JP2016073012A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的なトルク出力を実現できる。【解決手段】実施形態の車両制御装置は、車両を制御するために、当該車両に設けられた駆動源を駆動させるためのトルク指令値を受け取る受取部と、受取部が受け取ったトルク指令値に基づいて、駆動源を駆動させるための座標系の第１の軸の電流の指令値と駆動源を駆動させるための座標系の第２の軸の電流の指令値とを算出した際に、算出された第１の軸の電流の指令値と第２の軸の電流の指令値と、に従って駆動源に入力される電流値が第１の閾値を超える場合、第１の軸の電流の指令値及び第２の軸の電流の指令値のうちいずれか一つ以上を調整して、入力される電流値が第１の閾値を超えないよう調整すると共に、入力される電流値に基づいた駆動源から出力されるトルクの効率が予め定められた基準以下にならないように、第１の軸の電流の指令値及び第２の軸の電流の指令値を調整する演算部と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、車両制御装置に関する。

従来から、モータを用いて車両の傾きを制御する技術が知られている。その際に、モータの傾きを抑止するための算出されたトルク指令値に従って、モータを制御する技術がある。

特開２０１２−２０００７３号公報 特開２００６−１４５４０号公報

しかしながら、従来技術においては、モータに入力可能な電流を超えないように制限する技術にとどまり、モータが出力するトルクの効率を考慮したものではない。

実施形態の車両制御装置は、車両を制御するために、当該車両に設けられた駆動源を駆動させるためのトルク指令値を受け取る受取部と、受取部が受け取ったトルク指令値に基づいて、駆動源を駆動させるための座標系の第１の軸の電流の指令値と駆動源を駆動させるための座標系の第２の軸の電流の指令値とを算出した際に、算出された第１の軸の電流の指令値と第２の軸の電流の指令値と、に従って駆動源に入力される電流値が第１の閾値を超える場合、第１の軸の電流の指令値及び第２の軸の電流の指令値のうちいずれか一つ以上を調整して、入力される電流値が第１の閾値を超えないよう調整すると共に、入力される電流値に基づいた駆動源から出力されるトルクの効率が予め定められた基準以下にならないように、第１の軸の電流の指令値及び第２の軸の電流の指令値を調整する演算部と、を備える。よって、本実施形態によれば、一例としては、駆動源に入力される電流値に対して、効率的なトルク出力を実現できる。

また、上記車両制御装置では、一例として、演算部は、さらに、トルク指令値と対応づけられた角速度が出力できるように、駆動源を駆動させるための座標系の第１の軸の電流の指令値を調整する。よって、本実施形態によれば、一例としては、固体毎の特性のばらつきを吸収した駆動源の駆動制御を実現できる。

また、上記車両制御装置では、一例として、演算部は、さらに、誘起電圧に基づいた制御が行われる際には、当該制御に従って、駆動源を駆動させるための座標系の第１の軸の電流の指令値及び駆動源を駆動させるための座標系の第２の軸の電流の指令値を調整する。よって、本実施形態によれば、一例としては、誘起電圧に基づいた制御を優先するために、駆動源の回転数が上昇しない場合に電流の入力を制限できるので、効率的な駆動源の制御を実現できる。

また、上記車両制御装置では、一例として、受取部が受け取ったトルク指令値が、第２の閾値より大きい場合に、当該第２の閾値以下になるようにトルク指令値を調整し、演算部に当該トルク指令値を出力する調整部を、さらに備える。よって、本実施形態によれば、一例としては、大きなトルク指令値が調整部に入力されるのを抑止できるので、調整部による演算負荷を軽減できる。

図１は、実施形態の一人乗り用の３輪の電気自動車の正面図を示した図である。 図２は、実施形態の一人乗り用の３輪の電気自動車の側面図を示した図である。 図３は、実施形態の３輪の電気自動車（車両）の内部構造の例を示した模式図である。 図４は、実施形態の３輪の電気自動車（車両）が傾斜面上に存在する場合を例示した図である。 図５は、実施形態の３輪の電気自動車（車両）の左右方向（Ｙ軸方向）の傾きを制御する構成例を示した図である。 図６は、実施形態の駆動系ＥＣＵの構成例を示したブロック図である。 図７は、実施形態の角速度と制限されるトルク指令値との対応関係を示した図である。 図８は、実施形態のｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値の出力可能な範囲例を表した図である。 図９は、実施形態の電流ベクトル演算部のばらつきを吸収するためのマップを表した図である。 図１０は、実施形態のｄ軸電流指令値の補正値を算出するためのマップを表した図である。 図１１は、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値の出力可能な範囲の第２の例を表した図である。 図１２は、実施形態の遅れ補償演算部の構成例を示した図である。 図１３は、実施形態の駆動系ＥＣＵにおけるモータの駆動制御のための処理の手順を示すフローチャートである。 図１４は、実施形態の電流ベクトル演算部におけるｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値との調整処理の手順を示すフローチャートである。

以下に示す実施形態では、モータが搭載された車両として３輪の電気自動車を用いて説明するが、モータが搭載される車両を３輪の電気自動車に制限するものではない。

図１は、実施形態の一人乗り用の３輪の電気自動車の正面図を示した図であり、図２は、本実施形態の一人乗り用の３輪の電気自動車（以下、車両１０と称す）の側面図を示した図である。

車両１０は、車体１１と、支持部２１により支持される右前輪２０と、支持部２４により支持される左前輪２３と、支持部２７により支持される後輪２６と、を有している。

車体１１は、支持部２１、２４、２７により支持される。また、車体１１は、乗員Ｍ１が着座するためのシートが設けられている。シートに着座した乗員Ｍ１は、アームレスト１２に設けられた操作装置１３を用いて車両１０を操作する。

