JP2004194361A - 電動車両及び電動車両のマップデータ採取方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源電圧が所定値以上のときに一定の走行性能が得られる電動車両を提供する。
【解決手段】電動二輪車1は、バッテリ14と、バッテリ14により車輪を駆動する電動機28と、該電動機28を駆動する電動機制御ユニット30を備え、該電動機制御ユニット30は、バッテリ14の電圧が所定値以上のときに、バッテリ14の電圧が前記所定値のときに電動機28の持つ回転数−トルク特性を維持するように電動機28を制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】電動二輪車1は、バッテリ14と、バッテリ14により車輪を駆動する電動機28と、該電動機28を駆動する電動機制御ユニット30を備え、該電動機制御ユニット30は、バッテリ14の電圧が所定値以上のときに、バッテリ14の電圧が前記所定値のときに電動機28の持つ回転数−トルク特性を維持するように電動機28を制御する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源電圧が所定値以上のときに一定の走行性能が得られる電動車両及び電動車両のマップ採取方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動二輪車に関する技術は、例えば下記の文献に掲載されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−133408号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記文献に記載の電動二輪車は、電源電圧に応じたN−T特性が得られず、そのため安定した走行性能を得るのが難しいので、本発明では、電源電圧が所定値以上のときに一定の走行性能が得られる電動車両を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、請求項1の本発明は、電源により車輪を駆動する電動機と、該電動機を駆動する電動機制御ユニットを備え、該電動機制御ユニットは、前記電源の電圧が所定値以上のときに、前記電動機が前記所定値のときの回転数−トルク特性を維持するように制御することを特徴とする電動車両をもって解決手段とする。
【0006】
請求項2の本発明は、前記電動機制御ユニットは、前記電源の電圧、前記電動機の回転数およびトルク成分の電流のマップ、前記電源の電圧、前記電動機の回転数および磁束成分の電流のマップの少なくとも一方を備えており、当該備えたマップを参照してトルク成分の電流、磁束成分の電流の少なくとも一方を可変することにより、前記制御を行うことを特徴とする請求項1記載の電動車両をもって解決手段とする。
【0007】
請求項3の本発明は、前記電動機制御ユニットは、前記電動機の磁束を機械的に可変させることにより、前記制御を行うことを特徴とする請求項1記載の電動車両をもって解決手段とする。
【0008】
請求項4の本発明は、前記電源はバッテリであり、該バッテリの温度を検出する温度検出手段を有し、前記電動機制御ユニットは、前記温度検出手段で検出された温度により、前記電動機の磁束成分の電流を可変することを特徴とする請求項2記載の電動車両をもって解決手段とする。
【0009】
請求項5の本発明は、電動車両を駆動する電動機に接続された直流電源の電圧を基準値に設定し、前記直流電源からの電流が予め定めた電流値を超えないで所望の回転数−トルク特性が得られるように、前記電動機のトルク電流指令値と界磁電流指令値と調整しながら、当該基準値のときの回転数−トルク特性と回転数−トルク電流指令値マップと回転数−界磁電流指令値マップとを採取する段階と、前記直流電源の電圧を前記基準値よりも大きい値に設定し、前記直流電源からの電流が前記電流値を超えないで前記採取した前記基準値のときの前記回転数−トルク特性が得られるように、前記電動機のトルク電流指令値と界磁電流指令値と調整しながら、当該大きい値のときの回転数−トルク電流指令値マップと回転数−界磁電流指令値マップとを採取する段階とを備えることを特徴とする電動車両のマップ採取方法をもって解決手段とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0011】
図1は、本発明を適用した電動二輪車の側面図である。
【0012】
図1に示す電動二輪車1は、その車体前方上部にヘッドパイプ2を備え、該ヘッドパイプ2内には不図示のステアリング軸が回動自在に挿通している。そして、このステアリング軸の上端にはハンドル3が取り付けられている。そして、ハンドル3の両端にはグリップ4が取り付けられており、不図示の右側(図1の奥側)のグリップ4は回動可能なスロットルグリップ(以下、スロットル4Aと記す)を構成している。
【0013】
ヘッドパイプ2の下部には左右一対のフロントフォーク5の上部が取り付けられており、各フロントフォーク5の下端には前輪6が前車軸7によって回転自在に軸支されている。尚、前記ハンドル3の中央上にはメータ8が配置され、該メータ8の下方には、ヘッドランプ9が配され、その両側にはフラッシャランプ10(図1には一方のみ図示)がそれぞれ設けられている。
【0014】
ヘッドパイプ2からは左右一対の車体フレーム11が車体後方に向かって延設されている。即ち、車体フレーム11は丸パイプ状であり、ヘッドパイプ2から車体後方に向かって斜め下方に延びた後、後方に向かって円弧状に曲げられて車体後方に略水平に延びたものである。各車体フレーム11の後端部からは、斜め上方に向けて、左右一対の車体フレーム12が延設され、シート13の後方で互いに接続されている。左右一対の車体フレーム12の間にはバッテリ14が配置されている。
【0015】
ところで、上記左右の車体フレーム12には、逆U字状を成すシートステー(図示せず)接続され、左右一対のステー15(一方のみ図示)で支持されている。シートステーには前記シート13が開閉可能に配置されている。
【0016】
そして、車体フレーム12の後端に取り付けられたリヤフェンダ16の後面にはテイルランプ17が取り付けられており、その左右にはフラッシャランプ18(一方のみ図示)が配されている。
【0017】
一方、左右の車体フレーム11の後端部には左右一対のリアアームブラケット19(一方のみ図示)がそれぞれ溶着されており、リアアームブラケット19には、リアアーム20の前端がピボット軸21にて揺動(回動)自在に支持されている。そして、このリアアーム20の後端には駆動輪である後輪22が回転自在に軸支されており、リアアーム20と後輪22はリアクッション23によって車体フレーム12に懸架されている。
【0018】
又、左右の車体フレーム11の下方にはフートステップ24(一方のみ図示)がそれぞれ取り付けられており、リアアーム20の下部にはサイドスタンド25が軸26によって回動可能に軸支されて設けられており、サイドスタンド25はリターンスプリング27によって閉じ側に付勢されている。
【0019】
リアアーム20の後端の略円形の部分には車幅方向に扁平な薄型のアキシャルギャップ型の電動機28が収容されている。また、電動機28の隣接して、電動機28を制御する電動機制御ユニット30と、電動機28のロータの回転位置を検出するエンコーダ32とが収容されている。
【0020】
図2は、電動二輪車1の電気回路図である。同図に示すように、電動機制御ユニット30は、電動機28の駆動を制御するものであり、バッテリ(燃料電池でもよい)14の電池141より与えられる直流電圧を3相交流電圧に変換して電動機28に供給するインバータ301と、バッテリ14の電圧(バッテリ電圧)VBを検出する電池電圧検出部303とを備えている。
【0021】
また、電動機制御ユニット30は、電動機28に接続されるu相、v相の各相に流れる電流の電流値iu、ivを検出する電流センサ305と、電動機28のロータ位置を検出するエンコーダ32による検出結果に基づいて電動機28の回転数Nを演算する回転数算出部307と、エンコーダ32による測定結果に基づいて測定した電動機28の角速度ωに基づき該電動機28のロータの電気角θを演算する電気角計算部309と、この電気角θ及び電流センサ305で検出された電流値iu、ivに基づき、2相の電流測定値であるトルク電流測定値iq及び界磁電流測定値idを求める3相2相変換部311とを備える。
【0022】
また、電動機制御ユニット30は、電池電圧検出部303で測定されるバッテリ電圧値Vb、及び後述する2相3相変換部333より与えられる3相の電圧指令値Vu* 、Vv* 、Vw* に基づいてPWM信号を生成し、該PWM信号をインバータ301へ出力するPWM出力部313とを具備している。
【0023】
