JP2006238552A - 電気機器の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 車載された電気機器の駆動制限をより適正に行なう。
【解決手段】 車速Ｖに基づく放熱係数ｈを用いて推定されたモータ巻線推定温度Ｔｅｓｔと温度センサを用いて検出されたモータ温度Ｔｍｏｔとのうち高い方の温度を用いて補正係数ｋを設定し（Ｓ１６０）、モータの定格値からモータ回転数Ｎｍに対する最大トルクとして設定された初期値Ｔｍａｘ０に補正係数ｋを乗じてモータトルク制限Ｔｍａｘを設定する（Ｓ１７０）。そして、設定したモータトルク制限Ｔｍａｘを用いてモータトルク要求を制限してモータを駆動する。これにより、より適正にモータ１２の駆動制限を行なうことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電気機器の制御装置および制御方法に関し、詳しくは、車載された電気機器の制御装置および制御方法に関する。

従来、この種の電気機器の制御装置としては、実測されたモータ温度とモータ電流を用いて推定されたモータ温度とを用いてモータ出力を制限するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、モータ電流の２乗に比例する発熱量から外気温度を考慮した放熱量を減じた値をモータの熱容量で除してモータ温度を推定し、推定したモータ温度と実測したモータ温度の高い方を用いてモータ出力を制限している。
特開２００４−８２７５７号公報

しかしながら、上述の電気機器の制御装置では、推定されるモータ温度の精度が低い場合が生じる。車載されたモータなどの電気機器の放熱は、その雰囲気温度の影響を受ける。この場合、雰囲気の温度勾配は車速によって変化するため、単に外気の温度だけを用いて電気機器の温度を推定すると、推定精度が低くなってしまう。

本発明の電気機器の制御装置および制御方法は、車載された電気機器の駆動制限をより適正に行なうことを目的の一つとする。また、本発明の電気機器の制御装置および制御方法は、車載された電気機器の温度をより正確に推定することを目的の一つとする。

本発明の電気機器の制御装置および制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電気機器の制御装置は、
車載された電気機器の制御装置であって、
前記電気機器の温度である機器温度を検出する機器温度検出手段と、
外気の温度である外気温度を検出する外気温度検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記検出された外気温度と前記検出された車速と前記電気機器に要求される駆動要求とに基づいて前記電気機器の推定される推定温度を演算する推定温度演算手段と、
前記検出された機器温度と前記演算された推定温度とを用いて前記電気機器の駆動制限における制限率を設定する制限率設定手段と、
前記駆動要求を前記設定された制限率を用いて制限して該電気機器を駆動する駆動制御手段と、
を備えるものとすることもできる。

この本発明の電気機器の制御装置では、検出した外気温度と車速と電気機器に要求される駆動要求とに基づいて電気機器の推定される推定温度を演算し、該演算した推定温度と検出した電気機器の温度である機器温度とを用いて電気機器の駆動制限における制限率を設定し、電気機器に要求される駆動要求を設定した制限率を用いて制限して電気機器を駆動する。即ち、検出した電気機器の温度と推定した電気機器の温度とを用いて制限率を設定し、この設定した制限率を用いて電気機器を駆動制限するのである。検出した電気機器の温度はその発熱部の温度を正確に反映するものではないため、推定温度を用いることにより、電気機器の駆動制限をより適正に行なうことができる。しかも、車速を用いて推定温度を推定するから、車載された電気機器の温度をより適正に推定することができる。この結果、より適正に電気機器を駆動制限することができる。ここで、「電気機器」としては、走行用の動力を出力する電動機を挙げることができる。

こうした本発明の電気機器の制御装置において、前記推定温度演算手段は、前記検出された車速に対応した放熱係数を用いて推定温度を演算する手段であるものとすることもできる。この場合、前記推定温度演算手段は、前記検出された車速が大きいほど大きくなる傾向の放熱係数を用いて推定温度を演算する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正な放熱係数を用いて電気機器の温度を推定することができる。また、前記推定温度演算手段は、前記検出された車速に対応した放熱係数を学習補正する学習補正手段を備える手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正な放熱係数を用いて電気機器の温度を推定することができる。

