| 【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】車体振動を効果的に抑制することができる電気自動車の制御装置を提供すること。
【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、電動機へ入力される入力電流を検出する電流検出手段と、電流指令値に応じた電流を電動機に出力して電動機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、入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否かを判定する振動判定手段３４と、入力電流の振動が所定の振動状態にあると判定された場合に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、電動機へ入力される入力電流を検出する電流検出手段と、前記電流指令値に応じた電流を前記電動機に出力することにより駆動手段を介して前記電動機を駆動制御する駆動制御手段を備える電気自動車の制御装置において、前記入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否かを判定する振動判定手段と、前記入力電流の振動が所定の振動状態にあると判定された場合に、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】前記振動判定手段は、前記入力電流の振幅が連続的に所定値を超え、かつ、前記所定値を連続的に超えた回数が所定回数を超えたか否かによって、前記入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否かを判定す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】前記入力電流の振動が所定の振動状態にないと判定された場合に、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、車体振動を効果的に抑制することのでき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】前記した同期モータを搭載した電気自動車においては、車両に搭載したバッテリからの直流電流をインバータで所定の交流電流に変換し、この交流電流によって同期モータを駆動して車両を走行させている。
【０００４】この際には、アクセルペダルの操作量（以下、「アクセル操作量」という）に応じて所定のトルク指令値の演算および出力を行い、この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い、この電流指令値に応じた電流を所定の制御手段によって制御しつつインバータを介して同期モータに供給して同期モータを駆動制御しており、同期モータの出力トルクは、所定のトルク指令値に応じて追従するようにオープンループ制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したような電気自動車では、同期モータの出力軸からディファレンシャルギアおよびドライブシャフトを介して駆動輪へと至るトルクの伝達系が、ドライブシャフトをバネ要素とした「ねじれ共振系」を構成している。このため、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むと、制御手段によって同期モータの出力トルクがこれに追従するように制御されるが、この急激な出力トルクの増加によって前記した「ねじれ共振系」が共振し、車体振動が発生することがあった。
【０００６】前記したような電気自動車の車体振動を抑制するための従来の方法としては、（１）同期モータの回転速度を検出し、この回転速度から同期モータの出力トルク変動を推定し、この推定結果に基づいてトルク指令値を補正することで、同期モータの出力トルクを抑制するという方法や、（２）同期モータの回転速度を検出し、この回転速度からトルク指令振動抑制成分を算出してトルク指令値を補正することで、同期モータの出力トルクを抑制するという方法が提案されている。
【０００７】前記したような振動抑制方法においては、トルク指令値を定めるアクセル操作量と、トルク指令値の補正のためにフィードバックする回転速度との対応関係が安定していることが要求されるが、一般的に、自動車のシステム特性は経時的に変化し、電気自動車においてはアクセル操作量と回転速度との対応関係も経時的に変化するため、走行の初期段階においては振動抑制効果を得ることができても、時間が経過すると充分にトルク指令値を補正することができなくなる場合があった。このようなシステムの経時変化に対応させるためには、きわめて高度なチューニングが要求されるため、その実用化のためには費用や手間がかかることとなっていた。
【０００８】本発明の課題は、車体振動を効果的に抑制することが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４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、電動機へ入力される入力電流を検出する電流検出手段と、前記電流指令値に応じた電流を前記電動機に出力することにより駆動手段を介して前記電動機を駆動制御する駆動制御手段を備える電気自動車の制御装置において、前記入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否かを判定する振動判定手段と、前記入力電流の振動が所定の振動状態にあると判定された場合に、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。
【００１０】請求項１記載の発明によれば、電動機へ入力される入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否かを判定する振動判定手段を備えており、この入力電流の振動状態の変化と車体振動とは、後述するように一定の対応関係があるため、入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否かを判定することによって、車体振動を効果的に検出することができる。
【００１１】すなわち、電動機の駆動制御システムにおいては、モータの回転に同期させてステータコイルに回転磁界を形成してモータを駆動させており、急発進時や急加速時における「ねじれ共振系」の共振などによって車体振動が生じると、電動機への入力電流の振動状態が変化する。従って、電動機への入力電流の振動状態が所定レベルに達したか否かを判定することによって、車体振動を効果的に検出することができる。
【００１２】また、請求項１記載の発明によれば、入力電流の振動が所定の振動状態にあると判定された場合に、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ため、急発進時や急加速時における「ねじれ共振系」の共振を抑制することができ、結果的に車体振動を抑制することができる。
