JP6420557B2

JP6420557B2 - 環境に優しい車両のモータ制御システム

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Publication number: JP6420557B2
Application number: JP2014064186A
Authority: JP
Inventors: 太一ユー; 韓姫朴
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: US9306489B2; KR101461909B1; CN104579079A; JP2015077066A; CN104579079B; US20150102753A1

Description

本発明は、環境に優しい車両のモータ制御システムに関し、より詳しくは、モータの非線形性モデルを用いてモータの振動特性を改善することができる環境に優しい車両のモータ制御システムに関する。

周知のように、環境に優しい車両は、燃料電池自動車、電気自動車、プラグイン電気自動車、ハイブリッド自動車を包括するもので、通常、駆動力の発生のためのモータ（駆動モータ）を備える。
このような環境に優しい車両の一例であるハイブリッド自動車（ｈｙｂｒｉｄｖｅｈｉｃｌｅ）は、内燃機関エンジン（ｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅ）とバッテリー電源とを共に使用する。つまり、ハイブリッド自動車は、内燃機関エンジンの動力とモータの動力とを効率的に組み合わせて使用する。

前記ハイブリッド自動車は、図９に示したように、典型的に、エンジン１０と、モータ２０と、エンジン１０とモータ２０との間で動力を断続するエンジンクラッチ３０と、変速機４０と、差動ギア装置５０と、バッテリー６０と、前記エンジン１０を始動すると共に前記エンジン１０の出力により発電する始動発電機７０と、車輪８０と、を含むことができる。

また、前記ハイブリッド自動車は、ハイブリッド自動車の全体動作を制御するハイブリッド制御器（ＨＣＵ：ｈｙｂｒｉｄｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）２００と、エンジン１０の動作を制御するエンジン制御器（ＥＣＵ：ｅｎｇｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）１１０と、モータ２０の動作を制御するモータ制御器（ＭＣＵ：ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）１２０と、変速機４０の動作を制御する変速制御器（ＴＣＵ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）１４０と、バッテリー６０を制御し管理するバッテリー制御器（ＢＣＵ：ｂａｔｔｅｒｙｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）１６０と、を含むことができる。

前記バッテリー制御器１６０は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ：ｂａｔｔｅｒｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ）とも呼ばれる。前記始動発電機７０は、ＩＳＧ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｔａｒｔｅｒａｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒ）またはＨＳＧ（ｈｙｂｒｉｄｓｔａｒｔｅｒａｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒ）とも呼ばれる。

このようなハイブリッド自動車は、モータ２０の動力のみを用いる純粋な電気自動車モードであるＥＶモード（ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｍｏｄｅ）、エンジン１０の回転力を主動力としながらモータ２０の回転力を補助動力として用いるＨＥＶモード（ｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｍｏｄｅ）、および自動車の制動あるいは慣性による走行時、制動および慣性エネルギーを前記モータ２０の発電を通じて回収してバッテリー６０に充電する回生制動モード（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｂｒａｋｉｎｇｍｏｄｅ）（ＲＢモード）などの走行モードで運行することができる。

このようなハイブリッド自動車を含む環境に優しい車両は、通常、図１に示したようなインバータ３００を通じてモータ（Ｍ）を駆動制御する（例えば特許文献１を参照）。
図１に示すように、電気角速度（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｇｕｌａｒｖｅｌｏｃｉｔｙ）（Ｗｒ）で回転しているモータ（Ｍ）を制御するインバータ３００は、外部システムからトルク指令（Ｔｅ＊）を受信し、トルク指令（Ｔｅ＊）に符合するトルク出力（Ｔｅ）を得るために一連の過程を行う。

インバータ３００に受信されたトルク指令は、電流指令生成器（ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｍｍａｎｄＧｅｎｅｒａｔｏｒ）３１１に伝達されてモータ（Ｍ）の運転条件により特定の電流指令（ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｍｍａｎｄ）を生成する。
電流指令生成器３１１で生成された電流指令は、電圧指令生成器（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｍｍａｎｄＧｅｎｅｒａｔｏｒ）３１２に伝達される。電圧指令生成器３１２に伝達された前記電流指令は、モータ（Ｍ）の運転条件によりモータ（Ｍ）に印加するための電圧指令に変換される。

