JP2006197791A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動への切り換え時に、トルク増加によるショックを低減することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】交流モータ４の回転数Ｎｍとトルク指令値τｒとに基づいて、ＰＷＭ波電圧駆動と矩形波電圧駆動との切り換えを判断し、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えると判断されたとき、発電機７の発電電圧値Ｖを低下させ、この発電電圧値Ｖが所定の電圧閾値Ｖｒｅｆ２以下であると判断したとき、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流モータで駆動する車両において、交流モータを制御するモータ制御装置に関する。

従来のモータ制御装置としては、バッテリの直流電力を交流電力に変換してモータへ供給する際に、トルク指令値とモータの回転速度とに応じて、矩形波電圧をモータに印加して駆動制御する矩形波電圧駆動とパルス幅変調（ＰＷＭ）波電圧をモータに印加して駆動制御するＰＷＭ波電圧駆動とを切り換えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−７２９５４号公報

ところで、矩形波電圧駆動はＰＷＭ電圧駆動と比較してデューティー比が高いため、同じトルクを発生させるために必要な電圧はＰＷＭ電圧駆動より低くなる。そのため、上記従来のモータ制御装置にあっては、ＰＷＭ電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り換わるとき、一時的に電流が急増し、これによりトルクが急増してショックが発生するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ＰＷＭ電圧駆動から矩形波電圧駆動への切り換え時に、トルク増加によるショックを低減することができるモータ制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータ制御装置は、前記交流モータの回転数とトルク指令値とに基づいて、切換判断手段でＰＷＭ波電圧駆動と矩形波電圧駆動との切り換えを判断し、前記切換判断手段でＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えると判断されたとき、電圧低下手段で発電機の発電電圧を低下させ、前記切換判断手段でＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えると判断され、且つ前記発電機の発電電圧が所定の電圧閾値以下であると判断されたとき、矩形波切換手段でＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換える。

本発明によれば、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換える際には、発電機の発電電圧を低下させてから切り換えるので、切り換え時のトルク増加によるショックを低減することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を四輪駆動車両に適用した場合の概略構成図である。
この図１に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、内燃機関であるエンジン２によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪である。

前記エンジン２の吸気管路には、例えばメインスロットルバルブとサブスロットルバルブとが介装されている。メインスロットルバルブは、アクセルペダルの踏込み量等に応じてスロットル開度が調整制御される。サブスロットルバルブは、ステップモータ等をアクチュエータとし、そのステップ数に応じた回転角により開度が調整制御される。従って、サブスロットルバルブのスロットル開度をメインスロットルバルブの開度以下等に調整することによって、運転者のアクセルペダルの操作とは独立して、エンジンの出力トルクを減少させることができる。つまり、サブスロットルバルブの開度調整が、エンジン２による前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップを抑制する駆動力制御となる。

上記エンジン２の出力トルクＴｅは、トランスミッション及びディファレンスギア５を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される。また、エンジン２の出力トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して電源機器である発電機７に伝達されることで、発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｈで回転する。
上記発電機は、出力電圧を調整するための電圧調整器（レギュレータ）を備え、４ＷＤコントローラ８によって調整される界磁電流Ｉｆｈに応じてエンジン２に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた電圧を発電する。なお、発電機７の回転数Ｎｈは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。

発電機７が発電した電力は、ジャンクションボックス１０及びインバータ９を介してモータ４に供給可能となっている。前記モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。なお、本実施形態のモータ４は交流モータである。また、図中の符号１３はディファレンスギアを示す。
ジャンクションボックス１０内には、インバータ９と発電機７とを接続・遮断するリレーが設けられている。そして、このリレーが接続されている状態で、発電機７から供給された交流の電力は、図示しない整流器により直流に整流され、インバータ９内で三相電流に変換されてモータ４を駆動する。

このモータ４の駆動状態を制御するために、ジャンクションボックス１０内には、電流センサが設けられ、該電流センサは、発電機７からモータ４に供給される電機子電流信号を検出し、これを４ＷＤコントローラ８に出力する。また、モータ４の電圧が４ＷＤコントローラ８で検出される。モータ４の出力軸にはレゾルバが連結されており、モータ４の磁極位置信号θを出力する。

