(57)【要約】【課題】電力変換器に過大な電流が流れることを防止することのできる車両用電動機の制御装置を提供する。【解決手段】トルク指令値に基づいて電流指令値を算出し、この電流指令値となるように、２相の電圧指令値を演算する電流ＰＩ制御部１を備え、該電流ＰＩ制御部１にて求められた２相の電圧指令値に基づいて、モータＭ１の回転駆動を制御する制御装置において、電流ＰＩ制御部１は、モータＭ１の回転数ωの変化率が所定値未満である場合には、電流指令値と実電流値との差分を比例、積分演算して、２相の電圧指令値を算出し、モータＭ１の回転数ωの変化率が所定値以上である場合には、電流指令値と実電流値との差分の比例演算値、及び電動機の誘起電圧値に基づいて、２相の電圧指令値を算出する。【選択図】      図１
2005020954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク指令値に基づいて電流指令値を算出し、電動機へ供給される電流がこの電流指令値となるように、電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段を備え、該電圧指令値演算手段にて求められた電圧指令値に基づいて、車両用電動機の回転駆動を制御する制御装置において、
前記電圧指令値演算手段は、
前記車両用電動機の回転数の変化率が所定値未満である場合には、電流指令値と実電流値との差分を、比例、積分演算して、前記電圧指令値を算出し、
電動機の回転数の変化率が所定値以上である場合には、電流指令値と実電流値との差分の比例演算値、及び電動機の誘起電圧値に基づいて、前記電圧指令値を算出することを特徴とする車両用電動機の制御装置。
【請求項２】
前記誘起電圧値は、前記電動機の回転数と、ｄ軸電流、及びｑ軸電流とに基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機の制御装置。
【請求項３】
前記電圧指令値演算手段は、ｄ軸の電圧指令値を算出するｄ軸電圧指令値算出部と、ｑ軸の電圧指令値を算出するｑ軸電圧指令値算出部とからなり、
前記ｄ軸電圧指令値算出部は、電動機の回転数の変化率が所定値未満である場合には、ｄ軸電流指令値とｄ軸実電流値との差分を比例、積分演算してｄ軸電圧指令値を算出し、電動機の回転数の変化率が所定値以上である場合には、ｄ軸電流指令値とｄ軸実電流値との差分の比例演算値、及び（−ωｒｅ×Ｌｄ×ｉｑ）で求められる値から電圧指令値を算出し、
前記ｑ軸電圧指令値算出部は、電動機の回転数の変化率が所定値未満である場合には、ｑ軸電流指令値とｑ軸実電流値との差分を比例、積分演算してｑ軸電圧指令値を算出し、電動機の回転数の変化率が所定値以上である場合には、ｑ軸電流指令値とｑ軸実電流値との差分の比例演算値、及び（ωｒｅ×Ｌｄ×ｉｄ＋ωｒｅ×Φａ）で求められる値から電圧指令値を算出することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の車両用電動機の制御装置。
但し、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、ωｒｅは電気角回転数、ｉｑはｑ軸電流、ｉｄはｄ軸電流、Φａは永久磁石の発生する磁束。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電動機を制御する装置に係り、特に、電力変換器に過大な電流が流れることを阻止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータトルクを駆動力として走行するＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  ＥＶ）のように、電流をフィードバック制御している電力変換器を搭載した車両において、例えば、高速状態から急ブレーキがかけられた場合や、タイヤがスリップ状態から路面μ（摩擦係数）の変化により急激にグリップした場合には、モータが急停止、或いはモータの回転数が０近傍まで減速する可能性がある。その結果、モータの回転によって生じていた誘起電圧が瞬間的に消失することになる。
【０００３】
このような場合には、それまで誘起電圧に抗してモータを通電するために印加していた電圧指令値では、指令電流を流すには過剰な電圧指令値となり、結果的に電力変換器に過大な電流が流れる可能性がある。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するために、例えば、特開２０００−５０４１９号公報（特許文献１）に記載されているように、負荷変動を検知して、積分動作を停止させるものが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−５０４１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載した方法を採用すると、制御が不連続になり追従性が悪くなるという欠点があった。
