JP2007104778A - Vehicle electric motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車に搭載した交流電動機を制御する車載用電動機制御装置にするものである。 The present invention provides an in-vehicle motor control device that controls an AC motor mounted on an automobile.
従来の車載用電動機制御装置として、ベクトル制御法に従い交流電動機の制御を行う電動機制御装置において、交流電動機の回転子磁束ベクトルの方向の電流成分(以下、d軸電流成分と称する)とこれに直交する方向の電流成分(以下、q軸電流成分と称する)とからなる電流指令量を、交流電動機の出力トルク指令と回転速度とに基づいて予め作成した電流指令テーブルを参照して引き出し、この引き出した電流指令量と実際に交流電動機に流れる電流量とが一致するように電力変換器内のパワー素子をパルス幅変調(PWM;Pulse Width Modulation)制御してフィードバック制御を行うようにしたものがある。(特許文献1参照) In a motor control device that controls an AC motor according to a vector control method as a conventional on-vehicle motor control device, the current component in the direction of the rotor magnetic flux vector of the AC motor (hereinafter referred to as the d-axis current component) and the orthogonal to this The current command amount consisting of the current component in the direction (hereinafter referred to as the q-axis current component) is extracted with reference to the current command table prepared in advance based on the output torque command and the rotational speed of the AC motor. Some of the power elements in the power converter perform pulse width modulation (PWM) control so that the current command amount matches the amount of current actually flowing to the AC motor. . (See Patent Document 1)
この従来の装置における電流指令テーブルは、電動機制御装置及び交流電動機が所定の動作状況に有る場合のパラメータの代表値に基づいて、その定常特性を、予め実測により、あるいは特性算式への数値代入により算定して求め、この求めた定常特性から網目状に各動作点に対応する電流指令量を決定することで構成されている。ここで上記パラメータの具体例としては、交流電動機の巻線温度とそれに応じて変化する電機子抵抗値、回転子部分の磁石温度とそれに応じて変化する回転子磁束ベクトルの大きさ、電力変換器内パワー素子の抵抗値などがあり、そのパラメータの代表値として、電動機制御装置及び交流電動機が所定の動作状況にある場合の各動作点における定常状態での値を用いている。 The current command table in this conventional device is based on representative values of parameters when the motor control device and the AC motor are in a predetermined operating condition, and the steady-state characteristics are measured in advance or numerically substituted into a characteristic formula. The calculation is made by calculating and determining the current command amount corresponding to each operating point in a mesh form from the obtained steady state characteristics. Here, as specific examples of the above parameters, the winding temperature of the AC motor and the armature resistance value that changes accordingly, the magnet temperature of the rotor portion and the magnitude of the rotor magnetic flux vector that changes accordingly, the power converter There are resistance values of the internal power elements, etc., and the values at steady state at each operating point when the motor control device and the AC motor are in a predetermined operating state are used as representative values of the parameters.
上記電流指令テーブルの入力変数は、電動機の出力トルク指令と回転速度であるが、更に交流電動機の端子電圧の最大値を変えた複数の電流指令テーブルを構成しておき、電力変換器の直流入力電圧に対応して参照する電流指令テーブルを選択する機能も有している。 The input variables of the current command table are the output torque command and the rotational speed of the motor, but further, a plurality of current command tables in which the maximum value of the terminal voltage of the AC motor is changed and the DC input of the power converter is configured. It also has a function of selecting a current command table to be referenced corresponding to the voltage.
また同様な電流指令テーブルを用いる別の従来の車載用電動機制御装置として、電流指令テーブルを、d軸電流成分、q軸電流成分ではなく回転子磁束ベクトルの方向と電流指令ベクトルの方向がなす角、即ち電流位相角と、電流指令振幅とに分けて構成する形態のものもある。 As another conventional in-vehicle motor control device using the same current command table, the current command table is an angle formed by the direction of the rotor magnetic flux vector and the direction of the current command vector instead of the d-axis current component and the q-axis current component. In other words, there is a configuration in which the current phase angle and the current command amplitude are separately configured.
さらに別な従来の車載用電動機制御装置の例として、その構成部品の故障を異常として検知し動作を停止するものがある。(特許文献2参照)
この従来の装置は、電動機制御装置を電気自動車に適用したものであって、制御ユニットに伝達している電動機電流(相電流)の検出信号が途絶える異常が発生した場合にモータへの通電を停止し、車両が慣性力によって走行する状態へと移行させるようにしたものである。
As another example of a conventional vehicle-mounted motor control device, there is one that detects a failure of the component as an abnormality and stops the operation. (See Patent Document 2)
This conventional device applies an electric motor control device to an electric vehicle, and stops the energization of the motor when an abnormality occurs in which the detection signal of the electric motor current (phase current) transmitted to the control unit is interrupted. However, the vehicle is shifted to a state where the vehicle is driven by inertial force.
従来の車載用電動機制御装置は、外部装置からの電動機動作量の指示にしたがって電動機及び電動機制御装置が動作を行うものであり、その動作点は外部装置によって決定される構成であった。このため、交流電動機及び電動機制御装置で発生する電力損失を極力低減して動作させたい場合に、上記電力損失を低減させるための動作点に関する情報を外部装置に保有する必要があった。また、他の方法で動作点を選択し設定する場合であっても、外部装置内に上記交流電動機及び電動機制御装置の特性に関する情報を保有する必要があり、外部装置と、交流電動機及び電動機制御装置との間の組み合わせによって、外部装置の仕様を切替えなければならないなど煩雑であり外部装置のコスト低減に対する妨げとなっていた。 In a conventional vehicle-mounted motor control device, the motor and the motor control device operate according to an instruction of the motor operation amount from the external device, and the operating point is determined by the external device. For this reason, when it is desired to operate with the power loss generated in the AC motor and the motor control device reduced as much as possible, it is necessary to store information regarding the operating point for reducing the power loss in the external device. In addition, even when the operating point is selected and set by another method, it is necessary to store information on the characteristics of the AC motor and the motor control device in the external device, and the external device, the AC motor, and the motor control Depending on the combination with the device, the specification of the external device must be switched, which is complicated and hinders cost reduction of the external device.
また、上記交流電動機及び電動機制御装置の動作点は、電動機制御装置及び交流電動機が所定の動作状況にある場合の各パラメータの代表値に基づいて予め設定された電流指令テーブルにより定められるため、実際の動作状況によっては適切でない、あるいは、他にもっと適切な動作点が存在し得ることがある。即ち、電流指令テーブルを作成する際の動作状況として、当該動作点における交流電動機及び電動機制御装置の発熱と冷却が平衡する場合の電動機巻線温度と対応する電機子抵抗値を用いた場合には、実際の運転時の巻線温度が低い際に電機子抵抗値も低い値となり、交流電動機の電機子巻線に発生する銅損成分や交流電動機の端子電圧がテーブルを構成する際に想定する数値よりも低い値となってしまう。 In addition, since the operating point of the AC motor and the motor control device is determined by a current command table set in advance based on representative values of each parameter when the motor control device and the AC motor are in a predetermined operating state, Depending on the operating conditions, there may be other operating points that are not appropriate or more appropriate. That is, when the current state of the current command table is used, when the armature resistance value corresponding to the motor winding temperature when the heat generation and cooling of the AC motor and the motor control device at the operating point are balanced is used. When the winding temperature during actual operation is low, the armature resistance value also becomes low, and the copper loss component generated in the armature winding of the AC motor and the terminal voltage of the AC motor are assumed when configuring the table. The value will be lower than the numerical value.
このことは、電機子抵抗値によっては適切な動作点が別に存在し得ることを示している。このため、実際の運転状況を反映して適切な動作点で運転したい場合には、種々のパラメータの変動にも対応すべく、さらにテーブル数を増やすか、各パラメータの代表値を用いて少数のテーブルを構成し、各パラメータの値に応じてテーブル参照値を補正して用いるといった対応が必要となる。 This indicates that another appropriate operating point may exist depending on the armature resistance value. For this reason, if you want to drive at an appropriate operating point reflecting the actual driving situation, increase the number of tables or use a representative value of each parameter to reduce the number of tables to cope with various parameter fluctuations. It is necessary to take measures such as configuring a table and correcting and using the table reference value according to the value of each parameter.
また、電流指令テーブル作成時の所期の動作点と実運転時の動作点とが異なり得る要因としては、上記動作状況の変動因子、即ちパラメータの他に、電動機制御装置の構成部品の劣化による特性変動が挙げられる。ここで、自動車のシステムとして有意な性能の低下をもたらし得る車載用電動機制御装置の構成部品の劣化について詳しく述べれば、その劣化としては次の(1)〜(4)に述べるものが挙げられる。 In addition, the factors that may cause the operating point at the time of creating the current command table to differ from the operating point at the time of actual operation are due to deterioration of the components of the motor control device in addition to the above-mentioned operating condition variation factors, that is, parameters. Characteristic variation can be mentioned. Here, if the deterioration of the components of the on-vehicle electric motor control device that can bring about a significant decrease in the performance of the automobile system is described in detail, the following (1) to (4) are mentioned as the deterioration.
(1)先ず、電力変換半導体であるパワー素子(パワーチップ)にあっては、パワー素子が動作することによる発熱や、停止することによる放熱により、パワー素子が膨張、収縮を繰り返すこととなる。この時、半導体そのものであるパワー素子とパワー素子を支える支持部材との熱膨張率の差により、パワー素子が割れてしまい、部分的に使用不能領域が生じて特性が劣化してしまう場合がある。さらに、パワー素子を接合する半田にひびが入ることによって放熱特性が悪化してパワー素子の電気特性が劣化してしまう場合もある。 (1) First, in a power element (power chip) that is a power conversion semiconductor, the power element repeatedly expands and contracts due to heat generated by the operation of the power element and heat dissipation due to the stop. At this time, due to the difference in coefficient of thermal expansion between the power element, which is a semiconductor itself, and the support member that supports the power element, the power element may be cracked, resulting in a partially unusable region and deterioration in characteristics. . Furthermore, cracks may occur in the solder that joins the power elements, which may deteriorate the heat dissipation characteristics and deteriorate the electrical characteristics of the power elements.
(2)電流検出器としては、電流経路に抵抗値が既知の抵抗を挿入し、該抵抗の両端の電位差を測定して電流量を測定するシャント抵抗方式や、電流経路に電流が流れることによって発生する磁束を捉えてその磁束量に基づいて電流量を測定するホール素子方式などがあるが、シャント抵抗方式にあっては、自身に電流が流れて発熱することによる特性変動を避けるため、比較的小さな抵抗値の抵抗を設定し、相対的に微小な検出電圧を増幅して実用的な電流検出信号となすことから、信号の増幅過程のインタフェース回路での電子部品特性の変動が生じ易い。 (2) As a current detector, a resistor having a known resistance value is inserted into the current path, and the current difference is measured by measuring the potential difference between both ends of the resistance. There is a Hall element method that captures the generated magnetic flux and measures the amount of current based on the amount of magnetic flux, but in the shunt resistance method, comparison is made to avoid fluctuations in characteristics due to heat generated by current flowing through itself. Since a relatively small resistance value is set and a relatively small detection voltage is amplified to obtain a practical current detection signal, fluctuations in the characteristics of electronic components in the interface circuit during the signal amplification process are likely to occur.
一方、ホール素子方式にあっては、ホール素子を磁束が貫通する際のホール効果によって発生するホール電圧を、電流量を表す信号としている。しかし、このホール素子方式の場合、電流経路を流れる電流量に起因して変化する磁束量に応じてホール素子を貫通する磁束が変化することから、電流を測定することができるものの、電流量以外の要因によっても貫通磁束量は増減してしまう。この電流量以外の要因としては、ホール素子と電流経路の相対位置関係や、鉄芯等の集磁材にホール素子を介挿する場合の空隙(ギャップ)の長さなどがある。ホール素子と電流経路の相対位置関係は、機械的取り付け位置が振動などにより経年変化してしまう場合が想定され、また、集磁材の空隙長は、集磁材そのものあるいは集磁材の支持構造の膨張収縮により変動し得る。また、微小なホール電圧信号を増幅して安定した信号とするためのインタフェース回路での電子部品特性変動によっても、電流検出器としての特性変動が生じ得る。
これらの電流検出器の劣化は、電流量対出力電圧の比であるゲイン成分や電流がゼロにおいて発生する出力電圧であるオフセット成分の変動等をもたらす。
On the other hand, in the Hall element system, the Hall voltage generated by the Hall effect when magnetic flux passes through the Hall element is used as a signal representing the amount of current. However, in the case of this Hall element method, since the magnetic flux penetrating the Hall element changes according to the amount of magnetic flux that changes due to the amount of current flowing through the current path, the current can be measured. The amount of penetrating magnetic flux also increases or decreases due to the above factors. Factors other than the amount of current include the relative positional relationship between the Hall element and the current path, and the length of a gap (gap) when the Hall element is inserted in a magnetic collector such as an iron core. The relative positional relationship between the Hall element and the current path is assumed to occur when the mechanical mounting position changes over time due to vibration, etc. The gap length of the current collector is either the current collector itself or the support structure of the current collector It can fluctuate due to the expansion and contraction. In addition, characteristic variations as a current detector can also occur due to electronic component characteristic fluctuations in an interface circuit for amplifying a minute Hall voltage signal to obtain a stable signal.
The deterioration of these current detectors causes a fluctuation in a gain component that is a ratio of the amount of current to the output voltage, an offset component that is an output voltage generated when the current is zero, and the like.
(3)パワー素子の温度を検出するための温度検出器としては、パワー素子の近傍にサーミスタを装着するサーミスタ形式や、パワー素子内部、パワー素子周縁部などにPN接合のダイオードを形成するサーマルダイオード形式のものがある。サーミスタ形式では、サーミスタ装着部の温度を略パワー素子の温度とし、温度によってサーミスタの抵抗値が変化することを利用してパワー素子の温度を検出する。このサーミスタ形式では、サーミスタの抵抗値変化を温度として認識可能な電圧信号に変換するインタフェース回路を設けることとなるが、このインタフェース回路の部品の特性変動によって温度検出性能の変化、即ちパワー素子温度検出器としての劣化が生じ得る。 (3) As a temperature detector for detecting the temperature of the power element, a thermistor type in which a thermistor is mounted in the vicinity of the power element, or a thermal diode that forms a PN junction diode in the power element, inside the power element or the like There is a form. In the thermistor type, the temperature of the power element is detected by using the temperature of the thermistor mounting portion as the temperature of the power element, and the resistance value of the thermistor changing depending on the temperature. In this thermistor format, an interface circuit that converts a change in the resistance value of the thermistor into a voltage signal that can be recognized as a temperature is provided. Deterioration as a container can occur.
また、上記サーマルダイオード形式は、該ダイオードに所定の電流を流した上でダイオードの陽極、陰極間の電位差(ダイオードの順方向電圧降下)を検出し、この電位差に基づいてパワー素子の温度を検出するものである。これはダイオードのPN接合部の抵抗値が温度の関数となることから、このダイオードに所定の電流を流した際の順方向電圧降下量から温度を逆算できることを利用したものである。しかるに、所定の電流(望ましくは一定値)が、想定通りに流れず誤差を持つ場合に、温度検出性能が変化することとなる。また、このダイオード順方向電圧降下は微小な非線形電圧信号であるため、温度として認識可能な電圧信号として変換するインタフェース回路を設けることとなるが、サーミスタ形式と同様にインタフェース回路部品の特性変動によってパワー素子温度検出器としての劣化が生じ得る。 The thermal diode type detects the potential difference between the anode and cathode of the diode (diode forward voltage drop) after passing a predetermined current through the diode, and detects the temperature of the power element based on this potential difference. To do. This utilizes the fact that the resistance value of the PN junction of the diode is a function of temperature, so that the temperature can be calculated backward from the amount of forward voltage drop when a predetermined current is passed through the diode. However, when a predetermined current (preferably a constant value) does not flow as expected and has an error, the temperature detection performance changes. In addition, since this diode forward voltage drop is a minute nonlinear voltage signal, an interface circuit that converts it as a voltage signal that can be recognized as temperature will be provided. Deterioration as an element temperature detector may occur.
(4)平滑用コンデンサとしては、アルミ電解コンデンサやフィルムコンデンサなどがある。平滑用コンデンサは、その役割が電力変換器のパワー素子のスイッチングに起因する直流側電力の変動を平滑化する事にあるが、スイッチングによって電力の充放電が繰り返されるため、平滑用コンデンサには交流電流が流れることとなる。この時、その交流電流が交流電圧に対し90度位相進みとなるのが理想的な特性であるが、誘電余効の影響により電流の位相が上記理想的な位相より少し遅れるため、誘導損失が生じて電力が消費される。この誘導損失によって平滑用コンデンサは内部発熱し、電解質の特性悪化、静電容量の減少、漏れ電流の増加、耐電圧性低下といった劣化を引き起こす。また、電極の抵抗成分、誘電体の抵抗成分等による等価直列抵抗(Equivalent Series Resistance)によっても平滑用コンデンサの特性は変化する。例えば電極の酸化進行、誘電体の経年変質などの抵抗値変化によって電気特性が変動するため、平滑用コンデンサとしての性能が劣化することとなる。 (4) Examples of the smoothing capacitor include an aluminum electrolytic capacitor and a film capacitor. The function of the smoothing capacitor is to smooth the fluctuation of the DC side power caused by the switching of the power element of the power converter. Current will flow. At this time, the ideal characteristic is that the alternating current has a phase advance of 90 degrees with respect to the alternating voltage, but because the phase of the current is slightly delayed from the ideal phase due to the effect of dielectric aftereffect, the induction loss is reduced. Is generated and power is consumed. This induction loss causes internal heat generation in the smoothing capacitor, which causes deterioration such as deterioration of the electrolyte characteristics, decrease in capacitance, increase in leakage current, and decrease in voltage resistance. The characteristics of the smoothing capacitor also change depending on the equivalent series resistance due to the resistance component of the electrode, the resistance component of the dielectric, and the like. For example, since the electrical characteristics fluctuate due to changes in the resistance value such as the progress of oxidation of the electrodes and aging of the dielectric, the performance as a smoothing capacitor is deteriorated.
このように、車載用電動機制御装置を構成する部品の中には、故障とは言えないまでも前述のように経年等での特性の変化、劣化によって自動車のシステムとして見過ごせない性能の低下を生じるものがある。 In this way, some of the components that make up the in-vehicle electric motor control device cause a decline in performance that cannot be overlooked as an automobile system due to changes and deteriorations in characteristics over time, etc. There is something.
従来の装置は、故障の発生により正常な性能を維持できなくなったことを検出して動作点を変更、動作範囲を制限するものの、自動車のシステムとして有意な性能の低下を防止するとの視点からは上記故障の発生を検出しておらず、車載用電動機制御装置が搭載された自動車の性能がどの程度低下するのかという観点に基づき、この性能低下の状態を検出してこれに対応した動作点で運転を行うというものではなかった。 Although the conventional device detects that the normal performance can no longer be maintained due to the occurrence of a failure and changes the operating point to limit the operating range, from the viewpoint of preventing significant performance degradation as an automobile system Based on the viewpoint of how much the performance of an automobile equipped with an in-vehicle electric motor control device is not detected, the occurrence of the above-mentioned failure is detected, and the operating point corresponding to this is detected. It was not about driving.
