JP7397625B2 - 車両 - Google Patents

Description

本発明は、モータによって駆動される車両に関する。

電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両では、モータによって車輪が駆動される。かかるモータは、ベクトル制御が行われる場合がある（例えば、特許文献１）。

特許第５１３４８３０号公報

モータのベクトル制御では、モータに流れる電流の実電流値が検出され、この実電流値をフィードバック制御することで、モータに印加する電圧の電圧指令値が導出される。モータに電力を供給するスイッチング回路は、導出された電圧指令値およびキャリア信号に基づいて生成されるゲート信号によってオンオフ制御される。

キャリア信号の周波数であるキャリア周波数は、モータの目標トルクを指示するトルク指令値およびモータの回転速度に従って変更されることがある。キャリア周波数が比較的高い場合、モータの基本波電流値と実電流値との誤差が小さく、精度よくフィードバック制御を行うことが可能である。しかし、キャリア周波数が比較的低い場合、モータの基本波電流値と実電流値との誤差が大きくなり、フィードバック制御の精度が低下し、結果として、モータ制御の精度が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、モータを高精度で制御可能な車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両は、スイッチング素子のオンオフによってモータに電力を供給するスイッチング回路と、スイッチング回路を駆動するゲートドライバと、ゲートドライバにスイッチング回路を駆動させるベクトル制御部と、モータに流れる電流の実電流値を検出する電流センサと、を備え、ベクトル制御部は、モータに流れる電流に対応するフィードバック電流値を導出するフィードバック電流値導出部と、フィードバック電流値およびモータに流す電流を指示する電流指令値に基づいて、モータに印加する電圧を指示する電圧指令値を導出するフィードバック制御部と、を有し、ゲートドライバは、スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を、電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調させて生成し、フィードバック電流値導出部は、キャリア信号の振幅が上昇から下降へ変化する山部のタイミングにおいて、キャリア信号のキャリア周波数が所定周波数より高い場合、実電流値をフィードバック電流値とし、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、モータに流れる電流の推定値である推定電流値を電圧指令値に基づいて導出し、実電流値と推定電流値とを平均した平均電流値をフィードバック電流値とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両は、スイッチング素子のオンオフによってモータに電力を供給するスイッチング回路と、スイッチング回路を駆動するゲートドライバと、ゲートドライバにスイッチング回路を駆動させるベクトル制御部と、を備え、ベクトル制御部は、モータに流れる電流に対応するフィードバック電流値を導出するフィードバック電流値導出部と、フィードバック電流値およびモータに流す電流を指示する電流指令値に基づいて、モータに印加する電圧を指示する電圧指令値を導出するフィードバック制御部と、を有し、ゲートドライバは、スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を、電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調させて生成し、フィードバック電流値導出部は、キャリア信号の振幅が下降から上昇へ変化する谷部のタイミングにおいて、キャリア信号のキャリア周波数が所定周波数より高い場合、フィードバック電流値の導出を行わず、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、モータに流れる電流の推定値である推定電流値を電圧指令値に基づいて導出し、推定電流値をフィードバック電流値としてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の車両は、スイッチング素子のオンオフによってモータに電力を供給するスイッチング回路と、スイッチング回路を駆動するゲートドライバと、ゲートドライバにスイッチング回路を駆動させるベクトル制御部と、モータに流れる電流の実電流値を検出する電流センサと、を備え、ベクトル制御部は、モータに流れる電流に対応するフィードバック電流値を導出するフィードバック電流値導出部と、フィードバック電流値およびモータに流す電流を指示する電流指令値に基づいて、モータに印加する電圧を指示する電圧指令値を導出するフィードバック制御部と、を有し、ゲートドライバは、スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を、電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調させて生成し、フィードバック電流値導出部は、キャリア信号の振幅が上昇から下降へ変化する山部のタイミングにおいて、キャリア信号のキャリア周波数が所定周波数以下の場合、モータに流れる電流の推定値である推定電流値を電圧指令値に基づいて導出し、実電流値と推定電流値とを平均した平均電流値と、実電流値との差分を補正用電流値として導出して記憶させ、キャリア信号の振幅が下降から上昇へ変化する谷部のタイミングにおいて、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、推定電流値を電圧指令値に基づいて導出し、現在の推定電流値を山部のタイミングで導出された補正用電流値で補正して現在のフィードバック電流値を導出してもよい。

本発明によれば、モータを高精度で制御可能となる。

本実施形態による車両の構成を示す概略図である。 モータの実電流値の一例を説明する図である。 キャリア周波数が比較的高い場合において、実電流値の取得タイミングを説明する図である。 キャリア周波数が比較的低い場合において、実電流値の取得タイミングを説明する図である。 フィードバック電流値の導出方法を説明する図である。 キャリア信号が山部のタイミングのときのフィードバック電流値導出部の動作の流れを説明するフローチャートである。 キャリア信号が谷部のタイミングのときのフィードバック電流値導出部の動作の流れを説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態による車両１の構成を示す概略図である。以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

