JP7064347B2 - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、制御装置および制御方法に関する。

従来、クラッチや油圧などを用いて駆動力を伝達する駆動系において、伝達量をモータの角度により制御する技術が知られている。たとえばクラッチを用いた伝達系の場合、伝達量はクラッチの押し付け量または離し量に対応し、これらはクラッチを押すモータの角度により制御される。制御の手法としては、たとえばフィードバック制御が用いられる。

なお、このようなフィードバック制御では、制御対象物であるクラッチや、モータなどの構成部品の個体差や経年変化等によって生じるバラツキを補償するために、補償量の学習を行う場合がある（たとえば、特許文献１参照）。かかる学習は、たとえばモータの目標角度に対し実際に必要となるモータへの通電電流値を示すトルクカーブを推定することによって行われる。すなわち、制御対象物の負荷推定に基づいて前述の補償量が学習される。

特開平１１－１０８１６７号公報

しかしながら、上述した従来技術には、制御対象物の負荷推定の精度を向上させるうえで、更なる改善の余地がある。

たとえば、クラッチは、ダイヤフラムスプリングといった弾性を有する機械要素を含む構造上、押し付け時と離し時で必要となるモータのトルクにヒステリシス幅があり、モータへの通電電流は、かかるヒステリシス幅の中の任意の値で制御される。このため、電流値がばたつきやすく、トルクカーブに誤差が重畳される場合があった。

なお、この点、電流値のばたつきを抑えるために、ＰＷＭ（pulse width modulation）周波数を高周波化する手法を用いることも考えられるが、かかる手法には、エミッションノイズの増大や、処理負荷の増加といったデメリットが存在する。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、制御対象物の負荷推定の精度を向上させることができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る制御装置は、制御対象物をフィードバック制御によるモータの駆動により制御する制御装置において、推定部と、切替部とを備える。前記推定部は、前記モータの通電電流値に基づいて前記制御対象物の負荷推定を行う。前記切替部は、前記負荷推定に基づく学習を行う学習制御時と、該学習制御時以外の通常制御時とで制御内容を切り替える。また、前記学習制御時の制御内容は、前記フィードバック制御における目標値に対して実値が交わらないように制御することで、前記通常制御時の制御内容に比して電流変動が小さくなる制御内容である。

実施形態の一態様によれば、制御対象物の負荷推定の精度を向上させることができる。

図１Ａは、実施形態に係る制御方法の概要説明図（その１）である。 図１Ｂは、実施形態に係る制御方法の概要説明図（その２）である。 図１Ｃは、実施形態に係る制御方法の概要説明図（その３）である。 図１Ｄは、実施形態に係る制御方法の概要説明図（その４）である。 図２は、実施形態に係る制御システムのブロック図である。 図３は、通常制御時と学習制御時との制御内容の違いを示す図である。 図４は、実施形態に係る制御装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する制御装置および制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、車両などの駆動系におけるクラッチを制御対象物とし、かかるクラッチの押し付けまたは離しをモータＭ（図２参照）の角度によって制御する制御装置１０（図２参照）を例に挙げて説明する。

まず、本実施形態に係る制御方法の概要について、図１Ａ～図１Ｄを用いて説明する。図１Ａ～図１Ｄは、実施形態に係る制御方法の概要説明図（その１）～（その４）である。

図１Ａは、モータ角度に対する必要電流の一例を示す図となっている。図１Ａに示すように、「クラッチ押し付け時」と「クラッチ離し時」では、クラッチの構造に起因して、必要となるモータＭへの通電電流にヒステリシス幅（以下、「ヒス幅」と記載する）が存在する。

したがって、制御装置１０による通常制御時、モータＭの角度は、かかるヒス幅の中の任意の値で制御されることとなるが、このために、図１Ａのたとえば「クラッチ押し付け時」に顕著に現れているように、電流値はばたつきやすくなる。「クラッチ離し時」についても、「クラッチ押し付け時」ほどではないものの、電流値にばたつきがあることが分かる。

