特開 2024-172370 車両の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024172370

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】車両の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 23/06 20160101AFI20241205BHJP

【ＦＩ】

H02P23/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023090039

(22)【出願日】2023-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】本田 信之介

(72)【発明者】

【氏名】寺田 恭介

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505CC04

5H505EE48

5H505EE60

5H505HB01

5H505LL60

(57)【要約】

【課題】損失増加制御の開始又は終了に伴って電池の保護出力を一時的に超過することを抑制できるようにする。
【解決手段】車両の制御装置は、電池と、電池からの電力により作動する電動機を含むパワートレーンと、を備える車両を制御する。制御装置による電動機のトルク制御は、第１のトルク制御と、第１のトルク制御の実行時と比べて電動機の駆動効率が低下するように進角した電流位相角で電動機を駆動する第２のトルク制御（損失増加制御）と、を含む。第１のトルク制御から第２のトルク制御に遷移するために電流位相角を進角させる場合、制御装置は、電流位相角を基準値から目標進角値に向けて時間とともに変化させる。また、第２のトルク制御から第１のトルク制御に遷移するために電流位相角を遅角させる場合、制御装置は、電流位相角を目標進角値から基準値に向けて時間とともに変化させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池と、前記電池からの電力により作動する電動機を含むパワートレーンと、を備える車両を制御する制御装置であって、
前記制御装置による前記電動機のトルク制御は、第１のトルク制御と、前記第１のトルク制御の実行時と比べて前記電動機の駆動効率が低下するように進角した電流位相角で前記電動機を駆動する第２のトルク制御と、を含み、
前記第１のトルク制御から前記第２のトルク制御に遷移するために前記電流位相角を進角させる場合、前記電流位相角を基準値から目標進角値に向けて時間とともに変化させ、
前記第２のトルク制御から前記第１のトルク制御に遷移するために前記電流位相角を遅角させる場合、前記電流位相角を前記目標進角値から前記基準値に向けて時間とともに変化させる
ことを特徴とする車両の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車両の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、モータ駆動システムを開示している。このモータ駆動システムは、交流モータでの電力損失を増加させて余剰電力を消費させる制御（損失増加制御）を実行可能に構成されている。電力損失の増加は、交流モータの駆動効率が低下するように電流位相角を進角させることによって行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１５１３３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のような損失増加制御（本開示に係る「第２のトルク制御」に相当）への（又は、からの）トルク制御の遷移に伴い、電動機の要求トルクに対するトルク差（段差）が実トルクに発生する。その結果、電動機の実パワー（電池のパワー）に対しても、要求パワーに対するパワー差が生じてしまう。高出力領域においてこのような急なトルク差が発生すると、電池の保護出力（入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔ）を一時的に超過するおそれがある。

【0005】

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、損失増加制御の開始又は終了に伴って電池の保護出力を一時的に超過することを抑制できる車両の制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る車両の制御装置は、電池と、電池からの電力により作動する電動機を含むパワートレーンと、を備える車両を制御する。制御装置による電動機のトルク制御は、第１のトルク制御と、第１のトルク制御の実行時と比べて電動機の駆動効率が低下するように進角した電流位相角で電動機を駆動する第２のトルク制御と、を含む。第１のトルク制御から第２のトルク制御に遷移するために電流位相角を進角させる場合、制御装置は、電流位相角を基準値から目標進角値に向けて時間とともに変化させる。また、第２のトルク制御から第１のトルク制御に遷移するために電流位相角を遅角させる場合、制御装置は、電流位相角を目標進角値から基準値に向けて時間とともに変化させる。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、第１のトルク制御と第２のトルク制御との間でのトルク制御の切り替えの際に、電動機に指令される電流位相角を緩やかに変化させることで、電動機の実トルクの急な変化が抑制される。その結果、電池の保護出力を一時的に超過することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態に係る車両の構成の一例を概略的に示す図である。

【図2】比較例におけるトルク制御の切り替えに関連する動作を表したタイムチャート（Ａ）と、実施の形態におけるトルク制御の切り替えに関連する動作を表したタイムチャート（Ｂ）である。

【図3】実施の形態に係るトルク制御の切り替えに関する処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

添付図面とともに本開示の実施の形態を説明する。

【0010】

１．車両の構成
図１は、実施の形態に係る車両１の構成の一例を概略的に示す図である。車両１は、パワートレーン１０と、電池１２と、制御装置２０と、センサ類２２とを備える。車両１は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）又はバッテリ電気自動車（ＢＥＶ）等の電動車両である。

