JP2024036126A - Motor control device and motor control program - Google Patents
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Abstract
【課題】制御の複雑化を回避しつつ、エンジンの応答遅れに起因する電力消費を抑制可能なモータ制御装置等の提供。
【解決手段】MG-ECUは、エンジンと接続されるモータジェネレータを制御するモータ制御装置として機能する。MG-ECUは、モータジェネレータの回転数を検出した回転数検出値を用いて、回転数が指令値NCに近づくようにフィードバック制御を行う。MG-ECUは、エンジンの回転数が上昇するとき、エンジンから出力されるエンジントルクTEの所定時間における平均値が閾値を超えたことに基づき、モータジェネレータの指令値NCを上昇させる上昇指令を出力する。
【選択図】図5
The present invention provides a motor control device, etc. that can suppress power consumption caused by engine response delay while avoiding complication of control.
An MG-ECU functions as a motor control device that controls a motor generator connected to an engine. The MG-ECU uses a rotation speed detection value obtained by detecting the rotation speed of the motor generator to perform feedback control so that the rotation speed approaches the command value NC. When the engine speed increases, the MG-ECU outputs an increase command to increase the motor generator command value NC based on the fact that the average value of engine torque TE output from the engine over a predetermined time exceeds a threshold value. do.
[Selection diagram] Figure 5
Description
この明細書による開示は、エンジンと接続される回転電機の制御技術に関する。 The disclosure in this specification relates to a control technology for a rotating electric machine connected to an engine.
特許文献1には、ハイブリッド車両に搭載され、エンジンと接続されたモータジェネレータ等の回転電機を制御する駆動力の制御装置が開示されている。この制御装置では、ドライバの加速要求があった場合、エンジントルクの応答遅れを考慮し、エンジントルクが立ち上がるまでモータジェネレータによるアシスト電力が抑制される。
特許文献1のように、エンジンの応答遅れ分に相当する待機時間を設定し、待機時間の経過後にモータジェネレータの回転数を上昇させる処理によれば、エンジンの回転数を上昇させるシーンでの電力消費が抑制され得る。しかし、適切な待機時間を設定するには、制御の複雑化が不可避となり得る。
As in
本開示は、制御の複雑化を回避しつつ、エンジンの応答遅れに起因する電力消費を抑制可能なモータ制御装置、及びモータ制御プログラムの提供を目的とする。 The present disclosure aims to provide a motor control device and a motor control program that can suppress power consumption caused by engine response delay while avoiding complication of control.
上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、エンジン(11)と接続される回転電機(12)を制御するモータ制御装置であって、回転電機の回転数を検出した回転数検出値を用いて、回転数が指令値(NC)に近づくようにフィードバック制御する制御系(30)、エンジンの回転数が上昇するとき、エンジンから出力されるエンジントルク(TE)の所定時間における平均値(TaE)が閾値を超えたことに基づき、回転電機の指令値を上昇させる上昇指令を出力する指令制御部(80)と、を備えるモータ制御装置とされる。 In order to achieve the above object, one aspect disclosed is a motor control device that controls a rotating electrical machine (12) connected to an engine (11), the rotational speed detection value being the rotational speed of the rotating electrical machine. A control system (30) that performs feedback control so that the rotation speed approaches the command value (NC) using The motor control device includes a command control unit (80) that outputs an increase command to increase the command value of the rotating electric machine based on the fact that (TaE) exceeds a threshold value.
また開示された一つの態様は、エンジン(11)と接続される回転電機(12)を制御するモータ制御プログラムであって、回転電機の回転数を検出した回転数検出値を用いて、回転数が指令値(NC)に近づくようにフィードバック制御し、エンジンの回転数が上昇するとき、エンジンから出力されるエンジントルク(TE)の所定時間における平均値(TaE)が閾値を超えたことに基づき、回転電機の指令値を上昇させる上昇指令を出力する(S31~S34)、ことを含む処理を、少なくとも一つの処理部(23)に実行させるモータ制御プログラムとされる。 Further, one aspect disclosed is a motor control program that controls a rotating electrical machine (12) connected to an engine (11), which uses a rotational speed detection value obtained by detecting the rotational speed of the rotating electrical machine to control the rotational speed. When the engine speed increases, the average value (TaE) of the engine torque (TE) output from the engine exceeds the threshold value. The motor control program causes at least one processing unit (23) to execute processing including: , outputting an increase command to increase the command value of the rotating electric machine (S31 to S34).
これらの態様では、エンジンの回転数を上昇させる場合、回転電機の回転数の指令値を上昇させる処理は、所定時間におけるエンジントルクの平均値が閾値を超えたことに基づき開始される。こうした処理によれば、回転電機の回転数の上昇が適切なタイミングで開始され得る。その結果、制御の複雑化を回避しつつ、エンジンの応答遅れに起因する電力消費が抑制可能となる。 In these aspects, when increasing the engine speed, the process of increasing the command value of the rotational speed of the rotating electric machine is started based on the fact that the average value of the engine torque over a predetermined period of time exceeds a threshold value. According to such processing, the increase in the rotational speed of the rotating electric machine can be started at an appropriate timing. As a result, power consumption due to engine response delay can be suppressed while avoiding complication of control.
尚、上記及び特許請求の範囲における括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。また、特に組み合わせに支障が生じなければ、特許請求の範囲において明示していない請求項同士の組み合せも可能である。 Note that the reference numbers in parentheses in the above and claims merely indicate an example of the correspondence with specific configurations in the embodiments to be described later, and do not limit the technical scope in any way. In addition, claims that are not explicitly stated in the claims may be combined if no particular problem arises in the combination.
