JP4092872B2 - 電動車両及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動車両及びその制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電気自動車、ハイブリッド型車両等の電動車両においては、バッテリから供給された直流電流を交流電流に変換し、該交流電流を駆動モータに供給し、該駆動モータを駆動することによって電動車両を走行させるようにしている。そして、直流電流を交流電流に変換するためにインバータが配設される。該インバータは、6個のスイッチング素子としてのトランジスタから成るインバータ回路、平滑用コンデンサ等を備え、駆動信号によって前記トランジスタを選択的にオン・オフさせることにより、前記交流電流を発生させるようになっている。
【0003】
また、電動車両を走行させるに当たり、駆動モータを駆動又は停止させたりするだけでなく、急激な加速、減速等によって、駆動モータのトルク、すなわち、駆動モータトルクを急激に変化させたりすることがあるが、そのような、駆動モータの駆動条件が変化するのに対応して十分な直流電流をインバータ回路に供給することができるように、バッテリとインバータ回路との間に前記平滑用コンデンサが配設される。
【0004】
ところで、電動車両のイグニッションスイッチがオフにされても、前記平滑用コンデンサには大量の電荷が充電されている。したがって、電動車両のメンテナンスを行おうとする場合、イグニッションスイッチをオフした後、電荷が自然放電によって放電するまで待機する必要があり、メンテナンスを開始するまでの待機時間が長くなってしまう。そこで、前記インバータは、例えば、抵抗、定電流回路等によって構成される放電回路を備え、前記平滑用コンデンサと放電回路とを接続するとともに、バッテリと平滑用コンデンサとの間にスイッチを配設し、イグニッションスイッチがオフにされたときに、前記スイッチをオフにし、平滑用コンデンサの電荷を前記放電回路によって放電させ、平滑用コンデンサの端子電圧を低下させるようにしている(特開平8−33103号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の電動車両においては、スイッチ及び放電回路が必要になるのでインバータが大型化してしまう。また、前記放電回路に抵抗を使用した場合、平滑用コンデンサの電荷を迅速に放電させようとすると、抵抗値を小さくする必要があるが、通常の使用時における前記抵抗による損失がその分大きくなり、インバータのコストが高くなってしまう。
【0006】
そこで、バッテリとインバータ回路との間に電源遮断コンタクタを配設し、該電源遮断コンタクタによってバッテリとインバータ回路とを遮断した後、駆動モータを回転させないように、インバータ回路の各トランジスタを順次オンにすることによって、平滑用コンデンサの電荷を駆動モータに送るようにした電動車両が提供されている(特開平7−7807号公報参照)。
【0007】
ところが、前記駆動モータを回転させないように、各トランジスタを順次オンにする必要があるので、制御が複雑になり、インバータのコストが高くなってしまう。
【0008】
本発明は、前記従来の電動車両の問題点を解決して、平滑用コンデンサの電荷を迅速に放電させることができ、インバータを小型化することができ、インバータのコストを低くすることができる電動車両及びその制御方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の電動車両においては、第1の電動機と、該第1の電動機と互いに機械的に連結された第2の電動機と、前記第1、第2の電動機と機械的に連結された駆動輪と、前記第1の電動機を駆動するための第1のインバータと、前記第2の電動機を駆動するための第2のインバータと、第1、第2のインバータの平滑用コンデンサの電荷を放電させるに当たり、第1、第2の電動機について、発生させられるトルクが互いに打ち消されるように駆動制御を行う駆動制御処理手段とを有する。
【0010】
本発明の他の電動車両においては、さらに、前記駆動制御処理手段は、第1の電動機について駆動制御を行うことによって所定のトルクを発生させ、第2の電動機について回転速度が0になるように駆動制御を行う。
【0011】
本発明の更に他の電動車両においては、さらに、エンジンと機械的に連結された第1の電動機と、該第1の電動機を駆動するためのインバータと、該インバータの平滑用コンデンサの電荷を放電させるに当たり、第1の電動機について、エンジンが空転する方向に駆動制御を行う駆動制御処理手段とを有する。
【0012】
本発明の更に他の電動車両においては、さらに、前記第1の電動機及び駆動輪と機械的に連結された第2の電動機を有する。
【0013】
そして、前記駆動制御処理手段は、第2の電動機について回転速度が0になるように駆動制御を行う。
【0014】
本発明の更に他の電動車両においては、さらに、前記平滑用コンデンサは、第1、第2の電動機で共用される。
【0015】
本発明の更に他の電動車両においては、さらに、第1〜第3の歯車要素を備えた差動歯車装置を有する。
【0016】
そして、前記第1の歯車要素と第1の電動機とが連結され、前記第2の歯車要素と前記差動歯車装置の出力軸とが連結され、前記第3の歯車要素とエンジンとが連結される。
【0017】
本発明の電動車両の制御方法においては、第1の電動機、該第1の電動機と互いに機械的に連結された第2の電動機、及び前記第1、第2の電動機と機械的に連結された駆動輪を備えた電動車両に適用される。
【0018】
そして、前記第1の電動機を駆動するための第1のインバータ、及び前記第2の電動機を駆動するための第2のインバータの平滑用コンデンサの電荷を放電させるに当たり、第1、第2の電動機について、発生させられるトルクが互いに打ち消されるように駆動制御を行う。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、電動車両としてハイブリッド型車両について説明する。
【0020】
図1は本発明の第1の実施の形態におけるハイブリッド型車両の機能ブロック図である。
【0021】
