JP2014511667A - 直流バス電圧の制御 - Google Patents

Abstract

車両の直流バス電圧を制御するための方法およびコントローラが提供される。この方法は、パラメータを生成するステップを含む。このパラメータは、基準直流バス電圧の２乗に基づくものである。この方法は、このパラメータおよび検出された直流バス電圧に基づいて車両の直流バス電圧を制御するステップを含む。この方法は、車両に関連した走行用電動機の駆動モード動作および発電モード動作のうちの少なくとも１つに関連した電力要求に基づいて別のパラメータを生成するステップ（Ｓ７０５）も含み得る。電力要求は、専用の高速データバスを介して受け取られるメッセージで示される。この方法は、この別のパラメータに基づいて車両の直流バス電圧を制御するステップ（Ｓ７１５）を含む。
【選択図】図２

Description

諸実施形態は、車両の電気駆動システムの直流バス電圧の制御に関する。

車両（例えば自動車、トラクタおよび掘削機）は、電気的用途（例えば電気駆動）を含んでいることが多い。直流バス電圧は、発電機を制御することによって調整することができる。一般的には、発電機は、一定速度で動作するディーゼルエンジンによって駆動される。次いで、確立された直流バス電圧は、車両上の多くの駆動用途に対して電力を供給することができる。

一般的には、ディーゼルエンジンおよび発電機のそれぞれが、関連するコントローラを有する。発電機コントローラは、コントローラが発電機を制御するやり方を示す制御信号（例えばトルク制御信号）を受け取る。例えば、制御信号は、定常状態、増加した要求または減少した要求を示すことができる。ディーゼルエンジンコントローラは、発電機の軸の速度を維持する。このようにして、発電機は所望の直流バス電圧を維持する。

さらに、電動機が駆動電動機（例えば走行用電動機）として構成されていれば、電動機は、車両の回生制動期間中には、車両の直流バスを充電するようにも動作し得る。回生制動は、車両１００の運動エネルギーを別の形態（例えば電気エネルギー）に変換することにより、車両１００を減速させるエネルギー回収機構であり、このエネルギーは、クロウバー抵抗の両端で直ちに消費され得る、または必要になるまで保存され得る。回収されたエネルギーは、所望の直流バス電圧を維持するのに用いられてもよい。

一実施形態は、車両の直流バス電圧を制御する方法を含む。この方法は、第１のパラメータを生成するステップを含む。第１のパラメータは基準直流バス電圧の２乗に基づくものである。この方法は、第１のパラメータおよび検出された直流バス電圧に基づいて車両の直流バス電圧を制御するステップを含む。

別の実施形態は、車両の直流バス電圧を制御する方法を含む。この方法は、車両に関連した走行用電動機の駆動モード動作および発電モード動作のうち少なくとも１つに関連した要求に基づいて第１のパラメータを生成するステップを含む。要求は、専用の高速データバスを介して受け取られるメッセージで示される。この方法は、第１のパラメータに基づいて車両の直流バス電圧を制御するステップを含む。

別の実施形態は、車両の直流バス電圧を制御するためのコントローラを含む。コントローラは、第１のパラメータを生成するように構成された第１のモジュールを含む。第１のパラメータは、基準直流バス電圧の２乗に基づくものである。コントローラは、第１のパラメータおよび検出された直流バス電圧に基づいて車両の直流バス電圧を制御するように構成された電圧コントローラを含む。

別の実施形態は、車両の直流バス電圧を制御するためのコントローラを含む。コントローラは、車両に関連した走行用電動機の駆動モード動作および発電モード動作のうち少なくとも１つに関連した電力要求に基づいて第１のパラメータを生成するように構成されたインターフェースを含む。電力要求は、専用の高速データバスを介して受け取られるメッセージで示される。第１のパラメータは、車両の直流バス電圧を制御するために用いられる。

本発明は、本明細書で以下に示される詳細な説明および添付図面から、より十分に理解されるはずであり、類似の要素は類似の参照数字によって表され、添付図面は具体例としてのみ示されており、したがって本発明を限定するものではない。

例示的実施形態による車両を示す図である。 例示的実施形態によるコントローラを示す図である。 例示的実施形態によるフィードフォワードモジュールを示す図である。 例示的実施形態によってフィードフォワードトルク値を求める方法を示す図である。 例示的実施形態によるＰＩ制御モジュールを示す図である。 例示的実施形態によってＰＩ制御トルク値を求める方法を示す図である。 例示的実施形態によって直流バス電圧を制御するためのトルク値を生成する方法を示す図である。 電動機を制御するためのシステムの例示の一実施形態のブロック図である。 図８と整合性のある電子式データ処理システムのブロック図である。

これらの図は、特定の例示的実施形態に利用される方法、構造および／または材料の一般的特徴を説明し、以下に提供される書かれた説明を補うように意図されていることに留意されたい。しかし、これらの図面は、原寸に比例せず、何らかの所与の実施形態の正確な構造上の特性または性能特性を正確に反映し得るものでもなく、また、例示的実施形態によって包含される値の範囲または特性を定義する、または制限するものと解釈されるべきではない。例えば、分子、層、領域および／または構造要素の相対的厚さおよび配置は、明確にするために、縮小されている、または誇張されていることがある。さまざまな図面において、類似または同一の参照番号の使用は、類似または同一の要素またはフィーチャの存在を示すように意図されている。

例示的実施形態は、さまざまな修正形態および代替形態が可能であるが、それらの実施形態は例示として図面に示されており、本明細書で詳細に説明されることになる。しかし、例示的実施形態を、開示された特定の形態に限定する意図はなく、それどころか、例示的実施形態は、特許請求の範囲に入るすべての修正形態、等価物、および代替形態を対象として含むことを理解されたい。図の説明を通じて、類似の番号は類似の要素を指す。

例示的実施形態をより詳細に論じる前に、いくつかの例示的実施形態は、流れ図で示される処理または方法として説明されることが注意される。流れ図は、動作を逐次処理として説明するが、多くの動作は、並行して、共に、または同時に遂行することができる。それに加えて、動作の順番は再構成され得る。これらの処理は、動作が完了したとき終結してよいが、図に含まれていない追加のステップを有してもよい。これらの処理は、方法、関数、プロシージャ、サブルーチン、サブプログラムなどに対応することができる。

以下で論じられる方法のいくつかは、流れ図で説明され、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはそれらの任意の組合せによって実施することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェアまたはマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを遂行するためのプログラムコードまたはコードセグメントは、マシンまたは記憶媒体などのコンピュータ可読媒体の中に記憶することができる。（１つまたは複数の）プロセッサが、必要なタスクを遂行することができる。

本明細書で開示される特定の構造上の詳細および機能の詳細は、本発明の例示的実施形態を説明するための典型でしかない。しかし、本発明は多くの代替形態で実施されてよく、本明細書で説明される実施形態のみに限定されるものと解釈されるべきではない。

さまざまな要素を説明するために、本明細書では第１、第２などの用語が用いられることがあるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきでないことが理解されよう。これらの用語は、単に１つの要素を別のものと区別するのに用いられる。例えば、例示的実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と称され得て、同様に、第２の要素が第１の要素と称され得る。本明細書で用いられる用語「および／または」は、関連する列挙された項目の１つまたは複数のものの、いずれかの組合せおよびあらゆる組合せを含む。

ある要素が、別の要素に「接続される」または「結合される」と言及されたとき、この別の要素に対して、直接的に接続または結合され得て、あるいは介在する要素が存在してもよいことが理解されよう。それと対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続される」または「直接結合される」と言及されたときには、介在する要素は存在しない。要素間の関係を説明するのに用いられる他の用語（例えば「〜の間に」に対する「直接、〜の間に」、「隣接する」に対する「直接隣接する」など）は、同様に解釈されたい。

本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、例示的実施形態を限定するようには意図されていない。本明細書で用いられる単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈がはっきりと別様に示さなければ、複数形も含むように意図されている。用語「備える」、「備えている」、「含む」および／または「含んでいる」は、本明細書で用いられたとき、明示されたフィーチャ、整数、ステップ、動作、要素および／または構成要素の存在を明示するが、１つまたは複数の他のフィーチャ、整数、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはそれらの群の存在または付加を排除するものではないこともさらに理解されよう。

いくつかの代替実装形態では、言及された働き／作用が、図に示された順番から外れて起こり得ることにも留意されたい。例えば、連続して示された２つの図は、実際には、関係する機能／作用に依拠して、同時に実行されてよく、時には逆の順序で実行されてもよい。

本明細書で用いられる（技術的用語および科学用語を含む）すべての用語は、別様に定義されなければ、例示的実施形態が属する技術の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。例えば一般に使用される辞書で定義された用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書でそのように明白に定義されなければ、理想的な、または過度に形式的な意味に解釈されないはずであることがさらに理解されよう。

