JP2013072686A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバを用いて検出された回転角に含まれる誤差を適切に補正する。
【解決手段】制御装置４０は、レゾルバからの電気信号をレゾルバ−デジタル変換回路で変換して得られるレゾルバ検出角θｏｒｇを用いてモータの理想回転角θ０を設定し、理想回転角θ０とレゾルバ検出角θｏｒｇとの差分の波形を誤差学習値θｅとして記憶する（４３）。さらに、制御装置４０は、実際のモータ回転速度Ｎｍに対応する位相遅れ時間Ｔｐを算出し（４５）、位相遅れ時間Ｔｐ分だけレゾルバ検出角θｏｒｇを理想回転角θ０に沿って変位させた波形を用いて基準信号Ｋのずれ時間ΔＴｎｍを算出し（４６）、ずれ時間ΔＴｎｍから真の回転角と理想回転角θ０とのオフセット量θｏｆｓを算出する（４７）。制御装置４０は、誤差学習値θｅおよびオフセット量θｏｆｓを用いてレゾルバ検出角θｏｒｇを補正する（４８）。
【選択図】図３

Description

本発明は、レゾルバを用いて回転体の回転角を算出する装置を備える車両に関する。

レゾルバを用いてモータなどの回転体の回転角を検出する手法が知られている。通常、レゾルバが出力する電気信号はアナログ信号であり、レゾルバ−デジタル変換回路によって算出装置で演算可能なデジタル信号に変換された後、算出装置に出力される。算出装置は、レゾルバ−デジタル変換回路からのデジタル信号を用いてモータの回転角を検出（算出）する。

また、レゾルバが出力する電気信号は、レゾルバのロータとステータ間の軸心のずれ等に起因する誤差を含んでいることが知られている。特開２００１−１６５７０７号公報（特許文献１）には、より高精度な回転角を得るために、モータ回転速度ごとに予め定められた誤差を用いて、レゾルバを用いて検出された回転角に含まれる誤差を補正する技術が開示されている。

特開２００１−１６５７０７号公報 特開２００８−２３６９５９号公報 特開２００４−２２２４４８号公報

しかしながら、モータ回転速度ごとの誤差が常に一定とは限らないため、特許文献１の技術ではレゾルバを用いて検出された回転角に含まれる誤差を適切に補正できない場合がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、レゾルバを用いて検出された回転角に含まれる誤差を適切に補正することである。

この発明に係る車両は、モータと、モータの回転角に同期して周期的に変動する同期誤差がモータの真の回転角に重畳された第１信号を出力するレゾルバと、レゾルバから入力される第１信号を第１信号よりも位相が遅れた第２信号に変換する変換回路と、変換回路から入力される第２信号に基づいてモータの回転角を算出する算出装置とを備える。第１信号に対する第２信号の位相遅れ時間はモータの回転速度に応じて変化する。算出装置は、第２信号を用いてモータの理想回転角を設定し理想回転角と第２信号が示す回転角との差分を学習する学習部と、モータの実際の回転速度に対応する位相遅れ時間を算出し算出された位相遅れ時間を用いて真の回転角と理想回転角とのオフセット量を算出するオフセット算出部と、差分の学習値およびオフセット量を用いて第２信号が示す回転角を補正してモータの回転角を算出する補正部とを含む。

好ましくは、オフセット算出部は、第１信号に対する第２信号の位相遅れ幅とモータの回転速度との対応関係を予め記憶しておき、対応関係を用いてモータの実際の回転速度に対応する位相遅れ幅を算出し、算出された位相遅れ幅と実際の回転速度とから位相遅れ時間を算出する。

好ましくは、オフセット算出部は、第２信号が示す回転角を位相遅れ時間分だけ理想回転角に沿って変位させることで第１信号が示す回転角を再現し、再現された回転角が基準値となる時点と第２信号が示す回転角が基準値となる時点との間のずれ時間を算出し、ずれ時間および理想回転角の変化率からオフセット量を算出する。

