JP2011250616A - モータ駆動装置及びモータ駆動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク制御と速度制御の切り換えタイミングと、クラッチの接続／分離タイミングとの不一致の問題に対処するためのモータ制御技術を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置が、上位トルク指令に応答して第１トルク指令を生成するトルク制御手段と、上位速度指令と３相モータのロータ回転数とに応答して第２トルク指令を生成する速度制御手段と、第１トルク指令と第２トルク指令のいずれかから選択された選択トルク指令に応答してインバータを制御するインバータ制御手段と、クラッチを接続状態と分離状態の間で切り替えるクラッチ制御手段とを備えている。選択トルク指令は、クラッチの切り替えに対応して第１トルク指令と第２トルク指令のいずれかから選択される。トルク制御手段は、ロータ回転数の絶対値が所定の速度制限値を超えた場合、第１トルク指令の絶対値が上位トルク指令の絶対値より小さくなるように第１トルク指令を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動車両に関し、特に、３相モータのロータにクラッチが接続されると共にトルク制御と速度制御とが選択的に行われるモータ駆動装置及びモータ駆動車両に関する。

電気自動車やハイブリッドカーのようなモータ駆動車両では、一般に、多相モータ（典型的には、３相モータ）が駆動輪を駆動する動力源として用いられる。詳細には、車両全体を統括的に制御する上位コントローラからインバータコントローラに制御データ（例えば、トルク指令や速度指令）が与えられ、インバータコントローラは、その制御データに応答して、インバータのパワートランジスタを制御するための制御信号を生成する。これにより、インバータからモータに供給される電流／電圧が制御され、モータが所望のトルク・速度で運転される。

駆動輪を駆動する動力源として用いられるモータの制御においては、トルク制御と速度制御とが切り換えて使用されることがある（例えば、特開平７−５９２１４号公報参照）。これは、モータと駆動輪の間に設けられる変速機のギアの切り替え時にモータの回転速度を制御するためである。通常走行時には、アクセルペダルの位置（又は変位）に応答してトルク指令が生成され、このトルク指令に応答してトルク制御が行われる。一方、ギアを切り換える場合には、クラッチが外されたときにトルク制御から速度制御に切り替えられ、速度制御が行われることによって、モータの暴走が防がれる。モータの速度をクラッチ速度に合わせるように制御してクラッチが再び接続されると、モータの制御が速度制御からトルク制御に戻される。

トルク制御と速度制御の間の切り換えにおいては、切り換え時のショックが低減されることが望ましい。特開平７−５９２１４号公報では、モータ駆動車両において、出力軸回転数をギア比で除算した値とモータ回転数とを比較した差が小さい状態で速度制御からトルク制御に切り換えることにより、ショックを低減する技術を開示している。また、特開平７−３１１７３号公報は、シート類の巻き出し、又は巻き取りを行う機構に関して、トルク制御と速度制御との切り換えの際にショックをなくす技術を開示している。この技術では、トルク制御が行われる場合、モータの回転速度信号が設定部に設定される。トルク制御から速度制御への切り換えが行われると、速度制御信号と設定部に設定された値とを補間して得られた値が最終的に速度制御に使用される。一方、速度制御が行われる場合、速度制御によって生成されたトルク指令が設定部に設定される。速度制御からトルク制御への切り換えが行われると、トルク制御信号と設定部に設定された値とを補間して得られた値が最終的にトルク制御に使用される。

一つの問題は、電気的制御として行われるトルク制御と速度制御の切り換えタイミングと機械的機構であるクラッチの接続／分離タイミングとが、必ずしも一致しないことである。例えば、クラッチが接続状態から分離状態に切り換えられる場合に、実際にはクラッチがまだ接続されているにもかかわらずトルク制御から速度制御に制御が切り替えられることがある。このような場合、モータトルクが過剰に増大することがある。また、クラッチが分離状態から接続状態に切り換えられる場合に、実際にはクラッチがまだ分離されているにもかかわらず速度制御からトルク制御に制御が切り替えられることがある。このような場合、モータ回転数が過剰に増大することがある。上記の特許文献に開示された技術は、このような不具合を解消するものではない。

特開平７−５９２１４号公報 特開平７−３１１７３号公報

したがって、本発明の目的は、トルク制御と速度制御の切り換えタイミングと、クラッチの接続／分離タイミングとの不一致の問題に対処するためのモータ制御技術を提供することにある。

