JP2023081727A - vehicle controller - Google Patents
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Abstract
【課題】車輪が機械的に拘束された状態におけるスイッチング素子での発熱を低減しつつ、制御安定性を確保すること。【解決手段】動力伝達機構を介して駆動輪を駆動する回転電機と、スイッチング素子により直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、電力変換装置を制御して、アクセルペダルの踏み込み量に応じて決定されたトルク指令値に応じたトルクを回転電機から出力させる制御部と、回転電機の出力軸が負荷側から機械的に拘束されたロック状態であることを検出するロック検出部と、を備えた車両の制御装置であって、制御部は、ロック検出部によりロック状態が検出された場合には、ロック状態が検出されない場合と比べて電流フィードバック系の非干渉制御を抑制しつつ、トルク指令値を、動力伝達機構のねじれにより吸収される変化量だけ所定周波数で変化させる。【選択図】図5An object of the present invention is to ensure control stability while reducing heat generation in switching elements in a state where wheels are mechanically restrained. A rotary electric machine that drives drive wheels via a power transmission mechanism, a power conversion device that converts DC power into AC power using a switching element, and a power conversion device that is controlled to respond to the amount of depression of an accelerator pedal. a control unit for outputting a torque corresponding to the torque command value determined by the above from the rotating electric machine; When a locked state is detected by the lock detection unit, the control unit suppresses non-interference control of the current feedback system compared to a case where the locked state is not detected, while increasing the torque. The command value is changed at a predetermined frequency by the amount of change that is absorbed by the torsion of the power transmission mechanism. [Selection drawing] Fig. 5
Description
本発明は、車両の制御装置に関する。 The present invention relates to a vehicle control device.
走行用のモータを搭載した車両では、車輪が機械的に拘束された状態でモータからトルクを出力しようとすると、インバータのスイッチング素子が発熱し温度上昇することが知られている。車輪が機械的に拘束されると、ロータが機械的に拘束されるので、この状態でモータを駆動するための電流をモータに流してもロータは回転できず、複数相のうちの1相のみに電流が集中する。そのため、集中した相のスイッチング素子での発熱が大きくなってしまう。そこで、車輪が機械的に拘束された状態におけるスイッチング素子の発熱を低減するための技術が開発されている。 2. Description of the Related Art It is known that in a vehicle equipped with a driving motor, switching elements of the inverter generate heat and the temperature rises when torque is output from the motor while the wheels are mechanically restrained. When the wheels are mechanically constrained, the rotor is also mechanically constrained. Therefore, even if the current for driving the motor is applied to the motor in this state, the rotor cannot rotate, and only one phase out of the multiple phases can be generated. current concentrates in As a result, the heat generated in the switching elements of the concentrated phases increases. Therefore, techniques have been developed to reduce the heat generated by the switching elements when the wheels are mechanically restrained.
例えば、特許文献1には、スイッチング素子を発熱から保護するために、車輪が機械的に拘束された状態においてドライブシャフトのねじれ共振周波数でモータトルクを変動させる制御を実行することが開示されている。この制御では、モータトルクを正方向と負方向とに交互に振動させてドライブシャフトでのねじれを生じさせる。これにより、車輪が機械的に拘束された状態であってもロータが正方向と負方向とに交互にわずかに回転する。そのため、電流を3相に均等に振り分けることができるため、1相に電流が集中することを防ぐことができる。
For example,
しかしながら、本発明者らが実機検証を行ったところ、特許文献1に記載された制御では、相電流に過電流が発生することが明らかになった。相電流に過電流が発生すると、制御安定性と熱性能とが悪化するという課題がある。
However, when the inventors of the present invention conducted an actual machine verification, it became clear that an overcurrent occurs in the phase current in the control described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、車輪が機械的に拘束された状態におけるスイッチング素子での発熱を低減しつつ、制御安定性を確保することができる車両の制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a control device for a vehicle that can ensure control stability while reducing heat generation in switching elements in a state where wheels are mechanically restrained. intended to provide
本発明は、動力伝達機構を介して駆動輪を駆動する回転電機と、スイッチング素子により直流電力を交流電力に変換して前記回転電機に供給する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御して、アクセルペダルの踏み込み量に応じて決定されたトルク指令値に応じたトルクを前記回転電機から出力させる駆動制御を実行する制御部と、前記回転電機の出力軸が負荷側から機械的に拘束されたロック状態であることを検出するロック検出部と、を備えた車両の制御装置であって、前記制御部は、前記ロック検出部により前記ロック状態が検出された場合には、前記ロック状態が検出されない場合と比べて電流フィードバック系の非干渉制御を抑制しつつ、前記トルク指令値を、前記動力伝達機構のねじれにより吸収される変化量だけ所定周波数で変化させることを特徴とする。 The present invention provides a rotating electrical machine that drives drive wheels via a power transmission mechanism, a power conversion device that converts DC power into AC power using a switching element and supplies the power to the rotating electrical machine, and a power conversion device that controls the power conversion device. a control unit for executing drive control for causing the rotating electric machine to output a torque corresponding to a torque command value determined according to the amount of depression of an accelerator pedal; and a lock detection unit for detecting that the lock state is a locked state, wherein the control unit detects that the lock state is detected by the lock detection unit. The torque command value is changed at a predetermined frequency by the amount of change absorbed by the torsion of the power transmission mechanism while suppressing the non-interference control of the current feedback system compared to the case of no detection.
