JP3700612B2 - 車両駆動用モータの制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両駆動用モータの制御装置および制御方法に関し、特に、車両の後退を考慮した適切なトルクでモータを応答性良く制御できる車両駆動用モータの制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に設けられたエンジンと、このエンジンに同期して回転する発電機とを備えた車両であって、エンジンによって前後輪の一方、たとえば前輪を駆動し、発電機により発電された電力によってモータを駆動させ、このモータの駆動により前後輪の他方、たとえば後輪を駆動する四輪駆動車両が知られている（たとえば、特開２０００−３２４６１２号公報参照）。これは、前輪をエンジンで駆動し、発進時に前輪がスリップすると後輪をモータで駆動して発進をアシストするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した四輪駆動車両では、たとえば、登り坂に停車している状態から発進する場合のように、車両が一旦後退して（以下、ロールバックと記す。）から発進する場合と、平地に停車している状態から発進する場合のように車両が後退することなくそのまま発進する場合とで、車両駆動用モータの出力トルクを相違させることで、発進性を向上させることが望ましい。このためには、車両駆動用モータの回転方向を検出することが必要とされる。
【０００４】
ここで、モータの回転方向は、たとえば特開平７−２２２４７７号公報に開示されたように、モータの端子電圧または誘起電圧を検出することにより検出することができる。
【０００５】
しかしながら、モータの端子電圧または誘起電圧を検出することにより当該モータの回転方向を検出し、この検出された回転方向に基づいて車両の発進状態に応じたモータ出力トルクのフィードバック制御を実行する構成では、運転者の要求に対する追従性に問題があった。
【０００６】
すなわち、こうした四輪駆動車両では、エンジンが始動し、このエンジンの始動によって発電機が回転して発電し、この発電機の電力によってモータが駆動するが、モータが駆動するまでは当該モータの回転方向を検出することができないことから、検出された回転方向に基づいてモータをフィードバック制御したときは、既に車両が後退していることも少なくない。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、車両の後退等を考慮した適切なトルクでモータを応答性良く制御できる車両駆動用モータの制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１） 上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、車両の起動を検出する起動検出手段と、前記起動検出手段により車両の起動が検出された場合に、車両を駆動するモータに界磁電流のみを供給する界磁電流供給手段と、前記界磁電流供給手段により界磁電流のみが供給されたときの前記モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、前記回転方向検出手段により検出されたモータの回転方向に基づいて、前記モータが発生するトルクを決定するトルク決定手段と、前記トルク決定手段により決定されたトルクに基づいて、前記モータを制御するモータ制御手段と、を有する車両駆動用モータの制御装置が提供される。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、請求項７記載の発明によれば、車両の起動を検出し、前記車両の起動が検出された場合に、車両を駆動するモータに界磁電流のみを供給し、前記界磁電流のみが供給されたときの前記モータの回転方向を検出し、前記検出されたモータの回転方向に基づいて、前記モータが発生するトルクを決定し、前記決定されたトルクに基づいて前記モータを制御する車両駆動用モータの制御方法が提供される。
【００１０】
本発明では、車両の駆動源の全部または一部となるモータに界磁電流のみを供給することにより、モータの駆動前においても、モータの回転方向が検出可能となる。すなわち、モータに界磁電流のみが供給された状態で、車両のロールバックなどの外力によるモータの回転方向を検出する。
【００１１】
次に、検出されたモータの回転方向に基づきモータトルクが決定され、これに基づきモータを制御する。たとえば、前進の場合の回転を正転とすると、登り坂で発進する場合でロールバック状態となったときは、誘起電圧は負の値となる。このように、本発明は、モータ駆動前からモータ回転方向を検出しておき、モータ駆動開始時には、フィードフォワード制御を可能にすることにより、従来の制御方法より優れた応答特性を得ることができ、特に制御目標値を出力してから実際の出力値を目標値に合わせるのに要する時間を短縮することができる。
