JP2016005422A - モータトルク推定装置およびそれを用いたモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクセンサを用いることなく、電動モータのトルクを推定することができるモータトルク推定装置を提供する。
【解決手段】回転速度演算部５１は、電動モータ２の回転速度ω_Ｍを演算する。入力電力演算部５２は、インバータ入力電力Ｗ_ｄｃを演算する。ｄｑ軸電圧演算部５３は、ｄ軸電圧Ｖ_ｄおよびｑ軸電圧Ｖ_ｑを演算する。出力電力演算部５４は、ｄ軸電流Ｉ_ｄ、ｑ軸電流Ｉ_ｑ、ｄ軸電圧Ｖ_ｄおよびｑ軸電圧Ｖ_ｑに基いて、インバータ出力電力Ｗ_ｉｎｖを演算する。インバータ効率演算部５５は、インバータ入力電力Ｗ_ｄｃとインバータ出力電力Ｗ_ｉｎｖとに基いて、インバータ効率η_ｉｎｖを演算する。モータトルク演算部５６は、インバータ効率η_ｉｎｖと、電動モータ３の回転速度ω_Ｍと、インバータ効率マップ５６ａとに基いて、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔを演算する。
【選択図】図２

Description

この発明は、モータトルク推定装置およびそれを用いたモータ制御装置に関し、たとえば、電動モータのトルクを駆動力として利用する車両に用いられるモータトルク推定装置およびそれを用いたモータ制御装置に関する。

電動モータのトルクを駆動力として利用する車両として、電気自動車、ハイブリッド自動車等が知られている。このような車両において、モータトルクがトルク指令値と等しくなるように電動モータを制御する方法として、モータトルクを検出するためのトルクセンサを設け、トルクセンサによって検出されたトルク検出値がトルク指令値に近づくようにフィードバック制御することが考えられる。しかしながら、このような方法では、トルクセンサが必要となるため、部品点数の増加、コストの増加、デザイン性の悪化等を招くおそれがある。

そこで、トルクセンサを用いずに、オープンループ制御によって電動モータのトルクを制御することが考えられる。具体的には、予め測定したモータ特性に基いてトルク指令値を電流指令値に変換するための変換テーブルを予め作成しておき、この変換テーブルを用いてトルク指令値に応じた電流指令値を演算し、演算された電流指令値に基いて電動モータを制御する。この方法では、予め作成された変換テーブルを用いてトルク指令値に応じた電流指令値を演算しているため、各種のモータパラメータに変動があった場合等において、トルク指令値と実際のモータトルクとの間に差が生じてしまう。

特開２００６−２５６６０９号公報 特開２００６−５０８７１号公報 特開平７−１３１９９４号公報

この発明の目的は、トルクセンサを用いることなく、電動モータのトルクを推定することができるモータトルク推定装置およびそれを用いたモータ制御装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、インバータ（２２）によって駆動される電動モータ（２）のトルクを推定するためのモータトルク推定装置（４０）であって、前記インバータの入力電力を測定する入力電力測定手段（５２）と、前記インバータの出力電力を測定する出力電力測定手段（５３，５４）と、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段（５１）と、前記入力電力演算手段によって演算される入力電力と、前記出力電力演算手段によって演算される出力電力とに基いて、前記インバータの入力電力と出力電力とによって決定されるインバータ特性値を演算する特性値演算手段（５５，５５Ａ）と、前記電動モータのモータトルクを推定するトルク推定手段（５６，５６Ａ）とを含み、前記トルク推定手段は、前記電動モータの回転速度とトルクとをパラメータとして前記インバータ特性値を表したインバータ特性値マップ（５６ａ，５６Ａａ）に基いて、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度と前記特性値演算手段によって演算されるインバータ特性値とに対応したトルクをモータトルク推定値として求めるように構成されている、モータトルク推定装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この発明によれば、トルクセンサを用いることなく、電動モータのトルクを推定することができる。これにより、推定されたモータトルク（モータトルク推定値）を利用して、電動モータのトルクを制御することが可能となる。これにより、モータトルクを検出するためのトルクセンサを用いることなく、電動モータに対して精度の高いトルク制御を行うことが可能となる。

