JP2010011546A - 車両駆動用モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特定相コインに対応して１つの温度センサを設けた三相交流モータにおいてモータロック状態になったときに特定相以外の他相コイルの熱的損傷および焼損を確実に防止する。
【解決手段】車両駆動用モータの制御装置は、モータＭＧ２に交流電圧を印加するインバータ４６と、モータＭＧ２の各相コイルの電流を検出する電流センサ８４と、モータＭＧ２の回転数を検出する回転角センサ３７と、Ｗ相コイルの温度を検出する温度センサ７２と、ユーザ要求トルクに応じてインバータ４６等から出力される交流電圧を制御するモータＥＣＵ６０とを備える。モータＥＣＵ６０は、モータロック状態であると判定されたとき、モータトルクを一旦低下させて復帰させる第１トルク低減制御を所定回実行し、なおモータロック状態が解消されない場合にはモータトルクを第１トルク低減制御よりも低い所定トルクまで低下させる第２トルク低減制御を実行する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両駆動用モータの制御装置に係り、特に、モータロック状態になったときにモータ出力トルクを低減させる制御を実行する車両駆動用モータの制御装置に関する。

従来、車輪を駆動する動力源としてエンジンとモータとを併せ持つハイブリッド車が知られている。このハイブリッド車では、一般に三相交流モータが使用されており、車輪駆動力であるトルクをモータ出力させる場合、バッテリから供給される直流電圧をインバータで交流電圧に変換してモータへ印加される。

上記ハイブリッド車において、例えば車輪が路上の窪みや側溝に嵌り込んで回転できない状態に陥ったとき、車輪とモータとは車軸およびギヤ列等を介して連結されているため、ユーザである運転者がアクセルを踏み込んでもモータのロータも回転できない状態になる。このような状態が「モータロック状態」と称される。

モータロック状態になって、なおユーザ操作による大きなトルク要求があるとき、三相交流モータのステータに配置されているＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルのうち特定相のコイルに高電流が一相集中して流れる可能性がある。このような状態が継続すると、上記特定相のコイルやこれに対応するインバータ内のスイッチング素子が過熱により焼損するおそれがある。

このようにモータコイル等が焼損する事態を回避するために、モータロック状態が検知されるとモータへの印加電圧を低減してモータトルクを低下させる制御が実行されるのが好ましく、この場合に急激なトルク低下は運転者に大きな違和感を与えることになるため、例えば特許文献１に開示される電気自動車の過負荷防止装置ではモータトルクを略階段状に漸減させることが記載されている。

特開平１１−１２２７０３号公報

ところで、ハイブリッド車では、モータのステータに設置される温度センサ（例えば、サーミスタ等）によってモータ温度を検出し、この検出温度が所定上限値に達するとモータ出力を抑える制御を実行して、モータの熱的損傷を防止している。この場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイルに対応して３つの温度センサを設置して各相コイル温度をそれぞれ検出する構成はコスト高や制御の複雑化につながるため、特定相コイルに対応して１つの温度センサを配置し、この特定相のコイル温度から他の２つの相のコイル温度を推定して上記モータ出力制限に用いることが簡便で実際的な構成であるといえる。

しかしながら、特定相コイルだけに温度センサを設けるとした場合、上述したようなモータロック状態で特定相コイルには電流が殆ど又は全く流れていなくて他相のコイルに集中的に高電流が流れているときには、上記他相コイルの焼損を防止できない場合も想定される。

本発明の目的は、特定相コイルに対応して１つの温度センサを設けた三相交流モータにおいてモータロック状態になったときに前記特定相以外の他相コイルの熱的損傷および焼損を確実に防止できる車両駆動用モータの制御装置を提供することにある。

本発明に係る車両駆動用モータの制御装置は、直流電圧を交流電圧に変換して車輪駆動トルクを出力可能な三相交流モータに印加する電圧変換手段と、三相交流モータのステータの三相コイルに流れる交流電流を検出する電流検出手段と、三相交流モータのロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記三相コイルのうち特定相のコイルの温度を検出するコイル温度検出手段と、ユーザ要求トルクに応じて電圧変換装置から出力される交流電圧を制御する制御手段と、を備える車両駆動用モータの制御装置であって、制御手段は、ユーザ要求トルクおよび回転数に基いてモータロック状態であると判定されたとき、三相交流モータのトルクを一旦低下させて復帰させる第１トルク低減制御を実行し、この第１トルク低減制御を実行したとき前記特定相コイル以外の他相コイルに流れる交流電流の位相が電流値ゼロを含む所定範囲に滞留する又は繰り返し戻ってくる場合には、三相交流モータの出力トルクを第１トルク低減制御よりも低い所定トルクまで低下させる第２トルク低減制御を実行することを特徴とする。

