JP7345972B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に走行用の駆動源として搭載されたモータを制御するモータ制御装置に関する。

ハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）には、走行用の駆動源としてのモータと、モータに対する電力の入出力を制御するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）とが搭載されている。

モータには、永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）が広く採用されている。永久磁石同期電動機は、回転子に強磁性体である永久磁石を用いた同期電動機である。モータ（永久磁石同期電動機）が発生するトルクは、各個体に固有のトルク定数とモータに流れる電流との積に相関した値となる。トルク定数は、モータ個体間でばらつきがある。そのため、モータのトルク制御では、トルクの指示値（目標値）である指示トルクと実際のトルクである実トルクとに乖離が発生する。

国際公開第２０１６／１２１３７３号

本発明の目的は、目標トルクと実トルクとの乖離を抑制できる、モータ制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るモータ制御装置は、車両に走行用のモータとして搭載された永久磁石同期電動機を制御する装置であって、モータが力行運転および回生運転されない空走時に、モータに供給される電流の指令値を零に設定する零指令手段と、零指令手段により電流の指令値が零に設定されているときに、モータに生じる逆起電圧を検出する逆起電圧検出手段と、逆起電圧検出手段による逆起電圧の検出時に、モータの回転数を検出する回転数検出手段と、逆起電圧検出手段により検出される逆起電圧を回転数検出手段により検出される回転数で除算して得られる値を用いて、モータのトルクを目標トルクに一致させるための指示トルクを算出する指示トルク算出部とを含む。

この構成によれば、車両の空走時に、永久磁石同期電動機であるモータに供給される電流の指令値が零に設定されて、その状態でモータに生じる逆起電圧が検出される。また、モータの回転数が検出される。そして、逆起電圧を回転数で除算して得られる値、つまり逆起電圧定数を用いて、モータのトルクを目標に一致させるための指示トルクが算出される。

モータが車両に搭載された状態で個体ごとに逆起電圧定数が求められて、その逆起電圧定数を用いて指示トルクが算出されるので、モータ個体間での逆起電圧定数のばらつきに起因する指示トルクと実際のトルクである実トルクとに乖離を抑制（従来よりも低減）できる。

とくに、モータの温度が上昇し、それに伴って永久磁石の磁束が減少したときに、その減少した磁束に応じた逆起電圧定数を用いて指示トルクが算出されることにより、目標トルクと実トルクとの乖離を抑制でき、モータのトルク制御を高精度に実施できる。その結果、高精度なトルク制御により、ドライバビリティを向上できる。

また、車両の工場出荷時に、モータ特性（永久磁石の特性など）を各々測定し、対となるＰＣＵへソフトを書き込む必要をなくすことができる。これにより、モータまたはＰＣＵの一方に故障が生じた場合に、それらの両方を一緒に交換する必要がなくなり、故障した方を単品で交換することが可能となる。

逆起電圧定数は、モータの永久磁石の磁束と相関があり、また、モータのトルク定数とも相関がある。したがって、磁束またはトルク定数を用いて指示トルクを算出することは、逆起電圧定数を用いて指示トルクを算出することと同義である。

本発明によれば、目標トルクと実トルクとの乖離を抑制できるので、モータのトルク制御を高精度に実施でき、その高精度なトルク制御により、ドライバビリティの向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る車両の要部の構成を示す図である。 指示トルク算出処理の流れを示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜車両の要部構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両１の要部の構成を示す図である。

車両１は、モータ２を走行用の駆動源として搭載したハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）である。車両１には、たとえば、シリーズ方式のハイブリッドシステムを採用している。シリーズ方式のハイブリッドシステムでは、エンジンの動力が発電用のモータで電力に変換され、その電力でモータ２が駆動されて、モータ２の動力が駆動輪に伝達される。

モータ２は、回転子に強磁性体である永久磁石を用いた永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）である。モータ２は、電動機として機能し、また、発電機としても機能する。

また、車両１には、駆動用バッテリ３と、ＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）４とが搭載されている。

