JP2011250616A - Motor drive device and motor driven vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動車両に関し、特に、3相モータのロータにクラッチが接続されると共にトルク制御と速度制御とが選択的に行われるモータ駆動装置及びモータ駆動車両に関する。 The present invention relates to a motor drive device and a motor drive vehicle, and more particularly to a motor drive device and a motor drive vehicle in which a clutch is connected to a rotor of a three-phase motor and torque control and speed control are selectively performed.
電気自動車やハイブリッドカーのようなモータ駆動車両では、一般に、多相モータ(典型的には、3相モータ)が駆動輪を駆動する動力源として用いられる。詳細には、車両全体を統括的に制御する上位コントローラからインバータコントローラに制御データ(例えば、トルク指令や速度指令)が与えられ、インバータコントローラは、その制御データに応答して、インバータのパワートランジスタを制御するための制御信号を生成する。これにより、インバータからモータに供給される電流/電圧が制御され、モータが所望のトルク・速度で運転される。 In motor-driven vehicles such as electric cars and hybrid cars, a multi-phase motor (typically a three-phase motor) is generally used as a power source for driving drive wheels. Specifically, control data (for example, torque command or speed command) is given to the inverter controller from a host controller that performs overall control of the entire vehicle, and the inverter controller responds to the control data to change the power transistor of the inverter. A control signal for controlling is generated. Thus, the current / voltage supplied from the inverter to the motor is controlled, and the motor is operated at a desired torque and speed.
駆動輪を駆動する動力源として用いられるモータの制御においては、トルク制御と速度制御とが切り換えて使用されることがある(例えば、特開平7−59214号公報参照)。これは、モータと駆動輪の間に設けられる変速機のギアの切り替え時にモータの回転速度を制御するためである。通常走行時には、アクセルペダルの位置(又は変位)に応答してトルク指令が生成され、このトルク指令に応答してトルク制御が行われる。一方、ギアを切り換える場合には、クラッチが外されたときにトルク制御から速度制御に切り替えられ、速度制御が行われることによって、モータの暴走が防がれる。モータの速度をクラッチ速度に合わせるように制御してクラッチが再び接続されると、モータの制御が速度制御からトルク制御に戻される。 In the control of a motor used as a power source for driving the drive wheels, torque control and speed control are sometimes switched and used (see, for example, JP-A-7-59214). This is because the rotational speed of the motor is controlled when the gear of a transmission provided between the motor and the drive wheel is switched. During normal travel, a torque command is generated in response to the position (or displacement) of the accelerator pedal, and torque control is performed in response to the torque command. On the other hand, when the gear is switched, the torque control is switched to the speed control when the clutch is disengaged, and the speed control is performed to prevent the motor from running away. When the motor speed is controlled to match the clutch speed and the clutch is reconnected, the motor control is returned from the speed control to the torque control.
トルク制御と速度制御の間の切り換えにおいては、切り換え時のショックが低減されることが望ましい。特開平7−59214号公報では、モータ駆動車両において、出力軸回転数をギア比で除算した値とモータ回転数とを比較した差が小さい状態で速度制御からトルク制御に切り換えることにより、ショックを低減する技術を開示している。また、特開平7−31173号公報は、シート類の巻き出し、又は巻き取りを行う機構に関して、トルク制御と速度制御との切り換えの際にショックをなくす技術を開示している。この技術では、トルク制御が行われる場合、モータの回転速度信号が設定部に設定される。トルク制御から速度制御への切り換えが行われると、速度制御信号と設定部に設定された値とを補間して得られた値が最終的に速度制御に使用される。一方、速度制御が行われる場合、速度制御によって生成されたトルク指令が設定部に設定される。速度制御からトルク制御への切り換えが行われると、トルク制御信号と設定部に設定された値とを補間して得られた値が最終的にトルク制御に使用される。 In switching between torque control and speed control, it is desirable to reduce the shock at the time of switching. In Japanese Patent Laid-Open No. 7-59214, in a motor-driven vehicle, a shock is reduced by switching from speed control to torque control with a small difference between the value obtained by dividing the output shaft rotational speed by the gear ratio and the motor rotational speed. The technology to reduce is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-31173 discloses a technique for eliminating a shock when switching between torque control and speed control regarding a mechanism for unwinding or winding sheets. In this technique, when torque control is performed, the rotational speed signal of the motor is set in the setting unit. When switching from torque control to speed control is performed, a value obtained by interpolating the speed control signal and the value set in the setting unit is finally used for speed control. On the other hand, when speed control is performed, a torque command generated by speed control is set in the setting unit. When switching from speed control to torque control is performed, a value obtained by interpolating the torque control signal and the value set in the setting unit is finally used for torque control.
一つの問題は、電気的制御として行われるトルク制御と速度制御の切り換えタイミングと機械的機構であるクラッチの接続/分離タイミングとが、必ずしも一致しないことである。例えば、クラッチが接続状態から分離状態に切り換えられる場合に、実際にはクラッチがまだ接続されているにもかかわらずトルク制御から速度制御に制御が切り替えられることがある。このような場合、モータトルクが過剰に増大することがある。また、クラッチが分離状態から接続状態に切り換えられる場合に、実際にはクラッチがまだ分離されているにもかかわらず速度制御からトルク制御に制御が切り替えられることがある。このような場合、モータ回転数が過剰に増大することがある。上記の特許文献に開示された技術は、このような不具合を解消するものではない。 One problem is that the switching timing of torque control and speed control performed as electrical control does not necessarily match the connection / disengagement timing of the clutch that is a mechanical mechanism. For example, when the clutch is switched from the connected state to the disconnected state, the control may be switched from torque control to speed control even though the clutch is actually still connected. In such a case, the motor torque may increase excessively. When the clutch is switched from the separated state to the connected state, the control may be switched from speed control to torque control even though the clutch is actually still separated. In such a case, the motor rotation speed may increase excessively. The technique disclosed in the above patent document does not solve such a problem.
したがって、本発明の目的は、トルク制御と速度制御の切り換えタイミングと、クラッチの接続/分離タイミングとの不一致の問題に対処するためのモータ制御技術を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor control technique for dealing with the problem of inconsistency between the switching timing of torque control and speed control and the clutch connection / disconnection timing.
