(57)【要約】【課題】トルクリップルを低減できる電動車の駆動力制御装置を提供する。【解決手段】電動車を駆動するモータ１５のトルク指令値を算出するトルク指令値算出手段１１と、算出されたトルク指令値に対する補正量を算出する補正量算出手段３４と、トルク指令値に補正量を加算して補正し、最終的なトルク指令値を算出する加算手段１２と、最終的なトルク指令値からモータのトルク定数を用いて電流指令値を算出する電流指令値算出手段１３と、モータの電流値を検出する電流検出手段１６と、モータの回転速度を検出する回転速度検出手段１７からの回転速度に基づき回転角度を算出する回転角度算出手段３３を備え、補正量算出手段は、回転角度θの関数である式を用いて補正量Ｔｈ＝Ａｓｉｎ（ｍθ＋Φ）を算出し、振幅Ａ及び次数ｍは、予め実験で求められ、位相Φは、ピークフィルタ１９を用いて算出された補正量から算出される。【選択図】図１
2016039665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセルペダルの操作に応じて、電動車を駆動するモータのトルク指令値を算出するトルク指令値算出手段と、
前記トルク指令値算出手段で算出されたトルク指令値に対する補正量を算出する補正量算出手段と、
前記トルク指令値算出手段で算出されたトルク指令値に、前記補正量算出手段で算出された補正量を加算して補正し、最終的なトルク指令値を算出する加算手段と、
前記加算手段で算出された最終的なトルク指令値から、前記モータのトルク定数を用いて、電流指令値を算出する電流指令値算出手段と、
前記モータの電流値を検出する電流検出手段と、
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段からの回転速度に基づき回転角度を算出する回転角度算出手段とを備え、
前記補正量算出手段は、前記回転角度算出手段で算出される回転角度θの関数である下式を用いて補正量Ｔｈを算出し、
Ｔｈ＝Ａｓｉｎ（ｍθ＋Φ）
ここで、振幅Ａ及び次数ｍは、予め実験で求められ、位相Φは、走行中に、前記加算手段により補正される前のトルク指令値から求めた電流指令値と前記電流検出手段で検出された電流値との差を入力するピークフィルタを用いて算出された補正量から算出されることを特徴とする電動車の駆動力制御装置。
【請求項２】
前記補正量算出手段は、最初の走行で、前記モータのトルク及び前記回転速度の変動が所定値以下となったときに前記ピークフィルタを用いて補正量を算出することを特徴とする請求項１記載の電動車の駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車におけるトルクリップルを抑制してその駆動力を制御する電動車の駆動力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トルクリップルの存在する同期型ＡＣモータを速度制御する際のトルクリップルを抑制する技術として、トルクリップル補正法及び装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、実験で求めた振幅（ゲイン）、次数及び位相の値を使って、トルクリップルを低減させて、回転の高次振動を抑制している。
【０００３】
このトルクリップル補正法及び装置では、トルクリップルがモータの電気角周波数の整数倍であることに着目して、モータの電気角に合わせて任意の周波数（モータ電気角周波数の整数倍）、任意の振幅、任意の位相の正弦波を作り出し、それをトルクリップルの補正量としてトルク指令値に加算して、トルクリップルを抑え、その結果として、速度変動を抑えている。
【０００４】
また、上記技術と関連する技術として、モータを駆動するインバータを停止し、モータを外力で回転させ、コイルに発生する誘起電圧がゼロクロスする点を検出して、角度センサの取付け位置を補正するモータ制御装置が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８８１５９号公報
【特許文献２】特開２００２−３２５４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、振幅、次数及び位相を何らかの方法で求める必要があるが、位相は、モータと角度センサの取り付けの製品毎のバラツキ（位置ずれ）によって、適切な値が個体ごとに異なる。このため、個体ごとに求める必要がある。
【０００７】
