JP4023360B2 - Control device and control method for electric motor system - Google Patents

Control device and control method for electric motor system Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される電動機システムを制御する技術に関し、特に、電動機のトルク制御の精度を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の駆動力源として使用される電動機は、インバータから出力される電流により駆動され、所定のトルクを発生する。このときの電流値はインバータの制御装置にフィードバックされ、出力電流値が制御される。このような制御装置を有する電動機の制御システムにおいて、インバータに出力された指令値に対するスイッチング動作と、実際のスイッチング動作との間には、誤差が発生する場合がある。その結果、電動機に供給される電流にも誤差が発生するため、指令値に対応するトルクが精度よく出力されず、トルク変動が生じる恐れがあった。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するために、たとえば特開平９−８４３６２号公報（特許文献１）は、インバータ装置の出力電圧の誤差を適正に抑制することができるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御インバータ装置を開示する。このＰＷＭインバータ制御装置は、インバータの出力電流値を検出する回路と、インバータの出力電圧および周波数パターンを設定する回路と、上下アーム短絡防止期間を設定する回路と、上下アーム短絡防止期間とＰＷＭキャリア周波数と直流電圧とから算出した電圧誤差に基づいてインバータの出力電圧を補正する補正回路と、誤差電圧とインバータ出力電圧との比を一定に保つようにＰＷＭキャリア周波数を変更するための変更回路とを含む。補正回路は、インバータの出力電流値の絶対値が所定値より大きいときはインバータの出力電流の極性に応じてインバータの出力電圧を補正する回路と、出力電流値の絶対値が所定値より小さいときは、出力電圧の極性に応じて出力電圧を補正する回路とを含む。
【０００４】
このＰＷＭインバータ制御装置によると、ＰＷＭキャリア周波数を変更することにより、誤差電圧とインバータ出力電圧との比が一定に保たれるため、インバータからの出力電流の波形の乱れが防止される。これにより、インバータ装置の出力電圧の誤差が適正に抑制される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−８４３６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されたＰＷＭインバータ制御装置は、電流値のフィードバックによるクローズドループ制御を前提とした技術を開示しているため、オープンループ制御にはそのまま適用できないという問題があった。すなわち、ＰＷＭインバータ制御装置は、変更モータ駆動電圧と誤差電圧との比が一定になるようにキャリア周波数を変更することにより、誤差電圧を抑制することができる。しかし、オープンループ制御においては、電流センサを使用することなく電動機のトルク制御が行なわれるため、電流センサの使用を前提とするＰＷＭインバータ制御装置では、電動機のトルクの精度が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電流センサを使用することなくトルク制御の精度を向上させることができる、電動機システムの制御装置および制御方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る電動機システムの制御装置は、スイッチング素子を有するインバータと、インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する装置であって、インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずにスイッチング素子の動作の誤差を抑制するための誤差抑制手段を含む。
【０００９】
第１の発明によると、スイッチング素子の動作の誤差はインバータの出力に関する指令値（たとえば、入力電圧の指令値、キャリア周波数の指令値など）に基づいて抑制されるため、算出されるトルクの指令値に対して、実際に出力されるトルクの指令値を追従させることができる。このようにすると、電流値を使用することなく電動機のトルク制御を実行することができるため、電流センサの精度に依存することなく、トルク制御の精度を向上させることができる。これにより、電流センサを使用することなくトルク制御の精度を向上させることができる電動機システムの制御装置を提供することができる。
【００１０】
第２の発明に係る電動機システムの制御装置は、第１の発明の構成に加えて、指令値は、インバータのキャリア周波数である。誤差は、スイッチング素子の特性またはキャリア周波数に影響される誤差である。誤差抑制手段は、キャリア周波数を変更することにより誤差を抑制するための抑制手段を含む。
【００１１】
第２の発明によると、インバータのキャリア周波数（１秒間に発生するスイッチングパルス数）が変更されると、インバータのキャリア周波数またはスイッチング素子の特性に影響される誤差はその変更に応じて抑制される。その結果、算出したトルクの指令値に追従するような指令値が出力されるため、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【００１２】
第３の発明に係る電動機システムの制御装置は、第２の発明の構成に加えて、誤差は、キャリア周波数が低下すると減少する。抑制手段は、キャリア周波数を低下させることにより誤差を抑制するための手段を含む。
【００１３】
第３の発明によると、キャリア周波数が低下するとスイッチング素子の動作に関する誤差が抑制されるため、算出したトルクの指令値に追従するような指令値を出力することができる。その結果、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【００１４】
第４の発明に係る電動機システムの制御装置は、第１の発明の構成に加えて、インバータへの入力電圧値を変更する変更回路を含む電動機システムを制御する。指令値は、インバータへの入力電圧値である。誤差は、入力電圧値に基づく誤差である。誤差抑制手段は、インバータへの入力電圧値を変更回路に変更させることにより、誤差を抑制するための抑制手段を含む。
【００１５】
第４の発明によると、インバータへの入力電圧値が変更されると、その電圧に基づく誤差はその変更に応じて抑制される。その結果、算出したトルクの指令値に追従するような指令値が出力されるため、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【００１６】
第５の発明に係る電動機システムの制御装置は、第４の発明の構成に加えて、誤差は、入力電圧値が低下すると減少する。抑制手段は、入力電圧値を変更回路に低下させることにより、誤差を抑制するための手段を含む。
【００１７】
第５の発明によると、入力電圧値が低下するとスイッチング素子の動作に関する誤差が抑制されるため、算出したトルクの指令値に追従するような指令値を出力することができる。その結果、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【００１８】
第６の発明に係る電動機システムの制御装置は、第４の発明の構成に加えて、変更回路は、インバータの入力側に接続された電圧変換回路である。
【００１９】
第６の発明によると、電圧変換回路（コンバータ）により、インバータへの入力電圧値が確実に低下するため、誤差を抑制することができる。
【００２０】
第７の発明に係る電動機システムの制御装置は、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、電流値を検出する電流検出回路をさらに含む電動機システムを制御する。電動機は、トルクの指令値および回転数と、電流値とのいずれかに基づいて制御されるものである。この制御装置は、電流検出回路が故障すると、電流値に基づく制御からトルクの指令値および回転数に基づく制御に、電動機の制御の形態を切り換えるための切換手段をさらに含む。
【００２１】
第７の発明によると、電流検出回路が正常であるとき、電動機は電流値に基づいて制御される。電流検出回路が異常であるとき、電動機はトルクの指令値および回転数に基づいて制御される。電流検出回路が故障すると、電動機は、トルクの指令値および回転数に基づく制御に切り換えられるため、電流検出回路が正常であるときも異常であるときも、電動機のトルク制御を確実に実行することができる。
【００２２】
第８の発明に係る電動機システムの制御装置は、第７の発明の構成に加えて、複数の電流検出回路を有する電動機システムを制御する。この制御装置は、複数の電流検出回路から正常な電流検出回路を判別するための判別手段と、判別された正常な電流検出回路が検出する電流値に基づいて、電動機の出力に関する異常を検出するための第１の異常検出手段と、異常が検出されると、電動機システムの作動を制限するための制限手段とをさらに含む。
【００２３】
第８の発明によると、複数の電流検出回路から正常な電流検出回路が判別されると、その電流検出回路が検出する電流値に基づいて、電動機の指令値に関する異常（たとえば、トルクの指令値の異常）が検出される。その結果、電動機システムの作動が制限されるため、電動機システム全体の暴走（たとえば、異常信号の出力、制御不能な状態の発生等）を防ぐことができる。
【００２４】
第９の発明に係る電動機システムの制御装置は、第７の発明の構成に加えて、電圧値を検出するための電圧検出手段と、検出された電圧値に基づいて、電動機の出力に関する異常を検出するための第２の異常検出手段と、異常が検出されると、電動機システムの作動を制限するための制限手段とをさらに含む。
【００２５】
第９の発明によると、電圧値に基づいて電動機の出力に関する異常を検出することができる。この異常とは、電動機の出力トルクが指令値以上に出力されている状態、あるいは指令値ほど出力されていない状態等である。このような異常が検出されると電動機システムの作動が制限されるため、車両の安全性を向上させることができる。
【００２６】
第１０の発明に係る電動機システムの制御方法は、スイッチング素子を有するインバータと、インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する方法であって、インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずにスイッチング素子の動作の誤差を抑制する誤差抑制ステップを含む。
【００２７】
第１０の発明によると、スイッチング素子の動作の誤差はインバータの出力に関する指令値（たとえば、入力電圧の指令値、キャリア周波数の指令値など）に基づいて抑制されるため、算出されるトルクの指令値に対して、実際に出力されるトルクの指令値を追従させることができる。このようにすると、電流値を使用することなく電動機のトルク制御を実行することができるため、電流センサの精度に依存することなく、トルク制御の精度を向上させることができる。これにより、電流センサを使用することなくトルク制御の精度を向上させることができる電動機システムの制御方法を提供することができる。
