JP4946100B2 - モータ駆動制御装置およびそれを搭載する電動車両ならびにモータ駆動制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、モータ駆動制御装置およびそれを搭載する電動車両ならびにモータ駆動制御方法に関し、より特定的には、モータ温度に応じたモータ出力トルク制限に関する。

モータの過負荷運転状態が継続されると、モータが過熱し焼損する等のおそれがある。特に、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に車両駆動力発生用として搭載されたモータでは、山岳路走行等の長時間の登坂・降坂走行時に、上記のような継続的な過負荷運転状態を招きやすい。

このような機器故障に至るモータ温度上昇を回避するために、モータ温度の上昇に応じて、モータの出力制限、代表的には出力トルク制限を実行する制御構成が開示されている（たとえば特許文献１〜４）。

これらの特許文献１〜４には、モータ温度が所定温度を超えるまではモータの出力制限（トルク制限）を非実行とした上で、この所定温度よりもモータ温度が高い領域では、モータ温度の上昇に伴ってモータ出力（出力トルク）を徐々に制限することによって、運転状態の急変を防ぐことが開示されている。特に、特許文献２には、モータの力行制御時および回生制御時の間で、トルク制限が開始される温度領域を変えることにより、モータ発熱をより効果的に抑制することが開示されている。
特開２００４−２３８１０号公報 特開２０００−３２６０２号公報 特開２００４−３５０３９４号公報 特開２００５−２６３０６１号公報

しかしながら、特許文献１〜４に開示された制御構成では、出力制限が必要となるような所定温度にモータ温度が達するまではモータの出力制限を非実行とする一方で、この所定温度以上の領域で初めてモータの出力制限を実行する。したがって、出力制限が必要となるような温度領域にモータ温度が到達することを予防するという観点を欠いており、比較的高頻度にモータ温度がこのような温度領域に達する可能性がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、モータの過負荷運転による温度上昇をより確実に防止することが可能な、モータ駆動制御装置およびそれを搭載した電動車両ならびにモータ駆動制御方法を提供することである。

この発明によるモータ駆動制御装置は、温度検出手段と、トルク制限手段とを備える。温度検出手段は、モータの温度を検出する。トルク制限手段は、温度検出手段により検出されたモータ温度に基づき、モータ温度が第１の所定温度以下のときにトルク制限を非実行とする一方で、モータ温度が第１の所定温度よりも高い領域で、モータ温度に応じてトルク制限を実行する。特に、トルク制限手段は、（１）モータ温度が第１の所定温度よりも高く、かつ、第１の所定温度よりも高く設定された第２の所定温度よりも低い温度領域で、第１の制限特性に従ってモータの出力トルクに制限を加える一方で、（２）モータ温度が第２の所定温度よりも高い温度領域で、第１の制限特性とは異なる第２の制限特性に従って、モータの出力トルクに第１の制限特性よりも厳しい制限を加える。

この発明によるモータ駆動制御方法は、温度検出ステップと、トルク制限ステップとを備える。温度検出ステップは、モータの温度を検出する。トルク制限ステップは、温度検出手段により検出されたモータ温度に基づき、モータ温度が第１の所定温度以下のときにトルク制限を非実行とする一方で、モータ温度が第１の所定温度よりも高い領域で、モータ温度に応じてトルク制限を実行する。特に、トルク制限ステップは、（１）モータ温度が第１の所定温度よりも高く、かつ、第１の所定温度よりも高く設定された第２の所定温度よりも低い温度領域で、第１の制限特性に従ってモータの出力トルクに制限を加える一方で、（２）モータ温度が第２の所定温度よりも高い温度領域で、第１の制限特性とは異なる第２の制限特性に従って、モータの出力トルクに第１の制限特性よりも厳しい制限を加える。

上記モータ駆動制御装置またはモータ駆動制御方法によれば、第２の所定温度より高い温度領域（強制限領域）より低い温度領域（弱制限領域）から、異なる制限特性に従ってより緩やかにモータの出力トルクを制限することができる。したがって、モータの過負荷運転によって、厳しいトルク制限が出力となるような温度領域（強制限領域）までモータ温度が上昇することを効果的に防止できる。

好ましくは、この発明によるモータ駆動制御装置またはモータ駆動制御方法では、第２の所定温度は、モータの上限限界温度およびモータの冷却能力に対応して設定され、第１の所定温度は、モータの通常負荷運転状態での到達温度に対応して設定される。

上記モータ駆動制御装置またはモータ駆動制御方法によれば、より緩やかなトルク制限が実施される第１の所定温度を通常負荷運転時でのモータ温度と関連付けて設定することにより、モータの運転性を損なうことなく、モータ温度上昇を確実に防止することが可能となる。また、第１の所定温度からのトルク制限実行によってモータの上限許容温度へ到達する可能性が減るので、モータの冷却能（放熱容量）低減によるモータ小型化の余地が生まれる。

