JP2008092708A - Motor drive controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両を駆動するモータのトルクに基づいてモータの駆動異常を検出するモータ駆動制御装置に関する。 The present invention relates to a motor drive control device that detects drive abnormality of a motor based on torque of a motor that drives a vehicle.
従来、車両駆動用の電動機(モータ)の異常(フェール)を検出する技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている(特許文献1参照)。この文献には、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、磁極位置を検出するのにともなって算出される速度推定値に基づいてフェールを検出するフェール判定処理手段を備え、磁極位置を検出するのにともなって算出される速度推定値に基づいてフェールを検出し、モータを始動する際または低、中速領域でモータを駆動しているときに、磁極位置の極性が反転されて検出された場合に、直ちにフェールを検出する技術が記載されている。
このように、車両駆動用のモータにおいては、モータの回転数や動作温度等に基づいて異常を検出していた。しかし、モータで発生するトルク性能に基づいて異常を検出する手法は実施されていなかった。 As described above, in the motor for driving the vehicle, an abnormality is detected based on the rotational speed of the motor, the operating temperature, and the like. However, a technique for detecting an abnormality based on the torque performance generated in the motor has not been implemented.
車両駆動用のモータでは、モータの不具合により、車両の運転走行条件等により決定されてモータに要求される要求トルクと、実際にモータで発生している実トルクとの間でトルク差が生じる場合がある。このようにトルク差が生じている場合に、モータの回転数や動作温度等には変化が生じず、もしくは生じたとしても許容範囲内に収まっている場合がある。 In the case of a motor for driving a vehicle, a torque difference occurs between the required torque determined by the driving condition of the vehicle and required by the motor due to a motor failure and the actual torque actually generated by the motor. There is. When there is a torque difference in this way, there are cases where the rotational speed of the motor, the operating temperature or the like does not change or even falls within an allowable range.
このような場合に、上述したようにモータの回転数や動作温度に基づいて異常を検出する従来の手法にあっては、トルク差が生じた際のモータの異常を検出できないといった不具合を招いていた。 In such a case, as described above, the conventional method for detecting an abnormality based on the rotational speed and operating temperature of the motor causes a problem that the abnormality of the motor cannot be detected when a torque difference occurs. It was.
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータで発生するトルクに基づいてモータの異常を検出するモータ駆動制御装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a motor drive control device that detects an abnormality of a motor based on torque generated by the motor.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、モータで駆動される車輪を有する車両における前記モータを、前記モータに要求されるトルクを前記モータに指令するトルク指令値に基づいて駆動制御するモータ駆動制御装置において、前記モータが駆動されている際に前記モータで発生している実トルクを推定する実トルク推定手段と、前記トルク指令値と前記実トルク推定手段で推定された実トルク推定値とに基づいて、前記モータの異常を検出する異常検出手段とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 drives the motor in a vehicle having wheels driven by a motor based on a torque command value for commanding the motor to a torque required for the motor. In the motor drive control device to be controlled, an actual torque estimating means for estimating an actual torque generated by the motor when the motor is driven, an actual torque estimated by the torque command value and the actual torque estimating means And an abnormality detecting means for detecting an abnormality of the motor based on the estimated torque value.
上記特徴の請求項1記載の発明によれば、モータで発生している実トルク推定値に基づいてモータの異常を検出することができる。 According to the first aspect of the present invention, the abnormality of the motor can be detected based on the estimated actual torque value generated in the motor.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記モータは交流三相モータで構成され、前記実トルク推定手段は、前記モータに供給される各相の駆動電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された各相の駆動電流に基づいて、前記モータのトルク電流成分となるq軸電流を算出するq軸電流算出手段と、前記モータで発生する磁束を算出する磁束算出手段と、前記モータの角速度を検出する角速度検出手段とを備え、前記q軸電流算出手段で算出されたq軸電流と、前記磁束算出手段で算出された磁束と、前記角速度検出手段で検出された角速度とに基づいて、実トルクを推定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the motor is composed of an AC three-phase motor, and the actual torque estimating means detects a driving current of each phase supplied to the motor. Means, a q-axis current calculating means for calculating a q-axis current as a torque current component of the motor based on the driving current of each phase detected by the current detecting means, and a magnetic flux generated by the motor. A magnetic flux calculating means; and an angular velocity detecting means for detecting an angular velocity of the motor. The q-axis current calculated by the q-axis current calculating means, the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculating means, and the angular velocity detecting means The actual torque is estimated based on the detected angular velocity.
