JP4775656B2 - Electric vehicle control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電源の電圧を変換手段で変換してシステム電圧を発生させ、このシステム電圧によってインバータを介して交流モータを駆動するシステムを搭載した電気自動車の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for an electric vehicle equipped with a system in which a voltage of a DC power source is converted by a conversion means to generate a system voltage and an AC motor is driven by the system voltage via an inverter.
車両の動力源として交流モータを搭載した電気自動車においては、例えば特許文献1(特開2004−274945号公報)に記載されているように、車両の駆動輪を駆動するための交流モータと、内燃機関で駆動されて発電するための交流モータとを備え、直流電源(二次電池)の電圧を昇圧コンバータで昇圧した直流電圧を電源ラインに発生させ、この電源ラインに、それぞれインバータを介して各交流モータを接続し、昇圧コンバータで昇圧した直流電圧をインバータで交流電圧に変換して交流モータを駆動したり、交流モータで発電した交流電圧をインバータで直流電圧に変換して、この直流電圧を昇圧コンバータで降圧してバッテリに回収させるようにしたものがある。 In an electric vehicle equipped with an AC motor as a power source for a vehicle, for example, as described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-274945), an AC motor for driving a drive wheel of a vehicle and an internal combustion engine are disclosed. An AC motor driven by an engine to generate electric power, and a DC voltage obtained by boosting a voltage of a DC power source (secondary battery) by a boost converter is generated in the power line, and each power line is connected to each of the power lines via an inverter. An AC motor is connected and the DC voltage boosted by the boost converter is converted to AC voltage by an inverter to drive the AC motor, or the AC voltage generated by the AC motor is converted to DC voltage by the inverter and this DC voltage is converted. Some are stepped down by a step-up converter and collected by a battery.
このようなシステムにおいては、電源ラインの電圧を安定化させるために、昇圧コンバータで電源ラインの電圧を目標電圧に制御すると共に、電源ラインに接続された平滑コンデンサで電源ラインの電圧を平滑するようにしたものがある。
しかし、車両の運転状態の変化等によって一方の交流モータの駆動電力と他方の交流モータの発電電力との関係(2つの交流モータの電力収支)が大きく変化した場合、それによって生じる電源ラインの電圧変動を昇圧コンバータや平滑コンデンサで吸収しきれずに電源ラインの電圧が過大になって、電源ラインに接続された電子機器に過電圧が印加されてしまう可能性がある。この対策として、昇圧コンバータの高性能化や平滑コンデンサの大容量化によって電源ラインの電圧安定化効果を高める方法があるが、この方法では、昇圧コンバータや平滑コンデンサの大型化、高コスト化を招いてしまい、システムの小型化、低コスト化の要求を満たすことができないという問題がある。 However, when the relationship between the driving power of one AC motor and the generated power of the other AC motor (power balance of the two AC motors) changes greatly due to changes in the driving state of the vehicle, etc., the voltage of the power line generated by the change The fluctuation may not be absorbed by the boost converter or the smoothing capacitor, the voltage of the power supply line becomes excessive, and the overvoltage may be applied to the electronic device connected to the power supply line. As a countermeasure, there is a method to increase the voltage stabilization effect of the power supply line by increasing the performance of the boost converter and increasing the capacity of the smoothing capacitor. However, this method increases the size and cost of the boost converter and smoothing capacitor. As a result, there is a problem that it is impossible to satisfy the demands for downsizing and cost reduction of the system.
尚、上記特許文献1では、直流電源の故障時に直流電源と昇圧コンバータとの間をリレーで遮断する際に2つの交流モータのエネルギの総和(電力収支)を「0」にするようにインバータを制御する技術が開示されているが、この技術は、直流電源の故障時の対策であって、直流電源の正常時には電源ラインの電圧安定化効果を高めることができない。また、仮に、通常時に2つの交流モータのエネルギの総和を「0」にするようにインバータを制御しようとしても、一方の交流モータが車両の駆動軸に連結され、他方の交流モータが内燃機関の出力軸に連結されている場合(つまり2つの交流モータが挙動の異なる要素に連結されている場合)や、車両の運転状態が変化する過渡時のようにインバータ制御の演算遅れの影響が大きくなる場合には、2つの交流モータのエネルギの総和を「0」にするように制御するのは極めて困難である。更に、内燃機関に連結されている交流モータは、内燃機関のトルク変動に起因する電力変動を避けられず、これが2つの交流モータのエネルギの総和を「0」にする制御を更に困難にする。
In
本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、システムの小型化、低コスト化の要求を満たしながら、電源ラインの電圧安定化効果を高めることができる電気自動車の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of these circumstances. Therefore, the object of the present invention is to enhance the voltage stabilization effect of the power supply line while satisfying the demands for system miniaturization and cost reduction. It is to provide a control device for an electric vehicle.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、直流電源の電圧を変換して電源ラインにシステム電圧を発生させる変換手段と、電源ラインに接続されたインバータ及び該インバータで駆動される交流モータからなる少なくとも1つ以上のモータ駆動ユニット(以下「MGユニット」と表記する)とを備えた電気自動車の制御装置において、MGユニットの入力電力を前記システム電圧の目標値と検出値との偏差が小さくなるように操作してシステム電圧の変動を抑制するシステム電圧制御手段を備え、前記システム電圧制御手段は、前記交流モータのトルクを一定に保持したまま前記入力電力の操作量を変化させるd軸指令電流とq軸指令電流を求める手段を有することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 converts the voltage of a DC power supply to generate a system voltage in the power supply line, the inverter connected to the power supply line, and the inverter driven by the inverter the control apparatus for an electric vehicle comprising at least one or more motor drive units consisting of an AC motor (hereinafter referred to as "MG unit"), the detection value and the target value of said system voltage input power of M G unit System voltage control means that operates to reduce the deviation of the system voltage and suppresses fluctuations in the system voltage, and the system voltage control means changes the operation amount of the input power while keeping the torque of the AC motor constant. And a means for obtaining a d-axis command current and a q-axis command current.