さらに好ましくは、この発明によるモータ駆動制御装置では、トルク制限手段は、さらに、モータ温度が、第２の所定温度よりも高く設定されたモータ許容温度以上である領域では、モータのトルク出力を禁止する。そして、第２の制限特性は、第２の所定温度およびモータ許容温度の間の温度領域で、トルク制限をモータ温度の上昇に従って徐々に厳しくするように設定される。

さらに好ましくは、この発明によるモータ駆動制御方法では、トルク制限ステップは、さらに、モータ温度が、第２の所定温度よりも高く設定されたモータ許容温度以上である領域では、モータのトルク出力を禁止する。そして、第２の制限特性は、第２の所定温度およびモータ許容温度の間の温度領域で、トルク制限をモータ温度の上昇に従って徐々に厳しくするように設定される。

上記モータ駆動制御装置またはモータ駆動制御方法によれば、モータ許容温度以上の領域でモータの温度がさらに上昇することを確実に防止できるとともに、第２の所定温度からモータ許容温度までの温度領域（強制限領域）での出力トルク制限によりモータ出力が急変することを防止できる。

また好ましくは、この発明によるモータ駆動制御装置では、第１の制限特性は、第１および第２の所定温度の間の温度領域で、モータの出力トルク制限を一定に維持するように設定される。

上記モータ駆動制御装置によれば、モータ温度の面からは特に出力制限が必要でない第１および第２の所定温度間の温度領域（弱制限領域）において、モータの運転性が変化することを防止できる。

この発明による電動車両は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置を備え、かつ、モータの力行トルクによって車両駆動力を発生可能に構成される。

上記電動車両によれば、電動車両による連続的な登坂・降坂走行時等、車両駆動力発生用モータの過負荷状態が連続する場合に、モータ温度上昇を防止することができる。

好ましくは、この発明による電動車両は、車両の制動力を出力するための制動機構をさらに備える。そして、トルク制限手段は、モータ温度が第１の所定温度よりも高い領域において、モータの出力トルクについて、モータの回生トルク発生時に力行トルク発生時よりも相対的に厳しい制限を加える。

上記電動車両によれば、制動機構により車両制動力を確保である点を考慮して、車両駆動力発生用モータによる回生ブレーキのための回生トルク出力を減少させることにより、モータ温度上昇をさらに確実に防止することができる。

さらに好ましくは、この発明による電動車両は、制動力調整手段をさらに備える。制動力調整手段は、モータの回生トルク制限時において、制動機構が出力する制動力を出力トルクの制限量に応じて自動的に増加させる。

上記電動車両によれば、モータ温度上昇回避のために車両駆動力発生用モータの回生トルクを制限する場合に、車両の制動力を自動的に確保することが可能となる。

この発明によるモータ駆動制御装置およびそれを搭載した電動車両ならびにモータ駆動制御方法によれば、モータ、特に電動車両では車両駆動力発生用モータの過負荷運転による温度上昇をより確実に防止することが可能である。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置が搭載された電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の制御ブロック図である。なお、電動車両は、図１に示すハイブリッド車両に限定されるものではなく、車両駆動力発生用のモータを搭載する構成のものであれば、他の態様を有するハイブリッド車両（たとえばシリーズ型ハイブリッド車両）あるいは電気自動車・燃料電池車等についても、本発明を適用することが可能である。

図１を参照して、ハイブリッド車両は、駆動源としての、たとえばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、単にエンジンという）１２０と、モータジェネレータ（ＭＧ）１４０を含む。なお、図１においては、説明の便宜上、モータジェネレータ１４０を、モータ１４０Ａおよびジェネレータ１４０Ｂと表現するが、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、モータ１４０Ａがジェネレータとして機能したり、ジェネレータ１４０Ｂがモータとして機能したりする。

ハイブリッド車両には、この他に、エンジン１２０やモータジェネレータ１４０で発生した動力を、駆動輪１６０に連結された駆動軸１５０に伝達したり、駆動軸１５０の駆動をエンジン１２０やモータジェネレータ１４０に伝達する減速機１８０と、エンジン１２０の発生する動力を駆動輪１６０とジェネレータ１４０Ｂとの２経路に分配する動力分割機構（たとえば、遊星歯車機構）２００とが設けられる。

さらに、ハイブリッド車両には、モータジェネレータ１４０を駆動するための電力を蓄積する走行用バッテリ２２０と、走行用バッテリ２２０の直流とモータ１４０Ａおよびジェネレータ１４０Ｂの交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４０と、走行用バッテリ２２０の充放電状態を管理制御するバッテリ制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）２６０と、エンジン１２０の動作状態を制御するエンジンＥＣＵ２８０と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ１４０およびバッテリＥＣＵ２６０、インバータ２４０等を制御するＭＧ＿ＥＣＵ３００と、バッテリＥＣＵ２６０、エンジンＥＣＵ２８０およびＭＧ＿ＥＣＵ３００等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵ３２０とが含まれる。

