JP3776099B2 - 電動機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機制御装置に関し、たとえば、ハイブリッド自動車等の電気車に用いて好適な電動機制御装置に関する。

一般に電気車の電動機制御装置は、車速やスロットル操作量などに応じて駆動用電動機のトルクをコントロールするために用いられるが、このトルクコントロールは電動機を直接制御して行うのではなく、電動機を駆動するための装置（インバータ）を制御することによって間接的に行っている。インバータとは、直流のバッテリ電圧を交流の電動機駆動電圧に変換するための構成要素である。逆変換装置または電動機側変換装置と呼ばれることもある。なお、電動機の誘起電圧（交流）を直流の回生エネルギーに変換するコンバータ（いわゆる順変換装置）は、インバータの入出力を逆にしたものであり、両者（インバータ／コンバータ）は原理的に同じである。

インバータを構成するスイッチング素子の許容スイッチング周波数は、その素子の性能と冷却装置の能力で決まる限界があるため、インバータの負荷が電動機である場合、始動時や低速回転域では高周波数スイッチングのＰＷＭ（パルス幅変調；Pulse Width Modulation）制御を行い、中高速回転域ではＰＷＭ制御を行わない定電圧制御に切り換える方式が実用化されている（たとえば、特許文献１参照）。

この“定電圧制御”の状態においては、インバータの線間電圧の半サイクルが無制御の単一パルスとなるため、一般に「１パルス制御」または「１パルスモード」などと呼ばれている。本明細書では前者の呼び方（１パルス制御）に倣うものとする。

インバータの出力電圧の実効値（以下、単に「出力電圧」という）は、１パルス制御で一定値（バッテリ電圧相当）であるが、ＰＷＭ制御ではインバータのスイッチング周波数にほぼ比例して変化し、その最大出力電圧は１パルス制御のときの約９０％である。このため、ＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えた際には、インバータの出力電圧が約１０％急増し、電動機の出力トルクに段差（ショック）を生じる。このショックは、とりわけ電気車においては乗員に違和感を与えるので解消しなければならない。

なお、特許文献１では、インバータの出力電圧の“急増”にも言及しているが、同文献の、たとえば、〔００１０〕欄に、「スイッチング素子で決まる最小パルス幅に起因する電圧のジャンプ（が）発生する」と記載されているように、インバータの出力電圧の急増を“なくす”ものではなく、単に抑制するものにすぎない。したがって、程度の差こそあれ、電気車における上記不都合（乗員に違和感を与えるトルクショック）を解消できない。

電気車に適用したＰＷＭ制御と１パルス制御の切換技術としては、たとえば、電動機の各相駆動電圧の指令値から波高値Ｖａｃを演算し、その波高値Ｖａｃが“所定値”（バッテリ電圧と等価な値を２で除したもの）を越えているか否かを判定し、越えていなければＰＷＭ制御を行う一方、越えていれば１パルス制御を行うようにしたものが知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平６−１９７５５０号公報（〔０００２〕〔０００７〕〔００１０〕） 特開２０００−３５８３９３号公報（〔００３１〕−〔００４５〕、第４図）

しかしながら、この従来技術（特許文献２に記載のもの）においても、ＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換える際のインバータ出力電圧の急増を完全になくすことができない。このため、電動機トルクにショックを生じて乗員に違和感を与えるという課題をいぜんとして抱えている。

すなわち、同文献の、たとえば、〔００４４〕欄に、「４／π倍したのは、・・・・矩形電圧制御（１パルス制御のこと）を実施することで、モータ印加電圧が増加するためである」と記載されているように、この従来技術においても、ＰＷＭ制御から１パルス制御へ切り換える際にインバータの出力電圧が急増することを認めた上で、その対策として、急増分を補正するための補正値（４／π）を適用しているが、冒頭で説明したとおり、当該急増分はいくらかの誤差（あくまでも“約”１０％である）を持つから、上記補正値は大凡のものにすぎず、それゆえ、インバータの出力電圧の急増を完全になくすことはできない。
そこで、本発明の目的は、ＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換える際のインバータ出力電圧の急増に関わらず、乗員にショックを感じさせないようにして違和感のない電動機制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明に係る電動機制御装置は、駆動力発生用の電動機と、該電動機と駆動輪との間に介在して動力の伝達を断接可能な断接要素と、前記電動機の制御態様を少なくともＰＷＭ制御から１パルス制御へと切り換えることが可能な制御態様切り換え手段と、前記断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあることを検出する断状態検出手段と、該断状態検出手段が前記断接要素の断状態又は滑りを伴う接状態を検出しているときに前記制御態様切り換え手段によるＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容する許容手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２記載の発明に係る電動機制御装置は、請求項１記載の発明において、前記断状態検出手段は、前記電動機の回転速度が、前記断接要素を接状態に制御するための指令回転数よりも若干低い所定の回転数を越えていないときに、前記断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあるものとして検出することを特徴とする。
請求項３記載の発明に係る電動機制御装置は、請求項１記載の発明において、前記断状態検出手段は、前記駆動輪の回転速度に対応する車速に基づいて、前記断接要素の断状態又は滑りを伴う接状態を検出することを特徴とする。
請求項４記載の発明に係る電動機制御装置は、請求項１記載の発明において、前記断状態検出手段は、前記駆動輪の回転速度に対応する車速と、前記電動機と駆動輪との間に介在するトルクコンバータのタービン回転数と、前記電動機と駆動輪との間に介在する変速機の１速ギヤ比とに基づいて、前記断接要素の断状態又は滑りを伴う接状態を検出することを特徴とする。
請求項５記載の発明に係る電動機制御装置は、請求項１記載の発明において、前記断状態検出手段は、前記断接要素に対する制御指令値に基づいて、前記断接要素の断状態又は滑りを伴う接状態を検出することを特徴とする。
請求項６記載の発明に係る電動機制御装置は、請求項１記載の発明において、前記許容手段は、前記電動機と駆動輪との間に介在するトルクコンバータのロックアップクラッチがロックアップオン動作しているとき、前記制御態様切り換え手段によるＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容しないことを特徴とする。
請求項７記載の発明に係る電動機制御装置は、請求項６記載の発明において、前記許容手段は、前記制御態様切り換え手段によるＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容する際に、前記電動機と駆動輪との間に介在するトルクコンバータのロックアップクラッチがロックアップオン動作している場合には、該ロックアップクラッチを強制的にスリップロックアップ動作又はロックアップオフ動作させてから、前記ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容することを特徴とする。