本発明の一の観点では、モータ駆動装置が、3相モータと、3相モータのロータに接続されたクラッチと、3相モータに3相電力を供給するインバータと、外部から与えられる上位トルク指令に応答して第1トルク指令を生成するトルク制御手段と、外部から与えられる上位速度指令と3相モータのロータ回転数とに応答して第2トルク指令を生成する速度制御手段と、第1トルク指令と第2トルク指令のいずれかから選択された選択トルク指令に応答してインバータを制御するインバータ制御手段と、クラッチを接続状態と分離状態の間で切り替えるクラッチ制御手段とを備えている。選択トルク指令は、クラッチの切り替えに対応して第1トルク指令と第2トルク指令のいずれかから選択される。トルク制御手段は、ロータ回転数の絶対値が所定の速度制限値を超えた場合、第1トルク指令の絶対値が上位トルク指令の絶対値より小さくなるように第1トルク指令を生成する。 In one aspect of the present invention, a motor driving device includes a three-phase motor, a clutch connected to a rotor of the three-phase motor, an inverter that supplies three-phase power to the three-phase motor, and an upper torque command given from the outside. Torque control means for generating a first torque command in response to the speed, a speed control means for generating a second torque command in response to an upper speed command given from the outside and the rotor rotational speed of the three-phase motor, Inverter control means for controlling the inverter in response to a selected torque command selected from either the torque command or the second torque command, and clutch control means for switching the clutch between the connected state and the separated state. The selected torque command is selected from either the first torque command or the second torque command in response to clutch switching. The torque control means generates the first torque command so that the absolute value of the first torque command is smaller than the absolute value of the upper torque command when the absolute value of the rotor rotational speed exceeds a predetermined speed limit value.
このような構成のモータ駆動装置では、仮にクラッチが分離状態でトルク制御が行われても(即ち、第1トルク指令が選択トルク指令として選択されても)、ロータ回転数が所定の速度制限値を超えた場合には第1トルク指令が制限される。したがって、クラッチが分離状態で第1トルク指令が選択されてもロータ回転数の過剰な増加を防ぐことができる。 In the motor drive device having such a configuration, even if torque control is performed with the clutch disengaged (that is, even if the first torque command is selected as the selected torque command), the rotor rotational speed is a predetermined speed limit value. Is exceeded, the first torque command is limited. Therefore, even if the first torque command is selected while the clutch is disengaged, an excessive increase in the rotor rotational speed can be prevented.
一実施形態では、トルク制御手段がロータ回転数が速度制限値を超えた場合に上位トルク指令から補正値を減じて第1トルク指令を生成する。このとき、補正値は、ロータ回転数が速度制限値を超えた場合にロータ回転数の増大と共に増大する。これにより、ロータ回転数の過剰さの程度に応じて適切な第1トルク指令、即ち、選択トルク指令を生成できる。 In one embodiment, the torque control means generates the first torque command by subtracting the correction value from the upper torque command when the rotor rotational speed exceeds the speed limit value. At this time, the correction value increases as the rotor rotational speed increases when the rotor rotational speed exceeds the speed limit value. As a result, an appropriate first torque command, that is, a selected torque command can be generated according to the degree of excess of the rotor rotational speed.
速度制限値は、上位速度指令の絶対値と同一値であるか、上位速度指令に依存して決定される値であることが好ましい。 The speed limit value is preferably the same value as the absolute value of the upper speed command or a value determined depending on the upper speed command.
速度制御手段は、第2トルク指令の絶対値を所定のトルク上限値以下に制限しながら第2トルク指令を生成することが好ましい。この場合には、仮にクラッチが接続状態で速度制御が行われても(即ち、第2トルク指令が選択トルク指令として選択されても)、選択トルク指令の過剰な増大を防ぐことができる。 Preferably, the speed control means generates the second torque command while limiting the absolute value of the second torque command to a predetermined torque upper limit value or less. In this case, even if the speed control is performed with the clutch connected (that is, even if the second torque command is selected as the selected torque command), an excessive increase in the selected torque command can be prevented.
トルク上限値は、上位トルク指令の絶対値と同一値であるか、上位トルク指令に依存して決定される値であることが好ましい。 The torque upper limit value is preferably the same value as the absolute value of the upper torque command or a value determined depending on the upper torque command.
一実施形態では、当該モータ駆動装置は、クラッチの接続状態への切り換えに合わせて第1トルク指令が選択されるトルクモードに移行し、クラッチの分離状態への切り換えに合わせて第2トルク指令が選択される速度モードに移行する。 In one embodiment, the motor driving device shifts to a torque mode in which the first torque command is selected in accordance with the switching to the clutch engaged state, and the second torque command in response to the switching to the clutch disengaged state. Move to the selected speed mode.
このようなモータ駆動装置は、モータ駆動車両に適用されることが好ましい。この場合、上位コントローラが、アクセルペダルの位置に応答して上位トルク指令を生成し、変速機において選択されるギアに応じて上位速度指令を生成することが好ましい。 Such a motor drive device is preferably applied to a motor-driven vehicle. In this case, it is preferable that the host controller generates a host torque command in response to the position of the accelerator pedal, and generates a host speed command according to the gear selected in the transmission.
本発明によれば、トルク制御と速度制御の切り換えタイミングと、クラッチの接続/分離タイミングとの不一致の問題に対処するためのモータ制御技術が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the motor control technique for coping with the problem of inconsistency with the switching timing of torque control and speed control, and the connection / separation timing of a clutch is provided.