例示的実施形態および対応する詳細な説明の一部分は、ソフトウェア、またはアルゴリズムおよびコンピュータメモリの内部のデータビット上の動作の記号による表示によって示される。これらの説明および表現により、当業者が、その仕事の中味を他の同業者に効率よく伝える。アルゴリズムという用語は、ここで用いられると、また一般に用いられたとき、所望の結果をもたらす首尾一貫した一連のステップであると考えられる。ステップは、物理量の物理的操作を必要とする。通常、これらの量は、必ずというわけではないが、記憶、伝達、結合、比較、または処理が可能な、光信号、電気信号、または磁気信号の形を取る。主として一般的慣習のために、時には、これらの信号を、ビット、値、要素、シンボル、文字、用語、数などと称するのが好都合であると判明している。

以下の説明では、例示的実施形態が、各動作の作用および記号による表示を（例えば流れ図の形で）参照しながら説明されることになり、各動作は、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含むプログラムモジュールまたは機能処理によって実施されてよく、これらのプログラムモジュールまたは機能処理は、特定のタスクを遂行し、または特定の抽象的データのタイプを実施し、既存のネットワーク要素に存在するハードウェアを使用して実施され得る。このような既存のハードウェアは、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンピュータなどを含んでよい。

しかし、これらの用語および類似の用語のすべては、適切な物理量に関連付けられるべきであり、これらの量に与えられる好都合な名札でしかないことに留意されたい。特に別記しない限り、または議論から明らかなように、「処理」または「演算」または「計算」または「割出し」または「表示」などの用語は、コンピュータシステムまたは類似の電子計算装置の動作および処理を指し、これらの装置は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリの内部の物理的かつ電子的な量として表されたデータを、コンピュータシステムのメモリもしくはレジスタまたは他のこのような情報の記憶装置、伝送装置もしくは表示装置の内部の物理量として同様に表された他のデータへと処理して変換する。

ソフトウェアで実施される例示的実施形態の態様は、一般的には、プログラム記憶媒体上の何らかの形式に符号化される、または何らかのタイプの伝送媒体を通じて実施されることにも注意されたい。プログラム記憶媒体は、磁気媒体（例えばフロッピーディスク（登録商標）またはハードディスク）また光媒体（例えばコンパクトディスク読出し専用メモリ、すなわち「ＣＤ ＲＯＭ」）でよく、読み出し専用でもランダムアクセスでもよい。同様に、伝送媒体は、ツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当技術で既知の何らかの他の適切な伝送媒体でよい。例示的実施形態は、これらの所与の実装形態の態様のいかなるものによっても限定されない。

前述のように、車両（例えば自動車、トラクタおよび掘削機）は、電気的用途（例えば走行用電動機および発電機を含む電気駆動）を含んでいることが多い。直流バス電圧は、発電機を制動モードおよび／または駆動モードで制御することによって調整することができる。

電圧振動が小さく、十分に速い応答時間を有する直流バス電圧の安定性を維持するのに、３つの大きな理由がある。第１に、走行用電動機は、高速の動的負荷の変化を伴う大電力を必要とすることが多い。過渡電圧の期間中さえ、車両の直流バス電圧が著しく低下すると、走行用電動機の電流調整は、（高速で深い磁束が弱まる領域で）電圧が不足して、走行用電動機に関連した電動機コントローラが故障する恐れがある。

第２に、内部永久磁石（ＩＰＭ）機械が発電機として使用され、ＩＰＭ機械が高速で運転されている場合には、磁束の弱まる領域が生じる可能性がある。ＩＰＭ機械のトルク生成能力は、直流バス電圧の変動によっても制限されることがある。高負荷の要求によって直流バス電圧が低下すると、ＩＰＭ機械（発電機）に関連したコントローラは、直流バス電圧レベルを回復することができない可能性がある。

最後に、直流バス電圧が既定のしきい値を超過すると、直流バスの過電圧状態を回避するために、クロウバー抵抗の中で電力を消費するように、ブレーキチョッパＩＧＢＴ（コントローラのハードウェアを保護するための既知の機構）が起動することができる。

図１は、少なくとも１つの例示的実施形態による車両１００を示す。図１に示されるように、車両１００は、発電機１０５、走行用電動機１１０、２重インバータ１１５およびコントローラ１３０を含んでよい。２重インバータ１１５は、インバータ１２０および１２５を含んでよい。

車両１００は、例えば、自動車、ハイブリッド自動車、トラクタ、掘削機などでよい。発電機１０５は、３相交流発電機でよい。発電機１０５は、ギヤボックスを介して、またはギヤボックスを介さずにディーゼルエンジンの軸（図示せず）またはガソリンエンジンの軸（図示せず）に取り付けられた回転子を含んでよい。電動機１１０は３相交流電動機でよい。電動機１１０は走行用電動機でよい。電動機１１０は、車両１００と関連した機械的駆動軸を介して、例えばホイール、キャタピラまたは他の何らかの駆動機構（図示せず）を駆動することができる。

２重インバータ１１５は、交流電圧を直流電圧に変換してよく、かつ／または直流電圧を交流電圧に変換することができる。インバータ１２０は、共通の直流バス１５０に関連した直流電圧を制御するために、発電機１０５に関連した交流電圧を直流電圧に変換することができる。例えば、発電機１０５は交流電圧を生成する。インバータ１２０は交流電圧を直流電圧に変換する。反転された直流電圧が直流バス１５０に与えられ、直流バス１５０が、車両１００の全体にわたって電気的用途（例えば電動機１１０）に直流の電圧（および電力）を供給する。例えば、インバータ１２５は、牽引目的のために、電動機１１０を駆動するように、直流バス１５０に関連した直流バス電圧を交流電圧に変換することができる。

それに加えて、例えば、電動機１１０は、車両の回生制動期間中に共通の直流バス１５０に電力を送り返すことができる。回生制動は、車両１００の運動エネルギーを別の形態（例えば電気エネルギー）に変換することにより、車両１００を減速させるエネルギー回収機構であり、このエネルギーは、直ちに利用され得る、または必要になるまで保存され得る。回生制動は当業者に既知であり、簡潔さのために、さらには説明されない。回収されたエネルギーは、直流バス１５０における所望の直流バス電圧を維持するために用ることができる。これは、エンジンに電力を送り返すように、発電機１０５を駆動モードで運転することによって達成され得る。

２重インバータ１１５は、直流電圧を交流電圧に変換してもよい。インバータ１２０および１２５のそれぞれは、直流バス１５０に関連した直流電圧を、発電機１０５および電動機１１０用に、交流電圧に変換することができる。例えば、発電機１０５および電動機１１０の固定子に、交流電圧を与えることができる。発電機１０５および電動機１１０に対する交流電圧の印加は、当業者に既知であり、簡潔さのためにさらには説明されない。交流電力を、発電機１０５および電動機１１０との間で、それぞれ機械の位相進み１３５ａおよび１３５ｂを介してやり取りすることができる。

コントローラ１３０は、図２〜図４に関してより詳細に説明される直流バスコントローラでよい。しかし、例示的実施形態はそれに制限されない。専用の高速バス１４０ａ、１４０ｂは、コントローラ１３０に対して、発電機１０５および電動機１１０に関連した情報を通信することができる。例えば専用の高速バス１４０ａ、１４０ｂは、高速コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス、シリアル周辺機器インターフェース（ＳＰＩ）バスおよびイーサネット（登録商標）バスでよい。例えば、専用の高速バス１４０ａ、１４０ｂは、発電機１０５および／または電動機１１０に関連した要求を通信することができる。例えば、この要求は、電動機１１０に関連した電力要求でよい。

例示的実施形態を説明する際に、パラメータ、指令または制御に対するさまざまな参照があり得る。パラメータ、指令または制御は、電圧、デジタル値、信号などでよい。電圧、デジタル値および信号は、電動機および／または発電機の状態および／または定格に対応することができる。例えば、電圧値は、機械的なｒａｄ／秒の単位の発電機速度に対応することができる。例えば、デジタル値は、電動機に関連した、ニュートンメートル（Ｎｍ）単位の現在のトルク状態に対応することができる。
直流バス電圧コントローラ
図２は、少なくとも１つの例示的実施形態によるコントローラ２００を示す。図２に示されるように、コントローラは、フィードフォワードモジュール２２５、比例積分（ＰＩ）制御モジュール２３０、加算モジュール２３５およびトルク制限モジュール２４０を含んでよい。コントローラ２００は、例えば図１に示されたコントローラ１３０でよい。しかし、例示的実施形態はそれに制限されない。コントローラ２００は、直流バス電圧を制御するように構成することができる。例えば、コントローラ２００は、直流バス電圧を制御するために、車両の発電機（例えば発電機１０５）に対するトルクパラメータまたは指令を生成するように構成することができる。

