JP4211788B2 - 電動機制御装置およびそれを備えた電動車両 - Google Patents

電動機制御装置およびそれを備えた電動車両 Download PDF

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Description

この発明は、電動機制御装置およびそれを備えた電動車両に関し、特に、電気自動車やハイブリッド自動車、燃料電池自動車などの電動車両に動力源として搭載される電動機の制御装置およびそれを備えた電動車両に関する。
特開2003−304604号公報(特許文献1)は、電気自動車(Electric Vehicle)やハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)、燃料電池自動車(Fuel Cell Vehicle)など、各種自動車の駆動源として搭載されるモータ駆動装置を開示する。
このモータ駆動装置においては、温度検出手段によって検出されたモータ温度が制限温度以上である場合、モータ出力制御手段がモータの出力を制限する。ここで、温度変化率検出手段は、モータ温度の変化率を検出し、その検出された変化率に応じて制限温度の設定を変更する。
すなわち、モータ温度の変化率が所定の変化率以上である場合には、温度変化率検出手段は、モータの温度上昇が大きいと判断して制限温度を第1の制限温度に設定し、モータ出力制御手段は、モータ温度が第1の制限温度以上になるとモータの出力を制限する。
これに対して、モータ温度の変化率が所定の変化率よりも小さい場合には、温度変化率検出手段は、モータの温度上昇が小さいと判断して制限温度を第1の制限温度よりも高い第2の制限温度に設定し、モータ出力制御手段は、モータ温度が第2の制限温度以上になるとモータの出力を制限する。
このモータ制御装置によれば、モータの出力を制限しないで走行できる距離が伸び、モータの温度保護を図り、かつ、モータの性能を充分に発揮させることができる(特許文献1参照)。
特開2003−304604号公報 特開2000−184502号公報 特開2005−51834号公報 特開平11−122703号公報
しかしながら、特開2003−304604号公報に開示されるモータ駆動装置では、モータの温度保護の観点からモータ温度の変化率に応じてモータの出力制限を行なうに過ぎず、車両の状態については考慮されていない。
たとえば、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりが発生し得るような状態のとき、そのような状態は最優先に回避されるべきと考えられるところ、上記のモータ駆動装置では、そのような車両の状態に拘わらずモータの温度保護を優先し、モータの出力制限を厳しくする可能性がある。したがって、上記のモータ駆動装置では、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりが発生する可能性がある。
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の状態に応じて電動機の出力制限を行なう電動機制御装置を提供することである。
また、この発明の別の目的は、車両の状態に応じて電動機の出力制限を行なう電動機制御装置を備えた電動車両を提供することである。
この発明によれば、電動機制御装置は、車両の駆動力を発生する電動機を制御する電動機制御装置であって、電動機の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段による検出温度および電動機の設定上限温度に基づいて電動機のトルクを制限するトルク制限手段と、車両の状態に基づいて電動機の上限温度を決定し、その決定した上限温度をトルク制限手段に設定する設定手段とを備える。
この発明による電動機制御装置においては、トルク制御手段は、車両の状態に基づいて決定される上限温度に基づいて電動機のトルクを制限するので、たとえば、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりが発生し得るような回避優先度の高い車両状態のときは、設定上限温度を引き上げることにより電動機のトルク制限を緩和できる。
したがって、この発明による電動機制御装置によれば、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
好ましくは、車両の状態は、車両の速度、トルクおよびシフトポジションの少なくとも1つを含む。
さらに好ましくは、設定手段は、トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、速度が第2のしきい値よりも低いとき、通常設定している第1の上限温度よりも高い第2の上限温度をトルク制限手段に設定する。
トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、速度が第2のしきい値よりも低い状態は、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりが発生し得る車両状態であると考えられる。ここで、この電動機制御装置においては、設定手段は、通常設定している第1の上限温度よりも高い第2の上限温度をトルク制限手段に設定するので、設定上限温度が引き上げられ、電動機のトルク制限が緩和される。
したがって、この発明による電動機制御装置によれば、車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
また、好ましくは、設定手段は、シフトポジションが後退レンジのとき、通常設定している第1の上限温度よりも高い第2の上限温度をトルク制限手段に設定する。
この電動機制御装置においては、設定手段は、シフトポジションが後退レンジのとき、通常設定している第1の上限温度よりも高い第2の上限温度をトルク制限手段に設定するので、設定上限温度が引き上げられ、電動機のトルク制限が緩和される。
したがって、この発明による電動機制御装置によれば、後進登坂時に車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