図1は、本発明の一実施形態におけるモータ駆動車両1の構成を示すブロック図である。本実施形態では、モータ駆動車両1は、パラレル型ハイブリッド車両として構成されている。より具体的には、モータ駆動車両1は、エンジン2と、クラッチ3と、3相モータ/発電機4と、ギアボックス5と、インバータ6と、バッテリ7とを備えている。エンジン2はクラッチ3を介して3相モータ/発電機4のロータに結合されており、3相モータ/発電機4を駆動する。クラッチ3は、エンジン2と3相モータ/発電機4とを機械的に接続し、又は分離する機能を有している。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor-driven
3相モータ/発電機4のロータは、更に、ギアボックス5の入力軸5aにも接続されている。ギアボックス5は変速ギアを備えており、所望のギア比で入力軸5a(即ち、3相モータ/発電機4のロータ)と出力軸5bとを接続する。ギアボックス5の出力軸5bは、ディファレンシャルギア(図示せず)を介して駆動輪に結合されている。
The rotor of the three-phase motor / generator 4 is further connected to the
パラレル型ハイブリッド車両として構成されている本実施形態のモータ駆動車両1では、3相モータ/発電機4は、動力の発生と電力の発生に共用される。具体的には、3相モータ/発電機4は、インバータ6から3相電力の供給を受けてギアボックス5の入力軸5aを駆動する。更に3相モータ/発電機4は、エンジン2又はギアボックス5の入力軸5aによって駆動されて3相電力を発生し、インバータ6に供給する。
In the motor-driven
インバータ6は、3相モータ/発電機4がモータとして動作する場合にはバッテリ7から受け取った直流電力を3相電力に変換して3相モータ/発電機4に供給し、3相モータ/発電機4が発電機として動作する場合には、発生された3相電力を直流電力に変換してバッテリ7に蓄える。
When the three-phase motor / generator 4 operates as a motor, the
このような構成のモータ駆動車両1の制御は、インバータコントローラ11と上位コントローラ14とを用いて行われる。インバータコントローラ11は、インバータ6を制御する。詳細には、インバータ6から3相モータ/発電機4に供給されるu相、v相、w相電流Iu、Iv、Iwを測定する電流センサ12が、インバータ6と3相モータ/発電機4とを接続する電力線に設けられ、また、3相モータ/発電機4のロータ位置θを逐次に測定するエンコーダ13が3相モータ/発電機4に取り付けられる。インバータコントローラ11は、u相、v相、w相電流Iu、Iv、Iwと、ロータ位置θと、ロータ位置θから算出されるロータ回転数ωに応答して、インバータ6のパワートランジスタのオンオフを制御する制御信号SPWMを生成する。上位コントローラ14は、エンジン2、発電機3、インバータコントローラ11、ギアボックス5その他の各種の機器を統括的に制御する。
Control of the motor-driven
本実施形態では、上位コントローラ14は、上位トルク指令Tu*、上位速度指令ωu*、トルク制御速度制限値ωLIM、速度制御トルク上限値TMAX及びモード切換指令SMODEをインバータコントローラ11に供給する。上位トルク指令Tu*、上位速度指令ωu*は、それぞれ、3相モータ/発電機4のトルクT、ロータ回転数ωを指定する指令値である。上位トルク指令Tu*は、アクセルペダル15の位置(又は変位)に応じて生成される。一方、上位速度指令ωu*は、ギアボックス5におけるギアの選択に応じて生成される。トルク制御速度制限値ωLIMは、トルク制御が行われる場合にロータ回転数ωを制限するために使用される値である。速度制御トルク上限値TMAXは、速度制御が行われる場合におけるトルクを制限するために使用される値である。トルク制御速度制限値ωLIM、速度制御トルク上限値TMAXの使用の態様については、後に詳細に説明する。モード切換指令SMODEは、インバータコントローラ11にトルク制御を行うか速度制御を行うかを指示する指令である。上位コントローラ14は、ギアボックス5の変速タイミングに合わせて(より具体的には、クラッチ3の接続/分離タイミングに合わせて)モード切換指令SMODEを生成する。
In this embodiment, the
なお、実際には、インバータコントローラ11以外の様々な下位コントローラが使用されるが、図1には図示されない。また、本実施形態では、整流器4が使用されているが、その代わりに、パワートランジスタを用いて交流を直流に変換する電力コンバータを使用してもよい。また、本発明は、パラレル型ハイブリッド車両以外のモータ駆動車両にも適用可能であることにも留意されたい。
In practice, various lower controllers other than the
図2は、インバータコントローラ11の制御ブロック図である。インバータコントローラ11は、次の制御演算:トルク指令生成21、電流指令生成22、電流制御23、3相−2相変換24、2相−3相変換25、及びPWM制御26を行う。
FIG. 2 is a control block diagram of the
トルク指令生成21では、上述の上位トルク指令Tu*、上位速度指令ωu*、トルク制御速度制限値ωLIM、速度制御トルク上限値TMAX、及び、ロータ回転数ωに基づいて、最終的に3相モータ/発電機4の制御に使用されるトルク指令T*を生成する。ここで、トルク指令生成21では、トルク制御が行われる場合には上位トルク指令Tu*に応じて(即ち、アクセルペダル15の位置に応じて)トルク指令T*が生成され、速度制御が行われる場合には、上位速度指令ωu*及びロータ回転数ωに応じてトルク指令T*が生成される。トルク指令生成21におけるトルク指令T*の生成については、後に詳細に説明する。
In the
電流指令生成22では、トルク指令T*に応答してd軸電流指令Id*とq軸電流指令Iq*とが生成される。d軸電流指令Id*は、通常時には0に設定されるが、弱め界磁制御が行われる場合にはd軸電流指令Id*が非零の値に設定される。q軸電流指令Iq*は、トルク指令T*に対応する値、最も単純には比例する値に設定される。ただし、d軸電流指令Id*とq軸電流指令Iq*の算出に様々な手法が採用可能であることは、当業者には理解されよう。
In the
3相−2相変換24では、電流センサ12によって測定されたu相、v相、w相電流Iu、Iv、Iwに対して3相−2相変換を行うことにより、d軸電流Id、q軸電流Iqが算出される。この3相−2相変換24においては、エンコーダ13によって測定されたロータ位置θが使用される。算出されたd軸電流Id、q軸電流Iqは、3相モータ/発電機4に供給される。
In the three-phase to two-
電流制御23では、d軸電流指令Id*とq軸電流指令Iq*とd軸電流Idとq軸電流Iqとに基づいてd軸電圧指令Vd*とq軸電圧指令Vq*とを生成する。一実施形態では、d軸電流指令Id*とd軸電流Idの差分が小さくなるようにPI制御が行われてd軸電圧指令Vd*が生成され、q軸電流指令Iq*とq軸電流Iqの差が小さくなるようにPI制御が行われてq軸電圧指令Vq*が生成される。
In the
2相−3相変換25では、d軸電圧指令Vd*とq軸電圧指令Vq*とに対して2相−3相変換が行われ、u相電圧指令Vu*、v相電圧指令Vv*及びw相電圧指令Vw*が生成される。この2相−3相変換25においては、エンコーダ13によって測定されたロータ位置θが使用される。
In the two-phase / three-
PWM制御26では、u相電圧指令Vu*、v相電圧指令Vv*及びw相電圧指令Vw*に基づいてPWM制御が行われ、これによりインバータ6のパワートランジスタのオンオフを制御する制御信号SPWMが生成される。
The
なお、上述の各演算は、ハードウェア、ソフトウェア、及びこれらの組み合わせのいずれで実現されてもよい。 Each operation described above may be realized by any of hardware, software, and a combination thereof.