【０００７】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電力変換器に過大な電流が流れることを防止することのできる車両用電動機の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、トルク指令値に基づいて電流指令値を算出し、この電流指令値となるように、２相の電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段を備え、該電圧指令値演算手段にて求められた２相の電圧指令値に基づいて、車両用電動機の回転駆動を制御する制御装置において、前記電圧指令値演算手段は、前記車両用電動機の回転数の変化率が所定値未満である場合には、電流指令値と実電流値との差分を、比例、積分演算して、前記２相の電圧指令値を算出し、電動機の回転数の変化率が所定値以上である場合には、電流指令値と実電流値との差分の比例演算値、及び電動機の誘起電圧値に基づいて、前記２相の電圧指令値を算出することを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
本発明に係る車両用電動機の制御装置では、電動機の回転数の変化率を監視し、変化率が所定値未満である場合には、比例演算、及び積分演算により２相の電圧指令値を演算し、変化率が所定値以上である場合には、比例演算、及び電動機の誘起電圧値に基づいて２相の電圧指令値を演算するので、急な加減速により電動機の回転によって生じる誘起電圧が急激に変化した場合であっても、電流の追従性を向上させることにより、過電流等の異常な状態を回避することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車両用電動機の制御装置の構成を示す制御ブロック図である。同図に示すように、この制御装置は、モータＭ１（車両用電動機）の駆動を制御するものであり、車両に搭載されるアクセルの開度を検出して、この検出信号を出力するアクセル開度検出部９と、トルク指令値算出部７と、電流指令値算出部８と、電流ＰＩ制御部（電圧指令値演算手段）１と、電圧２相／３相変換部２と、デューティ指令部３と、インバータ４と、モータ回転数回転角演算部５と、電流３相／２相変換部６と、モータＭ１の回転角度に応じた信号を出力するエンコーダ１１と、を備えている。
【００１１】
トルク指令値算出部７は、アクセル開度検出部９より出力されるアクセル開度信号に基づき、トルク指令値Ｔ１＊を算出し、これを電流指令値算出部８に出力する。
【００１２】
電流指令値算出部８は、トルク指令値Ｔ１＊に基づき、予め定められたマップを参照して、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を、電流ＰＩ制御部１に出力する。
【００１３】
モータ回転数回転角検出部５は、エンコーダ１１の出力信号に基づき、モータＭ１の回転数ω、及び回転角θを算出し、算出された回転数ω、及び回転角θを、電流ＰＩ制御部１、及び電流３相／２相変換部６に出力する。
【００１４】
電流３相／２相変換部６は、モータ回転数回転角検出部５より出力される回転角θ、及び電流計１２で測定されるモータＭ１のＵ，Ｖ，Ｗの各相に流れる電流に基づき、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相電流を、ｄ軸、及びｑ軸の２相に変換して、ｄ軸電流Ｉｄ、及びｑ軸電流Ｉｑとして、電流ＰＩ制御部１に出力する。
【００１５】
電流ＰＩ制御部１は、電流指令値算出部８より出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、電流３相／２相変換部６より出力されるｄ軸電流Ｉｄ、及びｑ軸電流Ｉｑと、モータ回転数回転角検出部５より出力されるモータＭ１の回転数ωに基づいて、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊、及びｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を演算し、電圧２相／３相変換部２に出力する。
【００１６】
