WO2016024360A1

WO2016024360A1 - 駆動装置

Info

Publication number: WO2016024360A1
Application number: PCT/JP2014/071503
Authority: WO
Inventors: 安藤　博文
Original assignee: 富士電機株式会社
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-02-18
Also published as: JP6260707B2; JPWO2016024360A1

Abstract

　電気自動車の動力源の電動機に大きなダメージが与えられることを回避しつつ、運転者の操作に対して即座に応答するように当該電動機の駆動制御を行う駆動装置に以下の処理を実行させる。すなわち、駆動装置は、上位コントローラから与えられるトルク指令値が急激に変化した場合には、トルク指令値および加速／減速指令と、現在トルク値および加速／減速状況が所定の条件を満たすか否かを判定し、満たした場合には、内部トルク指令値をゼロとして電動機の制御を行い、以後、時間の経過とともに内部トルク指令値を上位コントローラから与えられるトルク指令値に近づけてゆく。

Description

駆動装置

　本発明は、電動機の駆動制御技術に関し、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：以下、ＥＶ）に動力源として搭載される電動機の駆動装置に関する。

　近年、ＥＶが急速に普及しつつある。ＥＶには三相交流電動機などの電動機が動力源として搭載されているとともに、当該電動機の駆動制御を行うインバータなどの駆動装置と、駆動装置と通信しその制御を行うＶＣＵ（Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｃоｎｔｒоｌ　Ｕｎｉｔ）などの上位コントローラが搭載されている。上位コントローラは、駆動装置に与えるトルク指令値（例えば、ｘ[Ｎｍ]など出力トルクの物理量を示す値）や回転方向の制御指令を運転者の操作に応じて生成する。駆動装置は、電動機に与える交流電力を上位コントローラから与えられた指令値に応じて調整する。これにより、ＥＶの走行制御が実現される。

　また、駆動装置は、その駆動制御の対象の電動機の出力トルクや回転速度（単位時間当たりの回転数）などの現在値を表すデータを記憶するメモリを有しており、当該メモリに記憶されているデータを上位コントローラへ送信する。上位コントローラは、それらデータに基づいて各種メータ類の表示制御を行う処理も実行する。これにより、車両の状態を運転者に把握させることができる。この種の駆動装置は、ＥＶとともに普及しつつあるハイブリッド車にも採用されている。この種の駆動装置に関する先行技術文献としては特許文献１が挙げられる。

　特許文献１には、上位コントローラから与えられたトルク指令値が急激に変化した場合に、上位コントローラから与えられたトルク指令値とは異なる内部トルク指令値を生成し、その内部トルク指令値にしたがって電動機の駆動制御を行う駆動装置が開示されている。電動機の出力トルクを急激に変化させることを指示する指令が上位コントローラから駆動装置に与えられた場合に、その指令通りに電動機の駆動制御が行われると、電動機に対するダメージが大きくなり、電動機の耐用年数が短くなるという問題がある。特許文献１に開示の技術はこの問題を回避するためのものである。

　より詳細に説明すると、特許文献１における内部トルク指令値は、値が急激に変化する前のトルク指令値と、トルク指令値が急激に変化した時点からの経過時間に対応する変化率リミッタの値を変化後のトルク指令値に乗算した値との和である。変化率リミッタとは、トルク指令値を内部トルク指令値に反映させる割合であり、時間の経過とともに値が増加する関数として定義される。このように、内部トルク指令値は変化率リミッタを用いた演算により生成されるため、トルク指令値と内部トルク指令値は必ずしも一致しない。具体的には、内部トルク指令値は、変化率リミッタにより時間の経過とともに徐々にトルク指令値に近づいてゆく。例えば、電動機のトルク値が２５[Ｎ・ｍ]であり変化率リミッタが０．２ｔ[１／ｓ]（ｔ[ｓ]はトルク指令値が急激に変化した時点からの経過時間）の場合、トルク指令値が２５[Ｎ・ｍ]から－２５[Ｎ・ｍ]に急激に変化し、以降、トルク指令値が－２５[Ｎ・ｍ]に維持されたとする。この場合、２秒後の内部トルク指令値は１５[Ｎ・ｍ]となり、１０秒後の内部トルク指令値は－２５[Ｎ・ｍ]となる。これをタイムチャートにて例示したのが図１１である。

　図１１は、ＥＶに搭載される電動機の駆動制御を特許文献１に開示の駆動装置により行う状況下で、上位コントローラから駆動装置に与えられるトルク指令値が急激に変化した場合の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指定値の時間変化の一例を示すタイムチャートである。図１１には、時刻Ｔ０において加速中のＥＶを減速させるために運転者がブレーキを踏み込んだ場合の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指定値の時間変化が例示されている。ブレーキの踏み込みに応じて、上位コントローラから駆動装置へ与えられるトルク指令値は、図１１（ｂ）に示すように、正の値から負の値に急激に変化する。このように上位コントローラから駆動装置へ与えられるトルク指令値は、正の値から負の値へ急激に変化するが、この駆動装置には変化率リミッタが設けられているため、図１１（ｃ）に示すように、内部トルク指令値は正の値から負の値に時間をかけて徐々に変化してゆく。内部トルク指令値は徐々に変化してゆくため、電動機に対するダメージは低減され、電動機の耐用年数は長くなる。

特開２０１２－１５３３４４号公報

　特許文献１に開示の技術によれば、上位コントローラから与えられるトルク指令値が急激に変化したとしても、電動機に対するダメージを低減させることが可能になるのであるが、その反面、ＥＶの操作性を悪化させ、乗り心地や安全性を低下させる、といった新たな問題が発生する。例えば、図１１に示す例では、内部トルク指令値は正の値から徐々に負の値に変化するため、トルク指令値が負の値となった以降も内部トルク指令値が正の値のままとなる期間があり、その期間では、図１１（ａ）の現在回転速度値の時間変化から明らかなように減速するどころかむしろ加速する。このように運転者がブレーキを踏み込んでも即座に減速が開始されるわけではなく、ＥＶの操作性が悪化し、乗り心地や安全性が低下するのである。さらに、ＥＶが減速して図１１（ａ）に示すように現在回転速度値がゼロになると、上位コントローラは値がゼロのトルク指令値を生成する。しかし、この場合、トルク指令値が負の値からゼロに急激に変化するため、変化率リミッタによる制御がなされ、内部トルク指令値は負の値からゼロに向けて徐々に変化してゆく。そのため、トルク指令値がゼロとなった後も、内部トルク指令値が負の値のままとなる期間があり、その期間では、電動機が逆回転してＥＶが後退する。

