JP6693442B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置に関し、詳しくは、インバータと、回転角検出センサと、制御装置とを備えるモータ駆動装置に関する。

従来、この種のモータ駆動装置としては、モータ駆動すると共にバッテリと電力をやりとりするインバータと、モータの回転角を検出する回転角検出センサと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、モータが目標トルクで駆動されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードでインバータを制御している。そして、矩形波制御モードでインバータを制御するときには、モータの各相電流と回転角検出センサにより検出されたモータの回転角とを用いてｄ軸電流とｑ軸電流とを演算し、演算したｄ軸電流とｑ軸電流とトルク演算マップとを用いてモータの出力トルクを推定する。そして、モータの出力トルクの推定値とモータのトルク指令との差が値０となるように矩形波電圧の電圧位相を調整することにより、インバータを制御している。

特開２００７−１５９３６８号公報

上述のモータ駆動装置では、矩形波制御モードでインバータを制御する際に、外乱によりモータの回転数が変化すると、回転角検出センサの検出遅れによって、モータの出力トルクの推定値の位相と実際にモータから出力されている実トルクの位相とが大きくずれることがある。出力トルクの推定値の位相と実トルクの位相とが大きくずれた状態で、出力トルクの推定値とトルク指令との差が値０となるように矩形波電圧の電圧位相を調整すると、制御応答が振動的になって、モータの回転数や出力トルクに上述した変化より短い周期の変動が生じる。こうした変動を抑制する手法として、回転角検出センサからの検出力を用いずにバッテリに入出力されるバッテリパワーの変動からモータの出力トルクを推定する手法が考えられる。しかしながら、一般に、矩形波制御モードとは異なる他の制御モードでは、状態量としてモータの各相電流とモータの回転角とを用いて演算したｄ軸電流とｑ軸電流とを用いてインバータを制御していることから、矩形波制御モードにおいて他の制御モードとは異なる状態量であるバッテリパワーを用いてモータの出力トルクを推定すると、モータの出力トルクの推定値が矩形波制御モードと他の制御モードとで異なる値となる。そのため、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際に、モータからの出力トルクが急変してしまう。

本発明のモータ駆動装置は、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際にモータの出力トルクが急変することを抑制すると共に、外乱に起因するモータの出力トルクの変動を抑制することを主目的とする。

本発明のモータ駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のモータ駆動装置は、
モータを駆動すると共に蓄電装置と電力をやり取りするインバータと、
前記モータの回転角を検出する回転角検出センサと、
前記モータが目標トルクで駆動されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードで前記インバータを制御する制御装置と、
を備えるモータ駆動装置であって、
前記制御装置は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御するときには、前記モータの各相の電流と前記回転角検出センサにより検出された前記モータの回転角とを用いて前記モータから出力されているトルクの平均値を演算し、前記蓄電装置に入出力される入出力パワーと前記回転角検出センサにより検出された回転角を用いて演算される前記モータの回転数とを用いて前記モータのトルク変動量を演算し、前記平均値と前記トルク変動量とを用いて前記モータの出力トルクを推定し、前記推定した出力トルクを用いて前記モータが前記目標トルクで駆動するように前記インバータを制御する、
ことを要旨とする。

