JP5818934B2 - モータ制御装置、モータ制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電動機を有する電動化車両において電動機の駆動トルクが急変した際に発生する電圧及び電流のリプルにより車両駆動用バッテリがダメージを受けることを防止する車両用モータ制御装置に関するものであり、より広義にはモータ制御装置等に関する。

近年、ＣＯ２排出量低減のためにモータとエンジンを搭載したハイブリッド電動化車両や、モータだけで駆動を行う電気自動車などが増加している。これらモータを搭載した電動化車両では、モータの他に、モータを駆動するためのインバータ、電源となるバッテリなどを備えている。

これらの電動化車両では、アクセルペダルセンサ、モータ回転数やブレーキペダル等の入力情報に基づいて車両駆動用の指令トルクを算出する車両コントロールユニットを有し、車両コントロールユニットで算出された指令トルクはモータを駆動するためのモータ制御装置へ送信される。モータ制御装置は、車両コントロールユニットから送信されてきた指令トルクと車両駆動用バッテリの電圧、充電量、バッテリ温度の入力情報に基づいてモータ制御トルクを算出する。

上記の様に車両コントロールユニットで算出した指令トルクをモータ制御装置へ通信手段を用いて送信する場合、実際のモータ駆動トルクの変化は車両コントロールユニットの演算遅れ、および、通信のデータ送信間隔による時間遅れが発生する。ドライバーの操作により車両要求トルクが変化した場合に、ドライバー操作は連続的な要求トルクの変化にも関わらず前述の時間遅れによりモータ制御装置でのモータ制御トルク更新は周期的な変化となる。

この周期的変化に伴いモータ駆動トルクの変化も周期的になり、モータ制御トルクの変化量によっては、モータ駆動トルク、すなわちモータ駆動電流が大きく変化することになる。モータ駆動電流が瞬時的に大きく変化すると、車両駆動用バッテリの電圧、電流にリプルが発生し、そのリプルが車両駆動用バッテリを劣化させる原因となる。

なお下記特許文献１には、モータ制御装置で算出されたモータ制御電圧が、予め設定されたモータ制御電圧の安全範囲を逸脱した場合に、モータ制御電圧が安全範囲に復帰できるようにモータ制御電流を調整する電動トルク使用型車両が開示されている。

しかしながら、この方法は、モータ制御電圧が安全範囲を超えた時に安全範囲に復帰できるように制御されており、バッテリへのダメージをなくすことは考慮されていない。また、この方法は、モータへの指令トルクに基づいて制御されているため、指令トルクが急変した場合に発生する電圧、電流リプルについては考慮されていない。

特許第４０７５８６３号明細書

上述のように、電動化車両では、モータ制御トルクの変化量によっては、モータ駆動トルク、すなわちモータ駆動電流が大きく変化し、モータ駆動電流が瞬時的に大きく変化すると、車両駆動用バッテリの電圧、電流にリプルが発生し、そのリプルが車両駆動用バッテリを劣化させるという課題があった。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、モータ制御トルクの変化によってモータ駆動電流が瞬時的に大きく変化した場合にバッテリの電圧、電流に生じるリプルを抑制させたモータ制御装置等を提供することを目的とする。

この発明は、モータへバッテリの直流電流を交流電流に変換して供給し駆動させるインバータに対し、外部からの指令トルク信号に従ったモータ制御トルクからモータ駆動トルク(Ｔｍ)を算出し、算出した前記モータ駆動トルクに基づいて生成した駆動制御信号を供給するモータ制御装置であって、前記モータ制御トルク更新時に出力中の前記モータ駆動トルクとの変化が発生した場合に、バッテリの状態情報に基づき、次回の前記モータ制御トルクの更新までの間に、更新前後のモータ制御トルク偏差を分割して前記モータ駆動トルクを算出し前記モータ駆動トルクを段階的に変化させるモータ制御装置等にある。

この発明では、モータ制御トルクの変化によってモータ駆動電流が大きく変化した場合にバッテリの電圧、電流に生じるリプルを抑制させたモータ制御装置等を提供できる。

電動化車両に搭載されたこの発明の一実施の形態による車両用モータ制御装置を含む車両用モータ駆動制御装置の概略構成図である。 図２は図１の車両用モータ駆動制御装置のより詳細な構成図である。 この発明による車両用モータ駆動制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図３に続くフローチャートである。 車両用モータ駆動制御装置の一般的な各部の動作を示す図である。 この発明の制御を説明するための車両用モータ駆動制御装置の各部の動作を示す図である。 この発明の制御を説明するための車両用モータ駆動制御装置の各部の動作を示す図である。

この発明では、モータ制御トルク更新周期よりも高速に更新が可能なモータ駆動トルクでモータ制御トルクの変化を分割させることで、車両駆動用バッテリの電圧及び電流リプルを抑制させる。

以下、この発明によるモータ駆動制御を車両用モータ制御装置を例に挙げて各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１は電動化車両に搭載されたこの発明の一実施の形態による車両用モータ制御装置を含む車両用モータ駆動制御装置の概略構成図である。電動化車両０００において、車両コントロールユニット(ＶＣＵ)０１０は、アクセルペダル１００のアクセル開度センサ(図示省略)からのアクセル開度やその他の装置からの情報に従って車両駆動用の指令トルクを算出してモータ制御装置(ＭＣＵ)０２０に送信する。モータ制御装置０２０は、車両駆動用モータ(ＤＭ)０４０の磁極位置センサ(図示省略)からの磁極位置信号、車両駆動用バッテリ０５０の温度センサ(図示省略)からのバッテリ温度、電圧センサ(図示省略)からのバッテリ電圧等の情報に基づきモータ制御トルクを算出し、算出したモータ制御トルクに従ってモータインバータ(ＩＮＶ)０３０を制御する。モータインバータ０３０は、モータ制御装置０２０の制御に従って、車両駆動用バッテリ０５０の直流電圧を交流電圧に変換して車両駆動用モータ０４０を駆動させる。

