JP2022048448A - vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、車両に関し、より特定的には、モータジェネレータの回転角を検出するレゾルバを備えた車両に関する。 The present disclosure relates to a vehicle, and more specifically to a vehicle provided with a resolver that detects the angle of rotation of the motor generator.
ハイブリッド車または電気自動車などの車両には、走行用のモータジェネレータが搭載されている。モータジェネレータにはレゾルバ(回転角センサ)が設けられている。レゾルバにより検出される回転角(モータジェネレータの回転子の位置情報)は、車両のトルク指令および速度指令の生成に用いられる。 Vehicles such as hybrid vehicles or electric vehicles are equipped with motor generators for driving. The motor generator is provided with a resolver (rotation angle sensor). The angle of rotation (position information of the rotor of the motor generator) detected by the resolver is used to generate torque commands and speed commands for the vehicle.
レゾルバからの出力には、製造工程での組み付け誤差等に起因するオフセットが含まれ得る。そのため、レゾルバのオフセットを測定したり補正したりする技術が提案されている。たとえば特開2017-108599号公報(特許文献1)は、レゾルバのオフセット測定方法を開示する。この方法は、車両の走行中に積極的にモータのゼロ電流制御を行って頻繁にレゾルバのオフセットを測定するものである。 The output from the resolver may include an offset due to an assembly error or the like in the manufacturing process. Therefore, a technique for measuring or correcting the offset of the resolver has been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-108599 (Patent Document 1) discloses a method for measuring an offset of a resolver. In this method, the offset of the resolver is frequently measured by actively controlling the zero current of the motor while the vehicle is running.
モータジェネレータは、車両の降坂走行時などに回生発電を行う。車両には、モータジェネレータによる発電電力を直流電力に変換するインバータと、インバータからの直流電力により充電される蓄電池とがさらに搭載されている。 The motor generator regenerates power when the vehicle is traveling downhill. The vehicle is further equipped with an inverter that converts the power generated by the motor generator into DC power, and a storage battery that is charged by the DC power from the inverter.
車両の退避走行時には、モータジェネレータによる発電電力をゼロにする制御(すなわち、回生発電を禁止する制御)が実行される場合がある。この制御の実行中に車両の速度が所定速度よりも速くなると、モータジェネレータは、矩形波制御モードに従って制御される。矩形波制御モードとは、位相制御された矩形波電圧がモータジェネレータに印加されるようにトルクフィードバック制御を行うモードである。 When the vehicle is evacuated, control to reduce the generated power generated by the motor generator to zero (that is, control to prohibit regenerative power generation) may be executed. If the speed of the vehicle becomes faster than a predetermined speed during the execution of this control, the motor generator is controlled according to the square wave control mode. The square wave control mode is a mode in which torque feedback control is performed so that a phase-controlled square wave voltage is applied to the motor generator.
矩形波制御モードが選択されている場合には、レゾルバのオフセットの影響が大きく、モータジェネレータの回生発電を禁止していたとしてもモータジェネレータによる発電が行われ得る(詳細は後述)。そうすると、その発電電力が蓄電池に充電され、蓄電池がダメージを受ける可能性(たとえば蓄電池が過充電に至る可能性)がある。 When the square wave control mode is selected, the influence of the offset of the resolver is large, and even if the regenerative power generation of the motor generator is prohibited, the power generation by the motor generator can be performed (details will be described later). Then, the generated power is charged to the storage battery, and the storage battery may be damaged (for example, the storage battery may be overcharged).
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、モータジェネレータの回転角を検出するレゾルバを備えた車両において、蓄電池をより確実に保護することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to more reliably protect a storage battery in a vehicle equipped with a resolver that detects the rotation angle of a motor generator.
本開示のある局面に従う車両は、走行用のモータジェネレータと、モータジェネレータの回転角を検出するレゾルバと、モータジェネレータを駆動するインバータと、モータジェネレータの発電電力によりインバータを通じて充電される蓄電池と、レゾルバの検出値を用いてインバータをフィードバック制御する複数の制御モードを有する制御装置とを備える。複数の制御モードは、位相制御された矩形波電圧がモータジェネレータに印加されるようにトルクフィードバック制御を行う矩形波制御モードと、パルス幅変調された電圧がモータジェネレータに印加されるように電流フィードバック制御を行うパルス幅変調制御モードとを含む。 Vehicles according to certain aspects of the present disclosure include a motor generator for driving, a resolver that detects the rotation angle of the motor generator, an inverter that drives the motor generator, a storage battery that is charged through the inverter by the generated power of the motor generator, and a resolver. It is provided with a control device having a plurality of control modes for feedback-controlling the inverter using the detected value of. Multiple control modes include a square wave control mode in which torque feedback control is performed so that a phase-controlled square wave voltage is applied to the motor generator, and current feedback so that a pulse width modulated voltage is applied to the motor generator. Includes a pulse width modulation control mode for control.
蓄電池の充電が禁止(それに伴いモータジェネレータの回生発電)され、かつ、矩形波制御モードが選択されている場合に、制御装置は、蓄電池の温度が所定量よりも上昇したときには、インバータの制御モードを矩形波制御モードからパルス幅変調制御モードへと切り替える。 When charging of the storage battery is prohibited (accordingly, regenerative power generation of the motor generator) and the square wave control mode is selected, the control device controls the inverter when the temperature of the storage battery rises above a predetermined amount. To switch from the square wave control mode to the pulse width modulation control mode.