また、前記クラッチ１２は、例えば湿式多板クラッチであって、４ＷＤコントローラ８からの指令に応じて締結及び開放を行う。なお、本実施形態においては、締結手段としてのクラッチを湿式多板クラッチとしたが、例えばパウダークラッチやポンプ式クラッチであってもよい。
また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲが設けられている。各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲは、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤコントローラ８に出力する。

前記４ＷＤコントローラ８は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成され、前記各車輪速度センサ２７ＦＬ〜２７ＲＲで検出される車輪速度信号、ジャンクションボックス１０内の電流センサの出力信号、モータ４に連結されたレゾルバの出力信号及びアクセルペダル（不図示）の踏込み量に相当するアクセル開度等が入力される。
そして、この４ＷＤコントローラ８は、前記発電機７の発電制御、ジャンクションボックス１０内のリレー制御、インバータ９によるモータ４の制御、減速機１１とディファレンスギア１３間のクラッチ１２の締結制御を行う。
図２は、インバータ９によるモータ４の制御を行うモータ制御回路８ａのブロック図である。モータ制御回路８ａは、トルク指令値τｒに基づいて、インバータ９によりモータ４の制御を行う。トルク指令値τｒは、入力されたアクセル開度などの信号から、トルク指令値演算部１００にて演算される。

前記モータ制御回路８ａは、４ＷＤコントローラ８に設けられ、電流指令演算部１０１と、モータ電圧指令演算部１０２と、制御切換部１０３と、ｄｑ／３相変換部１０４と、ＰＷＭ波制御部１０５と、矩形波制御部１０６と、モータ速度検出部１０７と、モータ界磁電流制御部１０８と、発電電圧指令演算部１０９とで構成され、トルク指令値τｒが入力されてモータ４のトルクＴ及び回転数Ｎｍを制御する。また、発電電圧指令演算部１０９は、必要なモータ供給電圧の指令値即ち発電機７への電圧指令値Ｖ*を出力するようになっており、この電圧指令値Ｖ*に基づいて発電機７の発電電圧が制御される。具体的には、発電機７の界磁コイル７ｆに接続されたスイッチ１１０を制御することにより、界磁コイル７ｆに流れる電流を制御して、発電電圧を制御する。界磁コイル７ｆには、界磁コイル７ｆに接続されたバッテリ１１１、または発電機７から電流が供給される。

電流指令演算部１０１では、トルク指令値τｒに基づいて、このトルク指令値τｒに一致するトルクを出力するためのｄ軸（磁束成分）電流とｑ軸（トルク成分）電流との指令値Ｉｄｒ、Ｉｑｒを演算し、モータ電圧指令演算部１０２に出力する。
モータ電圧指令値算部１０２では、ｄ軸電流値Ｉｄをｄ軸電流指令値Ｉｄｒにするためのｄ軸電圧指令値Ｖｄｒと、ｑ軸電流値Ｉｑをｑ軸電流指令値Ｉｑｒにするためのｑ軸電圧指令値Ｖｑｒとを演算する。

制御切換部１０３では、トルク指令値τｒ、モータ回転数Ｎｍ及び発電電圧Ｖに基づいて後述する制御切換処理を行い、矩形波電圧をモータ４に印加する矩形波電圧駆動とＰＷＭ波電圧をモータ４に印加するＰＷＭ波電圧駆動との切り換えを行う。ここで、モータ回転数Ｎｍは、モータ速度検出部１０７でモータ４に連結されたレゾルバの出力信号に基づいて検出され、発電電圧Ｖは、電圧センサ１１２で検出される。

そして、この制御切換部１０３でＰＷＭ波電圧駆動に切り換えられた場合、ｄｑ／３相変換部１０４で、モータ４の磁極位置信号θに基づいて、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒを３相座標系のＵ相電圧指令値Ｖｕｒ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖｒ、Ｗ相電圧指令値Ｖｗｒに変換し、ＰＷＭ波制御部１０５に出力する。ＰＷＭ波制御部１０５では、ｄｑ／３相変換部１０４で算出した３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒに基づいて、インバータ９に出力するスイッチング信号を生成する。インバータ９は、このスイッチング信号に応じた電圧を生成してモータ４へ印加することにより、ＰＷＭ波電圧駆動が行われる。