請求項１記載の発明に係る電動機制御装置によれば、断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあるときに、電動機の制御態様の切り換え（ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換え）が許容される。したがって、仮に電動機の制御態様をＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えた際にインバータの出力電圧が急増して、トルクショックを生じたとしても、断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態になっているので、そのトルクショックは駆動輪に伝達されない（ゆえに乗員に違和感を与えない）。
請求項２記載の発明に係る電動機制御装置によれば、電動機の回転速度（Ｎｍ）が、断接要素を接状態に制御するための指令回転数（Ｎ₂ ）よりも若干低い所定の回転数（Ｎ₁ ）を越えていないときに、断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあるものとして検出するので、既存の回転センサ（たとえば、ハイブリッド自動車のエンジン回転センサ等）の出力を利用して、断接要素の断状態を簡単に検出できる。
請求項３記載の発明に係る電動機制御装置によれば、前記駆動輪の回転速度に対応する車速に基づいて、前記断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあることを検出するので、断接要素の断から接へのタイムラグ部分においても、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを行うことができる。
請求項４記載の発明に係る電動機制御装置によれば、車速、タービン回転数及び１速ギヤ比に基づいて、前記断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあることを検出するので、センサ誤差に影響されることなく、切り換え判断の確実さを高めることができる。
請求項５記載の発明に係る電動機制御装置によれば、前記断接要素に対する制御指令値に基づいて、前記断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあることを検出するので、やはりセンサ誤差に影響されることなく、切り換え判断の確実さを高めることができる。
請求項６記載の発明に係る電動機制御装置によれば、電動機と駆動輪との間に介在するトルクコンバータのロックアップクラッチがロックアップオン動作しているとき、制御態様切り換え手段によるＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容しないようにしたので、ロックアップオン領域のショック発生を回避できる。
請求項７記載の発明に係る電動機制御装置によれば、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容する際に、ロックアップクラッチがロックアップオン動作している場合には、該ロックアップクラッチを強制的にスリップロックアップ動作又はロックアップオフ動作させてから、前記ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容するので、請求項６記載の発明に係る電動機制御装置の不都合（ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容しないため、コンデンサの発熱や充分な出力が得られない）を回避できる。

以下、本発明の実施例を、電気車（ハイブリッド自動車）への適用を例にして、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における様々な細部の特定ないし実例および数値や文字列その他の記号の例示は、本発明の思想を明瞭にするための、あくまでも参考であって、それらのすべてまたは一部によって本発明の思想が限定されないことは明らかである。また、周知の手法、周知の手順、周知のアーキテクチャおよび周知の回路構成等（以下「周知事項」）についてはその細部にわたる説明を避けるが、これも説明を簡潔にするためであって、これら周知事項のすべてまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。

（システム構成）
図１は、以下のすべての実施形態１〜６に適用する電気車（ここではハイブリッド自動車）の模式的構成図である。この図は、ハイブリッド自動車１における動力伝達系統の一例を示しており、本発明にとって重要な点は、駆動力を断接するための断接要素（フォワードクラッチ９ｊ）とその断接要素を制御するための制御要素（油圧制御部１０や電子制御装置８）を含む点にある。

図示の動力伝達系統は、走行のための駆動力発生源（エネルギーを消費してトルクを出力する装置）として、燃焼エネルギーを利用するもの（内燃機関）と、電気エネルギーを利用するものの二つ、すなわち、ガソリンや軽油または液化天然ガス等の燃焼エネルギーをトルクに変換するエンジン２と、バッテリ３に蓄えられた電気エネルギーをトルクに変換する電動機４とを含む。

ハイブリッド自動車１は、これら二つの駆動力発生源を単独で用い、または組み合わせて用いることにより、騒音の抑制や燃費の向上を図りつつ、所望の走行駆動力を発生する。なお、電動機４は、電気エネルギーをトルクに変換する装置であるが、その逆に、トルクを電気エネルギー（回生エネルギー）に変換することもできる装置（要するに“発電機”）でもある。電動機４を発電機として用いる場合は、その回生エネルギーを用いてハイブリッド自動車１の電装品に電力を供給したり、バッテリ３を充電したりできる。ここで、図示の電動機４は、同期型または誘導型の３相交流電動機である。以下、説明の便宜上、同期型の３相交流電動機とする。

