JP2017093270A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力トルクの算出負荷の軽減されたモータ制御装置を提供する。【解決手段】ロータの回転数とバッテリ電圧とに基づいて最大定格トルクを算出する最大定格トルク算出部と、ステータを流れる電流と出力トルクとの対応関係を示す出力トルクマップの記憶されたメモリと、最大定格トルク、ステータを流れる電流、および、出力トルクマップに基づいて出力トルクを推定する出力トルク推定部と、目標トルクと出力トルクとの偏差、および、ロータの回転角に基づいてインバータを制御する制御部と、を有する。第１タスクにおいて出力トルク推定部は、出力トルクマップにおける出力トルクの算出に用いる範囲を選択し、第１タスクよりも周期の早い第２タスクにおいて出力トルク推定部は、出力トルクマップにおける選択された範囲と、ステータを流れる電流とに基づいて出力トルクを推定する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータを制御するモータ制御装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、交流電動機を回転駆動する駆動制御装置が知られている。この駆動制御装置は、交流電動機の出力トルク値を検出するトルク検出手段と、検出した出力トルク値と所与のトルク指令値との差を表すトルク偏差を生成する手段と、トルク偏差を無くすように矩形波電圧の位相を設定する位相設定手段と、を有する。

特開２０００−５０６８９号公報

特許文献１に記載のトルク検出手段は、トルクセンサを用いて出力トルク値（以下、単に出力トルクと示す）を検出している。しかしながら出力トルクの検出方法は、他にもある。例えば、交流電動機（以下、単にモータと示す）に流れる電流と出力トルクとの対応関係を示す出力トルクマップを予め記憶しておき、その出力トルクマップと検出した電流とに基づいて出力トルクを算出する方法も考えられる。

ところでモータを高精度に制御しようとする場合、付与されるトルク指令値に対する出力トルクの応答性を高めることが必要になる。これを実現するには、出力トルクの算出周期を短くして、出力トルクを高頻度に検出する必要がある。しかしながら出力トルクを検出するためにはその検出負荷（算出負荷）に応じた時間が必要となる。そのため出力トルクの算出周期を短くするには、出力トルクの算出負荷を軽減しなくてはならない。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、出力トルクの算出負荷の軽減されたモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するための開示された発明の１つは、ロータとステータとを有するモータ（３００）を制御するモータ制御装置であって、
ロータの回転数と、ステータに電気的に接続されたインバータ（２００）に入力されるバッテリ電圧とに基づいてモータに発生することのできる最大定格トルクを算出する最大定格トルク算出部（３０）と、
ステータを流れる電流と、モータに発生する出力トルクとの対応関係を示す出力トルクマップの記憶されたメモリ（４０）と、
最大定格トルク算出部によって算出された最大定格トルク、ステータを流れる電流、および、メモリに記憶された出力トルクマップに基づいて出力トルクを推定する出力トルク推定部（５０）と、
外部制御装置（５００）から入力される目標トルクと出力トルク推定部によって推定された出力トルクとの偏差、および、ロータの回転角に基づいてインバータを制御する制御部（６０）と、を有し、
独立した周期的なタスクを、第１タスク、第１タスクよりも周期の早いタスクを第２タスクとすると、
第１タスクにおいて、最大定格トルク算出部は最大定格トルクを算出し、出力トルク推定部は最大定格トルク算出部の算出した最大定格トルクに基づいて出力トルクマップにおける出力トルクの算出に用いる範囲を選択し、
第２タスクにおいて、出力トルク推定部は出力トルクマップにおける選択された範囲と、ステータを流れる電流とに基づいて出力トルクを推定する。

このように本発明では、第１タスクにおいて出力トルクマップにおける出力トルクの算出に用いる範囲を選択している。そのため第２タスクにおいて範囲の狭められた出力トルクマップを用いて出力トルクを算出することができる。この結果、出力トルクの算出負荷が軽減される。ひいては、出力トルクを推定する第２タスクの周期を短くすることができる。

なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。

第１実施形態に係るモータ制御装置の概略構成を示すブロック図である。 最大定格トルクを示すグラフ図である。 出力トルクマップを示す図表である。 出力トルクを示すグラフ図である。 低周期タスクにおける探索範囲の決定処理を示すフローチャートである。 高周期タスクにおける出力トルクの算出処理を示すフローチャートである。 補助マップを用いた探索範囲の決定処理を説明するための図表である。 第２実施形態の出力トルクマップを示す図表である。 第２実施形態の出力トルクマップを示す図表である。 第２実施形態の出力トルクマップを示す図表である。 第２実施形態の低周期タスクにおける探索範囲の決定処理を説明するためのフローチャートである。 出力トルクマップの変形例を示す図表である。 出力トルクマップの変形例を示す図表である。 出力トルクマップの変形例を示す図表である。