図3は、本実施形態において、インバータコントローラ11がトルク指令生成21において実行する演算をより詳細に説明する図である。本実施形態では、インバータコントローラ11が2つの制御モード:トルクモードと速度モードとを有しており、トルクモードと速度モードの間の切り換えが、上位コントローラ14からインバータコントローラ11に与えられるモード切換指令SMODEに応答して行われる。トルクモードでは、上位トルク指令Tu*に応じてトルク指令T*が生成され、これにより、トルク制御が行われる。ここで、トルクモードにおけるトルク指令T*は、概ね、上位トルク指令Tu*に一致するが、変化量の制限が行われ、更に、ロータ回転数ωの絶対値がトルク制御速度制限値ωLIMを超える場合には補正値ΔTによって補正される。一方、速度モードでは、上位速度指令ωu*とロータ回転数ωの差が小さくなるようにトルク指令T*が生成され、これにより、速度制御が行われる。ただし、トルク指令T*は、その絶対値が速度制御トルク上限値TMAX以下に制限される。より詳細には、以下のようにしてトルク指令T*が生成される。
FIG. 3 is a diagram for explaining in more detail the calculation executed by the
第1に、インバータコントローラ11は、上位トルク指令Tu*に基づいてトルクモードトルク指令Ttor*を生成する。トルクモードトルク指令Ttor*の算出処理では、変化量リミット処理31、補正値算出32、及び減算処理33が行われる。変化量リミット処理31では、その出力値の変化量を所定範囲に制限するための処理が行われる。この変化量リミット処理31によって得られた出力値を、以下では、変化量制限トルク指令Tu^という。より詳細には、インバータコントローラ11がトルクモードに設定された場合には、変化量制限トルク指令Tu^は、その変化量が所定範囲内に制限される条件の下で上位トルク指令Tu*を追随する値に定められる。このような処理を行うために、過去に出力された変化量制限トルク指令Tu^の値が、インバータコントローラ11の所定の記憶領域に保持される。一方、インバータコントローラ11が速度モードに設定された場合には、トルク指令T*が取り込まれて所定の記憶領域に保持されるとともに変化量制限トルク指令Tu^として出力される。速度モード時にトルク指令T*が保持されることにより、速度モードからトルクモードに切り替えられた場合には、保持されている値を基準として変化量制限トルク指令Tu^の変化量が制限されることになる。後述されるように、これは、トルク制御と速度制御の間の切り換え時のショックの低減に有用である。
First, the
補正値算出32では、ロータ回転数ωとトルク制御速度制限値ωLIM(>0)とに基づいて補正値ΔTが算出される。補正値ΔTは、ロータ回転数ωがトルク制御速度制限値ωLIMよりも大きい場合にはロータ回転数ωの増加に伴って増加する正値をとり、ロータ回転数ωが−ωLIMよりも小さい場合にはロータ回転数ωの減少に伴って減少する負値をとる。ここで、ロータ回転数ωが負であるとは、モータ駆動車両1が後方に走行する場合等のように、3相モータ/発電機4が逆回転する場合を意味している。一方、ロータ回転数ωの絶対値がトルク制御速度制限値ωLIMよりも小さい場合、補正値ΔTはゼロである。一実施形態では、補正値ΔTは、下記の演算式で決定される:
ΔT=0 (for −ωLIM≦ω≦ωLIM), ・・・(1a)
ΔT=k(ω−ωLIM), (for ω>ωLIM), ・・・(1b)
ΔT=k(ω+ωLIM), (for ω<−ωLIM). ・・・(1c)
ここで、kは、正の比例定数である。
In the
ΔT = 0 (for−ω LIM ≦ ω ≦ ω LIM ), (1a)
ΔT = k (ω−ω LIM ), (for ω> ω LIM ), (1b)
ΔT = k (ω + ω LIM ), (for ω <−ω LIM ). ... (1c)
Here, k is a positive proportionality constant.
減算処理33では、トルク指令Tu^から補正値ΔTを減じることにより、トルクモードトルク指令Ttor*が算出される。 In the subtraction process 33, the torque mode torque command Ttor * is calculated by subtracting the correction value ΔT from the torque command Tu ^.
