JP2013074643A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のモータが同一の駆動軸にトルクを付加する電動車両において、必要なトータルトルクに対して、それぞれのモータのトルク分担を少ない計算負荷で適切に決定することが可能な技術を提供する。
【解決手段】本明細書は、同一の駆動軸にトルクを付加する２以上のモータを備える電動車両の制御装置を開示する。それぞれのモータは、制御方式が切替え可能である。その制御装置は、必要なトータルトルクから、それぞれのモータのトルク分担を計算する際に、それぞれのモータの制御方式の組み合わせに応じて、トルク分担の計算に用いるトルクマップを選択し、必要なトータルトルクと、選択されたトルクマップを用いて、それぞれのモータのトルク分担を計算する。
【選択図】図６

Description

本明細書は、電動車両の制御装置に関する。

複数のモータが同一の駆動軸にトルクを付加するタイプの電動車両が知られている。この種の電動車両では、制御装置が、必要なトータルトルクに対して、それぞれのモータでのトルク分担を適切に決定する必要がある。

特許文献１に開示された電動車両の制御装置は、必要なトータルトルクに対して、トルク分担の全ての組み合わせ毎に、各モータの効率マップを用いてトータル効率を計算し、最も高いトータル効率を実現する組み合わせを選択することで、それぞれのモータのトルク分担を決定している。

特開平７−１３１９９４号公報

必要なトータルトルクに対するトルク分担の組み合わせは多数存在しており、全ての組み合わせについてトータル効率を計算していくと、演算負荷が高くなり、演算時間が長時間となってしまう。その結果、電力消費の増大を招いてしまう。また、演算時間が長時間となってしまうことで、運転者の操作に対する応答が遅くなり、ドライバビリティを損なうおそれがある。

本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、複数のモータが同一の駆動軸にトルクを付加する電動車両において、必要なトータルトルクに対して、それぞれのモータのトルク分担を少ない計算負荷で適切に決定することが可能な技術を提供する。

本明細書は、同一の駆動軸にトルクを付加する２以上のモータを備える電動車両の制御装置を開示する。それぞれのモータは、制御方式が切替え可能である。その制御装置は、必要なトータルトルクから、それぞれのモータのトルク分担を計算する際に、それぞれのモータの制御方式の組み合わせに応じて、トルク分担の計算に用いるトルクマップを選択し、必要なトータルトルクと、選択されたトルクマップを用いて、それぞれのモータのトルク分担を計算する。

多くの電動車両では、モータが動作可能な回転速度領域を拡張するために、モータのトルク分担や回転速度に応じて、制御方式を切替えている。例えば、低速低トルク領域では、正弦波ＰＷＭ制御が用いられ、高速高トルク領域では、矩形波制御が用いられる。上記の制御装置では、各モータの制御方式の組み合わせに着目して、その組み合わせに適したトルクマップを使用して、それぞれのモータのトルク分担を計算する。このような構成とすることで、少ない計算負荷で、それぞれのモータのトルク分担を適切に決定することができる。

上記の制御装置では、それぞれのモータに、温度を検出する温度センサが設けられており、一方のモータの温度が上限温度を超える場合に、当該一方のモータのトルク分担を下げ、他方のモータのトルク分担を上げることが好ましい。

上記の制御装置では、一方のモータの温度が過剰に上昇した場合に、当該一方のトルク分担を下げて、他方のモータのトルク分担を下げている。これにより、電動車両の必要なトータルトルクを確保しながら、それぞれのモータの温度が過剰に上昇してしまうことを防ぐことができる。モータを高温から保護するためのトルク制限を行う必要がないので、車速が低下してしまう事態を防ぐことができる。

本明細書が開示する技術によれば、複数のモータが同一の駆動軸にトルクを付加する電動車両において、必要なトータルトルクに対して、それぞれのモータのトルク分担を少ない計算負荷で適切に決定することができる。

電動車両１０の構成を模式的に示す図である。 トランスアクスル１６の動力伝達系統を示す図である。 第１モータ２０および第２モータ２２のトルク−回転速度特性を示す図である。 第１モータ２０および第２モータ２２のトルク分担を決定する処理を示すフローチャートである。 第１モータ２０および第２モータ２２の制御モードを示す図である。 第１トルクマップ５０、第２トルクマップ５２および第３トルクマップ５４を示す図である。 第１モータ２０および第２モータ２２のトルク分担を修正する処理を示すフローチャートである。