電圧指令生成器３１２から出力された電圧指令は、ＰＷＭ指令生成器（ＰＷＭＣｏｍｍａｎｄＧｅｎｅｒａｔｏｒ）３１３に伝達される。ＰＷＭ指令生成器３１３に伝達された前記電圧指令は、モータ（Ｍ）の運転条件によりＰＷＭ指令に変換される。ＰＷＭ指令生成器３１３から出力されるＰＷＭ指令は、ＰＷＭ電圧生成器（ＰＷＭＶｏｌｔａｇｅＧｅｎｅｒａｔｏｒ）３１４に伝達される。

ＰＷＭ電圧生成器３１４に伝達されたＰＷＭ指令は、モータ（Ｍ）の運転条件によりＰＷＭ形式の電圧に変換され、変換されたＰＷＭ電圧は、モータ（Ｍ）に印加されてモータ（Ｍ）を駆動させる（例えば特許文献２を参照）。

一方、環境に優しい車両のモータ制御システムにおいて、同期座標系で動作する電流指令制御器（ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）（図示せず）は、前記要求トルク（Ｔｅ＊）に符合する電流指令としてＩｄｓｒ＊（ｄ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔ）とＩｑｓｒ＊（ｑ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔ）と、を選定する。

前記選定された電流指令Ｉｄｓｒ＊とＩｑｓｒ＊は、要求トルク（Ｔｅ＊）を出力することができる電流指令の組み合わせである。
前記同期座標系電流指令制御器は、モータ（Ｍ）の運転条件により選定された電流指令Ｉｄｓｒ＊とＩｑｓｒ＊に符合する電流ＩｄｓｒとＩｑｓｒがモータ（Ｍ）に流れるように一連の過程を経てモータ（Ｍ）から要求トルク（Ｔｅ＊）に符合するトルク（Ｔｅ）が出力されるようにする。

しかし、モータ（Ｍ）にＩｄｓｒ＊とＩｑｓｒ＊に符合するＩｄｓｒとＩｑｓｒが流れる場合にも、モータ（Ｍ）とインバータ３００に内在された特性に応じて要求トルク（Ｔｅ＊）とは様相が異なるトルク（Ｔｅ）が発生することがある。
特に、モータ（Ｍ）の回転子が回転することに伴ってその特性が繰り返される場合、トルク出力は振動するようになり、モータとインバータから構成されたモータシステムが車両の主要駆動力を発生させる環境に優しい車両の場合、車両の振動を誘発させることがある。

したがって、環境に優しい車両でモータの出力を制御するインバータは、モータとインバータの特性によるトルク出力が変わらない制御技法を用いて、モータとインバータの状態およびその変化によるトルク出力が一定になるようにしなければならない。

この背景技術の部分に記載された事項は、発明の背景に対する理解を増進させるために作成されたもので、当該技術が属する分野における通常の知識を有する者に既に知られた従来の技術でない事項を含むことができる。

特開２００８−１８７７９４号公報特開２００９−２２５６３３号公報

かかる課題を解決するための本発明が解決しようとする課題は、モータの非線形性モデルを用いてモータの振動特性を改善することができる環境に優しい車両のモータ制御システムを提供することにある。

また本発明が解決しようとする課題は、環境に優しい車両でモータの出力を制御するインバータが、モータとインバータの特性によるトルク出力が変わらない制御技法を用いることによって、モータとインバータの状態およびその変化によるトルク出力を一定にすることができる環境に優しい車両のモータ制御システムを提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムは、環境に優しい車両でモータを制御するインバータを含むモータ制御システムであって、前記インバータは、外部システムからトルク指令（Ｔｅ＊）を受信して前記トルク指令（Ｔｅ＊）に符合するトルク（Ｔｅ）が前記モータから出力されるように前記モータを制御し、前記インバータは、前記インバータに受信された前記トルク指令（Ｔｅ＊）および前記モータの運転条件に基づいて特定の電流指令を生成する電流指令生成器と、前記電流指令生成器から出力される電流指令および前記モータの運転条件に基づいて前記モータに印加するための電圧指令を生成する電圧指令生成器と、前記電圧指令生成器から出力される電圧指令および前記モータの運転条件に基づいてＰＷＭ（ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）指令を生成するＰＷＭ指令生成器と、前記ＰＷＭ指令生成器から出力されるＰＷＭ指令を前記モータの運転条件に基づいてＰＷＭ形態の電圧に変換して前記モータに印加するＰＷＭ電圧生成器と、前記トルク指令（Ｔｅ＊）で前記モータの非線形的特性により発生する所望しないモータのトルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を加減するためのトルク指令最適化器（ｔｏｒｑｕｅｃｏｍｍａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｒ）と、を含むことができる。

