(57)【要約】【課題】電動機のロック状態を防止し、スイッチング素子の過熱状態の継続を避けることができる車両用電動機の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】電動機制御部２０は、インバータ８を制御するインバータ制御部７と、アクセル開度の信号に基づいてトルク要求値τ１を算出するトルク要求値算出部２を備え、電動機９の回転数ω、インバータ温度ＴＩを入力信号としている。電動機制御部２０の回転数指令生成部３はτ１≧τｏ以上でかつω≦ωｏ以下であることを確認し、電動機９がロック状態または超低速回転状態と判定し、回転数指令下限値演算部１２はインバータ温度が過昇しない回転数ωＬを算出し、回転数指令制限処理部４は回転数ωＬと所定の回転数ω１の大きいほうを選択し回転数指令値ω２とし、トルク指令値演算部５はω２に基づいてτ１より大きいトルク指令値τ２を算出し、インバータ８を制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられた電動機へ供給される駆動電力を制御するインバータと、
運転者のアクセル操作量に基づいて前記電動機への第１のトルク要求値を算出する第１の要求トルク算出手段と、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記第１のトルク要求値が所定のトルク値以上でかつ前記電動機の回転数が所定の第１の回転数以下であることを判定する判定手段と、
前記第１の回転数よりも大きい所定の第２の回転数に基づいて第２のトルク要求値を算出する第２の要求トルク算出手段と、
前記第１のトルク要求値が前記所定のトルク値未満または前記電動機の回転数が前記第１の回転数より大きい場合は、前記第１のトルク要求値に基づき前記インバータを制御し、前記第１のトルク要求値が前記所定のトルク値以上でかつ前記電動機の回転数が前記第１の回転数以下である場合は、前記第２のトルク要求値に基づき前記インバータを制御するインバータ制御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２】
前記インバータの温度を検出する温度検出手段を有し、
前記第２の要求トルク算出手段は、前回の前記第２のトルク要求値と前記インバータの温度に基づき、インバータが過熱しない前記電動機の第３の回転数を算出する回転数算出手段と、
前記第３の回転数と前記第２の回転数を比較し、大きい方の回転数を選択する回転数選択手段とを備え、
該回転数選択手段によって選択された回転数に基づき今回の第２のトルク要求値を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機の制御装置。
【請求項３】
前記インバータ制御手段は、前記第１のトルク要求値が前記所定のトルク値以上でかつ前記電動機の回転数が前記第１の回転数以下と判定した後、前記回転数が前記回転数選択手段によって選択された回転数未満の場合は、前記第２のトルク要求値に基づき前記インバータを制御し、
前記電動機の回転数が前記回転数選択手段によって選択された回転数以上の場合は、前記第１のトルク要求値に基づき前記インバータを制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子により直流電流を複数相交流電力に変換し、この交流電力で駆動される車両用電動機の制御装置に関し、特に電動機がロック状態になり、電動機を駆動するスイッチング素子に過電流が流れて破損することを防止する電動機の過負荷防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１１−２１５６８７号公報
電気自動車において、登坂時にアクセルペダルの踏み込み量不足により、電動機トルクによる駆動力と重力による後退力の釣り合い状態や微速走行になる恐れがある。その場合、電動機の三相の内の一相に流れる電流が他の相より最大２倍大きくなる可能性があり、インバータの特定のスイッチング素子に電流が集中し、急激な温度上昇が発生して、このスイッチング素子が熱破壊する可能性がある。
従来このような電動機のロック状態または超低速回転におけるインバータのスイッチング素子の熱破壊を防止するため、スイッチング素子の温度上昇と電動機の回転数などから、電動機のロック状態を検出し、出力電流を制限するか、または出力を停止し、位相を変化させて、電動機の回転子の回転角をずらすことが考えられている（特許文献１参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術によれば、電動機がロック状態であることを検出した場合に、電動機のトルクを低減して回転子の回転角をずらして位相を変化させ、ロック状態のために過熱状態にあったスイッチング素子から別の過熱状態に無いスイッチング素子に通電をずらすことによって、大きなトルクを発生させロック状態から脱することができる。