操作装置１３は、例えば、操作ボタンや操縦レバー、車両１０の状態を乗員Ｍ１に通知するための表示デバイスから構成されている。操作装置１３が操作されることで、車両１０は、スタートアップ（電源投入）、シャットダウン（電源切断）や、走行・停止その他の動作を行う。

図３は、車両１０の内部構造の例を示した模式図である。図３に示されるように、車体１１の内部には、ギアボックス３１と、ロッド２２、２５、３２と、車両制御装置４０と、が収納されている。そして、ギアボックス３１及び車両制御装置４０は、車体１１の内部に固定されている。

ギアボックス３１は、車両制御装置４０から回転軸４１を介して伝達されたトルクに応じて、Ｘ軸に平行な軸回りにロッド３２を回転させる。ロッド３２は、ロッド２２、２５を回転可能に接続されている。また、ロッド２２は、支持部２１に固定されている。ロッド２５は、支持部２４に固定されている。ロッド２２、２５は、その軸が基準線Ｄｖと平行になるように、移動が規制されている。基準線Ｄｖは、車体１１の上下方向を示す線とする。右前輪２０及び左前輪２３の車体１１に対する高さは、回転軸４１の回転軸に応じて変化する。

車両制御装置４０は、車両１０の姿勢を制御する。本実施形態の車両制御装置４０は、Ｙ−Ｚ平面において、重力に基づいて車両１０に生じる加速度ベクトルＡｖと当該車両１０の上下方向の基準線Ｄｖとのなす傾斜角θｙが‘０’度になるように、回転軸４１を回転させる。

図４は、車両１０が傾斜面上に存在する場合を例示した図である。図４に示されるように、車両１０が傾斜面上に存在する場合、車両制御装置４０が、傾斜角θｙが‘０’になるように、換言すれば車両１０の上下方向が重力方向と一致するように、回転軸４１を回転させることで、傾斜面によらず、車両１０の姿勢を安定させることができる。

図３に戻り、車両１０の姿勢を安定させるための構成について説明する。車両制御装置４０は、モータ４２と、規制ユニット４３と、モータ電気角センサ４４と、加速度センサ４５と、ジャイロセンサ４６と、回転軸角度センサ４７と、統合ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と、駆動系ＥＣＵ５１と、ギア５０１と、を備える。

モータ４２は、例えば三相ブラシレスモータとする。モータ４２は、駆動系ＥＣＵ５１から供給される電力に従って駆動する。

そして、モータ４２は、ギア５０１を介して、回転軸４１と接続されている。そして、モータ４２から出力されるトルクがギア５０１を介して、回転軸４１に伝達されることで、回転軸４１が回転する。

モータ４２は、回転軸４１からギアボックス３１、ロッド２２、２５、３２、支持部２１、２４を介して接続されている右前輪２０及び左前輪２３の上下方向の位置を制御可能とする。つまり、モータ４２は、車両１０に設けられた複数の車輪（右前輪２０及び左前輪２３）を支持する支持機構（ロッド２２、２５、３２）を制御して、車両１０の傾きを調整可能とする。このように、モータ４２は、車両１０の傾きを制御可能とする。これにより、モータ４２は、車両１０の転倒を防止するための一部構成として機能する。

モータ電気角センサ４４は、モータ４２に取り付けられているセンサであって、モータ４２により駆動する回転軸４１（回転媒体）の回転角を検出するための構成とする。本実施形態では、モータ電気角センサ４４としてレゾルバを用いる。モータ電気角センサ４４は、励磁コイルと、互いに直交する２つの検出コイルとで構成され、励磁コイルに振幅/周波数が一定の正弦波信号が入力された場合に、２つの検出コイルから（ｓｉｎθとｃｏｓθに対応する）２つのレゾルバの出力信号が出力される。

レゾルバの出力信号は、モータ４２について、０〜３６０度の範囲で計測可能な信号とする。そして、モータ４２の回転角と、回転軸４１の回転角と、の間に比例関係が存在する。このため、本実施形態のレゾルバの出力信号で示される（モータ４２）回転角の変化量から、回転軸４１の回転角の変化量を、精度良く検出できる。

加速度センサ４５は、例えば静電容量型の３軸加速度センサであって、重力加速度や車両１０の加減速等によって生じる加速度を検出する。例えば、車両１０が停止している場合に、加速度センサ４５は、基準線Ｄｖに対する重力加速度の方向を検出する。そして、加速度センサ４５は、検出の結果を示す加速度信号を、統合ＥＣＵ５０に送信する。

ジャイロセンサ４６は、例えば、振動式のジャイロスコープとする。ジャイロセンサ４６は、車両１０の角速度を検出し、当該検出の結果を示す角速度信号を、統合ＥＣＵ５０に送信する。

回転軸角度センサ４７は、回転軸４１の回転角を計測するためのセンサとする。本実施形態の回転軸角度センサ４７が計測する回転軸４１の回転角は、加速度ベクトルＡｖと当該車両１０の上下方向の基準線Ｄｖとのなす傾斜角θｙと一致する。つまり、回転軸４１の回転角が‘０’度の場合に、水平な平面上に設けられた車両１０の重心の位置が車両１０の中心にくる。また、本実施形態では、回転軸角度センサ４７により計測された回転角を、絶対回転角と称す。