本発明の一の観点では、モータ駆動装置が、３相モータと、３相モータのロータに接続されたクラッチと、３相モータに３相電力を供給するインバータと、外部から与えられる上位トルク指令に応答して第１トルク指令を生成するトルク制御手段と、外部から与えられる上位速度指令と３相モータのロータ回転数とに応答して第２トルク指令を生成する速度制御手段と、第１トルク指令と第２トルク指令のいずれかから選択された選択トルク指令に応答してインバータを制御するインバータ制御手段と、クラッチを接続状態と分離状態の間で切り替えるクラッチ制御手段とを備えている。選択トルク指令は、クラッチの切り替えに対応して第１トルク指令と第２トルク指令のいずれかから選択される。トルク制御手段は、ロータ回転数の絶対値が所定の速度制限値を超えた場合、第１トルク指令の絶対値が上位トルク指令の絶対値より小さくなるように第１トルク指令を生成する。

このような構成のモータ駆動装置では、仮にクラッチが分離状態でトルク制御が行われても（即ち、第１トルク指令が選択トルク指令として選択されても）、ロータ回転数が所定の速度制限値を超えた場合には第１トルク指令が制限される。したがって、クラッチが分離状態で第１トルク指令が選択されてもロータ回転数の過剰な増加を防ぐことができる。

一実施形態では、トルク制御手段がロータ回転数が速度制限値を超えた場合に上位トルク指令から補正値を減じて第１トルク指令を生成する。このとき、補正値は、ロータ回転数が速度制限値を超えた場合にロータ回転数の増大と共に増大する。これにより、ロータ回転数の過剰さの程度に応じて適切な第１トルク指令、即ち、選択トルク指令を生成できる。

速度制限値は、上位速度指令の絶対値と同一値であるか、上位速度指令に依存して決定される値であることが好ましい。

速度制御手段は、第２トルク指令の絶対値を所定のトルク上限値以下に制限しながら第２トルク指令を生成することが好ましい。この場合には、仮にクラッチが接続状態で速度制御が行われても（即ち、第２トルク指令が選択トルク指令として選択されても）、選択トルク指令の過剰な増大を防ぐことができる。

トルク上限値は、上位トルク指令の絶対値と同一値であるか、上位トルク指令に依存して決定される値であることが好ましい。

一実施形態では、当該モータ駆動装置は、クラッチの接続状態への切り換えに合わせて第１トルク指令が選択されるトルクモードに移行し、クラッチの分離状態への切り換えに合わせて第２トルク指令が選択される速度モードに移行する。

このようなモータ駆動装置は、モータ駆動車両に適用されることが好ましい。この場合、上位コントローラが、アクセルペダルの位置に応答して上位トルク指令を生成し、変速機において選択されるギアに応じて上位速度指令を生成することが好ましい。

本発明によれば、トルク制御と速度制御の切り換えタイミングと、クラッチの接続／分離タイミングとの不一致の問題に対処するためのモータ制御技術が提供される。

本発明の一実施形態のモータ駆動車両１の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態においてインバータコントローラによって行われる制御演算の態様を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態においてインバータコントローラによって行われるトルク指令生成の態様を示す機能ブロック図である。

図１は、本発明の一実施形態におけるモータ駆動車両１の構成を示すブロック図である。本実施形態では、モータ駆動車両１は、パラレル型ハイブリッド車両として構成されている。より具体的には、モータ駆動車両１は、エンジン２と、クラッチ３と、３相モータ／発電機４と、ギアボックス５と、インバータ６と、バッテリ７とを備えている。エンジン２はクラッチ３を介して３相モータ／発電機４のロータに結合されており、３相モータ／発電機４を駆動する。クラッチ３は、エンジン２と３相モータ／発電機４とを機械的に接続し、又は分離する機能を有している。

３相モータ／発電機４のロータは、更に、ギアボックス５の入力軸５ａにも接続されている。ギアボックス５は変速ギアを備えており、所望のギア比で入力軸５ａ（即ち、３相モータ／発電機４のロータ）と出力軸５ｂとを接続する。ギアボックス５の出力軸５ｂは、ディファレンシャルギア（図示せず）を介して駆動輪に結合されている。

パラレル型ハイブリッド車両として構成されている本実施形態のモータ駆動車両１では、３相モータ／発電機４は、動力の発生と電力の発生に共用される。具体的には、３相モータ／発電機４は、インバータ６から３相電力の供給を受けてギアボックス５の入力軸５ａを駆動する。更に３相モータ／発電機４は、エンジン２又はギアボックス５の入力軸５ａによって駆動されて３相電力を発生し、インバータ６に供給する。

インバータ６は、３相モータ／発電機４がモータとして動作する場合にはバッテリ７から受け取った直流電力を３相電力に変換して３相モータ／発電機４に供給し、３相モータ／発電機４が発電機として動作する場合には、発生された３相電力を直流電力に変換してバッテリ７に蓄える。