エンジン２には、吸気量を制御するためのスロットルバルブとして電子スロットルバルブ２ａが設けられている。この電子スロットルバルブ２ａは、スロットル開度をアクチュエータ（例えばモータ）によって制御するように構成されており、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量に基づいて開度を決定し、そのアクチュエータを駆動するようになっている。このように、アクチュエータを電気的に制御できるため、各種のデータに基づく演算結果によって電子スロットルバルブ２ａを電子制御できるようにもなっている。

また、エンジン２は、吸気バルブと排気バルブとを各気筒（それぞれ図示せず）ごとに備えており、さらに、それらのバルブの開閉のタイミングを所定の範囲で変更することができる可変バルブタイミング機構２ｂを備えている。この可変バルブタイミング機構２ｂは、たとえば、バルブを開閉させるカム（図せず）のクランク角度に対する位相をアクチュエータなどによって変化させるように構成されており、エンジン２の圧縮行程における所定の期間、排気バルブを開くことによって、吸気を圧縮せずに気筒から送り出すことができるようになっている。

さらに、エンジン２には、燃料を供給するための機構として燃料噴射装置２ｃが設けられている。燃料噴射装置２ｃは、ガソリンなどの燃料と空気とを加圧混合した混合気を噴射するように構成された装置であり、吸気ポートの直前に向けて混合気を噴射し、あるいは気筒の内部に混合気を噴射するように構成されている。その噴射は電気的に制御可能であり、エンジン２が走行慣性力で強制的に回転させられている状態で、その回転数が所定の回転数以上の場合に混合気の噴射を停止（フューエルカット）できるようになっている。

これら電子スロットルバルブ２ａおよび可変バルブタイミング機構２ｂならびに燃料噴射装置２ｃを制御するための電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）２ｄが設けられている。この電子制御装置２ｄは、演算処理装置（ＣＰＵまたはＭＰＵ）および記憶装置（ＲＡＭおよびＲＯＭ）ならびに入出力インターフェースを主体とするマイクロコンピュータにより構成されている。そして、この電子制御装置２ｄは、アクセル開度センサ５で検出されたアクセル開度Ａｃｃ、車速センサ６で検出された車速Ｖｓｐ、不図示の自動変速機制御装置から出力される変速信号ＳＥＬ、水温センサ２ｅで検出されたエンジン水温Ｔｍｐなどの各種入力データに基づいて、予め記憶しているプログラムに従って演算を行い、その演算結果に基づいて、電子スロットルバルブ２ａおよび可変バルブタイミング機構２ｂならびに燃料噴射装置２ｃを制御するための制御信号を出力する。

エンジン２の出力軸２ｆには、電動機４のロータ（回転子）４ａが連結されている。電動機４のステータ（固定子）４ｂは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相巻線を有しており、それらの各相はインバータ７に接続されている。この電動機４は、インバータ７から駆動電流が加えられているときは“電動機”として動作し、一方、駆動電流が加えられていないときはエンジン２の出力軸２ｆの回転トルクに応じた回生エネルギーを発生する“発電機”として動作する。そのため、インバータ７には、双方向型のもの（インバータ／コンバータ）が用いられる。

つまり、インバータ７は、電動機４を“電動機”として用いるときにはバッテリ３の直流電圧から交流の制御電流を生成してステータ４ｂの各相に供給する一方、電動機４を“発電機”として用いるときにはステータ４ｂの各相に生じた交流の誘起電流を直流電圧に変換し、バッテリ３を充電したり、各種電装品の電源に用いたりすることができるものである。

なお、図示の例では、電動機４のロータ４ａを、エンジン２の出力軸２ｆに直接的に接続しているが、これに限らず、たとえば、遊星歯車機構などの増減速機構を介して間接的に接続してもよい。

上記のインバータ７には、電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）８が接続されている。この電子制御装置８は、前述したエンジン２用の電子制御装置２ｄと同様に、演算処理装置（ＣＰＵまたはＭＰＵ）および記憶装置（ＲＡＭおよびＲＯＭ）ならびに入出力インターフェースを主体とするマイクロコンピュータにより構成されており、入力されたデータに基づいて演算を行い、その演算結果に基づいて、電動機４の動作態様（電動機として動作させるかあるいは発電として動作させるかの態様）を切り換え制御すると共に、電動機として動作させる際の二つの制御モード（ＰＷＭ制御と１パルス制御）を切り換え制御する。また、この電子制御装置８は、後述の油圧制御部１０に対して所要の制御信号を出力する働きもする。電子制御装置８の詳細は後述する。

エンジン２の出力軸２ｆ及び電動機４のロータ４ａは、変速機９の入力軸９ａに連結されている。変速機９は入力軸９ａと出力軸９ｂとの回転数の比率（すなわち変速比）を変更することのできる装置であって、有段式の自動変速機または無段式（変速比を連続的に変化させることのできるもの）の自動変速機とすることができる。あるいは、手動式の変速機とすることもできる。図では、特にそれに限定しないが、ロックアップクラッチ９ｃを有するトルクコンバータ９ｄを歯車変速機構部９ｅの入力側に配置した構造の有段式自動変速機を例としている。

