JP2016165165A - 電動車両の制動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生制動に関わるモータの実トルクを検知しておらず、モータ等の誤差要因に応じて実トルクを補償していない。【解決手段】バッテリから供給される電力を制御するインバータ制御部と、インバータ制御部によって駆動輪を駆動或いは制動させるトルクを制御するモータと、制動時にモータからバッテリに回生する回生電力による制動トルクと、電子制御式摩擦ブレーキによる制動トルクの分担を制御する制動制御部９とを備えた電動車両の制動制御装置において、インバータ制御部は、更に、モータへ回生する回生電力からモータの実トルクを推定するトルク推定部５７，５８，５９，６０と、制動制御部９がモータに指示した制動トルク指令値と、トルク推定部５７，５８，５９，６０が推定した実トルク値との差から、モータが出力する制動トルクをフィードバックするフィードバック制御部とを備えたことを特徴とする電動車両の制動制御装置。【選択図】 図２

Description

本発明は、モータにより回生制動される電動車両の制動制御装置に関する。

電気自動車あるいはハイブリッド自動車においては、車両の動力源としてモータを搭載しており、モータに供給する電力を制御するためのインバータを備えている。モータは主動力であり、車両の駆動のみならず、回生制動時に車両が持つ運動エネルギーを電気に変換し、バッテリに回生させる機能を有する。

制動時の制御指令に着目すると、車両のコントローラ内に備えた制動制御部で前後輪のモータに対する回生制動トルク指令が演算され、この回生制動トルク指令はモータ制御に関するインバータ制御部に伝えられ、最終的に前後輪のモータの回生制動トルクを制御する。また、電子制御式摩擦ブレーキは制動制御部からの指令に従い、ブレーキコントローラで摩擦制動トルクに関する指令を演算し、その指令に従うよう四輪の電子制御式摩擦ブレーキを制御する。制動時には、モータでバッテリに回生させる動作から始まり、最終的に車両が停止する直前で、電子制御式摩擦ブレーキによる摩擦制動を掛ける回生協調制御が行われる。

一方、モータの出力トルクに関する誤差要因として次の（１）〜（３）が知られている。
(１)永久磁石型モータにおいて、磁石が温度変化することで磁束量が低下し、同じ電流を通電しても磁石の特性に応じてトルクが減少する。
(２)ネオジウム磁石を用いる場合、高温で永久的な減磁に至る場合があり、それ以後は磁束量が低減して、同じ電流を流してもトルクは正常な場合より減少する。
(３)インバータに具備された制御用の電流センサが持つ誤差などがある。
上記３つの誤差要因の重なりで凡そ１０〜２０％の誤差が生じる可能性がある。

しかし、モータで制御される駆動・制動トルクは、エンジン車のトルクに比べて１００倍の応答性を持つことが特長である。この高い応答性を利用して、路面の摩擦度に応じたきめ細かい制御を自動的に行うことが望まれている。

ここで、制動制御部で演算された回生制動トルク指令に対する精度に着目すると、電動車両の制御装置においては、回生制動に関わるモータの実トルクを検出する手段を備えていない。その理由は、モータの機械出力に関してトルクを計測する為には、高価なトルクセンサを必要とするためである。（特許文献１）

特開２００８−２３８８３６号公報

特許文献１においては、回生制動に関わるモータの実トルクを検知しておらず、モータ等の誤差要因に応じて実トルクを補償する機能も記載されていない。

実施形態の図面の参照符号を付して本発明による電動車両の制動制御装置を説明する。請求項１に記載の電動車両の制動制御装置は、バッテリから供給される電力を制御するインバータ制御部１０と、前記インバータ制御部によって制御され、力行運転時には駆動輪に駆動トルクを与え、回生運転時には駆動輪に回生制動トルクを与えるモータと、制動時に、前記モータから前記バッテリに回生する回生電力による得られる前記回生制動トルクと、電子制御式摩擦ブレーキによる摩擦制動トルクの分担を制御する制動制御部９とを備える。また、前記インバータ制御部１０は、更に、前記バッテリへ回生する回生電力から前記モータの実トルクτ_０を推定するトルク推定部５７，５８，５９，６０と、前記制動制御部９が前記モータに指示した回生制動トルク指令値τ＾と、前記トルク推定部５７，５８，５９，６０が推定した実トルク値τ_０との差Δτから、前記モータが出力する前記回生制動トルクをフィードバック制御するフィードバック制御部６１とを備えることを特徴とする。
以上の符号は参考に付した一例であり、これにより本発明が限定解釈されるものではない。

本発明によれば、モータの実トルクを高価なトルクセンサを用いることなく検出し、検出された実トルクとトルク指令値との差分をフィードバックして実トルクを補償し、きめ細かいトルクの自動調整を可能にすることができる。

第１の実施の形態における電動車両のシステム構成を示すブロック図である。 トルクのフィードバック制御を示す機能ブロック図である。 第２の実施の形態における電動車両のシステム構成を示すブロック図である。 モータのトルク補正に関するフローチャートである。 制動時における異常判定に関するフローチャートである。 モータと電子制御式摩擦ブレーキによる制動トルクの分担に関する特性図である。 モータに関する磁石温度の変化を表す特性図である。

（第１の実施の形態）
図１は、電動車両のシステム構成を示すブロック図である。この例では、電動車両は電気自動車であり、モータ１の軸出力トルクは、減速ギア２、ディファレンシャルギア３を介して左右の駆動輪４Ａ、４Ｂに伝達される。駆動輪４Ａ、４Ｂは、それぞれブレーキ５Ａ、５Ｂを備えている。

