JP4295734B2 - バッテリー駆動車両及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリー駆動車両に関しており、特に、２つの駆動輪を、別々のインバータ及びモータで駆動するように構成されたバッテリー駆動車両技術に関する。

バッテリーフォークリフトに例示されるバッテリー駆動車両は、左右２つの駆動輪を、別々のインバータ及びモータで駆動する駆動システムを採用することがある。このような駆動システムは、動力伝達機構を簡素化し、駆動効率を高めるために有効である。

２つのモータが協調的に制御され、これにより、全体としてのエネルギー効率が向上されることは、２つ以上のモータを含むシステム全般に重要なことである。複数のモータを協調的に制御する技術は、例えば特開平６−３２９６０８号公報（特許文献１）に開示されている。この公報に記載の技術は、複数のモータから駆動電流が要求されている場合に駆動の優先順位を設定することにより、複数のモータへの最適な電流配分を実現している。

バッテリーを電源として使用する駆動システムで重要なことの一つは、バッテリーの能力を有効に活用することであり、そのためには、バッテリー電圧になるべく近い出力電圧を出力するようにインバータが制御されることが好ましい。

しかし、バッテリー電圧になるべく近い出力電圧を出力するようにインバータを制御することは、２つのモータの特性にばらつきがある場合に問題を生じさせ得る。第１に、モータの特性のばらつきは、一方のモータについては、要求されたトルクを出力するために必要な出力電圧がバッテリー電圧よりも低いが、他方のモータについては、要求されたトルクを出力するために必要な出力電圧がバッテリー電圧よりも高いという事態を生じさせ得る。このような場合、後者のモータや、それに接続されたインバータを保護するためには、後者のモータに接続されたインバータは、要求されたトルクを出力するために必要な出力電圧よりも小さい出力電圧を出力するように制御されざるを得ない。しかし、単純に出力電圧を制限するだけでは、左右の駆動輪に供給されるトルクが不均一になり、バッテリー駆動車両が不所望な方向に進んでしまう。

第２に、モータの特性のばらつきは、電力のバッテリーへの回生を行うときにも問題を生じさせ得る。より具体的には、一方のモータからインバータを介してバッテリーに供給される回生電圧はバッテリーの許容最大電圧よりも小さいが、他方のモータからインバータを介してバッテリーに供給される回生電圧がバッテリーの許容最大電圧よりも大きいという事態を生じさせ得る。このような場合、バッテリーを保護するためには、後者のモータに対して弱め界磁制御が行われ、回生電圧が低下される必要がある。しかし、単純に後者のモータに対する弱め界磁制御を行うだけでは、左右の駆動輪に供給されるトルクが不均一になり、バッテリー駆動車両が不所望な方向に進んでしまう。

２つのモータの特性のばらつきを考慮して、バッテリー電圧が充分に高いバッテリーを使用すれば、このような問題は回避できるかもしれない。しかし、バッテリー電圧が高いバッテリーを使用することは、経済性の面からは問題である。

このような背景から、駆動輪を駆動する２つのモータの特性にばらつきがあっても、バッテリーの能力を最大限に活用できるようなバッテリー駆動車両の提供が望まれている。
特開平６−３２９６０８号公報

本発明の目的は、駆動輪を駆動する２つのモータの特性にばらつきがあっても、バッテリーの能力を有効に活用できるバッテリー駆動車両を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。

本発明によるバッテリー駆動車両（１０）は、バッテリー（４）と、第１駆動輪（３_１）と、第１駆動輪（３_１）を駆動する第１モータ（２_１）と、前記バッテリー（４）から供給された直流電力から第１交流電力を発生し、前記第１交流電力を第１モータ（２_１）に供給する第１インバータ（１_１）と、第２駆動輪（３_２）と、第２駆動輪（３_２）を駆動する第２モータ（２_２）と、バッテリー（４）から供給された直流電力から第２交流電力を発生し、前記第２交流電力を第２モータ（２_２）に供給する第２インバータ（１_２）とを具備する。第１インバータ（１_１）は、第１電圧指令を生成する第１電圧指令生成手段（１１_１−１４_１）と、前記第１電圧指令に応答して前記第１モータ（２_１）に前記第１交流電力を出力する第１インバータ出力段（１７_１）とを備える。第２インバータ（１_２）は、第２電圧指令を生成する第２電圧指令生成手段（１１_２−１４_２と、前記第２電圧指令に応答して第２モータ（２１）に前記第２交流電力を出力する第２インバータ出力段（１７_２）とを備える。第１電圧指令生成手段（１１_１−１４_１）は、バッテリー（４）及び／又は第１インバータ（１_１）の状態に応じて前記第１電圧指令を制限し、且つ、前記第１電圧指令を制限した程度に応じて第１制御データを生成する。第２電圧指令生成手段（１１_２−１４_２）は、前記第１制御データに応答して前記第２電圧指令を制限する。

