WO2005025923A1

WO2005025923A1 - 車両を駆動するモータの制御装置

Info

Publication number: WO2005025923A1
Application number: PCT/JP2004/013976
Authority: WO
Inventors: Taketo Takeuchi
Original assignee: Aisin Aw Co., Ltd.
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2005-03-24
Also published as: CN1787929A; US20060273747A1; JP4305449B2; DE112004000829B4; DE112004000829T5; US7911167B2; JPWO2005025923A1

Abstract

車両は、モータとモータのトルクを制御する制御装置を備えている。制御装置は、電流位相θに基づいて検出される各相温度のうちいずれか一つを選択し(ステップ200～218)、車両がストール状態であり、かつ、選択された温度が制限温度以上となった場合には、モータのトルクを低減するように制御する。

Description

明細書車両を駆動するモータの制御装置技術分野

本発明は、車両を駆動するモータの制御装置に関する。背景技術

この種の車両を駆動するモータの制御装置としては、車両を駆動するモータのトルクを制御するトルク制御手段と、車両のストール状態を検出するストール検出手段とを備えてなり、このストール検出手段によつて車両のストール状態が検出された場合には、トルク制御手段がモータのトルクを低減するように制御するものが知られている。

このような装置の一形式として、ストール状態が検出された場合に、車両の後退速度又は加速度が所定速度以下となるように走行用モータのトルクを低減制御し、さらにストール状態の継続に関する許容時間を走行用モータに付与されているトルクに基づき設定し、この設定された許容時間を越えてストール状態が継続している場合にのみ上記低減制御を実行するものがある（特許文献 1参照）。これにより、低減制御によって車両が後退しこれに伴ってモータのロータが回転して通電相が切り替わることにより、通電相が特定の一相に集中するのを防止している。

また、他の一形式として、モータ 5がロック状態（ストール状態）にあると判定された場合には（ステップ S 1 1 , 1 2 )、インバータ回路のスィツチング素子の接合温度最大値 T _JMAX に対応する制限トルク τ r を演算し（ステップ S 2 7 )、制限トルクて rがモータトルク指定値て c より小さく、かつ、位相領域が前回と同じ場合には、制限トルクて r から変位トルク Δ τ を減算して、リミットトルク T Lを Δ τずつ低減し（ステツプ S 2 9〜 S 3 7 )、これにより位相領域を変化させ、ロック状態を解除しているものがある（特許文献 2参照）。

特許文献 1 は、特開平 7— 3 3 6 8 0 7号公報（段落番号 0 0 1 5〜 0 0 2 1、図 1 ) であり、特許文献 2は、特開平 1 1 — 2 1 5 6 8 7号公報（段落番号 0 0 2 0〜 0 0 2 9、図 2 ) である。

上記前半の制御装置においては、モータのトルク低減処理によって通電相が特定の一相に集中するのを防止することができる。しかしながら、各相の温度とは関係なくトルク指令値の大きさとその継続時間に基づいてモータトルクを低減してしまうため、トルク低減処理によつて電流の集中する通電相が温度の上昇していない相に変化したとしても、モータトルクを低減し続けることになり、車両の走行性能が低下してしまう。また、後半の制御装置においては、電流の集中する通電相が変化したことによってモータトルクの低減制御を止めることができるものの、検出した温度の最大値に基づいて低減制御を行っているため、電流の集中する通電相が変化したとしても、通電され温度が上昇した相の温度によつてモータトルクの低減が行われることとなる。したがって、電流の集中した通電相に比べて温度上昇の少ない他の 2相に切り換つたとしてもモータトルクが制限されてしまい、車両の走行性能が低下してしまう。

そこで本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、モータの電流位相に基づいて選択された特定の相の温度を利用してモータのトルクを低減することにより、ストール状態の車両の走行性能、走行フィールを向上することを目的とする。発明の開示

本発明は、車両を駆動するモータのトルクを制御するトルク制御手段と、車両のストール状態を検出するストール検出手段と、モータの複数相の交流電流を供給する各卷線の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、モータの電流位相を検出する電流位相検出手段と、この電流位相検出手段によって検出された電流位相に基づいて温度検出手段によって検出される各温度のうちいずれか一つを選択する温度選択手段と、スト一ル検出手段によって車両がストール状態であると検出され、かつ、温度選択手段によって選択された温度が制限温度以上となつた場合には、トルク制御手段はモータのトルクを低減するように制御する車両を駆動するモータの制御装置である。

