JP2016520279A - 自動車両及び対応のシステムに搭載されたモータ推進プラントの動作を検証する方法 - Google Patents

Abstract

電気又はハイブリッドトラクションを有する自動車両に搭載されたモータ推進プラントの動作を検証する方法及び対応のシステムであって、モータ推進プラントは、永久磁石ロータが設置された電気モータを備え、方法は、ステータ電流の調整（Ｅ００）、及び電流の直流成分及び二次成分の測定（Ｅ０１）を含み、方法は、制御信号を前記電流のｄ軸成分及びｑ軸成分に対応付ける電気モータのモデルにおいて、Ｘ＝Ｉｑ３＋Ｉｄ３及びＹ＝Ｉｑ−Ｉｄが成り立つ変数変換を適用する（Ｅ０３）ことと、− Ｉｑ及びＩｄのｄ軸成分及びｑ軸成分の最小値及び最大値を推測するために、Ｘ及びＹの最小値及び最大値を決定する（Ｅ０４）ことと、− 測定された電流のｄ軸成分及びｑ軸成分と、Ｉｑ及びＩｄの最小値及び最大値とを比較する（Ｅ０５）こととを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車両に装備されたパワートレインの動作を検証することに関し、具体的には、パワートレインに組み込まれたセンサ、及び永久磁石機械が配備されたパワートレインの動作を検証することに関する。

電気駆動装置を有する自動車両では、電気モータから供給されるトルクを監視する必要がある。電気機械のトルクは電気機械に流れる電流に比例するため、高精度で電流を制御する必要がある。

同期機、とりわけ軸方向磁束を有する三相永久磁石同期機の場合、ステータの三相に流れる電流は正弦波であり、各々下記式のように位相差がある。

この三相電流により電気機械内に回転磁場が発生する。ロータは、永久磁石（例えば五極対）でできている。コンパスと同様に、ロータは普通、ステータから発生する回転磁場と同期して動く。したがって、ロータの回転周波数は、ステータ電流の周波数に等しくなる。ステータの電流の振幅とロータの磁石の力により、機器の回転に必要なトルクが発生する。この電流を制御するためには、下記式によって各々等しく位相差のある正弦波電圧をステータの各相に印加しなければならない。

一般的に、正弦波信号よりも定数の信号に調整を加えるほうが単純である。パーク変換は一般的に、三相システムを２次元空間へ射影して、等価な回転基準座標系を得るために使用される。したがってこの方法を使えば、三相システムの３相に対応するステータの３相電流及び３相正弦波電圧を、一定の信号（ｄ軸上に１成分とｑ軸上に１成分の２成分）の形で正弦波信号を表現した空間に変換可能である。同期機の場合では、パーク基準座標系はロータを基準としてとられる。

パーク空間内で表される電流及び電圧に対して作用することにより、制御対象の三相機器を調整するのに、正弦波信号ではなく一定の電流及び電圧に対して作動することが可能になる。逆変換することで、機器の通常の基準座標系に戻れるので機器の各相にどのような電圧や電流を印加すればよいか正確にわかる。

トルクの調整には一般に電流センサが使用される。あるいは、トルク測定用のセンサを使用してもよい。

当然ながら、センサの内の一つでも故障すれば、電気機械から供給すべきトルクを正しく調整することができなくなる。従って、この種の故障を検出する必要がある。

文献ＪＰ２００１２６８９８０には、直流機に流れる電流の評価法が記載されているが、この評価法は、正弦波電流で動作する機械には適していない。

文献ＵＳ５０４７６９９にも、直流機に流れる電流の評価法が記載されている。

文献ＵＳ２００２０００８４９２には、センサの故障の検出が記載されており、センサから提供される測定値の変動を監視している。る。

したがって、本発明の目的は、永久磁石ロータ付の電気機械に対する動作の検証を、定常状態と動的状態で実施できるようにすることである。

第１の態様において、本発明は、電気又はハイブリッド駆動装置を有する自動車両に装備されたパワートレインの動作を検証する方法である。この方法において、パワートレインは、永久磁石ロータ及びステータが配備された電気モータを備えており、方法は、電気モータに制御信号を送ってステータ電流を調整することを含み、調整対象の電流及び前記制御信号は、ｄ軸及びｑ軸を有する回転基準座標系で表され、、方法は、電流のｄ軸成分及びｑ軸成分を測定することを含む。

基本的特徴として、方法は、
制御信号を電流のｄ軸成分及びｑ軸成分に対応付ける電気モータのモデルにおいて、Ｉ_ｄ及びＩ_ｑはそれぞれ、電流のｄ軸成分と、電流のｑ軸成分とを示す関係Ｘ＝Ｉ_ｑ ^３＋Ｉ_ｄ ^３及びＹ＝Ｉ_ｑ−Ｉ_ｄに従って新たな変数Ｘ及びＹを計算することによって変数変換を適用することと、
電流のｄ軸成分及びｑ軸成分の最小値及び最大値を推測するために、変換された変数の最小値及び最大値を決定することと、
測定された電流のｄ軸成分及びｑ軸成分と、前記最小値及び最大値とを比較することと
を含む。

