車両駆動用モータの制御装置
【課題】特定相コインに対応して１つの温度センサを設けた三相交流モータにおいてモータロック状態になったときに特定相以外の他相コイルを熱的損傷および焼損等から保護する。
【解決手段】車両駆動用モータの制御装置は、インバータ４６と、モータ電流センサ８４と、モータ回転角センサ３７と、Ｗ相コイルの温度を検出する温度センサ７２と、インバータ４６等から出力される交流電圧を制御するモータＥＣＵ６０とを備える。モータＥＣＵ６０は、モータロック状態であると判定されたとき、モータトルクを所定ダウンレートで低下させから所定アップレートで増加させるトルク低減制御を実行し、このときの平均トルクがＷ相コイル温度に基いて他相コイルについての温度補償可能なトルク閾値以下になるように所定ダウンレートおよび所定アップレートの少なくとも一方を調整する。
【解決手段】車両駆動用モータの制御装置は、インバータ４６と、モータ電流センサ８４と、モータ回転角センサ３７と、Ｗ相コイルの温度を検出する温度センサ７２と、インバータ４６等から出力される交流電圧を制御するモータＥＣＵ６０とを備える。モータＥＣＵ６０は、モータロック状態であると判定されたとき、モータトルクを所定ダウンレートで低下させから所定アップレートで増加させるトルク低減制御を実行し、このときの平均トルクがＷ相コイル温度に基いて他相コイルについての温度補償可能なトルク閾値以下になるように所定ダウンレートおよび所定アップレートの少なくとも一方を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両駆動用モータの制御装置に係り、特に、モータロック状態になったときにモータ出力トルクを低減させる制御を実行する車両駆動用モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車輪を駆動する動力源としてエンジンとモータとを併せ持つハイブリッド車が知られている。このハイブリッド車では、一般に三相交流モータが使用されており、車輪駆動力であるトルクをモータ出力させる場合、バッテリから供給される直流電圧をインバータで交流電圧に変換してモータへ印加される。
【０００３】
上記ハイブリッド車において、例えば車輪が路上の窪みや側溝に嵌り込んで回転できない状態に陥ったとき、車輪とモータとは車軸およびギヤ列等を介して連結されているため、ユーザである運転者がアクセルを踏み込んでもモータのロータも同様に回転できない状態になる。このような状態が「モータロック状態」と称される。
【０００４】
モータロック状態になって、なおユーザのアクセル操作による大きなトルク要求があるとき、三相交流モータのステータに配置されているＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルのうち特定相のコイルに高電流が一相集中して流れる可能性がある。このような状態が継続すると、上記特定相のコイルやこれに対応するインバータ内のスイッチング素子が過熱により焼損するおそれがある。
【０００５】
このようにモータコイル等が焼損する事態を回避するために、モータロック状態が検知されるとモータへの印加電圧を低減してモータトルクを低下させる制御が実行されるのが好ましく、この場合に急激なトルク低下は運転者に大きな違和感を与えることになるため、例えば特許文献１に開示される電気自動車の過負荷防止装置ではモータトルクを略階段状に漸減させることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１２２７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ハイブリッド車では、モータのステータに設置される例えばサーミスタ等の温度センサによってモータ温度を検出し、この検出温度が所定上限値に達するとモータ出力を抑える制御を実行して、モータの熱的損傷を防止している。この場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイルに対応して３つの温度センサを設置して各相コイル温度をそれぞれ検出する構成はコスト高や制御の複雑化につながるため、特定相コイルに対応して１つの温度センサを配置し、この特定相のコイル温度から他の２つの相のコイル温度を推定して上記モータ出力制限に用いることが簡便で実際的な構成であるといえる。
【０００８】
しかしながら、特定相コイルだけに温度センサを設けるとした場合、上述したようなモータロック状態で特定相コイルには電流が殆ど又は全く流れていなくて他相のコイルに集中的に高電流が流れているときには、上記他相コイルの熱的損傷や焼損を防止できない場合も想定される。
【０００９】
本発明の目的は、特定相コイルに対応して１つの温度センサを設けた三相交流モータにおいてモータロック状態になったときに前記特定相以外の他相コイルを熱的損傷および焼損等から保護することができる車両駆動用モータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る車両駆動用モータの制御装置は、直流電圧を交流電圧に変換して車輪駆動トルクを出力可能な三相交流モータに印加する電圧変換手段と、三相交流モータのステータの三相コイルに流れる交流電流を検出する電流検出手段と、三相交流モータのロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記三相コイルのうち特定相のコイルの温度を検出するコイル温度検出手段と、ユーザ要求トルクに応じて電圧変換手段から出力される交流電圧を制御する制御手段と、を備える車両駆動用モータの制御装置であって、制御手段は、ユーザ要求トルクおよび回転数に基いてモータロック状態であると判定されるとき、三相交流モータのトルクを所定ダウンレートで低下させから所定アップレートで増加させるトルク低減制御を実行し、このトルク低減制御を実行したときの平均トルクが、前記特定相コイルのコイル温度に基いて他相コイルについての温度補償可能なトルク閾値以下になるように、前記所定ダウンレートおよび所定アップレートの少なくとも一方を調整することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る車両駆動用モータの制御装置において、制御手段は、モータロック状態が解消されるまで前記トルク低減制御を繰り返し実行してもよい。
【００１２】
また、本発明に係る車両駆動用モータの制御装置において、制御手段は、前記トルク低減制御でモータトルクを連続可能最大トルクまで低下させてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る車両駆動用モータの制御装置において、制御手段は、前記トルク低減制御で、モータ回転数が所定値以上になったときにトルク増加へと転換してもよい。この場合、制御手段は、車両のアクセル開度に応じてモータ回転数の所定値を変更してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る車両駆動用モータの制御装置によれば、モータロック状態になるとトルク低減制御が実行し、このトルク低減制御ではモータの平均トルクが、特定相コイルのコイル温度に基いて他相コイルについての温度補償可能なトルク閾値以下になるように上記トルク低減制御における所定ダウンレートおよび所定アップレートの少なくとも一方が調整される。これにより、モータロック状態に陥ったとしても、温度検出手段によって検出される特定相コイルの温度に基いて他相コイルを熱的損傷等から保護するための温度補償制御すなわちモータトルク制御を有効に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、下記においては、ハイブリッド車を例に説明するが、本発明はモータのみを動力源とする電気自動車にも適用可能である。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態である車両駆動用モータの制御装置を含むハイブリッド車１０の概略構成を示す図である。図１において、動力伝達系は実線で、電力ラインは一点鎖線で、信号ラインは点線でそれぞれ示されている。ハイブリッド車１０は、走行用の動力を出力可能なエンジン１２と、２つの３相交流同期型モータジェネレータ（以下、単に「モータ」という。）ＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配統合機構１４とを備える。
【００１７】
エンジン１２は、ガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関である。エンジン１２は、エンジン用ＥＣＵ(Electronic Control Unit)（以下、「エンジンＥＣＵ」という。）１６と電気的に接続されており、エンジンＥＣＵ１６からの制御信号を受けて燃料噴射、点火、吸引空気量等が調節されることで作動制御されるようになっている。エンジン１２の回転数Ｎｅは、エンジン１２からの動力を出力する出力軸１３に近接して設けられた回転位置センサ１１から入力される検出値に基づいてエンジンＥＣＵ１６において算出される。
【００１８】
動力分配統合機構１４は、中心部に配置されるサンギヤ１８と、サンギヤ１８と同心上に配置され円環内周部に内歯を有するリングギヤ２０と、サンギヤ１８とリングギヤ２０の両方に噛合する複数のプラネタリギヤ２２とを含んで構成される遊星歯車機構からなっている。複数のプラネタリギヤ２２は、キャリア２６の端部にそれぞれ回転可能に取り付けられている。
【００１９】
