JP4835959B2 - 回転電機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両を駆動する回転電機を駆動制御する回転電機制御装置に関する。

永久磁石を利用するモータでは、回転磁界を作り出すコイルに電流を流さない場合でも永久磁石による磁束が残存し、永久磁石とコイルの鉄心との間にトルクリップルが生じる。特開２００３−８８１５９号公報（特許文献１）には、トルクリップルがモータの電気角の整数倍であることに着目して、モータ電気角の整数倍の任意の周波数、任意の振幅、任意の位相の正弦波をトルクリップル補正量としてトルク指令に加算して、変動を抑える技術が開示されている。

特開２００３−８８１５９号公報

トルクリップルは、理論的には永久磁石の極数と鉄心の突極数とに関係する高調波成分を有した脈動として現れるので、特許文献１に示された技術によりトルクリップルを抑制することが可能である。ところで、モータの一種である同期モータでは、永久磁石の磁界により形成される鎖交磁束とコイルに流れる電流との積によって生じるマグネットトルクに加えて、自己インダクタンスの位置による磁気エネルギーの変化によって生じるリラクタンストルクも活用される。但し、自己インダクタンスは変動する値である。例えば、出力トルクや回転数に応じてコイル電流が増加して磁気飽和が発生した場合に自己インダクタンスは変動する。また、モータのロータの回転角度によって、磁気抵抗が変化することによっても、自己インダクタンスは変動する。これも、トルクリップルに高次高調波成分が重畳される一要因となる。従って、トルクリップル補正量は、モータの回転状態などに応じて適切に設定されるべきであり、整合性が悪ければ、トルクリップルの抑制効果は限定的となる。特許文献１には、トルクリップル補正量としての正弦波を自由に設定できることが記載されているものの、具体的な決定方法については示唆もされておらず、良好なトルクリップル抑制効果を求める上で、さらなる技術が求められる。

但し、自己インダクタンスの変動が非線形であることや、一般的なモータ制御に用いられるＰＷＭ制御の分解能を考慮すれば、発生するトルクリップル対して厳密な補正量を求めてトルクリップルを抑制することは現実的ではない。このため、回転電機としてのモータを制御する回転電機制御装置の構成規模をいたずらに大きくすることなく、また、演算負荷を大きく増大させることもなく、回転電機の回転状態などに応じて適切なトルクリップル補正量を得ることが必要である。

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、簡単な構成で、回転電機の回転状態に応じて適切にトルクリップルを抑制することが可能な回転電機制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機制御装置の特徴構成は、
車両を駆動する回転電機を駆動制御する回転電機制御装置であって、
前記回転電機の出力トルクの正負を判定する正負判定部と、
前記回転電機の磁極位置に対する、前記回転電機のトルクリップルを低減するための正弦波状のリップル補正波の位相差を、前記出力トルクの正負に応じて補正パラメータとして設定する補正パラメータ設定部と、
前記補正パラメータに基づいて、前記リップル補正波を生成する補正波生成部を備え、
前記リップル補正波を用いて前記回転電機を駆動制御する点にある。

特許文献１を参照して上述したように、トルクリップルに応じた正弦波をトルクリップル補正量としてトルク指令に加算することによって、トルクリップルを抑制することが可能である。但し、高い抑制効果を得ようとすれば、トルクリップル補正量は、上述したように、回転電機の回転状態に応じて設定されることが要求される。発明者らは、回転電機が車両の駆動源として用いられる場合、車両の前進と後進とで発生するトルクリップルが異なることを発見した。例えば、回転電機を車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して、異なる特性のトルクリップルを生じる場合がある。本特徴構成のように、出力トルクの正負に応じて異なる位相のリップル補正波を生成すれば、発生するトルクリップルに応じた適切なリップル補正波を得ることができる。リップル補正波を用いて回転電機を駆動制御することで、トルクリップルが良好に抑制される。このように、本特徴構成によれば、回転電機の回転状態に応じて適切にトルクリップルを抑制することが可能な回転電機制御装置を提供することが可能となる。尚、出力トルクは、回転電機が実際に出力しているトルク、電流値などに基づいて推測されるトルク、上位のシステムから与えられる要求トルク等を含むものである。

また、本発明に係る回転電機制御装置は、少なくともアクセルペダルの操作量に基づいて前記回転電機の要求トルクを決定する要求トルク設定部を備え、前記要求トルクに前記リップル補正波を重畳した目標トルクに基づいて前記回転電機を駆動制御すると設定すると好適である。

トルクリップル補正波を回転電機の要求トルクに重畳した目標トルクに基づいて回転電機を制御するので、回転電機のトルクをドライバーの要求に通りに制御しながら、適切にトルクリップルを抑制することができる。

また、本発明に係る回転電機制御装置の前記補正パラメータ設定部は、前記要求トルクの正負に応じて、更に、前記リップル補正波の振幅を設定すると好適である。

トルクリップルは正弦波成分を有しており、その成分には位相の他に振幅も存在する。振幅は、文字通り振動の大きさに関連するので、リップル補正波に適切な振幅が設定されることによって、回転電機のトルクリップルの大きさを適切に減衰させることができる。本構成のように、出力トルクの正負に応じて、さらにリップル補正波の振幅が設定されると、発生するトルクリップルに対して、より高い抑制効果が得られる。

また、本発明に係る回転電機制御装置の前記補正パラメータ設定部は、前記回転電機の回転速度に応じて前記リップル補正波の振幅を設定すると好適である。

トルクリップルが車両の搭乗者に与える不快感は、車両の速度、つまり回転電機の回転速度と関係がある。従って、回転電機の回転速度に応じて前記リップル補正波の振幅が設定されると、リップル補正波の重畳により、回転電機の効率を低下させる可能性を抑制し、回転電機の効率を向上させることができる。つまり、リップルトルクの低減と、回転電機の効率の低下の抑制とを両立させることができる。

