(57)【要約】      （修正有）【課題】  駆動輪を駆動する２つのモータの特性にばらつきがあっても、バッテリーの能力を有効に活用できるバッテリー駆動車両を提供する。【解決手段】  本発明においてインバータ１１は、トルク指令Ｔ１＊からｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令を生成し、そのｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令に応答して誘導モータ２１に電力を供給する。インバータ１２は、トルク指令Ｔ２＊からｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令を生成し、そのｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令に応答して誘導モータ２２に電力を供給する。インバータ１１は、トルク指令Ｔ１＊から得られるｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が所定の条件を満足する場合、ｄ軸電圧指令及び／又はｑ軸電圧指令を制限する。この場合、インバータ１１は、制御データをもう一方のインバータ１２に送信する。インバータ１２は、インバータ１１から送られる制御データに応答して、そのｄ軸電圧指令及び／又はｑ軸電圧指令を制限する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーと、
第１駆動輪と、
前記第１駆動輪を駆動する第１モータと、
前記バッテリーから供給された直流電力から第１交流電力を発生し、前記第１交流電力を前記第１モータに供給する第１インバータと、
第２駆動輪と、
前記第２駆動輪を駆動する第２モータと、
前記バッテリーから供給された直流電力から第２交流電力を発生し、前記第２交流電力を前記第２モータに供給する第２インバータ
とを具備し、
前記第１インバータは、
第１電圧指令を生成する第１電圧指令生成手段と、
前記第１電圧指令に応答して前記第１モータに前記第１交流電力を出力する第１インバータ出力段
とを備え、
前記第２インバータは、
第２電圧指令を生成する第２電圧指令生成手段と、
前記第２電圧指令に応答して前記第２モータに前記第２交流電力を出力する第２インバータ出力段
とを備え、
前記第１電圧指令生成手段は、前記バッテリー、及び／又は前記第１インバータの状態に応じて前記第１電圧指令を制限し、且つ、前記第１電圧指令を制限した程度に応じて第１制御データを生成し、
前記第２電圧指令生成手段は、前記第１制御データに応答して前記第２電圧指令を制限する
バッテリー駆動車両。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリー駆動車両であって、
前記第２電圧指令生成手段は、前記バッテリー、及び／又は前記第２インバータの状態に応じて前記第２電圧指令を制限し、且つ、前記第２電圧指令を制限した程度に応じて第２制御データを生成し、
前記第１電圧指令生成手段は、前記第２制御データに応答して前記第１電圧指令を制限する
バッテリー駆動車両。
【請求項３】
請求項２に記載のバッテリー駆動車両であって、
前記第１電圧指令生成手段は、
前記第１モータに対応する第１トルク指令、及び前記第１モータの回転数から電流指令を生成する電流指令生成手段と、
前記電流指令と前記第１モータに供給される電流とに応答して前記第１電圧指令を生成する電圧制御手段
とを備え、
前記電流指令生成手段は、前記第２インバータの前記第２電圧指令生成手段から送信される前記第２制御データに応答して前記電流指令を制限する
バッテリー駆動車両。
【請求項４】
請求項２に記載のバッテリー駆動車両であって、
前記第１電圧指令は、ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを含み、
前記第１電圧指令生成手段は、
前記第１モータに対応する第１トルク指令、前記第１モータの回転数、及び前記第１モータに供給される電流から暫定ｄ軸電圧指令と暫定ｑ軸電圧指令とを生成する電流制御手段と、
前記暫定ｄ軸電圧指令と前記暫定ｑ軸電圧指令とが所定の条件を満足する場合、前記ｑ軸電圧指令を前記暫定ｑ軸電圧指令よりも小さくなるように生成する電圧制限手段
とを備え、
前記第１制御データは、前記ｑ軸電圧指令が前記暫定ｑ軸電圧指令から減少されている程度に応じて生成されたｑ軸制御データを含む
バッテリー駆動車両。
【請求項５】
請求項４に記載のバッテリー駆動車両であって、
前記電圧制限手段は、前記暫定ｄ軸電圧指令と前記暫定ｑ軸電圧指令とが前記所定の条件を満足する場合、前記ｄ軸電圧指令を前記暫定ｄ軸電圧指令よりも小さくなるように生成し、
前記第１制御データは、更に、前記ｄ軸電圧指令が前記暫定ｄ軸電圧指令から減少されている程度に応じて生成されたｄ軸制御データを含む
バッテリー駆動車両。
【請求項６】
請求項２に記載のバッテリー駆動車両であって、
前記第１電圧指令は、ｄ軸電圧指令を含み、
前記第１電圧指令生成手段は、
前記第１モータに対応する第１トルク指令、前記第１モータの回転数、及び前記第１モータに供給される電流から暫定ｄ軸電圧指令を生成する電流制御手段と、
前記バッテリーの電圧が所定の電圧よりも高い場合に前記ｄ軸電圧指令を前記暫定ｄ軸電圧指令よりも小さくなるように制限する電圧制限手段
とを備え、
前記第１制御データは、前記ｄ軸電圧指令が前記暫定ｄ軸電圧指令から減少されている程度に応じて生成されたｄ軸制御データを含む
バッテリー駆動車両。
【請求項７】
バッテリーと、第１駆動輪と、前記第１駆動輪を駆動する第１モータと、第１インバータと、第２駆動輪と、前記第２駆動輪を駆動する第２モータと、第２インバータとを具備するバッテリー駆動車両の制御方法であって、
前記第１インバータにおいて第１電圧指令を生成するステップと、
前記第１電圧指令に応答して前記第１インバータから前記第１モータに交流電力を供給するステップと、
前記第２インバータにおいて第２電圧指令を生成するステップと、
前記第２電圧指令に応答して前記第２インバータから前記第２モータに交流電力を供給するステップと、
前記バッテリー、及び／又は前記第１インバータの状態に前記第１電圧指令を制限し、且つ、前記第１電圧指令を制限した程度に応じて第１制御データを生成するステップと、
前記第１制御データを前記第１インバータから前記第２インバータに送信するステップと、
前記第２インバータにおいて、前記第１制御データに応答して前記第２電圧指令を制限するステップ
とを具備する