この本発明のモータ駆動装置では、矩形波制御モードでインバータを制御するときには、モータの各相の電流と回転角検出センサにより検出されたモータの回転角とを用いてモータから出力されているトルクの平均値を演算し、蓄電装置に入出力される入出力パワーと回転角検出センサにより検出された回転角を用いて演算されるモータの回転数とを用いてモータのトルク変動量を演算し、平均値とトルク変動量とを用いてモータの出力トルクを推定し、推定した出力トルクを用いてモータが目標トルクで駆動するようにインバータを制御する。矩形波制御モードでインバータを制御する際に、外乱によりモータの回転数に変動が生じると、回転角検出センサの検出遅れによって、回転角検出センサにより検出されたモータの回転角に誤差が生じる。モータの回転数は、回転角検出センサにより検出された回転角を用いて演算されるが、検出した回転角の誤差が演算したモータの回転数に与える影響は小さい。そのため、回転角検出センサにより検出された回転角の誤差が生じても、入出力パワーと回転角検出センサにより検出された回転角を用いて演算されるモータの回転数とを用いて演算されるモータのトルク変動量は、実際のモータのトルク変動量に近い値となる。したがって、演算したトルクの平均値とトルク変動量とを用いてモータの出力トルクを推定し、推定した出力トルクを用いてモータが目標トルクで駆動するようにインバータを制御することにより、推定した出力トルクの位相と実際にモータから出力されるトルクとの位相のずれを抑制することができ、インバータを制御する際の制御応答が振動的になることを抑制することができる。これにより、外乱に起因するモータの出力トルクの変動を抑制することができる。一般に、矩形波制御モードと異なる制御モードでは、状態量としてモータの各相の電流と回転角検出センサにより検出されたモータの回転角とを用いてモータから出力されているトルクの推定値を演算して、演算した推定値を用いてインバータを制御する。矩形波制御モードでインバータを制御するときには、モータから出力されているトルクの平均値を、他の制御モードと同一の状態量であるモータの各相の電流と回転角検出センサにより検出されたモータの回転角とを用いて演算するから、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際のモータからの出力トルクの急変を抑制することができる。よって、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際にモータの出力トルクが急変することを抑制すると共に、外乱に起因するモータの出力トルクの変動を抑制することができる。

こうした本発明のモータ駆動装置において、前記制御装置は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御する場合において、前記演算されたモータの回転数の変動量が所定変動量以上であるときに、前記平均値を演算し、前記トルク変動量を演算し、前記平均値に前記トルク変動量を加えたトルクを前記モータの出力トルクと推定し、前記推定した出力トルクを用いて前記モータが前記目標トルクで駆動するように前記インバータを制御してもよい。ここで、「所定変動量」は、モータの回転数が外乱により変動したか否かを判定するための閾値である。こうすれば、モータの回転数が外乱により変動したときに、モータの出力トルクの変動を抑制することができる。

また、本発明のモータ駆動装置において、前記制御装置は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御する場合において、前記モータの回転数の変動量が所定変動量以上であり、且つ、前記モータの各相の電流と前記回転角検出センサにより検出された前記モータの回転角とを用いて演算される推定出力トルクの変動量が所定トルク変動量以上であるときに、前記トルク平均値を演算し、前記トルク変動量を演算し、前記トルク平均値に前記トルク変動量を加えたトルクを前記モータの出力トルクと推定し、前記推定した出力トルクを用いて前記モータが前記目標トルクで駆動するように前記インバータを制御してもよい。ここで、「所定トルク変動量」は、実際に推定出力トルクが変動しているか否かを判定するための閾値である。こうすれば、モータの回転数が外乱により変動しており且つ推定出力トルクが変動しているとき、すなわち、モータの回転数が外乱により変動していることに起因して推定出力トルクの変動しているときに、モータの出力トルクの変動を抑制することができる。

さらに、本発明のモータ駆動装置において、前記複数の制御モードは、前記矩形波制御モードと、ＰＷＭ制御モードと、を含んでいてもよい。この場合において、前記ＰＷＭ制御モードは、前記モータの各相の電流と前記回転角とを用いて演算したｄ軸の電流とｑ軸の電流とを用いて前記インバータを制御してもよい。

そして、本発明のモータ駆動装置において、前記インバータは、昇圧コンバータを介して前記蓄電装置と電力をやり取りしていてもよい。

また、本発明のモータ駆動装置において、前記モータと前記バッテリと共に車両に搭載され、前記モータは、回転軸が前記車軸に連結された駆動軸に接続されており、前記制御装置は、前記演算された入出力パワーに前記駆動軸に接続された装置の共振周波数帯内の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を施した値を前記モータの回転数で除して第２推定出力トルクを演算し、前記第２推定出力トルクから前記第２推定出力トルクの平均値を減じたものを前記トルク変動量として演算してもよい。