動力分配統合機構１４において、キャリア２６にはトルク衝撃緩和用のダンパ２４を介してエンジン１２の出力軸１３が連結され、サンギヤ１８にはモータＭＧ１のロータ２９に接続される回転軸３０が連結され、リングギヤ２０にはリングギヤ軸３２を介して減速機３４が連結されている。これにより、動力分配統合機構１４では、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア２６から入力されるエンジン１２からの動力がサンギヤ１８側とリングギヤ２０側とにそのギヤ比に応じて分配され、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア２６から入力されるエンジン１２の動力とサンギヤ１８から入力されるＭＧ１からの動力が統合されてリングギヤ２０からリングギヤ軸３２を介して所定減速比のギヤ列を含む減速機３４へ入力されるようになっている。
【００２０】
モータＭＧ２のロータ３６に接続される回転軸３８もまた減速機３４に接続されており、モータＭＧ２が電動機として機能するときにはモータＭＧ２からの動力が減速機３４へ入力されるようになっている。
【００２１】
リングギヤ軸３２およびＭＧ２の回転軸３８の少なくとも一方から入力される動力は、減速機３４を介して車軸４０へ伝達され、これにより車輪４２が回転駆動される。一方、回生時に車輪４２および車軸４０から減速機３４を介して回転軸３８に動力が入力されるとき、ＭＧ２は発電機として機能する。ここで、回生時は、運転者がブレーキ操作を行って車両速度を減速した場合に限らず、運転者がアクセルペダルの踏み込みを解除して車両加速を中止した場合や、車両が下り坂を重力作用によって走行している場合等を含む。
【００２２】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ対応するインバータ４４，４６に電気的にそれぞれ接続され、各インバータ４４，４６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」という。）４８を介してバッテリ５０に電気的に接続されている。バッテリ５０は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池が好適に用いられる。
【００２３】
モータＭＧ１，ＭＧ２が電動機として機能するとき、バッテリ５０から平滑コンデンサ５２を介して供給される直流電圧Ｖｂをコンバータ４８で出力電圧Ｖｃに昇圧してから、平滑コンデンサ５４を介してインバータ４４，４６へ入力し（コンバータ出力電圧Ｖｃはインバータ入力電圧およびシステム電圧ＶＨに相当する。以下に同じ。）、インバータ４４，４６で交流電圧に変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に入力される。
【００２４】
逆に、モータＭＧ１，ＭＧ２が発電機として機能するとき、ＭＧ１，ＭＧ２から出力される交流電圧をインバータ４４，４６で直流変換した後、コンバータ４８で降圧してバッテリ５０に充電する。また、インバータ４４，４６は、コンバータ４８に接続される電力ライン５６および接地ライン５８を共通にしていることから、モータＭＧ１，ＭＧ２のうち一方のモータで発電した電力をコンバータ４８を介さずに他方のモータに供給して回転駆動させることもできる。
【００２５】
インバータ４４，４６は、モータ用ＥＣＵ（以下、「モータＥＣＵ」という。）６０にそれぞれ電気的に接続されており、モータＥＣＵ６０から送信される制御信号に基づいて作動制御される。また、モータＭＧ１，ＭＧ２には、各ロータ２９，３６の回転角を検出する回転角センサ３１，３７が設けられている。各回転角センサ３１，３７による検出値は、モータＥＣＵ６０に入力されて各モータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を算出するために用いられる。
【００２６】
モータＥＣＵ６０は、後述する制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラムや制御用マップ等を格納するＲＯＭ、各種検出値を随時に読み出しおよび書換え可能に記憶するＲＡＭ等から構成されている。上記ＲＯＭに記憶されるマップには、コイル温度上限値到達時間マップが含まれる。このコイル温度上限値到達時間マップは、温度センサで検出される特定相（例えばＷ相）のコイル温度から、推定される他相（例えばＵ相、Ｖ相）のコイル温度が上限値まで上昇するのに要する時間をコイル電流値との関連で導出するために参照されるマップである。
【００２７】
バッテリ５０には、充電状態または残容量（ＳＯＣ）を検出するためのＳＯＣセンサ６２が設けられている。ＳＯＣセンサ６２は、バッテリ５０の充放電電流を検出する電流センサで構成されることができる。ＳＯＣセンサ６２による検出値は、バッテリ用ＥＣＵ（以下、「バッテリＥＣＵ」という。）６４に入力される。また、バッテリＥＣＵ６２には、電圧センサで検出されるバッテリ電圧Ｖｂや、図示しない温度センサによって検出されるバッテリ温度等が入力されるようになっている。バッテリＥＣＵ６４は、ＳＯＣセンサ６２により検出される充放電電流の積算値に基づいてバッテリ残容量ＳＯＣが適正範囲に維持されるように監視しており、満充電状態では入力制限信号を、適正範囲下限近傍では出力制限および充電要求の信号を後述するハイブリッド用ＥＣＵへ出力する。
【００２８】
図２に示すように、コンバータ４８は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を介してバッテリ５０に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、モータＥＣＵ６０からのスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を受けてオン・オフ制御される。コンバータ４８は、リアクトルＬと、電力用スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」という）Ｅ１，Ｅ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２は、電力ライン５６および接地ライン５８間に直列に接続される。スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２としては、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、または電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードＤ１，Ｄ２は、各スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２に対して、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにそれぞれ並列接続されている。リアクトルＬは、一端がスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２間の接続ライン７４に接続され、他端がシステムメインリレーＳＭＲ１を介してバッテリ５０の正極に接続されている。
【００２９】
コンバータ４８とインバータ４６との間に配置される平滑コンデンサ５４の端子間電圧すなわちシステム電圧ＶＨは、電圧センサ５５によって検出されてモータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。
【００３０】
インバータ４６は、電力ライン５６および接地ライン５８との間に互いに並列に設けられる、Ｕ相アーム７８、Ｖ相アーム８０、およびＷ相アーム８２を含む。各相アーム７８〜８２は、電力ライン５６および接地ライン５８間に直列接続された２つのスイッチング素子と、各スイッチング素子に対して逆並列にそれぞれ接続された２つのダイオードとからそれぞれ構成される。詳細には、Ｕ相アーム７８はスイッチング素子Ｅ３，Ｅ４およびダイオードＤ３，Ｄ４からなり、Ｖ相アーム８０はスイッチング素子Ｅ５，Ｅ６およびダイオードＤ５，Ｄ６からなり、Ｗ相アーム８２はスイッチング素子Ｅ７，Ｅ８およびダイオードＤ７，Ｄ８からなっている。各スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８には、例えばＩＧＢＴ等を用いることができる。スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８は、モータＥＣＵ６０からのスイッチング信号Ｓ３〜Ｓ８によってオン・オフ制御される。
【００３１】
各相アーム７８，８０，８２の中間点は、モータＭＧ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相（以下、単に「三相」という）の各相コイルの各一端にそれぞれ接続されている。各相コイルの各他端は、モータＭＧ２内の中性点Ｎに共通接続されている。また、各相コイルに流れる電流は、電流センサ８４によってそれぞれ検出されてモータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。なお、１つの電流センサを省略し、省略された相のコイル電流は他の２相のコイル電流との総和がゼロになる関係から算出されてもよい。
【００３２】
モータＭＧ２のステータの外周部には、Ｗ相コイルの温度を検出するための例えばサーミスタ等の温度センサ７２が配置されている。温度センサ７２により検出されたＷ相コイル温度Ｔｍｗは、モータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。モータＥＣＵ６０は、Ｗ相コイル温度Ｔｍｗに基いてＵ相コイル温度ＴｍｕおよびＶ相コイル温度Ｔｍｖを推定することができる。この温度推定は、モータＭＧ２の特性や温度センサ７２の位置等に応じて最適に選択される定数Ｋｕ，Ｋｖを用いて行われる。