また、電動機制御ユニット30は、スロットル4Aの回転量に応じた大きさのトルク指令値T* 並びに回転数算出部307で求められた電動機28の回転数Nから、バッテリ電流値Ibによる制限を行う前のトルク電流指令値である制限前トルク電流指令値iq0を算出し出力する制限前トルク電流指令値算出部315を備える。
【0024】
なお、スロットル4Aから制限前トルク電流指令値算出部315へのトルク指令値T*の経路には、例えば、電動二輪車1を始動させるメインスイッチや専用の停止スイッチへの手動操作により開閉する緊急停止スイッチ部316が設けられている。
【0025】
バッテリ14の電池から流出する電流の値(バッテリ電流値)IbをBMC142から与えられ、このバッテリ電流値Ibと、回転数Nと、バッテリ電圧値Vbとを基に、トルク電流指令値iq*を算出し出力するトルク電流指令値算出部319を備える。
【0026】
更に、 トルク電流指令値算出部319から出力されたトルク電流指令値iq*と回転数Nとを基に、界磁電流指令値id*を算出し出力する界磁電流指令値算出部321とを備える。
【0027】
更に、トルク電流指令値算出部319から出力されたトルク電流指令値iq*から、3相2相変換部311で求められたトルク電流測定値iqを減算するトルク電流値減算器323と、界磁電流指令値算出部321から出力された界磁電流指令値id*から、3相2相変換部311で求められた界磁電流測定値idを減算する界磁電流値減算器325を備える。
【0028】
更に、トルク電流値減算器323の減算結果に基づいて、後述する電圧指令値制限部331による制限前の制限前トルク電圧指令値Vq0を求めるトルク電流制御アンプ327と、界磁電流値減算器325の減算結果に基づいて制限前界磁電圧指令値Vd0を求める界磁電流制御アンプ329とを備える。
【0029】
更に、トルク電流制御アンプ327からの制限前トルク電圧指令値Vq0を予め設定された最大値を超えないように制限したトルク電圧指令値Vq*と、界磁電流制御アンプ329からの制限前界磁電圧指令値Vd0を予め設定された最大値を超えないように制限した界磁電圧指令値Vd*とを2相の電圧指令値とする電圧指令値制限部331とを備える。
【0030】
また、電圧指令値制限部331より出力される2相の電圧指令値であるトルク電圧指令値Vq*及び界磁電圧指令値Vd*と、電気角計算部309で求められた電気角θとに基づき、2相3相変換により3相の電圧指令値Vu* 、Vv* 、Vw* を求め、該3相の電圧指令値をPWM出力部313に出力する2相3相変換部333とを具備している。
【0031】
図3は、図2の点線で囲んだ要部の詳細図である。
【0032】
制限前トルク電流指令値算出部315は、回転数Nと制限前トルク電流指令値iq0の最大値とを対応づけてなるN−iq0マップを複数のバッテリ電圧値Vbの電圧値ごとに有するiq0マップ記憶部3151と、トルク指令値T*増加に伴って増加させるようにして制限前トルク電流指令値iq0を計算する制限前トルク電流指令値計算部3152と、電池電圧検出部303からのバッテリ電圧値Vbとiq0マップ記憶部3151の各N−iq0マップとを用い適宜バッテリ電圧値Vbの補間を行って、当該回転数算出部307で求められたバッテリ電圧値Vbにおける制限前トルク電流指令値iq0の最大値を求め、制限前トルク電流指令値計算部3152で計算された制限前トルク電流指令値iq0が、当該求めた最大値を超えるときに限っては当該最大値を制限前トルク電流指令値iq0とし、このように決定した制限前トルク電流指令値iq0を出力する制限前トルク電流指令値制限部3153とを備える。
【0033】
トルク電流指令値算出部319は、回転数Nとバッテリ電流値Ibの最大値とを対応づけてなるN−Ibマップを有するバッテリ電流値マップ記憶部3191と、BMC142からのバッテリ電流値Ibと回転数Nとバッテリ電流値マップ記憶部3191のN−Ibマップとを基に、制限前トルク電流指令値iq0の制限値を求めるトルク電流制限値演算部3192と、制限前トルク電流指令値算出部315からの制限前トルク電流指令値iq0が当該制限値以下の場合は当該制限前トルク電流指令値iq0をトルク電流指令値iq*とする一方、当該制限前トルク電流指令値iq0が当該制限値を超える場合は当該制限値をトルク電流指令値iq*とし、このように決定したトルク電流指令値iq*を出力するトルク電流指令値制限部3193とを備える。
【0034】
界磁電流指令値算出部321は、回転数Nと界磁電流指令値id*の最大値とを対応づけてなるN−id*マップを複数のバッテリ電圧値Vbの電圧値ごとに有するid*マップ記憶部3211と、トルク電流指令値iq*の増加に伴って界磁電流指令値id*を減少させるように計算する界磁電流指令値計算部3212と、電池電圧検出部303からのバッテリ電圧値Vbとid*マップ記憶部3211の各N−id*マップとを用い適宜バッテリ電圧値Vbの補間を行って、当該回転数算出部307で求められたバッテリ電圧値Vbにおける界磁電流指令値id*の最大値を求め、界磁電流指令値計算部3212で計算された界磁電流指令値id*が、当該求めた最大値を超えるときに限っては当該最大値を界磁電流指令値id*とし、このように決定した界磁電流指令値id*を出力する界磁電流指令値制限部3213とを備える。
【0035】
図4(a)は、iq0マップ記憶部3151においてバッテリ電圧値Vb毎に記憶された複数のN−iq0マップを示す図である。図4(b)は、id*マップ記憶部3211においてバッテリ電圧値Vb毎に記憶された複数のN−id*マップを示す図である。
【0036】
iq0マップ記憶部3151は、図4(a)に示すように、複数のサンプリングされた回転数Nと該各回転数における制限前トルク電流指令値iq0の最大値とを対応づけてなるN−iq0マップであって、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtpであるとき(Vb=Vtp)のものが1つと、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp未満のとき(Vb<Vtp)のものを複数記憶している。なお、バッテリ電圧基準値Vtpは、バッテリ14の最大電圧よりも小さい値である。
【0037】
いずれのN−iq0マップも、低回転域では定常的な値であった制限前トルク電流指令値iq0が、その上の回転域で立ち下がり、その上の回転域では0になるようなマップである。そして、N−iq0マップは、バッテリ電圧値Vbが高い程、当該立ち下がりの回転域が高くなるように構成されている。
【0038】
なお、iq0マップ記憶部3151は、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtpを越えるとき(Vb>Vtp)のN−iq0マップは記憶していないので、iq0マップ記憶部3151は少ない記憶容量のメモリで構成できる。
【0039】
id*マップ記憶部3211は、図4(b)に示すように、複数のサンプリングされた回転数Nと該各回転数における界磁電流指令値id*の最大値とを対応づけてなるN−id*マップであって、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtpであるとき(Vb=Vtp)のものが1つと、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtpを超えるとき(Vb>Vtp)のものを複数記憶している。
【0040】
いずれのN−id*マップも、低回転域では0であった界磁電流指令値id*が、その上の回転域で立ち上がり、その上の回転域では定常的な値になるようなマップであるが、バッテリ電圧値Vbが高い程、当該立ち上がりの回転域が高くなるように構成されている。
【0041】
なお、id*マップ記憶部3211は、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp未満のとき(Vb<Vtp)のN−id*マップは記憶していないので、id*マップ記憶部3211は少ない記憶容量のメモリで構成できる。
【0042】
[作用]
次に、電動二輪車1の、特に電動機制御ユニット30の動作について説明する。
【0043】
インバータ301は、バッテリ14の電池141より与えられる直流電圧を3相交流電圧に変換して電動機28に供給する。電池電圧検出部303は、バッテリ14のバッテリ電圧値Vbを検出する。
【0044】
また、電流センサ305は、電動機制御ユニット30は、電動機28に接続されるu相、v相の各相に流れる電流の電流値iu、ivを検出する。
【0045】
回転数算出部307は、電動機28のロータ位置を検出するエンコーダ32による検出結果に基づいて電動機28の回転数Nを演算する。
【0046】
電気角計算部309は、エンコーダ32による測定結果に基づいて測定した電動機28の角速度ωに基づき該電動機28のロータの電気角θを演算する。
