JP3742582B2

JP3742582B2 - Electric vehicle control device

Info

Publication number: JP3742582B2
Application number: JP2001366714A
Authority: JP
Inventors: 裕横山
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003169406A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の制御装置に関し、特に、電動機の回転子の磁極位置情報を用いて電動機の駆動制御を行う電気自動車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境汚染や騒音の防止・抑制のために、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関で走行する自動車に代えて、電動機で走行する電気自動車（ハイブリッド車を含む）の開発が進んでいる。このような電気自動車の駆動源である電動機としては、直流モータや交流モータが採用されており、中でも回転子に永久磁石を使用した三相交流同期モータ（以下、「同期モータ」という）は高効率であるため、電気自動車用の電動機の主流とされている。
【０００３】
この同期モータを搭載した電気自動車においては、車両に搭載したバッテリからの直流電流をインバータで所定の交流電流に変換し、この交流電流によって同期モータを駆動して車両を走行させている。
【０００４】
この同期モータの代表的な制御方式としては、ベクトル制御が挙げられる。ベクトル制御の手順としては、まず、同期モータの電機子を流れる交流電流を測定し、この交流座標系の測定値を、同期モータの回転子に同期して回転する回転座標系（以下、「ｄｑ座標系」という）に変換し、このｄｑ座標系で電流の制御を行って制御動作信号を発生させる。次いで、この制御動作信号をｄｑ座標系から交流座標系に変換し、インバータを介して同期モータに出力して制御を行う。
【０００５】
ここで、交流座標系−ｄｑ軸座標系相互間の座標変換の際には、同期モータの回転子の磁極位置情報が必要であるため、レゾルバなどの位置検出器によって、この回転子の磁極位置を検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レゾルバなどの位置検出器によって得た同期モータの回転子の磁極位置情報にノイズ（外乱）が入った場合には、前記した交流座標系−ｄｑ軸座標系相互間の座標変換が正確に行われず、正確な制御が妨げられる場合がある。例えば、同期モータによって駆動される電気自動車においては、位置検出器によってノイズ（外乱）が検出されると、不正確な制御動作信号の発生によって制御効率が低下したり、過電流が発生したりする場合があった。
【０００７】
本発明の課題は、電動機の回転子の磁極位置情報にノイズ（外乱）が入った場合においても安定した制御を行うことができる電気自動車の制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１および図３に示したように、電動機の回転子の磁極位置検出値を得る位置検出手段と、磁極位置情報を用いて前記電動機の制御を行う制御手段とを備える電気自動車の制御装置において、前記位置検出手段で所定レベルの外乱が検出された場合に、前記外乱を除去するように磁極位置情報を制御する磁極位置制御手段を備え、前記磁極位置制御手段は、例えば図５に示したように、前記位置検出手段で所定レベルの外乱が検出されない場合に、前記磁極位置検出値を磁極位置情報として出力するものであり、前記電動機の回転子の回転速度に経過時間を乗じた値を直前の磁極位置情報に加算して磁極位置算出値を得る磁極位置算出手段と、前記磁極位置検出値と前記磁極位置算出値との誤差の絶対値を算出する誤差算出手段とを備え、前記誤差の絶対値が所定値を超えた場合に所定レベルの外乱が検出されたと判断し、前記磁極位置算出値を磁極位置情報として出力し、かつ、前記誤差の絶対値が所定時間継続して所定値を超えた場合に、前記磁極位置検出値を磁極位置情報として出力するものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、位置検出手段で所定レベルのノイズ（外乱）が検出された場合に、ノイズ（外乱）を除去するように磁極位置情報を制御する磁極位置制御手段を備えるため、このノイズ（外乱）によって不正確な制御動作信号が発生するのを防止することができる。この結果、制御効率の低下や過電流の発生を防止することができる。
【００１１】
しかも、磁極位置制御手段が、位置検出手段で所定レベルのノイズ（外乱）が検出されない場合に磁極位置検出値を磁極位置情報として出力するものであり、電動機の回転子の回転速度に経過時間を乗じた値を直前の磁極位置情報に加算して磁極位置算出値を得る磁極位置算出手段と、磁極位置検出値と磁極位置算出値との誤差の絶対値を算出する誤差算出手段とを備え、誤差の絶対値が所定値を超えた場合に所定レベルのノイズ（外乱）が検出されたと判断して磁極位置算出値を磁極位置情報として出力するものであるため、きわめて効果的にノイズ（外乱）を除去することができ、制御効率の低下や過電流の発生を効果的に防止することができる。
【００１３】
しかも、磁極位置制御手段が、誤差の絶対値が所定時間継続して所定値を超えた場合に、磁極位置検出値を磁極位置情報として出力するものであるため、例えば、電気自動車の車輪が障害物を乗り越したり空転したりした場合のようにノイズ以外の要因によって電動機の回転子が急転した場合にも、この急転に即応した適切な制御を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、電動機である三相交流同期モータ（同期モータ）１０で走行する電気自動車の制御装置について説明することとする。
【００１５】
本実施の形態に係る電気自動車は、図１に示すように、電力源としてのバッテリ２０、同期モータ１０をベクトル制御する制御装置３０、制御装置３０で制御されバッテリ２０の出力を交流電力に変換する電力変換機であるインバータ４０、同期モータ１０の回転子の磁極位置検出値θを得る位置検出手段であるレゾルバ５０、同期モータ１０の電流を検出する電流検出手段６０、同期モータ１０の回転運動をドライブシャフト８０に伝達するディファレンシャルギア７０、および、ドライブシャフト８０の両端に設けられた駆動輪９０を備えている。
