JP2025123780A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの駆動制御に関連する関連処理をより適切に行なう。
【解決手段】走行用のモータを備える車両に搭載され、モータの駆動制御に関連する所定パラメータを定期的に推定する制御装置において、最新に推定した所定パラメータを過去の基準時点で推定した所定パラメータと比較して所定パラメータの変化量を演算し、演算した変化量を用いてモータの駆動制御に関連する関連処理を実行する。変換量を用いて関連処理を実行することにより、各時点での所定パラメータに含まれる誤差の影響を除去して関連処理を実行することができるから、関連処理をより適切に行なうことができる。
【選択図】図２

Description

本開示は、制御装置に関する。

従来、モータの永久磁石の温度を磁束テーブルに適用して温度に対応する磁束を求め、求めた磁束およびトルク指令に基づくトルク電流指令（ｑ軸電流指令）および磁化電流指令（ｄ軸電流指令）に基づいてモータを駆動制御する制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９－５１７００号公報

こうした制御装置では、モータの駆動制御に関連する所定パラメータを用いて、モータの駆動制御に関連する関連処理を実行すると、所定パラメータに含まれる誤差の影響により、関連処理を適切に行なえない可能性がある。

本開示の制御装置は、モータの駆動制御に関連する関連処理をより適切に行なうことを主目的とする。

本開示の制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示の制御装置は、
走行用のモータを備える車両に搭載され、前記モータの駆動制御に関連する所定パラメータを定期的に推定する制御装置であって、
最新に推定した前記所定パラメータを過去の基準時点で推定した前記所定パラメータと比較して前記所定パラメータの変化量を演算し、前記変化量を用いて前記モータの駆動制御に関連する関連処理を実行する、
ことを要旨とする。

本開示の制御装置では、モータの駆動制御に関連する所定パラメータを定期的に推定する。この場合に、最新に所定パラメータを過去の基準時点で推定した所定パラメータと比較して所定パラメータの変化量を演算し、演算した変化量を用いてモータを駆動制御に関連する関連処理を実行する。所定パラメータの変換量を用いて関連処理を実行することにより、所定パラメータ自体を用いて関連処理を実行するものに比して、各時点での所定パラメータに含まれる誤差の影響を除去して関連処理を実行することができるから、関連処理をより適切に行なうことができる。

本開示の制御装置において、前記所定パラメータは、前記モータの各相の相電流を検出する電流センサの温度特性に関連する相電流関連パラメータを含み、前記関連処理は、前記モータの駆動制御における電流フィードバック制御で用いるゲインを前記相電流関連パラメータの前記変化量の絶対値が閾値以上のときに前記相電流関連パラメータの前記変化量の絶対値が前記閾値未満のときよりも小さくする処理を含んでもよい。こうすれば、相電流関連パラメータの変化量の絶対値が閾値以上のときに、モータの駆動制御の安定性が低下するのを抑制することができる。

本開示の制御装置において、前記基準時点は、前記車両の販売前の予め定められた時点、各トリップの開始から所定時間が経過した時点、各トリップ前記モータの温度、前記制御装置の温度、外気温の少なくとも１つまたは全てが所定範囲内である温度条件が成立した時点、の何れかであってもよい。

本開示の実施形態の制御装置を備える電気自動車２０の概略構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 相電流関連パラメータαｉの様子の一例を示す説明図である。

本開示を実施するための形態（実施形態）について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の実施形態の制御装置を備える電気自動車２０の概略構成図である。図示するように、実施形態の電気自動車２０は、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、制御装置としての電子制御ユニット５０とを備える。

モータ３２は、三相交流電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを備える。モータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられると共に電力ライン３８を介してバッテリ３６に接続されている。インバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１～Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６にそれぞれ並列に接続された６つのダイオードＤ１１～Ｄ１６とを備える。トランジスタＴ１１～Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極ラインおよび負極ラインに対してソース側およびシンク側とになるように２個ずつペアで配置されている。トランジスタＴ１１～Ｔ１６の対となるトランジスタの接続点の各々は、モータ３２の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）コイルの各々に接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１～Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、モータ３２の三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２（回転子）が回転駆動される。