【０００４】
しかしながら、過熱状態に無いスイッチング素子を用いて電動機を回転させ始めたとしても、再度過熱状態にあったスイッチング素子でトルクを発生させることになり、過熱状態が継続してしまうという問題があった。
本発明は、上記の問題点を解決するために、電動機のロック状態を防止し、スイッチング素子の過熱状態の継続を避けることができる車両用電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、車両に設けられた電動機へ供給される駆動電力を制御するインバータと、運転者のアクセル操作量に基づいて電動機への第１のトルク要求値を算出する第１の要求トルク算出手段と、電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、第１のトルク要求値が所定のトルク値以上でかつ電動機の回転数が所定の第１の回転数以下であることを判定する判定手段と、第１の回転数よりも大きい所定の第２の回転数に基づいて第２のトルク要求値を算出する第２の要求トルク算出手段と、第１のトルク要求値が上記所定のトルク値未満または電動機の回転数が第１の回転数より大きい場合は、第１のトルク要求値に基づきインバータを制御し、第１のトルク要求値が上記所定のトルク値以上でかつ電動機の回転数が第１の回転数以下である場合は、第２のトルク要求値に基づきインバータを制御するインバータ制御手段とを有しているものとした。
【０００６】
【発明の効果】
本発明により、インバータ制御手段は、第１の要求トルク算出手段が算出したアクセル開度に応じた第１のトルク要求値が所定のトルク値未満または回転数検出手段からの回転数が所定の第１の回転数より大きい場合は、第１のトルク要求値に基づきインバータを制御し、第１のトルク要求値が所定のトルク値以上でかつ回転数検出手段からの回転数が所定の第１の回転数以下である場合は、アクセルの踏み込み不足により電動機がロック状態になる可能性があると判定して、所定の第１の回転数よりも大きい所定の第２の回転数に基づいて第２の要求トルク算出手段にて算出された、第１のトルク要求値より大きい値の第２のトルク要求値を発生させてインバータを制御するので、電動機のロック状態の発生を防止できる。
その結果インバータの一相のスイッチング素子に電流が集中し、スイッチング素子が熱破壊する可能性が低減される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を説明する。
図１は車両用電動機の制御装置のブロック構成を示す図である。
アクセル開度を検出するアクセル開度検出部１が電動機制御部２０に接続し、そのアクセル開度信号に対応した制御信号が電動機制御部２０からインバータ８に出力され、インバータ８は電動機制御部２０からの制御信号に基づいて電動機９への電力を制御することによって電動機９の駆動制御が行われる。
インバータ８には、それを構成するスイッチング素子の温度（以後、インバータ温度と称する）ＴＩを検出するインバータ温度検出部１０が設けられ、インバータ温度ＴＩの信号は電動機制御部２０に入力される。
電動機９には回転数を検出する電動機回転数検出部１１が設けられ、回転数ωの信号が電動機制御部２０に入力される。
なお、電動機制御部２０はマイクロコンピュータで構成される。
【０００８】
電動機制御部２０の構成をさらに詳細に説明する。
電動機制御部２０は、トルク要求値算出部２、回転数指令生成部３、回転数指令制限処理部４、トルク指令値演算部５、トルク指令値選択部６、インバータ制御部７および回転数指令下限値演算部１２から構成される。
アクセル開度検出部１からのアクセル開度信号は、トルク要求値算出部２に入力される。トルク要求値算出部２はそれに基づきトルク要求値τ１を算出し、回転数指令生成部３とトルク指令値選択部６に出力する。
インバータ温度検出部１０からのインバータ温度ＴＩの信号は回転数指令下限値演算部１２に入力される。
電動機回転数検出部１１からの電動機９の回転数ωの信号は、回転数指令生成部３、トルク指令値演算部５およびトルク指令値選択部６に入力される。
【０００９】
