JP6972305B2 - 駆動装置、駆動方法、駆動プログラムおよび電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置、駆動方法、駆動プログラムおよび電動車両に関する。

二輪ＥＶ等の電動車両は、車輪を駆動するためのモータと、モータを制御する制御部を有する駆動装置とを備えている。電動車両では、ギヤ固定の場合でも低回転域から高回転域にわたって所要のトルクを得ることが可能である。このため、クラッチを設けない電動車両が検討されている。このようなクラッチレスの電動車両の場合、モータは、従来の電動車両ではクラッチにより遮断されていた車輪からの外力を直接受けることになる。

なお、特許文献１には、エンジンの回転数を制御するとともに、スロットルバルブを開閉駆動するモータをＰＷＭ制御するエンジン回転数制御装置が記載されている。また、目標エンジン回転数変化量に応じて、ＰＷＭ信号のデューティ比を補正するためのＰＷＭデューティ補正値を算出することが記載されている。

特開２００５−２０７４１６号公報

電動車両のモータのステータには、ロータの回転位置を検出するための回転位置センサが設けられる。駆動装置の制御部は、回転位置センサから、所定の電気角ごとに立ち上がりエッジ信号または立ち下がりエッジ信号（以下、まとめて「センサ信号」ともいう。）を受信する。このセンサ信号に基づいて制御部はモータの回転速度を把握し、モータの制御を行う。

上記のようにクラッチレスの電動車両においては、路面状態等に応じた外力がモータに直接加わることになる。このため、モータの回転速度が路面状態に応じて瞬時的に変動することがある。このような回転速度の瞬時的な変動に対してインバータの出力は追随できないことから、モータの出力トルクが目標値から外れてしまうおそれがある。これについて、以下、図１４を参照して具体的に説明する。

図１４に示すように、モータの瞬時回転速度が低下した場合、モータの回転により誘起される電圧（モータ誘起電圧）は電圧Ｖａだけ瞬時的に小さくなる。一方、モータ誘起電圧が低下している間、モータに交流電力を供給するインバータの出力は一定のままである。このため、インバータの出力電圧とモータ誘起電圧との電圧差はＶ０からＶｂ（＝Ｖ０＋Ｖａ）に拡大する。ここで、電圧差Ｖ０は、目標トルクが得られるように設定される値である。電圧差が拡大する結果、目標トルクを得るために必要な電流よりも大きい電流がモータに供給されてしまい、モータは目標トルクよりも大きなトルクを出力することとなる。

一方、回転速度が瞬時的に上昇した場合、モータ誘起電圧は瞬時的に大きくなる一方、インバータの出力が一定のままなので、図１４に示すように、インバータの出力電圧とモータ誘起電圧との差はＶｂからＶｃに縮小する。その結果、目標トルクを得るために必要な電流よりも小さい電流しかモータに供給されず、モータの出力トルクが過小となってしまう。

上記のようにモータ回転速度の瞬時的な変動により、モータの出力トルクが目標トルクに対して変動するため、適切なモータ制御を行うことが困難であるという課題があった。

そこで、本発明は、モータの回転速度が外力により瞬時的に変動した場合でも、適切なモータ制御を行うことが可能な駆動装置、電動車両制御方法、電動車両制御プログラムおよび電動車両を提供することを目的とする。

本発明に係る駆動装置は、
負荷を駆動するモータが一回転する間に回転位置センサから複数出力される信号であり且つ前記モータの回転速度に応じた間隔で到来する信号を受信する信号受信部と、
前記信号受信部により直近に受信された第１の信号の受信時刻と当該第１の信号の前に受信された第２の信号の受信時刻との間の信号間隔に基づいて、前記モータの瞬時回転速度を算出する回転速度算出部と、
前記瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号を生成し、前記ＰＷＭ信号を前記モータに交流電力を供給するインバータに送信して前記モータを制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、前記瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合、前記瞬時回転速度に基づいて、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を、前記インバータの出力電圧が前記瞬時回転速度に応じた値になるように補正することを特徴とする。

また、前記駆動装置において、
前記モータ制御部は、前記瞬時回転速度と補正されたデューティ比との関係を示す特性直線を用いた線形補間により前記デューティ比を補正するようにしてもよい。

また、前記駆動装置において、
前記線形補間は、前記瞬時回転速度が算出されるたびに行われるようにしてもよい。

また、前記駆動装置において、
前記特性直線は、
前記モータが一回転する時間から算出される平均回転速度を中心とした回転速度範囲の下限値と、前記下限値に対応するデューティ比とで規定される第１の点と、
前記回転速度範囲の上限値と、前記上限値に対応するデューティ比とで規定される第２の点と、を結ぶ直線であるようにしてもよい。

また、前記駆動装置において、
前記回転速度範囲は、前記モータの瞬時回転速度の変動幅を考慮して定められたものであるようにしてもよい。

また、前記駆動装置において、
前記特性直線は、前記平均回転速度が算出されるたびに更新されるようにしてもよい。

また、前記駆動装置において、
前記回転速度算出部は、前記第２の信号が受信されてから前記第１の信号が受信されるまで間モニタ時間間隔ごとにカウントされたカウント数に、前記モニタ時間間隔を乗じることにより前記信号間隔を算出するようにしてもよい。

また、前記駆動装置において、
前記回転速度算出部は、前記第２の信号が前記第１の信号の一つ前に受信された信号である場合、下式により前記瞬時回転速度を算出するようにしてもよい。
ｎ ＝ ６００００／（ΔＴ×Ｎｐ）
ここで、ｎは前記瞬時回転速度［ｒｐｍ］であり、ΔＴは前記信号間隔［ｍＳｅｃ］であり、Ｎｐは前記モータが電気角で一回転する間に前記信号受信部が受信する前記信号の数を示す値である。