前記トルク指令最適化器は、不要トルク出力として前記所望しないモータのトルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を抽出するための不要トルク抽出器と、前記トルク指令（Ｔｅ＊）に前記不要トルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を加減して修正されたトルク指令（Ｔｅ＊＿ｍｏｄ）を出力する加減器と、を含むことができる。

前記トルク指令最適化器は、前記モータの回転子の位置を予測して前記不要トルク抽出器に提供するモータ位置予測器と、前記不要トルク抽出器から出力される不要トルク出力を設定値に減衰するためのトルク減殺器と、をさらに含むことができる。

前述のように、本発明の実施形態によれば、環境に優しい車両でモータの出力を制御するインバータが、モータとインバータの特性によるトルク出力が変わらない制御技法を用いることによって、モータとインバータとの状態およびその変化によるトルク出力を一定にすることができる。

一般的な環境に優しい車両のモータ制御システムを示したブロック構成図である。本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムを示したブロック構成図である。本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムのトルク指令最適化器を示した構成図である。本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムにより制御されるモータ回転子の位置を示すグラフである。本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムのトルク指令最適化器の他の実施形態の構成図である。本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムの作用を説明するためのグラフである。本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムの作用を説明するためのグラフである。本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムの作用を説明するためのグラフである。環境に優しい車両の一つであるハイブリッド自動車を概略的に示したブロック構成図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明を詳しく説明する。しかし、本発明は、ここで説明する実施形態に限定されず、他の実施形態に具体化することもできる。
また、明細書全体にわたって、ある部分がある構成要素を含むという時、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。なお、同一の参照番号で表示した部分は同一の構成要素を意味する。

図２は、本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムを示したブロック構成図である。
本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムは、モータの非線形モデルを用いてモータを最適に制御するシステムである。

このような本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムは、環境に優しい車両でモータ（Ｍ）を制御するインバータ４００を含むモータ制御システムであって、前記インバータ４００は、外部システムからトルク指令（Ｔｅ＊）を受信して前記トルク指令（Ｔｅ＊）に符合するトルク（Ｔｅ）が前記モータ（Ｍ）から出力されるように前記モータ（Ｍ）を制御することができる。

このようなインバータ４００は、前記インバータ４００に受信される前記トルク指令（Ｔｅ＊）および前記モータ（Ｍ）の運転条件に基づいて特定の電流指令を生成する電流指令生成器４１１と、前記電流指令生成器４１１から出力される電流指令および前記モータの運転条件に基づいて前記モータに印加するための電圧指令を生成する電圧指令生成器４１２と、前記電圧指令生成器４１２から出力される電圧指令および前記モータ（Ｍ）の運転条件に基づいてＰＷＭ指令を生成するＰＷＭ指令生成器４１３と、前記ＰＷＭ指令生成器４１３から出力されるＰＷＭ指令を前記モータ（Ｍ）の運転条件に基づいてＰＷＭ形態の電圧に変換して前記モータ（Ｍ）に印加するＰＷＭ電圧生成器４１４と、前記トルク指令（Ｔｅ＊）で前記モータ（Ｍ）の非線形的特性により発生する所望しないモータ（Ｍ）のトルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を加減するためのトルク指令最適化器４１０と、を含むことができる。

前記インバータ４００は、設定されたプログラムにより動作する一つ以上のマイクロプロセッサーおよび電気／電子素子から構成されるハードウェアであって、前記設定されたプログラムは、後述する本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムの動作プロセスを行うための一連の命令で形成され得る。

前記トルク指令最適化器４１０、電流指令生成器４１１、電圧指令生成器４１２、ＰＷＭ指令生成器４１３、およびＰＷＭ電圧生成器４１４は、設定されたプログラムにより動作するソフトウェアモジュールから構成されたり、電気／電子素子から構成されるハードウェアモジュールから構成されたり、または前記ソフトウェアモジュールとハードウェアモジュールが組み合わせられた組み合わせモジュールから構成され得る。