図２は図１の車両用モータ駆動制御装置のより詳細な構成図である。車両コントロールユニット０１０において、指令トルク演算部０１１は、モータ制御装置０２０で検出したモータ回転速度Ｍｎ、アクセルペダル１００のアクセル開度検出部１０１が検出したアクセルペダルの操作量を示すアクセル開度信号ＡＰＳ等の車両情報信号に基づいて、指令トルクＴｔｒｇを算出する。
ＶＣＵ通信Ｉ／Ｆ部０１２は信号処理部であり、ＭＣＵ０２０内のＭＣＵ通信Ｉ／Ｆ部０２１と通信ケーブル２００を介し接続され、ＶＣＵ０１０で算出した指令トルクＴｔｒｇ等の各種情報や、ＭＣＵ０２０で検出されたモータ回転速度Ｍｎやバッテリ電圧Ｖｂ等の各種情報をＣｄａｔａとして所定の通信フォーマットへ変換し送受信する。

モータ制御装置０２０において、ＭＣＵ通信Ｉ／Ｆ部０２１は信号処理部であり、ＶＣＵ０１０内のＶＣＵ通信Ｉ／Ｆ部０１１と通信ケーブル２００を介し接続され、ＶＣＵ０１０で算出した指令トルクＴｔｒｇ等の各種情報や、ＭＣＵ０２０で検出されたモータ回転速度Ｍｎやバッテリ電圧Ｖｂ等の各種情報をＣｄａｔａとして所定の通信フォーマットへ変換し送受信する。

モータ駆動トルク演算部０２２は、指令トルク演算部０１１で算出された指令トルクＴｔｒｇと車両駆動用バッテリ０５０のバッテリ温度Ｔｂやバッテリ電圧Ｖｂ、充電率ＳＯＣ等に基づいてモータ駆動トルクＴｍを算出する。

モータ駆動トルク／モータ駆動電流信号変換部０２３は、モータ駆動トルク演算部０２２にて設定されたモータ駆動トルクＴｍをモータ駆動用電流信号Ｃｄｒｖへ変換する。

ＰＷＭ(パルス幅変調)変換部０２４は、モータ駆動用電流信号Ｃｄｒｖに基づきインバータ０３０を制御してモータ０４１を駆動するための、インバータ０３０のための駆動制御信号(パルス幅変調信号)を生成して供給する。

モータ回転速度検出部０２５は、車両駆動用モータ０４０に搭載された磁極位置センサ０４２の磁極位置信号Ｒｓｉｇに基づき、モータ回転速度Ｍｎを算出する。

ＳＯＣ算出部０２６は、例えばインバータ０３０に設けられた電流センサ０３２にて検出した電流に基づいてバッテリのＳＯＣ(充電率)を算出する。

モータインバータ０３０において、インバータ回路(ＰＤ)０３１は、モータ制御装置０２０で生成された駆動信号(パルス幅変調信号)に従って車両駆動用バッテリ０５０の直流電流を３相交流電流に変換してモータ０４１に供給してモータ０４１を駆動させる。また電流センサ０３２は、車両駆動用バッテリ０５０のＰ(正極)端子側ラインを流れる電流を計測する。

車両駆動用モータ０４０において、モータ０４１は、モータインバータ０３０の３相交流電力により駆動され、車両の駆動力を発生する。磁極位置センサ０４２は、車両駆動用モータ０４０の回転軸上に取り付けられ、モータ内の回転子の磁極位置を検出するためのセンサで、検出された磁極位置をモータ制御装置０２０へ出力する。

車両駆動用バッテリ０５０において、バッテリ本体０５１は、車両駆動用モータ０４０へ電力を供給し、また、車両駆動用モータ０４０で発電された電力を蓄電可能な２次電池である。またバッテリ温度センサ０５２は、バッテリ本体０５１に取り付けられ、バッテリ本体０５１の温度を計測し、モータ制御装置０２０へ出力する。

アクセルペダル１００において、アクセル開度検出部１０１はアクセルペダル１００に装着され、ドライバーのアクセルペダル操作量を検出し、車両コントロールユニット０１０にアクセル開度信号ＡＰＳとして入力する。

図３，４はこの発明による車両用モータ駆動制御装置の特にモータ制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。以下、図３，４のフローチャートに従ってこの発明による車両用モータ駆動制御装置の動作の一例を説明するが、最初に、図５に従って従来技術の問題点も含めた車両用モータ駆動制御装置の基本的な動作を説明する。図５は車両用モータ駆動制御装置の一般的な各部の動作を示す図である。(ａ)は指令トルクＴｔｒｇの送信タイミングコントロール信号、(ｂ)はアクセル開度信号ＡＰＳ、(ｃ)は指令トルクＴｔｒｇ、（ｄ）はモータ制御トルクＴｃｎｔ、(ｅ)はモータ駆動電流、(ｆ)はバッテリ持ち出し電流Ｖｉ、(ｇ)はバッテリ電圧Ｖｂを示す。

図５の(ａ)(ｂ)(ｃ)に関し、車両コントロールユニット(ＶＣＵ)０１０にてアクセル開度信号ＡＰＳおよびモータ回転等(図示省略)の入力情報に基づいて指令トルクＴｔｒｇを算出し、ＣＡＮ等の通信手段であるＶＣＵ通信Ｉ／Ｆ部０１２およびＭＣＵ通信Ｉ／Ｆ部０２１でモータ制御装置(ＭＣＵ)０２０へ所定間隔にて送信される。図５の(ａ)では、所定間隔を理解しやすくするために「指令トルク送信タイミングコントロール信号」として記載している。

そして(ｄ)に関し、モータ制御装置(ＭＣＵ)０２０では、車両コントロールユニット(ＶＣＵ)０１０から送信されてきた指令トルクＴｔｒｇに基づきモータ制御トルクＴｃｎｔ(Ｔｃｎｔ(ｎ))を算出する。モータ制御トルク更新に同期しモータ駆動トルクＴｍ(Ｔｍ(Ｎ))も更新される。なお指令トルクＴｔｒｇとモータ制御トルクＴｃｎｔの動作には、車両コントロールユニットとモータ制御装置間通信のデータ送信間隔による遅れがある。