【００１２】
（２）上記発明においては特に限定されないが、請求項２記載のように、前記界磁電流供給手段は、車両の傾斜度が所定以上の傾斜度であるとともに、車両の起動が検出された場合に、車両を駆動するモータに界磁電流のみを供給するよう構成することもできる。
【００１３】
これにより、坂道での発進による後退および前進するときにのみ界磁電流を供給するので、電力の消費を低減することができる。
【００１４】
（３）上記発明においては特に限定されないが、請求項３記載のように、前記発進検出手段は、車両のイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦを検出することで車両の起動を検出するよう構成することもできる。
【００１５】
内燃機関を駆動源とするハイブリッド車などにおいては、内燃機関の点火用スイッチであるイグニッションスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることが車両の始動／停止に相当するので、このイグニッションスイッチを共用することで別途の起動検出手段を設ける必要がなくなる。また、イグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号のようにタイミングトリガ信号を用いることで、モータに界磁電流を流し続けるといったエネルギーロスおよび蓄電池の容量不足を防止することができる。
【００１６】
（４）上記発明では特に限定されないが、請求項４記載のように、前記界磁電流供給手段として車載された蓄電池を用いることもできる。
車両には電装部品用電源として蓄電池が搭載されているのが一般的であることから、こうした蓄電池を界磁電流供給手段として共用することで別途専用の電流供給源を搭載する必要がなくなる。また、一般的に車載されている蓄電池は、１２Ｖといった電圧で規格化されているのが一般的であることから、モータ制御回路の設計上においても新たな設計仕様を必要としない。
【００１７】
（５）上記発明では特に限定されないが、前記モータは、界磁電流が供給され磁場を生成する電磁石を有することが好ましい。
また、前記制御手段は、前記モータの電磁石に供給する界磁電流および／または前記モータの電機子に供給する電機子電流を制御することが好ましい。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１乃至８記載の発明によれば、車両の全部または一部を駆動するモータに予め界磁電流のみを供給しておくことにより、モータ駆動前においても、モータの回転方向が検出でき、この検出されたモータの回転方向に基づいてモータが発生するトルクを決定し、このトルクに基づいてモータを制御することで、モータ駆動開始時にフィードフォワード制御を可能にすることにより、従来のフィードバック制御方法に比べ、著しく応答性を向上させることができ、特に制御目標値を出力してから実際の出力値を目標値に合わせるのに要する時間を短縮することができる。
【００１９】
これに加えて、請求項２記載の発明によれば、坂道での発進による後退および前進するときにのみ界磁電流を供給するので、電力の消費を低減することができる。
【００２０】
また請求項３記載の発明によれば、別途の発進検出手段を設ける必要がなくなり、また、モータに界磁電流を流し続けるといったエネルギーロスおよび蓄電池の容量不足を防止することができる。
【００２１】
また、請求項４記載の発明によれば、別途専用の電流供給源を搭載する必要がなくなり、また、モータ制御回路の設計上においても新たな設計仕様を必要としない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の車両駆動用モータの制御装置を四輪駆動車両に適用した実施形態を示すブロック図である。
【００２３】
図１に示すように、本例の四輪駆動車両において、左右前輪１Ｌ，１Ｒはエンジン２によって駆動され、左右後輪３Ｌ，３Ｒはモータ４によって駆動される。エンジン２の出力は、トランスミッション５を介して左右の前輪１Ｌ，１Ｒに伝達されて当該左右の前輪１Ｌ、１Ｒを回転駆動させるとともに、同時に無端ベルト６を介して発電機７にも伝達され、発電機７を駆動する。
【００２４】