図において、16は第1の電動機としての発電機、25は、該発電機16と互いに機械的に連結された第2の電動機としての駆動モータ、37は前記発電機16及び駆動モータ25と機械的に連結された駆動輪、54は前記発電機16を駆動するための第1のインバータとしてのインバータ、49は前記駆動モータ25を駆動するための第2のインバータとしてのインバータ、46、51は、インバータ49、54の図示されない平滑用コンデンサの電荷を放電させるに当たり、発電機16、駆動モータ25について、発生させられるトルクが互いに打ち消されるように駆動制御を行う駆動制御処理手段としてのトルク指令値算出部である。
【0022】
図2は本発明の第1の実施例におけるハイブリッド型車両の駆動装置の概念図である。
【0023】
図において、11は第1の軸線上に配設されたエンジン(E/G)、12は前記第1の軸線上に配設され、前記エンジン11を駆動することによって発生させられた回転を出力する出力軸、13は前記第1の軸線上に配設され、前記出力軸12を介して入力された回転に対して変速を行う差動歯車装置としてのプラネタリギヤユニット、14は前記第1の軸線上に配設され、前記プラネタリギヤユニット13における変速後の回転が出力される出力軸、15は該出力軸14に固定された出力ギヤとしての第1のカウンタドライブギヤ、16は前記第1の軸線上に配設され、同様に前記第1の軸線上に配設された伝達軸17を介して前記プラネタリギヤユニット13と連結され、更にエンジン11と機械的に連結された第1の電動機としての発電機(G)である。
【0024】
前記出力軸14はスリーブ形状を有し、前記出力軸12を包囲して配設される。また、前記第1のカウンタドライブギヤ15はプラネタリギヤユニット13よりエンジン11側に配設される。
【0025】
そして、前記プラネタリギヤユニット13は、第1の歯車要素としてのサンギヤS、該サンギヤSと噛(し)合するピニオンP、該ピニオンPと噛合する第2の歯車要素としてのリングギヤR、及び前記ピニオンPを回転自在に支持する第3の歯車要素としてのキャリヤCRから成り、前記サンギヤSは前記伝達軸17を介して発電機16と、リングギヤRは出力軸14を介して第1のカウンタドライブギヤ15と、キャリヤCRは出力軸12を介してエンジン11と連結される。また、前記キャリヤCRと駆動装置のケース10との間にワンウェイクラッチFが配設され、該ワンウェイクラッチFは、エンジン11から正方向の回転がキャリヤCRに伝達されたときにフリーになり、発電機16又は駆動モータ25から逆方向の回転がキャリヤCRに伝達されたときにロックされ、逆方向の回転がエンジン11に伝達されないようにする。
【0026】
さらに、前記発電機16は、前記伝達軸17に固定され、回転自在に配設されたロータ21、該ロータ21の周囲に配設されたステータ22、及び該ステータ22に巻装されたコイル23から成る。前記発電機16は、伝達軸17を介して伝達される回転によって電力を発生させる。前記コイル23は図示されないバッテリに接続され、該バッテリに直流電流を供給する。前記ロータ21と前記ケース10との間にブレーキBが配設され、該ブレーキBを係合させることによってロータ21を固定し、発電機16の回転を停止させることができる。
【0027】
また、25は前記第1の軸線と平行な第2の軸線上に配設され、前記発電機16と互いに機械的に連結された第2の電動機としての駆動モータ(M)、26は前記第2の軸線上に配設され、前記駆動モータ25の回転が出力される出力軸、27は該出力軸26に固定された第2のカウンタドライブギヤである。前記駆動モータ25は、前記出力軸26に固定され、回転自在に配設されたロータ37、該ロータ37の周囲に配設されたステータ38、及び該ステータ38に巻装されたコイル39から成る。
【0028】
前記駆動モータ25は、コイル39に供給される電流によってモータトルクを発生させる。そのために、前記コイル39は前記バッテリに接続され、該バッテリからの直流電流が交流電流に変換されて供給されるようになっている。また、ハイブリッド型車両の減速状態において、前記駆動モータ25は駆動輪37から回転を受けて回生電流を発生させ、該回生電流をバッテリに供給する。なお、前記発電機16及び駆動モータ25と駆動輪37とは機械的に連結される。
【0029】
そして、前記駆動輪37をエンジン11の回転と同じ方向に回転させるために、前記第1、第2の軸線と平行な第3の軸線上にカウンタシャフト30が配設され、該カウンタシャフト30に、第1のカウンタドリブンギヤ31、及び該第1のカウンタドリブンギヤ31より歯数が多い第2のカウンタドリブンギヤ32が固定される。そして、前記第1のカウンタドリブンギヤ31と前記第1のカウンタドライブギヤ15とが、また、前記第2のカウンタドリブンギヤ32と前記第2のカウンタドライブギヤ27とが噛合させられ、前記第1のカウンタドライブギヤ15の回転が反転されて第1のカウンタドリブンギヤ31に、前記第2のカウンタドライブギヤ27の回転が反転されて第2のカウンタドリブンギヤ32に伝達されるようになっている。
【0030】
さらに、前記カウンタシャフト31には前記第1のカウンタドリブンギヤ31より歯数が少ないデフピニオンギヤ33が固定される。
【0031】
前記第1〜第3の軸線に平行な第4の軸線上にディファレンシャル装置36が配設され、該ディファレンシャル装置36のデフリングギヤ35と前記デフピニオンギヤ33とが噛合させられる。そして、デフリングギヤ35に伝達された回転が前記ディファレンシャル装置36によって分配され、駆動輪37に伝達される。なお、38は発電機16の回転速度、すなわち、発電機回転速度NGを検出する発電機回転速度センサ、39は駆動モータ25の回転速度、すなわち、駆動モータ回転速度NMを検出する駆動モータ回転速度センサである。
【0032】
このように、エンジン11によって発生させられた回転を第1のカウンタドリブンギヤ31に伝達することができるだけでなく、駆動モータ25によって発生させられた回転を第2のカウンタドリブンギヤ32に伝達することができるので、エンジン11、駆動モータ25等を駆動することによってハイブリッド型車両を走行させることができる。また、前記発電機16の制御を行うことによって前記伝達軸17の回転数を制御し、エンジン11及び駆動モータ25をそれぞれ最大効率点で駆動することができる。さらに、発電機16を駆動することによってエンジン11を始動させることもできる。
【0033】
次に、前記構成のハイブリッド型車両の制御回路について説明する。
【0034】
図3は本発明の第1の実施例におけるハイブリッド型車両の制御回路の概略図である。
【0035】
図において、16は発電機、25は駆動モータ、41はハイブリッド型車両の制御を行う上位制御装置、43は駆動モータ25の制御を行う駆動モータ制御装置、44は発電機16の制御を行う発電機制御装置である。