また、この発明によれば、電動機制御装置は、車両の駆動力を発生する電動機を制御する電動機制御装置であって、電動機の温度を検出する温度検出手段と、設定される単位時間あたりの低減率に従って、温度検出手段による検出温度および電動機の上限温度に基づいて電動機のトルクを制限するトルク制限手段と、車両の状態に基づいて低減率を決定し、その決定した低減率をトルク制限手段に設定する設定手段とを備える。
この発明による電動機制御装置においては、トルク制御手段は、車両の状態に基づいて決定される単位時間あたりの低減率に従って電動機のトルクを制限するので、たとえば、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりが発生し得るような回避優先度の高い車両状態のときは、低減率を低くするなどして電動機のトルク制限を緩和できる。
したがって、この発明による電動機制御装置によれば、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
好ましくは、車両の状態は、車両の速度、トルクおよびシフトポジションの少なくとも1つを含む。
さらに好ましくは、トルク制限手段は、トルクを低減させる際、検出温度によって決定される制限値までトルクを低減させ、設定手段は、トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、速度が第2のしきい値よりも低いとき、トルクの低減が開始されてからトルクが制限値になるまでの時間が通常よりも長くなるようにトルク制限手段に低減率を設定する。
トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、速度が第2のしきい値よりも低い状態は、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりが発生し得る車両状態であると考えられる。ここで、この電動機制御装置においては、設定手段は、トルクの低減が開始されてからトルクが制限値になるまでの時間が通常よりも長くなるようにトルク制限手段に低減率を設定するので、電動機のトルク制限が緩和される。
したがって、この発明による電動機制御装置によれば、車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
また、好ましくは、トルク制限手段は、トルクを低減させる際、検出温度によって決定される制限値までトルクを低減させ、設定手段は、シフトポジションが後退レンジのとき、トルクの低減が開始されてからトルクが制限値になるまでの時間が通常よりも長くなるようにトルク制限手段に低減率を設定する。
この電動機制御装置においては、設定手段は、シフトポジションが後退レンジのとき、トルクの低減が開始されてからトルクが制限値になるまでの時間が通常よりも長くなるようにトルク制限手段に低減率を設定するので、電動機のトルク制限が緩和される。
したがって、この発明による電動機制御装置によれば、後進登坂時に車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
さらに好ましくは、トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、速度が第2のしきい値よりも低いとき、または、シフトポジションが後退レンジのとき、設定手段は、通常設定している第1の低減率よりも低い第2の低減率をトルク制限手段に設定する。
この電動機制御装置においては、設定手段は、通常設定している第1の低減率よりも低い第2の低減率をトルク制限手段に設定するので、電動機のトルク制限が確実に緩和される。
したがって、この電動機制御装置によれば、車両のずり下がりの発生を回避できる可能性がさらに高まる。
また、好ましくは、トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、速度が第2のしきい値よりも低いとき、または、シフトポジションが後退レンジのとき、設定手段は、トルクの低減が開始されると、通常設定している第1の低減率よりも高い第3の低減率をトルク制限手段にまず設定し、その後、第1の低減率よりも低い第4の低減率をトルク制限手段に設定する。
この電動機制御装置においては、設定手段は、トルクの低減が開始されると、通常設定している第1の低減率よりも高い第3の低減率をトルク制限手段に設定するので、電動機の温度上昇の抑制がまず図られる。その後、設定手段は、第1の低減率よりも低い第4の低減率をトルク制限手段に設定するので、電動機のトルクが制限トルクになるまでの時間が確保される。
したがって、この電動機制御装置によれば、登り勾配の坂道走行時、電動機の温度上昇を抑制しつつ、車両のずり下がりの発生を回避できる可能性を高めることができる。
また、この発明によれば、電動車両は、車両の駆動力を発生する電動機と、電動機の出力軸に機械的に結合される車輪と、上述したいずれかの電動機制御装置とを備える。
したがって、この発明による電動車両によれば、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
この発明においては、車両の状態に基づいて決定される上限温度に基づいて電動機のトルクが制限されるので、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりが発生し得るような回避優先度の高い車両状態のときは、設定上限温度を引き上げることにより電動機のトルク制限を緩和できる。
また、車両の状態に基づいて決定される単位時間あたりの低減率に従って電動機のトルクが制限されるので、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりが発生し得るような回避優先度の高い車両状態のときは、低減率を低くするなどして電動機のトルク制限を緩和できる。
したがって、この発明によれば、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による電動車両のパワートレーンを説明するための全体ブロック図である。図1を参照して、この電動車両100は、蓄電装置Bと、電源ラインPLと、接地ラインSLと、コンデンサCと、インバータ10と、モータジェネレータMGと、車輪DWとを備える。また、電動車両100は、ECU(Electronic Control Unit)20と、温度センサ30と、電圧センサ40と、電流センサ50とをさらに備える。