こうした電流値がばたつきやすい状態でトルクカーブを学習した場合、図１Ｂに示すように、フィードバック制御におけるモータ角度の目標値に対し実値が交差を繰り返すため（図中のＣ１部参照）、モータＭが正反転して「電流変動が大」きくなってしまい、トルクカーブに誤差が重畳されやすくなる。

そこで、本実施形態に係る制御方法では、制御装置１０における通常制御時に対し、トルクカーブを学習する学習制御時を設け、通常制御時と学習制御時とで制御内容を切り替えることとした。かかる制御内容は、学習制御時において通常制御時よりも電流変動が小さくなるように切り替えられる。

具体的には、図１Ｃに示すように、本実施形態に係る制御方法では、「所定のタイミング」において、通常制御時から、トルクカーブを学習する学習制御時へと移行し、制御内容を「通常制御時」から「学習制御時」へ切り替える。

ここに言う制御内容には、「速度指令値マップ」や、「フィードバックゲイン」、「フィルタ」、「ＰＷＭ周波数」などが含まれる。本実施形態に係る制御方法では、これらを、「学習制御時」には電流変動が小さくなるように切り替える。具体例は、図３を用いた説明で後述する。また、本実施形態に係る制御方法では、「学習制御時」において、図１Ａで相対的に電流値のばたつきの小さい「クラッチ離し時」について主に、トルクカーブによる学習を行う。

たとえば図１Ｄに示すように、本実施形態に係る制御方法では、「学習制御時」において、モータ角度の目標値を「クラッチ離し時」に対応するように時間軸に沿って徐々に下げ、かかる目標値に対して実値が追従しつつも目標値に交わらないようにトルクカーブを導出する（図中のＣ２部参照）。すなわち、モータＭを正反転させないことで「電流変動が小」さくなり、トルクカーブに誤差が重畳されにくくする。

また、上述した所定のタイミングは、たとえばＰＷＭ周波数を変更しても、エミッションノイズなどで他のシステムに影響を与えにくいタイミングであり、通常制御を停止状態とすることができるタイミングである。たとえば車両であれば、停止時で他のシステムが作動していないとき、一例としてイグニッションスイッチ（以下、「ＩＧスイッチ」と記載する）がオフされた後の所定期間内などである。

このように、本実施形態に係る制御方法では、制御対象物をモータＭの駆動により制御する制御装置１０において、モータＭの通電電流値により制御対象物の負荷推定を行い、負荷推定に基づく学習を行う学習制御時と、かかる学習制御時以外の通常制御時とで制御内容を切り替えることとした。制御内容は、学習制御時には、通常制御時に比して電流変動が小さくなるように切り替えられる。また、学習制御時に切り替えられるのは、他のシステムに影響を与えにくい所定のタイミングである。

したがって、本実施形態に係る制御方法によれば、制御対象物の負荷推定の精度を向上させることができる。以下、上述した制御方法を適用した制御装置１０を含み、車両に搭載される制御システム１について、さらに具体的に説明する。

図２は、本実施形態に係る制御システム１のブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

図２に示すように、制御システム１は、制御装置１０と、ＩＧスイッチ２０と、インバータ３０と、モータＭとを含む。ＩＧスイッチ２０は、車両の始動スイッチである。

インバータ３０は、たとえば三相出力インバータであり、制御装置１０からの制御に基づいてモータＭを駆動する。また、インバータ３０は、電流センサ３１を有する。電流センサ３１は、たとえばシャント抵抗であり、モータＭへ通電した三相電流値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを検出して制御装置１０へ出力する。

モータＭは、たとえば三相交流モータであり、回転角度によって図示略のクラッチの押し付け量または離し量を制御する。また、モータＭは、角度センサＭ１を有する。角度センサＭ１は、モータＭの回転角度を検出して、角度センサ信号Ａ，Ｂ，Ｚを制御装置１０へ出力する。

制御装置１０は、制御部１１を備える。制御部１１は、状況取得部１１１と、切替部１１２と、減算器１１３，１１４と、制御量算出部１１５と、トルク制御部１１６と、角度算出部１１７と、実角度取得部１１８と、実速度取得部１１９と、負荷推定部１２０とを備える。制御量算出部１１５は、変換部１１５ａを有する。負荷推定部１２０は、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）１２１と、変換部１２２とを有する。