【0036】
前記ハイブリッド型車両においては、図示されないバッテリから供給された直流電流を交流電流に変換し、該交流電流を駆動モータ25に供給し、駆動モータ25を駆動したり、前記交流電流を発電機16に供給し、発電機16を駆動したりしてハイブリッド型車両を走行させるようにしている。そして、直流電流を交流電流に変換するために、前記駆動モータ制御装置43及び発電機制御装置44にそれぞれ図示されないインバータが配設され、該各インバータは、6個のスイッチング素子としてのトランジスタから成るインバータ回路、平滑用コンデンサ等を備え、駆動信号によって前記トランジスタを選択的にオン・オフさせることにより、前記交流電流を発生させるようになっている。
【0037】
ところで、ハイブリッド型車両を走行させるに当たり、駆動モータ25及び発電機16を駆動又は停止させたりするだけでなく、急激な加速、減速等によって、駆動モータトルクTM、及び発電機16のトルク、すなわち、発電機トルクTGを急激に変化させたりすることがあるが、そのような、駆動モータ26及び発電機16の駆動条件が変化するのに対応して十分な直流電流を各インバータに供給することができるように、バッテリとインバータとの間に前記平滑用コンデンサが配設される。
【0038】
次に、前記上位制御装置41、駆動モータ制御装置43及び発電機制御装置44の動作について説明する。
【0039】
前記上位制御装置41は、ハイブリッド型車両の要求負荷としての図示されないアクセルセンサによって検出された図示されないアクセルペダルの踏込量(以下「アクセル開度」という。)α、及び図示されない車速センサによって検出された車速Vを読み込み、駆動モータ制御装置43及び発電機制御装置44の制御を行う。
【0040】
ところで、ハイブリッド型車両を走行させるのに必要な駆動力(以下「必要駆動力」という。)をQ1とすると、運転者によってアクセルペダルが踏み込まれてアクセル開度αが大きくなるほど必要駆動力Q1は大きくなる。したがって、アクセル開度αが小さい場合は、駆動モータ25を駆動するだけでハイブリッド型車両を走行させることができるが、アクセル開度αが大きくなると、前記駆動モータ25を駆動するだけではハイブリッド型車両を走行させることができない。
【0041】
そこで、アクセル開度αが閾(しきい)値α* より小さい場合は、前記駆動モータ25を駆動して、アクセル開度αが閾値α* 以上である場合は、発電機16、駆動モータ25及びエンジン11を駆動することによってハイブリッド型車両を走行させるようにしている。
【0042】
すなわち、駆動モータ25の駆動力をQMとし、発電機16の駆動力をQGとし、エンジン11の駆動力をQEとすると、アクセル開度αが閾値α* 以上である場合、前記駆動力QMは必要駆動力Q1より小さく、前記駆動力QMだけではハイブリッド型車両を走行させることができない。そこで、不足する駆動力をエンジン11又は発電機16によって補う必要があるが、一般に、駆動力QGは、車速Vが低いほど大きい。例えば、車速Vが30〔km/h〕より低い場合、駆動力QGは駆動力QEより大きくなる。
【0043】
したがって、本実施の形態においては、車速Vがエンジン始動車速V* 、例えば、30〔km/h〕より低い場合、エンジン11を停止させ、駆動力QGによって駆動力QMの不足分を補い、車速Vがエンジン始動車速V* 以上である場合には、駆動力QEによって駆動力QMの不足分を補うようにしている。
【0044】
ハイブリッド型車両を発進させる際に、上位制御装置41は、駆動モータ25における目標となるトルク、すなわち、目標駆動モータトルクTM* を最大値TMmaxにして駆動モータ制御装置43に送り、発電機16における目標となるトルク、すなわち、目標発電機トルクTG* を最大値TGmaxにして発電機制御装置44に送る。
【0045】
そして、車速Vがエンジン始動車速V* 以上になると、前記発電機制御装置44は、前記発電機モータ16をハイブリッド型車両の非走行方向に駆動してエンジン11を始動する。したがって、その後は、駆動力QM、QEを加算した駆動力でハイブリッド型車両は走行させられる。
【0046】
また、エンジン11を停止させ、駆動モータ25を駆動してハイブリッド型車両を走行させることもできる。その場合、駆動モータ25に加わる負荷が小さい領域においては、一般にハイブリッド型車両の効率が低くなる。そこで、車速Vが、例えば、30〔km/h〕より低い領域においては駆動力QGによって、車速Vが30〔km/h〕以上の領域においては駆動力QMによってハイブリッド型車両を走行させる。
【0047】
ところで、前記構成のハイブリッド型車両の図示されないイグニッションスイッチがオフにされても、前記各インバータの平滑用コンデンサには大量の電荷が充電されている。したがって、ハイブリッド型車両のメンテナンスを行おうとする場合、イグニッションスイッチをオフした後、電荷が自然放電によって放電するまで待機する必要があり、メンテナンスを開始するまでの待機時間が長くなってしまう。
【0048】
そこで、本実施の形態においては、制御モードとしてトルク制御モード及び放電制御モードを選択することができるようになっていて、トルク制御モードが選択されると、ハイブリッド型車両を走行させるための駆動モータトルクTM及び発電機モータトルクTGが発生させられ、放電制御モードが選択されると、前記各平滑用コンデンサの電荷が放電させられる。そのために、前記上位制御装置41の図示されないモード切換処理手段は、イグニッションスイッチがオンにされると、バッテリ57と平滑用コンデンサとを図示されないスイッチをオンにすることによって接続し、トルク制御モードを選択するための制御モード信号を駆動モータ制御装置43及び発電機制御装置44に送り、イグニッションスイッチがオフにされると、バッテリ57と平滑用コンデンサとを図示されないスイッチをオフにすることによって切り離し、放電制御モードを選択するための制御モード信号を駆動モータ制御装置43及び発電機制御装置44に送る。
【0049】
次に、前記駆動モータ制御装置43及び発電機制御装置44の動作について説明する。
【0050】
図4は本発明の第1の実施の形態における駆動モータ制御装置及び駆動モータを示すブロック図、図5は本発明の第1の実施の形態における発電機制御装置及び発電機を示すブロック図、図6は本発明の第1の実施の形態におけるインバータを説明する図、図7は本発明の第1の実施の形態における駆動モータ制御装置のトルク指令値算出部の動作を示すフローチャート、図8は本発明の第1の実施の形態における発電機制御装置のトルク指令値算出部の動作を示すフローチャートである。
