車両駆動装置
【課題】車両駆動用のモータが回転制限状態となったときに、電力変換部が過熱状態となることを回避すると共に、モータのトルクの増加が許容される状態を形成することを目的とする。
【解決手段】車両駆動装置のコントロールユニットは、トルク指令値とモータジェネレータの回転数とに基づいて、モータジェネレータが回転制限状態にあるか否かを判定する。モータジェネレータが回転制限状態にある旨の判定をした場合、コントロールユニットは、車両が傾斜面に位置するか否かを判定する。車両が傾斜面に位置する旨の判定をしたときは、コントロールユニットは、モータジェネレータの位相検出値に基づいて目標位相を求めた後、モータジェネレータが発生するトルクを減少させて、走行面の傾斜等によって車両を下り方向に移動させることで車輪を回転させ、モータジェネレータの回転位相を目標位相に合わせる。
【解決手段】車両駆動装置のコントロールユニットは、トルク指令値とモータジェネレータの回転数とに基づいて、モータジェネレータが回転制限状態にあるか否かを判定する。モータジェネレータが回転制限状態にある旨の判定をした場合、コントロールユニットは、車両が傾斜面に位置するか否かを判定する。車両が傾斜面に位置する旨の判定をしたときは、コントロールユニットは、モータジェネレータの位相検出値に基づいて目標位相を求めた後、モータジェネレータが発生するトルクを減少させて、走行面の傾斜等によって車両を下り方向に移動させることで車輪を回転させ、モータジェネレータの回転位相を目標位相に合わせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータによって車両を駆動する車両駆動装置に関し、特に、モータの回転位相に応じてモータを制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンおよびモータを用いて走行するハイブリッド自動車、モータを用いて走行する電気自動車等、モータによって駆動される車両が広く用いられている。このような車両は、モータに供給する電力を調整してモータの回転状態を制御するモータ駆動回路、およびモータ駆動回路を制御するコントロールユニットを備える。
【０００３】
モータ駆動回路は、電池の電圧を昇圧するＤＣＤＣコンバータ、および、ＤＣＤＣコンバータから出力された直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータに供給するインバータを備える。モータは、モータ駆動回路から供給された交流電力によってトルクを発生し車両を駆動する。コントロールユニットは、モータが車両の走行状態および運転操作に応じたトルクを発生するよう、ＤＣＤＣコンバータおよびインバータを制御する。
【０００４】
一般に、車両に用いられるモータは、そのシャフトを軸として回転する回転子、および、回転子の周りに回転磁界を発生する界磁巻線を備える。回転子の回転に応じた回転磁界を発生するため、界磁巻線には、回転子の回転位相に同期した電流が供給される。そこで、コントロールユニットは、インバータからモータの界磁巻線に至る電力供給線に流れる交流電流が、回転子の回転位相に同期するようインバータを制御する。
【０００５】
複数のスイッチング素子を備え、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う一般的なインバータでは、このような同期制御を行った場合には、モータの回転が妨げられモータが停止すると、特定のスイッチング素子に電流が集中し、そのスイッチング素子の温度が上昇する。
【０００６】
なお、以下の特許文献１〜３には、車両駆動用のモータを駆動するインバータおよびその制御方法が記載されている。特許文献１に記載の制御方法では、モータがロック状態となったときには、モータを正方向と逆方向に交互に回転させることで、インバータのスイッチング素子の過熱状態が回避される。また、特許文献２および３に記載の制御方法では、モータがロック状態となったときには、モータが発生するトルクを制限することでインバータのスイッチング素子の過熱状態が回避される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２３８５６０号公報
【特許文献２】特開２００４−３５０４４２号公報
【特許文献３】特開平１１−１２２７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
車両が急な坂道に進入したり、縁石等の障害物に乗り上がろうとしたりした場合、車輪およびモータがロックした状態となることがある。これによって、インバータが備える特定のスイッチング素子に電流が集中し、そのスイッチング素子が過熱状態となることがある。このような場合、従来技術では、モータが発生するトルクを制限等することでスイッチング素子の過熱状態を回避していた。しかし、この制御は、モータのトルクの増加を許容し、トルクの増加によってロック状態を解消するものではない。
【０００９】
本発明は、車両駆動用のモータが回転制限状態となったときに、インバータ等の電力変換部が過熱状態となることを回避すると共に、モータのトルクの増加が許容される状態を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、スイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部から供給された交流電力によって車両を駆動するモータと、前記モータの回転位相に応じて前記電力変換部のスイッチングを行い、前記モータを制御するコントロールユニットと、を備え、前記コントロールユニットは、前記モータが回転制限状態となったときに、そのときの前記電力変換部のスイッチング状態に応じた目標位相に前記モータの回転位相が達するよう前記モータを制御する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記電力変換部は、直流電力を３相の交流電力に変換し、前記コントロールユニットは、前記電力変換部と前記モータとの間を流れる３相の交流電流が前記モータの回転位相に同期するよう、前記電力変換部のスイッチングを行い、前記目標位相は、前記３相の交流電流のうちの２相の交流電流であって、前記モータが前記回転制限状態であるときに前記電力変換部を過熱状態に至らしめる条件が成立する２相の交流電流、のうち少なくとも一方が低減される位相である。
【００１２】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記電力変換部は、直列接続された２つのスイッチング素子をそれぞれが備える３対のスイッチング素子対を備え、各スイッチング素子対がなす直列接続経路の両端に直流電力が供給され、各スイッチング素子対の直列接続点から前記モータに交流電力を供給する。
【００１３】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記モータに対するトルク指令値を前記車両の運転操作に応じて決定するトルク指令値決定手段を備え、前記トルク指定値に応じて前記電力変換部のスイッチングを行い、前記トルク指令値決定手段は、前記モータが前記回転制限状態となったときにおける前記コントロールユニットの制御により、前記モータの回転位相が前記目標位相に達したときに、前記モータが前記回転制限状態でないときの上限値よりも大きい値を上限値として前記トルク指令値を決定する。
【００１４】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記電力変換部に含まれる素子の温度に基づいて当該素子が過熱状態にあるか否かを判定する手段を備え、前記トルク指令値決定手段は、前記モータが前記回転制限状態となったときにおける前記コントロールユニットの制御の後に、前記素子が前記過熱状態にない旨の判定がなされたときに、前記モータが前記回転制限状態でないときの上限値よりも大きい値を上限値として前記トルク指令値を決定する。
【００１５】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記電力変換部に含まれる素子の温度に基づいて当該素子が温度上昇状態にあるか否かを判定する手段を備え、前記モータが回転制限状態となり、かつ、前記素子が前記温度上昇状態にある旨の判定がなされたときに、前記目標位相に前記モータの回転位相が達するよう前記モータを制御する。
【００１６】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記モータが前記回転制限状態となったときに、前記モータが発生するトルクを減少させ、走行面における高低差による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる。
【００１７】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記車両の走行面の傾斜角を検出する傾斜センサを備え、前記コントロールユニットは、前記傾斜センサによる検出値に基づいて前記車両が傾斜面に位置するか否かを判定する手段を備え、前記モータが前記回転制限状態となり、かつ、前記車両が傾斜面に位置する旨の判定がなされたときに、前記モータが発生するトルクを減少させ、走行面の傾斜による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる。
【００１８】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記モータが前記回転制限状態となったときに、前記モータが発生するトルクを増加させ、当該トルクの増加による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、車両駆動用のモータが回転制限状態となったときに、インバータ等の電力変換部が過熱状態となることを回避すると共に、モータのトルクの増加が許容される状態を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電気自動車駆動装置の構成を示す図である。
【図２】位相検出値と３相交流電流との関係の例を示す図である。
【図３】トルク指令値に対する上限値の時間特性、およびトルク指令値の時間特性を示す図である。
【図４】回転制限解消制御のフローチャートである。
【図５】目標位相取得テーブルの例を示す図である。
【図６】傾斜面を利用する回転制限解消制御のフローチャートである。
【図７】応用例に係る回転制限解消制御のフローチャートである。
【図８】傾斜面を利用する回転制限解消制御のフローチャートである。
【図９】変形例に係る回転制限解消制御のフローチャートである。
【図１０】目標位相取得テーブルの例を示す図である。
【図１１】ハイブリッド自動車駆動装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に本発明の実施形態に係る電気自動車駆動装置の構成を示す。図１に示されるＤＣＤＣコンバータ１２およびインバータ１４は、上述したモータ駆動回路に相当する。電気自動車駆動装置は、電池１０から供給される電力に基づいてモータジェネレータ１８にトルクを発生させ、そのトルクで車両を加速すると共に、モータジェネレータ１８による回生制動に基づく発電電力によって電池１０を充電する。
【００２２】
運転操作部２４は、アクセルペダル、ブレーキペダル等を含み、ユーザの操作に基づいてコントロールユニット２６に指令を与える。コントロールユニット２６は、運転操作部２４による指令、車両の速度等に基づいてＤＣＤＣコンバータ１２およびインバータ１４を制御し、車両の加速または回生制動を行う。
【００２３】
車両の加速時においては、ＤＣＤＣコンバータ１２は、電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧された電圧をインバータ１４に出力する。インバータ１４は、ＤＣＤＣコンバータ１２から出力された直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータジェネレータ１８に出力する。モータジェネレータ１８は、インバータ１４から出力された交流電力によってトルクを発生し、そのトルクを動力伝達機構２０に与える。動力伝達機構２０は、モータジェネレータ１８から与えられたトルクを車輪２２に伝達する。これによって、電池１０から供給される電力に基づいて車両が加速する。
【００２４】
回生制動時においては、モータジェネレータ１８は、回生制動発電に基づく交流電力をインバータ１４に出力する。インバータ１４は、モータジェネレータ１８から出力された交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣＤＣコンバータ１２に出力する。ＤＣＤＣコンバータ１２は、インバータ１４から出力された電圧を降圧し、降圧された電圧を電池１０に印加する。これによって、モータジェネレータ１８が発電した電力に基づいて電池１０が充電される。
【００２５】
