JP4348783B2 - 車両用モータ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両駆動に複数の誘導モータを用い共通の駆動装置で駆動する車両用モータ制御装置に関し、とくに各誘導モータの駆動力配分をアンバランスさせることなくモータ制御ができる車両用モータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車において、左右駆動輪をそれぞれの誘導モータで駆動することが行われている。各誘導モータの制御は従来、誘導モータごとにインバータを設け、車両走行状態から演算された左右駆動輪の駆動力配分をインバータによって単独に駆動することが行われている。
【０００３】
一方電気自動車ではコストパフォーマンス向上のため、車両を軽量化、低コスト化することが要請され、誘導モータの制御装置に対しては構造が簡単で、かかるコストの少ないものが要求される。
そこで、誘導モータごとに接続されるインバータを一台のインバータで統合し、誘導モータを集中的に駆動することが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、左右の誘導モータを共通のインバータで駆動制御を行うと、誘導モータがスベリ速度（ロータの回転速度から駆動電流の回転速度を差し引いた速度）によって出力トルクが変化するという特性を有するため、左右の誘導モータの回転速度が異なった場合、左右の誘導モータの回転速度の差に基づく出力トルクの差が生じて、車両の挙動に影響を与えるという問題がある。
【０００５】
誘導モータが力行状態（ロータの回転速度＜駆動電流の回転速度）における出力トルクは、図１１に示すように駆動電流の大きさとスベリ速度の大きさに依存して変化する。電気自動車等の動力源として用いる誘導モータは、一般に効率を重視した制御を行なうために、モータの駆動効率が最大となるようにスベリ速度がＮ２に設定され、駆動電流の電流値を変化させることで出力トルクを制御している。
【０００６】
自動車が旋回する時には、内側の車輪の回転速度が外側の車輪の回転速度よりも低くなる。このとき例えばスベリ速度Ｎ２を内側の車輪を駆動する誘導モータに合せて設定すると、外側の車輪を駆動する誘導モータは、そのロータの回転速度が高いことからスベリ速度が小さくなる。その出力トルクは図１１に示すようにスベリ速度Ｎ１に対応して内側の誘導モータより小さくなる。
このため、車両旋回時に発生される誘導モータの出力トルクは、外側の車輪を駆動する誘導モータに対し内側の車輪を駆動する誘導モータの方がΔＴだけ大きい出力トルクを発生することとなって、車両の旋回性が低下するという問題点がある。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、複数の誘導モータを共通のインバータで駆動しても車両の旋回性を悪化させない車両用モータ制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１記載の発明は、左右駆動輪に連結され、それぞれを独立に駆動する複数の誘導モータを制御する車両用モータ制御装置であって、各誘導モータを共通に駆動する駆動手段と、前記駆動手段が出力する駆動電流値と電流周波数とを演算する電流制御手段とを有する。ここで、駆動手段は、前記電流制御手段によって演算された駆動電流値と電流周波数とを制御目標として各誘導モータを駆動する。電流制御手段は、前記駆動手段が出力する駆動電流値に対応する前記誘導モータの固有の同期回転速度である駆動電流の回転速度に基づいて前記電流周波数を演算しており、左右の前記誘導モータの回転速度差に基づいて前記駆動電流値および前記駆動電流の回転速度を演算することにより、回転速度の低い前記誘導モータの出力トルクが回転速度の高い前記誘導モータの出力トルク以下となるように左右の前記誘導モータのスベリ速度をそれぞれ制御するスベリ速度制御を行う。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記電流制御手段が、左右の前記誘導モータの回転速度差を検出する回転速度差検出手段と、前記回転速度差と車両に要求される目標トルクとによって前記駆動手段が出力する駆動電流を演算する電流演算手段と、前記回転速度差と前記目標トルクとによってスベリ速度を演算するスベリ速度演算手段と、前記スベリ速度と所定の誘導モータの回転速度によって前記駆動電流の回転速度を演算する回転速度演算手段とを含むものとした。