【0051】
図4〜6において、16は発電機、25は駆動モータ、43は駆動モータ制御装置、44は発電機制御装置、46、51は駆動制御処理手段としてのトルク指令値算出部、47、52はトルク指令値/電流指令値変換部、48、53は電流制御部、49、54はインバータである。なお、インバータ54によって第1のインバータが、インバータ49によって第2のインバータが構成される。また、55、56は前記インバータ49、54に接続された平滑用コンデンサ、57はそれぞれスイッチSW1、SW2を介してインバータ49、54及び平滑用コンデンサ55、56に接続された共通のバッテリである。なお、前記スイッチSW1、SW2は、オンにされてバッテリ57と平滑用コンデンサ55、56とを接続し、オフにされてバッテリ57と平滑用コンデンサ55、56とを切り離す。本実施の形態においては、前記インバータ49、54にそれぞれ平滑用コンデンサ55、56が接続されるようになっているが、インバータ49、54において平滑用コンデンサを共用することもできる。その場合、インバータ49、54を小型化することができるだけでなく、スイッチSW1、SW2を共用することができる。
【0052】
前記駆動モータ25は、U相、V相及びW相のステータコイルC1〜C3、及び該ステータコイルC1〜C3の内側において回転自在に配設された図示されないロータを有し、該ロータは、2個の磁極から成る磁極対を少なくとも一つ備える。また、前記発電機16は、U相、V相及びW相のステータコイルC4〜C6、及び該ステータコイルC4〜C6の内側において回転自在に配設された図示されないロータを有し、該ロータは、2個の磁極から成る磁極対を少なくとも一つ備える。そして、本実施の形態において、駆動モータ25及び発電機16は、DCブラシレスモータによって構成され、前記各ロータは磁極対を三つ備える。
【0053】
前記駆動モータ25を駆動する場合、前記バッテリ57からの直流電流がインバータ49によってU相、V相及びW相の電流から成る交流電流に変換され、前記各相の電流はそれぞれ各ステータコイルC1〜C3に供給される。そのために、前記インバータ49は、各相のアーム61〜63を備え、前記アーム61にトランジスタTr1、Tr2が、前記アーム62にトランジスタTr3、Tr4が、前記アーム63にトランジスタTr5、Tr6がそれぞれ配設されるとともに、各トランジスタTr1〜Tr6のエミッタ・コレクタ間にそれぞれダイオードD1〜D6が接続される。
【0054】
そして、前記ステータコイルC1〜C3の中性点と前記トランジスタTr1、Tr2の中間点とがステータコイルC1によって、前記中性点と前記トランジスタTr3、Tr4の中間点とがステータコイルC2によって、前記中性点と前記トランジスタTr5、Tr6の中間点とがステータコイルC3によってそれぞれ接続される。また、前記トランジスタTr1、Tr2の中間点とステータコイルC1との間に電流センサ65が配設され、該電流センサ65によってステータコイルC1に供給されるU相の電流が検出される。さらに、前記トランジスタTr3、Tr4の中間点とステータコイルC2との間に電流センサ66が配設され、該電流センサ66によって、ステータコイルC2に供給されるV相の電流が検出される。なお、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、他の一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流を制御するために、例えば、U相及びV相の電流が電流センサ65、66によって検出され、検出された電流が電流制御部48に送られる。
【0055】
また、前記発電機16を駆動する場合、前記バッテリ57からの直流電流がインバータ54によってU相、V相及びW相の電流から成る交流電流に変換され、前記各相の電流はそれぞれ各ステータコイルC4〜C6に供給される。そのために、前記インバータ71は、各相のアーム71〜73を備え、前記アーム71にトランジスタTr11、Tr12が、前記アーム72にトランジスタTr13、Tr14が、前記アーム73にトランジスタTr15、Tr16がそれぞれ配設されるとともに、各トランジスタTr11〜Tr16のエミッタ・コレクタ間にそれぞれダイオードD11〜D16が接続される。
【0056】
そして、前記ステータコイルC4〜C6の中性点と前記トランジスタTr11、Tr12の中間点とがステータコイルC4によって、前記中性点と前記トランジスタTr13、Tr14の中間点とがステータコイルC5によって、前記中性点と前記トランジスタTr15、Tr16の中間点とがステータコイルC6によってそれぞれ接続される。また、前記トランジスタTr11、Tr12の中間点とステータコイルC4との間に電流センサ75が配設され、該電流センサ75によってステータコイルC4に供給されるU相の電流が検出される。さらに、前記トランジスタTr13、Tr14の中間点とステータコイルC5との間に電流センサ76が配設され、該電流センサ76によって、ステータコイルC5に供給されるV相の電流が検出される。そして、電流センサ75、76によって検出された電流が電流制御部53に送られる。
【0057】
次に、トルク指令値算出部46及びトルク指令値算出部51の動作について説明する。
【0058】
前記駆動モータ制御装置43において、トルク指令値算出部46は、上位制御装置41から目標駆動モータトルクTM* 及び制御モード信号を受け、前記制御モードがトルク制御モード及び放電制御モードのうちのいずれかに応じて駆動モータトルク指令値TsMを発生させ、該駆動モータトルク指令値TsMをトルク指令値/電流指令値変換部47に送る。そして、該トルク指令値/電流指令値変換部47は、駆動モータ回転速度センサ39から駆動モータ回転速度NMを読み込み、該駆動モータ回転速度NM、前記駆動モータトルク指令値TsM、及び図示されないバッテリ状態検出手段としてのバッテリ電圧センサによって検出されたバッテリ電圧から、駆動モータ25の効率が最大になるように、電流指令値IM* を算出する。
【0059】