この構成では、MGユニットの入力電力を操作してシステム電圧の変動を抑制することが可能となるため、車両の運転状態の変化等によって交流モータの電力収支が大きく変化した場合でも、システム電圧(電源ラインの電圧)を効果的に安定化させることができる。しかも、変換手段の高性能化や平滑コンデンサの大容量化を行うことなく、電源ラインの電圧安定化効果を高めることができ、システムの小型化、低コスト化の要求を満たすことができる。 In this configuration, since it is possible to control the fluctuation of the system voltage by manipulating the input power of the MG unit, even when the power balance of the AC motor greatly changes due to a change in the driving state of the vehicle, the system voltage ( The voltage of the power line can be effectively stabilized. In addition, the voltage stabilization effect of the power supply line can be enhanced without increasing the performance of the conversion means and increasing the capacity of the smoothing capacitor, thereby satisfying the demands for system downsizing and cost reduction.
この場合、MGユニットの入力電力の操作によって交流モータのトルクが大きく変動すると、車両の運転状態に悪影響を及ぼす可能性がある。この対策として、請求項2のように、交流モータのトルク発生に必要な電力とは異なる入力電力(つまり無効電力)を操作してシステム電圧を制御するようにすると良い。このようにすれば、交流モータのトルクを一定(例えばトルク指令値)に保持したまま交流モータの入力電力を操作してシステム電圧を制御することができ、車両の運転状態に悪影響を及ぼすことなくシステム電圧の変動を抑制することができる。
In this case, if the torque of the AC motor largely fluctuates due to the operation of the input power of the MG unit, the driving state of the vehicle may be adversely affected. As a countermeasure, it is preferable to control the system voltage by operating an input power (that is, a reactive power) different from the power required for generating the torque of the AC motor, as in
システム電圧の具体的な制御方法は、請求項3のように、システム電圧の目標値を目標電圧設定手段により設定すると共に、システム電圧を電圧検出手段により検出して、システム電圧の目標値と検出したシステム電圧とに基づいてMGユニットの入力電力の操作量を操作量演算手段により演算し、この操作量に基づいてMGユニットの入力電力を操作してシステム電圧を制御するようにしても良い。このようにすれば、システム電圧の目標値とシステム電圧の検出値との偏差を小さくするようにMGユニットの入力電力を操作することができ、システム電圧の変動を確実に抑制することができる。 The specific control method of the system voltage is as set forth in claim 3, wherein the target value of the system voltage is set by the target voltage setting means, and the system voltage is detected by the voltage detection means to detect the target value of the system voltage. The operation amount of the input power of the MG unit may be calculated by the operation amount calculation means based on the system voltage, and the system voltage may be controlled by operating the input power of the MG unit based on the operation amount. In this way, the input power of the MG unit can be manipulated so as to reduce the deviation between the target value of the system voltage and the detected value of the system voltage, and fluctuations in the system voltage can be reliably suppressed.
この場合、請求項4のように、電圧検出手段で検出したシステム電圧のうちの所定の周波数以下の成分を通過させる第一の低域通過手段を設け、この第一の低域通過手段を通過した所定の周波数以下のシステム電圧を用いてMGユニットの入力電力の操作量を演算するようにしても良い。このようにすれば、MGユニットの入力電力の操作量を演算する際に、システム電圧の検出値に含まれるノイズ成分(高周波成分)を第一の低域通過手段によって除去したシステム電圧を用いることができ、MGユニットの入力電力の操作量の演算精度を向上させることができる。 In this case, as in claim 4, a first low-pass means for passing a component having a predetermined frequency or less in the system voltage detected by the voltage detection means is provided, and the first low-pass means is passed. The manipulated variable of the input power of the MG unit may be calculated using the system voltage below the predetermined frequency. In this way, when calculating the operation amount of the input power of the MG unit, the system voltage obtained by removing the noise component (high frequency component) included in the detected value of the system voltage by the first low-pass means is used. The calculation accuracy of the manipulated variable of the input power of the MG unit can be improved.
ところで、MGユニットの入力電力を操作してシステム電圧の変動を抑制する制御を行うと、このMGユニットの入力電力操作によるシステム電圧の制御と変換手段によるシステム電圧の制御とが互いに干渉する可能性がある。 By the way, if control for suppressing fluctuations in system voltage is performed by manipulating the input power of the MG unit, the control of the system voltage by the input power operation of the MG unit and the control of the system voltage by the conversion means may interfere with each other. There is.
この対策として、請求項5のように、変換電力制御手段により変換手段の入力電力又は出力電力を制御するようにしても良い。具体的には、請求項6のように、変換手段の入力電力又は出力電力(以下「変換電力」という)の指令値を変換電力指令値演算手段により演算すると共に、変換電力を変換電力検出手段により検出して、変換電力の指令値と検出した変換電力とに基づいて変換手段の入力電力又は出力電力の制御量を変換電力制御量演算手段により演算し、この制御量に基づいて変換手段の入力電力又は出力電力を制御するようにしても良い。このようにすれば、MGユニットの入力電力操作によるシステム電圧の制御の影響で変換電力(変換手段の入力電力又は出力電力)が変動しても、変換電力の指令値と検出した変換電力との偏差を小さくするように変換手段の入力電力又は出力電力を制御することで、MGユニットの入力電力操作によるシステム電圧の制御と変換手段によるシステム電圧の制御との干渉を防止することができる。 As a countermeasure, the conversion power control means may control the input power or output power of the conversion means as in claim 5. Specifically, as in claim 6, a command value of input power or output power (hereinafter referred to as “converted power”) of the converting means is calculated by the converted power command value calculating means, and the converted power is converted to the converted power detecting means. And a control amount of the input power or output power of the conversion means is calculated by the conversion power control amount calculation means based on the command value of the conversion power and the detected conversion power, and the conversion power of the conversion means is calculated based on this control amount. Input power or output power may be controlled. In this way, even if the conversion power (input power or output power of the conversion means) fluctuates due to the control of the system voltage by the input power operation of the MG unit, the conversion power command value and the detected conversion power By controlling the input power or output power of the conversion means so as to reduce the deviation, it is possible to prevent interference between the control of the system voltage by the input power operation of the MG unit and the control of the system voltage by the conversion means.