【００１０】
請求項３記載の発明は、車両にコーナリングセンサが設けられるとともに、前記誘導モータをベクトル制御するベクトル制御手段と切換手段とを備え、前記コーナリングセンサによって車両が直進状態と判断された場合、前記切換手段は前記誘導モータ制御を前記スベリ速度制御から前記ベクトル制御手段によるベクトル制御に切換えるものとした。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記ベクトル制御手段が左右の前記誘導モータの回転速度を比較し、前記誘導モータを力行制御時に、低い回転速度を基準回転速度、回生制御時には、高い回転速度を基準回転速度として、ベクトル制御を行うものとした。
【００１２】
請求項５記載の発明は、前記ベクトル制御手段と前記電流制御手段が一次遅れフィルタを備えた出力手段を介して前記駆動手段に接続されるものとした。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、左右の誘導モータの出力トルクが同じになるようにスベリ速度制御を行うことで、車両旋回時に、内側の車輪を駆動する誘導モータにおいて回転速度の低下によって出力トルクが上昇することがなくなり、車両旋回を円滑に行わせることができる。
【００１４】
また、請求項１記載の発明では、電流制御手段が左右の誘導モータの回転送度差に応じて回転速度の低い誘導モータからの出力トルクが小さくなるようにスベリ速度制御を行うことで、車両旋回時に、内側の車輪を駆動する誘導モータに回転速度の低下に対応して出力トルクの増加を抑えることができるとともに、車両旋回時のトルク配分を適切に調整することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、車両が直進状態と判断された場合、切換手段は誘導モータの制御をスベリ速度制御からベクトル制御に切換えるから、スベリ速度制御が、車両がコーナリング中だけ行われる。これによって、旋回時には良好なトルク配分を行うことができるとともに、通常の直進状態では、ベクトル制御により駆動効率よくモータ制御ができる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、ベクトル制御手段が、左右の誘導モータの回転速度を比較し、誘導モータを力行制御時に、低い回転速度を基準回転速度、回生制御時には、高い回転速度を基準回転速度として、ベクトル制御を行うから、スリップあるいはスキッドを起こした車輪にトルク配分を減少させることができ、スリップあるいはスキッドを無くす方向にモータ制御ができる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、ベクトル制御手段と電流制御手段が一次遅れフィルタを備えた出力手段を介して駆動手段に接続されるから、制御手段を切換えるとき、一次遅れフィルタの働きで、制御特性の急変を避けることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は実施例の構成を示すブロック図である。
誘導モータ７Ｌ、７Ｒが車両を駆動するモータで、それぞれ図示しない車両の左右駆動輪に連結され、単独で駆動するようになっている。誘導モータ７Ｌ、７Ｒは共通のインバータ６と接続している。インバータ６は図示しない車載バッテリからの直流電源を例えば３相の交流電源に変換して誘導モータ７Ｌ、７Ｒに電源供給をしモータ駆動を行う。
【００１９】