インバータ１４およびモータジェネレータ１８の具体的な構成および動作について説明する。インバータ１４は、３対のスイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗを備える。ここで、スイッチング素子対は、一方のエミッタ端子が他方のコレクタ端子に接続された２つのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。回路図上側のＩＧＢＴ１６−１および回路図下側のＩＧＢＴ１６−２のそれぞれのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子にアノード端子が接続されるようダイオード１６−３が接続されている。
【００２６】
インバータ１４が備えるスイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗの回路図上側のＩＧＢＴ１６−１のコレクタ端子は共通に接続され、その共通接続端は、ＤＣＤＣコンバータ１２の昇圧出力側の正極端子に接続されている。そして、スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗの回路図下側のＩＧＢＴ１６−２のエミッタ端子もまた共通に接続され、その共通接続端は、ＤＣＤＣコンバータ１２の昇圧出力側の負極端子に接続されている。
【００２７】
スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗは、モータジェネレータ１８に至る３相の電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷに対応する。すなわち、各スイッチング素子対における上側のＩＧＢＴ１６−１と下側のＩＧＢＴ１６−２の接続点には、対応する相の電力伝送線が接続されている。
【００２８】
各スイッチング素子対のＩＧＢＴは、コントロールユニット２６によってスイッチングされる。これによって、インバータ１４は、ＤＣＤＣコンバータ１２とモータジェネレータ１８との間で直流交流変換を行う。すなわち、インバータ１４は、ＤＣＤＣコンバータ１２の昇圧側の電圧と、電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷの相互間の電圧の大小関係に応じて、ＤＣＤＣコンバータ１２から出力された直流電力を３相交流電力に変換し、その３相交流電力をモータジェネレータ１８に出力する。また、インバータ１４は、ＤＣＤＣコンバータ１２の昇圧側の電圧と、電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷの相互間の電圧の大小関係に応じて、モータジェネレータ１８の発電に基づく３相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣＤＣコンバータ１２に出力する。
【００２９】
なお、ここでは、スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗのそれぞれをなすスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた例を示しているが、スイッチング素子には、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いてもよい。
【００３０】
モータジェネレータ１８は、そのシャフトを軸として回転する回転子、および、回転子の周りに回転磁界を発生する３相の界磁巻線を備える。電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷは、３相の界磁巻線に接続されている。また、モータジェネレータ１８は、その回転位相を検出するレゾルバ２８を備える。レゾルバ２８は、回転位相の検出値を位相検出値としてコントロールユニット２６に出力する。位相検出値は０°〜３６０°の範囲で定義される。位相検出値は、モータジェネレータ１８の回転と共に０°から３６０°まで増加し、３６０°に達すると共に再び０°から３６０°まで増加するという変化を繰り返す。また、モータジェネレータ１８が逆回転する場合には、位相検出値は、モータジェネレータ１８の回転と共に３６０°から０°まで減少し、０°に達すると共に再び３６０°から０°まで減少するという変化を繰り返す。
【００３１】
コントロールユニット２６は、運転操作部２４による指令、車両の速度等に基づいてトルク指令値を求める。コントロールユニット２６は、トルク指令値および位相検出値を用いて３対のスイッチング素子に対してＰＷＭ制御を行い、電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷに、それぞれ、位相検出値と同期した３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを流す。
【００３２】
図２には、位相検出値と３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗとの関係が例示されている。図２において横軸は位相検出値を示し、縦軸は３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを示す。ここで、モータジェネレータ１８の回転位相は、車両が後退すると共に増加するよう定義されているものとする。３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗの極性は、インバータ１４からモータジェネレータ１８に向かう方向を正とする。３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗは、位相検出値の変化に対し正弦波状に変化する。また、３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗの相互の位相差は１２０°である。３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗの最大値Ｉｍはトルク指令値に応じた値を有する。
【００３３】
このような制御によれば、モータジェネレータ１８の回転位相に同期した３相交流電流が、モータジェネレータ１８に流れる。これによって、モータジェネレータ１８がその回転位相に応じて同期駆動される。モータジェネレータ１８に流れる電流はトルク指令値に応じた大きさとなり、モータジェネレータ１８はトルク指令値に応じたトルクを発生する。
【００３４】
コントロールユニット２６が、トルク指令値を設定する処理について説明する。コントロールユニット２６には、トルク指令値に対する上限値の時間特性が記憶されている。図３（ａ）にはトルク指令値に対する上限値の時間特性が例示されている。この時間特性は、アクセルペダルが踏み込まれた時を基準とし、その後の上限値の時間変化を規定したものである。時刻０から時刻ｔ１までの間は、上限値は時間経過と共に増加し、時刻ｔ１においてトルク最大値Ｍに達する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、上限値はトルク最大値Ｍを維持し、時刻ｔ２から時刻ｔ３間での間、上限値はトルク最大値Ｍから連続出力可能値Ｔまで減少する。時刻ｔ３以降において上限値は連続出力可能値Ｔとなる。
【００３５】
トルク指令値は、上限値を超えないという条件の下で、アクセルペダルの踏み込み量が大きい程、大きい値に設定される。例えば、図３（ｂ）に示すように、時刻０から時間の経過と共にアクセルペダルの踏み込み量を増加させた場合には、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の時刻τ１にトルク指令値が上限値に達してトルク最大値Ｍとなり、その後、トルク指令値は上限値と同一の値となって変化する。
【００３６】
このようなトルク指令値の上限値の時間特性によれば、トルク指令値がトルク最大値Ｍとなる時間が時間ｔ２−ｔ１以下に制限される。これによって、インバータ１４のＩＧＢＴに過大な電流が流れ、そのＩＧＢＴが過熱状態となることが回避される。
【００３７】
しかし、このような制御では、次のような問題点が生じることがある。例えば、車両の急な坂道への進入、障害物への乗り上がり、走行面陥没部への車輪２２の嵌り込み等により、車輪２２およびモータジェネレータ１８がロックすることがある。このとき、トルク指令値がトルク最大値Ｍとなる時間は時間ｔ２−ｔ１以下に制限されものの、依然として６個のＩＧＢＴのうち特定のものに電流が集中するため、そのＩＧＢＴは過熱状態となり易い傾向にある。
【００３８】
また、ユーザによるアクセルペダルの踏み込み量が十分でない場合、例えば、図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ３以降の時刻τ２にトルク指令値が連続出力可能値Ｔに達した場合には、トルク指令値が連続出力可能値Ｔより大きくなることはない。この場合、モータジェネレータ１８が十分なトルクを発生することができず、モータジェネレータ１８がロックした状態を回避することが困難となる場合がある。
【００３９】
本実施形態に係る電気自動車駆動装置は、このような問題点に鑑み、次に説明する回転制限解消制御を実行する。回転制限解消制御によれば、インバータ１４のスイッチング素子が過熱状態となることが回避されると共に、モータジェネレータ１８のトルクを増加させることが可能となる。
【００４０】
図４には回転制限解消制御においてコントロールユニット２６が実行する処理のフローチャートが示されている。コントロールユニット２６は、レゾルバ２８が出力する位相検出値の時間変化に基づいて、モータジェネレータ１８の回転数を求める（Ｓ１０１）。そして、モータジェネレータ１８の回転数とトルク指令値とに基づいて、モータジェネレータ１８が回転制限状態にあるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで回転制限状態とは、車輪２２およびモータジェネレータ１８がロックして停止している状態の他、わずかに回転している場合、すなわち、トルク指令値が所定のトルク閾値を超えているにも関わらず、モータジェネレータ１８の回転数が所定の回転数閾値以下である状態を含む。モータジェネレータ１８が回転制限状態であるか否かの判定は、トルク指令値がトルク閾値を超えているという条件の下、回転数が回転数閾値以下であるか否かに基づいて行われる。
【００４１】
コントロールユニット２６は、モータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をしたときは、レゾルバ２８から読み込まれた位相検出値に基づいて目標位相を求める（Ｓ１０３）。ここで、目標位相とは、ＩＧＢＴの電気的負担が軽減され、ＩＧＢＴの過熱状態が回避されるモータジェネレータ１８の回転位相をいう。コントロールユニット２６は、位相検出値の数値範囲と目標位相との対応関係を表す目標位相取得テーブルを記憶しており、ステップＳ１０３においては目標位相取得テーブルを参照して位相検出値に対応する目標位相を求める。後述するように、コントロールユニット２６は、走行面の傾斜等を利用した車両の移動によってモータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御を実行し、インバータ１４のＩＧＢＴの過熱状態を回避する。
【００４２】
図５には、位相検出値と３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗとの間に図２に示されるような関係がある場合の目標位相取得テーブルが例示されている。この目標位相取得テーブルでは、６０°の角度範囲で位相検出値が区分され、各区分の角度範囲の中央の値に１２０°を加えた角度が目標位相とされている。
【００４３】
図２から明らかなように、この目標位相取得テーブルの各区分の角度範囲内では、３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗのうち特定の２相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となる。例えば、０°以上６０°未満の範囲では、Ｗ相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となり、Ｕ相の電流の大きさが０．５Ｉｍを超える。また、６０°以上１２０°未満の範囲では、Ｖ相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となり、Ｗ相の電流の大きさが０．５Ｉｍを超える。そして、１２０°以上１８０°未満の範囲では、Ｕ相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となり、Ｖ相の電流の大きさが０．５Ｉｍを超える。このように、３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗのうち特定の２相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となる場合、その２相の電流を流すＩＧＢＴは過熱状態となり易い。