コントローラ（例えばコントローラ２００）の以下の説明は、図３および図４に関するフィードフォワード制御の説明から始まる。この説明は、図５および図６を参照するＰＩ制御の説明に続く。この説明は、図２のコントローラおよび図７の流れ図に戻ることによって終える。
フィードフォワード制御
直流バス電圧の制御の動的応答を改善するために、電動機（例えば走行用電動機）の電力を、専用通信路（例えば高速ＣＡＮ、ＳＰＩ、イーサネット（登録商標）など）を介して発電機（例えば発電機１０５）に関連したコントローラにフィードフォワードすることができる。電動機（例えば電動機１１０）に関連する生成されたトルクは、電動機のトルク指令と非常によく一致するべきである。したがって、電動機のトルク指令の所産である駆動または制動、および電動機の機械的速度は、走行用電動機に関連した直流バスの消費電力または再生電力の優れた表現である。

車両コントローラからのトルク指令のあらゆる階段状の変化が、トルク指令が発電機に対する次のｄｑ軸電流の制御指令に変換され得る前に、スルーリミッタおよび２次トルク制限ブロックを通過する可能性がある。したがって、フィードフォワード値は、階段状変化が比較的大きく更新レートが遅い車両コントローラのトルク指令に基づいて計算されるべきではない。その代わりに、フィードフォワード電力計算は、トルク制御ループの実行レートと同期されてよく、また、走行用電動機コントローラのスルーリミッタおよび２次トルク制限ブロックによって処理されているトルク制御ループからの出力に基づくことができる。

図２に示されるように、フィードフォワードモジュール２２５は、車両発電機（例えば発電機１０５）および車両電動機（例えば電動機１１０）のうち少なくとも１つに関連する入力情報を受け取ることができる。この情報は、車両発電機および／または車両電動機に関連した要求を示すことができる。例えば、要求は、電動機１１０に関連したトルク要求でよい。この情報は、専用の高速バス２０５を介して受け取ることができる。例えば、専用の高速バスは、専用の高速バス１４０ａまたは１４０ｂのうちの１つでよい。例えば専用の高速バス２０５は、高速コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス、シリアル周辺機器インターフェース（ＳＰＩ）バスおよびイーサネット（登録商標）バスでよい。フィードフォワードモジュール２０５は、図３に関してより詳細に説明される。

図３は、少なくとも１つの例示的実施形態によるフィードフォワードモジュール２２５を示す。フィードフォワードモジュール２２５は、インターフェース３０５、電力制限モジュール３１０、積モジュール３１５および演算モジュール３２５を含んでよい。フィードフォワードモジュール２２５は、高速専用バス２０５を介して受け取られた要求、機械的速度３３０、トルク符号調節３３０および電力使用係数の少なくとも１つに基づいてフォワードトルク制御のパラメータまたは指令を生成するように構成することができる。図２に関して前述されたように、フォワードトルク制御のパラメータまたは指令は、加算モジュール２３５に対する入力でよい。

インターフェース３０５は、高速専用バス２０５を介してメッセージを受け取る。メッセージは、要求の指示を含んでよい。要求は、例えば電動機１１０に関連したトルク要求でよい。例えば、車両のユーザが、電動機１１０に関連する要求を変化させるために、ペダルを調節する、レバーを調節する、またはスイッチを回す可能性がある。

メッセージは、高速コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス、シリアル周辺機器インターフェース（ＳＰＩ）バスおよびイーサネット（登録商標）バスのうちの１つによってサポートされているプロトコルに関連するものでよい。メッセージは、１つまたは複数のデータパケットを含み得る。データパケットのうちの１つは、要求の指示を含んでよい。

例えば、データパケットは、インターフェース３０５が要求の変化を求めるために利用し得るデジタル変数を含んでよい。デジタル変数は、要求の増加または減少ならびに増加または減少の量のうちの１つを示すことができる。デジタル変数は、絶対要求も示すことができる。インターフェース３０５は、この要求に基づいてパラメータまたは制御値を求めて出力することができる。

電力制限モジュール３１０は、インターフェース３０５によって求められたパラメータまたは制御値の出力を制限することができる。電力制限モジュール３１０は、車両発電機（例えば発電機１０５）の電力制限に基づいて、求められたパラメータまたは制御値を制限することができる。例えば、求められたパラメータまたは制御値が設定値を上回る場合には、電力制限モジュール３１０は、求められたパラメータまたは制御値をクリップすることができる。例えば、発電機１０５が５０キロワットの最大電力定格を有し、１０ボルトのパラメータまたは制御値が５０キロワットを表すと想定する。パラメータまたは制御値が１５ボルトであると、電力制限モジュール３１０は、パラメータまたは制御値を１０ボルトにクリップすることができる。

それに加えて、電力制限モジュール３１０は、発電機１０５の駆動モード動作および発電モード動作に基づいて、求められたパラメータまたは制御値を制限することができる。例えば、発電機１０５は、駆動モード動作では３０キロワットの最大電力定格を有してよく、発電モード動作では５０キロワットの最大電力定格を有することができる。電力制限モジュール３１０は、それに応じてパラメータまたは制御値（例えば代表的な電圧）を制限することができる。

積モジュール３１５は、電力使用係数３２０に基づいて制限されたパラメータまたは制御値を調節することができる。電力使用係数３２０は、電動機の動作モード、発電機の動作モード、車両に関連した電動機および発電機に関する直流バス電圧レベル、ならびに電動機および発電機の少なくとも１つに関連した試験性能の指示のうちの少なくとも１つに基づくことができる。例えば、積モジュール３１５は、制限されたパラメータまたは制御値に電力使用係数３２０を掛けることができる。

電力使用係数３２０の設定は、フィードフォワード電力が電圧フィードフォワード制御に用いられる量を制御する。電力使用係数３２０は、電動機（例えば電動機１１０）が駆動モードまたは再生モードで動作しているときには別の設定を有することができる。それに加えて、電力使用係数３２０は、直流バス電圧レベルに関して別の係数を伴って設定されてもよい。電力使用係数３２０の設定は、設計上の選択であり、さらには任意選択でもよい。電力使用係数３２０は、システムテスト性能ごとにアプリケーション依存でもよい。

例えば、電動機１１０は、システムテストに基づいて、駆動モードのときは９０％の効率であり得る。したがって、電力使用係数３２０は０．９に設定することができる。しかし、電動機１１０は、再生モードの場合には８０％の効率であり得る。したがって、電力使用係数３２０は０．８に設定することができる。それに加えて、直流バス電圧レベルが１０％高ければ、電力使用係数３２０は、それぞれのモードに対して、それぞれ１．１と０．９に設定することができる。さらに、直流バス電圧レベルが１０％低ければ、電力使用係数３２０は、それぞれのモードに対して、それぞれ０．９と０．７に設定することができる。電力使用係数３２０に関する他の設定は、当業者によって適切に決定され得る。

演算モジュール３２５は、フォワードトルク制御のパラメータまたは指令を、積モジュール３１５の出力、機械的速度３３０およびトルク符号調節３３５に基づいて求めることができる。機械的速度３３０は、車両発電機（例えば発電機１０５）の駆動モードおよび発電モードのうち少なくとも１つに関連した回転軸の速度でよい。トルク符号調節３３５は、発電機（例えば発電機１０５）の駆動モードおよび発電モードのうち少なくとも１つに関連した回転方向でよい。

例えば、演算モジュール３２５は、積モジュール３１５の出力にトルク符号調節３３５を掛けた結果を機械的速度３３０で割ることにより、フォワードトルク制御のパラメータまたは指令を求めることができる。次いで、求められたフォワードトルクの制御パラメータまたは指令は、フィードフォワードモジュール２２５によって出力される。演算モジュール３２５は、フォワードトルク制御のパラメータまたは指令を次式に基づいて求めることができる。
式１

ここで、
Ｔ_ＦＦはフォワードトルク制御のパラメータまたは指令であり、
Ｒ_ｐｍは積モジュール３１５の出力であり、
ＴＳはトルク符号３３５であり、
ω_ｇｅｎは機械的速度３３０である。

発電機コントローラにおいて、電動機のフィードフォワード電力値が正であれば、発電機は、直流バス電圧を上昇させるために制動力を供給することができる。そうでなければ、発電機は、直流バス電圧を低下させるために駆動モードで動作することができる。フィードフォワードトルクの符号は発電機速度に依拠し、次の表１に要約される。

ここで、
Ｐ_ｍｏｔは電動機（例えば電動機１１０）フィードフォワード電力であり、
ω_ｇｅｎは、発電機の回転レート（例えば発電機軸の回転速度）であり、
Ｔ_{ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ}はフォワードトルクである。

図４は、少なくとも１つの例示的実施形態によってフィードフォワードトルク値を求める方法を示す。図４に関して以下で説明される例示的実施形態は、上記の図１〜図３に関して説明される。しかし、例示的実施形態はそれに制限されない。さらに、以下で説明される例示的実施形態は、図２に示されたコントローラ２００を参照する。しかし、例示的実施形態はそれに制限されない。