【００３３】
エンジンＥＣＵ１６、モータＥＣＵ６０およびバッテリＥＣＵ６４は、ハイブリッド用ＥＣＵ（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という。）６６に電気的に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を統括的に作動制御すると共にバッテリ５０を管理する機能を有する。
【００３４】
ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジンＥＣＵ１６との間で、必要に応じてエンジン制御信号を送信し、必要に応じてエンジン作動状態に関するデータ（例えばエンジン回転数Ｎｅ等）を受信する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、モータＥＣＵ６０との間で、必要に応じて要求トルク指令Ｔｒ＊を送信し、必要に応じてモータ作動状態に関するデータ（例えばモータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、モータ電流等）を受信する。さらに、ハイブリッドＥＣＵ６６は、バッテリＥＣＵ６４からバッテリ残容量ＳＯＣ、バッテリ電圧、バッテリ温度、入出力制限信号等のバッテリ管理に必要なデータを受信する。
【００３５】
ハイブリッドＥＣＵ６６には、また、車速センサ６８およびアクセル開度センサ７０が電気的に接続されており、ハイブリッド車１０の走行速度である車速Ｓｖと、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃとがそれぞれ入力される。
【００３６】
上記構成からなるハイブリッド車１０では、ハイブリッドＥＣＵ６６によって次のようにエンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２が作動制御される。
【００３７】
例えば、ハイブリッド車１０の始動時、モータＭＧ１をいわゆるセルモータとして利用してエンジン１２を始動する。このエンジン始動時、モータＭＧ１は、バッテリ５０からコンバータ４８およびインバータ４４を介して供給される電力によって駆動される。ただし、これに続く車両発進時にモータＭＧ２から出力される動力だけで発進する場合、ここでのエンジン始動は暖機運転のためだけのものとなる。
【００３８】
ハイブリッド車１０が停車状態から発進するとき、通常は、バッテリ５０からコンバータ４８およびインバータ４６を介してモータＭＧ２に電力供給して駆動し、モータＭＧ２だけから動力を出力させて発進する。ただし、このときバッテリ５０の残容量ＳＯＣが低下していてバッテリＥＣＵ６４からの充電要求があるときには、エンジン１２から出力されて動力分配統合機構１４で分配された動力をモータＭＧ１の回転軸３０に入力して発電し、発電された電力をバッテリ５０に充電する。
【００３９】
例えば、ハイブリッド車１０が低速走行しているときや坂を下っているとき等の比較的軽負荷走行時には、低中回転領域での効率が比較的良くないエンジン１２から動力を出力させると燃費が悪化するため、エンジン１２を停止する一方で、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを監視しながらモータＭＧ２だけからの動力で走行する。このとき、バッテリ残容量ＳＯＣが低下してくると、バッテリＥＣＵ６４からの充電要求に応じてエンジン１２を適宜に間欠作動させ、エンジン動力によりモータＭＧ１で発電してバッテリ５０に充電する。
【００４０】
例えば、ハイブリッド車１０がほぼ一定の安定した速度で走行している通常走行時には、中高速回転領域で効率が比較的良好になるエンジン１２から動力を出力させて走行する。このとき、必要に応じて、例えばアクセルが一時的に大きく踏み込まれて急加速するとき等には、エンジン動力の分配を受けて発電状態にあるモータＭＧ１またはバッテリ５０から電力供給してモータＭＧ２からも動力を出力させ、エンジン１２の動力をアシストする。また、バッテリ残容量ＳＯＣ低下している場合には、エンジン１２の出力を上昇させてモータＭＧ１へ分配される動力を大きくし、モータＭＧ１により発電される電力の一部をバッテリ５０に充電する。
【００４１】
例えば、ブレーキ操作によってハイブリッド車１０が減速される回生時には、車輪４２から車軸４０および減速機３４を介して回転軸３８に動力が伝達され、モータＭＧ２が発電機として機能する。回生時にモータＭＧ２によって発電された電力は、インバータ４６で直流電圧に変換されコンバータ４８で降圧されてからバッテリ５０に充電される。
【００４２】
なお、上記において、インバータ４６が電圧変換手段に相当し、温度センサ７２が温度検出手段に相当し、回転角センサ３７とモータＥＣＵ６０の一部とが回転数検出手段に相当し、電流センサ８４（および必要に応じてモータＥＣＵ６０の一部）が電流検出手段に相当し、モータＥＣＵ６０が制御手段に相当する。
【００４３】
続いて、図３〜図５を参照して、モータＭＧ２のみから車輪駆動力を出力して走行するいわゆるＥＶ走行中にモータロック状態に陥った際のトルク制御について説明する。
【００４４】
上記ハイブリッド車１０において、例えば車輪４２が路上の窪みや側溝に嵌り込んで回転できない状態に陥ったとき、車輪４２とモータＭＧ２のロータ３６とは車軸４０、ギヤ列を含む減速機３４、および回転軸３８を介して連結されているため、ユーザである運転者がアクセルを踏み込んでもモータＭＧ２のロータ３６が回転できないモータロック状態になる。
【００４５】
このようにモータロック状態になって、なおユーザのアクセル操作による大きなトルク要求があるとき、モータＭＧ２のステータに配置されているＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルのうち特定相のコイルに高電流が一相集中で流れる可能性がある。
【００４６】
上記ハイブリッド車１０のモータＥＣＵ６０では、通常（すなわちモータロック時以外）、温度センサ７２によって検出されるＷ相コイル温度Ｔｍｗ、このＷ相コイル温度Ｔｍｗから定数Ｋ値を用いてそれぞれ推定されるＵ相コイル温度ＴｍｕおよびＶ相コイル温度Ｔｍｖが所定上限値を超えないようにモータ出力すなわちモータ電流を制御して、各相コイルを熱的損傷や焼損等から保護するための温度補償制御を行っている。しかし、モータロック状態になると、上記Ｋ値推定では追いつかないほど急速にＷ相コイル温度ＴｍｗとＵ相コイル温度ＴｍｕおよびＶ相コイル温度Ｔｍｖとの温度乖離が大きくなって、上記通常時の温度補償制御ではＵ相コイルおよびＶ相コイルを熱的損傷等から有効に保護できない事態が発生する。そこで、本実施形態における車両駆動用モータの制御装置では、下記のようなトルク低減制御を実行する。
【００４７】
図３はモータＥＣＵ６０においてモータロック時に実行されるトルク低減制御の処理手順を示すフローチャートであり、図４はこのトルク低減制御によるモータトルクの変化を横軸を時間軸として模式的に示す図であり、図５は図４におけるトルク増加転換部の拡大図である。
【００４８】
図４において、Ｔｒ１はトルク低減制御においてトルクを低下させる際の目標値として設定されるポイントを示し、ここでは連続可能最大トルクＴｒｃに一致するものとして例示する。この「連続可能最大トルク」とは、モータロック状態でモータＭＧ２の特定相のコイルに連続通電することが許容される最大電流（直流電流）を流したときのモータの出力トルクである。また、図４において、Ｔｒ２はトルク低減制御においてトルクを増加させる際の目標値として設定されるポイントを示し、ここでは上記通常の温度補償制御が有効に機能する上限トルクＴｒｔｈ（以下、適宜に「温度補償可能上限トルク」という。）に一致するものとして例示される。さらに、図４において、Ｔｒｍｅａｎは、モータトルクをＴｒ１まで低下させた後にＴｒ２まで増加させるトルク低減制御を少なくとも１回以上実行した際の平均トルクを示す。
【００４９】
モータＥＣＵ６０は、ユーザのアクセル操作によるユーザ要求トルクＴｒ＊とモータ回転数Ｎｍ２とに基いてモータＭＧ２がモータロック状態になっているか否かを判定する。ここでの具体例として、ユーザ要求トルクＴｒ＊がアクセル開度全開でモータＭＧ２が出力可能な最大トルクＴｒｍａｘであって、かつ、モータ回転数Ｎｍ２が所定値（例えば１００ｒｐｍ）未満であるときにモータロック状態であると判定することとする。そして、モータロック状態であると判定されると、図３に示す処理が開始される。
【００５０】
まず、温度センサ７２により検出されるＷ相コイル温度に基いて、ＲＯＭに記憶されているコイル温度上限値到達時間マップを参照することによって、他相であるＵ相コイルおよびＶ相コイルが所定の温度上限値に到達すると推定される到達時間を取得する（ステップＳ１０）。このとき、Ｕ相コイルとＶ相コイルとについてそれぞれ取得される推定到達時間が異なる場合、短い方の推定到達時間が選択される。
【００５１】
そして、設定された到達時間が経過するのを待って（ステップＳ１２）、モータトルクをユーザ要求トルクＴｒｍａｘから所定ダウンレートＲｄで連続可能最大トルクＴｒ１まで低下させる（ステップＳ１４）。この処理は、インバータ４６のスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８を制御してモータ入力電圧を低下させ、必要に応じてコンバータ４８のスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２を制御してシステム電圧ＶＨも低下させることで、Ｕ相電流およびＶ相電流を低減させることにより実現される。また、このモータトルクの低下によって、各相電流、特にＵ相電流およびＶ相電流も低減されることで、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルの発熱が抑えられるとともに放熱や冷媒による積極冷却等によって温度低下し、これにより温度上限値までの若干の余裕代が生じることになり、後述するトルク増加の際に再度のコイル温度上限値到達時間の取得が可能になる。
