JP2010011647A

JP2010011647A - 電動車両のモータ制御装置

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Publication number: JP2010011647A
Application number: JP2008168561A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 好壱木村; Hiroaki Akimoto; 浩明秋本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP4659857B2

Abstract

【課題】電動車両のモータロック時にスイッチング素子を確実に保護するとともに、一定の駆動トルクを発生させる。
【解決手段】ロック状態判定部７２により、ロック状態と判定されたとき、連続通電状態となった特定のスイッチング素子５４に流れるロック時電流を、連続通電初期時には、瞬時許容電流閾値を上回らない一定電流値に制限し、該一定電流値が連続許容電流閾値を上回ろうとする時点以降では、前記一定電流値の制限を解除して電流値の増減を繰り返させ、電流値を増減させているときの電流上側ピーク値が瞬時許容電流閾値以下であって連続許容電流閾値以上となるように制御し、かつ電流値を増減させているときの平均電流値が連続許容電流閾値を上回らないように制御する。
【選択図】図３

Description

この発明は、複数のスイッチング素子をブリッジ構成に接続したインバータ回路により駆動されるモータを動力源とする電動車両のモータ制御装置に関し、特に、モータがロック状態になったときの前記スイッチング素子の駆動制御を的確に行う電動車両のモータ制御装置に関する。

近時、モータを動力源とする電動車両（電動車イスを含む。）は、高齢者や身体障害者向けの電動車椅子や、ゴルフ場等における電動カートとして開発及び実用化がなされている。このような電動車両では、制御装置が、アクセル操作量に基づいて設定した速度指令による速度となるようにモータを駆動する制御がなされている。

この種の電動車両による登坂時においては、走行抵抗が大きいため、登坂途中に段差や障害物等があった場合にはアクセル操作量を最大にしてもモータがロック状態に陥ることがある。

モータがロック状態になると、モータに電流を供給しているインバータ回路のスイッチング素子中、特定のスイッチング素子のみに大電流が連続的に流れることになる。

このようなモータのロック状態が長く続くと、大電流が供給され続けている特定のスイッチング素子の温度が上昇して、当該素子の最高許容温度を上回り、前記特定のスイッチング素子が熱により破壊される。そこで、スイッチング素子の熱破壊を防止するために、モータのロック状態を検出したとき、前記スイッチング素子を保護する各種技術が提案されている。

特許文献１は、モータのロック状態を検出したときに、トランジスタのジャンクション温度が、設定された上限温度に達するまでの時間を計算してタイマにセットし、タイマによる計時が終了したときに電流指令値を制限する技術を開示している。

特許文献２は、モータ回転数が６０［ｒｐｍ］以下である場合にモータがロック状態にあるとみなし、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号のキャリア周波数を通常の１０［ｋＨｚ］から１．２５［ｋＨｚ］に切り替えることでスイッチング損失を低減し、スイッチング素子を保護する技術を開示している。

特許文献３は、ドライバ加速要求時に、モータがほぼ回転しないようなロック状態と判定したとき、複数のスイッチング素子の間で電流供給対象素子を強制的に切り替える（転流する）技術を開示している。

特開平９−５６１８２号公報特開平９−７０１９５号公報特開２００５−１８５０００号公報

しかしながら、上記特許文献１に係る技術では、トランジスタ素子のジャンクション温度を検出するための高精度な温度検出性能を有する温度センサ及びその検出制御装置を必要とし、高コストである。

また、上記特許文献２に係る技術によれば、キャリア周波数を切り替えるための複数の発振器が必要となり、同様に高コストである。

さらに、特許文献３に係る技術によれば、モータ位相とは無関係に転流を行うために駆動制御が複雑となり、安定にモータを駆動することができなくなるという懸念がある。

ところで、上述した特許文献１、２に開示された技術によれば、電流を制限してスイッチング素子を保護することは可能であるが、駆動トルクが小さくなるためにロック状態から脱出することが困難である。

また、上述した特許文献３に開示された技術によれば、モータ位相とは無関係に強制的に転流を行うために、ロック状態を脱出するのに必要なステータ（モータコイル）へ電流を供給するスイッチング素子への平均的な電流値が少なくなることから、そのモータコイルによるロータへのトルクの付与が小さくなり、ロック状態を脱出するための十分な駆動トルクを得ることができない状態が発生する。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、電動車両のモータがロック状態となったときに、スイッチング素子を保護し、かつ十分な駆動トルクを確保することを可能とする電動車両のモータ制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電動車両のモータ制御装置は、以下の特徴（１）〜（５）を備える。