このような構成のモータ駆動車両１の制御は、インバータコントローラ１１と上位コントローラ１４とを用いて行われる。インバータコントローラ１１は、インバータ６を制御する。詳細には、インバータ６から３相モータ／発電機４に供給されるｕ相、ｖ相、ｗ相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを測定する電流センサ１２が、インバータ６と３相モータ／発電機４とを接続する電力線に設けられ、また、３相モータ／発電機４のロータ位置θを逐次に測定するエンコーダ１３が３相モータ／発電機４に取り付けられる。インバータコントローラ１１は、ｕ相、ｖ相、ｗ相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、ロータ位置θと、ロータ位置θから算出されるロータ回転数ωに応答して、インバータ６のパワートランジスタのオンオフを制御する制御信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。上位コントローラ１４は、エンジン２、発電機３、インバータコントローラ１１、ギアボックス５その他の各種の機器を統括的に制御する。

本実施形態では、上位コントローラ１４は、上位トルク指令Ｔｕ^＊、上位速度指令ωｕ^＊、トルク制御速度制限値ω_ＬＩＭ、速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸ及びモード切換指令Ｓ_ＭＯＤＥをインバータコントローラ１１に供給する。上位トルク指令Ｔｕ^＊、上位速度指令ωｕ^＊は、それぞれ、３相モータ／発電機４のトルクＴ、ロータ回転数ωを指定する指令値である。上位トルク指令Ｔｕ^＊は、アクセルペダル１５の位置（又は変位）に応じて生成される。一方、上位速度指令ωｕ^＊は、ギアボックス５におけるギアの選択に応じて生成される。トルク制御速度制限値ω_ＬＩＭは、トルク制御が行われる場合にロータ回転数ωを制限するために使用される値である。速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸは、速度制御が行われる場合におけるトルクを制限するために使用される値である。トルク制御速度制限値ω_ＬＩＭ、速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸの使用の態様については、後に詳細に説明する。モード切換指令Ｓ_ＭＯＤＥは、インバータコントローラ１１にトルク制御を行うか速度制御を行うかを指示する指令である。上位コントローラ１４は、ギアボックス５の変速タイミングに合わせて（より具体的には、クラッチ３の接続／分離タイミングに合わせて）モード切換指令Ｓ_ＭＯＤＥを生成する。

なお、実際には、インバータコントローラ１１以外の様々な下位コントローラが使用されるが、図１には図示されない。また、本実施形態では、整流器４が使用されているが、その代わりに、パワートランジスタを用いて交流を直流に変換する電力コンバータを使用してもよい。また、本発明は、パラレル型ハイブリッド車両以外のモータ駆動車両にも適用可能であることにも留意されたい。

図２は、インバータコントローラ１１の制御ブロック図である。インバータコントローラ１１は、次の制御演算：トルク指令生成２１、電流指令生成２２、電流制御２３、３相−２相変換２４、２相−３相変換２５、及びＰＷＭ制御２６を行う。

トルク指令生成２１では、上述の上位トルク指令Ｔｕ^＊、上位速度指令ωｕ^＊、トルク制御速度制限値ω_ＬＩＭ、速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸ、及び、ロータ回転数ωに基づいて、最終的に３相モータ／発電機４の制御に使用されるトルク指令Ｔ^＊を生成する。ここで、トルク指令生成２１では、トルク制御が行われる場合には上位トルク指令Ｔｕ^＊に応じて（即ち、アクセルペダル１５の位置に応じて）トルク指令Ｔ^＊が生成され、速度制御が行われる場合には、上位速度指令ωｕ^＊及びロータ回転数ωに応じてトルク指令Ｔ^＊が生成される。トルク指令生成２１におけるトルク指令Ｔ^＊の生成については、後に詳細に説明する。

電流指令生成２２では、トルク指令Ｔ^＊に応答してｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊とが生成される。ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊は、通常時には０に設定されるが、弱め界磁制御が行われる場合にはｄ軸電流指令Ｉｄ^＊が非零の値に設定される。ｑ軸電流指令Ｉｑ^＊は、トルク指令Ｔ^＊に対応する値、最も単純には比例する値に設定される。ただし、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊の算出に様々な手法が採用可能であることは、当業者には理解されよう。

３相−２相変換２４では、電流センサ１２によって測定されたｕ相、ｖ相、ｗ相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対して３相−２相変換を行うことにより、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑが算出される。この３相−２相変換２４においては、エンコーダ１３によって測定されたロータ位置θが使用される。算出されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑは、３相モータ／発電機４に供給される。

電流制御２３では、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊とｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とを生成する。一実施形態では、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｄ軸電流Ｉｄの差分が小さくなるようにＰＩ制御が行われてｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊が生成され、ｑ軸電流指令Ｉｑ^＊とｑ軸電流Ｉｑの差が小さくなるようにＰＩ制御が行われてｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊が生成される。