このようなバッテリー駆動車両（１０）では、バッテリー（４）及び／又は第１インバータ（１_１）の状態に応じて第１インバータ（１１）の前記第１電圧指令が制限された場合に、第２インバータ（１_２）の前記第２電圧指令も制限される。したがって、第１電圧指令を制限する制御を行ってバッテリー（４）や第１インバータ（１_１）を保護しても、当該バッテリー駆動車両（１０）は不所望な方向に進まない。これは、第１インバータ（１_１）及び第２インバータ（１_２）に許容される最大の出力電圧を、バッテリー電圧に近づけることを可能にし、バッテリー（４）の能力を最大限に活用することを可能にする。

好適には、第２電圧指令生成手段（１１_２−１４_２）は、バッテリー（４）及び／又は第２インバータ（１_２）の状態に応じて前記第２電圧指令を制限し、且つ、前記第２電圧指令を制限した程度に応じて第２制御データを生成し、第１電圧指令生成手段（１１_１−１４_１）は、前記第２制御データに応答して前記第１電圧指令を制限する。

第１電圧指令生成手段（１１_１−１４_１）が、第１モータ（２_１）に対応する第１トルク指令（Ｔ_１ ^＊）、及び第１モータ（２_１）の回転数（Ｎ_１）から電流指令を生成する電流指令生成手段（１１_１）と、前記電流指令と第１モータ（２_１）に供給される電流とに応答して前記第１電圧指令を生成する電流制御手段（１２_１−１４_１）とを備える場合には、電流指令生成手段（１１_１）が、第２インバータ（１_２）の第２電圧指令生成手段（１１_２−１４_２）から送信される前記第２制御データに応答して前記電流指令を制限することが好ましい。

好適な実施形態では、前記第１電圧指令は、ｄ軸電圧指令（ｖ_１ｄ ^＊）とｑ軸電圧指令（ｖ_１ｑ ^＊）とを含む。この場合、第１電圧指令生成手段（１１_１−１４_１）は、第１トルク指令（Ｔ_１ ^＊）、前記第１モータ（２_１）の回転数（Ｎ_１）、及び第１モータ（２_１）に供給される電流から暫定ｄ軸電圧指令（ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊）と暫定ｑ軸電圧指令（ｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊）とを生成する電圧制御手段（１１_１−１３_１）と、暫定ｄ軸電圧指令（ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊）と暫定ｑ軸電圧指令（ｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊）とが所定の条件を満足する場合、前記ｑ軸電圧指令（ｖ_１ｑ ^＊）を前記暫定ｑ軸電圧指令（ｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊）よりも小さくなるように生成する電圧制限手段（１４_１）とを備え、前記第１制御データは、前記ｑ軸電圧指令（ｖ_１ｑ ^＊）が前記暫定ｑ軸電圧指令（ｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊）から減少されている程度に応じて生成されたｑ軸制御データを含むことが好ましい。

この場合、電圧制限手段（１４_１）は、前記暫定ｄ軸電圧指令（ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊）と前記暫定ｑ軸電圧指令（ｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊）とが前記所定の条件を満足するときに、前記ｄ軸電圧指令（ｖ_１ｄ ^＊）を前記暫定ｄ軸電圧指令（ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊）よりも小さくなるように生成し、前記第１制御データは、更に、前記ｄ軸電圧指令（ｖ_１ｄ ^＊）が前記暫定ｄ軸電圧指令（ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊）から減少されている程度に応じて生成されたｄ軸制御データを含んでもよい。

他の好適な実施形態では、前記第１電圧指令生成手段（１１_１−１４_１）は、前記バッテリーの電圧（Ｖ_ｄｃ）が所定の電圧（Ｖ_{ｄｃＭＡＸ}）よりも高い場合に前記ｄ軸電圧指令（ｖ_１ｄ ^＊）を前記暫定ｄ軸電圧指令（ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊）よりも小さくなるように制限する電圧制限手段（１４_１）を備え、且つ、前記第１制御データは、前記ｄ軸電圧指令が前記暫定ｄ軸電圧指令から減少されている程度に応じて生成されたｄ軸制御データを含む。

本発明によるバッテリー駆動車両の制御方法は、バッテリー（４）と、第１駆動輪（３_１）と、第１駆動輪（３_１）を駆動する第１モータ（２_１）と、第１インバータ（１_１）と、第２駆動輪（３_２）と、第２駆動輪（３_２）を駆動する第２モータ（２_２）と、第２インバータ（１_２）とを具備するバッテリー駆動車両の制御方法である。当該制御方法は、
第１インバータ（１_１）において第１電圧指令を生成するステップと、
前記第１電圧指令に応答して第１インバータ（１_１）から第１モータ（２_１）に交流電力を供給するステップと、
第２インバータ（１_２）において第２電圧指令を生成するステップと、
前記第２電圧指令に応答して第２インバータ（１_２）から第２モータ（２_２）に交流電力を供給するステップと、
バッテリー（４）及び／又は第１インバータ（１_１）の状態に応じて前記第１電圧指令を制限し、且つ、前記第１電圧指令を制限した程度に応じて第１制御データを生成するステップと、
前記第１制御データを第１インバータ（１_１）から第２インバータ（１_２）に送信するステップと、
第２インバータ（１_２）において、前記第１制御データに応答して前記第２電圧指令を制限するステップとを具備する。