車両１は、モータ１０、車輪１２、スイッチング回路１４、バッテリ１６、電流センサ１８、回転位置センサ２０、車両制御部２２、ベクトル制御部２４およびゲートドライバ２６を含む。

車両１は、例えば、モータ１０によって車輪１２が駆動される電気自動車である。なお、車両１は、エンジンとモータ１０とが並行して設けられるハイブリッド電気自動車であってもよい。

モータ１０は、例えば、３相交流電力により駆動される同期モータや誘導モータなどである。モータ１０の回転軸は、不図示の変速機などを通じて、車輪１２に接続される。

スイッチング回路１４は、所謂、インバータである。スイッチング回路１４は、直流電源線を通じてバッテリ１６に接続される。スイッチング回路１４は、例えば、スイッチング素子およびダイオードを各々６個含む。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。６個のスイッチング素子は、直流電源線間において３相ブリッジ接続され、３相交流電源線に接続される。スイッチング回路１４は、３相交流電源線を通じてモータ１０に接続される。また、ダイオードは、各スイッチング素子に並列接続される。

スイッチング回路１４は、バッテリ１６の直流電力を交流電力に変換してモータ１０に供給する。モータ１０は、スイッチング回路１４を通じて供給される電力に基づいて車輪１２を駆動する。

電流センサ１８は、例えば、ＣＴ（変流器）である。電流センサ１８は、スイッチング回路１４とモータ１０とを接続する３相交流電源線の各々に設けられる。電流センサ１８は、モータ１０の各相に実際に流れる電流の電流値（以後、実電流値と呼ぶ場合がある）を検出する。

回転位置センサ２０は、例えば、レゾルバなどである。回転位置センサ２０は、モータ１０の回転軸に取り付けられる。回転位置センサ２０は、モータ１０の回転子の回転位置θｍを検出する。回転位置θｍは、機械角を示す。

車両制御部２２は、例えば、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）である。車両制御部２２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。車両制御部２２は、車両１における駆動制御、制動制御および操舵制御など、車両１全体を制御する。車両制御部２２は、アクセル開度に従って要求トルクを導出する。車両制御部２２は、要求トルクに従って、モータ１０の目標トルクを指示するトルク指令値を導出してベクトル制御部２４に送信する。

ベクトル制御部２４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。ベクトル制御部２４は、車両制御部２２から送信されるトルク指令値に従ってモータ１０のベクトル制御を行い、ゲートドライバ２６にスイッチング回路１４を駆動させる。ベクトル制御部２４については、後に詳述する。

ゲートドライバ２６は、スイッチング回路１４のスイッチング素子のゲートに接続される。ゲートドライバ２６は、ベクトル制御部２４による制御の下、スイッチング素子をオンオフさせることでスイッチング回路１４を駆動する。

ゲートドライバ２６は、キャリア信号生成部３０およびゲート信号生成部３２を含む。キャリア信号生成部３０は、ベクトル制御部２４からキャリア周波数指令値を取得する。キャリア信号生成部３０は、キャリア周波数指令値で示される周波数のキャリア信号を生成する。キャリア信号は、例えば、三角波である。以後、キャリア信号の周波数を、キャリア周波数と呼ぶ場合がある。

ゲート信号生成部３２は、モータ１０の各相に印加する電圧を指示する３相（ＵＶＷ）の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ）をベクトル制御部２４から取得する。ゲート信号生成部３２は、各相の電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調（ＰＷＭ）して各相のゲート信号を生成する。ゲートドライバ２６は、生成された各相のゲート信号を各相のスイッチング素子のゲートに送信する。スイッチング素子は、ゲート信号に従ってオンオフされる。

次に、ベクトル制御部２４について説明する。ベクトル制御部２４は、プログラムを実行することで、電気角導出部４０、回転速度導出部４２、キャリア周波数選択部４４、トルク指令値変換部４６、フィードバック制御部４８、２相３相変換部５０、３相２相変換部５２およびフィードバック電流値導出部５４として機能する。

電気角導出部４０は、モータ１０の回転子の現在の回転位置（機械角）θｍを回転位置センサ２０から取得する。電気角導出部４０は、取得された回転位置（機械角）θｍおよびモータ１０の極数に基づいて、モータ１０における回転磁界の角度を示す電気角θｒｅを導出する。

回転速度導出部４２は、電気角導出部４０から現在の電気角θｒｅを取得し、取得された電気角θｒｅに基づいて、モータ１０の回転速度ωを導出する。

キャリア周波数選択部４４は、車両制御部２２からトルク指令値を取得し、回転速度導出部４２からモータ１０の回転速度ωを取得する。キャリア周波数選択部４４には、トルク指令値、モータ１０の回転速度ωおよびキャリア周波数指令値が関連付けられたキャリア周波数選択マップが記憶されている。キャリア周波数選択部４４は、取得されたトルク指令値およびモータ１０の回転速度ωをキャリア周波数選択マップに適用して、ゲートドライバ２６におけるキャリア周波数を指示するキャリア周波数指令値を導出する。