上記特徴の請求項2記載の発明によれば、モータで発生している実トルクを容易に推定することが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, the actual torque generated by the motor can be easily estimated.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記異常検出手段は、前記トルク指令値と前記実トルク推定値とが差が予め設定された判定しきい値以上である場合に、前記モータが異常であると判定することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the abnormality detecting means is configured such that the difference between the torque command value and the actual torque estimated value is greater than or equal to a predetermined determination threshold value. And determining that the motor is abnormal.
上記特徴の請求項3記載の発明によれば、実トルクを推定する際の推定誤差による誤検出を回避することができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to avoid erroneous detection due to an estimation error when estimating the actual torque.
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best embodiment for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係るモータ駆動制御装置を搭載した4輪駆動車の構成を示す図である。図1において、4輪駆動車1における車体2の前部側には第一の車軸となる前輪車軸3が回転可能に軸支されている。前輪車軸3の両端には主駆動輪となる前輪4,5が取り付けられている。前輪車軸3の中央部には、差動式の動力伝達機構である前輪側デファレンシャルギヤ6が設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a four-wheel drive vehicle equipped with a motor drive control device according to
前輪4,5は、内燃機関であるエンジン7の回転動力が、トルクコンバータ8と変速機機構9とを備えてなる自動変速機により変速されて前輪側デファレンシャルギヤ6に伝達され、前輪側デファレンシャルギヤ6から前輪車軸3に伝達されることにより、車両の走行範囲全域において駆動される。
In the
すなわち、エンジン7、トルクコンバータ8と変速機機構9とを備えてなる自動変速機(A/T)及び前輪側デファレンシャルギヤ6から構成された動力系は、いわゆる前輪駆動車と同じ構成であり、主駆動系を構成している。なお、自動変速機は多段或いは無段のどちらのものを用いてもよい。
That is, the power system composed of the automatic transmission (A / T) including the engine 7, the
車体2の後部側には第二の車軸となる後輪車軸10が回転可能に軸支されている。後輪車軸10の両端には後輪11,12が取り付けられている。後輪車軸10の中央部には、差動式の動力伝達機構である後輪側デファレンシャルギヤ13が設けられている。
A rear wheel axle 10 serving as a second axle is rotatably supported on the rear side of the
後輪11,12は、電動機(モータ)14の回転動力が減速機15により減速されて、電磁クラッチ16を介して後輪側デファレンシャルギヤ13に伝達され、後輪側デファレンシャルギヤ13から後輪車軸10に伝達されることにより、車両走行の一部分、例えば車両の発進時から前輪4,5の駆動のみ(エンジン7の駆動のみ)による走行速度に達するまでの間において駆動される。
In the
また、後輪11,12は、前輪4,5にスリップが発生した場合にも駆動されるようになっている。すなわち、モータ14,減速機15,電磁クラッチ16及び後輪側デファレンシャルギヤ13から構成された動力系は従駆動系を構成している。なお、減速機15及び電磁クラッチ16は、後輪側デファレンシャルギヤ13と一体に設けられていてもよい。
The
エンジン7には、モータ14や車載された各種電装品(図示せず)で消費される電力を生成する発電機17が機械的に連結されている。発電機17はエンジン7の回転動力を受けて作動し、車両の運転状態に応じた電力を発生する。
The engine 7 is mechanically connected to a
