| 【発明の名称】 |
電気自動車の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松永 康郎
【氏名】大津 英一
【氏名】山田 博之
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| 【要約】 |
【課題】コントローラの演算結果の判断をすばやく確実に行ない、モータの駆動制御の正確さを判断する。
【解決手段】モータ制御回路７に第１および第２の演算制御回路１１，２１を設け、それぞれの演算制御回路１１，２１で同一のモータ制御指令値Ｉｔ*／Ｉｔｓ*，Ｉｍ*／Ｉｍｓ*を演算して比較し、両者の差が所定値以上の場合に停止指令を出力する。これにより、モータ制御指令値の演算における誤差をすばやく確実に検知でき、電気自動車の制御装置の信頼性を向上させることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換してモータに印加する電力変換回路と、トルク指令にしたがって前記電力変換回路を制御するモータ制御回路とを備えた電気自動車の制御装置であって、前記モータ制御回路に第１および第２の演算制御回路を設け、それぞれの演算制御回路で同一のモータ制御指令値を演算して比較し、両者の差が所定値以上の場合に停止指令を出力することを特徴とする電気自動車の制御装置。
【請求項２】 請求項１に記載の電気自動車の制御装置において、前記モータに連結されて前記モータの回転角を検出する第１および第２の回転角検出手段を備え、前記第１の演算制御回路は前記第１の回転角検出手段により検出された前記モータの回転角に基づいてモータ電気角θｍを演算するとともに、前記第２の演算制御回路は前記第２の回転角検出手段により検出された前記モータの回転角に基づいてモータ電気角θｓを演算し、前記第１および第２の演算制御回路で演算されたモータ電気角の差が所定値以上の場合に停止指令を出力することを特徴とする電気自動車の制御装置。
【請求項３】 請求項２に記載の電気自動車の制御装置において、前記モータは三相交流モータであり、前記モータに流れる三相交流電流を検出する電流検出手段を備え、前記第１の演算制御回路は、前記モータ電気角θｍに基づいて前記電流検出手段により検出された三相電流を二相電流に変換し、この二相電流を自身で演算した前記モータ制御指令値と比較しながら前記モータの電流フィードバック制御を行ない、前記第２の演算制御回路は、前記第１の演算制御回路により演算された前記モータ電気角θｍに基づいて前記電流検出手段により検出された三相電流を二相電流に変換し、この二相電流を自身で演算した前記モータ制御指令値と比較して両者の差が所定値以上の場合に停止指令を出力することを特徴とする電気自動車の制御装置。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの項に記載の電気自動車の制御装置において、前記第１および第２の演算制御回路をそれぞれ別個のマイクロコンピュータのソフトウエア形態で構成したことを特徴とする電気自動車の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車の走行用モータを駆動制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロコンピュータとメモリを備えた車両コントローラとモータコントローラにおいて、各コントローラのメモリに相手のコントローラから定期的にデータが書き込まれない場合や、所定時間以上、同一のデータが続けて書き込まれた場合には、いずれかのコントローラの異常と判断し、装置の動作を停止するようにした電気自動車の制御装置が知られている（例えば、特開平５−１２２８０１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の電気自動車の制御装置では、各コントローラの出力信号の誤差の大きさを判断するまでに時間がかかる上に、メモリに書き込まれたデータのチェックや送受信データのチェックだけでは、モータコントローラの出力する制御指令値によりモータが指令値通りに作動しているのかを確認できないという問題がある。
【０００４】本発明の目的は、コントローラの演算結果の判断をすばやく確実に行ない、モータの駆動制御の正確さを判断するようにした電気自動車の制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１） 請求項１の発明は、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換してモータに印加する電力変換回路と、トルク指令にしたがって電力変換回路を制御するモータ制御回路とを備えた電気自動車の制御装置であって、モータ制御回路に第１および第２の演算制御回路を設け、それぞれの演算制御回路で同一のモータ制御指令値を演算して比較し、両者の差が所定値以上の場合に停止指令を出力する。
（２） 請求項２の電気自動車の制御装置は、モータに連結されてモータの回転角を検出する第１および第２の回転角検出手段を備え、第１の演算制御回路は第１の回転角検出手段により検出されたモータの回転角に基づいてモータ電気角θｍを演算するとともに、第２の演算制御回路は第２の回転角検出手段により検出されたモータの回転角に基づいてモータ電気角θｓを演算し、第１および第２の演算制御回路で演算されたモータ電気角の差が所定値以上の場合に停止指令を出力する。
