JP7271965B2 - 電動車両 - Google Patents

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Description

本発明は、電動車両に関し、詳しくは、走行用のモータを制御する２つの制御装置を備える電動車両に関する。
従来、この種の電動車両としては、モータの駆動情報やアクセル情報に基づいてモータのトルク指令（目標トルク）を演算する車両統合制御ユニットと、車両統合制御ユニットにモータの駆動情報を送信すると共に車両統合制御ユニットから送信されるトルク指令に基づいてモータを駆動制御するモータ制御装置と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、車両統合制御ユニットとは別にモータ制御装置に運転指令を与える入力手段として、運転操作パネルからの端子信号による運転指令入力手段と、運転代替え装置から運転指令入力手段と、を備え、各入力手段に対して予め定めた優先順位に従ってモータを駆動制御できるようにしている。
特開２０１４－１５５４０２号公報
一般的に走行用のモータは、トルク指令とモータの回転角に基づくフィードバック制御を用いて駆動制御されている。この駆動制御では、一般的にトルク指令から電流指令を演算し、電流指令に対してモータの回転角とモータに印加する相電流に基づくフィードバック値を用いてパルス生成を行ない、このパルス生成に基づいてインバータのスイッチング素子をスイッチング制御してモータに相電流を印加する。こうしたモータ制御を２つの制御装置に分離して制御する場合、どこで分離するかについては種々考えることができる。このとき、上述の電動車両のように、トルク指令を演算するまでを第１制御装置とし、それ以降を第２制御装置とすると、電流指令の演算やフィードバック制御の必要性から第２制御装置の演算量が多くなってしまう。一方、第２制御装置の演算量を少なくするためにパルス生成以降を第２制御装置で行なうものとすると、モータの回転角の検出に用いられる一般的なレゾルバではサイン信号とコサイン信号と励起信号とを出力する３本の信号線が必要となるから、第１制御装置と第２制御装置との通信量が多くなってしまう。この場合、各駆動輪のホイールに組み込まれるインホイールモータにより構成される電動車両では、通信量が過多となる。
本発明の電動車両は、走行用のモータを駆動制御する２つの制御装置の演算量と通信量との両立を図ることを主目的とする。
本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電動車両は、
走行用の少なくとも１つのモータと、前記モータを制御する第１制御装置および第２制御装置と、を備える電動車両であって、
前記第１制御装置と前記第２制御装置は通信により接続されており、
前記第１制御装置は、アクセル開度を含む情報に基づいて前記モータから出力すべき目標トルクを演算すると共に前記目標トルクに基づいて電流指令を演算し、前記電流指令を前記第２制御装置に送信し、
前記第２制御装置は、前記電流指令と前記モータの相電流と前記モータの回転角とを用いて前記モータをフィードバック制御により駆動する、
ことを特徴とする。
この本発明の電動車両では、走行用のモータを制御する第１制御装置と第２制御装置とは通信により接続されている。そして、第１制御装置は、アクセル開度を含む情報に基づいてモータから出力すべき目標トルクを演算すると共に目標トルクに基づいて電流指令を演算し、電流指令を第２制御装置に送信する。第２制御装置は、電流指令とモータの回転角とを用いてモータをフィードバック制御により駆動する。第１制御装置により電流指令まで演算するから、第２制御装置は電流指令を演算する必要がなく、第２制御装置の演算量を少なくすることができる。一方、フィードバック値は第２制御装置内で用いられるから、フィードバック値を通信する必要がないため、通信量が多くなるのを抑制することができる。これらの結果、行用のモータを駆動制御する２つの制御装置の演算量と通信量との両立を図ることができる。
こうした本発明の電動車両において、前記モータとして複数のモータを備え、前記第１制御装置は、各モータの前記目標トルクと前記電流指令とを演算する単一の主制御ユニットとして構成されており、前記第２制御装置は、前記複数のモータ毎にフィードバック制御する複数のフィードバック制御ユニットとして構成されているものとすることもできる。こうすれば、モータの数に応じた数のフィードバック制御ユニットを用いるだけで各モータを制御することができる。
また、本発明の電動車両において、前記モータは、複数の駆動輪のホイールに組み込まれた複数のインホイールモータであるものとしてもよい。複数のインホイールモータにより構成される電動車両では、モータの数だけ個別に制御が必要となるから、通信量が過多となりがちになるが、上述のようにフィードバック値の通信がないから通信量の過多を抑制することができる。