モータ14は、例えば界磁巻線型の交流三相モータで構成され、例えば車両の後部座席からトランクルームに至る床下の狭いスペースに設置され、かつ後輪側デファレンシャルギヤ13の近傍に配置されている。なお、本実施例では、モータ14として界磁巻線型の交流電動機を用いた場合を例に挙げて説明するが、固定子(界磁)に界磁巻線を備えた直流機を用いてもよい。また、モータ14には、モータ14の回転数を検出する回転数センサ18が設けられている。
The
4輪駆動車1の内部には、ドライブユニット(インバータ)19、モータコントロールユニット20、エンジンコントロールユニット21、A/Tコントロールユニット22ならびに4輪駆動コントロールユニット23を含む複数の車載制御装置が設けられている。これらの複数の車載制御装置は、図示省略された車内通信網によって電気的に接続されており、各制御装置が所有する情報を信号伝送によってお互いに共有することが可能に構成されている。
Inside the four-
インバータ19は、発電機17で得られた直流電力を受け、この直流電力をモータ14を駆動する三相(U相、V相、W相)の交流電力に変換し、得られた三相交流電流をモータ14に供給してモータ14を回転駆動する。インバータ19には、三相の各電流ならびに界磁電流を検出する電流センサ24が設けられている。
The
モータコントロールユニット20は、4輪駆動コントロールユニット23から与えられる制御信号に基づいて、インバータ19がモータ14に与える駆動電流を生成するための制御信号を生成してインバータ19に与える。
The
エンジンコントロールユニット21は、エンジン7に搭載された絞り弁や燃料噴射弁などのエンジン機器の作動を制御してエンジン7から出力される動力を制御するためのものである。
The
A/Tコントロールユニット22は、自動変速機の変速機機構9の作動を制御して自動変速機から前輪側デファレンシャルギヤ6に伝達される動力を制御するためのものである。
The A /
4輪駆動コントロールユニット23は、4輪駆動車1の運転走行を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、CPU、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。
The four-wheel
4輪駆動コントロールユニット23は、上記回転数センサ18、電流センサ24ならびにこれらのセンサで得られない他の温度、電圧、電流等本4輪駆動車1の運転走行に必要な情報を収集するセンサ(図示せず)からの信号、さらにはモータコントロールユニット20、エンジンコントロールユニット21、A/Tコントロールユニット22を含む複数の車載制御装置から与えられる信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め用意されて内部に保有する制御ロジック(プログラム)に基づいて、モータコントロールユニット20、エンジンコントロールユニット21、A/Tコントロールユニット22の車載制御装置を含む本4輪駆動車1の制御を要する構成要素に指令を送り、以下に説明するモータ14の異常判定処理を含む4輪駆動車1の運転走行に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
The four-wheel
次に、図2のフローチャートを参照して、モータ14の異常判定処理の手順について説明する。
Next, the procedure of the abnormality determination process for the
図2において、先ずインバータ19からモータ14に与えられる三相(U相,V相,W相)交流の各相電流値を検出する電流センサ24が正常であるか否かを判別し(ステップS201)、正常である場合には、続いてインバータ19が正常であるか否かを判別し(ステップS202)、正常である場合には、引き続いてモータ14が回転駆動されているか否かを判別する(ステップS203)。
In FIG. 2, first, it is determined whether or not the
判別の結果、モータ14が回転駆動されている場合には、電流センサ24でインバータ19からモータ14に与えられる三相の各相電流を検出する(ステップS204)。その後、検出された三相の各相電流(U相電流、V相電流、W相電流)と図2のステップS205に示す従来から知られている所定の関数とに基づいて、図2のステップS205に示すように公知の演算方法によりモータ14のd軸電流ならびにq軸電流を算出する(ステップS205)。
If the
次に、回転数センサ18でモータ14の回転数を検出する(ステップS206)。その後、モータ14の実トルクを推定する(ステップS207)。この推定は、先のステップS205で算出したq軸電流に基づいて、次式により実トルクを算出することで行われる。
Next, the
(数1)
実トルク=φ×q軸電流×│ω│
ここで、φは磁束[Wb]であり、ωは角速度である。
(Equation 1)
Actual torque = φ × q-axis current × │ω│
Here, φ is the magnetic flux [Wb], and ω is the angular velocity.
磁束φは、次式により算出される。 The magnetic flux φ is calculated by the following equation.