（３） 請求項３の電気自動車の制御装置のモータは三相交流モータであり、モータに流れる三相交流電流を検出する電流検出手段を備え、第１の演算制御回路は、モータ電気角θｍに基づいて電流検出手段により検出された三相電流を二相電流に変換し、この二相電流を自身で演算したモータ制御指令値と比較しながらモータの電流フィードバック制御を行ない、第２の演算制御回路は、第１の演算制御回路により演算されたモータ電気角θｍに基づいて電流検出手段により検出された三相電流を二相電流に変換し、この二相電流を自身で演算したモータ制御指令値と比較して両者の差が所定値以上の場合に停止指令を出力する。
（４） 請求項４の電気自動車の制御装置は、第１および第２の演算制御回路をそれぞれ別個のマイクロコンピュータのソフトウエア形態で構成したものである。
【０００６】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、第１および第２の演算制御回路で同一のモータ制御指令値を演算して比較し、両者の差が所定値以上の場合に停止指令を出力するようにしたので、モータ制御指令値の演算における誤差の大きさをすばやく確実に検知でき、電気自動車の制御装置の信頼性を向上させることができる。
（２） 請求項２の発明によれば、第１および第２の演算制御回路でそれぞれ別個の回転角検出手段により検出されたモータ回転角に基づいてモータの電気角を演算し、両者の差が所定値以上の場合に停止指令を出力するようにしたので、モータ電気角の演算における誤差の大きさをすばやく確実に検知でき、電気自動車の制御装置の信頼性を向上させることができる。
（３） 請求項３の発明によれば、モータ電気角に基づいて三相交流電流を二相電流に変換し、その二相電流をモータ制御指令値と比較して両者の差が所定値以上の場合に停止指令を出力するようにしたので、モータ制御におけるモータ作動の正確さすばやく確実に検知することができ、電気自動車の制御装置の信頼性を向上させることができる。また、第１および第２の演算制御回路で、同一のモータ電気角θｍに基づいて三相交流電流を二相電流に変換するようにしたので、電気角の検出誤差に起因する電流変換の変換誤差を小さくすることができ、装置の信頼性を向上させることができる。
（４） 請求項４の発明によれば、第１および第２の演算制御回路をそれぞれ別個のマイクロコンピュータのソフトウエア形態で構成したことにより、余分な回路および機器が付加されないので、構成部品点数に対する装置の信頼性レベルを低下させることがない。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は一実施形態の構成を示す図である。バッテリ１は開閉器２およびＤＣリンクコンデンサ３を介してインバータ４に直流電力を供給し、インバータ４は直流電力を交流電力に変換して三相誘導モータ５に印加する。インバータ４は、電気自動車の走行を制御するトルクプロセッシングコントローラ６およびモータコントローラ７により制御される。モータ５には２台のエンコーダ８，９が機械的に連結されており、共にモータコントローラ７へモータ回転角信号を出力する。電流センサ１０はモータ５に流れる三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出し、モータコントローラ７へ出力する。
【０００８】トルクプロセッシングコントローラ６は、アクセル信号、シフト信号、ブレーキ信号、モータ回転数などに基づいてトルク指令を演算し、モータコントローラ７へ出力する。モータコントローラ７はインバータ４をベクトル制御するための制御装置であり、トルクプロセッシングコントローラ６からのトルク指令、エンコーダ８，９からのモータ回転角信号、電流センサ１０からのモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗなどに基づいて、インバータ４のスイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号を演算する。モータコントローラ７はまた、モータ制御指令値の演算結果の誤差の大きさおよび実際のモータの制御状況の判断を行ない、誤差の大きさやモータの制御状況によりインバータ４に停止命令を出力するとともに、接触器２を開放してインバータ４への電力の供給を遮断する。
【０００９】なお、この実施形態ではモータ５に三相誘導電動機を用い、モータコントローラ７およびインバータ４にベクトル制御インバータを用いた例を示すが、モータおよびインバータの種類はこの実施形態に限定されず、例えば同期電動機を用いたベクトル制御インバータであってもよい。
【００１０】図２はモータコントローラ７の制御ブロック図である。モータコントローラ７は、メインマイコン（この明細書では、マイクロコンピュータをマイコンと呼ぶ）１１と、サブマイコン２１と、ＯＲ回路３１を備えている。２台のマイコン１１，２１はそれぞれモータ制御指令値を演算して比較し、制御指令値演算における演算結果の誤差の大きさを検知するとともに、モータ制御指令値と実際のモータ制御結果を比較し、モータの制御状況を判断する。
