JP4613861B2

JP4613861B2 - 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法

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Publication number: JP4613861B2
Application number: JP2006094858A
Authority: JP
Inventors: 志謙陳; スブラタサハ
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007274783A

Description

本発明は、電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法に関するものである。

従来、電動機械として配設された駆動モータ又は発電機には、回転自在に配設され、Ｎ極及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えたロータ、該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ等が配設される。

そして、駆動モータ又は発電機を駆動し、駆動モータのトルクである駆動モータトルク、又は発電機のトルクである発電機トルクを発生させるために、電動駆動装置が配設される。駆動モータを駆動するために駆動モータ制御装置が、発電機を駆動するために発電機制御装置が、電動機械制御装置として配設され、該電動機械制御装置において発生させられたＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号をインバータに送り、該インバータにおいて発生させられた相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記各ステータコイルに供給することによって、前記駆動モータトルクを発生させたり、発電機トルクを発生させたりするようになっている。

前記駆動モータ制御装置においては、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われる。そのために、前記駆動モータ制御装置は、各ステータコイルに供給される電流、ロータの磁極位置、インバータの入口の直流電圧等を検出し、検出された電流、すなわち、検出電流を磁極位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流に変換し、続いて、電流指令値マップを参照してｄ軸電流及びｑ軸電流の目標値を表すｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出し、前記ｄ軸電流とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流とｑ軸電流指令値との偏差、及び駆動モータのパラメータに基づいてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出するようにしている。

そして、前記電流指令値マップには、駆動モータトルクの目標値を表す駆動モータ目標トルク、前記直流電圧及び角速度に対応させてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値が記録される。なお、前記パラメータは、逆起電圧定数ＭＩｆ、各ステータコイルの巻線抵抗Ｒａ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ等から成る（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、前記電流指令値マップから駆動モータ目標トルクに対応するｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を読み出して駆動モータを駆動した場合、駆動モータ目標トルクどおりの駆動モータトルクを発生させることができないことがある。そこで、駆動モータ目標トルクをトルク補正マップで補正し、補正された駆動モータ目標トルクに対応するｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基づいて駆動モータを駆動することが考えられる。

図２は従来のトルク補正マップを示す図である。なお、図において、横軸に駆動モータ回転速度ＮＭを、縦軸に駆動モータ目標トルクＴＭ^*を採ってある。

図において、Ｏは原点、Ｎｉ（ｉ＝１、２、…、ｐ）は、駆動モータ回転速度ＮＭの上限値と零（０）との間を複数に均等に分割することによって、所定の間隔ごとに設定され、駆動モータ回転速度ＮＭを表す線、Ｔｊ（ｊ＝１、２、…、ｑ）は、理論上の駆動モータ目標トルクＴＭ^*の上限値と零との間を複数に均等に分割することによって、所定の間隔ごとに設定され、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を表す線であり、各線Ｎｉ、Ｔｊが交差する各点、すなわち、各交点に、駆動モータ回転速度ＮＭ及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応する補正値δＴＭ^*が、
−α１≦δＴＭ^*≦＋α２（α１、α２＞０）
のように設定され、記録される。なお、α１、α２はあらかじめ設定された値であり、前記線Ｔｊは等トルク線を構成する。また、駆動モータ回転速度ＮＭによって電動機械回転速度が構成される。

したがって、前記駆動モータ回転速度ＮＭ及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*が特定されると、トルク補正マップから補正値δＴＭ^*が読み出され、駆動モータ目標トルクＴＭ^*は、補正値δＴＭ^*が減算されて補正される。そして、補正された駆動モータ目標トルクＴＭ^*に基づいて駆動モータが駆動される。なお、各交点間の駆動モータ回転速度ＮＭ、及び各交点間の駆動モータ目標トルクＴＭ^*における補正値δＴＭ^*は、各交点における補正値δＴＭ^*を補間することによって算出される。

ところで、駆動モータを駆動したとき、特性上、駆動モータ回転速度ＮＭが所定の値、すなわち、領域境界速度Ｎｓより低い低速領域においては、出力が上限値にならないので、発生させられる駆動モータトルクＴＭの最大値を一定にすることができるが、前記領域境界速度Ｎｓより高く、かつ、上限値以下である高速領域においては、出力が上限値になるので、駆動モータトルクＴＭの最大値を一定の値にすることはできず、駆動モータ回転速度ＮＭが高くなるほど低くなる。

したがって、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を実際に設定するに当たり、駆動モータの特性に合わせて、前記低速領域においては、各駆動モータ回転速度ＮＭごとの駆動モータ目標回転速度ＮＭ^*の最大値を表す最大駆動モータ目標トルクＴＭ^*ｍａｘを一定にし、高速領域においては、最大駆動モータ目標トルクＴＭ^*ｍａｘを、駆動モータ回転速度ＮＭが高くなるほど低くする必要がある。