【００２８】
第１１の発明に係る電動機システムの制御方法は、第１０の発明の構成に加えて、指令値は、インバータのキャリア周波数である。誤差は、スイッチング素子の特性またはキャリア周波数に影響される誤差である。誤差抑制ステップは、キャリア周波数を変更することにより誤差を抑制する抑制ステップを含む。
【００２９】
第１１の発明によると、インバータのキャリア周波数（１秒間に発生するスイッチングパルス数）が変更されると、インバータのキャリア周波数またはスイッチング素子の特性に影響される誤差は、その変更に応じて抑制される。その結果、算出したトルクの指令値に追従するような指令値が出力されるため、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【００３０】
第１２の発明に係る電動機システムの制御方法は、第１１の発明の構成に加えて、誤差は、キャリア周波数が低下すると減少する。抑制ステップは、キャリア周波数を低下させることにより誤差を抑制するステップを含む。
【００３１】
第１２の発明によると、キャリア周波数が低下するとスイッチング素子の動作に関する誤差が抑制されるため、算出したトルクの指令値に追従するような指令値を出力することができる。その結果、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【００３２】
第１３の発明に係る電動機システムの制御方法は、第１０〜１２のいずれかの発明の構成に加えて、電流値を検出する電流検出回路をさらに含む電動機システムを制御する。電動機は、トルクの指令値および回転数と、電流値とのいずれかに基づいて制御されるものである。この制御方法は、電流検出回路が故障すると、電流値に基づく制御からトルクの指令値および回転数に基づく制御に、電動機の制御の形態を切り換える切換ステップをさらに含む。
【００３３】
第１３の発明によると、電流検出回路が正常であるとき、電動機は電流値に基づいて制御される。電流検出回路が異常であるとき、電動機はトルクの指令値および回転数に基づいて制御される。電流検出回路が故障すると、電動機は、トルクの指令値および回転数に基づく制御に切り換えられるため、電流検出回路が正常であるときも異常であるときも、電動機のトルク制御を確実に実行することができる。
【００３４】
第１４の発明に係る電動機システムの制御方法は、第１３の発明の構成に加えて、複数の電流検出回路を有する電動機システムを制御する。この制御方法は、複数の電流検出回路から正常な電流検出回路を判別する判別ステップと、判別された正常な電流検出回路が検出する電流値に基づいて、電動機の出力に関する異常を検出する第１の異常検出ステップと、異常が検出されると、電動機システムの作動を制限する制限ステップとをさらに含む。
【００３５】
第１４の発明によると、複数の電流検出回路から正常な電流検出回路が判別されると、その電流検出回路が検出する電流値に基づいて、電動機の指令値に関する異常（たとえば、トルクの指令値の異常）が検出される。その結果、電動機システムの作動が制限されるため、電動機システム全体の暴走（たとえば、異常信号の出力、制御不能な状態の発生等）を防ぐことができる。
【００３６】
第１５の発明に係る電動機システムの制御方法は、第１３の発明の構成に加えて、電圧値を検出する電圧検出ステップと、検出された電圧値に基づいて、電動機の出力に関する異常を検出する第２の異常検出ステップと、異常が検出されると、電動機システムの作動を制限する制限ステップとをさらに含む。
【００３７】
第１５の発明によると、電圧値に基づいて電動機の出力に関する異常を検出することができる。この異常とは、電動機の出力トルクが指令値以上に出力されている状態、あるいは指令値ほど出力されていない状態等である。このような異常が検出されると電動機システムの作動が制限されるため、車両の安全性を向上させることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３９】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る電動機の制御システムについて説明する。図１は、その制御システムを搭載した車両のブロック図を表わす。この制御システムは、電動機が駆動力を発生する電気自動車、あるいは電動機とエンジンとが駆動力を発生するハイブリッド自動車等に搭載される。
【００４０】
この車両は、インバータＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００、バッテリ１２０、電流センサ１２４，１２６，１２８、ＳＭＲ（System Main Relay）１３０、インバータ１４０、モータジェネレータ（以下、Ｍ／Ｇと表わす。）１５０、メインＥＣＵ１０００、アクセル開度センサ１０１０、ブレーキスイッチ１０２０、車速センサ１０３０、およびニュートラルスタートスイッチ１０４０を含む。
【００４１】
インバータＥＣＵ１００は、各センサから信号を受信する信号受信回路１０２、受信した信号に基づいて電圧値を監視する監視回路１０４、受信した信号に基づいて各電流センサの故障を検出する故障検出回路１０６、制御信号をインバータ１４０に送信する信号送信回路１０８、トルクの指令値あるいは電流の指令値に基づいて電圧の指令値を算出する算出回路１１０、Ｍ／Ｇ１５０の回転数あるいは磁極の位置に基づいてＰＷＭパターンを発生する発生回路１１２、インバータ１４０の入力電圧値を取得して電圧の指令値を補正する補正回路１１４、およびメモリ１１６を含む。メモリ１１６には、この制御システムが実行する各プログラム、予め設定された電圧センサ１４２の許容誤差の範囲を定めるしきい値等が記憶されている。
【００４２】
インバータ１４０は、電圧センサ１４２と、コンバータ回路１４４と、インバータ回路とを含む。コンバータ回路１４４は、バッテリ１２０から供給される直流電流を平滑するとともに、受信する制御信号に基づいて所定の電圧に変換する。電圧センサ１４２は、コンバータ回路１４４の出力電流の電圧値（すなわち、インバータ回路１４６への入力電流の電圧値）を検出する。インバータ回路１４６は、受信する制御信号に基づいて所定の周波数を有する交流電流を発生して、Ｍ／Ｇ１５０に供給する。
【００４３】
インバータ１４０は、たとえばＰＷＭ制御を実行することができるインバータであるが、特にこれに限られない。バッテリ１２０は、車両を駆動させるために十分なトルクをＭ／Ｇ１５０に発生させることができる容量（たとえば数百ボルト）を有する二次電池である。
【００４４】
インバータＥＣＵ１００には、ＳＭＲ１３０の接続状態を表わす信号、電圧センサ１４２により検出されたインバータ１４０の入力電圧値、および電流センサ１２４，１２６，１２８により検出された各電流値が入力される。インバータＥＣＵ１００には、さらにメインＥＣＵ１０００からの信号が入力される。
【００４５】
インバータＥＣＵ１００は、インバータ１４０に信号を出力することにより、Ｍ／Ｇ１５０に供給する電圧値を制御する。インバータＥＣＵ１００は、ＳＭＲ１３０、インバータ１４０あるいはＭ／Ｇ１５０等の状態を通知する信号をメインＥＣＵ１０００に送信する。
【００４６】
コンバータ回路１４４は、インバータＥＣＵ１００から受信する制御信号に基づいて、バッテリ１２０から供給される直流電流の電圧値を所定の電圧値に変換する。また回生時には、コンバータ回路１４４は、インバータＥＣＵ１００から受信する制御信号に基づいて、インバータ回路１４６から出力される直流電流の電圧値を所定の電圧値に変換する。コンバータ回路１４４は、搭載される電源システムの出力電圧に応じて、双方向に昇圧する機能、いずれか一方向に昇圧する機能などを持たせてもよい。
【００４７】
インバータ回路１４６は、インバータＥＣＵ１００から受信する制御信号に基づいて、コンバータ回路１４４から供給される直流電流を所定の周波数および振幅を有する交流電流に変換する。また回生時には、インバータ回路１４６は、インバータＥＣＵ１００から受信する制御信号に基づいて、Ｍ／Ｇ１５０が発電する交流電流を直流電流に変換してコンバータ回路１４４に供給する。
【００４８】
メインＥＣＵ１０００には、アクセル開度センサ１０１０により検出されたアクセル開度信号、ブレーキスイッチ１０２０により検出されたブレーキのＯＮ／ＯＦＦの状態信号、車速センサ１０３０により検出された車速信号、ニュートラルスタートスイッチ１０４０により検出された変速機のシフトポジション信号等が入力される。
【００４９】
このような構成を有する制御システムは、各電流センサ１２４，１２６，１２８から受信する電流値に基づく電動機のトルク制御と、電流値を使用しないトルク制御（以下、「電流センサレス制御」という。）とを実行することができる。この電流センサレス制御は、トルクの指令値あるいは電流の指令値に基づいて電圧の指令値を算出し、Ｍ／Ｇ１５０の回転数あるいは磁極の位置に基づいてＰＷＭパターンを発生し、インバータ１４０の入力電圧値を取得して電圧の指令値を補正することにより実行される。
【００５０】
このように、制御システムは、電流センサにより検出される電流値に基づいてＭ／Ｇ１５０の出力トルクを精度よく制御することができる一方、電流センサが故障した場合には電流センサレス制御に切り換えることにより、電動機のトルク制御を継続することができる。したがって、電動機システム全体の制御系の暴走が確実に防止されるため、車両が急に加減速する状態あるいは発進できない状態に陥ることを防止することができる。
【００５１】
図２を参照して、本実施の形態に係る制御システムを実現するインバータＥＣＵ１００の制御構造について説明する。
【００５２】
ステップ（以下、ステップをＳと表わす。）２００にて、インバータＥＣＵ１００は、各センサから受信した信号に基づいて、電流センサ１２４，１２６，１２８の作動状態を検出する。
【００５３】
Ｓ２０２にて、インバータＥＣＵ１００は、検出した作動状態に基づいて、正常な電流センサがあるか否かを判断する。正常な電流センサがあると判断すると（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ２０４へ移される。もしそうでないと（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ２２８に移される。
【００５４】
Ｓ２０４にて、インバータＥＣＵ１００は、正常な電流センサから受信した信号に基づいて、電流の波高値を算出する。ここで、電流の波高値とは、所定の時間間隔内における変動電流の最大瞬時値をいう。この所定の時間間隔は、電動機の制御システムに要求される特性などに基づいて、設定することができる。
【００５５】
Ｓ２０６にて、インバータＥＣＵ１００は、正常な電流センサから受信した信号に基づいて、Ｍ／Ｇ１５０に対するトルクの指令値を検出する。
【００５６】
Ｓ２０８にて、インバータＥＣＵ１００は、電圧センサ１４２の監視を強化する。これにより、電圧センサ１４２が検出する電圧値の誤差を許容する範囲は、予め設定されていた許容範囲から縮小される。たとえば、２値比較に基づいて誤差を検出する場合には、異常検出値の幅が縮小される。また、電源システムに昇圧コンバータ（図示しない）が接続されている場合には、そのコンバータの作動を停止し、上アームをＯＮにする頻度が増加する。
【００５７】
Ｓ３００にて、インバータＥＣＵ１００は、後述する入力電圧変更処理（図３）を実行する。この処理が実行されると、所定の条件が成立した場合には、インバータ１４０の入力電圧値が変更されるため、Ｍ／Ｇ１５０の制御は変更後の入力電圧値に基づいて実行される。