請求項２記載の発明は、インバータ（２２）によって駆動される電動モータ（２）のトルクを推定するためのモータトルク推定装置（４０）であって、前記インバータの入力電力を測定する入力電力測定手段（５２）と、前記インバータの出力電力を測定する出力電力測定手段（５３，５４）と、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段（５１）と、前記入力電力演算手段によって演算される入力電力と、前記出力電力演算手段によって演算される出力電力とに基いて、前記インバータの入力電力と出力電力とによって決定されるインバータ特性値を演算する特性値演算手段（５５，５５Ａ）と、前記電動モータのモータトルクを推定するトルク推定手段（５６，５６Ａ，５７，５８）とを含み、前記トルク推定手段は、前記電動モータの回転速度とトルクとをパラメータとして前記インバータ特性値を表したインバータ特性値マップ（５６ａ，５６Ａａ）に基いて、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度と前記特性値演算手段によって演算されるインバータ特性値とに対応したトルクをモータトルク推定値として求める第１トルク演算手段（５６，５６Ａ）と、前記電動モータのモータ効率マップ（５７ａ）に基いて、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度と前記第１トルク演算手段によって求められるモータトルク推定値に対応したモータ効率を求めるモータ効率演算手段（５７）と、前記モータ効率演算手段によって演算されるモータ効率と、前記出力電力演算手段によって演算される出力電力と、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度とに基いて、最終的なモータトルク推定値を演算する第２トルク演算手段（５８）とを含む、モータトルク推定装置である。

この発明によれば、トルクセンサを用いることなく、電動モータのトルクを推定することができる。これにより、推定されたモータトルク（モータトルク推定値）を利用して、電動モータのトルクを制御することが可能となる。これにより、モータトルクを検出するためのトルクセンサを用いることなく、電動モータに対して精度の高いトルク制御を行うことが可能となる。

請求項３記載の発明は、前記インバータ特性値がインバータ効率（η_ｉｎｖ）である、請求項１または２に記載のモータトルク推定装置である。
請求項４記載の発明は、前記インバータ特性値がインバータ損失（Ｐ_ｉｎｖ）である、請求項１または２に記載のモータトルク推定装置。
請求項５記載の発明は、電動モータ（２）を制御するモータ制御装置（１）であって、前記電動モータを駆動するためのインバータ（２２）と、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータトルク推定装置（４０）と、トルク指令値と予め設定されたトルク指令値／電流指令値変換テーブルとに基いて、前記トルク指令値に対応した第１電流指令値を演算する第１電流指令値演算手段（３２）と、前記モータトルク推定装置によって得られるモータトルク推定値と前記トルク指令値との偏差に基いて、第２電流指令値を演算する第２電流指令値演算手段（４１，４２）と、前記第１電流指令値と前記第２電流指令値との比較または前記モータトルク推定値と前記トルク指令値との比較に基いて、前記第１電流指令値と前記第２電流指令値とのうちのいずれか一方を選択して出力する切換え手段（３３）と、前記切換え手段から出力される電流指令値に基いて、前記インバータを制御する制御手段（３４，３５ｄ，３５ｑ，３６，３７，３８）とを含む、モータ制御装置である。

切換え手段によって第１電流指令値が選択されている場合には、電動モータのトルクは、オープンループ制御によって制御されることになる。一方、切換え手段によって第２電流指令値が選択されている場合には、電動モータのトルクは、モータトルク推定装置によって推定されたモータトルク（モータトルク推定値）を用いたフィードバック制御によって制御されることになる。

この発明によれば、第１電流指令値と第２電流指令値との比較またはモータトルク推定値とトルク指令値との比較に基いて、オープンループ制御とモータトルク推定値を用いたフィードバック制御とを切換えることができる。このため、オープンループ制御では、トルク指令値に応じたモータトルクが電動モータから出力されないようなときに、モータトルク推定値を用いたフィードバック制御にモータ制御を切換えることが可能となる。これにより、第１電流指令値に基づくオープンループ制御のみによって電動モータのトルクを制御する場合に比べて、高い精度でトルク制御を行うことが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータトルク推定装置が適用されたモータ制御装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、モータトルク推定部の構成を示すブロック図である。 図３は、モータトルク推定部の変形例を示すブロック図である。 図４は、モータトルク推定部の他の変形例を示すブロック図である。 図５は、モータトルク推定部のさらに他の変形例を示すブロック図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータトルク推定装置が適用されたモータ制御装置の概略構成を示す模式図である。
この実施形態では、モータ制御装置１は、前輪（左前輪および右前輪）がエンジンによって駆動され、後輪（左後輪および右後輪）が電動モータによって駆動される４輪駆動車に搭載されている。モータ制御装置１は、車両の後輪を駆動するための電動モータ２を制御するものであり、モータ駆動回路としてのインバータ２２を含んでいる。この実施形態では、電動モータ２は、三相ブラシレスモータである。電動モータ２からの動力（モータトルク）は、図示しない減速機構および差動歯車機構を介して、左後輪および右後輪に伝達される。