【0011】

パワートレーン１０は、電動機１４と、電力制御ユニット（ＰＣＵ）１６とを含む。電動機１４は、交流電動機であり、電池１２からの電力により作動する。ＰＣＵ１６は、電動機１４を駆動するためのインバータを含む電力変換装置である。ＰＣＵ１６は、制御装置２０からの指令に基づき、電動機１４を制御する。

【0012】

制御装置２０は、車両１の制御に関する各種処理を実行する。各種処理は、後述される電動機１４のトルク制御に関する処理を含む。制御装置２０は、例えば、プロセッサと記憶装置とを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）を含む。記憶装置は、プロセッサによる処理に必要な各種情報を格納する。記憶装置に格納されているコンピュータプログラムをプロセッサが実行することにより、制御装置２０による各種処理が実現される。また、各種処理は、専用の電子回路によるハードウェア処理で実現されてもよい。なお、制御装置２０は、複数のＥＣＵを組み合わせて構成されていてもよい。

【0013】

制御装置２０には、センサ類２２からの信号が入力される。センサ類２２は、例えば、システム電圧ＶＨ（ＰＣＵ１６のインバータの入力電圧）、電動機１４に流れる電流（モータ電流）Ｉｍ、電動機１４の回転角（モータ回転角）θ、電池１２の充放電電流（電池電流）Ｉｂ、電池１２の端子電圧（電池電圧）Ｖｂ、電池１２の温度Ｔｂ、車両１の速度（車速）、アクセルペダルの踏み込み量、及びブレーキペダルの踏み込み量をそれぞれ検出するセンサを含む。

【0014】

２．電動機のトルク制御
基本的には、制御装置２０は、車両１のドライバによって要求される電動機１４のトルクである要求トルク（トルク指令値）Ｔｒｅｑを算出する。要求トルクＴｒｅｑは、例えば、アクセルペダル及びブレーキペダルの踏み込み量と車速とに基づいて算出される。そして、制御装置２０は、例えば、要求トルクＴｒｅｑ、電池電圧Ｖｂ、システム電圧ＶＨ、モータ電流Ｉｍ、及びモータ回転角θに基づいて、電動機１４が要求トルクＴｒｅｑに従ったモータトルク（実トルク）Ｔｍを出力するようにＰＣＵ１６を制御する。より詳細には、モータトルクＴｍの制御は、要求トルクＴｒｅｑに基づくモータ電流Ｉｍの制御によって行われる

【0015】

ただし、車両１の走行中には、上述のように算出される要求トルクＴｒｅｑに相当するモータトルクＴｍが常にそのまま出力されるとは限らない。すなわち、モータトルクＴｍ（回生トルク又は力行トルク）は、次のように制限され得る。すなわち、電池１２の保護のために、電池１２の充電に許容される電力には、例えば電池１２の温度及びＳＯＣ（State Of Charge）に基づく上限値である保護出力（入出力制限Ｗｉｎ）が定められている。同様に、電池１２の放電に許容される電力にも、保護出力（出力制限Ｗｏｕｔ）が定められている。なお、電力の符号を電池１２の放電時に正とし、充電時に負とすると、入力制限Ｗｉｎは負の値となり、出力制限Ｗｏｕｔは正の値となる。

【0016】

本実施形態では、電動機１４のトルク制御は、「第１のトルク制御」と、「第２のトルク制御」とを含む。第１のトルク制御は、通常時に用いられる「基本的なトルク制御（基本制御）」である。第２のトルク制御は、電動機１４での電力損失を意図的に増大させるための消費動作を伴う「損失増加制御」である。

【0017】

モータトルクＴｍは、モータ電流Ｉｍの振幅及び位相角αに対して次のような特性を有する。すなわち、それぞれの電流振幅において、モータトルクＴｍ（出力トルク）が最大となる（換言すると、電動機１４の駆動効率が最大となる）電流位相角α０（後述の基準値に相当）が存在する。基本制御では、制御装置２０は、同一の電流振幅に対してモータトルクＴｍが最大となる最適な電流位相角α０を選択するように、要求トルクＴｒｅｑに応じてモータ電流指令を生成する。