【0047】
3相2相変換部311は、この電気角θ及び電流センサ305で検出された電流値iu、ivに基づき、トルク電流測定値iq及び界磁電流測定値idを求める。
【0048】
制限前トルク電流指令値算出部315は、スロットル4Aの回転量に応じた大きさのトルク指令値T* 並びに回転数算出部307で求められた電動機28の回転数Nから制限前トルク電流指令値iq0を算出し、トルク電流指令値算出部319へ出力する。
【0049】
詳しくは、制限前トルク電流指令値算出部315にあっては、先ず、制限前トルク電流指令値計算部3152は、トルク指令値T*の増加に伴って増加させるようにして制限前トルク電流指令値iq0を計算する。なお、緊急停止スイッチ部316が開放しているときは、トルク指令値T*が入力されないので、結果的に電動機28が駆動されず、そのため、ブレーキによる制動が容易に行える。
【0050】
次に、制限前トルク電流指令値制限部3153は、電池電圧検出部303からのバッテリ電圧値Vbとiq0マップ記憶部3151の各N−iq0マップとを用い適宜バッテリ電圧値Vbの補間を行って、当該回転数算出部307で求められたバッテリ電圧値Vbにおける制限前トルク電流指令値iq0の最大値を求める。
【0051】
続いて、制限前トルク電流指令値制限部3153は、制限前トルク電流指令値計算部3152で計算された制限前トルク電流指令値iq0が、当該求めた最大値を超えるときに限っては当該最大値を制限前トルク電流指令値iq0とし、その一方、当該最大値を超えないときには、前記計算された制限前トルク電流指令値iq0を最終的な制限前トルク電流指令値iq0とし、このように決定した制限前トルク電流指令値iq0をトルク電流指令値算出部319へ出力する。
【0052】
トルク電流指令値算出部319は、BMC142からのバッテリ電流値Ibと、回転数Nと、バッテリ電圧値Vbとを基に、トルク電流指令値iq*を算出し、このトルク電流指令値iq*を界磁電流指令値算出部321とトルク電流値減算器323とに出力する。
【0053】
詳しくは、トルク電流指令値算出部319にあっては、トルク電流制限値演算部3192が、BMC142からのバッテリ電流値Ibと回転数Nとバッテリ電流値マップ記憶部3191のN−Ibマップとを基に、制限前トルク電流指令値iq0の制限値を求める。
【0054】
この制限前トルク電流指令値iq0の制限値iq*limは、以下のように処理されて求める。
【0055】
【数1】
iq*lim=iq*max・Rq(t)
ここで、
Rq(t)=Rq(t−1)・・・・|Iblim(N)−Ib(t)|=<Ib(DB)のとき
Rq(t)=Rq(t−1)+K1・(Iblim(N)−Ib(t))・・・・・Iblim(N)<Ib(t)のとき
Rq(t)=Rq(t−1)+K2・(Iblim(N)−Ib(t))・・・・・Iblim(N)>=Ib(t)のとき
Rq(t)=100%
iq*max、K1及びK2は、車両停止と判断したとき、予めトルク電流制限値演算部3192が記憶している値である。また、Iblim(N)は、回転数Nを基にN−Ibマップで求めたIbである。Ib(DB)は、回転数N=DBとしてN−Ibマップで求めたIbである。
【0056】
次にトルク電流指令値制限部3193は、制限前トルク電流指令値算出部315からの制限前トルク電流指令値iq0が当該制限値iq*lim以下の場合は当該制限前トルク電流指令値iq0をトルク電流指令値iq*とする一方、当該制限前トルク電流指令値iq0が当該制限値iq*limを超える場合は当該制限値をトルク電流指令値iq*とし、このように決定したトルク電流指令値iq*を界磁電流指令値算出部321とトルク電流値減算器323とに出力する。
【0057】
界磁電流指令値算出部321は、トルク電流指令値算出部319から出力されたトルク電流指令値iq*と回転数Nとを基に、界磁電流指令値id*を算出し出力する。
【0058】
詳しくは、界磁電流指令値算出部321にあっては、界磁電流指令値計算部3212は、トルク電流指令値iq*の増加に伴って減少させるようにして界磁電流指令値id*を計算する。いわゆる弱め界磁を行う。
【0059】
界磁電流指令値制限部3213は、電池電圧検出部303からのバッテリ電圧値Vbとid*マップ記憶部3211の各N−id*マップとを用い適宜バッテリ電圧値Vbの補間を行って、当該回転数算出部307で求められたバッテリ電圧値Vbにおける界磁電流指令値id*の最大値を求め、界磁電流指令値計算部3212で計算された界磁電流指令値id*が、当該求めた最大値を超えるときに限っては当該最大値を界磁電流指令値id*とし、このように決定した界磁電流指令値id*を界磁電流値減算器325へ出力する。
【0060】
その後は、トルク電流値減算器323が、トルク電流指令値算出部319から出力されたトルク電流指令値iq*から、3相2相変換部311で求められたトルク電流測定値iqを減算し、界磁電流値減算器325が、界磁電流指令値算出部321から出力された界磁電流指令値id*から、3相2相変換部311で求められた界磁電流測定値idを減算する。
【0061】
そして、トルク電流制御アンプ327が、トルク電流値減算器323の減算結果に基づいて制限前トルク電圧指令値Vq0を求め、界磁電流制御アンプ329が界磁電流値減算器325の減算結果に基づいて制限前界磁電圧指令値Vd0を求める。
【0062】
そして、電圧指令値制限部331は、トルク電流制御アンプ327からの制限前トルク電圧指令値Vq0が予め設定された最大値を超えないときは、当該制限前トルク電圧指令値Vq0をトルク電圧指令値Vq*とする一方、最大値を超えるときは当該最大値をトルク電圧指令値Vq*とする。また、電圧指令値制限部331は、界磁電流制御アンプ329からの制限前界磁電圧指令値Vd0が予め設定された最大値を超えないときは、当該制限前界磁電圧指令値Vd0を界磁電圧指令値Vd*とする一方、最大値を超えるときは当該最大値を界磁電圧指令値Vd*とする。そして、電圧指令値制限部331は、このように決定したトルク電圧指令値Vq*と界磁電圧指令値Vd*とを2相3相変換部333へ出力する。
【0063】
そして、2相3相変換部333は、電圧指令値制限部331より出力されるトルク電圧指令値Vq*及び界磁電圧指令値Vd*と、電気角計算部309で求められた電気角θとに基づき、2相3相変換により3相の電圧指令値Vu* 、Vv* 、Vw* を求め、該3相の電圧指令値をPWM出力部313に出力する。
【0064】
PWM出力部313は、電池電圧検出部303で測定されるバッテリ電圧値Vbと、2相3相変換部333より与えられる3相の電圧指令値Vu* 、Vv* 、Vw* に基づいてPWM信号を生成し、該PWM信号をインバータ301へ出力する。
【0065】
そして、インバータ301が、PWM出力部313からのPWM信号により、バッテリ14の電池141より与えられる直流電圧を3相交流電圧に変換して電動機28に供給する。
【0066】
図5は、電動二輪車1の回転数−トルク特性を示す図である。本明細書において、回転数−トルク特性はフルスロットル時のものであり、N−T特性と略記する。
【0067】
N−T特性は、低回転域では定常的な値であったトルクTが、その上の回転域で立ち下がり、その上の回転域では0になるものである。これは、バッテリ電圧値Vbにかかわらず、全てのN−T特性が有する傾向である。
【0068】
しかしながら、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp以上のとき(Vb>=Vtp)のN−T特性は全て同一になっている。これは、制限前トルク電流指令値iq0が図4(a)に示すN−iq0マップの値を超えないようにし、界磁電流指令値id*が図4(b)に示すN−id*マップの値を超えないにしたことによるものである。
【0069】
その一方、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp未満のとき(Vb<Vtp)のN−T特性は、バッテリ電圧値Vbが低くなる程、立ち下がりの回転域が低くなる傾向を有する。
【0070】
したがって、電動二輪車1では、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp以上のときは一定の走行性能が得られ、一方、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp未満のときは、バッテリ電圧値Vbに応じた走行性能が得られる。
【0071】
図6は、N−iq0マップとN−id*マップを構成するデータの採取方法を示す図である。図7は、そのデータの採取方法のフローチャートである。
【0072】