矩形波制御モードとパルス幅変調制御モードとを比較すると、電流フィードバック制御を行うパルス幅変調制御モードの方がトルクフィードバック制御を行う矩形波制御モードと比べて、より確実に電流誤差を低減でき、レゾルバのオフセットに対する耐性が高い(詳細は後述)。したがって、制御モードをパルス幅変調制御モードへと切り替えることで、レゾルバのオフセットの影響を低減でき、それによりモータジェネレータの回生発電を禁止する制御を精確に実行できる。よって、上記構成によれば、蓄電池をより確実に保護できる。 Comparing the square wave control mode and the pulse width modulation control mode, the pulse width modulation control mode in which the current feedback control is performed can reduce the current error more reliably than the square wave control mode in which the torque feedback control is performed. High resistance to resolver offset (details below). Therefore, by switching the control mode to the pulse width modulation control mode, the influence of the offset of the resolver can be reduced, and thereby the control for prohibiting the regenerative power generation of the motor generator can be accurately executed. Therefore, according to the above configuration, the storage battery can be protected more reliably.
本開示によれば、モータジェネレータの回転角を検出するレゾルバを備えた車両において、蓄電池をより確実に保護できる。 According to the present disclosure, the storage battery can be more reliably protected in a vehicle provided with a resolver that detects the rotation angle of the motor generator.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[実施の形態]
<車両構成>
図1は、本実施の形態に係る車両の全体構成を概略的に示す図である。図1を参照して、車両1は、電気自動車(EV:Electric Vehicle)である。車両1は、バッテリ10と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)20と、正極線PL1と、負極線NLと、コンデンサC1と、コンバータ30と、正極線PL2と、コンデンサC0と、インバータ40と、モータジェネレータ(MG:Motor Generator)50と、電池電圧センサ61と、電池電流センサ62と、電池温度センサ63と、システム電圧センサ64と、モータ電流センサ65と、レゾルバ66と、車速センサ67と、ECU(Electronic Control Unit)70とを備える。
[Embodiment]
<Vehicle configuration>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a vehicle according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the
バッテリ10は、複数のセルを含む組電池である。各セルは、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。バッテリ10は、車両1の駆動力を発生させるための電力を供給する。また、バッテリ10は、モータジェネレータ50により発電された電力を蓄える。
The
なお、リチウムイオン電池は、リチウムを電荷担体とする二次電池であり、電解質が液体の一般的なリチウムイオン電池のほか、固体電解質を用いた全固体電池も含み得る。バッテリ10に代えて電気二重層キャパシタなどのキャパシタを採用してもよい。
The lithium ion battery is a secondary battery using lithium as a charge carrier, and may include an all-solid-state battery using a solid electrolyte as well as a general lithium ion battery having a liquid electrolyte. A capacitor such as an electric double layer capacitor may be adopted instead of the
電池電圧センサ61は、バッテリ10の電圧Vbを検出する。電池電流センサ62は、バッテリ10に入出力される電流Ibを検出する。電池温度センサ63は、バッテリ10の温度Tbを検出する。各センサは、その検出値をECU70に出力する。
The
SMR20は、バッテリ10とコンバータ30との間に電気的に接続されている。SMR20は、ECU70からの指令に従って閉成される。SMR20が閉成されることで、バッテリ10とコンバータ30との間での電力伝送が可能となる。
The
正極線PL1は、バッテリ10の正極端とコンバータ30とを電気的に接続する。負極線NLは、バッテリ10の負極端とコンバータ30とを電気的に接続する。
The positive electrode line PL1 electrically connects the positive electrode end of the
コンデンサC1は、正極線PL1と負極線NLとの間に接続されている。 The capacitor C1 is connected between the positive electrode line PL1 and the negative electrode line NL.
コンバータ30は、リアクトルL1と、スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。スイッチング素子Q1,Q2は、正極線PL2と負極線NLの間に直列に接続されている。スイッチング素子Q1,Q2は、それぞれ、ECU70からのスイッチング指令S1,S2に従ってスイッチング動作(オン/オフ動作)を行う。スイッチング素子Q1,Q2および後述するスイッチング素子Q3~Q8としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードD1,D2は、スイッチング素子Q1,Q2にそれぞれ逆並列に接続されている。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1,Q2の接続ノードと正極線PL1との間に接続されている。
The
コンバータ30は、基本的には各スイッチング周期内で、スイッチング素子Q1,Q2が相補的かつ交互にスイッチング動作するように制御される。コンバータ30は、バッテリ10の電圧Vbを昇圧し、昇圧した電圧(システム電圧)VHをインバータ40に出力する。この昇圧動作は、スイッチング素子Q2のオン期間にリアクトルL1に蓄積される電磁エネルギーを、スイッチング素子Q1およびダイオードD1を介して正極線PL2へ供給することによって実現される。昇圧動作における電圧変換比(VHとVbとの比率)は、スイッチング周期に対するスイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)により制御される。なお、スイッチング素子Q1をオンに固定し、かつ、スイッチング素子Q2をオフに固定すれば、VH=Vb(電圧変換比=1.0)とすることもできる。
The
正極線PL2は、コンバータ30の高電位端とインバータ40の高電位端とを電気的に接続する。負極線NLは、コンバータ30の低電位端とインバータ40の低電位端とを電気的に接続する。
The positive electrode line PL2 electrically connects the high potential end of the
コンデンサC0は、正極線PL2と負極線NLとの間に接続されている。コンデンサC0は、コンバータ30からの直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をインバータ40へ供給する。