また、変換電力の指令値は、請求項7のように、電源ラインに接続された全てのMGユニットの入力電力の合計値を含んだ電力(例えばMGユニットの入力電力の合計値に商用100Vの電気機器を駆動するDCACコンバータ等のMGユニット以外の電力負荷を加算した電力)に基づいて変換電力の指令値を演算するようにしても良い。MGユニットの入力電力を操作すると、全てのMGユニットの入力電力の合計値が変化するため、全てのMGユニットの入力電力の合計値を含んだ電力に基づいて変換電力の指令値を演算すれば、MGユニットの入力電力操作の影響を精度良く反映した変換電力の指令値を演算することができる。 Moreover, the command value of the conversion power is the power including the total value of the input power of all the MG units connected to the power supply line (for example, the total value of the input power of the MG unit is 100V commercial power). The converted power command value may be calculated on the basis of the power obtained by adding a power load other than the MG unit such as a DCAC converter that drives the electric device. When the input power of the MG unit is manipulated, the total value of the input power of all MG units changes, so if the converted power command value is calculated based on the power including the total value of the input power of all MG units. The command value of the converted power that accurately reflects the influence of the input power operation of the MG unit can be calculated.
この場合、請求項8のように、電源ラインに接続された全てのMGユニットの入力電力の合計値を含んだ電力のうちの所定の周波数以下の成分を通過させる第二の低域通過手段を設け、この第二の低域通過手段を通過した所定の周波数以下の電力に基づいて変換電力の指令値を演算するようにしても良い。このようにすれば、MGユニットの入力電力の合計値を含んだ電力に含まれるノイズ成分(高周波成分)を第二の低域通過手段によって除去した電力に基づいて変換電力の指令値を精度良く演算することができるし、帯域を制限することでMGユニットの入力電力の操作によるシステム電圧の制御との干渉を防止できる。 In this case, the second low-pass means for passing a component having a frequency equal to or lower than a predetermined frequency out of the power including the total value of the input power of all the MG units connected to the power supply line as in claim 8. It is also possible to calculate the command value of the converted power based on the power having a predetermined frequency or less that has passed through the second low-pass means. In this way, the command value of the converted power is accurately obtained based on the power obtained by removing the noise component (high frequency component) included in the power including the total value of the input power of the MG unit by the second low-pass means. It is possible to calculate, and by limiting the band, interference with control of the system voltage due to operation of the input power of the MG unit can be prevented.
また、変換電力の検出は、請求項9のように、システム電圧の目標値又は検出したシステム電圧と、検出した変換手段の出力電流とに基づいて変換電力を演算するようにしても良い。このようにすれば、変換電力を精度良く演算することができる。 The conversion power may be detected by calculating the conversion power based on the target value of the system voltage or the detected system voltage and the detected output current of the conversion means. In this way, the conversion power can be calculated with high accuracy.
この場合、請求項10のように、電流検出手段で検出した変換手段の出力電流のうちの所定の周波数以下の成分を通過させる第三の低域通過手段を設け、この第三の低域通過手段を通過した所定の周波数以下の出力電流を用いて変換電力を演算するようにしても良い。このようにすれば、変換電力を演算する際に、変換手段の出力電流の検出値に含まれるノイズ成分(高周波成分)を第三の低域通過手段により除去した後の出力電流を用いることができ、変換電力の演算精度を向上させることができる。 In this case, as in claim 10, there is provided a third low-pass means for passing a component having a frequency equal to or lower than a predetermined frequency in the output current of the converting means detected by the current detecting means, and this third low-pass means is provided. You may make it calculate conversion electric power using the output current below the predetermined frequency which passed the means. In this way, when calculating the conversion power, the output current after the noise component (high frequency component) included in the detected value of the output current of the conversion means is removed by the third low-pass means is used. It is possible to improve the calculation accuracy of the conversion power.