車両にはコーナリングセンサ９が取り付けられて、その検出値（コーナリングセンサ信号）がコーナリング判断部２に出力される。コーナリング判断部２では入力される検出値に基づいて車両がコーナリング状態かどうかを判断し、判断結果が切換部５に出力される。切換部５は車両がコーナリング状態かどうかによって、ベクトル制御を行うか、スベリ速度制御を行うかの選択を行う。その選択結果に対応してベクトル制御部３あるいはスベリ速度制御部４を作動させる。
コーナリングセンサとしては、例えばヨーレイトあるいは操舵角を検出するセンサを用いることができる。
【００２０】
車両の操作系からは車両の操作信号として、アクセル開度信号とシフトポジション信号およびブレーキ信号が目標トルク作成部１に出力される。目標トルク作成部１では車両の操作信号をもとに、出力すべき目標トルクを演算する。その目標トルクがベクトル制御部３、スベリ速度制御部４に出力される。ベクトル制脚部３、スベリ速度制御部４は、目標トルクと、誘導モータ７Ｌ、７Ｒの回転速度ＮＬ、ＮＲとに基づいて誘導モータを制御する制御値として一次電流値（出力電流値）Ｉと電流周波数ωを演算する。演算された制御値が出力部８によってインバータ６に出力される。出力部８は一次遅れフィルタを備え、制御値をフィルタ処理して出力するようになっている。ベクトル速度制御部３は誘導モータの駆動効率を最大になるように制御を行う。スベリ速度制御部４は２つの誘導モータに同じトルクが出力されるように制御を行う。
【００２１】
図２は上記構成における制御の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップ１００において、目標トルク作成部１は車両操作信号を入力するとともに、操作信号からアクセル開度Ａとシフトポジションを検出する。ブレーキが踏まれた場合には、ブレーキ信号からブレーキ踏み量を検出する。車両速度としては誘導モータ７Ｌ、７Ｒの回転速度ＮＬ、ＮＲの平均値を用いる。
【００２２】
ステップ１０１において、目標トルク作成部１は、アクセル開度Ａとシフトポジションおよび車両速度によって、制御すべき目標トルクＴ０を演算する。この演算は、例えば図３に示す制御線図を用いて行うことができる。またブレーキが踏まれている回生時には、ブレーキ踏み量に応じて目標トルクを演算する。
【００２３】
ステップ１０２において、コーナリング判断部２は、入力されるコーナリングセンサ信号によって、車両が直進状態かコーナリング状態かを判断し、その判断結果が切換部５に出力される。
ステップ１０３において、切換部５は、車両がコーナリング状態か否かをチエックする。コーナリング状態の場合は、スベリ速度制御を選択しスベリ速度制御部４を作動させて、ステップ１０８へ進む。車両が直進状態の場合には、ベクトル制御を選択しベクトル制御部３を作動させて、ステップ１０４へ進む。
【００２４】
ステップ１０４において、ベクトル制御部３は、目標トルクＴ０によって力行制御か回生制御かを判断する。回生制御の場合はステップ１０５へ、力行制御の場合にはステップ１０６へ進む。
ステップ１０５において、左右の誘導モータ７Ｌ、７Ｒの回転速度ＮＲ、ＮＬのうち、値の大きいものを抽出して制御を行うための基準回転速度Ｎ０とする。
一方ステップ１０６においては、回転速度の小さいものを抽出して基準回転速度Ｎ０とする。これによって、基準回転速度Ｎ０はスリップあるいはスキッドを起こしていない誘導モータの回転速度になる。ベクトル制御は誘導モータの駆動効率の高い領域で行なわれるから、スリップあるいはスキッドを起こした車輪にそれぞれの回転速度に対応して出力トルク配分が小さくなり、スリップあるいはスキッドを無くす方向にモータが駆動されることになる。
【００２５】
ステップ１０７において、ベクトル制御部３は、基準回転速度Ｎ０と目標トルクＴ０に基づいて、ベクトル制御を行うための制御値である一次電流値Ｉと電流周波数ωを演算する。ベクトル制御の詳細な内容は、従来と同様であり、ここで説明を省略する。
一方ステップ１０８において、スベリ速度制御部４は目標トルクＴ０と誘導モータ７Ｌ、７Ｒの回転速度ＮＬ、ＮＲにより、スベリ速度制御を行うための制御値である一次電流値Ｉと電流周波数ωを演算する。演算の詳細内容は後述する。
