JP6983305B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

従来、バッテリ、モータ及びインバータ回路を含む車両制御装置は過電圧保護機能を有している。例えば車両走行中にバッテリとインバータ回路との接続が切れる異常が発生した場合、モータ回転に伴う誘起電圧によりインバータ回路を構成する回路素子にかかる電圧が過大となり回路素子の故障に至るおそれがある。

これに対し、バッテリとインバータ回路との接続が切れた場合に過電圧の発生を抑制する技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、回転電機が発電機として機能中、車両の振動などにより制御装置と直流電源とを接続する遮断器などが開放状態になると、制御回路の充電経路には急激な電圧上昇が発生し、過電圧判定手段が過電圧と判定したとき、電力変換装置が回転電機を相短絡状態にすることが記載されている。

特開２００６−３４０５９９号公報

特許文献１に記載の電力変換装置が回転電機を相短絡状態にすると、過電圧を抑制すると共に、速やかに電圧を低下させることができ、制御装置に使用する回路素子を過電圧による劣化や破損などから保護することが可能となる。

しかし、効果はこれに留まり、モータのトルク制御を失った相短絡状態から、バッテリとインバータ回路とを再接続してモータを速やかに制御することが困難である。

本発明の目的は、バッテリとインバータ回路との接続が切れた場合でもモータのトルク制御を継続して行い、バッテリとインバータ回路とが再接続したときもモータのトルク制御をし続けることができる車両制御装置を実現することである。

上記課題を解決するために、本発明は、次のように構成される。

車両制御装置において、車両の駆動力を発生させるモータと、スイッチング素子により構成され、前記モータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路に接続され、前記モータを駆動する電力を供給するバッテリと、前記バッテリと前記インバータ回路との間に接続されるコンデンサと、前記バッテリと前記コンデンサとの間に接続されるコンタクタと、前記コンタクタがオフである場合、前記インバータ回路と前記モータとの間の電圧が前記コンデンサ側に印加される電圧に近づくように、前記インバータ回路と前記モータとの間で電流を流す制御部と、を備え、前記制御部は、前記モータをベクトル制御し、前記制御部は、前記コンデンサの両端の電圧を検出する電圧センサと、前記バッテリの高電位側を流れる電流を検出する電流センサと、前記電流センサで検出した電流を目標電流に近づけるトルク指令を演算して出力するフィードバック制御部と、ベクトル制御のｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を出力する電流指令演算部と、を有し、前記電流指令演算部は、前記電圧センサで検出した電圧が第１の閾値電圧以下であった場合、外部から入力されたトルク指令に基づいて前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値を演算して出力し、前記電圧センサで検出した電圧が前記第１の閾値電圧以下であった後に前記第１の閾値電圧を超えた場合、前記フィードバック制御部が出力したトルク指令に基づいて前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値を演算して出力し、前記電圧センサで検出した電圧が前記第１の閾値電圧を超えた後に前記第１の閾値電圧より低い第２の閾値電圧より低くなった場合、外部から入力されたトルク指令に基づいて前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値を演算して出力することを特徴とする。

本発明によれば、バッテリとインバータ回路との接続が切れた場合でもモータのトルク制御を継続して行い、バッテリとインバータ回路とが再接続したときもモータのトルク制御をし続けることができる車両制御装置を実現することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係るモータ制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明に係るモータ制御を行うコントローラの処理ブロック図である。 本発明に係るコンタクタ開放時の処理手順を示す処理フローである。 本発明に係るコンタクタ開放時の処理における各信号のタイミング図である。 本発明に係るモータ制御を行うコントローラの処理ブロック図である。 本発明に係るコンタクタ開放時の処理手順を示す処理フローである。 本発明に係るブレーキ補償に関するモータ制御システムの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
図１は、本実施例１のモータで車両を駆動するモータ制御システムの構成例である。

本発明に係る車両制御装置の一例である本実施例１のモータ制御システムは、主に、インバータ回路１と、モータ１０１と、バッテリ２０１と、コントローラ５１と、を有して構成される。

モータ１０１は、図示しない車両の駆動機構と接続されており、モータ１０１が回転することにより車両が推進する。また、本実施例１のモータ１０１は、三相永久磁石同期モータである。図１に示す１０２、１０３、１０４はモータ１０１に設けられた巻線である。モータ１０１は図示しないロータに設けられた永久磁石から発生する磁束と、図示しないステータに固定された巻線１０２、１０３、１０４に流れる電流により発生する磁界との相互作用により動作する。巻線１０２、１０３、１０４に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは夫々Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流である。電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、通常互いに１２０度の位相の異なる正弦波状の交流電流の形態となる。