【００５８】
Ｓ２１２にて、インバータＥＣＵ１００は、電圧センサ１４２が検出した電圧値およびＳ３００にて算出された電圧の指令値に基づいて、電圧値の誤差を算出する。
【００５９】
Ｓ２１４にて、インバータＥＣＵ１００は、Ｓ２１２にて算出した誤差に基づいて、電圧値の補正が十分であるか否か（すなわち、誤差が十分に抑制されているか否か）を判断する。この判断は、電圧値が予め定められた許容範囲に含まれるか否かに基づいて行なわれる。電圧値の補正が十分であるとき（Ｓ２１４にてＹＥＳ）、処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ２１４にてＮＯ）、処理はＳ４００に移される。
【００６０】
Ｓ４００にて、インバータＥＣＵ１００は、後述するキャリア周波数変更処理（図４）を実行する。この処理が実行されると、所定の条件が成立した場合にはキャリア周波数（インバータ１４０において１秒間に発生するスイッチングパルス数）が変更される。その条件が成立しない場合には、キャリア周波数が維持される。その後、インバータ１４０の制御は、そのキャリア周波数に基づいて行なわれる。
【００６１】
Ｓ２２８にて、インバータＥＣＵ１００は、電圧センサ１４２の監視を強化する。これにより、電圧センサ１４２が検出する電圧値の誤差を許容する範囲は、予め設定されていた許容範囲から縮小される。たとえば、２値比較に基づいて誤差を検出する場合には、異常検出値の幅が縮小される。また、電源システムに昇圧コンバータ（図示しない）が接続されている場合には、そのコンバータの作動を停止し、上アームをＯＮにする頻度が増加する。
【００６２】
Ｓ２３２にて、インバータＥＣＵ１００は、電圧センサ１４２が検出した電圧値およびＳ４００にて算出された電圧の指令値に基づいて、電圧値の誤差を算出する。
【００６３】
Ｓ２３４にて、インバータＥＣＵ１００は、Ｓ２３２にて算出した誤差に基づいて、電圧値の補正が十分であるか否か（すなわち、誤差が十分に抑制されているか否か）を判断する。この判断は、電圧値が予め定められた許容範囲に含まれるか否かに基づいて行なわれる。電圧値の補正が十分であるとき（Ｓ２３４にてＹＥＳ）、処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ２３４にてＮＯ）、処理はＳ３００に移される。
【００６４】
図３を参照して、本実施の形態に係るインバータＥＣＵ１００が実行する入力電圧変更処理の制御構造について説明する。この入力電圧変更処理は、インバータ１４０の内部において、コンバータ回路１４４からインバータ回路１４６に入力される電圧を変更するための処理である。
【００６５】
Ｓ３０２にて、インバータＥＣＵ１００は、トルクの指令値を取得する。この指令値は、たとえばアクセル開度、車速など、運転者の加速要求を表わす信号である。
【００６６】
Ｓ３０４にて、インバータＥＣＵ１００は、メインＥＣＵ１０００からＭ／Ｇ１５０の回転数信号を受信する。
【００６７】
Ｓ３０６にて、インバータＥＣＵ１００は、取得したトルクの指令値および受信した回転数信号に基づいて、インバータ回路１４６に対する入力電圧の指令値を算出する。
【００６８】
Ｓ３０８にて、インバータＥＣＵ１００は、算出した入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内であるか否かを判断する。この許容誤差の範囲は、メモリ１１６に記憶されているデータであって、変更可能なデータである。入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内であるとき（Ｓ３０８にてＹＥＳ）、処理はＳ３１０に移される。もしそうでないと（Ｓ３０８にてＮＯ）、処理はＳ３１２に移される。
【００６９】
Ｓ３１０にて、インバータＥＣＵ１００は、これまで出力していた入力電圧の指令値をコンバータ回路１４４に送信する。これにより、コンバータ回路１４４は、電圧値が維持された電流をインバータ回路１４６に供給する。
【００７０】
Ｓ３１２にて、インバータＥＣＵ１００は、インバータ回路１４６に対する入力電圧の変更値Ｖｄｃを算出する。この変更値Ｖｄｃは、Ｖｄｃ＜（Ｖｒｅｆ＋ΔＶ）Ｔｓｗ／ΔＴｅｒｒとなるように算出される。ここで、Ｖｒｅｆは、電圧の指令値を表わす。ΔＶは、電圧値について予め設定された許容誤差を表わす。Ｔｓｗは、キャリア波の周期を表わす。ΔＴｅｒｒは、電動機システムの構成から想定しうるスイッチングのばらつき時間を表わす。これらのパラメータは、上記の算式とともに、メモリ１１６に予め記憶されている。
【００７１】
Ｓ３１４にて、インバータＥＣＵ１００は、算出した変更値Ｖｄｃをコンバータ回路１４４に送信する。これにより、コンバータ回路１４４は、電圧値Ｖｄｃを有する電流をインバータ回路１４６に供給する。
【００７２】
Ｓ３１６にて、インバータＥＣＵ１００は、インバータ１４０に対する所定の制御を継続する。これにより、所定の周波数を有する交流電流がＭ／Ｇ１５０に供給され、Ｍ／Ｇ１５０はトルクを発生する。その後、処理はメインプログラム（図２）に戻される。
【００７３】
図４を参照して、本実施の形態に係るインバータＥＣＵ１００が実行するキャリア周波数変更処理の制御構造について説明する。
【００７４】
Ｓ４０２にて、インバータＥＣＵ１００は、トルクの指令値を取得する。この指令値は、たとえばアクセル開度、車速など、運転者の加速要求に関する指令値である。
【００７５】
Ｓ４０４にて、インバータＥＣＵ１００は、メインＥＣＵ１０００からＭ／Ｇ１５０の回転数信号を受信する。
【００７６】
Ｓ４０６にて、インバータＥＣＵ１００は、取得したトルクの指令値および受信した回転数信号に基づいて、インバータ回路１４６に対する入力電圧の指令値を算出する。
【００７７】
Ｓ４０８にて、インバータＥＣＵ１００は、算出した入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内であるか否かを判断する。入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内であるとき（Ｓ４０８にてＹＥＳ）、処理はＳ４１０に移される。もしそうでないと（Ｓ４０８にてＮＯ）、処理はＳ４１２に移される。
【００７８】
Ｓ４１０にて、インバータＥＣＵ１００は、キャリア周波数を維持する信号を出力する。
【００７９】
Ｓ４１２にて、インバータＥＣＵ１００は、キャリア周波数の変更値を算出する。このとき、キャリア周波数（＝１／Ｔｓｗ）は、Ｔｓｗ＞ΔＴｅｒｒ・Ｖｄｃ／（Ｖｒｅｆ＋ΔＶ）となるように算出される。
【００８０】
Ｓ４１４にて、インバータＥＣＵ１００は、キャリア周波数の変更値をインバータ回路１４６に出力する。これにより、周波数が変更されたキャリアが出力される。
【００８１】
Ｓ４１６にて、インバータＥＣＵ１００は、インバータ１４０に対する所定の制御を継続する。これにより、所定の周波数を有する交流電流がＭ／Ｇ１５０に供給され、Ｍ／Ｇ１５０はトルクを発生する。その後、処理はメインプログラム（図２）に戻される。
【００８２】
以上の構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御システムの動作について、全ての電流センサが異常である場合を説明する。
【００８３】
車両の走行中に電流センサの作動状態が検出され（Ｓ２００）、正常な電流センサがないとき（Ｓ２０２にてＮＯ）、電圧センサ１４２の監視が強化され（Ｓ２２８）、キャリア周波数変更処理が実行される（Ｓ４００）。
【００８４】
インバータＥＣＵ１００がトルクの指令値および回転数信号を取得すると（Ｓ４０２、Ｓ４０４）、インバータ回路１４６に対する入力電圧の指令値が算出される（Ｓ４０６）。指令値が許容誤差の範囲に含まれない場合には（Ｓ４０８にてＮＯ）、キャリア周波数が算出され（Ｓ４１２）、その周波数の信号がインバータ回路１４６に送信される（Ｓ４１４）。これによりキャリア周波数が小さくなると電圧値（トルクの指令値）の誤差が縮小され、インバータ１４０の制御がその電圧値に基づいて継続される。
【００８５】
その後、電圧センサ１４２の誤差が指令値と検出値とに基づいて算出され（Ｓ２３２）、電圧値が十分に補正されていない場合には（Ｓ２３４にてＮＯ）、入力電圧変更処理が実行される（Ｓ３００）。
【００８６】
トルクの指令値が取得され（Ｓ３０２）、回転数信号が受信されると（Ｓ３０４）、入力電圧の指令値が算出される（Ｓ３０６）。入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内でないとき（Ｓ３０８にてＮＯ）、入力電圧値が低下するような指令値が算出される（Ｓ３１２）。その指令値がコンバータ回路１４４に出力されると（Ｓ３１４）、変更された電圧値がインバータ回路１４６に供給され、インバータＥＣＵ１００が所定の制御を継続すると（Ｓ３１６）、変更された交流電流がＭ／Ｇ１５０に供給される。
【００８７】
その結果、Ｍ／Ｇ１５０に供給される電流の電圧値も低下するため、インバータ１４０のスイッチング動作に基づく誤差は抑制される。運転者のトルク要求に追従するようなトルクの指令値がインバータ１４０に出力されるため、車両をスムーズに走行させることができる。
【００８８】
以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置によると、正常な電流センサがない場合には、電圧センサの監視を強化しつつキャリア周波数を小さくすることにより、インバータ回路１４６に対する入力電圧値を変更（低下）することができる。その結果、インバータ１４０におけるスイッチング動作に起因する誤差を抑制するように電圧の指令値が出力されるため、Ｍ／Ｇ１５０に対するトルクの指令値の誤差を小さくすることができる。これにより、インバータ１４０によるトルク制御の精度を向上させることができる。
【００８９】
また、電圧値の補正が十分でない場合には、入力電圧値を変更する処理が行なわれ、インバータ１４０に対する電圧の指令値はさらに変更されるため、電動機のトルク制御を確実に実行することができる。
【００９０】
その結果、電流センサを使用することなくトルク制御の精度を向上させることができる、電動機システムの制御システムを提供することができる。
【００９１】
なお、本実施の形態に係る制御システムにおいて、電流センサが正常に作動している場合には、正常な電流センサが検出する電流値に基づいて電動機システムの異常を検出してもよい。すなわち、図２における電流の波高値を算出する処理（Ｓ２０４）後に、その波高値が所定のしきい値を超えている場合には、電動機システムは異常であると判断して、停止させることができる。これにより、電動機システムの制御をより確実に実行することができる。
【００９２】
たとえば電流センサ１２４，１２６，１２８が全て正常である場合には、いずれかの２つのセンサが検出する電流値（たとえば、Ｉｖ，Ｉｗ）により、３相電流が流れている場合の振幅Ａの２乗を算出することができる。この場合、Ａ2＝（Ｉｖ）2＋（Ｉｗ）2＋（−Ｉｖ−Ｉｗ）2の関係に基づいて、Ａ2を算出することができる。トルクと振幅Ａとは比例関係にあるため、Ａ2がしきい値を超えた場合にはトルクの指令値が誤って出力されていると考えられる。この場合には、電動機システムは異常であると判断することができる。
【００９３】
また、電流センサが複数設けられていても正常な電流センサが１つしかない場合には、Ｍ／Ｇ１５０が１回転する間にピークホールドした値から振幅Ａを算出して、Ａ2がしきい値を超えているか否かを判断すればよい。
【００９４】