そして(ｅ)に関し、モータ駆動トルクＴｍとモータ回転数によりモータ制御(駆動)電流が決まる。従来制御では、モータ制御トルクＴｃｎｔ更新時にのみモータ駆動トルクＴｍが更新されていたため、モータ制御トルクが大きく変化する場合、モータ制御トルクの更新に伴いモータ駆動トルクが大きく急激に変化することになる。モータ駆動トルクＴｍが大きく急激に変化した場合、モータ駆動電流も図示のように急変する。

そして(ｆ)(ｇ)に関し、モータ制御(駆動)電流の急変により、車両駆動用バッテリ０５０の電圧Ｖｂ、電流に大きなリプルが発生する。このリプルにより車両駆動用バッテリ０５０が劣化するため、リプルの抑制が必要となる。

以下、図１−５に従ってこの発明による車両用モータ駆動制御装置の動作の一例を説明する。なお、以下の動作が例えば所定周期で繰り返される。また、各種検出器や外部から得られないファクタのデータに関しては、例えばモータ制御装置０２０が記憶部(図示省略)にデータや、データの別のデータの変化に伴う変化を示すテーブルや、データを求めるための関数として格納し、データやテーブルから直接得たり、関数を使用して計算により求める。また求めたデータは必要な所定期間記憶しておく。

最初に図３のステップＳ０１では、ＭＣＵ０２０のＭＣＵ通信Ｉ／Ｆ部０２１において、ＶＣＵ０１０より送信されてくる指令トルク(Ｔｔｒｇ(ｎ))を受信し、モータ制御装置（ＭＣＵ）内でモータ制御トルク(Ｔｃｎｔ(ｎ))とする。
ｎ：ＶＣＵ０１０から送信されてくる指令トルクの更新毎のカウンタ(カウント値)

以降の制御は基本的にモータ駆動トルク演算部０２２において行われる。
次にステップＳ０２では、モータ駆動トルクの分割出力要否判定のために、モータ制御トルク(Ｔｃｎｔ(ｎ))更新時に出力中(更新前)のモータ駆動トルク(Ｔｍ(Ｎ−１))との変化有無を式(１)で確認する。モータ制御トルクの変化がない場合、処理を終了する。変化がある場合、ステップＳ０３へ進む。
Ｔｃｎｔ(ｎ)＝Ｔｍ(Ｎ−１) (１)
Ｔｍ(Ｎ−１)：モータ駆動トルク前回更新値(モータ制御トルク更新直前出力)
Ｎ：ＭＣＵ０２０より出力されるモータ駆動トルクの更新毎のカウンタ(カウント値)

ステップＳ０３では、ステップＳ０１で算出されたモータ制御トルク(Ｔｃｎｔ(ｎ))と前回算出モータ駆動トルク(Ｔｍ(Ｎ−１))との比較を行い、モータ制御トルクが０または力行側から力行側への変化か否かを判定し、モータ制御トルクの変化が０[Ｎｍ]以上から力行への変化の場合、モータ制御トルク偏差(ΔＴｃｎｔ(ｎ))算出のためにステップＳ０４へ進み、それ以外の場合、ステップＳ０５へ進む。

次にステップＳ０４では、モータ制御トルクの変化が０[Ｎｍ]以上→力行の場合、モータ制御トルク偏差ΔＴｃｎｔ(ｎ)を式(２)に基づいて算出する。
ΔＴｃｎｔ(ｎ)＝Ｔｃｎｔ(ｎ)−Ｔｍ(Ｎ−１)＋Ｔｃｏ(ｎ−２) (２)
Ｔｃｏ：残存トルク

ステップＳ０５では、ステップＳ０１で算出されたモータ制御トルク(Ｔｃｎｔ(ｎ))と前回算出モータ駆動トルク(Ｔｍ(Ｎ−１))との比較を行い、モータ制御トルクの変化が回生から力行への変化した場合ステップＳ０６へ進み、それ以外の時はステップＳ０７へ進む。

ステップＳ０６では、モータ制御トルクの変化が回生から力行の場合、モータ制御トルク偏差を下式とする。
ΔＴｃｎｔ(ｎ)＝力行側モータ制御トルク変化

ステップＳ０７では、ステップＳ０１で算出されたモータ制御トルク(Ｔｃｎｔ(ｎ))と前回算出モータ駆動トルク(Ｔｍ(Ｎ−１))との比較を行い、モータ制御トルクの変化が力行から回生への変化の場合ステップＳ０８へ進み、それ以外の時はステップＳ０９へ進む。

ステップＳ０８では、モータ制御トルクの変化が力行から回生の場合、モータ制御トルク偏差を下式とする。
ΔＴｃｎｔ(ｎ)＝回生側モータ制御トルク変化

ステップＳ０９では、モータ制御トルクが０または回生側から回生への変化と判断しモータ制御トルク偏差を式(２)に基づいて算出する。
ΔＴｃｎｔ(ｎ)＝Ｔｃｎｔ(ｎ)−Ｔｍ(Ｎ−１)＋Ｔｃｏ(ｎ−２) (２)
Ｔｃｏ：残存トルク

ステップＳ１０では、算出されたモータ制御トルク偏差ΔＴｃｎｔ(ｎ)の力行・回生側モータ駆動トルクの最大偏差に対する割合ΔＴｃｒを式(３)に基づいて算出する。
ΔＴｃｒ＝ΔＴｃｎｔ(ｎ)／ΔＴｒｑ(ｍａｘ) (３)
ΔＴｒｑ(ｍａｘ)：力行・回生側モータ駆動トルクの最大偏差