モータ１０１は、温度センサ１０５を備える。温度センサ１０５は、モータ１０１の温度を検出し、検出した温度を示す温度センサ信号１０６を出力する。この温度センサ信号１０６は、コントローラ５１に入力される。コントローラ５１は、車両システムを制御する車両コントローラ５３から入力されるトルク指令５２により要求されるトルクをモータ１０１に与えるために、温度センサ信号１０６を含む各センサからの情報をもとにインバータ回路１を制御してモータ１０１に電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを流し、モータ１０１を回転させるものである。コントローラ５１の処理の詳細は図２を用いて後述する。

温度センサ信号１０６は、主にトルクの温度補償のために必要な情報である。モータ１０１のロータを構成する磁石から発生する磁束は温度依存性があるため、温度によってモータ１０１の巻線に流す電流Ｉｗ、Ｉｖ、Ｉｗとモータ１０１に発生するトルクとの関係が変化するからである。

さらに、モータ１０１は、回転位置センサ１０７を備える。回転位置センサ１０７は、モータ１０１のロータの回転位置を回転角度として検出する機能を有する。回転位置センサ１０７は、検出した回転位置を示す回転位置センサ信号１０８を出力する。この回転位置センサ信号１０８は、コントローラ５１に入力される。回転位置センサ信号１０８についてのコントローラ５１における処理は図２を用いて後述する。

電流センサ１０９、１１０、１１１は夫々電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの電流量を検出し、それに基づいて電流センサ信号１１２、１１３、１１４を出力する。この電流センサ信号１１２、１１３、１１４は、コントローラ５１に入力される。電流センサ信号１１２、１１３、１１４のコントローラ５１における処理も図２を用いて後述する。

インバータ回路１は、スイッチング素子２、３、４、５、６、７と還流ダイオード８、９、１０、１１、１２、１３を含む。

本実施例１のスイッチング素子２、３、４、５、６、７は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であり、ゲート端子、コレクタ端子、エミッタ端子を含む。還流ダイオード８、９、１０、１１、１２、１３は、スイッチング素子２、３、４、５、６、７のコレクタ端子とエミッタ端子との間に接続される。還流ダイオード８、９、１０、１１、１２、１３は、スイッチング素子２、３、４、５、６、７のコレクタ端子がエミッタ端子より高電位となる場合、還流ダイオード８、９、１０、１１、１２、１３を通じて電流を流し、スイッチング素子２、３、４、５、６、７に高い逆電圧がかかることを防止する。

スイッチング素子２、３、４、５、６、７のオンとオフの切替えは、スイッチング素子２、３、４、５、６、７のゲート端子に接続されるゲートドライブ信号１４、１５、１６、１７、１８、１９によって行われる。夫々のゲートドライブ信号１４、１５、１６、１７、１８、１９の元になる６本から成るゲート信号２１は、コントローラ５１により生成され、出力される。コントローラ５１から出力されたゲート信号２１は、ゲートドライブ回路２０に入力される。

ゲートドライブ回路２０は、ゲート信号２１をスイッチング素子２、３、４、５、６、７のオンとオフの切り替えに必要な電位に変換してゲートドライブ信号１４、１５、１６、１７、１８、１９を出力する。コントローラ５１におけるゲート信号２１の生成は図２を用いて後述する。

スイッチング素子２のエミッタ端子とスイッチング素子３のコレクタ端子とは接続され、その接続点は巻線１０２に接続され電流Ｉｕを流す。スイッチング素子４のエミッタ端子とスイッチング素子５のコレクタ端子とは接続され、その接続点は巻線１０３に接続され電流Ｉｖを流す。スイッチング素子６のエミッタ端子とスイッチング素子７のコレクタ端子とは接続され、その接続点は巻線１０４に接続され電流Ｉｗを流す。スイッチング素子２、４、６のコレクタ端子は、共通に接続され、高電位ＤＣ配線２２につながれる。またスイッチング素子３、５、７のエミッタ端子は、共通に接続され、低電位ＤＣ配線２３につながれる。

これにより、コントローラ５１は、生成したゲート信号２１をもとにスイッチング素子２、３、４、５、６、７のオンとオフを適切なタイミングで行い、巻線１０２、１０３、１０４に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御し、モータ１０１の回転制御を実現する。通常、ゲート信号２１は、電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが互いに１２０度位相の異なる正弦波状の信号になるようＰＷＭ（パルス幅変調)信号の形態を成す。

