JP4487245B2 - モータ駆動車両 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車等のモータ駆動の車両に適用され、バッテリーから供給された電力をインバータコントローラの交流化用のスイッチング素子を介してモータに伝達し、該モータにより車輪を回転駆動するように構成されたモータ駆動手段を備えた車両に関する。

電気自動車に搭載される交流モータは、アクセル指示つまりアクセルペダル踏込み量に応じたトルクを発生させるように、バッテリーから供給された電力を交流化するインバータ用のコントローラにおけるスイッチング素子のスイッチングタイミングつまりデューティ比を変えて該モータに印加する電圧値をコントロールしている。
特許文献１（特開平２０００−２７８８１５号公報）には、かかるインバータ式電気自動車におけるクリープ走行時のフィーリング向上をなすようにした電気自動車のクリープ制御装置が開示されている。

特許文献１記載の技術においては、車両の停車状態を停車検出手段で検出し、踏込みセンサによりブレーキペダルの踏込みの解除が検出されると、車両が設定クリープ車速になるように、クリープ制御手段によって交流モータの出力が制御され、車両の状況に拘わらず設定クリープ車速になるまで交流モータの出力を増加させ、登坂路での発進時に車両が後退することなく安定した発進を可能とするとともに、走行抵抗が変化しても応答性良く安定したクリープ走行を行うことにより、クリープ走行時のフィーリング向上を可能としている。

また、前記スイッチング素子は、大電流が流れているときにはスイッチング損失による温度上昇が大きいため、通常は該スイッチング素子の周辺を水冷することにより過熱による素子の破壊を防止しており、例えば特許文献２（特開平１０−１６４７０３号公報）に開示されているように、たとえ前記温度上昇が大きくなったとしても、該スイッチング素子にサーミスタ等の温度検出手段を付設して温度検出値に基づいて冷却水の温度制御を行うことにより、スイッチング素子の過熱による破損を防止している。

特開平２０００−２７８８１５号公報 特開平１０−１６４７０３号公報

交流モータ駆動の車両にあっては、該モータが回転している通常走行時等においては、スイッチング素子が円滑に切り替わるので、該スイッチング素子の急激な温度上昇は発生しないが、登り坂での車両の走行時等において、車両が後退しないようにブレーキを使用せずにアクセルコントロールによって車両を停止すると、モータ回転がゼロとなり、通常は３相で切り替わるスイッチング素子が切り替わらずに、１箇所のスイッチング素子に電流が集中することがある。

かかる状態では、電流値が大きくなるとスイッチング素子の温度上昇が大きくなって、サーミスタ等の温度検出手段による温度検出に基づく電流量の抑制制御では追従できない程に高速で温度上昇することがあり、かかる高温状態になるとスイッチング素子の破損が誘発される。
然るに特許文献１の技術にあっては、かかるスイッチング素子の温度上昇への対処については全く開示されておらず、また特許文献１の技術にあっては、スイッチング素子の温度検出に基づく冷却水の温度制御を行っているにとどまり、モータ駆動制御によって前記のようなスイッチング素子の過熱を防止する手段については開示されてはいない。

従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、インバータコントローラの交流化用のスイッチング素子の集中電流による温度上昇を回避してスイッチング素子の過熱による破損の発生を防止してスイッチング素子の耐久性、信頼性を向上せしめるとともに、登り坂での車両の走行時における車両の後退を確実に回避可能としたモータ駆動車両を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、バッテリーから供給された電力をインバータコントローラの交流化用のスイッチング素子を介してモータに伝達し、該モータにより車輪を回転駆動するように構成されたモータ駆動車両において、前記モータの回転数が一定回転数である第１の回転数以下であって、前記車両のブレーキがオンのときに前記スイッチング素子への供給電流を遮断し、前記第１の回転数以下で前記ブレーキがオフであってアクセルペダルの踏込みが解除のとき前記第１の回転数より低い一定回転数である第２の回転数にトルク増減制御によって保持し、前記第１の回転数以下で前記ブレーキがオフであってアクセルペダルの踏込みのときに、一定の指示トルクで運転せしめるとともに、該一定の指示トルクでの運転時にモータ回転数を前記第２の回転数にトルク増減制御によって保持せしめるコントローラを有してなることを特徴とする。