この構成によれば、トルクを振動させて動力伝達機構のねじれを生じさせる制御の実行時に、電流フィードバック系の非干渉制御を抑制することにより過電流の発生を抑制することができる。これにより、スイッチング素子の発熱を抑えることができる。 According to this configuration, it is possible to suppress the occurrence of overcurrent by suppressing the non-interfering control of the current feedback system when executing the control that oscillates the torque and causes the torsion of the power transmission mechanism. Thereby, heat generation of the switching element can be suppressed.
また、前記所定周波数は、前記動力伝達機構のねじれ共振周波数であってもよい。 Further, the predetermined frequency may be a torsional resonance frequency of the power transmission mechanism.
この構成によれば、トルクの振動を動力伝達機構のねじれ共振周波数にすることにより、小さなトルク変動で大きなねじれ変位量を得ることができる。 According to this configuration, a large torsional displacement amount can be obtained with a small torque fluctuation by setting the torque vibration to the torsional resonance frequency of the power transmission mechanism.
また、前記制御部は、前記非干渉制御を抑制する際に前記非干渉制御を無効にしてもよい。 Further, the control unit may disable the non-interference control when suppressing the non-interference control.
この構成によれば、非干渉制御を無効化することにより過電流の発生をなくすことができる。 According to this configuration, generation of overcurrent can be eliminated by invalidating the non-interference control.
また、前記制御部は、前記非干渉制御を抑制する際に前記ロック状態が検出されない場合と比べて所定割合に減少させて前記非干渉制御を実行してもよい。 In addition, the control unit may perform the non-interference control by reducing the non-interference control by a predetermined ratio compared to when the lock state is not detected when suppressing the non-interference control.
この構成によれば、非干渉制御を一定の割合に減少させることにより過電流を抑えつつモータトルクの制御性を確保することができる。 According to this configuration, it is possible to secure the controllability of the motor torque while suppressing the overcurrent by reducing the non-interference control at a constant rate.
また、前記制御部は、前記非干渉制御を抑制する際に前記非干渉制御の上限値および下限値を制限してもよい。 Further, the control unit may restrict an upper limit value and a lower limit value of the non-interference control when suppressing the non-interference control.
この構成によれば、過電流が発生しないように非干渉制御の上限値および下限値を設けることにより、車輪が機械的に拘束された状態が終了し通常のモータ制御に移行した時の制御性を安定させることができる。 According to this configuration, by setting the upper limit value and the lower limit value of the non-interference control so that overcurrent does not occur, the controllability when the state in which the wheels are mechanically restrained ends and the normal motor control is performed. can be stabilized.
本発明では、トルクを振動させて動力伝達機構のねじれを生じさせる制御の実行時に、電流フィードバック系の非干渉制御を抑制することにより過電流の発生を抑制することができる。これにより、スイッチング素子の発熱を抑えることができる。 In the present invention, it is possible to suppress the occurrence of overcurrent by suppressing the non-interfering control of the current feedback system when executing the control that oscillates the torque and causes the torsion of the power transmission mechanism. Thereby, heat generation of the switching element can be suppressed.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における車両の制御装置について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, a vehicle control device according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment described below.
図1は、実施形態における車両の構成を模式的に示す図である。車両1は、直流電源2と、インバータ3と、モータ4と、駆動輪5と、制御装置10と、を備えている。この車両1はモータ4を動力源とする電動車両であり、モータ4により駆動輪5を駆動する。車両1のモータ駆動システムは、直流電源2とインバータ3とモータ4とを含んで構成されている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a vehicle according to an embodiment. A
直流電源2は、モータ4に供給するための電力を蓄えることが可能な蓄電装置である。この直流電源2はニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池により構成されている。 The DC power supply 2 is a power storage device capable of storing power to be supplied to the motor 4 . This DC power supply 2 is composed of a secondary battery such as a nickel-hydrogen battery or a lithium-ion battery.