電圧センサ２５は、高電位ＤＣ配線２２と低電位ＤＣ配線２３に接続され、これらの電位差を検出する。高電位ＤＣ配線２２と低電位ＤＣ配線２３の電位差は通常例えば１００Ｖ以上の高電圧であるため、電圧センサ２５は、コントローラ５１が検出可能な低電圧に変換したＤＣ電圧センサ信号２６を生成し、出力する。このＤＣ電圧センサ信号２６は、コントローラ５１に入力される。

ＤＣ電流センサ２７は、高電位ＤＣ配線２２に流れる電流を検出する。ＤＣ電流センサ２７は、検出した電流を示すＤＣ電流センサ信号２８を生成し、出力する。このＤＣ電流センサ信号２８は、コントローラ５１に入力される。

インバータ回路１に含まれる平滑コンデンサ２９は高電位ＤＣ配線２２と低電位ＤＣ配線２３との間に接続される。平滑コンデンサ２９は、スイッチング素子２、３、４、５、６、７のスイッチング動作により発生するＤＣ電圧の脈動を抑制する働きがある。

バッテリ２０１は、バッテリ２０１の高電位側の端子と高電位ＤＣ配線２２が接続され、バッテリ２０１の低電位側の端子と低電位ＤＣ配線２３が接続され、インバータ回路１やモータ１０１に電力供給する直流電源として働く。

コンタクタ２０２は、バッテリ２０１の高電位側と高電位ＤＣ配線２２との間に設けられる。コンタクタ２０２のオンとオフの動作によりバッテリ２０１とインバータ回路１との間の電力伝達とその遮断を実現する。コンタクタ２０２の動作制御は、車両コントローラ５３からの指令を受けて、図示していないバッテリコントローラがオンとオフの動作を行う。

図２は、図１に示した実施例１においてモータ制御を行うコントローラ５１の処理を説明する処理ブロック図である。

コントローラ５１での処理は、電流指令演算部６１、電流制御部６２、二相三相変換部６５、ゲート制御信号演算部６６、三相二相変換部６７、位置速度演算部６８、及びＤＣ電圧上昇判定部７１を含む。コントローラ５１は、モータ１０１に三相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを流して回転制御するが、コントローラ５１の内部では三相交流系の座標からｄ軸とｑ軸で表される二相座標に変換した座標系にて処理する、いわゆるベクトル制御方式の手法が用いられる。

コンタクタ２０２がオンしてバッテリ２０１がインバータ回路１に接続された状態におけるコントローラ５１の処理について説明する。

電流指令演算部６１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊はトルク指令５２と回転速度ωと温度センサ信号１０６をもとに演算される。トルク指令５２はモータ１０１が出力すべきトルクを示す。一般に、モータのトルクＴは次式（１）の関係で表され、電流に依存する。

Ｔ =α（Ａ・ＩＱ＋Ｂ・ＩＤ・ＩＱ） ・・・（１）
上記式（１）において、ＩＤはｄ軸電流、ＩＱはｑ軸電流、αはモータ極対数、Ａは磁石磁束、Ｂはｄ軸とｑ軸とのインダクタンス差であり、モータによって決まる定数である。

回転速度ωは、回転位置センサ信号１０８をもとに位置速度演算部６８によって求められ、出力される。モータ１０１の巻線１０２、１０３、１０４から誘起される起電力が回転速度ωに応じて変化するので、回転速度ωは電流に対して影響を与え、電流指令値の演算に必要となる。

温度センサ信号１０６は、モータ１０１のロータに設けられた永久磁石の磁束が温度によって変化し、その結果モータのトルクに影響を及ぼすため、電流指令値の温度補償を行うため必要な情報である。

位置速度演算部６８は、回転位置センサ信号１０８をもとに回転速度ωを演算すると共に磁極位置θｄを演算する。磁極位置θｄは、二相三相変換部６５と三相二相変換部６７に入力され、ｄ軸及びｑ軸の二相座標と三相座標との間の変換に使用される。三相二相変換部６７は、三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対応する電流センサ信号１１２、１１３、１１４について、磁極位置θｄの情報をもとにｄ軸ｑ軸への座標変換を行い、ｄ軸検知電流Ｉｄとｑ軸検知電流Ｉｑを出力する。

比較器６３は、電流指令演算部６１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と三相二相変換部６７から出力されるｄ軸検知電流Ｉｄとの偏差を演算し、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを出力する。

比較器６４は、電流指令演算部６１から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と三相二相変換部６７から出力されるｑ軸検知電流Ｉｑとの偏差を演算し、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを出力する。

電流制御部６２は、目標値である指令値と出力値である測定値との偏差を示すｄ軸差分電流ΔＩｄとｑ軸電流偏差ΔＩｑがゼロになるようにフィードバック制御を行い、出力値を更新するために電圧指令であるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を演算し、出力する。

