(57)【要約】【課題】  車両の発進時にモーターから定格トルクを出力させる。【解決手段】  車速が０でブレーキ３２が作動状態にあるときに、モーター１１を駆動輪３３から切り離し、モーター１１を駆動してモーター１１の磁極位置が最大トルク発生磁極位置となるまで回転させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪を駆動する交流モーターと、
前記モーターを駆動する駆動手段と、
前記モーターを前記駆動輪から機械的に切り離す切り離し手段と、
前記モーターの磁極位置を検出するモーター位置検出手段と、
前記モーターが最大トルクを発生する磁極位置を検出する最大トルク位置検出手段と、
前記切り離し手段により前記モーターを前記駆動輪から切り離し、前記駆動手段により前記モーターを駆動して前記モーターの磁極位置が前記最大トルク発生磁極位置となるまで回転させる位置制御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】
請求項１に記載の電気自動車の制御装置において、
車速を検出する車速検出手段と、
ブレーキの作動を検出するブレーキ作動検出手段とを備え、
前記位置制御手段は、車速が０で前記ブレーキが作動状態にあるときに、前記モーターを前記駆動輪から切り離し、前記モーターを駆動して前記モーターの磁極位置が前記最大トルク発生磁極位置となるまで回転させ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１または請求項２に記載の電気自動車の制御装置において、
前記切り離し手段にクラッチを用い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または請求項２に記載の電気自動車の制御装置において、
前記切り離し手段に遊星歯車機構を用いることを特徴とする電気自動車の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電気自動車の制御装置において、
前記遊星歯車機構のサンギアを前記モーターの出力軸と第１のブレーキに連結し、プラネタリーギアを前記駆動輪に連結し、アウターギアを第２のブレーキに連結することを特徴とする電気自動車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気自動車の制御装置に関し、特に、高負荷時の発進性能を改善したものである。
【背景技術】
【０００２】
道路勾配に応じたクリープトルクを出力して坂道発進時の操作性を向上した電気自動車の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開平１１−００８９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＶ(Electric Vehicle)やＦＣＶ(Fuel Cell Vehicle)などの電気自動車は、モーターを逆回転させたり回転速度０からトルクを出力させることができるので、内燃機関を搭載した自動車と異なり、変速機やオートマチック機構を装備せず、モーターにより減速機を介して駆動輪を駆動する方式が一般的である。
【０００５】
ところが、同期機などの交流モーターを用いた電気自動車では、一定のトルク指令値を与えてもモーターの回転角に応じて出力トルクが変動するため、定格トルクで登坂可能な坂道でも、いったん停車してから発進しようとすると、モーターの停止位置によっては定格トルクが得られず、発進できないことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
