JP2023009867A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータを駆動するための電圧位相指令値の急変を抑えつつ、モータの動作性能の低下を抑える技術を提供する。【解決手段】制御装置は、モータの回転角を検出するレゾルバの検出結果をもとにレゾルバの原点を学習する学習部と、モータの目標トルクとレゾルバの検出結果をもとに電圧位相指令値を導出するフィードバック部と、電圧位相指令値をもとに矩形波状の出力電圧を生成する矩形波生成部と、を備える。矩形波生成部は、レゾルバの原点の学習が完了しておらず、且つ電圧位相指令値が所定の閾値未満である場合は、レゾルバの学習完了時と同じ位相変化許容レート以下に制限された電圧位相指令値をもとに出力電圧を生成し、レゾルバの原点の学習が完了しておらず、且つ電圧位相指令値が所定の閾値以上である場合は、レゾルバの学習完了時よりも低い位相変化許容レート以下に制限された電圧位相指令値をもとに出力電圧を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に設けられたモータの駆動を制御する制御装置に関する。

特許文献１には、レゾルバの出力を用いてモータを矩形波制御によって制御する車両の制御装置が開示されている。レゾルバの出力値には原点オフセット誤差が含まれる場合があるため、この制御装置は、原点オフセット誤差を算出する原点学習を行ない、その結果でレゾルバの出力値を補正する。制御装置は、レゾルバの原点学習が完了しているか否かを判定し、原点学習が完了している場合（通常時）は、矩形波電圧の位相φを－φ２からφ２までの範囲に制限する。一方、原点学習が完了していない場合は、制御装置は、矩形波電圧の位相φを－φ１からφ１までの範囲に制限する。位相φ１は位相φ２より小さい。

特開２０１４－５０１２４号公報

特許文献１に開示される技術では、原点学習が完了していない場合に矩形波電圧の位相が、原点学習が完了している場合よりも狭い範囲で常に制限されるため、モータの動作性能が低下するおそれがある。

本発明の目的は、モータを駆動するための電圧位相指令値の急変を抑えつつ、モータの動作性能の低下を抑える技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、車両に設けられたモータを矩形波制御によって制御可能な制御装置であって、モータの回転角を検出するレゾルバの検出結果をもとにレゾルバの原点を学習する学習部と、モータの目標トルクとレゾルバの検出結果をもとに電圧位相指令値を導出するフィードバック部と、電圧位相指令値をもとに矩形波状の出力電圧を生成する矩形波生成部と、を備える。矩形波生成部は、レゾルバの原点の学習が完了しておらず、且つ電圧位相指令値が所定の閾値未満である場合は、レゾルバの学習完了時と同じ位相変化許容レート以下に制限された電圧位相指令値をもとに出力電圧を生成し、レゾルバの原点の学習が完了しておらず、且つ電圧位相指令値が所定の閾値以上である場合は、レゾルバの学習完了時よりも低い位相変化許容レート以下に制限された電圧位相指令値をもとに出力電圧を生成する。

本発明によれば、モータを駆動するための電圧位相指令値の急変を抑えつつ、モータの動作性能の低下を抑える技術を提供できる。

実施例の駆動装置の斜視図である。 モータのトルク出力値を示し、制限部によって用いられる所定の閾値について説明するための図である。 第１電圧位相指令値が所定の閾値より小さい場合の制御を説明するための図である。 第１電圧位相指令値が所定の閾値以上である場合で、且つレゾルバの原点の学習を完了している場合の制御を説明するための図である。 第１電圧位相指令値が所定の閾値以上である場合で、且つレゾルバの原点の学習を完了していない場合の制御を説明するための図である。 レゾルバがマイナスにオフセットされている場合の電圧位相指令値について説明するための図である。 変形例のモータの制御について説明するための図である。 実施例の矩形波制御の処理を示すフローチャートである。

図１は、実施例の駆動装置１の斜視図である。駆動装置１は、制御装置１０、電源装置１２、インバータ１４、モータ１６およびレゾルバ１８を備える。また、制御装置１０は、目標トルク決定部２０、フィードバック部２２、トルク算出部２４、制限部２６、矩形波生成部２８、変換部３０および学習部３２を備える。