以下、本発明に係るモータ制御装置を、ハイブリッド車両に搭載されたモータを制御する電子制御装置に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図６に基づいて本実施形態に係る電子制御装置を説明する。なお図１においては電子制御装置１００の他に、インバータ２００、モータ３００、高圧バッテリ４００、および、上位ＥＣＵ５００を図示している。上位ＥＣＵ５００は外部制御装置に相当する。

図１に示すように電子制御装置１００はインバータ２００と電気的に接続されている。そしてインバータ２００はモータ３００および高圧バッテリ４００それぞれと電気的に接続されている。電子制御装置１００はインバータ２００を構成するスイッチ素子をＰＷＭ制御する。これによりモータ３００の３相ステータコイルと高圧バッテリ４００との電気的な接続が制御され、３相ステータコイルに３相交流が流れる。この結果、３相ステータコイルから３相回転磁界が発生する。本実施形態のモータ３００のロータは、永久磁石が積層鉄心に埋め込まれて成る埋込磁石形回転子である。ロータから発せられる磁界と３相回転磁界とが交差すると、ロータに回転トルクが発生する。この回転トルクによってモータ３００の回転が促される、若しくは、妨げられる。本実施形態のモータ３００はハイブリッド車両の出力軸に連結されている。したがって上記の回転トルクによってハイブリッド車両の推進力や制動力が発生される。

なおハイブリッド車両の動力源としては、モータ３００の他に内燃機関がある。またハイブリッド車両には発電機も搭載されている。これらモータ３００、内燃機関、および、発電機は、動力分配機構を介して連結されている。この動力分配機構は、例えば遊星歯車である。

電子制御装置１００はハイブリッド車両に設けられた各種センサと電気的に接続されている。図１にその代表として、電流センサ１０１、回転角センサ１０２、および、電圧センサ１０３を図示する。電流センサ１０１は３相交流を検出する。回転角センサ１０２はロータの回転角を検出する。電圧センサ１０３は高圧バッテリ４００のバッテリ電圧を検出する。電子制御装置１００はこれらセンサ１０１〜１０３の検出信号に基づいて、ロータに発生している回転トルク（以下、出力トルクと示す）を推定する。

図１に示すように電子制御装置１００は、パワーマネジメントＥＣＵなどの上位ＥＣＵ５００と図示しないバス配線を介して通信可能となっている。上位ＥＣＵ５００はロータに発生させたい回転トルク（以下、目標トルクと示す）を電子制御装置１００に通知する。電子制御装置１００は目標トルクと出力トルクとの偏差を算出する。そして電子制御装置１００は算出した偏差がゼロとなるように、インバータ２００に出力するＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。

また電子制御装置１００は、回転角センサ１０２の検出信号に基づいて、インバータ２００を構成する複数のスイッチ素子のいずれにＰＷＭ信号を出力するのかを決定する。より具体的に言えば、電子制御装置１００はロータが電気角で６０°回転する毎に、インバータ２００を構成する複数のスイッチ素子のいずれにＰＷＭ信号を出力するのかを決定する。これにより３相ステータコイルに３相交流が流れる。

電子制御装置１００は、独立した周期的なタスクとして、低周期タスクと高周期タスクを有する。低周期タスクは高周期タスクよりも周期が長い。例えば低周期タスクは数ｍｓオーダーで実行される。高周期タスクは数十μｓオーダーで実行される。電子制御装置１００は低周期タスクにおいて、後述するように出力トルクを推定するための出力トルクマップの探索範囲を決定する。そして電子制御装置１００は高周期タスクにおいて出力トルクを推定し、上記のＰＷＭ信号を生成する。低周期タスクが第１タスクに相当する。高周期タスクが第２タスクに相当する。

次に、電子制御装置１００の詳細構成を説明する。図１に示すように電子制御装置１００は、ｄｑ軸変換部１０、回転数演算部２０、最大定格トルク算出部３０、メモリ４０、出力トルク推定部５０、および、制御部６０を有する。

ｄｑ軸変換部１０の入力端子は、電流センサ１０１および回転角センサ１０２と電気的に接続されている。そしてｄｑ軸変換部１０の出力端子は出力トルク推定部５０と電気的に接続されている。電流センサ１０１は３相交流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのうち、少なくとも２つを検出する。ｄｑ軸変換部１０は電流センサ１０１によって検出された３相電流を、回転角センサ１０２によって検出された回転角θｒに基づいて、磁束成分にかかわるｄ軸電流ｉｄと、トルク成分にかかわるｑ軸電流ｉｑとに変換する。ｄｑ軸変換部１０はこのｄ軸電流とｑ軸電流それぞれを出力トルク推定部５０に出力する。