(数2)
φ=N×I/{l/(μo×μs×S)}
ここで、Nは巻数[Turn]、Iは界磁電流[A]、lは磁路長[m]、μoは真空の透磁率、μsは比透磁率、Sは磁路の断面積[m2 ]である。なお、この式において、界磁電流Iだけが変動要因で他のファクターは固定値なので、界磁電流Iと磁束φとの関係を実験やシミュレーション等の机上検討により予め取得しておき、この関係をテーブル化して4輪駆動コントロールユニット23に備えられた記憶装置に記憶させ、電流センサ24で検出されたモータ14の界磁電流Iに基づいてこのテーブルを参照することで磁束φを求めるようにしてもよい。
(Equation 2)
φ = N × I / {l / (μo × μs × S)}
Here, N is the number of turns [Turn], I is the field current [A], l is the magnetic path length [m], μo is the permeability of vacuum, μs is the relative permeability, and S is the cross-sectional area of the magnetic path [m. 2 ]. In this equation, only the field current I is a variation factor, and other factors are fixed values. Therefore, the relationship between the field current I and the magnetic flux φ is obtained in advance by desk studies such as experiments and simulations. Is stored in a storage device provided in the four-wheel
角速度ωは、先のステップS206で検出したモータ14の回転数に基づいて、次式により算出される。
The angular velocity ω is calculated by the following equation based on the rotation speed of the
(数3)
ω=2πf
ここで、fはモータ14の回転数である。
(Equation 3)
ω = 2πf
Here, f is the rotation speed of the
次に、モータ14の回転方向(正回転/逆回転)を判別する(ステップS208)。ここで、正回転時ならびに逆回転時にモータ14に与えられる各相電流の出力波形パターンは図3(a)に示すようになる。この出力波形パターンから図3(b)に示すように、正回転時の1周期における各相電流の変化パターンは、その出現順序がパターンA(U相電流は増加、V相電流は減少、W相電流は減少)→パターンB(U相電流は増加、V相電流は増加、W相電流は減少)→パターンC(U相電流は減少、V相電流は増加、W相電流は減少)→パターンD(U相電流は減少、V相電流は増加、W相電流は増加)→パターンE(U相電流は減少、V相電流は減少、W相電流は増加)→パターンF(U相電流は増加、V相電流は減少、W相電流は増加)となる。一方、逆回転時の1周期における各相電流の変化パターンは、同図に示すように、パターンE→パターンD→パターンC→パターンB→パターンA→パターンFとなる。このように、モータ14の正回転時と逆回転時では上記パターンの出現順序が異なるので、電流センサ24で検出される各相電流から求められる各相電流の変化に基づいて、この出力パターンを検出することでモータ14の回転方向を判別することが可能となる。
Next, the rotational direction (forward / reverse rotation) of the
判別の結果、モータ14が正回転している場合には、先のステップS207で算出した実トルクを最終実トルクとする一方(ステップS209)、逆回転している場合には、正回転時と区別するために回転方向を示す(−1)を実トルクに付加して、実トルク×(−1)を最終実トルクとする(ステップS210)。
As a result of the determination, when the
次に、エンジンコントロールユニット21から4輪駆動コントロールユニット23に与えられるアクセル開度信号等に基づいて、4輪駆動コントロールユニット23で算出されるモータ14の指令トルク(トルク指令値)と、先のステップS209もしくはステップS210で算出された最終実トルク(実トルク推定値)とを比較し、両者が一致しているか否かを判別する(ステップS211)。
Next, based on an accelerator opening signal or the like given from the
判別の結果、両者が一致している場合には、モータ14は要求されているトルクを発生しているものと推定し、モータ14には駆動異常は発生していないものと判定する。一方、両者が一致していない場合には、モータ14は要求されているトルクを発生していないものと推定し、モータ14では駆動異常が発生しているものと判定し(ステップS212)、モータ14を停止させるなどの措置をとる。
As a result of the determination, if both match, it is estimated that the
なお、先のステップS211では、指令トルクと最終トルクが一致しているか否かを判別し、その判別結果に基づいて先のステップS211ではモータ14の駆動異常を判定しているが、指令トルクと最終トルクとの差を求め、この差が予め設定された判定しきい値を上回っているか否かを判別し、上回っている場合にはモータ14で駆動異常が発生しているものと判定するようにしてもよい。このときに用いる判定しきい値は、実トルクを算出する際の誤差を考慮し、かつモータ14やインバータ19に不具合が生じない程度に許容されるトルク差の範囲内として、予め実験やシミュレーション等により求めて設定される。このような手法を採用することで、実トルクを推定算出する際に誤差が生じた場合であっても、モータ異常の誤検出を回避することが可能となる。
In the previous step S211, it is determined whether or not the command torque and the final torque match. Based on the determination result, the drive abnormality of the
このように、上記実施例においては、指令トルクと推定された実トルクとの間でトルク差が発生している際に、モータの異常を迅速かつ確実に検出することができる。これにより、モータの動作不良を未然に防止することができる。また、トルクセンサ等のモータのトルクを専ら検出する新たな構成を設けることなく、モータ駆動される車両に通常備わっている構成要件だけで実施することが可能となり、構成の小型化ならびに簡素化を図ることができる。 Thus, in the above-described embodiment, when a torque difference is generated between the command torque and the estimated actual torque, it is possible to detect a motor abnormality quickly and reliably. Thereby, the malfunction of a motor can be prevented beforehand. In addition, it is possible to implement only with the structural requirements normally provided in a motor-driven vehicle without providing a new configuration that exclusively detects the torque of the motor, such as a torque sensor, thereby reducing the size and simplifying the configuration. Can be planned.
