JP2014079087A - 電気自動車のモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者に違和感のある車速変化を感じさせずに、走行中におけるバッテリの不要な電力消費を抑えて省電力走行を可能にした電気自動車のモータ制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ２を電源としてインバータ３を介して給電するモータ１の駆動により走行する電気自動車のモータ制御装置であり、アクセル情報７，ブレーキ情報８，シフトレバー情報９、および速度・位置接極子で取得したモータ速度情報を基にモータ１への出力トルクを演算する車両の統合制御ユニット４からのトルク指令を受けてモータをインバータ制御するモータ制御装置５において、該モータ制御装置には、その動作モードとして停車モード，加速モード，減速モード，および定速モードを設定，管理し、車両走行中に所定の周期でサンプリングしたモータ速度の経時変化が許容範囲の定速モードでは、モータ制御を中断して車両を惰性走行させてバッテリ１の消費電力を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリを電源としたモータの駆動で走行する電気自動車（ＥＶ）のモータ制御装置に関する。

周知のように、バッテリを電源としてモータ（ＥＶモータ）の駆動で走行する電気自動車に搭載したモータ制御装置は、アクセル，ブレーキ，シフトレバーなどの操作情報、およびモータの速度情報を基にモータの適正な出力トルク（指令トルク）を演算する車両の統合制御ユニット（ＥＣＵ）からのトルク指令を受けてモータ１をインバータ制御（ＰＷＭ制御）するようにしており、その制御システムのブロック図を図５に示す。

図５において、１は車両の動輪を駆動するモータ（ＥＶモータ）、２はインバータ３を介してモータ１に電力を供給するバッテリ、４は車両の統合制御ユニット（ＥＣＵ）、５は統合制御ユニット４からのトルク指令を受けてインバータ３にＰＷＭ信号を出力するモータ制御装置、６はモータ１の回転速度，ロータ位置を検出する速度・位置センサ（レゾルバ）である。

上記の制御システムにおいて、車両の統合制御ユニット４はアクセル情報７，ブレーキ情報８，シフトレバー情報９、および速度・位置センサ６で取得したモータ１の速度情報を基に、モータ１の適正な出力トルクを演算し、そのトルク指令をモータ制御装置５に一定の周期（例えば５０msec）で送信（例えばＣＡＮ通信）する。

一方、モータ制御装置５は、インバータ３の制御ドライバ，通信インターフェースなどを搭載し、前記統合制御ユニット４からのトルク指令を受けて、その指令のトルク量に対応したモータトルクを出力するようにモータ１をインバータ制御（ＰＷＭ制御）してモータを駆動する。

図６は前記制御システムによる車両の発進から停止までの各走行状態の車速（走行速度），および指令トルクのタイムチャートを表している。すなわち、車両の発進→加速の行程では運転者が運転スイッチ，アクセルをＯＮとしてアクセルの踏み込み量を増す。これにより、統合制御ユニット４からの指令トルク（力行トルク）が増加し、この指令を受けてモータ制御装置５がモータ１を加速制御して車速がＵＰする。そして、車速が所望の目標速度に達すると運転者はアクセルを緩めてこの走行速度を保つように定速走行の運転状態となる。なお、この走行状態では車速を加速する必要がないのでこの定速度を維持するように統合制御ユニット４からの指令トルク（力行トルク）は小さくなる。一方、アクセルＯＦＦ，ブレーキＯＮにして減速→停止する行程では、統合制御ユニット４からの指令トルクがマイナス方向の回生トルクとなり、この指令を受けてモータ１は回生ブレーキにより制動して停止する。なお、回生電力はインバータ３を通じてバッテリ２に充電される。

なお、前記の制御システムとは別に、車両の前輪駆動用，後輪駆動用に主駆動モータ，副駆動モータを搭載した４輪駆動のハイブリッド車，電気自動車に関するモータ制御として、後輪駆動を必要としない走行状態では副駆動モータへの給電を停止してバッテリの消費電力を抑えるようにした制御方式が、例えば特許文献１で知られている。

特開２０１０−２３３３７３号公報

先記した電気自動車は、一回のバッテリ充電で走行する距離を延ばすために、バッテリの不要な消費電力をできるだけ抑えて省電力走行を図ることが望まれる。
かかる点、図５，図６で述べた制御システムのモータ制御装置５は、車両の走行中に統合制御ユニット４からの指令トルクに従って継続的にインバータ３を通電制御しており、このために定速走行中は統合制御ユニット４からの指令トルクが低くなるものの、インバータ３を通じてバッテリ２からモータ１に給電する電気パスには電流が流れ続け、さらにインバータ３においてもその電力変換損失（定常損失，スイッチング損失）による電力消費が生じる。

一方、ガソリンエンジンを搭載した車両で平坦な高速道路などを定速走行している状態では、例えばアクセルをＯＦＦにする、あるいはシフトレバーの位置をニュートラルにして車両を惰性走行の運転状態に切替えても、運転者が殆ど違和感を感じずにある程度の距離は同じ車速を保って走行することが経験的に知見されている。