一方、制御切換部１０３で矩形波電圧駆動に切り換えられた場合、矩形波制御部１０６で、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄｒ，Ｉｑｒから公知の方法により算出される電圧位相γと、モータ４の磁極位置信号θとに基づいて、インバータ９に出力するスイッチング信号を生成する。そして、インバータ９は、このスイッチング信号に応じた電圧を生成してモータ４へ印加することにより、矩形波電圧駆動が行われる。
また、モータ界磁電流制御部１０８では、トルク指令値τｒに基づいて、モータ４の界磁電流を制御する。

この図２において、制御切換部１０３で切換制御手段を構成し、ｄｑ／３相変換部１０４及びＰＷＭ波制御部１０５でＰＷＭ波電圧駆動手段を構成し、矩形波制御部１０６で矩形波電圧駆動手段を構成し、発電電圧指令演算部１０９及びスイッチ１１０で電圧低下手段を構成している。また、図２のモータ制御回路８ａとインバータ９とで電力変換手段を構成している。
なお、上記モータ４の制御を４ＷＤコントローラ８とは別のコントローラで行うようにしてもよい。

図３は、制御切換部１０３で実行する制御切換処理を示すフローチャートである。この制御切換処理は所定時間毎のタイマ割込み処理により実行され、先ずステップＳ１で、図４に示すＰＷＭ／矩形波制御マップを参照し、モータ４の回転数Ｎｍとトルク指令値τｒとに基づいてＰＷＭ波電圧駆動と矩形波電圧駆動との切り換え判断を行う。このＰＷＭ／矩形波制御マップにおいて、領域ＡはＰＷＭ波電圧駆動を行う領域であり、領域Ｂは矩形波電圧駆動を行う領域である。

一般に、矩形波電圧による制御は、ＰＷＭ波電圧による制御に比べて電圧利用率の点で優れており、高出力が得られるが、トルク指令値τｒやモータ回転数Ｎｍが急変する過渡変化時には、ＰＷＭ波電圧による制御に比べて応答が悪い。そのため、トルク指令値τｒとモータ回転数Ｎｍが小さい領域Ａでは、モータ出力は最高出力よりも低い状態で運転されるので、高出力を得るための矩形波電圧駆動よりも応答性がよいＰＷＭ波電圧駆動の方が適している。逆に、トルク指令値τｒとモータ回転数Ｎｍが大きい領域Ｂでは、モータ出力は最高出力に近い状態で運転されるので、応答性がよいＰＷＭ波電圧駆動よりも高出力を得るための矩形波電圧駆動の方が適している。

また、モータ回転数Ｎｍが所定の回転数閾値Ｎ１を上回っている状態では、矩形波電圧駆動を行うものと判断する。ここで、回転数閾値Ｎ１は、ＰＷＭ波電圧駆動の限界値として設定する。この限界値は、例えば、４ＷＤコントローラ８の演算処理能力によって設定される。この場合、回転数閾値Ｎ１は、４ＷＤコントローラ８の演算処理能力によって設定される。

このようにステップＳ１で、トルク指令値τｒとモータ回転数ＮｍとがＰＷＭ波電圧駆動を行う領域Ａ内にあるか否かを判定し、領域Ａ内にある場合はステップＳ２に移行し、領域Ｂ内にある場合は後述するステップＳ６に移行する。
ステップＳ２では、発電機７の電圧指令値Ｖ*を指令値Ｖ２から指令値Ｖ１（＞Ｖ２）に変更する。ここで、指令値Ｖ１はＰＷＭ波電圧駆動でトルクを発生するために必要な電圧値であり、指令値Ｖ２は矩形波電圧駆動でトルクを発生するために必要な電圧値である。矩形波電圧駆動はデューティー比が高く、同じトルクを発生させるために必要な電圧はＰＷＭ波電圧駆動よりも低いため、Ｖ１＞Ｖ２となる。