本発明によれば、駆動輪を駆動する２つのモータの特性にばらつきがあっても、バッテリーの能力を有効に活用できるバッテリー駆動車両を提供できる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明によるバッテリー駆動車両の好適な実施形態を説明する。

第１ 全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリー駆動車両１０のブロック図である。バッテリー駆動車両１０は、左走行インバータ１_１と、右走行インバータ１_２と、左誘導モータ２_１と、右誘導モータ２_２と、左駆動輪３_１と、右駆動輪３_２と、バッテリー４と、上位コントローラ５とを備えている；本明細書の全体に渡り、参照符号に付された添字”１”は、「左」に対応しており、添字”２”は、「右」に対応していることに留意されたい。

左走行インバータ１_１は、バッテリー４から供給される直流電力から３相交流電力を生成して、左駆動輪３_１を駆動する左誘導モータ２_１に供給する。左走行インバータ１_１から左誘導モータ２_１に３相交流電力を供給する電力ケーブルには、左誘導モータ２_１のｕ相電流ｉ_１ｕ、ｖ相電流ｉ_１ｖ、及びｗ相電流ｉ_１ｗを測定する電流センサ６_１が設けられている。左走行インバータ１_１は、ｕ相電流ｉ_１ｕ、ｖ相電流ｉ_１ｖ、及びｗ相電流ｉ_１ｗに基づいたベクトル制御を行って３相交流電力を生成する。

同様に、右走行インバータ１_２は、バッテリー４から供給される直流電力から３相交流電力を生成して、右駆動輪３_２を駆動する右誘導モータ２_２に供給する。右走行インバータ１_２から右誘導モータ２_２に３相交流電力を供給する電力ケーブルには、右誘導モータ２_２のｕ相電流ｉ_２ｕ、ｖ相電流ｉ_２ｖ、及びｗ相電流ｉ_２ｗを測定する電流センサ６_２が設けられる。右走行インバータ１_２は、ｕ相電流ｉ_２ｕ、ｖ相電流ｉ_２ｖ、及びｗ相電流ｉ_２ｗに基づいたベクトル制御を行って３相交流電力を生成する。

バッテリー４から左走行インバータ１_１及び右走行インバータ１_２に直流電力を供給する電源線には、電圧センサ７が設けられている。電圧センサ７は、バッテリー電圧Ｖ_ｄｃ（即ち、バッテリー４の正極と負極との間の電圧）を測定する。電圧センサ７によって測定されたバッテリー電圧Ｖ_ｄｃは、バッテリー４への電力の回生の制御の際に使用される。

左走行インバータ１_１と右走行インバータ１_２の制御は、上位コントローラ５によって行われる。上位コントローラ５は、アクセル開度とステアリング角度とに応答して、左トルク指令Ｔ_１ ^＊と右トルク指令Ｔ_２ ^＊とを生成し、左トルク指令Ｔ_１ ^＊を左走行インバータ１_１に、右トルク指令Ｔ_２ ^＊を右走行インバータ１_２に供給する。左トルク指令Ｔ_１ ^＊と右トルク指令Ｔ_２ ^＊とは、通常、同一の値である。

左走行インバータ１_１と右走行インバータ１_２とは、上位コントローラ５によってのみ制御されるのではなく、制御データを相互に交換し、相手方から受け取った制御データに応答して動作するように構成されている。より具体的には、左走行インバータ１_１は、システム全体の保護のためにｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限する制御を行ったときには、ｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限した程度を示す制御データを、右走行インバータ１_２に送信する。右走行インバータ１_２は、左走行インバータ１_１から送られてくる制御データに応答して、左走行インバータ１_１と同じくｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限する動作を行う。同様に、右走行インバータ１_２は、システム全体の保護のためにｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限する制御を行ったときには、ｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限した程度を示す制御データを、左走行インバータ１_１に送信する。左走行インバータ１_１は、右走行インバータ１_２から送られてくる制御データに応答して、右走行インバータ１_２と同じくｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限する動作を行う。

本実施の形態では、左走行インバータ１_１から右走行インバータ１_２に送られる制御データは、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑとで構成されている。ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑとは、それぞれ、左走行インバータ１_１の内部においてｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊とｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊が制限された程度を表す、０以上１以下の係数である。ｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊とｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊を制限するような動作が行われていないときには、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑは、いずれも１である。ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑは、左トルク指令Ｔ_１ ^＊と左誘導モータ２_１の回転数Ｎ_１とから定まるｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令がシステムを保護するためには大きすぎる場合に、ｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊とｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊を制限すべき程度に応じて減少される。右走行インバータ１_２は、左走行インバータ１_１から供給されるｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑに応答して、その内部で発生されるｄ軸電圧指令ｖ_２ｄ ^＊とｑ軸電圧指令ｖ_２ｑ ^＊を減少させる。

同様に、右走行インバータ１_２から左走行インバータ１_１に送られる制御データは、ｄ軸オーバライド係数ｋ_２ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ_２ｑとで構成されている。ｄ軸オーバライド係数ｋ_２ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ_２ｑとは、それぞれ、右走行インバータ１_２の内部においてｄ軸電圧指令ｖ_２ｄ ^＊とｑ軸電圧指令ｖ_２ｑ ^＊が制限された程度を表す、０以上１以下の係数である。左走行インバータ１_１は、右走行インバータ１_２から供給されるｄ軸オーバライド係数ｋ_２ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ_２ｑに応答して、その内部で発生されるｄ軸電圧指令ｖ_２ｄ ^＊とｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊を減少させる。