【0018】

一方、損失増加制御は、電動機１４からの回生可能な電力Ｐｉｎを超えて過剰な発電電力Ｐｇｎが電動機１４に発生した場合に実行される。損失増加制御では、基本制御（第１のトルク制御）の実行時と比べて電動機１４の駆動効率が低下するように進角した電流位相角α１（後述の目標進角値に相当）で電動機１４が駆動される。より具体的には、制御装置２０は、電流位相角αを最適な電流位相角α０から当該電流位相角α１に変化させるように、要求トルクＴｒｅｑに応じてモータ電流指令を生成する。なお、このような損失増加制御に関する詳細な説明は、例えば特許文献１に記載されているため、ここでは省略される。

【0019】

図２（Ａ）は、比較例におけるトルク制御の切り替えに関連する動作を表したタイムチャートである。この比較例は、損失増加制御に関する課題を説明するために参照される。図２（Ａ）は、高出力領域において要求トルクＴｒｅｑが一定で推移するシーンを例示的に表している。この比較例では、時点ｔ１において、損失増加制御の実行フラグがＯＮに転じている。その結果、時点ｔ１の到来に伴ってトルク制御が基本制御から損失増加制御に遷移する。換言すると、損失増加制御が開始される。

【0020】

比較例では、損失増加制御への遷移時の電流位相角αの進角に関し、電流位相角αの変化レートＲは設定されていない。すなわち、時点ｔ１の到来に伴い、電流位相角αの進角がステップ的に実行される。その結果、図２（Ａ）に示すように、要求トルクＴｒｅｑは時点ｔ１の前後で一定であるのに対し、モータトルク（実トルク）Ｔｍに段差が発生している。このように要求トルクＴｒｅｑと実トルクＴｍとの間にトルク差ΔＴが生じると、実トルクＴｍに応じた実パワーＰｍ（図２（Ａ）中の「出力」）に対しても、要求トルクＴｒｅｑから算出される電動機１４の要求パワーＰｒｅｑに対するパワー差ΔＰが発生してしまう。そして、高出力領域においてこのような急なトルク差ΔＴが発生すると、図２（Ａ）に示すように、時点ｔ１の経過後に出力が電池１２の保護出力（入力制限Ｗｉｎ）を一時的に超過するおそれがある。

【0021】

また、図２（Ａ）では、時点ｔ２において損失増加制御の実行フラグがＯＦＦに転じている。その結果、時点ｔ２の到来に伴ってトルク制御が損失増加制御から基本制御に遷移する。換言すると、損失増加制御が終了する。比較例では、損失増加制御からの遷移時における最適な電流位相角α０への電流位相角αの遅角に関しても、電流位相角αの変化レートＲは設定されていない。このため、時点ｔ１の到来時と同様に、急なトルク差ΔＴの発生に起因して、図２（Ｂ）に示すように時点ｔ２の経過後に出力が電池１２の保護出力（出力制限Ｗｏｕｔ）を一時的に超過するおそれがある。

【0022】

なお、ここでは、図２（Ａ）を参照して、損失増加制御の実行フラグがＯＮとなることに伴って入力制限Ｗｉｎを超過し、実行フラグがＯＦＦになることに伴って出力制限Ｗｏｕｔｔを超過する例が説明されている。しかしながら、実行フラグのＯＮ／ＯＦＦ時のトルク変動による保護出力の一時的な超過の方向は、実トルクＴｍが正又は負のどちらの方向にずれるかに依存して異なるものとなる。つまり、実トルクＴｍのずれ方向に応じて、上述の例とは逆に、実行フラグがＯＮになることに伴って出力制限Ｗｏｕｔを超過する可能性もあり、同様に、実行フラグがＯＦＦになることに伴って入力制限Ｗｉｎを超過する可能性もある。

【0023】

上述の課題に鑑み、本実施形態では、制御装置２０は、損失増加制御への遷移のために電流位相角αを進角させる場合、電流位相角αを基準値α０から目標進角値α１に向けて時間とともに変化させる。すなわち、電流位相角αの当該進角に関して、変化レートＲが設定される。同様に、制御装置２０は、損失増加制御からの遷移のために電流位相角αを遅角させる場合、電流位相角αを目標進角値α１から基準値α０に向けて時間とともに変化させる。すなわち、電流位相角αの当該遅角に関しても、変化レートＲが設定される。