図４を参照して、ステップＳ４０５では、コントローラ２００は専用の高速バスを介してメッセージを受け取り、メッセージは車両走行用電動機の電力要求に関連する情報を含む。例えば、図３に関して前述されたように、インターフェース３０５は高速専用バス２０５を介してメッセージを受け取る。メッセージは、要求の指示を含んでよい。この要求は、例えば電動機１１０に関連した電力要求でよい。メッセージは、高速コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス、シリアル周辺機器インターフェース（ＳＰＩ）バスおよびイーサネット（登録商標）バスのうちの１つによってサポートされているプロトコルに関連するものでよい。メッセージは、１つまたは複数のデータパケットを含み得る。データパケットのうちの１つは、要求の指示を含んでよい。

図４を参照して、ステップＳ４１０では、コントローラ２００は、車両走行用電動機に対するトルク要求に関連した電力に基づいて要求パラメータを求める。例えば、図３に関して前述されたように、データパケットは、インターフェース３０５が要求の変化を求めるために利用し得るデジタル変数を含んでよい。デジタル変数は、要求の増加または減少ならびに増加または減少の量のうちの１つを示すことができる。デジタル変数は、絶対要求も示すことができる。インターフェース３０５は、この要求に基づいてパラメータまたは制御値を求めて出力することができる。

ステップＳ４１５では、コントローラ２００は、車両発電機の駆動モードまたは発電モードの電力容量に基づいて要求パラメータを制限する。例えば、図３に関して前述されように、電力制限モジュール３１０は、求められた要求パラメータを、車両発電機の電力制限に基づいて制限することができる。例えば、求められたパラメータまたは制御値が設定値を上回る場合には、電力制限モジュール３１０は、求められた要求パラメータをクリップすることができる。

ステップＳ４２０では、コントローラ２００は、電力使用係数に基づいて使用パラメータを求める。例えば、図３に関して前述されたように、電力使用係数３２０は、電動機（例えば電動機１１０）の動作モード、発電機（例えば発電機１０５）の動作モード、車両に関連した電動機および発電機に関する直流バス電圧レベル、ならびに電動機および発電機の少なくとも１つに関連した試験性能の指示のうちの少なくとも１つに基づくことができる。

ステップＳ４２５では、コントローラ２００は、要求パラメータおよび使用パラメータに基づいて、修正された要求パラメータを求める。例えば、図３に関して前述されたように、積モジュール３１５は、制限された要求パラメータまたは制御値に電力使用係数３２０を掛けることができる。

ステップＳ４３０では、コントローラ２００は、車両発電機の機械的速度に基づいて速度パラメータを求める。例えば、図３に関して前述されたように、機械的速度３３０は、車両発電機（例えば発電機１０５）の駆動モードおよび発電モードのうちの少なくとも１つに関連した回転軸の速度でよい。

ステップＳ４３５では、コントローラ２００は、車両発電機のトルク符号調節に基づいて符号パラメータを求める。例えば、図３に関して前述されたように、トルク符号調節３３０は、発電機（例えば発電機１０５）の駆動モードおよび発電モードのうちの少なくとも１つに関連した回転方向でよい。

ステップＳ４４０では、コントローラ２００は、修正された要求パラメータ、速度パラメータおよび符号パラメータに基づいて出力パラメータを求める。例えば、図３に関して前述されたように、演算モジュール３２５は、積モジュール３１５の出力にトルク符号調節３３０を掛けた結果を機械的速度３３０で割ることにより、フォワードトルク制御のパラメータまたは指令を求めることができる。次いで、求められたフォワードトルクの制御パラメータまたは指令は、フィードフォワードモジュール２２５によって出力される。

図２に戻って、求められたフォワードトルクの制御パラメータまたは指令は、フィードフォワードモジュール２２５によって出力され、加算モジュール２３５に対する入力であるＴ_ＦＦとして示されている。
ＰＩ制御
一般的には、直流バス電圧の制御は、トルク指令を出力するために、ＰＩコントローラに直流バス電圧誤差を直接供給することである。この制御方式は、中程度のレベルの動的負荷変化の間には十分に機能する。しかし、より難易度が高い負荷電力ダイナミクスに対して、例示的実施形態は、電圧ＰＩコントローラにおいて電圧２乗誤差を用いることにより、改善された直流バス電圧の制御を提供する。

図５は、少なくとも１つの例示的実施形態による比例積分（ＰＩ）制御モジュール２３０を示す。図５に示されるように、比例積分（ＰＩ）制御モジュール２３０は、Ｘ^２モジュール５０５ａおよび５０５ｂ、差モジュール５１０および電圧ＰＩコントローラ５１５を含む。比例積分（ＰＩ）制御モジュール２３０は、基準電圧および実電圧のうち少なくとも１つに基づいてフィードバックＰＩ調整器のパラメータまたは指令を生成することができる。基準電圧２１０は、基準直流バス電圧でよい。例えば、基準電圧２１０は、直流バス１０５に関連した所望の電圧でよい。実電圧２２０は、直流バスに関連した現在の電圧または求められた（測定された）電圧でよい。例えば、実電圧２２０は、直流バス１５０において、２重インバータ１１５に関連した電圧センサで測定された直流電圧でよい。

Ｘ^２モジュール５０５ａおよび５０５ｂは、入力電圧の２乗に等しいパラメータを求めることができる。例えば、Ｘ^２モジュール５０５ａは、基準電圧２１０の２乗に等しいパラメータを求めることができる。さらに、Ｘ^２モジュール５０５ｂは、実電圧または検出された電圧２２０の２乗に等しいパラメータを求めることができる。

差モジュール５１０は、Ｘ^２モジュール５０５ａおよび５０５ｂの出力に基づいて出力パラメータを求めることができる。出力パラメータは、誤差パラメータまたは２乗誤差の電圧として既知であり得る。差モジュール５１０は、Ｘ^２モジュール５０５ａの出力（基準電圧２１０に基づく）からＸ^２モジュール５０５ｂの出力（実電圧または検出された電圧２２０に基づく）を減じることにより、誤差パラメータを求めることができる。誤差パラメータは、電圧ＰＩコントローラ５１５の入力でよい。

電圧ＰＩコントローラ５１５は、誤差パラメータに基づいてフィードバックＰＩ調整器のパラメータまたは指令を生成することができる。電圧ＰＩコントローラ５１５は、現在の誤差と過去の誤差の蓄積に基づく積分器と並列の比例ゲインでよい。比例ゲインは、高速の誤差応答を供給する。積分器は、システムを０の定常偏差へと駆動する。直流バス電圧を維持するために用いられる電力は、車両発電機の軸の速度に比例することができる。例えば、発電機の軸の速度が比較的低いと、発電機の軸の速度を変化させることで同じ直流バス電圧の制御の動的性能が達成され得るように、ＰＩコントローラに対して、対応する比較的大きなＰＩゲインをもたらすことができる。

例示的実施形態は、電圧ＰＩコントローラにおいて、次式に基づいて電圧２乗誤差を用いることにより、改善された直流バス電圧の制御を提供する。
式２

ここで、
Ｔ_ＰＩはフィードバックＰＩ調整器のパラメータまたは指令であり、
Ｅ_ｂｕｓは直流バスに蓄積されたエネルギーであり、
ω_ｇｅｎは発電機の回転速度であり、
Ｖ_ｂｕｓは直流バス電圧であり、
Ｃ_ｂｕｓは直流バスキャパシタンスである。

発電機の回転速度および直流バスキャパシタンスが定数であれば、式１から、所要の出力トルクＴ_ＰＩは、Ｖ_bus ²
の積分である。

ＰＩコントローラの入力誤差は、基準値から測定値を減じることによって定義される。直流バス電圧の制御のために、測定された電圧が電圧基準を下回ると、電圧ＰＩは制動トルクを出力してバス電圧を上昇させることができる。一方、測定された電圧が電圧基準を上回ると、電圧ＰＩは駆動トルクを出力してバス電圧を低下させることができる。制動トルクまたは駆動トルクの符号が発電機の回転方向に依拠するので、電圧ＰＩの誤差入力の符号を表２に要約されるように調節するのが望ましいであろう。

ここで、
ω_{ｇｅｎｅｒａｔｏｒ}は発電機の回転速度であり、
Ｖ_ref ²は直流バス電圧基準の２乗であり、
Ｖ_measure ²は測定された直流バス電圧の２乗である。

図６は、少なくとも１つの例示的実施形態によってＰＩ制御トルク値を求める方法を示す。図６に関して以下で説明される例示的実施形態は、上記の図１、図２および図５に関して説明される。しかし、例示的実施形態はそれに制限されない。さらに、以下で説明される例示的実施形態は、図２に示されたコントローラ２００を参照する。しかし、例示的実施形態はそれに制限されない。

図６を参照すると、ステップＳ６０５では、コントローラ２００は、基準直流電圧の２乗に基づいて基準パラメータを求める。例えば、図４に関して前述されたように、基準電圧２１０がＸ^２モジュール４０５ａに入力される。Ｘ^２モジュール４０５ａは、基準電圧２１０の２乗に等しいパラメータを出力する。Ｘ^２モジュール４０５ａから出力されるパラメータは、求められた基準パラメータでよい。

