JP6421598B2 - 電動機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電動機の制御装置及び制御方法に関する。

電動車両等に駆動力源となる電動機の駆動トルクを制御する方法として、インバータによる電圧位相制御が知られている。特許文献１には、電動車両が急減速する等により電動機の回転速度が急変する場合は、減速度に応じて電動機に印加する電圧振幅を減少させて、電動機に印加する電流量が上昇することを抑制する制御装置が開示されている。
特許４７０６３２４号公報

前述の従来技術のように、減速度に応じて電圧振幅を減少させた場合は、特に弱め磁束領域においては、電圧を低下させた場合により多くの弱め磁束電流が流れてしまう特性があり、電流を抑制する効果が薄れてしまう場合があった。

また、電圧振幅を直接的に操作して電流量を減少させるように制御することもできるが、電流ベクトル制御モードにおいても急減速により電流が上昇する場合があり、電流ベクトル制御モードでは電流を抑制する効果が薄れてしまう。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、急減速時の電流上昇を抑制できる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様は、トルク指令に応じて電動機の駆動トルク指令値を算出し、前記電動機を駆動させる電動機の駆動装置に適用される。この電動機の駆動装置は、電動機の回転速度に応じて、前記電動機のトルク上限値を算出するトルク上限値算出処理部と、トルク上限値とトルク指示とに基づいて、電動機の駆動トルク指令値を算出するするトルク指令値制限部と、算出された駆動トルク指令値に基づいて、電動機を駆動させるための電力を前記電動機に出力する電動機制御部と、を備える。トルク指令値制限部は、トルク上限値を所定の応答で遅らせた遅れトルク上限値を算出し、トルク上限値と、算出された遅れトルク上限値とを比較し、比較の結果、いずれか小さい方の値で、トルク指令値を制限する。

本発明によれば、トルク上限値と、算出された遅れトルク上限値との比較の結果、いずれか小さい方の値でトルク指令値を制限するので、例えば高トルク領域での急加速時や急減速時など、電動機のトルクの時間変化率が急峻となる場合には、遅れトルク上限値によりトルク指令値が制限される。これにより、電動機のトルク指令値が急峻に変化しないように制御することができ、急加速時や急減速時における電動機の電流上昇を抑制することができる。

本発明の第１実施形態の電動機の制御装置の説明図である。 本発明の第１実施形態のトルク上限値算出処理部の構成ブロック図である。 本発明の第１実施形態のトルク制御部の構成ブロック図である。 本発明の第１実施形態の電流ベクトル制御部の構成ブロック図である。 本発明の第１実施形態の電圧位相制御部の構成ブロック図である。 本発明の第１実施形態のトルク上限値を示すテーブルの説明図である。 従来の電流ベクトル制御におけるモータ端子電圧と回転数検出値Ｎとの関係を示す説明図である。 従来の電圧位相制御における電圧位相と回転数検出値Ｎとの関係を示す説明図である。 本発明の第１実施形態の急減速時における上限値の説明図である。 本発明の第１実施形態の急加速時における上限値の説明図である。 本発明の第２実施形態のトルク上限値算出処理部の説明図である。 本発明の第２実施形態のトルク上限値テーブルの例を示す説明図である。 本発明の第２実施形態のトルク上限値の切り替えを示す説明図である。 本発明の第３実施形態のトルク上限値算出処理部の説明図である。 本発明の第３実施形態の重み付けテーブルの説明図である。 本発明の第４実施形態の電動機の制御装置の説明図である。 本発明の第４実施形態のトルク上限値算出処理部の説明図である。 本発明の第５実施形態のトルク上限値算出処理部の説明図である。 本発明の第５実施形態の重み付けテーブルの説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の電動機の制御装置１００の説明図である。

電動機の制御装置１００は、例えば電気自動車に搭載されて運転者の指示に基づいて電気自動車の駆動トルクを制御する。トルク指令Ｔ^*に基づいてトルク制御部３が電流ベクトル制御又は電圧位相制御を行うことでインバータ６の三相電力の出力を制御して電動機（モータ）９の駆動トルクを制御する。

トルク上限値算出処理部１は、後述するようにモータ９の駆動トルクのトルク上限値Ｔ_lim+とトルク下限値Ｔ_lim-とを算出して、トルク指令値リミット処理部２に出力する。

トルク指令値リミット処理部２は、運転者により指示される指示トルクＴ^*とトルク上限値算出処理部１が出力するトルク上限値Ｔ_lim+及びトルク下限値Ｔ_lim-とに基づいて、トルク指令値Ｔ^* _finを算出し、トルク制御部３に出力する。

トルク制御部３は、トルク指令値Ｔ^* _finと、バッテリー電圧検出値Ｖ_dcと回転数検出値Ｎと、ｄ軸電流値ｉ_d、ｑ軸電流ｉ_qとに基づいて、ｄ軸電圧指令値ｖ^* _d、ｑ軸電圧指令値ｖ^* _qを算出して、ｄｑ軸−ＵＶＷ相変換部４に出力する。

ｄｑ軸−ＵＶＷ相変換部４は、ｄ軸電圧指令値ｖ^* _d、ｑ軸電圧指令値ｖ^* _qをＵＶＷ相電圧指令値ｖ^* _u、ｖ^* _v、ｖ^* _wに変換して、ＰＷＭ変換部５に出力する。