この発電機７により発電された電力は、リレー、フューズ等が内蔵されたジャンクションボックス１０を介してモータ４に供給され、また、この発電機７により発電された電力の一部は、発電機７とモータ４へ界磁電流を流す１２Ｖ用バッテリ（ＢＡＴ）２０にも供給される。この１２Ｖ用バッテリ（ＢＡＴ）２０が、本発明の界磁電流供給手段に相当する。なお、１２Ｖ用バッテリ（ＢＡＴ）２０は、車両用電源としては一般的であり、車両の電装品電源として通常使用されているのでこれを共用することができる。
【００２５】
本例では、モータ４の誘起電圧を検出する誘起電圧検出センサ２１と、モータ４に供給される界磁電流を検出する界磁電流センサ２２とが設けられており、これら誘起電圧検出センサ２１および界磁電流検出センサ２２からの信号は４ＷＤコントローラ８へ送出され、この４ＷＤコントローラ８によってモータ４が制御される。そして、この誘起電圧検出センサ２１および界磁電流検出センサ２２からの信号に基づきモータ４の回転方向が検出される。このうち誘起電圧検出センサ２１が、本発明の回転方向検出手段に相当する。
【００２６】
また、４ＷＤコントローラ８は、モータ４に１２Ｖ用バッテリ（ＢＡＴ）２０から界磁電流を流すためリレー２３にも信号を送っており、モータ４の界磁電流制御および電機子電流制御を独立して行うことも可能となっている。すなわち、本例のモータ４は磁場を生成する磁石として電磁石を用い、かつ当該電磁石への界磁電流の供給制御と、電機子への電流の供給制御とを互いに独立して行えるよう構成されている。そして、発進前におけるモータ４の回転方向は、バッテリ２０（界磁電流供給手段）からモータ４の電磁石に界磁電流を供給することで検出され、発進後のモータ４の制御は、４ＷＤコントローラ８（モータ制御手段）からモータ４の電機子および／または電磁石へ駆動用電流を供給することで実行される。
【００２７】
なお、この４ＷＤコントローラ８が、本発明のトルク決定手段およびモータ制御手段に相当する。また、モータ４の出力は、減速機１１およびクラッチ１２を介して左右後輪３Ｌ、Ｒに伝達される。図１において、符号１３は、デフレンシャルギヤを示す。
【００２８】
４ＷＤコントローラ８は、エンジン２を制御するエンジン・コントロール・モジュール（ＥＣＭ）９にも接続されており、このエンジン・コントロール・モジュール（ＥＣＭ）９は、エンジン回転センサ２４およびアクセル開度センサ２５からの入力信号を受けエンジン２の出力を制御する。
【００２９】
次に動作を説明する。
図２は、本実施形態の制御方法を示すフローチャートであり、まず最初に車両は当初停止状態にあり、イグニッションスイッチ（ＩＧＮ）はＯＦＦの状態となっている。したがって、最初のステップＳ１において、イグニッションスイッチがＯＮになったか否かをエンジン・コントロール・モジュール（ＥＣＭ）９で判断し、ＯＮの場合は次のステップに進み、ＯＦＦの場合はスタートに戻る。このイグニッションスイッチおよびエンジン・コントロール・モジュール（ＥＣＭ）９が、本発明に係る発進検出手段に相当する。
【００３０】
イグニッションスイッチがＯＮの場合、ステップＳ２において、エンジン・コントロール・モジュール（ＥＣＭ）９よりリレー２３に信号を送り、当該リレー２３をＯＮにして１２Ｖ用バッテリ（ＢＡＴ）２０からの電力をモータ４に供給する。そして、ステップＳ３において、１２Ｖバッテリ（ＢＡＴ）２０よりモータ４の電磁石に、一定の界磁電流ＩＦのみが流れるよう制御する。これにより、誘起電圧を計測するだけで、モータ４の回転方向を判定することが可能な状態となる。
【００３１】
次に、ステップＳ４において、界磁電流ＩＦが一定値以上流れているかを判断する。この界磁電流ＩＦの測定は、界磁電流検出センサ２２により行われ、エンジン・コントロール・モジュール（ＥＣＭ）９により判断される。界磁電流ＩＦが一定値以上流れていない場合は、ステップＳ３に戻り、界磁電流の制御を再度行う。
【００３２】
界磁電流ＩＦが一定値以上流れていることが確認できた場合は、ステップ５に進み、セルモータが始動されたらステップＳ６に進んで、エンジン２が始動したか否かの判定を行う。この判定は、エンジン回転センサ２４の信号により行われる。エンジン２の始動が確認できた場合はステップＳ７に進むが、確認できなかった場合はステップＳ１に戻り、再度イグニッションスイッチの動作の確認から始める。
【００３３】
ステップ６にてエンジン２の始動が確認されたら、いわゆるアイドリング状態になるが、次のステップＳ７において、イグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦの状態を再確認する。これは、一旦エンジン２を始動した後、運転を中止する場合を考慮したもので、ここでイグニッションスイッチがＯＦＦであることが確認された場合は、ステップＳ８に進み制御を終了する。これに対して、イグニッションスイッチがＯＮの場合、すなわち、運転状態が継続している場合は、次のステップＳ９に進む。
