JP6950755B2 - インバータ制御方法、及びインバータ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インバータ制御方法及びインバータ制御装置に関するものである。
電圧指令値Vqが所定のしきい値より低下したか否かを判定し、低下した場合にはさらにVqの挙動を監視し、Vqが定常的であればモータの減磁であると識別するモータ制御装置が知られている(特許文献1)。
特開2011−259253号公報
しかしながら、運転の動作点が変化する場合には、減磁を精度よく判定できないという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、運転の動作点が変動する場合でも減磁を判定できるインバータ制御装置及び車両駆動システムを提供することである。
本発明は、電圧指令値に含まれるトルク電圧指令値の極大値、極小値及び平均値のうち少なくともいずれか一つの値を判定対象指令値として特定し、判定対象指令値と前記減磁判定閾値とを比較し、比較結果に応じて、磁石の減磁が発生しているか否かを判定することによって上記課題を解決する。
本発明によれば、運転の動作点が変動する場合でも減磁を判定できるという効果を奏する。
図1は、本実施形態に係る車両駆動システムのブロック図である。 図2は、本実施形態に係る駆動システムのブロック図である。 図3は、本実施形態に係るインバータ制御装置のブロック図である。 図4は、電圧指令値(v )の特性、電圧指令値(v )の特性、モータ回転数の特性、及びモータトルクの特性を示すグラフである。 図5は、図3に示すコントローラによる減磁判定の制御フローを示すフローチャートである。 図6は、図5ステップS1の制御フローを示すフローチャートである。 図7は、本発明の他の実施形態に係る車両駆動システムのブロック図である。 図8は、エンジン回転数の特性、電圧指令値(v )の特性、モータ回転数の特性、及びモータトルク指令値の特性を示すグラフである。 図9は、コントローラによる減磁判定の制御フローを示すフローチャートである。 図10は、ブレーキ制動力、電圧指令値(v )の特性、モータ回転数の特性、モータトルクの特性、及び車速特性を示すグラフである。 図11は、コントローラによる減磁判定の制御フローを示すフローチャートである。 図12は、コントローラによる減磁判定の制御フローを示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第1実施形態》
図1は、本発明の実施形態に係るインバータ制御装置を含む車両駆動システムを示すブロック図である。以下、本例のインバータ制御装置を電気自動車に提供した例を挙げて説明するが、本例のインバータ制御装置は、例えばパラレル型のハイブリッド車両及びシリーズ型のハイブリッド車両等、少なくともモータを備えたハイブリッド車両にも適用可能である。
図1に示すように、本例のインバータ制御装置を含む車両制御ステムは、バッテリ1と、インバータ2と、モータ3と、減速機4と、駆動輪5と、コントローラ100を備えている。なお、車両駆動システムは、図1に示す構成に限らず、補器類など他の構成を備えてもよい。
バッテリ1は、車両の電力源であり、複数の二次電池を直列又は並列に接続した電池群である。二次電池には、リチウムイオン電池等が使用される。インバータ2は、IGBT等のスイッチング素子を複数備え、コントローラ100からのスイッチング信号により当該スイッチング素子のオン及びオフを切り替えることで、バッテリ1から出力される交流電力を直流電力に変換する。また、インバータ2は、モータ3の回生動作により発生した交流電力を直流電力に変換し、直流電力をバッテリ1に出力する。インバータ2及びモータ3の間には、電流センサが接続されている。電流センサは、モータ3に流れる電流を検出し、検出値をコントローラ100に出力する。
モータ3は、車両の駆動軸に連結され、インバータ2からの交流電力により駆動する車両の駆動源である。モータ3は、永久磁石同期電動機等の電動機である。またモータ3には、回転角センサが接続され、当該回転角センサの検出値はコントローラ100に出力される。モータ3の出力軸は、減速機4及び左右のドライブシャフトを介して、左右の駆動輪5に連結されている。またモータ3は、駆動輪5の回転により、回生駆動力を発生させることで、エネルギを回生する。
コントローラ100は、運転者のアクセルペダルの操作量に応じてアクセル開度、車速及び勾配などの車両状態、バッテリ1のSOC、バッテリ1の充放電可能電力、モータ3の発電電力等に応じて、運転者の要求に応じてトルクを出力させるための駆動トルク(必要トルク)を、インバータ2に指令する。運転者の要求は、アクセル操作、ブレーキ操作により決まる。
コントローラ100は、車両の運転状態及びバッテリ1の状態に応じて、車両の駆動系の効率を最適化しつつ、インバータ2を介してモータ3を制御する。なお、図1では、車両を制御する制御部分として、1つのコントローラ100が図示されているが、コントローラ100は、モータコントローラ、統合コントローラ等の複数のコントローラとしてもよい。各種コントローラは、CAN通信網で接続されている。コントローラ100は、メモリ110、CPU120等を有している。
次に、車両の駆動システムについて、図2を用いて説明する。図2は、駆動システムのブロック図である。
インバータ2は、上アーム回路を形成する上アーム素子21、23、25と、下編む回路を形成する下アーム素子22、24、26と、平滑コンデンサ27と、放電抵抗28と、放電用スイッチ29と、駆動回路30とを有している。