【００４４】
すなわち、Ｕ相電流Ｉｕが０．５Ｉｍ以上となり、Ｖ相電流Ｉｖが−０．５Ｉｍ以下となるときは、スイッチング素子対１６ｕの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｖの下側のＩＧＢＴ１６−２がオンとなる時間が他のＩＧＢＴがオンとなる時間よりも長くなり、これらのＩＧＢＴに電流が集中する。
【００４５】
同様に、Ｖ相電流Ｉｖが０．５Ｉｍ以上となり、Ｗ相電流Ｉｗが−０．５Ｉｍ以下となるときは、スイッチング素子対１６ｖの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｗの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。そして、Ｗ相電流Ｉｗが０．５Ｉｍ以上となり、Ｕ相電流Ｉｕが−０．５Ｉｍ以下となるときは、スイッチング素子対１６ｗの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｕの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。さらに、特定のＩＧＢＴに電流が集中するこれらの状態に対し、電流が流れる方向が逆であるときは、電流が集中するＩＧＢＴの上下が入れ替わる。
【００４６】
ここで、各区分の角度範囲の中央の値に１２０°を加えた角度を目標位相とすることでＩＧＢＴの過熱状態が回避される原理について図２を参照して説明する。例えば、位相検出値として検出される回転位相が６０°以上１２０°未満の範囲Ｄでは、Ｖ相電流Ｉｖが閾値０．５Ｉｍ以上の値を有し、Ｗ相電流が閾値−０．５Ｉｍ未満の値を有する。したがって、スイッチング素子対１６ｖの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｗの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。
【００４７】
これに対し、回転位相が範囲Ｄの中央の値＋１２０°、すなわち２１０°の場合には、スイッチング素子対１６ｗの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｕの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。また、Ｖ相電流は０となり、スイッチング素子対１６ｖの２つのＩＧＢＴには電流が流れない。
【００４８】
したがって、モータジェネレータ１８が回転制限状態にあり、位相検出値が範囲Ｄにある場合に、回転位相を２１０°に合わせることで電流が集中するＩＧＢＴが変更される。同様に、位相検出値が目標位相取得テーブルに列挙された他の角度範囲内にある場合に、それぞれの目標位相に回転位相を合わせることで、電流が集中するＩＧＢＴが変更される。これによって、モータジェネレータ１８が回転制限状態になったときに電流が集中していたＩＧＢＴの過熱状態を回避することができる。
【００４９】
このような原理の下、コントロールユニット２６は、モータジェネレータ１８が発生するトルクを減少させて、走行面の傾斜、障害物、走行面陥没部等によって形成される高低差によって車両を移動させることで車輪２２を回転させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる（Ｓ１０４およびＳ１０５）。
【００５０】
より具体的には、コントロールユニット２６は、所定の減少分だけトルク指令値を減少させて、モータジェネレータ１８が発生するトルクを減少させ（Ｓ１０４）、位相検出値が目標位相に達したか否かを判定する（Ｓ１０５）。コントロールユニット２６は、位相検出値が目標位相に達していないときは、ステップＳ１０４に戻り更にトルク指令値を減少させる。一方、位相検出値が目標位相に達したときは、コントロールユニット２６は、トルク指令値を連続出力可能値Ｔより大きい回転制限解消トルク値とし、モータジェネレータ１８に回転制限解消トルク値のトルクを発生させる（Ｓ１０６）。この回転制限解消トルク値は、例えば、図３（ａ）に示されるトルク最大値Ｍとされる。
【００５１】
他方、コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２においてモータジェネレータ１８が回転制限状態にない旨の判定をした場合には、図３（ａ）に例示されるような予め定められた上限値の時間特性に従ってトルク指令値を設定する通常制御を実行する（Ｓ１０７）。
【００５２】
このような制御によれば、モータジェネレータ１８が回転制限状態となった場合には、モータジェネレータ１８の回転位相が目標位相に合わせられる。これによって、特定のスイッチング素子が過熱状態になることが回避されると共に、回転制限状態を解消するためのより大きいトルクをモータジェネレータ１８に発生させることができる。
【００５３】
なお、ここでは、図４のステップＳ１０４およびＳ１０５のように、モータジェネレータ１８が発生するトルクを減少させて、走行面の傾斜等によって形成される高低差によって車両を移動させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御について説明した。このような制御の他、モータジェネレータ１８が発生するトルクを増加させて、車両を高低差の上り方向に移動させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御を実行してもよい。
【００５４】
図４のフローチャートに示される回転制限解消制御は、走行面の傾斜等によって形成される高低差による車両の移動を利用している。このような制御は、坂道等の傾斜面に車両が位置している場合に積極的に行われることが好ましい。そこで、図６のフローチャートに示されるように、車両が傾斜面に位置するか否かの判定を行い、車両が傾斜面に位置する旨の判定が行われたときに傾斜面を利用する処理を実行してもよい。ここでは、図４に示すフローチャートの処理と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２においてモータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をした場合、水平面に対する走行面の傾斜角度を検出する傾斜センサ３０から傾斜角度検出値を読み込む。そして、傾斜角度検出値と所定の角度閾値との比較に基づいて、車両が傾斜面に位置するか否かを判定する（ＳＡ１０１）。すなわち、コントロールユニット２６は、傾斜角度検出値が所定の角度閾値を超える場合には、車両が傾斜面に位置するものと判定し、傾斜角度検出値が角度閾値以下である場合には、車両が傾斜面に位置しないものと判定する。この角度閾値は、車両が重力によって傾斜の下り方向に移動可能となる角度範囲に基づいて予め定められる。
【００５６】
コントロールユニット２６は、車両が傾斜面に位置するものと判定したときは、レゾルバ２８から読み込まれた位相検出値に基づいて目標位相を求め（Ｓ１０３）、ステップＳ１０４以降の処理を実行する。他方、車両が傾斜面に位置しない旨の判定をした場合には、コントロールユニット２６は通常制御を実行する（Ｓ１０７）。
【００５７】
このような処理によれば、車両が傾斜面に位置する場合に、傾斜面を利用した車両の移動によってモータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御が実行される。他方、車両が傾斜面に位置しない場合には通常制御が実行される。これによって、傾斜面を利用する処理を確実に実行することができる。
【００５８】
次に、図４に示される回転制限解消制御にＩＧＢＴの温度検出に基づく制御を加えた応用例について説明する。図７には、そのような回転制限解消制御においてコントロールユニット２６が実行する処理のフローチャートが示されている。図４に示すフローチャートの処理と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２においてモータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をした場合には、各ＩＧＢＴの温度推定値を求める（ＳＡ２０１）。この温度推定値は、冷媒温度センサ３４および電流センサ３２のそれぞれの検出値に基づいて求められる。冷媒温度センサ３４は、インバータ１４の筐体に設けられた冷媒管を流通する冷媒の温度を検出するセンサである。電流センサ３２は、３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを検出するセンサである。
【００６０】
コントロールユニット２６は、最も温度推定値の大きいＩＧＢＴについて、その温度推定値（以下、最大温度推定値とする。）が規定値を超えるか否かを判定する（ＳＡ２０２）。コントロールユニット２６は、最大温度推定値が規定値以下である場合には、通常制御を実行しつつ（ＳＡ２０３）、ステップＳ１０１に戻る。他方、最大温度推定値が規定値を超えた場合にはステップＳ１０３に移行する。
【００６１】
ステップＳＡ２０１〜ＳＡ２０３によれば、最も温度の高いＩＧＢＴの温度推定値が規定値を超えるまでの間は通常制御が実行される。他方、最も温度の高いＩＧＢＴの温度推定値が規定値を超え、そのＩＧＢＴが過熱状態に至る可能性のある温度上昇状態にあるときは、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせるステップＳ１０３以降の処理が実行される。これによって、コントロールユニット２６は、通常制御によって回転制限状態を解消できる可能性がある場合には、ステップＳ１０３以降の処理を実行することなく通常制御を続行する。
【００６２】
また、コントロールユニット２６は、ステップＳ１０５においてモータジェネレータ１８の回転位相が目標位相に達した後（Ｓ１０５）、最大温度推定値が規定値を超えるか否かを判定する（ＳＡ２０４）。そして、最大温度推定値が規定値以下であるときは、トルク指令値を回転制限解消トルク値とし、モータジェネレータ１８に回転制限解消トルク値のトルクを発生させる（Ｓ１０６）。他方、温度推定値が規定値を超えるときは、コントロールユニット２６は通常制御を実行する。このような処理によれば、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせたものの、過熱状態のＩＧＢＴがある場合には通常制御が実行される。これによってＩＧＢＴの保護が確実となる。
【００６３】
なお、ここでは、図７のステップＳ１０４およびＳ１０５のように、モータジェネレータ１８が発生するトルクを減少させて、走行面の傾斜によって車両を下り方向に移動させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御について説明した。このような制御の他、モータジェネレータ１８が発生するトルクを増加させて、車両を高低差の上り方向に移動させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御を実行してもよい。この場合、図７のフローチャートのステップＳＡ２０２における規定値は、トルクを減少させる制御を実行する場合よりも小さくすることが好ましい。
【００６４】
また、車両が傾斜面に位置するか否かの判定を行い、車両が傾斜面に位置する旨の判定が行われたときに傾斜面を利用する処理を実行してもよい。この場合、図８のフローチャートに示されるように、ステップＳ１０２とステップＳＡ２０１との間には、車両が傾斜面に位置するか否かの判定を行うステップＳＡ１０１が挿入される。ここでは、図７に示すフローチャートの処理と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２においてモータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をした場合、水平面に対する走行面の傾斜角度を検出する傾斜センサ３０から傾斜角度検出値を読み込む。そして、傾斜角度検出値と所定の角度閾値との比較に基づいて、車両が傾斜面に位置するか否かを判定する（ＳＡ１０１）。コントロールユニット２６は、車両が傾斜面に位置するものと判定したときは、各ＩＧＢＴの温度推定値を求め（ＳＡ２０１）、ステップＳＡ２０２以降の処理を実行する。他方、車両が傾斜面に位置しない旨の判定をした場合には、コントロールユニット２６は通常制御を実行する（Ｓ１０７）。
【００６６】
また、ここでは、各区分の角度範囲の中央の値に１２０°を加えた角度を目標位相とした目標位相取得テーブルについて採り上げた。このような目標位相取得テーブルに代えて、各区分の角度範囲の中央の値から１２０°を減じた角度を目標位相とした目標位相取得テーブルを用いてもよい。
【００６７】
さらに、コントロールユニット２６は、目標位相取得テーブルを用いる代わりに、角度検出値を独立変数とし、目標位相を従属変数とする関数演算アルゴリズムを実行してもよい。この関数演算アルゴリズムは、目標位置取得テーブルに基づき予めプログラムされる。