並行して、インバータコントローラ11は、上位速度指令ωu*とロータ回転数ωとに応答して速度モードトルク指令Tsp*を生成する。詳細には、速度モードトルク指令Tsp*の算出処理では、変化量リミット処理34、減算処理35、速度PI制御処理36、及び、上限値制限処理37が行われる。
In parallel,
変化量リミット処理34では、その出力値の変化量を所定範囲に制限するための処理が行われる。この変化量リミット処理34によって得られた出力値を、以下では、変化量制限速度指令ωu^という。より詳細には、インバータコントローラ11が速度モードに設定された場合には、変化量制限速度指令ωu^は、その変化量が所定範囲内に制限される条件の下で上位速度指令ωu*を追随する値に定められる。一方、インバータコントローラ11がトルクモードに設定された場合には、ロータ回転数ω(の実測値)が取り込まれて所定の記憶領域に保持されるとともに変化量制限速度指令ωu^として出力される。トルクモード時にロータ回転数ω(の実測値)が保持されることにより、トルクモードから速度モードに切り替えられた場合には、保持されている値を基準として変化量制限速度指令ωu^の変化量が制限されることになる。後述されるように、これは、トルク制御と速度制御の間の切り換え時のショックの低減に有用である。
In the change
減算処理35では、変化量制限速度指令ωu^とロータ回転数ωの差分が算出される。
In the
速度PI制御36では、変化量制限速度指令ωu^とロータ回転数ωの差分Δωに基づいてPI制御が行われる。詳細には、速度モード時には、Δωと比例ゲインKPとの積、及び、Δωと積分ゲインKIとの積の積分値が算出される。積分値は、インバータコントローラ11の所定の記憶領域に保持される。更に、Δωと比例ゲインKPとの積と前記積分値とを加算して得られた和がPI制御トルク指令TPI *として出力される。一方、トルクモードに設定された場合には、トルク指令T*が取り込まれ、積分値の代わりに該記憶領域に保持される。
In the
上限値制限処理37では、その出力値の大きさを速度制御トルク上限値TMAX(>0)以下に制限するための処理が行われる。この上限値制限処理37によって得られた出力値が、速度モードトルク指令Tsp*である。詳細には、PI制御トルク指令TPI *の絶対値が速度制御トルク上限値TMAXより小さい場合には、速度モードトルク指令Tsp*は、PI制御トルク指令TPI *と同一の値に定められる。一方、PI制御トルク指令TPI *が速度制御トルク上限値TMAX超える場合には、速度モードトルク指令Tsp*が速度制御トルク上限値TMAXに固定され、PI制御トルク指令TPI *が−TMAX未満である場合には、速度モードトルク指令Tsp*が−TMAXに固定される。 In the upper limit limiting process 37, a process for limiting the magnitude of the output value to the speed control torque upper limit T MAX (> 0) or less is performed. The output value obtained by the upper limit limiting process 37 is the speed mode torque command Tsp * . Specifically, when the absolute value of PI control torque command T PI * is smaller than speed control torque upper limit value T MAX , speed mode torque command Tsp * is set to the same value as PI control torque command T PI *. . On the other hand, when the PI control torque command T PI * exceeds the speed control torque upper limit value T MAX , the speed mode torque command Tsp * is fixed to the speed control torque upper limit value T MAX and the PI control torque command T PI * is set to −T. If it is less than MAX , the speed mode torque command Tsp * is fixed to -T MAX .
最終的に3相モータ/発電機4の制御に用いられるトルク指令T*は、上記のようにして生成されたトルクモードトルク指令Ttor*と速度モードトルク指令Tsp*のうちから選択される。詳細には、インバータコントローラ11がトルクモードに設定された場合には、トルクモードトルク指令Ttor*がトルク指令T*として選択され、インバータコントローラ11が速度モードに設定された場合には、速度モードトルク指令Tsp*がトルク指令T*として選択される。
The torque command T * finally used for controlling the three-phase motor / generator 4 is selected from the torque mode torque command Ttor * and the speed mode torque command Tsp * generated as described above. Specifically, when the
上記の制御で使用されるトルク制御速度制限値ωLIMと速度制御トルク上限値TMAXは、上位コントローラ14から与えられる値であり、様々な態様で生成され得る。ただし、トルク制御速度制限値ωLIMは、上位速度指令ωu*と特定の対応関係を有する値として生成される。例えば、トルク制御速度制限値ωLIMは、上位速度指令ωu*の絶対値と同一の値であってもよく、上位速度指令ωu*に依存して決定される値であってもよい。また、速度制御トルク上限値TMAXは、上位トルク指令Tu*と特定の対応関係を有する値として生成される。例えば、速度制御トルク上限値TMAXは、上位トルク指令Tu*の絶対値と同一の値であってもよく、上位トルク指令Tu*に依存して決定される値であってもよい。
The torque control speed limit value ω LIM and the speed control torque upper limit value T MAX used in the above control are values given from the
以下では、本実施形態における、ギアボックス5におけるクラッチ3の接続状態/分離状態の切り換えと、トルクモード時及び速度モード時のトルク指令T*の生成とについて、より具体的に説明する。
通常運転時(即ち、クラッチ3が接続状態にあるとき)には、上位トルク指令Tu*がアクセルペダル15の位置に応じて生成されると共に、インバータコントローラ11がトルクモードに設定されてトルク制御が行われる。詳細には、上位トルク指令Tu*に対して変化量リミット処理31が行われて変化量制限トルク指令Tu^が算出され、更に、変化量制限トルク指令Tu^から補正値ΔTが減じられることによってトルクモードトルク指令Ttor*、即ち、トルク指令T*が算出される。
Hereinafter, switching of the connection state / separation state of the clutch 3 in the
During normal operation (that is, when the
一方、ギアボックス5におけるギアの切り換え時のように、クラッチ3が分離状態になると、上位速度指令ωu*がギアボックス5のギアの選択に応じて生成されると共に、インバータコントローラ11が速度モードに設定されて速度制御が行われる。これにより、3相モータ/発電機4のロータ回転数ωがギアボックス5の入力軸の回転速度に合わせられる。詳細には、上位速度指令ωu*に対して変化量リミット処理34が行われて変化量制限速度指令ωu^が算出され、更に、変化量制限速度指令ωu^とロータ回転数ωの差に対してPI制御がお行われてPI制御トルク指令TPI *が生成される。このPI制御トルク指令TPI *に対して上限値制限処理37が行われて速度モードトルク指令Tsp*、即ち、トルク指令T*が算出される。
On the other hand, when the
ここで、本実施形態のインバータコントローラ11では、以下に述べられるような動作により、トルクモードと速度モードの切り換え時のショック発生を有効に防いでいる。
Here, in the