また、本発明に係る回転電機制御装置の前記補正パラメータ設定部は、制限開始速度を超えて、当該制限開始速度より大きい値に設定された制限速度に達するまで、前記回転速度が上がるに従って前記リップル補正波の振幅が小さくなり、前記制限速度において前記リップル補正波の振幅がゼロとなるように前記リップル補正波の振幅を制限し、前記回転電機の回転速度が前記制限速度以上の時、前記リップル補正波の振幅をゼロに制限すると好適である。

車両の搭乗者は、車両の速度が低いとき、つまり、回転電機の回転速度が遅い時の方が、トルクリップルに起因する不快感を覚え易い。従って、回転電機の回転速度が遅いときにリップル補正波の振幅を大きくし、回転速度が上がるに従って、振幅を小さくすると、トルクリップルの発生による不快感を抑制すると共に、回転電機を高い効率で使用することができる。回転電機の回転速度が制限速度以上の高回転となると、トルクリップルに起因する不快感が問題にならなくなる。従って、この高回転域においては、リップル補正波を事実上加えないように、振幅をゼロとすると、回転電機を高い効率で利用することができる。また、制限開始速度から制限速度へと回転速度が上昇するに従って、リップル補正波の振幅を小さくするので、トルクリップルの補正量が急変することがなく、搭乗者に違和感を覚えさせることもない。

本発明の回転電機制御装置を含む車両のシステム構成の一例を模式的に示すブロック図 本発明の回転電機制御装置の構成の一例を模式的に示すブロック図 トルクリップルの高調波成分及びリップル補正波の関係を模式的に示す波形図 正トルク時のトルクリップルの位相及び振幅の特性を示すグラフ 負トルク時のトルクリップルの位相及び振幅の特性を示すグラフ リップル補正波を生成する手順の一例を示すフローチャート 正トルク時のリップル補正波を模式的に示す波形図 負トルク時のリップル補正波を模式的に示す波形図 リップル補正波の振幅を制限する速度係数の特性図 リップル補正波の振幅を制限するトルク係数の特性図

以下、本発明に係る回転電機制御装置の実施形態を、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両の駆動源となるモータ（回転電機）を制御する制御装置を例として、図面に基づいて説明する。図１は、そのようなモータＭの制御装置（回転電機制御装置）１００を含む車両のシステム構成の一例を模式的に示すブロック図である。モータＭは、インバータ５７を介して不図示のバッテリや、バッテリの出力電圧を昇圧する不図示のコンバータなどに電気的に接続され、電力の供給を受けて駆動力を発生する。インバータ５７は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）やＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）を適用すると好適である。以下、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる場合を例として説明する。

インバータ５７は、よく知られているように３相のブリッジ回路により構成される。インバータ５７の入力プラス側と入力マイナス側との間に２つのＩＧＢＴが直列に接続され、この直列回路が３回線並列接続される。つまり、モータＭのｕ相、ｖ相、ｗ相に対応するステータコイルＭｕ、Ｍｖ、Ｍｗのそれぞれに一組の直列回路が対応したブリッジ回路が構成される。各相の上段側のＩＧＢＴのコレクタはインバータ５７の入力プラス側に接続され、エミッタは各相の下段側のＩＧＢＴのコレクタに接続される。また、各相の下段側のＩＧＢＴのエミッタは、インバータ５７の入力マイナス側（例えば、グラウンド）に接続される。対となる各相のＩＧＢＴによる直列回路の中間点、つまり、ＩＧＢＴの接続点は、モータＭのステータコイルＭｕ、Ｍｖ、Ｍｗにそれぞれ接続される。

尚、ＩＧＢＴには、それぞれフライホイールダイオード（回生ダイオード）が並列に接続される。フライホイールダイオードは、カソード端子がＩＧＢＴのコレクタ端子に接続され、アノード端子がＩＧＢＴのエミッタ端子に接続される形で、ＩＧＢＴに対して並列に接続される。各ＩＧＢＴのゲートは、ドライバ回路５５を介してＥＣＵ（electronic control unit）５０に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。本実施形態では、他のＥＣＵと区別するために、ＥＣＵ５０をＴＣＵ（trans-axle control unit）５０と称する。

ＴＣＵ５０は、マイクロコンピュータなどの論理回路を中核として構成される。本実施形態では、ＴＣＵ５０は、マイクロコンピュータであるＣＰＵ（central processing unit）５１と、インターフェース回路５２と、その他の周辺回路等とを有して構成される。インターフェース回路５１は、ＥＭＩ（electro-magnetic interference）対策部品やバッファ回路などにより構成される。ＣＰＵ５１は、本発明の回転電機制御装置に相当する制御装置１００を構成する。高電圧をスイッチングするＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴのゲートに入力される駆動信号は、マイクロコンピュータなどの一般的な電子回路の駆動電圧よりも高い電圧を必要とするため、ドライバ回路５５を介して昇圧された後、インバータ５７に入力される。