ブレーキ５Ａ、５Ｂは、電子制御式摩擦ブレーキであり、運転者がブレーキペダル６を踏むと、その踏力は負圧レスブレーキ７に伝達され、踏力と共に負圧レスブレーキ７が内蔵するモータのトルクを加えた力によって、ブレーキ用の油圧を増す。ブレーキ用の油圧はロック防止機能を備えたＥＳＣ(Electronic Stability Control)８で四輪に分配され、その油圧でブレーキ５Ａ、５Ｂの可動部を駆動して駆動輪４Ａ、４Ｂを制動する。すなわち、機械式摩擦制動トルクを与える。

また、運転者によるブレーキペダル６の踏み込み量はブレーキ力に関する制動トルク要求信号に変換される。この制動トルク要求信号は車両コントローラ９に伝えられる。車両コントローラ９は、後述するように、制動トルク要求信号をモータ１による回生制動トルク要求値と、電子制御式摩擦ブレーキによる摩擦制動トルク要求値の２種に分担させ、回生制動トルク要求値と、摩擦制動指令値を演算して出力する。摩擦制動指令値は、車両コントローラ９から制動指令信号２０として負圧レスブレーキ７に伝達される。回生制動トルク要求値は、モータ制御コントローラ１４に制動要求値信号２１として伝達される。モータ制御コントローラ１４は後述するように、モータ１を回生駆動すべくＩＧＢＴ駆動パルス信号を生成してＩＧＢＴを駆動する。これにより、モータ１が回生運転されて回生制動力を得る。

また、車両コントローラ９には、アクセルペダル６２からの力行トルク指令信号も入力され、力行走行時は力行トルク指令信号に基づいて力行トルク指令値を演算してモータ制御コントローラ１４に出力する。モータ制御コントローラ１４は後述するように、モータ１を力行駆動すべくＩＧＢＴ駆動パルス信号を生成してＩＧＢＴを駆動する。これにより、モータ１が力行運転される。

尚、制動トルクをモータ１による回生制動トルクと、電子制御式摩擦ブレーキによる摩擦制動トルクの２種に分担する判断機能は、車両コントローラ９が果たす場合ばかりでなく、負圧レスブレーキ７の制御部(図示省略)で行っても良く、同じ車両に搭載された別のコントローラが果たしても良い。いずれの場合も制動制御部として機能する。

この実施の形態では、モータ１は永久磁石型モータである場合について述べるが、必ずしも永久磁石型モータに限定するものではない。

図１において、モータ１の力行駆動或いは回生駆動を制御する変換器がインバータ制御部１０であり、インバータ制御部１０の内部には、主回路１１が設けられている。主回路１１は、６個のパワーデバイスＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)とダイオードを３相ブリッジ回路に接続して構成される。主回路１１の２つの高電圧端子はバッテリ１２の正極と負極に接続され、インバータ制御部１０はバッテリ１２から供給される電圧を交流電圧に変換してモータ１に供給する。

尚、主回路１１とバッテリ１２の間にはコンデンサ１３が設けられ、コンデンサ１３は主回路１１が短時間の過渡的な電流を供給する際に、エネルギーのバッファとして機能する。すなわち、一旦、コンデンサ１３に蓄積したエネルギーを即座に提供し、その後、バッテリ１２からコンデンサ１３に放電して消費エネルギーを補充する。

インバータ制御部１０の内部には、さらに、上述したモータ制御コントローラ１４が設けられている。モータ制御コントローラ１４は、上述したように、車両コントローラ９から入力されたトルク指令値２１に基づいて、モータ１が所望するトルクを出力するように、主回路１１のＩＧＢＴにゲート駆動パルスを印加する機能を有する。

モータ制御コントローラ１４は、モータ１に設けた磁極位置検出器１５により検出されたロータ磁極位置を検出して、この位置検出信号に応じてＩＧＢＴを駆動制御する。インバータ制御部１０からモータ１に至る３相の出力線の各々には、第１の電流検出器１６が設けられ、３相の電流検出値は第１の電流検出器１６からモータ制御コントローラ１４に伝えられ、モータ制御コントローラ１４において３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをｉｄ，ｉｑ の２成分に座標変換して使用する。モータ１のトルク制御は、電流ｉｄ、 ｉｑ の２成分を所望するトルクに応じた値にする、いわゆるベクトル制御である。

バッテリ１２とインバータ制御部１０を繋ぐ配線には第２の電流検出器１７が設けられ、第２の電流検出器１７の出力はバッテリの状態監視装置１８に伝達される。バッテリの状態監視装置１８は第２の電流検出器１７から得た電流情報の他、バッテリ１２の正極-負極間電圧、その他、バッテリの温度等を検知して、バッテリの残存容量や許容充電電流、放電電流を推定する。バッテリ１２の状態監視装置１８は、検出した情報を車両コントローラ９に伝えるが、図１ではこの信号をバッテリ状態検知信号２２で表す。

バッテリ１２とコンデンサ１３の電極間を繋ぐ配線に第３の電流検出器１９が設けられ、その信号がモータ制御コントローラ１４に取り込まれる。モータ制御コントローラ１４は、後述するように、コンデンサ１３の正負極間電圧を計測し、この検出電圧と第３の電流検出器１９で検出した直流電流とを掛け算し、電力量を演算する機能を有する。この演算式は後述（１）式である。