【００１６】
図２に、同期モータ１０の回転子１１、レゾルバ５０で検出される回転子１１の磁極位置検出値θ、および、後述する電流制御手段３３で用いられるｄｑ座標系を示した。なお、レゾルバ５０で検出された磁極位置検出値θを後述する微分器３５で時間微分することによって回転速度ωが得られる。
【００１７】
同期モータ１０は、ディファレンシャルギア７０およびドライブシャフト８０を介して駆動輪９０と連結され、同期モータ１０の回転運動により駆動輪９０が回転し車両に推進力を与えるようにされている。バッテリ２０からインバータ４０に供給された直流電力は、制御装置３０の制御のもとに三相交流電力に変換されて同期モータ１０に供給される。
【００１８】
制御装置３０は、図３に示すように、トルク指令値演算手段３１、電流指令値演算手段３２、電流制御手段３３、磁極位置制御手段３４および微分器３５を備える。トルク指令値演算手段３１は、（図示していない）アクセル操作量検出器で検出されたアクセル操作量Ａおよびレゾルバ５０で検出された同期モータ１０の磁極位置検出値θを微分器３５によって時間微分して得た回転速度ωに応じて、所定のトルク指令値Ｔ^*の演算および出力を行うものである。
【００１９】
電流指令値演算手段３２は、トルク指令値Ｔ^*およびレゾルバ５０で検出された同期モータ１０の回転子１１の磁極位置検出値θを微分器３５によって時間微分して得た回転速度ωに応じて、所定の電流指令値Ｉ_d ^*およびＩ_q ^*の演算および出力を行うものである。ここでＩ_d ^*およびＩ_q ^*は、それぞれベクトル制御に用いられる電流指令値のｄ軸成分およびｑ軸成分である。
【００２０】
電流制御手段３３は、図４に示すように、ｄｑ軸電流制御手段３３ａ、３／２相変換手段３３ｂ、ＰＷＭ信号発生手段３３ｃおよび２／３相変換手段３３ｄを備える。ｄｑ軸電流制御手段３３ａは、電流指令値Ｉ_d ^*およびＩ_q ^*と、同期モータ１０の回転子１１の磁極位置検出値θを微分器３５によって時間微分して得た回転速度ωと、電流検出手段６０で検出された同期モータ１０への入力電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wを３／２相変換手段３３ｂで変換して得たＩ_d、Ｉ_qとに基づいて、電圧指令値Ｖ_d ^*、Ｖ_q ^*の演算及び出力を行う。
【００２１】
ここで、３／２相変換手段３３ｂにおいて、交流座標系の入力電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wをｄｑ軸座標系のＩ_d、Ｉ_qに変換する際には、以下の変換式を用いる。
【数１】

【００２２】
ＰＷＭ信号発生手段３３ｃは、電圧指令値Ｖ_d ^*、Ｖ_q ^*を２／３相変換手段３３ｄで２／３相変換して得たＶ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*に基づいてＰＷＭ信号Ｐ_u、Ｐ_v、Ｐ_wを発生させてインバータ４０に出力し、このＰＷＭ信号によってインバータ４０のスイッチング素子を所定のタイミングでオン／オフ操作することによって、同期モータ１０を制御するように機能する。
【００２３】
ここで、２／３相変換手段３３ｄにおいて、ｄｑ軸座標系のＶ_d ^*、Ｖ_q ^*を交流座標系のＶ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*に変換する際には、以下の変換式を用いる。
【数２】

【００２４】
磁極位置制御手段３４は、レゾルバ５０で検出された同期モータ１０の回転子１１の磁極位置検出値θやこれを時間微分して得た回転速度ωの入力を受けて所定の磁極位置制御を行い、前記した３／２相変換手段３３ｂおよび２／３相変換手段３３ｄの変換式で使用される磁極位置制御出力値Φを出力するものである。この磁極位置制御手段３４は、図５に示すように、磁極位置算出手段３４ａ、誤差算出手段３４ｂおよび切替手段３４ｃを備える。
【００２５】
磁極位置算出手段３４ａは、レゾルバ５０で検出された同期モータ１０の回転子１１の磁極位置検出値θを微分器３５によって時間微分して得た回転速度ωに基づいて、磁極位置算出値θ_Cを得るものである。誤差算出手段３４ｂは、磁極位置検出値θと磁極位置算出値θ_Cとの誤差の絶対値を算出するとともに、この誤差の絶対値が所定の閾値τ以下である場合には切替手段３４ｃに信号Ｓを送り、この誤差の絶対値が所定の閾値τを超えた場合には切替手段３４ｃに信号Ｓ_Cを送るものである。
【００２６】
切替手段３４ｃは、誤差算出手段３４ｂからの信号Ｓまたは信号Ｓ_Cに応じて、磁極位置検出値θまたは磁極位置算出値θ_Cを磁極位置制御出力値Φとして出力するものである。具体的には、信号Ｓが入力されている間は磁極位置検出値θを磁極位置制御出力値Φとして出力し、信号Ｓ_Cが入力された場合には磁極位置算出値θ_Cを磁極位置制御出力値Φとして出力する。また、この切替手段３４ｃは、図示していないタイマを備えており、信号Ｓ_Cが所定時間ｔ₀以上入力された場合には、再び磁極位置検出値θを磁極位置制御出力値Φとして出力する。本実施の形態においては、所定時間ｔ₀を３００ｍｓと設定している。
【００２７】
微分器３５は、すでに記載しているとおり、レゾルバ５０によって検出された同期モータ１０の回転子１１の磁極位置検出値θを時間微分して、回転速度ωを得るためのものである。
【００２８】
本実施の形態に係る電気自動車の走行状態においては、アクセル操作量Ａおよび同期モータ１０の回転子１１の磁極位置検出値θを時間微分して得た回転速度ωに応じてトルク指令値Ｔ^*が随時演算されて出力され、このトルク指令値Ｔ^*と回転子１１の回転速度ωとに応じて電流指令値Ｉ_d ^*およびＩ_q ^*が随時演算されて出力され、この電流指令値Ｉ_d ^*およびＩ_q ^*に応じたＰＷＭ信号Ｐ_u、Ｐ_v、Ｐ_wをインバータ４０を介して同期モータ１０に出力することにより同期モータ１０が駆動制御されている。
【００２９】
この際には、電流検出手段６０によって同期モータ１０への入力電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wが検出され、これらは３／２相変換手段３３ｂでＩ_dおよびＩ_qに変換される。電流制御手段３３のｄｑ軸電流制御手段３３ａは、これらＩ_dおよびＩ_qと、電流指令値Ｉ_d ^*およびＩ_q ^*と、回転子１１の回転速度ωとに基づいて、電圧指令値Ｖ_d ^*、Ｖ_q ^*の演算及び出力を行う。また、これら電圧指令値Ｖ_d ^*、Ｖ_q ^*は、２／３相変換手段３３ｄでＶ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*に変換されてＰＷＭ信号発生手段３３ｃに出力される。これら３／２相変換手段３３ｂおよび２／３相変換手段３３ｄの変換式においては、磁極位置制御手段３４から出力された磁極位置制御出力値Φが用いられている。
