JP2014079087A - 電気自動車のモータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転者に違和感のある車速変化を感じさせずに、走行中におけるバッテリの不要な電力消費を抑えて省電力走行を可能にした電気自動車のモータ制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ2を電源としてインバータ3を介して給電するモータ1の駆動により走行する電気自動車のモータ制御装置であり、アクセル情報7,ブレーキ情報8,シフトレバー情報9、および速度・位置接極子で取得したモータ速度情報を基にモータ1への出力トルクを演算する車両の統合制御ユニット4からのトルク指令を受けてモータをインバータ制御するモータ制御装置5において、該モータ制御装置には、その動作モードとして停車モード,加速モード,減速モード,および定速モードを設定,管理し、車両走行中に所定の周期でサンプリングしたモータ速度の経時変化が許容範囲の定速モードでは、モータ制御を中断して車両を惰性走行させてバッテリ1の消費電力を低減する。
【選択図】図1
【解決手段】バッテリ2を電源としてインバータ3を介して給電するモータ1の駆動により走行する電気自動車のモータ制御装置であり、アクセル情報7,ブレーキ情報8,シフトレバー情報9、および速度・位置接極子で取得したモータ速度情報を基にモータ1への出力トルクを演算する車両の統合制御ユニット4からのトルク指令を受けてモータをインバータ制御するモータ制御装置5において、該モータ制御装置には、その動作モードとして停車モード,加速モード,減速モード,および定速モードを設定,管理し、車両走行中に所定の周期でサンプリングしたモータ速度の経時変化が許容範囲の定速モードでは、モータ制御を中断して車両を惰性走行させてバッテリ1の消費電力を低減する。
【選択図】図1
Description
本発明は、バッテリを電源としたモータの駆動で走行する電気自動車(EV)のモータ制御装置に関する。
周知のように、バッテリを電源としてモータ(EVモータ)の駆動で走行する電気自動車に搭載したモータ制御装置は、アクセル,ブレーキ,シフトレバーなどの操作情報、およびモータの速度情報を基にモータの適正な出力トルク(指令トルク)を演算する車両の統合制御ユニット(ECU)からのトルク指令を受けてモータ1をインバータ制御(PWM制御)するようにしており、その制御システムのブロック図を図5に示す。
図5において、1は車両の動輪を駆動するモータ(EVモータ)、2はインバータ3を介してモータ1に電力を供給するバッテリ、4は車両の統合制御ユニット(ECU)、5は統合制御ユニット4からのトルク指令を受けてインバータ3にPWM信号を出力するモータ制御装置、6はモータ1の回転速度,ロータ位置を検出する速度・位置センサ(レゾルバ)である。
上記の制御システムにおいて、車両の統合制御ユニット4はアクセル情報7,ブレーキ情報8,シフトレバー情報9、および速度・位置センサ6で取得したモータ1の速度情報を基に、モータ1の適正な出力トルクを演算し、そのトルク指令をモータ制御装置5に一定の周期(例えば50msec)で送信(例えばCAN通信)する。
一方、モータ制御装置5は、インバータ3の制御ドライバ,通信インターフェースなどを搭載し、前記統合制御ユニット4からのトルク指令を受けて、その指令のトルク量に対応したモータトルクを出力するようにモータ1をインバータ制御(PWM制御)してモータを駆動する。
図6は前記制御システムによる車両の発進から停止までの各走行状態の車速(走行速度),および指令トルクのタイムチャートを表している。すなわち、車両の発進→加速の行程では運転者が運転スイッチ,アクセルをONとしてアクセルの踏み込み量を増す。これにより、統合制御ユニット4からの指令トルク(力行トルク)が増加し、この指令を受けてモータ制御装置5がモータ1を加速制御して車速がUPする。そして、車速が所望の目標速度に達すると運転者はアクセルを緩めてこの走行速度を保つように定速走行の運転状態となる。なお、この走行状態では車速を加速する必要がないのでこの定速度を維持するように統合制御ユニット4からの指令トルク(力行トルク)は小さくなる。一方、アクセルOFF,ブレーキONにして減速→停止する行程では、統合制御ユニット4からの指令トルクがマイナス方向の回生トルクとなり、この指令を受けてモータ1は回生ブレーキにより制動して停止する。なお、回生電力はインバータ3を通じてバッテリ2に充電される。