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。 Hereinafter, multiple embodiments of the present disclosure will be described based on the drawings. Note that duplicate explanations may be omitted by assigning the same reference numerals to corresponding components in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiments previously described can be applied to other parts of the configuration. Furthermore, in addition to the combinations of configurations specified in the description of each embodiment, configurations of a plurality of embodiments may be partially combined even if not explicitly specified, as long as no particular problem arises in the combination. It is assumed that combinations of structures described in the plurality of embodiments and modifications that are not explicitly described are also disclosed in the following description.
(第一実施形態)
図1に示す本開示の第一実施形態による制御システム100は、車両に搭載されるパワーユニットに適用される。パワーユニットは、シリーズ方式のハイブリッドシステムであり、走行用の動力を発生させる。パワーユニットは、エンジン11、モータジェネレータ12,14、インバータ13,15、及びバッテリ16等によって構成されている。
(First embodiment)
A
エンジン11は、燃料を燃焼させて力学的エネルギを取り出す内燃機関である。エンジン11は、モータジェネレータ12と接続されており、発生させた力学的エネルギを、クランク軸11cを通じてモータジェネレータ12に供給する。一例として、エンジン11は、3つのシリンダが直列に並び、各シリンダの燃焼室にてガソリンを順に燃焼させる3気筒のガソリンエンジンである。尚、エンジン11の気筒数、気筒の配列及び排気量等は、適宜変更されてよい。また、軽油を燃焼させるディーゼルエンジン、又はヴァンケル型のロータリーエンジン等が、エンジン11としてパワーユニットに採用されていてもよい。
The
モータジェネレータ12,14は、例えば3相ブラシレスモータである。モータジェネレータ12,14は、コイルを有するステータ、永久磁石を有するロータ、及びロータの回転角度(回転数)を検出する回転角度センサ等によって構成されている。モータジェネレータ12,14は、ステータの外周側にロータが配置されたアウターロータ型の構成である。
尚、モータジェネレータ12,14として採用される電動機の態様は、適宜変更されてよい。例えば、モータジェネレータ12,14は、インナーロータ型の回転電機であってもよい。さらに、モータジェネレータ12,14は、永久磁石に替えて界磁巻線をロータに備える巻線界磁型の同期モータであってもよい。また、モータジェネレータ12,14は、上記のような同期モータに限定されず、誘導モータ等であってもよい。さらに、互いに異なる形式の電動機が、モータジェネレータ12,14として採用されてもよい。
Note that the mode of the electric motors employed as the
モータジェネレータ12は、エンジン11から供給される力学的エネルギを電気エネルギに変換する発電用の電動機である。モータジェネレータ12は、発電専用の回転電機として設けられている。モータジェネレータ12は、ロータと一体的に回転する入力軸を有している。入力軸は、走行用の動力を車両のタイヤに伝達する駆動軸19から物理的に切り離されている。これにより、路面等から入力軸への外乱の入力は発生しない。入力軸には、エンジン11のクランク軸11cが直接的に接続されている。即ち、エンジン11とモータジェネレータ12との接続構成は、緩衝機能を有するダンパDMを介在させないダンパレス構成であり、かつ、動力伝達のためのギヤGRを介在させないギヤレス構成である。ダンパDMは、例えばトーショナルスプリングの伸縮によってクランク軸11cのトルク変動を減衰するねじりダンパである。ギヤGRは、例えばクランク軸11cの回転を増速しつつモータジェネレータ12に伝達する増速機である。
The
モータジェネレータ14は、車両を走行させる駆動用の電動機である。モータジェネレータ14は、車両の駆動軸19と直接的又は間接的に接続されている。モータジェネレータ14は、バッテリ16等から供給される電気エネルギを力学的エネルギに変換し、駆動軸19を回転させる。加えて、モータジェネレータ14は、車両が減速する場合、インバータ15と連携し、駆動軸19から入力される力学的エネルギ(車両の運動エネルギ)を電気エネルギに変換する。
The
インバータ13,15は、正極ライン及び負極ライン間に並列に配置されたU相、V相、W相の各アームと、各相のアームに直列接続されたスイッチング素子及び還流ダイオードとを含む3相ブリッジ回路を主体とする駆動回路である。スイッチング素子には、IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)又はMOS-FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等が用いられる。インバータ13,15は、各スイッチング素子のオンオフ動作により、モータジェネレータ12,14の動作を制御する。
The
インバータ13は、モータジェネレータ12と組み合わされ、モータジェネレータ12による発電動作を制御する。インバータ13は、還流回路の形成によってモータジェネレータ12のロータに制動方向のトルクを発生させると共に、ステータのコイルに蓄積されたエネルギをバッテリ16又はインバータ15に直流電力として出力する。バッテリ16への直流電力の供給により、バッテリ16の充電が行われる。一方、インバータ15へ供給される直流電力は、車両の走行に用いられる。
The
インバータ15は、モータジェネレータ14と組み合わされ、モータジェネレータ14による力行及び回生の動作を制御する。インバータ15は、バッテリ16又はインバータ13から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ14を駆動する。インバータ15は、交流電力の周波数及び電圧の変更により、モータジェネレータ14の回転速度及びトルクを制御する。
バッテリ16は、電気エネルギを蓄積可能なエナジーストアシステムである。バッテリ16は、ニッケル水素2次電池又はリチウムイオン2次電池等の電池セルを多数組み合わせてなる組電池を主体とする構成である。バッテリ16には、キャパシタ等が用いられていてもよい。バッテリ16は、例えば0.5kWh~2kWh程度の蓄電容量を有している。バッテリ16は、インバータ13,15から供給される電力を蓄積すると共に、蓄積された電力をインバータ15に供給する。バッテリ16は、車両外部の充電スタンドから供給される電力を蓄積可能であってもよい。こうした形態では、バッテリ16は、10kWh~20kWh程度の蓄電容量を有していてもよい。
The
制御システム100は、ハイブリッドECU(Electronic Control Unit)21、エンジンECU22、モータジェネレータECU(以下、MG-ECU)23、及びバッテリECU等によって構成されている。各ECU21~23は、相互に通信可能に接続されている。各ECU21~23は、プロセッサ及びRAMを少なくとも含むコントローラを主体とする構成であり、車載された演算装置(コンピュータ)として機能する。各ECU21~23は、コントローラに加えて、プログラムを記憶する記憶部、及び種々の入出力インターフェースを有している。
The
ハイブリッドECU21は、エンジンECU22及びMG-ECU23と連携し、パワーユニットを統合的に制御する。ハイブリッドECU21は、パワートレインの制御に用いる種々の信号(情報)を取得する。例えば、エンジン11の回転数を検出する信号、モータジェネレータ12,14の回転数を検出する回転角度センサの信号、アクセル開度を示す信号、及びバッテリ16の残量を示す信号等がハイブリッドECU21によって取得される。バッテリ16の残量情報は、例えばSOC(State of Charge)等の情報である。ハイブリッドECU21は、取得した信号に基づき、パワーユニットの動作モードを複数(5つ)のモードのうちで切り替える。
The
具体的に、ハイブリッドECU21は、エンジン11を停止してバッテリ16の充電電力のみで車両を走行させるモードと、エンジン11及びモータジェネレータ12の発電電力で走行しつつ、余剰電力をバッテリ16に充電するモードとを実施する。さらに、ハイブリッドECU21は、発電電力を全て走行に利用するモードと、発電電力及び充電電力の両方を使用して走行するモードと、エンジン11を停止して回生エネルギをバッテリ16に回収するモードとを実施する。
Specifically, the
エンジンECU22は、パワーユニットの動作モードに応じてエンジン11の運転状態を制御する。エンジンECU22は、目標回転数及び目標トルクを演算し、目標回転数及び目標トルクでの運転となるようにエンジン11を制御する。例えば、市街地走行等、要求される駆動力が低いシーンにて、エンジンECU22は、エンジン11を高効率点(図4 Ne1参照)で定点運転する。高効率点は、エンジン11、モータジェネレータ12及びインバータ13よりなる発電システムの発電効率が最も高くなる動作点の1つである。このとき、発電電力の余剰分は、バッテリ16に充電される。また、追い越しを行う際等、要求される駆動力が高いシーンにおいて、エンジンECU22は、エンジン11を高出力点(図4 Ne2参照)で定点運転する。
MG-ECU23は、各インバータ13,15に対してパルス幅変調制御を実施することで、各インバータ13,15と連携して各モータジェネレータ12,14の動作状態を制御する。具体的に、MG-ECU23は、各モータジェネレータ12,14の目標回転数及び目標トルクを演算し、目標回転数及び目標トルクにて各モータジェネレータ12,14が運転されるように各インバータ13,15を制御する。MG-ECU23の記憶部には、各モータジェネレータ12,14を制御するためのモータ制御プログラムが記憶されている。MG-ECU23は、プロセッサによるモータ制御プログラムの実行により、各モータジェネレータ12,14を制御対象(プラント)とする複数のMG制御系を有する。
The MG-
図2は、MG-ECU23の実施するモータ制御の内容を等価的に示したブロック図であり、MG制御系30を構成する複数の機能ブロックを概念的に示している。MG制御系30は、モータジェネレータ12を制御対象とする制御系である。MG制御系30は、モータジェネレータ12の回転数を検出した回転数検出値を用いて、この回転数が指令値NCに近づく(追従する)ようにフィードバック制御を実施する。尚、MG-ECU23は、モータジェネレータ14(図1参照)を制御対象とするMG制御系を、MG制御系30とは別にさらに有している。
FIG. 2 is a block diagram equivalently showing the details of motor control performed by the MG-
MG制御系30は、複数の換算器31,33,35,37,38、複数の減算部32,34,36、速度PI(Proportional-Integral)制御器40、及び電流PI制御器60を備えている。
