JP4742969B2 - 電動機制御装置およびそれを備えた電動車両 - Google Patents

Description

この発明は、電動機制御装置およびそれを備えた電動車両に関し、特に、電気自動車やハイブリッド自動車、燃料電池自動車などの電動車両に動力源として搭載される電動機の制御装置およびそれを備えた電動車両に関する。

特開２００３−３０４６０４号公報（特許文献１）は、電気自動車（Electric Vehicle）やハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）、燃料電池自動車（Fuel Cell Vehicle）など、各種自動車の駆動源として搭載されるモータ駆動装置を開示する。

このモータ駆動装置においては、温度検出手段によって検出されたモータ温度が制限温度以上である場合、モータ出力制御手段がモータの出力を制限する。ここで、温度変化率検出手段は、モータ温度の変化率を検出し、その検出された変化率に応じて制限温度の設定を変更する。

すなわち、モータ温度の変化率が所定の変化率以上である場合には、温度変化率検出手段は、モータの温度上昇が大きいと判断して制限温度を第１の制限温度に設定し、モータ出力制御手段は、モータ温度が第１の制限温度以上になるとモータの出力を制限する。

これに対して、モータ温度の変化率が所定の変化率よりも小さい場合には、温度変化率検出手段は、モータの温度上昇が小さいと判断して制限温度を第１の制限温度よりも高い第２の制限温度に設定し、モータ出力制御手段は、モータ温度が第２の制限温度以上になるとモータの出力を制限する。

このモータ制御装置によれば、モータの出力を制限しないで走行できる距離が伸び、モータの温度保護を図り、かつ、モータの性能を充分に発揮させることができる（特許文献１参照）。
特開２００３−３０４６０４号公報 特開２０００−１８４５０２号公報 特開２００５−５１８３４号公報 特開平１１−１２２７０３号公報 特開２００４−１８０４３７号公報

しかしながら、特開２００３−３０４６０４号公報では、モータの温度保護の観点からモータの出力制限を行なうにすぎず、モータの出力が制限された場合の車両の挙動・状況についてまでは考慮されていない。

たとえば、登り勾配の坂道走行時にモータの出力が制限され、車両のずり下がりが発生し得るような状況のとき、車両がずり下がるという状況は最優先に回避されるべきと考えられる。しかしながら、上記公報に開示されるモータ駆動装置では、そのような車両状況を考慮せずにモータ保護の観点のみからモータの出力制限が行なわれるので、車両がずり下がるという状況に対して運転者が何ら対応を取り得ない可能性がある。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の挙動・状況を考慮して電動機の出力制限を行なう電動機制御装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、車両の挙動・状況を考慮して電動機の出力制限を行なう電動機制御装置を備えた電動車両を提供することである。

この発明によれば、電動機制御装置は、車両の駆動力を発生する電動機を制御する電動機制御装置であって、電動機のトルクを制限するトルク制限手段と、トルク制限手段による電動機のトルク制限が開始された後、車両の状況に応じて、トルク制限を緩和するための指令を所定期間だけトルク制限手段へ出力するトルク制限緩和手段とを備える。

ここで、「車両の状況」とは、車両の挙動に影響を与える状況全般を含む概念であり、たとえば、車両の加速力が低減する状況や、登り勾配の坂道走行時に車両がずり下がる状況などを含む。

好ましくは、所定期間は、トルク制限により発生する車両の状況に対して運転者が対応を取り得る時間として予め設定された期間である。

好ましくは、トルク制限緩和手段は、電動機のトルクが第１のしきい値を超えており、かつ、車両の速度が第２のしきい値を下回っているとき、トルク制限手段へ指令を出力する。

好ましくは、トルク制限手段は、トルク制限緩和手段から指令を受けると、電動機のトルクを一定に制御する。

好ましくは、トルク制限緩和手段は、所定期間の経過後、トルク制限の緩和を解除するための指令をトルク制限手段へ出力する。

さらに好ましくは、電動機制御装置は、トルク制限の緩和が解除されると、車両の運転者に対して警報を出力する報知手段をさらに備える。

また、この発明によれば、電動車両は、車両の駆動力を発生する電動機と、電動機の出力軸に機械的に結合される車輪と、上述したいずれかの電動機制御装置とを備える。

この発明においては、トルク制限緩和手段は、トルク制限手段による電動機のトルク制限が開始された後、車両の状況に応じて、トルク制限を緩和するための指令を所定期間だけトルク制限手段へ出力するので、電動機のトルク制限が開始された後、車両の状況に応じてトルク制限が緩和される。