しかしながら、図５，図６で述べた従来のモータ制御システムでは、車両の定速走行中でもモータ１のインバータ制御によりバッテリ２の電力が消費される。そのほか車両走行中にアクセルをＯＦＦ、あるいはシフトレバーをニュートラル位置に切替えると、その切替え操作に応じて統合制御ユニット４からのトルク指令が変更され、この指令に基づいてモータ制御装置５はモータ１の出力トルクを低トルクに制御するために、走行中の車速が急に変化して運転者に違和感のある走行感覚を与えることになる。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は先記したモータ制御システムをベースに、運転者に違和感のある車速変化を感じさせずに、走行中におけるバッテリの不要な電力消費を抑えて省電力走行を可能にした電気自動車のモータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、バッテリを電源とするモータの駆動により走行する電気自動車のモータ制御装置であって、アクセル情報，ブレーキ情報，シフトレバー情報、およびモータ速度情報を基にモータへの出力トルクを演算する車両の統合制御ユニットからのトルク指令を受けてモータをインバータ制御するモータ制御装置において、
当該モータ制御装置は、その動作モードとして停車モード，加速モード，減速モード，および定速モードを設定，管理し、車両走行中に所定の周期でサンプリングしたモータ速度の経時変化が許容範囲の定速モードでは、モータ制御装置がモータ制御を中断して車両を惰性走行させるものとし（請求項１）、ここでモータ速度のサンプリング周期を統合制御ユニットからモータ制御装置に通知するトルク指令周期よりも短い周期に設定して動作モードの切替え判定、および定速モードに対応するモータ制御（インバータ制御の中断）を行うようにする（請求項２）。

また、前記動作モードの停車モードでは、停止位置からの車両移動がない条件でモータ制御装置がモータ制御を中断し（請求項３）、さらにこの停車モードで車両の移動が検知された際にはインバータのサーボロック機能を有効にする（請求項４）。

上記モータ制御装置の制御方式によれば、車両の統合制御ユニットからのトルク指令にそのまま従うのではなく、時々刻々変わる車速の変化に応じてモータ制御装置が所定の周期でサンプリングしたモータ速度の変化から判断して動作モードを切替え、その定速モードではモータ制御装置がモータ制御を一時的に中断する割り込み処理を実行して車両を惰性走行（フリーラン）にする。これにより、バッテリの電力消費を低減して車両の走行距離を延ばす省電力走行が実現できる。

また、この場合にモータの速度変化をサンプリングする周期を、統合制御ユニットからモータ制御装置に通知するトルク指令の周期よりも短い周期に設定することにより、運転者に違和感のある走行速度の変化を感じさせずにモータ制御の中断，再開を繰り返してバッテリの電力消費を低減できる。

また、道路渋滞などで走行中に一時停止した際の停車モードにおいても、停止位置からの車両の移動が無いことを条件にモータ制御装置がモータ制御を中断することで、不要なバッテリの電力消費を抑えることができ、さらに停止位置が坂道でインバータ制御を中断すると車両がずり下がるおそれのある場合には、インバータのサーボロック機能を有効するよう制御を行うことで、車両の不測なずれ下がりを防止して運転者の運転操作性を改善できる。

本発明の実施例によるモータ制御システムのブロック図である。 図１のモータ制御装置で設定した動作モードの各モードの相間関係を表す図である。 図２における動作モードのモード切替えに対応するモータ制御装置の制御ルーチンを表すフローチャートである。 本発明のモータ制御装置による車両の走行状態に対応した車速，指令トルク，およびモータ制御装置のモータ制御による実トルクを表すタイムチャートである。 従来における電気自動車のモータ制御システムを表すブロック図である。 図５のモータ制御装置による車両の各走行状態に対応した車速，指令トルクを表すタイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。
図示実施例のモータ制御システムは、基本的に図５に示した従来の制御システムと同様に上位の車両統合制御ユニット４と、下位のモータ制御装置５からなり、統合制御ユニット４からモータ制御装置５に通知されるトルク指令と、モータ制御装置５に新しく追加した次記の割り込み制御機能によりモータ１の出力トルクをそのときの車両走行状態に応じて制御するようにしている。

すなわち、図示実施例のモータ制御装置５においては、従来装置と同様なインバータ３の制御用ドライバ５ａのほかに、モータ制御の動作モードとして停車モード，加速モード，減速モード，および定速モードを設定し、速度・位置センサ６で検出した速度情報を基に前記動作モードを切替え管理する制御ソフト５ｂを搭載し、その動作モードの切替えに応じて後記のようにモータ制御を中断，再開する割り込み制御を行うようにしており、前記動作モードにおける停車モード，加速モード，減速モード，および定速モードの相間関係を図２に示し、またその各モードの判定，切替えに対応してモータ制御装置５が割り込み処理を実行する制御ルーチンを図３のフローチャートで示す。