従って、従来の装置では、例えば車載用電動機制御装置を自動車動力として内燃機関動力と電動機動力を併用するハイブリッド自動車に適用した場合に、指示した所定の電動機出力目標量に対して実際の交流電動機の出力を一致させるための制御が、その制御装置を構成する部品の特性の変化や劣化によって十分に機能せず、燃費、乗り心地の悪化や内燃機関排出ガスの各成分の悪化、電磁ノイズの増加、騒音の増加などを引き起こすこととなる。 Therefore, in a conventional apparatus, for example, when an in-vehicle motor control device is applied to a hybrid vehicle that uses both internal combustion engine power and motor power as vehicle power, the actual AC motor is controlled with respect to the specified target motor output target amount. Control to match the output does not function sufficiently due to changes or deterioration of the characteristics of the components that make up the control device, resulting in deterioration in fuel consumption, riding comfort, each component of internal combustion engine exhaust gas, and increase in electromagnetic noise This will cause an increase in noise.
また、そのような従来の電動機制御装置を、パワーステアリング装置の油圧ポンプ駆動源である交流電動機や車載空気調和機のコンプレッサ駆動源である電動機等の制御に適用す場合には、交流電動機の動作効率が低下して所定の動力量を得るための電力が増加して燃費の悪化やバッテリの消耗などを引き起こし、また副次的には排出ガスの各成分の悪化にもつながることになる。 In addition, when such a conventional motor control device is applied to control of an AC motor that is a hydraulic pump drive source of a power steering device or an electric motor that is a compressor drive source of an on-vehicle air conditioner, the operation of the AC motor The efficiency is lowered and the electric power for obtaining a predetermined amount of power is increased to cause deterioration of fuel consumption, battery consumption, etc., and also secondary to deterioration of each component of exhaust gas.
以上例示したように、車載用電動機制御装置は、故障に立ち至る迄にもその構成部品の劣化によって特性が変動し、この制御装置を自動車のシステムとしてみた場合の有意な性能の低下が引き起こされる。しかし、これを回避するために車載用電動機制御装置の構成部品の特性変動の発生を甚だしく押さえ込むことは、過度の品質確保、高額部材の採用、部品の選別による工程増加、歩留まりの低下、性能低下時の製品交換などにつながるため、製品コストの上昇を招くこととなり好ましくない。 As exemplified above, the characteristics of the on-vehicle electric motor control device are changed due to deterioration of its constituent parts even before failure occurs, causing a significant decrease in performance when the control device is viewed as an automobile system. . However, in order to avoid this, suppressing the occurrence of characteristic fluctuations in the components of the in-vehicle electric motor control device is not enough to ensure excessive quality, use expensive materials, increase the number of processes due to the selection of parts, decrease yield, and decrease performance. This leads to an occasional product replacement, which leads to an increase in product cost, which is not preferable.
このため、構成部品の性能、品質の確保に関しては適切なコストを充当し一定の水準を達成しつつ、自動車のシステムとして有意な性能の低下が生じている場合に、これが改善されるよう、また、構成部品の劣化がさらに進行しないよう、電動機と電動機制御装置の動作点を変更することが望まれる。 For this reason, in order to ensure the performance and quality of the component parts, appropriate costs will be allocated and a certain level will be achieved. It is desirable to change the operating points of the electric motor and the electric motor control device so that the deterioration of the component parts does not proceed further.
さらに、パラメータの値や車載用電動機制御装置の構成部品の特性変動に応じて動作点を変更する場合には、動作点の変更判断、及び変更先の把握をするために、パラメータ、構成部品の特性等を入力して算出を行う必要がある。ここで、動作点の変更判断、変更先の算出を電動機制御装置外の別な制御演算装置で行おうとすると、交流電動機及び電動機制御装置の仕様に基づくデータベースを外部の制御演算装置にて保有する必要が生じる。
この場合、外部の制御演算装置での演算内容は、交流電動機や電動機制御装置の仕様に応じて変更しなければならない。また、特に交流電動機及び電動機制御装置に対して、別な制御演算装置により多数の動作点の変更判断、及び変更先の算出を行おうとすると、多量の情報を取り扱うことから、高い演算処理能力が要求され、制御演算装置の価格が高価となるという問題点があった
Furthermore, when changing the operating point according to the parameter value or the characteristic fluctuation of the components of the in-vehicle motor control device, in order to determine the change of the operating point and to grasp the change destination, It is necessary to calculate by inputting characteristics and the like. Here, when an operation point change determination and a change destination calculation are performed by another control arithmetic device outside the motor control device, a database based on the specifications of the AC motor and the motor control device is held in the external control arithmetic device. Need arises.
In this case, the calculation content in the external control calculation device must be changed according to the specifications of the AC motor or the motor control device. In particular, for AC motors and motor control devices, if a large number of operating points are determined to be changed and a change destination is calculated using a separate control arithmetic device, a large amount of information is handled, and thus high arithmetic processing capability is achieved. There was a problem that the price of the control arithmetic unit became expensive.
本発明は、このような従来の装置の課題を解決するためになされたものであり、外部装置からの動作量指示にしたがいつつ、そのときの電動機及び電動機制御装置の動作状況を反映して電動機制御装置内で目標動作点を算出し外部装置へ通知して、算出した目標動作点での動作へ移行するよう制御する車載用電動機制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional apparatus, and reflects the operation status of the motor and the motor control apparatus at that time while following the operation amount instruction from the external apparatus. It is an object of the present invention to provide an in-vehicle electric motor control device that calculates a target operating point in a control device, notifies an external device, and controls to shift to an operation at the calculated target operating point.
また、本発明は、車載用電動機制御装置を構成する部品の劣化に起因する自動車システムとしての有意な性能の低下を検知しこれに基づいて目標動作点を算出しこの動作点での動作へ移行するよう制御する車載用電動機制御装置を提供することを目的とする。 In addition, the present invention detects a significant decrease in performance as an automobile system due to deterioration of components constituting the in-vehicle electric motor control device, calculates a target operating point based on this, and shifts to the operation at this operating point. An object of the present invention is to provide an in-vehicle electric motor control device that performs control.
この発明による車載用電動機制御装置は、直流電源と、該直流電源から供給される直流電力をスイッチング素子のスイッチングにより交流電力に変換して自動車に搭載された交流電動機に供給する電力変換器と、外部装置からの制御指令に基づいて前記スイッチングを制御して前記交流電動機を制御する電動機制御ユニットとを備えた車載用電動機制御装置であって、前記電動機制御ユニットは、前記車載用電動機制御装置及び前記交流電動機の動作状況に基づいて前記車載用電動機制御装置及び前記交流電動機の目標動作点を算出する目標動作点算出手段と、該目標動作点算出手段により算出した前記目標動作点及び該目標動作点への移行に関する情報を前記外部装置へ伝送し前記外部装置が前記情報に基づく制御指令を出力するよう誘導する電動機動作情報伝送手段と、前記外部装置から与えられる制御指令に基づいて演算したスッチング信号を前記スイッチング素子へ出力する制御演算部とを有するものである。 The on-vehicle motor control device according to the present invention includes a DC power source, a power converter that converts DC power supplied from the DC power source into AC power by switching a switching element, and supplies the AC power to an AC motor mounted on an automobile, An in-vehicle motor control device comprising: an electric motor control unit that controls the AC motor by controlling the switching based on a control command from an external device, wherein the electric motor control unit includes the in-vehicle electric motor control device and Based on the operating state of the AC motor, the in-vehicle motor control device and target operating point calculating means for calculating a target operating point of the AC motor, the target operating point calculated by the target operating point calculating means, and the target operation Information on transition to a point is transmitted to the external device, and the external device is guided to output a control command based on the information An electric motor operation information transmission unit that is the Sutchingu signal calculated based on the given control command from said external apparatus having a control arithmetic unit for outputting to the switching element.
またこの発明による車載用電動機制御装置は、前記目標動作点算出手段を、前記電力変換器及び前記交流電動機に発生する電力損失の何れか、又はそれらの総和が最小値となるよう目標動作点を算出するよう構成したものである。 The on-vehicle motor control device according to the present invention may be configured such that the target operating point calculation means sets the target operating point so that any one of the power losses generated in the power converter and the AC motor, or the sum of them is a minimum value. It is configured to calculate.
更にこの発明による車載用電動機制御装置は、前記目標動作点算出手段を、前記外部装置からの制御指令にしたがう動作条件の下で目標動作点を逐次更新するとともに、該更新した目標動作点により前記交流電動機を動作させるべく前記制御指令を補正する制御指令補正演算部を備えるよう構成したものである。 Furthermore, the on-vehicle electric motor control device according to the present invention sequentially updates the target operating point under the operating condition according to the control command from the external device, and the target operating point calculation means calculates the target operating point according to the updated target operating point. A control command correction arithmetic unit for correcting the control command to operate the AC motor is provided.
またこの発明による車載用電動機制御装置は、直流電源と、該直流電源から供給される直流電力をスイッチング素子のスイッチングにより交流電力に変換して自動車に搭載された交流電動機に供給する電力変換器と、外部装置からの制御指令に基づいて前記スイッチングを制御して前記交流電動機を制御する電動機制御ユニットとを備えた車載用電動機制御装置であって、前記電力変換器は、前記交流電動機に流れる電流量を検出する電流検出器と、前記直流電源の出力を平滑化する平滑用コンデンサとを備え、前記電動機制御ユニットは、前記自動車が所定の性能低下をもたらすか否かを判定基準として前記車載電動機制御装置の構成部品の劣化を判定する劣化判定手段と、該劣化判定結果に基づいて前記車載用電動機制御装置及び前記交流電動機の目標動作点を算出する目標動作点算出手段と、前記目標動作点及び目標動作点への移行に関する情報を前記外部装置へ伝送し前記外部装置が前記情報に基づく制御指令を出力するよう誘導する電動機動作情報伝送手段と、前記外部装置から与えられる制御指令に基づいて演算しスッチング信号を前記スイッチング素子へ出力する制御演算部とを有するものである。 An in-vehicle motor control device according to the present invention includes a DC power source, a power converter that converts DC power supplied from the DC power source into AC power by switching of a switching element, and supplies the AC power to an AC motor mounted on an automobile. An in-vehicle motor control device comprising: an electric motor control unit that controls the AC motor by controlling the switching based on a control command from an external device, wherein the power converter includes a current flowing through the AC motor A current detector for detecting the amount and a smoothing capacitor for smoothing the output of the DC power supply, wherein the motor control unit uses the vehicle-mounted motor as a criterion for determining whether or not the vehicle causes a predetermined decrease in performance. Degradation determining means for determining deterioration of components of the control device, the on-vehicle motor control device and the inverter based on the deterioration determination result Target operating point calculating means for calculating a target operating point of the electric motor, and information on the target operating point and the transition to the target operating point are transmitted to the external device, and the external device is guided to output a control command based on the information A motor operation information transmission means for performing the calculation based on a control command given from the external device and outputting a switching signal to the switching element.
またこの発明による車載用電動機制御装置は、前記目標動作点算出手段を、前記外部装置からの前記制御指令に従う電動機動作条件を起点として前記構成部品の劣化の進行を防ぎ、若しくは前記自動車の性能低下を改善するよう、またはその双方をなすよう前記目標動作点を逐次更新するとともに、該更新した目標動作点により前記で交流電動機を動作させるべく前記制御指令を補正する制御指令補正演算部を備えるよう構成したものである。 Further, the on-vehicle motor control device according to the present invention prevents the progress of deterioration of the component parts starting from the motor operating condition according to the control command from the external device, or reduces the performance of the vehicle. The target operation point is sequentially updated so as to improve both or both, and a control command correction calculation unit that corrects the control command to operate the AC motor according to the updated target operation point is provided. It is composed.
更にこの発明による車載用電動機制御装置は、前記目標動作点算出手段を、前記電力変換器及び前記交流電動機の電気的回路定数を用いた数理モデルに基づいて目標動作点の算出を行い、現在の目標動作点と次に算出する目標動作点における特定の指標値の偏差が所望の範囲内であるよう目標動作点を更新して出力するものであり、前記特定の指標値として、電力損失、電力変換器の電流、電圧、電力、温度及び電磁ノイズ、前記交流電動機の電流、電圧、電力、機械出力、トルク、回転速度、温度及び電磁ノイズ、前記直流電源の電流、電圧、電力及び温度のうち、少なくともいずれかを適用するよう構成したものである。 Furthermore, the on-vehicle motor control device according to the present invention calculates the target operating point based on a mathematical model using electric circuit constants of the power converter and the AC motor, and calculates the target operating point calculating means. The target operating point is updated and output so that the deviation between the target operating point and the specific index value calculated next is within a desired range, and the specific index value includes power loss, power Current, voltage, power, temperature and electromagnetic noise of the converter, current, voltage, power, machine output, torque, rotation speed, temperature and electromagnetic noise of the AC motor, current, voltage, power and temperature of the DC power supply , At least one of them is applied.
またこの発明による車載用電動機制御装置は、前記目標動作点算出手段を、前記車載用電動機制御装置及び前記交流電動機の代表動作特性を用いて作成される基本ルックアップテーブルと前記電力変換器の電気的回路定数に関する第一の感度ルックアップテーブル及び前期交流電動機の電気的回路定数に関する第二の感度ルックアップテーブルとに基づいて目標動作点の算出を行い、現在の目標動作点と次に算出する目標動作点における特定の指標値の偏差が所望の範囲内であるよう目標動作点を更新して出力するものであり、前記特定の指標値として、電力損失、前記電力変換器の電流、電圧、電力、温度及び電磁ノイズ、前記交流電動機の電流、電圧、電力、機械出力、トルク、回転速度、温度及び電磁ノイズ、前記直流電源の電流、電圧、電力及び温度のうち、少なくともいずれかを適用するよう構成したものである。 In the in-vehicle motor control device according to the present invention, the target operating point calculation means includes a basic look-up table created using representative operating characteristics of the in-vehicle motor control device and the AC motor, and the electric power of the power converter. The target operating point is calculated based on the first sensitivity look-up table related to the static circuit constant and the second sensitivity look-up table related to the electrical circuit constant of the previous AC motor, and then the current target operating point and then calculated The target operating point is updated and output so that the deviation of the specific index value at the target operating point is within a desired range, and the specific index value includes power loss, current of the power converter, voltage, Power, temperature and electromagnetic noise, AC motor current, voltage, power, machine output, torque, rotation speed, temperature and electromagnetic noise, DC power source current, power Of the power and temperature, which is constituted so as to apply at least any.
更にこの発明による車載用電動機制御装置は、前記電力変換器及び前記交流電動機の電気的回路定数、及び、前記基本ルックアップテーブル、前記第一の感度ルックアップテーブル、前記第二の感度ルックアップテーブルを、前記車載用電動機制御装置及び前期交流電動機の動作状況に基づいて設定値がより適正なものとなるよう適宜修正するようにしたものである。 Furthermore, the on-vehicle motor control device according to the present invention includes an electric circuit constant of the power converter and the AC motor, the basic lookup table, the first sensitivity lookup table, and the second sensitivity lookup table. Is appropriately corrected so that the set value becomes more appropriate based on the operation status of the on-vehicle motor control device and the previous AC motor.
またこの発明による車載用電動機制御装置は、前記電力変換器に、前記直流電源の電圧を昇降圧変換するDC-DCコンバータを含むものである。 In the on-vehicle motor control device according to the present invention, the power converter includes a DC-DC converter for step-up / step-converting the voltage of the DC power source.
本発明によれば、外部装置からの制御指令に基づく車載用電動機制御装置及び交流電動機の動作において、自律的に現動作点よりも適切な動作点を検索し、外部装置が同動作点にて動作するような制御指令を出力するよう情報を伝送して誘導する車載用電動機制御装置を提供できる。このため、外部装置側にて上記適切な動作点の検索を行わずともよく、交流電動機や車載用電動機制御装置との組み合わせによって外部装置の仕様を切替える必要がなくなるという効果を奏する。 According to the present invention, in the operation of the on-vehicle motor control device and the AC motor based on the control command from the external device, the operation point autonomously searches for a more appropriate operating point than the current operating point, and the external device is at the same operating point. It is possible to provide an in-vehicle electric motor control device that transmits and guides information so as to output a control command to operate. For this reason, it is not necessary to search for the appropriate operating point on the external device side, and there is an effect that it is not necessary to switch the specifications of the external device in combination with an AC motor or a vehicle-mounted motor control device.
また、本発明によれば、外部装置からの制御指令にしたがいつつ、車載用電動機制御装置及び交流電動機の動作状況を反映して電力変換器、交流電動機に発生する電力損失を最小化する目標動作点を検索し、車載用電動機制御装置及び電動機がこの目標動作点で動作するように、外部装置が指示する制御指令を誘導する車載用電動機制御装置を提供することができる。 Further, according to the present invention, the target operation for minimizing the power loss generated in the power converter and the AC motor reflecting the operation status of the on-vehicle motor control device and the AC motor while following the control command from the external device. It is possible to provide an in-vehicle electric motor control device that searches for a point and induces a control command instructed by an external device so that the in-vehicle electric motor control device and the electric motor operate at the target operation point.
さらに、本発明によれば、外部装置からの制御指令にしたがいつつ、車載用電動機制御装置及び交流電動機の動作状況を反映して車載用電動機制御装置内で自律的に目標動作点を算出しこの動作点で動作車載用電動機制御装置を提供することができる。 Furthermore, according to the present invention, the target operating point is autonomously calculated in the in-vehicle motor control device while reflecting the operation status of the in-vehicle motor control device and the AC motor while following the control command from the external device. It is possible to provide an in-vehicle electric motor control device that operates at an operating point.
さらに、本発明によれば、車載用電動機制御装置の構成部品の劣化に起因する自動車システムとしての有意な性能低下を検知し、その判定結果に基づいて目標動作点を算出し、車載用電動機制御装置及び交流電動機がこの算出した動作点で動作すべく外部装置が電動機の制御指令を出力するよう誘導する車載用電動機制御装置を提供することができる。 Furthermore, according to the present invention, a significant performance decrease as an automobile system due to deterioration of components of the in-vehicle electric motor control device is detected, a target operating point is calculated based on the determination result, and in-vehicle electric motor control It is possible to provide a vehicle-mounted motor control device that guides an external device to output a motor control command so that the device and the AC motor operate at the calculated operating point.
また、本発明によれば、車載用電動機制御装置の構成部品の劣化に起因する自動車システムとしての有意な性能低下を検知し、これが改善されるよう、また、構成部品の劣化がさらに進行しないよう目標動作点を算出し、この動作点にて動作するよう制御指令を補正して制御する車載用電動機制御装置を提供することができる。また、目標動作点の更新により補正される補正後の電動機動作量、補正の要因、目標動作点の推移に関する情報を電動機動作量指示を与える外部装置へ伝送する機能を有しているので、電動機動作量が補正されていることを外部装置の電動機動作量指示算出部分で認識可能なことから、電動機動作量が補正されることを踏まえて電動機動作量指示算出プロセスを変更するなどの対応を取ることができるよう連携して動作可能な車載用電動機制御装置を提供することができる In addition, according to the present invention, a significant performance decrease as an automobile system due to deterioration of the components of the in-vehicle electric motor control device is detected, and this is improved, and the deterioration of the components does not further progress. It is possible to provide a vehicle-mounted motor control device that calculates a target operating point and corrects and controls the control command so as to operate at this operating point. In addition, since it has a function to transmit information about the motor operation amount after correction corrected by updating the target operation point, the correction factor, and the transition of the target operation point to an external device that gives an instruction on the motor operation amount, Since the motor operation amount instruction calculation part of the external device can recognize that the operation amount is corrected, take measures such as changing the motor operation amount instruction calculation process based on the correction of the motor operation amount. It is possible to provide an in-vehicle electric motor control device that can operate in cooperation with each other.