更に、モータ制御コントローラ１４は、モータ１に通電する電流からモータ１の銅損を演算する。この演算式は後述（２）式である。モータ制御コントローラ１４は、銅損を先の電力量演算結果に加算し、この加算結果を磁極位置検出器１５で求めたモータ１の角速度で割り、モータ１の制動時における実トルクを推定する機能も有する。この演算式は後述（３）式である。

以下、図２を参照して、回生制動時に得られた実トルク推定値を用いて回生制動トルクのフィードバック制御を行う第１の実施の形態における制動制御装置の動作を説明する。図２では、インバータ制御部１０内のモータ制御コントローラ１４が実行する制御を機能ブロック図で示し、その他に、主回路１１とモータ１、磁極位置検出器１５、第１の電流検出器１６を備える構成を示したものである。

モータ制御コントローラ１４は、機能的に、力行時に車両コントローラ９から送信される力行トルク指令τ＾に基づいて力行時の２相電流指令ｉｄ，ｉｑを演算する第１電流指令演算部５１と、回生時に車両コントローラ９から送信される制動トルク指令τ＾に基づいて回生時の２相電流指令ｉｄ，ｉｑを演算する第２電流指令演算部５６と、力行運転時には第１電流指令演算部５１の指令を選択し、回生運転時には第２電流指令演算部５６の指令を選択する切替器５２とを備えている。

モータ制御コントローラ１４はまた、第１の電流検出器１６で検出したモータ１の３相交流信号ｉｕ、ｉｖ，ｉｗを２相電流信号ｉｄ，ｉｑに変換する３相２相変換部５５と、３相２相変換部５５で変換されたｉｄ，ｉｑ電流信号と切替器５２で選択された電流指令値との偏差を取る比較器５３とを備えている。比較器５３の出力である電流指令偏差は電流制御部５４に入力され、電流制御部５４はベクトル演算を行って制御電流値を算出してＰＷＭ発生部５０に入力する。ＰＷＭ発生部５０は入力された制御電流値に基づいてＩＧＢＴ駆動パルスを生成してＩＧＢＴのゲートに駆動パルスを印加する。

モータ制御コントローラ１４はさらに、トルク推定部として、回生電力演算部５７と、実トルク演算部６０と、銅損演算部５８と、角速度演算部５９とを備えている。
回生電力演算部５７は、回生時に、コンデンサ１３の正負極間電圧の検出量Ｖ^※と、第３の電流検出器１９で検出した直流電流の検出量Ｉ^※の積を用いて回生電力量Ｐを（１）式から算出する。
Ｐ＝Ｖ^※×Ｉ^※ （１）
銅損演算部５８は、座標変換されたモータ電流ｉｄ、 ｉｑ の２成分を各２乗した和にモータ１のコイル抵抗Ｒ_Ｍを乗算して銅損Ｗｃを（２）式から求める。
Ｗｃ＝（ｉｄ^２＋ｉｑ^２）×Ｒ_Ｍ （２）
実トルク演算部６０は、ロータ磁極位置検出信号が入力される角速度演算部５９で算出したモータ角速度ωと、回生電力演算部５７で算出した回生電力量Ｐと、銅損演算部５８で算出した銅損Ｗｃを用いて（３）式から実トルク推定値τ_０を求める。
τ_０＝（Ｐ＋Ｗｃ）/ω （３）

力行運転時のモータ制御コントローラ１４の動作を説明する。
力行運転は、実トルクフィードバックを実施しないように、切替器５２により、第１電流指令演算部５１の電流指令値が選択される。モータ１には、前述のように、磁極位置検出器１５と第１の電流検出器１６が設けられている。磁極位置検出器１５の出力はベクトル制御を行う電流制御部５４に伝えられる。また、第１の電流検出器１６の出力は、３相２相変換部５５で３相電流からｉｄ、 ｉｑ の２成分の電流に座標変換される。

第１電流指令演算部５１は、車両コントローラ９より駆動トルク指令τ^の入力を受けて、この駆動トルク指令τ＾に対応する２相電流指令値ｉｄ，ｉｑを演算して出力する。この電流指令値は、３相２相変換部５５で座標変換されたｉｄ _detec、 ｉｑ _detec の各成分と比較器５３で比較され、その偏差Δｉｄ、Δｉｑに応じて電流制御部５４が制御電流値をベクトル演算する。このベクトル演算結果に応じてＰＷＭ発生部５０は主回路１１のＩＧＢＴをスイッチ制御するゲート駆動パルスを発生させる。

回生運転時のモータ制御コントローラ１４の動作を説明する。
回生運転は、実トルクフィードバックが実施されるように、切替器５２により、第２電流指令演算部５６の電流指令値が選択される。そして、回生電力演算部５７は、上記（１）式から回生電力量Ｐを算出する。また、銅損演算部５８は、上記（２）式からモータ１の銅損Ｗｃを演算する。更に、角速度演算部５９は、磁極位置検出器１５により検出された信号によりモータ１の角速度ωを求める。以上の回生電力Ｐ、銅損Ｗｃ、角速度ωの値を用いて、実トルク演算部６０は上記（３）式から実トルク推定値τ_０を求める。