図6に示すように、電動二輪車1にバッテリ14の代わりに電圧可変可能な直流電源41を直流電流計42を介して接続する。また、回転数算出部307が算出する回転数Nを採取可能にしておく。また、電動二輪車1にトルク計測器43を取り付ける。また、制限前トルク電流指令値iq0と界磁電流指令値id*を外部から電動二輪車1に与えられるようにする。
【0073】
図7に示すように、直流電源41の電圧をバッテリ電圧基準値Vtpに設定する(ステップS1)。次に、直流電源41からの電流が予め定めた電流値Ibmaxを超えないで所望の回転数−トルク特性が得られるように、電動機28の制限前トルク電流指令値iq0と界磁電流指令値id*と調整しながら、当該バッテリ電圧基準値VtpのときのN−iq0マップ(回転数−トルク電流指令値マップ)とN−id*マップ(回転数−界磁電流指令値マップ)とを採取する(ステップS3)。なお、初回のステップS3では、回転数−トルク特性(N−T特性)も採取しておく。
【0074】
そして、直流電源41の電圧をバッテリ電圧基準値Vtpよりも大きい値に設定する(ステップS5)。そして、直流電源41からの電流が前記電流値Ibmaxを超えないで前記初回のステップS3で採取したバッテリ電圧基準値Vtpのときの回転数−トルク特性が得られるように、制限前トルク電流指令値iq0と界磁電流指令値id*と調整しながら、当該大きい値のときのN−iq0マップとN−id*マップとを採取する(ステップS3)。
【0075】
このようにして、バッテリ電圧基準値Vtp以上の各電圧でN−iq0マップとN−id*マップとを採取し、これをiq0マップ記憶部3151とid*マップ記憶部3211にそれぞれ設定するのである。
【0076】
以上説明したように、電動二輪車1にあっては、電動機制御ユニット30が、バッテリ14の電圧がVbtp以上のときに、電動機28がVbtpのときの回転数−トルク特性を維持するように制御するので、バッテリ14の電圧が所定値以上のときは一定の走行性能が得られ、一方、その所定値値未満のときは電源電圧に応じた走行性能が得られる。
【0077】
また、バッテリ14の電圧Vb、電動機28の回転数Nおよびトルク成分の電流iq0のマップであるN−iq0マップ、バッテリ14の電圧Vb、電動機28の回転数Nおよび磁束成分の電流id*のマップであるN−id*マップを備えており、その備えたマップを参照することにより、制御を行っている。なお、N−iq0マップとN−id*マップの一方のみ備えて、そのマップを参照するようにしてもよい。
【0078】
なお、電動二輪車1にあっては、電動機制御ユニット30が、電動機28の磁束を機械的に可変させることにより、上記と同様の制御を行うようにすることも可能である。「機械的に可変」とは、例えば、電動機28を構成するステータの磁気抵抗を変化させることや、そのステータと磁石とのギャップを変化させることである。
【0079】
また、電動二輪車1に、バッテリ14の温度を検出する温度検出手段を設け、電動機制御ユニット30が、前記温度検出手段で検出された温度により、電動機28の磁束成分の電流id*を制御するようにしてもよい。
【0080】
また、バッテリ14の代わりに燃料電池を用いてもよい。
【0081】
図8は、弱め界磁の有無による特性の違いを示す図である。図9は、トルク成分電流と界磁成分電流の関係を示す図である。なお、界磁成分は磁束成分ともいう。
【0082】
電動二輪車1では、弱め界磁の制御を行う。弱め界磁中は電動機28が高速回転しているので、スロットル4Aの全閉に対してトルク成分電流(トルク電流指令値iq*)と界磁成分電流(界磁電流指令値id*)の双方を0にすると、d軸上の磁束φにより車速に比例して誘起電圧が発生する。この誘起電圧dφ/dtにより電動機28とインバータ301にはブレーキ方向の電流(回生電流)が流れ、インバータ301の素子を破壊する可能性がある。また、乗員に過大な減速トルク(ブレーキ力)がかかる場合がある。
【0083】
そのため、電動二輪車1では、スロットル4Aが全閉された場合は、トルク成分電流のみを0とし、界磁成分電流は維持するように制御する。これにより、誘起電圧が発生とそれによる素子の破壊及びブレーキ力の発生を防止することができる。
【0084】
なお、電動二輪車1では、誘起電圧がインバータ301の出力電圧と同じになるように、電動二輪車1の速度別に界磁成分電流をマップ化しておき、スロットル4Aの全閉がなされた場合でも、その界磁成分電流を維持する。ここで、インバータ301の出力電圧が最大の点と、誘起電圧とが同じになるような界磁成分電流を選ぶと、生産時の個体ばらつき等により、ブレーキ力が生じる場合があるので、実際の界磁成分電流は、前記した最大の点と誘起電圧とが同じになるような界磁成分電流よりも大きく設定している。
【0085】
以上のように、電動二輪車1にあっては、ブレーキ力を電動機28に伝達しないようにする機械であるワンウェイクラッチ等を必要としないで、いわゆるワンウェイクラッチを電気的に実現している。したがって、ワンウェイクラッチ等を設けることによる車両重量や容積の増大が防げ、軽量でコンパクトな電動二輪車を実現できる。
【0086】
[モード切替]
また、電動二輪車1では、電動二輪車1を始動させるメインスイッチの位置に応じて標準モードとパワーモードを切り替えることができる。電動二輪車1では当該モードによりN−T特性が異なるように制御する。具体的には、標準モードのときのトルクの低下開始回転数は、パワーモードのときのトルクの低下開始回転数よりも低く設定されている。したがって、登坂時のような場合はパワーモードにして高回転域まで駆動力が得られるようにし、一方、平坦路を走行するときのように大きいパワーが不要の場合には標準モードにするという使い分けが可能となる。なお、電動二輪車1は、かかるモードの切り替えを停車時にのみ可能なように制御するので、不用意な操作によりモードが切り替わるのを防止することができる。
【0087】
【発明の効果】
本発明の電動車両によれば、電動機制御ユニットは、電源の電圧が所定値以上のときに、電動機が所定値のときの回転数−トルク特性を維持するように制御するので、電源電圧が所定値以上のときは一定の走行性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した電動二輪車の側面図である。
【図2】電動二輪車1の電気回路図である。
【図3】図2の電気回路図における要部の詳細図である。
【図4】図4(a)は、N−iq0マップを示す図である。図4(b)は、N−id*マップを示す図である。
【図5】電動二輪車1の回転数−トルク特性を示す図である。
【図6】N−iq0マップとN−id*マップのデータを採取するときの構成を示す図である。
【図7】図6の構成によりN−iq0マップとN−id*マップのデータを採取するときのフローチャートである。
【図8】弱め界磁の有無による特性の違いを示す図である。
【図9】トルク成分電流と界磁成分電流の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 電動二輪車
28 電動機
30 電動機制御ユニット
41 直流電源
42 直流電流計
43 トルク計測器
301 インバータ
303 電池電圧検出部
305 電流センサ
307 回転数算出部
309 電気角計算部
311 3相2相変換部
313 PWM出力部
315 制限前トルク電流指令値算出部
3151 iq0マップ記憶部
3152 制限前トルク電流指令値計算部
3153 制限前トルク電流指令値制限部
316 緊急停止スイッチ部
317 出力制限率算出部
319 トルク電流指令値算出部
3191 バッテリ電流値マップ記憶部
3192 トルク電流制限値演算部3193 トルク電流指令値制限部
321 界磁電流指令値算出部
3211 id*マップ記憶部
3212 界磁電流指令値計算部
3213 界磁電流指令値制限部
323 トルク電流値減算器
325 界磁電流値減算器
327 トルク電流制御アンプ
329 界磁電流制御アンプ
331 電圧指令値制限部
333 2相3相変換部
T* トルク指令値
Vq* トルク電圧指令値
iq* トルク電流指令値
iq トルク電流測定値
N 回転数
Vd* 界磁電圧指令値
id* 界磁電流指令値
id 界磁電流測定値
Vq0 制限前トルク電圧指令値
iq0 制限前トルク電流指令値
Vd0 制限前界磁電圧指令値
iq*lim 制限値
Vu* 、Vv* 、Vw* 電圧指令値
Vdc 電圧値
θ 電気角
iu、iv 電流値
Ibmax電流値