【００６８】
次に、変形例に係る回転制限解消制御ついて説明する。図９には変形例に係る回転制限解消制御においてコントロールユニット２６が実行する処理のフローチャートが示されている。図４に示すフローチャートと同様の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
この回転制限解消制御は、モータジェネレータ１８の回転位相が電流ピーク範囲内にあるときに回転制限状態を解消する制御を実行するものである。ここで、電流ピーク範囲とは、３相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗのうち１つが極大値となる回転位相を中央の値とする角度範囲をいう。位相検出値と３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗとの間に図２に示されるような関係がある場合、電流ピーク制御範囲は、０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°および３６０°のそれぞれを中央の値とし、それぞれから±Δ離れるまでの範囲となる。ここでΔは、設計に応じて定められる角度範囲であり、例えば２０°である。
【００７０】
コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２において、モータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をした場合、位相検出値が電流ピーク範囲内にあるか否かを判定する（ＳＡ３０１）。そして、位相検出値が電流ピーク範囲内にない旨の判定をしたときは、通常制御を実行する（Ｓ１０７）。他方、位相検出値が電流ピーク範囲内にある旨の判定をしたときは、コントロールユニット２６はステップＳ１０３に移行する。
【００７１】
図１０にはステップＳ１０３で用いられる目標位相取得テーブルが例示されている。この目標位相取得テーブルでは、０°以上３６０°未満の位相検出値の範囲において電流ピーク範囲に位相検出値が定義され、各電流ピーク範囲の中央の値に９０°を加えた角度が目標位相とされている。
【００７２】
各電流ピーク範囲の中央の値に９０°を加えた角度を目標位相とすることでＩＧＢＴの過熱状態が回避される原理について説明する。３相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗが正の極大値となる場合、それぞれ、スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗの上側のＩＧＢＴ１６−１に電流が集中する。また、３相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗが負の極大値となる場合、それぞれ、スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。これらの状態においてモータジェネレータ１８の回転位相を９０°変化させると、それまで極大値であった電流は０となる。例えば、図２から明らかなように、３相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗは、位相検出値として検出される回転位相がそれぞれ、０°、１２０°および２４０°の時に極大値となるが、それぞれの回転位相に９０°が加えられた回転位相では０となる。したがって、極大値の電流を流していたスイッチング素子対への電流の集中が回避される。
【００７３】
なお、ここで述べた回転制限解消制御についても、図６および図８のフローチャートで示される回転制限解消制御と同様、ステップＳＡ３０１とステップＳ１０３との間に、車両が傾斜面に位置するか否かの判定を行うこととしてもよい。この場合、車両が傾斜面に位置する旨の判定がされた場合に、傾斜面を利用した車両の移動によってモータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御が実行される。他方、車両が傾斜面に位置しない旨の判定がされた場合には通常制御が実行される。
【００７４】
また、図７および図８のフローチャートで示される回転制限解消制御と同様、ステップＳＡ３０１とステップＳ１０３との間に、最も温度推定値の大きいＩＧＢＴの温度推定値を最大温度推定値として求める処理を実行し、さらに、最大温度推定値が既定値を超えたときは通常制御を実行し、最大温度推定値が既定値以下であるときは、ステップＳ１０３以降の処理を実行してもよい。
【００７５】
また、図７および図８のフローチャートで示される回転制限解消制御と同様、モータジェネレータ１８の回転位相が目標位相に達した後（Ｓ１０５）、最大温度推定値に応じて、トルク指令値を回転制限解消トルク値とする制御（Ｓ１０６）、または、通常制御（Ｓ１０７）を選択的に実行することとしてもよい。
【００７６】
また、上記では、各電流ピーク範囲の中央の値に９０°を加えた角度を目標位相とした目標位相取得テーブルについて採り上げた。このような目標位相取得テーブルに代えて、各電流ピーク範囲の中央の値から９０°を減じた角度を目標位相とした目標位相取得テーブルを用いてもよい。
【００７７】
上記では、本発明の実施形態として電気自動車駆動装置について説明した。本発明は、ハイブリッド自動車駆動装置に用いてもよい。図１１にハイブリッド自動車駆動装置の構成を示す。図１に示す電気自動車駆動装置の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
このハイブリッド自動車駆動装置におけるモータジェネレータＭＧ２は、車両を加速すると共に回生制動を行う。また、ＭＧ２用インバータ３６は、ＤＣＤＣコンバータ１２とモータジェネレータＭＧ２との間で直流交流変換を行う。ＭＧ２用インバータ３６およびモータジェネレータＭＧ２は、それぞれ、図１に示す電気自動車駆動装置におけるインバータ１４およびモータジェネレータ１８と同様の構成および機能を有する。
【００７９】
ハイブリッド自動車駆動装置は、さらに、エンジン４０を始動すると共に、エンジン４０の駆動力によって発電を行うモータジェネレータＭＧ１、および、ＤＣＤＣコンバータ１２とモータジェネレータＭＧ１との間で直流交流変換を行うＭＧ１用インバータ３８を備える。ＭＧ１用インバータ３８およびモータジェネレータＭＧ１もまた、それぞれ、図１に示す電気自動車駆動装置におけるインバータ１４およびモータジェネレータ１８と同様の構成および機能を有する。
【００８０】
エンジン４０、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の各シャフトは、トルク分割機構４２に取り付けられる。トルク分割機構４２はこれらの相互間でトルクを作用させる。トルク分割機構４２には、例えば、サンギア、リングギアおよびプラネタリギアによって構成されるプラネタリギアユニットが用いられる。さらに、モータジェネレータＭＧ２のシャフトには、動力伝達機構２０が取り付けられる。動力伝達機構２０には、例えば、モータジェネレータＭＧ２のシャフトの回転速度に対し、車輪２２の回転速度を減少させるデファレンシャルギアが用いられる。
【００８１】
トルク分割機構４２は、エンジン４０、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２の各回転状態が調整されることで、エンジン４０およびモータジェネレータＭＧ２の少なくともいずれかによるトルクを動力伝達機構２０に伝える。また、エンジン４０およびモータジェネレータＭＧ１の相互間でトルクを伝達する。
【００８２】
ＤＣＤＣコンバータ１２、ＭＧ２用インバータ３６およびモータジェネレータＭＧ２は、図１に示されるＤＣＤＣコンバータ１２、インバータ１４およびモータジェネレータ１８の動作と同様の動作により、電池１０から供給される電力に基づいてモータジェネレータＭＧ２にトルクを発生させ、そのトルクで車両を加速すると共に、モータジェネレータＭＧ２による回生制動に基づく発電電力によって電池１０を充電する。
【００８３】
ハイブリッド自動車駆動装置においては、図１に示す電気自動車駆動装置と同様、モータジェネレータＭＧ２が回転制限状態となった場合に、図４、図６、図７、図８または図９に示す回転制限解消制御が実行される。これによって、ＭＧ２用インバータ３６が備える特定のスイッチング素子が過熱状態になることが回避されると共に、回転制限状態を解消するためのより大きいトルクをモータジェネレータＭＧ２に発生させることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 電池、１２ ＤＣＤＣコンバータ、１４ インバータ、１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ スイッチング素子対、１６−１，１６−２ ＩＧＢＴ、１６−３ ダイオード、１８ モータジェネレータ、２０ 動力伝達機構、２２ 車輪、２４ 運転操作部、２６ コントロールユニット、２８ レゾルバ、３０ 傾斜センサ、３２ 電流センサ、３４ 冷媒温度センサ、３６ ＭＧ２用インバータ、３８ ＭＧ１用インバータ、４０ エンジン、４２ トルク分割機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータによって車両を駆動する車両駆動装置に関し、特に、モータの回転位相に応じてモータを制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンおよびモータを用いて走行するハイブリッド自動車、モータを用いて走行する電気自動車等、モータによって駆動される車両が広く用いられている。このような車両は、モータに供給する電力を調整してモータの回転状態を制御するモータ駆動回路、およびモータ駆動回路を制御するコントロールユニットを備える。
【０００３】
モータ駆動回路は、電池の電圧を昇圧するＤＣＤＣコンバータ、および、ＤＣＤＣコンバータから出力された直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータに供給するインバータを備える。モータは、モータ駆動回路から供給された交流電力によってトルクを発生し車両を駆動する。コントロールユニットは、モータが車両の走行状態および運転操作に応じたトルクを発生するよう、ＤＣＤＣコンバータおよびインバータを制御する。
【０００４】
一般に、車両に用いられるモータは、そのシャフトを軸として回転する回転子、および、回転子の周りに回転磁界を発生する界磁巻線を備える。回転子の回転に応じた回転磁界を発生するため、界磁巻線には、回転子の回転位相に同期した電流が供給される。そこで、コントロールユニットは、インバータからモータの界磁巻線に至る電力供給線に流れる交流電流が、回転子の回転位相に同期するようインバータを制御する。
【０００５】
複数のスイッチング素子を備え、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う一般的なインバータでは、このような同期制御を行った場合には、モータの回転が妨げられモータが停止すると、特定のスイッチング素子に電流が集中し、そのスイッチング素子の温度が上昇する。
【０００６】
なお、以下の特許文献１〜３には、車両駆動用のモータを駆動するインバータおよびその制御方法が記載されている。特許文献１に記載の制御方法では、モータがロック状態となったときには、モータを正方向と逆方向に交互に回転させることで、インバータのスイッチング素子の過熱状態が回避される。また、特許文献２および３に記載の制御方法では、モータがロック状態となったときには、モータが発生するトルクを制限することでインバータのスイッチング素子の過熱状態が回避される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２３８５６０号公報
【特許文献２】特開２００４−３５０４４２号公報
【特許文献３】特開平１１−１２２７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
車両が急な坂道に進入したり、縁石等の障害物に乗り上がろうとしたりした場合、車輪およびモータがロックした状態となることがある。これによって、インバータが備える特定のスイッチング素子に電流が集中し、そのスイッチング素子が過熱状態となることがある。このような場合、従来技術では、モータが発生するトルクを制限等することでスイッチング素子の過熱状態を回避していた。しかし、この制御は、モータのトルクの増加を許容し、トルクの増加によってロック状態を解消するものではない。
【０００９】
