JP5939316B2 - 誘導モータ制御装置および誘導モータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘導モータの制御装置および制御方法に関する。

杉本英彦、小山正人、玉井伸三著の「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」の７２−９８頁には、誘導電動機のステータに流す三相交流電流を、電源角周波数（＝モータ電気角周波数＋すべり角周波数）に同期した直交二軸座標系に変換した磁束電流とトルク電流を調整することによってモータトルクを制御する誘導モータ用ベクトル制御が開示されている。すべり角周波数をトルク電流とロータ磁束の比率に比例するように制御する場合、励磁電流に対して遅れを伴って発生するロータ磁束と、直交するトルク電流との積に誘導モータトルクは比例する。

ＪＰ２００１−４５６１３Ａに記載の同期モータの制振制御装置は、駆動トルク要求値（Ｔ^*）を、車両の駆動軸のねじり振動を抑制する制振フィルタに通して、駆動トルク目標値（Ｔ１^*）を算出している。この同期モータでは、ロータに設けられた永久磁石によってロータ磁束が一定に発生し、一定値であるロータ磁束とトルク電流の積に比例する同期モータの出力トルクは線形な応答値となり、上記駆動トルク目標値（Ｔ１^*）に一致する。

しかしながら、ＪＰ２００１−４５６１３Ａに記載の制振フィルタを誘導モータの制御系に単純に適用する場合、後述する問題が生じる。すなわち、駆動トルク要求値に対して制振フィルタを適用することにより得られる駆動トルク目標値は、ねじり振動を低減できる目標値となっているが、誘導モータでは、ロータ磁束遅れに起因してモータの出力トルクが非線形な応答値となってしまうため、駆動トルク目標値に一致しなくなる。このため、駆動軸のねじり振動を抑制することができなくなる。

本発明は、駆動軸のねじり振動を抑制可能な誘導モータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明による誘導モータ制御装置は、車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながる誘導モータを制御する。この誘導モータ制御装置は、モータトルク指令値に基づいて、第１のトルク電流指令値および第１の励磁電流指令値を演算し、第１の励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束を推定する。また、ロータ磁束推定値および第１のトルク電流指令値に基づいて、第１のトルク指令値を算出し、算出した第１のトルク指令値に対して、車両の駆動軸トルク伝達系の固有振動周波数成分を除去するフィルタ処理を施すことによって、第２のトルク指令値を算出する。そして、第２のトルク指令値およびロータ磁束推定値に基づいて、第２のトルク電流指令値を算出し、第１の励磁電流指令値および第２のトルク電流指令値に基づいて、誘導モータの駆動を制御する。

本発明の実施形態については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。

図１は、第１の実施形態における誘導モータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、アクセル開度−トルクテーブルである。 図３は、制振制御演算器の詳細な構成を示すブロック図である。 図４は、磁束推定器の詳細な構成を示すブロック図である。 図５は、車両の駆動軸トルク伝達系をモデル化した図である。 図６Ａは、永久磁石型同期モータにＪＰ２００１−４５６１３Ａに記載の制振フィルタを適用した場合の制御内容を示す図である。 図６Ｂは、ＪＰ２００１−４５６１３Ａに記載の制振フィルタを誘導モータに単純に適用した場合の制御内容を示す図である。 図６Ｃは、第１の実施形態における誘導モータ制御装置の制御内容を示す図である。 図７は、第１の実施形態における誘導モータ制御装置による制御結果の一例を示す図である。 図８は、第２の実施形態における磁束推定器の詳細な構成を示すブロック図である。 図９は、第３の実施形態における磁束推定器の詳細な構成を示すブロック図である。 図１０は、第３の実施形態における誘導モータ制御装置による制御結果の一例を示す図である。 図１１は、第４の実施形態におけるトルク目標値演算器の詳細な構成を示すブロック図である。 図１２は、第４の実施形態における誘導モータ制御装置による制御結果の一例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における誘導モータ制御装置の構成を示すブロック図である。この誘導モータ制御装置は、例えば、電気自動車に適用される。図１では、電気自動車に適用した構成例を示している。なお、電気自動車以外に、例えば、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車にも適用することが可能である。