好ましくは、補正部は、第２信号が示す回転角から差分の学習値を減じた値にオフセット量を加えた値を、モータの回転角として算出する。

本発明によれば、レゾルバを用いて検出された回転角に含まれる誤差を適切に補正することができる。

車両の全体構成図である。 レゾルバ本来の検出角およびレゾルバ検出角θｏｒｇの時間変化の一例を示す図である。 制御装置の機能ブロック図である。 モータ回転速度Ｎｍと位相遅れ幅との対応関係を示す図である。 ずれ時間ΔＴｎｍおよびオフセット量θｏｆｓの算出手法を説明するための図である。 制御装置の処理手順を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰り返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に従う車両１の全体構成図である。車両１は、直流電源１０と、コンバータ１２と、インバータ１４と、モータＭ１と、平滑コンデンサＣ０，Ｃ１と、レゾルバ３０と、レゾルバ−デジタル（以下、単に「Ｒ／Ｄ」という）変換回路３５と、制御装置４０とを含む。

車両１は、モータＭ１が発生する動力を用いた走行が可能な電動車両（ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等の電気エネルギによって走行可能な車両）である。

直流電源１０は、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置により構成される。

コンバータ１２は、リアクトルと、２つのスイッチング素子と、２つのダイオードとを含む。コンバータ１２は、制御装置４０からの制御信号によって制御され、直流電源１０とインバータ１４（モータＭ１）との間で電圧変換を行なう。

インバータ１４は、正極線７および負極線５の間に並列に設けられる３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の各相の上下アーム（スイッチング素子）から成る。インバータ１４は、制御装置４０からの制御信号によって制御され、コンバータ１２（直流電源１０）とモータＭ１との間で電力変換を行なう。

モータＭ１は、車両１を走行させるためのトルクを発生する。モータＭ１は、代表的には、３相の永久磁石型同期電動機であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、インバータ１４の各相の上下アームの中間点と接続されている。モータＭ１は、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。

平滑コンデンサＣ０は、正極線６と負極線５との間に接続され、正極線６および負極線５に含まれる電力変動成分を低減する。平滑コンデンサＣ１は、正極線７と負極線５との間に接続され、正極線７および負極線５に含まれる電力変動成分を低減する。

レゾルバ３０は、磁束の変化に基づいてモータＭ１の回転角に応じた電気信号（アナログ信号）を出力する。レゾルバ３０が出力する電気信号には、モータＭ１の回転角に同期して周期的に変動する誤差成分（以下、「同期誤差」ともいう）が含まれる。すなわち、レゾルバ３０は、モータＭ１の真の回転角に同期誤差が重畳された電気信号を出力する。レゾルバ３０の構成そのものは周知のものを用いればよい。

レゾルバ３０の倍角数をｎ（ｎは自然数）とした場合、モータＭ１が１／ｎ回転する間にレゾルバ３０が出力する電気信号が示す回転角は３６０度分だけ変化する。なお、本発明は、いずれの倍角数のレゾルバにも適用可能である。以下では、倍角数ｎを「１」とする場合を例示的に説明する。

Ｒ／Ｄ変換回路３５は、レゾルバ３０から入力される電気信号を角度信号（デジタル信号）に変換し、制御装置４０に出力する。なお、図１では、Ｒ／Ｄ変換回路３５がコンバータ１２、インバータ１４および制御装置４０と別々に設けられているが、Ｒ／Ｄ変換回路３５は、コンバータ１２およびインバータ１４と同じユニット内に設けられるようにしてもよいし、制御装置４０の内部に設けられるようにしてもよい。