次にステップＳ３では、発電電圧Ｖが所定の電圧閾値Ｖｒｅｆ１以下であるか否かを判定し、Ｖ＞Ｖｒｅｆ１であるときにはステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、ＰＷＭ波電圧駆動に切り換えてからタイマ割込み処理を終了する。
一方、前記ステップＳ３の判定結果がＶ≦Ｖｒｅｆ１であるときには、ステップＳ５に移行して、矩形波電圧駆動を維持してからタイマ割込み処理を終了する。
また、ステップＳ６では、発電機７への電圧指令値Ｖ*をＰＷＭ波電圧駆動での指令値Ｖ１から矩形波電圧駆動での指令値Ｖ２に変更し、ステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、発電電圧Ｖが所定の電圧閾値Ｖｒｅｆ２以下であるか否かを判定し、Ｖ≦Ｖｒｅｆ２であるときにはステップＳ８に移行し、矩形波電圧駆動に切り換えてからタイマ割込み処理を終了する。ここで、電圧閾値Ｖｒｅｆ２は、矩形波電圧駆動での指令値Ｖ２に所定値α（例えば、５Ｖ程度）を加算した値とする。つまり、電圧閾値Ｖｒｅｆ２は、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り換えても実トルクが変化しない発電機７の発電電圧に所定値（例えば、５Ｖ）を加算したものである。

また、前記ステップＳ７の判定結果がＶ＞Ｖｒｅｆ２であるときには、ステップＳ９に移行して、モータの回転数Ｎｍが回転数閾値Ｎ１を上回っているか否かを判定する。
ステップＳ９の判定結果がＮｍ＞Ｎ１であるときには前記ステップＳ８に移行し、Ｎｍ≦Ｎ１であるときにはステップＳ１０に移行する。
ステップＳ１０では、ＰＷＭ波電圧駆動を維持してからタイマ割込み処理を終了する。
この図３の処理において、ステップＳ１の処理が切換判断手段に対応し、ステップＳ６の処理が電圧低下手段に対応し、ステップＳ７及びＳ８の処理が矩形波切換手段に対応し、ステップＳ９の処理が強制切換手段に対応している。

次に、上記第１の実施形態の動作を、図５に示すタイムチャートをもとに説明する。
この図５において、（ａ）は発電機７の電圧指令値Ｖ*、（ｂ）は発電機７の発電電力Ｖ（発電機出力Ｖ）、（ｃ）は実トルクＴ１を示している。
今、トルク指令値τｒ及びモータ回転数Ｎｍが低い状態であり、図４に示すＰＷＭ／矩形波制御マップにおける領域Ａの範囲内にあるものとする。この場合には、モータ４にＰＷＭ波電圧を印加して駆動するＰＷＭ波電圧駆動によって、応答性の良い制御が行われる。このとき、電圧指令値Ｖ*＝Ｖ１である。

この状態から、モータ回転数Ｎｍが増加して、時刻ｔ１で図４に示すＰＷＭ／矩形波制御マップにおける領域Ｂの範囲内に移行したものとする。この場合には、図３の制御切換処理において、ステップＳ１からステップＳ６に移行して、発電機７の電圧指令値Ｖ*を指令値Ｖ１から指令値Ｖ２へ下げる。このとき、発電電圧Ｖは電圧閾値Ｖｒｅｆ２を上回っているため、ステップＳ７の判定によりステップＳ９に移行する。モータ回転数Ｎｍが回転数閾値Ｎ１以下であるとすると、ステップＳ９からステップＳ１０に移行して、ＰＷＭ波電圧駆動を継続する。

ところで、発電機７の界磁コイル７ｆを流れる界磁電流は、発電機７の巻線インダクタンスにより、時定数を持って緩やかに低下する特性をもっているため、図５（ａ）に示すように時刻ｔ１で電圧指令値Ｖ*を指令値Ｖ１から指令値Ｖ２へ下げても、発電機の発電電圧Ｖｈは、電圧指令値Ｖ*に追従して急激に減少することはなく、図５（ｂ）に示すように緩やかに減少していく。また、このとき発電Ｖが減少しても、図５（ｃ）に示すように実トルクＴ１は変化しない。
その後、時刻ｔ２で発電電圧Ｖが電圧閾値Ｖｒｅｆ２以下となると、ステップＳ７の判定によりステップＳ８に移行して、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り換わる。

図６は、電圧指令値Ｖ*を指令値Ｖ１から指令値Ｖ２へ下げるのと同時にＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り換えた場合の各信号の状態を示している。
この図からも明らかなように、時刻ｔ０で電圧指令値Ｖ*の低下と矩形波電圧駆動への切り換えとを同時に行うと、この時点では発電電圧Ｖは高いままとなっており、矩形波電圧駆動に切り換わることでデューティー比が急に高くなるため、実トルクＴ１が急増してショックが発生するという問題がある。