ＣＰＵ５１は、少なくとも、ＣＰＵコア１１と、プログラムメモリ１２と、パラメータメモリ１３と、ワークメモリ１４と、通信制御部１５と、Ａ／Ｄコンバータ１６と、タイマ１７と、ポート１８とを有して構成される。ＣＰＵコア１１は、ＣＰＵ５１の中核であり、命令レジスタや命令デコーダ、種々の演算の実行主体となるＡＬＵ(arithmetic logic unit)、フラグレジスタ、汎用レジスタ、割り込みコントローラなどを有して構成される。プログラムメモリ１２は、モータ制御プログラム（回転電機制御プログラム）が格納された不揮発性のメモリである。パラメータメモリ１３は、プログラムの実行の際に参照される種々のパラメータが格納された不揮発性のメモリである。パラメータメモリ１３は、プログラムメモリ１２と区別することなく構築されてもよい。プログラムメモリ１２やパラメータメモリ１３は、例えばフラッシュメモリなどによって構成されると好適である。ワークメモリ１４は、プログラム実行中の一時データを一時記憶するメモリである。ワークメモリ１４は、揮発性で問題なく、高速にデータの読み書きが可能なＤＲＡＭ（dynamic RAM）やＳＲＡＭ（static RAM）により構成される。

通信制御部１５は、車両内の他のシステムとの通信を制御する。本実施形態では、車両内のＣＡＮ（controller area network）８０を介して、走行制御システム６０やその他のシステム、センサ等との通信を制御する。Ａ／Ｄコンバータ１６は、アナログの電気信号をデジタルデータに変換する。本実施形態では、モータＭの各ステータコイルＭｕ，Ｍｖ，Ｍｗに流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出結果を電流センサ５８から受け取り、デジタル値に変換する。尚、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相は平衡しており、その瞬時値はゼロであるので、２相分のみの電流を検出し、残る１相はＣＰＵ５１において演算により求めてもよい。本実施形態では、３相の全てが検出される場合を例示している。また、本例では、Ａ／Ｄコンバータ１６が３つのアナログ入力を有しているように図示しているが、これは３相の電流を計測していることを明示するためのものであって、必ずしも３つの入力を有する必要はない。例えば、インターフェース回路５２にマルチプレクサを備えて、時分割により１つのアナログ入力からアナログの電流値を取得してもよい。

タイマ１７は、ＣＰＵ５１のクロック周期を最小分解能として時間を計測する。例えば、タイマ１７は、プログラムの実行周期を監視し、ＣＰＵコア１１の割り込みコントローラに通知する。また、タイマ１７は、ＩＧＢＴを駆動するゲート駆動信号（ｐｕ，ｎｕ，ｐｖ，ｎｖ，ｐｗ，ｎｗ）の有効時間を計測して、当該ゲート駆動信号を生成する。

ポート１８は、インバータ５７のＩＧＢＴのゲート駆動信号などをＣＰＵ５１の端子を介して出力したり、ＣＰＵ５１に入力される回転検出センサ５９からの回転検出信号Ｒを受け取ったりする端子制御部である。回転検出センサ５９は、モータＭの近傍に設置されてモータＭのロータの回転位置や回転速度を検出センサであり、例えば、レゾルバなどを用いて構成される。

上述したように、ＣＰＵ５１は車内ネットワークであるＣＡＮ８０を介して種々のシステムやセンサと通信可能に接続されている。ＣＰＵ５１は、走行制御システム６０の他、ブレーキシステム６１やパワーステアリングシステム６３と接続される。これら各システムは、モータＭの制御装置１００と同様にＣＰＵなどの電子回路を中核として構成され、ＴＣＵ５０と同様に周辺回路と共にＥＣＵ（electronic control unit）として構成される。

ブレーキシステム６１は、ドライバーにより操作されるブレーキペダルの操作量をブレーキセンサ７２により検出して、アクチュエータ７１を介して車両に制動力を付加してブレーキ力を増強させるブレーキアシストなどを有した電動ブレーキシステムである。パワーステアリングシステム６３は、例えば、ドライバーにより操作されるステアリングホイールの操作量をステアリングセンサ７４により検出してアクチュエータ７３によりアシストトルクを付加する電動パワーステアリング（EPS : electric power steering）システムである。

車輪速センサ７５は、車両の車輪の回転量や単位時間当たりの回転数を検出するセンサである。ブレーキシステム６１が、ブレーキのロックを抑制するＡＢＳ（anti lock braking system）や、コーナリング時の車両の横滑りを抑制する横滑り防止装置（ESC : electronic stability control）である場合、ＣＡＮ８０を介して受け取った車輪速センサ７５の検出結果に基づいて各種制御が実行される。例えば、左右の車輪の回転差などからブレーキのロックや、車輪の空回り、横滑りの兆候などが判定され、判定結果に応じた制御が実行される。従って、車輪速センサ７５は、ブレーキシステム６１に備えられている場合もある。

アクセルセンサ７６は、ドライバーによるアクセルペダルの操作量を検出するセンサである。シフトレバーセンサ７７は、シフトレバーの位置を検出するセンサ又はスイッチである。走行制御システム６０は、ブレーキセンサ７２、アクセルセンサ７６、シフトレバーセンサ７７、車輪速センサ７５などによる検出結果に基づいて、モータＭの要求トルクＴｒを演算する。例えば、シフトレバーセンサ７７によりシフトレバーが「ドライブ」に設定されている状態でアクセルペダルが踏み込まれていれば、走行制御システム６０は、正の値の要求トルクＴｒ（出力トルク）を演算する。一方、ブレーキペダルが踏み込まれているとき、あるいは、シフトレバーセンサ７７によりシフトレバーが「リバース」に設定されている状態でアクセルペダルが踏み込まれているとき、走行制御システム６０は、負の値の要求トルクＴｒを演算する。この要求トルクＴｒは、ＣＡＮ８０を介してＣＰＵ５１に伝達され、ＣＰＵ５１の通信制御部１５によって受信される。走行制御システム６０は、少なくともアクセルペダルの操作量に基づいてモータＭの要求トルクＴｒを決定する要求トルク設定部として機能する。