電流制御部６２が電圧の形態で指令値を出力するのは、ゲート制御信号演算部６６から出力するゲート信号２１が電圧で指令を定義するほうが都合の良いＰＷＭ信号であるためである。電流制御部６２におけるフィードバック制御は例えばＰＩ制御で行われる。

また、電流制御部６２は、指令値をそのまま出力値とするフィードフォワード制御を実現するためにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊を直接入力する経路を有する。電流制御部６２は条件によってフィードバック制御とフィードフォワード制御の組合せを変更する場合があり、本発明に係る形態でも実施される。

電流制御部６２から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、二相三相変換部６５に入力される。二相三相変換部６５は、入力されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊並びに磁極位置θｄをもとに三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗを演算し、出力する。

ゲート制御信号演算部６６は、三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗと、図示しないキャリア搬送波との比較によりＰＷＭ信号である６本のゲート信号２１を生成し、ゲートドライブ回路２０に出力する。

以上がコントローラ５１の通常の処理である。次に本発明に係る処理を説明する。

本実施例１では、ＤＣ電圧上昇判定部７１をコントローラ５１の処理に加える。ＤＣ電圧上昇判定部７１は、ＤＣ電圧センサ信号２６を入力してＤＣ電圧が上昇する状態を検知することによりコンタクタ２０２の接続が開放されたことを判断するものである。

車両が走行中に回生ブレーキを動作させると、回転するモータ１０１の巻線１０２、１０３、１０４の誘起電圧による電力は、インバータ回路１や接続されているコンタクタ２０２を介してバッテリ２０１に充電される状態となる。このときコンタクタ２０２が誤作動など何らかの原因で開放された場合、モータ１０１より生成された電力はバッテリ２０１に充電されずに平滑コンデンサ２９に電荷が蓄積され、ＤＣ電圧センサ信号２６に現れる電圧の上昇が検出される。そのため、電力回生制御時にＤＣ電圧の上昇を感知することは、コンタクタ２０２の接続開放の判断する一手法となり得る。

また、コンタクタ２０２の接続開放の他の判断手法として、コンタクタ２０２の接続の実行や接続状態を監視するバッテリコントローラ（不図示）や、このバッテリコントローラへコンタクタ２０２の制御を指示する車両コントローラ５３から、コンタクタ２０２の状態情報をコントローラ５１に送って監視することが挙げられる。

車両が電力回生制御中にコンタクタ２０２の接続が開放された場合、ＤＣ電圧は上昇し、ＤＣ電圧に接続されている平滑コンデンサ２９などの回路部品の劣化や故障を引き起こすおそれがある。そこで、本発明では、コンタクタ２０２の接続が開放した場合にＤＣ電圧の上昇を抑制し開放前の電圧に収束する制御を行い、回路部品の故障を防ぎコンタクタ２０２が再接続できるようにする手法を示す。

図３は、本発明の実施例１に係る、コンタクタ２０２の接続が開放したことの検出や、その後の処理についての制御処理フローの一例を示したものである。

ステップＳ１は、カウント値ｃｏｕｎｔを初期化する処理である。カウント値ｃｏｕｎｔは時間の経過を表すために用いる。

ステップＳ２は、タイマ割り込みであり、コントローラ内部に有する図示しないタイマをもとに、例えば１２５μ秒毎に割り込みが入り、次のステップに進む。

ステップＳ３は、あらかじめ設定している電圧閾値Ｖ１（例えば８４０Ｖ）に対して、ＤＣ電圧上昇判定部７１がＤＣ電圧センサ信号２６から得られるＤＣ電圧情報との比較を行う。ＤＣ電圧情報が電圧閾値Ｖ１以下であれば、ステップＳ１に戻りカウント値ｃｏｕｎｔを初期化する。ＤＣ電圧情報が電圧閾値Ｖ１を超えているのであれば、ステップＳ４に進みカウント値ｃｏｕｎｔを一つ増やす。ＤＣ電圧情報が電圧閾値Ｖ１を超える理由がノイズの重畳などではなく、電圧上昇が理由で起きている確度を得るための一手法として、ステップＳ３では連続して所定期間ＤＣ電圧情報が電圧閾値Ｖ１を超えていることを検出する。