ＰＷＭ変換部５は、ＵＶＷ相電圧指令値ｖ^* _u、ｖ^* _v、ｖ^* _wに基づいて、インバータ６の指令値（Ｄ^* _uu、Ｄ^* _ul、Ｄ^* _vu、Ｄ^* _vl、Ｄ^* _wu、Ｄ^* _wl）を出力する。

インバータ６は、ＰＷＭ変換部５から出力された指令値に基づいて、バッテリー７の直流電力を三相の交流電力に変換し、モータ９に出力する。

インバータ６の出力には電流検出部８が備えられ、三相電力のうち少なくとも二相の電流値ｉ_u、ｉ_vを検出する。モータ９には回転子位置センサ１０が備えられ、モータ９の電気角検出値θを検出する。

検出された電流値ｉ_u、ｉ_v及び電気角検出値θは、ＵＶＷ相−ｄｑ軸変換部１２に入力される。ＵＶＷ相−ｄｑ軸変換部１２は入力された値からｄｑ軸の電流値ｉ_d、ｉ_qに変換して、トルク制御部３へと出力する。

回転子位置センサ１０が出力する電気角検出値θは、回転数演算部１１によりモータ９の回転数検出値Ｎに変換され、トルク制御部３に入力される。

図２は、本発明の実施形態のトルク上限値算出処理部１の構成ブロック図である。

トルク上限値算出処理部１は、正側トルク上限値テーブル１０１、負側トルク上限値テーブル１０２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３、１０４、セレクトＬｏ部１０５及びセレクトＨｉ部１０６を備える。

トルク上限値算出処理部１は、正側トルク上限値テーブル１０１及び負側トルク上限値テーブル１０２を予め記憶している。トルク上限値算出処理部１は、入力された回転数検出値Ｎとバッテリー電圧Ｖ_dcとに基づいて、正側トルク上限値テーブル１０１及び負側トルク上限値テーブル１０２により、正側トルク上限値Ｔ_lim1+と負側トルク上限値Ｔ_lim1-とを算出する。

算出された正側トルク上限値Ｔ_lim1+と、負側トルク上限値Ｔ_lim1-とは、それぞれＬＰＦ１０３、１０４により、ローパスフィルタ処理が施される。ローパスフィルタ処理によって、それぞれ、所定の応答遅れが施された正側遅れトルク上限値Ｔ_lim1fit+と、負側遅れトルク上限値Ｔ_lim1fit-とが生成される。

セレクトＬｏ部１０５は、テーブルから算出された正側トルク上限値Ｔ_lim+とローパスフィルタ処理が施された正側遅れトルク上限値Ｔ_lim1fit+とを比較する。比較の結果、正側トルク上限値Ｔ_lim+の値と正側遅れトルク上限値Ｔ_lim1fit+の値とのいずれか小さい方（絶対値が小さい方）を選択する。選択された値が、正側トルク上限値Ｔ_lim+としてトルク指令値リミット処理部２に出力される。

セレクトＨｉ部１０６は、テーブルから算出された負側トルク上限値Ｔ_lim-とローパスフィルタ処理が施された負側遅れトルク上限値Ｔ_lim1fit-とを比較する。比較の結果、負側トルク上限値Ｔ_lim-の値と負側遅れトルク上限値Ｔ_lim1fit-の値とのいずれか大きい方（絶対値が小さい方）を選択する。選択された値が、負側トルク上限値Ｔ_lim-としてトルク指令値リミット処理部２に出力される。

トルク指令値リミット処理部２は、次に示す数式１に基づいて、トルク指令値Ｔ^*を、正側トルク上限値Ｔ_lim+と負側トルク上限値Ｔ_lim-との範囲に制限する処理を実行する。トルク指令値リミット処理部２は、この処理の結果、最終トルク指令値Ｔ^* _finを、トルク制御部３へと出力する。

図３は、本発明の実施形態のトルク制御部３の構成ブロック図である。

トルク制御部３は、電流ベクトル制御部３１、電圧位相制御部３２、制御切替判定部３３及び制御モード切換部３４を備える。

トルク制御部３は、入力された最終トルク指令値Ｔ^* _fin、回転数検出値Ｎ及びバッテリー電圧Ｖ_dcに基づいて、電流ベクトル制御又は電圧位相制御を選択し、電流ベクトル制御部３１又は電圧位相制御部３２により算出されたｄｑ軸電圧指令値ｖ^* _d、ｖ^* _qを出力する。

図４は、電流ベクトル制御部３１の構成ブロック図である。なお、図４においては、ｄ軸側の構成のみを示すが、ｑ軸側も同様であるためその構成は省略する。

電流ベクトル制御部３１は、非干渉電圧演算部３１１、電流指令値演算部３１２、フィルタ処理部３１３及びＰＩ増幅部３１４を備える。

非干渉電圧演算部３１１は、最終トルク指令値Ｔ^* _fin、回転数検出値Ｎ及びバッテリー電圧Ｖ_dcと、非干渉電圧値とを関連付けたテーブルを予め格納している。同様に、電流指令値演算部３１２は、最終トルク指令値Ｔ^* _fin、回転数検出値Ｎ及びバッテリー電圧Ｖ_dcと、電流指令値とを関連付けたテーブルを予め格納している。