本発明の一実施例としてのモータ駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 モータ３２の回転数Ｎｍ，トルク指令Ｔｍ＊とインバータ３４の制御モードＭｄとの関係の一例を説明するための説明図である。 電気自動車２０において、矩形波制御モードでのインバータ３４の制御を説明するためのブロック図である。 電子制御ユニット５０により実行される補正後トルク設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑとモータ３２から出力されるトルクとの関係を示す説明図である。 モータ３２の回転数Ｎｍが外乱により変動したときの推定出力トルクＴｒｑ１とモータ３２から実際に出力されている実トルクＴｍｒとの時間変化の一例を示す説明図である。 推定出力トルクＴｒｑ１を補正後トルクＴｒｑとして矩形制御フィードバック演算したときの電圧位相指令θｐ＊と、実際に出力されている実トルクＴｒを補正後トルクＴｒｑとして矩形制御フィードバック演算したときの電圧位相指令θｐｒと、の時間変化の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのモータ駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３６と、昇圧コンバータ４０と、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２に接続されると共に高電圧系電力ライン４２を介して昇圧コンバータ４０に接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ高電圧系電力ライン４２の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。高電圧系電力ライン４２の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４６が取り付けられている。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧系電力ライン４４を介して昇圧コンバータ４０に接続されている。低電圧系電力ライン４４の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４８が取り付けられている。

昇圧コンバータ４０は、インバータ３４が接続された高電圧系電力ライン４２とバッテリ３６が接続された低電圧系電力ライン４４とに接続されている。この昇圧コンバータ４０は、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２と、２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ３１は、高電圧系電力ライン４２の正極母線に接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高電圧系電力ライン４２および低電圧系電力ライン４４の負極母線と、に接続されている。２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２は、それぞれ、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点と、低電圧系電力ライン４４の正極母線と、に接続されている。昇圧コンバータ４０は、電子制御ユニット５０によって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧系電力ライン４４の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４２に供給したり、高電圧系電力ライン４２の電力を降圧して低電圧系電力ライン４４に供給したりする。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ５６，入出力ポートを備える。

電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転角（回転位置）を検出する回転角検出センサ（例えば、レゾルバと、レゾルバからの信号をデジタル値に変換するＲ／Ｄコンバータとを備える周知の回転角検出センサ）３２ａからのモータ３２の回転子の回転角θｍや、モータ３２の各相に流れる電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからのモータ３２に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからの電流Ｉｂも挙げることができる。さらに、コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからのコンデンサ４６（高電圧系電力ライン４２）の電圧ＶＨや、コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ４８（低電圧系電力ライン４４）の電圧ＶＬも挙げることができる。加えて、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。また、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速Ｖも挙げることができる。

電子制御ユニット５０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や、昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット５０は、回転角検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。また、電子制御ユニット５０は、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量の割合である。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、以下の走行制御を行なう。走行制御では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。また、モータ３２をトルク指令Ｔｍ＊で駆動できるように高電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を行なう。

ここで、インバータ３４の制御について説明する。実施例では、インバータ３４については、モータ３２の目標動作点（トルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍ）に基づいて、正弦波ＰＷＭ（パルス幅変調）制御モード，過変調ＰＷＭ制御モード，矩形波制御モードのうちの何れかを制御モードＭｄとして制御するものとした。ここで、正弦波ＰＷＭ制御モードは、擬似的な三相交流電圧がモータ３２に印加（供給）されるようにインバータ３４を制御する制御モードであり、過変調ＰＷＭ制御モードは、過変調電圧がモータ３２に印加されるようにインバータ３４を制御する制御モードであり、矩形波制御モードは、矩形波電圧がモータ３２に印加されるようにインバータ３４を制御する制御モードである。図２は、モータ３２の回転数Ｎｍ，トルク指令Ｔｍ＊とインバータ３４の制御モードＭｄとの関係の一例を説明するための説明図である。インバータ３４の制御モードＭｄは、図示するように、モータ３２の回転数Ｎｍやトルク指令Ｔｍ＊が小さい側から大きい側に向けて正弦波ＰＷＭ制御モード，過変調ＰＷＭ制御モード，矩形波制御モードとなるように定められる。