ステップＳ５は、ステップＳ４でインクリメントされたカウント値が所定の値（本実施例１では３）になる回数まで、ステップＳ３のＤＣ電圧情報が電圧閾値Ｖ１を超えているかどうかを検出する。ステップＳ５でカウント値ｃｏｕｎｔが所定の値に到達したならば、１２５μ秒×３＝３７５μ秒の間、ＤＣ電圧情報が電圧閾値Ｖ１を超えたと検知し、コンタクタ２０２の接続が開放されたと判断する。以上のステップＳ１からＳ５の処理が、図２のＤＣ電圧上昇判定部７１にて成される処理である。ＤＣ電圧上昇判定部７１は判定結果７２を出力する。判定結果７２は図３のステップＳ５の判定結果出力に相当する。

ステップＳ５がＹＥＳと判断されるとステップＳ６に進む。ステップＳ６の処理は、電流指令演算部６１の中でｑ軸電流指令Ｉｑ＊を所定の固定値に強制的に設定するものである。図２にはこの処理を模式的に表現し、電流指令演算部６１の内部にｑ軸電流指令固定値設定７３を設けている。電流指令演算部６１は、このｑ軸電流指令固定値設定７３と、電流指令演算部６１が出力するｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを、スイッチ７４を介して接続している。スイッチ７４はＤＣ電圧上昇判定部７１から出力される判定結果７２によりオンとオフの動作が制御される。またステップＳ６の処理は、図示していないが、電流制御部６２は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊が直接入力されるフィードフォワード制御を主体に行い、ｑ軸電流偏差ΔＩｑによるフィードバック制御は成されない、あるいは電流制御に関与する割合を減らす。また、ｑ軸電流指令固定値設定７３に設定されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、ＤＣバスに流れる電流が０Ａになるようにあらかじめ設定する。具体的な設定値は車両システムの特性によって異なるので、実験等により求めることになるが、Ｉｑ＊＝０Ａに近い値になる。

ステップＳ７は、ステップＳ２と同様、定期的なタイミングで次のステップＳ８のＤＣ電圧の判定を行うためにある。

ステップＳ８は、ＤＣ電圧情報が電圧閾値Ｖ２より低いかどうかを検出する。ステップＳ６の制御によりＤＣ電圧の上昇が収まると、ＤＣ電圧は電圧閾値Ｖ１を超えた電圧を維持する。その状態でコンタクタ２０２が開放状態（オフ）から接続状態（オン）に変化すると、ＤＣ電圧はバッテリ２０１の起電力に近づくため電圧が低下する。ステップＳ８は、ノイズ重畳の影響も考慮し電圧低下が発生している確度を高めるため、電圧閾値Ｖ２を電圧閾値Ｖ１より低く設定し（例えば８２０Ｖ）、コンタクタ２０２が再度接続されたことを判断する。電圧閾値Ｖ２よりＤＣ電圧が下がらない場合が続くときは、ステップＳ７に戻り次の所定タイミングでステップＳ８に移りＤＣ電圧の比較を繰り返す。

ステップＳ８でコンタクタ２０２が再度接続されたと判断したならばステップＳ９に進み、電流指令演算部６１から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を、コンタクタ２０２が開放される以前のトルク指令５２をもとに演算される値に戻す。図２においてこの処理は、ＤＣ電圧上昇判定部７１により判定結果７２を出力しスイッチ７４をオフし、電流指令演算部６１の処理を従来の演算に戻すことに相当する。

図４は、本発明の実施例１に係るコントローラ５１の処理における各信号や状態を説明するタイミング図である。これは車両が回生動作中にコンタクタ２０２の接続が開放され、その後、コンタクタ２０２が再接続された場合の例である。

時間Ｔ０は、ＤＣ電圧上昇判定部７１によりＤＣ電圧センサ信号２６が電圧閾値Ｖ１より高い電圧であることを感知したタイミングである。時間Ｔ０より前の期間では、回生動作によりＤＣ電流センサ信号２８は２５０Ａの電流がインバータ回路１からバッテリ２０１に向けて流れている。ここでＤＣ電流センサ信号２８が負の値をとる場合は回生動作時であり、正の値を取るときはバッテリ２０１からインバータ回路１に電流の流れる力行動作の場合であると定義する。

時間Ｔ０より前の期間では、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に指定された電流値（本実施例では−１００Ａ）の通りにｑ軸電流Ｉｑが流れている。またｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は所定の回生電流を得るために所定の電流値（本実施例１では−１００Ａ）が設定されている。ＤＣ電圧センサ信号２６は時間Ｔ０の直前で電圧上昇が発生する。この電圧上昇が発生した瞬間は、コンタクタ２０２の接続が開放された瞬間を想定している。

ＤＣ電圧上昇判定部７１によるコンタクタ２０２の接続が開放されたことの判断は、図３で示した処理フローのステップＳ２からＳ５の通り、コントローラ内部のタイマによる一定の期間、ＤＣ電圧センサ信号２６が継続して電圧閾値Ｖ１を上まわっていることを確認してから、制御の処理方法を変更する。