さらに、本発明によれば、目標動作点の算出を電力変換器及び交流電動機の電気的回路定数を用いた数理モデルに基づいて行うことにより、多数の入力変数の変化に対してもこれに適合して目標動作点を算出することができる。電力損失、電力変換器の電流、電圧、電力、温度及び電磁ノイズ、電動機の電流、電圧、電力、機械出力、トルク、回転速度、温度及び電磁ノイズ、直流電源の電流、電圧、電力及び温度を特定の指標として、現目標動作点と次に算出する目標動作点における指標値の偏差が所望の値以下であるよう設定されることで、目標動作点の変化、更新にて発生する上記指標値の急激な変化による悪影響や変化を発振源とする系の共振を防止しつつ目標動作点を自律的に逐次更新可能な車載用電動機制御装置を提供することができる。 Furthermore, according to the present invention, the calculation of the target operating point is performed based on a mathematical model using the electric circuit constants of the power converter and the AC motor, thereby adapting to changes in a large number of input variables. Thus, the target operating point can be calculated. Power loss, power converter current, voltage, power, temperature and electromagnetic noise, motor current, voltage, power, machine output, torque, rotation speed, temperature and electromagnetic noise, DC power supply current, voltage, power and temperature As a specific index, the index value generated when the target operating point changes or is updated by setting the deviation of the index value between the current target operating point and the next calculated target operating point to be less than the desired value. It is possible to provide an in-vehicle motor control device capable of autonomously and sequentially updating a target operating point while preventing resonance of a system that uses an adverse effect or change due to a rapid change in the oscillation source.
さらに、本発明によれば、交流電動機の目標動作点の算出にあたって、車載用電動機制御装置及び交流電動機の代表動作特性を用いて作成される基本ルックアップテーブルの参照値を土台として、電力変換器の電気的回路定数に関わる動作状況の変動に対してその変動因子を入力変数とする第一の感度ルックアップテーブルを参照し、また、交流電動機の電気的回路定数に関わる動作状況の変動に対して第二の感度ルックアップテーブルを参照し基本ルックアップテーブルに対する補正量を算出して補正するようにしたので、これら基本ルックアップテーブルと感度ルックアップテーブルの組み合わせによって、多数の入力変数の変化に対しても膨大な次元、データ容量のルックアップテーブルを用意することなくこれに適合して目標動作点を自律的に逐次更新可能な車載用電動機制御装置を提供することができる。 Further, according to the present invention, in calculating the target operating point of the AC motor, the power converter is based on the reference value of the basic lookup table created using the representative operating characteristics of the on-vehicle motor control device and the AC motor. Refer to the first sensitivity look-up table that uses the variable as an input variable for fluctuations in the operating conditions related to the electrical circuit constants. By referring to the second sensitivity lookup table and calculating the correction amount for the basic lookup table, the combination of these basic lookup table and sensitivity lookup table can be used to change many input variables. Even without preparing a lookup table with enormous dimensions and data capacity, this can be adapted to the target operating point. It is possible to provide an autonomously sequentially updatable vehicle motor control unit.
また、本発明によれば、目標動作点の算出に用いる電力変換器及び交流電動機の電気的回路定数、基本ルックアップテーブル、第一の感度ルックアップテーブル、第二の感度ルックアップテーブルを適宜修正することから、電力変換器及び電動機の個体特有の特性に適応して目標動作点を設定することが可能な車載用電動機制御装置を提供することができる。また、車載用電動機制御装置の構成部品が劣化により特性変動し所期の状態へ復帰しない場合にも変動後の特性が保持されることを前提として電気的回路定数、ルックアップテーブルを修正することで、さらに的確な目標動作点を算出することができる。 According to the present invention, the electric circuit constants, basic lookup table, first sensitivity lookup table, and second sensitivity lookup table of the power converter and AC motor used for calculating the target operating point are appropriately corrected. Therefore, it is possible to provide an in-vehicle motor control device capable of setting a target operating point in conformity with characteristics unique to the individual power converter and motor. Also, correct the electric circuit constants and look-up table on the assumption that the characteristics after the fluctuation are maintained even if the characteristics of the components of the on-vehicle motor controller change due to deterioration and do not return to the intended state. Thus, a more accurate target operating point can be calculated.
さらに、本発明によれば、車載用電動機制御装置が直流電源の電圧を昇降圧変換するDCーDCコンバータを含み、直流電源の電圧を昇降圧することからパルス振幅変調(Pulse Amplitude Modulation)の機能を用いた電動機制御を行う車載用電動機制御装置であっても、交流電動機及び車載用電動機制御装置の動作状況を反映して車載用電動機制御装置内で自律的に目標動作点を算出しこの動作点で動作する車載用電動機制御装置を提供できる。 Furthermore, according to the present invention, the on-vehicle electric motor control device includes a DC-DC converter that converts the voltage of the DC power supply in a step-up / step-down manner, and functions as a pulse amplitude modulation because the voltage of the DC power supply is stepped up / down. Even in the in-vehicle motor control device that controls the used motor, the target operating point is calculated autonomously in the in-vehicle motor control device by reflecting the operation status of the AC motor and the in-vehicle motor control device. It is possible to provide an in-vehicle electric motor control device that operates on the vehicle.
実施の形態1
図1は本発明の実施の形態1による電動機制御装置の全体構成を示すブロック図である。
図1において、直流電源3は、電力変換器4を介して三相の交流電動機2に接続されている。交流電動機2は、同期電動機で構成され、車両の駆動原として用いられる。電力変換器4は、三相インバータ6と、三相インバータ6と直流電源3の間に位置する平滑用コンデンサ7と、三相インバータ6と交流電動機2の間の各相の電力線U、V、Wに配置された電流検出器16a、16b、16cとを備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an electric motor control apparatus according to
In FIG. 1, a
三相インバータ6は、トランジスタ9a、9b、9c、9d、9e、9fとフライホイールダイオード10a、10b、10c、10d、10e、10fとを夫々逆並列に接続して構成したパワー素子の一単位を6個備え、また、これらのパワー素子の一単位を2個ずつ直列に接続して構成されるアームを3個備えている。これらの各アームの中間点は、交流電動機2の各相の電力線U、V、Wに夫々接続されている。三相インバータ6は、6個のトランジスタ9a〜9fをスイッチングすることにより、直流電力を交流電力に変換して交流電動機2を駆動し、或いは交流電動機2が発生する交流電力を直流電力に変換して交流電動機2を制動する。
The three-phase inverter 6 is a unit of a power element formed by connecting
電動機制御ユニット5は、制御演算部20と、電流指令テーブル21と、目標動作点算出手段22と、電動機動作情報伝送手段23と、電動機制御の演算に用いる各入力情報の算出手段である直流電圧算出手段25と、電動機電流算出手段28と、交流電動機2に設けられた回転角検出器18の出力を入力とする回転角度速度算出手段30とを備えている。
The
制御演算部20は、外部装置24からの電動機動作量指示241に基づいて周知のベクトル制御法などの電動機制御のための演算を行う。制御演算部20は、その演算の結果によりスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号を三相インバータ6の各トランジスタ9a〜9fのゲートに与え、これらトランジスタを所定のタイミングで導通、または非導通とする。このトランジスタ9a〜9fのスイッチング動作によって、交流電動機2の電力線U、V、Wに印加される交流電圧、即ち電動機端子電圧が制御され、これによって交流電動機2の出力が制御される。
The
制御演算部20における電動機制御の演算に用いる情報は、次のように電動機制御ユニット5へ入力される。即ち、直流電圧算出手段25は、平滑用コンデンサ7の低電位側電圧Nと高電位側電圧Pを検知してこの間の電位差を算出し、この電位差に対応する電気量信号を直流電圧Vdcとして電動機制御装置5へ入力する。また、電動機電流算出手段28は、電流検出器16a〜16cが夫々検出した交流電動機2のU相電流iu、V相電流iv、W相電流iwに対応する電気量信号を電動機電流iaとして電動機制御装置5へ入力する。
Information used for calculation of motor control in the
回転角度速度算出手段30は、回転角検出器18からの回転信号を入力して交流電動機2の回転角度θに対応する電気量信号を算出し、また、角度の単位時間あたりの変化量から回転速度ωeに対応する電気量信号を算出し、これらの算出した電気量信号を電動機回転角度θ及び電動機回転速度ωeとして電動機制御装置5へ入力する。尚、直流電圧算出手段25、電動機電流算出手段28、及び回転角度速度算出手段30は、いずれも電気量信号を処理する電子部品からなるインタフェース回路を備えている。
The rotation angle speed calculation means 30 receives the rotation signal from the
電動機制御ユニット5は次のように動作する。先ず、外部装置24から、交流電動機2に対する電動機動作量指示としてトルク指令τ*が与えられる。電流指令テーブル21は、トルク指令τ*と電動機回転速度ωeを入力し、テーブルを参照して d軸電流指令id0*、及びq軸電流指令iq0*からなる電流指令を出力する。d軸電流指令id0*、及びq軸電流指令iq0*は、制御演算部20にてベクトル制御法により電流制御の演算を行う場合の、回転子磁束ベクトル方向の電流目標量とこれに直交する方向の電流目標量である。即ち、電動機動作量指示のトルク指令τ*に従って、トルクが出力されるように電流目標量が設定される。
The
電流指令テーブル21は、d軸電流指令用テーブルとq軸電流指令用テーブルから成り、これらのテーブルは、車載用電動機制御装置1及び交流電動機2が所定の動作状況に有る場合の代表値に基づいて、その定常特性から網目状に各動作点に対応する電流指令量を決定することで作成される。本実施例において所定の動作とは、各動作点において電力変換器4及び交流電動機2に発生する電力損失の総和を最小化する動作である。また、所定の動作状況下の代表値として電機子抵抗値、回転子磁束の大きさ、パワー素子の抵抗値などのパラメータに各動作点における定常状態での値を用いる。
The current command table 21 includes a d-axis current command table and a q-axis current command table. These tables are based on representative values when the in-vehicle
目標動作点算出手段22は、トルク指令τ*、電動機回転速度ωe、直流電圧Vdcが入力され、電力変換器4及び交流電動機2に発生する電力損失の総和を最小化するために適切な動作点を目標動作点候補として電流指令テーブル21から検索する。
The target operating point calculation means 22 receives the torque command τ *, the motor rotation speed ωe, and the DC voltage Vdc, and is an appropriate operating point for minimizing the total power loss generated in the
図2は、本実施の形態1における車載用電動機制御装置の目標動作点算出手段22の詳細な構成の一例を示す説明図である。
図2に於いて、目標動作点算出手段22は、電力変換器4への入力電力と、この入力電力から電力変換器4と交流電動機2で発生する電力損失の総和を差し引いた電力との比、即ち総合効率を、直流電圧VdcがV1、V2、V3、V4、V5である毎に記憶した総合効率テーブルを備えている。ただし、V1は車載用電動機制御装置1及び交流電動機2の動作時における直流電源3の動作範囲の下限電圧であり、V5は上限電圧である。V1、V2、V3、V4、V5には、それぞれV1<V2<V3<V4<V5の関係がある。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a detailed configuration of the target operating
In FIG. 2, the target operating point calculation means 22 is a ratio between the input power to the
各総合効率テーブルは、横軸を電動機回転速度ωe、縦軸を出力トルクτとして各動作点に対応する総合効率を要素として有している。総合効率は所定の刻み量毎の範囲で区分される。このとき、総合効率の区分範囲の境界線を結んでいくと、総合効率テーブルは図2に示されるような等高線図として表現されることとなる。図2において、総合効率の区分範囲はa、b、c、d、e、f、gに分かれており、それぞれg<f<e<d<c<b<aの関係がある。 Each total efficiency table has total efficiency corresponding to each operating point as an element, with the horizontal axis representing the motor rotation speed ωe and the vertical axis representing the output torque τ. The overall efficiency is divided in a range for each predetermined increment. At this time, when the boundaries of the total efficiency division range are connected, the total efficiency table is expressed as a contour map as shown in FIG. In FIG. 2, the total efficiency classification range is divided into a, b, c, d, e, f, and g, and there is a relationship of g <f <e <d <c <b <a.
目標動作点算出手段22は、直流電圧Vdcの入力値から、この入力値を挟むように隣接する二枚の総合効率テーブルを選択する。ただし、直流電圧VdcがV1以下である場合は、二枚ともVdc=V1の総合効率テーブルを選択し、直流電圧VdcがV5以上である場合は、二枚ともVdc=V5の総合効率テーブルを選択する。選択した夫々二枚の総合効率テーブルにおいて、電動機回転速度がωe、出力トルクがτ*である現動作点pcに対し、次の(1)、(2)に示す二つの場合について目標動作点候補としてこれに関連する諸情報を算出する。 The target operating point calculation means 22 selects two adjacent total efficiency tables so as to sandwich the input value from the input value of the DC voltage Vdc. However, if the DC voltage Vdc is V1 or less, select the total efficiency table of Vdc = V1 for both sheets. If the DC voltage Vdc is V5 or more, select the total efficiency table of Vdc = V5 for both sheets. To do. In the selected two total efficiency tables, the target operating point candidates for the following two cases (1) and (2) with respect to the current operating point pc where the motor rotation speed is ωe and the output torque is τ * As such, various information related to this is calculated.
(1) 同一出力トルクτ*の特性線上であって最も総合効率が高く、かつ、現電動機回転速度からの変化幅が最も小さい点(図2中の点p2)における、電動機回転速度ωe*、総合効率η*、現動作点pcからの総合効率の増加量Δη*
(2)同一出力(トルクτ*と電動機回転速度ωeの積が一定)の特性線上であって最も総合
効率が高い領域での回転速度に関する中点(図2中の点pt)における、電動機回転速度ωet、出力トルクτt、総合効率ηt、現動作点pcからの総合効率の増加量Δηt
ただし、最も総合効率が高い領域が複数存在する場合は、現動作点から最も近い領域を選択する。
図2において、同一出力特性線上で最も総合効率が高い領域は、点pra1から点pra2の間であり、点pra1での回転速度ωera1と、点pra2での回転速度ωera2の中間値を目標動作点の電動機回転速度ωetとする。
(1) The motor rotation speed ωe * at the point (point p2 in FIG. 2) on the characteristic line of the same output torque τ * that has the highest overall efficiency and the smallest change from the current motor rotation speed. Total efficiency η *, increase in total efficiency from current operating point pc Δη *
(2) The motor rotation at the midpoint (point pt in FIG. 2) on the characteristic line of the same output (the product of torque τ * and motor rotation speed ωe is constant) and in the region with the highest overall efficiency. Speed ωet, output torque τt, total efficiency ηt, total efficiency increase Δηt from current operating point pc
However, if there are a plurality of regions with the highest overall efficiency, the region closest to the current operating point is selected.
In FIG. 2, the region with the highest overall efficiency on the same output characteristic line is between point pra1 and point pra2, and the intermediate value between the rotational speed ωera1 at point pra1 and the rotational speed ωera2 at point pra2 is the target operating point. Motor rotation speed ωet.
続いて、選択した二枚の総合効率テーブルそれぞれに対応して算出した上記(1)、(2)の目標動作点候補と関連する諸情報を、直流電圧値に応じて補間する。いま、直流電圧値をVdc_aとしてV1<Vdc_a<V2の関係にあるとすれば、この時の上記(1)に対応する目標動作点候補と関連する諸情報は次のように算出される。
[Vdc=V1の総合効率テーブル対応]:
電動機回転速度ωe*_V1、総合効率η*_V1、現動作点からの総合効率の増加量Δη*_V1
[Vdc=V2の総合効率テーブル対応]:
電動機回転速度ωe*_V2、総合効率η*_V2、現動作点からの総合効率の増加量Δη*_V2
Subsequently, various information related to the target operating point candidates (1) and (2) calculated corresponding to each of the two total efficiency tables selected is interpolated according to the DC voltage value. Now, assuming that the DC voltage value is Vdc_a and V1 <Vdc_a <V2, the various information related to the target operating point candidate corresponding to the above (1) is calculated as follows.
[Compatible with Vdc = V1 total efficiency table]:
Motor rotation speed ωe * _V1, total efficiency η * _V1, increase in total efficiency from current operating point Δη * _V1
[Compatible with Vdc = V2 total efficiency table]:
Motor rotation speed ωe * _V2, total efficiency η * _V2, increase in total efficiency from the current operating point Δη * _V2
これらはそれぞれ、次式に従って補間演算される。
なお、上記(2)に対応する目標動作点候補及び関連する諸情報も、(式1)、(式2)、(式3)と同様形態で補間演算により電動機回転速度ωet_Vdc_a、出力トルクτt_Vdc_a、総合効率ηt_Vdc_a、現動作点からの総合効率の増加量Δηt_Vdc_aとして算出される。
ここで、Vdc=V1、V2、V3、V4、V5の総合効率テーブルの要素である総合効率は、直流電圧に関して互いに隣接するテーブル同士で急激な変化があったり不連続な状態があったりしないことを前提とする。急激な変化や不連続な状態が存在する場合は、上記の演算式にしたがっても適切な補間演算を行えないため、直流電圧Vdcの刻みを細かくし、総合効率テーブルの枚数を増やして対応する。
Note that the target operating point candidate corresponding to the above (2) and related information are also calculated in the same manner as in (Equation 1), (Equation 2), and (Equation 3) by the interpolation calculation, the motor rotation speed ωet_Vdc_a, the output torque τt_Vdc_a, The total efficiency ηt_Vdc_a and the total efficiency increase Δηt_Vdc_a from the current operating point are calculated.
Here, the total efficiency, which is an element of the total efficiency table of Vdc = V1, V2, V3, V4, and V5, is that there is no sudden change or discontinuity between adjacent tables with respect to DC voltage. Assuming If there is an abrupt change or a discontinuous state, an appropriate interpolation operation cannot be performed even in accordance with the above equation, and therefore, the DC voltage Vdc is made finer and the number of total efficiency tables is increased.
目標動作点算出手段22は、さらに次の場合も目標動作点候補としてこれに関連する諸情報を算出し出力する。
(3) 同一出力トルクτ*、同一回転速度ωeであって、Vdc=V1、V2、V3、V4、V5の各総合効率テーブルの内で最も総合効率が高く、かつ、現直流電圧値Vdcからの変化量が最も小さい点における直流電圧Vdc_v、総合効率ηv、現動作点からの総合効率の増加量Δηv
The target operating point calculation means 22 calculates and outputs various information related to this as a target operating point candidate in the following case.