モータコントローラ７は、車速、アクセル開度、回転子位置信号、駆動モータ１に流れる電流等の各種車両変数の信号をデジタル信号として入力し、各種車両変数に応じて駆動モータ１を制御するＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号に応じてドライブ回路を通じてインバータ２の駆動信号を生成する。

インバータ２は、各相ごとに２対のスイッチング素子（例えばＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ等のパワー半導体素子）を備え、モータコントローラ７によって生成される駆動信号に応じてスイッチング素子をオン／オフすることにより、バッテリ６から供給される直流電圧を交流電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wに変換し、駆動モータ１に供給する。

駆動モータ１は、三相交流誘導モータであり、インバータ２から供給される交流電流により駆動力を発生し、減速機３およびドライブシャフト４を介して、左右の駆動輪５に駆動力を伝達する。また、車両の走行時に駆動輪５に連れ回されて回転するときに、回生駆動力を発生させることで、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。この場合、インバータ２は、駆動モータ１の回生運転時に発生する交流電流を直流電流に変換して、バッテリ６に供給する。

モータコントローラ７の詳細な動作について説明する。

電流センサ８は、三相交流電流のうち、少なくとも２相の電流（例えば、Ｕ相電流ｉ_u、Ｖ相電流ｉ_v）を検出する。検出された２相の電流ｉ_u、ｉ_vは、Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換され、三相／二相電流変換器１０に入力される。なお、電流センサ８を２相のみに取り付ける場合、残りの１相の電流ｉ_wは、次式（１）により求めることができる。

三相／二相電流変換器１０は、３相交流座標系（ｕｖｗ軸）から、後述の電源角速度ωで回転する直交２軸直流座標系（γ−δ軸）への変換を行う。具体的には、ｕ相電流ｉ_u、ｖ相電流ｉ_v、ｗ相電流ｉ_wと、変換用角度演算器１１によって求められる電源角θを入力し、次式（２）より、γ軸電流（励磁電流）ｉγ、δ軸電流（トルク電流）ｉδを算出する。電源角θは、電源角速度ωを積分することによって求められる。

磁極位置検出器１２は、駆動モータ１の回転子位置（角度）に応じたＡ相Ｂ相Ｚ相のパルスを出力する。パルスカウンタ１３は、Ａ相Ｂ相Ｚ相のパルスを入力して、回転子機械角度θ_rmを出力する。角速度演算器１４は、回転子機械角度θ_rmを入力して、その時間変化率より、回転子機械角速度ω_rm、および回転子機械角速度ω_rmにモータ極対数ｐを乗じた回転子電気角速度ω_reを求める。

モータトルク指令値演算器１５は、アクセル開度ＡＰＯおよび車速Ｖに基づいて、図２に示すアクセル開度−トルクテーブルを参照することにより、モータトルク指令値Ｔ_m ^*を算出する。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサや、図示しないブレーキコントローラ等の他のコントローラより通信にて取得する。または、回転子機械角速度ω_rmにタイヤ動半径Ｒを乗算し、ファイナルギアのギア比で除算することにより車速ｖ（ｍ／ｓ）を求め、３６００／１０００を乗算することにより単位変換して、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）を求める。

アクセル開度ＡＰＯ（％）は、図示しないアクセル開度センサから取得するか、図示しない車両コントローラ等の他のコントローラから通信にて取得する。

制振制御演算器１６は、モータトルク指令値Ｔ_m ^*、回転子機械角速度ω_rm、直流電圧値Ｖ_dcを入力し、駆動軸トルクの応答を犠牲にすることなく、駆動力伝達系振動（ドライブシャフト４のねじり振動）を抑制するγ軸電流指令値（励磁電流指令値）ｉγ^*およびδ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉδ^*を算出する。γ軸電流指令値（励磁電流指令値）ｉγ^*およびδ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉδ^*の算出方法については後述する。