しかしながら、回転軸角度センサ４７が検出する回転角の変化量より、モータ電気角センサ４４に基づく回転軸４１の回転角の変化量の方が高い精度となる。そこで、本実施形態では、回転軸角度センサ４７により起動時に絶対回転角を検出した後、それ以降の回転角の変化量についてはモータ電気角センサ４４からの信号を利用する。

本実施形態の統合ＥＣＵ５０、及び駆動系ＥＣＵ５１は、（図示しない）プロセッサ、不揮発性メモリ、及びＲＡＭ等を備えた構成とし、不揮発性メモリに記憶されたプログラムを実行する。

統合ＥＣＵ５０は、車両１０全体を制御する構成とする。本実施形態にかかる統合ＥＣＵ５０は、加速度センサ４５からの加速度信号、及びジャイロセンサ４６からの角速度信号に基づいて、モータ４２を駆動させる指令を駆動系ＥＣＵ５１に行う。

駆動系ＥＣＵ５１は、統合ＥＣＵ５０からの指令、回転軸角度センサ４７による絶対回転角、及びモータ電気角センサ４４による回転角に基づいて、モータ４２の駆動を制御する。

規制ユニット４３は、駆動系ＥＣＵ５１から送信される信号に従って、回転軸４１を規制する。規制ユニット４３は、所定の規制信号を受信した場合に、回転軸４１と一体となって回転するギアに部材を係合させることで、回転軸４１の回転を抑止させる。また、規制ユニット４３は、回転軸を抑止させた後、所定の解除信号を受信した場合に、部材をギアから離間させることで、回転軸４１の回転の抑止を解除する。なお、回転軸４１の回転を抑止する手法は、ギアに部材を係合させる手法に制限するものではなく、様々な手法を適用して良い。例えば、規制ユニット４３は、いわゆるシフトロック装置やギアロック装置と同様の機構を有しても良い。

図５は、本実施形態の車両の左右方向（Ｙ軸方向）の傾きを制御する構成例を示した図である。図５に示される統合ＥＣＵ５０、及び駆動系ＥＣＵ５１は、ＩＧ信号（イグニッション信号）に従って、起動制御が行われる。

統合ＥＣＵ５０、及び駆動系ＥＣＵ５１の間は、第１ｃａｎ（Controller Area Network）、及び第２ｃａｎで接続されている。第１ｃａｎ、及び第２ｃａｎは、耐ノイズ性を考慮されて設計された、相互接続された機器間で情報を送受信するためのネットワークとする。

これにより、統合ＥＣＵ５０は、駆動系ＥＣＵ５１に対してデータの送受信と指令とを行うことができる。

そして、統合ＥＣＵ５０は、ジャイロセンサ４６及び加速度センサ４５からの信号や、操作装置１３からの操作情報に基づいて、駆動系ＥＣＵ５１に対して、車両１０の姿勢を安定させるための指令を行う。

指定としては、例えばリーントルク指令がある。リーントルク指令は、車両１０のリーン（左右方向）のトルク制御に必要なトルク値でモータ４２を駆動させるように、駆動系ＥＣＵ５１に出力する指令とする。

具体的には、統合ＥＣＵ５０は、ジャイロセンサ４６や加速度センサ４５から送信される信号等に応じて、モータ４２のトルクと負荷トルクとが平衡するようにリーンのトルク制御を行うための、モータ４２のトルク値を算出し、当該トルク値になるようリーントルク指令として、駆動系ＥＣＵ５１に出力する。リーントルク指令は、路面に対する即応性が高いため、悪路走行や、段差の乗り上げ等に用いられ、車両１０の姿勢の制御の際に、乗員の乗り心地を向上させる。

駆動系ＥＣＵ５１は、リーントルク指令に従ってモータ制御を行う。なお、本実施形態は、トルク値に基づいた制御を行う例について説明するが、トルク値に基づいた制御に制限するものではなく、例えば、回転軸４１の目標回転角になるような指令に従ったモータ制御を行っても良い。

駆動系ＥＣＵ５１は、回転軸角度センサ４７により計測された絶対回転角と、モータ電気角センサ４４により検出された回転角と、により、回転軸４１の詳細な回転角を算出し、当該回転角に基づいて、モータ４２の制御を行う。

そして、モータ４２による駆動トルクは、ギア５０１を介して、回転軸４１に伝達される。次に、駆動系ＥＣＵ５１について説明する。

図６は、駆動系ＥＣＵ５１の構成例を示したブロック図である。図６に示されるように、駆動系ＥＣＵ５１は、（図示しない）プロセッサで、不揮発性メモリに格納されているプログラムを実行することで、電力管理制御部６０１と、電流ベクトル演算部６０２と、電流ＰＩ制御部６０３と、２相―３相変換部６０４と、ＰＷＭ制御部６０５と、３相Ｈブリッジ６０６と、Ｒ／Ｄ（レゾルバ／デジタル）変換器６０７と、ω演算部６０９と、遅れ補償演算部６１０と、３相―２相変換部６１１と、を実現する。

電力管理制御部６０１は、車両１０を制御するために、当該車両１０に設けられたモータ（駆動源）４２を駆動させるためのリーントルク指令値を、統合ＥＣＵ５０から受け取る。

ところで、本実施形態のモータ４２は、回転数（ＲＰＭ）の増加に従って、出力可能な最大駆動トルクが低下していく。しかしながら、統合ＥＣＵ５０から送られてくるリーントルク指令のトルク値は、モータ４２の出力可能な最大駆動トルクを考慮したものではない。