車速が０でブレーキが作動状態にあるときに、モーターを駆動輪から切り離し、モーターを駆動してモーターの磁極位置が最大トルク発生磁極位置となるまで回転させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車両の発進時にモーターから定格トルクを出力させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は一実施の形態の電気自動車の制御装置の構成を示す。アクセルセンサー１はアクセルペダルの踏み込み量を検出し、車速センサー２は車両の走行速度Ｖを検出する。車両コントローラー３はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、予め設定したトルク指令マップからアクセルペダル踏み込み量と車速Ｖに応じたトルク指令値Ｔr1＊を決定する。
【０００９】
指令切換器４は、アクセルペダル踏み込み量と車速Ｖに応じた通常走行時のトルク指令Ｔr1＊と、最大トルクを発生する磁極位置までモーター１１を回転させるための回転位置指令値θ＊（詳細後述）とを切り換える。
【００１０】
トルク演算回路５は、予め設定した電流マップを参照してトルク指令値Ｔr1＊またはＴr2＊とモーター回転速度Ｎとに応じたｄ軸電流指令値Ｉd＊とｑ軸電流指令値Ｉq＊を設定する。トルク指令値Ｔr2＊は最大トルクを発生する磁極位置までモーター１１を回転させるためのトルク指令値であり、詳細については後述する。ＰＩ電流制御回路６はｄｑ軸電流指令値Ｉd＊、Ｉq＊と実際のｄｑ軸電流Ｉd、Ｉqとの偏差に例えばＰＩ演算を施し、ｄｑ軸電流Ｉd、Ｉqをｄｑ軸電流指令値Ｉd＊、Ｉq＊に一致させるためのｄ軸電圧指令値Ｖd＊とｑ軸電圧指令値Ｖq＊を演算する。
【００１１】
２／３相変換回路７は、モーター回転位置θに基づいてｄｑ軸電圧指令値Ｖd＊、Ｖq＊を３相交流電圧指令値Ｖu＊、Ｖv＊、Ｖw＊に変換する。ＰＷＭ波生成回路８は、３相交流電圧指令値Ｖu＊、Ｖv＊、Ｖw＊に基づいてインバーター１０のスイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Wide Moduration）波形を生成する。
【００１２】
インバーター主回路１０はＰＷＭ波形にしたがってスイッチング素子（不図示）をオン、オフし、バッテリー９の直流電力を交流電力に変換してモーター１１に印加する。モーター１１は同期機であり、駆動力伝達機構１５（詳細後述）を介して車両を走行駆動する。回転センサー１２はモーター１１の回転軸に連結され、モーター１１の磁極位置を検出する。この回転センサー１２にはレゾルバーやエンコーダーなどを用いることができる。電流センサー１３、１４はＵ相電流ＩuとＶ相電流Ｉvを検出する。
【００１３】
３／２相変換回路１６は３相交流電流Ｉu、Ｉv、Ｉw（＝−Ｉu−Ｉv）をｄｑ軸電流Ｉd、Ｉqに変換する。Ｎ／θ演算回路１７は回転センサー１２により検出したモーター１１の磁極位置を回転速度Ｎと回転角θに変換する。
【００１４】
ブレーキスイッチ１８は、ブレーキペダル操作またはパーキングブレーキレバー操作により車両のブレーキが作動するとオンするスイッチである。最大トルク発生位置検出ロジック回路２０は、フットブレーキの作動状態、車速Ｖおよびモーター回転速度Ｎに基づいてモーター１１が最大トルクを発生する磁極位置（回転角）を検出し、回転角指令値（磁極位置指令値）θ＊として出力する。
【００１５】
位置角度制御回路２１は、モーター回転速度Ｎに基づいてモーター回転角θを回転角指令値θ＊とするためのモーター回転速度指令値Ｎ＊を演算し、回転数制御回路２２へ出力する。回転数制御回路２２はモーター回転速度Ｎをモーター回転速度指令値Ｎ＊に一致させてモーター１１を駆動するためのトルク指令値Ｔr2＊を演算し、トルク演算部５へ出力する。したがって、トルク指令値Ｔr2＊は最大トルク発生位置までモーター１１を回転させるためのトルク指令値である。
【００１６】
以上説明した指令切換器４、トルク演算回路５、ＰＩ電流制御回路６、２／３相変換回路７、ＰＷＭ波生成回路８、３／２相変換回路１６、Ｎ／θ演算回路１７、最大トルク発生位置検出ロジック回路２０、位置角度制御回路２１および回転数制御回路２２は、モーターコントローラー用マイクロコンピューター（不図示）のソフトウエア形態で構成する。
【００１７】
