JPH06121405A

JPH06121405A - 電気車制御装置

Info

Publication number: JPH06121405A
Application number: JP4267053A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Masaki; 良三正木; Nobuyoshi Muto; 信義武藤; Osamu Koizumi; 小泉　　修; Sanshiro Obara; 三四郎小原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1992-10-06
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】モータを電力変換手段で駆動する電気自動車に
おいて、運転者の意志に応じて高効率運転を重視した駆
動方法と運転性能を重視した駆動方法を選択できる電気
自動車を提供することである。【構成】界磁電流とトルク電流に分けて誘導モータ３を
制御装置６によりベクトル制御し、モード切替装置１３
から出力されるモード信号Ｓ_Mに応じて界磁電流の大き
さを選択する。界磁電流はパワーモード用にはモータ速
度に対して演算を行い、エコノミーモード用にはトルク
指令に対して演算を行う。このいずれかの界磁電流によ
りインバータ５を駆動することで、電気自動車を駆動す
る。【効果】パワーモードとエコノミーモードとを運転者が
選択することにより、最大トルクを確保するとともに、
効率の向上も図ることができる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気車制御装置に関し、
特に、モータで駆動するに好適な電気車制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、誘導モータをベクトル制御する電
気自動車制御装置において、トルクに対する弱め界磁制
御を行い、効率向上を図る方法としては、特開昭60−25
7789号，特開平2−23086号公報に記載の方法がよく知ら
れている。特開昭60−257789号公報は予めトルク指令に
対する最高効率パターンを演算しておき、１次電流（あ
るいは、界磁電流とトルク電流）、及び、すべり周波数
の指令値を発生するもので、これにより常に誘導モータ
の高効率運転を可能にするものである。また、特開平2
−23086号公報に記載の方法はステータの磁化曲線をも
考慮したもので、前者と同様に高効率化を図ることを目
的としている。従って、これらの方法によれば、電気自
動車の一充電走行距離を向上できる特徴がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
はいずれも、モータの効率を向上するためには、界磁電
流を低減することになる。しかし、界磁電流は磁束を発
生するための電流であり、誘導モータのインダクタンス
成分により急激に変化させることはできない。したがっ
て、界磁電流を下げるとモータが出力できる最大トルク
が低下してしまう。そのため、界磁電流が定格値になる
までの時間は自動車の加速力が低下し、自動車の所定の
性能を得ることができないという問題点があった。

【０００４】本発明の目的は運転者の意志に応じて高効
率運転を重視した駆動方法と運転性能を重視した駆動方
法を選択できる電気自動車を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、自動車を
駆動する交流モータと、前記自動車の駆動エネルギーを
蓄積するバッテリーと、該バッテリーのバッテリー電圧
を変換して前記交流モータに供給するモータ電圧を発生
する電力変換手段と、前記自動車のアクセル・ブレーキ
の踏み込み量により演算されたトルク指令に基づき、界
磁電流とトルク電流に分けて前記交流モータを前記電力
変換手段によりベクトル制御するとともに、前記界磁電
流は前記交流モータの回転速度に応じて設定するパワー
モードと前記トルク指令に応じて設定するエコノミーモ
ードとを選択して制御する制御手段とを備えることによ
り、達成される。

