JP2005094867A - 車両を駆動するモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの全相の温度を均一に上昇させることにより、ストール状態の車両の走行性能、走行フィールを向上する。
【解決手段】 車両は、モータとモータのトルクを制御する制御装置を備えている。制御装置は、モータの三相の交流電流を供給する各巻線の温度をそれぞれ検出する温度センサによって検出された各巻線の温度のうち最大温度と最小温度の温度差Ｔｄを算出する（ステップ１２４）。車両がストール状態であり、かつ、温度差Ｔｄが所定温度Ｔｈ０以上である場合には、モータのトルクを低減するように制御し（ステップ１０２〜１０６、１１８，１２０、１０８、１２２〜１３０、１１４、１１６）、車両が非ストール状態である場合には、トルクの低減制御を解除して通常のトルク制御を行う（ステップ１０２〜１１６）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両を駆動するモータの制御装置に関する。

この種の車両を駆動するモータの制御装置としては、車両を駆動するモータのトルクを制御するトルク制御手段と、車両のストール状態を検出するストール検出手段とを備えてなり、このストール検出手段によって車両のストール状態が検出された場合には、トルク制御手段がモータのトルクを低減するように制御するものが知られている。

このような装置の一形式として、ストール状態が検出された場合に、車両の後退速度又は加速度が所定速度以下となるように走行用モータのトルクを低減制御し、さらにストール状態の継続に関する許容時間を走行用モータに付与されているトルクに基づき設定し、この設定された許容時間を越えてストール状態が継続している場合にのみ上記低減制御を実行するものがある（特許文献１参照）。これにより、低減制御によって車両が後退しこれに伴ってモータのロータが回転して通電相が切り替わることにより、通電相が特定の一相に集中するのを防止している。

また、他の一形式として、モータ５がロック状態（ストール状態）にあると判定された場合には（ステップＳ１１，１２）、インバータ回路のスイッチング素子の接合温度最大値Ｔ_JMAXに対応する制限トルクτｒを演算し（ステップＳ２７）、制限トルクτｒがモータトルク指定値τｃより小さく、かつ、位相領域が前回と同じ場合には、制限トルクτｒから変位トルクΔτを減算して、リミットトルクＴＬをΔτずつ低減し（ステップＳ２９〜Ｓ３７）、これにより位相領域を変化させ、ロック状態を解除しているものがある（特許文献２参照）。
特開平７−３３６８０７号公報（段落番号００１５〜００２１、図１） 特開平１１−２１５６８７号公報（段落番号００２０〜００２９、図２）

上記前半の制御装置においては、モータのトルク低減処理によって通電相が特定の一相に集中するのを防止することができる。しかしながら、各相の温度とは関係なくトルク指令値の大きさとその継続時間に基づいてモータトルクを低減してしまうため、トルク低減処理によって電流の集中する通電相が温度の上昇していない相に変化したとしても、モータトルクを低減し続けることになり、車両の走行性能が低下してしまう。 また、後半の制御装置においては、電流の集中する通電相が変化したことによってモータトルクの低減制御を止めることができるものの、検出した温度の最大値に基づいて低減制御を行っているため、電流の集中する通電相が変化したとしても、通電され温度が上昇した相の温度によってモータトルクの低減が行われることとなる。したがって、電流の集中した通電相に比べて温度上昇の少ない他の２相に切り換ったとしてもモータトルクが制限されてしまい、車両の走行性能が低下してしまう。

そこで本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、モータの全相の温度を均一に上昇させることにより、ストール状態の車両の走行性能、走行フィールを向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、車両を駆動するモータのトルクを制御するトルク制御手段と、車両のストール状態を検出するストール検出手段とを備えてなり、このストール検出手段によって車両のストール状態が検出された場合には、トルク制御手段がモータのトルクを低減するように制御する車両を駆動するモータの制御装置において、モータの複数相の交流電流を供給する各巻線の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって検出された各巻線の温度のうち最大温度と最小温度の温度差を算出する温度差算出手段とをさらに備え、車両がストール状態であり、かつ、温度差が所定温度以上である場合には、トルク制御手段はモータのトルクを低減するように制御を行うことである。

請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、トルク制御手段は温度差算出手段によって算出された温度差に応じて算出されるトルク制限率に応じて前記モータのトルクを低減するように制御することである。

