JP2019126209A

JP2019126209A - 電動車両

Info

Publication number: JP2019126209A
Application number: JP2018006279A
Authority: JP
Inventors: 敏和大野; Toshikazu Ono
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-18
Also published as: JP7091669B2

Abstract

【課題】電動機の制御に用いられるセンサに異常が生じた場合に、車両の状況に応じてトルク制限を緩和して退避走行の際の走行性能を確保する。【解決手段】正弦波制御を行なう際に、モータの制御に用いられるセンサに異常が生じていると判定された場合には、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊のフィードバック成分およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊のフィードバック成分を、車速Ｖが高いほど大きくなり、車間距離Ｄが大きいほど大きくなり、操舵角θが小さいほど大きくなるように定めたリミット値（ｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値）で制限する。【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両に関する。

従来、この種の電動車両としては、モータジェネレータと、モータジェネレータを駆動するインバータと、モータジェネレータに流れる電流が指令電流に近づくようにフィードバック制御により操作量を設定してインバータを制御する制御装置と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動車両では、モータジェネレータの駆動にかかわる異常が生じている場合、車両の走行速度が低いほど実際の出力トルクの低下量が大きくなるように、フィードバック制御におけるフィードバックゲインの絶対値を低下させている。

特開２０１７−１７８８８号公報

しかしながら、上述した電動車両では、高車速時に異常が生じると、出力トルクが大きく制限され、退避走行時の走行性能が低下してしまう。一方で、異常時において出力トルクを一切制限しないものとすると、予期しない加減速により車両が不安定となる虞がある。

本発明の電動車両は、電動機の制御に用いられるセンサに異常が生じた場合に、車両の状況に応じてトルク制限を緩和して退避走行の際の走行性能を確保することを主目的とする。

本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動車両は、
走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機を駆動するインバータと、前記電動機に印加されている電流または前記電動機から出力されているトルクを制御量として前記制御量が目標値に近づくようにフィードバック制御により操作量を設定して前記インバータを制御する制御手段と、を備える電動車両において、
前記制御手段は、前記電動機の制御に用いられるセンサに異常が生じている場合には、高車速時には低車速時に比して、車間距離が大きいときには小さいときに比して、又は、操舵角が小さいときには大きいときに比して、トルク制限が緩和されるように定めた制限値で前記操作量を制限して前記インバータを制御する、
ことを要旨とする。

この本発明の電動車両では、制御手段は、電動機の制御に用いられるセンサに異常が生じている場合には、高車速時には低車速時に比して、車間距離が大きいときには小さいときに比して、又は、操舵角が小さいときには大きいときに比して、トルク制限が緩和されるように定めた制限値で、フィードバック制御における電動機の操作量を制限してインバータを制御する。これにより、電動機の制御に用いられるセンサに異常が生じた場合に、車両の状況に応じてトルク制限を緩和して退避走行の際の走行性能を確保することができる。

こうした本発明の電動車両において、前記電動機は、三相交流により駆動する電動機であり、前記電動機の各相に印加される相電流を検出する電流センサと、前記電動機の回転位置を検出する回転位置センサとを備え、前記制御手段は、前記電流センサにより検出される相電流と前記回転位置センサにより検出される回転位置とに基づいて前記相電流をｄ軸電流およびｑ軸電流に変換し、前記電動機のトルク指令に基づくｄ軸電流指令と前記ｄ軸電流との偏差に基づくフィードバック制御により前記電動機に印加するｄ軸電圧指令を設定すると共に前記トルク指令に基づくｑ軸電流指令と前記ｑ軸電流との偏差に基づくフィードバック制御により前記電動機に印加するｑ軸電圧指令を設定して前記インバータを制御し、前記電流センサまたは前記回転位置センサに異常が生じている場合には前記ｄ軸電圧指令および前記ｑ軸電圧指令を前記制限値で制限して前記インバータを制御するものとしてもよい。