また、前記駆動装置において、
前記モータ制御部は、前記モータの目標トルクと、前記モータの回転速度と、前記ＰＷＭ信号のデューティ比との関係を示すデューティ比マップを、前記モータの目標トルクおよび前記瞬時回転速度を用いて検索することによりデューティ比を取得するようにしてもよい。

また、前記駆動装置において、
前記負荷は、電動車両の車輪であり、
前記モータ制御部は、前記モータが前記車輪を直接駆動する場合において、前記電動車両の始動時に前記ＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に上昇させるようにしてもよい。

また、前記駆動装置において、
前記信号受信部が受信する前記信号は、前記モータに設けられた回転位置センサから出力されたパルス信号の立ち上がりエッジ信号または立ち下がりエッジ信号であるようにしてもよい。

本発明に係る電動車両は、
前記駆動装置であって、前記負荷が電動車両の車輪である、駆動装置を備えることを特徴とする。

また、前記電動車両において、
前記車輪と前記モータがクラッチを介さずに機械的に接続されていてもよい。

本発明に係る駆動方法は、
信号受信部が、負荷を駆動するモータが一回転する間に回転位置センサから複数出力される信号であり且つ前記モータの回転速度に応じた間隔で到来する信号を受信するステップと、
回転速度算出部が、前記信号受信部により直近に受信された第１の信号の受信時刻と当該第１の信号の前に受信された第２の信号の受信時刻との間の信号間隔に基づいて、前記モータの瞬時回転速度を算出するステップと、
モータ制御部が、前記瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号を生成し、前記ＰＷＭ信号を前記モータに交流電力を供給するインバータに送信して前記モータを制御するステップと、を備え、
前記モータ制御部は、前記瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合、前記瞬時回転速度に基づいて、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を、前記インバータの出力電圧が前記瞬時回転速度に応じた値になるように補正することを特徴とする。

本発明に係る駆動プログラムは、
信号受信部が、負荷を駆動するモータが一回転する間に回転位置センサから複数出力される信号であり且つ前記モータの回転速度に応じた間隔で到来する信号を受信するステップと、
回転速度算出部が、前記信号受信部により直近に受信された第１の信号の受信時刻と当該第１の信号の前に受信された第２の信号の受信時刻との間の信号間隔に基づいて、前記モータの瞬時回転速度を算出するステップと、
モータ制御部が、前記瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号を生成し、前記ＰＷＭ信号を前記モータに交流電力を供給するインバータに送信して前記モータを制御するステップと、をコンピュータに実行させる駆動プログラムであって、
前記モータ制御部は、前記瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合、前記瞬時回転速度に基づいて、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を、前記インバータの出力電圧が前記瞬時回転速度に応じた値になるように補正することを特徴とする。

本発明では、信号受信部が、モータが一回転する間に回転位置センサから複数出力される信号であり且つモータの回転速度に応じた間隔で到来する信号を受信し、回転速度算出部が、第１の信号と第２の信号との間の信号間隔に基づいてモータの瞬時回転速度を算出し、モータ制御部が、算出された瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合、瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を補正する。デューティ比は、電力変換部の出力電圧が瞬時回転速度に応じた値になるように補正される。これにより、本発明によれば、路面状態等に応じてモータに加わる外力によりモータの回転速度が瞬時的に変動した場合でも、モータの出力トルクの変動を抑制し、適切なモータ制御を行うことができる。

本発明の実施形態に係る電動車両１００の概略的構成を示す図である。 電力変換部３０およびモータ３の概略的構成を示す図である。 モータ３のロータ３ｒに設けられた磁石と、アングルセンサ４を示す図である。 ロータアングルと、アングルセンサの出力との関係を示す図である。 実施形態に係るＰＷＭ制御を説明するためのタイミングチャートである。 電動車両制御装置１の制御部１０の機能ブロック図である。 センサ信号とカウント数の関係等を説明するための図である。 ＰＷＭ信号のデューティ比や出力角度の算出処理を説明するための図である。 （ａ）はトルクマップの構成を示し、（ｂ）はデューティ比マップの構成を示し、（ｃ）は出力角度マップの構成を示す図である。 本実施形態に係るインバータの出力電圧の時間変化を説明するための図である。 線形補間によるデューティ比の瞬時的な補正を説明するための図である。 実施形態に係る電動車両制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。 ダイレクト駆動の場合におけるデューティ比の時間変化を示すグラフである。 従来技術の課題を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態では、本発明に係る駆動装置の一実施形態として、電動車両を駆動制御する電動車両制御装置について説明する。なお、本発明に係る駆動装置は、電動車両の車輪以外の負荷を駆動するものであってもよい。

まず、図１を参照して、実施形態に係る電動車両１００について説明する。

電動車両１００は、バッテリから供給される電力を用いてモータを駆動することで走行する車両である。本実施形態では、電動車両１００は、電動バイク等の電動二輪車であり、より詳しくは、図１に示すように、モータ３と車輪８がクラッチを介さずに機械的に直接接続された電動二輪車である。なお、本発明に係る電動車両は、モータ３と車輪８がクラッチを介して接続された車両であってもよい。また、二輪車に限定されるものではなく、例えば三輪または四輪の電動車両であってもよい。