【００５２】
上記ステップＳ１４によるモータトルクの低下は、図４において立ち下り部９６で示される。このとき、トルクを瞬時に低下させると（例えば、図４において最大トルクＴｒｍａｘから垂直下方に向けてトルク低下）、ユーザである運転者に急激なトルク抜けによる大きな違和感を与えることになるため、上記トルク低下は所定ダウンレートＲｄをもって実行する。
【００５３】
次に、ユーザ操作によるアクセル開度Ａｃが７０％以上か否かを判定する（ステップＳ１６）。アクセル開度Ａｃが７０％未満であれば、トルク増加転換を判定するためのモータ回転数の所定閾値を１００ｒｐｍに設定してモータＭＧ２の回転数が１００ｒｐｍ以上になったか否かを判定し（ステップＳ１８）、一方、アクセル開度Ａｃが７０％以上であればトルク増加転換を判定するためのモータ回転数Ｎｍ２の所定閾値を５０ｒｐｍに設定してモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が５０ｒｐｍ以上になったか否かを判定する（ステップＳ２０）。
【００５４】
上記ステップＳ１４の処理によってモータトルクが低下していくと、それまで最大トルクＴｒｍａｘで釣り合ってモータロック状態になっていた力関係がくずれることで、車輪４２が固定されていても減速機３４のギヤ列のバックラッシュ等に相当する分だけロータ３６が若干逆回転することになる。したがって、上記ステップＳ１８またはＳ２０では、ロータ３６の逆回転方向への角移動が回転角センサ３７によって検出され、この検出回転角に基いて算出されるモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が所定閾値以上になるまで（ステップＳ１８またはＳ２０でＮＯ）、上記ステップＳ１４によるモータトルクの所定ダウンレートＲｄでの低下を継続する。このとき、モータ回転数Ｎｍ２が所定閾値以上になる前にモータトルクが目標値Ｔｒ１に到達すると、それ以上のトルク低下を中止して連続可能最大トルクＴｒ１に維持されることになる。
【００５５】
モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が所定閾値以上になると(ステップＳ１８またはＳ２０でＹＥＳ)、一旦低下させたモータトルクを増加へと転換し、設定される目標値Ｔｒ２まで所定アップレートＲｕでモータトルクを増加させる（ステップＳ２２）。このモータトルク増加は、図４中の立ち上がり部９８で示されており、インバータ４６からのモータ入力電圧を増大させることによって実現される。
【００５６】
図４において、立ち上がり部９８の傾斜である所定アップレートＲｕは、上記立ち下り部９６の傾斜である所定ダウンレートＲｄに対して絶対値比較で若干小さく（すなわち傾斜が緩やか）に設定されるように図示するが、上記トルク低減制御における平均トルクＴｒｍｅａｎが温度補償可能上限トルクＴｒｔｈ以下になっているという条件を満たす限りにおいて、所定アップレートＲｕは絶対値比較で所定ダウンレート以上であってもよい。
【００５７】
図５は、上記トルク低減制御において、モータトルクを増加へと転換する部分を拡大して示す。点線で表す立ち上がり部９８ａは、モータ回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上になったときのトルク増加を示し、実線で表す立ち上がり部９８ｂは、モータ回転数Ｎｍ２が５０ｒｐｍになったときのトルク増加を示す。このように、アクセル開度Ａｃが大きいときにトルク増加判定に用いるモータ回転数の閾値を小さく設定することでモータトルクの増加をより早く実行でき、ユーザ要求に応じたレスポンス性能を高めることができる。また、万一にモータロック状態が上り坂で生じている場合を想定すると、モータトルクを大きく低下させた状態を継続する時間が長くなるほど車両の後ずさり距離が大きくなることになるため、より早いタイミングでトルク増加に転換することは上記後ずさり距離を小さくして車両の安全性を担保する意義もある。
【００５８】
モータトルクを増加させる処理の実行に続いて、モータロック状態が解消されたか否かが判定される（ステップＳ２４）。ここでは、上記ステップＳ２２の処理によりモータトルクを所定目標値Ｔｒ２まで増加させた後、モータＭＧ２のロータ３６の正方向への回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上になったか否かで判定される。そして、モータロック状態が解消された場合には（ステップＳ２４でＹＥＳ）、そのまま処理を終了する。
【００５９】
一方、モータロック状態が解消されない場合（ステップＳ２４でＮＯ）、ユーザによるアクセル操作によって上記温度補償可能上限トルクＴｒｔｈを超えるような大きなトルク要求があるか否かを判定する（ステップＳ２６）。トルク要求がない場合には（ステップＳ２６でＮＯ）、そのまま処理を終了する。一方、トルク要求がある場合には(ステップＳ２６でＹＥＳ)、上記ステップＳ１０に戻って上述したトルク低減制御が再び実行されることになる。このとき、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルの各推定温度が上限値以下になっていない場合、上限値到達時間がゼロに設定されて（ステップＳ１０，Ｓ１２）、トルクが目標上限値Ｔｒ２到達後直ちにステップＳ１４の処理を実行することになる。
【００６０】
そして、モータロック状態が解消されない限り、上記ステップＳ１０〜Ｓ２６の処理を含む上記トルク低減制御が繰り返し実行されて、モータトルクは図４に示すように目標下限値Ｔｒ１と目標上限値Ｔｒ２との間でジグザクの形状を描くように制御されることになる。この制御において、上下に振動するモータトルクの平均トルクＴｒｍｅａｎが上記温度補償可能上限トルクＴｒｔｈを超えないように上記所定ダウンレートＲｄおよび所定アップレートの少なくとも一方が調整される。これにより、温度センサ７２によって検出されるＷ定相コイルの温度Ｔｍｗに基いてＵ相コイルおよびＶ相コイルについて温度補償が可能になって熱的損傷や焼損等から保護することができる。
【００６１】
なお、上記トルク低減制御では、トルク低下時の目標下限値Ｔｒ１を連続可能最大トルクＴｒｃ、トルク増加時の目標上限値Ｔｒ２を温度補償可能上限トルクＴｒｔｈとして説明したが、これに限定されるものではなく、上記所定ダウンレートＲｄおよび所定アップレートの少なくとも一方が調整されて平均トルクＴｒｍｅａｎが温度補償可能上限トルクＴｒｔｈを超えないという条件を満たす限りにおいて上記Ｔｒ１およびＴｒ２は適宜に設定されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態である車両駆動用モータの制御装置を適用したハイブリッド車の概略構成図である。
【図２】図１の車両駆動用モータの制御装置を構成するインバータおよびコンバータの構成を示す図である。
【図３】図１の車両駆動用モータの制御装置における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３の処理手順による制御にしたがってモータトルクが変化する状態を示す図である。
【図５】図４におけるトルク増加転換部の拡大図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ ハイブリッド車、１１ 回転位置センサ、１２ エンジン、１３ 出力軸、１４ 動力分配統合機構、１６ エジンＥＣＵ、１８ サンギヤ、２０ リングギヤ、２２ プラネタリギヤ、２４ ダンパ、２６ キャリア、２９ ロータ、３０ 回転軸、３１，３７ 回転角センサ、３２ リングギヤ軸、３４ 減速機、３６ ロータ、３８ 回転軸、４０ 車軸、４２ 車輪、４４，４６ インバータ、４８ コンバータ、５０ バッテリ、５２，５４ 平滑コンデンサ、５５ 電圧センサ、５６ 電力ライン、５８ 接地ライン、６０ モータＥＣＵ、６２ ＳＯＣセンサ、６４ バッテリＥＣＵ、６６ ハイブリッドＥＣＵ、６８ 車速センサ、７０ アクセル開度センサ、７２ 温度センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ 三相交流モータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両駆動用モータの制御装置に係り、特に、モータロック状態になったときにモータ出力トルクを低減させる制御を実行する車両駆動用モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車輪を駆動する動力源としてエンジンとモータとを併せ持つハイブリッド車が知られている。このハイブリッド車では、一般に三相交流モータが使用されており、車輪駆動力であるトルクをモータ出力させる場合、バッテリから供給される直流電圧をインバータで交流電圧に変換してモータへ印加される。
【０００３】
上記ハイブリッド車において、例えば車輪が路上の窪みや側溝に嵌り込んで回転できない状態に陥ったとき、車輪とモータとは車軸およびギヤ列等を介して連結されているため、ユーザである運転者がアクセルを踏み込んでもモータのロータも同様に回転できない状態になる。このような状態が「モータロック状態」と称される。
【０００４】