【００１３】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６に示すように、前記振動判定手段は、前記入力電流の振幅が連続的に所定値を超え、かつ、前記所定値を連続的に超えた回数が所定回数を超えたか否かによって、前記入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否かを判定することを特徴とする。
【００１４】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、振動判定手段は、入力電流の振幅が連続的に所定値を超え、かつ、連続的に所定値を超えた回数が所定回数を超えたか否かによって、入力電流の振動が所定の振動状態に達したか否かを判定するため、入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否か、ひいては、車体振動が発生したか否かを簡易かつ正確に検出することができる。
【００１５】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４に示すように、前記入力電流の振動が所定の振動状態にないと判定された場合に、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。
【００１６】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、入力電流の振動が所定の振動状態にないと判定された場合に、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ため、入力電流の振動が所定の振動状態にない場合、すなわち車体振動が無視できる程度のレベルに達した場合には、速やかに電動機の出力トルクを増加させることができる。従って、車体振動を抑制しながら高い加速性能を発揮することができる。
【００１７】
【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。
【００１８】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、同期モータ１０への入力電流を検出する電流検出手段６０、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出器７０、同期モータ１０の回転運動をドライブシャフト９０に伝達するディファレンシャルギア８０、および、ドライブシャフト９０の両端に設けられた駆動輪１００を備えている。
【００１９】同期モータ１０は、ディファレンシャルギア８０およびドライブシャフト９０を介して駆動輪１００と連結され、同期モータ１０の回転運動により駆動輪１００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。
【００２０】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および振動判定手段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７０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Ｉd*およびＩq*の演算および出力を行う。ここでＩd*およびＩq*は、それぞれベクトル制御に用いられる電流指令値のｄ軸成分およびｑ軸成分である。
【００２１】電流制御手段３３は、図３に示すように、ｄｑ軸電流制御手段３３ａ、２／３相変換手段３３ｂ、ＰＷＭ信号発生手段３３ｃおよび３／２相変換手段３３ｄを備える。ｄｑ軸電流制御手段３３ａは、電流指令値Ｉd*およびＩq*と、同期モータ１０の回転速度Ｎと、電流検出手段６０で検出された同期モータ１０への入力電流Ｉu、Ｉv、Ｉwを３／２相変換手段３３ｄで変換して得たＩd、Ｉqとに基づいて、電圧指令値Ｖd*、Ｖq*の演算及び出力を行う。
【００２２】ＰＷＭ信号発生手段３３ｃは、電圧指令値Ｖd*、Ｖq*を２／３相変換手段３３ｂで２／３相変換して得たＶu*、Ｖv*、Ｖw*に基づいてＰＷＭ信号Ｐu、Ｐv、Ｐw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。
【００２３】振動判定手段３４は、電流検出手段６０で検出された同期モータ１０への入力電流Ｉu、Ｉv、Ｉwを３／２相変換手段３３ｄで３／２相変換して得たｄ軸入力電流Ｉdおよびｑ軸入力電流Ｉqのうち、ｑ軸入力電流Ｉqの振動状態が所定レベルにあるか否かを判定する。なお、本実施の形態では、Ｉqの振動状態のみが所定レベルにあるか否かを判定しているが、Ｉdの振動状態が所定レベルにあるか否かを判定してもよく、Ｉd、Ｉq双方の振動状態が所定レベルにあるか否かを判定することとしてもよい。
【００２４】トルク指令値演算手段３１は、図４に示すように、基本トルク指令値演算手段３１ａ、トルク指令値低減・回復手段３１ｂおよび加減算器３１ｃ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、振動判定手段３４によってｑ軸入力電流Ｉqの振動状態が所定レベルにあると判定された場合に、基本トルク指令値Ｔ0*を所定値まで低減させるとともに、振動判定手段３４によってｑ軸入力電流Ｉqの振動状態が所定レベルにないと判定された場合に、低減させた基本トルク指令値Ｔ0*を回復させるように機能する。
【００２５】具体的には、Ｉqの振動状態が所定レベルにあると判定された場合には、振動判定手段３４が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-*と基本トルク指令値Ｔ0*とによって加減算器３１ｄで低減させたトルク指令値Ｔ*を算出し、出力する。
【００２６】また、Ｉqの振動状態が所定レベルにないと判定された場合には、振動判定手段３４がトルク指令値回復信号Ｓ+を出力し、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。このトルク指令回復値Ｔ+*と基本トルク指令値増加速度Ｔ0*とによって加減算器３１ｄで回復させたトルク指令値Ｔ*を算出し、出力する。
【００２７】本実施の形態では、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-*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している（図７参照）。
【００２８】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車体振動抑制制御動作を、図５を用いて説明する。
【００２９】まず、停止状態にある電気自動車のアクセルペダルを急激に踏み込んで急発進させ、全開走行状態（アクセル操作量１００％での走行状態）へと移行させる。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、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ＰＷＭ信号をインバータ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。
【００３０】この際には、電流検出手段６０によって同期モータ１０への入力電流Ｉu、Ｉv、Ｉwが検出され、これらは３／２相変換手段３３ｄでＩdとＩqに変換される。振動判定手段３４には、これら入力電流のうちＩqのみが出力される（入力電流検出工程、Ｓ１参照）。