【０００６】

【作用】検出されたアクセル踏み込み量，ブレーキ踏み
込み量を入力した、制御手段は、これらの入力値からモ
ータから出力すべきトルク指令を演算するとともに、モ
ータの回転速度に対する定格界磁電流指令を算出する。
（定格界磁電流とはモータの回転速度に対して設計され
たモータの最大トルクを出力するために必要な界磁電流
のことをいう。）また、トルク指令に対して高効率化が
図れる最適界磁電流指令を算出する。ここで、最適界磁
電流指令はトルク指令が小さいときほど、小さくなるよ
うに演算される。次に、制御手段は運転者が高効率運転
を重視したエコノミーモードと、運転性能を重視したパ
ワーモードのいずれを希望しているかを判断する。エコ
ノミーモードと判断したときには最適界磁電流指令を、
パワーモードと判断したときには定格界磁電流指令を、
界磁電流指令とする。この界磁電流指令とトルク指令か
らトルク電流指令を演算する。さらに、このトルク電流
指令と界磁電流指令から１次電流指令，位相角指令、お
よび、すべり角周波数を演算する。これらの値とモータ
速度から各相の電流指令を演算し、モータ電流をフィー
ドバックする電流制御をして、電圧指令を与えている。
この電圧指令となるように、制御手段から制御パルスを
電力変換手段に出力している。この電力変換手段では、
制御パルスにより誘導モータに供給するモータ電圧を発
生している。これにより、誘導モータから出力トルクが
発生し、タイヤを駆動している。これにより、運転者が
経済性を重視していると判断した場合には高効率制御を
行い、運転性能を重視していると判断したときには常に
最大トルクが発生できるような制御を行うことができ
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１が電気自動車１の前輪２ａ，２ｂを誘導モータ
３によりトルク制御方式で駆動したときの実施例であ
る。前輪２ａ，２ｂは差動装置４を介して誘導モータ３
に接続されており、インバータ５により駆動されてい
る。このインバータ５は制御装置６から出力されるＰＷ
ＭパルスＰｕ，Ｐｖ，Ｐｗにより制御され、バッテリー
７を電源として誘導モータ３に供給する電力を変換して
いる。制御装置６には、運転者の操作出力であるアクセ
ルペダル８とブレーキペダル９からそれぞれ得られるア
クセル踏み込み量ｘ_a，ブレーキ踏み込み量ｘ_bを入力
している。その他、制御装置６に入力する信号として
は、シフト信号Ｓ_DR，モータ速度ω_M，モータ電流ｉ
ｕ，ｉｖ，ｉｗ，モード信号Ｓ_Mがある。ここで、シフ
ト信号Ｓ_DRはシフトレバー１０からの信号で、電気自動
車１の前進，後進，駐車を運転者が指示するものであ
る。モータ速度ω_M、及び、モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉ
ｗについては、それぞれ、モータ速度検出器１１，電流
検出器１２ａ，１２ｂ，１２ｃで検出している。また、
モード信号Ｓ_Mは本発明の特徴であるパワーモードとエ
コノミーモードを切り換えるための信号であり、モード
切替装置１３から出力される。

【０００８】次に、制御装置６の処理について説明す
る。制御装置６はトルク指令演算部１４，ベクトル電流
指令部１５，電流制御部１６，パワーモード指令部１
７、および、エコノミーモード指令部１８から構成され
ている。トルク指令演算部１４では、アクセル踏み込み
量ｘ_a，ブレーキ踏み込み量ｘ_b，シフト信号Ｓ_DR、およ
び、モータ速度ω_Mを入力して、運転者が要求している
誘導モータ３のトルク指令τ_*を演算している。このト
ルク指令τ_*はベクトル電流指令部１５に入力される。
ベクトル電流指令部１５については詳細を後述するが、
ここで演算された界磁電流指令ｉ_M*とトルク電流指令
ｉ_T*を電流制御部１６に出力する。電流制御部１６で
は、界磁電流指令ｉ_M*，トルク電流指令ｉ_T*、および、
モータ速度ω_Mを用いて、ベクトル制御方式においてよ
く知られている演算を行い、電流指令を算出する。次
に、電流指令どおりに電流が制御されるように、モータ
電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをフィードバック制御し、ＰＷＭ
パルスＰｕ，Ｐｖ，Ｐｗを出力している。これにより、
インバータ５が動作し、誘導モータ３に必要なモータ電
流を流すことができる。

【０００９】さて、図２はパワーモード指令部１７とエ
コノミーモード指令部１８の演算内容を示したブロック
図である。パワーモード指令部１７はモータ速度ω_Mを
入力し、パワーモード時界磁電流ｉ_MPを演算している。
パワーモードでは常に誘導モータ３の最大トルクを発生
することができるように、モータ速度ω_Mに対して最大
の界磁電流を算出している。なお、モータ速度が高速の
ときには、印加できる入力電圧と逆起電力の関係から弱
め界磁制御を行うので、パワーモード時界磁電流ｉ_MPを
減少させている。また、エコノミーモード指令部１８で
は、トルク指令τ_*に対してエコノミーモード時界磁電
流ｉ_MEを演算している。モータ，インバータの効率を考
えた場合、モータトルクが小さいときにはモータ電流を
減少させることが望ましい。つまり、必要なモータトル
クを発生するのにモータ電流が最小となるように界磁電
流を選択すればよいので、トルク指令τ_*が減少するに
従ってエコノミーモード時界磁電流ｉ_MEを減少させてい
る。ただし、界磁電流を小さくし過ぎると振動現象を発
生する可能性があるので、トルク指令τ_*が絶対値でτ
_MIN以下のときには一定値としている。