（１）直流電力を複数のスイッチング素子により交流電力に変換して車輪駆動用のモータに供給するインバータ回路と、アクセル操作量に応じた前記モータの回転速度指令と実回転速度との偏差からトルク指令値を演算し、前記実回転速度と前記トルク指令値に基づく駆動指令値を前記スイッチング素子に供給して前記モータを駆動する制御装置と、前記インバータ回路の電源線に流れる電流を検出する電流検出器と、を備え、前記各スイッチング素子は、瞬時許容電流閾値と、連続通電時間に応じて前記瞬時許容電流閾値から低下する連続許容電流閾値と、が設定されているものであり、前記制御装置は、前記アクセル操作量と前記モータの前記実回転速度とに基づき前記モータがロック状態にあるか否かを判定するロック状態判定部と、前記ロック状態判定部により、ロック状態と判定されたとき、連続通電状態となった特定のスイッチング素子に流れるロック時電流を、連続通電初期時には、前記瞬時許容電流閾値を上回らない一定電流値に制限し、該一定電流値が前記連続許容電流閾値を上回ろうとする時点以降では、前記一定電流値の制限を解除して電流値の増減を繰り返させ、電流値を増減させているときの電流上側ピーク値が前記瞬時許容電流閾値以下であって前記連続許容電流閾値以上となるように制御し、かつ電流値を増減させているときの平均電流値が前記連続許容電流閾値を上回らないように制御するロック時駆動指令部と、を有することを特徴とする。

この特徴（１）を有する発明によれば、ロック状態と判定されたとき、連続通電状態となった特定のスイッチング素子に流れるロック時電流を、連続通電初期時には、前記瞬時許容電流閾値を上回らない一定電流値に制限し、該一定電流値が前記連続許容電流閾値を上回ろうとする時点以降では、前記一定電流値の制限を解除して電流値の増減を繰り返させ、電流値を増減させているときの電流上側ピーク値が前記瞬時許容電流閾値以下であって前記連続許容電流閾値以上となるように制御し、かつ電流値を増減させているときの平均電流値が前記連続許容電流閾値を上回らないように制御するので、ロック時に大きな電流が流れている特定のスイッチング素子を過電流から保護できるとともに、ロック状態においても間欠的に大きな駆動トルクを発生することができる。

このように制御することにより、電動車両が坂道等でロック状態になったとしても、その坂道等で後退することがない。

（２）上記特徴（１）を有する発明において、前記ロック時駆動指令部は、前記ロック状態判定部により、ロック状態と判定されたとき、連続通電状態となった前記特定のスイッチング素子に流れるロック時電流を、連続通電初期時には、前記瞬時許容電流閾値より低い第１許容電流閾値を上回らない一定電流値に制限し、該一定電流値が前記連続許容電流閾値を上回ろうとする時点以降では、前記一定電流値の制限を解除して電流値の増減を繰り返させ、電流値を増減させているときの電流上側ピーク値が前記第１許容電流閾値以下であって前記連続許容電流閾値以上となるように制御し、かつ電流値を増減させているときの平均電流値が前記連続許容電流閾値を上回らないように制御することを特徴とする。

この特徴（２）を有する発明によれば、特徴（１）を有する発明に比較して、ロック時に間欠的に発生する大きな駆動トルクの値は若干少なくなるが、スイッチング素子を過電流からより余裕をもって保護することができる。

（３）上記特徴（１）又は（２）を有する発明において、前記ロック時駆動指令部は、前記電流値を増減させる場合に、前記電流値を増加させるときには、前記特定のスイッチング素子の駆動デューティを上げて増加させ、前記電流値を減少させるときには、前記特定のスイッチング素子を遮断して減少させることで、前記瞬時許容電流閾値又は前記瞬時許容電流閾値より小さい一定電流値を上回らないように制限する制御を簡単な構成で行うことができる。

（４）上記特徴（３）を有する発明において、前記ロック時駆動指令部は、前記ロック時の前記特定のスイッチング素子の前記平均電流値が、前記連続許容電流閾値を下回るように、前記電流値を減少させるときの前記特定のスイッチング素子の遮断時間を徐々に長くする構成とすることで、簡単な構成で、電流値を増減させているときの平均電流値が前記連続許容電流閾値を上回らない制御を、一層確実に行うことができる。

（５）上記特徴（１）〜（４）のいずれかを有する発明において、前記インバータ回路の温度を検出する温度検出器をさらに備え、前記通電時間に応じて前記瞬時許容電流閾値から低下する前記連続許容電流閾値の設定を、検出した前記インバータ回路の温度に応じて可変するように制御することで、スイッチング素子自体の温度ではなくインバータ回路の温度を検出するので簡易な構成で精度よくスイッチング素子を保護することができる。

この発明に係る電動車両のモータ制御装置によれば、電動車両のモータがロック状態となったとき、スイッチング素子を保護し、かつ十分な駆動トルクを発生することができる。

以下、この発明に係る電動車両のモータ制御装置について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１３を参照しながら説明する。