【００３０】
ここで、本実施の形態に係る電気自動車における磁極位置制御プロセス、すなわち、磁極位置検出値θ等を入力してから磁極位置制御出力値Φを出力するまでの磁極位置制御手段３４の制御プロセスを、図６のフローチャート等を用いて説明する。
【００３１】
まず、レゾルバ５０によって同期モータ１０の回転子１１の磁極位置検出値θを検出する（磁極位置検出工程：Ｓ１）。この磁極位置検出値θは、磁極位置制御手段３４の誤差算出手段３４ｂに入力される。次いで、レゾルバ５０によって同期モータ１０の回転子１１の磁極位置検出値θを微分器３５で時間微分して得た回転子１１の回転速度ωを、磁極位置制御手段３４の磁極位置算出手段３４ａに入力して、磁極位置算出値θ_Cを得る（磁極位置算出工程：Ｓ２）。
【００３２】
この磁極位置算出手段３４ａによる磁極位置算出方法を具体的に説明する。まず、磁極位置制御手段３４によって出力されて同期モータ１０の駆動制御動作（座標変換）に用いられた磁極位置制御出力値（以下、「前回制御値」という）Φ_-1をフィードバックして、磁極位置算出手段３４ａに入力する（図５参照）。次いで、フィードバックした前回制御値Φ_-1に、回転子１１の回転速度ωにフィードバック時からの経過時間Δｔを乗じて得た磁極位置補正値ΔΦを加算することによって、磁極位置算出値θ_Cを得る。すなわち、
θ_C＝Φ_-1＋ΔΦ
ΔΦ＝ω×Δｔ
となる。
【００３３】
次いで、誤差算出手段３４ｂに、磁極位置検出工程Ｓ１で得た磁極位置検出値θと、磁極位置算出工程Ｓ２で得た磁極位置算出値θ_Cを入力し、これらの誤差の絶対値を算出する（誤差算出工程：Ｓ３）。これら磁極位置検出値θと磁極位置算出値θ_Cの誤差の絶対値が、所定の閾値τ以下であった場合には、信号Ｓを切替手段３４ｃに入力する。信号Ｓが入力された切替手段３４ｃは、磁極位置検出値θを磁極位置制御出力値Φとして出力する（磁極位置算出値出力工程：Ｓ４）。
【００３４】
一方、磁極位置検出値θと磁極位置算出値θ_Cの誤差の絶対値が、所定の閾値τを超えた場合には、信号Ｓ_Cを切替手段３４ｃに入力する。信号Ｓ_Cが入力された切替手段３４ｃは、その信号Ｓ_Cの入力時間が所定時間ｔ₀（３００ｍｓ）を超えるか否かを判定する（誤差継続時間判定工程Ｓ５）。この誤差継続時間判定工程Ｓ５において、信号Ｓ_Cの入力時間が所定時間ｔ₀以下であると判定された場合には、レゾルバ５０がノイズ（外乱）を検出したと判断し、切替手段３４ｃは、磁極位置算出値θ_Cを磁極位置制御出力値Φとして出力する（磁極位置算出値出力工程：Ｓ６）。
【００３５】
誤差継続時間判定工程Ｓ５において、信号Ｓ_Cの入力時間が所定時間ｔ₀を超えたと判定された場合には、レゾルバ５０がノイズ（外乱）を検出したのではなく、電気自動車の駆動輪９０に空転等が生じたと判断し、切替手段３４ｃは、磁極位置検出値θを磁極位置制御出力値Φとして出力する（磁極位置算出値出力工程：Ｓ４）。
【００３６】
以上の磁極位置制御動作の結果を図７および図８に示した。図７（ａ）および図８（ａ）は、磁極位置検出値θの時間履歴を表したグラフであり、図７（ｂ）および図８（ｂ）は、磁極位置制御手段３４によって出力された磁極位置制御出力値Φの時間履歴を表したグラフである。
【００３７】
レゾルバ５０がノイズ（外乱）を検出した場合には、磁極位置検出値θのグラフにパルス状部分Ｐが現れる（図７（ａ）参照）。このようなノイズ（外乱）を含む磁極位置検出値θをそのまま同期モータ１０の制御（座標変換）に用いると、正確な制御が妨げられる場合がある。これに対し、本実施の形態に係る磁極位置制御手段３４を用いると、レゾルバ５０がノイズ（外乱）を検出した場合には、前記した磁極位置制御プロセスを経て、磁極位置制御手段３４が磁極位置算出値θ_Cを磁極位置制御出力値Φとして出力するため、磁極位置制御出力値のグラフには、パルス状部分Ｐが現れることがない（図７（ｂ）参照）。このため、同期モータ１０の正確な制御を達成することができる。
【００３８】
一方、レゾルバ５０がノイズ（外乱）を検出したのではなく、電気自動車の駆動輪９０に空転等が生じた場合には、同期モータ１０の回転子１１が急転するため、磁極位置検出値θが急激に上昇する（図８（ａ）参照）。その後空転がおさまると、同期モータ１０の回転子１１は通常の回転速度で回転することとなるため、ノイズ（外乱）を検出した場合と同様に、磁極位置制御手段３４が磁極位置算出値θ_Cを磁極位置制御出力値Φとして出力し続けると、逆に実際の磁極位置検出値θとのズレが大きくなり、却って同期モータ１０の正確な制御を妨げることとなる。
【００３９】
このような事態を防ぐために、本実施の形態に係る磁極位置制御手段３４においては、レゾルバ５０がノイズ（外乱）を検出したのではなく電気自動車の駆動輪９０に空転等が生じたと判断した場合には、磁極位置検出値θを磁極位置制御出力値Φとして出力することとしている（図８（ｂ）参照）。
【００４０】
本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、同期モータ１０の回転子１１の磁極位置検出値θを得るレゾルバ５０と、磁極位置制御出力値Φを用いて同期モータ１０の制御を行う電流制御手段３３と、レゾルバ５０で所定レベルのノイズ（外乱）が検出された場合に、ノイズ（外乱）を除去するように磁極位置情報を制御する磁極位置制御手段３４を備え、この磁極位置制御手段３４は、レゾルバ５０で所定レベルのノイズ（外乱）が検出されない場合に、磁極位置検出値θを磁極位置制御出力値Φとして出力するものであり、同期モータ１０の回転子の回転速度ωに経過時間Δｔを乗じた値ΔΦを直前制御値Φ_-1に加算して磁極位置算出値θ_Cを得る磁極位置算出手段３４ａと、磁極位置検出値θと磁極位置算出値θ_Cとの誤差の絶対値を算出する誤差算出手段３４ｂと、誤差の絶対値が所定の閾値τを超えた場合に所定レベルのノイズ（外乱）が検出されたと判断し、磁極位置算出値θ_Cを磁極位置制御出力値Φとして出力する切替手段３４ｃとを備えるため、レゾルバ５０によって検出されたノイズ（外乱）によって不正確な制御動作信号が発生するのを効果的に防止することができる。この結果、電気自動車の同期モータ１０の制御効率の低下や過電流の発生を防止することができる。