後述されるように、制御データ（即ち、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ、ｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑ、ｄ軸オーバライド係数ｋ_２ｄ、及びｑ軸オーバライド係数ｋ_２ｑ）を左走行インバータ１_１と右走行インバータ１_２との間で交換することは、ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを制限する制御が行われたときに、バッテリー駆動車両１０が不所望な方向に進んでしまうことを防ぐために重要である。バッテリー駆動車両１０は、左走行インバータ１_１と右走行インバータ１_２の一方においてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する制御が行われた場合に他方においてもｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する制御が行われるように構成され、これにより、バッテリー駆動車両１０が不所望な方向に進んでしまうことが防止されている。以下では、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ、ｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑ、ｄ軸オーバライド係数ｋ_２ｄ、及びｑ軸オーバライド係数ｋ_２ｑを用いた左走行インバータ１_１、右走行インバータ１_２の制御について詳細に説明する。

第２ インバータの構成及び動作
図２は、左走行インバータ１_１と右走行インバータ１_２の構成を示すブロック図である。左走行インバータ１_１と右走行インバータ１_２とは、同一の構成及び同一の機能を有しており、以下では、左走行インバータ１_１の構成及び動作についてのみ説明が行われる；右走行インバータ１_２の各構成要素の機能は、左走行インバータ１_１の対応する構成要素の機能の説明を参照することによって当業者には容易に理解されよう。以下の説明において、左走行インバータ１_１の構成要素、及び左走行インバータ１_１によって生成される制御データには、添字”１”が付されており、右走行インバータ１_２の構成要素、及び右走行インバータ１_２によって生成される制御データには、添字”２”が付されていることに留意されたい。

左走行インバータ１_１は、電流指令生成部１１_１と、３相２相変換部１２_１と、電流制御部１３_１と、電圧制限部１４_１と、２相３相変換部１５_１と、ＰＷＭ制御部１６_１と、インバータ出力段１７_１とを備えている。電流指令生成部１１_１と、３相２相変換部１２_１と、電流制御部１３_１と、電圧制限部１４_１と、２相３相変換部１５_１と、ＰＷＭ制御部１６_１は、インバータ出力段１７_１に搭載されているパワートランジスタのオンオフを制御するＰＷＭ信号Ｓ_１ＰＷＭを生成するための制御系を構成しており、最も典型的には、ＤＳＰ（digital signal processor）に実装される。電流指令生成部１１_１と、３相２相変換部１２_１と、電流制御部１３_１と、電圧制限部１４_１と、２相３相変換部１５_１と、ＰＷＭ制御部１６_１には、共通の制御クロックが供給されており、これらの演算部は、それぞれが行うべき演算を当該制御クロックの各クロック周期に実行するように構成されている。以下、左走行インバータ１_１の各構成要素について詳細に説明する。

電流指令生成部１１_１は、上位コントローラ５から送信される左トルク指令Ｔ_１ ^＊と左誘導モータ２_１の回転数Ｎ_１とに応答して、ｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊とｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊とを生成する。

３相２相変換部１２_１は、電流センサ６_１によって測定されたｕ相電流ｉ_１ｕ、ｖ相電流ｉ_１ｖ、及び、ｗ相電流ｉ_１ｗについてｄ−ｑ変換を行い、ｄ軸電流ｉ_１ｄ及びｑ軸電流ｉ_１ｑを算出する。当業者に周知であるように、ｄ軸電流ｉ_１ｄ及びｑ軸電流ｉ_１ｑの算出には、ｕ相電流ｉ_１ｕ、ｖ相電流ｉ_１ｖ、及び、ｗ相電流ｉ_１ｗの全てが必要ではなく、これらのうちの２つからｄ軸電流ｉ_１ｄ及びｑ軸電流ｉ_１ｑを算出することも可能である。

電流制御部１３_１は、ｄ軸電流ｉ_１ｄがｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊に一致するように、且つ、ｑ軸電流ｉ_１ｑがｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊に一致するようなｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を生成する。ただし、電流制御部１３_１が生成するｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令は、最終的に使用されるとは限らない；ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令は、電流制限部１４_１によって制限され、制限されたｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が最終的に使用されることがある。この点を明確にするために、電流制御部１３_１が生成するｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令は、それぞれ、ｄ軸電圧指令ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊、ｑ軸電圧指令ｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊と記載することがある。

