JPH07143606A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルクセンサを用いることなくモータの出力
トルクを安定化させ、ドライバビリティを向上させる。 【構成】 回転数センサによって検出されるモータの回
転数Ｎを回転数平均化部４８において平均化し、平均値
Ｎ_m を求める。平均値Ｎ_m に基づきトルク指令計算部４
４及び磁束指令計算部４６においてトルク指令Ｔ_c ^**及
び磁束指令φ^* を求め、これらに基づきモータの出力ト
ルク制御を行うことでそのトルク変動を抑制できる。減
算器５０において平均値Ｎ_m から検出値Ｎを減じ変動量
ΔＮを求め、乗算器５２においてこれに所定値ｋを乗じ
てトルク指令補正値ΔＴ_c ^* を求める。求められたトル
ク指令補正値ΔＴ_c ^* によりトルク指令に補正を加える
ことで、機械系の振動等によって生じるトルク変動を抑
制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車に搭載され
るモータを制御する装置、すなわち電気自動車の制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車はモータを駆動源とする車両
であり、このモータは車載のバッテリから供給される電
力によって駆動される。電気自動車には、直流モータ、
交流モータのいずれも搭載可能であるが、効率等の面か
らは、交流モータを用いるのが好ましい。モータとして
交流モータを使用した場合、バッテリから供給される直
流電力を交流電力に変換した上でこのモータに供給する
必要がある。そのための電力変換器としては、モータに
供給する電力を制御可能な構成、すなわちインバータを
用いるのが一般的である。言い換えれば、車両操縦者か
らの要求出力（アクセル開度）に応じてこのインバータ
のスイッチング動作を制御することにより、モータに供
給する電流をベクトル制御することができ、これによっ
てモータからの出力トルクを要求出力に応じた値に制御
することができる。

【０００３】また、この制御を行うにあたっては、モー
タの各相電流を検出し、フィードバックを加えるのが好
ましい。あるいは、例えば実開昭６２−１９０９９号に
開示されているように、モータの出力トルクを検出する
トルクセンサを設け、検出したトルクをフィードバック
するのが好ましい。

【０００４】図７には、一従来例に係りトルクフィード
バック機能を備えた電気自動車のシステム構成が示され
ている。この図に示される電気自動車は、走行用モータ
として、三相交流モータ１０を搭載している。

【０００５】モータ１０の出力軸２６は、ディファレン
シャルギア１２、ドライブシャフト１４等を介して駆動
輪１６と連結されている。従って、モータ１０の回転駆
動により駆動輪１６が回転し車両が走行する。このモー
タ１０に対しては、インバータ１８を介してバッテリ２
０から電力が供給される。すなわち、バッテリ２０の放
電出力はインバータ１８によって三相交流電流に変換さ
れモータ１０に供給される。これにより、モータ１０は
回転駆動する。

【０００６】インバータ１８のスイッチング動作は、コ
ントローラ２２によって制御される。すなわち、コント
ローラ２２は、車両操縦者によるアクセルペダルの踏み
込みを示すアクセル開度Ａ_ccを入力し、これに基づきパ
ルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する。生成されたＰＷ
Ｍ信号はインバータ１８を構成する各スイッチング素子
に供給され、これらのスイッチング素子はＰＷＭ信号に
応じてオン／オフする。この結果、バッテリ２０からの
放電電力は三相交流に変換される。また、このようにし
て得られる三相交流電流は、アクセル開度Ａ_ccに応じた
値となる。

【０００７】コントローラ２２は、このような制御を実
行すべく、回転数センサ２４によってモータ１０の回転
数Ｎを検出している。更に、コントローラ２２は、モー
タ１０の出力軸２６上に設けられたトルクセンサ２８に
より、モータ１０の出力トルクＴ_m を検出している。

【０００８】図８には、この従来例におけるコントロー
ラ２２の機能構成が示されている。この図に示されるよ
うに、コントローラ２２は、トルク指令計算部３０、ト
ルク指令補正部３２、磁束指令計算部３４、トルク電流
計算部３６、励磁電流計算部３８及びＰＷＭ発生部４０
を備えている。

【０００９】トルク指令計算部３０は、アクセル開度Ａ
_cc及びモータ１０の回転数Ｎに基づき、トルク指令Ｔ_c
^**を計算する。その際に用いる関数ｆは、例えば図９に
示されるような内容である。トルク指令計算部３０の後
段に設けられているトルク指令補正部３２は、トルク指
令計算部３０より得られたトルク指令Ｔ_c ^**を所定の関
数ｈにより補正し、補正されたトルク指令Ｔ_c ^* を計算
する。その際、トルク指令補正部３２は、トルクセンサ
２８により検出される実際のモータ１０の出力トルクＴ
_m を使用する。