駆動装置１は、車両に設けられたモータ１６を駆動する。車両は、モータ１６だけでなく、走行駆動源としてエンジンをさらに備えてよく、ハイブリッド車（Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、燃料電池車（Fuel Cell Electric Vehicle）、電気自動車（Battry Electric Vehicle）などの電動車両（Electric Vehicle）の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する。

電源装置１２は、二次電池を有し、直流電力をインバータ１４に供給する。インバータ１４は、制御装置１０からの指令に応じて、電源装置１２の直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力にしてモータ１６に供給する。インバータ１４は、制御装置１０からのトルク指令値が正の場合には、直流電力を交流電力に変換して正のトルクを出力するようにモータ１６を駆動する。また、モータ１６のトルク指令値が零の場合には、インバータ１４は、直流電力を交流電力に変換してトルクが零になるようにモータ１６を駆動する。車両の回生制動時には、モータ１６のトルク指令値が負に設定され、インバータ１４は、モータ１６が発電した交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力を電源装置１２へ供給する。

モータ１６は、ロータを備える交流同期モータであり、たとえばロータに永久磁石を用いたものである。モータ１６は、ジェネレータとしても機能する。

レゾルバ１８は、モータ１６のロータ回転角を示す回転角θを検出し、その検出結果を制御装置１０へ送出する。レゾルバ１８の検出結果は、フィードバック制御に用いられる。

制御装置１０は、モータ１６の駆動を制御する。以下では、制御装置１０が、矩形波制御でモータ１６の駆動を制御する態様を説明するが、制御装置１０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式でもモータ１６を制御可能である。制御装置１０の各種機能は、ハードウェア的には、回路ブロック、メモリ、その他のＬＳＩで構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。

学習部３２は、レゾルバ１８の原点を学習して、原点誤差Δθを記憶する。原点誤差Δθは、モータ１６のコイル位置に対してレゾルバ１８の取り付け位置がずれることによって生じる誤差であり、ロータの回転角θの原点と実際のロータ回転角の原点との差に相当する。原点誤差Δθは、ロータの回転角θに関わらず一定である。学習部３２は、例えば、モータ１６に電流が流れておらずモータ１６が回転している状態で、モータ１６の電流がゼロと認識される回転角を原点誤差Δθとして学習する。

学習部３２は、原点学習が完了している場合、原点学習で得られた原点誤差Δθを用いてロータの回転角θを補正し、補正後の回転角θ’を出力する。学習部３２は、原点学習が完了していない場合、レゾルバ１８からの回転角θをそのまま出力する。

変換部３０は、インバータ１４からモータ１６に流れるモータ電流を検出する電流センサから２相分のモータ電流を受け取り、その２相分のモータ電流を、学習部３２から受け取った回転角θまたは回転角θ’を用いてｄ軸電流およびｑ軸電流に座標変換する。

トルク算出部２４は、変換部３０によって求められたｄ軸電流およびｑ軸電流を用いて、モータ１６のトルク出力値を算出する。トルク算出部２４は、たとえば、ｄ軸電流およびｑ軸電流を引数としてトルク出力値を出力するトルク算出マップを用いて、モータ１６のトルク出力値を算出する。

目標トルク決定部２０は、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作量をもとに、モータ１６の目標トルクを決定する。

フィードバック部２２は、目標トルク決定部２０によって決定された目標トルクと、トルク算出部２４によって算出されたトルク出力値との偏差を算出し、所定ゲインによるＰＩ演算を行なって制御偏差を求め、求められた制御偏差に応じて矩形波電圧の位相φを算出する。フィードバック部２２は、偏差が正であると位相φを進め、そうでないと位相φを遅らせる。このように、矩形波制御では、矩形波電圧の位相φを操作することによってトルク出力値を目標トルクに追従させる。フィードバック部２２が算出する位相φを、第１電圧位相指令値という。つまり、フィードバック部２２は、レゾルバ１８の出力をもとに算出したモータ１６のトルク出力値と、モータ１６の目標トルクとをもとに第１電圧位相指令値を導出する。