本発明は、車両駆動用のモータが回転制限状態となったときに、インバータ等の電力変換部が過熱状態となることを回避すると共に、モータのトルクの増加が許容される状態を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、スイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部から供給された交流電力によって車両を駆動するモータと、前記モータの回転位相に応じて前記電力変換部のスイッチングを行い、前記モータを制御するコントロールユニットと、を備え、前記コントロールユニットは、前記モータが回転制限状態となったときに、そのときの前記電力変換部のスイッチング状態に応じた目標位相に前記モータの回転位相が達するよう前記モータを制御する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記電力変換部は、直流電力を３相の交流電力に変換し、前記コントロールユニットは、前記電力変換部と前記モータとの間を流れる３相の交流電流が前記モータの回転位相に同期するよう、前記電力変換部のスイッチングを行い、前記目標位相は、前記３相の交流電流のうちの２相の交流電流であって、前記モータが前記回転制限状態であるときに前記電力変換部を過熱状態に至らしめる条件が成立する２相の交流電流、のうち少なくとも一方が低減される位相である。
【００１２】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記電力変換部は、直列接続された２つのスイッチング素子をそれぞれが備える３対のスイッチング素子対を備え、各スイッチング素子対がなす直列接続経路の両端に直流電力が供給され、各スイッチング素子対の直列接続点から前記モータに交流電力を供給する。
【００１３】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記モータに対するトルク指令値を前記車両の運転操作に応じて決定するトルク指令値決定手段を備え、前記トルク指定値に応じて前記電力変換部のスイッチングを行い、前記トルク指令値決定手段は、前記モータが前記回転制限状態となったときにおける前記コントロールユニットの制御により、前記モータの回転位相が前記目標位相に達したときに、前記モータが前記回転制限状態でないときの上限値よりも大きい値を上限値として前記トルク指令値を決定する。
【００１４】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記電力変換部に含まれる素子の温度に基づいて当該素子が過熱状態にあるか否かを判定する手段を備え、前記トルク指令値決定手段は、前記モータが前記回転制限状態となったときにおける前記コントロールユニットの制御の後に、前記素子が前記過熱状態にない旨の判定がなされたときに、前記モータが前記回転制限状態でないときの上限値よりも大きい値を上限値として前記トルク指令値を決定する。
【００１５】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記電力変換部に含まれる素子の温度に基づいて当該素子が温度上昇状態にあるか否かを判定する手段を備え、前記モータが回転制限状態となり、かつ、前記素子が前記温度上昇状態にある旨の判定がなされたときに、前記目標位相に前記モータの回転位相が達するよう前記モータを制御する。
【００１６】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記モータが前記回転制限状態となったときに、前記モータが発生するトルクを減少させ、走行面における高低差による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる。
【００１７】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記車両の走行面の傾斜角を検出する傾斜センサを備え、前記コントロールユニットは、前記傾斜センサによる検出値に基づいて前記車両が傾斜面に位置するか否かを判定する手段を備え、前記モータが前記回転制限状態となり、かつ、前記車両が傾斜面に位置する旨の判定がなされたときに、前記モータが発生するトルクを減少させ、走行面の傾斜による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる。
【００１８】
また、本発明に係る車両駆動装置は、望ましくは、前記コントロールユニットは、前記モータが前記回転制限状態となったときに、前記モータが発生するトルクを増加させ、当該トルクの増加による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、車両駆動用のモータが回転制限状態となったときに、インバータ等の電力変換部が過熱状態となることを回避すると共に、モータのトルクの増加が許容される状態を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電気自動車駆動装置の構成を示す図である。
【図２】位相検出値と３相交流電流との関係の例を示す図である。
【図３】トルク指令値に対する上限値の時間特性、およびトルク指令値の時間特性を示す図である。
【図４】回転制限解消制御のフローチャートである。
【図５】目標位相取得テーブルの例を示す図である。
【図６】傾斜面を利用する回転制限解消制御のフローチャートである。
【図７】応用例に係る回転制限解消制御のフローチャートである。
【図８】傾斜面を利用する回転制限解消制御のフローチャートである。
【図９】変形例に係る回転制限解消制御のフローチャートである。
【図１０】目標位相取得テーブルの例を示す図である。
【図１１】ハイブリッド自動車駆動装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に本発明の実施形態に係る電気自動車駆動装置の構成を示す。図１に示されるＤＣＤＣコンバータ１２およびインバータ１４は、上述したモータ駆動回路に相当する。電気自動車駆動装置は、電池１０から供給される電力に基づいてモータジェネレータ１８にトルクを発生させ、そのトルクで車両を加速すると共に、モータジェネレータ１８による回生制動に基づく発電電力によって電池１０を充電する。
【００２２】
運転操作部２４は、アクセルペダル、ブレーキペダル等を含み、ユーザの操作に基づいてコントロールユニット２６に指令を与える。コントロールユニット２６は、運転操作部２４による指令、車両の速度等に基づいてＤＣＤＣコンバータ１２およびインバータ１４を制御し、車両の加速または回生制動を行う。
【００２３】
車両の加速時においては、ＤＣＤＣコンバータ１２は、電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧された電圧をインバータ１４に出力する。インバータ１４は、ＤＣＤＣコンバータ１２から出力された直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータジェネレータ１８に出力する。モータジェネレータ１８は、インバータ１４から出力された交流電力によってトルクを発生し、そのトルクを動力伝達機構２０に与える。動力伝達機構２０は、モータジェネレータ１８から与えられたトルクを車輪２２に伝達する。これによって、電池１０から供給される電力に基づいて車両が加速する。
【００２４】
回生制動時においては、モータジェネレータ１８は、回生制動発電に基づく交流電力をインバータ１４に出力する。インバータ１４は、モータジェネレータ１８から出力された交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣＤＣコンバータ１２に出力する。ＤＣＤＣコンバータ１２は、インバータ１４から出力された電圧を降圧し、降圧された電圧を電池１０に印加する。これによって、モータジェネレータ１８が発電した電力に基づいて電池１０が充電される。
【００２５】
インバータ１４およびモータジェネレータ１８の具体的な構成および動作について説明する。インバータ１４は、３対のスイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗを備える。ここで、スイッチング素子対は、一方のエミッタ端子が他方のコレクタ端子に接続された２つのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。回路図上側のＩＧＢＴ１６−１および回路図下側のＩＧＢＴ１６−２のそれぞれのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子にアノード端子が接続されるようダイオード１６−３が接続されている。
【００２６】
インバータ１４が備えるスイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗの回路図上側のＩＧＢＴ１６−１のコレクタ端子は共通に接続され、その共通接続端は、ＤＣＤＣコンバータ１２の昇圧出力側の正極端子に接続されている。そして、スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗの回路図下側のＩＧＢＴ１６−２のエミッタ端子もまた共通に接続され、その共通接続端は、ＤＣＤＣコンバータ１２の昇圧出力側の負極端子に接続されている。
【００２７】
スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗは、モータジェネレータ１８に至る３相の電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷに対応する。すなわち、各スイッチング素子対における上側のＩＧＢＴ１６−１と下側のＩＧＢＴ１６−２の接続点には、対応する相の電力伝送線が接続されている。
【００２８】
各スイッチング素子対のＩＧＢＴは、コントロールユニット２６によってスイッチングされる。これによって、インバータ１４は、ＤＣＤＣコンバータ１２とモータジェネレータ１８との間で直流交流変換を行う。すなわち、インバータ１４は、ＤＣＤＣコンバータ１２の昇圧側の電圧と、電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷの相互間の電圧の大小関係に応じて、ＤＣＤＣコンバータ１２から出力された直流電力を３相交流電力に変換し、その３相交流電力をモータジェネレータ１８に出力する。また、インバータ１４は、ＤＣＤＣコンバータ１２の昇圧側の電圧と、電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷの相互間の電圧の大小関係に応じて、モータジェネレータ１８の発電に基づく３相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣＤＣコンバータ１２に出力する。
【００２９】
なお、ここでは、スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗのそれぞれをなすスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた例を示しているが、スイッチング素子には、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いてもよい。
【００３０】
モータジェネレータ１８は、そのシャフトを軸として回転する回転子、および、回転子の周りに回転磁界を発生する３相の界磁巻線を備える。電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷは、３相の界磁巻線に接続されている。また、モータジェネレータ１８は、その回転位相を検出するレゾルバ２８を備える。レゾルバ２８は、回転位相の検出値を位相検出値としてコントロールユニット２６に出力する。位相検出値は０°〜３６０°の範囲で定義される。位相検出値は、モータジェネレータ１８の回転と共に０°から３６０°まで増加し、３６０°に達すると共に再び０°から３６０°まで増加するという変化を繰り返す。また、モータジェネレータ１８が逆回転する場合には、位相検出値は、モータジェネレータ１８の回転と共に３６０°から０°まで減少し、０°に達すると共に再び３６０°から０°まで減少するという変化を繰り返す。
【００３１】
コントロールユニット２６は、運転操作部２４による指令、車両の速度等に基づいてトルク指令値を求める。コントロールユニット２６は、トルク指令値および位相検出値を用いて３対のスイッチング素子に対してＰＷＭ制御を行い、電力伝送線Ｕ、ＶおよびＷに、それぞれ、位相検出値と同期した３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを流す。
【００３２】
図２には、位相検出値と３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗとの関係が例示されている。図２において横軸は位相検出値を示し、縦軸は３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを示す。ここで、モータジェネレータ１８の回転位相は、車両が後退すると共に増加するよう定義されているものとする。３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗの極性は、インバータ１４からモータジェネレータ１８に向かう方向を正とする。３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗは、位相検出値の変化に対し正弦波状に変化する。また、３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗの相互の位相差は１２０°である。３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗの最大値Ｉｍはトルク指令値に応じた値を有する。