【００４１】
また、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、磁極位置制御手段３４は、誤差の絶対値が所定時間ｔ₀継続して所定の閾値τを超えた場合に、磁極位置検出値θを磁極位置制御出力値Φとして出力するものであるため、電気自動車の駆動輪９０が障害物を乗り越したり空転したりした場合のようにノイズ以外の要因によって同期モータ１０の回転子１１が急転した場合にも、この急転に即応した適切な制御を行うことができる。
【００４２】
なお、磁極位置制御手段３４の誤差算出手段３４ｂにおいて誤差のレベルを判定する閾値τや、切替手段３４ｃにおいて信号Ｓ_Cの入力時間を判定するための所定時間ｔ₀は、電気自動車の車種、同期モータ１０の規格などに応じて適宜設定することができる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、位置検出手段で所定レベルのノイズ（外乱）が検出された場合に、ノイズ（外乱）を除去するように磁極位置情報を制御する磁極位置制御手段を備えるため、このノイズ（外乱）によって不正確な制御動作信号が発生するのを防止することができる。この結果、制御効率の低下や過電流の発生を防止することができる。
【００４４】
しかも、磁極位置制御手段が、位置検出手段で所定レベルのノイズ（外乱）が検出されない場合に磁極位置検出値を磁極位置情報として出力するものであり、電動機の回転子の回転速度に経過時間を乗じた値を直前の磁極位置情報に加算して磁極位置算出値を得る磁極位置算出手段と、磁極位置検出値と磁極位置算出値との誤差の絶対値を算出する誤差算出手段とを備え、誤差の絶対値が所定値を超えた場合に所定レベルのノイズ（外乱）が検出されたと判断して磁極位置算出値を磁極位置情報として出力するものであるため、きわめて効果的にノイズ（外乱）を除去することができ、制御効率の低下や過電流の発生を効果的に防止することができる。
【００４５】
しかも、磁極位置制御手段が、誤差の絶対値が所定時間継続して所定値を超えた場合に、磁極位置検出値を磁極位置情報として出力するものであるため、例えば、電気自動車の車輪が障害物を乗り越したり空転したりした場合のようにノイズ以外の要因によって電動機の回転子が急転した場合にも、この急転に即応した適切な制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気自動車のシステム構成を説明するための概略図である。
【図２】図１に示した電気自動車の同期モータの回転子の磁極位置を説明するための説明図である。
【図３】図１に示した電気自動車の制御装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図３に示した電流制御手段の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】図３に示した磁極位置制御手段の構成を説明するためのブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る電気自動車の制御装置の磁極位置制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る電気自動車の制御装置の磁極位置制御結果の一例を示すものであり、（ａ）は磁極位置検出値の時間履歴を表したグラフ、（ｂ）は磁極位置制御出力値の時間履歴を表したグラフである。
【図８】本発明の実施の形態に係る電気自動車の制御装置の磁極位置制御結果の他の例を示すものであり、（ａ）は磁極位置検出値の時間履歴を表したグラフ、（ｂ）は磁極位置制御出力値の時間履歴を表したグラフである。
【符号の説明】
１０三相交流同期モータ
１１回転子
２０バッテリ
３０制御装置
３１トルク指令値演算手段
３２電流指令値演算手段
３３電流制御手段
３３ａｄｑ軸電流制御手段
３３ｂ３／２相変換手段
３３ｃＰＷＭ信号発生手段
３３ｄ２／３相変換手段
３４磁極位置制御手段
３４ａ磁極位置算出手段
３４ｂ誤差算出手段
３４ｃ切替手段
３５微分器
４０インバータ
５０レゾルバ
６０電流検出手段
７０ディファレンシャルギア
８０ドライブシャフト
９０駆動輪
Ｓ１磁極位置検出工程
Ｓ２磁極位置算出工程
Ｓ３誤差算出工程
Ｓ４磁極位置検出値出力工程
Ｓ５誤差継続時間判定工程
Ｓ６磁極位置算出値出力工程[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an electric vehicle, and more particularly, to a control device for an electric vehicle that performs drive control of the electric motor by using magnetic pole position information of a rotor of the electric motor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to prevent and suppress environmental pollution and noise, electric vehicles (including hybrid vehicles) that run on electric motors have been developed instead of vehicles that run on internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines. As an electric motor that is a driving source of such an electric vehicle, a DC motor or an AC motor is employed, and among them, a three-phase AC synchronous motor (hereinafter referred to as “synchronous motor”) using a permanent magnet as a rotor is high. Due to its efficiency, it is regarded as the mainstream of electric motors for electric vehicles.