直流電圧値Ｖ_dc（Ｖ）は、バッテリ６とインバータ２間の直流電源ラインに設けられた電圧センサ（不図示）、または、図示しないバッテリコントローラから送信される電源電圧値から求める。

励磁電流制御器１７、トルク電流制御器１８はそれぞれ、γ軸電流指令値（励磁電流指令値）ｉγ^*、δ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉδ^*のそれぞれに、計測されたγ軸電流（励磁電流）ｉγ、δ軸電流（トルク電流）ｉδを定常偏差なく所望の応答性で追従させるための電圧指令値を求める。通常、非干渉制御器２０によるγ−δ直交座標軸間の干渉電圧を相殺する制御が理想的に機能すれば、１入力１出力の単純な制御対象特性となるので、簡単なＰＩフィードバック補償器で実現可能である。励磁電流制御器１７、トルク電流制御器１８の出力である各電圧指令値を、非干渉制御器２０の出力である非干渉電圧Ｖγ^* _#dcpl、Ｖδ^* _#dcplを用いて補正（加算）した値を、γ軸電圧指令値（励磁電圧指令値）Ｖγ^*、δ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖδ^*とする。

すべり角周波数制御器１９は、γ軸電流（励磁電流）ｉγ、δ軸電流（トルク電流）ｉδを入力とし、次式（３）、（４）からすべり角速度ω_seを算出する。ただし、Ｍ、Ｒｒ、Ｌｒは誘導モータのパラメータであり、それぞれ相互インダクタンス、ロータ抵抗、ロータ自己インダクタンスを示す。τφは、ロータ磁束の応答時定数であり、ｓはラプラス演算子である。

回転子電気角速度ω_reにすべり角速度ω_seを加算した値を電源角速度ωとする。このすべり角周波数制御を実施することで、誘導モータトルクは、γ軸電流（励磁電流）ｉγ、δ軸電流（トルク電流）iδの積に比例する。

非干渉制御器２０は、計測されたγ軸電流（励磁電流）ｉγ、δ軸電流（トルク電流）ｉδ_s、電源角周波数ωを入力して、γ−δ直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧Ｖγ^* _#dcpl、Ｖδ^* _#dcplを次式（５）より算出する。ただし、σ、Ｌ_sは、誘導モータのパラメータであり、それぞれ漏れ係数、ステータの自己インダクタンスを示す。

二相／三相電圧変換器２１は、電源角速度ωで回転する直交２軸直流座標系（γ−δ軸）から３相交流座標系（ｕｖｗ軸）への変換を行う。具体的には、γ軸電圧指令値（励磁電圧指令値）Ｖγ^*、δ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖδ^*と、電源角速度ωを積分した電源角θを入力し、次式（６）による座標変換処理を行うことによって、ＵＶＷ各相の電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*を算出し、出力する。

ここで、モータトルクＴ_mは、次式（７）で表される。

ただし、φγ、ｉγ、ｉδは、それぞれ次式（８）〜（１０）で表される。

ただし、式（７）中のＫ_Tは、誘導モータのパラメータで決まる係数、式（８）〜（１０）中のτφ、τγ、τδは、それぞれロータ磁束の応答時定数、γ軸電流の応答時定数、δ軸電流の応答時定数である。

図３は、制振制御演算器１６の詳細な構成を示すブロック図である。制振制御演算器１６は、電流指令値演算器２２と、磁束推定器２３と、トルク目標値演算器２４と、トルク電流指令値演算器２５とを備え、電流指令値演算器２２で演算されるγ軸電流指令値ｉγ₁ ^*およびトルク電流指令値演算器２５で演算されるδ軸電流指令値ｉδ₂ ^*を、γ軸電流指令値（励磁電流指令値）ｉγ^*およびδ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉδ^*としてそれぞれ出力する。