電動車両１００は、図１に示すように、電動車両制御装置１と、バッテリ２と、モータ３と、アングルセンサ（回転位置センサ）４と、アクセルポジションセンサ５と、アシストスイッチ６と、メータ（表示部）７と、車輪８と、充電器９と、を備えている。

以下、電動車両１００の各構成要素について詳しく説明する。

電動車両制御装置１は、電動車両１００を制御する装置であり、制御部１０と、記憶部２０と、電力変換部（ドライバ）３０とを有している。なお、電動車両制御装置１は、電動車両１００全体を統御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）として構成されてもよい。

次に、電動車両制御装置１の各構成要素について詳しく説明する。

制御部１０は、電動車両制御装置１に接続された各種装置から情報を入力する。具体的には、制御部１０は、バッテリ２、アングルセンサ（回転位置センサ）４、アクセルポジションセンサ５、アシストスイッチ６、充電器９から出力される各種信号を受信する。制御部１０は、メータ７に表示する信号を出力する。また、制御部１０は、電力変換部３０を介してモータ３を制御する。制御部１０の詳細については後述する。

記憶部２０は、制御部１０が用いる情報（後述の各種マップなど）や、制御部１０が動作するためのプログラムを記憶する。この記憶部２０は、例えば不揮発性の半導体メモリであるが、これに限定されない。なお、記憶部２０は制御部１０の一部として組み込まれていてもよい。

電力変換部３０は、バッテリ２から出力される直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。本実施形態では、電力変換部３０は、図２に示すように、３相のフルブリッジ回路で構成されたインバータを有する。半導体スイッチＱ１，Ｑ３，Ｑ５はハイサイドスイッチであり、半導体スイッチＱ２，Ｑ４，Ｑ６はローサイドスイッチである。半導体スイッチＱ１〜Ｑ６の制御端子は、制御部１０に電気的に接続されている。半導体スイッチＱ１〜Ｑ６は、例えばＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ等である。

図２に示すように、電源端子３０ａと電源端子３０ｂとの間には平滑コンデンサＣが設けられている。

入力端子３ａはモータ３のＵ相の入力端子であり、入力端子３ｂはモータ３のＶ相の入力端子であり、入力端子３ｃはモータ３のＷ相の入力端子である。

半導体スイッチＱ１は、図２に示すように、バッテリ２の正極が接続された電源端子３０ａと、モータ３の入力端子３ａとの間に接続されている。同様に、半導体スイッチＱ３は、電源端子３０ａと、モータ３の入力端子３ｂとの間に接続されている。半導体スイッチＱ５は、電源端子３０ａと、モータ３の入力端子３ｃとの間に接続されている。

半導体スイッチＱ２は、モータ３の入力端子３ａと、バッテリ２の負極が接続された電源端子３０ｂとの間に接続されている。同様に、半導体スイッチＱ４は、モータ３の入力端子３ｂと、電源端子３０ｂとの間に接続されている。半導体スイッチＱ６は、モータ３の入力端子３ｃと、電源端子３０ｂとの間に接続されている。

バッテリ２は、電動車両１００の車輪８を回転させるモータ３に電力を供給する。このバッテリ２は電力変換部３０に直流電力を供給する。バッテリ２は、例えばリチウムイオン電池であるが、他の種類のバッテリであってもよい。なお、バッテリ２の数は一つに限らず、複数であってもよい。すなわち、電動車両１００には、互いに並列または直列に接続された複数のバッテリ２が設けられてもよい。また、バッテリ２には、制御部１０に動作電圧を供給するための鉛電池が含まれてもよい。

バッテリ２は、バッテリ管理ユニット（ＢＭＵ）を含む。バッテリ管理ユニットは、バッテリ２の電圧やバッテリ２の状態（充電率等）に関するバッテリ情報を制御部１０に送信する。

モータ３は、電力変換部３０から供給される交流電力により、車輪８等の負荷を駆動するモータである。本実施形態では、モータ３は、車輪８に機械的に接続されており、所望の方向に車輪８を回転させる。モータ３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を有する三相交流モータである。前述のように、モータ３は、クラッチを介さずに車輪８に機械的に直接接続されている。なお、本実施形態では三相交流モータとして三相ブラシレスモータを使用するが、モータ３の種類はこれに限定されない。

アングルセンサ４は、モータ３のロータ３ｒの回転位置を検出するセンサである。図３に示すように、ロータ３ｒの周面には、Ｎ極とＳ極の磁石（センサマグネット）が交互に取り付けられている。アングルセンサ４は、例えばホール素子により構成されており、モータ３の回転に伴う磁場の変化を検出する。なお、図３に示す磁石の数は一例であってこれに限られない。また、磁石はフライホイール（図示せず）の内側に設けられてもよい。

図３に示すように、アングルセンサ４は、モータ３のＵ相に対応付けられたＵ相アングルセンサ４ｕと、モータ３のＶ相に対応付けられたＶ相アングルセンサ４ｖと、モータ３のＷ相に対応付けられたＷ相アングルセンサ４ｗとを有している。各相のアングルセンサ４ｕ，４ｖ，４ｗは、モータ３に設けられている。本実施形態では、Ｕ相アングルセンサ４ｕとＶ相アングルセンサ４ｖとはロータ３ｒに対して３０°の角度をなすように配置されている。同様に、Ｖ相アングルセンサ４ｖとＷ相アングルセンサ４ｗとはモータ３のロータ３ｒに対して３０°の角度をなすように配置されている。

図４に示すように、Ｕ相アングルセンサ４ｕ、Ｖ相アングルセンサ４ｖおよびＷ相アングルセンサ４ｗは、ロータ３ｒの回転位置に応じた位相のパルス信号を出力する。このパルス信号の幅（あるいは、センサ信号の時間間隔）は、モータ３（すなわち、車輪８）の回転速度が高いほど狭くなる。