前記電流制御部48は、前記電流指令値IM* 及び電流センサ65、66によって検出されたU相及びV相の電流に基づいて、3相の電圧指令値を算出し、該各電圧指令値と基本波信号としての三角波信号とを比較して、前記電圧指令値に対応するパルス幅を有する3相のパルス幅変調(PWM)信号を発生させ、更に該パルス幅変調信号に基づいて各トランジスタTr1〜Tr6を駆動するための駆動信号SGi(i=1、2、…、6)をそれぞれ発生させ、該駆動信号SGiをインバータ49に送り、各トランジスタTr1〜Tr6をオンにする。その結果、前記各ステータコイルC1〜C3に各相の電流Iu、Iv、Iwが供給され、駆動モータ25によって駆動モータトルクTMが発生させられる。
【0060】
また、前記発電機制御装置44において、トルク指令値算出部51は、上位制御装置41から目標発電機トルクTG* 及び制御モード信号を受け、制御モードがトルク制御モード及び放電制御モードのうちのいずれかに応じて発電機トルク指令値TsGを発生させ、該発電機トルク指令値TsGをトルク指令値/電流指令値変換部52に送る。そして、該トルク指令値/電流指令値変換部52は、発電機回転速度センサ38から発電機回転速度NGを読み込み、該発電機回転速度NG、前記発電機トルク指令値TsG及び前記バッテリ電圧から、発電機16の効率が最大になるように、電流指令値IG* を算出する。
【0061】
そして、前記電流制御部53は、前記電流指令値IG* 及び電流センサ75、76によって検出されたU相及びV相の電流に基づいて、3相の電圧指令値を算出し、該各電圧指令値と基本波信号としての三角波信号とを比較して、前記電圧指令値に対応するパルス幅を有する3相のパルス幅変調信号を発生させ、更に該パルス幅変調信号に基づいて各トランジスタTr11〜Tr16を駆動するための駆動信号SGj(j=1、2、…、6)をそれぞれ発生させ、該駆動信号SGiをインバータ54に送り、各トランジスタTr11〜Tr16をオンにする。その結果、前記各ステータコイルC4〜C6に各相の電流Iu、Iv、Iwが供給され、発電機16によって発電機トルクTGが発生させられる。
【0062】
ところで、制御モードがトルク制御モードである場合、前記トルク指令値算出部46は、目標駆動モータトルクTM* を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力してトルク制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、目標発電機トルクTG* を発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力してトルク制御を行う。
【0063】
また、制御モードが放電制御モードである場合、前記トルク指令値算出部46は、放電制御用の目標トルクTM1* を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力してトルク制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、放電制御用の目標トルクTG1* を発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力してトルク制御を行い、発生させられるトルクTM1、TG1が互いに打ち消されるように、すなわち、駆動モータ25について正方向に、発電機16について逆方向に駆動制御を行う。
【0064】
そして、目標トルクTM1* 、TG1* は、
TM1* =−k・TG1*
にされる。ここで、kは定数であり、駆動モータ25と駆動輪37との間のギヤ比をγmとし、発電機16と駆動輪37との間のギヤ比をγgとしたとき、定数kは、
k=γg/γm
である。なお、ギヤ比γm、γgが等しい場合、定数kは1になり、目標トルクTM1* 、TG1* は、
TM1* =−TG1*
にされる。
【0065】
また、制御モードがトルク制御モードでも放電制御モードでもない場合、前記トルク指令値算出部46は、0〔Nm〕を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力してトルク制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、0〔Nm〕を発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力してトルク制御を行う。したがって、駆動モータ25及び発電機16はフリー状態になる。
【0066】
このように、放電制御モードが選択されると、前記トルク指令値算出部46及びトルク指令値算出部51によって駆動モータ25及び発電機16についてそれぞれ駆動制御が行われるので、平滑用コンデンサ55、56の電荷を迅速に放電させることができる。また、駆動制御が行われるのに伴って、トルクTM1、TG1は、互いに打ち消すように発生させられるので、駆動モータ25及び発電機16が回転することはなく、駆動輪37が回転することもない。
【0067】
そして、抵抗、定電流回路等によって構成される放電回路を備える必要がないので、インバータ49、54を簡素化することができ、小型化することができる。また、抵抗が配設されないので、トルク制御モード時における抵抗による損失がなくなり、インバータ49、54のコストを低くすることができる。そして、駆動モータ25及び発電機16を回転させないように、トランジスタTr1〜Tr6、Tr11〜Tr16を順次オンにする必要がないので、制御を簡素化することができるだけでなく、インバータ49、54のコストを低くすることができる。
【0068】
次に、図7のフローチャートについて説明する。
ステップS1 目標駆動モータトルクTM* 及び制御モード信号を受ける。
ステップS2 制御モードがトルク制御モードであるかどうかを判断する。制御モードがトルク制御モードである場合はステップS4に、トルク制御モードでない場合はステップS3に進む。
ステップS3 制御モードが放電制御モードであるかどうかを判断する。制御モードが放電制御モードである場合はステップS5に、放電制御モードでない場合はステップS6に進む。
ステップS4 目標駆動モータトルクTM* を駆動モータトルク指令値TsMとする。
ステップS5 放電制御用の目標トルクTM1* を駆動モータトルク指令値TsMとする。
ステップS6 0〔Nm〕を駆動モータトルク指令値TsMとする。
ステップS7 駆動モータトルク指令値TsMを出力し、ステップS1に戻る。
【0069】
次に、図8のフローチャートについて説明する。
ステップS11 目標発電機トルクTG* 及び制御モード信号を受ける。