インバータ3は、直流電源2から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ4に出力する電力変換装置である。このインバータ3は、モータ4の三相コイルに三相の電流を通電できるように、6つのスイッチング素子と、それぞれのスイッチング素子に対して逆方向に並列接続された6つのダイオードと、を備える。各スイッチング素子はIGBTなどにより構成されている。そして、インバータ3は、制御装置10により制御され、相ごと(U相、V相、W相)にスイッチング素子がスイッチング動作をすることにより直流電力を交流電力に変換する。その際、インバータ3は制御装置10からの三相電圧指令に応じた三相電圧をモータ4に印加する。
The inverter 3 is a power conversion device that converts the DC power supplied from the DC power supply 2 into AC power and outputs the AC power to the motor 4 . The inverter 3 includes six switching elements and six diodes connected in parallel in opposite directions to the respective switching elements so that three-phase currents can flow through the three-phase coils of the motor 4 . Each switching element is composed of an IGBT or the like. The inverter 3 is controlled by the
モータ4は、走行用の動力源であり、ロータに永久磁石が埋設された三相交流電動機である。モータ4では、各相のコイルに印加された三相電圧に応じて三相電流が流れ、トルクが発生する。このモータ4は駆動輪5に機械的に連結され、車両1を駆動するためのトルクを発生可能である。車両1の制動時、モータ4は車両1の運動エネルギの入力を受けて回生(発電)を行うことも可能である。
The motor 4 is a power source for running, and is a three-phase AC motor with permanent magnets embedded in the rotor. In the motor 4, three-phase currents flow according to the three-phase voltages applied to the coils of each phase, and torque is generated. This motor 4 is mechanically connected to drive
また、インバータ3によってモータ4に三相電圧が印加されると、モータ4の各相コイルには電流(相電流)が流れる。相電流は、モータ4のU相コイルを流れるU相電流と、モータ4のV相コイルを流れるV相電流と、モータ4のW相コイルを流れるW相電流とを含む。 When the inverter 3 applies a three-phase voltage to the motor 4 , a current (phase current) flows through each phase coil of the motor 4 . The phase current includes a U-phase current flowing through the U-phase coil of the motor 4 , a V-phase current flowing through the V-phase coil of the motor 4 , and a W-phase current flowing through the W-phase coil of the motor 4 .
制御装置10は、インバータ3の動作を制御する電子制御装置である。この電子制御装置は、CPU、RAM、ROM、入出力インターフェースを備えたマイクロコンピュータを含んで構成されている。制御装置10はROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。また、制御装置10には各種センサからの信号が入力される。制御装置10に入力される信号としては、モータ4の相電流を検出する電流センサからの相電流と、モータ4の回転角θを検出する回転角センサ6からの回転角θなどを挙げることができる。そして、制御装置10は各種センサから入力された信号に基づいて各種の制御を実行する。例えば、制御装置10は、回転角センサ6から入力されたモータ4の回転角θに基づいてモータ4の電気角θeと電気角速度ωeと回転数Nmとを演算する。
The
また、車両1では、モータ4から出力された動力が動力伝達機構20を介して駆動輪5に伝達される。動力伝達機構20はモータ4と駆動輪5との間に配置され、その間の動力伝達経路を形成する。動力伝達機構20には、モータ4の出力軸に連結された回転軸21と、デファレンシャルギヤ機構22と、ドライブシャフト23とが含まれる。そして、モータ4は動力伝達機構20を介して駆動輪5を駆動する。さらに、モータ4と駆動輪5とが動力伝達可能に接続された状態では、モータ4の出力軸に負荷が機械的に接続されている。この負荷には動力伝達機構20に加えてダイナモが含まれてもよい。
In the
モータ4により駆動輪5を駆動する際、制御装置10は、トルク指令値Tr*に応じたトルクがモータ4から出力されるように駆動制御を実行する。トルク指令値Tr*は、アクセル開度と車速とに基づいて設定される。このトルク指令値Tr*は、制御装置10とは別の電子制御装置、例えば車両コントローラなどの上位ECUにより演算される。車両コントローラには、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサからのアクセル開度信号と、車両1の車速を検出する車速センサからの車速信号とが入力される。そして、車両コントローラはアクセル開度と車速とに基づいて要求駆動力を算出し、その要求駆動力に応じた要求トルクを算出する。さらに、車両コントローラは要求トルクをモータ4のトルク指令値Tr*に設定し、そのトルク指令値Tr*を制御装置10に出力する。そのため、アクセルペダルの踏み込み量に応じて決定されたトルク指令値Tr*が制御装置10に入力される。
When the
そして、制御装置10は、トルク指令値Tr*に応じたトルクがモータ4から出力されるようにインバータ3を制御してモータ4に印加する電圧および電流を制御する。その際、制御装置10はインバータ3の各スイッチング素子の動作を制御することによりモータ4の出力トルクを制御する。要するに、制御装置10は、トルク指令値Tr*に応じたスイッチング信号Gを生成してインバータ3に出力し、インバータ3の各スイッチング素子の動作を制御するスイッチング制御を実行する。インバータ3の各スイッチング素子はスイッチング信号Gに応じてONとOFFとの切り替え動作を行う。