【００２６】
ステップ１０９において、出力部８は、誘導モータの制御値を一次遅れフィルタによるフィルタ処理をしてインバータ６に出力する。
ステップ１１０において、誘導モータ７Ｌ、７Ｒがインバータ６によって一次電流値Ｉと電流周波数ωを制御目標として駆動される。
【００２７】
上記制御によって、車両が直進状態ではベクトル制御を行う。ベクトル制御を行うに当たって、力行時に回転速度の低い誘導モータを対象に、回生時には回転速度の高い誘導モータを対象に制御を行うから、それぞれのときにスリップあるいはスキッドを起こした車輪に出力されるトルクが図４のように非スリップあるいは非スキッド車輪より減少し、スリップあるいはスキッドを無くす方向にモータ駆動が行われる。
【００２８】
次に、スベリ速度制御の詳細について説明する。
図５は、スベリ速度とモータの出力トルクとの関係を示す特性図である。
同図において、出力トルクが正の力行領域では、スベリ速度が０から小さくなるにしたがって出カトルクが増大し、所定のスベリ速度となると出力トルクが最大となり、その後は出力トルクが減少していく。
【００２９】
車両が直進状態で行なうベクトル制御時は、効率を上げるために出力トルクが最大（Ｂ点）となるスベリ速度より大きい領域内で制御が行われているが、スベリ速度制御を行なう場合は、出力トルクが最大（Ｂ点）となるスベリ速度より小さい領域まで制御範囲を拡大することにより、スベリ速度が異なっていても同一の出力トルクを発生させることが可能になる。また、この特性は回生領域においても同様であり、出力トルクが負の回生トルクとなる。
【００３０】
図６は、図１におけるスベリ速度制御部４の詳細な構成を示す図である。回転速度差演算部４１には誘導モータ７Ｌ、７Ｒの回転速度ＮＬ、ＮＲが入力され、ここで回転速度差ΔＮＳが演算される。この演算値は一次電流演算部４２、スベリ速度演算部４３に出力される。一次電流演算部４２は、図７に示す電流演算マップをもっており、この電流演算マップには、図５の制御特性をもとに、誘導モータ７Ｌ、７Ｒに出力トルクが同じという条件下で、出力可能なトルク領域において、各トルクＴに対して回転速度差ΔＮＳと一次電流値Ｉの対応関係が記されている。一次電流値Ｉは誘導モータ７Ｌと７Ｒの両方の合計値である。一次電流演算部４２は、各誘導モータが負担するトルクＴ（目標トルクＴ０／２）と左右の誘導モータの回転速度差ΔＮＳをもとに、電流演算マップから一次電流値Ｉを求めて出力する。
【００３１】
スベリ速度演算部４３は、図８に示すスベリ速度演算マップをもっている。
このスベリ速度演算マップには、上記図５の制御特性をもとに、出力可能な各トルクに対して回転速度差ΔＮＳと、力行時に回転速度が高い、回生時には回転速度が低い誘導モータのスベリ速度ＮＳ０の対応関係が記されている。
スベリ速度演算部４３は、各誘導モータが負担するトルクＴ（目標トルクＴ０／２）と左右の誘導モータの回転速度差ΔＮＳに基づいて、スベリ速度演算マップからスベリ速度ＮＳ０を求めて電流周波数演算部４４に出力する。
電流周波数演算部４４は、スベリ速度ＮＳ０と誘導モータの回転速度から、駆動電流回転速度ＮＩを演算し、誘導モータの極数によって電流周波数ωを演算して出力する。この電流周波数ωと一次電流値Ｉを制御目標としてインバータ６によって誘導モータ７Ｌ、７Ｒが制御される。
【００３２】
次に図９のフローチャートに従って上記スベリ速度制御の流れを説明する。
すなわち、ステップ１０８１において、回転速度差演算部４１は誘導モータ７Ｌと７Ｒの回転速度ＮＬ、ＮＲから回転速度差ΔＮＳを演算する。
ステップ１０８２においては、一次電流演算部４２は、目標トルクＴ０から演算された各モータの出力トルクＴと回転速度差ΔＮＳとによって図７の電流演算マップから、制御目標としての一次電流値Ｉを演算する。
ステップ１０８３においては、スベリ速度演算部４３は各誘導モータの出力トルクＴと左右の誘導モータの回転速度差ΔＮＳに基づいて図８のスベリ速度演算マップから制御目標としてのスベリ速度ＮＳ０を演算する。
