JP4023360B2 - 電動機システムの制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される電動機システムを制御する技術に関し、特に、電動機のトルク制御の精度を向上させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両の駆動力源として使用される電動機は、インバータから出力される電流により駆動され、所定のトルクを発生する。このときの電流値はインバータの制御装置にフィードバックされ、出力電流値が制御される。このような制御装置を有する電動機の制御システムにおいて、インバータに出力された指令値に対するスイッチング動作と、実際のスイッチング動作との間には、誤差が発生する場合がある。その結果、電動機に供給される電流にも誤差が発生するため、指令値に対応するトルクが精度よく出力されず、トルク変動が生じる恐れがあった。
【0003】
そこで、このような問題を解決するために、たとえば特開平9−84362号公報(特許文献1)は、インバータ装置の出力電圧の誤差を適正に抑制することができるPWM(Pulse Width Modulation)制御インバータ装置を開示する。このPWMインバータ制御装置は、インバータの出力電流値を検出する回路と、インバータの出力電圧および周波数パターンを設定する回路と、上下アーム短絡防止期間を設定する回路と、上下アーム短絡防止期間とPWMキャリア周波数と直流電圧とから算出した電圧誤差に基づいてインバータの出力電圧を補正する補正回路と、誤差電圧とインバータ出力電圧との比を一定に保つようにPWMキャリア周波数を変更するための変更回路とを含む。補正回路は、インバータの出力電流値の絶対値が所定値より大きいときはインバータの出力電流の極性に応じてインバータの出力電圧を補正する回路と、出力電流値の絶対値が所定値より小さいときは、出力電圧の極性に応じて出力電圧を補正する回路とを含む。
【0004】
このPWMインバータ制御装置によると、PWMキャリア周波数を変更することにより、誤差電圧とインバータ出力電圧との比が一定に保たれるため、インバータからの出力電流の波形の乱れが防止される。これにより、インバータ装置の出力電圧の誤差が適正に抑制される。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−84362号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に開示されたPWMインバータ制御装置は、電流値のフィードバックによるクローズドループ制御を前提とした技術を開示しているため、オープンループ制御にはそのまま適用できないという問題があった。すなわち、PWMインバータ制御装置は、変更モータ駆動電圧と誤差電圧との比が一定になるようにキャリア周波数を変更することにより、誤差電圧を抑制することができる。しかし、オープンループ制御においては、電流センサを使用することなく電動機のトルク制御が行なわれるため、電流センサの使用を前提とするPWMインバータ制御装置では、電動機のトルクの精度が低下するという問題があった。
【0007】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電流センサを使用することなくトルク制御の精度を向上させることができる、電動機システムの制御装置および制御方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明に係る電動機システムの制御装置は、スイッチング素子を有するインバータと、インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する装置であって、インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずにスイッチング素子の動作の誤差を抑制するための誤差抑制手段を含む。
【0009】
第1の発明によると、スイッチング素子の動作の誤差はインバータの出力に関する指令値(たとえば、入力電圧の指令値、キャリア周波数の指令値など)に基づいて抑制されるため、算出されるトルクの指令値に対して、実際に出力されるトルクの指令値を追従させることができる。このようにすると、電流値を使用することなく電動機のトルク制御を実行することができるため、電流センサの精度に依存することなく、トルク制御の精度を向上させることができる。これにより、電流センサを使用することなくトルク制御の精度を向上させることができる電動機システムの制御装置を提供することができる。
【0010】
第2の発明に係る電動機システムの制御装置は、第1の発明の構成に加えて、指令値は、インバータのキャリア周波数である。誤差は、スイッチング素子の特性またはキャリア周波数に影響される誤差である。誤差抑制手段は、キャリア周波数を変更することにより誤差を抑制するための抑制手段を含む。
【0011】
第2の発明によると、インバータのキャリア周波数(1秒間に発生するスイッチングパルス数)が変更されると、インバータのキャリア周波数またはスイッチング素子の特性に影響される誤差はその変更に応じて抑制される。その結果、算出したトルクの指令値に追従するような指令値が出力されるため、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【0012】
