JP4140241B2 - モータの駆動制御装置、駆動制御方法およびその方法を実現するプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
モータの駆動制御装置、駆動制御方法およびその方法を実現するプログラムを記録した記録媒体 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車輛に搭載される駆動用モータの制御技術に関し、特に、フィードバック制御系にトラブルが発生しても車輛の走行を継続できる制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、地球環境の保全等を目的として電気自動車の生産が行なわれている。電気自動車は、その駆動に三相交流モータをはじめとする多相交流モータを使用し、その制御にインバータ回路を使用することが多い。
【0003】
電気自動車の駆動用モータの負荷は、走行条件によって大幅に変化する。この走行条件の変化に追随して、駆動用モータに所定のトルクを発生させるために、フィードバック制御が行なわれる。さらに、過大な負荷が発生して駆動用モータが過負荷状態になり、インバータ回路のスイッチング素子の熱的限界等によって定められている設定電流値(電流の安全上限)を越えてインバータ回路の出力電流が流れ、インバータ回路が過電流状態になる場合もあり得る。このように過電流状態になった場合には、インバータ回路に組込まれた過電流防止装置により、直ちにスイッチングがオフにされる。その結果、インバータ回路のスイッチング素子の出力電流はゼロになり、これによりスイッチング素子の過電流ないし過熱による破壊が防止されている。
【0004】
特開平10−313592号公報は、このようにフィードバック制御と過電流状態を回避する制御とを組込んだ制御装置を開示する。この公報に開示された制御装置は、多相交流モータへの電力線に装着されて、電力線に流れる電流を検出する電流センサと、この多相交流モータへの過電流を検出して出力電流を制限する過電流制限回路と、この多相交流モータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路に駆動信号を供給してこのインバータ回路の出力電圧および出力電流を制御する電流制御マイクロコンピュータと、電流センサからのモータ駆動電流信号を電流制御マイクロコンピュータにフィードバックするフィードバック信号ラインと、過電流が検出された場合には、フィードバック信号ラインのフィードバックゲインを低減する制御、およびこのフィードバック信号ラインの接続を切断する制御のうちのいずれかを実行するための制御手段とを含む。
【0005】
この公報に開示された制御装置によると、フィードバック信号ラインの影響を低減させるまたはなくするため、過電流制限機能とフィードバック機能との干渉が防止されて、制御不能に陥ることがなくなる。その結果、過電流が検出された場合にも適正なインバータの出力制御を続けることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報に開示された制御装置では、フィードバック制御系と過電流制御系との干渉を防止できても、電流センサが故障した場合やフィードバック制御系の演算回路が故障した場合などに対応できない。すなわち、電気自動車の走行中に電流センサが故障すると、フィードバック制御系において実電流と目標電流との偏差を正しく算出できないため、フィードバック機能が作用しない。また、過電流が流れても検知できないため、過電流制限機能が作用しない。
【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、フィードバック制御系においてトラブルが発生しても、電気自動車などの車輛の走行を継続することができる、モータの駆動制御装置、駆動制御方法およびその方法を実現するプログラムを記録した記録媒体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の発明に係る駆動制御装置は、車輛に搭載された多相モータにおいて所定のトルクを発生させるための逆ベクトル電圧指令値に基づいてフィードバック電圧指令値を演算するためのフィードバック電圧指令手段と、車輛の運転者の要求に起因する電流指令値に基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するためのフィードフォワード電圧指令手段と、フィードバック電圧指令手段に接続され、フィードバック電圧指令手段により演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の条件を満足すると、予め定められた第2の条件を満足するように、フィードバック電圧指令値を補正するためのフィードバック電圧指令補正手段と、フィードバック電圧指令補正手段とフィードフォワード電圧指令手段とに接続され、フィードバック電圧指令値とフィードフォワード電圧指令値とに基づいて、多相モータを制御するための電圧指令値を算出するための算出手段とを含む。
【0009】
第1の発明によると、たとえばフィードバック制御系の電流センサが故障すると実際に多相モータへ入力される電流値を計測できず、フィードバック電圧指令手段は、正しいフィードバック電圧指令値を演算できない。このような場合、電流の偏差(目標値と誤電流値との偏差)が実際よりも大きくなり、フィードバック電圧指令値の絶対値が大きくなる。フィードバック電圧指令補正手段は、フィードバック電圧指令値が第1の条件を満足すると(たとえば、フィードバック電圧指令値が予め定められた範囲外になる)、予め定められた第2の条件を満足するように(たとえば、フィードバック電圧指令値が予め定められた上下限値以内になるように)、フィードバック電圧指令値を補正する。算出手段は、アクセル開度などの運転者の要求に基づいて算出されたフィードフォワード電圧指令値と、補正されたフィードバック電圧指令値とを加算して、多相モータを制御するインバータ回路への電圧指令値を算出する。これにより、フィードバック制御系が正しく機能しない場合には、フィードバック電圧指令値を下げて、フィードフォワード電圧指令値と加算する。その結果、フィードバック制御系においてトラブルが発生しても、トルクの急変などが発生しないで、電気自動車などの車輛の安定な走行を継続することができる、モータの駆動制御装置を提供することができる。
【0010】
第2の発明に係る駆動制御装置は、第1の発明の構成に加えて、フィードバック電圧指令手段に接続され、フィードバック電圧指令手段により演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断するための故障判断手段をさらに含む。
