JP2020137217A - Driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device.
従来、この種の駆動装置としては、複数のスイッチング素子のスイッチングによりモータを駆動するインバータをPWM制御モードで制御する際において、通常時には、各電流振幅に対して出力トルクが最大となる最適な電流位相を結んだ最適効率特性線にモータのトルク指令を適用して電流指令(電流位相および電流振幅)を設定してインバータを制御し、モータの発電電力が過剰になるときには、電流位相を最適値よりも進角させた損失増加特性線にモータのトルク指令を適用して電流指令を設定してインバータを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a drive device of this type, when controlling an inverter that drives a motor by switching a plurality of switching elements in a PWM control mode, the optimum current that maximizes the output torque for each current amplitude is normally used. The torque command of the motor is applied to the optimum efficiency characteristic line connecting the phases to set the current command (current phase and current amplitude) to control the inverter, and when the generated power of the motor becomes excessive, the current phase is set to the optimum value. A method has been proposed in which a current command is set by applying a torque command of a motor to a loss increase characteristic line advanced to control an inverter (see, for example, Patent Document 1).
上述の駆動装置では、損失増加特性線を用いたPWM制御モードでのインバータの制御から矩形波制御モードでのインバータの制御に切り替える際に、電圧位相や電圧位相が急変してモータのトルクが大きく変動する可能性がある。 In the above-mentioned drive device, when switching from the inverter control in the PWM control mode using the loss increase characteristic line to the inverter control in the square wave control mode, the voltage phase and the voltage phase suddenly change and the torque of the motor becomes large. May fluctuate.
本発明の駆動装置は、インバータの制御モードをパルス幅変調制御モードから矩形波制御モードに切り替える際にモータのトルクが大きく変動するのを抑制することを主目的とする。 The main purpose of the drive device of the present invention is to suppress large fluctuations in the torque of the motor when the control mode of the inverter is switched from the pulse width modulation control mode to the square wave control mode.
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The drive device of the present invention has adopted the following means in order to achieve the above-mentioned main object.
本発明の駆動装置は、
モータと、
複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、
前記モータのトルク指令に基づいて前記インバータをパルス幅変調制御モードと矩形波制御モードとを切り替えて制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、
前記パルス幅変調制御モードから前記矩形波制御モードへの切替準備が必要で且つ前記パルス幅変調制御モードでの電圧位相が前記矩形波制御モードでの電圧位相上限よりも大きいときには、
前記パルス幅変調制御モードでの電圧位相が少なくとも前記矩形波制御モードでの電圧位相上限以下に至るまで、
前記トルク指令と前記モータの角速度と前記インバータの入力電圧とに基づく前記矩形波制御モードでの電流進角に向かって徐々に近づくように電流進角指令を設定し、
前記電流進角指令と前記トルク指令とに基づいて前記インバータを制御する、
ことを要旨とする。
The drive device of the present invention
With the motor
An inverter that drives the motor by switching a plurality of switching elements,
A power storage device connected to the inverter via a power line,
A control device that controls the inverter by switching between a pulse width modulation control mode and a square wave control mode based on a torque command of the motor.
It is a drive device equipped with
The control device is
When it is necessary to prepare for switching from the pulse width modulation control mode to the square wave control mode and the voltage phase in the pulse width modulation control mode is larger than the voltage phase upper limit in the square wave control mode.
Until the voltage phase in the pulse width modulation control mode is at least below the upper limit of the voltage phase in the square wave control mode.
The current advance command is set so as to gradually approach the current advance in the square wave control mode based on the torque command, the angular velocity of the motor, and the input voltage of the inverter.
The inverter is controlled based on the current advance command and the torque command.
The gist is that.
この本発明の駆動装置では、パルス幅変調制御モードから矩形波制御モードへの切替準備が必要で且つパルス幅変調制御モードでの電圧位相が矩形波制御モードでの電圧位相上限よりも大きいときには、パルス幅変調制御モードでの電圧位相が少なくとも矩形波制御モードでの電圧位相上限以下に至るまで、トルク指令とモータの角速度とインバータの入力電圧とに基づく矩形波制御モードでの電流進角に向かって徐々に近づくように電流進角指令を設定し、電流進角指令とトルク指令とに基づいてインバータを制御する。こうした制御により、切替準備が必要なときに、モータのトルクがトルク指令からずれるのを抑制することができると共に、パルス幅変調制御モードから矩形波制御モードに切り替えたときに、電圧位相が大きく変動するのを抑制し、モータのトルクが大きく変動するのを抑制することができる。 In the drive device of the present invention, when it is necessary to prepare for switching from the pulse width modulation control mode to the rectangular wave control mode and the voltage phase in the pulse width modulation control mode is larger than the voltage phase upper limit in the rectangular wave control mode, Until the voltage phase in the pulse width modulation control mode is at least below the upper limit of the voltage phase in the rectangular wave control mode, the current advance angle in the rectangular wave control mode based on the torque command, the angular speed of the motor, and the input voltage of the inverter is directed. The current advance command is set so as to gradually approach the inverter, and the inverter is controlled based on the current advance command and the torque command. With such control, it is possible to suppress the torque of the motor from deviating from the torque command when preparation for switching is required, and the voltage phase fluctuates greatly when switching from the pulse width modulation control mode to the square wave control mode. It is possible to suppress the torque of the motor from fluctuating significantly.