制御部１１は、コントローラ（controller）であり、たとえばマイクロコントローラや、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含んで構成される。制御部１１は、制御装置１０全体を制御する。

状況取得部１１１は、車両の状況を取得する。状況取得部１１１は、たとえば車両の状況として、ＩＧスイッチ２０の状況を取得する。また、状況取得部１１１は、取得した車両の状況を切替部１１２へ通知する。

切替部１１２は、状況取得部１１１から通知された車両の状況に基づき、通常制御と学習制御とを切り替える。切替部１１２は、状況取得部１１１からたとえばＩＧスイッチ２０がオフされたことの通知を受け付けた場合に、制御部１１の制御内容を通常制御時から学習制御時へ切り替え、制御装置１０を言わば学習制御モードへ移行させる。

このとき、切替部１１２は、少なくとも速度指令値マップと、フィードバックゲインと、フィルタと、ＰＷＭ周波数とを、通常制御時のものから学習制御時のものへと切り替える。フィードバックゲインについては、制御量算出部１１５へ切り替え指示を行う。フィルタについては、負荷推定部１２０へ切り替え指示を行う。ＰＷＭ周波数については、トルク制御部１１６へ切り替え指示を行う。

ここで、図３を用いて、通常制御時と学習制御時との制御内容の違いについて説明する。図３は、通常制御時と学習制御時との制御内容の違いを示す図である。まず、速度指令値マップは、後述する減算器１１３から出力される角度偏差ΔＰｏｓを速度指令値に対応付けたマップであり、図３に示すように、「学習制御時」には、「通常制御時」に比べて相対的に「速度小」となるように切り替えられる。

また、フィードバックゲインは、後述する制御量算出部１１５で用いられ、「学習制御時」には、「通常制御時」に比べて相対的に「小」となるように切り替えられる。また、フィルタは、後述する負荷推定部１２０で用いられる。フィルタはたとえばローパスフィルタであり、「通常制御時」に比べて相対的に「なまし大」となるように切り替えられる。

また、ＰＷＭ周波数は、後述するトルク制御部１１６で用いられ、「学習制御時」には、「通常制御時」に比べて相対的に「高」となるように切り替えられる。これらはいずれも、「通常制御時」に比べて「学習制御時」に電流変動が小さくなるように切り替えられる。換言すれば、学習制御時は通常制御時より電流変動が小さくなる制御パラメータに切り替えられる。たとえばＰＷＭ周波数につき、「通常制御時」には１０ｋＨｚで、これに応じて電流変動幅が４Ａであるものとする。これを「学習制御時」に２０ｋＨｚとすると、前述の電流変動幅を２Ａに抑えることができる。

図２の説明に戻り、つづいて減算器１１３について説明する。減算器１１３は、実角度取得部１１８から出力されるモータＭの実角度Ｐｏｓを角度目標値から減算して角度偏差ΔＰｏｓを出力する。角度偏差ΔＰｏｓは、速度指令値マップで速度指令へ変換される。なお、速度指令値マップは、学習制御モードへ移行する際に、切替部１１２により、学習制御時のものへ切り替えられる。

減算器１１４は、実速度取得部１１９から出力されるモータＭの実速度Ｓｐｅｅｄを速度指令から減算して速度偏差ΔＳｐｅｅｄを出力する。

制御量算出部１１５は、減算器１１４から出力された速度偏差ΔＳｐｅｅｄについて所定のフィードバックゲインによるＰＩ（比例積分）演算を行い、後述する負荷推定部１２０から出力されるｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑをそれぞれ減算してｄ軸電流値偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流値偏差ΔＩｑを導出する。

そして、制御量算出部１１５は、導出したｄ軸電流値偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流値偏差ΔＩｑのそれぞれについて所定のフィードバックゲインによるＰＩ演算を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを導出する。

そして、制御量算出部１１５は、変換部１１５ａにより、モータＭの回転角θｅを用いた二相から三相への座標変換を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗへ変換してトルク制御部１１６へ出力する。なお、制御量算出部１１５は、切替部１１２の指示に基づき、学習制御時には、フィードバックゲインを学習制御時のものへ切り替える。