バッテリ３６は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、電力ライン３８を介してインバータ３４に接続されている。電力ライン３８の正極ラインと負極ラインとには、平滑用のコンデンサ３９が取り付けられている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、フラッシュメモリ５４、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。電子制御ユニット５０は、各種センサからの信号を入力ポートを介して入力している。例えば、電子制御ユニット５０は、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ３２ａからの回転位置θｍ、モータ３２の各相の相電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖ，３２ｗからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、モータ３２の温度を検出する温度センサ３２ｔからの温度ｔｍを入力している。電子制御ユニット５０は、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ｖからの電圧Ｖｂ、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｉからの電流Ｉｂ、バッテリ３６に取り付けられた温度センサ３６ｔからの温度ｔｂ、コンデンサ３９の端子間に取り付けられた電圧センサ３９ａからのコンデンサ３９（電力ライン３８）の電圧ＶＨも入力している。電子制御ユニット５０は、パワースイッチ６０からのオンオフ信号、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトセンサ６２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル６３の踏込量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル６５の踏込量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６７からの車速Ｖも入力している。

電子制御ユニット５０は、各種制御信号を出力ポートを介して出力している。例えば、電子制御ユニット５０は、インバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６への制御信号、インストルメントパネルなどに取り付けられた表示部６８への制御信号、スピーカ６９への制御信号を出力している。電子制御ユニット５０は、回転位置センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。電子制御ユニット５０は、電流センサ３６ｉからのバッテリ３６の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。

こうして構成された実施形態の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０（ＣＰＵ５１）は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊が駆動軸２６に出力されるようにモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

電子制御ユニット５０は、基本的に、インバータ３４をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御により制御する。ＰＷＭ制御では、最初に、モータ３２の電気角θｅを用いて各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを座標変換（３相－２相変換）してｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを演算する。続いて、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。そして、ｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑと電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との差分が打ち消されるように式（１）および式（２）に示すような電流フィードバック制御によりｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算する。式（１）および式（２）中、「Ｋｐ１」、「Ｋｐ２」は比例項のゲインであり、「Ｋｉ１」、「Ｋｉ２」は積分項のゲインである。加えて、演算したｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊をモータ３２の電気角θｅを用いて座標変換（２相－３相変換）して各相の相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗを演算する。こうして得られた各相の相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗと搬送波（三角波）との比較によりトランジスタＴ１１～Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を用いてトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

Vd*＝Kp1・(Id*－Id)＋Ki1・∫(Id*－Id)dt (1)
Vq*＝Kp2・(Iq*－Iq)＋Ki2・∫(Iq*－Iq)dt (2)

次に、実施形態の電気自動車２０が備える電子制御ユニット５０の処理について説明する。図２は、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５１により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、定期的に実行される。

図２の処理ルーチンが実行されると、ＣＰＵ５１は、最初に、モータ３２の駆動制御に関連する各種パラメータのうち、電流センサ３２ｕ，３２ｖ，３２ｗの温度特性に関連する相電流関連パラメータαｉを推定する（ステップＳ１００）。ここで、相電流関連パラメータαｉは、例えば、モータ３２の温度ｔｍが高いほど大きくなる傾向のパラメータである。相電流関連パラメータαｉの推定方法としては、例えば、モータ３２の温度ｔｍなどを用いた、最小二乗法などの回帰分析、逐次最小二乗法やカルマンフィルタなどの逐次推定などを挙げることができる。各種推定手法は周知であるため、詳細な説明を省略する。こうして推定される相電流関連パラメータαｉには、電流センサ３２ｕ，３２ｖ，３２ｗの製造バラツキに基づく誤差ｅが含まれる。

続いて、ＣＰＵ５１は、今回の本ルーチンの実行が基準時点での実行であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、基準時点としては、車両の販売前の予め定められた時点、例えば、車両の生産後の初回のトリップの終了時点や、車両の検査走行の終了時点、車両が販売店に到着した時点などが用いられる。

ＣＰＵ５１は、ステップＳ１１０で今回の本ルーチンの実行が基準時点での実行であると判定したときには、最新（今回）に推定した相電流関連パラメータαｉを記憶値αｉｍとしてフラッシュメモリ５４に記憶させて（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。