図６を参照すると、ステップＳ６１０では、コントローラ２００は、検出された直流電圧の２乗に基づいて現在のパラメータまたは実パラメータを求める。例えば、図４に関して前述されたように、実電圧２２０がＸ^２モジュール４０５ｂに入力される。Ｘ^２モジュール４０５ｂは、実電圧２２０の２乗に等しいパラメータを出力する。Ｘ^２モジュール４０５ｂから出力されるパラメータは、求められた実パラメータでよい。

図６を参照すると、ステップＳ６１５では、コントローラ２００は、求められた基準パラメータおよび求められた実パラメータの数学関数に基づいて誤差パラメータ（２乗誤差電圧）を求める。例えば、図５に関して前述されたように、Ｘ^２モジュール５０５ａの出力（例えば基準パラメータ）およびＸ^２モジュール５０５ｂの出力（例えば実パラメータ）は、差モジュール５１０に対する入力である。差モジュール５１０は、Ｘ^２モジュール５０５ａの出力からＸ^２モジュール５０５ｂの出力を減じることによって誤差パラメータを求めることができる。さらに、上記で表２に示されたような誤差パラメータに対する符号調節があってもよい。

ステップＳ６２０では、コントローラ２００は、適切な符号調節の後の比例積分（ＰＩ）制御機能および誤差パラメータに基づいて出力パラメータを生成する。例えば、図５に関して前述されたように、電圧ＰＩコントローラ５１５は、誤差パラメータに基づいてフィードバックＰＩ調整器のパラメータまたは指令（出力パラメータ）を生成することができる。

図２に戻って、電圧ＰＩコントローラ２３０の出力（例えば生成されたフィードバックＰＩ調整器のパラメータまたは指令）は、加算モジュール２３５に対する入力Ｔ_ＰＩとして示されている。
ＰＩ制御およびフィードフォワード制御に基づくバスの制御
図２に示されるように、加算モジュール２３５は、フィードフォワードモジュール２２５からの入力（例えばＴ_ＦＦ）および比例積分（ＰＩ）制御モジュール２３０からの入力（例えばＴ_ＰＩ）を受け取る。加算モジュール２３５は、フィードフォワードモジュール２２５からの入力および比例積分（ＰＩ）制御モジュール２３０からの入力に基づいてトルク値（トルク値はトルクパラメータまたはトルク指令とも称され得る）を生成することができる。例えば、加算モジュール２３５は、比例積分（ＰＩ）制御モジュール２３０からの入力にフィードフォワードモジュール２２５からの入力を加算することによってトルク値を生成することができる。

トルク制限モジュール２４０は、車両発電機または車両電動機に関連したトルク制限に基づいて、生成されたトルク値を制限することができる。例えば、トルク制限モジュール２４０は、発電機１０５に関連したトルク制限に基づいて、生成されたトルク値を制限することができる。トルク制限モジュール２４０によって生成される制限されたトルク値は、車両発電機（例えば発電機１０５）が直流バス電圧を制御するためのトルク値でよい。

図７は、少なくとも１つの例示的実施形態により、直流バス電圧を制御するためのトルク値を生成する方法を示す。図７に関して以下で説明される例示的実施形態は、上記の図１および図２に関して説明される。しかし、例示的実施形態はそれに制限されない。さらに、以下で説明される例示的実施形態は、図２に示されたコントローラ２００を参照する。しかし、例示的実施形態はそれに制限されない。

図７を参照すると、ステップＳ７０５では、コントローラ２００は、出力パラメータＡおよび出力パラメータＢに基づいて車両発電機向けのトルク値を生成する。出力パラメータＡは、図４に関して前述されたように、ステップＳ４４０からの出力（例えばＴ_ＦＦ）でよい。出力パラメータＢは、図６に関して前述されたように、ステップＳ６２０からの出力（例えばＴ_ＰＩ）でよい。

例えば、図２に関して前述されたように、加算モジュール２３５は、フィードフォワードモジュール２２５からの入力（例えばＴ_ＦＦ）および比例積分（ＰＩ）制御モジュール２３０からの入力（例えばＴ_ＰＩ）に基づいてトルク値を生成することができる。例えば、加算モジュール２３５は、比例積分（ＰＩ）制御モジュール２３０からの入力にフィードフォワードモジュール２２５からの入力を加算することによってトルク値を生成することができる。例えば、加算モジュール２３５は、次式に基づいてトルク値を生成することができる。

ここで、
Ｔ_Ｓはトルク値であり、
Ｔ_ＦＦはフォワードトルク制御のパラメータまたは指令であり、
Ｔ_ＰＩはフィードバックＰＩ調整器のパラメータまたは指令である。

図７を参照すると、ステップＳ７１０では、コントローラ２００は、車両発電機の駆動モードおよび／または発電モードのトルク容量に基づいてトルク値を制限する。例えば、図２に関して前述されたように、トルク制限モジュール２４０は、車両発電機または車両電動機に関連したトルク制限に基づいて、生成されたトルク値を制限することができる。制限されたトルクのパラメータまたは指令は、Ｔ_Ｃとして示されている。

例えば、トルク制限モジュール２４０は、発電機１０５に関連したトルク制限に基づいて、生成されたトルク値を制限することができる。例えば、生成されたトルク値が設定値を上回る場合には、トルク制限モジュール２４０は、生成されたトルク値をクリップすることができる。例えば、発電機１０５が５０Ｎｍの最大トルク定格を有し、１０ボルトのトルク値が５０Ｎｍを表すと想定する。トルク値が１５ボルトであると、トルク制限モジュール２４０は、トルク値を１０ボルトにクリップすることができる。

ステップ７１５で、コントローラ２００は、車両発電機の制限されたトルク値を用いて直流バス電圧を制御する。例えば、図２に関して前述されたように、トルク制限モジュール２４０によって生成される制限されたトルク値Ｔ_Ｃは、車両発電機（例えば発電機１０５）が直流バス電圧を制御するためのトルク値でよい。

前述のように、ディーゼルエンジンおよび発電機は、関連するコントローラを有する。コントローラは、コントローラがディーゼルエンジンおよび発電機を制御するやり方を示す制御信号（例えばトルク制御信号）を受け取る。例えば、制御信号は、発電機が設定されるべきトルク値でよい。発電機は、このトルク値に設定されることにより、直流バス電圧を所望の電圧に制御する。

例えば、制御信号は、発電機のトルク値に関する定常状態、増加した要求または減少した要求を示すことができる。このようにして、ディーゼルエンジンおよび発電機は、所望の直流バス電圧を調整する。現在のトルク値とトルク制御信号（例えば制御されたトルク）との間の比較をすることができる。トルク制御信号が一定のままであれば（現在のトルク値と比較して差がなければ）、直流バス電圧には変化が生じない。しかし、トルク制御信号の値が増加すれば、直流バス電圧を増加させることができ、トルク制御信号の値が減少すれば、直流バス電圧を減少させることができる。

例示実施形態によれば、トルク制限モジュール２４０によって生成される制限されたトルク値Ｔ_Ｃは、ディーゼルエンジンおよび発電機に関連したコントローラによって直流バス（例えば直流バス１５０）の電圧を制御するのに用いられる制御信号でよい。例えば、トルク制限モジュール２４０によって生成される制限されたトルク値Ｔ_Ｃは、図８に関して以下で説明されるトルク指令生成モジュール８０５に対する入力でよい。
システムコントローラ
例示の一実施形態によれば、図８は、電動機８１７（例えば内部永久磁石（ＩＰＭ）電動機）または別の交流機械などのＩＰＭ機械を制御するためのシステムを開示する。電動機８１７は、公称直流バス電圧（例えば３２０ボルト）を有する。公称電圧は命名された電圧である。例えば、電動機８１７の公称電圧が３２０ボルトであっても、電動機は、３２０ボルトより高い電圧および３２０ボルトより低い電圧で動作し得る。例示の一実施形態では、システムは、電動機８１７は別として、インバータまたは電動機コントローラと称され得る。電動機８１７を制御するためのシステムは、ＩＰＭ機械システムとも称され得る。

このシステムは、電子モジュール、ソフトウェアモジュール、またはその両方を含む。例示の一実施形態では、電動機コントローラは、１つまたは複数のソフトウェアモジュールのソフトウェア命令の記憶、処理または実行を支援するための電子式データ処理システム８２０を含む。電子式データ処理システム８２０は、図８では破線で示され、図９にはより詳細に示されている。電子式データ処理システム８２０は、電動機８１７用のコントローラとも称され得る。

データ処理システム８２０はインバータ回路８８８に結合される。インバータ回路８８８は、電動機８１７向けの制御信号を出力するための、スイッチング半導体（例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または他のパワートランジスタ）を駆動する、または制御する、半導体駆動回路を含む。また、インバータ回路８８８は電動機８１７に結合される。電動機８１７は、電動機軸８２６または回転子に関連したセンサ８１５（例えば位置センサ、リゾルバまたはエンコーダの位置センサ）に関連付けられている。センサ８１５および電動機８１７は、例えば、他の可能なフィードバックデータまたは信号の中で特に、フィードバックデータ（例えば相電流値ｉａ、ｉｂおよびｉｃなどの電流フィードバックデータ）、未加工の位置信号を供給するために、データ処理システム８２０に結合される。他の可能なフィードバックデータは、それだけではないが、巻線温度の読取り値、インバータ回路８８８の半導体温度の読取り値、３相電圧のデータ、または電動機８１７に関する他の熱的情報もしくは性能情報を含む。