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源電圧が所定値以上のときに一定の走行性能が得られる電動車両及び電動車両のマップ採取方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動二輪車に関する技術は、例えば下記の文献に掲載されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−133408号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記文献に記載の電動二輪車は、電源電圧に応じたN−T特性が得られず、そのため安定した走行性能を得るのが難しいので、本発明では、電源電圧が所定値以上のときに一定の走行性能が得られる電動車両を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、請求項1の本発明は、電源により車輪を駆動する電動機と、該電動機を駆動する電動機制御ユニットを備え、該電動機制御ユニットは、前記電源の電圧が所定値以上のときに、前記電動機が前記所定値のときの回転数−トルク特性を維持するように制御することを特徴とする電動車両をもって解決手段とする。
【0006】
請求項2の本発明は、前記電動機制御ユニットは、前記電源の電圧、前記電動機の回転数およびトルク成分の電流のマップ、前記電源の電圧、前記電動機の回転数および磁束成分の電流のマップの少なくとも一方を備えており、当該備えたマップを参照してトルク成分の電流、磁束成分の電流の少なくとも一方を可変することにより、前記制御を行うことを特徴とする請求項1記載の電動車両をもって解決手段とする。
【0007】
請求項3の本発明は、前記電動機制御ユニットは、前記電動機の磁束を機械的に可変させることにより、前記制御を行うことを特徴とする請求項1記載の電動車両をもって解決手段とする。
【0008】
請求項4の本発明は、前記電源はバッテリであり、該バッテリの温度を検出する温度検出手段を有し、前記電動機制御ユニットは、前記温度検出手段で検出された温度により、前記電動機の磁束成分の電流を可変することを特徴とする請求項2記載の電動車両をもって解決手段とする。
【0009】
請求項5の本発明は、電動車両を駆動する電動機に接続された直流電源の電圧を基準値に設定し、前記直流電源からの電流が予め定めた電流値を超えないで所望の回転数−トルク特性が得られるように、前記電動機のトルク電流指令値と界磁電流指令値と調整しながら、当該基準値のときの回転数−トルク特性と回転数−トルク電流指令値マップと回転数−界磁電流指令値マップとを採取する段階と、前記直流電源の電圧を前記基準値よりも大きい値に設定し、前記直流電源からの電流が前記電流値を超えないで前記採取した前記基準値のときの前記回転数−トルク特性が得られるように、前記電動機のトルク電流指令値と界磁電流指令値と調整しながら、当該大きい値のときの回転数−トルク電流指令値マップと回転数−界磁電流指令値マップとを採取する段階とを備えることを特徴とする電動車両のマップ採取方法をもって解決手段とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0011】
図1は、本発明を適用した電動二輪車の側面図である。
【0012】
図1に示す電動二輪車1は、その車体前方上部にヘッドパイプ2を備え、該ヘッドパイプ2内には不図示のステアリング軸が回動自在に挿通している。そして、このステアリング軸の上端にはハンドル3が取り付けられている。そして、ハンドル3の両端にはグリップ4が取り付けられており、不図示の右側(図1の奥側)のグリップ4は回動可能なスロットルグリップ(以下、スロットル4Aと記す)を構成している。
【0013】
ヘッドパイプ2の下部には左右一対のフロントフォーク5の上部が取り付けられており、各フロントフォーク5の下端には前輪6が前車軸7によって回転自在に軸支されている。尚、前記ハンドル3の中央上にはメータ8が配置され、該メータ8の下方には、ヘッドランプ9が配され、その両側にはフラッシャランプ10(図1には一方のみ図示)がそれぞれ設けられている。
【0014】
ヘッドパイプ2からは左右一対の車体フレーム11が車体後方に向かって延設されている。即ち、車体フレーム11は丸パイプ状であり、ヘッドパイプ2から車体後方に向かって斜め下方に延びた後、後方に向かって円弧状に曲げられて車体後方に略水平に延びたものである。各車体フレーム11の後端部からは、斜め上方に向けて、左右一対の車体フレーム12が延設され、シート13の後方で互いに接続されている。左右一対の車体フレーム12の間にはバッテリ14が配置されている。
【0015】
ところで、上記左右の車体フレーム12には、逆U字状を成すシートステー(図示せず)接続され、左右一対のステー15(一方のみ図示)で支持されている。シートステーには前記シート13が開閉可能に配置されている。
【0016】
そして、車体フレーム12の後端に取り付けられたリヤフェンダ16の後面にはテイルランプ17が取り付けられており、その左右にはフラッシャランプ18(一方のみ図示)が配されている。
【0017】
一方、左右の車体フレーム11の後端部には左右一対のリアアームブラケット19(一方のみ図示)がそれぞれ溶着されており、リアアームブラケット19には、リアアーム20の前端がピボット軸21にて揺動(回動)自在に支持されている。そして、このリアアーム20の後端には駆動輪である後輪22が回転自在に軸支されており、リアアーム20と後輪22はリアクッション23によって車体フレーム12に懸架されている。
【0018】
又、左右の車体フレーム11の下方にはフートステップ24(一方のみ図示)がそれぞれ取り付けられており、リアアーム20の下部にはサイドスタンド25が軸26によって回動可能に軸支されて設けられており、サイドスタンド25はリターンスプリング27によって閉じ側に付勢されている。
【0019】
リアアーム20の後端の略円形の部分には車幅方向に扁平な薄型のアキシャルギャップ型の電動機28が収容されている。また、電動機28の隣接して、電動機28を制御する電動機制御ユニット30と、電動機28のロータの回転位置を検出するエンコーダ32とが収容されている。
【0020】
図2は、電動二輪車1の電気回路図である。同図に示すように、電動機制御ユニット30は、電動機28の駆動を制御するものであり、バッテリ(燃料電池でもよい)14の電池141より与えられる直流電圧を3相交流電圧に変換して電動機28に供給するインバータ301と、バッテリ14の電圧(バッテリ電圧)VBを検出する電池電圧検出部303とを備えている。
【0021】
また、電動機制御ユニット30は、電動機28に接続されるu相、v相の各相に流れる電流の電流値iu、ivを検出する電流センサ305と、電動機28のロータ位置を検出するエンコーダ32による検出結果に基づいて電動機28の回転数Nを演算する回転数算出部307と、エンコーダ32による測定結果に基づいて測定した電動機28の角速度ωに基づき該電動機28のロータの電気角θを演算する電気角計算部309と、この電気角θ及び電流センサ305で検出された電流値iu、ivに基づき、2相の電流測定値であるトルク電流測定値iq及び界磁電流測定値idを求める3相2相変換部311とを備える。
【0022】
また、電動機制御ユニット30は、電池電圧検出部303で測定されるバッテリ電圧値Vb、及び後述する2相3相変換部333より与えられる3相の電圧指令値Vu* 、Vv* 、Vw* に基づいてPWM信号を生成し、該PWM信号をインバータ301へ出力するPWM出力部313とを具備している。
【0023】
また、電動機制御ユニット30は、スロットル4Aの回転量に応じた大きさのトルク指令値T* 並びに回転数算出部307で求められた電動機28の回転数Nから、バッテリ電流値Ibによる制限を行う前のトルク電流指令値である制限前トルク電流指令値iq0を算出し出力する制限前トルク電流指令値算出部315を備える。
【0024】
なお、スロットル4Aから制限前トルク電流指令値算出部315へのトルク指令値T*の経路には、例えば、電動二輪車1を始動させるメインスイッチや専用の停止スイッチへの手動操作により開閉する緊急停止スイッチ部316が設けられている。
【0025】
バッテリ14の電池から流出する電流の値(バッテリ電流値)IbをBMC142から与えられ、このバッテリ電流値Ibと、回転数Nと、バッテリ電圧値Vbとを基に、トルク電流指令値iq*を算出し出力するトルク電流指令値算出部319を備える。
【0026】
更に、 トルク電流指令値算出部319から出力されたトルク電流指令値iq*と回転数Nとを基に、界磁電流指令値id*を算出し出力する界磁電流指令値算出部321とを備える。
【0027】
更に、トルク電流指令値算出部319から出力されたトルク電流指令値iq*から、3相2相変換部311で求められたトルク電流測定値iqを減算するトルク電流値減算器323と、界磁電流指令値算出部321から出力された界磁電流指令値id*から、3相2相変換部311で求められた界磁電流測定値idを減算する界磁電流値減算器325を備える。
【0028】