電圧制限部１４_１は、電流制御部１３_１によって生成されたｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令を、バッテリー駆動車両１０の駆動システムの保護に必要である場合に制限し、最終的に使用されるｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊を生成する。電流制御部１３_１によって生成されたｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される場合には、以下の３種類がある。第１の場合は、要求されたトルクを左誘導モータ２_１が出力するために必要なインバータ出力電圧を左走行インバータ１_１が出力できない場合である。このような事態は、最も典型的には、左誘導モータ２_１が要求されたトルクを出力するために必要なインバータ出力電圧が、バッテリー４のバッテリー電圧よりも高い場合に起こり得る。このような場合には、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される必要がある。第２の場合は、電力の回生時に、左誘導モータ２_１から左走行インバータ１_１を介してバッテリー４に供給される回生電圧がバッテリー４の許容最大電圧よりも大きい場合である。このような場合には、弱め界磁制御が行われるように、ｄ軸電圧指令が制限される必要がある。第３の場合は、右走行インバータ１_２においてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される制御が行われた場合である。このような場合には、右走行インバータ１_２においてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される制御が行われた場合には、左走行インバータ１_１においても右走行インバータ１_２においてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される制御が行われる。既述のように、このような制御は、バッテリー駆動車両１０が不所望な方向に進んでしまうのを防ぐために重要である。電圧制限部１４_１の構成及び動作については、後に詳細に説明が行われる。

２相３相変換部１５_１は、電圧制限部１４_１によって最終的に決定されたｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊について２相３相変換を行い、ｕ相電圧指令ｖ_１ｕ ^＊、ｖ相電圧指令ｖ_１ｖ ^＊、及びｗ相電圧指令ｖ_１ｗ ^＊を生成する。

ＰＷＭ制御部１６_１は、ｕ相電圧指令ｖ_１ｕ ^＊、ｖ相電圧指令ｖ_１ｖ ^＊、及びｗ相電圧指令ｖ_１ｗ ^＊に応答して、インバータ出力段１７_１のパワートランジスタのオンオフを制御するＰＷＭ信号Ｓ_１ＰＷＭを生成する。より詳細には、ＰＷＭ制御部１６_１は、ｕ相電圧指令ｖ_１ｕ ^＊、ｖ相電圧指令ｖ_１ｖ ^＊、及びｗ相電圧指令ｖ_１ｗ ^＊に応答してデューティー比ｒ_{ｄｕｔｙ１}を決定し、そのデューティー比ｒ_{ｄｕｔｙ１}に対応する波形を有するＰＷＭ信号Ｓ_１ＰＷＭを生成する。

インバータ出力段１７_１は、ＰＷＭ信号Ｓ_１ＰＷＭに応答してパワートランジスタのスイッチングを行い、これにより、バッテリー４から供給される直流電力から３相交流電力を生成する。インバータ出力段１７_１から出力された３相交流電力が左誘導モータ２_１に供給される。

電流指令生成部１１_１、３相２相変換部１２_１、電流制御部１３_１、電圧制限部１４_１、２相３相変換部１５_１、及びＰＷＭ制御部１６_１は、ハードウェア、ソフトウェア、及びそれらの組み合わせのいずれによって実装されることも可能であることに留意されたい。

続いて、電圧制限部１４_１の詳細な説明が行われる。電圧飽和オーバライド係数生成部１８_１と、電圧制限オーバライド係数生成部１９_１と、オーバライド係数生成部２０_１と、リミット処理部２１_１とを備えている。

電圧飽和オーバライド係数生成部１８_１は、要求されたトルクを左誘導モータ２_１が出力するために必要なインバータ出力電圧を左走行インバータ１_１が出力できるか（即ち、インバータ出力電圧が飽和しているか）を判断し、その判断結果に応じてｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｓａｔ}とｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｑ＿ｓａｔ}を生成する。

より具体的には、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｓａｔ}とｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｑ＿ｓａｔ}の生成は下記のようにして行われる。まず、電圧飽和オーバライド係数生成部１８_１は、その前のクロック周期においてＰＷＭ制御部１６_１が使用したデューティー比ｒ_{ｄｕｔｙ１}から、左走行インバータ１_１が現クロック周期において出力可能な最大のインバータ出力電圧Ｖ_１ＭＡＸを算出する。続いて、下記式により、電圧飽和オーバライド量ｖ_ｓａｔが決定される：
ｖ_ｓａｔ＝Ｖ_１ＭＡＸ−√｛（ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊）^２−（ｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊）^２｝． ・・・（１）
既述のとおり、ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊、及びｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊は、電流制御部１３_１によって算出された、暫定的なｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令である。電圧飽和オーバライド量ｖ_ｓａｔが０Ｖ以上である場合には、電圧飽和オーバライド係数生成部１８_１は、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令の制限は不要であると判断し、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｓａｔ}とｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｑ＿ｓａｔ}をいずれも１に設定する。一方、電圧飽和オーバライド量ｖ_ｓａｔが負である場合には、電圧飽和オーバライド係数生成部１８_１は、要求されたトルクを左誘導モータ２_１が出力するために必要なインバータ出力電圧を左走行インバータ１_１が出力できない、即ち、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する必要であると判断する。この場合、電圧飽和オーバライド係数生成部１８_１は、下記式によってｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｓａｔ}とｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｑ＿ｓａｔ}を生成する：
ｋ_{１ｄ＿ｓａｔ}＝１−α_１ｄ， ・・・（２ａ）
ｋ_{１ｑ＿ｓａｔ}＝１−α_１ｑ， ・・・（２ｂ）
ここで、α_１ｄは、１以下の正の数であり、且つ、電圧飽和オーバライド量ｖ_ｓａｔの絶対値｜ｖ_ｓａｔ｜の増加とともに増加する値である；同様に、α_１ｑは、１以下の正の数であり、且つ、電圧飽和オーバライド量ｖ_ｓａｔの大きさ｜ｖ_ｓａｔ｜の増加とともに増加する値である。