ロータが永久磁石である機器の電気モータのモデルは、非協調的なシステムである。上記の変数の変換を実行することにより、協調的なシステムが得られる、すなわち、このシステムに現れる項が有界であれば協調的なシステムとなり、同じことがこのシステムの変数ＸやＹでも成立する。

このため、Ｘ及びＹの最小値及び最大値は、システムに現れる項を制約することによって得ることができ、Ｉ_ｑ及びＩ_ｄの最小値及び最大値を推測することができる。

比較結果から、測定値がこの範囲外にあることが判明した場合、少なくとも一つのセンサが故障していると判断できる。その際に、例えば電気モータの使用を制限することができる。かくして、動作の安全性が高められる。

本方法は更に、電気モータ、例えばトルクメータから発生するトルクの測定、電流のｑ軸成分の最小値及び最大値からの、トルクの最小値及び最大値の計算、及び測定されたトルクと、トルクの最小値及び最大値との比較を含むことができる。

この種の電気機械の場合、トルクは、ロータの極対の個数、ロータ磁石から発生する磁束に、また電流のｑ軸成分に応じて決まる。このため、Ｉ_ｑの最小値及び最大値は、トルクの有界値（範囲）から求めることができる。

本方法は、測定値の内の一つが有界の範囲外である場合に、少なくとも一つの信号を生成することを含みうる。

本発明のもう一つの対象は、第２の態様において、電気又はハイブリッド駆動装置を有する自動車両に装備されたパワートレインの動作を検証するシステムである。パワートレインは、永久磁石ロータ及びステータが配備された電気モータを備えており、車両は、電気モータに制御信号を送ってステータ電流を調整する手段を備え、調整対象の電流と前記制御信号は、ｄ軸とｑ軸を有する回転基準座標系において表され、また車両は、電流のｄ軸成分とｑ軸成分を測定する手段を備える。

基本的特徴として、システムは、
制御信号を電流のｄ軸成分とｑ軸成分に対応付ける電気モータのモデルにおいて、Ｉ_ｄとＩ_ｑはそれぞれ、電流のｄ軸成分と電流のｑ軸成分を示す関係Ｘ＝Ｉ_ｑ ^３＋Ｉ_ｄ ^３及びＹ＝Ｉ_ｑ−Ｉ_ｄに従って新たな変数Ｘ及びＹを計算することによって変数を変換する手段と、
電流のｄ軸成分とｑ軸成分の最小値及び最大値を推測するためにＸ及びＹの最小値と最大値を決定する手段と、
測定された電流のｄ軸成分とｑ軸成分と、前記最小値と最大値とを比較する手段と
を備える。

本システムは更に、電流のｑ軸成分の最小値及び最大値から、トルクの最小値及び最大値を計算する手段、及び車両のトルク測定手段によって測定されたトルクと、トルクの最小値及び最大値とを比較する手段を備えることができる。

本システムは、測定値の内の一つが決定された有界の範囲外である場合に、少なくとも一つの信号を生成する手段を備えることができる。

非限定的な例にすぎない、後述の記載と添付図面を参照することで、本発明の他の目的、特徴及び利点が明らかとなるであろう。

本発明の実行態様による方法の異なるステップを示す概略図である。 本発明の実施形態によるシステムを示す概略図である。

図１は、電気又はハイブリッド駆動装置を有する自動車両に搭載されたパワートレインの動作を検証する方法ＰＲの異なるステップを示す概略図である。この車両のパワートレインは、永久磁石ロータとステータが配備された電気モータを備えることができる。

ステータ電流（又はトルク）を調整して制御信号を得ることができる第１のステップＥ００を実行することができる。これらの制御信号は、パーク空間、例えば、示されたＶ_ｄ（ｄ軸上の成分）及びＶ_ｑ（ｑ軸上の成分）で表すことができる。この調整は、従来の手段によって、例えば、比例−積分補正器、又は比例−積分−導関数補正器を使用することによって、実行することができる。

本方法は、ステップＥ０１においてＩ_ｄ（ｄ軸成分）及びＩ_ｑ（ｑ軸成分）で示される電流のｄ軸成分及びｑ軸成分の測定も含むことができる。ステップＥ０１は、変形例として、決定された範囲との比較を実行するために、本方法において後で実行することができる。

ステップＥ０１と同時に、Ｃ_ｅｍで示されるトルクを測定するためにステップＥ０１´を実行することができる。

制御信号を電流のｄ軸成分及びｑ軸成分に関連付ける電気モータのモデルを生成するために、ステップＥ０２を次に実行することができる。変形例として、ステップＥ０２がその前に実行され、本方法が実行される度に同じモデルが使用される。

