JP2017073913A - 回転電機制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動を適切に抑制可能な回転電機制御装置を提供することにある。
第1振動成分抽出部は、回転電機の回転速度から第1の周波数を含む周波数帯の振動成分である第1振動成分を抽出する。第2振動成分抽出部は、前記回転電機の回転速度から第1の周波数とは異なる第2の周波数を含む周波数帯の振動成分である第2振動成分を抽出する。
第1振動成分を抑制する制振トルクを、第2振動成分に応じたゲインを用いて演算することで、第2振動成分を許容範囲内に抑えつつ、第1振動成分を適切に抑制することができる。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による回転電機制御装置を、図1〜図6に基づいて説明する。
まず、駆動システムを図1に示す。図1に示すように、駆動システム1は、エンジン11、回転電機としてのモータジェネレータ12、変速機15、クラッチ17、18、ダンパ19、インバータ20、バッテリ25、回転電機制御装置としてのモータジェネレータ制御部30、および、エンジン制御部50等を備える。駆動システム1が搭載される車両90は、エンジン11およびモータジェネレータ12の駆動力にて走行する、所謂「ハイブリッド車両」である。以下、「モータジェネレータ」を「MG」と記載する。また、図中、制御部を「ECU」と記載する。
MG12は、バッテリ25からの電力で駆動されることによりトルクを発生する電動機としての機能、および、エンジン11による駆動力あるいは車両90の制動時に駆動されて発電する発電機としての機能を有する。本実施形態のMG12は、永久磁石式同期型の3相交流の回転電機である。以下、MG12が電動機として機能する場合を中心に説明する。MG12には、MG12の回転状態を検出する回転センサ13が設けられる。本実施形態の回転センサ13は、回転角θを検出する回転角センサである。
MG12の駆動力は、第2クラッチ18を経由して変速機15に伝達される。
第1クラッチ17は、エンジン11とMG12との間に設けられ、エンジン11とMG12との間の動力伝達を断続可能である。第2クラッチ18は、MG12と変速機15との間に設けられ、MG12と変速機15との間の動力伝達を断続可能である。クラッチ17、18は、油圧駆動式の油圧クラッチであってもよいし、電磁駆動式の電磁クラッチであってもよい。
本実施形態では、エンジン11から駆動輪95に至る駆動力の伝達に係る一連の構成を、パワートレインプラント100とする。
パワートレインプラント100では、ドライブシャフト92、および、ダンパ19において、共振が生じやすい。ドライブシャフト92の共振は、変速機15の変速状態、クラッチ17、18の断接状態、および、路面状態等に応じたトルクがドライブシャフト92に加わり、ドライブシャフト92に捩れが生じることで発生する。
また、ダンパ19の共振は、エンジン11の駆動状態、変速機15の変速状態、クラッチ17、18の断接状態、および、路面状態等に応じたトルクがダンパ19に加わり、ダンパ19に捻れが生じることで発生する。
図2に示すように、車両90の周波数特性によれば、ドライブシャフト92の共振周波数であるDS共振周波数f1、および、ダンパ19の共振周波数であるダンパ共振周波数f2に、比較的大きなピークが存在する。本実施形態では、制振対象をドライブシャフト92とし、ダンパ19の共振を許容範囲内に抑えつつ、ドライブシャフト92の振動を抑制する制振制御処理を行う。制振制御処理の詳細は、後述する。
バッテリ25は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の充放電可能な二次電池により構成される直流電源である。バッテリ25に替えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を直流電源として用いてもよい。
車両制御部60は、いずれも図示しないアクセルセンサ、シフトスイッチ、ブレーキスイッチ、車速センサ等からの信号を取得し、取得されたこれらの信号等に基づき、車両90全体の制御を司る。車両制御部60は、アクセル開度や車速V等に基づいてモータジェネレータ12の駆動に係るトルク指令値trq*を演算する。トルク指令値trq*は、MG制御部30に出力される。
第1周波数演算部31は、車両情報を車両制御部60から取得する。車両情報には、変速機15の変速状態、クラッチ17、18の断接状態、および、路面状態等が含まれる。第1周波数演算部31は、車両情報に基づき、制振対象周波数である第1の周波数を演算する。本実施形態では、振動を抑制する制御対象をドライブシャフト92とするので、第1周波数を、ドライブシャフト92の共振周波数であるDS共振周波数f1とする。