図１は、この実施の形態に係る電動車両のモータ制御装置１０を搭載した４輪の電動車両１２の斜視構成を示している。

電動車両１２は、高齢者や身体障害者向けの電動車椅子として用いられるものであり、基本的には、前輪１４と、後輪１６と、前輪１４の向きを変えるステアリング１８と、後輪１６を駆動するモータ２０と、ステアリング１８の中央部に設けられた操作部２２とを有する。電動車両１２では、搭乗者は足をステップ台２４に置いてシート２６に着座した状態で、操作部２２の操作によりモータ２０を回転させて走行し、ステアリング１８を操舵することによって前輪１４の向きを変えてコーナ走行をすることができる。

シート２６下部のボックス２８内に配置される、この実施形態に係る電動車両のモータ制御装置１０は、制御装置（制御装置本体）１１と、モータ２０と、このモータ２０を駆動するドライバとしてのインバータ回路３０とから構成されている。

制御装置１１は、操作部２２に接続されており、操作部２２から得られる信号に基づいてモータ２０の回転速度指令Ｖｍｃｏｍを求め、インバータ回路３０を介してモータ２０の回転制御を行う。モータ２０は、ＤＣブラシレスモータであり、無段階速度制御が可能である。制動は、回生制動、逆転制動、電磁ブレーキ制動及び手動による摩擦制動の組合わせにより行われる。駆動方式は後輪直接駆動方式である。

電動車両１２のボックス２８の内部には、さらに、図示しないバッテリが、この実施の形態では鉛バッテリが搭載されており、各機器に電力を供給する。

図２に示すように、操作部２２は、中央に設けられたコンソール３１と、左のステアリング１８に設けられた手動ブレーキレバー３２と、コンソール３１の左右側面から突出した２本の走行レバーであるアクセル３６とを有する。

アクセル３６は、コンソール３１の内部でギア等により連動するように構成されており、アクセル３６を操作することにより走行が可能である。

コンソール３１は、走行のための各種スイッチ類がまとめて配置されており、速度設定ノブである速度設定器４６と、走行速度等を表示するモニタ４８等とを有する。速度設定器４６は、ポテンショメータと一体的に回転されるノブであって、時計方向に回転させるに従って走行の最高制限速度Ｖｍａｘが高くなるように設定可能である。最高制限速度Ｖｍａｘは、前進時には、例えば１〜６ｋｍ／ｈ、後進時には、１〜２ｋｍ／ｈに無段階に設定される。

アクセル３６は、レバーを手前に引く操作の操作量｛以下、アクセル操作量（いわゆるアクセル開度）という。｝θに応じて、速度設定器４６で設定される最高制限速度Ｖｍａｘの範囲内で速度が速くなるように設定される。アクセル３６は、手を離すと図示しない弾性体の復帰力により原位置に戻って、ブレーキがかかり、速度が低下し、停止することができる。

アクセル操作量θは、アクセルセンサ４０により検出され、電動車両のモータ制御装置１０に供給される。

図３は、この実施形態に係る電動車両のモータ制御装置１０の回路構成を示すブロック図である。

電動車両のモータ制御装置１０は、上述のバッテリ５２を含み、このバッテリ５２の直流電力を、インバータ回路３０を構成するＵＶＷ３相のブリッジ接続されたスイッチング素子５４（５４ａ〜５４ｆ）により交流電力に変換して車輪駆動用のモータ２０に供給する。スイッチング素子５４としては、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが採用される。

バッテリ５２とインバータ回路３０との間の電源線５３に、バッテリ５２からインバータ回路３０に流れるモータ電流Ｉｍを検出する電流検出器６２が挿入されている。

インバータ回路３０を駆動する制御装置１１は、マイクロコンピュータ６０を有する。マイクロコンピュータ６０は、計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、計時手段としてのタイマ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出して実行することで各種機能実現部として機能する。

この実施形態において、マイクロコンピュータ６０は、ロック時ではない通常走行時にＰＷＭ（パルス幅変調）回路５８に駆動指令Ｄｃｏｍを供給する基本駆動指令部７０と、速度検出器５６により検出されるモータ２０の実回転速度Ｖｍ等によりロック状態を判定するロック状態判定部７２と、ロック状態と判定されたときにロック制御を行うための駆動指令Ｄｃｏｍを供給するロック時駆動指令部７４等として機能する。

基本駆動指令部７０は、速度設定器４６の最高制限速度Ｖｍａｘの設定に基づきアクセルセンサ４０からのアクセル操作量θに応じたモータ２０の回転速度指令Ｖｍｃｏｍを算出し、この回転速度指令Ｖｍｃｏｍと速度検出器５６により検出される実回転速度Ｖｍとの偏差からトルク指令値Ｔｒｃｏｍを演算し、実回転速度Ｖｍとトルク指令値Ｔｒｃｏｍに基づく駆動指令ＤｃｏｍをＰＷＭ回路５８を介してインバータ回路３０のスイッチング素子５４に供給する。