このようにして、電流センサが少なくとも１つ正常に作動している場合には、電流値に基づいて電動機システムが正常であるか否かを判断することができるため、制御性をさらに向上させることができるとともに、異常時には電動機システムの作動を制限することにより、安全性も向上させることができる。
【００９５】
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。本発明の範囲は上記した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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る制御システムを搭載した車両のブロック図である。
【図２】 図１に示すインバータＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を表わすフローチャート（その１）である。
【図３】 図１に示すインバータＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を表わすフローチャート（その２）である。
【図４】 図１に示すインバータＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を表わすフローチャート（その３）である。
【符号の説明】
１００ インバータＥＣＵ、１０２ 信号受信回路、１０４ 監視回路、１０６ 故障検出回路、１０８ 信号送信回路、１１０ 算出回路、１１２ 発生回路、１１４ 補正回路、１１６ メモリ、１２０ バッテリ、１２４，１２６，１２８ 電流センサ、１３０ ＳＭＲ、１４０ インバータ、１４２ 電圧センサ、１４４ コンバータ回路、１４６ インバータ回路、１５０ モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）、１０００ メインＥＣＵ、１０１０ アクセル開度センサ、１０２０ ブレーキスイッチ、１０３０ 車速センサ、１０４０ ニュートラルスタートスイッチ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for controlling an electric motor system mounted on a vehicle, and more particularly to a technique for improving the accuracy of torque control of an electric motor.
[0002]
[Prior art]
An electric motor used as a driving force source of a vehicle is driven by a current output from an inverter and generates a predetermined torque. The current value at this time is fed back to the inverter control device, and the output current value is controlled. In the motor control system having such a control device, an error may occur between the switching operation for the command value output to the inverter and the actual switching operation. As a result, since an error also occurs in the current supplied to the electric motor, the torque corresponding to the command value is not accurately output, and there is a possibility that torque fluctuation occurs.
[0003]
In order to solve such problems, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-84362 (Patent Document 1) discloses a PWM (Pulse Width Modulation) control inverter that can appropriately suppress an error in the output voltage of the inverter device. An apparatus is disclosed. This PWM inverter control device includes a circuit that detects an output current value of an inverter, a circuit that sets an output voltage and a frequency pattern of the inverter, a circuit that sets an upper and lower arm short circuit prevention period, an upper and lower arm short circuit prevention period, and a PWM carrier A correction circuit for correcting the output voltage of the inverter based on a voltage error calculated from the frequency and the DC voltage, and a change circuit for changing the PWM carrier frequency so as to keep the ratio of the error voltage and the inverter output voltage constant. including. When the absolute value of the output current value of the inverter is larger than the predetermined value, the correction circuit corrects the output voltage of the inverter according to the polarity of the output current of the inverter, and when the absolute value of the output current value is smaller than the predetermined value Includes a circuit that corrects the output voltage in accordance with the polarity of the output voltage.
[0004]
According to this PWM inverter control device, by changing the PWM carrier frequency, the ratio between the error voltage and the inverter output voltage is kept constant, so that the disturbance of the waveform of the output current from the inverter is prevented. Thereby, the error of the output voltage of an inverter apparatus is suppressed appropriately.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-84362
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the PWM inverter control device disclosed in Patent Document 1 discloses a technique based on closed-loop control based on feedback of a current value, there is a problem that it cannot be directly applied to open-loop control. That is, the PWM inverter control device can suppress the error voltage by changing the carrier frequency so that the ratio between the changed motor drive voltage and the error voltage becomes constant. However, in open loop control, torque control of the electric motor is performed without using a current sensor. Therefore, the PWM inverter control device that assumes the use of the current sensor has a problem that the accuracy of the torque of the electric motor is reduced. It was.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a control device and a control method for an electric motor system that can improve the accuracy of torque control without using a current sensor. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A control device for an electric motor system according to a first invention is an apparatus for controlling an electric motor system including an inverter having a switching element and an electric motor driven by the inverter, and based on a command value related to the output of the inverter, Error suppression means for suppressing an error in the operation of the switching element regardless of the output of the sensor is included.