本発明に係る車両駆動用モータの制御装置において、制御手段は、第１トルク低減制御の連続実行回数が所定値に達したときに第２トルク低減制御に移行してもよい。

また、本発明に係る車両駆動用モータの制御装置において、第２トルク低減制御における所定トルクは、モータロック状態での連続可能最大トルクであってもよい。ここで、「モータロック状態での連続可能最大トルク」とは、モータロック状態で三相交流モータの特定相のコイルに連続通電することが許容される最大電流（直流電流）を流したときのモータの出力トルクである。

また、本発明に係る車両駆動用モータの制御装置において、第２トルク低減制御は、ユーザ操作によるトルク要求があったとき、または、モータ回転数が閾値以上になったときに解除されるのが好ましい。この場合、第１トルク低減制御ではモータ回転数が第１閾値以上になったときにモータトルクを低下から増加に転換し、第２トルク低減制御ではモータ回転数が第１閾値よりも小さい第２閾値以上になったときに解除されてもよい。

本発明に係る車両駆動用モータの制御装置によれば、モータロック状態で第１トルク低減制御を実行しても温度検出手段を設けた特定相コイルに流れる交流電流の位相が電流値０を含む所定範囲に滞留する又は繰り返し戻ってくる場合には、車輪が固定またはロックされた状態にあることが想定されるため、そのときは第２トルク低減制御を実行してモータトルクを第１トルク低減制御よりもさらに低く低減することで、前記特定相コイル以外の他相コイルに流れる電流を安全な領域まで抑えることによって特定相コイル以外の他相コイルの熱的損傷および焼損を確実に防止できる。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、下記においては、ハイブリッド車を例に説明するが、本発明はモータのみを動力源とする電気自動車にも適用可能である。

図１は、本発明の一実施形態である車両駆動用モータの制御装置を含むハイブリッド車１０の概略構成を示す図である。図１において、動力伝達系は実線で、電力ラインは一点鎖線で、信号ラインは点線でそれぞれ示されている。ハイブリッド車１０は、走行用の動力を出力可能なエンジン１２と、２つの３相交流同期型モータジェネレータ（以下、単に「モータ」という。）ＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配統合機構１４とを備える。

エンジン１２は、ガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関である。エンジン１２は、エンジン用ＥＣＵ(Electronic Control Unit)（以下、「エンジンＥＣＵ」という。）１６と電気的に接続されており、エンジンＥＣＵ１６からの制御信号を受けて燃料噴射、点火、吸引空気量等が調節されることで作動制御されるようになっている。エンジン１２の回転数Ｎｅは、エンジン１２からの動力を出力する出力軸１３に近接して設けられた回転位置センサ１１から入力される検出値に基いてエンジンＥＣＵ１６において算出される。

動力分配統合機構１４は、中心部に配置されるサンギヤ１８と、サンギヤ１８と同心上に配置され円環内周部に内歯を有するリングギヤ２０と、サンギヤ１８とリングギヤ２０の両方に噛合する複数のプラネタリギヤ２２とを含んで構成される遊星歯車機構からなっている。複数のプラネタリギヤ２２は、キャリア２６の端部にそれぞれ回転可能に取り付けられている。

動力分配統合機構１４において、キャリア２６にはトルク衝撃緩和用のダンパ２４を介してエンジン１２の出力軸１３が連結され、サンギヤ１８にはモータＭＧ１のロータ２９に接続される回転軸３０が連結され、リングギヤ２０にはリングギヤ軸３２を介して減速機３４が連結されている。これにより、動力分配統合機構１４では、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア２６から入力されるエンジン１２からの動力がサンギヤ１８側とリングギヤ２０側とにそのギヤ比に応じて分配され、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア２６から入力されるエンジン１２の動力とサンギヤ１８から入力されるＭＧ１からの動力が統合されてリングギヤ２０からリングギヤ軸３２を介して所定減速比のギヤ列を含む減速機３４へ入力されるようになっている。

モータＭＧ２のロータ３６に接続される回転軸３８もまた減速機３４に接続されており、モータＭＧ２が電動機として機能するときにはモータＭＧ２からの動力が減速機３４へ入力されるようになっている。