比較器６１は、回生制動時に実トルク演算部６０で算出した実トルク推定値τ_０と、回生制動時に車両コントローラ９で算出されて出力された回生制動トルク指令τ＾との偏差Δτを得る。第２電流指令演算部５６は、比較器６１から得る偏差Δτを考慮して２相電流指令値ｉｄ，ｉｑを演算して出力する。第２電流指令演算部５６で算出され切替器５２で選択された電流指令値ｉｄ，ｉｑは、３相２相変換部５５で座標変換されたｉｄ_detec、 ｉｑ_detec の各成分と比較器５３で比較され、両者の偏差が算出される。この偏差に応じて電流制御部５４が制御電流値をベクトル演算し、その結果に応じてＰＷＭ発生部５０はＩＧＢＴをスイッチ制御するゲート駆動パルスを発生させる。

以上の制御により、回生制動時の実トルク値が設計上のトルク指令値に精度よく制御される。とくに、回生協調ブレーキ装置のように、ブレーキペダルの踏み込みによる制動トルク要求値を摩擦トルクと回生トルクに分担させる場合、ブレーキ性能が向上する。

図６は、モータ１と電子制御式摩擦ブレーキによる制動トルクの分担に関する特性図である。駆動時は、車両が走行抵抗で減速するため、これを補うように運転手がアクセル操作するので、モータ１が一定なトルク状態を維持することは稀である。特にハイブリッド自動車のように、モータ１とエンジンの二種で駆動する場合は、エンジンの出力状態に応じてモータトルクは細かく制御されている。一方、制動時には、運転手によるブレーキ操作に従って制動制御部がモータ１による制動トルクを指令すると、減速の加速度をほぼ一定とするように、車速が時間と共に低下してゆく。

図６に示すように、制動時には数秒間に渡ってモータ１は一定な制動トルクを維持する状況があり、モータ１の実トルクを検出するために制動時は好適なタイミングである。図２を参照して説明した、第１の実施の形態において、実トルクを検出するのはこのタイミングが好適である。

制動時にモータ１で制御されるトルクは、バッテリに回生する電力量とモータ１及びインバータ制御部１０で消費される電力損失の和になる。モータ１の電力損失は、コイルの銅損、ステータやロータコアの鉄損、そして、永久磁石の渦電流損の三つが支配的である。ここで、コアの鉄損と永久磁石の渦電流損はモータ１が高回転であるほど大きくなる。

図７は、モータ回転数と磁石温度の変化を表す特性図である。図７では、永久磁石が渦電流損で温度上昇する挙動を表す事例を示す。この事例は、電気自動車を高速な走行モードであるUS06モードで４回、連続的に走行させた場合のシミュレーション結果である。磁石温度は走行開始において５０°Ｃであるが、４回のUS06モードで駆動すると、その温度は１１０°Ｃまで上昇することが分かる。

一方、制動時にはモータ１はトルクを維持しながら、車速の減少に比例して回転数も下がるため、これらの鉄損、渦電流損は銅損に比べて無視できるほど小さくなる。鉄損、渦電流損はそれぞれコアや磁石の磁気特性が温度依存性を持つため非線形性を持つが、銅損はコイルの材質である銅材の温度特性を事前に記憶しておけば、モータ電流を検出しているインバータ制御部１０で精度良く推定することができる。これにより、（２）式、（３）式で回生制動トルクを精度よく検出することができる。
尚、モータ１の温度はステータ及びコイルの温度は熱電対により計測が容易であるが、ロータコアとそれに取り付けられた磁石は、高速度で回転しているため、それらの温度を測定することは容易でない。

以上説明したとおり、第１の実施の形態による電動車両の制動制御装置はインバータ制御部１０を備えている。このインバータ制御部１０はモータ制御コントローラ１４を含み、モータ制御コントローラ１４は、モータ１の回生電力からモータ１の実トルクτ_０を推定するトルク推定部５７〜６０と、車両コントローラ９などの制動制御部がモータ１に指示した制動トルク指令値τ＾とトルク推定部が推定した実トルク値τ_０の差Δτから、モータ１が出力する制動トルクをフィードバック制御するフィードバック制御部６１とを備える。

このような制動制御装置によれば次のような作用効果を奏することができる。
（１）制動時に、トルク指令値τ＾と実トルク推定値τ_０との偏差ΔτによりＩＧＢＴを駆動してモータ回生運転をきめ細かく制御することができる。その結果、温度などの影響により、ブレーキペダルの踏み込み量に応じた回生制動力の精度劣化を防止できる。

（２）第１の実施の形態による実トルクの推定値τ_０は、上述した（３）式で算出される。すなわち、回生運転時に、コンデンサ１３の正負極間電圧の検出量Ｖ^※と、第３の電流検出器１９で検出した直流電流の検出量Ｉ^※の積を用いてバッテリ１２への回生電力量Ｐを算出する。また、第１の電流検出器１６で計測したモータ３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを３相２相変換して得たｉｄ，ｉｑを用いて上述した（２）式で銅損Ｗｃを算出する。さらに、磁極位置検出器１５の検出信号に基づいてモータの角速度ωを算出し、電力量Ｐ、銅損Ｗｃ、角速度ωにより、上述した（３）式から、制動時におけるトルク推定値τ_０を推定する。このトルク推定値τ_０と制動トルク指令τ＾との偏差をフィードバックすることにより、種々の要因で設計上の回生制動トルクが得られないときでも、ブレーキペダル６の踏み込み量に応じた設計上の回生制動トルクを得ることができる。

（３）切替器５２を設け、力行運転時は実トルクフィードバック制御を行わないようにした。力行運転時のモータトルクは時々刻々、種々の要因で変動するので、回生制動運転中にのみ実トルクフィードバック制御を行って力行運転時に悪影響を与えることがない。