モータロック状態になって、なおユーザのアクセル操作による大きなトルク要求があるとき、三相交流モータのステータに配置されているＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルのうち特定相のコイルに高電流が一相集中して流れる可能性がある。このような状態が継続すると、上記特定相のコイルやこれに対応するインバータ内のスイッチング素子が過熱により焼損するおそれがある。
【０００５】
このようにモータコイル等が焼損する事態を回避するために、モータロック状態が検知されるとモータへの印加電圧を低減してモータトルクを低下させる制御が実行されるのが好ましく、この場合に急激なトルク低下は運転者に大きな違和感を与えることになるため、例えば特許文献１に開示される電気自動車の過負荷防止装置ではモータトルクを略階段状に漸減させることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１２２７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ハイブリッド車では、モータのステータに設置される例えばサーミスタ等の温度センサによってモータ温度を検出し、この検出温度が所定上限値に達するとモータ出力を抑える制御を実行して、モータの熱的損傷を防止している。この場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイルに対応して３つの温度センサを設置して各相コイル温度をそれぞれ検出する構成はコスト高や制御の複雑化につながるため、特定相コイルに対応して１つの温度センサを配置し、この特定相のコイル温度から他の２つの相のコイル温度を推定して上記モータ出力制限に用いることが簡便で実際的な構成であるといえる。
【０００８】
しかしながら、特定相コイルだけに温度センサを設けるとした場合、上述したようなモータロック状態で特定相コイルには電流が殆ど又は全く流れていなくて他相のコイルに集中的に高電流が流れているときには、上記他相コイルの熱的損傷や焼損を防止できない場合も想定される。
【０００９】
本発明の目的は、特定相コイルに対応して１つの温度センサを設けた三相交流モータにおいてモータロック状態になったときに前記特定相以外の他相コイルを熱的損傷および焼損等から保護することができる車両駆動用モータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る車両駆動用モータの制御装置は、直流電圧を交流電圧に変換して車輪駆動トルクを出力可能な三相交流モータに印加する電圧変換手段と、三相交流モータのステータの三相コイルに流れる交流電流を検出する電流検出手段と、三相交流モータのロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記三相コイルのうち特定相のコイルの温度を検出するコイル温度検出手段と、ユーザ要求トルクに応じて電圧変換手段から出力される交流電圧を制御する制御手段と、を備える車両駆動用モータの制御装置であって、制御手段は、ユーザ要求トルクおよび回転数に基いてモータロック状態であると判定されるとき、三相交流モータのトルクを所定ダウンレートで低下させから所定アップレートで増加させるトルク低減制御を実行し、このトルク低減制御を実行したときの平均トルクが、前記特定相コイルのコイル温度に基いて他相コイルについての温度補償可能なトルク閾値以下になるように、前記所定ダウンレートおよび所定アップレートの少なくとも一方を調整することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る車両駆動用モータの制御装置において、制御手段は、モータロック状態が解消されるまで前記トルク低減制御を繰り返し実行してもよい。
【００１２】
また、本発明に係る車両駆動用モータの制御装置において、制御手段は、前記トルク低減制御でモータトルクを連続可能最大トルクまで低下させてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る車両駆動用モータの制御装置において、制御手段は、前記トルク低減制御で、モータ回転数が所定値以上になったときにトルク増加へと転換してもよい。この場合、制御手段は、車両のアクセル開度に応じてモータ回転数の所定値を変更してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る車両駆動用モータの制御装置によれば、モータロック状態になるとトルク低減制御が実行し、このトルク低減制御ではモータの平均トルクが、特定相コイルのコイル温度に基いて他相コイルについての温度補償可能なトルク閾値以下になるように上記トルク低減制御における所定ダウンレートおよび所定アップレートの少なくとも一方が調整される。これにより、モータロック状態に陥ったとしても、温度検出手段によって検出される特定相コイルの温度に基いて他相コイルを熱的損傷等から保護するための温度補償制御すなわちモータトルク制御を有効に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、下記においては、ハイブリッド車を例に説明するが、本発明はモータのみを動力源とする電気自動車にも適用可能である。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態である車両駆動用モータの制御装置を含むハイブリッド車１０の概略構成を示す図である。図１において、動力伝達系は実線で、電力ラインは一点鎖線で、信号ラインは点線でそれぞれ示されている。ハイブリッド車１０は、走行用の動力を出力可能なエンジン１２と、２つの３相交流同期型モータジェネレータ（以下、単に「モータ」という。）ＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配統合機構１４とを備える。
【００１７】
エンジン１２は、ガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関である。エンジン１２は、エンジン用ＥＣＵ(Electronic Control Unit)（以下、「エンジンＥＣＵ」という。）１６と電気的に接続されており、エンジンＥＣＵ１６からの制御信号を受けて燃料噴射、点火、吸引空気量等が調節されることで作動制御されるようになっている。エンジン１２の回転数Ｎｅは、エンジン１２からの動力を出力する出力軸１３に近接して設けられた回転位置センサ１１から入力される検出値に基づいてエンジンＥＣＵ１６において算出される。
【００１８】
動力分配統合機構１４は、中心部に配置されるサンギヤ１８と、サンギヤ１８と同心上に配置され円環内周部に内歯を有するリングギヤ２０と、サンギヤ１８とリングギヤ２０の両方に噛合する複数のプラネタリギヤ２２とを含んで構成される遊星歯車機構からなっている。複数のプラネタリギヤ２２は、キャリア２６の端部にそれぞれ回転可能に取り付けられている。
【００１９】
動力分配統合機構１４において、キャリア２６にはトルク衝撃緩和用のダンパ２４を介してエンジン１２の出力軸１３が連結され、サンギヤ１８にはモータＭＧ１のロータ２９に接続される回転軸３０が連結され、リングギヤ２０にはリングギヤ軸３２を介して減速機３４が連結されている。これにより、動力分配統合機構１４では、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア２６から入力されるエンジン１２からの動力がサンギヤ１８側とリングギヤ２０側とにそのギヤ比に応じて分配され、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア２６から入力されるエンジン１２の動力とサンギヤ１８から入力されるＭＧ１からの動力が統合されてリングギヤ２０からリングギヤ軸３２を介して所定減速比のギヤ列を含む減速機３４へ入力されるようになっている。
【００２０】
モータＭＧ２のロータ３６に接続される回転軸３８もまた減速機３４に接続されており、モータＭＧ２が電動機として機能するときにはモータＭＧ２からの動力が減速機３４へ入力されるようになっている。
【００２１】
リングギヤ軸３２およびＭＧ２の回転軸３８の少なくとも一方から入力される動力は、減速機３４を介して車軸４０へ伝達され、これにより車輪４２が回転駆動される。一方、回生時に車輪４２および車軸４０から減速機３４を介して回転軸３８に動力が入力されるとき、ＭＧ２は発電機として機能する。ここで、回生時は、運転者がブレーキ操作を行って車両速度を減速した場合に限らず、運転者がアクセルペダルの踏み込みを解除して車両加速を中止した場合や、車両が下り坂を重力作用によって走行している場合等を含む。
【００２２】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ対応するインバータ４４，４６に電気的にそれぞれ接続され、各インバータ４４，４６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」という。）４８を介してバッテリ５０に電気的に接続されている。バッテリ５０は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池が好適に用いられる。
【００２３】
モータＭＧ１，ＭＧ２が電動機として機能するとき、バッテリ５０から平滑コンデンサ５２を介して供給される直流電圧Ｖｂをコンバータ４８で出力電圧Ｖｃに昇圧してから、平滑コンデンサ５４を介してインバータ４４，４６へ入力し（コンバータ出力電圧Ｖｃはインバータ入力電圧およびシステム電圧ＶＨに相当する。以下に同じ。）、インバータ４４，４６で交流電圧に変換してモータＭＧ１，ＭＧ２に入力される。
【００２４】