　この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動機へのダメージの低減を図りながら、ＥＶの操作性を良好にし、ＥＶの乗り心地と安全性を高めることにある。

　上記課題を解決するために本発明は、電動機の駆動制御を行う駆動装置として以下の電力変換部と制御部とを有する駆動装置を提供する。電力変換部は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、駆動制御の対象の電動機に与える。制御部は、電動機の出力トルクを指示するために上位コントローラから与えられたトルク指令値が急激に変化した場合には、変化率リミッタにより変化幅を制限した内部トルク指令値を生成し、当該内部トルク指令値に従って電力変換部の作動制御を行う。加えて、制御部は、電動機の駆動状況が加速から減速に切り換わる場合または減速から加速に切り換わる場合には、トルク指令の変化幅よりは小さくかつ変化率リミッタにより制限された変化幅よりも大きい変化幅で変化させた内部トルク指令値を生成し、その後、変化率リミッタを用いて時間とともに内部トルク指令値をトルク指令値に近づけてゆく。

　この発明による駆動装置をＥＶに搭載し当該ＥＶの動力源の電動機の駆動制御を当該駆動装置により行うようにすれば、運転手の操作によりＥＶが加速から減速に切り換わる場合或いは減速から加速に切り換わる場合には、その切り換わりに伴い、トルク指令の変化幅よりは小さくかつ変化率リミッタにより制限された変化幅よりも大きい変化幅で変化させた内部トルク指令値が生成され、その内部トルク指令値にしたがって上記ＥＶの動力源の電動機の駆動制御が行われる。そして、その後は、変化率リミッタを用いて、時間とともに徐々に内部トルク指令値をトルク指令値に近づけてゆく制御が行われる。これにより、トルク指令値の急激な変化による電動機へのダメージを低減しつつ、トルク指令値の変化に対して即座に電動機が対応し、ＥＶの操作性を良好にし、ＥＶの乗り心地や安全性を高めることが可能になる。

　好ましい態様によれば、前記制御部は、前記電動機の回転速度がゼロになると、内部トルク指令値をゼロとする。この態様によれば、電動機の回転速度がゼロになった後の電動機の逆回転を回避することができる。このため、この態様の駆動装置をＥＶに搭載されば、ＥＶの操作性を良好にし、ＥＶの乗り心地や安全性を高めることができる。

　また、別の好ましい態様によれば、トルク指令値とともに次のトルク指令値が送信されるまでの時間間隔を示すリミット時間が前記上位コントローラから前記制御部に与えられ、前記制御部は、リミット時間の示す時間が経過するまでに次のトルク指令値を受け取らなかった場合には、内部トルク指令値をゼロにする。この態様によれば、外部機器からトルク指令値の送信が途絶えることで、電動機が送信の途絶える直前のトルク指令値で駆動制御され続け、電動機の駆動制御が不可能となることを回避でき、ＥＶの安全性を高めることができる。

　以上説明したように本発明によれば、トルク指令値の急激な変化による電動機へのダメージを低減しつつ、トルク指令値の変化に対して即座に電動機が対応し、ＥＶの操作性を良好にし、ＥＶの乗り心地や安全性を高めることが可能になる。

この発明の第１実施形態の駆動装置を含む電動機駆動制御システムの構成例を示す図である。同駆動装置の運転制御部の構成を示すブロック図である。同運転制御部の内部トルク指令値生成処理の流れを示すフローチャートである。同駆動装置の指令Ｍ’生成前後の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指令値の時間変化を示すタイムチャートである。この発明の第２実施形態の駆動装置の内部トルク指令値生成処理の流れを示すフローチャートである。同駆動装置の指令Ｍ’生成前後の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指定値の時間変化を示すタイムチャートである。この発明の第３実施形態の駆動装置の内部トルク指令値生成処理の流れを示すフローチャートである。同駆動装置の指令Ｍ’生成前後の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指定値の時間変化を示すタイムチャートである。この発明の第４実施形態の駆動装置の内部トルク指令値生成処理の流れを示すフローチャートである。同駆動装置の指令Ｍ’生成前後の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指定値の時間変化を示すタイムチャートである。従来の駆動装置の指令Ｍ生成前後の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指定値の時間変化を示すタイムチャートである。

　以下、図面を参照しつつ、この発明の実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
（Ａ：構成）
　図１は、本発明の一実施形態である駆動装置１００を含む電動機駆動制御システム１の構成例を示す図である。この電動機駆動制御システム１は、ＥＶ内に敷設されるシステムである。図１に示すように、電動機駆動制御システム１は、ＥＶの動力源たる電動機２０と、電動機２０の駆動制御を行う駆動装置１００と、ＶＣＵなどの上位コントローラ１０とを含んでいる。

　上位コントローラ１０は、ＣＡＮ（Ｃоｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して駆動装置１００に接続されている。また、上位コントローラ１０には、アクセル板などの車両運転のための各種操作子（或いは当該操作子に設けられたセンサ）とスピードメータなどの各種メータ類が接続されている（図１では図示略）。上位コントローラ１０は、上記各種操作子に対して為された運転操作に応じて指令Ｍを生成し、駆動装置１００に与える。また、上位コントローラ１０は、駆動装置１００に指令Ｍを与えてから、予め設定された時間Ｔが経過しても運転操作を検出しなかった場合には、前回と同じ指令Ｍを生成して電動機２０に与える。つまり、本実施形態では、最長でも時間Ｔの時間間隔で上位コントローラ１０から駆動装置１００へ指令Ｍが与えられる。以下では、時間Ｔをリミット時間と呼ぶ。