[0009]
According to the first aspect of the invention, since the error in the operation of the switching element is suppressed based on the command value related to the output of the inverter (for example, the command value of the input voltage, the command value of the carrier frequency, etc.), the calculated torque command The command value of the torque that is actually output can be made to follow the value. In this way, torque control of the electric motor can be executed without using the current value, and therefore the accuracy of torque control can be improved without depending on the accuracy of the current sensor. Thereby, the control apparatus of the electric motor system which can improve the precision of torque control, without using an electric current sensor can be provided.
[0010]
In the control device for the motor system according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the command value is the carrier frequency of the inverter. The error is an error that is influenced by the characteristics of the switching element or the carrier frequency. The error suppression means includes suppression means for suppressing errors by changing the carrier frequency.
[0011]
According to the second invention, when the carrier frequency of the inverter (the number of switching pulses generated per second) is changed, the error that is affected by the carrier frequency of the inverter or the characteristics of the switching element is suppressed according to the change. . As a result, since a command value that follows the calculated torque command value is output, the accuracy of torque control of the electric motor can be improved.
[0012]
In the motor system control apparatus according to the third invention, in addition to the configuration of the second invention, the error decreases as the carrier frequency decreases. The suppression means includes means for suppressing errors by reducing the carrier frequency.
[0013]
According to the third aspect of the invention, when the carrier frequency decreases, an error relating to the operation of the switching element is suppressed, so that a command value that follows the calculated torque command value can be output. As a result, the accuracy of torque control of the electric motor can be improved.
[0014]
In addition to the structure of 1st invention, the control apparatus of the motor system which concerns on 4th invention controls the motor system containing the change circuit which changes the input voltage value to an inverter. The command value is an input voltage value to the inverter. The error is an error based on the input voltage value. The error suppression means includes suppression means for suppressing errors by causing the change circuit to change the input voltage value to the inverter.
[0015]
According to the fourth invention, when the input voltage value to the inverter is changed, an error based on the voltage is suppressed according to the change. As a result, since a command value that follows the calculated torque command value is output, the accuracy of torque control of the electric motor can be improved.
[0016]
In the control device for an electric motor system according to the fifth invention, in addition to the configuration of the fourth invention, the error decreases as the input voltage value decreases. The suppression means includes means for suppressing an error by reducing the input voltage value to the change circuit.
[0017]
According to the fifth invention, when the input voltage value decreases, an error relating to the operation of the switching element is suppressed, so that a command value that follows the calculated torque command value can be output. As a result, the accuracy of torque control of the electric motor can be improved.
[0018]
In the motor system control device according to the sixth invention, in addition to the configuration of the fourth invention, the change circuit is a voltage conversion circuit connected to the input side of the inverter.
[0019]
According to the sixth aspect of the invention, the voltage conversion circuit (converter) reliably reduces the input voltage value to the inverter, so that errors can be suppressed.
[0020]
A control device for an electric motor system according to a seventh invention controls an electric motor system further including a current detection circuit for detecting a current value in addition to the configuration of any one of the first to sixth inventions. The electric motor is controlled based on any one of a torque command value, a rotation speed, and a current value. The control device further includes switching means for switching the control mode of the electric motor from the control based on the current value to the control based on the torque command value and the rotation speed when the current detection circuit fails.
[0021]
According to the seventh invention, when the current detection circuit is normal, the electric motor is controlled based on the current value. When the current detection circuit is abnormal, the electric motor is controlled based on the torque command value and the rotational speed. When the current detection circuit breaks down, the motor is switched to control based on the torque command value and the number of revolutions, so that the torque control of the motor is surely executed regardless of whether the current detection circuit is normal or abnormal. Can do.
[0022]
In addition to the structure of 7th invention, the control apparatus of the motor system which concerns on 8th invention controls the motor system which has a some electric current detection circuit. The control device detects an abnormality related to the output of the motor based on a determination unit for determining a normal current detection circuit from a plurality of current detection circuits and a current value detected by the determined normal current detection circuit. First abnormality detecting means for limiting the operation of the electric motor system when an abnormality is detected.
[0023]
According to the eighth aspect of the invention, when a normal current detection circuit is determined from a plurality of current detection circuits, an abnormality related to the command value of the motor (for example, a torque command value) is determined based on the current value detected by the current detection circuit. Is detected). As a result, since the operation of the electric motor system is limited, it is possible to prevent runaway of the entire electric motor system (for example, output of an abnormal signal, occurrence of an uncontrollable state, etc.).
[0024]
In addition to the configuration of the seventh invention, the control device for the motor system according to the ninth invention includes a voltage detection means for detecting a voltage value, and an abnormality related to the output of the motor based on the detected voltage value. It further includes a second abnormality detecting means for detecting, and a restricting means for restricting the operation of the electric motor system when an abnormality is detected.
[0025]
According to the ninth aspect, it is possible to detect an abnormality related to the output of the electric motor based on the voltage value. This abnormality is a state in which the output torque of the electric motor is output more than the command value, or a state in which the output value is not output as much as the command value. When such an abnormality is detected, the operation of the electric motor system is restricted, so that the safety of the vehicle can be improved.
[0026]
A control method for an electric motor system according to a tenth aspect of the invention is a method for controlling an electric motor system including an inverter having a switching element and an electric motor driven by the inverter, and based on a command value related to the output of the inverter, And an error suppression step of suppressing an error in the operation of the switching element regardless of the output of the sensor.
[0027]
According to the tenth aspect of the invention, an error in the operation of the switching element is suppressed based on a command value relating to the output of the inverter (for example, a command value of the input voltage, a command value of the carrier frequency, etc.). The command value of the torque that is actually output can be made to follow the value. In this way, torque control of the electric motor can be executed without using the current value, and therefore the accuracy of torque control can be improved without depending on the accuracy of the current sensor. Thereby, the control method of the electric motor system which can improve the precision of torque control, without using an electric current sensor can be provided.
[0028]
In the electric motor system control method according to the eleventh invention, in addition to the configuration of the tenth invention, the command value is the carrier frequency of the inverter. The error is an error that is influenced by the characteristics of the switching element or the carrier frequency. The error suppression step includes a suppression step of suppressing the error by changing the carrier frequency.
[0029]
According to the eleventh aspect of the present invention, when the carrier frequency of the inverter (the number of switching pulses generated per second) is changed, the error that is affected by the carrier frequency of the inverter or the characteristics of the switching element is suppressed according to the change. The As a result, since a command value that follows the calculated torque command value is output, the accuracy of torque control of the electric motor can be improved.
[0030]
In the motor system control method according to the twelfth invention, in addition to the structure of the eleventh invention, the error decreases as the carrier frequency decreases. The suppressing step includes a step of suppressing an error by lowering the carrier frequency.
[0031]
According to the twelfth aspect of the invention, when the carrier frequency decreases, an error relating to the operation of the switching element is suppressed, so that a command value that follows the calculated torque command value can be output. As a result, the accuracy of torque control of the electric motor can be improved.
[0032]
A motor system control method according to a thirteenth aspect of the invention controls an electric motor system further including a current detection circuit for detecting a current value in addition to the configuration of any of the tenth to twelfth aspects of the invention. The electric motor is controlled based on any one of a torque command value, a rotation speed, and a current value. The control method further includes a switching step of switching the control mode of the electric motor from the control based on the current value to the control based on the torque command value and the rotation speed when the current detection circuit fails.
[0033]
According to the thirteenth aspect, when the current detection circuit is normal, the electric motor is controlled based on the current value. When the current detection circuit is abnormal, the electric motor is controlled based on the torque command value and the rotational speed. When the current detection circuit breaks down, the motor is switched to control based on the torque command value and the number of revolutions, so that the torque control of the motor is surely executed regardless of whether the current detection circuit is normal or abnormal. Can do.
[0034]
A motor system control method according to a fourteenth aspect of the invention controls an electric motor system having a plurality of current detection circuits in addition to the configuration of the thirteenth aspect of the invention. This control method includes a determination step of determining a normal current detection circuit from a plurality of current detection circuits, and a first abnormality that detects an abnormality related to the output of the motor based on the current value detected by the determined normal current detection circuit. An abnormality detection step, and a restriction step for restricting the operation of the electric motor system when an abnormality is detected.
[0035]
According to the fourteenth aspect of the present invention, when a normal current detection circuit is determined from a plurality of current detection circuits, an abnormality related to the motor command value (for example, a torque command value) is determined based on the current value detected by the current detection circuit. Is detected). As a result, since the operation of the electric motor system is limited, it is possible to prevent runaway of the entire electric motor system (for example, output of an abnormal signal, occurrence of an uncontrollable state, etc.).
[0036]
A motor system control method according to a fifteenth aspect of the invention includes, in addition to the configuration of the thirteenth aspect of the invention, a voltage detection step of detecting a voltage value and detecting an abnormality related to the output of the motor based on the detected voltage value. The method further includes a second abnormality detection step and a restriction step for restricting the operation of the electric motor system when an abnormality is detected.