また、制御量算出部１１５は、学習制御時には、負荷推定部１２０から出力されたｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑを用いてトルクカーブによる学習を行い、バラツキを補償する補償量としての学習値を更新する。制御量算出部１１５は、通常制御時には、算出する制御量をかかる学習値を用いて補正する。

トルク制御部１１６は、制御量算出部１１５から出力された各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを所定のＰＷＭ周波数でパルス幅変調し、インバータ３０を制御する電圧指令としてのＰＷＭ信号を生成して、インバータ３０へ出力する。なお、トルク制御部１１６は、切替部１１２の指示に基づき、学習制御時には、ＰＷＭ周波数を学習制御時のものへ切り替える。

角度算出部１１７は、角度センサＭ１から出力された角度センサ信号Ａ，Ｂ，Ｚに基づいて回転角θｅを算出し、変換部１１５ａ、実角度取得部１１８、実速度取得部１１９および変換部１２２へ出力する。

実角度取得部１１８は、角度算出部１１７から出力された回転角θｅに基づいて実角度Ｐｏｓを取得する。実速度取得部１１９は、角度算出部１１７から出力された回転角θｅに基づいて実速度Ｓｐｅｅｄを取得する。

負荷推定部１２０は、電流センサ３１から出力された三相電流値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷに基づいて制御対象物の負荷を推定する。具体的には、ＡＤＣ１２１は、三相電流値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷをアナログ－デジタル変換し、Ｖ相電流値ＩｖおよびＷ相電流値Ｉｗを出力する。

変換部１２２は、回転角θｅを用いた三相から二相への座標変換を行い、Ｖ相電流値ＩｖおよびＷ相電流値Ｉｗを、ｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑへ変換して制御量算出部１１５へ出力する。なお、図示は略しているが、負荷推定部１２０は所定のフィルタを有しており、たとえば変換部１２２はかかるフィルタを用いて、ＡＤＣ１２１から出力されたＶ相電流値ＩｖおよびＷ相電流値Ｉｗを平均化しつつ、ｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑを出力する。なお、負荷推定部１２０は、切替部１１２の指示に基づき、学習制御時には、フィルタを学習制御時のものへ切り替える。

次に、本実施形態に係る制御装置１０が実行する処理手順について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る制御装置１０が実行する処理手順を示すフローチャートである。

まず、制御部１１は、たとえばＩＧスイッチ２０がオンされて車両が始動された後、通常制御を実行する（ステップＳ１０１）。そして、状況取得部１１１が、状況を取得する（ステップＳ１０２）。

そして、切替部１１２が、状況取得部１１１の取得した状況に基づき、学習制御モードへ移行すべき所定のタイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここで、所定のタイミングである場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、切替部１１２は、制御内容を学習制御時へ切り替える（ステップＳ１０４）。一方、所定のタイミングでない場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。

そして、制御内容が学習制御時へ切り替えられた後、制御部１１は、トルクカーブによる学習を実行し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。

上述してきたように、本実施形態は、制御対象物をモータＭの駆動により制御する制御装置１０において、負荷推定部１２０（「推定部」の一例に相当）と、切替部１１２とを備える。負荷推定部１２０は、モータＭの通電電流値に基づいて制御対象物の負荷推定を行う。切替部１１２は、上記負荷推定に基づく学習を行う学習制御時と、かかる学習制御時以外の通常制御時とで制御内容を切り替える。また、上記学習制御時の制御内容は上記通常制御時の制御内容に比して電流変動が小さくなる制御内容である。

したがって、本実施形態に係る制御装置１０によれば、制御対象物の負荷推定の精度を向上させることができる。

また、切替部１１２は、所定のタイミングのみ学習制御時へ制御内容を切り替える。したがって、本実施形態に係る制御装置１０によれば、たとえばＰＷＭ周波数を変更しても、エミッションノイズなどで他のシステムに影響を与えにくいタイミングにのみトルクカーブによる学習を行うので、トルクカーブに誤差を重畳させにくくすることができる。すなわち、制御対象物の負荷推定の精度を向上させるのに資することができる。