第3の発明に係る電動機システムの制御装置は、第2の発明の構成に加えて、誤差は、キャリア周波数が低下すると減少する。抑制手段は、キャリア周波数を低下させることにより誤差を抑制するための手段を含む。
【0013】
第3の発明によると、キャリア周波数が低下するとスイッチング素子の動作に関する誤差が抑制されるため、算出したトルクの指令値に追従するような指令値を出力することができる。その結果、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【0014】
第4の発明に係る電動機システムの制御装置は、第1の発明の構成に加えて、インバータへの入力電圧値を変更する変更回路を含む電動機システムを制御する。指令値は、インバータへの入力電圧値である。誤差は、入力電圧値に基づく誤差である。誤差抑制手段は、インバータへの入力電圧値を変更回路に変更させることにより、誤差を抑制するための抑制手段を含む。
【0015】
第4の発明によると、インバータへの入力電圧値が変更されると、その電圧に基づく誤差はその変更に応じて抑制される。その結果、算出したトルクの指令値に追従するような指令値が出力されるため、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【0016】
第5の発明に係る電動機システムの制御装置は、第4の発明の構成に加えて、誤差は、入力電圧値が低下すると減少する。抑制手段は、入力電圧値を変更回路に低下させることにより、誤差を抑制するための手段を含む。
【0017】
第5の発明によると、入力電圧値が低下するとスイッチング素子の動作に関する誤差が抑制されるため、算出したトルクの指令値に追従するような指令値を出力することができる。その結果、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【0018】
第6の発明に係る電動機システムの制御装置は、第4の発明の構成に加えて、変更回路は、インバータの入力側に接続された電圧変換回路である。
【0019】
第6の発明によると、電圧変換回路(コンバータ)により、インバータへの入力電圧値が確実に低下するため、誤差を抑制することができる。
【0020】
第7の発明に係る電動機システムの制御装置は、第1〜6のいずれかの発明の構成に加えて、電流値を検出する電流検出回路をさらに含む電動機システムを制御する。電動機は、トルクの指令値および回転数と、電流値とのいずれかに基づいて制御されるものである。この制御装置は、電流検出回路が故障すると、電流値に基づく制御からトルクの指令値および回転数に基づく制御に、電動機の制御の形態を切り換えるための切換手段をさらに含む。
【0021】
第7の発明によると、電流検出回路が正常であるとき、電動機は電流値に基づいて制御される。電流検出回路が異常であるとき、電動機はトルクの指令値および回転数に基づいて制御される。電流検出回路が故障すると、電動機は、トルクの指令値および回転数に基づく制御に切り換えられるため、電流検出回路が正常であるときも異常であるときも、電動機のトルク制御を確実に実行することができる。
【0022】
第8の発明に係る電動機システムの制御装置は、第7の発明の構成に加えて、複数の電流検出回路を有する電動機システムを制御する。この制御装置は、複数の電流検出回路から正常な電流検出回路を判別するための判別手段と、判別された正常な電流検出回路が検出する電流値に基づいて、電動機の出力に関する異常を検出するための第1の異常検出手段と、異常が検出されると、電動機システムの作動を制限するための制限手段とをさらに含む。
【0023】
第8の発明によると、複数の電流検出回路から正常な電流検出回路が判別されると、その電流検出回路が検出する電流値に基づいて、電動機の指令値に関する異常(たとえば、トルクの指令値の異常)が検出される。その結果、電動機システムの作動が制限されるため、電動機システム全体の暴走(たとえば、異常信号の出力、制御不能な状態の発生等)を防ぐことができる。
【0024】
第9の発明に係る電動機システムの制御装置は、第7の発明の構成に加えて、電圧値を検出するための電圧検出手段と、検出された電圧値に基づいて、電動機の出力に関する異常を検出するための第2の異常検出手段と、異常が検出されると、電動機システムの作動を制限するための制限手段とをさらに含む。
【0025】
第9の発明によると、電圧値に基づいて電動機の出力に関する異常を検出することができる。この異常とは、電動機の出力トルクが指令値以上に出力されている状態、あるいは指令値ほど出力されていない状態等である。このような異常が検出されると電動機システムの作動が制限されるため、車両の安全性を向上させることができる。
【0026】
第10の発明に係る電動機システムの制御方法は、スイッチング素子を有するインバータと、インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する方法であって、インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずにスイッチング素子の動作の誤差を抑制する誤差抑制ステップを含む。