請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、車両のストール状態が開始した時点から所定時間内においてはトルク制御手段によるトルク低減制御を禁止することである。

請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、トルクの変化率になましを設けたことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、温度差算出手段は温度検出手段によって検出された各巻線の温度のうち最大温度と最小温度の温度差を算出し、そして、車両が登坂路などにおいてストール状態であり、かつ、温度差が所定温度以上である場合には、トルク制御手段はモータのトルクを低減するように制御し、車両が後退することによって、電流の集中している通電相が変化することで、各巻線の温度のうち最大温度の相の温度が低下する。次いで他の相に電流が集中することでその通電相の温度が上昇する。したがって、車両が登坂路上でほぼ停止状態にある場合には、モータの各相が最大でも所定温度の差をもって平均的に上昇するので、１相に集中して電流を流し続ける場合と比較して長時間にわたってモータのトルクを維持することができる。これにより、ストール状態の車両の走行性能、走行フィールを向上することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、トルク制御手段は温度差算出手段によって算出された温度差に応じて算出されるトルク制限率に応じてモータのトルクを低減するように制御するので、適切にモータのトルクを低減することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、車両のストール状態が開始した時点から所定時間内においてはトルク制御手段によるトルク低減制御を禁止する。これによれば、トルク制御手段によるトルク低減制御が終了した後であって最大温度と最小温度の温度差が所定温度以上開いている場合、車両のストール状態が開始した時点から所定時間内においてはトルク制御手段によるトルク低減制御を禁止するので、連続してトルクを低減することがなくなるため、車両の登坂性能が向上する。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、トルクの変化率になましを設けたので、各相の温度が制限温度に達しても徐々にトルクが低減されるため、急激なトルク変動による不快なショックを抑制することができる。

以下、図１〜図３を参照して本発明に係る車両を駆動するモータの制御装置の一実施の形態について説明する。図１は、この制御装置が適用された車両の構成を示すブロック図である。

この車両は、駆動源としてモータ１０を備えているいわゆる電気自動車であり、モータ１０の駆動によって走行する。このモータ１０は三相交流モータであり、三相すなわちＵ相、Ｖ相およびＷ相へ交流電流を供給する各巻線１１，１２，１３が巻き付けられたステータ（図示省略）を有している。各巻線１１，１２，１３はインバータ回路２１に接続されており、インバータ回路２１は直流電源としてのバッテリ２２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して、この交流電圧をＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線１１，１２，１３へ順次供給している。この各相への交流電流の供給によって、モータ１０が駆動される。

各巻線１１，１２，１３内には、それぞれの温度を測定（実測）するための温度センサ１１ａ，１２ａ，１３ａが埋設されている。各温度センサ１１ａ，１２ａ，１３ａが検出した各巻線１１，１２，１３内の温度すなわちＵ相温度、Ｖ相温度、Ｗ相温度は、制御装置３０に送出されている。

制御装置３０には、モータ１０の位相角度を検出する回転センサ３１、および車両のアクセル（図示省略）の開度を検出するアクセル開度センサ３２が接続されている。回転センサ３１は検出したモータ１０の位相角度を制御装置３０に送出し、制御装置３０は、位相角度に基づいてモータ１０の回転数を算出する。アクセル開度センサ３２は検出したアクセル開度を制御装置３０に送出する。制御装置３０は、モータ１０の回転数およびアクセル開度に基づいてモータ１０のトルク指令値Ｔａを決定してインバータ回路２１に送出し、インバータ回路２１はトルク指令値Ｔａに応じた交流電流をモータ１０に供給する。

制御装置３０は、マイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、図２のフローチャートに対応したプログラムを実行して、モータ１０の三層の最大温度と最小温度の温度差を算出し、車両がストール状態であり、かつ算出した温度差が所定温度以上である場合に、トルクを低減するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものであり、ＲＡＭは制御に関する演算値を一時的に記憶するものである。

次に、上記のように構成した車両を駆動するモータの制御装置の動作を図２のフローチャートに沿って説明する。制御装置３０は、車両のイグニションスイッチ（図示省略）がオン状態にあるとき、上記フローチャートに対応したプログラムを所定の短時間毎に実行する。制御装置３０は、図２のステップ１００にてプログラムの実行を開始する度に、入力したアクセル開度、および算出したモータ１０の回転数に基づいてトルク指令値Ｔａを算出し（ステップ１０２）、トルク制限率Ｒｔｌをクリアする（ステップ１０４）。