また、切替部１１２は、上記所定のタイミングで通常制御を停止状態とする。したがって、本実施形態に係る制御装置１０によれば、学習制御時には通常制御を停止状態とするので、処理負荷の増加による影響を低減することができる。すなわち、制御対象物の負荷推定の精度を向上させるのに資することができる。

また、制御対象物は、モータＭに対するフィードバック制御に基づいて制御され、切替部１１２は、上記制御内容について少なくとも、モータＭの実角度に対応する速度指令値マップ、フィードバックゲイン、フィルタ、ＰＷＭ周波数のうちの少なくともいずれかを切り替える。したがって、本実施形態に係る制御装置１０によれば、フィードバック制御における学習制御時の、制御対象物の負荷推定の精度を向上させるのに資することができる。

また、制御対象物およびモータＭは、車両に搭載され、切替部１１２は、車両のＩＧスイッチ２０がオフされた場合を上記所定のタイミングとする。したがって、本実施形態に係る制御装置１０によれば、車両が停止時で他のシステムが作動しておらず、たとえばＰＷＭ周波数を変更しても、エミッションノイズなどで他のシステムに影響を与えないタイミングを学習制御時とするので、制御対象物の負荷推定の精度を向上させるのに資することができる。

なお、上述した実施形態では、クラッチ離し時のトルクカーブによる学習を行う場合を例に挙げて説明したが（図１Ｄ参照）、クラッチ押し付け時であってもよい。この場合、実値が、目標値の下側で、目標値を超えないように追従するトルクカーブにより学習を行うこととなる。

また、上述した実施形態では、ヒス幅が存在する場合の例を挙げたが、制御対象物の構造上、ヒス幅が存在しない場合にも無論適用することができる。

また、上述した実施形態では、制御対象物がクラッチであることとしたが、モータＭにより制御されるのであればよく、制御対象物を限定するものではない。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 制御システム
１０ 制御装置
１１ 制御部
２０ ＩＧスイッチ
３０ インバータ
１１１ 状況取得部
１１２ 切替部
１１５ 制御量算出部
１１６ トルク制御部
１２０ 負荷推定部
Ｍ モータ

Claims (6)

1. 制御対象物をフィードバック制御によるモータの駆動により制御する制御装置において、
   前記モータの通電電流値に基づいて前記制御対象物の負荷推定を行う推定部と、
   前記負荷推定に基づく学習を行う学習制御時と、該学習制御時以外の通常制御時とで制御内容を切り替える切替部と
   を備え、
   前記学習制御時の制御内容は、前記フィードバック制御における目標値に対して実値が交わらないように制御することで、前記通常制御時の制御内容に比して電流変動が小さくなる制御内容である
   ことを特徴とする制御装置。
2. 前記切替部は、
   前記学習制御時に、前記フィードバック制御における目標値に対して実値が交わらないように制御することで、前記モータの反転が生じないようにする
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記切替部は、
   前記通常制御を停止状態とすることができる所定のタイミングに前記制御内容を前記学習制御時へ切り替える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記切替部は、
   前記制御内容について少なくとも、前記モータの実角度に対応する速度指令値マップ、フィードバックゲイン、フィルタ、パルス幅変調周波数のうちの少なくともいずれかを切り替える
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の制御装置。
5. 前記制御対象物および前記モータは、車両に搭載され、
   前記切替部は、
   前記車両のイグニッションスイッチがオフされた場合を前記所定のタイミングとする
   ことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
6. 制御対象物をフィードバック制御によるモータの駆動により制御する制御装置を用いた制御方法において、
   前記モータの通電電流値に基づいて前記制御対象物の負荷推定を行う推定工程と、
   前記負荷推定に基づく学習を行う学習制御時と、該学習制御時以外の通常制御時とで制御内容を切り替える切替工程と
   を含み、
   前記学習制御時の制御内容は、前記フィードバック制御における目標値に対して実値が交わらないように制御することで、前記通常制御時の制御内容に比して電流変動が小さくなる制御内容である
   ことを特徴とする制御方法。

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