【0027】
第10の発明によると、スイッチング素子の動作の誤差はインバータの出力に関する指令値(たとえば、入力電圧の指令値、キャリア周波数の指令値など)に基づいて抑制されるため、算出されるトルクの指令値に対して、実際に出力されるトルクの指令値を追従させることができる。このようにすると、電流値を使用することなく電動機のトルク制御を実行することができるため、電流センサの精度に依存することなく、トルク制御の精度を向上させることができる。これにより、電流センサを使用することなくトルク制御の精度を向上させることができる電動機システムの制御方法を提供することができる。
【0028】
第11の発明に係る電動機システムの制御方法は、第10の発明の構成に加えて、指令値は、インバータのキャリア周波数である。誤差は、スイッチング素子の特性またはキャリア周波数に影響される誤差である。誤差抑制ステップは、キャリア周波数を変更することにより誤差を抑制する抑制ステップを含む。
【0029】
第11の発明によると、インバータのキャリア周波数(1秒間に発生するスイッチングパルス数)が変更されると、インバータのキャリア周波数またはスイッチング素子の特性に影響される誤差は、その変更に応じて抑制される。その結果、算出したトルクの指令値に追従するような指令値が出力されるため、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【0030】
第12の発明に係る電動機システムの制御方法は、第11の発明の構成に加えて、誤差は、キャリア周波数が低下すると減少する。抑制ステップは、キャリア周波数を低下させることにより誤差を抑制するステップを含む。
【0031】
第12の発明によると、キャリア周波数が低下するとスイッチング素子の動作に関する誤差が抑制されるため、算出したトルクの指令値に追従するような指令値を出力することができる。その結果、電動機のトルク制御の精度を向上させることができる。
【0032】
第13の発明に係る電動機システムの制御方法は、第10〜12のいずれかの発明の構成に加えて、電流値を検出する電流検出回路をさらに含む電動機システムを制御する。電動機は、トルクの指令値および回転数と、電流値とのいずれかに基づいて制御されるものである。この制御方法は、電流検出回路が故障すると、電流値に基づく制御からトルクの指令値および回転数に基づく制御に、電動機の制御の形態を切り換える切換ステップをさらに含む。
【0033】
第13の発明によると、電流検出回路が正常であるとき、電動機は電流値に基づいて制御される。電流検出回路が異常であるとき、電動機はトルクの指令値および回転数に基づいて制御される。電流検出回路が故障すると、電動機は、トルクの指令値および回転数に基づく制御に切り換えられるため、電流検出回路が正常であるときも異常であるときも、電動機のトルク制御を確実に実行することができる。
【0034】
第14の発明に係る電動機システムの制御方法は、第13の発明の構成に加えて、複数の電流検出回路を有する電動機システムを制御する。この制御方法は、複数の電流検出回路から正常な電流検出回路を判別する判別ステップと、判別された正常な電流検出回路が検出する電流値に基づいて、電動機の出力に関する異常を検出する第1の異常検出ステップと、異常が検出されると、電動機システムの作動を制限する制限ステップとをさらに含む。
【0035】
第14の発明によると、複数の電流検出回路から正常な電流検出回路が判別されると、その電流検出回路が検出する電流値に基づいて、電動機の指令値に関する異常(たとえば、トルクの指令値の異常)が検出される。その結果、電動機システムの作動が制限されるため、電動機システム全体の暴走(たとえば、異常信号の出力、制御不能な状態の発生等)を防ぐことができる。
【0036】
第15の発明に係る電動機システムの制御方法は、第13の発明の構成に加えて、電圧値を検出する電圧検出ステップと、検出された電圧値に基づいて、電動機の出力に関する異常を検出する第2の異常検出ステップと、異常が検出されると、電動機システムの作動を制限する制限ステップとをさらに含む。
【0037】
第15の発明によると、電圧値に基づいて電動機の出力に関する異常を検出することができる。この異常とは、電動機の出力トルクが指令値以上に出力されている状態、あるいは指令値ほど出力されていない状態等である。このような異常が検出されると電動機システムの作動が制限されるため、車両の安全性を向上させることができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【0039】
図1を参照して、本発明の実施の形態に係る電動機の制御システムについて説明する。図1は、その制御システムを搭載した車両のブロック図を表わす。この制御システムは、電動機が駆動力を発生する電気自動車、あるいは電動機とエンジンとが駆動力を発生するハイブリッド自動車等に搭載される。
【0040】