したがって、この発明によれば、トルク制限によって生じる回避優先度の高い車両状況（登り勾配の坂道走行時にトルク不足により車両がずり下がる状況など）に対して、運転者は何らかの対応（車両を側道に寄せたり、ハザードランプを点灯させたり、ブレーキをかけるなど）を取ることができる。その結果、回避優先度の高い上記状況を回避できる可能性が高まる。

また、トルク制限の緩和は、車両状況に応じて、かつ、所定期間のみ行なわれるので、電動機の保護が阻害されることはない。

さらに、トルク制限の緩和が解除されると、車両の運転者に対して警報が出力されるので、トルク制限がさらに厳しくなることを運転者に確実に報知することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による電動車両のパワートレーンを説明するための全体ブロック図である。図１を参照して、この電動車両１００は、蓄電装置Ｂと、電源ラインＰＬと、接地ラインＳＬと、コンデンサＣと、インバータ１０と、モータジェネレータＭＧと、車輪ＤＷとを備える。また、電動車両１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０と、報知部２５と、温度センサ３０と、電圧センサ４０と、電流センサ５０とをさらに備える。

蓄電装置Ｂの正電極は、電源ラインＰＬに接続され、蓄電装置Ｂの負電極は、接地ラインＳＬに接続される。インバータ１０は、電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬに接続される。コンデンサＣは、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に蓄電装置Ｂに並列に接続される。モータジェネレータＭＧは、Ｙ結線された３相コイルをステータコイルとして含み、３相ケーブルを介してインバータ１０に接続される。そして、モータジェネレータＭＧの出力軸に車輪ＤＷの回転軸が機械的に結合される。すなわち、モータジェネレータＭＧは、車輪ＤＷを駆動する電動機としてこの電動車両１００に組込まれる。

蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂは、インバータ１０へ直流電力を供給する。また、蓄電装置Ｂは、車両の回生制動時、インバータ１０によって充電される。なお、蓄電装置Ｂとして大容量のキャパシタを用いてもよい。

コンデンサＣは、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。インバータ１０は、ＥＣＵ２０からの信号ＰＷＩに基づいて、電源ラインＰＬから受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧへ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧは、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１０は、車両の回生制動時、モータジェネレータＭＧから受ける３相交流電圧をＥＣＵ２０からの信号ＰＷＩに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を蓄電装置Ｂへ出力する。

モータジェネレータＭＧは、３相交流回転電機であり、たとえば３相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧは、インバータ１０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧは、車両の回生制動時、車輪ＤＷからの回転力を受けて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ１０へ出力する。

温度センサ３０は、モータジェネレータＭＧのモータ温度Ｔを検出し、その検出したモータ温度ＴをＥＣＵ２０へ出力する。電圧センサ４０は、コンデンサＣの端子間の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧ＶｍをＥＣＵ２０へ出力する。電流センサ５０は、インバータ１０をモータジェネレータＭＧと接続する３相ケーブルに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴをＥＣＵ２０へ出力する。

ＥＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令ＴＲおよび車両速度ＳＶを図示されない外部ＥＣＵから受ける。そして、ＥＣＵ２０は、トルク指令ＴＲ、車両速度ＳＶ、温度センサ３０からのモータ温度Ｔ、電圧センサ４０からの電圧Ｖｍ、および電流センサ５０からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、インバータ１０を駆動するための信号ＰＷＩを生成し、その生成した信号ＰＷＩをインバータ１０へ出力する。

なお、トルク指令ＴＲは、アクセルペダルおよびブレーキペダルの踏込量ならびに車両の走行状態に基づいて外部ＥＣＵにより演算される。また、車両速度ＳＶは、図示されない回転センサによって検出される車輪ＤＷやモータジェネレータＭＧなどの回転数に基づいて外部ＥＣＵにより演算される。

ここで、ＥＣＵ２０は、モータ温度Ｔが予め設定されたしきい値を超えると、モータジェネレータＭＧの出力トルクを制限する。さらにここで、ＥＣＵ２０は、後述の方法により、所定の条件が成立するとモータジェネレータＭＧのトルク制限を所定期間だけ緩和する。そして、ＥＣＵ２０は、所定期間の経過後にトルク制限の緩和を解除すると、報知部２５へ出力される信号ＡＲＭを活性化する。