以下では、Ｒ／Ｄ変換回路３５が出力する角度信号が示す回転角を「レゾルバ検出角θｏｒｇ」と称する。

Ｒ／Ｄ変換回路３５は、入力信号の誤差の位相に対する出力信号の誤差の位相がモータＭ１の回転速度に応じて遅れてしまうという特性（以下「位相遅れ特性」という）を有する。この位相遅れ特性の影響により、レゾルバ３０の電気信号が示す本来の回転角（以下「レゾルバ本来の検出角」という）に含まれる本来の同期誤差に対するレゾルバ検出角θｏｒｇに含まれる同期誤差の位相遅れ時間は、モータＭ１の回転速度に応じて変化してしまう。以下では、レゾルバ検出角θｏｒｇに含まれる同期誤差を「遅れ同期誤差」とも称する。

制御装置４０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）により構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１の動作を制御する。

以上のような構成を有する車両１において、制御装置４０は、レゾルバ検出角θｏｒｇを用いてモータＭ１の回転角を算出し、算出した結果を踏まえてモータＭ１の状態を制御する。

図２は、レゾルバ本来の検出角およびレゾルバ検出角θｏｒｇの時間変化の一例を示す図である。なお、図２では、モータＭ１の回転速度（以下「モータ回転速度Ｎｍ」という）が一定である場合を例示している。

レゾルバ本来の検出角の波形は、モータＭ１の真の回転角に本来の同期誤差が重畳した波形となる。これに対し、レゾルバ検出角θｏｒｇの波形は、Ｒ／Ｄ変換回路３５の位相遅れ特性の影響によって、モータＭ１の真の回転角に本来の同期誤差に対して位相が遅れた遅れ同期誤差が重畳した波形となる。したがって、矢印αに示すように、レゾルバ検出角θｏｒｇの波形は、レゾルバ本来の検出角を真の回転角に沿ってスライド（変位）させたような波形となる。

制御装置４０は、レゾルバ検出角θｏｒｇから同期誤差の影響を排除するために、レゾルバ検出角θｏｒｇを用いてモータＭ１の理想回転角θ０を設定し、理想回転角θ０とレゾルバ検出角θｏｒｇとの差分の波形を「誤差学習値θｅ」として記憶する。そして、制御装置４０は、記憶された誤差学習値θｅを次のレゾルバ周期におけるレゾルバ検出角θｏｒｇの補正に用いる。

ところが、理想回転角θ０は、モータＭ１の回転速度に応じて位相遅れ時間が変化する「遅れ同期誤差」を含むレゾルバ検出角θｏｒｇを基に設定される。その結果、理想回転角θ０と真の回転角との間には、モータ回転速度Ｎｍに応じて変動する「角度オフセット（以下「オフセット量θｏｆｓ」という）」が発生してしまう。この影響により、理想回転角θ０を基準として学習された誤差学習値θｅを用いてレゾルバ検出角θｏｒｇを単純に補正しただけでは、モータＭ１の真の回転角を精度よく算出することができない。

そこで、制御装置４０は、本来の同期誤差に対する遅れ同期誤差の位相遅れ時間Ｔｐをモータ回転速度Ｎｍに応じて算出し、算出した位相遅れ時間Ｔｐ分だけレゾルバ検出角θｏｒｇを理想回転角θ０に沿って変位させることでレゾルバ本来の検出角の波形を再現し、再現された波形を用いて誤差学習値θｅに含まれるオフセット量θｏｆｓを算出して記憶しておく。そして、制御装置４０は、誤差学習値θｅおよびオフセット量θｏｆｓを用いて次のレゾルバ周期におけるレゾルバ検出角θｏｒｇを補正する。これにより、モータＭ１の回転角を精度よく算出する。この点が本願の最も特徴的な点である。

図３は、レゾルバ検出角θｏｒｇを用いてモータＭ１の回転角を算出する際の制御装置４０の機能ブロック図である。図３に示した各機能ブロックは、ハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