回転数演算部２０の入力端子は回転角センサ１０２と電気的に接続されている。そして回転数演算部２０の出力端子は最大定格トルク算出部３０と電気的に接続されている。回転数演算部２０は回転角センサ１０２の検出信号に基づいて、ロータの回転数を検出する。回転数演算部２０はこの回転数を最大定格トルク算出部３０に出力する。

最大定格トルク算出部３０の入力端子は、回転数演算部２０および電圧センサ１０３と電気的に接続されている。そして最大定格トルク算出部３０の出力端子は出力トルク推定部５０と電気的に接続されている。最大定格トルク算出部３０は、図２に示す回転数およびバッテリ電圧と最大定格トルクとの対応関係を示す最大定格トルクマップを記憶している。最大定格トルクは回転数とバッテリ電圧とによってロータに発生することのできる回転トルクの最大値である。最大定格トルク算出部３０は回転数演算部２０から入力される回転数と電圧センサ１０３から入力されるバッテリ電圧、および、記憶している最大定格トルクマップに基づいて、最大定格トルクを算出する。最大定格トルク算出部３０は算出した最大定格トルクを出力トルク推定部５０に出力する。なお図２に曲線矢印で示すように、最大定格トルクは回転数が高まるにつれて低下する傾向を示す。

メモリ４０は、ｄ軸電流およびｑ軸電流と出力トルクとの対応関係を示す出力トルクマップを記憶している。図３に出力トルクマップの一例を示す。出力トルクマップは行列表記される。この行列の１行目にｄ軸電流が配置され、１列目にｑ軸電流が配置されている。そして出力トルクは、ｎ、ｍを２以上の自然数とすると、ｎ行ｍ列に配置されている。このｎ行ｍ列に配置された出力トルクは、その行番号に対応するｑ軸電流の値と、列番号に対応するｄ軸電流の値とに対応している。ｄ軸電流は、列番号が増大するにしたがってマイナスからプラスへと増大するように配置されている。同様にしてｑ軸電流は、行番号が増大するにしたがってマイナスからプラスへと増大するように配置されている。本実施形態のメモリ４０には、図３に示す出力トルクマップが記憶されている。

出力トルクをＴ、モータ３００の磁極数をＰ、φを永久磁石の電機子鎖交磁束数、ｄ軸電流をｉｄ、ｑ軸電流をｉｑ、ｄ軸のリアクタンスをＬｄ、ｑ軸のリアクタンスをＬｑとすると、Ｔ＝Ｐ{φ×ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉｄ×ｉｑ}と表される。上記したように本実施形態のロータは埋込磁石形回転子である。この場合、Ｌｄ＜Ｌｑとなる。

ところでｑ軸電流を−ｉｄとすると、出力トルクは−Ｔとなる。このように出力トルクの正負は、ｑ軸電流の正負（流動方向）によって定まる。例えば図３に示すように、ｄ軸電流が０Ａであり、ｑ軸電流が−１５０Ａである時の出力トルクは−３５Ｎｍとなる。これに対してｄ軸電流が０Ａであり、ｑ軸電流が１５０Ａである時の出力トルクは３５Ｎｍとなる。

また上記式からも明りょうなように、ｄ軸電流がマイナスの場合、プラスの場合と比べて出力トルクの絶対値が大きくなる。例えば図３に示すように、ｄ軸電流が−１００Ａであり、ｑ軸電流が−１５０Ａである時の出力トルクの絶対値は６５Ｎｍである。これに対してｄ軸電流が１００Ａであり、ｑ軸電流が１５０Ａである時の出力トルクの絶対値は３０Ｎｍである。そのために電子制御装置１００は、インバータ２００によってモータ３００を制御する際、ｄ軸電流を０以下の値で制御する。

さらに言えば図３に示すように、ｑ軸電流が一定の場合においてｄ軸電流がゼロから減少すると、出力トルクの絶対値が増大する。例えばｑ軸電流が２５０Ａのとき、ｄ軸電流はゼロからマイナスへと向かうにしたがって、５０Ｎｍ，７０Ｎｍ，８０Ｎｍ，１００Ｎｍ，１１０Ｎｍ，１３０Ｎｍと変化する。このようにｑ軸電流が一定の場合、ｄ軸電流がゼロの時に、モータ３００の制御範囲において出力トルクは最低値となる。

以上に示したように出力トルクの正負はｑ軸電流の正負によって定まる。そして出力トルクの最低値は、モータ３００の制御範囲においてｄ軸電流がゼロの時になる。

出力トルク推定部５０の入力端子は、ｄｑ軸変換部１０、最大定格トルク算出部３０、および、メモリ４０それぞれと電気的に接続されている。そして出力トルク推定部５０の出力端子は制御部６０と電気的に接続されている。

