| 【発明の名称】 |
電気自動車の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】長井 正明
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士重工業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】電動機や制御回路が過負荷を受けるのを未然に防止するとともに、スムーズな乗り心地を実現させることのできる電気自動車の制御装置を提供する。
【解決手段】アクセル操作量Ａに応じて所定のトルク指令値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段３１と、トルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算および出力を行う電流指令値演算手段３２と、電流指令値に応じた電流を電動機１０に出力して電動機１０を制御する制御手段３３とを備える電気自動車の制御装置において、アクセル操作量Ａまたは車速相当信号Ｎに基づいて全開走行状態が所定時間持続したか否かを判定する全開走行判定手段３４と、全開走行状態が所定時間持続したと判定した場合に全開走行状態のトルク指令値または電流指令値を所定値まで低減させる指令値低減手段とを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】アクセル操作量に応じて所定のトルク指令値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段と、前記トルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算および出力を行う電流指令値演算手段と、前記電流指令値に応じた電流を駆動手段を介して電動機に出力することにより前記電動機を駆動制御する駆動制御手段とを備える電気自動車の制御装置において、アクセル操作量または車速相当信号に基づいて全開走行状態が所定時間持続したか否かを判定する全開走行判定手段と、全開走行状態が所定時間持続したと判定した場合に全開走行状態のトルク指令値または電流指令値を所定値まで低減させる指令値低減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。
【請求項２】前記指令値低減手段は、全開走行状態のトルク指令値または電流指令値を所定値まで漸次低減させるものであり、前記所定値が、全開走行状態のトルク指令値または電流指令値の９０〜９５％に相当する値であることを特徴とする請求項１記載の電気自動車の制御装置。
【請求項３】全開走行状態が解除された場合に、前記指令値低減手段により低減されたトルク指令値または電流指令値を漸次回復させる指令値回復手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の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、電気自動車の制御装置に関し、特に、電気自動車の電動機や制御回路を保護する機能を有する電気自動車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境汚染や騒音の防止・抑制のために、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関で走行する自動車に代えて、電動機で走行する電気自動車（ハイブリッド車を含む）の開発が進んでいる。このような電気自動車の駆動源である電動機としては、直流モータや交流モータが採用されており、中でも回転子に永久磁石を使用した三相交流同期モータ（以下、「同期モータ」という）は高効率であるため、電気自動車用の電動機の主流とされている。
【０００３】前記した各種電動機は、所定の制御手段によってその出力トルクが制御される。例えば、電動機が同期モータである場合には、アクセルペダルの操作量（以下、「アクセル操作量」という）に応じたトルク指令値を発生させ、このトルク指令値に同期モータの出力トルクを追従させるように同期モータに出力する電流を制御している。
【０００４】ここで、急発進時や急加速時のようにアクセルペダルを急激に踏み込んで全開（アクセル操作量１００％）にするとトルク指令値が急激に上昇する。このトルク指令値に追従するように制御された同期モータへの入力電流は、タイヤスリップなどの外的要因によって同期モータの定格電流値を上回る場合があり、この状態が一定期間持続した場合には同期モータや制御回路が過負荷を受けることとなる。
