(57)【要約】  【課題】電動車両の駐停車時には内蔵のコンデンサに蓄えられた電荷を急速に放電する必要があり、このため、駆動電動機を介して放電する方法が知られている。しかし、放電条件が固定であるため、放電時間が長くなったり、駐停車の状況次第では車両にショックあるいは振動を与える場合があった。本発明は、これら問題点を解決した車両用電動機の制御装置実現を目的とした。  【解決手段】駆動電動機出力をタイヤに伝達する駆動伝達系の弾性変形を利用し、駆動電動機出力端の回転角がタイヤ端を回転させるに至る閾値を越える時点で放電電流を低減、あるいは逆方向トルクを生じさせる位相の電流に切替え、さらには、駐停車時の路面勾配、あるいは車両重量に応じて放電電流を制御する手段を有する車両用電動機の制御装置とした。【選択図】図１
2006304563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用電動機の動作を制御する手段と、
該車両用電動機の電源部の遮断を検出する手段と、
該電源部の遮断を検出する電源遮断検出手段が電源部遮断を検出したことにより、電源部出力に接続されているコンデンサに蓄積された電荷を該車両用電動機のコイルを介して放電する手段を有する車両用電動機の制御装置において、
前記車両用電動機ロータの回転角を検出する回転角検出手段と、
前記電源遮断検出手段が前記電源部遮断を検出した際に、前記回転角が所定の閾値に達した時点で前記放電電流を低減する放電電流低減手段と
を有することを特徴とする車両用電動機の制御装置。
【請求項２】
車両用電動機の動作を制御する手段と、
該車両用電動機の電源部の遮断を検出する手段と、
該電源部の遮断を検出する電源遮断検出手段が電源部遮断を検出したことにより、電源部出力に接続されているコンデンサに蓄積された電荷を該車両用電動機のコイルを介して放電する手段を有する車両用電動機の制御装置において、
前記車両用電動機ロータの回転角を検出する回転角検出手段と、
前記電源遮断検出手段が前記電源部遮断を検出した際に、前記回転角が所定の閾値に達した時点で前記車両用電動機に逆方向のトルクが発生する方向に前記放電電流を切り替える放電電流切替手段と
を有していることを特徴とする車両用電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の閾値は、
前記車両駆動系の電源部の遮断時における車両の駐停車時の状態、すなわち路面勾配を検出する手段または車両重量を検出する手段の少なくとも何れかを有しており、
前記各手段の少なくとも何れかにより放電条件を変更する手段を有することを特徴とする車両用電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の電源部に搭載されているコンデンサに走行中充電された電荷を、電源部遮断時すなわちイグニッションＯＦＦ時に、当該電動車両に不要な運動を与えることなくかつ所定の時間内に円滑に放電する車両用電動機の制御装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
電動車両は急激な負荷変動、あるいは電源電圧変動に対応するため、大容量のコンデンサが駆動用電動機制御装置内のインバータ部の直流電源部に接続されており、走行中は常に電荷が蓄えられている。このコンデンサには、駆動用電動機に供給可能な電圧である数百ボルトが保たれた状態にある。ところがイグニッションＯＦＦ時、すなわち駐停車時にはバッテリ等直流電源とコンデンサとを切り離し、この蓄積された電荷を所定の時間内に速やかに放電し、コンデンサ両端の電圧を数百ボルトから数十〜数ボルト程度に低下させ、車両内のバッテリ以外に高電圧が印加されていない状態とする必要がある。
【０００３】
この放電は、通常コンデンサ内に蓄えられた電荷を、駆動用電動機を経由して通電することによって放電（消費）するが、この放電電流によって駆動用電動機にトルクが発生して車両にショックが発生したり、動き出したりしないようにする必要がある。
【０００４】
この放電方法としては、コンデンサの両端に抵抗を接続し、コンデンサに蓄えられた電荷を抵抗で消費させる方法もあるが、このためには大消費電力の大型抵抗を必要とし、かつそのための余分な配線も必要とし、さらには抵抗の発熱の問題もあり、実用的とは言えなかった。このため、従来は下記特許文献１において開示されているように、駆動用電動機の駆動１サイクル内で、所定時間一方向に通電し、その後、反対方向に所定時間通電させる動作を繰り返すことによって、駆動用電動機に回転動作を発生させることなくコンデンサの電荷を放電する方法が知られていた。これは、インバータ等電動機駆動回路のスイッチングトランジスタの動作を下記特許文献１の図１に記載の信号回路１８において制御することで実行される。