そこで、本実施形態の電力管理制御部６０１は、受け取ったリーントルク指令に対して、現在の回転数（角速度）に応じて、過剰な電力を供給しないように予め設定された、トルク指令値の範囲内に収まるように調整し、調整されたトルク指令値を電流ベクトル演算部６０２に出力する。本実施形態では、ω演算部６０９から入力される角速度ωに応じて、トルク指令値を制限する。

図７は、角速度と、制限されるトルク指令値と、の対応関係を示した図である。図７で示したように、電力管理制御部６０１は、受け取ったトルク指令値が、入力された角速度において線７０１で示される閾値より大きい場合に、当該閾値以下になるようにトルク指令値を調整し、電流ベクトル演算部６０２にトルク指令値を出力する。本実施形態では、線７０１で示される閾値より大きい場合に、当該閾値になるようにトルク指令値を調整する。なお、線７０１で示される閾値は、モータ４２のトルク基本特性に１．２を乗算した（２０％加算された）値とするが、実施の態様に応じて適切な値が設定されていれば良い。

このように、電流ベクトル演算部６０２には、統合ＥＣＵ５０から要求されたトルク指令値が大きい場合に、調整したトルク指令値が入力されることで、以降の処理負担を軽減できる。つまり、大きなトルク指令値が電流ベクトル演算部６０２に入力されるのを抑止できるので、電流ベクトル演算部６０２による演算負荷を軽減できる。

図６に戻り、電流ベクトル演算部６０２は、電力管理制御部６０１により調整された後のトルク指令値から、モータ４２を駆動させるためのｄ軸電流指令値ｉｄと、ｑ軸電流指令値ｉｑと、を算出する。本実施形態では、モータ４２を駆動させるための座標系として、ｄ軸（第１の軸）と、ｑ軸（第２の軸）と、を含む座標系を用いた例について説明する。

ところで、モータ４２においては、入力可能な電流に制限がある。このため、電流ベクトル演算部６０２は、出力するｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑが、入力可能な電流制限値Ｉａｍを超えないように調整を行う。そこで、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２は、下の式（１）を満たすように、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する。

ｉｄ²＋ｉｑ²≦Ｉａｍ²…（１）

他にも、電流ベクトル演算部６０２は、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑに対して、モータ４２の特性に応じた調整を行う必要がある。

図８は、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑの出力可能な範囲例を表した図である。図８に示される例では、縦軸にｑ軸電流指令値ｉｑを、横軸にｄ軸電流指令値ｉｄを割り当てている。そして、式（１）を満足する必要があるため、ｑ軸電流指令値ｉｑ、及びｄ軸電流指令値ｉｄは、線８０１（ｉｑ²＝Ｉａｍ²−ｉｄ²）、ｉｑ軸（ｉｑ＝０）、及びｉｄ軸（ｉｄ＝０）で囲まれる領域内の値をとるように電流ベクトル演算部６０２が調整する必要がある。なお、ｉｑ≧０、ｉｄ≦０とする。

さらに、電流ベクトル演算部６０２において、同一電流で最大トルクを出す条件がある。当該条件をｉｄ＝−Ｉａｍ＊ｓｉｎβ…（２）とする。なお、式（２）において、モータ４２に流れる電流ベクトルＩａとする。また、式（２）から、β＝ｔａｎ^-1（ｉｄ／ｉｑ）も成り立つ。

まず、モータ４２が出力する総トルクは、下の式（３）から導き出すことができる。なお、総トルクは、マグネットトルクとリラクタンストルクとの和に、対極数Ｐｎを乗じた値とする。マグネットトルクＴｍ＝Ψａ＊ｉｑであり、リラクタンストルクＴｒ＝（Ｌｄ−Ｌｑ）＊ｉｄ＊ｉｑとする。そして、モータ４２のｄ軸インダクタンスＬｄ、モータ４２のｑ軸インダクタンスＬｑ、電気子差交磁束実効値Ψａ、対極数Ｐｎとする。なお、対極数Ｐｎは極数が１２の場合には６となる。

Ｔ＝Ｐｎ＊（（Ｌｄ−Ｌｑ）＊ｉｄ＊ｉｑ＋Ψａ＊ｉｑ）…（３）

なお、電気子差交磁束実効値Ψａは、逆起電力定数Ｋｅ＝対極数Ｐｎ＊電気子差交磁束実効値Ψａが成り立つものとする。

式（３）に式（２）を代入すると、式（４）を導出することができる。
Ｔ＝Ｐｎ＊（−（Ｌｄ−Ｌｑ）＊Ｉａ²＊ｓｉｎβ＊ｃｏｓβ＋Ψａ＊Ｉａ＊ｃｏｓβ）…（４）

そして、同一電流で最大トルクとなることは、ｄＴ／ｄβ＝０となることを意味する。そこで、式（３）をβで微分して、ｄＴ／ｄβに関する式（４）を導き出す。

ｄＴ／ｄβ＝Ｐｎ＊（−（Ｌｄ−Ｌｑ）＊Ｉａ²＊（ｓｉｎ²β−ｃｏｓ²β）＋Ψａ＊（−Ｉａ＊ｓｉｎβ）…（４）

そして、Ｔ／ｄβ＝０とした場合、式（４）及びｉｄ＜０から、式（５）を導出できる。
ｉｄ＝［Ψａ／（２＊（Ｌｑ―Ｌｄ））］−［Ψａ²／（４＊（Ｌｑ−Ｌｄ）²）＋ｉｑ²））］^1/2…（５）