The
また、制御装置10は、モータ4の出力軸が負荷側から機械的に拘束された状態(以下、ロック状態という)において、インバータ3のスイッチング素子の発熱を抑制するように構成されている。モータ4がロック状態になると、相電流が1相のみに集中してしまい、その相のスイッチング素子が過温度になる虞がある。そこで、制御装置10は、モータ4がロック状態であることを検出した場合に、インバータ3のスイッチング素子での発熱を抑制するための制御として、電流分散制御を実行する。
Further, the
電流分散制御は、動力伝達機構20のねじり共振周波数でモータトルクを振動させる制御である。制御装置10が電流分散制御を実行することにより、ロック状態でありながらも、動力伝達機構20がねじれてモータ4のロータが回転する。
Current distribution control is control that vibrates the motor torque at the torsional resonance frequency of the
より詳細には、車両1は、動力伝達機構20のねじりに起因する共振特性を持っている。ねじれ共振周波数は、モータ4のイナーシャと動力伝達機構20のねじれ剛性とにより決まる。例えば、ドライブシャフト23のねじれ共振周波数はモータ4のイナーシャとドライブシャフト23のねじれ剛性とにより決まる。そして、制御装置10は電流分散制御を実行し、実用上誤差範囲程度のわずかなトルク変動を発生させ、すなわちモータ4の出力トルクを正方向と負方向とに交互にわずかに振動させ、モータ4のロータを正方向と負方向とに交互にわずかに回転させる。モータ4のロータが正負交互にわずかに回転することより、相電流が3相に分散して流れるようになる。これにより、1相に集中する虞がある電流を3相にほぼ均等に振り分けることができ、インバータ3のスイッチング素子の発熱を抑制することができる。
More specifically, the
さらに、本発明者らの知見により、電流分散制御を実行時に、モータ4の相電流に過電流が発生することが明らかになった。加えて、本発明者らは、電流分散制御時に発生する過電流が、モータ制御における非干渉制御により発生することを明らかにした。つまり、インバータ3のスイッチング素子の発熱を抑制するために電流分散制御を実行しているにも関わらず、電流分散制御を実行中に非干渉制御が実行されることにより、非干渉制御によるスイッチング素子での発熱が生じてしまう。この非干渉制御は、電流フィードバック系の非干渉制御であり、d軸電流指令値Id_cmdおよびq軸電流指令値Iq_cmdに応じた相互干渉成分を打ち消すための制御である。そこで、制御装置10は、電流分散制御の実行時、電流フィードバック系の非干渉制御を抑制する制御(以下、抑制制御という)を実行するように構成されている。そのため、制御装置10は、モータ4がロック状態である場合におけるインバータ3のスイッチング素子での発熱を抑制するための制御として、電流分散制御とともに抑制制御を実行する。
Furthermore, the findings of the present inventors have revealed that an overcurrent occurs in the phase current of the motor 4 when the current distribution control is executed. In addition, the inventors have clarified that the overcurrent that occurs during current distribution control is caused by non-interference control in motor control. In other words, although the current dispersion control is being executed to suppress the heat generation of the switching elements of the inverter 3, the non-interference control is executed while the current dispersion control is being executed. heat generation occurs. This non-interference control is non-interference control of a current feedback system, and is control for canceling mutual interference components according to the d-axis current command value Id_cmd and the q-axis current command value Iq_cmd . Therefore, the
具体的には、制御装置10は、モータ4のロック状態を検出するロック検出部11と、モータ4の出力トルクを制御する制御部12と、を備えている。
Specifically, the
ロック検出部11は、回転角センサ6からの回転角θに基づいてモータ4がロック状態であることを検出する。このロック検出部11はロック判定条件が成立したときにモータ4がロック状態であると判定する。ロック判定条件は、モータ4の回転数Nmが所定回転数以下でモータ4のトルク指令値Tr*が所定トルクを超えている状態が所定時間継続したときに成立したと判定される。ロック検出部11は、モータ4がロック状態であると判定した場合に、ロック状態であることを示す信号を制御部12に出力する。
A
制御部12は、インバータ3を制御してトルク指令値Tr*に応じたトルクをモータ4から出力させる。この制御部12は、トルク指令値Tr*に応じたスイッチング信号Gを生成してインバータ3に出力する。また、制御部12はロック検出部11からの信号に基づいてロック状態であることを検出することができる。そして、モータ4がロック状態である場合に制御部12はインバータ3のスイッチング素子での発熱を抑制するために電流分散制御および抑制制御を実行する。
The
図2は、制御部の構成を示すブロック図である。制御部12は、電流分散制御部12aと、トルク制御部12bとを備える。車両コントローラから制御装置10に入力されたトルク指令値Tr*は、電流分散制御部12aを介してトルク制御部12bに供給される。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control unit. The
電流分散制御部12aは、ロック状態である場合に電流分散制御を実行する。電流分散制御部12aは、トルク変動発生器31と、スイッチ32と、加算器33とを有する。