上アーム素子21、23、25は、パワーデバイスとしてのスイッチング素子Q1、Q3、Q5とダイオードD1、D3、D5とをそれぞれ並列に接続した回路を主要な構成としている。スイッチング素子Q1のコレクタ端子とダイオードD1のカソード端子が接続され、かつスイッチング素子Q1のコレクタ端子とダイオードD1のアノード端子が接続されている。下アーム素子22、24、26は、同じくパワーデバイスとしてのスイッチング素子Q2、Q4、Q6とダイオードD2、D4、D6とをそれぞれ並列に接続した回路を主要な構成とする。スイッチング素子Q2〜スイッチング素子Q6とダイオードD2〜D6の接続は、スイッチング素子Q1とダイオードD1の接続と同様である。
本実施形態では、2つのスイッチング素子Q1〜Q6を直列に接続した3対の回路が、電源線Pと電源線Nの間に接続されることにより、バッテリ1に電気的に接続され、各対のスイッチング素子を接続する各接続点と、3相モータ3の三相の出力部とがそれぞれ電気的に接続されている。電源線Pはバッテリ1の正極側に接続され、電源線Nはバッテリ1の負極側に接続されている。
スイッチング素子Q1のエミッタ端子とスイッチング素子Q2のコレクタ端子との接続点はU相の出力となり、スイッチング素子Q3のエミッタ端子とスイッチング素子Q4のコレクタ端子との接続点はV相の出力となり、スイッチング素子Q5のエミッタ端子とスイッチング素子Q6のコレクタ端子との接続点はW相の出力となり、モータ3の三相配線に接続されている。そして、上アーム素子21、23、25及び下アーム素子22、24、26により2レベルの3相インバータ回路20が構成されている。
平滑コンデンサ27は、インバータ回路20と、バッテリ1との間に接続される、バッテリ1からの電力を平滑する素子である。平滑コンデンサ27は、電源線P、N間に接続されている。
放電抵抗28及び放電用スイッチ29は直列に接続され、放電抵抗28及び放電用スイッチ29の直列回路は、電源線P、N間に接続されている。放電抵抗28は、平滑コンデンサ27にチャージされた電荷を放電する。コントローラ100は、放電用スイッチ29のオン、オフを制御する。放電用スイッチ29がオンになると、平滑コンデンサ27と放電抵抗28が導通し、放電が行われる。
駆動回路30は、コントローラ100から送信されるスイッチング信号に基づいて、スイッチング素子S1〜S6のオン及びオフを切り替える機能を備えている。
モータ3は、インバータ回路の各相で、スイッチング素子Q1、Q2の接続点、スイッチング素子Q3、Q4の接続点及びスイッチング素子Q5、Q6の接続点にそれぞれ接続されている。
リレースイッチ7は、バッテリ1とインバータ2の平滑コンデンサ27との間に接続されている。
コントローラ100は、駆動回路30を制御するためのコントローラである。コントローラ100は、外部から入力されるトルク指令値、モータ3の相電流、モータ3の回転数(回転速度)に基づいて、トルク指令値の要求トルクをモータ3から出力させるための、インバータ2の電流指令値を演算する。なお、モータ3の相電流は、インバータ回路20とモータ3との間に接続された電流センサ8により検出され、モータ3の回転速度は、モータ3に設けられたレゾルバ9の検出値から算出される。
そして、コントローラ100は、モータ3が必要とする電力を供給するためのスイッチング信号を生成し、駆動回路30に出力する。そして、駆動回路30は当該スイッチング信号に基づいて、各スイッチング素子Q1〜Q6のオン、オフを切り換える。これにより、コントローラ100は、インバータ2をPWM制御により制御している。
次に、図3を用いて、コントローラ100のうちインバータの制御に係る制御ブロックを説明する。図3は、インバータ2、モータ3、及びコントローラ100のブロック図である。コントローラ100は、回転数制御器31、電流指令値演算器32、電流制御器33、非干渉制御器34、二相三相電圧変換器35、回転数演算器36及び三相二相電流変換器37を有している。
回転数制御器31は、回転数演算器36から出力される回転数検出値(ω:モータ回転数)を、コントローラ100から出力されるモータ3の回転数指令値(ω )に一致させるように、モータ3のトルク指令値(T)を演算するPID制御器である。回転数制御器31は、回転数指令値(ω )及び回転数検出値(ω)を入力として、以下の式(1)によりトルク指令値(T)を演算し、電流指令値演算器32に出力する。
Figure 0006950755
ただし、Kは比例ゲインを、Kは積分ゲインを、Kは微分ゲインを、Tは近似微分の時定数を、sはラプラス演算子を、ωは回転数検出値を、ω は回転数指令値を示す。回転数指令値(ω )は、コントローラ100により演算される目標値である。コントローラ100は、ユーザの要求に応じた目標トルクを車両状態に応じて演算し、目標トルクを出力するために必要な回転数を、回転数指令値として演算している。
電流指令値演算器32は、トルク指令値(T)、バッテリ1の電圧(Vdc)、及び、モータ3の角周波数を示す回転数検出値(ω)を入力して、モータ3のdq軸電流指令値(I 、I )を演算し、電流制御器33に出力する。dq軸は、磁石の磁束の軸と、磁石の軸と直交する軸による回転座標系の軸を表している。電流指令値演算器32には、トルク指令値(T)、回転数検出値(ω)、電圧(Vdc)を指標として、dq軸電流指令値(I 、I )を出力するためのマップがメモリ110に格納されている。当該マップは、トルク指令値(T)、回転数検出値(ω)及び電圧(Vdc)の入力に対して、モータ3の損失及びインバータ2の損失を最小限に抑える最適な指令値を出力するよう対応づけられている。そして、電流指令値演算器32は、当該マップを参照して、dq軸電流指令値(I 、I )を演算する。