　本実施形態では、上位コントローラ１０から駆動装置１００に与えられる指令Ｍには、トルク指令値、加速／減速指令およびリミット時間が含まれている。トルク指令値とは、電動機２０の出力トルクを指定する指令であり、加速／減速指令とは、電動機２０に対する加速／減速の指令である。また、上位コントローラ１０は、電動機２０の出力トルクや回転速度の物理量の現在値を表すデータＤを駆動装置１００から受け取り、このデータＤに応じて上記メータ類の表示制御を行う。このデータＤには、現在の電動機の駆動状況（加速中であるのか、それとも減速中であるのか）を示す加速／減速状況データも含まれる。データＤは、予め設定した一定時間毎に駆動装置２０から上位コントローラ１０に与えられる。本実施形態では、この一定時間はリミット時間と同じであるが、異なる態様をとってもよい。

　上位コントローラ１０は、アクセルの踏み込みやブレーキの踏み込みといった運転者の運転操作に応じたトルク指令値を生成する。上位コントローラ１０は、駆動装置１００から受け取ったデータＤに含まれる現在トルク値と、運転操作に応じて生成されたトルク指令値とを比較して、加速／減速指令を生成する。上位コントローラ１０は、現在トルク値がトルク指令値よりも小さければ加速指令を生成し、大きければ減速指令を生成する。また、上位コントローラ１０は、電動機２０を減速させている状況下で現在回転速度値がゼロになると値がゼロのトルク指令値を生成する。

　駆動装置１００は、例えばインバータであり、車載電池などの直流電源（図１では図示略）から供給される直流電力を交流電力ＰＷに変換して電動機２０に与える。電動機２０は、出力トルク計と回転速度計を有し（図１では図示略）、出力トルク計により計測された現在トルク値と回転速度計により計測された現在回転速度値（本実施形態では、ＥＶが前進する方向に回転する場合は正の値、後退する方向に回転する場合は負の値となる）を駆動装置１００に与える。駆動装置１００は、受け取った現在トルク値と現在回転速度値を自装置のメモリ（図１参照）に書き込む。この書き込みの際に、駆動装置１００は、メモリに既に書き込まれている現在回転速度値と、電動機２０から受け取った現在回転速度値とを比較して加速／減速状況データを生成してメモリに書き込む。駆動装置１００は、メモリに既に書き込まれている現在回転速度値が電動機２０から受け取った現在回転速度値よりも小さければ加速を示す加速／減速状況データを生成し、大きければ減速を示す加速／減速状況データを生成する。なお、ＥＶの始動時のように、メモリに現在回転速度値が書き込まれていない場合には、駆動装置１００は、現在回転速度値が正の値であると加速を示す加速／減速状況データを生成し、現在回転速度値が負の値であると減速を示す加速／減速状況データを生成する。そして、駆動装置１００は、メモリから現在トルク値、現在回転速度値および加速／減速状況データを読み出してデータＤを生成し、上位コントローラ１０に与える。

　駆動装置１００は、予めインストールされた制御プログラムを実行する制御部と、当該制御プログラムを実行する際のワークエリアとして使用されるメモリとを含んでいる。本実施形態では、上記制御プログラムを制御部に実行させることで、上位コントローラ１０から与えられる指令Ｍのトルク指令値に応じて内部トルク指令値が生成され、その内部トルク指令値により電動機２０に与える交流電力ＰＷを制御する処理が実現される。本実施形態は、その内部トルク指令値の生成方法に特徴がある。以下、本実施形態の特徴を顕著に示す駆動装置１００を中心に説明する。

　図２は、駆動装置１００の構成例を示す図である。
　図２に示すように駆動装置１００は、通信Ｉ／Ｆ部１０１、制御部１０２、電力変換部１０３、記憶部１０４、およびこれら構成要素間のデータ授受を仲介するバス１１０を有している。制御部１０２は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。制御部１０２は、記憶部１０４（より正確には不揮発性記憶部１０６）に記憶されているプログラムを実行することにより駆動装置１００の制御中枢として機能する。通信Ｉ／Ｆ部１０１は、例えばＮＩＣ（Ｎｅｔｗоｒｋ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｃａｒｄ）である。通信Ｉ／Ｆ部１０１はＣＡＮを介して上位コントローラ１０に接続されている。通信Ｉ／Ｆ部１０１は、上記ＣＡＮを介して上位コントローラ１０から送信されてくる指令Ｍを受信して制御部１０２に引き渡す一方、制御部１０２から引き渡されたデータＤを上記ＣＡＮを介して上位コントローラ１０へ送信する。

　電力変換部１０３は、前述した直流電源と電動機２０とに接続されている。電力変換部１０３は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を含んでいる（図２では図示略）。本実施形態では、これらスイッチング素子のスイッチング（オン／オフの切り替え）により、直流電源から供給される直流電力の交流電力ＰＷへの変換が実現される。電力変換部１０３に含まれるスイッチング素子のオン／オフ制御は、制御部１０２によって行われる。

　記憶部１０４は、揮発性記憶部１０５と不揮発性記憶部１０６とを含んでいる。揮発性記憶部１０５はＲＡＭ（Ｒａｎｄоｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）である。揮発性記憶部１０５は、図１におけるメモリに対応する。揮発性記憶部１０５は、各種プログラムを実行する際のワークエリアとして制御部１０２によって利用される。不揮発性記憶部１０６はフラッシュＲＯＭとＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）とを含んでいる。なお、図１の駆動装置１００のメモリは、揮発性記憶部１０５である。