【００１１】メインマイコン１１は、ソフトウエア形態で構成されるモータ制御演算部１２、座標変換部１３、比較部１４、電流制御部１５を備えている。モータ制御演算部１２は、トルクプロセッシングコントローラ６からのトルク指令とエンコーダ８からのモータ回転角信号に基づいて、モータ制御指令値であるトルク電流指令値Ｉｔ*、励磁電流指令値Ｉｍ*、モータ電気角θｍを演算する。座標変換部１３は、モータ制御演算部１２で演算されたモータ電気角θｍに基づいて、電流センサ１０で検出したモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをトルク電流と励磁電流のフィードバック値Ｉｔ，Ｉｍに座標変換（３／２相変換）する。比較部１４は、モータ制御演算部１２で演算されたモータ制御指令値Ｉｔ*，Ｉｍ*，θｍと、後述するサブマイコン２１のモータ制御演算部２２で演算されたモータ制御指令値Ｉｔｓ*，Ｉｍｓ*，θｓとをそれぞれ別個に比較し、いずれかに所定値以上の差があるとＯＲ回路３１へ停止指令を出力する。電流制御部１５は、モータ制御指令値Ｉｔ*，Ｉｍ*，θｍと、電流フィードバック値Ｉｔ，Ｉｍとに基づいて電流フィードバック制御を行ない、インバータ４へＰＷＭ信号を出力する。
【００１２】サブマイコン２１は、ソフトウエア形態で構成されるモータ制御演算部２２、座標変換部２３、比較部２４を備えている。モータ制御演算部２２は、トルクプロセッシングコントローラ６からのトルク指令とエンコーダ９からのモータ回転角信号に基づいて、モータ制御指令値であるトルク電流指令値Ｉｔｓ*、励磁電流指令値Ｉｍｓ*、モータ電気角θｓを演算する。座標変換部２３は、メインマイコン１１のモータ制御演算部１２で演算されたモータ電気角θｍに基づいて、電流センサ１０で検出したモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをトルク電流と励磁電流のフィードバック値Ｉｔｓ，Ｉｍｓに座標変換（３／２相変換）する。比較部２４は、モータ制御演算部２２で演算されたモータ制御指令値Ｉｔｓ*，Ｉｍｓ*と座標変換部２３で変換された電流フィードバック値Ｉｔｓ，Ｉｍｓとを比較するとともに、メインマイコン１１で演算されたモータ電気角θｍとサブマイコン２１で演算されたモータ電気角θｓとを比較し、いずれかに所定値以上の差があるとＯＲ回路３１へ停止指令を出力する。
【００１３】図３はメインマイコン１１の処理を示すフローチャート、図４はサブマイコン２１の処理を示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施形態の動作を説明する。メインマイコン１１は、装置の電源が投入されると図３に示す処理を繰り返し実行する。ステップ１において、トルク指令とモータ回転角信号に基づいてトルク電流指令値Ｉｔ*と励磁電流指令値Ｉｍ*を演算する。次に、ステップ２で、サブマイコン２１で演算されたトルク電流指令値Ｉｔｓ*と励磁電流指令値Ｉｍｓ*を入力する。ステップ３で、２台のマイコン１１，２１で演算されたトルク電流指令値Ｉｔ*，Ｉｔｓ*と励磁電流指令値Ｉｍ*，Ｉｍｓ*を個別に比較し、両者の差の絶対値がそれぞれ所定値ΔＩｔ１，ΔＩｍ１よりも小さいかどうかを確認する。なお、モータ制御指令値に含まれる瞬間的な変動分やノイズを除去するために、モータ制御指令値にローパスフィルター処理を施してから比較処理を行なう。いずれかの電流指令値の差が所定値以上の場合はマイコン１１，２１の演算結果の誤差が大きいと判断し、ステップ４へ進んで停止指令を出力し処理を終了する。
【００１４】このように、２台のマイコンで同一のモータ制御指令値を演算して比較し、その差が所定値以上の場合はマイコン１１，２１の演算結果の誤差が大きいとして装置を停止するようにしたので、モータ制御指令値の誤差による影響をすばやく防止でき、電気自動車の制御装置の信頼性を向上させることができる。
【００１５】２台のマイコン１１，２１で演算された電流指令値がともに所定値より小さい場合はマイコン１１，２１の演算結果の誤差は極めて小さいと判断し、ステップ５へ進む。ステップ５ではモータ回転角信号に基づいてモータ５の電気角θｍを演算し、続くステップ６でサブマイコン２１で演算されたモータ電気角θｓを入力する。ステップ７において、２台のマイコン１１，２１で演算されたモータ電気角θｍ，θｓの差の絶対値が所定値Δθよりも小さいかどうかを確認する。なお、モータ電気角信号に含まれる瞬間的な変動分やノイズを除去するために、モータ電気角信号にローパスフィルター処理を施してから比較処理を行なう。モータ電気角の差が所定値以上の場合はマイコン１１，２１の演算結果の誤差が大きいと判断し、ステップ８へ進んで停止指令を出力し処理を終了する。
【００１６】このように、２台のマイコン１１，２１でモータ電気角を演算して比較し、その差が所定値以上の場合はマイコン１１，２１の演算結果の誤差が大きいとして装置を停止するようにしたので、モータ電気角の誤差の増大による影響をすばやく防止でき、電気自動車の制御装置の信頼性を向上させることができる。