また電流指令値演算器32には、トルク指令値(T)、バッテリ1の電圧(Vdc)及び回転数検出値(ω)の他に、電流センサ8の検出値に基づくdq軸電流(I、I)及びバッテリ1の充放電可能電力(Pin、Pout)が入力され、電流指令値演算器32は、dq軸電流指令値を演算する。dq軸電流指令値は、モータ3の電流の目標値であって、励磁電流指令値及びトルク電流指令値を含む。
電流制御器33は、dq軸電流指令値(I 、I )及びdq軸電流(I、I)を入力として、以下の式(2)を用いて、制御演算を行い、dq軸電圧指令値(v 、v )を出力する。dq軸電圧指令値(v 、v )は、モータ3の電圧の目標値であって、励磁電圧指令値及びトルク電圧指令値を含む。
Figure 0006950755
ただし、Kpd、Kpqは比例ゲインを、Kid、Kiqは積分ゲインを示す。
なお、電流制御器33は、上記式(2)に対応するマップを参照して、dq軸電圧指令値(v 、v )を演算してもよい。
非干渉制御器34は、モータ3のd軸及びq軸に電流が流れた際に、発生する干渉電圧を打ち消すためのdq軸非干渉電圧(vddcpl、vqdcpl)を演算する。モータ3の電圧方程式は、dq座標で表すと、一般的に以下の式(3)で表される。
Figure 0006950755
ただし、Lはd軸インダクタンスを、Lはq軸インダクタンスを、Rはモータ3の巻線抵抗を、ωreは電気角速度を、φは磁束密度(トルク定数)を、pは微分演算子を示す。
式(3)を各成分に分けてラプラス変換して変形すると、次式で表される。
Figure 0006950755
ただし、電流応答モデルGpはそれぞれ次式で表される。
Figure 0006950755
式(3)に示されるように、dq軸間で干渉しあう速度起電力があり、これを打ち消すために非干渉制御器34は、以下の式(6)で表される非干渉電圧(vddcpl、vqdcpl)を演算する。
Figure 0006950755
電流制御器33及び非干渉制御器34の出力側には減算器が設けられ、当該減算器において、電圧指令値(v 、v )から式(6)で示される非干渉電圧(vddcpl、vqdcpl)を減算することで、式(4)の干渉項が打ち消され、dq軸電流は、以下の式(7)で表される。
Figure 0006950755
二相三相電圧変換器35は、dq軸電圧指令値(v 、v )及びレゾルバ9の検出値θを入力として、下記の式(8)を用いて、当該回転座標系のdq軸電圧指令値(v 、v )を固定座標系のu、v、w軸の電圧指令値(v 、v 、v )に変換し、インバータ2に出力する。
Figure 0006950755
三相二相電流変換器37は、3相2相変換を行う制御部であり、相電流(I、I、I)及び磁極位置検出器52の検出値θを入力として、固定座標系の相電流(I、I、I)を回転座標系の相電流(I、I)に変換し、電流指令値演算器32、電流制御器33及び非干渉制御器34に出力する。
電流センサ8は、U相及びV相にそれぞれ設けられ、相電流(I、I)を検出し、三相二相電流変換器37に出力する。w相の電流は、電流センサ8により検出されず、代わりに、三相二相電流変換器37は、入力された相電流(I、I)に基づき、w相の相電流を演算する。
レゾルバ(回転センサ)9はモータ3に設けられ、モータ3の磁極の位置を検出する検出器であり、検出値(θ)を回転数演算器36に出力する。レゾルバ9は、所定周期でモータ3の回転状態を検出している。回転数演算器36は、レゾルバ9の検出値(θ)からモータ3の角周波数である回転数検出値(ω)を演算し、回転数制御器31及び電流指令値演算器32に出力する。
そして、当該相電流(I、I)が電流制御器33に入力されることにより、制御装置は所定のゲインの電流制御ループによる制御が行われる。またインバータ2は、電流制御ループによる制御の下、入力された電圧指令値(v 、v 、v )に基づき、スイッチング素子のオン及びオフを切り替えるPWM制御信号を生成し、当該PWM制御信号に基づいて、スイッチング素子を動作させて、電力を変換する。
判定閾値演算器41は、減磁を判定するための判定閾値(vqd )を演算する。減磁判定器42は、電圧指令値(v )と判定閾値(vqd )とを比較し、その比較結果に基づき、モータ3に含まれる磁石の減磁が発生しているか否かを判定する。なお、判定閾値演算器41及び減磁判定器42による、減磁の判定については後述する。
ところで、モータ3の永久磁石式同期電動機では、例えばネオジム磁石等強力な磁石が使われる。この磁石は着磁させて磁力を得るが、逆方向に過大な磁力をかけるとその磁力を保持できなくなる。この現象が減磁である。そして、車両の駆動用電動機で減磁が起こると、電動機には電流が流れているにもかかわらず、電動機の磁力が弱いので、車両を駆動するトルクが減少する。
減磁は、電圧指令値(v )に影響を与えるため、電圧指令値(v )の変化から減磁を判定することができる。上記の式(3)に示すように、トルク電圧(v)はモータ3の回転数により応じて変化するため、電圧指令値(v )も、モータ回転数により変化する。モータの回転数は、車両の状態、運転者の運転操作等により変動しており、定常的なものではない。そのため、電圧指令値(v )も定常的な値ではない。電圧指令値(v )の低下は、減磁だけでなく、モータ回転数の変化によっても生じる。
図4を用いて、電圧指令値(v )とモータ回転数との相関性について説明する。図4は、電圧指令値(v )の特性、電圧指令値(v )の特性、モータ回転数の特性、及びモータトルクの特性を示すグラフである。横軸は時間を示している。