かかる発明によれば、登り坂での車両の走行時のように、モータ回転数が一定回転数である第１の回転数以下の回転数であって、ブレーキがオフ状態でかつアクセルペダルの踏込みのない低速走行状態においては、モータ回転数が前記第１の回転数よりも低い第２の回転数以下にならないようにトルクを制御するので、登り坂の勾配が大きくなる等によって走行抵抗が増加しても、モータ回転数は常時前記第２の回転数に保持されて、回転数がゼロ（停止状態）になるのを回避できる。
これにより、登り坂での車両の走行時のようにモータ回転数が低回転状態のときでも、スイッチング素子が円滑に切り替わるので、従来技術のような１箇所のスイッチング素子に電流が集中して急激な温度上昇によるスイッチング素子の破損の発生を防止でき、該スイッチング素子の耐久性、信頼性が向上する。
また、登り坂の勾配が大きくなっても、モータ回転数が常時前記第２の低回転数以下にならないようにトルク制御をしているので、車両が後退する（ずり下がりをする）のを回避できる。

また、本発明によれば、モータ回転数が一定回転数である第１の回転数よりも低い回転数での走行時であって、ブレーキがオフ状態でかつアクセルペダルが踏み込まれた際においては、モータを設定された一定トルクで運転し、かつ登り坂の勾配が急激に大きくなる等によって走行抵抗が増加しても、モータ回転数が前記第１の回転数よりも低い第２の回転数以下にならないようにトルクを制御する。
これにより、モータ回転数は常時前記第２の回転数に保持されて回転数がゼロ（停止状態）になるのを回避可能となり、スイッチング素子が円滑に切り替わることとなり、１箇所のスイッチング素子に電流が集中して急激な温度上昇によるスイッチング素子の破損の発生を防止できる。

本発明によれば、登り坂での車両の走行時のようにモータ回転数が低回転運転のときでも、ブレーキオン、オフ何れの状態でもモータ回転数を一定の低回転数に保持することが可能となり、スイッチング素子を円滑に切り替えることができ、１箇所のスイッチング素子に電流が集中して急激な温度上昇が発生することによるスイッチング素子の破損の発生を防止でき、該スイッチング素子の耐久性、信頼性が向上する。

また、登り坂の勾配が大きくなっても、モータ回転数が常時第２の低回転数以下にならないようにトルク制御をしているので、車両が後退する（ずり下がりをする）のを回避できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明の実施例に係るモータ駆動車両の制御フローチャート、図２は前記実施例におけるモータ駆動部の全体構成図である。

本発明の実施例の全体構成を示す図２において、１はバッテリーが収納された電池ボックス、２は車両の左右の車輪、８は前記左右の車輪２を回転駆動するモータ（交流モータ）である。４０はインバータコントローラで、前記電池ボックス１内のバッテリーからの直流電流を三相交流電流に変換して三相回線６を介して前記モータ（交流モータ）８に通電するインバータ５と、前記モータ８及びインバータ５用のコントロール基板４が内設されている。

１０は図示しないブレーキペダルの踏込みポジションを検出するブレーキポジションセンサ、１１は図示しないアクセルペダルの踏込みポジションを検出するアクセルポジションセンサ、３はトルクコントローラで、前記ブレーキポジションセンサ１０からのブレーキ踏み込み量の検出値及び前記アクセルポジションセンサ１１からのアクセルポジションの検出値は前記トルクコントローラ３に入力される。
前記トルクコントローラ３においては、後述するような演算、制御を行ってその結果を前記コントロール基板４を介してインバータ５及びモータ８に出力する。

次に、図１の制御フローチャートに基づき、前記トルクコントローラ３によるモータ駆動車両の制御動作について説明する。
先ず、前記インバータ５を介して回転駆動されるモータ（交流モータ）８の回転数が、予め設定された一定回転数（この例では５０ｒｐｍ）以上か否かを判断する（ステップ（１））。
前記モータ回転数が前記一定回転数（この例では５０ｒｐｍ）以上のときは、通常のトルク制御を行う（ステップ（５））。

前記モータ回転数が前記一定回転数（この例では５０ｒｐｍ）未満のとき、前記ブレーキポジションセンサ１０からの検出信号によりブレーキオン（ＯＮ）の状態か否かを判断する（ステップ（２））。
ブレーキがオン状態のときには、モータトルクをゼロとして前記インバータ５のスイッチング回路への供給電流を遮断する（ステップ（６））。
これにより、ブレーキオン状態のときに、例えば登り坂道でブレーキを踏みながらアクセルを踏んで発進しようとしても、スイッチング素子へは電流が流れないため、１箇所のスイッチング素子に電流が集中して急激な温度上昇が発生することによる該スイッチング素子の破損の発生を回避できる。