電圧２相／３相変換部２は、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊、及びｑ軸指令電圧Ｖｑ＊と、モータ回転数回転角検出部５より出力されるモータＭ１の回転角θに基づき、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊、及びｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の指令電圧に変換し、Ｕ相指令電圧Ｖｕ＊、Ｖ相指令電圧Ｖｖ＊、Ｗ相指令電圧Ｖｗ＊として、デューティ指令部３に出力する。
【００１７】
デューティ指令部３は、電圧２相／３相変換部２より出力されるＵ相指令電圧Ｖｕ＊、Ｖ相指令電圧Ｖｖ＊、Ｗ相指令電圧Ｖｗ＊に基づき、Ｕ相のデューティ指令値Ｄｕ＊、Ｖ相のデューティ指令値Ｄｖ＊、Ｗ相のデューティ指令値Ｄｗ＊を求め、各指令値をインバータ４へ出力する。
【００１８】
インバータ４は、デューティ指令部３より出力された各相のデューティ指令値Ｄｕ＊、Ｄｖ＊、Ｄｗ＊に基づいて、各相のスイッチング素子をデューティ制御する。
【００１９】
図２は、電流ＰＩ制御部１におけるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊の演算ブロック（ｄ軸電圧指令値算出部）を示す説明図であり、補正値算出部１ａと、回転数変化率監視部１ｂと、積分演算ブロック１ｃ、及び比例演算ブロック１ｄを備えている。なお、図２には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊の演算ブロックのみを記載しているが、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊についても同様の演算ブロック（ｑ軸電圧指令値算出部）を用いることにより演算することができる。
【００２０】
同図に示す比例演算ブロック１ｄは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、ｄ軸電流値Ｉｄの差分（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に所定のゲインＫｐを乗算して、Ｖｐ＊を算出する。
【００２１】
積分演算ブロック１ｃは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、ｄ軸電流値Ｉｄの差分（Ｉｄ＊−Ｉｄ）を積分したものに、所定のゲインＫｉを乗算して、Ｖｉ１＊を算出する。
【００２２】
補正値算出部１ａは、ｑ軸電流値ＩｑとモータＭ１の回転数ωとから、「−ωｒｅ×Ｌｑ×Ｉｑ」を算出して、算出結果Ｖｉ２＊を出力する。なお、Ｌｑは、ｑ軸インダクタンスであり、予め実験などにより定められた値である。また、ωｒｅは、電気角回転数であり、モータＭ１の機械角回転数ωとモータＭ１の極対数とに基づいて算出される。具体的には、例えば機械角回転数ωにモータＭ１の極対数をかけることによって、算出することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、Ｖｉ２＊は上述の算出式にて求めるようにしているが、予めｑ軸電流値ＩｑとモータＭ１の回転数ωとに対応するＶｉ２＊をマップデータで記憶し、ｑ軸電流値ＩｑとモータＭ１の回転数ωとに対応するＶｉ２＊をマップ引きにより求めても良い。
【００２４】
回転数変化率監視部１ｂは、回転数ωと、積分演算ブロック１ｃにて算出されたＶｉ１＊と、補正値算出部１ａより出力されるＶｉ２＊を入力し、入力した回転数ωから回転数の変化率を検出し、回転数の変化率が所定値未満である場合には、Ｖｉ１＊を出力し、回転数の変化率が所定値以上である場合には、Ｖｉ２＊を出力する。
【００２５】
なお、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の演算ブロックにおいては、補正値算出部１ａが、ｄ軸電流値Ｉｄと電動機回転数ωとから「ωｒｅ×Ｌｄ＋Ｉｄ×ωｒｅ×Φａ」を算出して、算出結果Ｖｉ２＊を出力し、その他比例演算ブロック、積分演算ブロックに入力する電流値がｑ軸電流値Ｉｑとなるのみであるので、説明を省略する。ここで、Φａは永久磁石が発生する磁束、Ｌｄはｄ軸インダクタンスである。
【００２６】
そして、前述した「−ωｒｅ×Ｌｑ×Ｉｑ」と「ωｒｅ×Ｌｄ＋Ｉｄ×ωｒｅ×Φａ」とをベクトル的に加算することにより、モータＭ１の回転によって生じる誘起電圧と等しい電圧値を得ることができるので、過電流の発生を防止することができる。
【００２７】