制限部２６は、フィードバック部２２が出力する第１電圧位相指令値に所定の制限をかけた第２電圧位相指令値を矩形波生成部２８に出力する。第１電圧位相指令値および第２電圧位相指令値を区別しない場合は単に電圧位相指令値という。モータ１６の制御方式が、ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替わった場合に、モータ１６の出力が急変するおそれがあるため、制限部２６は、出力の急変を抑えるよう制限をかける。また、レゾルバ１８の原点を学習していない場合、レゾルバ１８が検出した回転角θがそのまま変換部３０に出力されるため、変換部３０の算出結果には原点誤差Δθに応じた誤差が生じる。その結果、特に、矩形波制御におけるフィードバック制御において、トルク算出部２４によるトルク出力値に誤差が生じ、モータ１６の出力が急変してしまうおそれがある。そこで、制限部２６は、原点学習完了時であるか原点未学習時であるかによって制限を異ならせ、モータ１６の出力の急変を抑える。制限部２６の制限について詳細は後述する。

矩形波生成部２８は、制限部２６から受け取った第２電圧位相指令値をもとに、３相の電圧指令値（矩形波パルス）を生成し、３相の電圧指令値に従ってスイッチング制御信号を発生する。インバータ１４がスイッチング制御信号に従ったスイッチング動作を行なうことにより、第２電圧位相指令値に従った矩形波パルス電圧が、モータ１６の各相に印加される。このように、矩形波制御においては、モータ１６のトルク出力値を目標トルクに追従させるフィードバック制御が行なわれる。

制限部２６は、第１電圧位相指令値が所定の閾値以上であるかによって第１電圧位相指令値を制限する位相変化許容レートを設定する。この所定の閾値について新たな図面を参照して説明する。

図２は、モータ１６のトルク出力値３６を示し、制限部２６によって用いられる所定の閾値について説明するための図である。図２の縦軸はトルクであり、横軸は電圧位相指令値である。モータ１６のトルク出力値３６は、力行時では正の値であり、回生時では負の値で示す。

電圧位相指令値がゼロであればトルク出力値３６は、ゼロになり、電圧位相指令値がゼロよりも大きくなるとトルク出力値３６が所定値で極大となるように変化し、電圧位相指令値がゼロよりも小さくなるとトルク出力値３６が所定値で極小となるように変化する。

制限部２６は、力行時に第１電圧位相指令値が正の閾値３８以上であるか判定し、回生時に第１電圧位相指令値が負の閾値４０以下であるか判定する。すなわち、制限部２６は、第１電圧位相指令値が絶対値で閾値より小さいか判定し、この判定結果を位相変化許容レートの設定に用いる。正の閾値３８および負の閾値は、トルクの極値またはその近傍に設定される。

図３は、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８より小さい場合の制御を説明するための図である。図３に示す縦軸は電圧位相指令値であり、横軸は時間である。図３では、ＰＷＭ制御から矩形波制御に時刻ｔ１で切り替わった際の電圧位相指令値の挙動を示している。ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替わると、電圧位相指令値が急変するおそれがある。

矩形波制御において、制限部２６は、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８より小さい場合、第１電圧位相指令値を通常時の第１位相変化許容レートで制限して、第２電圧位相指令値を出力する。第１位相変化許容レートは、例えば１０［ｄｅｇ／ｍｓ］に設定される。これにより、電圧位相指令値の変化量が第１位相変化許容レートに収まるため、電圧位相指令値の急変を制限できる。

制限部２６は、レゾルバ１８の原点を学習しているかに関わらず、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８より小さければ、第１位相変化許容レートで制限して第２電圧位相指令値４２を出力する。第１電圧位相指令値の変化量が第１位相変化許容レートを超える場合には、制限部２６は、直近の電圧位相指令値をもとに第２電圧位相指令値を算出し、直近の電圧位相指令値と第２電圧位相指令値の変化量が第１位相変化許容レートを超えないようにする。これにより、レゾルバ１８が原点未学習でも位相が急に進角しない場合、例えば正転力行時にレゾルバ１８がプラスにオフセットしている場合や、所定の閾値３８まで進角するばらつきがない場合に、第１電圧位相指令値を制限しすぎず、動力性能の低下を抑えることができる。次に、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８以上である場合の制限について新たな図面を参照して説明する。