ＰＷＭ回路５８は、駆動指令Ｄｃｏｍに応じたデューティを有する駆動信号を各スイッチング素子５４に供給する。駆動信号に応じてスイッチング素子５４は順次切り替えられモータ２０のステータ（界磁コイル）を通じて回転磁界を発生し、ロータを回転させる。ロータの回転力が減速機（不図示）を通じて後輪１６に伝達されることで電動車両１２が走行する。

ロック状態判定部７２は、駆動指令Ｄｃｏｍ出力中に、実回転速度Ｖｍが、所定回転速度（停止とみなす回転速度）Ｖｍｓ以下、例えばＶｍｓ＝５０［ｒｐｍ］以下であって、かつその停止とみなす所定回転速度Ｖｍｓ以下の状態が所定時間Ｔｓｔｏｐ以上、例えばＴｓｔｏｐ＝３［ｓ］以上継続した場合に、電動車両１２が車輪１４、１６により走行していないモータ２０がロック状態にあると判定する。

モータ２０がロック状態であると判定したときに、ＰＷＭ回路５８への制御が基本駆動指令部７０による制御から、ロック時駆動指令部７４と電流制限器６４とによる制御に切り替わる。

ロック時駆動指令部７４と電流制限器６４は、電動車両１２のモータ２０がロック状態となったときに、スイッチング素子５４を保護し、かつ十分な駆動トルクを発生（確保）するように作動する。

ロック時駆動指令部７４は、モータ２０がロック状態であると認識したときに、ロック状態でモータ２０に電流を供給している特定のスイッチング素子５４に対してロック時の駆動指令Ｄｃｏｍを出力する。

電流制限器６４は、スイッチング素子５４に流れる電流を、瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ（スイッチング素子５４に流れる電流が瞬時でもこの値を上回ると素子破壊等を起こす可能性が高い最大許容電流値）又はこの瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈに余裕分を見た、この瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈよりも小さい第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１を上回らない値となるように制限する。

電流制限器６４は、比較器を利用したハードウエア回路により構成しているので、ＰＷＭ回路５８を通じて、ロック状態でモータ２０に電流を供給している特定のスイッチング素子５４に流れる電流を瞬時に（高速に）遮断できる。

電流制限器６４は、特定のスイッチング素子５４に流れる電流を直ちに遮断するための素子停止信号ＳｌｓをＰＷＭ回路５８に供給する。この素子停止信号Ｓｌｓを出力している期間に電流制限作動状態信号Ｓｌａがロック時駆動指令部７４に供給される。ロック時駆動指令部７４は、後述する所定条件下で電流制限器６４に対して電流制限解除信号Ｓｌｒを供給する。

インバータ回路３０は、放熱が考慮された放熱器（放熱板）にスイッチング素子５４が取り付けられたパッケージ構成（ユニット構成）とされ、そのパッケージ温度Ｔｐを測定する温度検出器３３が一体的に設けられている。パッケージ温度Ｔｐとスイッチング素子５４の素子温度（実際には、ジャンクション温度）とは所定の関数関係にあり、予め、その関係が測定されてマイクロコンピュータ６０のＲＯＭに前記関数関係がマップ等として格納され、パッケージ温度Ｔｐを測定することでスイッチング素子５４の素子温度を推定できるようになっている。

したがって、インバータ回路３０のパッケージ温度Ｔｐが分かると、当該スイッチング素子５４のパッケージ温度Ｔｐ（実際には、ジャンクション温度）に依存する連続許容電流閾値Ｉｃｔｈを計算することができ、この連続許容電流閾値Ｉｃｈｔを計算するマップあるいは計算式が、マイクロコンピュータ６０のＲＯＭに閾値マップ（閾値参照表）７６等として格納される。

ＲＯＭには、前記ＣＰＵが実行する前記プログラムの他、前記ＣＰＵ（各種機能部）が参照する閾値マップ７６（閾値参照表）が格納されている。

閾値マップ７６は、図４に示すように、時間［ｓ］の経過に対する電流Ｉ［Ａ］の閾値（電流閾値）Ｉｔｈを示すテーブルであり、電流閾値Ｉｔｈとして、上述したスイッチング素子５４の瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ、第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１、及び連続許容電流閾値Ｉｃｔｈ（平均値）がそれぞれ格納されている。

連続許容電流閾値Ｉｃｔｈは、素子温度（この実施形態では、上述したように、素子温度をパッケージ温度Ｔｐに換算しパッケージ温度Ｔｐで素子温度を代替している。）が上昇することを考慮した、連続通電時間ゼロ秒の瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈからパッケージ温度Ｔｐが上昇するにともない低下する特性になっている。

許容電流は、図５に示すように、パッケージ温度Ｔｐ［℃］が高温になると指数関数的に減少し、図６に示すように、連続通電時間［ｓ］の経過に対して、ある時点から比例的に減少する。したがって、パッケージ温度Ｔｐを検出することにより、その温度検出時における連続許容電流閾値Ｉｃｔｈ（図４参照）の値を求めることができる。