以上説明した第２電流指令演算部５６の電流指令値が選択されていた場合の実トルクフィードバック制御は、数秒間に渡ってモータが一定な制動トルクを出力する制動時に、モータの実トルクを検出して実施することが望ましい。

実トルクの推定に必要な変化量として回生電力Ｐ、銅損Ｗｃ、角速度ωをモータ制御コントローラ１４で演算する例で説明したが、車両コントローラ９で行っても良く、同じ車両に搭載された別のコントローラで行っても良い。

（第２の実施の形態）
制動時以外のタイミングでは、実トルクが時々刻々、変化している。指令値に対して実トルクが誤差を持つ要因は、前述の通り(１)温度、(２)減磁、(３)電流検出誤差であり、いずれも持続的な現象と言える。そこで、制動時に図２に示した制御と類似な方法で、制動トルク指令値τ^と実トルク推定値τ_０の比（ゲイン）を求め、モータ制御コントローラ１４に記憶された補正量（具体的には以下に述べるトルク定数）を上記ゲインに基づき書き換えることで、その後、上記(１)〜(３)の状況が変化するまで実トルクフィードバックを実施することなく、同等の精度を維持させることも可能になる。

一方、トルクに偏差が生じる状況は制動時だけでなく力行の場合でも同じである。そこで、力行時のトルクを指令値に揃えるためには、制動時に実トルク推定値τ_０から算出して記憶した上記補正量（トルク定数）を力行時にも用いる。これにより、力行時のモータトルクに対しても、温度他の影響を排除できる。

第２実施の形態の制動制御装置のシステム構成は、図１で示したブロック図にトルク補償部３０を追加したものである。インバータ制御部１０内のモータ制御コントローラ１４は、制動トルク指令値τ^と実トルク推定値τ_０の比であるゲインを求め、モータ制御コントローラ１４に記憶された補正量を上記ゲインに基づき書き換える。実トルクの推定に必要な変化量として回生電力Ｐ、銅損Ｗｃ、角速度ωは、モータ制御コントローラ１４で上述した式（１）〜（３）により演算される。

トルク補償部３０は、詳細は後述するが、車両コントローラ９がモータ制御コントローラ１４に指示した制動トルクのトルク指令値（τ＾）２１と同じ制御指令τ＾を信号３１として入力する。信号３２はトルク補償部３０とインバータ制御部１０間の双方向信号ネットワークである。トルク補償部３０はさらに、状態監視装置１８からバッテリ１２の残存容量や許容充電電流、放電電流を信号３３として入力する。信号３４は、モータ１による回生制動から電子制御式摩擦ブレーキによる制動に切り替える判定結果を負圧レスブレーキ７或いはＥＳＣ８５へ出力する信号である。

以下、モータのトルク補正と制動時における異常判定に関する第２の実施の形態について、図４、図５のフローチャートを参照して説明する。図４は、モータのトルク補正に関するフローチャートである。図５は、制動時における異常判定に関するフローチャートである。

モータのトルク補正に関するフローチャートである図４のステップＳ１、Ｓ２はトルク補償部３０によって実行される処理、図４のステップＳ３〜Ｓ９はモータ制御コントローラ１４によって実行される処理である。

まず、トルク補償部３０の入力と出力について説明する。トルク補償部３０への入力として、次の３種の信号３１、３２，３３がある。
（１）第１の入力信号３１は、力行時に車両コントローラ９がモータ１に指示した駆動トルクの指令値２１と同じ制御指令値τ＾である。
（２）第２の入力信号３２は、トルク補償部３０とインバータ制御部１０間の双方向ネットワーク信号であり、多種の情報をやり取りする。その１つは、モータ制御コントローラ１４で算出したトルク推定値τ_０である。
（３）第３の入力信号３３は、バッテリ１２の状態監視装置１８からバッテリ１２の残存容量や許容充電・放電電流を表す信号である。
（４）第４の入力信号は、ブレーキペダル６の踏み込み角度を示す信号３５である。この信号に基づいて、トルク補償部３０は、ブレーキペダルの踏み込み量と踏み込み速度を算出し、後述する制動トルク要求値τｄを求める。

トルク補償部３０の出力として、次の２種の信号がある。
（１）第１の出力信号３２は、インバータ制御部１０との間で種々の情報を授受する双方向信号である。たとえば、モータ制御コントローラ１４から送信されるトルク定数φが含まれる。
（２）第２の出力信号３４は、回生制動から摩擦制動に切り替えるための判定信号である。判定信号３４は、制動トルク指令値３１と、トルク推定値３２と、更に、バッテリ１２の状態検出信号３３の結果も考慮して、モータ１による回生制動から電子制御式摩擦ブレーキによる制動に切り替える信号である。この信号３４は、負圧レスブレーキ７或いはＥＳＣ８の制御部に出力される。

以下、図４のフローチャートを参照して説明する。まず、ブレーキペダル６が踏まれ、運転者が制動を指示すると、ステップＳ１においてトルク補償部３０は状態監視装置１８から入力されたバッテリ１２の残存容量や許容充電・放電電流に関する監視情報を信号入力３３として得て、回生が可能かどうかを判断する。ここで、許容充電・放電電流とは、バッテリが充電電流（回生時）、或いは放電電流（力行時）を流した場合に、バッテリの内部抵抗による電圧変動で、許容される最大或いは最小の電圧しきい値を超えない条件での値を表す。
回生が可能と判断されると、ステップＳ２で電子制御摩擦ブレーキからモータ１による回生ブレーキに切り替わる。そしてモータ制御コントローラ１４に処理を移す。