The current
トルク変動発生器31は、動力伝達機構20のねじれ共振周波数で変化する変動トルクΔTrを出力する。変動トルクΔTrは、モータ4のロータを正方向と負方向と交互に回転させて、1相に集中する電流を3相に均等に振り分けることができるだけの電気角変化をロータに生じさせることが可能な大きさに設定されている。加えて、変動トルクΔTrは、動力伝達機構20のねじれにより吸収され、駆動輪5まで伝達されないトルクである。なお、変動トルクΔTrはねじれ共振周波数の近傍の周波数で変化してもよい。
スイッチ32は、トルク変動発生器31からの変動トルクΔTrを加算器33に出力するオン状態(閉状態)と出力しないオフ状態(開状態)とに切り替わる。このスイッチ32は、ロック状態である場合にオン状態となり、ロック状態ではない場合にオフ状態となる。ロック検出部11によりロック状態であることが検出された場合、スイッチ32はオン状態となり、変動トルクΔTrが加算器33に出力される。ロック状態であることが検出されない場合には、スイッチ32はオフ状態となり、変動トルクΔTrは加算器33に出力されない。
The
加算器33は、トルク指令値Tr*に変動トルクΔTrを加算する。ロック状態である場合に、加算器33はトルク指令値Tr*に変動トルクΔTrを加算してトルク制御部12bに出力する。ロック状態ではない場合に、加算器33はトルク指令値Tr*に変動トルクΔTrを加算せずにそのままトルク制御部12bに出力する。
The
トルク制御部12bは、電流分散制御部12aから入力されたトルク指令値Tr*に応じて駆動制御を実行する。トルク制御部12bは、電流指令生成部41と、3相/dq軸変換部42と、PI制御部43と、非干渉制御器44と、抑制部45,46と、減算器47,48と、dq軸/3相変換部49と、PWM信号変換部50とを有する。
The
電流指令生成部41は、トルク指令値Tr*に応じたd軸電流指令値Id_cmdおよびq軸電流指令値Iq_cmdを生成してPI制御部43と非干渉制御器44とに出力する。このトルク指令値Tr*は、アクセルペダルの踏み込み量に応じたトルク指令値であって、モータ4がロック状態である場合には変動トルクΔTrが加算されたトルク指令値であり、モータ4がロック状態ではない場合には変動トルクΔTrが加算されていないトルク指令値である。
The current
3相/dq軸変換部42は、V相電流ivおよびW相電流iwを電気角θeに基づいてd軸電流idおよびq軸電流iqに変換してPI制御部43に出力する。3相/dq軸変換部42には、電流センサにより検出されたモータ4のV相電流ivおよびW相電流iwと、回転角センサ6からの回転角θに基づいて演算された電気角θeとが入力される。
Three-phase/dq-
PI制御部43は、d軸電流指令値Id_cmdとd軸電流idとの偏差およびq軸電流指令値Iq_cmdとq軸電流iqとの偏差に応じて、所定ゲインによるPI演算(比例積分演算)を行ってd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を出力する。このPI制御部43にはフィードバック情報としてd軸電流idおよびq軸電流iqが入力される。そして、PI制御部43は電流指令値に対する実測値の偏差を算出して、d軸電圧指令値を減算器47に出力し、q軸電圧指令値を減算器48に出力する。
The PI control unit 43 performs PI calculation ( proportional integral calculation) to output the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value. A d-axis current id and a q-axis current iq are input to the
非干渉制御器44は、非干渉制御を実行するための制御項である。非干渉制御器44はd軸電流指令値Id_cmdおよびq軸電流指令値Iq_cmdに基づいて相互干渉成分を演算して抑制部45,46に出力する。非干渉制御器44には、d軸電流指令値Id_cmd、q軸電流指令値Iq_cmd、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq、電気角速度ωeが入力される。d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとはインダクタンスマップに基づいて設定される。トルク制御部12bでは、電流指令生成部41からインダクタンスマップにd軸電流指令値Id_cmdおよびq軸電流指令値Iq_cmdが出力される。インダクタンスマップはd軸電流指令値Id_cmdに対応するd軸インダクタンスLdを出力し、かつq軸電流指令値Iq_cmdに対応するq軸インダクタンスLqを出力するためのテーブルである。
The
抑制部45,46は、非干渉制御を抑制するための制御項である。この抑制部45,46は、非干渉制御器44からの相互干渉成分を選択的に抑制する。制御部12は、非干渉制御を抑制する際に、非干渉制御を無効化する。そのため、ロック状態である場合に非干渉制御が無効化されるため、非干渉制御器44から出力された相互干渉成分は抑制部45,46で遮断され、減算器47,48には入力されない。ロック状態ではない場合には非干渉制御が抑制されないため、非干渉制御器44から出力された相互干渉成分は抑制部45,46を介して減算器47,48に入力される。
The
ここで、図3を参照して、PI制御部43と非干渉制御器44と抑制部45,46と減算器47,48とをより詳細に説明する。
Here, the
PI制御部43は、減算器43aと、PI制御器43bと、減算器43cと、PI制御器43dとを有する。減算器43aは、d軸電流指令値Id_cmdからd軸電流idを減算して、d軸電流指令値Id_cmdとd軸電流idとの偏差をPI制御器43bに出力する。PI制御器43bは、減算器43aからの出力を所定ゲインでPI演算を行ってd軸電圧指令値を減算器47に出力する。減算器43cは、q軸電流指令値Iq_cmdからq軸電流iqを減算して、q軸電流指令値Iq_cmdとq軸電流iqとの偏差をPI制御器43dに出力する。PI制御器43dは、減算器43cからの出力を所定ゲインでPI演算を行ってq軸電圧指令値を減算器48に出力する。
The
非干渉制御器44は、乗算器44a,44b,44cと、加算器44dと、乗算器44eとを有する。非干渉制御器44では、乗算器44aおよび乗算器44bによりd軸干渉成分が算出され、かつ乗算器44cと加算器44dと乗算器44eとによりq軸干渉成分が算出される。
The
乗算器44aは、d軸電流指令値Id_cmdとd軸インダクタンスLdとを乗算し、Id_cmd×Ldを乗算器44bに出力する。乗算器44bは、乗算器44aからの出力に電気角速度ωeを乗算し、d軸干渉成分であるId_cmd×Ld×ωeを抑制部46に出力する。