バッテリー駆動車両の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー駆動車両に関しており、特に、２つの駆動輪を、別々のインバータ及びモータで駆動するように構成されたバッテリー駆動車両技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーフォークリフトに例示されるバッテリー駆動車両は、左右２つの駆動輪を、別々のインバータ及びモータで駆動する駆動システムを採用することがある。このような駆動システムは、動力伝達機構を簡素化し、駆動効率を高めるために有効である。
【０００３】
２つのモータが協調的に制御され、これにより、全体としてのエネルギー効率が向上されることは、２つ以上のモータを含むシステム全般に重要なことである。複数のモータを協調的に制御する技術は、例えば特開平６−３２９６０８号公報（特許文献１）に開示されている。この公報に記載の技術は、複数のモータから駆動電流が要求されている場合に駆動の優先順位を設定することにより、複数のモータへの最適な電流配分を実現している。
【０００４】
バッテリーを電源として使用する駆動システムで重要なことの一つは、バッテリーの能力を有効に活用することであり、そのためには、バッテリー電圧になるべく近い出力電圧を出力するようにインバータが制御されることが好ましい。
【０００５】
しかし、バッテリー電圧になるべく近い出力電圧を出力するようにインバータを制御することは、２つのモータの特性にばらつきがある場合に問題を生じさせ得る。第１に、モータの特性のばらつきは、一方のモータについては、要求されたトルクを出力するために必要な出力電圧がバッテリー電圧よりも低いが、他方のモータについては、要求されたトルクを出力するために必要な出力電圧がバッテリー電圧よりも高いという事態を生じさせ得る。このような場合、後者のモータや、それに接続されたインバータを保護するためには、後者のモータに接続されたインバータは、要求されたトルクを出力するために必要な出力電圧よりも小さい出力電圧を出力するように制御されざるを得ない。しかし、単純に出力電圧を制限するだけでは、左右の駆動輪に供給されるトルクが不均一になり、バッテリー駆動車両が不所望な方向に進んでしまう。
【０００６】
第２に、モータの特性のばらつきは、電力のバッテリーへの回生を行うときにも問題を生じさせ得る。より具体的には、一方のモータからインバータを介してバッテリーに供給される回生電圧はバッテリーの許容最大電圧よりも小さいが、他方のモータからインバータを介してバッテリーに供給される回生電圧がバッテリーの許容最大電圧よりも大きいという事態を生じさせ得る。このような場合、バッテリーを保護するためには、後者のモータに対して弱め界磁制御が行われ、回生電圧が低下される必要がある。しかし、単純に後者のモータに対する弱め界磁制御を行うだけでは、左右の駆動輪に供給されるトルクが不均一になり、バッテリー駆動車両が不所望な方向に進んでしまう。
【０００７】
２つのモータの特性のばらつきを考慮して、バッテリー電圧が充分に高いバッテリーを使用すれば、このような問題は回避できるかもしれない。しかし、バッテリー電圧が高いバッテリーを使用することは、経済性の面からは問題である。
【０００８】
このような背景から、駆動輪を駆動する２つのモータの特性にばらつきがあっても、バッテリーの能力を最大限に活用できるようなバッテリー駆動車両の提供が望まれている。
【特許文献１】特開平６−３２９６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、駆動輪を駆動する２つのモータの特性にばらつきがあっても、バッテリーの能力を有効に活用できるバッテリー駆動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【００１１】
本発明によるバッテリー駆動車両（１０）は、バッテリー（４）と、第１駆動輪（３１）と、第１駆動輪（３１）を駆動する第１モータ（２１）と、前記バッテリー（４）から供給された直流電力から第１交流電力を発生し、前記第１交流電力を第１モータ（２１）に供給する第１インバータ（１１）と、第２駆動輪（３２）と、第２駆動輪（３２）を駆動する第２モータ（２２）と、バッテリー（４）から供給された直流電力から第２交流電力を発生し、前記第２交流電力を第２モータ（２２）に供給する第２インバータ（１２）とを具備する。第１インバータ（１１）は、第１電圧指令を生成する第１電圧指令生成手段（１１１−１４１）と、前記第１電圧指令に応答して前記第１モータ（２１）に前記第１交流電力を出力する第１インバータ出力段（１７１）とを備える。第２インバータ（１２）は、第２電圧指令を生成する第２電圧指令生成手段（１１２−１４２と、前記第２電圧指令に応答して第２モータ（２１）に前記第２交流電力を出力する第２インバータ出力段（１７２）とを備える。第１電圧指令生成手段（１１１−１４１）は、バッテリー（４）及び／又は第１インバータ（１１）の状態に応じて前記第１電圧指令を制限し、且つ、前記第１電圧指令を制限した程度に応じて第１制御データを生成する。第２電圧指令生成手段（１１２−１４２）は、前記第１制御データに応答して前記第２電圧指令を制限する。
【００１２】
このようなバッテリー駆動車両（１０）では、バッテリー（４）及び／又は第１インバータ（１１）の状態に応じて第１インバータ（１１）の前記第１電圧指令が制限された場合に、第２インバータ（１２）の前記第２電圧指令も制限される。したがって、第１電圧指令を制限する制御を行ってバッテリー（４）や第１インバータ（１１）を保護しても、当該バッテリー駆動車両（１０）は不所望な方向に進まない。これは、第１インバータ（１１）及び第２インバータ（１２）に許容される最大の出力電圧を、バッテリー電圧に近づけることを可能にし、バッテリー（４）の能力を最大限に活用することを可能にする。
【００１３】
好適には、第２電圧指令生成手段（１１２−１４２）は、バッテリー（４）及び／又は第２インバータ（１２）の状態に応じて前記第２電圧指令を制限し、且つ、前記第２電圧指令を制限した程度に応じて第２制御データを生成し、第１電圧指令生成手段（１１１−１４１）は、前記第２制御データに応答して前記第１電圧指令を制限する。
【００１４】
第１電圧指令生成手段（１１１−１４１）が、第１モータ（２１）に対応する第１トルク指令（Ｔ１＊）、及び第１モータ（２１）の回転数（Ｎ１）から電流指令を生成する電流指令生成手段（１１１）と、前記電流指令と第１モータ（２１）に供給される電流とに応答して前記第１電圧指令を生成する電流制御手段（１２１−１４１）とを備える場合には、電流指令生成手段（１１１）が、第２インバータ（１２）の第２電圧指令生成手段（１１２−１４２）から送信される前記第２制御データに応答して前記電流指令を制限することが好ましい。
【００１５】