これに対して本実施形態では、発電電圧Ｖが電圧閾値Ｖｒｅｆ２以下となった時点で矩形波電圧駆動へ切り換えるので、図５（ｃ）に示すようにデューティー比が高くなっても実トルクＴ１の急増を抑制でき、トルク増加によるショックを低減することができる。
一方、時刻ｔ１で電圧指令値Ｖ*を低下させた後、発電モータ電圧Ｖが電圧閾値Ｖｒｅｆ２を上回っている状態で、モータ回転数Ｎｍが回転数閾値Ｎ１を上回った場合には、ステップＳ９の判定によりステップＳ８に移行して、強制的に矩形波電圧駆動に切り換わる。

このように、上記第１の実施形態では、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えると判断されたとき、発電機７の発電電圧Ｖを低下し、電圧値が所定値以下となったときに矩形波電圧駆動へ切り換えるので、切り換え時におけるトルク増加によるショックを低減することができる。
また、モータ回転数が所定値を上回ったと判断したときには、強制的に矩形波電圧駆動へ切り換えるので、モータ回転数が高いことによるＰＷＭ波電圧駆動の誤動作を防止することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えると判断されたとき、ＰＷＭ波制御部１０５において、デューティー比を矩形波電圧駆動のデューティー比まで段階的に大きくしてから矩形波電圧駆動に切り換えるようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態においては、制御切換部１０３で実行される制御切換処理を図７に示すように、先ずステップＳ２１で図４に示すＰＷＭ／矩形波制御マップを参照し、モータ４の回転数Ｎｍとトルク指令値τｒとに基づいてＰＷＭ波電圧駆動と矩形波電圧駆動との切り換え判断を行う。

そして、トルク指令値τｒとモータ回転数ＮｍとがＰＷＭ波電圧駆動を行う領域Ａ内にあるか否かを判定し、領域Ａ内にある場合にはステップＳ２２に移行し、領域Ｂ内にある場合は後述するステップＳ２９に移行する。
ステップＳ２２では、発電電圧Ｖが第２指令値Ｖ”より小さいか否かを判定し、Ｖ＜Ｖ”であるときにはステップＳ２３に移行して、発電機７の電圧指令値Ｖ*を、指令値Ｖ２からデューティー比を１段階下げたときの第２指令値Ｖ”（＞Ｖ２）に変更してからステップＳ２４に移行し、ＰＷＭ波電圧駆動に切り換えてタイマ割込み処理を終了する。

また、前記ステップＳ２２の判定結果がＶ≧Ｖ”であるときには、ステップＳ２５に移行し、発電電圧Ｖが第１指令値Ｖ’より小さいか否かを判定する。Ｖ”≦Ｖ＜Ｖ’であるときには、ステップＳ２６に移行して、発電機７の電圧指令値Ｖ*を、第２指令値Ｖ”からデューティー比を１段階下げたときの第１指令値Ｖ’（＞Ｖ”）に変更してから前記ステップＳ２４に移行する。

また、前記ステップＳ２５の判定結果が“Ｎｏ”であるときには、ステップＳ２７に移行して、発電電圧Ｖが第１指令値Ｖ’以上であるか否かを判定する。そして、Ｖ≧Ｖ’であるときにはステップＳ２８に移行して、発電機７の電圧指令値Ｖ*を、第１指令値Ｖ’からデューティー比を１段階下げたときの指令値Ｖ１（＞Ｖ’）に変更する。また、前記ステップＳ２７の判定結果がＶ＜Ｖ’であるときには、そのまま前記ステップＳ２４に移行する。
ステップＳ２９では、モータの回転数Ｎｍが回転数閾値Ｎ（＝Ｎ１）を上回っているか否かを判定し、Ｎｍ＞ＮであるときにはステップＳ３０に移行して、矩形波電圧駆動に切り換えてからタイマ割込み処理を終了する。