電動車両１２は、例えば壁等に押し当たってモータ２０がロックした状態においても、そのロック状態において一定時間（例えば、１５秒間）トルクを確保しておく必要がある（モータ２０のステータの界磁コイルに電流を流しておく必要がある）。その一定時間を、図４に示すロック時保護時間Ｔｐｒｏという。このロック時保護時間Ｔｐｒｏの間では、スイッチング素子５４が破壊しないで、しかもできるだけ、大きな駆動トルクが確保できることが好ましい。

基本的には以上のように構成され、かつ動作するこの実施形態に係る電動車両のモータ制御装置１０の詳細動作について説明する前に、まず、この動作の意義を明確化するための比較例を説明する。

ロック状態においては、モータ２０の回転が停止するので、図７に示すように、回転が停止したときの特定のスイッチング素子５４ａ、５４ｅのみにバッテリ５２からモータ電流Ｉｍ（Ｉｍ＝Ｉｍｌｏｃｋ）が流れる。

図８に示すように、このロック状態を検出した時点ｔ０で、例えば、下アームのスイッチング素子５４ｅの駆動信号のデューティを上げてモータ電流Ｉｍ（Ｉｍ＝Ｉｍｌｏｃｋ）を増加させてモータ２０の駆動トルクを大きくする。この場合、図８に示すように、上アームのスイッチング素子５４ａの駆動信号はＯＮ状態としておくが、直列接続であるので上アームのスイッチング素子５４ａにも下アームのスイッチング素子５４ｅと同一波形のモータ電流Ｉｍ（Ｉｍ＝Ｉｍｌｏｃｋ）が流れる。

このような駆動により、図９に示すように、時点ｔ０（ｔ０＝０）のロック時から急激に大きくなり、時点ｔ１で一定電流になるロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋが流れるが、例えば、時点ｔ２に示すように、ロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋが、連続許容電流閾値Ｉｃｔｈを上回ると、スイッチング素子５４ａ、５４ｅは破壊故障に至る。したがって、比較例では、ロック時保持時間Ｔｐｒｏを満足することができなくなるので、ロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋをより小さいロック時基本デューティモータ電流ｍｌｏｃｋ´等に電流値を制限する必要があったことから、モータ２０の駆動トルクが小さくなってしまう。

そこで、この比較例の不都合をこの実施形態の以下に説明する処理により解決する。

以下、この実施形態に係る電動車両のモータ制御装置１０の動作について、図１０のフローチャートに基づいて説明する。

電動車両１２の走行中のステップＳ１において、搭乗者によるアクセル３６の操作に対応するアクセル操作量θがアクセルセンサ４０により検出されるとともに、速度設定器４６の設定による最高制限速度Ｖｍａｘが基本駆動指令部７０（図３）により検出される。

次に、ステップＳ２において、基本駆動指令部７０は、アクセル操作量θと最高制限速度Ｖｍａｘに基づきモータ２０の回転速度指令Ｖｍｃｏｍを演算する。

次いで、ステップＳ３において、基本駆動指令部７０は、演算した回転速度指令Ｖｍｃｏｍと速度検出器５６により検出されるモータ２０の実回転速度Ｖｍとの偏差（Ｖｍ−Ｖｍｃｏｍ）を演算する。

ステップＳ４において、基本駆動指令部７０は、ＰＩＤ（比例積分微分）制御により偏差（Ｖｍ−Ｖｍｃｏｍ）がゼロ値となるようなトルク指令値Ｔｒｃｏｍを演算する。

ステップＳ５において、基本駆動指令部７０は、実回転速度Ｖｍとトルク指令値Ｔｒｃｏｍとから予め作成してあるマップを参照して駆動デューティである駆動指令Ｄｃｏｍを演算し、ＰＷＭ回路５８に設定する。

ステップＳ６において、ＰＷＭ回路５８は、駆動指令Ｄｃｏｍに応じたデューティを有する駆動信号をスイッチング素子５４に出力する。

次いで、ステップＳ７において、ロック状態判定部７２は、上述したように、駆動指令Ｄｃｏｍ出力中に、実回転速度Ｖｍが、所定回転速度Ｖｍｓ以下であって、かつその停止とみなす所定回転速度Ｖｍｓが所定時間Ｔｓｔｏｐ以上継続しているかどうかによりモータ２０がロック状態になっているかどうかを判定する。