The multiplier 44a multiplies the d-axis current command value Id_cmd by the d-axis inductance Ld , and outputs Id_cmd × Ld to the multiplier 44b. The multiplier 44 b multiplies the output from the multiplier 44 a by the electrical angular velocity ωe, and outputs I d_cmd ×L d ×ωe, which is the d-axis interference component, to the
乗算器44cは、q軸電流指令値Iq_cmdとq軸インダクタンスLqとを乗算し、Iq_cmd×Lqを加算器44dに出力する。加算器44dは、乗算器44cからの出力に磁束鎖交数φを加算し、Iq_cmd×Lq+φを乗算器44eに出力する。乗算器44eは、加算器44dからの出力に電気角速度ωeを乗算し、q軸干渉成分である(Iq_cmd×Lq+φ)ωeを抑制部45に出力する。
The
抑制部45は、非干渉制御器44からのq軸干渉成分を抑制する。制御部12は、非干渉制御を抑制する際に、非干渉制御を無効化する。つまり、非干渉制御を抑制する場合に、抑制部45は非干渉制御器44からのq軸干渉成分を減算器47に出力しないように機能する。一方、非干渉制御を抑制しない場合には、抑制部45は非干渉制御器44からのq軸干渉成分を減算器47に出力する。
The
抑制部46は、非干渉制御器44からのd軸干渉成分を抑制する。この抑制部46は、抑制部45と同様に機能する。つまり、非干渉制御を抑制する場合に、抑制部46は非干渉制御器44からのd軸干渉成分を減算器48に出力しないように機能する。一方、非干渉制御を抑制しない場合には、抑制部46は非干渉制御器44からのd軸干渉成分を減算器48に出力する。
The
減算器47は、PI制御部43からのd軸電圧指令値から抑制部45からのq軸干渉成分を減算して、d軸電圧指令値Vdをdq軸/3相変換部49に出力する。非干渉制御を抑制する場合には、抑制部45からの入力がないため、減算器47はPI制御部43からのd軸電圧指令値をそのままd軸電圧指令値Vdとして出力する。一方、非干渉制御を抑制しない場合には、抑制部45からの入力があるため、減算器47はPI制御部43からのd軸電圧指令値からq軸干渉成分を減算した値をd軸電圧指令値Vdとして出力する。
The
減算器48は、PI制御部43からのq軸電圧指令値から抑制部46からのd軸干渉成分を減算して、q軸電圧指令値Vqをdq軸/3相変換部49に出力する。非干渉制御を抑制する場合には、抑制部46からの入力がないため、減算器48はPI制御部43からのq軸電圧指令値をそのままq軸電圧指令値Vqとして出力する。一方、非干渉制御を抑制しない場合には、抑制部46からの入力があるため、減算器48はPI制御部43からのq軸電圧指令値からd軸干渉成分を減算した値をq軸電圧指令値Vqとして出力する。
The
図2に戻る。dq軸/3相変換部49は、d軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqと電気角速度ωeとに基づいて三相の電圧指令値Vu,Vv,Vwを生成してPWM信号変換部50に出力する。
Return to FIG. A dq-axis/three-
PWM信号変換部50は、dq軸/3相変換部49から入力された三相の電圧指令値Vu,Vv,Vwに基づいて、インバータ3の各相スイッチング素子におけるスイッチング信号Gu,Gv,Gwを生成する。スイッチング信号Gu,Gv,Gwは、スイッチング素子のオンとオフとを切り替える指令信号である。PWM信号変換部50は各相のスイッチング信号Gu,Gv,Gwをインバータ3に出力する。
The
図4は、非干渉制御を抑制する際の処理を示すフローチャート図である。図4に示す制御は、制御装置10により実施される。
FIG. 4 is a flow chart showing processing when suppressing non-interference control. The control shown in FIG. 4 is performed by the
制御装置10は、モータ4がロック状態であるか否かを判定する(ステップS101)。ステップS101では、ロック検出部11によりモータ4のロック状態を検出したか否かが判定される。
The
モータ4がロック状態であると判定された場合(ステップS101:Yes)、制御装置10は、非干渉制御を抑制し(ステップS102)、電流分散制御を実施する(ステップS103)。
When it is determined that the motor 4 is in the locked state (step S101: Yes), the
ステップS102では、d軸電流指令値Id_cmdとq軸電流指令値Iq_cmdとに応じた相互干渉成分が抑制される。制御装置10は非干渉制御を抑制する際に非干渉制御を無効化し、非干渉制御器44により演算された相互干渉成分が抑制部45,46により遮断されるため、減算器47にはq軸干渉成分が入力されず、減算器48にはd軸干渉成分が入力されない。
In step S102, mutual interference components corresponding to the d-axis current command value Id_cmd and the q-axis current command value Iq_cmd are suppressed. When the
ステップS103では、動力伝達機構20のねじり共振周波数でモータトルクを振動させる制御が実行される。つまり、電流分散制御部12aによる変動トルクΔTrをトルク指令値Tr*に加算する制御が実施される。この場合、スイッチ32がオン状態となりトルク変動発生器31からの変動トルクΔTrが加算器33に入力されるため、アクセルペダルの踏み込み量に応じたトルク指令値Tr*に変動トルクΔTrを加算したトルク指令値がトルク制御部12bに入力される。そのため、ステップS103の処理を実施すると、制御部12は動力伝達機構20のねじれを生じさせるようにモータトルクを制御する。そして、ステップS103の処理を実施すると、この制御ルーチンはステップS101にリターンする。
In step S<b>103 , control is executed to oscillate the motor torque at the torsional resonance frequency of the
モータ4がロック状態ではないと判定された場合(ステップS101:No)、制御装置10は、非干渉制御をONにする(ステップS104)。ステップS104では、非干渉制御が抑制されない、あるいは非干渉制御の抑制が解除されるため、非干渉制御器44からの相互干渉成分が減算器47,48に入力される。ステップS104の処理を実施すると、この制御ルーチンは終了する。
