JP2003102102A

JP2003102102A - 電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JP2003102102A
Application number: JP2001289609A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nagai; 正明長井
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-04
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP4804681B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電動機や制御回路が過負荷を受けるのを未然
に防止するとともに、スムーズな乗り心地を実現させる
ことのできる電気自動車の制御装置を提供する。【解決手段】アクセル操作量Ａに応じて所定のトルク
指令値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段３
１と、トルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算お
よび出力を行う電流指令値演算手段３２と、電流指令値
に応じた電流を電動機１０に出力して電動機１０を制御
する制御手段３３とを備える電気自動車の制御装置にお
いて、アクセル操作量Ａまたは車速相当信号Ｎに基づい
て全開走行状態が所定時間持続したか否かを判定する全
開走行判定手段３４と、全開走行状態が所定時間持続し
たと判定した場合に全開走行状態のトルク指令値または
電流指令値を所定値まで低減させる指令値低減手段とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車の制御
装置に関し、特に、電気自動車の電動機や制御回路を保
護する機能を有する電気自動車の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境汚染や騒音の防止・抑制のた
めに、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内
燃機関で走行する自動車に代えて、電動機で走行する電
気自動車（ハイブリッド車を含む）の開発が進んでい
る。このような電気自動車の駆動源である電動機として
は、直流モータや交流モータが採用されており、中でも
回転子に永久磁石を使用した三相交流同期モータ（以
下、「同期モータ」という）は高効率であるため、電気
自動車用の電動機の主流とされている。

【０００３】前記した各種電動機は、所定の制御手段に
よってその出力トルクが制御される。例えば、電動機が
同期モータである場合には、アクセルペダルの操作量
（以下、「アクセル操作量」という）に応じたトルク指
令値を発生させ、このトルク指令値に同期モータの出力
トルクを追従させるように同期モータに出力する電流を
制御している。

【０００４】ここで、急発進時や急加速時のようにアク
セルペダルを急激に踏み込んで全開（アクセル操作量１
００％）にするとトルク指令値が急激に上昇する。この
トルク指令値に追従するように制御された同期モータへ
の入力電流は、タイヤスリップなどの外的要因によって
同期モータの定格電流値を上回る場合があり、この状態
が一定期間持続した場合には同期モータや制御回路が過
負荷を受けることとなる。

【０００５】同期モータが過負荷を受けた場合の故障を
防ぐために従来から各種産業界で採用されている方法と
して、同期モータに入力される入力電流を検出する検出
手段を設け、定格電流を上回る電流（以下、「過電流」
という）を検出した場合には直ちに同期モータへの通電
を停止する、という方法が挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記したよう
な過負荷防止手段を採用した同期モータを電気自動車に
搭載した場合には、同期モータへの入力電流が過電流と
なると同期モータへの通電が停止されて車両が突然停止
してしまい、後方の車両に追突されたり、上り坂を逆走
したりする事態が発生し、きわめて危険である。

【０００７】このように、過負荷防止制御の際に電気自
動車が停止して危険な状況が発生するという問題を解決
するために、過電流を検出しても通電を完全に停止させ
ず、電流が小さくなった場合に再びモータを制御すると
いう制御方法が提案されている（特開平８−１０７６０
２号公報参照）。しかし、この制御方法では、モータの
トルク変動が大きくなり、運転者または同乗者へ不快感
を与えることとなっていた。

【０００８】本発明の課題は、電動機や制御回路が過負
荷を受けるのを未然に防ぐとともに、スムーズな乗り心
地感を実現させることのできる電気自動車の制御装置を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、例えば図２および図３に
示したように、アクセル操作量に応じて所定のトルク指
令値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段と、
前記トルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算およ
び出力を行う電流指令値演算手段と、前記電流指令値に
応じた電流を電動機に出力することにより前記電動機を
駆動制御する駆動制御手段とを備える電気自動車の制御
装置において、アクセル操作量または車速相当信号に基
づいて全開走行状態が所定時間持続したか否かを判定す
る全開走行判定手段と、全開走行状態が所定時間持続し
たと判定した場合に全開走行状態のトルク指令値または
電流指令値を所定割合で低減させる指令値低減手段とを
備えることを特徴とする。