例示の一実施形態では、トルク指令生成モジュール８０５は、ｄｑ軸電流の生成管理プログラム８０９（例えばｄｑ軸電流生成のルックアップ表）に結合される。ｄｑ軸電流は、電動機８１７などのベクトル制御の交流電流機械の文脈に当てはまる直軸電流および横軸電流を指す。ｄｑ軸電流の生成管理プログラム８０９の出力（ｄｑ軸電流の指令ｉｑ＿ｃｍｄおよびｉｄ＿ｃｍｄ）および電流調節モジュール８０７（例えばｄｑ軸電流の調節モジュール８０７）の出力は、加算器８１９に供給される。その結果として、加算器８１９の１つまたは複数の出力（例えば直軸電流データ（ｉｄ^＊）および横軸電流データ（ｉｑ^＊））が、電流調整コントローラ８１１に供給される、または結合される。電流の指令という用語が用いられているが、電流の指令は、目標電流値を指すことを理解されたい。

電流調整コントローラ８１１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）生成モジュール８１２（例えば空間ベクトルＰＷＭ生成モジュール）と通信することができる。電流調整コントローラ８１１は、それぞれの調節されたｄｑ軸電流の指令（例えばｉｄ^＊およびｉｑ^＊）および実際のｄｑ軸電流（例えばｉｄおよびｉｑ）を受け取って、ＰＷＭ生成モジュール８１２に入力するための対応するｄｑ軸電圧の指令（例えばｖｄ^＊およびｖｑ^＊の指令）を出力する。

例えば、例示の一実施形態では、ＰＷＭ生成モジュール８１２は、２相データ表現の直軸電圧および横軸電圧のデータを、電動機８１７を制御するための３相表現（例えばｖａ^＊、ｖｂ^＊およびｖｃ^＊などの３相電圧表現）に変換する。ＰＷＭ生成モジュール８１２の出力は、インバータ回路８８８に結合される。

インバータ回路８８８は、電動機８１７に与えられるパルス幅変調信号または他の交流電流信号（例えばパルス、矩形波、正弦波、または他の波形）を生成するため、変更するため、および制御するための、スイッチング半導体などのパワーエレクトロニクスを含む。ＰＷＭ生成モジュール８１２は、インバータ回路８８８の内部のドライバー段に入力を供給する。インバータ回路８８８の出力段は、パルス幅変調された電圧波形または電動機８１７を制御するための他の電圧信号を供給する。例示の一実施形態では、インバータ８８８は直流（ｄｃ）電圧バスによって給電される。

電動機８１７は、電動機軸８２６の角度位置、電動機軸８２６の速度または速度、および電動機軸８２６の回転方向の少なくとも１つを推定するセンサ８１５（例えばリゾルバ、エンコーダ、速度センサまたは別の位置センサもしくは速度センサ）に関連付けられている。センサ８１５は、電動機軸８２６に取り付けたり、または電動機軸８２６と一体にすることができる。センサ８１５の出力は、１次処理モジュール８１４（例えば位置および速度の処理モジュール）と通信することができる。例示の一実施形態では、センサ８１５は、アナログの未加工の位置データまたは速度データを、それぞれデジタルの未加工の位置データまたは速度データに変換するアナログデジタル変換器（図示せず）に結合することができる。他の例示的実施形態では、センサ８１５（例えばデジタル位置エンコーダ）は、電動機軸８２６または回転子に関する未加工の位置データまたは速度データのデジタルデータ出力を供給することができる。

１次処理モジュール８１４の第１の出力（例えば電動機８１７に関する位置データθ）は、測定された電流のそれぞれの３相デジタル表現を、測定された電流の対応する２相デジタル表現に変換する相コンバータ８１３（例えば３相から２相への電流パーク変換モジュール）に通信される。１次処理モジュール８１４の第２の出力（例えば電動機８１７に関する速度データＳＤ）は、計算モジュール８１０（例えば調節された電圧に対する速度の比のモジュール）に通信される。

感知回路８２４の入力は、少なくとも測定された３相電流および直流（ｄｃ）バス（例えばインバータ回路８８８に直流電力を供給し得る高電圧の直流バス）の電圧レベルを感知するために、電動機８１７の端子に結合される。感知回路８２４の出力は、デジタル化のためにアナログデジタル変換器８２２に結合される。また、アナログデジタル変換器８２２のデジタル出力は、２次処理モジュール８１６（例えば直流バス電圧および３相電流の処理モジュール）に結合される。例えば、感知回路８２４は、３相電流（例えば電動機８１７の巻線に与えられた電流、巻線に誘起されたバックＥＭＦ（起電力）、またはその両方）を測定するために電動機８１７に関連付けられる。

１次処理モジュール８１４および２次処理モジュール８１６の特定の出力は、相コンバータ８１３に供給される。例えば、相コンバータ８１３は、２次処理モジュール８１６からのデジタル３相電流データｉａ、ｉｂおよびｉｃ、ならびにセンサ８１５からの位置データθに基づいて、電流の測定された３相表現を電流の２相表現に変換するために、パーク変換または他の変換式（例えば適切な特定の変換式が当業者に知られている）を適用することができる。相コンバータ８１３モジュールの出力（ｉｄ、ｉｑ）は、電流調整コントローラ８１１に結合される。

１次処理モジュール８１４および２次処理モジュール８１６の他の出力は、計算モジュール８１０（例えば調節された電圧対速度の比の計算モジュール）の入力に結合することができる。例えば、１次処理モジュール８１４は、速度情報ＳＤ（例えば電動機軸８２６の毎分の回転数で表した速度）を供給してよく、一方、２次処理モジュール８１６は、電動機８１７の動作する直流バス（例えば車両の直流バス）の電圧Ｖｄｃの測定された（検出された）レベルを供給することができる。インバータ回路８８８に電気的エネルギーを供給する直流バスの直流電圧レベルは、それだけではないが、室温、バッテリーの状態、バッテリーの充電状態、バッテリーの抵抗またはリアクタンス、燃料電池の状態（適用可能な場合）、電動機の負荷の状態、それぞれの電動機のトルクおよび対応する運転速度、ならびに車両の電気的負荷（例えば電動エアコンのコンプレッサ）を含むさまざまな要因のために、変動する、または変化する可能性がある。計算モジュール８１０は、２次処理モジュール８１６とｄｑ軸電流の生成管理プログラム８０９との間の仲介物として接続される。計算モジュール８１０の出力は、直流バス電圧の変動または変化を補償するために、とりわけ、ｄｑ軸電流の生成管理プログラム８０９によって生成された電流の指令ｉｑ＿ｃｍｄおよびｉｄ＿ｃｍｄを調節すること、またはこれらに影響を与えることができる。

回転子磁石の温度推定モジュール８０４、電流の成形モジュール８０６および端子電圧フィードバックモジュール８０８は、ｄｑ軸電流の調節モジュール８０７に結合される、またはこれと通信することができる。また、ｄｑ軸電流の調節モジュール８０７は、ｄｑ軸電流の生成管理プログラムまたは加算器８１９と通信することができる。

回転子磁石の温度推定モジュール８０４は、回転子の永久磁石または磁石の温度を推定する、または求める。例示の一実施形態では、回転子磁石の温度推定モジュール８０４は、固定子上に配置されて固定子と熱連絡する、または電動機８１７のハウジングに固定されている１つまたは複数のセンサから、回転子磁石の温度を推定することができる。

別の例示的実施形態では、回転子磁石の温度推定モジュール８０４は、回転子または磁石に取り付けられた測温体（例えばサーミスタおよび赤外線温度センサのような無線送信器）で置換されてよく、この検出器は、１つまたは複数の磁石の温度を表す信号（例えば無線信号）をもたらす。

例示の一実施形態では、方法またはシステムは、以下のように動作することができる。トルク指令生成モジュール８０５は、車両データバス８１８を通じて、速度制御データメッセージ、電圧制御データメッセージまたはトルク制御データメッセージなどの入力制御データメッセージを受け取る。トルク指令生成モジュール８０５は、受け取られた入力制御メッセージをトルク制御指令データＴ＿ｃｍｄに変換する。