【特許文献１】特開平７−７８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載の方法で、単に所定時間毎に交互に通電方向を切り替えただけでは、電動車両の駐停車状況（例えば斜面で停止している等）によっては放電によって駆動用電動機が回転し当該電動車両が動き始める可能性がある。また、この電動車両の移動の問題を避けるために放電電流を少なくすると放電時間が長くなるといった問題があった。
【０００６】
このため本発明においては、電動車両が動作状態から駐停車状態への移行に際して、電動車両に不要な動きを与えることなく、大容量コンデンサに蓄えられている電荷を所定の時間内に急速に放電することが可能な車両用電動機の制御装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明においては車両用の駆動電動機出力端とタイヤとの間の駆動伝達系における弾性変形による小トルク領域での不感帯領域を利用する構成とした。すなわち、コンデンサの放電電流を流し始め、駆動電動機出力端の回転角が不感帯領域内に設定された閾値に達した時点で、駆動電動機に流す放電電流値を低減するか、あるいは、放電電流により発生したトルクと逆方向のトルクを発生するように放電電流の位相を切り替える手段を有する車両用電動機の制御装置とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による車両用電動機駆動装置により電動車両の駐停車時の状況によらず、走行中に充電されているコンデンサの電荷を、当該車両に不要な振動あるいは車両移動を生じる等のトルクショックを与えることなく円滑に放電を実行することができるようになる。しかも、放電時間の短縮とトルクショック低減との両立を図ることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図により本発明の実施の形態を説明する。  
図１に本発明における車両用電動機の制御装置の構成図を示す。車両を駆動する駆動電動機１０の基本的な制御系の構成は、以下の通りである。図１において、駆動電動機１０はインバータ３により３相駆動されるが、この駆動電動機１０の回転は、電動機コイルに流れる電流（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）を駆動電動機１０内蔵の電流検出手段により検出し、３相→２相変換部５、駆動電流値制御部１でＰＩ制御して２相→３相変換部２で３相に変換され、インバータ３にフィードバックするループと、駆動電動機１０に内蔵されているレゾルバ、エンコーダ等の回転検出部１２の出力から駆動電動機１０のロータの回転角および角周波数等駆動電動機１０の回転情報の算出を行う回転情報演算部４（回転角検出手段に相当）、入力された出力トルクの目標値Ｔが例えばアクセルの踏み込み量に対応した電流を駆動電動機１０流すようにする制御信号を生成するＴＲＱ電流変換部１１、電動車両が走行中の電源接続状態である走行モード、駐停車状態の電源接続状態である放電モードのモード切替を行う駆動電流値切替え部９（電源遮断検出手段に相当）、電流制御部１を経由して２相→３相変換部２で３相信号に変換しインバータ３にフィードバックするループとの２ループで構成されている信号系により制御される。
【００１０】
本発明においては、上記基本構成に、さらに、駐停車中における電動車両の傾斜を計測判定する車両傾斜判定部７、当該車両の重量を計測判定する車両重量判定部８およびこれら両判定部７および８の出力から放電条件を切替える機能を有する放電処理制御部６（放電電流低減手段と放電電流切替手段に相当）が付加されている。放電処理制御部６の出力の内、位相条件に関しては２相→３相変換部２に入力され、ここでインバータ３に入力される３相信号の放電時の位相補償が行われた信号となる。また、放電時の電流値制御信号は放電処理制御部６から電流値切替部９に供給される。なおここで、放電モードに入る、すなわち駐停車状態となるか否かの信号も電流切替部９に入力される。
【００１１】
インバータ３における駆動電動機１０の駆動電流供給系を含む部分を示したのが図２である。  