車両には、電動モータ２の回転角を検出するためのレゾルバ等の回転角センサ３、電動モータ２の相電流を検出するための電流センサ４_Ｕ，４_Ｖ、電動モータ２の相電圧を検出するための電圧センサ５、インバータ２２に電力を供給するための電力供給源６、インバータ２２の入力電流Ｉ_ｄｃ（電力供給源６の出力電流）を検出するための電流センサ７、インバータ２２の入力電圧Ｖ_ｄｃ（電力供給源６の出力電圧）を検出するための電圧センサ８、各車輪の回転速度ω_ＦＬ，ω_ＦＲ，ω_ＲＬ，ω_ＲＲを検出するための車輪速センサ９_ＦＬ，９_ＦＲ，９_ＲＬ，９_ＲＲ、アクセル操作量ＡＣを検出するためのアクセルセンサ（ＡＣセンサ）１０等が設けられている。なお、添え字のＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲは、それぞれ左前車輪、右前車輪、左後車輪および右後車輪を表す。

電流センサ４_Ｕは、Ｕ相電流Ｉ_Ｕを検出する。電流センサ４_ＶはＶ相電流Ｉ_Ｖを検出する。電圧センサ５は、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ相電圧Ｖ_ＶおよびＷ相電圧Ｖ_Ｗ（以下総称するときは「三相検出電圧Ｖ_ＵＶＷ」という。）を検出する。電力供給源６は、たとえば、バッテリーである。電力供給源６は、エンジンからの動力に基いて電力を発生する発電機であってもよい。

車両用モータ制御装置１は、マイクロコンピュータ２１と、マイクロコンピュータ２１によって制御されるインバータ（三相インバータ）２２と、電流検出部２３とを含む。電流検出部２３は、電流センサ４_Ｕ，４_Ｖの出力信号に基いて、Ｕ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ（以下総称するときには「三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。

マイクロコンピュータ２１は、ＣＰＵおよびメモリ(ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することにより、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部には、トルク指令値設定部３１と、第１電流指令値演算部３２と、切換え部３３と、ｄｑ軸電流演算部３４と、ｄ軸電流偏差演算部３５ｄと、ｑ軸電流偏差演算部３５ｑと、電圧指令値演算部３６と、電圧指令値座標変換部３７と、ＰＷＭ制御部３８と、回転角演算部３９と、モータトルク推定部４０と、トルク偏差演算部４１と、第２電流指令値演算部４２とを含んでいる。

トルク指令値設定部３１は、たとえば、車輪速センサ９_ＦＬ，９_ＦＲ，９_ＲＬ，９_ＲＲによって検出される回転速度ω_ＦＬ，ω_ＦＲ，ω_ＲＬ，ω_ＲＲと、アクセルセンサ１０によって検出されるアクセル操作量ＡＣとに基いて、モータトルク指令値Ｔｍ^＊を設定する。トルク指令値設定部３１は、たとえば、前後車輪の回転速度差（｛（ω_ＲＬ＋ω_ＲＲ）−（ω_ＦＬ＋ω_ＦＲ）｝／２）と、アクセル操作量ＡＣとに基いて、モータトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊を設定してもよい。

第１電流指令値演算部３２は、オープンループ制御用の電流指令値を演算するものである。具体的には、第１電流指令値演算部３２は、予め設定されたトルク指令値／電流指令値変換テーブル３２ａに基いて、モータトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊を、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊および第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に変換する。ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊はｄ軸方向の磁界を生成するための電流指令値であり、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊はｑ軸方向の磁界を生成するための電流指令値である。ただし、ｄ軸とは電動モータ２のロータの磁極方向に沿う軸であり、ｑ軸とはｄ軸に直交する軸である。第１電流指令値演算部３２によって演算されたｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊は、ｄ軸電流偏差演算部３５ｄに与えられる。第１電流指令値演算部３２によって演算された第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊は、切換え部３３に与えられる。

モータトルク推定部４０は、電動モータ２が発生しているトルク（モータトルク）を推定する。モータトルク推定部４０によって推定されたモータトルクを、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔということにする。モータトルク推定部４０の動作の詳細については、後述する。トルク偏差演算部４１は、モータトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊とモータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔとの偏差（トルク偏差）ΔＴ_ｍ（＝Ｔ_ｍ ^＊−Ｔ_ｍｅｓｔ）を演算する。

第２電流指令値演算部４２は、モータトルク推定値を用いたフィードバック制御用の電流指令値を演算するものである。第２電流指令値演算部４２は、トルク偏差ΔＴ_ｍに基いて、第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を演算する。第２電流指令値演算部４２は、たとえば、トルク偏差ΔＴ_ｍに対してＰＩ（比例積分）演算を行うことにより、第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を演算する。第２電流指令値演算部４２によって演算された第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊は、切換え部３３に与えられる。

