JP3591118B2 - 電気自動車の駆動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の駆動制御装置に係り、特に前輪の左右輪または後輪の左右輪更には４輪をそれぞれ独立のモータにて駆動する場合の駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車は、モータにて車輪を駆動させるもので、図５に示すような概略構成を有する。
図５に示す構成は、前輪の左右輪１ＦＬ，１ＦＲを独立のＰＭ（永久磁石）モータ２Ｌ，２Ｒにて駆動しようとするもので、アクセルペダル３のストロークに連動したポテンショメータ４による信号を図６に示すコントローラＣ（図５では電源部５として一括して表示する）へのトルク指令として与え、このコントローラによる指令に基づきインバータ６Ｌ，６Ｒを制御し、モータ２Ｌ，２Ｒを駆動制御する。
【０００３】
図６に示すコントーラＣでは、まずトルク指令をトルク制御部Ｃ１にてトルク電流指令Ｉ_ｑ ^＊ 及び励磁電流指令Ｉ_ｄ ^＊ とし、電流制御系Ｃ２にてこのトルク電流指令Ｉ_ｑ ^＊ 及び励磁電流指令Ｉ_ｄ ^＊ とトルク電流検出値Ｉ_ｑ 及び励磁電流検出値Ｉ_ｄ との偏差を比例・積分演算することにより、トルク電圧指令Ｖ_ｑ ^＊ 及び励磁電圧指令Ｖ_ｄ ^＊ を得た後、座標変換部Ｃ３にて三相の電圧指令Ｖ_ｕ ^＊ ，Ｖ_ｖ ^＊ ，Ｖ_ｗ ^＊ を得ている。そして、この電圧指令Ｖ_ｕ ^＊ ，Ｖ_ｖ ^＊ ，Ｖ_ｗ ^＊ にてインバータ６を制御しＰＭモータ２を駆動制御する。なお、Ｃ４は電流検出値Ｉ_ｕ ，Ｉ_Ｗ からＶ相の電流検出値Ｉ_Ｖ を求め、更に三相の電流検出値Ｉ_ｕ ，Ｉ_ｖ ，Ｉ_ｗ を三相／二相変換し、トルク電流検出値Ｉ_ｑ 及び励磁電流検出値Ｉ_ｄ を求める座標変換部である。更に図６中７はＰＭモータ２の回転子の速度検出器、８は回転子位置（位相）θを求める位置検出部であり、９は速度ω_ｒ を求める速度検出部である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来構成にあって、通常図５に示す左右輪１ＦＬ、１ＦＲには同一のトルク指令が与えられており、例えば車が左にカーブする場合には、左側の車輪１ＦＬにかかる負荷トルクが増加するため、モータ２Ｌの回転数が低下してモータの出力トルクと負荷トルクとがつりあうように動作する。この場合、右側の車輪１ＦＲにかかる負荷トルクは減少するため、モータ回転数が上昇し、モータ出力トルクと負荷トルクがバランスするように動作する。この結果左右輪１ＦＬ、１ＦＲを同一トルク指令値にて運転したとしてもカーブの際には外輪側の車輪回転数が高くなり、内輪側の回転数が小さくなって安定運転が可能となる。
【０００５】
しかしながら、車のカーブに際して片方の車輪がスリップした場合については、急激に片方の輪の負荷トルクが減少してしまい、この片側の車輪に対応するモータ回転数が急速に上昇して不安定となる。
また、車のカーブにかかわらず車輪１ＦＬ，１ＦＲの左右両輪がスリップすることもあり、両輪モータの回転数が同時に上昇した場合にも問題である。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑み、片方の車輪又は両方の車輪がスリップ等を生じて回転数が上昇しようとしても、それを抑えるようにした電気自動車の駆動制御装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する本発明は、次の発明特定事項を有する。
トルク指令にてインバータを制御しモータを駆動する系を車輪ごとに有する電気自動車の駆動制御装置において、
上記系相互にて上記モータの回転数検出値の差を求め、この差が一定値以上の場合はモータ回転数の低速回転側電流制御系出力を高速回転側にも出力したことを特徴とする。
【０００８】
車輪のスリップ等が生じたとしてもその車輪の制御系でのトルク指令や電圧指令等を抑えることにより、異常な回転数上昇を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ここで、図１〜図４を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図１〜図４において、図６と同一部分には同符号を付して説明を省略する。なお、図１〜図４においては、コントローラＣの外、インバータ６、モータ２、等を含めた図６全体構成をコントローラＸ１，Ｘ２として説明する。
図１において、左右輪それぞれを制御するコントローラＸ１，Ｘ２には、トルク指令Ｔ_ｒｅｆ が入力される一方、各コントローラＸ１，Ｘ２の速度検出部９からの検出信号ω_ｒ１，ω_ｒ２が加算器１０に入力されω_ｒ１−ω_ｒ２が計算される。この加算結果は判別器１１１と１１２に入力されるが、一方の判別器１１１はω_ｒ１＞ω_ｒ２の場合にΔω_ｒ ＞Δω_ｎ か否かの判別を行ない、他方の判別器１１２ではω_ｒ１＜ω_ｒ２の場合にΔω_ｒ の符号を反転させてΔω_ｒ ＞Δω_ｎ か否かの判別を行なっている。
ここで、ω_ｒ１とω_ｒ２とがΔω_ｎ 以上の差を生じたとき、いずれかの判別器１１１又は１１２からの出力にてスイッチ１２１又は１２２を投入することになる。このスイッチ１２１又は１２２の投入によって乗算器１３１又は１３２にてΔω_ｒ に比例定数Ｋを乗算した信号を加算器１４１又は１４２に加えるものである。また、加算器１４１又は１４２ではトルク指令Ｔ_ｒｅｆ からＫ・Δω_ｒ を減算してＴ_ｒｅｆ ´としたトルク指令を出力するものである。
【００１０】
こうして、モータ回転数差が生じその差がΔω_ｎ 以上になったとき、例えばω_ｒ１がω_ｒ２よりΔω_ｎ 以上大きくなったとき、スイッチ１２１が閉じて、Δω_ｒ ・Ｋが加算器１４１に加えられＴ_ｒｅｆ ´＝Ｔ_ｒｅｆ −Ｋ・Δω_ｒ の減算を行ない、そのトルク指令をコントローラＸ１に出力することになる。また、ω_ｒ２がω_ｒ１よりΔω_ｎ 以上大きいときはスイッチ１２２が閉じることになる。この結果、高回転側のトルク指令が低下し、片輪スリップ時のモータ回転軸の上昇を抑えることができる。
【００１１】
図２は、別の例であり制御信号切替器２０を備えたものである。すなわち、コントローラＸ１，Ｘ２にあって速度検出部９からの検出信号ω_ｒ を加算器１０にて加え、ω_ｒ１−ω_ｒ２を計算する。この値Δω_ｒ を制御信号切替器２０にてΔω_ｎ と比較しΔω_ｒ ＞０にてΔω_ｒ ＞Δω_ｎ の場合、Δω_ｒ ＜０にて｜Δω_ｒ ｜＞Δω_ｎ の場合それぞれにて電圧指令を切替えるものである。
すなわち、制御信号切替器２０にはコントローラＸ１，Ｘ２それぞれの電流制御系Ｃ２の出力端子がその入力端子に接続され、しかもその出力端子がコントローラＸ１、Ｘ２それぞれの座標変換部Ｃ３の入力端子に接続される。そして、コントローラＸ１側の検出速度ω_ｒ１がコントローラＸ２側の検出速度ω_ｒ２よりΔω_ｎ 以上大きいとき、つまりΔω_ｒ ＞０でΔω_ｒ ＞Δω_ｎ のとき、コントローラＸ１の電流制御系Ｃ２の出力端子を解放し、コントローラＸ２の電流制御系の出力端子をコントローラＸ１及びＸ２の各座標変換部Ｃ３にそれぞれ接続するものである。
また、逆にω_ｒ２がω_ｒ１よりΔω_ｎ 以上大きいとき、つまりΔω_ｒ ＜０で｜Δω_ｒ ｜＞Δω_ｎ のとき、コントローラＸ２の電流制御系の出力端子を解放し、コントローラＸ１の電流制御系の出力端子をコントローラＸ１及びＸ２の各座標変換部Ｃ３にそれぞれ接続するものである。
かかる接続状態を電圧指令値にて表示すると次式［数１］のようになる。
【００１２】
【数１】