駆動用バッテリ３は、複数の二次電池を組み合わせた組電池であり、たとえば、リチウムイオン電池からなる。駆動用バッテリ３は、たとえば、約２００～３５０Ｖの直流電力を出力する。

ＰＣＵ４は、モータ２と駆動用バッテリ３とに接続されている。ＰＣＵ４は、インバータ５およびマイコン（マイクロコントローラユニット）６を内蔵している。インバータ５は、２個の半導体スイッチング素子の直列回路をモータ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して設け、それらの直列回路を互いに並列に接続して構成されている。

モータ２が電動機として機能する力行運転時には、駆動用バッテリ３から出力される直流電力がインバータ５で交流電力に変換され、交流電力がインバータ５からモータ２に供給される。一方、モータ２が発電機として機能する回生運転時には、モータ２で駆動輪からの動力が交流電力に変換される。このとき、モータ２が駆動系の抵抗となり、その抵抗による回生制動力が駆動輪に作用する。モータ２で発生した交流電力は、インバータ５で直流電力に変換されて、駆動用バッテリ３に充電される。

マイコン６は、モータ２の回転数を検出する。具体的には、モータ２には、モータ２の回転に同期したパルス信号を出力する回転センサ（図示せず）が設けられており、マイコン６は、回転センサから出力されるパルス信号の周期からモータ２の回転数を求める。また、マイコン６は、モータ２とインバータ５との間に現れる電圧を検出する。

電圧の検出方法は、インバータ５のスイッチングを停止させて直接検出する方法でも、インバータ５のスイッチングを停止させずに、インバータ５への入力電圧とインバータ５からモータ２への出力電圧パルス幅から間接的に算出する方法でもよい。

また、車両１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）７が搭載されている。ＥＣＵ７には、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。図１には、１つのＥＣＵ７のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、ＥＣＵ７と同様の構成を有する複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ７を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。また、ＥＣＵ７は、ＰＣＵ４のマイコン６と通信可能に接続されている。

ＥＣＵ７は、他のＥＣＵやＰＣＵ４のマイコン６から受信した情報などに基づいて、モータ２のトルクが目標に一致するように、マイコン６を介してＰＣＵ４のインバータ５の動作を制御する。

＜指示トルク算出処理＞
図２は、指示トルク算出処理の流れを示すフローチャートである。

ＥＣＵ７は、モータ２のトルク制御に使用する指示トルクを算出するため、車両１の走行中に、図２に示される指示トルク算出処理を実行する。

指示トルク算出処理では、モータ２が力行運転および回生運転されない状態で車両１が走行している空走中であるか否かが判定される（ステップＳ１）。車両１が空走中でない場合（ステップＳ１のＮＯ）、指示トルク算出処理は次に進まない。

車両１が空走中である場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、ＰＣＵ４のインバータ５からモータ２に供給される電流の指令値が零（０）に設定される（ステップＳ２）。そして、その零指令値がＥＣＵ７からＰＣＵ４のマイコン６に伝達されて、マイコン６によりインバータ５の動作が制御されることにより、インバータ５からモータ２に供給される電流が零になる。

零指令値の設定は、一定の期間にわたって継続される。この期間に、マイコン６により、モータ２とインバータ５との間に現れる電圧が検出される。インバータ５からモータ２に電流が供給されていないので、このときモータ２とインバータ５との間に現れる電圧は、モータ２の回転子の回転により発生する逆起電圧である。すなわち、零指令値が設定されている期間に、マイコン６によって、モータ２に発生する逆起電圧が検出される（ステップＳ３）。

また、マイコン６によって、モータ２の回転数が検出される。マイコン６により検出されるモータ２の逆起電圧および回転数は、マイコン６からＥＣＵ７に送信される。ＥＣＵ７にモータ２の逆起電圧および回転数が入力されると、その逆起電圧を回転数で除算することにより、モータ２の逆起電圧定数が算出される（ステップＳ４）。