The
換算器31には、MG-ECU23(後述の指令制御部80)にて生成される機械角速度指令値ωm*が入力される。換算器31は、機械角から電気角への換算を実施する。具体的に、換算器31は、モータジェネレータ12の磁極対数Pmの乗算により、機械角から電気角からへの換算を実施し、機械角速度指令値ωm*から電気角速度指令値ωe*を算出する。換算器31は、算出した電気角速度指令値ωe*を減算部32に出力する。
A mechanical angular velocity command value ωm* generated by the MG-ECU 23 (
減算部32には、電気角速度指令値ωe*に加えて、最新の電気角速度応答値ωeが入力される。減算部32は、電気角速度指令値ωe*に対する現在の電気角速度応答値ωeの偏差(以下、電気角速度偏差)を算出する。減算部32は、算出した電気角速度偏差を速度PI制御器40に出力する。
In addition to the electrical angular velocity command value ωe*, the latest electrical angular velocity response value ωe is input to the
速度PI制御器40は、減算部32から入力される電気角速度偏差に応じたトルク指令値TM*を演算する。速度PI制御器40は、電気角速度偏差が大きくなるほど、大きな値のトルク指令値TM*を算出することで、電気角速度偏差をゼロに近づけるように動作する。速度PI制御器40は、比例器41、積分器42、及び加算部46を有している(図3参照)。比例器41は、電気角速度偏差に速度比例ゲインKpsを乗算した値を出力する。積分器42は、電気角速度偏差の累積値(時間積分値)に速度積分ゲインKisを乗算した値を出力する。加算部46は、比例器41の出力値に積分器42の出力値を加算する。速度PI制御器40は、加算部46にて足し合わされた値を、トルク指令値TM*として換算器33に出力する。
The
換算器33は、速度PI制御器40から入力されるトルク指令値TM*と、予め設定されたトルク係数KTとを用いた演算により、d軸の電流指令値id*とq軸の電流指令値iq*とを算出する。d軸電流は、印加される電流のうちで、磁束発生に使用される成分である。q軸電流は、印加される電流のうちで、ロータを回転させるトルクに対応する成分である。換算器33は、算出した電流指令値id*,iq*を、減算部34に出力する。
The
減算部34には、電流指令値id*,iq*に加えて、最新の電流応答値id,iqが入力される。減算部34は、電流指令値id*,iq*に対する現在の電流応答値id,iqの偏差(以下、電流値偏差)を算出する。減算部34は、算出した電流値偏差を電流PI制御器60に出力する。
In addition to the current command values id*, iq*, the latest current response values id, iq are input to the
電流PI制御器60は、減算部34から入力される電流値偏差に応じた電圧指令値vd,vqを演算する。電流PI制御器60は、電流値偏差が大きくなるほど、大きな値の電圧指令値vd,vqを算出することで、電流値偏差をゼロに近づけるように動作する。電流PI制御器60は、比例器、積分器、及び加算部を有している。比例器は、電流値偏差に電流比例ゲインKpcを乗算した値を出力する。積分器は、電流値偏差の累積値(時間積分値)に電流積分ゲインKicを乗算した値を出力する。加算部は、比例器の出力値に積分器の出力値を加算する。電流PI制御器60は、加算部にて足し合わされた値を、電圧指令値vd,vqとしてモータジェネレータ12に出力する。
The
モータジェネレータ12に相当するブロック(モデル)は、電機子インダクタンスをL,電機子抵抗をRとした場合に、1/(L・s+R)で表される。モータジェネレータ12からは、d軸の電流応答値idと、q軸の電流応答値iqとが検出される。MG制御系30には、モータジェネレータ12の後部を減算部34と接続する電流制御マイナーループが形成されている。各電流応答値id,iqは、電流制御マイナーループを通じて減算部34に入力される。これにより、電流応答値id,iqを目標値である電流指令値id*,iq*に追従(一致)させるフィードバック制御が実施される。
A block (model) corresponding to the
換算器35には、モータジェネレータ12から出力される最新の電流応答値id,iqが入力される。換算器35は、換算器33と同一のトルク係数KTを用いて、換算器33とは真逆の処理を実施する。具体的に、換算器35は、トルク係数KTを用いて、電流応答値id,iqから、モータジェネレータ12のトルク応答値TMを算出する。換算器35は、算出したトルク応答値TMを減算部36に出力する。
The latest current response values id and iq output from the
減算部36には、トルク応答値TMに加えて、最新のエンジントルクTEが入力される。減算部36は、トルク応答値TMに対する現在のエンジントルクTEの偏差(以下、トルク偏差)を算出する。減算部36は、算出したトルク偏差を換算器37に出力する。
In addition to the torque response value TM, the latest engine torque TE is input to the
換算器37は、モータジェネレータ12のうちでクランク軸11cと一体で回転する構成(ロータ等)のイナーシャJMの値を用いて、減算部36から入力されるトルク偏差から機械角速度応答値ωmを算出する。
The
換算器38は、換算器37の後部を減算部32と接続する速度制御アウターループのライン上に設けられている。換算器38は、換算器31と同一の磁極対数Pmを用いて、機械角から電気角からへの換算を実施し、機械角速度応答値ωmを電気角速度応答値ωeに変換する。電気角速度応答値ωeは、速度制御アウターループを通じて減算部32に入力される。尚、機械角速度応答値ωmは、モータジェネレータ12の回転角度センサの出力に基づく値である。機械角速度応答値ωm又は電気角速度応答値ωeは、「回転数検出値」に相当する。
The
以上により、電気角速度応答値ωeを目標値である電気角速度指令値ωe*に追従(一致)させるフィードバック制御であって、モータジェネレータ12の回転数を指令値NCに近づけるフィードバック制御が実施される。その結果、MG制御系30は、エンジン11のトルク変動に対し逆位相となるカウンタトルク(制振トルク,図1参照)を、モータジェネレータ12に出力させることができる。
As described above, feedback control is performed to cause the electrical angular velocity response value ωe to follow (match) the electrical angular velocity command value ωe*, which is a target value, and to bring the rotation speed of the
<制御ゲインの切替処理>
次に、ゲイン切替部70にて実施されるゲイン切替制御の詳細を、図1~図4に基づいて説明する。
<Control gain switching process>
Next, details of the gain switching control performed by the
MG-ECU23は、モータ制御プログラムに基づく機能部として、ゲイン切替部70(図3参照)をさらに備える。ゲイン切替部70は、ゲイン切替処理の実施により、MG制御系30のフィードバック制御にて用いられる制御ゲインを、低ゲイン及び高ゲインを含む複数のうちで切り替える。
The MG-
ゲイン切替部70は、低ゲインと高ゲインとを切り替えるゲイン切替処理において、速度PI制御器40の速度比例ゲインKps及び速度積分ゲインKisの各値を少なくとも変更する。ゲイン切替部70は、電流PI制御器60の電流比例ゲインKpc及び電流積分ゲインKicの各値を、速度比例ゲインKps及び速度積分ゲインKisの各値と共に変更してもよい。
The
低ゲインの状態では、エンジントルクTEの脈動に対し、MG制御系30の反応が低応答となる。この場合、モータジェネレータ12の出力する制振トルクは、ごく僅かとなるか又はゼロとなる(図4 下段左側参照)。この場合、モータジェネレータ12は、実質的に一定のトルクを出力する状態となる。その結果、フィードバック制御によるエンジントルクTEの脈動抑制効果も小さくなる。
In a low gain state, the
高ゲインの状態では、エンジントルクTEの脈動に対し、MG制御系30の反応が高応答となる。この場合、モータジェネレータ12の出力する制振トルクは、低ゲインの状態と比較して大きくなる(図4 下段右側参照)。その結果、フィードバック制御によるエンジントルクTEの脈動抑制効果も大きくなる。
In a high gain state, the
ゲイン切替部70は、制御システム100の起動に基づき、ゲイン切替処理を開始する。ゲイン切替部70は、制御システム100の停止までゲイン切替処理を継続し、制御システム100の停止に基づきゲイン切替処理を終了する。ゲイン切替部70は、ゲイン切替処理の開始後、起動後の初期処理を実施し、低ゲインの状態に設定する。ゲイン切替部70は、エンジントルクTEの脈動が大きくなるシーンの発生を推定した場合、高ゲインへの切替条件を成立させ、低ゲインから高ゲインへの切り替えを実施する。
The
一例として、クランキングによってエンジン11の回転数が高効率点の回転数(以下、第1回転数Ne1)となったタイミングにて、ゲイン切替部70は、低ゲインから高ゲインへの切り替えを開始する。これにより、高ゲインの状態下にて、燃料への点火が開始される(図4 ENG点火参照)。故に、燃焼開始に伴う回転数の急激な上昇(図4 破線参照)が抑制される。
As an example, the
ゲイン切替部70は、第1回転数Ne1から高出力点の回転数(以下、第2回転数Ne2)への遷移タイミングにて、低ゲインから高ゲインへと切り替える。これにより、クランク軸11cの回転数が第2回転数Ne2を大きく超過する事態は、発生し難くなる。さらに、エンジン11を停止させるタイミングにおいても、ゲイン切替部70は、低ゲインから高ゲインへと切り替える。これにより、クランク軸11cの回転が安定的に静止しない事態が、発生し難くなる。
The
ゲイン切替部70は、高ゲインへの切り替え後、低ゲインへの切替条件の成立に基づき、高ゲインから低ゲインへの切り替えを実施する。例えば、高ゲインへの切り替え後に所定時間が経過した場合、又はクランク軸11cの回転数が安定した場合に、ゲイン切替部70は、低ゲインへの切替条件を成立させる。以上によれば、高ゲインでの制振制御は、必要最低限のシーンに限って適用され、その他のシーンでは、低ゲインでの制振制御に切り替えられることで、効率重視の動作が実現される。
After switching to the high gain, the
<アンチワインドアップ制御>
図4に示すように高ゲインから低ゲインへと切り替えを行う場合、遷移期間において、回転数のワインドアップ現象が発生し得る。ワインドアップ現象は、速度PI制御器40での積分項の超加算、即ち、積分器42の出力値が過大となることに起因して発生する。ワインドアップ現象が発生した場合、例えば制振トルクの不適切な増大により、回転数が許容変動範囲の下限を下回るアンダーシュート、又は許容変動範囲の上限を超えるオーバーシュートが発生し得る。尚、許容変動範囲を規定する上限及び下限の各閾値は、ノイズ及びバイブレーションの観点から、車両において許容され得る値に適宜設定されてよい。