電源ラインPLと接地ラインSLとの間に蓄電装置Bが接続され、電源ラインPLおよび接地ラインSLを介して蓄電装置Bにインバータ10が接続される。コンデンサCは、電源ラインPLと接地ラインSLとの間に蓄電装置Bに並列に接続される。モータジェネレータMGは、Y結線された3相コイルをステータコイルとして含み、3相ケーブルを介してインバータ10に接続される。そして、モータジェネレータMGの出力軸に車輪DWの回転軸が機械的に結合される。すなわち、モータジェネレータMGは、車輪DWを駆動する電動機としてこの電動車両100に組込まれる。
蓄電装置Bは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。蓄電装置Bは、インバータ10へ直流電力を供給する。また、蓄電装置Bは、車両の回生制動時にインバータ10から電源ラインPLへ出力される直流電力を受けて充電される。なお、蓄電装置Bとして大容量のキャパシタを用いてもよい。
コンデンサCは、電源ラインPLと接地ラインSLとの間の電圧変動を平滑化する。インバータ10は、ECU20からの信号PWIに基づいて、電源ラインPLから受ける直流電圧を3相交流電圧に変換し、その変換した3相交流電圧をモータジェネレータMGへ出力する。これにより、モータジェネレータMGは、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ10は、車両の回生制動時、車輪DWからの回転力を受けてモータジェネレータMGが発電した3相交流電圧をECU20からの信号PWIに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインPLへ出力する。
モータジェネレータMGは、3相交流電動機であり、たとえば3相交流同期電動機から成る。モータジェネレータMGは、インバータ10から受ける3相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータMGは、車両の回生制動時、3相交流電圧を発生してインバータ10へ出力する。
温度センサ30は、モータジェネレータMGのモータ温度Tを検出し、その検出したモータ温度TをECU20へ出力する。電圧センサ40は、コンデンサCの端子間の電圧Vmを検出し、その検出した電圧VmをECU20へ出力する。電流センサ50は、インバータ10をモータジェネレータMGと接続する3相ケーブルに流れるモータ電流MCRTを検出し、その検出したモータ電流MCRTをECU20へ出力する。
ECU20は、モータジェネレータMGのトルク指令TR、車両速度SVおよびシフトポジション信号SPを図示されない外部ECUから受ける。そして、ECU20は、トルク指令TR、車両速度SV、シフトポジション信号SP、温度センサ30からのモータ温度T、電圧センサ40からの電圧Vm、および電流センサ50からのモータ電流MCRTに基づいて、インバータ10を駆動するための信号PWIを生成し、その生成した信号PWIをインバータ10へ出力する。
なお、トルク指令TRは、アクセルペダルおよびブレーキペダルの踏込量ならびに車両の走行状態に基づいて外部ECUにより演算される。また、車両速度SVは、図示されない回転センサによって検出される車輪DWやモータジェネレータMGなどの回転数に基づいて外部ECUにより演算される。また、シフトポジション信号SPは、シフトレンジを選択するシフトレバーの選択位置を示す信号である。
図2は、図1に示したECU20の機能ブロック図である。図2を参照して、ECU20は、上限温度設定部202と、トルク制限制御部204と、モータ制御用相電圧演算部206と、PWM信号変換部208とを含む。
上限温度設定部202は、モータジェネレータMGのトルク指令TRおよび車両速度SVに基づいてモータジェネレータMGの上限温度を設定し、その設定した上限温度をトルク制限制御部204へ出力する。具体的には、上限温度設定部202は、トルク指令TRが予め設定されたしきい値TRth以下であるか、または、車両速度SVが予め設定されたしきい値SVth以上のとき、モータジェネレータMGの上限温度をTS1に設定する。一方、トルク指令TRがしきい値TRthよりも大きく、かつ、車両速度SVがしきい値SVthよりも低いときは、上限温度設定部202は、モータジェネレータMGの上限温度をTS1よりも高いTS2に設定する。
トルク制限制御部204は、モータジェネレータMGのモータ温度Tおよび上限温度設定部202により設定される上限温度に基づいて、モータジェネレータMGの出力トルクに制限をかけるトルク制限制御を実行する。具体的には、トルク制限制御部204は、モータジェネレータMGのモータ温度Tが上限温度設定部202により設定された上限温度(TS1またはTS2)に近づくと、外部ECUから受けるトルク指令TRを低減させる。そして、トルク制限制御部204は、モータ温度Tおよび設定上限温度に基づいて制限がかけられたトルク指令TRRをモータ制御用相電圧演算部206へ出力する。
モータ制御用相電圧演算部206は、トルク制限制御部204からのトルク指令TRR、電圧センサ40からの電圧Vm、および電流センサ50からのモータ電流MCRTに基づいて、モータジェネレータMGのU,V,W各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をPWM信号変換部208へ出力する。
PWM信号変換部208は、モータ制御用相電圧演算部206から受ける各相コイル電圧に基づいて、実際にインバータ10の各トランジスタをオン/オフするためのPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成し、その生成したPWM信号を信号PWIとしてインバータ10の各トランジスタへ出力する。
このECU20においては、モータジェネレータMGの保護のため、モータ温度Tが設定上限温度に近づくと、トルク制限制御部204によりモータジェネレータMGのトルク指令を低減させる。
