(57)【要約】【課題】複数のモータからの動力で走行可能な電気自動車において、電費の低下を抑制する。【解決手段】第１モータより第２モータが効率が良い傾向の電気自動車において、ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊が値０より大きいときのみ、ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊をＭＧ１トルク指令に設定すると共に、最大トルクＴｍｌｍｘｉをＭＧ２トルク指令に設定して、設定したＭＧ１トルク指令，ＭＧ２トルク指令で第１，第２モータが駆動するよう第１，第２モータを制御する。これにより、第２モータの最大トルクＴｍｌｍｘｉを超えた駆動要求トルクＴｐｒｑが要求されるときのみ第１モータを駆動させるから、第１モータの駆動を抑制することができ、電費の低下を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用の動力を車軸に連結された駆動軸に出力可能な第１モータと、走行用の動力を前記駆動軸に出力可能な前記第１モータより効率の良い傾向の第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、を備える電気自動車の前記第１モータと前記第２モータとを制御するモータ駆動力制御装置において、
前記バッテリから出力可能な電力の範囲内で前記第２モータから動力を出力したときに前記駆動軸に作用する駆動力で前記駆動軸に走行のために要求される要求駆動力を制限したパワー制限駆動力と、前記第２モータに印加される電圧に基づいて前記第２モータから前記駆動軸に出力可能な駆動力の最大値である最大駆動力と、を算出する駆動力算出手段と、
前記パワー制限駆動力から前記最大駆動力を減じた判定値が値０以下であるときには前記第１モータから駆動力を出力せずに前記第２モータから前記パワー制限駆動力が出力されるよう前記第１モータと前記第２モータとを制御し、前記判定値が値０より大きいときには前記第１モータから前記駆動軸に前記判定値の駆動力が出力されると共に前記第２モータから前記パワー制限駆動力が出力されるよう前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、
を備えるモータ駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動力制御装置に関し、詳しくは、走行用の動力を車軸に連結された駆動軸に出力可能な第１モータと、走行用の動力を駆動軸に出力可能な第１モータより効率の良い傾向の第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、を備える電気自動車の第１モータと第２モータとを制御するモータ駆動力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のモータ駆動力制御装置としては、前輪に動力を出力する前輪用のモータと、後輪に動力を出力する後輪用のモータと、これらの二つのモータと電力のやりとりをするバッテリとを備える電気自動車において、走行に要求される要求トルクを車両の前後の荷重配分に応じて後輪分配トルクと前輪分配トルクとに分配して、後輪用のモータから後輪分配トルクが出力され、前輪用のモータから前輪分配トルクが出力されるよう制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、こうした制御により、より適正に要求トルクを前輪側と後輪側へ分配している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１６８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、複数のモータからの動力で走行可能な電気自動車において複数のモータを制御するモータ駆動力制御装置では、複数のモータからどのような配分で駆動力を出力するかも重要な課題として認識されている。また、こうした電気自動車では、一般に、電費の低下を抑制することが重要な課題として認識されている。したがって、複数のモータからより適正な駆動力を出力して電費の低下を抑制することが望まれている。
【０００５】
本発明のモータ駆動力制御装置は、複数のモータからの動力で走行可能な電気自動車において、電費の低下を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のモータ駆動力制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のモータ駆動力制御装置は、
走行用の動力を車軸に連結された駆動軸に出力可能な第１モータと、走行用の動力を前記駆動軸に出力可能な前記第１モータより効率の良い傾向の第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、を備える電気自動車の前記第１モータと前記第２モータとを制御するモータ駆動力制御装置において、
前記バッテリから出力可能な電力の範囲内で前記第２モータから動力を出力したときに前記駆動軸に作用する駆動力で前記駆動軸に走行のために要求される要求駆動力を制限したパワー制限駆動力と、前記第２モータに印加される電圧に基づいて前記第２モータから前記駆動軸に出力可能な駆動力の最大値である最大駆動力と、を算出する駆動力算出手段と、
前記パワー制限駆動力から前記最大駆動力を減じた判定値が値０以下であるときには前記第１モータから駆動力を出力せずに前記第２モータから前記パワー制限駆動力が出力されるよう前記第１モータと前記第２モータとを制御し、前記判定値が値０より大きいときには前記第１モータから前記駆動軸に前記判定値の駆動力が出力されると共に前記第２モータから前記パワー制限駆動力が出力されるよう前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明のモータ駆動力制御装置では、バッテリから出力可能な電力の範囲内で第２モータから動力を出力したときに駆動軸に作用する駆動力で駆動軸に走行のために要求される要求駆動力を制限したパワー制限駆動力と、第２モータに印加される電圧に基づいて第２モータから駆動軸に出力可能な駆動力の最大値である最大駆動力と、を算出する。そして、パワー制限駆動力から最大駆動力を減じた判定値が値０以下であるときには第１モータから駆動力を出力せずに第２モータからパワー制限駆動力が出力されるよう第１モータと第２モータとを制御する。これにより、バッテリから出力可能な電力の範囲内で要求駆動力を第２モータから出力して電気自動車を走行させることができる。そして、判定値が値０より大きいときには第１モータから駆動軸に判定値の駆動力が出力されると共に第２モータからパワー制限駆動力が出力されるよう第１モータと第２モータとを制御する。これにより、第２モータの最大駆動力を超えた駆動力要求が要求されるときのみ第１モータを駆動させることができる。第１モータより第２モータのほうが効率が良い傾向であり、走行用の駆動力として第２モータの最大駆動力を超えた駆動力が要求されるときのみ第１モータを駆動させることにより、電費の向上を図ることができる。また、第２モータの最大駆動力を超えた駆動力要求が要求されていないときには第１モータを駆動しないから、第１モータと第２モータとを駆動させる場合に比して損失を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としてのモータ駆動力制御装置が搭載された電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】ＨＶＥＣＵ７０により実行される駆動制御処理の一例を示す説明図である。