図２において、３相の駆動電動機１０の制御信号は２相→３相変換部２で位相が１２０度づつずれた三相信号電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷに変換され、駆動電動機１０に所定の電流を順次流すための制御信号としてインバータ３内の各スイッチングトランジスタに印加される。これらスイッチングトランジスタの直流電圧、すなわち負荷となる駆動電動機１０に供給する電力は図２における直流電源１３から供給され電源スイッチ１２を介して供給される。ここで、電源スイッチ１２は図示のように両切りスイッチあるいは片切りスイッチの何れにても差し支えない。この電源スイッチ１２として手動あるいはリレーを用いてもよく、特に後者のリレーを利用する場合はイグニションスイッチと連動させることも可能となる。
【００１２】
スイッチ１２とインバータ３との間に接続されているコンデンサ１４は急激な負荷変動あるいは直流電源電圧変動を吸収するために接続されているもので、本発明においてはこのコンデンサ１４に蓄積された電荷を所定の時間（例えば１秒）以内に電動車両に動的変動をもたらすことなく円滑に放電させる装置を提供するものである。なお、前記放電モードにおいては、直流電源１３は回路から切り離され、コンデンサ１４に蓄えられた電荷を駆動電動機１０の各コイルを通じて放電するようにインバータ３内のスイッチングトランジスタが制御される。
図３は電動車両の駆動系のモデルを示す模式図で、駆動電動機１０の出力端ａとタイヤ端ｂとは駆動伝達系ｃで結合されているが、この結合は剛体的に連結されているものではなく、実際には弾性変形を伴うばね系としての特性を有しており、放電時に放電電流を駆動電動機１０に流すとトルクを発生し、このトルクによって駆動伝達系ｃに捩れを生じる。すなわち、タイヤ端ｂから見ると駆動電動機１０のトルクによる電動機出力端ａの変位が即、タイヤ端ｂに発生するものではない。図４（ａ）は駆動電動機１０が発生するトルクと出力端ａの変移量（タイヤの回転量）との関係を示すもので、この場合においては勿論完全な比例関係にある。これに対し、図４（ｂ）は，タイヤ端ｂが駆動伝達系ｃを介して駆動用電動機１０の出力端ａに連結されている場合の駆動用電動機１０が発生するトルクとタイヤ端ｂの変移量（タイヤ１５の回転量）との関係を示すものである。この場合、駆動伝達系ｃが弾性変形を伴うばね系の作用を有しているため、駆動用電動機１０のトルクが小さいうちは、駆動用電動機１０の出力端ａが変移しても、駆動伝達系の弾性変形による捩れによりタイヤ端ｂにおいては変移が発生しない。すなわち、電動機出力端ａの変移量が小さい間は、駆動伝達系の弾性変形により駆動電動機１０の出力端ａの変移量は吸収され、タイヤ１５の回転には至らず、電動機トルクに対する変位量の不感帯領域が存在することになる。
【００１３】
そこでこの不感帯領域を利用し、コンデンサに蓄電された電荷をモータに放電する際に、モータ出力端ａが変移してもタイヤ１５が回り出さない範囲に閾値を設けて放電電流を制御することで、トルクショックあるいは車両移動を発生させることなく、かつ速やかに電荷の放電を行う構成とした。
【００１４】
この放電方法としては図５および図６に示す２通りの方法がある。図５は電動機出力端ａの変移量が予め定められた閾値に達した時に、電流値Ａのみを減少させてＡ’となるように制御して伝達駆動系の捩れ量を低減する場合の模式図で、この場合は電動機１０の駆動電流の位相は変更することなく、電流値Ａを低減して低電流値Ａ’として駆動用電動機１０の出力端ａにおけるトルクを制御する方法である。ここで、駆動伝達系の捩れは設計時に既知の値であるから、上記の閾値はタイヤ端ｂが変移を生じる直前の捩れ量、すなわち、不感帯領域を勘案して電動機出力端ａの変移量の閾値を設定しておけばよい。
【００１５】
図６は電動機出力端ａの変移量が予め定められた閾値に達した時に、電流値Ａはそのままで、捩れの方向と逆方向のトルクを発生する電流を駆動電動機に印加して駆動電動機のトルクの影響を相殺する方法である。  
なお、上記両電流制御法を組み合わせた制御法も勿論可能である。
【００１６】
以下、本発明における処理を図１に示した制御ブロック図を参照しながら図７に示したフロー図に基づき説明する。  
本発明における処理は、エンジン停止に相当する電動車両の電源を遮断（ＩＧＮ  ＯＦＦ）することから開始される。ここで、電源の遮断は、例えば図２におけるスイッチ１２としてリレーを用いれば、そのリレーコイル電流のＯＮ／ＯＦＦから電源部遮断を検出することができる。
まず電源系遮断の状態での駆動電動機ロータの回転角（θ）を回転情報演算部４により取得する（ステップＳ１）。次いで車両傾斜情報（傾斜角θｎ）を取得し（ステップＳ２）、さらに車両重量情報（車両重量Ｗｎ）を取得する（ステップＳ３）。ここで、傾斜角θｎはナビゲーションシステムに内蔵されているＧセンサ等の斜度センサを用いて計測し、車両重量Ｗｎは電動車両支持系（サスペンション）にストロークセンサを取り付けることにより計測することが出来る。