[0003]
In an electric vehicle equipped with this synchronous motor, a direct current from a battery mounted on the vehicle is converted into a predetermined alternating current by an inverter, and the synchronous motor is driven by this alternating current to drive the vehicle.
[0004]
A typical control method for this synchronous motor is vector control. As a vector control procedure, first, an alternating current flowing through an armature of a synchronous motor is measured, and a measured value of this alternating coordinate system is rotated in synchronization with the rotor of the synchronous motor (hereinafter referred to as “dq”). The control operation signal is generated by controlling current in the dq coordinate system. Next, this control operation signal is converted from a dq coordinate system to an AC coordinate system, and is output to a synchronous motor via an inverter for control.
[0005]
Here, since the magnetic pole position information of the rotor of the synchronous motor is necessary for the coordinate conversion between the AC coordinate system and the dq axis coordinate system, the magnetic pole position of the rotor is detected by a position detector such as a resolver. Is detected.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when noise (disturbance) is included in the magnetic pole position information of the rotor of the synchronous motor obtained by a position detector such as a resolver, the coordinate conversion between the AC coordinate system and the dq axis coordinate system is accurately performed. It is not done and accurate control may be hindered. For example, in an electric vehicle driven by a synchronous motor, when noise (disturbance) is detected by a position detector, control efficiency is reduced due to generation of an inaccurate control operation signal, or overcurrent is generated. There was a case.
[0007]
The subject of this invention is providing the control apparatus of the electric vehicle which can perform stable control even when noise (disturbance) enters in the magnetic pole position information of the rotor of an electric motor.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 uses position detection means for obtaining a magnetic pole position detection value of a rotor of an electric motor and magnetic pole position information as shown in FIGS. 1 and 3, for example. A control unit for controlling the electric motor, and a magnetic pole position for controlling magnetic pole position information so as to remove the disturbance when a predetermined level of disturbance is detected by the position detection unit. The magnetic pole position control means outputs the magnetic pole position detection value as magnetic pole position information when a predetermined level of disturbance is not detected by the position detection means as shown in FIG. 5, for example. A magnetic pole position calculation means for adding a value obtained by multiplying the rotation speed of the rotor of the motor by the elapsed time to the previous magnetic pole position information to obtain a magnetic pole position calculation value; the magnetic pole position detection value and the magnetic pole position; Error calculating means for calculating an absolute value of an error from the output value, and determining that a predetermined level of disturbance has been detected when the absolute value of the error exceeds a predetermined value, and calculating the magnetic pole position calculated value as a magnetic pole position When the absolute value of the error exceeds a predetermined value continuously for a predetermined time, the detected magnetic pole position value is output as magnetic pole position information .
[0009]
According to the first aspect of the present invention, there is provided the magnetic pole position control means for controlling the magnetic pole position information so as to remove noise (disturbance) when a predetermined level of noise (disturbance) is detected by the position detection means. Thus, it is possible to prevent an inaccurate control operation signal from being generated by this noise (disturbance). As a result, it is possible to prevent a decrease in control efficiency and occurrence of overcurrent.
[0011]
In addition , the magnetic pole position control means outputs the magnetic pole position detection value as magnetic pole position information when a predetermined level of noise (disturbance) is not detected by the position detection means, and the elapsed time is added to the rotational speed of the rotor of the motor. A magnetic pole position calculating means for adding the multiplied value to the immediately preceding magnetic pole position information to obtain a magnetic pole position calculated value; and an error calculating means for calculating an absolute value of an error between the magnetic pole position detected value and the magnetic pole position calculated value; When the absolute value of the error exceeds a predetermined value, it is determined that a predetermined level of noise (disturbance) has been detected, and the calculated magnetic pole position value is output as magnetic pole position information, so noise (disturbance) is extremely effective. Can be removed, and the reduction in control efficiency and the occurrence of overcurrent can be effectively prevented.
[0013]
In addition , since the magnetic pole position control means outputs the detected magnetic pole position value as the magnetic pole position information when the absolute value of the error exceeds the predetermined value for a predetermined time, for example, the wheel of the electric vehicle fails. Even when the rotor of the electric motor suddenly rotates due to factors other than noise, such as when an object is passed over or idling, appropriate control can be performed in response to this sudden rotation.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a control device for an electric vehicle that runs on a three-phase AC synchronous motor (synchronous motor) 10 that is an electric motor will be described.
[0015]
As shown in FIG. 1, the electric vehicle according to the present embodiment includes a battery 20 as a power source, a control device 30 that performs vector control of the synchronous motor 10, and the output of the battery 20 controlled by the control device 30 is converted to AC power. An inverter 40 as a power converter, a resolver 50 as a position detection means for obtaining a magnetic pole position detection value θ of the rotor of the synchronous motor 10, a current detection means 60 for detecting the current of the synchronous motor 10, and a rotational motion of the synchronous motor 10. Is transmitted to the drive shaft 80, and drive wheels 90 provided at both ends of the drive shaft 80 are provided.
[0016]
FIG. 2 shows the rotor 11 of the synchronous motor 10, the magnetic pole position detection value θ of the rotor 11 detected by the resolver 50, and the dq coordinate system used by the current control means 33 described later. The rotational speed ω is obtained by time-differentiating the magnetic pole position detection value θ detected by the resolver 50 with a differentiator 35 described later.
[0017]
The synchronous motor 10 is connected to the drive wheel 90 via a differential gear 70 and a drive shaft 80, and the drive wheel 90 is rotated by the rotational motion of the synchronous motor 10 so as to give a propulsive force to the vehicle. The DC power supplied from the battery 20 to the inverter 40 is converted into three-phase AC power under the control of the control device 30 and supplied to the synchronous motor 10.