報知部２５は、ＥＣＵ２０からの信号ＡＲＭが活性化されると、トルク制限の緩和が解除されたこと、すなわちトルク制限が再び開始されたことを運転者に対して報知する。報知部２５は、視覚的に報知する表示装置であってもよいし、聴覚的に報知する音声装置であってもよい。

図２は、図１に示したＥＣＵ２０の機能ブロック図である。図２を参照して、ＥＣＵ２０は、トルク制限制御部２０２と、トルク制御部２０４と、モータ制御用相電圧演算部２０６と、ＰＷＭ信号変換部２０８とを含む。

トルク制限制御部２０２は、トルク制御部２０４によりモータジェネレータＭＧのトルクが制限されていることを示す信号ＲＥＳが活性化されているとき、モータジェネレータＭＧのトルク指令ＴＲおよび車両速度ＳＶに基づいて、トルク制御部２０４によるモータジェネレータＭＧのトルク制限を緩和するか否かを判定する。そして、トルク制限制御部２０２は、トルク制限を緩和すると判定すると、トルク制御部２０４へ出力される信号ＣＴＬを所定時間だけ活性化する。

この所定時間は、モータジェネレータＭＧのトルク制限が緩和されている期間中に運転者が何らかの対応（車両を側道に寄せたり、ハザードランプを点灯させたり、ブレーキをかけるなど）を取り得る適当な時間に予め設定される。

また、トルク制限制御部２０２は、上記の所定時間が経過すると、信号ＣＴＬを非活性化するとともに、図示されない報知部２５へ出力される信号ＡＲＭを活性化する。

トルク制御部２０４は、モータジェネレータＭＧのモータ温度Ｔに基づいて、モータジェネレータＭＧの出力トルクに制限をかけるトルク制限制御を実行する。具体的には、トルク制御部２０４は、モータジェネレータＭＧのモータ温度Ｔがしきい温度Ｔｔｈを超えると、外部ＥＣＵから受けるトルク指令ＴＲを低減させる。そして、トルク制御部２０４は、モータ温度Ｔに基づいて制限がかけられたトルク指令ＴＲＲをモータ制御用相電圧演算部２０６へ出力する。

ここで、トルク制御部２０４は、トルク制限制御部２０２からの信号ＣＴＬが活性化されているとき、トルク指令ＴＲＲの低減レートを緩和する。たとえば、信号ＣＴＬが活性化されているとき、トルク制御部２０４は、トルク指令ＴＲＲを一定にする。これにより、信号ＣＴＬが活性化されている所定期間中、モータジェネレータＭＧのトルク制限が緩和される。

また、トルク制御部２０４は、トルク制限制御の実行中（トルク制限の緩和中も含まれる。）、トルク制限制御部２０２へ出力される信号ＲＥＳを活性化する。

モータ制御用相電圧演算部２０６は、トルク制限制御部２０４からのトルク指令ＴＲＲ、電圧センサ４０からの電圧Ｖｍ、および電流センサ５０からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、モータジェネレータＭＧのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部２０８へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部２０８は、モータ制御用相電圧演算部２０６から受ける各相コイル電圧に基づいて、実際にインバータ１０の各トランジスタをオン／オフするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＩとしてインバータ１０の各トランジスタへ出力する。

このＥＣＵ２０においては、モータジェネレータＭＧの保護のため、モータ温度Ｔがしきい温度Ｔｔｈを超えると、トルク制御部２０４は、モータジェネレータＭＧのトルク指令を低減する。

一方、たとえば、登り勾配の坂道走行時にモータ温度Ｔが上昇し、モータジェネレータＭＧのトルクが制限されると、車両のずり下がりが発生し得る。そこで、トルク制限制御部２０２は、トルク指令ＴＲおよび車両速度ＳＶに基づいて車両の状況を判断し、トルク制限の緩和が必要であると判断すると、信号ＣＴＬを所定期間だけ活性化してトルク制御部２０４へ出力する。

そうすると、信号ＣＴＬの活性化に応じた所定期間だけ、トルク制御部２０４によるモータジェネレータＭＧのトルク制限が緩和される。

なお、モータジェネレータＭＧのトルク制限を緩和することによりモータジェネレータＭＧの熱負荷が大きくなるけれども、トルク制限の緩和は、トルク指令ＴＲおよび車両速度ＳＶに基づいて所定の条件に限定され、かつ、運転者が何らかの対応（車両を側道に寄せたり、ハザードランプを点灯させたり、ブレーキをかけるなど）を取り得る所定期間に限定されるので、モータジェネレータＭＧの保護が阻害されることはない。