２相−３相変換２５では、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とに対して２相−３相変換が行われ、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊が生成される。この２相−３相変換２５においては、エンコーダ１３によって測定されたロータ位置θが使用される。

ＰＷＭ制御２６では、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊に基づいてＰＷＭ制御が行われ、これによりインバータ６のパワートランジスタのオンオフを制御する制御信号Ｓ_ＰＷＭが生成される。

なお、上述の各演算は、ハードウェア、ソフトウェア、及びこれらの組み合わせのいずれで実現されてもよい。

図３は、本実施形態において、インバータコントローラ１１がトルク指令生成２１において実行する演算をより詳細に説明する図である。本実施形態では、インバータコントローラ１１が２つの制御モード：トルクモードと速度モードとを有しており、トルクモードと速度モードの間の切り換えが、上位コントローラ１４からインバータコントローラ１１に与えられるモード切換指令Ｓ_ＭＯＤＥに応答して行われる。トルクモードでは、上位トルク指令Ｔｕ^＊に応じてトルク指令Ｔ^＊が生成され、これにより、トルク制御が行われる。ここで、トルクモードにおけるトルク指令Ｔ^＊は、概ね、上位トルク指令Ｔｕ^＊に一致するが、変化量の制限が行われ、更に、ロータ回転数ωの絶対値がトルク制御速度制限値ω_ＬＩＭを超える場合には補正値ΔＴによって補正される。一方、速度モードでは、上位速度指令ωｕ^＊とロータ回転数ωの差が小さくなるようにトルク指令Ｔ^＊が生成され、これにより、速度制御が行われる。ただし、トルク指令Ｔ^＊は、その絶対値が速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸ以下に制限される。より詳細には、以下のようにしてトルク指令Ｔ^＊が生成される。

第１に、インバータコントローラ１１は、上位トルク指令Ｔｕ^＊に基づいてトルクモードトルク指令Ｔｔｏｒ^＊を生成する。トルクモードトルク指令Ｔｔｏｒ^＊の算出処理では、変化量リミット処理３１、補正値算出３２、及び減算処理３３が行われる。変化量リミット処理３１では、その出力値の変化量を所定範囲に制限するための処理が行われる。この変化量リミット処理３１によって得られた出力値を、以下では、変化量制限トルク指令Ｔｕ＾という。より詳細には、インバータコントローラ１１がトルクモードに設定された場合には、変化量制限トルク指令Ｔｕ＾は、その変化量が所定範囲内に制限される条件の下で上位トルク指令Ｔｕ^＊を追随する値に定められる。このような処理を行うために、過去に出力された変化量制限トルク指令Ｔｕ＾の値が、インバータコントローラ１１の所定の記憶領域に保持される。一方、インバータコントローラ１１が速度モードに設定された場合には、トルク指令Ｔ^＊が取り込まれて所定の記憶領域に保持されるとともに変化量制限トルク指令Ｔｕ＾として出力される。速度モード時にトルク指令Ｔ^＊が保持されることにより、速度モードからトルクモードに切り替えられた場合には、保持されている値を基準として変化量制限トルク指令Ｔｕ＾の変化量が制限されることになる。後述されるように、これは、トルク制御と速度制御の間の切り換え時のショックの低減に有用である。

補正値算出３２では、ロータ回転数ωとトルク制御速度制限値ω_ＬＩＭ（＞０）とに基づいて補正値ΔＴが算出される。補正値ΔＴは、ロータ回転数ωがトルク制御速度制限値ω_ＬＩＭよりも大きい場合にはロータ回転数ωの増加に伴って増加する正値をとり、ロータ回転数ωが−ω_ＬＩＭよりも小さい場合にはロータ回転数ωの減少に伴って減少する負値をとる。ここで、ロータ回転数ωが負であるとは、モータ駆動車両１が後方に走行する場合等のように、３相モータ／発電機４が逆回転する場合を意味している。一方、ロータ回転数ωの絶対値がトルク制御速度制限値ω_ＬＩＭよりも小さい場合、補正値ΔＴはゼロである。一実施形態では、補正値ΔＴは、下記の演算式で決定される：
ΔＴ＝０ （ｆｏｒ −ω_ＬＩＭ≦ω≦ω_ＬＩＭ）， ・・・（１ａ）
ΔＴ＝ｋ（ω−ω_ＬＩＭ）， （ｆｏｒ ω＞ω_ＬＩＭ）， ・・・（１ｂ）
ΔＴ＝ｋ（ω＋ω_ＬＩＭ）， （ｆｏｒ ω＜−ω_ＬＩＭ）． ・・・（１ｃ）
ここで、ｋは、正の比例定数である。

