JP6772501B2

JP6772501B2 - 自動車

Info

Publication number: JP6772501B2
Application number: JP2016058588A
Authority: JP
Inventors: 知彦宮本; 竹原　明秀; 明秀竹原; 亮次佐藤; 淳菊永; 山下　修平; 修平山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: JP2017175759A

Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、走行用のモータを備える自動車に関する。

従来、この種の自動車としては、走行用のモータを備え、モータのトルク指令に基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令を設定し、このｄ軸，ｑ軸の電流指令を用いてモータを制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、ｄ軸，ｑ軸の電流指令を設定する際に、同一電流に対して発生トルクが最大となるようにトルクと電流位相との関係を定めた第１関係でなく、同一電流に対してモータの騒音を低減可能なトルクと電流位相との関係を定めた第２関係を満たすように、ｄ軸，ｑ軸の電流指令を設定する。これにより、モータの静粛性を向上させている。

特開２００８−１７６６０号公報

しかしながら、上述の自動車では、第１関係を満たすようにｄ軸，ｑ軸の電流指令を設定するものに比して、モータの効率は低下する。このため、モータからクリープトルクなどの比較的小さいトルクを出力するときには、第２関係を満たすようにｄ軸，ｑ軸の電流指令を設定し、それ以外のときには、第１関係を満たすようにｄ軸，ｑ軸の電流指令を設定することも考えられる。しかし、第１関係と第２関係とをトルク指令に応じて切り替える際に、電流位相を比較的大きく変化させる必要が生じ、モータのトルクが急変したり、制御部（ＣＰＵ）の演算負荷が大きくなったりする可能性がある。

本発明の自動車は、モータのトルクの急変や制御部の演算負荷の増加を抑制することを主目的とする。

本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の自動車は、
走行用のモータと、
アクセル操作量に応じて前記モータのトルク指令を設定し、前記トルク指令とｄ軸，ｑ軸の電流指令とのトルク電流関係に前記設定したトルク指令を適用して前記ｄ軸，ｑ軸の電流指令を設定し、該設定したｄ軸、ｑ軸の電流指令を用いて前記モータを制御する制御部と、
を備える自動車であって、
前記トルク電流関係は、前記トルク指令と前記ｄ軸、ｑ軸の電流指令の電流位相とのトルク位相関係を満たす関係であり、
前記トルク位相関係は、前記トルク指令がクリープトルク以上の所定トルクよりも大きい領域で前記モータの効率が前記モータの騒音の低減に比して優先されると共に前記トルク指令が前記所定トルク以下の領域で前記モータの騒音の低減が前記モータの効率に比して優先され、更に、連続する１つのラインとなる関係である、
ことを要旨とする。

この本発明の自動車では、モータのトルク指令とｄ軸，ｑ軸の電流指令とのトルク電流関係は、トルク指令とｄ軸、ｑ軸の電流指令の電流位相とのトルク位相関係を満たす関係である。そして、トルク位相関係は、トルク指令がクリープトルク以上の所定トルクよりも大きい領域でモータの効率がモータの騒音の低減に比して優先されると共にトルク指令が所定トルク以下の領域でモータの騒音の低減がモータの効率に比して優先され、更に、連続する１つのラインとなる関係である。これにより、モータからある程度大きいトルクを出力するときのモータの効率を向上させると共にモータからクリープトルクなどの比較的小さいトルクを出力するときのモータの騒音を低減することができる。なお、モータからある程度大きいトルクを出力するときは、アクセル操作量が比較的大きいときであり、運転者がモータの騒音を感じにくいと考えられる。そして、モータのトルク指令が所定トルクを跨いで変化するときの電流位相の急変を抑制することができるから、モータのトルクの急変や制御部の演算負荷の増加を抑制することができる。

ここで、「ｄ軸、ｑ軸の電流指令の電流位相」は、ｄ軸，ｑ軸の電流指令をｄ軸，ｑ軸の成分とするベクトルのｑ軸に対する角度を意味する。また、「モータの効率がモータの騒音の低減に比して優先される」トルク位相関係としては、同一電流（ｄ軸の電流指令の二乗とｑ軸の電流指令の二乗との和の平方根）に対してモータのトルクが最大となる、言い換えれば、トルク指令に対して電流が最小となる関係とすることができる。「モータの騒音の低減がモータの効率に比して優先される」トルク指令と電流位相との関係としては、モータの騒音、例えば、モータの極数が８でスロット数が４８の場合における回転２４次，４８次，７２次，９６次，・・・などの周波数成分の騒音を低減可能な（運転者に感じさせにくくする）関係とすることができる。