非干渉電圧演算部３１１及び電流指令値演算部３１２は、入力された最終トルク指令値Ｔ^* _fin、バッテリー電圧検出値Ｖ_dc及び回転数検出値Ｎに基づいてテーブルをルックアップ処理することにより、ｄ軸非干渉電圧値ｖ^* _{d_dcpl}及びｄ軸電流指令値ｉ^* _dを算出する。

電流指令値演算部３１２により算出されたｄ軸電流指令値ｉ^* _dは、ＵＶＷ相−ｄｑ軸変換部１２から入力されたｄ軸における電流検出値ｉ_dとの差分から、ＰＩ増幅部３１４において、次の数式２によりＰＩ増幅された値ｖ’_diを算出する。

非干渉電圧演算部３１１により算出されたｄ軸非干渉電圧値ｖ^* _{d_dcpl}は、フィルタ処理部３１３において電流規範応答相当のフィルタ処理が施されｄ軸非干渉電圧値ｖ^* _{d_dcpl_filt}が算出される。

電流ベクトル制御部３１は、算出された値ｖ’_di及びｄ軸非干渉電圧値ｖ^* _{d_dcpl_filt}とを次の数式３により加算して、電圧指令値ｖ^* _diを算出する。

図５は、電圧位相制御部３２の構成ブロック図である。

電圧位相制御部３２は、電圧指令値演算部３２１、ベクトル変換部３２２、フィルタ処理部３２３、ＰＩ増幅部３２４及びトルク推定部３２５を備える。

電圧指令値演算部３２１は、最終トルク指令値Ｔ^* _fin、回転数検出値Ｎ及びバッテリー電圧Ｖ_dcと、電圧振幅及び電圧位相とを関連付けたテーブルを予め格納している。電圧指令値演算部３２１は、入力された最終トルク指令値Ｔ^* _fin、バッテリー電圧検出値Ｖ_dc及び回転数検出値Ｎに基づいてテーブルをルックアップ処理することにより、電圧振幅指令値Ｖ^* _a及び電圧位相指令値α^* _ffを算出する。

フィルタ処理部３２３は、次の数式４により最終トルク指令値Ｔ^* _finに所望応答特性のフィルタ処理を施して規範トルクＴ_refを算出する。

トルク推定部３２５は、ＵＶＷ相−ｄｑ軸変換部１２から入力されたｄｑ軸の電流検出値ｉｄ、ｉｑから、次の数式５により推定トルクＴ_calを算出する。

ＰＩ増幅部は、規範トルクＴ_refと推定トルクＴ_calとの差分から、次の数式６によりＰＩ増幅した電圧位相補正値α^* _fbを算出する。

算出された電圧位相指令値α^* _ffと、電圧指令値演算部３２１が算出した電圧位相補正値α^* _fbとの和である最終電圧位相指令値α^* _finが次の数式７により算出され、電圧振幅指令値Ｖ^* _aと共にベクトル変換部に入力される。

ベクトル変換部３２２は、入力された電圧振幅指令値Ｖ^* _aと最終電圧位相指令値α^* _finとから、次の数式８によりｄｑ軸成分に変換して、ｄｑ軸電圧指令値ｖ^* _dv、ｖ^* _qvを出力する。

トルク制御部３から出力されたｄｑ軸電圧指令値ｖ^* _dv、ｖ^* _qvは、ｄｑ軸−ＵＶＷ相変換部４において、モータ９の電気角検出値θに基づいて、次の数式９により三相電圧指令値ｖ^* _u、ｖ^* _v、ｖ^* _wに変換して出力する。

図１に示すように、ｄｑ軸−ＵＶＷ相変換部４から出力された三相電圧指令値ｖ^* _u、ｖ^* _v、ｖ^* _wに基づいて、ＰＷＭ変換部５はインバータ６のパワー素子の駆動信号を出力する。

インバータ６はパワー素子駆動信号に基づいて、三相電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wをモータ９に印加することでモータ９が駆動トルクを発生する。

モータ９に印加される電力は、電流検出部８により三相のうち少なくとも２相の電流値ｉ_u、ｉ_vが検出される。検出された電流値ｉ_u、ｉ_vは、ＵＶＷ相−ｄｑ軸変換部１２によって、モータ９の電気角検出値θに基づいて次の数式１０によりｄｑ軸電流ｉ_d、ｉ_qに変換される。

以上のような制御により、トルク指令Ｔ^*に基づいてモータ９の駆動トルクが制御される。

次に、本発明の実施形態における急減速時の制御を説明する。

図６は、本実施形態のトルク上限値算出処理部１におけるトルク上限値を示すテーブルの説明図である。

正側トルク上限値Ｔ_lim+及び負側トルク上限値Ｔ_lim-は、モータ９の回転数検出値Ｎとバッテリー電圧検出値Ｖ_dcとに対応して図６に示すテーブルのように設定され、トルク上限値算出処理部１に予め記憶されている。

モータ９の回転数検出値Ｎが小さい場合と大きい場合には、トルク上限値によりモータ９の指令トルクが規制される。特にモータ９の回転数検出値Ｎが大きい場合は、モータ９に印加される電流が大きくなるため、過電流を防ぐ目的でトルク上限値によりモータ９のトルクを規制する。トルク上限値は、回転数検出値Ｎが小さくなるに従って、緩やかに変化するように設定される。