ｄｑ軸電流の生成管理プログラム８０９は、それぞれのトルク制御指令データおよびそれぞれの検出された電動機軸８２６の速度情報ＳＤに関連付けられた、直軸電流の指令または横軸電流の指令を選択する、または求める。例えば、ｄｑ軸電流の生成管理プログラム８０９は、（１）対応する直軸電流および横軸電流に対するそれぞれのトルク指令に関連したルックアップ表、データベースまたは他のデータ構造、（２）対応する直軸電流および横軸電流に対するそれぞれのトルク指令に関連した１組の２次方程式または１次方程式、または（３）対応する直軸電流および横軸電流にそれぞれのトルク指令を関連した１組のルール（例えばｉｆ−ｔｈｅｎルール）の１つまたは複数にアクセスすることにより、直軸電流の指令および横軸電流の指令を選択する、または求める。電動機８１７上のセンサ８１５により、電動機軸８２６に関して検出された速度情報ＳＤの供給が容易になり、１次処理モジュール８１４が、センサ８１５によってもたらされる未加工の位置データを速度情報ＳＤに変換することができる。

電流調節モジュール８０７（例えばｄｑ軸電流調節モジュール）は、回転子磁石の温度推定モジュール８０４、電流成形モジュール８０６、および端子電圧フィードバックモジュール８０８からの入力データに基づいて直軸電流の指令ｉｄ＿ｃｍｄおよび横軸電流の指令ｉｑ＿ｃｍｄを調節するための電流調節データをもたらす。

電流成形モジュール８０６は、例えば電動機８１７のトルク負荷および電動機８１７の速度といった要因の１つまたは複数に基づいて、横軸（ｑ軸）電流の指令および直軸（ｄ軸）電流の指令の補正または予備調節を求めることができる。回転子磁石の温度推定モジュール８０４は、例えば回転子温度の推定された変化に基づいて、ｑ軸電流の指令およびｄ軸電流の指令の２次調節を生成することができる。端子電圧フィードバックモジュール８０８は、コントローラ電圧指令に対する電圧制限に基づいて、ｄ軸電流およびｑ軸電流に対する３次調節をもたらすことができる。電流調節モジュール８０７は、予備調節、２次調節、および３次調節の１つまたは複数を考慮に入れる合計電流の調節をもたらすことができる。

例示の一実施形態では、電動機８１７は、内部永久磁石（ＩＰＭ）機械または同期式ＩＰＭ機械（ＩＰＭＳＭ）を含んでよい。

センサ８１５（例えば軸または回転子の回転速度検出器）は、直流電動機、光エンコーダ、磁界センサ（例えばホール効果センサ）、磁気抵抗センサ、およびリゾルバ（例えばブラシレスリゾルバ）の１つまたは複数を含んでよい。１つの構成では、センサ８１５は位置センサを含み、未加工の位置データおよび関連する時間データが、電動機軸８２６に関する速度または速度のデータを求めるために処理される。別の構成では、センサ８１５は、速度センサ、または電動機軸の位置を求めるための速度センサと積分器の組合せを含んでいる。

さらに別の構成では、センサ８１５は、電動機軸８２６の速度を求めるために電動機８１７の電動機軸８２６に機械的に結合された補助のコンパクトな直流発電機を含み、この直流発電機は、電動機軸８２６の回転速度に比例した出力電圧をもたらす。さらに別の構成では、センサ８１５が含むのは、電動機軸８２６に結合された回転物体の方へ信号を伝送し、光検知器で反射された、または回折された信号を受け取る光源を有する光エンコーダであり、受け取られた信号パルス（例えば矩形波）の周波数は、電動機軸８２６の速度に比例し得る。さらなる構成では、センサ８１５は、第１の巻線および第２の巻線を有するリゾルバを含み、第１の巻線には交流電流が供給され、第２の巻線に誘起される電圧は回転子の回転の周波数に応じて変化する。

図９では、電子式データ処理システム８２０は、電子データプロセッサ９６４、データバス９６２、データ記憶装置９６０および１つまたは複数のデータポート（９６８、９７０、９７２、９７４および９７６）を含む。データプロセッサ９６４、データ記憶装置９６０および１つまたは複数のデータポートは、それらの間のデータの通信を支援するためのデータバス９６２に結合されている。

例示の一実施形態では、データプロセッサ９６４は、電子データプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックアレイ、論理回路、演算論理ユニット、特定用途向け集積回路、デジタル信号プロセッサ、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラ、または別のデータ処理装置を含んでよい。

データ記憶装置９６０は、データを記憶するために、任意の磁気装置、電子装置、または光学装置を含んでよい。例えば、データ記憶装置９６０は、電子データ記憶装置、電子メモリ、不揮発性の電子ランダムアクセスメモリ、１つまたは複数の電子データレジスタ、データラッチ、磁気ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブなどを含んでよい。

図９に示されるように、データポートは、第１のデータポート９６８、第２のデータポート９７０、第３のデータポート９７２、第４のデータポート９７４および第５のデータポート９７６を含んでいるが、任意の適切な数のデータポートを使用することができる。例えば、それぞれのデータポートがトランシーバおよびバッファメモリを含んでよい。例示の一実施形態では、各データポートが、任意のシリアルまたはパラレルの入出力ポートを含んでよい。

例示の一実施形態では、図９に示されるように、第１のデータポート９６８は車両データバス８１８に結合されている。また、車両データバス８１８はコントローラ９６６に結合されている。１つの構成では、第２のデータポート９７０をインバータ回路８８８に結合することができ、第３のデータポート９７２をセンサ８１５に結合することができ、第４のデータポート９７４をアナログデジタル変換器８２２に結合することができ、第５のデータポート９７６を端子電圧フィードバックモジュール８０８に結合することができる。アナログデジタル変換器８２２は感知回路８２４に結合することができる。

データ処理システム８２０の例示の一実施形態では、トルク指令生成モジュール８０５は、電子式データ処理システム８２０の第１のデータポート９６８に関連付けられる、または同ポートによってサポートされる。第１のデータポート９６８は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバスなどの車両データバス８１８に結合することができる。車両データバス８１８は、トルク指令生成モジュール８０５に対して、トルク指令を伴うデータバスメッセージを、第１のデータポート９６８を介して供給することができる。車両の運転者は、スロットル、ペダル、コントローラ９６６または他の制御装置などのユーザインターフェースによって、トルク指令を生成し得る。

いくつかの例示的実施形態では、センサ８１５および１次処理モジュール８１４は、データ処理システム８２０の第３のデータポート９７２に関連付けられてよく、同ポートによってサポートされてもよい。

本発明の代替実施形態は、コンピュータシステムとともに用いるコンピュータプログラム製品として実施されてよく、コンピュータプログラム製品は、例えば、ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、または固定ディスクなどの有形、すなわち非一時的なデータ記録媒体（コンピュータ可読媒体）に記憶された、またはコンピュータのデータ信号で実施された、一連のコンピュータ命令、コードセグメントまたはプログラムセグメントであり、この信号は、有形の媒体または例えばマイクロ波、赤外線といった無線媒体を通じて伝送される。一連のコンピュータ命令、コードセグメントまたはプログラムセグメントは、上記で説明された例示的実施形態の方法の機能のすべてまたは一部分を構成することができ、半導体記憶装置、磁気記憶装置、光記憶装置または他の記憶装置など、揮発性または不揮発性の任意の記憶装置に記憶されてもよい。

例示的実施形態が特に示され、説明されてきたが、その中で、形式および詳細における変形形態が、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく製作され得ることが当業者には理解されよう。

本発明がこのように説明されてきたが、同じことが、いろいろな意味で多様であり得ることは明白であろう。このような変形形態は、本発明から逸脱するものと見なすことはできず、すべてのこのような修正形態は、本発明の範囲内に含まれるように意図されている。

Claims (40)