ここで、「パルス幅変調制御モードから矩形波制御モードへの切替準備が必要なとき」は、変調率が閾値よりも大きいときであるものとしてもよい。また、「パルス幅変調制御モードでの電圧位相が矩形波制御モードでの電圧位相上限よりも大きいとき」は、弱め界磁制御(モータの制御に用いる電流進角指令を最適進角よりも進角側にしてモータの損失を増加させる制御)を行なっているときであるものとしてもよい。弱め界磁制御は、例えば、蓄電装置の許容入力電力が閾値以下のときに行なわれる。 Here, "when it is necessary to prepare for switching from the pulse width modulation control mode to the rectangular wave control mode" may be when the modulation factor is larger than the threshold value. In addition, when "when the voltage phase in the pulse width modulation control mode is larger than the voltage phase upper limit in the square wave control mode", the field weakening control (the current advance command used for motor control is on the advance side of the optimum advance). It may be the case that the control for increasing the loss of the motor is being performed. The field weakening control is performed, for example, when the allowable input power of the power storage device is equal to or less than the threshold value.
こうした本発明の駆動装置において、前記制御装置は、前記矩形波制御モードでの電流進角を設定する際には、前記トルク指令と前記モータの角速度と前記インバータの入力電圧とに基づいて前記矩形波制御モードでのd軸およびq軸の電流を推定し、前記矩形波制御モードでのd軸およびq軸の電流に基づいて前記矩形波制御モードでの電流進角を設定するものとしてもよい。こうすれば、矩形波時電流進角をより適切に設定することができる。 In such a drive device of the present invention, when the control device sets the current advance angle in the square wave control mode, the control device is based on the torque command, the angular speed of the motor, and the input voltage of the inverter. The d-axis and q-axis currents in the wave control mode may be estimated, and the current advance angle in the square wave control mode may be set based on the d-axis and q-axis currents in the square wave control mode. .. In this way, the current advance angle at the time of a square wave can be set more appropriately.
この場合、前記制御装置は、前記矩形波制御モードでのd軸およびq軸の電流を推定する際には、前記トルク指令と前記モータの角速度と前記インバータの入力電圧とに基づいて前記矩形波制御モードでの電圧位相を推定し、前記矩形波制御モードでの電圧位相と前記インバータの入力電圧とに基づいて前記矩形波制御モードでのd軸およびq軸の電圧を推定し、前記矩形波制御モードでのd軸およびq軸の電圧と前記モータの角速度とに基づいて前記矩形波制御モードでのd軸およびq軸の電流を推定するものとしてもよい。こうすれば、d軸およびq軸の矩形波時電流をより適切に推定することができる。 In this case, when the control device estimates the d-axis and q-axis currents in the square wave control mode, the square wave is based on the torque command, the angular speed of the motor, and the input voltage of the inverter. The voltage phase in the control mode is estimated, and the d-axis and q-axis voltages in the square wave control mode are estimated based on the voltage phase in the square wave control mode and the input voltage of the inverter, and the square wave is estimated. The d-axis and q-axis currents in the square wave control mode may be estimated based on the d-axis and q-axis voltages in the control mode and the angular velocity of the motor. In this way, the d-axis and q-axis square wave currents can be estimated more appropriately.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to Examples.