モータ(b)、(c)に示すように、電圧指令値(v )は、モータ回転数に追従するように変化している。モータ回転数は、時刻tа1、tа2、tа3、tа4、tа5及びtа6の時点で極大値又は極小値のいずれか一方をもつような特性で変化した時に、電圧指令値(v )は、時刻tb1、tb2、tb3、tb4、tb5及びtb6の時点で極大値又は極小値のいずれか一方をもつような特性で変化する。そのため、モータ回転数の極大点の時刻tа1は、電圧指令値(v )の極大点の時刻tb1に対応し、モータ回転数の極商店の時刻tа2は、電圧指令値(v )の極小点の時刻tb2に対応し、その他のモータ回転数の極大点又は極小点の時刻tа3、tа4、tа5及びtа6は、その他の電圧指令値(v )の極大点又は極小点の時刻tb3、tb4、tb5及びtb6にそれぞれ対応する。本実施形態では、このような電圧指令値(v )とモータ回転数との相関性を利用して、運転の動作点が変動する状態の下で、減磁の判定を行っている。
次に、図5を用いて、コントローラ100による減磁判定の制御を説明する。図5は、コントローラ100による減磁判定の制御フローを示すフローチャートである。なお、図5に示す制御フローは、所定の周期で繰り返し実行されている。制御フローの制御周期は、回転数が変動する時間(車両の運転周期に相当)に対して、十分に小さい周期(例えば、10ms)とすればよい。
ステップS1にて、減磁判定器42は、モータ回転数(ω)の極大値である回転数極大値(ωG MAX)を特定する。ステップS1の詳細な制御処理について、図6を用いて説明する。図6は、ステップS1の制御処理を示すフローチャートである。ステップS11にて、減磁判定器42は、回転数演算器36からモータ回転数(ω)を取得する。減磁判定器42は、現在のモータ回転数(ω)と最大回転数とを比較する。現在のモータ回転数(ω)はステップS11の制御処理で取得した値である。最大回転数の初期値は、図5に示す制御フローにおいて、最初に取得されたモータ回転数(ω)とすればよい。
ステップS12にて、減磁判定器42は、現在の回転数と最大回転数とを比較する。現在の回転数が最大回転数以上である場合にはステップS13に進む。現在の回転数が最大回転数より低い場合にはステップS15に進む。ステップS13にて、減磁判定器42は、現在の回転数を新たな最大回転数に設定することで、最大回転数を更新する。ステップS14にて、カウンタAをリセットし、ステップS11に戻る。すなわち、モータ回転数が上昇している間には、減磁判定器42は、ステップS11からステップS14までの制御ループを繰り返し実行することで、最大回転数を更新する。そして、現在の回転数が更新された最大回転数より低くなると、ステップS15に進む。
ステップS15にて、減磁判定器42は、カウンタAをインクリメントする。ステップS16にて、減磁判定器42はカウンタAが100以上であるか否かを判定する。カウンタAが100未満であると判定した場合には、ステップS11に戻る。カウンタAが100以上であると判定した場合には、図6に示す制御フローを終了させる。図6に示す制御処理を例えば10msごとに実行する場合には、現在の回転数が最大回転数より低くなった時点から、100回連続してカウントする間に、最大回転数が更新されない場合には、減磁判定器42は、モータ回転数の極大値を取得したと判定し、現在の最大回転数を回転数極大値(ωG MAX)に設定する。
図5に戻り、ステップS2にて、減磁判定器42は、電圧指令値の極大値(v MAX)を特定する。電圧指令値の極大値(v MAX)の特定方法は、図6に示す制御フローにおいて、回転数を電圧指令値に置き換えた制御フローを実行することで、特定できる。
ステップS3にて、判定閾値演算器41は、回転数極大値(ωG MAX)に応じた減磁判定閾値(vqd )を演算する。減磁判定閾値(vqd )は、減磁を判定するための閾値であって、モータ回転数(ω)に応じた値である。メモリ110には、モータ回転数(ω)と減磁判定閾値(vqd )とを対応させたマップが記憶されている。すなわち、回転数極大値(ωG MAX)が変わると、マップで示される判定閾値(vqd )も異なる値となる。そして、判定閾値演算器41は、マップを参照しつつ、マップ上で、回転数極大値(ωG MAX)に対応する判定閾値(vqd )を特定する。
ステップS4にて、減磁判定器42は、マップ上で特定された判定閾値(vqd )と、電圧指令値の極大値(v MAX)との差分(vqd −v MAX)を演算し、演算した差分と所定の閾値(D)とを比較する。所定の閾値(D)は、減磁による、電圧指令値(v )の減少量を示しており、応じて予め設定されている。
差分が閾値(D)より大きい場合には、減磁判定器42は、電圧指令値の極大値(v MAX)が正常値より低下していると判定し、ステップS5の制御に進む。一方、差分が閾値(D)未満である場合には、減磁判定器42は、減磁が発生しておらず正常であると判定し、図5に示す制御フローを終了させる。
ステップS5にて、減磁判定器42はカウンタ(B)をインクリメントする。ステップS6にて、減磁判定器42はカウンタ(B)と閾値(Bth)とを比較する。閾値(Bth)は、異常と判定された判定回数を示しており、減磁の判定精度に応じて決まる。閾値(Bth)は、予め決まっており、例えば3回に設定されている。