さらに、上記実施例から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。 Further, technical ideas other than the claims that can be grasped from the above-described embodiments will be described below together with effects.
(イ)請求項1,2及び3のいずれか1項に記載のモータ駆動制御装置において、
前記モータの回転方向を検出する回転方向検出手段を備え、
前記実トルク推定手段で推定された実トルク値に前記回転方向検出手段で検出された回転方向を加味する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
(A) In the motor drive control device according to any one of
A rotation direction detecting means for detecting the rotation direction of the motor;
A motor drive control device characterized by adding the rotational direction detected by the rotational direction detection means to the actual torque value estimated by the actual torque estimation means.
上記(イ)項に記載の構成によれば、モータの回転方向を含めてモータの異常を検出することができる。 According to the configuration described in the above item (A), it is possible to detect abnormality of the motor including the rotation direction of the motor.
(ロ)前記(イ)項に記載のモータ駆動制御において、
前記回転検出手段は、前記モータに供給される各相の駆動電流の増減パターンの出現順序に基づいて回転方向を検出する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
(B) In the motor drive control described in (a) above,
The rotation detection means detects the rotation direction based on the appearance order of the increase / decrease pattern of the drive current of each phase supplied to the motor.
上記(ロ)項に記載の構成によれば、モータの回転方向を専ら検出する機器を設けることなく、モータの回転方向を容易に検出することができる。 According to the configuration described in (b) above, it is possible to easily detect the rotation direction of the motor without providing a device that exclusively detects the rotation direction of the motor.
1…輪駆動車
2…車体
3…前輪車軸
4,5…前輪
6…前輪側デファレンシャルギヤ
7…エンジン
8…トルクコンバータ
9…変速機機構
10…後輪車軸
11,12…後輪
13…後輪側デファレンシャルギヤ
14…モータ
15…減速機
16…電磁クラッチ
17…発電機
18…回転数センサ
19…インバータ
20…モータコントロールユニット
21…エンジンコントロールユニット
22…コントロールユニット
23…輪駆動コントロールユニット
24…電流センサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記モータが駆動されている際に前記モータで発生している実トルクを推定する実トルク推定手段と、
前記トルク指令値と前記実トルク推定手段で推定された実トルク推定値とに基づいて、前記モータの異常を検出する異常検出手段と
を有することを特徴とするモータ駆動制御装置。 In a motor drive control device that drives and controls the motor in a vehicle having wheels driven by a motor based on a torque command value that commands the motor to a torque required for the motor.
An actual torque estimating means for estimating an actual torque generated in the motor when the motor is driven;
A motor drive control device comprising: an abnormality detection means for detecting an abnormality of the motor based on the torque command value and the actual torque estimation value estimated by the actual torque estimation means.
前記実トルク推定手段は、
前記モータに供給される各相の駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された各相の駆動電流に基づいて、前記モータのトルク電流成分となるq軸電流を算出するq軸電流算出手段と、
前記モータで発生する磁束を算出する磁束算出手段と、
前記モータの角速度を検出する角速度検出手段とを備え、
前記q軸電流算出手段で算出されたq軸電流と、前記磁束算出手段で算出された磁束と、前記角速度検出手段で検出された角速度とに基づいて、実トルクを推定する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動制御装置。 The motor is composed of an AC three-phase motor,
The actual torque estimating means includes
Current detection means for detecting a drive current of each phase supplied to the motor;
Q-axis current calculation means for calculating a q-axis current as a torque current component of the motor based on the drive current of each phase detected by the current detection means;
Magnetic flux calculating means for calculating the magnetic flux generated by the motor;
Angular velocity detection means for detecting the angular velocity of the motor,
The actual torque is estimated based on the q-axis current calculated by the q-axis current calculating unit, the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculating unit, and the angular velocity detected by the angular velocity detecting unit. The motor drive control device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ駆動制御装置。 The abnormality detecting means determines that the motor is abnormal when the difference between the torque command value and the actual torque estimated value is greater than or equal to a predetermined determination threshold value. The motor drive control apparatus according to 1 or 2.
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