図４に示すように、所定の回転位置ごとに、モータステージを示す番号（モータステージ番号）が割り振られている。モータステージはロータ３ｒの回転位置を示しており、本実施形態では、電気角６０°ごとにモータステージ番号１，２，３，４，５，６が割り振られている。

出力ステージは、通電ステージとも呼ばれ、アングルセンサ４により検出されたモータステージに、出力角度に基づく時間を加えたものである。出力角度は、後述のように、モータ３の回転速度や目標トルクに応じて変化する。

制御部１０は、ＰＷＭ信号を用いて、電力変換部３０の半導体スイッチＱ１〜Ｑ６をオンオフ制御する。これにより、バッテリ２から供給される直流電力が交流電力に変換される。本実施形態では、図５に示すように、Ｕ相ローサイドスイッチ（半導体スイッチＱ２）は、出力ステージ６，１，２，３においてＰＷＭ制御される。Ｖ相ローサイドスイッチ（半導体スイッチＱ４）は、出力ステージ２，３，４，５においてＰＷＭ制御され、Ｗ相ローサイドスイッチ（半導体スイッチＱ６）は、出力ステージ４，５，６，１においてＰＷＭ制御される。なお、ＰＷＭ制御が行われるステージは、通電方式等により決まるもので、この例に限られない。

上記のようにハイサイドスイッチではなく、ローサイドスイッチをオンオフ制御することにより、モータ３の回生動作により発生した電流がバッテリ２に流入することが回避できる。なお、バッテリ２への回生電流の流入が許容される場合には、ハイサイドスイッチをオンオフ制御してもよい。

図５に示すように、ハイサイドスイッチもオンになるタイミングがある。例えば、Ｕ相ハイサイドスイッチである半導体スイッチＱ１は出力ステージ１，２において所定の時間間隔でオン制御される。このようにハイサイドスイッチをオン制御することによって電力変換部３０の発熱を抑制することができる。なお、電流ショートを防止するため、ハイサイドスイッチがオンに制御されるとき、対応する（すなわち、同じアームの）ローサイドスイッチはオフに制御される。

アクセルポジションセンサ５は、電動車両１００のアクセルに対する操作量（以下、「アクセル操作量」という。）を検知し、電気信号として制御部１０に送信する。アクセル操作量は、エンジン車のスロットル開度に相当する。ユーザが加速したい場合にアクセル操作量は大きくなり、ユーザが減速したい場合にアクセル操作量は小さくなる。

アシストスイッチ６は、ユーザが電動車両１００のアシストを要求する際に操作されるスイッチである。アシストスイッチ６は、ユーザにより操作されると、アシスト要求信号を制御部１０に送信する。そして、制御部１０は、モータ３を制御して、アシストトルクを発生させる。

メータ（表示部）７は、電動車両１００に設けられたディスプレイ（例えば液晶パネル）であり、各種情報を表示する。メータ７は、例えば、電動車両１００のハンドル（図示せず）に設けられる。メータ７には、電動車両１００の走行速度、バッテリ２の残量、現在時刻、総走行距離、および残走行距離などの情報が表示される。残走行距離は、電動車両１００があとどれくらいの距離を走行できるのかを示す。

充電器９は、電源プラグ（図示せず）と、この電源プラグを介して供給される交流電源を直流電源に変換するコンバータ回路（図示せず）とを有する。コンバータ回路で変換された直流電力によりバッテリ２は充電される。充電器９は、例えば、電動車両１００内の通信ネットワーク（ＣＡＮ等）を介して電動車両制御装置１に通信可能に接続されている。

次に、電動車両制御装置１の制御部１０について詳しく説明する。

図６に示すように、制御部１０は、信号受信部１１と、回転速度算出部１２と、モータ制御部１３とを有している。なお、制御部１０の各部における処理は、ソフトウェア（プログラム）により実現することが可能である。

信号受信部１１は、モータ３の回転速度に応じた間隔で到来する信号を受信する。信号は、モータ３が一回転する間にアングルセンサ４から複数出力される。より詳しくは、信号受信部１１は、Ｕ相アングルセンサ４ｕ、Ｖ相アングルセンサ４ｖおよびＷ相アングルセンサ４ｗから出力されたセンサ信号（すなわち、パルス信号の立ち上がりエッジ信号または立ち下がりエッジ信号）を受信する。本実施形態では、信号受信部１１は、モータ３のロータ３ｒが電気角で６０°回転するごとにセンサ信号を受信する。よって、信号受信部１１は、モータ３が電気角で一回転する間に６つのセンサ信号を受信する。モータ３の回転速度が高くなるにつれて、センサ信号が到来する時間間隔は短くなる。

図７に示すように、信号受信部１１は、アングルセンサ４からセンサ信号を受信したか否かをモニタ時間間隔Δｔｍごとに確認する。モニタ時間間隔Δｔｍは、例えばモータ３の制御時間間隔である。なお、センサ信号の受信は、アングルセンサ４からの割り込み処理により行われてもよい。

モニタ時間間隔Δｔｍは、電動車両１００が最高速度で走行したときに信号受信部１１が受信するセンサ信号の時間間隔よりも短く、例えば５０マイクロ秒である。より一般的に言えば、モニタ時間間隔Δｔｍは、モータ３の回転速度が最大のときに信号受信部１１が受信するセンサ信号の時間間隔よりも短い。