こうした本発明の自動車において、前記トルク位相関係は、車速が所定車速よりも高いときには、前記トルク指令に拘わらずに前記モータの効率が前記モータの騒音の低減に比して優先され且つ１つのラインとなるように定められている、ものとしてもよい。こうすれば、車速が所定車速よりも高いときには、トルク指令に拘わらずにモータの効率を向上させることができる。なお、車速がある程度高いときには、ロードノイズなどによって運転者がモータの騒音を感じにくいと考えられる。ここで、「所定車速」は、アクセルオフ時にクリープトルクを出力する車速範囲の上限やそれよりも若干高い車速などとすることができる。

本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。トルク電流関係の一例を示す説明図である。トルク位相関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図１に示すように、モータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３６と、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を有する同期発電電動機として構成されている。このモータ３２は、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。インバータ３４は、モータ３２を駆動するのに用いられ、電力ライン３８を介してバッテリ３６と接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタ（スイッチング素子）Ｔ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極ラインと負極ラインとに対してソース側とシンク側になるように、２個ずつペアで配置されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、電力ライン３８を介してインバータ３４と接続されている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４，データを一時的に記憶するＲＡＭ５６，入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍ，モータ３２の各相に流れる電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからの電流Ｉｕ，Ｉｖなどを挙げることができる。また、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号，シフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速Ｖなども挙げることができる。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅおよび回転数Ｎｍを演算している。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、まず、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて、駆動軸２６に要求される要求トルクＴｐ＊を設定し、要求トルクＴｐ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定する。そして、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊を用いてインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）によってスイッチング制御する。ここで、ＰＷＭ制御は、モータ３２の電圧指令と搬送波（三角波）電圧との比較によってトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を調節する制御である。

インバータ３４の制御（モータ３２の駆動制御）は、以下のように行なわれる。まず、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。この設定方法については後述する。続いて、モータ３２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に流れる電流の総和が値０であるとして、モータ３２の電気角θｅを用いて、Ｕ相，Ｖ相の電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（三相二相変換）する。そして、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と電流Ｉｄ，Ｉｑとの差分ΔＩｄ，ΔＩｑに基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算する。次に、モータ３２の電気角θｅを用いて、ｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（二相三相変換）し、この電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ信号に変換する。そして、このＰＷＭ信号をインバータ３４に出力することによってインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

ここで、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する処理について説明する。実施例では、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との関係を定めたトルク電流マップにモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊を適用してｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定するものとした。図２にトルク電流関係の一例を示す。図２中、四角印は、各トルク指令Ｔｍ＊におけるｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を示す。このトルク電流関係は、図３のモータのトルク指令Ｔｍ＊とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の電流位相θｐとのトルク位相関係を満たすように定められる。ここで、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の電流位相θｐは、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊をｄ軸，ｑ軸の成分とするベクトルのｑ軸に対する角度を意味する。図３中、実線は、トルク位相関係を示し、破線は、同一電流（ｄ軸の電流指令Ｉｄ＊の二乗とｑ軸の電流指令Ｉｑ＊の二乗との和の平方根）に対する各電流位相θｐとモータ３２のトルクとの関係を示す。所定トルクＴ１は、クリープトルクＴｃ（例えば、３０Ｎｍ，３５Ｎｍ，４０Ｎｍなど）以上のトルクとして定められ、例えば、４５Ｎｍ，５０Ｎｍ，５５Ｎｍなどとすることができる。

図３では、トルク位相関係は、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１よりも大きい領域でモータ３２の効率がモータ３２の騒音の低減に比して優先される（効率関係となる）と共にモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１以下の領域でモータ３２の騒音の低減がモータ３２の効率に比して優先され（騒音低減関係となり）、更に、連続する１つのラインとなっている。

具体的には、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１よりも大きい領域では、同一電流に対してモータ３２のトルクが最大となる、言い換えれば、同一のトルク指令Ｔｍ＊に対して電流が最小となる関係（ライン）になっている。

また、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１以下の領域では、モータ３２の騒音、例えば、モータ３２の極数が８でスロット数が４８の場合における回転２４次，４８次，７２次，９６次，・・・などの周波数成分の騒音を低減可能な関係（ライン）になっている。なお、この領域では、モータ３２の極数やスロット数などモータの構成に応じて、所望の周波数成分による騒音を低減できるようにトルク指令Ｔｍ＊と電流位相θｐとの関係（ライン）を適宜定めればよい。また、図３では、この領域で、モータ３２の電流位相θｐが一定となっているが、これに限定されるものではなく、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に応じて電流位相θｐが変化するものとしてもよい。さらに、参考（比較）のために、図３において、この領域で、トルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１よりも大きい領域と同様の関係（効率関係）としたときの様子を一点鎖線で示した。