また、本発明の電気機器の制御装置において、前記制限率設定手段は、前記検出された機器温度と前記演算された推定温度とのうち高い方の温度を用いて制限率を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電気機器をより安全側で駆動制限することができる。

本発明の電気機器の制御方法は、
車載された電気機器の制御方法であって、
前記電気機器の温度である機器温度と外気の温度である外気温度と車速とを検出し、
前記検出した外気温度と前記検出した車速と前記電気機器に要求される駆動要求とに基づいて前記電気機器の推定される推定温度を演算し、
前記検出した機器温度と前記演算した推定温度とのうち高い方の温度を用いて前記電気機器の駆動制限における制限率を設定し、
前記駆動要求を前記設定した制限率を用いて制限して該電気機器を駆動する
ことを要旨とする。

この本発明の電気機器の制御方法では、検出した外気温度と車速と電気機器に要求される駆動要求とに基づいて電気機器の推定される推定温度を演算し、この演算した推定温度と検出した電気機器の温度である機器温度とのうち高い方の温度を用いて電気機器の駆動制限における制限率を設定し、電気機器に要求される駆動要求を設定した制限率を用いて制限して電気機器を駆動する。即ち、検出した電気機器の温度と推定した電気機器の温度とを用いて制限率を設定し、この設定した制限率を用いて電気機器を駆動制限するのである。検出した電気機器の温度はその発熱部の温度を正確に反映するものではないため、推定温度を用いることにより、電気機器の駆動制限をより適正に行なうことができる。しかも、車速を用いて推定温度を推定するから、車載された電気機器の温度をより適正に推定することができる。この結果、より適正に電気機器を駆動制限することができる。さらに、検出した機器温度と演算した推定温度のうち高い方の温度を用いて制限率を設定するから、電気機器をより安全側で駆動制限することができる。ここで、「電気機器」としては、走行用の動力を出力する電動機を挙げることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのモータの制御装置２０を搭載する電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車１０は、図示するように、駆動輪１８ａ，１８ｂに連結されたモータ１２と、このモータ１２を駆動制御するためのインバータ２２と、インバータ２２を介してモータ１２と電力のやりとりを行なうバッテリ１４と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット３０と、を備える。

モータ１２は、周知のインバータ２２が備えるスイッチング素子をスイッチング制御してバッテリ１４からの直流電力を擬似的な三相交流電力に変換して印加することにより駆動する発電可能な周知の同期発電電動機として構成されている。

電子制御ユニット３０は、中央処理演算回路としてのＣＰＵ３２を中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ３２の他に、処理プログラムなどを記憶するＲＯＭ３４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ３６と、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット３０には、モータ１２に取り付けられた温度センサ２８からのモータ温度Ｔｍｏｔやモータ１２の回転軸に取り付けられた回転数センサ２６からのモータ回転数Ｎｍ，インバータ２２に取り付けられた図示しない電流センサからのモータ１２に印加する相電流，シフトレバー４１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ４２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル４３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ４４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル４５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ４６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ４７からの車速Ｖ，車両外部に取り付けられた外気温センサ４８からの外気温度Ｔｏｕｔなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット３０からは、インバータ２２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。

ここで、実施例のモータの制御装置２０としては、上述した電気自動車１０の構成のうちモータ１２，バッテリ１４，駆動輪１８ａ，１８ｂを除く部分が該当する。即ち、実施例のモータの制御装置２０は、インバータ２２，回転数センサ２６，温度センサ２８，電子制御ユニット３０，車速センサ４７，外気温センサ４８などにより構成されている。

次に、こうして構成されたモータの制御装置２０の動作、特にモータ１２から出力するトルクの上限であるモータトルク制限Ｔｍａｘを設定する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット３０により実行されるモータトルク制限設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