好適な実施形態では、前記第１電圧指令は、ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＊）とｑ軸電圧指令（ｖ１ｑ＊）とを含む。この場合、第１電圧指令生成手段（１１１−１４１）は、第１トルク指令（Ｔ１＊）、前記第１モータ（２１）の回転数（Ｎ１）、及び第１モータ（２１）に供給される電流から暫定ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊）と暫定ｑ軸電圧指令（ｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊）とを生成する電圧制御手段（１１１−１３１）と、暫定ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊）と暫定ｑ軸電圧指令（ｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊）とが所定の条件を満足する場合、前記ｑ軸電圧指令（ｖ１ｑ＊）を前記暫定ｑ軸電圧指令（ｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊）よりも小さくなるように生成する電圧制限手段（１４１）とを備え、前記第１制御データは、前記ｑ軸電圧指令（ｖ１ｑ＊）が前記暫定ｑ軸電圧指令（ｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊）から減少されている程度に応じて生成されたｑ軸制御データを含むことが好ましい。
【００１６】
この場合、電圧制限手段（１４１）は、前記暫定ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊）と前記暫定ｑ軸電圧指令（ｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊）とが前記所定の条件を満足するときに、前記ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＊）を前記暫定ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊）よりも小さくなるように生成し、前記第１制御データは、更に、前記ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＊）が前記暫定ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊）から減少されている程度に応じて生成されたｄ軸制御データを含んでもよい。
【００１７】
他の好適な実施形態では、前記第１電圧指令生成手段（１１１−１４１）は、前記バッテリーの電圧（Ｖｄｃ）が所定の電圧（ＶｄｃＭＡＸ）よりも高い場合に前記ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＊）を前記暫定ｄ軸電圧指令（ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊）よりも小さくなるように制限する電圧制限手段（１４１）を備え、且つ、前記第１制御データは、前記ｄ軸電圧指令が前記暫定ｄ軸電圧指令から減少されている程度に応じて生成されたｄ軸制御データを含む。
【００１８】
本発明によるバッテリー駆動車両の制御方法は、バッテリー（４）と、第１駆動輪（３１）と、第１駆動輪（３１）を駆動する第１モータ（２１）と、第１インバータ（１１）と、第２駆動輪（３２）と、第２駆動輪（３２）を駆動する第２モータ（２２）と、第２インバータ（１２）とを具備するバッテリー駆動車両の制御方法である。当該制御方法は、
第１インバータ（１１）において第１電圧指令を生成するステップと、
前記第１電圧指令に応答して第１インバータ（１１）から第１モータ（２１）に交流電力を供給するステップと、
第２インバータ（１２）において第２電圧指令を生成するステップと、
前記第２電圧指令に応答して第２インバータ（１２）から第２モータ（２２）に交流電力を供給するステップと、
バッテリー（４）及び／又は第１インバータ（１１）の状態に応じて前記第１電圧指令を制限し、且つ、前記第１電圧指令を制限した程度に応じて第１制御データを生成するステップと、
前記第１制御データを第１インバータ（１１）から第２インバータ（１２）に送信するステップと、
第２インバータ（１２）において、前記第１制御データに応答して前記第２電圧指令を制限するステップとを具備する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、駆動輪を駆動する２つのモータの特性にばらつきがあっても、バッテリーの能力を有効に活用できるバッテリー駆動車両を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明によるバッテリー駆動車両の好適な実施形態を説明する。
【００２１】
第１  全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリー駆動車両１０のブロック図である。バッテリー駆動車両１０は、左走行インバータ１１と、右走行インバータ１２と、左誘導モータ２１と、右誘導モータ２２と、左駆動輪３１と、右駆動輪３２と、バッテリー４と、上位コントローラ５とを備えている；本明細書の全体に渡り、参照符号に付された添字”１”は、「左」に対応しており、添字”２”は、「右」に対応していることに留意されたい。
【００２２】
左走行インバータ１１は、バッテリー４から供給される直流電力から３相交流電力を生成して、左駆動輪３１を駆動する左誘導モータ２１に供給する。左走行インバータ１１から左誘導モータ２１に３相交流電力を供給する電力ケーブルには、左誘導モータ２１のｕ相電流ｉ１ｕ、ｖ相電流ｉ１ｖ、及びｗ相電流ｉ１ｗを測定する電流センサ６１が設けられている。左走行インバータ１１は、ｕ相電流ｉ１ｕ、ｖ相電流ｉ１ｖ、及びｗ相電流ｉ１ｗに基づいたベクトル制御を行って３相交流電力を生成する。
【００２３】
同様に、右走行インバータ１２は、バッテリー４から供給される直流電力から３相交流電力を生成して、右駆動輪３２を駆動する右誘導モータ２２に供給する。右走行インバータ１２から右誘導モータ２２に３相交流電力を供給する電力ケーブルには、右誘導モータ２２のｕ相電流ｉ２ｕ、ｖ相電流ｉ２ｖ、及びｗ相電流ｉ２ｗを測定する電流センサ６２が設けられる。右走行インバータ１２は、ｕ相電流ｉ２ｕ、ｖ相電流ｉ２ｖ、及びｗ相電流ｉ２ｗに基づいたベクトル制御を行って３相交流電力を生成する。
【００２４】
バッテリー４から左走行インバータ１１及び右走行インバータ１２に直流電力を供給する電源線には、電圧センサ７が設けられている。電圧センサ７は、バッテリー電圧Ｖｄｃ（即ち、バッテリー４の正極と負極との間の電圧）を測定する。電圧センサ７によって測定されたバッテリー電圧Ｖｄｃは、バッテリー４への電力の回生の制御の際に使用される。