こうした図３のトルク位相関係を満たすように図２のトルク電流関係を定めることにより、モータ３２から所定トルクＴ１よりも大きいトルクを出力するときには、モータ３２の効率を向上させることができ、モータ３２から所定トルクＴ１以下のトルク、例えば、クリープトルクＴｃなどを出力するときには、モータ３２の騒音を低減する（運転者に感じさせにくくする）ことができる。なお、モータ３２からある程度大きいトルクを出力するときは、アクセル開度Ａｃｃが比較的大きいときであり、運転者がモータ３２の騒音を感じにくいと考えられる。そして、トルク位相関係（トルク電流関係）が連続する１つのラインになっていることにより、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１を跨いで変化するときに、電流位相θｐが急変するのを抑制することができ、モータ３２のトルクの急変やモータＥＣＵ４０のＣＰＵ４０ａの演算負荷の増加を抑制することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊とのトルク電流関係は、トルク指令Ｔｍ＊とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の電流位相θｐとのトルク位相関係を満たす関係になっている。そして、トルク位相関係は、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１よりも大きい領域でモータ３２の効率がモータ３２の騒音の低減に比して優先される（効率関係となる）と共にモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１以下の領域でモータ３２の騒音の低減がモータ３２の効率に比して優先され（騒音低減関係となり）、更に、連続する１つのラインとなっている。これにより、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１を跨いで変化するときに、電流位相θｐが急変するのを抑制することができ、モータ３２のトルクの急変やモータＥＣＵ４０のＣＰＵ４０ａの演算負荷の増加を抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、車速Ｖを考慮せずに、図３の実線のトルク位相関係を満たすように、図２のトルク電流関係を定めるものとした。しかし、車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆよりも高いときには、トルク位相関係を、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に拘わらずに（トルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１以下の領域でも）モータ３２の効率がモータ３２の騒音の低減に比して優先される関係（効率関係）とするものとしてもよい。即ち、図３における、トルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１よりも大きい領域の実線と、トルク指令Ｔｍ＊が所定トルクＴ１以下の領域の一点鎖線と、からなる１つのラインとするものとしてもよい。ここで、所定車速Ｖｒｅｆは、アクセルオフ時にクリープトルクを出力する車速範囲の上限やそれよりも若干高い車速などとすることができる。こうすれば、車速Ｖが所定車速Ｖｒｅｆよりも高いときには、トルク指令Ｔｍ＊に拘わらずにモータ３２の効率を向上させることができる。なお、車速Ｖがある程度高いときには、ロードノイズなどによって運転者がモータ３２の騒音を感じにくいと考えられる。

実施例では、走行用のモータ３２を備える電気自動車２０の構成とした。しかし、走行用のモータに加えて走行用のエンジンを備えるハイブリッド自動車の構成としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「モータ」に相当し、ＲＯＭ５４が「記憶部」に相当し、ＣＰＵ５２が「制御部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３２ａ回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ電流センサ、３４インバータ、３６バッテリ、３８電力ライン、５０電子制御ユニット、５２ＣＰＵ、５４ＲＯＭ、５６ＲＡＭ、６０イグニッションスイッチ、６２シフトポジションセンサ、６４アクセルペダルポジションセンサ、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６トランジスタ。

Claims

走行用のモータと、
アクセル操作量に応じて前記モータのトルク指令を設定し、前記トルク指令とｄ軸，ｑ軸の電流指令とのトルク電流関係に前記設定したトルク指令を適用して前記ｄ軸，ｑ軸の電流指令を設定し、該設定したｄ軸、ｑ軸の電流指令を用いて前記モータを制御する制御部と、
を備える自動車であって、
前記トルク電流関係は、前記トルク指令と前記ｄ軸、ｑ軸の電流指令の電流位相とのトルク位相関係を満たす関係であり、
前記トルク位相関係は、前記トルク指令がクリープトルク以上の所定トルクよりも大きい領域で前記モータの効率が前記モータの騒音の低減に比して優先されると共に前記トルク指令が前記所定トルク以下の領域で前記モータの騒音の低減が前記モータの効率に比して優先され、更に、連続する１つのラインとなる関係であり、
前記トルク位相関係は、車速が所定車速よりも高いときには、前記トルク指令に拘わらずに前記モータの効率が前記モータの騒音の低減に比して優先され且つ１つのラインとなるように定められている、
自動車。