本実施形態において、モータＭの制御装置１００は、ＣＰＵ５１を中核として構成される。つまり、ＣＰＵコア１１を主として、ワークメモリ１４やタイマ１７なども含むハードウェアと、プログラムメモリ１２やパラメータメモリ１３に格納されたプログラムやパラメータなどのソフトウェアとの協働により、制御装置１００が構成される。但し、制御装置１００の実施態様は、このようなハードウェアとソフトウェアとの協働に限定されるものではなく、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）などを利用してハードウェアのみで構成されてもよい。

モータＭの制御装置１００の機能的な構成の一例を模式的に示した図２のブロック図に示された各機能部は、当然ながら、ハードウェアのみによって構成されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの協働によって構成されてもよい。各機能部は、その実施態様に拘わらず、その機能が実現されれば問題はない。図２に示すように、制御装置１００は、トルク制御部１０と、電流制御部２０と、電圧制御部３０と、回転状態演算部４０とを有して構成される。

交流モータを制御する方法として、ベクトル制御（field oriented control : FOC）と呼ばれる制御方法が知られている。ベクトル制御では、交流モータの３相各相のステータコイルに流れるコイル電流を、回転子に配置された永久磁石が発生する磁界の方向であるｄ軸と、ｄ軸に直交するｑ軸とのベクトル成分に座標変換してフィードバック制御を行う。本例においても、このベクトル制御を採用している。

ベクトル制御における座標変換に際しては、モータＭの回転状態をリアルタイムで知る必要がある。従って、図１に示すように、モータＭの近傍にレゾルバなどの回転検出センサ５９が備えられる。その検出結果は、上述したように、ＣＰＵ５１のポート１８を介して、ＣＰＵコア１１内のレジスタやワークメモリ１４に伝達される。制御装置１００に設けられた回転状態演算部４０は、回転検出センサ５９の検出結果Ｒに基づいて、ロータ位置（電気角θ）や、回転速度（角速度ω）を求める。求められた電気角θや角速度ωは、トルク制御部１０や電流制御部２０や電圧制御部３０において用いられる。レゾルバなどの回転検出センサ５９が、制御装置１００が演算に利用可能な形態でロータ位置や回転速度の情報を提供する場合には、回転状態演算部４０は制御装置１００に設けられなくてもよい。

トルク制御部１０は、要求トルクＴｒ（トルク指令Ｔｉ）に応じて電流フィードバック制御のための目標電流（電流指令）ｉｄ，ｉｑを設定する機能部である。目標電流ｉｄ，ｉｑは、上述したｄ軸及びｑ軸に対応して設定される。このため、トルク制御部１０は、回転状態演算部４０により求められた電気角θに基づいてトルク指令Ｔｉをｄ軸の目標電流ｉｄ及びｑ軸の目標電流ｉｑに座標変換する２相変換部６を有して構成される。通常、要求トルクＴｒはトルク指令Ｔｉと同じである。しかし、本実施形態においては、トルクリップルを抑制するために、要求トルクＴｒに対してリップル補正波ＮＴＲ_６を重畳させて目標トルクＴｏを生成する重畳部５が備えられる。目標トルクＴｏは、２相変換部６の入力となるトルク指令Ｔｉとなる。このため、重畳部５は目標トルクＴｏを設定する目標トルク設定部として機能するともいえる。リップル補正波ＮＴＲ_６及び、その生成方法については後述する。

電流制御部２０は、目標電流ｉｄ，ｉｑと、フィードバックされたモータ電流との偏差に基づいて、例えば比例積分制御（ＰＩ制御）や、比例微積分制御（ＰＩＤ制御）を行い、目標電圧（電圧指令）ｖｄ，ｖｑを設定する機能部である。ここでは、比例微積分制御（ＰＩＤ制御）が行われる場合を例示しており、電流制御部２０は、ＰＩＤ制御部２１と２相変換部２２とを有して構成される。電流センサ５８により検出された電流値は、３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗであるから、２相変換部２２は、回転状態演算部４０により求められた電気角θに基づいて、２相電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換する。ＰＩＤ制御部２１は、目標電流ｉｄ，ｉｑと、２相モータ電流Ｉｄ，Ｉｑとの偏差、及び、回転状態演算部４０により求められた角速度ωに基づいて、ＰＩＤ制御を行い、目標電圧ｖｄ，ｖｑを設定する。

電圧制御部３０は、目標電圧ｖｄ，ｖｑに基づいて、インバータ５７の３相のＩＧＢＴを駆動するゲート駆動信号ｐｕ，ｎｕ，ｐｖ，ｎｖ，ｐｗ，ｎｗを生成する。電圧制御部３０は、３相変換部３１とＰＷＭ制御部３２とを有して構成される。インバータ５７は、モータＭの３相のステータコイルＭｕ，Ｍｖ，Ｍｗに対応して、３相分設けられているから、２相の目標電圧ｖｄ，ｖｑが、回転状態演算部４０により求められた電気角θに基づいて、３相の目標電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに座標変換される。ＰＷＭ制御部３２は、インバータ５７のＩＧＢＴを、ＰＷＭ（pulse width modulation ）制御する。