【００１７】
これら各情報を用い、放電処理制御部６において放電電流値と放電時の位相とを算出する（ステップＳ４）。ここで得られた放電電流値に関する情報Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）は放電電流指令として電流値切替部９に供給される（ステップＳ５）。
【００１８】
ここで、放電電流による駆動電動機出力端ａの回転角変化量を回転角検出部１２の出力から回転情報演算部４において算出し取得する（ステップＳ６）。この取得した回転角変化量が予め定められた閾値の範囲内にあるか否かを判定し（ステップ７）、範囲外の場合は（ステップＳ７のＮＯ）ステップＳ４に戻り、再度放電電流値または放電電流の位相の再算出を行い、放電電流の低減或いは位相の遅れ等放電条件の再設定を行った後、放電処理を継続する。なお、ここで放電電流の低減と位相シフトは同時に行うことも可能である。
【００１９】
角度変化量が上記の予め定められた閾値以下の場合は（ステップＳ７のＹＥＳ）コンデンサ両端の電圧が予め定められた低電圧である規定電圧以下となるまで放電されているか否かを判定し（ステップＳ８）、コンデンサ両端の電圧がこの規定値を下回っていない、すなわち放電が終了していない場合は（ステップＳ８のＮＯ）、ステップＳ５に戻り放電電流指令の再設定を行い、規定値以下となった場合（ステップＳ８のＹＥＳ）は放電が終了していることを示しているから処理を終了する。
【００２０】
なお、ここで電動車両の積載量が多くなると図４（ｂ）に示した不感帯領域は大きくなり、この場合は放電処理制御部６において閾値を大きく設定することになる。また、傾斜地に駐停車する場合は、車両傾斜角判定部７で計測された傾斜角がθｎ、車両重量判定部８で計測された車両重量をＷｎとすれば、斜面に沿った方向に作用する力は（Ｗｎ・ｇ・ｓｉｎθｎ）となる。したがって、斜面に沿って押し上げる方向に対してはこの力の分だけ閾値を大きく取ることになり、逆方向の下がる方向に対しては、この力の分だけ閾値を小さくしておく必要がある。これら閾値の修正および大小判定の比較処理は図１における放電処理制御部６において実行される。すなわち、駐停車時の状態により、路面勾配または車両重量の少なくとも何れかに基づいてコンデンサの放電電流値または放電電流位相の少なくとも何れかを含む放電条件を変更することにより、短時間にコンデンサの電荷の放電を円滑に行うことができる。
【００２１】
ここで、駆動電動機１０を介して放電される放電電流は、図１における電流制御部１で制御され、回転角の変化量を補償するための位相調整は２相→３相変換部２において実行される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による車両用電動機制御装置のブロック図。
【図２】駆動電動機への電流供給系のブロック図。
【図３】電動車両の駆動系のモデルを示す模式図。
【図４】電動機出力端とタイヤ端とにおける変移量の入出力関係図、（ａ）駆動伝達系が剛体的に結合されている場合の入出力関係図、（ｂ）駆動伝達系が弾性的に結合されている場合の入出力関係図。
【図５】電流制御による駆動伝達系の捩れ補償法を説明するベクトル図。
【図６】位相制御による駆動伝達系の捩れ補償法を説明するベクトル図。
【図７】コンデンサの放電処理手順を示すフロー図。
【符号の説明】
【００２３】
１：電流制御部                ２：２相→３相変換部
３：インバータ                ４：回転情報演算部
５：３相→２相変換部          ６：放電処理制御部
７：車両傾斜角判定部          ８：車両重量判定部
９：電流値切替部            １０：駆動電動機
１２：スイッチ                １３：直流電源
１４：コンデンサ              １５：タイヤ
【図１】
2006304563.tif 000003
【図２】
2006304563.tif 000004
【図３】
2006304563.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006304563.tif 000007
【図６】
2006304563.tif 000008
【図７】
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