(3) The same output torque τ * and the same rotational speed ωe, and the highest overall efficiency among the overall efficiency tables of Vdc = V1, V2, V3, V4, and V5, and from the current DC voltage value Vdc DC voltage Vdc_v, total efficiency ηv at the point where the amount of change in the smallest change amount, increase amount Δηv of total efficiency from the current operating point
続いて、電動機動作情報伝送手段23は、目標動作点算出手段22から上記の(1)に対応する目標動作点候補及び関連する諸情報の直流電圧値に応じた補間演算結果(ωe*_Vdc_a、η*_Vdc_a、Δη*_Vdc_a)、上記の(2)に対応する目標動作点候補及び関連する諸情報の直流電圧値に応じた補間演算結果(ωet_Vdc_a、τt_Vdc_a、ηt_Vdc_a、Δηt_Vdc_a)、上記(3)に対応する目標動作点候補及び関連する諸情報(Vdc_v、ηv、Δηv)を入力し、情報の符号化(コーディング)、情報伝送部分の制御を行って、これらを外部装置24へ情報伝送する。
Subsequently, the motor operation
外部装置24は、上記電動機動作情報伝送手段23から伝送された情報伝送結果を電動機動作量指示の設定材料として用い、電動機動作量指示を更新する。電動機動作情報伝送手段23からの通知項目は、それぞれ(1)同一トルク、同一直流電圧のもとで総合効率が最高となる回転速度、(2)同一出力、同一直流電圧のもとで総合効率が最高となる出力トルク、回転速度、(3)同一トルク、同一回転速度のもとで総合効率が最高となる直流電圧を、目標動作点候補として推奨するものである。外部装置24は、これら情報伝送結果からいずれかの目標動作点候補への移行を取捨選択するなど判断し、電動機動作量指示を設定する。
The
制御演算部20の動作は次のようになる。
即ち、制御演算部20は、d軸電流指令id0*、q軸電流指令iq0*を入力し、これら電流指令値にしたがって動作するよう制御演算を行う。先ず、電動機電流算出手段28が出力する交流電動機2のU相、V相、W相の電流値iu、iv、iwと、回転角度速度算出手段30が出力する回転角度θを用いて、次式により実際値のd軸電流id、q軸電流iqを算出する。
That is, the
なお、三相の平衡性から、(式4)の替わりに三相中の二相分を用いてd軸電流id、q軸電流iqを算出することもできる。例えばU相電流iuとV相電流ivを用いて次式により算出してもよい。
次にd軸電流指令id0*とd軸電流id、q軸電流指令iq0*とq軸電流iqを突き合わせて偏差を求め、それぞれ比例積分(PI)演算を行ってd軸電圧指令Vd*、q軸電圧指令Vq*を算出する。さらにq軸電流がd軸電圧指令に及ぼす干渉成分を演算して次式により補償する。
また、d軸電流がq軸電圧指令に及ぼす干渉成分と回転子磁束による速度起電力成分を演算し次式により補償する。
続いて、補正後のd軸電圧指令Vd*’、q軸電圧指令Vq*’と回転角度θを用いて、次式により電動機の端子電圧指令Va*(U相Vu*, V相Vv*, W相Vw*)を算出する。
次に、各相端子電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を (直流電圧Vdc)/2で除して規格化する。規格化後の値は交流電動機2の回転周波数に一致して正弦波状に変化する。ここで、規格化後の値の最大値が変調率となる。これら規格化後の電圧指令値と振幅1で所定周波数(=スイッチング周波数)の搬送波とを大小比較し、その大小関係で表現されるパルス幅変調によってスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号により三相インバータ6内のトランジスタ9a〜9fをスイッチング動作させる。
Next, each phase terminal voltage command Vu *, Vv *, Vw * is divided by (DC voltage Vdc) / 2 and normalized. The value after normalization coincides with the rotational frequency of the
以上説明したように、実施の形態1による車載用電動機制御装置によれば、外部装置24からの動作量指示にしたがいつつ、電力変換器4への入力電力に対する、入力電力から電力変換器4と交流電動機2での発生電力損失の総和を差し引いた電力の比、即ち総合効率が最高となるような動作点を目標動作点候補として算出し、電動機動作量指示を発する外部装置24へ情報伝送するようにしたので、当該外部装置24は、車載用電動機制御装置1及び交流電動機2の発生電力損失に関する詳細なデータを保有する必要がなく、車載用電動機制御装置1が自律的に算出する目標動作点候補を参考として電動機動作量指示を設定し、より適切な動作点にて車載用電動機制御装置1及び交流電動機2を動作させることが可能となる。
As described above, according to the in-vehicle motor control device according to the first embodiment, the input power to the
なお、目標動作点候補の算出に際し、総合効率を要素に持つテーブルを用いたが、総合効率に替えて発生電力損失の総和を要素に持つテーブルを用いるものであってよい。
また、目標動作点候補とその算出方法は、上記に例示した方法とは別のものであってもよい。
In calculating the target operating point candidates, a table having the total efficiency as an element is used. However, a table having the total sum of generated power losses as an element may be used instead of the total efficiency.
Further, the target operation point candidate and the calculation method thereof may be different from the method exemplified above.
実施の形態2
図3は、本発明の実施の形態2による電動機制御装置の全体構成を示すブロック図である。
図3中、図1と同一の符号を付したものは、同一または相当部分を示しており、以下の説明では実施の形態1と同一部分の動作説明は適宜省略する。
図3において、電力変換器4の直流電源3側には昇降圧DCーDCコンバータ8が接続されており、電力変換器4内の三相インバータ6に対して直流電源3の出力電圧を昇圧若しくは降圧変換して印加する。昇降圧DCーDCコンバータ8は、トランジスタ13aとフライホイールダイオード14aとを逆並列に接続したもの、及びトランジスタ13bとフライホイールダイオード14bを逆並列に接続したものを、夫々パワー素子の一単位として備え、これらの二つのパワー素子を直列に接続して配置している。
FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration of the electric motor control apparatus according to
3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and in the following description, the description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted as appropriate.
In FIG. 3, a step-up / step-down DC-
また、直流電源3とパワー素子の間にはコンデンサ11が並列に、チョークコイル12が直列に接続されている。昇降圧DCーDCコンバータ8の直流電源3側の端子電圧と、トランジスタ13a、13b及びフライホイールダイオード14a、14bの夫々の逆並列接続体からなるパワー素子の直列体を経た三相インバータ6側の端子電圧との比である昇降圧比は、トランジスタ13a、13bの導通、非導通を切替えることによって調整される。
A
また、電力変換器4の交流電動機2側に接続された三相インバータ6のトランジスタ9a〜9fをスイッチング制御することにより、交流電動機2の電力線U、V、Wに印加する電圧(電動機端子電圧)を制御して直流電力と交流電力を相互に変換し交流電動機2を駆動または制動する。
Moreover, the voltage (motor terminal voltage) applied to the power lines U, V, and W of the
電動機制御ユニット5内には制御演算部20が設けられており、制御演算部20内で昇降圧DCーDCコンバータ8の昇降圧比の制御のための演算、及び公知のベクトル制御法などの電動機制御のための演算を行い、昇降圧DCーDCコンバータ8のトランジスタ13a、13b、及び三相インバータ6のトランジスタ9a〜9fを制御するためのスイッチング信号を生成する。
A
また、電力変換器4には上記に加え、平滑用コンデンサ7の低電位側端子Nよりも直流電源3寄りで昇降圧DCーDCコンバータ8と三相インバータ6の間の低電位側電力経路上に直流母線電流検出器15が配置されている。また、三相インバータ6には、パワー素子の温度を検出するためのサーマルダイオード17a、17b、17cが設けられている。
In addition to the above, the
更に、電動機制御ユニット5には、電動機制御の演算に用いる各入力情報の算出手段として実施の形態1で述べた構成要素に加えて、上記サーマルダイオード17a、17b、17cからの信号により各パワー素子の温度を演算するパワー素子温度算出手段27a、27b、27c、後述する電動機巻線温度算出手段29、直流母線電流算出手段31、及び定電流回路26a、26b、26cが設けられている。
Further, the
電動機制御演算に用いる各入力情報は次のように算出される。
先ず、各サーマルダイオード17a、17b、17cに、これらに夫々対応して接続した定電流回路26a、26b、26cから所定電流を流し、この時の順方向電圧Vfを検知する。そして、ダイオードのPN接合部の温度に依存して順方向電圧Vfが変化することに基づき、パワー素子温度算出手段27a、27b、27cによりパワー素子温度を算出する。
Each input information used for the motor control calculation is calculated as follows.
First, a predetermined current is supplied to each of the
直流母線電流idcは、直流母線電流検出器15が検出した電気量信号を入力とする直流母線電流算出手段31から電流値として出力される。電動機巻線温度Tmtcoilは交流電動機2に取り付けられたサーミスタ19の抵抗値温度変化特性に基づいて、電動機巻線温度算出手段29内の抵抗分圧回路によって温度量信号に変換され温度値として算出される。これらのいずれの算出手段も、他の算出手段と同様に電気量信号を処理する電子回路からなるインタフェース回路を備えている。
The DC bus current idc is output as a current value from the DC bus current calculating means 31 that receives the electric quantity signal detected by the DC bus
電動機制御ユニット5の動作は次のようになる。
先ず、実施の形態1の場合と同様に、電流指令テーブル21が、外部装置24から電動機の動作量指示として与えられるトルク指令τ*及び電動機回転速度ωeを入力し、保有するテーブルを参照してd軸電流指令id0*、q軸電流指令iq0*を出力する。目標動作点算出手段22は、電流指令テーブル21から出力されたd軸電流指令id0*、q軸電流指令iq0*を入力する。
The operation of the
First, as in the case of the first embodiment, the current command table 21 receives the torque command τ * and the motor rotation speed ωe given as the motor operation amount instruction from the
図4は、本実施の形態2における目標動作点算出手段22の詳細な構成を示すブロック図である。
図4において、目標動作点算出手段22は、電力変換器損失算出器40、電動機損失算出器41、加算器42、制御指令補正演算部43、力率算出手段44から構成される。
本実施の形態2において、目標動作点は車載用電動機制御装置1及び交流電動機2に発生する電力損失の和(=総電力損失)を最小化するものであり、目標動作点算出手段22は現動作点に対してさらに総電力損失が少ない動作点を逐次探索し動作点目標として更新、設定して行く。ここで、総電力損失が少ない動作点を探索するために、現動作点での総電力損失を見積もる。
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of the target operating point calculation means 22 in the second embodiment.
In FIG. 4, the target operating
In the second embodiment, the target operating point is to minimize the sum of power losses (= total power loss) generated in the in-
電力損失の見積りは、それぞれ電力変換器4の中の三相インバータ6の損失分と交流電動機2の損失分に分けて、電力変換器損失算出器40と電動機損失算出器41とにより行う。電力変換器損失算出器40は、トランジスタ損失算出部401、フライホイールダイオード損失算出部402、加算器403から構成される。トランジスタ損失算出部401は、三相インバータ6のトランジスタ9a〜9fの定常オン損失の特性とスイッチング(ターンオン、ターンオフ)損失の特性とを用いて、特性算式内の変数に現動作点での値を代入してトランジスタ損失を算出する。
The estimation of the power loss is performed by the power
先ず、上記定常オン損失は、電気的特性から電動機電流の実効値ia、力率、トランジスタがオンし電流が流れる際のコレクタ(C)ーエミッタ(E)間の飽和時電圧Vce(sat)、トランジスタのオンデューティの関数となり、この関数式(モデル)を用いて算出する。飽和時電圧Vce(sat)は、どのようにトランジスタの半導体設計を行うかによって電動機電流iaとの間で凡そ特性が定まるが、トランジスタのオン抵抗値の関数でありトランジスタの温度によって変化する量である。このため、パワー素子温度Tjを入力してオン抵抗の変化に合わせて定常オン損失を算出する。また、電動機電流iaは、該当トランジスタ部分と、直列接続され同じアームを構成する相対パワー素子内のフライホイールダイオード部分とを介して流れ、どちら側がどの程度の電流を分担して流すのかは負荷である交流電動機2の力率によって変化する。これによってトランジスタのオンデューティも変化することから、力率算出手段44で力率を算出し、定常オン損失算出に用いる。
First, the steady-state on-loss is based on the electrical characteristics, the effective value ia of the motor current, the power factor, the saturation voltage Vce (sat) between the collector (C) and the emitter (E) when the transistor is turned on and the current flows, the transistor It is a function of the on-duty and is calculated using this functional equation (model). The saturation voltage Vce (sat) is roughly determined by the motor current ia depending on how the transistor semiconductor is designed, but it is a function of the on-resistance value of the transistor and is an amount that varies with the transistor temperature. is there. Therefore, the power element temperature Tj is input and the steady on-loss is calculated in accordance with the change in the on-resistance. In addition, the motor current ia flows through the corresponding transistor part and the flywheel diode part in the relative power element that is connected in series and constitutes the same arm, and it is the load that determines how much current is shared. It varies depending on the power factor of a
ここで、電動機電流iaとd軸電流id、q軸電流iqの間には次式の関係がある。
力率算出手段44は、後述のd軸電流指令id*、q軸電流指令iq*及び回転角度速度算出手段30から出力される回転角度θを用いて算出される電動機電流iaの位相と、制御演算部20で算出される電動機端子電圧指令Va*の位相との差から、これの余弦値を取って力率を算出し出力する。
The power factor calculation means 44 controls the phase of the motor current ia calculated using the d-axis current command id *, the q-axis current command iq *, which will be described later, and the rotation angle θ output from the rotation angle speed calculation means 30, and control. Based on the difference from the phase of the motor terminal voltage command Va * calculated by the
次にスイッチング損失は、ターンオン損失とターンオフ損失に分けられ、夫々、どのようにトランジスタの半導体設計を行うかによって定まるトランジスタ通過電流(電動機電流ia)対ターンオン損失特性線、トランジスタ通過電流(電動機電流ia)対ターンオフ損失特性線にしたがうスイッチング一回あたりの損失及び単位時間当たりのスイッチング回数によって求めることができる。このため、d軸電流指令id*、q軸電流指令iq*及びスイッチング周波数を入力してスイッチング損失を算出する。 Next, switching loss is divided into turn-on loss and turn-off loss.The transistor passing current (motor current ia) vs. transistor turn-on current (motor current ia) is determined by how the semiconductor design of the transistor is performed. ) It can be obtained from the loss per switching and the number of switchings per unit time according to the turn-off loss characteristic line. Therefore, the d-axis current command id *, the q-axis current command iq * and the switching frequency are input to calculate the switching loss.
フライホイールダイオード損失算出部402は、フライホイールダイオード10a〜10fの定常損失の特性と逆回復損失の特性とを用いて、特性算式内の変数へ現動作点での値を代入してフライホイールダイオード部分の損失を算出する。
The flywheel diode
フライホイールダイオード10a〜10fの定常損失は、トランジスタでの場合と同様に、電気的特性から電動機電流の実効値ia、力率、フライホイールダイオードに順方向電流が流れる際の順方向電圧降下Vf、導通デューティの関数となり、この関数式(モデル)を用いて算出する。順方向電圧降下Vfは、どのようにフライホイールダイオードの半導体設計を行うかによって電動機電流iaとの間で凡その特性が定まるが、半導体接合部の温度によって変化する順方向抵抗値の関数である。
The steady loss of the
このため、パワー素子温度Tjを入力して順方向抵抗の変化に合わせて順方向電圧降下Vfの算出特性を調整する。また、導通デューティは上記の電動機電流iaをトランジスタ部分とフライホイールダイオード部分とで分担する分担率であり、電動機の力率によって変化することから力率算出手段44の出力する力率算出結果を適用する。これら入力値からフライホイールダイオード10a〜10fの定常損失を算出する。
Therefore, the power element temperature Tj is input and the calculation characteristic of the forward voltage drop Vf is adjusted in accordance with the change in the forward resistance. In addition, the conduction duty is a sharing rate for sharing the motor current ia between the transistor part and the flywheel diode part, and the power factor calculation result output from the power factor calculation means 44 is applied because it varies depending on the power factor of the motor. To do. The steady loss of the
次に、逆回復損失は、どのようにフライホイールダイオードの半導体設計を行うかによって定まるダイオードの通過電流(電動機電流ia)対逆回復損失特性線にしたがうスイッチング一回あたりの損失、及び単位時間当たりのスイッチング回数によって求めることができる。逆回復損失モデルにd軸電流指令id*、q軸電流指令iq*及びスイッチング周波数を入力して逆回復損失を算出する。 Next, the reverse recovery loss is the loss per unit of switching according to the diode passing current (motor current ia) vs. reverse recovery loss characteristic line determined by how the flywheel diode semiconductor design is performed, and per unit time. The number of times of switching can be obtained. The reverse recovery loss is calculated by inputting the d-axis current command id *, the q-axis current command iq * and the switching frequency into the reverse recovery loss model.