1. 車両の直流バス電圧を制御する方法であって、
   基準直流バス電圧の２乗に基づく第１のパラメータを生成するステップと、
   前記第１のパラメータおよび検出された直流バス電圧に基づいて前記車両の直流バス電圧を制御するステップと
   を含む方法。
2. 前記検出された直流バス電圧の２乗に基づく第２のパラメータを生成するステップを含み、
   前記制御するステップが、前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御することを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記制御するステップが、前記第１のパラメータと前記第２のパラメータの差に基づいて前記車両の直流バス電圧を制御することを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記第１のパラメータと前記第２のパラメータの差に基づく第３のパラメータを生成するステップと、
   前記第３のパラメータを入力として有する関数に基づいて第４のパラメータを生成するステップとを含み、
   前記制御するステップが、前記第４のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御することを含む請求項２に記載の方法。
5. 前記関数が比例積分（ＰＩ）関数である請求項４に記載の方法。
6. 前記車両に関連した電動機の駆動モード動作および発電モード動作のうちの少なくとも１つに関連した要求に基づく第５のパラメータを受け取るステップを含み、
   前記制御するステップが、前記第４のパラメータおよび前記第５のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御することを含む請求項４に記載の方法。
7. 前記車両に関連した発電機の駆動モード動作および発電モード動作のうちの少なくとも１つに関連したトルク制限に基づいて前記第４のパラメータと前記第５のパラメータの合計を制限するステップを含み、
   前記制御するステップが、前記第４のパラメータと前記第５のパラメータの前記制限された合計に基づいて前記車両の直流バス電圧を制御することを含む請求項６に記載の方法。
8. 前記第５のパラメータが、前記車両に関連した発電機の前記駆動モード動作および前記発電モード動作の少なくとも１つに関連した回転速度と、
   前記車両に関連した発電機の前記駆動モード動作および前記発電モード動作の少なくとも１つに関連した回転方向とに基づく請求項６に記載の方法。
9. 前記要求がフィードフォワード電力要求である請求項６に記載の方法。
10. 前記車両のバス電圧を制御するステップが前記車両の直流バス電圧を制御するための発電機に関連したトルク値を制御することを含む請求項１に記載の方法。
11. 車両の直流バス電圧を制御する方法であって、
    前記車両に関連した電動機の駆動モード動作および発電モード動作のうち少なくとも１つに関連した要求に基づいて第１のパラメータを生成するステップであって、前記要求が、専用の高速データバスを介して受け取るメッセージで示されるステップと、
    前記第１のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御するステップと
    を含む方法。
12. 前記第１のパラメータおよび使用係数に基づく第２のパラメータを生成するステップであって、前記使用係数が、前記電動機の動作モード、前記発電機の動作モード、前記車両に関連した前記電動機および発電機に関連する直流バス電圧レベル、ならびに前記電動機および前記発電機の少なくとも１つに関連した試験性能の指示のうちの少なくとも１つに基づくステップを含み、
    前記制御するステップが、前記第２のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御することを含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記第２のパラメータと、前記駆動モード動作および前記発電モード動作のうちの１つの回転軸速度と、前記駆動モード動作および前記発電モード動作のうちの１つの回転方向とに基づく第３のパラメータを生成するステップを含み、
    前記制御するステップが、前記第３のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御することを含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記電動機の動作モードが、前記電動機の負荷レベル、前記電動機の軸速度、前記電動機の前記駆動モード動作および前記電動機の前記発電モード動作のうちの少なくとも１つに基づき、
    前記発電機の動作モードが、前記発電機の負荷レベル、前記発電機の軸速度、前記発電機の前記駆動モード動作および前記発電機の前記発電モード動作のうちの少なくとも１つに基づく請求項１２に記載の方法。
15. 基準直流バス電圧および検出された直流バス電圧に基づく第４のパラメータを受け取るステップを含み、
    前記制御するステップが、前記第３のパラメータおよび前記第４のパラメータに基づいて前記バス電圧を制御することを含む請求項１３に記載の方法。
16. 前記車両に関連した前記発電機の前記駆動モードおよび前記発電モードのうちの少なくとも１つに関連したトルク制限に基づいて前記第３のパラメータと前記第４のパラメータの合計を制限するステップを含み、
    前記制御するステップが、前記第３のパラメータと前記第４のパラメータの前記制限された合計に基づいて前記車両の直流バス電圧を制御することを含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記電動機が走行用電動機である請求項１１に記載の方法。
18. 前記専用の高速データバスが、前記走行用電動機に関連した電動機コントローラと、前記車両に関連した発電機用のコントローラの間の通信を提供する請求項１１に記載の方法。
19. 前記車両に関連した発電機の前記駆動モード動作および前記発電モード動作の少なくとも１つに関連した電力制限に基づいて前記第１のパラメータを制限するステップを含み、
    前記制御するステップが、前記制限された第１のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御することを含む請求項１１に記載の方法。
20. 前記専用の高速データバスが、高速コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス、シリアル周辺機器インターフェース（ＳＰＩ）バスおよびイーサネットバスのうちの１つである請求項１１に記載の方法。
21. 前記車両のバス電圧を制御するステップが、前記車両の直流バス電圧を制御するための発電機に関連したトルク値を制御するステップを含む請求項２０に記載の方法。
22. 車両の直流バス電圧を制御するためのコントローラであって、
    基準直流バス電圧の２乗に基づく第１のパラメータを生成するように構成された第１のモジュールと、
    前記第１のパラメータおよび検出された直流バス電圧に基づいて前記車両の直流バス電圧を制御するように構成された電圧コントローラと
    を含むコントローラ。
23. 前記検出された直流バス電圧の２乗に基づく第２のパラメータを生成するように構成された第２のモジュールを含み、
    前記電圧コントローラが、前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御するように構成されている請求項２２に記載のコントローラ。
24. 前記電圧コントローラが、前記第１のパラメータと前記第２のパラメータの合計に基づいて前記車両の直流バス電圧を制御するように構成されている請求項２３に記載のコントローラ。
25. 前記第１のパラメータと前記第２のパラメータに基づく第３のパラメータを生成するように構成された加算モジュールを含み、
    前記電圧コントローラが、前記第３のパラメータを入力として有する関数に基づいて第４のパラメータを生成するように構成されており、
    前記電圧コントローラが、前記第４のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御するように構成されている請求項２３に記載のコントローラ。
26. 前記関数が比例積分（ＰＩ）関数である請求項２５に記載のコントローラ。
27. 前記車両に関連した電動機の駆動モード動作および発電モード動作のうちの少なくとも１つに関連した要求に基づく第５のパラメータを生成するように構成されたフィードフォワードモジュールを含み、
    前記電圧コントローラが、前記第４のパラメータおよび前記第５のパラメータに基づいて前記車両の直流バス電圧を制御するように構成されている請求項２５に記載のコントローラ。
28. 前記車両に関連した発電機の駆動モードおよび発電モードのうちの少なくとも１つに関連したトルク制限に基づいて前記第４のパラメータと前記第５のパラメータの合計を制限するように構成されたトルク制限モジュールを含み、
    前記電圧コントローラが、前記第４のパラメータと前記第５のパラメータの前記制限された合計に基づいて前記車両の直流バス電圧を制御するように構成されている請求項２７に記載のコントローラ。
29. 前記第５のパラメータが、
    前記車両に関連した発電機の駆動モードおよび発電モードの少なくとも１つに関連した回転軸速度と、
    前記車両に関連した前記発電機の前記駆動モードおよび前記発電モードの少なくとも１つに関連した回転方向とに基づく請求項２７に記載のコントローラ。
30. 前記電圧コントローラが電圧比例積分（ＰＩ）コントローラである請求項２２に記載のコントローラ。
31. 前記車両のバス電圧を制御するステップが、前記車両の直流バス電圧を制御するための発電機に関連したトルク値を制御することを含む請求項２２に記載のコントローラ。
32. 車両の直流バス電圧を制御するためのコントローラであって、該コントローラが、
    前記車両に関連した電動機の駆動モード動作および発電モード動作のうちの少なくとも１つに関連した電力要求に基づいて第１のパラメータを生成するように構成されたインターフェースであって、前記電力要求が、専用の高速データバスを介して受け取るメッセージで示されており、前記第１のパラメータが前記車両の直流バス電圧を制御するのに用いられる、インターフェース、を含むコントローラ。
33. 前記第１のパラメータおよび使用係数に基づく第２のパラメータを生成するように構成された積モジュールであって、前記使用係数が、前記電動機の動作モード、車両発電機の動作モード、前記電動機および前記発電機の少なくとも１つに関連した直流バス電圧レベル、ならびに前記電動機および前記発電機の少なくとも１つに関連した試験性能の指示のうちの少なくとも１つに基づく、積モジュールを含み、
    前記車両の直流バス電圧が、前記第２のパラメータに基づいて制御される請求項３２に記載のコントローラ。
34. 前記第２のパラメータ、前記発電機の回転軸速度、および前記発電機に関連した軸の回転方向に基づく第３のパラメータを生成するように構成された演算モジュールを含み、
    前記車両の直流バス電圧が、前記第３のパラメータに基づいて制御される請求項３３に記載のコントローラ。
35. 基準直流バス電圧および検出された直流バス電圧に基づく第４のパラメータを生成するように構成されたＰＩ制御モジュールを含み、
    前記車両の直流バス電圧が、前記第３のパラメータおよび前記第４のパラメータに基づいて制御される請求項３４に記載のコントローラ。
36. 前記発電機の前記駆動モード動作および前記発電モード動作のうちの少なくとも１つに関連したトルク制限に基づいて前記第３のパラメータと前記第４のパラメータの合計を制限するように構成されたトルク制限モジュールを含み、
    前記車両の直流バス電圧が、前記第３のパラメータと前記第４のパラメータの前記制限された合計に基づいて制御される請求項３５に記載のコントローラ。
37. 前記車両に関連した発電機の駆動モード動作および発電モード動作の少なくとも１つに関連した電力制限に基づいて前記第１のパラメータを制限するように構成された電力制限モジュールを含み、
    前記車両の直流バス電圧が、前記制限された第１のパラメータに基づいて制御される請求項３６に記載のコントローラ。
38. 前記専用の高速データバスが、高速コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス、シリアル周辺機器インターフェース（ＳＰＩ）バスおよびイーサネットバスのうちの１つである請求項３６に記載のコントローラ。
39. 前記電動機が走行用電動機である請求項３２に記載のコントローラ。
40. 前記車両のバス電圧を制御するステップが、前記車両の直流バス電圧を制御するための発電機に関連したトルク値を制御することを含む請求項３２に記載の方法。

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