回転数指令生成部３は電動機回転数検出部１１から入力された回転数ωと内蔵している所定の回転数ωｏを比較するとともに、トルク要求値τ１と内蔵している所定のトルク値τｏを比較し、ω≦ωｏかつτ１≧τｏの場合はトルク指令値切替フラッグＬτ＝１と設定し、ω＞ωｏまたはτ１＜τｏの場合はトルク指令値切替フラッグＬτ＝０と設定し、トルク指令値選択部６に出力する。
また、回転数指令生成部３は、トルク指令値切替フラッグＬτ＝１のとき、回転数指令値として内蔵している所定の暫定目標回転数ω１を設定し、回転数指令制限処理部４に出力する。
【００１０】
なお、所定の回転数ωｏは、ほぼ０ｒｐｍの回転数であり、所定のトルク値τｏは通常平地においてクリープ速度で車両が発進するときに必要なトルク値である。
また、上記暫定目標回転数ω１は、インバータ８のスイッチング素子の過熱を防止できる所定の回転数であり、例えば車両の発進時にクリープ速度を生じる程度の電動機の回転数である。
【００１１】
回転数指令制限処理部４は、暫定目標回転数ω１と、後述の回転数指令下限値演算部１２から出力される回転数指令下限値ωＬとを比較し、値の大きい方を選択して回転数指令値ω２として設定し、トルク指令値演算部５とトルク指令値選択部６に出力する。
トルク指令値演算部５は、回転数指令値ω２と現時点の電動機９の回転数ωの偏差から例えばＰＩ演算で、登坂状態での電動機の回転数増大に必要なトルク指令値τ２を算出して、トルク指令値選択部６と回転数指令下限値演算部１２に出力する。
【００１２】
回転数指令下限値演算部１２は、トルク指令値演算部５から出力されたトルク指令値τ２とインバータ温度検出部１０から出力されたインバータ温度ＴＩに基づきインバータ８のスイッチング素子が過熱しない電動機９の最低回転数を算出して回転数指令下限値ωＬとして、前述の回転数指令制限処理部４に出力する。
【００１３】
トルク指令値選択部６は、トルク指令値切替フラッグＬτ＝０の場合、通常のトルク制御として、インバータ制御部７に出力するトルク指令値τｃとして、トルク要求値算出部２からのトルク要求値τ１とトルク指令値演算部５からのトルク指令値τ２の内から、トルク要求値τ１を選択する。
【００１４】
また、トルク指令値選択部６は、トルク指令値切替フラッグＬτ＝１でかつω＜ω２の場合は、電動機のロック状態によるインバータ温度過昇防止のトルク制御として、トルク指令値τｃとしてトルク指令値τ２を選択し、インバータ制御部７に出力する。
トルク指令値切替フラッグＬτ＝１でかつ電動機９の回転数ωと回転数指令値ω２の関係がω≧ω２の場合は、インバータ温度過昇防止のトルク制御が完了したとして、トルク指令値切替フラッグＬτを０にリセットし、インバータ制御部７に出力するトルク指令値τｃとして、トルク要求値τ１を選択する。
インバータ制御部７は、入力されたトルク指令値τｃに基づいてインバータ８のスイッチング素子を制御する信号をインバータ８に出力する。
【００１５】
なお、回転数指令下限値演算部１２において、回転数指令下限値ωＬはトルク指令値τ２とインバータ温度ＴＩから以下のように求める。
三相電流値でピーク電流値が大きな波形の場合は、インバータ温度ＴＩが過昇するのを防止するには、一相分のスイッチング素子に連続的に流すことができる許容時間が短いので、通電周期を短くする（つまり、電動機９の回転数を増加させる）必要がある。
ピーク電流値が低い場合はスイッチング素子の発熱量は小さいので、通電の周期は長くすることができる。つまり、電動機９の低回転数を許容できる。
【００１６】
スイッチング素子に流れる電流ピーク値は、インバータ制御部７に出力されるトルク指令値から予測できるので、トルク指令値τ２を受けてから所定の時間内にインバータ温度ＴＩが上昇する程度は予測できる。ベース温度となる現在のインバータ温度ＴＩが分かれば、通電による発熱によって、インバータ温度ＴＩが所定値以上にならないために必要な最低回転数が分かる。
したがって、実験などによってあらかじめトルク指令値とインバータ温度ＴＩをパラメータにしたインバータ温度ＴＩが所定値以上にならない最低の電動機９の回転数の関係を求めておき、回転数指令下限値演算部１２がテーブルルックアップ方式などのマップの形でデータを有することによって、容易にトルク指令値とインバータ温度ＴＩから回転数指令下限値ωＬが求まる。
【００１７】
本実施の形態の作用を以下に説明する。
図２、図３は電動機制御部で行うインバータの過熱防止の制御の流れを示す図である。
車両を坂道発進させるため、運転者はアクセルペダルを踏み込む。アクセル開度検出部１はアクセル開度の信号をトルク要求値算出部２に出力し、トルク要求値算出部２はその信号をトルク要求値τ１として刻々出力する。