【００３３】
このような制御によれば、モータジェネレータ１８の回転位相に同期した３相交流電流が、モータジェネレータ１８に流れる。これによって、モータジェネレータ１８がその回転位相に応じて同期駆動される。モータジェネレータ１８に流れる電流はトルク指令値に応じた大きさとなり、モータジェネレータ１８はトルク指令値に応じたトルクを発生する。
【００３４】
コントロールユニット２６が、トルク指令値を設定する処理について説明する。コントロールユニット２６には、トルク指令値に対する上限値の時間特性が記憶されている。図３（ａ）にはトルク指令値に対する上限値の時間特性が例示されている。この時間特性は、アクセルペダルが踏み込まれた時を基準とし、その後の上限値の時間変化を規定したものである。時刻０から時刻ｔ１までの間は、上限値は時間経過と共に増加し、時刻ｔ１においてトルク最大値Ｍに達する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、上限値はトルク最大値Ｍを維持し、時刻ｔ２から時刻ｔ３間での間、上限値はトルク最大値Ｍから連続出力可能値Ｔまで減少する。時刻ｔ３以降において上限値は連続出力可能値Ｔとなる。
【００３５】
トルク指令値は、上限値を超えないという条件の下で、アクセルペダルの踏み込み量が大きい程、大きい値に設定される。例えば、図３（ｂ）に示すように、時刻０から時間の経過と共にアクセルペダルの踏み込み量を増加させた場合には、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の時刻τ１にトルク指令値が上限値に達してトルク最大値Ｍとなり、その後、トルク指令値は上限値と同一の値となって変化する。
【００３６】
このようなトルク指令値の上限値の時間特性によれば、トルク指令値がトルク最大値Ｍとなる時間が時間ｔ２−ｔ１以下に制限される。これによって、インバータ１４のＩＧＢＴに過大な電流が流れ、そのＩＧＢＴが過熱状態となることが回避される。
【００３７】
しかし、このような制御では、次のような問題点が生じることがある。例えば、車両の急な坂道への進入、障害物への乗り上がり、走行面陥没部への車輪２２の嵌り込み等により、車輪２２およびモータジェネレータ１８がロックすることがある。このとき、トルク指令値がトルク最大値Ｍとなる時間は時間ｔ２−ｔ１以下に制限されものの、依然として６個のＩＧＢＴのうち特定のものに電流が集中するため、そのＩＧＢＴは過熱状態となり易い傾向にある。
【００３８】
また、ユーザによるアクセルペダルの踏み込み量が十分でない場合、例えば、図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ３以降の時刻τ２にトルク指令値が連続出力可能値Ｔに達した場合には、トルク指令値が連続出力可能値Ｔより大きくなることはない。この場合、モータジェネレータ１８が十分なトルクを発生することができず、モータジェネレータ１８がロックした状態を回避することが困難となる場合がある。
【００３９】
本実施形態に係る電気自動車駆動装置は、このような問題点に鑑み、次に説明する回転制限解消制御を実行する。回転制限解消制御によれば、インバータ１４のスイッチング素子が過熱状態となることが回避されると共に、モータジェネレータ１８のトルクを増加させることが可能となる。
【００４０】
図４には回転制限解消制御においてコントロールユニット２６が実行する処理のフローチャートが示されている。コントロールユニット２６は、レゾルバ２８が出力する位相検出値の時間変化に基づいて、モータジェネレータ１８の回転数を求める（Ｓ１０１）。そして、モータジェネレータ１８の回転数とトルク指令値とに基づいて、モータジェネレータ１８が回転制限状態にあるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで回転制限状態とは、車輪２２およびモータジェネレータ１８がロックして停止している状態の他、わずかに回転している場合、すなわち、トルク指令値が所定のトルク閾値を超えているにも関わらず、モータジェネレータ１８の回転数が所定の回転数閾値以下である状態を含む。モータジェネレータ１８が回転制限状態であるか否かの判定は、トルク指令値がトルク閾値を超えているという条件の下、回転数が回転数閾値以下であるか否かに基づいて行われる。
【００４１】
コントロールユニット２６は、モータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をしたときは、レゾルバ２８から読み込まれた位相検出値に基づいて目標位相を求める（Ｓ１０３）。ここで、目標位相とは、ＩＧＢＴの電気的負担が軽減され、ＩＧＢＴの過熱状態が回避されるモータジェネレータ１８の回転位相をいう。コントロールユニット２６は、位相検出値の数値範囲と目標位相との対応関係を表す目標位相取得テーブルを記憶しており、ステップＳ１０３においては目標位相取得テーブルを参照して位相検出値に対応する目標位相を求める。後述するように、コントロールユニット２６は、走行面の傾斜等を利用した車両の移動によってモータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御を実行し、インバータ１４のＩＧＢＴの過熱状態を回避する。
【００４２】
図５には、位相検出値と３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗとの間に図２に示されるような関係がある場合の目標位相取得テーブルが例示されている。この目標位相取得テーブルでは、６０°の角度範囲で位相検出値が区分され、各区分の角度範囲の中央の値に１２０°を加えた角度が目標位相とされている。
【００４３】
図２から明らかなように、この目標位相取得テーブルの各区分の角度範囲内では、３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗのうち特定の２相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となる。例えば、０°以上６０°未満の範囲では、Ｗ相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となり、Ｕ相の電流の大きさが０．５Ｉｍを超える。また、６０°以上１２０°未満の範囲では、Ｖ相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となり、Ｗ相の電流の大きさが０．５Ｉｍを超える。そして、１２０°以上１８０°未満の範囲では、Ｕ相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となり、Ｖ相の電流の大きさが０．５Ｉｍを超える。このように、３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗのうち特定の２相の電流の大きさが０．５Ｉｍ以上となる場合、その２相の電流を流すＩＧＢＴは過熱状態となり易い。
【００４４】
すなわち、Ｕ相電流Ｉｕが０．５Ｉｍ以上となり、Ｖ相電流Ｉｖが−０．５Ｉｍ以下となるときは、スイッチング素子対１６ｕの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｖの下側のＩＧＢＴ１６−２がオンとなる時間が他のＩＧＢＴがオンとなる時間よりも長くなり、これらのＩＧＢＴに電流が集中する。
【００４５】
同様に、Ｖ相電流Ｉｖが０．５Ｉｍ以上となり、Ｗ相電流Ｉｗが−０．５Ｉｍ以下となるときは、スイッチング素子対１６ｖの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｗの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。そして、Ｗ相電流Ｉｗが０．５Ｉｍ以上となり、Ｕ相電流Ｉｕが−０．５Ｉｍ以下となるときは、スイッチング素子対１６ｗの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｕの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。さらに、特定のＩＧＢＴに電流が集中するこれらの状態に対し、電流が流れる方向が逆であるときは、電流が集中するＩＧＢＴの上下が入れ替わる。
【００４６】
ここで、各区分の角度範囲の中央の値に１２０°を加えた角度を目標位相とすることでＩＧＢＴの過熱状態が回避される原理について図２を参照して説明する。例えば、位相検出値として検出される回転位相が６０°以上１２０°未満の範囲Ｄでは、Ｖ相電流Ｉｖが閾値０．５Ｉｍ以上の値を有し、Ｗ相電流が閾値−０．５Ｉｍ未満の値を有する。したがって、スイッチング素子対１６ｖの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｗの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。
【００４７】
これに対し、回転位相が範囲Ｄの中央の値＋１２０°、すなわち２１０°の場合には、スイッチング素子対１６ｗの上側のＩＧＢＴ１６−１およびスイッチング素子対１６ｕの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。また、Ｖ相電流は０となり、スイッチング素子対１６ｖの２つのＩＧＢＴには電流が流れない。
【００４８】
したがって、モータジェネレータ１８が回転制限状態にあり、位相検出値が範囲Ｄにある場合に、回転位相を２１０°に合わせることで電流が集中するＩＧＢＴが変更される。同様に、位相検出値が目標位相取得テーブルに列挙された他の角度範囲内にある場合に、それぞれの目標位相に回転位相を合わせることで、電流が集中するＩＧＢＴが変更される。これによって、モータジェネレータ１８が回転制限状態になったときに電流が集中していたＩＧＢＴの過熱状態を回避することができる。
【００４９】
このような原理の下、コントロールユニット２６は、モータジェネレータ１８が発生するトルクを減少させて、走行面の傾斜、障害物、走行面陥没部等によって形成される高低差によって車両を移動させることで車輪２２を回転させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる（Ｓ１０４およびＳ１０５）。
【００５０】
より具体的には、コントロールユニット２６は、所定の減少分だけトルク指令値を減少させて、モータジェネレータ１８が発生するトルクを減少させ（Ｓ１０４）、位相検出値が目標位相に達したか否かを判定する（Ｓ１０５）。コントロールユニット２６は、位相検出値が目標位相に達していないときは、ステップＳ１０４に戻り更にトルク指令値を減少させる。一方、位相検出値が目標位相に達したときは、コントロールユニット２６は、トルク指令値を連続出力可能値Ｔより大きい回転制限解消トルク値とし、モータジェネレータ１８に回転制限解消トルク値のトルクを発生させる（Ｓ１０６）。この回転制限解消トルク値は、例えば、図３（ａ）に示されるトルク最大値Ｍとされる。
【００５１】
他方、コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２においてモータジェネレータ１８が回転制限状態にない旨の判定をした場合には、図３（ａ）に例示されるような予め定められた上限値の時間特性に従ってトルク指令値を設定する通常制御を実行する（Ｓ１０７）。
【００５２】
このような制御によれば、モータジェネレータ１８が回転制限状態となった場合には、モータジェネレータ１８の回転位相が目標位相に合わせられる。これによって、特定のスイッチング素子が過熱状態になることが回避されると共に、回転制限状態を解消するためのより大きいトルクをモータジェネレータ１８に発生させることができる。
【００５３】
なお、ここでは、図４のステップＳ１０４およびＳ１０５のように、モータジェネレータ１８が発生するトルクを減少させて、走行面の傾斜等によって形成される高低差によって車両を移動させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御について説明した。このような制御の他、モータジェネレータ１８が発生するトルクを増加させて、車両を高低差の上り方向に移動させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御を実行してもよい。
【００５４】