出力トルク推定部５０は上記の低周期タスクにおいて、最大定格トルク算出部３０から入力される最大定格トルクに基づいて、出力トルクマップにおける出力トルクの推定に用いる探索範囲を確定する。そして出力トルク推定部５０は上記の高周期タスクにおいて、低周期タスクで求めた探索範囲、および、ｄｑ軸変換部１０から入力されるｄ軸電流とｑ軸電流に基づいて、出力トルクを推定する。出力トルク推定部５０は、その推定した出力トルクを制御部６０に出力する。

以下、探索範囲の確定を説明する。上記したように出力トルクの最低値は、モータ３００の制御範囲においてｄ軸電流がゼロの時である。そこで出力トルク推定部５０は、最大定格トルクの絶対値と、出力トルクマップに含まれるｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値との差分値を算出する。そして出力トルク推定部５０は、その差分値が閾値以下となる場合のｑ軸電流を含む範囲を、出力トルクを算出する際の探索範囲として確定する。これによれば、探索範囲には最大定格トルク以下の出力トルクが含まれることとなる。これにより出力トルク推定部５０は、出力トルクの算出に必要な出力トルクマップの範囲を確保する。

図３に示すように、ｄ軸電流が０Ａであり、ｑ軸電流が−２５０Ａ，−２００Ａ，−１５０Ａ，−１００Ａと変化するにしたがって、出力トルクは−５０Ｎｍ，−４５Ｎｍ，−３５Ｎｍ，２０Ｎｍと変化する。出力トルク推定部５０はこれら出力トルクの絶対値と最大定格トルクの絶対値との差分値を順次算出する。そして出力トルク推定部５０は、順次算出する差分値が閾値以下になるか否かを判定する。例えば最大定格トルクが３０の場合、出力トルクの絶対値が３５の時の差分値が閾値以下となる。また、ｄ軸電流が０Ａであり、ｑ軸電流が２５０Ａ，２００Ａ，１５０Ａ，１００Ａと変化するにしたがって、出力トルクは５０Ｎｍ，４５Ｎｍ，３５Ｎｍ，２０Ｎｍと変化する。この場合、出力トルクの絶対値が３５の時に差分値が閾値以下となる。したがって出力トルク推定部５０は、図３において一点鎖線で囲って示すように、出力トルクマップにおけるｑ軸電流が−１５０Ａ以上１５０Ａ以下の範囲を、探索範囲として選択する。これにより探索範囲がもとの出力トルクマップよりも狭まる。なお上記の閾値は、出力トルクマップに含まれるｄ軸電流とｑ軸電流の値の細かさ、すなわち出力トルクの値の細かさに応じて決定される。閾値は、出力トルクの刻み幅の最小値に基づいて決定される。

図４に、横軸をｄ軸電流、縦軸をｑ軸電流とするグラフに値が一定の出力トルクを複数図示する。このグラフに破線でもってｑ軸電流が０以上における出力トルクマップの範囲を記載する。この破線で示した範囲は、上記の探索範囲の確定によって、一点鎖線でもって示される探索範囲に狭められることとなる。なお出力トルク推定部５０の低周期タスクおよび高周期タスクそれぞれにおける出力トルク推定部５０の処理については、後で図５および図６に基づいて改めて説明する。

制御部６０は高周期タスクにおいてＰＷＭ信号を生成する。制御部６０は図１に示すように差分演算部６１、位相演算部６２、振幅演算部６３、振幅変換部６４、３軸変換部６５、ＰＷＭ制御部６６を有する。

差分演算部６１の入力端子は、出力トルク推定部５０および上位ＥＣＵ５００と電気的に接続されている。そして差分演算部６１の出力端子は位相演算部６２と電気的に接続されている。差分演算部６１は出力トルク推定部５０から入力される出力トルクと、上位ＥＣＵ５００から入力される目標トルクとの偏差ΔＴを算出する。そして差分演算部６１はその偏差ΔＴを位相演算部６２に出力する。

位相演算部６２の入力端子は差分演算部６１と電気的に接続されている。そして位相演算部６２の出力端子は振幅変換部６４と電気的に接続されている。位相演算部６２は差分演算部６１から入力される偏差ΔＴと記憶している比例定数とに基づいて進角位相θｖを算出する。そして位相演算部６２はその進角位相θｖを振幅変換部６４に出力する。

振幅演算部６３の入力端子は電圧センサ１０３と電気的に接続されている。そして振幅演算部６３の出力端子は振幅変換部６４と電気的に接続されている。振幅演算部６３は電圧センサ１０３から入力されるバッテリ電圧ＶＨに記憶している変調率αを乗算することで振幅Ｖｒを算出する。そして振幅演算部６３はその振幅Ｖｒを振幅変換部６４に出力する。なお変調率αは振幅演算部６３が記憶しているのではなく、外部から入力される構成を採用することもできる。