　制御部１０２は、電動機２０から現在トルク値と現在回転速度値を受け取り、揮発性記憶部１０５に書き込む。また、制御部１０２は、通信Ｉ／Ｆ部１０１から指令Ｍを受け取ると、指令Ｍに含まれるトルク指令値に基づいて内部トルク指令値を生成して電力変換部１０３に与えるとともに、当該指令Ｍを揮発性記憶部１０５の所定の記憶領域に書き込む。制御部１０２は、原則的には、上位コントローラ１０から与えられた指令Ｍに含まれるトルク指令値と同じ値の内部トルク指令値を生成して電力変換部１０３に与えるのであるが、上位コントローラ１０から与えられた指令Ｍに含まれているトルク指令値が直近の値（揮発性記憶部１０５の所定の記憶領域に記憶されている指令Ｍに含まれるトルク指令値）から急激に変化した場合（例えば、変化幅が予め定められた閾値を超えた場合）には、前述した変化率リミッタにより変化幅を制限した内部トルク指令値を生成し、以降、徐々に内部トルク指令値を上位コントローラ１０から与えられる指令Ｍに含まれているトルク指令値に近づけて行く。本実施形態では、不揮発性記憶部１０６に変化率リミッタを表すデータが記憶されており、制御部１０２は、変化率リミッタを用いて演算を行う場合には当該データを不揮発性記憶部１０６から読み出して上記演算を行う。

　このように本実施形態の駆動装置１００では、上位コントローラ１０から与えられるトルク指令値が直近の値から急激に変化した場合には、特許文献１に開示の技術と同様に変化率リミッタによる制御が行われるのであるが、後述する条件が満たされた場合には、制御部１０２はトルク指令値の変化幅よりは小さく、かつ変化率リミッタによる変化幅よりは大きい変化幅で変化させた内部トルク指令値を生成する。具体的には、制御部１０２は、加速状態においてトルク指令値が正の値から負の値へ変化した場合には内部トルク指令値をゼロにする。以降、制御部１０２は、上位コントローラ１０から与えられる指令Ｍに含まれているトルク指令値と等しくなるまで、特許文献１に開示の技術と同様に、変化率リミッタを用いて内部トルク指令値を生成する。内部トルク指令値とトルク指令値が等しくなると、制御部１０２は、上位コントローラ１０から与えられる指令Ｍに含まれているトルク指令値と同じ値の内部トルク指令値を生成する。

　また、制御部１０２は、指令Ｍを受け取った時点からその指令Ｍに含まれているリミット時間が経過するまでに次の指令Ｍを受け取らなかった場合には、内部トルク指令値をゼロとして電動機２０の駆動制御を行う。その理由は、以下の通りである。前述したように、本実施形態では、指令Ｍが与えられてから次の指令Ｍが与えられるまでの時間の間隔は最長でもリミット時間となるはずである。しかし、実際は上位コントローラ１０の故障や、上位コントローラ１０と駆動装置１００を接続するＣＡＮの故障などにより、リミット時間内に次の指令Ｍが駆動装置１００に与えられないことがある。この場合、直近に与えられた指令Ｍに従った制御を継続してしまうと、運転者の意志とは無関係にＥＶの加速もしくは減速が継続してしまい、運転者を含めたＥＶに乗っている人が危険に晒される虞がある。このような不具合を避けるため、本実施形態では、制御部１０２は、指令Ｍを受け取った時点からその指令Ｍに含まれているリミット時間が経過するまでに次の指令Ｍを受け取らなかった場合には、内部トルク指令値をゼロとして電動機２０の駆動制御を行うのである。この駆動制御によってＥＶは停止し、ＥＶに乗っている人が危険に晒されることが確実に回避される。
　以上が、この発明の第１実施形態を示す駆動装置１００の構成である。

（Ｂ：動作）
　次に、駆動装置１００の動作について説明する。本実施形態では、駆動装置１００の動作の中でも制御部１０２の動作に顕著な特徴がある。そのため、制御部１０２の動作を中心に説明する。

　図３は、制御部１０２の内部トルク指令値生成処理の流れを示すフローチャートである。この内部トルク指令値生成処理は、上位コントローラ１０から与えられた指令Ｍに含まれるトルク指令値が直近の値から急激に変化した時点から、変化率リミッタによる制御を終了するまでの間、指令Ｍを受け取る毎に実行される処理である。

　制御部１０２は、上位コントローラから与えられた指令Ｍと上位コントローラに与えるデータＤとが条件１に該当するか否かを判定する（ステップＳ３０１）。条件１とは、指令Ｍに含まれるトルク指令値が負の値であるとともに、同指令Ｍに含まれる加速／減速指令が減速であり、かつ、揮発性記憶部１０５に記憶されているデ－タＤに含まれる現在トルク値が正の値であるとともに、同データＤに含まれる加速／減速状況データが加速を示すという条件である。条件１に該当するのは、例えば、ＥＶが加速している状況で、運転者がアクセルの踏込量を減らすかブレーキを踏み込んでＥＶを減速させようとする場合である。ステップＳ３０１の判定結果が“Ｙｅｓ”であると、制御部１０２は内部トルク指令値をゼロにして電力変換部１０３に与え、電動機２０の駆動制御を行う（ステップＳ３０２）。

　ステップＳ３０１の判定結果が“Ｎｏ”であると、制御部１０２は、指令ＭとデータＤとが条件２に該当するか否かを判定する（ステップＳ３０３）。条件２とは、指令Ｍに含まれるトルク指令値が正の値であるとともに、同指令Ｍに含まれる加速／減速指令が加速であり、かつ、揮発性記憶部１０５に記憶されているデ－タＤに含まれる現在トルク値が負の値であるとともに、同データＤに含まれる加速／減速状況データが減速を示すという条件である。条件２に該当するのは、例えば、ＥＶが減速している状況で、運転者がブレーキの踏込量を減らすかアクセルを踏んでＥＶを加速させようとする場合である。ステップＳ３０３の判定結果が“Ｙｅｓ”であると、制御部１０２は内部トルク指令値をゼロにして電力変換部１０３に与え、電動機２０の駆動制御を行う（ステップＳ３０４）。