この車両は、インバータECU(Electronic Control Unit)100、バッテリ120、電流センサ124,126,128、SMR(System Main Relay)130、インバータ140、モータジェネレータ(以下、M/Gと表わす。)150、メインECU1000、アクセル開度センサ1010、ブレーキスイッチ1020、車速センサ1030、およびニュートラルスタートスイッチ1040を含む。
【0041】
インバータECU100は、各センサから信号を受信する信号受信回路102、受信した信号に基づいて電圧値を監視する監視回路104、受信した信号に基づいて各電流センサの故障を検出する故障検出回路106、制御信号をインバータ140に送信する信号送信回路108、トルクの指令値あるいは電流の指令値に基づいて電圧の指令値を算出する算出回路110、M/G150の回転数あるいは磁極の位置に基づいてPWMパターンを発生する発生回路112、インバータ140の入力電圧値を取得して電圧の指令値を補正する補正回路114、およびメモリ116を含む。メモリ116には、この制御システムが実行する各プログラム、予め設定された電圧センサ142の許容誤差の範囲を定めるしきい値等が記憶されている。
【0042】
インバータ140は、電圧センサ142と、コンバータ回路144と、インバータ回路とを含む。コンバータ回路144は、バッテリ120から供給される直流電流を平滑するとともに、受信する制御信号に基づいて所定の電圧に変換する。電圧センサ142は、コンバータ回路144の出力電流の電圧値(すなわち、インバータ回路146への入力電流の電圧値)を検出する。インバータ回路146は、受信する制御信号に基づいて所定の周波数を有する交流電流を発生して、M/G150に供給する。
【0043】
インバータ140は、たとえばPWM制御を実行することができるインバータであるが、特にこれに限られない。バッテリ120は、車両を駆動させるために十分なトルクをM/G150に発生させることができる容量(たとえば数百ボルト)を有する二次電池である。
【0044】
インバータECU100には、SMR130の接続状態を表わす信号、電圧センサ142により検出されたインバータ140の入力電圧値、および電流センサ124,126,128により検出された各電流値が入力される。インバータECU100には、さらにメインECU1000からの信号が入力される。
【0045】
インバータECU100は、インバータ140に信号を出力することにより、M/G150に供給する電圧値を制御する。インバータECU100は、SMR130、インバータ140あるいはM/G150等の状態を通知する信号をメインECU1000に送信する。
【0046】
コンバータ回路144は、インバータECU100から受信する制御信号に基づいて、バッテリ120から供給される直流電流の電圧値を所定の電圧値に変換する。また回生時には、コンバータ回路144は、インバータECU100から受信する制御信号に基づいて、インバータ回路146から出力される直流電流の電圧値を所定の電圧値に変換する。コンバータ回路144は、搭載される電源システムの出力電圧に応じて、双方向に昇圧する機能、いずれか一方向に昇圧する機能などを持たせてもよい。
【0047】
インバータ回路146は、インバータECU100から受信する制御信号に基づいて、コンバータ回路144から供給される直流電流を所定の周波数および振幅を有する交流電流に変換する。また回生時には、インバータ回路146は、インバータECU100から受信する制御信号に基づいて、M/G150が発電する交流電流を直流電流に変換してコンバータ回路144に供給する。
【0048】
メインECU1000には、アクセル開度センサ1010により検出されたアクセル開度信号、ブレーキスイッチ1020により検出されたブレーキのON/OFFの状態信号、車速センサ1030により検出された車速信号、ニュートラルスタートスイッチ1040により検出された変速機のシフトポジション信号等が入力される。
【0049】
このような構成を有する制御システムは、各電流センサ124,126,128から受信する電流値に基づく電動機のトルク制御と、電流値を使用しないトルク制御(以下、「電流センサレス制御」という。)とを実行することができる。この電流センサレス制御は、トルクの指令値あるいは電流の指令値に基づいて電圧の指令値を算出し、M/G150の回転数あるいは磁極の位置に基づいてPWMパターンを発生し、インバータ140の入力電圧値を取得して電圧の指令値を補正することにより実行される。
【0050】
このように、制御システムは、電流センサにより検出される電流値に基づいてM/G150の出力トルクを精度よく制御することができる一方、電流センサが故障した場合には電流センサレス制御に切り換えることにより、電動機のトルク制御を継続することができる。したがって、電動機システム全体の制御系の暴走が確実に防止されるため、車両が急に加減速する状態あるいは発進できない状態に陥ることを防止することができる。
【0051】
図2を参照して、本実施の形態に係る制御システムを実現するインバータECU100の制御構造について説明する。
【0052】
ステップ(以下、ステップをSと表わす。)200にて、インバータECU100は、各センサから受信した信号に基づいて、電流センサ124,126,128の作動状態を検出する。
【0053】
