JP2007259650A

JP2007259650A - 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法

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Publication number: JP2007259650A
Application number: JP2006083419A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ishida; 大石田; Isao Fujiwara; 勲藤原; Zhiqian Chen; 志謙陳
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを確実に判断することができるようにする。
【解決手段】電動機械目標トルクに基づいて第１、第２の電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、第１、第２の電流指令値に基づいて、電動機械を駆動するための第１、第２の電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、電動機械制御装置内で発生させられる出力変数に基づいて電動機械目標トルクの推定指令値を算出する推定指令値算出処理手段と、電動機械目標トルク及び推定指令値に基づいて電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを判断するフェール判定処理手段とを有する。電動機械目標トルク及び推定指令値に基づいて電動機械制御装置に異常が発生したかどうかが判断されるので、電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを確実に判断することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法に関するものである。

従来、電動機械として配設された駆動モータ又は発電機には、回転自在に配設され、Ｎ極及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えたロータ、該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ等が配設される。

そして、駆動モータ又は発電機を駆動し、駆動モータのトルクである駆動モータトルク、又は発電機のトルクである発電機トルクを発生させるために、電動駆動装置が配設される。駆動モータを駆動するために駆動モータ制御装置が、発電機を駆動するために発電機制御装置が、電動機械制御装置として配設され、前記駆動モータ制御装置及び発電機制御装置において発生させられたＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号をインバータに送り、該インバータにおいて発生させられた相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記各ステータコイルに供給することによって、前記駆動モータトルクを発生させたり、発電機トルクを発生させたりするようになっている。

前記駆動モータ制御装置においては、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われる。そのために、前記駆動モータ制御装置は、各ステータコイルに供給される電流、ロータの磁極位置、インバータの入口の直流電圧等を検出し、検出された電流、すなわち、検出電流を磁極位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流に変換し、続いて、電流指令値マップを参照してｄ軸電流及びｑ軸電流の目標値を表すｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出し、前記ｄ軸電流とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流とｑ軸電流指令値との偏差、及び駆動モータのパラメータに基づいてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出するようにしている。

そして、前記電流指令値マップには、駆動モータトルクの目標値を表す駆動モータ目標トルク、前記直流電圧及び角速度に対応させて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値が記録される。なお、前記パラメータは、逆起電圧定数ＭＩｆ、各ステータコイルの巻線抵抗Ｒａ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ等から成る（例えば、特許文献１参照。）。

また、同様に、発電機制御装置においても、ｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われる。

ところで、例えば、前記駆動モータ制御装置を構成するＣＰＵに異常が発生すると、適正なｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出することができず、適正なｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出することができない。

そこで、ＣＰＵに接続されるＲＯＭを二重化し、各ＲＯＭに対して同時にデータの記録を行い、同時にデータの読出しを行い、各ＲＯＭに記録されたデータを比較することによってＣＰＵに異常が発生したかどうかを判断するようにしている。
特開２００１−１６１０９９号公報

しかしながら、前記従来の駆動モータ制御装置において、駆動モータ制御装置を構成するチップにＲＯＭが外付けされる場合は、ＲＯＭを容易に二重化することができるが、チップにＲＯＭが外付けされない場合、ＲＯＭを二重化することができず、ＣＰＵに異常が発生したかどうかを判断することができない。

本発明は、前記従来の駆動モータ制御装置の問題点を解決して、電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを確実に判断することができる電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の電動駆動制御装置においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１、第２の電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、前記第１、第２の電流指令値に基づいて、電動機械を駆動するための第１、第２の電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、電動機械制御装置内で発生させられる出力変数に基づいて電動機械目標トルクの推定指令値を算出する推定指令値算出処理手段と、電動機械目標トルク及び推定指令値に基づいて電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを判断するフェール判定処理手段とを有する。

本発明の他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記第１の電流指令値はｄ軸電流指令値であり、第２の電流指令値はｑ軸電流指令値である。そして、前記出力変数はｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値にされる。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記フェール判定処理手段は、電動機械目標トルクと推定指令値との差があらかじめ設定された閾値より大きい場合に、電動機械制御装置に異常が発生したと判断する。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記推定指令値算出処理手段は、前記電流指令値算出処理手段と別に配設される。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記電動機械目標トルクに基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、弱め界磁電流を発生させ、該弱め界磁電流に基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を調整する弱め界磁制御処理手段とを有する。