図４のフローチャートに示される回転制限解消制御は、走行面の傾斜等によって形成される高低差による車両の移動を利用している。このような制御は、坂道等の傾斜面に車両が位置している場合に積極的に行われることが好ましい。そこで、図６のフローチャートに示されるように、車両が傾斜面に位置するか否かの判定を行い、車両が傾斜面に位置する旨の判定が行われたときに傾斜面を利用する処理を実行してもよい。ここでは、図４に示すフローチャートの処理と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２においてモータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をした場合、水平面に対する走行面の傾斜角度を検出する傾斜センサ３０から傾斜角度検出値を読み込む。そして、傾斜角度検出値と所定の角度閾値との比較に基づいて、車両が傾斜面に位置するか否かを判定する（ＳＡ１０１）。すなわち、コントロールユニット２６は、傾斜角度検出値が所定の角度閾値を超える場合には、車両が傾斜面に位置するものと判定し、傾斜角度検出値が角度閾値以下である場合には、車両が傾斜面に位置しないものと判定する。この角度閾値は、車両が重力によって傾斜の下り方向に移動可能となる角度範囲に基づいて予め定められる。
【００５６】
コントロールユニット２６は、車両が傾斜面に位置するものと判定したときは、レゾルバ２８から読み込まれた位相検出値に基づいて目標位相を求め（Ｓ１０３）、ステップＳ１０４以降の処理を実行する。他方、車両が傾斜面に位置しない旨の判定をした場合には、コントロールユニット２６は通常制御を実行する（Ｓ１０７）。
【００５７】
このような処理によれば、車両が傾斜面に位置する場合に、傾斜面を利用した車両の移動によってモータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御が実行される。他方、車両が傾斜面に位置しない場合には通常制御が実行される。これによって、傾斜面を利用する処理を確実に実行することができる。
【００５８】
次に、図４に示される回転制限解消制御にＩＧＢＴの温度検出に基づく制御を加えた応用例について説明する。図７には、そのような回転制限解消制御においてコントロールユニット２６が実行する処理のフローチャートが示されている。図４に示すフローチャートの処理と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２においてモータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をした場合には、各ＩＧＢＴの温度推定値を求める（ＳＡ２０１）。この温度推定値は、冷媒温度センサ３４および電流センサ３２のそれぞれの検出値に基づいて求められる。冷媒温度センサ３４は、インバータ１４の筐体に設けられた冷媒管を流通する冷媒の温度を検出するセンサである。電流センサ３２は、３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを検出するセンサである。
【００６０】
コントロールユニット２６は、最も温度推定値の大きいＩＧＢＴについて、その温度推定値（以下、最大温度推定値とする。）が規定値を超えるか否かを判定する（ＳＡ２０２）。コントロールユニット２６は、最大温度推定値が規定値以下である場合には、通常制御を実行しつつ（ＳＡ２０３）、ステップＳ１０１に戻る。他方、最大温度推定値が規定値を超えた場合にはステップＳ１０３に移行する。
【００６１】
ステップＳＡ２０１〜ＳＡ２０３によれば、最も温度の高いＩＧＢＴの温度推定値が規定値を超えるまでの間は通常制御が実行される。他方、最も温度の高いＩＧＢＴの温度推定値が規定値を超え、そのＩＧＢＴが過熱状態に至る可能性のある温度上昇状態にあるときは、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせるステップＳ１０３以降の処理が実行される。これによって、コントロールユニット２６は、通常制御によって回転制限状態を解消できる可能性がある場合には、ステップＳ１０３以降の処理を実行することなく通常制御を続行する。
【００６２】
また、コントロールユニット２６は、ステップＳ１０５においてモータジェネレータ１８の回転位相が目標位相に達した後（Ｓ１０５）、最大温度推定値が規定値を超えるか否かを判定する（ＳＡ２０４）。そして、最大温度推定値が規定値以下であるときは、トルク指令値を回転制限解消トルク値とし、モータジェネレータ１８に回転制限解消トルク値のトルクを発生させる（Ｓ１０６）。他方、温度推定値が規定値を超えるときは、コントロールユニット２６は通常制御を実行する。このような処理によれば、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせたものの、過熱状態のＩＧＢＴがある場合には通常制御が実行される。これによってＩＧＢＴの保護が確実となる。
【００６３】
なお、ここでは、図７のステップＳ１０４およびＳ１０５のように、モータジェネレータ１８が発生するトルクを減少させて、走行面の傾斜によって車両を下り方向に移動させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御について説明した。このような制御の他、モータジェネレータ１８が発生するトルクを増加させて、車両を高低差の上り方向に移動させ、モータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御を実行してもよい。この場合、図７のフローチャートのステップＳＡ２０２における規定値は、トルクを減少させる制御を実行する場合よりも小さくすることが好ましい。
【００６４】
また、車両が傾斜面に位置するか否かの判定を行い、車両が傾斜面に位置する旨の判定が行われたときに傾斜面を利用する処理を実行してもよい。この場合、図８のフローチャートに示されるように、ステップＳ１０２とステップＳＡ２０１との間には、車両が傾斜面に位置するか否かの判定を行うステップＳＡ１０１が挿入される。ここでは、図７に示すフローチャートの処理と同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２においてモータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をした場合、水平面に対する走行面の傾斜角度を検出する傾斜センサ３０から傾斜角度検出値を読み込む。そして、傾斜角度検出値と所定の角度閾値との比較に基づいて、車両が傾斜面に位置するか否かを判定する（ＳＡ１０１）。コントロールユニット２６は、車両が傾斜面に位置するものと判定したときは、各ＩＧＢＴの温度推定値を求め（ＳＡ２０１）、ステップＳＡ２０２以降の処理を実行する。他方、車両が傾斜面に位置しない旨の判定をした場合には、コントロールユニット２６は通常制御を実行する（Ｓ１０７）。
【００６６】
また、ここでは、各区分の角度範囲の中央の値に１２０°を加えた角度を目標位相とした目標位相取得テーブルについて採り上げた。このような目標位相取得テーブルに代えて、各区分の角度範囲の中央の値から１２０°を減じた角度を目標位相とした目標位相取得テーブルを用いてもよい。
【００６７】
さらに、コントロールユニット２６は、目標位相取得テーブルを用いる代わりに、角度検出値を独立変数とし、目標位相を従属変数とする関数演算アルゴリズムを実行してもよい。この関数演算アルゴリズムは、目標位置取得テーブルに基づき予めプログラムされる。
【００６８】
次に、変形例に係る回転制限解消制御ついて説明する。図９には変形例に係る回転制限解消制御においてコントロールユニット２６が実行する処理のフローチャートが示されている。図４に示すフローチャートと同様の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
この回転制限解消制御は、モータジェネレータ１８の回転位相が電流ピーク範囲内にあるときに回転制限状態を解消する制御を実行するものである。ここで、電流ピーク範囲とは、３相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗのうち１つが極大値となる回転位相を中央の値とする角度範囲をいう。位相検出値と３相交流電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗとの間に図２に示されるような関係がある場合、電流ピーク制御範囲は、０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°および３６０°のそれぞれを中央の値とし、それぞれから±Δ離れるまでの範囲となる。ここでΔは、設計に応じて定められる角度範囲であり、例えば２０°である。
【００７０】
コントロールユニット２６は、ステップＳ１０２において、モータジェネレータ１８が回転制限状態にある旨の判定をした場合、位相検出値が電流ピーク範囲内にあるか否かを判定する（ＳＡ３０１）。そして、位相検出値が電流ピーク範囲内にない旨の判定をしたときは、通常制御を実行する（Ｓ１０７）。他方、位相検出値が電流ピーク範囲内にある旨の判定をしたときは、コントロールユニット２６はステップＳ１０３に移行する。
【００７１】
図１０にはステップＳ１０３で用いられる目標位相取得テーブルが例示されている。この目標位相取得テーブルでは、０°以上３６０°未満の位相検出値の範囲において電流ピーク範囲に位相検出値が定義され、各電流ピーク範囲の中央の値に９０°を加えた角度が目標位相とされている。
【００７２】
各電流ピーク範囲の中央の値に９０°を加えた角度を目標位相とすることでＩＧＢＴの過熱状態が回避される原理について説明する。３相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗが正の極大値となる場合、それぞれ、スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗの上側のＩＧＢＴ１６−１に電流が集中する。また、３相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗが負の極大値となる場合、それぞれ、スイッチング素子対１６ｕ、１６ｖおよび１６ｗの下側のＩＧＢＴ１６−２に電流が集中する。これらの状態においてモータジェネレータ１８の回転位相を９０°変化させると、それまで極大値であった電流は０となる。例えば、図２から明らかなように、３相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗは、位相検出値として検出される回転位相がそれぞれ、０°、１２０°および２４０°の時に極大値となるが、それぞれの回転位相に９０°が加えられた回転位相では０となる。したがって、極大値の電流を流していたスイッチング素子対への電流の集中が回避される。
【００７３】
なお、ここで述べた回転制限解消制御についても、図６および図８のフローチャートで示される回転制限解消制御と同様、ステップＳＡ３０１とステップＳ１０３との間に、車両が傾斜面に位置するか否かの判定を行うこととしてもよい。この場合、車両が傾斜面に位置する旨の判定がされた場合に、傾斜面を利用した車両の移動によってモータジェネレータ１８の回転位相を目標位相に合わせる制御が実行される。他方、車両が傾斜面に位置しない旨の判定がされた場合には通常制御が実行される。
【００７４】
また、図７および図８のフローチャートで示される回転制限解消制御と同様、ステップＳＡ３０１とステップＳ１０３との間に、最も温度推定値の大きいＩＧＢＴの温度推定値を最大温度推定値として求める処理を実行し、さらに、最大温度推定値が既定値を超えたときは通常制御を実行し、最大温度推定値が既定値以下であるときは、ステップＳ１０３以降の処理を実行してもよい。
【００７５】
また、図７および図８のフローチャートで示される回転制限解消制御と同様、モータジェネレータ１８の回転位相が目標位相に達した後（Ｓ１０５）、最大温度推定値に応じて、トルク指令値を回転制限解消トルク値とする制御（Ｓ１０６）、または、通常制御（Ｓ１０７）を選択的に実行することとしてもよい。
【００７６】
また、上記では、各電流ピーク範囲の中央の値に９０°を加えた角度を目標位相とした目標位相取得テーブルについて採り上げた。このような目標位相取得テーブルに代えて、各電流ピーク範囲の中央の値から９０°を減じた角度を目標位相とした目標位相取得テーブルを用いてもよい。
【００７７】
上記では、本発明の実施形態として電気自動車駆動装置について説明した。本発明は、ハイブリッド自動車駆動装置に用いてもよい。図１１にハイブリッド自動車駆動装置の構成を示す。図１に示す電気自動車駆動装置の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
このハイブリッド自動車駆動装置におけるモータジェネレータＭＧ２は、車両を加速すると共に回生制動を行う。また、ＭＧ２用インバータ３６は、ＤＣＤＣコンバータ１２とモータジェネレータＭＧ２との間で直流交流変換を行う。ＭＧ２用インバータ３６およびモータジェネレータＭＧ２は、それぞれ、図１に示す電気自動車駆動装置におけるインバータ１４およびモータジェネレータ１８と同様の構成および機能を有する。