ＣＰＵ５１は、ステップＳ１１０で今回の本ルーチンの実行が基準時点での実行でないと判定したときには、今回の本ルーチンの実行が基準時点よりも後の実行であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。そして、今回の本ルーチンの実行が基準時点よりも前の実行であると判定したときには、本ルーチンを終了する。

ＣＰＵ５１は、ステップＳ１３０で今回の本ルーチンの実行が基準時点よりも後の実行であると判定したときには、最新（今回）に推定した相電流関連パラメータαｉとフラッシュメモリ５４の記憶値αｉｍとを比較して、最新に推定した相電流関連パラメータαｉの記憶値αｉｍに対する変化量Δαｉ（＝αｉ－αｉｍ）を演算し（ステップＳ１４０）、演算した変化量Δαｉを用いてモータ３２の駆動制御に関連する関連処理を実行して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。ここで、関連処理としては、変化量Δαｉの絶対値が閾値Δαｉｒｅｆ以上のときに、変化量Δαｉの絶対値が閾値Δαｉｒｅｆ未満のときに比して、上述の電流フィードバック制御における比例項のゲインＫｐ１，Ｋｐ２および積分項のゲインＫｉ１，Ｋｉ２を小さくする処理を挙げることができる。これにより、変化量Δαｉの絶対値が大きいときに、モータ３２の駆動制御の安定性が低下するのを抑制することができる。また、関連処理として、変化量Δαｉを用いて相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対する補正を行なってもよい。さらに、関連処理として、変化量Δαｉの絶対値が閾値Δαｉｒｅｆ以上のときに、この履歴をフラッシュメモリ５４に記憶させる処理や、表示部６８やスピーカ６９を用いて警告を行なったり車両点検を促したりする処理を実行してももよい。

図３は、相電流関連パラメータαｉの様子の一例を示す説明図である。図中、「αｉｔ」は、相電流関連パラメータの真値（実際の値）である。図示するように、各時点において、相電流関連パラメータαｉは、その真値αｉｔに対して電流センサ３２ｕ，３２ｖ，３２ｗの製造バラツキに基づく誤差ｅだけズレている。即ち、記憶値αｉｍ（基準時点で推定した相電流関連パラメータαｉ）および最新に推定した相電流関連パラメータαｉの何れにも、誤差ｅが含まれている。このため、実施形態のような変化量Δαｉでなく、定期的に推定した相電流関連パラメータαｉを用いて上述の関連処理を実行すると、誤差ｅの影響により、関連処理を適切に行なえない可能性がある。これに対して、変化量Δαｉは、誤差ｅの影響を除去した値となる。実施形態では、この変化量Δαｉを用いて関連処理を実行することにより、関連処理をより適切に実行することができる。例えば、関連処理として、変化量Δαｉの絶対値が閾値Δαｉｒｅｆ以上のときに変化量Δαｉの絶対値が閾値Δαｉｒｅｆ未満のときに比して電流フィードバック制御における比例項のゲインＫｐ１，Ｋｐ２および積分項のゲインＫｉ１，Ｋｉ２を小さくする処理を実行する場合、変化量Δαｉの絶対値が閾値Δαｉｒｅｆ以上のときに、モータ３２の制御の安定性が低下するのを抑制することができる。

以上説明した実施形態の電気自動車２０が備える電子制御ユニット５０では、基準時点で推定した相電流関連パラメータαｉを記憶値αｉｍとしてフラッシュメモリ５４に記憶させる。その後に、定期的に相電流関連パラメータαｉを推定し、推定した相電流関連パラメータαｉと記憶値αｉｍとを比較して、相電流関連パラメータαｉの記憶値αｉｍに対する変化量Δαｉ（＝αｉ－αｉｍ）を演算し、演算した変化量Δαｉを用いて関連処理を実行する。これにより、相電流関連パラメータαｉ自体を用いて関連処理を実行するものに比して、各時点での相電流関連パラメータαｉに含まれる誤差ｅの影響を除去して関連処理をより適切に実行することができる。