S202にて、インバータECU100は、検出した作動状態に基づいて、正常な電流センサがあるか否かを判断する。正常な電流センサがあると判断すると(S202にてYES)、処理はS204へ移される。もしそうでないと(S202にてNO)、処理はS228に移される。
【0054】
S204にて、インバータECU100は、正常な電流センサから受信した信号に基づいて、電流の波高値を算出する。ここで、電流の波高値とは、所定の時間間隔内における変動電流の最大瞬時値をいう。この所定の時間間隔は、電動機の制御システムに要求される特性などに基づいて、設定することができる。
【0055】
S206にて、インバータECU100は、正常な電流センサから受信した信号に基づいて、M/G150に対するトルクの指令値を検出する。
【0056】
S208にて、インバータECU100は、電圧センサ142の監視を強化する。これにより、電圧センサ142が検出する電圧値の誤差を許容する範囲は、予め設定されていた許容範囲から縮小される。たとえば、2値比較に基づいて誤差を検出する場合には、異常検出値の幅が縮小される。また、電源システムに昇圧コンバータ(図示しない)が接続されている場合には、そのコンバータの作動を停止し、上アームをONにする頻度が増加する。
【0057】
S300にて、インバータECU100は、後述する入力電圧変更処理(図3)を実行する。この処理が実行されると、所定の条件が成立した場合には、インバータ140の入力電圧値が変更されるため、M/G150の制御は変更後の入力電圧値に基づいて実行される。
【0058】
S212にて、インバータECU100は、電圧センサ142が検出した電圧値およびS300にて算出された電圧の指令値に基づいて、電圧値の誤差を算出する。
【0059】
S214にて、インバータECU100は、S212にて算出した誤差に基づいて、電圧値の補正が十分であるか否か(すなわち、誤差が十分に抑制されているか否か)を判断する。この判断は、電圧値が予め定められた許容範囲に含まれるか否かに基づいて行なわれる。電圧値の補正が十分であるとき(S214にてYES)、処理は終了する。もしそうでないと(S214にてNO)、処理はS400に移される。
【0060】
S400にて、インバータECU100は、後述するキャリア周波数変更処理(図4)を実行する。この処理が実行されると、所定の条件が成立した場合にはキャリア周波数(インバータ140において1秒間に発生するスイッチングパルス数)が変更される。その条件が成立しない場合には、キャリア周波数が維持される。その後、インバータ140の制御は、そのキャリア周波数に基づいて行なわれる。
【0061】
S228にて、インバータECU100は、電圧センサ142の監視を強化する。これにより、電圧センサ142が検出する電圧値の誤差を許容する範囲は、予め設定されていた許容範囲から縮小される。たとえば、2値比較に基づいて誤差を検出する場合には、異常検出値の幅が縮小される。また、電源システムに昇圧コンバータ(図示しない)が接続されている場合には、そのコンバータの作動を停止し、上アームをONにする頻度が増加する。
【0062】
S232にて、インバータECU100は、電圧センサ142が検出した電圧値およびS400にて算出された電圧の指令値に基づいて、電圧値の誤差を算出する。
【0063】
S234にて、インバータECU100は、S232にて算出した誤差に基づいて、電圧値の補正が十分であるか否か(すなわち、誤差が十分に抑制されているか否か)を判断する。この判断は、電圧値が予め定められた許容範囲に含まれるか否かに基づいて行なわれる。電圧値の補正が十分であるとき(S234にてYES)、処理は終了する。もしそうでないと(S234にてNO)、処理はS300に移される。
【0064】
図3を参照して、本実施の形態に係るインバータECU100が実行する入力電圧変更処理の制御構造について説明する。この入力電圧変更処理は、インバータ140の内部において、コンバータ回路144からインバータ回路146に入力される電圧を変更するための処理である。
【0065】
S302にて、インバータECU100は、トルクの指令値を取得する。この指令値は、たとえばアクセル開度、車速など、運転者の加速要求を表わす信号である。
【0066】
S304にて、インバータECU100は、メインECU1000からM/G150の回転数信号を受信する。
【0067】
S306にて、インバータECU100は、取得したトルクの指令値および受信した回転数信号に基づいて、インバータ回路146に対する入力電圧の指令値を算出する。
【0068】
S308にて、インバータECU100は、算出した入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内であるか否かを判断する。この許容誤差の範囲は、メモリ116に記憶されているデータであって、変更可能なデータである。入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内であるとき(S308にてYES)、処理はS310に移される。もしそうでないと(S308にてNO)、処理はS312に移される。
【0069】