【0011】
第2の発明によると、たとえばフィードバック制御系の電流センサが故障すると実際に多相モータへ入力される電流値を計測できず、フィードバック電圧指令手段は、正しいフィードバック電圧指令値を演算できず、フィードバック電圧指令値の絶対値が大きくなる。故障判断手段は、フィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断する。これにより、フィードバック制御系の故障を検知できる。
【0012】
第3の発明に係る駆動制御装置は、第2の発明の構成に加えて、故障判断手段は、フィードバック制御系に接続された電流検知センサが故障していると判断するための手段を含む。
【0013】
第3の発明によると、故障判断手段により、電流検知センサの故障を検知できる。
【0014】
第4の発明に係る駆動制御装置は、第1の発明の構成に加えて、フィードバック電圧指令補正手段は、フィードバック電圧指令手段により演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上であると、フィードバック電圧指令値を予め定められた第2の値以下になるように補正するための手段を含む。
【0015】
第4の発明によると、たとえばフィードバック制御系の電流センサが故障すると実際に多相モータへ入力される電流値を計測できず、フィードバック電圧指令手段は、正しいフィードバック電圧指令値を演算できず、フィードバック電圧指令値の絶対値が大きくなる。フィードバック電圧指令補正手段は、フィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上であると、予め定められた第2の値以下になるように(たとえば、フィードバック電圧指令値が予め定められた上下限値以内になるように)、フィードバック電圧指令値を補正する。これにより、フィードバック制御系が正しく機能しない場合には、フィードバック電圧指令値を下げて、フィードフォワード電圧指令値と加算する。その結果、フィードバック制御系においてトラブルが発生しても、トルクの急変などが発生しないで、電気自動車などの車輛の安定な走行を継続することができる、モータの駆動制御装置を提供することができる。
【0016】
第5の発明に係る駆動制御装置は、第4の発明の構成に加えて、フィードバック電圧指令手段に接続され、フィードバック電圧指令手段により演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、算出手段により算出される電圧指令値におけるフィードフォワード電圧指令値の影響を増大させるための電圧指令補正手段をさらに含む。
【0017】
第5の発明によると、フィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断して、多相モータへの電圧指令値におけるフィードフォワード電圧指令値の影響を増大させる。これにより、フィードバック制御系が故障すると、フィードフォワード制御系により多相モータが制御される。
【0018】
第6の発明に係る駆動制御装置は、第5の発明の構成に加えて、電圧指令補正手段は、第2の値を漸次減少させるための手段を含む。
【0019】
第6の発明によると、フィードバック制御系が故障していると判断されると、第2の値を漸次減少させることにより、フィードバック電圧指令値を漸次減少させる。これにより、多相モータへの電圧指令値におけるフィードフォワード電圧指令値の影響が漸次増大する。これにより、フィードバック制御系が故障すると、フィードバック制御系からフィードフォワード制御系に移行して、多相モータが制御される。
【0020】
第7の発明に係る駆動制御装置は、第1〜4の発明の構成に加えて、多相モータと算出手段とに接続され、多相モータを制御するためのインバータ回路をさらに含む。
【0021】
第7の発明によると、算出手段により算出された電圧指令値はインバータ回路の送出され、インバータ回路により多相モータが制御され、所定のトルクが発生し、トルクの急変などが発生しない。
【0022】
第8の発明に係る駆動制御装置は、第5または6の発明の構成に加えて、多相モータと算出手段とに接続され、多相モータを制御するためのインバータ回路と、電圧指令補正手段によりフィードフォワード電圧指令値の影響が増大されている場合には、インバータ回路におけるデッドタイムの影響を減少させるための低減手段とをさらに含む。
【0023】
第8の発明によると、フィードフォワード制御の影響を増大させると、インバータ回路におけるデッドタイムの影響が相対的に大きくなる。低減手段は、たとえばキャリア周波数の低下、あるいはインバータ回路への入力電圧の低下(DC−DCコンバータ利用時)により、デッドタイムの影響を低減させる。
【0024】
第9の発明に係る駆動制御装置は、第1〜8のいずれかの発明の構成に加えて、フィードフォワード電圧指令手段は、予め準備されたマップに基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するための手段を含む。
【0025】
第9の発明によると、運転者の要求であるアクセル操作量またはブレーキ操作量からトルク指令値を求めて、トルク指令値と予め準備されたマップとから、フィードフォワード電流指令値、フィードフォワード電圧指令値を算出する。
【0026】
第10の発明に係る駆動制御方法は、車輛に搭載された多相モータにおいて所定のトルクを発生させるための逆ベクトル電圧指令値に基づいてフィードバック電圧指令値を演算するフィードバック電圧指令ステップと、車輛の運転者の要求に起因する電流指令値に基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するフィードフォワード電圧指令ステップと、フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の条件を満足すると、予め定められた第2の条件を満足するように、フィードバック電圧指令値を補正するフィードバック電圧指令補正ステップと、フィードバック電圧指令値とフィードフォワード電圧指令値とに基づいて、多相モータを制御するための電圧指令値を算出する算出ステップとを含む。
【0027】