【００１０】請求項１記載の発明によれば、アクセル操
作量または車速相当信号に基づいて全開走行状態（アク
セル操作量１００％での走行状態）が所定時間持続した
か否かを判定する全開走行判定手段を備えるため、全開
走行状態が所定時間持続することによる電動機の過負荷
状態を検出することができ、全開走行状態が所定時間持
続したと判定した場合に、トルク指令値または電流指令
値を所定割合で低減させる指令値低減手段を備えるた
め、電動機のトルクを大きく下げることなく電動機の過
負荷状態を解消することができる。従って、電動機のト
ルクの大きな変動に伴う不快感を低減することができ
る。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
気自動車の制御装置において、例えば図４に示すよう
に、前記指令値低減手段は、全開走行状態のトルク指令
値または電流指令値を所定値まで漸次低減させるもので
あり、前記所定値が、全開走行状態のトルク指令値また
は電流指令値の９０〜９５％に相当する値であることを
特徴とする。

【００１２】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の奏する作用効果に加え、指令値低減手段は、
トルク指令値または電流指令値を漸次低減させるもので
あり、低減させた後のトルク指令値が特定の値であるた
め、全開走行状態からきわめて円滑に電動機の出力トル
クを低減させることができ、低減し終えてからも運転者
が違和感を覚えることがない。従って、電動機の過負荷
状態を回避しながら、優れた乗り心地を維持することが
できる。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の電気自動車の制御装置において、例えば図３に示
すように、全開走行状態が解除された場合に、前記指令
値低減手段により低減されたトルク指令値または電流指
令値を漸次回復させる指令値回復手段を備えることを特
徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２記載の発明の奏する作用効果に加え、全開走行状
態が解除された場合に、低減させたトルク指令値または
電流指令値を漸次回復させる指令値回復手段を備えるた
め、全開走行状態が解除されて電動機への過負荷が起こ
り得ない状態における最大のトルク指令値までトルク指
令値を回復させることができる。従って、電動機の過負
荷状態を回避しながら充分な加速を得ることができる。
また、トルク指令値は漸次回復されるため、トルク指令
値回復に伴う電動機の出力トルク変動も小さいので、優
れた乗り心を維持することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、電動
機である三相交流同期モータ（同期モータ）１０で走行
する電気自動車の制御装置について説明することとす
る。

【００１６】本実施の形態に係る電気自動車は、図１に
示すように、電力源としてのバッテリ２０、同期モータ
１０をベクトル制御する制御装置３０、制御装置３０で
制御されバッテリ２０の出力を交流電力に変換する電力
変換機であるインバータ４０、同期モータ１０の回転速
度を検出する回転速度検出手段であるレゾルバ５０、ア
クセル操作量を検出するアクセル操作量検出器６０、同
期モータ１０の回転運動をドライブシャフト８０に伝達
するディファレンシャルギア７０、および、ドライブシ
ャフト８０の両端に設けられた駆動輪９０を備えてい
る。

【００１７】同期モータ１０は、ディファレンシャルギ
ア７０およびドライブシャフト８０を介して駆動輪９０
と連結され、同期モータ１０の回転運動により駆動輪９
０が回転し車両に推進力を与えるようにされている。バ
ッテリ２０からインバータ４０に供給された直流電力
は、制御装置３０の制御のもとに三相交流電力に変換さ
れて同期モータ１０に供給される。

【００１８】制御装置３０は、図２に示すように、トル
ク指令値演算手段３１、電流指令値演算手段３２、電流
制御手段３３および全開走行判定手段３４を備える。ト
ルク指令値演算手段３１は、アクセル操作量検出器６０
で検出されたアクセル操作量Ａおよびレゾルバ５０で検
出された同期モータ１０の回転速度Ｎに応じて所定のト
ルク指令値Ｔ^*の演算および出力を行い、電流指令値演
算手段３２は、トルク指令値Ｔ^*に応じて所定の電流指
令値Ｉ^*の演算および出力を行う。

【００１９】電流制御手段３３は、電流指令値Ｉ^*に従
って（図示していない）ＰＷＭ信号発生部でＰＷＭ信号
を発生させてインバータ４０に出力し、このＰＷＭ信号
によってインバータ４０のスイッチング素子を所定のタ
イミングでオン／オフ操作することによって、同期モー
タ１０を制御するように機能する。

【００２０】全開走行判定手段３４は、アクセル操作量
検出器６０で検出されたアクセル操作量Ａまたはレゾル
バ５０で検出された同期モータ１０の回転速度Ｎに基づ
いて、全開走行状態（アクセル操作量Ａが１００％での
走行状態）が所定時間持続したか否かを判定する。この
場合の所定時間は、電気自動車の車種、同期モータの規
格、走行条件などに基づいて適宜設定することができ、
本実施の形態では６０秒としている。