本発明の電動車両において、前記第１制御装置と前記第２制御装置は、高速通信線と、前記高速通信線より通信速度が遅い低速通信線と、により接続されており、前記第１制御装置は、前記高速通信線による通信に異常が生じたときには、フェールセーフの範囲内で前記モータを制御可能な電流指令を演算し、前記電流指令を前記低速通信線を用いて送信するものとしてもよい。こうすれば、高速通信線に異常が生じたときでも、退避走行を行なうことができる。
本発明の一実施例としての電動車両２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例の電動車両２０の構成を簡易に示す簡易構成図である。 指令送信処理の一例を示すフローチャートである。
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電動車両２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、実施例の電動車両２０の構成を簡易に示す簡易構成図である。実施例の電動車両２０は、前後左右の４つの駆動輪のホイールに組み込まれた４つのインホイールモータ２４ａ～２４ｄからの駆動力により走行する四輪駆動の電気自動車として構成されている。電動車両２０は、４つのインホイールモータ２４ａ～２４ｄの他に、４つのインバータ２６ａ～２６ｄと、４組の相電流センサ２７ａ～２７ｄと、４つの角度センサ２８ａ～２８ｄと、アクセル開度センサ２２と、車速センサ２３と、第１制御装置３０と、第２制御装置４０と、を備える。
４つのインバータ２６ａ～２６ｄは、４つのインホイールモータ２４ａ～２４ｄを駆動する周知のインバータ回路として構成されている。４組の相電流センサ２７ａ～２７ｄは、４つのインバータ２６ａ～２６ｄから対応する４つのインホイールモータ２４ａ～２４ｄに印加されるｕ相、ｖ相、ｗ相の３つの電流（相電流）Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出するセンサである。なお、三相交流電力であるから、電流センサとしては、３相のうちの２相だけを検出し、残余の１相については計算により得るものとしてもよい。４つの角度センサ２８ａ～２８ｄは、４つのモータ２４ａ～２４ｄの回転角θを検出するセンサであり、実施例ではレゾルバにより構成されている。このため、４つの角度センサ２８ａ～２８ｄからはサイン信号、コサイン信号、励磁信号の３つの信号線が出力されている。
第１制御装置３０は、主制御ユニット３１と、通信確認部３５と、フェールセーフ用制御部（Ｆ／Ｓ用制御部）３６と、により構成されており、高速通信線３８と低速通信線３９とを用いて第２制御装置４０と通信する。
主制御ユニット３１は、目標トルク演算部３２と、トルク演算部３３と、電流指令演算部３４と、を備える。目標トルク演算部３２は、アクセル開度センサ２２からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ２３からの車速Ｖとに基づいて車両に出力すべき目標トルクを演算する。トルク演算部３３は、目標トルク演算部３２により演算された目標トルクに基づいて各インホイールモータ２４ａ～２４ｄから出力すべきトルクＴａ～Ｔｄを演算すると共にこのトルクＴａ～Ｔｄに対して上下限制限を施したりなまし処理を施したりするなどの処理を施してトルク指令Ｔａ＊～Ｔｄ＊を演算する。電流指令演算部３４は、トルク演算部３３により演算されたトルク指令Ｔａ＊～Ｔｄ＊に基づいて各インホイールモータ２４ａ～２４ｄに印加すべき電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を演算する。こうして演算された電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊は高速通信線３８を介して第２制御装置４０の各フィードバック制御ユニット４１ａ～４１ｄに送信される。
通信確認部３５は、高速通信線３８を介して電流指令演算部３４により演算された電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊が正常に送信されていることを確認するために、所定の頻度（例えば、通常の通信間隔の１０倍の間隔）で電流指令演算部３４により演算されて送信された電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を低速通信線３９を用いて第２制御装置４０から取得し、送信した電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊に等しいことを確認する。
フェールセーフ用制御部３６は、高速通信線３８による通信に異常が生じたときに退避走行が可能なように電流指令演算部３４により演算された電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊に基づいてフェールセーフ用の電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を調整する。こうして調整された電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を低速通信線３９を用いて第２制御装置４０に送信される。