第10の発明によると、たとえばフィードバック制御系の電流センサが故障すると実際に多相モータへ入力される電流値を計測できず、フィードバック電圧指令ステップにて、正しいフィードバック電圧指令値を演算できない。このような場合、電流の偏差が実際よりも大きくなり、フィードバック電圧指令値の絶対値が大きくなる。フィードバック電圧指令補正ステップにて、フィードバック電圧指令値が第1の条件を満足すると(たとえば、フィードバック電圧指令値が予め定められた範囲外になる)、予め定められた第2の条件を満足するように(たとえば、フィードバック電圧指令値が予め定められた上下限値以内になるように)、フィードバック電圧指令値を補正する。算出ステップにて、アクセル開度などの運転者の要求に基づいて算出されたフィードフォワード電圧指令値と、補正されたフィードバック電圧指令値とを加算して、多相モータを制御するインバータ回路への電圧指令値を算出する。これにより、フィードバック制御系が正しく機能しない場合には、フィードバック電圧指令値を下げて、フィードフォワード電圧指令値と加算する。その結果、フィードバック制御系においてトラブルが発生しても、トルクの急変などが発生しないで、電気自動車などの車輛の安定な走行を継続することができる、モータの駆動制御方法を提供することができる。
【0028】
第11の発明に係る駆動制御方法は、第10の発明の構成に加えて、フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断する故障判断ステップをさらに含む。
【0029】
第11の発明によると、たとえばフィードバック制御系の電流センサが故障すると実際に多相モータへ入力される電流値を計測できず、フィードバック電圧指令ステップにて、正しいフィードバック電圧指令値を演算できず、フィードバック電圧指令値の絶対値が大きくなる。故障判断ステップは、フィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断する。これにより、フィードバック制御系の故障を検知できる。
【0030】
第12の発明に係る駆動制御方法は、第11の発明の構成に加えて、故障判断ステップは、フィードバック制御系に接続された電流検知センサが故障していると判断するステップを含む。
【0031】
第12の発明によると、故障判断ステップにて、電流検知センサの故障を検知できる。
【0032】
第13の発明に係る駆動制御方法は、第10の発明の構成に加えて、フィードバック電圧指令補正ステップは、フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上であると、フィードバック電圧指令値を予め定められた第2の値以下になるように補正するステップを含む。
【0033】
第13の発明によると、たとえばフィードバック制御系の電流センサが故障すると実際に多相モータへ入力される電流値を計測できず、フィードバック電圧指令ステップにて、正しいフィードバック電圧指令値を演算できず、フィードバック電圧指令値の絶対値が大きくなる。フィードバック電圧指令補正ステップにて、フィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上であると、予め定められた第2の値以下になるように(フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値の80%以下になるように)、フィードバック電圧指令値を補正する。これにより、フィードバック制御系が正しく機能しない場合には、フィードバック電圧指令値を下げて、フィードフォワード電圧指令値と加算する。その結果、フィードバック制御系においてトラブルが発生しても、トルクの急変などが発生しないで、電気自動車などの車輛の安定な走行を継続することができる、モータの駆動制御方法を提供することができる。
【0034】
第14の発明に係る駆動制御方法は、第13の発明の構成に加えて、フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、算出ステップにて算出される電圧指令値におけるフィードフォワード電圧指令値の影響を増大させる電圧指令補正ステップをさらに含む。
【0035】
第14の発明によると、フィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断して、多相モータへの電圧指令値におけるフィードフォワード電圧指令値の影響を増大させる。これにより、フィードバック制御系が故障すると、フィードフォワード制御系により多相モータが制御される。
【0036】
第15の発明に係る電圧駆動方法は、第14の発明の構成に加えて、電圧指令補正ステップは、第2の値を漸次減少させるステップを含む。
【0037】
第15の発明によると、フィードバック制御系が故障していると判断されると、第2の値を漸次減少させることにより、フィードバック電圧指令値を漸次減少させる。これにより、多相モータへの電圧指令値におけるフィードフォワード電圧指令値の影響が漸次増大する。これにより、フィードバック制御系が故障すると、フィードバック制御系からフィードフォワード制御系に移行して、多相モータが制御される。
【0038】
第16の発明に係る電圧駆動方法は、第10〜15のいすれかの発明の構成に加えて、フィードフォワード電圧指令ステップは、予め準備されたマップに基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するステップを含む。
【0039】
第16の発明によると、運転者の要求であるアクセル操作量またはブレーキ操作量からトルク指令値を求めて、トルク指令値と予め準備されたマップとから、フィードフォワード電流指令値、フィードフォワード電圧指令値を算出する。
【0040】
第17の発明に係る記録媒体は、車輛に搭載された多相モータにおいて所定のトルクを発生させるための逆ベクトル電圧指令値に基づいてフィードバック電圧指令値を演算するフィードバック電圧指令ステップと、車輛の運転者の要求に起因する電流指令値に基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するフィードフォワード電圧指令ステップと、フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の条件を満足すると、予め定められた第2の条件を満足するように、フィードバック電圧指令値を補正するフィードバック電圧指令補正ステップと、フィードバック電圧指令値とフィードフォワード電圧指令値とに基づいて、多相モータを制御するための電圧指令値を算出する算出ステップとを含むモータの駆動制御方法を、コンピュータに実現させるプログラムを記録している。
【0041】