【図３】ＭＧ１トルク指令，ＭＧ２トルク指令の設定の様子を示す説明図である。
【図４】動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。
【図５】モータＭＧ１の駆動領域の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としてのモータ駆動力制御装置が搭載された電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、発電可能なモータＭＧ１と、モータＭＧ１に接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０（以下、ＨＶＥＣＵという）とを備える。
【００１２】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、実施例では、モータＭＧ２の体格はモータＭＧ１より大きく、比較的大きいトルクを出力する場合にはモータＭＧ１よりモータＭＧ２のほうが効率が良い傾向にある。
【００１３】
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、キャリア３４はサンギヤ３１およびリングギヤ３２に溶接により連結されている。したがって、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力がリングギヤ３２側に出力される。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
【００１４】
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。
【００１５】
ＨＶＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００１６】
次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作について説明する。図２は、ＨＶＥＣＵ７０により実行される駆動制御処理の一例を示す説明図である。実施例の電気自動車２０では、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖを入力する処理を実行して、入力されたアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき駆動要求トルクＴｐｒｑを算出する。
【００１７】
続いて、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を入力し、入力したバッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とに基づいてバッテリの５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から出力可能なトルクである仮制限トルクＴｍｌｍｘｐを算出し、モータＭＧ２の各相の電圧であるモータ電圧に基づいてモータＭＧ２から出力可能な最大トルクＴｍｌｍｘｉを算出する。
【００１８】
こうして駆動要求トルクＴｐｒｑ，仮制限トルクＴｌｍｘｐ，最大トルクＴｍｌｍｘｉを算出したら、次式（１）により、駆動要求トルクＴｐｒｑと仮制限トルクＴｍｔｍｐに減速ギヤ３５のギヤ比をかけたものとのうち小さいほうのトルクであるパワー制限トルクから、最大トルクＴｍｌｍｘｉに減速ギヤ３５のギヤ比を乗じたトルクを減じたトルクと、動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて、モータＭＧ１から出力が要求されるトルクであるＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊を算出する。
【００１９】
Tgrq*=-ρ・（min(Tprq,Tmlmxp×ギヤ比)- (Tmlmxi×ギヤ比））  ・・・（１）
【００２０】
こうしてＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊を設定したら、ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊の設定値に応じてモータＭＧ１のトルク指令であるＭＧ１トルク指令と、モータＭＧ２のトルク指令であるＭＧ２トルク指令とを設定する。図３は、ＭＧ１トルク指令，ＭＧ２トルク指令の設定の様子を示す説明図である。ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊が値０以下のときには、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から駆動要求トルクＴｐｒｑを出力してもモータＭＧ２から出力するトルクが最大トルクＴｍｌｍｘｉを超えないと判断して、モータＭＧ１がシャットダウンするようＭＧ１トルク指令を設定すると共に駆動要求トルクＴｐｒｑと仮制限トルクＴｍｔｍｐに減速ギヤ３５のギヤ比を乗じたものとのうち小さいほうのトルクをＭＧ２トルク指令として設定し、設定したＭＧ１トルク指令，ＭＧ２トルク指令をモータＥＣＵ４０に送信する。ＭＧ１トルク指令，ＭＧ２トルク指令を受信したモータＥＣＵ４０は、ＭＧ１トルク指令でモータＭＧ１が駆動されると共にＭＧ２トルク指令でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。これにより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から駆動要求トルクＴｐｒｑに基づくトルクを駆動軸としてのリングギヤ３２ａに出力して走行することができる。比較的大きいトルクを出力する場合モータＭＧ１よりモータＭＧ２のほうが効率が良い傾向にあるから、車両全体の効率の低下を抑制することができる。また、モータＭＧ１をシャットダウンするから、モータＭＧ１，ＭＧ２の双方を駆動する場合に比して、モータＭＧ１の損失分車両全体の損失を低減させることができる。これにより、電費の低下を抑制することができる。