電圧制限オーバライド係数生成部１９_１は、電力をバッテリーに回生されるときに回生電圧（即ち、回生時のバッテリー電圧Ｖ_ｄｃ）がバッテリー４の許容最大電圧よりも大きいかを判断し、その判断結果に応じてｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｌｉｍ}を生成する。より具体的には、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｌｉｍ}は、下記のようにして算出される。まず、下記式により、電圧制限オーバライド量ｖ_ｌｉｍが算出される：
ｖ_ｌｉｍ＝Ｖ_{ｄｃＭＡＸ}−Ｖ_ｄｃ， ・・・（３）
ここで、Ｖ_{ｄｃＭＡＸ}は、バッテリー４の許容最大電圧であり、バッテリー４の仕様によって予め決定される値である；一方、Ｖ_ｄｃは、電圧センサ７によって測定されたバッテリー電圧である。電圧制限オーバライド量ｖ_ｌｉｍが０Ｖ以上である場合には、電圧制限オーバライド係数生成部１９_１は、ｄ軸電圧指令の制限は不要であると判断し、ｄ軸電圧制限オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｌｉｍ}を１に設定する。一方、電圧制限オーバライド量ｖ_ｌｉｍが負である場合には、電圧制限オーバライド係数生成部１９_１は、回生電圧がバッテリー４の許容最大電圧よりも大きい、即ち、ｄ軸電圧指令を制限して弱め界磁制御を行う必要があると判断する。この場合、電圧飽和オーバライド係数生成部１８_１は、下記式によってｄ軸電圧制限オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｌｉｍ}を生成する：
ｋ_{１ｄ＿ｌｉｍ}＝１−β_１ｄ， ・・・（４）
ここで、β_１ｄは、１以下の正の数であり、且つ、電圧制限オーバライド量ｖ_ｌｉｍの絶対値｜ｖ_ｌｉｍ｜の増加とともに増加する値である。

オーバライド係数生成部２０_１は、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｓａｔ}、ｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｑ＿ｓａｔ}、及びｄ軸電圧制限オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｌｉｍ}から、最終的にｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令を制限するために使用されるｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｄを生成する。最も簡便には、オーバライド係数生成部２０_１は、下記式によってｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑを生成する：
ｋ_１ｄ＝ｋ_{１ｄ＿ｓａｔ}・ｋ_{１ｄ＿ｌｉｍ}， ・・・（５ａ）
ｋ_１ｑ＝ｋ_{１ｑ＿ｓａｔ}． ・・・（５ｂ）

リミット処理部２１_１は、電流制御部１３_１によって生成された暫定的なｄ軸電圧指令ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊及びｑ軸電圧指令ｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊と、オーバライド係数生成部２０_１によって生成されたｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑと、右走行インバータ１_２から供給されるｄ軸オーバライド係数ｋ_２ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ_２ｑとから、最終的なｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊を生成する。より具体的には、ｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊は、下記式によって生成される：
ｖ_１ｄ ^＊＝ｍｉｎ［ｋ_１ｄ，ｋ_２ｄ］・ｖ_{１ｄ＿ｒｅｆ} ^＊， ・・・（６ａ）
ｖ_１ｑ ^＊＝ｍｉｎ［ｋ_１ｑ，ｋ_２ｑ］・ｖ_{１ｑ＿ｒｅｆ} ^＊． ・・・（６ａ）

右走行インバータ１_２におけるｄ軸電圧指令ｖ_２ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令ｖ_２ｑ ^＊の生成も、同様にして行われる。

このようにしてｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊、ｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊、ｄ軸電圧指令ｖ_２ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令ｖ_２ｑ ^＊が生成されることにより、左走行インバータ１_１と右走行インバータ１_２の一方おいてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する制御が行われた場合には、他方においてもｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する制御が行われる。

左走行インバータ１_１において生成されるｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑ、並びに、右走行インバータ１_２において生成されるｄ軸オーバライド係数ｋ_２ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ_２ｑは、更に、左走行インバータ１_１、右走行インバータ１_２におけるｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の制限を行うためにも使用される。これにより、不適正に大きいｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令が生成されることが防がれる。例えば、左走行インバータ１_１について、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ、ｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑが１未満であることは、システムの保護の観点からは、ｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊が過剰に大きいことを意味している。加えて、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ、ｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑが１未満であることは、右走行インバータ１_２についてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する動作が行われていることを意味している。このような場合には、ｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊が制限され、これにより、左走行インバータ１_１の内部で生成されるｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊が制限される。右走行インバータ１_２の内部で生成されるｄ軸電圧指令ｖ_２ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令ｖ_２ｑ ^＊についても同様である。