正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードでは、電子制御ユニット５０は、まず、モータ３２の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に流れる電流の総和が値０であるとして、電流センサ２２ｕ，２２ｖによって検出されたモータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖと、回転角検出センサ３２ａによって検出されたモータ３２の回転子の回転角θｍに基づいて演算された電気角θｅと，を用いて、Ｕ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）する。続いて、トルク指令Ｔｍ＊と予め定めたマップとからｄ−ｑ座標系におけるｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。次に、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊とｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑとの差分ΔＩｄ，ΔＩｑとに基づくフィードバック項としてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算する。そして、モータ３２の電気角θｅを用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相−３相変換）し、この電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗと搬送波電圧との比較によってトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成して、このＰＷＭ信号を用いてトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、矩形波制御モードでインバータ３４を制御する際の動作について説明する。図３は、電気自動車２０において、矩形波制御モードでのインバータ３４の制御を説明するためのブロック図である。

矩形波制御モードでは、電子制御ユニット５０は、図示するように、まず、正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードと同一の処理で、Ｕ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）する。続いて、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて、モータ３２から出力されていると推定される推定出力トルクＴｒｑ１を設定する（推定出力トルク設定）。そして、モータ３２の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に流れる電流の総和が値０であるとして、推定出力トルクＴｒｑ１と電流センサ３２ｕ，３２ｂにより検出されたＵ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖと電圧センサ３６ａからの電圧Ｖｂと電流センサ３６ｂからの電流Ｉｂとモータ３２の回転数Ｎｍとを用いて補正後トルクＴｒｑを設定する。補正後トルクＴｒｑの設定については後述する。そして、補正後トルクＴｒｑをモータ３２の出力トルクとして推定して、補正後トルクＴｒｑとトルク指令Ｔｍ＊との差分が打ち消されるように、電圧位相指令θｐ＊を計算する（矩形制御フィードバック演算）。こうして電圧位相指令θｐ＊を計算すると、電圧位相指令θｐ＊に基づく矩形波電圧がモータ３２に印加されるように矩形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成して、生成した矩形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをインバータ３４に出力する（スイッチングパターン出力）。そして、形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを用いてインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。電子制御ユニット５０は、こうした一連の処理を所定時間Ｔｃ毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎など）に実行する。

次に、補正後トルクＴｒｑの設定について説明する。図４は、電子制御ユニット５０により実行される補正後トルク設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、Ｕ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖとバッテリ３６の電圧Ｖｂ，電流Ｉｂとモータ３２の回転数Ｎｍと回転角θｍとを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。相電流Ｉｕ，Ｉｖは、電流センサ２２ｕ，２２ｖで検出されたものを入力している。電圧Ｖｂは、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａにより検出されたものを入力している。電流Ｉｂは、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂにより検出されたものを入力している。回転数Ｎｍは、モータ３２の回転子の回転角θｍに基づいて演算したものを入力している。回転角θｍは、回転角検出センサ３２ａにより検出されたものを入力している。

次に、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて、モータ３２から出力されていると推定される推定出力トルクＴｒｑ１を設定する（ステップＳ１１０）。この処理は、上述の推定出力トルク設定に対応する処理である。推定出力トルクＴｒｑ１の設定は、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑとモータ３２から出力されるトルクとの関係を実験や解析などで定めてマップとして記憶しておき、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑが与えられたときに対応するトルクを推定出力トルクＴｒｑ１に設定する。図５は、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑとモータ３２から出力されるトルクとの関係を示す説明図である。

続いて、ステップＳ１２０〜Ｓ１５０の処理を実行して、モータ３２から実際に出力されているトルクの平均値（トルク平均値）Ｔｒｑ１＿ａｖと、トルク平均値Ｔｒｑ１＿ａｖからの変動量（トルク変動量）ΔＴｒｑ２を演算する。トルク変動量ΔＴｒｑ２の演算は、バッテリパワーＰｂとモータ３２の回転数Ｎｍとを用いて行なわれる。最初に、バッテリ３６に入出力されるバッテリパワーＰｂを演算する（ステップＳ１２０）。バッテリパワーＰｂは、電圧Ｖｂに電流Ｉｂを乗じて演算する。