【００２１】トルク指令値演算手段３１は、図３に示す
ように、基本トルク指令値演算手段３１ａと、トルク指
令値低減・回復手段３１ｂと、加減算器３１ｃとを備え
る。基本トルク指令値演算手段３１ａは、アクセル操作
量Ａおよび回転速度Ｎに基づいて基本トルク指令値Ｔ₀ ^*
の演算を行う。トルク指令値低減・回復手段３１ｂは、
全開走行判定手段３４によって全開走行状態が所定時間
持続したと判定された場合に、トルク指令値Ｔ^*を所定
値まで低減させるとともに、全開走行判定手段３４によ
って全開走行状態が解除されたと判定された場合に、低
減させたトルク指令値Ｔ^*を回復させるように機能す
る。

【００２２】具体的には、全開走行状態が所定時間持続
したと判定された場合には、全開走行判定手段３４によ
ってトルク指令値低減信号Ｓ_-が出力され、このトルク
指令値低減信号Ｓ_-に従ってトルク指令値低減・回復手
段３１ｂがトルク指令低減値Ｔ_- ^*を出力し、加減算器３
１ｃで、基本トルク指令値Ｔ₀ ^*およびトルク指令低減値
Ｔ_- ^*に従って、低減させたトルク指令値Ｔ^*を演算して
出力する。

【００２３】また、全開走行状態が解除されたと判定さ
れた場合には、全開走行判定手段３４によってトルク指
令値回復信号Ｓ₊が出力され、このトルク指令値回復信
号Ｓ₊に従ってトルク指令値低減・回復手段３１ｂがト
ルク指令回復値Ｔ₊ ^*を出力し、加減算器３１ｃで、基本
トルク指令値Ｔ₀ ^*およびトルク指令回復値Ｔ₊ ^*に従っ
て、回復させたトルク指令値Ｔ^*を演算して出力する。

【００２４】トルク指令値低減・回復手段３１ｂから出
力されるトルク指令低減値Ｔ_- ^*およびトルク指令回復値
Ｔ₊ ^*は、後述するように経時的に変化するものとされ、
トルク指令値演算手段３１から出力されるトルク指令値
Ｔ^*が全開走行時の値（Ｔ_MAX ^*）から所定値まで徐々に
低減するようにし、かつ、所定値から徐々に回復するよ
うにしている（図５参照）。

【００２５】次いで、本実施の形態に係る電気自動車の
制御装置を用いた過負荷防止制御動作を、図４および図
５を用いて説明する。

【００２６】まず、電気自動車を発進させ、徐々にアク
セルペダルを踏み込んで走行させる。この状態において
は、アクセル操作量Ａおよび同期モータ１０の回転速度
Ｎに応じてトルク指令値Ｔ^*が随時演算されて出力され
（トルク指令値演算工程、Ｓ１参照）、このトルク指令
値Ｔ^*に応じて電流指令値Ｉ^*が随時演算されて出力さ
れ、この電流指令値Ｉ^*に応じた電流をインバータ４０
を介して同期モータ１０に出力することにより同期モー
タ１０が駆動制御されている。

【００２７】全開走行判定手段３４は、前記した走行中
に、アクセル操作量Ａまたはレゾルバ５０で検出した同
期モータ１０の回転速度Ｎによって、全開走行状態（ア
クセル操作量１００％での走行状態）に達したか否かを
判定する（全開走行到達判定工程、Ｓ２参照）。全開走
行状態に達していると判定した場合にはＳ３へ、全開走
行状態に達していないと判定した場合にはＳ６へ移行す
る。

【００２８】全開走行状態に達していると判定した場合
には、全開走行判定手段３４はその全開走行状態が所定
時間（６０秒）持続したか否かを判定する（全開走行持
続判定工程、Ｓ３参照）。全開走行状態が所定時間持続
した場合にはＳ４へ、全開走行状態が所定時間持続しな
かった場合にはＳ６へ移行する。なお、図５は、全開走
行状態に達してからのトルク指令値Ｔ^*の時間履歴を表
したものであり、ｔ₁＝６０（ｓ）である。

【００２９】全開走行状態が所定時間持続した場合に
は、全開走行判定手段３４は、トルク指令値演算手段３
１にトルク指令値低減信号Ｓ_-を出力し、このトルク指
令値低減信号Ｓ_-に従ってトルク指令値低減・回復手段
３１ｂがトルク指令低減値Ｔ_- ^*を出力する。このトルク
指令低減値Ｔ_- ^*を、基本トルク指令値演算手段３１ａに
よって算出された基本トルク指令値Ｔ₀ ^*（＝全開走行時
のトルク指令値Ｔ_MAX ^*）から減じる演算を加減算器３１
ｃで行い、低減させたトルク指令値Ｔ^*を算出して出力
する（トルク指令値低減工程、Ｓ５参照）。