<Anti-windup control>
When switching from high gain to low gain as shown in FIG. 4, a wind-up phenomenon of rotational speed may occur during the transition period. The windup phenomenon occurs due to excessive addition of integral terms in the
こうしたワインドアップ現象の発生を抑制するため、速度PI制御器40には、積分器42の動作を変更するアンチワインドアップ制御が適用される。速度PI制御器40(図3参照)は、アンチワインドアップ制御を適用するための構成(以下、アンチワインドアップ制御部50)として、リミッタ51及び積分器停止回路52を有している。
In order to suppress the occurrence of such a windup phenomenon, anti-windup control that changes the operation of the
リミッタ51は、加算部46の後段に設けられている。リミッタ51は、加算部46から出力されるトルク指令値TM*の上限値及び下限値を設定する。リミッタ51は、トルク指令値TM*が予め設定された上限値又は下限値を超えている場合、トルク指令値TM*に替えて上限値又は下限値を出力する。
The
積分器停止回路52は、トルク指令値TM*がリミッタ51の上限値又は下限値を超えた場合、積分器42を停止するアンチワインドアップ制御を実施する。積分器停止回路52は、比較器53及びスイッチ54を有している。比較器53は、リミッタ51の入出力の一致及び不一致を判別する。リミッタ51の入出力が一致している場合、言い替えれば、リミッタ51が作動していない場合、比較器53は、「1」の値を出力する。一方、リミッタ51の入出力が不一致の場合、言い替えれば、リミッタ51が作動している場合、比較器53は、「0」の値を出力する。
The
スイッチ54は、比較器53から「1」の値が入力される場合、オン状態(True)となる。この場合、電気角速度偏差が積分器42に入力され、積分器42は、通常動作の状態となる。一方、比較器53から「0」の値が入力される場合、スイッチ54は、オフ状態(False)となり、電気角速度偏差の積分器42への入力が停止される。その結果、積分器42は、停止状態となる。
The
尚、リミッタ51は、積分器42と加算部46との間に設けられていてもよい。即ち、比較器53は、速度比例ゲインKps及び速度積分ゲインKisの各出力の合算値について、リミッタ51の前後の値を比較する構成に替えて、速度積分ゲインKis1の出力値について、リミッタ51の前後の値を比較する構成であってよい。
Note that the
<トルク検知に基づく上昇指令出力>
次に、指令制御部80にて実施される上昇制御処理の詳細を、図1~図9に基づいて説明する。
<Rising command output based on torque detection>
Next, details of the ascending control process performed by the
MG-ECU23は、モータ制御プログラムに基づく機能部として、指令制御部80(図2参照)をさらに備える。指令制御部80は、回転数の指令値NCを生成し、指令値NCに基づく機械角速度指令値ωm*をMG制御系30に入力させる。指令制御部80は、ハイブリッドECU21によって発電量の増加が決定されると、図5に示すように、エンジンECU22の制御によるエンジントルクTEの上昇制御に合わせて、モータジェネレータ12の回転数を上昇させる。
The MG-
ここで、エンジン11の応答速度は、モータジェネレータ12の応答速度に対して遅い。故に、エンジン11及びモータジェネレータ12の回転数を一体的に上昇させるとき、エンジン11及びモータジェネレータ12の応答速度の差に起因して、モータジェネレータ12に力行動作が発生し得る。
Here, the response speed of the
詳記すると、エンジンECU22は、時刻t1(図5及び図10参照)における発電増加指令の取得に基づき、エンジン11のスロットル開度を上げて、吸入空気量を増加させる動作を行う。このときエンジン11には、例えば100~200ミリ秒程度の吸気遅れDLが発生する。即ち、エンジントルクTEは、発電増加指令に対して、吸気遅れDL分だけ後のタイミングである時刻t2から上昇を開始する(図5 中上段,図7 下段参照)。
Specifically, the
対して、モータジェネレータ12に生じる応答遅れは、エンジン11に生じる応答遅れに対して非常に小さく(短く)なる。故に、発電増加指令の直後から回転数の指令値NCの上昇を開始させてしまうと(図5 上段の破線,図7 上段参照)、エンジントルクTEの上昇が回転数の上昇に追従しなくなる。その結果、エンジントルクTE(所定時間での平均値TaE)の上昇が開始される時刻t2までの期間において、モータジェネレータ12のトルク(所定時間での平均値TaM)がプラス側に遷移する(図5 中下段の破線,図7 下段参照)。これにより、モータジェネレータ12に力行動作が発生し、電力が消費される。以上のように、バッテリ16の残量低下によって発電量を増加させるシーンにおいて、モータジェネレータ12の力行動作が電力を無駄に消費させることは、問題となる。
On the other hand, the response delay occurring in the
こうした力行動作の発生を抑制するため、エンジン11の応答遅れ分に相当する待機時間を設定し、待機時間の経過後にモータジェネレータ12の回転数を上昇させることが考えられる。こうした制御では、モータジェネレータ12の応答性がエンジン11の応答性と同等に調整される。しかし、待機時間は、エンジン11の状態によって変化し得る。そのため、待機時間を正確に設定することは難しく、適切な待機時間を設定するには、制御の複雑化が不可避となる。さらに、力行動作の抑制のために、待機時間に余裕を持たせた場合、応答性の悪化が引き起こされる。
In order to suppress the occurrence of such powering operations, it is conceivable to set a standby time corresponding to the response delay of the
指令制御部80は、応答性を良好に保ちつつ力行動作の発生を抑制するため、発電増加指令に基づきエンジン11の回転数が上昇するとき、上昇制御処理(図6参照)を実施する。上昇制御処理は、発電増加指令の取得に基づき開始される。指令制御部80は、上昇制御処理において、エンジントルクTEの所定時間における平均値TaEを把握し、平均値TaEが閾値を超えたことに基づき、モータジェネレータ12の指令値NCを上昇させる上昇指令を出力する。
The
詳記すると、指令制御部80は、上昇制御処理にて、エンジントルクTEの値を取得する(S31)。指令制御部80は、フィードバック制御にて算出されるモータジェネレータ12のトルク補償値により、エンジントルクTEの値を代替する(図5 下段参照)。具体的に、指令制御部80は、トルク補償値としてのトルク指令値TM*を、エンジントルクTEを推定する情報として取得する。指令制御部80は、トルク指令値TM*を用いて、エンジントルクTEの値を推定によって取得可能である。
Specifically, the
指令制御部80は、取得したエンジントルクTEの値に対し、平均化処理を適用する(S32)。平均化処理では、所定時間における平均値TaEが算出される。指令制御部80は、エンジン11のクランク軸11cの回転角を基準として、回転数に応じた所定時間を設定する。具体的に、指令制御部80は、エンジン11が4サイクルの内燃機関である場合、クランク軸11cが720°回転する期間(720CA)、言い替えれば、全気筒の燃焼を含む期間、を所定時間として設定する。また、指令制御部80は、エンジンの点火間隔に相当する期間を所定時間として設定する。一例として、エンジン11が3気筒である場合、クランク軸11cが240°回転する期間(240CA)が、所定時間として設定される。
The
指令制御部80は、所定時間におけるエンジントルクTEの平均値TaEを、予め設定した閾値と比較する(S33)。閾値は、発電増加指令が出力される前のエンジントルクTEの値(上昇前値)を基準とし、固定値又は可変値を上昇前値に加算した値に設定される。閾値の設定に可変値を用いる場合、指令制御部80は、エンジン11の状態を示す情報に応じて閾値(可変値)を変更する。例えば、エンジンオイルの温度(以下、オイル温度)等が、閾値の設定に用いられる。オイル温度が十分に高い場合、エンジン11の引きずり抵抗が低下する。故に、閾値は、オイル温度の上昇するほど、上昇前値を下回らない範囲で低く調整されてよい。
The
指令制御部80は、平均値TaEが閾値以下である場合(S33:NO)、言い替えれば、エンジントルクTEの上昇がごく僅かである場合、回転数の上昇を待機する。即ち、回転数の指令値NCは、現状(第1回転数Ne1)のまま維持される。そして、平均値TaEが閾値を超えると(S33:YES)、指令制御部80は、指令値NC(機械角速度指令値ωm*)を上昇させる上昇指令を出力する。
If the average value TaE is less than or equal to the threshold value (S33: NO), in other words, if the increase in the engine torque TE is very small, the
以上の上昇制御処理によれば、時刻t1での発電増加指令に基づき、エンジン11の吸入空気量を増加させる動作が行われた場合、吸気遅れDLに相当する時間が経過する時刻t2まで、回転数の指令値NCは、維持される(図5 上段の実線,図8 上段参照)。そして、時刻t2にて、エンジントルクTEの上昇が検知されると(図5 中上段,図8 下段参照)、指令制御部80は、回転数の指令値NCの上昇を開始させる。故に、モータジェネレータ12のトルク(上述のトルク応答値TMに相当)の上昇、言い替えれば、マイナストルクの減少が開始される。エンジントルクTEの上昇開始後に、モータジェネレータ12のマイナストルクの減少が開始されるため、トルク応答値TM(所定時間での平均値TaM)は、プラス側に遷移せず、マイナスの範囲内に留まり得る(図5 中下段,図8 下段参照)。その結果、モータジェネレータ12の力行動作が抑制され、電力消費も回避される。
According to the above-described increase control processing, when an operation is performed to increase the intake air amount of the
<トルク検知適用時の制振性能>
次に、回転数の上昇制御にトルク検知を適用する前後での制振性能の違いを、図9に基づき説明する。図9には、モータジェネレータ12の回転数の指令値NC及び応答値NRが記載されている。応答値NRは、シミュレーション結果であり、上述の機械角速度指令値ωm*に対応する。
<Vibration damping performance when torque detection is applied>