リングギヤ軸３２およびＭＧ２の回転軸３８の少なくとも一方から入力される動力は、減速機３４を介して車軸４０へ伝達され、これにより車輪４２が回転駆動される。一方、回生時に車輪４２および車軸４０から減速機３４を介して回転軸３８に動力が入力されるとき、ＭＧ２は発電機として機能する。ここで、回生時は、運転者がブレーキ操作を行って車両速度を減速した場合に限らず、運転者がアクセルペダルの踏み込みを解除して車両加速を中止した場合や、車両が下り坂を重力作用によって走行している場合等を含む。

モータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ対応するインバータ４４，４６に電気的にそれぞれ接続され、各インバータ４４，４６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」という。）４８を介してバッテリ５０に電気的に接続されている。バッテリ５０は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池が好適に用いられる。

モータＭＧ１，ＭＧ２が電動機として機能するとき、バッテリ５０から平滑コンデンサ５２を介して供給される直流電圧Ｖｂをコンバータ４８で出力電圧Ｖｃに昇圧してから、平滑コンデンサ５４を介してインバータ４４，４６へ入力し（コンバータ出力電圧Ｖｃはインバータ入力電圧およびシステム電圧ＶＨに相当する。以下に同じ。）、インバータ４４，４６で交流電圧に変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に入力される。

逆に、モータＭＧ１，ＭＧ２が発電機として機能するとき、ＭＧ１，ＭＧ２から出力される交流電圧をインバータ４４，４６で直流変換した後、コンバータ４８で降圧してバッテリ５０に充電する。また、インバータ４４，４６は、コンバータ４８に接続される電力ライン５６および接地ライン５８を共通にしていることから、モータＭＧ１，ＭＧ２のうち一方のモータで発電した電力をコンバータ４８を介さずに他方のモータに供給して回転駆動させることもできる。

インバータ４４，４６は、モータ用ＥＣＵ（以下、「モータＥＣＵ」という。）６０にそれぞれ電気的に接続されており、モータＥＣＵ６０から送信される制御信号に基いて作動制御される。また、モータＭＧ１，ＭＧ２には、各ロータ２９，３６の回転角を検出する回転角センサ３１，３７が設けられている。各回転角センサ３１，３７による検出値は、モータＥＣＵ６０に入力されて各モータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を算出するために用いられる。

モータＥＣＵ６０は、後述する制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラムや制御用マップ等を格納するＲＯＭ、各種検出値を随時に読み出しおよび書換え可能に記憶するＲＡＭ等から構成されている。上記ＲＯＭに記憶されるマップには、コイル温度上限値到達時間マップが含まれる。このコイル温度上限値到達時間マップは、温度センサで検出される特定相（例えばＷ相）のコイル温度から、推定される他相（例えばＵ相、Ｖ相）のコイル温度が上限値まで上昇するのに要する時間をコイル電流値との関連で導出するために参照されるマップである。

バッテリ５０には、充電状態または残容量（ＳＯＣ）を検出するためのＳＯＣセンサ６２が設けられている。ＳＯＣセンサ６２は、バッテリ５０の充放電電流を検出する電流センサで構成されることができる。ＳＯＣセンサ６２による検出値は、バッテリ用ＥＣＵ（以下、「バッテリＥＣＵ」という。）６４に入力される。また、バッテリＥＣＵ６２には、電圧センサで検出されるバッテリ電圧Ｖｂや、図示しない温度センサによって検出されるバッテリ温度等が入力されるようになっている。バッテリＥＣＵ６４は、ＳＯＣセンサ６２により検出される充放電電流の積算値に基いてバッテリ残容量ＳＯＣが適正範囲に維持されるように監視しており、満充電状態では入力制限信号を、適正範囲下限近傍では出力制限および充電要求の信号を後述するハイブリッド用ＥＣＵへ出力する。

図２に示すように、コンバータ４８は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を介してバッテリ５０に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、モータＥＣＵ６０からのスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を受けてオン・オフ制御される。コンバータ４８は、リアクトルＬと、電力用スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」という）Ｅ１，Ｅ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２は、電力ライン５６および接地ライン５８間に直列に接続される。スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２としては、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、または電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードＤ１，Ｄ２は、各スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２に対して、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにそれぞれ並列接続されている。リアクトルＬは、一端がスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２間の接続ライン７４に接続され、他端がシステムメインリレーＳＭＲ１を介してバッテリ５０の正極に接続されている。

コンバータ４８とインバータ４６との間に配置される平滑コンデンサ５４の端子間電圧すなわちシステム電圧ＶＨは、電圧センサ５５によって検出されてモータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。