　ステップＳ３０３の判定結果が“Ｎｏ”であると、制御部１０２は、指令ＭとデータＤとが条件３に該当するか否かを判定する（ステップＳ３０５）。条件３とは、指令Ｍに含まれるトルク指令値がゼロであるとともに、同指令Ｍに含まれる加速／減速指令が減速であり、かつ、デ－タＤに含まれる現在回転速度値がゼロであるという条件である。条件３に該当するのは、例えば、ブレーキの踏み込みに応じて電動機２０の現在回転速度値がゼロとなり、現在回転速度値がゼロになったことに応じて上位コントローラ１０がトルク指令値をゼロにした場合である。ステップＳ３０５の判定結果が“Ｙｅｓ”であると、制御部１０２は内部トルク指令値をゼロにして電力変換部１０３に与え、電動機２０の駆動制御を行う（ステップＳ３０６）。

　ステップＳ３０５の判定結果が“Ｎｏ”であると、制御部１０２は、指令Ｍのトルク指令値から変化率リミッタを用いて内部トルク指令値を生成し、電力変換部１０３に与え、電動機２０の駆動制御を行う（ステップＳ３０７）。これによって、内部トルク指令値生成処理が完了する。

　図４は、上位コントローラ１０から与えられるトルク指令値が正の値から負の値に急激に変化した場合の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指令値の時間変化を示すタイムチャートである。図４では、指令Ｍ’を受け取るまでは上位コントローラ１０から正の値のトルク指令値を含む指令Ｍが駆動装置１００に与えられており、時刻Ｔ０に与えられる指令Ｍ’においてトルク指令値が負の値に変化した場合について図示されている。駆動装置１００を搭載したＥＶの加速中に運転者がブレーキを踏むことでＥＶを減速させようとした場合に、トルク指令値は図４のように変化する。指令Ｍ’に含まれるトルク指令値は負の値であり、加速／減速指令は減速である。一方、指令Ｍ’が与えられるまではＥＶは加速中であったのであるから当該指令Ｍ’を与えられた時点の現在トルク値は正の値であり、かつ加速／減速状況は加速である。これは、図３の条件１に該当する。そのため、制御部１０２はステップＳ３０２の処理を実行し、内部トルク指令値をゼロにする。

　内部トルク指令値がゼロとなると、即座に現在回転速度値は下がり始め、ＥＶは減速し始める。つまり、運転者がブレーキを踏むことで、ＥＶの減速が即座に始まる。以降、ブレーキの踏み込みに応じて、負のトルク指令値と減速を示す加速／減速指令とを含む指令Ｍが上位コントローラ１０から駆動装置１００に与えられる。これらの指令Ｍを受け取る時点では加速／減速状況は減速となっており、これは、図３の条件１～３のいずれにも該当しない。そのため、制御部１０２は、これらの指令Ｍを上位コントローラ１０から受け取る毎に図３のステップＳ３０７の処理を実行し、指令Ｍのトルク指令値から変化率リミッタを用いて内部トルク指令値を生成する。内部トルク指令値が徐々にトルク指令値に近づき、内部トルク指令値とトルク指令値が同じ値となる。

　電動機２０の現在回転速度値は徐々に低下してゆき、ついには現在回転速度値がゼロとなりＥＶは停止する。電動機２０の現在回転速度値がゼロになったことを契機として上位コントローラ１０は、減速を示す加速／減速指令と値がゼロのトルク指令値とを含む指令Ｍを駆動装置１００に与え、これは図３における条件３に該当する。そのため、制御部１０２はステップＳ３０７の処理を実行し、内部トルク指令値をゼロにする。内部トルク指令値がゼロとなるので、電動機２０が逆回転してＥＶが後退することはない。なお、本動作例では、加速中に減速を指示する運転操作が為された場合について説明したが、減速中に加速を指示する運転操作が為された場合も同様である。この場合、トルク指令値が負の値から正の値に急激に変化し、かつ、加速／減速指令が加速であり、かつ、現在トルク値が負の値であるとともに加速／減速状況データが減速を示すため、ステップＳ３０３の判定結果が“Ｙｅｓ”となってステップＳ３０４の処理が実行される。すなわち、制御部１０２は、トルク指令値の変化幅よりは小さく、かつ変化率リミッタによる変化幅よりは大きい変化幅で内部トルク指令値を変化させる（具体的には、制御部１０２は、内部トルク指令値をゼロにする）。その後、制御部１０２は、指令Ｍを受け取る毎にステップＳ３０７の処理を実行し、内部トルク指令値を指令Ｍに含まれるトルク指令値に徐々に近づけて行く。

　以上説明したように、本実施形態の駆動装置１００によれば、例えばＥＶの加速中に運転者がブレーキを踏むと即座に減速が開始され、ＥＶの乗り心地を高めることができる。本実施形態では、ブレーキを踏んだ直後の内部トルク指令値の変化幅はトルク指令値の変化幅よりも小さいため、電動機２０に大きなダメージが与えられることを回避することができる。加えて本実施形態では、電動機２０を減速させて停止させる場合、現在回転速度値がゼロになったことによりトルク指令値が負の値からゼロに急減に変化したとしても、内部トルク指令値はゼロとされるため、電動機２０が逆回転することはなく、ＥＶの乗り心地や安全性をさらに高めることができる。このように、本実施形態によれば、電動機２０に大きなダメージが与えられることを回避しつつ、ＥＶの乗り心地や安全性を高めることが可能になる、といった効果が奏される。さらに、本実施形態によれば、予め設定したリミット時間を超えても指令Ｍが上位コントローラ１０から駆動装置１００に与えられないと、内部トルク指令値はゼロになり、ＥＶが停止する。つまり、本実施形態によれば、上位コントローラ等に故障に起因して電動機２０の制御が不可能となることを回避し、ＥＶの安全性を高めることが可能になる。