更に、トルク電流値減算器323の減算結果に基づいて、後述する電圧指令値制限部331による制限前の制限前トルク電圧指令値Vq0を求めるトルク電流制御アンプ327と、界磁電流値減算器325の減算結果に基づいて制限前界磁電圧指令値Vd0を求める界磁電流制御アンプ329とを備える。
【0029】
更に、トルク電流制御アンプ327からの制限前トルク電圧指令値Vq0を予め設定された最大値を超えないように制限したトルク電圧指令値Vq*と、界磁電流制御アンプ329からの制限前界磁電圧指令値Vd0を予め設定された最大値を超えないように制限した界磁電圧指令値Vd*とを2相の電圧指令値とする電圧指令値制限部331とを備える。
【0030】
また、電圧指令値制限部331より出力される2相の電圧指令値であるトルク電圧指令値Vq*及び界磁電圧指令値Vd*と、電気角計算部309で求められた電気角θとに基づき、2相3相変換により3相の電圧指令値Vu* 、Vv* 、Vw* を求め、該3相の電圧指令値をPWM出力部313に出力する2相3相変換部333とを具備している。
【0031】
図3は、図2の点線で囲んだ要部の詳細図である。
【0032】
制限前トルク電流指令値算出部315は、回転数Nと制限前トルク電流指令値iq0の最大値とを対応づけてなるN−iq0マップを複数のバッテリ電圧値Vbの電圧値ごとに有するiq0マップ記憶部3151と、トルク指令値T*増加に伴って増加させるようにして制限前トルク電流指令値iq0を計算する制限前トルク電流指令値計算部3152と、電池電圧検出部303からのバッテリ電圧値Vbとiq0マップ記憶部3151の各N−iq0マップとを用い適宜バッテリ電圧値Vbの補間を行って、当該回転数算出部307で求められたバッテリ電圧値Vbにおける制限前トルク電流指令値iq0の最大値を求め、制限前トルク電流指令値計算部3152で計算された制限前トルク電流指令値iq0が、当該求めた最大値を超えるときに限っては当該最大値を制限前トルク電流指令値iq0とし、このように決定した制限前トルク電流指令値iq0を出力する制限前トルク電流指令値制限部3153とを備える。
【0033】
トルク電流指令値算出部319は、回転数Nとバッテリ電流値Ibの最大値とを対応づけてなるN−Ibマップを有するバッテリ電流値マップ記憶部3191と、BMC142からのバッテリ電流値Ibと回転数Nとバッテリ電流値マップ記憶部3191のN−Ibマップとを基に、制限前トルク電流指令値iq0の制限値を求めるトルク電流制限値演算部3192と、制限前トルク電流指令値算出部315からの制限前トルク電流指令値iq0が当該制限値以下の場合は当該制限前トルク電流指令値iq0をトルク電流指令値iq*とする一方、当該制限前トルク電流指令値iq0が当該制限値を超える場合は当該制限値をトルク電流指令値iq*とし、このように決定したトルク電流指令値iq*を出力するトルク電流指令値制限部3193とを備える。
【0034】
界磁電流指令値算出部321は、回転数Nと界磁電流指令値id*の最大値とを対応づけてなるN−id*マップを複数のバッテリ電圧値Vbの電圧値ごとに有するid*マップ記憶部3211と、トルク電流指令値iq*の増加に伴って界磁電流指令値id*を減少させるように計算する界磁電流指令値計算部3212と、電池電圧検出部303からのバッテリ電圧値Vbとid*マップ記憶部3211の各N−id*マップとを用い適宜バッテリ電圧値Vbの補間を行って、当該回転数算出部307で求められたバッテリ電圧値Vbにおける界磁電流指令値id*の最大値を求め、界磁電流指令値計算部3212で計算された界磁電流指令値id*が、当該求めた最大値を超えるときに限っては当該最大値を界磁電流指令値id*とし、このように決定した界磁電流指令値id*を出力する界磁電流指令値制限部3213とを備える。
【0035】
図4(a)は、iq0マップ記憶部3151においてバッテリ電圧値Vb毎に記憶された複数のN−iq0マップを示す図である。図4(b)は、id*マップ記憶部3211においてバッテリ電圧値Vb毎に記憶された複数のN−id*マップを示す図である。
【0036】
iq0マップ記憶部3151は、図4(a)に示すように、複数のサンプリングされた回転数Nと該各回転数における制限前トルク電流指令値iq0の最大値とを対応づけてなるN−iq0マップであって、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtpであるとき(Vb=Vtp)のものが1つと、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp未満のとき(Vb<Vtp)のものを複数記憶している。なお、バッテリ電圧基準値Vtpは、バッテリ14の最大電圧よりも小さい値である。
【0037】
いずれのN−iq0マップも、低回転域では定常的な値であった制限前トルク電流指令値iq0が、その上の回転域で立ち下がり、その上の回転域では0になるようなマップである。そして、N−iq0マップは、バッテリ電圧値Vbが高い程、当該立ち下がりの回転域が高くなるように構成されている。
【0038】
なお、iq0マップ記憶部3151は、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtpを越えるとき(Vb>Vtp)のN−iq0マップは記憶していないので、iq0マップ記憶部3151は少ない記憶容量のメモリで構成できる。
【0039】
id*マップ記憶部3211は、図4(b)に示すように、複数のサンプリングされた回転数Nと該各回転数における界磁電流指令値id*の最大値とを対応づけてなるN−id*マップであって、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtpであるとき(Vb=Vtp)のものが1つと、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtpを超えるとき(Vb>Vtp)のものを複数記憶している。
【0040】
いずれのN−id*マップも、低回転域では0であった界磁電流指令値id*が、その上の回転域で立ち上がり、その上の回転域では定常的な値になるようなマップであるが、バッテリ電圧値Vbが高い程、当該立ち上がりの回転域が高くなるように構成されている。
【0041】
なお、id*マップ記憶部3211は、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp未満のとき(Vb<Vtp)のN−id*マップは記憶していないので、id*マップ記憶部3211は少ない記憶容量のメモリで構成できる。
【0042】
[作用]
次に、電動二輪車1の、特に電動機制御ユニット30の動作について説明する。
【0043】
インバータ301は、バッテリ14の電池141より与えられる直流電圧を3相交流電圧に変換して電動機28に供給する。電池電圧検出部303は、バッテリ14のバッテリ電圧値Vbを検出する。
【0044】
また、電流センサ305は、電動機制御ユニット30は、電動機28に接続されるu相、v相の各相に流れる電流の電流値iu、ivを検出する。
【0045】
回転数算出部307は、電動機28のロータ位置を検出するエンコーダ32による検出結果に基づいて電動機28の回転数Nを演算する。
【0046】
電気角計算部309は、エンコーダ32による測定結果に基づいて測定した電動機28の角速度ωに基づき該電動機28のロータの電気角θを演算する。
【0047】
3相2相変換部311は、この電気角θ及び電流センサ305で検出された電流値iu、ivに基づき、トルク電流測定値iq及び界磁電流測定値idを求める。
【0048】
制限前トルク電流指令値算出部315は、スロットル4Aの回転量に応じた大きさのトルク指令値T* 並びに回転数算出部307で求められた電動機28の回転数Nから制限前トルク電流指令値iq0を算出し、トルク電流指令値算出部319へ出力する。
【0049】
詳しくは、制限前トルク電流指令値算出部315にあっては、先ず、制限前トルク電流指令値計算部3152は、トルク指令値T*の増加に伴って増加させるようにして制限前トルク電流指令値iq0を計算する。なお、緊急停止スイッチ部316が開放しているときは、トルク指令値T*が入力されないので、結果的に電動機28が駆動されず、そのため、ブレーキによる制動が容易に行える。
【0050】
次に、制限前トルク電流指令値制限部3153は、電池電圧検出部303からのバッテリ電圧値Vbとiq0マップ記憶部3151の各N−iq0マップとを用い適宜バッテリ電圧値Vbの補間を行って、当該回転数算出部307で求められたバッテリ電圧値Vbにおける制限前トルク電流指令値iq0の最大値を求める。
【0051】