【００３０】本実施の形態においては、トルク指令値低
減工程Ｓ５におけるトルク指令値Ｔ ^*の最大低減値ΔＴ^*
を、全開走行時のトルク指令値Ｔ_MAX ^*の１０％に相当す
る値としている（図５参照）。すなわち、トルク指令値
Ｔ^*は、トルク指令値低減工程Ｓ５を経ることによっ
て、全開走行時のトルク指令値Ｔ_MAX ^*の９０％に相当す
る値（所定値）まで低減される。なお、トルク指令値Ｔ
^*を所定値まで低減し終えていた場合には、トルク指令
値Ｔ^*の低減は行わない（スキップ工程、Ｓ４参照）。

【００３１】この後、アクセルペダルを緩めてアクセル
操作量が１００％未満とされた場合には、全開走行判定
手段３４は全開走行状態が解除されたと判定してＳ７に
移行する（全開走行解除判定工程、Ｓ６参照）。この場
合、全開走行判定手段３４は、トルク指令値低減信号Ｓ
_-に代えてトルク指令値回復信号Ｓ₊をトルク指令値演算
手段３１に出力し、このトルク指令値回復信号Ｓ₊に従
ってトルク指令値低減・回復手段３１ｂがトルク指令回
復値Ｔ₊ ^*を出力する。

【００３２】このトルク指令回復値Ｔ₊ ^*を、基本トルク
指令値演算手段３１ａによって算出された基本トルク指
令値Ｔ₀ ^*から減じる演算を加減算器３１ｃで行い、回復
させたトルク指令値Ｔ^*を算出して出力し（トルク指令
値回復工程、Ｓ７参照）、過負荷防止制御動作を終了す
る。なお、本実施の形態におけるトルク指令回復値Ｔ ₊ ^*
は、トルク指令低減値Ｔ_- ^*の絶対値を経時的に低減させ
たものとしており、得られるトルク指令値Ｔ^*が基本ト
ルク指令値Ｔ₀ ^*へ徐々に近づくようにしている（図５参
照）。全開走行状態が解除されていない場合には、この
トルク指令値回復工程Ｓ７を経ずに終了する。

【００３３】本実施の形態においては、トルク指令値低
減・回復手段３１ｂから出力されるトルク指令低減値Ｔ
_- ^*を、経時変化させている。すなわち、トルク指令低減
値Ｔ _- ^*を０からΔＴ^*まで単調増加する時間関数で定め
ることによって、基本トルク指令値Ｔ₀ ^*からこのトルク
指令低減値Ｔ_- ^*を減じて得たトルク指令値Ｔ^*が、全開
走行時の値Ｔ_MAX ^*から所定の低減値へと漸次低減するよ
うにしている（図５参照）。

【００３４】また、本実施の形態においては、トルク指
令値低減・回復手段３１ｂから出力されるトルク指令回
復値Ｔ₊ ^*をも同様に経時変化させており、トルク指令値
Ｔ^*が所定の低減値から基本トルク指令値Ｔ₀ ^*へと漸次
回復するようにしている（図５参照）。

【００３５】本実施の形態に係る電気自動車の制御装置
によれば、アクセル操作量Ａまたは同期モータ１０の回
転速度Ｎに基づいて全開走行状態が所定時間持続したか
否かを判定する全開走行判定手段３４を備えるため、全
開走行状態が所定時間持続することによる同期モータ１
０の過負荷状態を速やかに検出することができ、かつ、
全開走行状態が所定時間持続したと判定した場合に、ト
ルク指令値Ｔ^*を所定値まで低減させるトルク指令値低
減・回復手段３１ｂを備えるため、同期モータ１０を停
止させることなく同期モータ１０の過負荷状態を解消す
ることができる。従って、同期モータ１０が停止するこ
とによる車両の突然の停止を未然に防ぐことができ、車
両の突然の停止に伴う危険を回避することができる。

【００３６】また、本実施の形態に係る電気自動車の制
御装置によれば、トルク指令値低減・回復手段３１ｂ
は、トルク指令値Ｔ^*を漸次低減させるものであり、低
減させた後のトルク指令値Ｔ^*が全開走行時のトルク指
令値Ｔ_MAX ^*の９０％に相当する値（所定値）であるた
め、全開走行状態からきわめて円滑に同期モータ１０の
出力トルクを低減させることができ、低減し終えてから
も運転者が違和感を覚えることがない。従って、同期モ
ータ１０の過負荷状態を回避しながら、優れた乗り心地
を維持することができる。