図４は、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８以上である場合で、且つレゾルバ１８の原点の学習を完了している場合の制御を説明するための図である。時刻ｔ１でモータ１６の制御がＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えられる。例えばＰＷＭ制御中に、電圧位相指令値が電流センサの誤差等によって進角され、時刻ｔ１に向かって上昇している。時刻ｔ１において、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８以上であるが、原点の学習を完了しているため、制限部２６は、第１位相変化許容レートで第１電圧位相指令値を制限して、第２電圧位相指令値４４を出力する。

制限部２６は、電圧位相指令値を第１位相変化許容レートで制限しつつ、電圧位相指令値を下げ、時刻ｔ２にて所定の閾値３８以下になるようにする。第２電圧位相指令値４４が制御切り替え直後の領域４６で小さくなり、所定の閾値３８以下になっている。制御切り替え直後の領域４６では、第２電圧位相指令値４４が第１位相変化許容レートに収まっている。これにより、電圧位相指令値の急変を抑えつつ、電圧位相指令値が所定の閾値３８以下になるように制御できる。

図５は、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８以上である場合で、且つレゾルバ１８の原点の学習を完了していない場合の制御を説明するための図である。時刻ｔ１でモータ１６の制御がＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えられる。例えば正転力行時にレゾルバ１８がマイナスにオフセットされている場合、電圧位相指令が進角する。時刻ｔ１において、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８以上になっている。

時刻ｔ１において、制限部２６は、第１電圧位相指令値が所定の閾値以上であり、レゾルバ１８の原点の学習が完了していないため、第１電圧位相指令値を第２位相変化許容レートで制限し、第２電圧位相指令値４８を出力する。制限部２６は、第２位相変化許容レートで第２電圧位相指令値４８を所定の閾値以下まで下げる。第２位相変化許容レートは、第１位相変化許容レートよりも低く、例えば２［ｄｅｇ／ｍｓ］に設定される。これにより、時刻ｔ１からの第２電圧位相指令値４８の領域５０は、緩やかに制限されており、第２電圧位相指令値４８は時刻ｔ３にて所定の閾値３８以下になる。

図４で示した学習時の第２電圧位相指令値４４の領域４６と比べて、未学習時の第２電圧位相指令値４８は、領域５０での傾き（レート）は緩やかになっている。これは学習未完了時の第２位相変化許容レートが、学習完了時の第１位相変化許容レートよりも低いためである。これにより、レゾルバ１８がマイナスにオフセットされ、レゾルバ１８の原点が未学習である場合に、電圧位相指令値の急変を抑えることができる。なお、第２位相変化許容レートは、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８以上である場合にのみ適用される。所定の閾値３８は、原点学習をしているかに関わらず共通の値であってよい。

制限部２６の制限を受けて、矩形波生成部２８は、レゾルバ１８の原点の学習が完了しておらず、且つ第１電圧位相指令値が所定の閾値３８未満である場合は、レゾルバの学習完了時と同じ第１位相変化許容レート以下に制限された第２電圧位相指令値をもとに出力電圧を生成する。また、矩形波生成部２８は、レゾルバ１８の原点の学習が完了しておらず、且つ第１電圧位相指令値が所定の閾値３８以上である場合は、レゾルバ１８の学習完了時よりも低い第２位相変化許容レート以下に制限された第２電圧位相指令値をもとに出力電圧を生成する。この第２電圧位相指令値をもとに、モータ１６が駆動される。

図６は、レゾルバ１８がマイナスにオフセットされている場合の電圧位相指令値について説明するための図である。図６では、正転力行時にレゾルバ１８がマイナスにオフセットされており、原点未学習時の電圧位相指令値５２と、原点学習時の電圧位相指令値５４を示している。

レゾルバ１８がマイナスにオフセットされていると、未学習時の電圧位相指令値５２は、実際の電圧位相指令値５４よりも進角側にずれる。制限部２６が電圧位相指令値を所定の閾値３８以下にする制御では、実際の電圧位相指令値５４が閾値３８を超える場合を制限すればよく、未学習時の電圧位相指令値５２を直ちに制限しなくてもよい。そこで、実施例の制御装置１０は、電圧位相指令値が所定の閾値３８以上であり、且つレゾルバ１８の原点未学習時に限って、相対的に低い第２位相変化許容レートで制限する。