ステップＳ１１では、モータ制御トルクＴｃｎｔが更新された時点の車両駆動用バッテリ電圧(Ｖｂ)を計測する。
そして、車両駆動用バッテリ電圧(Ｖｂ)が動作保障下限電圧時に発生する電圧リプル最大値(Ｖｒｖ(ｍａｘ))と、計測したバッテリ電圧(Ｖｂ)に基づいた電圧リプル補正係数(Ｋｖｂ)と、０[Ｎｍ]からの最大トルク変化(ΔＴｒｑ(ｍａｘ))に対するモータ制御トルク変化量(偏差)(ΔＴｃｎｔ(ｎ))の割合(ΔＴｃｒ)とを用い、式(４)にてモータ制御トルク変化時のバッテリ電圧に基づく推定電圧リプル(Ｖｅｒｖ)を算出する。
さらに、車両駆動用バッテリ電圧(Ｖｂ)が動作保障下限電圧時に発生する電流リプル最大値(Ｉｒｖ(ｍａｘ))と、計測したバッテリ電圧(Ｖｂ)に基づいた電流リプル補正係数(Ｋｉｂ)と、０[Ｎｍ]からの最大トルク変化(ΔＴｒｑ(ｍａｘ))に対するモータ制御トルク変化量(偏差)(ΔＴｃｎｔ(ｎ))の割合(ΔＴｃｒ)とを用い、式(５)にてモータ制御トルク変化時のバッテリ電圧に基づく推定電流リプル(Ｉｅｒｖ)を算出する。
Ｖｅｒｖ＝ΔＴｃｒ・Ｖｒｖ(ｍａｘ)・Ｋｖｂ (４)
Ｉｅｒｖ＝ΔＴｃｒ・Ｉｒｖ(ｍａｘ)・Ｋｉｂ (５)

ステップＳ１２では、モータ制御トルクＴｃｎｔが更新された時点の車両駆動用バッテリＳＯＣを計測する。
そして、車両駆動用バッテリＳＯＣが動作保障最低ＳＯＣ時に発生する電圧リプル最大値(Ｖｒｓ(ｍａｘ))と、計測したＳＯＣに基づいた電圧リプル補正係数(Ｋｖｓ)と、０[Ｎｍ]からの最大トルク変化(ΔＴｒｑ(ｍａｘ))に対するモータ制御トルク変化量(ΔＴｃｎｔ(ｎ))の割合(ΔＴｃｒ)とを用い、式(６)にてモータ制御トルク変化時のＳＯＣに基づく推定電圧リプル(Ｖｅｒｓ)を算出する。
さらに、車両駆動用バッテリＳＯＣが動作保障最低ＳＯＣ時に発生する電流リプル最大値(Ｉｒｓ(ｍａｘ))と、計測したＳＯＣに基づいた電流リプル補正係数(Ｋｉｓ)と、０[Ｎｍ]からの最大トルク変化(ΔＴｒｑ(ｍａｘ))に対するモータ制御トルク変化量(ΔＴｃｎｔ(ｎ))の割合(ΔＴｃｒ)とを用い、式(７)にてモータ制御トルク変化時のＳＯＣに基づく推定電流リプル(Ｉｅｒｓ)を算出する。
Ｖｅｒｓ＝ΔＴｃｒ・Ｖｒｓ(ｍａｘ)・Ｋｖｓ (６)
Ｉｅｒｓ＝ΔＴｃｒ・Ｉｒｓ(ｍａｘ)・Ｋｉｓ (７)

ステップＳ１３では、バッテリ温度センサ０５２の故障を確認し、故障していなければバッテリ温度センサ０５２に基づいた推定電圧及び電流リプル算出のためにステップＳ１４へ進む。バッテリ温度センサ０５２が故障していれば、バッテリ温度固定値での推定電圧及び電流リプル算出のためにステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１４では、モータ制御トルクＴｃｎｔが更新された時点の車両駆動用バッテリ温度(Ｔｂ)を計測する。
そして、車両駆動用バッテリ温度(Ｔｂ)が動作保障最低温度時に発生する電圧リプル最大値(Ｖｒｔ(ｍａｘ))と、計測した車両駆動用バッテリ温度(Ｔｂ)に基づいた電圧リプル補正係数(Ｋｖｔ)と、０[Ｎｍ]からの最大トルク変化(ΔＴｒｑ(ｍａｘ))に対するモータ制御トルク変化量(ΔＴｃｎｔ(ｎ))の割合(ΔＴｃｒ)とを用い、式(８)にてモータ制御トルク変化時の車両駆動用バッテリ温度(Ｔｂ)に基づく推定電圧リプル(Ｖｅｒｔ)を算出する。
さらに、車両駆動用バッテリ温度(Ｔｂ)が動作保障最低温度時に発生する電流リプル最大値(Ｉｒｔ(ｍａｘ))と、計測した車両駆動用バッテリ温度(Ｔｂ)に基づいた電流リプル補正係数(Ｋｉｔ)と、０[Ｎｍ]からの最大トルク変化(ΔＴｒｑ(ｍａｘ))に対するモータ制御トルク変化量(ΔＴｃｎｔ(ｎ))の割合(ΔＴｃｒ)とを用い、式(９)にてモータ制御トルク変化時の車両駆動用バッテリ温度(Ｔｂ)に基づく推定電流リプル(Ｉｅｒｔ)を算出する。
Ｖｅｒｔ＝ΔＴｃｒ・Ｖｒｔ(ｍａｘ)・Ｋｖｔ (８)
Ｉｅｒｔ＝ΔＴｃｒ・Ｉｒｔ(ｍａｘ)・Ｋｉｔ (９)

ステップＳ１５では、車両駆動用バッテリ０５０の温度を検出する温度センサ０５２故障時には、車両駆動用バッテリ温度(Ｔｂ)が動作保障最低温度時に発生する電圧リプル最大値(Ｖｒｔ(ｍａｘ))と、０[Ｎｍ]からの最大トルク変化(ΔＴｒｑ(ｍａｘ))に対するモータ制御トルク変化量(ΔＴｃｎｔ(ｎ))の割合(ΔＴｃｒ)とを用い、式(１０)にて推定電圧リプル(Ｖｅｒｔ)を算出する。
さらに、車両駆動用バッテリ温度(Ｔｂ)が動作保障最低温度時に発生する電流リプル最大値(Ｉｒｔ(ｍａｘ))と、０[Ｎｍ]からの最大トルク変化(ΔＴｒｑ(ｍａｘ))に対するモータ制御トルク変化量(ΔＴｃｎｔ(ｎ))の割合(ΔＴｃｒ)とを用い、式(１１)にて推定電流リプル(Ｉｅｒｔ)を算出する。
Ｖｅｒｔ＝ΔＴｃｒ・Ｖｒｔ(ｍａｘ) (１０)
Ｉｅｒｔ＝ΔＴｃｒ・Ｉｒｔ(ｍａｘ) (１１)