以上の動作により、トランジスタ損失算出部401により定常オン損失とスイッチング損失からなるトランジスタ9a〜9fの損失が算出され、フライホイールダイオード損失算出部402により定常損失と逆回復損失からなるフライホイールダイオード10a〜10fの損失が算出される。加算器403により、上記両者の電力損失が加算されて、電力変換器4内の三相インバータ6部分に発生する電力損失が得られる。
With the above operation, the transistor
また、電動機損失算出器41により、交流電動機2に発生する電力損失を算出する。この電動機損失算出器41は、銅損算出部411、鉄損算出部412、高調波損失補正量算出部413、加算器414から構成される。
銅損算出部411は、交流電動機2に電流iaが流れることによって交流電動機2の電流経路の抵抗分で発生する銅損(=ジュール損)を算出する。銅損の特性は、電動機電流iaと電流経路の抵抗成分の関数として表される。電流経路の抵抗成分の大部分を電動機の電機子巻線の抵抗成分が占めており、この電機子巻線の抵抗は温度上昇によって増加する特性を持っている。
Further, the electric
The copper
これに対し、例えば常温25℃等の所定温度における電機子巻線抵抗値を予め計測してこれを基準値とし、実運転時の電動機巻線温度を用いて電機子巻線の抵抗値を推定することができる。これらのことから、d軸電流指令id*、q軸電流指令iq*から(式9)で計算される電動機電流iaと電動機巻線温度Tmtcoilを入力して銅損を高精度に算出する。
On the other hand, for example, the armature winding resistance value at a predetermined temperature such as
次に、鉄損算出部412は、交流電動機2のうず電流損などを含む鉄損を算出する。鉄損は電動機電流iaと電動機回転速度ωeの関数であり、鉄損算出部412はこれらを入力して交流電動機2に固有の特性算定式に当てはめて鉄損を算出する。
Next, the iron
さらに、高調波損失補正量算出部413は、交流電動機2に流れる高調波成分の電流によって発生する損失を算出する。高調波成分電流は、電動機端子に印加する電圧の内、回転周波数と一致する周波数の基本波成分よりも高い周波数成分を印加することによって流れる電流成分であり、交流電動機2が出力するトルクとしては有効に寄与しない。このため、高調波成分電流による電力は損失にあたるため、交流電動機2で発生する電力損失の見積りにおいて、高調波成分により発生する電力損失分を補正するよう、電動機電流iaと電動機端子印加電圧に含まれる高調波成分の多寡を左右する要因となる変調率MRに基づいて高調波損失補正量を算出する。
Further, the harmonic loss correction
上記のように、銅損算出部411により銅損が算出され、鉄損算出部412により鉄損が算出され、高調波損失補正量算出部413により高調波成分による損失が算出される。これらは加算器414により加算されて、交流電動機2に発生する電力損失として算出される。
As described above, the copper loss is calculated by the copper
以上により、現動作点において三相インバータ6で発生する電力損失が、電力変換器損失算出器40から出力され、交流電動機2で発生する電力損失が電動機損失算出器41から出力され、これらの出力が加算器42により加算されて総電力損失として見積もられる。
As described above, the power loss generated in the three-phase inverter 6 at the current operating point is output from the power
次に、制御指令補正演算部43は、電流指令テーブル21が出力するd軸電流指令id0*、q軸電流指令iq0*、制御演算部20により算出される電動機端子電圧指令Va*、及び加算器42が出力する総電力損失を入力し、総電力損失を減少させる方向に各電流指令と直流電圧指令を補正して目標動作点を更新し、出力する。
Next, the control command
制御指令補正演算部43は、遅延器431、減算器432、d軸電流指令補正器433、q軸電流指令補正器434、直流電圧指令補正器435から構成されている。
総電力損失は、遅延器431と減算器432に伝達される。遅延器431は、離散時間的に目標動作点の更新を行う際の更新単位時間だけ総電力損失の情報伝達を遅延させる処理を行い、その出力は前回周期の目標動作点更新時における総電力損失である。減算器432は、現総電力損失から前回周期の総電力損失を減算し、これを総電力損失の変化量として、d軸電流指令補正器433、q軸電流指令補正器434、直流電圧指令補正器435へ出力する。
The control command
The total power loss is transmitted to the
図5は、d軸電流指令補正器433の詳細な構成を示すブロック図である。d軸電流指令補正器433は、不感帯演算器441、補正係数テーブル442、係数器443、積分器444、及び加算器445から構成されている。d軸電流指令補正器433の動作は次のようになる。
先ず減算器432が出力する総電力損失変化量を、不感帯演算器441が入力してゼロ近傍の微小な変化を除去し出力する。この出力を用いて補正係数テーブル442によりテーブルを参照して補正係数を得る。
FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of the d-axis
First, the
続いて、不感帯演算器441を通過した後の総電力損失変化量と補正係数が、係数器443により掛け合わされて積分器444に入力される。積分器444は、その入力を蓄積して出力し、その出力とd軸電流指令id0*が加算器445において加算され、補正後d軸電流指令id*となる。即ち、係数器443と積分器444からなる積分制御器によって、総電力損失を減少させる方向のd軸電流指令補正量を演算し、電流指令テーブル21が出力するd軸電流指令id0*を補正するよう動作する。
Subsequently, the total power loss change amount after passing through the
図6は、q軸電流指令補正器434の詳細な構成を示すブロック図である。q軸電流指令補正器434は、不感帯演算器451、補正係数テーブル452、係数器453、積分器454、加算器455を備える。これらの夫々の構成要素は、上記d軸電流指令補正器433のものと相似であり同様な役割で動作する。即ち、係数器453と積分器454からなる積分制御器によって、総電力損失を減少させる方向のq軸電流指令補正量を演算し、さらに加算器455は、この補正量と電流指令テーブル21が出力するq軸電流指令iq0*とを加算して、補正後のq軸電流指令iq*として出力する。
FIG. 6 is a block diagram showing a detailed configuration of the q-axis
また、図7は、直流電圧指令補正器435の詳細な構成を示すブロック図である。直流電圧指令補正器435は、不感帯演算器461、補正係数テーブル462、係数器463、積分器464、加算器465、目標直流電圧演算部466から構成され、その動作は次のようになる。
FIG. 7 is a block diagram showing a detailed configuration of the DC
先ず、目標直流電圧演算部466は、電動機端子電圧指令Va*に基づいて、この電動機端子電圧指令Va*を昇降圧DCーDCコンバータ8と三相インバータ6の間の直流電圧目標量(=直流電圧指令Vdc0*)へ換算し出力する。この換算において直流電源3の出力電圧を下限設定値としつつ、次式にしたがうよう直流電圧指令Vdc0*を設定する。
次に不感帯演算器461が総電力損失変化量を入力してゼロ近傍の微小な変化を除去し、さらにこれを用いて補正係数テーブル462にてテーブルを参照し補正係数を得る。続いて、不感帯演算器461通過後の総電力損失変化量と補正係数テーブル462が出力する補正係数が係数器463で掛け合わされて積分器464に入力される。積分器464は入力を蓄積して出力し、その出力と目標直流電圧演算部466が出力する直流電圧指令Vdc0*が加算器465で加算され、補正後直流電圧指令Vdc*となる。
即ち、係数器463と積分器464からなる積分制御器によって総電力損失を減少させる方向の補正量を演算し、直流電圧指令を補正するよう動作する。
Next, the
That is, the integral controller composed of the
以上の動作手順によって、制御指令補正演算部43は総電力損失を最小化すべく演算を行って、d軸電流指令、q軸電流指令、直流電圧指令を補正して出力する。これら各指令値を補正することは、目標の動作点を更新することに相当する。つまり、図4に示す電力変換器損失算出器40、電動機損失算出器41にて、現動作状況において発生している総電力損失を見積り、制御指令補正演算部43にて総電力損失が最小となるように目標動作点を逐次更新するよう動作することとなる。
Through the above operation procedure, the control command
図3において、制御演算部20は、前述の各補正後のd軸電流指令id*、q軸電流指令iq*、直流電圧指令Vdc*を入力し、これら目標値にしたがって動作するよう制御演算を行う。直流電圧の制御については、指令値Vdc*と直流電圧算出手段25が出力する実際値Vdcを突き合わせて比較し、比例(P)演算や比例積分(PI)演算の結果と搬送波との比較による所定スイッチング周波数でのPWMや、あるいは不感帯を持つ比較器であるヒステリシスコンパレータを用いた大小比較によってスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号により昇降圧DCーDCコンバータ8内のトランジスタ13a、13bをスイッチング動作させる。
In FIG. 3, the
d軸電流、q軸電流の制御については、実施の形態1に記載の場合と同様に演算を行ってスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号により三相インバータ6内のトランジスタ9a〜9fをスイッチング動作させる。
For the control of the d-axis current and the q-axis current, calculation is performed in the same manner as in the first embodiment to generate a switching signal, and the
以上述べたように、本実施の形態2による車載用電動機制御装置によれば、外部装置24からの動作量指示にしたがいつつ、電力変換器4の三相インバータ6で発生する電力損失と電動機で発生する電力損失の総和を動作状況に対応して算出し、この総電力損失が最小化する方向へd軸電流指令id*、q軸電流指令iq*、直流電圧指令Vdc*を補正する。これは、車載用電動機制御装置1と交流電動機2の当該時点での目標動作点を自律的に算出、更新するものであり、従来手法よりもさらに的確に損失最小化、最高効率化運転を行うことができる。
As described above, according to the in-vehicle motor control device according to the second embodiment, the power loss generated in the three-phase inverter 6 of the
なお、損失最小化の対象として昇降圧DCーDCコンバータ8での発生電力損失を含むよう、電力変換器損失算出器40によりトランジスタ13a、13b、フライホイールダイオード14a、14bの発生損失をも見積もるようにしてよい。また、電力変換器4で発生する電力損失、交流電動機2で発生する電力損失のいずれか、また、この内の特定の損失が最小化するように適宜設計変更してもよい。
It should be noted that the power
実施の形態3
図8は、本発明の実施の形態3による電動機制御装置の全体構成を示すブロック図である。
図8中、図1、図3と同一の符号を付したものは、同一または相当部分を示しており、これらは同様の役割、動作であるため、適宜説明を省略する。
図8において、電動機制御ユニット5は劣化判定手段32を備えている。また、電力変換器4は、平滑コンデンサ7からの情報を処理する平滑用コンデンサ情報処理手段33と、昇降圧DCーDCコンバータ8及び三相インバータ6の各パワー素子の情報を検知するパワー素子情報検知器34a〜34hと、これらのパワー素子情報検知器34a〜34hからの情報を処理するパワー素子情報処理手段35と、平滑用コンデンサ電流検出器36、及びサーミスタ37を備えている。
FIG. 8 is a block diagram showing the overall configuration of the motor control apparatus according to
In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 3 denote the same or corresponding parts. Since these parts have the same role and operation, description thereof will be omitted as appropriate.
In FIG. 8, the electric
本実施の形態3では、車載用電動機制御装置1が搭載された自動車が所定の性能低下をもたらすか否かを判定基準として、車載用電動機制御装置1の構成部品の劣化を劣化判定手段32により判定し、さらなる劣化の進行を防ぐべく、また、自動車の性能低下を改善すべく車載用電動機制御装置1及び交流電動機2が動作するよう目標動作点算出手段22により目標動作点を算出し、自律的に電流指令を補正して出力する。
In the third embodiment, the deterioration determination means 32 determines deterioration of the components of the in-vehicle electric
ここで、車載用電動機制御装置1を構成する部品において、異常や故障ではないものの、電動機制御装置1単体のみならず自動車システムとしてみた場合に有意な性能低下をもたらし得る代表的なものとして、トランジスタ9a〜9f、13a、13b,及びフライホイールダイオード10a〜10f、14a、14bからなるパワー素子、平滑用コンデンサ7、電流検出器16a〜16c、電動機電流算出手段28、サーマルダイオード17a〜17c、定電流回路26a〜26c、及びパワー素子温度算出手段27a〜27cのそれぞれの特性変動がある。
Here, in the components constituting the in-vehicle electric
これらの特性変動とこれに起因する自動車システムとしての性能低下は、次のように例示される。
[パワー素子の劣化]
パワー素子の劣化として、具体的にはパワーチップの割れ、パワーチップを接合する半田のひびによってパワーチップに部分的使用不能領域が発生してパワーチップのオン抵抗が増加し、劣化が進行したパワーチップと劣化していないパワーチップとで電気的特性が異なることで電気供給経路の平衡性が損われたり、オン抵抗の増加により発熱量が増加して放熱、冷却性能の許容値を超え、劣化進行度合いが加速するといった性能悪化が挙げられる。これらパワー素子の劣化によって、電動機の回転が滑らかに行われず出力トルクの変動が発生することや、大電流時にこれを検知してパワーチップのスイッチングを遮断する過電流保護が所定の設定値から誤差をもって動作してしまうことや、局所的な温度上昇によって過熱保護のための電動機出力制限動作が頻発して当初設計通りの連続的な運転を満足できなくなる、といった問題が発生する。
These characteristic fluctuations and the resulting performance degradation as an automobile system are exemplified as follows.
[Deterioration of power element]
As power element deterioration, specifically, power chip cracking and cracks in the solder that joins the power chip cause a partially unusable area in the power chip, increasing the on-resistance of the power chip, and the deterioration of the power Dissimilar electrical characteristics between the chip and undegraded power chip, the balance of the electricity supply path is lost, or the amount of heat generation increases due to an increase in on-resistance, exceeding the allowable values for heat dissipation and cooling performance, causing deterioration There is a performance deterioration such that the degree of progress is accelerated. Due to the deterioration of these power elements, the motor does not rotate smoothly and the output torque fluctuates, and the overcurrent protection that detects this at the time of a large current and interrupts the switching of the power chip is an error from the preset value. Problem that the motor output limiting operation for overheat protection frequently occurs due to local temperature rise and the continuous operation as originally designed cannot be satisfied.
[平滑用コンデンサの劣化]
平滑用コンデンサの劣化として、具体的には静電容量の減少、耐電圧性能の低下といったものが挙げられる。この平滑用コンデンサの劣化によって、平滑能力が低下して直流の電圧、電流リップルが増加し、電動機制御の安定性が損われたり、直流側電力供給経路の電磁ノイズの増加、即ち電磁妨害性(EMI)の悪化、バッテリなど直流電源へ電圧、電流リップルが伝わることによる直流電源そのものの劣化を引き起こす。また、耐電圧性能の低下は絶縁破壊に対する余裕の減少となる。一般的に予め耐電圧性能の低下を見越してマージンを持たせるよう電力変換器の直流動作電圧(系電圧)の設定が行われるが、マージン設定は、装置の容積、コストとのトレードオフ関係となるため、可能な限りマージンを削減することが望まれる。
[Degradation of smoothing capacitor]
Specific examples of the deterioration of the smoothing capacitor include a decrease in electrostatic capacity and a decrease in withstand voltage performance. Due to the deterioration of the smoothing capacitor, the smoothing ability is reduced, the DC voltage and current ripple are increased, the stability of the motor control is impaired, the electromagnetic noise in the DC side power supply path is increased, that is, the electromagnetic interference ( EMI) deterioration, and the DC power supply itself is deteriorated due to voltage and current ripples being transmitted to the DC power supply such as a battery. In addition, a decrease in withstand voltage performance results in a decrease in margin for dielectric breakdown. Generally, the DC operating voltage (system voltage) of the power converter is set in advance so as to allow for a margin in anticipation of a decrease in withstand voltage performance, but the margin setting depends on a trade-off relationship with the volume and cost of the device. Therefore, it is desirable to reduce the margin as much as possible.
[電流検出器の劣化]
電流検出器の劣化として、具体的には振動によりホール素子の機械的取り付け位置が変化してしまうことでの電流経路との相対位置関係の変動や、集磁材そのものあるいは集磁材の支持構造の膨張収縮による集磁材空隙長の変動、信号の増幅過程のインタフェース回路での電子部品特性変動といったものが挙げられる。
これら電流検出器の劣化によって、電流量対出力電圧の比であるゲイン成分や電流がゼロにおいて発生する出力電圧であるオフセット成分の変動が発生する。電流検出器は電動機の制御性能に関して重要な役割を果たしており、ゲイン成分やオフセット成分の変動によって動作の平衡性が失われて出力トルク変動が発生したり、また電流波形の乱れが大きくなり大電流を検知してパワーチップのスイッチングを遮断する過電流保護が頻発する、所定の電動機出力目標量に対して実際の電動機出力が一致しないといった問題を起こす。
[Deterioration of current detector]
As the deterioration of the current detector, specifically, the fluctuation of the relative position with the current path due to the change in the mechanical mounting position of the Hall element due to vibration, the current collector itself or the support structure of the current collector Fluctuations in the air gap length of the magnetic collector due to expansion and contraction, and fluctuations in the characteristics of electronic components in the interface circuit during the signal amplification process.
Due to the deterioration of these current detectors, fluctuations in the gain component, which is the ratio of the current amount to the output voltage, and the offset component, which is the output voltage generated when the current is zero, occur. The current detector plays an important role in the control performance of the motor.The balance of the operation is lost due to fluctuations in the gain component and offset component, resulting in output torque fluctuations. Overcurrent protection that interrupts the switching of the power chip is frequently detected, and the actual motor output does not match the predetermined motor output target amount.
[パワー素子温度検出器の劣化]
パワー素子温度検出器の劣化として、具体的にはインタフェース回路部品の特性変動といったものが挙げられる。
パワー素子温度検出器が劣化することで温度検出結果に誤差が生じ、実際のパワー素子温度に比べて温度検出結果が高く出力される場合には過熱保護のための電動機出力制限動作が頻発して当初設計通りの連続的な運転を満足できないという問題が発生する。一方、実際のパワー素子温度に比べて温度検出結果が低く出力される場合には、本来過熱保護が動作すべきパワー素子温度に達していても保護動作が行われず、パワー素子の劣化が進行したり、場合によっては破壊に至るおそれがある。また、パワー素子温度検出結果に基づいてパワー素子のON抵抗をテーブル参照するなどして算出し高精度な電動機制御に適用している場合などでは、温度検出結果の誤差によって制御精度が悪化することとなる。
[Deterioration of power element temperature detector]
Specific examples of deterioration of the power element temperature detector include fluctuations in characteristics of interface circuit components.
Degradation of the power element temperature detector causes an error in the temperature detection result. When the temperature detection result is output higher than the actual power element temperature, the motor output limit operation for overheat protection frequently occurs. There arises a problem that the continuous operation as originally designed cannot be satisfied. On the other hand, when the temperature detection result is output lower than the actual power element temperature, the protection operation is not performed even if the power element temperature at which the overheat protection is supposed to operate is reached, and the power element deteriorates. Or in some cases it can lead to destruction. In addition, when the power element ON resistance is calculated by referring to a table based on the power element temperature detection result and applied to high-precision motor control, the control accuracy deteriorates due to an error in the temperature detection result. It becomes.
次に車載用電動機制御装置1の構成部品の劣化判定、及び、目標動作点の算出、更新設定の具体的な動作について説明する。
車両用電動機制御装置1の構成部品の劣化は、劣化判定手段32により判定される。図9は劣化判定手段32の詳細な構成を示すブロック図である。劣化判定手段32は、劣化判定基準テーブル321、パワー素子劣化判定部322、平滑用コンデンサ劣化判定部323、電流検出器劣化判定部324、パワー素子温度検出器劣化判定部325を有している。
Next, description will be given of specific operations for determining deterioration of components of the in-vehicle electric
Deterioration of the components of the vehicle
上記それぞれ劣化判定部322〜325での判定は、パワー素子情報処理手段35が出力するパワー素子情報、平滑用コンデンサ情報処理手段33が出力する平滑用コンデンサ情報、直流母線電流算出手段31が出力する直流母線電流、電動機電流算出手段28が出力する電動機電流、パワー素子温度算出手段27a〜27cが出力するパワー素子温度に対応する信号に基づいて行われる。
The determinations by the
ここで、パワー素子情報とは、トランジスタ9a〜9f、13a、13bの夫々と、フライホイールダイオード10a〜10f、14a、14bの夫々の逆並列接続体からなるパワー素子の端子間電位差やパワーチップ通過電流分流量を意味する。このパワー素子情報は、パワー素子毎に電力変換器4内に備えられるパワー素子情報検知器34a〜34hにより検出され、電動機制御ユニット5内のパワー素子情報処理手段35へ伝送されて処理される。
Here, the power element information refers to the potential difference between terminals of the power elements composed of the anti-parallel connection bodies of the
また、平滑用コンデンサ情報とは、平滑用コンデンサ電流検出器36により検出される平滑用コンデンサ通過電流量、及びサーミスタ37により検出される平滑用コンデンサ温度、更には直流母線電流検出器15により検出される情報を意味する。平滑用コンデンサ電流検出器36及びサーミスタ37からの平滑用コンデンサ情報は、平滑用コンデンサ情報処理手段33により処理され、直流母線電流算出手段31により検出された情報は、直流母線電流算出手段31により直流母線電流idcとして算出される。
The smoothing capacitor information is the amount of current passing through the smoothing capacitor detected by the smoothing capacitor
各劣化判定部322〜325での判定は、劣化判定基準テーブル321に設定された劣化判定基準を基準として行われる。
図10は、劣化判定基準テーブル321の構成例を示す図である。劣化判定基準は、判定対象である各トランジスタ9a〜9f、13a、13b及び各フライホイールダイオード10a〜10f、14a、14bから成るパワー素子、平滑用コンデンサ7、電動機電流検出器16a〜16c、パワー素子温度検出器27a〜27cの各部品毎に、また、各部品におけるそれぞれの劣化判定種類毎に、当該車載用電動機制御装置1が搭載された自動車がシステムとして所定の性能劣化をもたらすか否かに基づいて設定される。
The determination in each of the
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the deterioration determination criterion table 321. Degradation criteria are: power elements composed of the
次に、各トランジスタ9a〜9f、13a、13b及び各フライホイールダイオード10a〜10f、14a、14bから成るパワー素子、平滑用コンデンサ7、電動機電流検出器16a〜16c、パワー素子温度検出器27a〜27cの各部品における劣化判定方法について説明する。
Next, a power element composed of the
[パワー素子劣化判定]
パワー素子劣化判定部322での劣化判定は次のように行われる。先ず、パワー素子情報検知器34a〜34hにより、パワー素子を構成するトランジスタ9a〜9f、13a、13bのそれぞれのコレクターエミッタ間電圧Vce、ゲートーエミッタ間電圧Vge、コレクタ電流分流Icsが検出されパワー素子情報処理手段35を経てパワー素子劣化判定部322へ入力される。
[Power element deterioration judgment]
The deterioration determination by the power element
図11は、スイッチング信号によってトランジスタがスイッチオン、スイッチオフする際の動作波形を模式的に表した波形図であり、(a)はスイッチング信号、(b)はゲートーエミッタ間電圧Vge、(c)はコレクターエミッタ間電圧Vce、(d)はコレクタ電流Icの波形を夫々示す。いずれも横軸は共通の時間軸である。 FIG. 11 is a waveform diagram schematically showing operation waveforms when a transistor is switched on and off by a switching signal. (A) is a switching signal, (b) is a gate-emitter voltage Vge, (c ) Indicates the collector-emitter voltage Vce, and (d) indicates the waveform of the collector current Ic. In both cases, the horizontal axis is a common time axis.