【００２５】
左走行インバータ１１と右走行インバータ１２の制御は、上位コントローラ５によって行われる。上位コントローラ５は、アクセル開度とステアリング角度とに応答して、左トルク指令Ｔ１＊と右トルク指令Ｔ２＊とを生成し、左トルク指令Ｔ１＊を左走行インバータ１１に、右トルク指令Ｔ２＊を右走行インバータ１２に供給する。左トルク指令Ｔ１＊と右トルク指令Ｔ２＊とは、通常、同一の値である。
【００２６】
左走行インバータ１１と右走行インバータ１２とは、上位コントローラ５によってのみ制御されるのではなく、制御データを相互に交換し、相手方から受け取った制御データに応答して動作するように構成されている。より具体的には、左走行インバータ１１は、システム全体の保護のためにｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限する制御を行ったときには、ｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限した程度を示す制御データを、右走行インバータ１２に送信する。右走行インバータ１２は、左走行インバータ１１から送られてくる制御データに応答して、左走行インバータ１１と同じくｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限する動作を行う。同様に、右走行インバータ１２は、システム全体の保護のためにｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限する制御を行ったときには、ｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限した程度を示す制御データを、左走行インバータ１１に送信する。左走行インバータ１１は、右走行インバータ１２から送られてくる制御データに応答して、右走行インバータ１２と同じくｄ軸電圧とｑ軸電圧とを制限する動作を行う。
【００２７】
本実施の形態では、左走行インバータ１１から右走行インバータ１２に送られる制御データは、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑとで構成されている。ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑとは、それぞれ、左走行インバータ１１の内部においてｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊とｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊が制限された程度を表す、０以上１以下の係数である。ｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊とｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊を制限するような動作が行われていないときには、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑは、いずれも１である。ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑは、左トルク指令Ｔ１＊と左誘導モータ２１の回転数Ｎ１とから定まるｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令がシステムを保護するためには大きすぎる場合に、ｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊とｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊を制限すべき程度に応じて減少される。右走行インバータ１２は、左走行インバータ１１から供給されるｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑに応答して、その内部で発生されるｄ軸電圧指令ｖ２ｄ＊とｑ軸電圧指令ｖ２ｑ＊を減少させる。
【００２８】
同様に、右走行インバータ１２から左走行インバータ１１に送られる制御データは、ｄ軸オーバライド係数ｋ２ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ２ｑとで構成されている。ｄ軸オーバライド係数ｋ２ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ２ｑとは、それぞれ、右走行インバータ１２の内部においてｄ軸電圧指令ｖ２ｄ＊とｑ軸電圧指令ｖ２ｑ＊が制限された程度を表す、０以上１以下の係数である。左走行インバータ１１は、右走行インバータ１２から供給されるｄ軸オーバライド係数ｋ２ｄとｑ軸オーバライド係数ｋ２ｑに応答して、その内部で発生されるｄ軸電圧指令ｖ２ｄ＊とｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊を減少させる。
【００２９】
後述されるように、制御データ（即ち、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ、ｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑ、ｄ軸オーバライド係数ｋ２ｄ、及びｑ軸オーバライド係数ｋ２ｑ）を左走行インバータ１１と右走行インバータ１２との間で交換することは、ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを制限する制御が行われたときに、バッテリー駆動車両１０が不所望な方向に進んでしまうことを防ぐために重要である。バッテリー駆動車両１０は、左走行インバータ１１と右走行インバータ１２の一方においてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する制御が行われた場合に他方においてもｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する制御が行われるように構成され、これにより、バッテリー駆動車両１０が不所望な方向に進んでしまうことが防止されている。以下では、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ、ｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑ、ｄ軸オーバライド係数ｋ２ｄ、及びｑ軸オーバライド係数ｋ２ｑを用いた左走行インバータ１１、右走行インバータ１２の制御について詳細に説明する。