The capacitor C0 is connected between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL. The capacitor C0 smoothes the DC voltage from the
システム電圧センサ64は、コンデンサC0の両端の電圧(以下、「システム電圧」とも記載する)VHを検出し、その検出値をECU70に出力する。
The
インバータ40は、U相アーム41と、V相アーム42と、W相アーム43とを含む。U相アーム41とV相アーム42とW相アーム43とは、正極線PL2と負極線NLとの間に並列に接続されている。各相アームは、正極線PL2と負極線NLとの間に直列接続されたスイッチング素子を含む。U相アーム41はスイッチング素子Q3,Q4を含み、V相アーム42はスイッチング素子Q5,Q6を含み、W相アーム43はスイッチング素子Q7,Q8を含む。スイッチング素子Q3~Q8は、それぞれ、ECU70からのスイッチング指令S3~S8によってスイッチング動作を行う。スイッチング素子Q3~Q8にはダイオードD3~D8がそれぞれ逆並列に接続されている。
The
インバータ40は、スイッチング素子Q3~Q8をスイッチング動作させることでコンバータ30からの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータジェネレータ50に供給する。インバータ40は、モータジェネレータ50のトルク指令値が正または0(Trqcom≧0)である場合には、インバータ40からの交流電力によりモータジェネレータ50が正のトルクを出力するようにモータジェネレータ50を駆動する。車両1の回生制動時には、モータジェネレータ50のトルク指令値が負に設定される(Trqcom<0)。この場合には、インバータ40は、モータジェネレータ50が発電した交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をコンバータ30に供給する。
The
モータジェネレータ50は交流回転電機である。モータジェネレータ50の出力トルクは、動力伝達ギヤを通じて駆動輪(いずれも図示せず)に伝達され、車両1を走行させる。また、モータジェネレータ50は、車両1の回生制動時には駆動輪の回転力によって発電する(回生発電)。
The
モータジェネレータ50は、代表的には3相の永久磁石型同期電動機であり、U相、V相およびW相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成されている。U相、V相およびW相のコイルの他端は、U相アーム41、V相アーム42、W相アーム43のスイッチング素子の中間点にそれぞれ接続されている。
The
モータ電流センサ65は、モータジェネレータ50を流れる電流(以下、「モータ電流」とも記載する)を検出し、その検出値をECU70に出力する。より詳細には、三相のモータ電流(U相電流iu、V相電流iv、W相電流iw)の瞬時値の和はゼロであるので、モータ電流センサ65は、2相分のモータ電流(この例ではV相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置されている。
The motor
レゾルバ(回転角センサ)66は、モータジェネレータ50のロータの回転角θを検出し、その検出値をECU70に出力する。ECU70は、回転角θに基づいて、モータジェネレータ50の回転速度および角速度ωを算出できる。
The resolver (rotation angle sensor) 66 detects the rotation angle θ of the rotor of the
車速センサ67は、車両1の速度(以下、「車速V」とも記載する)を検出し、その検出値をECU80に出力する。
The
ECU70は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサと、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)などのメモリと、各種信号を入出力するためのI/Oポートとを含む(いずれも図示せず)。ECU70は、各センサから受ける信号ならびにメモリに記憶されたプログラムおよびマップ等に基づいて、車両1の走行状態およびバッテリ10の充放電などの各種制御を実行する。
The
なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理することも可能である。また、ECU70は、機能毎に複数のECU(電池ECU、MGECUなど)に分割して構成されていてもよい。
Note that these controls are not limited to software processing, but it is also possible to construct and process dedicated hardware (electronic circuits). Further, the
本実施の形態におけるECU70の代表的な機能として、インバータ40のフィードバック制御が挙げられる。ECU70は、トルク指令値Trqcom、バッテリ10の電圧Vb、電流Ibおよび温度Tb、システム電圧VH、モータ電流(V相電流ivおよびW相電流iw)ならびに回転角θ等に基づいて、インバータ40の動作を制御する。これにより、トルク指令値Trqcomによって指定されたトルク(ゼロまたは正トルク)を発生するようにモータジェネレータ50が駆動される。
A typical function of the
<インバータの制御モード>
ECU70は、以下に説明する各種制御モードを従ってインバータ40を制御することで、モータジェネレータ50を駆動するように構成されている。これらの制御モードは選択的(択一的)に実行される。
<Inverter control mode>
The
図2は、インバータ40の制御モードの概要を説明するための図である。図2を参照して、ECU70は、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御モードと、矩形波制御モードとを有する。PWM制御モードは、正弦波PWM制御モードと、過変調PWM制御モードとを含む。
FIG. 2 is a diagram for explaining an outline of the control mode of the
正弦波PWM制御では、正弦波状の電圧指令と搬送波との大小比較結果に基づき生成されるパルス幅変調された信号に従って、インバータ40の各相の上下アームがスイッチング制御される。その結果、ハイレベル期間(上アームのオン期間)とローレベル期間(下アームのオン期間)との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるように上下アームのデューティ比が制御される。
In the sinusoidal PWM control, the upper and lower arms of each phase of the
以下では、モータジェネレータ50への印加電圧(線間電圧)を単に「モータ電圧」とも称する。モータ電圧は、d軸成分Vdと、q軸成分Vqとを含む。また、インバータ40への入力電圧(=システム電圧VH)に対するインバータ40からの出力電圧(=モータ電圧)の基本波成分(実効値)の比を「変調率」とも称する。変調率は下記式(1)のように定義できる。
変調率=√(Vd2+Vq2)/VH ・・・(1)
Hereinafter, the voltage applied to the motor generator 50 (line voltage) is also simply referred to as “motor voltage”. The motor voltage includes a d-axis component Vd and a q-axis component Vq. Further, the ratio of the fundamental wave component (effective value) of the output voltage (= motor voltage) from the
Modulation rate = √ (Vd 2 + Vq 2 ) / VH ・ ・ ・ (1)
正弦波PWM制御では、正弦波状の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲に制限される。そのため、変調率を最高でも0.61程度までしか高めることができない。 In the sinusoidal PWM control, the amplitude of the sinusoidal voltage command is limited to the range below the carrier wave amplitude. Therefore, the modulation factor can be increased only to about 0.61 at the maximum.