トルクリップルの次数（モータの電気角度が３６０°回転するのに要する時間を、トルクリップルによって生じる周期的トルク変動の周期で除算した値）は、例えば２４次程度も発生する場合がある。その場合、例えば極対数が３の同期モータの場合、３６０°÷３＝１２０°、１２０°÷２４＝５°であるので、モータの機械角度が５°変化する期間に、トルクリップルの１周期が収まる。よって、仮に、１°の位置ずれが生じると、この場合に算出されるトルクリップルの補正量の位相は、適切にトルクリップルを抑制できる補正量に対し、位相が、７２°（＝３６０°÷（１°／５°））ずれることになり、トルクリップル低減の性能を大きく低下させることになる。
【０００８】
なお、モータと角度センサの取り付けの製品毎のバラツキによって生じる角度検出誤差を個別に実験して調整する方法としては、特許文献２の中で従来技術として示されている方法、即ち、モータを外部から駆動した際に生じる誘起電圧を利用した方法が知られている。
【０００９】
また、特許文献２の技術は、角度センサの取付け位置を補正する作業を、通常は、モータに角度センサを取り付けた後、車両に組み付ける前に、工場で実施するのに対し、この作業を、ハイブリッド車において、エンジンがモータを駆動している走行中に行う。この技術を用いれば、角度センサの取付け位置は個別に補正されるので、特許文献１の問題が解決される。しかし、電気自動車においてはエンジンが存在しないので、この方法を採ることができない。
【００１０】
本発明の課題は、電気自動車のような電動車においても、角度センサの取り付け位置を補正する作業を特許文献２と同様に、走行中に自動で行い、トルクリップルを低減できる電動車の駆動力制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、アクセルペダルの操作に応じて、電動車を駆動するモータのトルク指令値を算出するトルク指令値算出手段と、トルク指令値算出手段で算出されたトルク指令値に対する補正量を算出する補正量算出手段と、トルク指令値算出手段で算出されたトルク指令値に、補正量算出手段で算出された補正量を加算して補正し、最終的なトルク指令値を算出する加算手段と、加算手段で算出された最終的なトルク指令値から、モータのトルク定数を用いて、電流指令値を算出する電流指令値算出手段と、モータの電流値を検出する電流検出手段と、モータの回転速度を検出する回転速度検出手段からの回転速度に基づき回転角度を算出する回転角度算出手段とを備える。補正量算出手段は、回転角度算出手段で算出される回転角度θの関数である下式を用いて補正量Ｔｈ（Ｔｈ＝Ａｓｉｎ（ｍθ＋Φ））を算出し、振幅Ａ及び次数ｍは、予め実験で求められ、位相Φは、走行中に、加算手段により補正される前のトルク指令値から求めた電流指令値と電流検出手段で検出された電流値との差を入力するピークフィルタを用いて算出された補正量から算出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、角度センサの誤差を、外部からモータを駆動した際に生じる誘起電圧を使って、個別に校正するといったことを行わなくても、ピークフィルタを用いて算出された位相補正量を用いることにより、同等のトルクリップル低減が可能になる。また、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）だけでなくＥＶ（電気自動車）の場合にも従来の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置がタイプ１の制御形態にある場合の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置のピークフィルタの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置がタイプ１の制御形態にある場合の動作を説明する図（その１）である。
【図５】本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置がタイプ１の制御形態にある場合の動作を説明する図（その２）である。
【図６】本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置がタイプ２の制御形態にある場合の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置がタイプ０の制御形態にある場合の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
なお、モータの極対数は１であることを想定し、機械角度と電気角度は一致する場合を想定した。
