(57)【要約】【課題】  従来の電動車両の車輪空転防止装置では、デジタル制御のように一定周期ごとに巻線電流指令値を更新する場合においては、巻線電流指令値がステップ状に変化してしまうので、スリップを収束させる時にステップ状にトルク変動が発生し車両の振動が発生してしまうという問題点があった。【解決手段】  電動車両の車輪を回転駆動するモータ(9)と、前記電動車両の実車速を推定する実車速推定手段(3)と、前記電動車両の車輪のスリップの発生を検知するスリップ検知手段(1)と、ドライバのアクセル操作によるアクセル開度を監視するアクセル開度モニタ手段(2)と、アクセル開度に応じて前記モータの巻線電流を制御し、前記スリップ検知手段によってスリップ発生が検出されたときは、前記実車速推定車速推定手段によって推定された前記実車速に基づき巻線電流指令値を生成し、これによって前記巻線電流を制御するモータ制御装置とをそなえることを特徴とする電動車両の車輪空転防止装置を提供する。【選択図】      図１
2006081266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両の車輪を回転駆動するモータと、
前記電動車両の実車速を推定する実車速推定手段と、
前記電動車両の車輪のスリップの発生を検知するスリップ検知手段と、
アクセル開度に応じて前記モータの巻線電流を制御し、前記スリップ検知手段によってスリップ発生が検出されたときは、前記実車速推定車速推定手段によって推定された前記実車速に基づき巻線電流指令値を生成し、これによって前記巻線電流を制御するモータ制御装置と、
をそなえることを特徴とする電動車両の車輪空転防止装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動車両の車輪空転防止装置において、
前記モータはスイッチト・リラクタンス・モータであり、
前記モータ制御装置は、前記スリップ検知手段によってスリップ発生が検出されたときは、前記実車速推定車速推定手段によって推定された前記実車速に基づき、電圧印加開始タイミングおよび電圧印加終了タイミングを決定し、これらにも基づき前記巻線電流を制御する、
ことを特徴とする電動車両の車輪空転防止装置。
【請求項３】
請求項１また２に記載の電動車両の車輪空転防止装置において、
前記モータ制御装置は、スリップ発生中は前記モータに対するトルク指令値をスリップ発生直前の値以下に制限する、
ことを特徴とする電動車両の車輪空転防止装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両の車輪空転防止装置において、
前記モータが複数であり、前記電動車両の駆動輪が複数であり、
前記複数のモータは、少なくとも２つの駆動輪に１つずつ配置される、或いは、１つの軸で結合されている２以上の駆動輪を含むような少なくとも２つの駆動輪群に１つずつ配置され、
前記モータ制御装置は、各モータの巻線電流制御指令値を独立に制御する、
ことを特徴とする電動車両の車輪空転防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の車輪空転防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、電動車両のスリップ時にモータの目標トルクを低減してスリップを収束させる技術が開示されている（特許文献１を参照されたい。）。また、電動車両以外にモータを活用する分野における従来技術として、スイッチト・リラクタンス・モータにおいてスリップを収束させる技術が開示されている（特許文献２を参照されたい。）。これらの従来例では、モータ回転数が急変した場合に、モータトルク指令値を変化させてモータ回転数の変動を収束させている。
【特許文献１】特開平１１−２８５１０４号公報（段落0005-0006、図１）