電流指令値演算器２２は、モータトルク指令値Ｔ_m*、回転子機械角速度ω_rm、および直流電圧値Ｖ_dcを入力し、第１のγ軸電流指令値ｉγ₁ ^*および第１のδ軸電流指令値ｉδ₁ ^*を算出する。第１のγ軸電流指令値ｉγ₁ ^*および第１のδ軸電流指令値ｉδ₁ ^*は各々、目標モータトルク、モータ回転数（機械角速度ω_rm）、直流電圧Ｖ_dcと、γ軸電流指令値、δ軸電流指令値との関係を定めたマップデータを予めメモリに記憶させておき、このマップデータを参照することで求めることができる。

図４は、磁束推定器２３の詳細な構成を示すブロック図である。磁束推定器２３は、励磁電流応答演算器４１と、トルク電流応答演算器４２と、磁束応答演算器４３と、乗算器４４とを備える。

第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*およびロータ磁束推定値φ^{^}は、それぞれ次式（１１）、（１２）より算出される。

また、式（１１）中のｉδ₁ ^**、および式（１２）中のｉγ₁ ^**は、それぞれ式（１３）、（１４）より算出される。

ただし、式（１１）中のＫ_Tは誘導モータのパラメータで決まる係数であり、式（１２）〜（１４）中のτφ、τγ、τδは、それぞれロータ磁束の応答時定数、γ軸電流の応答時定数、δ軸電流の応答時定数である。

励磁電流応答演算器４１は、式（１３）より、第２のγ軸電流指令値ｉγ₁ ^**を算出し、トルク電流応答演算器４２は、式（１４）より、第２のδ軸電流指令値ｉδ₁ ^**を算出する。磁束応答演算器４３は、式（１２）より、ロータ磁束推定値φ^{^}を算出する。第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*は、式（１１）に示すように、乗算器４４によってロータ磁束推定値φ^{^}と第２のδ軸電流指令値ｉδ₁ ^**とが乗算され、さらにＫ_Tが乗算されて求められる。

図３に示すトルク目標値演算器２４は、第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*に対して、車両の駆動軸トルク伝達系の固有振動周波数成分を除去するフィルタ処理を行って、第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*を算出する（式（１５）参照）。

車両の駆動軸トルク伝達系の固有振動周波数成分を除去するフィルタＧ_INV（ｓ）の導出方法について説明する。図５は、車両の駆動軸トルク伝達系をモデル化した図であり、車両の運動方程式は、次式（１６）〜（２０）で表される。

ここで、各パラメータは下記の通りである。
Ｊ_m：モータイナーシャ
Ｊ_w：駆動軸イナーシャ（１軸分）
Ｋ_d：ドライブシャフトのねじり剛性
Ｋ_t：タイヤと路面の摩擦に関する係数
Ｎ_al：オーバーオールギア比
ｒ：タイヤ荷重半径
ω_m：モータ角速度
ω_w：駆動輪角速度
Ｔ_m：モータトルク
Ｔ_d：駆動軸トルク
Ｆ：駆動力（２軸分）
Ｖ：車速

式（１６）〜（２０）をラプラス変換してモータトルク指令値Ｔ_mからモータ角速度ω_mまでの伝達特性Ｇｐ（ｓ）を求めると、式（２１）、（２２）となる。

ただし、式（２２）中の各パラメータａ₃〜ａ₀、ｂ₃〜ｂ₀は、次式（２３）で表される。

式（２２）を整理して、次式（２４）で表す。ただし、式（２４）中のζ_pとω_pは、それぞれ駆動ねじり振動系の減衰係数と固有振動周波数である。

次に、車両へのトルク入力に対するモータ回転速度の応答目標を示す理想モデルＧ_m（ｓ）と伝達関数Ｇ_INV（ｓ）について説明する。理想モデルＧ_m（ｓ）を式（２５）で表すと、Ｇ_INV（ｓ）は、式（２６）で表される。ただし、式中のζ_mとω_mは、理想モデルの減衰係数と固有振動周波数である。