制御装置４０は、取得部４１、生成部４２、学習部４３、算出部４４〜４７、補正部４８を含む。

取得部４１は、Ｒ／Ｄ変換回路３５からレゾルバ検出角θｏｒｇを取得し、生成部４２、学習部４３、算出部４６、補正部４８に出力する。

生成部４２は、レゾルバ検出角θｏｒｇが０度（＝基準値）となる時点で基準信号Ｋを生成する。生成部４２は、生成した基準信号Ｋを学習部４３に出力する。

学習部４３は、レゾルバ周期毎に、上述の誤差学習値θｅを求める。
まず、学習部４３は、理想回転角θ０を設定する。理想回転角θ０は、前回の基準信号Ｋの生成時点から今回の基準信号Ｋの生成時点までの時間（レゾルバ検出角θｏｒｇが０度から３６０度変化して再び０度となるまでの時間）の全期間に渡ってレゾルバ検出角θｏｒｇが一定速度で変化したと仮定したときの回転角である。したがって、理想回転角θ０の傾き（変化率）は、３６０度を１レゾルバ周期で割った値となる。また、理想回転角θ０の傾きは、モータＭ１の真の回転角の傾きとほぼ同じ値となる（図２参照）。

次に、学習部４３は、設定された理想回転角θ０と取得部４１からのレゾルバ検出角θｏｒｇとの差分の波形を「誤差学習値θｅ」として求める。すなわち、学習部４３は、下記の式（１）を用いて誤差学習値θｅを求める。

θｅ＝θｏｒｇ−θ０ …（１）
そして、学習部４３は、求めた誤差学習値θｅを記憶する。記憶された誤差学習値θｅは、次のレゾルバ周期でのレゾルバ検出角θｏｒｇの補正に用いられる。

算出部４４〜４７は、上述の誤差学習値θｅに含まれるオフセット量θｏｆｓを算出する。

算出部４４は、後述する補正部４８が生成したレゾルバ補正角φの変化率から、モータ回転速度Ｎｍを算出する。なお、モータ回転速度Ｎｍを得る手法はこれに限定されず、他の手法でモータ回転速度Ｎｍを算出あるいは取得するようにしてもよい。

算出部４５は、算出部４４が算出したモータ回転速度Ｎｍから、レゾルバ本来の検出角に対するレゾルバ検出角θｏｒｇの位相遅れ幅（すなわち本来の同期誤差に対する遅れ同期誤差の位相遅れ幅）を算出する。

図４は、モータ回転速度Ｎｍと位相遅れ幅との対応関係を示す図である。Ｒ／Ｄ変換回路３５の位相遅れ特性によって、レゾルバ本来の検出角に対してレゾルバ検出角θｏｒｇの位相が遅れるが、その位相遅れ幅はレゾルバ３０から入力される電気信号の周波数（モータ回転速度Ｎｍに比例する値）が大きいほど大きくなる傾向にある。そのため、算出部４５は、図４に示すようなモータ回転速度Ｎｍと位相遅れ幅との対応関係を予め実験等で求めて記憶しておき、この対応関係を用いて実際のモータ回転速度Ｎｍに対応する位相遅れ幅を算出する。そして、算出部４５は、算出された位相遅れ幅とモータ回転速度Ｎｍとから位相遅れ時間Ｔｐを算出する。

図３に戻って、算出部４６は、レゾルバ検出角θｏｒｇと位相遅れ時間Ｔｐとを用いて、本来の基準信号に対する実際の基準信号Ｋのずれ時間ΔＴｎｍを算出する。算出部４７は、ずれ時間ΔＴｎｍを用いて真の回転角と理想回転角θ０との間のオフセット量θｏｆｓを算出する。

図５は、ずれ時間ΔＴｎｍおよびオフセット量θｏｆｓの算出手法を説明するための図である。

算出部４６は、レゾルバ検出角θｏｒｇを位相遅れ時間Ｔｐだけ理想回転角θ０に沿ってスライド（変位）させる。すなわち、真の回転角の傾きと同じ傾きである理想回転角θ０に沿ってレゾルバ検出角θｏｒｇを位相遅れ時間Ｔｐだけスライドさせることで、レゾルバ本来の検出角（＝真の角度＋本来の同期誤差）の波形を再現する。そして、算出部４６は、再現されたレゾルバ本来の検出角を用いたときの基準信号Ｋの生成時点（レゾルバ本来の検出角が基準値である０度となる時点）と実際の基準信号Ｋの生成時点（レゾルバ検出角θｏｒｇが基準値である０度となる時点）との間の時間差を「ずれ時間ΔＴｎｍ」として算出する。