この式（５）を、図８上に表すと曲線８０２となる（なお、曲線８０２を、最大トルク／電流制御の線と称す）。つまり、ｄ軸電流指令値ｉｄに対するｑ軸電流指令値ｉｑの比率において、最大トルク／電流制御の曲線８０２で示される比率以上に、ｑ軸電流指令値ｉｑに電流を与えたとしてもモータ４２のトルクを上昇させることができない。換言すれば、電流ベクトル演算部６０２は、最大トルク／電流制御の曲線８０２を境界として、ｉｄ軸方向負側（左側）の領域で、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する。

なお、曲線８０２は、最大トルクを出力するための、ｄ軸電流指令値ｉｄに対するｑ軸電流指令値ｉｑの比率であって、出力する電流の効率が良いわけではない。図８に示す例では、ｄ軸電流指令値ｉｄに対するｑ軸電流指令値ｉｑの比率において、モータ４２から出力されるトルクが最も効率的となる最大効率曲線８０３を示している。なお、最大効率曲線８０３は、モータ４２の仕様特性から導出されるパラメータであり、導出手法については省略する。

つまり、ｄ軸電流指令値ｉｄに対するｑ軸電流指令値ｉｑの比率が、最大効率曲線８０３までであれば（ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑで示される座標が領域８０１に含まれていれば）、効率的なトルク出力が可能となる。

ところで、最大効率曲線８０３までに電流指令値を制限すると、モータ４２の効率的な制御を実現できるが、もっと大きなトルクを出したいという要望がある。一方、最大トルク／電流制御の曲線８０２まで出力可能とすると、効率が低すぎるという問題が生じる。

そこで、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２は、最大効率曲線８０３に基づいたｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑの調整を行うこととする。

調整手法としては、どのような手法を用いてもよいが、本実施形態では、電流ベクトル演算部６０２が、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑによる座標が、領域８１１内に含まれていると判断した場合に、より大きなトルクが出力されるようにｄ軸電流指令値ｉｄを調整する。

また、角速度ω別に電圧制限が生じる。図８の楕円８２２、８２３、８２４は、角速度ω別の電圧制限の例を示したものである。本実施形態の電流ベクトル演算部６０２は、角速度別に示された楕円領域に含まれるように、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する。楕円８２２、８２３、８２４は、角速度ωが大きくなるに従って、小さくなるものとする。

ところで、モータ４２の特性に関してあらかじめ仕様が定められているが、個体毎にモータ性能のばらつきがあるため、特性が仕様と一致するとは限らない。例えば、出力可能なモータ４２の特性が±１０％程度の個体差が生じる場合がある。この場合、同一の電流値でモータ４２を制御しようとした場合に、モータ４２の個体に応じて、出力されるトルクが異なることになる。

そこで、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２は、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑによる座標が領域８１１内に含まれている場合に、ｄ軸電流指令値ｉｄを調整することとし、その際に併せてモータ４２個々の特性のばらつきを吸収する調整を行うこととした。

図９は、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２のばらつきを吸収するためのマップを表した図である。図９に示されるマップの線９０１は、モータ４２の基本特性に基づく角速度ωspecと、トルク指令値と、の対応関係を示している。また、線９０２は、トルク基本特性の１．１倍の角速度ωrefと、トルク指令値、との対応関係を示している。

そして、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２は、図９に示される線９０２を用いて、入力されたトルク指令値から、目標とする角速度ωrefを導出する。目標とする角速度ωrefは、最大効率曲線８０３以上、及び最大トルク／電流制御の曲線８０２以下となるための角速度とする。

そして、電流ベクトル演算部６０２は、導出した角速度ωrefと、ω演算部６０９から入力される角速度ωと、の差分に基づいて、モータ４２の特性のばらつきを吸収するために、ｄ軸電流指令値ｉｄを補正する。

図１０は、ｄ軸電流指令値の補正値を算出するためのマップを表した図である。電流ベクトル演算部６０２は、図１０に表されるマップに従って、差分値“ωref−ω”と線１００１から、ｄ軸電流の補正値Δｉdを算出する。そして、電流ベクトル演算部６０２は、上述した処理から算出されたｄ軸電流指令値ｉｄに、ｄ軸電流の補正値Δｉdを加算する。これにより、上述したトルク指令値に従ってモータ４２を制御する際に、目標とする角速度ωrefを実現できる。上述した制御を行うことで、モータ４２の個体に応じて電流値が異なるが、モータ４２の同一出力を実現できる。換言すれば、モータ４２の特性のばらつきを吸収した上で、仕様として示された特性以上の出力を可能とするためのｄ軸電流指令値ｉｄを導出できる。

また、上述した調整を行う前に、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２は、入力されたトルク指令値から、モータ４２を駆動させるためのｄ軸電流指令値ｉｄと、ｑ軸電流指令値ｉｑと、を算出する必要があるが、算出手法としてはどのような手法を用いてもよい。

例えば、式（５）で導出されたｉｄを、式（３）に代入すると、式（６）を導出できる。
Ｔref＝Ｐｎ＊［（Ｌｑ―Ｌｄ）＊［Ψａ／（２＊（Ｌｑ―Ｌｄ））］−［Ψａ²／（４＊（Ｌｑ―Ｌｄ）²）＋ｉｑ²］^1/2）＊ｉｑ＋Ψａ＊ｉｑ］…（６）

そして、電流ベクトル演算部６０２は、式（６）に基づいて、モータ４２を駆動させたいトルク指令値から、ｑ軸電流指令値ｉｑを導き出すことが可能となる。さらに、電流ベクトル演算部６０２は、式（５）に基づいて、ｑ軸電流指令値ｉｑから、ｄ軸電流指令値ｉｄを導き出すことが可能となる。