これによれば、登坂路上でストール状態にある車両において、電流の集中している相の温度が制限温度に達してトルクが低減されることにより車両が若干後退することで、電流の集中する通電相が変化する。通電相が変化すると、変化した通電相の温度に基づいてトルク低減処理を行う。したがって、実際に通電されている相の温度に基づいてトルク低減処理を行うため、従来技術のトルク指令値や最高温度に基づいてトルク低減処理を行う場合に比べて、トルク低減処理を減らすことにより、車両の登坂性能を確保することができるので、ストール状態の車両の走行性能、走行フィールを向上することができる。

本発明の車両を駆動するモータの制御装置においては、温度選択手段は、電流位相検出手段によって検出された電流位相が所定の一相に最大電流が流れる所定範囲内である場合には同所定の一相の温度を選択するようにしている。これによれば、簡単な構成にて的確に最大電流が流れる相を特定するようにしている。

本発明の車両を駆動するモータの制御装置においては、電流位相はモータの回転角度に基づいて算出されるようにしている。これによれば、簡単な構成にて電流位相を導出することができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明に係る車両を駆動するモータの制御装置の一実施の形態を示すブロック図であり、第 2図は、第 1図の制御装置にて実行されるプログラムを表すフローチャートであり、第 3図は、第 1図の制御装置にて実行されるプログラムを表すフローチャートであり、第 4図は、第 1図のモータの相電流と電流位相の関係を示す図であり、第 5図は、第 1図のモータのトルク制限率と相温度の関係を示す図であり、第 6図は、第 1図のモータの回転数と最大トルクの関係を示す図であり、第 7 図は、第 1図の制御装置にて実行される作動を表すタイムチャートである。発明を実施するための最良の形態以下、本発明に係る車両を駆動するモータの制御装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。第 1図は、この制御装置が適用された車両の構成を示すプロック図である。 '

この車両は、駆動源としてモータ 1 0を備えているいわゆる電気自動車であり、モータ 1 0の駆動によって走行する。このモータ 1 0は三相交流モータであり、三相すなわち U相、 V相および W相へ交流電流を供給する各卷線 1 1， 1 2 , 1 3が巻き付けられたステータ（図示省略）を有している。各卷線 1 1 , 1 2 , 1 3はインパータ回路 2 1 に接続されており、インバータ回路 2 1 は直流電源としてのバッテリ 2 2から供給される直流電圧を交流電圧に変換して、この交流電圧を U相、 V相および W相の各卷線 1 1， 1 2， 1 3へ順次供給している。この各相への交流電流の供給によって、モータ 1 0が駆動される。各巻線 1 1， 1 2 , 1 3内には、それぞれの温度を測定（実測）するための温度センサ 1 1 a， 1 2 a， 1 3 aが埋設されている。各温度センサ 1 1 a , 1 2 a， 1 3 aが検出した各卷線 1 1， 1 2， 1 3内の温度すなわち U相温度、 V相温度、 W相温度は、制御装置 3 0に送出されている。

また、このモータ 1 0において、 U相、 V相および W相の各相電流とモータ 1 0の電流位相 0 との関係は、第 4図に示すようになる。 U相電流は、電流位相 0 が 0 ° および 3 6 0 ° のときプラス側の電流値がピークとなり、 1 8 0 ° のときマイナス側の電流値がピークとなる。 V相電流は、電流位相 0 が 1 2 0 ° のときプラス側の電流値がピークとなり、 3 0 0 ° のときマイナス側の電流値がピークとなる。 W相電流は、電流位相 0 力 S 2 4 0 ° のときプラス側の電流値がピークとなり、 6 0 ° のときマイナス側の電流値がピークとなる。なお、何れの相も一周期は 3 6 0 ° である。また、電流位相が 0 ° のときに U相のプラス側のピークが来るように設定され、かつ、各相電流は 1 2 0 ° ずつ位相がずれるように設定されている。このような電流位相 0 は、モータ 1 0の回転角度と相関関係があり、この回転角度に基づいて算出される。