さらに、ハイブリッド車両には制動機構１８５が設けられる。たとえば、制動機構１８５は、油圧回路１８８が発生する油圧により、ブレーキディスク１８７を駆動軸１５０に取付けられたディスクロータ１８６に押し付けるように構成される。これにより、制動機構１８５は、油圧回路１８８が発生する油圧により、ディスクロータ１８６およびブレーキディスク１８７の間に摩擦力を生じさせることによって車両制動力を発生させる。油圧回路１８８による油圧の発生は、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０によって制御可能である。あるいは、制動機構１８５は、駆動輪１６０を含む車輪の回転に対して制動力を発揮するように設けられてもよい。

本実施の形態においては、走行用バッテリ２２０とインバータ２４０との間にはコンバータ２４２が設けられている。これは、走行用バッテリ２２０の定格電圧が、モータ１４０Ａやモータジェネレータ１４０Ｂの定格電圧よりも低いので、走行用バッテリ２２０からモータ１４０Ａやモータジェネレータ１４０Ｂに電力を供給するときには、コンバータ２４２で電力を昇圧する。このコンバータ２４２には平滑コンデンサが内蔵されており、コンバータ２４２が昇圧動作を行なう際には、この平滑コンデンサに電荷が蓄えられる。

なお、図１においては、各ＥＣＵを別構成としているが、２個以上のＥＣＵを統合したＥＣＵとして構成してもよい（たとえば、図１に、点線で示すように、ＭＧ＿ＥＣＵ３００とＨＶ＿ＥＣＵ３２０とを統合したＥＣＵとすることがその一例である）。

動力分割機構２００は、エンジン１２０の動力を、駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂとの両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。モータジェネレータ１４０Ｂの回転数を制御することにより、動力分割機構２００は無段変速機としても機能する。エンジン１２０の回転力はプラネタリーキャリア（Ｃ）に入力され、それがサンギヤ（Ｓ）によってモータジェネレータ１４０Ｂに、リングギヤ（Ｒ）によってモータおよび出力軸（駆動輪１６０側）に伝えられる。回転中のエンジン１２０を停止させる時には、エンジン１２０が回転しているので、この回転の運動エネルギをモータジェネレータ１４０Ｂで電気エネルギに変換して、エンジン１２０の回転数を低下させる。

図１に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、発進時や低速走行時等であってエンジン１２０の効率が悪い場合には、モータジェネレータ１４０のモータ１４０Ａのみによりハイブリッド車両の走行を行ない、通常走行時には、たとえば動力分割機構２００によりエンジン１２０の動力を２経路に分け、一方で駆動輪１６０の直接駆動を行ない、他方でジェネレータ１４０Ｂを駆動して発電を行なう。この時、発生する電力でモータ１４０Ａを駆動して駆動輪１６０の駆動補助を行なう。また、高速走行時には、さらに走行用バッテリ２２０からの電力をモータ１４０Ａに供給してモータ１４０Ａの出力を増大させて駆動輪１６０に対して駆動力の追加を行なう。すなわち、モータ１４０Ａが力行制御時に出力するトルク（力行トルク）は、ハイブリッド車両の車両駆動力となる。

一方、減速時には、駆動輪１６０により従動するモータ１４０Ａがジェネレータとして機能して回生制動による発電を行ない、回収した電力を走行用バッテリ２２０に蓄えることができる。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両減速（または加速の中止）させることを含む。

すなわち、図１のハイブリッド車両では、モータ１４０Ａの回生トルク発生による回生ブレーキと、制動機構１８５（油圧ブレーキ）との協調によって車両制動力を得ることができる。

また、走行用バッテリ２２０の充電量が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン１２０の出力を増加してジェネレータ１４０Ｂによる発電量を増やして走行用バッテリ２２０に対する充電量を増加する。もちろん、低速走行時でも必要に応じてエンジン１２０の駆動量を増加する制御を行なう。たとえば、上述のように走行用バッテリ２２０の充電が必要な場合や、エアコン等の補機を駆動する場合や、エンジン１２０の冷却水の温度を所定温度まで上げる場合等である。

図２は、図１に示したハイブリッド車両うちの、モータ駆動制御装置により制御されるモータ駆動システム１００の構成を説明する概略ブロック図である。

図２を参照して、モータ駆動システム１００は、走行用バッテリ２２０と、電源配線２３０および接地配線２３２と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ２４０およびコンバータ２４２と、モータジェネレータ１４０と、ＭＧ＿ＥＣＵ３００とを備える。

走行用バッテリ２２０が出力する直流電圧は、コンバータ２４２によって昇圧されて、電源配線２３０および接地配線２３２間に出力される。あるいは、コンバータ２４２は、電源配線２３０および接地配線２３２間の直流電圧を降圧して、走行用バッテリ２２０を充電する。このように、コンバータ２４２は、双方向の電圧変換を実行可能に構成される。なお、走行用バッテリ２２０の出力電圧が十分高い場合には、コンバータ２４２の配置は省略できる。また、走行用バッテリ２２０は、代表的には所定定格電圧を発生する二次電池で構成されるが、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置や燃料電池を走行用バッテリに代えて用いてもよい。