そして、車両がストール状態でない非ストール状態である場合には、制御装置３０は、ステップ１０６、１０８にてそれぞれ「ＮＯ」と判定した後、ステップ１１０にてストールフラグを「ＯＦＦ」とし、ステップ１１２にてタイマＴをクリアする。制御装置３０は、ステップ１１４にて、ステップ１０２によって算出したトルク指令値Ｔａをインバータ回路２１に出力して同トルク指令値Ｔａに応じたトルクにてモータ１０を制御する。すなわち、制御装置３０は通常のトルク制御を行うことになる。その後、プログラムをステップ１１６に進めて一旦終了する。

なお、ステップ１０６において、制御装置３０は、車両がストール状態であるか否かを検出している。すなわち、ステップ１０２にて使用したモータ回転数Ｎの絶対値｜Ｎ｜が所定値Ｎ０（例えば１００ｒｐｍ）以下であり、かつ、ステップ１０２にて算出したトルク指令値Ｔａの絶対値｜Ｔａ｜が所定値Ｔｎ以上であり、かつ、ストールフラグが「ＯＦＦ」である場合には、車両がストール状態であると判定し、それ以外の場合には、車両が非ストール状態であると判定する。

次に、車両のストール状態が検出されると、制御装置３０は、ステップ１０６にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１１８において、タイマＴのカウントアップを開始し、ストールフラグを「ＯＮ」とする。そして、制御装置３０は、ストール状態の検出開始時点（タイマＴのカウントアップ開始時点）から所定時間Ｔ０以上経過するまでは、ステップ１０８、１２２にてそれぞれ「ＹＥＳ」、「ＮＯ」と判定し続ける。すなわち、制御装置３０は、ストール状態の検出開始時点から所定時間Ｔ０以上経過するまでは、ステップ１０２〜１０８、１２２、１１４，１１６の処理を繰り返し実行する。

そして、制御装置３０は、ストール状態の検出開始時点から所定時間Ｔ０以上経過すると、ステップ１２２にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１２４にてモータ１０の三相の各温度のうち最大温度と最小温度の温度差Ｔｄを算出する。具体的には、入力されたＵ相温度、V相温度およびＷ相温度のうち最大温度と最小温度を決定し、これら最大および最小温度の差を温度差Ｔｄとして算出する。

ステップ１２４にて算出された温度差Ｔｄが所定温度Ｔｈ０以上となるまでは、制御装置３０は、ステップ１２６にて「ＮＯ」と判定し続ける。すなわち、ステップ１０２〜１０８、１２２〜１２６、１１４，１１６の処理を繰り返し実行する。

そして、制御装置３０は、温度差Ｔｄが所定温度Ｔｈ０以上となると、ステップ１２６にて「ＹＥＳ」と判定し、低減したトルクを算出する。具体的には、ステップ１２８にて、算出された温度差Ｔｄに応じたトルク制限率Ｒｔｌを下記数１により算出する。ステップ１３０にて、算出されたトルク制限率Ｒｔｌをステップ１０２にて算出されたトルク指令値Ｔａに乗算して新たなトルク指令値Ｔｂを算出する。

このトルク制限率Ｒｔｌは、図３に示すように、温度差０から第１温度差までは１００％に、第１温度差から第２温度差までは所定の比率にて徐々に小さくなり、第２温度差からは０％になるように設定されている。また、トルク制限率Ｒｔ１には、なましが設けられており、すなわち、トルク変化率を制限するフィルタが設けられているため、温度差が急激に大きくなり、トルクを大きく低減する必要があった場合でも、トルクを徐々に低下するようにしている。

そして、制御装置３０は、プログラムをステップ１１４に進めて、ステップ１３０によって算出したトルク指令値Ｔｂをインバータ回路２１に出力して同トルク指令値Ｔｂに応じたトルクにてモータ１０を制御する。すなわち、制御装置３０はモータ１０のトルクを低減する低減制御を行うことになる。その後、プログラムをステップ１１６に進めて一旦終了する。

次に、上述した作動を行う制御装置を適用した車両の動作を図４を参照して説明する。図４はタイムチャートであり、上から順番にモータ１０の各相の温度、トルク指令値、車両の位置、モータ１０の回転数、車両の状態を表している。