切換え部３３は、第１電流指令値演算部３２によって演算される第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊と第２電流指令値演算部４２によって演算される第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊との比較に基いて、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊と第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊とを切換える。たとえば、切換え部３３は、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊と第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊との偏差（ｑ軸電流指令値偏差）ΔＩ_ｑ ^＊に基いて、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊と第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊とのうちのいずれか一方を選択して出力する。具体的には、電源投入時には、切換え部３３は、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を選択して出力する。第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊が選択されている場合において、ｑ軸電流指令値偏差ΔＩ_ｑ ^＊の絶対値が所定の閾値α（α＞０）より大きくなると、切換え部３３は、第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を選択して出力する。第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊が選択されている場合において、ｑ軸電流指令値偏差ΔＩ_ｑ ^＊の絶対値が閾値α以下になると、切換え部３３は、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を選択して出力する。

回転角演算部３９は、回転角センサ３の出力信号に基いて、電動モータ２の回転角（電機角θ_Ｅおよび機械角θ_Ｍ）を演算する。電流検出部２３によって検出される三相検出電流Ｉ_ＵＶＷは、ｄｑ軸電流演算部３４に入力される。ｄｑ軸電流演算部３４は、回転角演算部３９によって演算された回転角θ_Ｅ（電気角）に基いて、三相検出電流Ｉ_ＵＶＷを、ｄ軸電流Ｉ_ｄおよびｑ軸電流Ｉ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_ｄｑ」という。）に変換する。

ｄ軸電流偏差演算部３５ｄは、第１電流指令値演算部３２によって演算されるｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊とｄ軸電流Ｉ_ｄとの偏差（ｄ軸偏差）ΔＩ_ｄを求める。ｑ軸電流偏差演算部３５ｑは、切換え部３３から出力されるｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊とｑ軸電流Ｉ_ｑとの偏差（ｑ軸偏差）ΔＩ_ｑを求める。
電圧指令値演算部３６は、たとえば、ｄ軸偏差ΔＩ_ｄおよびｑ軸偏差ΔＩ_ｑそれぞれに対してＰＩ（比例積分）演算を行うことにより、電動モータ２に印加すべき二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊（ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊）を演算する。電圧指令値座標変換部３７は、回転角演算部３９によって演算された回転角θ_Ｅに基いて、二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊を三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換する。三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗ ^＊からなる。

ＰＷＭ制御部３８は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号を生成し、インバータ２２に供給する。
インバータ２２では、インバータを構成するパワー素子がＰＷＭ制御部３８から与えられるＰＷＭ信号によって制御されることにより、三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧が電動モータ２に印加されることになる。

図２は、モータトルク推定部の構成を示すブロック図である。
モータトルク推定部４０は、回転速度演算部５１と、入力電力演算部５２と、ｄｑ軸電圧演算部５３と、出力電力演算部５４と、インバータ効率演算部５５と、モータトルク演算部５６とを含んでいる。
回転速度演算部５１は、回転角演算部３９から所定の演算周期毎に与えられる回転角θ_Ｍ（機械角）の差分に基いて、電動モータ２の回転速度ω_Ｍを演算する。

入力電力演算部５２は、電流センサ７によって検出されるインバータ２２の入力電流Ｉ_ｄｃ［Ａ］と、電圧センサ８によって検出されるインバータ２２の入力電圧Ｖ_ｄｃ［Ｖ］とに基いて、インバータ入力電力Ｗ_ｄｃ［Ｗ］を演算する。具体的には、入力電力演算部５２は、次式(1)に基いて、インバータ入力電力Ｗ_ｄｃを演算する。
Ｗ_ｄｃ＝Ｖ_ｄｃ×Ｉ_ｄｃ …(1)
ｄｑ軸電圧演算部５３は、回転角演算部３９によって演算された回転角θ_Ｅ（電気角）に基いて、電圧センサ５によって検出された三相検出電圧Ｖ_ＵＶＷを、ｄ軸電圧Ｖ_ｄおよびｑ軸電圧Ｖ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電圧Ｖ_ｄｑ」という。）に変換する。

出力電力演算部５４は、ｄｑ軸電流演算部３４によって演算されたｄ軸電流Ｉ_ｄ［Ａ］およびｑ軸電流Ｉ_ｑ［Ａ］と、ｄｑ軸電圧演算部５３によって演算されたｄ軸電圧Ｖ_ｄ［Ｖ］およびｑ軸電圧Ｖ_ｑ［Ｖ］とに基いて、インバータ出力電力（モータ入力電力）Ｗ_ｉｎｖ［Ｗ］を演算する。具体的には、出力電力演算部５４は、次式(2)に基いて、インバータ出力電力Ｗ_ｉｎｖを演算する。