具体的には、ＰＷＭ制御部３２は、各相が上段側、下段側の２段のＩＧＢＴにより構成され、３相で合計６段構成された各段のＩＧＢＴのゲートを個別に制御する６つのゲート駆動信号ｐｕ，ｎｕ，ｐｖ，ｎｖ，ｐｗ，ｎｗを生成する。ゲート駆動信号ｐｕ，ｎｕ，ｐｖ，ｎｖ，ｐｗ，ｎｗは、順に、ｕ相上段、ｕ相下段、ｖ相上段、ｖ相下段、ｗ相上段、ｗ相下段のＩＧＢＴのゲート駆動信号に相当する。ＣＰＵ５１のタイマ１７により各ゲート駆動信号の有効時間が計測され、ポート１８を介してパルス状のゲート駆動信号ｐｕ，ｎｕ，ｐｖ，ｎｖ，ｐｗ，ｎｗが出力される。

ところで、上述したように、永久磁石を利用するモータでは、回転磁界を作り出すコイルに電流を流さない場合でも永久磁石による磁束が残存し、永久磁石とコイルの鉄心との間にトルクリップルが生じる。トルクリップルは、モータを駆動する３相交流の基本波成分の高調波成分を有している。この高調波成分の次数は、永久磁石の極数と鉄心の突極数とに関係する。一般的な３相交流モータの場合、１極当たりのスロット数が６であることが多く、影響の大きい高調波は６次高調波となる場合が多い。例えば、ロータ１／４回転（機械角９０°）で電気角が３６０°となるモータでは、極数が８で、スロット数が４８であることが多く、この場合も、影響の大きい高調波は６次高調波となる。

図３には、発明者らにより、トルクリップルの高調波成分をＦＦＴ（fast Fourier transform）解析、及び、ＦＥＭ（finite element method）解析した波形が示されている。図３においては、横軸は位相であり、モータＭを駆動する交流基本波の電気角の０〜６０°に相当する期間が抜き出されている。電気角０°の時点を基準位相とする。図３に示す波形ＴＲは、トルクリップルを示している。この例における理想的なトルクは、１００［Ｎｍ］の一定値であり、このトルクに対して交流成分としてトルクリップルＴＲが重畳されている。図３から明らかなように、トルクリップルＴＲは、種々の成分の高次高調波が合成された波形である。ＦＦＴ解析、ＦＥＭ解析によって、トルクリップルＴＲの最も大きな周波数成分である６次高調波成分を取りだした波形が、図３に示す波形ＴＲ_６である。

波形ＴＲ_６は、基本波の６次高調波であるから、交流基本波の電気角の０〜６０°の範囲に１周期の全てが含まれる。但し、その位相は、例えば交流基本波の電気角の０°である基準位相から２４０°遅れている（又は、１２０°進んでいる。）。また、その振幅は、定常値である１００［Ｎｍ］に対して１０５［Ｎｍ］であるから、定常値の５％である。このトルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６を打ち消すためには、図３に示すように、逆位相の正弦波を用いればよい。トルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６に対して、逆位相の正弦波をリップル補正波ＮＴＲ_６と称する。リップル補正波ＮＴＲ_６は、トルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６の逆位相であるので、交流基本波の電気角の０°である基準位相から６０°遅れている（又は、３００°進んでいる。）。また、リップル補正波ＮＴＲ_６は、トルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６に対して、逆位相且つ同一振幅の正弦波であるとさらに好適である。トルクリップルＴＲに、リップル補正波ＮＴＲ_６を加えることによって、トルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６を消去することができる。尚、基準位相は、この例に限らず、他の位相に設定されてもよい。

図３を利用して説明したように、位相と振幅とが定義されたリップル補正波ＮＴＲ_６を生成して、要求トルクＴｒに重畳すれば、発生するトルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６を相殺することができ、モータＭの脈動を抑制することが可能となる。図２に示す補正波演算部４において位相と振幅とが定義されたリップル補正波ＮＴＲ_６を生成し、重畳部５において要求トルクＴｒにリップル補正波ＮＴＲ_６を重畳すれば、好適な目標トルクＴｏが設定される。

ところで、発明者らによる実験によれば、モータＭが車両の駆動源となるモータの場合、車両が前進する際と、後進する際とにおいて、トルクリップルＴＲの特性に違いが見られることがわかった。図４は、車両が前進する際、即ち、モータＭが正トルク時のトルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６の位相及び振幅の特性を示すグラフである。図５は、車両が後進する際、即ち、モータＭが負トルク時のトルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６の位相及び振幅の特性を示すグラフである。横軸は、トルクの絶対値であり、縦軸は、振幅の絶対値及び定常値に対する割合（百分率）である。

図４及び図５に示すように、基準位相に対するトルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６の位相差は、トルクの絶対値に拘わらず、概ね安定している。但し、正トルク時の位相が１１０°〜１３５°程度であるのに対し、負トルク時の位相差は−１０８〜−１３８°と異なった値となっている。

一方、図４及び図５に示すように、トルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６の振幅は、トルクの絶対値により大きく変動する。トルクリップルＴＲの発生により、車両に乗っているドライバーや同乗者の体感には、トルクリップルＴＲ（ＴＲ_６）の振幅の絶対値よりも、定常値に対する割合の方が強く関係する。そこで、トルクリップルＴＲ（ＴＲ_６）の定常値に対する振幅の割合が最も大きいトルクに注目する。図４に示すように、正トルクの場合には、トルクの絶対値が３０［Ｎｍ］の際に、振幅の百分率が最大となる。また、図５に示すように、負トルクの場合には、トルクの絶対値が６０［Ｎｍ］の際に、振幅の百分率が最大となる。このように、モータＭのトルクが正トルクの際と、負トルクの際とで、トルクリップルＴＲ（ＴＲ_６）の定常値に対する振幅の割合が最も大きいトルクが異なる。