また、前記電流指令生成器４１１、電圧指令生成器４１２、ＰＷＭ指令生成器４１３、およびＰＷＭ電圧生成器４１４は、図１に示した電流指令生成器３１１、電圧指令生成器３１２、ＰＷＭ指令生成器３１３、およびＰＷＭ電圧生成器３１４にすることができる。
前記トルク指令最適化器４１０は、図３に図示したように、不要トルク出力として前記所望しないモータ（Ｍ）のトルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を抽出するための不要トルク抽出器４０３と、前記トルク指令（Ｔｅ＊）に前記不要トルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を加減して修正されたトルク指令（Ｔｅ＊＿ｍｏｄ）を出力する加減器４０７とを含むことができる。

また、前記トルク指令最適化器４１０は、図５に図示したように、前記モータ（Ｍ）の回転子位置を予測して前記不要トルク抽出器４０３に提供するモータ位置予測器４０１と、前記不要トルク抽出器４０３から出力される不要トルク出力（Ｔｅ＊＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を設定値に減衰するためのトルク減殺器４０５と、をさらに含むことができる。

次に、本発明の実施形態に係る環境に優しい車両のモータ制御システムの作用を、図面を参照して詳しく説明する。
図２に示すように、モータ（Ｍ）を制御するインバータ４００は、要求トルク（Ｔｅ＊）に符合するトルク出力（Ｔｅ）を得るために、電流指令生成器４１１で電流指令Ｉｄｓｒ＊、Ｉｑｓｒ＊を選定し、これに符合する電流Ｉｄｓｒ、Ｉｑｓｒがモータ（Ｍ）に流れるように電圧指令生成器４１２で電圧指令Ｖｄｓｒ＊、Ｖｑｓｒ＊を選定する。

前記選定された電圧指令Ｖｄｓｒ＊、Ｖｑｓｒ＊に符合する電圧Ｖｄｓｒ、Ｖｑｓｒがモータ（Ｍ）に印加されると、モータ（Ｍ）にはＩｄｓｒ、Ｉｑｓｒが流れるようになり、モータ（Ｍ）の出力はＴｅ＊に符合するＴｅが出力される。
この時、ＴｅとＩｄｓｒ、Ｉｑｓｒ、Ｖｄｓｒ、Ｖｑｓｒとの正常状態の関係式は次のとおりである。

［公式１］

［公式２］

［公式３］

公式１［数１］は、同期モータの等価モデルを用いてｄ軸磁束鎖交数ｄＦｌｕｘ（ｄ−ａｘｉｓｏｆｆｌｕｘｌｉｎｋａｇｅ）と、モータ（Ｍ）に印加されたｑ軸電圧Ｖｑｓｒ（ｑ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｖｏｌｔａｇｅ）と、モータ（Ｍ）に流れるｑ軸電流Ｉｑｓｒ（ｑ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｖｏｌｔａｇｅ）との関係を示す。公式１中、Ｒｓはモータの固定子のコイル抵抗であり、Ｗｒはモータの回転子の電気角速度である。

公式２［数２］は、同期モータの等価モデルを用いてｑ軸磁束鎖交数ｑＦｌｕｘ（ｑ−ａｘｉｓｏｆｆｌｕｘｌｉｎｋａｇｅ）と、モータに印加されたｄ軸電圧Ｖｄｓｒ（ｄ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｖｏｌｔａｇｅ）と、モータ（Ｍ）に流れるｄ軸電流Ｉｄｓｒ（ｄ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔ）との関係を示す。公式２中、Ｒｓはモータ（Ｍ）の固定子のコイル抵抗であり、Ｗｒはモータ（Ｍ）の回転子の電気角速度である。

公式３［数３］は、モータ（Ｍ）内に形成された２軸電流Ｉｄｓｒ、Ｉｑｓｒと、２軸磁束ｄＦｌｕｘ、ｑＦｌｕｘとの関係によりトルク出力（Ｔｅ）の関係を表す。
モータ（Ｍ）を制御するインバータ４００は、モータ（Ｍ）にＩｄｓｒ、Ｉｑｓｒ、ｄＦｌｕｘ、ｑＦｌｕｘを形成させて要求トルク（Ｔｅ＊）に符合するＴｅを出力することができる。しかし、モータ固定子と回転子の構造的な形状、電気的な特性、インバータの制御技法の多様性によりモータ−インバータシステムに非線形的特性が発生することがある。