制御装置 3 0には、第 1図に示すように、モータ 1 0の回転角度を検出する回転センサ 3 1、および車両のアクセル（図示省略）の開度を検出するアクセル開度センサ 3 2が接続されている。回転センサ 3 1 は検出したモータ 1 0 の回転角度を制御装置 3 0に送出し、制御装置 3 0は、回転角度に基づいてモータ 1 0の回転数を算出する。アクセル開度センサ 3 2は検出したアクセル開度を制御装置 3 0に送出する。制御装置 3 0は、モータ 1 0の回転数およびアクセル開度に基づいてモータ 1 0のトルク指令値 T a を決定してインバータ回路 2 1 に送出し、インバータ回路 2 1はトルク指令値 T aに応じた交流電流をモータ 1 0に供給する, 制御装置 3 0は、マイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力ィンターフェース、 C P U、 R A Mおよび R O M (いずれも図示省略）を備えている。 C P Uは、第 2図のフローチャートに対応したプログラムを実行して、検出されたモータ 1 0の電流位相に基づいて三相の温度のうちいずれか一つを選択し、車両がストール状態であると検出され、かつ、選択された相の温度が制限温度以上となった場合には、モータ 1 0のトルクを低減するように制御するものである。 R O Mは、前記プログラム、第 4図に示す各相電流とモータ 1 0の電流位相 0 との相関関係を示す曲線（演算式、マップ）、第 5図に示すモータ 1 0のトルク制限率と各相の巻線温度との相関関係を示すマップ、およぴ第 6図に示すモータ 1 0の最大トルクと回転数との相関関係を示すマップを記憶するものである。 R A Mは制御に関する演算値を一時的に記憶するものである。 '

次に、上記のように構成した車両を駆動するモータの制御装置の動作を第 2図、第 3図のフローチャートに沿って説明する。制御装置 3 0は、車両のイダニシヨンスィッチ（図示省略）がオン状態にあるとき、上記フローチヤ一トに対応したプログラムを所定の短時間毎に実行する。制御装置 3 0は、第 2図のステップ 1 0 0にてプログラムの実行を開始する度に、入力したアクセル開度、および算出したモータ 1 0の回転数に基づいてトルク指令値 T *を算出する（ステップ 1 0 2 )。

そして、制御装置 3 0は、車両がストール状態であるか否かを検出する（ステップ 1 0 4 )。すなわち、入力した回転角度に基づいて算出したモータ回転数 Nの絶対値 I N I が所定値 N 0 (例えば 1 0 0 r p m ) 以下であり、かつ、入力したアクセル開度および算出したモータ 1 0の回転数 Nに基づいて算出したトルク指令値 T *の絶対値 I T * I が所定値 T n以上である場合には、車両がストール状態であると判定し、それ以外の場合には、車両が非ストール状態であると判定する。

車両が非ストール状態である場合には、制御装置 3 0は、ステップ 1 0 4にて「 N O」と判定した後、ステップ 1 0 6 にて、ステップ 1 0 2 によって算出したトルク指令値 T *をインバータ回路 2 1 に出力して同トルク指令値 T *に応じたトルクにてモータ 1 0を制御する。すなわち、制御装置 3 0は通常のトルク制御を行うことになる。その後、プロダラムをステップ 1 0 8 に進めて一旦終了する。