なお、本実施形態においては、ｑ軸電流指令値ｉｑ、及びｄ軸電流指令値ｉｄの算出手法を、上記の式（５）、（６）を用いて算出する手法に制限するものではなく、式（５）、（６）の対応関係を表した複数のテーブルを、電流ベクトル演算部６０２内の記憶部に記憶し、当該複数のテーブルに基づいて、ｑ軸電流指令値ｉｑ、及びｄ軸電流指令値ｉｄを導き出してもよい。そして、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２は、算出されたｑ軸電流指令値ｉｑ、及びｄ軸電流指令値ｉｄに対して、上述した調整を行うこととする。

なお、図８に示す例では、誘起電圧に対して最大トルクを出力できなくなる、最大トルク／磁束制御を表した曲線８０４が表されているが、−Ψａ／Ｌｄ＜−Ｉａｍのため、電流ベクトル演算部６０２は、最大トルク／磁束制御に関する処理を行わない。

しかしながら、−Ψａ／Ｌｄ＞−Ｉａｍとなる場合も存在する。図１１は、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑの出力可能な範囲の第２の例を表した図である。図１１に示す例においても、電流ベクトル演算部６０２は、“ｉｑ²＝Ｉａｍ²−ｉｄ²”曲線８０１、最大トルク／電流制御の曲線８０２、及び最大効率曲線８０３に加えて、最大トルク／磁束制御の曲線１１０１に基づいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する。具体的には、電流ベクトル演算部６０２は、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑによる座標が、最大トルク／磁束制御の曲線１１０１よりｉｄ軸の正側（右側）の領域に含まれるように、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する。つまり、角速度ωｄ以上では、モータ４２の磁束の変化によって生じる誘起電圧に対して、最大トルクを発生できなくなることから、最大出力（最大トルク×角速度ωｄ）が出せなくなる。このため、当該誘起電圧制御が行われる際には、当該誘起電圧制御を優先し、電流ベクトル演算部６０２が、当該誘起電圧制御に従って、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する。

これにより、電流ベクトル演算部６０２は、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑによる座標が、領域１１１１に含まれるように調整することになる。例えば、電流ベクトル演算部６０２は、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑで示される座標が領域１１１１に含まれていない場合に、曲線１１０１上にくるように、ｄ軸電流指令値ｉｄを調整する。これにより、本実施形態では、誘起電圧によりモータ４２の回転数が上昇しない場合に電流の入力を制限できるので、効率的な駆動源の制御を実現できる。

図１１に示す例でも、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２は、角速度別に示された楕円領域１１２１、１１２２、１１２３、１１２４に含まれるように、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する。

このように、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２は、電力管理制御部６０１が受け取り、調整した後のトルク指令値に基づいて、モータ４２を駆動させるためのｄ軸電流指令値ｉｄとｑ軸電流指令値ｉｑとを算出した際、算出されたｄ軸電流指令値ｉｄとｑ軸電流指令値ｉｑと、に従ってモータ４２に入力される電流値が電流制限値（閾値）Ｉａｍを超える場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑのうちいずれか一つ以上を調整して、モータ４２に入力される電流が電流制限値（閾値）Ｉａｍを超えないよう調整することとした。

さらに、本実施形態では上述した手法により、電流ベクトル演算部６０２は、入力される電流値に基づいたモータ４２から出力されるトルクの効率が最大効率曲線８０３に基づいて定められた基準以下にならないように、モータ４２を駆動させるための座標系のｄ軸の電流の指令値及びモータ４２を駆動させるための座標系のｑ軸の電流の指令値を調整する。さらに、電流ベクトル演算部６０２は、トルク指令値と対応づけられた目標となる角速度ωrefが出力できるように、ｄ軸電流指令値を調整している。次に、図６に戻り、電流ベクトル演算部６０２以降の構成について説明する。

電流ＰＩ制御部６０３は、電流ベクトル演算部６０２から出力されたｄ軸電流指令値ｉｄと、ｑ軸電流指令値ｉｑと共に、３相―２相変換部６１１から出力されたフィードバック電流値ｉｄａ、ｉｑａを用いて制御を行う。そこで、フィードバック電流値ｉｄａ、ｉｑａを算出するために必要な複数の構成について説明する。

Ｒ／Ｄ（レゾルバ／デジタル）変換器６０７は、モータ電気角センサ４４から入力されたレゾルバの出力信号を、モータ４２の回転角θsenに変換して出力する。

ω演算部６０９は、入力される回転角θsenに基づいて、角速度ωを算出する。本実施形態では、ω演算部６０９は、ω＝ｄθsen／ｄｔに基づいて算出する。本実施形態では、１ｍｓ毎に角速度ωを算出する。

本実施形態の遅れ補償演算部６１０は、遅れ補償の主要因の一つであるモータ４２の遅れ補償についてｄ軸とｑ軸とを独立して処理する。そこで、遅れ補償演算部６１０は、補正された回転角θsenと、角速度ωと、に基づいて、ｄ軸及びｑ軸の各々について回転角の遅れ補償を行い、駆動系ＥＣＵ５１によるモータ４２制御に基づいた、ｄ軸成分の遅れに相当するｄ軸の遅れ角θｄと、ｑ軸成分の遅れに相当するｑ軸の遅れθｑと、を算出する。算出されたｄ軸の遅れ角θｄ及びｑ軸の遅れ角θｑを出力する。