あるいは、本発明の電動車両において、前記電動機は、三相交流により駆動する電動機であり、前記電動機の各相に印加される相電流を検出する電流センサと、前記電動機の回転位置を検出する回転位置センサとを備え、前記制御手段は、前記電流センサにより検出される相電流と前記回転位置センサにより検出される回転位置とに基づいて前記相電流をｄ軸電流およびｑ軸電流に変換し、前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流に基づいて前記電動機から出力されているトルクを推定し、前記電動機のトルク指令と前記推定したトルクとの偏差に基づくフィードバック制御により前記電動機に印加する矩形波電圧の電圧位相を設定して前記インバータを制御し、前記電流センサまたは前記回転位置センサに異常が生じている場合には、前記電圧位相を前記制限値で制限して前記インバータを制御するものとしてもよい。

本発明の一実施例としての電動車両２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット４０により実行される正弦波制御の制御ブロック図である。異常判定時におけるｄ軸電圧ＦＢ成分およびｑ軸電圧ＦＢ成分の許容範囲を示す説明図である。車速Ｖとｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図である。車間距離Ｄとｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図である。操舵角θとｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図である。電子制御ユニット４０により実行される矩形波制御の制御ブロック図である。異常判定時における電圧位相ＦＢ成分の許容範囲を示す説明図である。車速Ｖと電圧位相ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図である。車間距離Ｄと電圧位相ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図である。操舵角θと電圧位相ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図である。

次に、本発明を実施するため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電動車両２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は電子制御ユニット５０により実行される正弦波制御の制御ブロック図である。実施例の電動車両２０は、図示するように、モータ３０と、インバータ３２と、バッテリ３４と、昇圧コンバータ３６と、システムメインリレー３８と、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３０は、永久磁石が埋め込まれたロータと、三相コイルが巻回されたステータと、を有する同期発電電動機として構成されている。このモータ３０のロータには、駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２が接続されている。インバータ３４は、複数のスイッチング素子のオンオフによりモータ３０を駆動する。昇圧コンバータ３６は、バッテリ３４が接続された低圧側とインバータ３２が接続された高圧側との間で電圧を変換して電力のやり取りを行なう。システムメインリレー３８は、バッテリ３４と昇圧コンバータ３６との接続と切り離しとを行なう。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、ＲＯＭやＲＡＭ、入力ポートなどを備える。電子制御ユニット５０にには、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号やアクセルペダル５２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５３からのアクセル開度Ａｃｃやブレーキペダル５４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５５からのブレーキペダルポジションが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット５０には、車速センサ５６からの車速Ｖや、図示しないステアリングホイールの操舵角θを検出する操舵角検出センサ５７からの操舵角θ、前方車両との車間距離を検出する車間距離センサ５８からの車間距離Ｄが入力されている。更に、電子制御ユニット５０には、モータ３０の回転位置を検出するレゾルバ４０からの回転位置θｍや、モータ３０のＶ相，Ｗ相に取り付けられた電流センサ５５Ｖ，４４Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗなども入力されている。一方、電子制御ユニット５０からは、インバータ３２のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ３６のスイッチング素子へのスイッチング制御信号、システムメインリレー３８へのオンオフ信号などが出力ポートを介して出力されている。

こうして構成された電動車両２０では、モータ３０の回転数が比較的低いときには、正弦波制御によりモータ３０を駆動し、モータ３０の回転数が比較的高いときには、矩形波制御によりモータ３０を駆動している。以下、正弦波制御によりモータ３０を駆動する場合について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される正弦波制御の制御ブロックの一例を示す説明図である。

正弦波制御を行なう場合、電子制御ユニット５０は、図２に示すように、モータ３０から出力すべきトルク指令Ｔｒｑｃｏｍに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊を生成すると共に電流センサ４４Ｖ，４４Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗとレゾルバ４０からの回転位置θｍとに基づいて相電流Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに座標変換する。なお、トルク指令Ｔｒｑｃｏｍは、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖに基づいて設定することができる。続いて、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄに基づくフィードバック制御（例えば比例積分制御）によりｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令Ｉｄ＊に近づくようにｄ軸電圧指令Ｖｄ＊のフィードバック成分（ｄ軸電圧ＦＢ成分）を演算する。また、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑに基づくフィードバック制御によりｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ＊に近づくようにｑ軸電圧指令Ｖｑ＊のフィードバック成分（ｑ軸電圧ＦＢ成分）を演算する。