【００１７】２台のマイコン１１，２１で演算されたモータ電気角の差が所定値よりも小さい場合はマイコン１１，２１の演算結果の誤差は極めて小さいと判断し、ステップ９へ進む。ステップ９では、演算したモータ電気角θｍをサブマイコン２１へ出力する。続くステップ１０で、モータ電気角θｍにより三相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをトルク電流Ｉｔと励磁電流Ｉｍに座標変換して電流フィードバック値を演算する。ステップ１１において、モータ電流指令値Ｉｔ*，Ｉｍ*と電流フィードバック値Ｉｔ，Ｉｍとに基づいて電流フィードバック制御を行ない、ＰＷＭ信号を演算して出力する。
【００１８】サブマイコン２１は、装置の電源が投入されると図４に示す処理を繰り返し実行する。ステップ２１において、トルク指令とモータ回転角信号に基づいてトルク電流指令値Ｉｔｓ*と励磁電流指令値Ｉｍｓ*を演算する。ステップ２２でメインマイコン１１からモータ電気角θｍを入力し、ステップ２３で、モータ電気角θｍにより三相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをトルク電流Ｉｔｓと励磁電流Ｉｍｓに座標変換して電流フィードバック値を演算する。ステップ２４において、モータ電流指令値Ｉｔｓ*，Ｉｍｓ*と電流フィードバック値Ｉｔｓ，Ｉｍｓを個別に比較し、両者の差の絶対値がそれぞれ所定値ΔＩｔ２，ΔＩｍ２よりも小さいがどうかを確認する。なお、モータ制御指令値と電流フィードバック値に含まれる瞬間的な変動分やノイズを除去するために、モータ制御指令値と電流フィードバック値にローパスフィルター処理を施してから比較処理を行なう。モータ電流指令値と電流フィードバック値の差が所定値以上の場合はマイコン１１，２１の演算結果の誤差が大きいと判断し、ステップ２５へ進んで停止指令を出力し処理を終了する。
【００１９】このように、モータ電流指令値と電流フィードバック値を比較し、その差が所定値以上ある場合にはマイコン１１，２１の演算結果の誤差が大きいとして装置を停止するようにしたので、電気自動車の制御装置の信頼性を向上させることができる。また、モータ電気角θはエンコーダ８，９で検出されるモータ回転角信号を積分して算出するので、わずかな誤差でも積分されて大きな誤差になる。そこで、この実施形態では、メインマイコン１１で電流フィードバック制御に用いるモータ電気角θｍを、サブマイコン２１側の座標変換処理にも用いる。２台のマイコンで同一のモータ電気角θｍを用いて処理を行なうことにより、積分誤差の影響を排除することができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【００２０】モータ電流指令値と電流フィードバック値の差が所定値よりも小さい場合は装置に異常はないと判断し、ステップ２６へ進む。ステップ２６ではモータ回転角信号に基づいてモータ電気角θｓを演算し、続くステップ２７でメインマイコン１１で演算されたモータ電気角θｍを入力する。ステップ２８において、２台のマイコン１１，２１で演算されたモータ電気角θｓ，θｍの差の絶対値が所定値Δθよりも小さいかどうかを確認する。モータ電気角の差が所定値以上の場合はマイコン１１，２１の演算結果の誤差が大きいと判断し、ステップ２９へ進んで停止指令を出力し処理を終了する。モータ電気角の差が所定値よりも小さい場合はマイコン１１，２１の演算結果の誤差が極めて小さいと判断し、ステップ２１へ戻って上記処理を繰り返す。
【００２１】このように、メインマイコン１１から送られて座標変換処理に用いるモータ電気角θｍを、サブマイコン２１側で演算したモータ電気角θｓと比較し、その差が所定値以上の場合は誤差が大きいとして装置を停止するようにしたので、メインマイコン１１からサブマイコン２１へのモータ電気角θｍの転送時に、ノイズの混入などによって値が変化した場合でも装置の信頼性を向上させることができる。
【００２２】以上の一実施形態の構成において、インバータ４が電力変換回路を、モータコントローラ７がモータ制御回路を、メインマイコン１１が第１の演算制御回路を、サブマイコン２１が第２の演算制御回路を、エンコーダ８が第１の回転角検出手段を、エンコーダ９が第２の回転角検出手段を、電流センサー１０が電流検出手段をそれぞれ構成する。なお、上述した実施形態では、回路および機器を付加せずにマイクロコンピュータのソフトウエア形態で装置を構成したので、構成部品点数に対する装置の信頼性レベルを低下させることがない。しかし、制御装置の一部または全部をハードウエア形態で構成することももちろん可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【識別番号】０００２３２９９９
【氏名又は名称】株式会社日立カーエンジニアリング
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）７月４日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 冬紀
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７８０１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１７９９４９ |
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