[0037]
According to the fifteenth aspect, an abnormality relating to the output of the electric motor can be detected based on the voltage value. This abnormality is a state in which the output torque of the electric motor is being output more than the command value, or a state in which the output is not as high as the command value. When such an abnormality is detected, the operation of the electric motor system is restricted, so that the safety of the vehicle can be improved.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
[0039]
A motor control system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a block diagram of a vehicle equipped with the control system. This control system is mounted on an electric vehicle in which an electric motor generates driving force, or a hybrid vehicle in which an electric motor and an engine generate driving force.
[0040]
The vehicle includes an inverter ECU (Electronic Control Unit) 100, a battery 120, current sensors 124, 126, 128, an SMR (System Main Relay) 130, an inverter 140, a motor generator (hereinafter referred to as M / G) 150, a main. ECU 1000, accelerator opening sensor 1010, brake switch 1020, vehicle speed sensor 1030, and neutral start switch 1040 are included.
[0041]
The inverter ECU 100 includes a signal receiving circuit 102 that receives a signal from each sensor, a monitoring circuit 104 that monitors a voltage value based on the received signal, a failure detection circuit 106 that detects a failure of each current sensor based on the received signal, A signal transmission circuit 108 that transmits a control signal to the inverter 140, a calculation circuit 110 that calculates a voltage command value based on a torque command value or a current command value, PWM based on the rotational speed of the M / G 150 or the magnetic pole position A generation circuit 112 that generates a pattern, a correction circuit 114 that acquires an input voltage value of the inverter 140 and corrects a command value of the voltage, and a memory 116 are included. The memory 116 stores each program executed by the control system, a threshold value that defines a preset allowable error range of the voltage sensor 142, and the like.
[0042]
Inverter 140 includes a voltage sensor 142, a converter circuit 144, and an inverter circuit. Converter circuit 144 smoothes the direct current supplied from battery 120 and converts it to a predetermined voltage based on the received control signal. Voltage sensor 142 detects the voltage value of the output current of converter circuit 144 (that is, the voltage value of the input current to inverter circuit 146). The inverter circuit 146 generates an alternating current having a predetermined frequency based on the received control signal and supplies it to the M / G 150.
[0043]
The inverter 140 is an inverter that can execute, for example, PWM control, but is not limited thereto. The battery 120 is a secondary battery having a capacity (for example, several hundred volts) that allows the M / G 150 to generate sufficient torque to drive the vehicle.
[0044]
Inverter ECU 100 receives a signal representing the connection state of SMR 130, an input voltage value of inverter 140 detected by voltage sensor 142, and current values detected by current sensors 124, 126, and 128. Further, a signal from the main ECU 1000 is input to the inverter ECU 100.
[0045]
Inverter ECU 100 controls the voltage value supplied to M / G 150 by outputting a signal to inverter 140. Inverter ECU 100 transmits a signal notifying the state of SMR 130, inverter 140, M / G 150, or the like to main ECU 1000.
[0046]
Converter circuit 144 converts the voltage value of the direct current supplied from battery 120 into a predetermined voltage value based on a control signal received from inverter ECU 100. During regeneration, converter circuit 144 converts the voltage value of the direct current output from inverter circuit 146 into a predetermined voltage value based on a control signal received from inverter ECU 100. The converter circuit 144 may have a function of boosting bidirectionally, a function of boosting in any one direction, or the like according to the output voltage of the power supply system mounted.
[0047]
Inverter circuit 146 converts the direct current supplied from converter circuit 144 into an alternating current having a predetermined frequency and amplitude based on a control signal received from inverter ECU 100. During regeneration, inverter circuit 146 converts an alternating current generated by M / G 150 into a direct current based on a control signal received from inverter ECU 100 and supplies the converted direct current to converter circuit 144.
[0048]
The main ECU 1000 includes an accelerator opening signal detected by the accelerator opening sensor 1010, a brake ON / OFF state signal detected by the brake switch 1020, a vehicle speed signal detected by the vehicle speed sensor 1030, and a neutral start switch 1040. The detected shift position signal of the transmission is input.
[0049]
The control system having such a configuration includes torque control of the motor based on the current values received from the current sensors 124, 126, and 128, and torque control that does not use the current values (hereinafter referred to as “current sensorless control”). Can be executed. In this current sensorless control, a voltage command value is calculated based on a torque command value or a current command value, a PWM pattern is generated based on the number of rotations of the M / G 150 or the magnetic pole position, and the input voltage of the inverter 140 is calculated. This is executed by acquiring the value and correcting the command value of the voltage.
[0050]
In this way, the control system can accurately control the output torque of the M / G 150 based on the current value detected by the current sensor, while switching to the current sensorless control when the current sensor fails. The torque control of the electric motor can be continued. Therefore, since the runaway of the control system of the entire electric motor system is surely prevented, the vehicle can be prevented from suddenly accelerating / decelerating or being unable to start.
[0051]
With reference to FIG. 2, a control structure of inverter ECU 100 that realizes the control system according to the present embodiment will be described.
[0052]
In step (hereinafter, step is represented as S) 200, inverter ECU 100 detects the operating states of current sensors 124, 126, and 128 based on signals received from the sensors.
[0053]
In S202, inverter ECU 100 determines whether there is a normal current sensor based on the detected operating state. If it is determined that there is a normal current sensor (YES in S202), the process proceeds to S204. If not (NO in S202), the process proceeds to S228.
[0054]
In S204, inverter ECU 100 calculates the peak value of the current based on the signal received from the normal current sensor. Here, the peak value of the current refers to the maximum instantaneous value of the fluctuation current within a predetermined time interval. The predetermined time interval can be set based on characteristics required for the control system of the electric motor.
[0055]
In S206, inverter ECU 100 detects a torque command value for M / G 150 based on a signal received from a normal current sensor.
[0056]
In S208, inverter ECU 100 enhances monitoring of voltage sensor 142. As a result, the range in which the error of the voltage value detected by the voltage sensor 142 is allowed is reduced from the preset allowable range. For example, when detecting an error based on binary comparison, the width of the abnormality detection value is reduced. When a boost converter (not shown) is connected to the power supply system, the frequency of stopping the operation of the converter and turning on the upper arm increases.
[0057]
In S300, inverter ECU 100 executes an input voltage changing process (FIG. 3) described later. When this process is executed, if a predetermined condition is satisfied, the input voltage value of the inverter 140 is changed, so that the control of the M / G 150 is executed based on the changed input voltage value.
[0058]
In S212, inverter ECU 100 calculates an error in the voltage value based on the voltage value detected by voltage sensor 142 and the command value of the voltage calculated in S300.
[0059]
In S214, inverter ECU 100 determines whether or not the correction of the voltage value is sufficient (that is, whether or not the error is sufficiently suppressed) based on the error calculated in S212. This determination is made based on whether or not the voltage value falls within a predetermined allowable range. If the correction of the voltage value is sufficient (YES in S214), the process ends. If not (NO in S214), the process proceeds to S400.
[0060]
In S400, inverter ECU 100 executes a carrier frequency changing process (FIG. 4) described later. When this process is executed, the carrier frequency (the number of switching pulses generated per second in the inverter 140) is changed when a predetermined condition is satisfied. If the condition is not satisfied, the carrier frequency is maintained. Thereafter, control of inverter 140 is performed based on the carrier frequency.
[0061]
In S228, inverter ECU 100 enhances monitoring of voltage sensor 142. As a result, the range in which the error of the voltage value detected by the voltage sensor 142 is allowed is reduced from the preset allowable range. For example, when detecting an error based on binary comparison, the width of the abnormality detection value is reduced. When a boost converter (not shown) is connected to the power supply system, the frequency of stopping the operation of the converter and turning on the upper arm increases.
[0062]
In S232, inverter ECU 100 calculates an error in the voltage value based on the voltage value detected by voltage sensor 142 and the command value of the voltage calculated in S400.
[0063]
In S234, inverter ECU 100 determines whether or not the correction of the voltage value is sufficient (that is, whether or not the error is sufficiently suppressed) based on the error calculated in S232. This determination is made based on whether or not the voltage value falls within a predetermined allowable range. When the correction of the voltage value is sufficient (YES in S234), the process ends. If not (NO in S234), the process proceeds to S300.
[0064]
With reference to FIG. 3, the control structure of the input voltage changing process executed by inverter ECU 100 according to the present embodiment will be described. This input voltage changing process is a process for changing the voltage input from the converter circuit 144 to the inverter circuit 146 inside the inverter 140.
[0065]
In S302, inverter ECU 100 obtains a torque command value. This command value is a signal representing the driver's acceleration request such as the accelerator opening and the vehicle speed.
[0066]
In S304, inverter ECU 100 receives the rotational speed signal of M / G 150 from main ECU 1000.
[0067]
In S306, inverter ECU 100 calculates an input voltage command value for inverter circuit 146 based on the acquired torque command value and the received rotation speed signal.
[0068]
In S308, inverter ECU 100 determines whether or not the calculated command value of the input voltage is within an allowable error range. This allowable error range is data stored in the memory 116 and can be changed. When the command value of the input voltage is within the allowable error range (YES in S308), the process proceeds to S310. If not (NO in S308), the process proceeds to S312.