時間Ｔ１は、ＤＣ電圧上昇判定部７１がコンタクタ２０２の接続が開放されたと判断したタイミングである。時間Ｔ０から時間Ｔ１の期間は回生されている電流が平滑コンデンサ２９に流れ込み、平滑コンデンサ２９の両端にかかる電圧が高くなる。そこで、素子を保護するために、例えば平滑コンデンサ２９にかかる電圧をその耐圧以下に保つようにするには、時間Ｔ０から時間Ｔ１の期間を適切に設定する必要がある。本実施例では図３と図４で示したようにコントローラ５１の内部にあるクロック（本実施例１では１２５μ秒周期）とそのカウント数（本実施例１では３カウント）で時間Ｔ０から時間Ｔ１の期間を決めているが、使用する回路素子の耐圧などを考慮して適宜設定されるべきである。

時間Ｔ１にてコンタクタ２０２の接続が開放されたと判断すると、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を０Ａに近い固定値（この実施例１では０Ａ）に強制的に設定する。その結果、ｑ軸電流Ｉｑは０Ａに収束するように制御される。ｄ軸指令値Ｉｄ＊はモータ１０１の巻線１０２、１０３、１０４の誘起電圧を抑制するように電流指令演算部６１により算出される。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は時間Ｔ１より以前の回生動作時の値よりも電流値は増える傾向になる。その結果、時間Ｔ１以降ＤＣ電圧センサ信号２６の電圧上昇は収まり、ＤＣ電流センサ信号２８はほぼゼロに収束する。

時間Ｔ２は、コンタクタ２０２が再度接続したことを判断したタイミングである。時間Ｔ２の直前にコンタクタ２０２の再接続が起こると、ＤＣ電圧センサ信号２６の電圧は急激に降下し、バッテリ２０１の起電力に近づく。そのため、ＤＣ電圧上昇判定部７１は、時間Ｔ２のタイミングでＤＣ電圧センサ信号２６の電圧が電圧閾値Ｖ２より低いことを検出し、コンタクタ２０２が再接続したことを判断する。そして、ＤＣ電圧上昇判定部７１は、先に図３のステップＳ９での説明の通り、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の強制設定を解除し従来の制御に戻す。図４の例ではコンタクタ２０２の再接続を判断した後、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を急に元の設定値（ここでは−１００Ａ）に戻さず滑らかに変化させている。これにより、急激なトルク変動を抑制し、車両の滑らかな動作を実現する。

実施例１に示した手法によりコンタクタ２０２の接続の開放や再接続の判断を可能とし、コンタクタ２０２の開放している期間にＤＣ電圧の上昇を抑制した上でモータのトルク制御を継続できるので、コンタクタ２０２の再接続を容易に実現できる。

本実施例１によれば、コンタクタ２０２が開放状態になった場合でも、過電圧を抑制した上でモータ１０１のトルク制御を継続できるので、コンタクタ２０２を再接続してもモータ１０１のトルク制御の継続を可能とする。

（実施例２）
実施例２は、実施例１と同様な効果を得るもう一つの例であり、特にセンサの出力値に含まれる誤差によってはＤＣ電圧の上昇が収まらない場合を考慮した例である。

図５は、本発明の実施例２に係るモータ制御を行うコントローラ５１の処理を説明する処理ブロック図である。図６は、その処理手順を示す処理フロー図である。図５におけるコントローラ５１の処理ブロックについて、図２とは異なる構成を中心に説明する。

車両コントローラ５３から出力されたトルク指令５２は、セレクタ８４の０側端子に入力される。セレクタ８４のもう一方の１側端子には、実施例２に特徴的なコンタクタ開放時トルク指令８３が接続される。

コンタクタ開放時トルク指令８３の生成方法を説明する。ＤＣ電流設定８０は、目標ＤＣ電流の設定であり、例えば０Ａと設定する。比較器８１は、入力されるＤＣ電流設定８０とＤＣ電流センサ信号２８とを比較し、ＤＣ電流偏差ΔＩｄｃを出力する。ＰＩ制御部８２は、ＤＣ電流偏差ΔＩｄｃを入力し、ＤＣ電流偏差ΔＩｄｃが０になるようにＰＩ制御のフィードバック制御を行い、トルク指令の形態でコンタクタ開放時トルク指令８３を出力する。

ＤＣ電圧上昇判定部７１は、図２などで説明したのと同様に、ＤＣ電圧センサ信号２６の電圧を検知した結果、コンタクタ２０２の接続が開放したかどうかの判断を判定結果７２としてセレクタ８４に出力する。