次に、インバータ制御部１０内のモータ制御コントローラ１４は以下に示す処理を実行する。ステップＳ３において、モータ１の回転数Ｎが実トルク検出に好適な速度未満、すなわち、回転数ＮがＮ^※未満であり、かつ、モータ１の回転数Ｎが車両が停止しているとみなされる下限速度、すなわち下限回転数Ｎ_０を超えているか否かを判断する。換言すると、ステップＳ３では、モータ回転数ＮがＮ_０＜Ｎ＜Ｎ^※であるか否かを判断する。この範囲であれば本実施の形態の特徴である実トルクの推定処理に入る。

ここで、永久磁石型モータは、回転数に比例して逆起電力を発生する。この逆起電力がバッテリ１２の電圧より大きく上回ると、モータ１からバッテリ１２にエネルギーが流出してしまうため、通常は電流成分ｉｄによって逆起電力を低減する弱め磁束制御を行っている。ステップＳ３において、モータ１の回転数が実トルク検出に好適な速度範囲にあると判定されると、ステップＳ４に進む。モータ回転数ＮがＮ_０＜Ｎ＜Ｎ^※の速度範囲では逆起電力も小さく、電流成分ｉｄをゼロにしても差し支えない。この制御をステップＳ４で行う。

ここで、永久磁石型モータのトルクτは（４）式で表すことができる。
τ＝Ｐｎ{φａ・ｉｑ−(Ｌｄ−Ｌｑ)ｉｄ・ｉｑ} （４）
ただし、
Ｐｎはモータ１の極対数
φａは磁石の磁束量であり、いわゆるトルク定数に相当する。
Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれモータ１のｄ軸、ｑ軸方向のインダクタンスである。

永久磁石型モータにおいて、磁石が温度変化することで磁束量φａが低下し、同じ電流を通電しても磁石の特性に応じてトルクが減少する。また、ネオジウム磁石を用いる場合、高温で永久的な減磁に至る場合があり、それ以後は磁束量φａが低減して、同じ電流を流してもトルクは正常な場合より減少する。

ステップＳ４において、電流成分ｉｄをゼロに設定すると、（１）式の右辺は第一項のみになり、これを（５）式で表す。
τ≒Ｐｎφａ・ｉｑ （５）
即ち、トルクτはＰｎφａ・ｉｑで表現できるが、φａが磁石の温度に応じて変化するため、実際のトルクと（５）式で算出したトルク、すなわち設計値としてのトルクとの間に誤差が発生する。
（５）式で用いるｉｄは、第１の電流検出器１６で検出する三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを３相２相変換部５５で得られたｉｄが用いられる。

ステップＳ５において、モータ１が回生してバッテリに戻る電力量Ｐを次式（６）式から算出する。
Ｐ＝Ｖ_ＤＣ×Ｉ_Ｂ（６）
なお、図２では、コンデンサ１３の正負極間電圧をＶ^※で、また、第３の電流検出器１９で検出した直流電流の検出量をＩ^※でそれぞれ表現したが、これらの変化量は式（６）と図４のフローチャートではＶ_ＤＣとＩ_Ｂで記載している。

ステップＳ６において、銅損演算部５８は、第１の電流検出器１６の検出量からモータ１の銅損Ｗｃを上記（２）式から演算する。

ステップＳ７では、角速度演算部５９で磁極位置検出器１５からの信号でモータ１の角速度ωを求め、次の（７）式でモータ１の実トルク推定値τ_０を演算する。
τ_０＝（Ｖ_ＤＣ・Ｉ_Ｂ＋Ｗｃ）／ω （７）

そして、ステップＳ８で、（５）式と（７）式から導出される（８）式でトルク定数φaを求める。
φa＝τ_０／Ｐ_ｎ・ｉｑ （８）

次のステップＳ９で、パラメータであるトルク定数φaを更新してモータ制御コントローラ１４内に記憶する。ステップＳ３で判定がyesの場合、予め定めたサンプリング期間毎にステップＳ４から ステップＳ９までの処理が繰り返されるが、最初の１回目で（８）式の結果としてトルク定数φaが更新されると、その後の繰返しでは温度による変動等が無い限りトルク定数φaが不変となり、特に変化はない。

最終的に、ステップＳ３の判定でモータ回転数が所定値以下になると、ステップＳ１０に移行してパラメータ更新の作業が終了する。

図４のフローチャートで述べた処理は、毎回の制動時に実施する。そして制動時以外でモータ１が駆動する場合にも、図４の処理で更新されたパラメータφaを使用するため、上記（４）式や（５）式を用いて算出するモータの実トルクは精度が高い結果を維持することができる。このように実トルクの精度を補償ができれば、電動車両で状況に応じてトルクをきめ細かく自動調整を可能にすることが可能になる。

図５は、制動時における異常判定に関するフローチャートであり、判定に応じてトルク定数φaの補正等を行う。図５に示す処理は、トルク補償部３０で実行される処理であり、ブレーキペダル６から踏力が発生した場合に開始される。この図で、制動トルクに関して以下の４種の量を扱う。
τｄ：ブレーキペダル６の踏み込み量に基づく回生トルク要求値
τ＾：車両コントローラ９からモータ１への回生制動トルク指令値
τ_０：（７）式から推定したトルク推定値
τ^※：インバータ制御部１０の指令に基づくモータトルク制御量
ここで、τ^※はインバータ制御部１０の第１の電流検出器１６で検出した交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗから算出したｉｑを使用して以下の（９）式で演算したトルク制御量である。
τ^※＝Ｐｎ・φａ・ｉｑ （９）