【００１０】一方、磁束指令計算部３４は、モータ１０
に対する磁束指令φ^* を計算する。その際、磁束指令計
算部３４は、トルク指令補正部３２によって補正された
トルク指令Ｔ_c ^* 及び回転数センサ２４により検出され
たモータ１０の回転数Ｎを用いる。また、磁束指令φ^*
の計算に使用する関数ｇは、例えば図１０に示されるよ
うな内容を有している。

【００１１】このようにして得られるトルク指令Ｔ_c ^*
及び磁束指令φ^* は、それぞれトルク電流計算部３６及
び励磁電流計算部３８に供給される。また、磁束指令φ
^* はトルク電流計算部３６にも供給される。トルク電流
計算部３６は、Ｉ_q ^* ＝ｋ_q・Ｔ_c ^* ／φ^* の計算式に
より、トルク電流指令Ｉ_q ^* を求める。また、励磁電流
計算部３８は、Ｉ_d ^* ＝ｋ_d ・φ^* の式により、励磁電
流指令Ｉ_d ^* を求める。このようにして得られる電流指
令のうち、トルク電流指令Ｉ_q ^* はモータ１０からの出
力トルクに対応しており、励磁電流指令Ｉ_d ^* はモータ
１０の励磁電流（界磁電流）を示している。すなわち、
これらのトルク電流指令Ｉ_q ^* 及び励磁電流指令Ｉ_d ^*
に基づきＰＷＭ発生部４０によりＰＷＭ信号を発生さ
せ、これに基づきインバータ１８を制御することによ
り、モータ１０に流れる電流をベクトル制御できる。言
い換えれば、磁束指令φ^* に応じた励磁が行われつつ、
アクセル開度Ａ_cc、ひいては補正されたトルク指令Ｔ_c
^* に応じた出力トルクがモータ１０から得られる。

【００１２】また、この従来例においては、トルク指令
補正部３２によってトルク指令が補正されている。すな
わち、検出される出力トルクＴ_m に基づき、例えばＰＩ
（比例積分）処理によって、トルク指令Ｔ_c ^**がＴ_c ^*
に補正されている。このような補正により、モータ１０
の出力トルクを安定化することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気自
動車の走行用モータにトルクセンサを取り付けることは
構成上実現するのが困難であり、実現したとしてもかな
り高価な構成となる。従って、上述した従来例の構成は
経済的でなく、その面で実用的といえるものではない。

【００１４】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、トルクセンサ等の
高価なセンサを用いることなく、車載モータの出力制御
を安定的に行うことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の第１の構成に係る制御装置は、車載
モータに対するトルク指令を要求出力及び車速情報に応
じて演算する手段と、車載モータの出力トルクをこのト
ルク指令に基づき制御する手段と、車速を検出する手段
と、車速の検出値に基づき車載モータの出力トルクの変
動量を推定する手段と、車載モ−タの出力トルクの変動
が抑制されるよう、推定された変動量に基づきトルク指
令を補正する手段と、を備えることを特徴とする。

【００１６】また、本発明の第２の構成に係る制御装置
は、車載モータに供給すべき電流値に対応するトルク電
流指令を要求出力及び車速情報に応じて演算する手段
と、車載モータに供給する電流をこのトルク電流指令に
基づき制御する手段と、車速を検出する手段と、車速の
検出値に基づき車載モータの出力トルクの変動量を推定
する手段と、車載モ−タの出力トルクの変動が抑制され
るよう、推定された変動量に基づきトルク電流指令を補
正する手段と、を備え、安定化を施しながら車載モータ
の電流制御によりその出力トルクを制御することを特徴
とする。

【００１７】そして、本発明の第３の構成に係る制御装
置は、トルク指令又はトルク電流指令の演算に使用する
車速情報が、車速の検出値を平均化して得られる情報で
あることを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の第１の構成においては、車速の検出値
に基づき車載モータの出力トルクの変動量が推定され、
推定された変動量に基づきトルク指令が補正される。従
って、この補正により車載モ−タの出力トルクの変動を
抑制でき、悪路の走行、車載の機械系の振動等によって
生じるドライバビリティの悪化を防ぐことが可能にな
る。