パワー素子が劣化している場合、その劣化は、トランジスタ9a〜9f、13a、13bのスイッチオン時に、コレクターエミッタ間飽和電圧Vce(sat)の増加、パワー素子のスイッチング反応時間の指標であるターンオン時間(ton)の増加、ターンオフ時間(toff)の増加という現象として現れる。ターンオン時間(ton)は、スイッチオン動作の際にゲートーエミッタ間電圧Vgeが最大振幅の10%に達した時間からコレクターエミッタ間電圧Vceがスイッチオン移行初期電圧の10%に達するまでの時間である。また、ターンオフ時間(toff)はスイッチオフ動作の際にゲートーエミッタ間電圧Vgeが最大振幅の90%に達した時間からコレクタ電流Icが減衰してスイッチオフ移行初期量の10%に達するまでの時間である。
When the power element is deteriorated, the deterioration is caused by an increase in the collector-emitter saturation voltage Vce (sat) when the
これらのことから、次の方法により劣化判定を行うことができる。
スイッチング信号のオン動作移行後、またはゲートーエミッタ間電圧Vgeの最大振幅到達後の所定時間(トランジスタが既にオンしているであろう時間)経過時点でのコレクターエミッタ間飽和電圧Vce(sat)を、判定基準値[Ref_Vce(sat)]と比較する。
スイッチオン動作によりゲートーエミッタ間電圧Vgeが立ち上がり、ゼロクロス時点から所定時間(ターンオン定格時間)経過時点でのコレクターエミッタ間電圧Vceを、判定基準値[Ref_Vce(ton)]と比較する。
スイッチオフ動作によりゲートーエミッタ間電圧Vgeが減衰を開始した時点から所定時間(ターンオフ定格時間)経過時点でのコレクタ電流分流Icsを判定基準値[Ref_Ics(toff)]と比較する。
From these things, the deterioration determination can be performed by the following method.
The collector-emitter saturation voltage Vce (sat) at the point of time after the switching signal transitions to the ON operation or after the maximum amplitude of the gate-emitter voltage Vge has been reached (the time that the transistor will be on). Compare with the criterion value [Ref_Vce (sat)].
The gate-emitter voltage Vge rises by the switch-on operation, and the collector-emitter voltage Vce when a predetermined time (turn-on rated time) has elapsed from the zero crossing time is compared with the determination reference value [Ref_Vce (ton)].
The collector current shunt Ics is compared with the determination reference value [Ref_Ics (toff)] when a predetermined time (turn-off rated time) has elapsed since the gate-emitter voltage Vge starts to decay due to the switch-off operation.
以上のように、パワー素子劣化判定部322はコレクターエミッタ間電圧Vce、ゲートーエミッタ間電圧Vge、コレクタ電流分流Ics、スイッチング信号に基づいてパワー素子の劣化判定を行い、判定結果を出力する。
As described above, the power element
[平滑用コンデンサ劣化判定]
平滑用コンデンサ劣化判定部323での劣化判定は、次のように行われる。
先ず、図8に示す平滑用コンデンサ電流検出器36からの信号を用いて平滑用コンデンサ情報処理手段33から平滑用コンデンサ通過電流量ic_rplが出力され、直流母線電流検出器15からの信号を用いて直流母線電流算出手段31から直流母線電流量idcが検出される。また、サーミスタ37からの信号を用いて平滑用コンデンサ情報処理手段33から平滑用コンデンサ7の温度tem_Cが検出される。
[Smoothing capacitor deterioration judgment]
The deterioration determination by the smoothing capacitor
First, using the signal from the smoothing capacitor
図12の(a)は、平滑用コンデンサ劣化判定部323の詳細な構成を示すブロック図である。この図に示すように、平滑用コンデンサ劣化判定部323は、実効値演算器501、低域通過フィルタ(LPF)502、振幅比演算器503、補正ゲインテーブル504、係数器505、比較器506から構成されている。
FIG. 12A is a block diagram illustrating a detailed configuration of the smoothing capacitor
先ず、実効値演算器501は、平滑用コンデンサ通過電流量idc_rplを入力して、その実効値を算出する。また、低域通過フィルタ502は、直流母線電流量idcを入力して、その低周波数域成分を濾波し出力する。つづいて、振幅比演算器503は、実効値演算器501からの平滑用コンデンサ通過電流量実効値と、低域通過フィルタ502からの直流母線電流量の低周波数域成分を入力して、その比を算出する。
First, the
また、図12の(a)に示す補正ゲインテーブル504は、平滑用コンデンサ温度tem_Cを入力しテーブル参照により補正ゲインを出力する。係数器505は、振幅比演算器503の出力と補正ゲインテーブル504からの補正ゲインとを乗算して出力する。次に、比較器506により、係数器505の出力と平滑用コンデンサ劣化判定基準値との間の大小関係を比較して劣化判定が行われ、平滑用コンデンサ劣化判定基準値が係数器505の出力より小さい場合に劣化状態であると判定される。即ち、直流母線電流量と平滑用コンデンサ7のリップル電流量の比を平滑用コンデンサの温度により補正した後、平滑用コンデンサ劣化判定基準値と比較して劣化判定を行う。
Further, the correction gain table 504 shown in FIG. 12A receives the smoothing capacitor temperature tem_C and outputs the correction gain by referring to the table. The
図12の(b)は、平滑用コンデンサ劣化判定部323の、別な様態での詳細な構成を示すブロック図で、減算器507、及び前述の実効値演算器501、低域通過フィルタ502により構成されたリップル抽出器508を備えている。その他は、図12の(a)に示したブロックと同じ働きをするものは同一の符号を付している。
FIG. 12B is a block diagram showing a detailed configuration of the smoothing capacitor
先ず、リップル抽出器508の低域通過フィルタ502は、直流母線電流量idcを入力して、その低周波数域成分を濾波し出力する。減算器507は、直流母線電流量idcから直流母線電流量に含まれる低周波数域成分を減算し直流母線電流リップル成分とする。実効値演算器501は、この直流母線電流リップル成分を入力して、その実効値を算出する。つづいて、振幅比演算器503は、直流母線電流リップル成分実効値と直流母線電流量の低周波数域成分を入力して、その比を算出する。
First, the low-
また、補正ゲインテーブル504は、平滑用コンデンサ温度tem_Cを入力しテーブル参照により補正ゲインを出力する。以降、係数器505、比較器506の動作は、図12の(a)の場合と同様であるため説明を省略する。この図12の(b)での例は、直流母線電流量の低周波数域成分とリップル成分の比を平滑用コンデンサの温度により補正した後、劣化判定基準値と比較して劣化判定を行う。
The correction gain table 504 receives the smoothing capacitor temperature tem_C and outputs a correction gain by referring to the table. Hereinafter, the operations of the
以上のように、平滑用コンデンサ劣化判定部323は、平滑用コンデンサ通過電流量、直流母線電流量、平滑用コンデンサ温度に基づいて、平滑用コンデンサ7の劣化判定を行い、判定結果を出力する。
なお、平滑用コンデンサ7の劣化判定の方法として、周知の他の方法を用いてもよく、本発明において劣化判定の方法が、前述した方法に限定されるものではない。
As described above, the smoothing capacitor
It should be noted that other known methods may be used as a method for determining deterioration of the smoothing capacitor 7, and the method for determining deterioration in the present invention is not limited to the method described above.
[電流検出器劣化判定]
電流検出器劣化判定部324(図9)での劣化判定は、例えば次の原理に基づいて行われる。
交流電動機巻線電気特性の平衡性利用
(1)電動機多相巻線の電気特性が平衡(抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンス各成分が各相とも同量)しており、何れの相にも同等振幅の電流が流れる場合に、電流検出器16a〜16cからの各相電流量検出値の振幅が同等であるか否かに基づいて劣化判定を行う。スイッチング信号を矩形波1パルススイッチング法またはすべてオフ(フライホイールダイオード10a〜10fのみに電流が流れる全波整流状態)とすれば、安定した平衡電流が流れるため劣化判定の精度が高まる。
[Current detector deterioration judgment]
The deterioration determination by the current detector deterioration determination unit 324 (FIG. 9) is performed based on the following principle, for example.
Utilization of balance of AC motor winding electrical characteristics (1) The electrical characteristics of motor multiphase windings are balanced (resistance, self-inductance, and mutual inductance components are the same in each phase), and equivalent to any phase When an amplitude current flows, the deterioration determination is performed based on whether or not the amplitude of each phase current amount detection value from the
(2)単一電流経路での複数電流検出器同時検出
交流電動機2が低回転速度で速度起電力が小さい場合(停止時など)に電流検出器16a〜16cが備えられた複数の経路に単一電流が流れるようパワー素子のスイッチングを組み合わせ、複数の電流検出器で同一電流量を検出し、その検出値の差異に基づいて劣化判定を行う。
例えば、三相の交流電動機2の制御を三相インバータ6で行う場合、三相を構成するU、V、W相の内、U相高電位(P)側トランジスタ9aとV相低電位(N)側トランジスタ9dとをスイッチオンし、その他のトランジスタ9b、9c、9e、9fをスイッチオフすれば、電流は高電位(P)側からトランジスタ9aを経て三相交流電動機のU相巻線を正方向に流れ入り、V相巻線を負方向に流れ出てトランジスタ9dを経て低電位(N)側へ帰還する。このとき電流検出器16aと16bは極性が異なる同一電流量を検出することとなるので、こ時の検出結果に相違があればいずれかの電流検出器に特性変動が生じていることとなる。パワー素子のスイッチングの組み合わせを適宜変更してこれら電流検出器の特性変動を詳細に確認して行くことができる。
(2) Simultaneous detection of a plurality of current detectors in a single current path When the
For example, when the three-
上記の(1)の場合は、各相検出電流の振幅の同等性を所定基準値と比較することで劣化判定を行い、(2)の場合は、スイッチングの組み合わせによる各相電流検出値同士の差異に基づいて所定基準値と比較することで劣化判定を行う。ここで、所定基準値は、電流検出器16a〜16c同士のバラツキ許容値にあたるが、交流電動機2の巻線の電気定数(抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数)が既知であれば、電流検出器16a〜16cの特性変動を物理的絶対量として算出することも可能であり、基準値を物理的絶対量として個々の電流検出器16a〜16cの特性と比較して劣化判定を行うこともできる。以上のようにして電流検出器劣化判定部324は劣化判定を行い、判定結果を出力する。
In the case of (1) above, deterioration determination is performed by comparing the equivalence of the amplitude of each phase detection current with a predetermined reference value, and in the case of (2), between each phase current detection value by a combination of switching. The deterioration is determined by comparing with a predetermined reference value based on the difference. Here, the predetermined reference value corresponds to a variation allowable value between the
[パワー素子温度検出器劣化判定]
パワー素子温度検出器劣化判定部325(図9)での劣化判定は、例えば次のようにして行われる。
(1)車載用電動機制御装置1が充分放熱され、パワー素子の温度が周囲温度相当となった際の各パワー素子温度検出器どうしの検出結果の差異(バラツキ)を基準値と比較する。
(2)多相平衡状態運転時でパワー素子間の0スイッチング頻度、通過電流量が平衡している場合での各パワー素子温度検出器どうしの検出結果の差異(バラツキ)を基準値と比較する。
(3)所定基準時点(例えばパワー素子のスイッチング開始時点)からのパワー素子温度検出器の検出結果変化特性を、予め定められたパワー素子発熱放熱特性テーブルと比較してその差異を基準値と比較する。
[Power element temperature detector deterioration judgment]
The deterioration determination by the power element temperature detector deterioration determination unit 325 (FIG. 9) is performed as follows, for example.
(1) The difference (variation) in detection results between the power element temperature detectors when the in-vehicle electric
(2) Compare the difference (variation) in the detection results between the power element temperature detectors when the switching frequency between the power elements and the amount of passing current are balanced during operation in a multiphase equilibrium state. .
(3) The detection result change characteristic of the power element temperature detector from a predetermined reference time (for example, power element switching start time) is compared with a predetermined power element heat dissipation characteristic table, and the difference is compared with the reference value. To do.
上記の(1)、(2)の場合での判定基準値は、パワー素子温度検出器同士のバラツキ許容値にあたるが、複数のパワー素子温度検出器からの検出値の多数決やその他統計的手法によって、検出結果の差異を物理的な(真の)温度からの誤差として算出することも可能である。このため、劣化判定基準値として温度誤差を設定して判定することも可能である。以上のようにパワー素子温度検出器劣化判定部325は劣化判定を行い、判定結果を出力する。
The determination reference value in the cases of (1) and (2) above corresponds to a variation allowable value between power element temperature detectors, but it is determined by majority of detected values from a plurality of power element temperature detectors or other statistical methods. It is also possible to calculate the difference between the detection results as an error from the physical (true) temperature. For this reason, it is also possible to determine by setting a temperature error as the deterioration determination reference value. As described above, the power element temperature detector
以上のような動作によって、車載用電動機制御装置1の構成部品の劣化判定が行われる。ここで、図10に示される劣化判定基準テーブル321の各要素である劣化判定基準は、自動車システムの性能低下レベルに対応して値を定められる。例えば、車採用電動機制御装置1及び交流電動機2をハイブリッド自動車に適用する場合、車載用電動機制御装置1の構成部品が劣化して特性変動が生じると、内燃機関、電動機、変速機の連携が崩れて有意な性能低下が生じてしまう。低下する性能の例としては、燃費、トルク変動、乗り心地、内燃機関排出ガス各成分、電磁ノイズ、騒音などが挙げられる。
The deterioration determination of the components of the vehicle-mounted
また、ハイブリッド自動車は、使用地域によっては、排出ガスや燃費が法律や政策目標で定められた所定のレベルを満たす車両であることに着目して、導入が促進されている場合がある。このため上記の有意な性能低下が発生する場合に、この状態を検出してこれ以上の性能低下を防止し、改善することが重要である。例えば、乗り心地に関する性能低下に対して出力トルク変動を所定の範囲内に留めるべく劣化判定基準を設定する場合を考えると、出力トルク変動を起こす要因である電動機電流検出器のゲイン変動に関して出力トルク変動の許容範囲の境界に該当する変動値を求め、このゲイン変動値を劣化判定基準に設定するなどして対応することができる。 Moreover, introduction of a hybrid vehicle may be promoted by focusing on the fact that, depending on the region of use, exhaust gas and fuel consumption satisfy a predetermined level defined by laws and policy targets. For this reason, when the above-mentioned significant performance degradation occurs, it is important to detect this state to prevent and improve further performance degradation. For example, when considering a case where a deterioration criterion is set to keep the output torque fluctuation within a predetermined range with respect to performance degradation related to ride comfort, the output torque is related to the gain fluctuation of the motor current detector that is a factor causing the output torque fluctuation. A variation value corresponding to the boundary of the variation allowable range can be obtained, and this gain variation value can be set as a deterioration determination criterion.
次に、本実施の形態3に於ける劣化判定時に、自動車システムとしての性能低下を改善するよう目標動作点を逐次更新する動作について説明する。
図13は、平滑用コンデンサ7の劣化判定時に目標動作点を算出し制御指令値の補正を行う目標動作点算出手段22の詳細な構成を示すブロック図である。
図13に示される目標動作点算出手段22は、制御指令補正演算部43、力率算出手段44、平滑用コンデンサリップル電流ー力率特性テーブル51、及び減算器52から構成されている。また、制御指令補正演算部43は、係数器53、54、積分器55、56、及び加算器57、58から構成されている。
Next, the operation of sequentially updating the target operating point so as to improve the performance degradation of the automobile system at the time of deterioration determination in the third embodiment will be described.
FIG. 13 is a block diagram showing a detailed configuration of the target operating point calculation means 22 that calculates the target operating point and corrects the control command value when determining the deterioration of the smoothing capacitor 7.
The target operating
平滑用コンデンサ7の劣化によって静電容量が減少している場合、平滑能力が低下して直流の電圧、電流リップルが増加し、電磁妨害性(EMI)が悪化するという性能低下を引き起こす。これを回避するため、平滑用コンデンサ7の劣化判定時に、直流の電圧、電流リップルが所定の範囲内に収まるような目標動作点を設定し、現行の動作点から目標動作点へ向けて移行するよう制御指令値を補正する。この制御指令値の補正は、動作点の力率を操作することに着目して行う。 When the capacitance is reduced due to the deterioration of the smoothing capacitor 7, the smoothing ability is lowered, the DC voltage and current ripple are increased, and the performance is deteriorated such that electromagnetic interference (EMI) is deteriorated. In order to avoid this, when determining the deterioration of the smoothing capacitor 7, a target operating point is set so that the DC voltage and current ripple are within a predetermined range, and the current operating point is shifted to the target operating point. Correct the control command value. The correction of the control command value is performed by focusing on operating the power factor of the operating point.