過変調PWM制御は、正弦波PWM制御と同様のPWM制御であるが、電圧指令の振幅が搬送波振幅よりも大きい範囲である点において、正弦波PWM制御と異なる。過変調PWM制御では、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませること(振幅補正)によって基本波成分を高めることができ、それにより、変調率を正弦波PWM制御での最高変調率(≒0.61)から0.78程度まで高めることができる。 The overmodulated PWM control is the same PWM control as the sinusoidal PWM control, but differs from the sinusoidal PWM control in that the amplitude of the voltage command is in a range larger than the carrier wave amplitude. In overmodulation PWM control, the fundamental wave component can be increased by distorting the voltage command from the original sinusoidal waveform (amplitude correction), thereby changing the modulation factor to the maximum modulation factor in sinusoidal PWM control (≈0). It can be increased from .61) to about 0.78.
矩形波制御では、位相制御された矩形波電圧がモータジェネレータ50に印加される。より詳細には、一定期間内で、ハイレベル期間とローレベル期間との比が1:1になるように矩形波の1パルス分の電圧がモータジェネレータ50に印加される。これにより、矩形波制御では変調率を0.78程度まで高めることができる。
In the square wave control, a phase-controlled square wave voltage is applied to the
図3は、インバータ40の制御モードの使用領域を説明するための図である。図3において、横軸は、モータジェネレータ50の回転速度を表す。縦軸は、モータジェネレータ50の出力トルクを表す。なお、車両1において、モータジェネレータ50の回転速度は車速Vに依存する。
FIG. 3 is a diagram for explaining a usage area of the control mode of the
図3を参照して、ECU70は、どの制御モードを使用するかを変調率に基づいて選択する。具体的には、ECU70は、モータ電圧が低く変調率が低い低回転速度領域では、正弦波PWM制御モードを選択する。ECU70は、モータ電圧が高くなることで変調率が高くなる中回転速度域では、過変調PWM制御モードを選択する。ECU70は、変調率がさらに高くなる高回転速度域では、矩形波制御モードを選択する。
With reference to FIG. 3, the
<制御モードの切替>
図4は、インバータ40の制御モードに関するECU70の機能構成を示す機能ブロック図である。図4を参照して、ECU70は、PWM制御部71と、矩形波制御部72と、制御モード切替部73とを含む。
<Switching control mode>
FIG. 4 is a functional block diagram showing a functional configuration of the
PWM制御部71は、トルク指令値Trqcomと、モータ電流センサ65によって検出されるモータ電流iv,iwと、レゾルバ66により検出される回転角θとを受ける。PWM制御部71は、これらの検出値に基づいて、インバータ40に印加する電圧指令値(d軸電圧指令値Vd#およびq軸電圧指令値Vq#)を電流フィードバック制御により生成する。そして、PWM制御部71は、生成した電圧指令値Vd#,Vq#に基づいて、インバータ40を駆動するためのスイッチング指令S3~S8を生成して制御モード切替部73に出力する。PWM制御部71の構成については図5にて、より詳細に説明する。
The
矩形波制御部72は、PWM制御部71と同様に、トルク指令値Trqcomと、モータ電流iv,iwと、回転角θとを受ける。矩形波制御部72は、これらの検出値に基づいて、インバータ40に印加する矩形波電圧の位相(電圧位相φv)をトルクフィードバック制御により設定する。そして、矩形波制御部72は、設定した位相に基づいて、インバータ40を駆動するためのスイッチング指令S3~S8を生成して制御モード切替部73に出力する。矩形波制御部72の構成については図6にて、より詳細に説明する。
Similar to the
制御モード切替部73は、PWM制御部71から電圧指令値Vd#,Vq#を受け、システム電圧センサ64からシステム電圧VHを受ける。制御モード切替部73は、電圧指令値Vd#,Vq#とシステム電圧VHとから算出される変調率に基づいて、PWM制御と矩形波制御とを切り替える。詳細には、変調率が第1所定値M1まで上昇すると、制御モード切替部73は、制御モードをPWM制御モードから矩形波制御モードへ切り替える。一方、変調率が第2所定値M2(ただし、M2<M1)まで低下すると、制御モード切替部73は、制御モードを矩形波制御モードからPWM制御モードへ切り替える。なお、M2<M1としているのはチャタリング防止のためである。
The control
<PWM制御>
図5は、PWM制御部71の構成を示す機能ブロック図である。図5を参照して、PWM制御部71は、電流指令生成部711と、座標変換部712と、比例積分(PI:Proportional Integral)演算部713,714と、座標変換部715と、PWM変調部716とを含む。
<PWM control>
FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the
電流指令生成部711は、トルクとd軸電流およびq軸電流との間の関係を示す予め準備されたマップ(またはテーブル)を用いて、モータジェネレータ50のトルク指令値Trqcomに対応するd軸電流指令値Idcomおよびq軸電流指令値Iqcomを生成する。d軸電流指令値IdcomはPI演算部713に出力され、q軸電流指令値IqcomはPI演算部714に出力される。
The
座標変換部712は、モータジェネレータ50の回転角θを用いた座標変換(uvw3相→dq2相)により、モータ電流センサ65によって検出されるV相電流ivおよびW相電流iwをd軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。この座標変換は制御簡素化を目的に行われる。d軸電流IdはPI演算部713に出力され、q軸電流IqはPI演算部714に出力される。
The coordinate
PI演算部713は、d軸電流指令値Idcomに対するd軸電流Idの偏差ΔId(ΔId=Idcom-Id)について、下記式(2)に従ってPI演算を行うことによってd軸電圧指令値Vd♯を算出する。d軸電圧指令値Vd♯は、座標変換部715に出力される。
Vd♯=Kdp×ΔId+Kdi×ΣΔId ・・・(2)
The
Vd # = Kdp × ΔId + Kdi × ΣΔId ・ ・ ・ (2)
PI演算部714は、q軸電流指令値Iqcomに対するq軸電流の偏差ΔIq(ΔIq=Iqcom-Iq)について、下記式(3)に従ってPI演算を行うことによてq軸電圧指令値Vq♯を算出する。q軸電圧指令値Vq♯は、座標変換部715に出力される。
Vq♯=Kdq×ΔIq+Kqi×ΣΔIq ・・・(3)
The
Vq # = Kdq × ΔIq + Kqi × ΣΔIq ・ ・ ・ (3)
なお、式(2),(3)において、Kdp,Kdqは比例ゲインであり、Kdi,Kqiは積分ゲインである。 In the equations (2) and (3), Kdp and Kdq are proportional gains, and Kdi and Kqi are integral gains.
座標変換部715は、モータジェネレータ50の回転角θを用いた座標変換(dq2相→uvw3相)によって、d軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯をU相,V相,W相の各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換する。各相電圧指令値Vu,Vv,Vwは、PWM変調部716に出力される。
The coordinate
PWM変調部716は、各相電圧指令値Vu,Vv,Vwと搬送波との比較に基づいてスイッチング指令S3~S8(PWM信号)を生成する。なお、搬送波は、代表的には三角波またはのこぎり波である。
The
<矩形波制御>
図6は、矩形波制御部72の構成を示す機能ブロック図である。図6を参照して、矩形波制御部72は、座標変換部721と、トルク推定部722と、PI演算部723と、スイッチング指令演算部724とを含む。
<Square wave control>
FIG. 6 is a functional block diagram showing the configuration of the rectangular
座標変換部721は、モータジェネレータ50の回転角θを用いた座標変換(uvw3相→dq2相)により、モータ電流センサ65によって検出されるV相電流ivおよびW相電流iwをd軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。d軸電流Idおよびq軸電流Iqは、トルク推定部722に出力される。
The coordinate
トルク推定部722は、d軸電流およびq軸電流とトルクとの間の関係を示す予め準備されたマップ(またはテーブル)を用いて、d軸電流Idおよびq軸電流Iqからモータジェネレータ50のトルク推定値Trqを算出する。トルク推定値Trqは、PI演算部723に出力される。
The
PI演算部723は、トルク指令値Trqcomに対するトルク推定値Trqの偏差ΔTrq(ΔTrq=Trqcom-Trq)について、下記式(4)に従ってPI演算を行うことによって矩形波電圧の電圧位相φvを算出する。電圧位相φvは、スイッチング指令演算部724に出力される。なお、Kp,Kiは、それぞれ比例ゲインおよび積分ゲインであり、いずれも正値である。
φv=Kp×ΔTrq+Ki×ΣΔTrq ・・・(4)
The
φv = Kp × ΔTrq + Ki × ΣΔTrq ・ ・ ・ (4)
このトルクフィードバック制御において、正トルク発生を発生させる場合(Trqcom>0)、トルク不足時(ΔTrq>0)には電圧位相φvを進める(φv>0)一方で、トルク過剰時(ΔTrq<0)には電圧位相φvを遅らせる(φv<0)。負トルクを発生させる場合(Trqcom<0)には、トルク不足時には電圧位相φvを遅らせる一方で、トルク過剰時には電圧位相φvを進める。 In this torque feedback control, when positive torque is generated (Trqcom> 0), the voltage phase φv is advanced (φv> 0) when the torque is insufficient (ΔTrq> 0), while when the torque is excessive (ΔTrq <0). Delays the voltage phase φv (φv <0). When a negative torque is generated (Trqcom <0), the voltage phase φv is delayed when the torque is insufficient, while the voltage phase φv is advanced when the torque is excessive.