パーク空間では、上記モデルは下記の連立方程式に対応することに注意すべきである。

Ｒ_ｓは電気機械のステータの等価抵抗であり、Ｌ_ｄ及びＬ_ｑは、電気機械のパーク平面の各軸、それぞれ直軸及び二次軸のインダクタンスであり、ω_ｒは電気機械の磁場の回転速度（すなわち、ｐで示される電気機械の極対の個数によって乗算されるロータの回転速度）であり、Φ_ｆはロータ磁石によって生じる磁束である。

連立方程式ＥＱ１は協調的ではないことにも注意すべきである。また、Ｌ_ｄ及びＬ_ｑが等しい電気機械では、下記の電磁トルク値Ｃ_ｅｍが得られる。

ｐは機器の極対の個数であり、Φ_ｆは、ロータ磁石によって生じる磁束である。

連立方程式ＥＱ１を協調的なものとするために、変数変換ステップＥ０３を実行することができる。このステップでは、新たな変数Ｘ及びＹを、Ｘ＝Ｉ_ｑ ^３＋Ｉ_ｄ ^３及びＹ＝Ｉ_ｑ−Ｉ_ｄとして表すことができる。システムの入力として適用される新たな制御信号を示すのにＵ_ｘ及びＵ_ｙが使われる場合、下記の連立方程式が得られる。

この変数の変換は、連立方程式ＥＱ１によって得られたＩ_ｑ及びＩ_ｄの値又はこれらの導関数を置き換えるために、Ｘ及びＹの式を導き出すことによって実行される。

協調的なシステムが得られることを記すことができる。この理由で、最小値を示すｍｉｎ、最大値を示すｍａｘ、Ｘの最大値及び最小値をそれぞれ示すＸ^＋及びＸ⁻、そしてＹの最大値及び最小値をそれぞれ示すＹ^＋及びＹ⁻を使用する場合、ステップＥ０４において下記の連立方程式が得られる。

Ｕ_ｘがマイナスである場合はｍｉｎ（３／Ｌ_ｓ＊Ｕ_ｘ）＝ｍａｘ（３／Ｌ_ｓ）＊Ｕ_ｘが成り立ち、Ｕ_ｘがプラスである場合はｍｉｎ（３／Ｌ_ｓ）＊Ｕ_ｘが成り立つことに注意すべきである。

初期インスタントｔ_０の後の各インスタントｔにおいて、（Ｉ_ｄ及びＩ_ｑの測定から得られた）Ｘ及びＹの測定値は下記２つの式を検証することが分かっている。

また、予備校正ステップにおいて、Ｒ_ｓ、Ｌ_ｓ、ω_ｒ及びΦ_ｆの最小値及び最大値を決定することができることにも注意すべきである。従って、連立方程式ＥＱ４からＸ^＋、Ｘ⁻、Ｙ^＋及びＹ⁻の値を推測することが可能である。

下記の連立方程式を解くことによって、最大値（Ｉ_ｄ ^＋及びＩ_ｑ ^＋）及び最小値（Ｉ_ｄ ⁻及びＩ_ｑ ⁻）の値を得ることも可能である。

また、公式ＥＱ２で、トルクＣ_ｅｍの最小値及び最大値を得ることが可能である。

ステップＥ０１及びＥ０１´においてすでに測定された値を、ステップＥ０４で得られた有界値と比較するステップＥ０５を次に実行することができる。

測定値の内の一つが、この測定値に対応する有界の範囲外であることが判明した場合、ステップＥ０６を実行して、センサの故障を示す信号を生成する。

図２に、例えば、永久磁石ロータを有するパワートレインが配備された電気又はハイブリッド駆動装置を有する自動車両に組み込まれたシステムＳＹＳを示す。

システムＳＹＳを、車両の電子制御ユニット、又は車両に組み込まれた他の種類のコンピュータに組み込むことができる。また、車両は、図２に示していないがシステムＳＹＳと連通する他の手段、例えば、電気モータへ制御信号を送るステータ電流を調整するように構成された手段を備えることができる。

システムＳＹＳは、制御信号を電流のｄ軸成分及びｑ軸成分に関連付ける電気モータのモデルを生成するように構成された手段１を備える。手段１は、図１を参照しながら説明したステップＥ０２を実行するように構成される。変形例として、上記モデルはすでに生成されており、システムＳＹＳは、制御信号を電流のｄ軸成分及びｑ軸成分に関連付ける電気モータのモデルを生成するように構成されたいかなる手段も備えていない。