＜第２実施形態＞
　本実施形態の駆動装置の構成は第１実施形態の駆動装置１００と同じであるため、以下の説明では図１および図２を援用する。駆動装置１００と本実施形態の駆動装置の異なる点は、内部トルク指令値の生成方法にある。具体的には、本実施形態の駆動装置は、トルク指令値が急激に変化し、かつ所定の条件を満たした場合にトルク指令値の変化幅よりは小さくかつ変化率リミッタによる変化幅よりは大きい変化幅で変化させた内部トルク指令値を生成する点は第１実施形態と同一である。しかし、本実施形態では、例えば、加速中に減速を指示する運転操作が為されていた場合には、内部トルク指令値をゼロ以外の予め定めた一定値（正の値であって、かつ、変化率リミッタを用いて求まる値よりも絶対値が小さな値）とする点と、減速中に加速を指示する運転操作が為されていた場合には、内部トルク指令値をゼロ以外の予め定めた一定値（負の値であって、かつ、変化率リミッタを用いて求まる値よりも絶対値が小さな値）とする点、が第１実施形態と異なる。

　図５は、本実施形態の駆動装置の内部トルク指令値生成処理の流れを示すフローチャートである。図５では、図３におけるステップと同じステップには図３におけるものと同じ符号が付されている。図５と図３を比較すれば明らかなように、図５のフローチャートのステップＳ５０２およびステップＳ５０４は、図３のフローチャートのステップＳ３０２およびステップＳ３０４に相当する。ステップＳ５０２およびステップＳ５０４の各ステップでは、制御部１０２は、内部トルク指令値を上記一定値（ステップＳ５０３であれば正の値、ステップＳ３０４であれば負の値）とする。ステップＳ５０２における一定値を正の値とし、ステップＳ５０４における一定値を負の値とするのは、電動機２０に与えられるダメージを第１実施形態よりも小さくするためである。

　図６は、前掲図４と同様に、上位コントローラ１０から与えられるトルク指令値が時刻Ｔ０において正の値から負の値に急激に変化した場合の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指令値の時間変化を示すタイムチャートである。図６においても、図４における場合と同様に指令Ｍ’を受け取るまでは上位コントローラ１０から正の値のトルク指令値を含む指令Ｍが本実施形態の駆動装置に与えられており、指令Ｍ’においてトルク指令値が負の値に変化する。図６のタイムチャートと図４のタイムチャートが異なるのは、指令Ｍ’に応じて生成される内部トルク指令値がゼロ以外の予め定められた一定値（図６では正の値）となる点である。この後は図４のタイムチャートと同様に、制御部１０２は、トルク指令値から変化率リミッタを用いて内部トルク指令値を生成し、内部トルク指令値は徐々にトルク指令値に近づいてゆく。

　本実施形態によっても上記第１実施形態と同様に、ＥＶの乗り心地を高めるとともにＥＶの安全性を高めるといった効果が奏される。加えて、本実施形態によれば、トルク指令値が急激に変化した時の内部トルク指令の変化幅が第１実施形態よりは小さく、電動機２０に対するダメージを第１実施形態よりも低減することができるといった効果が奏される。

＜第３実施形態＞
　本実施形態の駆動装置の構成は第１実施形態の駆動装置１００と同じであるため、以下の説明においても図１および図２を援用する。駆動装置１００と本実施形態の駆動装置の異なる点は、本実施形態の駆動装置の不揮発記憶部１０６には２種類の変化率リミッタを表すデータが記憶されており、トルク指令値が急激に変化した時点からの経過時間によりそれらの変化率リミッタを切り替えて内部トルク指令値の演算を行う点にある。２種類の変化率リミッタとは、第１実施形態や第２実施形態で用いた変化率リミッタ（変化率リミッタＡとする）と、変化率リミッタＡよりも時間に対して急峻に変化する変化率リミッタ（変化率リミッタＢとする）である。本実施形態の駆動装置では、トルク指令値が直近の値から急激に変化した指令Ｍ’を上位コントローラ１０から与えられると、制御部１０２は、当該指令Ｍ’を与えられた時点から内部トルク指令値がゼロになるまで変化率リミッタＢを用いて内部トルク指令値を生成し、内部トルク指令値がゼロになってからは変化率リミッタＡを用いて内部トルク指令値を生成する。

　図７は、本実施形態の駆動装置の内部トルク指令値生成処理の流れを示すフローチャートである。図７では、図３におけるものと同じステップには図３におけるものと同じ符号が付されている。図７と図３を比較すれば明らかなように、図７のフローチャートのステップＳ７０２、ステップＳ７０４およびステップＳ７０７が、図３のフローチャートのステップＳ３０２、ステップ３０４およびステップＳ３０７に相当する。ステップＳ７０２およびステップＳ７０４の各ステップでは、制御部１０２は、変化率リミッタＢを用いて内部トルク指令値を生成する。ステップＳ７０７では、制御部１０２は、内部トルク指令値がゼロになるまでは変化率リミッタＢを用いて内部トルク指令値を生成し、内部トルク指令値がゼロになってからは変化率リミッタＡを用いて内部トルク指令値を生成する。なお、変化率リミッタＢを用いて算出された内部トルク指令値がゼロになるまでの時間ｔｂと、トルク指令値が急激に変化した時点から変化率リミッタＡを用いて内部トルク指令値を算出したとした場合における当該内部トルク指令値がゼロになるまでの時間ｔａとは本来一致しないので、変化率リミッタを変化率リミッタＢから変化率リミッタＡに切り換える際には、時間差ｔａ―ｔｂ分の補正を行って変化率リミッタＡによる内部トルク指令値の算出を行うようにすれば良い。具体的には、変化率リミッタＡによる内部トルク指令値の算出を行う際には、トルク指令値が急激に変化した時点からの実際の経過時間ｔに上記時間差ｔａ－ｔｂを加算した時間を用いて内部トルク指令値の算出を行うようにすれば良い。