図1は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図示するように、モータ32と、インバータ34と、蓄電装置としてのバッテリ36と、電子制御ユニット50とを備える。実施例の「駆動装置」としては、主として、モータ32とインバータ34と電子制御ユニット50とが該当する。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of an
モータ32は、同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを備える。このモータ32の回転子は、駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。
The
インバータ34は、モータ32の駆動に用いられる。このインバータ34は、電力ライン38を介してバッテリ36に接続されており、6つのスイッチング素子としてのトランジスタT11〜T16と、6つのトランジスタT11〜T16のそれぞれに並列に接続された6つのダイオードD11〜D16とを有する。トランジスタT11〜T16は、それぞれ、電力ライン38の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるように2個ずつペアで配置されている。また、トランジスタT11〜T16の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ32の三相コイル(U相、V相、W相のコイル)の各々が接続されている。したがって、インバータ34に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット50によってインバータ34の対となるトランジスタT11〜T16のオン時間の割合が調節されることにより、モータ32の三相コイルに回転磁界が形成され、モータ32の回転子が回転駆動される。
The
バッテリ36は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、電力ライン38を介してインバータ34に接続されている。電力ライン38の正極母線と負極母線とには、平滑コンデンサ39が取り付けられている。
The
電子制御ユニット50は、CPU51を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU51に加えて、処理プログラムを記憶するROM52や、データを一時的に記憶するRAM53、入出力ポートを備える。電子制御ユニット50には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット50に入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ(例えばレゾルバ)32aからのモータ32の回転子の回転位置θmや、モータ32のU相、V相に取り付けられた電流センサ32u,32vからのモータ32のU相およびV相の電流Iu,Ivを挙げることができる。また、バッテリ36の端子間に取り付けられた電圧センサ36aからのバッテリ36の電圧Vbや、バッテリ36の出力端子に取り付けられた電流センサ36bからのバッテリ36の電流Ib、バッテリ36に取り付けられた温度センサ36cからのバッテリ36の温度Tb、平滑コンデンサ39の端子間に取り付けられた電圧センサ39aからの平滑コンデンサ39(電力ライン38)の電圧VHも挙げることができる。さらに、イグニッションスイッチ60からのイグニッション信号や、シフトレバー61の操作位置を検出するシフトポジションセンサ62からのシフトポジションSP、アクセルペダル63の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ64からのアクセル開度Acc、ブレーキペダル65の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ66からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ68からの車速Vも挙げることができる。
The
電子制御ユニット50からは、インバータ34のトランジスタT11〜T16へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット50は、回転位置検出センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θmに基づいてモータ32の電気角θeや電気角速度ωe、回転数Nmを演算している。また、電子制御ユニット50は、電流センサ36bからのバッテリ36の電流Ibの積算値に基づいてバッテリ36の蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと温度センサ36cからのバッテリ36の温度Tbとに基づいてバッテリ36の入出力制限Win,Woutを設定したりしている。ここで、蓄電割合SOCは、バッテリ36の全容量に対するバッテリ36から放電可能な電力の容量の割合であり、入出力制限Win,Woutは、バッテリ36を充放電してもよい許容入出力電力である。
From the
こうして構成された実施例の電気自動車20では、電子制御ユニット50は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸26に要求される要求トルクTd*を設定し、設定した要求トルクTd*が駆動軸26に出力されるようにモータ32のトルク指令Tm*を設定し、モータ32がトルク指令Tm*で駆動されるようにインバータ34のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。
In the
ここで、インバータ34の制御について説明する。実施例では、電子制御ユニット50は、インバータ34をパルス幅変調(PWM)制御モードと矩形波制御モードとを切り替えて制御するものとした。PWM制御モードは、擬似的な三相交流電圧または過変調電圧がモータ32に印加されるようにインバータ34を制御する制御モードであり、矩形波制御モードは、矩形波電圧がモータ32に印加されるようにインバータ34を制御する制御モードである。PWM制御モードでは、変調率Vrが値0〜0.78未満となり、矩形波制御モードでは、変調率Vrが0.78となる。
Here, the control of the
インバータ34をPWM制御モードで制御する際には、電子制御ユニット50は、最初に、モータ32の各相の電流の総和が値0であるとして、モータ32の電気角θeを用いてU相およびV相の相電流Iu,Ivをd軸およびq軸の電流Id,Iqに座標変換(3相−2相変換)する。続いて、後述の電流進角指令等設定ルーチンにより、モータ32に供給する電流のq軸に対する進角指令である電流進角指令φi*およびモータ32に供給する電流の実効値である電流実効値Irを設定する。そして、設定した電流進角指令φi*および電流実効値Irに基づいてd軸およびq軸の電流指令Id*,Iq*を設定する。この処理は、電流実効値Irがd軸の電流指令Id*の二乗とq軸の電流指令Iq*の二乗との和の平方根を√3で割ったものとして得られることと、電流進角値θiがd−q座標系におけるd軸およびq軸の電流指令Id*,Iq*を成分とする電流ベクトルのq軸に対する角度(進角値)として得られることと、を考慮して行なわれる。
When controlling the