変速機９は、入力軸９ａと一体回転するフロントカバー９ｆを有しており、フロントカバー９ｆにポンプインペラ９ｇと油圧ポンプ９ｈを連結し、トルクコンバータ９ｄに入力されるトルクによって油圧ポンプ９ｈを駆動するようになっている。さらに、ポンプインペラ９ｇに対向して配置されたタービンランナ９ｉとフロントカバー９ｆとの間に、フロントカバー９ｆの内面にトルク伝達可能に選択的に係合するロックアップクラッチ９ｃを配置し、且つ、このロックアップクラッチ９ｃをタービンランナ９ｉに連結すると共に、これらのポンプインペラ９ｇ、タービンランナ９ｉ及びステータＳを含む油室内にオートマチックフルードを封入して構成する。

歯車変速機構部９ｅは、たとえば、複数組の遊星歯車機構およびフォワードクラッチ９ｊなどの複数の摩擦係合装置によって複数の前進段および後進段を設定できるように構成されている。フォワードクラッチ９ｊを含む摩擦係合装置及びロックアップクラッチ９ｃは、油圧ポンプ９ｈで作られた油圧を元圧にして油圧制御部１０で調圧された制御油圧に応答して締結または解放し、これにより、所定の変速段が設定される。

油圧制御部１０は、ロックアップソレノイド１０ａとフォワードクラッチソレノイド１０ｂとを有し、ロックアップソレノイド１０ａを動作させることにり、油圧ポンプ９ｈからの油圧を調圧してロックアップクラッチ９ｃを締結／解放させるためのロックアップクラッチ制御油圧を発生し、また、フォワードクラッチソレノイド１０ｂを動作させることにより、油圧ポンプ９ｈからの油圧を調圧してフォワードクラッチ９ｊを締結／解放させるためのフォワードクラッチ制御油圧を発生する。

電子制御装置８は、既述のとおり、電動機４の動作態様（電動機として動作させるかあるいは発電として動作させるかの態様）を切り換え制御すると共に、電動機として動作させる際の二つの制御モード（ＰＷＭ制御と１パルス制御）を切り換え制御し、また、油圧制御部１０に対して所要の制御信号を出力するものである。

すなわち、電子制御装置８は、アクセル開度センサ５で検出されたアクセル開度Ａｃｃ、エンジン回転センサ１１で検出されたエンジン回転数Ｎｅ（図示の例ではロータ４ａとエンジン２の出力軸２ｆが直結されているため、このＮｅは電動機４の回転数Ｎｍと等しい。以下、Ｎｅ＝Ｎｍとする。）、タービン回転センサ１２で検出されたタービン回転数Ｎｔ、及び、車速センサ６で検出された車速Ｖｓｐなどに基づいて、油圧制御部１０に対する所要の制御信号を生成して出力するクラッチ制御部８ａ、電動機４の動作態様（電動機として動作させるかあるいは発電として動作させるかの態様）を切り換え制御する切り換え部８ｂ、ＰＷＭ制御部８ｃ及び１パルス制御部８ｄなどを有する。

このような構成の動力伝達系統を有するハイブリッド自動車１において、二つの駆動力発生源（エンジン２と電動機４）のいずれか一方又は両方で発生したトルクは、歯車変速機構部９ｅに含まれるフォワードクラッチ９ｊが締結状態にある場合、変速機９からファイナルギア１３を経て駆動輪１４、１４に伝えられる。

すなわち、フォワードクラッチ９ｊが締結状態（接状態）にあるとき、トルクコンバータ９ｄを経て歯車変速機構部９ｅに入力されたトルク（駆動力）は、歯車変速機構部９ｅの変速比に応じて変速された後、駆動輪１４、１４に伝えられるが、このフォワードクラッチ９ｊが解放状態（断状態）にある場合は、かかる駆動力の伝達動作は行われない。したがって、フォワードクラッチ９ｊは駆動力の伝達を断接することができる断接要素である。また、フォワードクラッチ９ｊの断接は、油圧制御部１０や電子制御装置８からの制御で行われるので、これらの油圧制御部１０や電子制御装置８は、断接要素を制御するための制御要素である。

（実施形態１）
図２は、電子制御装置８の動作フローチャートを示す図であり、このフローチャートは所定時間ごとに繰り返し実行される。このフローチャートは、フォワードクラッチ制御処理（ステップＳ１００）とモータ制御処理（ステップＳ２００）の二つのサブルーチンフローを含む。

図３は、フォワードクラッチ制御処理の動作フローチャートを示す図である。このフローチャートでは、まず、エンジン回転数Ｎｅ（Ｎｅ＝モータ回転数Ｎｍ）を読み込み（ステップＳ１０１）、次いで、そのＮｅが、断接要素（フォワードクラッチ９ｊ）を接状態に制御するための指令回転数に相当する所定の基準値（Ｎ₂ ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、Ｎ₂ はエンジン２のアイドル回転数に対応する値であり、より詳細には、電動機４の基底回転数を若干上回る回転数に対応する値である。