【０００５】同期モータが過負荷を受けた場合の故障を防ぐために従来から各種産業界で採用されている方法として、同期モータに入力される入力電流を検出する検出手段を設け、定格電流を上回る電流（以下、「過電流」という）を検出した場合には直ちに同期モータへの通電を停止する、という方法が挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記したような過負荷防止手段を採用した同期モータを電気自動車に搭載した場合には、同期モータへの入力電流が過電流となると同期モータへの通電が停止されて車両が突然停止してしまい、後方の車両に追突されたり、上り坂を逆走したりする事態が発生し、きわめて危険である。
【０００７】このように、過負荷防止制御の際に電気自動車が停止して危険な状況が発生するという問題を解決するために、過電流を検出しても通電を完全に停止させず、電流が小さくなった場合に再びモータを制御するという制御方法が提案されている（特開平８−１０７６０２号公報参照）。しかし、この制御方法では、モータのトルク変動が大きくなり、運転者または同乗者へ不快感を与えることとなっていた。
【０００８】本発明の課題は、電動機や制御回路が過負荷を受けるのを未然に防ぐとともに、スムーズな乗り心地感を実現させることのできる電気自動車の制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図２および図３に示したように、アクセル操作量に応じて所定のトルク指令値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段と、前記トルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算および出力を行う電流指令値演算手段と、前記電流指令値に応じた電流を電動機に出力することにより前記電動機を駆動制御する駆動制御手段とを備える電気自動車の制御装置において、アクセル操作量または車速相当信号に基づいて全開走行状態が所定時間持続したか否かを判定する全開走行判定手段と、全開走行状態が所定時間持続したと判定した場合に全開走行状態のトルク指令値または電流指令値を所定割合で低減させる指令値低減手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】請求項１記載の発明によれば、アクセル操作量または車速相当信号に基づいて全開走行状態（アクセル操作量１００％での走行状態）が所定時間持続したか否かを判定する全開走行判定手段を備えるため、全開走行状態が所定時間持続することによる電動機の過負荷状態を検出することができ、全開走行状態が所定時間持続したと判定した場合に、トルク指令値または電流指令値を所定割合で低減させる指令値低減手段を備えるため、電動機のトルクを大きく下げることなく電動機の過負荷状態を解消することができる。従って、電動機のトルクの大きな変動に伴う不快感を低減することができる。
【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電気自動車の制御装置において、例えば図４に示すように、前記指令値低減手段は、全開走行状態のトルク指令値または電流指令値を所定値まで漸次低減させるものであり、前記所定値が、全開走行状態のトルク指令値または電流指令値の９０〜９５％に相当する値であることを特徴とする。
【００１２】請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の奏する作用効果に加え、指令値低減手段は、トルク指令値または電流指令値を漸次低減させるものであり、低減させた後のトルク指令値が特定の値であるため、全開走行状態からきわめて円滑に電動機の出力トルクを低減させることができ、低減し終えてからも運転者が違和感を覚えることがない。従って、電動機の過負荷状態を回避しながら、優れた乗り心地を維持することができる。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電気自動車の制御装置において、例えば図３に示すように、全開走行状態が解除された場合に、前記指令値低減手段により低減されたトルク指令値または電流指令値を漸次回復させる指令値回復手段を備えることを特徴とする。
【００１４】請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の奏する作用効果に加え、全開走行状態が解除された場合に、低減させたトルク指令値または電流指令値を漸次回復させる指令値回復手段を備えるため、全開走行状態が解除されて電動機への過負荷が起こり得ない状態における最大のトルク指令値までトルク指令値を回復させることができる。従って、電動機の過負荷状態を回避しながら充分な加速を得ることができる。また、トルク指令値は漸次回復されるため、トルク指令値回復に伴う電動機の出力トルク変動も小さいので、優れた乗り心を維持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、電動機である三相交流同期モータ（同期モータ）１０で走行する電気自動車の制御装置について説明することとする。