減算処理３３では、トルク指令Ｔｕ＾から補正値ΔＴを減じることにより、トルクモードトルク指令Ｔｔｏｒ^＊が算出される。

並行して、インバータコントローラ１１は、上位速度指令ωｕ^＊とロータ回転数ωとに応答して速度モードトルク指令Ｔｓｐ^＊を生成する。詳細には、速度モードトルク指令Ｔｓｐ^＊の算出処理では、変化量リミット処理３４、減算処理３５、速度ＰＩ制御処理３６、及び、上限値制限処理３７が行われる。

変化量リミット処理３４では、その出力値の変化量を所定範囲に制限するための処理が行われる。この変化量リミット処理３４によって得られた出力値を、以下では、変化量制限速度指令ωｕ＾という。より詳細には、インバータコントローラ１１が速度モードに設定された場合には、変化量制限速度指令ωｕ＾は、その変化量が所定範囲内に制限される条件の下で上位速度指令ωｕ^＊を追随する値に定められる。一方、インバータコントローラ１１がトルクモードに設定された場合には、ロータ回転数ω（の実測値）が取り込まれて所定の記憶領域に保持されるとともに変化量制限速度指令ωｕ＾として出力される。トルクモード時にロータ回転数ω（の実測値）が保持されることにより、トルクモードから速度モードに切り替えられた場合には、保持されている値を基準として変化量制限速度指令ωｕ＾の変化量が制限されることになる。後述されるように、これは、トルク制御と速度制御の間の切り換え時のショックの低減に有用である。

減算処理３５では、変化量制限速度指令ωｕ＾とロータ回転数ωの差分が算出される。

速度ＰＩ制御３６では、変化量制限速度指令ωｕ＾とロータ回転数ωの差分Δωに基づいてＰＩ制御が行われる。詳細には、速度モード時には、Δωと比例ゲインＫ_Ｐとの積、及び、Δωと積分ゲインＫ_Ｉとの積の積分値が算出される。積分値は、インバータコントローラ１１の所定の記憶領域に保持される。更に、Δωと比例ゲインＫ_Ｐとの積と前記積分値とを加算して得られた和がＰＩ制御トルク指令Ｔ_ＰＩ ^＊として出力される。一方、トルクモードに設定された場合には、トルク指令Ｔ^＊が取り込まれ、積分値の代わりに該記憶領域に保持される。

上限値制限処理３７では、その出力値の大きさを速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸ（＞０）以下に制限するための処理が行われる。この上限値制限処理３７によって得られた出力値が、速度モードトルク指令Ｔｓｐ^＊である。詳細には、ＰＩ制御トルク指令Ｔ_ＰＩ ^＊の絶対値が速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸより小さい場合には、速度モードトルク指令Ｔｓｐ^＊は、ＰＩ制御トルク指令Ｔ_ＰＩ ^＊と同一の値に定められる。一方、ＰＩ制御トルク指令Ｔ_ＰＩ ^＊が速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸ超える場合には、速度モードトルク指令Ｔｓｐ^＊が速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸに固定され、ＰＩ制御トルク指令Ｔ_ＰＩ ^＊が−Ｔ_ＭＡＸ未満である場合には、速度モードトルク指令Ｔｓｐ^＊が−Ｔ_ＭＡＸに固定される。

最終的に３相モータ／発電機４の制御に用いられるトルク指令Ｔ^＊は、上記のようにして生成されたトルクモードトルク指令Ｔｔｏｒ^＊と速度モードトルク指令Ｔｓｐ^＊のうちから選択される。詳細には、インバータコントローラ１１がトルクモードに設定された場合には、トルクモードトルク指令Ｔｔｏｒ^＊がトルク指令Ｔ^＊として選択され、インバータコントローラ１１が速度モードに設定された場合には、速度モードトルク指令Ｔｓｐ^＊がトルク指令Ｔ^＊として選択される。

上記の制御で使用されるトルク制御速度制限値ω_ＬＩＭと速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸは、上位コントローラ１４から与えられる値であり、様々な態様で生成され得る。ただし、トルク制御速度制限値ω_ＬＩＭは、上位速度指令ωｕ^＊と特定の対応関係を有する値として生成される。例えば、トルク制御速度制限値ω_ＬＩＭは、上位速度指令ωｕ^＊の絶対値と同一の値であってもよく、上位速度指令ωｕ^＊に依存して決定される値であってもよい。また、速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸは、上位トルク指令Ｔｕ^＊と特定の対応関係を有する値として生成される。例えば、速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸは、上位トルク指令Ｔｕ^＊の絶対値と同一の値であってもよく、上位トルク指令Ｔｕ^＊に依存して決定される値であってもよい。