続いて、d軸およびq軸の電流指令Id*,Iq*と電流Id,Iqとの差分が打ち消されるようにd軸およびq軸の電圧指令Vd*,Vq*を演算する。こうしてd軸およびq軸の電圧指令Vd*,Vq*を設定すると、モータ32の電気角θeを用いてd軸およびq軸の電圧指令Vd*,Vq*を各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に座標変換(2相−3相変換)し、この電圧指令Vu*,Vv*,Vwと搬送波電圧との比較によってトランジスタT11〜T16のPWM信号を生成してトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。また、d軸およびq軸の電圧指令Vd*,Vq*に基づいて変調率Vrおよび電圧位相φvを演算する。変調率Vrは、d軸の電圧指令Vd*の二乗とq軸の電圧指令Vq*の二乗との和の平方根を電力ライン38の電圧VHで除して得られ、電圧位相φvは、d軸およびq軸の電圧指令Vd*,Vq*を成分とする電圧ベクトルのq軸に対する角度(進角値)として得られる。
Subsequently, the voltage commands Vd * and Vq * on the d-axis and q-axis are calculated so that the difference between the current commands Id * and Iq * on the d-axis and q-axis and the currents Id and Iq is canceled. When the d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * are set in this way, the d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * are set to the voltage commands Vu * and Vv of each phase using the electric angle θe of the
インバータ34を矩形波制御モードで制御する際には、電子制御ユニット50は、最初に、インバータ34をPWM制御モードで制御する際と同様にd軸およびq軸の電流Id,Iqを演算し、演算したd軸およびq軸の電流Id,Iqに基づいてモータ32の推定トルクTmesを求める。続いて、モータ32のトルク指令Tm*と推定トルクTmesとの差分が打ち消されるように電圧位相目標φvtagを設定し、電圧位相目標φvtagを電圧位相上限φvmaxで制限(上限ガード)して電圧位相指令φv*を設定する。こうして電圧位相指令φv*を設定すると、設定した電圧位相指令φv*および電気角θeに基づいてトランジスタT11〜T16の矩形波信号を生成してトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。
When controlling the
次に、こうして構成された実施例の電気自動車20の動作、特に、インバータ34をPWM制御モードで制御する際の電流進角指令φi*および電流実効値Irの設定処理について説明する。図2は、電子制御ユニット50により実行される電流進角指令等設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、インバータ34をPWM制御モードで制御する際に繰り返し実行される。
Next, the operation of the
図2の電流進角指令等設定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット50は、最初に、バッテリ36の入力制限Winや、変調率Vr、電圧位相φv、モータ32のトルク指令Tm*および電気角速度ωe、電力ライン38の電圧VHなどのデータを入力する(ステップS100)。ここで、バッテリ36の入力制限Winは、バッテリ36の電流Ibの積算値に基づく蓄電割合SOCとバッテリ36の温度Tbとに基づいて演算した値を入力するものとした。変調率Vrや電圧位相φv、モータ32のトルク指令Tm*は、上述の処理により設定した値を入力するものとした。モータ32の電気角速度ωeは、モータ32の回転位置θmに基づいて演算した値を入力するものとした。電力ライン38の電圧VHは、電圧センサ39aにより検出された値を入力するものとした。
When the current advance command setting routine of FIG. 2 is executed, the
こうしてデータを入力すると、入力したバッテリ36の入力制限Winの絶対値を閾値Winrefと比較する(ステップS110)。ここで、閾値Winrefは、モータ32の電流進角指令φi*を最適進角よりも進角側にしてモータ32の損失を増加させる弱め界磁制御の実行が要求されているか否かを判定するのに用いられる閾値であり、例えば、値0やそれよりも若干大きい値が用いられる。ここで、「最適進角」は、モータ32をトルク指令Tm*で駆動する際に電流実効値Irが最小となる進角量をいう。
When the data is input in this way, the absolute value of the input limit Win of the
バッテリ36の入力制限Winの絶対値が閾値Winrefよりも大きいときには、弱め界磁制御の実行が要求されていないと判断し、最適進角を電流進角目標φitagに設定する(ステップS120)。図3は、モータ32のトルクTmと最適進角ラインおよび損失増加ラインと電流進角φiと電流実効値Irとの関係を定めたマップの一例を示す説明図である。ここで、「最適進角ライン」および「損失増加ライン」は、それぞれ、モータ32のトルクの各値についての最適進角および弱め界磁制御用の電流進角を結んだラインである。このマップは、実験や解析により定められる。ステップS120の電流進角目標φitagの設定処理は、図3のマップにモータ32のトルク指令Tm*を適用すると共に最適進角ラインを選択し、モータ32のトルク指令Tm*と最適進角ラインとの交点の電流進角φiを電流進角目標φitagとして設定することにより行なわれる。
When the absolute value of the input limit Win of the
こうして電流進角目標φitagを設定すると、設定した電流進角目標φitagにレート処理を施して電流進角指令φi*を設定し(ステップS250)、設定した電流進角指令φi*およびモータ32のトルク指令Tm*を図3のマップに適用して電流実効値Irを設定して(ステップS260)、本ルーチンを終了する。こうして電流進角指令φi*および電流実効値Irを設定すると、上述したように、電流進角指令φi*および電流実効値Irに基づいてインバータ34を制御する。
When the current advance target φitag is set in this way, the set current advance target φitag is subjected to rate processing to set the current advance command φi * (step S250), and the set current advance command φi * and the torque of the
ステップS110でバッテリ36の入力制限Winの絶対値が閾値Winref以下のときには、弱め界磁制御の実行が要求されていると判断し、変調率Vrを閾値Vrrefと比較し(ステップS130)、変調率Vrが閾値Vrref以下のときには、変調率Vrを閾値Vrrefよりも所定値αだけ小さい値(Vrref−α)と比較する(ステップS140)。ここで、閾値Vrrefは、インバータ34の制御モードをPWM制御モードから矩形波制御モードに切り替える可能性があり、その切替準備を必要とするか否かを判定するために用いられる閾値であり、例えば、0.72〜0.75程度が用いられる。
When the absolute value of the input limit Win of the