続いて、バッテリパワーＰｂとモータ３２の回転数Ｎｍとを用いて、モータ３２から出力されているトルクの推定値である推定出力トルクＴｒｑ２を演算する（ステップＳ１３０）。推定出力トルクＴｒｑ２の演算は、バッテリパワーＰｂに含まれる周波数成分のうち駆動軸２６に接続される駆動系（モータ３２や駆動輪２２ａ，２２ｂ，デファレンシャルギヤ２４など）の共振周波数の成分のみを抽出するようにバッテリパワーＰｂにバンドパス処理を施した値Ｐｂ＿ｆｉｔをモータ３２の回転数Ｎｍで除して演算される。バッテリパワーＰｂには、インバータ３４や昇圧コンバータ４０のスイッチングの周波数成分など様々な周波数成分が含まれる。値Ｐｂ＿ｆｉｔを用いて推定出力トルクＴｒｑ２を設定することにより、バッテリパワーＰｂに含まれる周波数成分のうち、駆動軸２６に接続される駆動系の共振周波数の成分のみを抽出することができる。ここで、バッテリパワーＰｂは、回転角検出センサ３２ａにより検出された回転角θを用いずに演算されるから、回転角検出センサ３２ａの検出遅れの影響を受けない。回転数Ｎｍは、回転角検出センサ３２ａにより検出された回転角θｍを用いて演算されるが、外乱によりモータ３２の回転数が変化したことによって回転角検出センサ３２ａの検出遅れが生じても、回転数Ｎｍと実際のモータ３２の回転数とは大きく乖離しないことが知られている。このように、回転角検出センサ３２ａの検出遅れの影響を受けないバッテリパワーＰｂと、回転角検出センサ３２ａの検出遅れから受ける影響が小さい回転数Ｎｍとを用いて推定出力トルクＴｒｑ２を演算するから、推定出力トルクＴｒｑ２は、回転角検出センサ３２ａの検出遅れから受ける影響が小さい値となる。

こうして推定出力トルクＴｒｑ２を演算したら、次式（１），（２）を用いて推定出力トルクＴｒｑ１，Ｔｒｑ２の平均値であるトルク平均値Ｔｒｑ１＿ａｖ，Ｔｒｑ２＿ａｖを演算する（ステップＳ１４０）。式（１），（２）中、「Ｔｒｑ１＿Ｎ」，「Ｔｒｑ２＿Ｎ」は、本ルーチンをＮ（Ｎは値１以上の実数）回目に実行したときにステップＳ１１０，Ｓ１３０の処理で設定または演算された推定出力トルクＴｒｑ１，Ｔｒｑ２である。また、値Ｎｔｈは、次式（３）を用いて演算される。式（３）中、「ωｅ」は、モータ３２を含む駆動系のねじれ振動の共振周波数である。駆動系としては、モータ３２の回転軸が車両の駆動軸に接続されるときには、駆動軸に接続される駆動系（モータや駆動輪，デファレンシャルギヤなど）を挙げることができる。なお、「Ｎ」は、本ルーチンの繰り返し回数が値Ｎｔｈになったときに値０にリセットされる。

Nth=(1/ωｅ）／Ｔｃ・・・（３）

次に、推定出力トルクＴｒｑ２からトルク平均値Ｔｒｑ＿２を減じてトルク変動量ΔＴｒｑ２を演算する（ステップＳ１５０）。推定出力トルクＴｒｑ２が、回転角検出センサ３２ａの検出遅れから受ける影響が小さい値であるから、トルク変動量ΔＴｒｑ２も回転角検出センサ３２ａの検出遅れから受ける影響が小さい値となっている。