振幅変換部６４の入力端子は、位相演算部６２および振幅演算部６３と電気的に接続されている。そして振幅変換部６４の出力端子は３軸変換部６５と電気的に接続されている。振幅演算部６３は位相演算部６２から入力される進角位相θｖを用いて、振幅演算部６３から入力される振幅Ｖｒをｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとに変換する。詳しく言えば、振幅変換部６４はＶｄ＝Ｖｒｃｏｓθｖ、Ｖｑ＝Ｖｒｓｉｎθｖの演算を行う。そして振幅変換部６４は変換した電圧Ｖｄ，Ｖｑを３軸変換部６５に出力する。

３軸変換部６５の入力端子は、回転角センサ１０２および振幅変換部６４と電気的に接続されている。そして３軸変換部６５の出力端子はＰＷＭ制御部６６と電気的に接続されている。３軸変換部６５は回転角センサ１０２から入力される回転角θｒに基づいて、振幅変換部６４から入力される電圧Ｖｄ，Ｖｑを３軸電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。そして３軸変換部６５は変換した３軸電圧Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＰＷＭ制御部６６に出力する。

ＰＷＭ制御部６６の入力端子は、３軸変換部６５および回転角センサ１０２と電気的に接続されている。そしてＰＷＭ制御部６６の出力端子はインバータ２００と電気的に接続されている。ＰＷＭ制御部６６は３軸変換部６５から入力される３軸電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。そしてＰＷＭ制御部６６は回転角センサ１０２から入力される回転角θｒに基づいて、インバータ２００を構成する複数のスイッチ素子のいずれにＰＷＭ信号を出力するのかを決定する。

なおインバータ２００は３相ステータコイルに対応して、２つのスイッチ素子が直列接続されて成るスイッチ群を３つ有する。ＰＷＭ制御部６６は、これら３つのスイッチ群のうちの１つにＰＷＭ信号ＵＵ，ＵＬを出力し、残りの２つのうちの１つにＰＷＭ信号ＶＵ，ＶＬを出力し、最後の１つにＰＷＭ信号ＷＵ，ＷＬを出力する。

次に、図３および図５に基づいて、出力トルク推定部５０の低周期タスクにおける探索範囲の決定処理を説明する。図３においては、図５に示すステップＳ２０とステップＳ３０を説明するためのインデックスｎを、２行目から１２行目へと向かって順に０〜１０と付与している。０はインデックスｎの最小値であり、以下においてはＩｎｄｅｘｍと示す。そして１０はインデックスｎの最大値であり、以下においてはＩｎｄｅｘＭと示す。

先ず出力トルク推定部５０は、図５に示すステップＳ１０において最大定格トルクを取得する。そして出力トルク推定部５０はステップＳ２０へと進む。

ステップＳ２０は、ステップＳ２１〜Ｓ２４からなる昇順探索である。ステップＳ２１とステップＳ２２は、インデックスｎをＩｎｄｅｘｍからＩｎｄｅｘＭへと向かって、順に＋１ずつ変化させることを示している。そしてステップＳ２３は、最大定格トルクの絶対値｜Ｔｍｒ｜が、インデックスｎにおけるｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値｜Ｔｍ０｜よりも低いか否かを判定することを示している。出力トルク推定部５０はステップＳ２０へ進むと、インデックスｎを０から１０へと向かって昇順探索する。そして出力トルク推定部５０は、｜Ｔｍｒ｜が｜Ｔｍ０｜よりも低い場合の上限インデックスを見つけると、ステップＳ２４へと進み、次のステップＳ３０へと進む。図３に、インデックス０から２まで昇順探索した結果、上限インデックスとして２を検出した場合の例を示す。

ステップＳ３０は、ステップＳ３１〜Ｓ３４からなる降順探索である。ステップＳ３１とステップＳ３２は、インデックスｎをＩｎｄｅｘＭからＩｎｄｅｘｍへと向かって、順に−１ずつインデックスを変化させることを示している。そしてステップＳ３３は、最大定格トルクの絶対値｜Ｔｍｒ｜が、インデックスｎにおけるｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値｜Ｔｍ０｜よりも低いか否かを判定することを示している。出力トルク推定部５０はステップＳ３０へ進むと、インデックスｎを１０から０へと向かって降順探索する。そして出力トルク推定部５０は、｜Ｔｍｒ｜が｜Ｔｍ０｜よりも低い場合の下限インデックスを見つけると、ステップＳ３４へと進み、低周期タスクにおける探索範囲の決定処理を終了する。図３に、インデックスｎを１０から８まで降順探索した結果、下限インデックスとして８を検出した場合の例を示す。この例の場合、出力トルク推定部５０は出力トルクマップにおけるインデックス２〜８を含む範囲を探索範囲として確定する。