変調率Vrが閾値Vrrefよりも大きいときには、切替準備が必要であると判断し、切替準備フラグFsに値1を設定する(ステップS150)。また、変調率Vrが値(Vrref−α)未満のときには、切替準備は必要でないと判断し、切替準備フラグFsに値0を設定する(ステップS160)。変調率Vrが閾値Vrref以下で且つ値(Vrref−α)以上のときには、前回の切替準備フラグ(前回Fs)の値を保持する(ステップS170)。所定値αは、切替準備フラグFsが頻繁に切り替わるのを抑制するのに用いられる値であり、例えば、0.02〜0.05程度が用いられる。
When the modulation factor Vr is larger than the threshold value Vrref, it is determined that switching preparation is necessary, and a
こうして切替準備フラグFsを設定すると、設定した切替準備フラグFsの値を調べる(ステップS180)。切替準備フラグFsが値0のときには、切替準備は必要でないと判断し、弱め界磁進角を電流進角目標φitagに設定し(ステップS210)、上述のステップS250,S260の処理によって電流進角指令φi*および電流実効値Irを設定して、本ルーチンを終了する。ここで、ステップS210の電流進角目標φitagの設定処理は、図3のマップにモータ32のトルク指令Tm*を適用すると共に損失増加ラインを選択し、モータ32のトルク指令Tm*と損失増加ラインとの交点の電流進角φiを電流進角目標φitagとして設定することにより行なわれる。
When the switching preparation flag Fs is set in this way, the value of the set switching preparation flag Fs is checked (step S180). When the switching preparation flag Fs has a value of 0, it is determined that switching preparation is not necessary, the field weakening advance angle is set to the current advance angle target φitag (step S210), and the current advance angle is processed by the above steps S250 and S260. Set the command φi * and the current effective value Ir, and end this routine. Here, in the process of setting the current advance target φitag in step S210, the torque command Tm * of the
ステップS180で切替準備フラグFsが値1のときには、切替準備が必要であると判断し、電圧位相φvを矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmaxと比較し(ステップS190)、電圧位相φvが矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmax以下のときには、電圧位相φvを矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmaxよりも所定値βだけ小さい値(φvmax−β)と比較する(ステップS200)。
When the switching preparation flag Fs is a
電圧位相φvが矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmaxよりも大きいときには、モータ32のトルク指令Tm*および電気角速度ωeと電力ライン38の電圧VHとに基づいて、インバータ34を矩形波制御モードで制御する際の電圧位相(以下、「矩形波時電圧位相φvs」という)、d軸およびq軸の電圧(以下、「矩形波時電圧Vds,Vqs」という)、d軸およびq軸の電流(以下、「矩形波時電流Ids,Iqs」という)を順に推定する(ステップS220)。
When the voltage phase φv is larger than the voltage phase upper limit φvmax in the rectangular wave control mode, the
ここで、矩形波時電圧位相φvsは、モータ32のトルク指令Tm*とモータ32の電気角速度ωeと電力ライン38の電圧VHと矩形波時電圧位相φvsとの関係として定められる式(1)を用いて推定することができる。d軸およびq軸の矩形波時電圧Vds,Vqsは、矩形波時電圧位相φvsと電力ライン38の電圧VHとに基づいて推定することができる。d軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsは、d軸およびq軸の矩形波時電圧Vds,Vqsとd軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsとモータ32の電気角速度ωeとの関係を定めた式(2)および式(3)を用いて推定することができる。ここで、式(1)〜式(3)中、「P」はモータ32の極対数であり、「φa」は逆起電圧定数であり、「0.78」は、矩形波制御モードでの変調率Vrであり、「Ld」および「Lq」は、それぞれd軸およびq軸のインダクタンスである。
Here, the square wave voltage phase φvs is the equation (1) defined as the relationship between the torque command Tm * of the
こうしてd軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsを推定すると、推定したd軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsに基づいて電流進角目標φitagを設定し(ステップS230)、上述のステップS250,S260の処理によって電流進角指令φi*および電流実効値Irを設定して、本ルーチンを終了する。この場合の電流進角目標φitagは、d−q座標系におけるd軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsを成分とする電流ベクトルのq軸に対する角度(進角値)として求めることができる。 When the d-axis and q-axis square wave currents Ids and Iqs are estimated in this way, the current advance target φitag is set based on the estimated d-axis and q-axis square wave currents Ids and Iqs (step S230). The current advance command φi * and the current effective value Ir are set by the processing of steps S250 and S260 of the above, and this routine is terminated. The current advance target φitag in this case can be obtained as an angle (advance value) with respect to the q-axis of the current vector having the square wave currents Ids and Iqs of the d-axis and the q-axis in the dq coordinate system as components. ..