こうして、左右輪の回転数差Δω_ｒ がある値Δω_ｎ を超えた場合、高回転側の電流制御を中断し低回転側の電流制御出力として得られる電圧指令を高速側の電圧指令として用いており、このため左右両モータへ低い方の電圧が印加されるため、略同一の回転数にて運転することができる。もっとも、スリップにより負荷トルクが減少している車輪側のモータは正常動作側のモータに対して軽い負荷分だけ回転数が高くなるが、回転数差がΔω_ｎ の程度に抑制される。
【００１３】
こうして片車輪のスリップ等による片側モータの異常回転を抑制することが可能となり安定な運転が可能となる。
【００１４】
次に、図３にて別の例を説明する。上述の説明では、片方の車輪の負荷トルクが小さくなった場合を述べているが、場合によっては両輪共がスリップ等にて高速回転となることがある。この例及び次の例（図４）ではこのケースを述べている。
今、電気自動車が正常に運転している場合には、モータの回転数ωｒ は次のような変化をする。すなわち、指令トルクＴ_ｒｅｆ 、モータ負荷トルク（電気自動車の走行抵抗をモータ軸に換算した値）Ｔ_ｌ 、モータ慣性Ｊ_Ｍ 、車両慣性（モータ軸に換算した値）Ｊ_ｖ とすると次式［数２］となる。
【００１５】
【数２】