次に、図６に基づいて、出力トルク推定部５０の高周期タスクにおける出力トルクの算出処理を説明する。図６に示すように高周期タスクにおける算出処理は１つのステップで表すことができる。ステップＳ１００において出力トルク推定部５０は、探索範囲の中から、入力されるｄ軸電流とｑ軸電流に対応する出力トルクを探索して算出する。上記したように高周期タスクは低周期タスクよりも周期が短い。しかしながら上記したように探索範囲は出力トルクマップの全範囲よりも狭い。したがって出力トルク推定部５０の高周期タスクにおける出力トルクの探索時間は短くなっている。

次に、本実施形態に係る電子制御装置１００の作用効果を説明する。上記したように、電子制御装置１００は低周期タスクで出力トルクマップにおける出力トルクの算出に用いる探索範囲を検出している。そのために電子制御装置１００は高周期タスクにおいて出力トルクマップの全範囲よりも範囲の狭い探索範囲を用いて出力トルクを推定することができる。この結果、出力トルクの算出負荷が軽減される。ひいては、出力トルクを推定する高周期タスクの周期を短くすることができる。

出力トルク推定部５０は、最大定格トルクの絶対値と、出力トルクマップに含まれるｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値との差分値を算出し、その差分値が閾値以下となる場合のｑ軸電流を含む範囲を、出力トルクを算出する際の探索範囲として確定する。これによれば出力トルクの算出に必要な探索範囲を確保しつつ、高周期タスクにおける出力トルクの算出負荷を軽減することができる。

メモリ４０には、１つの出力トルクマップが記憶されている。これによれば、複数の出力トルクマップがメモリ４０に記憶される構成と比べて、メモリ４０に記憶される出力トルクマップにかかわる記憶容量を低くすることができる。

本実施形態では、メモリ４０に出力トルクマップが記憶された例を示した。しかしながらメモリ４０には出力トルクマップの他に、図７に示す補助トルクマップが記憶された構成を採用することもできる。補助トルクマップには、ｄ軸電流がゼロの時のｑ軸電流に対する出力トルクが記憶されている。この変形例の場合に出力トルク推定部５０は、低周期タスクにおいて補助トルクマップを用いて上限インデックスと下限インデックスとを算出し、探索範囲を確定する。これによれば、出力トルクマップを用いて探索範囲を確定する構成と比べて、低周期タスクにおける処理負荷が軽減される。

本実施形態では、昇順探索と降順探索の両方を実施する例を示した。しかしながら図３に示すように出力トルクの絶対値はｑ軸電流の絶対値によって定まる。したがって出力トルクマップにおけるｑ軸電流のマイナスの最大値とプラスの最大値の両者の絶対値が相等しく、ｑ軸電流の刻み幅が一定で、ｑ軸電流の総数が奇数の場合、昇順探索と降順探索の一方を行うだけでもよい。例えば図３に示すように昇順探索によって上限インデックスが２と定まった場合、それは最小インデックス０から２だけ増加したことを示すこととなる。この場合、最大インデックス１０から２を減算することで、下限インデックスを８として求めることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図８〜図１１に基づいて説明する。第２実施形態に係る電子制御装置は上記した実施形態によるものと共通点が多い。そのため以下においては共通部分の説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また以下においては上記した実施形態で示した要素と同一の要素には同一の符号を付与する。

第１実施形態では、メモリ４０に１つの出力トルクマップが記憶され、その１つの出力トルクマップにおいて探索範囲が求められる例を示した。これに対して本実施形態では、メモリ４０にｑ軸電流の絶対値の記憶範囲の相異なる複数の出力トルクマップが記憶され、その複数の出力トルクマップの中の１つを選択することで探索範囲を求める点を特徴とする。

メモリ４０には、例えば図８〜図１０に示す出力トルクマップが記憶されている。図８の出力トルクマップのｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値の最大値は５０Ｎｍである。図９の出力トルクマップのｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値の最大値は３５Ｎｍである。図１０の出力トルクマップのｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値の最大値は１０Ｎｍである。

出力トルク推定部５０は低周期タスクにおいて、複数の出力トルクマップそれぞれのｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの最大値の絶対値と最大定格トルクの絶対値との差分値を算出する。そして出力トルク推定部５０は、その差分値が閾値以下となる場合の出力トルクマップを、出力トルクを算出する際の探索範囲として選択する。

次に、図８〜図１１に基づいて、出力トルク推定部５０の低周期タスクにおける探索範囲の決定処理を説明する。以下、図８〜図１０に示す出力トルクマップを、順に第０〜第２出力トルクマップと示す。