次に、モータ３０の制御に用いられるセンサに異常が生じているか否かの異常判定を行ない、センサに異常が生じていると判定すると、ｄ軸電圧ＦＢ成分およびｑ軸電圧ＦＢ成分をそれぞれリミット値（ｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値，ｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値）で制限するリミット処理を行なう。モータ３０の制御に用いられるセンサの異常としては、例えば、レゾルバ４０により検出される回転位置が実際の回転位置からズレている場合や、電流センサ４４Ｖ，４４Ｗにより検出される相電流Ｉｖ，Ｉｗが実際の相電流からズレている場合などを挙げることができる。なお、センサに異常が生じていないと判定したときには、ｄ軸電圧ＦＢ成分およびｑ軸電圧ＦＢ成分を制限しない。図３は異常判定時におけるｄ軸電圧ＦＢ成分およびｑ軸電圧ＦＢ成分の許容範囲を示す説明図である。正弦波制御におけるリミット処理は、車速Ｖと操舵角θと車間距離Ｄとに基づいてｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値を設定し、図３に示すように、ｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値の正の値と負の値を上下限値としてｄ軸電圧ＦＢ成分を制限すると共にｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値の正の値と負の値とを上下限値としてｑ軸電圧ＦＢ成分を制限することにより行なう。図４は車速Ｖとｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図であり、図５は車間距離Ｄとｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図であり、図６は操舵角θとｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図である。図示するように、ｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値は、いずれも、車速Ｖが高いほど大きくなり、車間距離Ｄが大きいほど大きくなり、且つ、操舵角θが大きいほど小さくなるように定められる。これは、運転者がコントロールしきれない車両状況においてセンサに異常が生じた場合には予期しない加減速が抑制されるようにトルク制限を強化しつつ、運転者が車両をコントロール可能な車両状況においてセンサに異常が生じた場合にはトルク制限を緩和することで退避走行の際の走行性能を確保するためである。

そして、ｄ軸電圧ＦＢ成分とｄ軸電圧指令のフィードフォワード成分（ｄ軸電圧ＦＦ成分）とに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を演算すると共に、ｑ軸電圧ＦＢ成分とｑ軸電圧指令のフィードフォワード成分（ｑ軸電圧ＦＦ成分）とに基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を演算する。なお、ｄ軸電圧ＦＦ成分およびｑ軸電圧ＦＦ成分は、トルク指令Ｔｒｑｃｏｍやモータ３０の回転数などに基づいて設定することができる。ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を演算すると、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊とレゾルバ４０からの回転位置θｍとに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換する。そして、相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をインバータ３２のスイッチング素子をスイッチングするためのＰＷＭ信号に変換し、ＰＷＭ信号によりインバータ３２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

次に、矩形波制御によりモータ３０を駆動する場合について説明する。図７は、電子制御ユニット５０により実行される矩形波制御の制御ブロックの一例を示す説明図である。矩形波制御を行なう場合、電子制御ユニット５０は、図示するように、電流センサ４４Ｖ，４４Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗとレゾルバ４０からの回転位置θとに基づいて相電流Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに座標変換する。続いて、ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに基づいてモータ３０から出力されているトルクの推定値（以下、推定トルクＴｒｑという）を演算する。次に、モータ３０のトルク指令Ｔｒｑｃｏｍと推定トルクＴｒｑとの偏差ΔＴｒｇに基づくフィードバック制御（例えば、比例積分制御）により推定トルクＴｒｑがトルク指令Ｔｒｑｃｏｍに近づくようにモータ３０に印加する矩形波電圧の電圧位相のフィードバック成分（電圧位相ＦＢ成分）を設定する。そして、上述した異常判定を行ない、異常が生じていると判定すると、電圧位相ＦＢ成分をリミット値（電圧位相ＦＢ成分リミット値）で制限するリミット処理を行なう。図８は、異常判定時における電圧位相ＦＢ成分の許容範囲を示す説明図である。電圧位相は、例えば、図中、ｄ軸電圧とｑ軸電圧とにより規定される出力電圧ベクトルのｑ軸の正方向を基準としたなす角度であり、反時計回りの方向が正方向として定義される。矩形波制御におけるリミット処理は、車速Ｖと操舵角θと車間距離Ｄとに基づいて電圧位相ＦＢ成分リミット値を設定し、図８に示すように、電圧位相ＦＢ成分リミット値の正の値と負の値を上下限値として電圧位相ＦＢ成分を制限することにより行なう。図９は車速Ｖと電圧位相ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図であり、図１０は車間距離Ｄと電圧位相ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図であり、図１１は操舵角θと電圧位相ＦＢ成分リミット値との関係を示す説明図である。図示するように、電圧位相ＦＢ成分リミット値は、車速Ｖが高いほど大きくなり、車間距離Ｄが大きいほど大きくなり、操舵角θが大きいほど小さくなるように定められる。そして、電圧位相ＦＢ成分と電圧位相のフィードフォワード成分（電圧位相ＦＦ成分）とに基づいて電圧位相指令ψを設定する。なお、電圧位相ＦＦ成分は、トルク指令Ｔｒｑｃｏｍやモータ３０の回転数などに基づいて設定することができる。電圧位相指令ψを設定すると、電圧位相指令ψに応じた矩形波電圧がモータ３０に印加されるようにインバータ３２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