【００１６】本実施の形態に係る電気自動車は、図１に示すように、電力源としてのバッテリ２０、同期モータ１０をベクトル制御する制御装置３０、制御装置３０で制御されバッテリ２０の出力を交流電力に変換する電力変換機であるインバータ４０、同期モータ１０の回転速度を検出する回転速度検出手段であるレゾルバ５０、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出器６０、同期モータ１０の回転運動をドライブシャフト８０に伝達するディファレンシャルギア７０、および、ドライブシャフト８０の両端に設けられた駆動輪９０を備えている。
【００１７】同期モータ１０は、ディファレンシャルギア７０およびドライブシャフト８０を介して駆動輪９０と連結され、同期モータ１０の回転運動により駆動輪９０が回転し車両に推進力を与えるようにされている。バッテリ２０からインバータ４０に供給された直流電力は、制御装置３０の制御のもとに三相交流電力に変換されて同期モータ１０に供給される。
【００１８】制御装置３０は、図２に示すように、トルク指令値演算手段３１、電流指令値演算手段３２、電流制御手段３３および全開走行判定手段３４を備える。トルク指令値演算手段３１は、アクセル操作量検出器６０で検出されたアクセル操作量Ａおよびレゾルバ５０で検出された同期モータ１０の回転速度Ｎに応じて所定のトルク指令値Ｔ*の演算および出力を行い、電流指令値演算手段３２は、トルク指令値Ｔ*に応じて所定の電流指令値Ｉ*の演算および出力を行う。
【００１９】電流制御手段３３は、電流指令値Ｉ*に従って（図示していない）ＰＷＭ信号発生部でＰＷＭ信号を発生させてインバータ４０に出力し、このＰＷＭ信号によってインバータ４０のスイッチング素子を所定のタイミングでオン／オフ操作することによって、同期モータ１０を制御するように機能する。
【００２０】全開走行判定手段３４は、アクセル操作量検出器６０で検出されたアクセル操作量Ａまたはレゾルバ５０で検出された同期モータ１０の回転速度Ｎに基づいて、全開走行状態（アクセル操作量Ａが１００％での走行状態）が所定時間持続したか否かを判定する。この場合の所定時間は、電気自動車の車種、同期モータの規格、走行条件などに基づいて適宜設定することができ、本実施の形態では６０秒としている。
【００２１】トルク指令値演算手段３１は、図３に示すように、基本トルク指令値演算手段３１ａと、トルク指令値低減・回復手段３１ｂと、加減算器３１ｃとを備える。基本トルク指令値演算手段３１ａは、アクセル操作量Ａおよび回転速度Ｎに基づいて基本トルク指令値Ｔ0*の演算を行う。トルク指令値低減・回復手段３１ｂは、全開走行判定手段３４によって全開走行状態が所定時間持続したと判定された場合に、トルク指令値Ｔ*を所定値まで低減させるとともに、全開走行判定手段３４によって全開走行状態が解除されたと判定された場合に、低減させたトルク指令値Ｔ*を回復させるように機能する。
【００２２】具体的には、全開走行状態が所定時間持続したと判定された場合には、全開走行判定手段３４によってトルク指令値低減信号Ｓ-が出力され、このトルク指令値低減信号Ｓ-に従ってトルク指令値低減・回復手段３１ｂがトルク指令低減値Ｔ-*を出力し、加減算器３１ｃで、基本トルク指令値Ｔ0*およびトルク指令低減値Ｔ-*に従って、低減させたトルク指令値Ｔ*を演算して出力する。
【００２３】また、全開走行状態が解除されたと判定された場合には、全開走行判定手段３４によってトルク指令値回復信号Ｓ+が出力され、このトルク指令値回復信号Ｓ+に従ってトルク指令値低減・回復手段３１ｂがトルク指令回復値Ｔ+*を出力し、加減算器３１ｃで、基本トルク指令値Ｔ0*およびトルク指令回復値Ｔ+*に従って、回復させたトルク指令値Ｔ*を演算して出力する。
【００２４】トルク指令値低減・回復手段３１ｂから出力されるトルク指令低減値Ｔ-*およびトルク指令回復値Ｔ+*は、後述するように経時的に変化するものとされ、トルク指令値演算手段３１から出力されるトルク指令値Ｔ*が全開走行時の値（ＴMAX*）から所定値まで徐々に低減するようにし、かつ、所定値から徐々に回復するようにしている（図５参照）。
【００２５】次いで、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置を用いた過負荷防止制御動作を、図４および図５を用いて説明する。