　図８は、前掲図１１と同様に、上位コントローラ１０から与えられるトルク指令値が時刻Ｔ０において正の値から負の値に急激に変化した場合の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指令値の時間変化を示すタイムチャートである。図８においても、図１１における場合と同様に指令Ｍ’を受け取るまでは上位コントローラ１０から正の値のトルク指令値を含む指令Ｍが本実施形態の駆動装置に与えられており、指令Ｍ’においてトルク指令値が負の値に変化する。図８のタイムチャートでは、指令Ｍ’を受け取ってから内部トルク指令値がゼロになるまでは前掲図１１のタイムチャートに比較して内部トルク指令が急峻に減少してゆき、内部トルク指令値がゼロになってからは内部トルク指令値と上位コントローラ１０から与えられるトルク指令値とが一致するまで図１１のタイムチャート同様に内部トルク指令値が減少してゆく。このため、本実施形態によれば、減速を指示する運転操作が為されているにも拘らず実際には加速している期間が従来よりも短くなり、ＥＶの操作性および安全性が向上する。

　以上説明したように、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様に、ＥＶの乗り心地を高めるとともにＥＶの安全性を高めるといった効果が奏される。加えて、本実施形態においても、前述した第２実施形態と同様に、トルク指令値が急激に変化した時の内部トルク指令の変化幅が第１実施形態よりは小さく、電動機２０に対するダメージを第１実施形態よりも低減することができるといった効果が奏される。なお、本実施形態では、内部トルク指令値がゼロになったことを契機として内部トルク指令値の算出に用いる変化率リミッタを変化率リミッタＢから変化率リミッタＡに切り換えたが、このような切り換えを行わなくて勿論良い。要は、加速中に減速を指示された場合、或いは減速中に加速を指示された場合には、通常よりも急峻に変化する変化率リミッタを用いて内部トルク指令値を生成する態様であれば良い。変化率リミッタの切り換えを行わない態様であれば、変化率リミッタを切り換える態様に比較して内部トルク指令値の変化が急峻になるため電動機２０に与えられるダメージが大きくなるが、内部トルク指令値とトルク指令値とが一致するまでの期間を短くすることができる。

＜第４実施形態＞
　本実施形態の駆動装置の構成は第１実施形態の駆動装置１００と同じであるため、以下の説明においても図１および図２を援用する。本実施形態の駆動装置は、２種類の変化率リミッタ（前述した変化率リミッタＡおよび変化率リミッタＢ）を用いる点は第３実施形態の駆動装置と同様であるが、変化率リミッタを切り換えるタイミングが第３実施形態と異なる。図９は、本実施形態の駆動装置の内部トルク指令値生成処理の流れを示すフローチャートである。図９では、図７におけるものと同じステップには図７におけるものと同じ符号が付されている。図９と図７を比較すれば明らかなように、図９のフローチャートのステップＳ９０７が図７のフローチャートのステップＳ７０７に相当する。このステップＳ９０７では、制御部１０２は、内部トルク指令値が上記一定値になるまでは変化率リミッタＢを用いて内部トルク指令値を生成し、内部トルク指令値が上記一定値になってからは変化率リミッタＡを用いて内部トルク指令値を生成する。なお、上記一定値は、正の値であっても良くまた負の値であっても良いが、加速中に減速を指示された場合においては正の値であることが好ましく、減速中に加速を指示された場合においては負の値が好ましいことは第２実施形態と同一である。

　図１０は、前掲図８と同様に、上位コントローラ１０から与えられるトルク指令値が正の値から負の値に急激に変化した場合の現在回転速度値、トルク指令値および内部トルク指令値の時間変化を示すタイムチャートである。図１０においても、図８における場合と同様に指令Ｍ’を受け取るまでは上位コントローラ１０から正の値のトルク指令値を含む指令Ｍが本実施形態の駆動装置に与えられており、指令Ｍ’においてトルク指令値が負の値に変化する。図１０のタイムチャートでは、指令Ｍ’を受け取ってから内部トルク指令値がトルク指令値と一致するまでの時間が図８における場合よりも長くなっている。このため、本実施形態によれば、減速を指示する運転操作が為されているにも拘らず実際には加速している期間が第３実施形態よりは長くなるものの、図１１に示す従来技術よりは短くなる。つまり、本実施形態によっても、ＥＶの操作性および安全性を従来より向上させることができる。加えて、本実施形態では、指令Ｍ’を受け取った時点の内部トルク指令値の変化幅が第３実施形態よりも小さく、電動機２０に与えられるダメージを一層低減することができる。

　以上説明したように、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様に、ＥＶの乗り心地を高めるとともにＥＶの安全性を高めるといった効果が奏される。加えて、本実施形態によれば、電動機２０に対するダメージを第３実施形態よりも低減することができるといった効果が奏される。

＜その他の実施形態＞
　以上本発明の第１～第４実施形態を説明したが、これら実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
（１）上記各実施形態では、上位コントローラ１０から駆動装置に与えられる指令Ｍにはトルク指令値、加速／減速指令およびリミット時間が含まれていた。しかし、指令Ｍにはトルク指令値およびリミット時間のみが含まれる態様をとってもよい。この態様では、指令Ｍのトルク指令値と現在トルク値とを比較して加速／減速指令を補完する処理を駆動装置１００の制御部１０２に実行させるようにすれば良い。具体的には、制御部１０２は、トルク指令値が現在トルク値よりも大きい場合には加速指令を補完し、トルク指令値が現在トルク値よりも小さい場合には減速指令を補完するのである。この態様では、指令Ｍのデータ量が少なくなり、ＣＡＮを介した通信量を削減することができる。

（２）上記各実施形態では、上位コントローラ１０は、運転操作に応じて算出されるトルク指令値と現在トルク値との比較で加速／減速指令を生成した。しかし、アクセル開度の変化やブレーキ踏み込み量に応じて生成する処理を上位コントローラ１０に実行させても良い。例えば、運転者がアクセルを踏み込み始めたこともしくは運転者がさらにアクセルを踏み込んだことの検出を契機として上位コントローラ１０は加速指令を生成し、運転者がブレーキを踏み込み始めたこともしくは運転者がアクセルの踏み込みを弱くしたことの検出を契機として上位コントローラ１０は減速指令を生成する、といった具合である。