また、ブレーキがオフ（ＯＦＦ）状態のときには、前記アクセルポジションセンサ１１からのアクセルポジションの検出値に基づきアクセル踏込み（ＯＮ）の状態か否かを判断する（ステップ（３））。
アクセルペダルの踏込み解除（ＯＦＦ）状態のときには、前記モータ８の回転数が、前記設定による一定回転数である第１の回転数（この例では５０ｒｐｍ）よりも低い第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）以上であるか否かを判断する（ステップ（４））。
モータ８の回転数が前記第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）以上のときはトルクを減少し（ステップ（８））、前記第２の回転数未満のときはトルクを増大する（ステップ（９））。かかる制御により、モータ８の回転数を前記第１の回転数（この例では５０ｒｐｍ）と前記第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）との間の回転数に保持せしめることができる。

このように制御すれば、登り坂での車両の走行時のように、モータ回転数が一定回転数である第１の回転数（この例では５０ｒｐｍ）以下の回転数であって、ブレーキがオフ（ブレーキＯＦＦ）状態でかつアクセルペダルの踏込みのない（アクセルＯＦＦ）低速走行状態においては、モータ回転数が第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）以下にならないようにトルクを制御するので、登り坂の勾配が大きくなる等によって走行抵抗が増加しても、モータ回転数は常時前記第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）以上に保持されて、回転数がゼロ（停止状態）になるのを回避でき、スイッチング素子を円滑に切り替えることができ、１箇所のスイッチング素子に電流が集中して急激な温度上昇の発生によるスイッチング素子の破損の発生を防止できる。
また、登り坂の勾配が大きくなっても、モータ回転数が常時前記第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）以下にならないようにトルク制御をしているので、車両が後退する（ずり下がりをする）のを回避できる。

また、前記ステップ（３）において、アクセルペダルの踏込み状態（アクセルＯＮ）のときには、前記モータ８を一定の指示トルクで運転せしめる（ステップ（７））
そして前記一定の指示トルクでの運転時においては、モータ回転数が前記第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）以上であるか否かを判断する（ステップ（１０））。
前記モータ回転数が前記第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）以上のときはトルクを減少し（ステップ（１２））、前記第２の回転数未満のときはトルクを増大する（ステップ（１１））。かかる制御により、モータ８の回転数を前記一定回転数（この例では５０ｒｐｍ）と前記第２の低回転数（この例では１０ｒｐｍ）との間の回転数に保持せしめることができる。

このように制御すれば、モータ回転数が前記第１の回転数（この例では５０ｒｐｍ）以下の回転数での走行時であって、ブレーキがオフ状態でかつアクセルペダルが踏み込まれた際においては、モータ８を設定された一定トルク（指示トルク）で運転し、かつ登り坂の勾配が急激に大きくなる等によって走行抵抗が増加しても、モータ回転数が前記第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）以下にならないようにトルクを制御することが可能となる。
これにより、モータ回転数は常時前記第２の回転数（この例では１０ｒｐｍ）以上に保持されて回転数がゼロ（停止状態）になるのを回避可能となり、インバータ５のスイッチング素子が円滑に切り替わることとなり、１箇所のスイッチング素子に電流が集中して急激な温度上昇の発生による該スイッチング素子の破損の発生を防止できる。

本発明によれば、インバータコントローラのスイッチング素子の集中電流による急激な温度上昇を回避可能となって、該スイッチング素子の過熱による破損の発生を防止することができて、該スイッチング素子の耐久性、信頼性を向上せしめ、登り坂での車両の走行時における車両の後退を確実に回避可能としたモータ駆動車両を提供できる。

図１は本発明の実施例に係るモータ駆動車両の制御フローチャートである。 前記実施例におけるモータ駆動部の全体構成図である。

１ 電池ボックス
２ 車輪
３ トルクコントローラ
４ コントロール基板
５ インバータ
６ 三相回線
８ モータ（交流モータ）
１０ ブレーキポジションセンサ
１１ アクセルポジションセンサ
４０ インバータコントローラ

Claims (1)

1. バッテリーから供給された電力をインバータコントローラの交流化用のスイッチング素子を介してモータに伝達し、該モータにより車輪を回転駆動するように構成されたモータ駆動車両において、
   前記モータの回転数が一定回転数である第１の回転数以下であって、前記車両のブレーキがオンのときに前記スイッチング素子への供給電流を遮断し、
   前記第１の回転数以下で前記ブレーキがオフであってアクセルペダルの踏込みが解除のとき前記第１の回転数より低い一定回転数である第２の回転数にトルク増減制御によって保持し、
   前記第１の回転数以下で前記ブレーキがオフであってアクセルペダルの踏込みのときに、一定の指示トルクで運転せしめるとともに、該一定の指示トルクでの運転時にモータ回転数を前記第２の回転数にトルク増減制御によって保持せしめるコントローラを有してなることを特徴とするモータ駆動車両。

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