セレクタ８４は、通常（ＤＣ電圧上昇判定部７１がコンタクタ２０２の接続が開放されたと判断しない場合）そのスイッチは０側端子に倒され（０側端子に接続され）、車両コントローラ５３から出力されるトルク指令５２は、コントローラ５１の内部に取り込まれた内部トルク指令８５として電流指令演算部６１に入力され、正常時のモータ制御が実行される。

ＤＣ電圧上昇判定部７１がコンタクタ２０２の接続が開放されたと判断した場合、判定結果７２の出力によりセレクタ８４のスイッチは１側端子に倒される（１側端子に接続される）。これによりコンタクタ開放時トルク指令８３がセレクタ８４によって選択され、内部トルク指令８５として電流指令演算部６１に入力される。

以上の構成より、コンタクタ２０２の接続が開放されたと判断した場合、ＰＩ制御部８２はＤＣ電流センサ信号２８が０Ａになるようにトルク指令値を演算し、その演算結果であるコンタクタ開放時トルク指令８３を電流指令演算部６１にトルク指令として入力することによりフィードバック制御系が形成される。その結果、ＤＣ電流は０に制御され、平滑コンデンサ２９に流れ込む電流もゼロに収束し、これにかかる電圧の上昇を防ぐことができる。

図５の構成に対応する処理フローを示す図６を説明する。ステップＳ１からステップＳ５は前述の図３の処理フローと全く同じであり、ＤＣ電圧上昇判定部７１によるコンタクタ２０２の接続が開放された判定をする処理である。

ステップＳ５にてコンタクタ２０２の開放を判断しＹＥＳに進むと、ステップＳ１０にてＤＣ電流が０になるようにＰＩ制御部８２が生成したコンタクタ開放時トルク指令８３は、電流指令演算部６１に入力される内部トルク指令８５に適用される。

ステップＳ１０の後のステップＳ７とステップＳ８も前述の図３の処理フローと全く同じであり、ＤＣ電圧上昇判定部７１によるコンタクタ２０２が再接続された判定をする処理である。

ステップＳ８にてコンタクタ２０２の再接続を判断しＹＥＳに進むと、ステップＳ１１ではセレクタ８４が０側端子に倒され（０側端子に接続され）、通常のトルク指令５２をもとにモータ制御が実施される。

実施例２に示した手法によりコンタクタ２０２の接続の開放や再接続の判断を可能とし、コンタクタ２０２の開放している期間にＤＣ電圧の上昇を抑制した上でモータ１０１のトルク制御を継続できるので、コンタクタ２０２の再接続を容易に実現できる。また、制御対象をＤＣ電流としたことで、より直接的に平滑コンデンサ２９に流れる電流を制御できるので、ＤＣ電流センサ２７以外のセンサの誤差などの影響を除いた精度の良い制御を可能とする。

（実施例３）
実施例３は実施例１や実施例２の処理と共に実施する車両制御に関する例である。コンタクタ２０２の接続が解放されたとき、実施例１や実施例２を実施すると、今まで回生制御により発生していた制動トルクがほぼ無くなる。これによりコンタクタ２０２の接続が開放された直後から車両の速度の落ち方が遅くなるため、車両の運転手はブレーキのかかり方が弱くなった違和感を抱くおそれがある。

そこで、実施例３は、コンタクタ２０２の接続が開放されたときに実施例１や実施例２にて実施する処理と共に、不足した回生制御による制動トルクを摩擦ブレーキによって補う処理を行うものである。

図７は、先に説明した図１のモータで車両を駆動するモータ制御システムの構成例に対し、構成要素を加え実施例３を説明するものである。

要求制動力９１は、運転手がブレーキペダルを踏むことにより検出される、運転手が車両に要求する制動力の情報である。要求制動力９１が入力された車両コントローラ５３は、その内部に有する回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２にて、要求された制動力を回生ブレーキ量と摩擦ブレーキ量とに適切に振り分ける演算を行い、夫々の必要ブレーキ量をモータ１０１による回生制御を司るコントローラ５１と機械的なブレーキの制御を司るブレーキコントローラ９６とに要求する。

ブレーキコントローラ９６は、演算処理を行う摩擦ブレーキ制御部９７を有する。摩擦ブレーキ制御部９７は、回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２から入力された摩擦ブレーキ要求値９８に基づき図示しない車両に設けられた機械的ブレーキの特性に合った制御量を演算し、ブレーキコントローラ９６を通じて機械的ブレーキを動作させ摩擦による制動力を生成する。