Ｗ_ｉｎｖ＝Ｖ_ｏ・Ｉ_ｏ
＝｜Ｖ_ｏ｜｜Ｉ_ｏ｜cosψ …(2)
｜Ｖ_ｏ｜＝（Ｖ_ｄ ^２＋Ｖ_ｑ ^２）^１／２
｜Ｉ_ｏ｜＝（Ｉ_ｄ ^２＋Ｉ_ｑ ^２）^１／２
前記式(2)において、Ｖ_ｏはインバータ２２の出力電圧ベクトルを表し、Ｉ_ｏはインバータ２２の出力電流ベクトルを表し、記号「・」は内積を表し、ψは電圧ベクトルＶ_ｏと電流ベクトル-Ｉ_ｏとのなす角を表している。したがって、インバータ出力電力Ｗ_ｉｎｖは、Ｗ_ｉｎｖ＝Ｖ_ｄＩ_ｄ＋Ｖ_ｑＩ_ｑとなる。

インバータ効率演算部５５は、入力電力演算部５２によって演算されたインバータ入力電力Ｗ_ｄｃと、出力電力演算部５４によって演算されたインバータ出力電力Ｗ_ｉｎｖとに基いて、インバータ効率η_ｉｎｖを演算する。具体的には、インバータ効率演算部５５は、次式(3)に基いて、インバータ効率η_ｉｎｖを演算する。
η_ｉｎｖ＝Ｗ_ｉｎｖ／Ｗ_ｄｃ …(3)
モータトルク演算部５６は、インバータ効率演算部５５によって演算されたインバータ効率η_ｉｎｖと、回転速度演算部５１によって演算された電動モータ３の回転速度ω_Ｍと、インバータ効率マップ５６ａとに基いて、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔ［Ｎｍ］を演算する。インバータ効率マップ５６ａは、電動モータ２を回転制御する場合の回転状態に応じたインバータ効率を示したマップである。インバータ効率マップ５６ａは、電動モータ２の回転速度とトルクとをパラメータとしてインバータ効率を表したマップである。モータトルク演算部５６は、インバータ効率マップ５６ａに基いて、インバータ効率演算部５５によって演算されたインバータ効率η_ｉｎｖおよび回転速度演算部５１によって演算された回転速度ω_Ｍに対応したトルクを、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔとして求める。

以上のような構成において、ｑ軸電流指令値偏差（第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊と第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊との偏差）ΔＩ_ｑ ^＊の絶対値が所定の閾値α以下のときには、第１電流指令値演算部３２によって演算される第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊が切換え部３３から出力される。これにより、電動モータ２に流れるｄ軸電流Ｉ_ｄおよびｑ軸電流Ｉ_ｑが、それぞれ、第１電流指令値演算部３２によって演算されるｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊および第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に近づくように制御される。この場合、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊は、トルク指令値／電流指令値変換テーブル３２ａによって求められているため、電動モータ２のトルクは、オープンループ制御によって制御される。

ｑ軸電流指令値偏差ΔＩ_ｑ ^＊の絶対値が所定の閾値αより大きいときには、第２電流指令値演算部４２によって演算される第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊が切換え部３３から出力される。これにより、電動モータ２に流れるｄ軸電流Ｉ_ｄおよびｑ軸電流Ｉ_ｑが、それぞれ、第１電流指令値演算部３２によって演算されるｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊および第２電流指令値演算部４２によって演算される第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に近づくように制御される。この場合、第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊は、モータトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊とモータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔとの偏差であるトルク偏差ΔＴ_ｍに応じた値であるため、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔがモータトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に近づくように制御される。つまり、この場合には、電動モータ２のトルクは、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔを用いたフィードバック制御によって制御される。

前述の実施形態では、モータトルクを検出するためのトルクセンサを用いることなく、電動モータ２のトルクを推定することができる。これにより、推定されたトルク（モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔ）を利用して、電動モータ２のトルクを制御することが可能となる。これにより、トルクセンサを用いることなく、電動モータ２に対して精度の高いトルク制御を行うことが可能となる。

具体的には、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に基づくオープンループ制御が行われている場合に、実モータトルクがトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に追従しなくなると、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊とモータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔとの差が大きくなる。そうすると、ｑ軸電流指令値偏差ΔＩ_ｑ ^＊の絶対値が所定の閾値αよりも大きくなるので、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔを用いたフィードバック制御にモータ制御が切換えられる。これにより、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔがトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に近づくように制御されるので、実モータトルクをトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に追従させることができるようになる。したがって、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に基づくオープンループ制御では、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に応じたモータトルクが電動モータ２から出力されなくなるような場合でも、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に応じたモータトルクを電動モータ２から出力させることが可能となる。

たとえば、電力供給源６の電圧が低下している場合には、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に基づくオープンループ制御では、電動モータ２から出力されるモータトルクはトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊よりも低くなる。このような場合には、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔを用いたフィードバック制御にモータ制御が切換えられるので、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に応じたモータトルクを電動モータ２から出力させることが可能となる。