また、MGユニットの入力電力を操作してシステム電圧を制御する際には、請求項11のように、交流モータに通電する電流ベクトル又は交流モータに印加する電圧ベクトルを操作することでMGユニットの入力電力を操作するようにすると良い。電流ベクトル制御又は電圧ベクトル制御によりMGユニットの入力電力を操作する場合には、交流モータのトルク発生に必要な電力とは異なる入力電力(つまり無効電力)のみを変化させるように電流ベクトル又は電圧ベクトルを操作することで、交流モータのトルクを一定に保持したまま交流モータの入力電力を操作してシステム電圧を制御することができる。
Further, when the system voltage is controlled by manipulating the input power of the MG unit, the current vector energized to the AC motor or the voltage vector applied to the AC motor is manipulated as in
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図1に基づいて電気自動車の駆動システムの概略構成を説明する。車輪11を駆動する動力源としてエンジン12(内燃機関)と交流モータ14が搭載されている。エンジン12のクランク軸15の動力は、遊星ギヤ機構16で二系統に分割される。この遊星ギヤ機構16は、中心で回転するサンギヤ17と、このサンギヤ17の外周を自転しながら公転するプラネタリギヤ18と、このプラネタリギヤ18の外周を回転するリングギヤ19とから構成され、プラネタリギヤ18には図示しないキャリアを介してエンジン12のクランク軸15が連結され、リングギヤ19には交流モータ14の回転軸が連結され、サンギヤ17には、主に発電機として使用する交流モータ13が連結されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a schematic configuration of an electric vehicle drive system will be described with reference to FIG. An engine 12 (internal combustion engine) and an
二次電池等からなる直流電源20には昇圧コンバータ21(変換手段)が接続され、この昇圧コンバータ21は、直流電源20の直流電圧を昇圧して電源ライン22とアースライン23との間に直流のシステム電圧を発生させたり、このシステム電圧を降圧して直流電源20に電力を戻す機能を持つ。電源ライン22とアースライン23との間には、システム電圧を平滑化する平滑コンデンサ24や、システム電圧を検出する電圧センサ25(電圧検出手段)が接続され、電流センサ26(電流検出手段)によって電源ライン22に流れる電流が検出される。
A step-up converter 21 (conversion means) is connected to the
更に、電源ライン22とアースライン23との間には、電圧制御型の三相の第1のインバータ27と第2のインバータ28が接続され、第1のインバータ27で第1の交流モータ13が駆動される共に、第2のインバータ28で第2の交流モータ14が駆動される。第1のインバータ27と第1の交流モータ13で第1のモータ駆動ユニット(以下「第1のMGユニット」と表記する)29が構成され、第2のインバータ28と第2の交流モータ14で第2のモータ駆動ユニット(以下「第2のMGユニット」と表記する)30が構成されている。
Further, a voltage-controlled three-phase
メイン制御装置31は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセル操作量(アクセルペダルの操作量)を検出するアクセルセンサ32、車両の前進運転や後退運転やパーキング或はニュートラルなどのシフト操作を検出するシフトスイッチ33、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ34、車速を検出する車速センサ35等の各種センサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態を検出する。このメイン制御装置31は、エンジン12の運転を制御するエンジン制御装置36と、交流モータ13,14の運転を制御するモータ制御装置37との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各制御装置36,37によって車両の運転状態に応じてエンジン12と交流モータ13,14の運転を制御する。
The
次に図2に基づいて交流モータ13,14の制御について説明する。第1及び第2の交流モータ13,14は、それぞれ三相永久磁石式同期モータで、永久磁石が内装されたものであり、そのロータの回転位置を検出するロータ回転位置センサ39,40が搭載されている。電圧制御型の三相の第1のインバータ27は、モータ制御装置37から出力される三相の電圧指令信号UU1 ,UV1 ,UW1 に基づいて、電源ライン22の直流電圧(昇圧コンバータ21によって昇圧されたシステム電圧)を三相の交流電圧U1 ,V1 ,W1 に変換して第1の交流モータ13を駆動する。第1の交流モータ13のU相電流iU1 とW相電流iW1 が、それぞれ電流センサ41,42によって検出される。
Next, control of
一方、電圧制御型の三相の第2のインバータ28は、モータ制御装置37から出力される三相の電圧指令信号UU2 ,UV2 ,UW2 に基づいて、電源ライン22の直流電圧を三相の交流電圧U2 ,V2 ,W2 に変換して第2の交流モータ14を駆動する。第2の交流モータ14のU相電流iU2 とW相電流iW2 が、それぞれ電流センサ43,44によって検出される。
On the other hand, the voltage-controlled three-phase
尚、交流モータ13,14は、インバータ27,28で負のトルクで駆動されるときには発電機として機能する。例えば、車両の減速時には減速エネルギにより交流モータ14で発電した交流電力がインバータ28で直流電力に変換されて直流電源20に充電される。通常は、エンジン12の動力の一部がプラネタリギヤ18を介して交流モータ13に伝達されて交流モータ13で発電することでエンジン12の動力を引き出し、その発電電力が交流モータ14に供給されて交流モータ14が電動機として機能する。また、オーバードライブ状態では、交流モータ13が電動機として機能してエンジン12の動力を引き出し、この場合、交流モータ14が発電機として機能して、その発電電力が交流モータ13に供給される。
The
モータ制御装置37は、第1の交流モータ13をトルク制御する場合には、メイン制御装置31から出力されるトルク指令値T1*と、第1の交流モータ13のU相電流iU1 とW相電流iW1 (電流センサ41,42の出力信号)と、第1の交流モータ13のロータ回転位置θ1 (ロータ回転位置センサ39の出力信号)に基づいて正弦波PWM制御方式で三相電圧指令信号UU1 ,UV1 ,UW1 を次のようにして生成する。
When the torque of the
まず、第1の交流モータ13のロータ回転位置θ1 (ロータ回転位置センサ39の出力信号)を第1の回転速度演算部45に入力して第1の交流モータ13の回転速度N1 を演算する。この後、第1の交流モータ13のロータの回転座標として設定したd−q座標系において、d軸電流id1とq軸電流iq1をそれぞれ独立に電流フィードバック制御するために、第1のトルク制御電流演算部46で、第1の交流モータ13のトルク指令値T1*と回転速度N1 とに応じたトルク制御電流ベクトルit1* (d軸トルク制御電流idt1*,q軸トルク制御電流iqt1*)をマップ又は数式等により演算する。
First, the rotor rotational position θ1 of the first AC motor 13 (the output signal of the rotor rotational position sensor 39) is input to the first
この後、第1の電流ベクトル制御部47で、第1の交流モータ13のU相,W相の電流iU1 ,iW1 (電流センサ41,42の出力信号)と第1の交流モータ13のロータ回転位置θ1 (ロータ回転位置センサ39の出力信号)に基づいて実際の電流ベクトルi1 (d軸電流id1,q軸電流iq1)を演算し、d軸トルク制御電流idt1*と実際のd軸電流id1との偏差Δid1が小さくなるようにPI制御によりd軸指令電圧Vd1* を演算すると共に、q軸トルク制御電流iqt1*と実際のq軸電流iq1との偏差Δiq1が小さくなるようにPI制御によりq軸指令電圧Vq1* を演算する。そして、d軸指令電圧Vd1* とq軸指令電圧Vq1* を三相電圧指令信号UU1 ,UV1 ,UW1 に変換し、これらの三相電圧指令信号UU1 ,UV1 ,UW1 を第1のインバータ27に出力する。