コントローラ５１は、制動力演算部９３を有する。制動力演算部９３は、回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２との間で通信を行う。回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２は、回生ブレーキ要求値９４を制動力演算部９３に出力する。それに対して制動力演算部９３は回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２に回生ブレーキステータス９５を出力する。

ここで回生ブレーキ要求値９４と回生ブレーキステータス９５の形態の例を挙げる。回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２は、要求するブレーキ量の情報を回生ブレーキ要求値９４として制動力演算部９３に送信する。これを受信した制動力演算部９３は現状発生している回生制動力の情報と、現状の状態から判断した可能な最大回生制動力の情報を回生ブレーキステータス９５として回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２に送信する。これらの情報をもとに回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２は制動力演算部９３と摩擦ブレーキ制御部９７とに分配する適切な制動力の要求量を求める。

適切な制動力の分配の例として、現状発生している回生制動力が可能な最大回生制動力に達しておらず、要求制動力９１が最大回生制動力より大きな場合、回生エネルギーを最大回収する目的において、回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２は、回生ブレーキ要求値９４を可能な最大回生制動力に相当する値に設定し、要求制動力９１から回生ブレーキ要求値９４を差し引いた量を摩擦ブレーキ要求値９８に設定することが挙げられる。

また車両コントローラ５３は、回生ブレーキステータス９５をもとに演算された回生ブレーキ要求値９４とともに、コントローラ５１に出力するトルク指令５２を更新することになる。

ここで実施例１や実施例２で示したコンタクタ２０２の接続が開放された場合について説明する。コンタクタ２０２の接続が開放すると本発明ではｑ軸電流Ｉｑをゼロにするように制御を行う。このときモータ１０１には、式（１）にも示したとおり、トルクは発生せず制動トルクはゼロとなる。この場合、制動力演算部９３から回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２に送信する回生ブレーキステータス９５に含まれる可能な最大回生制動力をゼロに設定する。これをもとに回生・摩擦ブレーキ協調制御部９２は、運転手より要求された要求制動力９１から回生ブレーキステータス９５に含まれる現状の回生ブレーキ量を差し引いた分を摩擦ブレーキ要求値９８に振り分け、回生ブレーキ要求値９４をゼロに設定する。以上の処理によりコンタクタ２０２が開放しても制動トルクは急変せず、運転手に車両走行時の違和感を与えずに済む。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。

また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１・・・インバータ回路、２、３、４、５、６、７・・・スイッチング素子、２９・・平滑コンデンサ、５１・・・コントローラ、５２…トルク指令、５３・・・車両コントローラ、１０１・・・モータ、２０１・・・バッテリ、２０２・・・コンタクタ

Claims (2)

1. 車両の駆動力を発生させるモータと、
   スイッチング素子により構成され、前記モータを駆動するインバータ回路と、
   前記インバータ回路に接続され、前記モータを駆動する電力を供給するバッテリと、
   前記バッテリと前記インバータ回路との間に接続されるコンデンサと、
   前記バッテリと前記コンデンサとの間に接続されるコンタクタと、
   前記コンタクタがオフである場合、前記インバータ回路と前記モータとの間の電圧が前記コンデンサ側に印加される電圧に近づくように、前記インバータ回路と前記モータとの間で電流を流す制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記モータをベクトル制御し、
   前記制御部は、
   前記コンデンサの両端の電圧を検出する電圧センサと、
   前記バッテリの高電位側を流れる電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサで検出した電流を目標電流に近づけるトルク指令を演算して出力するフィードバック制御部と、
   ベクトル制御のｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を出力する電流指令演算部と、
   を有し、
   前記電流指令演算部は、前記電圧センサで検出した電圧が第１の閾値電圧以下であった場合、外部から入力されたトルク指令に基づいて前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値を演算して出力し、前記電圧センサで検出した電圧が前記第１の閾値電圧以下であった後に前記第１の閾値電圧を超えた場合、前記フィードバック制御部が出力したトルク指令に基づいて前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値を演算して出力し、前記電圧センサで検出した電圧が前記第１の閾値電圧を超えた後に前記第１の閾値電圧より低い第２の閾値電圧より低くなった場合、外部から入力されたトルク指令に基づいて前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値を演算して出力することを特徴とする車両制御装置。
2. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   摩擦により車両の制動力を発生させるブレーキ部と、
   前記ブレーキ部の制動力を制御する摩擦ブレーキ制御部と、
   現在の回生制動力を求める制動力演算部と、
   前記制動力演算部で求めた回生制動力に基づいて、前記摩擦ブレーキ制御部が制御する前記ブレーキ部の制動力を前記摩擦ブレーキ制御部に対して出力する回生・摩擦ブレーキ協調制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする車両制御装置。

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