【００１９】また、本発明の第２の構成においては、車
速の検出値に基づき車載モータの出力トルクの変動量が
推定され、推定された変動量に基づきトルク電流指令が
補正される。従って、第１の構成と同様の作用が生じ
る。

【００２０】そして、本発明の第３の構成においては、
平均車速を車速情報として用いてトルク指令又はトルク
電流指令が演算される。従って、トルク変動のなましが
実現される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、図７〜１０に示される従来例と
同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

【００２２】図１には、本発明の第１〜第３実施例に係
る電気自動車のシステム構成が示されている。この図に
示されるシステムにおいては、モータ１０の出力軸２６
上にトルクセンサ２８は設けられていない。コントロー
ラ４２には、回転数センサ２４によって検出されるモー
タ１０の回転数に基づき、トルク指令Ｔ_c ^* 及び磁束指
令φ^* の安定化制御を行うとともに、モータ１０の出力
トルクの変動抑制制御を行っている。

【００２３】図２には、第１実施例に係るコントローラ
４２の機能構成が示されている。なお、この図はコント
ローラ４２の機能をブロック化して表わしたものであ
り、ハードウエア的に実現しても、ソフトウエア的に実
現してもよいことはいうまでもない。

【００２４】この実施例におけるコントローラ４２は、
トルク指令計算部４４、磁束指令計算部４６、トルク電
流計算部３６、励磁電流計算部３８及びＰＷＭ発生部４
０を備えている。また、このコントローラ４２は、回転
数平均化部４８、減算器５０、乗算器５２及び加算器５
４を備えている。

【００２５】この実施例では、回転数センサ２４によっ
て検出されるモータ１０の回転数Ｎを、回転数平均化部
４８において平均化し、その結果に基づきトルク指令Ｔ
_c ^**及び磁束指令φ^* を計算するようにしている。すな
わち、回転数センサ２４によって検出された回転数Ｎ
は、座標系変換等のためＰＷＭ発生部４０に供給される
一方で、回転数平均化部４８に供給される。回転数平均
化部４８は、回転数検出値Ｎを所定のサンプル数ｎに亘
って平均し、検出値Ｎの平均値Ｎ_m を求める。得られた
平均値Ｎ_m はトルク指令計算部４４及び磁束指令計算部
４６に供給される。トルク指令計算部４４においてはＴ
_c ^**＝ｆ（Ａ_cc，Ｎ_m ）の式により、磁束指令計算部４
６においてはφ^* ＝ｇ（Ｔ_c ^**，Ｎ_m ）の式により、そ
れぞれトルク指令Ｔ_c ^**及び磁束指令φ^* が計算され
る。この計算において用いられる関数ｆ及びｇは、例え
ば図９及び図１０に示されるものでよい。このようにし
て得られたトルク指令Ｔ_c ^**は、次に述べる補正を経た
上でトルク指令Ｔ_c ^* としてトルク電流計算部３６に供
給され、磁束指令φ^* はトルク電流計算部３６及び励磁
電流計算部３８に供給される。従って、この実施例にお
いては、検出される回転数Ｎの平均値Ｎ_m に基づき、モ
ータ１０の出力制御が行われることになる。

【００２６】ここに、悪路の走行等によって生じるモー
タ１０の出力トルクの変動は、車速の変動として現れ
る。この現象は、本実施例のように駆動輪１６とモータ
１０の出力軸２６が変速機やクラッチを介することなく
ほぼ直結している場合に著しいと考えられる。従って、
先に説明した従来例のように、トルク振動に応じて変動
する車速（回転数Ｎ）をそのまま用いてトルク指令Ｔ_c
^* 及び磁束指令φ^* を決定すると、これらの指令が安定
しなくなり、モータ１０の制御系やモータ１０を含む車
両駆動系の発振を起こし易くなる。本実施例において
は、このような現象を避けるべく、回転数Ｎの平均値Ｎ
_m が求められ、これに基づきトルク指令Ｔ_c ^**、ひいて
はＴ_c ^* と磁束指令φ^* が決定されている。従って、こ
の実施例においては、トルク指令Ｔ_c ^**及び磁束指令φ
^* が外乱に対して安定となり、駆動輪１６のスリップ状
態によっては、走行時のドライバビリティが顕著に向上
する。本実施例では、さらに、回転数平均化部４８によ
って得られる平均値Ｎ_m を用いてモータ１０の出力トル
ク変動が推定され、この推定結果に基づきトルク指令Ｔ
_c ^**がＴ_c ^* に補正されている。すなわち、回転数平均
化部４８によって得られた平均値Ｎ_m は減算器５０に供
給され、減算器５０によって平均値Ｎ_m から各瞬時の検
出値Ｎが減ぜられる。得られた値、すなわち回転数変動
量ΔＮ＝Ｎ_m −Ｎは、乗算器５２に供給される。乗算器
５２においてはこの回転数変動量ΔＮに所定値ｋが乗ぜ
られ、これによりトルク変動量推定値ΔＴ_c ^* が求めら
れる。すなわち、ΔＴ_c ^* ＝ｋ・ΔＮの演算が行われ
る。得られた推定値は、トルク指令補正値ΔＴ_c ^* とし
て加算器５４に供給される。加算器５４においては、ト
ルク指令計算部４４において計算されたトルク指令Ｔ_c
^**にこのトルク指令補正値ΔＴ_c ^* が加算され、得られ
た補正後のトルク指令Ｔ_c ^* ＝Ｔ_c ^**＋ΔＴ_c ^* がトル
ク電流計算部３６に供給される。