一方、前記ステップＳ２９の判定結果がＮｍ≦Ｎであるときには、ステップＳ３１に移行して、発電電圧Ｖが第１指令値Ｖ’より大きいか否かを判定し、Ｖ＞Ｖ’であるときにはステップＳ３２に移行して、デューティー比をＶ’用のデューティー比に上げて、ステップＳ３３に移行する。ステップＳ３３では、発電機７の電圧指令値Ｖ*を、指令値Ｖ１からデューティー比を１段階上げたときの第１指令値Ｖ’に変更してからステップＳ３４に移行する。ステップＳ３４では、ＰＷＭ波電圧駆動を維持してからタイマ割込み処理を終了する。

なお、本実施形態では、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えるとき、ＰＷＭ波電圧駆動のデューティー比から矩形波電圧駆動のデューティー比まで３段階で徐々に上げ、デューティー比が矩形波電圧駆動のデューティー比となり、発電電圧ＶがＶ２となった時点で矩形波電圧駆動へ切り換えるようにする。
前記ステップＳ３１の判定結果がＶ≦Ｖ’であるときには、ステップＳ３５に移行して、発電電圧Ｖが第２指令値Ｖ”より大きいか否かを判定する。Ｖ”＜Ｖ≦Ｖ’であるときにはステップＳ３６に移行して、デューティー比をＶ”用のデューティー比に上げて、ステップＳ３７に移行する。ステップＳ３７では、発電機７の電圧指令値Ｖ*を、第１指令値Ｖ’からデューティー比を１段階上げたときの第２指令値Ｖ”に変更してから前記ステップＳ３４に移行する。

また、前記ステップＳ３５の判定結果が“Ｎｏ”であるときには、ステップＳ３８に移行して、発電電圧Ｖが第２指令値Ｖ”以下であるか否かを判定する。そして、Ｖ≦Ｖ”であるときにはステップＳ３９に移行して、Ｖ”用デューティー比を矩形波電圧駆動と同じデューティー比に上げて、ステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０では、発電機７の電圧指令値Ｖ*を、第２指令値Ｖ”からデューティー比を１段階上げたとき、つまり矩形波電圧駆動と同じ指令値Ｖ２に変更し、前記ステップＳ３４に移行する。一方、Ｖ＞Ｖ”であるときには、そのまま前記ステップＳ３０に移行して矩形波制御に切り替える。
この図７の処理において、ステップＳ２９の処理が強制切換手段に対応し、ステップＳ３２、Ｓ３６、Ｓ３９の処理がデューティー比変更手段に対応している。つまり、図３においては、制御切替部１０３が強制切換手段に対応し、ＰＷＭ波制御部１０５がデューティー比変更手段に対応している。

次に、第２の実施形態の動作を、図８に示すタイムチャートをもとに説明する。
この図８において、（ａ）は発電機７の電圧指令値Ｖ*、（ｂ）は発電機７の出力電圧Ｖ、（ｃ）は実トルクＴ１を示している。
今、トルク指令値τｒ及びモータ回転数Ｎｍが低い状態であり、図４に示すＰＷＭ／矩形波制御マップにおける領域Ａの範囲内にあるものとする。この場合には、モータ４にＰＷＭ波電圧を印加して駆動するＰＷＭ波電圧駆動によって、応答性の良い制御が行われる。このとき、電圧指令値Ｖ*＝Ｖ１である。

この状態から、モータ回転数Ｍｍが増加するなどして、時刻ｔ１で図４に示すＰＷＭ／矩形波制御マップにおける領域Ｂの範囲内に移行したものとする。モータ回転数Ｎｍが回転数閾値Ｎ１以下であるとすると、図７の制御切換処理において、ステップＳ２９からステップＳ３１を経てステップＳ３２に移行して、デューティー比をＶ’用のデューティー比に上げて、ステップＳ３３に移行する。ステップＳ３３では、発電機７の電圧指令値Ｖ*を、指令値Ｖ１からデューティー比を１段階上げたときの第１指令値Ｖ’へ下げ、ＰＷＭ波電圧駆動を継続する。このとき、デューティー比が１段階上がるので実トルクＴ１は跳ね上がるが、図６（ｃ）に示す実トルクＴ１の跳ね上がりより小さくなる。