平滑コンデンサＣ０は、電源配線２３０および接地配線２３２の間に接続され、インバータ２４０の直流リンク電圧を平滑する。

インバータ２４０は、Ｕ相アーム２４５、Ｖ相アーム２４６およびＷ相アーム２４７からなる。Ｕ相アーム２４５、Ｖ相アーム２４６およびＷ相アーム２４７は、電源配線２３０および接地配線２３２の間に並列に接続される。

Ｕ相アーム２４５は、スイッチング動作（オン・オフ動作）を行なう電力用半導体素子（以下、単にスイッチング素子と称する）Ｑ１，Ｑ２からなり、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源配線２３０および接地配線２３２の間に直列に接続される。スイッチング素子としては、代表的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。同様に、Ｖ相アーム２４６は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなり、Ｗ相アーム２４７は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６からなる。また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間（導通電極間）には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。

各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、そのゲート（制御電極）への電気的入力（電圧、電流）に応じてオンまたはオフされる。たとえば、ＩＧＢＴは、ゲート（制御電極）の電圧に応じてオンまたはオフされる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＭＧ＿ＥＣＵ３００からのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６にそれぞれ応答してオン・オフする。

各相アーム２４５〜２４７の中間点は、モータジェネレータ１４０のＵ相コイル巻線１４１Ｕ、Ｖ相コイル巻線１４１ＶおよびＷ相コイル巻線１４１Ｗの一端側とそれぞれ電気的に接続される。たとえば、モータジェネレータ１４０は、Ｕ相コイル巻線１４１Ｕ、Ｖ相コイル巻線１４１ＶおよびＷ相コイル巻線１４１Ｗが中性点１４２に共通接続されて構成された、３相永久磁石モータである。

モータジェネレータ１４０には、電流センサ１４３および回転角センサ１４４が設けられる。三相電流の瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ１４３は２相分のモータ電流ＭＣＲＴ（たとえばＶ相電流およびＷ相電流）を検出するように配設すれば足りる。回転角センサ１４４は、モータジェネレータ１４０の回転子（図示せず）の回転角θを検出し、検出した回転角θをＭＧ＿ＥＣＵ３００へ送出する。なお、ＭＧ＿ＥＣＵ３００では、回転角θに基づきモータジェネレータ２０の回転数を算出することができる。

さらに、モータジェネレータ１４０には、温度センサ１４５が設けられる。温度センサ１４５は、たとえば、最も温度上昇が発生する各相コイル巻線の温度を検知可能なように取付けられる。温度センサ１４５によって測定されたモータ温度ＴｍｇはＭＧ＿ＥＣＵ３００へ送出される。さらに、モータ温度Ｔｍｇは、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０へも送出される。

ＭＧ＿ＥＣＵ３００は、電流センサ１４３および回転角センサ１４４によって検出されたモータ電流ＭＣＲＴおよびロータ回転角θに基づき、モータジェネレータ１４０の出力トルクが、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０からのトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従って制御されるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１６のスイッチング動作を制御するスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。

言い換えると、ＭＧ＿ＥＣＵ３００は、モータジェネレータ１４０がトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルクを出力できるような交流電圧が各相コイル巻線１４１Ｕ〜１４１Ｗに印加されるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を制御する。すなわち、ＭＧ＿ＥＣＵ３００は、このようなスイッチング動作に対応するようなスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する。

本発明の実施の形態では、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、モータ温度Ｔｍｇに基づくモータ出力制限（出力トルク制限）の上でトルク指令値Ｔｑｃｏｍを生成する。

ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ＭＧ＿ＥＣＵ３００に与えるトルク指令値Ｔｑｃｏｍを、図３に示すフローチャートによるモータ駆動制御方法に従って設定することにより、モータ温度Ｔｍｇに基づくモータ出力トルク制限を実行する。

図３を参照して、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１００により、ハイブリッド車両の車両出力要求に応じたモータジェネレータ１４０のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯を生成する。この車両出力要求は、運転者によるアクセル、ブレーキペダル操作や現在の車速等を反映して設定される。

そして、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１１０では、温度センサ１４５の出力よりモータ温度Ｔｍｇを取得する。そして、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１２０以降の処理により、図４に示す特性に従った、モータ温度Ｔｍｇに基づくモータジェネレータ１４０の出力トルク制限を実行する。

図４を参照して、モータ温度Ｔｍｇ≦所定温度ｔ０の温度領域３５０（非制限領域３５０とも称する）では、トルク制限値Ｔｑｌｍｔ＝Ｔ１に設定される。ここで、トルク制限値Ｔｑｌｍｔは、トルク値そのものであってもよく、ステップＳ１００で決定される本来のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯に対する許容率であってもよい。ここで、Ｔｑｌｍｔ＝Ｔ１は、モータジェネレータ１４０にてトルク制限が実質的に実行されない状態（トルク許容率＝１００％、すなわち、最終的なトルク指令値Ｔｑｃｏｍ＝Ｔｑｃｏｍ♯とされる状態）を示すものとする。

そして、所定温度ｔ０＜モータ温度Ｔｍｇ≦所定温度ｔ１（ｔ１＞ｔ０）の温度領域３５２では、出力トルク制限が開始されて、トルク制限特性３５７ａ，３５７ａ♯に従って、トルク制限値Ｔｑｌｍｔ＝Ｔ２（力行時），−Ｔ２（回生時）に設定される。