そして、前記推定指令値算出処理手段は、弱め界磁制御処理手段によって調整されたｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基づいて前記推定指令値を算出する。

本発明の電動駆動制御方法においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１、第２の電流指令値を算出し、該第１、第２の電流指令値に基づいて、電動機械を駆動するための第１、第２の電圧指令値を算出し、電動機械制御装置内で発生させられる出力変数に基づいて電動機械目標トルクの推定指令値を算出し、電動機械目標トルク及び推定指令値に基づいて電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを判断する。

本発明によれば、電動駆動制御装置においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１、第２の電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、前記第１、第２の電流指令値に基づいて、電動機械を駆動するための第１、第２の電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、電動機械制御装置内で発生させられる出力変数に基づいて電動機械目標トルクの推定指令値を算出する推定指令値算出処理手段と、電動機械目標トルク及び推定指令値に基づいて電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを判断するフェール判定処理手段とを有する。

この場合、電動機械目標トルク及び推定指令値に基づいて電動機械制御装置に異常が発生したかどうかが判断されるので、電動機械制御装置を構成するチップにＲＯＭを外付けすることなく、電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを確実に判断することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、電動車両としての電気自動車、ハイブリッド型車両等に搭載された電動駆動装置、及び該電動駆動装置を作動させるための電動駆動制御装置について説明する。また、電動機械制御装置としての駆動モータ制御装置について説明する。

図１は本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図、図２は本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図、図３は本発明の実施の形態における第１の電流指令値マップを示す図、図４は本発明の実施の形態における第２の電流指令値マップを示す図、図５は本発明の実施の形態における電流制限マップを示す図である。なお、図３において、横軸に電動機械としての駆動モータ３１のトルクである駆動モータトルクＴＭの目標値を表す駆動モータ目標トルクＴＭ^*を、縦軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^*を、図４において、横軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^*を、縦軸にｑ軸電流指令値ｉｑ^*を、図５において、横軸に電流制限パラメータＶｄｃ／ωを、縦軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^*の最大値を表す最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を採ってある。

図において、３１は駆動モータであり、該駆動モータ３１は、例えば、電気自動車の駆動軸等に取り付けられ、回転自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータより径方向外方に配設されたステータを備える。前記ロータは、ロータコア、及びロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石を備え、該永久磁石のＳ極及びＮ極によって磁極対が構成される。また、前記ステータは、円周方向における複数箇所に、径方向内方に向けて突出させてティースが形成されたステータコア、並びに前記ティースに巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイルとしてのステータコイル１１〜１３を備える。

前記ロータの出力軸に、ロータの磁極位置を検出するための磁極位置検出部として磁極位置センサ２１が配設され、該磁極位置センサ２１は、センサ出力として磁極位置信号ＳＧθを発生させ、電動機械制御装置としての駆動モータ制御装置４５に送る。なお、磁極位置検出部として前記磁極位置センサ２１に代えてレゾルバを配設し、該レゾルバによって磁極位置信号を発生させることができる。

そして、前記駆動モータ３１を駆動して電気自動車を走行させるために、バッテリ１４からの直流電流が、電流発生装置としてのインバータ４０によって相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに変換され、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。

そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、ドライブ回路５１において発生させられた駆動信号を各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に送り、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させることができるようになっている。前記インバータ４０として、２〜６個のスイッチング素子を一つのパッケージに組み込むことによって形成されたＩＧＢＴ等のパワーモジュールを使用したり、ＩＧＢＴにドライブ回路等を組み込むことによって形成されたＩＰＭを使用したりすることができる。

前記バッテリ１４からインバータ４０に電流を供給する際の入口側に電圧検出部としての電圧センサ１５が配設され、該電圧センサ１５は、インバータ４０の入口側の直流電圧Ｖｄｃを検出し、駆動モータ制御装置４５に送る。なお、直流電圧Ｖｄｃとしてバッテリ電圧を使用することもでき、その場合、前記バッテリ１４に電圧検出部としてバッテリ電圧センサが配設される。

そして、前記駆動モータ３１、インバータ４０、ドライブ回路５１、図示されない駆動輪等によって電動駆動装置が構成される。また、１７はコンデンサである。

ところで、前記ステータコイル１１〜１３はスター結線されているので、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御するために、例えば、Ｕ相及びＶ相のステータコイル１１、１２のリード線に、Ｕ相及びＶ相の電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する電流検出部としての電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４は、検出された電流を検出電流ｉｕ、ｉｖとして駆動モータ制御装置４５に送る。