【００３０】
第２  インバータの構成及び動作
図２は、左走行インバータ１１と右走行インバータ１２の構成を示すブロック図である。左走行インバータ１１と右走行インバータ１２とは、同一の構成及び同一の機能を有しており、以下では、左走行インバータ１１の構成及び動作についてのみ説明が行われる；右走行インバータ１２の各構成要素の機能は、左走行インバータ１１の対応する構成要素の機能の説明を参照することによって当業者には容易に理解されよう。以下の説明において、左走行インバータ１１の構成要素、及び左走行インバータ１１によって生成される制御データには、添字”１”が付されており、右走行インバータ１２の構成要素、及び右走行インバータ１２によって生成される制御データには、添字”２”が付されていることに留意されたい。
【００３１】
左走行インバータ１１は、電流指令生成部１１１と、３相２相変換部１２１と、電流制御部１３１と、電圧制限部１４１と、２相３相変換部１５１と、ＰＷＭ制御部１６１と、インバータ出力段１７１とを備えている。電流指令生成部１１１と、３相２相変換部１２１と、電流制御部１３１と、電圧制限部１４１と、２相３相変換部１５１と、ＰＷＭ制御部１６１は、インバータ出力段１７１に搭載されているパワートランジスタのオンオフを制御するＰＷＭ信号Ｓ１ＰＷＭを生成するための制御系を構成しており、最も典型的には、ＤＳＰ（digital signal processor）に実装される。電流指令生成部１１１と、３相２相変換部１２１と、電流制御部１３１と、電圧制限部１４１と、２相３相変換部１５１と、ＰＷＭ制御部１６１には、共通の制御クロックが供給されており、これらの演算部は、それぞれが行うべき演算を当該制御クロックの各クロック周期に実行するように構成されている。以下、左走行インバータ１１の各構成要素について詳細に説明する。
【００３２】
電流指令生成部１１１は、上位コントローラ５から送信される左トルク指令Ｔ１＊と左誘導モータ２１の回転数Ｎ１とに応答して、ｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊とｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊とを生成する。
【００３３】
３相２相変換部１２１は、電流センサ６１によって測定されたｕ相電流ｉ１ｕ、ｖ相電流ｉ１ｖ、及び、ｗ相電流ｉ１ｗについてｄ−ｑ変換を行い、ｄ軸電流ｉ１ｄ及びｑ軸電流ｉ１ｑを算出する。当業者に周知であるように、ｄ軸電流ｉ１ｄ及びｑ軸電流ｉ１ｑの算出には、ｕ相電流ｉ１ｕ、ｖ相電流ｉ１ｖ、及び、ｗ相電流ｉ１ｗの全てが必要ではなく、これらのうちの２つからｄ軸電流ｉ１ｄ及びｑ軸電流ｉ１ｑを算出することも可能である。
【００３４】
電流制御部１３１は、ｄ軸電流ｉ１ｄがｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊に一致するように、且つ、ｑ軸電流ｉ１ｑがｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊に一致するようなｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を生成する。ただし、電流制御部１３１が生成するｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令は、最終的に使用されるとは限らない；ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令は、電流制限部１４１によって制限され、制限されたｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が最終的に使用されることがある。この点を明確にするために、電流制御部１３１が生成するｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令は、それぞれ、ｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊、ｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊と記載することがある。
【００３５】
電圧制限部１４１は、電流制御部１３１によって生成されたｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令を、バッテリー駆動車両１０の駆動システムの保護に必要である場合に制限し、最終的に使用されるｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊を生成する。電流制御部１３１によって生成されたｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される場合には、以下の３種類がある。第１の場合は、要求されたトルクを左誘導モータ２１が出力するために必要なインバータ出力電圧を左走行インバータ１１が出力できない場合である。このような事態は、最も典型的には、左誘導モータ２１が要求されたトルクを出力するために必要なインバータ出力電圧が、バッテリー４のバッテリー電圧よりも高い場合に起こり得る。このような場合には、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される必要がある。第２の場合は、電力の回生時に、左誘導モータ２１から左走行インバータ１１を介してバッテリー４に供給される回生電圧がバッテリー４の許容最大電圧よりも大きい場合である。このような場合には、弱め界磁制御が行われるように、ｄ軸電圧指令が制限される必要がある。第３の場合は、右走行インバータ１２においてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される制御が行われた場合である。このような場合には、右走行インバータ１２においてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される制御が行われた場合には、左走行インバータ１１においても右走行インバータ１２においてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が制限される制御が行われる。既述のように、このような制御は、バッテリー駆動車両１０が不所望な方向に進んでしまうのを防ぐために重要である。電圧制限部１４１の構成及び動作については、後に詳細に説明が行われる。
【００３６】
２相３相変換部１５１は、電圧制限部１４１によって最終的に決定されたｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊について２相３相変換を行い、ｕ相電圧指令ｖ１ｕ＊、ｖ相電圧指令ｖ１ｖ＊、及びｗ相電圧指令ｖ１ｗ＊を生成する。