[0018]
As shown in FIG. 3, the control device 30 includes torque command value calculation means 31, current command value calculation means 32, current control means 33, magnetic pole position control means 34, and differentiator 35. The torque command value calculation means 31 uses a differentiator 35 to time-differentiate the accelerator operation amount A detected by an accelerator operation amount detector (not shown) and the magnetic pole position detection value θ of the synchronous motor 10 detected by the resolver 50. The predetermined torque command value T ^* is calculated and output according to the rotational speed ω obtained in this manner.
[0019]
The current command value calculation means 32 responds to the torque command value T ^* and the rotational speed ω obtained by time-differentiating the magnetic pole position detection value θ of the rotor 11 of the synchronous motor 10 detected by the resolver 50 by the differentiator 35. The predetermined current command values I _d ^* and I _q ^* are calculated and output. Here, I _d ^* and I _q ^* are a d-axis component and a q-axis component of a current command value used for vector control, respectively.
[0020]
As shown in FIG. 4, the current control means 33 includes dq-axis current control means 33a, 3/2 phase conversion means 33b, PWM signal generation means 33c, and 2/3 phase conversion means 33d. The dq-axis current control means 33a is configured to calculate the current command values I _d ^* and I _q ^* , the rotational speed ω obtained by time-differentiating the magnetic pole position detection value θ of the rotor 11 of the synchronous motor 10 by the differentiator 35, the current Based on I _d and I _q obtained by converting the input currents I _u , I _v and I _w to the synchronous motor 10 detected by the detection means 60 by the 3/2 phase conversion means 33b, the voltage command value V _d ^* and _Vq ^* are calculated and output.
[0021]
Here, in the 3/2 phase conversion means 33b, when converting the input currents I _u , I _v , I _w of the AC coordinate system to I _d , I _q of the dq axis coordinate system, the following conversion formula is used. .
[Expression 1]

[0022]
The PWM signal generating unit 33c performs PWM based on V _u ^* , V _v ^* , and V _w ^* obtained by performing 2/3 phase conversion on the voltage command values V _d ^* and V _q ^* by the 2/3 phase converting unit 33d. Functions of controlling the synchronous motor 10 by generating signals P _u , P _v , and P _w and outputting them to the inverter 40, and turning on / off the switching elements of the inverter 40 at a predetermined timing by this PWM signal. To do.
[0023]
Here, when the 2 / 3-phase conversion means 33d converts V _d ^* , V _q ^* of the dq axis coordinate system into V _u ^* , V _v ^* , V _w ^* of the AC coordinate system, the following conversion is performed. Use the formula.
[Expression 2]

[0024]
The magnetic pole position control means 34 performs predetermined magnetic pole position control in response to the input of the magnetic pole position detection value θ of the rotor 11 of the synchronous motor 10 detected by the resolver 50 and the rotational speed ω obtained by time differentiation thereof. The magnetic pole position control output value Φ used in the conversion equations of the 3/2 phase conversion means 33b and the 2/3 phase conversion means 33d is output. As shown in FIG. 5, the magnetic pole position control means 34 includes a magnetic pole position calculation means 34a, an error calculation means 34b, and a switching means 34c.
[0025]
Magnetic pole position calculation unit 34a, based on the magnetic pole position detection value theta of the rotor 11 of the synchronous motor 10 detected by the resolver 50 to the rotational speed ω obtained by differentiating time by differentiator 35, the magnetic pole position calculation value theta _C Is what you get. The error calculation means 34b calculates the absolute value of the error between the magnetic pole position detection value θ and the magnetic pole position calculation value θ _C, and if the absolute value of the error is less than or equal to a predetermined threshold τ, a signal is sent to the switching means 34c. send S, when the absolute value of the error exceeds a predetermined threshold τ is intended to send a signal S _C to the switching means 34c.
[0026]
The switching unit 34c outputs the magnetic pole position detection value θ or the magnetic pole position calculation value θ _C as the magnetic pole position control output value Φ in accordance with the signal S or the signal S _C from the error calculation unit 34b. Specifically, while the signal S is input, the magnetic pole position detection value θ is output as the magnetic pole position control output value Φ, and when the signal S _C is input, the magnetic pole position calculation value θ _C is controlled. Output as output value Φ. The switching means 34c includes a timer (not shown), and when the signal S _C is input for a predetermined time t ₀ or more, the magnetic pole position detection value θ is output again as the magnetic pole position control output value Φ. . In the present embodiment, the predetermined time t ₀ is set to 300 ms.
[0027]
As already described, the differentiator 35 is for time-differentiating the magnetic pole position detection value θ of the rotor 11 of the synchronous motor 10 detected by the resolver 50 to obtain the rotational speed ω.
[0028]
In the traveling state of the electric vehicle according to the present embodiment, the torque command value T ^* according to the rotational speed ω obtained by time differentiation of the accelerator operation amount A and the magnetic pole position detection value θ of the rotor 11 of the synchronous motor 10 ^. Is calculated and output as needed, and current command values I _d ^* and I _q ^* are calculated and output as needed according to the torque command value T ^* and the rotational speed ω of the rotor 11, and the current command value I _d ^The synchronous motor 10 is driven and controlled by outputting PWM signals P _u , P _v and P _w corresponding to ^* and I _q ^* to the synchronous motor 10 via the inverter 40.
[0029]
At this time, input currents I _u , I _v , I _w to the synchronous motor 10 are detected by the current detection means 60, and these are converted into I _d and I _q by the 3/2 phase conversion means 33b. The dq-axis current control means 33a of the current control means 33 is based on these I _d and I _q , current command values I _d ^* and I _q ^*, and the rotational speed ω of the rotor 11, and the voltage command value V _d. ^{* And} _Vq ^* are calculated and output. The voltage command values V _d ^* and V _q ^* are converted into V _u ^* , V _v ^* , and V _w ^* by the 2/3 phase conversion means 33d and output to the PWM signal generation means 33c. In the conversion formulas of these 3/2 phase conversion means 33b and 2/3 phase conversion means 33d, the magnetic pole position control output value Φ output from the magnetic pole position control means 34 is used.