モータトルク制限設定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、温度センサ２８からのモータ温度Ｔｍｏｔやトルク要求Ｔｍ＊，回転数センサ２６からのモータ回転数Ｎｍ，外気温センサ４８からの外気温度Ｔｏｕｔ，車速センサ４７からの車速Ｖなどモータトルク制限Ｔｍａｘを設定するのに必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、トルク要求Ｔｍ＊は、電子制御ユニット３０により実行される図示しない駆動制御ルーチンにより、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖに基づいて設定されてＲＡＭ３６の所定領域に書き込まれたものを入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したモータ回転数Ｎｍとモータ１２の定格値とに基づいてモータトルク制限Ｔｍａｘの初期値Ｔｍａｘ０を設定する（ステップＳ１１０）。この初期値Ｔｍａｘ０の設定は、実施例では、モータ回転数Ｎｍとモータ１２の定格値からモータ１２から出力可能な最大トルクとの関係を予め初期値設定用マップとしてＲＯＭ３４に記憶しておき、モータ回転数Ｎｍが与えられると記憶したマップから対応する最大トルクを導出して初期値Ｔｍａｘ０として設定することにより行なうものとした。図３に初期値設定用マップの一例を示す。

続いて、モータ温度Ｔｍｏｔから外気温度Ｔｏｕｔを減じて温度差ΔＴを計算すると共に（ステップＳ１２０）、車速Ｖに基づいて放熱係数ｈを設定し（ステップＳ１３０）、計算した温度差ΔＴと設定した放熱係数ｈとを用いて次式（１）によりモータ巻線推定温度Ｔｅｓｔを計算する（ステップＳ１４０）。ここで、放熱係数ｈは、実施例では、車速Ｖと放熱係数ｈとの関係を実験などにより求めて予め放熱係数設定用マップとしてＲＯＭ３４に記憶しておき、車速Ｖが与えられると記憶したマップから対応する放熱係数ｈを導出して設定するものとした。図４に放熱係数設定用マップの一例を示す。この図４の例では、車速Ｖが大きくなるほど放熱係数ｈも大きくなる関係に設定されている。また、式（１）中、Ｒはモータ１２の内部抵抗であり、Ｓはモータ１２の等価放熱面積であり、Ｃｍはモータ１２の熱容量である。

Test=前回Test+ΔT・[Tm*²・R-(前回Test-Tout)・h・S]/Cm （１）

次に、推定したモータ巻線推定温度Ｔｅｓｔとモータ温度Ｔｍｏｔのうち高い方の温度を制限温度Ｔｓｅｔとして設定すると共に（ステップＳ１５０）、設定した制限温度Ｔｓｅｔに基づいて補正係数ｋを設定し（ステップＳ１６０）、設定した補正係数ｋを初期値Ｔｍａｘ０に乗じてモータトルク制限Ｔｍａｘを設定して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。ここで、補正係数ｋは、実施例では、制限温度Ｔｓｅｔと補正係数ｋとの関係を定めて補正係数設定用マップとしてＲＯＭ３４に記憶しておき、制限温度Ｔｓｅｔが与えられると記憶したマップから対応する補正係数ｋを導出して設定するものとした。図５の例では、制限温度Ｔｓｅｔがある温度を超えると補正係数ｋは値１から小さくなり、制限温度Ｔｓｅｔの上昇により急激に小さくなる。

実施例では、こうして設定したモータトルク制限Ｔｍａｘによりアクセル開度Ａｃｃや車速Ｖに基づいて設定されるトルク要求Ｔｍ＊を制限し、制限したトルク要求Ｔｍ＊のトルクが出力されるようモータ１２を駆動制御する。

以上説明した実施例のモータの制御装置２０によれば、車速Ｖに基づく放熱係数ｈを用いてモータ巻線推定温度Ｔｅｓｔを推定すると共にこの推定したモータ巻線推定温度Ｔｅｓｔとモータ温度Ｔｍｏｔとのうち高い方の温度を用いてモータトルク制限Ｔｍａｘを設定するから、より適正にモータ１２の巻線温度推定することができ、より適正にモータ１２の駆動制限を行なうことができる。