【００３７】
ＰＷＭ制御部１６１は、ｕ相電圧指令ｖ１ｕ＊、ｖ相電圧指令ｖ１ｖ＊、及びｗ相電圧指令ｖ１ｗ＊に応答して、インバータ出力段１７１のパワートランジスタのオンオフを制御するＰＷＭ信号Ｓ１ＰＷＭを生成する。より詳細には、ＰＷＭ制御部１６１は、ｕ相電圧指令ｖ１ｕ＊、ｖ相電圧指令ｖ１ｖ＊、及びｗ相電圧指令ｖ１ｗ＊に応答してデューティー比ｒｄｕｔｙ１を決定し、そのデューティー比ｒｄｕｔｙ１に対応する波形を有するＰＷＭ信号Ｓ１ＰＷＭを生成する。
【００３８】
インバータ出力段１７１は、ＰＷＭ信号Ｓ１ＰＷＭに応答してパワートランジスタのスイッチングを行い、これにより、バッテリー４から供給される直流電力から３相交流電力を生成する。インバータ出力段１７１から出力された３相交流電力が左誘導モータ２１に供給される。
【００３９】
電流指令生成部１１１、３相２相変換部１２１、電流制御部１３１、電圧制限部１４１、２相３相変換部１５１、及びＰＷＭ制御部１６１は、ハードウェア、ソフトウェア、及びそれらの組み合わせのいずれによって実装されることも可能であることに留意されたい。
【００４０】
続いて、電圧制限部１４１の詳細な説明が行われる。電圧飽和オーバライド係数生成部１８１と、電圧制限オーバライド係数生成部１９１と、オーバライド係数生成部２０１と、リミット処理部２１１とを備えている。
【００４１】
電圧飽和オーバライド係数生成部１８１は、要求されたトルクを左誘導モータ２１が出力するために必要なインバータ出力電圧を左走行インバータ１１が出力できるか（即ち、インバータ出力電圧が飽和しているか）を判断し、その判断結果に応じてｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｓａｔとｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｑ＿ｓａｔを生成する。
【００４２】
より具体的には、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｓａｔとｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｑ＿ｓａｔの生成は下記のようにして行われる。まず、電圧飽和オーバライド係数生成部１８１は、その前のクロック周期においてＰＷＭ制御部１６１が使用したデューティー比ｒｄｕｔｙ１から、左走行インバータ１１が現クロック周期において出力可能な最大のインバータ出力電圧Ｖ１ＭＡＸを算出する。続いて、下記式により、電圧飽和オーバライド量ｖｓａｔが決定される：
ｖｓａｔ＝Ｖ１ＭＡＸ−√｛（ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊）２−（ｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊）２｝．  ・・・（１）
既述のとおり、ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊、及びｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊は、電流制御部１３１によって算出された、暫定的なｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令である。電圧飽和オーバライド量ｖｓａｔが０Ｖ以上である場合には、電圧飽和オーバライド係数生成部１８１は、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令の制限は不要であると判断し、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｓａｔとｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｑ＿ｓａｔをいずれも１に設定する。一方、電圧飽和オーバライド量ｖｓａｔが負である場合には、電圧飽和オーバライド係数生成部１８１は、要求されたトルクを左誘導モータ２１が出力するために必要なインバータ出力電圧を左走行インバータ１１が出力できない、即ち、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する必要であると判断する。この場合、電圧飽和オーバライド係数生成部１８１は、下記式によってｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｓａｔとｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｑ＿ｓａｔを生成する：
ｋ１ｄ＿ｓａｔ＝１−α１ｄ，    ・・・（２ａ）
ｋ１ｑ＿ｓａｔ＝１−α１ｑ，    ・・・（２ｂ）
ここで、α１ｄは、１以下の正の数であり、且つ、電圧飽和オーバライド量ｖｓａｔの絶対値｜ｖｓａｔ｜の増加とともに増加する値である；同様に、α１ｑは、１以下の正の数であり、且つ、電圧飽和オーバライド量ｖｓａｔの大きさ｜ｖｓａｔ｜の増加とともに増加する値である。
【００４３】
電圧制限オーバライド係数生成部１９１は、電力をバッテリーに回生されるときに回生電圧（即ち、回生時のバッテリー電圧Ｖｄｃ）がバッテリー４の許容最大電圧よりも大きいかを判断し、その判断結果に応じてｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｌｉｍを生成する。より具体的には、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｌｉｍは、下記のようにして算出される。まず、下記式により、電圧制限オーバライド量ｖｌｉｍが算出される：
ｖｌｉｍ＝ＶｄｃＭＡＸ−Ｖｄｃ，          ・・・（３）
ここで、ＶｄｃＭＡＸは、バッテリー４の許容最大電圧であり、バッテリー４の仕様によって予め決定される値である；一方、Ｖｄｃは、電圧センサ７によって測定されたバッテリー電圧である。電圧制限オーバライド量ｖｌｉｍが０Ｖ以上である場合には、電圧制限オーバライド係数生成部１９１は、ｄ軸電圧指令の制限は不要であると判断し、ｄ軸電圧制限オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｌｉｍを１に設定する。一方、電圧制限オーバライド量ｖｌｉｍが負である場合には、電圧制限オーバライド係数生成部１９１は、回生電圧がバッテリー４の許容最大電圧よりも大きい、即ち、ｄ軸電圧指令を制限して弱め界磁制御を行う必要があると判断する。この場合、電圧飽和オーバライド係数生成部１８１は、下記式によってｄ軸電圧制限オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｌｉｍを生成する：