そこで、前記トルク補正マップを形成するに当たり、最大駆動モータ目標トルクＴＭ^*ｍａｘが低速領域において一定になるように、高速領域において駆動モータ回転速度ＮＭが高くなるほど低くなるように設定するので好ましいが、その場合、高速領域においては、駆動モータ回転速度ＮＭが異なると、線Ｎｉ上の各交点間の距離がそれぞれ異なるので、補間するのが極めて困難になってしまう。

そこで、図２に示されるように、前記トルク補正マップ上においては、最大駆動モータ目標トルクＴＭ^*ｍａｘが、低速領域においても、高速領域においても一定にされ、各線Ｔｊが横軸に対して平行になるように設定される。
特開平５−１３０７１０号公報

しかしながら、前記従来の電動駆動装置においては、トルク補正マップが形成される記録装置の容量が無用に大きくなってしまう。すなわち、駆動モータを駆動するに当たり、実際に設定される最大駆動モータ目標トルクＴＭ^*ｍａｘは、高速領域において、駆動モータ回転速度ＮＭが高くなるほど低くされるのに対して、前記トルク補正マップ上において、最大駆動モータ目標トルクＴＭ^*ｍａｘは一定にされるので、高速領域において駆動モータ目標トルクＴＭ^*が大きい領域、すなわち、高速・高トルク領域においては、無用にトルク補正マップが形成されることになり、メモリ領域が無駄に使用されることになる。したがって、記録装置の容量がその分大きくなってしまう。

また、高速領域においても、各線Ｔｊが横軸に対して並列に設定されるので、分解能が低くなってしまう。したがって、駆動モータを精度良く駆動することができない。

本発明は、前記従来の電動駆動装置の問題点を解決して、トルク補正マップを形成するための記録装置の容量を小さくすることができ、電動機械を精度良く駆動することができる電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の電動駆動制御装置においては、電動機械と、該電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出する電動機械目標トルク算出処理手段と、前記電動機械の回転速度を表す電動機械回転速度、及び前記電動機械目標トルクを取得する変量取得処理手段と、前記電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに基づいて、電動機械を駆動するための目標パワーを算出する目標パワー算出処理手段と、前記電動機械目標トルクのトルク補正値が記録されたトルク補正マップを参照し、電動機械回転速度があらかじめ設定された領域境界速度より低い場合に、電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに対応するトルク補正値に基づいて、電動機械回転速度が前記領域境界速度以上である場合に、電動機械回転速度及び目標パワーに対応するトルク補正値に基づいて電動機械目標トルクを補正する電動機械目標トルク補正処理手段とを有する。

本発明の他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記トルク補正マップは、電動機械回転速度が領域境界速度より低い低速領域において電動機械回転速度と電動機械目標トルクとの座標系で、電動機械回転速度が領域境界速度以上である高速領域において電動機械回転速度と目標パワーとの座標系で形成される。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記トルク補正マップは、直流電圧ごとに形成される。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記領域境界速度は、電動機械目標トルクの最大値を採る電動機械回転速度のうちの最も高い電動機械回転速度である。

本発明の電動駆動制御方法においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出し、前記電動機械の回転速度を表す電動機械回転速度、及び前記電動機械目標トルクを取得し、前記電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに基づいて、電動機械を駆動するための目標パワーを算出し、前記電動機械目標トルクのトルク補正値が記録されたトルク補正マップを参照し、電動機械回転速度があらかじめ設定された領域境界速度より低い場合に、電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに対応するトルク補正値に基づいて、電動機械回転速度が前記領域境界速度以上である場合に、電動機械回転速度及び目標パワーに対応するトルク補正値に基づいて電動機械目標トルクを補正する。

本発明によれば、電動駆動制御装置においては、電動機械と、該電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出する電動機械目標トルク算出処理手段と、前記電動機械の回転速度を表す電動機械回転速度、及び前記電動機械目標トルクを取得する変量取得処理手段と、前記電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに基づいて、電動機械を駆動するための目標パワーを算出する目標パワー算出処理手段と、前記電動機械目標トルクのトルク補正値が記録されたトルク補正マップを参照し、電動機械回転速度があらかじめ設定された領域境界速度より低い場合に、電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに対応するトルク補正値に基づいて、電動機械回転速度が前記領域境界速度以上である場合に、電動機械回転速度及び目標パワーに対応するトルク補正値に基づいて電動機械目標トルクを補正する電動機械目標トルク補正処理手段とを有する。

この場合、トルク補正マップが参照され、電動機械回転速度があらかじめ設定された領域境界速度より低い場合に、電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに対応するトルク補正値に基づいて、電動機械回転速度が領域境界速度以上である場合に、電動機械回転速度及び目標パワーに対応するトルク補正値に基づいて電動機械目標トルクが補正される。

したがって、高速・高トルク領域において設定されたトルク補正値を使用することができるので、無用にトルク補正マップが形成されることがなくなり、メモリ領域が無駄に使用されることがなくなる。その結果、記録装置の容量をその分小さくすることができる。