モータジェネレータMGの上限温度は、上限温度設定部202により設定され、上限温度設定部202は、通常、モータジェネレータMGの上限温度をTS1に設定する。ここで、トルク指令TRがしきい値TRthよりも大きく、かつ、車両速度SVがしきい値SVthよりも低いとき、上限温度設定部202は、登り勾配の坂道を走行中に車両のずり下がりが発生し得ると判断し、トルク制限制御部204によるモータジェネレータMGのトルク制限を緩和するため、モータジェネレータMGの上限温度を通常時よりも高いTS2に設定する。
モータジェネレータMGの上限温度をTS1からTS2に引き上げることによりモータジェネレータMGに大きな温度負荷がかかる可能性はあるけれども、モータジェネレータMGのモータ温度Tが上限温度TS1を超えることは稀であり、モータ温度Tが上限温度TS1を超えても上限温度TS2以下には抑えられるので、モータジェネレータMGの寿命にはほとんど影響ない。
そして、モータ温度Tが上限温度TS1を超える稀な状態において、上限温度を通常の上限温度TS1よりも高い上限温度TS2に変更し、車両がずり下がるという状況を回避できる機会が与えられることは、車両の状態に拘わらずモータジェネレータMGの上限温度を一律に設定し、モータジェネレータMGの温度保護のみが図られる場合よりもメリットは大きいと考えられる。
図3は、図2に示したトルク制限制御部204によるモータジェネレータMGのトルク制限を説明するための図である。図3を参照して、横軸はモータジェネレータMGのモータ温度Tを示し、縦軸はモータジェネレータMGのトルク指令TRRを示す。トルク制限制御部204は、モータ温度Tが予め設定されたしきい値Tth以下のときは、外部ECUからのトルク指令TRをそのままトルク指令TRRとしてモータ制御用相電圧演算部206へ出力する。
モータ温度Tが予め設定されたしきい値Tthを超えると、トルク制限制御部204は、上限温度設定部202により設定される上限温度でトルク指令TRRが0となるようにトルク指令を制限する。ここで、トルク指令TRがしきい値TRthよりも大きく、かつ、車両速度SVがしきい値SVthよりも低いとき、トルク制限制御部204は、通常の上限温度TS1よりも高い上限温度TS2でトルク指令TRRが0となるようにトルク指令を制限する。
すなわち、登り勾配の坂道を走行中に車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、モータジェネレータMGの上限温度が緩和され、その結果、モータジェネレータMGのトルク制限が緩和される。
なお、図4に示すように、モータジェネレータMGの上限温度の設定変更に伴なって、トルク制限を開始する温度のしきい値をTth1からTth1よりも高いTth2に変更するようにしてもよい。
図5は、図1に示したECU20によるトルク制限制御のフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。
図5を参照して、ECU20は、温度センサ30からモータジェネレータMGのモータ温度Tを取得し、モータ温度Tがしきい値Tthを超えているか否かを判定する(ステップS10)。ECU20は、モータ温度Tがしきい値Tth以下であると判定すると(ステップS10においてNO)、外部ECUからのトルク指令TRに制限をかけることなく、一連の処理を終了する。
ステップS10においてモータ温度Tがしきい値Tthよりも高いと判定されると(ステップS10においてYES)、ECU20は、トルク指令TRが予め設定されたしきい値TRthよりも大きいか否かを判定する(ステップS20)。ECU20は、トルク指令TRがしきい値TRth以下であると判定すると(ステップS20においてNO)、モータジェネレータMGの上限温度として上限温度TS1を設定する(ステップS50)。
ステップS20においてトルク指令TRがしきい値TRthよりも大きいと判定されると(ステップS20においてYES)、ECU20は、車両速度SVが予め設定されたしきい値SVthよりも低いか否かを判定する(ステップS30)。ECU20は、車両速度SVがしきい値SVth以上であると判定すると(ステップS30においてNO)、ステップS50に処理を進める。
ステップS30において車両速度SVがしきい値SVthよりも低いと判定されると(ステップS30においてYES)、ECU20は、モータジェネレータMGの上限温度として上限温度TS1よりも高い上限温度TS2を設定する(ステップS40)。すなわち、ECU20は、トルク指令TRがしきい値TRthよりも大きく、かつ、車両速度SVがしきい値SVthよりも低いとき、車両が登り勾配の坂道を走行中に車両のずり下がりが発生し得ると判断し、トルク制限制御におけるモータジェネレータMGの上限温度として通常の上限温度TS1よりも高い上限温度TS2を設定する。
そして、ステップS40またはS50においてモータジェネレータMGの上限温度が設定されると、ECU20は、その設定された上限温度TS1またはTS2、および温度センサ30からのモータ温度Tに基づいて、モータジェネレータMGのトルク指令を制限するトルク制限制御を実行する(ステップS60)。
以上のように、この実施の形態1においては、モータジェネレータMGのトルクが大きく、かつ、車両速度が低い状態は、登り勾配の坂道走行時に車両のずり下がりが発生し得る車両状態であると判定される。このとき、上限温度設定部202は、通常設定している上限温度TS1よりも高い上限温度TS2をトルク制限制御部204に設定するので、モータジェネレータMGの設定上限温度が引き上げられ、モータジェネレータMGのトルク制限が緩和される。したがって、この実施の形態1によれば、車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
[実施の形態2]
実施の形態2による電動車両のパワートレーンの構成は、図1に示した実施の形態1による電動車両100と同じである。
図6は、この発明の実施の形態2におけるECUの機能ブロック図である。図6を参照して、ECU20Aは、図2に示した実施の形態1におけるECU20の構成において、上限温度設定部202に代えて上限温度設定部202Aを含む。