ｋ１ｄ＿ｌｉｍ＝１−β１ｄ，    ・・・（４）
ここで、β１ｄは、１以下の正の数であり、且つ、電圧制限オーバライド量ｖｌｉｍの絶対値｜ｖｌｉｍ｜の増加とともに増加する値である。
【００４４】
オーバライド係数生成部２０１は、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｓａｔ、ｑ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｑ＿ｓａｔ、及びｄ軸電圧制限オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｌｉｍから、最終的にｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令を制限するために使用されるｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ１ｄを生成する。最も簡便には、オーバライド係数生成部２０１は、下記式によってｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑを生成する：
ｋ１ｄ＝ｋ１ｄ＿ｓａｔ・ｋ１ｄ＿ｌｉｍ，      ・・・（５ａ）
ｋ１ｑ＝ｋ１ｑ＿ｓａｔ．                  ・・・（５ｂ）
【００４５】
リミット処理部２１１は、電流制御部１３１によって生成された暫定的なｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊及びｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊と、オーバライド係数生成部２０１によって生成されたｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑと、右走行インバータ１２から供給されるｄ軸オーバライド係数ｋ２ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ２ｑとから、最終的なｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊を生成する。より具体的には、ｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊は、下記式によって生成される：
ｖ１ｄ＊＝ｍｉｎ［ｋ１ｄ，ｋ２ｄ］・ｖ１ｄ＿ｒｅｆ＊，    ・・・（６ａ）
ｖ１ｑ＊＝ｍｉｎ［ｋ１ｑ，ｋ２ｑ］・ｖ１ｑ＿ｒｅｆ＊．    ・・・（６ａ）
【００４６】
右走行インバータ１２におけるｄ軸電圧指令ｖ２ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖ２ｑ＊の生成も、同様にして行われる。
【００４７】
このようにしてｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊、ｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊、ｄ軸電圧指令ｖ２ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖ２ｑ＊が生成されることにより、左走行インバータ１１と右走行インバータ１２の一方おいてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する制御が行われた場合には、他方においてもｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する制御が行われる。
【００４８】
左走行インバータ１１において生成されるｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑ、並びに、右走行インバータ１２において生成されるｄ軸オーバライド係数ｋ２ｄ及びｑ軸オーバライド係数ｋ２ｑは、更に、左走行インバータ１１、右走行インバータ１２におけるｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の制限を行うためにも使用される。これにより、不適正に大きいｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令が生成されることが防がれる。例えば、左走行インバータ１１について、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ、ｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑが１未満であることは、システムの保護の観点からは、ｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊及びｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊が過剰に大きいことを意味している。加えて、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ、ｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑが１未満であることは、右走行インバータ１２についてｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を制限する動作が行われていることを意味している。このような場合には、ｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊及びｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊が制限され、これにより、左走行インバータ１１の内部で生成されるｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊が制限される。右走行インバータ１２の内部で生成されるｄ軸電圧指令ｖ２ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖ２ｑ＊についても同様である。
【００４９】