ステップS7にて、減磁判定器42は診断マスク条件を満たすか否かを判定する。診断マスク条件は、減磁診断に用いた、モータ回転数の演算値(レゾルバ9の検出値に相当)が、診断に適した値か否か判定するための条件である。例えば、電流センサ8に異常が生じていないこと、又は、コントローラ100に含まれるCPUに異常が生じていないことが、診断マスク条件の一例である。例えば、電流センサ8に異常が生じた場合、又は、コントローラ100に含まれるCPUに異常が生じた場合には、モータ回転数の演算値が、実際の回転数よりも低くなる可能性がある。そのため、診断マスク条件を満たさないと判定した場合には、減磁判定器42は、図5に示す制御フローを終了する。一方、診断マスク条件を満たすと判定した場合には、ステップS8にて、減磁判定器42は、減磁が発生していると判定する。コントローラ100は、減磁の発生をドライバに通知する。
上記のように本実施形態では、コントローラ100により、トルク指令値、レゾルバ9により検出される回転状態の検出値、電流センサ8により検出される検出電流に基づき、モータ3の電圧を制御する電圧指令値を演算し、電圧指令値に含まれるトルク電圧指令値の極大値を判定対象指令値として特定し、判定対象指令値と減磁判定閾値とを比較し、比較結果に応じて、磁石の減磁が発生しているか否かを判定する。これにより、モータ3の動作点が変動する場合でも減磁を判定できる。
磁石減磁のメカニズムとして、逆磁界がクニック点を超えた状態が、減磁の状態となる。そして、逆磁界がクニック点を超えると、磁力は急峻に減少し、回転数の減少度は大きい。本実施形態では、電圧指令値(v )とモータ回転数との相関性を利用しているため、クニック点を超えるような減磁が発生した場合には、減磁の影響が、電圧指令値(v )の極大値の変化に表れる。これにより、本実施形態では、車両駆動システムのようにモータ回転数が変動するシステムにおいて、高い精度で減磁の発生を診断できる。
また本実施形態では、電圧指令値(v )の極大値に対応するモータ回転数を取得し、取得されたモータ回転数に基づき減磁判定閾値を設定する。これにより、減磁判定の精度を高めることができる。
なお、本実施形態の変形例として、モータ回転数の極大値の代わりに、モータ回転数の極小値を用いてもよい。具体的には、図5に示すステップS1の制御フローで、回転数極小値(ωG MIN)を特定する。またステップS2の制御フローで、電圧指令値の極小値(v MIN)を特定する。回転数極小値(ωG MIN)又は電圧指令値の極小値(v MIN)の特定方法は、図6に示す制御フローにおいて、最大のモータ回転数を最小のモータ回転数又は最小電圧指令値に置き換えた上で、ステップS12の判定フローの大小を逆にすればよい。そして、図5に示すステップS3以降と同様の制御を実行することで、減磁の診断を行えばよい。
本実施形態の変形例では、コントローラ100により、電圧指令値に含まれるトルク電圧指令値の極小値を判定対象指令値として特定し、判定対象指令値と減磁判定閾値とを比較し、比較結果に応じて、磁石の減磁が発生しているか否かを判定する。これにより、モータ3の動作点が変動する場合でも減磁を判定できる。
また、本実施形態の他の変形例として、モータ回転数の極大値の代わりに、モータ回転数の平均値を用いてもよい。具体的には、図5に示すステップS1の制御フローで、回転数平均値(ωG AVE)を特定する。またステップS2の制御フローで、電圧指令値の平均値(v AVE)を特定する。回転数平均値(ωG AVE)は、上記と同様の方法で回転数極大値(ωG MAX)及び回転数極小値(ωG MIN)をそれぞれ特定し、これら2つの値の平均値を演算すればよい。また、電圧指令値の平均値(v AVE)は、上記と同様の方法で電圧指令値の極大値(v MAX)及び電圧指令値の極小値(v MIN)をそれぞれ特定し、これら2つの値の平均値を演算すればよい。そして、図5に示すステップS3以降と同様の制御を実行することで、減磁の診断を行えばよい。
本実施形態の変形例では、コントローラ100により、電圧指令値に含まれるトルク電圧指令値の平均値を判定対象指令値として特定し、判定対象指令値と減磁判定閾値とを比較し、比較結果に応じて、磁石の減磁が発生しているか否かを判定する。これにより、モータ3の動作点が変動する場合でも減磁を判定できる。
なお、判定閾値演算器41は、マップによる演算処理の代わりに、例えば、トルク電圧指令値(v )の移動平均値を判定閾値(vqd )として演算してもよい。判定閾値演算器41は、移動平均に限らず、少なくともモータ回転数を変数として含む演算式を用いた演算処理により、判定閾値(vqd )を演算してもよい。
《第2実施形態》
本発明の他の実施形態に係るインバータ制御方法及びインバータ制御装置を説明する。本実施形態では、第1実施形態に対して、減磁判定の制御フローを一部追加した点が異なる。これ以外の構成及び制御方法は上述した第1実施形態と同じであり、その記載を援用する。
図7は、本実施形態に係る車両駆動システムのブロック図である。本実施形態に係るインバータ制御装置は、図7に示す車両駆動システムに適用される。
ハイブリッド車両は、内燃機関と電動発電機といった複数の動力源を車両の駆動に使用するパラレル方式自動車であり、バッテリ1、インバータ2、モータ3、左右の駆動輪5、内燃機関(以下、エンジン)10、第1クラッチ11、第2クラッチ12、プロペラシャフト13、ディファレンシャルギアユニット14、ドライブシャフト15、および自動変速機17を備える。