次に、車両のストール状態が検出されると、制御装置 3 0は、ステツプ 1 0 4にて「Y E S」と判定し、ステップ 1 1 0において、モータ 1 0の電流位相 0 に基づいて温度を検出する相を選択する。すなわち、制御装置 3 0は、第 3図に示すサブルーチンを実行する。具体的には、制御装置 3 0は、ステップ 2 0 0にてサブルーチンの実行を開始する度に、回転センサ 3 1 によつて検出された回転角度に基づいて電流位相 0 を算出する（ステップ 2 0 2 )。そして、制御装置 3 0は、算出された電流位相 0 が所定範囲— Θ 1 ^ θ ≤ 6 1、または 1 8 0 ° — Θ 1 ≤ 0 ≤ 1 8 0 ° + 0 1内、すなわち U相に最大電流が流れる所定範囲内である場合には、 U相の温度を選択する（ステップ 2 0 4， 2 0 6 )。また、電流位相 Θ が所定範囲 1 2 0 ° — Θ 1 ≤ 0 ≤ 1 2 Ο ° + Θ 1、または 3 0 0 ° — θ 1 ^ θ ≤ 3 0 0 ° + 0 1 内、すなわち V相に最大電流が流れる所定範囲内である場合には、 V相の温度を選択する（ステップ 2 1 0 , 2 1 2 )。また、電流位相 Θ が所定範囲 6 Ο ° _ 0 1 ≤ 6 ≤ 6 Ο ° + Θ 1、または 2 4 0 ° — 0 1 ≤ 0 ≤ 2 4 0 ° + 0 1 内、すなわち W相に最大電流が流れる所定範囲内である場合には W相の温度を選択する。そして、電流位相 0がこれら以外の範囲（第 4図にて斜線にて示す範囲）である場合には三層中の最大温度を選択する（ステップ 2 0 4， 2 1 0， 2 1 4， 2 1 8 )。なお、 0 1 は所定範囲を決定する所定値であり、この所定範囲ではほぼ最大電流となるように設定されている。本実施の形態においては 0 1 を 5 ° に設定している。

制御装置 3 0は、前述したように回転停止している、またはほぼ停止しているモータ 1 0の電流位相 Θ に基づいて温度を検出する相を選択した後、プログラムをステップ 2 0 8に進めてサブルーチンの処理を一旦終了し、第 2図のステップ 1 1 2に進める。制御装置 3 0は、ステップ 1 1 2にて、選択された相の温度 Tを検出する。

制御装置 3 0は、ステップ 1 1 2にて検出された温度 Tが制限温度 T s未満であれば、上述したように通常のトルク制御を行う（ステップ 1 1 4， 1 1 6 , 1 0 6 )。具体的には、ステップ 1 1 4にて、第 5図に示すトルク制限率とコイル温度（相温度）との相関関係を示すマップと、検出された相温度とからトルク制限率 (%) を算出し、ステップ 1 1 6にて、第 6図から算出するモータ 1 0の回転数に対する最大トルク T max に先に算出したトルク制限率 η を乗算して 1 0 0で除算した計算結果（すなわちその温度と回転数で出力可能な最大トルクである制限トルク）と、トルク指令値 Τ *とを比較して、トルク指令値 Τ *が制限トルク以下であれば、そのトルク指令値 Τ *にて通常のトルク制御を行う。

—方、温度 Τが制限温度 T s以上となれば、直前まで行っていた通常制御のトルクより低減された低減トルク指令値を算出し、この算出したトルク指令値をインバータ回路 2 1 に出力して低減トルク指令値に応じたトルクにてモータ 1 0を制御する（ステップ 1 1 4〜 1 1 8、 1 0 6 )。すなわち、制御装置 3 0は低減トルク制御を行うことになる。具体的には、上述したようにトルク制限率 η (%) を算出し（ステップ 1 1 4 )、制限トルクとトルク指令値 Τ *とを比較して（ステップ 1 1 6 )、トルク指令値 Τ *が制限トルクより大きければ、制限トルクを新たなトルク指令値 Τ *に設定する。いずれの場合も、その後、プログラムをステップ 1 0 8に進めて一旦終了する。なお、低減トルク指令値 T bは車両が徐々に後退する程度となるように設定するとよい。

次に、上述した作動を行う制御装置を適用した車両の動作を第 7図を参照して説明する。第 7図はタイムチャートであり、上から順番にモータ 1 0の各相の温度、選択された相の温度、車両の位置を表している。登坂路上の車両が自重による後退とモータ 1 0のトルクによる前進とのバランスがとれて時刻 t 0にストール状態になると、温度を検出する相を選択する（ステップ 1 0 2 , 1 1 0 )。第 7図に示す例においては、回転が停止しているモータ 1 0の電流位相 0 は一 0 1 ≤ Θ ≤ Θ 1内であるので、 U相温度が選択され、そして U相温度が検出される。ストール直後であるので、 U相温度は制限温度 T s よりかなり低く、 U相温度が制限温度 T s を超えるまで、車両は停止位置 A に停止したままである。時刻 t 0以降、電流位相 Θ が _ Θ 1 ≤ Θ ≤ Θ 1 內にあるままでモータ 1 0の回転が停止しているので、 U相に最も電流が流れて、 U相温度は他の相より高上昇率にて上昇する。