上述した実施形態では、電流センサ３２ｕ，３２ｖ，３２ｗの温度特性に関連する相電流関連パラメータαｉを定期的に推定し、最新に推定した相電流関連パラメータαｉと記憶値αｉｍ（基準時点で推定した相電流関連パラメータαｉ）との比較により得られる変化量Δαｉ（＝αｉ－αｉｍ）を用いて関連処理を実行するものとしたが、これに限定されない。例えば、電流センサ３２ｕ，３２ｖ，３２ｗの温度特性に関連する相電流関連パラメータαｉに代えて、モータ３２の永久磁石の磁束の温度特性に関連する磁石磁束関連パラメータαφｍや、モータ３２の電気子抵抗の温度特性に関連する抵抗関連パラメータαｒなどを用いてもよい。これらの場合も、磁石磁束関連パラメータαφｍや抵抗関連パラメータαｒを直接に用いて関連処理を実行するのではなく、最新に推定した磁石磁束関連パラメータαφｍと記憶値αφｍｍ（基準時点で推定した磁石磁束関連パラメータαφｍ）との比較により得られる変化量Δαφｍ（＝αφｍ－αφｍｍ）や、最新に推定した抵抗関連パラメータαｒと記憶値αｒｍ（基準時点で推定した抵抗関連パラメータαｒ）との比較により得られる変化量Δαｒ（＝αｒ－αｒｍ）を用いて関連処理を実行することにより、上述した実施形態と同様に、関連処理をより適切に行なうことができる。

上述した実施形態では、基準時点として、車両の販売前の予め定められた時点を用いるものとしたが、これに限定されない。例えば、基準時点として、各トリップの開始から所定時間が経過した時点としてもよいし、各トリップでモータ３２の温度ｔｍ、電子制御ユニット５０の温度、外気温の少なくとも１つまたは全てが所定範囲内である温度条件が成立した時点としてもよい。これらの場合、各トリップの間に亘って記憶値αｉｍを保持できればよいから、各トリップの終了時などに記憶値αｉｍをリセットしてもよいし、記憶値αｉｍをフラッシュメモリ５４でなくＲＡＭ５３に記憶させてもよい。

上述した実施形態では、蓄電装置としてバッテリ３６を用いるものとしたが、これに限定されない。例えば、蓄電装置として、キャパシタを用いてもよい。

上述した実施形態では、制御装置としての電子制御ユニット５０は、走行用のモータ３２やこれを駆動するインバータ３４を備える電気自動車２０に搭載されるものとしたが、これに限定されない。例えば、制御装置は、電気自動車２０と同様のハード構成に加えてエンジンを更に備えるハイブリッド車に搭載されてもよいし、電気自動車２０と同様のハード構成に加えて燃料電池を更に備える燃料電池車に搭載されてもよい。

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本開示を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本開示は、制御装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２ モータ、３２ａ 回転位置センサ、３２ｔ 温度センサ、３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ，３６ｉ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ｔ 温度センサ、３６ｖ，３９ａ 電圧センサ、３８ 電力ライン、３９ コンデンサ、５０ 電子制御ユニット、５１ ＣＰＵ、５２ ＲＯＭ、５３ ＲＡＭ、５４ フラッシュメモリ、６０ パワースイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６７ 車速センサ、Ｄ１１～Ｄ１６ ダイオード、Ｔ１１～Ｔ１６ トランジスタ。

Claims (3)

1. 走行用のモータを備える車両に搭載され、前記モータの駆動制御に関連する所定パラメータを定期的に推定する制御装置であって、
   最新に推定した前記所定パラメータを過去の基準時点で推定した前記所定パラメータと比較して前記所定パラメータの変化量を演算し、前記変化量を用いて前記モータの駆動制御に関連する関連処理を実行する、
   制御装置。
2. 請求項１記載の制御装置であって、
   前記所定パラメータは、前記モータの各相の相電流を検出する電流センサの温度特性に関連する相電流関連パラメータを含み、
   前記関連処理は、前記モータの駆動制御における電流フィードバック制御で用いるゲインを前記相電流関連パラメータの前記変化量の絶対値が閾値以上のときに前記相電流関連パラメータの前記変化量の絶対値が前記閾値未満のときよりも小さくする処理を含む、
   制御装置。
3. 請求項１または２記載の制御装置であって、
   前記基準時点は、前記車両の販売前の予め定められた時点、各トリップの開始から所定時間が経過した時点、各トリップ前記モータの温度、前記制御装置の温度、外気温の少なくとも１つまたは全てが所定範囲内である温度条件が成立した時点、の何れかである、
   制御装置。