また、高速領域において、目標パワーを表す線は横軸に対して並列に設定されるが、電動機械目標トルクは、電動機械回転速度が高くなるほど小さくなるので、分解能を高くすることができる。したがって、電動機械を精度良く駆動することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、電動車両としての電気自動車、ハイブリッド型車両等に搭載された電動駆動装置、及び該電動駆動装置を作動させるための電動駆動制御装置について説明する。

図１は本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置の要部を示すブロック図、図３は本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図、図４は本発明の実施の形態における第１の電流指令値マップを示す図、図５は本発明の実施の形態における第２の電流指令値マップを示す図、図６は本発明の実施の形態におけるトルク補正値算出部の動作を示すフローチャート、図７は本発明の実施の形態における仮想のトルク補正マップを示す図、図８は本発明の実施の形態における実際のトルク補正マップを示す図である。なお、図４において、横軸に電動機械としての駆動モータ３１のトルクである駆動モータトルクＴＭの目標値を表す駆動モータ目標トルクＴＭ^*を、縦軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^*を、図５において、横軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^*を、縦軸にｑ軸電流指令値ｉｑ^*を、図７において、横軸に駆動モータ回転速度ＮＭを、縦軸に駆動モータ目標トルクＴＭ^*を、図８において、横軸に駆動モータ回転速度ＮＭを、縦軸に駆動モータ目標トルクＴＭ^*及び目標パワーＰ^*を採ってある。この場合、駆動モータトルクＴＭによって電動機械トルクが、駆動モータ目標トルクＴＭ^*によって電動機械目標トルクが構成される。なお、この場合、パワーＰは、単位時間の仕事である仕事率、又は電力を表し、目標パワーＰ^*は前記パワーＰの目標値を表す。

図３において、３１は駆動モータであり、該駆動モータ３１は、例えば、電気自動車の駆動軸等に取り付けられ、回転自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータより径方向外方に配設されたステータを備える。前記ロータは、ロータコア、及びロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石を備え、該永久磁石のＳ極及びＮ極によって磁極対が構成される。また、前記ステータは、円周方向における複数箇所に、径方向内方に向けて突出させてティースが形成されたステータコア、並びに前記ティースに巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイルとしてのステータコイル１１〜１３を備える。

前記ロータの出力軸に、該ロータの磁極位置を検出するための磁極位置検出部として磁極位置センサ２１が配設され、該磁極位置センサ２１は、センサ出力として磁極位置信号ＳＧθを発生させ、電動機械制御装置としての駆動モータ制御装置４５に送る。なお、本実施の形態においては、磁極位置検出部として前記磁極位置センサ２１が使用されるようになっているが、該磁極位置センサ２１に代えてレゾルバを配設し、該レゾルバによって磁極位置信号を発生させることができる。

そして、前記駆動モータ３１を駆動して電気自動車を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流が、電流発生装置としてのインバータ４０によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに変換され、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。

そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、ドライブ回路５１において発生させられた駆動信号を各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に送り、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させることができるようになっている。前記インバータ４０として、２〜６個のスイッチング素子を一つのパッケージに組み込むことによって形成されたＩＧＢＴ等のパワーモジュールを使用したり、ＩＧＢＴにドライブ回路等を組み込むことによって形成されたＩＰＭを使用したりすることができる。

前記バッテリ１４からインバータ４０に電流を供給する際の入口側に電圧検出部としての電圧センサ１５が配設され、該電圧センサ１５は、インバータ４０の入口側の直流電圧Ｖｄｃを検出し、駆動モータ制御装置４５に送る。なお、直流電圧Ｖｄｃとしてバッテリ電圧を使用することもでき、その場合、前記バッテリ１４に電圧検出部としてバッテリ電圧センサが配設される。

そして、前記駆動モータ３１、インバータ４０、ドライブ回路５１、図示されない駆動輪等によって電動駆動装置が構成される。また、１７はコンデンサである。

ところで、前記ステータコイル１１〜１３はスター結線されているので、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御するために、例えば、Ｕ相及びＶ相のステータコイル１１、１２のリード線に、Ｕ相及びＶ相の電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する電流検出部としての電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４は、検出された電流を検出電流ｉｕ、ｉｖとして駆動モータ制御装置４５に送る。

該駆動モータ制御装置４５には、コンピュータとして機能する図示されないＣＰＵのほかに、データを記録したり、各種のプログラムを記録したりするためのＲＡＭ、ＲＯＭ等の図示されない記録装置が配設され、該記録装置に第１、第２の電流指令値マップが形成される。なお、ＣＰＵに代えてＭＰＵを使用することができる。

そして、前記ＲＯＭには、各種のプログラム、データ等が記録されるようになっているが、プログラム、データ等を、外部記憶装置として配設されたハードディスク等の他の記録媒体に記録することもできる。その場合、例えば、前記駆動モータ制御装置４５にフラッシュメモリを配設し、前記記録媒体から前記プログラム、データ等を読み出してフラッシュメモリに記録する。したがって、外部の記録媒体を交換することによって、前記プログラム、データ等を更新することができる。