ロック状態になっていないと判定したときには、ステップＳ１に戻り、基本駆動指令部７０による制御動作（電動車両１２の走行動作）を繰り返す。

その一方、ステップＳ７の判定が成立したときには、ステップＳ８において、ロック状態判定部７２は、モータ２０がロック状態にあると判定（決定）して、ロック時駆動指令部７４に通知する。これにより、ＰＷＭ回路５８への制御が基本駆動指令部７０による制御から、ロック時駆動指令部７４と電流制限器６４とによる制御に切り替わり、ロック時駆動指令部７４は、ロック状態となった時点ｔ０において、まず、ロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋの駆動指令ＤｃｏｍをＰＷＭ回路５８に出力する（図１１時点ｔ０参照）。

このとき、ステップＳ９において、ロック時駆動指令部７４は、ロック状態と判定された時点ｔ０からロック状態の計時を開始するとともに、温度検出器３３によりインバータ回路３０のパッケージ温度Ｔｐを検出し、ステップＳ１０において、パッケージ温度Ｔｐとロック状態の経過時間（時点ｔ０からの時間）から連続許容電流閾値Ｉｃｔｈを演算する。

次いで、ステップＳ１１において、ロック時駆動指令部７４は、電流検出器６２によりロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋ（後述するステップＳ１２が成立したときには、ロック時最大デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋｍａｘ）を検出する。

次に、ステップＳ１２において、ロック時駆動指令部７４は、検出したロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋが連続許容電流閾値Ｉｃｔｈより小さい値であって、かつ電流制限器６４が未作動（素子停止信号Ｓｌｓを出力していない状態）であるかどうかを判定する。

ステップＳ１２の判定が成立したとき（図１１のタイムチャートの時点ｔ１０参照）、ステップＳ１３において、ロック時駆動指令部７４は、電流制限器６４が作動して素子停止信号Ｓｌｓを出力するまでロック時最大デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋｍａｘを流すより大きなデューティの駆動指令Ｄｃｏｍを出力する（時点ｔ１０〜ｔ１１参照）。

電流制限器６４は、図１１の時点ｔ１１（及び、その後の時点ｔ１３、ｔ１５、ｔ１７、ｔ１９、ｔ２１）に示すように、電流検出器６２で検出されるロック時最大デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋｍａｘが第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１を上回ろうとするときに素子停止信号Ｓｌｓを出力して作動するとともに、作動状態であることを示す電流制限作動状態信号Ｓｌａをロック時駆動指令部７４に通知する。

次いで、ステップＳ１４において、ロック時駆動指令部７４は、電流制限器６４が作動状態であることを示す電流制限作動状態信号Ｓｌａを受領したとき、ステップＳ１５において、ロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋとロック時最大デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋｍａｘの通電時間の積分値からロック時直流通電電流Ｉｍｌｏｃｋｄｃを演算する（図１１参照）。

次いで、ステップＳ１６において、ロック時駆動指令部７４は、ロック時直流通電電流Ｉｍｌｏｃｋｄｃが連続許容電流閾値Ｉｃｔｈを下回っているかどうかを判定する（Ｉｍｌｏｃｋｄｃ＜Ｉｃｔｈ）。

下回っている場合には、ステップＳ１７においてロック時駆動指令部７４は、電流制限器６４に対して電流制限解除信号Ｓｌｒを通知することで、電流制限器６４は、素子停止信号Ｓｌｓの出力を解除する（図１１中、時点ｔ１２及びその後の時点ｔ１４、ｔ１６、ｔ１８、ｔ２０、ｔ２２）。

そうすると、次のステップＳ１１において、ロック時最大デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋｍａｘが検出され、ステップＳ１２以降の動作を繰り返す。

図１２、図１３の実施形態の説明図に示すように、ロック状態において、図７、図８の比較例の説明図に対して、ロック状態と判定した時点ｔ０において、ロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋでモータ電流Ｉｍを増加させる点では同じであるが、時点ｔ１０以降で、連続許容電流閾値Ｉｃｔｈを下回る条件の成立下に、モータ電流Ｉｍを値の大きいロック時最大デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋｍａｘでモータ２０を駆動することができるので、図１１に示すように、ロック時におけるモータ電流Ｉｍを間欠的ではあるが第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１まで増加させることができ、ロック状態においてもモータ駆動トルクを大きな値とすることができる。図１３において、時点ｔ１１〜ｔ１２間は、電流制限器６４によりスイッチング素子５４ａ及びスイッチング素子５４ｅが遮断されている期間である（図１１も参照）。

なお、ロック時において、電流制限器６４による制限を第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１よりも大きい瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈとしてもよい。許容電流閾値｛瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ又は第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１｝は、ロック時駆動指令部７４から電流制限器６４に設定するようにしてもよい。

以上説明したように上述した実施形態に係る電動車両のモータ制御装置１０は、バッテリ５２の直流電力をＵＶＷの３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子５４により交流電力に変換して車輪駆動用のモータ２０に供給するインバータ回路３０と、アクセル操作量θに応じたモータ２０の回転速度指令Ｖｍｃｏｍと実回転速度Ｖｍとの偏差からトルク指令値Ｔｒｃｏｍを演算し、実回転速度Ｖｍとトルク指令値Ｔｒｃｏｍに基づく駆動指令ＤｃｏｍをＰＷＭ回路５８を通じてスイッチング素子５４に供給してモータ２０を駆動する制御装置１１と、インバータ回路３０の電源線５３に流れるモータ電流Ｉｍを検出する電流検出器６２とを備える。