Thereafter, in the first current
一方、モータ制御装置37は、第2の交流モータ14をトルク制御する場合には、メイン制御装置31から出力されるトルク指令値T2*と、第2の交流モータ14のU相電流IU2 とW相電流IW2 (電流センサ43,44の出力信号)と、第2の交流モータ14のロータ回転位置θ2 (ロータ回転位置センサ40の出力信号)に基づいて正弦波PWM制御方式で三相電圧指令信号UU2 ,UV2 ,UW2 を生成する。
On the other hand, when the
その際、第2の交流モータ14のトルク発生に必要な電力とは異なる入力電力(つまり無効電力)のみを変化させるように電流ベクトルを操作することで、第2の交流モータ14のトルクを一定(トルク指令値T2*)に保持したまま第2の交流モータ14の入力電力を操作してシステム電圧の変動を抑制するように制御する。
At that time, the torque of the
具体的には、まず、第2の交流モータ14のロータ回転位置θ2 (ロータ回転位置センサ40の出力信号)を第2の回転速度演算部48に入力して第2の交流モータ14の回転速度N2 を演算する。この後、第2の交流モータ14のロータの回転座標として設定したd−q座標系において、d軸電流id2とq軸電流iq2をそれぞれ独立に電流フィードバック制御するために、第2のトルク制御電流演算部49で、第2の交流モータ14のトルク指令値T2*と回転速度N2 とに応じたトルク制御電流ベクトルit2* (d軸トルク制御電流idt2*,q軸トルク制御電流iqt2*)をマップ又は数式等により演算する。
Specifically, first, the rotor rotational position θ2 of the second AC motor 14 (the output signal of the rotor rotational position sensor 40) is input to the second rotational
更に、システム電圧目標値演算部50(目標電圧演算手段)で、システム電圧の目標値Vs*を演算し、電圧センサ25で検出したシステム電圧の検出値Vs を第1のローパスフィルタ51(第一の低域通過手段)に入力してシステム電圧の検出値Vs のうちの低周波域の成分のみを通過させるローパスフィルタ処理を施す。この後、偏差器52でシステム電圧の目標値Vs*とローパスフィルタ処理後のシステム電圧の検出値Vsfとの偏差ΔVs を求め、この偏差ΔVs をPI制御器53(電力操作量演算手段)に入力して、システム電圧の目標値Vs*とローパスフィルタ処理後のシステム電圧の検出値Vsfとの偏差ΔVs が小さくなるようにPI制御により第2の交流モータ14の入力電力操作量Pm を演算する。
Further, the system voltage target value calculation unit 50 (target voltage calculation means) calculates the target value Vs * of the system voltage, and the detected value Vs of the system voltage detected by the
この後、入力電力操作量Pm とトルク制御電流ベクトルit2* (d軸トルク制御電流idt2*,q軸トルク制御電流iqt2*)を指令電流演算部54(システム電圧制御手段)に入力して、図3に示すように、第2の交流モータ14のトルク発生に寄与しない無効電力を入力電力操作量Pm だけ変化させる電力制御電流ベクトルip*(d軸電力制御電流idp* ,q軸電力制御電流iqp* )を求め、トルク制御電流ベクトルit2* (d軸トルク制御電流idt2*,q軸トルク制御電流iqt2*)と電力制御電流ベクトルip*(d軸電力制御電流idp* ,q軸電力制御電流iqp* )とを合成して最終的な指令電流ベクトルi2*(d軸指令電流id2* ,q軸指令電流iq2* )を求める。
i2*(id2* ,iq2* )=it2* (idt2*,iqt2*)+ip*(idp* ,iqp* )
Thereafter, the input power manipulated variable Pm and the torque control current vector it2 * (d-axis torque control current itt2 *, q-axis torque control current iqt2 *) are input to the command current calculation unit 54 (system voltage control means), As shown in FIG. 3, the power control current vector ip * (d-axis power control current idp *, q-axis power control current iqp) changes the reactive power not contributing to the torque generation of the
i2 * (id2 *, iq2 *) = it2 * (idt2 *, iqt2 *) + ip * (idp *, iqp *)
この指令電流ベクトルi2*の演算は、図4に示す指令電流ベクトル演算プログラムに従って実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ101で、トルク指令値T2*と第2の交流モータ14の回転速度N2 とに応じたトルク制御電流ベクトルit2* (d軸トルク制御電流idt2*,q軸トルク制御電流iqt2*)をマップ又は数式等により演算する。
The calculation of the command current vector i2 * is executed according to the command current vector calculation program shown in FIG. When this program is started, first, in
この後、ステップ102に進み、入力電力操作量Pm とトルク制御電流ベクトルit2* (d軸トルク制御電流idt2*,q軸トルク制御電流iqt2*)とに応じたd軸電力制御電流idp* をマップ又は数式等により演算した後、ステップ103に進み、d軸電力制御電流idp* を用いて次式によりq軸電力制御電流iqp* を演算する。
これらのステップ102,103の処理により、第2の交流モータ14のトルクを一定(トルク指令値T2*)に保持したまま入力電力操作量Pm だけ変化させる電力制御電流ベクトルip*(d軸電力制御電流idp* ,q軸電力制御電流iqp* )を求める。
Through the processing of these
この後、ステップ104に進み、トルク制御電流ベクトルit2* (d軸トルク制御電流idt2*,q軸トルク制御電流iqt2*)と電力制御電流ベクトルip*(d軸電力制御電流idp* ,q軸電力制御電流iqp* )とを合成して最終的な指令電流ベクトルi2*(d軸指令電流id2* ,q軸指令電流iq2* )を求める。
i2*(id2* ,iq2* )=it2* (idt2*,iqt2*)+ip*(idp* ,iqp* )
Thereafter, the process proceeds to step 104, where the torque control current vector it2 * (d-axis torque control current idt2 *, q-axis torque control current iqt2 *) and the power control current vector ip * (d-axis power control current idp *, q-axis power). And a control current iqp *) to obtain a final command current vector i2 * (d-axis command current id2 *, q-axis command current iq2 *).