図３中のトルク電流指令値演算器２５は、第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*とロータ磁束推定値φ^{^}を入力して、次式（２７）より、δ軸電流指令値ｉδ₂ ^*を算出する。

図６Ａは、永久磁石型同期モータに制振フィルタ（ＪＰ２００１−４５６１３Ａ参照）を適用した場合の制御内容を示す図、図６Ｂは、ＪＰ２００１−４５６１３Ａに記載の制振フィルタを誘導モータに単純に適用した場合の制御内容を示す図、図６Ｃは、第１の実施形態における誘導モータ制御装置の制御内容を示す図である。

図６Ａに示すように、永久磁石型同期モータに制振フィルタを適用する場合には、駆動トルク要求値Ｔ^*を制振フィルタＧｍ／Ｇｐに通して駆動トルク目標値Ｔ₂ ^*を求め、駆動トルク目標値Ｔ₂ ^*に基づいて、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*およびｑ軸電流指令値ｉ_q ^*を求めている。永久磁石型同期モータでは、ロータに設けられた永久磁石によってロータ磁束φが一定に発生し、一定値であるロータ磁束φとｑ軸電流の積に比例する同期モータの出力トルクＴは線形な応答となり、上記駆動トルク目標値Ｔ₂ ^*と一致する。

制振フィルタＧｍ／Ｇｐを誘導モータに単純に適用した場合、図６Ｂに示すように、駆動トルク要求値Ｔ^*を制振フィルタＧｍ／Ｇｐに通して得られる駆動トルク目標値Ｔ₂ ^*に基づいて、γ軸電流指令値ｉγ^*およびδ軸電流指令値ｉδ^*を求めることになる。誘導モータでは、ロータ磁束遅れが生じるため、モータ出力トルクＴが非線形な応答値となって、駆動トルク要求値Ｔ^*と一致せず、駆動軸のねじり振動を抑制することができなくなる。

なお、誘導モータでロータ磁束の発生遅れが生じる理由を説明しておく。永久磁石式同期モータでは、ロータに設けられた永久磁石によりロータ磁束が発生するが、誘導モータでは、永久磁石がないため、ロータ自体がロータ磁束を発生することはない。誘導モータでは、ステータに電流を流すことによって発生する磁束によって、かご型形状のロータの金属棒に誘導電流が発生してロータ磁束が発生するため、ロータで発生する磁束は、ステータで発生する磁束に対して遅れが生じるのである。

第１の実施形態における誘導モータ制御装置では、図６Ｃに示すように、駆動トルク要求値Ｔ^*に基づいてγ軸電流指令値ｉγ₁ ^*およびδ軸電流指令値ｉδ₁ ^*を求め、γ軸電流指令値ｉγ₁ ^*に基づいて、ロータ磁束遅れを考慮したロータ磁束推定値φ^{^}を求める。また、ロータ磁束推定値φ^{^}およびδ軸電流指令値ｉδ₁ ^*に基づいて、第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*を求め、求めた第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*を制振フィルタＧｍ／Ｇｐに通すことによって、第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*を求める。そして、ロータ磁束推定値φ^{^}および第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*に基づいて、最終的なδ軸電流指令値ｉδ₂ ^*を求める。

図７は、第１の実施形態における誘導モータ制御装置による制御結果の一例を示す図である。図７（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、モータトルク指令値、γ軸電流、δ軸電流、車両前後加速度を示しており、実線は本実施形態の制御結果を、点線は比較例の制御結果を示している。比較例とは、ＪＰ２００１−４５６１３Ａに記載の制振フィルタを誘導モータの制御系に単純に適用した技術、すなわち、駆動トルク要求値に対して制振フィルタを適用することにより得られる駆動トルク目標値に基づいて、駆動モータを制御する技術のことである。