上限温度設定部202Aは、シフトレバーの選択位置を示すシフトポジション信号SPに基づいてモータジェネレータMGの上限温度を設定し、その設定した上限温度をトルク制限制御部204へ出力する。具体的には、上限温度設定部202Aは、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)以外のレンジのとき、モータジェネレータMGの上限温度をTS1に設定する。一方、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)のとき、上限温度設定部202Aは、モータジェネレータMGの上限温度をTS1よりも高いTS2に設定する。
ECU20Aのその他の構成は、図2に示した実施の形態1におけるECU20と同じである。
このECU20Aにおいては、モータジェネレータMGの保護のため、モータ温度Tが設定上限温度に近づくと、トルク制限制御部204によりモータジェネレータMGのトルク指令を低減させる。
モータジェネレータMGの上限温度は、上限温度設定部202Aにより設定され、上限温度設定部202Aは、通常、モータジェネレータMGの上限温度をTS1に設定する。ここで、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)のとき、上限温度設定部202Aは、後進登坂中に車両のずり下がりが発生し得ると判断し、トルク制限制御部204によるモータジェネレータMGのトルク制限を緩和するため、モータジェネレータMGの上限温度を通常時よりも高いTS2に設定する。
図7は、この発明の実施の形態2におけるECU20Aによるトルク制限制御のフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。
図7を参照して、このフローチャートに示される処理は、図5に示した一連の処理において、ステップS20,S30に代えてステップS35を含む。すなわち、ステップS10においてモータ温度Tがしきい値Tthよりも高いと判定されると(ステップS10においてYES)、ECU20Aは、シフトポジション信号SPに基づいてシフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)であるか否かを判定する(ステップS35)。ECU20Aは、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)以外のレンジであると判定すると(ステップS35においてNO)、ステップS50へ処理を進め、モータジェネレータMGの上限温度として上限温度TS1を設定する。
ステップS35においてシフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)であると判定されると(ステップS35においてYES)、ECU20Aは、ステップS40へ処理を進め、モータジェネレータMGの上限温度として上限温度TS1よりも高い上限温度TS2を設定する。すなわち、ECU20Aは、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)のとき、後進登坂中に車両のずり下がりが発生し得ると判断し、トルク制限制御におけるモータジェネレータMGの上限温度として通常の上限温度TS1よりも高い上限温度TS2を設定する。
以上のように、この実施の形態2においては、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)にある状態は、後進登坂時に車両のずり下がりが発生し得る車両状態であると判定される。このとき、上限温度設定部202Aは、通常設定している上限温度TS1よりも高い上限温度TS2をトルク制限制御部204に設定するので、モータジェネレータMGの設定上限温度が引き上げられ、モータジェネレータMGのトルク制限が緩和される。したがって、この実施の形態2によれば、後進登坂時に車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
なお、この実施の形態2の発明は、特に、モータジェネレータに加えて内燃機関を動力源として搭載する車両であって、後進時においてはモータジェネレータの駆動力のみを用いて駆動される車両に対して有用である。後進登坂時に車両が前方にずり下がるという状況を回避できる機会を当該車両に対して与えることが可能となるからである。
[実施の形態3]
実施の形態1,2では、車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、モータジェネレータMGの上限温度を緩和することによりトルク制限を緩和した。この実施の形態3以降の各実施の形態では、車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、モータ温度に応じた制限値にトルクが低減するまでの時間が長くなるように単位時間あたりのトルク低減率を変更する。これにより、トルクが制限値に急激に制限されて車両のずり下がりが発生するという状況を回避できる可能性が高くなる。
実施の形態3による電動車両のパワートレーンの構成は、図1に示した実施の形態1による電動車両100と同じである。
図8は、この発明の実施の形態3におけるECUの機能ブロック図である。図8を参照して、ECU20Bは、図2に示した実施の形態1におけるECU20の構成において、上限温度設定部202およびトルク制限制御部204に代えてそれぞれ時間低減率設定部203およびトルク制限制御部204Aを含む。
時間低減率設定部203は、モータジェネレータMGのトルク指令TRおよび車両速度SVに基づいて、トルク制限制御部204Aにより実行されるトルク制限制御における単位時間あたりのトルクの低減率を設定し、その設定した低減率をトルク制限制御部204Aへ出力する。具体的には、時間低減率設定部203は、トルク指令TRが予め設定されたしきい値TRth以下であるか、または、車両速度SVが予め設定されたしきい値SVth以上のとき、トルクの低減率をR1に設定する。一方、トルク指令TRがしきい値TRthよりも大きく、かつ、車両速度SVがしきい値SVthよりも低いときは、時間低減率設定部203は、低減率をR1よりも低いR2に設定する。
トルク制限制御部204Aは、モータジェネレータMGのモータ温度Tおよび予め設定された上限温度に基づいて、時間低減率設定部203により設定された低減率に従ってトルク制限制御を実行する。具体的には、トルク制限制御部204Aは、モータジェネレータMGのモータ温度Tが設定上限温度に近づくと、外部ECUから受けるトルク指令TRを時間低減率設定部203から受ける低減率に従って低減させる。そして、トルク制限制御部204Aは、モータ温度Tおよび設定上限温度に基づいて制限がかけられたトルク指令TRRをモータ制御用相電圧演算部206へ出力する。
