JP2013223418A - レゾルバオフセットの補正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レゾルバオフセットの補正方法は、モータにレゾルバを組み立てた後、モータへの回転力の伝達が可能な回転手段を用いてモータを回転させる段階と、電圧指令を設定し、電圧指令によりモータを電流制御する段階と、モータの電流制御の間、フィードバック電流のd軸電流とq軸電流を求める段階と、d軸電流とq軸電流が設定範囲内の一定の正常状態であることを確認する段階と、正常状態であると確認されると、d軸電流とq軸電流を用いてレゾルバオフセットをtan−1(d軸電流/q軸電流)の式から算出する段階と、を含む。
【選択図】図2
Description
これら環境に優しい自動車は、駆動源として電気モータ(駆動モータ)を使用するが、この駆動モータ(traction motor)としては高出力及び高効率特性を有する永久磁石同期モータ、特に埋込型永久磁石同期モータが主に使用されている。
さらに、モータを制御するためのインバータシステムを搭載しており、モータの制御に用いられるモータ回転子の絶対角位置(absolute angular position:記号はθ)を検出するためのレゾルバ(resolver)を設けている。
レゾルバは、駆動モータだけでなく、ハイブリッド自動車の統合型始動発電機(Integrated Starter & Generator:以下、ISGと略す)にも装着されている。
この時、駆動モータ14と変速機15は互いに直結されており、エンジン11と駆動モータ14は、クラッチ13を介して動力伝達可能に連結され、クラッチの状態に応じて動力伝達が断続される。
また、始動時、エンジン11に回転力を提供するモータ、すなわちISG12がエンジン11に連結されて設けられ、クランキングトルクを出力する。
この構成では、クラッチ13が切断(open)される場合は、駆動モータ14によってのみ車両の駆動軸16が駆動され、クラッチ13が接合(lock)される場合は、エンジン11と駆動モータ14により駆動軸16が駆動される。
また、クラッチ13が接合された状態で、ISG12と駆動モータ14がエンジン11のトルクにより回転するが、この時、エンジン11、ISG12、及び駆動モータ14が同じ速度で回転する。この場合、ISG12と駆動モータ14がエンジン11の負荷として作用してISG12と駆動モータ14には逆起電力が発生し、これらモータが発電機として作動する。
レゾルバは、上述したとおり環境に優しい自動車に装着されたモータの固定子に対する回転子の絶対角位置(θ)を測定するために使用されるものであり、モータとレゾルバの組立時には、モータとレゾルバとの間の組立公差及びレゾルバ内部のコイルの巻装位置の不正確さなどの様々な原因により、モータとレゾルバとの間の回転子位置オフセットが発生する。
このオフセット量だけレゾルバ出力信号を補正しなければ、モータ制御時の正確な回転子位置の反映が不可能となる。そのため、生産工程でモータとレゾルバの組み立てが完了すると、レゾルバの出力信号を正確に補正するために、必ずオフセットを測定して保存する。
この場合、レゾルバオフセットの測定及び保存が、自動車の生産工程ではなく、主にサービスセンターで行われ、人為的ミスにより、交換後にレゾルバオフセットを再測定しない場合もあるため、再測定したか否かについて確認が必要であり、また、再測定を行わない場合は、交換後、車両の最初の始動時にレゾルバオフセットを測定しなければならない。
しかし、エンジンの始動後、PI制御により電流を0に制御してレゾルバオフセットを測定する従来方法は、モータの電流動力学が時間変動(time varying)システムであるため、PI制御による正確な0電流制御の保障が困難であり、エンジンの速度変化によりオフセットの測定値が正確でないという問題がある。
また、エンジンの始動なしに、レゾルバ位置オフセットを測定する従来方法は、その過程が複雑で、相当な時間が必要であるため、車両生産効率を低下させる問題がある(特許文献1,2を参照)。
)を〔数1〕から算出する段階と、を含むことを特徴とする。
また、算出されたオフセット値を用いたレゾルバの検出値を補正などの簡単な過程により、利用することができる。
簡単な手法により、レゾルバオフセットの測定及び補正が行われるため、従来方法に比べてレゾルバオフセットの測定時間を画期的に減少させ、さらにエンジンの速度変化を用いた従来方法(PI制御ロジック)のレゾルバオフセット測定値の不正確性を効果的に解消することができる。
本発明は、環境に優しい自動車のレゾルバオフセットを測定して補正できる方法に関するものであって、特に、モータを強制駆動させる車両内の回転手段に関するものである。本発明は、エンジンを搭載したハイブリッド自動車に有効に適用できる方法であり、ハイブリッド自動車の駆動モータ及びISGに組み立てられたレゾルバのオフセットをより正確で簡単な方式で測定及び補正できる。ここで、レゾルバのオフセットとは、モータ回転子位置とレゾルバ回転子位置との間の差を意味する。
勿論、車両生産工場などでは、モータの回転のためにモータ回転軸を、別途の車両外部の強制回転手段(外部エンジンやモータなど)に連結する装置を設け、電気自動車や燃料電池自動車の駆動モータ及びレゾルバに対して、組み立て後の位置オフセットの測定に適用することができる。
本発明を説明する前にその理論について説明する。