回転速度算出部１２は、信号間隔（センサ間時間とも呼ばれる。）に基づいて、モータ３の瞬時回転速度を算出する。ここで、信号間隔は、信号受信部１１により直近に受信された第１の信号の受信時刻と、第１の信号の前に受信された第２の信号の受信時刻との間の時間間隔である。なお、第２の信号は、本実施形態では第１の信号の一つ前に受信された信号であるが、これに限られず、第１の信号の二つ以上前に受信された信号であってもよい。

本実施形態では図７に示すように、信号間隔ΔＴは、信号受信部１１により直近に受信されたセンサ信号Ｓ１の受信時刻と、このセンサ信号Ｓ１の一つ前に受信されたセンサ信号Ｓ２の受信時刻との間の時間間隔である。この場合、回転速度算出部１２は、式（１）によりモータ３の瞬時回転速度を算出する。
ｎ ＝ ６００００／（ΔＴ×Ｎｐ） ・・・（１）
ここで、ｎはモータ３の瞬時回転速度［ｒｐｍ］であり、ΔＴは信号間隔［ｍＳｅｃ］であり、Ｎｐはモータ３が電気角で一回転する間に信号受信部１１が受信するセンサ信号の数である。

本実施形態では、回転速度算出部１２は、信号間隔ΔＴとして、モニタ時間間隔Δｔｍごとにカウントされるカウント数を用いる。信号受信部１１がセンサ信号を受信していない場合、信号受信部１１または回転速度算出部１２は、モニタ時間間隔Δｔｍごとにカウント数を増やす。このカウント数は、直近のセンサ信号を受信してから経過した時間を示す。カウント数の初期値は０である。信号受信部１１がセンサ信号を受信すると、カウント数Ｎはリセットされる（すなわち、初期値に戻る）。

回転速度算出部１２は、センサ信号Ｓ１が受信されてからセンサ信号Ｓ２が受信されるまで間にカウントされたカウント数Ｎにモニタ時間間隔Δｔｍを乗じることにより信号間隔ΔＴを算出する。

カウント数で信号間隔を測る場合、回転速度算出部１２は、式（２）によりモータ３の瞬時回転速度を算出する。
ｎ ＝ ６００００／（ＮΔｔｍ×Ｎｐ） ・・・（２）
ここで、ｎはモータ３の瞬時回転速度［ｒｐｍ］であり、Ｎはセンサ信号Ｓ２を受信してからセンサ信号Ｓ１を受信するまでにカウントされたカウント数であり、Δｔｍはモニタ時間間隔［ｍＳｅｃ］であり、Ｎｐはモータ３が電気角で一回転する間に信号受信部１１が受信するセンサ信号の数である。

モータ制御部１３は、回転速度算出部１２により算出された瞬時回転速度に基づいて、モータ３に所望のトルクを発生させるためのＰＷＭ信号を生成する。そして、モータ制御部１３は、生成されたＰＷＭ信号を電力変換部３０に送信してモータ３を制御する。

本実施形態では、モータ制御部１３は、瞬時回転速度および目標トルクに基づいてデューティ比および出力角度（通電タイミング）を算出し、算出されたデューティ比を有するＰＷＭ信号を、算出された出力角度で電力変換部３０に出力する。これにより、モータ３は目標トルクを発生するように制御される。なお、ＰＷＭ信号の生成は、モニタ時間間隔ごとに行われるが、センサ信号を受信するたびに行われてもよいし、あるいはモータ３が一回転するたびに行われてもよい。

図８および図９を参照して、デューティ比および出力角度の算出について詳しく説明する。モータ制御部１３は、アクセルポジションセンサ５から受信したアクセル操作量と、回転速度算出部１２により算出された瞬時回転速度とを用いてトルクマップＭ１を検索することにより、目標トルクを取得する。ここで、トルクマップＭ１は、図９（ａ）に示すように、アクセル操作量と、モータ３の回転速度と、モータ３の目標トルクとの間の関係を示すマップである。

次に、モータ制御部１３は、トルクマップＭ１から取得された目標トルクと、回転速度算出部１２により算出された瞬時回転速度を用いてデューティ比マップＭ２を検索することにより、デューティ比を取得する。ここで、デューティ比マップＭ２は、図９（ｂ）に示すように、モータ３の目標トルクと、モータ３の回転速度と、ＰＷＭ信号のデューティ比との間の関係を示すマップである。

さらに、モータ制御部１３は、トルクマップＭ１から取得された目標トルクと、回転速度算出部１２により算出された瞬時回転速度を用いて出力角度マップＭ３を検索することにより、出力角度を取得する。ここで、出力角度マップＭ３は、図９（ｃ）に示すように、モータ３の目標トルクと、モータ３の回転速度と、ＰＷＭ信号の出力角度との間の関係を示すマップである。

なお、制御部１０が複数の通電方式（例えば、１２０°通電方式と１８０°通電方式）を用いて電力変換部３０を制御する場合、デューティ比マップＭ２と出力角度マップＭ３は各通電方式に対応したものが用いられる。すなわち、１２０°通電方式を用いる場合は、１２０°通電方式用のデューティ比マップと出力角度マップを用いてデューティ比と出力角度が取得され、１８０°通電方式を用いる場合は、１８０°通電方式用のデューティ比マップと出力角度マップを用いてデューティ比と出力角度が取得される。

上記のようにして取得されたデューティ比を有するＰＷＭ信号が、上記のようにして取得された出力角度で電力変換部３０に出力され、半導体スイッチＱ１〜Ｑ６がオンオフ制御される。これにより、モータ３は所望のトルクを発生するように制御される。