図１２は、本実施形態の遅れ補償演算部６１０の構成例を示した図である。図１２に示されるように、遅れ補償演算部６１０は、ｄ軸遅れ補償演算部１２０１と、ｑ軸遅れ補償演算部１２０２と、第１の加算部１２０３と、第２の加算部１２０４と、を備えている。

ｄ軸遅れ補償演算部１２０１は、入力される角速度ωに基づいて、ｄ軸成分の時間遅れΔｔｓｄを算出する。本実施形態では、式（７）を用いて算出する。

Δｔｓｄ＝τｉ＋τｈ＋τｌｄ…（７）
なお、τｉを電流センサの遅れ、τｈを３相Ｈブリッジ６０６の遅れ、τｌｄをモータ４２のｄ軸インダクタンスＬｄ（ｄ軸成分）の１次遅れとする。

これにより、ｄ軸の遅れω＊（Ｐ／２）＊Δｔｓｄとなる。なお、Ｐをモータ４２の極数とし、例えば、‘１２’が設定される。

そして、第１の加算部１２０３が、回転角θ’に、ｄ軸の遅れ（ω＊（Ｐ／２）＊Δｔｓｄ）を加算することで、ｄ軸の遅れ角θｄを算出する。

ｑ軸遅れ補償演算部１２０２は、入力される角速度ωに基づいてｑ軸の時間遅れΔｔｓｑを算出する。本実施形態では、下の式（８）を用いて算出する。
Δｔｓｑ＝τｉ＋τｈ＋τｌｑ…（８）
なお、τｌｑをモータ４２のｑ軸インダクタンスＬｑ（ｑ軸成分）の１次遅れとする。

これにより、ｑ軸の遅れは、ω＊（Ｐ／２）＊Δｔｓｑとなる。

そして、第２の加算部１２０４が、回転角θ’に、ｑ軸の遅れ（ω＊（Ｐ／２）＊Δｔｓｑ）を加算することで、ｑ軸の遅れ角θｑを算出する。

そして、遅れ補償演算部６１０は、算出されたｑ軸の遅れ角θｑ及びｄ軸の遅れ角θｄを３相−２相変換部６１１に出力する。

３相−２相変換部６１１は、遅れ補償演算部６１０により算出されたｄ軸の遅れ角θｄ及びｑ軸の遅れ角θｑに基づいて、３相Ｈブリッジ６０６により入力されたモータ４２の３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の電流値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）から、２軸（ｑ軸、ｄ軸）のフィードバック電流値（ｉｑａ、ｉｄａ）に変換し、２軸（ｑ軸、ｄ軸）のフィードバック電流値（ｉｑａ、ｉｄａ）を電流ＰＩ制御部６０３に出力する。これにより、電流ＰＩ制御部６０３により、フィードバック電流値を考慮したモータ４２の制御が行われる。

本実施形態では、式（９）を用いてフィードバック電流値（ｉｑａ、ｉｄａ）を算出する。なお、式（９）では、遅れ角θｄ、θｑの単位を度数に予め変換しておくものとする。

本実施形態は、モータ４２として、ＩＰＭモータを適用可能とする。ところで、ＳＰＭモータは、Ｌｄ＝Ｌｑのため、ｄ軸又はｑ軸の電流制御のみで良いが、ＩＰＭモータは、Ｌｄ≠Ｌｑのため、ｄ軸及びｑ軸の電流制御が必要となる。そこで、本実施形態の駆動系ＥＣＵ５１を用いて、ｄ軸及びｑ軸の電流制御を可能とした。しかしながら、ｄ軸及びｑ軸の電流制御を可能ということは、ＩＰＭモータのみならず、ＳＰＭモータの制御も可能である。換言すれば、本実施形態の駆動系ＥＣＵ５１は、ＩＰＭモータ及びＳＰＭモータのいずれについても制御可能である。

電流ＰＩ制御部６０３は、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑに、３相―２相変換部６１１から入力されたフィードバック電流値（ｉｑａ、ｉｄａ）を加算すると共に比例補償して、ｄ軸電圧指令値ｖｄ及びｑ軸電圧指令値ｖｑを算出して、２相―３相変換部６０４に出力する。

２相―３相変換部６０４は、ｄ軸電圧指令値ｖｄ及びｑ軸電圧指令値ｖｑをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に変換してＵ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ、Ｗ相電圧ｖｗを算出し、ＰＷＭ制御部６０５に出力する。２相―３相変換部６０４は、Ｒ／Ｄ変換器６０７から出力された回転角θsenを用いる。

ＰＷＭ制御部６０５は、Ｕ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ、Ｗ相電圧ｖｗに基づいてＰＷＭ変調を行い、変調が行われた後のＰＷＭ信号を、３相Ｈブリッジ６０６に対して出力する。

３相Ｈブリッジ６０６は、ＰＷＭ制御部６０５から入力されるｐｗｍｕ信号、ｐｗｍｖ信号、及びｐｗｍｗ信号に基づいて、モータ４２のオン／オフ制御の他に、モータ４２に供給する電圧の向きを制御する。

本実施形態の車両１０は、上述した構成を備えることで、車両の運動状態に応じた制御が可能となる。

次に、本実施形態の駆動系ＥＣＵ５１におけるモータ４２の駆動制御のための処理について説明する。図１３は、本実施形態の駆動系ＥＣＵ５１における上述した処理の手順を示すフローチャートである。