さらにモータ温度Ｔｍｇが上昇して、所定温度ｔ１＜モータ温度Ｔｍｇ≦所定温度ｔ２（ｔ２＞ｔ１）の温度領域３５４では、トルク制限特性３５７ｂ，３５７ｂ♯に従ってトルク制限値Ｔｑｌｍｔが設定される。これにより、モータ温度Ｔｍｇの上昇に従って、トルク制限値の絶対値｜Ｔｑｌｍｔ｜がＴ２から徐々に低下されることにより、出力トルク制限は徐々に厳しくされる。このように、温度領域３５２（弱制限領域３５２とも称する）におけるモータ出力トルク制限は、温度領域３５４（強制限領域３５４とも称する）と比較して、その制限値および制限特性（温度上昇に対する出力トルク制限強化の割合）が緩やかである。なお、図４に示す例では、弱制限領域３５２および強制限領域３５４における、トルク制限特性は、力行時（３５７ａ，３５７ｂ）と回生時（３５７ａ♯、３５７ｂ♯）との間で、同一のモータ温度に対するトルク制限値の絶対値｜Ｔｑｌｍｔ｜が等しいように設定される。

さらに、モータ温度Ｔｍｇ＞ｔ２の温度領域３５６（禁止領域３５６とも称する）では、トルク制限値Ｔｑｌｍｔ＝０（トルク許容率＝０％）に設定されて、モータジェネレータ１４０からのトルク出力が禁止される。この状態では、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ＝０に設定される。

ここで、所定温度ｔ２は、モータジェネレータ１４０の機器故障に至るような限界温度（上限）ｔ３に対して、マージンを持って設定された許容温度（上限）である。そして、所定温度ｔ１は、所定温度（許容温度）ｔ２に対して、モータジェネレータ１４０の冷却能（モータ体格や冷却オイル流量等）を考慮して決定される、モータ温度上昇抑制のために出力トルク制限が本来必要となる温度である。そして、所定温度ｔ０は、上記所定温度ｔ１よりも低く設定される。

一方、図５に比較例として示された出力トルク制限では、特許文献１，２と同様に、モータ温度上昇抑制のために出力トルク制限が必要となる所定温度ｔ１よりもモータ温度Ｔｍｇが低い温度領域において出力トルク制限が実行されず、モータ温度Ｔｍｇ≧所定温度ｔ１の温度領域のみにて出力トルク制限が実行される。

すなわち、本発明の実施の形態によるモータの出力トルク制限では、モータ温度上昇抑制のために出力トルク制限が必要となる所定温度ｔ１よりも低い所定温度ｔ０から、所定温度ｔ１よりも高い温度領域での出力トルク制限よりも緩やかな出力トルク制限が開始される。

再び図３を参照して、図４に示したモータ温度Ｔｍｇに応じたモータ出力トルク制限を実行するために、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１２０〜Ｓ１８０の処理を実行する。

ＥＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１２０により、ステップＳ１１０で取得したモータ温度Ｔｍｇを所定温度ｔ０と比較する。そして、モータ温度Ｔｍｇ≦ｔ０（ステップＳ１２０のＮＯ判定時：図４の非制限領域３５０）のとき、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１３０により、出力トルク制限を非実行とする。すなわち、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ＝Ｔｑｃｏｍ♯に設定する。

一方、モータ温度Ｔｍｇ＞ｔ０のとき（ステップＳ１２０におけるＹＥＳ判定時）には、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１４０により、モータ温度Ｔｍｇが図４の弱制限領域３５２、強制限領域３５４および禁止領域３５６のいずれであるかに従って、モータ温度Ｔｍｇに基づいてトルク制限値Ｔｑｌｍｔの設定する。たとえば、図４に示したモータ温度Ｔｍｇに対するトルク制限値Ｔｑｌｍｔの設定特性は、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０内にマップとして格納されており、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１４０では、ステップＳ１１０で取得されたモータ温度Ｔｍｇを引数として当該マップを参照することにより、トルク制限値Ｔｑｌｍｔを設定する。

ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、さらに、ステップＳ１５０により、ステップＳ１００で求められた本来のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯の絶対値とステップＳ１４０で求められたＴｑｌｍｔの絶対値とを比較する。そして、｜Ｔｑｃｏｍ♯｜＞｜Ｔｑｌｍｔ｜のとき（ステップＳ１５０におけるＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１６０により、ステップＳ１４０で求められたトルク制限値ＴｑｌｍｔをＭＧ＿ＥＣＵ３００への最終的なトルク指令値Ｔｑｃｏｍとする。すなわち、Ｔｑｃｏｍ＝Ｔｑｌｍｔに設定して、モータジェネレータ１４０の出力トルクを本来の要求値よりも制限する。