キャリア周波数選択マップにおいて、キャリア周波数指令値（キャリア周波数）は、モータ１０から発生する振動騒音やシステム効率を踏まえ、最適な値に設定されている。

トルク指令値変換部４６は、車両制御部２２からトルク指令値を取得する。トルク指令値変換部４６には、トルク指令値、ｄ軸電流指令値Ｉｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｑが関連付けられたトルク指令値変換マップが記憶されている。トルク指令値変換部４６は、取得されたトルク指令値をトルク指令値変換マップに適用し、ｄ軸電流指令値Ｉｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｑを導出する。ｄ軸電流指令値Ｉｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｑは、モータ１０に流す電流を指示する電流指令値をｄ軸およびｑ軸で示すものである。なお、ｄ軸は、回転磁界の磁束方向を示し、ｑ軸は、回転磁界の磁束方向に対して垂直方向を示す。

フィードバック制御部４８は、トルク指令値変換部４６からｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を取得し、回転速度導出部４２からモータ１０の回転速度ωを取得し、ｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢ、ｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢを取得する。

以下、ｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢおよびｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢを総称して、フィードバック電流値と呼ぶ場合がある。フィードバック電流値は、モータ１０に流れる電流に対応する。フィードバック電流値については、後に詳述する。

フィードバック制御部４８は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ、ｑ軸電流指令値Ｉｑ、ｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢ、ｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢおよびモータ１０の回転速度ωに基づき、例えば、ｄ軸電流指令値Ｉｄからｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢを減算およびｑ軸電流指令値Ｉｑからｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢを減算して、ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを導出する。ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑは、モータ１０に印加する電圧を指示する電圧指令値をｄ軸およびｑ軸で示すものである。

２相３相変換部５０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑをフィードバック制御部４８から取得し、電気角θｒｅを電気角導出部４０から取得する。２相３相変換部５０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、現在の電気角θｒｅに基づいて、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ＶｖおよびＷ相電圧指令値Ｖｗに変換する。Ｕ相電圧指令値Ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ＶｖおよびＷ相電圧指令値Ｖｗは、モータ１０に印加する電圧の電圧値をモータ１０のＵ相Ｖ相Ｗ相で指示するものである。

Ｕ相電圧指令値Ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ＶｖおよびＷ相電圧指令値Ｖｗは、ゲートドライバ２６のゲート信号生成部３２に送信される。そして、上述のように、ゲート信号生成部３２は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕとキャリア信号とからＵ相ゲート信号を生成し、Ｖ相電圧指令値Ｖｖとキャリア信号とからＶ相ゲート信号を生成し、Ｗ相電圧指令値Ｖｗとキャリア信号とからＷ相ゲート信号を生成する。

３相２相変換部５２は、Ｕ相実電流値ＩｕをＵ相の電流センサ１８から取得し、Ｖ相実電流値ＩｖをＶ相の電流センサ１８から取得し、Ｗ相実電流値ＩｗをＷ相の電流センサ１８から取得し、電気角θｒｅを電気角導出部４０から取得する。３相２相変換部５２は、Ｕ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値ＩｖおよびＷ相実電流値Ｉｗを、現在の電気角θｒｅに基づいて、ｄ軸実電流値Ｉｄｒおよびｑ軸実電流値Ｉｑｒに変換する。ｄ軸実電流値Ｉｄｒおよびｑ軸実電流値Ｉｑｒは、電流センサ１８で検出された実電流値をｄ軸およびｑ軸で示すものである。

フィードバック電流値導出部５４は、ゲートドライバ２６のキャリア信号生成部３０からキャリア信号を取得し、キャリア周波数選択部４４からキャリア周波数指令値を取得し、３相２相変換部５２からｄ軸実電流値Ｉｄｒおよびｑ軸実電流値Ｉｑｒを取得し、回転速度導出部４２から回転速度ωを取得し、フィードバック制御部４８からｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを取得する。

フィードバック電流値導出部５４は、後述する所定条件の下、上述の各情報に基づいて、ｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢおよびｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢを導出する。

図２は、モータ１０の実電流値の一例を説明する図である。図２では、３相のうち代表してＶ相について説明する。図２において、実線６０は、キャリア信号を示しており、実線６２は、Ｖ相電圧指令値Ｖｖを示しており、実線６４は、Ｖ相ゲート信号を示しており、実線６６は、Ｖ相実電流値Ｉｖを示している。