なお、前記の制御システムとは別に、車両の前輪駆動用,後輪駆動用に主駆動モータ,副駆動モータを搭載した4輪駆動のハイブリッド車,電気自動車に関するモータ制御として、後輪駆動を必要としない走行状態では副駆動モータへの給電を停止してバッテリの消費電力を抑えるようにした制御方式が、例えば特許文献1で知られている。
先記した電気自動車は、一回のバッテリ充電で走行する距離を延ばすために、バッテリの不要な消費電力をできるだけ抑えて省電力走行を図ることが望まれる。
かかる点、図5,図6で述べた制御システムのモータ制御装置5は、車両の走行中に統合制御ユニット4からの指令トルクに従って継続的にインバータ3を通電制御しており、このために定速走行中は統合制御ユニット4からの指令トルクが低くなるものの、インバータ3を通じてバッテリ2からモータ1に給電する電気パスには電流が流れ続け、さらにインバータ3においてもその電力変換損失(定常損失,スイッチング損失)による電力消費が生じる。
かかる点、図5,図6で述べた制御システムのモータ制御装置5は、車両の走行中に統合制御ユニット4からの指令トルクに従って継続的にインバータ3を通電制御しており、このために定速走行中は統合制御ユニット4からの指令トルクが低くなるものの、インバータ3を通じてバッテリ2からモータ1に給電する電気パスには電流が流れ続け、さらにインバータ3においてもその電力変換損失(定常損失,スイッチング損失)による電力消費が生じる。
一方、ガソリンエンジンを搭載した車両で平坦な高速道路などを定速走行している状態では、例えばアクセルをOFFにする、あるいはシフトレバーの位置をニュートラルにして車両を惰性走行の運転状態に切替えても、運転者が殆ど違和感を感じずにある程度の距離は同じ車速を保って走行することが経験的に知見されている。
しかしながら、図5,図6で述べた従来のモータ制御システムでは、車両の定速走行中でもモータ1のインバータ制御によりバッテリ2の電力が消費される。そのほか車両走行中にアクセルをOFF、あるいはシフトレバーをニュートラル位置に切替えると、その切替え操作に応じて統合制御ユニット4からのトルク指令が変更され、この指令に基づいてモータ制御装置5はモータ1の出力トルクを低トルクに制御するために、走行中の車速が急に変化して運転者に違和感のある走行感覚を与えることになる。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は先記したモータ制御システムをベースに、運転者に違和感のある車速変化を感じさせずに、走行中におけるバッテリの不要な電力消費を抑えて省電力走行を可能にした電気自動車のモータ制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によれば、バッテリを電源とするモータの駆動により走行する電気自動車のモータ制御装置であって、アクセル情報,ブレーキ情報,シフトレバー情報、およびモータ速度情報を基にモータへの出力トルクを演算する車両の統合制御ユニットからのトルク指令を受けてモータをインバータ制御するモータ制御装置において、
当該モータ制御装置は、その動作モードとして停車モード,加速モード,減速モード,および定速モードを設定,管理し、車両走行中に所定の周期でサンプリングしたモータ速度の経時変化が許容範囲の定速モードでは、モータ制御装置がモータ制御を中断して車両を惰性走行させるものとし(請求項1)、ここでモータ速度のサンプリング周期を統合制御ユニットからモータ制御装置に通知するトルク指令周期よりも短い周期に設定して動作モードの切替え判定、および定速モードに対応するモータ制御(インバータ制御の中断)を行うようにする(請求項2)。
当該モータ制御装置は、その動作モードとして停車モード,加速モード,減速モード,および定速モードを設定,管理し、車両走行中に所定の周期でサンプリングしたモータ速度の経時変化が許容範囲の定速モードでは、モータ制御装置がモータ制御を中断して車両を惰性走行させるものとし(請求項1)、ここでモータ速度のサンプリング周期を統合制御ユニットからモータ制御装置に通知するトルク指令周期よりも短い周期に設定して動作モードの切替え判定、および定速モードに対応するモータ制御(インバータ制御の中断)を行うようにする(請求項2)。