インバータ４６は、電力ライン５６および接地ライン５８との間に互いに並列に設けられる、Ｕ相アーム７８、Ｖ相アーム８０、およびＷ相アーム８２を含む。各相アーム７８〜８２は、電力ライン５６および接地ライン５８間に直列接続された２つのスイッチング素子と、各スイッチング素子に対して逆並列にそれぞれ接続された２つのダイオードとからそれぞれ構成される。詳細には、Ｕ相アーム７８はスイッチング素子Ｅ３，Ｅ４およびダイオードＤ３，Ｄ４からなり、Ｖ相アーム８０はスイッチング素子Ｅ５，Ｅ６およびダイオードＤ５，Ｄ６からなり、Ｗ相アーム８２はスイッチング素子Ｅ７，Ｅ８およびダイオードＤ７，Ｄ８からなっている。各スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８には、例えばＩＧＢＴ等を用いることができる。スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８は、モータＥＣＵ６０からのスイッチング信号Ｓ３〜Ｓ８によってオン・オフ制御される。

各相アーム７８，８０，８２の中間点は、モータＭＧ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相（以下、単に「三相」という）の各相コイルの各一端にそれぞれ接続されている。各相コイルの各他端は、モータＭＧ２内の中性点Ｎに共通接続されている。また、各相コイルに流れる電流は、電流センサ８４によってそれぞれ検出されてモータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。なお、１つの電流センサを省略し、省略された相のコイル電流は他の２相のコイル電流との総和がゼロになる関係から算出されてもよい。

モータＭＧ２のステータの外周部には、Ｗ相コイルの温度を検出するための温度センサ７２が配置されている。温度センサ７２により検出されたＷ相コイル温度Ｔｍｗは、モータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。モータＥＣＵ６０は、Ｗ相コイル温度Ｔｍｗに基いてＵ相コイル温度ＴｍｕおよびＶ相コイル温度Ｔｍｖを推定することができる。この温度推定は、モータＭＧ２の特性に応じて最適に選択される定数Ｋｕ，Ｋｖを用いて行われる。

エンジンＥＣＵ１６、モータＥＣＵ６０およびバッテリＥＣＵ６４は、ハイブリッド用ＥＣＵ（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という。）６６に電気的に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６は、エンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を統括的に作動制御すると共にバッテリ５０を管理する機能を有する。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジンＥＣＵ１６との間で、必要に応じてエンジン制御信号を送信し、必要に応じてエンジン作動状態に関するデータ（例えばエンジン回転数Ｎｅ等）を受信する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、モータＥＣＵ６０との間で、必要に応じて要求トルク指令Ｔｒ＊を送信し、必要に応じてモータ作動状態に関するデータ（例えばモータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、モータ電流等）を受信する。さらに、ハイブリッドＥＣＵ６６は、バッテリＥＣＵ６４からバッテリ残容量ＳＯＣ、バッテリ電圧、バッテリ温度、入出力制限信号等のバッテリ管理に必要なデータを受信する。

ハイブリッドＥＣＵ６６には、また、車速センサ６８およびアクセル開度センサ７０が電気的に接続されており、ハイブリッド車１０の走行速度である車速Ｓｖと、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃとがそれぞれ入力される。

上記構成からなるハイブリッド車１０では、ハイブリッドＥＣＵ６６によって次のようにエンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２が作動制御される。

例えば、ハイブリッド車１０の始動時、モータＭＧ１をいわゆるセルモータとして利用してエンジン１２を始動する。このエンジン始動時、モータＭＧ１は、バッテリ５０からコンバータ４８およびインバータ４４を介して供給される電力によって駆動される。ただし、これに続く車両発進時にモータＭＧ２から出力される動力だけで発進する場合、ここでのエンジン始動は暖機運転のためだけのものとなる。

ハイブリッド車１０が停車状態から発進するとき、通常は、バッテリ５０からコンバータ４８およびインバータ４６を介してモータＭＧ２に電力供給して駆動し、モータＭＧ２だけから動力を出力させて発進する。ただし、このときバッテリ５０の残容量ＳＯＣが低下していてバッテリＥＣＵ６４からの充電要求があるときには、エンジン１２から出力されて動力分配統合機構１４で分配された動力をモータＭＧ１の回転軸３０に入力して発電し、発電された電力をバッテリ５０に充電する。