【００３４】
ステップＳ９では、誘起電圧検出センサ２１を用いてモータ４に生じた誘起電圧（ＨＶＢ）の検出を行い、次のステップＳ１０では、誘起電圧の正負の判定を行う。
【００３５】
ここで、モータ４に生じた誘起電圧ＨＶＢは、
【００３６】
【数１】
誘起電圧（ＨＶＢ）＝定数×界磁電流（ＩＦ）×回転数（Ｎ） …（１）
で求めることができ、回転数Ｎはモータ４の回転方向によってその符号の正負±が反転する値であり、よってこの誘起電圧ＨＶＢの正負を反転することにより、モータ４の回転方向（正転または反転）を判定することができる。したがって、誘起電圧が負である場合はロールバックの状態にあることを意味しているので、ロールバック発進時のモータトルク演算ステップＳ１１に進み、それ以外の場合は、通常のモータトルク演算ステップＳ１２に進む。
【００３７】
このようにステップＳ１１では、車両はロールバック状態にある。すなわち、エンジン２は始動しているが、車両は外力（たとえば、登り坂に停車しているときのように坂道を下がる方向に受ける力）により、後進状態にある。こうしたロールバック状態で通常のモータトルク演算を行うと、モータにかかる電機子の端子電圧が大きくなり、モータトルクが必要以上に大きくなる。このため、路面状態によってはグリップ限度を超えてスリップ状態となるおそれがある。これについて以下に説明する。下記式（２）は、電機子回路端子電圧（Ｅ）を求める演算式であり、式（３）はモータトルク（Ｔ）を求める演算式である。
【００３８】
【数２】

【００３９】
【数３】
モータトルク（Ｔ）＝定数×電機子電流（Ｉ） …（３）
式（２）において、ロールバック状態にあるときは、回転数（Ｎ）は負値を示す。この場合、回転数が通常状態、たとえば回転数（Ｎ）がゼロとして、電機子端子電圧（Ｅ）を算出すると、定数、界磁の磁束（φ）、電機子抵抗（Ｒ）はすべて正値であるため、電機子電流（Ｉ）は通常より大きく算出される。
【００４０】
モータトルク（Ｔ）は、式（３）より明らかなように、電機子電流（Ｉ）に比例するため、モータトルク（Ｔ）が大きくなり過ぎるという問題を生じる。
【００４１】
そこで、ステップＳ１１のロールバック発進時のモータトルク演算においてはモータトルクが大きくなりすぎないよう目標トルクに合わせた演算を行う。
【００４２】
次のステップＳ１３では、アクセル開度（θ）の正負の判定を行う。アクセル開度（θ）が負値である場合は、アクセルを踏み込み発進状態にあることを意味し、それ以外の場合は、能動的発進指令が行われていない状態、すなわち、アイドル状態にあることを意味している。
【００４３】
したがって、アクセル開度（θ）が負である場合には、ステップＳ１４に進み電機子電流および界磁電流の制御を開始する。それ以外の場合にはステップＳ９に戻り誘起電圧の再検出を行う。
【００４４】
ステップＳ１５では、車両の走行状況を判定する。すなわち、ブレーキングにより車両が停止した場合等を想定し、車両停止となった場合にはステップＳ７に戻り、イグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦの確認を行う。車両が停止していない、すなわち、走行状態にある場合はステップ９に戻り、再度誘起電圧の検出を行い制御を継続する。
【００４５】
一方、ステップＳ１０にてロールバック状態にないと判定された場合は、通常のモータトルク演算を行うステップＳ１２に進み、その後はロールバック発進時の場合と同様の処理を行う。
【００４６】
図３は、車両駆動用モータの制御に、従来のフィードバック制御を用いた場合と本例のフィードフォワード制御を用いた場合における車速の応答特性を示した図である。この図からも明らかなように、フィードフォワード制御を用いた方がフィードバック制御を用いた場合に比べ、目標車速に収束する時間が短く、かつその振幅も狭い。このことは、フィードフォワード制御の方がより優れた応答特性を有することを意味している。
【００４７】
以上、本実施形態では、界磁電流の供給をイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号をタイミングトリガとして行ったが、この方法以外にも、たとえば、車両の傾斜度を検出する傾斜センサを備え、車両停止時に車両の傾斜度を検出して記憶しておき、次回発進時には、この傾斜度が所定値以上の傾斜度である場合にのみ界磁電流を供給する方法などが考えられる。この方法によれば、平坦地から発進する場合には、界磁電流を流すことなく電力消費量を低減できるという効果がある。
【００４８】