また、前記動作モードの停車モードでは、停止位置からの車両移動がない条件でモータ制御装置がモータ制御を中断し(請求項3)、さらにこの停車モードで車両の移動が検知された際にはインバータのサーボロック機能を有効にする(請求項4)。
上記モータ制御装置の制御方式によれば、車両の統合制御ユニットからのトルク指令にそのまま従うのではなく、時々刻々変わる車速の変化に応じてモータ制御装置が所定の周期でサンプリングしたモータ速度の変化から判断して動作モードを切替え、その定速モードではモータ制御装置がモータ制御を一時的に中断する割り込み処理を実行して車両を惰性走行(フリーラン)にする。これにより、バッテリの電力消費を低減して車両の走行距離を延ばす省電力走行が実現できる。
また、この場合にモータの速度変化をサンプリングする周期を、統合制御ユニットからモータ制御装置に通知するトルク指令の周期よりも短い周期に設定することにより、運転者に違和感のある走行速度の変化を感じさせずにモータ制御の中断,再開を繰り返してバッテリの電力消費を低減できる。
また、道路渋滞などで走行中に一時停止した際の停車モードにおいても、停止位置からの車両の移動が無いことを条件にモータ制御装置がモータ制御を中断することで、不要なバッテリの電力消費を抑えることができ、さらに停止位置が坂道でインバータ制御を中断すると車両がずり下がるおそれのある場合には、インバータのサーボロック機能を有効するよう制御を行うことで、車両の不測なずれ下がりを防止して運転者の運転操作性を改善できる。
以下、本発明の実施の形態を図1〜図4に示す実施例に基づいて説明する。
図示実施例のモータ制御システムは、基本的に図5に示した従来の制御システムと同様に上位の車両統合制御ユニット4と、下位のモータ制御装置5からなり、統合制御ユニット4からモータ制御装置5に通知されるトルク指令と、モータ制御装置5に新しく追加した次記の割り込み制御機能によりモータ1の出力トルクをそのときの車両走行状態に応じて制御するようにしている。
図示実施例のモータ制御システムは、基本的に図5に示した従来の制御システムと同様に上位の車両統合制御ユニット4と、下位のモータ制御装置5からなり、統合制御ユニット4からモータ制御装置5に通知されるトルク指令と、モータ制御装置5に新しく追加した次記の割り込み制御機能によりモータ1の出力トルクをそのときの車両走行状態に応じて制御するようにしている。
すなわち、図示実施例のモータ制御装置5においては、従来装置と同様なインバータ3の制御用ドライバ5aのほかに、モータ制御の動作モードとして停車モード,加速モード,減速モード,および定速モードを設定し、速度・位置センサ6で検出した速度情報を基に前記動作モードを切替え管理する制御ソフト5bを搭載し、その動作モードの切替えに応じて後記のようにモータ制御を中断,再開する割り込み制御を行うようにしており、前記動作モードにおける停車モード,加速モード,減速モード,および定速モードの相間関係を図2に示し、またその各モードの判定,切替えに対応してモータ制御装置5が割り込み処理を実行する制御ルーチンを図3のフローチャートで示す。
また、図3の制御ルーチンにおいては、統合制御ユニット4から周期的にモータ制御装置5に送信されるトルク指令の周期(例えば50msec)よりも短い周期(例えば5msec)で速度・位置センサ6から取得した速度信号を繰り返しサンプリングして前回の速度と今回の速度を比較し、その速度変化の有無,およびその変化の方向(UP,DOWN)から次記のように動作モード(図2参照)を切替える。
すなわち、停止状態から発進した車両の走行中にアクセルを踏み込んで速度をUPすると加速モードとなり、ブレーキを踏み込んで速度をDOWNさせると減速モードに移行する。また、走行中にブレーキを踏み続けて速度が0(ゼロ)になれば停車モードになる。
一方、走行中の車速が目標速度に達したところで運転者がアクセルを緩め、この走行状態で周期的にサンプリングした速度の変化が一定範囲内(あらかじめ設定した上限値と下限値の間の許容範囲)であれば動作モードを定速モードに切替えるとともに、この定速モードが経時的に所定の経過時間(例えば、速度サンプリング周期(5msec)×10=50msec)続いた条件で、モータ制御装置5は統合制御ユニット4からのトルク指令に優先してモータ制御(インバータ制御)を一時的に中断(バッテリ2からモータ1,インバータ3への給電を停止)する割り込み処理を実行し、モータ1の空転状態で車両を惰性走行(フリーラン)させる。