【００３７】さらに、本実施の形態に係る電気自動車の
制御装置によれば、全開走行状態が解除された場合に、
低減させたトルク指令値Ｔ^*を漸次回復させるトルク指
令値低減・回復手段３１ｂを備えるため、全開走行状態
が解除されて同期モータ１０への過負荷が起こり得ない
状態における最大のトルク指令値Ｔ^*までトルク指令値
Ｔ^*を回復させることができる。従って、同期モータ１
０の過負荷状態を回避しながら充分な加速を得ることが
できる。また、トルク指令値Ｔ^*は漸次回復されるた
め、トルク指令値回復に伴う同期モータ１０の出力トル
ク変動も小さいので、優れた乗り心地を維持することが
できる。

【００３８】なお、本実施の形態に係る電気自動車の制
御装置においては、車速相当信号を同期モータ１０の回
転速度Ｎとしたが、これに限定されるものではなく、車
速として等価的に扱うことができる信号であればいかな
るものでもよい。他の車速相当信号としては、駆動輪９
０の回転速度などを挙げることができる。

【００３９】また、本実施の形態に係る電気自動車の制
御装置においては、指令値低減手段および指令値回復手
段として、トルク指令値低減・回復手段３１ｂを採用し
たが、これに限定されるものではなく、指令値低減手段
として電流指令値低減手段を、指令値回復手段として電
流指令値回復手段を採用することもできる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、電動機の
トルクを大きく下げることなく電動機の過負荷状態を解
消することができる。従って、電動機のトルクの大きな
変動に伴う不快感を低減することができる。

【００４１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、全開走行状態
からきわめて円滑に電動機の出力トルクを低減させるこ
とができ、低減し終えてからも運転者が違和感を覚える
ことがない。従って、電動機の過負荷状態を回避しなが
ら、優れた乗り心地を維持することができる。

【００４２】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、全開
走行状態が解除されて電動機への過負荷が起こり得ない
状態における最大の値までトルク指令値を回復させるこ
とができる。従って、電動機の過負荷状態を回避しなが
ら充分な加速を得ることができる。また、トルク指令値
は漸次回復されるため、トルク指令値回復に伴う電動機
の出力トルク変動も小さいため、優れた乗り心地を維持
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電気自動車のシステ
ム構成を説明するための概略図である。

【図２】図１に示した電気自動車の制御装置の構成を説
明するためのブロック図である。

【図３】図２に示したトルク指令値演算手段の構成を説
明するためのブロック図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る電気自動車の制御装
置を用いて過負荷防止制御を行う際のフローチャートで
ある。

【図５】本発明の実施の形態に係る電気自動車の制御装
置を用いて過負荷防止制御を行った場合における全開走
行時からのトルク指令値の時間履歴を表したグラフであ
る。

【符号の説明】

１０三相交流同期モータ２０バッテリ３０制御装置３１トルク指令値演算手段３１ａ基本トルク指令値演算手段３１ｂトルク指令値低減・回復手段３１ｃ加減算器３２電流指令値演算手段３３電流制御手段３４全開走行判定手段４０インバータ５０レゾルバ６０アクセル操作量検出器７０ディファレンシャルギア８０ドライブシャフト９０駆動輪

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクセル操作量に応じて所定のトルク指令
値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段と、前
記トルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算および
出力を行う電流指令値演算手段と、前記電流指令値に応
じた電流を駆動手段を介して電動機に出力することによ
り前記電動機を駆動制御する駆動制御手段とを備える電
気自動車の制御装置において、アクセル操作量または車速相当信号に基づいて全開走行
状態が所定時間持続したか否かを判定する全開走行判定
手段と、全開走行状態が所定時間持続したと判定した場合に全開
走行状態のトルク指令値または電流指令値を所定値まで
低減させる指令値低減手段とを備えることを特徴とする
電気自動車の制御装置。
【請求項２】前記指令値低減手段は、全開走行状態のトルク指令値または電流指令値を所定値
まで漸次低減させるものであり、前記所定値が、全開走行状態のトルク指令値または電流
指令値の９０〜９５％に相当する値であることを特徴と
する請求項１記載の電気自動車の制御装置。
【請求項３】全開走行状態が解除された場合に、前記指
令値低減手段により低減されたトルク指令値または電流
指令値を漸次回復させる指令値回復手段を備えることを
特徴とする請求項１または２記載の電気自動車の制御装
置。