図４は、電動機４の「トルク−回転数」特性図である。この特性図において、縦軸はトルクの大きさを示し、横軸は回転数の大きさを示している。縦軸の上に行くほどトルクが大きくなり、横軸の右に行くほど回転数が大きくなる。一般に、電動機の最大トルクは、ある回転数まで一定値で推移し、その回転数以上の領域に入ると低下（回転数が高くなるほどトルクが低下）することが知られている。このようなトルク低下の境界回転数のことを“基底回転数”という。図において、Ｎ₁ は電動機４の基底回転数、Ｎ₂ はエンジン２のアイドル回転数である。ここで、エンジン２の出力軸２ｆと電動機４のロータ４ａは直結されているため、エンジン２の回転数Ｎｅと電動機４の回転数Ｎｍは等値（Ｎｅ＝Ｎｍ）である。したがって、Ｎ₁ ＜Ｎ₂ である。

再び、図３に戻り、Ｎｅが所定の基準値（Ｎ₂ ）以上である場合、すなわち、Ｎｅがエンジン２のアイドル回転数以上である場合（言い換えれば、図４に示すように発電機４のトルク低下領域に入っている場合）は、クラッチ締結モードに移行し（ステップＳ１０３）、そうでない場合は、クラッチ解放モードに移行する（ステップＳ１０４）。そして、いずれの場合も、それぞれのモードの制御信号を生成して油圧制御部１０に出力する。油圧制御部１０は、これらのモード制御信号に応答して、フォワードクラッチ９ｊの締結／解放を行うための制御油圧（フォーワードクラッチ制御油圧）を発生する。

図５は、モータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。このフローチャートでは、まず、エンジン回転センサ１１で検出したエンジン回転数Ｎｅ（＝モータ回転数Ｎｍ）やトルク指令値Ｔｃを読み込む（ステップ２０１）。トルク指令値Ｔｃは、アクセル開度Ａｃｃに対応して設定される電動機４の目標トルクであり、このトルク指令値Ｔｃをモータ制御用トルク指令値Ｔ＊として一時記憶する（ステップＳ２０２）。

次いで、エンジン回転数Ｎｅとトルク指令値Ｔ＊に基づいて、電動機４のｄ軸とｑ軸の目標電流ｉｄ、ｉｑを演算する（ステップＳ２０３）。次いで、電動機４の各相に実際に流れている電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを３相／２相変換し、その変換電流をフィードバック値として、上記の目標電流ｉｄ、ｉｑとフィードバック値を用いて、比例積分制御（いわゆるＰＩ制御）により、電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を求め、さらにこれらの電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を２相／３相変換することにより、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算する（ステップＳ２０４）。

以上のようにして、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を求めると、次に、エンジン回転数Ｎｅ（＝モータ回転数Ｎｍ）が、断接要素（フォワードクラッチ９ｊ）を接状態に制御するための指令回転数（Ｎ₂ ）よりも若干低い所定の基準値（電動機４の基底回転数：Ｎ₁ ）を下回っているか否かを判定し（ステップＳ２０５）、エンジン回転数Ｎｅ（＝モータ回転数Ｎｍ）が所定の基準値（Ｎ₁ ）を下回っている場合には、発電機４の制御モードをＰＷＭ制御にする（ステップＳ２０６）一方、そうでない場合には、１パルス制御にする（ステップＳ２０７）。

図６は、実施形態１のタイムチャートを示す図である。この図において、アクセル開度Ａｃｃが閉から開へと変化（イ）すると、まず、Ｎｅ（＝Ｎｍ）が読み込まれ（図３のステップＳ１０１）、所定値Ｎ₂ と比較される（図３のステップＳ１０２）。所定値Ｎ₂ はアイドル回転数であり、図４の基底回転数Ｎ₁ を越えるトルク低下領域の回転数である。今、アクセル開度Ａｃｃが閉から開へと変化した直後（イの直後）では、Ｎｅ（＝Ｎｍ）は、ほぼゼロ相当ないしはアイドル回転以下の極低回転であり、したがって、図３の「フォワードクラッチ制御処理」においては、ステップＳ１０３の判定結果が“ＮＯ”となって、クラッチ解放制御（ステップＳ１０４）が選択される。

一方、図５の「モータ制御処理」においても、Ｎｅ（＝Ｎｍ）が読み込まれ（ステップＳ２０１）、所定値Ｎ₁ と比較される（ステップＳ２０５）。所定値Ｎ₁ は電動機４の基底回転速度であり、アイドル回転（Ｎ₂ ）よりも若干低い値である。したがって、図５の「モータ制御処理」においては、ステップＳ２０５の判定結果が“ＹＥＳ”となって、ＰＷＭ制御（ステップＳ２０６）が選択される。

アクセル開度Ａｃｃの変化に伴ってＮｅ（＝Ｎｍ）が上昇していくと、ついにはＮｅ（＝Ｎｍ）が所定値Ｎ₁ を越える時点（ロ）に至るが、この時点ロでは、図５の「モータ制御処理」において、ステップＳ２０５の判定結果が“ＮＯ”となって、ＰＷＭ制御から１パルス制御へと切り換えられる（ステップＳ２０７）。

さて、この切換時点ロ（ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換え時点）では、Ｎｅ（＝Ｎｍ）はまだＮ₂ 以下である。したがって、図３の「フォワードクラッチ制御処理」においては、ステップＳ１０３の判定結果が“ＮＯ”のままであり、つまり、クラッチ解放制御（ステップＳ１０４）のままである。