まず、電力管理制御部６０１は、モータ４２を駆動させるためのリーントルク指令値を、統合ＥＣＵ５０から受け取る（ステップＳ１３０１）。

次に、電力管理制御部６０１は、現在の回転数（角速度）に応じて予め設定された範囲内に収まるように、リーントルク指令を調整する（ステップＳ１３０２）。

そして、電流ベクトル演算部６０２は、調整された後のリーントルク指令値から、ｄ軸電流指令値ｉｄとｑ軸電流指令値ｉｑとを算出する（ステップＳ１３０３）。

その後、電流ベクトル演算部６０２は、ｄ軸電流指令値ｉｄとｑ軸電流指令値ｉｑとを調整する（ステップＳ１３０４）。

そして、電流ＰＩ制御部６０３は、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑと、３相―２相変換部６１１から入力されたフィードバック電流値（ｉｑａ、ｉｄａ）と、に基づいて、ｄ軸電圧指令値ｖｄ及びｑ軸電圧指令値ｖｑを算出し（ステップＳ１３０５）、２相―３相変換部６０４に出力する。

２相―３相変換部６０４は、ｄ軸電圧指令値ｖｄ及びｑ軸電圧指令値ｖｑをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に変換し、Ｕ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ、Ｗ相電圧ｖｗをＰＷＭ制御部６０５に出力する（ステップＳ１３０６）。

ＰＷＭ制御部６０５は、Ｕ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ、Ｗ相電圧ｖｗに基づいてＰＷＭ変調を行い、変調が行われた後のＰＷＭ信号を、３相Ｈブリッジ６０６に対して出力する（ステップＳ１３０７）。

上述した処理手順により、受け取ったリーントルク指令値に基づくモータ４２の駆動制御を実現できる。

次に、ステップＳ１３０４の電流ベクトル演算部６０２におけるｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値との調整処理について説明する。図１４は、本実施形態の電流ベクトル演算部６０２における上述した処理の手順を示すフローチャートである。

まず、電流ベクトル演算部６０２は、ｉｄ²＋ｉｑ²≦Ｉａｍ²を満足するように、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する（ステップＳ１４０１）。

次に、電流ベクトル演算部６０２は、最大効率曲線８０３を満足するように、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する（ステップＳ１４０２）。

さらに、電流ベクトル演算部６０２は、角速度別の電圧制御を満足するように、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑを調整する（ステップＳ１４０３）。

そして、電流ベクトル演算部６０２は、実際の角速度ωが目標の角速度ωrefになるように、ｄ軸電流指令値ｉｄを調整する（ステップＳ１４０４）。

上述した処理を行うことで、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑによるモータ４２の効率的な制御と運転者の要求を満足させる出力とを両立させることができる。さらには、モータ４２毎の特性のばらつきを吸収したモータ４２の駆動制御を実現できる。

さらには、上述した制御を行うことで、効率的な電流の入力制御をできるので、モータ４２に入力される電流値に対して、高いトルク出力を実現できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…車両、１１…車体、１２…アームレスト、１３…操作装置、２０…右前輪、２１…支持部、２２…ロッド、２３…左前輪、２４…支持部、２５…ロッド、２６…後輪、２７…支持部、３１…ギアボックス、３２…ロッド、４０…車両制御装置、４１…回転軸、４２…モータ、４３…規制ユニット、４４…モータ電気角センサ、４５…加速度センサ、４６…ジャイロセンサ、４７…回転軸角度センサ、５０…統合ＥＣＵ、５１…駆動系ＥＣＵ、５０１…ギア、６０１…電力管理制御部、６０２…電流ベクトル演算部、６０３…電流ＰＩ制御部、６０４…２相−３相変換部、６０５…ＰＷＭ制御部、６０６…３相Ｈブリッジ、６０７…Ｒ／Ｄ変換器、６０８…電気角非線形補正部、６０９…ω演算部、６１０…遅れ補償演算部、６１１…３相−２相変換部、１２０１…ｄ軸遅れ補償演算部、１２０２…ｑ軸遅れ補償演算部、１２０３…第１の加算部、１２０４…第２の加算部

Claims (4)

1. 車両を制御するために、当該車両に設けられた駆動源を駆動させるためのトルク指令値を受け取る受取部と、
   前記受取部が受け取った前記トルク指令値に基づいて、前記駆動源を駆動させるための座標系の第１の軸の電流の指令値と前記駆動源を駆動させるための座標系の第２の軸の電流の指令値とを算出した際に、算出された前記第１の軸の電流の指令値と前記第２の軸の電流の指令値と、に従って前記駆動源に入力される電流値が第１の閾値を超える場合、前記第１の軸の電流の指令値及び前記第２の軸の電流の指令値のうちいずれか一つ以上を調整して、前記入力される電流値が前記第１の閾値を超えないよう調整すると共に、入力される電流値に基づいた前記駆動源から出力されるトルクの効率が予め定められた基準以下にならないように、前記第１の軸の電流の指令値及び前記第２の軸の電流の指令値を調整する演算部と、
   を備える車両制御装置。
2. 前記演算部は、さらに、前記トルク指令値と対応づけられた角速度が出力できるように、前記駆動源を駆動させるための座標系の第１の軸の電流の指令値を調整する、
   請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記演算部は、さらに、誘起電圧に基づいた制御が行われる際には、当該制御に従って、前記駆動源を駆動させるための座標系の第１の軸の電流の指令値及び前記駆動源を駆動させるための座標系の第２の軸の電流の指令値を調整する、
   請求項１又は２に記載の車両制御装置。
4. 前記受取部が受け取った前記トルク指令値が、第２の閾値より大きい場合に、当該第２の閾値以下になるように前記トルク指令値を調整し、前記演算部に当該トルク指令値を出力する調整部を、
   さらに備える請求項１乃至３のいずれか一つに記載の車両制御装置。

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