各スイッチング素子５４は、瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈと、直流電流の連続通電時間に応じて瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈから低下する連続許容電流閾値Ｉｃｔｈと、が設定されている。

制御装置１１は、アクセル操作量θとモータ２０の実回転速度Ｖｍとに基づきモータ２０がロック状態にあるか否かを判定するロック状態判定部７２と、ロック状態判定部７２により、ロック状態と判定されたとき、前記直流電流の連続通電状態となった特定のスイッチング素子５４（５４ａ、５４ｅ）に流れるロック時電流を、連続通電初期時（図１１中、時点ｔ０〜ｔ１０）には、瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈを上回らない一定電流値であるロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋに制限し、該一定電流値であるロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋが連続許容電流閾値ｉｃｔｈを上回ろうとする時点ｔ１０以降では、前記一定電流値であるロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋの制限を解除して電流値の増減を繰り返させ、電流値を増減させているときの電流上側ピーク値（ロック時最大デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋｍａｘの上側ピーク値）が瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ以下であって連続許容電流閾値Ｉｃｔｈ以上となるように制御し、かつ電流値を増減させているときの平均電流値であるロック時直流通電電流Ｉｍｌｏｃｋｄｃが連続許容電流閾値Ｉｃｔｈを上回らないように制御するロック時駆動指令部７４と、を有する。

この実施形態によれば、ロック時に大きな電流が流れている特定のスイッチング素子５４（５４ａ、５４ｅ）を過電流から保護できるとともに、ロック状態においても間欠的に大きな駆動トルクを発生することができる。

このように制御することにより、電動車両１２が坂道等でロック状態になったとしても、その坂道等で後退することがない。

この場合、ロック時駆動指令部７４は、ロック状態判定部７２により、ロック状態と判定されたとき、連続通電状態となった特定のスイッチング素子５４（５４ａ、５４ｅ）に流れるロック時電流を、連続通電初期時（時点ｔ０〜ｔ１０）には、瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈより低い第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１を上回らない一定電流値となるロック時基本デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋに制限し、該一定電流値が連続許容電流閾値Ｉｔｃｈを上回ろうとする時点ｔ１１以降では、前記一定電流値の制限を解除して電流値の増減を繰り返させ、電流値を増減させているときのピーク値（ロック時最大デューティモータ電流Ｉｍｌｏｃｋｍａｘの上側ピーク値）が第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１以下であって連続許容電流閾値Ｉｃｔｈ以上となるように制御し、かつ電流値を増減させているときの平均電流値であるロック時直流通電電流Ｉｍｌｏｃｋｄｃが連続許容電流閾値Ｉｃｔｈを上回らないように制御することで、ロック時に間欠的に発生する大きな駆動トルクの値は瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈと第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１との差分に対応して若干少なくなるが、ロック状態にあるスイッチング素子５４（５４ａ、５４ｅ）をより確実に保護することができる。

なお、ロック時駆動指令部７４は、前記電流値を増減させるときに、前記電流値を増加させる際には、特定のスイッチング素子５４ｅ（直列接続であるので、結果として５４ａも含む。）の駆動デューティを上げて増加させ（図１３、時点ｔ１０参照）、前記電流値を減少させる際には、特定のスイッチング素子５４（５４ａと５４ｅ）を遮断して減少させることで、瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ又は瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈより小さい一定電流値としての第１許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈ１を上回らないように制限する制御を簡単な構成で行うことができる。

また、ロック時駆動指令部７４は、前記ロック時の前記特定のスイッチング素子５４（５４ａ、５４ｅ）の平均電流値であるロック時直流通電電流Ｉｍｌｏｃｋｄｃが、直流電流の連続通電時間に応じて瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈから低下する連続許容電流閾値Ｉｃｔｈを下回るように、前記電流値を減少させるときの特定のスイッチング素子５４（５４ａ、５４ｅ）の遮断時間（時点ｔ１１〜ｔ１２、時点ｔ１３〜ｔ１４、・・・）を徐々に長くする構成とすることで、簡単な構成で、電流値を増減させているときの平均電流値であるロック時直流通電電流Ｉｍｌｏｃｋｄｃが連続許容電流閾値Ｉｃｔｈを上回らない制御を、一層確実に行うことができる。