また、この惰性走行により車速が低下すると、モータ制御装置5の動作モードは定速モードから脱して減速モードに移行し、これにより定速モード中に中断していたモータ制御を再開し、統合制御ユニット4からのトルク指令に従ったモータ制御の状態に復帰する。
次に、上記したモータ制御による車両の走行状態に対応した車速,指令トルク,および実トルクの推移を表すタイムチャートを図4に示す。この図から判るように、発進,加速行程を経て所望の目標速度に達した後の定速走行状態では、統合制御ユニット4から通知される指令トルクは一定であるが、図3で述べたモータ制御装置5における先記動作モードのモード切替え、およびモータ制御の中断,再開により実トルクは図示のようにトルク指令に対応した力行トルクと、出力トルク0(ゼロ)を周期的に繰り返して車速をほぼ一定の走行状態に維持する。
これにより、運転者に違和感のある走行速度の変化を感じさせずに、車両走行中におけるバッテリ2の消費電力を低減して省電力走行が実現できる。
次に、道路渋滞などで走行中に車両を一時的に停車した際における前記モータ制御装置5の制御機能について説明する。すなわち、図3のフローチャートで車両の停止により、動作モードが停車モードに移行した状態では、停止位置からの車両の移動がない条件で先記と同様にモータ1のモータ制御を中断してバッテリ2の不必要で電力消費を抑える。
次に、道路渋滞などで走行中に車両を一時的に停車した際における前記モータ制御装置5の制御機能について説明する。すなわち、図3のフローチャートで車両の停止により、動作モードが停車モードに移行した状態では、停止位置からの車両の移動がない条件で先記と同様にモータ1のモータ制御を中断してバッテリ2の不必要で電力消費を抑える。
また、この場合に車両を停止した道路が傾斜していて、モー制御を中断してEVモータ1の出力トルクをゼロにすると、車両が道路の傾斜勾配に沿ってずれ下がるおそれがある。なお、ガソリンエンジン車では、通常クリープ走行制御を行って車両のずれ下がりを防止するようにしているが、本発明では停車モードで車両の移動が検知された際、はインバータのサーボロック機能を有効にして車両の不測なずれ下がりを防止するようにしている。
1 モータ(EVモータ)
2 バッテリ
3 インバータ
4 統合制御ユニット
5 モータ制御装置
5a インバータドライバ
5b 制御ソフト
6 速度・位置センサ(レゾルバ)
7 アクセル情報
8 ブレーキ情報
9 シフトレバー情報
2 バッテリ
3 インバータ
4 統合制御ユニット
5 モータ制御装置
5a インバータドライバ
5b 制御ソフト
6 速度・位置センサ(レゾルバ)
7 アクセル情報
8 ブレーキ情報
9 シフトレバー情報
Claims (4)
- バッテリを電源とするモータの駆動により走行する電気自動車のモータ制御装置であって、アクセル情報,ブレーキ情報,シフトレバー情報、およびモータ速度情報を基にモータへの出力トルクを演算する車両の統合制御ユニットからのトルク指令を受けてモータをインバータ制御するモータ制御装置において、
当該モータ制御装置は、その動作モードとして停車モード,加速モード,減速モード,および定速モードを設定,管理し、車両走行中に所定の周期でサンプリングしたモータ速度の経時変化が許容範囲の定速モードでは、モータ制御装置がモータ制御を中断して車両を惰性走行させることを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、モータ速度のサンプリング周期を統合制御ユニットからモータ制御装置に通知するトルク指令周期よりも短い周期に設定してモータ制御することを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。
- 請求項1または2に記載のモータ制御装置において、動作モードの停車モードでは、停止位置からの車両移動がない条件でモータ制御装置がモータ制御を中断することを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。
- 請求項3に記載のモータ制御装置において、モータ制御部の停車モードで車両の移動が検知された際には、インバータのサーボロック機能を有効にすることを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。
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