以下では、本実施形態における、ギアボックス５におけるクラッチ３の接続状態／分離状態の切り換えと、トルクモード時及び速度モード時のトルク指令Ｔ^＊の生成とについて、より具体的に説明する。
通常運転時（即ち、クラッチ３が接続状態にあるとき）には、上位トルク指令Ｔｕ^＊がアクセルペダル１５の位置に応じて生成されると共に、インバータコントローラ１１がトルクモードに設定されてトルク制御が行われる。詳細には、上位トルク指令Ｔｕ^＊に対して変化量リミット処理３１が行われて変化量制限トルク指令Ｔｕ＾が算出され、更に、変化量制限トルク指令Ｔｕ＾から補正値ΔＴが減じられることによってトルクモードトルク指令Ｔｔｏｒ^＊、即ち、トルク指令Ｔ^＊が算出される。

一方、ギアボックス５におけるギアの切り換え時のように、クラッチ３が分離状態になると、上位速度指令ωｕ^＊がギアボックス５のギアの選択に応じて生成されると共に、インバータコントローラ１１が速度モードに設定されて速度制御が行われる。これにより、３相モータ／発電機４のロータ回転数ωがギアボックス５の入力軸の回転速度に合わせられる。詳細には、上位速度指令ωｕ^＊に対して変化量リミット処理３４が行われて変化量制限速度指令ωｕ＾が算出され、更に、変化量制限速度指令ωｕ＾とロータ回転数ωの差に対してＰＩ制御がお行われてＰＩ制御トルク指令Ｔ_ＰＩ ^＊が生成される。このＰＩ制御トルク指令Ｔ_ＰＩ ^＊に対して上限値制限処理３７が行われて速度モードトルク指令Ｔｓｐ^＊、即ち、トルク指令Ｔ^＊が算出される。

ここで、本実施形態のインバータコントローラ１１では、以下に述べられるような動作により、トルクモードと速度モードの切り換え時のショック発生を有効に防いでいる。

第１に、上位トルク指令Ｔｕ^＊に対して補正値ΔＴによる補正を行ってトルクモードトルク指令Ｔｔｏｒ^＊を生成することにより、速度モードからトルクモードへの切り換え時にロータ回転数ωの過剰な増大を防ぎ、ショックを軽減している。詳細には、速度モードからトルクモードに制御が切り替えられた時、機械的機構であるクラッチ３の作動が遅れ、クラッチ３が外れた状態でトルクモードに制御が移る場合がある。クラッチ３が外れたままでトルク制御が行われると、ロータ回転数ωが過剰に増加する可能性があり、ロータ回転数ωの過剰な増加は、運転者にはショックとして感じられる。しかしながら、本実施形態では、ロータ回転数ωの絶対値がトルク制御速度制限値ω_ＬＩＭ（＞０）よりも大きい場合に補正を行うことにより、トルクモード時においてロータ回転数ωが過剰な場合にトルク指令Ｔ^＊の絶対値が（上位トルク指令Ｔｕ^＊の絶対値よりも小さくなるように）抑制される。これは、速度モードからトルクモードへの切り換え時におけるショックを有効に軽減する。このとき、本実施形態では、補正値ΔＴがロータ回転数ωに依存して生成されているため（上述の式（１ｂ）、（１ｃ）を参照）、ロータ回転数ωの過剰さの程度に応じて適切なトルク制御トルク指令Ｔｔｏｒ^＊、即ち、トルク指令Ｔ^＊を生成することができる。

第２に、速度モード時のトルク指令Ｔ^＊の絶対値を速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸ（＞０）以下に制限することにより、トルクモードから速度モードへの切り換え時におけるトルク指令Ｔ^＊の過剰な増大を防ぎ、ショックを軽減している。詳細には、トルクモードから速度モードに制御が切り替えられた時、機械的機構であるクラッチ３の作動が遅れ、クラッチ３が接続された状態で速度モードに制御が移る場合がある。この場合、クラッチ３が接続された状態で速度制御が行われると、トルク指令Ｔ^＊が過剰に上昇することがあり、これは、運転者にはショックとして感じられる。しかしながら、本実施形態では、速度モード時に、トルク指令Ｔ^＊の絶対値が速度制御トルク上限値Ｔ_ＭＡＸ以下に制限される。これは、トルクモードから速度モードへの切り換え時におけるショックを有効に軽減する。

第３に、速度モード時において、トルク指令Ｔ^＊が変化量リミット処理３１にフィードバックされて保持される。トルク指令Ｔ^＊が変化量リミット処理３１にフィードバックされて保持されて速度モードからトルクモードへの切り換え時に変化量の制限の基準として使用されることにより、変化量制限トルク指令Ｔｕ＾の急変、即ち、トルク指令Ｔ^＊の急変が防がれる。これは、ショックを軽減するために有効である。

