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公開番号2021072689
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210506
出願番号2019197283
出願日20191030
発明の名称車両
出願人株式会社SUBARU
代理人特許業務法人青海特許事務所
主分類H02P 27/08 20060101AFI20210409BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】モータを高精度で制御する。
【解決手段】車両1のベクトル制御部24は、モータ10に流れる電流に対応するフィードバック電流値を導出するフィードバック電流値導出部54と、フィードバック電流値およびモータ10に流す電流を指示する電流指令値に基づいて、モータ10に印加する電圧を指示する電圧指令値を導出するフィードバック制御部48と、を有し、ゲートドライバ26は、スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を、電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調させて生成し、フィードバック電流値導出部54は、キャリア信号のキャリア周波数が所定周波数以下の場合、モータ10に流れる電流の推定値である推定電流値を電圧指令値に基づいて導出し、推定電流値に基づいてフィードバック電流値を導出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
スイッチング素子のオンオフによってモータに電力を供給するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を駆動するゲートドライバと、
前記ゲートドライバに前記スイッチング回路を駆動させるベクトル制御部と、
を備え、
前記ベクトル制御部は、
前記モータに流れる電流に対応するフィードバック電流値を導出するフィードバック電流値導出部と、
前記フィードバック電流値および前記モータに流す電流を指示する電流指令値に基づいて、前記モータに印加する電圧を指示する電圧指令値を導出するフィードバック制御部と、
を有し、
前記ゲートドライバは、前記スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を、前記電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調させて生成し、
前記フィードバック電流値導出部は、前記キャリア信号のキャリア周波数が所定周波数以下の場合、前記モータに流れる電流の推定値である推定電流値を前記電圧指令値に基づいて導出し、前記推定電流値に基づいて前記フィードバック電流値を導出する車両。
続きを表示(約 770 文字)【請求項2】
前記モータに流れる電流の実電流値を検出する電流センサをさらに備え、
前記フィードバック電流値導出部は、
前記キャリア信号の振幅が上昇から下降へ変化する山部のタイミングにおいて、
前記キャリア周波数が所定周波数より高い場合、前記実電流値を前記フィードバック電流値とし、
前記キャリア周波数が所定周波数以下の場合、前記実電流値と前記推定電流値とを平均した平均電流値を前記フィードバック電流値とする請求項1に記載の車両。
【請求項3】
前記フィードバック電流値導出部は、
前記キャリア信号の振幅が下降から上昇へ変化する谷部のタイミングにおいて、
前記キャリア周波数が所定周波数より高い場合、前記フィードバック電流値の導出を行わず、
前記キャリア周波数が所定周波数以下の場合、前記推定電流値を前記フィードバック電流値として導出する請求項1または2に記載の車両。
【請求項4】
前記モータに流れる電流の実電流値を検出する電流センサをさらに備え、
前記フィードバック電流値導出部は、
前記キャリア信号の振幅が上昇から下降へ変化する山部のタイミングにおいて、
前記キャリア周波数が所定周波数以下の場合、前記実電流値と前記推定電流値とを平均した平均電流値と、前記実電流値との差分を補正用電流値として導出して記憶させ、
前記キャリア信号の振幅が下降から上昇へ変化する谷部のタイミングにおいて、
前記キャリア周波数が所定周波数以下の場合、現在の前記推定電流値を前記山部のタイミングで導出された前記補正用電流値で補正して現在の前記フィードバック電流値を導出する請求項1から3のいずれか1項に記載の車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、モータによって駆動される車両に関する。
続きを表示(約 5,000 文字)【背景技術】
【0002】
電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両では、モータによって車輪が駆動される。かかるモータは、ベクトル制御が行われる場合がある(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第5134830号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