ステップＳ１６では、各条件毎に算出された推定電圧及び電流リプルについて、式(１２)(１３)にて推定最大電圧リプル(Ｖｅｒ(ｍａｘ)、推定最大電流リプル(Ｉｅｒ(ｍａｘ)を抽出する。
Ｖｒｅ(ｍａｘ)＝ｍａｘ(Ｖｅｒｖ，Ｖｅｒｓ，Ｖｅｒｔ) (１２)
Ｉｅｒ(ｍａｘ)＝ｍａｘ(Ｉｅｒｖ，Ｉｅｒｓ，Ｉｅｒｔ) (１３)

図４のステップＳ１７では、モータ制御トルクの変化に基づいて算出された推定電圧及び電流リプルについて、推定最大電圧リプル(Ｖｅｒ(ｍａｘ))が許容電圧リプル(Ｖｐｒ)以上の場合、推定最大電流リプル(Ｉｅｒ(ｍａｘ))が許容電流リプル(Ｉｐｒ)以上の場合、の少なくとも一方の条件が成立する場合、推定電圧及び電流リプルが車両駆動用バッテリ０５０を劣化させると判定し、モータ駆動トルク分割出力の準備のためステップＳ１８へ進む。
推定最大電圧リプル(Ｖｅｒ(ｍａｘ))が許容電圧リプル(Ｖｐｒ)よりも小さい場合、かつ、推定最大電流リプル(Ｉｅｒ(ｍａｘ))が許容電流リプル(Ｉｐｒ)よりも小さい場合、推定電圧及び電流リプルは車両駆動用バッテリを劣化させないと判断し、ステップＳ１９へ進む。
なお、ここで許容電圧リプル(Ｖｐｒ)の許容電圧とは、モータ制御トルク更新時の車両駆動用バッテリ電圧(Ｖｂ)と車両駆動用バッテリ０５０の最低動作保障電圧(Ｖｂ(ｍｉｎ))との差分であり式(１４)で表す。また、許容電流リプル(Ｉｐｒ)の許容電流は、車両駆動用バッテリ０５０の最大許容電流より所定値以上大きい値の電流(Ｉｓ(ｍａｘ))であり式(１５)で表す。
Ｖｐｒ＝Ｖｂ−Ｖｂ(ｍｉｎ) (１４)
Ｉｐｒ＝Ｉｓ(ｍａｘ) (１５)

ステップＳ１８では、算出されたモータ制御トルク偏差(ΔＴｃｎｔ)を一度にモータ駆動トルク(Ｔｍ(ｎ))へ反映した場合、抽出された推定最大電圧リプル(Ｖｅｒ(ｍａｘ))、推定最大電流リプル(Ｉｅｒ(ｍａｘ))のいずれか一方、もしくは両方が、車両駆動用バッテリを劣化させると判断し、車両駆動用バッテリ０５０の劣化を起こさない電圧リプルとなるモータ制御トルク偏差(ΔＴｃｎｔ(ｎ))の必要分割数(Ｄｔｖｃ)を式(１６)で求める。また、電流リプルに基づく必要分割数(Ｄｔｉｃ)については式(１７)で求める。ここで、所定値Ｖｋｒは、許容電圧リプル(Ｖｐｒ)よりも所定値以上大きい値であり、Ｉｋｒは、許容電流リプル(Ｉｐｒ)よりも所定値以上大きい値を設定している。
Ｄｔｖｃ＝Ｖｅｒ(ｍａｘ)／Ｖｋｒ (１６)
Ｄｔｉｃ＝Ｉｅｒ(ｍａｘ)／Ｉｋｒ (１７)

ステップＳ１９では、推定最大電圧リプル(Ｖｅｒ(ｍａｘ))および推定最大電流リプル(Ｉｅｒ(ｍａｘ))が車両駆動用バッテリの劣化を起こさないため、モータ制御トルク(Ｔｃｎｔ(ｎ))を分割せずモータ駆動トルク(Ｔｍ(Ｎ))更新時に反映し処理を終了する。

ステップＳ２０では、算出された電圧リプルに基づくモータ制御トルク必要分割数(Ｄｔｖｃ)と電流リプルに基づくモータ制御トルク必要分割数(Ｄｔｉｃ)の多い方を抽出しモータ制御トルク偏差の最大必要分割数Ｄｔｃ(ｍａｘ)とする(Ｄｔｃ(ｍａｘ)＝ｍａｘ(Ｄｔｖｃ，Ｄｔｉｃ))。

ステップＳ２１では、モータ駆動トルク(Ｔｍ)へ加算するモータ駆動トルク分割変化量(Ｔｍｄ)は、モータ制御トルク偏差(ΔＴｃｎｔ)と最大必要分割数Ｄｔｃ(ｍａｘ)で式(１８)により求める。
Ｔｍｄ＝ΔＴｃｎｔ(ｎ)／Ｄｔｃ(ｍａｘ) (１８)

ステップＳ２２では、モータ制御トルク分割変化時のモータ駆動トルク(Ｔｍ(Ｎ))は式(１９)にて設定される。
Ｔｍ(Ｎ)＝Ｔｍ(Ｎ−１)＋Ｔｍｇ(ｎ)＋Ｔｍｄ(Ｎ) (１９)
Ｔｍ(Ｎ)：モータ駆動トルク今回出力値(モータ制御トルク(Ｔｃｎｔ(ｎ)更新時更新))
Ｔｍ(Ｎ−１)：モータ駆動トルク前回出力値
Ｔｍｇ(ｎ)：モータ駆動トルク更新時、分割出力が不要と判断したモータ駆動トルク
Ｔｍｄ(Ｎ)：モータ駆動トルク分割変化量
ここで、Ｔｍｇ(ｎ)は、例えば、モータ制御トルク変化が回生→力行となった際の回生→０[Ｎｍ]トルク変化を示す