逆に、モータＭＧ１，ＭＧ２が発電機として機能するとき、ＭＧ１，ＭＧ２から出力される交流電圧をインバータ４４，４６で直流変換した後、コンバータ４８で降圧してバッテリ５０に充電する。また、インバータ４４，４６は、コンバータ４８に接続される電力ライン５６および接地ライン５８を共通にしていることから、モータＭＧ１，ＭＧ２のうち一方のモータで発電した電力をコンバータ４８を介さずに他方のモータに供給して回転駆動させることもできる。
【００２５】
インバータ４４，４６は、モータ用ＥＣＵ（以下、「モータＥＣＵ」という。）６０にそれぞれ電気的に接続されており、モータＥＣＵ６０から送信される制御信号に基づいて作動制御される。また、モータＭＧ１，ＭＧ２には、各ロータ２９，３６の回転角を検出する回転角センサ３１，３７が設けられている。各回転角センサ３１，３７による検出値は、モータＥＣＵ６０に入力されて各モータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を算出するために用いられる。
【００２６】
モータＥＣＵ６０は、後述する制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラムや制御用マップ等を格納するＲＯＭ、各種検出値を随時に読み出しおよび書換え可能に記憶するＲＡＭ等から構成されている。上記ＲＯＭに記憶されるマップには、コイル温度上限値到達時間マップが含まれる。このコイル温度上限値到達時間マップは、温度センサで検出される特定相（例えばＷ相）のコイル温度から、推定される他相（例えばＵ相、Ｖ相）のコイル温度が上限値まで上昇するのに要する時間をコイル電流値との関連で導出するために参照されるマップである。
【００２７】
バッテリ５０には、充電状態または残容量（ＳＯＣ）を検出するためのＳＯＣセンサ６２が設けられている。ＳＯＣセンサ６２は、バッテリ５０の充放電電流を検出する電流センサで構成されることができる。ＳＯＣセンサ６２による検出値は、バッテリ用ＥＣＵ（以下、「バッテリＥＣＵ」という。）６４に入力される。また、バッテリＥＣＵ６２には、電圧センサで検出されるバッテリ電圧Ｖｂや、図示しない温度センサによって検出されるバッテリ温度等が入力されるようになっている。バッテリＥＣＵ６４は、ＳＯＣセンサ６２により検出される充放電電流の積算値に基づいてバッテリ残容量ＳＯＣが適正範囲に維持されるように監視しており、満充電状態では入力制限信号を、適正範囲下限近傍では出力制限および充電要求の信号を後述するハイブリッド用ＥＣＵへ出力する。
【００２８】
図２に示すように、コンバータ４８は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を介してバッテリ５０に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、モータＥＣＵ６０からのスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を受けてオン・オフ制御される。コンバータ４８は、リアクトルＬと、電力用スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」という）Ｅ１，Ｅ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２は、電力ライン５６および接地ライン５８間に直列に接続される。スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２としては、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、または電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードＤ１，Ｄ２は、各スイッチング素子Ｅ１，Ｅ２に対して、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにそれぞれ並列接続されている。リアクトルＬは、一端がスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２間の接続ライン７４に接続され、他端がシステムメインリレーＳＭＲ１を介してバッテリ５０の正極に接続されている。
【００２９】
コンバータ４８とインバータ４６との間に配置される平滑コンデンサ５４の端子間電圧すなわちシステム電圧ＶＨは、電圧センサ５５によって検出されてモータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。
【００３０】
インバータ４６は、電力ライン５６および接地ライン５８との間に互いに並列に設けられる、Ｕ相アーム７８、Ｖ相アーム８０、およびＷ相アーム８２を含む。各相アーム７８〜８２は、電力ライン５６および接地ライン５８間に直列接続された２つのスイッチング素子と、各スイッチング素子に対して逆並列にそれぞれ接続された２つのダイオードとからそれぞれ構成される。詳細には、Ｕ相アーム７８はスイッチング素子Ｅ３，Ｅ４およびダイオードＤ３，Ｄ４からなり、Ｖ相アーム８０はスイッチング素子Ｅ５，Ｅ６およびダイオードＤ５，Ｄ６からなり、Ｗ相アーム８２はスイッチング素子Ｅ７，Ｅ８およびダイオードＤ７，Ｄ８からなっている。各スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８には、例えばＩＧＢＴ等を用いることができる。スイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８は、モータＥＣＵ６０からのスイッチング信号Ｓ３〜Ｓ８によってオン・オフ制御される。
【００３１】
各相アーム７８，８０，８２の中間点は、モータＭＧ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相（以下、単に「三相」という）の各相コイルの各一端にそれぞれ接続されている。各相コイルの各他端は、モータＭＧ２内の中性点Ｎに共通接続されている。また、各相コイルに流れる電流は、電流センサ８４によってそれぞれ検出されてモータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。なお、１つの電流センサを省略し、省略された相のコイル電流は他の２相のコイル電流との総和がゼロになる関係から算出されてもよい。
【００３２】
モータＭＧ２のステータの外周部には、Ｗ相コイルの温度を検出するための例えばサーミスタ等の温度センサ７２が配置されている。温度センサ７２により検出されたＷ相コイル温度Ｔｍｗは、モータＥＣＵ６０へ入力されるようになっている。モータＥＣＵ６０は、Ｗ相コイル温度Ｔｍｗに基いてＵ相コイル温度ＴｍｕおよびＶ相コイル温度Ｔｍｖを推定することができる。この温度推定は、モータＭＧ２の特性や温度センサ７２の位置等に応じて最適に選択される定数Ｋｕ，Ｋｖを用いて行われる。
【００３３】
エンジンＥＣＵ１６、モータＥＣＵ６０およびバッテリＥＣＵ６４は、ハイブリッド用ＥＣＵ（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という。）６６に電気的に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を統括的に作動制御すると共にバッテリ５０を管理する機能を有する。
【００３４】
ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジンＥＣＵ１６との間で、必要に応じてエンジン制御信号を送信し、必要に応じてエンジン作動状態に関するデータ（例えばエンジン回転数Ｎｅ等）を受信する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、モータＥＣＵ６０との間で、必要に応じて要求トルク指令Ｔｒ＊を送信し、必要に応じてモータ作動状態に関するデータ（例えばモータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、モータ電流等）を受信する。さらに、ハイブリッドＥＣＵ６６は、バッテリＥＣＵ６４からバッテリ残容量ＳＯＣ、バッテリ電圧、バッテリ温度、入出力制限信号等のバッテリ管理に必要なデータを受信する。
【００３５】
ハイブリッドＥＣＵ６６には、また、車速センサ６８およびアクセル開度センサ７０が電気的に接続されており、ハイブリッド車１０の走行速度である車速Ｓｖと、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃとがそれぞれ入力される。
【００３６】
上記構成からなるハイブリッド車１０では、ハイブリッドＥＣＵ６６によって次のようにエンジン１２およびモータＭＧ１，ＭＧ２が作動制御される。
【００３７】
例えば、ハイブリッド車１０の始動時、モータＭＧ１をいわゆるセルモータとして利用してエンジン１２を始動する。このエンジン始動時、モータＭＧ１は、バッテリ５０からコンバータ４８およびインバータ４４を介して供給される電力によって駆動される。ただし、これに続く車両発進時にモータＭＧ２から出力される動力だけで発進する場合、ここでのエンジン始動は暖機運転のためだけのものとなる。
【００３８】
ハイブリッド車１０が停車状態から発進するとき、通常は、バッテリ５０からコンバータ４８およびインバータ４６を介してモータＭＧ２に電力供給して駆動し、モータＭＧ２だけから動力を出力させて発進する。ただし、このときバッテリ５０の残容量ＳＯＣが低下していてバッテリＥＣＵ６４からの充電要求があるときには、エンジン１２から出力されて動力分配統合機構１４で分配された動力をモータＭＧ１の回転軸３０に入力して発電し、発電された電力をバッテリ５０に充電する。
【００３９】