登坂路上の車両が自重による後退とモータ１０のトルクによる前進とのバランスがとれて時刻ｔ０にストール状態になると、制御装置３０は上記のようにストール状態を検出し、タイマＴのカウントアップを開始する。そして、ストール状態の検出時点から所定時間Ｔ０が経過する時刻ｔ１までは、温度差Ｔｄの算出を禁止する。また、このストール状態が、Ｕ相に電流が流れる状態（Ｕ相が通電相）にてモータ１０が停止状態であるとすると、ストール状態開始とともにＵ相温度が上昇する。これに伴ってＶ相温度、W相温度もU相温度ほどではないが上昇する。

最大温度であるＵ相温度と最小温度であるＷ相温度との温度差Ｔｄが広がって、時刻ｔ２にて、この温度差ＴｄがＴｈ０に達すると、制御装置３０は、時刻ｔ２までのトルク指令値より低減されたトルク指令値を算出して（ステップ１２８，１３０）、そのトルク指令値にてモータ１０を制御する（ステップ１１４）。したがって、モータ１０のトルクが低減されるので、時刻ｔ２までバランスが取れていた車両は下がってしまい、モータ１０は逆回転する。つまり、車両は、時刻ｔ０からｔ３までの間、ストール状態にある。また、モータ１０の回転によりＵ相のみに通電される状態が解除されて、Ｕ相温度の上昇は緩やかになる。

車両が下がることによってモータ１０が逆回転し、時刻ｔ３にてモータ回転数Ｎが所定値−Ｎ０以下となると、車両は非ストール状態であると判定されるので、モータ１０のトルク制御も通常の制御に戻る（ステップ１０２〜１０６、１０８〜１１６）。これにより、モータのトルクが増大するので車両の後退が徐々に少なくなり、すなわちモータ回転数Ｎが０に近づいていく。

そして、時刻ｔ４にてモータ回転数Ｎが所定値−Ｎ０以上となり、車両が再びストール状態になると、制御装置３０は上記のようにストール状態を検出し、タイマＴのカウントアップを開始する。そして、ストール状態の検出時点から所定時間Ｔ０が経過する時刻ｔ６までは、温度差Ｔｄの算出を禁止する。また、時刻ｔ５にてモータ１０の回転が停止する。このとき、Ｗ相に電流が流れる状態にてモータ１０が停止状態であるとすると、モータ回転停止とともにＷ相温度が上昇する。

三相の温度のうち最大温度と最小温度との温度差Ｔｄが広がって、時刻ｔ７にて、この温度差ＴｄがＴｈ０に達すると、制御装置３０は、時刻ｔ７までのトルク指令値より低減されたトルク指令値を算出して（ステップ１２８，１３０）、そのトルク指令値にてモータ１０を制御する（ステップ１１４）。したがって、モータ１０のトルクが低減されるので、時刻ｔ７までバランスが取れていた車両は下がってしまい、モータ１０は逆回転する。つまり、車両は、時刻ｔ４からｔ８までの間、ストール状態にある。また、モータ１０の回転によりＷ相のみに通電される状態が解除されて、Ｗ相温度の上昇は緩やかになる。

車両が下がることによってモータ１０が逆回転し、時刻ｔ８にてモータ回転数Ｎが所定値−Ｎ０以下となると、車両は非ストール状態であると判定されるので、モータ１０のトルク制御も通常の制御に戻る（ステップ１０２〜１０６、１０８〜１１６）。これにより、車両の後退が徐々に少なくなり、すなわちモータ回転数Ｎが０に近づいていく。

そして、時刻ｔ９にてモータ回転数Ｎが所定値−Ｎ０以上となり、車両が再びストール状態になると、制御装置３０は上記のようにストール状態を検出し、タイマＴのカウントアップを開始する。そして、ストール状態の検出時点から所定時間Ｔ０が経過する時刻までは、温度差Ｔｄの算出を禁止する。また、時刻ｔ１０にてモータ１０の回転が停止する。

そして、上述したストール状態と非ストール状態を繰り返しながら、三相の温度が上昇し、それらのうち少なくともいずれか一つの温度が制限温度Ｔｓに達すると、モータ１０のトルクがモータ保護のために制限される。モータ１０のトルクが低減されることにより、三相の温度が制限温度Ｔｓより低下した時、モータのトルク制限が解除される。なお、制限温度Ｔｓはモータの保護温度に設定されている。