一方、｜Ｔｑｃｏｍ♯｜≦｜Ｔｑｌｍｔ｜のとき（ステップＳ１５０におけるＮＯ判定時）には、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１７０により、ステップＳ１００で求められた本来のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯を、ＭＧ＿ＥＣＵ３００へ与えられる最終的なトルク指令値Ｔｑｃｏｍとする（Ｔｑｌｍｔ＝Ｔｑｃｏｍ♯）。このケースは、本来のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯がトルク制限値以下であるので、トルク制限の必要がないケースに相当する。

上述のように、所定温度ｔ１よりも低い温度ｔ０から出力トルク制限を実行することにより、モータ温度上昇抑制のために出力トルク制限が必要となるような温度領域（Ｔｍｇ＞ｔ１）に到達する頻度を抑制して、モータ過負荷運転状態によるモータ温度上昇を防止することが可能となる。

なお、図６には、同一の山岳路を走行した場合における、本実施の形態による出力トルク制限（図４）時でのモータ温度Ｔｍｇ推移（符号３６０）と、図５の比較例による出力トルク制限時でのモータ温度Ｔｍｇの推移（符号３６２）とが比較される。

本実施の形態による出力トルク制限時には、出力トルク制限により車速が上昇し難いため、走行所要時間ｓ２は、比較例による出力トルク制限時の走行所要時間ｓ１よりも長くなる。しかしながら、図７に示すように、モータ温度上昇につながるモータ損失の発生は、出力トルクの２乗に比例して増大し、かつ、高トルク領域では磁気飽和等の影響により、モータ損失がさらに増大する。したがって、モータ出力トルクをより低い温度領域から緩やかに制限することによって、走行時間が増加するにもかかわらず、モータ温度Ｔｍｇは、比較例による出力トルク制限時（符号３６２）よりも上昇しない結果となり、モータ到達温度の上昇がΔｔ抑制される。

ここで、図４に示した出力トルク制限特性の好ましい設定について説明する。
たとえば、モータ損失が出力トルクの２乗の比例値を超えて増大する高トルク領域３６５とリンクさせて、トルク制限値Ｔ２，−Ｔ２（たとえば、｜Ｔ２｜＝Ｔｔｈ）を設定すれば、モータ温度上昇が著しい場面で、発熱が増大する高トルク領域３６５でのモータ運転を回避させて、モータ温度の上昇をさらに効果的に抑制することができる。

あるいは、図８に示すように、出力トルク制限が開始される所定温度ｔ０をモータの通常負荷運転状態におけるモータ到達温度を対応付けて設定してもよい。

図８には、モータの通常負荷運転状態に相当する運転条件時（ハイブリッド車両では、市街地走行時、高速道路走行時等）における、出力トルク制限無のときのモータ到達温度の確率分布４００〜４０２が示され、さらに、モータの過負荷運転状態に相当する運転条件時（代表的には山岳路走行時）おける出力トルク制限無のときのモータ到達温度の確率分布４０３が示される。

図８を参照して、所定温度ｔ０（図４）は、モータの通常負荷運転状態におけるモータ到達温度の確率分布４００〜４０２を考慮して、通常負荷運転状態には到達する可能性が低い温度に設定することが好ましい。一方、モータの過負荷運転状態時には、出力トルク制限を実行しないと限界温度ｔ３に到達する可能性があるので、上述のような出力トルク制限の実行が必要となる。

このように出力トルク制限が開始される所定温度ｔ０を設定することにより、通常負荷運転時におけるモータの運転性（すなわち、ハイブリッド車両の運転性）を損なうことなく、モータの過負荷運転によるモータ温度上昇を防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、モータ温度上昇抑制のために出力トルク制限が必要となるような温度領域（強制限領域３５４）よりも低い温度領域（弱制限領域３５２）から出力トルク制限を実行することにより、モータ過負荷運転によるモータ温度上昇を防止することができる。特に、所定温度ｔ１を超える温度領域でモータ損失が著しく増大する高トルク領域３６５（図７）でのモータ運転が回避されるように、図４に示した出力トルク制限特性を適切に設定することにより、モータ（モータジェネレータ）の冷却能（放熱容量）を低下させても、モータ温度が限界温度ｔ３に達することを回避できるようになる。すなわち、本発明の実施の形態によるモータ出力トルク制限により、モータ（モータジェネレータ）の小型化の余地も生じる。

［実施の形態の変形例］
図９は、本発明の実施の形態の変形例によるモータ温度に応じた出力トルク制限の特性を説明する概念図である。

図９および図４の比較から理解されるように、実施の形態の変形例に従うモータ出力トルク制限では、所定温度ｔ０＜モータ温度Ｔｍｇ≦所定温度ｔ２の弱制限領域３５２および強制限領域３５４において、回生トルクのトルク制限値の絶対値は、トルク制限特性３５８ａ，３５８ｂに従って、トルク制限特性３５７ａ，３５７ｂに従って設定された力行トルクのトルク制限値の絶対値よりも小さく設定される。

すなわち、弱制限領域３５２におけるトルク制限値がＴ２（力行時）＞Ｔ２♯（回生時）に設定される。これにより、力行トルク発生時、すなわちモータジェネレータ１４０による車両駆動力発生時には図３と同様の出力トルク制限とする一方で、回生トルク発生時には、出力トルク制限は力行トルク出力時よりも相対的に厳しくされる。