図14は、力率に対する平滑用コンデンサ7の通過電流の特性を説明する図である。図14の(a)から(d)において横軸は共通の時間軸であり、それぞれ同一の変調率で同一の電動機電流iaが流れている場合に、平滑用コンデンサ電流検出器36により検出される平滑用コンデンサ通過電流idc_rplとその平均値を図示したものである。図14の(a)は力率=+1.0での波形、(b)は力率=+0.8での波形、(c)は力率=+0.6での波形、(d)は力率=+0.4での波形を示している。これらの図から明らかなように、力率が低下するにしたがい、平滑用コンデンサ通過電流の平均値も低下している。
FIG. 14 is a diagram for explaining the characteristics of the passing current of the smoothing capacitor 7 with respect to the power factor. In FIGS. 14A to 14D, the horizontal axis is a common time axis and is detected by the smoothing capacitor
力率が低下するということは、電動機に流れる電流の内、d軸成分(回転子磁束ベクトルの方向の電流成分)が増加し、q軸成分(回転子磁束ベクトルに直交する方向の電流成分)が減少する動きに相当し、q軸電流が減少するため電動機の出力トルクが減少する。出力トルク減少により電動機に入力する電力が減少することから、平滑用コンデンサ通過電流平均値も低下する。平均値を中央値として平滑用コンデンサ通過電流の波形を見ると、力率によって平均値からの電流変位量が異なる、即ちリップル電流の実効値が異なることが判る。以上のことから、同一の変調率、同一の電動機電流量であっても力率を操作することにより直流のリップル電流量を調整することが可能となる。 The fact that the power factor decreases means that the d-axis component (current component in the direction of the rotor magnetic flux vector) increases in the current flowing through the motor, and the q-axis component (current component in the direction orthogonal to the rotor magnetic flux vector). Corresponds to the movement of decreasing, and since the q-axis current decreases, the output torque of the motor decreases. Since the electric power input to the electric motor is reduced due to the output torque reduction, the average value of the smoothing capacitor passing current is also lowered. Looking at the waveform of the smoothing capacitor passing current with the average value as the median value, it can be seen that the amount of current displacement from the average value varies depending on the power factor, that is, the effective value of the ripple current varies. From the above, it is possible to adjust the DC ripple current amount by manipulating the power factor even with the same modulation factor and the same motor current amount.
これらに基づき、図13に示される目標動作点算出手段22は次のように動作する。
先ず、力率算出手段44は、d軸電流指令id*、q軸電流指令iq*及び回転角度θを用いて算出される電動機電流iaの位相と制御演算部20で算出される電動機端子電圧指令Va*の位相との差から、これの余弦値を取って力率を算出し出力する。
Based on these, the target operating point calculation means 22 shown in FIG. 13 operates as follows.
First, the power
また、平滑用コンデンサリップル電流ー力率特性テーブル51は、予め電磁妨害性能(EMI)と関連付けられて設定されるリップル電流許容量と、d軸電流指令id*、q軸電流指令iq*、変調率MRを入力する。テーブルは横軸を力率、縦軸を変調率とし、劣化したと判定される場合の静電容量において、電動機電流実効値iaの規格値に対して発生する平滑用コンデンサのリップル電流を、要素として網目状に記憶したものである。d軸電流指令id*、q軸電流指令iq*から(式9)で算出されるiaについて規格化係数を求め、テーブルに記憶した平滑用コンデンサのリップル電流に規格化係数を乗じたものが、現動作点における平滑用コンデンサのリップル電流となる。 The smoothing capacitor ripple current-power factor characteristic table 51 includes a ripple current allowable amount set in advance in association with electromagnetic interference performance (EMI), a d-axis current command id *, a q-axis current command iq *, and a modulation. Enter the rate MR. The table uses the power factor on the horizontal axis and the modulation factor on the vertical axis, and the ripple current of the smoothing capacitor generated with respect to the standard value of the motor current effective value ia in the capacitance when it is determined that the deterioration has occurred. As a mesh. The normalization factor is calculated for ia calculated by (Equation 9) from the d-axis current command id * and the q-axis current command iq *, and the ripple current of the smoothing capacitor stored in the table is multiplied by the normalization factor. This is the ripple current of the smoothing capacitor at the current operating point.
平滑用コンデンサリップル電流ー力率特性テーブル51では、縦軸の値を入力した変調率MR、リップル電流許容量を上記規格化係数で除したものを基準値とし、テーブルの要素がこの基準値を下回るポイントを横軸の力率方向について走査して、このポイントでの力率を目標力率として出力する。つづいて、減算器52は、この目標力率から力率算出手段44が出力する力率を減算して目標力率からの偏差を出力する。
In the smoothing capacitor ripple current-power factor characteristic table 51, the modulation factor MR with the vertical axis value input, and the ripple current tolerance divided by the above normalization factor are used as reference values. The lower point is scanned in the power factor direction on the horizontal axis, and the power factor at this point is output as the target power factor. Subsequently, the
上記目標力率からの偏差は制御指令補正演算部43に入力され、それぞれ係数器53、54で係数倍される。積分器55は係数器53で係数倍された目標力率からの偏差を蓄積してその結果をd軸電流指令補正量となす。同様に積分器56は係数器54で係数倍された目標力率からの偏差を蓄積してその結果をq軸電流指令補正量とする。即ち、係数器53と積分器55は、d軸電流指令に関する積分制御器として動作し、係数器54と積分器56は、q軸電流指令に関する積分制御器として動作する。ただし、積分器55、56は平滑用コンデンサの劣化判定時にのみ積分動作を行い、劣化が発生していない場合は常に積分値をゼロに維持することで、各電流指令補正量がゼロとなるようにする。
The deviation from the target power factor is input to the control command
次に、加算器57により、d軸電流指令id0*と積分器55が出力するd軸電流指令補正量が加算され、補正後のd軸電流指令id*として制御指令補正演算部43から出力される。また、同様に加算器58により、q軸電流指令iq0*と積分器56が出力するq軸電流指令補正量が加算され、補正後のq軸電流指令iq*として出力される。
Next, the
図8の制御演算部20では、目標動作点算出手段22が出力する補正後d軸電流指令id*、補正後q軸電流指令iq*にしたがって、実施の形態1、実施の形態2と同様な手順により電動機制御演算を行い、スイッチング信号を生成する。また、電動機動作情報伝送手段23は、劣化判定手段32からの劣化情報、目標動作点算出手段22からの現動作点における力率と、目標力率、補正後d軸電流指令id*、補正後q軸電流指令iq*を入力し、電流指令からの補正後トルク指令の算出、情報の符号化(コーディング)、情報伝送部分の制御を行って、これらを外部装置24へ情報伝送する。
In the
以上説明したように本実施の形態3による車載用電動機制御装置によれば、車載用電動機制御装置1の構成部品の劣化に起因する自動車システムとしての有意な性能の低下を検知して、この性能低下が改善されるよう、また、劣化のさらなる進行を防ぐように自律的に目標動作点を設定し、目標動作点で交流電動機2及び車載用電動機制御装置1が動作すべく制御を行う。
As described above, according to the in-vehicle electric motor control apparatus according to the third embodiment, a significant decrease in performance as an automobile system due to deterioration of the components of the in-vehicle electric
なお、本実施の形態3において、パワー素子、平滑用コンデンサ、電流検出器、パワー素子温度検出器の劣化判定方法を例示したが、各劣化判定部での劣化判定方法としてはこれらに限定されるものではない。例えば、各要素の動作特性を表す数理モデルにより非劣化時の特性(規範特性)と実特性を突き合わせて、その特性の偏差と劣化判定基準値を比較して劣化判定を行うものであってもよい。
さらに、本実施の形態3では、目標動作点算出、制御指令補正演算につき平滑用コンデンサの静電容量の劣化に関して例示したが、対象となる劣化はこれに限定されず、適宜、他の劣化現象に対する目標動作点算出、制御指令補正演算を組み合わせてよい。
In the third embodiment, the degradation determination method for the power element, the smoothing capacitor, the current detector, and the power element temperature detector is exemplified, but the degradation determination method in each degradation determination unit is limited to these. It is not a thing. For example, even if non-degrading characteristics (normative characteristics) are matched with actual characteristics using a mathematical model that represents the operational characteristics of each element, the deviation of the characteristics is compared with the degradation criterion value to determine degradation Good.
Furthermore, in the third embodiment, the target operating point calculation and the control command correction calculation are exemplified with respect to the deterioration of the capacitance of the smoothing capacitor. However, the target deterioration is not limited to this, and other deterioration phenomena are appropriately selected. The target operating point calculation and the control command correction calculation may be combined.
実施の形態4
図15は、実施の形態4による車載用電動機制御装置の目標動作点算出手段22の詳細な構成を示すブロック図である。
本実施の形態4による装置のシステムの全体構成は、目標動作点算出手段22が図15に示されるものであることを除いて図3に示される実施の形態2によるシステムの全体構成と同様であるため、以下の説明では、図3及び図15を参照し、構成、動作が異なる部分を主体に説明する。
FIG. 15 is a block diagram showing a detailed configuration of the target operating point calculation means 22 of the in-vehicle electric motor control apparatus according to the fourth embodiment.
The overall configuration of the system of the apparatus according to the fourth embodiment is the same as the overall configuration of the system according to the second embodiment shown in FIG. 3 except that the target operating point calculation means 22 is as shown in FIG. Therefore, in the following description, with reference to FIG. 3 and FIG. 15, portions different in configuration and operation will be mainly described.
図3における目標動作点算出手段22は、図15に示すように、目標動作点算出手段22は、制御指令補正演算部43、特定指標変化量算出部61、減算器62、及びトランジスタ損失算出部401から構成されている。
この本実施の形態4における目標動作点算出手段22は、電力変換器4内のトランジスタ損失が所定の許容量を超過する場合にスイッチング周波数を低下させてトランジスタ損失を低減させるという目標動作点の逐次更新動作を行うものであり、電力変換器4及び交流電動機2で発生する電力損失を指標値とし、目標動作点の更新の際にこの指標値の変化量が所望の範囲内に収まるようスイッチング周波数の更新幅を制限するよう動作する。
As shown in FIG. 15, the target operating point calculation means 22 in FIG. 3 is the same as the control command
In this fourth embodiment, the target operating point calculation means 22 sequentially sets the target operating points by reducing the switching frequency and reducing the transistor loss when the transistor loss in the
特定指標変化量算出部61は、上記指標値として電力変換器4及び交流電動機2で発生する電力損失を演算し、目標動作点の更新周期毎の変化量を出力するブロックであり、電力変換器損失算出器40、電動機損失算出器41、加算器42、力率算出手段44、遅延器431、減算器432、及び係数器611から構成されている。
The specific index change amount calculation unit 61 is a block that calculates a power loss generated in the
その動作として、先ず、d軸電流指令id*、q軸電流指令iq*、回転角度θ、電動機端子電圧指令Va*を力率算出手段44に入力し、力率を算出する。次に電力変換器損失算出器40へスイッチング周波数、パワー素子温度Tj、d軸電流指令id*、q軸電流指令iq*、力率を入力し、電力変換器4内の三相インバータ6で発生する電力損失を算出して出力する。また、電動機損失算出器41へ前述の(式9)により計算される電動機電流ia、電動機巻線温度Tmtcoil、電動機回転速度ωe、スイッチング周波数、変調率MRを入力し、交流電動機2で発生する電力損失を算出して出力する。電力変換器損失と電動機損失は加算器42により加算されて、総電力損失として出力される。
As the operation, first, the d-axis current command id *, the q-axis current command iq *, the rotation angle θ, and the motor terminal voltage command Va * are input to the power factor calculation means 44 to calculate the power factor. Next, the switching frequency, power element temperature Tj, d-axis current command id *, q-axis current command iq *, and power factor are input to the power
続いて、減算器432は、上記総電力損失から遅延器431を通過した前回周期の目標動作点更新時における総電力損失を減算して総電力損失の変化量となし、さらに係数器611により係数倍して特定指標変化量算出部61から出力する。
Subsequently, the
また、トランジスタ損失算出部401はd軸電流指令id*、q軸電流指令iq*、スイッチング周波数、パワー素子温度Tj、力率を入力し、定常ON損失とスイッチング損失からなるトランジスタ9での電力損失を算出し出力する。次に減算器62は、トランジスタ9の電力損失の許容量から上記算出済みの電力損失を減算し、その結果を制御指令補正演算部43へ出力する。
The transistor
次に、減算器62の減算結果は、制御指令補正演算部43へ入力される。制御指令補正演算部43は、スイッチング周波数設定テーブル63と変化量制限器64から構成される。
変化量制限器64は、減算器641、可変リミッタ642、加算器643、遅延器644から構成される。
Next, the subtraction result of the
The change amount limiter 64 includes a
スイッチング周波数設定テーブル63は、減算器62の減算結果を入力し、記憶している特性データから対応するスイッチング周波数の目標量をテーブル参照して出力する。スイッチング周波数設定テーブル63は、現動作点におけるトランジスタの電力損失算出値よりも許容量の方が大きく、電力損失に余裕がある場合には、所定のスイッチング周波数を保持して動作し、一方、電力損失算出値が許容量を超過している場合には、その超過量に応じてスイッチング周波数を低下させて動作するようなスイッチング周波数の特性データを記憶している。
The switching frequency setting table 63 receives the subtraction result of the
続いて、減算器641は、上記スイッチング周波数の目標量から遅延器644を通過した前回の目標動作点更新周期におけるスイッチング周波数を減算し、スイッチング周波数の変化量として出力する。さらに、可変リミッタ642は、このスイッチング周波数の変化量を入力してその上下限値を制限して出力する。ここで、制限境界である上下限値は、特定指標変化量算出部61の出力によってその値が調整される。
Subsequently, the
次に、加算器643により、可変リミッタ642を通過し上下限値を制限されたスイッチング周波数の変化量と遅延器644が出力する前回の目標動作点更新周期におけるスイッチング周波数とが加算され、補正後のスイッチング周波数(目標量)となって制御指令補正演算部43から出力される。ここで、変化量制限器64は、名称の通りスイッチング周波数の変化量を制限するよう動作し、また、その制限境界である上下限値を特定指標変化量算出部61が出力する指標値の変化度合いに応じて調整する。
Next, the
なお、図15に図示していないが、図3に示す電流指令テーブル21から出力されるd軸電流指令id0*、q軸電流指令iq0*は、目標動作点算出手段22内で補正処理を行わず、そのまま制御演算部20へ伝送される。制御演算部20はこれら電流指令量にしたがって電動機制御演算を行う。この時、パルス幅変調によるスイッチング信号を生成する際用いる搬送波の周波数を制御指令補正演算部43(図15)が出力する補正後のスイッチング周波数に設定し、上記目標動作点にしたがい動作させる。
Although not shown in FIG. 15, the d-axis current command id0 * and the q-axis current command iq0 * output from the current command table 21 shown in FIG. Instead, it is transmitted to the
以上説明したように、本実施の形態4による車載用電動機制御装置によれば、電力変換器4及び交流電動機2で発生する電力損失を指標値として、この指標値の目標動作点更新周期毎の偏差(=指標値の変化量)が所望の範囲内に収まるように、目標動作点のパラメータであるスイッチング周波数を、その変化量を制限しつつ逐次更新し設定することができる。
As described above, according to the vehicle-mounted motor control device according to the fourth embodiment, the power loss generated in the
なお、本実施の形態4において、特定の指標値が電力変換器4及び交流電動機2で発生する電力損失であり、目標動作点算出の設定パラメータがスイッチング周波数である場合を例示したが、それぞれ特定の指標値、目標動作点算出のパラメータはこれらに限定されるものではない。また、本発明の具体的な実現形態は本実施の形態4に示したものに限定されない。
In the fourth embodiment, the specific index value is the power loss generated in the
実施の形態5
図16は、実施の形態5による車載用電動機制御装置における特定指標変化量算出部61の詳細な構成を示すブロック図である。
本実施の形態5は、特定指標変化量算出部61が図16に示されるものであることを除いて、図15に示される実施の形態4による目標動作点算出手段22と同じであるため、以下、動作が異なる部分について説明する。
FIG. 16 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the specific index change amount calculation unit 61 in the in-vehicle electric motor control apparatus according to the fifth embodiment.
Since the fifth embodiment is the same as the target operating
図16において、特定指標変化量算出部61は、力率算出手段44、基本ルックアップテーブル621、第一感度ルックアップテーブル622、第二感度ルックアップテーブル623、電力変換器損失補正合成手段631、電動機損失補正合成手段632、加算器633、634、遅延器431、減算器432、及び係数器611から構成される。
In FIG. 16, the specific index change amount calculation unit 61 includes a power
本実施の形態5における特定指標変化量算出部61は、図15に示される実施の形態4による目標動作点算出手段22内の特定指標変化量算出手段61と同様に、電力変換器4で発生する電力損失と交流電動機2で発生する電力損失を算出して加算して総電力損失となし、目標動作点更新周期毎の総電力損失の偏差、即ち総電力損失の変化量を係数倍して出力するよう動作する。
The specific index change amount calculation unit 61 in the fifth embodiment is generated in the
以下、特定指標変化量算出部61の詳細な動作を述べる。
先ず、電動機回転速度ωeと(式9)にしたがい、d軸電流idとq軸電流iqから求まる電動機電流iaが基本ルックアップテーブル621へ入力される。基本ルックアップテーブル621は、車載用電動機制御装置1及び交流電動機2が所定の動作状況に有る場合の代表値に基づいて、定常状態での電力変換器4と交流電動機2で発生する電力損失の総和、即ち総電力損失を予め実測、算定し、電動機回転速度ωeと電動機電流iaを座標軸として対応する動作点毎に上記総電力損失を要素に持つよう構成されている。基本ルックアップテーブル621は、入力した電動機回転速度ωeと電動機電流iaとに対応する動作点での総電力損失をテーブル参照して検索し出力する。
Hereinafter, the detailed operation of the specific index change amount calculation unit 61 will be described.
First, the motor current ia obtained from the d-axis current id and the q-axis current iq is input to the basic lookup table 621 in accordance with the motor rotation speed ωe and (Equation 9). The basic look-up table 621 is used to calculate the power loss generated in the
次に、電力変換器4で発生する電力損失に関し、基本ルックアップテーブル621の要素である総電力損失の実測、算定時における電力変換器4の動作状況と、現運転状態での動作状況との差異によって生じる基本ルックアップテーブル621からの総電力損失の誤差成分を、第一感度ルックアップテーブル622により算出する。
第一感度ルックアップテーブル622は、パワー素子温度感度テーブル624、電力変換器部スイッチング周波数感度テーブル625、力率感度テーブル626から構成される。
Next, regarding the power loss occurring in the
The first sensitivity lookup table 622 includes a power element temperature sensitivity table 624, a power converter unit switching frequency sensitivity table 625, and a power factor sensitivity table 626.
パワー素子温度感度テーブル624は、電動機電流ia、パワー素子温度Tj、スイッチング周波数、力率の関数で表される電力変換器部の電力損失のうち、スイッチング周波数、力率の値を基本ルックアップテーブル621作成時の所定の代表値と等しくし、電動機電流iaを入力変数とした場合の電力変換器部の電力損失量に対して、パワー素子温度が変化する際の電力変換器部の電力損失量の変化割合、即ち感度を記憶したものである。 The power element temperature sensitivity table 624 is a basic look-up table showing the values of the switching frequency and the power factor among the power loss of the power converter unit expressed by a function of the motor current ia, the power element temperature Tj, the switching frequency, and the power factor. The power loss amount of the power converter section when the power element temperature is changed with respect to the power loss amount of the power converter section when the motor current ia is set as an input variable equal to a predetermined representative value at the time of creation of 621 The change rate, i.e., sensitivity is stored.
このパワー素子温度感度テーブル624は、電動機電流iaとパワー素子温度Tjが入力され、当該電動機電流iaにおいて上記基本ルックアップテーブル621作成時のパワー素子温度と現パワー素子温度が異なることによって生じる総電力損失の見積り誤差を算出する。 The power element temperature sensitivity table 624 receives the motor current ia and the power element temperature Tj, and the total power generated by the difference between the power element temperature at the time of creating the basic lookup table 621 and the current power element temperature in the motor current ia. Calculate the loss estimation error.