【特許文献２１】特表２００２−５３０１６９号公報（段落0026-0027、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常のモータ制御装置はモータトルク指令（車両の場合、主に運転者のアクセル操作（開度）に基づき生成される）に対して、その時のモータ回転数を検出し、当該モータ回転数において、指令どおりのトルクが出力できるようにモータに電流を流す、いわゆるベクトル制御によりモータをコントロールしている。このような制御方法はモータの性能を効率良く引き出す上で有効であるが、モータに加わっていた逆トルク（車両の場合、車重に摩擦力等を積算した抵抗成分）が急減して回転数が上昇した場合、当該上昇した回転数に応じて既定トルクを出力するために、さらにモータに加える電力を増加させてしまうという問題があり、上述のように例えば車両のスリップ時には当該モータに加わる電力の急増を押さえるとともに、スリップを収束させるべく、アクセル操作とは対応せずに、トルク指令値を減少させることによりモータに加わる電力を抑え且つスリップを収束させていた。
しかしながら、デジタル制御のように一定周期ごとに巻線電流指令値を更新する制御装置においては、巻線電流指令値がステップ状に変化してしまうので、スリップを収束させる時にステップ状にトルク変動が発生し車両の振動が発生してしまうという問題点があった。この振動に対しては、微小にトルクを減少させることによりトルク変動を滑らかにして対処することも考えられるが、どの程度、トルクを減少させればスリップが収束するかわからず、やはり変動を抑えるのは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による電動車両の車輪空転防止装置は、
電動車両の車輪を回転駆動するモータと、
前記電動車両の実車速を推定する実車速推定手段（回路）と、
前記電動車両の車輪のスリップの発生を検知するスリップ検知手段（回路）と、
ドライバ（運転者）のアクセル操作によるアクセル開度を監視するアクセル開度モニタ手段（回路）と、
アクセル開度に応じて前記モータの巻線電流を制御し、前記スリップ検知手段によってスリップ発生が検出されたときは、前記実車速推定車速推定手段によって推定された前記実車速に基づき巻線電流指令値を生成し、これによって前記巻線電流を制御するモータ制御装置（回路）と、
をそなえることを特徴とする。
【０００５】
また、第２の発明による電動車両の車輪空転防止装置は、
前記モータはスイッチト・リラクタンス（ＳＲ）・モータであり、
前記モータ制御装置は、前記スリップ検知手段によってスリップ発生が検出されたときは、前記実車速推定車速推定手段によって推定された前記実車速に基づき、電圧印加開始タイミングおよび電圧印加終了タイミングを決定し、これらにも基づき前記巻線電流を制御する、
ことを特徴とする。
【０００６】
また、第３の発明による電動車両の車輪空転防止装置は、
前記モータ制御装置は、スリップ発生中（前記スリップ検知手段によってスリップ発生が検出されている間）は前記モータに対するトルク指令値をスリップ発生直前の値以下に制限する、ことを特徴とする。
【０００７】
また、第４の発明による電動車両の車輪空転防止装置は、
前記モータが複数であり、前記電動車両の駆動輪が複数であり、
前記複数のモータは、少なくとも２つの駆動輪（例えば、前輪の右車輪と左車輪）に１つずつ配置される、或いは、１つの軸で結合されている２以上の駆動輪を含む、少なくとも２つの駆動輪群（例えば、２つの車輪からなる前輪と、２つの車輪からなる後輪）に１つずつ配置され、
前記モータ制御装置は、各モータの巻線電流制御指令値を独立に制御する、
ことを特徴とする電動車両の車輪空転防止装置。
【発明の効果】
【０００８】
第１および第２の発明による電動車両の車輪空転防止装置においては、モータ巻線の電流制御指令値は推定車速に基づいて算出するので、車輪のスリップ発生中にモータ回転数が上昇するのに対して、モータトルクを連続的に減少させ、トルク変動による振動を発生させずにスリップを成功裏に収束させることができる。
【０００９】
第３の発明による電動車両の車輪空転防止装置では、スリップ発生中はトルク指令値をスリップ発生直前の値以下に制限するので、第１のおよび第２の発明により効果に加え、スリップ発生中に運転者がアクセルを踏み増した場合においても、車輪速度の吹き上がり、即ち急激な上昇を抑えることができる。
【００１０】
第４の発明による電動車両の車輪空転防止装置では、各車輪や車輪群に配置されたスイッチト・リラクタンス・モータに対して個別に保持状態の開始および解除を設定できるので、第１から第３の発明による効果に加え、さらに、個別の車輪、例えば前輪のみもしくは後輪のみがスリップしている状況においても、スリップしていない車輪へのトルクを低下させることなくスリップを収束させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