第17の発明によると、たとえばフィードバック制御系の電流センサが故障すると実際に多相モータへ入力される電流値を計測できず、フィードバック電圧指令ステップにて、正しいフィードバック電圧指令値を演算できない。このような場合、電流の偏差が実際よりも大きくなり、フィードバック電圧指令値の絶対値が大きくなる。フィードバック電圧指令補正ステップにて、フィードバック電圧指令値が第1の条件を満足すると(たとえば、フィードバック電圧指令値が予め定められた範囲外になる)、予め定められた第2の条件を満足するように(たとえば、フィードバック電圧指令値が予め定められた上下限値以内になるように)、フィードバック電圧指令値を補正する。算出ステップにて、アクセル開度などの運転者の要求に基づいて算出されたフィードフォワード電圧指令値と、補正されたフィードバック電圧指令値とを加算して、多相モータを制御するインバータ回路への電圧指令値を算出する。これにより、フィードバック制御系が正しく機能しない場合には、フィードバック電圧指令値を下げて、フィードフォワード電圧指令値と加算する。その結果、フィードバック制御系においてトラブルが発生しても、トルクの急変などが発生しないで、電気自動車などの車輛の安定な走行を継続することができる、モータの駆動制御方法を実現するプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【0042】
第18の発明に係る記録媒体に記録されたプログラムによりコンピュータに実現される駆動制御方法は、第17の発明の構成に加えて、フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断する故障判断ステップをさらに含む。
【0043】
第18の発明によると、たとえばフィードバック制御系の電流センサが故障すると実際に多相モータへ入力される電流値を計測できず、フィードバック電圧指令ステップにて、正しいフィードバック電圧指令値を演算できず、フィードバック電圧指令値の絶対値が大きくなる。故障判断ステップは、フィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断する。これにより、フィードバック制御系の故障を検知できる。
【0044】
第19の発明に係る記録媒体に記録されたプログラムによりコンピュータに実現される駆動制御方法は、第18の発明の構成に加えて、故障判断ステップは、フィードバック制御系に接続された電流検知センサが故障していると判断するステップを含む。
【0045】
第19の発明によると、故障判断ステップにて、電流検知センサの故障を検知できる。
【0046】
第20の発明に係る記録媒体に記録されたプログラムによりコンピュータに実現される駆動制御方法は、第17の発明の構成に加えて、フィードバック電圧指令補正ステップは、フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上であると、フィードバック電圧指令値を予め定められた第2の値以下になるように補正するステップを含む。
【0047】
第20の発明によると、たとえばフィードバック制御系の電流センサが故障すると実際に多相モータへ入力される電流値を計測できず、フィードバック電圧指令ステップにて、正しいフィードバック電圧指令値を演算できず、フィードバック電圧指令値の絶対値が大きくなる。フィードバック電圧指令補正ステップにて、フィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上であると、予め定められた第2の値以下になるように(たとえば、フィードバック電圧指令値が予め定められた上下限値以内になるように)、フィードバック電圧指令値を補正する。これにより、フィードバック制御系が正しく機能しない場合には、フィードバック電圧指令値を下げて、フィードフォワード電圧指令値と加算する。その結果、フィードバック制御系においてトラブルが発生しても、トルクの急変などが発生しないで、電気自動車などの車輛の安定な走行を継続することができる、モータの駆動制御方法を実現するプログラムを記録した記録媒体媒体を提供することができる。
【0048】
第21の発明に係る記録媒体に記録されたプログラムによりコンピュータに実現される駆動制御方法は、第20の発明の構成に加えて、フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、算出ステップにて算出される電圧指令値におけるフィードフォワード電圧指令値の影響を増大させる電圧指令補正ステップをさらに含む。
【0049】
第21の発明によると、フィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断して、多相モータへの電圧指令値におけるフィードフォワード電圧指令値の影響を増大させる。これにより、フィードバック制御系が故障すると、フィードフォワード制御系により多相モータが制御される。
【0050】
第22の発明に係る記録媒体に記録されたプログラムによりコンピュータに実現される駆動制御方法は、第21の発明の構成に加えて、電圧指令補正ステップは、第2の値を漸次減少させるステップを含む。
【0051】
第22の発明によると、フィードバック制御系が故障していると判断されると、第2の値を漸次減少させることにより、フィードバック電圧指令値を漸次減少させる。これにより、多相モータへの電圧指令値におけるフィードフォワード電圧指令値の影響が漸次増大する。これにより、フィードバック制御系が故障すると、フィードバック制御系からフィードフォワード制御系に移行して、多相モータが制御される。
【0052】
第23の発明に係る記録媒体に記録されたプログラムによりコンピュータに実現される駆動制御方法は、第17〜22のいずれかの発明の構成に加えて、フィードフォワード電圧指令ステップは、予め準備されたマップに基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するステップを含む。
【0053】
第23の発明によると、運転者の要求であるアクセル操作量またはブレーキ操作量からトルク指令値を求めて、トルク指令値と予め準備されたマップとから、フィードフォワード電流指令値、フィードフォワード電圧指令値を算出する。
【0054】
【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。
【0055】
図1を参照して、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置が搭載される電気自動車の駆動系統の制御ブロックについて説明する。図1に示すように、この電気自動車の駆動系統の制御ブロックは、HV−ECU(Hybrid Vehicle−Electronic Control Unit)100とインバータ400とモータ700とを含む。
【0056】
HV−ECU100は、この電気自動車の運転者の要求(アクセル操作、ブレーキ操作)に基づいてモータ700へのトルク指令値を演算するHV−CPU(Hybrid Vehicle−Central Processing Unit)200と、HV−CPU200に接続され、モータ700をインバータ400を介して制御するモータCPU300とを含む。