先ず出力トルク推定部５０は、図１１に示すステップＳ１０において最大定格トルクを取得する。そして出力トルク推定部５０はステップＳ４０へと進む。

ステップＳ４０は、ステップＳ４１〜Ｓ４４からなる昇順探索である。ステップＳ４１とステップＳ４２は、出力トルクマップの番数ｎを最小値（０）から最大値Ｍ（２）へと向かって、順に＋１ずつ変化させることを示している。そしてステップＳ４３は、最大定格トルクの絶対値｜Ｔｍｒ｜が、番数ｎの出力トルクマップにおけるｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値｜Ｔｍ０｜よりも低いか否かを判定することを示している。出力トルク推定部５０はステップＳ４０へ進むと、番数ｎを０から２へと向かって昇順探索する。そして出力トルク推定部５０は、｜Ｔｍｒ｜が｜Ｔｍ０｜よりも低い場合の番数を見つけると、ステップＳ４４へと進み、低周期タスクにおける探索範囲の決定処理を終了する。例えば最大定格トルクが３０Ｎｍの場合、出力トルク推定部５０は図９に示す第１出力トルクマップを探索範囲として選択する。

以上の構成によれば、第１実施形態と同様にして、出力トルクの算出に必要な探索範囲を確保しつつ、高周期タスクにおける出力トルクの算出負荷を軽減することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

各実施形態では、本発明に係るモータ制御装置をハイブリッド車両に搭載されたモータを制御する電子制御装置に適用した例を示した。しかしながら上記例に限定されず、例えば本発明に係るモータ制御装置を電気自動車に搭載されたモータを制御する電子制御装置に適用してもよい。

（第１の変形例）
各実施形態では、出力トルクマップにｄ軸電流のマイナス値とプラス値、および、ｑ軸電流のマイナス値とプラス値それぞれに対応する出力トルクが記憶された例を示した。しかしながら上記したように出力トルクの正負はｑ軸電流の正負によって定まる。したがって例えば図１２に示す出力トルクマップに対して、図１３に示すようにｑ軸電流のマイナス値を除いた出力トルクマップを採用することもできる。この変形例の場合、ｑ軸電流の絶対値とｄ軸電流とに基づいて、図１３に示す出力トルクマップから出力トルクの絶対値を算出することができる。そして出力トルクの発生方向をｑ軸電流の正負（流動方向）に基づいて算出することができる。これによれば出力トルクマップにｑ軸電流がプラスとマイナスの両方の値が含まれる構成と比べて、メモリ４０に記憶される出力トルクマップにかかわる記憶容量を低くすることができる。

（第２の変形例）
また、上記したように電子制御装置１００は、インバータ２００によってモータ３００を制御する際、ｄ軸電流を０以下の値で制御する。したがって図１４に示すように、出力トルクマップにはｄ軸電流がゼロ以下の範囲のみが含まれた構成を採用することもできる。これによれば出力トルクマップにｄ軸電流がプラスとマイナスの両方の値が含まれる構成と比べて、メモリ４０に記憶される出力トルクマップにかかわる記憶容量を低くすることができる。なお図１４に示す出力トルクマップでは、ｄ軸電流が２５０の時に出力トルクの値としてゼロが記憶されている。これは線形補完によって出力トルクマップの探索時間を算出するためのものである。

（その他の変形例）
各実施形態ではハイブリッド車両に発電機が搭載されている例を示した。しかしながらハイブリッド車両に発電機が搭載されていなくともよい。

各実施形態では、最大定格トルクの絶対値と、出力トルクマップに含まれるｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値との差分値が閾値以下となる場合のｑ軸電流を含む範囲を、出力トルクを算出する際の探索範囲として確定する例を示した。しかしながらこの場合、厳密に言えば、ｄ軸電流がゼロの時の出力トルクにおいて、最大定格トルクとの差が閾値以下ではあるが、探索範囲には最大定格トルクよりも低い値しか含まれなくなる虞がある。しかしながら第１実施形態で示したようにｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値の大きい方向から順に、上限インデックスと下限インデックスとを探索している。また第２実施形態で示したように、ｄ軸電流がゼロの時の出力トルクの絶対値の最大値の大きい出力トルクマップから順に、対応する出力トルクマップを探索している。これによれば、最大定格トルクと差分する出力トルクの絶対値が、最大定格トルクの絶対値を下回ることが抑制される。この結果、ｄ軸電流がゼロの時の出力トルクにおいて、探索範囲には最大定格トルクよりも低い値しか含まれなくなることが抑制される。すなわち、ｄ軸電流がゼロの時の出力トルクにおいて、探索範囲に最大定格トルクが含まれなくなることが抑制される。

各実施形態では、モータ３００のロータが埋込磁石形回転子である例を示した。しかしながらロータとしては上記例に限定されない。例えばロータは、永久磁石が積層鉄心の表面に設けられて成る表面磁石形回転子でもよい。