また、電動機回転数検出部１１は電動機９の回転数ωを、インバータ温度検出部１０はインバータ８のインバータ温度ＴＩを、それぞれ刻々電動機制御部２０に出力する。
【００１８】
ステップ１０１では、回転数指令生成部３は電動機９の回転数ωが所定値ωｏ以下でかつトルク要求値τ１が所定値τｏ以上であるか確認する。
回転数ωが所定値ωｏ以下でかつトルク要求値τ１が所定値τｏ以上である場合はステップ１０２に進み、トルク指令値切替フラッグＬτ＝１と設定する。そうでない場合はステップ１１１に進み、トルク指令値切替フラッグＬτ＝０と設定する。
【００１９】
ステップ１０２へのフローは、運転者が通常の平地での車両の発進時に相当するアクセル開度以上までアクセルを踏んでいるにもかかわらず、電動機９の回転数ωが車両のクリープ速度より低い（ほぼ回転数ゼロ）ことを回転数指令生成部３が検知して、電動機９のロック状態が発生することを避けるため、運転者のアクセルペダル踏み込み量のまま車両の走行状態が維持されてインバータ８の一相のスイッチング素子にのみ電流が流れる状態を回避する制御に入ることを意味する。
ステップ１１１へのフローは、アクセルペダルの踏み込み量に応じて電動機の回転数ωが増加して車両が動き出す通常のトルク制御を意味する。
【００２０】
ステップ１０３では、回転数指令生成部３はインバータ８が過熱しないための回転数指令値の候補として所定の暫定目標回転数ω１を設定する。
ステップ１０４では、回転数指令下限値演算部１２はインバータ温度検出部１０からのインバータ温度ＴＩを読み込む。
ステップ１０５では、回転数指令下限値演算部１２はトルク指令値演算部５から前回のトルク指令値τ２を読み込む。なお、ステップ１０２のフローに入った直後は、トルク指令値演算部５におけるトルク指令値τ２は未定義なので、そのときはトルク要求値τ１で代替する。
【００２１】
ステップ１０６では、回転数指令下限値演算部１２は前回のトルク指令値τ２とインバータ温度ＴＩに対応したインバータ８の過熱防止上許容される電動機９の最低回転数である回転数指令下限値ωＬを内蔵データから求め、回転数指令制限処理部４に出力する。
ステップ１０７では、回転数指令制限処理部４は、回転数指令下限値ωＬが回転数指令値の候補である暫定目標回転数ω１以下であるか確認する。
ωＬ≦ω１の場合はステップ１０８に進み回転数指令値ω２＝ω１とし、そうでない場合はステップ１０９に進み回転数指令値ω２＝ωＬとし、回転数指令値ω２はトルク指令値演算部５とトルク指令値選択部６に出力される。
【００２２】
トルク指令値切替フラッグがＬτ＝１となった当初は、電動機９のロック状態または超低速回転状態はほとんど継続していないので、インバータ温度ＴＩは高くなく回転数指令下限値ωＬはωＬ≦ω１であり、ステップ１０８へのフローとなる。
ロック状態または超低速回転状態が続いてインバータ温度ＴＩが上昇すると回転数指令下限値ωＬはωＬ＞ω１となりステップ１０９へのフローとなる。
したがって、電動機９のロック状態または超低速回転状態が継続するほど、ステップ１０６で大きな値の回転数指令下限値ωＬが算出され、ステップ１０９で回転数指令値ω２として設定される。
【００２３】
ステップ１０８、ステップ１０９のそれぞれの後ステップ１１０に進む。
ステップ１１０では、トルク指令値演算部５は、電動機９の回転数ωと回転数指令値ω２との偏差から、ＰＩ演算で新たな（今回の）トルク指令値τ２を算出する。トルク指令値演算部５は、電動機９の回転数ωと回転数指令値ω２との偏差が大きい程大きなトルク指令値τ２を算出する。
ステップ１１０の後ステップ１１２に進む。
なお、ステップ１０１の後ステップ１１１に進み、トルク指令値切替フラッグＬτ＝０とした場合は、ステップ１１２に進む。
【００２４】
ステップ１１２では、トルク指令値選択部６はトルク制御の状態を確認する。つまり、トルク指令値切替フラッグＬτ＝１かどうかを確認する。
トルク指令値切替フラッグＬτ＝１のときは、ステップ１１３に進み、そうでない場合はステップ１１６に進む。
ステップ１１３では、トルク指令値選択部６は、電動機９の回転数ωが回転数指令値ω２以上であるかどうかを確認する。
【００２５】
回転数ωが回転数指令値ω２未満の場合はステップ１１４に進み、インバータ制御部７へ出力するトルク指令値τｃとしてトルク指令値演算部５からのトルク指令値τ２の値を設定し、ステップ１１７に進む。
回転数ωが回転数指令値ω２以上の場合は、ステップ１１５に進みトルク指令値切替フラッグＬτを０にリセットし、ステップ１１６に進む。
【００２６】
ステップ１１６では、トルク指令値選択部６は、インバータ制御部７へ出力するトルク指令値τｃとして、トルク要求値算出部２からのトルク要求値τ１を設定し、ステップ１１７に進む。