i2 * (id2 *, iq2 *) = it2 * (idt2 *, iqt2 *) + ip * (idp *, iqp *)
以上のようにして、指令電流ベクトルi2*を演算した後、図2に示すように、第2の電流ベクトル制御部55で、第2の交流モータ14のU相,W相の電流IU2 ,IW2 (電流センサ43,44の出力信号)と第2の交流モータ14のロータ回転位置θ2 (ロータ回転位置センサ40の出力信号)に基づいて実際の電流ベクトルi2 (d軸電流id2,q軸電流iq2)を演算し、d軸指令電流id2* と実際のd軸電流id2との偏差Δid2が小さくなるようにPI制御によりd軸指令電圧Vd2* を演算すると共に、q軸指令電流iq2* と実際のq軸電流iq2との偏差Δiq2が小さくなるようにPI制御によりq軸指令電圧Vq2* を演算する。そして、d軸指令電圧Vd2* とq軸指令電圧Vq2* を三相電圧指令信号UU2 ,UV2 ,UW2 に変換し、これらの三相電圧指令信号UU2 ,UV2 ,UW2 を第2のインバータ28に出力する。
After calculating the command current vector i2 * as described above, the second current
これにより、第2の交流モータ14のトルクを一定(トルク指令値T2*)に保持したままシステム電圧の目標値Vs*と検出値Vsfとの偏差ΔVs が小さくなるように第2のMGユニット30(第2の交流モータ14)の入力電力を操作してシステム電圧の変動を抑制する。
Thus, the
更に、モータ制御装置37は、前述した第2のMGユニット30(第2の交流モータ14)の入力電力の操作によるシステム電圧の制御と、昇圧コンバータ21によるシステム電圧の制御との干渉を防止するために、昇圧コンバータ21の出力電力(以下「変換電力」という)の指令値Pi*と検出値Pi との偏差ΔPi が小さくなるように昇圧コンバータ21の図示しないスイッチング素子の通電デューティ比Dc を制御する。
Furthermore, the
具体的には、変換電力の指令値Pi*を演算する場合には、まず、第1の交流モータ13のトルク指令値T1*と回転速度N1 を第1の軸出力演算部56に入力して第1の交流モータ13の軸出力PD1 を演算すると共に、第1の交流モータ13のトルク指令値T1*と回転速度N1 を第1の出力損失演算部57に入力して第1の交流モータ13の出力損失PL1 を演算した後、加算器58で第1の交流モータ13の軸出力PD1 に出力損失PL1 を加算して第1の交流モータ13の入力電力Pi1を求める。この際、第1の交流モータ13が発電機として機能している場合には、第1の交流モータ13の入力電力Pi1の演算結果が負の値となる。
Specifically, when calculating the converted power command value Pi *, first, the torque command value T1 * and the rotational speed N1 of the
更に、第2の交流モータ14のトルク指令値T2*と回転速度N2 を第2の軸出力演算部59に入力して第2の交流モータ14の軸出力PD2 を演算すると共に、第2の交流モータ14のトルク指令値T2*と回転速度N2 を第2の出力損失演算部60に入力して第2の交流モータ14の出力損失PL2 を演算した後、加算器61で第2の交流モータ14の軸出力PD2 に出力損失PL2 を加算して第2の交流モータ14の入力電力Pi2を求める。この際、第2の交流モータ14が発電機として機能している場合には、第2の交流モータ14の入力電力Pi2の演算結果が負の値となる。
Further, the torque command value T2 * and the rotational speed N2 of the
この後、合計器62で第1の交流モータ13の入力電力Pi1と第2の交流モータの入力電力Pi2とを合計して合計電力Pi*を求め、この合計電力Pi*を第2のローパスフィルタ63(第二の低域通過手段)に入力して合計電力Pi*のうちの低周波域の成分のみを通過させるローパスフィルタ処理を施し、このローパスフィルタ処理後の合計電力Pif* を変換電力の指令値Pif* とする。これら合計器62と第2のローパスフィルタ63が変換電力指令値演算手段としての役割を果たす。
Thereafter, the total power Pi * is obtained by summing the input power Pi1 of the
一方、変換電力の検出値Pi を演算する場合は、電流センサ26で検出した昇圧コンバータ21の出力電流の検出値ic を第3のローパスフィルタ64(第三の低域通過手段)に入力して昇圧コンバータ21の出力電流の検出値ic のうちの低周波域の成分のみを通過させるローパスフィルタ処理を施し、変換電力検出部65(変換電力検出手段)でシステム電圧の目標値Vs*とローパスフィルタ処理後の昇圧コンバータ21の出力電流の検出値icfとを乗算して変換電力の検出値Pi を求める。尚、システム電圧の検出値Vsfと出力電流の検出値icfとを乗算して変換電力の検出値Pi を求めるようにしても良い。
On the other hand, when calculating the detected value Pi of the converted power, the detected value ic of the output current of the
この後、偏差器66で変換電力の指令値Pif* と検出値Pi との偏差ΔPi を求め、この偏差ΔPi をPI制御器67(変換電力制御量演算手段)に入力し、変換電力の指令値Pif* と検出値Pi との偏差ΔPi が小さくなるようにPI制御により昇圧コンバータ21の図示しないスイッチング素子の通電デューティ比Dc を演算する。この後、昇圧駆動信号演算部68(変換電力制御手段)で、通電デューティ比Dc に基づいて昇圧駆動信号UCU,UCLを演算し、この昇圧駆動信号UCU,UCLを昇圧コンバータ21に出力する。
Thereafter, a deviation ΔPi between the converted power command value Pif * and the detected value Pi is obtained by the
これにより、変換電力の指令値Pif* と検出値Pi との偏差ΔPi が小さくなるように昇圧コンバータ21の出力電力を制御して、第2のMGユニット30(第2の交流モータ14)の入力電力の操作によるシステム電圧の制御と、昇圧コンバータ21によるシステム電圧の制御との干渉を防止する。
Thus, the output power of
以上説明した本実施例では、システム電圧の目標値Vs*と検出値Vsfとの偏差ΔVs が小さくなるように第2のMGユニット30(第2の交流モータ14)の入力電力を操作してシステム電圧(電源ライン22の電圧)の変動を抑制するようにしたので、車両の運転状態の変化等によって2つの交流モータ13,14の電力収支が大きく変化した場合でも、システム電圧を効果的に安定化させることができる。しかも、昇圧コンバータ21の高性能化や平滑コンデンサ24の大容量化を行うことなく、電源ライン22の電圧安定化効果を高めることができ、システムの小型化、低コスト化の要求を満たすことができる。
In the present embodiment described above, the system is operated by operating the input power of the second MG unit 30 (second AC motor 14) so that the deviation ΔVs between the target value Vs * of the system voltage and the detected value Vsf becomes small. Since the fluctuation of the voltage (voltage of the power supply line 22) is suppressed, the system voltage is effectively stabilized even when the power balance of the two
しかも、本実施例では、第2の交流モータ14のトルク発生に必要な電力とは異なる入力電力(つまり無効電力)を操作してシステム電圧を制御するようにしたので、第2の交流モータ14のトルクを一定(トルク指令値T2*)に保持したまま第2の交流モータ14の入力電力を操作してシステム電圧を制御することができ、車両の運転状態に悪影響を及ぼすことなくシステム電圧の変動を抑制することができる。