図２は駆動力伝達機構１５の構成を示す。駆動力伝達機構１５はクラッチ３１、ブレーキ３２および減速機（不図示）から構成され、モーター１１の駆動力を駆動輪３３へ伝達する。クラッチ３１は、パーキング時とモーター位置制御時（詳細後述）にモーター１１と駆動輪３３との連結を解除する。ブレーキ３２は、乗員によるブレーキペダル操作とパーキングブレーキレバー操作により作動するブレーキである。
【００１８】
図３はモーター１１の回転速度−定格トルク特性を示す。横軸は毎分当たりのモーター回転数、すなわちモーター回転速度［rpm］を表し、縦軸はモーター出力トルク［N・m］を表す。この例では、モーター回転速度１０００ｒｐｍまでは定格トルク２００Ｎ・ｍまで出力することができ、１０００ｒｐｍ以上はモーター回転数が増加するほど定格トルクを低減して出力一定で使用する。自動車は車速が高くなるほど負荷トルクが小さくなる出力一定の負荷特性を有しており、図３に示すような定出力特性を有するモーターが適している。
【００１９】
図４はモーター１１のトルクリップル特性を示す。横軸はモーター回転角［度］を表し、縦軸はモーター出力トルク［N・m］を表す。同期モーター１１は出力トルクが回転角すなわち磁極位置に応じて変動するトルクリップル特性を有しているため、回転中は出力トルクの平均値で車両を走行駆動するが、停止時にはその停止位置により出力可能な最大トルクが異なる。
【００２０】
したがって、定格トルクで登坂できても、坂道でいったん停車してから発進しようとすると、モーターの停止位置が図４のＡ点、およそ４度の回転角であった場合には、最大トルクが定格トルク２００Ｎ・ｍより低いおよそ１７０Ｎ・ｍまでしか出力できず、発進できないことがある。しかし、モーターの停止位置が図４のＢ点、およそ８度の回転角の場合には、最大トルクが定格トルク２００Ｎ・ｍより高いおよそ２３０Ｎ・ｍまで出力でき、発進することができる。
【００２１】
この一実施の形態では、車両の発進に先だってモーター１１の停止位置を最大トルクを発生する位置まで移動し、この位置からモーター１１を起動して車両を発進させる。したがって、坂道発進などで定格トルクが必要な場合でも車両を発進させることができる。
【００２２】
図５は一実施の形態のモーター１１の停止位置制御プログラムを示すフローチャートである。また、表１は自動車の各種動作モードに対するクラッチ３１、ブレーキ３２、モーター１１、および駆動輪３３の状態を示す。これらの図表により、一実施の形態の動作を説明する。
【表１】
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【００２３】
ステップ１において、車速Ｖが０でない通常運転モードではクラッチ３１を締結（オン）し、モーター１１および駆動輪３３からアクセルペダルの踏み込み量と車速Ｖに応じた駆動力を出力する。なお、このときブレーキ３２は乗員によるブレーキペダル操作とパーキングブレーキレバー操作により作動（オン）または非作動（オフ）とされる。
【００２４】
ステップ２で車速Ｖが０、すなわち停車中で、かつブレーキ３２が作動（オン）しているか否かを確認し、停車中でかつブレーキ作動時はステップ３へ進み、そうでないときはステップ８へ進む。走行中またはブレーキ非作動時には、ステップ８でクラッチ３１を締結（オン）したまま通常運転モードを継続する。
【００２５】
一方、停車中でかつブレーキ作動時はステップ３でクラッチ３１を解放（オフ）する。続くステップ４でモーター１１を低速駆動して最適位置、すなわち最大トルクを発生する磁極位置まで回転させる。これにより、モーター１１は、図４の例えばＢ位置のような最大トルクを発生する磁極位置（角度）に設定される。
【００２６】
ステップ５でアクセルセンサー１９によりアクセルペダルの踏み込みを確認し、アクセルペダルが踏み込まれたらステップ６へ進み、踏み込まれていないときはステップ８へ進む。アクセルペダルが踏み込まれていないときは、ステップ８でクラッチ３１を締結（オン）して通常運転モードに切り換え、運転者のアクセル操作を待つ。
【００２７】
一方、モーター１１の停止位置を最大トルク発生磁極位置に設定した後にアクセルペダルが踏み込まれたときは、ステップ６でクラッチ３１を締結して通常運転モードに切り換える。続くステップ７ではアクセルペダルの踏み込み量と車速Ｖとに応じたトルクをモーター１１から出力させ、モーター１１を始動して車両を発進させる。