（３）データＤの現在回転速度値により、第１実施形態の内部トルク指令値生成処理と第３実施形態の内部トルク指令値生成処理とを切り替えて実行するようにしてもよい。詳述すると、現在回転速度値がゼロ以外の予め定めた一定値（一定値は正の値）よりも大きい場合は、制御部１０２は第３実施形態の内部トルク指令値生成処理を実行し、逆に、現在回転速度値が一定値よりも小さい場合は、第１実施形態の内部トルク指令値生成処理を実行するのである。現在回転速度値が一定値よりも大きい場合には内部トルク指令値の変化幅が大きいと、電動機２０に対するダメージも大きくなる。このため、現在回転速度値が一定値よりも大きい場合には、電動機２０に対するダメージが比較的少ない第３実施形態の内部トルク指令値生成処理により内部トルク指令値を生成する方が好ましい。逆に、現在回転速度値が一定値よりも小さい場合には、第１実施形態の内部トルク指令値生成処理を用いて内部トルク指令値を生成しても、特段の問題は発生しない。同様に、現在回転速度値に応じて第１実施形態の内部トルク指令値生成処理と第２実施形態の内部トルク指令値生成処理とを切り替えて実行しても良く、第１実施形態の内部トルク指令値生成処理と第４実施形態の内部トルク指令値生成処理とを切り替えて実行してもよい。また、現在回転速度値に応じて第２実施形態の内部トルク指令値生成処理と第３実施形態（或いは第４実施形態）の内部トルク指令値生成処理とを切り替えて実行してもよい。

（４）第２実施形態において、内部トルク指令値の初期値（すなわち、ステップＳ５０２或いはＳ５０４にて内部トルク指令値にセットする値）を、値が急激に変化する前のトルク指令値の大きさ（絶対値）に応じて切り換えてもよい。例えば、内部トルク指令値の初期値として大きさ（絶対値）の異なる２種類の値を予め用意しておく。そして、上記トルク指令値が予め設定した閾値よりも大きい場合には絶対値が大きい方の初期値を用い、上記閾値よりも小さい場合には絶対値の小さい方の初期値を用いるのである。このような態様によれば、電動機２０に対するダメージをできるだけ抑えつつ、ＥＶの操作性や安全性を向上させることが可能になる。

（５）上記各実施形態において、リミット時間を加速／減速状況に応じて変化させてもよい。例えば、加速中であればリミット時間を短くし、減速中であればリミット時間を長くするのである。リミット時間が経過するまでは、加速中であれば加速が継続され、減速中であれば減速が継続される。このため、加速中にリミット時間を長くしてしまうとその分だけＥＶの乗員が危険に晒されることになるが、減速中であれば最終的にはＥＶは停止し乗員が危険に晒されることはないからである。

（７）この発明の電動機駆動制御システム１は、ＥＶに関するものであるが、この発明を例えば、ハイブリッド車に対して用いてもよい。さらに、ＥＶやハイブリッド車ではなく、鉄道車両に動力源として搭載される電動機の駆動制御に本発明を用いてもよい。

１…電動機駆動制御システム、１０…上位コントローラ、２０…電動機、１００…駆動装置、１０１…通信Ｉ／Ｆ部、１０２…制御部、１０３…電力変換部、１０４…記憶部、１０５…揮発性記憶部、１０６…不揮発性記憶部、１１０…バス。

Claims

　直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機に与える電力変換部と、
　前記電動機の出力トルクを指示するために上位コントローラから与えられたトルク指令値が急激に変化した場合には、変化率リミッタにより変化幅を制限した内部トルク指令値を生成し、当該内部トルク指令値に従って前記電力変換部の作動制御を行う制御部と、を有し、
　前記制御部は、
　前記電動機を加速中に減速を指示された場合または減速中に加速を指示された場合には、トルク指令の変化幅よりは小さくかつ前記変化率リミッタにより制限された変化幅よりも大きい変化幅で変化させた内部トルク指令値を生成し、その後、前記変化率リミッタを用いて時間とともに内部トルク指令値をトルク指令値に近づけてゆく
　ことを特徴とする駆動装置。
　前記制御部は、
　前記電動機を加速中に減速を指示された場合または減速中に加速を指示された場合には、内部トルク指令値をゼロにし、その後、前記変化率リミッタを用いて時間とともに内部トルク指令値をトルク指令値に近づけてゆくことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
　前記制御部は、
　前記電動機を加速中に減速を指示された場合には、内部トルク指令値を正の値かつ前記変化率リミッタを用いて求まる値よりも絶対値が小さな値とし、その後、前記変化率リミッタを用いてトルク指令値に近づけてゆく一方、減速中に加速を指示された場合には、内部トルク指令値を負の値かつ前記変化率リミッタを用いて求まる値よりも絶対値が小さな値にし、その後、前記変化率リミッタを用いてトルク指令値に近づけてゆくことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
　前記制御部は、
　前記電動機を加速中に減速を指示された場合または減速中に加速を指示された場合には、前記変化率リミッタよりも急峻に変化する第２の変化率リミッタを用いて内部トルク指令値を生成することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
　前記制御部は、
　前記電動機を加速中に減速を指示された場合または減速中に加速を指示された場合には、内部トルク指令値が前記電動機の駆動状況に応じて予め定められた値に達するまでは前記変化率リミッタよりも急峻に変化する第２の変化率リミッタを用いて内部トルク指令値を生成し、当該値に達した以降は前記変化率リミッタを用いて時間とともに内部トルク指令値をトルク指令値に近づけてゆくことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
　前記制御部は、前記電動機の回転速度がゼロになると、内部トルク指令値をゼロにすることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
　トルク指令値とともに次のトルク指令値を与えられるまでの時間間隔を示すリミット時間が前記上位コントローラから前記制御部に与えられ、前記制御部は、リミット時間の示す時間が経過するまでに次のトルク指令値を受け取らなかった場合には、内部トルク指令値をゼロにすることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。