比較例では、ロータ磁束遅れに起因して、駆動トルク目標値と実トルクが一致しないため、駆動軸ねじり振動が発生し、車両前後加速度ショック（車両前後加速度の振動）が発生している。これに対し、本実施形態における誘導モータ制御装置では、δ軸電流で駆動軸ねじり振動を抑制するモータトルクを実現することにより、駆動軸ねじり振動を抑制しており、ショックのない滑らかな応答を得ることができる。

以上、第１の実施形態における誘導モータ制御装置は、車両情報に基づいてモータトルク指令値Ｔ_m ^*を設定し、駆動輪につながる誘導モータ１を制御するものであって、モータトルク指令値Ｔ_m ^*に基づいて、第１のδ軸電流指令値ｉδ₁ ^*および第１のγ軸電流指令値ｉγ₁ ^*を演算し、第１のγ軸電流指令値ｉγ₁ ^*に基づいて、ロータ磁束を推定する。また、ロータ磁束推定値φ^{^}および第１のδ軸電流指令値ｉδ₁ ^*に基づいて、第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*を算出し、算出した第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*に対して、車両の駆動軸トルク伝達系の固有振動周波数成分を除去するフィルタ処理を施すことによって、第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*を算出する。そして、第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*およびロータ磁束推定値φ^{^}に基づいて、第２のδ軸電流指令値ｉδ₂ ^*を算出し、第１のγ軸電流指令値ｉγ₁ ^*および第２のδ軸電流指令値ｉδ₂ ^*に基づいて、モータの駆動を制御する。特徴を簡単に説明すると、ロータ磁束の推定値φ^{^}および第１のδ軸電流指令値ｉδ₁ ^*に基づいて算出した第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*に対して、車両の駆動軸トルク伝達系の固有振動周波数成分を除去するフィルタ処理を施して、非線形の第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*を算出し、第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*およびロータ磁束推定値φ^{^}に基づいて算出した第２のδ軸電流指令値ｉδ₂ ^*と第１のγ軸電流指令値ｉγ₁ ^*に基づいて、誘導モータの駆動を制御する。これにより、誘導モータ特有のロータ磁束遅れの影響を受けることなく、車両の駆動軸のねじり振動を抑制することができる。

特に、車両の駆動軸トルク伝達系の固有振動周波数成分を除去した第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*をロータ磁束推定値φ^{^}で除算することによって、第２のδ軸電流指令値ｉδ₂ ^*を算出するので、トルク応答の非線形性による実トルクの位相ずれを防止することができ、駆動軸のねじり振動を抑制することができる。

また、γ軸電流指令値に対するγ軸電流値の応答を模擬した伝達特性と、γ軸電流に対するロータ磁束の応答を模擬した伝達特性に基づいて、ロータ磁束を推定するので、ロータ磁束推定値をフィルタリング処理により算出することができる。

＜第２の実施形態＞
電流応答がロータ磁束応答と比べて十分速い場合には、磁束推定器２３で行う電流応答推定演算処理を省略することができる。

図８は、第２の実施形態における磁束推定器２３の詳細な構成を示すブロック図である。第２の実施形態における磁束推定器２３は、磁束応答演算器６１および乗算器６２を備え、次式（２８）、（２９）により、第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*とロータ磁束推定値φ^{^}を算出する。ただし、Ｋ_Tは誘導モータのパラメータで決まる係数であり、τφはロータ磁束応答の時定数である。

以上、第２の実施形態における誘導モータ制御装置においても、第１の実施形態における誘導モータ制御装置と同様に、誘導モータ特有のロータ磁束遅れの影響を受けることなく、車両の駆動軸のねじり振動を抑制することができる。また、γ軸電流に対するロータ磁束の応答を模擬した伝達特性に基づいて、ロータ磁束を推定するので、ロータ磁束推定値をフィルタリング処理により求めることができる。

＜第３の実施形態＞
誘導モータは、ロータ磁束ゼロの状態からトルクを発生させる場合、ロータ磁束応答の遅れによってトルク発生の応答遅れが生じる。第３の実施形態における誘導モータ制御装置では、モータトルク指令値を入力する前から、予め一定量のロータ磁束を発生させる。