このような場合、前記Ｉｄｓｒ、Ｉｑｓｒ、ｄＦｌｕｘ、ｑＦｌｕｘの関係は、一般的な公式１、２の関係と異なる様相を有することができる。
２軸電流ＩｄｓｒとＩｑｓｒを流れるようにするための２軸電圧Ｖｄｓｒ、Ｖｑｓｒは、一般的な公式１、２のように１次項以外に、ｎ次高調波項を含む多項式の関係で表すことができる。

モータ（Ｍ）に印加された電圧Ｖｑｓｒは、公式４［数４］のようにｎ次多項式の関係で表すことができる。
［公式４］

公式４中、θｒはモータ（Ｍ）の回転子位置である。

モータ（Ｍ）内に一定のＩｑｓｒが流れる時、モータ（Ｍ）の電気角速度（Ｗｒ）とモータ（Ｍ）の固定子のコイル抵抗（Ｒｓ）が一定で、電流制御に影響を与えないと仮定すれば、公式４は公式５［数５］のように表すことができる。
［公式５］

モータに印加された電圧Ｖｄｓｒは、公式６［数６］のようにｎ次多項式の関係で表すことができる。
［公式６］

ここで、θｒはモータの回転子位置である。

モータ（Ｍ）内に一定のＩｑｓｒが流れる時、モータ（Ｍ）の電気角速度（Ｗｒ）とモータ（Ｍ）の固定子のコイル抵抗（Ｒｓ）とが一定で、電流制御に影響を与えないと仮定すると、公式６は公式７［数７］のように表すことができる。
［公式７］

公式５と公式７のように、多項式で表されたｄＦｌｕｘ＿_ＨとｑＦｌｕｘ＿_Ｈを公式３のように電流との積で表されたトルク方程式は次のとおりである。
［公式８］

［公式９］

公式８［数８］は、要求トルク（Ｔｅ＊）に符合する同期座標系電流指令Ｉｄｓｒ＊、Ｉｑｓｒ＊に符合する電流Ｉｄｓｒ、及びＩｑｓｒをモータ（Ｍ）に形成させても、モータ−インバータシステムに非線形的特性が存在する場合、要求トルク（Ｔｅ＊）に符合するトルク（Ｔｅ）以外に所望しない不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）が発生することを意味する。
したがって、このような非線形的特性が存在するモータシステムでは、非線形的特性を考慮して、電流指令生成器４１１に入力されるトルク指令で不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）だけの加減が行われなければならない。

図３は、モータ−インバータシステムに要求されたトルク指令（Ｔｅ＊）に不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）の加減が行われるトルク指令最適化器４１０に対する詳細ブロック図である。

モータ−インバータシステムに要求されたトルク指令（Ｔｅ＊）を出力するに当たり、不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）だけのトルク指令の修正が必要な場合、トルク指令最適化器４１０の不要トルク抽出器４０３と加減器４０７とによって、要求トルク（Ｔｅ＊）は不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）だけ加減が行われ、これによって電流指令生成器４１１に入力されるトルク指令は不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）だけ修正される。

不要トルク最適化器４１０の不要トルク抽出器４０３は、図３に示すように、２つの入力変数（Ｔｅ＊、θｒ）を受けて不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を出力する構造からなる。
入力変数の一つは、モーターインバターシステムに要求されるトルク指令（Ｔｅ＊）であり、他の入力変数は、モータ（Ｍ）の回転子位置（θｒ）である。

不要トルク抽出器４０３には、モータの回転子位置（θｒ）に応じてトルク指令（Ｔｅ＊）の修正が必要な程度である不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）が記録されている。
トルク指令最適化器４１０の不要トルク抽出器４０３は、一般に多く使用されるルックアップ（Ｌｏｏｋ−ｕｐ）テーブルを含むことができ、また、ルックアップテーブル以外に多項式の形態で表され得るものなどを含むこともできる。