モータのベクトル制御では、モータに流れる電流の実電流値が検出され、この実電流値をフィードバック制御することで、モータに印加する電圧の電圧指令値が導出される。モータに電力を供給するスイッチング回路は、導出された電圧指令値およびキャリア信号に基づいて生成されるゲート信号によってオンオフ制御される。
【0005】
キャリア信号の周波数であるキャリア周波数は、モータの目標トルクを指示するトルク指令値およびモータの回転速度に従って変更されることがある。キャリア周波数が比較的高い場合、モータの基本波電流値と実電流値との誤差が小さく、精度よくフィードバック制御を行うことが可能である。しかし、キャリア周波数が比較的低い場合、モータの基本波電流値と実電流値との誤差が大きくなり、フィードバック制御の精度が低下し、結果として、モータ制御の精度が低下するおそれがある。
【0006】
そこで、本発明は、モータを高精度で制御可能な車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明の車両は、スイッチング素子のオンオフによってモータに電力を供給するスイッチング回路と、スイッチング回路を駆動するゲートドライバと、ゲートドライバにスイッチング回路を駆動させるベクトル制御部と、を備え、ベクトル制御部は、モータに流れる電流に対応するフィードバック電流値を導出するフィードバック電流値導出部と、フィードバック電流値およびモータに流す電流を指示する電流指令値に基づいて、モータに印加する電圧を指示する電圧指令値を導出するフィードバック制御部と、を有し、ゲートドライバは、スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を、電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調させて生成し、フィードバック電流値導出部は、キャリア信号のキャリア周波数が所定周波数以下の場合、モータに流れる電流の推定値である推定電流値を電圧指令値に基づいて導出し、推定電流値に基づいてフィードバック電流値を導出する。
【0008】
また、モータに流れる電流の実電流値を検出する電流センサをさらに備え、フィードバック電流値導出部は、キャリア信号の振幅が上昇から下降へ変化する山部のタイミングにおいて、キャリア周波数が所定周波数より高い場合、実電流値をフィードバック電流値とし、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、実電流値と推定電流値とを平均した平均電流値をフィードバック電流値としてもよい。
【0009】
また、フィードバック電流値導出部は、キャリア信号の振幅が下降から上昇へ変化する谷部のタイミングにおいて、キャリア周波数が所定周波数より高い場合、フィードバック電流値の導出を行わず、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、推定電流値をフィードバック電流値として導出してもよい。
【0010】
また、モータに流れる電流の実電流値を検出する電流センサをさらに備え、フィードバック電流値導出部は、キャリア信号の振幅が上昇から下降へ変化する山部のタイミングにおいて、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、実電流値と推定電流値とを平均した平均電流値と、実電流値との差分を補正用電流値として導出して記憶させ、キャリア信号の振幅が下降から上昇へ変化する谷部のタイミングにおいて、キャリア周波数が所定周波数以下の場合、現在の推定電流値を山部のタイミングで導出された補正用電流値で補正して現在のフィードバック電流値を導出してもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、モータを高精度で制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本実施形態による車両の構成を示す概略図である。
モータの実電流値の一例を説明する図である。
キャリア周波数が比較的高い場合において、実電流値の取得タイミングを説明する図である。
キャリア周波数が比較的低い場合において、実電流値の取得タイミングを説明する図である。
フィードバック電流値の導出方法を説明する図である。
キャリア信号が山部のタイミングのときのフィードバック電流値導出部の動作の流れを説明するフローチャートである。
キャリア信号が谷部のタイミングのときのフィードバック電流値導出部の動作の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0014】
図1は、本実施形態による車両1の構成を示す概略図である。以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。
【0015】
車両1は、モータ10、車輪12、スイッチング回路14、バッテリ16、電流センサ18、回転位置センサ20、車両制御部22、ベクトル制御部24およびゲートドライバ26を含む。
【0016】
車両1は、例えば、モータ10によって車輪12が駆動される電気自動車である。なお、車両1は、エンジンとモータ10とが並行して設けられるハイブリッド電気自動車であってもよい。
【0017】