ECU20Bのその他の構成は、図2に示した実施の形態1におけるECU20と同じである。
図9は、図8に示したトルク制限制御部204AによるモータジェネレータMGのトルク制限を説明するための図である。図9を参照して、横軸は時間を示し、縦軸はモータジェネレータMGのトルク指令TRRを示す。線k1は、時間低減率設定部203によって設定される低減率がR1の場合のトルク指令TRRの変化を示し、線k2は、低減率がR2の場合のトルク指令TRRの変化を示す。
時刻t0においてモータ温度Tが予め設定されたしきい値Tthを超えると、トルク制限制御部204Aは、時間低減率設定部203から受ける低減率でトルク指令TRRが低減するようにトルクを制限する。ここで、トルク指令TRがしきい値TRthよりも大きく、かつ、車両速度SVがしきい値SVthよりも低いとき、トルク制限制御部204Aは、通常の低減率R1よりも低い低減率R2に従ってトルク指令を低下させる。したがって、登り勾配の坂道を走行中に車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、モータ温度Tに応じた制限値にトルク指令が低減するまでの時間が長くなる。
以上のように、この実施の形態3においては、登り勾配の坂道を走行中に車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、トルク制限制御におけるトルクの低減率を通常の低減率R1よりも低い低減率R2に変更する。したがって、この実施の形態3によれば、モータ温度Tに応じた制限値にトルク指令が低減するまでの時間が長くなり、車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
[実施の形態4]
実施の形態4による電動車両のパワートレーンの構成は、図1に示した実施の形態1による電動車両100と同じである。
図10は、この発明の実施の形態4におけるECUの機能ブロック図である。図10を参照して、ECU20Cは、図8に示した実施の形態3におけるECU20Bの構成において、時間低減率設定部203に代えて時間低減率設定部203Aを含む。
時間低減率設定部203Aは、シフトレバーの選択位置を示すシフトポジション信号SPに基づいて、トルク制限制御部204Aにより実行されるトルク制限制御における単位時間あたりのトルクの低減率を設定し、その設定した低減率をトルク制限制御部204Aへ出力する。具体的には、時間低減率設定部203Aは、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)以外のレンジのとき、トルクの低減率をR1に設定する。一方、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)のとき、時間低減率設定部203Aは、低減率をR1よりも低いR2に設定する。
ECU20Cのその他の構成は、図8に示した実施の形態3におけるECU20Bと同じである。
以上のように、この実施の形態4においては、後進登坂時に車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、トルク制限制御におけるトルクの低減率を通常の低減率R1よりも低い低減率R2に変更する。したがって、この実施の形態4によれば、モータ温度Tに応じた制限値にトルク指令が低減するまでの時間が長くなり、後進登坂時に車両のずり下がりの発生を回避できる可能性が高まる。
[実施の形態5]
実施の形態3,4では、車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、単位時間あたりのトルクの低減率を通常時よりも低くすることにより、モータ温度に応じた制限値にトルクが低減するまでの時間を長くした。したがって、実施の形態3,4では、モータジェネレータMGの温度上昇を相当程度許容している。この実施の形態5および次の実施の形態6では、車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、モータ温度に応じた制限値にトルクが低減するまでの時間を通常時よりも長くしつつ、さらにモータジェネレータMGの温度上昇にも配慮した低減率の設定が行なわれる。
実施の形態5による電動車両のパワートレーンの構成は、図1に示した実施の形態1による電動車両100と同じである。
再び図8を参照して、この実施の形態5におけるECU20Dは、実施の形態3におけるECU20Bの構成において、時間低減率設定部203およびトルク制限制御部204Aに代えてそれぞれ時間低減率設定部203Bおよびトルク制限制御部204Bを含む。
時間低減率設定部203Bは、モータジェネレータMGのトルク指令TRおよび車両速度SVに基づいて、トルク制限制御部204Bにより実行されるトルク制限制御における単位時間あたりのトルクの低減率を設定し、その設定した低減率をトルク制限制御部204Bへ出力する。具体的には、時間低減率設定部203Bは、トルク指令TRがしきい値TRth以下であるか、または、車両速度SVがしきい値SVth以上のとき、トルクの低減率をR1に設定する。一方、トルク指令TRがしきい値TRthよりも大きく、かつ、車両速度SVがしきい値SVthよりも低いときは、時間低減率設定部203Bは、低減率R1よりも高い低減率R3および低減率R1よりも低い低減率R4の2つの低減率を設定する。
トルク制限制御部204Bは、モータジェネレータMGのモータ温度Tおよび予め設定された上限温度に基づいて、時間低減率設定部203Bにより設定された低減率に従ってトルク制限制御を実行する。具体的には、トルク制限制御部204Bは、モータ温度Tが設定上限温度に近づくと、外部ECUから受けるトルク指令TRを時間低減率設定部203Bから受ける低減率に従って低減させる。