該駆動モータ制御装置４５には、コンピュータとして機能する図示されないＣＰＵのほかに、データを記録したり、各種のプログラムを記録したりするためのＲＡＭ、ＲＯＭ等の図示されない記録装置が配設され、該記録装置に第１、第２の電流指令値マップが設定される。なお、ＣＰＵに代えてＭＰＵを使用することができる。

そして、前記ＲＯＭには、各種のプログラム、データ等が記録されるようになっているが、プログラム、データ等を、外部記憶装置として配設されたハードディスク等の他の記録媒体に記録することもできる。その場合、例えば、前記駆動モータ制御装置４５にフラッシュメモリを配設し、前記記録媒体から前記プログラム、データ等を読み出してフラッシュメモリに記録する。したがって、外部の記録媒体を交換することによって、前記プログラム、データ等を更新することができる。

次に、前記駆動モータ制御装置４５の動作について説明する。

まず、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない位置検出処理手段は、位置検出処理を行い、前記磁極位置センサ２１から送られた磁極位置信号ＳＧθを読み込み、該磁極位置信号ＳＧθに基づいて磁極位置θを検出する。また、前記位置検出処理手段の回転速度算出処理手段は、回転速度算出処理を行い、前記磁極位置信号ＳＧθに基づいて駆動モータ３１の角速度ωを算出する。なお、前記回転速度算出処理手段は、磁極数をｐとしたとき、前記角速度ωに基づいて駆動モータ３１の回転速度である駆動モータ回転速度ＮＭ
ＮＭ＝６０・（２／ｐ）・ω／２π
も算出する。該駆動モータ回転速度ＮＭによって電動機械回転速度が構成される。

また、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない検出電流取得処理手段は、検出電流取得処理を行い、前記検出電流ｉｕ、ｉｖを読み込んで取得するとともに、前記検出電流ｉｕ、ｉｖに基づいて検出電流ｉｗ
ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖ
を算出することによって取得する。

次に、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ制御処理を行い、駆動モータ目標トルクＴＭ^*、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、磁極位置θ、直流電圧Ｖｄｃ等に基づいて駆動モータ３１を駆動する。なお、駆動モータトルクＴＭによって電動機械トルクが、駆動モータ目標トルクＴＭ^*によって電動機械目標トルクが構成される。また、本実施の形態においては、前記駆動モータ制御装置４５において、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われるようになっている。

そのために、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない車速検出処理手段は、車速検出処理を行い、前記駆動モータ回転速度ＮＭに基づいて、駆動モータ回転速度ＮＭに対応する車速Ｖを検出し、検出された車速Ｖを、電気自動車の全体の制御を行う図示されない車両制御装置に送る。そして、該車両制御装置の車両用指令値算出処理手段は、車両用指令値算出処理を行い、前記車速Ｖ及びアクセル開度αを読み込み、車速Ｖ及びアクセル開度αに基づいて車両要求トルクＴＯ^*を算出し、該車両要求トルクＴＯ^*に対応させて駆動モータ目標トルクＴＭ^*を発生させ、前記駆動モータ制御装置４５に送る。

そして、該駆動モータ制御装置４５において、駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ目標トルクＴＭ^*に基づいて駆動モータ３１を駆動するために、電流指令値算出・調整処理手段としての電流指令値算出部４６、弱め界磁制御処理手段としての弱め界磁制御処理部４７、電圧指令値算出処理手段としての電圧指令値算出部４８、第１の相変換処理手段としての三相二相変換部４９、及び出力信号発生処理手段としてのＰＷＭ発生器５０を備える。

前記電流指令値算出部４６は、電流指令値算出・調整処理を行うために、第１の電流指令値設定処理手段として、ｄ軸電流指令値算出部（最大トルク制御部）５３、減算器５５及びｄ軸電流制限部（電流リミッタ）６５を、第２の電流指令値設定処理手段として、ｑ軸電流指令値算出部（等トルク制御部）５４、減算器６６及びｑ軸電流制限部（電流リミッタ）７１を備え、前記ｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５は、第１の電流指令値設定処理を行い、ｄ軸電流ｉｄの目標値を表す第１の電流指令値としてのｄ軸電流指令値ｉｄ^*を算出し、前記ｑ軸電流指令値算出部５４及び減算器６６は、第２の電流指令値設定処理を行い、ｑ軸電流ｉｑの目標値を表す第２の電流指令値としてのｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出する。なお、前記ｄ軸電流指令値算出部５３によって第１の電流指令値算出処理手段、及び最大トルク制御処理手段が、ｑ軸電流指令値算出部５４によって第２の電流指令値算出処理手段、及び等トルク制御処理手段が、前記減算器５５、６６によって第１、第２の電流指令値調整処理手段が、ｄ軸電流制限部６５及びｑ軸電流制限部７１によって電流制限処理手段が構成される。