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置の構成を示すブロック図である。電動車の駆動力制御装置は、トルク指令値算出手段１１、加算手段１２、第１の電流指令値算出手段１３、印加電圧算出手段１４、モータ１５、電流検出手段１６、回転速度検出手段１７、減算手段１８、ピークフィルタ１９、第２の電流指令値算出手段２０、判定手段３１、切替手段３２、回転角度算出手段３３及び補正量算出手段３４を備える。
【００１６】
また、印加電圧算出手段１４は、減算手段２１及びＰＩコントローラ２２から構成されている。なお、実施形態では、モータ１５、電流検出手段１６及び回転速度検出手段１７を除く各構成要素は、プログラムにより実現されている。
【００１７】
トルク指令値算出手段１１は、電動車のアクセルペダルの操作に応じて変動するアクセル開度に従って、モータ１５で発生すべきトルク値を示すトルク指令値を算出する。トルク指令値算出手段１１で算出されたトルク指令値は、加算手段１２、第２の電流指令値算出手段２０及び判定手段３１に送られる。
【００１８】
加算手段１２は、トルク指令値算出手段１１から送られてきたトルク指令値と、ピークフィルタ１９又は補正量算出手段３４から切替手段３２を介して送られてきたトルク指令値の補正量又は切替手段３２を介して送られてきたゼロ値とを加算する。加算手段１２による加算結果は、補正後のトルク指令値として、第１の電流指令値算出手段１３に送られる。
【００１９】
第１の電流指令値算出手段１３は、加算手段１２から送られてくる補正後のトルク指令値から、モータ１５のトルク定数を用いて、補正後の電流指令値を算出する。第１の電流指令値算出手段１３で算出された電流指令値は、印加電圧算出手段１４に送られる。
【００２０】
印加電圧算出手段１４は、第１の電流指令値算出手段１３からの電流指令値と、電流検出手段１６で検出された電流値とに基づきモータ１５に印加すべき電圧値を算出する。
【００２１】
減算手段２１は、第１の電流指令値算出手段１３で算出された電流指令値から、電流検出手段１６で検出された電流値を減算し、ＰＩコントローラ２２に送る。ＰＩコントローラ２２は、減算手段２１から送られてきた電流値に対してＰＩ制御を行い、モータ１５に印加すべき電圧値を生成する。ＰＩコントローラ２２で生成された電圧値は、印加電圧算出手段１４の出力として、モータ１５に印加される。
【００２２】
モータ１５は、印加電圧算出手段１４から送られてくる電圧値に応じた回転速度で回転する。モータ１５の回転により、電動車が駆動される。
【００２３】
電流検出手段１６は、モータ１５に流れる電流値を検出する。電流検出手段１６で検出された電流値は、減算手段１８及び印加電圧算出手段１４の内部の減算手段２１に送られる。
【００２４】
回転速度検出手段１７は、例えばエンコーダで構成され、モータ１５の回転速度を検出する。回転速度検出手段１７で検出された回転速度ωは、ピークフィルタ１９、判定手段３１及び回転角度算出手段３３に送られる。
【００２５】
減算手段１８は、電流検出手段１６で検出された電流値から、第２の電流指令値算出手段２０で算出された電流指令値を減算する。減算手段１８における減算によって得られた電流値は、ピークフィルタ１９に送られる。
【００２６】
ピークフィルタ１９は、一般に、入力をゼロにするような補正量を算出する処理を行う。即ち、ピークフィルタ１９は、モータ１５に対する電流指令値と、実際のモータ１５の電流値との差がなくなるようにトルク指令値の補正量を算出する。ピークフィルタ１９の２つ目の入力である回転速度検出手段１７からの回転速度ωは、以降（４）式において説明するピークフィルタの伝達関数の係数として用いられる。ピークフィルタ１９で算出された補正量は、切替手段３２を介して加算手段１２に送られる。
【００２７】
第２の電流指令値算出手段２０は、トルク指令値算出手段１１からの補正前のトルク指令値から、モータ１５のトルク定数を用いて、補正前の電流指令値を算出する。第２の電流指令値算出手段２０で算出された電流指令値は、減算手段１８に送られる。
【００２８】
判定手段３１は、トルク指令値算出手段１１からのトルク指令値及び回転速度検出手段１７からの回転速度ωが一定であるかどうかを判定する。判定手段３１は、具体的には、モータのトルク指令値及び回転速度の変動が所定値以下になったか否かを判定する。判定手段３１による判定結果は、切替手段３２に送られる。
【００２９】
切替手段３２は、判定手段３１からの判定結果に基づき、入力端子Ｔ０、Ｔ１又はＴ２のいずれかを選択し、共通端子Ｃを介して加算手段１２に接続する。切替手段３２の入力端子Ｔ０は接地されており、常にゼロが入力される。入力端子Ｔ０が選択された状態の制御形態を「タイプ０」と呼ぶ。タイプ０の制御形態で動作する場合の構成要素のみを抽出して示したブロック図を、図７に示す。