次に、電動駆動制御装置の動作について説明する。

まず、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない位置検出処理手段は、位置検出処理を行い、前記磁極位置センサ２１から送られた磁極位置信号ＳＧθを読み込み、該磁極位置信号ＳＧθに基づいて磁極位置θを検出する。また、前記位置検出処理手段の回転速度算出処理手段は、回転速度算出処理を行い、前記磁極位置信号ＳＧθに基づいて駆動モータ３１の角速度ωを算出する。なお、前記回転速度算出処理手段は、磁極数をｐとしたとき、前記角速度ωに基づいて駆動モータ３１の回転速度である駆動モータ回転速度ＮＭ
ＮＭ＝６０・（２／ｐ）・ω／２π
も算出する。該駆動モータ回転速度ＮＭによって電動機械回転速度が構成される。

また、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない検出電流取得処理手段は、検出電流取得処理を行い、前記検出電流ｉｕ、ｉｖを読み込んで取得するとともに、前記検出電流ｉｕ、ｉｖに基づいて検出電流ｉｗ
ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖ
を算出することによって取得する。

そして、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない車速検出処理手段は、車速検出処理を行い、前記駆動モータ回転速度ＮＭに基づいて、駆動モータ回転速度ＮＭに対応する車速Ｖを検出し、検出された車速Ｖを、電気自動車の全体の制御を行う図示されない車両制御装置に送る。そして、該車両制御装置の車両要求トルク算出処理手段は、車両要求トルク算出処理を行い、前記車速Ｖ及びアクセル開度αを読み込み、車速Ｖ及びアクセル開度αに基づいて車両要求トルクＴＯ^*を算出し、前記車両制御装置の電動機械目標トルク算出処理手段としての駆動モータ目標トルク算出処理手段は、電動機械目標トルク算出処理としての駆動モータ目標トルク算出処理を行い、前記車両要求トルクＴＯ^*に基づいて駆動モータ目標トルクＴＭ^*を発生させ、前記駆動モータ制御装置４５に送る。

次に、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ制御処理を行い、駆動モータ目標トルクＴＭ^*、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、磁極位置θ、直流電圧Ｖｄｃ等に基づいて駆動モータ３１を駆動する。

そのために、前記駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を調整するために、電動機械目標トルク補正処理手段としての駆動モータ目標トルク補正処理部４４、駆動モータ目標トルクＴＭ^*に基づいて駆動モータ３１を駆動するために、電流指令値算出・調整処理手段としての電流指令値算出部４６、弱め界磁制御処理手段としての弱め界磁制御処理部４７、電圧指令値算出処理手段としての電圧指令値算出処理部４８、第１の相変換処理手段としての三相二相変換部４９、及び出力信号発生処理手段としてのＰＷＭ発生器５０を備え、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御を行う。

前記駆動モータ目標トルク補正処理部４４は、駆動モータ目標トルク補正処理を行うために、トルク補正値算出処理手段としてのトルク補正値算出部４３、トルク補正処理手段としての減算器４２、及び上下限処理手段としての上下限処理部２２を備える。前記駆動モータ目標トルク算出処理手段から駆動モータ制御装置４５に駆動モータ目標トルクＴＭ^*が送られると、前記トルク補正値算出部４３は、トルク補正値算出処理を行い、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*、駆動モータ回転速度ＮＭ及び直流電圧Ｖｄｃを読み込み、トルク補正値δＴＭ^*を算出する。また、前記減算器４２は、トルク補正処理を行い、トルク補正値算出部４３において算出されたトルク補正値δＴＭ^*を前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*から減算して、トルク補正を行い、前記上下限処理部２２は、上下限処理を行い、トルク補正が行われた後の駆動モータ目標トルクＴＭ^*が上限値及び下限値を超えないように制限する。

前記電流指令値算出部４６は、電流指令値算出処理を行うために、第１の電流指令値算出処理手段としてのｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５、並びに第２の電流指令値算出処理手段としてのｑ軸電流指令値算出部５４を備え、前記ｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５は、第１の電流指令値算出処理を行い、ｄ軸電流ｉｄの目標値を表す第１の電流指令値としてのｄ軸電流指令値ｉｄ^*を算出し、ｑ軸電流指令値算出部５４は、第２の電流指令値算出処理を行い、ｑ軸電流ｉｑの目標値を表す第２の電流指令値としてのｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出する。なお、前記ｄ軸電流指令値算出部５３によって最大トルク制御処理手段が、前記減算器５５によって電流指令値調整処理手段が構成される。

また、弱め界磁制御処理部４７は、電圧飽和算定値算出処理手段としての減算器５８、及び電圧飽和判定処理手段としての、かつ、調整値算出処理手段としての積分器５９を備え、弱め界磁制御処理を行い、バッテリ電圧が低くなったり、駆動モータ回転速度ＮＭが高くなったりすると、自動的に弱め界磁制御を行う。