そして、所定期間の経過後、トルク制限制御部２０２は、信号ＣＴＬを非活性化するとともに信号ＡＲＭを活性化する。そうすると、トルク制御部２０４によるトルク制限が再び開始されるとともに、報知部２５によりその旨が運転者に報知される。

図３は、トルク制限時のトルク指令ＴＲＲおよびモータ温度Ｔの変化を示した図である。図３を参照して、実線ｋ１は、トルク指令ＴＲＲの時間的変化を示し、実線ｋ３は、モータ温度Ｔの時間的変化を示す。なお、比較のため、従来のトルク指令の時間的変化の一例が点線ｋ２で示され、従来のモータ温度の時間的変化の一例が点線ｋ４で示される。

時刻ｔ１において、モータ温度がしきい温度Ｔｔｈを超えると、トルク指令ＴＲＲが低下し始める。それに応じて、時刻ｔ１以降、モータ温度Ｔの上昇率が低下する。

時刻ｔ２において、トルク指令ＴＲおよび車両速度ＳＶに基づいて、モータジェネレータＭＧのトルク制限が緩和される。具体的には、時刻ｔ２から所定期間後の時刻ｔ３までトルク指令ＴＲＲが一定に制御される。なお、トルク指令ＴＲＲが一定である期間（時刻ｔ２〜ｔ３）においては、モータ温度Ｔは、若干上昇傾向に転じる。

時刻ｔ３において、トルク制限の緩和が解除され、以降、再びトルク指令ＴＲＲが低下する。それに応じて、時刻ｔ３以降、モータ温度Ｔが低下する。

なお、トルク制限の緩和によってモータ温度Ｔが大きく上昇しないように、図に示されるように、トルク制限が緩和されている期間以外（時刻ｔ１〜ｔ２およびｔ３以降）においては、点線ｋ２で示される従来のトルク指令の低減率よりも大きな低減率でトルク指令を低減させるのが好ましい。これにより、時刻ｔ１〜ｔ２において従来と比較してモータ温度Ｔの上昇が抑えられるので、時刻ｔ２〜ｔ３においてトルク制限が緩和されても、モータ温度Ｔ（実線ｋ４）が従来（点線ｋ３）と比較して大きく上昇するのを防止することができる。

図４は、図１に示したＥＣＵ２０によるトルク制限制御のフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。

図４を参照して、ＥＣＵ２０は、温度センサ３０からモータジェネレータＭＧのモータ温度Ｔを取得し、モータ温度Ｔがしきい温度Ｔｔｈを超えているか否かを判定する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ２０は、モータ温度Ｔがしきい温度Ｔｔｈ以下であると判定すると（ステップＳ１０においてＮＯ）、以降の処理を行なうことなくメインルーチンに処理を戻す（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１０においてモータ温度Ｔがしきい温度Ｔｔｈよりも高いと判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、上述のように、モータジェネレータＭＧのトルクを制限するトルク制限制御を実行する（ステップＳ２０）。

トルク制限制御の実行中、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧのトルクが予め設定されたしきい値ＴＲｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０）。具体的には、ＥＣＵ２０は、上述のようにトルク指令ＴＲがしきい値ＴＲｔｈよりも大きいか否かを判定する。そして、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧのトルクがしきい値ＴＲｔｈ以下であると判定すると（ステップＳ３０においてＮＯ）、ステップＳ１１０に処理を進める。

ステップＳ３０においてモータジェネレータＭＧのトルクがしきい値ＴＲｔｈよりも大きいと判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、車両速度ＳＶが予め設定されたしきい値ＳＶｔｈよりも低いか否かを判定する（ステップＳ４０）。ＥＣＵ２０は、車両速度ＳＶがしきい値ＳＶｔｈ以上であると判定すると（ステップＳ４０においてＮＯ）、ステップＳ１１０に処理を進める。

ステップＳ４０において車両速度ＳＶがしきい値ＳＶｔｈよりも低いと判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク制限を緩和する（ステップＳ５０）。具体的には、ＥＣＵ２０は、以降、モータジェネレータＭＧのトルク指令を低減させることなく、モータジェネレータＭＧのトルクを一定に制御する。