したがって、ステップS220,S230,S250の処理を繰り返し実行する場合、電流進角指令φi*を弱め界磁進角からd軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsに対応する電流進角(以下、「矩形波時電流進角φis」という)に向かって徐々に近づけると共にこれに伴って電圧位相φvを矩形波時電圧位相φvsに向かって徐々に近づけることになる。 Therefore, when the processes of steps S220, S230, and S250 are repeatedly executed, the current advance command φi * is weakened and the current advance angles corresponding to the square wave currents Ids and Iqs of the d-axis and the q-axis from the field advance angle (hereinafter referred to as “)”. , "Language current advance angle φis"), and along with this, the voltage phase φv is gradually brought closer toward the square wave voltage phase φvs.
ステップS200で電圧位相φvが値(φvmax−β)未満のときには、弱め界磁進角を電流進角目標φitagに設定し(ステップS210)、上述のステップS250,S260の処理によって電流進角指令φi*および電流実効値Irを設定して、本ルーチンを終了する。 When the voltage phase φv is less than the value (φvmax-β) in step S200, the weakening field advance angle is set to the current advance target φitag (step S210), and the current advance command φi is processed by the above steps S250 and S260. * And the current effective value Ir are set, and this routine ends.
したがって、ステップS210,S250の処理を繰り返し実行する場合、モータ32からトルク指令Tm*のトルクを出力しつつ、電流進角指令φi*を弱め界磁進角に向かって徐々に近づけると共にこれに伴って電圧位相φvを損失増加ラインのd軸およびq軸の電流Id,Iqに対応する電圧位相(以下、「弱め界磁電圧位相φvw」という)に徐々に近づけることになる。
Therefore, when the processes of steps S210 and S250 are repeatedly executed, the current advance command φi * is weakened while the torque of the torque command Tm * is output from the
ステップS190,S200で電圧位相φvが矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmax以下で且つ値(φvmax−β)以上のときには、前回の設定方法で電流進角目標φitagを設定し(ステップS240)、上述のステップS250,S260の処理によって電流進角指令φi*および電流実効値Irを設定して、本ルーチンを終了する。 When the voltage phase φv is equal to or less than the voltage phase upper limit φvmax and greater than or equal to the value (φvmax-β) in the rectangular wave control mode in steps S190 and S200, the current advance target φitag is set by the previous setting method (step S240). The current advance command φi * and the current effective value Ir are set by the processing of steps S250 and S260 described above, and this routine is terminated.
したがって、電圧位相φvが矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmaxよりも大きい状態から電流進角指令φi*を矩形波時電流進角φisに向かって徐々に近づけると共に電圧位相φvを矩形波時電圧位相φvsに向かって徐々に近づけているときには、電圧位相φvが値(φvmax−β)に至るまでこれを継続することになる。また、電圧位相φvが値(φvmax−β)未満の状態から電流進角指令φi*を弱め界磁進角に向かって徐々に近づけると共に電圧位相φvを弱め界磁電圧位相φvwに向かって徐々に近づけているときには、電圧位相φvが矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmaxに至るまでこれを継続することになる。 Therefore, from the state where the voltage phase φv is larger than the voltage phase upper limit φvmax in the square wave control mode, the current advance command φi * is gradually brought closer toward the square wave current advance φis, and the voltage phase φv is set to the square wave voltage. When gradually approaching the phase φvs, this will continue until the voltage phase φv reaches the value (φvmax−β). Further, from the state where the voltage phase φv is less than the value (φvmax−β), the current advance command φi * is weakened and gradually approaches the field advance angle, and the voltage phase φv is weakened and gradually approaches the field voltage phase φvw. When approaching, this will continue until the voltage phase φv reaches the voltage phase upper limit φvmax in the rectangular wave control mode.