その後、Ｎｅ（＝Ｎｍ）≧Ｎ₂ （アイドル回転）となった時点（ハ）で、ＰＷＭ制御→１パルス制御への切換が完了したと判断し、図３の「フォワードクラッチ制御処理」でクラッチ締結制御（ステップＳ１０３）を選択する。

実施形態１のポイントは、以上のように、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切換を行っているとき（時点ロ）、フォワードクラッチ９ｊを解放状態のままにしておく点にある。ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えの際に、インバータ７の出力電圧が急増して電動機４のトルクが変化したとしても、フォワードクラッチ９ｊが不確実に解放状態になっているため、トルク変化が駆動輪１４に伝えられず、乗員に違和感を与えないからである。

したがって、実施形態１によれば、ＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換える際のインバータ出力電圧の急増に関わらず、乗員にトルクの変化を感じさせないようにすることができ、違和感のない電動機制御装置を提供することができる。

なお、図６のタイムチャートにおいて、フォワードクラッチ９ｊの油圧指令値に適用している「しきい値ＳＬ」は、後述の実施形態４（図９のステップＳ２０５ｃ参照）で使用するものである。

（実施形態２）
上記の実施形態では、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを、フォーワードクラッチ９ｊの解放制御期間内で行っており、フォーワードクラッチ９ｊの断状態又は滑りを伴う接状態であるか否かの判定を、Ｎｅ（＝Ｎｍ）＜Ｎ₁ 、すなわち、電動機４の回転速度Ｎｍが、電動機４の基底回転数であって、アイドル回転以下の所定値Ｎ₁ を越えているかどうかで行っているが、本発明の思想は、これに限定されない。フォーワードクラッチ９ｊの締結制御期間内であってもＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを行ってもよく、たとえば、以下のようにしてもよい。

図７は、実施形態２に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。上記のフローチャート（図５）との相違は、フォーワードクラッチ９ｊの断状態又は滑りを伴う接状態であるか否かの判定を、車速Ｖｓｐに基づいて行っている点にある。具体的には、ステップＳ２０５ａにおいて、車速Ｖｓｐが所定の基準車速Ｖｓｐ１（０＜Ｖｓｐ１＜Ｖｓｐ２；Ｖｓｐ２はクラッチが完全締結したときの車速）になったか否かを判定し（ステップＳ２０５ａ）、Ｖｓｐ＜Ｖｓｐ１でなければＰＷＭ制御を選択し（ステップＳ２０６）、Ｖｓｐ≧Ｖｓｐ１であれば１パルス制御を選択する点にある（ステップＳ２０７）。

このようにしたのは、電動機４が駆動されているにも関わらず車速ＶｓｐがＶｓｐ１に達していないということは、フォワードクラッチ９ｊが完全に締結していない（解放状態又は不完全な締結状態にある）ということができるからである。

さらに、上記の実施形態では、ＮｍがＮ₂ になってからフォワードクラッチ９ｊの締結制御を開始する構成となっているが、当然ながら、フォワードクラッチ９ｊが締結を開始してから完全に締結を完了するまでに相応のタイムラグ（図６の時点ハから時点ニまで）があり、このタイムラグ部分であっても、フォワードクラッチ９ｊが完全締結していない状態（滑りを伴っている状態）であるため、電動機４の制御をＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えてもショックは生じない。このため、実施形態２の方が、上記の実施形態１に比べて、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えの自由度が高いといえる。

（実施形態３）
実施形態３は、ＰＷＭ制御と１パルス制御との切り換え判断を、タービン回転数Ｎｔと「車速Ｖｓｐ×１速ギヤ比」との商が、１未満のしきい値αを越えたか否かを判断するところがポイントである。すなわち、フォワードクラッチ９ｊの締結状態を、ＮｅやＶｓｐ単独ではなく、タービン回転数Ｎｔや車速Ｖｓｐ及び１速ギヤ比(既知)をパラメータにして判断する点にポイントがある。

これは、一般にフォワードクラッチ９ｊが完全締結している状態では、「（車速Ｖｓｐ×１速ギヤ比）÷タービン回転数Ｎｔ＝１」の関係が成立するからであり、この関係が成り立たないということは、フォワードクラッチ９ｊが滑っていることを意味しているからである。したがって、「（車速Ｖｓｐ×１速ギヤ比）÷タービン回転数Ｎｔ」の答えを随時演算で求め、その答えが、１未満に設定されたしきい値αを越えるかどうかで判断すればよい。

図８は、実施形態３に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。上記のフローチャート（図５や図７）との相違は、フォーワードクラッチ９ｊの解放制御期間内であるか否かの判定を、タービン回転数Ｎｔ、車速Ｖｓｐ及び１速ギヤ比の関係に基づいて行っている点にある。具体的には、ステップＳ２０５ｂにおいて、「（車速Ｖｓｐ×１速ギヤ比）÷タービン回転数Ｎｔ＜α」であるか否かを判定し（ステップＳ２０５ｂ）、ＹＥＳであればＰＷＭ制御を選択し（ステップＳ２０６）、ＮＯであれば１パルス制御を選択する点にある（ステップＳ２０７）。

このように、タービン回転数Ｎｔ、車速Ｖｓｐ及び１速ギヤ比の関係に基づいて、ＰＷＭ制御と１パルス制御との切り換え判断を行うことにより、上記の実施形態２よりもさらに広い範囲でＰＷＭ制御から１パルス制御の切り換えを行うことができ、さらに制御の自由度を高めることができる。