上述したように、図５の異常判定のフローチャートはブレーキペダル６に踏力が加わると開始される。最初に車両コントローラ９はブレーキ踏み込み量に応じた制動トルクを回生トルクと摩擦制動トルクの２つに分担させる。
図５のステップＳ１１では、ブレーキペダル６の踏み込み量から信号３５により得られた回生トルク要求値τｄと、車両コントローラ９から信号３１として入力された制動トルク指令値τ＾とについて、両者が許容される誤差範囲内で一致しているかどうかを判断する。回生トルク指令値τｄと制動トルク指令値τ＾が誤差範囲を超えて異なっていると判定される原因は、例えば、信号の通信過程での異常が考えられ、この場合は、ステップＳ１１が否定されてステップＳ１２において、ブレーキ指令の異常と判断する。

次に、ステップＳ１３において、制動トルク指令値τ＾とトルク推定値τ_０が許容される誤差範囲内で一致しているかどうかを判断する。制動トルク指令値τ＾とトルク推定値τ_０が誤差範囲を超えて異なっていると判定された場合は、次のステップＳ１４において、インバータ制御部１０の指令基づくモータトルク制御量、すなわちモータトルク指令値τ^※とトルク推定値τ_０が許容される誤差範囲内で一致しているかどうかを判断する。

ステップＳ１３及びＳ１４の両判断がいずれもNoになる場合は、ステップＳ１５でモータ制御コントローラ１４によるトルク定数φaの補正を行う。すなわち、前述した図４のステップＳ３〜Ｓ９の処理をモータ制御コントローラ１４によって実行させ、トルク定数φaを求め、これを補正量としてモータ制御コントローラ１４内に記憶する。

ステップＳ１４において、インバータ制御部１０の指令に基づくモータトルク指令値τ^※が（３）式から推定した回生制動トルクのトルク推定値τ_０と一致していると判定された場合は、ステップＳ１６に進む。すなわち、ステップＳ１４が肯定判定されるのは、ステップＳ１３において、制動トルク指令値τ＾とトルク推定値τ_０が誤差範囲を超えて異なっている状況下で、モータ１が車両コントローラ９からの制動トルク指令値τ＾に従って駆動されていない場合である。これは、バッテリ１２の異常によりバッテリが回生電力を受入れることができない状況を意味している。この状況はステップＳ１６で判定され、次のステップＳ１７でモータ１による回生を中止する。すなわち、モータによる回生制動を中止して、電子制御式摩擦ブレーキによる制動に切り替えるべく、トルク補償部３０は切替信号３４を出力する。この切替信号３４により、負圧レスブレーキ７は、ブレーキペダル６の踏み込みにより摩擦ブレーキのみで制動を行うように駆動される。

前述のステップＳ１３で制動トルク指令値τ＾と（３）式から推定した回生制動トルクのトルク推定値τ_０が概ね一致している場合は、前述した図４の処理でモータ制御コントローラ１４によって求められたトルク定数の補正が利いているケースである。そこで、ステップＳ１８で車両の減速加速度は妥当かを判断し、Noの場合は電子式摩擦ブレーキに異常の可能性ありと判断し、ステップＳ１９で摩擦ブレーキに異常の可能性ありのフラグを立てる。ステップＳ１８でYesの場合は、ステップＳ２０で全てが正常であることを判定し、その後、例えば、車両が停止するまで、ステップＳ１３に戻って異常判定の動作を継続する。図５の実施形態によれば、制動時において複数の異常要因を判定することが可能になり、電動車両の安全性を高めることができる。

以上説明した第２の実施の形態による電動車両の制動制御装置が適用される電動車両では永久磁石型モータが使用されており、インバータ制御部１０は、ベクトル制御によりモータ１のトルクを制御する。ベクトル制御では、三相の電流を回転座標系の考えでｉｄ成分（磁束と同方向な電流成分）と ｉｑ成分（ｉｄに直交する成分）の２種に変換して制御する。モータトルクは、トルク定数φとｉｑ成分と極数との積で決まる第一の値に、ｉｄ成分とｉｑ成分の積で決まる第二の値を加えて求める。ここで、第二の値が小さいほどトルク補正量の前述の補正量を精度良く求めることができる。そこで、インバータ制御部１０は制動時に、モータ１の回転数が所定の回転数Ｎ^※未満に減速すると、該モータ１のトルクをベクトル制御する電流指令値の内、磁束と同方向な電流成分ｉｄを予め定めた値以下に低減すると共に、該電流成分ｉｄを低減した状態で、電圧検出部による電圧検出Ｖ_ＤＣと第３の電流検出部１９による電流検出Ｉ_Ｂを実施し、モータ１が回生するトルクを推定する。

また、モータ１のトルク誤差だけではなく、バッテリ１２が自身の状態を検知して充電電力の受入が困難と判断される場合もある。この場合は、回生トルクで制動力を得ることができないので、摩擦ブレーキにより必要な制動力を得る必要があり、ブレーキ踏み込みに応じた制動要求値を回生制動トルクと摩擦トルクに分配する車両コントローラ９に対して摩擦ブレーキでのみ制動力を得るような切替を指令する必要がある。そこで、インバータ制御部１０は、電流検出部１６で検知したモータ１の三相交流電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗから（９）式で算出されたモータ１のトルク制御量τ^※と、車両コントローラ９からインバータ制御部１０に指示した制動トルク指令値τ＾と、式（７）で推定したトルク推定値τ_０とを比較し、回生電力の受入れ可否を判断する。