このように、モータＭが正トルクを出力する際と負トルクを出力する際とにおいて、トルクリップルＴＲの特性に違いが見られる。従って、制御装置１００は、要求トルクＴｒの正負に応じて、リップル補正波ＮＴＲ_６を生成する際の位相や振幅を設定する。具体的には、図２に示すように、トルク制御部１０の補正波演算部４は、正負判定部１と、補正パラメータ設定部２と、補正波生成部３とを有して構成される。正負判定部１は、要求トルクＴｒ（出力トルク）の正負を判定する機能部である。補正パラメータ設定部２は、基準位相に対するリップル補正波の位相差を、要求トルクＴｒ（出力トルク）の正負に応じて補正パラメータとして設定する機能部である。補正パラメータ設定部２は、正トルクパラメータ２ｐと負トルクパラメータ２ｎとを選択する選択スイッチ２ｓを備えて構成される。正負判定部１の判定結果に基づいて、選択スイッチ２ｓが制御され、正トルクパラメータ２ｐ又は負トルクパラメータ２ｎが補正パラメータ２ｈとして設定される。補正波生成部３は、補正パラメータ２ｈに基づいて、リップル補正波ＮＴＲ_６を生成する。

上述したように、図４を参照すれば、モータＭが正トルクを出力する場合、トルクの絶対値が３０［Ｎｍ］の際に、振幅の百分率が最大の５．２％となる。この時、振幅の絶対値は１．５［Ｎｍ］であり、位相差は１２０°である。振幅の百分率５．２％が、振幅に関する補正パラメータ（振幅パラメータ）Ａとなる。リップル補正波ＮＴＲ_６はトルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６の反転であるから、下記式(1)により求められる値が、位相差に関する補正パラメータ（位相差パラメータ）φとなる。

φ = 120- 180 = -60 [°] ・・・(1)

上述したように、図５を参照すれば、モータＭが負トルクを出力する場合、トルクの絶対値が６０［Ｎｍ］の際に、振幅の百分率が最大の５．０％となる。この時、振幅の絶対値は３．０［Ｎｍ］であり、位相差は−１１０°である。振幅の百分率５．０％が、振幅に関する補正パラメータ（振幅パラメータ）Ａとなる。リップル補正波ＮＴＲ_６はトルクリップルＴＲの６次高調波成分ＴＲ_６の反転であるが、トルクの符号が負のために自動的に反転されることになる。従って、上記位相差−１１０°が補正パラメータ（位相差パラメータ）φとなる。

尚、本実施形態においては、トルクの正負に応じて、それぞれ１つずつ補正パラメータが選択される場合を例示したが、これに限定されることなく、正負それぞれ、複数の補正パラメータが設定されてもよい。例えば、トルクの絶対値に応じて、複数の補正パラメータが設定されていてもよい。

以下、図６のフローチャートも利用して、リップル補正波ＮＴＲ_６の生成手順について説明する。上述したように、走行制御システム６０から要求トルクＴｒを受け取ったＣＰＵ５１は、ＣＰＵコア１１の汎用レジスタや、ワークメモリ１４などのワークエリアに要求トルクＴｒを一時記憶させる。そして、ＣＰＵコア１１は、ワークエリアを参照し、モータＭに対する要求トルクＴｒの正負を判定する正負判定機能を実行する（正負判定工程＃１）。

次に、ＣＰＵコア１１は、基準位相に対するリップル補正波ＮＴＲ_６の位相差を、要求トルクＴｒの正負に応じて補正パラメータ（位相差パラメータφ）２ｈとして設定する補正パラメータ設定機能を実行する（補正パラメータ設定工程＃２及び＃３）。尚、補正パラメータ設定機能には、リップル補正波ＮＴＲ_６の振幅を定義する補正パラメータ（振幅パラメータＡ）２ｈを設定する機能を含めてもよい。要求トルクＴｒが正の値であった場合は、ＣＰＵコア１１は、正トルク用の補正パラメータ２ｐをパラメータメモリ１３から読み出し、ワークエリアに一時記憶させる（正トルク用の補正パラメータ設定工程＃２）。正トルク用の補正パラメータ２ｐは、上述したように、位相差パラメータφが「−６０°」、振幅パラメータＡが「５．2％」である。

次に、ＣＰＵコア１１は、設定された補正パラメータ２ｈ（φ、Ａ）に基づいて、下記式(2)を演算してリップル補正波ＮＴＲ_６を生成する補正波生成機能を実行する（補正波生成工程＃４）。

ＮＴＲ_６ = Ａ・Ｔｒ・sin(6θ+φ) = 0.052Ｔｒ・sin(6θ-60) ・・・(2)

これにより、図７に示すように、正トルク時のリップル補正波ＮＴＲ_６が生成される。図７の上段は、横軸が時間であり、縦軸はモータＭを駆動する交流基本波の電気角θ（磁極位置）を示している。図７には、概ね、電気角θの１周期分が示されている。図７の下段には、トルクリップルの６次高調波成分ＴＲ_６と、それに対するリップル補正波ＮＴＲ_６が示されている。電気角θがゼロの時刻を基準位相とし、６次高調波成分の位相として６０°位相が遅れ、要求トルクＴｒの５．２％の振幅を有する正弦波がリップル補正波ＮＴＲ_６として生成されている。これは、トルクリップルの６次高調波成分ＴＲ_６の逆位相の正弦波であり、要求トルクＴｒにリップル補正波ＮＴＲ_６が重畳された目標トルクＴｏに基づいて、上述したモータ制御演算が実行されることで、トルクリップルＴＲが抑制される。