【００２７】従って、この実施例においては、トルクセ
ンサ２８を用いることなく、トルクフィードバックを行
うことができる。すなわち、先に述べた平均値Ｎ_m に基
づくトルク指令Ｔ_c ^**及び磁束指令φ^* のみでは、車載
の機械系の振動等によるトルク変動が生じる余地がある
ため、この実施例においては、回転数Ｎの変動量ΔＮに
基づきトルク変動を推定してフィードバックを加えるよ
うにしている。この結果、走行時のドライバビリティが
著しく改善される。

【００２８】このように、本実施例においては、回転数
センサ２４によって検出される回転数Ｎの平均値Ｎ_m を
用い、モータ１０の出力トルクの制御系に２重のフィー
ドバックを加えているため、モータ１０の出力トルク変
動が著しく抑制され、安定な出力トルクを得ることがで
き、その結果走行時のドライバビリティが向上する。

【００２９】なお、モータ１０の出力トルクの安定化
は、第１実施例における２重のループを共に設けなくて
も、すなわちそのうち一方のループを設けるだけであっ
ても、ある程度達成することができる。例えば、図３に
第２実施例として示されるように、トルク指令計算部３
０及び磁束指令計算部５６に平均値Ｎ_m ではなく検出値
Ｎを供給し、トルク指令Ｔ_c ^**及び磁束指令φ^* をそれ
ぞれＴ_c ^**＝ｆ（Ａ_cc，Ｎ）及びφ^* ＝ｇ（Ｔ_c ^**，
Ｎ）の式により求めるようにしても、回転数Ｎの変動量
ΔＮに基づくトルクフィードバックがなお加わるため、
乗算器５２における係数ｋを十分大きくしておけば、モ
ータ１０の出力トルクを安定化させることができる。

【００３０】図４には、本発明の第３実施例におけるコ
ントローラ４２の機能構成が示されている。この実施例
は、回転数Ｎの変動量ΔＮに基づき得られるトルク指令
補正値ΔＴ_c ^* を、トルク指令の補正に直接用いるので
はなく、トルク電流指令の補正に用いる点を特徴として
いる。

【００３１】すなわち、第１及び第２実施例と異なりト
ルク指令計算部５８の後段には加算器５４は設けられて
おらず、これに代えトルク電流計算部６０の後段に加算
器６２が設けられている。従って、トルク指令計算部５
８により計算されるＴ_c ^* ＝ｆ（Ａ_cc，Ｎ_m ）は直接ト
ルク電流計算部６０に供給される。トルク電流計算部６
０において計算されるトルク電流指令Ｉ_q ^**＝ｋ_q ・Ｔ
_c ^* ／φ^* は、トルク電流補正計算部６４により計算さ
れるトルク電流補正値ΔＩ_q ^* ＝ｋ_q ・ΔＴ_c ^* ／φ^*
とともに、加算器６２に供給される。加算器６２におい
ては、これらに基づき補正されたトルク電流指令値Ｉ_q
^* ＝Ｉ_q ^**＋ΔＩ_q ^* が計算され、このトルク電流指令
値Ｉ_q ^* がＰＷＭ発生部４０に供給される。

【００３２】このような構成においても、前述の第１実
施例と同様の効果を得ることができる。ただし、トルク
電流補正計算部６４における計算が必要となるため計算
内容はやや複雑となる。