第1クラッチ11は、エンジン10の出力軸とモータ3の回転軸との間に介装され、エンジン10とモータ3との間の動力伝達を断接(ON/OFF)する。第1クラッチ11としては、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチなどを例示することができる。第1クラッチ11において、コントローラ100からの制御信号に基づいて油圧ユニットの油圧が制御され、これにより第1クラッチ11のクラッチ板が締結(スリップ状態も含む。)又は解放する。なお、第1クラッチ11に乾式クラッチを採用してもよい。
自動変速機17は、前進7速、後退1速などといった変速比を段階的に切り換える有段式変速機であり、車速やアクセル開度等に応じて変速比を自動的に切り換える。
第2クラッチ12は、自動変速機17の各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、いくつかの摩擦締結要素を流用したものとすることができる。またこれに代えて第2クラッチ7とは別の専用のクラッチとしてもよい。
自動変速機17の出力軸は、プロペラシャフト13、ディファレンシャルギアユニット14、および左右のドライブシャフト15を介して、左右の駆動輪5に連結されている。なお、図1において5は左右の操舵前輪である。
コントローラ100は、クラッチ12をつなげて、モータ3の駆動力で駆動輪5を回転させて、車両を走行させる。また、例えばドライバの操作により、エンジン10の出力を必要とする場合には、コントローラ100は、クラッチ11をつなげて、モータ3の駆動力でエンジンを始動させる。このとき、モータ3に含まれる磁石で減磁が発生した場合には、モータ3に電流を流しても、モータ3から適切なトルクが出力されないため、エンジン10が始動しない。エンジン10の始動のためには、モータ3の電流を高めて、モータ3の出力トルクを大きくする必要があるため、エンジンの始動時間が長くなる。
図8は、エンジン回転数の特性、電圧指令値(v )の特性、モータ回転数の特性、及びモータトルク指令値の特性を示すグラフである。横軸は時間を示している。実線は、正常時の特性を示し、点線は、減磁発生時の特性を示す。
時刻tの時点で、コントローラ100は、エンジンを始動するためにトルク指令値を立ち上げる。トルク指令値の上昇に伴い、モータ回転数が増加し、電圧指令値(v )が増加し、エンジン回転数も増加する。時刻te1の時点でエンジン回転数の上昇が開始し、時刻te2の時点で完爆した状態になる。エンジンの始動時間はtとなる。
一方、減磁が発生している場合には、モータトルク指令値を上昇させても、モータ回転数が大きく上がらないため、モータトルク指令値をさらに上げる。エンジン回転数は、時刻te1の時点から徐々に上がるが、エンジン回転数の上昇に時間がかかり、時刻te3の時点で完爆した状態になる。エンジンの始動時間はt(>t)となる。すなわち、減磁が発生した場合には、エンジンの始動時間が長くなる。
また、モータ回転数の極大点の時刻tаは電圧指令値(v )の極大点の時刻tに対応しており、電圧指令値(v )は、モータ回転数に追従するように変化している。本実施形態では、以下の制御フローにて、エンジンの始動時間の条件を減磁の判定ロジックに加えている。
図9を用いて、コントローラ100による減磁判定の制御を説明する。ステップS21にて、コントローラ100は、エンジンの始動要求があるか否を判定する。例えば、アクセル操作により加速要求があり、エンジンの出力を必要とする場合には、コントローラ100は、エンジンの始動要求有りと判定する。またコントローラ100は、エンジンを始動させるために、トルク指令値を立ち上げる。コントローラ100は、エンジン始動時間の計測を開始する。なお、コントローラ100は、トルク指令値を立ち上げた後、図示しないエンジン回転数センサを用いて、エンジンの回転数を検出している。そして、エンジンの回転が始まった時点から、検出されたエンジン回転数が完爆を示す回転数閾値に達した時点までをエンジン始動時間として計測する。
ステップS22からステップS28までの制御処理は、図5に示すステップS1からステップS7までの制御処理と同様であるため、説明を省略する。
ステップS29にて、コントローラ100は、エンジン始動時間が所定の時間閾値より長いか否か判定する。所定時間閾値は、予め設定されており、減磁が発生していない時のエンジン始動時間より長い時間に設定されている。
そして、エンジン始動時間が時間閾値より長いと判定された場合には、ステップS30にて、減磁判定器42は、減磁が発生していると判定する。エンジン始動時間が時間閾値以下であると判定された場合には、減磁判定器42は、減磁が発生していないと判定し、制御フローを終了させる。
上記のように本実施形態では、モータ3に連結されたエンジン10の始動時間を測定し、始動時間に基づき、磁石の減磁が発生しているか否かを判定する。これにより、減磁判定の精度を高めることができる。
なお、本実施形態は、減磁の判定ロジックにエンジン始動時間の条件を追加しているため、所定の閾値(D)の大きさを、第1実施形態で設定された値(D)より小さくしてもよい。
なお、図7においては、後輪駆動のハイブリッド車両を例示したが、前輪駆動のハイブリッド車両や四輪駆動のハイブリッド車両とすることも可能である。ハイブリッドシステムは、シリーズ型でもよい。
《第3実施形態》
本発明の他の実施形態に係るインバータ制御方法及びインバータ制御装置を説明する。本実施形態では、第1実施形態に対して、減磁判定の制御フローを一部追加した点が異なる。これ以外の構成及び制御方法は上述した第1実施形態と同じであり、第1実施形態及び第2実施形態の記載を適宜、援用する。
図10は、ブレーキ制動力、電圧指令値(v )の特性、モータ回転数の特性、モータトルクの特性、及び車速特性を示すグラフである。横軸は時間を示している。実線は、正常時の特性を示し、点線は、減磁発生時の特性を示す。