要求トルクＴｒが負の値であった場合は、ＣＰＵコア１１は、負トルク用の補正パラメータ２ｎをパラメータメモリ１３から読み出し、ワークエリアに一時記憶させる（負トルク用の補正パラメータ設定工程＃３）。負トルク用の補正パラメータ２ｎは、上述したように、位相差パラメータφが「−１１０°」、振幅パラメータＡが「５．０％」である。ＣＰＵコア１１は、設定された補正パラメータ２ｈ（φ、Ａ）に基づいて、下記式(3)を演算してリップル補正波ＮＴＲ_６を生成する補正波生成機能を実行する（補正波生成工程＃４）。

ＮＴＲ_６ = Ａ・Ｔｒ・sin(6θ+φ) = 0.050Ｔｒ・sin(6θ-110) ・・・(3)

これにより、図８に示すように、負トルク時のリップル補正波ＮＴＲ_６が生成される。図８の上段は、図７と同様に横軸が時間であり、縦軸はモータＭを駆動する交流基本波の電気角θ（磁極位置）を示している。但し、時間軸の進行方向は図７とは逆である。図８にも、図７と同様に、概ね、電気角θの１周期分が示されている。図８の下段には、トルクリップルの６次高調波成分ＴＲ_６と、それに対するリップル補正波ＮＴＲ_６が示されている。電気角θがゼロの時刻を基準位相とし、６次高調波成分の位相として１１２°位相が遅れ、要求トルクＴｒの５．０％の振幅を有する正弦波がリップル補正波ＮＴＲ_６として生成されている。これは、トルクリップルの６次高調波成分ＴＲ_６の逆位相の正弦波であり、要求トルクＴｒにリップル補正波ＮＴＲ_６が重畳された目標トルクＴｏに基づいて、上述したモータ制御演算が実行されることで、トルクリップルＴＲが抑制される。

尚、トルクリップルＴｒは、モータＭの回転数により、乗員への影響が異なることも発明者らの実験によって知られている。従って、補正パラメータ設定部２は、さらに、モータＭの回転速度に応じてリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅を設定するとよい。１つの形態として、図２に示すように、補正パラメータ設定部２に、回転数フィルタ２ｒを備え、モータＭの回転数（角速度ω）に応じた速度係数ｋｒが補正パラメータとして設定されるとよい。回転数フィルタ２ｒは、例えば、モータＭの回転数（角速度ω）を引数としたテーブルとして構成され、パラメータメモリ１３に格納されると好適である。速度係数ｋｒが補正パラメータに含まれる場合、補正波生成部３は、下記式(4)によりリップル補正波ＮＴＲ_６を生成する。

ＮＴＲ_６ = ｋｒ・Ａ・Ｔｒ・sin(6θ+φ) ・・・(4)

また、回転数フィルタ２ｒは、図９に示すような特性を有して構成されると好適である。図９に示すグラフの縦軸は、速度係数ｋｒであり、横軸は、モータＭの回転速度の絶対値である。モータＭの回転速度が所定の制限開始速度Ｓ１以下の場合には、リップル補正波ＮＴＲ_６の振幅は制限されない。モータＭの回転速度が所定の制限開始速度Ｓ１を超え、回転速度が上がるに従ってリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅が小さくなり、制限開始速度Ｓ１より大きい制限速度Ｓ２においてリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅がゼロとなるようにリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅が制限される。さらに、制限速度Ｓ２以上の時、リップル補正波ＮＴＲ_６の振幅をゼロに制限する。

トルクリップルＴｒは、モータＭの回転数が上がると乗員への影響が少なくなること、つまり、乗員がトルクリップルＴｒの発生を体感しにくくなることが発明者らの実験によって知られている。従って、モータＭの回転速度が制限開始速度Ｓ１以下では、リップル補正波ＮＴＲ_６を１００％の振幅で要求トルクＴｒに重畳させ、制限開始速度Ｓ１を超えた後、次第にリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅を小さくし、制限速度Ｓ２を超えた後には、リップル補正波ＮＴＲ_６の振幅をゼロとして、リップル補正波ＮＴＲ_６の要求トルクＴｒへの重畳を無くすと好適である。このような回転数フィルタ２ｒを設けることにより、低速回転時には良好にトルクリップルＴｒを抑制でき、高速回転時には不要なトルク指令を加えることがなく効率のよい制御が可能となる。また、速度係数ｋｒは、回転速度に応じて徐々に変化するため、急激にリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅が変わることがなく乗員に対する不快感も与えることがない。

補正パラメータ設定部２は、さらに、モータＭの要求トルクＴｒに応じてリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅を設定してもよい。つまり、補正パラメータ設定部２に、不図示のトルクフィルタを備え、要求トルクＴｒに応じたトルク係数ｋｔが補正パラメータ２ｈとして設定されてもよい。トルク係数ｋｔが補正パラメータに含まれる場合、補正波生成部３は、下記式(5)によりリップル補正波ＮＴＲ_６を生成する。

ＮＴＲ_６ = ｋｔ・ｋｒ・Ａ・Ｔｒ・sin(6θ+φ) ・・・(5)

トルクフィルタ２ｒは、回転数フィルタ２ｒと同様、図１０に示すような特性を有して構成されると好適である。図１０に示すグラフの縦軸は、トルク係数ｋｔであり、横軸は、要求トルクの絶対値である。モータＭの要求トルクＴｒが所定の制限開始トルクＴ１以下の場合には、リップル補正波ＮＴＲ_６の振幅は制限されない。要求トルクＴｒが所定の制限開始トルクＴ１を超え、要求トルクＴｒが上がるに従ってリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅が小さくなり、制限開始トルクＴ１より大きい制限トルクＴ２においてリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅がゼロとなるようにリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅が制限される。さらに、制限トルクＴ２以上の時、リップル補正波ＮＴＲ_６の振幅をゼロに制限する。