ステップＳ２３では、モータ駆動トルク分割回数のカウンタをインクリメントする。

ステップＳ２４では、抽出された車両駆動用バッテリの劣化を起こさないモータ制御トルク(Ｔｃｎｔ(ｎ))の最大必要分割数(Ｄｔｃ(ｍａｘ))が、モータ制御トルク(Ｔｃｎｔ)の更新周期間のモータ駆動トルク更新可能回数(Ｎｄｃ)以下か判定し、Ｎｄｃ以下の場合は、ステップＳ２５へ進む。Ｄｔｃ(ｍａｘ)がＮｄｃよりも大きな場合は、ステップＳ２６へ進む。モータ駆動トルク更新可能回数(Ｎｄｃ)は、モータ制御トルクＴｃｎｔの更新間隔(Ｔｉｎｔ)を所定値で割った数値を設定する。ここで所定値とは、発生した電圧及び電流リプルが概ね収束する時間を想定し、モータ電流応答時間(Ｔｒｅｓ)の２倍よりも若干長い(２倍よりも所定値長い)時間とした。
Ｎｄｃ＝Ｔｉｎｔ／(Ｔｒｅｓ＋Ｔｍｊ) (２０)

ステップＳ２５では、モータ駆動トルク分割出力の加算回数（Ｎ）が最大必要分割数を満足するまで繰り返し(Ｎ＝Ｄｔｃ(ｍａｘ))、すなわちモータ駆動トルク分割出力の加算を繰り返して、処理を終了する。

ステップＳ２６では、モータ駆動トルク分割出力の加算回数(Ｎ)をモータ制御トルクＴｃｎｔの更新間隔(周期期間)(Ｔｉｎｔ)のモータ駆動トルク更新可能回数(Ｎｄｃ)まで加算する。すなわちモータ駆動トルク分割出力の加算をＮｄｃ回繰り返す。Ｎｄｃ回加算終了後、次回モータ制御トルクに加算する持越しモータ駆動トルク(Ｔｃｏ(ｎ))算出のために、ステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２７では、モータ制御トルクＴｃｎｔの更新間隔(Ｔｉｎｔ)内に出力できなかった分割出力モータ駆動トルクの残存トルクＴｃｏ(ｎ)を、未加算回数と分割出力モータ駆動トルクに基づき算出し、処理を終了する。
残存トルクＴｃｏ(ｎ)＝(Ｄｔｃ(ｍａｘ)−Ｎｄｃ)・Ｔｍｄ

そして上述のようにモータ駆動トルク／モータ駆動電流信号変換部０２３では、モータ駆動トルク演算部０２２にて設定されたモータ駆動トルクＴｍがモータ駆動用電流信号Ｃｄｒｖへ変換される。
そしてＰＷＭ(パルス幅変調)変換部０２４では、モータ駆動用電流信号Ｃｄｒｖに基づきインバータ０３０を制御してモータ０４１を駆動するための駆動信号(パルス幅変調信号)が発生される。

図６は従来とこの発明の制御の比較を説明するための車両用モータ駆動制御装置の各部の動作を示す図である。(ａ)はモータ制御トルクＴｃｎｔ、(ｂ)はモータ制御トルク偏差ΔＴｃｎｔ、(ｃ)はモータ駆動トルク分割変化量Ｔｍｄ、(ｄ)はモータ駆動トルクＴｍ、(ｅ)はバッテリ電流Ｖｉ、(ｆ)はバッテリ電圧Ｖｂを示す。

図６は、車両コントロールユニット(ＶＣＵ)０１０からの指令トルクＴｔｒｇの急変に伴いモータ制御装置(ＭＣＵ)０２０内のモータ制御トルクＴｃｎｔが急変した際のモータ駆動トルクＴｍ、車両駆動用バッテリ０５０のバッテリ電流Ｖｉ、バッテリ電圧Ｖｂの挙動について従来制御とこの発明による制御の比較を説明するためのタイミングチャートである。図中、実線はこの発明の新制御による挙動を示し、点線は従来制御による挙動を示す。

車両コントロールユニット０１０からの指令トルク更新タイミングｎにおいて、図６の(ａ)の○１に示すように、モータ制御トルクＴｃｎｔが急激に増加する。
従来制御では、(ｄ)の○２に示すように、指令トルクに基づきモータ制御装置０２０にて、 モータ駆動トルクＴｍを出力していた。
そしてモータ駆動トルクＴｍの出力増加に伴い、モータ駆動電流(図５の(ｄ)参照)が増加する。モータ駆動電流の増加に伴い、従来制御では車両駆動用バッテリ０５０の持ち出し電流(図５の(ｅ)参照)が急激に増加し、これにより(ｅ)の○３に示すように、車両駆動用バッテリ０５０の最大許容持ち出し電流を超える電流リプルが発生する場合がある。
また車両駆動用バッテリ０５０の持ち出し電流が急激に増加するのに伴い、(ｆ)の○４に示すように、バッテリ電圧Ｖｂの低下が発生し車両駆動用バッテリの最低動作保障電圧を下回る電圧リプルが発生する場合がある。
これにより、上記○３、○４の電流リプル、電圧リプルが原因で車両駆動用バッテリ０５０を劣化させるという問題がある。

これに対してこの発明の制御では、従来制御で問題となっているバッテリの劣化を防止するために、モータ駆動トルクＴｍの急変を抑制する。図６の(ｂ)の○５に示すように、モータ制御トルクＴｃｎｔの更新タイミングにて、モータ制御装置０２０でモータ制御トルク更新直前のモータ駆動トルクＴｍ(Ｎ−１)と更新されたモータ制御トルクＴｃｎｔ(ｎ)との差分より、モータ制御トルクの分割出力要否判定のためのモータ制御トルク偏差ΔＴｃｎｔを算出する。
例えば、ΔＴｃｎｔ＝Ｔｃｎｔ(ｎ)−Ｔｍ(Ｎ−１)
そしてモータ制御トルク更新時の車両駆動用バッテリ０５０の状態とΔＴｃｎｔに基づいて、図６の(ｃ)の○６に示すように、モータ制御トルクＴｃｎｔの最大必要分割数Ｄｔｃ(ｍａｘ)およびモータ駆動トルク分割変化量Ｔｍｄを算出する。
そしてモータ制御トルクの変化に対しモータ駆動トルクＴｍを○６にて算出されたモータ駆動トルク分割変化量Ｔｍｄに基づいて、図６の(ｄ)の○７に示すように、モータ駆動トルクＴｍを段階的に変化させる。
モータ制御トルクの変化量をモータ駆動トルクとして出力する際に、モータ制御トルク更新間隔中に分割出力させるため、モータ駆動トルク変化に伴うモータ駆動電流の変化量が分割され、図６の(ｅ)の○８に示すように、従来制御で問題となっていた車両駆動用バッテリ０５０のバッテリ電流Ｖｉにおける最大許容持ち出し電流を超える電流リプルを抑制することができる。
また上記○８と同様の理由で、図６の(ｆ)の○９に示すように、従来制御で問題となっていた車両駆動用バッテリ０５０のバッテリ電圧Ｖｂにおける最低動作保障電圧を超える電圧リプルを抑制することができる。