[0069]
In S310, inverter ECU 100 transmits the command value of the input voltage that has been output so far to converter circuit 144. As a result, the converter circuit 144 supplies a current whose voltage value is maintained to the inverter circuit 146.
[0070]
In S312, inverter ECU 100 calculates change value Vdc of the input voltage to inverter circuit 146. This change value Vdc is calculated so as to satisfy Vdc <(Vref + ΔV) Tsw / ΔTerr. Here, Vref represents a voltage command value. ΔV represents a tolerance set in advance for the voltage value. Tsw represents the period of the carrier wave. ΔTerr represents a switching variation time that can be assumed from the configuration of the electric motor system. These parameters are stored in advance in the memory 116 together with the above formula.
[0071]
In S314, inverter ECU 100 transmits calculated change value Vdc to converter circuit 144. Thereby, converter circuit 144 supplies current having voltage value Vdc to inverter circuit 146.
[0072]
In S316, inverter ECU 100 continues the predetermined control over inverter 140. Thereby, an alternating current having a predetermined frequency is supplied to the M / G 150, and the M / G 150 generates torque. Thereafter, the process is returned to the main program (FIG. 2).
[0073]
With reference to FIG. 4, the control structure of the carrier frequency changing process executed by inverter ECU 100 according to the present embodiment will be described.
[0074]
In S402, inverter ECU 100 acquires a torque command value. This command value is a command value related to the driver's acceleration request such as the accelerator opening and the vehicle speed.
[0075]
In S404, inverter ECU 100 receives the rotational speed signal of M / G 150 from main ECU 1000.
[0076]
In S406, inverter ECU 100 calculates an input voltage command value for inverter circuit 146 based on the acquired torque command value and the received rotation speed signal.
[0077]
In S408, inverter ECU 100 determines whether or not the calculated command value of the input voltage is within an allowable error range. When the command value of the input voltage is within the allowable error range (YES in S408), the process proceeds to S410. If not (NO in S408), the process proceeds to S412.
[0078]
In S410, inverter ECU 100 outputs a signal for maintaining the carrier frequency.
[0079]
In S412, inverter ECU 100 calculates a change value of the carrier frequency. At this time, the carrier frequency (= 1 / Tsw) is Tsw > It is calculated to be ΔTerr · Vdc / (Vref + ΔV).
[0080]
In S414, inverter ECU 100 outputs the changed value of the carrier frequency to inverter circuit 146. As a result, the carrier whose frequency is changed is output.
[0081]
In S416, inverter ECU 100 continues the predetermined control over inverter 140. Thereby, an alternating current having a predetermined frequency is supplied to the M / G 150, and the M / G 150 generates torque. Thereafter, the process is returned to the main program (FIG. 2).
[0082]
Regarding the operation of the control system according to the present embodiment based on the above structure and flowchart, a case where all current sensors are abnormal will be described.
[0083]
When the operating state of the current sensor is detected while the vehicle is running (S200), and there is no normal current sensor (NO in S202), monitoring of the voltage sensor 142 is enhanced (S228), and the carrier frequency changing process is executed. (S400).
[0084]
When the inverter ECU 100 acquires the torque command value and the rotation speed signal (S402, S404), the command value of the input voltage for the inverter circuit 146 is calculated (S406). If the command value is not included in the allowable error range (NO in S408), the carrier frequency is calculated (S412), and a signal of that frequency is transmitted to inverter circuit 146 (S414). As a result, when the carrier frequency decreases, the error of the voltage value (torque command value) is reduced, and the control of the inverter 140 is continued based on the voltage value.
[0085]
Thereafter, the error of voltage sensor 142 is calculated based on the command value and the detected value (S232), and if the voltage value is not sufficiently corrected (NO in S234), the input voltage changing process is executed. (S300).
[0086]
When a torque command value is acquired (S302) and a rotation speed signal is received (S304), an input voltage command value is calculated (S306). When the command value of the input voltage is not within the allowable error range (NO in S308), a command value that decreases the input voltage value is calculated (S312). When the command value is output to the converter circuit 144 (S314), the changed voltage value is supplied to the inverter circuit 146, and when the inverter ECU 100 continues the predetermined control (S316), the changed AC current is changed to M /. Supplied to G150.
[0087]
As a result, the voltage value of the current supplied to the M / G 150 also decreases, so that errors based on the switching operation of the inverter 140 are suppressed. Since the torque command value that follows the driver's torque request is output to the inverter 140, the vehicle can run smoothly.
[0088]
As described above, according to the control device of the present embodiment, when there is no normal current sensor, the input voltage value to the inverter circuit 146 is reduced by reducing the carrier frequency while strengthening the monitoring of the voltage sensor. Can be changed (decreased). As a result, the voltage command value is output so as to suppress the error caused by the switching operation in the inverter 140, so that the error of the torque command value for the M / G 150 can be reduced. Thereby, the accuracy of torque control by the inverter 140 can be improved.
[0089]
Further, when the correction of the voltage value is not sufficient, the process of changing the input voltage value is performed, and the command value of the voltage for the inverter 140 is further changed, so that the torque control of the electric motor can be surely executed. .
[0090]
As a result, it is possible to provide a control system for an electric motor system that can improve the accuracy of torque control without using a current sensor.
[0091]
In the control system according to the present embodiment, when the current sensor is operating normally, an abnormality in the electric motor system may be detected based on the current value detected by the normal current sensor. That is, after the processing for calculating the peak value of the current in FIG. 2 (S204), if the peak value exceeds a predetermined threshold value, the motor system is determined to be abnormal and can be stopped. it can. Thereby, control of an electric motor system can be performed more reliably.
[0092]
For example, when the current sensors 124, 126, and 128 are all normal, the amplitude A is 2 when a three-phase current is flowing according to the current values (for example, Iv and Iw) detected by any two sensors. The power can be calculated. In this case, A 2 = (Iv) 2 + (Iw) 2 + (-Iv-Iw) 2 A based on the relationship 2 Can be calculated. Since torque and amplitude A are in a proportional relationship, A 2 When the value exceeds the threshold value, it is considered that the torque command value is erroneously output. In this case, it can be determined that the electric motor system is abnormal.
[0093]
If there is only one normal current sensor even if a plurality of current sensors are provided, the amplitude A is calculated from the peak hold value during one rotation of the M / G 150, and A 2 It may be determined whether or not exceeds a threshold value.
[0094]
In this way, when at least one current sensor is operating normally, it is possible to determine whether the electric motor system is normal based on the current value, thereby further improving controllability. In addition, safety can be improved by restricting the operation of the electric motor system in the event of an abnormality.
[0095]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a vehicle equipped with a control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart (No. 1) showing a control structure of a program executed by inverter ECU shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart (No. 2) showing a control structure of a program executed by inverter ECU shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a flowchart (No. 3) showing a control structure of a program executed by inverter ECU shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Inverter ECU, 102 Signal receiving circuit, 104 Monitoring circuit, 106 Fault detection circuit, 108 Signal transmission circuit, 110 Calculation circuit, 112 Generation circuit, 114 Correction circuit, 116 Memory, 120 Battery, 124, 126, 128 Current sensor, 130 SMR, 140 inverter, 142 voltage sensor, 144 converter circuit, 146 inverter circuit, 150 motor generator (M / G), 1000 main ECU, 1010 accelerator opening sensor, 1020 brake switch, 1030 vehicle speed sensor, 1040 neutral start switch.