図１は、本実施例の電動車両１０の構成を示している。電動車両１０は、バッテリ１２と、電力管理装置１４と、トランスアクスル１６と、駆動輪１８ａ，１８ｂを備えている。

バッテリ１２から電力管理装置１４には、直流電力が供給される。この直流電力は電力管理装置１４で交流電力に変換されて、トランスアクスル１６に内蔵された第１モータ２０および第２モータ２２に供給される。第１モータ２０および第２モータ２２は、永久磁石式の三相交流モータである。電力管理装置１４は、第１モータ２０に三相交流電力を供給する第１インバータ２４と、第２モータ２２に三相交流電力を供給する第２インバータ２６と、制御装置２８を備えている。第１インバータ２４と第２インバータ２６は、半導体スイッチのオン／オフ動作により、第１モータ２０および第２モータ２２に印加する電圧波形を生成する。第１インバータ２４と第２インバータ２６のスイッチング動作は、制御装置２８により制御される。すなわち、制御装置２８は、第１インバータ２４と第２インバータのスイッチング動作を通して、第１モータ２０と第２モータ２２の駆動を制御する。第１モータ２０および第２モータ２２には、それぞれ第１温度センサ６０および第２温度センサ６２が設けられている。第１温度センサ６０と第２温度センサ６２の検出値は制御装置２８へ送信される。

図２は、トランスアクスル１６の動力伝達系統の構成を示している。トランスアクスル１６は、第１モータ２０と、第２モータ２２と、遊星歯車機構３０と、減速機構３２と、差動機構３４を備えている。

遊星歯車機構３０のサンギア軸３０ａは、第１モータ２０の回転軸２０ａに連結している。遊星歯車機構３０のリングギア軸３０ｂは、第２モータ２２の回転軸２２ａに連結している。遊星歯車機構３０のプラネタリキャリア軸３０ｃは、回転しないように固定されている。従って、第１モータ２０の回転速度と第２モータ２２の回転速度の比率は、常に一定に保たれる。第２モータ２２の回転軸２０ａは減速機構３２の入力軸３２ａに連結している。減速機構３２の入力軸３２ａには、第１モータ２０が付加するトルクと、第２モータ２２が付加するトルクが重畳して入力される。また、減速機構３２の出力軸３２ｂは差動機構３４の駆動軸３４ａに連結しており、減速機構３２に入力されたトルクは、差動機構３４を介して駆動輪１８ａ，１８ｂに伝達し、駆動輪１８ａ，１８ｂを回転させる。

図３は、第１モータ２０および第２モータ２２のトルク−回転速度特性を示している。図３では、横軸に個々のモータの回転速度ではなく、電動車両１０の車速を用いて、第１モータ２０および第２モータ２２のトルク−回転速度特性を示している。図３に示すように、第２モータ２２は第１モータ２０に比べて、より高トルクの出力が可能である。第１モータ２０と第２モータ２２は、それぞれのトルク分担に応じたトルクを出力する。

第１モータ２０では、動作可能な回転速度領域を拡張するために、車速およびトルク分担に応じて制御方式が切替えられる。低速低トルク領域４０では、第１モータ２０は、正弦波ＰＷＭ制御により駆動される。正弦波ＰＷＭ制御では、第１インバータ２４から第１モータ２０に実質的に正弦波電圧が印加されるように、第１インバータ２４の動作が制御される。正弦波ＰＷＭ制御を行うことで、高い効率で第１モータ２０を駆動することができる。これに対して、高速高トルク領域４２では、第１モータ２０は矩形波制御により駆動される。矩形波制御では、第１インバータ２４から第１モータ２０に矩形波電圧が印加されるように、第１インバータ２４の動作が制御される。高速高トルク領域４２では、第１モータ２０の逆起電力が高く、正弦波ＰＷＭ制御では第１モータ２０を安定して制御することが困難となるが、矩形波制御を行うことで第１モータ２０を安定して制御することができる。これにより、第１モータ２０の動作可能な回転速度領域が拡張されている。

第２モータ２２も、第１モータ２０と同様に、動作可能な回転速度領域を拡張するために、車速およびトルク分担に応じて制御方式が切替えられる。低速低トルク領域４４では、第２モータ２２は、正弦波ＰＷＭ制御により駆動される。高速高トルク領域４６では、第２モータ２２は、矩形波制御により駆動される。

以下では図４を参照しながら、制御装置２８が第１モータ２０および第２モータ２２のトルク分担を決定する処理について説明する。

ステップＳ２では、制御装置２８は、電動車両１０のアクセル開度から電動車両１０の必要なトータルトルクを算出する。

ステップＳ４では、制御装置２８は、電動車両１０の車速センサから電動車両１０の車速を取得する。

ステップＳ６では、制御装置２８は、第１モータ２０および第２モータ２２のそれぞれの現在の制御方式から、第１モータ２０および第２モータ２２の制御モードを特定する。図５に示すように、第１モータ２０と第２モータ２２の双方とも、正弦波ＰＷＭ制御で駆動している場合には、制御装置２８は現在のモードを第１モードと特定する。第１モータ２０が正弦波ＰＷＭ制御で駆動しており、第２モータ２２が矩形波制御で駆動している場合には、制御装置２８は現在のモードを第２モードと特定する。第１モータ２０と第２モータ２２の双方とも、矩形波制御で駆動している場合には、制御装置２８は現在のモードを第３モードと特定する。