車両の走行中、ドライバが時刻tの時点でブレーキ操作を行ったとする。ブレーキ操作に伴い、ブレーキスイッチの信号がローレベルからハイレベルに変化し、減速のための制御が開始する。コントローラ100には、上位コントローラから回生制御指令が入力し、モータ3に対して回生トルクを発生させて、車両減速時の運動エネルギを回収する。このとき、モータ3に減磁が発生していない場合には、モータ3は正常な回生制動力を発生させることができる。ブレーキ(機械的なブレーキ)の制動力は、減速要求に対する制動力からモータ3の回生制動力を減算した制動力となる。そのため、モータ3の正常時には、ブレーキの制動力は小さい(図10のグラフаを参照)。
一方、減磁が発生した場合には、モータ3の回生制動力が小さくなるため、ブレーキの制動力は、正常時と比べて大きくなる(図10のグラフbを参照)。また、モータ回転数は、車速の減少に伴いて低下して、電圧指令値(v )の極小点と対応するように、時刻tの時点で極小になる。すなわち、電圧指令値(v )は、モータ回転数に追従するように変化している。本実施形態では、以下の制御フローにて、ブレーキ制動力の条件を減磁の判定ロジックに加えている。
図11を用いて、コントローラ100による減磁判定の制御を説明する。ステップS31にて、コントローラは回生制御指令の入力があるか否かを判定する。回生制御指令の入力があると判定した場合にはステップS32に進む。回生制御指令の入力がないと判定した場合には制御フローを終了させる。
ステップS32からステップS38までの制御処理は、図5に示すステップS1からステップS7までの制御処理と同様であるため、説明を省略する。
ステップS39にて、コントローラ100は、ブレーキの制動力が、予め設定された制動力閾値より大きいか否かを判定する。
そして、ブレーキの制動力が制動力閾値より大きい場合には、減磁判定器42は、減磁が発生していると判定する。ブレーキの制動力が制動力閾値以下であると判定された場合には、減磁判定器42は、減磁が発生していないと判定し、制御フローを終了させる。
上記のように本実施形態では、車速が変化した場合のブレーキの制動力に基づき、磁石の減磁が発生しているか否かを判定する。これにより、減磁判定の精度を高めることができる。
なお、本実施形態の変形例として、車速が減少した場合のトルク指令値を減磁の判定ロジックに加えてもよい。図10(d)に示すように、モータ3を回生させる場合に、減磁が発生しているときには、回生方向のトルク指令値は、通常時よりも低くなるため、トルク指令値に基づき減磁を判定できる。
具体的には、コントローラ100は、図11に示すステップS39の制御処理において、トルク指令値が、予め設定されたトルク指令値閾値より小さいか否かを判定する。トルク指令値がトルク指令値閾値より小さい場合には、コントローラ100は減磁が発生していると判定する。一方、トルク指令値がトルク指令値閾値以上である場合には、コントローラ100は減磁が発生していないと判定し、制御フローを終了させる。
なお、本実施形態の他の変形例として、車速が増加した場合のトルク指令値を減磁の判定ロジックに加えてもよい。モータ3を力行させる場合に、減磁が発生している場合には、力行方向のトルク指令値は、通常時よりも低くなるため、トルク指令値に基づき減磁を判定できる。
上記のように、本実施形態の変形例では、車速が変化した場合のトルク指令値に基づき、前記磁石の減磁が発生しているか否かを判定する。これにより、減磁判定の精度を高めることができる。
《第4実施形態》
本発明の他の実施形態に係るインバータ制御方法及びインバータ制御装置を説明する。本実施形態では、第1実施形態に対して、判定閾値の演算に使用されるマップの更新機能を追加した点が異なる。これ以外の構成及び制御方法は上述した第1実施形態と同じであり、第1〜第3実施形態の記載を適宜、援用する。
コントローラ100は、モータ回転数(ω)に基づくトルク電圧指令値(v )を所定の周期で演算し、モータ回転数(ω)とトルク電圧指令値(v )とを対応づけて、マップとしてメモリ110に記憶する。またコントローラ100は、現在のモータ回転数(ω)に基づき新たにトルク電圧指令値(v )を演算した時に、現在のモータ回転数(ω)に対応するトルク電圧指令値(v )をマップ上で特定する。コントローラ100は、マップ上で特定されたトルク電圧指令値(v )と、新たに演算されたトルク電圧指令値(v )とを比較し、小さい方のトルク電圧指令値(v )を新たな判定閾値(vqd )として設定する。コントローラ100は、新たに設定した判定閾値(vqd )をモータ回転数(ω)と対応させた上で、マップに記憶する。
すなわち、コントローラ100は、新たにトルク電圧指令値(v )を演算した場合に、マップ上に判定閾値(vqd )として記憶されているトルク電圧指令値(v )と、新たに演算されたトルク電圧指令値(v )とのセレクトローをとり、より低い方のトルク電圧指令値(v )を判定閾値(vqd )に設定し、マップを更新する。
次に、コントローラ100の制御フローを説明する。図12は、コントローラ100の制御フローを示すフローチャートである。ステップS41〜S48の制御フローは、第1実施形態に係るステップS1〜S8の制御フローと同様であるため説明を省略する。