このようにして、電圧位相φvが矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmaxから値(φvmax−β)の範囲内になるように電流進角指令φi*を設定することができる。そして、この電流進角指令φi*とモータ32のトルク指令Tm*とを図3のマップに適用して電流実効値Irを設定し、設定した電流進角指令φi*および電流実効値Irに基づいてd軸およびq軸の電流指令Id*,Iq*を設定してインバータ34を制御することにより、モータ32からトルク指令Tm*のトルクを出力することができる。即ち、モータ32のトルクがトルク指令Tm*からずれるのを抑制することができる。
In this way, the current advance command φi * can be set so that the voltage phase φv is within the range of the value (φvmax−β) from the voltage phase upper limit φvmax in the rectangular wave control mode. Then, the current advance command φi * and the torque command Tm * of the
また、電圧位相φvが矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmaxから値(φvmax−β)の範囲内になるように電流進角指令φi*を設定することにより、インバータ34の制御モードをPWM制御モードから矩形波制御モードに切り替えたときに、電圧位相φvが大きく変動するのを抑制し、モータ32のトルクが大きく変動するのを抑制することができる。
Further, the control mode of the
図4は、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切替準備が必要なときの電圧位相φvおよび電流進角φiの移動の様子を説明するための説明図である。図4(a)は、モータ32のトルクと電圧位相φvとの関係を定めたマップであり、図4(b)は、図3と同様のマップである。図4(b)中、「φv=φvs」となるラインは、モータ32のトルクの各値についての「φv=φvs」となる電流進角φiを結んだラインであり、電力ライン38の電圧VHやモータ32の電気角速度ωeにより異なる。また、点Aと点A’、点Bと点B’、点Cと点C’は、それぞれ対応する。図示するように、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切替準備が必要で電圧位相φvが矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmaxよりも大きい(電流進角φiが、電圧位相上限φvmaxに対応する電流位相φiよりも大きい)ときには(点A、点A’参照)、電圧位相φvが少なくとも電圧位相上限φvmax(点C’参照)以下に至るまで、矩形波時電流進角φis(点B’参照)に向かって電流進角φiを徐々に近づける。そして、モータ32のトルク指令Tm*が保持されるように電流実効値Irを設定する。こうした制御により、切替準備が必要なときに、モータ32のトルクがトルク指令Tm*からずれるのを抑制することができると共に、PWM制御モードから矩形波制御モードに切り替えたときに、電圧位相φvが大きく変動するのを抑制し、モータ32のトルクが大きく変動するのを抑制することができる。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining how the voltage phase φv and the current advance angle φi move when it is necessary to prepare for switching from the PWM control mode to the rectangular wave control mode. FIG. 4A is a map defining the relationship between the torque of the
以上説明した実施例の電気自動車20に搭載される駆動装置では、PWM制御モードから矩形波制御モードへの切替準備が必要で且つ電圧位相φvが矩形波制御モードでの電圧位相上限φvmaxよりも大きいときには、電圧位相φvが値(φvmax−β)に至るまで、矩形波時電流進角φisを電流進角目標φitagに設定し、電流進角目標φitagにレート処理を施して電流進角指令φi*を設定し、電流進角指令φi*およびトルク指令Tm*に基づいて電流実効値Irを設定し、電流進角指令φi*および電流実効値Irに基づいてインバータ34を制御する。こうした制御により、切替準備が必要なときに、モータ32のトルクがトルク指令Tm*からずれるのを抑制することができると共に、PWM制御モードから矩形波制御モードに切り替えたときに、電圧位相φvが大きく変動するのを抑制し、モータ32のトルクが大きく変動するのを抑制することができる。
In the drive device mounted on the
実施例の電気自動車20に搭載される駆動装置では、d軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsを推定する際には、モータ32のトルク指令Tm*および電気角速度ωeと電力ライン38の電圧VHとに基づいて矩形波時電圧位相φvsを推定し、矩形波時電圧位相φvsと電力ライン38の電圧VHとに基づいてd軸およびq軸の矩形波時電圧Vds,Vqsを推定し、d軸およびq軸の矩形波時電圧Vds,Vqsとモータ32の電気角速度ωeとに基づいてd軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsを推定するものとした。しかし、モータ32のトルク指令Tm*および電気角速度ωeと電力ライン38の電圧VHとd軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsとの関係を定めたマップなどを用いて、矩形波時電圧位相φvsやd軸およびq軸の矩形波時電圧Vds,Vqsを推定することなく、d軸およびq軸の矩形波時電流Ids,Iqsを推定するものとしてもよい。
In the drive device mounted on the
実施例の電気自動車20に搭載される駆動装置では、蓄電装置として、バッテリ36を用いるものとしたが、キャパシタを用いるものとしてもよい。
In the drive device mounted on the
実施例では、モータ32およびインバータ34を備える電気自動車20に搭載される駆動装置の形態とした。しかし、モータ32およびインバータ34に加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載される駆動装置の形態としてもよい。
In the embodiment, the drive device is mounted on the
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ32が「モータ」に相当し、インバータ34が「インバータ」に相当し、電子制御ユニット50が「制御装置」に相当する。
The correspondence between the main elements of the examples and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 As for the correspondence between the main elements of the examples and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem, the invention described in the column of means for solving the problem in the examples is carried out. Since it is an example for specifically explaining the form for solving the problem, the elements of the invention described in the column of means for solving the problem are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be performed based on the description in the column, and the examples are the inventions described in the column of means for solving the problem. It is just a concrete example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above with reference to Examples, the present invention is not limited to these Examples, and various embodiments are used without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be done.
