の範囲内で変更される複数の異なるオフセット角を順次設定し、前記回転角センサにより検出された回転角に対応する電気角に前記設定したオフセット角を加えた角度を前記補正用マップに適用して得られる前記補正用トルクと予め定められた低車速で定速走行するのに必要な前記要求トルクとの和のトルクが出力されて走行するよう前記オフセット角を設定する毎に前記三相交流電動機を駆動制御する定速走行制御を実行し、
前記定速走行制御が実行されたときの前記設定された複数の異なるオフセット角の各々と前記三相交流電動機の回転数の変動幅との複数の組み合わせを記憶し、前記記憶した複数の組み合わせに基づいて前記三相交流電動機の回転数の変動幅が最小となる前記オフセット角を前記回転角センサの取り付け位置のズレによるオフセットを調整するための調整用オフセット角として設定する、
回転角センサのオフセット調整方法。