【００３０】
切替手段３２の入力端子Ｔ１は、ピークフィルタ１９の出力端子に接続されている。入力端子Ｔ１が選択された状態、即ち、ピークフィルタ１９を使用する制御形態を「タイプ１」と呼ぶ。タイプ１として動作する場合の構成要素のみを抽出して示したブロック図を、図２に示す。
【００３１】
切替手段３２の入力端子Ｔ２は、補正量算出手段３４の出力端子に接続されている。入力端子Ｔ２が選択された状態、つまりピークフィルタ１９を用いずに、指定された振幅、位相及び次数に従って補正量を算出する制御形態を「タイプ２」と呼ぶ。タイプ２として動作する場合の構成要素のみを抽出して示したブロック図を図６に示す。
【００３２】
回転角度算出手段３３は、回転速度検出手段１７からの回転速度ωに基づき回転角度を算出する。回転角度算出手段３３で算出された回転角度は、補正量算出手段３４に送られる。
【００３３】
補正量算出手段３４は、回転角度算出手段３３で算出された回転角度に基づきトルク指令値の補正量を算出する。補正量算出手段３４で算出されたトルク指令値の補正量は、切替手段３２の入力端子Ｔ２を介して加算手段１２に送られる。
【００３４】
図２は、タイプ１の制御形態で動作する場合の電動車の駆動力制御装置の構成を示すブロック図であり、図１に示した構成要素のうちの判定手段３１、切替手段３２、回転角度算出手段３３及び補正量算出手段３４が除去されて構成されている。
【００３５】
タイプ１では、ピークフィルタ１９を用いて、トルクリップルを抑えるために必要な補正量を個別に求める補正の学習が行われる。
【００３６】
ピークフィルタ１９は、上述したように、第２の電流指令値算出手段２０により求められたモータ１５に対する電流指令値と、電流検出手段１６からの実際のモータ１５の電流値との差をなくすようなトルク指令値の補正量を算出する。
【００３７】
ここで、上述した差がなくなるということは、
補正前のトルク指令値÷トルク定数＝実際の電流…（１）
が成立することである。実際の電流と実際のトルクの関係は、
実際の電流×トルク定数＝実際のトルク…（２）
であるから、これを（１）式の実際の電流に代入すると、
補正前のトルク指令値＝実際のトルク…（３）
が成立する。よって、実現させたい値である補正前のトルク指令値に実際のトルクを一致させることができる。
【００３８】
図３は、ピークフィルタ１９の構成を示すブロック図である。詳細な説明は省略するが、ピークフィルタ１９の伝達関数Ｆ（ｓ）は、下記（４）式で表される。
【００３９】
2016039665.tif 000003
ここで、ｍはトルクリップルの次数、ｋはピークフィルタ１９による補正の安定性と収束の速さを調整するパラメータである。Sはラプラス演算子、ωは回転速度である。
【００４０】
図４は、図２に示したタイプ１のブロック図を記号で表したものである。図４では、第１の電流指令値算出手段１３及び第２の電流指令値算出手段２０を「１／Ｋｔ」、ピークフィルタ１９を「Ｆ」、ＰＩコントローラ２２を「Ｃ」、モータ１５を「Ｐ」でそれぞれ表している。
【００４１】
ここで、モータ１５のトルクリップルとは、モータ１５のトルクが周期的に変動することであり、トルクと電流は比例関係にあることから、モータ１５の電流もトルクと同様に変動する。そこで、図４に破線丸印で示すように、モータ１５の電流に変動分を周期的な外乱ｄとして加えたものを、電流検出手段１６によって検出される電流ｙとして表すことができる。
【００４２】
図５は、周期的な外乱ｄと電流ｙとの関係を説明するための図である。この図５に示す関係は、下記（５）式で表すことができる。
【００４３】
2016039665.tif 000004
この（５）式を整理すると、
2016039665.tif 000005
ここで、Ｐ（ｓ）、Ｃ（ｓ）及びＦ（ｓ）を以下のように表す。
2016039665.tif 000006
これらを（６）式に代入すると、
2016039665.tif 000007
さらに変形し、
2016039665.tif 000008
ここで、外乱の時間関数ｄ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（ｍωｔ）とする（ｍは次数、ωはモータ回転速度、ｔは時間）。この場合、ｄ（ｔ）をラプラス変換したｄ（ｓ）は次式のようになる。
【００４４】
2016039665.tif 000009
これを（８）式に代入すると、
2016039665.tif 000010
ここで、ピークフィルタＦ（ｓ）の伝達関数は、（４）式で表されることから
2016039665.tif 000011