【0057】
モータCPU300は、本実施の形態に係る駆動制御装置の主たる構成要素である。なお、以下の説明においては、この駆動制御装置をモータCPU300にて実行されるソフトウェアにより実現されるものとして説明する。すなわち、本実施の形態に係る駆動制御装置は、コンピュータのハードウェアであるモータCPU300と、このモータCPU300により実行されるソフトウェアとにより実現される。一般的にこうしたソフトウェアは、様々な種類の記録媒体に格納されて流通し、記録媒体から読取られてモータCPU300により実行される。したがって、本発明の最も本質的な部分は、様々な種類の記録媒体に記録されたソフトウェアである。
【0058】
モータCPU300は、HV−CPU200から受信したトルク指令値に基づいて電流指令値を算出し、その電流指令値に基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算する。モータCPU300は、目標値である電流指令値と電流センサにより検知されたモータへの入力電流値とに基づくフィードバック電圧指令値を演算する。モータCPU300は、演算されたフィードフォワード電圧指令値とフィードバック電圧指令値とに基づいて、インバータ400への制御信号である電圧指令値を演算する。
【0059】
インバータ400は、モータCPU300に接続され、短絡防止時間を作成する短絡防止時間作成回路500と、ゲートドライブ回路600とを含む。短絡防止時間について説明する。インバータ回路の各相で直列に接続された2つのトランジスタが、わずかな時間でも同時にオンすると直流電源短絡を引き起こし、トランジスタ破壊を招く。これを防止するために、2つのトランジスタのオン、オフ信号は両方ともオフ信号の時間を設ける。この時間を短絡防止時間(デッドタイム)という。本実施の形態にかかる駆動制御装置においてフィードバック制御系による制御からフィードフォワード制御系による制御に移行するに従い、この短絡防止時間の影響が相対的に大きくなる。この場合、バッテリ電圧とキャリア周波数と短絡防止時間との積に比例して電圧降下が発生する。この電圧降下を抑制するために、たとえば短絡防止時間作成回路500は、短絡防止時間をできるだけ低くなるように作成したり、キャリア周波数を低下させたりする。
【0060】
図2を参照して、図1に示したモータCPU300の制御ブロックについて説明する。図2に示すように、モータCPU300は、d軸用のPI制御部302と、q軸用のPI制御部304と、フィードバック電圧指令値に関する演算を実行する演算回路306と、dp軸座標上の電圧指令値を三相(uvw)座標上の電圧指令値に変換する座標変換部308と、三相座標上の電圧指令値に基づいてPWM電圧指令値を作成するPWM電圧指令作成部310と、フィードフォワード電圧指令値を作成するフィードフォワード電圧指令演算回路312と、モータ700のロータ位置の移動量に基づいて回転数を算出する回転数演算部314と、三相(uvw)座標上の電圧指令値をdp軸座標上の電圧指令値に変換する座標変換部316とを含む。
【0061】
なお、図2に示すように、インバータ400からモータ700に出力される電流値を検知する電流センサ800が設置されている。この電流センサ800は、電流値(Iv、Iw)を検知する。
【0062】
PI制御部302には、電流指令値(Idcom)と、電流センサ800により検知された電流値(Iv、Iw)から算出されたフィードバック電流値(Id)との差分(ΔId)が入力される。PI制御部302は、比例動作と積分動作とに基づいて算出されたフィードバック電圧指令値(Vd_fb)を出力する。
【0063】
同じように、PI制御部304には、電流指令値(Iqcom)と、電流センサ800により検知された電流値(Iv、Iw)から算出されたフィードバック電流値(Iq)との差分(ΔIq)が入力される。PI制御部304は、比例動作と積分動作とに基づいて算出されたフィードバック電圧指令値(Vq_fb)を出力する。
【0064】
演算回路306は、電流指令値、バッテリ電圧および回転数ごとに予め作成された電圧指令上下限値マップから電圧指令上下限値(Vfb_max、Vfb_min)を算出する。なお、この電圧指令上下限値マップのデータ間は、線形補間等により算出される。また、演算回路306は、PI制御部302、304により算出されたフィードバック電圧指令値(Vd_fb、Vq_fb)が、電圧指令上下限値を越えている場合、越えた時間に応じて、新規フィードバック電圧指令値(Vd_fb’、Vq_fb’)を算出する。このとき、演算回路306は、たとえば、Vd_fb’=Vfb_max/経過時間Tとして算出する。このようにして算出すると、電圧指令上下限値を越えている時間の経過に従い、新規フィードバック電圧指令値(Vd_fb’、Vq_fb’)は零に漸近する。なお、電圧指令上下限値を越えていない場合、新規フィードバック電圧指令値(Vd_fb’、Vq_fb’)は、フィードバック電圧指令値(Vd_fb、Vq_fb)として算出する。
【0065】
フィードフォワード電圧指令演算回路312は、電流指令値、バッテリ電圧および回転数ごとに予め作成されたフィードフォワード電圧指令マップに基づいてフィードフォワード電圧指令値(Vd_ff、Vq_ff)を算出する。なお、このフィードフォワード電圧指令マップのデータ間は、線形補間等により算出される。
【0066】
上述したように、このモータCPU300に含まれる演算部などは、実際にはモータCPU300とモータCPU300で実行されるソフトウェアとにより、実現される。なお、上述した演算部をソフトウェアではなく、ハードウェアのみで実現するものであってもよい。
【0067】
図3を参照して、本実施の形態に係る駆動制御装置で実行されるプログラムは、以下のような制御構造を有する。
【0068】
ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、モータCPU300は、フィードバック制御系のdq軸電流指令値(Idcom、Iqcom)の入力を検知する。S102にて、モータCPU300は、入力された電流指令値とフィードバック電流値との差分を算出する。このとき、ΔId=Idcom-Id、ΔIq=Iqcom−Iqと算出される。
【0069】
S104にて、PI制御部302、304は、フィードバック電圧指令値(Vd_fb、Vq_fb)を算出する。S106にて、演算回路306は、フィードバック電圧指令上下限値を算出する。このとき、算出される上限値をVfb_max、下限値をVfb_minとする。