例えば、ハイブリッド車１０が低速走行しているときや坂を下っているとき等の比較的軽負荷走行時には、低中回転領域での効率が比較的良くないエンジン１２から動力を出力させると燃費が悪化するため、エンジン１２を停止する一方で、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを監視しながらモータＭＧ２だけからの動力で走行する。このとき、バッテリ残容量ＳＯＣが低下してくると、バッテリＥＣＵ６４からの充電要求に応じてエンジン１２を適宜に間欠作動させ、エンジン動力によりモータＭＧ１で発電してバッテリ５０に充電する。

例えば、ハイブリッド車１０がほぼ一定の安定した速度で走行している通常走行時には、中高速回転領域で効率が比較的良好になるエンジン１２から動力を出力させて走行する。このとき、必要に応じて、例えばアクセルが一時的に大きく踏み込まれて急加速するとき等には、エンジン動力の分配を受けて発電状態にあるモータＭＧ１またはバッテリ５０から電力供給してモータＭＧ２からも動力を出力させ、エンジン１２の動力をアシストする。また、バッテリ残容量ＳＯＣ低下している場合には、エンジン１２の出力を上昇させてモータＭＧ１へ分配される動力を大きくし、モータＭＧ１により発電される電力の一部をバッテリ５０に充電する。

例えば、ブレーキ操作によってハイブリッド車１０が減速される回生時には、車輪４２から車軸４０および減速機３４を介して回転軸３８に動力が伝達され、モータＭＧ２が発電機として機能する。回生時にモータＭＧ２によって発電された電力は、インバータ４６で直流電圧に変換されコンバータ４８で降圧されてからバッテリ５０に充電される。

なお、上記において、インバータ４６が電圧変換手段に相当し、温度センサ７２が温度検出手段に相当し、回転角センサ３７とモータＥＣＵ６０の一部とが回転数検出手段に相当し、電流センサ８４（および必要に応じてモータＥＣＵ６０の一部）が電流検出手段に相当し、モータＥＣＵ６０が制御手段に相当する。

続いて、図３〜図５を参照して、モータＭＧ２のみから車輪駆動力を出力して走行するいわゆるＥＶ走行中にモータロック状態に陥った際のトルク制御について説明する。

上記ハイブリッド車１０において、例えば車輪４２が路上の窪みや側溝に嵌り込んで回転できない状態に陥ったとき、車輪４２とモータＭＧ２のロータ３６とは車軸４０、ギヤ列を含む減速機３４、および回転軸３８を介して連結されているため、ユーザである運転者がアクセルを踏み込んでもモータＭＧ２のロータ３６が回転できないモータロック状態になる。

このようにモータロック状態になって、なおユーザのアクセル操作による大きなトルク要求があるとき、モータＭＧ２のステータに配置されているＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルのうち特定相のコイルに高電流が一相集中で流れる可能性がある。このような状態が継続すると、上記特定相のコイルやこれに対応するインバータ４６内のスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８が過熱により焼損するおそれがある。そこで、本実施形態の車両駆動用モータの制御装置では、下記のようなトルク低減制御を実行する。

モータＥＣＵ６０は、電流センサ８４によって検出される各相コイル電流を監視している。図３は、交流モータの駆動制御方式として一般的な正弦波ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御でモータＭＧ２を駆動制御したときにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイルにそれぞれ流れる交流電流の波形を重ねて表記したものであり、横軸は電流位相を表すことができる電気角（ｄｅｇ）であり、縦軸は電流（Ａ）であって横軸位置が電流値ゼロである。モータＭＧ２が正弦波ＰＷＭ制御によって回転駆動されるとき、各相コイルには略正弦波状の交流電流がそれぞれ流れるが、各相コイル電流の位相は波形一周期を３６０ｄｅｇとしたとき１２０ｄｅｇずつずれている。

また、モータＥＣＵ６０は、三相コイルのうち温度センサ７２が設置されるＷ相コイルに流れる交流電流（以下、単に「Ｗ相電流」という、他相についても同じ。）が電流値ゼロとなる電気角位置９０を中心とする所定範囲Ｂをモータロック時の電流監視領域として予め記憶している。本実施形態における所定範囲Ｂは、Ｗ相電流がゼロの位置を中心として、Ｗ相電流とＵ相電流およびＶ相電流との各交差ポイント９２，９４によって両側が規定される領域である。ただし、この所定範囲Ｂは、モータＭＧ２に用いられる交流モータの特性等に応じて最適な範囲が適宜に設定され得るものであり、また、必ずしも温度センサに対応する特定相電流ゼロの位置を中心とする対称範囲でなくてもよい。なお、上記所定範囲Ｂは、図３においては１箇所だけ図示されているが、Ｗ相電流がゼロになるすべての位置について画定されるものである。