以上説明した本実施例の電動車両２０では、正弦波制御を行なう際に、モータ３０の制御に用いられるセンサに異常が生じていると異常判定がなされた場合には、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊のフィードバック成分およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊のフィードバック成分を、車速Ｖが高いほど大きくなり、車間距離Ｄが大きいほど大きくなり、且つ、操舵角θが小さいほど大きくなるように定めたリミット値（ｄ軸電圧ＦＢ成分リミット値およびｑ軸電圧ＦＢ成分リミット値）で制限する。また、矩形波制御を行なう際に、異常判定がなされた場合には、電圧位相のフィードバック成分を、車速Ｖが高いほど大きくなり、車間距離Ｄが大きいほど大きくなり、且つ、操舵角θが小さいほど大きくなるように定めたリミット値（電圧位相ＦＢ成分リミット値）で制限する。これにより、モータ３０の制御に用いられるセンサに異常が生じた場合に、車両の状況に応じてトルク制限を緩和して退避走行の際の走行性能を確保することができる。

実施例では、車速Ｖと車間距離Ｄと操舵角θとに基づいてリミット値を定めるものとした。しかし、車速Ｖ，車間距離Ｄ，操舵角θのいずれか１つまたは２つとは無関係にリミット値を定めるものとしてもよい。

実施例では、正弦波制御において、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊のフィードバック成分およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊のフィードバック成分を上下限値を用いて制限するものとした。しかし、フィードバックゲインを制限することによりｄ軸電圧指令Ｖｄ＊のフィードバック成分およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊のフィードバック成分を制限してもよい。また、矩形波制御において、電圧位相のフィードバック成分を上下限値を用いて制限するものとした。しかし、フィードバックゲインを制限することにより電圧位相のフィードバック成分を制限してもよい。

実施例では、バッテリ３４の電圧を変換（昇圧）してインバータ３２に供給する昇圧コンバータ３６を備えるものとしたが、昇圧コンバータ３８を備えないものとしてもよい。

実施例では、本発明を、走行用の動力源としてモータ３０のみを備える電気自動車に適用して説明した。しかし、これに限定されるものではなく、エンジンと、モータとを備えるハイブリッド自動車に適用されてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３０が「電動機」に相当し、インバータ３２が「インバータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するため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、電動車両の製造産業に利用可能である。

２０電動車両、２２駆動軸、２４デファレンシャルギア、２６ａ，２６ｂ駆動輪、３０モータ、３２インバータ、３４バッテリ、３６昇圧コンバータ、３８システムメインリレー、４０レゾルバ、４２温度センサ、４４Ｖ，４４Ｗ電流センサ、５０電子制御ユニット、５１イグニッションスイッチ、５２アクセルペダル、５３アクセルペダルポジションセンサ、５４ブレーキペダル、５５ブレーキペダルポジションセンサ、５６車速センサ、５７操舵角センサ、５８車間距離センサ。

Claims

走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機を駆動するインバータと、前記電動機に印加されている電流または前記電動機から出力されているトルクを制御量として前記制御量が目標値に近づくようにフィードバック制御により操作量を設定して前記インバータを制御する制御手段と、を備える電動車両において、
前記制御手段は、前記電動機の制御に用いられるセンサに異常が生じている場合には、高車速時には低車速時に比して、車間距離が大きいときには小さいときに比して、又は、操舵角が小さいときには大きいときに比して、トルク制限が緩和されるように定めた制限値で前記操作量を制限して前記インバータを制御する、
電動車両。