システムＳＹＳは、Ｘ＝Ｉ_ｑ ^３＋Ｉ_ｄ ^３、Ｙ＝Ｉ_ｑ−Ｉ_ｄが成り立つ変数の変換を前記モデルにおいて適用するように構成された手段２も備える。つまり、手段２は、ステップＥ０３を実行するように構成される。

システムＳＹＳはまた、Ｉ_ｑ及びＩ_ｄの最小値及び最大値を推測するのに好適なＸ及びＹの最小値及び最大値を決定する（ステップＥ０４）ように構成された手段３と、測定された電流のｄ軸成分及びｑ軸成分と、Ｉ_ｑとＩ_ｄの前記最小値及び最大値とを比較する（ステップＥ０５）手段４も備える。

システムＳＹＳは、測定値の内の一つが決定された有界の範囲外である場合に、少なくとも一つの信号を生成する（ステップＥ０６）ように構成された手段５を備えることが好ましい。

車両は、電流Ｉ_ｄ及びＩ_ｑを測定する手段６、又は検出するセンサ、そして、トルクを測定する手段７も備えうる。システムＳＹＳと、方法ＰＲにより、これらのセンサが動作するか否かを決定することが可能になる。

本発明により、電流センサが、任意の種類の状態、動的状態や定常状態においても動作するか否かを決定することができる。このため、電気モータの使用を制限することができる。

Claims (6)

1. 電気又はハイブリッド駆動装置を有する自動車両に装備されたパワートレインの動作を検証する方法であって、前記パワートレインは、永久磁石ロータ及びステータが配備された電気モータを備えており、前記方法は、前記電気モータに制御信号を送るステータ電流の調整（Ｅ００）を含み、調整対象の前記電流と、回転基準座標系において表される前記制御信号は、ｄ軸とｑ軸とを有し、方法は、電流のｄ軸成分及びｑ軸成分の測定（Ｅ０１）を含み、前記方法は
   − 前記制御信号を前記電流のｄ軸成分及びｑ軸成分に対応付ける電気モータのモデルにおいて、Ｉ_ｄ及びＩ_ｑはそれぞれ、前記電流のｄ軸成分と、前記電流のｑ軸成分とを示す関係Ｘ＝Ｉ_ｑ ^３＋Ｉ_ｄ ^３及びＹ＝Ｉ_ｑ−Ｉ_ｄに従って新たな変数Ｘ及びＹを計算することによって変数変換を適用する（Ｅ０３）ことと、
   − 前記電流のｄ軸成分及びｑ成分の最小値及び最大値を推測するために、前記変換された変数の最小値及び最大値を決定する（Ｅ０４）ことと、
   − 測定された前記電流のｄ軸成分及びｑ軸成分と、前記最小値及び最大値とを比較する（Ｅ０５）ことと
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記電気モータから発生したトルクの測定（Ｅ０１´）、前記電流のｑ軸成分の前記最小値及び最大値からの、前記トルクの最小値及び最大値の計算、及び測定された前記トルクと、前記トルクの最小値及び最大値との比較を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 測定された値の内の一つが、決定された有界の範囲外である場合に、少なくとも一つの信号（Ｅ０６）の生成を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 電気又はハイブリッド駆動装置を有する自動車両に装備されたパワートレインの動作を検証するシステムであって、前記パワートレインは、永久磁石ロータ及びステータが配備された電気モータを備えており、車両は、前記電気モータへ制御信号を送るステータ電流を調整するように構成された手段を備え、調整対象の電流と前記制御信号は、ｄ軸とｑ軸を有する回転基準座標系において表され、車両は、前記電流のｄ軸成分及びｑ軸成分を測定する手段（６）を備え、車両は、
   前記制御信号を前記電流のｄ軸成分及びｑ軸成分に対応付ける電気モータのモデルにおいて、Ｉ_ｄ及びＩ_ｑはそれぞれ、前記電流のｄ軸成分及び前記電流のｑ軸成分を示す関係Ｘ＝Ｉ_ｑ ^３＋Ｉ_ｄ ^３及びＹ＝Ｉ_ｑ−Ｉ_ｄに従って新たな変数Ｘ及びＹを計算することによって変数変換する手段（２）と、
   前記電流のｄ軸成分及びｑ軸成分の最小値及び最大値を推測するためにＸ及びＹの最小値及び最大値を決定する手段（３）と、
   測定された前記電流のｄ軸成分及びｑ軸成分と、前記最小値及び最大値とを比較する手段（４）と
   を備えることを特徴とするシステム。
5. 前記電流のｑ軸成分の最小値及び最大値から前記トルクの最小値及び最大値を計算する手段、及び車両のトルク測定手段（７）によって測定されたトルクと、前記トルクの最小値及び最大値とを比較する手段とを更に備える、請求項４に記載のシステム。
6. 測定された値の内の一つが、決定された有界の範囲外である場合に、少なくとも一つの信号を生成する手段（５）を備える、請求項４又は５に記載のシステム。

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