不要トルク抽出器４０３から出力された不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）は、加減器４０７を通じてモータ−インバータシステムに要求されたトルク指令（Ｔｅ＊）に加減して修正されたトルク指令（Ｔｅ＊＿ｍｏｄ）を生成することに利用される。
不要トルク抽出器４０３で修正されたトルク（Ｔｅ＊＿ｍｏｄ）は、電流指令生成器４１１に入力されて、要求トルク（Ｔｅ＊）に符合するトルク（Ｔｅ）を出力することができるようにする制御変数として用いられるようになる。

一方、図４に図示すように、モータ（Ｍ）が一定の速度以上で回転する場合、モータ（Ｍ）の回転子位置（θｒ）の測定時間と、ＰＷＭ電圧生成器４１４のＰＷＭ出力時間と、の間に時間差が発生することがある。これは実際のＰＷＭ出力時間に必要なトルク修正値と、実際修正されたトルク値と、の間に差が発生することがあるためである。

図４でｔ０に測定された回転子位置はθｒである。この時、トルク指令最適化器４１０から出力された値はＴ＿Ａｄｄ−ｏｎである。このＴｅ＿Ａｄｄ−ｏｎは、インバータ４００の制御過程を経て実際のトルクを作り出すＰＷＭ電圧生成器４１４の出力まで一連の過程を経るようになる。

図４でｔ１時間にＰＷＭ電圧生成器４１４を通じて出力されたトルクはＴ＿ａｐｐｌｉｅｄであり、ｔ１時間の回転子位置（θｒ´）で必要な修正トルクＴ＿ｐｒｅｃｉｓｅとはその値が異なり得る。
したがって、このような場合、トルク指令最適化器４１０の不要トルク抽出器４０３に入力される回転子位置（θｒ）は、実際ＰＷＭ電圧生成器４１４を通じてトルクが発生する時点の回転子位置（θｒ´）が入力されなければならず、不要トルク抽出器４０３の出力は、回転子位置（θｒ´）で必要な修正トルクＴ＿ｐｒｅｃｉｓｅを出力しなければならない。

下記公式１０［数１０］は、不要トルク抽出器４０３に入力される回転子位置（θｒ）を通じてＰＷＭ電圧生成器４１４のトルク出力時点である修正された回転子位置（θｒ＿ｍｏｄ）を計算する過程を表す。
［公式１０］

前記修正された回転子位置（θｒ＿ｍｏｄ）は、要求トルク（Ｔｅ＊）と共に不要トルク抽出器４０３に入力されて、不要トルク（Ｔｅ＊＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を抽出することに用いられる。
前記モータ（Ｍ）の回転子位置予測は、図５に示された一般的なモータ位置予測器４０１で行われ、不要トルク抽出器４０３から出力される不要トルクは、トルク減殺器４０５で設定値だけ減衰され得る。

本発明の実施形態に係るシステムにより制御されるモータ（Ｍ）の駆動軸に連結された機械システム（図示せず）は、多様な伝達経路を通じて最終出力端に力が伝達される構造を有することができる。このような機械システムの構成品は質量を有する存在であり、物理的な接触構造を有する場合に摩擦を起こすことができる。一般的な回転機械システムで回転角速度（Ｗ）とトルク（Ｔｅ）との関係は、公式１１［数１１］のとおりである。

［公式１１］

公式１１中、Ｊは回転体の慣性モーメントで、回転体の質量に比例する。
環境に優しい車両の駆動モータの場合、回転体の質量は、車体重量に搭乗客の重量、手荷物の重量により少しずつ変わり得るが、車両重量がその大部分を占める。
粘性摩擦係数Ｂは、タイヤと路面の状態やギアシステムの遊隔状態などにより変わり得るが、一般にインバータのモータ制御周期である数十〜数百ｍｓｅｃ単位での変化は微小であると言える。

外乱トルクＴＬは、外部環境により変わる値であり、空気抵抗、転がり抵抗、登坂抵抗などの走行抵抗とみることができる。このうち、空気抵抗は車速の二乗に比例する値で、車速が低速である場合には無視することができ、それ以上の速度では空気抵抗係数と車両前面の投影面的、そして車速の二乗の積で求めることができる。しかし、ＴＬもインバータの制御周期である数十〜数百ｍｓｅｃ単位での変化は微小であるとみることができる。
環境に優しい車両のモータシステムにおいて、不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）によるモータ回転子の位相変化の影響は、公式１２［数１２］のような伝達関数の関係を有する。