そして、前記電圧指令値算出処理部４８は、電圧指令値算出処理を行うために、電流制御処理手段としての電流制御部６１及び電圧制御処理手段としての電圧制御部６２を備え、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づいて、電流制御部６１は電流制御処理を行い、第１、第２の軸電圧指令値としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を算出し、電圧制御部６２は電圧制御処理を行い、第１〜第３の相電圧指令値としての電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*を算出する。なお、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*及び電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*によって電圧指令値が構成される。

そして、前記電流指令値算出部４６は、電流指令値算出処理を行い、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を読み込み、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出する。

そのために、前記ｄ軸電流指令値算出部５３は、最大トルク制御処理を行い、前記上下限処理部２２において制限された駆動モータ目標トルクＴＭ^*を読み込み、前記記録装置に設定された図４の第１の電流指令値マップを参照し、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*を読み込み、該ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を減算器５５に送る。

この場合、前記第１の電流指令値マップにおいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を達成するために電流振幅指令値の絶対値が最も小さくなるように設定される。そして、前記第１の電流指令値マップにおいて、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が正の値を採るのに対して、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は負の値を採り、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が零（０）である場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は零にされ、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が大きくなるに伴ってｄ軸電流指令値ｉｄ^*は負の方向に大きくなるように設定される。

ところで、前記駆動モータ３１においては、ロータが回転するのに伴って逆起電力が発生するが、駆動モータ回転速度ＮＭが高くなるほど駆動モータ３１の端子電圧が高くなり、該端子電圧が閾値を超えると、電圧飽和が発生し、駆動モータ３１による出力が不可能になってしまう。

そこで、前記電圧制御部６２の図示されない電圧飽和判定指標算出処理手段は、電圧飽和判定指標算出処理を行い、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*に基づいて、電圧飽和の程度を表す値として、電圧飽和判定指標ｍ
ｍ＝√（ｖｄ^{* 2}＋ｖｑ^{* 2}）／Ｖｄｃ
を算出し、減算器５８に送る。

該減算器５８は、電圧飽和算定値算出処理を行い、前記電圧飽和判定指標ｍから、インバータ４０の最大出力電圧を表す閾値を比較値Ｖｍａｘ
Ｖｍａｘ＝ｋ・Ｖｄｃ
としたときの定数ｋ（本実施の形態においては、０．７８）を減算して電圧飽和算定値ΔＶ
ΔＶ＝ｍ−ｋ
を算出し、積分器５９に送る。

続いて、積分器５９は、電圧飽和判定処理及び調整値算出処理を行い、制御タイミングごとに前記電圧飽和算定値ΔＶを積算し、積算値ΣΔＶを算出し、該積算値ΣΔＶが正の値を採る場合、積算値ΣΔＶに比例定数を乗算して弱め界磁制御を行うための、弱め界磁電流としての調整値Δｉｄを算出し、正の値に設定し、電圧飽和算定値ΔＶ又は積算値ΣΔＶが零以下の値を採る場合、前記調整値Δｉｄを零にする。

そして、減算器５５は、電流指令値調整処理を行い、調整値Δｉｄを受け、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*から調整値Δｉｄを減算することによってｄ軸電流指令値ｉｄ^*を調整し、調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*を電流制御部６１に送る。

この場合、調整値Δｉｄが零の値を採るとき、実質的にｄ軸電流指令値ｉｄ^*の調整は行われず、弱め界磁制御も行われない。一方、調整値Δｉｄが正の値を採るとき、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は調整されて値が負の方向に大きくされ、弱め界磁制御が行われる。

このようにして、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が算出されると、前記ｑ軸電流指令値算出部５４は、前記上下限処理部２２において制限された駆動モータ目標トルクＴＭ^*、及び調整値Δｉｄを読み込み、図４と同様のマップを参照し、駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*を算出し、該ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を前記調整値Δｉｄによって調整する。続いて、ｑ軸電流指令値算出部５４は、前記記録装置に設定された図５の第２の電流指令値マップを参照し、駆動モータ目標トルクＴＭ^*及び調整された後のｄ軸電流指令値ｉｄ^*に対応するｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出し、該ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を前記電流制御部６１に送る。

なお、前記第２の電流指令値マップにおいて、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が大きくなるほどｄ軸電流指令値ｉｄ^*が負の方向に、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*が正の方向に大きくなり、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が小さくなるほどｄ軸電流指令値ｉｄ^*が負の方向に、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*が正の方向に小さくなるように設定される。また、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が一定の場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が負の方向に大きくなると、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*が正の方向に小さくなる。