図３は、モータトルク推定部の変形例を示すブロック図である。図３において、前述の図２の各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。
このモータトルク推定部４０Ａは、回転速度演算部５１と、入力電力演算部５２と、ｄｑ軸電圧演算部５３と、出力電力演算部５４と、インバータ損失演算部５５Ａと、モータトルク演算部５６Ａとを含んでいる。

このモータトルク推定部４０Ａでは、図２中のインバータ効率演算部５５に代えてインバータ損失演算部５５Ａが用いられている点と、図２中のモータトルク演算部５６に代えてモータトルク演算部５６Ａが用いられている点とが、図２のモータトルク推定部４０と異なっている。それ以外は、図２のモータトルク推定部４０と同じである。
インバータ損失演算部５５Ａは、入力電力演算部５２によって演算されたインバータ入力電力Ｗ_ｄｃと、出力電力演算部５４によって演算されたインバータ出力電力Ｗ_ｉｎｖとに基いて、インバータ損失Ｐ_ｉｎｖを演算する。具体的には、インバータ損失演算部５５Ａは、次式(4)に基いて、インバータ損失Ｐ_ｉｎｖ［Ｗ］を演算する。

Ｐ_ｉｎｖ＝Ｗ_ｄｃ−Ｗ_ｉｎｖ …(4)
なお、インバータ損失演算部５５Ａは、次式(5)に基いて、インバータ損失Ｐ_ｉｎｖ［％］を演算してもよい。
Ｐ_ｉｎｖ＝（Ｗ_ｄｃ−Ｗ_ｉｎｖ）／Ｗ_ｉｎｖ …(5)
モータトルク演算部５６Ａは、インバータ損失演算部５５Ａによって演算されたインバータ損失Ｐ_ｉｎｖと、回転速度演算部５１によって演算された電動モータ３の回転速度ω_Ｍと、インバータ損失マップ５６Ａａとに基いて、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔ［Ｎｍ］を演算する。インバータ損失マップ５６Ａａは、電動モータ２を回転制御する場合の回転状態に応じたインバータ損失を示したマップである。インバータ損失マップ５６Ａａは、電動モータ２の回転速度とトルクとをパラメータとしてインバータ損失を表したマップである。モータトルク演算部５６は、インバータ損失マップ５６Ａａに基いて、インバータ損失演算部５５によって演算されたインバータ損失Ｐ_ｉｎｖおよび回転速度演算部５１によって演算された回転速度ω_Ｍに対応したトルクを、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔとして求める。

図４は、モータトルク推定部の他の変形例を示すブロック図である。図４において、前述の図２の各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。
このモータトルク推定部４０Ｂは、回転速度演算部５１と、入力電力演算部５２と、ｄｑ軸電圧演算部５３と、出力電力演算部５４と、インバータ効率演算部５５と、第１モータトルク演算部５６と、モータ効率演算部５７と、第２モータトルク演算部５８とを含んでいる。

このモータトルク推定部４０Ｂでは、図２中のモータトルク演算部５６が第１モータトルク演算部５６として用いられている点と、モータ効率演算部５７および第２モータトルク演算部５８が追加されている点とが、図２のモータトルク推定部４０と異なっている。それ以外は、図２のモータトルク推定部４０と同じである。
第１モータトルク演算部５６は、図２中のモータトルク演算部５６と同様な動作によりモータトルク推定値（Ｔ_ｍｅｓｔ）を演算する。第１モータトルク演算部５６によって演算されたモータトルク推定値を、第１モータトルク推定値Ｔ_{ｍｅｓｔ１}ということにする。

モータ効率演算部５７は、第１モータトルク演算部５６によって演算された第１モータトルク推定値Ｔ_{ｍｅｓｔ１}と、回転速度演算部５１によって演算された電動モータ３の回転速度ω_Ｍと、モータ効率マップ５７ａとに基いて、モータ効率η_ｍを演算する。モータ効率マップ５７ａは、電動モータ２を回転制御する場合の回転状態に応じたモータ効率を示したマップである。モータ効率マップ５７ａは、電動モータ２の回転速度とトルクとをパラメータとしてモータ効率を表したマップである。モータ効率演算部５７は、モータ効率マップ５７ａに基いて、第１モータトルク推定値Ｔ_{ｍｅｓｔ１}および回転速度ω_Ｍに対応したモータ効率η_ｍを求める。