［公式１２］

公式１２によれば、これは、まるでモータ（Ｍ）の駆動軸から出力された回転力が車両動力伝達系統を通じて伝達され、フィルター（Ｆｉｌｔｅｒ）を通過することのように、周波数によりその特性が変わることを意味する。このような周波数に応じた不要トルクによるモータ回転子の位相変化は、図６に示したようなボード線図（ＢｏｄｅＰｌｏｔ）で確認することができる。

図６は、同一の不要トルクが発生する場合、モータ回転子の位相変化が速いほど、その影響性は減少し、モータ回転子の位相変化に及ぼす位相（ｐｈａｓｅ）特性も変わる。
したがって、同一の不要トルク抽出器４０３の同一の出力であるとしても、モータ回転子の位相変化の大きさによりその加減の必要性が変わるようになる。このような特性は、図５に示したトルク減殺器４０５で考慮することができ、これと関連した公式は下記公式１３［数１３］のとおりである。

［公式１３］

つまり、図５で不要トルク抽出器４０３の出力（Ｔｅ＊＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）は、時間当りモータ回転子の位相変化と共にトルク指令最適化器４１０のトルク減殺器（Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）４０５に入力される。
トルク減殺器４０５は、時間当りモータ回転子の位相変化が速いほど、不要トルク抽出器４０３の出力（Ｔｅ＊＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を減衰させる役割を果たす。

公式１３中、トルク減殺器４０５のａとｂは、環境に優しい車両の特性に応じて減衰程度を調節することができる減衰ゲイン（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｇａｉｎ）である。前記減衰ゲインは一般には定数を設定するが、テーブルを用いて減衰率（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｒａｔｉｏ）を多様に構築することもできる。

図７（Ａ）は、一般的なモータ制御技法を用いた時、モータ−インバータシステムに要求される要求トルク７１１を示したものである。モーターインバターシステムに要求されるトルクは、電流指令生成器４１１に入力され、電流指令生成器４１１は、図７（Ｂ）に示したような２軸電流指令７２１、７２２を生成する。

図８（Ａ）は、トルク指令最適化器４１０を通じて不要トルク（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）だけの加減が行われた後、トルク指令が修正されたトルク指令（Ｔｅ＊＿ｍｏｄ）に変更されたものを示す。修正されたトルク指令（Ｔｅ＊＿ｍｏｄ）は、図８（Ａ）の参照番号８１１で示した。

修正されたトルク指令８１１が電流指令生成器４１１に入力されると、電流指令生成器４１１は、図８（Ｂ）に示したような２軸電流指令８２１、８２２を生成することができる。
したがって、本発明の実施形態によれば、モータの非線形性モデルを用いてモータの振動特性を効果的に改善することができる。

以上で、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

４００インバータ
４０３不要トルク抽出器
４０５トルク減殺器
４１０トルク指令最適化器
４１１電流指令生成器
４１２電圧指令生成器
４１３ＰＷＭ指令生成器
４１４ＰＷＭ電圧生成器