こうしてトルク平均値Ｔｒｑ１＿ａｖとトルク変動量ΔＴｒｑ２を演算すると、回転数Ｎｍ２の変動量ΔＮｍが所定変動量ｄＮｍｒｅｆを超えているか否かを判定する（ステップＳ１６０）。変動量ΔＮｍは、ステップＳ１００の処理で入力されたモータ３２の回転数Ｎｍから前回本ルーチンを実行したときにステップＳ１００の処理で入力された回転数Ｎｍを減じることにより演算される。所定変動量ｄＮｍｒｅｆは、外乱によりモータ３２の回転数Ｎｍに変動が生じている否かを判定するための閾値であり、例えば、５０ｒｐｍ，１００ｒｐｍ，１５０ｒｐｍなどに設定される。

ステップＳ１６０の処理により変動量ΔＮｍが所定変動量ｄＮｍｒｅｆ以下であると判定されたときには、モータ３２の回転数Ｎｍが変動していないと判断して、推定出力トルクＴｒｑ１を補正後トルクＴｒｑに設定して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。こうした補正後トルクＴｒｑを設定すると、補正後トルクＴｒｑをモータ３２の出力トルクとして推定して、補正後トルクＴｒｑとトルク指令Ｔｍ＊との差分が打ち消されるように、電圧位相指令θｐ＊を計算し、電圧位相指令θｐ＊に基づく矩形波電圧がモータ３２に印加されるように矩形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成する。そして、生成した矩形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをインバータ３４に出力することにより、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。このように、正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードと同一の状態量（相電流Ｉｕ，Ｉｖと回転角θｍ）を用いて演算されたｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに基づく推定出力トルクＴｒｑ１を補正後トルクＴｒｑに設定し、補正後トルクＴｒｑをモータ３２から出力されるトルクとして推定して、インバータ３４を制御することにより、正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードと矩形波制御との間で制御モードを切り替える際のモータ３２からの出力トルクの急変を抑制している。

ステップＳ１６０の処理で変動量ΔＮｍが所定変動量ｄＮｍｒｅｆを超えていると判定されたときには、モータ３２の回転数Ｎｍが変動していると判断して、続いて、トルク変動量ΔＴｒｑ１が所定トルク変動量ｄＴｒｑｒｅｆを超えているか否かを判定する（ステップＳ１７０）。トルク変動量ΔＴｒｑ１は、ステップＳ１１０の処理で設定した推定出力トルクＴｒｑ１から前回本ルーチンを実行したときにステップＳ１１０の処理で設定した推定出力トルクＴｒｑ１を減じることにより演算される。所定トルク変動量ｄＴｒｑｒｅｆは、実際にモータ３２から出力されているトルクが変動しているか否かを判定するための閾値である。

ここで、ステップＳ１３０の処理で、トルク変動量ΔＴｒｑ１が所定トルク変動量ｄＴｒｑｒｅｆを超えているか否かを判定する理由について説明する。図６は、外乱によりモータ３２の回転数Ｎｍが変化しているときの推定出力トルクＴｒｑ１とモータ３２から実際に出力されている実トルクＴｍｒとの時間変化の一例を示す説明図である。図中、実線は、実トルクＴｍｒの時間変化の一例である。破線は、推定出力トルクＴｒｑ１の時間変化の一例である。回転角検出センサ３２ａは、応答性の良いことが望ましいが、応答性が良すぎるとノイズ耐性が低下するため、応答性が若干低下するよう構成されている。そのため、外乱によりモータ３２の回転数Ｎｍが変化すると、回転角検出センサ３２ａによるモータ３２の回転角θｍの検出遅れが生じる。こうした検出遅れが生じると、図示するように、実トルクＴｍｒの位相に対して推定出力トルクＴｒｑ１の位相が遅くなる。そのため、推定出力トルクＴｒｑ１は、実トルクＴｍｒが増加しモータ３２の回転数Ｎｍが増加しているときには、実トルクＴｍｒに比して小さく演算され、実トルクＴｍｒが減少しモータ３２の回転数Ｎｍが減少しているときには、実トルクＴｍｒに比して大きく演算される。このように実トルクＴｍｒと推定出力トルクＴｒｑ１との間に位相差が生じた状態で、推定出力トルクＴｒｑ１をそのまま補正後トルクＴｒｑに設定し、補正後トルクＴｒｑとトルク指令Ｔｍ＊との差分が打ち消されるように電圧位相指令θｐ＊を計算し、電圧位相指令θｐ＊に基づく矩形波電圧がモータ３２に印加されるように生成した矩形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗでインバータ３４を制御すると、モータ３２から実際に出力されるトルクがトルク指令Ｔｍ１＊付近のトルクで増減し（振動し）、モータ３２の回転数Ｎｍやモータ３２から出力するトルクに変動が生じる。モータ３２の回転数Ｎｍの変動は、上述したモータ３２の回転数Ｎｍの変化とは異なる要因でも生じる。実施例では、トルク変動量ΔＴｒｑ１が所定変動量ｄＮｍｒｅｆを超えているか否かを判定することにより、実際にモータ３２から出力するトルクに変動が生じているか否かを判定している。こうした理由により、トルク変動量ΔＴｒｑ１が所定トルク変動量ｄＴｒｑｒｅｆを超えているか否かを判定する。