その後、発電機７の電圧の低下に伴って発電電圧Ｖが低下していき、時刻ｔ２でＶ＝Ｖ’となると、ステップＳ３５の判定によりステップＳ３６に移行して、デューティー比をＶ”用のデューティー比に上げて、ステップＳ３７に移行する。ステップＳ３７では、発電機７の電圧指令値Ｖ*を、第１指令値Ｖ’からデューティー比を１段階上げたときの第２指令値Ｖ”へ下げ、ＰＷＭ波電圧駆動を継続する。

このようにしてデューティー比を１段階ずつ上げていき、時刻ｔ４で発電モータ電圧Ｖが指令値Ｖ２に達すると、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り換える。このとき、デューティー比は矩形波電圧駆動のデューティー比となっているので、実トルクＴ１の跳ね上がりは発生しない。
このように、上記第２の実施形態では、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えるとき、発電電圧を低下させながらデューティー比を徐々に大きくするので、デューティー比を切り換える際のモータ電圧の跳ね上がりを比較的小さく抑えることができ、矩形波電圧駆動への切り換え時におけるトルク増加によるショックを低減することができる。

なお、上記第２の実施形態においては、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り換える際、デューティー比を３段階で大きくする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、何段階に設定してもよく、さらには、デューティー比を滑らかに大きくするようにしてもよい。デューティー比の切り換えのタイミングが細かいほどトルク変動は小さくすることができる。

また、上記第２の実施形態においては、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り換える際、発電電圧が矩形波電圧駆動での指令値に達した時点で矩形波電圧駆動に切り換える場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前述した第１の実施形態のように、発電電圧が所定の電圧閾値に達した時点で矩形波電圧駆動に切り換えるようにしてもよい。

さらに、上記第２の実施形態においては、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動に切り換える際、デューティー比を上げるタイミングに合わせて発電機への電圧指令値を下げる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、発電機への電圧指令値は図８の時刻ｔ１で指令値Ｖ１から指令値Ｖ２に下げ、発電電圧Ｖをモニタしてデューティー比を段階的に上げるようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えると判断されたとき、ＰＷＭ波制御部１０５において、発電機７の発電電圧ＶがＶｒｅｆ２となる時間ｔ２を推定し、タイマ１１３において、時間ｔ２になったことをもって、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えるものである。発電機７の発電電圧ＶがＶｒｅｆ２となる時間ｔ２は、発電機７の発電電圧と電圧指令値との偏差、および、発電機７の界磁コイル７ｆの時定数から推定することができる。

図９は、制御切換部１０３で実行する制御切換処理を示すフローチャートである。この制御切換処理は所定時間毎のタイマ割込み処理により実行され、先ずステップＳ１０１で、図４に示すＰＷＭ／矩形波制御マップを参照し、モータ４の回転数Ｎｍとトルク指令値τｒとに基づいてＰＷＭ波電圧駆動と矩形波電圧駆動との切り換え判断を行う。このＰＷＭ／矩形波制御マップにおいて、領域ＡはＰＷＭ波電圧駆動を行う領域であり、領域Ｂは矩形波電圧駆動を行う領域である。
そして、トルク指令値τｒとモータ回転数ＮｍとがＰＷＭ波電圧駆動を行う領域Ａ内にあるか否かを判定し、領域Ａ内にある場合はステップＳ１０２に移行し、領域Ｂ内にある場合は後述するステップＳ１０６に移行する。

ステップＳ１０２では、発電機７の電圧指令値Ｖ*を指令値Ｖ２から指令値Ｖ１（＞Ｖ２）に変更する。次にステップＳ１０３では、モータ制御回路８ａに設けられたタイマ１１３の時間ｔが時間ｔ２以上であるか否かを判定し、ｔ≧ｔ２であるときにはステップＳ１０４に移行する。ここで、時間ｔ２は、発電機７の発電電圧Ｖと電圧閾値Ｖｒｅｆ１との偏差、および、発電機７の界磁コイル７ｆの時定数から演算されたものである。ステップＳ１０４では、ＰＷＭ波電圧駆動に切り換えてからタイマ割込み処理を終了する。