【００２６】まず、電気自動車を発進させ、徐々にアクセルペダルを踏み込んで走行させる。この状態においては、アクセル操作量Ａおよび同期モータ１０の回転速度Ｎに応じてトルク指令値Ｔ*が随時演算されて出力され（トルク指令値演算工程、Ｓ１参照）、このトルク指令値Ｔ*に応じて電流指令値Ｉ*が随時演算されて出力され、この電流指令値Ｉ*に応じた電流をインバータ４０を介して同期モータ１０に出力することにより同期モータ１０が駆動制御されている。
【００２７】全開走行判定手段３４は、前記した走行中に、アクセル操作量Ａまたはレゾルバ５０で検出した同期モータ１０の回転速度Ｎによって、全開走行状態（アクセル操作量１００％での走行状態）に達したか否かを判定する（全開走行到達判定工程、Ｓ２参照）。全開走行状態に達していると判定した場合にはＳ３へ、全開走行状態に達していないと判定した場合にはＳ６へ移行する。
【００２８】全開走行状態に達していると判定した場合には、全開走行判定手段３４はその全開走行状態が所定時間（６０秒）持続したか否かを判定する（全開走行持続判定工程、Ｓ３参照）。全開走行状態が所定時間持続した場合にはＳ４へ、全開走行状態が所定時間持続しなかった場合にはＳ６へ移行する。なお、図５は、全開走行状態に達してからのトルク指令値Ｔ*の時間履歴を表したものであり、ｔ1＝６０（ｓ）である。
【００２９】全開走行状態が所定時間持続した場合には、全開走行判定手段３４は、トルク指令値演算手段３１にトルク指令値低減信号Ｓ-を出力し、このトルク指令値低減信号Ｓ-に従ってトルク指令値低減・回復手段３１ｂがトルク指令低減値Ｔ-*を出力する。このトルク指令低減値Ｔ-*を、基本トルク指令値演算手段３１ａによって算出された基本トルク指令値Ｔ0*（＝全開走行時のトルク指令値ＴMAX*）から減じる演算を加減算器３１ｃで行い、低減させたトルク指令値Ｔ*を算出して出力する（トルク指令値低減工程、Ｓ５参照）。
【００３０】本実施の形態においては、トルク指令値低減工程Ｓ５におけるトルク指令値Ｔ*の最大低減値ΔＴ*を、全開走行時のトルク指令値ＴMAX*の１０％に相当する値としている（図５参照）。すなわち、トルク指令値Ｔ*は、トルク指令値低減工程Ｓ５を経ることによって、全開走行時のトルク指令値ＴMAX*の９０％に相当する値（所定値）まで低減される。なお、トルク指令値Ｔ*を所定値まで低減し終えていた場合には、トルク指令値Ｔ*の低減は行わない（スキップ工程、Ｓ４参照）。
【００３１】この後、アクセルペダルを緩めてアクセル操作量が１００％未満とされた場合には、全開走行判定手段３４は全開走行状態が解除されたと判定してＳ７に移行する（全開走行解除判定工程、Ｓ６参照）。この場合、全開走行判定手段３４は、トルク指令値低減信号Ｓ-に代えてトルク指令値回復信号Ｓ+をトルク指令値演算手段３１に出力し、このトルク指令値回復信号Ｓ+に従ってトルク指令値低減・回復手段３１ｂがトルク指令回復値Ｔ+*を出力する。
【００３２】このトルク指令回復値Ｔ+*を、基本トルク指令値演算手段３１ａによって算出された基本トルク指令値Ｔ0*から減じる演算を加減算器３１ｃで行い、回復させたトルク指令値Ｔ*を算出して出力し（トルク指令値回復工程、Ｓ７参照）、過負荷防止制御動作を終了する。なお、本実施の形態におけるトルク指令回復値Ｔ+*は、トルク指令低減値Ｔ-*の絶対値を経時的に低減させたものとしており、得られるトルク指令値Ｔ*が基本トルク指令値Ｔ0*へ徐々に近づくようにしている（図５参照）。全開走行状態が解除されていない場合には、このトルク指令値回復工程Ｓ７を経ずに終了する。
【００３３】本実施の形態においては、トルク指令値低減・回復手段３１ｂから出力されるトルク指令低減値Ｔ-*を、経時変化させている。すなわち、トルク指令低減値Ｔ-*を０からΔＴ*まで単調増加する時間関数で定めることによって、基本トルク指令値Ｔ0*からこのトルク指令低減値Ｔ-*を減じて得たトルク指令値Ｔ*が、全開走行時の値ＴMAX*から所定の低減値へと漸次低減するようにしている（図５参照）。
【００３４】また、本実施の形態においては、トルク指令値低減・回復手段３１ｂから出力されるトルク指令回復値Ｔ+*をも同様に経時変化させており、トルク指令値Ｔ*が所定の低減値から基本トルク指令値Ｔ0*へと漸次回復するようにしている（図５参照）。
【００３５】本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、アクセル操作量Ａまたは同期モータ１０の回転速度Ｎに基づいて全開走行状態が所定時間持続したか否かを判定する全開走行判定手段３４を備えるため、全開走行状態が所定時間持続することによる同期モータ１０の過負荷状態を速やかに検出することができ、かつ、全開走行状態が所定時間持続したと判定した場合に、トルク指令値Ｔ*を所定値まで低減させるトルク指令値低減・回復手段３１ｂを備えるため、同期モータ１０を停止させることなく同期モータ１０の過負荷状態を解消することができる。従って、同期モータ１０が停止することによる車両の突然の停止を未然に防ぐことができ、車両の突然の停止に伴う危険を回避することができる。