ステップＳ１７０の処理でトルク変動量ΔＴｒｑ１が所定トルク変動量ｄＴｒｑｒｅｆ以下であると判定されたときには、実際にモータ３２から出力しているトルクの変動が小さいため、推定出力トルクＴｒｑ１を補正後トルクＴｒｑに設定しても差し支えないと判断して、推定出力トルクＴｒｑ１を補正後トルクＴｒｑに設定して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。こうして補正後トルクＴｒｑを設定すると、補正後トルクＴｒｑをモータ３２の出力トルクとして推定して、補正後トルクＴｒｑとトルク指令Ｔｍ＊との差分が打ち消されるように、電圧位相指令θｐ＊を計算し、電圧位相指令θｐ＊に基づく矩形波電圧がモータ３２に印加されるように矩形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成する。そして、生成した矩形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをインバータ３４に出力することにより、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。こうした処理により、正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードと矩形波制御との間で制御モードを切り替える際のモータ３２からの出力トルクの急変を抑制している。

ステップＳ１７０の処理でトルク変動量ΔＴｒｑ１が所定トルク変動量ｄＴｒｑｒｅｆを超えていると判定されたときには、モータ３２から出力しているトルクの変動が大きくなっていると判断して、トルク平均値Ｔｒｑ＿ａｖにトルク変動量ΔＴｒｑ２を加えたものを補正後トルクＴｒｑに設定して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。こうして補正後トルクＴｒｑを設定すると、補正後トルクＴｒｑをモータ３２の出力トルクとして推定して、補正後トルクＴｒｑとトルク指令Ｔｍ＊との差分が打ち消されるように、電圧位相指令θｐ＊を計算し、電圧位相指令θｐ＊に基づく矩形波電圧がモータ３２に印加されるように矩形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成する。そして、生成した矩形波信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをインバータ３４に出力することにより、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。こうした処理により、正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードと同一の状態量（相電流Ｉｕ，Ｉｖと回転角θｍ）を用いて演算される推定出力トルクＴｒｑ１を用いて演算されるトルク平均値Ｔｒｑ＿１にトルク変動量ΔＴｒｑ２２を加えたものを補正後トルクＴｒｑに設定するから、正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードと異なる状態量から演算されるモータ３２から出力されるトルクの推定値（例えば、バッテリパワーＰｂから推定される推定出力トルクＴｒｑ２）をそのまま補正後トルクＴｒｑとするものに比して、正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードと矩形波制御との間で制御モードを切り替える際のモータ３２からの出力トルクの急変を抑制することができる。また、トルク平均値Ｔｒｑ＿ａｖに回転角検出センサ３２ａの検出遅れから受ける影響が小さいトルク変動量ΔＴｒｑ２を加えたものを補正後トルクＴｒｑに設定するから、補正後トルクＴｒｑをよりモータ３２から実際に出力されている実トルクＴｍｒへ近づけることができる。