第４に、トルクモード時において、ロータ回転数ωが変化量リミット処理３４にフィードバックされて保持される。トルク指令Ｔ^＊が変化量リミット処理３４にフィードバックされて保持されてトルクモードから速度モードへの切り換え時に変化量の制限の基準として使用されることにより、変化量制限速度指令ωｕ＾の急変、即ち、トルク指令Ｔ^＊の急変が防がれる。これは、ショックを軽減するために有効である。

第５に、トルクモード時において、トルク指令Ｔ^＊が速度ＰＩ制御３６にフィードバックされ、速度ＰＩ制御３６における積分値として保持される。これにより、トルクモードから速度モードへの切り換え時にＰＩ制御トルク指令Ｔ_ＰＩ ^＊の急変、即ち、トルク指令Ｔ^＊の急変が防がれる。これは、ショックを軽減するために有効である。

以上に説明されているように、本実施形態のモータ駆動車両１は、トルク制御と速度制御の切り換え時のショックを有効に軽減することができる。

以上には、本発明の実施形態について具体的に記載しているが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態は、当業者に自明な様々な変更がなされ得る。例えば、上記には、トルク制御と速度制御の間の切り換え時におけるショック低減のための５つの手法が記載されているが、本発明を現実に実施する際に、その全てを採用する必要があると解釈してはならない。上記の５つの手法のうちの一部のみが採用されてもよい。また、上記ではモータ駆動車両の実施形態が記述されているが、本発明は、３相モータのロータにクラッチが接続されると共にトルク制御と速度制御とが選択的に行われる様々なモータ駆動装置に適用可能である。

１：モータ駆動車両
２：エンジン
３：クラッチ
４：３相モータ／発電機
５：ギアボックス
６：インバータ
７：バッテリ
１１：インバータコントローラ
１２：電流センサ
１３：エンコーダ
１４：上位コントローラ
１５：アクセルペダル
２１：トルク指令生成
２２：電流指令生成
２３：電流制御
２４：３相−２相変換
２５：２相−３相変換
２６：ＰＷＭ制御
３１：変化量リミット処理
３２：補正値算出
３３：減算処理
３４：変化量リミット処理
３５：減算処理
３６：速度ＰＩ制御
３７：上限値制限処理

Claims (16)