【００２８】
このように、クラッチによりモーターを駆動輪から切り離し、モーターを駆動してモーターの磁極位置が最大トルク発生磁極位置となるまで回転させるようにしたので、モーターの磁極位置を最大トルク発生磁極位置に設定してからモーターを始動して車両を発進させることができ、車両発進時にモーターから定格トルク以上のトルクを出力させることができる。したがって、定格トルクで登坂可能な坂道でいったん停車してから発進する場合でも容易に発進することができる。
【００２９】
また、車速が０でブレーキが作動状態にあるときに、モーターを駆動輪から切り離し、モーターを駆動してモーターの磁極位置が最大トルク発生磁極位置となるまで回転させるようにしたので、伝達トルクがないときにクラッチの締結と解除を行うからクラッチの負担が軽減され、クラッチおよび駆動力伝達機構を小型化できる。
【００３０】
《発明の一実施の形態の変形例》
次に、モーター出力を駆動輪まで伝達する駆動力伝達機構に遊星歯車減速機を用いた変形例を説明する。なお、この変形例の電気自動車の制御装置全体の構成は、図１に示す構成と同様であるから図示と説明を省略する。
【００３１】
図６は変形例の駆動力伝達機構１５Ａを示す。なお、図２に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。減速機３５は遊星歯車機構を有し、サンギアがモーター１１の出力軸に、プラネタリーギアが駆動輪３３とブレーキ３２にそれぞれ連結されている。
【００３２】
この変形例では、自動車の各種動作モードに応じて遊星歯車減速機３５のサンギアに連結されたブレーキＢ１とアウターギアに連結されたブレーキＢ２とを作動（オン）または非作動（オフ）とすることによって、モーター１１と駆動輪３３との連結と解除を行う。
【００３３】
図７は変形例のモーター１１の停止位置制御プログラムを示すフローチャートである。また、表２は変形例の自動車の各種動作モードに対するクラッチ３１、ブレーキ３２、モーター１１、および駆動輪３３の状態を示す。これらの図表により、変形例の動作を説明する。
【表２】
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【００３４】
ステップ１１において、車速が０でない通常運転モードではブレーキＢ１を非作動（オフ）、ブレーキＢ２を作動（オン）とし、モーター１１および駆動輪３３からアクセルペダルの踏み込み量と車速Ｖに応じた駆動力を出力する。なお、このときブレーキ３２は乗員によるブレーキペダル操作とパーキングブレーキレバー操作により作動（オン）または非作動（オフ）とされる。
【００３５】
ステップ１２で車速Ｖが０、すなわち停車中で、かつブレーキ３２が作動（オン）しているか否かを確認し、停車中でかつブレーキ作動時はステップ１３へ進み、そうでないときはステップ１９へ進む。走行中またはブレーキ非作動時には、ステップ１９でブレーキＢ１を非作動（オフ）、ブレーキＢ２を作動（オン）としたまま通常運転モードを継続する。
【００３６】
一方、停車中でかつブレーキ作動時は、ステップ１３でブレーキＢ１、Ｂ２をともに非作動（オフ）とする。続くステップ１４でモーター１１を低速駆動して最適位置、すなわち最大トルクを発生する磁極位置まで回転させる。そして、モーター１１が最適位置まで回転したらステップ１５へ進み、モーター駆動を停止してブレーキＢ１を作動（オン）、ブレーキＢ２を非作動（オフ）とし、モーター１１を最適位置すなわち最大トルク発生磁極位置に固定する。これにより、モーター１１は、図４の例えばＢ位置のような最大トルクを発生する磁極位置（角度）に設定される。
【００３７】
ステップ１６でアクセルセンサー１９によりアクセルペダルの踏み込みを確認し、アクセルペダルが踏み込まれたらステップ１７へ進み、踏み込まれていないときはステップ１９へ進む。アクセルペダルが踏み込まれていないときは、ステップ１９でブレーキＢ１を非作動（オフ）、ブレーキＢ２を作動（オン）して通常運転モードに切り換え、運転者のアクセル操作を待つ。
