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技術 自動車

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 宮本知彦竹原明秀佐藤亮次菊永淳山下修平
出願日 2016年3月23日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-058588
公開日 2017年9月28日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-175759
状態 特許登録済
技術分野 交流電動機の制御一般 車両の電気的な推進・制動
主要キーワード トルク位相 電流位相θ 回転位置θ 所定トルク シンク側 正極ライン パルス幅変調制御 負極ライン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年9月28日)のものです。
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図面 (4)

課題

モータトルク急変や制御部の演算負荷の増加を抑制する。

解決手段

モータのトルク指令Tm*とd軸,q軸の電流指令とのトルク電流関係は、トルク指令Tm*とd軸,q軸の電流指令の電流位相θpとのトルク位相関係を満たす関係になっている。そして、トルク位相関係は、トルク指令Tm*が所定トルクT1よりも大きい領域でモータの効率がモータの騒音の低減に比して優先されると共にトルク指令Tm*が所定トルクT1以下の領域でモータの騒音の低減がモータの効率に比して優先され、更に、連続する1つのラインとなっている。

概要

背景

従来、この種の自動車としては、走行用モータを備え、モータのトルク指令に基づいてd軸,q軸の電流指令を設定し、このd軸,q軸の電流指令を用いてモータを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この自動車では、d軸,q軸の電流指令を設定する際に、同一電流に対して発生トルクが最大となるようにトルク電流位相との関係を定めた第1関係でなく、同一電流に対してモータの騒音を低減可能なトルクと電流位相との関係を定めた第2関係を満たすように、d軸,q軸の電流指令を設定する。これにより、モータの静粛性を向上させている。

概要

モータのトルクの急変や制御部の演算負荷の増加を抑制する。モータのトルク指令Tm*とd軸,q軸の電流指令とのトルク電流関係は、トルク指令Tm*とd軸,q軸の電流指令の電流位相θpとのトルク位相関係を満たす関係になっている。そして、トルク位相関係は、トルク指令Tm*が所定トルクT1よりも大きい領域でモータの効率がモータの騒音の低減に比して優先されると共にトルク指令Tm*が所定トルクT1以下の領域でモータの騒音の低減がモータの効率に比して優先され、更に、連続する1つのラインとなっている。

目的

本発明の自動車は、モータのトルクの急変や制御部の演算負荷の増加を抑制することを主目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

走行用モータと、アクセル操作量に応じて前記モータのトルク指令を設定し、前記トルク指令とd軸,q軸の電流指令とのトルク電流関係に前記設定したトルク指令を適用して前記d軸,q軸の電流指令を設定し、該設定したd軸、q軸の電流指令を用いて前記モータを制御する制御部と、を備える自動車であって、前記トルク電流関係は、前記トルク指令と前記d軸、q軸の電流指令の電流位相とのトルク位相関係を満たす関係であり、前記トルク位相関係は、前記トルク指令がクリープトルク以上の所定トルクよりも大きい領域で前記モータの効率が前記モータの騒音の低減に比して優先されると共に前記トルク指令が前記所定トルク以下の領域で前記モータの騒音の低減が前記モータの効率に比して優先され、更に、連続する1つのラインとなる関係である、自動車。

技術分野

0001

本発明は、自動車に関し、詳しくは、走行用モータを備える自動車に関する。

背景技術

0002

従来、この種の自動車としては、走行用のモータを備え、モータのトルク指令に基づいてd軸,q軸の電流指令を設定し、このd軸,q軸の電流指令を用いてモータを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この自動車では、d軸,q軸の電流指令を設定する際に、同一電流に対して発生トルクが最大となるようにトルク電流位相との関係を定めた第1関係でなく、同一電流に対してモータの騒音を低減可能なトルクと電流位相との関係を定めた第2関係を満たすように、d軸,q軸の電流指令を設定する。これにより、モータの静粛性を向上させている。

先行技術

0003

特開2008−17660号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上述の自動車では、第1関係を満たすようにd軸,q軸の電流指令を設定するものに比して、モータの効率は低下する。このため、モータからクリープトルクなどの比較的小さいトルクを出力するときには、第2関係を満たすようにd軸,q軸の電流指令を設定し、それ以外のときには、第1関係を満たすようにd軸,q軸の電流指令を設定することも考えられる。しかし、第1関係と第2関係とをトルク指令に応じて切り替える際に、電流位相を比較的大きく変化させる必要が生じ、モータのトルクが急変したり、制御部(CPU)の演算負荷が大きくなったりする可能性がある。