When it is determined that the motor 4 is not locked (step S101: No), the
図5は、非干渉制御を抑制した際の各波形を示す図である。図6は、比較例における各波形を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing waveforms when non-interference control is suppressed. FIG. 6 is a diagram showing waveforms in a comparative example.
図5に示す各波形は、実施形態の制御を実機検証した結果を示すものである。実機検証では、モータ4、トランスアクスル、ドライブシャフト23、ダイナモ(負荷)を機械的に接続して電流分散制御時の挙動を計測した。図6に示す従来構成では、ロータの正回転時のみ非干渉制御を入れており、正回転時のモータ電気角の急変動により相電流に過電流が発生していることが分かる。図6に示すように、逆回転時は過電流が発生していない。これに対して実施例では、図5に示すように、正回転側も非干渉制御項を無効化したことにより、モータ電気角の急変動が生じても相電流に過電流が発生しないことが分かる。
Each waveform shown in FIG. 5 indicates the result of actual device verification of the control of the embodiment. In the actual machine verification, the motor 4, transaxle, drive
以上説明した通り、実施形態によれば、モータ4がロック状態である場合、モータトルクを振動させて動力伝達機構20のねじれを生じさせる制御時に、電流フィードバック系の非干渉制御を抑制することにより過電流の発生を抑制することができる。これにより、インバータ3のスイッチング素子での発熱を抑えることができる。加えて、制御安定性を確保することができる。そのため、インバータ3のスイッチング素子の素子サイズを小さくすることができる。
As described above, according to the embodiment, when the motor 4 is in the locked state, by suppressing the non-interference control of the current feedback system during the control for vibrating the motor torque and causing the torsion of the
また、制御装置10は、非干渉制御を抑制する際に、非干渉制御を無効化する構成に限定されない。つまり、非干渉制御を抑制しない場合に比べて非干渉制御を抑制することができればよく、必ずしも無効化しなくてもよい。この場合、動力伝達機構20がねじれることによってモータ4の回転数Nmが瞬間的に大きくなることを考慮する。非干渉制御は回転数Nm(電気角速度ωe)に比例した補正量(d軸電圧指令値およびq軸電圧指令値への補正量)を出力するため、PI制御を行うなかで瞬間的に「d軸電圧指令値およびq軸電圧指令値への補正量」が大きくなってしまう。そこで、ねじれによって回転数Nmが瞬間的に大きくなっても非干渉制御の項が大きくならないように、非干渉制御を所定割合に減少させる構成(第1変形例)や、非干渉制御の上下限を設ける構成(第2変形例)が可能である。
Further, the
第1変形例の制御装置10は、非干渉制御を抑制する際に、非干渉制御を一定の割合に減少して実施する。例えば、非干渉制御の項に係数m(0<m<1)を乗じて減少させる。第1変形例では、非干渉制御の算出結果である「d軸電圧指令値およびq軸電圧指令値への補正量」を係数mにより所定割合に減少させる。第1変形例の抑制部45,46は非干渉制御による補正量をゼロにはせず、補正量を減少させた状態で減算器47,48に出力し続ける。そして、実施形態のようにロック状態において非干渉制御の無効化して補正量をゼロにすると、ロック状態から通常のモータ制御に切り替わった直後に大きな補正量が突然加わる急変が生じる場合がある。これに対して第1変形例では、ロック状態においても非干渉制御による補正量を出力し続けるため、ロック状態から通常のモータ状態に切り替わった直後の急変を緩和することができる。このように第1変形例では、無効化する方法に比べて、ロック状態から通常のモータ制御に切り替わるときの制御性が安定する。
When suppressing non-interference control, the
第2変形例の制御装置10は、非干渉制御を抑制する際に、相電流に過電流が生じないように非干渉制御の上限値および下限値を設ける。第2変形例では、非干渉制御の算出結果である「d軸電圧指令値およびq軸電圧指令値への補正量」に対して上限値と下限値とを設定する。第2変形例の抑制部45,46は非干渉制御による補正量をゼロにはせず、補正量を上限値から下限値までの範囲で減算器47,48に出力し続ける。この上限値と下限値とは、ロック状態から通常のモータ制御に移行したときに非干渉制御の補正量がそのまま減算器47,48に出力されても制御性が安定する値に設定されている。例えばPI制御部43で計算された補正前のd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値に対して±3%の補正量に制限する。そして、非干渉制御の無効化や所定割合減少をした後に、通常のモータ制御に戻したときには非干渉制御項が不連続的に大きくなり、制御が不安定になる場合がある。これに対して第2変形例では、非干渉制御の補正量の大きさが上限値から下限値までの範囲内に収まっていれば、通常のモータ制御に戻したときに、その補正量がそのまま引き継がれるので制御が不安定にならない。このように第2変形例では、ロック状態から通常のモータ制御に移行するときに非干渉制御項が連続的になるため、無効化や所定割合で減少する方法に比べて、制御性が安定する。
The
さらに、第2変形例では非干渉制御の上下限について、上限値から下限値までの幅を狭くすることにより非干渉制御による補正量を小さくでき、その幅を広くすれば大きな補正量までを許容する。すなわち、第2変形例の制御装置10は非干渉制御の上限値および下限値を制御することにより、非干渉制御の効果を強めたり弱めたりすることができる。
Furthermore, in the second modified example, regarding the upper and lower limits of the non-interference control, by narrowing the width from the upper limit value to the lower limit value, the correction amount by the non-interaction control can be reduced, and if the width is widened, even a large correction amount is allowed. do. That is, the