時刻 t 1 にて U相温度が制限温度 T s を超えると、制御装置 3 0は、時刻 t 1 までのトルク指令値より低減されたトルク指令値を算出して (ステップ 1 1 6 )、そのトルク指令値にてモータ 1 0を制御する（ステップ 1 0 6 )。したがって、モータ 1 0のトルクが低減されるので、時刻 t 1までバランスが取れていた車両は下がってしまう。これにより、車両はストール状態が解除され、非ストール状態であると判定されて通常のトルク制御が行われる（ステップ 1 0 2、 1 0 4 )。したがって、車両の後退が徐々に少なくなり、時刻 t 2にて車両が再びストール状態になり、停止位置 Bに停止する。

時刻 t 2 にて制御装置 3 0は、時刻 t 0のときと同様に、ストール状態であると判定し、温度を検出する相を選択する（ステップ 1 0 2， 1 1 0 )。時刻 t 1カゝら時刻 t 2までの間に、車両の若干の後退により電流位相 e はほぼ 6 0 ° 進み、この状態にて車両が停止するため、電流位相

Θ は 6 0 ° — 0 1 ≤ θ ≤ 6 0 ° + 0 1 内であるので、 W相温度が選択され、そして W相温度が検出される。時刻 t 2においては W相温度が三相のうち最小温度であり、ストール状態開始時点（時刻 t 0 ) より温度は高くなつているものの、 W相温度は制限温度 T s より低く、 W相温度が制限温度 T s を超えるまで、車両は停止位置 Bに停止したままである。時刻 t 2以降、電流位相 S が 6 0 ° — 0 1 ≤ 6 ≤ 6 0 ° + 6 1 内にあるままでモータ 1 0の回転が停止しているので、 W相に最も電流が流れて、 W相温度は他の相より髙上昇率にて上昇する。

時刻 t 3にて W相温度が制限温度 T s を超えると、制御装置 3 0は、時刻 t 1 のときと同様に、モータ 1 0を低減トルク制御するので、時刻 t 3までバランスが取れていた車両は下がってしまう。その後、車両は通常のトルク制御が行われ、時刻 t 4にて車両が再ぴストール状態になり、停止位置 Cに停止する。

時刻 t 4にて制御装置 3 0は、時刻 t 0のときと同様に、ストール状態であると判定し、温度を検出する相を選択する（ステップ 1 0 2， 1

1 0 )。時刻 t 3カゝら時刻 t 4までの間に、車両の若干の後退により電流位相 0 はほぼ 6 0 ° 進み、この状態にて車両が停止するため、電流位相

Θは 1 2 0 ° — θ 1 ≤ θ ≤ 1 2 0 ° + Θ 1 内であるので、 V相温度が選択され、そして V相温度が検出される。時刻 t 4においては V相温度が三相のうち最小温度であり、ストール状態開始時点（時刻 t o ) より温度は高くなつているものの、 V相温度は制限温度 T s より低く、 V相温度が制限温度 T s を超えるまで、車両は停止位置 Cに停止したままである。時刻 t 4以降、電流位相 0 力 S 1 2 0 ° — 0 1 ^ 0 ^ 1 2 0 ° + 6 1 内にあるままでモータ 1 0の回転が停止しているので、 V相に最も電流が流れて、 V相温度は他の相より高上昇率にて上昇する。

時刻 t 5にて V相温度が制限温度 T s を超えると、制御装置 3 0は、時刻 t 1 のときと同様に、モータ 1 0を低減トルク制御するので、時刻 t 5までバランスが取れていた車両は下がってしまう。

上述した処理は、全相温度が制限温度 T s を超えるまで、繰り返し実行される。そして、全相温度が制限温度 T s を超えると、低減トルク制御を連続して行うため車両は後退をし続ける。

したがって、ストール状態となった車両において、ある相の温度が制限温度 T s に達すると、トルクが低減されて車両が後退するので、電流位相 0 が切り替わる。そして、車両が再びストール状態となったときに、全相の温度が制限温度 t s を超えるまで、制限温度 T s に達していない温度の相を選択し続けることができる。