図９は、第３の実施形態における磁束推定器２３の詳細な構成を示すブロック図である。第３の実施形態における磁束推定器２３は、磁束応答演算器７１、乗算器７２、減算器７３、加算器７４を備え、次式（３０）、（３１）により、第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*とロータ磁束推定値φ^{^}を算出する。ただし、Ｋ_Tは誘導モータのパラメータで決まる係数であり、τφはロータ磁束応答の時定数である。また、ｉγ_1#offsetは、予め入力されるγ軸電流オフセット値である。

図１０は、第３の実施形態における誘導モータ制御装置による制御結果の一例を示す図である。図１０（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、モータトルク指令値、γ軸電流、δ軸電流、前後加速度を示しており、実線は本実施形態の制御結果を、点線は比較例による制御結果を示している。

本実施形態では、モータトルク指令値を入力する前から予め一定量のγ軸電流ｉγ_1#offsetを流すので、トルク応答を改善しつつ駆動軸ねじり振動を抑制し、高レスポンスかつショックのない滑らかな応答を得ることができる。

以上、第３の実施形態における誘導モータ制御装置は、モータトルク指令値を入力する前から、予め一定量のロータ磁束を発生させるので、モータトルクの応答を改善しつつ、駆動軸ねじり振動を抑制することができる。

＜第４の実施形態＞
コーストや減速から加速するような走行シーンでも、ギアのバックラッシュの影響を加味して車両の駆動軸トルク伝達系の固有振動周波数成分を除去する方法について説明する。

図１１は、第４の実施形態におけるトルク目標値演算器２４の詳細な構成を示すブロック図である。トルク目標値演算器２４は、車両パラメータとギアバックラッシュを模擬した不感帯モデルにより構成される車両モデル８１と、第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*から、疑似駆動軸ねじり角速度にＦ／ＢゲインＫ_FBIを積算した値を減算する駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル８２とを備える。第１のトルク指令値Ｔ₁ ^*と、疑似駆動軸ねじり角速度ω^{^} _dにＦ／ＢゲインＫ_FBIを積算した値との偏差を第２のトルク指令値Ｔ₂ ^*とする。

車両モデル８１で行われる処理について説明する。

式（１６）〜（２０）をラプラス変換してモータトルク指令値Ｔ_mから駆動軸トルクＴ_dまでの伝達特性を求めると、次式（３２）で表される。

式（１７）、（１９）、（２０）より、モータ角速度ω_mから駆動輪角速度ω_wまでの伝達特性を求めると、次式（３３）で表される。

式（２１）、（２２）、（３３）より、モータトルク指令値Ｔ_mから駆動輪角速度ω_wまでの伝達特性は、次式（３４）で表される。

式（３２）、（３４）より、駆動軸トルクＴ_dから駆動軸角速度ω_wまでの伝達特性は次式（３５）で表される。

式（１６）を変形すると、次式（３６）が得られる。

式（３５）、（３６）より、駆動軸ねじり角速度ω_m／Ｎ−ω_wは、次式（３７）で表される。

ただし、式（３７）中のＨ_w（ｓ）は、次式（３８）で表される。

また、モータから駆動軸までのバックラッシュ特性を不感帯でモデル化すると、駆動軸トルクＴｄは次式（３９）で表される。

ここで、θ_dは、モータから駆動軸までのオーバーオールのバックラッシュ量である。

次に、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル８２について説明する。

車両モデル８１より算出した疑似駆動軸ねじり角速度ω^{^} _d＝ω_m／Ｎ−ω_wを用いて、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ指令値Ｔ_FBを次式（４０）で表すと、式（１９）より、式（４１）のように書き換えることができる。