また、前記弱め界磁制御処理部４７は、弱め界磁制御処理を行うために、切換処理手段としてのスイッチＳＷ１、電圧飽和算定値算出処理手段としての減算器５８、第１の電圧飽和判定処理手段としての、かつ、第１の調整値算出処理手段としてのｄ軸電流調整制御部５９、及び第２の電圧飽和判定処理手段としての、かつ、第２の調整値算出処理手段としてのｑ軸電流調整制御部６７を備え、弱め界磁電流制限処理を行い、直流電圧Ｖｄｃ（又はバッテリ電圧）が低くなったり、角速度ω（又は駆動モータ回転速度ＮＭ）が高くなると、自動的に弱め界磁制御を行う。なお、前記ｄ軸電流調整制御部５９及びｑ軸電流調整制御部６７は、いずれも積分器によって構成される。

そして、前記三相二相変換部４９は、三相／二相変換を行い、磁極位置θを読み込み、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換し、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを実電流として算出し、電圧指令値設定部４８に送る。

該電圧指令値算出部４８は、電圧指令値算出処理を行うために、電流制御処理手段としての電流制御部６１、及び電圧制御処理手段としての電圧制御部６２を備え、電流制御部６１は電流制御処理を行い、第１、第２の軸電圧指令値としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を算出し、電圧制御部６２は電圧制御処理を行い、第１〜第３の相電圧指令値としての電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*を算出する。なお、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*及び電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*によって電圧指令値が構成される。

また、前記ＰＷＭ発生器５０は、出力信号発生処理を行い、パルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを出力信号として発生させ、前記ドライブ回路５１に送る。

該ドライブ回路５１は、前記各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを受けて６個の駆動信号を発生させ、該各駆動信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記パルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗに基づいて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をスイッチングして各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させ、該各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを前記駆動モータ３１の各ステータコイル１１〜１３に供給する。

このように、駆動モータ目標トルクＴＭ^*に基づいてトルク制御が行われ、駆動モータ３１が駆動されて電気自動車が走行させられる。

次に、前記駆動モータ制御処理手段の動作について説明する。

まず、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない運転条件算出処理手段は、運転条件算出処理を行い、直流電圧Ｖｄｃを角速度ωで除算することによって、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を制限するための運転条件を表す電流制限パラメータ（電圧速度比）Ｖｄｃ／ωを算出する。

そして、前記電流指令値算出部４６は、駆動モータ目標トルクＴＭ^*及び電流制限パラメータＶｄｃ／ωを読み込み、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出する。

そのために、前記ｄ軸電流指令値算出部５３は、第１の電流指令値算出処理及び最大トルク制御処理を行い、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を読み込み、前記記録装置に設定され、図３に示される第１の電流指令値マップを参照し、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*を読み込み、該ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を減算器５５に送る。

この場合、前記第１の電流指令値マップにおいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、駆動モータ目標トルクＴＭ^*を達成するために電流振幅指令値の絶対値が最も小さくなるように設定される。

そして、前記第１の電流指令値マップにおいて、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が正の値を採るのに対して、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は負の値を採る。また、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が零（０）である場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は零にされ、駆動モータ目標トルクＴＭ^*が大きくなるに伴ってｄ軸電流指令値ｉｄ^*は負の方向に大きくなるように設定される。

ところで、前記駆動モータ３１においては、ロータが回転するのに伴って逆起電力が発生するが、直流電圧Ｖｄｃ（又はバッテリ電圧）及び角速度ω（又は駆動モータ回転速度ＮＭ）によって決まる駆動モータ３１の端子電圧が閾（しきい）値を超えると、電圧飽和が発生し、駆動モータ３１による出力が不可能になってしまう。

そこで、前記電圧制御部６２の図示されない変調率算出処理手段は、変調率算出処理を行い、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*、直流電圧Ｖｄｃ及び磁極位置θを読み込み、電圧振幅｜ｖ｜