である。よって、外乱ｄ（ｓ）の不安定極±ｊｍωは、（１０）式より、ピークフィルタの極で相殺され、漸近的に外乱の影響を除去できることがわかる。
【００４５】
次に、このように構成される本発明の実施形態に係る電動車の駆動力制御装置の動作を説明する。
【００４６】
電動車が新品時、即ち、バッテリ脱着後の「最初の走行」では、タイプ０の制御形態で制御が行われ、トルクリップルの抑制は行われない。タイプ０の制御形態を示す図７のブロック図は、図１に示した構成要素の内の減算手段１８、ピークフィルタ１９、第２の電流指令値算出手段２０、判定手段３１、切替手段３２、回転角度算出手段３３及び補正量算出手段３４が除去されて構成されている。
【００４７】
タイプ０の制御形態で、モータ１５のトルク及び回転速度が略一定になる定常運転条件が発生するのを待つ。即ち、判定手段３１は、トルク指令値算出手段１１からのトルク指令値及び回転速度検出手段１７からの回転速度ωが共に略一定になったかどうかを判定する。定常運転条件が発生すると、図２に示すタイプ１の制御形態に切り替えられる。この切り替えは、電動車の走行中に行われる。タイプ１の構成では、ピークフィルタ１９を使って、電流指令値と実際のモータ１５の電流値との差がなくなるように補正しながら走行が行われる。
【００４８】
タイプ１に切り替えられた以降に、定常状態が所定時間（例えば、３秒程度）だけ継続したら、タイプ１の制御形態でピークフィルタ１９によるトルク補正によってトルクリップルを抑制できたものと判断し、回転角度θ＝０での補正量から、補正トルクの位相の算出が行われる。
【００４９】
ピークフィルタ１９は、定常的な運転（トルク指令値及びモータ１５の回転速度が殆ど変化しない場合）に対しては効果的であるが、過渡状態になると適切な補正トルクを算出するのに時間がかかり、トルクリップルを十分に抑制することができない。そこで、ピークフィルタ１９は、従来の技術で問題となる位相Φの調整に対し、ピークフィルタ１９で算出した補正量から逆算することに利用する。
【００５０】
具体的には、ピークフィルタ１９の出力である補正量Ｔｈ（θ）が、Ｔｈ（θ）＝Ａｓｉｎ（ｍθ＋Φ）となった場合、θが０ｒａｄではＴｈ（０）＝Ａｓｉｎ（Φ）となるので、Ｔｈ（０）の値からΦ＝ｓｉｎ-1（Ｔｈ（０）／Ａ）としてΦを算出することができる。このようにして算出された位相Φは、図示しないメモリに保存される。この位相Φを用いて、従来と同じ制御を実施できる。
【００５１】
これにより、工場などにおいて、位相Φを個別に調整する必要がなくなる。よって、特許文献２と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、厳密に調整を行った場合の特許文献１に開示された技術と同等のトルクリップル低減を行うことができる。
【００５３】
定常状態が継続し、位相の演算を行うことができた場合、タイプ１からタイプ２に切り替えられる。タイプ２に切り替えられると、図６に示す構成が使用される。図６に示すブロック図は、図１に示した構成要素の内の減算手段１８、ピークフィルタ１９、第２の電流指令値算出手段２０、判定手段３１及び切替手段３２が除去されて構成されている。タイプ２では、タイプ１で算出してメモリに格納されている位相Φの値が使用される。なお、定常状態が継続しなかった場合、タイプ１を止めて、再びタイプ０に戻し、定常状態になるのを待つ。
【００５４】
このように本実施形態によれば、角度センサの誤差を、外部からモータを駆動した際に生じる誘起電圧を使って、個別に校正するといったことを行わなくても、ピークフィルタ１９を用いて算出された位相により、個別に校正した場合と同様にトルクリップルを低減することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、振動の抑制が望まれるモータを搭載した種々の装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１１  トルク指令値算出手段
１２  加算手段
１３  第１の電流指令値算出手段
１４  印加電圧算出手段
１５  モータ
１６  電流検出手段
１７  回転速度検出手段
１８，２１  減算手段
１９  ピークフィルタ
２０  第２の電流指令値算出手段
２２  ＰＩコントローラ
３１  判定手段
３２  切替手段
３３  回転角度算出手段
３４  補正量算出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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