【0024】

図２（Ｂ）は、実施の形態におけるトルク制御の切り替えに関連する動作を表したタイムチャートである。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）と同じシーンにおいて、電流位相角αの変化レートＲが上述のように設定された例に相当する。このように変化レートＲが設定されると、図２（Ｂ）に示すように、時点ｔ１の経過後に実トルクＴｍが緩やかに変化していく。このことは、時点ｔ２の経過後においても同様である。その結果、図２（Ｂ）に示すように、制御の切り替えに伴って出力が保護出力（Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔ）を一時的に超過することを抑制できる。

【0025】

図３は、実施の形態に係るトルク制御の切り替えに関する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両１の走行中に繰り返し実行される。付け加えると、当該処理は、損失増加制御がＯＦＦ状態にある時に開始される。

【0026】

ステップＳ１００において、制御装置２０は、損失増加制御の実行フラグがＯＦＦからＯＮに転じたか否かを判定する。当該実行フラグは、例えば、回生動作による電動機１４での発電電力Ｐｇｎが回生可能電力Ｐｉｎを上回る場合にＯＮとなり、発電電力Ｐｇｎが回生可能電力Ｐｉｎ以下である場合にはＯＦＦとなる。

【0027】

実行フラグがＯＦＦのままである場合（ステップＳ１００；Ｎｏ）、処理はエンドに進む。一方、実行フラグがＯＦＦからＯＮに転じた場合（ステップＳ１００；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０２に進む。

【0028】

ステップＳ１０２において、制御装置２０は、電動機１４の損失を増加させるために、目標進角値α１まで変化レートＲで電流位相角αを進角させる処理を実行する。具体的には、電流位相角αの進角時に用いられる変化レートＲは、例えば次のような手法で設定される。すなわち、例えば、回転角θを検出するセンサ（レゾルバ）の誤差によるトルク差ΔＴ（トルク段差）に起因して生じるパワー差ΔＰが最大となるモータ動作点において電池１２の充放電電力（電池電流Ｉｂと電池電圧Ｖｂとの積）が保護出力（Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔ）を超過しない変化レートＲの最大値が変化レートＲとして設定される。また、変化レートＲは、保護出力（Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔ）とモータ電流指令とに基づいて定められてもよい。

【0029】

また、損失増加制御による損失の増加量は、例えば、上述の発電電力Ｐｇｎに応じて設定される。より詳細には、当該増加量は、上述の回生可能電力Ｐｉｎに対する発電電力Ｐｇｎの余剰量（＝Ｐｇｎ－Ｐｉｎ）が大きいほど多くなるように設定される。そして、目標進角値α１は、当該増加量が多くなるほどより進角側の値となる。付け加えると、変化レートＲが低いほど、実トルクＴｍの変化が緩やかとなり、その結果、出力が保護出力（例えば、入力制限Ｗｉｎ）を超過しにくくなる傾向がある。その一方で、変化レートＲが低くなることは、上述の増加量だけ損失が増加するまでに要する時間が長くなることを意味する。

【0030】

ステップＳ１０２に続くステップＳ１０４において、制御装置２０は、損失増加制御を所定時間継続する。すなわち、電流位相角αが目標進角値α１で維持される。その後、処理はステップＳ１０６に進む。

【0031】

ステップＳ１０６において、制御装置２０は、損失増加制御の実行フラグがＯＮからＯＦＦに転じたか否かを判定する。その結果、実行フラグがＯＮのままである場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０４に戻り、損失増加制御がさらに所定時間継続される。一方、実行フラグがＯＮからＯＦＦに転じた場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０８に進む。

【0032】

ステップＳ１０８において、制御装置２０は、電動機１４の損失を減少させるために、基準値α０まで変化レートＲで電流位相角αを遅角させる処理を実行する。具体的には、この遅角時に用いられる変化レートＲは、例えば、ステップＳ１０２における進角時に用いられる変化レートＲと同じように設定される。ステップＳ１０８の処理によって、電流位相角αが基準値α０まで遅角すると、処理はエンドに進む。

【符号の説明】

【0033】

１ 車両、 １０ パワートレーン、 １２ 電池、 １４ 電動機、 １６ 電力制御ユニット（ＰＣＵ）、 ２０ 制御装置、 ２２ センサ類

【図1】

【図2】

【図3】