上述した説明から明らかなように、本実施の形態によれば、制御装置３０は、各温度センサ１１ａ，１２ａ，１３ａによって検出された各巻線の温度のうち最大温度と最小温度の温度差Ｔｄを算出し（ステップ１２４）、そして、車両が登坂路などにおいてストール状態であり、かつ、温度差Ｔｄが所定温度Ｔｈ０以上である場合には、モータ１０のトルクを低減するように制御し（ステップ１０６，１２６〜１３０，１１４）、車両が後退することによって、電流の集中している通電相が変化することで、各巻線の温度のうち最大温度の相の温度が低下する。次いで他の相に電流が集中することでその通電相の温度が上昇する。したがって、車両が登坂路上でほぼ停止状態にある場合には、モータの各相の温度が最大でも所定温度Ｔｈ０の差をもって平均的に上昇するので、１相に集中して電流を流し続ける場合と比較して長時間にわたってモータのトルクを維持することができる。これにより、ストール状態の車両の走行性能、走行フィールを向上することができる。

また、制御装置３０はステップ１２４によって算出された温度差Ｔｄに応じて算出されるトルク制限率Ｒｔｌに応じてモータ１０のトルクを低減するように制御するので、適切にモータのトルクを低減することができる。

また、車両のストール状態が開始した時点から所定時間Ｔ０内においてはトルク低減制御を禁止するので、トルク低減制御が終了した後（例えば時刻ｔ３以降）であって最大温度と最小温度の温度差Ｔｄが所定温度Ｔｈ０以上開いている場合、車両のストール状態が開始した時点（例えば時刻ｔ４）から所定時間Ｔ０内においてはトルク低減制御を禁止するので、連続してトルクを低減することがなくなるため、車両の登坂性能が向上する。

また、トルクの変化率になましを設けたため、各相の温度が制限温度に達しても徐々にトルクが低減されるため、急激なトルク変動による不快なショックを抑制することができる。

なお、上述した実施の形態においては、温度検出手段として、３つの巻線の温度をそれぞれ実測する３つの温度センサ１１ａ，１２ａ，１３ａを設けたが、全相のうちいずれか一相の温度を温度センサによって実測し、残りの相の温度を実測値に基づいて推定するようにしてもよい。これによれば、簡単な構成にて三相の温度をすべて検出することができる。

また、上述した実施の形態においては、モータ１０を三相の交流モータで構成するようにしたが、これに限らず、複数相の交流モータで構成するようにしてもよい。

本発明に係る車両を駆動するモータの制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。 図１の制御装置にて実行されるプログラムを表すフローチャートである。 トルク制限率を示す図である。 図１の制御装置にて実行される作動を表すタイムチャートである。

符号の説明

１０…モータ、１１…Ｕ相巻線、１１ａ，１２ａ，１３ａ…温度センサ、１２…Ｖ相巻線、１３…Ｗ相巻線、２１…インバータ回路、２２…バッテリ、３０…制御装置、３１…回転センサ、３２…アクセル開度センサ。

Claims (4)

1. 車両を駆動するモータのトルクを制御するトルク制御手段と、
   前記車両のストール状態を検出するストール検出手段とを備えてなり、
   該ストール検出手段によって前記車両のストール状態が検出された場合には、前記トルク制御手段が前記モータのトルクを低減するように制御する車両を駆動するモータの制御装置において、
   前記モータの複数相の交流電流を供給する各巻線の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段によって検出された各巻線の温度のうち最大温度と最小温度の温度差を算出する温度差算出手段とをさらに備え、
   前記車両がストール状態であり、かつ、前記温度差が所定温度以上である場合には、前記トルク制御手段は前記モータのトルクを低減するように制御することを特徴とする車両を駆動するモータの制御装置。
2. 請求項１において、前記トルク制御手段は前記温度差算出手段によって算出された温度差に応じて算出されるトルク制限率に応じて前記モータのトルクを低減するように制御することを特徴とする車両を駆動するモータの制御装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記車両のストール状態が開始した時点から所定時間内においては前記トルク制御手段によるトルク低減制御を禁止することを特徴とする車両を駆動するモータの制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、トルクの変化率になましを設けたことを特徴とする車両を駆動するモータの制御装置。
   
   
   

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