モータ10は、例えば、3相交流電力により駆動される同期モータや誘導モータなどである。モータ10の回転軸は、不図示の変速機などを通じて、車輪12に接続される。
【0018】
スイッチング回路14は、所謂、インバータである。スイッチング回路14は、直流電源線を通じてバッテリ16に接続される。スイッチング回路14は、例えば、スイッチング素子およびダイオードを各々6個含む。スイッチング素子は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。6個のスイッチング素子は、直流電源線間において3相ブリッジ接続され、3相交流電源線に接続される。スイッチング回路14は、3相交流電源線を通じてモータ10に接続される。また、ダイオードは、各スイッチング素子に並列接続される。
【0019】
スイッチング回路14は、バッテリ16の直流電力を交流電力に変換してモータ10に供給する。モータ10は、スイッチング回路14を通じて供給される電力に基づいて車輪12を駆動する。
【0020】
電流センサ18は、例えば、CT(変流器)である。電流センサ18は、スイッチング回路14とモータ10とを接続する3相交流電源線の各々に設けられる。電流センサ18は、モータ10の各相に実際に流れる電流の電流値(以後、実電流値と呼ぶ場合がある)を検出する。
【0021】
回転位置センサ20は、例えば、レゾルバなどである。回転位置センサ20は、モータ10の回転軸に取り付けられる。回転位置センサ20は、モータ10の回転子の回転位置θmを検出する。回転位置θmは、機械角を示す。
【0022】
車両制御部22は、例えば、電子コントロールユニット(ECU)である。車両制御部22は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路から構成される。車両制御部22は、車両1における駆動制御、制動制御および操舵制御など、車両1全体を制御する。車両制御部22は、アクセル開度に従って要求トルクを導出する。車両制御部22は、要求トルクに従って、モータ10の目標トルクを指示するトルク指令値を導出してベクトル制御部24に送信する。
【0023】
ベクトル制御部24は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路から構成される。ベクトル制御部24は、車両制御部22から送信されるトルク指令値に従ってモータ10のベクトル制御を行い、ゲートドライバ26にスイッチング回路14を駆動させる。ベクトル制御部24については、後に詳述する。
【0024】
ゲートドライバ26は、スイッチング回路14のスイッチング素子のゲートに接続される。ゲートドライバ26は、ベクトル制御部24による制御の下、スイッチング素子をオンオフさせることでスイッチング回路14を駆動する。
【0025】
ゲートドライバ26は、キャリア信号生成部30およびゲート信号生成部32を含む。キャリア信号生成部30は、ベクトル制御部24からキャリア周波数指令値を取得する。キャリア信号生成部30は、キャリア周波数指令値で示される周波数のキャリア信号を生成する。キャリア信号は、例えば、三角波である。以後、キャリア信号の周波数を、キャリア周波数と呼ぶ場合がある。
【0026】
ゲート信号生成部32は、モータ10の各相に印加する電圧を指示する3相(UVW)の電圧指令値(U相電圧指令値Vu、V相電圧指令値Vv、W相電圧指令値Vw)をベクトル制御部24から取得する。ゲート信号生成部32は、各相の電圧指令値をキャリア信号でパルス幅変調(PWM)して各相のゲート信号を生成する。ゲートドライバ26は、生成された各相のゲート信号を各相のスイッチング素子のゲートに送信する。スイッチング素子は、ゲート信号に従ってオンオフされる。
【0027】
次に、ベクトル制御部24について説明する。ベクトル制御部24は、プログラムを実行することで、電気角導出部40、回転速度導出部42、キャリア周波数選択部44、トルク指令値変換部46、フィードバック制御部48、2相3相変換部50、3相2相変換部52およびフィードバック電流値導出部54として機能する。
【0028】
電気角導出部40は、モータ10の回転子の現在の回転位置(機械角)θmを回転位置センサ20から取得する。電気角導出部40は、取得された回転位置(機械角)θmおよびモータ10の極数に基づいて、モータ10における回転磁界の角度を示す電気角θreを導出する。
【0029】
回転速度導出部42は、電気角導出部40から現在の電気角θreを取得し、取得された電気角θreに基づいて、モータ10の回転速度ωを導出する。
【0030】
キャリア周波数選択部44は、車両制御部22からトルク指令値を取得し、回転速度導出部42からモータ10の回転速度ωを取得する。キャリア周波数選択部44には、トルク指令値、モータ10の回転速度ωおよびキャリア周波数指令値が関連付けられたキャリア周波数選択マップが記憶されている。キャリア周波数選択部44は、取得されたトルク指令値およびモータ10の回転速度ωをキャリア周波数選択マップに適用して、ゲートドライバ26におけるキャリア周波数を指示するキャリア周波数指令値を導出する。
(【0031】以降は省略されています)

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