Next, the difference in vibration damping performance before and after applying torque detection to the rotation speed increase control will be explained based on FIG. 9. FIG. 9 shows a command value NC and a response value NR of the rotation speed of the
図9Aに示すように、トルク検知の適用前では、回転数の立ち上がり時において、応答値NRは、指令値NCに対し、周期的に変動する挙動を示している。故に、モータジェネレータ12は、エンジントルクTEの変動に対して逆位相となる制振トルク(図1参照)を出力できている。また、図9Bに示すように、トルク検知の適用後でも、回転数の立ち上がり時において、応答値NRは、指令値NCに対し、周期的に変動する挙動を示すことができている。この時刻t2以降においては、平均0Nmのままでの制振が可能となっている。以上のように、トルク検知を適用しても、モータジェネレータ12は、トルク検知を適用しない場合と同等の制振性能を発揮可能であると推定される。
As shown in FIG. 9A, before torque detection is applied, the response value NR exhibits a behavior that periodically fluctuates with respect to the command value NC when the rotational speed rises. Therefore, the
(実施形態のまとめ)
ここまで説明した第一実施形態では、エンジン11の回転数を上昇させる場合、モータジェネレータ12の回転数の指令値NCを上昇させる処理は、所定時間におけるエンジントルクTEの平均値TaEが閾値を超えたことに基づき開始される。こうした処理によれば、モータジェネレータ12の回転数の上昇が適切なタイミングで開始され得る。その結果、制御の複雑化を回避しつつ、エンジン11の応答遅れに起因する電力消費が抑制可能となる。
(Summary of embodiments)
In the first embodiment described so far, when increasing the rotation speed of the
さらに、静粛性の向上又はダンパレス構成の実現のためには、ダンパ付き構成に適用するよりも高応答なゲイン設定が必要となる。しかし、高応答なゲイン設定を行うと、バッテリ16の電力が無駄に消費され易い。こうした問題に対し、エンジントルクTEを監視し、エンジントルクTEの上昇開始に基づき回転数の上昇指令を付与するという構成を採用することで、待機時間を演算するための複雑な推定モデルを不要としつつ、制振性能の維持が可能となる。
Furthermore, in order to improve quietness or realize a damperless configuration, a gain setting that is more responsive than that applied to a damper-equipped configuration is required. However, if high-response gain settings are made, the power of the
加えて第一実施形態では、エンジン11のトルク変動に対し逆位相となる制振トルクがモータジェネレータ12によって出力される。故に、エンジン11の回転数の脈動が抑制可能となる。さらに、脈動を抑制する効果は、エンジントルクTEの上昇を検知する制御を適用しても、適用前と同等に発揮可能となる(図9参照)。したがって、電力消費の抑制と制振性能の確保との両立が実現される。
In addition, in the first embodiment, the
また第一実施形態では、フィードバック制御にて算出されるモータジェネレータ12のトルク補償値、具体的には、トルク指令値TM*が、エンジントルクTEを推定する情報として用いられる。故に、クランク軸11cのトルクを直接的に計測するトルクセンサ等の構成が省略可能になる。
Further, in the first embodiment, the torque compensation value of the
さらに第一実施形態では、エンジン11のクランク軸11cが720°回転する期間を所定時間とし、当該期間毎のエンジントルクTEの平均値TaEが閾値を超えたことに基づき、上昇指令が出力される。このように、単純な時間平均ではなく、回転数に相関する角度平均を用いることにより、クランク軸11cに生じる回転脈動のトルク上昇検知への影響が、抑制され得る。また、クランク角の全気筒相当である720CAを1回の平均値TaEの算出範囲とすれば、気筒毎のばらつきの影響を除いたトルク上昇検知が可能になる。
Furthermore, in the first embodiment, a period in which the
加えて第一実施形態では、エンジン11の点火間隔に相当する期間を所定時間とし、当該期間毎のエンジントルクTEの平均値TaEが閾値を超えたことに基づき、上昇指令が出力される。こうした所定時間の設定によっても、回転脈動のトルク上昇検知への影響は、抑制され得る。さらに、点火間隔に相当する期間(例えば、240CA)を1回の平均値TaEの算出範囲とすれば、エンジントルクTEの上昇が早期に検知可能となる。
In addition, in the first embodiment, a period corresponding to the ignition interval of the
また第一実施形態では、エンジン11のオイル温度に応じて閾値が変更される。このように、エンジン11の状態を反映した閾値が設定されれば、指令制御部80は、エンジントルクTEの上昇開始を、精度を良く、かつ、早期に検知できる。その結果、エンジントルクTEの上昇検知の適用による応答遅れが最小化され得る。
Further, in the first embodiment, the threshold value is changed depending on the oil temperature of the
さらに第一実施形態では、制御ゲインの切り替えに伴うワインドアップ現象の発生に基づき、積分器42の動作を変更するアンチワインドアップ制御が適用される。その結果、制御ゲインの変更及び回転数の遷移等に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートは、さらに抑制可能となる。
Further, in the first embodiment, anti-windup control is applied to change the operation of the
加えて第一実施形態では、積分器42の動作を停止するアンチワインドアップ制御が適用される。こうした積分器42の停止によれば、積分項の超加算は、確実に回避され得る。その結果、オーバーシュート及びアンダーシュートがいっそう抑制され、騒音及び振動がさらに低減可能となる。
In addition, in the first embodiment, anti-windup control is applied to stop the operation of the
また第一実施形態の指令制御部80は、エンジントルクTEの平均値TaEが閾値を超えたことに基づき、クランク軸11cに直接的に接続されるモータジェネレータ12の回転数を上昇させる。このように、第一実施形態のモータジェネレータ12は、クランク軸11cのトルク変動を減衰するダンパDM、及びクランク軸11cの回転を伝達するギヤGRのいずれも介することなく、クランク軸11cに接続されている。
Further, the
こうしたダンパDM及びギヤGR等のレス構成では、ダンパDM及びギヤGRによる回転数脈動の減衰作用が得られない(図1 左下の下段参照)。故に、ダンパDM及びギヤGRが介在する構成(図1 左下の上段参照)と比較して、高ゲインな制振制御をモータジェネレータ12にて実施し、大きな制振トルクを発生させる必要がある。しかし、高ゲインな制振制御を継続した場合、制振制御に不要なエネルギが消費され易くなる。故に、ゲイン切替の実施により、必要最低限のシーンに限定して高ゲインな制振制御を行うことが、ダンパDM及びギヤGRのレス構成を採用した形態では特に有効となる。
In such a configuration without the damper DM and gear GR, the damping effect of the rotational speed pulsation by the damper DM and gear GR cannot be obtained (see the lower left row in FIG. 1). Therefore, compared to the configuration in which the damper DM and the gear GR are involved (see the upper left corner of FIG. 1), it is necessary to perform high-gain vibration damping control in the
さらに、騒音及び振動の問題を生じさせることなく、ダンパDM及びギヤGRのレス構成が採用可能になれば、パワーユニットの簡素化及び低コスト化が実現され得る。加えて、ダンパDM及びギヤGRの特性を制振トルクの演算に反映することが不要になるため、制振制御の演算負荷が軽減され得る。また、ダンパDM及びギヤGRのレス構成によれば、パワーユニットの軸長が短縮され得るため、車両への搭載性が向上する。その結果、パワーユニットは、幅方向の空間確保が難しい小型車両のエンジンルーム内にも収容可能となる。 Furthermore, if a structure without damper DM and gear GR can be adopted without causing noise and vibration problems, the power unit can be simplified and the cost can be reduced. In addition, since it is not necessary to reflect the characteristics of the damper DM and gear GR in the calculation of damping torque, the calculation load of vibration damping control can be reduced. Moreover, according to the configuration without the damper DM and gear GR, the axial length of the power unit can be shortened, so that the mountability on the vehicle is improved. As a result, the power unit can be accommodated even in the engine room of a small vehicle where it is difficult to secure space in the width direction.