を、理論上の最大の電圧Ｖｍａｘ
Ｖｍａｘ＝０．７８×Ｖｄｃ
によって除算することによって、変調率ｍ

を算出して減算器５８に送る。なお、前記変調率ｍは、電圧飽和の程度を表す値であり、電圧飽和判定指標を構成する。

前記減算器５８は、電圧飽和指標算出処理を行い、前記変調率ｍを読み込むとともに、あらかじめ算出された変調率ｍの指令値、すなわち、変調率指令値ｋを読み込み、電圧飽和の程度を表す指標である電圧飽和指標Δｍ
Δｍ＝ｍ−ｋ
を算出し、電圧飽和指標Δｍをｄ軸電流調整制御部５９に送る。

続いて、該ｄ軸電流調整制御部５９は、電圧飽和判定処理及び弱め界磁電流算出処理を行い、制御タイミングごとに前記電圧飽和指標Δｍを積算し、積算値ΣΔｍを算出し、該積算値ΣΔｍが正の値を採るかどうかによって電圧飽和が生じているかどうかを判断し、積算値ΣΔｍが正の値を採り、電圧飽和が生じている場合、積算値ΣΔｍに比例定数を乗算して弱め界磁制御を行うための、調整値としての弱め界磁電流Δｉｄを算出して設定し、積算値ΣΔｍが零以下の値を採り、電圧飽和が生じていない場合、前記弱め界磁電流Δｉｄを零にする。

そして、減算器５５は、電流指令値調整処理を行い、弱め界磁電流Δｉｄを受け、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*から弱め界磁電流Δｉｄを減算することによってｄ軸電流指令値ｉｄ^*を調整し、弱め界磁電流Δｉｄをｄ軸電流制限部６５に送る。

この場合、弱め界磁電流Δｉｄが零の値を採るとき、実質的にｄ軸電流指令値ｉｄ^*の調整は行われず、弱め界磁制御も行われない。一方、弱め界磁電流Δｉｄが正の値を採るとき、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は調整されて値が負の方向に大きくされ、弱め界磁制御が行われる。

したがって、図４に示されるように、減算器５５に送られたｄ軸電流指令値ｉｄ^*の値がｉｄａ^*であるときに、弱め界磁電流Δｉｄが零であって弱め界磁制御が行われない場合、ｑ軸電流指令値算出部５４において、値ｉｄａ^*に対応するｑ軸電流指令値ｉｑ^*の値ｉｑａ^*が読み出される。これに対して、弱め界磁電流Δｉｄが正の値を採り、弱め界磁制御が行われる場合、例えば、減算器５５及びｑ軸電流指令値算出部５４において、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、負の方向に弱め界磁電流Δｉｄだけ大きい値ｉｄｂ^*にされる。したがって、ｑ軸電流指令値算出部５４においてｑ軸電流指令値ｉｑ^*は値ｉｑａ^*より正の方向に小さくされて、値ｉｑｂ^*になる。

このように、電圧飽和が発生するようになると、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、弱め界磁電流Δｉｄの分だけ負の方向に大きくされ、弱め界磁制御領域で駆動モータ３１を駆動することができ、駆動モータ３１の運転領域を拡大することができる。

ところで、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を負の方向に大きくしすぎると、弱め界磁制御の効果を十分に利用することができなくなってしまう。

そこで、減算器５５と電流制御部６１との間に前記ｄ軸電流制限部６５が配設され、該ｄ軸電流制限部６５は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*の限界値として最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を設定し、前記減算器５５において調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を超えて大きくなった場合に、電流制御部６１に送られるｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*になるように、前記ｄ軸電流制限部６５において減算器５５から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が制限される。

そのために、前記記録装置に図５に示されるような電流制限マップが形成され、前記ｄ軸電流制限部６５は、電流制限処理を行い、前記電流制限パラメータＶｄｃ／ωを読み込み、前記電流制限マップを参照し、電流制限パラメータＶｄｃ／ωに対応する最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を読み込み、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を超えないように制限する。

なお、前記電流制限マップにおいて、電流制限パラメータＶｄｃ／ωが所定の値η１以下である場合、電流制限パラメータＶｄｃ／ωが大きくなるにつれて最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*は曲線状に負の方向に大きくされ、電流制限パラメータＶｄｃ／ωが前記値η１より大きくなると、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*は一定にされる。