次に、図１０および図１１を参照して、モータ制御部１３によるデューティ比の瞬時的な補正について詳しく説明する。

モータ制御部１３は、回転速度算出部１２により算出される瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合に、瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を補正する。詳しくは後述するが、デューティ比は、インバータ（電力変換部３０）の出力電圧が瞬時回転速度に応じた値になるように補正される。すなわち、インバータの出力電圧がモータ誘起電圧に応じた値になるようにデューティ比が補正される。

図１０に示す例では、時刻ｔ１まで、インバータの出力電圧とモータ誘起電圧（モータ３の回転により誘起される電圧）との差（以下、単に「電圧差」という。）はＶ０であった。その後、時刻ｔ１から瞬時回転速度が瞬時的に低下し、時刻ｔ２において瞬時回転速度の低下量が規定値Δｎ１に達した。瞬時回転速度の低下に伴ってモータ誘起電圧が低下する結果、図１０に示すように、時刻ｔ１からｔ２の間は電圧差が一時的に拡大する。

しかし、瞬時回転速度の低下量が規定値Δｎ１に達すると、モータ制御部１３は、瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を補正する。補正されたデューティ比のＰＷＭ信号でインバータを駆動することで、図１０に示すように、インバータの出力電圧は低下するため、電圧差が縮小する（定常状態では電圧差はＶ１となる）。このようにデューティ比を瞬時的に補正することにより電圧差の拡大が抑制されるため、目標トルクに整合した電流がモータ３に流れることになり、出力トルクが過大になることを抑制できる。

瞬時回転速度が上昇する場合も同様である。図１０に示す例では、時刻ｔ３まで電圧差はＶ１であった。その後、時刻ｔ３から瞬時回転速度が瞬時的に上昇し、時刻ｔ４において瞬時回転速度の上昇量が規定値Δｎ２に達した。瞬時回転速度の上昇に伴ってモータ誘起電圧も上昇する結果、時刻ｔ３からｔ４の間は電圧差が一時的に縮小する。

しかし、瞬時回転速度の上昇量が規定値Δｎ２に達すると、モータ制御部１３は、瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を補正する。補正されたデューティ比のＰＷＭ信号でインバータを駆動することで、図１０に示すように、インバータの出力電圧は上昇するため、電圧差が拡大する（定常状態では電圧差はＶ２となる）。これにより、目標トルクに整合した電流がモータ３に流れることになり、出力トルクが過小になることを抑制できる。

なお、規定値Δｎ１と規定値Δｎ２は、本実施形態では、カウント数の変化量で定められる。例えば、図７において、センサ信号Ｓ１とセンサ信号Ｓ２との間にカウントされたカウント数が、センサ信号Ｓ２とセンサ信号Ｓ３との間にカウントされたカウント数よりも規定値以上多い（または少ない）場合に、デューティ比の瞬時的な補正が行われる。

次に、図１１を参照して、線形補間による、デューティ比の瞬時的な補正の方法について説明する。瞬時回転速度と、補正されたデューティ比との関係を示す特性直線Ｌを用いる。この特性直線Ｌは、点Ａと点Ｂを結ぶ直線である。ここで、点Ａは、平均回転速度Ｎａｖを中心とした回転速度範囲Ｒの下限値Ｘ１と、下限値Ｘ１の瞬時回転速度に対応するデューティ比Ｙ１とで規定される点である。平均回転速度Ｎａｖは、モータ３が一回転する時間から算出される回転速度である。点Ｂは、回転速度範囲Ｒの上限値Ｘ２と、上限値Ｘ２の瞬時回転速度に対応するデューティ比Ｙ２とで規定される点である。

なお、デューティ比Ｙ１，Ｙ２は、デューティ比マップＭ２から取得される。すなわち、デューティ比Ｙ１は、下限値Ｘ１の瞬時回転速度と、その時点での目標トルクを用いてデューティ比マップＭ２を検索することにより取得され、デューティ比Ｙ２は、上限値Ｘ２の瞬時回転速度と、その時点での目標トルクを用いてデューティ比マップＭ２を検索することにより取得される。

回転速度範囲Ｒについては、以下の関係式が成り立っている。
Ｘ１ ＝ Ｎａｖ − ｆ ・・・（３）
Ｘ２ ＝ Ｎａｖ ＋ ｆ ・・・（４）
ここで、ｆはモータ３の瞬時回転速度の変動幅である。

変動幅ｆは、電動車両１００が走行する路面の状態やアングルセンサ４の精度等に起因して瞬時回転速度が平均回転速度Ｎａｖから乖離する最大の値である。この変動幅ｆは、例えば５００ｒｐｍである。このようにモータ３の瞬時回転速度の変動幅ｆを考慮して回転速度範囲Ｒを定めることにより、路面状態の変動やアングルセンサ４の精度等によって瞬時回転速度が大きく変動した場合にも、確実に線形補間を行い、デューティ比を瞬時的に補正することができる。

特性直線Ｌは、回転速度算出部１２により平均回転速度が算出されるたびに更新される。すなわち、平均回転速度が算出されるたびに、回転速度範囲Ｒを更新し、回転速度範囲Ｒの下限値および上限値の瞬時回転速度に対応するデューティ比をそれぞれ、トルクマップＭ１とデューティ比マップＭ２を用いて求めることで特性直線Ｌを更新する。これにより、電動車両１００の走行状態に適合した特性直線Ｌを用いた線形補間を行うことができ、デューティ比の瞬時補正の精度を高く維持することができるようになる。