なお、上述した実施の形態においては、電流位相 0 が最大電流が流れる所定範囲内となるようにモータ 1 0の回転が停止する状態を説明したが、電流位相 Θ が所定範囲外（第 4図にて斜線にて示す範囲）となるようにモータ 1 0の回転が停止した場合には、三相のうち最大温度の相を選択し（ステップ 2 0 0〜 2 0 4， 2 1 0 , 2 1 4， 2 1 8 )、その温度を検出して（ステップ 1 1 2 )、その検出した温度を制限温度 T s と比較し（ステップ 1 1 4 )、比較結果に応じたトルク制御（ステップ 1 1 6 , 1 0 4 ) を行うようにすればよレヽ。

上述した説明から明らかなように、本実施の形態によれば、登坂路上でストール状態にある車両において、ある一相の温度が制限温度 T s に達してトルクが低減されることにより車両が若干後退することによって電流の流れる相が変化し、再びストール状態になった場合には、制御装置 3 0は、その状態のモータ 1 0の電流位相 0 によって選択された特定の一相が制限温度 T s に達していなければ、その相の温度と制限温度 T s とを比較し、また制限温度 T s に達していれば、モータ 1 0が制限温度 T s未満の一相にて停止するまで、トルク低減処理を繰り返し実行する。したがって、全相のうちの一相が短時間にてトルク低減制御状態となる従来技術に比べて、全相がトルク低減制御状態となるまでの長時間において車両の登坂性能を確保することがで.きるので、ストール状態の車両の走行性能、走行フィールを向上することができる。

また、制御装置 3 0は、検出された電流位相 0 が所定の一相に最大電流が流れる所定範囲内である場合には同所定の一相の温度を選択するようにしたので、簡単な構成にて的確に最大電流が流れる相を特定することができる。また、電流位相 0 はモータの回転角度に基づいて算出されるので、簡単な構成にて電流位相 0 を導出することができる。

なお、上述した実施の形態においては、温度検出手段として、 3つの巻線の温度をそれぞれ実測する 3つの温度センサ 1 1 a ， 1 2 a , 1 3 a を設けたが、複数の卷線のうちいずれか一の温度を温度センサによつて実測し、残りの卷線の温度を実測値に基づいて推定するようにしてもよい。これによれば、簡単な構成にてすベての相の温度をすベて検出することができる。

また、上述した実施の形態においては、モータ 1 0を三相の交流モータで構成するようにしたが、これに限らず、複数相の交流モータで構成するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態において、 U相、 V相および W相の各相電流とモータ 1 0の電流位相 Θ との関係は、上述した設定に限られるものでなく、各相電流の位相が 1 2 0 ° ずつずれていれば、各相電流のピークがくる電流位相 0 は任意の値に設定してもよい。産業上の利用可能性以上のように、本発明にかかる車両を駆動するモータの制御装置は、モータの電流位相に基づいて選択された特定の相の温度を利用してモータのトルクを低減することにより、ストール状態の車両の走行性能、走行フィールを向上する場合に適している。

Claims

5 求の

1 . 車両を駆動するモータのトルクを制御するトルク制御手段と、前記車両のストール状態を検出するストール検出手段と、

前記モータの複数相の交流電流を供給する各卷線の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、

前記モータの電流位相を検出する電流位相検出手段と、

該電流位相検出手段によって検出された電流位相に基づいて前記温度検出手段によって検出される各温度のうちいずれか一つを選択する温度選択手段と、

前記ストール検出手段によって車両がストール状態であると検出されかつ、前記温度選択手段によって選択された温度が制限温度以上となつた場合には、前記トルク制御手段は前記モータのトルクを低減するように制御することを特徴とする車両を駆動するモータの制御装置。

2 . 前記温度選択手段は、前記電流位相検出手段によって検出された電流位相が所定の一相に最大電流が流れる所定範囲内である場合には同所定の一相の温度を選択することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の車両を駆動するモータの制御装置。

3 . 前記電流位相は前記モータの回転角度に基づいて算出されることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の車両を駆動するモータの制御装置。