ステップS12 制御モードがトルク制御モードであるかどうかを判断する。制御モードがトルク制御モードである場合はステップS14に、トルク制御モードでない場合はステップS13に進む。
ステップS13 制御モードが放電制御モードであるかどうかを判断する。制御モードが放電制御モードである場合はステップS15に、放電制御モードでない場合はステップS16に進む。
ステップS14 目標発電機トルクTG* を発電機トルク指令値TsGとする。
ステップS15 放電制御用の目標トルクTG1* を発電機トルク指令値TsGとする。
ステップS16 0〔Nm〕を発電機トルク指令値TsGとする。
ステップS17 発電機トルク指令値TsGを出力し、ステップS11に戻る。
【0070】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0071】
図9は本発明の第2の実施の形態における駆動モータ制御装置のトルク指令値算出部の動作を示すフローチャートである。なお、トルク指令値算出部51(図1)の動作は第1の実施の形態における動作と同じであるので、図8を援用する。
【0072】
この場合、制御モードがトルク制御モードである場合、前記トルク指令値算出部46は、目標駆動モータトルクTM* を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力してトルク制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、目標発電機トルクTG* を発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力してトルク制御を行う。なお、トルク指令値算出部46及びトルク指令値算出部51によって駆動制御処理手段が構成される。
【0073】
また、制御モードが放電制御モードである場合、前記トルク指令値算出部46は、駆動モータ回転速度NMが0になるようにPI演算を行い、PI演算を行った結果を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力して回転速度制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、所定の放電制御用の目標トルクTG2* を発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力してトルク制御を行い、発生させられるトルクTM2、TG2が互いに打ち消されるように、すなわち、駆動モータ25について正方向に、発電機16について逆方向に駆動制御を行う。
【0074】
また、制御モードがトルク制御モードでも放電制御モードでもない場合、前記トルク指令値算出部46は、0〔Nm〕を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力してトルク制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、0〔Nm〕を発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力してトルク制御を行う。したがって、駆動モータ25及び発電機16はフリー状態になる。
【0075】
このように、放電制御モードが選択されると、駆動モータ回転速度NMが0にされ、発電機16によってトルクTG2が発生させられ、駆動モータ25及び発電機16について駆動制御が行われるので、平滑用コンデンサ55、56(図6)の電荷を迅速に放電させることができる。そして、駆動モータ回転速度NMが0になるように回転速度制御が行われるので、駆動モータ25は回転させられない。したがって、駆動輪37が回転することはない。
【0076】
この場合、前記発電機16について逆方向に駆動制御が行われ、トルクTG2が発生させられるのに伴って、キャリヤCR及びエンジン11は逆方向に回転しようとするが、前記ワンウェイクラッチFがロックされてそれを阻止する。
【0077】
なお、駆動モータ回転速度NMが0になるように回転速度制御が行われると、わずかながらトルクTM2が発生させられる。この場合、該トルクTM2と前記トルクTG2とは、
TM2=−k・TG2
の式を満たさず、完全には互いに打ち消さないが、ワンウェイクラッチFによってエンジン11の逆方向への回転が阻止されるので、エンジン11が回転させられることはない。
【0078】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップS21 目標駆動モータトルクTM* 及び制御モード信号を受ける。
ステップS22 制御モードがトルク制御モードであるかどうかを判断する。制御モードがトルク制御モードである場合はステップS24に、トルク制御モードでない場合はステップS23に進む。
ステップS23 制御モードが放電制御モードであるかどうかを判断する。制御モードが放電制御モードである場合はステップS25に、放電制御モードでない場合はステップS26に進む。
ステップS24 目標駆動モータトルクTM* を駆動モータトルク指令値TsMとする。
ステップS25 駆動モータ回転速度NMが0になるようにPI演算を行った結果を駆動モータトルク指令値TsMとする。
ステップS26 0〔Nm〕を駆動モータトルク指令値TsMとする。
ステップS27 駆動モータトルク指令値TsMを出力し、ステップS21に戻る。
【0079】
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
【0080】
図10は本発明の第3の実施の形態における発電機制御装置のトルク指令値算出部の動作を示すフローチャートである。なお、トルク指令値算出部46(図1)の動作は第2の実施の形態における動作と同じであるので、図9を援用する。
【0081】
この場合、制御モードがトルク制御モードである場合、前記トルク指令値算出部46は、目標駆動モータトルクTM* を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力してトルク制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、目標発電機トルクTG* を発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力してトルク制御を行う。なお、トルク指令値算出部46及びトルク指令値算出部51によって駆動制御処理手段が構成される。
【0082】