モータが回転手段により回転する状態で、電圧指令は〔数2〕、〔数4〕、〔数5〕により決定される。〔数2〕のdq軸電圧指令(Vd、Vq)算出に用いられるdq軸電流(id、iq)は、電流センサにより実際に測定されるabc軸の3相電流(ia、ib、ic)を用いて〔数4〕により得られ、abc軸の3相電圧指令(Va、Vb、Vc)は〔数5〕により得られる。
は、それぞれ該当モータでの抵抗、インダクタンス定数(L1、L2)、磁束の大きさを示し、id、iq、Vd、Vq、ωはそれぞれd軸電流、q軸電流、d軸電圧、q軸電圧、レゾルバ検出信号から得られるモータ回転子の角速度を示す。
また、
は、本発明で測定しようとするレゾルバオフセットを示し、モータ回転子の角速度(ω)が回転子位置(θ)の微分値であるため、このモータ回転子の角速度(ω)に誤差は含まれていない。
図2に示したとおり、レゾルバを組み立てた後、レゾルバのオフセットを測定するためにレゾルバが組み立てられた駆動モータ及びISGを、回転手段を用いて所定の速度で強制回転させる(S11)。この時、ハイブリッド自動車の回転手段は、モータに回転動力を伝達するエンジンである。具体的には、ハイブリッド自動車において、クラッチの接合状態でエンジンを駆動させてアイドル状態に駆動するが、この時、クラッチが接合された状態であるため、エンジンの回転トルクが伝達される駆動モータとISGが発電状態のように回転する。
この状態でモータの電流制御のための電圧指令を設定し、電圧指令によりモータに印加される3相電流を制御する(S12)。モータが電流制御された状態で、新たに測定されたd軸電流(id)とq軸電流(iq)を用いてレゾルバ位置オフセット値を求める。
)を求めることができる。
具体的に、〔数4〕及び〔数5〕のような変換行列の関係式があると仮定し、〔数2〕のような電圧指令により電流制御を実施して十分な時間が経過すると、〔数14〕の結果から〔数1〕を用いてレゾルバオフセット(
)を求めることができる。
簡単に説明すると、モータに組み立てたレゾルバによりモータ回転子の絶対角位置(θ)が検出され、モータに設置された電流センサにより相電流(ia、ib、ic)が検出される。通常、モータの制御において、3相/d−q座標変換器(three phase/d−q coordinate converter)がレゾルバにより検出された位置情報を用いて電流センサにより検出された相電流(ia、ib、ic)をd軸電流(id:磁束分電流)とq軸電流(iq:トルク分電流)に変換し、求められたd軸、q軸電流はモータの制御のための回転速度指令、トルク指令、電圧指令などの生成時にフィードバック電流として用いられる。
算出されたd軸、q軸電圧指令値によりモータの電流制御が行われる過程は、d−q/3相座標変換器(d−q/three phase coordinate converter)がレゾルバにより検出されたモータ回転子の絶対角位置を〔数4〕に代入して、d軸、q軸電圧指令を3相(a、b、c)電圧指令に座標変換する過程、及び、3相電圧指令によりモータに印加される3相電流が制御される過程を含む。
座標変換器の座標変換過程、空間ベクトルパルス幅変調を用いたデューティー生成、及び3相電流制御過程については、本発明が属する技術分野において公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
)を算出する(S14、S15)。
ただし、d軸電流とq軸電流の測定時に、ノイズによる影響が発生する虞があるため、ノイズによる影響を最小化するために、d軸電流(id)とq軸電流(iq)を用いて〔数1〕からレゾルバオフセット(
)を算出する場合、変数は、所定のサンプリング時間間隔で得られるd軸電流とq軸電流の平均値(
、
)を用いることが好ましい。
、
とし、これら平均値は〔数15〕で求められる。
)とq軸電流の平均値(
)から〔数3〕を用いてレゾルバのオフセット(
)を求めることができる(図2のS15参照)。
)が求められて保存されると、モータを制御する間、このオフセット値を用いてレゾルバから検出された回転子絶対角位置(θ)を補正して使用し、それによって、レゾルバオフセットが除去された正確なモータ制御が可能になる。
Claims (7)
- オフセット測定過程を含むレゾルバオフセットの補正方法であって、
前記オフセット測定過程は、
モータにレゾルバを組み立てた後、前記モータへの回転力の伝達が可能な回転手段を用いて前記モータを回転させる段階と、
電圧指令を設定し、前記電圧指令により前記モータを電流制御する段階と、
前記モータの電流制御の間、フィードバック電流のd軸電流とq軸電流を求める段階と、
前記d軸電流と前記q軸電流が設定範囲内の一定の正常状態であることを確認する段階と、
正常状態であると確認されると、前記d軸電流と前記q軸電流を用いてレゾルバオフセット(
)を〔数1〕から算出する段階と、を含むことを特徴とするレゾルバオフセットの補正方法。
- 前記d軸電流と前記q軸電流は、レゾルバ検出値を用いて電流センサにより測定された前記モータの相電流を座標変換して求められることを特徴とする請求項1または2に記載のレゾルバオフセットの補正方法。
- ハイブリッド自動車で前記回転手段がエンジンであることを特徴とする請求項1に記載のレゾルバオフセットの補正方法。
- 前記モータが、車両駆動のための駆動モータであることを特徴とする請求項1に記載のレゾルバオフセットの補正方法。
- 前記モータが、ハイブリッド自動車で統合型始動発電機(ISG)であることを特徴とする請求項1に記載のレゾルバオフセットの補正方法。
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