図４はモータＥＣＵ６０においてモータロック時に実行されるトルク低減制御の処理手順を示すフローチャートであり、図５はこのトルク低減制御によるモータトルクの変化を概略的に示す図である。

モータＥＣＵ６０は、ユーザのアクセル操作によるユーザ要求トルクＴｒ＊とモータ回転数Ｎｍ２とに基いてモータＭＧ２がモータロック状態になっているか否かを判定し、モータロック状態になっていると判定された場合であってＵ相電流およびＶ相電流の各位相が上記所定範囲Ｂ内に入っているときに図４に示すトルク低減制御を実行する。ここでの判定において、ユーザ要求トルクはアクセル開度全開でモータＭＧ２が出力可能な最大トルクＴｒｍａｘであると仮定し、かつ、モータ回転数Ｎｍ２の閾値を１００ｒｐｍと仮定してこれ未満である場合にモータロック状態であると判定することとする。

まず、温度センサ７２により検出されるＷ相コイル温度に基いて、ＲＯＭに記憶されているコイル温度上限値到達時間マップを参照することによって、他相であるＵ相コイルおよびＶ相コイルが所定の温度上限値に到達すると推定される到達時間を取得する（ステップＳ１０）。このとき、Ｕ相コイルとＶ相コイルとについてそれぞれ取得される推定到達時間が異なる場合、短い方の推定到達時間が選択される。

そして、設定された推定到達時間が経過するのを待って（ステップＳ１２）、モータトルクをユーザ要求トルクＴｒｍａｘから低下させる（ステップＳ１４）。この処理は、インバータ４６のスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８を制御してモータ入力電圧を低下させ、必要に応じてコンバータ４８のスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２を制御してシステム電圧ＶＨも低下させることで、Ｕ相電流およびＶ相電流を低減させることにより実現される。また、このモータトルクの低下によって、各相電流、特にＵ相電流およびＶ相電流も低減されることで、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルの発熱が抑えられるとともに放熱や冷媒による積極冷却等によって温度低下し、これにより温度上限値までの若干の余裕代が生じることになり、後述するモータトルク復帰の際に再度のコイル温度上限値到達時間の取得が可能になる。

上記ステップＳ１４によるモータトルクの低下は、図５において立ち下り部９６で示される。このとき、トルクを瞬時に低下させると（例えば、図５において最大トルクＴｒｍａｘから垂直下方に向けてトルク低下）、ユーザである運転者に急激なトルク抜けによる大きな違和感を与えることになるため、上記トルク低下は時間的なレートをもって実行するのが好ましい。

続いて、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上になったか否かが判定される（ステップＳ１６）。上記ステップＳ１４の処理によってモータトルクが低下していくと、それまで最大トルクＴｒｍａｘで釣り合ってモータロック状態になっていた力関係がくずれることで、車輪４２が固定されていても減速機３４のギヤ列のバックラッシュ等に相当する分だけロータ３６が若干逆回転することになる。したがって、ここでは、ロータ３６の逆回転方向への角移動が回転角センサ３７によって検出され、この検出回転角に基いて算出されるモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上になるまで（ステップＳ１６でＮＯ）、上記ステップＳ１４ｂによるモータトルクの低下を継続する。

モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上になると(ステップＳ１６でＹＥＳ)、モータトルクを低下から増加へ転換し、ユーザ要求トルクＴｒｍａｘまで復帰させる（ステップＳ１８）。ここで、モータＭＧ２の逆方向への回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上となったときのトルクポイントをＴｒ１と表記および図示することとする。

上記モータトルク増加は、図５中の立ち上がり部９８で示されており、インバータ４６からのモータ入力電圧を増大させることによって実現される。このモータトルク増加もまた、上記モータトルク低下の場合と同様の理由から、所定の時間的レートでもって増加させるのが好ましい。

そして、上記ステップＳ１４〜Ｓ１６のモータトルクを一旦低下させて復帰させる制御を１回の第１トルク低減制御としてカウンタ値Ｃ（初期値=０）をインクレメントしてカウントする（ステップＳ２０）。

続いて、モータロック状態が解消されたか否かが判定される（ステップＳ２２）。ここでは、上記ステップＳ１８の処理によりモータトルクを最大トルクＴｒｍａｘに復帰させた後、モータＭＧ２のロータ３６の正方向への回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上になったか否かで判定される。そして、モータロック状態が解消された場合には（ステップＳ２２でＹＥＳ）、そのまま処理を終了する。