より具体的には、左走行インバータ１_１の電流指令生成部１１_１は、前のクロック周期におけるｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ、ｋ_２ｄとの少なくとも一方が１未満であることを検出すると、左トルク指令Ｔ_１ ^＊と回転数Ｎ_１から決定されるｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊よりも小さい電流値を、ｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊として決定する。詳細には、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ、ｋ_２ｄの一方のみが１未満である場合には、その一方の係数に応じてｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊を決定し、両方が１未満である場合には、その小さいほうに応じてｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊を決定する。ただし、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ、ｋ_２ｄが１に戻っても、ｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊をすぐには増加させない；ｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊の増加率は所定の値以下に制限され、ｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊は、徐々にしか増加されない。

更に電流指令生成部１１_１は、前のクロック周期におけるｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑ、ｋ_２ｑとの少なくとも一方が１未満であることを検出すると、左トルク指令Ｔ_１ ^＊と回転数Ｎ_１から決定されるｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊よりも小さい電流値を、ｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊として決定する。詳細には、ｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑ、ｋ_２ｑの一方のみが１未満である場合には、その一方の係数に応じてｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊を決定し、両方が１未満である場合には、その小さいほうに応じてｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊を決定する。ただし、ｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑ、ｋ_２ｑが１に戻っても、ｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊をすぐには増加させない；ｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊の増加率は所定の値以下に制限され、ｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊は、徐々にしか増加されない。

右走行インバータ１_２の電流指令生成部１１_２も同様な制御を行う。電流指令生成部１１_２は、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ、ｋ_２ｄの小さい方に応答してｄ軸電流指令ｉ_２ｄ ^＊を決定し、ｑ軸オーバライド係数ｋ_１ｑ、ｋ_２ｑの小さい方に応答してｑ軸電流指令ｉ_２ｑ ^＊を決定する。

このような制御によれば、一方のモータについては要求されたトルクを出力するために必要なインバータ出力電圧がバッテリー電圧よりも低いが、他方のモータについては要求されたトルクを出力するために必要なインバータ出力電圧がバッテリー電圧よりも高いという事態が発生しても、それに適切に対処することができる；ｄ軸電圧指令やｑ軸電圧指令を制限する制御を行ってモータ及びインバータを保護しても、バッテリー駆動車両１０は不所望な方向に進まない。これは、インバータに許容される出力電圧を、バッテリー電圧に近づけることを可能にし、バッテリーの能力を最大限に活用することを可能にする。

なお、本実施の形態において、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｓａｔ}、ｋ_{２ｄ＿ｓａｔ}が生成されず、ｄ軸電圧制限オーバライド係数ｋ_{１ｄ＿ｌｉｍ}、ｋ_{２ｄ＿ｌｉｍ}が、そのまま、ｄ軸オーバライド係数ｋ_１ｄ、ｋ_２ｄとして使用されることも可能である。言い換えれば、要求されたトルクを左誘導モータ２_１が出力するために必要なインバータ出力電圧を左走行インバータ１_１が出力できない場合でも、ｑ軸電圧指令ｖ_１ｑ ^＊、ｖ_２ｑ ^＊、ｑ軸電流指令ｉ_１ｑ ^＊、ｉ_２ｑ ^＊のみが制限され、ｄ軸電圧指令ｖ_１ｄ ^＊、ｖ_２ｄ ^＊、ｄ軸電流指令ｉ_１ｄ ^＊、ｉ_２ｄ ^＊は制限されない。これは、物理的には、モータ出力の代わりにモータトルクが制限されることを意味している。このような制御でも、本発明の目的が達成できることは、当業者には自明的であろう。

また、本発明が、タイヤを駆動輪として使用する場合のみならず、無限軌道を有する装軌車の駆動輪を駆動する場合にも適用可能であることは、当業者には自明的である。加えて、本発明が、多軸車両、即ち、左駆動輪３_１と右駆動輪３_２とを複数の組だけ有する構成のバッテリー駆動車両に適用可能であることも、当業者には自明的である。この場合、各組の左駆動輪３_１と右駆動輪３_２に対して上記と同様の制御が行われる。

図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリー駆動車両の構成を示すブロック図である。 図２は、本実施形態における左走行インバータ及び左走行インバータの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１_１：左走行インバータ
１_２：右走行インバータ
２_１：左誘導モータ
２_２：右誘導モータ
３_１：左駆動輪
３_２：右駆動輪
４：バッテリー
５：上位コントローラ
６_１、６_２：電流センサ
７：電圧センサ
１１_１、１１_２：電流指令生成部
１２_１、１２_２：３相２相変換部
１３_１、１３_２：電流制御部
１４_１、１４_２：電圧制限部
１５_１、１５_２：２相３相変換部
１６_１、１６_２：ＰＷＭ制御部
１７_１、１７_２：インバータ出力段
１８_１、１８_２：電圧飽和オーバライド係数生成部
１９_１、１９_２：電圧制限オーバライド係数生成部
２０_１、２０_２：オーバライド係数生成部
２１_１、２１_２：リミット処理部

Claims (7)