【0070】
S108にて、演算回路306は、フィードバック電圧指令値(Vd_fb、Vq_fb)が、フィードバック電圧指令上下限値(Vfb_max、Vfb_min)の範囲内に存在するか否かを判断する。フィードバック電圧指令値がフィードバック電圧指令上下限値の範囲内にあると(S108にてYES)、処理はS114へ移される。もしそうでないと(S108にてNO)、処理はS110へ移される。
【0071】
S110にて、演算回路306は、フィードバック電圧指令値(Vd_fb、Vq_fb)が、フィードバック電圧指令上下限値(Vfb_max、Vfb_min)の範囲外である積算時間Tを計測する。S112にて、演算回路306は、フィードバック電圧指令制限処理を行なう。このとき、演算回路306は、積算時間Tに応じて、新規フィードバック電圧指令値(Vd_fb’、Vq_fb’)を算出する。
【0072】
S114にて、モータCPU300は、フィードフォワード電圧指令値とフィードバック電圧指令値とを合成する。このときの合成対象となるフィードフォワード電圧指令値の算出については後述する。
【0073】
S116にて、座標変換部308は、dq軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する。S118にて、PWM電圧指令作成部310は、PWM出力を発生させ、インバータ400に送出する。このような処理が、繰返し実行され、インバータ400を介してモータ700が制御される。
【0074】
図4を参照して、本実施の形態に係る駆動制御装置で実行されるプログラムは、フィードフォワード電圧指令演算処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【0075】
S200にて、フィードバック電圧指令演算回路312は、アクセル操作およびブレーキ操作の状態を検知する。S202にて、フィードフォワード電圧指令演算回路312は、アクセル操作およびブレーキ操作の状態に基づいて、モータ700へのトルク指令値を算出する。
【0076】
S204にて、フィードフォワード電圧指令演算回路312は、トルク指令値、モータ回転数、バッテリ電圧値に基づいて、電流指令値Idcom、Iqcomを算出する。このS204における電流指令値の算出について、図5および図6を用いて説明する。
【0077】
トルク指令値と電流指令値Idcomとの間には、図5に示す関係が、トルク指令値と電流指令値Iqcomとの間には、図6に示す関係が存在する。図5に示すように、トルク指令値と電流指令値Idcomとの間に存在する関係は、モータ回転数およびバッテリ電圧値に依存する。また、図6に示すように、トルク指令値とIqcomとの間に存在する関係は、モータ回転数およびバッテリ電圧に依存しない。この図5および図6に示すトルク指令値と電流指令値との関係に基づいて、トルク指令値から電流指令値が算出される。
【0078】
S206にて、フィードフォワード電圧指令演算回路312は、算出された電流指令値に基づいてフィードフォワード電圧指令値(Vd_ff、Vq_ff)を算出する。このS206における電流指令値に基づくフィードフォワード電圧指令値の算出について、図7および図8を用いて説明する。
【0079】
モータ700の特性により、電流指令値(Idcom、Iqcom)に対し、電圧指令値(Vdcom、Vqcom)は、図7および図8に示すように一義的に定まる。図7に示すように電流指令値(Idcom)は、電圧指令値(Vqcom)に影響を与えるが、電圧指令値(Vdcom)に影響を与えない。また、図8に示すように、電流指令値(Iqcom)は、電圧指令値(Vdcom)に影響を与えるが、電圧指令値(Vqcom)に影響を与えない。また、電圧指令値(Vdcom、Vqcom)は、モータ700の回転数の影響を受ける。図7および図8に示すマップに基づいて、電流指令値に基づいて、フィードフォワード電圧指令値が算出される。
【0080】
S208にて、フィードフォワード電圧指令演算回路312は、算出されたフィードフォワード電圧指令値(Vd_ff、Vq_ff)を演算回路306の出力側に送出する。このような処理が繰返し行なわれる。なお、S208にて送出されたフィードフォワード電圧指令値は、前述の図3のS114にてフィードバック電圧指令値と合成処理が行なわれる。
【0081】
以上のような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駆動制御装置の動作について説明する。
【0082】
モータCPU300に電流指令値(Idcom、Iqcom)が入力される(S100)。
【0083】
一方、フィードフォワード電圧指令演算回路312は、アクセル操作およびブレーキ操作の状態を検知し(S200)、アクセル操作およびブレーキ操作の状態に基づいて、モータ700へのトルク指令値を算出する(S202)。フィードフォワード電圧指令演算回路312は、図5および図6に示すマップに基づいて、トルク指令値から電流指令値(Idcom、Iqcom)を算出する(S204)。さらに、フィードフォワード電圧指令演算回路312は、算出された電流指令値(Idcom、Iqcom)に基づいて、図7および図8に示すマップを用いて、フィードフォワード電圧指令値(Vd_ff、Vq_ff)を算出する(S206)。フィードフォワード電圧指令演算回路312は、算出されたフィードフォワード電圧指令値(Vd_ff、Vq_ff)を演算回路306の出力側に送出する。
【0084】
モータCPU300は、フィードバック制御系の電流指令値とフィードバック電流値との差分を算出し(S102)、PI制御部302、304に入力する。PI制御部302、304は、フィードバック電圧指令値を(Vd_fb、Vq_fb)を算出する(S104)。
【0085】
演算回路306は、フィードバック電圧指令上下限値を算出する(S106)。フィードバック電圧指令値が、フィードバック電圧指令上下限値の範囲内にあるか否かが判断され(S108)、フィードバック電圧指令値がフィードバック電圧指令上下限値の範囲内にない場合には(S108にてNO)、フィードバック電圧指令値がフィードバック電圧指令上下限値の範囲外である時間が積算されて積算時間Tが算出される(S110)。演算回路306は、フィードバック電圧指令制限処理を行ない、計測された積算時間Tに応じて、新規フィードバック電圧指令値(Vd_fb’、Vq_fb’)を算出する(S112)。このとき、積算時間Tが大きくなるに従って新規フィードバック電圧指令値は小さくなるように算出される。
【0086】