例えば、ハイブリッド車１０が低速走行しているときや坂を下っているとき等の比較的軽負荷走行時には、低中回転領域での効率が比較的良くないエンジン１２から動力を出力させると燃費が悪化するため、エンジン１２を停止する一方で、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを監視しながらモータＭＧ２だけからの動力で走行する。このとき、バッテリ残容量ＳＯＣが低下してくると、バッテリＥＣＵ６４からの充電要求に応じてエンジン１２を適宜に間欠作動させ、エンジン動力によりモータＭＧ１で発電してバッテリ５０に充電する。
【００４０】
例えば、ハイブリッド車１０がほぼ一定の安定した速度で走行している通常走行時には、中高速回転領域で効率が比較的良好になるエンジン１２から動力を出力させて走行する。このとき、必要に応じて、例えばアクセルが一時的に大きく踏み込まれて急加速するとき等には、エンジン動力の分配を受けて発電状態にあるモータＭＧ１またはバッテリ５０から電力供給してモータＭＧ２からも動力を出力させ、エンジン１２の動力をアシストする。また、バッテリ残容量ＳＯＣ低下している場合には、エンジン１２の出力を上昇させてモータＭＧ１へ分配される動力を大きくし、モータＭＧ１により発電される電力の一部をバッテリ５０に充電する。
【００４１】
例えば、ブレーキ操作によってハイブリッド車１０が減速される回生時には、車輪４２から車軸４０および減速機３４を介して回転軸３８に動力が伝達され、モータＭＧ２が発電機として機能する。回生時にモータＭＧ２によって発電された電力は、インバータ４６で直流電圧に変換されコンバータ４８で降圧されてからバッテリ５０に充電される。
【００４２】
なお、上記において、インバータ４６が電圧変換手段に相当し、温度センサ７２が温度検出手段に相当し、回転角センサ３７とモータＥＣＵ６０の一部とが回転数検出手段に相当し、電流センサ８４（および必要に応じてモータＥＣＵ６０の一部）が電流検出手段に相当し、モータＥＣＵ６０が制御手段に相当する。
【００４３】
続いて、図３〜図５を参照して、モータＭＧ２のみから車輪駆動力を出力して走行するいわゆるＥＶ走行中にモータロック状態に陥った際のトルク制御について説明する。
【００４４】
上記ハイブリッド車１０において、例えば車輪４２が路上の窪みや側溝に嵌り込んで回転できない状態に陥ったとき、車輪４２とモータＭＧ２のロータ３６とは車軸４０、ギヤ列を含む減速機３４、および回転軸３８を介して連結されているため、ユーザである運転者がアクセルを踏み込んでもモータＭＧ２のロータ３６が回転できないモータロック状態になる。
【００４５】
このようにモータロック状態になって、なおユーザのアクセル操作による大きなトルク要求があるとき、モータＭＧ２のステータに配置されているＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルのうち特定相のコイルに高電流が一相集中で流れる可能性がある。
【００４６】
上記ハイブリッド車１０のモータＥＣＵ６０では、通常（すなわちモータロック時以外）、温度センサ７２によって検出されるＷ相コイル温度Ｔｍｗ、このＷ相コイル温度Ｔｍｗから定数Ｋ値を用いてそれぞれ推定されるＵ相コイル温度ＴｍｕおよびＶ相コイル温度Ｔｍｖが所定上限値を超えないようにモータ出力すなわちモータ電流を制御して、各相コイルを熱的損傷や焼損等から保護するための温度補償制御を行っている。しかし、モータロック状態になると、上記Ｋ値推定では追いつかないほど急速にＷ相コイル温度ＴｍｗとＵ相コイル温度ＴｍｕおよびＶ相コイル温度Ｔｍｖとの温度乖離が大きくなって、上記通常時の温度補償制御ではＵ相コイルおよびＶ相コイルを熱的損傷等から有効に保護できない事態が発生する。そこで、本実施形態における車両駆動用モータの制御装置では、下記のようなトルク低減制御を実行する。
【００４７】
図３はモータＥＣＵ６０においてモータロック時に実行されるトルク低減制御の処理手順を示すフローチャートであり、図４はこのトルク低減制御によるモータトルクの変化を横軸を時間軸として模式的に示す図であり、図５は図４におけるトルク増加転換部の拡大図である。
【００４８】
図４において、Ｔｒ１はトルク低減制御においてトルクを低下させる際の目標値として設定されるポイントを示し、ここでは連続可能最大トルクＴｒｃに一致するものとして例示する。この「連続可能最大トルク」とは、モータロック状態でモータＭＧ２の特定相のコイルに連続通電することが許容される最大電流（直流電流）を流したときのモータの出力トルクである。また、図４において、Ｔｒ２はトルク低減制御においてトルクを増加させる際の目標値として設定されるポイントを示し、ここでは上記通常の温度補償制御が有効に機能する上限トルクＴｒｔｈ（以下、適宜に「温度補償可能上限トルク」という。）に一致するものとして例示される。さらに、図４において、Ｔｒｍｅａｎは、モータトルクをＴｒ１まで低下させた後にＴｒ２まで増加させるトルク低減制御を少なくとも１回以上実行した際の平均トルクを示す。
【００４９】
モータＥＣＵ６０は、ユーザのアクセル操作によるユーザ要求トルクＴｒ＊とモータ回転数Ｎｍ２とに基いてモータＭＧ２がモータロック状態になっているか否かを判定する。ここでの具体例として、ユーザ要求トルクＴｒ＊がアクセル開度全開でモータＭＧ２が出力可能な最大トルクＴｒｍａｘであって、かつ、モータ回転数Ｎｍ２が所定値（例えば１００ｒｐｍ）未満であるときにモータロック状態であると判定することとする。そして、モータロック状態であると判定されると、図３に示す処理が開始される。
【００５０】
まず、温度センサ７２により検出されるＷ相コイル温度に基いて、ＲＯＭに記憶されているコイル温度上限値到達時間マップを参照することによって、他相であるＵ相コイルおよびＶ相コイルが所定の温度上限値に到達すると推定される到達時間を取得する（ステップＳ１０）。このとき、Ｕ相コイルとＶ相コイルとについてそれぞれ取得される推定到達時間が異なる場合、短い方の推定到達時間が選択される。
【００５１】
そして、設定された到達時間が経過するのを待って（ステップＳ１２）、モータトルクをユーザ要求トルクＴｒｍａｘから所定ダウンレートＲｄで連続可能最大トルクＴｒ１まで低下させる（ステップＳ１４）。この処理は、インバータ４６のスイッチング素子Ｅ３〜Ｅ８を制御してモータ入力電圧を低下させ、必要に応じてコンバータ４８のスイッチング素子Ｅ１，Ｅ２を制御してシステム電圧ＶＨも低下させることで、Ｕ相電流およびＶ相電流を低減させることにより実現される。また、このモータトルクの低下によって、各相電流、特にＵ相電流およびＶ相電流も低減されることで、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルの発熱が抑えられるとともに放熱や冷媒による積極冷却等によって温度低下し、これにより温度上限値までの若干の余裕代が生じることになり、後述するトルク増加の際に再度のコイル温度上限値到達時間の取得が可能になる。
【００５２】
上記ステップＳ１４によるモータトルクの低下は、図４において立ち下り部９６で示される。このとき、トルクを瞬時に低下させると（例えば、図４において最大トルクＴｒｍａｘから垂直下方に向けてトルク低下）、ユーザである運転者に急激なトルク抜けによる大きな違和感を与えることになるため、上記トルク低下は所定ダウンレートＲｄをもって実行する。
【００５３】
次に、ユーザ操作によるアクセル開度Ａｃが７０％以上か否かを判定する（ステップＳ１６）。アクセル開度Ａｃが７０％未満であれば、トルク増加転換を判定するためのモータ回転数の所定閾値を１００ｒｐｍに設定してモータＭＧ２の回転数が１００ｒｐｍ以上になったか否かを判定し（ステップＳ１８）、一方、アクセル開度Ａｃが７０％以上であればトルク増加転換を判定するためのモータ回転数Ｎｍ２の所定閾値を５０ｒｐｍに設定してモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が５０ｒｐｍ以上になったか否かを判定する（ステップＳ２０）。
【００５４】
上記ステップＳ１４の処理によってモータトルクが低下していくと、それまで最大トルクＴｒｍａｘで釣り合ってモータロック状態になっていた力関係がくずれることで、車輪４２が固定されていても減速機３４のギヤ列のバックラッシュ等に相当する分だけロータ３６が若干逆回転することになる。したがって、上記ステップＳ１８またはＳ２０では、ロータ３６の逆回転方向への角移動が回転角センサ３７によって検出され、この検出回転角に基いて算出されるモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が所定閾値以上になるまで（ステップＳ１８またはＳ２０でＮＯ）、上記ステップＳ１４によるモータトルクの所定ダウンレートＲｄでの低下を継続する。このとき、モータ回転数Ｎｍ２が所定閾値以上になる前にモータトルクが目標値Ｔｒ１に到達すると、それ以上のトルク低下を中止して連続可能最大トルクＴｒ１に維持されることになる。
【００５５】
モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が所定閾値以上になると(ステップＳ１８またはＳ２０でＹＥＳ)、一旦低下させたモータトルクを増加へと転換し、設定される目標値Ｔｒ２まで所定アップレートＲｕでモータトルクを増加させる（ステップＳ２２）。このモータトルク増加は、図４中の立ち上がり部９８で示されており、インバータ４６からのモータ入力電圧を増大させることによって実現される。
【００５６】
図４において、立ち上がり部９８の傾斜である所定アップレートＲｕは、上記立ち下り部９６の傾斜である所定ダウンレートＲｄに対して絶対値比較で若干小さく（すなわち傾斜が緩やか）に設定されるように図示するが、上記トルク低減制御における平均トルクＴｒｍｅａｎが温度補償可能上限トルクＴｒｔｈ以下になっているという条件を満たす限りにおいて、所定アップレートＲｕは絶対値比較で所定ダウンレート以上であってもよい。