さらに、インバータ回路３０のパッケージ温度Ｔｐを検出する温度検出器３３を備え、前記通電時間に応じて瞬時許容電流閾値Ｉｉｍａｘｔｈから低下する連続許容電流閾値Ｉｃｔｈの設定を、検出したインバータ回路３０のパッケージ温度Ｔｐに応じて可変するように制御することで、スイッチング素子５４自体の温度ではなくインバータ回路３０のパッケージ温度Ｔｐを検出するようにしているので簡易な構成で精度よくスイッチング素子５４を保護することができる。

この発明に係る電動車両のモータ制御装置は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである

電動車両の斜視図である。操作部の平面図である。電動車両のモータ制御装置の回路構成を示すブロック図である。閾値マップの例示図である。パッケージ温度に対するスイッチング素子の許容電流の説明図である。連続通電時間に対する許容電流の説明図である。比較例でのロック時に特定のスイッチング素子のみにモータ電流が流れることの説明図である。比較例で、ロック状態検出時点以降で特定のスイッチング素子の駆動デューティを増加させる説明図である。比較例での電流閾値とロック時電流の説明図である。この実施形態の動作説明に供されるフローチャートである。この実施形態に係る電流閾値とロック時電流の説明図である。ロック状態におけるピーク電流増加経路の説明図である。ロック状態におけるピーク電流増加方法の説明図である。

符号の説明

１０・・・電動車両のモータ制御装置１１・・・制御装置（制御装置本体）
１２・・・電動車両２０・・・モータ
３０・・・インバータ回路５８・・・ＰＷＭ回路
６２・・・電流検出器７２・・・ロック状態判定部
７４・・・ロック時駆動指令部７６・・・閾値マップ

Claims

直流電力を複数のスイッチング素子により交流電力に変換して車輪駆動用のモータに供給するインバータ回路と、
アクセル操作量に応じた前記モータの回転速度指令と実回転速度との偏差からトルク指令値を演算し、前記実回転速度と前記トルク指令値に基づく駆動指令値を前記スイッチング素子に供給して前記モータを駆動する制御装置と、
前記インバータ回路の電源線に流れる電流を検出する電流検出器と、を備え、
前記各スイッチング素子は、瞬時許容電流閾値と、連続通電時間に応じて前記瞬時許容電流閾値から低下する連続許容電流閾値と、が設定されているものであり、
前記制御装置は、
前記アクセル操作量と前記モータの前記実回転速度とに基づき前記モータがロック状態にあるか否かを判定するロック状態判定部と、
前記ロック状態判定部により、ロック状態と判定されたとき、連続通電状態となった特定のスイッチング素子に流れるロック時電流を、連続通電初期時には、前記瞬時許容電流閾値を上回らない一定電流値に制限し、該一定電流値が前記連続許容電流閾値を上回ろうとする時点以降では、前記一定電流値の制限を解除して電流値の増減を繰り返させ、電流値を増減させているときの電流上側ピーク値が前記瞬時許容電流閾値以下であって前記連続許容電流閾値以上となるように制御し、かつ電流値を増減させているときの平均電流値が前記連続許容電流閾値を上回らないように制御するロック時駆動指令部と、
を有することを特徴とする電動車両のモータ制御装置。
請求項１記載の電動車両のモータ制御装置において、
前記ロック時駆動指令部は、
前記ロック状態判定部により、ロック状態と判定されたとき、連続通電状態となった前記特定のスイッチング素子に流れるロック時電流を、連続通電初期時には、前記瞬時許容電流閾値より低い第１許容電流閾値を上回らない一定電流値に制限し、該一定電流値が前記連続許容電流閾値を上回ろうとする時点以降では、前記一定電流値の制限を解除して電流値の増減を繰り返させ、電流値を増減させているときの電流上側ピーク値が前記第１許容電流閾値以下であって前記連続許容電流閾値以上となるように制御し、かつ電流値を増減させているときの平均電流値が前記連続許容電流閾値を上回らないように制御する
ことを特徴とする電動車両のモータ制御装置。
請求項１又は２記載の電動車両のモータ制御装置において、
前記ロック時駆動指令部は、
前記電流値を増減させる場合に、前記電流値を増加させるときには、前記特定のスイッチング素子の駆動デューティを上げて増加させ、前記電流値を減少させるときには、前記特定のスイッチング素子を遮断して減少させる
ことを特徴とする電動車両のモータ制御装置。
請求項３記載の電動車両のモータ制御装置において、
前記ロック時駆動指令部は、
前記ロック時の前記特定のスイッチング素子の前記平均電流値が、前記連続許容電流閾値を下回るように、前記電流値を減少させるときの前記特定のスイッチング素子の遮断時間を徐々に長くする
ことを特徴とする電動車両のモータ制御装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動車両のモータ制御装置において、
前記インバータ回路の温度を検出する温度検出器をさらに備え、
前記通電時間に応じて前記瞬時許容電流閾値から低下する前記連続許容電流閾値の設定を、検出した前記インバータ回路の温度に応じて可変する
ことを特徴とする電動車両のモータ制御装置。