図７はこの発明の制御の指令トルクの変化が大きい場合の動作を説明するための車両用モータ駆動制御装置の各部の動作を示す図である。(ａ)はモータ制御トルクＴｃｎｔ、(ｂ)はモータ制御トルク偏差ΔＴｃｎｔ、(ｃ)はΔＴｃｎｔ(ｎ)時のモータ駆動トルク分割変化、(ｄ)はモータ駆動トルク分割変化量Ｔｍｄ、(ｅ)はモータ駆動トルクＴｍ、(ｆ)はバッテリ電流Ｖｉ、(ｇ)はバッテリ電圧Ｖｂを示す。

図７は車両コントロールユニット０１０からの指令トルクＴｍの急変量が大きくモータ駆動トルクＴｍの分割出力を行った際に、指令トルク更新間隔中に分割出力が完了しない場合について、この発明の制御の動作を説明するためのタイミングチャートである。図中、実線はこの発明の新制御による挙動を示し、点線は従来制御による挙動を示す。

車両コントロールユニット０１０からの指令トルク更新タイミングｎにおいて、図７の(ａ)の○１に示すように、モータ制御トルクＴｃｎｔが急激に増加する。
モータ制御トルク更新タイミングにてモータ制御装置０２０で、図７の(ｂ)の○２に示すように、モータ制御トルク更新直前のモータ駆動トルクＴｍ(Ｎ−１)と更新されたモータ制御トルクＴｃｎｔ(ｎ)との差分より、モータ制御トルクの分割出力要否判定のためのモータ制御トルク偏差ΔＴｃｎｔを算出する。
例えば、ΔＴｃｎｔ(ｎ)＝Ｔｃｎｔ(ｎ)−Ｔｍ(Ｎ−１)
そしてモータ制御トルク更新時の車両駆動用バッテリ０５０の状態とΔＴｃｎｔに基づいて、図７の(ｄ)の○３に示すように、モータ制御トルクＴｃｎｔの最大必要分割数Ｄｔｃ(ｍａｘ)およびモータ駆動トルク分割変化量Ｔｍｄを算出する。
そしてモータ制御トルクの変化に対しモータ駆動トルクＴｍを、○３にて算出されたモータ制御トルクの分割変化量(分割加算モータ駆動トルク)Ｔｍｄに基づいて、図７の(ｅ)の○４に示す段階的に変化させる。
モータ制御トルクの変化量をモータ駆動トルクとして出力する際に、モータ制御トルク更新間隔中に分割出力させるため、モータ駆動トルク変化に伴うモータ駆動電流の変化量が分割され、図７の(ｆ)の○５に示すように、従来制御で問題となっていた車両駆動用バッテリ０５０のバッテリ電流Ｖｉにおける最大許容持ち出し電流を超える電流リプルを抑制することができる。
また上記○５と同様の理由で、図７の(ｇ)の○６に示すように、従来制御で問題となっていた車両駆動用バッテリ０５０のバッテリ電圧Ｖｉにおける最低動作保障電圧を超える電圧リプルを抑制することができる。

図７の場合、図７の(ｃ)の○７に示すように、ΔＴｃｎｔ(ｎ)より算出されるＤｔｃ(ｍａｘ)＝６回に対し、モータ駆動トルク更新可能回数(Ｎｄｃ)＝５回であるため、モータ制御トルク分割１回分がモータ制御トルクＴｃｎｔ(ｎ)時のモータ駆動トルクとして更新されない。

そこで、図７の(ｂ)の○８に示すように、モータ制御トルク更新タイミングｎ＋１におけるモータ制御トルク偏差ΔＴｃｎｔ(ｎ＋１)は、モータ制御トルクＴｃｎｔの偏差とモータ制御トルク偏差ΔＴｃｎｔ(ｎ)のうち、モータ制御トルク更新間隔期間中にモータ駆動トルク分割変化出力されなかった残留トルクＴｃｏ(ｎ)を加算し、モータ制御トルク偏差ΔＴｃｎｔ(ｎ＋１)とする。
ΔＴｃｎｔ(ｎ＋１)＝Ｔｃｎｔ(ｎ＋１)−Ｔｃｎｔ(ｎ)＋Ｔｃｏ(ｎ)
そして、モータ制御トルク更新時の車両駆動用バッテリ０５０の状態と、ΔＴｃｎｔ(ｎ＋１)に基づいて、モータ制御トルクＴｃｎｔの最大必要分割数Ｄｔｃ(ｍａｘ)（ｎ＋１）および図７の(ｄ)の○９に示すモータ駆動トルク分割変化量Ｔｍｄ(ｎ＋１)を算出する。
そして、図７の(ｅ)の○１０に示すように、モータ制御トルクの変化に対しモータ駆動トルクを○９にて算出されたモータ駆動トルク分割変化量Ｔｍｄ(ｎ＋１)に基づいて段階的に変化させる。
これによりバッテリ電流Ｖｉでは、図７の(ｆ)の○１１に示すように、○５と同様の効果が得られ、またバッテリ電圧Ｖｂでも、図７の(ｇ)の○１２に示すように、○６と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態においては、ステップＳ２１の分割加算モータ駆動トルク(モータ駆動トルク分割変化量)Ｔｍｄを求めるために、ステップＳ１１のバッテリ電圧Ｖｂ、ステップＳ１２のＳＯＣ、そしてステップＳ１３〜Ｓ１５のバッテリ温度Ｔｂ、でそれぞれに推定電圧及び電流リプルを求め、ステップＳ１７で推定電圧、電流リプルの最大値を抽出し、この推定最大電圧および電流リプルに基づいて最終的に分割加算モータ駆動トルクＴｍｂを求めている。しかしながら、例えば上記バッテリ電圧Ｖｂ、ＳＯＣ、バッテリ温度Ｔｂのいずれか２つから推定最大電圧および電流リプルを求めてもよい。さらには最大値を抽出することなく、上記バッテリ電圧Ｖｂ、ＳＯＣ、バッテリ温度Ｔｂのいずれか１つに基づく推定電圧および電流リプルを推定最大電圧および電流リプルとして分割加算モータ駆動トルクＴｍｂを求めてもよい。