ステップ１１７では、トルク指令値選択部６はトルク指令値τｃをインバータ制御部７に出力し、インバータ制御部７は入力されたトルク指令値τｃに基づきインバータ８を制御して電動機９を駆動制御する。
これにより、インバータ温度過昇防止のトルク制御（Ｌτ＝１）の場合には、アクセル開度に対応したトルク要求値τ１より大きなトルク指令値τ２を目標として電動機９が駆動され、ロック状態から脱する方向にその回転数ωが上昇していくことになる。
【００２７】
ステップ１１８では、トルク指令値選択部６はトルク制御の状態を確認する。
トルク指令値切替フラッグＬτ＝１の場合、ステップ１０４に戻り、インバータ温度過昇防止のトルク制御を継続する。
トルク指令値切替フラッグＬτ＝０の場合、一連のインバータ温度過昇防止のトルク制御を終了する。すなわち、インバータ温度過昇防止のトルク制御のフローが繰り返されて電動機９の回転数ωがω２以上になると、アクセル開度に応じたトルク要求値τ１をインバータ８へのトルク指令値τｃとして設定し、運転者のアクセル操作に応じたトルク制御を実行する。
【００２８】
本実施の形態のアクセル開度検出部１とトルク要求値算出部２は本発明の第１の要求トルク算出手段を、インバータ温度検出部１０は温度検出手段を、電動機回転数検出部１１は回転数検出手段を構成し、フローのステップ１０１、１０２およびステップ１１１は判定手段を、ステップ１０３からステップ１１０は第２の要求トルク算出手段、ステップ１１２からステップ１１８はインバータ制御手段を構成する。特にステップ１０４、１０５および１０６は回転数算出手段を、ステップ１０７、１０８および１０９は回転数選択手段を構成する。
また、所定の回転数ωｏは本発明の第１の回転数に、暫定目標回転数ω１は第２の回転数に、回転数指令下限値ωＬは第３の回転数に、トルク要求値τ１は第１のトルク要求値に、トルク指令値τ２は第２のトルク要求値に対応する。
【００２９】
以上のように本実施の形態によれば、坂道発進時にアクセルペダルの踏み込み量不足により電動機９がロック状態の開始または超低速回転状態となった場合に、回転数指令生成部３がインバータ温度の過昇防止のトルク制御開始を判定し、インバータ８へのトルク制御は回転数ωをω１以上にするように設定され、一相通電による特定の一相のスイッチング素子の温度上昇によるインバータ温度ＴＩが上昇する現象が回避できる。
【００３０】
特に、スイッチング素子の温度上昇は、一相のスイッチング素子に流れる電流の通電時間中の積分値と相関があるので、回転数指令下限値演算部１２において現時点のインバータ温度ＴＩを反映し、回転数指令下限値ωＬを算出し、回転数指令制限処理部４は、回転数指令下限値ωＬと回転数ω１を比較して高いほうの回転数を選び回転数指令値ω２とするので、インバータ温度ＴＩの過温度に到る可能性が低下する。
つまり、登坂時にロック状態に陥ることが防止でき、インバータ８の過温度保護機能のインバータ出力低下によるトルク減少の可能性が低減し、登坂をスムーズに行うことができる。
【００３１】
また、アクセルペダルの踏み込み量不足によるインバータ温度過昇防止のトルク制御のフローに入っても、電動機９の回転数ωが回転数指令値ω２を上回れば、つまり車両が動き出しインバータ温度の過昇が回避できる回転数になると、トルク指令値選択部６は通常のトルク制御に切り替えて、アクセル開度に対応したトルク要求値τ１に基づいてインバータ８を制御するので、アクセル開度以上のトルク制御は短時間で済ますことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の車両用電動機の制御装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態の作用を示すフロー図である。
【図３】実施の形態の作用を示すフロー図である。
【符号の説明】
１        アクセル開度検出部
２        トルク要求値算出部
３        回転数指令生成部
４        回転数指令制限処理部
５        トルク指令値演算部
６        トルク指令値選択部
７        インバータ制御部
８        インバータ
９        電動機
１０      インバータ温度検出部
１１      電動機回転数検出部
１２      回転数指令下限値演算部
２０      電動機制御部
【図１】
2004215374.tif 000003
【図２】
2004215374.tif 000004
【図３】
2004215374.tif 000005