スイッチング指令演算部724は、電圧位相φvに従って各相電圧指令値(矩形波パルス)Vu,Vv,Vwを生成し、生成した各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに基づいてスイッチング指令S3~S8を生成する。そして、インバータ40がスイッチング指令S3~S8に従ったスイッチング動作を行うことにより、電圧位相φvに従った矩形波パルスがモータジェネレータ50の各相電圧として印加される。
The switching
<レゾルバオフセット>
図7は、レゾルバ66のオフセットを説明するための図である。図7を参照して、車両1の製造工程での組み付け誤差、レゾルバ66の内部コイルの位置不確定性などの要因により、レゾルバ66からの出力には誤差が含まれ得る。この誤差を「レゾルバオフセット」と呼び、図中Δθで示す。
<Resolver offset>
FIG. 7 is a diagram for explaining the offset of the
レゾルバオフセットΔθを測定し、レゾルバオフセットΔθを補正する(言い換えると学習する)ことも考えられる。たとえば車両1の走行中、トルク指令時にq軸のみに電流を流し、q軸電流指令値Iqcomとq軸電流Iqとの乖離を測定することができる。しかし、フィードバック制御の座標変換にはモータ電流センサ65の検出値(V相電流ivおよびW相電流iw)も用いられ、モータ電流センサ65の検出値にも誤差が含まれ得る。そのため、レゾルバオフセットΔθを学習したとしても、フィードバック制御からレゾルバオフセットΔθの影響を完全に除去することは困難である。
It is also conceivable to measure the resolver offset Δθ and correct (in other words, learn) the resolver offset Δθ. For example, while the
たとえばバッテリ10に設けられた電池電流センサ62が故障した場合、車両1は退避走行に移行する。本実施の形態のように車両1が電気自動車である場合、車両1は動力源としてのエンジンを備えていないので、バッテリ10およびモータジェネレータ50を用いて退避走行が実現される。
For example, when the
車両1の退避走行時には、バッテリ10を保護するため、通常走行時(退避走行の非実行時)と比べて、バッテリ10からの放電電力(放電電力の制御上限値Wout)が抑制されるとともに、バッテリ10への充電電力(充電電力の制御上限値Win)が抑制される。特に、充電に関してはバッテリ10の過充電防止のために、バッテリ10の充電が禁止(Win=0に設定)される。これにより、モータジェネレータ50の回生発電が禁止される。
In order to protect the
このような車両1の退避走行中に、降坂途中に車速Vが閾値速度よりも速くなるなどして変調率が第1所定値M1を超過すると、ECU70は、矩形波制御モードを選択する(図3参照)。無視できない大きさのレゾルバオフセットΔθが存在する場合(特にレゾルバ66の出力が負にオフセットしている場合)、矩形波制御モードでは、たとえWin=0に設定してモータジェネレータ50による発電電力をゼロに制御しようとしても、モータジェネレータ50が断続的に回生発電を行い得る。そうすると、その発電電力がバッテリ10に充電されてバッテリ10が過充電に至るなど、バッテリ10がダメージを受ける可能性がある。
If the modulation factor exceeds the first predetermined value M1 such that the vehicle speed V becomes faster than the threshold speed during the evacuation of the
本実施の形態においては、車両1の退避走行中、バッテリ10の温度Tbを監視する。バッテリ10の温度Tbが所定量よりも上昇した場合(ΔTb>基準量REF)、バッテリ10の充電を禁止しているにもかかわらず、モータジェネレータ50の発電電力がバッテリ10に充電されることでバッテリ10が発熱した可能性がある。これはレゾルバオフセットΔθの影響によるものと考えられる。そこで、ECU70は、インバータ40の制御モードを矩形波制御モードからPWM制御モード(正弦波PWM制御モードまたは過変調PWM制御モード)へと切り替える。
In the present embodiment, the temperature Tb of the
図5にて説明したように、PWM制御モードは、電流フィードバック制御を行うモードである。PWM制御モードでは、座標変換部712からPI演算部713へとフィードバックされるd軸電流Idとd軸電流指令値Idcomとを比較することにより、d軸電流Id(推定値)をd軸電流指令値Idcomに近付ける。q軸電流Iqについても同様である。d軸電流Idおよびq軸電流Iqの各々の推定値は、レゾルバ66からの回転角θの検出値(およびモータ電流センサ65からの電流iv,iwの検出値)を用いて算出される。バッテリ10に充電電流が流れないようにする指令値(Iqcom,Iqcom)と推定値との間に誤差が生じていた場合には、その電流誤差を低減する方向にd軸電流Idおよびq軸電流Iqが調整される。よって、PWM制御モードでは、レゾルバオフセットΔθが存在してもバッテリ10への充電電流が過度に大きくなることは基本的にないと言える。
As described with reference to FIG. 5, the PWM control mode is a mode for performing current feedback control. In the PWM control mode, the d-axis current Id (estimated value) is commanded by comparing the d-axis current Id fed back from the coordinate
これに対し、矩形波制御モードは、トルクフィードバック制御を行うモードである(図6参照)。矩形波制御モードにおいては、トルク推定部722からPI演算部723にトルク推定値Trqがフィードバックされる。そして、トルク推定値Trqとトルク指令値Trqcomとを比較することにより、トルク推定値Trqをトルク指令値Trqcomに近付ける。レゾルバオフセットΔθが大きく、レゾルバ66からの回転角θを用いて算出されるd軸電流Idおよびq軸電流Iqに誤差が生じていた場合、トルクフィードバック制御は、電流誤差が低減する方向に作用するとは必ずしも限らない。トルクの推定値と指令値との間の誤差は低減されるものの、電流誤差については増大する可能性もある。よって、矩形波制御モードの結果、バッテリ10への充電電流が大きくなる可能性も否定できない。
On the other hand, the rectangular wave control mode is a mode in which torque feedback control is performed (see FIG. 6). In the square wave control mode, the torque estimation value Trq is fed back from the
このように、PWM制御モードと矩形波制御モードとを比較した場合、電流フィードバック制御を行うPWM制御モードの方が矩形波制御モードと比べて、より確実に電流誤差を低減できる。よって、PWM制御モードの方がレゾルバオフセットΔθに対する耐性が高いとも表現できる。 As described above, when the PWM control mode and the rectangular wave control mode are compared, the PWM control mode in which the current feedback control is performed can more reliably reduce the current error than the rectangular wave control mode. Therefore, it can be expressed that the PWM control mode has higher resistance to the resolver offset Δθ.