【００３１】全開走行状態に移行した後に、同期モータ１０の出力軸からディファレンシャルギア８０およびドライブシャフト９０を介して駆動輪１００へと至るトルクの伝達系（ねじれ共振系）が共振して車体振動が発生すると、同期モータ１０への入力電流Ｉu、Ｉv、Ｉwに振動状態が発生し、これに伴ってＩd、Ｉqの振動状態も変化する。振動判定手段３４は、このＩqの振動が所定の振動状態にあるか否かを判定する（振動判定工程、Ｓ２参照）。
【００３２】Ｉqの振動状態が所定レベルにあるか否かの判定は、以下のような手順で行う。まず、図６に示すようにＩqの振幅を検出し、この振幅が所定値Ｉ0を超えたか否かを判定し、この所定値Ｉ0を連続的に超えた回数をカウントし、この回数が所定回数Ｎ0を超えた場合に、Ｉqの振動状態が所定レベルにあると判定する。Ｉqの振幅の検出や、Ｉqの振幅と所定値Ｉ0との比較判定や、所定値Ｉ0を連続的に超えた回数のカウントや、この回数と所定回数Ｎ0との比較判定などは、全てマイクロコンピュータで行うことができる。
【００３３】Ｉqの振動が所定の振動状態にあると判定した場合には、振動判定手段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Ｔ0*から加減算器３１ｄで減じて低減させたトルク指令値Ｔ*を算出し、出力する（トルク指令値低減工程、Ｓ３参照）。
【００３４】本実施の形態においては、トルク指令値の下限をＴ’*（所定低減値）と定めており、トルク指令値Ｔ*がこの所定低減値Ｔ’*に達した場合には、トルク指令低減値Ｔ-*の出力を行わないこととしている。
【００３５】トルク指令値低減工程Ｓ３によってトルク指令値Ｔ*が緩められた結果、車体振動が抑制され、Ｉqの振動が通常の振動状態へと回復した場合には、振動判定手段３４によってＩqの振動が所定の振動状態にないと判定される（振動判定工程、Ｓ２参照）。
【００３６】Ｉqの振動が所定の振動状態にないと判定された場合には、振動判定手段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+*を出力する。このトルク指令回復値Ｔ+*と基本トルク指令値Ｔ0*とによって加減算器３１ｄで回復させたトルク指令値Ｔ*を算出し、出力する（トルク指令値回復工程、Ｓ４参照）。
【００３７】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、所定低減値Ｔ’*へと漸次低減するようにしている（図７参照）。
【００３８】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*が所定低減値Ｔ’*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７参照）。
【００３９】本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、同期モータ１０へ入力される入力電流に対応するＩqの振動が所定の振動状態にあるか否かを判定する振動判定手段３４を備えており、このＩqの振動が所定の振動状態にあるか否かを判定することによって、車体振動を効果的に検出することができる。
【００４０】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、Ｉqの振動が所定の振動状態にあると判定された場合に、トルク指令値Ｔ*を所定低減値Ｔ’*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の出力軸からディファレンシャルギア８０およびドライブシャフト９０を介して駆動輪１００へと至るトルクの伝達系（ねじれ共振系）の共振を抑制することができ、結果的に車体振動を抑制することができる。
【００４１】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、振動判定手段３４は、Ｉqの振幅が連続的に所定値Ｉ0を超え、かつ、連続的に所定値Ｉ0を超えた回数が所定回数Ｎ0を超えたか否かによって、Ｉqの振動が所定の振動状態に達したか否かを判定するため、入力電流の振動が所定の振動状態に達したか否か、ひいては、車体振動が発生したか否かを簡易かつ正確に検出することができる。
【００４２】さらにまた、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、Ｉqの振動が所定の振動状態にないと判定された場合に、低減されたトルク指令値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、Ｉqの振動が所定の振動状態にない場合、すなわち車体振動が無視できる程度のレベルに達した場合には、速やかに同期モータ１０の出力トルクを増加させることができる。従って、車体振動を抑制しながら高い加速性能を発揮することができる。
【００４３】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、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。
【００４４】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、電動機へ入力される入力電流の振動状態の変化を検出することによって、車体振動を効果的に検出することができる。また、電動機へ入力される入力電流の振動が所定の振動状態にあると判定された場合に、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・回復手段を備えるため、電動機の出力軸から駆動輪へと至るトルクの伝達系（ねじれ共振系）の共振を抑制することができ、結果的に車体振動を効果的に抑制することができる。
【００４５】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、入力電流の振動が所定の振動状態にあるか否か、ひいては、車体振動が発生したか否かを簡易かつ正確に検出することができる。
【００４６】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、入力電流の振動が所定の振動状態にない場合、すなわち車体振動が無視できる程度のレベルに達した場合には、速やかに電動機の出力トルクを増加させることができる。従って、車体振動を抑制しながら高い加速性能を発揮することができる。
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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２００３−１０２１０５（Ｐ２００３−１０２１０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年４月４日（２００３．４．４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２８９６１５（Ｐ２００１−２８９６１５） |
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