図２に示すように、Ｖ相ゲート信号は、Ｖ相電圧指令値Ｖｖがキャリア信号以上の場合、Ｈレベルとされ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖがキャリア信号より小さい場合、Ｌレベルとされる。Ｖ相ゲート信号がＨレベルの場合、Ｖ相スイッチング素子がオンされ、Ｖ相実電流値Ｉｖが上昇する。一方、Ｖ相ゲート信号がＬレベルの場合、Ｖ相スイッチング素子がオフされ、Ｖ相実電流値Ｉｖが下降する。そうすると、Ｖ相実電流値Ｉｖは、全体的には、Ｖ相電圧指令値Ｖｖの周波数と同様の周波数で振幅が変化する。しかし、スイッチング素子のオンオフによってＶ相実電流値Ｉｖが上昇および下降を繰り返すことで、Ｖ相実電流値Ｉｖには、Ｖ相実電流値Ｉｖの周波数（Ｖ相電圧指令値Ｖｖの周波数）より高い周波数で振幅がさざ波のように変化するリプル（脈動）が生じる。

上述のように、キャリア信号のキャリア周波数は、トルク指令値およびモータ１０の回転速度ωに従って変化する。ここで、Ｖ相電圧指令値Ｖｖの周波数に対して、キャリア信号のキャリア周波数が比較的高かったとする。この場合、Ｖ相電圧指令値Ｖｖがキャリア信号と比較されることで生成されるＶ相ゲート信号の周波数が高くなるため、Ｖ相ゲート信号によるスイッチング素子のスイッチング周波数も高くなる。そうすると、Ｖ相実電流値Ｉｖは、上昇および下降がＶ相ゲート信号により細かく制御されることとなる。その結果、Ｖ相実電流値Ｉｖのリプル（脈動）が小さくなる。なお、Ｖ相に限らず、Ｕ相およびＷ相も同様である。実電流値のリプル（脈動）が小さくなると、モータ１０に流れる電流の基本波成分を示す基本波電流値と、実電流値との誤差を小さくできる。

これに対して、Ｖ相電圧指令値Ｖｖの周波数に対して、キャリア信号のキャリア周波数が比較的低かったとする。この場合、Ｖ相電圧指令値Ｖｖがキャリア信号と比較されることで生成されるＶ相ゲート信号の周波数が低くなるため、Ｖ相ゲート信号によるスイッチング素子のスイッチング周波数も低くなる。そうすると、Ｖ相実電流値Ｉｖは、上昇および下降がＶ相ゲート信号によって粗く制御されることとなる。その結果、Ｖ相実電流値Ｉｖのリプル（脈動）が大きくなる。なお、Ｖ相に限らず、Ｕ相およびＷ相も同様である。実電流値のリプル（脈動）が大きくなると、モータ１０に流れる電流の基本波成分を示す基本波電流値と、実電流値との誤差が大きくなるおそれがある。

図３は、キャリア周波数が比較的高い場合において、実電流値の取得タイミングを説明する図である。図３では、３相のうち代表してＶ相について説明する。

ここで、キャリア信号において、振幅が上昇から下降に変化するタイミングを、山部７０と呼び、振幅が下降から上昇に変化するタイミングを、谷部７２と呼ぶ場合がある。

ベクトル制御では、一般的に、キャリア信号の山部７０のタイミングで実電流値が取得され、取得された実電流値に基づいてフィードバック制御が行われる。実電流値の取得をキャリア信号に同期させる理由は、キャリア信号に基づいてスイッチング素子のスイッチングが行われており、モータ１０にはスイッチング素子のスイッチングに従った電流が流れるからである。

図３では、山部７０のタイミングで取得される実電流値を黒丸印７４で示している。また、図３では、Ｖ相基本波電流値を一点鎖線７６で示している。

上述のように、キャリア周波数が比較的高い場合、Ｖ相実電流値Ｉｖのリプル（脈動）が小さくなり、Ｖ相基本波電流値とＶ相実電流値Ｉｖとの誤差を小さくできる。このため、図３に示すように、キャリア周波数が比較的高い場合、キャリア信号の山部７０のタイミングにおいて、Ｖ相基本波電流値（一点鎖線７６）に近似するＶ相実電流値Ｉｖ（黒丸印７４）を取得可能である。その結果、キャリア周波数が比較的高い場合、フィードバック制御部４８におけるフィードバック制御を精度よく行うことができる。

また、図３に示すように、キャリア周波数が比較的高い場合、Ｖ相電圧指令値Ｖｖの１周期あたりの山部７０の回数が多いため、Ｖ相基本波電流値の１周期あたりのＶ相実電流値Ｉｖを多く取得できる。これにより、キャリア周波数が比較的高い場合、単位時間あたりのＶ相実電流値Ｉｖのサンプル数が多くなり（Ｖ相実電流値Ｉｖのサンプリング周波数が高くなり）、フィードバック制御を精度よく行うことができる。

これに対し、図４は、キャリア周波数が比較的低い場合において、実電流値の取得タイミングを説明する図である。図４では、３相のうち代表してＶ相について説明する。

上述のように、キャリア周波数が比較的低い場合、Ｖ相実電流値Ｉｖのリプル（脈動）が大きくなり、Ｖ相基本波電流値とＶ相実電流値Ｉｖとの誤差が大きくなるおそれがある。このため、図４に示すように、キャリア周波数が比較的低い場合、キャリア信号の山部７０のタイミングにおいて、Ｖ相基本波電流値（一点鎖線７６）から絶対値が上下にばらついたＶ相実電流値Ｉｖ（黒丸印７４）を取得してしまうことがある。このため、キャリア周波数が比較的低い場合、Ｖ相実電流値Ｉｖの精度に起因して、フィードバック制御部４８におけるフィードバック制御の精度が低下するおそれがある。