【００３６】また、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、トルク指令値低減・回復手段３１ｂは、トルク指令値Ｔ*を漸次低減させるものであり、低減させた後のトルク指令値Ｔ*が全開走行時のトルク指令値ＴMAX*の９０％に相当する値（所定値）であるため、全開走行状態からきわめて円滑に同期モータ１０の出力トルクを低減させることができ、低減し終えてからも運転者が違和感を覚えることがない。従って、同期モータ１０の過負荷状態を回避しながら、優れた乗り心地を維持することができる。
【００３７】さらに、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、全開走行状態が解除された場合に、低減させたトルク指令値Ｔ*を漸次回復させるトルク指令値低減・回復手段３１ｂを備えるため、全開走行状態が解除されて同期モータ１０への過負荷が起こり得ない状態における最大のトルク指令値Ｔ*までトルク指令値Ｔ*を回復させることができる。従って、同期モータ１０の過負荷状態を回避しながら充分な加速を得ることができる。また、トルク指令値Ｔ*は漸次回復されるため、トルク指令値回復に伴う同期モータ１０の出力トルク変動も小さいので、優れた乗り心地を維持することができる。
【００３８】なお、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置においては、車速相当信号を同期モータ１０の回転速度Ｎとしたが、これに限定されるものではなく、車速として等価的に扱うことができる信号であればいかなるものでもよい。他の車速相当信号としては、駆動輪９０の回転速度などを挙げることができる。
【００３９】また、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置においては、指令値低減手段および指令値回復手段として、トルク指令値低減・回復手段３１ｂを採用したが、これに限定されるものではなく、指令値低減手段として電流指令値低減手段を、指令値回復手段として電流指令値回復手段を採用することもできる。
【００４０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、電動機のトルクを大きく下げることなく電動機の過負荷状態を解消することができる。従って、電動機のトルクの大きな変動に伴う不快感を低減することができる。
【００４１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、全開走行状態からきわめて円滑に電動機の出力トルクを低減させることができ、低減し終えてからも運転者が違和感を覚えることがない。従って、電動機の過負荷状態を回避しながら、優れた乗り心地を維持することができる。
【００４２】請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、全開走行状態が解除されて電動機への過負荷が起こり得ない状態における最大の値までトルク指令値を回復させることができる。従って、電動機の過負荷状態を回避しながら充分な加速を得ることができる。また、トルク指令値は漸次回復されるため、トルク指令値回復に伴う電動機の出力トルク変動も小さいため、優れた乗り心地を維持することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３４８
【氏名又は名称】富士重工業株式会社
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿一丁目７番２号
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| 【出願日】 |
平成１３年９月２１日（２００１．９．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９００３３
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１０２１０２（Ｐ２００３−１０２１０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年４月４日（２００３．４．４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２８９６０９（Ｐ２００１−２８９６０９） |
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