S310にて、インバータECU100は、これまで出力していた入力電圧の指令値をコンバータ回路144に送信する。これにより、コンバータ回路144は、電圧値が維持された電流をインバータ回路146に供給する。
【0070】
S312にて、インバータECU100は、インバータ回路146に対する入力電圧の変更値Vdcを算出する。この変更値Vdcは、Vdc<(Vref+ΔV)Tsw/ΔTerrとなるように算出される。ここで、Vrefは、電圧の指令値を表わす。ΔVは、電圧値について予め設定された許容誤差を表わす。Tswは、キャリア波の周期を表わす。ΔTerrは、電動機システムの構成から想定しうるスイッチングのばらつき時間を表わす。これらのパラメータは、上記の算式とともに、メモリ116に予め記憶されている。
【0071】
S314にて、インバータECU100は、算出した変更値Vdcをコンバータ回路144に送信する。これにより、コンバータ回路144は、電圧値Vdcを有する電流をインバータ回路146に供給する。
【0072】
S316にて、インバータECU100は、インバータ140に対する所定の制御を継続する。これにより、所定の周波数を有する交流電流がM/G150に供給され、M/G150はトルクを発生する。その後、処理はメインプログラム(図2)に戻される。
【0073】
図4を参照して、本実施の形態に係るインバータECU100が実行するキャリア周波数変更処理の制御構造について説明する。
【0074】
S402にて、インバータECU100は、トルクの指令値を取得する。この指令値は、たとえばアクセル開度、車速など、運転者の加速要求に関する指令値である。
【0075】
S404にて、インバータECU100は、メインECU1000からM/G150の回転数信号を受信する。
【0076】
S406にて、インバータECU100は、取得したトルクの指令値および受信した回転数信号に基づいて、インバータ回路146に対する入力電圧の指令値を算出する。
【0077】
S408にて、インバータECU100は、算出した入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内であるか否かを判断する。入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内であるとき(S408にてYES)、処理はS410に移される。もしそうでないと(S408にてNO)、処理はS412に移される。
【0078】
S410にて、インバータECU100は、キャリア周波数を維持する信号を出力する。
【0079】
S412にて、インバータECU100は、キャリア周波数の変更値を算出する。このとき、キャリア周波数(=1/Tsw)は、Tsw>ΔTerr・Vdc/(Vref+ΔV)となるように算出される。
【0080】
S414にて、インバータECU100は、キャリア周波数の変更値をインバータ回路146に出力する。これにより、周波数が変更されたキャリアが出力される。
【0081】
S416にて、インバータECU100は、インバータ140に対する所定の制御を継続する。これにより、所定の周波数を有する交流電流がM/G150に供給され、M/G150はトルクを発生する。その後、処理はメインプログラム(図2)に戻される。
【0082】
以上の構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御システムの動作について、全ての電流センサが異常である場合を説明する。
【0083】
車両の走行中に電流センサの作動状態が検出され(S200)、正常な電流センサがないとき(S202にてNO)、電圧センサ142の監視が強化され(S228)、キャリア周波数変更処理が実行される(S400)。
【0084】
インバータECU100がトルクの指令値および回転数信号を取得すると(S402、S404)、インバータ回路146に対する入力電圧の指令値が算出される(S406)。指令値が許容誤差の範囲に含まれない場合には(S408にてNO)、キャリア周波数が算出され(S412)、その周波数の信号がインバータ回路146に送信される(S414)。これによりキャリア周波数が小さくなると電圧値(トルクの指令値)の誤差が縮小され、インバータ140の制御がその電圧値に基づいて継続される。
【0085】
その後、電圧センサ142の誤差が指令値と検出値とに基づいて算出され(S232)、電圧値が十分に補正されていない場合には(S234にてNO)、入力電圧変更処理が実行される(S300)。
【0086】
トルクの指令値が取得され(S302)、回転数信号が受信されると(S304)、入力電圧の指令値が算出される(S306)。入力電圧の指令値が許容誤差の範囲内でないとき(S308にてNO)、入力電圧値が低下するような指令値が算出される(S312)。その指令値がコンバータ回路144に出力されると(S314)、変更された電圧値がインバータ回路146に供給され、インバータECU100が所定の制御を継続すると(S316)、変更された交流電流がM/G150に供給される。
【0087】
その結果、M/G150に供給される電流の電圧値も低下するため、インバータ140のスイッチング動作に基づく誤差は抑制される。運転者のトルク要求に追従するようなトルクの指令値がインバータ140に出力されるため、車両をスムーズに走行させることができる。