算出部４７は、真の回転角の傾きと理想回転角θ０の傾きとが同じであることを考慮し、ずれ時間ΔＴｎｍに理想回転角θ０の傾きを乗じた値を、誤差学習値θｅに含まれるオフセット量θｏｆｓとして算出して記憶しておく。

図３に戻って、補正部４８は、前回のレゾルバ周期における誤差学習値θｅおよびオフセット量θｏｆｓを読み出し、読み出した誤差学習値θｅおよびオフセット量θｏｆｓを用いて今回のレゾルバ周期におけるレゾルバ検出角θｏｒｇの誤差補正を行なう。補正部４８は、下記の式（２）を用いて補正後のレゾルバ検出角φを算出する。

φ＝θｏｒｇ−θｅ＋θｏｆｓ …（２）
図２を用いて説明すれば、時刻ｔ１のレゾルバ検出角θｏｒｇは、前回のレゾルバ周期における同位相の時刻ｔ０の誤差学習値θｅを用いて補正されることになる。しかし、時刻ｔ０の誤差学習値θｅそのものがオフセット量θｏｆｓを含んでいる。そこで、補正部４８は、時刻ｔ１のレゾルバ検出角θｏｒｇから時刻ｔ０の誤差学習値θｅを減じた値に時刻ｔ０のオフセット量θｏｆｓを加えた値（＝θｏｒｇ−θｅ＋θｏｆｓ）を、時刻ｔ１の補正後のレゾルバ検出角φとする。これにより、時刻ｔ１の補正後のレゾルバ検出角φはモータＭ１の真の回転角とほぼ同じ値となる。

図６は、上述の機能を実現するための制御装置４０の処理手順を示すフローチャートである。

Ｓ１１にて、制御装置４０は、Ｒ／Ｄ変換回路３５からレゾルバ検出角θｏｒｇを取得する。

Ｓ１２にて、制御装置４０は、レゾルバ検出角θｏｒｇが基準値（＝０度）となる時点で基準信号Ｋを生成する。

Ｓ１３にて、制御装置４０は、基準信号Ｋから理想回転角θ０を求め、理想回転角θ０とレゾルバ検出角θｏｒｇとの差分の波形を「誤差学習値θｅ」として求めて記憶する。

Ｓ１４にて、制御装置４０は、モータ回転速度Ｎｍを算出する。
Ｓ１５にて、制御装置４０は、モータ回転速度Ｎｍに対応する位相遅れ幅を算出し（図４参照）、算出された位相遅れ幅とモータ回転速度Ｎｍとから位相遅れ時間Ｔｐを算出する。なお、モータ回転速度Ｎｍから位相遅れ時間Ｔｐを直接算出するようにしてもよい。

Ｓ１６にて、制御装置４０は、レゾルバ検出角θｏｒｇを位相遅れ時間Ｔｐ分だけ理想回転角θ０に沿って変位させた波形を用いて、本来の基準信号に対する実際の基準信号Ｋのずれ時間ΔＴｎｍを算出する（図５参照）。

Ｓ１７にて、制御装置４０は、ずれ時間ΔＴｎｍに理想回転角θ０の傾きを乗じた値をオフセット量θｏｆｓとして算出して記憶する（図５参照）。

Ｓ１８にて、制御装置４０は、前回のレゾルバ周期における誤差学習値θｅおよびオフセット量θｏｆｓを読み出す。

Ｓ１９にて、制御装置４０は、今回のレゾルバ周期におけるレゾルバ検出角θｏｒｇから前回のレゾルバ周期における誤差学習値θｅを減じた値に前回のレゾルバ周期におけるオフセット量θｏｆｓを加えた値（＝θｏｒｇ−θｅ＋θｏｆｓ）を、補正後のレゾルバ検出角φとして算出する。