【００３３】図５及び図６には、それぞれ、本発明の第
４実施例に係る電気自動車のシステム構成及びそのコン
トローラ４２の機能構成が示されている。この実施例に
おいては、モータ１０の回転数Ｎを検出する回転数セン
サ２４に代え、ドライブシャフト１４の回転数Ｎ_a を検
出する回転数センサ６５が設けられている。この回転数
センサ６５により検出された回転数Ｎ_a はコントローラ
４２に供給され、前述の第１実施例と同様のモータ１０
の出力トルクの制御が行われる。従って、この実施例に
おいては、前述の第１実施例と同様の効果を得ることが
できる。すなわち、モータ１０の出力トルクの変動は、
その回転数Ｎの変動以外に、ドライブシャフト１４の回
転数Ｎ_a の変動のように、車速の変動を示す他の量に基
づいても安定化することができる。ただし、この実施例
の場合、ドライブシャフト１４の回転にはねじり成分が
含まれるため、このねじり成分を補正するための回転数
補正部６６をコントローラ４２に設ける必要がある。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
車速の検出値から出力トルクの変動量を推定し、推定さ
れた変動量に基づきトルク指令又はトルク電流指令を補
正するようにしたため、悪路の走行や機械系の振動等に
よって生じる出力トルクの変動を抑制でき、これによ
り、走行時のドライバビリティを向上させることができ
る。さらに、車速の平均値を用いてトルク指令又はトル
ク電流指令になましを加えることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１〜第３実施例における電気自動車
のシステム構成を示すブロック図である。

【図２】第１実施例におけるコントローラの機能構成を
示すブロック図である。

【図３】第２実施例におけるコントローラの機能構成を
示すブロック図である。

【図４】第３実施例におけるコントローラの機能構成を
示すブロック図である。

【図５】本発明の第４実施例における電気自動車のシス
テム構成を示すブロック図である。

【図６】第４実施例におけるコントローラの機能較正を
示すブロック図である。

【図７】一従来例に係る電気自動車のシステム構成を示
すブロック図である。

【図８】従来例におけるコントローラの機能構成を示す
ブロック図である。

【図９】トルク指令を決定する関数ｆの一例を示す図で
ある。

【図１０】磁束指令を決定するための関数ｇの一例を示
す図である。

【符号の説明】

１０ モータ １４ ドライブシャフト １６ 駆動輪 １８ インバータ ２０ バッテリ ２４，６５ 回転数センサ ３０，４４，５８ トルク指令計算部 ３６，６０ トルク電流計算部 ３８ 励磁電流計算部 ４０ ＰＷＭ発生部 ４２ コントローラ ４６，５６ 磁束指令計算部 ４８ 回転数平均化部 ５０ 減算器 ５２ 乗算器 ５４，６２ 加算器 ６４ トルク電流補正計算部 ６６ 回転数補正部 Ｎ モータの回転数の検出値 Ｎ_a ドライブシャフトの回転数の検出値 Ｎ_m 回転数の平均値 ΔＮ 回転数の変動量 Ｔ_c ^** トルク指令（補正前） Ｔ_c ^* トルク指令（補正後） φ^* 磁束指令 Ｉ_q ^** トルク電流指令（補正前） Ｉ_q ^* トルク電流指令（補正後） ΔＴ_c ^* トルク指令補正値 ΔＩ_q ^* トルク電流指令補正値

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車載モータに対するトルク指令を要求出
   力及び車速情報に応じて演算する手段と、車載モータの
   出力トルクをこのトルク指令に基づき制御する手段と、
   を備える電気自動車の制御装置において、 車速を検出する手段と、 車速の検出値に基づき車載モータの出力トルクの変動量
   を推定する手段と、 車載モ−タの出力トルクの変動が抑制されるよう、推定
   された変動量に基づきトルク指令を補正する手段と、 を備えることを特徴とする電気自動車の制御装置。
2. 【請求項２】 車載モータに供給すべき電流値に対応す
   るトルク電流指令を要求出力及び車速情報に応じて演算
   する手段と、車載モータに供給する電流をこのトルク電
   流指令に基づき制御する手段と、を備え、車載モータの
   電流制御によりその出力トルクを制御する電気自動車の
   制御装置において、 車速を検出する手段と、 車速の検出値に基づき車載モータの出力トルクの変動量
   を推定する手段と、 車載モ−タの出力トルクの変動が抑制されるよう、推定
   された変動量に基づきトルク電流指令を補正する手段
   と、 を備えることを特徴とする電気自動車の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の電気自動車の制御
   装置において、トルク指令又はトルク電流指令の演算に
   使用する車速情報が、車速の検出値を平均化して得られ
   る情報であることを特徴とする電気自動車の制御装置。