【００２１】
ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊が値０より大きいときには、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から駆動要求トルクＴｐｒｑを出力するとモータＭＧ２から出力するトルクが最大トルクＴｍｌｍｘｉを超えてしまうと判断して、ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊をＭＧ１トルク指令に設定すると共に、最大トルクＴｍｌｍｘｉをＭＧ２トルク指令に設定して、設定したＭＧ１トルク指令，ＭＧ２トルク指令をモータＥＣＵ４０に送信する。ＭＧ１トルク指令，ＭＧ２トルク指令を受信したモータＥＣＵ４０は、ＭＧ１トルク指令でモータＭＧ１が駆動されると共にＭＧ２トルク指令でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
【００２２】
動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図４に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。実施例では、キャリア３４はサンギヤ３１およびリングギヤ３２に溶接により連結されているため、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力がリングギヤ３２側に出力される。したがって、ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊が値０より大きいときには、モータＭＧ１およびモータＭＧ２から駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにトルクを出力して走行することができる。
【００２３】
図５は、パワー制限トルクと最大トルクＴｍｌｍｘｉとモータＭＧ１の駆動領域の一例を示す説明図である。図中、駆動力マップＷＯＴラインは、アクセルが踏み込まれてアクセル開度Ａｃｃが１００％であるときの駆動要求トルクＴｐｒｑとモータＭＧ２の回転数との関係を示している。上述した制御では、図示するように、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から駆動要求トルクＴｐｒｑを出力するとモータＭＧ２から出力するトルクが最大トルクＴｍｌｍｘｉを超える領域（図中、ＭＧ１駆動領域）でモータＭＧ１が駆動することになる。上述したように、比較的大きいトルクを出力する場合モータＭＧ１よりモータＭＧ２のほうが効率が良い傾向にあるから、こうした領域でのみモータＭＧ１を駆動させることにより、モータＭＧ１の駆動を抑制して電費の向上を図ることができる。
【００２４】
以上説明した実施例の電気自動車１０によれば、ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊が値０以下のときには、モータＭＧ１がシャットダウンするようＭＧ１を制御すると共にモータＭＧ２からパワー制限トルクが出力されるようモータＭＧ２を制御し、ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊が値０より大きいときには、ＭＧ１要求トルクＴｇｒｑ＊をＭＧ１トルク指令に設定すると共に、最大トルクＴｍｌｍｘｉをＭＧ２トルク指令に設定して、設定したＭＧ１トルク指令，ＭＧ２トルク指令でモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動するようモータＭＧ１，ＭＧ２を制御する。これにより、モータＭＧ２の最大トルクＴｍｌｍｘｉを超えた駆動要求トルクＴｐｒｑが要求されるときのみモータＭＧ１を駆動させることにより、モータＭＧ１の駆動を抑制することができ、電費の低下を抑制することができる。
【００２５】
実施例の電気自動車１０では、動力分配統合機構３０のキャリア３４はサンギヤ３１およびリングギヤ３２に溶接により連結されているものとしたが、モータＭＧ１がキャリア３４に接続されているものとして、キャリア３４がサンギヤ３１およびリングギヤ３２が連結されておらず、サンギヤ３１を固定するクラッチを設けて、サンギヤ３１が回転しないようクラッチで固定するものとしてもよい。
【００２６】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０が「駆動力算出手段」に相当する。モータＥＣＵ４０とＨＶＥＣＵ７０とを組み合わせたものが「制御手段」に相当する。
【００２７】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２８】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、モータ駆動力制御装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
２０  電気自動車、２６  クランクシャフト、２８  ダンパ、３０  動力分配統合機構、３１  サンギヤ、３２  リングギヤ、３２ａ  リングギヤ軸、３３  ピニオンギヤ、３４  キャリア、３５  減速ギヤ、４０  モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２  インバータ、４３，４４  回転位置検出センサ、５０  バッテリ、５１  温度センサ、５２  バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４  電力ライン、６０  ギヤ機構、６２  デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ  駆動輪、６４ａ，６４ｂ  車輪、７０  ハイブリッド用電子制御ユニット、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、８０  イグニッションスイッチ、８１  シフトレバー、８２  シフトポジションセンサ、８３  アクセルペダル、８４  アクセルペダルポジションセンサ、８５  ブレーキペダル、８６  ブレーキペダルポジションセンサ、８８  車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ。
【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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