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the driving device manufacturing industry and the like.
20 電気自動車、22a,22b 駆動輪、24 デファレンシャルギヤ、26 駆動軸、32 モータ、32a 回転位置検出センサ、32u,32v 電流センサ、34 インバータ、36 バッテリ、36a 電圧センサ、36b 電流センサ、36c 温度センサ、38 電力ライン、39 平滑コンデンサ、39a 電圧センサ、50 電子制御ユニット、51 CPU、52 ROM、53 RAM、60 イグニッションスイッチ、61 シフトレバー、62 シフトポジションセンサ、63 アクセルペダル、64 アクセルペダルポジションセンサ、65 ブレーキペダル、66 ブレーキペダルポジションセンサ、68 車速センサ、D11〜D16 ダイオード、T11〜T16 トランジスタ。 20 electric vehicle, 22a, 22b drive wheel, 24 differential gear, 26 drive shaft, 32 motor, 32a rotation position detection sensor, 32u, 32v current sensor, 34 inverter, 36 battery, 36a voltage sensor, 36b current sensor, 36c temperature sensor , 38 power line, 39 smoothing capacitor, 39a voltage sensor, 50 electronic control unit, 51 CPU, 52 ROM, 53 RAM, 60 ignition switch, 61 shift lever, 62 shift position sensor, 63 accelerator pedal, 64 accelerator pedal position sensor, 65 brake pedal, 66 brake pedal position sensor, 68 vehicle speed sensor, D11 to D16 diodes, T11 to T16 transistors.
Claims (1)
複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、
前記モータのトルク指令に基づいて前記インバータをパルス幅変調制御モードと矩形波制御モードとを切り替えて制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、
前記パルス幅変調制御モードから前記矩形波制御モードへの切替準備が必要で且つ前記パルス幅変調制御モードでの電圧位相が前記矩形波制御モードでの電圧位相上限よりも大きいときには、
前記パルス幅変調制御モードでの電圧位相が少なくとも前記矩形波制御モードでの電圧位相上限以下に至るまで、
前記トルク指令と前記モータの角速度と前記インバータの入力電圧とに基づく前記矩形波制御モードでの電流進角に向かって徐々に近づくように電流進角指令を設定し、
前記電流進角指令と前記トルク指令とに基づいて前記インバータを制御する、
駆動装置。 With the motor
An inverter that drives the motor by switching a plurality of switching elements,
A power storage device connected to the inverter via a power line,
A control device that controls the inverter by switching between a pulse width modulation control mode and a square wave control mode based on a torque command of the motor.
It is a drive device equipped with
The control device is
When it is necessary to prepare for switching from the pulse width modulation control mode to the square wave control mode and the voltage phase in the pulse width modulation control mode is larger than the voltage phase upper limit in the square wave control mode.
Until the voltage phase in the pulse width modulation control mode is at least below the upper limit of the voltage phase in the square wave control mode.
The current advance command is set so as to gradually approach the current advance in the square wave control mode based on the torque command, the angular velocity of the motor, and the input voltage of the inverter.
The inverter is controlled based on the current advance command and the torque command.
Drive device.
Priority Applications (1)
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JP7567663B2 (en) | 2021-05-28 | 2024-10-16 | トヨタ自動車株式会社 | Control device |
-
2019
- 2019-02-18 JP JP2019026282A patent/JP2020137217A/en active Pending
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