トルク上限値算出処理部１は、図６に示すようなトルク上限値のテーブルを予め保持しており、指令トルクＴ^*の上限値を制限する。

このように構成された電動機の制御装置における制御において、従来、次のような問題があった。

回転子位置センサ１０が検出する電気角検出値θに基づいて、回転数演算部１１により回転数検出値Ｎが演算される。このとき、回転数演算部１１では、ある一定時間間隔の電気角検出値θの変化量に基づいて回転数を演算するため、モータ９の実回転数に対して回転数検出値Ｎに遅れが生じうる。時間間隔を小さくすれば遅れは小さくなるが、回転子位置センサ１０におけるノイズの影響を排除する目的で一定の時間が必要となり、回転数検出値Ｎの遅れは許容せざるをえない。

図７及び図８は、回転数検出値Ｎの遅れによる影響を説明するための説明図である。

図７は、従来の電流ベクトル制御におけるモータ端子電圧と回転数検出値Ｎとの関係を示す説明図である。

図７において、縦軸はモータ９の端子電圧を、横軸はモータ９の回転数検出値をそれぞれ示す。図７において、指示トルクが小さい場合のモータ９の動作点が菱形の点でプロットされ、指示トルクが大きい場合のモータ９の動作点が正方形の点でプロットされている。

図７に示す例では、指示トルクが大きい場合は、指示トルクが小さい場合と比較して、モータ９の動作点は、回転数検出値Ｎと端子電圧との関係がより急な傾きとなっている。この場合、ある時点でのモータ９の回転数検出値Ｎ（点Ａで示す）は、実際のモータ回転数検出値Ｎ（点Ｂで示す）に対して、遅れが発生している。この遅れによって、点Ａの電圧をモータ９に印加するように制御する。この遅れはフィードバックにより修正されるが、急加速又は急減速時にはフィードバック処理による修正が間に合わないため、一時的にモータ９に過電流が発生する可能性がある。

図８は、従来の電圧位相制御における電圧位相と回転数検出値Ｎとの関係を示す説明図である。

図８において、縦軸はモータ９の電圧位相を、横軸はモータ９の回転数検出値をそれぞれ示す。図８において、指示トルクが小さい場合のモータ９の動作点が菱形の点でプロットされ、指示トルクが大きい場合のモータ９の動作点が正方形の点でプロットされている。

電圧位相制御においても、トルクが大きい場合には回転数検出値Ｎの変化に対する電圧位相の変化が大きいため、ある時点でのモータ９の回転数検出値Ｎ（点Ａで示す）は、実際のモータ回転数検出値Ｎ（点Ｂで示す）に対して遅れが発生している。従って、同様に急加速又は急減速時にはフィードバック処理による修正が間に合わないため、一時的にモータ９に過電流が発生する可能性がある。

本実施形態では、回転子位置センサ１０の検出値と実際のモータの回転位置との差により過電流が発生することに対して、トルク上限値算出処理部１の動作により防止するように構成した。

図９は、本実施形態の急減速時におけるトルク上限値算出処理部１による上限値の説明図である。

図９において、減速開始点から減速終了点へと向かって、減速度が小さい場合（点線Ａ）と減速度が大きい場合（点線Ｂ）との正側トルク上限値Ｔ_lim+の値を示すマップの一例である。

前述のように、トルク上限値算出処理部１は、正側トルク上限値テーブル１０１、ＬＰＦ１０３及びセレクトＬｏ部１０５を備える。

減速度が小さい場合は、モータ回転数検出値Ｎに基づいて決定される正側トルク上限値Ｔ_lim1+とＬＰＦ１０３のローパスフィルタ処理による所定の遅れを持った信号Ｔ_lim1fit+との差は小さく、図６に示す正側トルク上限値Ｔ_lim1+の値をなぞって、減速開始点から減速終了点へと推移する。

一方で、減速度が大きい場合は、モータ回転数検出値Ｎの時間変化率が大きく、ＬＰＦ１０３のローパスフィルタ処理による信号Ｔ_lim1fit+の遅れが大きくなる。これにより、正側トルク上限値Ｔ_lim1+とＬＰＦ１０３のローパスフィルタ処理による所定の遅れを持った信号Ｔ_lim1fit+との差は大きくなる。セレクトＬｏ部１０５は、遅れが大きく絶対値が小さい信号Ｔ_lim1fit+をＴ_lim+として出力する。

この結果、図９の点線Ｂで示すように、正側トルク上限値Ｔ_lim+は、図６に示す正側トルク上限値Ｔ_lim1+の値よりも小さな値となって出力される。これにより、アクセル開度が全開のような状況で急減速が起きた場合は、最終トルク指令値Ｔ^* _finが通常走行時よりも制限される。

図１０は、本実施形態の急加速時におけるトルク上限値算出処理部１による上限値の説明図である。

図１０において、加速開始点から加速終了点への正側トルク上限値Ｔ_lim+の変化が、加速度が小さい場合（点線Ａ）と加速度が大きい場合（点線Ｂ）との推移が示されている。

加速度が小さい場合は、減速時と同様に、モータ回転数検出値Ｎに基づいて決定される正側トルク上限値Ｔ_lim1+とＬＰＦ１０３のローパスフィルタ処理による所定の遅れを持った信号Ｔ_lim1fit+との差は小さく、図６に示す正側トルク上限値Ｔ_lim1+の値をなぞって、加速開始点から加速終了点へと推移する。