第1に、上位トルク指令Tu*に対して補正値ΔTによる補正を行ってトルクモードトルク指令Ttor*を生成することにより、速度モードからトルクモードへの切り換え時にロータ回転数ωの過剰な増大を防ぎ、ショックを軽減している。詳細には、速度モードからトルクモードに制御が切り替えられた時、機械的機構であるクラッチ3の作動が遅れ、クラッチ3が外れた状態でトルクモードに制御が移る場合がある。クラッチ3が外れたままでトルク制御が行われると、ロータ回転数ωが過剰に増加する可能性があり、ロータ回転数ωの過剰な増加は、運転者にはショックとして感じられる。しかしながら、本実施形態では、ロータ回転数ωの絶対値がトルク制御速度制限値ωLIM(>0)よりも大きい場合に補正を行うことにより、トルクモード時においてロータ回転数ωが過剰な場合にトルク指令T*の絶対値が(上位トルク指令Tu*の絶対値よりも小さくなるように)抑制される。これは、速度モードからトルクモードへの切り換え時におけるショックを有効に軽減する。このとき、本実施形態では、補正値ΔTがロータ回転数ωに依存して生成されているため(上述の式(1b)、(1c)を参照)、ロータ回転数ωの過剰さの程度に応じて適切なトルク制御トルク指令Ttor*、即ち、トルク指令T*を生成することができる。
First, by generating a torque mode torque command Ttor * by correcting the upper torque command Tu * with a correction value ΔT, an excessive increase in the rotor rotational speed ω is caused when switching from the speed mode to the torque mode. Prevents and reduces shock. Specifically, when the control is switched from the speed mode to the torque mode, the operation of the clutch 3 that is a mechanical mechanism is delayed, and the control may be shifted to the torque mode in a state where the
第2に、速度モード時のトルク指令T*の絶対値を速度制御トルク上限値TMAX(>0)以下に制限することにより、トルクモードから速度モードへの切り換え時におけるトルク指令T*の過剰な増大を防ぎ、ショックを軽減している。詳細には、トルクモードから速度モードに制御が切り替えられた時、機械的機構であるクラッチ3の作動が遅れ、クラッチ3が接続された状態で速度モードに制御が移る場合がある。この場合、クラッチ3が接続された状態で速度制御が行われると、トルク指令T*が過剰に上昇することがあり、これは、運転者にはショックとして感じられる。しかしながら、本実施形態では、速度モード時に、トルク指令T*の絶対値が速度制御トルク上限値TMAX以下に制限される。これは、トルクモードから速度モードへの切り換え時におけるショックを有効に軽減する。 Second, by limiting the absolute value of the torque command T * in the speed mode to the speed control torque upper limit value T MAX (> 0) or less, the torque command T * is excessive when switching from the torque mode to the speed mode. Prevent the increase and reduce the shock. Specifically, when the control is switched from the torque mode to the speed mode, the operation of the clutch 3 that is a mechanical mechanism is delayed, and the control may be shifted to the speed mode with the clutch 3 connected. In this case, if the speed control is performed with the clutch 3 connected, the torque command T * may increase excessively, which is felt as a shock to the driver. However, in the present embodiment, the absolute value of the torque command T * is limited to the speed control torque upper limit value T MAX or less in the speed mode. This effectively reduces the shock when switching from the torque mode to the speed mode.
第3に、速度モード時において、トルク指令T*が変化量リミット処理31にフィードバックされて保持される。トルク指令T*が変化量リミット処理31にフィードバックされて保持されて速度モードからトルクモードへの切り換え時に変化量の制限の基準として使用されることにより、変化量制限トルク指令Tu^の急変、即ち、トルク指令T*の急変が防がれる。これは、ショックを軽減するために有効である。
Third, in the speed mode, the torque command T * is fed back to the change
第4に、トルクモード時において、ロータ回転数ωが変化量リミット処理34にフィードバックされて保持される。トルク指令T*が変化量リミット処理34にフィードバックされて保持されてトルクモードから速度モードへの切り換え時に変化量の制限の基準として使用されることにより、変化量制限速度指令ωu^の急変、即ち、トルク指令T*の急変が防がれる。これは、ショックを軽減するために有効である。
Fourth, in the torque mode, the rotor rotational speed ω is fed back to the
第5に、トルクモード時において、トルク指令T*が速度PI制御36にフィードバックされ、速度PI制御36における積分値として保持される。これにより、トルクモードから速度モードへの切り換え時にPI制御トルク指令TPI *の急変、即ち、トルク指令T*の急変が防がれる。これは、ショックを軽減するために有効である。
Fifth, during the torque mode, the torque command T * is fed back to the
以上に説明されているように、本実施形態のモータ駆動車両1は、トルク制御と速度制御の切り換え時のショックを有効に軽減することができる。
As described above, the motor-driven
以上には、本発明の実施形態について具体的に記載しているが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態は、当業者に自明な様々な変更がなされ得る。例えば、上記には、トルク制御と速度制御の間の切り換え時におけるショック低減のための5つの手法が記載されているが、本発明を現実に実施する際に、その全てを採用する必要があると解釈してはならない。上記の5つの手法のうちの一部のみが採用されてもよい。また、上記ではモータ駆動車両の実施形態が記述されているが、本発明は、3相モータのロータにクラッチが接続されると共にトルク制御と速度制御とが選択的に行われる様々なモータ駆動装置に適用可能である。 Although the embodiments of the present invention are specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the embodiments of the present invention are various modifications obvious to those skilled in the art. Can be made. For example, the above describes five methods for reducing shock when switching between torque control and speed control, but all of them must be employed when actually implementing the present invention. Should not be interpreted. Only a part of the above five methods may be employed. Moreover, although the embodiment of the motor-driven vehicle is described above, the present invention provides various motor drive devices in which a clutch is connected to the rotor of the three-phase motor and torque control and speed control are selectively performed. It is applicable to.