Claims

環境に優しい車両でモータを制御するインバータを含むモータ制御システムであって、
前記インバータは、外部システムからトルク指令（Ｔｅ＊）を受信して前記トルク指令（Ｔｅ＊）に符合するトルク（Ｔｅ）が前記モータから出力されるように前記モータを制御し、
前記インバータは、
前記インバータに受信された前記トルク指令（Ｔｅ＊）および前記モータの運転条件に基づいて特定の電流指令を生成する電流指令生成器と、
前記電流指令生成器から出力される電流指令、および前記モータの運転条件に基づいて前記モータに印加するための電圧指令を生成する電圧指令生成器と、
前記電圧指令生成器から出力される電圧指令、および前記モータの運転条件に基づいてＰＷＭ（ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）指令を生成するＰＷＭ指令生成器と、
前記ＰＷＭ指令生成器から出力されるＰＷＭ指令を前記モータの運転条件に基づいてＰＷＭ形態の電圧に変換して前記モータに印加するＰＷＭ電圧生成器と、
前記トルク指令（Ｔｅ＊）で前記モータの非線形的特性により発生する所望しないモータのトルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を加減するためのトルク指令最適化器（ｔｏｒｑｕｅｃｏｍｍａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｒ）と、を含み、
前記トルク指令最適化器は、
不要トルク出力として前記所望しないモータのトルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を抽出するための不要トルク抽出器と、
前記トルク指令（Ｔｅ＊）に前記不要トルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を加減して修正されたトルク指令（Ｔｅ＊＿ｍｏｄ）を出力する加減器と、
前記モータの回転子の位置を予測して前記不要トルク抽出器に提供するモータ位置予測器と、
前記不要トルク抽出器から出力される不要トルク出力を設定値に減衰するためのトルク減殺器と、を含み、
前記トルク減殺器は、不要トルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を、下記公式［数１３］に基づき、時間当りモータ回転子の位相変化が速いほど、不要トルク抽出器の出力（Ｔｅ＊＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）を減衰させることを特徴とする環境に優しい車両のモータ制御システム。
（ａ、ｂ：車両の特性に応じて減衰程度を調節することができる減衰ゲイン（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｇａｉｎ））
前記トルク指令（Ｔｅ＊）に符合するトルク（Ｔｅ）を得るために、前記電流指令生成器で電流指令（Ｉｄｓｒ＊、Ｉｑｓｒ＊）を選定し、これに符合する電流（Ｉｄｓｒ、Ｉｑｓｒ）が前記モータに流れるように前記電圧指令生成器で電圧指令（Ｖｄｓｒ＊、Ｖｑｓｒ＊）を選定し、
前記トルク（Ｔｅ）、前記電流（Ｉｄｓｒ、Ｉｑｓｒ）、および前記電圧指令（Ｖｄｓｒ＊、Ｖｑｓｒ＊）に符合する電圧（Ｖｄｓｒ、Ｖｑｓｒ）は、下記公式［数１］乃至［数３］を満足することを特徴とする請求項１に記載の環境に優しい車両のモータ制御システム。
（ｄＦｌｕｘ：ｄ−ａｘｉｓｏｆｆｌｕｘｌｉｎｋａｇｅ：ｄ軸磁束鎖交数、ｑＦｌｕｘ：ｑ−ａｘｉｓｏｆｆｌｕｘｌｉｎｋａｇｅ：ｑ軸磁束鎖交数、Ｉｄｓｒ：ｄ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔ：ｄ軸電流、Ｉｑｓｒ：ｑ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔ：ｑ軸電流、Ｖｄｓｒ：ｄ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｖｏｌｔａｇｅ：ｄ軸電圧，Ｖｑｓｒ：ｑ−ａｘｉｓｓｔａｔｏｒＲｅｆｅｒｅｎｃｅｖｏｌｔａｇｅ：ｑ軸電圧，Ｒｓ：モータの固定子のコイル抵抗、Ｗｒ：モータの回転子の電気角速度）
前記モータに印加される電圧（Ｖｑｓｒ、Ｖｄｓｒ）は、下記公式［数４］乃至［数７］のうちの少なくとも一つで表されることを特徴とする請求項２に記載の環境に優しい車両のモータ制御システム。
（θｒ：モータの回転子の位置、（Ｎ）ｓ：Ｎ次ｓｉｎ関数の総和、（Ｎ）ｃ：Ｎ次ｃｏｓ関数の総和、ｄＦｌｕｘ _Ｈ：［数５］の｛｝内部分、ｑＦｌｕｘ _Ｈ：［数７］の｛｝内部分）
トルク出力（Ｔｅ）および不要トルク出力（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）は、それぞれ、多項式で表されるｄＦｌｕｘ＿_Ｈ（［数５］の｛｝内部分）とｑＦｌｕｘ＿_Ｈに（［数７］の｛｝内部分）に基づいて、下記公式［数８］又は［数９］のような多項式トルク出力（Ｔｅ＿_Ｈ）および不要トルク出力（（Ｔｅ＿ｕｎｗａｎｔｅｄ）で表されることを特徴とする請求項３に記載の環境に優しい車両のモータ制御システム。
前記トルク指令最適化器は、下記公式［数１０］を通じて、前記モータの回転子位置（θｒ）を前記ＰＷＭ電圧生成器のトルク出力時点である、修正された回転子位置（θｒ＿ｍｏｄ）で計算することを特徴とする請求項１に記載の環境に優しい車両のモータ制御システム。
（ｔ０：モータの回転子位置の測定時間、ｔ１：ＰＷＭ電圧生成器のＰＷＭ出力時間）