図３は、従来より用いられている電流ＰＩ制御ブロックの構成図であり、本実施形態の図２と比較して、回転数変化率監視部１ｂ、及び補正値算出部１ａを備えていない。つまり、従来においては、比例演算ブロック１ｄにて得られるＶｐ＊と、積分演算ブロック１ｃにて得られるＶｉ＊に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出しているが、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置では、電流ＰＩ制御部１は、モータＭ１の回転数に応じた電圧指令値の補正値Ｖｉ２＊を、マップデータ、或いは演算により算出し、モータの回転数変化率を監視し、回転数変化率が所定値以上であればＶｉ２＊を採用し、回転数変化率が所定値未満であれば通常の積分演算で算出した電圧指令値積分値Ｖｉ１＊を採用し、積分制御器内の電圧指令値積分項を適正な値に書き換える。
【００２８】
図４は、電流ＰＩ制御部１における処理手順を示すフローチャートであり、以下、該フローチャートを参照して、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置の動作を説明する。
【００２９】
モータＭ１が回転駆動すると、この回転速度がエンコーダ１１により検出され、モータ回転数回転角演算部５で、モータＭ１の回転数ω、及び回転角θが求められる。
【００３０】
そして、ステップＳ１の処理で、電流ＰＩ制御部１の補正値算出部１ａ（図２）では、モータＭ１の回転数ωを読み込む。次いで、ステップＳ２の処理で、補正値算出部１ａは、回転数ω、及びｑ軸電流Ｉｑに基づき、電圧指令値積分項適正値Ｖｉ２＊を、演算により、或いはマップと照らし合わせることにより求める。
【００３１】
その後、回転数変化率監視部１ｂは、ステップＳ３の処理で、回転数ωの変化を算出し、回転数変化率が既定値以上であるかどうかを判定する。その結果、規定値以上であると判定された場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４の処理で、補正値算出部１ａで求められた電圧指令値積分項補正値Ｖｉ２＊を、Ｖｉ＊として出力する。
【００３２】
他方、回転数変化率が規定値未満であると判定された場合には（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ５の処理で、積分演算ブロック１ｃで求められた通常の積分値Ｖｉ１＊を、Ｖｉ＊として出力する。
【００３３】
そして、比例演算ブロック１ｄで求められた比例項Ｖｐ＊と、回転数変化率監視部１ｂより出力される積分項Ｖｉ＊に基づいて、ｄ軸電圧Ｖｄ＊が求められ、図１に示す電圧２相／３相変換部２に出力される。
【００３４】
また、詳しい説明を省略するが、Ｖｑ＊についても同様に、回転数ωの変化率が所定値以上であるか、或いは所定値未満であるかに基づいて、積分演算ブロックで求められる積分項、或いはマップまたは演算により求められた積分項のうちのいずれかを選択することにより、適切な値を選択することができる。
【００３５】
このようにして、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置では、回転数ωの変化率を監視し、変化率が所定値未満の場合には、電流指令値Ｉｄ＊と実電流値Ｉｄとの差分を積分して得られる値、即ち、積分演算ブロック１ｃで演算される積分値Ｖｉ１＊を電圧指令値Ｖｉ＊として使用し、回転数ωの変化率が所定値以上の場合には、電動機の誘起電圧値に基づく値、即ち、補正値算出部１ａより出力される積分値を電圧指令値Ｖｉ＊として使用するので、回転数ωが急変した場合に、電力変換器に大電流が流れることを防止することができ、制御の追従性を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】電流ＰＩ制御部におけるｄ軸電圧指令値算出部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明が適用されない従来におけるｄ軸電圧指令値算出部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る車両用電動機の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  電流ＰＩ制御部（電圧指令値演算手段）
１ａ  補正値算出部
１ｂ  回転数変化率監視部
１ｃ  積分演算ブロック
１ｄ  比例演算ブロック
２  電圧２相／３相変換部
３  デューティ指令部
４  インバータ
５  モータ回転数回転角演算部
６  電流３相／２相変換部
７  トルク指令値算出部
８  電流指令値算出部
９  アクセル開度検出部
１１  エンコーダ
１２  電流計
Ｍ１  モータ（車両用電動機）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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