第1振動成分抽出部41は、MG12の回転数Nから、DS共振周波数f1を含む周波数帯の回転振動成分である第1振動成分を抽出するバンドパスフィルタである。回転数Nは、回転センサ13から取得される回転角θに基づき、図示しない速度演算部にて演算される。以下、第1振動成分の振幅をDS共振振幅Adsとし、許容されるDS共振振幅の上限値をDS共振上限値Ads_maxとする。
ゲインKは、図4に示すゲイン演算マップを用い、ダンパ共振振幅Atdがダンパ共振上限値Atd_maxより大きくならないように演算される。図4に示すように、ダンパ共振振幅Atdが閾値Ath以下の場合、ドライブシャフト92の制振効果が最大限に発揮されるように、ゲインKを最大値Kmaxとする。閾値Athは、ゲインKを最大値Kmaxとして制振制御を行ったとしても、ダンパ共振振幅Atdがダンパ共振上限値Atd_maxを超えない値に設定される。
また、ダンパ共振振幅Atdが閾値Athより大きい場合、ダンパ共振振幅Atdが大きくなるほど、ゲインKが小さくなるように設定されている。なお図4では、ダンパ共振振幅Atdが閾値Athより大きい場合、ダンパ共振振幅Atdの増加に伴ってゲインKが線形的に減少するが、非線形的に減少するように設定してもよい。
具体的には、上下限ガード部47は、制振トルクtrq_vが上限ガード値trq_Hより大きい場合、制振FBトルクtrq_fbを、上限ガード値trq_Hとする。
上下限ガード部47は、制振トルクtrq_vが下限ガード値trq_Lより小さい場合、制振FBトルクtrq_fbを下限ガード値trq_Lとする。
上下限を制限することで、例えば制振制御で使用する入力信号の異常時や、CPUの演算異常時に、フィードバックされる制振FBトルクtrq_fbが異常値とならないようにしている。
MG12は、補正後トルク指令値trq**に基づいて制御される。
そこで本実施形態では、ダンパ共振振幅Atdに応じ、制振トルクtrq_vの演算に用いるゲインKを可変にしている。
図5〜図7では、説明を簡単にするため、回転振動成分が一定であるものとした。また、図中、煩雑になることを避けるため、振幅については、正側または負側の一方に記載し、他方における記載を省略した。
ここで、図7の参考例について説明する。図7の例では、制御前DS共振振幅Ads_b、および、制御前ダンパ共振振幅Atd_bは、図5と同じであるものとする。図7では、ダンパ共振振幅Atdによらず、ゲインKを固定値(ここでは、最大値Kmax)とする。図7(a)に示すように、ゲインKを最大値Kmaxとすることで、制御後DS共振振幅Ads_aをDS共振上限値Ads_maxより小さくすることができ、ドライブシャフト92の振動が抑制される。一方、図7(b)に示すように、ゲインKを最大値Kmaxとして演算される制振トルクtrq_vに基づいて制振制御することで、ダンパ19の共振が増幅され、制御後ダンパ共振振幅Atd_aがダンパ共振上限値Atd_maxより大きくなる。換言すると、ダンパ19の共振が、許容範囲を超えている。
第1振動成分抽出部41は、MG12の回転数NからDS共振周波数f1を含む周波数帯の振動成分である第1振動成分を抽出する。
第2振動成分抽出部42は、MG12の回転数NからDS共振周波数f1とは異なるダンパ共振周波数f2を含む周波数帯の振動成分である第2振動成分を抽出する。
指令補正部49は、フィードバックされる制振トルクtrq_vに基づき、MG12の駆動に係るトルク指令値trq*を補正する。なお、制振トルクtrq_vの上下限を制限した制振FBトルクtrq_fbに基づいてトルク指令値trq*を補正することは、「フィードバックされる制振トルクに基づいてトルク指令値を補正する」という概念に含まれるものとする。
第1振動成分を抑制する制振トルクtrq_vを、第2振動成分に応じたゲインKを用いて演算することで、第2振動成分を許容範囲内に抑えつつ、第1振動成分を適切に抑制することができる。
振幅演算部43は、第2振動成分の振幅であるダンパ共振振幅Atdを演算する。ゲイン演算部44は、ダンパ共振振幅Atdに応じて、ゲインKを演算する。
制振トルク演算部45は、ゲインKを用いて第1振動成分をトルク換算した値を、制振トルクtrq_vとする。
これにより、ダンパ共振振幅Atdに応じて適切にゲインKを適切に設定することができ、制振トルクtrq_vを適切に演算することができる。
これにより、比較的共振の大きい部材であるダンパ19の共振が許容範囲を超えることなく、ドライブシャフト92の振動を適切に抑制することができる。
第2振動成分抽出部42は、第1振動成分抽出部41より高次のバンドパスフィルタである。これにより、第2振動成分抽出部42にて抽出される周波数帯が、第1振動成分抽出部41にて抽出される周波数帯より狭くなるので、ダンパ共振振幅Atdをより適切に演算することができる。