また、図４に示すように、キャリア周波数が比較的低い場合、Ｖ相電圧指令値Ｖｖの１周期あたりの山部７０の回数が少ないため、Ｖ相基本波電流値の１周期あたりのＶ相実電流値Ｉｖの取得数が少なくなってしまう。これにより、キャリア周波数が比較的低い場合、単位時間あたりのＶ相実電流値Ｉｖのサンプル数が少なくなり（Ｖ相実電流値Ｉｖのサンプリング周波数が低くなり）、フィードバック制御の精度が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態のベクトル制御部２４は、キャリア周波数の高低によって、フィードバック制御に用いるフィードバック電流値を異なる導出方法で導出するフィードバック電流値導出部５４を含んでいる。

図５は、フィードバック電流値の導出方法を説明する図である。フィードバック電流値導出部５４は、キャリア信号の山部７０および谷部７２の各々において、フィードバック電流値の導出に関する割り込み制御を行う。このため、フィードバック電流値導出部５４は、ゲートドライバ２６から現在のキャリア信号を取得し、山部７０および谷部７２のタイミングを判断する。

また、フィードバック電流値導出部５４は、山部７０または谷部７２のタイミングとなると、キャリア周波数選択部４４から現在のキャリア周波数指令値を取得し、現在のキャリア周波数が所定値以下であるか否かを判断する。所定周波数は、実電流値のリプル（脈動）の程度を考慮して予め設定される。フィードバック電流値導出部５４では、キャリア周波数が所定値以下であるか否かによって、フィードバック電流値の導出方法が異なる。

フィードバック電流値導出部５４は、山部７０のタイミングでキャリア周波数が所定周波数より高い場合、電流センサ１８で検出された実電流値をフィードバック電流値とする。具体的には、フィードバック電流値導出部５４は、３相２相変換部５２で変換された後のｄ軸実電流値Ｉｄｒをｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢとし、ｑ軸実電流値Ｉｑｒをｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢとする。つまり、山部７０のタイミングでキャリア周波数が所定周波数より高い場合は、実電流値のリプル（脈動）が小さいため、実電流値がフィードバック電流値とされる。

フィードバック電流値導出部５４は、山部７０のタイミングでキャリア周波数が所定周波数以下の場合、モータ１０に流れる電流の推定値である推定電流値を導出する。具体的には、フィードバック電流値導出部５４は、以下の数式１に、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、回転速度ωおよびモータ定数を適用して、ｄ軸推定電流値Ｉｄ２およびｑ軸推定電流値Ｉｑ２を導出する。なお、モータ定数のうち、Ｒは巻線抵抗、Ｌはインダクタンス、Ｋは誘起電圧定数である。

そして、フィードバック電流値導出部５４は、導出された推定電流値（ｄ軸推定電流値Ｉｄ２およびｑ軸推定電流値Ｉｑ２）と、実電流値（ｄ軸実電流値Ｉｄｒおよびｑ軸実電流値Ｉｑｒ）とを平均した平均電流値（ｄ軸平均電流値Ｉｄａおよびｑ軸平均電流値Ｉｑａ）をフィードバック電流値（ｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢおよびｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢ）とする。これにより、実電流値が基本波電流値からばらついていたとしても、フィードバック電流値の精度の低下を抑制できる。

また、フィードバック電流値導出部５４は、谷部７２のタイミングでキャリア周波数が所定周波数より高い場合、フィードバック電流値の導出を行わない。キャリア周波数が所定周波数より高い場合、山部７０におけるフィードバック電流値のサンプリング周波数で、十分に精度の高いフィードバック制御を行うことができる。また、キャリア周波数が所定周波数より高い場合に谷部７２においてもフィードバック電流値を導出すると仮定した場合、フィードバック電流値のサンプリング周波数が高くなり過ぎて、逆に、処理負荷が増大するおそれがある。このため、谷部７２のタイミングにおいてキャリア周波数が所定周波数より高い場合、フィードバック電流値の導出を行わないようにする。

また、フィードバック電流値導出部５４は、谷部７２のタイミングでキャリア周波数が所定周波数より低い場合、その時点における推定電流値を導出する。推定電流値は、上述の数式１を用いて導出される。

そして、フィードバック電流値導出部５４は、谷部７２のタイミングで導出された推定電流値（ｄ軸推定電流値Ｉｄ２およびｑ軸推定電流値Ｉｑ２）に山部７０のタイミングで導出された補正用電流値（ｄ軸補正用電流値Ｉｄｃおよびｑ軸補正用電流値Ｉｑｃ）を加算して補間電流値（ｄ軸補間電流値Ｉｄｐおよびｑ軸補間電流値Ｉｑｐ）を導出し、導出された補間電流値をフィードバック電流値とする。