In addition, in the present embodiment, the system voltage is controlled by operating the input power (that is, reactive power) different from the power necessary for generating the torque of the
尚、本実施例では、第2の交流モータ14の電流ベクトルを操作することで、第2の交流モータ14のトルクを一定に保持したまま第2の交流モータ14の入力電力を操作するようにしたが、第2の交流モータ14の電圧ベクトルを操作することで、第2の交流モータ14のトルクを一定に保持したまま第2の交流モータ14の入力電力を操作するようにしても良い。
In this embodiment, by operating the current vector of the
また、本実施例では、ローパスフィルタ処理後のシステム電圧の検出値Vsfを用いて第2の交流モータ14の入力電力操作量Pm を演算するようにしたので、入力電力操作量Pm を演算する際に、システム電圧の検出値Vs に含まれるノイズ成分(高周波成分)をローパスフィルタ処理で除去した後のシステム電圧の検出値Vsfを用いることができ、入力電力操作量Pm の演算精度を向上させることができる。
In this embodiment, since the input power manipulated variable Pm of the
ところで、第2のMGユニット30(第2の交流モータ14)の入力電力を操作してシステム電圧の変動を抑制する制御を行うと、この第2のMGユニット30(第2の交流モータ14)の入力電力操作によるシステム電圧の制御と昇圧コンバータ21によるシステム電圧の制御とが互いに干渉する可能性がある。
By the way, when the control is performed to suppress the fluctuation of the system voltage by operating the input power of the second MG unit 30 (second AC motor 14), the second MG unit 30 (second AC motor 14). There is a possibility that the control of the system voltage by the operation of the input power and the control of the system voltage by the
この対策として、本実施例では、第1の交流モータ13の入力電力Pi1と第2の交流モータの入力電力Pi2とを合計した合計電力Pi*から変換電力の指令値Pif* を求めると共に、システム電圧の目標値Vs*(又は検出値Vsf)と昇圧コンバータ21の出力電流の検出値icfとを乗算して変換電力の検出値Pi を求め、これらの変換電力の指令値Pi*と検出値Pi との偏差ΔPi が小さくなるように昇圧コンバータ21の出力電力を制御するようにしたので、第2のMGユニット30(第2の交流モータ14)の入力電力操作によるシステム電圧の制御と昇圧コンバータ21によるシステム電圧の制御との干渉を防止することができる。
As a countermeasure, in this embodiment, the command value Pif * of the converted power is obtained from the total power Pi * obtained by summing the input power Pi1 of the
尚、本実施例では、変換電力の指令値Pi*と検出値Pi との偏差ΔPi が小さくなるように昇圧コンバータ21の出力電力を制御するようにしたが、変換電力の指令値Pi*と検出値Pi をそれぞれ昇圧コンバータ21の入力側とし、その偏差ΔPi が小さくなるように昇圧コンバータ21の入力電力を制御するようにしても良い。
In this embodiment, the output power of the
また、本実施例では、第1の交流モータ13の入力電力Pi1と第2の交流モータの入力電力Pi2との合計電力Pi*をローパスフィルタ処理した後の合計電力Pif* を変換電力の指令値Pif* とするようにしたので、ノイズ成分(高周波成分)をローパスフィルタ処理で除去した後の合計電力Pif* を変換電力の指令値Pif* とすることができ、変換電力の指令値Pif* を精度良く設定することができる。
In this embodiment, the total power Pif * after the low-pass filter processing is performed on the total power Pi * of the input power Pi1 of the
更に、本実施例では、ローパスフィルタ処理後の昇圧コンバータ21の出力電流の検出値icfを用いて変換電力の検出値Pi を演算するようにしたので、変換電力の検出値Pi を演算する際に、出力電流の検出値ic に含まれるノイズ成分(高周波成分)をローパスフィルタ処理で除去した後の出力電流の検出値icfを用いることができ、変換電力の検出値Pi の演算精度を向上させることができる。
Furthermore, in this embodiment, the detected value Pi of the converted power is calculated using the detected value icf of the output current of the
尚、上記実施例では、第2のMGユニット30(第2の交流モータ14)の入力電力を操作してシステム電圧の変動を抑制するようにしたが、第1のMGユニット29(第1の交流モータ13)の入力電力を操作してシステム電圧の変動を抑制するようにしても良い。或は、図示しないが例えば従動輪に第3のMGユニットを搭載した全輪駆動構成の車両においては、この第3のMGユニットの入力電力を操作してシステム電圧の変動を抑制するようにしても良い。 In the above embodiment, the input power of the second MG unit 30 (second AC motor 14) is manipulated to suppress fluctuations in the system voltage. However, the first MG unit 29 (first You may make it control the fluctuation | variation of a system voltage by operating the input electric power of AC motor 13). Alternatively, although not shown, for example, in a vehicle having an all-wheel drive configuration in which the third MG unit is mounted on the driven wheel, the input power of the third MG unit is operated to suppress fluctuations in the system voltage. Also good.
また、上記実施例では、交流モータとエンジンを動力源とする車両に本発明を適用したが、交流モータのみを動力源とする車両に本発明を適用しても良い。また、インバータと交流モータとからなるMGユニットを1組だけ搭載した車両やMGユニットを3組以上搭載した車両に本発明を適用しても良い。 In the above embodiment, the present invention is applied to a vehicle using an AC motor and an engine as a power source. However, the present invention may be applied to a vehicle using only an AC motor as a power source. Further, the present invention may be applied to a vehicle on which only one set of MG units including an inverter and an AC motor is mounted, or a vehicle on which three or more sets of MG units are mounted.