ここで、トルク制限制御部204Bは、時間低減率設定部203Bから2つの低減率R3,R4を受けているとき、モータ温度Tおよび設定上限温度に基づいて決定される制限トルクまでトルク指令を2段階に分けて低減させる。すなわち、トルク制限制御部204Bは、制限トルクまでトルク指令を低減させる際、通常の低減率R1よりも高い低減率R3に従ってトルク指令をまず低減させ、その後、通常の低減率R1よりも低い低減率R4に従ってトルク指令を低減させる。そして、トルク制限制御部204Bは、モータ温度Tおよび設定上限温度に基づいて制限がかけられたトルク指令TRRをモータ制御用相電圧演算部206へ出力する。
図11は、この実施の形態5におけるトルク制限制御部204BによるモータジェネレータMGのトルク制限を説明するための図である。図11を参照して、横軸は時間を示し、縦軸はモータジェネレータMGのトルク指令TRRを示す。線k1は、時間低減率設定部203Bによって設定される低減率がR1の場合のトルク指令TRRの変化を示し、線k3,k4は、それぞれ低減率がR3,R4の場合のトルク指令TRRの変化を示す。
時刻t0においてモータ温度Tがしきい値Tthを超えると、トルク制限制御部204Bは、時間低減率設定部203Bから受ける低減率でトルク指令TRRが低減するようにトルクを制限する。ここで、トルク指令TRがしきい値TRthよりも大きく、かつ、車両速度SVがしきい値SVthよりも低いとき、トルク制限制御部204Bは、たとえば、少なくとも車両のずり下がりが発生し得ないトルクTRSまでは、通常の低減率R1よりも高い低減率R3に従ってトルク指令を低下させ、その後、低減率R1よりも低い低減率R4に従ってトルク指令を低下させる。
このように、トルク指令TRがしきい値TRthよりも大きく、かつ、車両速度SVがしきい値SVthよりも低いとき、すなわち車両のずり下がりが発生し得るような状況のとき、単位時間あたりのトルクの低減率を2段階に分けることとしたのは、モータの温度保護に配慮しつつ、モータ温度Tに応じた制限値にトルク指令が低減するまでの時間を長くとるためである。すなわち、モータ温度Tがしきい値Tthを超えた場合に、まず、通常の低減率R1よりも高い低減率R3でトルク指令を低減することにより、モータの温度上昇率を大幅に抑える。そして、その後、通常の低減率R1よりも低い低減率R4でトルク指令を低減することにより、モータ温度Tに応じた制限値にトルク指令が低減するまでの時間を確保する。
以上のように、この実施の形態5においては、登り勾配の坂道を走行中に車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、トルク制限制御におけるトルクの低減率を低減率R3(>R1),R4(<R1)の2段階に分けてトルクを低減させる。したがって、この実施の形態5によれば、モータ温度Tに応じた制限値にトルク指令が低減するまでの時間を長くすることにより車両のずり下がりの発生を回避できる可能性を高めつつ、モータジェネレータMGの温度上昇も抑えることができる。
[実施の形態6]
実施の形態6による電動車両のパワートレーンの構成は、図1に示した実施の形態1による電動車両100と同じである。
再び図10を参照して、この実施の形態6におけるECU20Eは、実施の形態4におけるECU20Cの構成において、時間低減率設定部203Aおよびトルク制限制御部204Aに代えてそれぞれ時間低減率設定部203Cおよびトルク制限制御部204Bを含む。
時間低減率設定部203Cは、シフトレバーの選択位置を示すシフトポジション信号SPに基づいて、トルク制限制御部204Bにより実行されるトルク制限制御における単位時間あたりのトルクの低減率を設定し、その設定した低減率をトルク制限制御部204Bへ出力する。具体的には、時間低減率設定部203Cは、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)以外のレンジのとき、トルクの低減率をR1に設定する。一方、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)のとき、時間低減率設定部203Cは、低減率R1よりも高い低減率R3および低減率R1よりも低い低減率R4の2つの低減率を設定する。
なお、トルク制限制御部204Bについては、実施の形態5において説明したとおりである。また、トルク制限制御部204BによるモータジェネレータMGのトルク制限については、図11で説明したとおりである。
以上のように、この実施の形態6においては、後進登坂時に車両のずり下がりが発生し得る状況のとき、トルク制限制御におけるトルクの低減率を低減率R3(>R1),R4(<R1)の2段階に分けてトルクを低減させる。したがって、この実施の形態6によれば、モータ温度Tに応じた制限値にトルク指令が低減するまでの時間を長くすることにより後進登坂時における車両のずり下がりの発生を回避できる可能性を高めつつ、モータジェネレータMGの温度上昇も抑えることができる。
なお、上記の実施の形態5,6においては、トルク制限制御におけるトルクの低減率を2段階に分けてトルクを低減させるものとしたが、3段階以上に分けてまたは連続的にトルクを低減させてもよい。すなわち、トルクを制限値まで低減する際、まず、通常時よりも低減率を高く設定し、その後、段階的にまたは連続的に低減率を低くしていくような低減率の設定方法でもよい。
また、上記の実施の形態1,3,5においては、トルク指令TRおよび車両速度SVに基づいて上限温度または単位時間あたりのトルクの低減率を切替えるものとしたが、トルク指令TRに代えて、トルクセンサを用いて検出されるトルク実績やモータジェネレータMGに流されるモータ電流MCRTなどを用いてもよい。
また、上記の実施の形態2,4,6においては、シフトポジションが後退レンジ(Rレンジ)にあるか否かに基づいて上限温度または単位時間あたりのトルクの低減率を切替えるものとしたが、モータジェネレータMGの回転方向に基づいて車両が後進中であるか否かを判定することによって上限温度または低減率を切替えてもよい。
また、上記の各実施の形態においては、車輪DWをモータジェネレータMGで駆動する電動車両が示されたが、この発明の適用範囲は、動力源として内燃機関も搭載するハイブリッド自動車や、蓄電装置Bに代えて燃料電池を直流電源として搭載する燃料電池自動車も含む。
また、蓄電装置Bとインバータ10との間に蓄電装置Bからの直流電圧を昇圧してインバータ10へ供給する昇圧コンバータを備えてもよい。