さらに第一実施形態の指令制御部80は、車両において発電専用に設けられたモータジェネレータ12へ向けて上昇指令を出力する。こうした構成では、モータジェネレータ12への路面等からの外乱入力が無くなる。故に、エンジントルクTEの脈動を効果的に抑制可能な制振制御が実施される。
Furthermore, the
加えて第一実施形態の指令制御部80は、アウターロータ型のモータジェネレータ12へ向けて上昇指令を出力する。アウターロータ型のモータジェネレータ12は、大トルクを発生させ易いため、発生可能なトルクが同一である場合、インナーロータ型の構成よりも軸長を低減させ易い。故に、アウターロータ型のモータジェネレータ12の採用によれば、パワーユニットの搭載性がいっそう向上し得る。さらに、アウターロータ型のモータジェネレータ12では、インナーロータ型の構成よりもロータ慣性の確保が容易となる。故に、ロータ慣性を利用した脈動低減効果が発揮され易くなる。
In addition, the
尚、第一実施形態では、クランク軸11cが「出力軸」に相当し、モータジェネレータ12が「回転電機」に相当し、ダンパDMが「ダンパ部」に相当し、ギヤGRが「ギヤ部」に相当する。また、MG-ECU23が「処理部」及び「モータ制御装置」に相当し、MG制御系30が「制御系」に相当する。
In the first embodiment, the
(第二実施形態)
図10に示す本開示の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態では、回転数の指令値NCの遷移が多段化されている。指令制御部80は、回転数を上昇させる上昇遷移期間UTPにおいて、経過時間と回転数の指令値NCとの関係を示す変化線(以下、回転数変化線Ln)の傾きが段階的に変化するように上昇指令を出力する。指令制御部80は、回転数変化線Lnの傾きを2段階に変化させる。
(Second embodiment)
The second embodiment of the present disclosure shown in FIG. 10 is a modification of the first embodiment. In the second embodiment, the rotational speed command value NC changes in multiple stages. The
上昇遷移期間UTPは、発電増加指令が出力される時刻t1から、回転数が第2回転数Ne2となる時刻t4までの期間である。上昇遷移期間UTPは、第1期間TP1と、第2期間TP2とに分けられている。第1期間TP1は、上昇遷移期間UTPの前半の期間であり、時刻t1から時刻t3までの期間である。時刻t3は、エンジントルクTEが立ち上がる時刻t2よりも後に設定される。時刻t3は、第一実施形態と同様のトルク検知による時刻t2の特定に基づき、時刻t2の所定時間後に逐次設定される。時刻t3は、時刻t2よりも必ず後になるような所定時間を時刻t1に加えた時刻に設定されてもよい。 The upward transition period UTP is a period from time t1 when the power generation increase command is output to time t4 when the rotation speed becomes the second rotation speed Ne2. The upward transition period UTP is divided into a first period TP1 and a second period TP2. The first period TP1 is the first half of the rising transition period UTP, and is a period from time t1 to time t3. Time t3 is set after time t2 at which engine torque TE rises. The time t3 is sequentially set a predetermined time after the time t2 based on the identification of the time t2 by torque detection similar to the first embodiment. Time t3 may be set to time t1 plus a predetermined time that always comes after time t2.
第1期間TP1での回転数変化線Lnの傾きは、第2期間TP2での回転数変化線Lnの傾きよりも小さくされている。回転数変化線Lnの傾きは、モータジェネレータ12が力行動作をしないような値に調整されている。故に、時刻1にて、回転数の上昇が開始されても、上昇率が小さいため、第1期間TP1におけるモータジェネレータ12のトルクは、マイナスの範囲内に維持される。そして、時刻t2にて、エンジントルクTEの上昇が開始されると、時刻t3にて、より強い回転数の上昇指令が出力される。その結果、第2期間TP2におけるモータジェネレータ12のトルクも、マイナスの範囲内で推移する。
The slope of the rotation speed change line Ln in the first period TP1 is made smaller than the slope of the rotation speed change line Ln in the second period TP2. The slope of the rotation speed change line Ln is adjusted to a value such that the
ここまで説明した第二実施形態でも、モータジェネレータ12の回転数の上昇が適切なタイミングで実施され得る。その結果、制御の複雑化を回避しつつ、エンジン11の応答遅れに起因する電力消費が抑制可能となる。
Also in the second embodiment described so far, the rotation speed of the
加えて第二実施形態では、回転数を上昇させる上昇遷移期間UTPにおいて、回転数変化線Lnの傾きが段階的に変化するように上昇指令が出力される。そして、第2期間TP2における変化線の傾きは、第1期間TP1における変化線の傾きよりも大きくされる。このように、第1期間TP1の傾きを抑えることで、立ち上がり直後の力行動作が、適切に抑制され得る。さらに、第2期間TP2の傾きを大きくすることにより、応答遅れの抑制も可能になる。 Additionally, in the second embodiment, during the upward transition period UTP in which the rotational speed is increased, an increase command is output so that the slope of the rotational speed change line Ln changes in stages. The slope of the change line in the second period TP2 is made larger than the slope of the change line in the first period TP1. In this way, by suppressing the slope of the first period TP1, the power action immediately after rising can be appropriately suppressed. Furthermore, by increasing the slope of the second period TP2, response delay can also be suppressed.
尚、第二実施形態では、回転数変化線Lnが「変化線」に相当し、第1期間TP1が「上昇遷移期間の前半」に相当し、第2期間TP2が「上昇遷移期間の後半」に相当する。 In the second embodiment, the rotational speed change line Ln corresponds to a "change line", the first period TP1 corresponds to the "first half of the upward transition period", and the second period TP2 corresponds to the "second half of the upward transition period". corresponds to
(第三実施形態)
図11に示す本開示の第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態の速度PI制御器40は、第一実施形態の積分器停止回路52(図3参照)に替わる構成として減算部55,57及び補正器56を含むアンチワインドアップ制御部50を有している。速度PI制御器40には、リミッタ51、減算部55,57及び補正器56により、積分器42から出力される積分信号を補正係数Kiaにより補正するアンチワインドアップ制御が適用される。
(Third embodiment)
The third embodiment of the present disclosure shown in FIG. 11 is another modification of the first embodiment. The
減算部55は、リミッタ51の入力値からリミッタ51の出力値を減算した値を、補正器56に出力する。リミッタ51が作動していない場合、減算部55の出力は、実質的にゼロとなる。この場合、補正器56からの出力もゼロとなるため、減算部57から積分器42には、電気角速度指令値ωe*が入力される。その結果、積分器42から出力される積分信号は、補正されない状態となる。
The
一方、リミッタ51が作動している場合、減算部55は、入出力間の差分に応じた値を出力する。この場合、補正器56は、減算部55の出力値に補正係数Kiaを乗算した値(以下、ワインドアップ補正値)を、減算部57に出力する。減算部57は、電気角速度指令値ωe*からワインドアップ補正値を減算した値を、積分器42に出力する。その結果、積分器42から出力される積分信号が補正される。この場合、積分器42から加算部46への出力が過大となると、ワインドアップ補正値も増加する。故に、積分項の超加算の抑制が可能となる。
On the other hand, when the
ここまで説明した第三実施形態でも、モータジェネレータ12の回転数の上昇が適切なタイミングで実施され得るため、第一実施形態と同様の効果を奏し、エンジン11の応答遅れに起因する電力消費が抑制可能となる。加えて第三実施形態では、補正係数Kiaを用いたワインドアップ補正値により積分器42から出力される積分信号を補正するアンチワインドアップ制御が適用される。こうした補正機能の利用によれば、積分項の超加算が発生し難くなる。その結果、ゲイン変更及び回転数遷移に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートも発生し難くなるため、騒音及び振動の低減が可能となる。
Also in the third embodiment described so far, since the rotation speed of the
尚、第三実施形態でも、リミッタ51は、積分器42と加算部46との間に配置されてもよい。こうした変形例でも、アンチワインドアップ制御部50は、積分器42の出力(積分信号)を、補正係数Kiaを用いたワインドアップ補正値によって補正し、ワインドアップ現象を発生し難くすることができる。
Note that in the third embodiment as well, the
(第四実施形態)
図12に示す本開示の第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態のMG制御系30には、速度PI制御器40(図2参照)に替えて、2つの速度PI制御器140a,140bと、制御切替判定部140sとが設けられている。各速度PI制御器140a,140bには、アンチワインドアップ制御部50(図3参照)に相当する構成は設けられていない。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present disclosure shown in FIG. 12 is yet another modification of the first embodiment. The
速度PI制御器(以下、通常制御器)140aは、ワインドアップ現象が発生していない通常時に利用され、電気角速度偏差に応じたトルク指令値TM*を演算する。通常制御器140aは、比例器、積分器、及び加算部を有している。比例器は、電気角速度偏差に速度比例ゲインKps1を乗算した値を出力する。積分器は、電気角速度偏差の時間積分値に速度積分ゲインKis1を乗算した値を出力する。加算部は、比例器の出力値に積分器の出力値を加算した値を、トルク指令値TM*として出力する。
The speed PI controller (hereinafter referred to as a normal controller) 140a is used during normal times when no windup phenomenon occurs, and calculates a torque command value TM* according to the electrical angular velocity deviation. The
速度PI制御器(以下、異常制御器)140bは、ワインドアップ現象が発生した異常時に利用され、電気角速度偏差に応じたトルク指令値TM*を演算する。異常制御器140bは、比例器、積分器、及び加算部を有している。比例器は、電気角速度偏差に速度比例ゲインKps2を乗算した値を出力する。積分器は、電気角速度偏差の時間積分値に速度積分ゲインKis2を乗算した値を出力する。速度積分ゲインKis2は、通常制御器140aの速度積分ゲインKis1と比較して、積分項の超加算を抑制する値に設定されている。加算部は、比例器の出力値に積分器の出力値を加算した値を、トルク指令値TM*として出力する。
The speed PI controller (hereinafter referred to as an abnormality controller) 140b is used when an abnormality occurs when a windup phenomenon occurs, and calculates a torque command value TM* according to the electrical angular velocity deviation. The
制御切替判定部140sは、制御ゲインの切り替えに伴うワインドアップ現象の発生に基づき、通常制御器140aから異常制御器140bへの切り替えを適用する。制御切替判定部140sは、パワーユニットの動作に関連する信号に基づき、通常制御器140a及び異常制御器140bの切り替えを実施する。一例として、制御切替判定部140sは、機械角速度指令値ωm*と機械角速度応答値ωmとを比較し、これらの差分が所定の閾値を超えた場合に、通常制御器140aから異常制御器140bに切り替える。具体的には、指令値NCからの回転数の乖離が100rpmを超えた場合に、異常制御器140bへの切り替えが実施される。
The control switching
ここまで説明した第四実施形態でも、モータジェネレータ12の回転数の上昇が適切なタイミングで実施され得るため、第一実施形態と同様の効果を奏し、エンジン11の応答遅れに起因する電力消費が抑制可能となる。加えて第四実施形態では、制御ゲインの切り替えに伴うワインドアップ現象の発生に基づき、通常制御器140aから異常制御器140bへの切り替えが適用される。こうした異常制御器140bへの切り替えによれば、積分項の超加算の発生が抑制され得る。その結果、ゲイン変更及び回転数遷移に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートの発生も抑制され得るため、騒音及び振動の低減が可能となる。
In the fourth embodiment described so far, the rotation speed of the
(第五実施形態)
図13に示す本開示の第五実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第五実施形態の速度PI制御器40は、2つの微分器143を有している。微分器143は、比例器41及び積分器42の各前段に接続されている。微分器143は、電気角速度偏差を時間微分した値を比例器41及び積分器42に出力する。微分器143を含むことにより、速度PI制御器40は、速度形式の制御系となり、微分器143を含まない構成に対して電気角速度偏差に対する応答性を向上させる。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment of the present disclosure shown in FIG. 13 is yet another modification of the first embodiment. The
このような第五実施形態でも、モータジェネレータ12の回転数の上昇が適切なタイミングで実施され得るため、第一実施形態と同様の効果を奏し、エンジン11の応答遅れに起因する電力消費が抑制可能となる。加えて第五実施形態では、積分器42の前段に微分器143が接続されることで、ゲイン変更及び回転数遷移に伴う積分項の超加算が発生し難くなる。その結果、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制し、騒音及び振動を低減することが可能となる。
In the fifth embodiment as well, since the rotation speed of the
(他の実施形態)
以上、本開示による複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
(Other embodiments)
Although multiple embodiments according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not to be construed as being limited to the above embodiments, and may be applied to various embodiments and combinations within the scope of the gist of the present disclosure. can do.