第１の実施例
図１に、本発明の第１の実施例による電動車両の車輪空転防止装置のブロック図を示す。この車輪空転防止装置は、電動車両（図示せず）に設けられた車輪１０のスリップを検知してスリップ検知信号Ｓを出力するスリップ検知手段１と、アクセル２と、車速の推定値ωｅｓｔを算出する実車速推定手段３と、アクセル開度Ｔａ＊とスリップ検知信号Ｓに基づいてモータトルク指令値Ｔｍ＊を出力するトルク指令値生成部４と、モータトルク指令値Ｔｍ＊とモータ回転数ωｍｏｔに基づいて巻線電流指令値を算出する巻線電流指令値生成部５と、巻線電流指令値と巻線電流と回転子角度に基づいてインバータ駆動信号を生成するインバータ駆動信号生成部６と、インバータ駆動信号を受けモータ９を駆動するインバータ７と、モータ９の巻線電流を計測する電流センサ８と、車輪１０を回転駆動するモータ９と、車輪１０と、モータ９の回転子角度を計測する位置センサ１１と、インバータに直流電圧を供給する電源１２と、モータの回転子角度（スリップ検知信号がオフの時）もしくは推定車速ωｅｓｔ（スリップ検知信号がオンの時）からモータの回転数ωｍｏｔを算出するモータ回転数演算部１３で構成される。
【００１２】
次に、スリップ発生中において、モータ回転数算出値を固定したまま実際のモータ９の回転数を上げた時の回転数−トルク特性を図２に示す。図２は、図の巻線電流指令値生成部５で使用するモータ回転数を、一定の推定車速ωｅｓｔに相当するモータ回転数Ｎ１に固定したまま、実際のモータ回転数が上昇した場合の例である。このように推定車速が一定のまま実際のモータ回転数が上昇すると、モータ９の出力トルクは単調減少する。トルクが減少する理由は、磁石モータの場合は逆起電圧が上昇して電流が小さくなるためであり、スイッチト・リラクタンス・モータの場合は励磁タイミングが最適値より遅れて電流が小さくなるためである。
【００１３】
ここで、スイッチト・リラクタンス・モータの場合の電流制御波形を示す。図４は、本発明の使用に適したスイッチト・リラクタンス・モータ（ＳＲモータ）の全体図であり、このＳＲモータ２０では、ロータ２２のロータ突極Ｒ１−Ｒ８の各自を、励磁されたステータ突極Ｓ１−Ｓ１２のうちの対応するものにより引き寄せることによりロータ２２を回転運動させる。本実施例ではロータは８極、ステータは１２極であり、各突極が同様に通電を繰り返している。
【００１４】
図５は、スイッチト・リラクタンス・モータの通常運転時の制御波形を示す波形図である。図には、図の上部に示した突極同士の位置関係（各位相）における、モータのリラクタンス力Ｌと電流ｉとの関係が示してある。図５に示すようにロータ突極がステータ突極に近づいて来る時に通電し、離れる時に非通電とすることにより一方向へ回転させており、当該ロータ突極がステータ突極に近づいて来る時にステータ突極に加えることができた電力がモータのトルクとなる。
【００１５】
次に、このようなＳＲモータにおいてスリップが生じた場合の従来の処理を説明する。図６は、スイッチト・リラクタンス・モータのスリップ時の従来処理による制御波形を示す波形図である。この場合、モータの回転数が上昇するのでモータのリラクタンス力Ｌの周期は、通常運転時の周期に比べて短くなる。電流ｉの各周期における通電時間は、スリップに伴うモータの回転数上昇に応じて、通常運転時の通電時間に比べて短時間になる。ここでスリップを検出した場合、モータに加える電力を少なくするべく、通電期間中に加わる電力を小さくするようにステップ状に電流値を減少させる。このようにしてモータに加わる電力は少なくなるのでスリップは収束するものの、ステップ状に変化する電流値によりトルク変動もステップ状に変化してしまう。即ち、このような従来のスリップ収束制御では、トルク変動のステップ状の変化による振動の発生を避けることができない。
【００１６】
図７は、本発明を適用し推定車速を用いた場合におけるスイッチト・リラクタンス・モータのスリップ時の制御波形を示す波形図である。図７に示すように、本発明を適用して推定車速を用いた場合、リラクタンス力Ｌは実回転数に合わせてその周期が短くなっているものの、電流値ｉは「推定車速」に基づいているので図５のような状態から変化しない。つまり電流はモータに十分にトルクを与えることができないので回転数の上昇は収まり、スリップは収束する。