図７は、変形例のモータ１６の制御について説明するための図である。変形例では、制限部２６は、矩形波制御での電圧位相指令値の制限だけでなく、ＰＷＭ制御でも電圧位相指令値の制限を実行する。例えば、制限部２６は、ＰＷＭ制御において、電圧位相指令値５６を所定の閾値３８より小さくなるように制限することで、ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替わっても、電圧位相指令値５６が所定の閾値３８より小さく維持することが可能となる。とくにレゾルバ１８の原点を学習していない場合にのみ、制限部２６は、ＰＷＭ制御において、電圧位相指令値５６が所定の閾値３８より小さくなるように制限してよい。これにより、ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替わる際に、第２電圧位相指令値４４の急変が生じることを回避できる。

図８は、実施例の矩形波制御の処理を示すフローチャートである。目標トルク決定部２０は、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作量をもとに、モータ１６の目標トルクを決定する（Ｓ１０）。フィードバック部２２は、トルク算出部２４によって算出されたモータ１６のトルク出力値を取得し（Ｓ１２）、目標トルクとトルク出力値とをもとにフィードバックを実行し、第１電圧位相指令値を算出する（Ｓ１４）。

制限部２６は、所定の閾値３８を設定し（Ｓ１６）、第１電圧位相指令値が所定の閾値３８を超えないか判定する（Ｓ１８）。第１電圧位相指令値が所定の閾値を超えない場合（Ｓ１８のＹ）、制限部２６は、第１電圧位相指令値を通常時の第１位相変化許容レートで制限し、第２電圧位相指令値を出力する（Ｓ２０）。

第１電圧位相指令値が所定の閾値を超える場合（Ｓ１８のＮ）、制限部２６は、レゾルバ１８の原点が学習済みであるか判定する（Ｓ２２）。原点学習済みであれば（Ｓ２２のＹ）、制限部２６は、第１電圧位相指令値を通常時の第１位相変化許容レートで制限し、第２電圧位相指令値を出力する（Ｓ２０）。原点学習済みでなければ（Ｓ２２のＮ）、制限部２６は、第１電圧位相指令値を未学習時の第２位相変化許容レートで制限し、第２電圧位相指令値を出力する（Ｓ２６）。

矩形波生成部２８は、制限部２６によって制限された第２電圧位相指令値をもとに、スイッチング指令値を算出し（Ｓ２８）、スイッチング指令値を出力する（Ｓ３０）。これにより、モータ１６が第２電圧位相指令値に応じて駆動する（Ｓ３２）。

なお実施例はあくまでも例示であり、各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ 駆動装置、 １０ 制御装置、 １２ 電源装置、 １４ インバータ、 １６ モータ、 １８ レゾルバ、 ２０ 目標トルク決定部、 ２２ フィードバック部、 ２４ トルク算出部、 ２６ 制限部、 ２８ 矩形波生成部、 ３０ 変換部、 ３２ 学習部。

Claims (1)

1. 車両に設けられたモータを矩形波制御によって制御可能な制御装置であって、
   モータの回転角を検出するレゾルバの検出結果をもとに前記レゾルバの原点を学習し、学習完了した場合には前記レゾルバの検出結果を補正する学習部と、
   前記レゾルバの出力をもとに算出した前記モータのトルク出力値と、前記モータの目標トルクとをもとに前記モータを駆動させるための電圧位相指令値を導出するフィードバック部と、
   電圧位相指令値をもとに矩形波状の出力電圧を生成する矩形波生成部と、を備え、
   前記矩形波生成部は、前記レゾルバの原点の学習が完了しておらず、且つ電圧位相指令値が所定の閾値未満である場合は、前記レゾルバの学習完了時と同じ位相変化許容レート以下に制限された電圧位相指令値をもとに出力電圧を生成し、前記レゾルバの原点の学習が完了しておらず、且つ電圧位相指令値が所定の閾値以上である場合は、前記レゾルバの学習完了時よりも低い位相変化許容レート以下に制限された電圧位相指令値をもとに出力電圧を生成することを特徴とする制御装置。

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