上記実施形態の変形例1の制御システム100は、図14に示すパラレル方式のハイブリッドシステム(パワーユニット)に適用される。変形例1のパワーユニットにおいて、モータジェネレータ12は、駆動軸19と接続されている。こうしたモータジェネレータ12に対しても、上記実施形態にて説明したモータ制御方法が適用可能となる。また、モータジェネレータ12は、スタータ及びオルタネータを兼ねた構成として、動力伝達用のベルト等を介してエンジン11と接続される電動機であってもよい。
The
上記実施形態の変形例2のパワートレインでは、エンジン11が駆動軸19と接続された状態と、エンジン11がモータジェネレータ12と接続された状態とが、相互に切り替え可能である。エンジン11が駆動軸19と接続された状態では、エンジン11の出力による走行が可能になる。こうした変形例2でも、エンジン11が駆動軸19と切り離され、モータジェネレータ12と接続された状態において、上記実施形態にて説明したモータ制御方法が適用可能になる。尚、変形例2においても、モータジェネレータ12は、発電専用の構成となる。
In the power train of the second modification of the embodiment described above, a state in which the
さらに、上記実施形態にて説明したモータ制御方法は、シリーズパラレル方式のハイブリッドシステムにおいて、動力分割機構を介してエンジン11と接続されるモータジェネレータ12,14の少なくとも一方にも適用可能である。また、いずれの形式のパワーユニットにおいても、モータジェネレータ12とエンジン11との間、又はモータジェネレータ12と駆動軸19との間に、ダンパ、ギヤ、クラッチ及び変速機等の構成が設けられていてもよい。
Further, the motor control method described in the above embodiment can also be applied to at least one of the
上記実施形態の変形例3では、MG制御系30に関連する機能ブロックの一部が、MG-ECU23とは別のECU(例えばハイブリッドECU21等)によって構成される。また、ゲイン切替部70及び指令制御部80の少なくとも1つに相当する機能部は、MG-ECU23とは別のECU、又はインバータ13に設けられていてもよい。
In the third modification of the above embodiment, some of the functional blocks related to the
上記実施形態の変形例4では、MG-ECU23の処理機能は、ハイブリッドECU21又はエンジンECU22に統合されている。また、上記実施形態の変形例5では、ECU21~23の処理機能を全て備えた1つの統合ECUによって制御システム100が構成されている。さらに、上記実施形態の変形例6では、MG-ECU23の処理機能は、インバータに統合されている。こうした変形例4~6のように、制御システム100に含まれるECUの構成は、適宜変更されてよい。
In the fourth modification of the above embodiment, the processing function of the MG-
上記実施形態にて、各ECUによって提供されていた種々の機能は、ソフトウェア及びそれを実行するハードウェア、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの複合的な組合せによっても提供可能である。こうした機能がハードウェアとしての電子回路によって提供される場合、各機能は、多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によっても提供可能である。 The various functions provided by each ECU in the above embodiments can be provided by software and hardware that executes it, only software, only hardware, or a complex combination thereof. If these functions are provided by electronic circuits as hardware, each function can also be provided by digital circuits that include multiple logic circuits, or by analog circuits.
上記実施形態の各ECUに設けられるプロセッサは、CPU(Central Processing Unit)及びGPU(Graphics Processing Unit)等の演算コアを少なくとも一つ含む構成であってよい。さらに、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、NPU(Neural network Processing Unit)及び他の専用機能を備えたIPコア等が処理部として各ECUに設けられていてもよい。 The processor provided in each ECU of the above embodiment may include at least one arithmetic core such as a CPU (Central Processing Unit) and a GPU (Graphics Processing Unit). Furthermore, an FPGA (Field-Programmable Gate Array), an NPU (Neural Network Processing Unit), an IP core with other dedicated functions, etc. may be provided in each ECU as a processing unit.
上記実施形態の各記憶部として採用され、本開示のモータ制御方法を可能にするプログラムを記憶する記憶媒体の形態は、適宜変更されてよい。例えば記憶媒体は、各ECUの回路基板上に設けられた構成に限定されず、メモリカード等の形態で提供され、スロット部に挿入されて、ECUのバスに電気的に接続される構成であってよい。さらに、記憶媒体は、コンピュータへのプログラムのコピー基又は配布元として利用される光学ディスク又はハードディスクドライブ等であってもよい。 The form of the storage medium employed as each storage unit in the above embodiments and storing the program that enables the motor control method of the present disclosure may be changed as appropriate. For example, the storage medium is not limited to the configuration provided on the circuit board of each ECU, but may be provided in the form of a memory card, etc., and configured to be inserted into a slot and electrically connected to the bus of the ECU. It's fine. Further, the storage medium may be an optical disk or a hard disk drive used as a source for copying or distributing a program to a computer.
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウェア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The control unit and techniques described in this disclosure may be implemented by a special purpose computer comprising a processor programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. Alternatively, the apparatus and techniques described in this disclosure may be implemented with dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the apparatus and techniques described in this disclosure may be implemented by one or more special purpose computers configured by a combination of a processor executing a computer program and one or more hardware logic circuits. The computer program may also be stored as instructions executed by a computer on a computer-readable non-transitory tangible storage medium.
(技術的思想の開示)
この明細書は、以下に列挙する複数の項に記載された複数の技術的思想を開示している。いくつかの項は、後続の項において先行する項を択一的に引用する多項従属形式(a multiple dependent form)により記載されている場合がある。さらに、いくつかの項は、他の多項従属形式の項を引用する多項従属形式(a multiple dependent form referring to another multiple dependent form)により記載されている場合がある。これらの多項従属形式で記載された項は、複数の技術的思想を定義している。
(Disclosure of technical ideas)
This specification discloses multiple technical ideas described in multiple sections listed below. Some sections may be written in a multiple dependent form, in which subsequent sections alternatively cite preceding sections. Additionally, some terms may be written in a multiple dependent form referring to another multiple dependent form. These terms written in multiple dependent form define multiple technical ideas.