第２モータトルク演算部５８は、モータ効率演算部５７によって演算されたモータ効率η_ｍと、出力電力演算部５４によって演算されたインバータ出力電力（モータ入力電力）Ｗ_ｉｎｖ［Ｗ］と、回転速度演算部５１によって演算された電動モータ３の回転速度ω_Ｍ［ｒａｄ／ｓ］とに基いて、第２モータトルク推定値Ｔ_{ｍｅｓｔ２}［Ｎｍ］を演算する。具体的には、第２モータトルク演算部５８は、次式(6)に基いて、第２モータトルク推定値Ｔ_{ｍｅｓｔ２}を演算する。

Ｔ_{ｍｅｓｔ２}＝Ｗ_ｍｏｔ／ω_Ｍ …(6)
Ｗ_ｍｏｔ＝Ｗ_ｉｎｖ×η_ｍ
前記式（6）において、Ｗ_ｍｏｔ［Ｗ］は、電動モータ２の出力電力の推定値である。
第２モータトルク演算部５８によって演算された第２モータトルク推定値Ｔ_{ｍｅｓｔ２}が、最終的なモータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔとして、トルク偏差演算部４１（図１参照）に与えられる。

図５は、モータトルク推定部のさらに他の変形例を示すブロック図である。図５において、前述の図４の各部に対応する部分には、図４と同じ符号を付して示す。
このモータトルク推定部４０Ｃは、回転速度演算部５１と、入力電力演算部５２と、ｄｑ軸電圧演算部５３と、出力電力演算部５４と、インバータ損失演算部５５Ａと、第１モータトルク演算部５６Ａと、モータ効率演算部５７と、第２モータトルク演算部５８とを含んでいる。

このモータトルク推定部４０Ｃでは、図４中のインバータ効率演算部５５に代えてインバータ損失演算部５５Ａが用いられている点と、図４中の第１モータトルク演算部５６に代えて第１モータトルク演算部５６Ａが用いられている点とが、図４のモータトルク推定部４０Ｂと異なっている。それ以外は、図４のモータトルク推定部４０Ｂと同じである。
インバータ損失演算部５５Ａは、図３のモータトルク推定部４０Ｃにおけるインバータ損失演算部５５Ａと同様な動作により、インバータ損失Ｐ_ｉｎｖを演算する。

第１モータトルク演算部５６Ａは、図３のモータトルク推定部４０Ｃにおけるモータトルク演算部５６Ａと同様な動作により、モータトルク推定値（Ｔ_ｍｅｓｔ）を演算する。第１モータトルク演算部５６によって演算されたモータトルク推定値が、第１モータトルク推定値Ｔ_{ｍｅｓｔ１}として、モータ効率演算部５７に与えられる。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。前述の実施形態では、図２または図４のモータトルク演算部５６は、インバータ効率演算部５５によって演算されたインバータ効率η_ｉｎｖとインバータ効率マップ５６ａとに基いて、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔまたはＴ_{ｍｅｓｔ１}を演算している。また、図３または図５のモータトルク演算部５６Ａは、インバータ損失演算部５５Ａによって演算されたインバータ損失Ｐ_ｉｎｖとインバータ損失マップ５６Ａａとに基いて、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔまたはＴ_{ｍｅｓｔ１}を演算している。

しかしながら、インバータ効率やインバータ損失の代わりに、インバータ２２の入力電圧と出力電力とによって決まる他のインバータ特性値と、そのインバータ特性値に対応したインバータ特性値マップとに基いて、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔまたはＴ_{ｍｅｓｔ１}を演算するようにしてもよい。このようなインバータ特性値としては、インバータ２２の出力電力に対する入力電力の比（入力電力／出力電力）、インバータ２２の出力電力から入力電力を減算した値（出力電力−入力電力）等がある。

また、前述の実施形態では、切換え部３３は、第１のｑ軸電流指令値ΔＩ_ｑ ^＊と第２のｑ軸電流指令値ΔＩ_ｑ ^＊との比較に基いて、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊と第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊とを切り替えている。しかし、切換え部３３は、モータトルク推定部４０によって演算されるモータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔとトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊との比較に基いて、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊と第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊とを切り替えるようにしてもよい。たとえば、切換え部３３は、モータトルク推定値Ｔ_ｍｅｓｔとトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊との偏差（トルク偏差）ΔＴ_ｍに基いて、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊と第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊とを切り替えるようにしてもよい。この場合には、図１に破線で示すように、トルク偏差演算部４１によって演算されるトルク偏差ΔＴ_ｍが切換え部３３に与えられる。具体的には、切換え部３３は、トルク偏差ΔＴ_ｍの絶対値が所定の閾値β（β＞０）以下のときには、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を選択して出力し、トルク偏差ΔＴ_ｍの絶対値が所定の閾値βより大きいときには、第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を選択して出力するようにしてもよい。