谷部７２において補間電流値を導出可能とするために、フィードバック電流値導出部５４は、今回の谷部７２のタイミングと前回の谷部７２のタイミングとの間において到来した直前の山部７０のタイミングにおいて、補正用電流値を予め導出しておく。フィードバック電流値導出部５４は、山部７０のタイミングにおける平均電流値（ｄ軸平均電流値Ｉｄａおよびｑ軸平均電流値Ｉｑａ）に、山部７０のタイミングにおける実電流値（ｄ軸実電流値Ｉｄｒおよびｑ軸実電流値Ｉｑｒ）を減算することで、山部７０のタイミングにおける補正用電流値（ｄ軸補正用電流値Ｉｄｃおよびｑ軸補正用電流値Ｉｑｃ）を導出する。

谷部７２のタイミングでキャリア周波数が所定周波数より低い場合、補間電流値がフィードバック電流値として導出されるため、フィードバック電流値のサンプリング周波数が高くなる。そして、フィードバック制御部４８は、谷部７２のタイミングにおいて更新されたフィードバック電流値を用いてフィードバック制御を行う。このため、フィードバック制御の精度を向上させることが可能となる。

上述のように、谷部７２のタイミングでキャリア周波数が所定周波数より低い場合、谷部７２での推定電流値が山部７０での補正用電流値で補正される。ここで、キャリア周波数が所定周波数より低い場合、実電流値は、山部７０のタイミングと谷部７２のタイミングとで、基本波電流値以上の値と基本波電流値以下の値とを交互に繰り返すと推定される。このため、谷部７２での推定電流値に山部７０での補正用電流値を加算することで、谷部７２での推定電流値を基本波電流値に、より近似させることができる。

なお、谷部７２のタイミングでキャリア周波数が所定周波数より低い場合、フィードバック電流値導出部５４は、補正用電流値での補正を省略し、谷部７２での推定電流値をフィードバック電流値としてもよい。この態様では、少なくとも谷部７２のタイミングにおいてフィードバック電流値が更新されるため、フィードバック制御の精度を向上させつつ、補正用電流値の導出を行わない分だけ処理負荷を抑えることができる。

図６は、キャリア信号が山部７０のタイミングのときのフィードバック電流値導出部５４の動作の流れを説明するフローチャートである。フィードバック電流値導出部５４は、所定制御周期でゲートドライバ２６からキャリア信号を取得し、キャリア信号が山部７０となったか否かを判断する。キャリア信号が山部７０となった場合、フィードバック電流値導出部５４は、割り込み制御で図６の一連の処理を行う。なお、図６では、フィードバック電流値をＦＢ電流値と略記している。

まず、フィードバック電流値導出部５４は、３相２相変換部５２に、電流センサ１８からＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値ＩｖおよびＷ相実電流値Ｉｗを取得させる。３相２相変換部５２は、Ｕ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値ＩｖおよびＷ相実電流値Ｉｗについて３相２相変換を行い、ｄ軸実電流値Ｉｄｒおよびｑ軸実電流値Ｉｑｒを導出する。そして、フィードバック電流値導出部５４は、導出されたｄ軸実電流値Ｉｄｒおよびｑ軸実電流値Ｉｑｒを３相２相変換部５２から取得する（Ｓ１００）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、キャリア周波数選択部４４から現在のキャリア周波数を取得する（Ｓ１１０）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、現在のキャリア周波数が所定周波数以下であるか否かを判断する（Ｓ１２０）。

現在のキャリア周波数が所定周波数以下ではない場合（Ｓ１２０におけるＮＯ）、フィードバック電流値導出部５４は、取得したｄ軸実電流値Ｉｄｒを現在のｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢに設定し、取得したｑ軸実電流値Ｉｑｒを現在のｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢに設定する（Ｓ１３０）。そして、フィードバック電流値導出部５４は、設定された現在のｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢおよびｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢをフィードバック制御部４８に送信し（Ｓ１４０）、一連の処理を終了する。この場合、フィードバック制御部４８は、更新されたｄ軸実電流値Ｉｄｒおよびｑ軸実電流値Ｉｑｒに基づいてフィードバック制御を行うこととなる。