そして、ＥＣＵ２０は、トルク制限の緩和を開始してから所定時間が経過すると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、モータ温度Ｔがしきい温度Ｔｔｈを超えているか否かを再び判定する（ステップＳ７０）。ＥＣＵ２０は、モータ温度Ｔがしきい温度Ｔｔｈよりも高いと判定すると（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、トルク制限制御を再び開始する（ステップＳ８０）。そして、ＥＣＵ２０は、報知部２５へ出力される信号ＡＲＭを活性化し、再びトルク制限制御が開始されたことを示すアラームが報知部２５から出力される（ステップＳ９０）。

一方、ステップＳ７０においてモータ温度Ｔがしきい温度Ｔｔｈ以下であると判定されると（ステップＳ７０においてＮＯ）、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク制限を解除する（ステップＳ１００）。

以上のように、この実施の形態においては、トルク制限制御部２０２は、トルク制御部２０４によるモータジェネレータＭＧのトルク制限が開始された後、車両の状況に応じて所定期間だけ信号ＣＴＬを活性化してトルク制御部２０４へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧのトルク制限が開始された後、車両の状況に応じて所定期間だけトルク制限が緩和される。

したがって、この実施の形態によれば、トルク制限によって生じる回避優先度の高い車両状況（登り勾配の坂道走行時にトルク不足により車両がずり下がる状況など）に対して、運転者は、車両を側道に寄せたり、ハザードランプを点灯させたり、ブレーキをかけるなどの対応を取ることができる。その結果、回避優先度の高い上記状況を回避できる可能性が高まる。

また、トルク制限の緩和は、車両状況に応じて、かつ、所定期間のみ行なわれるので、モータジェネレータＭＧの保護が阻害されることはない。さらに、トルク制限の緩和が解除されると、車両の運転者に対して報知部２５からアラームが出力されるので、トルク制限がさらに厳しくなることを運転者に確実に報知することができる。

なお、上記の実施の形態においては、車輪ＤＷをモータジェネレータＭＧで駆動する電動車両が示されたが、この発明の適用範囲は、動力源として内燃機関も搭載するハイブリッド自動車や、蓄電装置Ｂに代えて燃料電池を直流電源として搭載する燃料電池自動車も含む。

また、蓄電装置Ｂとインバータ１０との間に蓄電装置Ｂからの直流電圧を昇圧してインバータ１０へ供給する昇圧コンバータを備えてもよい。

なお、上記において、モータジェネレータＭＧは、この発明における「電動機」に対応し、トルク制御部２０４は、この発明における「トルク制限手段」に対応する。また、トルク制限制御部２０２は、この発明における「トルク制限緩和手段」に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態による電動車両のパワートレーンを説明するための全体ブロック図である。 図１に示すＥＣＵの機能ブロック図である。 トルク制限時のトルク指令およびモータ温度の変化を示した図である。 図１に示すＥＣＵによるトルク制限制御のフローチャートである。

符号の説明

１０ インバータ、２０ ＥＣＵ、２５ 報知部、３０ 温度センサ、４０ 電圧センサ、５０ 電流センサ、１００ 電動車両、２０２ トルク制限制御部、２０４ トルク制御部、２０６ モータ制御用相電圧演算部、２０８ ＰＷＭ信号変換部、Ｂ 蓄電装置、Ｃ コンデンサ、ＰＬ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、ＭＧ モータジェネレータ、ＤＷ 車輪。

Claims (4)

1. 車両の駆動力を発生する電動機を制御する電動機制御装置であって、
   前記電動機のトルクを制限するトルク制限手段と、
   前記トルク制限手段による前記電動機のトルク制限が開始された後、前記車両の状況に応じて、前記トルク制限を緩和するための指令を所定期間だけ前記トルク制限手段へ出力するトルク制限緩和手段とを備え、
   前記所定期間は、前記トルク制限により発生する車両の状況に対して運転者が対応を取り得る時間として予め設定された期間であり、
   前記トルク制限緩和手段は、前記所定期間の経過後、前記トルク制限の緩和を解除するための指令を前記トルク制限手段へ出力し、さらに
   前記トルク制限の緩和が解除されると、前記車両の運転者に対して警報を出力する報知手段をさらに備える、電動機制御装置。
2. 前記トルク制限緩和手段は、前記電動機のトルクが第１のしきい値を超えており、かつ、前記車両の速度が第２のしきい値を下回っているとき、前記トルク制限手段へ前記指令を出力する、請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記トルク制限手段は、前記トルク制限緩和手段から前記指令を受けると、前記電動機のトルクを一定に制御する、請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 車両の駆動力を発生する電動機と、
   前記電動機の出力軸に機械的に結合される車輪と、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動機制御装置とを備える電動車両。

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