一方で、加速度が大きい場合は、モータ回転数検出値Ｎの時間変化率が大きく、ＬＰＦ１０３のローパスフィルタ処理による信号Ｔ_lim1fit+の遅れが大きくなる。これにより、正側トルク上限値Ｔ_lim1+とＬＰＦ１０３のローパスフィルタ処理により所定の遅れを持ったである信号Ｔ_lim1fit+との差は大きくなる。セレクトＬｏ部１０５は、遅れが大きく絶対値が小さい信号Ｔ_lim1fit+ではなく、図６に示す正側トルク上限値Ｔ_lim1+の値を、Ｔ_lim+として出力する。

この結果、図１０の実線で示すように、正側トルク上限値Ｔ_lim+は、図６に示す正側トルク上限値Ｔ_lim1+の値をなぞって出力される。これにより、急加速時にも、実際の回転数に対する最終トルク指令値Ｔ^* _finが本来の正側トルク上限値Ｔ_lim1+を超えることはない。

以上説明したように、本発明の第１実施形態では、指示トルクＴ^*を制限するための正側トルク上限値Ｔ_lim+及び負側トルク上限値Ｔ_lim-を算出するトルク上限値算出処理部１が、ＬＰＦ１０３及びＬＰＦ１０４と、セレクトＬｏ部１０５及びセレクトＨｉ部１０６とを備えている。ＬＰＦ１０３及びＬＰＦ１０４は、モータ回転数検出値Ｎに基づいて算出された正側トルク上限値Ｔ_lim1+及び負側トルク上限値Ｔ_lim1-の応答を遅らせる。

セレクトＬｏ部１０５は、正側トルク上限値Ｔ_lim1+の値と所定の遅れを持った信号（遅れ正側トルク上限値）Ｔ_lim1fit+の値とのうち、いずれか小さい方の値（絶対値が小さい値）を出力する。セレクトＨｉ部１０６は、負側トルク上限値Ｔ_lim1-の値と所定の遅れを持った信号（遅れ負側トルク上限値）Ｔ_lim1fit-の値とのうち、いずれか大きい方の値（絶対値が小さい値）を出力する。

このような構成により、高トルク領域での急加速時や急減速時など、モータ９のトルクの時間変化率が急峻となる場合にも、トルク上限値算出処理部１において、ＬＰＦ１０３、ＬＰＦ１０４によるローパスフィルタ処理が施された値を算出する。このように所定の遅れが施された上限値により、トルク上限値が急峻に変化しないように制御することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態の電動機の制御装置１００について説明する。

第２実施形態においては、トルク上限値算出処理部１の構成が第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図１１は、本発明の第２実施形態のトルク上限値算出処理部１の説明図である。

第２実施形態において、トルク上限値算出処理部１は、通常正側トルク上限値テーブル１１１、通常負側トルク上限値テーブル１１２、第２正側トルク上限値テーブル１２１、第２負側トルク上限値テーブル１２２、急減速検出部１３１、切り替え部１４１及び切り替え部１４２を備える。

通常正側トルク上限値テーブル１１１及び通常負側トルク上限値テーブル１１２は、第１実施形態の正側トルク上限値テーブル１０１及び負側トルク上限値テーブル１０２と同様の動作をする。すなわち、通常正側トルク上限値テーブル１１１及び通常負側トルク上限値テーブル１１２は、図６に示すようなトルク上限値のテーブルを予め保持しており、入力された回転数検出値Ｎとバッテリー電圧Ｖ_dcとに基づいて、正側トルク上限値Ｔ_lim1+と負側トルク上限値Ｔ_lim1-とを算出する。

算出された正側トルク上限値Ｔ_lim1+と負側トルク上限値Ｔ_lim1-とは、切り替え部１４１及び又は切り替え部１４２を介して、正側トルク上限値Ｔ_lim1+及び負側トルク上限値Ｔ_lim1-が、Ｔ_lim+又はＴ_lim-として出力される。

ここで、急減速が起きた場合は、急減速検出部１３１により急減速が検出される。急減速検出部１３１は数式１１のように、モータ９の回転速度のｋ−１からｋまでの単位時間当たりの変化量が所定のしきい値ΔＮ_TH以上であるか未満であるかにより急減速であるか否か（ＨｉであるかＬｏであるか）を出力する。急減速である場合は、トルク上限値算出処理部１の切り替え部１４１及び切り替え部１４２は、通常正側トルク上限値テーブル１１１及び通常負側トルク上限値テーブル１１２に代えて、第２正側トルク上限値テーブル１２１及び第２負側トルク上限値テーブル１２２の算出結果を出力するように切り替え信号を送出する。

第２正側トルク上限値テーブル１２１に保持されている正側トルク上限値（遅れ正側トルク上限値）Ｔ_lim2+は、通常正側トルク上限値テーブル１１１に保持されている正側トルク上限値Ｔ_lim1+よりも所定の応答で遅らせた値と同等の上限値が保持されている。同様に、第２負側トルク上限値テーブル１２２に保持されている負側トルク上限値（遅れ負側トルク上限値）Ｔ_lim2-は、通常負側トルク上限値テーブル１１２に保持されている負側トルク上限値Ｔ_lim1-よりも所定の応答で遅らせた値と同等の上限値が保持されている。