【0088】
以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置によると、正常な電流センサがない場合には、電圧センサの監視を強化しつつキャリア周波数を小さくすることにより、インバータ回路146に対する入力電圧値を変更(低下)することができる。その結果、インバータ140におけるスイッチング動作に起因する誤差を抑制するように電圧の指令値が出力されるため、M/G150に対するトルクの指令値の誤差を小さくすることができる。これにより、インバータ140によるトルク制御の精度を向上させることができる。
【0089】
また、電圧値の補正が十分でない場合には、入力電圧値を変更する処理が行なわれ、インバータ140に対する電圧の指令値はさらに変更されるため、電動機のトルク制御を確実に実行することができる。
【0090】
その結果、電流センサを使用することなくトルク制御の精度を向上させることができる、電動機システムの制御システムを提供することができる。
【0091】
なお、本実施の形態に係る制御システムにおいて、電流センサが正常に作動している場合には、正常な電流センサが検出する電流値に基づいて電動機システムの異常を検出してもよい。すなわち、図2における電流の波高値を算出する処理(S204)後に、その波高値が所定のしきい値を超えている場合には、電動機システムは異常であると判断して、停止させることができる。これにより、電動機システムの制御をより確実に実行することができる。
【0092】
たとえば電流センサ124,126,128が全て正常である場合には、いずれかの2つのセンサが検出する電流値(たとえば、Iv,Iw)により、3相電流が流れている場合の振幅Aの2乗を算出することができる。この場合、A2=(Iv)2+(Iw)2+(−Iv−Iw)2の関係に基づいて、A2を算出することができる。トルクと振幅Aとは比例関係にあるため、A2がしきい値を超えた場合にはトルクの指令値が誤って出力されていると考えられる。この場合には、電動機システムは異常であると判断することができる。
【0093】
また、電流センサが複数設けられていても正常な電流センサが1つしかない場合には、M/G150が1回転する間にピークホールドした値から振幅Aを算出して、A2がしきい値を超えているか否かを判断すればよい。
【0094】
このようにして、電流センサが少なくとも1つ正常に作動している場合には、電流値に基づいて電動機システムが正常であるか否かを判断することができるため、制御性をさらに向上させることができるとともに、異常時には電動機システムの作動を制限することにより、安全性も向上させることができる。
【0095】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る制御システムを搭載した車両のブロック図である。
【図2】 図1に示すインバータECUが実行するプログラムの制御構造を表わすフローチャート(その1)である。
【図3】 図1に示すインバータECUが実行するプログラムの制御構造を表わすフローチャート(その2)である。
【図4】 図1に示すインバータECUが実行するプログラムの制御構造を表わすフローチャート(その3)である。
【符号の説明】
100 インバータECU、102 信号受信回路、104 監視回路、106 故障検出回路、108 信号送信回路、110 算出回路、112 発生回路、114 補正回路、116 メモリ、120 バッテリ、124,126,128 電流センサ、130 SMR、140 インバータ、142 電圧センサ、144 コンバータ回路、146 インバータ回路、150 モータジェネレータ(M/G)、1000 メインECU、1010 アクセル開度センサ、1020 ブレーキスイッチ、1030 車速センサ、1040 ニュートラルスタートスイッチ。
Claims (9)
- スイッチング素子を有するインバータと、前記インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する装置であって、
前記インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずに前記スイッチング素子の動作の誤差を抑制するための誤差抑制手段を含み、
前記指令値は、前記インバータのキャリア周波数であり、
前記誤差は、前記スイッチング素子の特性または前記キャリア周波数に影響される誤差であって、
前記誤差抑制手段は、前記キャリア周波数を変更することにより前記誤差を抑制するための抑制手段を含み、
前記誤差は、前記キャリア周波数が低下すると減少し、
前記抑制手段は、前記キャリア周波数を低下させることにより前記誤差を抑制するための手段を含み、
前記誤差は、前記スイッチング素子の動作のばらつきに起因する前記インバータの出力電圧の誤差であり、
前記抑制手段は、前記インバータの出力電流指令および前記インバータの出力電流値に基づくことなく、前記電動機システムの構成から想定しうる前記スイッチング素子の動作のばらつき時間に基づいて、前記キャリア周波数を低下させるための手段を含む、電動機システムの制御装置。 - スイッチング素子を有するインバータと、前記インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する装置であって、