(技術的思想1)
エンジン(11)と接続される回転電機(12)を制御するモータ制御装置であって、
前記回転電機の回転数を検出した回転数検出値を用いて、前記回転数が指令値(NC)に近づくようにフィードバック制御する制御系(30)、
前記エンジンの前記回転数が上昇するとき、前記エンジンから出力されるエンジントルク(TE)の所定時間における平均値(TaE)が閾値を超えたことに基づき、前記回転電機の前記指令値を上昇させる上昇指令を出力する指令制御部(80)と、
を備えるモータ制御装置。
(技術的思想2)
前記制御系は、前記エンジンのトルク変動に対し逆位相となる制振トルクを前記回転電機に出力させる技術的思想1に記載のモータ制御装置。
(技術的思想3)
前記指令制御部は、前記フィードバック制御にて算出される前記回転電機のトルク補償値(TM*)を、前記エンジントルクを推定する情報として用いる技術的思想1又は2に記載のモータ制御装置。
(技術的思想4)
前記指令制御部は、前記エンジンの出力軸(11c)が720°回転する期間を前記所定時間とし、当該期間毎の前記エンジントルクの前記平均値が前記閾値を超えたことに基づき前記上昇指令を出力する技術的思想1~3のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(技術的思想5)
前記指令制御部は、前記エンジンの点火間隔に相当する期間を前記所定時間とし、当該期間毎の前記エンジントルクの前記平均値が前記閾値を超えたことに基づき前記上昇指令を出力する技術的思想1~3のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(技術的思想6)
前記指令制御部は、前記エンジンのオイル温度に応じて前記閾値を変更する技術的思想1~5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(技術的思想7)
前記指令制御部は、前記回転数を上昇させる上昇遷移期間(UTP)において、経過時間と前記回転数の前記指令値との関係を示す変化線(Ln)の傾きが段階的に変化するように前記上昇指令を出力し、
前記上昇遷移期間の後半(TP2)における前記変化線の傾きは、前記上昇遷移期間の前半(TP1)における前記変化線の傾きよりも大きい技術的思想1~6のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(技術的思想8)
前記制御系は、前記回転数のワインドアップ現象の発生に基づき、前記フィードバック制御に用いる積分器(42)の動作を変更するアンチワインドアップ制御を適用する技術的思想1~7のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(技術的思想9)
前記制御系は、前記積分器の動作を停止する前記アンチワインドアップ制御を適用する技術的思想8に記載のモータ制御装置。
(技術的思想10)
前記制御系は、前記積分器から出力される積分信号を補正係数により補正する前記アンチワインドアップ制御を適用する技術的思想8に記載のモータ制御装置。
(技術的思想11)
前記制御系は、前記制御ゲインの切り替えに伴うワインドアップ現象の発生に基づき、通常制御器(140a)から異常制御器(140b)への切り替えを適用する技術的思想1~7のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(技術的思想12)
前記制御系は、比例器(41)及び積分器(42)の各前段に接続される微分器(143)を含む技術的思想1~7のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(技術的思想13)
前記指令制御部は、前記エンジントルクの前記平均値が前記閾値を超えたことに基づき、前記エンジンの出力軸(11c)に直接的に接続される前記回転電機の前記回転数を上昇させる技術的思想1~12のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(技術的思想14)
前記回転電機は、前記出力軸のトルク変動を減衰するダンパ部(DM)、及び前記出力軸の回転を伝達するギヤ部(GR)の少なくとも一方を介することなく前記出力軸に接続される技術的思想13に記載のモータ制御装置。
(技術的思想15)
前記指令制御部は、車両において発電専用に設けられた前記回転電機へ向けて前記上昇指令を出力する技術的思想1~14のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(技術的思想16)
前記指令制御部は、アウターロータ型の前記回転電機へ向けて前記上昇指令を出力する技術的思想1~15のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
(Technical thought 1)
A motor control device that controls a rotating electric machine (12) connected to an engine (11),
a control system (30) that performs feedback control so that the rotation speed approaches a command value (NC) using a rotation speed detection value obtained by detecting the rotation speed of the rotating electrical machine;
When the rotational speed of the engine increases, the command value of the rotating electrical machine is increased based on the fact that an average value (TaE) of engine torque (TE) output from the engine over a predetermined time exceeds a threshold value. a command control unit (80) that outputs a rise command;
A motor control device comprising:
(Technical thought 2)
The motor control device according to
(Technical thought 3)
The motor control device according to
(Technical thought 4)
The command control unit sets a period in which the output shaft (11c) of the engine rotates by 720 degrees as the predetermined time, and issues the increase command based on the fact that the average value of the engine torque for each period exceeds the threshold value. The motor control device according to any one of
(Technical Thought 5)
The command control unit sets a period corresponding to an ignition interval of the engine as the predetermined time, and the technical idea is to output the increase command based on the average value of the engine torque for each period exceeding the threshold value. The motor control device according to any one of 1 to 3.
(Technical Thought 6)
The motor control device according to any one of
(Technical Thought 7)
The command control unit is configured such that the slope of a change line (Ln) indicating the relationship between the elapsed time and the command value of the rotation speed changes in stages during a rising transition period (UTP) in which the rotation speed is increased. outputting the rising command;
The motor according to any one of
(Technical Thought 8)
According to any one of
(Technical Thought 9)
The motor control device according to technical idea 8, wherein the control system applies the anti-windup control that stops the operation of the integrator.
(Technical Thought 10)
The motor control device according to technical concept 8, wherein the control system applies the anti-windup control that corrects the integral signal output from the integrator using a correction coefficient.
(Technical Thought 11)
The control system adopts any one of
(Technical Thought 12)
The motor control device according to any one of
(Technical Thought 13)
The command control unit is configured to increase the rotational speed of the rotating electric machine directly connected to the output shaft (11c) of the engine based on the fact that the average value of the engine torque exceeds the threshold value. The motor control device according to any one of
(Technical Thought 14)
The rotating electrical machine is technically connected to the output shaft without going through at least one of a damper part (DM) that damps torque fluctuations of the output shaft and a gear part (GR) that transmits the rotation of the output shaft. The motor control device according to
(Technical Thought 15)
The motor control device according to any one of
(Technical Thought 16)
16. The motor control device according to any one of
11 エンジン、11c クランク軸(出力軸)、12,14 モータジェネレータ(回転電機)、23 MG-ECU(モータ制御装置,処理部)、30 MG制御系(制御系)、41 比例器、42 積分器、80 指令制御部、DM ダンパ(ダンパ部)、GR ギヤ(ギヤ部)、Ln 回転数変化線(変化線)、NC 指令値、TE エンジントルク、TaE 平均値、TM* トルク指令値(トルク補償値)、UTP 上昇遷移期間、TP1 第1期間(上昇遷移期間の前半)、TP2 第2期間(上昇遷移期間の後半) 11 Engine, 11c Crankshaft (output shaft), 12, 14 Motor generator (rotating electric machine), 23 MG-ECU (motor control device, processing unit), 30 MG control system (control system), 41 Proportioner, 42 Integrator , 80 command control section, DM damper (damper section), GR gear (gear section), Ln rotation speed change line (change line), NC command value, TE engine torque, TaE average value, TM* Torque command value (torque compensation) value), UTP rising transition period, TP1 first period (first half of rising transition period), TP2 second period (second half of rising transition period)
Claims (15)
前記回転電機の回転数を検出した回転数検出値を用いて、前記回転数が指令値(NC)に近づくようにフィードバック制御する制御系(30)、
前記エンジンの前記回転数が上昇するとき、前記エンジンから出力されるエンジントルク(TE)の所定時間における平均値(TaE)が閾値を超えたことに基づき、前記回転電機の前記指令値を上昇させる上昇指令を出力する指令制御部(80)と、
を備えるモータ制御装置。 A motor control device that controls a rotating electric machine (12) connected to an engine (11),
a control system (30) that performs feedback control so that the rotation speed approaches a command value (NC) using a rotation speed detection value obtained by detecting the rotation speed of the rotating electrical machine;
When the rotational speed of the engine increases, the command value of the rotating electrical machine is increased based on the fact that an average value (TaE) of engine torque (TE) output from the engine over a predetermined time exceeds a threshold value. a command control unit (80) that outputs a rise command;
A motor control device comprising:
前記上昇遷移期間の後半(TP2)における前記変化線の傾きは、前記上昇遷移期間の前半(TP1)における前記変化線の傾きよりも大きい請求項1に記載のモータ制御装置。 The command control unit is configured such that the slope of a change line (Ln) indicating the relationship between the elapsed time and the command value of the rotation speed changes in stages during a rising transition period (UTP) in which the rotation speed is increased. outputting the rising command;
The motor control device according to claim 1, wherein the slope of the change line in the second half (TP2) of the upward transition period is greater than the slope of the change line in the first half (TP1) of the upward transition period.
前記回転電機の回転数を検出した回転数検出値を用いて、前記回転数が指令値(NC)に近づくようにフィードバック制御し、
前記エンジンの前記回転数が上昇するとき、前記エンジンから出力されるエンジントルク(TE)の所定時間における平均値(TaE)が閾値を超えたことに基づき、前記回転電機の前記指令値を上昇させる上昇指令を出力する(S31~S34)、
ことを含む処理を、少なくとも一つの処理部(23)に実行させるモータ制御プログラム。 A motor control program for controlling a rotating electrical machine (12) connected to an engine (11),
Feedback control is performed so that the rotation speed approaches a command value (NC) using a rotation speed detection value obtained by detecting the rotation speed of the rotating electric machine,
When the rotational speed of the engine increases, the command value of the rotating electrical machine is increased based on the fact that an average value (TaE) of engine torque (TE) output from the engine over a predetermined time exceeds a threshold value. Output a rising command (S31 to S34),
A motor control program that causes at least one processing unit (23) to execute processing including:
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2022140862A JP2024036126A (en) | 2022-09-05 | 2022-09-05 | Motor control device and motor control program |
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