第２正側トルク上限値テーブル１２１又は第２負側トルク上限値テーブル１２２により算出された正側トルク上限値Ｔ_lim2+又は負側トルク上限値Ｔ_lim2-が、正側トルク上限値Ｔ_lim+又は負側トルク上限値Ｔ_lim-として、トルク指令値リミット処理部２へと出力される。

図１２は、本発明の第２実施形態のトルク上限値算出処理部１におけるトルク上限値テーブルの例を示す説明図である。

図１２に示すテーブルは、図６で前述した第１実施形態におけるトルク上限値のテーブルに加え、第２のトルク上限値を示すテーブルが記憶されている。第２のトルク上限値は、例えば車両の急減速時などモータに印加される電流が増加しやすい状態において、高トルクとならないように制限を行うように設定される。

図１３は、本発明の第２実施形態において、トルク上限値算出処理部１におけるトルク上限値の切り替えを示す説明図である。

図１３において、減速開始点から減速終了点へと向かって、減速度が小さい場合（実線）から減速度が大きい場合（点線）へと減速度が変化した場合の正側トルク上限値Ｔ_lim+の値を示すマップの一例である。

まず減速開始点において、減速が開始され、トルク上限値は、正側トルク上限値Ｔ_lim1+に設定される。ここで、減速度が大きくなり、急減速検出部１３１において急減速と判定される程度の減速度となった場合は、急減速検出部１３１は、切り替え部１４１及び１４２に対して、第２正側トルク上限値テーブル１２１及び第２負側トルク上限値テーブル１２２の算出結果を出力するように切り替え信号を送出する。

これにより、第２正側トルク上限値テーブル１２１により算出された正側トルク上限値Ｔ_lim2+が、正側トルク上限値Ｔ_lim+として、トルク指令値リミット処理部２へと出力される。

このように、本発明の第２実施形態では、指示トルクＴ^*を制限するための正側トルク上限値Ｔ_lim+及び負側トルク上限値Ｔ_lim-を算出するトルク上限値算出処理部１が、急減速検出部１３１を備えた。

急減速検出部１３１は、急減速であることを検出した場合に、正側トルク上限値テーブル１０１又は負側トルク上限値テーブル１０２が算出する正側トルク上限値Ｔ_lim1+又は負側トルク上限値Ｔ_lim1-に代えて、第２正側トルク上限値テーブル１２１又は第２負側トルク上限値テーブル１２２が算出する正側トルク上限値Ｔ_lim2+又は負側トルク上限値Ｔ_lim2-を出力するように、切り替え部１４１、１４２を切り替える。

これにより、高トルク領域での急加速時や急減速時など、トルク上限値算出処理部１においてより制限された上限トルクＴ_lim2+及び下限トルクＴ_lim2-が選択されることにより、トルク上限値を抑制することができる。

このように制御することによって、通常時にはモータ９の出力可能なトルク範囲を最大限まで出力させるようなトルク上限値の範囲でモータ９を動作させる一方、急減速時には、モータ９の出力可能なトルク範囲を、過電流の抑制を優先したトルク範囲に抑制することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態の電動機の制御装置１００について説明する。

第３実施形態は、第２実施形態の変形例であり、トルク上限値算出処理部１の構成が第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図１４は、本発明の第３実施形態のトルク上限値算出処理部１の説明図である。

第３実施形態においては、第１実施形態と同様に、トルク上限値算出処理部１は、通常正側トルク上限値テーブル１１１、通常負側トルク上限値テーブル１１２、第２正側トルク上限値テーブル１２１、第２負側トルク上限値テーブル１２２を備える。

第３実施形態では、正側重み付け処理部１５１、負側重み付け処理部１５２及び加速度演算部１６１を備える。

加速度演算部１６０は、次の数式１２に基づいて、加速度相当値ΔＮ_valを算出する。すなわち、加速度相当値ΔＮ_valとは、モータ９の回転速度のｋ−１からｋまでの単位時間当たりの変化量を示す値である。

正側重み付け処理部１５１及び負側重み付け処理部１５２は、加速度検出部１６０が算出した加速度相当値ΔＮ_valに基づいて、車両の加速度が大きい場合に上限値が大きくなるように、重み付け処理を行う。

具体的には、正側重み付け処理部１５１は、図１５に示すような重み付けテーブルを予め保持している。

図１５を参照すると、重み付けテーブルは、加速度相当値ΔＮ_valの大きさに応じてΔＮ_TH1とΔＮ_TH2との間で正側トルク上限値Ｔ_lim+が、Ｔ_lim1+とＴ_lim2+との間をリニアに推移するように設定されている。

正側重み付け処理部１５１は、図１５に示す重み付けテーブルを参照して、加速度検出部１６０が算出した加速度相当値ΔＮ_valに応じたトルク上限値（第三のトルク上限値）を取得し、取得したトルク上限値をＴ_lim+として出力する。

このように制御することによって、加速時にはモータ９の出力可能なトルク範囲を最大限まで出力させるようなトルク上限値の範囲でモータ９を動作させる一方、減速時には、減速度が大きいほど、モータ９の出力可能なトルク範囲を抑制するように設定する。このような構成により、過電流の抑制を優先したトルク範囲に抑制することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態の電動機の制御装置１００について説明する。

第４実施形態は、第２実施形態の変形例であり、トルク上限値算出処理部１及びＵＶＷ相−ｄｑ軸変換部１２の構成が第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図１６は、本発明の第４実施形態の電動機の制御装置１００の説明図である。