なお、アクセルポジションセンサ５から受信されるアクセル操作量の変化に合わせて特性直線Ｌを更新してもよい。これにより、デューティ比をより高精度に補正することができる。

本実施形態では、点Ａと点Ｂを結ぶ特性直線Ｌを用いて線形補間を行い、デューティ比を補正する。すなわち、図１１に示すように、回転速度算出部１２により算出された瞬時回転速度Ｎｍに対応する特性直線Ｌの値が、補正されたデューティ比として求められる。線形補間は、回転速度算出部１２により瞬時回転速度が算出されるたびに行われる。

以上説明したように、本実施形態に係る電動車両制御装置１では、信号受信部１１が、モータ３が一回転する間にアングルセンサ４から複数出力されるセンサ信号であり且つモータ３の回転速度に応じた間隔で到来するセンサ信号を受信し、回転速度算出部１２が、センサ信号Ｓ１とセンサ信号Ｓ２との間の信号間隔ΔＴに基づいてモータ３の瞬時回転速度を算出し、モータ制御部１３が、算出された瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合、瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を補正する。デューティ比は、電力変換部３０（インバータ）の出力電圧が瞬時回転速度（すなわち、モータ誘起電圧）に応じた値になるように補正される。すなわち、モータ３の回転速度の瞬時的な変動に応じてＰＷＭ信号のデューティ比を瞬時的に補正することで、インバータとモータ誘起電圧との間の電圧差が目標トルクに基づく値から乖離しないようにする。これにより、本実施形態によれば、路面状態に応じてモータ３に加わる外力により回転速度が瞬時的に変動した場合であっても、モータ３の出力トルクの変動を抑制し、適切なモータ制御を行うことができる。

＜電動車両制御方法＞
次に、図１２のフローチャートを参照して、本実施形態に係る電動車両制御方法の一例について説明する。なお、カウント数は事前に初期化されているものとする。

信号受信部１１は、モニタ時間間隔Δｔｍが経過したかどうかを判定する（ステップＳ１１）。モニタ時間間隔Δｔｍが経過した場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、アングルセンサ４からセンサ信号を受信したかどうかを判定する（ステップＳ１２）。センサ信号を受信してない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、カウント数を１つ増やして（ステップＳ１３）、ステップＳ１１に戻る。

一方、センサ信号を受信している場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、回転速度算出部１２は、センサ信号Ｓ１とセンサ信号Ｓ２との間にカウントされたカウント数に基づいてモータ３の瞬時回転速度を算出する（ステップＳ１４）。そして、回転速度算出部１２は、カウント数を初期値にリセットする（ステップＳ１５）。なお、カウント数のリセットはステップＳ１５〜Ｓ１９のいずれのタイミングで行ってもよい。

次に、モータ制御部１３は、ステップＳ１４で算出された瞬時回転速度と、アクセルポジションセンサ５から受信したアクセル操作量に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比と出力角度を求める（ステップＳ１６）。具体的には、図８を参照して説明したように、トルクマップＭ１、デューティ比マップＭ２および出力角度マップＭ３を用いることでＰＷＭ信号のデューティ比と出力角度を求める。

次に、モータ制御部１３は、ステップＳ１４で算出された瞬時回転速度の変化量が規定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。本ステップの判定は、例えば、今回のカウント数（センサ信号Ｓ１とセンサ信号Ｓ２との間のカウント数）が、前回のカウント数（センサ信号Ｓ２とセンサ信号Ｓ３との間のカウント数）よりも規定値以上多いか（または少ないか）を判定することにより行われる。

そして、瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１６で求められたデューティ比を補正する（ステップＳ１８）。本ステップの補正は、例えば、前述の特性直線Ｌを用いた線形補間により行われる。その後、補正されたデューティ比を有するＰＷＭ信号をインバータに送信してモータ３を制御する（ステップＳ１９）。

一方、瞬時回転速度の変化量が規定値未満の場合（Ｓ１７：Ｎｏ）、デューティ比を補正することなく、ステップＳ１９に進み、ステップＳ１６で求められたデューティ比のＰＷＭ信号をインバータに送信する。

上記の駆動方法によれば、路面状態に応じてモータ３に加わる外力により回転速度が瞬時的に変動した場合であっても、モータ３の出力トルクの変動を抑制し、適切なモータ制御を行うことができる。

なお、上記の処理フローではカウント数を用いたが、センサ信号の受信時刻を用いて信号間隔を算出し、瞬時回転速度を算出してもよい。また、センサ信号を受信していない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）に、直近のアクセル操作量と、前回算出された瞬時回転速度とを用いてデューティ比マップＭ２からデューティ比を取得してもよい。そして、取得されたデューティ比を用いて特性直線Ｌを更新したり、電力変換部３０に送信するＰＷＭ信号を更新してもよい。

電動車両には、モータ３が車輪８を直接駆動するもので（いわゆるダイレクトドライブ方式）、いわゆるハブダンパーが設けられないものがある。本発明は、このような電動車両に適用することも可能である。また、この場合、モータ制御部１３は、図１３に示すように、電動車両１００の始動時（低回転時）において、ＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に上昇させることが好ましい。これにより、ダイレクトドライブ方式の場合であっても、電動車両１００をスムーズに発進させることができる。

上述した実施形態で説明した電動車両制御装置１（制御部１０）の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御部１０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