1. バッテリーと、
   第１駆動輪と、
   前記第１駆動輪を駆動する第１モータと、
   前記バッテリーから供給された直流電力から第１交流電力を発生し、前記第１交流電力を前記第１モータに供給する第１インバータと、
   第２駆動輪と、
   前記第２駆動輪を駆動する第２モータと、
   前記バッテリーから供給された直流電力から第２交流電力を発生し、前記第２交流電力を前記第２モータに供給する第２インバータ
   とを具備し、
   前記第１インバータは、
   第１電圧指令を生成する第１電圧指令生成手段と、
   前記第１電圧指令に応答して前記第１モータに前記第１交流電力を出力する第１インバータ出力段
   とを備え、
   前記第２インバータは、
   第２電圧指令を生成する第２電圧指令生成手段と、
   前記第２電圧指令に応答して前記第２モータに前記第２交流電力を出力する第２インバータ出力段
   とを備え、
   前記第１電圧指令生成手段は、前記バッテリー、及び／又は前記第１インバータの状態に応じて前記第１電圧指令を制限し、且つ、前記第１電圧指令を制限した程度に応じて第１制御データを生成し、
   前記第２電圧指令生成手段は、前記第１制御データに応答して前記第２電圧指令を制限する
   バッテリー駆動車両。
2. 請求項１に記載のバッテリー駆動車両であって、
   前記第２電圧指令生成手段は、前記バッテリー、及び／又は前記第２インバータの状態に応じて前記第２電圧指令を制限し、且つ、前記第２電圧指令を制限した程度に応じて第２制御データを生成し、
   前記第１電圧指令生成手段は、前記第２制御データに応答して前記第１電圧指令を制限する
   バッテリー駆動車両。
3. 請求項２に記載のバッテリー駆動車両であって、
   前記第１電圧指令生成手段は、
   前記第１モータに対応する第１トルク指令、及び前記第１モータの回転数から電流指令を生成する電流指令生成手段と、
   前記電流指令と前記第１モータに供給される電流とに応答して前記第１電圧指令を生成する電圧制御手段
   とを備え、
   前記電流指令生成手段は、前記第２インバータの前記第２電圧指令生成手段から送信される前記第２制御データに応答して前記電流指令を制限する
   バッテリー駆動車両。
4. 請求項２に記載のバッテリー駆動車両であって、
   前記第１電圧指令は、ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを含み、
   前記第１電圧指令生成手段は、
   前記第１モータに対応する第１トルク指令、前記第１モータの回転数、及び前記第１モータに供給される電流から暫定ｄ軸電圧指令と暫定ｑ軸電圧指令とを生成する電流制御手段と、
   前記暫定ｄ軸電圧指令と前記暫定ｑ軸電圧指令とが所定の条件を満足する場合、前記ｑ軸電圧指令を前記暫定ｑ軸電圧指令よりも小さくなるように生成する電圧制限手段
   とを備え、
   前記第１制御データは、前記ｑ軸電圧指令が前記暫定ｑ軸電圧指令から減少されている程度に応じて生成されたｑ軸制御データを含む
   バッテリー駆動車両。
5. 請求項４に記載のバッテリー駆動車両であって、
   前記電圧制限手段は、前記暫定ｄ軸電圧指令と前記暫定ｑ軸電圧指令とが前記所定の条件を満足する場合、前記ｄ軸電圧指令を前記暫定ｄ軸電圧指令よりも小さくなるように生成し、
   前記第１制御データは、更に、前記ｄ軸電圧指令が前記暫定ｄ軸電圧指令から減少されている程度に応じて生成されたｄ軸制御データを含む
   バッテリー駆動車両。
6. 請求項２に記載のバッテリー駆動車両であって、
   前記第１電圧指令は、ｄ軸電圧指令を含み、
   前記第１電圧指令生成手段は、
   前記第１モータに対応する第１トルク指令、前記第１モータの回転数、及び前記第１モータに供給される電流から暫定ｄ軸電圧指令を生成する電流制御手段と、
   前記バッテリーの電圧が所定の電圧よりも高い場合に前記ｄ軸電圧指令を前記暫定ｄ軸電圧指令よりも小さくなるように制限する電圧制限手段
   とを備え、
   前記第１制御データは、前記ｄ軸電圧指令が前記暫定ｄ軸電圧指令から減少されている程度に応じて生成されたｄ軸制御データを含む
   バッテリー駆動車両。
7. バッテリーと、第１駆動輪と、前記第１駆動輪を駆動する第１モータと、第１インバータと、第２駆動輪と、前記第２駆動輪を駆動する第２モータと、第２インバータとを具備するバッテリー駆動車両の制御方法であって、
   前記第１インバータにおいて第１電圧指令を生成するステップと、
   前記第１電圧指令に応答して前記第１インバータから前記第１モータに交流電力を供給するステップと、
   前記第２インバータにおいて第２電圧指令を生成するステップと、
   前記第２電圧指令に応答して前記第２インバータから前記第２モータに交流電力を供給するステップと、
   前記バッテリー、及び／又は前記第１インバータの状態に前記第１電圧指令を制限し、且つ、前記第１電圧指令を制限した程度に応じて第１制御データを生成するステップと、
   前記第１制御データを前記第１インバータから前記第２インバータに送信するステップと、
   前記第２インバータにおいて、前記第１制御データに応答して前記第２電圧指令を制限するステップ
   とを具備する
   バッテリー駆動車両の制御方法。

Images