一方、前記ステップＳ１０３の判定結果がｔ＜ｔ２であるときには、ステップＳ５に移行して、矩形波電圧駆動を維持してからタイマ割込み処理を終了する。
また、ステップＳ１０６では、発電機７への電圧指令値をＰＷＭ波電圧駆動での指令値Ｖ１から矩形波電圧駆動での指令値Ｖ２に変更し、ステップＳ１０７に移行する。
ステップＳ１０７では、時間ｔが所定時間ｔ２以上であるか否かを判定し、ｔ≧ｔ２であるときにはステップＳ１０８に移行し、矩形波電圧駆動に切り換えてからタイマ割込み処理を終了する。ここで、時間ｔ２は、発電機７の発電電圧Ｖと電圧閾値Ｖｒｅｆ２との偏差、および、発電機７の界磁コイル７ｆの時定数から演算されたものである。

また、前記ステップＳ１０７の判定結果がｔ＜ｔ２であるときには、ステップＳ１０９に移行して、モータの回転数Ｎｍが回転数閾値Ｎ１を上回っているか否かを判定する。ステップＳ１０９の判定結果がＮｍ＞Ｎ１であるときには前記ステップＳ１０８に移行し、Ｎｍ≦Ｎ１であるときにはステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１０では、ＰＷＭ波電圧駆動を維持してからタイマ割込み処理を終了する。

この図９の処理において、ステップＳ１０１の処理が切換判断手段に対応し、ステップＳ１０６の処理が電圧低下手段に対応し、ステップＳ１０７が電圧低下検出手段に対応し、Ｓ１０８の処理が矩形波切換手段に対応し、ステップＳ１０９の処理が強制切換手段に対応している。上記第３の実施形態の動作は、第１の実施形態と同様である。
上記第１〜第３の実施形態は、主駆動輪を駆動する内燃機関、つまりエンジンで駆動される発電機から電力が供給される場合について説明したが、本発明はこれに限らず、エンジンで駆動輪を駆動しない車両にも適用することもできる。

本発明の実施形態を示す概略構成図である。 モータ制御回路のブロック図である。 第１の実施形態における制御切換処理を示すフローチャートである。 ＰＷＭ／矩形波制御マップである。 第１の実施形態の動作を説明するタイムチャートである。 本発明の比較例の動作を説明するタイムチャートである。 第２の実施形態における制御切換処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態の動作を説明するタイムチャートである。 第３の実施形態における制御切換処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ 前輪
２ エンジン
３Ｌ、３Ｒ 後輪
４ モータ
６ ベルト
７ 発電機
８ ４ＷＤコントローラ
９ インバータ
１０ ジャンクションボックス
１１ 減速機
１２ クラッチ
２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ 車輪速センサ
１０１ 電流指令演算部
１０２ 電圧指令演算部
１０３ 制御切換部
１０４ ｄｑ／３相変換部
１０５ ＰＷＭ波制御部
１０６ 矩形波制御部
１０７ モータ速度検出部
１０８ モータ界磁電流制御部

Claims (3)

1. 内燃機関で駆動される発電機と、当該発電機の電力が電力変換手段を介して供給されて駆動輪を駆動する交流モータを備え、前記電力変換手段は、前記供給された電力から矩形波電圧を生成して前記交流モータに印加する矩形波電圧駆動手段と、前記供給された電力からＰＷＭ波電圧を生成して前記交流モータに印加するＰＷＭ波電圧駆動手段と、前記矩形波駆動手段による矩形波電圧駆動と前記ＰＷＭ波駆動手段によるＰＷＭ波電圧駆動とを切り換える切換制御手段とを備えるモータ制御装置であって、
   前記切換制御手段は、
   前記交流モータの回転数とトルク指令値とに基づいて、矩形波電圧駆動とＰＷＭ波電圧駆動との切り換えを判断する切換判断手段と、
   前記切換判断手段でＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えると判断されたとき、前記発電機の発電電圧を低下させる電圧低下手段と、
   前記切換判断手段でＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えると判断され、且つ前記発電機の発電電圧が所定の電圧閾値以下であると判断されたとき、ＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換える矩形波切換手段と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記切換制御手段は、前記切換判断手段でＰＷＭ波電圧駆動から矩形波電圧駆動へ切り換えると判断されたとき、ＰＷＭ波電圧駆動のデューティー比を徐々に大きくするデューティー比変更手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記切換制御手段は、前記交流モータの回転数が所定の回転数閾値を超えていると判断されたとき、矩形波電圧駆動へ切り換える強制切換手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

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