[0030]
Here, the magnetic pole position control process in the electric vehicle according to the present embodiment, that is, the control process of the magnetic pole position control means 34 from the input of the magnetic pole position detection value θ and the like to the output of the magnetic pole position control output value Φ. This will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0031]
First, the magnetic pole position detection value θ of the rotor 11 of the synchronous motor 10 is detected by the resolver 50 (magnetic pole position detection step: S1). This magnetic pole position detection value θ is input to the error calculation means 34 b of the magnetic pole position control means 34. Next, the rotational speed ω of the rotor 11 obtained by time-differentiating the magnetic pole position detection value θ of the rotor 11 of the synchronous motor 10 with the differentiator 35 by the resolver 50 is supplied to the magnetic pole position calculation means 34 a of the magnetic pole position control means 34. Then, the magnetic pole position calculation value θ _C is obtained (magnetic pole position calculation step: S2).
[0032]
A magnetic pole position calculation method by the magnetic pole position calculation means 34a will be specifically described. First, a magnetic pole position control output value (hereinafter referred to as “previous control value”) Φ ₋₁ output by the magnetic pole position control means 34 and used for the drive control operation (coordinate conversion) of the synchronous motor 10 is fed back to It inputs into the position calculation means 34a (refer FIG. 5). Next, the magnetic pole position calculated value θ _C is obtained by adding the magnetic pole position correction value ΔΦ obtained by multiplying the previous control value Φ ₋₁ fed back to the rotational speed ω of the rotor 11 by the elapsed time Δt from the time of feedback. obtain. That is,
θ _C = Φ _-1 + ΔΦ
ΔΦ = ω × Δt
It becomes.
[0033]
Next, the magnetic pole position detection value θ obtained in the magnetic pole position detection step S1 and the magnetic pole position calculation value θ _C obtained in the magnetic pole position calculation step S2 are input to the error calculation means 34b, and the absolute values of these errors are calculated. (Error calculation step: S3). When the absolute value of the error between the magnetic pole position detection value θ and the magnetic pole position calculation value θ _C is equal to or smaller than a predetermined threshold value τ, the signal S is input to the switching unit 34c. The switching unit 34c to which the signal S is input outputs the magnetic pole position detection value θ as the magnetic pole position control output value Φ (magnetic pole position calculation value output step: S4).
[0034]
On the other hand, the absolute value of the error in magnetic pole position detection value theta and the magnetic pole position calculation value theta _C is, if it exceeds a predetermined threshold τ inputs signal S _C to the switching means 34c. The switching unit 34c to which the signal S _C is input determines whether or not the input time of the signal S _C exceeds a predetermined time t ₀ (300 ms) (error duration determination step S5). In this error duration determination step S5, when it is determined that the input time of the signal S _C is equal to or less than the predetermined time t _0, it is determined that the resolver 50 has detected noise (disturbance), and the switching unit 34c The magnetic pole position calculated value θ _C is output as the magnetic pole position control output value Φ (magnetic pole position calculated value output step: S6).
[0035]
In the error duration determination step S5, when it is determined that the input time of the signal S _C exceeds the predetermined time t ₀ , the resolver 50 does not detect noise (disturbance), but the driving wheel 90 of the electric vehicle. It is determined that idling or the like has occurred, and the switching unit 34c outputs the magnetic pole position detection value θ as the magnetic pole position control output value Φ (magnetic pole position calculation value output step: S4).
[0036]
The results of the magnetic pole position control operation described above are shown in FIGS. FIGS. 7A and 8A are graphs showing the time history of the magnetic pole position detection value θ. FIGS. 7B and 8B are output by the magnetic pole position control means 34. FIG. It is a graph showing the time history of the magnetic pole position control output value Φ.
[0037]
When the resolver 50 detects noise (disturbance), a pulsed portion P appears in the graph of the magnetic pole position detection value θ (see FIG. 7A). If the magnetic pole position detection value θ including such noise (disturbance) is used as it is for the control (coordinate conversion) of the synchronous motor 10, accurate control may be hindered. On the other hand, when the magnetic pole position control means 34 according to this embodiment is used, when the resolver 50 detects noise (disturbance), the magnetic pole position control means 34 passes through the magnetic pole position control process described above. Since the calculated value θ _C is output as the magnetic pole position control output value Φ, the pulse-shaped portion P does not appear in the magnetic pole position control output value graph (see FIG. 7B). For this reason, accurate control of the synchronous motor 10 can be achieved.
[0038]
On the other hand, when the resolver 50 does not detect noise (disturbance) but idling or the like occurs in the driving wheel 90 of the electric vehicle, the rotor 11 of the synchronous motor 10 rotates suddenly, so that the detected magnetic pole position value θ is It rises rapidly (see FIG. 8A). After that, when the idling is stopped, the rotor 11 of the synchronous motor 10 rotates at a normal rotation speed, so that the magnetic pole position control means 34 calculates the magnetic pole position calculated value θ _C as in the case where noise (disturbance) is detected. Is continuously output as the magnetic pole position control output value Φ, conversely, the deviation from the actual magnetic pole position detection value θ increases, and on the contrary, accurate control of the synchronous motor 10 is hindered.
[0039]
In order to prevent such a situation, in the magnetic pole position control means 34 according to the present embodiment, the resolver 50 does not detect noise (disturbance) but determines that idling or the like has occurred in the drive wheels 90 of the electric vehicle. The magnetic pole position detection value θ is output as the magnetic pole position control output value Φ (see FIG. 8B).