また、制御モードが放電制御モードである場合、前記トルク指令値算出部46は、駆動モータ回転速度NMが0になるようにPI演算を行い、PI演算を行った結果を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力して回転速度制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、発電機回転速度NGがあらかじめ設定された放電制御用の目標回転速度NG1* になるようにPI演算を行い、PI演算を行った結果を発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力して回転速度制御を行い、発生させられるトルクTM3、TG3が互いに打ち消されるように、すなわち、第2の電動機としての駆動モータ25について逆方向に、第1の電動機としての発電機16について正方向に駆動制御を行う。
【0083】
そして、制御モードがトルク制御モードでも放電制御モードでもない場合、前記トルク指令値算出部46は、0〔Nm〕を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力してトルク制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力してトルク制御を行う。したがって、駆動モータ25及び発電機16はフリー状態になる。
【0084】
このように、放電制御モードが選択されると、駆動モータ回転速度NMが0にされ、発電機回転速度NGが放電制御用の回転速度NG1にされ、駆動モータ25及び発電機16について駆動制御が行われるので、平滑用コンデンサ55、56(図2)の電荷を迅速に放電させることができる。そして、駆動モータ回転速度NMが0になるように回転速度制御が行われるので、駆動モータ25は回転させられない。したがって、駆動輪37が回転することはない。
【0085】
また、前記発電機16について正方向に駆動制御が行われ、発電機回転速度NGが放電制御用の回転速度にされるのに伴って、エンジン11が正方向に空転させられ、ワンウェイクラッチFはロックされない。このように、エンジン11が空転する方向に駆動制御が行われる。なお、エンジン11に伝達されるトルクが小さい場合は、エンジン11は必ずしも空転させられない。
【0086】
本実施の形態においては、ワンウェイクラッチFが配設されているので、発電機回転速度NGが放電制御用の回転速度にされるのに伴って、エンジン11が正方向に空転させられるようになっているが、ワンウェイクラッチFを備えない電動車両においては、平滑用コンデンサ55、56の電荷を放電させるために、駆動モータ25について正方向に、発電機16について逆方向に駆動制御を行うこともできる。その場合、発電機回転速度NGが放電制御用の回転速度NG1にされるのに伴って、エンジン11は逆方向に空転させられる。なお、エンジン11に伝達されるトルクが小さい場合は、エンジン11は必ずしも空転させられない。
【0087】
また、本実施の形態においては、駆動モータ回転速度NMが0にされ、発電機回転速度NGが放電制御用の回転速度にされるようになっているが、駆動モータ25について回転速度制御を、発電機16についてトルク制御を行うこともできる。そして、制御モードが放電制御モードである場合、前記トルク指令値算出部46は、駆動モータ回転速度NMが0になるようにPI演算を行い、PI演算を行った結果を駆動モータトルク指令値TsMとし、該駆動モータトルク指令値TsMを出力して回転速度制御を行い、前記トルク指令値算出部51は、放電制御用の目標トルクTG3* を発電機トルク指令値TsGとし、該発電機トルク指令値TsGを出力してトルク制御を行い、発生させられるトルクTM3、TG3が互いに打ち消されるように、すなわち、駆動モータ25について正方向に、発電機16について逆方向に駆動制御を行う。
【0088】
このように、エンジン11を空転させる方向に発電機16について駆動制御を行うことによって平滑用コンデンサ55、56の電荷を迅速に放電させることができるので、制御を簡素化することができる。
【0089】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップS31 目標発電機トルクTG* 及び制御モード信号を受ける。
ステップS32 制御モードがトルク制御モードであるかどうかを判断する。制御モードがトルク制御モードである場合はステップS34に、トルク制御モードでない場合はステップS33に進む。
ステップS33 制御モードが放電制御モードであるかどうかを判断する。制御モードが放電制御モードである場合はステップS35に、放電制御モードでない場合はステップS36に進む。
ステップS34 目標発電機トルクTG* を発電機トルク指令値TsGとする。
ステップS35 発電機回転速度NGが放電制御用の目標回転速度NG1* になるようにPI演算を行った結果を発電機トルク指令値TsGとする。
ステップS36 0〔Nm〕を発電機トルク指令値TsGとする。
ステップS37 発電機トルク指令値TsGを出力し、ステップS31に戻る。
【0090】
前記各実施の形態においては、ハイブリッド型車両について説明しているが、本発明を、第1、第2の電動機として発電機及び駆動モータを備えた電気自動車に適用することもできる。その場合、発電機及び駆動モータは互いに機械的に連結される。
【0091】
また、本発明を第1、第2の電動機として二つの駆動モータを備えた電気自動車に適用することもできる。その場合、二つの駆動モータを互いに機械的に連結しても、独立させて駆動輪と機械的に連結してもよい。
【0092】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0093】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、電動車両においては、第1の電動機と、該第1の電動機と互いに機械的に連結された第2の電動機と、前記第1、第2の電動機と機械的に連結された駆動輪と、前記第1の電動機を駆動するための第1のインバータと、前記第2の電動機を駆動するための第2のインバータと、第1、第2のインバータの平滑用コンデンサの電荷を放電させるに当たり、第1、第2の電動機について、発生させられるトルクが互いに打ち消されるように駆動制御を行う駆動制御処理手段とを有する。
【0094】