1 車両
2 直流電源
3 インバータ
4 モータ
5 駆動輪
6 回転角センサ
10 制御装置
11 ロック検出部
12 制御部
12a 電流分散制御部
12b トルク制御部
20 動力伝達機構
23 ドライブシャフト
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
スイッチング素子により直流電力を交流電力に変換して前記回転電機に供給する電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御して、アクセルペダルの踏み込み量に応じて決定されたトルク指令値に応じたトルクを前記回転電機から出力させる駆動制御を実行する制御部と、
前記回転電機の出力軸が負荷側から機械的に拘束されたロック状態であることを検出するロック検出部と、
を備えた車両の制御装置であって、
前記制御部は、前記ロック検出部により前記ロック状態が検出された場合には、前記ロック状態が検出されない場合と比べて電流フィードバック系の非干渉制御を抑制しつつ、前記トルク指令値を、前記動力伝達機構のねじれにより吸収される変化量だけ所定周波数で変化させる
ことを特徴とする車両の制御装置。 a rotating electrical machine that drives the drive wheels via a power transmission mechanism;
a power conversion device that converts DC power into AC power using a switching element and supplies the power to the rotating electric machine;
a control unit that controls the electric power conversion device to perform drive control that causes the rotating electrical machine to output a torque corresponding to a torque command value determined according to the amount of depression of an accelerator pedal;
a lock detection unit that detects that the output shaft of the rotating electrical machine is in a locked state in which the output shaft is mechanically restrained from the load side;
A control device for a vehicle comprising
When the locked state is detected by the lock detection unit, the control unit suppresses non-interference control of the current feedback system compared to when the locked state is not detected, and changes the torque command value to the torque command value. A control device for a vehicle, characterized by changing at a predetermined frequency only the amount of change absorbed by torsion of a power transmission mechanism.
ことを特徴とする請求項1に記載の車両の制御装置。 The vehicle control device according to claim 1, wherein the predetermined frequency is a torsional resonance frequency of the power transmission mechanism.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の車両の制御装置。 The vehicle control device according to claim 1 or 2, wherein the control unit disables the non-interference control when suppressing the non-interference control.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の車両の制御装置。 3. The non-interference control according to claim 1, wherein when suppressing the non-interference control, the control unit performs the non-interference control by reducing it by a predetermined ratio compared to when the locked state is not detected. Vehicle controller.
ことを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の車両の制御装置。 The vehicle control according to any one of claims 1 to 4, wherein the control unit limits an upper limit value and a lower limit value of the non-interference control when suppressing the non-interference control. Device.
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JP7647621B2 (en) | 2022-02-16 | 2025-03-18 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle motor control device |
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