[0040]
According to the control apparatus for an electric vehicle according to the present embodiment, the synchronous motor 10 is controlled using the resolver 50 for obtaining the magnetic pole position detection value θ of the rotor 11 of the synchronous motor 10 and the magnetic pole position control output value Φ. The magnetic pole position control means 34 controls the magnetic pole position information so as to remove the noise (disturbance) when a predetermined level of noise (disturbance) is detected by the resolver 50. The means 34 outputs the magnetic pole position detection value θ as the magnetic pole position control output value Φ when no noise (disturbance) of a predetermined level is detected by the resolver 50, and the rotation speed ω of the rotor of the synchronous motor 10 is set. A magnetic pole position calculation means 34a that obtains a magnetic pole position calculation value θ _C by adding a value ΔΦ multiplied by the elapsed time Δt to the immediately preceding control value Φ ₋₁ , and an error between the magnetic pole position detection value θ and the magnetic pole position calculation value θ _C Calculate absolute value When the absolute value of the error exceeds a predetermined threshold τ, it is determined that a predetermined level of noise (disturbance) has been detected, and the magnetic pole position calculated value θ _C is used as the magnetic pole position control output value Φ. Since the output switching unit 34c is provided, it is possible to effectively prevent an inaccurate control operation signal from being generated by noise (disturbance) detected by the resolver 50. As a result, it is possible to prevent a decrease in control efficiency of the synchronous motor 10 of the electric vehicle and occurrence of overcurrent.
[0041]
Further, according to the control apparatus for an electric vehicle according to the present embodiment, the magnetic pole position control means 34 detects the magnetic pole position detection value when the absolute value of the error continues for a predetermined time t ₀ and exceeds the predetermined threshold τ. Since θ is output as the magnetic pole position control output value Φ, the rotor 11 of the synchronous motor 10 suddenly rotates due to factors other than noise, such as when the driving wheel 90 of the electric vehicle rides over an obstacle or idles. Even in such a case, it is possible to perform appropriate control in response to this sudden rotation.
[0042]
It should be noted that the predetermined time t ₀ for determining the threshold τ and determining the level of error, the input time of the signal S _C in the switching unit 34c in the error calculating means 34b of the magnetic pole position control means 34, the electric vehicle models, synchronization It can be appropriately set according to the standard of the motor 10 or the like.
[0043]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, there is provided the magnetic pole position control means for controlling the magnetic pole position information so as to remove noise (disturbance) when a predetermined level of noise (disturbance) is detected by the position detection means. Thus, it is possible to prevent an inaccurate control operation signal from being generated by this noise (disturbance). As a result, it is possible to prevent a decrease in control efficiency and occurrence of overcurrent.
[0044]
In addition , the magnetic pole position control means outputs the magnetic pole position detection value as magnetic pole position information when a predetermined level of noise (disturbance) is not detected by the position detection means, and the elapsed time is added to the rotational speed of the rotor of the motor. A magnetic pole position calculating means for adding the multiplied value to the immediately preceding magnetic pole position information to obtain a magnetic pole position calculated value; and an error calculating means for calculating an absolute value of an error between the magnetic pole position detected value and the magnetic pole position calculated value; When the absolute value of the error exceeds a predetermined value, it is determined that a predetermined level of noise (disturbance) has been detected, and the calculated magnetic pole position value is output as magnetic pole position information, so noise (disturbance) is extremely effective. Can be removed, and the reduction in control efficiency and the occurrence of overcurrent can be effectively prevented.
[0045]
In addition , since the magnetic pole position control means outputs the detected magnetic pole position value as the magnetic pole position information when the absolute value of the error exceeds the predetermined value for a predetermined time, for example, the wheel of the electric vehicle fails. Even when the rotor of the electric motor suddenly rotates due to factors other than noise, such as when an object is passed over or idling, appropriate control can be performed in response to this sudden rotation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a system configuration of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a magnetic pole position of a rotor of the synchronous motor of the electric vehicle shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram for explaining a configuration of a control device for the electric vehicle shown in FIG. 1;
4 is a block diagram for explaining a configuration of a current control unit shown in FIG. 3; FIG.
5 is a block diagram for explaining the configuration of the magnetic pole position control means shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the magnetic pole position control operation of the control apparatus for an electric vehicle according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows an example of the magnetic pole position control result of the control apparatus for an electric vehicle according to the embodiment of the present invention, where (a) is a graph showing the time history of the magnetic pole position detection value, It is a graph showing the time history of a magnetic pole position control output value.
FIG. 8 shows another example of the magnetic pole position control result of the control apparatus for an electric vehicle according to the embodiment of the present invention. FIG. 8A is a graph showing the time history of the detected magnetic pole position; ) Is a graph showing the time history of the magnetic pole position control output value.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Three-phase alternating current synchronous motor 11 Rotor 20 Battery 30 Controller 31 Torque command value calculating means 32 Current command value calculating means 33 Current control means 33a dq axis current control means 33b 3/2 phase conversion means 33c PWM signal generating means 33d 2 / 3-phase conversion means 34 Magnetic pole position control means 34a Magnetic pole position calculation means 34b Error calculation means 34c Switching means 35 Differentiator 40 Inverter 50 Resolver 60 Current detection means 70 Differential gear 80 Drive shaft 90 Drive wheel S1 Magnetic pole position detection step S2 Magnetic pole position Calculation step S3 Error calculation step S4 Magnetic pole position detection value output step S5 Error duration determination step S6 Magnetic pole position calculation value output step

Claims

In a control apparatus for an electric vehicle comprising: position detection means for obtaining a magnetic pole position detection value of a rotor of an electric motor; and control means for controlling the electric motor using magnetic pole position information.
A magnetic pole position control means for controlling magnetic pole position information so as to remove the disturbance when a predetermined level of disturbance is detected by the position detection means ;
The magnetic pole position control means includes
When a disturbance of a predetermined level is not detected by the position detection means, the magnetic pole position detection value is output as magnetic pole position information,
Magnetic pole position calculation means for adding a value obtained by multiplying the rotation speed of the rotor of the motor by the elapsed time to the previous magnetic pole position information to obtain a magnetic pole position calculation value;
An error calculation means for calculating an absolute value of an error between the magnetic pole position detection value and the magnetic pole position calculation value;
When the absolute value of the error exceeds a predetermined value, it is determined that a predetermined level of disturbance has been detected, and the magnetic pole position calculation value is output as magnetic pole position information.
In addition, when the absolute value of the error continuously exceeds a predetermined value for a predetermined time, the magnetic pole position detection value is output as magnetic pole position information .