0005

本発明の自動車は、モータのトルクの急変や制御部の演算負荷の増加を抑制することを主目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

0007

本発明の自動車は、
走行用のモータと、
アクセル操作量に応じて前記モータのトルク指令を設定し、前記トルク指令とd軸,q軸の電流指令とのトルク電流関係に前記設定したトルク指令を適用して前記d軸,q軸の電流指令を設定し、該設定したd軸、q軸の電流指令を用いて前記モータを制御する制御部と、
を備える自動車であって、
前記トルク電流関係は、前記トルク指令と前記d軸、q軸の電流指令の電流位相とのトルク位相関係を満たす関係であり、
前記トルク位相関係は、前記トルク指令がクリープトルク以上の所定トルクよりも大きい領域で前記モータの効率が前記モータの騒音の低減に比して優先されると共に前記トルク指令が前記所定トルク以下の領域で前記モータの騒音の低減が前記モータの効率に比して優先され、更に、連続する1つのラインとなる関係である、
ことを要旨とする。

0008

この本発明の自動車では、モータのトルク指令とd軸,q軸の電流指令とのトルク電流関係は、トルク指令とd軸、q軸の電流指令の電流位相とのトルク位相関係を満たす関係である。そして、トルク位相関係は、トルク指令がクリープトルク以上の所定トルクよりも大きい領域でモータの効率がモータの騒音の低減に比して優先されると共にトルク指令が所定トルク以下の領域でモータの騒音の低減がモータの効率に比して優先され、更に、連続する1つのラインとなる関係である。これにより、モータからある程度大きいトルクを出力するときのモータの効率を向上させると共にモータからクリープトルクなどの比較的小さいトルクを出力するときのモータの騒音を低減することができる。なお、モータからある程度大きいトルクを出力するときは、アクセル操作量が比較的大きいときであり、運転者がモータの騒音を感じにくいと考えられる。そして、モータのトルク指令が所定トルクを跨いで変化するときの電流位相の急変を抑制することができるから、モータのトルクの急変や制御部の演算負荷の増加を抑制することができる。

0009

ここで、「d軸、q軸の電流指令の電流位相」は、d軸,q軸の電流指令をd軸,q軸の成分とするベクトルのq軸に対する角度を意味する。また、「モータの効率がモータの騒音の低減に比して優先される」トルク位相関係としては、同一電流(d軸の電流指令の二乗とq軸の電流指令の二乗との和の平方根)に対してモータのトルクが最大となる、言い換えれば、トルク指令に対して電流が最小となる関係とすることができる。「モータの騒音の低減がモータの効率に比して優先される」トルク指令と電流位相との関係としては、モータの騒音、例えば、モータの極数が8でスロット数が48の場合における回転24次,48次,72次,96次,・・・などの周波数成分の騒音を低減可能な(運転者に感じさせにくくする)関係とすることができる。

0010

こうした本発明の自動車において、前記トルク位相関係は、車速所定車速よりも高いときには、前記トルク指令に拘わらずに前記モータの効率が前記モータの騒音の低減に比して優先され且つ1つのラインとなるように定められている、ものとしてもよい。こうすれば、車速が所定車速よりも高いときには、トルク指令に拘わらずにモータの効率を向上させることができる。なお、車速がある程度高いときには、ロードノイズなどによって運転者がモータの騒音を感じにくいと考えられる。ここで、「所定車速」は、アクセルオフ時にクリープトルクを出力する車速範囲の上限やそれよりも若干高い車速などとすることができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。
トルク電流関係の一例を示す説明図である。
トルク位相関係の一例を示す説明図である。

0012

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

0013

図1は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図1に示すように、モータ32と、インバータ34と、バッテリ36と、電子制御ユニット50と、を備える。

0014

モータ32は、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイル巻回された固定子と、を有する同期発電電動機として構成されている。このモータ32は、回転子が駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。インバータ34は、モータ32を駆動するのに用いられ、電力ライン38を介してバッテリ36と接続されている。このインバータ34は、6つのトランジスタスイッチング素子)T11〜T16と、6つのダイオードD11〜D16と、を有する。トランジスタT11〜T16は、それぞれ、電力ライン38の正極ライン負極ラインとに対してソース側とシンク側になるように、2個ずつペアで配置されている。6つのダイオードD11〜D16は、それぞれ、トランジスタT11〜T16に逆方向に並列接続されている。トランジスタT11〜T16の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ32の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、インバータ34に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット50によって、対となるトランジスタT11〜T16のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ32が回転駆動される。