実施例のモータの制御装置２０では、車速Ｖに応じた放熱係数ｈを用いてモータ巻線推定温度Ｔｅｓｔを推定するものとしたが、これに加えて放熱係数ｈを学習するものとしてもよい。例えば、Ｐをモータ１２内の推定発熱量とし、Aをモータ１２の発熱係数とすれば、推定発熱量Ｐは次式（２）および式（３）の関係を有すると考えられる。したがって、式（２）および式（３）から式（４）を考えることができ、放熱係数ｈと温度差ΔＴとの積をトルク要求Ｔｍ＊の２乗と温度差ΔＴの時間微分値のマップで与えて演算することにより、放熱係数ｈを学習補正することができる。

P=Tm*²・A （２）
P=Cm・d(ΔT+Tout)/dt+h・ΔT （３）
h・ΔT=Tm*²・A-Cm・d(ΔT+Tout)/dt （４）

また、放熱係数ｈの学習は、この他、入熱がステップ応答に近いときに温度上昇の時定数τ＝Ｃｍ／ｈから熱容量Ｃｍを固定値として放熱係数ｈを推定することにより学習補正することができる。あるいは、入熱と温度差ΔＴのデータ列から１／ｈを適応観測器（同定器）でオンライン同定することにより、放熱係数ｈを学習補正することもできる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機の制御装置の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としてのモータの制御装置２０を搭載する電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット３０により実行されるモータトルク制限設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 初期値設定用マップの一例を示す説明図である。 放熱係数設定用マップの一例を示す説明図である。 補正係数設定用マップの一例を示す説明図である。

符号の説明

１０ 電気自動車、１２ モータ、１４ バッテリ、１８ａ，１８ｂ 駆動輪、２０ モータの制御装置、２２ インバータ、２６ 回転数センサ、２８ 温度センサ、３０ 電子制御ユニット、３２ ＣＰＵ、３４ ＲＯＭ、３６ ＲＡＭ、４１ シフトレバー、４２ シフトポジションセンサ、４３ アクセルペダル、４４ アクセルペダルポジションセンサ、４５ ブレーキペダル、４６ ブレーキペダルポジションセンサ、４７ 車速センサ、４８ 外気温センサ。

Claims (7)

1. 車載された電気機器の制御装置であって、
   前記電気機器の温度である機器温度を検出する機器温度検出手段と、
   外気の温度である外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記検出された外気温度と前記検出された車速と前記電気機器に要求される駆動要求とに基づいて前記電気機器の推定される推定温度を演算する推定温度演算手段と、
   前記検出された機器温度と前記演算された推定温度とを用いて前記電気機器の駆動制限における制限率を設定する制限率設定手段と、
   前記駆動要求を前記設定された制限率を用いて制限して該電気機器を駆動する駆動制御手段と、
   を備える電気機器の制御装置。
2. 前記推定温度演算手段は、前記検出された車速に対応した放熱係数を用いて推定温度を演算する手段である請求項１記載の電気機器の制御装置。
3. 前記推定温度演算手段は、前記検出された車速が大きいほど大きくなる傾向の放熱係数を用いて推定温度を演算する手段である請求項２記載の電気機器の制御装置。
4. 前記推定温度演算手段は、前記検出された車速に対応した放熱係数を学習補正する学習補正手段を備える手段である請求項２または３記載の電気機器の制御装置。
5. 前記制限率設定手段は、前記検出された機器温度と前記演算された推定温度とのうち高い方の温度を用いて制限率を設定する手段である請求項１ないし４いずれか記載の電気機器の制御装置。
6. 前記電気機器は、走行用の動力を出力する電動機である請求項１ないし５いずれか記載の電気機器の制御装置。
7. 車載された電気機器の制御方法であって、
   前記電気機器の温度である機器温度と外気の温度である外気温度と車速とを検出し、
   前記検出した外気温度と前記検出した車速と前記電気機器に要求される駆動要求とに基づいて前記電気機器の推定される推定温度を演算し、
   前記検出した機器温度と前記演算した推定温度とのうち高い方の温度を用いて前記電気機器の駆動制限における制限率を設定し、
   前記駆動要求を前記設定した制限率を用いて制限して該電気機器を駆動する
   電気機器の制御方法。
   

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