本実施の形態においては、車両1の退避走行中にバッテリ10の充電(モータジェネレータ50の回生発電)が禁止されているにも拘わらずバッテリ10の温度Tbが上昇した場合には、PWM制御モードを選択する。PWM制御モードでは、レゾルバオフセットΔθの影響を低減できるので、モータジェネレータ50の回生発電禁止を精確に制御できる。これにより、バッテリ10の過充電を避け、バッテリ10をより確実に保護することが可能になる。
In the present embodiment, when the temperature Tb of the
<制御フロー>
図8は、本実施の形態におけるモータジェネレータ50の制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定条件の成立時または演算周期毎にメインルーチンから(図示せず)呼び出されて実行される。各ステップは、ECU70によるソフトウェア処理により実現されるが、ECU70内に作製されたハードウェア(電気回路)により実現されてもよい。以下、ステップを「ST」と略す。
<Control flow>
FIG. 8 is a flowchart showing the control of the
図8を参照して、ST1において、ECU70は、電池電流センサ62の故障等の異常を示すダイアグ(自動故障診断)が発生しているかどうかを判定する。なお、ダイアグの種類は、Win=0を要するものであればこれに限定されず、たとえば電池電圧センサ61の故障であってもよい。
With reference to FIG. 8, in ST1, the
ダイアグが発生していない場合(ST1においてNO)には、ECU70は、以降の処理を実行することなく、処理をメインルーチンに戻す。ダイアグが発生している場合(ST1においてYES)、ECU70は、車両1を退避走行させる(ST2)。この際、ECU70は、車両1の通常走行時と比べてバッテリ10の放電を抑制(Woutを小さく設定)するととにとともに、バッテリ10の充電を禁止(Win=0に設定)する。
When no diagnosis has occurred (NO in ST1), the
ST3において、ECU70は、車速Vが閾値速度よりも速いなどの理由により変調率が第1所定値M1を超過しているかどうかを判定する。変調率が第1所定値M1よりも高い場合(ST3においてYES)、ECU70は、インバータ40の制御モードとして矩形波制御モードを選択する(ST4)。
In ST3, the
変調率が第1所定値M1を超過していない場合(ST3においてNO)、ECU70は、変調率が第2所定値M2(<M1)を下回っているかどうかを判定する(ST11)。変調率が第2所定値M2を下回っている場合(ST11においてYES)には、ECU70は、処理をST10に進め、インバータ40の制御モードを矩形波制御モードからPWM制御モードへと切り替える。
When the modulation factor does not exceed the first predetermined value M1 (NO in ST3), the
なお、車両1の退避走行において、平坦な道または登り坂の走行中に矩形波制御モードが選択されることは少ない。バッテリ10からの放電電力(Wout)が抑制され、基本的には高速走行は行われないためである。矩形波制御モードが選択されるのは主に降坂に伴う高速走行時(つまり、バッテリ10の充電時)である。
In the evacuation running of the
ECU70は、矩形波制御モードの開始時(ST5においてYES)にバッテリ10の温度Tbを電池温度センサ63から取得し、取得した温度を初期温度T0とする(ST6)。
The
ST7において、ECU70は、電池温度センサ63からバッテリ10の温度Tbを取得する。そして、ECU70は、矩形波制御モードの開始時から現在までの温度上昇量ΔTbを算出する。具体的には、ST6に取得した初期温度T0を基準とした、ST7にて取得した現在の温度Tbの差分を温度上昇量ΔTbとすることができる(ΔTb=Tb-T0)。
In ST7, the
なお、初期温度T0の取得タイミングは、矩形波制御モードの開始直後に限定されず、矩形波制御モードの開始直前(ST4の直前)であってもよいし、退避走行の開始直前または開始直後(ST2の直前/直後)であってもよい。ただし、退避走行の開始直前または開始直後とする場合には、退避走行の開始時から矩形波制御モードの選択時までの間の温度上昇量(バッテリ10の放電に伴う温度上昇量を含む)を考慮することが望ましい。 The acquisition timing of the initial temperature T0 is not limited to immediately after the start of the rectangular wave control mode, but may be immediately before the start of the rectangular wave control mode (immediately before ST4), or immediately before or immediately after the start of the evacuation run (immediately before the start of the evacuation run). It may be immediately before / immediately after ST2). However, in the case of immediately before or immediately after the start of the evacuation run, the temperature rise amount (including the temperature rise amount due to the discharge of the battery 10) from the start of the evacuation run to the selection of the rectangular wave control mode is used. It is desirable to consider.