以上のように、本実施の形態による制御装置４０は、レゾルバ検出角θｏｒｇを用いてモータＭ１の理想回転角θ０を設定し、理想回転角θ０とレゾルバ検出角θｏｒｇとの差分の波形を誤差学習値θｅとして記憶する。さらに、制御装置４０は、実際のモータ回転速度Ｎｍに応じて位相遅れ時間Ｔｐを算出し、算出された位相遅れ時間Ｔｐ分だけレゾルバ検出角θｏｒｇを理想回転角θ０に沿って変位させた波形を用いてオフセット量θｏｆｓを算出する。このように、実際のモータ回転速度Ｎｍに対応する位相遅れ時間Ｔｐ分だけレゾルバ検出角θｏｒｇを理想回転角θ０に沿って変位させるため、実際のモータ回転速度Ｎｍが変動したとしてもオフセット量θｏｆｓを適切に算出することができる。

そして、制御装置４０は、誤差学習値θｅおよびオフセット量θｏｆｓを用いてレゾルバ検出角θｏｒｇを補正する。このような補正により、レゾルバ検出角θｏｒｇに含まれる遅れ同期誤差の影響を適切に排除することができる。その結果、レゾルバ３０を用いてモータＭ１の回転角を精度よく算出することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、５ 負極線、６，７ 正極線、１０ 直流電源、１２ コンバータ、１４ インバータ、３０ レゾルバ、３５ 変換回路、４０ 制御装置、４１ 取得部、４２ 生成部、４３ 学習部、４４〜４７ 算出部、４８ 補正部、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｍ１ モータ。

Claims (4)

1. モータと、
   前記モータの回転角に同期して周期的に変動する同期誤差が前記モータの真の回転角に重畳された第１信号を出力するレゾルバと、
   前記レゾルバから入力される前記第１信号を前記第１信号よりも位相が遅れた第２信号に変換する変換回路と、
   前記変換回路から入力される前記第２信号に基づいて前記モータの回転角を算出する算出装置とを備え、
   前記第１信号に対する前記第２信号の位相遅れ時間は前記モータの回転速度に応じて変化し、
   前記算出装置は、
   前記第２信号を用いて前記モータの理想回転角を設定し前記理想回転角と前記第２信号が示す回転角との差分を学習する学習部と、
   前記モータの実際の回転速度に対応する前記位相遅れ時間を算出し算出された前記位相遅れ時間を用いて前記真の回転角と前記理想回転角とのオフセット量を算出するオフセット算出部と、
   前記差分の学習値および前記オフセット量を用いて前記第２信号が示す回転角を補正して前記モータの回転角を算出する補正部とを含む、車両。
2. 前記オフセット算出部は、前記第１信号に対する前記第２信号の位相遅れ幅と前記モータの回転速度との対応関係を予め記憶しておき、前記対応関係を用いて前記モータの実際の回転速度に対応する前記位相遅れ幅を算出し、算出された前記位相遅れ幅と前記実際の回転速度とから前記位相遅れ時間を算出する、請求項１に記載の車両。
3. 前記オフセット算出部は、前記第２信号が示す回転角を前記位相遅れ時間分だけ前記理想回転角に沿って変位させることで前記第１信号が示す回転角を再現し、再現された回転角が基準値となる時点と前記第２信号が示す回転角が前記基準値となる時点との間のずれ時間を算出し、前記ずれ時間および前記理想回転角の変化率から前記オフセット量を算出する、請求項２に記載の車両。
4. 前記補正部は、前記第２信号が示す回転角から前記差分の学習値を減じた値に前記オフセット量を加えた値を、前記モータの回転角として算出する、請求項１に記載の車両。

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