【００７９】
ハイブリッド自動車駆動装置は、さらに、エンジン４０を始動すると共に、エンジン４０の駆動力によって発電を行うモータジェネレータＭＧ１、および、ＤＣＤＣコンバータ１２とモータジェネレータＭＧ１との間で直流交流変換を行うＭＧ１用インバータ３８を備える。ＭＧ１用インバータ３８およびモータジェネレータＭＧ１もまた、それぞれ、図１に示す電気自動車駆動装置におけるインバータ１４およびモータジェネレータ１８と同様の構成および機能を有する。
【００８０】
エンジン４０、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の各シャフトは、トルク分割機構４２に取り付けられる。トルク分割機構４２はこれらの相互間でトルクを作用させる。トルク分割機構４２には、例えば、サンギア、リングギアおよびプラネタリギアによって構成されるプラネタリギアユニットが用いられる。さらに、モータジェネレータＭＧ２のシャフトには、動力伝達機構２０が取り付けられる。動力伝達機構２０には、例えば、モータジェネレータＭＧ２のシャフトの回転速度に対し、車輪２２の回転速度を減少させるデファレンシャルギアが用いられる。
【００８１】
トルク分割機構４２は、エンジン４０、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２の各回転状態が調整されることで、エンジン４０およびモータジェネレータＭＧ２の少なくともいずれかによるトルクを動力伝達機構２０に伝える。また、エンジン４０およびモータジェネレータＭＧ１の相互間でトルクを伝達する。
【００８２】
ＤＣＤＣコンバータ１２、ＭＧ２用インバータ３６およびモータジェネレータＭＧ２は、図１に示されるＤＣＤＣコンバータ１２、インバータ１４およびモータジェネレータ１８の動作と同様の動作により、電池１０から供給される電力に基づいてモータジェネレータＭＧ２にトルクを発生させ、そのトルクで車両を加速すると共に、モータジェネレータＭＧ２による回生制動に基づく発電電力によって電池１０を充電する。
【００８３】
ハイブリッド自動車駆動装置においては、図１に示す電気自動車駆動装置と同様、モータジェネレータＭＧ２が回転制限状態となった場合に、図４、図６、図７、図８または図９に示す回転制限解消制御が実行される。これによって、ＭＧ２用インバータ３６が備える特定のスイッチング素子が過熱状態になることが回避されると共に、回転制限状態を解消するためのより大きいトルクをモータジェネレータＭＧ２に発生させることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 電池、１２ ＤＣＤＣコンバータ、１４ インバータ、１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ スイッチング素子対、１６−１，１６−２ ＩＧＢＴ、１６−３ ダイオード、１８ モータジェネレータ、２０ 動力伝達機構、２２ 車輪、２４ 運転操作部、２６ コントロールユニット、２８ レゾルバ、３０ 傾斜センサ、３２ 電流センサ、３４ 冷媒温度センサ、３６ ＭＧ２用インバータ、３８ ＭＧ１用インバータ、４０ エンジン、４２ トルク分割機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記電力変換部から供給された交流電力によって車両を駆動するモータと、
前記モータの回転位相に応じて前記電力変換部のスイッチングを行い、前記モータを制御するコントロールユニットと、を備え、
前記コントロールユニットは、
前記モータが回転制限状態となったときに、そのときの前記電力変換部のスイッチング状態に応じた目標位相に前記モータの回転位相が達するよう前記モータを制御する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両駆動装置において、
前記電力変換部は、直流電力を３相の交流電力に変換し、
前記コントロールユニットは、
前記電力変換部と前記モータとの間を流れる３相の交流電流が前記モータの回転位相に同期するよう、前記電力変換部のスイッチングを行い、
前記目標位相は、前記３相の交流電流のうちの２相の交流電流であって、前記モータが前記回転制限状態であるときに前記電力変換部を過熱状態に至らしめる条件が成立する２相の交流電流、のうち少なくとも一方が低減される位相であること、
を特徴とする車両駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両駆動装置において、
前記電力変換部は、直列接続された２つのスイッチング素子をそれぞれが備える３対のスイッチング素子対を備え、
各スイッチング素子対がなす直列接続経路の両端に直流電力が供給され、
各スイッチング素子対の直列接続点から前記モータに交流電力を供給する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記モータに対するトルク指令値を前記車両の運転操作に応じて決定するトルク指令値決定手段を備え、
前記トルク指令値に応じて前記電力変換部のスイッチングを行い、
前記トルク指令値決定手段は、
前記モータが前記回転制限状態となったときにおける前記コントロールユニットの制御により、前記モータの回転位相が前記目標位相に達したときに、前記モータが前記回転制限状態でないときの上限値よりも大きい値を上限値として前記トルク指令値を決定する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記電力変換部に含まれる素子の温度に基づいて当該素子が過熱状態にあるか否かを判定する手段を備え、
前記トルク指令値決定手段は、
前記モータが前記回転制限状態となったときにおける前記コントロールユニットの制御の後に、前記素子が前記過熱状態にない旨の判定がなされたときに、前記モータが前記回転制限状態でないときの上限値よりも大きい値を上限値として前記トルク指令値を決定する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記電力変換部に含まれる素子の温度に基づいて当該素子が温度上昇状態にあるか否かを判定する手段を備え、
前記モータが回転制限状態となり、かつ、前記素子が前記温度上昇状態にある旨の判定がなされたときに、前記目標位相に前記モータの回転位相が達するよう前記モータを制御する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記モータが前記回転制限状態となったときに、前記モータが発生するトルクを減少させ、走行面における高低差による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記車両の走行面の傾斜角を検出する傾斜センサを備え、
前記コントロールユニットは、
前記傾斜センサによる検出値に基づいて前記車両が傾斜面に位置するか否かを判定する手段を備え、
前記モータが前記回転制限状態となり、かつ、前記車両が傾斜面に位置する旨の判定がなされたときに、前記モータが発生するトルクを減少させ、走行面の傾斜による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項９】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記モータが前記回転制限状態となったときに、前記モータが発生するトルクを増加させ、当該トルクの増加による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項１】
スイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記電力変換部から供給された交流電力によって車両を駆動するモータと、
前記モータの回転位相に応じて前記電力変換部のスイッチングを行い、前記モータを制御するコントロールユニットと、を備え、
前記コントロールユニットは、
前記モータが回転制限状態となったときに、そのときの前記電力変換部のスイッチング状態に応じた目標位相に前記モータの回転位相が達するよう前記モータを制御する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両駆動装置において、
前記電力変換部は、直流電力を３相の交流電力に変換し、
前記コントロールユニットは、
前記電力変換部と前記モータとの間を流れる３相の交流電流が前記モータの回転位相に同期するよう、前記電力変換部のスイッチングを行い、
前記目標位相は、前記３相の交流電流のうちの２相の交流電流であって、前記モータが前記回転制限状態であるときに前記電力変換部を過熱状態に至らしめる条件が成立する２相の交流電流、のうち少なくとも一方が低減される位相であること、
を特徴とする車両駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両駆動装置において、
前記電力変換部は、直列接続された２つのスイッチング素子をそれぞれが備える３対のスイッチング素子対を備え、
各スイッチング素子対がなす直列接続経路の両端に直流電力が供給され、
各スイッチング素子対の直列接続点から前記モータに交流電力を供給する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記モータに対するトルク指令値を前記車両の運転操作に応じて決定するトルク指令値決定手段を備え、
前記トルク指令値に応じて前記電力変換部のスイッチングを行い、
前記トルク指令値決定手段は、
前記モータが前記回転制限状態となったときにおける前記コントロールユニットの制御により、前記モータの回転位相が前記目標位相に達したときに、前記モータが前記回転制限状態でないときの上限値よりも大きい値を上限値として前記トルク指令値を決定する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記電力変換部に含まれる素子の温度に基づいて当該素子が過熱状態にあるか否かを判定する手段を備え、
前記トルク指令値決定手段は、
前記モータが前記回転制限状態となったときにおける前記コントロールユニットの制御の後に、前記素子が前記過熱状態にない旨の判定がなされたときに、前記モータが前記回転制限状態でないときの上限値よりも大きい値を上限値として前記トルク指令値を決定する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記電力変換部に含まれる素子の温度に基づいて当該素子が温度上昇状態にあるか否かを判定する手段を備え、
前記モータが回転制限状態となり、かつ、前記素子が前記温度上昇状態にある旨の判定がなされたときに、前記目標位相に前記モータの回転位相が達するよう前記モータを制御する、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記モータが前記回転制限状態となったときに、前記モータが発生するトルクを減少させ、走行面における高低差による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記車両の走行面の傾斜角を検出する傾斜センサを備え、
前記コントロールユニットは、
前記傾斜センサによる検出値に基づいて前記車両が傾斜面に位置するか否かを判定する手段を備え、
前記モータが前記回転制限状態となり、かつ、前記車両が傾斜面に位置する旨の判定がなされたときに、前記モータが発生するトルクを減少させ、走行面の傾斜による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【請求項９】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記コントロールユニットは、
前記モータが前記回転制限状態となったときに、前記モータが発生するトルクを増加させ、当該トルクの増加による前記車両の移動に基づいて前記モータを回転させる、
ことを特徴とする車両駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１３０２２６（Ｐ２０１２−１３０２２６Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８２０２６（Ｐ２０１０−２８２０２６）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【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２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【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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