【００３３】
ステップ１０８４において、電流周波数演算部４４は、下式によって電流周波数ωを演算する。
まず、駆動電流の回転速度ＮＩとして、
力行時に、誘導モータ７Ｌ、７Ｒのうち、値の大きい回転速度Ｎｏｕｔとスベリ速度ＮＳ０によって算出する。
ＮＩ＝Ｎｏｕｔ＋ＮＳ０
回生時に、値の小さい回転速度Ｎｉｎとスベリ速度ＮＳ０によって算出する。
ＮＩ＝Ｎｉｎ−ＮＳ０
電流周波数ωは、駆動電流の回転速度ＮＩと誘導モータ極数ｋによって算出する。
ω＝ＮＩ×ｋ
【００３４】
以上のように、スベリ速度制御では、回転速度差に応じて、各誘導モータに発生するトルクが同じになるように制御を行うから、コーナリング中でも回転送度の低い誘導モータに出力トルクの増加が無くなり、旋回が円滑に行なわれる効果が得られる。
本実施例は以上のように構成され、直進または旋回などの車両状態に応じて、モータ制御を切り換えるから、それぞれの状態に適合した制御を行うことができる。旋回時にスベリ速度制御を行うことによって、左右車輪の回転速度に差が生じても、回転速度の低い車輪に出力トルクの上昇が抑えられ、車両の旋回性を損なうことなく車両駆動ができる。
また車両が直進状態では、通常のベクトル制御を行うから、高効率に誘導モータを駆動することができる。また制御に当たって力行時に回転速度の低い誘導モータを制御対象として、回生時には回転速度の高い誘導モータを制御対象として制御を行うから、それぞれの状態でスリップあるいはスキッドを起こした車輪に誘導モータの出力トルクあるいは回生トルクの発生が小さくなり、スリップあるいはスキッドが減少する方向に誘導モータが駆動されるから、車両としてはその状態から速く脱出することができる。
【００３５】
上記実施例では、車両がコーナリング中の場合は、モータ制御をスベリ速度制御に切換えて、誘導モータの回転速度差が生じても出力トルクが同じになるように制御したが、図５のスベリ速度制御特性図で分かるように、最大トルク（Ｂ点）を超えた領域では、スベリ速度が小さくなるにしたがって出力トルクが減少するため、スベリ速度をさらに小さく設定すれば、回転速度の低い誘導モータにより小さいトルクを発生することができる。
【００３６】
次に、変形例として、回転速度の低い誘導モータの出力トルクをさらに抑えるスベリ速度制御を図１０のフローチャートに従って説明する。
まず、ステップ１００１において、演算される目標トルクＴ０を左右の誘導モータの回転速度に応じて、ヨーモーメントコントロール演算を行う。これによって、内側の誘導モータに出力されるトルクＴｉｎと外側の誘導モータに出力されるトルクＴｏｕｔが求められる。ＴｉｎはＴｏｕｔより小さい。
ステップ１００２において、左右の誘導モータの回転速度ＮＬ、ＮＲから回転速度差ΔＮＳを演算する。
【００３７】
ステップ１００３において、回転速度差ΔＮＳと所定のトルクＴｉｎとトルクＴｏｕｔの対応関係のもとで、図５の特性より逆算して得られた電流演算式
Ｉ＝ｆ１（Ｔｏｕｔ、Ｔｉｎ、ΔＮＳ）
から回転速度差ΔＮＳとトルクＴｉｎおよびＴｏｕｔによって一次電流値Ｉを求める。 ステップ１００４においては、回転速度差ΔＮＳと所定のトルクＴｉｎとトルクＴｏｕｔの対応関係のもとで、図５の特性により逆算して得られるスベリ速度演算式
ＮＳ０＝ｆ２（Ｔｏｕｔ、Ｔｉｎ、ΔＮＳ）から回転速度差ΔＮＳとトルクＴｉｎおよびＴｏｕｔによってスベリ速度ＮＳ０を求める。
【００３８】
ステップ１００５において、下式によって、駆動電流の回転速度ＮＩを演算する。
力行時、ＮＩ＝Ｎｏｕｔ＋ＮＳ０
回生時、ＮＩ＝Ｎｉｎ−ＮＳ０
電流周波数ωはＮＩと誘導モータの極数ｋによって演算される。
ω＝ＮＩ×ｋ
上記では、関数によって、一次電流値と駆動電流の回転速度の演算を示したが、もちろん、実施例と同じように、図５で示されているモータ特性を予めマップに求めておいて、マップから演算することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】車両速度と目標トルクの関係を示す制御線図である。