ST8において、ECU70は、バッテリ10の温度上昇量ΔTbが基準量REFよりも大きいかどうかを判定する。温度上昇量ΔTbが基準量REF以下である間(ST8においてNO)は、ECU70は、処理をST3に戻し、ST3以降の処理を繰り返す。
In ST8, the
一方、温度上昇量ΔTbが基準量REFよりも大きくなった場合(ST8においてYES)、モータジェネレータ50の発電電力(回生電力)がバッテリ10に充電され、その充電に伴う熱損失(ジュール熱)により温度Tbが上昇している可能性が高い。したがって、ECU70は、レゾルバオフセットΔθが大きいと判定する(ST9)。
On the other hand, when the temperature rise amount ΔTb becomes larger than the reference amount REF (YES in ST8), the generated power (regenerative power) of the
さらに、ECU70は、インバータ40の制御モードを矩形波制御モードからPWM制御モードへと切り替える(ST10)。切替先のPWM制御モードは、正弦波PWM制御モードおよび過変調PWM制御モードのどちらであってもよいが、応答性が高い正弦波PWM制御モードに切り替える方がより好ましい。PWM制御モードへの切替により、バッテリ10のさらなる充電を抑制し、バッテリ10を過充電から保護できる。その後、処理がメインルーチンに戻される。
Further, the
以上のように、本実施の形態においては、車両1の退避走行に伴い、バッテリ10の充電(モータジェネレータ50の回生発電)が禁止されており、かつ、矩形波制御モードが選択されている場合に、バッテリ10の温度Tbを監視する。バッテリ10の温度Tbが基準量REF(所定量)よりも上昇したときには、インバータ40の制御モードを矩形波制御モードからPWM変調制御モードへと切り替える。PWM変調制御モードを選択することにより、矩形波制御モードを選択する場合と比べて、レゾルバオフセットの影響を低減し、より確実にモータジェネレータ50の発電電力をゼロに近付けることができる。よって、本実施の形態によれば、バッテリ10を確実に保護できる。
As described above, in the present embodiment, when the
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is set forth by the claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 車両、10 バッテリ、20 SMR、30 コンバータ、40 インバータ、41 U相アーム、42 V相アーム、43 W相アーム、50 モータジェネレータ、61 電池電圧センサ、62 電池電流センサ、63 電池温度センサ、64 システム電圧センサ、65 モータ電流センサ、66 レゾルバ、67 車速センサ、70 ECU、71 PWM制御部、711 電流指令生成部、712,715 座標変換部、713,714 PI演算部、716 PWM変調部、72 矩形波制御部、721 座標変換部、723 PI演算部、722 トルク推定部、724 スイッチング指令演算部、73 制御モード切替部、C0,C1 コンデンサ、D1~D8 ダイオード、L1 リアクトル、PL1,PL2 正極線、NL 負極線、Q1~Q8 スイッチング素子。 1 vehicle, 10 batteries, 20 SMR, 30 converter, 40 inverter, 41 U-phase arm, 42 V-phase arm, 43 W-phase arm, 50 motor generator, 61 battery voltage sensor, 62 battery current sensor, 63 battery temperature sensor, 64 System voltage sensor, 65 motor current sensor, 66 resolver, 67 vehicle speed sensor, 70 ECU, 71 PWM control unit, 711 current command generation unit, 712,715 coordinate conversion unit, 713,714 PI calculation unit, 716 PWM modulation unit, 72 Rectangular wave control unit, 721 coordinate conversion unit, 723 PI calculation unit, 722 torque estimation unit, 724 switching command calculation unit, 73 control mode switching unit, C0, C1 capacitors, D1 to D8 diodes, L1 reactor, PL1, PL2 positive voltage line , NL negative voltage wire, Q1 to Q8 switching element.
Claims (1)
前記モータジェネレータの回転角を検出するレゾルバと、
前記モータジェネレータを駆動するインバータと、
前記モータジェネレータの発電電力により前記インバータを通じて充電される蓄電池と、
前記レゾルバの検出値を用いて前記インバータのフィードバック制御を行う複数の制御モードを有する制御装置とを備え、
前記複数の制御モードは、
位相制御された矩形波電圧が前記モータジェネレータに印加されるようにトルクフィードバック制御を行う矩形波制御モードと、
パルス幅変調された電圧が前記モータジェネレータに印加されるように電流フィードバック制御を行うパルス幅変調制御モードとを含み、
前記蓄電池の充電が禁止され、かつ、前記矩形波制御モードが選択されている場合に、前記制御装置は、前記蓄電池の温度が所定量よりも上昇したときには、前記インバータの制御モードを前記矩形波制御モードから前記パルス幅変調制御モードへと切り替える、車両。
With a motor generator for driving,
A resolver that detects the rotation angle of the motor generator,
The inverter that drives the motor generator and
A storage battery that is charged through the inverter by the generated power of the motor generator, and
A control device having a plurality of control modes for performing feedback control of the inverter using the detected value of the resolver is provided.
The plurality of control modes are
A square wave control mode that performs torque feedback control so that a phase-controlled square wave voltage is applied to the motor generator.
It includes a pulse width modulation control mode in which current feedback control is performed so that a pulse width modulated voltage is applied to the motor generator.
When charging of the storage battery is prohibited and the square wave control mode is selected, the control device sets the control mode of the inverter to the square wave when the temperature of the storage battery rises above a predetermined amount. A vehicle that switches from the control mode to the pulse width modulation control mode.
Priority Applications (1)
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