現在のキャリア周波数が所定周波数以下である場合（Ｓ１２０におけるＹＥＳ）、フィードバック電流値導出部５４は、現在のｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑをフィードバック制御部４８から取得し、現在の回転速度ωを回転速度導出部４２から取得する（Ｓ２００）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、回転速度ωおよびモータ定数を上述の数１に適用して、現在のｄ軸推定電流値Ｉｄ２およびｑ軸推定電流値Ｉｑ２を導出する（Ｓ２１０）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、ｄ軸推定電流値Ｉｄ２とｄ軸実電流値Ｉｄｒとを平均したｄ軸平均電流値Ｉｄａを導出し、ｑ軸推定電流値Ｉｑ２とｑ軸実電流値Ｉｑｒとを平均したｑ軸平均電流値Ｉｑａを導出する（Ｓ２２０）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、導出されたｄ軸平均電流値Ｉｄａをｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢに設定し、導出されたｑ軸平均電流値Ｉｑａをｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢに設定する（Ｓ２３０）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、ｄ軸平均電流値Ｉｄａとｄ軸実電流値Ｉｄｒとの差分をｄ軸補正用電流値Ｉｄｃとして導出し、ｑ軸平均電流値Ｉｑａとｑ軸実電流値Ｉｑｒとの差分をｑ軸補正用電流値Ｉｑｃとして導出する（Ｓ２４０）。導出されたｄ軸補正用電流値Ｉｄｃおよびｑ軸補正用電流値Ｉｑｃは、レジスタなどの記憶領域に記憶され、谷部７２のタイミングにおいて利用される。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、ステップＳ２３０で設定された現在のｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢおよびｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢをフィードバック制御部４８に送信し（Ｓ１４０）、一連の処理を終了する。この場合、フィードバック制御部４８は、ｄ軸平均電流値Ｉｄａおよびｑ軸平均電流値Ｉｑａに基づいてフィードバック制御を行うこととなる。

図７は、キャリア信号が谷部７２のタイミングのときのフィードバック電流値導出部５４の動作の流れを説明するフローチャートである。フィードバック電流値導出部５４は、所定制御周期でゲートドライバ２６からキャリア信号を取得し、キャリア信号が谷部７２となったか否かを判断する。キャリア信号が谷部７２となった場合、フィードバック電流値導出部５４は、割り込み制御で図７の一連の処理を行う。なお、図７では、フィードバック電流値をＦＢ電流値と略記している。

まず、フィードバック電流値導出部５４は、キャリア周波数選択部４４から現在のキャリア周波数を取得する（Ｓ３００）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、現在のキャリア周波数が所定周波数以下であるか否かを判断する（Ｓ３１０）。現在のキャリア周波数が所定周波数以下ではない場合（Ｓ３１０におけるＮＯ）、フィードバック電流値導出部５４は、一連の処理を終了する。この場合、谷部７２におけるフィードバック電流値は導出されない。

現在のキャリア周波数が所定周波数以下である場合（Ｓ３１０におけるＹＥＳ）、フィードバック電流値導出部５４は、現在のｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑをフィードバック制御部４８から取得し、現在の回転速度ωを回転速度導出部４２から取得する（Ｓ３２０）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、現在のｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、回転速度ωおよびモータ定数を上述の数１に適用して、現在のｄ軸推定電流値Ｉｄ２およびｑ軸推定電流値Ｉｑ２を導出する（Ｓ３３０）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、直前の山部７０で導出されたｄ軸補正用電流値Ｉｄｃおよびｑ軸補正用電流値Ｉｑｃを記憶領域から読み出し、直前の山部７０におけるｄ軸補正用電流値Ｉｄｃで現在のｄ軸推定電流値Ｉｄ２を補正することでｄ軸補間電流値Ｉｄｐを導出し、直前の山部７０におけるｑ軸補正用電流値Ｉｑｃで現在のｑ軸推定電流値Ｉｑ２を補正することでｑ軸補間電流値Ｉｑｐを導出する（Ｓ３４０）。

次に、フィードバック電流値導出部５４は、導出されたｄ軸補間電流値Ｉｄｐをｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢに設定し、ｑ軸補間電流値Ｉｑｐをｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢに設定する（Ｓ３５０）。そして、フィードバック電流値導出部５４は、設定された現在のｄ軸フィードバック電流値ＩｄＦＢおよびｑ軸フィードバック電流値ＩｑＦＢをフィードバック制御部４８に送信し（Ｓ３６０）、一連の処理を終了する。この場合、フィードバック制御部４８は、谷部７２において導出されたフィードバック電流値を用いてフィードバック制御を行う。

以上のように、本実施形態の車両１では、モータ１０のベクトル制御において、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、電圧指令値およびモータ１０の回転速度ωに基づいて推定電流値が導出され、推定電流値に基づいてフィードバック電流値が導出される。このため、本実施形態の車両１では、モータ１０に流れる電流の本来の電流値と実際に検出される実電流値との誤差が大きくなったとしても、フィードバック制御の精度の低下を抑制することができる。

したがって、本実施形態の車両１によれば、車輪１２を駆動するモータ１０を高精度で制御可能となる。

また、本実施形態の車両１のフィードバック電流値導出部５４は、山部７０のタイミングにおいて、キャリア周波数が所定周波数より高い場合、実電流値をフィードバック電流値とし、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、実電流値と現在の推定電流値とを平均した平均電流値をフィードバック電流値とする。このため、本実施形態の車両１では、山部７０のタイミングにおけるフィードバック電流値の精度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態の車両１のフィードバック電流値導出部５４は、谷部７２のタイミングにおいて、キャリア周波数が所定周波数より高い場合、フィードバック電流値を導出せず、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、現在の推定電流値をフィードバック電流値とする。このため、本実施形態の車両１では、キャリア周波数が所定周波数より高い場合には、処理負荷の増加を抑制することができ、キャリア周波数が所定周波数より低い場合には、フィードバック電流値の単位時間あたりの導出回数の増加によるフィードバック制御の精度を向上させることができる。