制動機構１８５が発生する制動力は、運転者によるブレーキペダル操作によって増加できるため、ステップＳ１４０♯により回生トルクを減少させても、運転状況に応じた運転者のブレーキ操作により必要な車両制動力を発生することができる。したがって、回生トルクについては、力行トルクよりも厳しく制限して、回生トルク発生時のモータ発熱量を抑制して、モータ温度上昇をさらに確実に防止することが可能となる。

図１０は、本発明の実施の形態の変形例によるモータ出力トルク制限を説明するフローチャートである。

図１０を参照して、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、図３と同能のステップＳ１００〜Ｓ１７０の処理において、ステップＳ１４０に代えてステップＳ１４０♯を実行する。ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ステップＳ１４０♯では、図９に示したトルク制限特性に従って、モータ温度に応じたトルク制限値Ｔｑｌｍｔを設定する。これにより、出力トルク制限において、回生トルク制限が力行トルク制限と比較して緩和される。なお、ステップＳ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１５０〜Ｓ１７０の処理は図３で説明したのと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

さらに、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、出力トルク制限の実行時（ステップＳ１５０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１６０に引き続き、ステップＳ２００によりモータジェネレータ１４０が回生モードで動作中であるか否かを判定する。

そして、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、回生モード時（ステップＳ２００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１６０によるトルク制限量（すなわち｜Ｔｑｃｏｍ♯｜−｜Ｔｑｌｍｔ｜）に応じて、制動機構１８５が発生する制動力（油圧ブレーキ力）を自動的に増加させる（ステップＳ２１０）。

ステップＳ２１０による制動力調整を行なうことにより、車両制動力を自動的に維持した上で、回生モード時における出力トルクを制限してモータジェネレータ１４０の温度上昇を防止することが可能となる。

さらに、モータジェネレータ１４０の力行モード時（ステップＳ２００におけるＹＥＳ判定時）には、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、出力トルク制限量に応じて、エンジン１２０の出力を増加させるように、エンジンＥＣＵ２８０に対して指示してもよい。ただし、モータ温度上昇によるトルク制限が実行される山岳路走行時におけるエンジン走行は燃費を悪化させる可能性が高いので、ステップＳ２２０の実行は、運転者のモード選択等に応じて実行可能な構成としてもよい。なお、ステップＳ２００およびＳ２１０による、力行トルク制限時におけるエンジン出力増加設定は、図３のフローチャートにおいてもステップＳ１６０以降に実行することが可能である。

ここで、本発明の実施の形態およびその変形例と本発明の構成との対応関係を説明すると、図３および図１０のステップＳ１１０は、本発明での「温度検知手段」または「温度検知ステップ」に対応し、図３のＳ１４０および図１０のＳ１４０♯は、本発明における「トルク制限手段」または「トルク制限ステップ」に対応し、図１０のＳ２１０は、本発明における「制動力調整手段」に対応する。

なお、本発明の実施の形態およびその変形例では、ハイブリッド車両に車両駆動力発生用モータとして搭載されたモータ（モータジェネレータ）の出力トルク制限について例示したが、本発明の適用は、このような場合に限定されるものではない。すなわち、通常負荷運転状態と、モータ温度上昇を招くような過負荷運転状態との両方で運転されるような比較的運転条件が広範にわたるモータ（モータジェネレータ）の駆動制御について、本発明を共通に適用できる。

また、本発明の実施の形態およびその変形例では、モータの出力トルクが制限される制御構造を例示したが、それ以外の指標（モータ電流等）をモータ温度に応じて制限することによって、本発明によるモータ出力制限を実現することも可能である。

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。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置が搭載された電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の制御ブロック図である。 図１に示したハイブリッド車両のうちの、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置により制御されるモータ駆動システムの構成を説明する概略ブロック図である。 本発明の実施の形態によるモータ出力トルク制限を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態によるモータ温度に応じた出力トルク制限の特性を説明する概念図である。 比較例として示されるモータ温度に応じた出力トルク制限を説明する概念図である。 モータ出力トルク制限とモータ温度上昇との関係を説明するグラフである。 モータの出力トルクと損失との関係を示すグラフである。 出力トルク制限の開始温度とモータの負荷運転状態との関係を説明する概念図である。 本発明の実施の形態の変形例によるモータ温度に応じた出力トルク制限の特性を説明する概念図である。 本発明の実施の形態の変形例によるモータ出力トルク制限を説明するフローチャートである。