(ア)第1周波数、第2周波数
上記実施形態では、制振対象をドライブシャフトとし、第1の周波数をドライブシャフトの共振周波数とする。他の実施形態では、制振対象は、パワートレインプラントに含まれるドライブシャフト以外としてもよく、第1の周波数を、制振対象に応じた周波数としてもよい。
また、第2の周波数として、複数の周波数を選択してもよい。この場合、例えば、複数の第2振動成分抽出部を設け、抽出される周波数帯ごとに、振幅および振幅に基づくゲインを演算し、演算されたゲインのうち、最小値を制振トルクの演算に用いる。これにより、車両の周波数特性に含まれる複数のピークを考慮し、各ピークをそれぞれの許容範囲内に抑えつつ、制振対象の振動を抑制することができる。
第1の周波数を固定値とする場合、第1周波数演算部を省略可能である。また、第2の周波数を固定値とする場合、第2周波数演算部を省略可能である。
上記実施形態では、第1振動成分抽出部および第2振動成分抽出部は、回転電機の回転速度として回転数を用い、回転数の振動成分を抽出する。他の実施形態では、第1振動成分抽出部および第2振動成分抽出部は、回転数に替えて、回転角速度を回転電機の回転速度として、回転角速度の振動成分を抽出するようにしてもよい。また、他の実施形態では、回転角センサに替えて、回転電機の回転角速度を検出する回転速度センサを回転センサとして設けてもよい。
上記実施形態では、第1振動成分抽出部および第2振動成分抽出部は、バンドパスフィルタである。他の実施形態では、第1振動成分抽出部および第2振動成分抽出部の少なくとも一方は、バンドパスフィルタ以外のものであってもよい。例えば、第1の周波数の振動成分を、FFT(高速フーリエ変換)により抽出してもよい。第2の周波数の振動成分も同様である。
上記実施形態では、MG制御部が回転電機制御装置に対応する。他の実施形態では、MG制御部にて行われる処理の一部または全部がMG制御部以外の制御部(例えば車両制御部)にて行われてもよい。すなわち、回転電機制御装置がMG制御部以外の制御部であってもよいし、複数の制御部にて構成されていてもよい。
(エ)回転電機
上記実施形態では、回転電機は、永久磁石式同期型の3相交流の回転電機である。他の実施形態では、永久磁石式同期型の3相回転機に限らず、どのような回転電機を用いてもよい。
上記実施形態では、車両は、駆動源としてエンジンおよび1つの回転電機を備えるハイブリッド車両である。他の実施形態では、駆動源として用いられる回転電機は、複数であってもよい。また、エンジンを省略し、車両が、回転電機を駆動源とする、所謂「EV車両」であってもよい。また、他の実施形態では、車両は、バッテリに替えて燃料電池を用いる燃料電池車両であってもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
30・・・MG制御部(回転電機制御装置)
41・・・第1振動成分抽出部
42・・・第2振動成分抽出部
43・・・振幅演算部
44・・・ゲイン演算部
45・・・制振トルク演算部
49・・・指令補正部
Claims (5)
- 車両(90)の駆動源である回転電機(12)の駆動を制御する回転電機制御装置であって、
前記回転電機の回転速度から第1の周波数を含む周波数帯の振動成分である第1振動成分を抽出する第1振動成分抽出部(41)と、
前記回転電機の回転速度から前記第1の周波数とは異なる第2の周波数を含む周波数帯の振動成分である第2振動成分を抽出する第2振動成分抽出部(42)と、
前記第1振動成分を抑制する制振トルクを、前記第2振動成分に応じたゲインを用いて演算する制振トルク演算部(45)と、
フィードバックされる前記制振トルクに基づき、前記回転電機の駆動に係るトルク指令値を補正する指令補正部(49)と、
を備える回転電機制御装置。 - 前記第2振動成分の振幅を演算する振幅演算部(43)と、
前記振幅に基づき、前記ゲインを演算するゲイン演算部(44)と、
をさらに備え、
前記制振トルク演算部は、前記ゲインを用いて前記第1振動成分をトルク換算した値を前記制振トルクとする請求項1に記載の回転電機制御装置。 - 前記第1の周波数は、ドライブシャフト(92)の共振周波数であり、
前記第2の周波数は、エンジン(11)と前記回転電機との間に設けられるダンパ(19)の共振周波数である請求項1または2に記載の回転電機制御装置。 - 前記第1振動成分抽出部、および、前記第2振動成分抽出部は、バンドパスフィルタである請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記第2振動成分抽出部は、前記第1振動成分抽出部より高次のバンドパスフィルタである請求項4に記載の回転電機制御装置。
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