また、本実施形態の車両１のフィードバック電流値導出部５４は、山部７０のタイミングにおいて、平均電流値と実電流値との差分を補正用電流値として導出し、谷部７２のタイミングにおいて、谷部７２のタイミングにおける推定電流値を山部７０のタイミングにおける補正用電流値で補正してフィードバック電流値とする。このため、本実施形態の車両１では、谷部７２のタイミングにおけるフィードバック電流値を、より精度よく導出することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、モータによって駆動される車両に利用できる。

１ 車両
１０ モータ
１４ スイッチング回路
１８ 電流センサ
２４ ベクトル制御部
２６ ゲートドライバ
４８ フィードバック制御部
５４ フィードバック電流値導出部

Claims (3)

1. スイッチング素子のオンオフによってモータに電力を供給するスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路を駆動するゲートドライバと、
   前記ゲートドライバに前記スイッチング回路を駆動させるベクトル制御部と、
   前記モータに流れる電流の実電流値を検出する電流センサと、
   を備え、
   前記ベクトル制御部は、
   前記モータに流れる電流に対応するフィードバック電流値を導出するフィードバック電流値導出部と、
   前記フィードバック電流値および前記モータに流す電流を指示する電流指令値に基づいて、前記モータに印加する電圧を指示する電圧指令値を導出するフィードバック制御部と、
   を有し、
   前記ゲートドライバは、前記スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を、前記電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調させて生成し、
   前記フィードバック電流値導出部は、
   前記キャリア信号の振幅が上昇から下降へ変化する山部のタイミングにおいて、
   前記キャリア信号のキャリア周波数が所定周波数より高い場合、前記実電流値を前記フィードバック電流値とし、
   前記キャリア周波数が所定周波数以下の場合、前記モータに流れる電流の推定値である推定電流値を前記電圧指令値に基づいて導出し、前記実電流値と前記推定電流値とを平均した平均電流値を前記フィードバック電流値とする、車両。
2. スイッチング素子のオンオフによってモータに電力を供給するスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路を駆動するゲートドライバと、
   前記ゲートドライバに前記スイッチング回路を駆動させるベクトル制御部と、
   を備え、
   前記ベクトル制御部は、
   前記モータに流れる電流に対応するフィードバック電流値を導出するフィードバック電流値導出部と、
   前記フィードバック電流値および前記モータに流す電流を指示する電流指令値に基づいて、前記モータに印加する電圧を指示する電圧指令値を導出するフィードバック制御部と、
   を有し、
   前記ゲートドライバは、前記スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を、前記電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調させて生成し、
   前記フィードバック電流値導出部は、
   前記キャリア信号の振幅が下降から上昇へ変化する谷部のタイミングにおいて、
   前記キャリア信号のキャリア周波数が所定周波数より高い場合、前記フィードバック電流値の導出を行わず、
   前記キャリア周波数が所定周波数以下の場合、前記モータに流れる電流の推定値である推定電流値を前記電圧指令値に基づいて導出し、前記推定電流値を前記フィードバック電流値とする、車両。
3. スイッチング素子のオンオフによってモータに電力を供給するスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路を駆動するゲートドライバと、
   前記ゲートドライバに前記スイッチング回路を駆動させるベクトル制御部と、
   前記モータに流れる電流の実電流値を検出する電流センサと、
   を備え、
   前記ベクトル制御部は、
   前記モータに流れる電流に対応するフィードバック電流値を導出するフィードバック電流値導出部と、
   前記フィードバック電流値および前記モータに流す電流を指示する電流指令値に基づいて、前記モータに印加する電圧を指示する電圧指令値を導出するフィードバック制御部と、
   を有し、
   前記ゲートドライバは、前記スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を、前記電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調させて生成し、
   前記フィードバック電流値導出部は、
   前記キャリア信号の振幅が上昇から下降へ変化する山部のタイミングにおいて、
   前記キャリア信号のキャリア周波数が所定周波数以下の場合、前記モータに流れる電流の推定値である推定電流値を前記電圧指令値に基づいて導出し、前記実電流値と前記推定電流値とを平均した平均電流値と、前記実電流値との差分を補正用電流値として導出して記憶させ、
   前記キャリア信号の振幅が下降から上昇へ変化する谷部のタイミングにおいて、
   前記キャリア周波数が所定周波数以下の場合、前記推定電流値を前記電圧指令値に基づいて導出し、現在の前記推定電流値を前記山部のタイミングで導出された前記補正用電流値で補正して現在の前記フィードバック電流値を導出する、車両。

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