モータCPU300は、フィードフォワード電圧指令値と、フィードバック電圧指令値とを合成する(S114)。合成された電圧指令値は、座標変換部308によりdq軸電圧指令値が三相電圧指令値に変換され(S116)、PWM電圧指令作成部310によりPWM出力が実行される(S118)。PWM電圧指令作成部310により作成されたPWM出力は、インバータ400に送出される。インバータ400は、PWM電圧指令作成部310から受信した制御信号に基づいて、モータ700が制御される。
【0087】
このような動作が行なわれている場合に、電流センサ800が故障して、実際に流れている電流値を計測できなかった場合について説明する。電流センサ800は実際の電流を測定することができないため、入力された電流指令値(Idcom、Iqcom)に対する偏差が大きく算出される(S102)。算出された差分が現実の差分よりも大きいため、フィードバック電圧指令値も現実よりも大きく算出される(S104)。そのため、算出されたフィードバック電圧指令値が、フィードバック電圧指令上下限値の範囲内になく(S108にてNO)、フィードバック電圧指令値がフィードバック電圧指令上下限値の範囲外である積算時間Tが計測される(S110)。フィードバック電圧指令制限処理が実行され、積算時間Tが大きくなると小さくなるような、新規フィードバック電圧指令値が算出される(S112)。
【0088】
このような状態で、フィードフォワード電圧指令値と新規フィードバック電圧指令値とが合成され(S114)、dq軸電圧指令値が三相電圧指令値に変換され(S116)、さらにPWM出力され(S118)、インバータ400に入力される。
【0089】
電流センサ800が故障している場合には、S110にて計測される積算時間Tが常に増加し、そのためフィードバック電圧指令制限処理が常に実行される。そのため、S112において、フィードバック電圧指令制限処理が実行され、積算時間Tが長くなるに従い、新規フィードバック電圧指令値が小さくなるように算出され、フィードバック制御系からフィードフォワード制御系へ漸次移行する。その結果、電流センサ800が故障して正しい電流値が計測できない場合には、フィードバック制御系からフィードフォワード制御系に移行することになる。
【0090】
フィードフォワード電圧指令値をインバータ400に与えることにより、電流指令値(Idcom、Iqcom)に近いd軸電流値およびq軸電流値をモータ700に流すことができ、トルク指令値に近いトルクを発生することができる。ただし、モータ700の特定のばらつき等により、流れる電流値は、電流指令値とはずれを生じ、実際に発生するトルクは、トルク指令値とは若干のずれを生ずる場合がある。
【0091】
以上のようにして、本実施の形態に係る駆動制御装置によると、モータに入力される電流を検知する電流センサが故障したり、フィードバック系の演算回路が故障した場合に、フィードバック電圧指令値が予め定められた範囲にないと、その範囲内にない時間に応じてフィードバック電圧指令値が小さくなるように補正される。その結果、フィードフォワード制御系とフィードバック制御系とから構成される駆動制御装置においては、徐々にフィードバック制御系の影響が低減し、フィードフォワード制御系に移行する。その結果、フィードバック制御系においてトラブルが発生しても、電気自動車などの車両の走行を継続することができる、モータの駆動制御装置を実現することができる。
【0092】
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駆動制御装置が搭載される車両の駆動系統の制御ブロック図である。
【図2】 本発明の実施の形態に係る駆動制御装置の制御ブロック図である。
【図3】 本発明の実施の形態に係る駆動制御装置において実行される処理の制御構造を示すフローチャート(その1)である。
【図4】 本発明の実施の形態に係る駆動制御装置において実行される処理の制御構造を示すフローチャート(その2)である。
【図5】 トルク指令値と電流指令値との関係を示す図(その1)である。
【図6】 トルク指令値と電流指令値との関係を示す図(その2)である。
【図7】 電流指令値と電圧指令値との関係を示す図(その1)である。
【図8】 電流指令値と電圧指令値との関係を示す図(その2)である。
【符号の説明】
100 HV−ECU、200 HV−CPU、300 モータCPU、302、304 PI制御部、306 演算回路、308 座標変換部(dp→uvw変換)、310 PWM電圧指令作成部、312 フィードフォワード電圧指令演算回路、314 回転数演算部、316 座標変換部(uvw→dp変換)、400 インバータ、500 短絡防止時間作成回路、600 ゲートドライブ回路、700 モータ、800 電流センサ。
Claims (21)
- 車輛に搭載された多相モータにおいて所定のトルクを発生させるための逆ベクトル電圧指令値に基づいてフィードバック電圧指令値を演算するためのフィードバック電圧指令手段と、
前記車輛の運転者の要求に起因する電流指令値に基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するためのフィードフォワード電圧指令手段と、
前記フィードバック電圧指令手段に接続され、前記フィードバック電圧指令手段により演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた範囲に含まれない場合には、前記予め定められた範囲に含まれるように、前記フィードバック電圧指令値を補正するためのフィードバック電圧指令補正手段と、
前記フィードバック電圧指令補正手段と前記フィードフォワード電圧指令手段とに接続され、前記フィードバック電圧指令補正手段により補正された前記フィードバック電圧指令値と前記フィードフォワード電圧指令値とを加算して、前記多相モータを制御するための電圧指令値を算出するための算出手段と、
前記フィードバック電圧指令手段に接続され、前記フィードバック電圧指令手段により演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断するための故障判断手段とを含む、モータの駆動制御装置。 - 前記故障判断手段は、フィードバック制御系に接続された電流検知センサが故障していると判断するための手段を含む、請求項1に記載の駆動制御装置。
- 前記フィードバック電圧指令補正手段は、前記フィードバック電圧指令手段により演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上であると、前記フィードバック電圧指令値を予め定められた第2の値以下になるように補正するための手段を含む、請求項1に記載の駆動制御装置。