符号の説明

１００ モータ駆動システム、１２０ エンジン（モータジェネレータ）、１４０Ｂ ジェネレータ、１４０Ａ モータ（モータジェネレータ）、１４０ モータジェネレータ、１４１Ｕ，１４１Ｖ，１４１Ｗ 各相コイル巻線、１４２ 中性点、１４３ 電流センサ、１４４ 回転角センサ、１４５ 温度センサ、１５０ 駆動軸、１６０ 駆動輪、１８０ 減速機、１８５ 制動機構、１８６ ディスクロータ、１８７ ブレーキディスク、１８８ 油圧回路、２００ 動力分割機構、２２０ 走行用バッテリ、２３０ 電源配線、２３２ 接地配線、２４０ インバータ、２４２ コンバータ、２４５ Ｕ相アーム、２４６ Ｖ相アーム、２４７ Ｗ相アーム、３５０ 非制限領域、３５２ 弱制限領域、３５４ 強制限領域、３５６ 禁止領域、３５７ａ，３５７ａ♯，３５７ｂ，３５７ｂ♯，３５８ａ，３５８ｂ トルク制限特性、３６０，３６２ モータ温度推移、３６５ 高トルク領域（モータ損失増大）、４００〜４０２ モータ到達温度確率分布（通常負荷状態）、４０３ モータ到達温度確率分布（過負荷状態）、Ｃ０ 平滑コンデンサ、ＭＣＲＴ モータ電流、Ｑ１〜Ｑ６ 電力用半導体素子（スイッチング素子）、Ｓ１〜Ｓ６ スイッチング制御信号、ｓ１，ｓ２ 走行所要時間、ｔ０ トルク制限開始温度、ｔ１ トルク制限開始温度（従来）、ｔ２ 許容上限温度、ｔ３ 限界温度、Ｔｍｇ モータ温度、Ｔｑｃｏｍ トルク指令値（最終）、Ｔｑｃｏｍ♯ トルク指令値（制限前）、Ｔｑｌｍｔ トルク制限値、θ ロータ回転角。

Claims (10)

1. モータ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り検出されたモータ温度に基づき前記モータの出力トルクを制限するトルク制限手段とを備え、
   前記トルク制限手段は、前記モータの温度を上限許容温度未満に抑制するためにトルク制限の開始が必要となるトルク制限必要温度を前記モータ温度が超える領域では、前記出力トルクに第１の制限を加え、前記モータ温度が前記トルク制限必要温度未満ではあるが前記トルク制限必要温度よりも低く設定された所定温度以上である領域では、前記出力トルクに前記第１の制限よりも緩い第２の制限を加え、前記モータ温度が前記所定温度未満である領域では、前記出力トルクに制限を加えない、モータ駆動制御装置。
2. 前記トルク制限必要温度は、前記モータの上限限界温度および前記モータの冷却能力に対応して設定され、
   前記所定温度は、前記モータの通常負荷運転状態での到達温度に対応して設定される、請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記トルク制限手段は、さらに、前記モータ温度が、前記上限許容温度以上である領域では、前記モータのトルク出力を禁止し、
   前記第１の制限によるトルク制限量は、前記トルク制限必要温度および前記上限許容温度の間の温度領域で、前記モータ温度の上昇に従って徐々に大きくされる、請求項１または２記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記第２の制限によるトルク制限量は、前記所定温度および前記トルク制限必要温度の間の温度領域で、一定に維持される、請求項１または２記載のモータ駆動制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置を備えた電動車両であって、
   前記モータの力行トルクによって車両駆動力を発生可能に構成された、電動車両。
6. 前記電動車両は、前記車両の制動力を出力するための制動機構をさらに備え、
   前記トルク制限手段は、前記モータ温度が前記所定温度よりも高い領域において、前記モータの出力トルクについて、前記モータの回生トルク発生時に力行トルク発生時よりも相対的に厳しい制限を加える、請求項５記載の電動車両。
7. 前記モータの回生トルク制限時において、前記制動機構が出力する前記制動力を前記出力トルクの制限量に応じて自動的に増加させる制動力調整手段をさらに備える、請求項６記載の電動車両。
8. モータの温度を検出する温度検出ステップと、
   前記温度検出ステップにより検出されたモータ温度に基づき前記モータの出力トルクを制限するトルク制限ステップとを備え、
   前記トルク制限ステップは、前記モータの温度を上限許容温度未満に抑制するためにトルク制限の開始が必要となるトルク制限必要温度を前記モータ温度が超える領域では前記出力トルクに第１の制限を加え、前記モータ温度が前記トルク制限必要温度未満ではあるが前記トルク制限必要温度よりも低く設定された所定温度以上である領域では前記出力トルクに前記第１の制限よりも緩い第２の制限を加え、前記モータ温度が前記所定温度未満である領域では前記出力トルクに制限を加えない、モータ駆動制御方法。
9. 前記トルク制限必要温度は、前記モータの上限限界温度および前記モータの冷却能力に対応して設定され、
   前記所定温度は、前記モータの通常負荷運転状態での到達温度に対応して設定される、請求項８に記載のモータ駆動制御方法。
10. 前記トルク制限ステップは、さらに、前記モータ温度が、前記上限許容温度以上である領域では、前記モータのトルク出力を禁止し、
    前記第１の制限によるトルク制限量は、前記トルク制限必要温度および前記上限許容温度の間の温度領域で、前記モータ温度の上昇に従って徐々に大きくされる、請求項８または９記載のモータ駆動制御方法。

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