また、式（３２）は、次式（４２）に変形できる。ただし、ζ_pとω_pは、それぞれ駆動トルク伝達系の減衰係数と固有振動周波数である。

式（４２）の極と零点を調べると、一般的な車両ではα≒Ｃ₀／Ｃ₁となるため、極零相殺すると、次式（４３）となる。

式（４１）、（４３）より、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ指令値Ｔ_FBをモータトルク指令値Ｔ_mから減算した場合、駆動軸トルクＴ_dは、次式（４４）で表される。

式（４４）を変形すると、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ系の伝達特性は、次式（４５）で表される。

規範応答を次式（４６）で表すと、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ系の伝達特性と、規範応答が一致する条件は、式（４７）で表される。

式（４７）より、Ｆ／ＢゲインＫ_FBIは、次式（４８）で表される。

図１２は、第４の実施形態における誘導モータ制御装置による制御結果の一例を示す図である。図１２（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、モータトルク指令値、γ軸電流、δ軸電流、前後加速度を示しており、実線は本実施形態の制御結果を、点線は比較例による制御結果を示している。

比較例では、コーストから加速するようなシーンでは、ギアのバックラッシュの影響により駆動軸ねじり振動が大きく発生し、車両前後加速度の振動が発生している。これに対し、本実施形態では、ギアのバックラッシュを加味したモータトルクを発生させることができ、ショックのない滑らかな応答を得ることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、様々な変形や応用が可能である。

本願は、２０１３年１月２５日に日本国特許庁に出願された特願２０１３−０１２５３５に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

1. 車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながる誘導モータを制御する誘導モータ制御装置において、
   前記モータトルク指令値に基づいて、第１のトルク電流指令値および第１の励磁電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
   前記第１の励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束を推定するロータ磁束推定手段と、
   前記ロータ磁束の推定値および前記第１のトルク電流指令値に基づいて、第１のトルク指令値を算出する第１のトルク指令値算出手段と、
   前記第１のトルク指令値に対して、車両の駆動軸トルク伝達系の固有振動周波数成分を除去するフィルタ処理を施すことによって、第２のトルク指令値を算出する第２のトルク指令値算出手段と、
   前記第２のトルク指令値および前記ロータ磁束の推定値に基づいて、第２のトルク電流指令値を算出するトルク電流指令値算出手段と、
   前記第１の励磁電流指令値および前記第２のトルク電流指令値に基づいて、前記誘導モータの駆動を制御する制御手段と、
   を備える誘導モータ制御装置。
2. 請求項１に記載の誘導モータ制御装置において、
   前記トルク電流指令値算出手段は、前記第２のトルク指令値を前記ロータ磁束の推定値で除算することによって、前記第２のトルク電流指令値を算出する、
   誘導モータ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の誘導モータ制御装置において、
   前記ロータ磁束推定手段は、励磁電流に対するロータ磁束の応答を模擬した伝達特性に基づいて、前記ロータ磁束を推定する、
   誘導モータ制御装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の誘導モータ制御装置において、
   前記ロータ磁束推定手段は、励磁電流指令値に対する励磁電流値の応答を模擬した伝達特性と、励磁電流に対するロータ磁束の応答を模擬した伝達特性に基づいて、前記ロータ磁束を推定する、
   誘導モータ制御装置。
5. 車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながる誘導モータを制御する誘導モータ制御方法において、
   前記モータトルク指令値に基づいて、第１のトルク電流指令値および第１の励磁電流指令値を演算し、
   前記第１の励磁電流指令値に基づいて、ロータ磁束を推定し、
   前記ロータ磁束の推定値および前記第１のトルク電流指令値に基づいて、第１のトルク指令値を算出し、
   前記第１のトルク指令値に対して、車両の駆動軸トルク伝達系の固有振動周波数成分を除去するフィルタ処理を施すことによって、第２のトルク指令値を算出し、
   前記第２のトルク指令値および前記ロータ磁束の推定値に基づいて、第２のトルク電流指令値を算出し、
   前記第１の励磁電流指令値および前記第２のトルク電流指令値に基づいて、前記誘導モータの駆動を制御する、
   誘導モータ制御方法。

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