Claims (9)

スイッチング素子を有するインバータと、前記インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する装置であって、
前記インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずに前記スイッチング素子の動作の誤差を抑制するための誤差抑制手段を含み、
前記指令値は、前記インバータのキャリア周波数であり、
前記誤差は、前記スイッチング素子の特性または前記キャリア周波数に影響される誤差であって、
前記誤差抑制手段は、前記キャリア周波数を変更することにより前記誤差を抑制するための抑制手段を含み、
前記誤差は、前記キャリア周波数が低下すると減少し、
前記抑制手段は、前記キャリア周波数を低下させることにより前記誤差を抑制するための手段を含み、
前記誤差は、前記スイッチング素子の動作のばらつきに起因する前記インバータの出力電圧の誤差であり、
前記抑制手段は、前記インバータの出力電流指令および前記インバータの出力電流値に基づくことなく、前記電動機システムの構成から想定しうる前記スイッチング素子の動作のばらつき時間に基づいて、前記キャリア周波数を低下させるための手段を含む、電動機システムの制御装置。An apparatus for controlling an electric motor system including an inverter having a switching element and an electric motor driven by the inverter,
Based on a command value related to the output of the inverter, including error suppression means for suppressing an error in the operation of the switching element regardless of the output of the current sensor,
The command value is a carrier frequency of the inverter,
The error is an error affected by characteristics of the switching element or the carrier frequency,
The error suppression means includes suppression means for suppressing the error by changing the carrier frequency,
The error decreases as the carrier frequency decreases,
The suppression means includes means for suppressing the error by reducing the carrier frequency,
The error is an error in the output voltage of the inverter due to variations in operation of the switching element,
The suppression means reduces the carrier frequency based on the variation time of the operation of the switching element that can be assumed from the configuration of the electric motor system, without being based on the output current command of the inverter and the output current value of the inverter . A control device for an electric motor system, including means for スイッチング素子を有するインバータと、前記インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する装置であって、
前記インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずに前記スイッチング素子の動作の誤差を抑制するための誤差抑制手段を含み、
前記電動機システムは、前記インバータへの入力電圧値を変更する変更回路をさらに含み、
前記指令値は、前記インバータへの入力電圧値であり、
前記誤差は、前記入力電圧値に基づく誤差であって、
前記誤差抑制手段は、前記インバータへの入力電圧値を前記変更回路に変更させることにより、前記誤差を抑制するための抑制手段を含み、
前記誤差は、前記入力電圧値が低下すると減少し、
前記抑制手段は、前記入力電圧値を前記変更回路に低下させることにより、前記誤差を抑制するための手段を含み、
前記変更回路は、前記インバータの入力側に接続される電圧変換回路であり、
前記誤差は、前記スイッチング素子の動作のばらつきに起因する前記インバータの出力電圧の誤差であり、
前記抑制手段は、前記インバータの出力電流指令および前記インバータの出力電流値に基づくことなく、前記電動機システムの構成から想定しうる前記スイッチング素子の動作のばらつき時間に基づいて、前記入力電圧値を低下させるための手段を含む、電動機システムの制御装置。An apparatus for controlling an electric motor system including an inverter having a switching element and an electric motor driven by the inverter,
Based on a command value related to the output of the inverter, including error suppression means for suppressing an error in the operation of the switching element regardless of the output of the current sensor,
The electric motor system further includes a change circuit for changing an input voltage value to the inverter,
The command value is an input voltage value to the inverter,
The error is an error based on the input voltage value,
The error suppression means includes suppression means for suppressing the error by changing the input voltage value to the inverter to the change circuit,
The error decreases as the input voltage value decreases,
The suppression means includes means for suppressing the error by reducing the input voltage value to the change circuit,
The change circuit is a voltage conversion circuit connected to the input side of the inverter,
The error is an error in the output voltage of the inverter due to variations in operation of the switching element,
The suppression means reduces the input voltage value based on a variation time of the operation of the switching element that can be assumed from the configuration of the electric motor system, without being based on the output current command of the inverter and the output current value of the inverter. A control device for an electric motor system, including means for causing 前記電動機システムは、電流値を検出する電流検出回路をさらに含み、
前記電動機は、トルクの指令値および回転数と、前記電流値とのいずれかに基づいて制御され、前記制御装置は、
前記電流検出回路が故障すると、前記電流値に基づく制御から前記トルクの指令値および回転数に基づく制御に、前記電動機の制御の形態を切り換えるための切換手段をさらに含む、請求項１または２のいずれかに記載の電動機システムの制御装置。The electric motor system further includes a current detection circuit that detects a current value,
The electric motor is controlled based on any of a torque command value and a rotational speed, and the current value, and the control device includes:
3. The switch according to claim 1, further comprising a switching means for switching a control mode of the electric motor from a control based on the current value to a control based on the torque command value and the rotation speed when the current detection circuit fails. The control apparatus of the electric motor system in any one. 前記電動機システムは、複数の前記電流検出回路を有し、
前記制御装置は、
前記複数の電流検出回路から正常な電流検出回路を判別するための判別手段と、
前記判別された正常な電流検出回路が検出する電流値に基づいて、前記電動機の出力に関する異常を検出するための第１の異常検出手段と、
前記異常が検出されると、前記電動機システムの作動を制限するための制限手段とをさらに含む、請求項３に記載の電動機システムの制御装置。The electric motor system has a plurality of the current detection circuits,
The controller is
Discrimination means for discriminating a normal current detection circuit from the plurality of current detection circuits;
First abnormality detection means for detecting an abnormality related to the output of the electric motor based on the current value detected by the determined normal current detection circuit;
The control device for an electric motor system according to claim 3, further comprising a restricting unit for restricting an operation of the electric motor system when the abnormality is detected. 前記制御装置は、
電圧値を検出するための電圧検出手段と、
前記検出された電圧値に基づいて、前記電動機の出力に関する異常を検出するための第２の異常検出手段と、
前記異常が検出されると、前記電動機システムの作動を制限するための制限手段とをさらに含む、請求項３に記載の電動機システムの制御装置。The controller is
Voltage detection means for detecting a voltage value;
Second abnormality detection means for detecting an abnormality relating to the output of the electric motor based on the detected voltage value;
The control device for an electric motor system according to claim 3, further comprising a restricting unit for restricting an operation of the electric motor system when the abnormality is detected. スイッチング素子を有するインバータと、前記インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する方法であって、
前記インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずに前記スイッチング素子の動作の誤差を抑制する誤差抑制ステップを含み、
前記指令値は、前記インバータのキャリア周波数であり、
前記誤差は、前記スイッチング素子の特性またはキャリア周波数に影響される誤差であって、
前記誤差抑制ステップは、前記キャリア周波数を変更することにより前記誤差を抑制する抑制ステップを含み、
前記誤差は、前記キャリア周波数が低下すると減少し、
前記抑制ステップは、前記キャリア周波数を低下させることにより前記誤差を抑制するステップを含み、
前記誤差は、前記スイッチング素子の動作のばらつきに起因する前記インバータの出力電圧の誤差であり、
前記抑制ステップは、前記インバータの出力電流指令および前記インバータの出力電流値に基づくことなく、前記電動機システムの構成から想定しうる前記スイッチング素子の動作のばらつき時間に基づいて、前記キャリア周波数を低下させるステップを含む、電動機システムの制御方法。A method for controlling an electric motor system including an inverter having a switching element and an electric motor driven by the inverter,
Based on the command value related to the output of the inverter, including an error suppression step of suppressing an error in the operation of the switching element regardless of the output of the current sensor,
The command value is a carrier frequency of the inverter,
The error is an error affected by the characteristics of the switching element or the carrier frequency,
The error suppression step includes a suppression step of suppressing the error by changing the carrier frequency,
The error decreases as the carrier frequency decreases,
The suppressing step includes the step of suppressing the error by reducing the carrier frequency,
The error is an error in the output voltage of the inverter due to variations in operation of the switching element,
The suppression step reduces the carrier frequency based on the variation time of the operation of the switching element that can be assumed from the configuration of the electric motor system, without being based on the output current command of the inverter and the output current value of the inverter . A method for controlling an electric motor system including steps. 前記電動機システムは、電流値を検出する電流検出回路をさらに含み、
前記電動機は、トルクの指令値および回転数と、前記電流値とのいずれかに基づいて制御され、前記制御方法は、
前記電流検出回路が故障すると、前記電流値に基づく制御から前記トルクの指令値および回転数に基づく制御に、前記電動機の制御の形態を切り換える切換ステップをさらに含む、請求項６に記載の電動機システムの制御方法。The electric motor system further includes a current detection circuit that detects a current value,
The electric motor is controlled based on any of a torque command value and a rotational speed, and the current value, and the control method includes:
The electric motor system according to claim 6, further comprising a switching step of switching a control form of the electric motor from a control based on the current value to a control based on the torque command value and the rotation speed when the current detection circuit fails. Control method. 前記電動機システムは、複数の前記電流検出回路を有し、
前記制御方法は、
前記複数の電流検出回路から正常な電流検出回路を判別する判別ステップと、
前記判別された正常な電流検出回路が検出する電流値に基づいて、前記電動機の出力に関する異常を検出する第１の異常検出ステップと、
前記異常が検出されると、前記電動機システムの作動を制限する制限ステップとをさらに含む、請求項７に記載の電動機システムの制御方法。The electric motor system has a plurality of the current detection circuits,
The control method is:
A determination step of determining a normal current detection circuit from the plurality of current detection circuits;
A first abnormality detection step of detecting an abnormality relating to the output of the electric motor based on a current value detected by the determined normal current detection circuit;
The method for controlling an electric motor system according to claim 7, further comprising a limiting step of limiting an operation of the electric motor system when the abnormality is detected. 前記制御方法は、
電圧値を検出する電圧検出ステップと、
前記検出された電圧値に基づいて、前記電動機の出力に関する異常を検出する第２の異常検出ステップと、
前記異常が検出されると、前記電動機システムの作動を制限する制限ステップとをさらに含む、請求項７に記載の電動機システムの制御方法。The control method is:
A voltage detection step for detecting a voltage value;
A second abnormality detection step of detecting an abnormality relating to the output of the electric motor based on the detected voltage value;
The method for controlling an electric motor system according to claim 7, further comprising a limiting step of limiting an operation of the electric motor system when the abnormality is detected.
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