- 前記駆動制御装置は、前記フィードバック電圧指令手段に接続され、前記フィードバック電圧指令手段により演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、前記算出手段が、前記フィードバック電圧指令値と前記フィードフォワード電圧指令値とを加算することによって得られる電圧指令値において、前記フィードフォワード電圧指令値の影響が増大するように前記フィードバック電圧指令値を減少させるための電圧指令補正手段をさらに含む、請求項3に記載の駆動制御装置。
- 前記電圧指令補正手段は、前記第2の値を漸次減少させるための手段を含む、請求項4に記載の駆動制御装置。
- 前記駆動制御装置は、前記多相モータと前記算出手段とに接続され、前記多相モータを制御するためのインバータ回路をさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載の駆動制御装置。
- 前記駆動制御装置は、
前記多相モータと前記算出手段とに接続され、前記多相モータを制御するためのインバータ回路と、
前記電圧指令補正手段によりフィードフォワード電圧指令値の影響が増大されている場合には、前記インバータ回路におけるデッドタイムの影響を減少させるための低減手段とをさらに含む、請求項4または5に記載の駆動制御装置。 - 前記フィードフォワード電圧指令手段は、予め準備されたマップに基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するための手段を含む、請求項1〜7のいずれかに記載の駆動制御装置。
- 車輛に搭載された多相モータにおいて所定のトルクを発生させるための逆ベクトル電圧指令値に基づいてフィードバック電圧指令値を演算するフィードバック電圧指令ステップと、
前記車輛の運転者の要求に起因する電流指令値に基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するフィードフォワード電圧指令ステップと、
前記フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた範囲に含まれない場合には、前記予め定められた範囲に含まれるように、前記フィードバック電圧指令値を補正するフィードバック電圧指令補正ステップと、
前記フィードバック電圧指令値と、補正された前記フィードフォワード電圧指令値とを加算して、前記多相モータを制御するための電圧指令値を算出する算出ステップと、
前記フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断する故障判断ステップとを含む、モータの駆動制御方法。 - 前記故障判断ステップは、フィードバック制御系に接続された電流検知センサが故障していると判断するステップを含む、請求項9に記載の駆動制御方法。
- 前記フィードバック電圧指令補正ステップは、前記フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上であると、前記フィードバック電圧指令値を予め定められた第2の値以下になるように補正するステップを含む、請求項9に記載の駆動制御方法。
- 前記駆動制御方法は、前記フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、前記算出ステップにて、前記フィードバック電圧指令値と前記フィードフォワード電圧指令値とを加算することによって得られる電圧指令値において、前記フィードフォワード電圧指令値の影響が増大するように、前記フィードバック電圧指令値を減少させる電圧指令補正ステップをさらに含む、請求項11に記載の駆動制御方法。
- 前記電圧指令補正ステップは、前記第2の値を漸次減少させるステップを含む、請求項12に記載の駆動制御方法。
- 前記フィードフォワード電圧指令ステップは、予め準備されたマップに基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するステップを含む、請求項9〜13のいずれかに記載の駆動制御方法。
- 車輛に搭載された多相モータにおいて所定のトルクを発生させるための逆ベクトル電圧指令値に基づいてフィードバック電圧指令値を演算するフィードバック電圧指令ステップと、
前記車輛の運転者の要求に起因する電流指令値に基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するフィードフォワード電圧指令ステップと、
前記フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた範囲に含まれない場合には、前記予め定められた範囲に含まれるように、前記フィードバック電圧指令値を補正するフィードバック電圧指令補正ステップと、
前記フィードバック電圧指令値と、補正された前記フィードフォワード電圧指令値とを加算して、前記多相モータを制御するための電圧指令値を算出する算出ステップとを含むモータの駆動制御方法を、コンピュータに実現させるプログラムを記録した記録媒体。 - 前記駆動制御方法は、前記フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、フィードバック制御系が故障していると判断する故障判断ステップをさらに含む、請求項15に記載の記録媒体。
- 前記故障判断ステップは、フィードバック制御系に接続された電流検知センサが故障していると判断するステップを含む、請求項16に記載の記録媒体。
- 前記フィードバック電圧指令補正ステップは、前記フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上であると、前記フィードバック電圧指令値を予め定められた第2の値以下になるように補正するステップを含む、請求項15に記載の記録媒体。
- 前記駆動制御方法は、前記フィードバック電圧指令ステップにて演算されたフィードバック電圧指令値が予め定められた第1の値以上である状態が、予め定められた時間以上継続すると、前記算出ステップにて、前記フィードバック電圧指令値と前記フィードフォワード電圧指令値とを加算することによって得られる電圧指令値において、前記フィードフォワード電圧指令値の影響が増大するように、前記フィードバック電圧指令値を減少させる電圧指令補正ステップをさらに含む、請求項18に記載の記録媒体。
- 前記電圧指令補正ステップは、前記第2の値を漸次減少させるステップを含む、請求項19に記載の記録媒体。
- 前記フィードフォワード電圧指令ステップは、予め準備されたマップに基づいてフィードフォワード電圧指令値を演算するステップを含む、請求項15〜20のいずれかに記載の記録媒体。
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