1. ３相モータと、
   前記３相モータのロータに接続されたクラッチと、
   前記３相モータに３相電力を供給するインバータと、
   外部から与えられる上位トルク指令に応答して第１トルク指令を生成するトルク制御手段と、
   外部から与えられる上位速度指令と前記３相モータのロータ回転数とに応答して第２トルク指令を生成する速度制御手段と、
   前記第１トルク指令と前記第２トルク指令のいずれかから選択された選択トルク指令に応答して前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
   前記クラッチを接続状態と分離状態の間で切り替えるクラッチ制御手段とを備え、
   とを具備し、
   前記選択トルク指令は、前記クラッチの切り替えに対応して前記第１トルク指令と前記第２トルク指令のいずれかから選択され、
   前記トルク制御手段は、前記ロータ回転数の絶対値が所定の速度制限値を超えた場合、前記第１トルク指令の絶対値が前記上位トルク指令の絶対値より小さくなるように前記第１トルク指令を生成する
   モータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記トルク制御手段は、前記ロータ回転数が前記速度制限値を超えた場合、前記上位トルク指令から補正値を減じて前記第１トルク指令を生成し、
   前記補正値は、前記ロータ回転数が前記速度制限値を超えた場合に前記ロータ回転数の増大と共に増大する
   モータ駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載のモータ駆動装置であって、
   前記速度制限値は、前記上位速度指令の絶対値と同一値であるか、前記上位速度指令に依存して決定される値である
   モータ駆動装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記速度制御手段は、前記第２トルク指令の絶対値を所定のトルク上限値以下に制限しながら前記第２トルク指令を生成する
   モータ駆動装置。
5. 請求項４に記載のモータ駆動装置であって、
   前記トルク上限値は、前記上位トルク指令の絶対値と同一値であるか、前記上位トルク指令に依存して決定される値である
   モータ駆動装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記クラッチの前記接続状態への切り換えに合わせて前記第１トルク指令が選択されるトルクモードに移行し、
   前記クラッチの前記分離状態への切り換えに合わせて前記第２トルク指令が選択される速度モードに移行する
   モータ駆動装置。
7. ３相モータと、
   前記３相モータのロータに接続されたクラッチと、
   前記３相モータに３相電力を供給するインバータと、
   外部から与えられる上位トルク指令に応答して第１トルク指令を生成するトルク制御手段と、
   外部から与えられる上位速度指令と前記３相モータのロータ回転数とに応答して第２トルク指令を生成する速度制御手段と、
   前記第１トルク指令と前記第２トルク指令のいずれかから選択された選択トルク指令に応答して前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
   前記クラッチを接続状態と分離状態の間で切り替えるクラッチ制御手段
   とを具備し、
   前記選択トルク指令は、前記クラッチの切り替えに対応して前記第１トルク指令と前記第２トルク指令のいずれかから選択され、
   前記速度制御手段は、前記第２トルク指令の絶対値を所定のトルク上限値以下に制限しながら前記第２トルク指令を生成する
   モータ駆動装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記トルク制御手段は、前記上位トルク指令を追随する変化量制限トルク指令を変化量を制限しながら生成し、且つ、前記変化量制限トルク指令に応答して前記第１トルク指令を生成し、且つ、
   前記トルク制御手段は、前記第２トルク指令が前記選択トルク指令として選択されている間、前記選択トルク指令を記憶領域に保持し、前記選択トルク指令が前記第２トルク指令から前記第１トルク指令に切り換えられた場合に前記記憶領域に保持されている前記選択トルク指令の値を基準として前記変化量制限トルク指令を生成する
   モータ駆動装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記速度制御手段は、前記上位速度指令を追随する変化量制限速度指令を変化量を制限しながら生成し、且つ、前記変化量制限速度指令に応答して前記第２トルク指令を生成し、且つ、
   前記トルク制御手段は、前記第１トルク指令が前記選択トルク指令として選択されている間、前記ロータ回転数の実測値を記憶領域に保持し、前記選択トルク指令が前記第１トルク指令から前記第２トルク指令に切り換えられた場合に前記記憶領域に保持されている前記実測値を基準として前記変化量制限速度指令を生成する
   モータ駆動装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
    前記速度制御手段は、前記上位速度指令と前記３相モータのロータ回転数とに応答したＰＩ制御によって前記第２トルク指令を生成し、
    前記第１トルク指令が前記選択トルク指令として選択されている間、前記ＰＩ制御の積分値として前記選択トルク指令が保持される
    モータ駆動装置。
11. ３相モータと、
    前記３相モータのロータに接続された入力軸と、クラッチとを備える変速機と、
    前記変速機の出力軸に機械的に結合された駆動輪と、
    前記３相モータを駆動するインバータと、
    アクセルペダルと、
    前記アクセルペダルの位置に応答して上位トルク指令を生成し、前記変速機において選択されるギアに応じて上位速度指令を生成する上位コントローラと、
    前記上位トルク指令に応答して第１トルク指令を生成するトルク制御手段と、
    前記上位速度指令と前記３相モータのロータ回転数とに応答して第２トルク指令を生成する速度制御手段と、
    前記第１トルク指令と前記第２トルク指令のいずれかから選択された選択トルク指令に応答して前記インバータを制御するインバータ制御手段と、
    前記クラッチを接続状態と分離状態の間で切り替えるクラッチ制御手段とを備え、
    とを具備し、
    前記選択トルク指令は、前記クラッチの切り替えに対応して前記第１トルク指令と前記第２トルク指令のいずれかから選択され、
    前記トルク制御手段は、前記ロータ回転数の絶対値が所定の速度制限値を超えた場合、前記第１トルク指令の絶対値が前記上位トルク指令の絶対値より小さくなるように前記第１トルク指令を生成する
    モータ駆動車両。
12. 請求項１１に記載のモータ駆動車両であって、
    前記トルク制御手段は、前記ロータ回転数が前記速度制限値を超えた場合、前記上位トルク指令から補正値を減じて前記第１トルク指令を生成し、
    前記補正値は、前記ロータ回転数が前記速度制限値を超えた場合に前記ロータ回転数の増大と共に増大する
    モータ駆動車両。
13. 請求項１１又は１２に記載のモータ駆動車両であって、
    前記速度制限値は、前記上位速度指令の絶対値と同一値であるか、前記上位速度指令に依存して決定される値である
    モータ駆動車両。
14. 請求項１１乃至１３のいずれかに記載のモータ駆動車両であって、
    前記速度制御手段は、前記第２トルク指令の絶対値を所定のトルク上限値以下に制限しながら前記第２トルク指令を生成する
    モータ駆動車両。
15. 請求項１４に記載のモータ駆動車両であって、
    前記トルク上限値は、前記上位トルク指令の絶対値と同一値であるか、前記上位トルク指令に依存して決定される値である
    モータ駆動車両。
16. 請求項１１乃至１５のいずれかに記載のモータ駆動車両であって、
    前記クラッチの前記接続状態への切り換えに合わせて前記第１トルク指令が選択されるトルクモードに移行し、
    前記クラッチの前記分離状態への切り換えに合わせて前記第２トルク指令が選択される速度モードに移行する
    モータ駆動車両。

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