したがって、前記調整値Δｉｄが零であり、弱め界磁制御が行われない場合、調整値Δｉｄは零であるので、例えば、図５に示されるように、ｑ軸電流指令値算出部５４において算出され、調整値Δｉｄによって調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*の値がｉｄａ^*である場合、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*の値はｉｑａ^*になる。これに対して、調整値Δｉｄが正の値を採り、弱め界磁制御が行われる場合、例えば、ｑ軸電流指令値算出部５４において算出されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*の値がｉｄａ^*である場合、調整値Δｉｄによって、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、負の方向に調整値Δｉｄだけ大きい値ｉｄｂ^*にされ、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*は値ｉｑａ^*より正の方向に小さくされて、値ｉｑｂ^*になる。

ところで、前記三相二相変換部４９は、第１の相変換処理としての三相／二相変換を行い、磁極位置θを読み込み、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換し、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを実電流として算出し、電流制御部６１に送る。そして、電流制御部６１は、減算器５５及びｑ軸電流指令値算出部５４から弱め界磁制御処理が行われた後のｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を受け、三相二相変換部４９から前記ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを受けると、フィードバック制御を行う。

そのために、電流制御部６１は、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*とｄ軸電流ｉｄとの電流偏差δｉｄ、及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*とｑ軸電流ｉｑとの電流偏差δｉｑを算出し、各電流偏差δｉｄ、δｉｑに基づいて、比例制御及び積分制御を行う。

すなわち、前記電流制御部６１は、電流偏差δｉｄに基づいて比例成分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｐ、及び積分成分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｉを算出し、電圧降下Ｖｚｄｐ、Ｖｚｄｉを加算して、電圧降下Ｖｚｄ
Ｖｚｄ＝Ｖｚｄｐ＋Ｖｚｄｉ
を算出する。

また、前記電流制御部６１は、角速度ω及びｑ軸電流ｉｑを読み込み、角速度ω、ｑ軸電流ｉｑ及びｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、ｑ軸電流ｉｑによって誘起される誘起電圧ｅｄ
ｅｄ＝ω・Ｌｑ・ｉｑ
を算出するとともに、前記電圧降下Ｖｚｄから誘起電圧ｅｄを減算し、出力電圧としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^*
ｖｄ^*＝Ｖｚｄ−ｅｄ
＝Ｖｚｄ−ω・Ｌｑ・ｉｑ
を算出する。

そして、電流制御部６１は、電流偏差δｉｑに基づいて比例成分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｐ、及び積分項分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｉを算出し、電圧降下Ｖｚｑｐ、Ｖｚｑｉを加算して、電圧降下Ｖｚｑ
Ｖｚｑ＝Ｖｚｑｐ＋Ｖｚｑｉ
を算出する。

また、電流制御部６１は、角速度ω及びｄ軸電流ｉｄを読み込み、角速度ω、逆起電圧定数ＭＩｆ、ｄ軸電流ｉｄ及びｄ軸上のインダクタンスＬｄに基づいて、ｄ軸電流ｉｄによって誘起される誘起電圧ｅｑ
ｅｑ＝ω（ＭＩｆ＋Ｌｄ・ｉｄ）
を算出するとともに、電圧降下Ｖｚｑに誘起電圧ｅｑを加算し、出力電圧としてのｑ軸電圧指令値ｖｑ^*
ｖｑ^*＝Ｖｚｑ＋ｅｑ
＝Ｖｚｑ＋ω（ＭＩｆ＋Ｌｄ・ｉｄ）
を算出する。

続いて、前記電圧制御部６２の図示されない第２の相変換処理手段としての二相三相変換部は、第２の相変換処理を行い、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*及び磁極位置θを読み込み、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*に変換し、該電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*をＰＷＭ発生器５０に送る。

該ＰＷＭ発生器５０は、出力信号発生処理を行い、前記各相の電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*及び前記直流電圧Ｖｄｃに基づいて、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に対応するパルス幅を有する各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを出力信号として発生させ、前記ドライブ回路５１に送る。

該ドライブ回路５１は、前記各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを受けて６個の駆動信号を発生させ、該駆動信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記パルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗに基づいて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をスイッチングして各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させ、該各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを前記駆動モータ３１の各ステータコイル１１〜１３に供給する。

このように、駆動モータ目標トルクＴＭ^*に基づいてトルク制御が行われ、駆動モータ３１が駆動されて電気自動車が走行させられる。

ところで、前記第１の電流指令値マップから駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*を読み出し、第２の電流指令値マップからｄ軸電流指令値ｉｄ^*に対応するｑ軸電流指令値ｉｑ^*を読み出して駆動モータ３１を駆動した場合、駆動モータ目標トルクＴＭ^*どおりの駆動モータトルクＴＭを発生させることができないことがある。そこで、前述されたように、前記トルク補正値算出処理手段は、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*、駆動モータ回転速度ＮＭ及び直流電圧Ｖｄｃを読み込み、前記記録装置に設定されたトルク補正マップを参照し、トルク補正値δＴＭ^*を算出する。そして、前記減算器４２は、トルク補正処理を行い、トルク補正値算出部４３において算出されたトルク補正値δＴＭ^*を前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*から減算して、トルク補正を行う。したがって、補正された駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づいて駆動モータ３１が駆動される。