ここで、駆動車輪のうち、片輪及び両輪がスリップするとモータ負荷トルクＴ_ｌ が減少し更には車両慣性Ｊ_ｖ がモータ軸にかからなくなる。一般には車両慣性Ｊ_ｖ はモータ慣性Ｊ_Ｍ にて対して１００倍程度あるため、スリップした車輪に直結されたモータの回転数は次のようになる。
【００１６】
【数３】

この結果、１００倍以上の加速度にて回転数が上昇する。図３はこの点を解決するものである。
図３において、コントローラＸ１，Ｘ２の検出速度ω_ｒ は微分回路３０１，３０２を介して加速度α_ｗ として得られる。ついで、加算器３１１，３１２では加速度α_ｎ はモータが正常に運転している場合のモータ最大の回転数変化率であり、前場の［数２］にてＴ_ｌ ＝０ Ｔ_ｒｅｆ を最大値Ｔ_ＭＡＸ として微分することにより得られるものであって次式［数４］にて得られる。
【００１７】
【数４】

こうして、加算器３１１，３１２の出力はα_ｗ −α_ｎ の出力Δα_ｗ が得られ、判別器３２１，３２２にてΔα_ｗ ＞Δα_ｎ であるか否かが判別される。この場合、Δα_ｎ は任意に設定された定数である。Δα_ｗ がΔα_ｎ より大きい場合、すなわち、加速度（回転数変化）が大きい場合にはスイッチ３３１，３３２が投入され、Δα_ｗ ・Ｋの出力を得る乗算器３４１，３４２それぞれの出力が加算器１４１，１４２それぞれに加えられる。
こうして、トルク指令Ｔ_ｒｅｆ がＴ_ｒｅｆ −Ｋ・Δα_ｗ であるＴ_ｒｅｆ ´としてトルク制御器に入力されることになる。
【００１８】
この結果、片方又は両方の車輪のスリップすることによりコントローラＸ１もしくはＸ２又はＸ１及びＸ２の速度ω_ｒ の変化率α_ｗ が増大しΔα_ｗ ＞Δα_ｎ の条件にてスイッチ３３１もしくは３３２又は３３１及び３３２が投入され、コントローラＸ１もしくはＸ２又はＸ１及びＸ２のトルク指令Ｔ_ｒｅｆ がＴ_ｒｅｆ ´に低下する。
このため、回転数の上昇率を正常に運転された場合の最大回転数変化率α_ｎ より少し高い値（α_ｎ ＋Δα_ｎ ）に抑制でき、安定な運転を実現することができる。
【００１９】
図４は他の例を示すものであり、図３の最大回転数変化率α_ｎ の代りに、指令トルクＴ_ｒｅｆ に対してこの時点での正常運転時の回転数変化率を基準として異常を判断している。つまり、前述の［数４］に示すα_ｎ はＴ_ＭＡＸ でのα_ｎ であるが、Ｔ_ｒｅｆ でのα_ｎ 、すなわちＴ_ｒｅｆ でのα_ｎ ＝Ｔ_ｒｅｆ ／（Ｊ_Ｍ ＋Ｊ_ｖ ）を求めることにより異常を判断するものである。このため図４では乗算器４０を備えている。その他の回路は図３と同じである。
この場合、α_ｎ がトルク指令Ｔ_ｒｅｆ に対応して決まるのでスリップによる急激な回転数の上昇をより早く検出でき、上昇率の抑制を迅速に行なうことができる。
こうして、片輪又は両輪のスリップ等による回転数の急激な上昇を防止でき、安定運転が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電気自動車にて負荷トルクが異常に少なくなった場合のモータの回転上昇を抑えることができ、安定運転を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の構成図。
【図２】他の例の構成図。
【図３】その他の例の構成図。
【図４】更に他の例の構成図。
【図５】電気自動車の概略構成図。
【図６】コントローラのブロック図。
【符号の説明】
Ｃ，Ｘ１，Ｘ２ コントローラ
１ＦＬ，１ＦＲ 車輪
２，２Ｌ，２Ｒ モータ
６，６Ｌ，６Ｒ インバータ
９ 速度検出部
１０，１４１，１４２，３１１，３１２ 加算器
１１１，１１２，３２１，３２２ 判別器
２０ 制御信号切替器
３０１，３０２ 微分回路
４０，１３１，１３２，３４１，３４２ 乗算器

Claims (1)

1. トルク指令にてインバータを制御しモータを駆動する系を車輪ごとに有する電気自動車の駆動制御装置において、
   上記系相互にて上記モータの回転数検出値の差を求め、この差が一定値以上の場合はモータ回転数の低速回転側電流制御系出力を高速回転側にも出力したことを特徴とする電気自動車の駆動制御装置。

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