この場合、前記駆動制御処理手段によって第1、第2の電動機について駆動制御が行われるので、平滑用コンデンサの電荷を迅速に放電させることができる。また、第1、第2の電動機について、発生させられるトルクが互いに打ち消されるように駆動が行われので、第1、第2の電動機が回転することはなく、駆動輪が回転することもない。
【0095】
そして、抵抗、定電流回路等によって構成される放電回路を備える必要がないので、第1、第2のインバータを簡素化することができ、小型化することができる。また、抵抗が配設されないので、トルク制御モード時における抵抗による損失がなくなり、第1、第2のインバータのコストを低くすることができる。そして、第1、第2の電動機を回転させないようにトランジスタを順次オンにする必要がないので、制御を簡素化することができるだけでなく、第1、第2のインバータのコストを低くすることができる。
【0096】
本発明の他の電動車両においては、さらに、前記駆動制御処理手段は、第1の電動機について駆動制御を行うことによって所定のトルクを発生させ、第2の電動機について回転速度が0になるように駆動制御を行う。
【0097】
この場合、第1の電動機によって所定のトルクが発生させられ、第2の電動機の回転速度が0にされて、第1、第2の電動機について駆動制御が行われるので、平滑用コンデンサの電荷を迅速に放電させることができる。また、第2の電動機は回転させられないので、駆動輪が回転することはない。
【0098】
本発明の更に他の電動車両においては、さらに、エンジンと機械的に連結された第1の電動機と、該第1の電動機を駆動するためのインバータと、該インバータの平滑用コンデンサの電荷を放電させるに当たり、第1の電動機について、エンジンが空転する方向に駆動制御を行う駆動制御処理手段とを有する。
【0099】
この場合、該駆動制御処理手段によって、第1の電動機について、エンジンが空転する方向に駆動制御が行われるので、平滑用コンデンサの電荷を迅速に放電させることができる。
【0100】
本発明の更に他の電動車両においては、さらに、前記平滑用コンデンサは、第1、第2の電動機で共用される。
【0101】
この場合、平滑用コンデンサが第1、第2の電動機で共用されるので、第1、第2のインバータを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態におけるハイブリッド型車両の機能ブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施例におけるハイブリッド型車両の駆動装置の概念図である。
【図3】本発明の第1の実施例におけるハイブリッド型車両の制御回路の概略図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における駆動モータ制御装置及び駆動モータを示すブロック図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態における発電機制御装置及び発電機を示すブロック図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態におけるインバータを説明する図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態における駆動モータ制御装置のトルク指令値算出部の動作を示すフローチャートである。
【図8】本発明の第1の実施の形態における発電機制御装置のトルク指令値算出部の動作を示すフローチャートである。
【図9】本発明の第2の実施の形態における駆動モータ制御装置のトルク指令値算出部の動作を示すフローチャートである。
【図10】本発明の第3の実施の形態における発電機制御装置のトルク指令値算出部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
11 エンジン
13 プラネタリギヤユニット
14 出力軸
16 発電機
25 駆動モータ
37 駆動輪
46、51 トルク指令値算出部
49、54 インバータ
CR キャリヤ
R リングギヤ
S サンギヤ
Claims (7)
- 第1の電動機と、該第1の電動機と互いに機械的に連結された第2の電動機と、前記第1、第2の電動機と機械的に連結された駆動輪と、前記第1の電動機を駆動するための第1のインバータと、前記第2の電動機を駆動するための第2のインバータと、第1、第2のインバータの平滑用コンデンサの電荷を放電させるに当たり、第1、第2の電動機について、発生させられるトルクが互いに打ち消されるように駆動制御を行う駆動制御処理手段とを有することを特徴とする電動車両。
- 前記駆動制御処理手段は、第1の電動機について駆動制御を行うことによって所定のトルクを発生させ、第2の電動機について回転速度が0になるように駆動制御を行う請求項1に記載の電動車両。
- エンジンと機械的に連結された第1の電動機と、該第1の電動機を駆動するためのインバータと、該インバータの平滑用コンデンサの電荷を放電させるに当たり、第1の電動機について、エンジンが空転する方向に駆動制御を行う駆動制御処理手段とを有することを特徴とする電動車両。
- 前記第1の電動機及び駆動輪と機械的に連結された第2の電動機を有するとともに、前記駆動制御処理手段は、第2の電動機について回転速度が0になるように駆動制御を行う請求項3に記載の電動車両。
- 前記平滑用コンデンサは、第1、第2の電動機で共用される請求項1〜4のいずれか1項に記載の電動車両。
- 第1〜第3の歯車要素を備えた差動歯車装置を有するとともに、前記第1の歯車要素と第1の電動機とが連結され、前記第2の歯車要素と前記差動歯車装置の出力軸とが連結され、前記第3の歯車要素とエンジンとが連結される請求項1、2又は5に記載の電動車両。
- 第1の電動機、該第1の電動機と互いに機械的に連結された第2の電動機、及び前記第1、第2の電動機と機械的に連結された駆動輪を備えた電動車両の制御方法において、前記第1の電動機を駆動するための第1のインバータ、及び前記第2の電動機を駆動するための第2のインバータの平滑用コンデンサの電荷を放電させるに当たり、第1、第2の電動機について、発生させられるトルクが互いに打ち消されるように駆動制御を行うことを特徴とする電動車両の制御方法。
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JP2002199507A (ja) | 2002-07-12 |
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