ＵＶＷ相−ｄｑ軸変換部１２は、電流検出部８が検出したモータ９の駆動電流値ｉ_u、ｉ_vと、回転子位置センサ１０が検出したモータ９の電気角検出値とから、ｄｑ軸の電流値ｉ_d、ｉ_qを算出する。算出されたｄｑ軸の電流値ｉ_d、ｉ_qは、トルク上限値算出処理部１に出力される。

トルク上限値算出処理部１は、入力された回転数検出値Ｎと、バッテリー電圧Ｖ_dcと、ｄｑ軸の電流値ｉ_d、ｉ_qとに基づいて、に基づいて、正側トルク上限値Ｔ_lim+と負側トルク上限値Ｔ_lim-とを算出する。

図１７は、本発明の第４実施形態のトルク上限値算出処理部１の説明図である。

トルク上限値算出処理部１は、通常正側トルク上限値テーブル１１１、通常負側トルク上限値テーブル１１２、第２正側トルク上限値テーブル１２１、第２負側トルク上限値テーブル１２２、切り替え部１４１、切り替え部１４２及び急減速検出部１７１を備える。

急減速検出部１７１は、ＵＶＷ相−ｄｑ軸変換部１２から出力されたｄｑ軸の電流値ｉ_d、ｉ_qに基づいて、現在の運転状態が急減速か否かを判定する。

具体的には、急減速検出部１７１は、ｉ_d、ｉ_qに基づいて、次の数式１３により、急減速か否かを判定する。すなわち、ｄｑ軸の電流値からモータ９に印加される電流値ｉα_{_TH}を算出し、算出した電流値の大きさに基づいて急減速か否かを判定する。

急減速検出部１７１は、数式１３に基づいた算出結果がＬｏである場合は、急減速ではないと判断する。この場合は、急減速検出部１７１は、切り替え部１４１及び切り替え部１４２にＬｏを出力する。

一方、数式１３に基づいた算出結果がＬｏである場合は、急減速が起きたと判定される。この場合は、急減速検出部１７１は、切り替え部１４１及び切り替え部１４２にＨｉを出力する。

急減速検出部１７１からＨｉを受け取った切り替え部１４１及び切り替え部１４２は、通常正側トルク上限値テーブル１１１及び通常負側トルク上限値テーブル１１２に代えて、第２正側トルク上限値テーブル１２１及び第２負側トルク上限値テーブル１２２の算出結果を出力するように切り替え信号を送出する。

これにより、第２正側トルク上限値テーブル１２１又は第２負側トルク上限値テーブル１２２により算出された正側トルク上限値Ｔ_lim2+又は負側トルク上限値Ｔ_lim2-が、正側トルク上限値Ｔ_lim+又は負側トルク上限値Ｔ_lim-として、トルク指令値リミット処理部２へと出力される。

本発明の第４実施形態では、指示トルクＴ^*を制限するための正側トルク上限値Ｔ_lim+及び負側トルク上限値Ｔ_lim-を算出するトルク上限値算出処理部１が、急減速検出部１７１を備えた。

急減速検出部１７１は、モータ９の電流値に基づき、前述の第２実施形態の急減速検出部１３１と同様に、急減速であることを検出した場合に、正側トルク上限値Ｔ_lim2+又は負側トルク上限値Ｔ_lim2-を出力するように切り替え部１４１、１４２を切り替える。

これにより、高トルク領域での急加速時や急減速時など、トルク上限値算出処理部１においてより制限された上限トルクＴ_lim2+及び下限トルクＴ_lim2-が選択されることにより、トルク上限値を抑制することができる。

このように制御することによって、通常時にはモータ９の出力可能なトルク範囲を最大限まで出力させるようなトルク上限値の範囲でモータ９を動作させる一方、急減速時には、モータ９の出力可能なトルク範囲を、過電流の抑制を優先したトルク範囲に抑制することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態の電動機の制御装置１００について説明する。

第５実施形態は、第３実施形態の変形例であり、トルク上限値算出処理部１の構成が第３実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図１８は、本発明の第５実施形態のトルク上限値算出処理部１の説明図である。

トルク上限値算出処理部１は、通常正側トルク上限値テーブル１１１、通常負側トルク上限値テーブル１１２、第２正側トルク上限値テーブル１２１、第２負側トルク上限値テーブル１２２、重み付け処理部１５１、重み付け処理部１５２及び電流ノルム演算部１９１を備える。

電流ノルム演算部１９１は、ＵＶＷ相−ｄｑ軸変換部１２から出力されたｄｑ軸の電流値ｉ_d、ｉ_qに基づいて、次の数式１４により、電流の大きさ（ノルム）ｉ_aを算出する。

正側重み付け処理部１５１及び負側重み付け処理部１５２は、電流ノルム演算部１９１が算出した電流の大きさｉ_aに基づいて、車両の加速度が大きいほど上限値が大きくなるように、重み付け処理を行う。

具体的には、正側重み付け処理部１５１は、図１９に示すような重み付けテーブルを予め保持している。

図１９を参照すると、重み付けテーブルは、電流の大きさｉａに応じて、ｉ_aTH1とｉ_aTH2との間で正側トルク上限値Ｔ_lim+が、Ｔ_lim1+とＴ_lim2+との間をリニアに推移するように設定されている。