一方、モータロック状態が解消されない場合（ステップＳ２２でＮＯ）、カウンタ値Ｃが所定値ｎ（例えばｎ=５）になったか否かが判定される（ステップＳ２４）。ここで、所定値ｎは、１以上の整数であって、モータ特性等に応じて最適な値が選択され得るものである。そして、カウンタ値Ｃが所定値ｎになっていなければ(ステップＳ２４でＮＯ)、上記ステップＳ１０に戻って上述した第１トルク低減制御が再び実行されることになる。このとき、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルの各推定温度が上限値以下になっていない場合、上限値到達時間がゼロに設定されて（ステップＳ１０，Ｓ１２）、トルク復帰後直ちにステップＳ１４の処理を実行することになる。

そして、モータロック状態が解消されない限り、上記第１トルク低減制御の実行回数Ｃが所定値ｎになるまで、繰り返し上記ステップＳ１０〜Ｓ２４の処理が実行される。

ここで、図３を再び参照すると、モータロック状態になったとき所定範囲Ｂ内の位相にあったＵ相電流およびＶ相電流は、上記のようにモータトルクを一旦低下させてから復帰させる第１トルク低減制御を行うことで、一旦は右方向へ位相が進むことになる。このとき、電流位相が所定範囲Ｂから右方向へ一旦出た後に再び所定範囲Ｂ内に戻ってくることもあるし、所定範囲Ｂ内で右方向へ振れてまた戻るだけの場合もある。換言すれば、上記第１トルク低減制御を実行してもＵ相電流およびＶ相電流は、所定範囲Ｂに滞留しているか、又は繰り返し戻ってくることになる。

そして、上記第１トルク低減制御が所定回数ｎだけ繰り返し実行されてもモータロック状態が解消されない場合(ステップＳ２４でＮＯ)、モータトルクを第１トルク低減制御のトルク転換ポイントＴｒ１よりもさらに低い連続可能最大トルクＴｒｃまで低下させる(ステップＳ２６)。このステップＳ２６での処理を第２トルク低減制御という。ここで、「連続可能最大トルク」とは、モータロック状態でモータＭＧ２の特定相のコイルに連続通電することが許容される最大電流（直流電流）を流したときのモータの出力トルクである。なお、第２トルク低減制御におけるトルク目標値は、連続可能最大トルクＴｒｃに限定されるものではなく、第１トルク低減制御におけるトルク低減ポイントＴｒ１よりも低い他のトルク値であってもよい。

このように、モータロック状態で第１トルク低減制御を所定回数だけ繰り返し実行しても温度センサ７２を設けたＷ相コイル以外のＵ相コイルおよびＷ相コイルに流れる交流電流の位相が電流値０を含む所定範囲Ｂに滞留する又は繰り返し戻ってくる場合には、車輪４２が固定またはロックされた状態にあることが想定される。したがって、そのときは第２トルク低減制御を実行してモータトルクを第１トルク低減制御におけるトルク低減ポイントＴｒ１よりもさらに低い連続可能最大トルクＴｒｃまで低減することで、Ｗ相コイル以外のＵ相コイルおよびＷ相コイルに流れる電流を安全な領域まで抑えることによってＵ相コイルおよびＷ相コイルの熱的損傷および焼損を確実に防止できる。

上記第２トルク低減制御によってモータトルクを連続可能最大トルクＴｒｃまで低下させた後、ユーザのアクセル操作によるトルク要求があるか否かを判定し（ステップＳ２８）、トルク要求がなければ処理を終了し(ステップＳ２８でＮＯ)、トルク要求がある場合には(ステップＳ２８でＹＥＳ)、第２トルク低減制御を解除してモータトルクをユーザ要求トルクへと増加させるとともに、カウンタ値Ｃを０にリセットして上記ステップＳ１０へ戻る。これにより、上記第１トルク低減制御および第２トルク低減制御が繰り返されることになる。

続いて、図６を参照して上記第２トルク低減制御の解除条件の変形例について説明する。上記のように図４中のステップＳ２８においてユーザ操作によるトルク要求があったときに第２トルク低減制御を解除するものとしたが、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が或る閾値以上になったときに第２トルク低減制御を解除するようにしてもよい。

図６は、第２トルク低減制御でモータトルクが連続可能最大トルクＴｒｃまで低下した状態を示す図である。このとき、上記第１トルク低減制御の場合と同様に、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上となったことを第２トルク低減制御の解除条件としてもよい。これを図６において点線１０２で示す。