0015

バッテリ36は、例えばリチウムイオン二次電池ニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、電力ライン38を介してインバータ34と接続されている。

0016

電子制御ユニット50は、CPU52を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU52の他に、処理プログラムを記憶するROM54,データを一時的に記憶するRAM56,入出力ポートを備える。電子制御ユニット50には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット50に入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ(例えばレゾルバ)32aからの回転位置θm,モータ32の各相に流れる電流を検出する電流センサ32u,32vからの電流Iu,Ivなどを挙げることができる。また、イグニッションスイッチ60からのイグニッション信号シフトポジションセンサ62からのシフトポジションSP,アクセルペダルポジションセンサ64からのアクセル開度Acc,ブレーキペダルポジションセンサ66からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ68からの車速Vなども挙げることができる。電子制御ユニット50からは、インバータ34のトランジスタT11〜T16へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット50は、回転位置検出センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θmに基づいてモータ32の電気角θeおよび回転数Nmを演算している。

0017

こうして構成された実施例の電気自動車20では、まず、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて、駆動軸26に要求される要求トルクTp*を設定し、要求トルクTp*をモータ32のトルク指令Tm*に設定する。そして、モータ32のトルク指令Tm*を用いてインバータ34のトランジスタT11〜T16をパルス幅変調制御PWM制御)によってスイッチング制御する。ここで、PWM制御は、モータ32の電圧指令と搬送波三角波)電圧との比較によってトランジスタT11〜T16のオン時間の割合を調節する制御である。

0018

インバータ34の制御(モータ32の駆動制御)は、以下のように行なわれる。まず、モータ32のトルク指令Tm*に基づいてd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*を設定する。この設定方法については後述する。続いて、モータ32のU相,V相,W相に流れる電流の総和が値0であるとして、モータ32の電気角θeを用いて、U相,V相の電流Iu,Ivをd軸,q軸の電流Id,Iqに座標変換三相二相変換)する。そして、d軸,q軸の電流指令Id*,Iq*と電流Id,Iqとの差分ΔId,ΔIqに基づいてd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*を演算する。次に、モータ32の電気角θeを用いて、d軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*をU相,V相,W相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に座標変換(二相三相変換)し、この電圧指令Vu*,Vv*,Vw*をPWM信号に変換する。そして、このPWM信号をインバータ34に出力することによってインバータ34のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御を行なう。

0019

ここで、モータ32のトルク指令Tm*に基づいてd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*を設定する処理について説明する。実施例では、モータ32のトルク指令Tm*とd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*との関係を定めたトルク電流マップにモータ32のトルク指令Tm*を適用してd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*を設定するものとした。図2にトルク電流関係の一例を示す。図2中、四角印は、各トルク指令Tm*におけるd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*を示す。このトルク電流関係は、図3のモータのトルク指令Tm*とd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*の電流位相θpとのトルク位相関係を満たすように定められる。ここで、d軸,q軸の電流指令Id*,Iq*の電流位相θpは、d軸,q軸の電流指令Id*,Iq*をd軸,q軸の成分とするベクトルのq軸に対する角度を意味する。図3中、実線は、トルク位相関係を示し、破線は、同一電流(d軸の電流指令Id*の二乗とq軸の電流指令Iq*の二乗との和の平方根)に対する各電流位相θpとモータ32のトルクとの関係を示す。所定トルクT1は、クリープトルクTc(例えば、30Nm,35Nm,40Nmなど)以上のトルクとして定められ、例えば、45Nm,50Nm,55Nmなどとすることができる。

0020

図3では、トルク位相関係は、モータ32のトルク指令Tm*が所定トルクT1よりも大きい領域でモータ32の効率がモータ32の騒音の低減に比して優先される(効率関係となる)と共にモータ32のトルク指令Tm*が所定トルクT1以下の領域でモータ32の騒音の低減がモータ32の効率に比して優先され(騒音低減関係となり)、更に、連続する1つのラインとなっている。

0021

具体的には、モータ32のトルク指令Tm*が所定トルクT1よりも大きい領域では、同一電流に対してモータ32のトルクが最大となる、言い換えれば、同一のトルク指令Tm*に対して電流が最小となる関係(ライン)になっている。