正側重み付け処理部１５１は、図１９に示す重み付けテーブルを参照して、電流ノルム演算部１９１が算出した電流の大きさｉａに応じたトルク上限値（第４のトルク上限値）を取得し、取得したトルク上限値をＴ_lim+として出力する。

このように制御することによって、加速時にはモータ９の出力可能なトルク範囲を最大限まで出力させるようなトルク上限値の範囲でモータ９を動作させる一方、減速時には、減速度が大きいほど、モータ９の出力可能なトルク範囲を抑制するように設定する。このような構成により、過電流の抑制を優先したトルク範囲に抑制することができる。

１ トルク上限値算出処理部
２ トルク指令値リミット処理部
３ トルク制御部
４ ｄｑ軸−ＵＶＷ相変換部
５ ＰＷＭ変換部
６ インバータ
７ バッテリー
８ 電流検出部
９ モータ
１０ 回転子位置センサ
１１ 回転数演算部
１２ ＵＶＷ−ｄｑ軸変換部
３１ 電流ベクトル制御部
３２ 電圧位相制御部
３３ 制御切替判定部
３４ 制御ノード切換部
１００ 制御装置
１０１ 正側トルク上限値テーブル
１０２ 負側トルク上限値テーブル
１０３ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１０５ セレクトＬｏ部
１０６ セレクトＨｉ部
１１１ 通常正側トルク上限値テーブル
１１２ 通常負側トルク上限値テーブル
１２１ 第２正側トルク上限値テーブル
１２２ 第２負側トルク上限値テーブル
１３１ 急減速検出部
１４１ 切り替え部
１４２ 切り替え部
１５１ 正側重み付け処理部
１５２ 負側重み付け処理部
１６０ 加速度検出部
１６１ 加速度演算部
１７１ 急減速検出部
１９１ 電流ノルム演算部

Claims (7)

1. トルク指令に応じて電動機の駆動トルク指令値を算出し、前記電動機を駆動させる電動機の制御装置において、
   前記電動機の回転速度に応じて、前記電動機のトルク上限値を算出するトルク上限値算出処理部と、
   前記トルク上限値に基づいて前記トルク指令を制限し、制限された前記トルク指令に基づいて前記電動機の駆動トルク指令値を算出するトルク指令値制限部と、
   算出された前記駆動トルク指令値に基づいて、前記電動機を駆動させるための電力を前記電動機に出力する電動機制御部と、
   を備え、
   前記トルク指令値制限部は、
   前記トルク上限値を所定の応答で遅らせた遅れトルク上限値を算出し、
   前記トルク上限値と、算出された前記遅れトルク上限値とを比較し、比較の結果、いずれか絶対値が小さい方の値で、前記トルク指令値を制限する
   電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
   前記トルク指令値制限部は、前記電動機の回転速度の時間当たりの変化量、及び、前記電動機に印加される電流値との少なくとも一方に応じて、前記トルク上限値を補正する
   電動機の制御装置。
3. 請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記トルク指令値制限部は、
   前記第一のトルク上限値より小さい第二のトルク上限値を算出し、
   前記電動機の回転速度の時間当たりの変化量を算出し、
   算出した前記変化量が所定の値より小さい場合には、前記第二のトルク上限値を用いて前記トルク指令値を制限し、
   算出した前記変化量が所定の値より大きい場合には、前記第一のトルク上限値を用いて前記トルク指令値を制限する
   電動機の制御装置。
4. 請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記トルク指令値制限部は、
   第一のトルク上限値より小さい第二のトルク上限値を算出し、
   前記電動機の回転速度の時間あたり変化量を算出し、
   算出した前記変化量に応じて、前記第一のトルク上限値と前記第二のトルク上限値をとの間で重み付けを変更した第三のトルク上限値を算出し、
   算出された前記第三のトルク上限値を用いて前記トルク指令値を制限する
   電動機の制御装置。
5. 請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記トルク指令値制限部は、
   前記第一のトルク上限値より小さい第二のトルク上限値を算出し、
   前記電動機に印加される電流値を検出し、
   検出された前記電流値が所定の値より大きい場合に、前記第１のトルク上限値に代えて前記第二のトルク上限値を用いて前記トルク指令値を制限する
   電動機の制御装置。
6. 請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記トルク指令値制限部は、
   絶対値が第一のトルク上限値より小さい第二のトルク上限値を算出し、
   前記電動機に印加される電流値を検出し、
   算出した前記電流の大きさに応じて、前記第一のトルク上限値と前記第二のトルク上限値との間で重み付けを変更した第四のトルク上限値を算出し、
   算出された第四のトルク上限値を用いて前記トルク指令値を制限する
   電動機の制御装置。
7. トルク指令に応じて電動機の駆動トルク指令値を算出し、前記電動機を駆動させる電動機の制御方法において、
   前記電動機の回転速度に応じて、前記電動機のトルク上限値を算出し、
   前記トルク上限値を所定の応答で遅らせた遅れトルク上限値を算出し、
   前記トルク上限値と、算出された前記遅れトルク上限値とを比較し、比較の結果、いずれか絶対値が小さい方の値で、前記トルク指令値を制限し、
   前記トルク上限値に基づいて前記トルク指令を制限し、制限された前記トルク指令に基づいて前記電動機の駆動トルク指令値を算出し、
   算出された前記駆動トルク指令値に基づいて、前記電動機を駆動させるための電力を前記電動機に出力する
   電動機の制御方法。

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