【００１０】次に、ベクトル電流指令部１５の動作につ
いて図３を用いて説明する。ベクトル電流指令部１５は
２１から構成されている。まず、界磁電流指令切替部１
９では、モード信号Ｓ_Mによりパワーモードとエコノミ
ーモードを切り換える。つまり、モード信号Ｓ_Mがパワ
ーモードのときには、パワーモード時界磁電流ｉ_MPを界
磁電流指令として出力する。また、モード信号Ｓ_Mがエ
コノミーモードであるときには、エコノミーモード時界
磁電流ｉ_MEを出力する。ただし、パワーモード時界磁電
流ｉ_MPがエコノミーモード時界磁電流ｉ_MEよりも小さい
ときには常にパワーモード時界磁電流ｉ_MPを出力する演
算を行う。この出力をローパスフィルタ２０に入力して
いる。これは界磁電流指令が急変しないようにするため
のものであり、この出力を界磁電流指令ｉ_M*としてい
る。さらに、トルク電流演算部２１では、トルク指令τ
_*と界磁電流指令ｉ_M*を入力し、トルク電流指令ｉ_T*を
算出している。トルク電流指令ｉ_T*と界磁電流指令ｉ_M*
との積がトルク指令τ_*に比例するので、これによりト
ルク電流指令ｉ_T*を算出できる。

【００１１】本実施例によれば、運転者が希望する運転
モードを設定できるので、登坂時や発進時のようにトル
クが必要なときには高トルク運転を、バッテリーエネル
ギーが残り少なくなったときなどは高効率運転を実現で
きる特徴がある。

【００１２】図４はモード切替部が図１と異なる他の実
施例である。図４は図１のモード切替装置１３の代わり
に自動モード切替部２２を制御装置６に内蔵している点
が異なるので、これについて説明する。自動モード切替
部２２はアクセル踏み込み量ｘ_a，ブレーキ踏み込み量
ｘ_bを入力し、これらの値に基づき、モード信号Ｓ_Mを
算出し、ベクトル電流指令部１５に出力している。自動
モード切替部２２の詳細な構成を図５を用いて説明す
る。アクセル平均値検出部２３はアクセル踏み込み量ｘ
_aの所定時間Ｔの平均値（ｘ_a）_AVを検出するためのもの
である。所定時間Ｔはどのように設定してもよいが、通
常、数分から１時間程度が適切である。また、２４はア
クセル踏み込み量ｘ_aの微分値（絶対値）の所定時間Ｔ
の平均値（ｄｘ_a／ｄｔ）_AVを検出している。これらの
値はアクセルモード演算部２５に入力してアクセルモー
ド信号Ｓ_MAを算出している。アクセルモード信号Ｓ_MAは
０のときエコノミーモードを、１のときパワーモードを
選択するものとして説明する。なお、０から１のあいだ
の値の時にはその値に応じてエコノミーモードとパワー
モードの重み付けを行って界磁電流指令を演算するもの
とする。アクセルモード演算部２５の演算方法は図６を
用いて説明する。まず、図６(ａ)(ｂ)のように、
（ｘ_a）_AV，（ｄｘ_a／ｄｔ)_AVの値からそれぞれＳ
(小），Ｍ(中），Ｂ(大）のメンバーシップ関数を演算
する。次に、図６(c) のファジールールセットの表から
それらに対する操作量を算出するため、Ｓ（小），Ｍ
（中），Ｂ（大）に対する重み付けを行う。これを算出
することにより、アクセル操作に対するアクセルモード
信号Ｓ_MAを得ることができる。同様にして、ブレーキ操
作に対するブレーキモード信号Ｓ_MBをブレーキ平均値検
出部２６，ブレーキ微分値検出部２７，ブレーキモード
演算部２８により得ることができる。アクセルモード信
号Ｓ_MAとブレーキモード信号Ｓ_MBはモード信号選択部２
９に入力されると、それらの値の大きいほうを選択す
る。一般的には、アクセルを操作するときには、ブレー
キ操作を行わないので、ブレーキモード信号Ｓ_MBは０に
近づく。つまり、操作しないほうの信号は常にエコノミ
ーモードを選択するような動作となるので、操作を行っ
ているほうの信号を選択することにしている。これによ
り、運転者の意図を反映したモードを選択することがで
きる。また、メンバーシップ関数を用いることによりモ
ードの切替をよりスムーズに行うことができる。