３０…最大定格トルク算出部
４０…メモリ
５０…出力トルク推定部
６０…制御部
１００…電子制御装置
２００…インバータ
３００…モータ
５００…上位ＥＣＵ

Claims (7)

1. ロータとステータとを有するモータ（３００）を制御するモータ制御装置であって、
   前記ロータの回転数と、前記ステータに電気的に接続されたインバータ（２００）に入力されるバッテリ電圧とに基づいて前記モータに発生することのできる最大定格トルクを算出する最大定格トルク算出部（３０）と、
   前記ステータを流れる電流と、前記モータに発生する出力トルクとの対応関係を示す出力トルクマップの記憶されたメモリ（４０）と、
   前記最大定格トルク算出部によって算出された前記最大定格トルク、前記ステータを流れる電流、および、前記メモリに記憶された前記出力トルクマップに基づいて前記出力トルクを推定する出力トルク推定部（５０）と、
   外部制御装置（５００）から入力される目標トルクと前記出力トルク推定部によって推定された前記出力トルクとの偏差、および、前記ロータの回転角に基づいて前記インバータを制御する制御部（６０）と、を有し、
   独立した周期的なタスクを、第１タスク、前記第１タスクよりも周期の早いタスクを第２タスクとすると、
   前記第１タスクにおいて、前記最大定格トルク算出部は前記最大定格トルクを算出し、前記出力トルク推定部は前記最大定格トルク算出部の算出した前記最大定格トルクに基づいて前記出力トルクマップにおける前記出力トルクの算出に用いる範囲を選択し、
   前記第２タスクにおいて、前記出力トルク推定部は前記出力トルクマップにおける選択された範囲と、前記ステータを流れる電流とに基づいて前記出力トルクを推定するモータ制御装置。
2. 前記ステータを流れる電流を、前記ロータの回転角に基づいて、磁束成分にかかわるｄ軸電流と、トルク成分にかかわるｑ軸電流とに変換するｄｑ軸変換部（１０）を有し、
   前記出力トルクマップは、前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流と、前記出力トルクとの対応関係を示しており、
   前記出力トルク推定部は、前記第１タスクにおいて、前記出力トルクマップにおいて前記ｄ軸電流がゼロである時の前記出力トルクの絶対値が、少なくとも前記最大定格トルクの絶対値以下の範囲にある前記ｑ軸電流を選択し、前記出力トルクマップにおける選択した前記ｑ軸電流に対応する範囲を、前記出力トルクの算出に用いる範囲として選択する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記メモリには、前記出力トルクマップが１つ記憶されており、
   前記出力トルク推定部は、前記第１タスクにおいて、１つの前記出力トルクマップにおいて前記ｄ軸電流がゼロである時の前記出力トルクの絶対値が、少なくとも前記最大定格トルクの絶対値以下の範囲にある前記ｑ軸電流を選択し、前記出力トルクマップにおける選択した前記ｑ軸電流に対応する範囲を、前記出力トルクの算出に用いる範囲として選択する請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記メモリには、１つの前記出力トルクマップと、前記ｄ軸電流がゼロである時の前記ｑ軸電流に対応する前記出力トルクの記憶された補助トルクマップと、が記憶されており、
   前記出力トルク推定部は、前記第１タスクにおいて、前記補助トルクマップにおいて前記ｄ軸電流がゼロである時の前記出力トルクの絶対値が、前記最大定格トルクの絶対値以下の範囲にある前記ｑ軸電流を選択し、その選択した前記ｑ軸電流に対応する範囲を、前記出力トルクマップにおける前記出力トルクの算出に用いる範囲として選択する請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記メモリには、前記ｑ軸電流の絶対値の記憶範囲の相異なる前記出力トルクマップが複数記憶されており、
   前記出力トルク推定部は、前記第１タスクにおいて、前記ｄ軸電流がゼロである時の前記出力トルクの絶対値の最大値が、少なくとも前記最大定格トルクの絶対値以下の範囲にある前記ｑ軸電流を有する前記出力トルクマップを複数の前記出力トルクマップの中から１つ選択する請求項２に記載のモータ制御装置。
6. 前記出力トルクマップには、前記ｑ軸電流がゼロ以上の範囲のみが含まれており、
   前記出力トルク推定部は、前記第２タスクにおいて、前記ｑ軸電流の絶対値と前記ｄ軸電流、および、前記出力トルクマップに基づいて前記出力トルクの絶対値を算出し、前記ｑ軸電流の流動方向により前記出力トルクの発生方向を算出する請求項２〜５いずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記出力トルクマップには、前記ｄ軸電流がゼロ以下の範囲が含まれている請求項２〜５いずれか１項に記載のモータ制御装置。

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