【図４】ベクトル制御が行われるときのトルク配分の変化を示す説明図である。
【図５】スベリ速度制御の制御特性を示す図である。
【図６】スベル速度制御部の詳細な構成を示す図である。
【図７】一次電流値を演算するための電流演算マップである。
【図８】スベリ速度を演算するためのスベリ速度マップである。
【図９】スベリ速度制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】スベリ速度制御の変形例を示すフローチャートである。
【図１１】従来例のモータ特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 目標トルク作成部
２ コーナリング判断部
３ ベクトル制御部（ベクトル制御手段）
４ スベリ速度制御部（電流制御手段）
５ 切換部（切換手段）
６ インバータ（駆動手段）
７Ｌ、７Ｒ 誘導モータ
８ 出力部（出力手段）
９ コーナリングセンサ
４１ 回転速度差演算部（回転速度差検出手段）
４２ 一次電流演算部（電流演算手段）
４３ スベリ速度演算部（スベリ速度演算手段）
４４ 電流周波数演算部（回転速度演算手段）

Claims (5)

1. 左右駆動輪に連結され、それぞれを独立に駆動する複数の誘導モータを制御する車両用モータ制御装置であって、
   各誘導モータを共通に駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段が出力する駆動電流値と電流周波数とを演算する電流制御手段とを有して、
   前記駆動手段は、前記電流制御手段によって演算された駆動電流値と電流周波数とを制御目標として各誘導モータを駆動するとともに、
   前記電流制御手段は、
   前記駆動手段が出力する駆動電流値に対応する前記誘導モータの固有の同期回転速度である駆動電流の回転速度に基づいて前記電流周波数を演算しており、
   左右の前記誘導モータの回転速度差に基づいて前記駆動電流値および前記駆動電流の回転速度を演算することにより、回転速度の低い前記誘導モータの出力トルクが回転速度の高い前記誘導モータの出力トルク以下となるように左右の前記誘導モータのスベリ速度をそれぞれ制御するスベリ速度制御を行うことを特徴とする車両用モータ制御装置。
2. 前記電流制御手段は、
   左右の前記誘導モータの回転速度差を検出する回転速度差検出手段と、
   前記回転速度差と車両に要求される目標トルクとによって前記駆動手段が出力する駆動電流値を演算する電流演算手段と、
   前記回転速度差と前記目標トルクとによってスベリ速度を演算するスベリ速度演算手段と、
   前記スベリ速度と所定の誘導モータの回転速度によって前記駆動電流の回転速度を演算する回転速度演算手段と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用モータ制御装置。
3. 車両にコーナリングセンサが設けられるとともに、前記誘導モータをベクトル制御するベクトル制御手段と切換手段とを備え、
   前記切換手段は、前記コーナリングセンサによって車両が直進状態と判断された場合、前記誘導モータ制御を前記スベリ速度制御から前記ベクトル制御手段によるベクトル制御に切換えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用モータ制御装置。
4. 前記ベクトル制御手段は、左右の前記誘導モータの回転速度を比較し、前記誘導モータを力行制御時に、低い回転速度を基準回転速度、回生制御時には、高い回転速度を基準回転速度として、ベクトル制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の車両用モータ制御装置。
5. 前記ベクトル制御手段と前記電流制御手段は、一次遅れフィルタを備えた出力手段を介して前記駆動手段に接続されることを特徴とする請求項３に記載の車両用モータ制御装置。

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