【００５７】
図５は、上記トルク低減制御において、モータトルクを増加へと転換する部分を拡大して示す。点線で表す立ち上がり部９８ａは、モータ回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上になったときのトルク増加を示し、実線で表す立ち上がり部９８ｂは、モータ回転数Ｎｍ２が５０ｒｐｍになったときのトルク増加を示す。このように、アクセル開度Ａｃが大きいときにトルク増加判定に用いるモータ回転数の閾値を小さく設定することでモータトルクの増加をより早く実行でき、ユーザ要求に応じたレスポンス性能を高めることができる。また、万一にモータロック状態が上り坂で生じている場合を想定すると、モータトルクを大きく低下させた状態を継続する時間が長くなるほど車両の後ずさり距離が大きくなることになるため、より早いタイミングでトルク増加に転換することは上記後ずさり距離を小さくして車両の安全性を担保する意義もある。
【００５８】
モータトルクを増加させる処理の実行に続いて、モータロック状態が解消されたか否かが判定される（ステップＳ２４）。ここでは、上記ステップＳ２２の処理によりモータトルクを所定目標値Ｔｒ２まで増加させた後、モータＭＧ２のロータ３６の正方向への回転数Ｎｍ２が１００ｒｐｍ以上になったか否かで判定される。そして、モータロック状態が解消された場合には（ステップＳ２４でＹＥＳ）、そのまま処理を終了する。
【００５９】
一方、モータロック状態が解消されない場合（ステップＳ２４でＮＯ）、ユーザによるアクセル操作によって上記温度補償可能上限トルクＴｒｔｈを超えるような大きなトルク要求があるか否かを判定する（ステップＳ２６）。トルク要求がない場合には（ステップＳ２６でＮＯ）、そのまま処理を終了する。一方、トルク要求がある場合には(ステップＳ２６でＹＥＳ)、上記ステップＳ１０に戻って上述したトルク低減制御が再び実行されることになる。このとき、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルの各推定温度が上限値以下になっていない場合、上限値到達時間がゼロに設定されて（ステップＳ１０，Ｓ１２）、トルクが目標上限値Ｔｒ２到達後直ちにステップＳ１４の処理を実行することになる。
【００６０】
そして、モータロック状態が解消されない限り、上記ステップＳ１０〜Ｓ２６の処理を含む上記トルク低減制御が繰り返し実行されて、モータトルクは図４に示すように目標下限値Ｔｒ１と目標上限値Ｔｒ２との間でジグザクの形状を描くように制御されることになる。この制御において、上下に振動するモータトルクの平均トルクＴｒｍｅａｎが上記温度補償可能上限トルクＴｒｔｈを超えないように上記所定ダウンレートＲｄおよび所定アップレートの少なくとも一方が調整される。これにより、温度センサ７２によって検出されるＷ定相コイルの温度Ｔｍｗに基いてＵ相コイルおよびＶ相コイルについて温度補償が可能になって熱的損傷や焼損等から保護することができる。
【００６１】
なお、上記トルク低減制御では、トルク低下時の目標下限値Ｔｒ１を連続可能最大トルクＴｒｃ、トルク増加時の目標上限値Ｔｒ２を温度補償可能上限トルクＴｒｔｈとして説明したが、これに限定されるものではなく、上記所定ダウンレートＲｄおよび所定アップレートの少なくとも一方が調整されて平均トルクＴｒｍｅａｎが温度補償可能上限トルクＴｒｔｈを超えないという条件を満たす限りにおいて上記Ｔｒ１およびＴｒ２は適宜に設定されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態である車両駆動用モータの制御装置を適用したハイブリッド車の概略構成図である。
【図２】図１の車両駆動用モータの制御装置を構成するインバータおよびコンバータの構成を示す図である。
【図３】図１の車両駆動用モータの制御装置における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３の処理手順による制御にしたがってモータトルクが変化する状態を示す図である。
【図５】図４におけるトルク増加転換部の拡大図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ ハイブリッド車、１１ 回転位置センサ、１２ エンジン、１３ 出力軸、１４ 動力分配統合機構、１６ エジンＥＣＵ、１８ サンギヤ、２０ リングギヤ、２２ プラネタリギヤ、２４ ダンパ、２６ キャリア、２９ ロータ、３０ 回転軸、３１，３７ 回転角センサ、３２ リングギヤ軸、３４ 減速機、３６ ロータ、３８ 回転軸、４０ 車軸、４２ 車輪、４４，４６ インバータ、４８ コンバータ、５０ バッテリ、５２，５４ 平滑コンデンサ、５５ 電圧センサ、５６ 電力ライン、５８ 接地ライン、６０ モータＥＣＵ、６２ ＳＯＣセンサ、６４ バッテリＥＣＵ、６６ ハイブリッドＥＣＵ、６８ 車速センサ、７０ アクセル開度センサ、７２ 温度センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ 三相交流モータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換して車輪駆動トルクを出力可能な三相交流モータに印加する電圧変換手段と、三相交流モータのステータの三相コイルに流れる交流電流を検出する電流検出手段と、三相交流モータのロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記三相コイルのうち特定相のコイルの温度を検出するコイル温度検出手段と、ユーザ要求トルクに応じて電圧変換手段から出力される交流電圧を制御する制御手段と、を備える車両駆動用モータの制御装置であって、
制御手段は、ユーザ要求トルクおよび回転数に基いてモータロック状態であると判定されるとき、三相交流モータのトルクを所定ダウンレートで低下させから所定アップレートで増加させるトルク低減制御を実行し、このトルク低減制御を実行したときの平均トルクが、前記特定相コイルのコイル温度に基いて他相コイルについての温度補償可能なトルク閾値以下になるように、前記所定ダウンレートおよび所定アップレートの少なくとも一方を調整することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
制御手段は、モータロック状態が解消されるまで前記トルク低減制御を繰り返し実行することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
制御手段は、前記トルク低減制御でモータトルクを連続可能最大トルクまで低下させることを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
制御手段は、前記トルク低減制御で、モータ回転数が所定値以上になったときにトルク増加へと転換することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
制御手段は、車両のアクセル開度に応じてモータ回転数の所定値を変更することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換して車輪駆動トルクを出力可能な三相交流モータに印加する電圧変換手段と、三相交流モータのステータの三相コイルに流れる交流電流を検出する電流検出手段と、三相交流モータのロータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記三相コイルのうち特定相のコイルの温度を検出するコイル温度検出手段と、ユーザ要求トルクに応じて電圧変換手段から出力される交流電圧を制御する制御手段と、を備える車両駆動用モータの制御装置であって、
制御手段は、ユーザ要求トルクおよび回転数に基いてモータロック状態であると判定されるとき、三相交流モータのトルクを所定ダウンレートで低下させから所定アップレートで増加させるトルク低減制御を実行し、このトルク低減制御を実行したときの平均トルクが、前記特定相コイルのコイル温度に基いて他相コイルについての温度補償可能なトルク閾値以下になるように、前記所定ダウンレートおよび所定アップレートの少なくとも一方を調整することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
制御手段は、モータロック状態が解消されるまで前記トルク低減制御を繰り返し実行することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
制御手段は、前記トルク低減制御でモータトルクを連続可能最大トルクまで低下させることを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
制御手段は、前記トルク低減制御で、モータ回転数が所定値以上になったときにトルク増加へと転換することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両駆動用モータの制御装置において、
制御手段は、車両のアクセル開度に応じてモータ回転数の所定値を変更することを特徴とする車両駆動用モータの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１１５４５（Ｐ２０１０−１１５４５Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６４６２４（Ｐ２００８−１６４６２４）
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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