続いて、制限前トルク電流指令値制限部3153は、制限前トルク電流指令値計算部3152で計算された制限前トルク電流指令値iq0が、当該求めた最大値を超えるときに限っては当該最大値を制限前トルク電流指令値iq0とし、その一方、当該最大値を超えないときには、前記計算された制限前トルク電流指令値iq0を最終的な制限前トルク電流指令値iq0とし、このように決定した制限前トルク電流指令値iq0をトルク電流指令値算出部319へ出力する。
【0052】
トルク電流指令値算出部319は、BMC142からのバッテリ電流値Ibと、回転数Nと、バッテリ電圧値Vbとを基に、トルク電流指令値iq*を算出し、このトルク電流指令値iq*を界磁電流指令値算出部321とトルク電流値減算器323とに出力する。
【0053】
詳しくは、トルク電流指令値算出部319にあっては、トルク電流制限値演算部3192が、BMC142からのバッテリ電流値Ibと回転数Nとバッテリ電流値マップ記憶部3191のN−Ibマップとを基に、制限前トルク電流指令値iq0の制限値を求める。
【0054】
この制限前トルク電流指令値iq0の制限値iq*limは、以下のように処理されて求める。
【0055】
【数1】
iq*lim=iq*max・Rq(t)
ここで、
Rq(t)=Rq(t−1)・・・・|Iblim(N)−Ib(t)|=<Ib(DB)のとき
Rq(t)=Rq(t−1)+K1・(Iblim(N)−Ib(t))・・・・・Iblim(N)<Ib(t)のとき
Rq(t)=Rq(t−1)+K2・(Iblim(N)−Ib(t))・・・・・Iblim(N)>=Ib(t)のとき
Rq(t)=100%
iq*max、K1及びK2は、車両停止と判断したとき、予めトルク電流制限値演算部3192が記憶している値である。また、Iblim(N)は、回転数Nを基にN−Ibマップで求めたIbである。Ib(DB)は、回転数N=DBとしてN−Ibマップで求めたIbである。
【0056】
次にトルク電流指令値制限部3193は、制限前トルク電流指令値算出部315からの制限前トルク電流指令値iq0が当該制限値iq*lim以下の場合は当該制限前トルク電流指令値iq0をトルク電流指令値iq*とする一方、当該制限前トルク電流指令値iq0が当該制限値iq*limを超える場合は当該制限値をトルク電流指令値iq*とし、このように決定したトルク電流指令値iq*を界磁電流指令値算出部321とトルク電流値減算器323とに出力する。
【0057】
界磁電流指令値算出部321は、トルク電流指令値算出部319から出力されたトルク電流指令値iq*と回転数Nとを基に、界磁電流指令値id*を算出し出力する。
【0058】
詳しくは、界磁電流指令値算出部321にあっては、界磁電流指令値計算部3212は、トルク電流指令値iq*の増加に伴って減少させるようにして界磁電流指令値id*を計算する。いわゆる弱め界磁を行う。
【0059】
界磁電流指令値制限部3213は、電池電圧検出部303からのバッテリ電圧値Vbとid*マップ記憶部3211の各N−id*マップとを用い適宜バッテリ電圧値Vbの補間を行って、当該回転数算出部307で求められたバッテリ電圧値Vbにおける界磁電流指令値id*の最大値を求め、界磁電流指令値計算部3212で計算された界磁電流指令値id*が、当該求めた最大値を超えるときに限っては当該最大値を界磁電流指令値id*とし、このように決定した界磁電流指令値id*を界磁電流値減算器325へ出力する。
【0060】
その後は、トルク電流値減算器323が、トルク電流指令値算出部319から出力されたトルク電流指令値iq*から、3相2相変換部311で求められたトルク電流測定値iqを減算し、界磁電流値減算器325が、界磁電流指令値算出部321から出力された界磁電流指令値id*から、3相2相変換部311で求められた界磁電流測定値idを減算する。
【0061】
そして、トルク電流制御アンプ327が、トルク電流値減算器323の減算結果に基づいて制限前トルク電圧指令値Vq0を求め、界磁電流制御アンプ329が界磁電流値減算器325の減算結果に基づいて制限前界磁電圧指令値Vd0を求める。
【0062】
そして、電圧指令値制限部331は、トルク電流制御アンプ327からの制限前トルク電圧指令値Vq0が予め設定された最大値を超えないときは、当該制限前トルク電圧指令値Vq0をトルク電圧指令値Vq*とする一方、最大値を超えるときは当該最大値をトルク電圧指令値Vq*とする。また、電圧指令値制限部331は、界磁電流制御アンプ329からの制限前界磁電圧指令値Vd0が予め設定された最大値を超えないときは、当該制限前界磁電圧指令値Vd0を界磁電圧指令値Vd*とする一方、最大値を超えるときは当該最大値を界磁電圧指令値Vd*とする。そして、電圧指令値制限部331は、このように決定したトルク電圧指令値Vq*と界磁電圧指令値Vd*とを2相3相変換部333へ出力する。
【0063】
そして、2相3相変換部333は、電圧指令値制限部331より出力されるトルク電圧指令値Vq*及び界磁電圧指令値Vd*と、電気角計算部309で求められた電気角θとに基づき、2相3相変換により3相の電圧指令値Vu* 、Vv* 、Vw* を求め、該3相の電圧指令値をPWM出力部313に出力する。
【0064】
PWM出力部313は、電池電圧検出部303で測定されるバッテリ電圧値Vbと、2相3相変換部333より与えられる3相の電圧指令値Vu* 、Vv* 、Vw* に基づいてPWM信号を生成し、該PWM信号をインバータ301へ出力する。
【0065】
そして、インバータ301が、PWM出力部313からのPWM信号により、バッテリ14の電池141より与えられる直流電圧を3相交流電圧に変換して電動機28に供給する。
【0066】
図5は、電動二輪車1の回転数−トルク特性を示す図である。本明細書において、回転数−トルク特性はフルスロットル時のものであり、N−T特性と略記する。
【0067】
N−T特性は、低回転域では定常的な値であったトルクTが、その上の回転域で立ち下がり、その上の回転域では0になるものである。これは、バッテリ電圧値Vbにかかわらず、全てのN−T特性が有する傾向である。
【0068】
しかしながら、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp以上のとき(Vb>=Vtp)のN−T特性は全て同一になっている。これは、制限前トルク電流指令値iq0が図4(a)に示すN−iq0マップの値を超えないようにし、界磁電流指令値id*が図4(b)に示すN−id*マップの値を超えないにしたことによるものである。
【0069】
その一方、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp未満のとき(Vb<Vtp)のN−T特性は、バッテリ電圧値Vbが低くなる程、立ち下がりの回転域が低くなる傾向を有する。
【0070】
したがって、電動二輪車1では、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp以上のときは一定の走行性能が得られ、一方、バッテリ電圧値Vbがバッテリ電圧基準値Vtp未満のときは、バッテリ電圧値Vbに応じた走行性能が得られる。
【0071】
図6は、N−iq0マップとN−id*マップを構成するデータの採取方法を示す図である。図7は、そのデータの採取方法のフローチャートである。
【0072】
図6に示すように、電動二輪車1にバッテリ14の代わりに電圧可変可能な直流電源41を直流電流計42を介して接続する。また、回転数算出部307が算出する回転数Nを採取可能にしておく。また、電動二輪車1にトルク計測器43を取り付ける。また、制限前トルク電流指令値iq0と界磁電流指令値id*を外部から電動二輪車1に与えられるようにする。
【0073】
図7に示すように、直流電源41の電圧をバッテリ電圧基準値Vtpに設定する(ステップS1)。次に、直流電源41からの電流が予め定めた電流値Ibmaxを超えないで所望の回転数−トルク特性が得られるように、電動機28の制限前トルク電流指令値iq0と界磁電流指令値id*と調整しながら、当該バッテリ電圧基準値VtpのときのN−iq0マップ(回転数−トルク電流指令値マップ)とN−id*マップ(回転数−界磁電流指令値マップ)とを採取する(ステップS3)。なお、初回のステップS3では、回転数−トルク特性(N−T特性)も採取しておく。
【0074】
そして、直流電源41の電圧をバッテリ電圧基準値Vtpよりも大きい値に設定する(ステップS5)。そして、直流電源41からの電流が前記電流値Ibmaxを超えないで前記初回のステップS3で採取したバッテリ電圧基準値Vtpのときの回転数−トルク特性が得られるように、制限前トルク電流指令値iq0と界磁電流指令値id*と調整しながら、当該大きい値のときのN−iq0マップとN−id*マップとを採取する(ステップS3)。
【0075】
このようにして、バッテリ電圧基準値Vtp以上の各電圧でN−iq0マップとN−id*マップとを採取し、これをiq0マップ記憶部3151とid*マップ記憶部3211にそれぞれ設定するのである。