前記インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずに前記スイッチング素子の動作の誤差を抑制するための誤差抑制手段を含み、
前記電動機システムは、前記インバータへの入力電圧値を変更する変更回路をさらに含み、
前記指令値は、前記インバータへの入力電圧値であり、
前記誤差は、前記入力電圧値に基づく誤差であって、
前記誤差抑制手段は、前記インバータへの入力電圧値を前記変更回路に変更させることにより、前記誤差を抑制するための抑制手段を含み、
前記誤差は、前記入力電圧値が低下すると減少し、
前記抑制手段は、前記入力電圧値を前記変更回路に低下させることにより、前記誤差を抑制するための手段を含み、
前記変更回路は、前記インバータの入力側に接続される電圧変換回路であり、
前記誤差は、前記スイッチング素子の動作のばらつきに起因する前記インバータの出力電圧の誤差であり、
前記抑制手段は、前記インバータの出力電流指令および前記インバータの出力電流値に基づくことなく、前記電動機システムの構成から想定しうる前記スイッチング素子の動作のばらつき時間に基づいて、前記入力電圧値を低下させるための手段を含む、電動機システムの制御装置。 - 前記電動機システムは、電流値を検出する電流検出回路をさらに含み、
前記電動機は、トルクの指令値および回転数と、前記電流値とのいずれかに基づいて制御され、前記制御装置は、
前記電流検出回路が故障すると、前記電流値に基づく制御から前記トルクの指令値および回転数に基づく制御に、前記電動機の制御の形態を切り換えるための切換手段をさらに含む、請求項1または2のいずれかに記載の電動機システムの制御装置。 - 前記電動機システムは、複数の前記電流検出回路を有し、
前記制御装置は、
前記複数の電流検出回路から正常な電流検出回路を判別するための判別手段と、
前記判別された正常な電流検出回路が検出する電流値に基づいて、前記電動機の出力に関する異常を検出するための第1の異常検出手段と、
前記異常が検出されると、前記電動機システムの作動を制限するための制限手段とをさらに含む、請求項3に記載の電動機システムの制御装置。 - 前記制御装置は、
電圧値を検出するための電圧検出手段と、
前記検出された電圧値に基づいて、前記電動機の出力に関する異常を検出するための第2の異常検出手段と、
前記異常が検出されると、前記電動機システムの作動を制限するための制限手段とをさらに含む、請求項3に記載の電動機システムの制御装置。 - スイッチング素子を有するインバータと、前記インバータにより駆動される電動機とを含む電動機システムを制御する方法であって、
前記インバータの出力に関する指令値に基づいて、電流センサの出力によらずに前記スイッチング素子の動作の誤差を抑制する誤差抑制ステップを含み、
前記指令値は、前記インバータのキャリア周波数であり、
前記誤差は、前記スイッチング素子の特性またはキャリア周波数に影響される誤差であって、
前記誤差抑制ステップは、前記キャリア周波数を変更することにより前記誤差を抑制する抑制ステップを含み、
前記誤差は、前記キャリア周波数が低下すると減少し、
前記抑制ステップは、前記キャリア周波数を低下させることにより前記誤差を抑制するステップを含み、
前記誤差は、前記スイッチング素子の動作のばらつきに起因する前記インバータの出力電圧の誤差であり、
前記抑制ステップは、前記インバータの出力電流指令および前記インバータの出力電流値に基づくことなく、前記電動機システムの構成から想定しうる前記スイッチング素子の動作のばらつき時間に基づいて、前記キャリア周波数を低下させるステップを含む、電動機システムの制御方法。 - 前記電動機システムは、電流値を検出する電流検出回路をさらに含み、
前記電動機は、トルクの指令値および回転数と、前記電流値とのいずれかに基づいて制御され、前記制御方法は、
前記電流検出回路が故障すると、前記電流値に基づく制御から前記トルクの指令値および回転数に基づく制御に、前記電動機の制御の形態を切り換える切換ステップをさらに含む、請求項6に記載の電動機システムの制御方法。 - 前記電動機システムは、複数の前記電流検出回路を有し、
前記制御方法は、
前記複数の電流検出回路から正常な電流検出回路を判別する判別ステップと、
前記判別された正常な電流検出回路が検出する電流値に基づいて、前記電動機の出力に関する異常を検出する第1の異常検出ステップと、
前記異常が検出されると、前記電動機システムの作動を制限する制限ステップとをさらに含む、請求項7に記載の電動機システムの制御方法。 - 前記制御方法は、
電圧値を検出する電圧検出ステップと、
前記検出された電圧値に基づいて、前記電動機の出力に関する異常を検出する第2の異常検出ステップと、
前記異常が検出されると、前記電動機システムの作動を制限する制限ステップとをさらに含む、請求項7に記載の電動機システムの制御方法。
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