図７は、推定出力トルクＴｒｑ１を補正後トルクＴｒｑとして矩形制御フィードバック演算したときの電圧位相指令θｐ＊と、実際に出力されている実トルクＴｒを補正後トルクＴｒｑとして矩形制御フィードバック演算したときの電圧位相指令θｐｒと、の時間変化の一例を示す説明図である。図中、実線は、電圧位相指令θｐｒの時間変化の一例である。破線は、電圧位相指令θｐ＊の時間変化の一例である。図７に示すように、電圧位相指令θｐ＊と電圧位相指令θｐｒとは乖離している。実施例では、補正後トルクＴｒｑを実トルクＴｍｒに近づけることができるから、電圧位相指令θｐ＊を電圧位相指令θｐｒに近づけることができる。これにより、外乱によるモータ３２の出力トルクの変動を抑制することができる。よって、車両の振動を抑制することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、矩形波制御モードでインバータ３４を制御するときには、モータ３２の各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとモータ３２の回転角θｍとを用いてトルク平均値Ｔｒｑ＿ａｖを演算し、バッテリパワーＰｂとモータ３２の回転数Ｎｍとを用いてモータ３２のトルク変動量ΔＴｒｑ２を演算し、トルク平均値Ｔｒｑ＿ａｖにトルク変動量ΔＴｒｑ２を加えたトルクをモータ３２の出力トルクと推定し、推定した出力トルクを用いてモータ３２が目標トルクＴｍ＊で駆動するようにインバータ３４を制御することにより、矩形波制御モードと他の制御モードとの間で制御モードを切り替える際の出力トルクの急変を抑制すると共に、外乱によるモータ３２の出力トルクの変動を抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、ステップＳ１６０，Ｓ１７０の処理で、回転数Ｎｍ２の変動量ΔＮｍが所定変動量ｄＮｍｒｅｆを超えているか否かやトルク変動量ΔＴｒｑ１が所定トルク変動量ｄＴｒｑｒｅｆを超えているか否かを判定しているが、ステップＳ１６０，Ｓ１７０の処理およびステップＳ１８０の処理を実行せずに、ステップＳ１５０の処理を実行した後に、ステップＳ１９０の処理を実行してもよい。

実施例の電気自動車２０では、バッテリ３６とインバータ３４との間に昇圧コンバータ４０を備えているものとしているが、昇圧コンバータ４０を備えていないものとしても構わない。

実施例の電気自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとしたが、キャパシタなどの蓄電可能な装置であれば如何なる装置を用いるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、インバータ３４が「インバータ」に相当し、回転角検出センサ３２ａが「回転角検出センサ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、モータ駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２ モータ、３２ａ 回転角検出センサ、３２ｕ，３２ｖ，３６ｂ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ａ，４６ａ，４８ａ 電圧センサ、４０ 昇圧コンバータ、４２ 高電圧系電力ライン、４４ 低電圧系電力ライン、４６，４８ コンデンサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。

Claims (1)

1. モータを駆動すると共に蓄電装置と電力をやり取りするインバータと、
   前記モータの回転角を検出する回転角検出センサと、
   前記モータが目標トルクで駆動されるように矩形波制御モードを含む複数の制御モードで前記インバータを制御する制御装置と、
   を備えるモータ駆動装置であって、
   前記制御装置は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御するときには、前記モータの各相の電流と前記回転角検出センサにより検出された前記モータの回転角とを用いて前記モータから出力されているトルクの平均値を演算し、前記蓄電装置に入出力される入出力パワーと前記回転角検出センサにより検出された回転角を用いて演算される前記モータの回転数とを用いて前記モータのトルク変動量を演算し、前記平均値と前記トルク変動量とを用いて前記モータの出力トルクを推定し、前記推定した出力トルクを用いて前記モータが前記目標トルクで駆動するように前記インバータを制御する、
   モータ駆動装置。

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