ステップＳ８では、制御装置２８は、第１モータ２０のトルク分担の計算に用いるトルクマップを取得する。図６に示すように、制御装置２８は、第１モータ２０および第２モータ２２の制御モードが第１モードの場合に使用する第１トルクマップ５０と、第２モードの場合に使用する第２トルクマップ５２と、第３モードの場合に使用する第３トルクマップ５４を、予め記憶している。

第１モード（第１モータ２０、第２モータ２２の双方とも正弦波ＰＷＭ制御）で使用する第１トルクマップ５０においては、必要なトータルトルクが低い場合に第１モータ２０のトルク分担を０にして、必要なトータルトルクの全てを第２モータ２２に分担させる。また、必要なトータルトルクが高く、第２モータ２２のみでは必要なトルクを出力できない場合は、第１モータ２０にもトルク分担をさせて、第１モータ２０と第２モータ２２の双方で必要なトータルトルクを分担する。このようなトルク分担とすることで、第１モータ２０および第２モータ２２のトータル効率を高めることができる。

第３モード（第１モータ２０、第２モータ２２の双方とも矩形波制御）で使用する第３トルクマップ５４においては、必要なトータルトルクが低い場合でも第１モータ２０にトルク分担をさせて、第１モータ２０と第２モータ２２の双方で必要なトータルトルクを分担する。このようなトルク分担とすることで、第１モータ２０および第２モータ２２のトータル効率を高めることができる。

第２モード（第１モータ２０は正弦波ＰＷＭ制御、第２モータ２２は矩形波制御）で使用する第２トルクマップ５２においては、第１トルクマップ５０と第３トルクマップ５４の中間的なトルク分担を実現する。このようなトルク分担とすることで、第１モータ２０および第２モータ２２のトータル効率を高めることができる。

ステップＳ１０では、ステップＳ２で算出した必要なトータルトルクと、ステップＳ８で取得したトルクマップを使用して、第１モータ２０のトルク分担を計算する。

ステップＳ１２では、ステップＳ２で算出した必要なトータルトルクから、ステップＳ１０で算出した第１モータ２０のトルク分担を減算することで、第２モータ２２のトルク分担を計算する。

本実施例によれば、第１モータ２０および第２モータ２２の制御モードを特定し、その制御モードに応じたトルクマップを選択し、そのトルクマップを使用して第１モータ２０と第２モータ２２のトルク分担を計算する。これにより、少ない計算負荷で第１モータ２０と第２モータ２２のトルク分担を算出することができる。このようにトルク分担を計算することにより、少ない計算負荷でありながら、各制御モードの特性に合わせたトルク分担を算出することができ、トータル効率の高いトルク分担を算出することができる。短い演算時間でトルク分担を算出することができるので、電動車両１０の電力消費を抑制することができる。また、短い演算時間でトルク分担を算出することができるので、運転者の操作に対する応答性に優れており、ドライバビリティを損なうことがない。

なお、上記の実施例では、第１トルクマップ５０、第２トルクマップ５２および第３トルクマップ５４が、必要なトータルトルクに対して第１モータ２０のトルク分担を関連付けたものとして規定されているが、第１トルクマップ５０、第２トルクマップ５２および第３トルクマップ５４は、必要なトータルトルクと車速の組み合わせに対して第１モータ２０のトルク分担を関連付けたものとして規定されていてもよい。

また、上記の実施例では、第１モータ２０および第２モータ２２の制御方式が、車速および自己のトルク分担に応じて切替えられる場合について説明したが、第１モータ２０および第２モータ２２の制御方式は、車速および必要なトータルトルクに応じて切替えられる構成としてもよい。この場合は、ステップＳ６において、第１モータ２０および第２モータ２２の現在の制御方式から制御モードを特定するのではなく、車速および必要なトータルトルクから第１モータ２０および第２モータ２２のそれぞれの制御方式を決定し、制御モードを特定する。

電動車両１０が連続して坂道を登る場合や、低速から高速まで加速する場合には、第１モータ２０や第２モータ２２には高い負荷がかかり、モータの温度が上昇しやすい。何れか一方のモータの温度が過剰に上昇してしまうと、そのモータを保護するためにトルク制限をする必要が生じ、運転者の意に沿わない車速の低下を招いてしまう。そこで、本実施例の電動車両１０では、第１モータ２０および第２モータ２２の検出温度に応じて、制御装置２８がトルク分担の修正処理を行う。