またこの発明は上記実施の形態の車両用モータ制御装置に限定されず、色々な用途に使用されるモータのためのモータ制御装置に適用可能である。

０００ 電動化車両、０１０ 車両コントロールユニット、０１１ 指令トルク演算部、０１２ ＶＣＵ通信Ｉ／Ｆ部、０２０ モータ制御装置、０２１ ＭＣＵ通信Ｉ／Ｆ部、０２２ モータ駆動トルク演算部、０２３ モータ駆動トルク→モータ駆動電流信号変換部、０２４ ＰＷＭ(パルス幅変調)変換部、０２５ モータ回転速度検出部、０２６ ＳＣＯ算出部、０３０ モータインバータ、０３１ インバータ回路(ＰＤ)、０３２ 電流センサ、０４０ 車両駆動用モータ、０４１ モータ、０４２ 磁極位置センサ、０５０ 車両駆動用バッテリ、０５１ バッテリ本体、０５２ バッテリ温度センサ、１００ アクセルペダル、１０１ アクセル開度検出部、２００ 通信ケーブル。

Claims (16)

1. モータへバッテリの直流電流を交流電流に変換して供給し駆動させるインバータに対し、外部からの指令トルク信号に従ったモータ制御トルクからモータ駆動トルクを算出し、算出した前記モータ駆動トルクに基づいて生成した駆動制御信号を供給するモータ制御装置であって、
   前記モータ制御トルク更新時に出力中の前記モータ駆動トルクとの変化が発生した場合に、バッテリの状態情報に基づき、次回の前記モータ制御トルクの更新までの間に、更新前後のモータ制御トルク偏差を分割して前記モータ駆動トルクを算出し前記モータ駆動トルクを段階的に変化させるモータ制御装置。
2. 前記モータ制御トルクの変化が更新前から後においてモータ制御トルクが０または力行側から力行への変化、またはモータ制御トルクが０または回生側から回生への変化の場合、前記モータ駆動トルクの変化量を前記モータ制御トルク偏差に基づいて算出する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記モータ制御トルクの変化が更新前から後において回生から力行の場合、前記モータ駆動トルクの変化量を力行側のモータ制御トルク変化分のモータ制御トルク偏差に基づいて算出する請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータ制御トルクの変化が更新前から後において力行から回生の場合、前記モータ駆動トルクの変化量を回生側のモータ制御トルク変化分のモータ制御トルク偏差に基づいて算出する請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記モータ制御トルク偏差が発生した場合、前記モータ駆動トルクへ加算するモータ駆動トルク分割変化量を、前記バッテリの電圧に基づいてバッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルを算出し、前記バッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルに従って求める請求項１から４までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記モータ制御トルク偏差が発生した場合、前記モータ駆動トルクへ加算するモータ駆動トルク分割変化量を、前記バッテリのＳＯＣに基づいてバッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルを算出し、前記バッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルに従って求める請求項１から４までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記モータ制御トルク偏差が発生した場合、前記モータ駆動トルクへ加算するモータ駆動トルク分割変化量を、前記バッテリの温度に基づいてバッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルを算出し、前記バッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルに従って求める請求項１から４までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 前記バッテリに設けられたバッテリ温度センサの故障によるバッテリ温度検出不可時には、バッテリ温度が動作保証最低値時に発生する前記バッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルに従って前記モータ駆動トルク分割変化量を求める請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 前記モータ制御トルク偏差が発生した場合、前記モータ駆動トルクへ加算するモータ駆動トルク分割変化量を、前記バッテリのバッテリ電圧、ＳＯＣ、バッテリ温度のそれぞれに基づいてバッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルを算出し、前記バッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルの最大値を抽出し、前記最大値に従って求める請求項１から４までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
10. 算出された前記バッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルが所定の許容値との比較によりバッテリの劣化を起こさないと判定した場合は、モータ駆動トルクの分割を行わない請求項５から９までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
11. 算出された前記バッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルの最大値に基づいてモータ制御トルク偏差の分割数を算出する請求項９に記載のモータ制御装置。
12. 前記バッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルに基づいて算出される前記モータ制御トルクの分割数が、前記モータ制御トルクの更新周期間のモータ駆動トルクの更新可能回数以下の場合、算出された分割数に基づいて前記モータ駆動トルクの変更を行う請求項５から１１までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
13. 前記バッテリの推定電圧リプル及びバッテリの推定電流リプルに基づいて算出される前記モータ制御トルクの分割数が、前記モータ制御トルクの更新周期間のモータ駆動トルクの更新可能回数を超える場合、更新できない残存トルクを次回のモータ制御トルクへ加算する請求項５から１２までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
14. 前記モータ駆動トルクの更新周期は、モータ電流応答時間の２倍以上である請求項１から１３までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
15. 車両駆動用のモータ制御装置である請求項１から１４までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
16. モータへバッテリの直流電流を交流電流に変換して供給し駆動させるインバータに対し、外部からの指令トルク信号に従ったモータ制御トルクからモータ駆動トルクを算出し、算出した前記モータ駆動トルクに基づいて生成した駆動制御信号を供給するモータ制御方法であって、
    バッテリの状態情報に基づき、次回の前記モータ制御トルクの更新までの間に、更新前後のモータ制御トルク偏差を分割して前記モータ駆動トルクを算出し前記モータ駆動トルクを段階的に変化させるモータ制御方法。

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