また、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊が選択されている場合において、トルク偏差ΔＴ_ｍの絶対値が所定の閾値βより大きな状態が所定時間継続したときに、切換え部３３は、第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を選択して出力するようにしてもよい。そして、第２のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊が選択されている場合において、トルク偏差ΔＴ_ｍの絶対値が所定の閾値β以下になったときに、切換え部３３は、第１のｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を選択して出力するようにしてもよい。

また、この発明は前述した４輪駆動車以外にも、電動モータのトルクを駆動力として利用する車両のモータ制御装置に適用することができる。さらに、この発明は、トルク指令値に基いて電動モータが制御されるモータ制御装置であれば、車両用のモータ制御装置以外のモータ制御装置にも適用することができる。
その他、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…モータ制御装置、２…電動モータ、２２…インバータ、３２…第１電流指令値演算部、３３…切換え部、３４…ｄｑ軸電流演算部、３５ｄ…ｄ軸電流偏差演算部、３５ｑ…ｑ軸電流偏差演算部、３６…電圧指令値演算部、３７…電圧指令値座標変換部、３８…ＰＷＭ制御部、４０…モータトルク推定部、４１…トルク偏差演算部、４２…第２電流指令値演算部、５１…回転速度演算部、５２…入力電力演算部、５３…ｄｑ軸電圧演算部、５４…入力電力演算部、５５…インバータ効率演算部、５５Ａ…インバータ損失演算部、５６，５６Ａ…モータトルク演算部（第１モータトルク演算部）、５６ａ…インバータ効率マップ、５６Ａａ…インバータ損失マップ、５７…モータ効率演算部、５７ａ…モータ効率マップ、５８…第２モータトルク演算部

Claims (5)

1. インバータによって駆動される電動モータのトルクを推定するためのモータトルク推定装置であって、
   前記インバータの入力電力を測定する入力電力測定手段と、
   前記インバータの出力電力を測定する出力電力測定手段と、
   前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記入力電力演算手段によって演算される入力電力と、前記出力電力演算手段によって演算される出力電力とに基いて、前記インバータの入力電力と出力電力とによって決定されるインバータ特性値を演算する特性値演算手段と、
   前記電動モータのモータトルクを推定するトルク推定手段とを含み、
   前記トルク推定手段は、前記電動モータの回転速度とトルクとをパラメータとして前記インバータ特性値を表したインバータ特性値マップに基いて、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度と前記特性値演算手段によって演算されるインバータ特性値とに対応したトルクをモータトルク推定値として求めるように構成されている、モータトルク推定装置。
2. インバータによって駆動される電動モータのトルクを推定するためのモータトルク推定装置であって、
   前記インバータの入力電力を測定する入力電力測定手段と、
   前記インバータの出力電力を測定する出力電力測定手段と、
   前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記入力電力演算手段によって演算された入力電力と、前記出力電力演算手段によって演算された出力電力とに基いて、前記インバータの入力電力と出力電力とによって決定されるインバータ特性値を演算する特性値演算手段と、
   前記電動モータのモータトルクを推定するトルク推定手段とを含み、
   前記トルク推定手段は、
   前記電動モータの回転速度とトルクとをパラメータとして前記インバータ特性値を表したインバータ特性値マップに基いて、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度と前記特性値演算手段によって演算されるインバータ特性値とに対応したトルクをモータトルク推定値として求める第１トルク演算手段と、
   前記電動モータのモータ効率マップに基いて、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度と前記第１トルク演算手段によって求められるモータトルク推定値に対応したモータ効率を求めるモータ効率演算手段と、
   前記モータ効率演算手段によって演算されるモータ効率と、前記出力電力演算手段によって演算される出力電力と、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度とに基いて、最終的なモータトルク推定値を演算する第２トルク演算手段とを含む、モータトルク推定装置。
3. 前記インバータ特性値がインバータ効率である、請求項１または２に記載のモータトルク推定装置。
4. 前記インバータ特性値がインバータ損失である、請求項１または２に記載のモータトルク推定装置。
5. 電動モータを制御するモータ制御装置であって、
   前記電動モータを駆動するためのインバータと、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータトルク推定装置と、
   トルク指令値と予め設定されたトルク指令値／電流指令値変換テーブルとに基いて、前記トルク指令値に対応した第１電流指令値を演算する第１電流指令値演算手段と、
   前記モータトルク推定装置によって得られるモータトルク推定値と前記トルク指令値との偏差に基いて、第２電流指令値を演算する第２電流指令値演算手段と、
   前記第１電流指令値と前記第２電流指令値との比較または前記モータトルク推定値と前記トルク指令値との比較に基いて、前記第１電流指令値と前記第２電流指令値とのうちのいずれか一方を選択して出力する切換え手段と、
   前記切換え手段から出力される電流指令値に基いて、前記インバータを制御する制御手段とを含む、モータ制御装置。

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