また、図３の制御ルーチンにおいては、統合制御ユニット４から周期的にモータ制御装置５に送信されるトルク指令の周期（例えば５０msec）よりも短い周期（例えば５msec）で速度・位置センサ６から取得した速度信号を繰り返しサンプリングして前回の速度と今回の速度を比較し、その速度変化の有無，およびその変化の方向（ＵＰ，ＤＯＷＮ）から次記のように動作モード（図２参照）を切替える。

すなわち、停止状態から発進した車両の走行中にアクセルを踏み込んで速度をＵＰすると加速モードとなり、ブレーキを踏み込んで速度をＤＯＷＮさせると減速モードに移行する。また、走行中にブレーキを踏み続けて速度が０（ゼロ）になれば停車モードになる。

一方、走行中の車速が目標速度に達したところで運転者がアクセルを緩め、この走行状態で周期的にサンプリングした速度の変化が一定範囲内（あらかじめ設定した上限値と下限値の間の許容範囲）であれば動作モードを定速モードに切替えるとともに、この定速モードが経時的に所定の経過時間（例えば、速度サンプリング周期（５msec）×１０＝５０msec）続いた条件で、モータ制御装置５は統合制御ユニット４からのトルク指令に優先してモータ制御（インバータ制御）を一時的に中断（バッテリ２からモータ１，インバータ３への給電を停止）する割り込み処理を実行し、モータ１の空転状態で車両を惰性走行（フリーラン）させる。

また、この惰性走行により車速が低下すると、モータ制御装置５の動作モードは定速モードから脱して減速モードに移行し、これにより定速モード中に中断していたモータ制御を再開し、統合制御ユニット４からのトルク指令に従ったモータ制御の状態に復帰する。

次に、上記したモータ制御による車両の走行状態に対応した車速，指令トルク，および実トルクの推移を表すタイムチャートを図４に示す。この図から判るように、発進，加速行程を経て所望の目標速度に達した後の定速走行状態では、統合制御ユニット４から通知される指令トルクは一定であるが、図３で述べたモータ制御装置５における先記動作モードのモード切替え、およびモータ制御の中断，再開により実トルクは図示のようにトルク指令に対応した力行トルクと、出力トルク０（ゼロ）を周期的に繰り返して車速をほぼ一定の走行状態に維持する。

これにより、運転者に違和感のある走行速度の変化を感じさせずに、車両走行中におけるバッテリ２の消費電力を低減して省電力走行が実現できる。
次に、道路渋滞などで走行中に車両を一時的に停車した際における前記モータ制御装置５の制御機能について説明する。すなわち、図３のフローチャートで車両の停止により、動作モードが停車モードに移行した状態では、停止位置からの車両の移動がない条件で先記と同様にモータ１のモータ制御を中断してバッテリ２の不必要で電力消費を抑える。

また、この場合に車両を停止した道路が傾斜していて、モー制御を中断してＥＶモータ１の出力トルクをゼロにすると、車両が道路の傾斜勾配に沿ってずれ下がるおそれがある。なお、ガソリンエンジン車では、通常クリープ走行制御を行って車両のずれ下がりを防止するようにしているが、本発明では停車モードで車両の移動が検知された際、はインバータのサーボロック機能を有効にして車両の不測なずれ下がりを防止するようにしている。

１ モータ（ＥＶモータ）
２ バッテリ
３ インバータ
４ 統合制御ユニット
５ モータ制御装置
５ａ インバータドライバ
５ｂ 制御ソフト
６ 速度・位置センサ（レゾルバ）
７ アクセル情報
８ ブレーキ情報
９ シフトレバー情報

Claims (4)

1. バッテリを電源とするモータの駆動により走行する電気自動車のモータ制御装置であって、アクセル情報，ブレーキ情報，シフトレバー情報、およびモータ速度情報を基にモータへの出力トルクを演算する車両の統合制御ユニットからのトルク指令を受けてモータをインバータ制御するモータ制御装置において、
   当該モータ制御装置は、その動作モードとして停車モード，加速モード，減速モード，および定速モードを設定，管理し、車両走行中に所定の周期でサンプリングしたモータ速度の経時変化が許容範囲の定速モードでは、モータ制御装置がモータ制御を中断して車両を惰性走行させることを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、モータ速度のサンプリング周期を統合制御ユニットからモータ制御装置に通知するトルク指令周期よりも短い周期に設定してモータ制御することを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。
3. 請求項１または２に記載のモータ制御装置において、動作モードの停車モードでは、停止位置からの車両移動がない条件でモータ制御装置がモータ制御を中断することを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。
4. 請求項３に記載のモータ制御装置において、モータ制御部の停車モードで車両の移動が検知された際には、インバータのサーボロック機能を有効にすることを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。