その後、その算出された逆起電圧定数を用いて、モータ２のトルクを目標に一致させるための指示トルクが算出されて（ステップＳ５）、指示トルク算出処理が終了される。

＜作用効果＞
以上のように、車両１の空走時に、永久磁石同期電動機であるモータ２に供給される電流の指令値が零に設定されて、その状態でモータ２に生じる逆起電圧が検出される。また、モータ２の回転数が検出される。そして、逆起電圧を回転数で除算して得られる値、つまり逆起電圧定数を用いて、モータ２のトルクを目標に一致させるための指示トルクが算出される。

モータ２が車両１に搭載された状態で個体ごとに逆起電圧定数が求められて、その逆起電圧定数を用いて指示トルクが算出されるので、モータ２の個体間での逆起電圧定数のばらつきに起因する指示トルクと実際のトルクである実トルクとに乖離を抑制（従来よりも低減）できる。

モータ２のトルクは、トルク定数とモータ２を流れるモータ電流との積で求まる。モータ２の逆起電圧定数はモータ２のトルク定数と大略的に一致するので、トルク定数を逆起電圧定数に置き換えて考える。たとえば、モータ２のトルクの目標である指示トルクが１００（Ｎ・ｍ）であり、ＰＣＵ４のマイコン６が逆起電圧定数を１．０（Ｎ・ｍ／Ａｒｍｓ）であると認識している場合、マイコン６は、モータ電流の目標を１００（Ａｒｍｓ）に設定する。しかしながら、モータ２の永久磁石の温度上昇により、逆起電圧定数が９０（Ｎ・ｍ／Ａｒｍｓ）に低下している場合、モータ電流の目標が１００（Ａｒｍｓ）に設定されると、モータ２の実トルクは９０（Ｎ・ｍ）となり、指示トルクと実トルクとが乖離する。この場合に、逆起電圧定数が９０（Ｎ・ｍ／Ａｒｍｓ）であることに応じて、指示トルクが１１０（Ｎ・ｍ）に設定されると、ＰＣＵ４のマイコン６は、モータ電流の目標を１１０（Ａｒｍｓ）に設定する。その結果、モータ２の実トルクが９９（Ｎ・ｍ）となり、目標トルクと実トルクとの乖離が低減する。

目標トルクと実トルクとの乖離を抑制できるので、モータ２のトルク制御を高精度に実施できる。その結果、高精度なトルク制御により、ドライバビリティを向上することができる。

また、永久磁石の温度が一時的に上昇し、逆起電圧定数が低下した状態でも、目標トルクと実トルクの乖離を低減させることができる。

また、車両１の工場出荷時に、モータ２特性（永久磁石の特性など）をＰＣＵ４のソフトに書き込む必要をなくすことができる。これにより、モータ２またはＰＣＵ４の一方に故障が生じた場合に、それらの両方を一緒に交換する必要がなくなり、故障した方を単品で交換することが可能となる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、本発明に係る技術がシリーズ方式を採用したハイブリッド車に適用された場合を例にとったが、本発明に係る技術は、他の方式を採用したハイブリッド車に適用されてもよいし、ハイブリッド車に限らず、モータを走行用の駆動源として搭載した車両であれば、エンジンを搭載していない電気自動車に適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
２：モータ
６：マイコン（逆起電圧検出手段、回転数検出手段）
７：ＥＣＵ（モータ制御装置、零指令手段、逆起電圧検出手段、回転数検出手段）

Claims (1)

1. 車両に走行用のモータとして搭載された永久磁石同期電動機を制御する装置であって、
   前記モータが力行運転および回生運転されない空走時に、前記モータに供給される電流の指令値を零に設定する零指令手段と、
   前記零指令手段により電流の指令値が零に設定されているときに、前記モータに生じる逆起電圧を検出する逆起電圧検出手段と、
   前記逆起電圧検出手段による逆起電圧の検出時に、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記逆起電圧検出手段により検出される逆起電圧を前記回転数検出手段により検出される回転数で除算して得られる値を用いて、当該値が小さいほど前記モータのトルクを目標に一致させるための指示トルクが大きくなるように、前記指示トルクを算出する指示トルク算出部とを含む、モータ制御装置。

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