また、本実施形態では、アクセル開度（θ）が負の場合、すなわち、発進指令が行われた場合のみに、フィードフォワード制御を開始することとしたが、ギア状態をも考慮して制御を開始する方法も考えられる。すなわち、登り坂発進の場合において、ギアが前進に入っている場合には、電機子電流および界磁電流の制御を開始し、車両を停止状態に保持し、アクセル開度（θ）が負値となって初めて車両を前進させるような制御を行う方法が考えられる。こうすることにより、登り坂発進における不用意なロールバックを防止することができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態では、たとえば登り坂などから車両が発進する場合に、車両が後退する例を用いて説明したが、下り坂などから車両が発進する際に、車両が前進する場合でも、同様の効果を有することはいうまでもない。
【００５０】
また、上述した実施形態では、前輪がエンジンにより駆動され、後輪がモータにより駆動される四輪駆動車を例に挙げ説明したが、車両としては四輪駆動車のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車等にも本発明である車両駆動用モータの制御装置および制御方法を適用できる。
【００５１】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両駆動用モータの制御装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における制御手順を示すフローチャートである。
【図３】従来のフィードバック制御した場合と本発明のフィードフォワード制御をした場合の応答特性を比較した図である。
【符号の説明】
１Ｌ、Ｒ…前輪（左、右）
２…エンジン（ＥＮＧ）
３Ｌ、Ｒ…後輪（左、右）
４…モータ
５…トランスミッション
６…無端ベルト
７…発電機
８…４ＷＤコントローラ
９…エンジン・コントロール・モジュール（ＥＣＭ）
１０…ジャンクション・ボックス
１１…減速機
１２…クラッチ
１３…デフレンシャルギヤ
２０…１２Ｖ用バッテリ（ＢＡＴ）
２１…誘起電圧検出センサ
２２…界磁電流検出センサ
２３…リレー
２４…エンジン回転検出センサ
２５…アクセル開度検出センサ

Claims (8)

1. 車両の起動を検出する起動検出手段と、
   前記起動検出手段により車両の起動が検出された場合に、車両を駆動するモータに界磁電流のみを供給する界磁電流供給手段と、
   前記界磁電流供給手段により界磁電流のみが供給されたときの前記モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、
   前記回転方向検出手段により検出されたモータの回転方向に基づいて、前記モータが発生するトルクを決定するトルク決定手段と、
   前記トルク決定手段により決定されたトルクに基づいて、前記モータを制御するモータ制御手段と、を有する車両駆動用モータの制御装置。
2. 車両の停止を検出する停止検出手段と、
   前記停止検出手段により車両の停止が検出されたときに、車両の傾斜度を検出する傾斜度検出手段と、を備え、
   前記界磁電流供給手段は、前記傾斜度検出手段により検出された車両の傾斜度が所定以上の傾斜度であるとともに、前記起動検出手段により車両の起動が検出された場合に、車両を駆動するモータに界磁電流のみを供給する請求項１記載の車両駆動用モータの制御装置。
3. 前記起動検出手段は、車両のイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦを検出することで車両の起動を検出する請求項１または２記載の車両駆動用モータの制御装置。
4. 前記界磁電流供給手段は、車載された蓄電池である請求項１〜３の何れかに記載の車両駆動用モータの制御装置。
5. 前記モータは、界磁電流が供給され磁場を生成する電磁石を有する請求項１〜４の何れかに記載の車両駆動用モータの制御装置。
6. 前記制御手段は、前記モータの電磁石に供給する界磁電流および／または前記モータの電機子に供給する電機子電流を制御する請求項５記載の車両駆動用モータの制御装置。
7. 車両の起動を検出し、
   前記車両の起動が検出された場合に、車両を駆動するモータに界磁電流のみを供給し、
   前記界磁電流のみが供給されたときの前記モータの回転方向を検出し、
   前記検出されたモータの回転方向に基づいて、前記モータが発生するトルクを決定し、
   前記決定されたトルクに基づいて前記モータを制御する車両駆動用モータの制御方法。
8. 前記モータは電機子と磁場を形成する電磁石とを有し、前記決定されたトルクに基づいて、前記モータの電磁石に供給する界磁電流および／または前記モータの電機子に供給する電機子電流を制御する請求項７記載の車両駆動用モータの制御方法。

Images