なお、上記において、モータジェネレータMGは、この発明における「電動機」に対応し、温度センサ30は、この発明における「温度検出手段」に対応する。また、トルク制限制御部204,204A,204Bの各々は、この発明における「トルク制限手段」に対応し、上限温度設定部202,202Aの各々は、この発明における「車両の状態に基づいて電動機の上限温度を決定し、その決定した上限温度をトルク制限手段に設定する設定手段」に対応する。さらに、時間低減率設定部203,203A〜203Cの各々は、この発明における「車両の状態に基づいて低減率を決定し、その決定した低減率をトルク制限手段に設定する設定手段」に対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態1による電動車両のパワートレーンを説明するための全体ブロック図である。 図1に示すECUの機能ブロック図である。 図2に示すトルク制限制御部によるモータジェネレータのトルク制限を説明するための図である。 トルク制限制御部による他のトルク制限方法を説明するための図である。 図1に示すECUによるトルク制限制御のフローチャートである。 この発明の実施の形態2におけるECUの機能ブロック図である。 この発明の実施の形態2におけるECUによるトルク制限制御のフローチャートである。 この発明の実施の形態3におけるECUの機能ブロック図である。 図8に示すトルク制限制御部によるモータジェネレータのトルク制限を説明するための図である。 この発明の実施の形態4におけるECUの機能ブロック図である。 この実施の形態5におけるトルク制限制御部によるモータジェネレータのトルク制限を説明するための図である。
符号の説明
10 インバータ、20,20A〜20E ECU、30 温度センサ、40 電圧センサ、50 電流センサ、100 電動車両、202,202A 上限温度設定部、203,203A〜203C 時間低減率設定部、204,204A,204B トルク制限制御部、206 モータ制御用相電圧演算部、208 PWM信号変換部、B 蓄電装置、C コンデンサ、PL 電源ライン、SL 接地ライン、MG モータジェネレータ、DW 車輪。

Claims (11)

  1. 車両の駆動力を発生する電動機を制御する電動機制御装置であって、
    前記電動機の温度を検出する温度検出手段と、
    前記温度検出手段による検出温度および前記電動機の設定上限温度に基づいて前記電動機のトルクを制限するトルク制限手段と、
    前記車両の状態に基づいて前記電動機の上限温度を決定し、その決定した上限温度を前記トルク制限手段に設定する設定手段とを備える電動機制御装置。
  2. 前記車両の状態は、前記車両の速度、前記トルクおよびシフトポジションの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の電動機制御装置。
  3. 前記設定手段は、前記トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、前記速度が第2のしきい値よりも低いとき、通常設定している第1の上限温度よりも高い第2の上限温度を前記トルク制限手段に設定する、請求項2に記載の電動機制御装置。
  4. 前記設定手段は、前記シフトポジションが後退レンジのとき、通常設定している第1の上限温度よりも高い第2の上限温度を前記トルク制限手段に設定する、請求項2に記載の電動機制御装置。
  5. 車両の駆動力を発生する電動機を制御する電動機制御装置であって、
    前記電動機の温度を検出する温度検出手段と、
    設定される単位時間あたりの低減率に従って、前記温度検出手段による検出温度および前記電動機の上限温度に基づいて前記電動機のトルクを制限するトルク制限手段と、
    前記車両の状態に基づいて前記低減率を決定し、その決定した低減率を前記トルク制限手段に設定する設定手段とを備える電動機制御装置。
  6. 前記車両の状態は、前記車両の速度、前記トルクおよびシフトポジションの少なくとも1つを含む、請求項5に記載の電動機制御装置。
  7. 前記トルク制限手段は、前記トルクを低減させる際、前記検出温度によって決定される制限値まで前記トルクを低減させ、
    前記設定手段は、前記トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、前記速度が第2のしきい値よりも低いとき、前記トルクの低減が開始されてから前記トルクが前記制限値になるまでの時間が通常よりも長くなるように前記トルク制限手段に前記低減率を設定する、請求項6に記載の電動機制御装置。
  8. 前記トルク制限手段は、前記トルクを低減させる際、前記検出温度によって決定される制限値まで前記トルクを低減させ、
    前記設定手段は、前記シフトポジションが後退レンジのとき、前記トルクの低減が開始されてから前記トルクが前記制限値になるまでの時間が通常よりも長くなるように前記トルク制限手段に前記低減率を設定する、請求項6に記載の電動機制御装置。
  9. 前記トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、前記速度が第2のしきい値よりも低いとき、または、前記シフトポジションが後退レンジのとき、前記設定手段は、通常設定している第1の低減率よりも低い第2の低減率を前記トルク制限手段に設定する、請求項7または請求項8に記載の電動機制御装置。
  10. 前記トルクが第1のしきい値よりも大きく、かつ、前記速度が第2のしきい値よりも低いとき、または、前記シフトポジションが後退レンジのとき、前記設定手段は、前記トルクの低減が開始されると、通常設定している第1の低減率よりも高い第3の低減率を前記トルク制限手段にまず設定し、その後、前記第1の低減率よりも低い第4の低減率を前記トルク制限手段に設定する、請求項7または請求項8に記載の電動機制御装置。
  11. 車両の駆動力を発生する電動機と、
    前記電動機の出力軸に機械的に結合される車輪と、
    請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電動機制御装置とを備える電動車両。
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