0022

また、モータ32のトルク指令Tm*が所定トルクT1以下の領域では、モータ32の騒音、例えば、モータ32の極数が8でスロット数が48の場合における回転24次,48次,72次,96次,・・・などの周波数成分の騒音を低減可能な関係(ライン)になっている。なお、この領域では、モータ32の極数やスロット数などモータの構成に応じて、所望の周波数成分による騒音を低減できるようにトルク指令Tm*と電流位相θpとの関係(ライン)を適宜定めればよい。また、図3では、この領域で、モータ32の電流位相θpが一定となっているが、これに限定されるものではなく、モータ32のトルク指令Tm*に応じて電流位相θpが変化するものとしてもよい。さらに、参考(比較)のために、図3において、この領域で、トルク指令Tm*が所定トルクT1よりも大きい領域と同様の関係(効率関係)としたときの様子を一点鎖線で示した。

0023

こうした図3のトルク位相関係を満たすように図2のトルク電流関係を定めることにより、モータ32から所定トルクT1よりも大きいトルクを出力するときには、モータ32の効率を向上させることができ、モータ32から所定トルクT1以下のトルク、例えば、クリープトルクTcなどを出力するときには、モータ32の騒音を低減する(運転者に感じさせにくくする)ことができる。なお、モータ32からある程度大きいトルクを出力するときは、アクセル開度Accが比較的大きいときであり、運転者がモータ32の騒音を感じにくいと考えられる。そして、トルク位相関係(トルク電流関係)が連続する1つのラインになっていることにより、モータ32のトルク指令Tm*が所定トルクT1を跨いで変化するときに、電流位相θpが急変するのを抑制することができ、モータ32のトルクの急変やモータECU40のCPU40aの演算負荷の増加を抑制することができる。

0024

以上説明した実施例の電気自動車20では、モータ32のトルク指令Tm*とd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*とのトルク電流関係は、トルク指令Tm*とd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*の電流位相θpとのトルク位相関係を満たす関係になっている。そして、トルク位相関係は、モータ32のトルク指令Tm*が所定トルクT1よりも大きい領域でモータ32の効率がモータ32の騒音の低減に比して優先される(効率関係となる)と共にモータ32のトルク指令Tm*が所定トルクT1以下の領域でモータ32の騒音の低減がモータ32の効率に比して優先され(騒音低減関係となり)、更に、連続する1つのラインとなっている。これにより、モータ32のトルク指令Tm*が所定トルクT1を跨いで変化するときに、電流位相θpが急変するのを抑制することができ、モータ32のトルクの急変やモータECU40のCPU40aの演算負荷の増加を抑制することができる。

0025

実施例の電気自動車20では、車速Vを考慮せずに、図3の実線のトルク位相関係を満たすように、図2のトルク電流関係を定めるものとした。しかし、車速Vが所定車速Vrefよりも高いときには、トルク位相関係を、モータ32のトルク指令Tm*に拘わらずに(トルク指令Tm*が所定トルクT1以下の領域でも)モータ32の効率がモータ32の騒音の低減に比して優先される関係(効率関係)とするものとしてもよい。即ち、図3における、トルク指令Tm*が所定トルクT1よりも大きい領域の実線と、トルク指令Tm*が所定トルクT1以下の領域の一点鎖線と、からなる1つのラインとするものとしてもよい。ここで、所定車速Vrefは、アクセルオフ時にクリープトルクを出力する車速範囲の上限やそれよりも若干高い車速などとすることができる。こうすれば、車速Vが所定車速Vrefよりも高いときには、トルク指令Tm*に拘わらずにモータ32の効率を向上させることができる。なお、車速Vがある程度高いときには、ロードノイズなどによって運転者がモータ32の騒音を感じにくいと考えられる。

0026

実施例では、走行用のモータ32を備える電気自動車20の構成とした。しかし、走行用のモータに加えて走行用のエンジンを備えるハイブリッド自動車の構成としてもよい。

0027

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ32が「モータ」に相当し、ROM54が「記憶部」に相当し、CPU52が「制御部」に相当する。

0028

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

実施例

0029

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

0030

本発明は、自動車の製造産業などに利用可能である。

0031

20電気自動車、22a,22b駆動輪、24デファレンシャルギヤ、26駆動軸、32モータ、32a回転位置検出センサ、32u,32v電流センサ、34インバータ、36バッテリ、38電力ライン、50電子制御ユニット、52 CPU、54 ROM、56 RAM、60イグニッションスイッチ、62シフトポジションセンサ、64アクセルペダルポジションセンサ、66ブレーキペダルポジションセンサ、68車速センサ、D11〜D16ダイオード、T11〜T16トランジスタ。

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