次に、前記トルク補正マップについて説明する。

この場合、電動駆動装置は、電気自動車、ハイブリッド型車両等に搭載されるので、走行に伴って直流電圧Ｖｄｃが常に変動する。そこで、図８及び９に示されるように、前記トルク補正マップは、複数のマップｍｋ（ｋ＝１、２、…、ｒ）を備え、各マップｍｋは、直流電圧Ｖｄｃの下限値と上限値との間を複数に均等に分割することによって、所定の間隔ごとに形成される。

また、各マップｍｋにおいて、Ｏは原点、Ｎｉ（ｉ＝１、２、…、ｐ）は、駆動モータ回転速度ＮＭの上限値と零との間を複数に均等に分割することによって、所定の間隔ごとに設定され、駆動モータ回転速度ＮＭを表す線、Ｔｊ（ｊ＝１、２、…、ｑ）は、駆動モータ回転速度ＮＭがマップｍｋごとに設定された領域境界速度Ｎｓｋ（ｋ＝１、２、…、ｒ）より低い低速領域において、理論上の駆動モータ目標トルクＴＭ^*の上限値と零との間を複数に均等に分割することによって、所定の間隔ごとに設定され、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を表す線、Ｐｊ（ｊ＝１、２、…、ｓ）は、駆動モータ回転速度ＮＭが前記領域境界速度Ｎｓｋ以上で、かつ、上限値以下である高速領域において、各駆動モータ回転速度ＮＭごとの駆動モータ目標トルクＴＭ^*の最大値、すなわち、最大駆動モータ目標トルクＴＭ^*ｍａｘに対応する目標パワーＰ^*の最大値、すなわち、最大目標パワーＰ^*ｍａｘと零との間を複数に均等に分割することによって、所定の間隔ごとに設定され、目標パワーＰ^*を表す線、であり、各線Ｎｉと、線Ｔｊ、Ｐｊとが交差する各点、すなわち、各交点に、駆動モータ回転速度ＮＭ及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応する補正値δＴＭ^*が、
−β１≦δＴＭ^*≦＋β２（β１、β２＞０）
のように設定され、記録される。この場合、前記領域境界速度Ｎｓｋは、理論上の駆動モータ目標トルクＴＭ^*の最大値を採る駆動モータ回転速度ＮＭのうちの最も高い駆動モータ回転速度ＮＭである。また、前記線Ｔｊによって等トルク曲線が、線Ｐｊによって等パワー曲線が構成される。そして、前記最大駆動モータ目標トルクＴＭ^*ｍａｘによって出力限界が表される。

なお、本実施の形態においては、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が正の値を採る部分についてだけ示されているが、負の値を採る部分についても同様に設定される。

ところで、駆動モータ３１を駆動したときに消費される前記目標パワーＰ^*は、
Ｐ^*＝ＮＭ・ＴＭ^*
で表すことができる。そこで、目標パワーＰ^*を線Ｐｊによって表すと、図７の仮想のトルク補正マップにおいて、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を縦軸に採った場合、線Ｐｊは等トルク線に近似したパターンを有するようになり、駆動モータ回転速度ＮＭが高くなるほど駆動モータ目標トルクＴＭ^*を低くすることができる。

これに対して、図８の実際のトルク補正マップにおいては、低速領域と高速領域とで座標系が異ならせてあり、低速領域において、横軸に駆動モータ回転速度ＮＭが、縦軸に駆動モータ目標トルクＴＭ^*が採られた座標系で設定され、高速領域において、横軸に駆動モータ回転速度ＮＭが、縦軸に目標パワーＰ^*が採られた座標系で設定される。

この場合、低速領域において最大駆動モータ目標トルクＴＭ^*ｍａｘが、高速領域においても最大目標パワーＰ^*ｍａｘが一定にされ、各線Ｔｊ、Ｐｊが横軸に対して平行になるように設定される。

次に、前記トルク補正値算出部４３の動作について説明する。

この場合、前記駆動モータ回転速度ＮＭ及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*が特定されると、前記トルク補正値算出部４３の図示されない変量取得処理手段は、変量取得処理を行い、駆動モータ目標トルクＴＭ^*、駆動モータ回転速度ＮＭ及び直流電圧Ｖｄｃを読み込み、前記トルク補正値算出部４３の図示されない領域判定処理手段は、領域判定処理を行い、駆動モータ回転速度ＮＭが領域境界速度Ｎｓｋより低いかどうかによって、低速領域に属しているかどうかを判断する。そして、駆動モータ回転速度ＮＭが領域境界速度Ｎｓｋ以上であり、高速領域に属する場合、前記トルク補正値算出部４３の図示されない目標パワー算出処理手段は、目標パワー算出処理を行い、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*と駆動モータ回転速度ＮＭとを乗算して目標パワーＰ^*を算出する。