【００１３】この実施例を用いれば、運転者は通常のア
クセル操作，ブレーキ操作だけで、パワーモードとエコ
ノミーモードを選択しながら、その状況に適した運転を
行うことができるので、自動車の性能と経済性を両立し
た電気自動車を提供できる。また、加速感を求める運転
者はアクセル操作，ブレーキ操作を頻繁に行う傾向があ
るので、この実施例では自動的にそれに応じた制御を行
うことになり、運転者ごとの運転の好みも考慮できる特
徴がある。

【００１４】以上が本発明の一実施例であり、１つのモ
ータで電気自動車を駆動する場合について述べたが、複
数のモータを用いた場合にも適用できる。また、モード
切替方法としては、運転者が手動で行う方法とアクセ
ル，ブレーキの操作量から自動的に選択する方法につい
て述べたが、モード切替装置はアクセルに連動する方法
であってもよい。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、運転者の意図に応じて
誘導モータを高効率運転するためのエコノミーモードと
最大トルクを発生するためのパワーモードを選択し、界
磁電流の大きさを制御することにより、自動車の加速性
能の確保と高効率運転とを両立できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】モード切替装置により電気自動車の駆動方法の
モード切替を行う本発明の一実施例を示す構成図であ
る。

【図２】図１におけるパワーモード指令部とエコノミー
モード指令部の演算内容を示したブロック図である。

【図３】ベクトル電流指令部の演算方法を示すブロック
図である。

【図４】モード切替をアクセル・ブレーキの操作量から
自動的に行う図１とは異なる他の実施例を示す構成図で
ある。

【図５】自動モード切替部の演算方法を示すブロック図
である。

【図６】図５のアクセルモード演算部で行われる演算内
容を示すメンバーシップ関数と、ファジールールセット
である。

【符号の説明】

１…電気自動車、２ａ，２ｂ…前輪、３…誘導モータ、
４…差動装置、５…インバータ、６…制御装置、７…バ
ッテリー、８…アクセルペダル、９…ブレーキペダル、
１０…シフトレバー、１１…モータ速度検出器、１２
ａ,１２ｂ,１２ｃ…電流検出器、１３…モード切替装
置、１４…トルク指令演算部、１５…ベクトル電流指令
部、１６…電流制御部、１７…パワーモード指令部、１
８…エコノミーモード指令部、１９…界磁電流指令切替
部、２０…ローパスフィルタ、２１…トルク電流演算
部、２２…自動モード切替部、２３…アクセル平均値検
出部、２４…アクセル微分値検出部、２５…アクセルモ
ード演算部、２６…ブレーキ平均値検出部、２７…ブレ
ーキ微分値検出部、２８…ブレーキモード演算部、２９
…モード信号選択部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小原三四郎茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自動車を駆動する交流モータと、前記自動
車の駆動エネルギーを蓄積するバッテリーと、該バッテ
リーのバッテリー電圧を変換して前記交流モータに供給
するモータ電圧を発生する電力変換手段と、前記自動車
のアクセル・ブレーキの踏み込み量により演算されたト
ルク指令に基づき、界磁電流とトルク電流に分けて前記
交流モータを前記電力変換手段によりベクトル制御する
とともに、前記界磁電流は前記交流モータの回転速度に
応じて設定するパワーモードと前記トルク指令に応じて
設定するエコノミーモードとを選択して制御する制御手
段とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】請求項１において、上記パワーモードと上
記エコノミーモードを切換える切換え信号を与える切換
えスイッチを設けたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】請求項１において、上記制御手段は上記踏
み込み量、および、その変化量を基に必要としているモ
ードを判断し、上記パワーモードと上記エコノミーモー
ドを切換えることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項４】請求項１において、上記制御手段は上記踏
み込み量、および、その変化量をパラメータとして必要
としているモードをメンバーシップ関数から判断し、上
記パワーモードと上記エコノミーモードの重み付けを行
い、該重み付けに従って制御することを特徴とする電気
車制御装置。