第２制御装置４０は、各インホイールモータ２４ａ～２４ｄのための４つのフィードバック制御ユニット４１ａ～４１ｄを備える。各フィードバック制御ユニット４１ａ～４１ｄは、ＰＩ制御部４２と、２相－３相変換部４３と、パルス生成部４４と、レゾルバ・デジタルコンバータ（ＲＤＣ）４５と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４６と、３相－２相変換部４７とを備える一般的なモータのフィードバック制御に用いられる機能ブロックにより構成されている。なお、各フィードバック制御ユニット４１ａ～４１ｄは、同一のユニットとして構成されているから、図１におけるフィードバック制御ユニット４１ｂ～４１ｄの機能ブロックについての符号は省略した。
こうして構成された実施例の電動車両２０では、第１制御装置３０の主制御ユニット３１は、アクセル開度センサ２２からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ２３からの車速Ｖに基づいて４つのインホイールモータ２４ａ～２４ｄの電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を演算し、高速通信線３８を用いて第２制御装置４０の各フィードバック制御ユニット４１ａ～４１ｄに送信する。第２制御装置４０の各フィードバック制御ユニット４１ａ～４１ｄは、電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊と相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとモータ回転角θとを用いてフィードバック制御によりパルス生成を行ない、インバータ２６ａ～２６ｄの図示しないスイッチング素子をスイッチングすることによって各インホイールモータ２４ａ～２４ｄを駆動する。このように、第１制御装置３０と第２制御装置４０との通信は電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊だけであるから、高速通信線３８の負荷を小さくすることができる。また、第２制御装置４０では、電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊の演算を行なう必要がないから、各フィードバック制御ユニット４１ａ～４１ｄの負荷を小さくすることができる。これらの結果、４つのインホイールモータ２４ａ～２４ｄを駆動制御する２つの制御装置の演算量と通信量との両立を図ることができる。
実施例の電動車両２０では、電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊の送信には図３に例示する指令送信処理が用いられる。指令送信処理では、まず、高速通信線３８による通信に異常が生じているか否かを判定する（ステップＳ１００）。この判定は、通信確認部３５による確認ができているか否かによって行なうことができる。通信異常としては、高速通信線３８の断線などを考えることができる。高速通信線３８による通信に異常は生じていないと判定したときには、高速通信線３８を用いて電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を送信する通常の送信を行なうと共に（ステップＳ１１０）、低速通信線３９を用いて通信確認用のデータ（電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊）を取得して通信を確認し（ステップＳ１２０）、本処理を終了する。
一方、ステップＳ１００で高速通信線３８による通信に異常が生じていると判定したときには、電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊はフェールセーフとして許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。例えば、フェールセーフとして退避走行できればよいから、急加速させないために電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊の前回値からの差分が許容範囲であるか否かを判定したり、電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊が上限値以下であるか否かを判定したりする。電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊はフェールセーフとして許容範囲内であると判定したときには、その電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を低速通信線３９を用いて送信して（ステップＳ１５０）、本処理を終了する。電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊はフェールセーフとして許容範囲内ではないと判定したときには、電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を許容範囲内となるように設定し（ステップＳ１４０）、設定した電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を低速通信線３９を用いて送信して（ステップＳ１５０）、本処理を終了する。