しかし、万一にモータロック状態が上り坂で生じている場合を想定すると、大きくモータトルクを低下させた状態を継続する時間が長くなるほど車両の後ずさり距離が大きくなることになり、車両にとって好ましくはない。

そこで、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が、第１トルク低減制御におけるモータ回転数の第１閾値１００ｒｐｍよりも小さい第２閾値、例えば５０ｒｐｍ以上になったときに、第２トルク低減制御を解除するようにすることが望ましい。この状態が、図６において実線１０４で示される。このように第１閾値よりも小さい第２閾値を第２トルク低減制御の解除条件とすることができるのは、第２トルク低減制御では第１トルク低減制御におけるトルク低減ポイントＴｒ１よりもさらに低いトルク値である連続可能トルクまでモータトルクを低下させることで、Ｕ相電流およびＷ相電流の低下によるコイル温度の低減効果が大きく、コイル温度上限値までの余裕代を第１トルク低減制御の場合よりも大きくすることが可能になったことに基くものである。

このように、モータＭＧ２の回転数が第２閾値５０ｒｐｍ以上になったときに第２トルク低減制御を解除すれば、比較的早いタイミングでの第２トルク低減制御の解除が可能になり、その分、車両の後ずさり距離が小さくなって車両の安全性向上につながる。

本発明の一実施形態である車両駆動用モータの制御装置を適用したハイブリッド車の概略構成図である。 図１の車両駆動用モータの制御装置を構成するインバータおよびコンバータの構成を示す図である。 走行用交流モータの各相コイルに流れる交流電流の波形を重ねて示す図である。 図１の車両駆動用モータの制御装置における処理手順を示すフローチャートである。 図４の処理手順による制御にしたがってモータトルクが変化する状態を示す図である。 図４に示す第２トルク低減制御の解除条件の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１０ ハイブリッド車、１１ 回転位置センサ、１２ エンジン、１３ 出力軸、１４ 動力分配統合機構、１６ エジンＥＣＵ、１８ サンギヤ、２０ リングギヤ、２２ プラネタリギヤ、２４ ダンパ、２６ キャリア、２９ ロータ、３０ 回転軸、３１，３７ 回転角センサ、３２ リングギヤ軸、３４ 減速機、３６ ロータ、３８ 回転軸、４０ 車軸、４２ 車輪、４４，４６ インバータ、４８ コンバータ、５０ バッテリ、５２，５４ 平滑コンデンサ、５５ 電圧センサ、５６ 電力ライン、５８ 接地ライン、６０ モータＥＣＵ、６２ ＳＯＣセンサ、６４ バッテリＥＣＵ、６６ ハイブリッドＥＣＵ、６８ 車速センサ、７０ アクセル開度センサ、７２ 温度センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ 三相交流モータ。

Claims (5)

1. 直流電圧を交流電圧に変換して車輪駆動トルクを出力可能な三相交流モータに印加する電圧変換手段と、三相交流モータのステータの三相コイルに流れる交流電流を検出する電流検出手段と、三相交流モータのロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記三相コイルのうち特定相のコイルの温度を検出するコイル温度検出手段と、ユーザ要求トルクに応じて電圧変換装置から出力される交流電圧を制御する制御手段と、を備える車両駆動用モータの制御装置であって、
   制御手段は、ユーザ要求トルクおよび回転数に基いてモータロック状態であると判定されたとき、三相交流モータのトルクを一旦低下させて復帰させる第１トルク低減制御を実行し、この第１トルク低減制御を実行したとき前記特定相コイル以外の他相コイルに流れる交流電流の位相が電流値ゼロを含む所定範囲に滞留する又は繰り返し戻ってくる場合には、三相交流モータの出力トルクを第１トルク低減制御よりも低い所定トルクまで低下させる第２トルク低減制御を実行することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
2. 請求項１に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
   制御手段は、第１トルク低減制御の連続実行回数が所定値に達したときに第２トルク低減制御に移行することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
3. 請求項１または２に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
   第２トルク低減制御における所定トルクは、モータロック状態での連続可能最大トルクであることを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
   第２トルク低減制御は、ユーザ操作によるトルク要求があったとき、または、モータ回転数が閾値以上になったときに解除されることを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
5. 請求項４に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
   第１トルク低減制御ではモータ回転数が第１閾値以上になったときにモータトルクを低下から増加に転換し、第２トルク低減制御ではモータ回転数が第１閾値よりも小さい第２閾値以上になったときに解除されることを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。

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