すなわち、実施形態２では、車速Ｖｓｐのみに基づいて、フォワードクラッチ９ｊが締結状態であるか否かを判断しているが、走行環境（乗車人数や路面勾配等）によってＶｓｐ２は大きく変わってくるので、そのようなことを考慮してＶｓｐ２は設定されることとなるため、当然、Ｖｓｐ１も低車速に設定せざるを得ない。一方、本発明では、走行環境を考慮せずにしきい値αを設定できるので、実施形態２に比べて制御の自由度が高くなるのである。

（実施形態４）
実施形態４は、ＰＷＭ制御と１パルス制御との切り換え判断を、フォワードクラッチ９ｊの締結開放を制御するソレノイド等の現在の制御指令値と、フォワードクラッチ９ｊが完全に締結しているであろう制御指令値とを比較する点がポイントである。すなわち、上記の実施形態２、３では、車速センサの値（Ｖｓｐ）を使ってＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換え判断を行っているが、かかる判断に用いられる車速は、極低車速領域であるため、車速センサの誤差の影響が大きく、その誤差分を考慮した大きな安全率（余裕代）を設定しなければならないところ、こうした安全率の存在は、切り換え判断の不正確さを意味する。

これに対して、実施形態４では、車速センサの値（Ｖｓｐ）を使用せずに、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換え判断を行うことができ、上記の心配（安全率の存在に伴う切り換え判断の不正確さ）はない。したがって、上記の実施形態３よりもさらに広い範囲でＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを行うことができ、さらに制御の自由度を向上できる。

図９は、実施形態４に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。上記のフローチャート（図５、図７、図８）との相違は、フォーワードクラッチ９ｊの解放制御期間内であるか否かの判定を、フォワードクラッチ９ｊの指令値が所定のしきい値ＳＬ（図６参照）以上であるか否かで行っている点（ステップＳ２０５ｃ）にある。フォワードクラッチ９ｊの指令値が所定のしきい値ＳＬ以上でなければＰＷＭ制御を選択し（ステップＳ２０６）、そうであれば１パルス制御を選択する（ステップＳ２０７）。

（実施形態５）
実施形態５は、トルクコンバータ９ｄのロックアップクラッチ９ｃの動作を加味して、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換え判断を行う点にポイントがある。

図１０は、ロックアップクラッチ９ｃの三つの動作状態を示す図である。ロックアップクラッチ９ｃは、完全解放状態のロックアップオフ領域、完全締結状態のロックアップオン領域及びその間の滑り領域（ポンプインペラ９ｇとタービンランナ９ｉとの回転差を所定の回転数差となるように制御するスリップロックアップ領域）の三つの動作状態を有する。この図において、Ｖ₁ はロックアップオフ領域とスリップロックアップ領域との境界車速であり、Ｖ₂ はロックアップオン領域とスリップロックアップ領域との境界車速である。

図１１は、実施形態５における電子制御装置８の動作フローチャートを示す図であり、このフローチャートは所定時間ごとに繰り返し実行される。このフローチャートは、ロックアップクラッチ制御処理（ステップＳ３００）とモータ制御処理（ステップＳ４００）二つのサブルーチンフローを含む。

図１２は、ロックアップクラッチ制御処理の動作フローチャートを示す図である。このフローチャートでは、まず、車速Ｖｓｐを読み込み（ステップＳ３０１）、次いで、そのＶｓｐがＶ₂（ロックアップオン領域とスリップロックアップ領域との境界車速）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。

ＶｓｐがＶ₂ 以上である場合、すなわち、Ｖｓｐがロックアップオン領域とスリップロックアップ領域との境界車速以上である場合は、ロックアップオン制御モードに移行し（ステップＳ３０３）、そうでない場合は、ロックアップオフ又はスリップロックアップ制御モードに移行する（ステップＳ３０４）。そして、いずれの場合も、それぞれのモードの制御信号を生成して油圧制御部１０に出力する。油圧制御部１０は、これらのモード制御信号に応答して、ロックアップクラッチ９ｃの締結／解放を行うための制御油圧（ロックアップ制御油圧）を発生する。

図１３は、実施形態５に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。上記のフローチャート（図５）との相違は、ステップＳ２０５でＮｅ＜Ｎ₁ を判定したとき、前回の制御が１パルス制御であるか否かを判定し（ステップＳ４０１）、そうであれば１パルス制御を継続（ステップＳ２０７）する一方、そうでなければ、ロックアップオン領域であるか否かを判定（ステップＳ４０２）して、ロックアップオン領域であればＰＷＭ制御を選択（ステップＳ２０６）し、また、ロックアップオン領域でなければ１パルス制御に切り換える（ステップＳ２０７）点にある。

すなわち、このフローチャートでは、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切換をＮｅ＜Ｎ₁ に基づいて判断するが、その判断結果をそのまま用いずに、さらに、切り換え判断がなされたときにロックアップクラッチ９ｃが「ロックアップオン領域」にある場合には、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切換えを行わない(切り換えを禁止する)ようにしている。