このように、前記減算器５５において調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*を超えて大きくなると、前記ｄ軸電流制限部６５において、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*が制限され、最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*にされるので、弱め界磁制御を効果的に行うことができ、駆動モータトルクＴＭを十分に発生させることができる。

ところで、この場合、ｑ軸電流指令値算出部５４においては、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*だけが制限された状態になってしまう。そこで、ｄ軸電流制限部６５の図示されない電流制限判定処理手段は、電流制限判定処理を行い、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*の制限が行われているかどうかを、減算器５５において調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*より大きいかどうかによって判断し、減算器５５において調整されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*が最大電流指令値ｉｄｍａｘ^*より大きい場合、電流制限が行われていると判断し、電流制限判定信号をスイッチＳＷ１に送る。

該スイッチＳＷ１は、切換処理を行い、前記電流制限判定信号を受けると、その時点の弱め界磁電流Δｉｄを保持したまま、切り換えられ、減算器５８とｄ軸電流調整制御部５９とを遮断し、減算器５８とｑ軸電流調整制御部６７とを接続する。これに伴って、減算器５５はスイッチＳＷ１が切り換えられた時点の弱め界磁電流Δｉｄに従ってｄ軸電流指令値ｉｄ^*を調整し、ｑ軸電流指令値算出部５４及びｄ軸電流制限部６５に送る。

そして、前記ｑ軸電流調整制御部６７は、第２の電圧飽和判定処理及び第２の調整値算出処理を行い、スイッチＳＷ１を介して減算器５８から前記電圧飽和算定値ΔＶを受けると、該電圧飽和算定値ΔＶを制御タイミングごとに積算し、積算値ΣΔＶを算出し、該積算値ΣΔＶが正の値を採る場合、積算値ΣΔＶに比例定数を乗算して調整値Δｉｑを算出し、正の値に設定し、前記電圧飽和算定値ΔＶ又は積算値ΣΔＶが零以下の値を採る場合、前記調整値Δｉｑを零にする。

そして、減算器６６は、第２の電流指令値調整処理を行い、調整値Δｉｑを受け、前記ｑ軸電流指令値ｉｑ^*から調整値Δｉｑを減算することによってｑ軸電流指令値ｉｑ^*を調整する。

この場合、調整値Δｉｑが零の値を採るとき、実質的にｑ軸電流指令値ｉｑ^*の調整は行われない。一方、調整値Δｉｑが正の値を採るとき、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*は調整されて値が正の方向に小さくされる。

そして、減算器６６と電流制御部６１との間に前記ｑ軸電流制限部７１が配設され、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*の限界値として最大電流指令値ｉｑｍａｘ^*が設定される。そして、前記減算器６６において調整されたｑ軸電流指令値ｉｑ^*が最大電流指令値ｉｑｍａｘ^*を超えて大きくなった場合、電流制御部６１に送られるｑ軸電流指令値ｉｑ^*が最大電流指令値ｉｑｍａｘ^*になるように、前記ｑ軸電流制限部７１において減算器６６から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ^*が制限される。

ところで、例えば、前記駆動モータ制御装置４５を構成するＣＰＵに異常が発生すると、適正なｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を算出することができず、適正なｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を算出することができない。

そこで、駆動モータ制御装置４５の推定指令値算出処理手段としての、かつ、トルク推定処理手段としてのトルク推定部７２は、推定指令値算出処理及びトルク推定処理を行い、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を出力変数として読み込み、記録装置に配設された指令値推定マップとしてのトルク推定マップを参照し、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に対応する駆動モータ目標トルクＴＭ^*を読み出し、該駆動モータ目標トルクＴＭ^*を推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*として推定し、車両制御装置に送る。なお、前記トルク推定部７２は、電流指令値算出部４６とは別に配設され、電流リミッタ６５、７１と電流制御部６１との間に接続される。

この場合、駆動モータ目標トルクＴＭ^*によって実指令値が、推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*によって推定指令値が構成される。

続いて、前記車両制御装置のフェール判定処理手段としてのフェール判定部７３は、フェール判定処理を行い、前記車両用指令値算出処理手段によって算出された駆動モータ目標トルクＴＭ^*を読み込み、前記推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*を読み込み、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*と推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*とが等しいかどうかに基づいて、ＣＰＵに異常が発生したかどうかを判断する。