なお、ここで図６および図７は発明の主旨を説明するべく誇張して記載している。約2倍の回転数に上昇した場合を示しており、実際は、例えば、図7は一周期以上両者がずれているが、スリップの検出自体は2倍に到るまでもなく検出可能であり、そのような場合にはこれほど回転数が上昇する前にスリップは収束することになる。つまり図８のような状態となる。
【００１７】
続いて、本実施例における、スリップ発生時の車輪速度とモータトルク、および各指令値の関係をタイミングチャートで図３に示す。図３は、時間ｔｓでスリップが発生し、時間ｔｅでスリップが収束する例である。まず時間ｔｓでスリップが発生すると、図１におけるスリップ検知手段１が出力するスリップ検知信号Ｓがオンになる。なおスリップ検知手段１は、既知の検知手段を用いてスリップ検知信号Ｓをオンにすべきかオフにすべきかを判定する。一般的には、前輪と後輪の回転数差、もしくは車輪の加速度を監視し、それらが所定の値以上になるとスリップ発生と判断しスリップ検知信号Ｓをオンにし、その後も監視を継続して所定の値未満になったらスリップ検知信号Ｓをオフにする方法を取るが、他の方法で検知してもよい。
【００１８】
本発明では、スリップ検知信号Ｓがオンになると図１におけるモータ回転数演算部１３が、モータ回転子角度による回転数算出から、推定車速による回転数算出に切り替える。スリップ中は推定車速に比べて車輪速度が大きく上昇するため、図２で説明したようにモータトルクが減少する。その後車輪速度が減少してスリップが収束する。
なおスリップ発生中は、図１におけるモータトルク指令値生成部４が、モータトルク指令値をスリップ発生直前の値以下に抑えるので、スリップ中にアクセルを踏み増ししたとしても車輪速度が吹き上がる、即ち増大することは無く、図３のようにスリップを収束させることができる。また、モータが各車輪に１つずつ配置されている場合は、これまでに述べたスリップ時の巻線電流指令値の制御を各モータに対して独立に実施するので、スリップしていない車輪へのトルクを低下させることなくスリップを収束させることができる。
【００１９】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることを留意されたい。例えば、説明の便宜上スイッチト・リラクタンス・モータに本発明を適用した例を示したが、これは単なる例示であり、本願発明は、その他の多種、多様なモータを使用した電動車両に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施例による電動車両の車輪空転防止装置のブロック図である。
【図２】スリップ発生中において、モータ回転数算出値を固定したまま実際のモータ９の回転数を上げた時の回転数−トルク特性を示す図である。
【図３】実施例１のスリップ発生時の状態を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の使用に適したスイッチト・リラクタンス・モータ（ＳＲモータ）の全体図である。
【図５】スイッチト・リラクタンス・モータの通常運転時の制御波形を示す波形図である。
【図６】スイッチト・リラクタンス・モータのスリップ時の従来処理による制御波形を示す波形図である。
【図７】本発明を適用し推定車速を用いた場合におけるスイッチト・リラクタンス・モータのスリップ時の制御波形を示す波形図である。
【図８】本発明を適用し推定車速を用いた場合におけるスイッチト・リラクタンス・モータのスリップ時の制御波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  スリップ検知手段
２  アクセル
３  実車速推定手段
４  トルク指令値生成部
５  巻線電流指令値生成部
６  インバータ駆動信号生成部
７  インバータ
８  電流センサ
９  モータ
１０  車輪
１１  位置センサ
１２  電源
１３  モータ回転数演算部
Ｓ１−１２  ステータ突極
Ｒ１−８  ロータ突極
Ｌ  リラクタンス力
ｉ  電流
【図１】
2006081266.tif 000003
【図２】
2006081266.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006081266.tif 000007
【図６】
2006081266.tif 000008
【図７】
2006081266.tif 000009
【図８】
2006081266.tif 000010