13,14…交流モータ、20…直流電源、21…昇圧コンバータ(変換手段)、22…電源ライン、23…アースライン、24…平滑コンデンサ、25…電圧センサ(電圧検出手段)、26…電流センサ(電流検出手段)、27,28…インバータ、29,30…MGユニット、37…モータ制御装置、50…システム電圧目標値演算部(目標電圧演算手段)、51…第1のローパスフィルタ(第一の低域通過手段)、53…PI制御器(電力操作量演算手段)、54…指令電流演算部(システム電圧制御手段)、62…合計器(変換電力指令値演算手段)、63…第2のローパスフィルタ(第二の低域通過手段)、64…第3のローパスフィルタ(第三の低域通過手段)、65…変換電力検出部(変換電力検出手段)、67…PI制御器(変換電力制御量演算手段)、68…昇圧駆動信号演算部(変換電力制御手段)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記MGユニットの入力電力を前記システム電圧の目標値と検出値との偏差が小さくなるように操作して前記システム電圧の変動を抑制するシステム電圧制御手段を備え、
前記システム電圧制御手段は、前記交流モータのトルクを一定に保持したまま前記入力電力の操作量を変化させるd軸指令電流とq軸指令電流を求める手段を有することを特徴とする電気自動車の制御装置。 At least one motor drive unit (hereinafter referred to as “hereinafter referred to as“ a drive unit ”) including a conversion unit that converts a voltage of a DC power source to generate a system voltage on a power line, an inverter connected to the power line, and an AC motor driven by the inverter. An electric vehicle control device provided with "MG unit"),
Comprising a Cie stem voltage control means to suppress fluctuation of the operation to the system voltage so that the deviation between the target value and the detection value decreases the system voltage input power of the MG unit,
The system voltage control means includes means for obtaining a d-axis command current and a q-axis command current for changing an operation amount of the input power while maintaining a constant torque of the AC motor. apparatus.
前記システム電圧を検出する電圧検出手段と、
前記目標電圧設定手段で設定したシステム電圧の目標値と前記電圧検出手段で検出したシステム電圧とに基づいて前記MGユニットの入力電力の操作量を演算する電力操作量演算手段とを備え、
前記システム電圧制御手段は、前記電力操作量演算手段で演算した操作量に基づいて前記MGユニットの入力電力を操作して前記システム電圧を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の電気自動車の制御装置。 Target voltage setting means for setting a target value of the system voltage;
Voltage detecting means for detecting the system voltage;
Power manipulated variable calculating means for calculating the manipulated variable of input power of the MG unit based on the target value of the system voltage set by the target voltage setting means and the system voltage detected by the voltage detecting means;
3. The system voltage control unit according to claim 1, wherein the system voltage control unit controls the system voltage by operating input power of the MG unit based on an operation amount calculated by the power operation amount calculation unit. Control device for electric vehicles.
前記電力操作量演算手段は、前記第一の低域通過手段を通過した所定の周波数以下のシステム電圧を用いて前記MGユニットの入力電力の操作量を演算することを特徴とする請求項3に記載の電気自動車の制御装置。 A first low-pass means for passing a component having a predetermined frequency or less out of the system voltage detected by the voltage detection means;
The power operation amount calculating means calculates an operation amount of input power of the MG unit using a system voltage having a frequency equal to or lower than a predetermined frequency that has passed through the first low-pass means. The control apparatus of the electric vehicle as described.
前記変換電力を検出する変換電力検出手段と、
前記変換電力指令値演算手段で演算した変換電力の指令値と前記変換電力検出手段で検出した変換電力とに基づいて前記変換手段の入力電力又は出力電力の制御量を演算する変換電力制御量演算手段とを備え、
前記変換電力制御手段は、前記変換電力制御量演算手段で演算した制御量に基づいて前記変換手段の入力電力又は出力電力を制御することを特徴とする請求項5に記載の電気自動車の制御装置。 Conversion power command value calculation means for calculating a command value of input power or output power (hereinafter referred to as “conversion power”) of the conversion means;
Converted power detection means for detecting the converted power;
Conversion power control amount calculation for calculating a control amount of input power or output power of the conversion means based on the conversion power command value calculated by the conversion power command value calculation means and the conversion power detected by the conversion power detection means Means and
6. The control apparatus for an electric vehicle according to claim 5, wherein the conversion power control means controls input power or output power of the conversion means based on a control amount calculated by the conversion power control amount calculation means. .
前記変換電力指令値演算手段は、前記第二の低域通過手段を通過した所定の周波数以下の電力に基づいて前記変換電力の指令値を演算することを特徴とする請求項7に記載の電気自動車の制御装置。 A second low-pass means for passing a component having a frequency equal to or lower than a predetermined frequency out of power including at least a total value of input power of all MG units connected to the power line;
8. The electric power according to claim 7, wherein the converted power command value calculating means calculates a command value of the converted power based on power equal to or lower than a predetermined frequency that has passed through the second low-pass means. Automotive control device.
前記変換電力検出手段は、前記目標電圧設定手段で設定したシステム電圧の目標値又は前記電圧検出手段で検出したシステム電圧と、前記電流検出手段で検出した変換手段の出力電流とに基づいて前記変換電力を演算することを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の電気自動車の制御装置。 Current detection means for detecting the output current of the conversion means,
The conversion power detection means is configured to convert the conversion voltage based on a system voltage target value set by the target voltage setting means or a system voltage detected by the voltage detection means, and an output current of the conversion means detected by the current detection means. The electric vehicle control device according to any one of claims 6 to 8, wherein electric power is calculated.
前記変換電力検出手段は、前記第三の低域通過手段を通過した所定の周波数以下の出力電流を用いて前記変換電力を演算することを特徴とする請求項9に記載の電気自動車の制御装置。 A third low-pass means for passing a component having a predetermined frequency or less in the output current of the conversion means detected by the current detection means;
10. The control apparatus for an electric vehicle according to claim 9, wherein the converted power detection means calculates the converted power using an output current having a frequency equal to or lower than a predetermined frequency that has passed through the third low-pass means. .
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