より具体的には、左走行インバータ１１の電流指令生成部１１１は、前のクロック周期におけるｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ、ｋ２ｄとの少なくとも一方が１未満であることを検出すると、左トルク指令Ｔ１＊と回転数Ｎ１から決定されるｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊よりも小さい電流値を、ｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊として決定する。詳細には、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ、ｋ２ｄの一方のみが１未満である場合には、その一方の係数に応じてｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊を決定し、両方が１未満である場合には、その小さいほうに応じてｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊を決定する。ただし、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ、ｋ２ｄが１に戻っても、ｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊をすぐには増加させない；ｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊の増加率は所定の値以下に制限され、ｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊は、徐々にしか増加されない。
【００５０】
更に電流指令生成部１１１は、前のクロック周期におけるｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑ、ｋ２ｑとの少なくとも一方が１未満であることを検出すると、左トルク指令Ｔ１＊と回転数Ｎ１から決定されるｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊よりも小さい電流値を、ｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊として決定する。詳細には、ｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑ、ｋ２ｑの一方のみが１未満である場合には、その一方の係数に応じてｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊を決定し、両方が１未満である場合には、その小さいほうに応じてｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊を決定する。ただし、ｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑ、ｋ２ｑが１に戻っても、ｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊をすぐには増加させない；ｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊の増加率は所定の値以下に制限され、ｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊は、徐々にしか増加されない。
【００５１】
右走行インバータ１２の電流指令生成部１１２も同様な制御を行う。電流指令生成部１１２は、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ、ｋ２ｄの小さい方に応答してｄ軸電流指令ｉ２ｄ＊を決定し、ｑ軸オーバライド係数ｋ１ｑ、ｋ２ｑの小さい方に応答してｑ軸電流指令ｉ２ｑ＊を決定する。
【００５２】
このような制御によれば、一方のモータについては要求されたトルクを出力するために必要なインバータ出力電圧がバッテリー電圧よりも低いが、他方のモータについては要求されたトルクを出力するために必要なインバータ出力電圧がバッテリー電圧よりも高いという事態が発生しても、それに適切に対処することができる；ｄ軸電圧指令やｑ軸電圧指令を制限する制御を行ってモータ及びインバータを保護しても、バッテリー駆動車両１０は不所望な方向に進まない。これは、インバータに許容される出力電圧を、バッテリー電圧に近づけることを可能にし、バッテリーの能力を最大限に活用することを可能にする。
【００５３】
なお、本実施の形態において、ｄ軸電圧飽和オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｓａｔ、ｋ２ｄ＿ｓａｔが生成されず、ｄ軸電圧制限オーバライド係数ｋ１ｄ＿ｌｉｍ、ｋ２ｄ＿ｌｉｍが、そのまま、ｄ軸オーバライド係数ｋ１ｄ、ｋ２ｄとして使用されることも可能である。言い換えれば、要求されたトルクを左誘導モータ２１が出力するために必要なインバータ出力電圧を左走行インバータ１１が出力できない場合でも、ｑ軸電圧指令ｖ１ｑ＊、ｖ２ｑ＊、ｑ軸電流指令ｉ１ｑ＊、ｉ２ｑ＊のみが制限され、ｄ軸電圧指令ｖ１ｄ＊、ｖ２ｄ＊、ｄ軸電流指令ｉ１ｄ＊、ｉ２ｄ＊は制限されない。これは、物理的には、モータ出力の代わりにモータトルクが制限されることを意味している。このような制御でも、本発明の目的が達成できることは、当業者には自明的であろう。
【００５４】
また、本発明が、タイヤを駆動輪として使用する場合のみならず、無限軌道を有する装軌車の駆動輪を駆動する場合にも適用可能であることは、当業者には自明的である。加えて、本発明が、多軸車両、即ち、左駆動輪３１と右駆動輪３２とを複数の組だけ有する構成のバッテリー駆動車両に適用可能であることも、当業者には自明的である。この場合、各組の左駆動輪３１と右駆動輪３２に対して上記と同様の制御が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリー駆動車両の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態における左走行インバータ及び左走行インバータの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１１：左走行インバータ
１２：右走行インバータ
２１：左誘導モータ
２２：右誘導モータ
３１：左駆動輪
３２：右駆動輪
４：バッテリー
５：上位コントローラ
６１、６２：電流センサ
７：電圧センサ
１１１、１１２：電流指令生成部
１２１、１２２：３相２相変換部
１３１、１３２：電流制御部
１４１、１４２：電圧制限部
１５１、１５２：２相３相変換部
１６１、１６２：ＰＷＭ制御部
１７１、１７２：インバータ出力段
１８１、１８２：電圧飽和オーバライド係数生成部
１９１、１９２：電圧制限オーバライド係数生成部
２０１、２０２：オーバライド係数生成部
２１１、２１２：リミット処理部
【図１】
2006238650.tif 000003
【図２】
2006238650.tif 000004