同様にして、電力変換器部スイッチング周波数感度テーブル625は、パワー素子温度Tj、力率を一定値とし、電動機電流iaを入力変数とした場合の電力変換器部の電力損失量のスイッチング周波数に関する感度を記憶したものであり、基本ルックアップテーブル621作成時のスイッチング周波数と現スイッチング周波数が異なることによって生じる総電力損失の見積り誤差を算出する。 Similarly, the power converter unit switching frequency sensitivity table 625 is a sensitivity related to the switching frequency of the power loss amount of the power converter unit when the power element temperature Tj, the power factor are constant values, and the motor current ia is an input variable. And an estimation error of the total power loss caused by the difference between the switching frequency when the basic lookup table 621 is created and the current switching frequency is calculated.
また、力率感度テーブル626は、パワー素子温度、スイッチング周波数を一定値とし、電動機電流iaを入力変数とした場合の電力変換器部の電力損失量の力率に関する感度を記憶したものであり、基本ルックアップテーブル621作成時の力率と現力率が異なることによって生じる総電力損失の見積り誤差を算出する。 Further, the power factor sensitivity table 626 stores the sensitivity related to the power factor of the power loss amount of the power converter unit when the power element temperature and the switching frequency are constant values and the motor current ia is an input variable. The estimation error of the total power loss caused by the difference between the power factor at the time of creating the basic lookup table 621 and the current power factor is calculated.
上記のように、第一感度ルックアップテーブル622に、電動機電流ia、パワー素子温度Tj、スイッチング周波数、力率算出手段44が算出し出力する力率を夫々入力すると、パワー素子温度感度テーブル624からパワー素子温度Tjに関連した基本ルックアップテーブル621の出力する総電力損失に対する見積り誤差が出力され、電力変換器部スイッチング周波数感度テーブル625からスイッチング周波数に関連した基本ルックアップテーブル621の出力する総電力損失に対する見積り誤差が出力され、力率感度テーブル625から力率に関連した基本ルックアップテーブル621の出力する総電力損失に対する見積り誤差が出力夫々される。続いて、電力変換器損失補正合成手段631は、これら各電力損失見積り誤差がそれぞれ重み付けの後に足し合わせ、基本ルックアップテーブル621からの総電力損失に対する電力変換器部分の電力損失見積り補正量として出力する。
As described above, when the motor element current ia, the power element temperature Tj, the switching frequency, and the power factor calculated and output by the power
次に、交流電動機2で発生する電力損失に関し、基本ルックアップテーブル621の要素である総電力損失の実測、算定時における交流電動機2の動作状況と、現運転状態での動作状況との差異によって生じる基本ルックアップテーブル621からの総電力損失の誤差成分を、第二感度ルックアップテーブル623により算出する。
第二感度ルックアップテーブル623は、電動機部スイッチング周波数感度テーブル627、電動機巻線温度感度テーブル628、変調率感度テーブル629から構成される。
Next, regarding the power loss that occurs in the
The second sensitivity lookup table 623 includes a motor unit switching frequency sensitivity table 627, a motor winding temperature sensitivity table 628, and a modulation factor sensitivity table 629.
電動機部スイッチング周波数感度テーブル627は、電動機電流ia、電動機回転速度ωe、スイッチング周波数、電動機巻線温度Tmtcoil、変調率MRの関数で表される電動機部の電力損失のうち、電動機巻線温度Tmtcoil、変調率MRの値を基本ルックアップテーブル621作成時の所定の代表値と等しくし、電動機電流iaと電動機回転速度ωeを入力変数とした場合の電動機部電力損失量に対して、スイッチング周波数が変化する際の電動機部電力損失量の変化割合である感度を記憶したものである。 The motor part switching frequency sensitivity table 627 includes an electric motor winding temperature Tmtcoil, out of electric power loss of the electric motor part expressed by a function of the electric motor current ia, the electric motor rotation speed ωe, the switching frequency, the electric motor winding temperature Tmtcoil, and the modulation factor MR. The switching frequency varies with the motor unit power loss when the modulation factor MR is made equal to a predetermined representative value when the basic lookup table 621 is created and the motor current ia and the motor rotation speed ωe are input variables. The sensitivity, which is the change rate of the electric power loss amount of the motor unit when it is performed, is stored.
この電動機部スイッチング周波数感度テーブル627は、電動機電流ia、電動機回転速度ωe、及びスイッチング周波数が入力され、当該電動機電流ia、電動機回転速度ωeに基づいて、基本ルックアップテーブル621作成時のスイッチング周波数と現スイッチング周波数が異なることによって生じる総電力損失の見積り誤差を算出する。 The motor unit switching frequency sensitivity table 627 receives the motor current ia, the motor rotation speed ωe, and the switching frequency, and based on the motor current ia and the motor rotation speed ωe, the switching frequency at the time of creating the basic lookup table 621 The estimation error of the total power loss caused by different current switching frequencies is calculated.
同様にして、電動機巻線温度感度テーブル628は、スイッチング周波数、変調率MRを一定値とし、電動機電流ia、電動機回転速度ωeを入力変数とした場合の電動機部電力損失量の電動機巻線温度に関する感度を記憶したものであり、基本ルックアップテーブル621作成時の電動機巻線温度と現電動機巻線温度が異なることによって生じる総電力損失の見積り誤差を算出する。 Similarly, the motor winding temperature sensitivity table 628 relates to the motor winding temperature of the motor part power loss when the switching frequency and the modulation factor MR are constant values, and the motor current ia and the motor rotation speed ωe are input variables. The sensitivity is stored, and an estimation error of the total power loss caused by the difference between the motor winding temperature at the time of creating the basic lookup table 621 and the current motor winding temperature is calculated.
また、変調率感度テーブル629は、スイッチング周波数、電動機巻線温度Tmtcoilを一定値とし、電動機電流ia、電動機回転速度ωeを入力変数とした場合の電動機部電力損失量の変調率MRに関する感度を記憶したものであり、基本ルックアップテーブル621作成時の変調率と現変調率が異なることによって生じる総電力損失の見積り誤差を算出する。 Further, the modulation rate sensitivity table 629 stores sensitivity related to the modulation rate MR of the motor unit power loss when the switching frequency and the motor winding temperature Tmtcoil are constant values, and the motor current ia and the motor rotation speed ωe are input variables. Thus, the estimation error of the total power loss caused by the difference between the modulation rate at the time of creating the basic lookup table 621 and the current modulation rate is calculated.
上記のように、第二感度ルックアップテーブル623に、電動機電流ia、電動機回転速度ωe、スイッチング周波数、電動機巻線温度Tmtcoil、変調率MRを入力すると、電動機部スイッチング周波数感度テーブル627からスイッチング周波数に関連した基本ルックアップテーブル621の出力する総電力損失に対する見積り誤差が出力され、電動機巻線温度感度テーブル628から電動機巻線温度に関連した基本ルックアップテーブル621の出力する総電力損失に対する見積り誤差が出力され、変調率感度テーブル629から変調率に関連した基本ルックアップテーブル621の出力する総電力損失に対する見積り誤差が出力される。続いて、電動機損失補正合成手段632は、これら各電力損失見積り誤差をそれぞれ重み付けの後に足し合わせ、基本ルックアップテーブル621からの総電力損失に対する電動機部分の電力損失見積り補正量として出力する。
As described above, when the motor current ia, the motor rotation speed ωe, the switching frequency, the motor winding temperature Tmtcoil, and the modulation factor MR are input to the second sensitivity lookup table 623, the switching frequency is converted from the motor unit switching frequency sensitivity table 627. An estimation error for the total power loss output from the related basic lookup table 621 is output, and an estimation error for the total power loss output from the basic lookup table 621 related to the motor winding temperature is output from the motor winding temperature sensitivity table 628. The estimated error for the total power loss output from the basic lookup table 621 related to the modulation rate is output from the modulation rate sensitivity table 629. Subsequently, the motor loss
次に、電力変換器損失補正合成手段631の出力と電動機損失補正合成手段632の出力は、加算器633により足し合わされて総電力損失補正量となる。さらに、加算器634は、基本ルックアップテーブル621が出力する総電力損失に加算器633からの総電力損失補正量を足し合わせて補正し、現動作状況における総電力損失を算出する。続いて、減算器432は、上記総電力損失から遅延器432を通過した前回周期の目標動作点更新時における総電力損失を減算して総電力損失の変化量となし、さらに係数器611は、この総電力損失の変化量を係数倍して出力する。この係数器611の出力が、特定指標変化量算出部61の出力となる。
Next, the output of the power converter loss
以上説明した本実施の形態5による特定指標変化量算出部61の働きは、図15で示した実施の形態4における特定指標変化量算出部61の働きと同様である。特定指標変化量算出部61の出力を用いて可変リミッタ642の制限境界である上下限値が調整され、ひいては、電力変換器4及び交流電動機2で発生する電力損失の目標動作点更新周期毎の偏差が所望の範囲内に収まるように、目標動作点のパラメータであるスイッチング周波数を、その変化量を制限しつつ逐次更新し設定することとなる。
The function of the specific index change amount calculation unit 61 according to the fifth embodiment described above is the same as the function of the specific index change amount calculation unit 61 in the fourth embodiment shown in FIG. The upper and lower limit values, which are the limiting boundaries of the
実施の形態6
実施の形態6は、図15において、電力変換器損失算出器40、電動機損失算出器41により用いる電力変換器4及び交流電動機2の電気的回路定数を、車載用電動機制御装置1及び交流電動機2の動作状況に基づいて設定値がより適正なものとなるよう適宜修正するようにしたものである。
Embodiment 6
In Embodiment 6, the electric circuit constants of the
電力変換器損失算出器40、及び電動機損失算出器41において、予め定められる所定の電気的回路定数を適用した特性算式を用いて電力損失を算出するが、電力変換器4あるいは交流電動機2の個体特有の特性として上記所定の電気的回路定数と異なる定数を有する場合、算出した電力損失には誤差が含まれることとなる。このため、個体特性に合致した電気的回路定数を求めて電力損失の特性算式に適用して修正すれば、電力損失の見積り誤差を低減し、目標動作点の算出に関わる性能が向上することとなり好適である。
In the power
実施の形態7
実施の形態7は、図16において、基本ルックアップテーブル621、第一感度ルックアップテーブル622、第二感度ルックアップテーブル623を、車載用電動機制御装置1及び交流電動機2の動作状況に基づいて設定値がより適正なものとなるよう適宜修正するようにしたものである。
Embodiment 7
In the seventh embodiment, in FIG. 16, the basic lookup table 621, the first sensitivity lookup table 622, and the second sensitivity lookup table 623 are set based on the operating conditions of the in-vehicle
基本ルックアップテーブル621、第一感度ルックアップテーブル622、第二感度ルックアップテーブル623は、電力変換器4及び交流電動機2が正常に動作し所期の性能を発する場合における電力損失の特性が記憶されている。ここで、例えば電力変換器4の構成部品に劣化が生じると実使用時の感度特性は上記各感度ルックアップテーブルに記憶されているものとは異なるものとなる。例えば電流検出器16a〜16cが劣化してゲイン変動が生じた場合には,d軸電流id、q軸電流iqに回転速度ωeに同期したリップルが発生するため、電流フィードバックの制御性能が変化し、変調率感度テーブル629に記憶される感度特性は実動作時の感度特性とは異なるものとなる。このため、上記劣化が判定された場合に、基本ルックアップテーブル621、第一感度ルックアップテーブル622、第二感度ルックアップテーブル623を、劣化後の電気的特性に対応した内容に修正する。
The basic look-up table 621, the first sensitivity look-up table 622, and the second sensitivity look-up table 623 store the characteristics of power loss when the
実施の形態8
図17は、、実施の形態8による車載用電動機制御装置の全体構成を示すブロック図である。図17に於いて、図8と同一の符号を付したものは、同一または相当部分を示している。この実施の形態8は、実施の形態3と比較して、電流指令テーブル21から出力されるd軸電流指令id0*、q軸電流指令iq0*が目標動作点算出手段22による補正を受けないまま、制御演算部20に直接される点が異なる。
FIG. 17 is a block diagram showing the overall configuration of the in-vehicle motor control device according to the eighth embodiment. In FIG. 17, the same reference numerals as those in FIG. 8 denote the same or corresponding parts. In the eighth embodiment, as compared with the third embodiment, the d-axis current command id0 * and the q-axis current command iq0 * output from the current command table 21 are not corrected by the target operating point calculation means 22. The difference is that it is directly performed by the
この実施の形態8に於いて、劣化判定手段32は、車載用電動機制御装置1の構成部品の劣化を判定し、目標動作点算出手段22が、更なる劣化の進行を防ぐべく、また、自動車の有意な性能低下を改善すべく車載用電動機制御装置1及び交流電動機2が動作するよう目標動作点を算出する。続いて、電動機動作情報伝承手段23は、上記劣化判定の結果、及び、上記目標動作点を入力し、劣化や目標動作点に関する情報の符号化(コーデイング)、情報伝送部分の制御を行って、これらを外部装置24へ情報伝送する。
In the eighth embodiment, the
これらの作用によって上記目標動作点にて動作すべく、外部装置24が電動機動作量指示241を出力するよう誘導することができる。また、例えば、外部装置24が電動機制御に関する以外の色々の車両動作情報を持ちつつ電動機動作量指示241を発している場合には、上記目標動作点と上記車両動作情報とを踏まえて電動機動作量指示算出プロセスを変更する等の対応をもって動作することができる。
The
1 車載用電動機制御装置
2 交流電動機
3 直流電源
4 電力変換器
5 電動機制御ユニット
6 三相インバータ
7 平滑用コンデンサ
8 昇降圧DCーDCコンバータ
9a〜9f トランジスタ
10a〜10f フライホイールダイオード
11 コンデンサ
12 チョークコイル
13a、13b トランジスタ
14a、14b フライホイールダイオード
15 直流母線電流検出器
16a、16b、16c 電流検出器
17a、17b、17c サーマルダイオード
18 回転角検出器
19 サーミスタ
20 制御演算部
21 電流指令テーブル
22 目標動作点算出手段
23 電動機動作情報伝送手段
24 外部装置
25 直流電圧算出手段
26a、26b、26c 定電流回路
27a、27b、27c パワー素子温度算出手段
28 電動機電流算出手段
29 電動機巻線温度算出手段
30 回転角度速度算出手段
31 直流母線電流算出手段
32 劣化判定手段
33 平滑用コンデンサ情報処理手段
34a〜34h パワー素子情報検知器
35 パワー素子情報処理手段
36 平滑用コンデンサ電流検出器
37 サーミスタ
40 電力変換器損失算出器
41 電動機損失算出器
42 加算器
43 制御指令補正演算部
44 力率算出手段
51 平滑用コンデンサリップル電流ー力率特性テーブル
52 減算器
53、54 係数器
55、56 積分器
57、58 加算器
61 特定指標変化量算出部
62 減算器
63 スイッチング周波数設定テーブル
64 変化量制限器
321 劣化判定基準テーブル
322 パワー素子劣化判定部
323 平滑用コンデンサ劣化判定部
324 電流検出器劣化判定部
325 パワー素子温度検出器劣化判定部
401 トランジスタ損失算出部
402 フライホイールダイオード損失算出部
403 加算器
411 銅損算出部
412 鉄損算出部
413 高調波損失補正量算出部
414 加算器
431 遅延器
432 減算器
433 d軸電流指令補正器
434 q軸電流指令補正器
435 直流電圧指令補正器
441 不感帯演算器
442 補正係数テーブル
443 係数器
444 積分器
445 加算器
451 不感帯演算器
452 補正係数テーブル
453 係数器
454 積分器
455 加算器
461 不感帯演算器
462 補正係数テーブル
463 係数器
464 積分器
465 加算器
466 目標直流電圧演算部
501 実効値演算器
502 低域通過フィルタ(LPF)
503 振幅比演算器
504 補正ゲインテーブル
505 係数器
506 比較器
507 減算器
508 リップル抽出器
611 係数器
621 基本ルックアップテーブル
622 第一感度ルックアップテーブル
623 第二感度ルックアップテーブル
624 パワー素子温度感度テーブル
625 電力変換器部スイッチング周波数感度テーブル
626 力率感度テーブル
627 電動機部スイッチング周波数感度テーブル
628 電動機巻線温度感度テーブル
629 変調率感度テーブル
631 変換器損失補正合成手段
632 電動機損失補正合成手段
633、634 加算器
641 減算器
642 可変リミッタ
643 加算器
644 遅延器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 In-vehicle motor controller 2 AC motor 3 DC power supply 4 Power converter 5 Motor control unit 6 Three-phase inverter 7 Smoothing capacitor 8 Buck-boost DC-DC converter 9a-9f Transistor 10a-10f Flywheel diode 11 Capacitor 12 Choke coil 13a, 13b Transistors 14a, 14b Flywheel diode 15 DC bus current detector 16a, 16b, 16c Current detector 17a, 17b, 17c Thermal diode 18 Rotation angle detector 19 Thermistor 20 Control calculation unit 21 Current command table 22 Target operating point Calculation means 23 Motor operation information transmission means 24 External device 25 DC voltage calculation means 26a, 26b, 26c Constant current circuits 27a, 27b, 27c Power element temperature calculation means 28 Motor current calculation means 29 Motor winding temperature calculation means 30 Rotational angular velocity calculation means 31 DC bus current calculation means 32 Degradation determination means 33 Smoothing capacitor information processing means 34a to 34h Power element information detector 35 Power element information processing means 36 Smoothing capacitor current detector 37 Thermistor 40 Power converter loss calculator 41 Motor loss calculator 42 Adder 43 Control command correction calculation unit 44 Power factor calculation means 51 Smoothing capacitor ripple current-power factor characteristic table 52 Subtractor 53, 54 Coefficient unit 55, 56 Integrator 57, 58 Adder 61 Specific index change amount calculation unit 62 Subtractor 63 Switching frequency setting table 64 Change amount limiter 321 Degradation determination reference table 322 Power element deterioration determination unit 323 Smoothing capacitor deterioration determination unit 324 Current detector deterioration Judgment unit 325 Power element Temperature detector deterioration determination unit 401 Transistor loss calculation unit 402 Flywheel diode loss calculation unit 403 Adder 411 Copper loss calculation unit 412 Iron loss calculation unit 413 Harmonic loss correction amount calculation unit 414 Adder 431 Delay unit 432 Subtractor 433 d Axis current command corrector 434 q-axis current command corrector 435 DC voltage command corrector 441 Dead band computing unit 442 Correction coefficient table 443 Coefficient unit 444 Integrator 445 Adder 451 Dead band computing unit 452 Correction coefficient table 453 Coefficient unit 454 Integrator 455 Adder 461 Dead band computing unit 462 Correction coefficient table 463 Coefficient unit 464 Integrator 465 Adder 466 Target DC voltage calculator 501 RMS calculator 502 Low-pass filter (LPF)
503
Claims (9)
The on-vehicle electric motor control device according to claim 1, wherein the power converter includes a DC-DC converter that performs step-up / down conversion on the voltage of the DC power supply.
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