また、制御部１０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１ 電動車両制御装置
２ バッテリ
３ モータ
３ｒ ロータ
４ アングルセンサ
４ｕ Ｕ相アングルセンサ
４ｖ Ｖ相アングルセンサ
４ｗ Ｗ相アングルセンサ
５ アクセルポジションセンサ
６ アシストスイッチ
７ メータ
８ 車輪
９ 充電器
１０ 制御部
１１ 信号受信部
１２ 回転速度算出部
１３ モータ制御部
２０ 記憶部
３０ 電力変換部
１００ 電動車両
ｆ 変動幅
Ｌ 特性直線
Ｍ１ トルクマップ
Ｍ２ デューティ比マップ
Ｍ３ 出力角度マップ
Ｎａｖ 平均回転速度
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６ 半導体スイッチ
Ｒ 回転速度範囲
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ センサ信号

Claims (15)

1. 負荷を駆動するモータが一回転する間に回転位置センサから複数出力される信号であり且つ前記モータの回転速度に応じた間隔で到来する信号を受信する信号受信部と、
   前記信号受信部により直近に受信された第１の信号の受信時刻と当該第１の信号の前に受信された第２の信号の受信時刻との間の信号間隔に基づいて、前記モータの瞬時回転速度を算出する回転速度算出部と、
   前記瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号を生成し、前記ＰＷＭ信号を前記モータに交流電力を供給する電力変換部に送信して前記モータを制御するモータ制御部と、を備え、
   前記モータ制御部は、前記瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合、前記瞬時回転速度に基づいて、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を、前記電力変換部の出力電圧が前記瞬時回転速度に応じた値になるように補正することを特徴とする駆動装置。
2. 前記モータ制御部は、前記瞬時回転速度と補正されたデューティ比との関係を示す特性直線を用いた線形補間により前記デューティ比を補正することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記線形補間は、前記瞬時回転速度が算出されるたびに行われることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記特性直線は、
   前記モータが一回転する時間から算出される平均回転速度を中心とした回転速度範囲の下限値と、前記下限値に対応するデューティ比とで規定される第１の点と、
   前記回転速度範囲の上限値と、前記上限値に対応するデューティ比とで規定される第２の点と、を結ぶ直線であることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
5. 前記回転速度範囲は、前記モータの瞬時回転速度の変動幅を考慮して定められたものであることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記特性直線は、前記平均回転速度が算出されるたびに更新されることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
7. 前記回転速度算出部は、前記第２の信号が受信されてから前記第１の信号が受信されるまで間モニタ時間間隔ごとにカウントされたカウント数に、前記モニタ時間間隔を乗じることにより前記信号間隔を算出することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
8. 前記回転速度算出部は、前記第２の信号が前記第１の信号の一つ前に受信された信号である場合、下式により前記瞬時回転速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
   ｎ ＝ ６００００／（ΔＴ×Ｎｐ）
   ここで、ｎは前記瞬時回転速度［ｒｐｍ］であり、ΔＴは前記信号間隔［ｍＳｅｃ］であり、Ｎｐは前記モータが電気角で一回転する間に前記信号受信部が受信する前記信号の数を示す値である。
9. 前記モータ制御部は、前記モータの目標トルクと、前記モータの回転速度と、前記ＰＷＭ信号のデューティ比との関係を示すデューティ比マップを、前記モータの目標トルクおよび前記瞬時回転速度を用いて検索することによりデューティ比を取得することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
10. 前記負荷は、電動車両の車輪であり、
    前記モータ制御部は、前記モータが前記車輪を直接駆動する場合において、前記電動車両の始動時に前記ＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に上昇させることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
11. 前記信号受信部が受信する前記信号は、前記モータに設けられた回転位置センサから出力されたパルス信号の立ち上がりエッジ信号または立ち下がりエッジ信号であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
12. 請求項１に記載の駆動装置であって、前記負荷が電動車両の車輪である、駆動装置を備えることを特徴とする電動車両。
13. 前記車輪と前記モータがクラッチを介さずに機械的に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の電動車両。
14. 信号受信部が、負荷を駆動するモータが一回転する間に回転位置センサから複数出力される信号であり且つ前記モータの回転速度に応じた間隔で到来する信号を受信するステップと、
    回転速度算出部が、前記信号受信部により直近に受信された第１の信号の受信時刻と当該第１の信号の前に受信された第２の信号の受信時刻との間の信号間隔に基づいて、前記モータの瞬時回転速度を算出するステップと、
    モータ制御部が、前記瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号を生成し、前記ＰＷＭ信号を前記モータに交流電力を供給する電力変換部に送信して前記モータを制御するステップと、を備え、
    前記モータ制御部は、前記瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合、前記瞬時回転速度に基づいて、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を、前記電力変換部の出力電圧が前記瞬時回転速度に応じた値になるように補正することを特徴とする駆動方法。
15. 信号受信部が、負荷を駆動するモータが一回転する間に回転位置センサから複数出力される信号であり且つ前記モータの回転速度に応じた間隔で到来する信号を受信するステップと、
    回転速度算出部が、前記信号受信部により直近に受信された第１の信号の受信時刻と当該第１の信号の前に受信された第２の信号の受信時刻との間の信号間隔に基づいて、前記モータの瞬時回転速度を算出するステップと、
    モータ制御部が、前記瞬時回転速度に基づいてＰＷＭ信号を生成し、前記ＰＷＭ信号を前記モータに交流電力を供給する電力変換部に送信して前記モータを制御するステップと、をコンピュータに実行させる駆動プログラムであって、
    前記モータ制御部は、前記瞬時回転速度の変化量が規定値以上の場合、前記瞬時回転速度に基づいて、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を、前記電力変換部の出力電圧が前記瞬時回転速度に応じた値になるように補正することを特徴とする駆動プログラム。

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