ステップＳ１４０の電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊の設定は、電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊の前回値との差分が許容範囲内となるようにしたり、電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊が上限値以下となるようにしたりすることにより行なわれる。
実施例の電動車両２０では、高速通信線３８の通信に異常が生じたときでも低速通信線３９により電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊を第２制御装置４０に送信するから、フェールセーフとしての退避走行を行なうことができる。また、電流指令Ｉａ＊～Ｉｄ＊をフェールセーフの許容範囲内として送信するから、より適正なフェールセーフとしての退避走行を行なうことができる。
実施例の電動車両２０では、第１制御装置３０に通信確認部３５とフェールセーフ用制御部３６とを備えるものとしたが、こうした通信確認部３５とフェールセーフ用制御部３６は備えないものとしても構わない。
実施例の電動車両２０では、第１制御装置３０と第２制御装置４０とを高速通信線３８と低速通信線３９とにより接続し、高速通信線３８による通信と低速通信線３９による通信とを行なうものとしたが、低速通信線３９を備えないものとしても構わない。
実施例では、本発明を４つのインホイールモータ２４ａ～２４ｄを備える電動車両２０に適用したが、単一の走行用のモータを備える電動車両に適用したり、２つや３つの走行用モータを備える電動車両に適用したり、５つ以上の走行用のモータを備える電動車両に適用したりしてもよい。
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、４つのインホイールモータ２４ａ～２４ｄが「モータ」に相当し、第１制御装置３０が「第１制御装置」に相当し、第２制御装置４０が「第２制御装置」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、電動車両の製造産業などに利用可能である。
２０ 電動車両、２２ アクセル開度センサ、２３ 車速センサ、２４ａ～２４ｄ インホイールモータ、２６ａ～２６ｄ インバータ、２７ａ～２７ｄ 相電流センサ、２８ａ～２８ｄ 角度センサ、３０ 第１制御装置、３１ 主制御ユニット、３２ 目標トルク演算部、３３ トルク演算部、３４ 電流指令演算部、３５ 通信確認部、３６ フェールセーフ用制御部、３８ 高速通信線、３９ 低速通信線、４０ 第２制御装置、４１ａ～４１ｄ フィードバック制御ユニット、４２ ＰＩ制御部、４３ ２相－３相変換部、４４ パルス生成部、４５ レゾルバ・デジタルコンバータ、４６ アナログデジタル変換器、４７ ３相－２相変換部。

Claims (4)

  1. 走行用の少なくとも１つのモータと、前記モータを制御する第１制御装置および第２制御装置と、を備える電動車両であって、
    前記第１制御装置と前記第２制御装置は通信により接続されており、
    前記第１制御装置は、アクセル開度を含む情報に基づいて前記モータから出力すべき目標トルクを演算すると共に前記目標トルクに基づいて電流指令を演算し、前記電流指令を前記第２制御装置に送信し、
    前記第２制御装置は、前記電流指令と前記モータの相電流と前記モータの回転角とを用いて前記モータをフィードバック制御により駆動する、
    ことを特徴とする電動車両。
  2. 請求項１記載の電動車両であって、
    前記モータとして複数のモータを備え、
    前記第１制御装置は、各モータの前記目標トルクと前記電流指令とを演算する単一の主制御ユニットとして構成されており、
    前記第２制御装置は、前記複数のモータ毎にフィードバック制御する複数のフィードバック制御ユニットとして構成されている、
    電動車両。
  3. 請求項２記載の電動車両であって、
    前記複数のモータは、複数の駆動輪のホイールに組み込まれた複数のインホイールモータである、
    電動車両。
  4. 請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の電動車両であって、
    前記第１制御装置と前記第２制御装置は、高速通信線と、前記高速通信線より通信速度が遅い低速通信線と、により接続されており、
    前記第１制御装置は、前記高速通信線による通信に異常が生じたときには、フェールセーフの範囲内で前記モータを制御可能な電流指令を演算し、前記電流指令を前記低速通信線を用いて送信する、
    電動車両。
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