【００３８】
一方、モーター１１の停止位置を最大トルク発生磁極位置に設定した後にアクセルペダルが踏み込まれたときは、ステップ１７でブレーキＢ１を非作動（オフ）、ブレーキＢ２を作動（オン）として通常運転モードに切り換える。続くステップ１８ではアクセルペダルの踏み込み量と車速Ｖとに応じたトルクをモーター１１から出力させ、モーター１１を始動して車両を発進させる。
【００３９】
このように、遊星歯車機構によりモーターを駆動輪から切り離し、モーターを駆動してモーターの磁極位置が最大トルク発生磁極位置となるまで回転させるようにしたので、モーターの磁極位置を最大トルク発生磁極位置に設定してからモーターを始動して車両を発進させることができ、車両発進時にモーターから定格トルク以上のトルクを出力させることができる。したがって、定格トルクで登坂可能な坂道でいったん停車してから発進する場合でも容易に発進することができる。
【００４０】
また、車速が０でブレーキが作動状態にあるときに、遊星歯車機構によりモーターを駆動輪から切り離し、モーターを駆動してモーターの磁極位置が最大トルク発生磁極位置となるまで回転させるようにしたので、伝達トルクがないときに遊星歯車機構による締結と解除を行うからブレーキＢ１、Ｂ２を含む遊星歯車機構の負担が軽減され、駆動力伝達機構を小型化できる。
【００４１】
さらに、遊星歯車機構のサンギアをモーターの出力軸と第１のブレーキに連結し、プラネタリーギアを駆動輪に連結し、アウターギアを第２のブレーキに連結するようにしたので、パーキング時などの車両発進時以外のときにモーターを最大トルク発生磁極位置に固定することができる。
【００４２】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、トルク演算回路５、ＰＩ電流制御回路６、２／３相変換回路７、ＰＷＭ波生成回路８、バッテリー９、インバーター主回路１０、３／２相変換回路１６およびＮ／θ演算回路１７が駆動手段を、クラッチ３１および遊星歯車減速機３５が切り離し手段を、回転センサー１２がモーター位置検出手段を、最大トルク発生位置検出ロジック回路２０が最大トルク位置検出手段を、車速センサー２が車速検出手段を、ブレーキスイッチング１８がブレーキ作動検出手段を、指令切換器４、位置角度制御回路２１および回転数制御回路２２が位置制御手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項との対応関係になんら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】一実施の形態の駆動力伝達機構の構成を示す図である。
【図３】モーターの回転速度−トルク特性を示す図である。
【図４】モーターのトルクリップル特性を示す図である。
【図５】一実施の形態のモーター停止位置制御プログラムを示すフローチャートである。
【図６】変形例の駆動力伝達機構の構成を示す図である。
【図７】変形例のモーター停止位置制御プログラムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１  アクセルセンサー
２  車速センサー
３  車両コントローラー
４  指令切換器
５  トルク演算回路
６  ＰＩ電流制御回路
７  ２／３相変換回路
８  ＰＷＭ波生成回路
９  バッテリー
１０  インバーター主回路
１１  モーター
１２  回転センサー
１３、１４  電流センサー
１５、１５Ａ  駆動力伝達機構
１６  ３／２相変換回路
１７  Ｎ／θ演算回路
１８  ブレーキスイッチ
２０  最大トルク発生位置検出ロジック回路
２１  位置角度制御回路
２２  回転数制御回路
３１  クラッチ
３２  ブレーキ
３３  駆動輪
３５  遊星歯車減速機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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