続いて、前記トルク補正値算出部４３の図示されないトルク補正値取得処理手段は、トルク補正値取得処理を行い、低速領域においては、線Ｎｉ、Ｔｊの交点のトルク補正値δＴＭ^*を読み出し、高速領域においては、線Ｎｉ、Ｐｊの交点のトルク補正値δＴＭ^*を読み出す。

そして、前記トルク補正値算出部４３の図示されない補間処理手段は、補間処理を行い、読み出されたトルク補正値δＴＭ^*に従って補間、本実施の形態においては、線型補間を行い、駆動モータ回転速度ＮＭ及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応するトルク補正値δＴＭ^*を算出する。

このように、本実施の形態においては、低速領域において、駆動モータ回転速度ＮＭ及び駆動モータ目標トルクＴＭ^*に基づいて、高速領域において、駆動モータ回転速度ＮＭ及び目標パワーＰ^*に基づいてトルク補正を行うようになっているので、高速・高トルク領域において設定されたトルク補正値δＴＭ^*を使用することができる。したがって、無用にトルク補正マップが形成されることがなくなり、メモリ領域が無駄に使用されることがなくなる。その結果、記録装置の容量をその分小さくすることができる。

また、高速領域において、各線Ｐｊは横軸に対して並列に設定されるが、駆動モータ目標トルクＴＭ^*は、図８に示されるように、駆動モータ回転速度ＮＭが高くなるほど小さくなるので、分解能を高くすることができる。したがって、駆動モータ３１を精度良く駆動することができる。

次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１駆動モータ目標トルクＴＭ^*を読み込む。
ステップＳ２駆動モータ回転速度ＮＭを読み込む。
ステップＳ３直流電圧Ｖｄｃを読み込む。
ステップＳ４駆動モータ回転速度ＮＭが領域境界速度Ｎｓｋより低いかどうかを判断する。駆動モータ回転速度ＮＭが領域境界速度Ｎｓｋより低い場合はステップＳ６に、駆動モータ回転速度ＮＭが領域境界速度Ｎｓｋ以上である場合はステップＳ５に進む。
ステップＳ５パワーＰを算出する。
ステップＳ６トルク補正値δＴＭ^*を読み出す。
ステップＳ７補間処理を行い、処理を終了する。

本実施の形態においては、駆動モータ３１を駆動する場合について説明しているが、本発明を電動機械としての発電機を駆動する場合、並びに第１の電動機械としての駆動モータ、及び第２の電動機械としての発電機を駆動する場合に適用することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置の要部を示すブロック図である。従来のトルク補正マップを示す図である。本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図である。本発明の実施の形態における第１の電流指令値マップを示す図である。本発明の実施の形態における第２の電流指令値マップを示す図である。本発明の実施の形態におけるトルク補正値算出部の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態における仮想のトルク補正マップを示す図である。本発明の実施の形態における実際のトルク補正マップを示す図である。

符号の説明

３１駆動モータ
４０インバータ
４３トルク補正値算出部
４４駆動モータ目標トルク補正処理部
５１ドライブ回路

Claims

電動機械と、該電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出する電動機械目標トルク算出処理手段と、前記電動機械の回転速度を表す電動機械回転速度、及び前記電動機械目標トルクを取得する変量取得処理手段と、前記電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに基づいて、電動機械を駆動するための目標パワーを算出する目標パワー算出処理手段と、前記電動機械目標トルクのトルク補正値が記録されたトルク補正マップを参照し、電動機械回転速度があらかじめ設定された領域境界速度より低い場合に、電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに対応するトルク補正値に基づいて、電動機械回転速度が前記領域境界速度以上である場合に、電動機械回転速度及び目標パワーに対応するトルク補正値に基づいて電動機械目標トルクを補正する電動機械目標トルク補正処理手段とを有することを特徴とする電動駆動制御装置。
前記トルク補正マップは、電動機械回転速度が領域境界速度より低い低速領域において電動機械回転速度と電動機械目標トルクとの座標系で、電動機械回転速度が領域境界速度以上である高速領域において電動機械回転速度と目標パワーとの座標系で形成される請求項１に記載の電動駆動制御装置。
前記トルク補正マップは、直流電圧ごとに形成される請求項１又は２に記載の電動駆動制御装置。
前記領域境界速度は、電動機械目標トルクの最大値を採る電動機械回転速度のうちの最も高い電動機械回転速度である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動駆動制御装置。
電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出し、前記電動機械の回転速度を表す電動機械回転速度、及び前記電動機械目標トルクを取得し、前記電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに基づいて、電動機械を駆動するための目標パワーを算出し、前記電動機械目標トルクのトルク補正値が記録されたトルク補正マップを参照し、電動機械回転速度があらかじめ設定された領域境界速度より低い場合に、電動機械回転速度及び電動機械目標トルクに対応するトルク補正値に基づいて、電動機械回転速度が前記領域境界速度以上である場合に、電動機械回転速度及び目標パワーに対応するトルク補正値に基づいて電動機械目標トルクを補正することを特徴とする電動駆動制御方法。