1:モータ駆動車両
2:エンジン
3:クラッチ
4:3相モータ/発電機
5:ギアボックス
6:インバータ
7:バッテリ
11:インバータコントローラ
12:電流センサ
13:エンコーダ
14:上位コントローラ
15:アクセルペダル
21:トルク指令生成
22:電流指令生成
23:電流制御
24:3相−2相変換
25:2相−3相変換
26:PWM制御
31:変化量リミット処理
32:補正値算出
33:減算処理
34:変化量リミット処理
35:減算処理
36:速度PI制御
37:上限値制限処理
1: Motor-driven vehicle 2: Engine 3: Clutch 4: Three-phase motor / generator 5: Gear box 6: Inverter 7: Battery 11: Inverter controller 12: Current sensor 13: Encoder 14: Host controller 15: Accelerator pedal 21: Torque command generation 22: Current command generation 23: Current control 24: Three-phase to two-phase conversion 25: Two-phase to three-phase conversion 26: PWM control 31: Change amount limit process 32: Correction value calculation 33: Subtraction process 34: Change Amount limit processing 35: Subtraction processing 36: Speed PI control 37: Upper limit limiting processing
Claims (16)
前記3相モータのロータに接続されたクラッチと、
前記3相モータに3相電力を供給するインバータと、
外部から与えられる上位トルク指令に応答して第1トルク指令を生成するトルク制御手段と、
外部から与えられる上位速度指令と前記3相モータのロータ回転数とに応答して第2トルク指令を生成する速度制御手段と、
前記第1トルク指令と前記第2トルク指令のいずれかから選択された選択トルク指令に応答して前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
前記クラッチを接続状態と分離状態の間で切り替えるクラッチ制御手段とを備え、
とを具備し、
前記選択トルク指令は、前記クラッチの切り替えに対応して前記第1トルク指令と前記第2トルク指令のいずれかから選択され、
前記トルク制御手段は、前記ロータ回転数の絶対値が所定の速度制限値を超えた場合、前記第1トルク指令の絶対値が前記上位トルク指令の絶対値より小さくなるように前記第1トルク指令を生成する
モータ駆動装置。 A three-phase motor,
A clutch connected to the rotor of the three-phase motor;
An inverter for supplying three-phase power to the three-phase motor;
Torque control means for generating a first torque command in response to an upper torque command given from outside;
Speed control means for generating a second torque command in response to an external speed command given from outside and the rotor speed of the three-phase motor;
Inverter control means for controlling the inverter in response to a selected torque command selected from either the first torque command or the second torque command;
Clutch control means for switching the clutch between a connected state and a separated state;
And
The selected torque command is selected from either the first torque command or the second torque command in response to switching of the clutch,
When the absolute value of the rotor rotational speed exceeds a predetermined speed limit value, the torque control means is configured so that the absolute value of the first torque command is smaller than the absolute value of the upper torque command. Generate motor drive device.
前記トルク制御手段は、前記ロータ回転数が前記速度制限値を超えた場合、前記上位トルク指令から補正値を減じて前記第1トルク指令を生成し、
前記補正値は、前記ロータ回転数が前記速度制限値を超えた場合に前記ロータ回転数の増大と共に増大する
モータ駆動装置。 The motor driving device according to claim 1,
The torque control means generates the first torque command by subtracting a correction value from the upper torque command when the rotor rotational speed exceeds the speed limit value;
The correction value increases as the rotor rotational speed increases when the rotor rotational speed exceeds the speed limit value.
前記速度制限値は、前記上位速度指令の絶対値と同一値であるか、前記上位速度指令に依存して決定される値である
モータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1 or 2,
The speed limit value is the same value as the absolute value of the upper speed command or a value determined depending on the upper speed command.
前記速度制御手段は、前記第2トルク指令の絶対値を所定のトルク上限値以下に制限しながら前記第2トルク指令を生成する
モータ駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 3,
The speed control means generates the second torque command while limiting the absolute value of the second torque command to a predetermined torque upper limit value or less.
前記トルク上限値は、前記上位トルク指令の絶対値と同一値であるか、前記上位トルク指令に依存して決定される値である
モータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 4,
The torque upper limit value is the same value as the absolute value of the upper torque command or a value determined depending on the upper torque command.
前記クラッチの前記接続状態への切り換えに合わせて前記第1トルク指令が選択されるトルクモードに移行し、
前記クラッチの前記分離状態への切り換えに合わせて前記第2トルク指令が選択される速度モードに移行する
モータ駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 5,
Transition to the torque mode in which the first torque command is selected in accordance with the switching of the clutch to the connected state,
A motor drive device that shifts to a speed mode in which the second torque command is selected in accordance with the switching of the clutch to the disengaged state.
前記3相モータのロータに接続されたクラッチと、
前記3相モータに3相電力を供給するインバータと、
外部から与えられる上位トルク指令に応答して第1トルク指令を生成するトルク制御手段と、
外部から与えられる上位速度指令と前記3相モータのロータ回転数とに応答して第2トルク指令を生成する速度制御手段と、
前記第1トルク指令と前記第2トルク指令のいずれかから選択された選択トルク指令に応答して前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
前記クラッチを接続状態と分離状態の間で切り替えるクラッチ制御手段
とを具備し、
前記選択トルク指令は、前記クラッチの切り替えに対応して前記第1トルク指令と前記第2トルク指令のいずれかから選択され、
前記速度制御手段は、前記第2トルク指令の絶対値を所定のトルク上限値以下に制限しながら前記第2トルク指令を生成する
モータ駆動装置。 A three-phase motor,
A clutch connected to the rotor of the three-phase motor;
An inverter for supplying three-phase power to the three-phase motor;
Torque control means for generating a first torque command in response to an upper torque command given from outside;
Speed control means for generating a second torque command in response to an external speed command given from outside and the rotor speed of the three-phase motor;
Inverter control means for controlling the inverter in response to a selected torque command selected from either the first torque command or the second torque command;
Clutch control means for switching the clutch between a connected state and a disconnected state;
The selected torque command is selected from either the first torque command or the second torque command in response to switching of the clutch,
The speed control means generates the second torque command while limiting the absolute value of the second torque command to a predetermined torque upper limit value or less.
前記トルク制御手段は、前記上位トルク指令を追随する変化量制限トルク指令を変化量を制限しながら生成し、且つ、前記変化量制限トルク指令に応答して前記第1トルク指令を生成し、且つ、
前記トルク制御手段は、前記第2トルク指令が前記選択トルク指令として選択されている間、前記選択トルク指令を記憶領域に保持し、前記選択トルク指令が前記第2トルク指令から前記第1トルク指令に切り換えられた場合に前記記憶領域に保持されている前記選択トルク指令の値を基準として前記変化量制限トルク指令を生成する
モータ駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 7,
The torque control means generates a change amount limiting torque command following the upper torque command while limiting the amount of change, and generates the first torque command in response to the change amount limiting torque command; and ,
The torque control means holds the selected torque command in a storage area while the second torque command is selected as the selected torque command, and the selected torque command is changed from the second torque command to the first torque command. A motor drive device that generates the change amount limiting torque command with reference to the value of the selected torque command held in the storage area when switched to.