そのために、前記フェール判定部７３の図示されない推定偏差算出処理手段は、推定偏差算出処理を行い、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^*及び推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*を読み込み、駆動モータ目標トルクＴＭ^*と推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*との差ΔＴＭ^*
ΔＴＭ^*＝｜ＴＭ^*−ＴＭｅ^*｜
を算出する。続いて、前記フェール判定部７３の図示されない推定偏差判定処理手段は、推定偏差判定処理を行い、前記差ΔＴＭ^*があらかじめ設定された閾値ΔＴＭｔｈ^*より大きいかどうかを判断し、差ΔＴＭ^*が閾値ΔＴＭｔｈ^*より大きい場合、ＣＰＵに異常が発生したと判断し、差ΔＴＭ^*が閾値ΔＴＭｔｈ^*以下である場合、ＣＰＵは正常であると判断する。

そして、ＣＰＵに異常が発生した場合、前記車両制御装置の駆動停止処理手段は、駆動停止処理を行い、駆動モータ３１の駆動を停止させる。

このように、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づいて推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*を推定し、駆動モータ目標トルクＴＭ^*と推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*とが等しいかどうかに基づいて、ＣＰＵに異常が発生したかどうかを判断するようになっているので、駆動モータ制御装置４５を構成するチップにＲＯＭを外付けすることなく、ＣＰＵに異常が発生したかどうかを確実に判断することができる。

なお、本実施の形態において、前記トルク推定部７２は、トルク推定マップを参照して推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*を推定するようになっているが、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づいて所定の式で駆動モータ目標トルクＴＭ^*を逆算し、逆算された駆動モータ目標トルクＴＭ^*を推定駆動モータ目標トルクＴＭｅ^*として推定することができる。

また、本実施の形態においては、ｄ軸電流制限部６５から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*、及びｑ軸電流制限部７１から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ^*を出力変数とするようになっているが、ｄ軸電流指令値算出部５３、減算器５５等から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄ^*、及びｑ軸電流指令値算出部５４、減算器６６等から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ^*を出力変数とすることができる。さらに、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*に代えて、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を出力変数とすることができる。

そして、本実施の形態においては、駆動モータ３１を駆動する場合について説明しているが、本発明を、電動機械としての発電機を駆動する場合、並びに第１の電動機械としての駆動モータ、及び第２の電動機械としての発電機を駆動する場合に適用することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図である。本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図である。本発明の実施の形態における第１の電流指令値マップを示す図である。本発明の実施の形態における第２の電流指令値マップを示す図である。本発明の実施の形態における電流制限マップを示す図である。

符号の説明

３１駆動モータ
４８電圧指令値算出処理部
５３ｄ軸電流指令値算出部
５４ｑ軸電流指令値算出部
７２トルク推定部
７３フェール判定部

Claims

電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１、第２の電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、前記第１、第２の電流指令値に基づいて、電動機械を駆動するための第１、第２の電圧指令値を算出する電圧指令値算出処理手段と、電動機械制御装置内で発生させられる出力変数に基づいて電動機械目標トルクの推定指令値を算出する推定指令値算出処理手段と、電動機械目標トルク及び推定指令値に基づいて電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを判断するフェール判定処理手段とを有することを特徴とする電動駆動制御装置。
前記第１の電流指令値はｄ軸電流指令値であり、第２の電流指令値はｑ軸電流指令値であり、前記出力変数はｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値にされる請求項１に記載の電動駆動制御装置。
前記フェール判定処理手段は、電動機械目標トルクと推定指令値との差があらかじめ設定された閾値より大きい場合に、電動機械制御装置に異常が発生したと判断する請求項１に記載の電動駆動制御装置。
前記推定指令値算出処理手段は、前記電流指令値算出処理手段と別に配設される請求項１に記載の電動駆動制御装置。
前記電動機械目標トルクに基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する電流指令値算出処理手段と、弱め界磁電流を発生させ、該弱め界磁電流に基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を調整する弱め界磁制御処理手段とを有するとともに、前記推定指令値算出処理手段は、弱め界磁制御処理手段によって調整されたｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基づいて前記推定指令値を算出する請求項２に記載の電動駆動制御装置。
電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクに基づいて第１、第２の電流指令値を算出し、該第１、第２の電流指令値に基づいて、電動機械を駆動するための第１、第２の電圧指令値を算出し、電動機械制御装置内で発生させられる出力変数に基づいて電動機械目標トルクの推定指令値を算出し、電動機械目標トルク及び推定指令値に基づいて電動機械制御装置に異常が発生したかどうかを判断することを特徴とする電動駆動制御方法。