これは、ロックアップクラッチオン領域では、トルクコンバータ９ｄの入力側(エンジン２や電動機４側)と出力側(変速機９や駆動輪１４側)とが直結状態となっていて、ショックがそのまま駆動輪１４に伝わるからであり、運転者に違和感を与えるからである。これに対して、ロックアップオフ領域やスリップロックアップ領域では、トルクコンバータ９ｄの入力側(エンジン２や電動機４側)と出力側(変速機９や駆動輪１４側)とが直結状態とはなっていないため、トルクコンバータ９ｄがダンパの役目を果たし、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切換の際のショックを低減できるからである。

図１４は、実施形態５のタイムチャートを示す図である。このタイムチャートにおいて、エンジン回転数Ｎｅがしきい値Ｎ₁ に到達した時点は、スリップロックアップ制御中である。この制御領域（スリップロックアップ制御）でＰＷＭ制御から１パルス制御への切り替えを行っても、切換の際のショックは大きくならない。上記のとおり、トルクコンバータ９ｄがショック吸収のためのダンパの役目を果たすからである。

（実施形態６）
実施形態６は、上記の実施形態５を改良したものである。すなわち、実施形態５では、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換え条件が成立したとしても、ロックアップオン領域においては、その切り換えを行うことができなかったので、コンデンサの発熱が増えたり、十分な出力が得られない（同一条件の１パルス制御に対して低い電動機出力しか得られない）などの不都合がある。

これに対して、実施形態６では、そのような場合に、強制的にロックアップクラッチを開放してスリップロックアップ制御とするするため、ショックの発生を抑制しつつ、切り換えを行うことができ、且つ、コンデンサの発熱を押さえ、十分な出力を得ることもできる。

図１５は、実施形態６に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。上記のフローチャート（図１３）との相違は、「前回１パルス制御？」（ステップＳ４０１）の判定後に、Ｎｅ−Ｎｔ＞所定値であるか否かを判定し（ステップＳ４０３）、その判定結果が“ＮＯ”であれば、強制的にロックアップクラッチ９ｃをスリップロックアップ制御（ステップＳ４０４）する点にある。

図１６は、実施形態６のタイムチャートを示す図である。このタイムチャートにおいて、ＮｅとＮｔの差が所定値を越えている場合、強制的にスリップロックアップ制御に切り換え、そのスリップロックアップ制御中にＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えている。

すべての実施形態１〜６に適用する電気車の模式的構成図である。 実施形態１係る電子制御装置８の動作フローチャートを示す図である。 フォワードクラッチ制御処理の動作フローチャートを示す図である。 電動機４の「トルク−回転数」特性図である。 モータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。 実施形態１のタイムチャートを示す図である。 実施形態２に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示図である。 実施形態３に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。 実施形態４に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。 ロックアップクラッチ９ｃの三つの動作状態を示す図である。 実施形態５における電子制御装置８の動作フローチャートを示す図である。 ロックアップクラッチ制御処理の動作フローチャートを示す図である。 実施形態５に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。 実施形態５のタイムチャートを示す図である。 実施形態６に係るモータ制御処理の動作フローチャートを示す図である。 実施形態６のタイムチャートを示す図である。

符号の説明

４ 電動機
８ 電子制御装置（制御態様切り換え手段、断状態検出手段、許容手段）
９ｃ ロックアップクラッチ
９ｄ トルクコンバータ
９ｅ 変速機
９ｊ フォワードクラッチ（断接要素）
１４ 駆動輪

Claims (7)

1. 駆動力発生用の電動機と、
   該電動機と駆動輪との間に介在して動力の伝達を断接可能な断接要素と、
   前記電動機の制御態様を少なくともＰＷＭ制御から１パルス制御へと切り換えることが可能な制御態様切り換え手段と、
   前記断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあることを検出する断状態検出手段と、
   該断状態検出手段が前記断接要素の断状態又は滑りを伴う接状態を検出しているときに前記制御態様切り換え手段によるＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容する許容手段と
   を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記断状態検出手段は、前記電動機の回転速度が、前記断接要素を接状態に制御するための指令回転数よりも若干低い所定の回転数を越えていないときに、前記断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあるものとして検出することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
3. 前記断状態検出手段は、前記駆動輪の回転速度に対応する車速に基づいて、前記断接要素が断状態又は滑りを伴う接状態にあることを検出することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
4. 前記断状態検出手段は、前記駆動輪の回転速度に対応する車速と、前記電動機と駆動輪との間に介在するトルクコンバータのタービン回転数と、前記電動機と駆動輪との間に介在する変速機の１速ギヤ比とに基づいて、前記断接要素の断状態又は滑りを伴う接状態を検出することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
5. 前記断状態検出手段は、前記断接要素に対する制御指令値に基づいて、前記断接要素の断状態又は滑りを伴う接状態を検出することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
6. 前記許容手段は、前記電動機と駆動輪との間に介在するトルクコンバータのロックアップクラッチがロックアップオン動作しているとき、前記制御態様切り換え手段によるＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容しないことを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
7. 前記許容手段は、前記制御態様切り換え手段によるＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容する際に、前記電動機と駆動輪との間に介在するトルクコンバータのロックアップクラッチがロックアップオン動作している場合には、該ロックアップクラッチを強制的にスリップロックアップ動作又はロックアップオフ動作させてから、前記ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを許容することを特徴とする請求項６記載の電動機制御装置。
   

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