前記速度制御手段は、前記上位速度指令を追随する変化量制限速度指令を変化量を制限しながら生成し、且つ、前記変化量制限速度指令に応答して前記第2トルク指令を生成し、且つ、
前記トルク制御手段は、前記第1トルク指令が前記選択トルク指令として選択されている間、前記ロータ回転数の実測値を記憶領域に保持し、前記選択トルク指令が前記第1トルク指令から前記第2トルク指令に切り換えられた場合に前記記憶領域に保持されている前記実測値を基準として前記変化量制限速度指令を生成する
モータ駆動装置。 The motor driving device according to any one of claims 1 to 8,
The speed control means generates a change amount limiting speed command following the upper speed command while limiting the amount of change, and generates the second torque command in response to the change amount limiting speed command; and ,
While the first torque command is selected as the selected torque command, the torque control means holds the measured value of the rotor rotational speed in a storage area, and the selected torque command is changed from the first torque command to the first torque command. A motor driving device that generates the change amount limiting speed command with reference to the actual measurement value held in the storage area when the torque command is switched to two.
前記速度制御手段は、前記上位速度指令と前記3相モータのロータ回転数とに応答したPI制御によって前記第2トルク指令を生成し、
前記第1トルク指令が前記選択トルク指令として選択されている間、前記PI制御の積分値として前記選択トルク指令が保持される
モータ駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 9,
The speed control means generates the second torque command by PI control in response to the upper speed command and the rotor speed of the three-phase motor,
While the first torque command is selected as the selected torque command, the selected torque command is held as an integral value of the PI control.
前記3相モータのロータに接続された入力軸と、クラッチとを備える変速機と、
前記変速機の出力軸に機械的に結合された駆動輪と、
前記3相モータを駆動するインバータと、
アクセルペダルと、
前記アクセルペダルの位置に応答して上位トルク指令を生成し、前記変速機において選択されるギアに応じて上位速度指令を生成する上位コントローラと、
前記上位トルク指令に応答して第1トルク指令を生成するトルク制御手段と、
前記上位速度指令と前記3相モータのロータ回転数とに応答して第2トルク指令を生成する速度制御手段と、
前記第1トルク指令と前記第2トルク指令のいずれかから選択された選択トルク指令に応答して前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
前記クラッチを接続状態と分離状態の間で切り替えるクラッチ制御手段とを備え、
とを具備し、
前記選択トルク指令は、前記クラッチの切り替えに対応して前記第1トルク指令と前記第2トルク指令のいずれかから選択され、
前記トルク制御手段は、前記ロータ回転数の絶対値が所定の速度制限値を超えた場合、前記第1トルク指令の絶対値が前記上位トルク指令の絶対値より小さくなるように前記第1トルク指令を生成する
モータ駆動車両。 A three-phase motor,
A transmission comprising an input shaft connected to the rotor of the three-phase motor, and a clutch;
Drive wheels mechanically coupled to the output shaft of the transmission;
An inverter for driving the three-phase motor;
An accelerator pedal,
An upper controller that generates an upper torque command in response to the position of the accelerator pedal, and that generates an upper speed command in accordance with a gear selected in the transmission;
Torque control means for generating a first torque command in response to the upper torque command;
Speed control means for generating a second torque command in response to the upper speed command and the rotor rotational speed of the three-phase motor;
Inverter control means for controlling the inverter in response to a selected torque command selected from either the first torque command or the second torque command;
Clutch control means for switching the clutch between a connected state and a separated state;
And
The selected torque command is selected from either the first torque command or the second torque command in response to switching of the clutch,
When the absolute value of the rotor rotational speed exceeds a predetermined speed limit value, the torque control means is configured so that the absolute value of the first torque command is smaller than the absolute value of the upper torque command. Generate motor driven vehicle.
前記トルク制御手段は、前記ロータ回転数が前記速度制限値を超えた場合、前記上位トルク指令から補正値を減じて前記第1トルク指令を生成し、
前記補正値は、前記ロータ回転数が前記速度制限値を超えた場合に前記ロータ回転数の増大と共に増大する
モータ駆動車両。 The motor-driven vehicle according to claim 11,
The torque control means generates the first torque command by subtracting a correction value from the upper torque command when the rotor rotational speed exceeds the speed limit value;
The correction value increases with an increase in the rotor rotational speed when the rotor rotational speed exceeds the speed limit value.
前記速度制限値は、前記上位速度指令の絶対値と同一値であるか、前記上位速度指令に依存して決定される値である
モータ駆動車両。 The motor-driven vehicle according to claim 11 or 12,
The speed limit value is the same value as the absolute value of the upper speed command or a value determined depending on the upper speed command.
前記速度制御手段は、前記第2トルク指令の絶対値を所定のトルク上限値以下に制限しながら前記第2トルク指令を生成する
モータ駆動車両。 A motor-driven vehicle according to any one of claims 11 to 13,
The speed control means generates the second torque command while limiting the absolute value of the second torque command to a predetermined torque upper limit value or less.
前記トルク上限値は、前記上位トルク指令の絶対値と同一値であるか、前記上位トルク指令に依存して決定される値である
モータ駆動車両。 The motor-driven vehicle according to claim 14,
The torque upper limit value is the same value as the absolute value of the upper torque command or a value determined depending on the upper torque command.
前記クラッチの前記接続状態への切り換えに合わせて前記第1トルク指令が選択されるトルクモードに移行し、
前記クラッチの前記分離状態への切り換えに合わせて前記第2トルク指令が選択される速度モードに移行する
モータ駆動車両。 A motor-driven vehicle according to any one of claims 11 to 15,
Transition to the torque mode in which the first torque command is selected in accordance with the switching of the clutch to the connected state,
A motor-driven vehicle that shifts to a speed mode in which the second torque command is selected in accordance with the switching of the clutch to the disengaged state.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130806 |