要求トルクＴｒがモータＭの制限トルクＴ２の近傍に有るとき、要求トルクＴｒにリップル補正波ＮＴＲ_６が重畳されると、目標トルクＴｏの瞬時値が制限トルクＴ２に達したり、制限トルクＴ２を超えたりする可能性がある。これにより、目標トルクＴｏや、目標電流ｉｄ，ｉｑに制限が掛かると、この制限により別の脈動を生じる可能性がある。従って、リップル補正波ＮＴＲ_６の瞬時値が充分に制限トルクに達しないような振幅中心を制限トルクＴ２とし、制限トルクＴ２に達するまで制限開始トルクＴ１から徐々にリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅を減少させると好適である。モータＭの要求トルクＴｒが制限開始トルクＴ１以下では、リップル補正波ＮＴＲ_６は１００％の振幅で要求トルクＴｒに重畳される。トルク係数ｋｔは、要求トルクＴｒに応じて徐々に変化するため、急激にリップル補正波ＮＴＲ_６の振幅が変わることがなく乗員に対する不快感も与えることがない。

尚、本発明においては、要求トルクＴｒの正負に応じて補正パラメータが設定される。補正パラメータには、位相差φも含まれるため、要求トルクＴｒが正の場合と負の場合とにおいて、リップル補正波ＮＴＲ_６は大きく異なる波形となる。例えば、急激に要求トルクＴｒの正負が反転した場合、リップル補正波ＮＴＲ_６は大きく変動し、乗員に不快感を与える可能性がある。このため、このような正負の判定を含む制御においては、しばしばヒステリシスが設定される。しかし、以下に説明する理由により、本発明においては、ヒステリシスの設定は不要である。従って、制御装置１００を簡潔に構成することができ、また、要求トルクＴｒの正負の変化に対しても迅速に追従することができる。

１つの実用的な数値を例に挙げて検証してみれば、要求トルクＴｒに対する実トルクの差であるトルク精度は、概ね±１．５［Ｎｍ］である。つまり、トルクの正負が反転する可能性が生じる領域は、要求トルクＴｒが±１．５［Ｎｍ］の範囲であると言える。しかし、車両の走行抵抗が、±５［Ｎｍ］程度存在するため、要求トルクＴｒが±１．５［Ｎｍ］の範囲では、車両は停止状態である。従って、実質的に車両が停止している状態がヒステリシスの役割を果たすことにもなるので、要求トルクＴｒの正負を判定する正負判定部１はヒステリシスを設けて判定を行う必要がない。その結果、非常に簡潔なシステムを構築することができる。

〔他の実施形態〕
図２に示したように、上記実施形態においては、要求トルクＴｒに基づいて、トルクの正負が判定される場合を例として説明した。しかし、トルクの正負の判定は、モータＭが実際に出力しているトルク、電流値などに基づいて推測されるトルクであってもよい。これらのトルク及び要求トルクＴｒは、本発明の出力トルクに相当するものである。

また、同様に図２に示したように、上記実施形態においては、要求トルクＴｒに対してリップル補正波ＮＴＲ_６が重畳される場合を例として説明した。しかし、これに限定されることなく、要求トルクＴｒ（トルク指令）に基づいて演算される電流指令に重畳されてもよい。

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両を駆動するモータ（回転電機）を、目標トルクと回転速度とに基づいて駆動制御する回転電機制御装置に適用することができる。

１：正負判定部
２：補正パラメータ設定部
３：補正波生成部
５：目標トルク設定部
６０：走行制御システム（要求トルク設定部）
１００：モータの制御装置（回転電機制御装置）
Ｍ：モータ（回転電機）
ＮＴＲ_６：リップル補正波
Ｓ１：制限開始速度
Ｓ２：制限速度
Ｔｏ：目標トルク
Ｔｒ：要求トルク（出力トルク）
ＴＲ：トルクリップル
φ：リップル補正波の位相差
ω：角速度（回転速度）

Claims (5)

1. 車両を駆動する回転電機を駆動制御する回転電機制御装置であって、
   前記回転電機の出力トルクの正負を判定する正負判定部と、
   前記回転電機の磁極位置に対する、前記回転電機のトルクリップルを低減するための正弦波状のリップル補正波の位相差を、前記出力トルクの正負に応じて補正パラメータとして設定する補正パラメータ設定部と、
   前記補正パラメータに基づいて、前記リップル補正波を生成する補正波生成部とを備え、
   前記リップル補正波を用いて前記回転電機を駆動制御する回転電機制御装置。
2. 少なくともアクセルペダルの操作量に基づいて前記回転電機の要求トルクを決定する要求トルク設定部を備え、
   前記要求トルクに前記リップル補正波を重畳した目標トルクに基づいて前記回転電機を駆動制御する請求項１に記載の回転電機制御装置。
3. 前記補正パラメータ設定部は、前記出力トルクの正負に応じて、更に、前記リップル補正波の振幅を設定する請求項１又は２に記載の回転電機制御装置。
4. 前記補正パラメータ設定部は、前記回転電機の回転速度に応じて前記リップル補正波の振幅を設定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機制御装置。
5. 前記補正パラメータ設定部は、制限開始速度を超えて、当該制限開始速度より大きい値に設定された制限速度に達するまで、前記回転速度が上がるに従って前記リップル補正波の振幅が小さくなり、前記制限速度において前記リップル補正波の振幅がゼロとなるように前記リップル補正波の振幅を制限し、前記回転電機の回転速度が前記制限速度以上の時、前記リップル補正波の振幅をゼロに制限する請求項４に記載の回転電機制御装置。

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