バッテリ１２が充電電力の受入を困難であるか否かの判断は、次のように行われる。トルク推定部が推定したトルク推定値τ_０とトルク制御量τ^※がほぼ等しいにも拘わらず、これら二者と車両コントローラ９からインバータ制御部１０に指示した制動トルク指令値τ＾が異なることがある。これは、図５のステップＳ１３が否定され、ステップＳ１４が肯定された場合であり、バッテリ１２自体が回生電力の受け入れをできない状況により生じる現象である。第２の実施の形態によれば、ステップＳ１６において、こうした現象をバッテリ１２が充電電力の受入が困難である状況であると判断し、ステップＳ１７において、モータ１による回生制動から電子制御式摩擦ブレーキによる制動に切り替える。
このような制御により、バッテリ１２により回生電力の受け入れが困難な状態であっても、ブレーキペダルの踏み込みに応じた制動トルクを確実に発生させることができる。
また、モータ制御コントローラ１４はトルク定数φａを適宜補正するので、回生制動から摩擦制動への切替タイミングの精度も向上する。

以上説明した実施の形態では、電気自動車の制動装置について言及しているが、ハイブリッド自動車への適用や、その他のシステムへの適用も可能であり、上記実施形態の構成に限定されるものではない。

本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１ モータ
６ ブレーキペダル
９ 車両コントローラ
１０ インバータ制御部
１１ 主回路
１２ バッテリ
１３ コンデンサ
１４ モータ制御コントローラ
１５ 磁極位置検出器
１６ 第１の電流検出器
１７ 第２の電流検出器
１８ 状態監視装置
１９ 第３の電流検出器
３０ トルク補償部
５７ 電力演算部
５８ 銅損演算部
５９ 角速度演算部
６０ トルク演算部
６１ 比較器
６２ アクセルペダル

Claims (6)

1. バッテリから供給される電力を制御するインバータ制御部と、
   前記インバータ制御部によって制御され、力行運転時には駆動輪に駆動トルクを与え、回生運転時には駆動輪に回生制動トルクを与えるモータと、
   制動時に、前記モータから前記バッテリに回生する回生電力による得られる前記回生制動トルクと、電子制御式摩擦ブレーキによる摩擦制動トルクの分担を制御する制動制御部とを備え、
   前記インバータ制御部は、更に、
   前記バッテリへ回生する回生電力から前記モータの実トルクを推定するトルク推定部と、
   前記制動制御部が前記モータに指示した回生制動トルク指令値と、前記トルク推定部が推定した実トルク値との差から、前記モータが出力する前記回生制動トルクをフィードバック制御するフィードバック制御部とを備える電動車両の制動制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の制動制御装置において、
   前記トルク推定部は、前記モータの３相の出力線に設けられた第１電流検出器の電流検出値から前記モータの銅損を求め、前記求められた銅損と前記モータの角速度と前記回生電力とに基づいて前記モータの実トルクを推定する電動車両の制動制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動車両の制動制御装置において、
   前記トルク推定部は、前記バッテリの正負極間電圧と、前記バッテリへ回生させる電流とに基づいて前記回生電力を算出する電動車両の制動制御装置。
4. 請求項１に記載の電動車両の制動制御装置において、
   制動制御装置はさらに、前記バッテリの正負極端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記バッテリへ回生させる電流を検出する第３の電流検出部とを有し、
   前記トルク推定部は、制動時に前記電圧検出部が検知した電圧値と前記第３の電流検出部が検知した電流とに基づいて、前記モータが回生するトルクの推定値を推定し、
   前記インバータ制御部は、前記制動制御部が前記モータに指示した制動トルク指令値と、前記トルク推定部が推定したトルク推定値とに基づいて、トルクを補正する補正量を演算して記憶する補正量演算部をさらに有する電動車両の制動制御装置。
5. 請求項４に記載の電動車両の制動制御装置において、
   前記トルク推定部は、制動時に前記モータの回転数が所定の回転数未満に減速すると、前記モータのトルクをベクトル制御する電流指令値の内、磁束と同方向な電流成分を予め定めた値以下に低減すると共に、前記電流成分を低減した状態で、前記電圧検出部による電圧検出と前記第３の電流検出部による電流検出を行い、前記モータが回生するトルクを推定する電動車両の制動制御装置。
6. 請求項４または５記載の電動車両の制動制御装置において、
   前記インバータ制御部は、前記モータに供給する電流を検出する第４の電流検出部を有し、この第４の電流検出部で検知した電流値から前記モータのトルク制御量を演算し、
   制動制御装置はさらに、前記モータに指示した制動トルク指令値と、前記トルク推定部が推定したトルク推定値と、前記演算されたトルク制御量の三種を比較して、三種の比較結果に基づいて、
   （１）前記補正量の更新処理と、（２）前記バッテリが回生電力の受け入れ可否判定処理と、（３）回生電力の受け入れができないと判定したときに前記モータによる回生制動から前記電子制御式摩擦ブレーキによる制動に切り替える切替処理とを行うトルク補償部を備える電動車両の制動制御装置。

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