【0076】
以上説明したように、電動二輪車1にあっては、電動機制御ユニット30が、バッテリ14の電圧がVbtp以上のときに、電動機28がVbtpのときの回転数−トルク特性を維持するように制御するので、バッテリ14の電圧が所定値以上のときは一定の走行性能が得られ、一方、その所定値値未満のときは電源電圧に応じた走行性能が得られる。
【0077】
また、バッテリ14の電圧Vb、電動機28の回転数Nおよびトルク成分の電流iq0のマップであるN−iq0マップ、バッテリ14の電圧Vb、電動機28の回転数Nおよび磁束成分の電流id*のマップであるN−id*マップを備えており、その備えたマップを参照することにより、制御を行っている。なお、N−iq0マップとN−id*マップの一方のみ備えて、そのマップを参照するようにしてもよい。
【0078】
なお、電動二輪車1にあっては、電動機制御ユニット30が、電動機28の磁束を機械的に可変させることにより、上記と同様の制御を行うようにすることも可能である。「機械的に可変」とは、例えば、電動機28を構成するステータの磁気抵抗を変化させることや、そのステータと磁石とのギャップを変化させることである。
【0079】
また、電動二輪車1に、バッテリ14の温度を検出する温度検出手段を設け、電動機制御ユニット30が、前記温度検出手段で検出された温度により、電動機28の磁束成分の電流id*を制御するようにしてもよい。
【0080】
また、バッテリ14の代わりに燃料電池を用いてもよい。
【0081】
図8は、弱め界磁の有無による特性の違いを示す図である。図9は、トルク成分電流と界磁成分電流の関係を示す図である。なお、界磁成分は磁束成分ともいう。
【0082】
電動二輪車1では、弱め界磁の制御を行う。弱め界磁中は電動機28が高速回転しているので、スロットル4Aの全閉に対してトルク成分電流(トルク電流指令値iq*)と界磁成分電流(界磁電流指令値id*)の双方を0にすると、d軸上の磁束φにより車速に比例して誘起電圧が発生する。この誘起電圧dφ/dtにより電動機28とインバータ301にはブレーキ方向の電流(回生電流)が流れ、インバータ301の素子を破壊する可能性がある。また、乗員に過大な減速トルク(ブレーキ力)がかかる場合がある。
【0083】
そのため、電動二輪車1では、スロットル4Aが全閉された場合は、トルク成分電流のみを0とし、界磁成分電流は維持するように制御する。これにより、誘起電圧が発生とそれによる素子の破壊及びブレーキ力の発生を防止することができる。
【0084】
なお、電動二輪車1では、誘起電圧がインバータ301の出力電圧と同じになるように、電動二輪車1の速度別に界磁成分電流をマップ化しておき、スロットル4Aの全閉がなされた場合でも、その界磁成分電流を維持する。ここで、インバータ301の出力電圧が最大の点と、誘起電圧とが同じになるような界磁成分電流を選ぶと、生産時の個体ばらつき等により、ブレーキ力が生じる場合があるので、実際の界磁成分電流は、前記した最大の点と誘起電圧とが同じになるような界磁成分電流よりも大きく設定している。
【0085】
以上のように、電動二輪車1にあっては、ブレーキ力を電動機28に伝達しないようにする機械であるワンウェイクラッチ等を必要としないで、いわゆるワンウェイクラッチを電気的に実現している。したがって、ワンウェイクラッチ等を設けることによる車両重量や容積の増大が防げ、軽量でコンパクトな電動二輪車を実現できる。
【0086】
[モード切替]
また、電動二輪車1では、電動二輪車1を始動させるメインスイッチの位置に応じて標準モードとパワーモードを切り替えることができる。電動二輪車1では当該モードによりN−T特性が異なるように制御する。具体的には、標準モードのときのトルクの低下開始回転数は、パワーモードのときのトルクの低下開始回転数よりも低く設定されている。したがって、登坂時のような場合はパワーモードにして高回転域まで駆動力が得られるようにし、一方、平坦路を走行するときのように大きいパワーが不要の場合には標準モードにするという使い分けが可能となる。なお、電動二輪車1は、かかるモードの切り替えを停車時にのみ可能なように制御するので、不用意な操作によりモードが切り替わるのを防止することができる。
【0087】
【発明の効果】
本発明の電動車両によれば、電動機制御ユニットは、電源の電圧が所定値以上のときに、電動機が所定値のときの回転数−トルク特性を維持するように制御するので、電源電圧が所定値以上のときは一定の走行性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した電動二輪車の側面図である。
【図2】電動二輪車1の電気回路図である。
【図3】図2の電気回路図における要部の詳細図である。
【図4】図4(a)は、N−iq0マップを示す図である。図4(b)は、N−id*マップを示す図である。
【図5】電動二輪車1の回転数−トルク特性を示す図である。
【図6】N−iq0マップとN−id*マップのデータを採取するときの構成を示す図である。
【図7】図6の構成によりN−iq0マップとN−id*マップのデータを採取するときのフローチャートである。
【図8】弱め界磁の有無による特性の違いを示す図である。
【図9】トルク成分電流と界磁成分電流の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 電動二輪車
28 電動機
30 電動機制御ユニット
41 直流電源
42 直流電流計
43 トルク計測器
301 インバータ
303 電池電圧検出部
305 電流センサ
307 回転数算出部
309 電気角計算部
311 3相2相変換部
313 PWM出力部
315 制限前トルク電流指令値算出部
3151 iq0マップ記憶部
3152 制限前トルク電流指令値計算部
3153 制限前トルク電流指令値制限部
316 緊急停止スイッチ部
317 出力制限率算出部
319 トルク電流指令値算出部
3191 バッテリ電流値マップ記憶部
3192 トルク電流制限値演算部3193 トルク電流指令値制限部
321 界磁電流指令値算出部
3211 id*マップ記憶部
3212 界磁電流指令値計算部
3213 界磁電流指令値制限部
323 トルク電流値減算器
325 界磁電流値減算器
327 トルク電流制御アンプ
329 界磁電流制御アンプ
331 電圧指令値制限部
333 2相3相変換部
T* トルク指令値
Vq* トルク電圧指令値
iq* トルク電流指令値
iq トルク電流測定値
N 回転数
Vd* 界磁電圧指令値
id* 界磁電流指令値
id 界磁電流測定値
Vq0 制限前トルク電圧指令値
iq0 制限前トルク電流指令値
Vd0 制限前界磁電圧指令値
iq*lim 制限値
Vu* 、Vv* 、Vw* 電圧指令値
Vdc 電圧値
θ 電気角
iu、iv 電流値
Ibmax電流値
Claims (5)
- 電源により車輪を駆動する電動機と、該電動機を駆動する電動機制御ユニットを備え、該電動機制御ユニットは、前記電源の電圧が所定値以上のときに、前記電動機が前記所定値のときの回転数−トルク特性を維持するように制御することを特徴とする電動車両。
- 前記電動機制御ユニットは、前記電源の電圧、前記電動機の回転数およびトルク成分の電流のマップ、前記電源の電圧、前記電動機の回転数および磁束成分の電流のマップの少なくとも一方を備えており、当該備えたマップを参照してトルク成分の電流、磁束成分の電流の少なくとも一方を可変することにより、前記制御を行うことを特徴とする請求項1記載の電動車両。
- 前記電動機制御ユニットは、前記電動機の磁束を機械的に可変させることにより、前記制御を行うことを特徴とする請求項1記載の電動車両。
- 前記電源はバッテリであり、該バッテリの温度を検出する温度検出手段を有し、前記電動機制御ユニットは、前記温度検出手段で検出された温度により、前記電動機の磁束成分の電流を可変することを特徴とする請求項2記載の電動車両。
- 電動車両を駆動する電動機に接続された直流電源の電圧を基準値に設定し、前記直流電源からの電流が予め定めた電流値を超えないで所望の回転数−トルク特性が得られるように、前記電動機のトルク電流指令値と界磁電流指令値と調整しながら、当該基準値のときの回転数−トルク特性と回転数−トルク電流指令値マップと回転数−界磁電流指令値マップとを採取する段階と、
前記直流電源の電圧を前記基準値よりも大きい値に設定し、前記直流電源からの電流が前記電流値を超えないで前記採取した前記基準値のときの前記回転数−トルク特性が得られるように、前記電動機のトルク電流指令値と界磁電流指令値と調整しながら、当該大きい値のときの回転数−トルク電流指令値マップと回転数−界磁電流指令値マップとを採取する段階と を備えることを特徴とする電動車両のマップ採取方法。
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