ステップS44において、電圧指令値の極大値(v MAX)との差分(vqd −v MAX)が閾値(D)以下である場合には、ステップS49にて、コントローラ100は、マップを参照しつつ、現在のモータ回転数に対応する判定閾値(vqd )を特定する。コントローラ100は、特定された判定閾値(vqd )と、現在の電圧指令値の極大値(v MAX)とを比較する。現在の電圧指令値の極大値(v MAX)が特定された判定閾値(vqd )より低い場合には、ステップS14にて、コントローラ100は、現在の電圧指令値の極大値(v MAX)を新たに判定閾値(vqd )に設定しマップを更新する。一方、現在の電圧指令値の極大値(v MAX)が特定された判定閾値(vqd )以上である場合には、コントローラ100は、マップを更新することなく、制御フローを終了させる。
上記のように本実施形態では、レゾルバ9により検出されたモータ3の回転状態と、演算されたトルク電圧指令値(v )とを対応づけてメモリ110に記憶し、現在の回転状態に基づき、トルク電圧指令値(v )を新たに演算し、新たに演算されたトルク電圧指令値(v )とメモリ110に記憶されたトルク電圧指令値(v )とのうち低い方の値を、判定閾値(vqd )として設定する。これにより、インバータ2又はモータ3の個体バラツキ、インバータ2又はモータ3の温度特性のバラツキ等によるトルク電圧指令値(v )の低下を管理しつつ、判定閾値(vqd )を更新するため、判定精度を高めることができる。
1…バッテリ
2…インバータ
3…モータ
4…減速機
5…駆動輪
7…リレースイッチ
8…電流センサ
9…レゾルバ
10…エンジン
11…第1クラッチ
12…第2クラッチ
13…プロペラシャフト
14…ディファレンシャルギアユニット
15…ドライブシャフト
17…自動変速機
20…インバータ回路
21、23、25…上アーム素子
22、24、26…下アーム素子
27…平滑コンデンサ
28…放電抵抗
29…放電用スイッチ
30…駆動回路
31…回転数制御器
32…電流指令値演算器
33…電流制御器
34…非干渉制御器
35…二相三相電圧変換器
36…回転数演算器
37…三相二相電流変換器
41…判定閾値演算器
42…減磁判定器
50…クラッチ
52…磁極位置検出器
70…無段変速機
100…コントローラ
110…メモリ
120…CPU

Claims (7)

  1. 磁石を含むモータを駆動させるインバータの制御方法であって、
    回転センサにより、前記モータの回転状態を検出し、
    電流センサにより、前記モータの電流を検出し、
    前記インバータを制御するコントローラにより、トルク指令値、前記回転センサにより検出される回転状態の検出値、及び前記電流センサにより検出される検出電流に基づき、前記モータの電圧を制御する電圧指令値を演算し、
    前記コントローラにより、前記電圧指令値に含まれるトルク電圧指令値の極大値、極小値及び平均値のうち少なくともいずれか一つの値を判定対象指令値として特定し、
    前記コントローラにより、前記判定対象指令値と減磁判定閾値とを比較し、比較結果に応じて、前記磁石の減磁が発生しているか否かを判定するインバータ制御方法。
  2. 請求項1記載のインバータ制御方法において、
    前記コントローラにより、前記モータに連結されたエンジンの始動時間を測定し、
    前記コントローラにより、前記始動時間に基づき、前記磁石の減磁が発生しているか否かを判定するインバータ制御方法。
  3. 請求項1又は2記載のインバータ制御方法において、
    前記コントローラにより、車速が変化した場合のブレーキの制動力に基づき、前記磁石の減磁が発生しているか否かを判定するインバータ制御方法。
  4. 請求項1又は2記載のインバータ制御方法において、
    車速が変化した場合の前記トルク指令値に基づき、前記磁石の減磁が発生しているか否かを判定するインバータ制御方法。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のインバータ制御方法において、
    前記コントローラにより、前記回転センサにより検出された前記回転状態と、演算された前記電圧指令値とを対応づけてメモリに記憶し、
    前記コントローラにより、現在の回転状態に基づき前記電圧指令値を新たに演算し、
    前記コントローラにより、新たに演算された前記電圧指令値と前記メモリに記憶された前記電圧指令値のうち低い方の値を、前記減磁判定閾値として設定するインバータ制御方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のインバータ制御方法において、
    前記コントローラにより、前記判定対象指令値に対応する前記検出値を前記回転センサから取得し、
    前記コントローラにより、前記判定対象指令値に対応する前記検出値に基づき、前記減磁判定閾値を設定するインバータ制御方法。
  7. 磁石を含むモータを駆動させるインバータの制御装置において、
    前記モータの回転状態を検出する回転センサと、
    前記モータの電流を検出する電流センサと、
    インバータを制御するコントローラとを備え、
    前記コントローラは、
    トルク指令値、前記回転センサにより検出される回転状態の検出値、及び前記電流センサにより検出される検出電流に基づき、前記モータの電圧を制御する電圧指令値を演算し、
    前記電圧指令値に含まれるトルク電圧指令値の極大値、極小値及び平均値のうち少なくともいずれか一つの値を判定対象指令値として特定し、
    前記判定対象指令値と減磁判定閾値とを比較し、比較結果に応じて、前記磁石の減磁が発生しているか否かを判定するインバータ制御装置。
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