以下では図７を参照しながら、制御装置２８が第１モータ２０および第２モータ２２のトルク分担を修正する処理について説明する。

ステップＳ２０は、第１温度センサ６０から、第１モータ２０の温度を取得する。

ステップＳ２２では、第１モータ２０の温度が上限温度を超えるか否かを判断する。第１モータ２０の温度が上限温度を超える場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ２４へ移行する。第１モータ２０の温度が上限温度を超えない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ２８へ移行する。

ステップＳ２４では、第１モータ温度推定ロジックを使用して、所定時間経過後に第１モータ２０の温度を安全温度まで低減させるような、第１モータ２０のトルク分担を新たに算出する。第１モータ温度推定ロジックは、第１モータ２０のトルクと、第１モータ２０の現在の温度から、所定時間経過後の第１モータ２０の温度を推定するロジックである。第１モータ温度推定ロジックは、制御装置２８に予め記憶されている。

ステップＳ２６では、それまでの第１モータ２０のトルク分担と、ステップＳ２４で新たに算出された第１モータ２０のトルク分担の差を算出して、その差を第２モータ２２のトルク分担に加算する。

ステップＳ２８は、第２温度センサ６２から、第２モータ２２の温度を取得する。

ステップＳ３０では、第２モータ２２の温度が上限温度を超えるか否かを判断する。第２モータ２２の温度が上限温度を超える場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ３２へ移行する。第２モータ２２の温度が上限温度を超えない場合（ＮＯの場合）、ステップＳ２０へ戻る。

ステップＳ３２では、第２モータ温度推定ロジックを使用して、所定時間経過後に第２モータ２２の温度を安全温度まで低減させるような、第２モータ２２のトルク分担を新たに算出する。第２モータ温度推定ロジックは、第２モータ２２のトルクと、第２モータ２２の現在の温度から、所定時間経過後の第２モータ２２の温度を推定するロジックである。第２モータ温度推定ロジックは、制御装置２８に予め記憶されている。

ステップＳ３４では、それまでの第２モータ２２のトルク分担と、ステップＳ３２で新たに算出した第２モータ２２のトルク分担の差を算出して、その差を第１モータ２０のトルク分担に加算する。ステップＳ３４の後、処理はステップＳ２０へ戻る。

本実施例の電動車両１０によれば、第１モータ２０と第２モータ２２の温度を監視し、一方のモータの温度が過剰に上昇した場合には、当該一方のモータのトルク分担を下げて、他方のモータのトルク分担を上げる。このような構成とすることにより、電動車両１０の必要なトータルトルクを確保しながら、第１モータ２０および第２モータ２２の温度が過剰に上昇してしまうことを防ぐことができる。モータを高温から保護するためのトルク制限を行う必要がないので、車速が低下してしまう事態を防ぐことができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ 電動車両
１２ バッテリ
１４ 電力管理装置
１６ トランスアクスル
１８ａ，１８ｂ 駆動輪
２０ 第１モータ
２０ａ 回転軸
２２ 第２モータ
２２ａ 回転軸
２４ 第１インバータ
２６ 第２インバータ
２８ 制御装置
３０ 遊星歯車機構
３０ａ サンギア軸
３０ｂ リングギア軸
３０ｃ プラネタリキャリア軸
３２ 減速機構
３２ａ 入力軸
３２ｂ 出力軸
３４ 差動機構
３４ａ 駆動軸
４０ 低速低トルク領域
４２ 高速高トルク領域
４４ 低速低トルク領域
４６ 高速高トルク領域
５０ 第１トルクマップ
５２ 第２トルクマップ
５４ 第３トルクマップ
６０ 第１温度センサ
６２ 第２温度センサ

Claims (2)

1. 同一の駆動軸にトルクを付加する２以上のモータを備える電動車両の制御装置であって、
   それぞれのモータは、制御方式が切替え可能であり、
   必要なトータルトルクから、それぞれのモータのトルク分担を計算する際に、
   それぞれのモータの制御方式の組み合わせに応じて、トルク分担の計算に用いるトルクマップを選択し、
   必要なトータルトルクと、選択されたトルクマップを用いて、それぞれのモータのトルク分担を計算することを特徴とする制御装置。
2. それぞれのモータに、温度を検出する温度センサが設けられており、
   一方のモータの温度が上限温度を超える場合に、当該一方のモータのトルク分担を下げ、他方のモータのトルク分担を上げることを特徴とする請求項１の制御装置。

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